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公開番号2025119138
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-14
出願番号2024013833
出願日2024-02-01
発明の名称温度センサ及びこれを備えたバイオセンサ
出願人三菱マテリアル株式会社
代理人個人
主分類G01K 7/22 20060101AFI20250806BHJP(測定;試験)
要約【課題】製造コストの増大を抑制しつつパターン配線を保護して損傷を防止し、高精度な測定が可能な温度センサ及びこれを備えたバイオセンサを提供すること。
【解決手段】少なくとも上面が絶縁性材料で形成された基板と、基板の上面に互いに対向して形成された一対の測定用対向電極3Aと、基板の上面に形成され一対の測定用対向電極に一端が接続された一対の測定用パターン配線4Aと、基板の上面に形成され一対の測定用パターン配線の他端に接続された一対の測定用パッド部5Aと、一対の測定用対向電極の上面及び側面を覆って形成された薄膜状の感熱部6とを備え、感熱部が、一対の測定用パターン配線の上面及び側面を覆って形成されている。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
少なくとも上面が絶縁性材料で形成された基板と、
前記基板の上面に互いに対向して形成された一対の測定用対向電極と、
前記基板の上面に形成され前記一対の測定用対向電極に一端が接続された一対の測定用パターン配線と、
前記基板の上面に形成され前記一対の測定用パターン配線の他端に接続された一対の測定用パッド部と、
前記一対の測定用対向電極の上面及び側面を覆ってサーミスタ材料で形成された薄膜状の感熱部とを備え、
前記感熱部が、前記一対の測定用パターン配線の上面及び側面を覆って形成されていることを特徴とする温度センサ。
続きを表示（約 650 文字）【請求項２】
請求項１に記載の温度センサにおいて、
前記感熱部が、前記一対の測定用パッド部を除く前記基板の上面全体を覆って形成されていることを特徴とする温度センサ。
【請求項３】
酵素を備えたバイオセンサであって、
請求項１又は２に記載の温度センサと、
前記一対の測定用対向電極に対向して前記感熱部に直接固定された又は前記基板の下面に固定された前記酵素とを備えていることを特徴とするバイオセンサ。
【請求項４】
請求項３に記載のバイオセンサにおいて、
前記サーミスタ材料が、窒化物であることを特徴とするバイオセンサ。
【請求項５】
請求項３に記載のバイオセンサにおいて、
前記酵素が、前記基板の下面に形成された酵素用凹部内に収納され固定されていることを特徴とするバイオセンサ。
【請求項６】
請求項３に記載のバイオセンサにおいて、
前記基板の上面に前記酵素から離間して互いに対向して形成された一対の補償用対向電極と、
前記基板の上面に形成され前記一対の補償用対向電極に一端が接続された一対の補償用パターン配線と、
前記基板の上面に形成され前記一対の補償用パターン配線の他端に接続された一対の補償用パッド部とを備え、
前記感熱部が、前記一対の補償用対向電極の上面及び側面と、前記一対の補償用パターン配線の上面及び側面とを覆っていることを特徴とするバイオセンサ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐久性の高い温度センサ及びこれを備えたバイオセンサに関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、基板上にサーミスタ，電極，酵素（グルコースに対する識別機能を有するグルコースオキシダーゼ（ＧＯＤ））を備えた薄膜構造のバイオセンサが知られている。このようなバイオセンサでは、バイオセンサ中に測定液（グルコース溶液）を流したときに酵素反応が生じ、この酵素反応の熱をサーミスタが感知して変化した抵抗値を測定することで対象物質の濃度を測定することができる。
【０００３】
例えば、特許文献１及び２には、薄膜サーミスタの感熱部と、感熱部上に互いに対向して形成された一対の対向電極と、感熱部及び対向電極の表面に固定された酵素とを備えたバイオセンサが記載されている。このバイオセンサは、小型で熱容量が小さく、多くの酵素を固定させて高密度・高精度な測定が可能である。
【０００４】
また、特許文献３には、電極部分を形成した後に、薄膜サーミスタ（感熱部）を形成する下部電極構造を採用し、酵素反応の副反応による抵抗値の変動を抑制し、正確な酵素反応熱を計測することが可能なバイオセンサが記載されている。
