JP2000131262A

JP2000131262A - バイオセンサ用妨害物質除去装置

Info

Publication number: JP2000131262A
Application number: JP10303448A
Authority: JP
Inventors: Masao Goto; 正男後藤
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 1998-10-26
Filing date: 1998-10-26
Publication date: 2000-05-12

Abstract

(57)【要約】【課題】バイオセンサ部分と分離され、メンテナンス
も容易であり、耐久性にすぐれたバイオセンサ用妨害物
質除去装置を提供する。【解決手段】測定液の注入口および排出口を設けた多
孔質体側に作用極を、多孔質体外または多孔質壁内に作
用極と電気的導通を確保した対極をそれぞれ設け、一定
電圧が印加された作用極に測定液を接触させた後、測定
液をバイオセンサに送り込むようにしたバイオセンサ用
妨害物質除去装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バイオセンサ用妨
害物質除去装置に関する。更に詳しくは、ＦＩＡ(フロ
ーインジェクションアナリシス)バイオセンサ測定シス
テムなどにおいて、バイオセンサの前処理装置として好
適に用いられるバイオセンサ用妨害物質除去装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】グルコースオキシダーゼ(ＧＯＤ)は、酸
素の共存下においてグルコースを酸化し、グルコノラク
トンとH₂O₂とを生成させる。このとき発生したH₂O₂をバ
イオセンサの作用極上で酸化し、その際発生する酸化電
流値を測定することにより、グルコース濃度を間接的に
求めることができる。

【０００３】この場合、測定液が希釈されるＦＩＡ方式
の測定法やバッチ式の測定法においては、水溶液中の溶
存酸素濃度が8ppm(0.3mM、25℃)程度でも、制限透過膜
の付与等の手段を用いることにより、十分に検量性を確
保することができる。しかしながら、例えばグルコース
バイオセンサの場合、測定液中に目的物質であるグルコ
ース以外に、アスコルビン酸、尿酸等の測定妨害物質が
含まれていると、グルコースと同様にセンサの作用極上
で酸化されて酸化電流を生じ、正の誤差として出力に加
わり、結果としてセンサ精度を悪化させる原因となって
いる。

【０００４】従来、こうした妨害物質の影響を除くた
め、センサ表面に妨害物質除去膜を設け、分子サイズで
の除去もしくは拡散係数の差により、妨害物質の影響を
排除している。しかるに、こうした方法では除去手段が
有機膜であり、センサ部分と一体であるため、センサ部
の酵素層が寿命に達すると、それに伴って除去手段とし
ての有機膜も一緒に交換しなければならないという問題
がみられた。その酵素層の寿命は長くて３ケ月、短かい
ものでは１週間という期間にすぎない。これでは、操作
が煩雑であるばかりではなく、せっかくの除去膜を無駄
に廃棄していることになる。

【０００５】測定妨害物質の除去手段としては、他に適
当な酸化剤によって妨害物質を酸化してしまうという方
法もあるが、測定液中に酸化剤を混合しなければなら
ず、また他の電極に適当な電位を設定し、妨害物質を予
め酸化してしまうという手段もあるが、酸化が電極との
直接接触によって行われるため、相当に大きな面積を有
する電極を必要とするなどの問題がみられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、バイ
オセンサ部分と分離され、メンテナンスも容易であり、
耐久性にすぐれたバイオセンサ用妨害物質除去装置を提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる本発明の目的は、
測定液の注入口および排出口を設けた多孔質体側に作用
極を、該多孔質体外または多孔質壁内に作用極と電気的
導通を確保した対極をそれぞれ設け、一定電圧が印加さ
れた作用極に測定液を接触させた後、測定液をバイオセ
ンサに送り込むようにしたバイオセンサ用妨害物質除去
装置によって達成される。

【０００８】

【発明の実施の形態】バイオセンサ測定妨害物質の酸化
は、測定液の注入口および排出口を設けた多孔質体側に
設けられた作用極および多孔質体外または多孔質体壁に
設けられた対極を用いて行われる。作用極と対極との直
接的接触を避け、しかもこれら電極間にイオン電流が流
れるように電気的導通を設ける必要があり、このためこ
れら両極間が多孔質体によって隔離される。

【０００９】多孔質体としては、ネット状のものも使用
可能であるが、測定液の注入口および排出口を設けるた
めには、それが筒状体であることが好ましい。多孔質筒
状体としては、多孔質バイコールガラス製、素焼製、有
機膜製のものなどが用いられ、その両端部には測定液の
注入口および排出口が設けられている。

