JPH10307119A - バイオセンサ - Google Patents
バイオセンサInfo
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- JPH10307119A JPH10307119A JP9118466A JP11846697A JPH10307119A JP H10307119 A JPH10307119 A JP H10307119A JP 9118466 A JP9118466 A JP 9118466A JP 11846697 A JP11846697 A JP 11846697A JP H10307119 A JPH10307119 A JP H10307119A
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Abstract
精度を向上させるとともに、測定時間を短縮する。 【解決手段】センサ基板1はカートリッジ2に収納さ
れ、カートリッジ2にはセンサ基板1の感応部3に対応
する位置に開口部4が設けられている。感応部3の他端
には本体と接続するための端子5が設けられ、使用時は
本体のコネクタと液密に嵌合される。開口部4の周りに
はすり鉢状のテーパー部6が設けられている。そしてカ
ートリッジ2には開口部4と先端とを結ぶ排液溝7が設
けられている。
Description
し、特にセンサチップをカートリッジに装着して用いる
バイオセンサに関する。
れた基質特異性を利用して複合試料中の特定物質を定量
するものである。現在、主に利用されている方法は、
1)酵素と発色試薬を組み合わせて酵素反応量を色調変
化に変換し、これを光学的に定量する方法と、2)電極
あるいはトランジスタと酵素を組み合わせ酵素反応量を
電気信号に変換して定量する方法の2つである。特に後
者の電気信号に変換する装置は、装置が小型かつ安価で
あるため、近年化学分析や臨床検査機器を中心に急速に
その用途を拡大しつつある。代表的なものに電極や電界
効果型トランジスタ上に酵素を固定化したバイオセンサ
がある。
センサの中で、平板上に電極やトランジスタを形成した
いわゆるプレーナ型のものは、半導体微細加工技術を利
用して製造できるため小型化に適し、量産性にも優れて
いる。そして、このセンサチップを液密に保持するカー
トリッジに収納して用いるのが一般的である。これはこ
のセンサが通常血液や尿などの液体に接触させて用いら
れるためであり、接続部の防水性確保、センサチップの
保護、交換を容易にすることなどが目的である。このよ
うなバイオセンサの例は特開平7−159366や特開
平8−247987号公報に見ることができる。
式図である。(a)は平面図であり、(b)は図9
(a)のA−A′線で切断した部分断面図である。セン
サ基板101には一端の近傍に基質感応部である酵素電
極、電界効果型バイオセンサなどが設けられ、他端にセ
ンサと外部の本体とを電気的に接続する端子105が設
けられている。なお図では本体は省略してある。センサ
基板101はカートリッジ102に収納されている。カ
ートリッジ102にはセンサ基板101の感応部103
と対応する位置に開口部104が設けられており、その
裏面にはOリング108が設置され、感応部103を除
いてセンサ基板101を液密に保持している。また、開
口部104の周囲はすり鉢型のテーパー部106が設け
られている。
る。図10はこのセンサの使用方法を示す断面模式図で
ある。まず、図10(a)のようにカップ120に尿な
どの被検液114をとり、開口部104が完全に液中に
没するようにカートリッジ102を被検液114に浸漬
する。ここで開口部104の周囲にテーパー部106が
設けられているために、開口部104に気泡が残存せ
ず、被検液114は速やかに感応部103に接触する。
次に電極間に電圧を印加して電流を測定するなどの所定
の操作を行う。そして測定が終わったら被検液114か
らカートリッジ102を引き上げる。このとき被検液1
14は重力あるいは人の手によって加えられる遠心力に
よって、テーパー部106を通ってカートリッジ102
