JP2000019147A

JP2000019147A - 反応生成物測定装置

Info

Publication number: JP2000019147A
Application number: JP10186038A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Shirakawa; 洋白川
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 1998-07-01
Filing date: 1998-07-01
Publication date: 2000-01-21

Abstract

(57)【要約】【課題】対象物検知部と信号処理部とに区分けして、
対象物検知部を交換可能にしたバイオセンサにおいて、
対象物検知部の識別を正確行え、かつ、種々の識別が可
能なようにする。【解決手段】対象物検知部１００に離散的に区分けさ
れた当該対象物検知部を識別するためのロット判別用電
極１０３を設け、信号処理部２００の識別データ読み込
み用コンタクトピン２１３〜２１６でそのロット判別用
電極１０３を電気的に検出可能にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はバイオセンサなどの
反応生成物測定装置に関する。より特定的には、本発明
は、信号処理部と反応生成処理部とが分離された反応生
成物測定装置において、反応生成物検知部を交換可能に
した反応生成物測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】反応生成物測定装置の１例としてバイオ
センサについて述べる。さらにバイオセンサの１例とし
て酵素センサについて述べる。酵素センサは、酵素を固
定化した膜と、酵素の触媒作用によって生成した、また
は、酵素の触媒作用によって消費された物質を検知する
電気化学的電極で構成されている。

【０００３】このようなバイオセンサにおいては、対象
物検知部と、対象物検知部で検出した信号を種々信号処
理して最終的な測定結果を出力する信号処理部とに分離
した構成をとることが試みられている。そのような方法
によれば、酵素センサなどのバイオセンサをディスポー
サブル（使い捨て可能）な方法で使用した場合に、対象
物検知部のみを交換するだけで、信号処理部は継続して
使用できることになり経済的である。しかしながら、そ
のようなバイオセンサにおいて、対象物検知部の特性は
製造ロットごと、あるいは、対象物検知部ごとに、多少
の特性のバラツキがでることがある。したがって、信号
処理部において、全ての対象物検知部について、それら
の対象物検知部から出力される検出信号に同じ処理をす
ると検出結果に誤りが発生することがある。

【０００４】そのような問題を克服する方法としては、
本件出願人は、たとえば、「バイオセンサ」、特願平９
−１６０４０３号に提示したように、バイオセンサの対
象物検知部に、ロット毎に形状の異なる電極を付着し、
かつ、その電極の位置をロット毎に変化させて、信号処
理部側で電極の形状と配置位置を検出してロットを識別
し、ロット毎に信号処理に補正を行うことを提案した。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した「バイオセン
サ」、特願平９−１６０４０３号に提案した方法では、
ロットごとにバラツキが出たとしても、ロットごとのバ
ラツキを補正した信号処理が可能となる。しかしなが
ら、特願平９−１６０４０３号に提案した方法では、バ
イオセンサなどの寸法的に限られた場所に取り付けると
いう制約がある。さらに、対象物検知部と信号処理部と
の接続部の限られた場所に配置する電極形状は限られる
し、電極の配置位置も限られる。したがって、このよう
な制約から、多数のロットを識別することが困難になる
という問題がある。さらに、上述した「バイオセン
サ」、特願平９−１６０４０３号に提案した方法では、
識別用電極の取り付け位置で識別しているから、識別用
電極の設置位置が若干異なると、違ったロットと識別し
てしまう可能性がある。逆にいえば、限られた面積のバ
イオセンサにおいて電極の取り付け精度を高めなければ
ならないという困難に遭遇している。

【０００６】本発明は上述した問題を改善するものであ
り、種々のロットを正確に識別可能なバイオセンサなど
の反応生成物測定装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、測定対
象の状態を反応させて検知する対象物検知部と、該対象
物検知部からの信号を信号処理して検知結果を出力する
信号処理部とを有し、前記対象物検知部と前記信号処理
部とがコネクタを介して接続または分離可能な反応生成
物測定装置において、前記対象物検知部の接続部は離散
的に区分けされた当該対象物検知部を識別するための識
別部を有し、前記信号処理部は前記離散的な識別部を認
識可能なコネクタを有することを特徴とする反応生成物
測定装置が提供される。