【００１０】このような多孔質筒状体に設けられる作用
極と対極として、それぞれのリード部によって、作用極
に一定電位を印加するためのポテンショスタットと接続
されている。作用極は、筒状体内に設置されているの
で、それのリード部は筒状体壁を貫通させて接続されて
いる。

【００１１】多孔質筒状体内に収容される作用極として
白金電極が用いられた場合には、作用極の表面積を更に
増大させ、測定妨害物質の酸化をより効果的なものとす
るために、見掛け表面積に対して約1000倍もの表面積を
有する白金黒電極を特にコイル状として用いることが好
ましく、この場合対極には白金電極が用いられる。

【００１２】作用極として、白金電極、カーボン電極等
が用いられる場合には、多孔質筒状体内にカーボン繊維
を充填し、そこに作用極が設置される。一般的な電極の
一つであるカーボン電極は通常棒状であり、これを適当
な支持体に埋め込み、その表面だけを利用しているが、
これを繊維状にして用いれば、その比表面積は飛躍的に
増大する。例えば、長さ5cm、太さ25μm、束の断面積が
0.5cm²のカーボン繊維束にあっては、その全表面積は約
2000cm²になる。

【００１３】測定液は、多孔質筒状体の注入口からポン
プ等によって導入され、作用極の設置された部分を通過
し、その際例えばグルコース水溶液の場合約0.1〜2.0V
の間の一定電圧に印加された作用極表面と接触し、測定
液中の妨害物質を酸化した後、排出口を出てバイオセン
サに送り込まれ、そこで所定の測定が正確に行われる。
この場合、作用極の電圧を確実に一定に保つために、銀
／塩化銀参照極を妨害物質除去装置内の作用極側または
対極側に組み入れることが好ましい。

【００１４】測定は、ＦＩＡ方式ばかりではなくバッチ
法でも行うことができ、あるいは多孔質筒状体部分のみ
を独立させて使い捨てのバイオセンサ用測定液前処理装
置として用いることもできる。ＦＩＡ方式が好んで用い
られ、その場合には約0.1〜2ml/分、好ましくは約0.5〜
1.2ml/分の流速で用いられる。また、測定液のキャリア
としては、約10〜100mM程度の濃度でKCl、NaCl等の電解
質を含む緩衝液を用いることが望ましい。

【００１５】

【発明の効果】本発明に係るバイオセンサ用妨害物質除
去装置は、バイオセンサ部分と分離され、メンテナンス
も容易であり、耐久性の点でもすぐれている。特に、コ
イル状の白金黒作用極あるいは多孔質筒状体内に充填さ
れたカーボン繊維中に設置された作用極が用いられた場
合には、その作用極面積を極めて大きくとることができ
るので、測定液の前処理としての妨害物質の酸化が極め
て有効に行われ、測定精度を大幅に上昇させる。

【００１６】

【実施例】次に、実施例について本発明を説明する。

【００１７】実施例１ (妨害物質除去装置の作製)白金板を蒸留水で洗浄した
後、この電極部分および電解に必要なもう１本の白金線
を2.5%塩化白金酸水溶液(0.03%酢酸鉛配合)中に浸漬
し、まず白金対極をアノードとして30mA/cm²の電流密度
で５分間の定電流電解を行ない、次いでそれをカソード
として同様の電解を行って水洗した。この定電流電解に
は、ポテンショガルバノスタット(北斗電工製ＨＡ−50
1)が用いられた。

【００１８】このようにして得られた白金黒電極を丸め
て、コイル状の白金黒作用極を形成させ、図１に示され
るようなバイオセンサ用妨害物質除去装置としてのカラ
ム電解装置１を作製した。

【００１９】このカラム電解装置１においては、測定液
２の注入口３および排出口４を設けた多孔質バイコール
ガラス製筒状体５が用いられ、その内部には上記コイル
状の白金黒作用極６が、また筒状体外壁部には白金対極
７がそれぞれ設置されており、作用極６は筒状体壁を貫
通する白金製の作用極リード部８によって、また対極７
は白金製の対極リード部９によって、それぞれポテンシ
ョスタット10に接続されている。

【００２０】多孔質筒状体５を支持する枠体11は、例え
ば樹脂製であり、その中を円筒状にくり抜き、多孔質筒
状体５が入る大きさに形成されており、その両端面12,1
2′で測定液の注入口３および排出口４を嵌合させるこ
とによって筒状体５を支持すると共に、内部液が漏れな
いようにシールされている。

