JP4670013B2 - バイオセンサーおよびその製造法 - Google Patents

Description

本発明は、バイオセンサーおよびその製造法に関する。さらに詳しくは、電極および端子を構成する導電体表面を覆うレジスト層を有するバイオセンサーおよび折り曲げ工程を有するバイオセンサーの製造法に関する。

従来、使い捨て型のセンサー(特許文献１および特許文献３)としては定量性を確保するために立体構造をとり、さらに毛細管現象(特許文献５および特許文献６)などを利用して試料液が自動的にセンサーの内部に導入する仕組みが知られている(特許文献７)。このような構成のセンサーは、電気絶縁性の基板上に、スペーサー、さらにカバーを積層して組み立てられる。基板上には電極パターン、カバー上には毛細管現象に必要な空気が抜けるために必要な空気孔が開けられている。これらの構成部品は各々所定の形状に予め打ち抜いておく必要があり、また立体加工における各部品の正確な重ねあわせのための位置決めも必要となるため、構成部品の数が増えるに従って立体加工の工程が複雑になる。さらに、これらのセンサーに分子識別素子やメデイエーターなどの試薬の塗布(特許文献２および特許文献４)や妨害物質の影響から回避するための膜(特許文献８)の形成などを必要とする場合は、さらに複雑な工程となるといった問題がある。
特開昭４７−５００号公報 特開昭４８−３７１８７号公報 特開昭５２−１４２５８４号公報 特開昭５４−５０３９６号公報 特開昭５６−７９２４２号公報 特表昭６１−５０２４１９号公報 特開平１−２９１１５３号公報 特開平３−２０２７６４号公報

上述した従来のセンサーは製造に多くの工程、材料を要し、複雑な構造をとらざるを得なかった。その結果として、製造ラインに多大な設備投資を必要とし、また製品の歩留まりも充分ではなく、コスト的に負担が大きかった。当然、材料調達時、製造時の環境負荷も大きいものであった。さらに特性上では複雑な工程、特に基板積層時の位置合わせなどのため、製造されたセンサー特性のばらつきの指標である変動係数(CV)も充分ではなかった。また、バイオセンサーの形状変化は測定の精度や再現性の低下を招くため、該バイオセンサーにおいて、製造後、カバー等の反り返りなどが発生しない、長期形状安定性を確保することが求められていた。

上記課題を解決するために、発明者らは先に一枚の電気絶縁性平面基板を折り加工または曲げ加工または折り曲げ加工することにより製造されるバイオセンサーを提案している。このバイオセンサーは一枚の電気絶縁性基板上に電極を形成させ、電極が基板の内側に配置されるように一枚の平面基板を立体的に加工することで電極配置を平面または立体的として、狭小な部位での定量的な測定を可能にするものであり、一枚の平面基板からセンサーの主要構造を構成することに特徴がある。しかるにかかる方法では、折畳み部分の反り返りを防ぐため、該折畳み部分への固定具の装着や、熱圧着、切断などが必要であり、また基板とカバーとの間に形成されるスペーサーの空きスペースを利用して試料導入口が形成されるため、試料導入口付近の基板とスペーサー、カバーの各構成材料との境界部分に形成される溝に試料液が染み渡り、試料体積が変動する問題があった。
特開２００５−２３３９１７号公報

図１６を用いて、上記バイオセンサーの問題点について詳しく説明する。a)およびb)は基板１の形状が異なるのみであり、従来のバイオセンサーの一組立例を示している。i)には、表面に導電体７，７が形成され、折畳み部分となるミシン目１６が設けられた一枚の基板１および電極反応部１３および端子１１を構成する部位以外の導電体表面を覆うレジスト層６が示されている。レジスト層６は、スペーサー２としても働く。ii)には、表面上にレジスト層６が形成された基板１および次の組立工程で被覆される接着剤層５が示されている。ここで、接着剤層５はレジスト層６と同様にスペーサー２としても働く。iii)では、表面に接着剤層５が形成された基板がミシン目１６に沿って折畳まれ、重なる前の状態を示している。iv)では、基板１によって形成された折畳み成形体１４であるバイオセンサー３を示している。この場合、ミシン目１６に沿って形成された折畳み部分がレジスト層６や接着剤層５などのスペーサーの厚みによって反り返ることがあるため、この部分に固定具を装着したり、熱圧着により反り返りストレスを除くなどの何らかの処置が必要であった。

図１７は、図１６で示したバイオセンサーの一使用例を示す図である。i)は、試料液１７をバイオセンサー３の試料導入口９に導入する前の状態、ii)は導入中の状態、iii)は導入後の状態を示している。ここで、iii)に示すように、試料液１７が試料導入口９付近のセンサー３側面を染渡っている様子が示されている。

かかる状態は、図１６b)iv)で示したバイオセンサーの断面図における使用例を示した図１８に、さらに明確に示されている。センサーのA-A’断面(電極反応部１３から外れた部分)およびB-B’断面(電極反応部１３の部分)について、i)では試料液１７を導入前の状態、ii)では試料液１７を導入後の状態をそれぞれ示している。ii)で明らかなように、従来のセンサーの場合、試料搬送路８以外にもセンサー３の下部つまり、試料導入口９に面した側面に試料液が回りこんでいる様子が示されている。

