本發(fā)明涉及采樣單元和生物傳感器。

背景技術(shù)：

近年來，已經(jīng)公開了能夠在分析中非侵入性地利用活細胞的作為生物傳感器的技術(shù)(例如，專利文獻1)。專利文獻1公開了具有這樣結(jié)構(gòu)的生物傳感器，其中用與唾液酸樣品(細胞本身或來源于細胞的糖鏈)結(jié)合的苯硼酸基團覆蓋用于檢測負(fù)電荷之物理性質(zhì)變化的檢測表面。

引用列表

專利文獻

專利文獻1：日本特許公開號2010-107496。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

專利文獻1中描述的上述生物傳感器雖然對細胞等沒有侵入性，但是在從生物傳感器采集細胞時不能說對人體不具有侵入性。也就是說，期望開發(fā)能夠減輕人體負(fù)擔(dān)的生物傳感器，例如能夠檢測基于淚液、汗液、唾液等檢測靶標(biāo)的生物傳感器。應(yīng)注意，淚液等不僅包含作為待檢測物質(zhì)的葡萄糖，還含有蛋白質(zhì)(例如白蛋白)，并且因此，這樣的淚液的問題在于其中包含的蛋白質(zhì)將變成噪音并降低測量靈敏度。

因此，本發(fā)明的一個目的是提供采樣單元和生物傳感器，其能夠基于非侵入性地從人體采集的樣品來進行分析。

問題解決方案

根據(jù)本發(fā)明的采樣單元具有接收樣品溶液并且彼此分開設(shè)置的第一接收部和第二接收部，其中所述第一接收部包含與待檢測物質(zhì)結(jié)合且將所述待檢測物質(zhì)與樣品溶液中不待檢測的物質(zhì)分開的識別物質(zhì)，并且第二接收部經(jīng)由鹽橋部與參比電極連接。

根據(jù)本發(fā)明的生物傳感器包含上述采樣單元和場效應(yīng)晶體管，在場效應(yīng)晶體管中第一接收部分與柵極電極電連接。

本發(fā)明的有利效果

根據(jù)本發(fā)明，通過抑制不待檢測物質(zhì)與第一接收部中包含的識別物質(zhì)的結(jié)合，可以提高測量靈敏度。因此，可以基于非侵入性地從人體采集的樣品溶液更可靠地測量待檢測物質(zhì)的濃度。

此外，通過彼此分開地設(shè)置第一接收部和第二接收部，并且通過形成所述接收部使得所采集的樣品溶液不彼此混合，淚液可以經(jīng)由鹽橋部與參比電極電連接，從而實現(xiàn)小型化。

附圖說明

圖1是示意性地示出根據(jù)第一實施方案的生物傳感器的結(jié)構(gòu)的縱截面圖。

圖2是示出通過測量根據(jù)第一實施方案的生物傳感器的電學(xué)性質(zhì)獲得的結(jié)果的圖。

圖3是示意性地示出根據(jù)第二實施方案的生物傳感器的結(jié)構(gòu)的局部俯視圖。

圖4是示意性地示出根據(jù)第二實施方案的生物傳感器的結(jié)構(gòu)的截面圖。圖4A是用圖3所示的A-A線制成的截面圖，且圖4B是用圖3所示的B-B線制成的截面圖。

具體實施方式

在下文中，將參照附圖詳細描述本發(fā)明的一些實施方案。

[第一實施方案]

(整體結(jié)構(gòu))

圖1所示的生物傳感器10包含采樣單元12和場效應(yīng)晶體管(FET：Field Effect Transistor)14。生物傳感器10識別包含在采樣單元12中的樣品溶液中作為待檢測物質(zhì)的葡萄糖，并將所識別的信息轉(zhuǎn)換為FET 14中的電信號，以便其檢測樣品溶液中的葡萄糖的量。在本文中，樣品溶液是非侵入性采集的樣品溶液，即，除了血液之外的生物溶液，例如汗液、淚液和唾液。這些樣品溶液不僅包含葡萄糖，還包含作為蛋白質(zhì)如白蛋白的不待檢測的物質(zhì)。

采樣單元12具有彼此分開設(shè)置的兩個接收部，即，第一接收部16和第二接收部18。第一接收部16和第二接收部18各自如此形成，使得樣品溶液可以從其尖端移動到其基端，并且兩個接收部通過分隔部20彼此分開。分隔部20可以防止樣品溶液各自從尖端移動到基端而彼此混合。

當(dāng)?shù)谝唤邮詹?6允許樣品溶液從其尖端移動到其基端的同時，其使葡萄糖與樣品溶液中包含的蛋白質(zhì)分開。在本實施方案的情況下，第一接收部16由被切割成矩形形狀的濾紙形成。

第一接收部16在基端側(cè)與FET 14電連接。第一接收部16包含識別物質(zhì)22。識別物質(zhì)22具有與樣品溶液中所含的葡萄糖結(jié)合的功能?？梢允褂帽脚鹚嶙鳛樵撟R別物質(zhì)22，并且識別物質(zhì)22的另一些例子包括苯硼酸的衍生物(例如具有乙烯基的苯硼酸等)、葡萄糖結(jié)合蛋白(GBP)，及其衍生物。例如，當(dāng)苯硼酸與葡萄糖結(jié)合時，其產(chǎn)生負(fù)電荷。