このバイオセンサでは、センサの電極部としてセンサ基板（絶縁性フィルム）に形成された一対の対向電極と、外部との導通を確保するために設けられたパッド部と、対向電極から延長されパッド部との導通を確保するためのパターン配線との３つから構成されている。
【０００５】
一方、例えば特許文献４には、絶縁性フィルム上に薄膜サーミスタ部を形成し、薄膜サーミスタ部上に対向電極及び接続電極を形成した温度センサが記載されている。この温度センサでは、対向電極及び接続電極の下面全体に薄膜サーミスタ部が形成されている。
また、特許文献５には、絶縁性フィルム上に形成された第１薄膜サーミスタ部と、第１薄膜サーミスタ部上に互いに対向して形成された一対の対向電極と、第１薄膜サーミスタ部及び対向電極上にパターニングで形成された第２薄膜サーミスタ部とを備えた構造を有し、耐湿性が高い温度センサが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０２１－１１７１７１号公報
特開２０２１－１１７１７２号公報
特開２０２３－０７７６０７号公報
特開２０１７－９６７１９号公報
特開２０１８－０４４９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、パターン配線を形成する金属に対する腐食環境下で上記従来の温度センサを使用すると、露出しているパターン配線に腐食液等が触れてしまい、パターン配線が損傷し、抵抗値の急激な上昇や、最悪の場合は断線が生じるおそれがあった。
特に、上記温度センサを備えたバイオセンサでは、測定液の粘性が低い場合や多量である場合、薄膜サーミスタでカバーされた対向電極以外の箇所に測定液が流れ出し、露出しているパターン配線に測定液が触れてしまい、この状態で電流を流すと、液中の成分と通電時にかかる電圧の影響によってパターン配線が損傷し、抵抗値の急激な上昇や、最悪の場合は断線が生じるおそれがあった。
このため、露出しているパターン配線を保護するために保護膜をコーティングする方法もあるが、リソグラフィーによるパターニング工程が必要になり、製作コストが増大してしまう不都合があった。
また、酵素と対象物質（基質）とが反応した際に副反応生成物が発生する場合があり、例えばグルコースオキシダーゼを用いたグルコース（血糖値）の測定では、次の反応が選択的に触媒される。
β－Ｄ－グルコース＋Ｏ
２
→ β－Ｄ－グルコノラクトン＋Ｈ
２
Ｏ
２
ここで、発生した過酸化水素に電極を通じて電圧がかかると酸化還元反応を起こし、測定計に電流が流れる現象が生じる。
陽極：Ｈ
２
Ｏ
２
→ ２Ｈ
＋
＋Ｏ
２
＋２ｅ
－
陰極：Ｏ
２
＋４Ｈ
＋
＋４ｅ
－
→ ２Ｈ
２
Ｏ
これにより、見かけ上の抵抗値が下がってしまい、発熱／吸熱反応自体の抵抗値変化を切り分けて測定することが困難であった。
【０００８】
上記バイオセンサでは、酵素反応熱を計測するために薄膜サーミスタを組み合わせた温度センサ技術を採用しているが、従来の特許文献４及び５のような温度センサ技術を採用した場合、以下のような不都合が生じる。
すなわち、特許文献４の技術は、絶縁性フィルム上に薄膜サーミスタを形成し、さらにその上に対向電極を形成した上部電極構造であるため、測定液が電極部分に触れてしまい、対向電極が損傷し、上述した抵抗値の急激な上昇や断線が生じるおそれがある。
また、特許文献５の技術では、第２薄膜サーミスタが対向電極を覆っているが、パターン配線を覆っていないため、やはり測定液に触れてしまう。
【０００９】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、製造コストの増大を抑制しつつパターン配線を保護して損傷を防止し、高精度な測定が可能な温度センサ及びこれを備えたバイオセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明に係る温度センサは、少なくとも上面が絶縁性材料で形成された基板と、前記基板の上面に互いに対向して形成された一対の測定用対向電極と、前記基板の上面に形成され前記一対の測定用対向電極に一端が接続された一対の測定用パターン配線と、前記基板の上面に形成され前記一対の測定用パターン配線の他端に接続された一対の測定用パッド部と、前記一対の測定用対向電極の上面及び側面を覆ってサーミスタ材料で形成された薄膜状の感熱部とを備え、前記感熱部が、前記一対の測定用パターン配線の上面及び側面を覆って形成されていることを特徴とする。
（【００１１】以降は省略されています）

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