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JP2017009431A - Sensor - Google Patents

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JP2017009431A
JP2017009431A JP2015124789A JP2015124789A JP2017009431A JP 2017009431 A JP2017009431 A JP 2017009431A JP 2015124789 A JP2015124789 A JP 2015124789A JP 2015124789 A JP2015124789 A JP 2015124789A JP 2017009431 A JP2017009431 A JP 2017009431A
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Japan
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electrode
sensor
sensor according
biosensor
coating layer
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Application number
JP2015124789A
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Japanese (ja)
Inventor
純 ▲高▼木
純 ▲高▼木
Jun Takagi
勝重 小谷
Katsushige Kotani
勝重 小谷
典子 佐々木
Noriko Sasaki
典子 佐々木
博保 角矢
Hiroyasu Tsunoya
博保 角矢
功二 田中
Koji Tanaka
功二 田中
淳典 平塚
Atsunori Hiratsuka
淳典 平塚
尚徳 岩佐
Hisanori Iwasa
尚徳 岩佐
憲二 横山
Kenji Yokoyama
憲二 横山
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Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor that exhibits less reduction in sensitivity after prolonged use or storage.SOLUTION: A sensor is for electrochemically quantifying an analyte and includes a working electrode 21, a counter electrode 22, and a reagent layer 3 containing at least an enzyme that reacts with a substrate, and a mediator. Surfaces of the working electrode 21 and the counter electrode 22 are at least partially covered with a coating layer comprising the reagent layer 3 with a water soluble material.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、電気化学法を用いたセンサに関する。   The present invention relates to a sensor using an electrochemical method.

血糖値センサなどのグルコースセンサのように、電気化学法を利用した各種のセンサ(バイオセンサ)が知られている。   Various sensors (biosensors) using an electrochemical method are known, such as a glucose sensor such as a blood glucose level sensor.

例えば、バイオセンサのキャビティ(スペーサに形成された溝によって形成される空間)に、検体(血液など)を導入すると、検体に含まれる成分(基質)が、酵素を介してメディエータを還元する。ここで、電極に所定の電圧を印加すると、電気化学反応により、還元されたメディエータが逆に酸化される。このとき発生する酸化電流を測定することで、着目する成分の量を検出できる。   For example, when a specimen (blood or the like) is introduced into a cavity (a space formed by a groove formed in a spacer) of a biosensor, a component (substrate) contained in the specimen reduces the mediator via an enzyme. Here, when a predetermined voltage is applied to the electrode, the reduced mediator is reversely oxidized by an electrochemical reaction. By measuring the oxidation current generated at this time, the amount of the component of interest can be detected.

このようなバイオセンサは、一般に、少なくとも作用極と対極を含む2つ以上の電極を備えており、電極上に、キャビティを形成するためのスペーサを貼り合わせたのち、キャビティの一部に酵素、メディエータなどを含む試薬層を形成し、カバーを貼り合わせてなる構造を有している。   Such a biosensor generally includes two or more electrodes including at least a working electrode and a counter electrode. After a spacer for forming a cavity is bonded on the electrode, an enzyme, It has a structure in which a reagent layer containing a mediator or the like is formed and a cover is attached.

ここで、従来から本発明の技術分野では、長期間の使用または保管後のバイオセンサにおいて、電極の検知感度が低下するという問題が指摘されていた。なお、常温下でも保管時間にしたがって、電極で検出される電流値が経時的に低下する場合があるが、特に30℃を越える高温環境下では、その電流低下が顕著となることが分かっている。   Heretofore, in the technical field of the present invention, it has been pointed out that the biosensor after long-term use or storage has a problem that the detection sensitivity of the electrode is lowered. Note that the current value detected by the electrode may decrease over time even at room temperature, depending on the storage time, but it is known that the current decrease becomes significant especially in a high temperature environment exceeding 30 ° C. .

特許文献1には、この電流低下の一因について、電極(電極膜)がスパッタリング法で形成された金属膜である場合、スパッタガス、基材または装置内壁からのアウトガスなどのガス成分が製造工程で金属膜に取り込まれ、その保存過程では、金属膜からガス成分が離脱することで、金属膜中に間隙(ポア)が生じ、間隙が金属成分で埋まることで金属膜の物性が変化する(表面抵抗値が下がる)と考えられる旨が記載されている。   In Patent Document 1, as a cause of the current decrease, when an electrode (electrode film) is a metal film formed by a sputtering method, a gas component such as a sputter gas, a base material, or an outgas from the inner wall of the apparatus is produced. In the preservation process, a gas component is released from the metal film, thereby creating a gap in the metal film, and filling the gap with the metal component changes the physical properties of the metal film ( It is described that the surface resistance value is considered to decrease.

このため、特許文献1では、電極膜の長期安定性を向上させるために、ガス成分が電極膜に取り込まれ難い成膜条件を選択することで、電極膜に内在するガス成分を減らし、電極の経時変化を抑制することが提案されている。   For this reason, in Patent Document 1, in order to improve the long-term stability of the electrode film, the gas component existing in the electrode film is reduced by selecting a film formation condition in which the gas component is not easily taken into the electrode film. It has been proposed to suppress changes over time.

特開2009−132138号公報JP 2009-132138 A

しかしながら、本発明者らが特許文献1と同様の実験を試みたところ、上記のような条件の適正化を行っても、完全に電極膜からガス成分を排除することはできず、依然として電極膜にポアが発生するため、保管時間に伴う電極の特性変化(電流低下)を完全に抑制することはできなかった。なお、特に30℃を超える高温環境下では電流低下が顕著になることが分かった。   However, when the present inventors tried the same experiment as in Patent Document 1, even if the above conditions were optimized, the gas component could not be completely removed from the electrode film, and the electrode film still remains. Since pores were generated in the electrode, it was impossible to completely suppress changes in electrode characteristics (current drop) associated with storage time. In addition, it was found that the current decrease becomes remarkable especially in a high temperature environment exceeding 30 ° C.

したがって、特許文献1に開示されるセンサでは、長期間の使用または保管後に、電極の検知感度の低下を抑制する効果は必ずしも十分ではなかった。なお、特に30℃を超えるような高温条件下では、電極の検知感度の低下を十分に抑制することが出来ないという問題があった。   Therefore, in the sensor disclosed in Patent Document 1, the effect of suppressing a decrease in detection sensitivity of the electrode after long-term use or storage is not always sufficient. In particular, there is a problem in that a decrease in detection sensitivity of the electrode cannot be sufficiently suppressed under a high temperature condition exceeding 30 ° C.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、長期間の使用または保管後における検出感度の低下を従来よりも抑制することが可能なセンサを提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the said subject, and it aims at providing the sensor which can suppress the fall of the detection sensitivity after a long-term use or a storage more than before.