在本實施方案的情況下，識別物質(zhì)22承載在載體(圖中未示出)上?？梢允褂脤?dǎo)電性顆粒和非導(dǎo)電性顆粒作為這種載體?？梢允褂玫膶?dǎo)電性顆粒的實例包括金屬顆粒如Au、Pt、Ag或Cu的顆粒，非金屬顆粒如氧化銦錫(indium tin oxide，ITO)和導(dǎo)電聚合物的顆粒。此外，本文中可以使用的非導(dǎo)電性顆粒的實例包括SiO₂顆粒。例如，將硫醇基(-SH)或二硫基(-S-S-)引入到用作識別物質(zhì)22的苯硼酸中以形成硫醇或二硫化物衍生物，從而使得苯硼酸可以承載在Au顆粒的表面上。

在第一接收部16中，可以形成彈性部24。在本圖的情況下，彈性部24形成在與面向第二接受部18的表面相反的表面上。此外，彈性部24不形成在第一接收部16的基端側(cè)。彈性部24可以由具有生物相容性的材料(例如水凝膠)形成。水凝膠是具有優(yōu)異吸水性的凝膠狀材料，其由于親水性聚合物鏈之間的交聯(lián)而保留大量的水。水凝膠的實例包括瓊脂糖、硅酮、聚甲基丙烯酸羥乙酯(Poly-HEMA，也稱為聚甲基丙烯酸2-羥乙酯)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚乙烯醇(PVA)。聚-HEMA可以是甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)的均聚物，或者它也可以是與其他單體(例如甲基丙烯酸2,3-二羥丙酯、甲基丙烯酸甘油酯(GMA)等)的共聚物。應(yīng)注意，當(dāng)聚-HEMA呈共聚物的形式時，其傾向于具有較高的水含量百分比。此外，PVP可以是N-乙烯基-2-吡咯烷酮(NVP)的均聚物，或者其也可以是通過將HEMA、甲基丙烯酸甲酯(MMA)等和交聯(lián)劑添加到作為主要成分的NVP中然后使它們聚合而形成的共聚物。

第二接收部18沒有特別限制，例如，可以使用紙作為這樣的第二接收部18。所述紙通過將例如植物纖維的纖維凝集而制備。植物纖維由纖維素或半纖維素構(gòu)成。纖維素具有其中所包含的大量羥基通過氫鍵彼此結(jié)合的性質(zhì)，由此構(gòu)成紙的植物纖維彼此粘附。另一些纖維的實例包括由礦物、金屬、合成樹脂和其他材料制成的纖維制品。

第二接收部18在基端側(cè)經(jīng)由鹽橋部25與參比電極21連接。鹽橋部25例如通過將氯化鉀水溶液與瓊脂等固結(jié)而形成。由于鹽橋部25，移動通過第二接收部18的樣品溶液與參比電極21電連接，而不直接與參比電極21接觸。

如在第一接收部16的情況下，彈性部24可以形成在第二接收部18中。在本圖的情況下，彈性部24形成在與面向第一接收部16的表面相對的表面上。彈性部24不形成在第二接收部18的基端側(cè)，第二接收部18的基端側(cè)上設(shè)置鹽橋部25。

FET 14包含：與形成在半導(dǎo)體基底28的表面上的源極(圖中未示出)電連接的源極電極部30；與形成在其上的漏極(圖中未示出)電連接的漏極電極部32；以及形成在半導(dǎo)體基底28、源極電極部30和漏極電極部32上的柵極絕緣膜(圖中未示出)。n-MOS和p-MOS兩者都可以用于FET 14。在柵極絕緣膜上形成柵極電極34。柵極電極34可以由Au、Ag、Cu等形成。源極電極部30和漏極電極部32與電源和測量儀器電連接，盡管它們未在圖中示出。

半導(dǎo)體基底28可以由Si、Ga、As、ITO、IGZO、IZO等形成?；蛘撸梢允褂糜袡C半導(dǎo)體、碳半導(dǎo)體(例如，碳納米管、石墨烯半導(dǎo)體、金剛石半導(dǎo)體等)等作為這種半導(dǎo)體基底28。柵極絕緣膜可以由例如SiO₂、Si₃N₄(SiN_x)、Ta₂O₅或Al₂O₃的氧化物或氮化物形成。

在本實施方案的情況下，生物傳感器10包含容納采樣單元12和FET 14的主體36。主體36是由例如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚四氟乙烯(PTFE)的合成樹脂形成的立方體構(gòu)件，并具有第一接收部安裝部38、第二接收部安裝部40、FET安裝部42、分隔部20、探針插入孔44和參比電極插入孔46。

在主體36中，在厚度方向的一個表面的頂部和底部上形成兩個孔，每個孔沿縱向方向從一端延伸到另一端。下孔是第一接收部安裝部38，并且上孔是第二接收部安裝部40。在第一接收部安裝部38和第二接收部安裝部40之間形成有分隔部20。

