JP3498105B2 - センサ、その製造方法およびセンサを使用する測定方法 - Google Patents
センサ、その製造方法およびセンサを使用する測定方法Info
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Description
液体、例えば血液(全血)、血漿、尿および唾液中、特
に血液を用いてその中の特定の成分、例えば乳酸、グル
コース、コレステロール等の濃度を簡便かつ迅速に精度
良く測定することができるセンサ、例えば乳酸センサ、
その製造方法および液体中の特定の成分の濃度の測定方
法に関する。
る場合に使用する組成物として、乳酸測定用組成物が特
公昭第58−4557号公報に記載されている。ここで
は、支持体の上に乳酸オキシダーゼ(LOD)、パーオ
キシダーゼおよび発色試薬を含む試薬層が設けられ、乳
酸濃度に応じて変化する反射率を測定することにより乳
酸濃度を測定することが記載されている。また、特公平
5−79319号公報では、試薬層に乳酸デヒドロゲナ
ーゼ、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD
H)、電子伝達物質、テトラゾリウム塩を含有する組成
物が提案されている。
設けた展開層に血液に含浸させた後に試薬層に浸透さ
せ、乳酸との反応の結果として生じる呈色反応を光学的
手段で検出するものである。しかし、展開層および試薬
層に親水性の多孔性部材を用いているため、簡易測定法
としては比較的多量(20ul)の血液量が必要であり、
血液量が不足すると、発色むらが生じて測定精度を悪化
させたり、測定不可能になったりすることがあった。
る方法が特開平第6−94672号公報に記載されてい
る。ここでは、絶縁性基板上に形成した測定極と対極か
らなる電極上に親水性高分子、LOD、電子伝達物質を
含む試薬層を形成し、スペーサーとカバーを貼り付けた
センサが使用されている。このセンサの電極は小型であ
るため、液量が極微量(例えば5μl)でも測定可能で
あり、血液を毛管現象により自動的に吸引するため、電
極上にむらなく血液が展開される。そのため、測定ミス
が生じることもなくなっている。
を使用する測定原理は、例えば乳酸の濃度を測定する場
合、次のようである:基質S(濃度を測定すべき成分、
例えば乳酸)が酵素E(例えば乳酸オキシダーゼ)によ
って生成物P(例えばピルビン酸)へ酸化されると、酵
素Eの活性中心が酸化型E(ox)から還元型E(red)
に変化する。還元型E(red)は、酵素の電子伝達体と
して働く酸化型の化合物M(ox)を介してE(ox)に戻
り、電子伝達媒体はM(red)となる。同時に作用極上
で適当な印加電圧によってM(red)は電解され、この
時に得られる酸化電流を測定することにより基質濃度が
測定できる。
ダーゼ(LOD)を用いて乳酸濃度を測定する場合で
は、 乳酸+LOD(ox)→ピルビン酸+LOD(red) (1) LOD(red)+M(ox)→LOD(ox)+M(red)+H+ (2) M(red)→M(ox)+e- (3) このような酵素電極を使用する測定方法は、J.R.M
or and R.Guanacciaのアナリティカル・バイオケミ
ストリー(Anal.Biochem.)、第79号、第319頁
(1977年)に記載されており、本発明においてもこ
れを参照できる。
血漿、尿、唾液等の液体サンプルは、センサのサンプル
吸入口に接することにより、毛管現象によって自動的に
試薬層に吸引され始め、それにつれて、排気口から空気
が排出されて試薬層の全体にサンプルが満たされる。サ
ンプルの吸引が終わると直ちに試薬層の溶解が始まり、
式(1)に従って酵素反応が進行する。
シアン化カリウム、ベンゾキノン等が用いられ、式
(2)で生成した還元型のM(red)は、外部電源によ
る印加回路から電極系に0.3〜0.6Vの範囲の一定電