[1]
分析対象物を電気化学的に定量するためのセンサであって、
電極を備え、
前記電極の表面の少なくとも一部が、水溶性物質を含むコーティング層によって被覆されていることを特徴とする、センサ。
[2]
前記分析対象物は基質以外の対象物を含み、
前記基質以外の対象物を定量するための電極の表面の少なくとも一部が、前記コーティング層によって被覆されている、[1]に記載のセンサ。
[3]
前記水溶性物質は、親水性高分子および両親媒性高分子の少なくともいずれかである、[1]または[2]に記載のセンサ。
[4]
前記親水性高分子は、セルロース系高分子である、[3]に記載のセンサ。
[5]
前記親水性高分子は、二重結合した酸素原子を有さない、[3]または[4]に記載のセンサ。
[6]
前記親水性高分子は、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、および、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロースからなる群から選択される少なくとも1つである、[5]に記載のセンサ。
[7]
前記両親媒性高分子は、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、および、ポリビニルアルコールからなる群から選択される少なくとも1つである、[3]に記載のセンサ。
[8]
前記電極は、その表面にスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、CVD法、MBE法、融液輸送法、融液温度降下法、ゾル−ゲル法、めっき法または塗布法によって形成された電極膜を含む、[1]〜[7]のいずれかに記載のセンサ。
[1]
A sensor for electrochemically quantifying an analyte,
With electrodes,
A sensor, wherein at least a part of a surface of the electrode is covered with a coating layer containing a water-soluble substance.
[2]
The analyte includes an object other than a substrate,
The sensor according to [1], wherein at least a part of a surface of an electrode for quantifying an object other than the substrate is covered with the coating layer.
[3]
The sensor according to [1] or [2], wherein the water-soluble substance is at least one of a hydrophilic polymer and an amphiphilic polymer.
[4]
The sensor according to [3], wherein the hydrophilic polymer is a cellulosic polymer.
[5]
The sensor according to [3] or [4], wherein the hydrophilic polymer does not have a double-bonded oxygen atom.
[6]
The sensor according to [5], wherein the hydrophilic polymer is at least one selected from the group consisting of methylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, and hydroxyethylmethylcellulose, hydroxypropylcellulose, and hydroxyethylmethylcellulose.
[7]
The sensor according to [3], wherein the amphiphilic polymer is at least one selected from the group consisting of polyvinyl pyrrolidone, polyethylene glycol, and polyvinyl alcohol.
[8]
The electrode was formed on the surface by sputtering, vacuum deposition, ion plating, CVD, MBE, melt transport, melt temperature drop, sol-gel, plating or coating. The sensor according to any one of [1] to [7], including an electrode film.

本発明によれば、長期間の使用または保管後における検出感度の低下を従来よりも抑制することが可能なセンサを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the sensor which can suppress the fall of the detection sensitivity after a long-term use or storage can be provided compared with the past.

実施例1における保存期間とヘマトクリット測定電流との関係を示すグラフである。3 is a graph showing a relationship between a storage period and a hematocrit measurement current in Example 1. 実施例2における保存期間とヘマトクリット測定電流との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the storage period and hematocrit measurement current in Example 2. 実施例3における保存期間とヘマトクリット測定電流との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the storage period in Example 3, and a hematocrit measurement electric current. 比較例1における保存期間とヘマトクリット測定電流との関係を示すグラフである。6 is a graph showing a relationship between a storage period and a hematocrit measurement current in Comparative Example 1. 実施形態1のバイオセンサの構成を示す分解斜視図である。1 is an exploded perspective view showing a configuration of a biosensor of Embodiment 1. FIG. 実施形態1のバイオセンサの製造工程の一例を説明するための斜視図である。6 is a perspective view for explaining an example of a manufacturing process of the biosensor of Embodiment 1. FIG. 実施形態1のバイオセンサの製造工程の一例を説明するための別の斜視図である。It is another perspective view for demonstrating an example of the manufacturing process of the biosensor of Embodiment 1. FIG. 実施形態1のバイオセンサの製造工程の一例を説明するための別の斜視図である。It is another perspective view for demonstrating an example of the manufacturing process of the biosensor of Embodiment 1. FIG. 実施形態1のバイオセンサの製造工程の一例を説明するための別の斜視図である。It is another perspective view for demonstrating an example of the manufacturing process of the biosensor of Embodiment 1. FIG. 実施形態1のバイオセンサの製造工程の一例を説明するための別の斜視図である。It is another perspective view for demonstrating an example of the manufacturing process of the biosensor of Embodiment 1. FIG. 実施形態2のバイオセンサの構成を説明するための上面模式図である。6 is a schematic top view for explaining the configuration of the biosensor of Embodiment 2. FIG.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表す。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same reference numerals represent the same or corresponding parts. In addition, dimensional relationships such as length, width, thickness, and depth are changed as appropriate for clarity and simplification of the drawings, and do not represent actual dimensional relationships. Each embodiment is an exemplification, and needless to say, partial replacement or combination of configurations shown in different embodiments is possible.

[実施形態1]
図5を参照して、本実施形態のセンサは、試料液中に含まれる基質を定量するためのバイオセンサであって、絶縁性基板1と、電極と、試薬層3と、スペーサ4と、カバー5とを備える。
[Embodiment 1]
Referring to FIG. 5, the sensor of this embodiment is a biosensor for quantifying a substrate contained in a sample solution, and includes an insulating substrate 1, an electrode, a reagent layer 3, a spacer 4, And a cover 5.

電極は、絶縁性基板1の一方の面に設けられた作用極21および対極22を含む。
試薬層3は、電極の絶縁性基板1と反対側の表面の一部に形成され、少なくとも基質と反応する酵素、および、メディエータを含んでいる。試薬層3はさらに水溶性物質を含んでおり、これにより、試薬層3は電極のコーティング層を兼ねている。
The electrode includes a working electrode 21 and a counter electrode 22 provided on one surface of the insulating substrate 1.
The reagent layer 3 is formed on a part of the surface of the electrode opposite to the insulating substrate 1 and includes at least an enzyme that reacts with a substrate and a mediator. The reagent layer 3 further contains a water-soluble substance, whereby the reagent layer 3 also serves as an electrode coating layer.

スペーサ4は、試料液を試薬層3に誘導するキャビティ41を形成するための切欠部42を有し、切欠部42(キャビティ41)の内部に試薬層3が位置するように電極上に配置される。   The spacer 4 has a notch 42 for forming a cavity 41 for guiding the sample solution to the reagent layer 3 and is arranged on the electrode so that the reagent layer 3 is located inside the notch 42 (cavity 41). The

カバー5は、少なくとも切欠部42を覆うように、スペーサ4の絶縁性基板1と反対側の面に設けられる。また、カバー5は、キャビティ41に連通する空気孔5aを有している。   The cover 5 is provided on the surface of the spacer 4 opposite to the insulating substrate 1 so as to cover at least the notch 42. The cover 5 has an air hole 5 a communicating with the cavity 41.

本実施形態のセンサ(バイオセンサ)は、電極の表面の少なくとも一部が、水溶性物質を含むコーティング層(試薬層)によって被覆されていることを特徴としている。なお、電極の表面のうち、少なくともキャビティ41内に露出している部分がコーティング層(試薬層)で被覆されていることが好ましい。   The sensor (biosensor) of this embodiment is characterized in that at least a part of the surface of the electrode is covered with a coating layer (reagent layer) containing a water-soluble substance. In addition, it is preferable that at least a portion of the surface of the electrode exposed in the cavity 41 is covered with a coating layer (reagent layer).

