生物传感器制造技术

本发明专利技术提供了经过血液的过滤而获得的血浆能够迅速到达电极系统、具有高精度和良好感应特性的生物传感器。该传感器具备绝缘性基板、具有设置于前述基板上的工作极和配极的电极系统、至少含有氧化还原酶和电子传导体的反应层、包含前述电极系统和前述反应层并具有入口和空气孔的试样溶液供给通路、位于与前述试样溶液供给通路分离的位置的导入试样溶液的试样溶液供给部、以及设置于前述试样溶液供给通路和前述试样溶液供给部之间的过滤试样溶液的第１过滤片，由前述第１过滤片过滤的滤液利用毛细管现象被供给入前述试样溶液供给通路内，前述试样溶液通过前述第１过滤片的方向和前述滤液通过前述试样溶液供给通路的方向垂直相交。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及能够对血液、血清及血浆等被检试样中的特定成分进行迅速、高灵敏度且方便地定量的生物传感器，特别涉及能够测定葡萄糖和总胆甾醇等的生物传感器。
技术介绍
以往的生物传感器以葡萄糖传感器为例进行说明。其代表例为通过丝网印刷等方法在绝缘性基板上形成至少包含测定极和配极的电极系统，在该电极系统上再形成包含亲水性高分子、氧化还原酶及电子传导体的酶反应层而获得的葡萄糖传感器。氧化还原酶采用了葡萄糖氧化酶，电子传导体采用了铁氰化钾、二茂合铁衍生物、苯醌衍生物等金属络合物和有机化合物等。根据需要可在酶反应层中加入缓冲剂。在该生物传感器的酶反应层上滴下包含底物的试样溶液使酶反应层溶解，酶与底物发生反应，伴随该反应电子传导体被还原。酶反应结束后，能够通过被还原的电子传导体的电化学氧化的氧化电流值求得试样溶液中的底物浓度。这种类型的葡萄糖传感器中，酶反应后生成的电子传导体的还原体在电极被氧化，由其氧化电流值求得葡萄糖浓度。该生物传感器由于使用以测定对象物质为底物的酶，因此从理论上讲能够测定各种物质。例如，如果使用胆甾醇氧化酶或胆甾醇脱氢酶作为氧化还原酶，则能够测定各种医疗机构中用于诊断指南的血清中的胆甾醇值。由于胆甾醇酯酶的酶反应进行得非常慢，所以通过添加合适的表面活性剂能使胆甾醇酯酶的活性有所提高，并可缩短整体反应所需的时间。但反应系统中包含表面活性剂，该表面活性剂会对血细胞产生不良影响，利用葡萄糖传感器不能够对全血中的胆甾醇值进行测定。因此，提出了为了仅将过滤除去血细胞而获得的血浆迅速地输入传感器内，在试样溶液供给通路的入口附近设置了过滤片(血细胞过滤部)的方案。图9所示为说明分离血液的原理的过滤片的简单截面图。分离血细胞的方式包括如图9(a)所示的在过滤片a的试样溶液供给部侧面部分的侧端部滴下血液，沿水平方向过滤，从过滤片a的试样溶液供给通路的空气孔侧部分的端部使血浆渗出的水平分离方式；如图9(b)所示的在过滤片b的上部表面直接滴下血液，沿垂直方向过滤，从前述过滤片b的底面或其附近的端部使血浆渗出的垂直分离方式；以及如图9(c)所示的在过滤片c的试样溶液供给部侧面部分的上部表面直接滴下血液，沿垂直方向过滤的同时也沿水平方向过滤，从过滤片c的试样溶液供给通路的空气孔侧部分的端部渗出血浆的复合分离方式这3种方式。以往大多数情况下使用的是水平分离(例如，日本专利特愿2000-399056号说明书)或复合分离(例如，日本专利特愿2001-152868号说明书)。但是，如果过滤片与传感器的组合不合适，则被过滤片捕捉的血细胞会被破坏，导致血红蛋白的溶出。如果血细胞被破坏形成象血红蛋白那样的较小成分，则这种较小成分很难利用过滤片进行过滤。这样血红蛋白就会流入试样溶液供给通路中，结果导致测定出现误差。这是因为吸收试样溶液前的过滤片厚度和吸收试样溶液后膨胀起来的过滤片的厚度差与自上而下保持过滤片的压紧部的间隔不合适的缘故。自上而下保持过滤片的压紧部的间隔对于膨胀后的过滤片的厚度如果过窄，则会阻碍过滤片的膨胀。这样，膨胀受到阻碍的过滤片的孔径不能够扩得足够大，结果使渗透的血细胞受到破坏。针对上述情况，因试样溶液的不同，其血细胞比容值(血细胞容积比)也各不相同，因此过滤片的膨胀程度也不同，所以如果预先假设膨胀后的过滤片的厚度，并扩大设定前述压紧部的上下间隔，就可能使过滤片在保存过程中发生移位。为了解决这一问题，考虑采用复合分离方式时，在前述过滤片的任一部分，使保持前述过滤片表面的压紧部仅与前述过滤片的上下的任一方接触(例如，日本专利特愿2001-152868号说明书)。