JP2002162375A - Biosensor - Google Patents

Biosensor

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JP2002162375A
JP2002162375A JP2000357268A JP2000357268A JP2002162375A JP 2002162375 A JP2002162375 A JP 2002162375A JP 2000357268 A JP2000357268 A JP 2000357268A JP 2000357268 A JP2000357268 A JP 2000357268A JP 2002162375 A JP2002162375 A JP 2002162375A
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寿明 宮地
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康之 貫名
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that conventional biosensors cannot measure high levels of glucose nor achieve continuous measurement. SOLUTION: This biosensor is provided with a proton transmitter comprising a charge transfer element 1, a test article supply port 7, an oxygen supply port 8 and an enzyme 2, allowing a positive electrode 3 to measure highest glucose density level in no danger of insufficient oxygen supply on its oxygen- reactive surface when the positive electrode 3 is directly contact with a test article. Additionally since any blister generated on the positive electrode 3 may easily be discharged in the air, this biosensor allows continuous measurement without deterioration of charge transfer capability.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はグルコース濃度を計
測するバイオセンサに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a biosensor for measuring a glucose concentration.

【0002】[0002]

【従来の技術】グルコース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(以下グルコースと
記載)濃度計測については以下に述べる特徴がある。
2. Description of the Related Art Measurement of glucose concentration is used not only in the medical field but also in various fields such as the agricultural field and the brewing field. In particular, the measurement of glucose (hereinafter referred to as glucose) concentration in human urine has the following characteristics.

【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。
[0003] Urine is an important source of information on the health of individuals, and various functional disorders can be examined by quantitative analysis of urine components. As a means for responding to this need, there is a urine test paper used in health examinations and medical institutions. Urine test paper detects the discharge of sugar, protein, urobilinogen, occult blood, and the like into urine by a chemical reaction, and indicates the change in the color tone of the test paper. Test strips have the advantage that they are simple and can be used by anyone, but they are qualitative or semi-quantitative and have problems from the viewpoint of quantitative analysis.

【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。
Therefore, as a means for quickly and easily quantifying a specific component of urine, measurement using a biosensor that links an enzyme reaction to an electrode reaction has been performed.

【0005】図4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。被検物供給口7から進入した尿
は、干渉物質除去膜13を通ってグルコースオキシダー
ゼ層2に達する。グルコースオキシダーゼ層2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
イオンは直流電圧を印加すると複合膜11を流れて、電
荷の移動が起こるものである。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。
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the configuration and operation of a conventional biosensor. Urine that has entered from the specimen supply port 7 reaches the glucose oxidase layer 2 through the interfering substance removing film 13. The glucose oxidase layer 2 has glucose oxidase, and decomposes glucose in urine into gluconic acid and hydrogen peroxide. This hydrogen peroxide is
Furthermore, it is decomposed into hydroxyl ions and hydrogen ions. The hydrogen ions flow through the composite membrane 11 when a DC voltage is applied, and charge transfer occurs. The magnitude of this current depends on the amount of glucose contained in urine. Therefore, the amount of glucose in the urine of the subject is determined from the magnitude of the current. (Formula 1) shows this reaction.

【0006】[0006]

【化1】 Embedded image

【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電極間を伝達され、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。
That is, electrons generated by the decomposition reaction of hydrogen peroxide shown in (Chemical Formula 1) are transmitted between the electrodes, and a current flows between the electrodes. A resistor is disposed in a circuit in which this current flows, and the voltage flowing across the resistor is measured to measure the current flowing, and this current is converted into the concentration of a specific substance.

【0008】[0008]

【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、測定範囲がグルコース濃度500mg/dlまでの
計測にとどまること、さらに、連続測定ができないとい
う課題を有している。すなわち、干渉物質除去膜は以下
の効果がある。空中の酸素を尿中に供給することおよび
反応層におけるブドウ糖の侵入を制限することである。
しかしながら、この反応系においては以下の課題がある
(図5参照)。干渉物質除去膜を介して酸素が尿中に溶
解するため、酸素の溶解速度が反応律速となる。
The above-mentioned conventional biosensor has a problem that the measurement range is limited to the measurement of glucose concentration up to 500 mg / dl, and furthermore, the continuous measurement cannot be performed. That is, the interference substance removing film has the following effects. It is to supply oxygen in the air to the urine and to limit glucose entry into the reaction layer.
However, this reaction system has the following problems (see FIG. 5). Oxygen dissolves in the urine through the interfering substance removing film, so that the dissolution rate of oxygen becomes the reaction rate-limiting.

