JP2002107325A

JP2002107325A - バイオセンサ

Info

Publication number: JP2002107325A
Application number: JP2000302182A
Authority: JP
Inventors: Hisaaki Miyaji; 寿明宮地; Yasuyuki Nukina; 康之貫名
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-10-02
Filing date: 2000-10-02
Publication date: 2002-04-10

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のバイオセンサは、連続測定ができない
という課題を有している。【解決手段】複合膜２からなる、水素イオン伝達体を
具備し、電極の一つ２２は直接被験物と接触するように
して、すなわち、大気に開放するようにして、電極２２
に発生した発泡が簡単に大気中に放出でき、電荷の伝達
能力が劣化することがなく、また連続的な測定が可能な
バイオセンサとしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はブドウ糖濃度を計測
するバイオセンサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ブドウ糖濃度の計測は医療分野のみなら
ず、農業分野、醸造分野等、種々の領域で利用されてい
る。特に、人尿におけるブドウ糖濃度計測については以
下に述べる特徴がある。

【０００３】尿は個人の健康状態に関する重要な情報源
であり、尿成分を定量分析することで各種の機能障害を
検査することができる。このニーズに対応するための手
段として、健康診断や医療機関で用いられている尿検査
紙がある。尿検査紙は糖、たんぱく、ウロビリノーゲ
ン、潜血などが尿中に排出されていることを化学反応に
より検知し、試験紙の色調の変化により示すものであ
る。試験紙は簡便でだれにでも扱えるという長所がある
が、定性的または半定量てきであるため定量分析という
観点からは問題がある。

【０００４】そこで、尿の特定成分を迅速かつ容易に定
量するものとして酵素反応を電極反応と結びつけるバイ
オセンサによる計測が実施されている。

【０００５】図２は従来のバイオセンサの構成と動作を
説明する説明図である。尿採取口５から進入した尿は、
干渉物質除去膜５を通ってグルコースオキシダーゼ層６
に達する。グルコースオキシダーゼ層６はグルコースオ
キシダーゼを有しており、尿中のグルコースをグルコン
酸と過酸化水素に分解する。この過酸化水素は、更に水
酸基イオンと水素イオンに分解される。この水素イオン
は負電極２１と正電極２２に直流電圧を印加すると複合
膜２を流れて、負電極２１と正電極２２の間を流れるも
のである。この電流の大きさは、尿中に含まれるグルコ
ースの量に応じたものとなっている。したがって、この
電流の大きさから被験者の尿中のグルコース量が求めら
れるものである。（化１）はこの反応を示している。

【０００６】

【化１】

【０００７】すなわち（化１）に示している過酸化水素
の分解反応で生ずる電子が負電極２１と正電極２２間に
伝達され、電極間に電流が流れるものである。この電流
が流れる回路中に抵抗を配置して、抵抗の両端の電圧を
測定することによって流れた電流を測定し、この電流を
特定物質の濃度に換算しているものである。

【０００８】また、骨髄液のブドウ糖濃度は脳症の判断
には欠かせないものである。たとえば、インフルエンザ
ウイルス罹患により、脳症を起こしたと思われるときの
判断には、患者の骨髄液を採取し、その中に含まれるブ
ドウ糖濃度が増加することから、症状と骨髄液のブドウ
糖濃度から判断する。脳症の場合は特に、緊急的に判断
をする必要があり、骨髄液を採取するとすぐに、ブドウ
糖濃度がわかることは、すぐに、その治療を開始できる
という利点がある。時間の遅れが生命に重篤な影響をお
よぼす。しかしながら、骨髄液に含まれるブドウ糖濃度
の計測は、骨髄液を臨床検査部門に持っていき、計測を
行い、その結果を医師に伝えている。数値がわかるまで
に、何人もの人を介すること、緊急以来被験物であって
も、やはり、計測結果を得るまで、時間がかかるのが現
状である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前記、従来のバイオセ
ンサは、連続測定ができないという課題を有している。
すなわち、発生した過酸化水素が電極の正極表面に付着
して、反応系の外部に出ていくのに時間がかかるもので
ある。また、電極の正極と負極間に逆電荷をかけてリフ
レッシュする方法もあるが、この方法によっても約３０
秒間のリフレッシュ時間が必要となる。また、瞬時の判
断が求められる医療現場で使えないという課題を有して
いる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、電極の一つは
直接被験液と接触するようにして、すなわち、大気に開
放するようにして、電極に発生した発泡が簡単に大気中
に放出でき、電荷の伝達能力が劣化することなく、また
連続的な測定が可能なバイオセンサとしている。本構成
をとるバイオセンサは、使いやすく、ハンディに加工で
きる特徴を備えることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載した発明
は、電極の一つは直接尿と接触するようにして、すなわ
ち、大気に開放するようにして、電極に発生した発泡が
簡単に大気中に放出でき、電荷の伝達能力が劣化するこ
となく、また連続的な測定が可能なバイオセンサとして
いる。