在第一接收部安裝部38的另一端側(cè)，形成有FET安裝部42。在FET安裝部42中形成有引導(dǎo)向主體36的縱向方向另一端側(cè)表面的探針插入孔44。對于探針插入孔44來說，兩個探針插入孔沿垂直于本圖的紙面的方向成直線設(shè)置。

在第二接收部安裝部40的另一端側(cè)形成有鹽橋安裝部45。在鹽橋安裝部45中，形成有引導(dǎo)到主體36的縱向方向上的另一端側(cè)的表面的參比電極插入孔46。

在FET安裝部42中，F(xiàn)ET 14設(shè)置成其中源極電極部30和漏極電極部32各自適配于探針插入孔44的狀態(tài)。在FET 14中，柵極電極34設(shè)置在與第一接收部安裝部38的連接部處。第一接收部16在其中彈性部24設(shè)置在下側(cè)的狀態(tài)下安裝到第一接收部安裝部38。此外，第一接收部16的尖端從主體36的一端突出，并且基端側(cè)的表面與FET 14的柵極電極34接觸。在各探針插入孔44中插入探針電極47。探針電極47的尖端分別與源極電極部30和漏極電極部32接觸，并且它們分別與源極和漏極電連接。

鹽橋安裝部45填充有鹽橋部25。第二接收部18在其中彈性部24設(shè)置在上側(cè)的狀態(tài)下安裝到第二接收部安裝部40。此外，第二接收部18的尖端從主體36的一端突出，并且基端側(cè)的表面與鹽橋部25接觸。參比電極21插入?yún)⒈入姌O插入孔46中。參比電極21的尖端插入鹽橋部25中，因此與鹽橋部25電連接。參比電極21用作FET 14中的參比電位。

(作用和效果)

在如此構(gòu)造的生物傳感器10中，首先，在采樣單元12中采集樣品溶液。例如，允許采樣單元12的尖端直接與下眼瞼的內(nèi)側(cè)接觸，以采集用作樣品溶液的淚液。在本實施方案的情況下，由于彈性部24設(shè)置在第一接收部16和第二接收部18的尖端側(cè)，所以可以采集淚液而不損傷眼球或外周皮膚。

在第一接收部16和第二接收部18中的每一個中，采集的淚液從尖端朝向基端滲透。在本實施方案的情況下，第一接收部16由濾紙形成，使得淚液中的葡萄糖比蛋白質(zhì)更快地滲透到接收部中。葡萄糖與第一接收部16中的識別物質(zhì)22結(jié)合。由此，識別物質(zhì)22產(chǎn)生負(fù)電荷。另一方面，在第二接收部18中，淚液滲透到基端側(cè)，然后到達鹽橋部25，使得淚液經(jīng)由鹽橋部分25與參比電極21電連接。

上述負(fù)電荷對第一接收部16的基端側(cè)的柵極電極34的表面賦予電荷。由此，改變了柵極電極34上的電荷密度。使用參比電極21上的淚液的電位作為參考，電荷密度的這種變化可以計算為從源極到漏極的漏極電流的變化。實際上，柵極電極34上的電荷密度的變化被計算為柵極電壓的變化。

在本實施方案的情況下，第一接收部16由濾紙形成，使得淚液中的葡萄糖比蛋白質(zhì)更快速地滲透到接收部中，其結(jié)果是，葡萄糖比蛋白質(zhì)更快速地到達第一接收部16的基端側(cè)。由此，生物傳感器10可以抑制這些蛋白質(zhì)與第一接收部16中所包含的識別物質(zhì)22的結(jié)合，或者抑制這些蛋白質(zhì)與柵極電極34的表面附著，從而可以抑制給予柵極電極34的不必要的負(fù)電荷。因此，由于生物傳感器10能夠額外地提高測量靈敏度，所以基于非侵入性地從人體采集的樣品溶液，可以更可靠地測量葡萄糖的量。

此外，生物傳感器10如此形成，使得第一接收部16通過分隔部20在其基端側(cè)與第二接收部18分開，并且使得從兩個接收部的尖端滲透的樣品溶液在基端側(cè)不彼此混合。此外，鹽橋部25設(shè)置在第二接收部18的基端側(cè)。由此，在生物傳感器10中，使用經(jīng)由鹽橋部25與淚液電連接的參比電極21作為參照，并且可以測量與第一接收部16的另一端側(cè)連接的柵極電極34上的電荷密度的變化。

實際上，生產(chǎn)了根據(jù)上述實施方案的生物傳感器10，并之后測量了允許采樣單元12與下眼瞼的內(nèi)側(cè)接觸時FET 14的輸出電壓。

使用紙(由ADVANTEC制備，產(chǎn)品名：定性濾紙131號)作為第一接收部16。使用苯硼酸作為識別物質(zhì)22，使用金顆粒(粒徑：15nm)作為載體。將該紙浸漬在含有載有苯硼酸之金顆粒(濃度：1nM)的溶液中，以產(chǎn)生第一接收部16。