圧を印加することによって式(3)で示すように電解酸
化を受ける。この時に得られる電流値(e-)は、乳酸
濃度に直接比例するので、この電流値を測定することに
よりサンプル中の乳酸濃度が得られる。
の特開平第3−54447号公報等に記載のグルコース
センサの技術を殆どそのまま応用したものであるが、酵
素電極に特有の問題点があり、更に、乳酸の濃度測定の
場合には別の問題点もある。最初に、親水性高分子中に
含まれる不純物とオキシダーゼ系酵素との相互作用によ
って測定時のバックグランド電流が増加するということ
である。例えば血液中の乳酸濃度はグルコースに比べて
1/10程度であるので、バックグランド電流が増加す
ると乳酸の濃度が低い場合の測定の精度が大きく影響を
受ける。
合には、特にコストの問題が顕著となる。即ち、グルコ
ースセンサに用いられているグルコースオキシダーゼ
(GOD)に比べて本発明のLODはユニット当たりの
単価が100倍程度も高いため、同一のセンサにより測
定できる範囲を広くしようとすると、多くの量の酵素を
センサに含ませることが必要となり、従って、センサの
コストが高くなってしまう。そのため、コストの面から
は、使用するLODは必要最小限とする必要がある。と
ころが、試薬層が乾燥によって剥離してその一部が失わ
れることがあり、コストを考慮して、LODの量を最小
限とした場合では、LODの量が不足するという結果と
なり、測定結果の再現性が悪くなる原因となっていた。
他のオキシダーゼ系酵素を使用する場合であっても、L
ODの場合ほど顕著ではないが、同様の問題が生じる。
目的で乾燥剤を入れない高湿度条件でセンサを保存する
と、剥離は確かに防止される。しかしながら、試薬層中
の残留水分の影響によりバックグランド電流が徐々に増
加するため、保存安定性が悪くなるといった問題が新た
に生じる。そこで、試薬層中の水分を直ちに取り除いた
上で剥離耐性のある試薬層を形成する必要があった。従
って、上述のような問題点に鑑み、本発明が解決しよう
とする課題は、液体サンプル中の被測定物質の含量(例
えば濃度)を高精度で測定できるセンサを低いコストで
製造することである。
め、本発明では絶縁性基板上に形成された測定極と対極
とからなる電極の少なくとも一部分の上に試薬層が設け
られ、その試薬層は親水性高分子層およびオキシダーゼ
系酵素を含む反応層から構成され、また、好ましくは試
薬層は親水性高分子層の上に形成した反応層により構成
される、液体中(例えば血液中)の酵素により酸化され
る物質(例えば乳酸)の含量を測定するセンサ(例えば
乳酸センサ)において、試薬層に関して以下のように改
良した: (1)反応層にリン酸塩を添加することにより、オキシ
ダーゼ系酵素の活性を増加させ、その結果、少ないオキ
シダーゼ系酵素量でも活性が不足せず、高い被測定物質
濃度(例えば乳酸)領域まで直線性が得られるようにす
る; (2)純度の高い親水性高分子を用いる、例えば市販の
親水性高分子を更に精製することにより、親水性高分子
中に含まれる不純物の量を減らすことによってバックグ
ランド電流を減少させて測定精度が向上するようにす
る;また (3)アルキレンオキサイド系の高分子を試薬層および
/または親水性高分子層に更に添加することにより試薬
層の剥離を防止する。
絶縁性基板上に形成された測定極と対極とからなる電極
の上に試薬層が設けられており、試薬層が、親水性高分
子を含んで成る親水性高分子層、ならびにオキシダーゼ
系酵素(例えば乳酸オキシダーゼ、LOD)および電子
伝達体を含んで成る反応層とから構成されており、オキ
シダーゼ系酵素により酸化される物質を含んで成る液体
中のそのような物質の含量(特に濃度)を測定するセン
サ(例えば乳酸センサ)において、反応層がリン酸塩を
更に含んで成ることを特徴とするセンサ(例えば乳酸セ
ンサ)を提供する。
親水性高分子層および反応層の2つの層から構成される
が、この層は、厳密な意味で2層に分離している必要は
