JP2010091392A - Sensor chip - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はセンサチップ、例えば人や動物の体液中の成分を測定するために用いられるセンサチップに関する。 The present invention relates to a sensor chip, for example, a sensor chip used for measuring components in body fluids of humans and animals.
人や動物の体液、例えば血液中に含まれる物質を測定するセンサチップが種々開発されている。これらのセンサチップの多くは測定対象物質と検出用の試薬を反応させる反応層をチップ内に有している。ところが、血液をそのまま反応層に供給すると、赤血球などの血球成分が試薬との反応を阻害したり、反応層に配置された電極表面付近に測定対象物質が泳動するのが妨げられたりするなどの理由により、正確な測定結果が得られない場合があった。そこで、血球成分を除去するフィルタを備えたセンサチップが提案されている。 Various sensor chips have been developed for measuring substances contained in human or animal body fluids such as blood. Many of these sensor chips have a reaction layer in the chip for reacting a substance to be measured with a detection reagent. However, if blood is supplied to the reaction layer as it is, blood cell components such as red blood cells may inhibit the reaction with the reagent, or the substance to be measured may be prevented from migrating near the electrode surface arranged in the reaction layer. For some reasons, accurate measurement results may not be obtained. Therefore, a sensor chip having a filter for removing blood cell components has been proposed.
例えば、特開２００６−１７７９６８号公報には、底を有する円筒状のボディとキャップとからなり、ボディの中間部に形成された試薬層とキャップの内筒とで反応空間が形成されたセンサチップが開示されている。このセンサチップは、ボディの先端に血球分離用のフィルタを有している。このフィルタは、例えば空孔の径が０．５〜５０μｍの範囲にあるポリスルホン膜から構成されている。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-177968 discloses a sensor chip including a cylindrical body having a bottom and a cap, and a reaction space formed by a reagent layer formed at an intermediate portion of the body and an inner cylinder of the cap. Is disclosed. This sensor chip has a filter for separating blood cells at the tip of the body. This filter is made of, for example, a polysulfone membrane having a pore diameter in the range of 0.5 to 50 μm.
特開２００２−２０２２８３号公報には、複数の板部材からなる基板部及びカバー部と試薬層及びフィルタ層を備えたスペーサ部材とからなり、スペーサ部材の直上に配置された板部材に形成された反応空間に、フィルタ層を通して毛細管現象によって血球が除去された血漿が導入されるセンサチップが開示されている。このフィルタは、ガラス繊維製のろ紙から作製され、スペーサ部材及びスペーサ部材の直上に配置された板部材に形成された開口部に嵌め込まれている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-202283 includes a substrate member and a cover member made up of a plurality of plate members, a spacer member having a reagent layer and a filter layer, and is formed on a plate member arranged immediately above the spacer member. A sensor chip is disclosed in which plasma from which blood cells have been removed by capillary action through a filter layer is introduced into a reaction space. This filter is made from filter paper made of glass fiber, and is fitted into an opening formed in a spacer member and a plate member disposed immediately above the spacer member.
特開２００７−２４８１０１号公報には、上下の基板に挟まれたスペーサ内にフィルタと反応層が備えられ、フィルタに染み込ませた血液を上方の基板に備えられた押圧部から外圧を加えてフィルタを通過した血液を反応層に供給するセンサチップが開示されている。このフィルタは、通気性があり且つ非通液状性の多孔性膜、例えばＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）のフィルムから構成され、スペーサに設けられた開口に嵌め込まれている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-248101 discloses that a filter and a reaction layer are provided in a spacer sandwiched between upper and lower substrates, and blood soaked into the filter is applied with external pressure from a pressing portion provided on an upper substrate. A sensor chip that supplies blood that has passed through the reaction layer to a reaction layer is disclosed. This filter is composed of a porous film that is air permeable and impermeable to liquid, such as a film of PTFE (tetrafluoroethylene resin), and is fitted into an opening provided in a spacer.
特開２００５−２８３１９２号公報や特開平１０−２２１２９３号公報には、基板とカバーとの間に、血液を供給する血液供給路を形成するスペーサを有し、血液供給路から基板上の試薬層にフィルタを介して血液が供給されるセンサチップが開示されている。このフィルタはろ紙からなり、所定の形状に切断したろ紙が試薬層の上部に配置される。
しかしながら、上記のセンサチップにおいてはいずれも、予め作製されたフィルタを所定の形状に加工したものが用いられている。このため、所定の形状に加工する手間や所定形状に加工されたフィルタを所定位置に配置する手間が必要となっていた。また、フィルタの製造、加工工程とセンサチップの組み立て工程が別工程となるため、工程管理が面倒なものとなり、製造コストを引き上げる原因ともなっていた。さらに、ガラス繊維やＰＴＦＥ膜における孔径のコントロールも比較的困難であった。 However, in any of the above sensor chips, a prefabricated filter processed into a predetermined shape is used. For this reason, the effort which processes to a predetermined shape and the effort which arrange | positions the filter processed into the predetermined shape in the predetermined position were needed. In addition, since the filter manufacturing and processing steps and the sensor chip assembly step are separate steps, the process management becomes troublesome, which has also increased the manufacturing cost. Furthermore, it is relatively difficult to control the pore diameter in the glass fiber or PTFE membrane.