の外に排出される。次に水などでカートリッジ102お
よび感応部103を洗浄し、次の測定を行う。以上の測
定は液にカートリッジを浸漬して行うと述べたが、開口
部104に被検液114を滴下して行っても全く同様の
測定が可能である。この場合、被検液114の量が極め
て少なくて済むという利点がある。
なバイオセンサには誤差が生じやすく、応答が遅いとい
う問題点があった。図10(b)はカートリッジ102
を被検液114から引き上げたときのカートリッジ10
2の状態を示す断面模式図である。従来のバイオセンサ
では開口部104の端面とテーパー部106との間に段
差があるため、測定が終わっても図のように開口部10
4に被検液114が残留してしまう。この被検液114
は洗浄によって取り除くことができるが、今度は洗浄液
が開口部104に残留する。そのままの状態で次の測定
を行うと洗浄液が第2の被検液114に混入し測定に誤
差を生ずる。特に被検液114を開口部104に滴下す
る方法では測定にかかる被検液114の量が少ないた
め、誤差は非常に大きくなってしまう。また、浸漬する
方法のように被検液114の液量が多くて誤差が無視で
きるような場合でも、開口部内に残留した洗浄液が完全
に被検液114と入れ替わるまでに時間を要するため、
結果として測定時間を長くしなければ正確な測定が行え
なくなってしまっていた。
中に残留した液体を紙で吸い取ったり、エアガンで吹き
飛ばすなどすれば解決できるが、このような作業は煩わ
しいだけでなく、センサの感応部103を傷付け故障さ
せてしまう可能性があるため好ましくない。
されたものであり、その目的は、高精度な測定を短時間
で行え、かつ取り扱いの容易なバイオセンサを提供する
ことである。
ために本発明のバイオセンサでは、センサチップと、こ
のセンサチップを液密に保持するカートリッジと、この
カートリッジがセンサチップの感応部に対応する位置に
開口部を有するバイオセンサにおいて、カートリッジの
開口部とこのカートリッジの一端とを連通する溝を有す
る。また、好ましくは開口部の周囲にすり鉢状のテーパ
ー部を有する。さらに好ましくは溝と異なる方向に第2
の溝を設けている。
ッジとが開口部において耐水性両面テープによって液密
に接続されている。
り、カートリッジの開口部とカートリッジ一端とを連通
する親水性の部分を有している。これはカートリッジの
表面が疎水性であり、親水性の部分が親水処理によって
形成されているか、または親水性コーティングによって
形成されているか、または親水性のシートを貼付するこ
とによって形成されている。
て形成され、親水性の部分を除いて疎水処理されている
か、または親水性の部分を除いて疎水性コーティングさ
れているか、または親水性の部分を除いて疎水性のシー
トを貼付することによって形成されている。
して説明する。 (発明の実施の形態1)本発明のバイオセンサは少なく
ともセンサ基板1とカートリッジ2と電源、検出回路を
内蔵する本体から構成される。図1は本発明第1の実施
の形態を示す模式図である。(a)は平面図であり、
(b)は図1(a)のA−A′線で切断した断面図であ
る。本体は省略してある。
ートリッジ2に収納され、カートリッジ2にはセンサ基
板1の感応部3に対応する位置に開口部4が設けられて
いる。
である酵素電極、電界効果型バイオセンサなどが設けら
れ、他端にセンサと外部の本体とを電気的に接続する端
子5が設けられている。なお図では本体は省略してあ
る。端子5は使用時には本体のコネクタと液密に嵌合さ
れる。
鉢状のテーパー部6が設けられている。さらに開口部4
と先端とを結ぶ排液溝7が設けられている。また、図1
(b)に示すように開口部4と感応部3の接合面には両
者を液密に接合するためのシール材8が設けられてい
る。ここでカートリッジ2の外形は長さ10〜100m
m、幅5〜30mm、高さ2〜10mmであり、開口部
4の直径は1〜5mmである。開口部4の縁はナイフエ
ッジとなっていることが望ましいが0.2〜0.5mm
の垂直部があっても差し支えない。また、排液溝7の幅