【００１２】請求項２に記載した発明は、酵素をグルコ
ースオキシダーゼとすることで、酸化物を生成しても排
除でき、正確な測定ができるバイオセンサとしている。

【００１３】請求項３に記載した発明は親水性膜を複合
膜とすると、構成する材料にそれぞれ一つ以上の役割を
持たすことが可能となり、最終的にできる膜は相乗的に
効果を兼ね備えた構成をとることができる。

【００１４】請求項４に記載した発明によると、親水性
膜は細孔を有する膜構造を形成する材料と電荷移動に関
与する複合膜とする。普段は電荷を移動する能力を備え
ているが、単独では膜構造を取ることが困難な材料であ
っても膜を構成することが可能となる。さらに、膜が細
孔を有することにより膜の表面から裏面にかけて電荷の
移動がやりやすくなる。

【００１５】請求項５に記載した発明は、複合膜の組成
について述べたものである。４フッ化エチレンシートは
その表から裏へ貫き通る微細孔を多数有する鍾乳洞様の
構造をもつ。４フッ化エチレンシートのみでは電荷を移
動することができない。そこで、ポリアクリルアミドを
電荷移動に関与する材料として使用する。

【００１６】請求項６に記載した発明は、４フッ化エチ
レンシートが効率よく電荷伝達体になるための手段につ
いて記載した。すなわち、ポリアクリルアミドはアクリ
ルアミドとビスアクリルアミドを重合させるのである。
重合を開始する前は液体である。その液体に４フッ化エ
チレンシートを漬け、それを引き出したのちに、重合を
起こす。すなわち、ポリアクリルアミドを４フッ化エチ
レンシートの孔中で固化させるのである。この作業によ
り、４フッ化エチレンシートの表から裏へ電荷の移動が
行われる。

【００１７】請求項７に記載した発明は、ポリアクリル
アミドの架橋度についてのものである。ポリアクリルア
ミドは生化学の分野ではタンパクの電機泳動に汎用され
るゲル材料である。ポリアクリルアミドの網目状構造の
中をタンパクが泳動されていく。架橋度とは網目状構造
の網目の大きさを決めるものである。架橋度を高くする
と、網目状構造が小さくなり、架橋度を低くすると網目
状構造が大きくなる。すなわち、架橋度によりすかすか
の網、目の細かい網ができる。今回の発明の、網目状構
造を細かくしている理由について説明すると、ブドウ糖
の分子量は約１００である。ぶどう糖以外の成分はたん
ぱくやビタミン等種々のものがあるが、そのほとんどす
べてがブドウ糖より高分子である。高分子といっても、
分子量数千のたんぱくもある。すなわち、生化学の研究
レベルで使用するものと比較すると排斥しなかればなら
ない、分子量が小さいのである。以上の理由から、重合
度を４倍とした。なお、ポリアクリルアミドの重合度は
４倍体が限界とされている。

【００１８】請求項８に記載した発明は、ポリアクリル
アミドの重合について記載したものである。生化学研究
用のポリアクリルアミドゲルを作製するときは重合開始
剤としてテトラメトキシエチレンジアミンを用いる。こ
の薬剤は瞬時に反応するために、薬剤を添加するタイミ
ングが難しい。また、薬剤との接触むらができる危険性
がある。そこで、本発明では、加熱により、数分から数
十分で架橋させる手段によるバイオセンサとしている。
４フッ化エチエンシートにむらなく架橋できるのであれ
ば、重合開始剤を用いても差し支えない。また、紫外線
照射により重合させてもよい。