【0009】したがって、ブドウ糖濃度500mg/dlを
超えた濃度が反応系に侵入すると、グルコース濃度とそ
の出力値、電流をグルコース濃度に換算したもの、の比
例関係が成立しない。さらに以下に記載する課題があ
る。酵素反応により発生した電極活物質、一般的に過酸
化水素であることが多い、が電極の正極、および負極表
面に付着して、電極活物質と電極が導通するのを妨げる
ものである。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
秒間の逆電荷導通時間さらに電極表面をリフレッシュ時
間が必要となる。
Therefore, when a glucose concentration exceeding 500 mg / dl enters the reaction system, the proportional relationship between the glucose concentration, its output value, and the current converted to the glucose concentration is not established. There are also the following issues. An electrode active material generated by an enzymatic reaction, generally hydrogen peroxide, often adheres to the positive electrode and negative electrode surfaces of the electrode and prevents conduction between the electrode active material and the electrode. There is also a method of refreshing by applying a reverse charge between the positive electrode and the negative electrode of the electrode.
A second reverse charge conduction time and a refresh time for the electrode surface are required.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、酵素反応によ
り発生する電極活物質の濃度を計測するバイオセンサに
おいて、酵素と、被検物を供給する被検物供給部と、酸
素を供給する酸素供給部ならびに検出部からなり、酸素
は被検物に溶解するとともに、大気から直接的に供給さ
れる構造をとるものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a biosensor for measuring the concentration of an electrode active material generated by an enzymatic reaction, which supplies an enzyme, a specimen supply section for supplying a specimen, and oxygen. It has an oxygen supply section and a detection section, and has a structure in which oxygen is dissolved in a test object and is directly supplied from the atmosphere.

【0011】さらに、検出部は電極活物質を移動させる
ことができる電荷移動層とそれと導通下電極からなり、
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、電極活物質が簡単に大
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。
Further, the detecting section comprises a charge transfer layer capable of moving the electrode active material, and a lower electrode which is electrically connected to the charge transfer layer.
One of the electrodes is brought into direct contact with the test liquid, that is, opened to the atmosphere, so that the electrode active material can be easily released into the atmosphere without deteriorating the charge transfer ability.
The biosensor is capable of continuous measurement. The biosensor having this configuration can be provided with features that are easy to use and can be processed easily.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載した発明
は酵素と、前記酸化分解酵素に被検物を供給する被検物
供給部と、前記酸化分解酵素に酸素を供給する酸素供給
部ならびに電極活物質の量を検出する検出部を具備した
バイオセンサとすると、酵素と被分解物およびその分解
に必要な酸素が飽和濃度供給され、高濃度の被分解物も
計測できることができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The invention according to claim 1 of the present invention provides an enzyme, an analyte supply unit for supplying an analyte to the oxidative enzyme, and an oxygen supply for supplying oxygen to the oxidative enzyme. If the biosensor is provided with a sensor and a detection unit for detecting the amount of the electrode active material, the enzyme, the decomposed substance, and oxygen necessary for the decomposition thereof are supplied at a saturated concentration, and the high-concentration decomposed substance can be measured.

【0013】本発明の請求項2に記載した発明は検出部
の構成を電極と前記電極活物質が反応するイオンを移動
させる電荷移動体からなるバイオセンサとすると、被分
解物が分解され発生する電極活物質の濃度をイオンの移
動としてとらえ、電極に電流が流れる。
In the invention according to claim 2 of the present invention, when the configuration of the detection unit is a biosensor comprising an electrode and a charge transfer body that moves ions reacting with the electrode active material, the decomposition target is decomposed and generated. A current flows through the electrode, assuming the concentration of the electrode active material as the movement of ions.

【0014】本発明の請求項3に記載した発明は電荷移
動体を酸素供給部に導通させ、酸素供給部側の電荷移動
体の酸素供給部に酸化分解酵素を固定した構成のバイオ
センサとすると、被分解物と酵素の反応部位が起こる固
層、被検物の液層、酸素供給部の気層と3層界面で反応
がおこり、酵素の反応律速となる酸素供給障害が起こら
ない。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a biosensor having a configuration in which a charge transfer body is connected to an oxygen supply unit and an oxidative enzyme is fixed to the oxygen supply unit of the charge transfer unit on the oxygen supply side. The reaction occurs at the interface between the solid layer where the reaction site of the decomposition product and the enzyme occurs, the liquid layer of the test object, and the gas layer of the oxygen supply section, and the oxygen supply failure which is the rate-limiting reaction of the enzyme does not occur.