使用紙(由ADVANTEC制備，產(chǎn)品名：定性濾紙131號)作為第二接收部18。使用含有氯化鉀(濃度：3.3M)的瓊脂糖凝膠作為鹽橋部分25。使用Pt電極作為參比電極21。

使用由PTFE形成的厚度為300μm的板狀部件作為分隔部20。使用Au電極作為FET 14的柵極電極34。

允許由此制備的生物傳感器10的采樣單元12與人眼球接觸10秒，并且測量柵極電極34上的電荷密度的變化作為漏極和源極之間的電壓的變化。結(jié)果如圖2所示。在本圖中，縱軸表示輸出電壓(V)，橫軸表示時間(秒)。從本圖可以確認(rèn)，輸出電壓幾乎在采樣單元12與眼睛接觸的同時改變。從這些結(jié)果可以確認(rèn)，在生物傳感器10中，在采樣單元12中采集的淚液中的葡萄糖結(jié)合到第一接收部16中的識別物質(zhì)22，并且可以測量由此產(chǎn)生的柵極電極34上的電荷密度的變化。

(修改實例)

本發(fā)明不限于上述實施方案，并且可以在本發(fā)明主旨范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)匦薷摹?/p>

例如，在上述實施方案的情況下，說明了第一接收部16由濾紙形成的情況。然而，本發(fā)明不限于該實施方案，并且第一接收部16也可以形成有具有流動通道的結(jié)構(gòu)，例如由合成樹脂或有機聚合物制成的無紡織物。

在上述實施方案的情況下，說明了識別物質(zhì)22承載在載體上的情況。然而，本發(fā)明不限于該實施方案，還可以形成包含識別物質(zhì)22和抑制物質(zhì)的自組裝單層(self-assembled monolayer，SAM)。抑制性物質(zhì)防止作為不待檢測的物質(zhì)的白蛋白等蛋白質(zhì)與苯硼酸結(jié)合或者防止其到達柵極電極34。術(shù)語“SAM”通常用于表示有機薄膜，其中有機分子在固體和液體之間的界面處或在固體和氣體之間的界面處自發(fā)地彼此聚集，以自發(fā)形成單分子膜。在這種情況下，抑制物質(zhì)由高分子量化合物形成。作為這樣的高分子量化合物，可以使用分子鏈比識別物質(zhì)22長的寡聚乙二醇，例如也可以使用聚乙二醇。

此外，第一接收部16也可以是通過將識別物質(zhì)22結(jié)合到抑制物質(zhì)而形成的共聚物。在這種情況下，抑制物質(zhì)可以用親水性聚合物形成。親水性聚合物是具有親水性官能團(羥基或羧基)的聚合物，親水性聚合物的實例包括水凝膠、紙和超吸收聚合物(superabsorbent polymer，SAP)。

水凝膠是具有優(yōu)異的吸水性的凝膠狀材料，其由于親水性聚合物鏈之間的交聯(lián)而保留大量的水。水凝膠的實例包括聚甲基丙烯酸羥乙酯(聚-HEMA，也稱為聚甲基丙烯酸2-羥乙酯)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚乙烯醇(PVA)。聚-HEMA可以是甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)的均聚物，或者它也可以是與另一種單體(例如甲基丙烯酸2,3-二羥丙酯、甲基丙烯酸甘油酯(GMA)等)的共聚物。應(yīng)注意，當(dāng)聚-HEMA呈共聚物的形式時，其傾向于具有較高的水含量百分比。此外，PVP可以是N-乙烯基-2-吡咯烷酮(NVP)的均聚物，或者其也可以是通過向作為主要成分的NVP中添加HEMA、甲基丙烯酸甲酯(MMA)等和交聯(lián)劑然后使它們聚合而形成的共聚物。

該紙通過將例如植物纖維的纖維凝集而制備。植物纖維由纖維素或半纖維素構(gòu)成。纖維素具有其中包含的大量羥基通過氫鍵彼此結(jié)合的性質(zhì)，并且由此構(gòu)成紙的植物纖維彼此粘附。另一些纖維的實例包括由礦物、金屬、合成樹脂和其他材料制成的纖維制品。從更牢固地固定識別物質(zhì)22的角度，優(yōu)選由植物纖維(纖維素)形成的紙。

SAP是能夠吸收和保留比其重量重幾百到幾千倍的水的聚合物?？梢允褂帽┧峋酆衔镒鳛檫@樣的SAP。由于這種丙烯酸聚合物具有大量的羧基，所以其具有高親水性，此外，當(dāng)SAP交聯(lián)成精細結(jié)構(gòu)使得它們可以以鈉鹽的形式加工時，它們變成具有高吸水性的凝膠。

另一些親水性聚合物的實例包括：纖維素衍生物如羥丙基甲基纖維素(HPMC)、羧甲基纖維素鈉(CMC-Na)或羥乙基纖維素(HEC)；多糖如藻酸、透明質(zhì)酸、瓊脂糖、淀粉、葡聚糖或支鏈淀粉及其衍生物；均聚物如羧基乙烯基聚合物、聚環(huán)氧乙烷、聚(甲基)丙烯酰胺或聚(甲基)丙烯酸；所述均聚物與多糖的共聚物；以及構(gòu)成上述均聚物的單體和其他單體的共聚物；蛋白質(zhì)如膠原或明膠，及其衍生物；以及多糖或粘多糖，例如選自肝素、透明質(zhì)酸、硫酸軟骨素、硫酸皮膚素、硫酸葡聚糖、硫酸角質(zhì)素和硫酸乙酰肝素的糖胺聚糖，殼多糖和殼聚糖。