【００１９】請求項９に記載した発明は、尿と直接接触
する電極を正極として、酵素反応により生成した発泡体
が直ちに大気に開放され、連続的な測定が可能なバイオ
センサとしている。

【００２０】請求項１０に記載した発明は、負極は複合
膜に接触させた構成として、複合膜が電子伝達体として
作用し、正確な測定ができる、連続的な測定が可能なバ
イオセンサとしている。

【００２１】請求項１１に記載した発明は、本バイオセ
ンサの適用範囲について記載したものである。血糖、尿
糖、果物のブドウ糖はその存在を広く知られているが、
骨髄液のブドウ糖については広く知られていないため、
適用範囲を広げたバイオセンサとしている。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１は本実施例のバイオセンサの構成を示す断面図であ
る。本実施例のバイオセンサは、ベース（３ａ）とベー
ス（３ａ）の上に設けている負電極（２１）と、負電極
（２１）を覆うようにベース（３ａ）に設けている複合
膜（２）と、複合膜（２）の上に設けている酵素（１）
と、干渉物質除去膜（４）と、正電極（２２）と、ベー
ス（３ｂ）とベース（３ｃ）によって構成されている。

【００２３】前記ベース（３ａ〜３ｃ）は、構造を維持
できる強度を備えているものであれば特に、材質につい
ての制限は必要ないが、本実施例ではポリエチレンテレ
フタレートの成型品を使用している。また、最上層のベ
ース（３ｂ）とベース（３ｃ）との間は、適当な間隔を
有したものとなっておりこの間隔は被験物を採取する被
験物採取口となっている。

【００２４】前記負電極（２１）はベース（３ａ）上に
設けてあり、正電極（２２）は干渉物質除去膜（４）上
に設けてある。また正電極（２２）は、前記被験物採取
口（５）に一部露出しているものである。すなわち、正
電極（２２）は直接、被験物と接触できる、言い換えれ
ば、大気中に開放しているものである。

【００２５】干渉物質除去膜（４）はメンブレンフィル
ムによって構成している。メンブレンフィルムは、極小
径の孔を有する多孔性となっており、被験物のブドウ糖
以外の巨大な固形成分、例えば、尿タンパク（アルブミ
ンが主成分）などが除去される。また干渉物質除去膜
（４）は、複合膜（２）に吸着した、酵素１を保持する
役割を有し、その徐放性に大きく関与するものである。

【００２６】酵素（１）として本実施例ではグルコース
オキシダーゼを使用しており、本実施例では複合膜
（２）に直接吸着させて設けている。従って、複合膜
（２）のフリーの炭素原子と酵素（１）の炭素原子と
は、直接結合されている、あるいは、酵素分子を介する
結合がなされている。このため、複合膜（２）の表面に
吸着した酵素（１）は、決して層構造を取らず、ポーラ
スな構造をなしているものである。

【００２７】図３には複合膜の断面図を示した。アクリ
ルアミドとビスアクリルアミドを請求項７に記載した割
合で蒸留水に溶解したものに細孔を有する４フッ化エチ
レンシートを含浸させたのち、水溶液に濡れた４フッ化
エチレンシートを加熱し、重合を起こし、ポリアクリル
アミドになったときの断面図である。４フッ化エチレン
シートはその表面から裏面にかけてマイクロメートル
（μm）オーダーの微細な孔が存在する。その孔の断面
が図３である。表から裏にかけて、鍾乳洞様の構造にな
っている。その鍾乳洞を埋めるかのように、ポリアクリ
ルアミドが封入されている。さらに、４フッ化エチレン
シートのみで構成された図１の電極を作製したが、起電
流の計測はできなかった。

【００２８】以下、本実施例の動作について説明する。
被験物には何千もの化学物質が含まれている。本実施例
のバイオセンサはその中から、人体の健康情報を示す指
標の一つである糖分の含有量を計測するものである。糖
分はグルコースで代表して計測している。