【0015】本発明の請求項4に記載した発明は電荷移
動体の構成を複合膜とるバイオセンサとすると電極活物
質の導通と、被検物の透過制限の役割をこなすことがで
きる。
According to the invention described in claim 4 of the present invention, if the configuration of the charge transfer body is a biosensor having a composite film, it can play the role of conducting the electrode active material and restricting the transmission of the test object.

【0016】本発明の請求項5に記載した発明は複合膜
の構成を示した。すなわち、細孔を有する膜は、被検物
中の被分解物が酵素と反応するために、3層界面に侵入
する総量を制限する効果、被検物中の被分解物以外の物
質が反応系に侵入できにくい構造とする効果、膜を介し
て酸素が被検物に溶け込んでいく効果がある。しかしな
から、この膜は電荷を移動する能力に劣るため電荷の移
動が可能な材料を有する複合膜構造のバイオセンサとし
ている。
The invention described in claim 5 of the present invention has shown the structure of the composite membrane. In other words, the membrane having pores has the effect of limiting the total amount entering the three-layer interface because the decomposed substance in the specimen reacts with the enzyme, and the substance other than the decomposed substance in the specimen reacts. This has the effect of making the structure difficult to penetrate into the system, and the effect of dissolving oxygen into the test object through the film. However, since this film is inferior in the ability to transfer electric charges, the biosensor has a composite film structure including a material capable of transferring electric charges.

【0017】本発明の請求項6に記載した発明は細孔を
有する膜構造をとるものにおいて、細孔加工のあるポリ
カーボネートフィルムであるバイオセンサとすると、膜
の表から裏へ真っ直ぐ貫通した細孔を確保でき、短い距
離で導通する。被検物に混在している膜を分解する酵素
による膜劣化作用を考えなくてもよくなる。さらに、膜
厚の薄い材料を入手することが可能となり、導通距離の
短縮化に役立つ。
The invention according to claim 6 of the present invention has a membrane structure having pores. If the biosensor is a polycarbonate film having pores, the pores penetrate straight from the front to the back of the membrane. Can be ensured, and conduction is achieved over a short distance. It is not necessary to consider the film degradation effect by the enzyme that decomposes the film mixed in the test object. Further, it is possible to obtain a material having a small thickness, which is useful for shortening the conduction distance.

【0018】本発明の請求項7に記載した発明は細孔加
工のあるポリカーボネートフィルムに電荷の移動が可能
なポリアクリルアミドとの複合膜構造であるバイオセン
サとしている。ポリアクリルアミドはアクリルアミド、
ビスアクリルアミドと過硫酸アンモニウムを重合した材
料である。アクリルアミドとビスアクリルアミドが溶解
した液体にポリカーボネートフィルムを含浸後、加熱重
合する事などにより、イオンが豊富なゲル状物質がポリ
カーボネートフィルムの細孔に充填される。このポリア
クリルアミドが電極活物質の導通に関与するものであ
る。
The invention described in claim 7 of the present invention is a biosensor having a composite film structure of polyacrylamide capable of transferring electric charges to a polycarbonate film having pores. Polyacrylamide is acrylamide,
It is a material obtained by polymerizing bisacrylamide and ammonium persulfate. After the polycarbonate film is impregnated with a liquid in which acrylamide and bisacrylamide are dissolved, heat-polymerization or the like fills the pores of the polycarbonate film with the ion-rich gel-like substance. This polyacrylamide participates in conduction of the electrode active material.

【0019】請求項8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、グルコー
スの分子量は約100である。グルコース以外の成分は
たんぱくやビタミン等種々のものがあるが、そのほとん
どすべてがグルコースより高分子である。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。
The invention described in claim 8 relates to the degree of crosslinking of polyacrylamide. Polyacrylamide is a gel material commonly used for electrophoresis of proteins in the field of biochemistry. Proteins migrate through the polyacrylamide network. The degree of crosslinking determines the size of the network of the network structure. When the degree of cross-linking is increased, the network structure becomes smaller, and when the degree of cross-linking is lowered, the network structure becomes larger. That is, a faint net or a fine net can be formed depending on the degree of crosslinking. Explaining the reason for making the network structure fine in the present invention, the molecular weight of glucose is about 100. There are various components other than glucose, such as proteins and vitamins, but almost all of them are higher molecules than glucose. There are even thousands of proteins with high molecular weight. In other words, it has a smaller molecular weight that must be rejected as compared with those used at the biochemical research level. For the above reasons, the degree of polymerization was set to four times. Incidentally, the polymerization degree of polyacrylamide is limited to a tetraploid.