以上述べた如く、かかる折畳み式センサーでは製造工程の大幅な簡略化、材料の削減、極めて単純な構造などにより、従来のセンサーの製造法を大いに改善することに成功しているものの、該製造法により形成されたセンサーは、折畳み部分の反り返りを防ぐため、該折畳み部分への固定具の装着や、熱圧着、切断などが必要であり、また基板とカバーとの間に形成されるスペーサーの空きスペースを利用して試料導入口が形成されるため、２枚の基板に挟まれたスペーサーの空き部分に設けられた試料導入口の付近への試料液の周り込みを起こす場合があり、試料体積が変動する問題があった。試料体積の変動は、結果として測定値の変動を招く原因となる場合があり、周り込みを防ぐ何らかの対応が求められているのが現状である。

本発明の目的は、従来のセンサーのように製造に多くの工程、材料を要することなく製造が可能なバイオセンサーであって、かつ製造されたバイオセンサーが形状変化を起こさず、さらには試料体積を正確に規定し得るバイオセンサーおよびその製造法を提供することにある。

かかる本発明の目的は、絶縁性基板上に電極、スペーサーおよびカバーが順次形成されたバイオセンサーにおいて、絶縁性基板およびカバーが軟質シートにより繋がれ、該軟質シートの一部は電極および端子を構成する部位以外の導電体表面を覆うレジスト層として作用するとともに該レジスト層がスペーサーの一部を成し、絶縁性基板およびカバーを繋ぐ軟質シート部分において折畳まれ、電極がバイオセンサー内部に収納されているバイオセンサーによって達成され、かかるバイオセンサーは、電極を形成した絶縁性基板およびカバーの表面に軟質シート層および接着剤層を順次形成させた後、電極をバイオセンサー内部に収めるように、絶縁性基板およびカバーを繋ぐ軟質シート部分で絶縁性基板およびカバーを折畳むことにより製造される。

本発明に係るバイオセンサーは、その一部がレジスト層として作用する軟質シートにより、絶縁性基板およびカバーが繋がれているため、折畳み部分の反り返りが発生せず、これを防ぐための折畳み部分への固定具の装着や、熱圧着、切断などが必要ないといったすぐれた効果を奏する。

また、絶縁性基板およびカバーを繋ぐ軟質シート部分に測定対象試料の導入口を設けた場合には、試料導入口付近の試料液のまわり込みを防ぐことが可能となるため、試料体積を厳密に規定することが可能となる。

さらに、本発明に係る針一体型バイオセンサーは、折畳み構造のバイオセンサー内に穿刺針を内包固定した場合に、穿刺採血時に絶縁性基板およびカバーを繋ぐ軟質シート部分を穿刺針が突き破り、穿刺後、軟質シート材料の復元力によって穿刺針が元の位置に戻り、その際に新たに形成された試料導入口から採血が導入されることで、採血成分を電気化学的に測定することができる。

基板およびカバーとしては、電気絶縁性のものであれば足り、例えばプラスチック、生分解性材料、紙などが用いられ、好ましくはポリエチレンテレフタレートが用いられる。また、酸素透過性材料を用いることもでき、この場合には試薬の還元を防ぐことができるため、還元の状態に依存した測定値の変動を抑えるといった効果を奏する。

さらに、カバーについては後述する軟質シート形成材料と同一材料を用いることもでき、この場合には、カバーおよびレジスト層が一体をなすように構成することにより、軟質シート層が、絶縁性基板およびカバーを繋ぐ態様とすることができる。これにより、カバー部材を別途必要とせず、バイオセンサーの構成をより簡素化することができる。

電極は、基板上にスクリーン印刷法、蒸着法、スパッタリング法、箔貼り付け法、メッキ法などにより形成され、その材料としては、カーボン、銀、銀／塩化銀、白金、金、ニッケル、銅、パラジウム、チタン、イリジウム、鉛、酸化錫、白金黒などが挙げられる。ここで、カーボンとしては、カーボンナノチューブ、カーボンマイクロコイル、カーボンナノホーン、フラーレン、デンドリマーもしくはそれらの誘導体を用いることができる。

電極は、作用極と対極で形成される２極法または作用極と対極、参照極で形成される３極法、あるいはそれ以上の極数の電極法であってもよい。ここで、３極法を採用すると、測定対象物質の電気化学測定の他に、搬送路内に導入される採血の移動速度の計測ができ、これによりヘマトクリット値が測定できる。また、２組以上の電極系で構成されていても良い。

電極が形成された基板上には、試薬層(電極反応部)を形成することができる。試薬層はスクリーン印刷法またはデスペンサー法により形成され、この試薬層の電極表面または基板表面への固定化は、乾燥を伴う吸着法または共有結合法により行うことができる。バイオセンサーの電極反応部に配置する試薬としては、例えば血糖値測定用に構成する場合、酸化酵素であるグルコースオキシターゼおよびメディエーターとしてのフェリシアン化カリウムを含むものが挙げられる。試薬が血液によって溶解されると、酵素反応が開始される結果、反応層に共存させているフェリシアン化カリウムが還元され、還元型の電子伝達体であるフェロシアン化カリウムが蓄積される。その量は、基質濃度、すなわち血液中のグルコース濃度に比例する。一定時間蓄積された還元型の電子伝達体は、電気化学反応により酸化される。後述する測定装置本体内の電子回路は、このとき測定される陽極電流から、グルコース濃度(血糖値)を演算・決定し、本体表面に配置された表示部に表示する。