此外，可以使用親水性聚合物，例如1-乙烯基-2-吡咯烷酮、丙烯酸2-甲酯、鄰苯二甲酸單甲基丙烯酰氧基乙酯、甲基丙烯酸銨硫酸乙酯、N-乙烯基吡咯烷酮、N,N-二甲基丙烯酰胺或2-(甲基丙烯酰氧基乙基)-2-(三甲基銨乙基)磷酸鹽。

上述示例性親水性聚合物可以單獨使用或以兩種或更多種組合使用。

可以適時選擇并使用已知的自由基聚合促進劑作為聚合引發(fā)劑。優(yōu)選使用具有水溶性或水分散性并且均勻包含在整個體系中的自由基聚合促進劑。具體而言，聚合引發(fā)劑的實例包括水溶性過氧化物，例如過二硫酸鉀或過二硫酸銨，水溶性偶氮化合物如VA-044、V-50或V-501(所有這些均由Wako Pure Chemical Industries，Ltd.制造)，以及Fe²⁺和過氧化氫的混合物。

可以使用N，N′-亞甲基雙丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸乙烯酯等作為交聯(lián)劑。

在上述實施方案中，第一接收部16具有其中第一接收部從尖端側(cè)到基端側(cè)完全包含識別物質(zhì)22的結(jié)構(gòu)，但是結(jié)構(gòu)不限于此?？梢圆捎眠@樣的結(jié)構(gòu)，其中結(jié)合葡萄糖的識別物質(zhì)22包含在第一接收部16的基端側(cè)，而在第一接收部16的尖端側(cè)，含有并非葡萄糖的物質(zhì)(例如，蛋白質(zhì)如白蛋白)優(yōu)先附著其上的物質(zhì)，具體而言含有容易與硫醇基結(jié)合的物質(zhì)、金顆?；蜚K顆粒。通過采用這種結(jié)構(gòu)，可以優(yōu)選地提高測量靈敏度。

此外，在上述實施方案的情況下，說明了分隔部20與主體36一體形成的情況。然而，本發(fā)明不限于該實施方案，并且分隔部20也可以獨立于主體36單獨地形成。

在上述實施方案的情況下，說明了其中主體36容納采樣單元12和FET 14，使得其與采樣單元12和FET 14一體配置的情況。然而，本發(fā)明不限于該實施方案，并且生物傳感器可以配置有容納采樣單元12的第一主體36和容納FET 14的第二主體36。因此，在生物傳感器中，僅可以將采樣單元更換為另一個。

在上述實施方案的情況下，說明了被檢測物質(zhì)是葡萄糖的情況。然而，本發(fā)明不限于該實施方案。例如，本發(fā)明可以應(yīng)用于用作待檢測物質(zhì)的鈉離子或鉀離子。在這種情況下，識別物質(zhì)可以是冠醚。

在上述實施方案的情況下，說明了將參比電極21插入鹽橋部25的情況。然而，本發(fā)明不限于該實施方案，并且參比電極也可以通過在鹽橋部上直接形成薄膜而形成在鹽橋部25上。

在上述實施方案的情況下，說明了第二接收部18由紙形成的情況。然而，本發(fā)明不限于該實施方案，并且第二接收部也可以由水凝膠形成。在這種情況下，彈性部24不一定設(shè)置在第二接收部18上。

[第二實施方案]

(完整構(gòu)造)

如圖3中的局部俯視圖所示的生物傳感器50，包含在具有矩形形狀的基底54上彼此分開形成的測量電極60和參比電極62。測量電極60和參比電極62沿著基底54的長邊形成，且兩個電極的基端60b和62b到達基底54的端部。在測量電極60的尖端上設(shè)置第一接收部56，并且在參比電極62的尖端上設(shè)置第二接收部58。第一接收部56和第二接收部58分開設(shè)置，并且第一接收部56和第二接收部58構(gòu)成采樣單元52，如后所述。如同在第一實施方案的情況下，生物傳感器50識別包含在采樣單元52中的樣品溶液中的葡萄糖作為被檢測物質(zhì)，并在圖中未示出的FET中將識別的信息轉(zhuǎn)換為電信號，使得其檢測樣品溶液中的葡萄糖的量。

例如可以使用玻璃作為這樣的基底54。測量電極60可以例如由金電極形成。測量電極60的基端60b側(cè)與圖中未示出的FET電連接。在本實施方案中，測量電極60的基端60b側(cè)可以用作FET的柵極電極。由于測量電極60在其尖端具有第一接收部56，所以生物傳感器50中的FET的柵極電極與第一接收部56連接。