【0020】本発明の請求項9に記載した発明は被検物
供給部と酸素供給部の大きさは同じかあるいは酸素供給
口のほうが大きいことによる酸素供給量を増加させたバ
イオセンサである。酸素供給面積が大きくなると酵素反
応の反応律速が発生する危険性が低減される効果があ
る。本発明は、あくまでも酸素供給口から供給される酸
素量を確保するものであり、反応に必要な酸素量が確保
できればよい。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a biosensor in which the size of the test object supply unit and the size of the oxygen supply unit are the same or the amount of oxygen supply is increased due to the larger oxygen supply port. An increase in the oxygen supply area has the effect of reducing the risk of limiting the reaction of the enzyme reaction. The present invention only secures the amount of oxygen supplied from the oxygen supply port, and it is sufficient that the amount of oxygen necessary for the reaction can be secured.

【0021】本発明の請求項10に記載した発明は酵素
の添加位置について記載したものである。酵素は酸素供
給口の全円に広げないで塗布することにより、酵素が塗
布されていない酸素供給口から反応系にダイレクトに酸
素が供給される。これにより酸素供給口がその役目を十
二分に発揮する効果を持ったバイオセンサを供給するこ
とができる。
[0021] The invention described in claim 10 of the present invention describes an enzyme addition position. By applying the enzyme without spreading it over the entire circle of the oxygen supply port, oxygen is directly supplied to the reaction system from the oxygen supply port where the enzyme is not applied. This makes it possible to supply a biosensor that has the effect that the oxygen supply port fully fulfills its role.

【0022】本発明の請求項11に記載した発明におい
て酵素はグルコースオキシダーゼとしている。酵素反応
において酸素が必要となる酵素はグルコースオキシダー
ゼである。さらに、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。
In the invention according to claim 11 of the present invention, the enzyme is glucose oxidase. An enzyme that requires oxygen in an enzymatic reaction is glucose oxidase. Furthermore, the biosensor can be eliminated even if oxides are generated, and can perform accurate measurement.

【0023】本発明の請求項12に記載した発明は、検
体供給部と導通した電極は正極とすることで、電極活物
質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。
According to the twelfth aspect of the present invention, since the electrode connected to the sample supply unit is a positive electrode, the electrode active material can be easily released into the atmosphere without deteriorating the charge transfer ability. And a biosensor capable of continuous measurement.

【0024】本発明の請求項13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。
According to a thirteenth aspect of the present invention, the negative electrode is configured to be in contact with the composite membrane, and the composite membrane acts as an electron carrier, thereby enabling accurate measurement and continuous measurement. Sensor.

【0025】[0025]

【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(5a〜5d)
とベース(5c〜5d)の上に設けている負電極(4)
と、負電極(4)と導通するように設けている電荷移動
体(1)と、電荷移動体(1)の上に設けている正電極
(3)、その上にベース(5a〜b)がある。電荷移動
体(1)の上下は被検物供給口(7)と酸素供給口
(8)ならびに酵素(2)によって構成されている。
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the biosensor of the present embodiment. The biosensor of this embodiment has a base (5a to 5d).
And a negative electrode (4) provided on a base (5c to 5d)
And a charge transfer body (1) provided to conduct to the negative electrode (4), a positive electrode (3) provided on the charge transfer body (1), and a base (5a-b) thereon. There is. The upper and lower portions of the charge transfer body (1) are constituted by an analyte supply port (7), an oxygen supply port (8), and an enzyme (2).

【0026】前記ベース(5a〜5c)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(5a)とベース(5b)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
験物供給口(7)となっている。また、最下層のベース
(5c)とベース(5d)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酸素を採取する酸素供給
口(8)となっている。
There is no particular limitation on the material of the base (5a to 5c) as long as it has a strength capable of maintaining the structure. In this embodiment, a molded article of polyethylene terephthalate is used. . The base (5a) and the base (5b) in the uppermost layer have an appropriate space, and this space is a test object supply port (7) for sampling the test object. The lowermost base (5c) and the base (5d) have an appropriate interval, and this interval is an oxygen supply port (8) for collecting oxygen.