【０００８】好ましくは、前記対象物検知部からの検知
信号を読みだす部分と前記識別部とが一体構成されてい
る。

【０００９】本発明においては、対象物検知部が離散的
な識別方法で示されるので、識別部の識別方法およびそ
の認識が正確になる。換言すれば、識別電極の取り付け
位置などの制約を受けない。さらに、離散的な表現であ
るので、多数の対象物検知部を正確に識別可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の反応生成物測定装置の１
実施の形態としてバイオセンサ、特に、酵素センサを例
示する。図１および図２は酵素センサの構成図である。
図１（Ａ）は酵素センサの対象物検知部１００と信号処
理部２００とが合体した状態の平面図を示しており、図
１（Ｂ）は図１（Ａ）における線Ｘ１−Ｘ１における部
分断面図である。図２は対象物検知部１００を信号処理
部２００の接続部（コネクタ部）２１０に嵌め込んで、
図１（Ａ）の装着状態にする前の状態を示す図である。

【００１１】図解した酵素センサは、検知素子本体（セ
ンサ本体）が搭載されている対象物検知部１００と信号
処理部２００とから構成されている。酵素センサの対象
物検知部１００と信号処理部２００とは着脱可能になっ
ており、図２に図解したように、対象物検知部１００を
信号処理部２００の接続部（コネクタ部）２１０に取り
付けて使用する。

【００１２】なお、好ましくは、信号処理部２００の接
続部（コネクタ部）２１０と、対象物検知部１００との
接続は、図３に図解したように、信号処理部２００の接
続部（コネクタ部）２１０に対象物検知部１００を挿入
して固定し、接続部（コネクタ部）２１０に対象物検知
部１００が挿入されたとき、対象物検知部１００の判別
用電極１０３、端子部分１０４、コモン端子部分１０５
が、接続部（コネクタ部）２１０のピン２１２、２１３
〜２１６と弾力性をもって電気的に接触するように、ピ
ン２１２、２１３〜２１６が弾力性のある電気材料で形
成されていることが好ましい。なお、図３は、図解の簡
略化のため、ピン２１３を代表して図解しており、その
他のピン２１１、２１２、２１４〜２１６もそれぞれの
位置に、ピン２１３とど同様に設けられるものとする。
対象物検知部１００は、信号処理部２００の接続部（コ
ネクタ部）２１０に挿脱すればよい。換言すれば、信号
処理部２００の接続部（コネクタ部）２１０は、ディス
ポーサブルな（使い捨て可能な）対象物検知部１００を
挿脱容易な構造になっている。

【００１３】対象物検知部１００図１（Ａ）、図２、図
３、図４および図５を参照して、酵素センサの対象物検
知部１００について述べる。酵素センサは、酵素を固定
化した膜と、酵素の触媒作用によって生成した、また
は、酵素の触媒作用によって消費された物質を検知する
電気化学的電極で構成されている。そのような酵素セン
サをディスポーサブルに（使い捨て可能に）使用した場
合に、対象物検知部を交換する必要がある。

【００１４】図４は図２に図解した対象物検知部１００
の分解斜視図を示す図である。図５は対象物検知部１０
０のロット判別用電極１０３の断面図である。図６は図
１（Ａ）に線Ｘ２−Ｘ２における断面図であり、図２に
図解した酵素反応部分１０６とカーボン電極１０１、１
０２、開口１０８、絶縁膜１０７の断面を図解した図で
ある。