在采樣單元52中，第一接收部56和第二接收部58彼此分開地設(shè)置。因此分開設(shè)置的第一接收部56和第二接收部58由多孔彈性層70覆蓋。多孔彈性層70可以由具有生物相容性的材料形成，例如，由通過制造多孔水凝膠而制備的多孔凝膠形成。這種水凝膠的一個實例是聚甲基丙烯酸羥乙酯，如第一實施方案中所述。

如圖4A所示，通過在測量電極60的尖端60a的表面上設(shè)置MIP(分子印跡聚合物)凝膠層66來制備第一接收部56。MIP凝膠層66是包含識別物質(zhì)的凝膠層，凝膠層由水凝膠形成。與第一實施方案的情況相同，可以使用具有與樣品溶液中所含葡萄糖結(jié)合的功能的化合物作為這樣的識別物質(zhì)。此外，水凝膠的實例是聚甲基丙烯酸羥乙酯，如第一實施方案中所述。

在第一接收部56的MIP凝膠層66中，滲透通過多孔彈性層70的樣品溶液中的葡萄糖與蛋白質(zhì)分開。

在圖中所示的第一接收部56中，在測量電極60中的尖端60a和MIP凝膠層66之間設(shè)置阻擋層64。阻擋層64包含抑制物質(zhì)。抑制物質(zhì)具有消除蛋白質(zhì)的作用，例如，可以使用白蛋白的單分子膜。如在第一實施方案中說明的，抑制物質(zhì)防止作為不待檢測物質(zhì)的蛋白質(zhì)到達柵極電極。

如圖4B所示，第二接收部58具有導(dǎo)體部62a被鹽橋部68覆蓋的構(gòu)造。在該實施方案中，導(dǎo)體部62a與參比電極62一體形成，且參比電極62的尖端作為這樣的導(dǎo)體部62a使用。第二接收部58經(jīng)由鹽橋部68與參比電極62連接。參比電極62可以例如通過用銀/氯化銀覆蓋金電極來形成。本文中使用的金電極可以與測量電極60的金電極相同。鹽橋部68優(yōu)選是比多孔彈性層70的情況更難以使水通過的凝膠層。與第一實施方案一樣，鹽橋部68通過使氯化鉀水溶液與瓊脂等固結(jié)而形成。當(dāng)樣品溶液滲透通過多孔彈性層70并到達第二接收部58時，與第一實施方案的情況相同，樣品溶液與作為參比電極62的尖端的導(dǎo)體部分62a電連接而并不彼此直接接觸(由于鹽橋部分68)。圖中未示出的參比電極62的基端62b與測量儀器連接。

FET在圖中未示出，其基本上具有與第一實施方案相同的結(jié)構(gòu)。如上所述，在本實施方案中，與第一接收部56連接的測量電極60的基端60b側(cè)用作FET的柵極電極。與第二接收部58連接的參比電極62用作FET中的參比電位。

(作用與效果)

在這樣構(gòu)成的生物傳感器50中，首先，在采樣單元52中采集樣品溶液。例如，允許多孔彈性層70的表面直接與下眼瞼接觸，以采集用作樣品溶液的淚液。在本實施方案的情況下，由于覆蓋第一接收部56和第二接收部58的多孔彈性層70設(shè)置在采樣單元52中，可以采集淚液而不損傷眼球或外周皮膚。

采集的淚液朝向第一接收部56和第二接收部58滲透到多孔彈性層70中。在本實施方案的情況下，由于多孔彈性層70由多孔凝膠形成，所以包含在淚液中的葡萄糖比蛋白質(zhì)更快速地滲透到多孔彈性層70中，并且葡萄糖到達第一接收部56。在第一接收部56中，葡萄糖結(jié)合于MIP凝膠層66中的識別物質(zhì)。由此，識別物質(zhì)產(chǎn)生負(fù)電荷。作為不待檢測的物質(zhì)的蛋白質(zhì)被阻擋層64阻擋。另一方面，在第二接收部58中，淚液經(jīng)由鹽橋部68與參比電極62電連接。

在第一接收部56中，識別物質(zhì)包含在MIP凝膠層66中。由于包含在淚液中的葡萄糖被并入MIP凝膠層66中的分子模板中，因此也可以獲得更可靠地識別葡萄糖的效果。

應(yīng)注意，由白蛋白的單分子膜組成的阻擋層64不具有帶平坦表面的精確結(jié)構(gòu)。白蛋白的單分子膜具有表面復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，且在膜內(nèi)部存在空隙。作為不待檢測物質(zhì)的蛋白質(zhì)被這樣復(fù)雜的結(jié)構(gòu)捕獲。此外，在單分子膜中的空隙中，引入形成MIP凝膠層66的凝膠，使得MIP凝膠層66與測量電極60的尖端60a部分地連接。在MIP凝膠層66中產(chǎn)生的負(fù)電荷移動通過該凝膠，然后可以到達測量電極60的尖端60a。