【0027】前記負極(4)はベース(5c〜5d)上
に設けてあり、正極(3)は電荷移動体(1)上に設
け、ベース(5a〜5b)で押さえられている。また正
極(3)は、負極(4)ともにその一部は大気中に開放
しているものである。
The negative electrode (4) is provided on a base (5c-5d), and the positive electrode (3) is provided on a charge transfer body (1) and is held down by the bases (5a-5b). The positive electrode (3) and the negative electrode (4) are partially open to the atmosphere.

【0028】図2には電荷移動体(1)の模式図を示
す。電荷移動体(1)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
る表から裏へダイレクトに孔が開いた構成となってお
り、その孔にはポリアクリルアミドが含浸されている。
この膜は被験物であるグルコース(9)の選択透過を行
うとともにグルコース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、この膜はすべての酸素を透過することができる。
さらに、電荷移動体(1)は酵素(2)を保持する役割
を有し、その位置は酸素供給口(8)にある。酵素
(2)は酸素供給口(8)の全体に塗布されるのではな
く、電荷移動体(1)上のグルコースと酵素(2)の反
応面に直接、酸素が供給される構成になっている。
FIG. 2 is a schematic view of the charge transfer member (1). The charge transfer body (1) is composed of a membrane film. The membrane film has a configuration in which pores are directly opened from the front to the back having pores with a very small diameter, and the pores are impregnated with polyacrylamide.
This membrane selectively permeates glucose (9), which is a test substance, and has a huge solid component other than glucose, for example,
Urine proteins (mainly albumin) are removed.
This membrane is also permeable to all oxygen.
Further, the charge transporter (1) has a role of holding the enzyme (2), and its position is at the oxygen supply port (8). The enzyme (2) is not applied to the entire oxygen supply port (8), but oxygen is supplied directly to the reaction surface between the glucose on the charge transfer body (1) and the enzyme (2). I have.

【0029】酵素(2)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、本実施例では電荷移動体
(1)に直接吸着させて設けている。従って、電荷移動
体(1)のフリーの炭素原子と酵素(2)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、電荷移動体(1)の表
面に吸着した酵素(2)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。
In this embodiment, glucose oxidase is used as the enzyme (2), and in this embodiment, the enzyme is provided by directly adsorbing the charge transfer body (1). Therefore, the free carbon atom of the charge transfer material (1) and the carbon atom of the enzyme (2) are directly bonded or bonded via an enzyme molecule. For this reason, the enzyme (2) adsorbed on the surface of the charge transfer body (1) never has a layer structure and has a porous structure.

【0030】図3には本発明のバイオセンサの新たな事
例を示した。1対の電極(3、4)を電荷移動体(1)
の上下に設置する方式においても、酵素(2)による電
極活物質の測定ができる。
FIG. 3 shows a new case of the biosensor of the present invention. A pair of electrodes (3, 4) is used as a charge transfer body (1)
The electrode active material can be measured by the enzyme (2) also in a method in which the electrode active material is placed above and below.

【0031】本発明品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。
The operation of the product of the present invention will be described. The test article contains thousands of chemicals. The biosensor of the present embodiment measures the sugar content, which is one of the indices indicating the health information of the human body. The sugar content is measured by representing glucose.

【0032】負電極(4)と正電極(3)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、被験物を被験物供給口(7)に供給する。被
験物供給口(7)に供給された被験物は、電荷移動体
(1)に進入する。図3に示したように、電荷移動体
(1)は、極小径の孔を有する表から裏へのストレート
状の孔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、孔を通してグルコースが反応系にま
た、電荷移動体(1)全体では酸素が通過できる。従っ
て、電荷移動体(1)に進入できる成分は比較的低分子
のものと酸素に限定されるものである。このとき、本実
施例では電荷移動体(1)の上部に酵素(2)を配置し
ている。酵素(2)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。
The test object is supplied to the test object supply port (7) while a DC voltage of about 1 V or less is applied from a DC power supply (not shown) between the negative electrode (4) and the positive electrode (3). The test object supplied to the test object supply port (7) enters the charge transfer body (1). As shown in FIG. 3, the charge transfer body (1) is a straight hole from the front to the back having an extremely small diameter hole, and is a large solid component other than glucose, for example, protein, Albumin as the main component,
Are removed, glucose can pass through the pores to the reaction system, and oxygen can pass through the charge transfer body (1) as a whole. Therefore, the components that can enter the charge transfer body (1) are relatively low molecular weight components and oxygen. At this time, in this embodiment, the enzyme (2) is arranged above the charge transfer body (1). The enzyme (2) selectively reacts only with glucose and does not react with other components.

