生物传感器设备的制作方法

生物传感器设备的制作方法
【专利摘要】实现一种生物传感器设备，其能够实现小型化以及轻便化，不存在液流出的问题，能够正确且稳定地进行检测。在具有人工脂质膜的生物传感器设备(30)中，设置有：具有彼此位于相反侧的第1以及第2膜表面(1a，1b)的人工脂质膜(1)；将第1电解液(2a)在与人工脂质膜的第1膜表面(1a)接触的状态下封入的第1室(11a)；将第2电解液(2b)在与人工脂质膜的第2膜表面(1b)接触的状态下封入的第2室(11b)；在第1室(11a)内与第1电解液(2a)接触的第1电极(3a，3a’)；和在第2室内(11b)与第2电解液(2b)接触的第2电极(3b，3b’)，第2室(11b)在封入第2电解液(2b)的壁部(10)，至少遍及壁厚方向具有通气性。
【专利说明】生物传感器设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及生物传感器设备，更详细而言，涉及具有人工脂质膜的生物传感器设备。
【背景技术】
[0002]已知一种利用受体(receptor)优异的分子识别功能，将受体加入到人工脂质膜中的生物传感器(例如参照专利文献I以及2)。
[0003]如图12(a)所示，现有的生物传感器大概被构成为:将传感器芯片300浸溃于试样液302中，对形成于传感器芯片300的人工脂质膜301的膜电位进行测定的生物传感器系统350。更详细而言，在传感器芯片300中，如图12(b)所示，在基材311上配设具有多个阱308的片310，在这些阱308的每一个中填充基准液313，在基准液313上形成人工脂质膜301。在人工脂质膜301中，作为受体，例如加入有膜蛋白质312。在阱308的底部，与基准液313接触地形成有电极314，在电极314上，从基材311的背面侧连接有导线306。并且，如图12(a)所示，作为被检测液将试样液302填满试验槽303，将上述那样的传感器芯片300与参照电极304 —起浸溃在该试样液302中，利用传感器芯片300的导线306 (用绝缘体包覆的导线)以及与参照电极304连接的电位差测定器307，作为试样液302与基准液313之间的人工脂质膜301的膜电位，对电极314与参照电极304之间的电位差进行测定。若采用这样的生物传感器系统350，则通过调查与试样液302的接触所引起的人工脂质膜301的膜电位的变化，能够对试样液302中包含的物质(分子)进行探测，对其量进行测定。
[0004]在先技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献I JP特开2005-37207号公报
[0007]专利文献2 JP特开平4-215052号公报

【发明内容】

[0008]发明要解决的课题
[0009]现有的生物传感器系统，如参照图12(a)在前面叙述的那样，采用了在试验槽303中填满试样液302，并且在其中浸溃传感器芯片300以及参照电极304的构成，因此不得不成为比较大的装置，难以实现小型化以及轻便化。并且，在这样的构成中，由于配置在试验槽303内的传感器芯片300与参照电极304之间的距离比较远，传感器芯片300与参照电极304的设置位置容易偏离，试验槽303内的试样液302的液面水平面容易变化(例如，由于溶剂蒸发等而容易下降)等，因此无法正确而稳定地测定膜电位，一般来说不足以检测微小级别的膜电位的变化。而且，每当进行检测时，需要将试样液302填满试验槽303，因此生物传感器所涉及的装置只能以将传感器芯片300与试验槽303以及参照电极304等共同使用的系统的形态来提供，没有以预先一体地组装了各构成要素的设备的形态来提供。此夕卜，为了采用上述构成，需要将试验槽303的上表面敞开，因而存在若对试验槽303施以振动，或使试验槽303倾斜，则试样液302可能从试验槽303流出的问题。
[0010]本发明为了解决现有的生物传感器系统所存在的课题而作，目的在于实现一种能够实现小型化以及轻便化，没有液流出的问题，能够正确且稳定地进行检测的生物传感器设备。
[0011]解决课题的手段
[0012]根据本发明，提供一种具有人工脂质膜的生物传感器设备，其包含:
[0013]人工脂质膜，其具有彼此位于相反侧的第I以及第2膜表面；
[0014]第I室，其将第I电解液在与人工脂质膜的第I膜表面接触的状态下封入；
[0015]第2室，其将第2电解液在与人工脂质膜的第2膜表面接触的状态下封入；
[0016]第I电极，其在第I室内与第I电解液接触；和