電極の表面がコーティング層によって被覆(保護)されることにより、周辺環境への暴露に伴う電極表面の酸化や不純物の付着が抑制されるため、電極膜の物性が安定化し、センサの長期安定性および耐熱性が向上する。したがって、本実施形態のセンサにおいては、長期間の使用または保管後における検出感度の低下を従来よりも抑制することができる。   By covering (protecting) the surface of the electrode with a coating layer, the electrode surface's oxidation and impurity adhesion due to exposure to the surrounding environment are suppressed, so that the physical properties of the electrode film are stabilized, and the long-term stability of the sensor And heat resistance is improved. Therefore, in the sensor of the present embodiment, a decrease in detection sensitivity after long-term use or storage can be suppressed as compared with the conventional case.

なお、このような本実施形態のセンサによる長期安定性の向上効果は、常温においても発揮されるが、特に、30℃以上の高温環境下においても、電極の物性変化が抑制され、検出する電流値の低下を抑制できるため、長期安定性(耐熱性)の向上効果が顕著である。したがって、患者の本来の血糖値を測ることが可能な、高精度で信頼性の高い血糖値センサを提供できる。   In addition, although the improvement effect of long-term stability by such a sensor of this embodiment is exhibited also at normal temperature, the physical property change of an electrode is suppressed especially in a high temperature environment of 30 degreeC or more, and the electric current to detect Since the decrease in value can be suppressed, the effect of improving long-term stability (heat resistance) is remarkable. Therefore, it is possible to provide a highly accurate and reliable blood glucose level sensor capable of measuring the patient's original blood glucose level.

また、例えば、電極が、その表面にスパッタリング法等によって形成された電極膜を含む場合、電極(電極膜)の表面をコーティング層で被覆する際に、コーティング層中の水溶性物質が電極膜のポアの中に入り、ポアに内在していた微量のガス成分が排出される。このため、特許文献1に記載されるような保管過程でのガス成分の金属膜からの離脱による電極膜の物性変化を抑制することができる。このような作用により、さらに電極膜の物性が安定化し、センサの長期安定性および耐熱性が向上するため、長期間の使用または保管後におけるセンサの検出感度の低下を従来よりも抑制することができる。   For example, when the electrode includes an electrode film formed on the surface thereof by a sputtering method or the like, when the surface of the electrode (electrode film) is coated with the coating layer, the water-soluble substance in the coating layer is the electrode film. A small amount of gas components contained in the pore are discharged. For this reason, the physical property change of the electrode film due to the separation of the gas component from the metal film in the storage process as described in Patent Document 1 can be suppressed. This action further stabilizes the physical properties of the electrode film and improves the long-term stability and heat resistance of the sensor. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the detection sensitivity of the sensor after long-term use or storage. it can.

コーティング層を構成する物質は、水溶性物質(好ましくは高分子化合物)であり、本発明の効果を奏するものであれば特に限定されないが、親水性高分子および両親媒性高分子の少なくともいずれかであることが好ましい。   The substance constituting the coating layer is a water-soluble substance (preferably a polymer compound), and is not particularly limited as long as the effect of the present invention is achieved, but is at least one of a hydrophilic polymer and an amphiphilic polymer. It is preferable that

親水性高分子は、セルロース系高分子であることが好ましい。また、親水性高分子は、二重結合した酸素原子(=O)を有さないことが好ましく、二重結合した酸素原子を有さないセルロース系高分子であることがより好ましい。   The hydrophilic polymer is preferably a cellulosic polymer. Further, the hydrophilic polymer preferably does not have a double-bonded oxygen atom (═O), and more preferably is a cellulose polymer that does not have a double-bonded oxygen atom.

本発明者らの検討結果から、特に、二重結合した酸素原子を有さない親水性高分子、または、両親媒性高分子は、電極膜を保護する機能が高いことが分かった。これは、化学的に活性の高い官能基である二重結合した酸素原子を有する水溶性物質を用いた場合、二重結合した酸素原子を含む官能基(例えば、カルボニル基)が電極を構成する金属原子に対して求核攻撃し、電子供与することで、電極の物性が変化するためであると考えられる。   From the examination results of the present inventors, it has been found that particularly a hydrophilic polymer or an amphiphilic polymer having no double-bonded oxygen atom has a high function of protecting the electrode film. This is because when a water-soluble substance having a double-bonded oxygen atom, which is a chemically active functional group, is used, a functional group containing a double-bonded oxygen atom (for example, a carbonyl group) constitutes the electrode. This is probably because the physical properties of the electrode are changed by nucleophilic attack on the metal atom and donation of electrons.

二重結合した酸素原子を有さないセルロース系高分子としては、例えば、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロースなどが挙げられる。   Examples of the cellulose polymer having no double-bonded oxygen atom include methylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, hydroxyethylmethylcellulose, hydroxypropylcellulose, and hydroxyethylmethylcellulose.

二重結合した酸素原子を有さないセルロース系高分子は、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、および、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロースからなる群から選択される少なくとも1つであることが好ましい。   The cellulosic polymer having no double-bonded oxygen atom is preferably at least one selected from the group consisting of methylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, and hydroxyethylmethylcellulose, hydroxypropylcellulose, and hydroxyethylmethylcellulose. .

なお、二重結合した酸素原子を有する親水性高分子を用いてもよく、二重結合した酸素原子を有するセルロース系高分子としては、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)が挙げられる。   A hydrophilic polymer having a double-bonded oxygen atom may be used, and examples of the cellulose polymer having a double-bonded oxygen atom include carboxymethyl cellulose (CMC).

両親媒性高分子は、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、および、ポリビニルアルコールからなる群から選択される少なくとも1つであることが好ましい。   The amphiphilic polymer is preferably at least one selected from the group consisting of polyvinyl pyrrolidone, polyethylene glycol, and polyvinyl alcohol.

本実施形態において、基質(分析対象物)としては、例えば、グルコース(血糖)、乳酸、コレステロール、アルコール、ザルコシン、フルクトシルアミン、ピルビン酸、乳酸、ヒドロキシ酪酸が挙げられる。   In the present embodiment, examples of the substrate (analyte) include glucose (blood glucose), lactic acid, cholesterol, alcohol, sarcosine, fructosylamine, pyruvic acid, lactic acid, and hydroxybutyric acid.

絶縁性基板1の材料としては、特に限定されないが、PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルムなどのプラスチック材料、感光性材料、紙、ガラス、セラミック、または、生分解性材料などが挙げられる。これらの材料は、スペーサ4、カバー5の材料としても用いられる。   The material of the insulating substrate 1 is not particularly limited, and examples thereof include a plastic material such as a PET (polyethylene terephthalate) film, a photosensitive material, paper, glass, ceramic, or a biodegradable material. These materials are also used as materials for the spacer 4 and the cover 5.