【００２９】負電極（２１）と正電極（２２）間に、図
示していない直流電源から１Ｖ以下程度の直流電圧を印
加した状態で、被験物を被験物採取口（５）に供給す
る。被験物供給口（５）に供給する。被験物採取口
（５）に供給された被験物は、最上部に設けている干渉
物質除去膜（４）を介して内部に進入する。干渉物質除
去膜（４）は、極小径の孔を有する多孔性となっている
ものであり、グルコース以外の大きな固形成分、例え
ば、タンパク、アルブミンが主成分、などは除去され
る。従って、複合膜（２）に進入できる成分は比較的低
分子のものに限定されるものである。このとき、本実施
例では複合膜（２）の上部に酵素（１）を配置してい
る。酵素（１）は、グルコースのみと選択的に反応し、
他の成分と反応することはない。

【００３０】こうして、グルコースは、酵素（１）によ
って分解される。このとき本実施例では前記したよう
に、酵素（１）としてグルコースオキシダーゼを使用し
ている。グルコースオキシダーゼは従来例の（化１）で
説明したように、被験物中のグルコースをグルコン酸と
過酸化水素に分解する、この過酸化水素は、更に水酸基
イオンと水素イオンに分解される。この水素イオンは、
負電極（２１）と正電極（２２）間に直流電圧を印加す
ると複合膜（２）を流れて、負電極（２１）と正電極
（２２）の間を流れるものである。

【００３１】すなわち、発生した水素イオンが、複合膜
（２）中に伝達され、複合膜中の水素イオンと交換さ
れ、水素イオンが負電極（２１）の方に誘導される。こ
うして、正電極（２２）と負電極（２１）との間に電流
が流れるものである。

【００３２】この電流が流れる回路中に抵抗を配置し
て、抵抗の両端の電圧を測定することによって流れた電
流を測定して、この電流値をグルコース濃度に換算して
いるものである。この電流の大きさは、被験物中に含ま
れるグルコースの量に応じたものとなっている。従っ
て、この電流の大きさから被験物のグルコース濃度が求
められる。

【００３３】なおこのとき、負電極（２１）と正電極
（２２）との間に印加する直流電圧は、前記したように
１Ｖ程度以下がこのましいものである。この理由は印加
する直流電圧が大きくなると、尿中の水が電気分解され
ることによって流れる電流がグルコースの量に応じたも
のとはならないためである。

【００３４】このとき、酵素（１）としてグルコースデ
ヒドロゲナーゼを使用することもできる。グルコースデ
ヒドロゲナーゼを用いると、グルコースを分解したとき
に水素イオンが生成される。従って、この場合は、図１
に記している電極（２２）を負電極として、電極（２
１）を正電極として使用すると同様に使用できるもので
ある。

【００３５】このとき本実施例では、正電極（２２）を
被験物と直接接触する位置に設けているものである。こ
のため、前記反応の結果生じた正電極（２２）の近傍に
付着した泡が簡単に大気中に放出されるものである。泡
が電極に付着した状態では、電荷の伝達能力が低下する
ことはなく、従って、被験物の糖分の含有量を連続的に
測定することが可能になる。

【００３６】また本実施例によれば、干渉物質除去膜
（４）を使用しており徐放性が確保されているため、内
部に浸透した被験物成分は大気中に放散されるものであ
る。このため本実施例のバイオセンサは、１回使用する
ごとに使い捨てる必要はなくなり繰り返し使うことがで
きるものである。

【００３７】なお、１回限りの使い捨てタイプのバイオ
センサは、臨床検査の中でも、患者の血液中のブドウ糖
濃度を計測したり、醸造工業における発酵過程のチェッ
クのような、汚染を極力避けなければならない分野、感
染を防止しなければならない分野、また、数をこなさな
ければならない分野において重宝されているものであ
る。

【００３８】今回、開発したバイオセンサはその中か
ら、人体の健康情報を示す指標のひとつであるブドウ糖
濃度を計測するものである。ブドウ糖濃度を計測する手
段は酵素を利用したバイオ方式の他に、化学反応による
もの、旋光度、屈折率、赤外吸収を計測するものがある
が、バイオ方式に比べ、基質特異性が低いこと、他の尿
中成分の影響を受けやすいこと等、負に働く要因のによ
りブドウ糖濃度が実際の値より低く計算されることがあ
る。この課題を解決したのが今回の発明に採用した酵素
方式である。グルコースオキシダーゼを用いるとグルコ
ースのみと選択的に反応し、他の物質と反応することは
ない。