【００１５】酵素センサの対象物検知部１００は、基板
１１０と、この基板１１０に上に形成された第１のカー
ボン電極１０１と、該第１のカーボン電極１０１と対向
する第２のカーボン電極１０２と、第１のカーボン電極
１０１と第２のカーボン電極１０２との対向する間隙に
形成された酵素反応部分１０６と、酵素反応部分１０６
に対応する部分に開口１０８が設けられ第１のカーボン
電極１０１および第２のカーボン電極１０２を部分的に
包囲している絶縁膜１０７を有する。これらが、対象物
検知部１００の主要部であり、詳細を後述する酵素反応
部分１０６における反応結果を検知する。

【００１６】第１のカーボン電極１０１からコモン端子
部分１０５が延伸しており、このコモン端子部分１０５
の先端に、この対象物検知部１００の識別用のロット判
別用電極１０３が設けられている。第１のカーボン電極
１０１と対向して設けられた第２のカーボン電極１０２
から延伸して端子部分１０４が設けられている。

【００１７】図４を参照して、図解した酵素センサの対
象物検知部１００の製造方法を述べる。（ａ）まず、ＰＥＴなどの基板１１０を準備し、基板１
１０の上に、第１のカーボン電極１０１、コモン端子部
分１０５、ロット判別用電極１０３とを一体的に印刷す
る。この印刷と同時的に、第２のカーボン電極１０２と
端子部分１０４とを一体的に印刷する。すなわち、本実
施の形態においては、第１のカーボン電極１０１、コモ
ン端子部分１０５、ロット判別用電極１０３は印刷電極
である。同様に、第２のカーボン電極１０２、端子部分
１０４も印刷電極である。第１のカーボン電極１０１、
コモン端子部分１０５およびロット判別用電極１０３を
一体構成しているので、短時間で製造できる。同様に、
第２のカーボン電極１０２および端子部分１０４を一体
構成しているので、短時間で製造できる。さらに、第１
のカーボン電極１０１、コモン端子部分１０５およびロ
ット判別用電極１０３の印刷と、第２のカーボン電極１
０２および端子部分１０４の印刷は同じ工程で行えるか
ら、製造時間が一層短縮できる。

【００１８】（ｂ）次いで、ロット判別用電極１０３部
分を区分けして、不要部分をパターンカットする。本実
施の形態においては、ロット判別用電極１０３を４区域
に区分しており、それぞれの区画を２の巾乗（べき乗）
で表す。そうすると、０〜（２⁴−１）＝０〜１５の１
６通りの表現が可能となる。たとえば、図４に図解のよ
うに、下１桁をパターンカットした場合、２進数表記で
は「１，０，０，０」または「０，０，０，１」になる
から、１６進数で「８」または「１」を意味する数値に
なる。本実施の形態においては、１６進数で「１」を意
味することにする。この数値を対象物検知部１００のロ
ット番号、あるいは、製造番号などに対応させておけ
ば、この対象物検知部１００の識別に使用することがで
きる。パターンカットしたロット判別用電極１０３部分
の断面図を図５に図解した。本実施の形態においては、
ロット判別用電極１０３を２のべき乗などの表記方法に
より、離散的に区分けしているので、識別方法が正確か
つ容易になる。後に述べるように、ロット判別用電極１
０３の識別するための識別データ読み込み用コンタクト
ピン２１３〜２１６の識別も正確かつ容易である。

【００１９】（ｃ）基板１１０に上述した電極を印刷し
て形成された、対向する第１のカーボン電極１０１と第
２のカーボン電極１０２部分に、酵素反応部分１０６を
形成するため、酵素を塗布する。

【００２０】（ｄ）第１のカーボン電極１０１と第２の
カーボン電極１０２と、これら対向する電極部に塗布さ
れた酵素が露出して検知対象が酵素に接触可能なように
開口１０８が設けられた絶縁膜１０７で端子部分１０４
およびコモン端子部分１０５を被覆する。この状態を図
６に断面図として示した。