は開口部4の直径と同程度に設定され1〜5mmであ
り、深さはテーパー部6の肉厚よりも若干小さくし1〜
5mmに設定される。なおここでは溝7を開口部4とカ
ートリッジ2の先端とを連通するように設けたが、他の
方向例えばカートリッジ2の側端と開口部4を連通して
設けても良い。テーパー部6の直径は開口部4の直径の
2倍程度で2〜10mm、角度は紙面の垂直方向に対し
て30〜70°に形成される。
図である。ここでは電流検出型のグルコースセンサを用
いる場合について説明する。ガラス、プラスチック、ガ
ラスエポキシなどのセンサ基板1にPtやカーボンから
なる作用極9、対極10および、Ag/AgClからな
る参照極11とが形成され、各電極から引き出されたリ
ードは他端まで延伸されて端子5と接続されている。各
電極は感応部3と端子5を除いて絶縁膜12でカバーさ
れている。これら3つの電極系の上には酵素固定化膜、
妨害物質除去膜、制限透過膜からなる感応膜13が形成
されている。
に示す。まず、ポリイミド基板に銅配線を形成したフレ
キシブルプリント配線板を用意する。銅配線は感応部の
3つの電極となる領域と端子を除いてポリイミドでカバ
ーされている。この上にフォトレジストを塗布した後、
フォトリソグラフィによって作用極9と対極10となる
領域のみのレジストを除去する。次いでPtをスパッタ
し100nm堆積させる。つぎにアセトンに浸漬してフ
ォトレジストを除去し作用極9と対極10を形成する。
次に同様にして参照極11となる領域に厚さ100nm
のAg電極を形成する。次にこれを塩化鉄水溶液に浸漬
してAg表面にAgClを析出させる。こうして電極基
板が完成する。次にこの電極基板に感応膜13を形成す
る。まずディスペンサを用いて感応部3にγ−アミノプ
ロピルトリエトキシシランを滴下し乾燥させる。さらに
ナフィオン、アセチルセルロース、グルコースオキシタ
ーゼとアルブミンとグルタールアルデヒドの混合溶液、
シリコーンを順次滴下・乾燥して積層する。センサ素子
としてはこのほかにカーボン電極を用いたもの、電界効
果型半導体のゲート部に酵素を固定化したものなども用
いることができる。
る。図3はカートリッジ2の構成を示す模式図である。
カートリッジ2の材質はABS、ポリスチレンなどのプ
ラスチック系材料が用いられる。カートリッジ2は図の
ように上下に分割された形になっており、その間にセン
サ基板1が実装される。実装の際には感応部3と開口部
4の位置を一致させ、両者の間に開口部4より大きな開
口を有するシール材8を挟持する。シール材8の厚さは
0.1mm前後が適当である。その状態で上下のカート
リッジ2を接着剤やねじなどで接合する。シール材8と
してはOリングや耐水性両面テープなどを用いることが
できるが、両面テープを用いると位置決めが容易になり
作業性がよい。
て説明する。図4は測定方法を示す断面模式図である。
まず図4(a)のように開口部4が完全に検体液14の
中に没するようにカートリッジ2を検体液に浸漬する。
この状態で所定時間測定を行う。電流検出型のグルコー
スセンサでは参照極−作用極間に0.4〜0.7Vが印
加して作用極9−対極10間の電流値を測定する。測定
は10秒程度で完了する。測定が終了したら検体液14
からカートリッジ2を取り出す。次に図4(b)のよう
に排液溝7の端を下に向けると開口部4に残っていた検
体液14は、重力の作用により排液溝7を通って図中の
矢印の方向に速やかに排出される。次いでこのカートリ
ッジ2を蒸留水などで洗浄する。洗浄水もまた排液溝7
から速やかに開口部4の外に排出される。このため、す
ぐに次の測定を行っても検体液14と洗浄水が混合する
ことがない。また、次の測定を連続して行っても開口部
4に洗浄水等が残留していないので、新しい検体液14
は速やかに感応部3に接触到達する。こうして測定の精
度が向上し、測定時間が短縮した。以上の例では容器に
入れられた被検液14を測定したが、被検液14を直接
開口部4に滴下しても良い。
と蒸留水による洗浄を繰り返したときの結果である。比
較のために排液溝7がないバイオセンサでの測定結果も