【0033】こうして、グルコースは、酵素(2)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(2)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(4)と正電極(3)間に直流電圧を印加すると
電荷移動体(1)を流れて、負電極(4)と正電極
(3)の間を流れるものである。
Thus, glucose is decomposed by the enzyme (2). At this time, in this example, glucose oxidase is used as the enzyme (2) as described above. Glucose oxidase decomposes glucose in a test substance into gluconic acid and hydrogen peroxide as described in the conventional example (Chem. 1). This hydrogen peroxide is further decomposed into hydroxyl ions and hydrogen ions. This hydrogen ion is
When a DC voltage is applied between the negative electrode (4) and the positive electrode (3), it flows through the charge transfer body (1) and flows between the negative electrode (4) and the positive electrode (3).

【0034】すなわち、発生した水素イオンが、電荷移
動体(1)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(4)の方に誘導される。こ
うして、正電極(3)と負電極(4)との間に電流が流
れるものである。
That is, the generated hydrogen ions are transmitted into the charge transfer body (1), exchanged with the hydrogen ions in the composite membrane, and the hydrogen ions are guided toward the negative electrode (4). Thus, a current flows between the positive electrode (3) and the negative electrode (4).

【0035】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。
A resistor is arranged in a circuit through which this current flows, and the current flowing is measured by measuring the voltage across the resistor, and this current value is converted into a glucose concentration. The magnitude of this current depends on the amount of glucose contained in the test object. Therefore, the glucose concentration of the test substance is determined from the magnitude of the current.

【0036】なおこのとき、負電極(4)と正電極
(3)との間に印加する直流電圧は、前記したように1
V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。
At this time, the DC voltage applied between the negative electrode (4) and the positive electrode (3) is 1 as described above.
Less than about V is preferred. The reason for this is that when the applied DC voltage increases, the current flowing due to the electrolysis of water in urine does not correspond to the amount of glucose.

【0037】このとき本実施例では、正電極(3)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(3)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。
At this time, in the present embodiment, the positive electrode (3) is provided at a position in direct contact with the test object. For this reason, bubbles attached to the vicinity of the positive electrode (3) generated as a result of the reaction are easily released into the atmosphere. With the bubbles attached to the electrodes, the charge transfer ability is not reduced, and therefore, the sugar content of the test substance can be continuously measured.

【0038】また本実施例によれば、酵素(2)は被検
物供給口(7)と直接接触することがなく、電荷移動体
(1)と酸素供給口(8)に面した部位に塗布されてお
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。
Further, according to the present embodiment, the enzyme (2) does not come into direct contact with the specimen supply port (7), and is placed on the portion facing the charge transfer body (1) and the oxygen supply port (8). The test substance component that has penetrated into the inside is released into the atmosphere because it is applied and sustained release is ensured. For this reason, the biosensor of this embodiment does not have to be disposable each time it is used, but can be used repeatedly.

【0039】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、患者の血液中のグルコー
ス濃度を計測したり、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。
It is to be noted that a one-time-use disposable type biosensor is required to avoid contamination as much as possible in clinical tests, such as measuring glucose concentration in a patient's blood and checking fermentation processes in the brewing industry. Fields that must not be
It is useful in areas where infection must be prevented and numbers must be managed.

【0040】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グルコー
ス濃度を計測するものである。グルコース濃度を計測す
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
によりグルコース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。
The biosensor developed this time measures glucose concentration, which is one of the indices indicating human health information. Means for measuring glucose concentration include those based on chemical reactions and those that measure optical rotation, refractive index, and infrared absorption in addition to the bio-based method using enzymes, but have lower substrate specificity than the bio-based method. The glucose concentration may be calculated to be lower than the actual value due to a negatively acting factor such as being easily affected by other urine components. The enzyme method adopted in the present invention has solved this problem. When glucose oxidase is used, it selectively reacts with glucose only and does not react with other substances.