【００２１】なお、白金黒作用極５と白金対極６との電
気的導通は、予め確認されている。

【００２２】(グルコースセンサの作製)アルミナ基板を
純水で洗浄した後、白金を蒸着して、作用極、対極およ
び参照極を形成させた。白金参照極上には銀ペーストを
塗布し、所定の方法で銀／塩化銀化した。次に、光架橋
性ＰＶＡ(東洋合成製品PVA713、固形分濃度15.9重量%)
0.37mlにグルコースオキシダーゼ(115000U/g)6.7mgを混
ぜ、次いで蒸留水0.56mgを加えて調製したドープ液2.5
μlを作用極上に滴下し、3000rpm,15秒間の条件下でス
ピナ塗布した。室温下に１時間放置した後、主波長405n
mの紫外線を照射して、グルコースオキシダーゼを光架
橋ＰＶＡで固定化し、グルコースセンサとした。

【００２３】(測定)pH6.9の50mM KClリン酸緩衝液中
に、グルコースを100mg/dl添加したもの、アスコルビン
酸を100mg/dl添加したものおよびこれら両者を一緒に添
加したものの３種類の試料液を調製した。

【００２４】これらの試料液２は、ポンプ13によりチュ
ーブ(内径1mm)14から注入口３に送り込まれ、多孔質筒
状体５を通過する際、作用極６によって接触酸化され
る。作用極６と対極７との間には、0.7Vの電圧がポテン
ショスタット10により印加される。流速0.6ml/分で排出
口４から排出された試料液は、チューブ15内を通過し、
バイオセンサ部16に送られる。その際、バイオセンサの
印加電圧は参照極に対して0.6Vとした。

【００２５】実施例２実施例１の妨害物質除去装置において、多孔質バイコー
ルガラス製円筒体内に設けられたコイル状白金黒作用極
の代りに、円筒体内に長さ5cm、太さ25μm、束の断面積
が0.5cm²のカーボン繊維束を充填し、そこに白金製作用
極リード部に接続された白金製電極の端部を挿入し、作
用極とした。

【００２６】以上の各実施例において、妨害物質除去装
置を印加した場合と印加しない場合の出力(単位：nA、
３回の測定値の平均値)を求め、次の表に示されるよう
な結果を得た。表印加あり印加なし測定試料白金黒カーボン繊維白金黒カーボン繊維グルコース 148 150 147 150 アスコルビン酸 0 0 76 75 グルコース＋アスコルビン酸 147 150 220 225

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の妨害物質除去装置を用いた測定法の
概要図である。

【符号の説明】

１カラム電解装置３測定液注入口４測定液排出口５多孔質筒状体６作用極７対極 10 ポテンショスタット 16 バイオセンサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定液の注入口および排出口を設けた多
孔質体側に作用極を、該多孔質体外または多孔質壁内に
作用極と電気的導通を確保した対極をそれぞれ設け、一
定電圧が印加された作用極に測定液を接触させた後、測
定液をバイオセンサに送り込むようにしてなるバイオセ
ンサ用妨害物質除去装置。
【請求項２】作用極側または対極側に更に参照極が設
けられた請求項１記載のバイオセンサ用妨害物質除去装
置。
【請求項３】多孔質体が多孔質筒状体である請求項１
記載のバイオセンサ用妨害物質除去装置。
【請求項４】多孔質筒状体内に白金黒電極を設け、そ
れを作用極とした請求項３記載のバイオセンサ用妨害物
質除去装置。
【請求項５】白金黒電極がコイル状で用いられた請求
項４記載のバイオセンサ用妨害物質除去装置。
【請求項６】多孔質筒状体内にカーボン繊維を充填
し、該カーボン繊維内に作用極を設置した請求項３記載
のバイオセンサ用妨害物質除去装置。
【請求項７】多孔質筒状体内の作用極と筒状体壁を貫
通して接続された作用極リード部および筒状体外または
筒状体壁内に設けられた対極に接続された対極リード部
がポテンショスタットに接続されている請求項４、５ま
たは６記載のバイオセンサ用妨害物質除去装置。
【請求項８】ＦＩＡバイオセンサ測定システムにおい
て、バイオセンサの前処理装置として用いられる請求項
１または２記載のバイオセンサ用妨害物質除去装置。