また、採血口の周辺および電極あるいは試薬層(電極反応部)表面に界面活性剤、脂質を塗布することができる。界面活性剤や脂質の塗布により、試料の移動を円滑にさせることが可能となる。

以上の採血が満たされる電極上に試薬層が設けられたバイオセンサーは、採血口から送り込まれる採血が電極上の試薬層と接触することにより、採血と試薬とが反応する。この反応は、電極における電気的な変化としてモニタリングされる。

(試薬層形成)電極は、軟質シートの一部により形成されるレジスト層によりその面積が規定される。軟質シートは、基板と反応あるいは溶解せず、折畳み時に折畳み部分の反り返りが発生しない程度の軟質な材料からなるもの、例えば紫外線または可視光線硬化型のビニル・アクリル系樹脂、ウレタンアクリレート系樹脂、ポリエステルアクリレート系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリフッ化ビニル、セロハンなどからなり、その厚みが約5〜500μm、好ましくは約10〜100μmのものが用いられる。レジスト層の使用の目的は電極および端子を構成する部位以外の導電体表面を覆い、電極パターンを明確にすることで電極面積を規定する以外にも、試薬層が存在しない試料搬送路を絶縁するなどの目的がある。このレジスト層を一部とする軟質シートは、これらレジスト層の目的に加えて、絶縁性基板およびカバーを繋ぐといった重要な役割を有している。この絶縁性基板およびカバーを繋ぐ軟質シート部の一部分に試料導入口を設けることで、試料導入口付近の試料液のまわり込みを防ぎ、試料体積を正確に規定したセンサーの製作が可能となるといったすぐれた効果を奏する。また軟質シートは、後述する穿刺針が設けられた針一体型バイオセンサーにおいて、電極反応層に配置された試薬層との接触を防ぐためにも用いることができるほか、穿刺採血時の穿刺膜として使用することもできる。穿刺膜として使用された場合には、穿刺後に形成される貫通穴により、試料導入口としても機能することとなる。

以上述べた軟質シート層は、(1)スクリーン印刷法、(2)熱圧着ラミネート法または(3)粘着テープを用いる方法などにより形成することができる。具体的には、
(1)絶縁性基板およびカバーの間に、剥離板を配置した後に、軟質シート層をスクリーン印刷法により形成する。かかる剥離板の材質としては、シリコーン、テトラフルオロエチレン、ポリエチレンなどが挙げられ、これらの剥離材を任意の板材表面に塗工したものを使用することもできる。この剥離板は絶縁性基板およびカバーの間の軟質シート部分を折畳む時に、剥離することによって取り除かれる。
(2)セロハンテープなどの粘着テープを用いて、2枚の絶縁性基板を繋ぐ。ただし、2枚の絶縁性基板間には、粘着部分が露出することとなるので、センサー形成後に該露出部分を切断することが好ましい。
(3)熱圧着可能なポリプロピレンシートの圧着面を、電極形成基板上へ重ね、100℃、250kg／cm²の条件で熱圧着する。このとき、シートの柔軟性を保つ必要がある部分に関しては、熱圧着を加えなければ足りる。このような熱圧着可能なシートは、市販されているポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリフッ化ビニルなどのラミネート材をそのまま用いることができる
などの方法により、軟質シート層が形成される。このような軟質シートの一部により形成されるレジスト層中には、酵素、メディエーターまたは界面活性剤のうち少なくとも一種の試薬を含有させることもできる。
特開昭５６−４２６５２号公報

軟質シート層が形成された基板およびカバーは、アクリル樹脂系接着剤などの接着剤を介して接着されてバイオセンサーを構成する。かかる接着剤層も、スクリーン印刷法により形成することが可能であり、約5〜500μm、好ましくは約10〜100μmの厚さで形成され、かかる接着剤層はレジスト層同様スペーサーとしても作用する。なお、接着剤層中に上記試薬を含有させることもできる。

また、以上の構成よりなるバイオセンサーは、電極を多数形成した長大な基板および長大なカバーを繋ぐように軟質シート層を設けたうえで、軟質シートの基板およびカバーを繋ぐ部分に沿って折りたたんだ後、センサー形状に打ち抜くことにより、一度に大量のバイオセンサーを製造できる。このような製造方法により作製される針一体型バイオセンサーは、再現性も大変に良くなり、従来の積層法によっては成しえなかった特長を有している。

また、接着剤層上には被検体の皮膚から体液を採取するための穿刺針を配置することもできる。穿刺針としては、被検体を穿刺する必要があるため、これに耐え得る強度を持ち、鋭利であることが望ましく、また穿刺時の痛みを抑えるために、細い穿刺針であることが好ましい。具体的には、テルモ社製で、21〜33ゲージのものが用いられる。穿刺針は被検体の皮膚を突き破ることができれば中空針であっても棒状針でも良い。さらに、穿刺針は使用されるまでバイオセンサー内に衛生的に収納されている必要があることから、抗菌・抗ウィルスに効果がある光触媒機能を針の先端表面に付与させても良い。その場合、酸化チタンまたは二酸化チタンの膜が望ましい。