【００２１】以上のようにして製造される対象物検知部
１００は、たとえば、ロット毎に大量生産され、抜き取
り検査などにより、そのロットの対象物検知部１００の
特性が代表的な特性として入手される。対象物検知部１
００、特に、酵素反応部分１０６の特性はロット毎多少
バラツクことがある。したがって、ロット生産された対
象物検知部１００を抜き取り検査してそのバラツキデー
タを事前に採取しておけば、信号処理部２００で信号処
理するときに補正することができる。

【００２２】以上のようにして製造された対象物検知部
１００は、ディスポーサブル（使い捨て）センサとして
使用される。本発明においては、そのような連続して使
用することができない対象物検知部１００を交換して使
用可能にする一方、信号処理部２００は継続して使用可
能にしている。

【００２３】信号処理部２００図１（Ａ）、（Ｂ）および図２に図解したように、酵素
センサの信号処理部２００は、基板２０５に搭載され
た、接続部（コネクタ部）２１０と、演算処理部２２０
と、抵抗器群２３０とを有する。

【００２４】コネクタ部２１０は、対象物検知部１００
を嵌め込んで、組み合わせたとき、対象物検知部１００
のコモン端子部分１０５および端子部分１０４と接触す
る（当接する）検知結果用コンタクトピン２１１、２１
２と、対象物検知部１００のロット判別用電極１０３の
それぞれの区分と接触する識別データ読み込み用コンタ
クトピン２１３〜２１６とを有する。図１（Ｂ）に図解
の例示において、コモン端子部分１０５、ロット判別用
電極１０３を基板１１０の上面に印刷した場合、端子部
分１０４、コモン端子部分１０５およびロット判別用電
極１０３と接触可能なように、検知結果用コンタクトピ
ン２１１、２１２および識別データ読み込み用コンタク
トピン２１３〜２１６は基板２０５の下面に設けられて
いる。なお、検知結果用コンタクトピン２１１、２１２
および識別データ読み込み用コンタクトピン２１３〜２
１６は導電性部材であればよく、対象物検知部１００に
おけるカーボン電極と同じである必要はない。検知結果
用コンタクトピン２１１、２１２および識別データ読み
込み用コンタクトピン２１３〜２１６としては、たとえ
ば、アルミニューム、銅、金などの導電性金属を基板２
０５の印刷して形成することができる。もちろん、検知
結果用コンタクトピン２１１、２１２および識別データ
読み込み用コンタクトピン２１３〜２１６をカーボン印
刷することもできる。

【００２５】抵抗器群２３０は、プルアップまたはプル
ダウンに用いる複数の抵抗器からなる。

【００２６】演算処理部２２０は、電流電圧変換回路２
２２、増幅回路２２４、演算部２２６および表示部２２
８を有する。電流電圧変換回路２２２において検知結果
用コンタクトピン２１１、２１２で読みだして酵素反応
部分１０６における検知信号（電流信号）を電圧信号に
変換して、増幅回路２２４において増幅し、演算部２２
６において種々の演算を行って、表示部２２８にその結
果を表示する。種々の演算を行うため、演算部２２６は
たとえば、マイクロコンピュータを用いて演算が行われ
る。表示部２２８としては、液晶表示器、ＣＲＴ表示
器、プラズマ表示器などの種々の表示器を用いることが
できる。なお、演算部２２６の結果を示す装置として
は、表示部２２８の他、プリンタ装置などの印刷装置を
設けることもできる。さらに、必要に応じては、演算部
２２６の演算結果を遠隔の装置にデータ伝送などするこ
とも可能である。