如同第一實施方案的情況，在第二實施方案中，負(fù)電荷也給柵極電極的表面賦予電荷。在第二實施方案中，上述負(fù)電荷從第一接收部56通過測量電極60移動到測量電極60的基端60b側(cè)的柵極電極的表面，從而對其賦予電荷。由此，改變柵極電極上的電荷密度。使用參比電極62上的淚液的電位作為參考，電荷密度的這種變化可以計算為從源極到漏極通過的漏極電流的變化。實際上，柵極電極上的電荷密度的變化作為柵極電壓的變化計算。

在本實施方案的情況下，由于多孔彈性層70由多孔凝膠形成，所以包含在淚液中的葡萄糖比蛋白質(zhì)更快速地滲透到多孔彈性層70中，并且葡萄糖到達第一接收部56。在第一接收部56中，淚液滲透通過含有識別物質(zhì)的MIP凝膠層66進入含有抑制物質(zhì)的阻擋層64。如上所述，在MIP凝膠層66中，包含在淚液中的葡萄糖結(jié)合于識別物質(zhì)，使得識別物質(zhì)產(chǎn)生負(fù)電荷。通過阻擋層64中包含的抑制物質(zhì)，防止作為不待檢測物質(zhì)的蛋白質(zhì)到達柵極電極。

由于在生物傳感器50中可以抑制蛋白質(zhì)粘附到柵極電極的表面，因此可以抑制給予柵極電極的不必要的負(fù)電荷。因此，由于生物傳感器50能夠提高測量靈敏度，所以基于非侵入性地從人體采集的樣品溶液，可以更可靠地測量葡萄糖的量。

此外，在生物傳感器50中，第一接收部56和第二接收部58彼此分開設(shè)置，并且由多孔凝膠組成的多孔彈性層70被設(shè)置成覆蓋第一接收部56和第二接收部58。通過多孔彈性層70的存在，淚液可以高速滲透，并且可以快速到達第一接收部56和第二接收部58。

如同在第一實施例的情況下，通過彼此分開地設(shè)置第一接收部56和第二接收部58，使用與淚液電連接的參比電極62作為參考，可以測量在測量電極60的另一端60b側(cè)的柵極電極上的電荷密度的變化。

實際上，生產(chǎn)根據(jù)第二實施方案的生物傳感器50，然后允許采樣單元52與眼球接觸，然后確認(rèn)運動。

在由玻璃組成的基底54上根據(jù)濺射法彼此分開地形成兩個金電極。一個金電極用作測量電極60。另一個金電極用銀/氯化銀覆蓋并用作參比電極62。測量電極60的尖端60a經(jīng)UV-臭氧處理，然后在5g/L白蛋白溶液中浸漬過夜。在用水洗滌所得物之后，將其干燥以在測量電極60的尖端60a處形成阻擋層64。

使用含有乙烯基苯硼酸(0.01g)作為識別物質(zhì)的單體溶液作為原料，在阻擋層64上形成MIP凝膠層66。制備單體溶液后，將0.2g甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)、0.1g N-3-(二甲基氨基)丙基甲基丙烯酰胺、0.02gN，N′-亞甲基雙丙烯酰胺、300μL6.7重量％的丙烯酸鈉(pH 7.3)、0.009g葡萄糖和0.01g乙烯基苯硼酸彼此混合。向所得混合物中添加100mM磷酸鈉緩沖液(pH 10.0)，以將總量調(diào)節(jié)至1g，并將混合物溶解在緩沖液中。另外，作為聚合引發(fā)劑，向所得溶液添加10μL的50mg/mL的過二硫酸鉀溶液(Wako Pure Chemical Industries，Ltd.制造)和2μL的四亞甲基二胺(Tokyo Chemical Industry，Co.，Ltd.制造)，從而制備用作MIP凝膠層66的原料的單體溶液。

將15μL所獲得的單體溶液滴加到阻擋層64的表面以形成涂膜。將該涂膜用PET膜覆蓋后，在氮氣氣氛下在室溫下進行聚合12小時，以產(chǎn)生水凝膠。聚合反應(yīng)完成后，將水凝膠浸入0.1M鹽酸/甲醇溶液中過夜。由此，除去剩余的單體組分和葡萄糖，并形成MIP凝膠層66。因此，在測量電極60的尖端60a的表面上設(shè)置阻擋層64和MIP凝膠層66，從而產(chǎn)生第一接收部56。

將銀/氯化銀油墨(由BAS制造，產(chǎn)品名稱：011464用于參比電極的氯化銀油墨)施加到金電極上以用作參比電極62，然后在空氣中干燥24小時。干燥完成后，用含有氯化鉀(濃度：3.3M)的瓊脂糖凝膠覆蓋作為用銀/氯化銀覆蓋的測量電極62之尖端的導(dǎo)體部分62a，以形成鹽橋部68，從而獲得第二接收部58。在基底54上，第一接收部56和第二接收部58彼此分開地設(shè)置。

使用單體溶液，如下用多孔彈性層70覆蓋第一接收部56和第二接收部58。本文中，除了不添加乙烯基苯硼酸作為識別物質(zhì)之外，以與用于MIP凝膠層的原料相同的方式制備單體溶液。然后，向單體溶液中添加0.5g氯化鈉以獲得至少飽和水溶液，從而制備用于多孔彈性層70的原料溶液。

