生物傳感器設(shè)備的制作方法
【專利摘要】實現(xiàn)一種生物傳感器設(shè)備，其能夠?qū)崿F(xiàn)小型化以及輕便化，不存在液流出的問題，能夠正確且穩(wěn)定地進行檢測。在具有人工脂質(zhì)膜的生物傳感器設(shè)備(30)中，設(shè)置有：具有彼此位于相反側(cè)的第1以及第2膜表面(1a，1b)的人工脂質(zhì)膜(1)；將第1電解液(2a)在與人工脂質(zhì)膜的第1膜表面(1a)接觸的狀態(tài)下封入的第1室(11a)；將第2電解液(2b)在與人工脂質(zhì)膜的第2膜表面(1b)接觸的狀態(tài)下封入的第2室(11b)；在第1室(11a)內(nèi)與第1電解液(2a)接觸的第1電極(3a，3a’)；和在第2室內(nèi)(11b)與第2電解液(2b)接觸的第2電極(3b，3b’)，第2室(11b)在封入第2電解液(2b)的壁部(10)，至少遍及壁厚方向具有通氣性。
【專利說明】生物傳感器設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物傳感器設(shè)備，更詳細而言，涉及具有人工脂質(zhì)膜的生物傳感器設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]已知一種利用受體(receptor)優(yōu)異的分子識別功能，將受體加入到人工脂質(zhì)膜中的生物傳感器(例如參照專利文獻I以及2)。
[0003]如圖12(a)所示，現(xiàn)有的生物傳感器大概被構(gòu)成為:將傳感器芯片300浸潰于試樣液302中，對形成于傳感器芯片300的人工脂質(zhì)膜301的膜電位進行測定的生物傳感器系統(tǒng)350。更詳細而言，在傳感器芯片300中，如圖12(b)所示，在基材311上配設(shè)具有多個阱308的片310，在這些阱308的每一個中填充基準液313，在基準液313上形成人工脂質(zhì)膜301。在人工脂質(zhì)膜301中，作為受體，例如加入有膜蛋白質(zhì)312。在阱308的底部，與基準液313接觸地形成有電極314，在電極314上，從基材311的背面?zhèn)冗B接有導線306。并且，如圖12(a)所示，作為被檢測液將試樣液302填滿試驗槽303，將上述那樣的傳感器芯片300與參照電極304 —起浸潰在該試樣液302中，利用傳感器芯片300的導線306 (用絕緣體包覆的導線)以及與參照電極304連接的電位差測定器307，作為試樣液302與基準液313之間的人工脂質(zhì)膜301的膜電位，對電極314與參照電極304之間的電位差進行測定。若采用這樣的生物傳感器系統(tǒng)350，則通過調(diào)查與試樣液302的接觸所引起的人工脂質(zhì)膜301的膜電位的變化，能夠?qū)υ嚇右?02中包含的物質(zhì)(分子)進行探測，對其量進行測定。
[0004]在先技術(shù)文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻I JP特開2005-37207號公報
[0007]專利文獻2 JP特開平4-215052號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明要解決的課題
[0009]現(xiàn)有的生物傳感器系統(tǒng)，如參照圖12(a)在前面敘述的那樣，采用了在試驗槽303中填滿試樣液302，并且在其中浸潰傳感器芯片300以及參照電極304的構(gòu)成，因此不得不成為比較大的裝置，難以實現(xiàn)小型化以及輕便化。并且，在這樣的構(gòu)成中，由于配置在試驗槽303內(nèi)的傳感器芯片300與參照電極304之間的距離比較遠，傳感器芯片300與參照電極304的設(shè)置位置容易偏離，試驗槽303內(nèi)的試樣液302的液面水平面容易變化(例如，由于溶劑蒸發(fā)等而容易下降)等，因此無法正確而穩(wěn)定地測定膜電位，一般來說不足以檢測微小級別的膜電位的變化。而且，每當進行檢測時，需要將試樣液302填滿試驗槽303，因此生物傳感器所涉及的裝置只能以將傳感器芯片300與試驗槽303以及參照電極304等共同使用的系統(tǒng)的形態(tài)來提供，沒有以預先一體地組裝了各構(gòu)成要素的設(shè)備的形態(tài)來提供。此夕卜，為了采用上述構(gòu)成，需要將試驗槽303的上表面敞開，因而存在若對試驗槽303施以振動，或使試驗槽303傾斜，則試樣液302可能從試驗槽303流出的問題。
[0010]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的生物傳感器系統(tǒng)所存在的課題而作，目的在于實現(xiàn)一種能夠?qū)崿F(xiàn)小型化以及輕便化，沒有液流出的問題，能夠正確且穩(wěn)定地進行檢測的生物傳感器設(shè)備。
[0011]解決課題的手段
[0012]根據(jù)本發(fā)明，提供一種具有人工脂質(zhì)膜的生物傳感器設(shè)備，其包含:
[0013]人工脂質(zhì)膜，其具有彼此位于相反側(cè)的第I以及第2膜表面；
[0014]第I室，其將第I電解液在與人工脂質(zhì)膜的第I膜表面接觸的狀態(tài)下封入；
[0015]第2室，其將第2電解液在與人工脂質(zhì)膜的第2膜表面接觸的狀態(tài)下封入；
[0016]第I電極，其在第I室內(nèi)與第I電解液接觸；和