ここで、試料搬送路内への試薬層、界面活性剤あるいは脂質の塗布により、その内部に収まる穿刺針が汚染される可能性がある。このような汚染を防ぐためには、穿刺針先端の周囲にこれらの試薬を塗布しないようにするか、あるいはレジスト層または接着剤層によって試料搬送路内の試薬層から隔離することが好ましい。

以上の構成よりなる針一体型バイオセンサーのうちバイオセンサー内部が密閉されているものについては、外気よりも陰圧の条件下、好ましくは真空条件下において製造することにより、センサー内部が陰圧状態で密閉され、穿刺後の試料搬送路内への採血の移動について毛細管現象に加えて、吸引手段を併用することができる。このような構成を採用することにより、採血を円滑に行なうことが可能となる。ここで、穿刺採血口付近に採血導入ガイドを設けることができる。採血導入ガイドの材質としては、例えばゲル、弾性材料、発泡性材料などが挙げられ、軟質シートと同一素材を用いることもできる。かかる材質よりなる採血導入ガイドは、陰圧を維持するとともに、被検体の皮膚と穿刺採血口との密着性を向上させるといった効果も併せて奏する。

本発明の針一体型バイオセンサーは穿刺駆動を備えた測定装置により穿刺・採血・測定の一連の操作が成されることが望ましい。その場合、例えば穿刺駆動については針がバイオセンサーの軟質シートを貫通して被検体の皮膚を突き破る機構と、穿刺直後、速やかに元の位置に戻る機構を備えていることが望ましい。

測定装置の構造上の特徴の一例を述べる。本測定装置は穿刺針駆動部と測定装置部が一体化しており、穿刺針駆動部は引き金部、穿刺開始ボタン部、バネなどの弾性体による駆動部から構成される。一方、測定装置部については、センサー導入部、コネクター、電気化学測定用回路、メモリ部、操作パネル、バイオセンサーの電極における電気的な値を計測する計測部および計測部における計測値を表示する表示部を基本構成としており、さらに、無線手段として電波、例えばブルートゥース(登録商標)を搭載することもできる。かかるスライド構造により、針一体型バイオセンサーを確実にホールドした状態を保ったまま穿刺駆動を受けるので、測定装置全体としての強度を高めることができる。測定装置には、さらに針一体型バイオセンサーの穿刺針を中心線とした左右非対称構造を測定用端子の突出部で認識できる機構を備えることができる。

測定装置の穿刺駆動は、針一体型バイオセンサー上部を鉛直方向にたたいた後、速やかに戻る機構がよく、さらに被検体の皮膚を穿刺する深度が調節可能な機構を有することが好ましい。

測定装置には糖尿病疾患による視覚障害に対応した音声ガイド機能及び音声認識機能、電波時計の内臓による測定データ管理機能、測定データなどの医療機関などへの通信機能、充電機能などを併せ持たせることができる。

測定装置の計測部における計測方法としては、特に限定はしないがポテンシャルステップクロノアンペロメトリー法、クーロメトリー法またはサイクリックボルタンメトリー法などを用いることができる。

以上より、本発明の針一体型バイオセンサーは、使用者を限定することのない、すなわち、ユニバーサルな企画に対応し得るものとなっている。

本発明による実施態様の針一体型バイオセンサーについて、それぞれ図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り以下の実施例に制限されるものではない。

図１は、本発明のバイオセンサーの一組立例を示している。図１a)はカバー付センサーを示し、b)はa)のセンサーにおいて、カバーが別途設けられず、軟質シートがカバーをも兼ねているセンサーを示す。a)i)には、表面に導電体７が形成された基板１とカバー１５およびこれらに被覆される軟質シート６が示されている。ここで、軟質シート６は、その一部が電極および端子を構成する部位以外の導電体表面を覆うレジストとして作用し、またスペーサー２としても働く。ii)には、表面上に軟質シートが形成された基板１とカバー１５および次の組立工程で被覆される接着剤層５が示されている。軟質シートは、基板１の電極反応部より左側の基板部分とカバー１５全体を覆うように設けられ、さらに、電極反応部および導電体７，７の右端部を除いた、基板上にも形成される。また、接着剤層５は、電極反応部および導電体７，７の右端部を除いた、軟質シート形成基板上に設けられる。この、接着剤層５は軟質シートと同様にスペーサー２としても働く。iii)では、表面に接着剤層５が形成された基板１にカバー部材１５が、基板およびカバーを繋ぐ軟質シート部分に位置する破線に沿って折畳まれ、重なる前の状態を示している。iv)では、基板１とカバー部材１５の折り重ねによって形成された折畳み成形体１１であるバイオセンサー３が示されている。ここで、カバー１５は、基板１よりも幅が狭く、カバー１５が形成されない基板１の右端部は、測定装置へ接続する端子１１，１１を形成している。