用水凝膠保護基底54(除了采樣單元52之外的區(qū)域)的表面，其上彼此分開地設(shè)置第一接收部56和第二接收部58，并且還以與上述相同的方式保護基底54的背面和側(cè)面。將其中僅暴露采樣單元52的區(qū)域的基底54浸漬在用于多孔彈性層70的原料溶液中，并且然后在氮氣氣氛下，在室溫下進行12小時的聚合反應(yīng)，從而在基底54上產(chǎn)生水凝膠。聚合反應(yīng)結(jié)束后，將基底54浸漬在超純水中4小時，從而除去殘留的單體組分和氯化鈉結(jié)晶。因此，具有阻擋層64和MIP凝膠層66的第一接收部56和具有鹽橋部68的第二接收部58被多孔彈性層70覆蓋，從而形成采樣單元52。

將測量電極60的另一端60b用作FET的柵極電極，以產(chǎn)生生物傳感器50。允許所得到的生物傳感器50的采樣單元52與人眼球接觸，然后以與第一實施方案的情況相同的方式測量柵極電極上的電荷密度的變化。結(jié)果，可以確認(rèn)在生物傳感器50中，采集在采樣單元52中的淚液中包含的葡萄糖結(jié)合到包含在MIP凝膠層66中的識別物質(zhì)上，并且可以測量由此產(chǎn)生的柵極電極上的電荷密度的變化。

(修改實例)

本發(fā)明不限于上述實施方案，并且可以在本發(fā)明主旨范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)匦薷摹?/p>

例如，分隔部可以設(shè)置在采樣單元52中的第一接收部56和第二接收部58之間的基底54上。分隔部還可以設(shè)置在測量電極60和參比電極62之間。通過設(shè)置這樣的分隔部，可以可靠地防止非所需物質(zhì)到達參比電極62處。分隔部可以例如通過例如使用疏水材料如聚二甲基聚硅氧烷(PDMS)或環(huán)氧樹脂的熱固性的手段形成。

基底54由玻璃形成，但是基底的材料不限于此。只要其是具有生物相容性的柔性材料即可，例如，可以使用PDMS作為基底54。

第一接收部56以金電極形成。然而，第一接收部的材料不限于此，其也可以由銀、銅、鉑、鈀、汞等形成。另一方面，第二接收部58不僅能通過用銀/氯化銀覆蓋金電極來形成，還可以通過用銀/氯化銀覆蓋由例如銀或銅組成的電極來形成。

如在第一實施例中說明的，用于在第一接收部56的表面上設(shè)置的MIP凝膠層66的原料可以通過將與樣品溶液(識別物質(zhì))中所包含的葡萄糖相結(jié)合的化合物與水凝膠任意組合來制備，然后將目的物質(zhì)(葡萄糖)混合在其中。如此制備原料，使得可以獲得所需的分子模板，然后采用通常使用的手段，以形成MIP凝膠層66。

應(yīng)注意，在上述實施方案中，包含識別物質(zhì)的凝膠層是包含分子印跡聚合物的MIP凝膠層，但是凝膠層不必限于此。在一些情況下，將識別物質(zhì)添加到不包含分子印跡聚合物的凝膠層中，并且將所獲得的混合物設(shè)置在阻擋層64上，以構(gòu)造第一接收部56。

在MIP凝膠層66和第一接收部56之間設(shè)置的阻擋層64可以阻擋作為不待檢測的物質(zhì)的蛋白質(zhì)。如第一實施方案中所述，使用任何給定的抑制物質(zhì)如聚乙二醇，可以形成阻擋層64。

第二接收部58中的鹽橋部68不限于瓊脂糖凝膠。只要可以獲得比多孔彈性層70硬并且樣品溶液可以滲透通過的層，那么鹽橋部68也可以例如使用HEMA形成。

如果第二接收部58中的導(dǎo)體部62a與參比電極62電連接，則其可以起到其作用。因此，導(dǎo)體部62a可以不總是與參比電極62一體地形成。

覆蓋第一接收部56和第二接收部58的多孔彈性層70可以是水凝膠，例如HEMA。使用取決于水凝膠類型的合適的鹽制備單體溶液，使得可以獲得至少飽和水溶液，并將如此制備的單體溶液用作多孔彈性層70的原料。例如，當(dāng)將HEMA用作水凝膠時，氯化鈉可以用作這樣的鹽。

如同在第一實施方案的情況下，第二實施方案也可以應(yīng)用于用作待檢測物質(zhì)的鈉離子或鉀離子。在這種情況下，使用冠醚作為識別物質(zhì)，可以通過取決于所需待檢測物質(zhì)的方式來制備MIP凝膠層66。

附圖標(biāo)記列表

10 生物傳感器

12 采樣單元

16 第一接收部

18 第二接收部

20 分隔部

21 參比電極

22 識別物質(zhì)

24 彈性部

25 鹽橋部

50 生物傳感器

52 采樣單元

54 基底

56 第一接收部

58 第二接收部

60 測量電極

62 參比電極

64 阻擋層

66 MIP凝膠層

68 鹽橋部

70 多孔彈性層