特に近年では、センサチップの小型化の要請があり、小型のセンサチップに適用可能なフィルタ形状への加工やスペーサの開口などへの配置も、次第に困難になってきている。 In particular, in recent years, there has been a demand for downsizing of sensor chips, and processing into filter shapes applicable to small sensor chips and arrangement in spacer openings have become increasingly difficult.
本願発明は上記課題を解決すべくなされたものであって、本願発明の目的は、微小なセンサチップにも適用が容易であり、センサチップの組み立てとフィルタの組み込みとを一貫した工程により製造可能にすることにある。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the object of the present invention can be easily applied to a small sensor chip, and the assembly of the sensor chip and the incorporation of the filter can be performed by a consistent process. Is to make it.
そこで、本発明においては、フィルタ層を構成する粉末又はフィルタ層を構成する化合物を分散させた溶液等を塗布するなどの方法を用いて、基板又はカバー上に直接フィルタ層を形成することにしている。 Therefore, in the present invention, the filter layer is formed directly on the substrate or the cover by using a method such as applying a solution in which the powder constituting the filter layer or the compound constituting the filter layer is dispersed. Yes.
本発明によると、小型のセンサチップにも容易に適用でき、フィルタ層を備えたセンサチップを一貫した工程により製造できる。 According to the present invention, it can be easily applied to a small sensor chip, and a sensor chip having a filter layer can be manufactured by a consistent process.
以下、本発明について各図を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態であるセンサチップの概略的分解斜視図、図２は当該センサチップの概略断面図、図３は本発明の一実施形態であるセンサチップのフィルタ層を作製する工程の一部を示す工程図である。もっとも、以下に示された実施形態は例示であって、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲及びこれと均等に含まれるすべての変更が本発明に含まれることが意図される。 The present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is a schematic exploded perspective view of a sensor chip according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic sectional view of the sensor chip, and FIG. 3 is a filter layer of the sensor chip according to an embodiment of the present invention. It is process drawing which shows a part of process. However, the embodiment shown below is an exemplification, and the present invention is not limited to the following embodiment, and all the modifications included in the scope of the claims and equivalents thereof are included in the present invention. It is intended to be included.
本発明のセンサチップ１は、図１及び図２に示すように、基板上１０にスペーサ２０が貼り合わされ、さらにその上面にカバー３０が貼り合わされた構造を有している。スペーサ２０は開口部２１を有しており、開口部２１の一端がスペーサ２０の端部に開口している。この開口部２１が反応空間４０を形成するとともにセンサチップ１の先端に試料導入口４１を形成する。基板１０上には、反応空間４０に望ませて一対の電極１１が形成されている。この一対の電極１１間には、測定対象である血液中の成分と反応する試薬層１３が形成されている。この試薬層１３と血液中の成分の反応が電極１１間に起電力を生じさせる。また、基板１０上には試料導入口４１と反対側端部には、これらの電極１１と導体で電気的に接続された電圧取り出し用の端子１２が形成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
このセンサチップ１は反応空間４０内にフィルタ層５０を有している。フィルタ層５０は一対の電極１１及び試薬層１３を覆うように設けられている。フィルタ層５０は試料導入口４１から導入された血液中の血球など、測定対象である試料中の測定対象成分以外の成分の少なくとも一部、例えば、嵩だかく起電力の発生を阻害する可能性のある成分など、測定に好ましくない影響を与える可能性のある成分を除去する機能を有する。このフィルタ層５０は多孔性の層（多孔性膜）からなり、その材質は試薬との反応に影響を与えないものであれば、特に限定されず、フィルタ層５０の形成方法に応じて適切な材質が選択される。
This
フィルタ層５０のポア径は除去すべき成分に応じて適宜決められるが、概ね０.００５〜２０μｍである。例えば、上記のセンサチップ１で血糖値を測定する場合であれば、血球成分、主として赤血球及び白血球が除去されるポア径である０.０１〜１０μｍで分布するフィルタ層５０が好ましい。
The pore diameter of the
フィルタ層５０は、当該フィルタ層を構成する粉末又は当該フィルタ層５０を構成する化合物を分散させた溶液等を塗布するなどの方法によって基板１０上に直接形成されている。このフィルタ層５０は、例えば図３に示す方法で設けることができる。図３は（１）エレクトロスプレーデポジション法によってフィルタ層５０を設ける方法を示している（請求項４に該当する方法である。）。この方法は、高電界によって繊維層を形成する方法である（例えば、特開２００７−７０７３８号参照）。
The