必ずしもなく、場合により、特に製造方法によっては、
2層が混合した状態となっている場合も含まれるものと
理解されたい。本発明において、測定極とは、上述のよ
うに電子伝達媒体が酸化または還元される電極、即ち、
被測定物質の含量測定に役割を果す極を意味し、対極と
は測定極に対する極を意味するものとして使用してい
る。
は、生体物質を酸化する反応を触媒する酵素であり、酸
化酵素(オキシダーゼ)、脱水素酵素(デヒドロゲナー
ゼ)、酸素添加酵素(オキシゲナーゼ)等がこれに含ま
れる。具体的には乳酸オキシダーゼ、グルコースオキシ
ダーゼ、コレステロールオキシダーゼ、ウリカーゼ、ア
ルコールオキシダーゼ、NADHオキシダーゼ、ジアホ
ラーゼ、乳酸デヒドロゲナーゼ等を例示できる。また、
本発明において、オキシダーゼ系酵素により酸化される
物質とは含量を測定すべき物質、即ち、被測定物質であ
り、乳酸オキシダーゼの場合は乳酸であり、グルコース
オキシダーゼの場合はグルコースであり、コレステロー
ルオキシダーゼの場合はコレステロールである。本発明
において、被測定物質は液体中に溶解していても、ある
いは分散していてもよい。また、液体とは、そのような
被測定物質が溶解または分散するものであれば特に限定
されるものではなく、例えば、水、エチルアルコールで
あってよい。従って、被測定物質を含んで成る液体と
は、例えば血液、尿、血漿および唾液のような体液であ
ってよい。
センサを使用する含量、特に濃度(溶液状態の場合)の
測定方法を、乳酸オキシダーゼをオキシダーゼ系酵素と
して使用する場合を例として、以下に説明するが、その
ような本発明は、他のオキシダーゼ系酵素、例えばグル
コースオキシダーゼおよびコレステロールオキシダーゼ
にも同様に適用できる。即ち、実質的には、以下の詳細
な説明において、乳酸オキシダーゼを他の酵素に、ま
た、測定される物質を当該他の酵素により酸化される物
質に置き換えればよい。
できる電極材料は、一般的に電極として使用され得る材
料であればいずれの材料であってもよい。具体的には、
炭素、金属、合金、金属および合金の種々の化合物(例
えば酸化物、水酸化物、ハロゲン化物、硫化物、窒化
物、炭化物)などを挙げることができる。更に、これら
の電極材料の混合物および複合体のような組み合わせも
使用できる。本発明において、混合物とは、電極材料が
いわゆるミクロオーダーで混合しているものを意味し、
複合体とは電極材料が混合物より大きいオーダーで混合
しているもの(従って、いわゆるマクロオーダーで混合
して、混合物ほど均一に混合していないもの)および別
個の材料として組み合わせたものを意味する。
ニウム、金、コバルト、バリウム、鉄、マンガン、ニッ
ケル、鉛、亜鉛、白金、リチウム、銅などを挙げるるこ
とができる。好ましい合金としては、白銅、マンガニ
ン、アルミニウム−ケイ素合金、ニッケル−銅合金など
を例示できる。特に好ましい金属の化合物としては、M
nO2、Ag2O、PbO2、NiOOH、SOCl2、V
2O5、AgClなどを例示できる。
熱分解炭素、グラッシーカーボン、アセチレンブラッ
ク、カーボンブラックの種々の炭素材料を使用すること
ができる。勿論、通常の無定型の炭素材料を使用するこ
とも可能である。混合物または複合体として電極材料を
使用する場合、MnO2とアセチレンブラック、白金とグ
ラファイト、銀と塩化銀などの組み合わせを例示でき
る。
は特に限定されるものではなく、従来のグルコース測定
用の酵素電極などにおいて採用されている種々の構造を
採用することができる。電極は、例えば線状、ロッド
状、面状の形態であってよく、これらの電極は、電流値
を測定するために適当な回路(例えば電流測定回路)に
接続されるようになっている。本発明の特に好ましい態
様では、電極の構造として薄層構造を採用できる(例え
ば図1を参照)。
套の方法により製造できる。即ち、電極を形成する材料
