生物传感器及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及生物传感器及其制造方法，特别地，本发明涉及能够以良好的精度测定葡萄糖之类的血液成分的生物传感器。
【背景技术】
[0002]生物传感器是利用微生物、酶、抗体、DNA、RNA等生物材料的分子识别能力，对样品中的基质含量进行定量的传感器。在各种生物传感器中，利用酶的传感器的实用化正在推进，其可测量(例如)基质中的葡萄糖、乳酸、胆固醇、氨基酸等。
[0003]作为代表性的生物传感器之一的血糖值测定用生物传感器主要利用电化学反应，以(例如)铁氰化钾等试剂作为介质，使血液中的葡萄糖与传感器中担载的葡萄糖氧化酶等酶发生反应，并对所得电流值进行测定，从而获得血糖值(例如，参照专利文献I)。
[0004]另一方面，作为血液的粘性指标，血细胞比容值是已知的。血细胞比容值是红血球的容积在血液中所占的比例(％)，一般而言，健康成年人的血细胞比容值为40%?50%。另一方面，贫血患者的血细胞比容值降低，有时会出现降至15%的状态。已知的是，像这样的血细胞比容值的变动会对利用生物传感器对血液成分(特别是葡萄糖浓度)的定量产生不良影响。然而，现有技术均不能应对血细胞比容值的变动，在血中葡萄糖浓度的测定精度方面存在冋题。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本特表2005-512027号公报
【发明内容】
[0008]发明要解决的问题
[0009]因而，本发明的目的在于提供一种生物传感器及其制造方法，即便血细胞比容值发生变动，该生物传感器也能以良好的精度测定多种血液成分、特别是血中葡萄糖浓度。
[0010]解决问题的手段
[0011]本发明人经过潜心研宄，结果发现，在利用电化学反应的生物传感器中，通过将具有特定总面积、电极间距离以及电极宽度、或者乃至电极个数的梳型电极用作电极，可以解决上述现有的问题，从而完成了本发明。
[0012]SP，本发明如下所述。
[0013]1.一种生物传感器，其通过氧化还原酶将血液成分氧化，并用电极检测由其反应产物引起的氧化电流，从而对所述血液成分进行测定，其特征在于，
[0014]所述电极为由贵金属形成的工作电极与对电极分别交互排列的梳型电极，
[0015]所述梳型电极的总面积为1.8mm2?4mm2，电极间距离小于50 μ m，工作电极的电极宽度为5 μπι?50 μm，并且对电极的电极宽度为5 μπι?100 μπι。
[0016]2.根据前述I所述的生物传感器，其特征在于，所述梳型电极的工作电极和对电极的个数的总和为30?300个。
[0017]3.根据前述I或2所述的生物传感器，其中，所述梳型电极通过以下方式形成:
(I)在电绝缘性基板上形成贵金属膜，并通过丝网印刷法在其上以梳型形状印刷抗蚀剂，在进行蚀刻之后，除去所述抗蚀剂从而形成；或者(2)在电绝缘性基板上形成贵金属膜，在其上涂布或者粘贴抗蚀剂，隔着光掩模进行曝光，在对形成梳型电极的部分以外的抗蚀剂以及所述贵金属膜进行蚀刻后，除去形成梳型电极的部分的抗蚀剂从而形成；或者(3)在电绝缘性基板上叠置除去了要制造的梳型电极图案后的模板，隔着所述模板在所述电绝缘性基板上形成贵金属膜之后，除去所述模板从而形成；或者(4)通过丝网印刷法在电绝缘性基板上的未形成所述梳型电极的部分上印刷抗蚀剂，并且在所述电绝缘性基板以及抗蚀剂上形成贵金属膜，除去所述抗蚀剂以及在所述抗蚀剂上形成的贵金属膜从而形成。
[0018]4.根据前述I?3中任意一项所述的生物传感器，其特征在于，所述血液成分为葡萄糖。
[0019]5.一种生物传感器的制造方法，包括在电绝缘性基板上形成由贵金属形成的工作电极与对电极分别交互排列的梳型电极的工序，
[0020]所述梳型电极的总面积为1.8mm2?4mm2，电极间距离小于50 μ m，工作电极的电极宽度为5 μ m?50 μ m，对电极的电极宽度为5 μ m?100 μ m，并且电极个数为30?300个，
[0021]所述工序为:(1)在电绝缘性基板上形成贵金属膜，并通过丝网印刷法在其上以梳型形状印刷抗蚀剂，在进行蚀刻之后，通过除去所述抗蚀剂从而形成梳型电极的工序；或者(2)在电绝缘性基板上形成贵金属膜，在其上涂布或者粘贴抗蚀剂，隔着光掩模进行曝光，在对形成梳型电极的部分以外的抗蚀剂以及所述贵金属膜进行蚀刻后，除去形成梳型电极的部分的抗蚀剂，从而形成梳型电极的工序；或者(3)在电绝缘性基板上叠置除去了要制造的梳型电极图案后的模板，隔着所述模板在所述电绝缘性基板上形成贵金属膜之后，除去所述模板，从而形成梳型电极的工序。