特開２００７−７０７３８号公報では、エレクトロスプレーデポジション法はフェノール樹脂の極細繊維からなる集合体を形成する方法として説明されているが、本発明においては、例えばフェノール樹脂などフィルタ層５０を形成する樹脂成分と有機溶媒の混合液を直接基板１０上にスプレーすることによりフィルタ層５０を形成する方法として用いられる。図３に従って説明すると、まず、基板１０上に、導電性ペーストを用いたスクリーン印刷などにより、電極１１や端子１２となる所定形状の導電層１５を形成する。また、電極１１間に試薬層１３を設ける（同図（ａ））。次に、フィルタ層５０を形成したい領域の周囲に粘着層６１を設ける（同図（ｂ））。この粘着層６１によって、マスク６３を取り除いた際に繊維集合体６４がマスク６３と共に除去されるのを防ぎ、電極１１の周囲にも繊維集合体６４を残すことができる。そして、粘着層６１の外部にある２つの導電層１５間、図示例では１対の端子１２間を導通板６２にて導通する（同図（ｃ））。その後、粘着層６１を取り囲むようにマスク６３を置き（同図（ｄ））、導電層１５と塗布ノズル先端（図示せず）の間に電圧を印加しながら、塗布ノズルから上記樹脂の混合液を噴霧する。そうすると、電界が印加している部分に集中して樹脂からなるナノファイバーが堆積し、フィルタ層５０となる繊維集合体６４が形成される（同図（ｅ））。そして、マスク６３を除去すると、同図（ｆ）に示すように、電極１１上並びにその近傍に繊維集合体６４が形成される。この後、特開２００７−７０７３８号公報の記載に従い、繊維集合体６４を硬化して、フィルタ層５０を形成する。フィルタ層５０の膜厚はスプレー量により決められ、スプレー速度や印加電圧などを適宜調整して、所望する膜厚、ポア径の繊維集合体６４を形成する。
In Japanese Patent Laid-Open No. 2007-70738, the electrospray deposition method is described as a method of forming an aggregate made of ultrafine fibers of phenol resin. In the present invention, for example, the
用いられる樹脂や溶媒の種類、硬化条件は特開２００７−７０７３８号に例示された樹脂や溶媒、硬化条件を適用することができ、当該公報に記載されたものに限られない。また、これに記載された樹脂の他にも、例えばポリアクリロニトリル、キトサンなどの高分子成分が例示され、溶媒として水を用いることもできる。これらの中で、試薬層１３に用いられる試薬の失活が防がれる条件が好ましく選択される。このような観点から、繊維集合体６４の硬化は、気相化、３０℃〜２００℃程度の低い熱処理により行うのが好ましい。また、スプレー後、室温に放置して硬化させることにしてもよい。所望するポア径や膜厚が得られるように、スプレー時の印加電圧（電界）の大きさやスプレー速度、樹脂濃度などが適宜調整される。また、樹脂は好ましくは試料となじみがよいものを選択する。
The resin, solvent, and curing conditions exemplified in JP-A-2007-70738 can be applied to the types of resins and solvents used, and the curing conditions are not limited to those described in the publication. In addition to the resins described therein, polymer components such as polyacrylonitrile and chitosan are exemplified, and water can be used as a solvent. Among these, conditions that prevent the inactivation of the reagent used for the
もっとも、本発明においては、フィルタ層５０は測定に影響を与える成分を除去できればよい。このために、一定のポア径のフィルタ層５０ができる限りにおいて、繊維集合体６４の硬化後、特開２００７−７０７３８号公報に記載されているような繊維の賦活化、炭素化の処理は不要である。
However, in the present invention, the
こうしてフィルタ層５０を形成した基板１０上に、スペーサ２０及びカバー３０を貼り合わせることによって、本発明のセンサチップ１が作製される。
The
上記製造方法を採用した結果、従来法のようにフィルタ層を形成するフィルタ部材の製造工程や所定の形状に裁断する工程が不要になり、基板１０上への電極１１や端子１２の形成、試薬層１３の形成、フィルタ層５０の形成、スペーサ２０及びカバー３０の貼り合わせの工程が一貫して行える。
As a result of adopting the above manufacturing method, the manufacturing process of the filter member for forming the filter layer and the process of cutting into a predetermined shape as in the conventional method are not required, the formation of the
この方法では、基板１０上に形成された一対の端子１２（又は電極１１）を導電層１５として利用できる。この結果、この端子１２（又は電極１１）と塗布ノズルとの間で電界を印加することができるため、電界を印加するための導電層を新たに設けなくてもよいという利点を有する。
In this method, a pair of terminals 12 (or electrodes 11) formed on the
また、この方法においては、電極材料としては、試料との副反応の可能性の低い電位窓の広い電極材料が好適である。電位窓が広いとは、測定対象成分以外のイオン、分子との電流密度が低く、試薬との反応で生成されるイオンによる電流密度と比べて無視できる印加電圧範囲（図１で言うと、２つの電極１１の間に印加される電圧）が広いことを言う。具体的には、カーボン、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンド、鉛、水銀が例示される。これらの電極材料は水分解が生じにくく、試料が血液のような水溶液であれば、電位窓が大きくなる。その一方、これらの電極材料は、導電層（電極から端子の導通部分）の電気抵抗が高くなり、電流値でセンシングを行う場合、その電気抵抗が障害となる可能性がある。従って、水分解等の副反応発生電圧を調べた上で、その副反応発生電圧より低い範囲でセンシングするのであれば、必ずしも電位窓が広くなくてもよい。例えば、白金や金の水素過電圧は非常に低いため、水溶液のサンプルでの水素発生電位付近での使用は避けるべきであるが、酵素とグルコースの反応生成時における酸素発生の過電圧は非常に大きいため、水分解電位付近での使用には望ましい材料である。