[0017]第2电极，其在第2室内与第2电解液接触；
[0018]第2室在封入第2电解液的壁部，至少遍及壁厚方向具有通气性。
[0019]若采用本发明的上述生物传感器设备，则能够通过第2室的具有通气性的壁部将被检测物质供给到第2电解液中。由此，能够在设备内(更详细而言，分别在第I室以及第2室内)预先封入第I电解液以及第2电解液双方。这样的本发明的装置构成，与如现有的生物传感器系统那样，在试验槽中填满试样液，并在其中浸溃传感器芯片以及参照电极的构成有根本性的不同。根据本发明，能够以设备的形态实现与生物传感器有关的装置，这样的生物传感器设备能够实现小型化以及轻便化。并且，根据本发明的生物传感器设备，由于能够将第I电极以及第2电极双方固定地设置在设备内并配置在人工脂质膜的附近，以及，能够将第I电解液以及第2电解液双方预先封入到设备内来防止液量的变化，因此能够正确而稳定地测定人工脂质膜的膜电位。此外，根据本发明的生物传感器设备，由于第I电解液以及第2电解液双方被预先封入到设备内，因此也不存在液流出的问题。
[0020]在本发明的生物传感器设备中，在与人工脂质膜的膜厚方向垂直的方向上，第I室、第2室以及人工脂质膜的各外形尺寸既可以各不相同，也可以相同。另外，在本发明中，关于第I室、第2室以及人工脂质膜的各构件，与人工脂质膜的膜厚方向垂直的方向上的外形尺寸是指，从人工脂质膜的膜厚方向来观察各构件时的各构件的投影尺寸，典型地可以理解为各构件的投影区域的面积。
[0021]在本发明的生物传感器设备的I个方式中，在与人工脂质膜的膜厚方向垂直的方向上，第I室的外形尺寸比第2室的外形尺寸小。更详细而言，第I室的上述投影区域的面积比第2室的上述投影区域的面积小，优选为，第I室的上述投影区域包含在第2室的上述投影区域内。
[0022]根据本发明的上述方式，在生物传感器设备的制造过程中，能够通过第2室容易地观察供给到第I室内的第I电解液的样态(第I电解液的供给状态)。
[0023]在本发明的生物传感器设备的另一个方式中，在与人工脂质膜的膜厚方向垂直的方向上，第I室的外形尺寸与第2室的外形尺寸(实质上)相同。更详细而言，第I室的上述投影区域的面积与第2室的上述投影区域的面积实质上相同，优选为，第I室的上述投影区域与第2室的上述投影区域彼此轮廓实质上一致。
[0024]根据本发明的上述方式，能够在第I室与第2室之间使压力平衡，能够更加稳定地保持人工脂质膜。[0025]在本发明的生物传感器设备的又一个方式中，在与人工脂质膜的膜厚方向垂直的方向上，第I室的外形尺寸比第2室的外形尺寸大。更详细而言，第I室的上述投影区域的面积比第2室的上述投影区域的面积大，优选为，在第I室的上述投影区域内包含第2室的上述投影区域。
[0026]根据本发明的上述方式，在第2电解液中所含的离子经由人工脂质膜向第I电解液移动时，能够抑制第I电解液中所含的离子浓度的急速的变动。结果，只要在第2电解液中存在足够的量的离子，则离子从第2电解液向第I电解液稳定地移动，因此能够提高电流检测特性。
[0027]在本发明的生物传感器设备的优选的方式中，在与人工脂质膜的膜厚方向垂直的方向上，人工脂质膜的外形尺寸比第2室的外形尺寸小。更详细而言，人工脂质膜的上述投影区域的面积比第2室的上述投影区域的面积小，优选为，人工脂质膜的上述投影区域包含在第2室的上述投影区域内。
[0028]根据本发明的上述方式，在生物传感器设备的制造过程中，能够通过第2室容易地观察人工脂质膜的样态(脂质液的供给状态)。
[0029]在本发明的生物传感器设备的优选的方式中，还包含在第I室与第2室之间保持人工脂质膜的端部的保持构件，保持构件的至少表面具有防水性。
[0030]根据本发明的上述方式，通过采用至少表面具有防水性的保持构件，能够更稳定地保持人工脂质膜。
[0031]在本发明的上述方式中，更优选保持构件具有I个或2个以上的贯通孔，并在贯通孔中填充有粘接剂。由此，即使采用至少表面具有防水性的保持构件，也能够将这种保持构件，充分粘接于用于规定第I室以及第2室的构件(更详细而言，用于提供分别封入第I电解液以及第2电解液的壁部的构件)。
[0032]发明效果
[0033]根据本发明，对具有人工脂质膜的生物传感器设备，适当装入第I电解液和第2电解液以及第I电极和第2电极来构成，因此提供一种能够实现小型化以及轻便化，没有液流出的问题，能够正确且稳定地进行检测的生物传感器设备。
【专利附图】

【附图说明】
[0034]图1是表示本发明的I个实施方式中的生物传感器设备的简要剖面图。
