JPH05164725A - Biosensor - Google Patents

Biosensor

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JPH05164725A
JPH05164725A JP3354637A JP35463791A JPH05164725A JP H05164725 A JPH05164725 A JP H05164725A JP 3354637 A JP3354637 A JP 3354637A JP 35463791 A JP35463791 A JP 35463791A JP H05164725 A JPH05164725 A JP H05164725A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substance
biosensor
measured
layer
powder
Prior art date
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Pending
Application number
JP3354637A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenji Ogura
健二 小椋
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Toto Ltd
Original Assignee
Toto Ltd
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Publication date
Application filed by Toto Ltd filed Critical Toto Ltd
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Publication of JPH05164725A publication Critical patent/JPH05164725A/en
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  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

PURPOSE:To reduce the number of manufacturing processes and the cost by simplifying the construction of a biosensor by dispensing with a mediator layer and to improve the precision in measurement of a substance to be measured, by excluding the effect of a disturbing substance in a solution to be measured, by the simplified construction. CONSTITUTION:A biosensor 1 is provided with a discrimination layer 9 which is formed by making glucose oxidase and Pt powder (having a particle size of 5mum or below and a content of 5 pts.wt. or above to 100 pts.wt. of an organic substance) be borne and fixed on the upper surface of a working electrode 5 formed on an insulating substrate 3. By setting the particle size and the content of this Pt powder at specified values, the Pt powder is made to operate as a mediator in the discrimination layer and makes it execute donation and acceptance of electrons on the working electrode 5 side. Therefore, an independent mediator layer is dispensed with.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、被測定物質に対する識
別機能を有する生体物質を用いて、被測定物質を測定す
るバイオセンサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a biosensor for measuring a substance to be measured using a biological substance having a function of identifying the substance to be measured.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種のバイオセンサは、酵素や微生物
といった生体物質と被測定物質とで進行する生物化学反
応を利用して、尿などの被測定溶液中の被測定物質を測
定するものであり、種々のものが知られている。例え
ば、特開昭61−50262号には、電極型バイオセン
サとして、平板型のバイオセンサが提案されている。即
ち、図4に示すように、平板型のバイオセンサ100
は、セラミックやプラスチック等の絶縁基板101と、
この絶縁基板101上に形成された作用極103及び対
極105と、作用極103上に積層して形成された識別
層107と、作用極103及び対極105の間を絶縁す
る絶縁層108と、作用極103及び対極105の端子
部109,111にそれぞれ接続され、その間の電流値
を測定する電気測定部(図示省略)とを備えている。こ
の識別層107は、被測定物質に対する識別機能を有す
る生体物質を担持して固定化させており、この生体物質
を含有するゾル状物質を作用極103上に塗布しその後
乾燥固化(ゲル化)して形成されている。そして、この
識別層107側がバイオセンサ100の感応部113と
なっている。
2. Description of the Related Art This type of biosensor measures a substance to be measured in a solution to be measured such as urine by utilizing a biochemical reaction that progresses between a substance to be measured and a biological substance such as an enzyme or a microorganism. There are various known types. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-50262 proposes a flat plate type biosensor as an electrode type biosensor. That is, as shown in FIG. 4, a flat plate type biosensor 100.
Is an insulating substrate 101 such as ceramic or plastic,
A working electrode 103 and a counter electrode 105 formed on the insulating substrate 101, an identification layer 107 formed by stacking on the working electrode 103, an insulating layer 108 for insulating between the working electrode 103 and the counter electrode 105, and a function. The electrode 103 and the counter electrode 105 are respectively connected to the terminal portions 109 and 111, and an electric measuring portion (not shown) for measuring a current value therebetween is provided. The identification layer 107 carries and immobilizes a biological substance having an identification function for the substance to be measured, and a sol-like substance containing the biological substance is applied onto the working electrode 103 and then dried and solidified (gelation). Is formed. The side of the identification layer 107 serves as the sensitive section 113 of the biosensor 100.

【0003】このバイオセンサ100で被測定物質を測
定するには、感応部113を被測定物質を含有する被測
定溶液に接触させる。これにより、作用極103上の生
体物質と被測定溶液に含まれている被測定物質とで生物
化学反応が進行して、例えば酸素が消費されて過酸化水
素が生成する。こうして消費或いは生成する電極活性物
質の電極反応で得られる電流を電気測定部で測定するこ
とにより、被測定物質が検出される。
In order to measure the substance to be measured with this biosensor 100, the sensitive portion 113 is brought into contact with the solution to be measured containing the substance to be measured. As a result, a biochemical reaction proceeds between the biological substance on the working electrode 103 and the substance to be measured contained in the solution to be measured, and oxygen is consumed to generate hydrogen peroxide, for example. The substance to be measured is detected by measuring the electric current obtained by the electrode reaction of the electrode active substance which is consumed or generated in this way, by the electric measuring unit.