In this method, an electrode material having a wide potential window with a low possibility of side reaction with the sample is suitable as the electrode material. A wide potential window means that the current density with ions and molecules other than the component to be measured is low, and the applied voltage range is negligible compared to the current density due to ions generated by reaction with the reagent (in FIG. 1, 2 The voltage applied between the two
図４は上記方法の変法を示す工程図である。この方法は、複数の基板１０上に繊維集合体６４を多数同時に形成する方法を示している。つまり、同図（ａ）に示すように、個々の基板１０にカットする前の状態にある基板材料１８の所定位置に複数対の電極１１を形成する。このとき、ある基板１０上に形成された一対の電極１１のうち一方の電極１１と、隣接する基板１０上に形成された一対の電極１１のうち一方の電極１１を導通路１６で電気的に接続しておく。そして、フィルタ層５０を形成したい所定領域を囲むように粘着層６１を形成する（同図（ｂ））。その後、上記と同様の方法で電圧を印加しながら樹脂溶液をスプレーして、多数の繊維集合体６４を形成した後、個々の基板１０にカットする（同図（ｃ））。このようにすれば、一度に多数の基板１０上に繊維集合体６４を形成することができる。
FIG. 4 is a process diagram showing a modification of the above method. This method shows a method of simultaneously forming a large number of
フィルタ層５０の形成方法として、上記方法以外にも、例えば、（２）スプレーパイロリシス法による方法、（３）電解メッキ膜形成法による方法、（４）金属化合物の粉末を含むペーストを印刷し、焼結又は乾燥する方法、（５）非ゾル−ゲル溶液の塗布による方法などが例示される。
In addition to the above method, the
これらの方法のうち、（２）スプレーパイロリシス法による方法として、例えば静岡県富士工業技術センター報告（第１６号（２００７）ｐ３７〜４３、第１５号（２００５）ｐ４２〜４５，第１４号（２００４）ｐ４２〜４５）に記載の方法が例示される。これらの報告に記載された方法は、酸化チタンなどの金属化合物の微粉末を、金属化合物の前駆体化合物の溶液に分散させた溶液を高温下にスプレーする方法である（スプレー熱分解：請求項６に該当する方法である。）。この膜は、必要に応じて気相プロセス（還元・酸化処理）による改質を加えることができるが（前記報告第１６号（２００７）ｐ３７〜４３）、改質前の膜をフィルタ層５０として用いても差し支えない。つまり、図３（ａ）に示す電極１１上の所定領域（例えば図３（ｂ）に示す粘着層６１で囲まれた範囲に相当する領域）に酸化チタンなどの微粉末を、酸化チタンの前駆体であるチタンテトライソプロポキシドのイソプロピルアルコール溶液に分散させた液を高温下でスプレーし、加熱焼成する。なお、スプレーパイロリシス法では粘着層６１は必須のものではない。
Among these methods, (2) As a method by the spray pyrolysis method, for example, Shizuoka Prefecture Fuji Industrial Technology Center report (No. 16 (2007) p37-43, No. 15 (2005) p42-45, No. 14 ( 2004) The method described in p42 to 45) is exemplified. The method described in these reports is a method of spraying a solution in which a fine powder of a metal compound such as titanium oxide is dispersed in a solution of a precursor compound of a metal compound at a high temperature (spray pyrolysis: claims) 6). Although this film can be modified by a gas phase process (reduction / oxidation treatment) as necessary (Report No. 16 (2007) p37-43), the film before the modification is used as the
この方法において、金属化合物としては上記のごとく酸化チタンが例示されるが、酸化チタンに限らず、酸化マグネシウムその他の金属酸化物を使用できる。そして、金属酸化物の前駆体としてこれらのアルコキシドの溶液を使用できる。スプレー時の温度も用いる金属化合物に応じて適宜設定されるが、その温度は概ね１００〜５００℃程度であり、上記報告の記載のごとく、温度を変えながら、複数回に渡りスプレーと焼成を繰り返して、所望する膜厚にするのが好ましい。また、酸化チタンの濃度としては目安として０．１mmol/ｌ〜１０００mmol/ｌ、チタンテトライソプロポキシドの濃度としては、目安として０．０１mmol/ｌ〜１０mmol/ｌである。 In this method, as the metal compound, titanium oxide is exemplified as described above, but not limited to titanium oxide, magnesium oxide and other metal oxides can be used. And the solution of these alkoxides can be used as a precursor of a metal oxide. The temperature at the time of spraying is appropriately set according to the metal compound to be used, but the temperature is about 100 to 500 ° C., and as described in the above report, spraying and firing are repeated several times while changing the temperature. Thus, the desired film thickness is preferable. In addition, the concentration of titanium oxide is 0.1 mmol / l to 1000 mmol / l as a standard, and the concentration of titanium tetraisopropoxide is 0.01 mmol / l to 10 mmol / l as a standard.