[0035]图2是图1的实施方式中的生物传感器设备的第2电极及其周围的部分放大简要剖面图。
[0036]图3(a)以及(b)是表示图1的实施方式中的生物传感器设备的制造过程的简要剖面图。
[0037]图4是表示本发明的另一个实施方式中的生物传感器设备的简要剖面图。
[0038]图5是表示本发明的又一个实施方式中的生物传感器设备的简要剖面图。
[0039]图6是表示本发明的又一个实施方式中的生物传感器设备的简要剖面图。
[0040]图7(a)是图6的实施方式中的生物传感器设备的防水性的保持构件(防水性基材)及其上下的基材的部分放大简要剖面图，(b)是沿着(a)的A-A’面观察时的、防水性的保持构件(粘接剂未图示)的俯视图。[0041]图8 (a)以及(b)是与图7(b)的防水性的保持构件(粘接剂未图示)的俯视图对应的图，是表示防水性的保持构件的变形例的图。
[0042]图9是表示本发明的实施例的生物传感器设备的制造过程中的基材(以及热固化性粘接片)层叠体的简要剖面图。
[0043]图10是表示本发明的实施例的生物传感器设备的制造过程中的向基材(以及热固化性粘接片)层叠体的液供给工序的图，(a)是第I电解液的供给工序，(b)是脂质液的供给工序，(C)是第2电解液的供给工序，(d)是表示完成的生物传感器设备的图。
[0044]图11(a)表示本发明的实施例的生物传感器设备的电流响应波形，(b)表示比较例的设备的电流响应波形。
[0045]图12是表示现有的生物传感器系统的图，(a)表示生物传感器系统的整体简要立体图，(b)表示传感器芯片的放大简要剖面图。
【具体实施方式】
[0046]关于本发明的各种实施方式，以下参照附图进行详述。
[0047]本发明的I个实施方式中的生物传感器设备，如图1所示，包括如下部分而构成:具有彼此位于相反侧的第I膜表面Ia以及第2膜表面Ib的人工脂质膜I ;将第I电解液2a在与人工脂质膜I的第I膜表面Ia接触的状态下封入的第I室(chamber) Ila ;将第2电解液2b在与人工脂质膜I的第2膜表面Ib接触的状态下封入的第2室Ilb ;在第I室Ila内与第I电解液2a接触的第I电极3a、3a’ ；和在第2室Ilb内与第2电解液2b接触的第2电极3b、3b’。
[0048]人工脂质膜I能够利用使脂质分散或溶解在溶剂中而得到的脂质液来形成。
[0049]脂质可以采用任意的合适的脂质，尤其优选分子中含有磷酸或糖的复合脂质，具体来说优选磷脂、糖脂、脂蛋白、硫脂等，最优选磷脂。作为磷脂，可以列举甘油磷脂(例如，磷脂酰胆碱(卵磷脂)、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸、二植烷基磷脂酰胆碱、二棕榈酰磷脂酰胆碱等)以及鞘磷脂(例神经鞘磷脂等)。此外，脂质也可以是单纯脂质(例如，甘油单油酸脂)或衍生脂质。既可以是天然来源的脂质、例如粗磷脂(Asolectin)(大豆磷脂)，也可以是合成脂质。合成脂质由于容易获得高纯度且化学上稳定的脂质因而更加优选。脂质的脂肪酸部分优选为碳数10?20的饱和脂肪酸或不饱和脂肪酸。这样的脂质既可以单独使用I种，也可以组合2种以上来使用。
[0050]溶剂可以根据脂质来适当选择，一般来说采用有机溶剂，优选采用饱和烃。例如可以列举癸烷、十六烷、己烷、氯仿等。这样的溶剂既可以单独使用I种，也可以组合2种以上来使用。
[0051]脂质相对于溶剂的浓度，优选相对于溶剂lmL，脂质为I?50mg，更优选脂质为4 ?40mg。
[0052]人工脂质膜I优选为脂质双分子膜。人工脂质膜I的膜厚可以为例如约2?10nm。在人工脂质膜I中，根据被检测物质，可以加入膜蛋白质、离子通道等受体(未图示)。
[0053]第I电解液2a以及第2电解液2b既可以为相同电解液，也可以为不同电解液。电解液只要是使离子性物质溶解在极性溶剂中而得到的电解液即可，可以根据人工脂质膜I的组成等来适当选择。[0054]离子性物质可以单独或组合使用例如氯化钠(NaCl)、氯化钾(KC1)、氯化钙(CaCl2)、氯化镁(MgCl2)、磷酸二氢钠(NaH2PO4)、磷酸一氢钠(Na2HPO4)等。
[0055]极性溶剂可以单独或组合使用例如水、甘油、糖、糖醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、山梨糖醇、木糖醇、二丙二醇、丁二醇、聚乙二醇、聚氧乙烯甲基苷、麦芽糖醇、甘露醇、葡萄糖等。