【0004】上記バイオセンサ100は、識別層107
の生体物質を各種の酵素や微生物とすることにより、こ
れと反応する被測定物質を検出することができる。例え
ば、生体物質にグルコースオキシダーゼを用いると、グ
ルコースを検出するバイオセンサとなる。また、グルク
ロン酸オキシダーゼを用いると、グルクロン酸を検出す
るバイオセンサとなる。
The biosensor 100 includes an identification layer 107.
By using various enzymes or microorganisms as the biological substance, the substance to be measured that reacts with it can be detected. For example, when glucose oxidase is used as the biological substance, it becomes a biosensor for detecting glucose. Further, the use of glucuronic acid oxidase serves as a biosensor for detecting glucuronic acid.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】一般に、このようなバ
イオセンサは、被測定溶液中の溶存酸素の影響を受けて
その測定精度が低下することが知られている。このた
め、溶存酸素の影響を防止することを目的として、上記
識別層107の上に電子授受を行なうフェロセンの誘導
体液を塗布乾燥させてメディエータ層を形成することが
行なわれている。このように、メディエータ層を設ける
ことで、作用極103側における電子授受を行なわせて
生物化学反応に伴う電極反応を作用極103における応
答電流として反映させ、溶存酸素に起因する測定精度の
低下を回避している。
It is generally known that such a biosensor is affected by dissolved oxygen in a solution to be measured and its measurement accuracy is lowered. Therefore, for the purpose of preventing the influence of dissolved oxygen, a derivative liquid of ferrocene for electron transfer is applied and dried on the discrimination layer 107 to form a mediator layer. As described above, by providing the mediator layer, electrons are exchanged on the working electrode 103 side and the electrode reaction accompanying the biochemical reaction is reflected as the response current on the working electrode 103, thereby lowering the measurement accuracy due to dissolved oxygen. I'm avoiding it.

【0006】しかしながら、識別層並びにメディエータ
層を精度良く重ねて形成する必要があるために、各層の
形成材料の調整が煩雑であるばかりか、その製造工程並
びに設備が複雑化して高コストであった。
However, since it is necessary to form the identification layer and the mediator layer with high precision, it is not only complicated to adjust the material for forming each layer, but also the manufacturing process and equipment are complicated and the cost is high. ..

【0007】特に、尿にはグルコースやグルクロン酸の
ほかに、アスコルビン酸や尿酸等の還元作用をもつ物質
が存在するので、尿中のグルコース等を測定する場合に
は、溶存酸素による測定精度の低下に加え次のような問
題点が指摘されている。尿中のアスコルビン酸や尿酸等
は、負極に帯電して還元性を有するので、電極における
応答電流を、識別層の生体物質による生物化学反応に伴
う電極反応により得られる電流より増大させる。つま
り、アスコルビン酸や尿酸等は、尿中グルコースの測定
の妨害物質として作用する。このため、尿から直接グル
コースを測定しても、正確にグルコース濃度を測定でき
ないことがあった。これを解決するために、従来、被測
定溶液中の妨害物質を前処理にて除去することにより対
処しており、その作業が煩雑であった。
Particularly, in urine, in addition to glucose and glucuronic acid, there are substances having a reducing action such as ascorbic acid and uric acid. Therefore, when measuring glucose and the like in urine, the measurement accuracy of dissolved oxygen In addition to the decline, the following problems have been pointed out. Since ascorbic acid, uric acid, etc. in urine are charged to the negative electrode and have a reducing property, the response current at the electrode is increased more than the current obtained by the electrode reaction accompanying the biochemical reaction by the biological material of the discrimination layer. That is, ascorbic acid, uric acid, and the like act as substances that interfere with the measurement of urinary glucose. Therefore, even if glucose is directly measured from urine, the glucose concentration may not be accurately measured. In order to solve this, conventionally, it has been dealt with by removing interfering substances in the solution to be measured by pretreatment, and the work has been complicated.

【0008】本発明は、上記問題点を解決するためにな
され、メディエータ層を省略してバイオセンサの構成を
簡略化しその製造に要する工数の低減並びにコスト低下
を図ることを主目的とする。また、簡単な構成で被測定
溶液中の妨害物質の影響を排除して、被測定物質の測定
精度を向上させることをもその目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above problems, and its main object is to omit the mediator layer to simplify the structure of the biosensor and to reduce the number of steps required for its manufacture and the cost. Another object is to eliminate the influence of interfering substances in the solution to be measured with a simple structure and improve the measurement accuracy of the substance to be measured.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに本発明の採用した第1の手段は、被測定溶液中の被
測定物質と生体物質との生物化学的反応に伴う電気変化
量を測定することにより、前記被測定物質を検出するバ
イオセンサにおいて、絶縁基板上に形成された一組の電
極と、前記被測定物質に対する識別機能を有する生体物
質を担持して、該一組の電極のうちの一つの電極表面に
形成された識別層とを備え、該識別層は、前記生体物質
に加え、Au,Ag,Pd,Rh,Ir,Ptから選ば
れた一種以上の貴金属粉末を担持し、該担持される貴金
属粉末は、粒径が5μm以下で前記生体物質100重量
部に対し5重量部以上含有されていることをその要旨と
する。
[Means for Solving the Problems] The first means adopted by the present invention in order to achieve the above object is to measure the amount of electrical change accompanying a biochemical reaction between a substance to be measured in a solution to be measured and a biological substance. In the biosensor for detecting the substance to be measured by measuring, a pair of electrodes formed on an insulating substrate and a biological substance having an identification function for the substance to be measured are carried, and the pair of electrodes is provided. An identification layer formed on the surface of one of the electrodes, the identification layer carrying one or more precious metal powders selected from Au, Ag, Pd, Rh, Ir, and Pt in addition to the biological material. The gist of the supported noble metal powder is that the particle size is 5 μm or less and 5 parts by weight or more is contained with respect to 100 parts by weight of the biological substance.