[0017]第2電極，其在第2室內(nèi)與第2電解液接觸；
[0018]第2室在封入第2電解液的壁部，至少遍及壁厚方向具有通氣性。
[0019]若采用本發(fā)明的上述生物傳感器設(shè)備，則能夠通過第2室的具有通氣性的壁部將被檢測物質(zhì)供給到第2電解液中。由此，能夠在設(shè)備內(nèi)(更詳細而言，分別在第I室以及第2室內(nèi))預先封入第I電解液以及第2電解液雙方。這樣的本發(fā)明的裝置構(gòu)成，與如現(xiàn)有的生物傳感器系統(tǒng)那樣，在試驗槽中填滿試樣液，并在其中浸潰傳感器芯片以及參照電極的構(gòu)成有根本性的不同。根據(jù)本發(fā)明，能夠以設(shè)備的形態(tài)實現(xiàn)與生物傳感器有關(guān)的裝置，這樣的生物傳感器設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)小型化以及輕便化。并且，根據(jù)本發(fā)明的生物傳感器設(shè)備，由于能夠?qū)⒌贗電極以及第2電極雙方固定地設(shè)置在設(shè)備內(nèi)并配置在人工脂質(zhì)膜的附近，以及，能夠?qū)⒌贗電解液以及第2電解液雙方預先封入到設(shè)備內(nèi)來防止液量的變化，因此能夠正確而穩(wěn)定地測定人工脂質(zhì)膜的膜電位。此外，根據(jù)本發(fā)明的生物傳感器設(shè)備，由于第I電解液以及第2電解液雙方被預先封入到設(shè)備內(nèi)，因此也不存在液流出的問題。
[0020]在本發(fā)明的生物傳感器設(shè)備中，在與人工脂質(zhì)膜的膜厚方向垂直的方向上，第I室、第2室以及人工脂質(zhì)膜的各外形尺寸既可以各不相同，也可以相同。另外，在本發(fā)明中，關(guān)于第I室、第2室以及人工脂質(zhì)膜的各構(gòu)件，與人工脂質(zhì)膜的膜厚方向垂直的方向上的外形尺寸是指，從人工脂質(zhì)膜的膜厚方向來觀察各構(gòu)件時的各構(gòu)件的投影尺寸，典型地可以理解為各構(gòu)件的投影區(qū)域的面積。
[0021]在本發(fā)明的生物傳感器設(shè)備的I個方式中，在與人工脂質(zhì)膜的膜厚方向垂直的方向上，第I室的外形尺寸比第2室的外形尺寸小。更詳細而言，第I室的上述投影區(qū)域的面積比第2室的上述投影區(qū)域的面積小，優(yōu)選為，第I室的上述投影區(qū)域包含在第2室的上述投影區(qū)域內(nèi)。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的上述方式，在生物傳感器設(shè)備的制造過程中，能夠通過第2室容易地觀察供給到第I室內(nèi)的第I電解液的樣態(tài)(第I電解液的供給狀態(tài))。
[0023]在本發(fā)明的生物傳感器設(shè)備的另一個方式中，在與人工脂質(zhì)膜的膜厚方向垂直的方向上，第I室的外形尺寸與第2室的外形尺寸(實質(zhì)上)相同。更詳細而言，第I室的上述投影區(qū)域的面積與第2室的上述投影區(qū)域的面積實質(zhì)上相同，優(yōu)選為，第I室的上述投影區(qū)域與第2室的上述投影區(qū)域彼此輪廓實質(zhì)上一致。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的上述方式，能夠在第I室與第2室之間使壓力平衡，能夠更加穩(wěn)定地保持人工脂質(zhì)膜。[0025]在本發(fā)明的生物傳感器設(shè)備的又一個方式中，在與人工脂質(zhì)膜的膜厚方向垂直的方向上，第I室的外形尺寸比第2室的外形尺寸大。更詳細而言，第I室的上述投影區(qū)域的面積比第2室的上述投影區(qū)域的面積大，優(yōu)選為，在第I室的上述投影區(qū)域內(nèi)包含第2室的上述投影區(qū)域。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的上述方式，在第2電解液中所含的離子經(jīng)由人工脂質(zhì)膜向第I電解液移動時，能夠抑制第I電解液中所含的離子濃度的急速的變動。結(jié)果，只要在第2電解液中存在足夠的量的離子，則離子從第2電解液向第I電解液穩(wěn)定地移動，因此能夠提高電流檢測特性。
[0027]在本發(fā)明的生物傳感器設(shè)備的優(yōu)選的方式中，在與人工脂質(zhì)膜的膜厚方向垂直的方向上，人工脂質(zhì)膜的外形尺寸比第2室的外形尺寸小。更詳細而言，人工脂質(zhì)膜的上述投影區(qū)域的面積比第2室的上述投影區(qū)域的面積小，優(yōu)選為，人工脂質(zhì)膜的上述投影區(qū)域包含在第2室的上述投影區(qū)域內(nèi)。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的上述方式，在生物傳感器設(shè)備的制造過程中，能夠通過第2室容易地觀察人工脂質(zhì)膜的樣態(tài)(脂質(zhì)液的供給狀態(tài))。
[0029]在本發(fā)明的生物傳感器設(shè)備的優(yōu)選的方式中，還包含在第I室與第2室之間保持人工脂質(zhì)膜的端部的保持構(gòu)件，保持構(gòu)件的至少表面具有防水性。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的上述方式，通過采用至少表面具有防水性的保持構(gòu)件，能夠更穩(wěn)定地保持人工脂質(zhì)膜。