[0056]第I电解液2a以及第2电解液2b优选渗透压成为280?330m0sm / kg_H20的范围以内，但并不限定于此。或者，作为第I电解液2a以及第2电解液2b，优选采用在电生理实验中采用的一般的溶液。此外，还优选通过添加有机化合物或高分子，来调整第I电解液2a以及第2电解液2b的粘度。
[0057]第I电解液2以及第2电解液3既可以在浓度、粘度以及渗透压中的任意I个以上存在差异，也可以相同。
[0058]第I室Ila以及第2室Ilb只要能够分别将第I电解液2a以及第2电解液2b液密性地封入它们的内部(但是，第I电解液2a以及第2电解液2b与人工脂质膜I的第I膜表面Ia以及第2膜表面Ib接触的部分除外)，则可以具有任意的合适的构成。
[0059]在图示的方式中，在基材4上，层叠有分别形成有孔(或阱)的基材5、6、7，人工脂质膜I与基材5的上表面以及基材6的下方内壁面接触(被保持)而形成。在这样的方式中，第I室Ila是被基材4的上表面以及基材5的内壁面规定(或包围)的区域，第2室Ilb是被基材6的上方内壁面、基材7的内壁面以及盖10的下表面规定的区域。换言之，基材4、5是用于规定第I室Ila的构件，基材6、7以及盖10是用于规定第2室Ilb的构件。基材5、6也是用于保持人工脂质膜I的端部的保持构件。
[0060]作为用于规定第2室Ilb的构件之一的盖10，可以理解为将第2电解液2b封入第2室Ilb内的壁部。在本实施方式中，该盖10至少遍及壁厚方向(换言之，在第2电解液2b与盖10的外部之间)具有通气性。盖10由具有液密性(不透过液体、更详细而言不透过第2电解液)，并且，至少遍及壁厚方向、一般来说在整个方向上，具有通气性(透过气体、例如被检测物质的气味分子)的材料构成。例如，盖10可以使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)、硅酮树脂、特氟隆(注册商标)、聚烯烃、聚乙烯等材料所构成的盖。
[0061]另一方面，基材4、5、6、7可以由具有液密性的任意的合适的材料构成。例如，基材
4、5、6、7由聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚苯硫醚(PPS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚树脂(ABS树脂)、丙烯酸树脂(例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))，环聚烯烃、聚碳酸酯(通称polycarbonate)等有机系材料构成。但是，不限定于此，也可以由例如玻璃、硅、氧化铝、氧化硅、氮化硅等无机系材料构成。这些基材4、5、6、7之间，可以通过粘接剂层(例如热固化性薄膜等，未图示)来粘接。
[0062]基材5、6、7的高度，分别形成于其中的孔的(从膜厚方向来看的)形状以及大小，可以根据所希望的第I室Ila以及第2室Ilb的尺寸以及配置等来适当决定。
[0063]在图示的方式中，在与人工脂质膜I的膜厚方向垂直的方向上，第I室Ila的外形尺寸(基材5的孔面积)比第2室Ilb的外形尺寸(基材7的孔面积)小。更详细而言，基材5的孔面积比基材6的孔面积小，基材6的孔面积比基材7的孔面积小。此外，从人工脂质膜I的膜厚方向来观察时，基材5的孔的投影区域包含在基材6的孔的投影区域内，基材6的孔的投影区域包含在基材7的孔的投影区域内。由此，在生物传感器设备的制造过程中，能够通过第2室Ilb容易地观察供给到第I室Ila内的第I电解液2a的样态(第I电解液2a的供给状态)，进一步观察人工脂质膜I的样态(脂质液的供给状态)。
[0064]为了测定人工脂质膜I的膜电位，第I电极以及第2电极配设于设备内，并分别与第I电解液2a以及第2电解液2b (至少局部)接触。更详细而言，第I电极在第I室Ila内与第I电解液2a接触地配设。例如，如图所示，可以使2个第I电极3a、3a’相互离开，形成于基材4的上表面。第2电极在第2室Ilb内与第2电解液2b接触地配设。例如，如图所示，可以使2个第2电极3b、3b’相互离开，形成于基材6的上表面。由此，如图2中将第2电极3b及其周围放大所示那样，可以将第2电极3b、3b’配设在人工脂质膜I的附近。
[0065]在基材7的上表面，形成有端子9a、9a’、9b、9b’，分别能够通过层间连接通孔8a、8a’、8b、8b’，与第I电极3a、3a’、第2电极3b、3b’电连接。端子9a以及9b是向电源(图中，用记号“V”示意性地表示)的连接用端子，端子9a’以及9b’是向电流计(图中，用记号“A”示意性地表示)的连接用端子。