（３）電解メッキ膜形成法による方法としては、例えば特開２００２−３５６４００号公報に記載の方法が例示される。この公報に記載された方法は、基板１０上の電極１１に針状の酸化亜鉛結晶を膜状に成長させる方法である。さらに具体的に言うと、亜鉛イオン（亜鉛原子イオン）と界面活性剤や有機溶媒などの添加剤を含む電解液中に、電極１１を形成した基板１０を浸漬し、電解液中に浸漬した対極や作用極（いずれも図示せず）との間で電圧を印加して電着させる方法である（請求項８に該当する。）。すなわち、図３（ａ）に示す電極１１が形成された基板１０のうち、フィルタ層５０を形成したい部分を上記電解液中に浸漬して、電着させる。あるいは、フィルタ層５０を形成したい部分を除いた領域をマスキングして、電解液中に浸漬して成膜（電着）する。
(3) As a method by the electrolytic plating film forming method, for example, a method described in JP-A-2002-356400 is exemplified. The method described in this publication is a method in which needle-like zinc oxide crystals are grown in the form of a film on the
フィルタ層５０の膜厚やポア径は、酸化亜鉛結晶の成長度に依存する。この成長度は、溶液中の酸化亜鉛濃度、印加電圧、電解液の温度や添加剤の濃度、電解時間等によって調整される。従って、これら成長度を決める因子を適宜調整して、所望する膜厚となるまで、酸化亜鉛の結晶を成長させる。具体的な条件として、当該公報に記載された条件を例示でき、亜鉛イオン濃度として、０.０００５〜０.０５mol/ｌ、添加剤として有機溶媒であれば、脂肪族溶媒や芳香族溶媒を体積比（有機溶媒／（有機溶媒＋電界溶液））で３％以上２０％以下、添加剤として界面活性剤であれば、１mmol/l〜１.０mmol/lである。
The film thickness and pore diameter of the
この方法においても、用いられる金属は酸化亜鉛に限定されるものではなく、電解液として用いられる有機溶媒、界面活性剤などの添加剤も適宜選択すればよい。なお、この場合における電極１１は、上記（１）で述べたのと同様に、いわゆる電位窓の広い電極１１材料を選択するのが好ましい。
Also in this method, the metal to be used is not limited to zinc oxide, and additives such as an organic solvent and a surfactant used as an electrolytic solution may be appropriately selected. In this case, it is preferable to select an
（４）金属化合物の粉末を含むペーストを印刷し、焼結又は乾燥する方法としては、例えば、三重県科学技術振興センター工業研究部研究報告（Ｎｏ.３１（２００７）ｐ１１〜１７）に記載の方法が例示される（請求項１に該当する。）。２００７年の報告に記載された方法は、下記の前駆体ゾルと酸化チタンの微粒子を含むペーストの混合物であるゾル・ゲル複合ペーストを基板１０上にスキージし、リフロー炉などを用いて大気雰囲気下で焼成する方法である。つまり、図３（ａ）に示す電極１１上の所定領域（例えば同図（ｂ）に示す粘着層６１で囲まれた範囲に相当する領域：この方法においても粘着層６１は必須のものではない。）にゾル・ゲル複合ペーストをスキージする。また、ペーストではないが、同研究報告Ｎｏ.２７（２００３）ｐ２８〜３５や同Ｎｏ.２８（２００４）ｐ２３〜２７に記載方法のように、酸化チタンを含むゾルにポリエチレングリコールを加えた前駆体ゾルのみを用いてフィルタ層５０を形成してもよい。ただし、低温で焼成できる観点から、前駆体ゾルに酸化チタンの微粒子を含むペーストの混合物を用いるのが好ましい。
(4) As a method of printing and sintering or drying a paste containing a metal compound powder, for example, described in Mie Prefectural Science and Technology Promotion Center Industrial Research Department Research Report (No. 31 (2007) p11-17) A method is exemplified (corresponding to claim 1). The method described in the 2007 report squeegees a sol-gel composite paste, which is a mixture of the following precursor sol and a paste containing fine particles of titanium oxide, onto a
この方法においても、焼結温度やゾルに用いる溶媒、前駆体ゾルと酸化チタンを含むペーストとの混合比などフィルタ層５０の形成条件は適宜設定される。また、酸化チタン以外の金属化合物を使用することもできる。また、フィルタ層５０の膜厚は、複合ペーストの塗布量によって決まるが、上記報告の記載に準じて、複数回に分けて複合ペーストをスキージし、スキージ毎に加熱しても差し支えない。
Also in this method, the formation conditions of the