[0031]在本發(fā)明的上述方式中，更優(yōu)選保持構(gòu)件具有I個或2個以上的貫通孔，并在貫通孔中填充有粘接劑。由此，即使采用至少表面具有防水性的保持構(gòu)件，也能夠?qū)⑦@種保持構(gòu)件，充分粘接于用于規(guī)定第I室以及第2室的構(gòu)件(更詳細而言，用于提供分別封入第I電解液以及第2電解液的壁部的構(gòu)件)。
[0032]發(fā)明效果
[0033]根據(jù)本發(fā)明，對具有人工脂質(zhì)膜的生物傳感器設(shè)備，適當裝入第I電解液和第2電解液以及第I電極和第2電極來構(gòu)成，因此提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)小型化以及輕便化，沒有液流出的問題，能夠正確且穩(wěn)定地進行檢測的生物傳感器設(shè)備。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1是表示本發(fā)明的I個實施方式中的生物傳感器設(shè)備的簡要剖面圖。
[0035]圖2是圖1的實施方式中的生物傳感器設(shè)備的第2電極及其周圍的部分放大簡要剖面圖。
[0036]圖3(a)以及(b)是表示圖1的實施方式中的生物傳感器設(shè)備的制造過程的簡要剖面圖。
[0037]圖4是表示本發(fā)明的另一個實施方式中的生物傳感器設(shè)備的簡要剖面圖。
[0038]圖5是表示本發(fā)明的又一個實施方式中的生物傳感器設(shè)備的簡要剖面圖。
[0039]圖6是表示本發(fā)明的又一個實施方式中的生物傳感器設(shè)備的簡要剖面圖。
[0040]圖7(a)是圖6的實施方式中的生物傳感器設(shè)備的防水性的保持構(gòu)件(防水性基材)及其上下的基材的部分放大簡要剖面圖，(b)是沿著(a)的A-A’面觀察時的、防水性的保持構(gòu)件(粘接劑未圖示)的俯視圖。[0041]圖8 (a)以及(b)是與圖7(b)的防水性的保持構(gòu)件(粘接劑未圖示)的俯視圖對應(yīng)的圖，是表示防水性的保持構(gòu)件的變形例的圖。
[0042]圖9是表示本發(fā)明的實施例的生物傳感器設(shè)備的制造過程中的基材(以及熱固化性粘接片)層疊體的簡要剖面圖。
[0043]圖10是表示本發(fā)明的實施例的生物傳感器設(shè)備的制造過程中的向基材(以及熱固化性粘接片)層疊體的液供給工序的圖，(a)是第I電解液的供給工序，(b)是脂質(zhì)液的供給工序，(C)是第2電解液的供給工序，(d)是表示完成的生物傳感器設(shè)備的圖。
[0044]圖11(a)表示本發(fā)明的實施例的生物傳感器設(shè)備的電流響應(yīng)波形，(b)表示比較例的設(shè)備的電流響應(yīng)波形。
[0045]圖12是表示現(xiàn)有的生物傳感器系統(tǒng)的圖，(a)表示生物傳感器系統(tǒng)的整體簡要立體圖，(b)表示傳感器芯片的放大簡要剖面圖。
【具體實施方式】
[0046]關(guān)于本發(fā)明的各種實施方式，以下參照附圖進行詳述。
[0047]本發(fā)明的I個實施方式中的生物傳感器設(shè)備，如圖1所示，包括如下部分而構(gòu)成:具有彼此位于相反側(cè)的第I膜表面Ia以及第2膜表面Ib的人工脂質(zhì)膜I ;將第I電解液2a在與人工脂質(zhì)膜I的第I膜表面Ia接觸的狀態(tài)下封入的第I室(chamber) Ila ;將第2電解液2b在與人工脂質(zhì)膜I的第2膜表面Ib接觸的狀態(tài)下封入的第2室Ilb ;在第I室Ila內(nèi)與第I電解液2a接觸的第I電極3a、3a’ ；和在第2室Ilb內(nèi)與第2電解液2b接觸的第2電極3b、3b’。
[0048]人工脂質(zhì)膜I能夠利用使脂質(zhì)分散或溶解在溶劑中而得到的脂質(zhì)液來形成。
[0049]脂質(zhì)可以采用任意的合適的脂質(zhì)，尤其優(yōu)選分子中含有磷酸或糖的復合脂質(zhì)，具體來說優(yōu)選磷脂、糖脂、脂蛋白、硫脂等，最優(yōu)選磷脂。作為磷脂，可以列舉甘油磷脂(例如，磷脂酰膽堿(卵磷脂)、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰絲氨酸、二植烷基磷脂酰膽堿、二棕櫚酰磷脂酰膽堿等)以及鞘磷脂(例神經(jīng)鞘磷脂等)。此外，脂質(zhì)也可以是單純脂質(zhì)(例如，甘油單油酸脂)或衍生脂質(zhì)。既可以是天然來源的脂質(zhì)、例如粗磷脂(Asolectin)(大豆磷脂)，也可以是合成脂質(zhì)。合成脂質(zhì)由于容易獲得高純度且化學上穩(wěn)定的脂質(zhì)因而更加優(yōu)選。脂質(zhì)的脂肪酸部分優(yōu)選為碳數(shù)10?20的飽和脂肪酸或不飽和脂肪酸。這樣的脂質(zhì)既可以單獨使用I種，也可以組合2種以上來使用。
[0050]溶劑可以根據(jù)脂質(zhì)來適當選擇，一般來說采用有機溶劑，優(yōu)選采用飽和烴。例如可以列舉癸烷、十六烷、己烷、氯仿等。這樣的溶劑既可以單獨使用I種，也可以組合2種以上來使用。
[0051]脂質(zhì)相對于溶劑的濃度，優(yōu)選相對于溶劑lmL，脂質(zhì)為I?50mg，更優(yōu)選脂質(zhì)為4 ?40mg。