【0010】また、本発明の採用した第2の手段は、上
記したバイオセンサにおける識別層に、前記生体物質と
貴金属粉末に加え、前記被測定溶液中の帯電物質を電気
的に中和する性質を有する帯電解消物質を担持させたこ
とをその要旨とする。
A second means adopted by the present invention is a property of electrically neutralizing a charged substance in the solution to be measured, in addition to the biological substance and the noble metal powder, in the discrimination layer in the biosensor described above. The gist of the invention is to carry an antistatic substance having

【0011】[0011]

【作用】上記構成のバイオセンサは、絶縁基板上に形成
された一組の電極のうちの一つの電極表面に生体物質を
担持した識別層を形成しており、この生体物質と被測定
溶液中の被測定物質との間で進行する生物化学反応に伴
って電極間に発生する電気変化量に基づいて被測定物質
を測定する。この場合、本発明のバイオセンサでは、識
別層に、粒径が5μm以下の貴金属粉末を、生体物質と
は別個に生体物質100重量部に対して5重量部以上含
有させて担持しこれらを固定化させた。そして、この貴
金属粉末を識別層内でメディエータとして作用させる。
この結果、独立した層としてメディエータ層を形成しな
くても、識別層が形成される側の電極(作用極)におけ
る電子授受を行なわせて生物化学反応に伴う電極反応を
作用極における応答電流として反映させ、溶存酸素に起
因する測定精度の低下を回避する。
In the biosensor having the above structure, an identification layer carrying a biological substance is formed on the surface of one electrode of a set of electrodes formed on an insulating substrate. The substance to be measured is measured based on the amount of electrical change generated between the electrodes in association with the biochemical reaction that proceeds with the substance to be measured. In this case, in the biosensor of the present invention, the identification layer is loaded with noble metal powder having a particle size of 5 μm or less in an amount of 5 parts by weight or more with respect to 100 parts by weight of the biological material, and fixed. Made into Then, this noble metal powder is made to act as a mediator in the discrimination layer.
As a result, even if the mediator layer is not formed as an independent layer, electrons are exchanged at the electrode (working electrode) on the side where the discrimination layer is formed, and the electrode reaction accompanying the biochemical reaction is used as the response current at the working electrode. This is reflected to avoid a decrease in measurement accuracy due to dissolved oxygen.

【0012】更に、識別層に帯電解消物質を担持させる
ことで、被測定溶液中の帯電物質を電気的に中和して、
生物化学反応に伴う電極反応に対しては帯電物質を無害
化し妨害を起こさせない。よって、本バイオセンサは、
妨害物質として作用する帯電物質が存在する被測定溶液
中の被測定物質を正確に測定できる。
[0012] Furthermore, by supporting the charge eliminating substance on the discrimination layer, the charge substance in the solution to be measured is electrically neutralized,
The charged substance is made harmless and does not interfere with the electrode reaction accompanying the biochemical reaction. Therefore, this biosensor
It is possible to accurately measure a substance to be measured in a solution to be measured in which a charged substance that acts as an interfering substance exists.

【0013】[0013]

【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明ら
かにするために、以下本発明の好適な実施例について説
明する。図1は、実施例のバイオセンサ1の斜視図であ
る。
Preferred embodiments of the present invention will be described below in order to further clarify the constitution and operation of the present invention described above. FIG. 1 is a perspective view of the biosensor 1 of the embodiment.

【0014】図1に示すように、バイオセンサ1は、既
述したバイオセンサ100とほぼ同一の構成を備え、作
用極に形成される識別層の構成において相違する。即
ち、バイオセンサは、ポリエチレンテレフタレート(P
ET)から作成した板厚1.5mmの絶縁基板3と、こ
の絶縁基板3上に形成された作用極5及び対極7と、作
用極5の上面に積層して形成された識別層9と、作用極
5及び対極7の間を絶縁する絶縁層11と、作用極5及
び対極7の端子部13,15にそれぞれ接続され、その
間の電流値を測定する電気測定部(図示省略)とを備
え、識別層9側を感応部17とする。以下、バイオセン
サ1について詳細に説明するが、バイオセンサ100と
共通する製造工程等については簡略して行なうこととす
る。
As shown in FIG. 1, the biosensor 1 has substantially the same structure as the biosensor 100 described above, but differs in the structure of the discrimination layer formed on the working electrode. That is, the biosensor is polyethylene terephthalate (P
An insulating substrate 3 having a plate thickness of 1.5 mm, a working electrode 5 and a counter electrode 7 formed on the insulating substrate 3, and an identification layer 9 formed by stacking on the upper surface of the working electrode 5. An insulating layer 11 that insulates the working electrode 5 and the counter electrode 7 from each other, and an electrical measurement unit (not shown) that is connected to the terminal portions 13 and 15 of the working electrode 5 and the counter electrode 7 and that measures the current value therebetween are provided. The identification layer 9 side is used as the sensitive section 17. Hereinafter, the biosensor 1 will be described in detail, but the manufacturing process and the like common to the biosensor 100 will be simplified.