この場合、基板およびカバー上の軟質シートが、これらの繋ぎ部分を形成し、これを境に基板１とカバー１５が折り重なることで、従来の基板にミシン目を設けた折り畳みバイオセンサーの如く折畳み部分のストレスを受けることなくバイオセンサー３を構築することができる。すなわち、軟質シートの柔軟性とその薄さにより折畳み時にかかるストレスが最小限に抑えられているのである。その結果、折畳み部分に固定具を装着したり、熱圧着により反り返りストレスを除くなどの処置を施す必要がないといったすぐれた特徴を有する。

b)のi)〜iv)は、a)のi)〜iv)において、カバー１５を有さない態様を示しており、このような態様をとることにより、a)iii)で必要とされたカバーに使用する板材が不要となり、経済的で環境負荷の少ないセンサーが提供されるといった特徴を有する。またb)iii)では、a)iii)とは異なり、軟質シートにミシン目を設けた態様が示されている。軟質シートにミシン目を設けることにより、折畳み時のさらなるストレスの軽減を図ることができる。

図２は、図１b)に示されたバイオセンサーのa)A-A’断面およびb)B-B’断面の状態を示している。ここでは、電極１０が基板１上に設けられており、接着剤層５および、該接着剤層５を挟む様に配置された軟質シート６が、試料搬送路８および電極反応部(試薬層)を形成するためのスペーサー２として作用するとともに、軟質シートが基板１からカバー６へと繋がっていることが示されている。

図３は、本発明のバイオセンサーの他の組立例を示す図である。a)〜c)はバイオセンサーの製作例であり、i)はバイオセンサーの製作に要する構成材料、ii)では、その成形体を示している。a)i)にはバイオセンサーの基板１とカバー１５が長軸方向に対し平行に配置された状態および基板１とカバー１５を繋ぐ働きをし、またスペーサー２としても作用する軟質シート６，６が示されている。ここで、基板１上には導電体７が形成されている。a)ii)にはi)で示された各部材の成形体が示されている。ここで、基板上の軟質シート６で被覆されていない部分は、電極１０となり、カバー１５が形成されない基板１の下端部は、測定装置へ接続する端子１１，１１を形成している。b)i)には、a)ii)に示した成形体と、次の工程で配置される接着剤層が示されている。接着剤層５は、軟質シート６と同様にスペーサー２の働きを持つ。b)ii)は該成形体の表面上に接着剤層５が形成された状態を示している。この状態から、カバー部材を基板部材に接着剤層５を内側にして折り重ねることでc)に示す折畳み成形体１１であるバイオセンサー３が製作される。この場合にも、図１と同様に軟質シートが、基板１およびカバー１５を繋いでおり、これを境に基板１とカバー１５が折り重なることで、従来の基板にミシン目を設けた折り畳みバイオセンサーの如く折畳み部分のストレスを受けることなくバイオセンサー３を構築することができるといったすぐれた効果を奏する。

図４a)は、図３c)に示す折畳み成形体１１のA-A’断面図を示す。ここでは、電極１０が基板１上に設けられており、接着剤層５および該接着剤層５を挟むように配置された軟質シート６が、試料搬送路８および電極反応部(試薬層)を形成するためのスペーサー２として作用していることが分かる。b)は図３c)に示す折畳み成形体１４のB-B’ 断面図を示す。ここでは軟質シートが基板１とカバー６を繋いでいることが示されている。

図５は、本発明のバイオセンサーのさらに他の組立例を示す図である。a)はカバー付センサーを示し、b)はa)のセンサーにおいて、カバーが別途設けられず、軟質シートがカバーをも兼ねているセンサーを示す。図３と異なる点は、軟質シート６の形状にあり、１枚の軟質シートが基板１表面に形成される電極の面積および試料搬送路８や電極反応層１３を規定するためのパターンに相当する部分が切り抜かれた形状となっている点に特徴がある。かかる形状を取ることにより、図３の軟質シートの場合とは異なり、センサー作成時に２枚の軟質シート間の距離をその都度調整しなくてすむといった効果を奏する。

図６は、図５で示したバイオセンサーの一使用例を示す図である。a)、b)は、図５a)、b)で示したバイオセンサーの使用例が、それぞれ示されている。i)は、試料液１７をバイオセンサー３の試料導入口９に導入する前の状態、ii)は導入中の状態、iii)は導入後の状態を示している。ここで、iii)に示すように、a)とb)の両者のバイオセンサー３とも試料液１７の回り込みが見られない。すなわち、従来のセンサー例として図１７で示した如く、試料液１７が試料導入口９付近のセンサー３側面を染渡るといった不具合が解消されているのである。これは、センサー３における試料導入口９が凸状に突き出ているためであり、これによって、従来のセンサーでは試料体積が試料液の状態によって左右されやすいといった問題が、かかる態様においては解消される。

かかる状態は、図７に示す断面図によりさらに明確に示される。a)、b)は、図５a)、b)で示したバイオセンサーの使用時におけるA-A’断面(電極反応部１３から外れた部分)およびB-B’断面(電極反応部１３の部分)の状態を示している。i)では試料液１７を導入前の状態、ii)では試料液１７を導入後の状態をそれぞれ示している。ii)で明らかなように、かかる態様のバイオセンサーの場合、試料導入口９付近が凸状であるため、試料導入口９に面した側面への試料液の回り込みが防止され、従来のセンサーの例として図１８で示した如く試料搬送路８以外にもセンサー３の下部つまり、試料導入口９に面した側面に試料液が回りこむといった不具合はみられない。