[0052]人工脂質(zhì)膜I優(yōu)選為脂質(zhì)雙分子膜。人工脂質(zhì)膜I的膜厚可以為例如約2?10nm。在人工脂質(zhì)膜I中，根據(jù)被檢測物質(zhì)，可以加入膜蛋白質(zhì)、離子通道等受體(未圖示)。
[0053]第I電解液2a以及第2電解液2b既可以為相同電解液，也可以為不同電解液。電解液只要是使離子性物質(zhì)溶解在極性溶劑中而得到的電解液即可，可以根據(jù)人工脂質(zhì)膜I的組成等來適當選擇。[0054]離子性物質(zhì)可以單獨或組合使用例如氯化鈉(NaCl)、氯化鉀(KC1)、氯化鈣(CaCl2)、氯化鎂(MgCl2)、磷酸二氫鈉(NaH2PO4)、磷酸一氫鈉(Na2HPO4)等。
[0055]極性溶劑可以單獨或組合使用例如水、甘油、糖、糖醇、乙醇、異丙醇、乙二醇、山梨糖醇、木糖醇、二丙二醇、丁二醇、聚乙二醇、聚氧乙烯甲基苷、麥芽糖醇、甘露醇、葡萄糖等。
[0056]第I電解液2a以及第2電解液2b優(yōu)選滲透壓成為280?330m0sm / kg_H20的范圍以內(nèi)，但并不限定于此。或者，作為第I電解液2a以及第2電解液2b，優(yōu)選采用在電生理實驗中采用的一般的溶液。此外，還優(yōu)選通過添加有機化合物或高分子，來調(diào)整第I電解液2a以及第2電解液2b的粘度。
[0057]第I電解液2以及第2電解液3既可以在濃度、粘度以及滲透壓中的任意I個以上存在差異，也可以相同。
[0058]第I室Ila以及第2室Ilb只要能夠分別將第I電解液2a以及第2電解液2b液密性地封入它們的內(nèi)部(但是，第I電解液2a以及第2電解液2b與人工脂質(zhì)膜I的第I膜表面Ia以及第2膜表面Ib接觸的部分除外)，則可以具有任意的合適的構(gòu)成。
[0059]在圖示的方式中，在基材4上，層疊有分別形成有孔(或阱)的基材5、6、7，人工脂質(zhì)膜I與基材5的上表面以及基材6的下方內(nèi)壁面接觸(被保持)而形成。在這樣的方式中，第I室Ila是被基材4的上表面以及基材5的內(nèi)壁面規(guī)定(或包圍)的區(qū)域，第2室Ilb是被基材6的上方內(nèi)壁面、基材7的內(nèi)壁面以及蓋10的下表面規(guī)定的區(qū)域。換言之，基材4、5是用于規(guī)定第I室Ila的構(gòu)件，基材6、7以及蓋10是用于規(guī)定第2室Ilb的構(gòu)件?；?、6也是用于保持人工脂質(zhì)膜I的端部的保持構(gòu)件。
[0060]作為用于規(guī)定第2室Ilb的構(gòu)件之一的蓋10，可以理解為將第2電解液2b封入第2室Ilb內(nèi)的壁部。在本實施方式中，該蓋10至少遍及壁厚方向(換言之，在第2電解液2b與蓋10的外部之間)具有通氣性。蓋10由具有液密性(不透過液體、更詳細而言不透過第2電解液)，并且，至少遍及壁厚方向、一般來說在整個方向上，具有通氣性(透過氣體、例如被檢測物質(zhì)的氣味分子)的材料構(gòu)成。例如，蓋10可以使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)、硅酮樹脂、特氟隆(注冊商標)、聚烯烴、聚乙烯等材料所構(gòu)成的蓋。
[0061]另一方面，基材4、5、6、7可以由具有液密性的任意的合適的材料構(gòu)成。例如，基材
4、5、6、7由聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚苯硫醚(PPS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚樹脂(ABS樹脂)、丙烯酸樹脂(例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))，環(huán)聚烯烴、聚碳酸酯(通稱polycarbonate)等有機系材料構(gòu)成。但是，不限定于此，也可以由例如玻璃、硅、氧化鋁、氧化硅、氮化硅等無機系材料構(gòu)成。這些基材4、5、6、7之間，可以通過粘接劑層(例如熱固化性薄膜等，未圖示)來粘接。
[0062]基材5、6、7的高度，分別形成于其中的孔的(從膜厚方向來看的)形狀以及大小，可以根據(jù)所希望的第I室Ila以及第2室Ilb的尺寸以及配置等來適當決定。
[0063]在圖示的方式中，在與人工脂質(zhì)膜I的膜厚方向垂直的方向上，第I室Ila的外形尺寸(基材5的孔面積)比第2室Ilb的外形尺寸(基材7的孔面積)小。更詳細而言，基材5的孔面積比基材6的孔面積小，基材6的孔面積比基材7的孔面積小。此外，從人工脂質(zhì)膜I的膜厚方向來觀察時，基材5的孔的投影區(qū)域包含在基材6的孔的投影區(qū)域內(nèi)，基材6的孔的投影區(qū)域包含在基材7的孔的投影區(qū)域內(nèi)。由此，在生物傳感器設(shè)備的制造過程中，能夠通過第2室Ilb容易地觀察供給到第I室Ila內(nèi)的第I電解液2a的樣態(tài)(第I電解液2a的供給狀態(tài))，進一步觀察人工脂質(zhì)膜I的樣態(tài)(脂質(zhì)液的供給狀態(tài))。
[0064]為了測定人工脂質(zhì)膜I的膜電位，第I電極以及第2電極配設(shè)于設(shè)備內(nèi)，并分別與第I電解液2a以及第2電解液2b (至少局部)接觸。更詳細而言，第I電極在第I室Ila內(nèi)與第I電解液2a接觸地配設(shè)。例如，如圖所示，可以使2個第I電極3a、3a’相互離開，形成于基材4的上表面。第2電極在第2室Ilb內(nèi)與第2電解液2b接觸地配設(shè)。例如，如圖所示，可以使2個第2電極3b、3b’相互離開，形成于基材6的上表面。由此，如圖2中將第2電極3b及其周圍放大所示那樣，可以將第2電極3b、3b’配設(shè)在人工脂質(zhì)膜I的附近。