【0015】実施例のバイオセンサ1における作用極5
及び対極7並びに端子部13,15は、絶縁基板3上面
への黒鉛ペーストのスクリーン印刷と、50℃×1時間
の乾燥処理を経て形成した。この際、黒鉛ペーストとし
ては、粒径が0.5μmの黒鉛微粉末60wt%と流動
パラフィン40wt%とをロールミルにて混練して得ら
れたものを使用した。
Working electrode 5 in the biosensor 1 of the embodiment
The counter electrode 7 and the terminal portions 13 and 15 were formed through screen printing of a graphite paste on the upper surface of the insulating substrate 3 and drying treatment at 50 ° C. for 1 hour. At this time, as the graphite paste, a paste obtained by kneading 60 wt% of graphite fine powder having a particle size of 0.5 μm and 40 wt% of liquid paraffin with a roll mill was used.

【0016】その後、絶縁層11の形成と識別層9の形
成とを順次行なった。絶縁層11の形成は、適宜な絶縁
剤、例えばエポキシ樹脂を印刷・乾燥させる周知な工程
で完了する。識別層9は、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と、白金(Pt)粉末
とを担持して固定化させたものであり、次のようにして
形成した。まず、90wt%のコラーゲンと、10wt
%のグルコースオキシダーゼ(GOD)とを混合した水
溶液に、Pt粉末を加えてGOD−Ptペーストを調製
する。そして、マイクロシリンジにて、端子部13と反
対側の作用極5端部上面へGOD−Ptペーストを約2
0μmの厚さで塗布し、その後24時間自然乾燥させて
固化(ゲル化)させ、識別層9を形成した。こうして、
実施例のバイオセンサ1が完成する。
After that, the insulating layer 11 and the identification layer 9 were sequentially formed. The formation of the insulating layer 11 is completed by a known process of printing and drying an appropriate insulating agent such as an epoxy resin. The discriminating layer 9 is formed by carrying and immobilizing glucose oxidase having a discriminating function for glucose and platinum (Pt) powder, and was formed as follows. First, 90 wt% collagen and 10 wt
%, Pt powder is added to an aqueous solution mixed with glucose oxidase (GOD) to prepare a GOD-Pt paste. Then, approximately 2 GOD-Pt paste was applied to the upper surface of the end of the working electrode 5 on the side opposite to the terminal portion 13 with a microsyringe.
The coating was applied in a thickness of 0 μm, and then naturally dried for 24 hours for solidification (gelation) to form the identification layer 9. Thus
The biosensor 1 of the example is completed.

【0017】識別層9を形成するためのGOD−Ptペ
ーストの調製に当たっては、Pt粉末の粒径や識別層9
におけるPt粉末含有量(GOD水溶液に対するPt粉
末の重量比、即ち重量部)を、それぞれ5μm以下の粒
径と5重量部以上の含有量とした。
In preparing the GOD-Pt paste for forming the identification layer 9, the particle size of Pt powder and the identification layer 9 are used.
The Pt powder content (weight ratio of Pt powder to the GOD aqueous solution, that is, parts by weight) in Table 1 was set to a particle size of 5 μm or less and a content of 5 parts by weight or more.

【0018】次に、実施例のバイオセンサ1の評価試験
について説明する。この評価試験は、予め所定濃度(2
5mg/dl)に調製されたグルコース試薬(溶存酸素
濃度:8.0ppm)を用意し、このグルコース試薬の
グルコース濃度をセンサにて測定し、その測定濃度とグ
ルコースの上記所定濃度(25mg/dl)とを比較す
ることにより行なった。評価試験に供するバイオセンサ
は、Pt粉末の粒径及び含有量が所定範囲内(粒径:5
μm以下,含有量:5重量部以上)のバイオセンサ1
(実施例品)と、Pt粉末の粒径又は含有量の少なくと
も一方が上記所定範囲外のバイオセンサ(比較例品)
と、Pt粉末を含まないGODペーストから識別層を形
成した従来のバイオセンサ(従来品)と、識別層上にフ
ェロセン誘導体液からメディエータ層を積層して形成し
たバイオセンサ(従来改良品)とを用いた。その結果を
表1に示す。
Next, an evaluation test of the biosensor 1 of the embodiment will be described. This evaluation test is performed in advance of a predetermined concentration (2
Glucose reagent (dissolved oxygen concentration: 8.0 ppm) prepared to 5 mg / dl) was prepared, the glucose concentration of this glucose reagent was measured with a sensor, and the measured concentration and the above-mentioned predetermined concentration of glucose (25 mg / dl) It was done by comparing with. The biosensor used in the evaluation test has a Pt powder particle size and content within a predetermined range (particle size: 5
Biosensor 1 with μm or less, content: 5 parts by weight or more)
(Example product) and a biosensor in which at least one of the particle size and the content of Pt powder is outside the above predetermined range (comparative example product).
And a conventional biosensor in which an identification layer is formed from a GOD paste containing no Pt powder (conventional product) and a biosensor in which a mediator layer is laminated from a ferrocene derivative liquid on the identification layer (conventional improved product). Using. The results are shown in Table 1.