絶縁性基板1上に設ける電極は、少なくとも作用極21と対極22を含む。電極は、作用極21および対極22以外に、電極電位の測定時に電位の基準となる参照電極や、キャビティ41に試料が供給されたことを検知するための検知電極を含んでいてもよい。   The electrode provided on the insulating substrate 1 includes at least a working electrode 21 and a counter electrode 22. In addition to the working electrode 21 and the counter electrode 22, the electrode may include a reference electrode serving as a potential reference when measuring the electrode potential, and a detection electrode for detecting that the sample is supplied to the cavity 41.

これらの電極(作用電極、対極、参照極、検知用電極など)の材料としては、白金、金、パラジウムなどの貴金属、カーボン、銅、アルミニウム、ニッケル、チタン、ITO(Indium Tin Oxide:酸化インジウム錫)、ZnO(酸化亜鉛)などが挙げられる。   Materials for these electrodes (working electrode, counter electrode, reference electrode, detection electrode, etc.) include noble metals such as platinum, gold and palladium, carbon, copper, aluminum, nickel, titanium, ITO (Indium Tin Oxide: indium tin oxide). ), ZnO (zinc oxide) and the like.

酵素としては、例えば、グルコースオキシダーゼ、グルコースデヒドロゲナーゼ、アルコールオキシダーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼ、乳酸オキシダーゼ、乳酸デヒドロゲナーゼ、コレステロールエステラーゼ、コレステロールオキシダーゼ、ザルコシンオキシダーゼ、フルクトシルアミンオキシダーゼ、ピルビン酸オキシダーゼ、ヒドロキシ酪酸デヒドロゲナーゼ、クレアチニナーゼ、クレアチナーゼ、DNAポリメラーゼが挙げられる。これらの酵素を検出したい測定対象物質(グルコース、アルコール、乳酸、コレステロール、ザルコシン、フルクトシルアミン、ピルビン酸、ヒドロキシ酪酸など)に応じて選択することで種々のバイオセンサを作製することができる。   Examples of the enzyme include glucose oxidase, glucose dehydrogenase, alcohol oxidase, alcohol dehydrogenase, lactate oxidase, lactate dehydrogenase, cholesterol esterase, cholesterol oxidase, sarcosine oxidase, fructosylamine oxidase, pyruvate oxidase, hydroxybutyrate dehydrogenase, creatininase , Creatinase and DNA polymerase. Various biosensors can be produced by selecting these enzymes according to the substance to be detected (glucose, alcohol, lactic acid, cholesterol, sarcosine, fructosylamine, pyruvic acid, hydroxybutyric acid, etc.).

例えば、グルコースオキシダーゼまたはグルコースデヒドロゲナーゼを用いれば血液試料中のグルコースを検出するグルコースセンサを作製でき、アルコールオキシダーゼまたはアルコールデヒドロゲナーゼを用いれば血液試料中のエタノールを検出するアルコールセンサを作製でき、乳酸オキシダーゼを用いれば血液試料中の乳酸を検出する乳酸センサを作製でき、コレステロールエステラーゼとコレステロールオキシダーゼとの混合物を用いれば総コレステロールセンサを作製できる。   For example, glucose oxidase or glucose dehydrogenase can be used to produce a glucose sensor that detects glucose in a blood sample, and alcohol oxidase or alcohol dehydrogenase can be used to produce an alcohol sensor that detects ethanol in a blood sample. For example, a lactic acid sensor for detecting lactic acid in a blood sample can be produced, and a total cholesterol sensor can be produced by using a mixture of cholesterol esterase and cholesterol oxidase.

メディエータとは、作用極21と対極22との間の電子伝達を仲介する化合物(電子伝達体)であり、それ自体が酸化還元反応を行う物質であることが好ましい。メディエータとしては、例えば、フェリシアン化カリウム、フェロセン、フェロセン誘導体、ベンゾキノン、キノン誘導体、オスミウム錯体、ルテニウム錯体などを用いることができる。   The mediator is a compound (electron carrier) that mediates electron transfer between the working electrode 21 and the counter electrode 22, and is preferably a substance that itself performs a redox reaction. As the mediator, for example, potassium ferricyanide, ferrocene, ferrocene derivatives, benzoquinone, quinone derivatives, osmium complexes, ruthenium complexes and the like can be used.

試薬層3は、上記のコーティングのための水溶性物質以外の親水性高分子を含んでいてもよい。このような親水性高分子は、試薬層3を電極の表面へ容易に固定化する効果、または、試料液中の夾雑物(血液中の血球など)をろ過する効果を有している。なお、上記の水溶性物質だけで、これらの効果を奏する場合は、特に上記水溶性物質以外の親水性高分子を配合する必要はない。   The reagent layer 3 may contain a hydrophilic polymer other than the water-soluble substance for the above coating. Such a hydrophilic polymer has an effect of easily immobilizing the reagent layer 3 on the surface of the electrode or an effect of filtering impurities (such as blood cells in the blood) in the sample solution. In addition, when only these water-soluble substances exhibit these effects, it is not particularly necessary to add a hydrophilic polymer other than the water-soluble substance.

また、試薬層3は、検体導入を促進するための親水化剤などを含んでいてもよい。親水化剤としては、例えば、TritonX100、Tween20、ビス(2−エチルヘキシル)スルホコハク酸ナトリウムなどの界面活性剤、レシチンなどのリン脂質が挙げられる。   Further, the reagent layer 3 may contain a hydrophilizing agent for promoting the introduction of the specimen. Examples of the hydrophilizing agent include surfactants such as Triton X100, Tween 20, sodium bis (2-ethylhexyl) sulfosuccinate, and phospholipids such as lecithin.

カバー5の材料は、絶縁性材料であることが好ましく、例えば、PETフィルムなどプラスチック、感光性材料、紙、ガラス、セラミック、生分解性材料を用いることができる。なお、カバー5は、スペーサ4によって形成されるキャビティ41と連通する空気孔5aを有していることが好ましい。毛細管現象により試料が空気孔5aに向かって吸引されて、キャビティ41内への試料の導入が容易になるからである。   The material of the cover 5 is preferably an insulating material. For example, a plastic such as a PET film, a photosensitive material, paper, glass, ceramic, or a biodegradable material can be used. The cover 5 preferably has an air hole 5 a communicating with the cavity 41 formed by the spacer 4. This is because the sample is sucked toward the air hole 5a by the capillary phenomenon, so that the sample can be easily introduced into the cavity 41.

(バイオセンサの製造方法)
本実施形態のバイオセンサの製造方法の一例について、図5〜図10を参照して説明する。図5は、本実施形態のバイオセンサの構成を示す分解斜視図である。図6〜図10は、本実施形態のバイオセンサの製造工程の一例を説明するための図であって、それぞれ異なる工程を示している。本実施形態では、複数のバイオセンサを同時に作製することができる。
(Biosensor manufacturing method)
An example of the biosensor manufacturing method of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is an exploded perspective view showing the configuration of the biosensor of this embodiment. 6-10 is a figure for demonstrating an example of the manufacturing process of the biosensor of this embodiment, Comprising: Each shows a different process. In this embodiment, a plurality of biosensors can be manufactured simultaneously.