（５）非ゾル−ゲル溶液の塗布による方法としては、例えば、特開２００４−３５３２４号公報に記載された方法が例示される。この公報に記載された方法は、チタン酸アルコキシド（Ｔｉ（ＯＲ）４（Ｒ：アルキル又はアリール基））を、水を含まない揮発性溶媒などに溶解した溶液をスピンコートやスプレーなどの方法により塗布し、その後加熱して膜を形成する方法である（請求項１１に該当する方法である。）。すなわち、図３（ａ）に示す電極１１が形成された基板１０の表面、フィルタ層５０を形成したい領域に前記溶液をスピンコートやスプレーなどの方法により塗布した後加熱し、フィルタ層５０を形成する。また、溶液の塗布及び加熱を繰り返すことにより、所望する膜厚のフィルタ層５０を形成できる。この方法はゾルゲル方法とは異なり、溶液の塗布で製膜できる。従って、膜厚のコントロールが容易で、スピンコートやスプレーなど簡単な塗布によりフィルタ層５０を形成できる利点がある。
(5) As a method by application of a non-sol-gel solution, for example, the method described in JP-A-2004-35324 is exemplified. The method described in this publication uses a solution obtained by dissolving titanic acid alkoxide (Ti (OR) 4 (R: alkyl or aryl group)) in a volatile solvent not containing water by a method such as spin coating or spraying. It is a method of applying and then heating to form a film (a method corresponding to claim 11). That is, the
また、上記の方法以外にも、例えば（６）化学工業社発行、ケミカルエンジニアリング、２００５年７月号ｐ３８〜４２頁に記載された酸化チタン膜（ナノ多孔性チタニア膜）をいわゆるゾル−ゲル法で形成する方法が例示される。すなわち、チタニウムテトライソプロポキシドなどのアルコキシドを加水分解し、その後酸によって再分散してゾルを得たのち（解膠法）、このゾルを用いてゾル−ゲル法を適用して、所定領域にフィルタ層５０を形成する（請求項１３に該当する方法である。）。もっとも、ゾルの形成は解膠法に限られるものではない。
In addition to the above method, for example, a titanium oxide film (nanoporous titania film) described in (6) Chemical Industry Co., Ltd., Chemical Engineering, July 2005, p. The method of forming is illustrated. That is, after hydrolyzing an alkoxide such as titanium tetraisopropoxide and then redispersing with an acid to obtain a sol (peptization method), a sol-gel method is applied to the predetermined region using this sol. A
図５は本発明の別な実施形態であるセンサチップ１の概略的分解斜視図、図６は当該センサチップ１の概略断面図である。このセンサチップ１は図１及び図２に示すセンサチップ１とほぼ同様な構造を有するが、フィルタ層５０が試料導入口４１近傍の基板１０上に形成され、フィルタ層５０が試料導入口４１を塞いでいる点で異なる。また、空気抜き用の孔３１がカバー３０に設けられている。このフィルタ層５０においても、上記方法のいずれをも適用である。例えば、（１）エレクトロスプレーデポジション法による場合であれば、図７に示すようにフィルタ層５０を形成したい領域に、電極１１や端子１２の形成と同時に電界印加用の導電層１７を形成する。また、図示はしないが、導電層１７に電界を印加するための印加用電極をその側方に引き出しておくとよい。そして、この導電層１７を囲むようにしてマスク（図示せず）を置き、フェノール樹脂と有機溶媒の混合液をスプレーして、上記と同様の方法にしてフィルタ層５０を形成する。
FIG. 5 is a schematic exploded perspective view of a
また、（２）スプレーパイロリシス法による方法では、酸化チタンなどの微粉末を分散させた溶液を、フィルタ層５０を形成したい領域に高温下でスプレーし、焼成する。（３）電解メッキ膜形成法による方法では、電極１１の形成と同時に対極等と電圧印加用の導電層（図示せず）を形成し、亜鉛イオンと界面活性剤や有機溶媒などの添加剤を含む電解液中に浸漬して電着する。（４）金属化合物の粉末を含むペーストの方法では、ゾル・ゲル複合ペーストを、フィルタ層５０を形成したい領域に塗布して焼成する。（５）や（６）の方法では、それぞれフィルタ層５０を形成したい領域に製膜用の溶液やゾルを塗布する。これらいずれの方法によっても、試料導入口４１の近傍にフィルタ層５０を設けることができる。
Further, (2) in the method using the spray pyrolysis method, a solution in which fine powders such as titanium oxide are dispersed is sprayed at a high temperature on a region where the
しかしながら、上記の各センサチップ１では上記の１対の電極１１の近傍に試薬層１３が形成されている。このため、上記の各方法においては、その成膜条件、特に焼成、加熱時の温度条件によって試薬層１３の試薬が失活することが想定される。そこで、試薬層１３の試薬が失活するのを防ぐ条件や工夫が必要される。また、このような観点からは、比較的試薬の失活が少ない（１）エレクトロスプレーデポジション法や（５）の非ゾル−ゲル溶液の塗布による方法の使用が望ましい。
However, in each