[0065]在基材7的上表面，形成有端子9a、9a’、9b、9b’，分別能夠通過層間連接通孔8a、8a’、8b、8b’，與第I電極3a、3a’、第2電極3b、3b’電連接。端子9a以及9b是向電源(圖中，用記號“V”示意性地表示)的連接用端子，端子9a’以及9b’是向電流計(圖中，用記號“A”示意性地表示)的連接用端子。
[0066]這樣的本實施方式的生物傳感器設(shè)備30，例如可以通過以下方式來制造。
[0067]首先，準備基材4、5、6、7。在基材5、6、7中形成孔。孔的形狀沒有特別限定，可以是例如圓形、橢圓形、矩形、多邊形等，在基材間既可以相同(為相似形)，也可以不同。在本實施方式中，這些孔的尺寸(例如在圓形的孔的情況下，以孔的直徑來代表)，選擇為按照基材5、6、7的順序依次變大。在基材4的上表面形成第I電極3a、3a’，在基材6的上表面形成第2電極3b、3b，ο
[0068]在基材5、6、7中，形成層間連接通孔(via) 8a、8a’、8b、8b’用的過孔(via hole)。然后，在該過孔中填充導電性填料、例如含有Ag、Cu等金屬填料的導電性漿料，形成層間連接通孔8a、8a’、8b、8b’?；蛘?層間連接通孔8a、8a’、8b、8b’也可以通過用Au、Cu、Ag等對過孔的內(nèi)壁面進行鍍敷處理來形成。然后，在層間連接通孔8&、8&’、813、813’上(基材7的上表面)形成端子9&、9&’、％、％’。另外，形成層間連接通孔以及端子的時刻，沒有特別限定，也可以在更后面的工序中形成。
[0069]對由此獲得的基材4、5、6、7進行位置對準后進行層疊，并相互粘接。例如，可以使熱固化性薄膜(未圖示)介于這些基材間而進行層疊，通過對所獲得的層疊體施加熱處理(例如熱壓接)，而在基材間使熱固化性薄膜固化來進行粘接。此外例如，在這些基材由有機系材料(有機系薄膜)構(gòu)成的情況下，也可以通過對這些基材進行層疊，并對所獲得的層疊體施加熱處理，來使基材之間熱粘著來進行粘接。
[0070]如上所述，如圖3(a)所示，基材4、5、6、7被層疊以及粘接，在內(nèi)側(cè)形成階梯狀的空間。該空間的下方部分、中央部分以及上方部分(圖中，用虛線分割來表示)對應(yīng)于第I室11a、人工脂質(zhì)膜1、第2室lib。
[0071]接著，對該階梯狀的空間，依次供給第I電解液2a、脂質(zhì)液、第2電解液2b。這些第I電解液2a、脂質(zhì)液、第2電解液2b的供給，優(yōu)選根據(jù)第I室11a、人工脂質(zhì)膜1、第2室Ilb所應(yīng)占的容積來定量地進行。這些第I電解液2a、脂質(zhì)液、第2電解液2b的定量供給，例如，可以通過噴墨方式、分配(dispense)方式、轉(zhuǎn)印方式等來進行。
[0072]通過上述方式供給的脂質(zhì)液，如圖3(b)所示，在第I電解液2a以及第2電解液2b之間形成人工脂質(zhì)膜1，第I膜表面Ia與第I電解液2a接觸，第2膜表面Ib與第2電解液2b接觸。人工脂質(zhì)膜I與階梯狀的空間的內(nèi)壁面接觸，由于人工脂質(zhì)膜I的表面張力等，能夠由該內(nèi)壁面進行保持。在本實施方式中，人工脂質(zhì)膜I形成為與基材5的上表面以及基材6的下方內(nèi)壁面接觸，因此能夠更穩(wěn)定地保持人工脂質(zhì)膜I。
[0073]然后，蓋上蓋10，使其覆蓋第2電解液2b，將蓋10的邊緣部與基材7的上表面粘接。粘接在常溫下進行，例如，可以利用蓋10的自我吸附性，或者，利用常溫固化型的粘接劑來進行。
[0074]通過以上方式，能夠制造圖1所示的本實施方式的生物傳感器設(shè)備30。
[0075]本實施方式的生物傳感器設(shè)備30可以如下來使用。
[0076]首先，在被檢測物質(zhì)不存在時，通過與電源連接的端子9a、9b對電極3a、3b施加電壓，由此在人工脂質(zhì)膜I的第I膜表面Ia與第2膜表面Ib之間施加電壓，在該狀態(tài)下，將在人工脂質(zhì)膜I的膜厚方向上流動的電流，作為在電極3a’、3b’間流動的電流，由與端子9a’、9b’連接的電流計來進行測定。人工脂質(zhì)膜I只要將第I電解液2a以及第2電解液2b相互隔開地適當形成，則在被檢測物質(zhì)不存在時一般顯示出絕緣性，因此實質(zhì)上不流過電流。
[0077]接著，在第2電解液2b中溶解或分散規(guī)定量的被檢測物質(zhì)，并與上述同樣地測定在人工脂質(zhì)膜I的膜厚方向上流過的電流。此時，被檢測物質(zhì)既可以通過通氣性的蓋10來供給到第2電解液中，或者，也可以采用預先使被檢測物質(zhì)分散或溶解的第2電解液來制作生物傳感器設(shè)備30。在被檢測物質(zhì)存在時，由于被檢測物質(zhì)作用于加入到人工脂質(zhì)膜I中的受體，因此根據(jù)被檢測物質(zhì)的量而流過電流。因此，通過使溶解或分散到第2電解液2b中的被檢測物質(zhì)的量各不相同，采取多個電流測定值，能夠獲得測量數(shù)據(jù)。