[0066]这样的本实施方式的生物传感器设备30，例如可以通过以下方式来制造。
[0067]首先，准备基材4、5、6、7。在基材5、6、7中形成孔。孔的形状没有特别限定，可以是例如圆形、椭圆形、矩形、多边形等，在基材间既可以相同(为相似形)，也可以不同。在本实施方式中，这些孔的尺寸(例如在圆形的孔的情况下，以孔的直径来代表)，选择为按照基材5、6、7的顺序依次变大。在基材4的上表面形成第I电极3a、3a’，在基材6的上表面形成第2电极3b、3b，ο
[0068]在基材5、6、7中，形成层间连接通孔(via) 8a、8a’、8b、8b’用的过孔(via hole)。然后，在该过孔中填充导电性填料、例如含有Ag、Cu等金属填料的导电性浆料，形成层间连接通孔8a、8a’、8b、8b’。或者,层间连接通孔8a、8a’、8b、8b’也可以通过用Au、Cu、Ag等对过孔的内壁面进行镀敷处理来形成。然后，在层间连接通孔8&、8&’、813、813’上(基材7的上表面)形成端子9&、9&’、％、％’。另外，形成层间连接通孔以及端子的时刻，没有特别限定，也可以在更后面的工序中形成。
[0069]对由此获得的基材4、5、6、7进行位置对准后进行层叠，并相互粘接。例如，可以使热固化性薄膜(未图示)介于这些基材间而进行层叠，通过对所获得的层叠体施加热处理(例如热压接)，而在基材间使热固化性薄膜固化来进行粘接。此外例如，在这些基材由有机系材料(有机系薄膜)构成的情况下，也可以通过对这些基材进行层叠，并对所获得的层叠体施加热处理，来使基材之间热粘着来进行粘接。
[0070]如上所述，如图3(a)所示，基材4、5、6、7被层叠以及粘接，在内侧形成阶梯状的空间。该空间的下方部分、中央部分以及上方部分(图中，用虚线分割来表示)对应于第I室11a、人工脂质膜1、第2室lib。
[0071]接着，对该阶梯状的空间，依次供给第I电解液2a、脂质液、第2电解液2b。这些第I电解液2a、脂质液、第2电解液2b的供给，优选根据第I室11a、人工脂质膜1、第2室Ilb所应占的容积来定量地进行。这些第I电解液2a、脂质液、第2电解液2b的定量供给，例如，可以通过喷墨方式、分配(dispense)方式、转印方式等来进行。
[0072]通过上述方式供给的脂质液，如图3(b)所示，在第I电解液2a以及第2电解液2b之间形成人工脂质膜1，第I膜表面Ia与第I电解液2a接触，第2膜表面Ib与第2电解液2b接触。人工脂质膜I与阶梯状的空间的内壁面接触，由于人工脂质膜I的表面张力等，能够由该内壁面进行保持。在本实施方式中，人工脂质膜I形成为与基材5的上表面以及基材6的下方内壁面接触，因此能够更稳定地保持人工脂质膜I。
[0073]然后，盖上盖10，使其覆盖第2电解液2b，将盖10的边缘部与基材7的上表面粘接。粘接在常温下进行，例如，可以利用盖10的自我吸附性，或者，利用常温固化型的粘接剂来进行。
[0074]通过以上方式，能够制造图1所示的本实施方式的生物传感器设备30。
[0075]本实施方式的生物传感器设备30可以如下来使用。
[0076]首先，在被检测物质不存在时，通过与电源连接的端子9a、9b对电极3a、3b施加电压，由此在人工脂质膜I的第I膜表面Ia与第2膜表面Ib之间施加电压，在该状态下，将在人工脂质膜I的膜厚方向上流动的电流，作为在电极3a’、3b’间流动的电流，由与端子9a’、9b’连接的电流计来进行测定。人工脂质膜I只要将第I电解液2a以及第2电解液2b相互隔开地适当形成，则在被检测物质不存在时一般显示出绝缘性，因此实质上不流过电流。
[0077]接着，在第2电解液2b中溶解或分散规定量的被检测物质，并与上述同样地测定在人工脂质膜I的膜厚方向上流过的电流。此时，被检测物质既可以通过通气性的盖10来供给到第2电解液中，或者，也可以采用预先使被检测物质分散或溶解的第2电解液来制作生物传感器设备30。在被检测物质存在时，由于被检测物质作用于加入到人工脂质膜I中的受体，因此根据被检测物质的量而流过电流。因此，通过使溶解或分散到第2电解液2b中的被检测物质的量各不相同，采取多个电流测定值，能够获得测量数据。
[0078]利用如上那样预先获得了测量数据的生物传感器设备30，将试样气体通过通气性的盖10供给到第2电解液2b。然后，与上述同样地测定在人工脂质膜I的膜厚方向上流动的电流。根据测定出的电流值，能够调查试样气体中的被检测物质的有无，以及在存在被检测物质的情况下能够调查其量。这样的生物传感器设备30既可以一次性地使用，也可以用新的电解液置换第2电解液2b来进行再循环使用。