【００３９】では次に、ブドウ糖（グルコース）が酵素
（グルコースオキシダーゼ）により分解され、グルコン
酸と副生成物として、過酸化水素に分解される。この過
酸化水素が水酸基イオンと水素イオンに分解される。水
素イオンが電子伝達体となり、複合膜（２）のなかのポ
リアクリルアミド（７）部を泳動され、電極の負極のほ
うに誘導される。そのときに、電流が流れるしくみであ
る。電子伝達体が泳動可能なフリーの陰イオンを持った
電解質をゲル状にしたものであれば、ポリアクリルアミ
ドでなくても電子伝達が行われ、電流が流れるしくみと
なっている。

【００４０】では、図１をもとに本発明の特徴を説明す
る。検体は検体採取口（５）からバイオセンサ内部へと
導かれる。センサの最上部には干渉物質除去膜（４）が
具備され、ブドウ糖以外の巨大固形成分、例えば、タン
パク（尿の場合はアルブミンが主成分）などが除去され
る。これより、複合膜（２）へ侵入可能な成分は比較的
低分子の尿成分に限定される。しかしながら、本発明で
は、電極をろ過する前の検体と接することにより、検体
の陰イオン性物質のみならず、酵素反応により生成され
る酸素等の副生成物も正極方向へ誘導し、検体採取口
（５）を介して簡単に大気中へ放出することができる。
検体中のブドウ糖を分解する酵素、グルコースオキシダ
ーゼ（１）は複合膜（２）に直接吸着させた。複合膜と
酵素の結合は物理がなされている。複合膜（２）表面に
吸着したグルコースオキシダーゼは上記結合をしている
と考えられるため、決して、層構造を取らず、ポーラス
な構造をなしているものである。また、干渉物質除去膜
（４）は複合膜（２）に吸着した、グルコースオキシダ
ーゼ（１）を保持する役割を有し、その徐放性に大きく
関与するものである。さらに、その外層のベース（３）
はバイオセンサのこの構造を保持するためには不可欠で
ある。このような構成をしたバイオセンサは１回限りの
使い捨てではなく、繰り返し計測することが可能とな
る。

【００４１】一方、１回限りの使い捨てタイプのバイオ
センサは臨床検査の中でも、患者の血液中のブドウ糖濃
度を計測したり、醸造工業における発酵過程のチェック
のような、汚染を極力避けなければならない分野、ま
た、数をこなさなければならない分野において、使い捨
て計測による効果がある。

【００４２】図２は従来のバイオセンサについて記載し
たものである。グルコースオキシダーゼにより分解され
た副生成物がバイオセンサ最下層の正極（２２）に誘導
され、電極表面に発泡体が形成されだすと水素イオンの
伝達障害が起こり、電流値の低下が起こる。この現象を
解決するには逆電流をかけて、正極近傍に付着した発泡
体を強制的に脱離させなければならない。この過程が必
要なバイオセンサは連続測定ができないという課題があ
る。この課題を解決したのが、本発明である。

【００４３】ここからは本発明内容について実施例とと
もに具体的に説明する。まず、電極が直接尿と接触する
ことによる効果について述べる。

【００４４】（実施例１）バイオセンサにおいて、電極
が尿と直接接触する場合に電極から発生する酸素量と、
電極が尿と直接接触しない場合における酸素発生量を、
溶存酸素計を用い計測した。計測温度は３４℃、バイオ
センサに滴下したブドウ糖濃度は５００mg/dlである。
（表１）にはその結果をしめした。溶存酸素濃度はppm
オーダーで示した。

【００４５】

【表１】

【００４６】結果からわかるように、発泡現象により溶
液中に溶けた酸素量は、電極と尿が直接接触するほど、
多くなっている。つまり、原尿と接触する正の電極が大
気に接触する構造をとると、原尿中にある、負に帯電し
た物質が正極近傍に引き寄せられ、そこから簡単に大気
中に放出される。