[0022]发明效果
[0023]根据本发明，在利用了电化学反应的生物传感器中，由于使用了具有特定的总面积、电极间距离以及电极宽度、或者乃至电极个数的梳型电极作为电极，因此，可以形成不容易受到血细胞比容的影响的双电层，并且在测定中可以在短时间内获得充分的氧化还原反应的电流值，可以测定诸如葡萄糖之类的血液成分。
[0024]由此，能够提供一种生物传感器及其制造方法，即便血液中的血细胞比容值发生变动，该生物传感器也能以良好的精度测定多种血液成分。例如，能够以良好的精度测定血液中所含的葡萄糖、乳酸、胆固醇等的含量。
[0025]附图简要说明
[0026][图1]图1为示出本发明的生物传感器的一个例子的分解立体图。
[0027][图2]图2为用于说明本发明中使用的梳型电极的平面图。
[0028][图3]图3(a)?(e)为示出通过使用经丝网印刷形成的印刷掩模的方法来制造梳型电极的工序的图。
[0029][图4]图4(a)?(g)为示出通过使用经光刻法形成的掩模的方法来制造梳型电极的工序的图。
[0030][图5]图5(a)?(e)为示出通过使用金属掩模的方法来制造梳型电极的工序的图。
[0031][图6]图6(a)?⑷为示出实验例I中的电流值测定结果的图。
[0032][图7]图7为示出在实验例I中在各取样时间所算出的CV值的图。
[0033][图8]图8(a)?(d)为示出在实验例I中实施计时电流法后的结果的图。
[0034][图9]图9(a)?(C)为示出在图8中以Ht42为基准时的电流值的变化的图。
[0035][图10]图10为示出在实验例2中实施计时电流法后的结果的图。
[0036][图11]图11(a)?(C)为示出由图10计算的Ht的影响的图。
[0037][图12]图12(a)?(d)为示出通过剥离技术制造梳型电极的工序的图。
【具体实施方式】
[0038]以下对本发明进行更详细的说明。
[0039]图1为示出本发明的生物传感器的一个例子的分解立体图。在图1中，生物传感器10通过氧化还原酶将血液成分氧化，并通过电极检测由其反应产物引起的氧化电流，从而对血液成分进行测定，具体而言，在电绝缘性基板102上形成梳型电极104，在该梳型电极104上设置图中未示出的试剂层，通过(例如)印刷进一步在其上设置隔板108，从而对梳型电极104的总面积进行限定。另外，在隔板108上设置有覆盖膜109。在隔板108中，在对应于梳型电极104以及试剂层的部分设置切口，从而形成空腔C。
[0040]作为用于形成电绝缘性基板102、隔板108以及覆盖膜109的材料，可列举聚酯、聚烯烃、聚酰胺、聚酯酰胺、聚醚、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚-P -苯硫醚、聚醚酯、聚氯乙烯、聚(甲基)丙烯酸酯等。其中，优选由(例如)聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚2，6-萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等聚酯形成的膜。
[0041]在梳型电极104上设置的试剂层包含氧化还原酶、氧化还原介质、亲水性高分子等。氧化还原酶以及氧化还原介质可根据待测定的血液成分的种类来适当选择，例如，作为氧化还原酶，可列举葡萄糖氧化酶、乳酸氧化酶、胆固醇氧化酶、胆固醇酯酶、尿酸酶、抗坏血酸氧化酶、胆红素氧化酶、葡萄糖脱氢酶、乳酸脱氢酶、乳酸脱氢酶等。作为氧化还原介质，可列举铁氰化钾、对苯醌或其衍生物、吩嗪硫酸甲酯、亚甲基蓝、二茂铁或其衍生物等。作为亲水性高分子，可列举羧甲基纤维素等。
[0042]测定血液成分时，将少于I μ I (例如为0.1?0.25 μ I)的血液导入到覆盖膜109的孔部A中，并引导至存在梳型电极104和试剂层的位置处。然后，通过图中未示出的引线并由外部的测定装置来读取由梳型电极104上的血液与试剂的反应所产生的电流值。
[0043]以上说明的生物传感器的构成是公知的，但是在现有的生物传感器中，若血细胞比容值发生变动，则会对血液成分、尤其是葡萄糖浓度的定量产生不良影响。因此，为了解决该问题，本发明的特征在于使用具有特定的总面积、电极间距离以及电极宽度、或者乃至电极个数的梳型电极。
[0044]图2为用于说明本发明中使用的梳型电极的平面图。在图2中，梳型电极104具有这样的形状:其中，工作电极1042及对电极1044分别形成为梳型形状，这些工作电极1042及对电极1044以在梳型形状的齿的部分彼此交错组合的方式对向配置。
[004