図８は、本発明の吸引式針一体型バイオセンサーの一組立例を示す図である。a)〜d)は針一体型バイオセンサーの製作例であり、i)は針一体型バイオセンサーの製作に要する構成材料、ii)ではその成形体を示している。a)i)にはバイオセンサーの基板１と、軟質シートの剥離板３１、カバー１５が配置されている状態およびこれらの表面に被覆される軟質シート６が示されている。基板１の表面には導電体７，７が基板１の長軸方向に対し直交するように配置され、軟質シート６には電極面積を規定するための貫通穴３７が設けられている。ii)には軟質シート６が上記３部材の表面に形成された様子をii)1)ではその表面、ii)2)ではその裏面からそれぞれ示している。b)は軟質シート６の表面に接着剤層５が形成される様子を示している。ここで、接着剤層５はスペーサー２として作用するとともに、その厚みが試料搬送路８や真空空間２６用のスペースの形成として使用される。さらに、ここでは採血導入用に設けた真空空間２６への試料液の流入を防ぐための通気フィルター２５が試料搬送路８と真空空間２６との間に設けられている。また、穿刺針部３３もカバー１５上に設けられた接着剤層５の表面に配置されている。c)ではカバー１５上に設けられた穿刺針部３３の表面をさらに接着剤層５が被覆する様子を示している。この工程を経ることで、穿刺針１９が電極反応部１３に設けられる試薬との接触を防ぐことができる。このときの状態を裏面から示したのがd)である。ここでは剥離板３１から剥がされた軟質シート６に、軟質材からなる採血導入ガイド３６が取り付けられている。そして、これらの図の下方に示したのが、一連の工程により作製される折畳み成形体１４の針一体型バイオセンサー２９である。ここで、折畳み工程時に雰囲気を真空にすることで針一体型バイオセンサー２９の内部圧を真空にできる。この図に示すように、針一体型バイオセンサー２９は端子１１が穿刺採血口３２の近くに配置されることで全体として左右非対称の形状となっている。このような形状であると、針一体型バイオセンサー２９を測定装置に装着するときに向きを誤らずにすむという特徴がある他、端子部１１が穿刺採血口３２の近くに配置されているので、測定装置に装着した際、センサー２９の下方部分以外にも、少なくともこの端子部も確実にセンサー２９をホールドすることができるようになる。

図９は、図８のセンサーにおいて、カバーが設けられず、軟質シートがカバーをも兼ねているセンサーの一組立例を示す。図８と異なる点は、カバー１５が別途用いられず、軟質シートがカバーをも兼ねているいるため、その作成時に剥離板３１が用いられている点にある。図８および９で示されているセンサーのA-A’断面図(センサー基板の中心線上)とB-B’断面図(センサー基板の中心よりやや右側の線上)は、図１０のa)およびb)にそれぞれ示される。

A-A’断面図である図１０では、基板１上に軟質シート６および電極１０が示されている。従って、この電極１０の周囲が試薬を含む電極反応部１３と試料搬送路８となる。また、これらの空間２６は、通気フィルター２５によって電極反応部１３と隔てられた空間２６(軟質シート６と接着剤層５の間に挟まれた空間)とともに真空状態が保たれている。穿刺針部３３については２層の接着剤層５の間に支持体１９が固定され、針２０の先端のみが該接着剤層５から突出している。この構造では、針２０の付け根部分が接着剤層によって保護されることで、電極反応部１３に設けられる試薬との直接の接触を防ぐといった構成となっている。

針２０先端の先では、軟質シート６が基板１とカバー１５を繋ぎ合わせて折り重ねた結果、その柔軟性により曲面を成しており、その表面には採血導入ガイド３６が設けられている。このガイド３６は被検体の皮膚との密着性の向上、および穿刺後の採血を内部の陰圧を使って効率的に吸引するために設けられる。B-B’断面図では基板縦中心からはずれた断面が示されており、電極反応部１３や試料搬送路８はなく、接着剤層で満たされている状態が示されている。一方、その下方の軟質シート６と接着剤層５の間に挟まれた空間２６は、より多くの真空空間を確保するために設けられている。

図１１は、図８で示した吸引型針一体型バイオセンサー２９の使用例を示している。図a)は被検体の皮膚２７に穿刺する前の状態を示している。ここでは、皮膚２７と針一体型バイオセンサー２９の穿刺採血口３２に設けられた採血導入ガイド３６が密着している。b)では針一体型バイオセンサー２９の先端を皮膚２７に押し当てて穿刺している状態を示している。ここでは、その柔軟性により軟質シート６が凹み込むことで、針一体型バイオセンサー２９の内部に固定されていた穿刺針２０が軟質シート６を突き破っている。c)では、穿刺後、軟質シート６がもつ復元力によって穿刺針２０が元の位置に戻り、そのときに形成された貫通(採血)口３２を通じて採血２４がセンサー３内部の陰圧による吸引によって速やかに試料搬送路、電極反応部へと導入されている状態を示している。そして、採血２４は通気フィルター２５のところで、センサー３内部へのそれ以上の流入がとめられている。d)では、穿刺・採血が終了し、採決中の成分測定に入った状態を示している。ここでは、皮膚２７からの出血２４が採血導入ガイドの取り付けによって最小限に抑えられている様子が示されている。