【0041】グルコース(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、電荷移動体(1)に含浸されたポ
リアクリルアミド部を泳動され、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。
Glucose (glucose) is decomposed by an enzyme (glucose oxidase) and decomposed into gluconic acid and hydrogen peroxide as a by-product. This hydrogen peroxide is decomposed into hydroxyl ions and hydrogen ions. The hydrogen ions serve as an electron carrier, migrate through the polyacrylamide portion impregnated in the charge transfer body (1), and are guided toward the negative electrode of the electrode. At that time, the current flows. If the electron carrier is a gel of an electrolyte having free anions capable of migrating, electrons are transferred even if the electrolyte is not polyacrylamide, and a current flows.

【0042】ポリアクリルアミドの重合と電流の流れ方
およびその耐久性について記載する。基本的にポリアク
リルアミドの重合と電流の流れ方には相関はない。これ
は1倍架橋のもので水素イオンの伝達に必要なイオンが
多寡状態であるため、その相関は得られないほど、多く
イオンが存在している。
The polymerization of polyacrylamide, the flow of electric current and its durability will be described. Basically, there is no correlation between the polymerization of polyacrylamide and the current flow. This is a one-fold cross-link, and the number of ions necessary for the transmission of hydrogen ions is in a large or small state. Therefore, there are so many ions that the correlation cannot be obtained.

【0043】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。ポリカーボネートフィルム
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。
When preparing a polyacrylamide gel for biochemical research, tetramethoxyethylenediamine is used as a polymerization initiator. Since this medicine reacts instantaneously, it is difficult to add the medicine at a proper timing. In addition, there is a risk of uneven contact with the drug. Therefore, in the present invention, a biosensor is formed by means of crosslinking by heating for several minutes to several tens minutes. A polymerization initiator may be used as long as crosslinking can be performed evenly on the polycarbonate film. Further, the polymerization may be performed by ultraviolet irradiation.

【0044】では、図1をもとに本発明の特徴を説明す
る。被検物は被検物供給口(7)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ポリアクリルアミド
ゲルを含浸した多孔性ポリカーボネートからなる電荷移
動体(1)が具備され、孔を通過するものはグルコース
と酸素のみであり、それ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。また、酸素はフィルム全面から反応系内部に侵
入できる。これより、電荷移動体(1)と酵素(2)と
酸素供給口(8)から構成された反応系へ侵入可能な成
分は比較的低分子の尿成分と酸素に限定される。一方、
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、被検
物供給口(7)を介して簡単に大気中へ放出することが
できる。検体中のグルコースを分解する酵素(2)、グ
ルコースオキシダーゼは電荷移動体(1)に直接吸着さ
せた。電荷移動体と酵素の結合は物理がなされている。
電荷移動体(1)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、酵素(2)は電荷移動体(1)と酸素供給口
(8)からなる場所に存在し、酵素(2)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。こ
のような構成のバイオセンサは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。
Next, the features of the present invention will be described with reference to FIG. The specimen is guided into the biosensor from the specimen supply port (7). At the top of the sensor, a charge transfer body (1) made of porous polycarbonate impregnated with polyacrylamide gel is provided, only glucose and oxygen pass through the pores, and other large solid components, for example,
Proteins (mainly albumin in the case of urine) are removed. Further, oxygen can enter the inside of the reaction system from the entire surface of the film. Thus, components that can enter the reaction system constituted by the charge transfer body (1), the enzyme (2), and the oxygen supply port (8) are limited to relatively low-molecular urine components and oxygen. on the other hand,
In the present invention, by contacting the electrode with the sample before filtration, not only the anionic substance of the sample, but also by-products such as oxygen generated by the enzyme reaction are guided toward the positive electrode, and the sample supply port It can be easily released to the atmosphere via (7). The enzyme (2) that degrades glucose in the sample and glucose oxidase were directly adsorbed to the charge transfer material (1). The connection between the charge carrier and the enzyme is made physically.
Glucose oxidase adsorbed on the surface of the charge transfer body (1) is considered to have the above-mentioned bond, and thus does not take a layer structure but has a porous structure. In addition, the enzyme (2) is present at a location composed of the charge transfer body (1) and the oxygen supply port (8), has a role of retaining the enzyme (2), and is greatly involved in its sustained release. . The biosensor having such a configuration is not one-time disposable but can be repeatedly measured.

【0045】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、患者の血液中のグルコース
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。
On the other hand, a one-time use disposable type biosensor must avoid contamination as much as possible in clinical tests, such as measuring glucose concentration in a patient's blood and checking fermentation processes in the brewing industry. In fields and in fields where numbers must be managed, there is an effect of disposable measurement.