【００４７】では、次に酵素としてグルコースオキシダ
ーゼを選択した理由、ならびに、原尿と接触する電極は
正極となることについて説明する。ブドウ糖を分解する
酵素はグルコースオキシダーゼ、グルコースデヒドロゲ
ナーゼ等が知られている。グルコースオキシダーゼはブ
ドウ糖を分解すると、グルコン酸と過酸化水素に分解さ
れる。この場合、過酸化水素が溶液中にすぐに、負に帯
電したイオンとなる。これが正極（２２）に引き寄せら
れるのである。したがって、原尿と接触する電極は正
極、反応に用いる酵素は酸化分解酵素、グルコースオキ
シダーゼという組み合わせは１対をなすものである。グ
ルコースデヒドロゲナーゼを用いると水素イオンが産生
されるため、原尿と接触する電極、すなわち、大気に接
している電極は負極となる。電極の正負を入れ替え、酵
素を酸化酵素から脱水素酵素に変換することは容易に想
定できるものである。

【００４８】では次に、酵素反応における電荷の計測に
ついて述べる。日本特許第２９４０００７号公報、およ
び日本特許第２９４３７００号公報によると、電荷の伝
達にはイオン交換膜を使用している。本発明では複合膜
（２）における電子伝達に関与するものとして、水素イ
オンにその役割をになわした。

【００４９】（実施例２）図１に示したセンサを計測に
使用した。計測に用いたブドウ糖は５０mg/dlから５０
０mg/dlの濃度になるようにリン酸緩衝生理食塩水に溶
かした。測定は電流を抵抗に通じて電圧として表示し
た。その結果を表２に示す。表２からわかるように、酵
素、すなわち、グルコースオキシダーゼを封じていない
センサではリン酸緩衝生理食塩水のみを計測、さらに５
００mg/dlのブドウ糖のみを計測しても電圧値の増加は
認められなかった。また、酵素を封じても、リン酸緩衝
生理食塩水では電圧値は認められなかった。ところが、
酵素を封じたものは電圧値の増加が認められ、濃度勾配
と直線性の関係があった。この結果から、複合膜は電荷
の移動をつかさどるものである。なお、測定に使用した
酵素は天野製薬製製グルコースオキシダーゼ（３２００
００ユニット）である。

【００５０】実施例２の条件において、コントロール尿
（バイオラッド製）にブドウ糖５００mg/dlになるよう
に調製したものについても、同様に電圧値を計測したと
ころ、ブドウ糖が入っていないと考えられるコントロー
ル尿では電圧が計測されなかったが、ブドウ糖を添加し
たものでは、実施例２に示したリン酸緩衝生理食塩水に
ブドウ糖５００mg/dlとなるように調製したものを計測
した時の数値と、ほぼ同様の数値を計測した。

【００５１】

【表２】

【００５２】（実施例３）図３をもとに複合膜の組成に
ついて述べる。ポリアクリルアミドをゲルとして４フッ
化エチレンシートに重層していくのか、あるいは４フッ
化エチレンシートの細孔にポリアクリルアミドを封入し
て水素イオンの授受に関与する細孔に電解質を充満させ
て水素イオンの移動をやりやくすするかである。この課
題は、細孔が水素イオン伝播の源であること、製造にお
いて重層する技術はコスト高になることから、４フッ化
エチレンシートの細孔にポリアクリルアミドを含浸させ
ることとした。

【００５３】４フッ化エチレンシートの表裏には細孔が
ある。その細孔を介して水素イオンが伝授され、その結
果電流が流れる。水素イオン１個が細孔を通過すること
を考えると、その移動距離は１０^-8μmのイオンが４０
μmの幅を移動することとなり、莫大な距離を進むこと
となる。そこで、細孔に電解質を封入すると、酵素反応
におり生じた水素イオンが、それ自身で莫大な距離を移
動する必要がなくなり、酵素反応により生成した水素イ
オンが、その近傍の電解質と反応し、水素イオンが電解
質を伝播していくこととなり、水素イオン１個の労力は
少なくなる。また、４フッ化エチレンシートの細孔は鍾
乳洞様の構造をとるため、電解質を多く封入できる特長
がある。

【００５４】次にポリアクリルアミドの重合度について
述べる。ポリアクリルアミドは網目状構造をとる。その
網目の大きさを決めるのが重合度である。重合度が高く
なると排斥分子量が小さくなり、分子量が小さいものが
ポリアクリルアミド内部に侵入することができにくくな
る。本発明における反応系に必要なものはブドウ糖であ
り、その他のものはできるだけ排斥したい。以上の理由
から、重合度を４倍重合相当にした。