図１２は、吸引型針一体型バイオセンサー２９の一製造例を示す。この吸引型針一体型バイオセンサー２９の特徴は端子１１部を下方に設けることで、基板１の形状が単純な長方形となり、一枚の板材からより多くのセンサーを製造できるところにある。a)〜g)は各製造工程を示している。a)では、バイオセンサーの基板１と、軟質シートの剥離板３１、カバー１５が近接して配置されている。剥離板３１には軟質シート６の成型材料を型にとり、採血導入ガイドを形成させるための鋳型が設けられている。基板１の表面には電極を形成するための導電体７，７が６組形成され、これと軟質シートの剥離板３１およびカバー１５の表面に被覆される軟質シート６が示されている。この軟質シートには、電極面積を規定するための貫通穴３７が設けられている。b)には軟質シート６が上記３つの部材の表面に形成された様子を表面から見た場合（b)i)）と裏面から見た場合（b)ii)）で示す。c)に示された次の工程では、バイオセンサー単位３９ごとに基板１およびカバー１５部材が切り離しが容易となるように切断線が設けられ、その後、d)の工程で軟質シート６表面に接着剤層５が形成されてから、軟質シート６が背面の剥離板３１から剥がされた状態を示している。d)ii)に示すように、裏面には基板１とカバー１５との間に挟まれた部分に、剥離板３１に設けられた採血導入ガイド３６が形成されている。e)i)では穿刺針３３がセンサー内部(カバー１５部分)に内包固定される様子が示されている。この状態で、軟質シート６の基板およびカバーの繋ぎ部分を境に基板１とカバー１５を折り重ねることで、f）に示されるような６個の針一体型バイオセンサー単位４０が形成され、これを切り離すことでg）に示されるような個々の針一体型バイオセンサー２９となる。ここで、f)の折畳み工程時に雰囲気を真空にすることで針一体型バイオセンサー単位４０の内部圧を真空にできる。

図１３に示す針一体型バイオセンサーは、図１２で示した針一体型バイオセンサーとは異なり、吸引機構を備えず、採血の導入に毛細管現象のみを用いるものが示されている。構成的には、c)i)およびii)に示されるように、バイオセンサー単位３９ごとに基板１およびカバー１５部材に切断線が設けられる段階で、同時に基板１部には電極１０の近くに打ち抜かれた貫通穴３７が設けられる。貫通穴３７は、空気排出用のものであり、これにより採血が毛細管現象により行えるようになっている。また、貫通穴３７により電極面積を規定することができる。また、その次のf)の工程では、穿刺針部３３の支持体１９部分の固定と針２０の付け根部分を電極反応部１３の試薬から隔てるために軟質シート６が配置された態様が示されている。

図１４は、図１３で製造された個々の針一体型バイオセンサー２９の正面図a)i)、背面図a)ii)および中心線横断面図b)が示されている。a)ii)およびb)には、バイオセンサー内部まで貫通している貫通穴３７が示されている。

図１５には、図１２で示した針一体型バイオセンサーとはカバー１５が別途設けられず、軟質シートがカバーをも兼ねているといった点で異なるものが示されている。カバー１５が別途設けられない態様にあっても、一枚の板材から多くのセンサーを製造することができる。

本発明にかかるバイオセンサーは、各種液体の成分濃度を、酵素などを利用して電気化学的に測定する、家庭内自己診断用の血糖計、尿糖計、糖化ヘモグロビン計、乳酸計、コレステロール計、尿酸計、タンパク質計、一塩基多型センサー、遺伝子診断に用いられるDNAチップ、他にアルコール計、グルタミン酸計、ピルビン酸計、pH計などに用いられるバイオセンサーとして有効に用いられる。

本発明に係るバイオセンサーの一組立例を示す図である。 本発明に係るバイオセンサーの断面の一例を示す図である。 本発明に係るバイオセンサーの他の組立例を示す図である。 本発明に係るバイオセンサーの断面の他の例を示す図である。 本発明に係るバイオセンサーのさらに他の組立例を示す図である。 本発明に係るバイオセンサーの一使用例を示す図である。 本発明に係るバイオセンサーの一使用例を断面で示す図である。 本発明に係る吸引採血型針一体型バイオセンサーの一組立例を示す図である。 本発明に係る吸引採血型針一体型バイオセンサーの他の組立例を示す図である。 本発明に係る吸引採血型針一体型バイオセンサーの断面の一例を示す図である。 本発明に係る吸引採血型針一体型バイオセンサーの一使用例を断面で示す図である。 本発明に吸引採血型係る針一体型バイオセンサーの他の製造例を示す図である。 本発明に係る針一体型バイオセンサーの他の製造例を示す図である。 本発明に係る針一体型バイオセンサーの断面の一例を示す図である。 本発明に係る針一体型バイオセンサーの一製造例を示す図である。 従来のバイオセンサーの一組立例を示す図である。 従来のバイオセンサーの一使用例を示す図である。 従来のバイオセンサーの一使用例を断面で示す図である。