[0079]根据本实施方式，由于不需要像现有的生物传感器系统那样，在试验槽中填满试样液，并在其中浸溃传感器芯片以及参照电极，因此能够将第I电解液和第2电解液以及第I电极和第2电极全部预先装入设备中，实现了适合小型化以及轻便化的生物传感器设备30。在这样的生物传感器设备30中，除了第I电极3a、3a’之外，第2电极3b、3b’也固定地配置于人工脂质膜I的附近，并且，能够基于第I室Ila以及第2室Ilb的容积设计严密地控制第I电解液2a以及第2电解液2b的各液量，因此能够正确且稳定地测定人工脂质膜I的膜电位。此外，根据这种生物传感器设备30，由于第I电解液以及第2电解液双方预先被封入到设备内，因此也不存在液流出的问题。
[0080]另外，在本实施方式中，将第I电极3a、3a’以及第2电极3b、3b’设置于生物传感器设备30，利用第I电极3a以及第2电极3b，在人工脂质膜I的第I膜表面Ia与第2膜表面Ib之间施加电压，利用第I电极3a’以及第2电极3b’，测定在人工脂质膜I的膜厚方向上流动的电流。这样的构成，特别适合以高精度测定微小的离子电流。但是，本发明不限定于此，只要能够测定人工脂质膜I的膜电位，则第I电极以及第2电极的数量可以是针对第I电解液以及第2电解液而各有一个，也可以测定电流以及电压中的任意一方。
[0081]以上，对本发明的I个实施方式中的生物传感器设备进行了详述，但其能够进行各种变形，其他各种实施方式中的生物传感器设备也被提供。以下，对其他实施方式中的生物传感器设备，以变形点为中心进行说明，只要没有事先说明，则与上述实施方式同样的说明也适用。
[0082]作为本发明的另一个实施方式，如图4所示，在生物传感器设备31中，在与人工脂质膜I的膜厚方向垂直的方向上，人工脂质膜I的外形尺寸(可以认为这与基材6的孔面积大致相同)，比第I室Ila的外形尺寸(基材5的孔面积)以及第2室Ilb的外形尺寸(基材7的孔面积)小。更详细而言，基材6的孔面积比基材5的孔面积小，并且，比基材7的孔面积小。此外，从人工脂质膜I的膜厚方向观察时，基材6的孔的投影区域包含在基材5的孔的投影区域内，并且，包含在基材7的孔的投影区域内。由此，在生物传感器设备的制造过程中，能够通过第2室Ilb容易地观察人工脂质膜I的样态(脂质液的供给状态)。
[0083]并且，在图4所示的生物传感器设备31中，在与人工脂质膜I的膜厚方向垂直的方向上，第I室Ila的外形尺寸(基材5的孔面积)与第2室的外形尺寸(基材7的孔面积)实质相同。此外，在从人工脂质膜I的膜厚方向观察时，基材5的孔的投影区域与基材7的孔的投影区域彼此轮廓大体一致。由此，能够在第I室Ila与第2室Ilb之间使压力平衡，能够更稳定地保持人工脂质膜I。
[0084]作为本发明的又一个实施方式，如图5所示，在生物传感器设备32中，取代图4所示的生物传感器设备31中的基材6，采用了分别的基材13以及14。基材13是在第I室Ila与第2室Ilb之间保持人工脂质膜I的端部的保持构件。基材14是用于规定第2室Ilb的构件。在基材14的上表面，形成第2电极3b、3b’。更详细而言，基材13的孔面积比基材14的孔面积小。通过这种构成，确保了人工脂质膜I不与第2电极3b、3b’接触。另外，基材13以及14能够由与基材6同样的材料构成。
[0085]作为本发明的又一个实施方式，如图6所示，在生物传感器设备33中，也可以取代图5所示的生物传感器设备32中 的基材13，采用至少表面具有防水性的基材(在本说明书中也简称为防水性基材)15。防水性基材15是在第I室Ila与第2室Ilb之间保持人工脂质膜I的端部的保持构件。由此，能够由防水性基材15稳定地保持人工脂质膜I。防水性优选对水的接触角为例如60°以上(小于180° )，典型为70°~120°。这样的防水性基材(防水性的保持构件)至少其表面可以由例如氟化碳树脂、聚四氟乙烯(PTFE)、特氟纶(注册商标)等材料构成。
[0086]在采用防水性基材15作为人工脂质膜I的保持构件的情况下，将防水性基材15粘接于其他基材(在图6所示的方式中为基材5以及14)，这仅通过在其粘接面应用粘接剂可能难以实现。因此，如图7(a)所示，优选在防水性基材15中设置I个或2个以上、优选多个贯通孔16，并在贯通孔16中填充粘接剂17。根据这种构成，通过在贯通孔16中填充的粘接剂17，能够将防水性基材15充分粘接于规定第I室Ila的基材5以及规定第2室Ilb的基材14。