【表1】 [Table 1]

【0019】なお、従来品バイオセンサ及び従来改良品
バイオセンサの識別層におけるGOD含有量は実施例品
のバイオセンサ1と同一であり、従来改良品バイオセン
サにおけるメディエータ層の厚さは約10μmであり、
そのメディエータ層におけるフェロセン含有量は約2w
t%である。また、表1における各センサについての測
定値は、各センサの電気測定部で測定した電流値をグル
コース濃度に換算したものであり、3回の測定値の平均
である。
The GOD content in the discriminating layer of the conventional biosensor and the conventional improved biosensor is the same as that of the biosensor 1 of the example, and the thickness of the mediator layer in the conventional improved biosensor is about 10 μm. Yes,
The ferrocene content in the mediator layer is about 2w
t%. In addition, the measured value for each sensor in Table 1 is the current value measured by the electrical measurement unit of each sensor converted to glucose concentration, and is the average of three measured values.

【0020】表1から明らかなように、各実施例品のバ
イオセンサによれば、識別層並びにメディエータ層を重
ねて形成した従来改良品のバイオセンサと同等に、グル
コース試薬のグルコース濃度(25mg/dl)を精度
良く測定できる。これに対して、識別層にPt粉末を担
持させてもその粒径又は含有量の少なくとも一方が所定
範囲から外れた比較例品のバイオセンサでは、測定精度
が低い。
As is clear from Table 1, according to the biosensors of the respective Examples, the glucose concentration of the glucose reagent (25 mg / 25 mg / 25 mg / kg) is equivalent to that of the conventional improved biosensor in which the discrimination layer and the mediator layer are formed in an overlapping manner. dl) can be measured accurately. On the other hand, even if the Pt powder is carried on the identification layer, the measurement accuracy is low in the biosensor of Comparative Example in which at least one of the particle size and the content is out of the predetermined range.

【0021】つまり、ただ単に識別層にPt粉末を担持
して固定化させるだけではなく、その粒径と含有量を特
定の値とすることで、このPt粉末を識別層内でメディ
エータとして作用させて作用極5側における電子授受を
行なわせることができる。このため、独立した層として
メディエータ層を形成しなくても、作用極5における電
子授受を行なわせて生物化学反応に伴う電極反応を作用
極5における応答電流として反映させ、溶存酸素に起因
する測定精度の低下を回避することができる。この結
果、本実施例によれば、メディエータ層を省略してその
構成を簡略化できるとともに、メディエータ層の形成工
程の省略に伴ってセンサ製造に要する工数の低減とコス
ト低下とを図ることができる。加えて、本実施例では、
電極及び絶縁基板を安価な黒鉛及びプラスチック(PE
T)から作成したので、更にコスト低下を図ることがで
きる。
That is, the Pt powder is allowed to act as a mediator in the discrimination layer not only by supporting and fixing the Pt powder on the discrimination layer, but also by setting the particle size and the content thereof to specific values. Electrons can be transferred and received on the working electrode 5 side. Therefore, even if the mediator layer is not formed as an independent layer, electrons are transferred in the working electrode 5 to reflect the electrode reaction accompanying the biochemical reaction as the response current in the working electrode 5, and the measurement caused by the dissolved oxygen is performed. It is possible to avoid a decrease in accuracy. As a result, according to the present embodiment, it is possible to omit the mediator layer and simplify the configuration, and it is possible to reduce the number of steps required for manufacturing the sensor and to reduce the cost due to the omission of the step of forming the mediator layer. .. In addition, in this embodiment,
The electrodes and insulating substrate are made of inexpensive graphite and plastic (PE
Since it is created from T), the cost can be further reduced.

【0022】また、粒径が2μmでその含有量が10重
量部のPt粉末をグルコースオキシダーゼとともに識別
層9に担持させた実施例のバイオセンサ1を用いて、種
々のグルコース濃度に調製済みのグルコース試薬の測定
を行なったところ、5〜380mg/dlの濃度範囲に
亘っては、グルコース調製濃度と測定濃度との間にはリ
ニアな関係が得られた。つまり、本実施例により実用に
即したバイオセンサを容易に得ることができる。
Further, using the biosensor 1 of the example in which Pt powder having a particle size of 2 μm and a content of 10 parts by weight is carried on the discriminating layer 9 together with glucose oxidase, glucose prepared at various glucose concentrations is prepared. When the reagent was measured, a linear relationship was obtained between the glucose preparation concentration and the measured concentration over the concentration range of 5 to 380 mg / dl. That is, according to this embodiment, a biosensor suitable for practical use can be easily obtained.

【0023】次に、他の実施例について説明する。この
実施例におけるバイオセンサ1Aでは、上記したバイオ
センサ1の識別層9に、グルコースオキシダーゼとPt
粉末(粒径:2μm,含有量:10重量部)に加え、酸
化作用を有する過ヨウ素酸カリウム(KIO4 )を担持
させた点で、上記バイオセンサ1と異なる。このため、
その製造に際しては、バイオセンサ1と同様にして電極
の形成,絶縁層の形成等を行ない、次のようにして識別
層9Aを形成した。
Next, another embodiment will be described. In the biosensor 1A in this embodiment, glucose oxidase and Pt are added to the identification layer 9 of the biosensor 1 described above.
It differs from the biosensor 1 in that potassium periodate (KIO 4 ) having an oxidizing action is carried in addition to powder (particle size: 2 μm, content: 10 parts by weight). For this reason,
At the time of its production, electrodes and insulating layers were formed in the same manner as the biosensor 1, and the identification layer 9A was formed as follows.