まず、図6を参照して、電極(基質を定量するための作用極21および対極22)を、複数の絶縁性基板1の各々の上に形成する。具体的には、絶縁性基板1の一方の面に、導電層をスパッタリング法等により形成し、形成された導電層にレーザー加工、フォトリソグラフィー等によりパターン形成することで、電極(電極膜)を形成する。なお、作用極21および対極22以外に、上述の参照電極、検知電極などを形成してもよい。また、電極および絶縁性基板1の表面にプラズマ処理を施しておいてもよい。   First, referring to FIG. 6, electrodes (working electrode 21 and counter electrode 22 for quantifying a substrate) are formed on each of a plurality of insulating substrates 1. Specifically, a conductive layer is formed on one surface of the insulating substrate 1 by a sputtering method or the like, and a pattern is formed on the formed conductive layer by laser processing, photolithography, or the like, whereby an electrode (electrode film) is formed. Form. In addition to the working electrode 21 and the counter electrode 22, the above-described reference electrode, detection electrode, and the like may be formed. Further, the electrode and the surface of the insulating substrate 1 may be subjected to plasma treatment.

電極膜は、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、CVD(化学蒸着)法、MBE(分子線エピタキシー)法、融液輸送法、融液温度降下法、ゾル−ゲル法、めっき法、塗布法、スクリーン印刷等を用い形成することができる。   The electrode film may be, for example, sputtering, vacuum deposition, ion plating, CVD (chemical vapor deposition), MBE (molecular beam epitaxy), melt transport, melt temperature drop, sol-gel, plating It can be formed using a method, a coating method, screen printing or the like.

電極は、好ましくは、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、CVD法、または、MBE法によって形成される。これらの方法では、スパッタリング法と同様に、ガス成分が製造工程で金属膜に取り込まれ、保存過程で金属膜からガス成分が離脱することで、金属膜中に間隙(ポア)が生じる可能性がある。   The electrode is preferably formed by sputtering, vacuum evaporation, ion plating, CVD, or MBE. In these methods, as in the sputtering method, the gas component is taken into the metal film during the manufacturing process, and the gas component is detached from the metal film during the storage process, which may cause a pore in the metal film. is there.

したがって、本実施形態においては、電極膜の表面をコーティング層で被覆する際に、コーティング層中の水溶性物質が電極膜のポアの中に入り、ポアに内在していた微量のガス成分が排出される。保管過程でのガス成分の金属膜からの離脱による電極膜の物性変化を抑制することができる。このような作用により、さらに電極膜の物性が安定化し、センサの検出感度の低下を従来よりも抑制することができる。   Therefore, in the present embodiment, when the surface of the electrode film is covered with the coating layer, the water-soluble substance in the coating layer enters the pores of the electrode film, and a trace amount of gas components that are inherent in the pores are discharged. Is done. Changes in physical properties of the electrode film due to the separation of the gas component from the metal film during the storage process can be suppressed. By such an action, the physical properties of the electrode film are further stabilized, and a decrease in detection sensitivity of the sensor can be suppressed as compared with the conventional case.

別の態様において、電極は、好ましくは、融液輸送法、融液温度降下法、ゾル−ゲル法、めっき法または塗布法によって形成される。これらの液相成長法で形成された電極膜についても、製造工程で電極膜中に大気中の窒素、酸素等のガス成分が含有され得るため、上記のスパッタリング法等によって形成された電極膜に対する効果と同様の効果が奏される。   In another embodiment, the electrode is preferably formed by a melt transport method, a melt temperature drop method, a sol-gel method, a plating method or a coating method. As for electrode films formed by these liquid phase growth methods, gas components such as nitrogen and oxygen in the atmosphere can be contained in the electrode film in the manufacturing process. The same effect as the effect is produced.

電極膜の厚みは、特に限定されないが、例えば、5〜500nmである。このような厚みの範囲において、特に上記のプロセスで形成された電極膜における特性変化が生じやすいため、本発明の効果が顕著である。   Although the thickness of an electrode film is not specifically limited, For example, it is 5-500 nm. Within such a thickness range, characteristic changes are likely to occur particularly in the electrode film formed by the above-described process, and thus the effect of the present invention is remarkable.

次に、図7を参照して、電極(作用極21および対極22)の絶縁性基板1と反対側の一部、および、絶縁性基板1の電極が形成されていない領域の電極側の表面の一部に、切欠部42を有するスペーサ4を貼り合わせる。   Next, referring to FIG. 7, a part of the electrodes (working electrode 21 and counter electrode 22) on the side opposite to insulating substrate 1, and the surface on the electrode side in a region where the electrode of insulating substrate 1 is not formed A spacer 4 having a notch 42 is bonded to a part of the spacer.

次に、図8を参照して、電極(作用極21および対極22)の絶縁性基板1と反対側(切欠部42の内部)に試薬液を滴下し、試薬液を乾燥させることによって試薬層3を形成する。なお、例えば、コーティング層を構成する水溶性物質を含む液、酵素液、メディエータ液を順に滴下した後にそれらを乾燥して試薬層3を形成してもよく、少なくとも酵素、メディエータおよび水溶性物質を含む液(混合液)を滴下した後にそれらを乾燥して試薬層3を形成してもよい。   Next, referring to FIG. 8, a reagent solution is dropped onto the electrode (working electrode 21 and counter electrode 22) opposite to the insulating substrate 1 (inside the notch 42), and the reagent solution is dried to dry the reagent layer. 3 is formed. In addition, for example, the liquid containing the water-soluble substance constituting the coating layer, the enzyme liquid, and the mediator liquid may be dropped in this order and then dried to form the reagent layer 3. At least the enzyme, mediator, and water-soluble substance may be added. The reagent layer 3 may be formed by dripping the liquid (mixed liquid) to be contained and then drying them.

次に、図9を参照して、空気孔5aを有するカバー5が、スペーサ4上に、少なくとも切欠部42を覆うように積層されることで、試薬層3に試料液を誘導するためのキャビティ41が形成される。なお、空気孔5aはキャビティ41の開口の反対側においてキャビティ41の内部と連通するように設けられている。   Next, referring to FIG. 9, the cover 5 having the air holes 5 a is laminated on the spacer 4 so as to cover at least the notch 42, whereby the cavity for guiding the sample liquid to the reagent layer 3. 41 is formed. The air hole 5 a is provided on the opposite side of the opening of the cavity 41 so as to communicate with the inside of the cavity 41.

次に、以上の工程によって形成されたバイオセンサの集合基板を分割することで、キャビティ41を有するバイオセンサが得られる(図10、図5)。   Next, the biosensor having the cavity 41 is obtained by dividing the biosensor assembly substrate formed by the above steps (FIGS. 10 and 5).