の適当な寸法の粉末と適当なバインダー(例えばポリ塩
化ビニル、エポキシ、ネオプレン、セルローズなど)お
よび適当な溶媒(例えばテトラヒドロフラン、トルエ
ン、イソプロピルアルコールなど)ならびに必要な場合
には導電性材料(例えば炭素粉末、導電性ポリマーな
ど)を混合して電極材料ペーストを調製し、このペース
トを基板材料(例えばストリップ状ポリエチレンテレフ
タレート、セラミック基板など)上に適当な方法(例え
ばスクリーン印刷法など)により適当な厚さ(例えば1
0〜200μm)に配置し、その後、乾燥することによ
り、好ましくは焼結することにより厚さが1〜50μm
の薄層電極を形成できる。
以上重ねて形成してもよい。更に、場合により、基板材
料上に、例えば銀ペーストを電極と同様な方法でリード
として予め形成し、その上に上述のように電極を形成し
てもよい。このように、電極と基板との間にリードを設
けると、より電気抵抗の小さいリード部分を電流が流れ
やすくなるため、電気抵抗が低くなり印加電圧のロスが
少なくなる、という効果がある。
な電極のそれぞれの少なくとも一部分の上に設ける、好
ましくは全部の上に設けて電極を完全に被覆するように
する。より好ましくは、単一の試薬層により双方の電極
が完全に被覆されるように試薬層を設ける。この試薬層
は、親水性高分子層および反応層から構成され、いずれ
の層が電極に接触していてもよく、あるいは、双方の層
が明確な境界面により隔てられているのではなく、双方
が境界面近傍において混合した状態、あるいは、全体と
して混合した状態であってもよい。特に好ましい態様で
は、最初に親水性高分子層を設け、その上に、反応層を
設ける。
ては、試薬層に含まれる化合物を電極上に保持するバイ
ンダーとして機能し、(電極と反応層との間に位置する
場合では)電極と反応層との間のセパレーターとして、
あるいは試料(例えば血液)の吸引を円滑にするという
機能を果たす薄層である。この親水性高分子層は、親水
性高分子を含んで成る。本発明において、親水性高分子
とは、親水性の置換基を有するモノマーが重合した水溶
性の高分子である。具体的には、親水性高分子として、
例えばカルボキシメチルセルロース(CMC)を用いる
のが特に好ましいが、特にこれに限定されるものではな
く、その他の類似のポリマーを用いても良い。例えば、
ヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロース、エ
チルセルロースを使用できる。また、ポリビニルピロリ
ドン、ポリビニルアルコールなどを使用することもでき
る。場合により親水性高分子層はホスファチジルコリン
等の界面活性作用を有する物質を追加的に含んでもよ
い。この親水性高分子層は、測定極および対極の双方の
電極の少なくとも一部分、好ましくは全部を覆うように
適用する。これは、親水性高分子の水溶液を電極に塗布
し、乾燥することにより適用する。親水性高分子層は、
例えば厚さ10〜100μm程度のものであってよい。
水性高分子は、特に高純度であるものが好ましく、例え
ば純度が99.9重量%以上であるものが好ましい。高
純度のものが入手できない場合には、例えば揮発性が高
く、かつ親水性高分子が溶解しない有機溶媒(例えばア
セトン、テトラヒドロフラン、メチルアルコール等)に
親水性高分子の水溶液を混入することにより、有機溶媒
に溶解する不純物を除去し、さらに再結晶した水溶性高
分子のみを取り出して乾燥することにより精製するのが
好ましい。市販されている親水性高分子、例えばCMC
は、純度が99重量%以下(不純物はレドックス化合
物、空気中のゴミ、雑菌、油脂類など)であり、これを
精製して、99.9重量%以上、特に99.99重量%
以上の純度として本発明において使用するのが好まし
い。例えば、第一工業製薬から市販されているパオゲン
EPの場合、不純物量としては、CMC合成時の酸化還
元化合物や製造時の雑菌、塵埃、油分が少なくとも0.