【0024】まず、バイオセンサ1と同様、90wt%
のコラーゲンと、10wt%のグルコースオキシダーゼ
(GOD)とを混合した水溶液に、Pt粉末(粒径:2
μm,含有量:10重量部)と過ヨウ素酸カリウムとを
加えてGOD−Ptペーストを調製する。そして、端子
部13と反対側の作用極5端部上面へこのGOD−Pt
ペーストを約20μmの厚さで塗布し、その後24時間
自然乾燥させて固化(ゲル化)させ、識別層9を形成し
た。こうして、グルコースオキシダーゼ,メディエータ
としてのPt粉末及び過ヨウ素酸カリウムを担持して固
定化した実施例のバイオセンサ1Aが完成する。なお、
識別層における過ヨウ素酸カリウムの含有量が2重量部
のバイオセンサ1A1 と、4重量部のバイオセンサ1A
2 とを作成した。
First, like the biosensor 1, 90 wt%
Pt powder (particle size: 2) was added to an aqueous solution prepared by mixing 10 wt% glucose oxidase (GOD).
μm, content: 10 parts by weight) and potassium periodate are added to prepare a GOD-Pt paste. Then, the GOD-Pt is attached to the upper surface of the end of the working electrode 5 opposite to the terminal portion 13.
The paste was applied in a thickness of about 20 μm, and then naturally dried for 24 hours to be solidified (gelled) to form the identification layer 9. Thus, the biosensor 1A of the example in which glucose oxidase, Pt powder as a mediator, and potassium periodate are carried and immobilized is completed. In addition,
Biosensor 1A1 containing 2 parts by weight of potassium periodate in the discrimination layer and 4 parts by weight of biosensor 1A
Created 2 and.

【0025】このバイオセンサ1A1 ,1A2 を用いて
尿中のグルコースを測定することを想定して、次の実験
を行なった。即ち、25mg/dlのグルコース濃度に
調製されたグルコース試薬に尿酸を徐々に添加して尿酸
濃度を上げていき、グルコース試薬における尿酸濃度と
上記各センサによるグルコース測定値との関係を調べ
た。その結果を、図2に示す。同様に、アスコルビン酸
濃度とセンサによるグルコース測定値との関係を調べ
た。その結果を、図3に示す。
The following experiment was conducted on the assumption that glucose in urine is measured using the biosensors 1A1 and 1A2. That is, uric acid was gradually added to a glucose reagent prepared to have a glucose concentration of 25 mg / dl to increase the uric acid concentration, and the relationship between the uric acid concentration in the glucose reagent and the glucose measurement value by each of the above sensors was investigated. The result is shown in FIG. Similarly, the relationship between the ascorbic acid concentration and the glucose measurement value by the sensor was examined. The result is shown in FIG.

【0026】図2,図3から明らかなように、識別層に
過ヨウ素酸カリウムをも担持して固定化したバイオセン
サ1A1 ,1A2 によれば、グルコース試薬中の尿酸濃
度が0〜80mg/dlまでの間に亘って、また、アス
コルビン酸濃度が0〜30mg/dlまでの間に亘っ
て、それぞれ精度良くグルコース濃度(25mg/d
l)を測定することができる。つまり、負極に帯電して
還元性を有するがために生物化学反応に伴う電極反応を
妨害する尿酸やアスコルビン酸が被測定溶液に存在して
いても、識別層に担持した過ヨウ素酸カリウムにより酸
化させ無害化させる。このため、これら妨害物質の影響
を、識別層に過ヨウ素酸カリウムを担持させるという簡
単な構成で排除して、グルコースの測定精度を向上させ
ることができる。特に、4重量部の過ヨウ素酸カリウム
を識別層に担持したバイオセンサ1A2 にあっては、0
〜160mg/dlまでの広い範囲の尿酸濃度に亘っ
て、また、0〜40mg/dlまでの広い範囲のアスコ
ルビン酸濃度に亘って、これら妨害物質の影響を排除し
て正確にグルコース濃度を測定することができる。
As is clear from FIGS. 2 and 3, according to the biosensors 1A1 and 1A2 in which potassium periodate was also carried and immobilized on the discriminating layer, the concentration of uric acid in the glucose reagent was 0 to 80 mg / dl. Until the ascorbic acid concentration was 0 to 30 mg / dl, and the glucose concentration (25 mg / d) was accurately measured.
l) can be measured. In other words, even if uric acid or ascorbic acid that interferes with the electrode reaction accompanying the biochemical reaction due to the negative electrode being charged and having a reducing property is present in the solution to be measured, it is oxidized by potassium periodate carried on the discrimination layer. And make it harmless. Therefore, the influence of these interfering substances can be eliminated with a simple configuration in which potassium periodate is supported on the discrimination layer, and the glucose measurement accuracy can be improved. Particularly, in the biosensor 1A2 having 4 parts by weight of potassium periodate supported on the discrimination layer,
Accurately measure glucose levels over a wide range of uric acid concentrations up to 160 mg / dl and over a wide range of ascorbic acid concentrations up to 0-40 mg / dl by eliminating the effects of these interfering substances. be able to.