[0078]利用如上那樣預先獲得了測量數(shù)據(jù)的生物傳感器設(shè)備30，將試樣氣體通過通氣性的蓋10供給到第2電解液2b。然后，與上述同樣地測定在人工脂質(zhì)膜I的膜厚方向上流動的電流。根據(jù)測定出的電流值，能夠調(diào)查試樣氣體中的被檢測物質(zhì)的有無，以及在存在被檢測物質(zhì)的情況下能夠調(diào)查其量。這樣的生物傳感器設(shè)備30既可以一次性地使用，也可以用新的電解液置換第2電解液2b來進行再循環(huán)使用。
[0079]根據(jù)本實施方式，由于不需要像現(xiàn)有的生物傳感器系統(tǒng)那樣，在試驗槽中填滿試樣液，并在其中浸潰傳感器芯片以及參照電極，因此能夠?qū)⒌贗電解液和第2電解液以及第I電極和第2電極全部預先裝入設(shè)備中，實現(xiàn)了適合小型化以及輕便化的生物傳感器設(shè)備30。在這樣的生物傳感器設(shè)備30中，除了第I電極3a、3a’之外，第2電極3b、3b’也固定地配置于人工脂質(zhì)膜I的附近，并且，能夠基于第I室Ila以及第2室Ilb的容積設(shè)計嚴密地控制第I電解液2a以及第2電解液2b的各液量，因此能夠正確且穩(wěn)定地測定人工脂質(zhì)膜I的膜電位。此外，根據(jù)這種生物傳感器設(shè)備30，由于第I電解液以及第2電解液雙方預先被封入到設(shè)備內(nèi)，因此也不存在液流出的問題。
[0080]另外，在本實施方式中，將第I電極3a、3a’以及第2電極3b、3b’設(shè)置于生物傳感器設(shè)備30，利用第I電極3a以及第2電極3b，在人工脂質(zhì)膜I的第I膜表面Ia與第2膜表面Ib之間施加電壓，利用第I電極3a’以及第2電極3b’，測定在人工脂質(zhì)膜I的膜厚方向上流動的電流。這樣的構(gòu)成，特別適合以高精度測定微小的離子電流。但是，本發(fā)明不限定于此，只要能夠測定人工脂質(zhì)膜I的膜電位，則第I電極以及第2電極的數(shù)量可以是針對第I電解液以及第2電解液而各有一個，也可以測定電流以及電壓中的任意一方。
[0081]以上，對本發(fā)明的I個實施方式中的生物傳感器設(shè)備進行了詳述，但其能夠進行各種變形，其他各種實施方式中的生物傳感器設(shè)備也被提供。以下，對其他實施方式中的生物傳感器設(shè)備，以變形點為中心進行說明，只要沒有事先說明，則與上述實施方式同樣的說明也適用。
[0082]作為本發(fā)明的另一個實施方式，如圖4所示，在生物傳感器設(shè)備31中，在與人工脂質(zhì)膜I的膜厚方向垂直的方向上，人工脂質(zhì)膜I的外形尺寸(可以認為這與基材6的孔面積大致相同)，比第I室Ila的外形尺寸(基材5的孔面積)以及第2室Ilb的外形尺寸(基材7的孔面積)小。更詳細而言，基材6的孔面積比基材5的孔面積小，并且，比基材7的孔面積小。此外，從人工脂質(zhì)膜I的膜厚方向觀察時，基材6的孔的投影區(qū)域包含在基材5的孔的投影區(qū)域內(nèi)，并且，包含在基材7的孔的投影區(qū)域內(nèi)。由此，在生物傳感器設(shè)備的制造過程中，能夠通過第2室Ilb容易地觀察人工脂質(zhì)膜I的樣態(tài)(脂質(zhì)液的供給狀態(tài))。
[0083]并且，在圖4所示的生物傳感器設(shè)備31中，在與人工脂質(zhì)膜I的膜厚方向垂直的方向上，第I室Ila的外形尺寸(基材5的孔面積)與第2室的外形尺寸(基材7的孔面積)實質(zhì)相同。此外，在從人工脂質(zhì)膜I的膜厚方向觀察時，基材5的孔的投影區(qū)域與基材7的孔的投影區(qū)域彼此輪廓大體一致。由此，能夠在第I室Ila與第2室Ilb之間使壓力平衡，能夠更穩(wěn)定地保持人工脂質(zhì)膜I。
[0084]作為本發(fā)明的又一個實施方式，如圖5所示，在生物傳感器設(shè)備32中，取代圖4所示的生物傳感器設(shè)備31中的基材6，采用了分別的基材13以及14?；?3是在第I室Ila與第2室Ilb之間保持人工脂質(zhì)膜I的端部的保持構(gòu)件?；?4是用于規(guī)定第2室Ilb的構(gòu)件。在基材14的上表面，形成第2電極3b、3b’。更詳細而言，基材13的孔面積比基材14的孔面積小。通過這種構(gòu)成，確保了人工脂質(zhì)膜I不與第2電極3b、3b’接觸。另外，基材13以及14能夠由與基材6同樣的材料構(gòu)成。
[0085]作為本發(fā)明的又一個實施方式，如圖6所示，在生物傳感器設(shè)備33中，也可以取代圖5所示的生物傳感器設(shè)備32中 的基材13，采用至少表面具有防水性的基材(在本說明書中也簡稱為防水性基材)15。防水性基材15是在第I室Ila與第2室Ilb之間保持人工脂質(zhì)膜I的端部的保持構(gòu)件。由此，能夠由防水性基材15穩(wěn)定地保持人工脂質(zhì)膜I。防水性優(yōu)選對水的接觸角為例如60°以上(小于180° )，典型為70°~120°。這樣的防水性基材(防水性的保持構(gòu)件)至少其表面可以由例如氟化碳樹脂、聚四氟乙烯(PTFE)、特氟綸(注冊商標)等材料構(gòu)成。
[0086]在采用防水性基材15作為人工脂質(zhì)膜I的保持構(gòu)件的情況下，將防水性基材15粘接于其他基材(在圖6所示的方式中為基材5以及14)，這僅通過在其粘接面應(yīng)用粘接劑可能難以實現(xiàn)。因此，如圖7(a)所示，優(yōu)選在防水性基材15中設(shè)置I個或2個以上、優(yōu)選多個貫通孔16，并在貫通孔16中填充粘接劑17。根據(jù)這種構(gòu)成，通過在貫通孔16中填充的粘接劑17，能夠?qū)⒎浪曰?5充分粘接于規(guī)定第I室Ila的基材5以及規(guī)定第2室Ilb的基材14。
