生物傳感器及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物傳感器及其制造方法，特別地，本發(fā)明涉及能夠以良好的精度測定葡萄糖之類的血液成分的生物傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]生物傳感器是利用微生物、酶、抗體、DNA、RNA等生物材料的分子識(shí)別能力，對(duì)樣品中的基質(zhì)含量進(jìn)行定量的傳感器。在各種生物傳感器中，利用酶的傳感器的實(shí)用化正在推進(jìn)，其可測量(例如)基質(zhì)中的葡萄糖、乳酸、膽固醇、氨基酸等。
[0003]作為代表性的生物傳感器之一的血糖值測定用生物傳感器主要利用電化學(xué)反應(yīng)，以(例如)鐵氰化鉀等試劑作為介質(zhì)，使血液中的葡萄糖與傳感器中擔(dān)載的葡萄糖氧化酶等酶發(fā)生反應(yīng)，并對(duì)所得電流值進(jìn)行測定，從而獲得血糖值(例如，參照專利文獻(xiàn)I)。
[0004]另一方面，作為血液的粘性指標(biāo)，血細(xì)胞比容值是已知的。血細(xì)胞比容值是紅血球的容積在血液中所占的比例(％)，一般而言，健康成年人的血細(xì)胞比容值為40%?50%。另一方面，貧血患者的血細(xì)胞比容值降低，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)降至15%的狀態(tài)。已知的是，像這樣的血細(xì)胞比容值的變動(dòng)會(huì)對(duì)利用生物傳感器對(duì)血液成分(特別是葡萄糖濃度)的定量產(chǎn)生不良影響。然而，現(xiàn)有技術(shù)均不能應(yīng)對(duì)血細(xì)胞比容值的變動(dòng)，在血中葡萄糖濃度的測定精度方面存在冋題。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:日本特表2005-512027號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明要解決的問題
[0009]因而，本發(fā)明的目的在于提供一種生物傳感器及其制造方法，即便血細(xì)胞比容值發(fā)生變動(dòng)，該生物傳感器也能以良好的精度測定多種血液成分、特別是血中葡萄糖濃度。
[0010]解決問題的手段
[0011]本發(fā)明人經(jīng)過潛心研宄，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在利用電化學(xué)反應(yīng)的生物傳感器中，通過將具有特定總面積、電極間距離以及電極寬度、或者乃至電極個(gè)數(shù)的梳型電極用作電極，可以解決上述現(xiàn)有的問題，從而完成了本發(fā)明。
[0012]SP，本發(fā)明如下所述。
[0013]1.一種生物傳感器，其通過氧化還原酶將血液成分氧化，并用電極檢測由其反應(yīng)產(chǎn)物引起的氧化電流，從而對(duì)所述血液成分進(jìn)行測定，其特征在于，
[0014]所述電極為由貴金屬形成的工作電極與對(duì)電極分別交互排列的梳型電極，
[0015]所述梳型電極的總面積為1.8mm2?4mm2，電極間距離小于50 μ m，工作電極的電極寬度為5 μπι?50 μm，并且對(duì)電極的電極寬度為5 μπι?100 μπι。
[0016]2.根據(jù)前述I所述的生物傳感器，其特征在于，所述梳型電極的工作電極和對(duì)電極的個(gè)數(shù)的總和為30?300個(gè)。
[0017]3.根據(jù)前述I或2所述的生物傳感器，其中，所述梳型電極通過以下方式形成:
(I)在電絕緣性基板上形成貴金屬膜，并通過絲網(wǎng)印刷法在其上以梳型形狀印刷抗蝕劑，在進(jìn)行蝕刻之后，除去所述抗蝕劑從而形成；或者(2)在電絕緣性基板上形成貴金屬膜，在其上涂布或者粘貼抗蝕劑，隔著光掩模進(jìn)行曝光，在對(duì)形成梳型電極的部分以外的抗蝕劑以及所述貴金屬膜進(jìn)行蝕刻后，除去形成梳型電極的部分的抗蝕劑從而形成；或者(3)在電絕緣性基板上疊置除去了要制造的梳型電極圖案后的模板，隔著所述模板在所述電絕緣性基板上形成貴金屬膜之后，除去所述模板從而形成；或者(4)通過絲網(wǎng)印刷法在電絕緣性基板上的未形成所述梳型電極的部分上印刷抗蝕劑，并且在所述電絕緣性基板以及抗蝕劑上形成貴金屬膜，除去所述抗蝕劑以及在所述抗蝕劑上形成的貴金屬膜從而形成。
[0018]4.根據(jù)前述I?3中任意一項(xiàng)所述的生物傳感器，其特征在于，所述血液成分為葡萄糖。
[0019]5.一種生物傳感器的制造方法，包括在電絕緣性基板上形成由貴金屬形成的工作電極與對(duì)電極分別交互排列的梳型電極的工序，
[0020]所述梳型電極的總面積為1.8mm2?4mm2，電極間距離小于50 μ m，工作電極的電極寬度為5 μ m?50 μ m，對(duì)電極的電極寬度為5 μ m?100 μ m，并且電極個(gè)數(shù)為30?300個(gè)，
[0021]所述工序?yàn)?(1)在電絕緣性基板上形成貴金屬膜，并通過絲網(wǎng)印刷法在其上以梳型形狀印刷抗蝕劑，在進(jìn)行蝕刻之后，通過除去所述抗蝕劑從而形成梳型電極的工序；或者(2)在電絕緣性基板上形成貴金屬膜，在其上涂布或者粘貼抗蝕劑，隔著光掩模進(jìn)行曝光，在對(duì)形成梳型電極的部分以外的抗蝕劑以及所述貴金屬膜進(jìn)行蝕刻后，除去形成梳型電極的部分的抗蝕劑，從而形成梳型電極的工序；或者(3)在電絕緣性基板上疊置除去了要制造的梳型電極圖案后的模板，隔著所述模板在所述電絕緣性基板上形成貴金屬膜之后，除去所述模板，從而形成梳型電極的工序。
[0022]發(fā)明效果
[0023]根據(jù)本發(fā)明，在利用了電化學(xué)反應(yīng)的生物傳感器中，由于使用了具有特定的總面積、電極間距離以及電極寬度、或者乃至電極個(gè)數(shù)的梳型電極作為電極，因此，可以形成不容易受到血細(xì)胞比容的影響的雙電層，并且在測定中可以在短時(shí)間內(nèi)獲得充分的氧化還原反應(yīng)的電流值，可以測定諸如葡萄糖之類的血液成分。
[0024]由此，能夠提供一種生物傳感器及其制造方法，即便血液中的血細(xì)胞比容值發(fā)生變動(dòng)，該生物傳感器也能以良好的精度測定多種血液成分。例如，能夠以良好的精度測定血液中所含的葡萄糖、乳酸、膽固醇等的含量。
[0025]附圖簡要說明
[0026][圖1]圖1為示出本發(fā)明的生物傳感器的一個(gè)例子的分解立體圖。
[0027][圖2]圖2為用于說明本發(fā)明中使用的梳型電極的平面圖。
[0028][圖3]圖3(a)?(e)為示出通過使用經(jīng)絲網(wǎng)印刷形成的印刷掩模的方法來制造梳型電極的工序的圖。
[0029][圖4]圖4(a)?(g)為示出通過使用經(jīng)光刻法形成的掩模的方法來制造梳型電極的工序的圖。
[0030][圖5]圖5(a)?(e)為示出通過使用金屬掩模的方法來制造梳型電極的工序的圖。
[0031][圖6]圖6(a)?⑷為示出實(shí)驗(yàn)例I中的電流值測定結(jié)果的圖。
[0032][圖7]圖7為示出在實(shí)驗(yàn)例I中在各取樣時(shí)間所算出的CV值的圖。
[0033][圖8]圖8(a)?(d)為示出在實(shí)驗(yàn)例I中實(shí)施計(jì)時(shí)電流法后的結(jié)果的圖。
[0034][圖9]圖9(a)?(C)為示出在圖8中以Ht42為基準(zhǔn)時(shí)的電流值的變化的圖。