1%程度混入している。本発明において、上述のように
高純度の親水性高分子を使用すると、バックグラウンド
電流が小さくなり、測定精度が向上する。
成する反応層は乳酸オキシダーゼ(LOD)、電子伝達
体およびリン酸塩を含んで成り、これらが相互に均一に
混合された固体の相として、好ましくは固相化された薄
層として対極および測定極の双方の少なくとも一部分の
上に、従って、親水性高分子層が独立した層として存在
する場合は、親水性高分子層の少なくとも一部分の上に
存在する。このような薄層は、親水性高分子層も反応層
も上述の電極の形成の場合と同様な方法で行うことがで
きる。例えば、酵素、電子伝達体、バインダーおよび溶
媒(例えば水、エタノール、好ましくは水)を含んで成
る試薬ペーストを調製し、これを適当な方法(例えば分
注機による方法)で電極を被覆するように電極上に配置
した後、乾燥することにより固相化する。
として使用できる材料としては、従来からいわゆる酵素
電極などに使用されているものはいずれでも使用でき、
例えばフェリシアン化カリウム、ベンゾキノン、フェナ
ジンメトサルフェート、チオニン、フェロセン、ナフト
キノン、メチレンブルー、メトキシPMS、メルドラブ
ルーなどを用いることができる。また、本発明の乳酸セ
ンサにおいて、反応層に使用するリン酸塩は、水に溶解
してイオン化し、アルカリ性を示す塩であり、例えば、
リン酸水素二カリウムを使用するのが好ましいがこれに
限定されるものではない。そのほかのリン酸塩として例
えば、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二ナトリウ
ム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸カルシウム、リン
酸マグネシウムなどを用いることができる。これらのリ
ン酸塩は、LODの活性を高め、測定精度を向上させ
る。
層を構成する成分にエステル結合が主体のポリマー、特
にアルキレンオキサイド系のポリマーであって、アルキ
レンオキサイド(例えばエチレンオキサイド、プロピレ
ンオキサイド、スチレンオキサイド、ブチレンオキサイ
ドなど)の付加重合体が、多価カルボン酸(例えばマロ
ン酸、コハク酸、マレイン酸、フマル酸、フタル酸、テ
トラベンゼンカルボン酸など)またはその誘導体(例え
ば無水コハク酸、無水マレイン酸などの無水物あるい
は、フタル酸ジメチル、マレイン酸ジメチルなどの低級
アルキルエステルなど)とエステル化反応もしくはエス
テル交換反応することによりポリマーとなったものであ
り、分子量が2万〜30万であるポリマーを更に加える
と、再現性の良い乳酸センサを得ることができる。本発
明において使用するアルキレンオキサイド系ポリマー
は、可塑剤としての性質を有し、水に対する溶解速度の
速いもの、具体的には、エチレンオキサイド系ポリマ
ー、プロピレンオキサイド系ポリマー、例えば第一工業
製薬から市販されているパオゲンPP、パオゲンEP等
を使用できる。このようなアルキレンオキサイド系のポ
リマーは試薬層の剥離防止に寄与し、結果的に、測定可
能な範囲の確保に寄与する。
達体、リン酸塩および親水性高分子ならびに場合により
存在するアルキレンオキサイド系ポリマーは、いずれの
好ましい組み合わせを採用することもできる。また、本
願発明の改良点である上述の(1)、(2)および
(3)は、単独でも、または、いずれの組み合わせでも
用いることができる。特に、目安として考慮するのが好
ましい事項は、測定すべき乳酸濃度範囲、電子伝達体の
酸化電位もしくは還元電位、電極の組み合わせにより発
生する起電力、製造コスト、安定性、反応層の構成成分
の組成などであり、これらの組み合わせに応じて、例え
ばトライ・アンド・エラー法により適当な構成の乳酸セ