[0087]形成于防水性基材15的貫通孔16的(從膜厚方向來看的)形狀，沒有特別限定，不僅可以為圖7(b)所示的圓形的貫通孔16，也可以為例如圖8(a)所示的正方形的貫通孔
18、圖8(b)所示的長方形(或縫狀)的貫通孔19。貫通孔除此之外還可以具有任意的形狀，此外，在存在多個的情況下，也可以混合存在2種以上不同形狀的貫通孔。在存在多個的情況下，貫通孔的配置沒有特別限定，但優(yōu)選相對于粘接面均等地配置。
[0088]【實施例】
[0089]在本實施例中，制造了參照圖1~3在前面敘述的實施方式中的生物傳感器設(shè)備30。以下，參照圖9以及10對本實施例進行說明，但只要沒有特別事先說明，則與參照圖1?3在前面敘述的實施方式同樣的說明也適用。
[0090]首先，準備了基材4、5、6、7。各基材采用由聚對苯二甲酸乙二酯(PET)構(gòu)成的片，使基材4的厚度tl = 100 μ m，基材5的厚度t2 = 100 μ m,基材6的厚度t3 = 20 μ m,基材7的厚度t4 = 20 μ m(參照后述的圖9)。在這些基材5、6、7中分別形成圓形的孔5a、6a、7a,使孔5a的直徑Dl = 200 μ m,孔6a的直徑D2 = 400 μ m,孔7a的直徑D3 = 500 μ m。這些孔利用沖孔機而形成。
[0091]然后，在基材4的上表面形成電極3a、3a’，在基材6的上表面形成了電極3b、3b’。電極3a、3a’、3b、3b’通過以下的步驟而形成。首先在基材4以及基材6上，作為電極基底，形成了厚度12ym的Cu所構(gòu)成的圖案。接著，通過Ag對該圖案的外周面進行了鍍敷。最后，利用次氯酸鈉水溶液(5重量％ )，對通過Ag鍍敷后的外周面進一步通過AgCl進行了包覆。
[0092]在基材5、6、7中，利用沖孔機形成了直徑150 μ m的過孔,用于層間連接通孔8a、8a’、8b、8b’。然后，在該過孔中，填充包含由Ag覆蓋的Cu粉作為金屬填料的導電性漿料，形成層間連接通孔8a、8a’、8b、8b’,在這些上，通過Cu形成了端子9a、9a’、9b、9b’。
[0093]通過以下的步驟對由此獲得的基材4、5、6、7進行位置對準后進行層疊，并相互進行了粘接。為了對基材4、5、6、7進行粘接，使用了 3枚厚度20 μ m的熱固化性粘接片20 (參照圖9)。在這些熱固化性粘接片20中，預先在與基材5、6、7的各孔以及層間連接通孔8a、8a’、8b、8b’的過孔對應(yīng)的位置形成貫通孔，如圖9所示，對基材4、5、6、7以及3枚固化性粘接片20進行了層疊，使得在基材4、5、6、7之間對準各孔以及過孔而各存在I枚熱固化性粘接片20。通過將由此獲得的層疊體在150°C下進行熱壓接(加熱以及加壓)，從而將基材
4、5、6、7相互粘接。像這樣粘接后的層疊體(甚至最終獲得的生物傳感器設(shè)備)的外形尺寸L設(shè)為30mm。
[0094]接著，如圖10(a)所示，對通過以上方式獲得的層疊體，利用能夠定量地供給液滴的噴墨裝置41，供給了 3.7nL的第I電解液2a。第I電解液2a的供給量，設(shè)為與第I室Ila應(yīng)占的容積相對應(yīng)的量。第I電解液2a采用了以體積比50%:50%混合了 IOOmmol /L的氯化鉀(KCl)水溶液以及甘油而得到的電解液。
[0095]然后，利用相同的噴墨裝置41，如圖10(b)所示，在上述供給的第I電解液2a上，供給了 2.5nL的脂質(zhì)液42。脂質(zhì)液42的供給量，設(shè)為與人工脂質(zhì)膜I應(yīng)占的容積相對應(yīng)的量。脂質(zhì)液42采用了在ImL癸烷中溶解IOmg磷脂(卵磷脂)而得到的溶液。
[0096]進而，利用相同的噴墨裝置41，如圖10(c)所示，在上述供給的脂質(zhì)液42上，供給了 8.0nL第2電解液2b。第2電解液2b的供給量，設(shè)為與第2室Ilb應(yīng)占的容積相對應(yīng)的量。第2電解液2b與第I電解液2a同樣，采用了以體積比50%:50%混合了 IOOmmol / L的氯化鉀(KCl)水溶液以及甘油而得到的電解液。
[0097]然后，如圖10(d)所示，蓋上蓋10，使其覆蓋第2電解液2b，并使蓋10的邊緣部自我吸附地粘接于基材7。蓋10采用了由聚二甲基硅氧烷(PDMS)構(gòu)成的、厚度IOOym的片。
[0098]通過以上步驟，完成了本實施例的生物傳感器設(shè)備。人工脂質(zhì)膜I不需要追加的工序，能夠由脂質(zhì)液42在第I電解液2a以及第2電解液2b之間自然地形成。
[0099]如下進行了所完成的生物傳感器設(shè)備的功能評價。[0100]如圖10(d)所示，通過與電源(圖中，用記號“V”示意性地表示)連接的端子對人工脂質(zhì)膜施加了 20mV的脈沖電壓(脈沖寬度IOm秒)，在該狀態(tài)下，用與端子連接的電流計(圖中，用記號“A”示意性地表示)測定了在人工脂質(zhì)膜I的膜厚方向上流動的電流響應(yīng)。作為這樣的電源以及電流計，采用膜片鉗放大器(HEKA社制，型號EPC-10)，經(jīng)時性地記錄了測定電流。
[0101]另一方面，作為比較例，除了沒有供給脂質(zhì)液42 (因此，通過第I電解液=第2電解液，填滿了設(shè)備內(nèi)的空間整體)以外，與本實施例同樣地制作了比較例的設(shè)備，并與上述同樣地進行了該設(shè)備的功能評價。