【００２７】対象物検知部１００と信号処理部２００と
の組み合わせ、および、動作上述した対象物検知部１００と信号処理部２００とを準
備して、図２に図解したように、対象物検知部１００の
ロット判別用電極１０３部分から信号処理部２００のコ
ネクタ部２１０に向けて差し込み、第１のカーボン電極
１０１に接続されているコモン端子部分１０５と第２の
カーボン電極１０２に接続されている端子部分１０４を
検知結果用コンタクトピン２１１、２１２に電気的に接
続させ、ロット判別用電極１０３の区分１０３Ａ〜１０
３Ｄを識別データ読み込み用コンタクトピン２１３〜２
１６に電気的に接続させる。

【００２８】その結果、信号処理部２００の演算処理部
２２０において、検知結果用コンタクトピン２１１、２
１２から酵素反応部分１０６の検知結果、および、識別
データ読み込み用コンタクトピン２１３〜２１６からロ
ット判別用電極１０３のパターンが入力される。演算処
理部２２０は、まず、識別データ読み込み用コンタクト
ピン２１３〜２１６からロット判別用電極１０３の識別
パターンを読み取り、事前に入力されている対象物検知
部１００のロットごとの補正データを選択する。なお、
ロット毎と補正方法としては、演算部２２６に事前にロ
ットごとの補正データを記憶しておき、ロット判別用電
極１０３で示されたロット番号を識別して対応する補正
データを選択して使用することができる。その後、演算
処理部２２０は、対象物検知部１００の酵素反応部分１
０６の検知結果を読み取り、所望の演算処理をして、上
記ロット毎の補正をも行い、その結果を表示部２２８に
出力する。なお、演算処理部２２０における演算処理自
体は公知の方法と同様であるので、その詳細説明を割愛
する。

【００２９】対象物検知部１００の交換新しい対象物検知部１００に交換するときは、信号処理
部２００の接続部（コネクタ部）２１０に挿入・接続さ
れているこれまで使用していた対象物検知部１００を外
す。その後、新しい対象物検知部１００を信号処理部２
００の接続部（コネクタ部）２１０に取り付けて、上記
同様、交換した対象物検知部１００の識別を行い、必要
に応じて、その識別の結果に基づいて補正を行って、実
際の検知処理を行う。

【００３０】以上の実施の形態においては、対象物検知
部１００のロット判別用電極１０３は４区分して、０〜
１５の１６通りの数値（コード）でロット番号などを表
示可能にしたが、本発明の実施に際しては、ロット判別
用電極１０３を４区分することに限らず、任意の数に区
分けすることができる。たとえば、３区分けにすること
ができ、そのときは０〜７の８通りの数値でロット番号
を表すことができる。その場合、信号処理部２００にお
ける識別データ読み込み用コンタクトピンは３個でよ
い。逆に、ロット判別用電極１０３を５区分して、３２
通りのロット番号を表示することもできる。また、ロッ
ト判別用電極１０３は上述した実施の形態に限定され
ず、種々の変形態様をとることができる。たとえば、区
分を２のべき乗表示するだけに限らず、１０進数表示、
あるいは、それぞれの区分をアルファベットに対応させ
ることもできる。さらに、ロット判別用電極１０３をロ
ット番号ではなく、補正データの番号などに使用するこ
ともできる。すなわち、ロット判別用電極１０３を離散
的な種々の形態で表すことにより、対象物検知部１００
の正確な識別に使用することができる。本実施の形態の
ロット判別用電極１０３は区分は離散的な形態であるか
ら明瞭であり、これに対応する識別データ読み込み用コ
ンタクトピン２１３〜２１６も正確に位置が決定される
から、対象物検知部１００の識別も正確になる。さら
に、ロット判別用電極１０３と識別データ読み込み用コ
ンタクトピン２１３〜２１６とを組み合わせることによ
り、自動的に対象物検知部１００の識別、および、その
後の処理、たとえば、演算の補正、あるいは、測定結果
の整理などに使用することができる。