[0035][圖10]圖10為示出在實(shí)驗(yàn)例2中實(shí)施計(jì)時(shí)電流法后的結(jié)果的圖。
[0036][圖11]圖11(a)?(C)為示出由圖10計(jì)算的Ht的影響的圖。
[0037][圖12]圖12(a)?(d)為示出通過剝離技術(shù)制造梳型電極的工序的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]以下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說明。
[0039]圖1為示出本發(fā)明的生物傳感器的一個(gè)例子的分解立體圖。在圖1中，生物傳感器10通過氧化還原酶將血液成分氧化，并通過電極檢測由其反應(yīng)產(chǎn)物引起的氧化電流，從而對(duì)血液成分進(jìn)行測定，具體而言，在電絕緣性基板102上形成梳型電極104，在該梳型電極104上設(shè)置圖中未示出的試劑層，通過(例如)印刷進(jìn)一步在其上設(shè)置隔板108，從而對(duì)梳型電極104的總面積進(jìn)行限定。另外，在隔板108上設(shè)置有覆蓋膜109。在隔板108中，在對(duì)應(yīng)于梳型電極104以及試劑層的部分設(shè)置切口，從而形成空腔C。
[0040]作為用于形成電絕緣性基板102、隔板108以及覆蓋膜109的材料，可列舉聚酯、聚烯烴、聚酰胺、聚酯酰胺、聚醚、聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、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，優(yōu)選由(例如)聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚2，6-萘二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯等聚酯形成的膜。
[0041]在梳型電極104上設(shè)置的試劑層包含氧化還原酶、氧化還原介質(zhì)、親水性高分子等。氧化還原酶以及氧化還原介質(zhì)可根據(jù)待測定的血液成分的種類來適當(dāng)選擇，例如，作為氧化還原酶，可列舉葡萄糖氧化酶、乳酸氧化酶、膽固醇氧化酶、膽固醇酯酶、尿酸酶、抗壞血酸氧化酶、膽紅素氧化酶、葡萄糖脫氫酶、乳酸脫氫酶、乳酸脫氫酶等。作為氧化還原介質(zhì)，可列舉鐵氰化鉀、對(duì)苯醌或其衍生物、吩嗪硫酸甲酯、亞甲基藍(lán)、二茂鐵或其衍生物等。作為親水性高分子，可列舉羧甲基纖維素等。
[0042]測定血液成分時(shí)，將少于I μ I (例如為0.1?0.25 μ I)的血液導(dǎo)入到覆蓋膜109的孔部A中，并引導(dǎo)至存在梳型電極104和試劑層的位置處。然后，通過圖中未示出的引線并由外部的測定裝置來讀取由梳型電極104上的血液與試劑的反應(yīng)所產(chǎn)生的電流值。
[0043]以上說明的生物傳感器的構(gòu)成是公知的，但是在現(xiàn)有的生物傳感器中，若血細(xì)胞比容值發(fā)生變動(dòng)，則會(huì)對(duì)血液成分、尤其是葡萄糖濃度的定量產(chǎn)生不良影響。因此，為了解決該問題，本發(fā)明的特征在于使用具有特定的總面積、電極間距離以及電極寬度、或者乃至電極個(gè)數(shù)的梳型電極。
[0044]圖2為用于說明本發(fā)明中使用的梳型電極的平面圖。在圖2中，梳型電極104具有這樣的形狀:其中，工作電極1042及對(duì)電極1044分別形成為梳型形狀，這些工作電極1042及對(duì)電極1044以在梳型形狀的齒的部分彼此交錯(cuò)組合的方式對(duì)向配置。
[004