合わせて記載した。このグラフから明らかなように本発
明によって測定精度が向上した。また出力が飽和するま
での応答時間も30秒前後から5秒前後に短縮された。 (発明の実施の形態2)図6は本発明第2の実施の形態
を示す模式図であり、(a)は平面図、(b)は断面図
である。本実施の形態のカートリッジ2の表面は疎水性
であり、一端を開口部4、他端をカートリッジ2の先端
とする線分の近傍にのみ親水性領域15が形成してあ
る。その幅は開口部4の直径と同程度とし、1〜5mm
程度である。なお親水性領域15の他端はカートリッジ
2の先端以外の端面でも良い。他の構成は排液溝7のな
いことを除き実施の形態1と同一である。本実施の形態
の最も簡易な構成はカートリッジ2を疎水性の材料、例
えばポリエチレン、ポリプロピレン、ABS樹脂、ポリ
スチレン、ポリテトラフルオロエチレンなどを用いて作
製し、所定領域に親水処理を施すことである。ここで疎
水性材料とは水の接触角が80°以上のものと定義す
る。また、親水処理としては処理不要部分をマスクした
後、クロム酸を主成分とする水溶液(K2 Cr2 O7 :
H2 SO4 :H2O=75g:150g:120g)や
80℃程度に熱した硫酸溶液に浸漬する方法が代表的で
ある。またさらに簡易には所定領域のみにγ−アミノプ
ロピルトリエトキシシラン、3−(2−アミノエチルア
ミノプロピル)トリメトキシシランなど親水基を有する
シランカップリング剤を塗布すればよい。ここで疎水性
材料とは水の接触角が80°以上のものと定義する。あ
るいはポリビニルアルコール、ポリアクリル酸メチルな
ど親水性で厚さが0.1mm程度のシートを貼付しても
良い。
コール、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸ヒド
ロキシエチルなどの親水性の材料によってカートリッジ
2を形成し、液を排出する経路以外をジメチルクロロシ
ラン、オクタデシルトリエトキシシランなどのシランカ
ップリング剤やジメチルポリシロキサンなどを塗布して
疎水化処理しても良いし、ポリエチレン、ポリプロピレ
ンなど疎水性のシートを貼付して形成しても良い。ここ
で親水性材料とは水の接触角が60°以下のものと定義
する。
す模式図である。開口部4に残留した被検液14は表面
張力によって図中の矢印に示す方向に向かって引き寄せ
られ、図の下方に向かって速やかに排出される。
態1の排液溝7について行えば、排液の効率はさらに向
上する。 (発明の実施の形態3)図8は本発明第3の実施の形態
を示す模式図であり、(a)は平面図、(b)は断面図
である。本実施例ではカートリッジ2において実施の形
態1における排液のための排液溝7の他に、被検液を導
入するための導入溝16が付加されている。カートリッ
ジ2を容器内の液に浸漬する使い方が多い場合には導入
溝16を開口部4のカートリッジ2後端側に設けると良
い。こうすると開口部3に付着した気泡が上方に移動し
やすくなるので、気泡の残留による測定の失敗が少なく
なる。また、その幅および深さは排液溝7と同程度でよ
く、幅は1〜5mm、深さは1〜5mm程度であり、長
さは5〜10mm程度が望ましい。なお、排液溝7への
排液の凝集を妨げないためには導入溝16は疎水性であ
ることが望ましい。
は放出された尿を直接かけて使用される場合がある。こ
の場合、一旦開口部4に入った尿が衝突の反動で再び外
に出ていってしまう可能性がある。ところが本実施の形
態のように導入溝16があると被検液14を一時的に蓄
えることができるので、安定して測定ができるようにな
る。この場合には導入溝16がカートリッジ2後端側以
外の方向に形成されていても同様の効果が得られる。
プの感応部に対応する位置に開口部を有しこれを液密に
保持するカートリッジに、該開口部と該カートリッジの
一端とを連通する排液溝7、あるいは親水性の部分を設
けているため、測定完了後開口部に残った廃液、洗浄水
を速やかに排除することができる。このため液体中の成
分を定量する検査や分析の精度が向上し、測定に要する
時間が短縮された。
び断面模式図である。