【００３１】対象物検知部１００のロット判別用電極１
０３、端子部分１０４およびコモン端子部分１０５と信
号処理部２００のコネクタ部２１０における検知結果用
コンタクトピン２１１、２１２および識別データ読み込
み用コンタクトピン２１３〜２１６との電気的な接続は
上述した方法に限らず、種々の態様をとることができ
る。たとえば、検知結果用コンタクトピン２１１、２１
２と識別データ読み込み用コンタクトピン２１３〜２１
６とを１列に並べる配置をし、対象物検知部１００側も
１列に並んだ検知結果用コンタクトピン２１１、２１２
と識別データ読み込み用コンタクトピン２１３〜２１６
に一致する形状にする。

【００３２】また、対象物検知部１００と信号処理部２
００のコネクタ部２１０との接続方法は、信号処理部２
００のコネクタ部２１０部分を雌型コネクタにして、対
象物検知部１００のロット判別用電極１０３、端子部分
１０４およびコモン端子部分１０５を雄型にして、嵌め
合うようにすることができる。また、その逆にすること
ができる。

【００３３】以上、本発明の反応生成物測定装置の実施
の形態として、バイオセンサ、特に、酵素センサについ
て例示したが、本発明は、その他のバイオセンサに適用
できることは勿論であり、バイオセンサ以外の種々の反
応生成物測定装置に適用できることは勿論である。

【００３４】

【発明の効果】本発明においては、対象物検知部が離散
的な識別方法で示されるので、識別部の識別方法および
その認識が正確になる。

【００３５】また本発明においては、反応部分の検知用
電極と識別部を一体構成にしているので、構成が簡単で
あり、製造も容易にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（Ａ）および（Ｂ）は本発明の反応生成物
測定装置の実施の形態としての酵素センサの構成図であ
り、図１（Ａ）は酵素センサの対象物検知部と酵素セン
サの信号処理部とが合体した状態の平面図であり、図１
（Ｂ）は図１（Ａ）における線Ｘ１−Ｘ１における部分
断面図である。

【図２】図２は図１（Ａ）、（Ｂ）に図解した酵素セン
サの対象物検知部を信号処理部の接続部（コネクタ部）
に嵌め込んで、図１（Ａ）の装着状態にする前の状態を
示す図である。

【図３】図３は図１に図解した信号処理部の接続部（コ
ネクタ部）と対象物検知部との挿入・接続状態を表す１
形態図である。

【図４】図４は図２に図解した対象物検知部の分解斜視
図を示す図である。

【図５】図５は対象物検知部のロット判別用電極の断面
図である。

【図６】図６は図１（Ａ）に線Ｘ２−Ｘ２における断面
図であり、図２に図解した酵素反応部分とその近傍の対
向するカーボン電極、開口、絶縁膜の断面を図解した図
である。

【符号の説明】

１００・・対象物検知部１０１・・第１のカーボン電極１０２・・第２のカーボン電極１０３・・判別用電極１０４・・端子部分１０５・・コモン端子部分１０６・・酵素反応部分１０７・・絶縁膜１０８・・開口１１０・・基板２００・・信号処理部２０５・・基板２１０・・接続部（コネクタ部）２１１、２１２・・検知結果用コンタクトピン２１３〜２１６・・識別データ読み込み用コンタクトピ
ン２２０・・演算処理部２２２・・電流電圧変換回路２２４・・増幅回路２２６・・演算部２２８・・表示部２３０・・抵抗器群

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定対象の状態を反応させて検知する対象
物検知部と、該対象物検知部からの信号を信号処理して
検知結果を出力する信号処理部とを有し、前記対象物検
知部と前記信号処理部とがコネクタを介して接続または
分離可能な反応生成物測定装置において、前記対象物検知部の接続部は離散的に区分けされた当該
対象物検知部を識別するための識別部を有し、前記信号処理部は前記離散的な識別部を認識可能なコネ
クタを有することを特徴とする反応生成物測定装置。
【請求項２】前記対象物検知部からの検知信号を読みだ
す部分と前記識別部とが一体構成されている、請求項１
記載の反応生成物測定装置。