【0027】ところで、人体から排出される尿には、尿
酸及びアスコルビン酸がそれぞれ20〜80mg/dl
及び0〜25mg/dlの濃度範囲で含まれていること
が、統計的に知られている。この結果、バイオセンサ1
A1 ,1A2 によれば、尿酸やアスコルビン酸が当然に
存在する尿におけるグルコースを正確に測定することが
できる。
By the way, urine excreted from the human body contains 20-80 mg / dl of uric acid and ascorbic acid, respectively.
It is statistically known to be contained in a concentration range of 0 to 25 mg / dl. As a result, biosensor 1
According to A1 and 1A2, glucose in urine in which uric acid and ascorbic acid naturally exist can be accurately measured.

【0028】なお、この発明は上記実施例に限られるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の
態様において実施することが可能であり、次のような変
形も可能である。例えば、グルコースオキシダーゼに替
えて、ピラノースオキシダーゼやムタロターゼ等の酵
素、或いは、Pseudomonas fluorescens といった微生物
を用いた、グルコース測定用のセンサであってもよい。
また、生体物質としてグルクロン酸オキシダーゼを用い
たグルクロン酸測定用のセンサであってもよい。更に、
識別層に担持させる過ヨウ素酸カリウム(KIO4 )に
替えて、過ヨウ素ソーダ(NaIO4)や過塩素酸カリ
ウム(KClO4 ),過塩素酸ソーダ(NaClO4
等を使用し、負極に帯電して還元性を有する尿酸やアス
コルビン酸等の妨害物質を酸化させて無害化させてもよ
い。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, but can be carried out in various modes without departing from the scope of the invention, and the following modifications are possible. For example, it may be a sensor for glucose measurement, which uses an enzyme such as pyranose oxidase or mutarotase instead of glucose oxidase, or a microorganism such as Pseudomonas fluorescens.
Further, it may be a sensor for measuring glucuronic acid using glucuronic acid oxidase as a biological substance. Furthermore,
Sodium periodate (NaIO 4 ), potassium perchlorate (KClO 4 ), sodium perchlorate (NaClO 4 ) is used instead of potassium periodate (KIO 4 ) to be carried on the discrimination layer.
It is also possible to detoxify the negative electrode by oxidizing an interfering substance such as uric acid or ascorbic acid which has a reducing property by charging the negative electrode.

【0029】また、識別層に担持させる貴金属粉末とし
ては、Ptに限らず、Au,Ag,Pd,Rh,Ir等
であってもよい。この場合、Pt,Au,Agであれ
ば、入手が容易な点から好ましい。これらの各貴金属
は、周期律表では第8族又は第1B族(遷移元素)に属
し、他の貴金属に比べて比較的不活性な性質を示すとい
う点で共通する。よって、上記各貴金属粉末を担持した
センサであっても、既述した実施例のPt粉末担持セン
サと同様の結果を得ることができる。
The noble metal powder to be carried on the discriminating layer is not limited to Pt, but Au, Ag, Pd, Rh, Ir or the like may be used. In this case, Pt, Au, and Ag are preferable because they are easily available. Each of these noble metals is common in that it belongs to Group 8 or Group 1B (transition elements) in the periodic table and exhibits a relatively inert property compared to other noble metals. Therefore, even with the above-mentioned sensor carrying each noble metal powder, it is possible to obtain the same result as that of the Pt powder carrying sensor of the above-mentioned embodiment.

【0030】上記実施例では、作用極5と対極7の二極
の電極を一組の電極として備えるバイオセンサについて
説明したが、この作用極と対極の二極の電極に参照極を
加えた三つの電極を一組の電極として備えるバイオセン
サであってもよい。このように三つの電極を一組の電極
とすれば、作用極・参照極間の電気量変化量と対極・参
照極間の電気変化量との差をもってバイオセンサとして
の電気量変化とし、被測定物質以外の要因を排除したよ
り正確な被測定物質濃度を求めることができる。なお、
この場合、生体物質を担持した識別層は、作用極表面に
のみ形成すればよい。
In the above-mentioned embodiment, the biosensor provided with the two electrodes of the working electrode 5 and the counter electrode 7 as one set of electrodes has been described. However, the reference electrode is added to the two electrodes of the working electrode and the counter electrode. It may be a biosensor including one electrode as a set of electrodes. In this way, if three electrodes are used as a set of electrodes, the difference between the amount of change in the amount of electricity between the working electrode and the reference electrode and the amount of change in the amount of electricity between the counter electrode and the reference electrode is used as the change in the amount of electricity as a biosensor, It is possible to obtain a more accurate concentration of the substance to be measured excluding factors other than the substance to be measured. In addition,
In this case, the identification layer carrying the biological substance may be formed only on the surface of the working electrode.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上詳述したように、特定の貴金属粉末
を特定の粒径及び含有量で生体材料とともに担持させた
本発明のバイオセンサによれば、この貴金属粉末を識別
層内でメディエータとして作用させるので、次のような
効果を奏する。つまり、独立したメディエータ層を形成
しなくても、貴金属粉末をメディエータとして作用させ
ることで生物化学反応に伴う電極反応を作用極における
応答電流として反映させ、溶存酸素に起因する測定精度
の低下を回避することができる。このため、測定精度を
低下させることなくメディエータ層を省略してその構成
を簡略化できるとともに、メディエータ層の形成工程の
省略に伴ってセンサ製造に要する工数の低減とコスト低
下とを図ることができる。
As described in detail above, according to the biosensor of the present invention in which a specific precious metal powder is supported with a biomaterial in a specific particle size and content, this precious metal powder is used as a mediator in the discrimination layer. Since it is made to act, it has the following effects. In other words, without forming an independent mediator layer, the electrode reaction accompanying the biochemical reaction is reflected as the response current in the working electrode by making the precious metal powder act as a mediator, and the decrease in measurement accuracy due to dissolved oxygen is avoided. can do. Therefore, it is possible to omit the mediator layer without reducing the measurement accuracy and simplify the configuration, and it is possible to reduce the number of steps required for manufacturing the sensor and to reduce the cost due to the omission of the step of forming the mediator layer. ..