[0087]形成于防水性基材15的贯通孔16的(从膜厚方向来看的)形状，没有特别限定，不仅可以为图7(b)所示的圆形的贯通孔16，也可以为例如图8(a)所示的正方形的贯通孔
18、图8(b)所示的长方形(或缝状)的贯通孔19。贯通孔除此之外还可以具有任意的形状，此外，在存在多个的情况下，也可以混合存在2种以上不同形状的贯通孔。在存在多个的情况下，贯通孔的配置没有特别限定，但优选相对于粘接面均等地配置。
[0088]【实施例】
[0089]在本实施例中，制造了参照图1~3在前面叙述的实施方式中的生物传感器设备30。以下，参照图9以及10对本实施例进行说明，但只要没有特别事先说明，则与参照图1?3在前面叙述的实施方式同样的说明也适用。
[0090]首先，准备了基材4、5、6、7。各基材采用由聚对苯二甲酸乙二酯(PET)构成的片，使基材4的厚度tl = 100 μ m，基材5的厚度t2 = 100 μ m,基材6的厚度t3 = 20 μ m,基材7的厚度t4 = 20 μ m(参照后述的图9)。在这些基材5、6、7中分别形成圆形的孔5a、6a、7a,使孔5a的直径Dl = 200 μ m,孔6a的直径D2 = 400 μ m,孔7a的直径D3 = 500 μ m。这些孔利用冲孔机而形成。
[0091]然后，在基材4的上表面形成电极3a、3a’，在基材6的上表面形成了电极3b、3b’。电极3a、3a’、3b、3b’通过以下的步骤而形成。首先在基材4以及基材6上，作为电极基底，形成了厚度12ym的Cu所构成的图案。接着，通过Ag对该图案的外周面进行了镀敷。最后，利用次氯酸钠水溶液(5重量％ )，对通过Ag镀敷后的外周面进一步通过AgCl进行了包覆。
[0092]在基材5、6、7中，利用冲孔机形成了直径150 μ m的过孔,用于层间连接通孔8a、8a’、8b、8b’。然后，在该过孔中，填充包含由Ag覆盖的Cu粉作为金属填料的导电性浆料，形成层间连接通孔8a、8a’、8b、8b’,在这些上，通过Cu形成了端子9a、9a’、9b、9b’。
[0093]通过以下的步骤对由此获得的基材4、5、6、7进行位置对准后进行层叠，并相互进行了粘接。为了对基材4、5、6、7进行粘接，使用了 3枚厚度20 μ m的热固化性粘接片20 (参照图9)。在这些热固化性粘接片20中，预先在与基材5、6、7的各孔以及层间连接通孔8a、8a’、8b、8b’的过孔对应的位置形成贯通孔，如图9所示，对基材4、5、6、7以及3枚固化性粘接片20进行了层叠，使得在基材4、5、6、7之间对准各孔以及过孔而各存在I枚热固化性粘接片20。通过将由此获得的层叠体在150°C下进行热压接(加热以及加压)，从而将基材
4、5、6、7相互粘接。像这样粘接后的层叠体(甚至最终获得的生物传感器设备)的外形尺寸L设为30mm。
[0094]接着，如图10(a)所示，对通过以上方式获得的层叠体，利用能够定量地供给液滴的喷墨装置41，供给了 3.7nL的第I电解液2a。第I电解液2a的供给量，设为与第I室Ila应占的容积相对应的量。第I电解液2a采用了以体积比50%:50%混合了 IOOmmol /L的氯化钾(KCl)水溶液以及甘油而得到的电解液。
[0095]然后，利用相同的喷墨装置41，如图10(b)所示，在上述供给的第I电解液2a上，供给了 2.5nL的脂质液42。脂质液42的供给量，设为与人工脂质膜I应占的容积相对应的量。脂质液42采用了在ImL癸烷中溶解IOmg磷脂(卵磷脂)而得到的溶液。
[0096]进而，利用相同的喷墨装置41，如图10(c)所示，在上述供给的脂质液42上，供给了 8.0nL第2电解液2b。第2电解液2b的供给量，设为与第2室Ilb应占的容积相对应的量。第2电解液2b与第I电解液2a同样，采用了以体积比50%:50%混合了 IOOmmol / L的氯化钾(KCl)水溶液以及甘油而得到的电解液。
[0097]然后，如图10(d)所示，盖上盖10，使其覆盖第2电解液2b，并使盖10的边缘部自我吸附地粘接于基材7。盖10采用了由聚二甲基硅氧烷(PDMS)构成的、厚度IOOym的片。
[0098]通过以上步骤，完成了本实施例的生物传感器设备。人工脂质膜I不需要追加的工序，能够由脂质液42在第I电解液2a以及第2电解液2b之间自然地形成。
[0099]如下进行了所完成的生物传感器设备的功能评价。[0100]如图10(d)所示，通过与电源(图中，用记号“V”示意性地表示)连接的端子对人工脂质膜施加了 20mV的脉冲电压(脉冲宽度IOm秒)，在该状态下，用与端子连接的电流计(图中，用记号“A”示意性地表示)测定了在人工脂质膜I的膜厚方向上流动的电流响应。作为这样的电源以及电流计，采用膜片钳放大器(HEKA社制，型号EPC-10)，经时性地记录了测定电流。