面模式図である。
である。
び断面模式図である。
ある。
び断面模式図である。
式図である。
である。
Claims (12)
- 【請求項1】 センサチップと、前記センサチップを液
密に保持するカートリッジとを有し、前記カートリッジ
が前記センサチップの感応部に対応する位置に開口部を
有するバイオセンサにおいて、前記カートリッジの前記
開口部と前記カートリッジの一端とを連通する溝を有す
ることを特徴とするバイオセンサ。 - 【請求項2】 前記開口部の周囲にすり鉢状のテーパー
部を有することを特徴とする請求項1記載のバイオセン
サ。 - 【請求項3】 前記溝と異なる方向に第2の溝を有する
ことを特徴とする請求項1記載のバイオセンサ。 - 【請求項4】 前記カートリッジが撥水性部材で構成さ
れていることを特徴とする請求項1記載のバイオセン
サ。 - 【請求項5】 前記センサチップと前記カートリッジと
が前記開口部において耐水性両面テープによって液密に
接続されていることを特徴とする請求項1記載のバイオ
センサ。 - 【請求項6】 センサチップと、前記センサチップを液
密に保持するカートリッジとを有し、前記カートリッジ
が前記センサチップの感応部に対応する位置に開口部を
有するバイオセンサにおいて、前記カートリッジの表面
が疎水性であり、前記カートリッジの前記開口部と前記
カートリッジ一端とを連通する親水性の部分を有するこ
とを特徴とするバイオセンサ。 - 【請求項7】 前記カートリッジが疎水性の部材で構成
され前記親水性の部分が親水処理によって形成されてい
ることを特徴とする請求項6記載のバイオセンサ。 - 【請求項8】 前記カートリッジが疎水性の部材で構成
され前記親水性の部分が親水性コーティングによって形
成されていることを特徴とする請求項6記載のバイオセ
ンサ。 - 【請求項9】 前記カートリッジが疎水性の部材で構成
され前記親水性の部分が親水性のシートを貼付すること
によって形成されていることを特徴とする請求項6記載
のバイオセンサ。 - 【請求項10】 前記カートリッジが親水性部材によっ
て形成され、前記親水性の部分を除いて疎水処理されて
いることを特徴とする請求項6記載のバイオセンサ。 - 【請求項11】 前記カートリッジが親水性部材によっ
て形成され、前記親水性の部分を除いて疎水性コーティ
ングされていることを特徴とする請求項6記載のバイオ
センサ。 - 【請求項12】 前記カートリッジが親水性部材によっ
て形成され、前記親水性の部分を除いて疎水性のシート
を貼付することによって形成されていることを特徴とす
る請求項6記載のバイオセンサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9118466A JP3060991B2 (ja) | 1997-05-08 | 1997-05-08 | バイオセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9118466A JP3060991B2 (ja) | 1997-05-08 | 1997-05-08 | バイオセンサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH10307119A true JPH10307119A (ja) | 1998-11-17 |
JP3060991B2 JP3060991B2 (ja) | 2000-07-10 |
Family
ID=14737371
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9118466A Expired - Fee Related JP3060991B2 (ja) | 1997-05-08 | 1997-05-08 | バイオセンサ |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3060991B2 (ja) |
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