【００５５】今度は、ポリアクリルアミドの重合方法に
ついて述べる。重合手段はテトラメトキシエチレンアミ
ドを重合開始剤とする方法、加熱による方法、紫外線照
射による方法がある。薬品を用いる手段では穏和な反応
は期待できず、数分で重合が完了するため、４フッ化エ
チレンシートの細孔内にポリアクリルアミドが封入され
ても、４フッ化エチレンシートとともに薄膜を形成する
ことができない。紫外線照射は紫外線ランプとともに防
御装置も必要とするため、なるべく使いたくない。そこ
で、加温による重合を洗濯した。重合開始前の、アクリ
ルアミドとビスアクリルアミドが溶解した液体に４フッ
化エチレンシートを含浸すると、細孔へ液体が毛細管現
象で取り込まれる。それを加温により重合させた。重合
温度は３０℃から７０℃位とし、穏和な条件で重合する
と、４フッ化エチレンシートの細孔にむらなく重合する
ことができる。

【００５６】以上をもとに、本構成の電極で電流が流れ
るかどうかについて述べる。図１に示した電極構造にお
いて複合膜（２）の代わりに、４フッ化エチレンシート
および塩化ビニルシートを用いた。その電極において、
ブドウ糖のブドウ糖酸化酵素における反応電流を計測し
た。そのときの結果を表３に示す。なお、印可電圧は
０．１Ｖとし、ブドウ糖非添加時の電流値はすべて０Ａ
となるように設定した計測機器を用いて測定をおこなっ
た。測定に用いたブドウ糖は１００mg/dlとし、リン酸
緩衝生理食塩水に溶解したものを用いた。４フッ化エチ
レンシートでは数値が認められ、塩化ビニルでは数値の
検出は認められなかった。４フッ化エチレンシートとポ
リアクリルアミドの複合膜としたものでは、電流値がさ
らに１桁高くなっている。この結果から、細孔のあるシ
ート材料は電流を流す能力がある。さらに、電解質を多
量に含むゲルを用い、細孔の封入を行うとさらに、電流
が流れやすくなった。

【００５７】

【表３】

【００５８】本発明では細孔のあるフィルム状のもので
あれば電流が流れる。さらに、細孔に電解質を封入する
ことにより何でも電荷の移動に関与する材料にあるが、
使用環境によりその選び方がことなる。例えば、尿中の
ブドウ糖濃度を計測する場合には、以下のようなことを
考慮する必要がある。尿中には種々の酵素がある。例え
ば、ジアスターゼ、セルラーゼ等である。細孔かあり、
膜構造を有するものに硝酸セルロースフィルタがある。
セルロースフィルタはセルラーゼにより分解されるた
め、複数回繰り返し使用するセンサでは硝酸セルロース
フィルタは使用できない。

【００５９】

【発明の効果】請求項１にかかる発明は、電極、酵素を
吸着した親水性膜、干渉物質除去膜からなるセンサにお
いて電極の一方は直接尿と接触することにより、尿中の
干渉物質を除去し、酵素の定量精度を増加したセンサの
しくみを提供するものである。

【００６０】請求項２にかかる発明は、本発明に用いる
センサの酵素をグルコースオキシダーゼとすることによ
り、該酵素により生成される酸化物をも除去できるしく
みを提供するものである。

【００６１】請求項３にかかる説明は、親水性膜を複合
膜にすることにより、電流の流れが向上した膜材料を提
供するものである。

【００６２】請求項４にかかる説明は、複合膜は細孔を
有する膜構造のものと電荷移動に関する材料から構成す
ることにより、酵素反応により発生した水素イオンが細
孔内を長距離移動するのではなく、近傍の電解質にチャ
ージを伝達し、電解質内を次々に伝播するために、酵素
反応により生成した水素イオンが、それ自身で長距離を
移動しない、電流の伝播に適した複合膜構成をとる材料
を提供するものである。

【００６３】請求項５にかかる説明は、複合膜は４フッ
化エチレンシートとポリアクリルアミドとすることによ
り、シートに細孔があり、電解質を多く含んだ水素イオ
ン受容体を提供するものである。

【００６４】請求項６にかかる説明は、４フッ化エチレ
ンシートが効率よく電解質を含浸できる手段を提供する
ものである。

【００６５】請求項７にかかる説明は、ポリアクリルア
ミドの重合度を上げることにより、排斥分子量が低分子
化し、反応に不必要な物質が反応系内に侵入することを
抑制する効果を持ったセンサ材料を提供するものであ
る。