図８は本発明のさらに別な実施形態であるセンサチップ１の概略断面図である。このセンサチップ１はカバー３０に試料導入口４１が備えられ、カバー３０の裏面にフィルタ層５０を有している。カバー３０は空気抜き用の孔３１を備えている。このセンサチップ１では、カバー３０の試料導入口４１から供給された試料はフィルタ層５０でろ過されて反応空間４０に供給される。そして、この電極１１の近傍に備えられた試薬層１３との反応によって一対の電極１１間に起電力を生じさせる。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a
フィルタ層５０は上記（１）〜（６）のいずれの方法によっても形成できる。例えば（１）エレクトロスプレーデポジション法による場合であれば、カバー３０裏面のフィルタ層５０を形成したい領域に電界印加用の導電層（図示せず）を形成した上で、樹脂溶液をスプレーして繊維集合体６４を形成する。また、（２）スプレーパイロリシス法によれば、酸化チタンなどの微粉末を分散させた溶液を高温下でフィルタ層５０を形成する領域にスプレーする、（３）の電解メッキ膜形成法による方法では、フィルタ層５０を形成する領域に予め電界印加用の導電層（図示せず）を形成した上で、電解液に浸漬して電着させる、（４）金属化合物の粉末を含むペーストを印刷し、焼結又は乾燥する方法では、上記ゾル・ゲル複合ペーストをフィルタ層５０を形成する領域に塗布する、（５）非ゾル−ゲル溶液の塗布による方法や（６）ゾル−ゲル法による方法では、それぞれフィルタ層５０を形成したい領域にチタン酸エステルを溶解した溶液や金属アルコキシドから得られたゲルを塗布して形成すればよい。
The
このように、カバー３０にフィルタ層５０を設けた場合では、カバー３０には試薬層１３がないので、加熱や電解液による試薬の失活が防止される。従って、フィルタ層５０のポア径や成膜条件などの選択肢が広げられ、より効果的なフィルタ層５０を得ることができる。
Thus, when the
上記の各実施形態においては、血液中の測定対象成分と試薬との反応により生じた起電力を一対の電極１１から取り出すセンサチップ１について説明したが、本発明はこのような電極１１を有するものでなくても適用できる。例えば、カバー３０（又は基板１０）を蛍光を透過させる蛍光透過性材料から作製し、蛍光標識された抗体（又は抗原）を試薬層１３として用いるセンサチップ１が例示される。このセンサチップ１では、血球などの固形成分がろ過された血液中の抗体（又は抗原）が試薬層１３中の試薬と反応し、生じた蛍光量を測定することにより、血液中の濃度を測定できる。また、血液中の測定対象成分と試薬層１３中の試薬が反応し、その反応によって生じる特定波長の吸光度の変化（発光や消光のいずれでもよい）を測定するセンサチップ１などにも適用できる。この構造であれば、基板１０上に形成された試薬層１３を覆うようにしてフィルタ層５０を形成する。このとき、必要に応じで電圧（又は電界）を印加するための導電性を試薬層１３の下層や試薬層１３の近傍などに形成すればよい。
In each of the above embodiments, the
さらに、測定対象も血液に限定されるものではない。本発明は、固形成分が含まれた溶液、例えば、実験室や研究室などで得られる各種の反応溶液（サンプル）や河川の水などを試料とするセンサチップにも適用できるのは言うまでもない。 Furthermore, the measurement object is not limited to blood. It goes without saying that the present invention can also be applied to a sensor chip using a solution containing a solid component, for example, various reaction solutions (samples) obtained in a laboratory or laboratory, river water, or the like as a sample.
次に、上記（１）で示した方法により、基板上にフィルタ層を試作した。予め、所定の大きさにカットしたガラス製の基板に、図３（ａ）に示すような形状の１対の電極及び端子を導電性ペーストから作製した。次に、この電極を囲むようにして粘着層を形成し、１対の端子間を導通板にて導通した。その後、粘着層の周囲にマスキングを施し、株式会社フューエンス製、エスプレイヤーＥＳ２０００を用いて、当該導通板と装置のノズルとの間に１０ｋＶの電圧を印加しながら、１０％のポリアクリロニトリルの水溶液を粘着層で囲まれた領域にスプレーした。そして、粘着層周囲のマスクを取り去り、フィルタ層を形成した。 Next, a filter layer was prototyped on the substrate by the method shown in (1) above. A pair of electrodes and terminals having a shape as shown in FIG. 3A were prepared from a conductive paste in advance on a glass substrate cut to a predetermined size. Next, an adhesive layer was formed so as to surround this electrode, and a pair of terminals were connected with a conductive plate. Then, the periphery of the adhesive layer was masked, and a 10% polyacrylonitrile aqueous solution was applied while applying a voltage of 10 kV between the conductive plate and the nozzle of the apparatus using Esplay ES2000 manufactured by Fuence Co., Ltd. The area surrounded by the adhesive layer was sprayed. Then, the mask around the adhesive layer was removed to form a filter layer.