【0032】また、識別層に生体物質及び貴金属粉末に
加えて帯電解消物質を担持させたので、被測定溶液中の
帯電物質を電気的に中和して、被測定溶液に存在する帯
電物質を生物化学反応に伴う電極反応に対しては無害化
する。よって、本発明のバイオセンサによれば、妨害物
質として作用する帯電物質が及ぼす生物化学反応に伴う
電極反応への影響を、識別層に帯電解消物質を担持させ
るという簡単な構成で排除して、帯電物質が存在する被
測定溶液における被測定物質の測定精度を向上させるこ
とができる。
In addition to the biological substance and the noble metal powder, the charge-eliminating substance is carried on the discriminating layer, so that the charged substance in the solution to be measured is electrically neutralized to remove the charged substance present in the solution to be measured. It is harmless to the electrode reaction that accompanies biochemical reactions. Therefore, according to the biosensor of the present invention, the influence on the electrode reaction accompanying the biochemical reaction exerted by the charged substance acting as an interfering substance is eliminated by a simple configuration in which the charge eliminating substance is carried on the discrimination layer, It is possible to improve the measurement accuracy of the measurement target substance in the measurement target solution in which the charged substance is present.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例のバイオセンサ1の構成を説明するため
用いた概略斜視図。
FIG. 1 is a schematic perspective view used for explaining a configuration of a biosensor 1 of an example.

【図2】実施例のバイオセンサの効果を説明するための
ものであり、センサ出力(グルコース濃度)と尿酸濃度
との関係を表わすグラフ。
FIG. 2 is a graph for explaining the effect of the biosensor of the example and showing the relationship between sensor output (glucose concentration) and uric acid concentration.

【図3】実施例のバイオセンサの効果を説明するための
ものであり、センサ出力(グルコース濃度)とアスコル
ビン酸濃度との関係を表わすグラフ。
FIG. 3 is a graph for explaining the effect of the biosensor of the example and showing the relationship between the sensor output (glucose concentration) and the ascorbic acid concentration.

【図4】従来のバイオセンサ100の構成を説明するた
め用いた概略斜視図。
FIG. 4 is a schematic perspective view used to describe the configuration of a conventional biosensor 100.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 バイオセンサ 1A バイオセンサ 1A1 バイオセンサ 1A2 バイオセンサ 3 絶縁基板 5 作用極 7 対極 9 識別層 9A 識別層 11 絶縁層 13,15 端子部 17 感応部 100 バイオセンサ 103 作用極 107 識別層 1 Biosensor 1A Biosensor 1A1 Biosensor 1A2 Biosensor 3 Insulating substrate 5 Working electrode 7 Counter electrode 9 Identification layer 9A Identification layer 11 Insulating layer 13, 15 Terminal part 17 Sensitive part 100 Biosensor 103 Working electrode 107 Identification layer

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被測定溶液中の被測定物質と生体物質と
の生物化学的反応に伴う電気変化量を測定することによ
り、前記被測定物質を検出するバイオセンサにおいて、 絶縁基板上に形成された一組の電極と、 前記被測定物質に対する識別機能を有する生体物質を担
持して、該一組の電極のうちの一つの電極表面に形成さ
れた識別層とを備え、 該識別層は、前記生体物質に加え、Au,Ag,Pd,
Rh,Ir,Ptから選ばれた一種以上の貴金属粉末を
担持し、 該担持される貴金属粉末は、粒径が5μm以下で前記生
体物質100重量部に対し5重量部以上含有されている
ことを特徴とするバイオセンサ。
1. A biosensor for detecting a substance to be measured by measuring the amount of electrical change associated with a biochemical reaction between the substance to be measured in a solution to be measured and a biological substance, which is formed on an insulating substrate. A pair of electrodes, and a discrimination layer formed on the surface of one electrode of the pair of electrodes carrying a biological substance having a discrimination function for the substance to be measured, wherein the discrimination layer is In addition to the biological material, Au, Ag, Pd,
One or more precious metal powders selected from Rh, Ir, and Pt are supported, and the supported precious metal powders have a particle size of 5 μm or less and are contained in an amount of 5 parts by weight or more based on 100 parts by weight of the biological material. Characteristic biosensor.
【請求項2】 前記識別層は、前記生体物質と貴金属粉
末に加え、前記被測定溶液中の帯電物質を電気的に中和
する性質を有する帯電解消物質を担持することを特徴と
する請求項1記載のバイオセンサ。
2. The identification layer, in addition to the biological substance and the noble metal powder, carries an antistatic substance having a property of electrically neutralizing the charged substance in the solution to be measured. 1. The biosensor according to 1.
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Cited By (3)

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