ンサを作製することができる。
す: 絶縁性基板材料 ポリエチレンテレフタレート 電極材料 グラファイト 親水性高分子層の材料 カルボキチメチルセルロース (再結晶により精製) 反応層材料組成 乳酸オキシダーゼ: 200〜800ユニット/m1 電子伝達体:フェリシアン化カリウム 1.0〜5.0重量% リン酸塩:リン酸水素二カリウム 0.01〜1.00重量% アルキレンオキサイド系ポリマー:パオゲン 0.01〜1.00重量%
したLOD、電子伝達体およびリン酸塩を含む固相化し
た試薬層の上に、従来の酵素電極に使用されているよう
にスペーサおよびカバーを有して成ってよい。本発明の
乳酸センサの模式的断面図を図1に示す。図1におい
て、乳酸センサ10には、絶縁性基板1上にリード2が
設けられ、その上に電極(測定極3および対極4)が配
置されている。図示した態様では、全ての電極を覆うよ
うに親水性高分子層5およびその上の反応層6から成る
試薬層7が配置されている。先に説明したように、試薬
層は、電極全体を被覆するのが特に好ましいが、その必
要は必ずしもなく、少なくともそれぞれの電極の一部分
を被覆すればよい。
要旨のセンサ(例えば乳酸センサ)を製造する方法を提
供する。即ち、この製造方法は、絶縁性基板上に測定極
および対極から成る電極を形成し、親水性高分子を含ん
で成る溶液、好ましくは水溶液を電極に適用した後に乾
燥して電極の少なくとも一部分を親水性高分子層により
被覆し、オキシダーゼ系酵素(例えば乳酸オキダー
ゼ)、電子伝達体およびリン酸塩を含んで成る、反応層
を構成する組成物を含んで成る溶液、好ましく水溶液を
親水性高分子層に適用した後に乾燥して親水性高分子層
少なくとも一部分を反応層により被覆することを特徴と
するセンサ(例えば乳酸センサ)の製造方法を提供す
る。
層および反応層を形成する場合、これらの層を構成する
成分の溶液、例えば水溶液を調製し、その溶液を電極上
に適用し、例えば分注し、その後、溶媒を乾燥除去す
る。この製造方法において、試薬層を構成する成分の溶
液を調製する場合、リン酸塩濃度を0.01〜1.00
重量%、特に0.10〜0.50重量%とする場合に、
特に再現性および感度の良いセンサ(乳酸センサ)を製
造することができる。
が反応層または親水性高分子層、あるいはその両者に含
まれる場合、それぞれの層を構成するための溶液は、ア
ルキレンオキサイド系のポリマーを0.01〜1.00
重量%、特に0.10〜0.50重量%で含むのが好ま
しく、耐剥離性に富む試薬層を形成するのに有効であ
る。更に、そのように形成した試薬層の上に、従来の酵
素電極に使用されている上述のようなスペーサおよびカ
バーを載置してもよく、これらにサンプル吸入口なる開
口部を設け、カバー上に適用されたサンプルがこれを通
って試薬層および電極に向かって浸透していく。上述の
本発明のセンサ(乳酸センサ)に関連して説明した事項
は、当て嵌まる事項については、本発明のセンサ(乳酸
センサ)の製造方法にも、また、後述する測定器および
測定方法についても適用できる。
サ(乳酸センサ)を使用して液体中の酵素により酸化さ
れる被測定物質(例えば乳酸)濃度を測定するための測
定器を提供する。即ち、サンプル供給検知回路、測定タ
イミング制御回路、演算回路、表示回路および濃度を表
示するための表示部を有して成り、本発明のセンサ(例
えば乳酸センサ)を受容(またはこれと係合)し、セン
サ(例えば乳酸センサ)において成分の濃度に応じて発
生する電流値を測定タイミング制御回路が検知できるよ
うにする部材を更に有して成る測定器を提供する。
サンプルがセンサ(例えば乳酸センサ)の試薬層に上に
設けたカバーおよびスペーサを貫通するサンプル吸引口
から供給されて浸透したことによるインピーダンスの変