[0101]另一方面，作为比较例，除了没有供给脂质液42 (因此，通过第I电解液=第2电解液，填满了设备内的空间整体)以外，与本实施例同样地制作了比较例的设备，并与上述同样地进行了该设备的功能评价。
[0102]图11 (a)是本实施例的生物传感器设备的电流响应波形，图11 (b)是比较例的设备的电流响应波形。参照图11 (b)，比较例的设备观测到了在脉冲电压施加中电流不断流动的状态的波形。这被理解为是由于在比较例的设备中不存在人工脂质膜。与此相对，本实施例的生物传感器设备，参照图11(a)，观测到了示出绝缘性的电流响应波形。这表示在本实施例的生物传感器设备中，绝缘性的人工脂质膜I将第I电解液2a以及第2电解液2b相互隔开地适当被形成。
[0103]因此，在本实施例的生物传感器设备中，通过根据目标被检测物质而将受体加入到人工脂质膜中，能够探测被检测物质。
[0104]工业实用性
[0105]本发明的生物传感器设备，在生物体分子分析装置、大气污染物质分析装置等环境、食品、住宅、汽车、警卫领域等能够广泛利用。此外，本发明的生物传感器设备，在生活习惯病诊断装置、尿诊断装置、呼气诊断装置、压力测量器等医疗领域、卫生保健领域等能够广泛利用。
[0106]符号说明
[0107]I人工脂质膜
[0108]Ia第I膜表面
[0109]Ib第2膜表面
[0110]2a第I电解液
[0111]2b第2电解液
[0112]3a、3a’ 第 I 电极
[0113]3b、3b’ 第 2 电极
[0114]4、5、6、7 基材
[0115]5a、6a、7a 孔
[0116]8a、8b、8a’、8b’ 层间连接通孔
[0117]9a、9b、9a’、9b’ 端子
[0118]10 盖
[0119]Ila 第 I 室
[0120]Ilb 第2室
[0121]13、14 基材
[0122]15防水性基材(防水性的保持构件)
[0123]16、18、19 贯通孔[0124]17粘接剂
[0125]30、31、32、33生物传感器设备
[0126]41喷墨装置
[0127]42脂质液
[0128]300传感器芯片
[0129]301人工脂质膜
[0130]302试样液
[0131]303试验槽
[0132]304参照电极
[0133]306 导线
[0134]307电位差测定器
[0135]308 阱
[0136]310 片
[0137]311 基材
[0138]312膜蛋白质
[0139]313基准液
[0140]314 电极
[0141]350生物传感器系统
【权利要求】
1.一种生物传感器设备，其具有人工脂质膜，该生物传感器设备包含: 人工脂质膜，其具有彼此位于相反侧的第I以及第2膜表面； 第I室，其将第I电解液在与人工脂质膜的第I膜表面接触的状态下封入； 第2室，其将第2电解液在与人工脂质膜的第2膜表面接触的状态下封入； 第I电极，其在第I室内与第I电解液接触；和 第2电极,其在第2室内与第2电解液接触， 第2室在封入第2电解液的壁部，至少遍及壁厚方向具有通气性。
2.根据权利要求1所述的生物传感器设备，其中， 在与人工脂质膜的膜厚方向垂直的方向上，第I室的外形尺寸比第2室的外形尺寸小。
3.根据权利要求1所述的生物传感器设备，其中， 在与人工脂质膜的膜厚方向垂直的方向上，第I室的外形尺寸与第2室的外形尺寸相同。
4.根据权利要求1所述的生物传感器设备，其中， 在与人工脂质膜的膜厚方向垂直的方向上，第I室的外形尺寸比第2室的外形尺寸大。
5.根据权利要求1?4中任一项所述的生物传感器设备，其中， 在与人工脂质膜的膜厚方向垂直的方向上，人工脂质膜的外形尺寸比第2室的外形尺寸小。
6.根据权利要求1?5中任一项所述的生物传感器设备,其中， 还包含在第I室与第2室之间保持人工脂质膜的端部的保持构件，保持构件的至少表面具有防水性。
7.根据权利要求6所述的生物传感器设备，其中， 保持构件具有I个或2个以上的贯通孔，在贯通孔中填充有粘接剂。
【文档编号】G01N27/28GK103502805SQ201280020684
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2012年2月17日 优先权日:2011年4月28日
【发明者】塚原法人, 生田敬子, 冲明男 申请人:松下电器产业株式会社