１ 基板
２ スペーサー
３ バイオセンサー
４ 接続部
５ 接着剤層
６ 軟質シート
７ 導電体
８ 試料搬送路
９ 試料導入口
１０ 電極
１１ 端子
１２ 空気排出口
１３ 電極反応部（試薬層）
１４ 折畳み成形体
１５ カバー
１６ ミシン目
１７ 試料液
１９ 穿刺針支持体
２０ 穿刺針
２４ 採血
２５ 通気フィルター
２６ 真空空間
２７ 皮膚
２８ 開放空間
２９ 針一体型バイオセンサー
３１ 剥離板
３２ 穿刺採血口
３３ 穿刺針部
３６ 採血導入ガイド
３７ 貫通穴
３８ 採血導入ガイド形成鋳型
３９ バイオセンサー単位
４０ 針一体型バイオセンサー単位

Claims (20)

1. 絶縁性基板上に電極、スペーサーおよびカバーが順次形成されたバイオセンサーにおいて、
   絶縁性基板およびカバーが軟質シートにより繋がれ、該軟質シートの一部は電極および端子を構成する部位以外の導電体表面を覆うレジスト層として作用するとともに該レジスト層がスペーサーの一部を成し、絶縁性基板およびカバーを繋ぐ軟質シート部分において折畳まれ、電極がバイオセンサー内部に収納されていることを特徴とするバイオセンサー。
2. カバーが軟質シート形成材料と同一材料からなり、かつカバーおよび軟質シートが一体を成していることにより、軟質シートが、絶縁性基板およびカバーを繋いでいることを特徴とする請求項１記載のバイオセンサー。
3. 絶縁性基板およびカバーを繋いでいる軟質シート部に、測定対象試料を導入するための試料導入口が設けられている請求項１または２記載のバイオセンサー。
4. 軟質シート材料が、ビニル・アクリル系樹脂、ウレタンアクリレート系樹脂、ポリエステルアクリレート系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリフッ化ビニルまたはセロハンよりなる請求項１または２記載のバイオセンサー。
5. アクリル系樹脂が、熱硬化型または光硬化型である請求項４記載のバイオセンサー。
6. レジスト層の厚さが、5〜500μmである請求項１または２記載のバイオセンサー。
7. レジスト層中に、酵素、メディエーターまたは界面活性剤のうち少なくとも一種の試薬が含有されている請求項１または２記載のバイオセンサー。
8. 電極上に、酵素、メディエーターまたは界面活性剤のうち少なくとも一種の試薬層が形成されている請求項１または２記載のバイオセンサー。
9. 基板またはカバーの少なくとも一方が酸素透過性材料である請求項１または２記載のバイオセンサー。
10. 請求項１または２記載のバイオセンサーのレジスト層およびカバーの間に、さらに穿刺針が固定された針一体型バイオセンサー。
11. 穿刺針の固定が、接着剤によって行われる請求項１０記載の針一体型バイオセンサー。
12. 被検体への穿刺時に、穿刺針が絶縁性基板およびカバーを繋ぐ軟質シート部分を突き破り、被検体の皮膚を突き刺した後、軟質シート材料の復元力によって穿刺針が被検体の皮膚から引き戻され、そのときに生じた軟質シート部の貫通穴を通じて体液がバイオセンサーの試料搬送路へと導入されることを特徴とする請求項１１記載の針一体型バイオセンサー。
13. 穿刺針が、レジスト層または接着剤層によって電極上に設けられた試薬層から隔離されている請求項１０または１１記載の針一体型バイオセンサー。
14. 絶縁性基板およびカバーの間を繋ぐ軟質シート上に、採血導入口ガイドを設けた請求項１０記載の針一体型バイオセンサー。
15. バイオセンサー内部を陰圧または真空に保ち、穿刺採血時にはその吸引力を利用して採血を行う請求項１０記載の針一体型バイオセンサー。
16. 請求項１記載のバイオセンサーが、電極を形成した絶縁性基板およびカバーの表面に軟質シート層および接着剤層を順次形成させた後、電極をバイオセンサー内部に収めるように、絶縁性基板およびカバーを繋ぐ軟質シート部分で絶縁性基板およびカバーを折畳むことにより製造されるバイオセンサーの製造法。
17. 電極を形成した絶縁性基板およびカバーの間に剥離板を配置した後に、軟質シート層がスクリーン印刷法、熱圧着ラミネート法または粘着テープを使用する方法により形成され、さらに絶縁性基板およびカバー部を繋ぐ軟質シート部分の折畳み時に剥離板が剥離されることを特徴とする請求項１６記載のバイオセンサーの製造法。
18. 請求項２記載のバイオセンサーが、電極を形成した絶縁性基板の表面にカバー部と一体を成す軟質シート層および接着剤層を順次形成させた後、電極をバイオセンサー内部に収めるように、絶縁性基板およびカバーを繋ぐ軟質シート部分で絶縁性基板およびカバーを折畳むことにより製造されるバイオセンサーの製造法。
19. 電極を形成した絶縁性基板および該絶縁性基板に隣接したカバー形成予定部位に剥離板を配置した後に、カバー部と一体を成す軟質シート層がスクリーン印刷法、熱圧着ラミネート法または粘着テープを使用する方法により形成され、さらに絶縁性基板およびカバー部を繋ぐ軟質シート部分の折畳み時に剥離板が剥離されることを特徴とする請求項１８記載のバイオセンサーの製造法。
20. さらに接着剤層上に穿刺針が固定配置される請求項１６乃至１９記載の針一体型バイオセンサーの製造法。

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