化を検知し、自動的に測定プログラムを起動させる回路
である。本発明において、測定タイミング制御回路と
は、サンプル供給後、酵素反応が進行し、生成物Pが生
成されるのに十分な時間経過後、回路を閉じることによ
って流れる電流を検出する回路である。
タイミング制御回路により検出した電流値を測定器にあ
らかじめ設定された演算式(検量線)に基づき、被測定
物質(例えば乳酸)の濃度に変換する回路である。本発
明において、表示回路とは、上記演算回路により変換さ
れた濃度値を、測定器の表示部に表示する回路である。
使用されている酵素電極を使用するものを使用できる。
これらの詳細については、例えば特開平4−35745
2号公報に記載の回路を参照できる。
ンサ(例えば乳酸センサ)を測定器に使用して(即ち、
電極受容部材に係合させて)被測定物質(例えば乳酸)
濃度を測定する方法を提供する。本発明の方法により測
定できる被測定物質(例えば乳酸)の濃度は特に限定さ
れるものではなく、測定に使用するサンプル量によって
も変わる。測定に使用するサンプル量も特に限定されな
いが、例えば1.0〜5.0μl、特に3.0〜5.0
μlの量で測定することができる。そのような場合、本
発明の方法は、例えば0〜200mg/dl、特に2〜
100mg/dl重量%の範囲の被測定物質(例えば乳
酸)の濃度の測定に特に有効である。
系酵素(例えばLOD)の活性の低下が抑制され、被測
定物質が高濃度であっても濃度測定が可能となる。従っ
て、少量のオキシダーゼ系酵素で濃度測定が可能とな
り、センサ(例えば乳酸センサ)のコストが下がる; (2)高分子層に精製した親水性高分子を用いることに
よりバックグラウンド電流が減少し、センサ(例えば乳
酸センサ)の測定精度が向上する;また、 (3)親水性高分子層および/または試薬層がアルキレ
ンオキサイド系のポリマーを含むことにより、剥離が防
止され、測定の再現性が向上する;という主たる作用が
ある。
び感度が向上した再現性のあるセンサ(例えば乳酸セン
サ)が提供される。
尚、実施例においても、先の説明と同様に乳酸センサの
作製方法を例として説明するが、本発明は、乳酸センサ
に特に限定されるものではなく、酵素としてグルコース
オキシターゼを使用すればグルコースセンサ、コレステ
ロールオキシダーゼを使用すればコレステロールセンサ
を同様に作製することができる。
からなる絶縁性の基板1上にスクリーン印刷により銀ペ
ーストを印刷し、リード2を形成し、次に、導電性カー
ボンペーストをリード2上に印刷して測定極3および対
極4を印刷した。次に、前記電極上に親水性高分子とし
て、CMC(第一工業製薬からセロゲンという商品名で
市販されているもの)の0.5wt%水溶液を分注乾燥さ
せて親水性高分子層5を形成した。つづいて、以下の組
成の溶液を分注乾燥して反応層6を形成した。このよう
に作製した乳酸センサの断面図を図1に模式的に示す。 LOD 400U/ml フェリシアン化カリウム 2.0重量% リン酸水素二カリウム 0.5重量%
リウムを添加しないで反応層用溶液を調製した以外は、
実施例1と同様に乳酸センサを作製した。 LOD 400U/ml フェリシアン化カリウム 2.0重量%
カリウムを添加しないで実施例1と同様に乳酸センサを
作製した。但し、以下の組成を有する水溶液を用いて試
薬層を形成した。 LOD 800U/ml フェリシアン化カリウム 2.0重量%
サを用いて、血液中の乳酸濃度を測定した結果を、乳酸
濃度と反応により生じる電流値とをプロットしたグラフ
として図2に示す。測定に際しては、約5μlの血液を
使用した。図2から明らかなように、リン酸水素二カリ
ウムを添加した場合、従来法に対して酵素量を半分に減
らしても同程度の直線範囲が得られることがわかる。即