【００６６】請求項８にかかる説明は、４フッ化エチレ
ンシートにおけるアクリルアミドの重合について説明す
るものである。加温することにより、穏和な重合が期待
でき、シートの細孔にむらなくポリアクリルアミドを生
成することができる。

【００６７】請求項９にかかる発明は、本発明に用いる
センサの尿と直接接触する電極は正極とすることによ
り、グルコースオキシダーゼが生成する酸素イオン等、
負に帯電した酵素反応生成物を効果的に正極に誘導する
ことが可能となる。さらに、直接、尿に接する部位に電
極を配置しているため、誘導された生成物は簡単に大気
中に放出できる。この効果により電極に強制的に逆電荷
をかける必要性が生じなくなる。

【００６８】請求項１０にかかる発明は、負極は酵素を
吸着した複合膜に接触することにより酵素反応において
発生した電荷の移動を効果的に行う機能を持たせるもの
である。

【００６９】請求項１１にかかる発明は、その適用範囲
について記載した。ブドウ糖濃度測定は、血糖、尿糖、
果物が著名であるが、骨髄液のブドウ糖濃度計測は髄膜
炎を起こしたかどうかを判断するには欠かせないもので
ある。小さな測定器とした本バイオセンサを骨髄液を採
取する現場にもっていき、それにより結果を知ると、治
療現場ですぐに次の手が打て、生命が助かる確率が向上
するのである。本発明では、この目的に則した器具を提
供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例におけるバイオセンサの構成図

【図２】従来のバイオセンサの構成図

【図３】本発明の実施例における複合膜の断面図

【符号の説明】

１酵素２複合膜２１負電極２２正電極３ａベース３ｂベース３ｃベース４干渉物質除去膜５検体採取口６グルコースオキシダーゼ層７イオン交換膜８フッ化エチレンシート９ポリアクリルアミド

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｃ１２Ｎ 11/08 Ｇ０１Ｎ 27/30 ３５３Ｊ３５３Ｂ 27/46 ３３８Ｆターム(参考） 2G045 AA13 AA16 AA25 CA25 CA26 CB03 CB20 CB30 DA31 FB01 FB05 HA09 HA14 4B029 AA07 BB16 FA12 4B033 NA01 NA24 NB34 NB36 NB70 ND05 4B063 QA01 QA19 QQ03 QQ16 QQ68 QR03 QR84 QS20 QS28 QS39 QX04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定時に通電する電極と、酵素を吸着さ
せた親水性膜を備え、前記電極は直接測定溶液と接触す
るバイオセンサ。
【請求項２】酵素はグルコースオキシダーゼであるこ
とを特徴とする請求項１記載のバイオセンサ。
【請求項３】親水性膜は複合膜構造であることを特徴
とする請求項１記載のバイオセンサ。
【請求項４】複合膜は細孔を有する膜構造をとるもの
と、電荷の移動が可能な材料から構成されていることを
特徴とする請求項３記載のバイオセンサ。
【請求項５】複合膜は４フッ化エチレンシートとポリ
アクリルアミドから構成されていることを特長とする請
求項３記載のバイオセンサ。
【請求項６】複合膜は４フッ化エチレンシートにポリ
アクリルアミドを含浸させたことを特徴とする請求項３
記載のバイオセンサ。
【請求項７】４フッ化エチレンシートに含浸させるポ
リアクリルアミドはアクリルアミドとビスアクリルアミ
ドの構成比を８．６７対１とすることを特徴とする請求
項３記載のバイオセンサ。
【請求項８】ポリアクリルアミドはアクリルアミドと
ビスアクリルアミドを加温させることにより生成するこ
とを特徴とする請求項７記載のバイオセンサ。
【請求項９】検体と接触する電極は正極であることを
特徴とする請求項１または２記載のバイオセンサ。
【請求項１０】負極は複合膜と接触することを特徴と
する請求項１、または２記載のバイオセンサ。
【請求項１１】血糖値、尿糖値、骨髄液のブドウ糖濃
度、果物のブドウ糖濃度のいずれかを計測することを特
徴とする請求項１から１０項のいずれか１項記載のバイ
オセンサ。