由于具备该结构，所以在保持过滤片的上下压紧部间的距离与过滤片吸收试样溶液后膨胀的厚度不合适的情况下，也不会妨碍过滤片的膨胀，能够进一步避免因膨胀受到限制而引起的血细胞被破坏所导致的测定误差。即，前述保持过滤片的压紧部不是沿前述过滤片自上而下的压紧，在过滤片膨胀时，压紧部以外的试样溶液供给部及空隙部的一部分可能出现膨胀，这样过滤片的孔径能够自由地变化，不会出现血细胞被破坏的现象。但是，这些方法虽然作为减少试样溶液的量的方法是有效的，但存在所得生物传感器的结构复杂的问题。例如，垂直方向的阴影图中，使用三角形的平整的过滤片的情况下，使其前端的顶点部分插入试样溶液供给通路的入口(宽度0.8mm)的内侧约1mm处，这在制造上是非常困难的。此外，采用水平分离及复合分离方式时存在比垂直分离方式的滤液流速慢的问题。对此，虽然所得生物传感器的结构能够简化，但作为胆甾醇传感器使用时，必须在与电极对向的部分负载试剂，因此从结构上讲采用普通的垂直分离方式是不可能的。其理由是结构上存在问题，试剂负载位置上也存在问题。第1，例如，采用日本专利特愿昭62-180434号及特愿昭62-292323号各说明书中记载的垂直分离方式时，必须采用附图说明图10～12所示的结构。图10所示类型的生物传感器中，在绝缘性基板401上设置了工作极402及配极403，其上又设置了氧化还原酶层405、空隙部406、过滤片407及多孔体408。此时的过滤采用的是利用了重力的自然过滤法，但试样溶液中有气泡产生，试样溶液很难进入多孔体408中，流速慢。因此，滤液无法充分到达电极，存在测定精度不良的问题。所以，在上部设置泵型加压装置411，通过施加压力414来过滤试样溶液412。日本专利特愿昭62-292323号说明书记载的传感器如图11及12所示，其中未设置加压装置，而是在传感器内设置了将通过了过滤片508的滤液导入电极502′、503′及504′的诱导层507。这样滤液被导入诱导层507，首先润湿电极，再借助电极表面的亲水性高分子层512扩散到电极上，这样就不会使工作极上产生气泡，从而能够提高测定精度。图11及12中，在诱导层507的上部设置了过滤片508、保持框架509、多孔体510及罩盖511。在基板501的上部配置了电极502、503及504，还设置了绝缘层505。但是，上述任一情况下，都必须设置加压装置及诱导层，存在传感器的结构复杂的问题。与试剂的负载位置有关的问题如日本专利特愿2000-018834号的说明书所述。该说明书所揭示的胆甾醇传感器与血糖传感器不同，负载了浓度非常高的试剂。因此，如果象血糖传感器那样，将必要的试剂全部负载于一处，则会妨碍试剂的扩散，存在感应电流值的精度下降的问题。此外，试剂中含有血糖传感器中没有的表面活性剂，它对其他试剂的保存稳定性有不良影响，所以必须分开负载。因此，不可能采用试剂上下(电极上与罩盖侧)分开负载、电极上部具备过滤片的以往的结构。因此，本专利技术的目的1是提供避免采用垂直分离方式时的上述不理想情况、通过血液的过滤分离血细胞而得到的血浆能够迅速到达电极系统的经改良的生物传感器。第2，在采用水平分离方式(例如，日本专利特愿2000-236131号、特愿2000-399056号及特愿2001-152868号各说明书)、垂直分离方式(例如，日本专利特愿2001-180362号说明书)、复合分离方式中的任一过滤方式时，如果过滤片不合适，被过滤片捕集的血细胞被破坏，溶出血红蛋白。用过滤片很难过滤象血红蛋白那样小的血细胞成分，血红蛋白流入试样溶液供给通路内，导致测定误差本文档来自技高网...

【技术保护点】
生物传感器，具备绝缘性基板、具有设置于前述基板上的工作极和配极的电极系统、至少含有氧化还原酶和电子传导体的反应层、包含前述电极系统和前述反应层并具有入口和空气孔的试样溶液供给通路、位于与前述试样溶液供给通路分离的位置的导入试样溶液的试样溶液供给部、以及设置于前述试样溶液供给通路和前述试样溶液供给部之间的过滤试样溶液的第１过滤片，由前述第１过滤片过滤的滤液利用毛细管现象被供给入前述试样溶液供给通路内，其特征在于，前述试样溶液通过前述第１过滤片的方向和前述滤液通过前述试样溶液供给通路的方向垂直相交。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：长谷川美和，山本智浩，渡边基一，中南贵裕，池田信，吉冈俊彦，南海史朗，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]