ち、本発明によればLODを減量しても感度が損なわれ
ないため、同じ性能でもコストの安い乳酸センサを作製
することができる。
て、CMCを精製したものを用いた他は同じである。C
MCの精製には、以下のような精製法を用いた。まず、
1gのCMCを100mlの水に溶解させる。次にこの溶
液にアセトン300mlをガラス棒で撹拌しながら徐々に
添加する。直ちに白色の繊維状のCMCが析出するの
で、それをガラス棒などで引き上げて、50℃で60分
間乾燥させる。このようにして作製した乳酸センサを用
いて血液を先と同様に測定した時の再現性(CV)を以下
の表に示す。
のまま使用した以外は、実施例2を繰り返し、同様に血
液中の乳酸濃度を測定した。その結果を以下に示す。 実施例2および比較例3を比較した場合、CMCを精製
すると、再現性が向上し、精度の良い乳酸センサを作製
できることがわかる。
分子として、第一工業製薬製のパオゲン(登録商標)を
0.25重量%で添加して反応層用の溶液を調製した以
外は実施例1を繰り返した。このようにして作製した乳
酸センサを用いて血液を先と同様に測定した時の再現性
(CV)を以下の表に示す。
は、実施例3を繰り返して乳酸センサを作製し、同様に
血液中の乳酸濃度を測定した。結果を以下に示す。 パオゲンを添加すると、特に低濃度の乳酸でCVが良く
なっていることがわかる。これは、パオゲンにより試薬
層の剥離が抑制された結果であると考えられる。
に示す図である。
グラフである。
親水性高分子層、6…反応層、7…試薬層、10…乳酸
センサ。
Claims (9)
- 【請求項1】 絶縁性基板上に形成された測定極と対極
とからなる電極の上に試薬層が設けられており、試薬層
が、親水性高分子を含んで成る親水性高分子層、ならび
に乳酸オキシダーゼおよび電子伝達体を含んで成る反応
層とから構成されており、乳酸を含んで成る液体中の乳
酸の含量を測定するセンサにおいて、反応層が、乳酸オ
キシダーゼの活性を向上させるためにリン酸塩を更に含
んで成ることを特徴とするセンサ。 - 【請求項2】 親水性高分子は精製されたものである請
求項1記載のセンサ。 - 【請求項3】 親水性高分子層および反応層の少なくと
も一方がアルキレンオキサイド系のポリマーを更に含む
請求項1または2記載のセンサ。 - 【請求項4】 絶縁性基板上に測定極および対極からな
る電極を形成し、 親水性高分子を含んで成る溶液を電極に適用した後に乾
燥して電極の少なくとも一部分を親水性高分子層により
被覆し、 乳酸オキシダーゼ、電子伝達体および乳酸オキシダーゼ
の活性を向上させるリン酸塩を含んで成る、反応層を構
成する組成物を含んで成る溶液を親水性高分子層に適用
した後に乾燥して親水性高分子層の少なくとも一部分を
反応層により被覆することを特徴とする、請求項1に記
載のセンサの製造方法。 - 【請求項5】 親水性高分子は精製されたものである請
求項4記載の製造方法。 - 【請求項6】 反応層を構成する組成物を含んで成る溶
液中のリン酸塩の濃度が0.01重量%〜1.00重量
%の範囲である請求項4または5に記載の製造方法。 - 【請求項7】 親水性高分子層を含んで成る溶液および
反応層を構成する組成物を含んで成る溶液の少なくとも
一方がアルキレンオキサイド系のポリマーを更に含む請
求項4〜6のいずれかに記載の製造方法。 - 【請求項8】 アルキレンオキサイド系ポリマーの溶液
中の濃度が0.01重量%〜1.00重量%の範囲であ
る請求項4〜7のいずれかに記載の製造方法。 - 【請求項9】 請求項1〜3のいずれかに記載のセンサ
を使用することを特徴とする血液中の乳酸濃度の測定方
法。
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