(バイオセンサの使用方法)
本発明のバイオセンサ(バイオチップ)は、測定器に装着されて使用されるものである。すなわち、測定器に装着されたバイオセンサのキャビティ41に試料(血液など)を供給し、試料中の測定対象物質(グルコースなど)と酵素およびメディエータとが反応することで還元物質が生成する。そして、バイオセンサの作用極21および対極22と電気的に接続された測定器により、作用極21と対極22との間に電圧を印加し、この還元物質を酸化することにより得られる酸化電流を計測することで、試料に含まれる測定対象物質の定量が行われる。
(How to use biosensor)
The biosensor (biochip) of the present invention is used by being mounted on a measuring instrument. In other words, a sample (blood or the like) is supplied to the cavity 41 of the biosensor mounted on the measuring instrument, and a reducing substance is generated by a reaction between a substance to be measured (such as glucose) in the sample, an enzyme, and a mediator. A voltage is applied between the working electrode 21 and the counter electrode 22 by a measuring device electrically connected to the working electrode 21 and the counter electrode 22 of the biosensor, and an oxidation current obtained by oxidizing this reducing substance is obtained. By measuring, the measurement target substance contained in the sample is quantified.

以下、本発明のバイオセンサの使用方法の一例について説明する。まず、キャビティ41の先端部分(入口41c)に血液を接触させ、血液を、毛細管現象を利用してキャビティ41内部に導入する。そして、作用極21と対極22間に電圧を印加し、一定のタイミングで電流値を測定する。印加電圧は、例えば0.3Vとする。キャビティ41内に血液が導入されると、血中の分析対象物が酵素を介してメディエータを還元する。作用極21と対極22の間に電圧を印加した際に流れる電流は、メディエータの還元体濃度、すなわち分析対象物濃度と相関がある。   Hereinafter, an example of a method for using the biosensor of the present invention will be described. First, blood is brought into contact with the distal end portion (inlet 41c) of the cavity 41, and the blood is introduced into the cavity 41 using capillary action. Then, a voltage is applied between the working electrode 21 and the counter electrode 22, and the current value is measured at a constant timing. The applied voltage is, for example, 0.3V. When blood is introduced into the cavity 41, the analyte in the blood reduces the mediator via the enzyme. The current that flows when a voltage is applied between the working electrode 21 and the counter electrode 22 has a correlation with the reductant concentration of the mediator, that is, the analyte concentration.

次に、電圧印加から一定時間経過後の電流値を測定する。例えば、3〜5秒後の電流値を測定する。この電流値を用いて、あらかじめ求めておいた検量線から分析対象物の濃度を決定することができる。   Next, the current value after a certain time has elapsed from the voltage application is measured. For example, the current value after 3 to 5 seconds is measured. Using this current value, the concentration of the analyte can be determined from a calibration curve obtained in advance.

なお、本実施形態においては、試料液中に含まれる基質(分析対象物)を酵素反応を利用して定量するバイオセンサの一例について説明したが、本発明のセンサは、電気化学法を用いたセンサであれば、このようなバイオセンサに限定されない。バイオセンサ以外のセンサとしては、例えば、血中の血球数(ヘマトクリット値)のみを電気化学法を用いて直接測定するセンサが挙げられる。   In the present embodiment, an example of a biosensor for quantifying a substrate (analyte) contained in a sample solution using an enzyme reaction has been described. However, the sensor of the present invention uses an electrochemical method. The sensor is not limited to such a biosensor. Examples of sensors other than biosensors include sensors that directly measure only the blood cell count (hematocrit value) in blood using an electrochemical method.

[実施形態2]
図11を参照して、本実施形態のバイオセンサは、グルコース測定用電極(作用極21および対極22)に加えて、試料液(血液等)中に含まれる血球量(ヘマトクリット)を測定するための電極(作用極23および対極24)を備えている。そして、このヘマトクリット測定用電極の表面の少なくとも一部(電極の表面のうち、少なくともキャビティ41内に露出している部分)が、水溶性物質を含むコーティング層によって被覆されている。本実施形態のバイオセンサは、この点で実施形態1とは異なるが、それ以外の点は実施形態1と同様である。
[Embodiment 2]
Referring to FIG. 11, the biosensor of this embodiment measures the amount of blood cells (hematocrit) contained in a sample solution (blood etc.) in addition to the glucose measurement electrode (working electrode 21 and counter electrode 22). Electrode (working electrode 23 and counter electrode 24). At least a part of the surface of the electrode for measuring hematocrit (a part of the electrode surface exposed at least in the cavity 41) is covered with a coating layer containing a water-soluble substance. The biosensor of the present embodiment is different from the first embodiment in this respect, but the other points are the same as in the first embodiment.

本実施形態のバイオセンサのように、基質(グルコースなど)以外の対象物の測定(たとえば、血球量(ヘマトクリット)の測定、測定機へのセンサチップ挿入の検知、センサチップへの検体導入の検知、周辺環境温度の測定など)に用いられる電極(作用極、対極など)の表面を水溶性物質を含むコーティング層で被覆すると、それらの電極の長期安定性・耐熱性が向上し、基質濃度測定以外の測定の精度を向上させることができる。   As in the biosensor of this embodiment, measurement of an object other than a substrate (such as glucose) (for example, measurement of blood cell volume (hematocrit), detection of sensor chip insertion into a measuring machine, detection of sample introduction into the sensor chip If the surface of electrodes (working electrode, counter electrode, etc.) used for measurement of ambient environment temperature, etc. is coated with a coating layer containing a water-soluble substance, the long-term stability and heat resistance of these electrodes are improved, and the substrate concentration measurement The accuracy of measurement other than that can be improved.

上記のような基質以外の対象物の測定は、基質の定量値を補正する等の基質の定量値の測定精度を高めることを目的として実施される場合が多く、基質以外の対象物の測定精度が向上することにより、基質の測定精度も向上させることができる。   The measurement of an object other than a substrate as described above is often performed for the purpose of increasing the measurement accuracy of the quantitative value of the substrate such as correcting the quantitative value of the substrate. As a result, the measurement accuracy of the substrate can be improved.

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these.

[実施例1]
基本的には、上記実施形態2で説明した図11に示されるような構成を有するバイオセンサを作製した。電極の材料としては金を用い、スパッタリング法によって金からなる金属膜を形成し、これをパターン形成することにより、グルコース測定用電極(電極膜)とヘマトクリット測定用電極(電極膜)とを作製した。
[Example 1]
Basically, a biosensor having the configuration shown in FIG. 11 described in the second embodiment was manufactured. Gold was used as the material of the electrode, and a metal film made of gold was formed by sputtering, and this was patterned to produce a glucose measurement electrode (electrode film) and a hematocrit measurement electrode (electrode film). .

また、ヘマトクリット測定用電極の表面にCMC液を滴下し、そのCMC液を乾燥することでCMCからなるコーティング層を形成した。なお、CMCとしては、カルボキシメチルセルロースナトリウム(商品名:CARBOXYMETHYLCELLULOSE SODIUM、シグマアルドリッチ社製)を使用した。   Moreover, the coating layer which consists of CMC was formed by dripping CMC liquid on the surface of the electrode for hematocrit measurement, and drying the CMC liquid. As CMC, sodium carboxymethyl cellulose (trade name: CARBOXYMETHYLCELLULOSE SODIUM, manufactured by Sigma-Aldrich) was used.