以上のように本発明によれば、予め成膜されたフィルタを所定形状にカットし、このカットされたフィルタ層を基板上に貼り付けることなく、電極の形成工程に連続して、良好なフィルタ層を基板上に作製できた。 As described above, according to the present invention, a filter formed in advance is cut into a predetermined shape, and a good filter is formed continuously with the electrode forming step without sticking the cut filter layer on the substrate. A layer could be made on the substrate.
１０ 基板
１１ 電極
１３ 試薬層
５０ フィルター層
６１ 粘着層
６３ マスク
10
Claims (14)
前記基板又はカバーの所定領域に、金属化合物の粉末を含むペーストを塗布する工程と、
基板又はカバーに塗布されたペーストを焼成してフィルタ層を形成する工程を含むことを特徴とするセンサチップの製造方法。 Remove the reaction space between the substrate and the cover to react the component to be measured in the sample to be measured and the reagent, and remove at least part of the component other than the component to be measured in the sample to remove the component to be measured and the reagent. A sensor chip manufacturing method comprising a filter layer for contacting in the reaction space,
Applying a paste containing a metal compound powder to a predetermined region of the substrate or cover;
A method for producing a sensor chip, comprising a step of baking a paste applied to a substrate or a cover to form a filter layer.
フィルタ層を形成する樹脂を含む溶液をスプレーするノズルと、基板又はカバーの所定位置に形成された導電層の間に電圧を印加しながら、前記溶液をスプレーして繊維集合体を形成する工程を含むセンサチップの製造方法。 Remove the reaction space between the substrate and the cover to react the component to be measured in the sample to be measured and the reagent, and remove at least part of the component other than the component to be measured in the sample to remove the component to be measured and the reagent. A sensor chip manufacturing method comprising a filter layer for contacting in the reaction space,
A step of spraying the solution to form a fiber assembly while applying a voltage between a nozzle that sprays a solution containing a resin that forms the filter layer and a conductive layer formed at a predetermined position of the substrate or cover. A method for manufacturing a sensor chip.
基板又はカバーの所定位置に、金属化合物の微粉末を分散させた溶液を高温下でスプレーして、当該基板又はカバー上にフィルタ層を形成する工程を含むセンサチップの製造方法。 Remove the reaction space between the substrate and the cover to react the component to be measured in the sample to be measured and the reagent, and remove at least part of the component other than the component to be measured in the sample to remove the component to be measured and the reagent. A sensor chip manufacturing method comprising a filter layer for contacting in the reaction space,
A method for producing a sensor chip, comprising: spraying a solution in which a fine powder of a metal compound is dispersed at a predetermined position on a substrate or cover at a high temperature to form a filter layer on the substrate or cover.
金属イオンを含む電解液中で、基板又はカバーの所定位置に形成された導電層と少なくとも対極との間で印加して、当該基板又はカバー上にフィルタ層を形成する工程を含むセンサチップの製造方法。 Remove the reaction space between the substrate and the cover to react the component to be measured in the sample to be measured and the reagent, and remove at least part of the component other than the component to be measured in the sample to remove the component to be measured and the reagent. A sensor chip manufacturing method comprising a filter layer for contacting in the reaction space,
Production of a sensor chip including a step of forming a filter layer on a substrate or cover by applying between a conductive layer formed at a predetermined position of the substrate or cover and at least a counter electrode in an electrolytic solution containing metal ions Method.
前記基板又はカバーの所定領域に、非ゾル−ゲル法溶液を塗布する工程と、
基板又はカバーに塗布された溶液を乾燥、又は乾燥後加熱して、フィルタ層を形成する工程を有するセンサチップの製造方法。 Remove the reaction space between the substrate and the cover to react the component to be measured in the sample to be measured and the reagent, and remove at least part of the component other than the component to be measured in the sample to remove the component to be measured and the reagent. A sensor chip manufacturing method comprising a filter layer for contacting in the reaction space,
Applying a non-sol-gel solution to a predetermined region of the substrate or cover;
A method for producing a sensor chip, comprising a step of drying a solution applied to a substrate or a cover or heating the solution after drying to form a filter layer.
前記基板又はカバーの所定領域に、金属の有機化合物からなるゾルを塗布する工程と、
塗布したゾルを乾燥、加熱処理する工程を含むことを特徴とするセンサチップの製造方法。 Remove the reaction space between the substrate and the cover to react the component to be measured in the sample to be measured and the reagent, and remove at least part of the component other than the component to be measured in the sample to remove the component to be measured and the reagent. A sensor chip manufacturing method comprising a filter layer for contacting in the reaction space,
Applying a sol made of a metal organic compound to a predetermined region of the substrate or cover;
A method for producing a sensor chip, comprising: drying and heat-treating the applied sol.
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