[0102]圖11 (a)是本實施例的生物傳感器設(shè)備的電流響應(yīng)波形，圖11 (b)是比較例的設(shè)備的電流響應(yīng)波形。參照圖11 (b)，比較例的設(shè)備觀測到了在脈沖電壓施加中電流不斷流動的狀態(tài)的波形。這被理解為是由于在比較例的設(shè)備中不存在人工脂質(zhì)膜。與此相對，本實施例的生物傳感器設(shè)備，參照圖11(a)，觀測到了示出絕緣性的電流響應(yīng)波形。這表示在本實施例的生物傳感器設(shè)備中，絕緣性的人工脂質(zhì)膜I將第I電解液2a以及第2電解液2b相互隔開地適當被形成。
[0103]因此，在本實施例的生物傳感器設(shè)備中，通過根據(jù)目標被檢測物質(zhì)而將受體加入到人工脂質(zhì)膜中，能夠探測被檢測物質(zhì)。
[0104]工業(yè)實用性
[0105]本發(fā)明的生物傳感器設(shè)備，在生物體分子分析裝置、大氣污染物質(zhì)分析裝置等環(huán)境、食品、住宅、汽車、警衛(wèi)領(lǐng)域等能夠廣泛利用。此外，本發(fā)明的生物傳感器設(shè)備，在生活習慣病診斷裝置、尿診斷裝置、呼氣診斷裝置、壓力測量器等醫(yī)療領(lǐng)域、衛(wèi)生保健領(lǐng)域等能夠廣泛利用。
[0106]符號說明
[0107]I人工脂質(zhì)膜
[0108]Ia第I膜表面
[0109]Ib第2膜表面
[0110]2a第I電解液
[0111]2b第2電解液
[0112]3a、3a’ 第 I 電極
[0113]3b、3b’ 第 2 電極
[0114]4、5、6、7 基材
[0115]5a、6a、7a 孔
[0116]8a、8b、8a’、8b’ 層間連接通孔
[0117]9a、9b、9a’、9b’ 端子
[0118]10 蓋
[0119]Ila 第 I 室
[0120]Ilb 第2室
[0121]13、14 基材
[0122]15防水性基材(防水性的保持構(gòu)件)
[0123]16、18、19 貫通孔[0124]17粘接劑
[0125]30、31、32、33生物傳感器設(shè)備
[0126]41噴墨裝置
[0127]42脂質(zhì)液
[0128]300傳感器芯片
[0129]301人工脂質(zhì)膜
[0130]302試樣液
[0131]303試驗槽
[0132]304參照電極
[0133]306 導線
[0134]307電位差測定器
[0135]308 阱
[0136]310 片
[0137]311 基材
[0138]312膜蛋白質(zhì)
[0139]313基準液
[0140]314 電極
[0141]350生物傳感器系統(tǒng)
【權(quán)利要求】
1.一種生物傳感器設(shè)備，其具有人工脂質(zhì)膜，該生物傳感器設(shè)備包含: 人工脂質(zhì)膜，其具有彼此位于相反側(cè)的第I以及第2膜表面； 第I室，其將第I電解液在與人工脂質(zhì)膜的第I膜表面接觸的狀態(tài)下封入； 第2室，其將第2電解液在與人工脂質(zhì)膜的第2膜表面接觸的狀態(tài)下封入； 第I電極，其在第I室內(nèi)與第I電解液接觸；和 第2電極,其在第2室內(nèi)與第2電解液接觸， 第2室在封入第2電解液的壁部，至少遍及壁厚方向具有通氣性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物傳感器設(shè)備，其中， 在與人工脂質(zhì)膜的膜厚方向垂直的方向上，第I室的外形尺寸比第2室的外形尺寸小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物傳感器設(shè)備，其中， 在與人工脂質(zhì)膜的膜厚方向垂直的方向上，第I室的外形尺寸與第2室的外形尺寸相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物傳感器設(shè)備，其中， 在與人工脂質(zhì)膜的膜厚方向垂直的方向上，第I室的外形尺寸比第2室的外形尺寸大。
5.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項所述的生物傳感器設(shè)備，其中， 在與人工脂質(zhì)膜的膜厚方向垂直的方向上，人工脂質(zhì)膜的外形尺寸比第2室的外形尺寸小。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?5中任一項所述的生物傳感器設(shè)備,其中， 還包含在第I室與第2室之間保持人工脂質(zhì)膜的端部的保持構(gòu)件，保持構(gòu)件的至少表面具有防水性。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生物傳感器設(shè)備，其中， 保持構(gòu)件具有I個或2個以上的貫通孔，在貫通孔中填充有粘接劑。
【文檔編號】G01N27/28GK103502805SQ201280020684
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2012年2月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月28日
【發(fā)明者】塚原法人, 生田敬子, 沖明男 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社