なお、グルコース測定用電極上には、カルボキシメチルセルロース(CMC)液、酵素液、メディエータ液を順に滴下した後に、それらを乾燥することで形成した。酵素液としてはグルコースデヒドロゲナーゼとメチルセルロースの混合液、メディエータ液としてはフェリシアン化カリウムとヒドロキシプロピルメチルセルロースの混合液を用いた。絶縁性基板1およびスペーサの材質はポリエチレンテレフタレートである。   A carboxymethyl cellulose (CMC) solution, an enzyme solution, and a mediator solution were dropped in this order on the glucose measurement electrode, and then dried. A mixed solution of glucose dehydrogenase and methylcellulose was used as the enzyme solution, and a mixed solution of potassium ferricyanide and hydroxypropylmethylcellulose was used as the mediator solution. The material of the insulating substrate 1 and the spacer is polyethylene terephthalate.

[実施例2および3]
実施例1で用いたCMC液の代わりに、実施例2ではメチルセルロース液、実施例3ではポリビニルピロリドン(PVP)液を用いた点以外は、実施例1と同様にして、実施例2および3のバイオセンサを作製した。なお、実施例2では、メチルセルロースとして、メトローズSM400(商品名メトローズSM400、信越化学工業株式会社製)を使用し、実施例3では、PVPとして、ポリビニルピロリドン(商品名ポリビニルピロリドン、和光純薬工業(株)製)を使用した。
[Examples 2 and 3]
In place of the CMC solution used in Example 1, a methylcellulose solution was used in Example 2, and a polyvinylpyrrolidone (PVP) solution was used in Example 3. A biosensor was fabricated. In Example 2, Metrols SM400 (trade name Metroles SM400, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) is used as methylcellulose, and in Example 3, polyvinyl pyrrolidone (trade names: polyvinyl pyrrolidone, Wako Pure Chemical Industries, Ltd. ( Used).

[比較例1]
試薬層の実施例1で用いたCMC液を滴下しなかった点以外は、実施例1と同様にして、実施例2および3のバイオセンサを作製した。
[Comparative Example 1]
The biosensors of Examples 2 and 3 were produced in the same manner as in Example 1 except that the CMC solution used in Example 1 of the reagent layer was not dropped.

[試験例1]
ヘマトクリット値の測定対象となる試料液として、健常者の血糖値である100mg/dLで得られる電流値と同等となるように、メディエータとして用いるフェリシアン化カリウムおよびフェロシアン化カリウムの混合溶液を作製し、実験の簡便性からヘマトクリット値はゼロとしたものを用意した。
[Test Example 1]
Prepare a mixed solution of potassium ferricyanide and potassium ferrocyanide to be used as a mediator so that the current value obtained at 100 mg / dL, which is a blood glucose level of a healthy subject, is prepared as a sample solution for measuring a hematocrit value. For simplicity, a hematocrit value was prepared as zero.

この試料液を、上記の実施例1〜3および比較例1で作製されたバイオセンサのキャビティ内に供給し、ヘマトクリット測定用電極の作用極と対極の間に1.8Vの電圧を印加して、ヘマトクリット測定用電極に流れる電流値(ヘマトクリット測定電流)を測定した。なお、測定は、30℃または50℃で保存した各々10個のバイオセンサについて、保存開始の直前(初期)、1ヵ月後、2ヵ月後、3ヵ月後、4ヵ月後、5ヵ月後および6ヵ月後に実施し、各測定時における10個の測定値の平均値を測定結果とした。   This sample solution is supplied into the cavity of the biosensor manufactured in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 above, and a voltage of 1.8 V is applied between the working electrode and the counter electrode of the hematocrit measurement electrode. The value of the current flowing through the hematocrit measurement electrode (hematocrit measurement current) was measured. Measurements were made for 10 biosensors stored at 30 ° C. or 50 ° C. each immediately before the start of storage (initial), 1 month, 2 months, 3 months, 4 months, 5 months and 6 The measurement was carried out after one month, and the average value of 10 measurements at each measurement was taken as the measurement result.

実施例1〜3および比較例1で作製されたバイオセンサの各々を用いたときの測定結果を、それぞれ図1〜図4に示す(図1が実施例1、図2が実施例2、図3が実施例3、図4が比較例1に対応する。)。   Measurement results when using each of the biosensors produced in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 are shown in FIGS. 1 to 4 (FIG. 1 is Example 1, FIG. 2 is Example 2, and FIG. 3 corresponds to Example 3, and FIG. 4 corresponds to Comparative Example 1.)

図4に示される比較例1(コーティング層なしのセンサ)の結果では、30℃でも電流値の経時的低下が顕著であり、高温(50℃)での保管では、短期間で電流値が低下した。これより、たとえ化学的に安定な金電極を用いても、検出する電流値の低下を十分には抑制できないといえる。   In the result of Comparative Example 1 (sensor without a coating layer) shown in FIG. 4, the current value decreases with time even at 30 ° C., and the current value decreases in a short time when stored at a high temperature (50 ° C.). did. From this, it can be said that even if a chemically stable gold electrode is used, a decrease in the detected current value cannot be sufficiently suppressed.

次に、図1に示される実施例1(CMCからなるコーティング層)の結果から、実施例1では、比較例1と比べて電流値の低下速度が遅くなっており、電流値の経時的低下が抑制されていることが分かる。   Next, from the results of Example 1 (coating layer made of CMC) shown in FIG. 1, the rate of decrease in the current value in Example 1 is slower than that in Comparative Example 1, and the current value decreases with time. It can be seen that is suppressed.

実施例1においては、ヘマトクリット測定用電極がコーティング層で被覆されているため、電極の表面に汚れが付着したり、空気に曝されることにより電極の表面が酸化されるといった電極の劣化現象が抑制されたと考えられる。   In Example 1, since the electrode for measuring hematocrit is covered with the coating layer, the electrode deterioration phenomenon such as contamination of the electrode surface or oxidation of the electrode surface due to exposure to air occurs. It is thought that it was suppressed.

また、コーティング層の形成工程で、スパッタリング法で形成された電極膜のポアに水溶性物質が入り込み、ポアに内在していたガス成分(スパッタガス等)が排出されることで、センサの保管過程においては、ガス成分が金属膜から徐々に離脱するといった現象が抑制されたため、電極膜の物性変化を抑制することができたと考えられる。   In the coating layer formation process, water-soluble substances enter the pores of the electrode film formed by the sputtering method, and gas components (sputtering gas, etc.) contained in the pores are discharged, so that the sensor storage process In this case, since the phenomenon that the gas component is gradually detached from the metal film is suppressed, it is considered that the physical property change of the electrode film could be suppressed.

なお、コーティング層が水溶性物質で形成されているため、測定時に水溶性物質が試料液に溶解され、電極による電流値の検出を妨げずに、電流値の測定が可能であったと考えられる。   Since the coating layer is formed of a water-soluble substance, it is considered that the water-soluble substance was dissolved in the sample solution at the time of measurement, and the current value could be measured without hindering the detection of the current value by the electrode.

ただし、実施例1では、電流値の低下速度は遅くなったものの、電流値は経時的に低下した。これは、CMCが求核攻撃を行い得るカルボキシル基(カルボニル基)の酸素−炭素間の二重結合(二重結合した酸素原子)を有しており、かつ、カルボキシル基がイオン化されるため、この二重結合した酸素原子が電極に求核攻撃をし、作用することで、電極の表面状態が変化したことが原因であると考えられる。   However, in Example 1, the current value decreased with time although the rate of decrease in the current value slowed down. This is because CMC has a double bond between oxygen and carbon of a carboxyl group (carbonyl group) capable of performing a nucleophilic attack (double bonded oxygen atom), and the carboxyl group is ionized. It is considered that this double bonded oxygen atom causes a nucleophilic attack on the electrode and acts to change the surface state of the electrode.

次に、図2に示される実施例2(メチルセルロースからなるコーティング層)の結果、および、図3に示される実施例3(PVPからなるコーティング層)の結果では、30℃保管および50℃保管のいずれの場合でも、6カ月経過後も電流値の減少は見られなかった。   Next, in the result of Example 2 (coating layer made of methylcellulose) shown in FIG. 2 and the result of Example 3 (coating layer made of PVP) shown in FIG. 3, storage at 30 ° C. and storage at 50 ° C. In either case, the current value did not decrease after 6 months.

このように、実施例2が実施例1に対して優れた長期安定性および耐熱性を有しているのは、コーティング層の材料として、二重結合した酸素原子を有さない親水性高分子であるメチルセルロースを用いることで、上記のような二重結合した酸素原子による電極の表面状態の変化が生じなくなったためであると考えられる。したがって、実施例2においては、実施例1と同様の電極の劣化現象の抑制効果や、スパッタリング法で形成された電極膜の物性変化を抑制する効果が阻害されることなく、センサの長期安定性および耐熱性が向上したと考えられる。   As described above, Example 2 has excellent long-term stability and heat resistance compared to Example 1 as a material for the coating layer as a hydrophilic polymer having no double-bonded oxygen atoms. This is considered to be because the change in the surface state of the electrode due to the double-bonded oxygen atoms was not caused by using methylcellulose as described above. Therefore, in Example 2, the long-term stability of the sensor is not inhibited without inhibiting the effect of suppressing the deterioration phenomenon of the electrode as in Example 1 and the effect of suppressing the physical property change of the electrode film formed by the sputtering method. It is thought that the heat resistance was improved.

また、実施例3が実施例1に対して優れた長期安定性および耐熱性を有しているのは、コーティング層の材料として両親媒性高分子であるPVPを用いることで、PVPは二重結合した酸素原子を有しているものの、両親媒性の高分子であり、単量体における疎水基の割合が大きく、二重結合した酸素原子を疎水基が覆うことによって二重結合した酸素原子の求核性が減少し、上記のような二重結合した酸素原子による電極の表面状態の変化が生じなくなったためであると考えられる。したがって、実施例3においては、実施例1と同様の電極の劣化現象の抑制効果や、スパッタリング法で形成された電極膜の物性変化を抑制する効果が阻害されることなく、センサの長期安定性および耐熱性が向上したと考えられる。   Further, Example 3 has excellent long-term stability and heat resistance compared to Example 1 because PVP, which is an amphiphilic polymer, is used as a material for the coating layer. Although it has a bonded oxygen atom, it is an amphiphilic polymer, the proportion of the hydrophobic group in the monomer is large, and the double bonded oxygen atom is covered by the hydrophobic group covering the double bonded oxygen atom This is considered to be because the change in the surface state of the electrode due to the double-bonded oxygen atoms no longer occurs. Therefore, in Example 3, the long-term stability of the sensor is prevented without inhibiting the effect of suppressing the electrode deterioration phenomenon similar to Example 1 and the effect of suppressing the physical property change of the electrode film formed by the sputtering method. It is thought that the heat resistance was improved.

1 絶縁性基板、21 作用極、22 対極、3 試薬層、4 スペーサ、41 キャビティ、41c 入口、42 切欠部、5 カバー、5a 空気孔、6 試料液。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Insulating substrate, 21 Working electrode, 22 Counter electrode, 3 Reagent layer, 4 Spacer, 41 Cavity, 41c Inlet, 42 Notch part, 5 Cover, 5a Air hole, 6 Sample liquid.

Claims (8)

分析対象物を電気化学的に定量するためのセンサであって、
電極を備え、
前記電極の表面の少なくとも一部が、水溶性物質を含むコーティング層によって被覆されていることを特徴とする、センサ。
A sensor for electrochemically quantifying an analyte,
With electrodes,
A sensor, wherein at least a part of a surface of the electrode is covered with a coating layer containing a water-soluble substance.
前記分析対象物は基質以外の対象物を含み、
前記基質以外の対象物を定量するための電極の表面の少なくとも一部が、前記コーティング層によって被覆されている、請求項1に記載のセンサ。
The analyte includes an object other than a substrate,
The sensor according to claim 1, wherein at least a part of a surface of an electrode for quantifying an object other than the substrate is covered with the coating layer.
前記水溶性物質は、親水性高分子および両親媒性高分子の少なくともいずれかである、請求項1または2に記載のセンサ。   The sensor according to claim 1, wherein the water-soluble substance is at least one of a hydrophilic polymer and an amphiphilic polymer. 前記親水性高分子は、セルロース系高分子である、請求項3に記載のセンサ。   The sensor according to claim 3, wherein the hydrophilic polymer is a cellulosic polymer. 前記親水性高分子は、二重結合した酸素原子を有さない、請求項3または4に記載のセンサ。   The sensor according to claim 3 or 4, wherein the hydrophilic polymer does not have a double-bonded oxygen atom. 前記親水性高分子は、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、および、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロースからなる群から選択される少なくとも1つである、請求項5に記載のセンサ。   The sensor according to claim 5, wherein the hydrophilic polymer is at least one selected from the group consisting of methylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, and hydroxyethylmethylcellulose, hydroxypropylcellulose, and hydroxyethylmethylcellulose. 前記両親媒性高分子は、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、および、ポリビニルアルコールからなる群から選択される少なくとも1つである、請求項3に記載のセンサ。   The sensor according to claim 3, wherein the amphiphilic polymer is at least one selected from the group consisting of polyvinyl pyrrolidone, polyethylene glycol, and polyvinyl alcohol. 前記電極は、その表面にスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、CVD法、MBE法、融液輸送法、融液温度降下法、ゾル−ゲル法、めっき法または塗布法によって形成された電極膜を含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載のセンサ。   The electrode was formed on the surface by sputtering, vacuum deposition, ion plating, CVD, MBE, melt transport, melt temperature drop, sol-gel, plating or coating. The sensor according to any one of claims 1 to 7, comprising an electrode film.
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