【0046】図2は電荷移動体におけるブドウ糖(9)
と酸素(10)の透過について示した模式図である。
FIG. 2 shows glucose (9) in the charge transfer medium.
FIG. 4 is a schematic diagram showing permeation of oxygen and oxygen (10).

【0047】図3は図1で示されたバイオセンサと同等
の効果が発揮できる構成を1対の電極からなるものを示
したものである。
FIG. 3 shows a configuration that can achieve the same effect as that of the biosensor shown in FIG. 1 and that includes a pair of electrodes.

【0048】図4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電極(12)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。
FIG. 4 shows a conventional biosensor. By-products decomposed by glucose oxidase are guided to the electrode (12) in the lowermost layer of the biosensor, and when a foam is formed on the surface of the electrode, transmission of hydrogen ions is hindered, and the current value is reduced. In order to solve this phenomenon, it is necessary to apply a reverse current to forcibly remove the foam attached to the vicinity of the positive electrode. There is a problem that a biosensor that requires this process cannot perform continuous measurement. The present invention has solved this problem.

【0049】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。
Hereinafter, the contents of the present invention will be specifically described with examples.

【0050】(実施例1)(表1)に本発明の特徴と従
来の発明の特徴についてポイントを示した。従来の発明
は図4に記載された構成のバイオセンサを用いた。計測
はグルコースを溶解した人工尿を用い、500mg/dl毎
に濃度を増加した被検体液とした。連続測定回数計測は
自動計測器を用い、上記人工尿にグルコース濃度0、5
00、2000、750、4000、100mg/dlと
し、この順で連続的に計測するサイクルを廻し、そのサ
イクル数から計測回数を求めた。
(Embodiment 1) (Table 1) shows the features of the present invention and the features of the conventional invention. The conventional invention uses the biosensor having the configuration shown in FIG. The measurement was performed using an artificial urine in which glucose was dissolved, and a test liquid having a concentration increased every 500 mg / dl. The number of continuous measurements was measured using an automatic measuring instrument, and glucose concentration of 0, 5,
The cycles were continuously measured in the order of 00, 2000, 750, 4000, and 100 mg / dl, and the number of measurements was determined from the number of cycles.

【0051】[0051]

【表1】 [Table 1]

【0052】(表1)から計測範囲が本発明と従来の発
明について大きくことなる。これは酵素とグルコースが
反応する反応系が従来例は液層と固層であるが、本発明
は液層、気層および固層の3層界面となり、酵素反応に
不可欠の酸素が充分供給されることによる。健康な人を
対象としたバイオセンサではグルコース濃度500mg/d
lまで計測できれば、その変化から体調管理をするには
十分な計測範囲である。一方、糖尿病患者の尿から排泄
されるグルコース濃度を計測するには、十分な計測範囲
であるとはいえない。糖尿病患者尿からグルコース濃度
を計測するには2000mg/dlまで計測する能力が求め
られる。本発明はこのニーズを充分満足するものであ
る。
From Table 1, the measurement range is larger for the present invention and the conventional invention. The reaction system in which the enzyme reacts with glucose is a liquid layer and a solid layer in the conventional example. However, in the present invention, a three-layer interface of the liquid layer, the gas layer, and the solid layer is provided, and oxygen sufficient for the enzyme reaction is sufficiently supplied. It depends. Glucose concentration 500mg / d with biosensor for healthy people
If you can measure up to l, it is a sufficient measurement range to manage the physical condition from the change. On the other hand, the measurement range is not sufficient for measuring the glucose concentration excreted from urine of a diabetic patient. To measure glucose concentration from urine of diabetic patients, the ability to measure up to 2000 mg / dl is required. The present invention satisfies this need.

【0053】(実施例2)実施例2では、反応に付与さ
れる溶存酸素濃度を計測した。本発明品はバイオセンサ
において、電極が尿と直接接触する場合に電極から発生
する酸素量であり、従来品は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2にはその結果を示し
た。溶存酸素濃度はppmオーダーで示す。
Example 2 In Example 2, the concentration of dissolved oxygen applied to the reaction was measured. The product of the present invention is the amount of oxygen generated from an electrode when the electrode is in direct contact with urine in a biosensor, and the amount of oxygen generated when the electrode is not in direct contact with urine is measured using a dissolved oxygen meter in a conventional product. . The measurement temperature was 34 ° C., and the concentration of glucose dropped on the biosensor was 500 mg / dl. Table 2 shows the results. The dissolved oxygen concentration is shown in ppm order.

【0054】[0054]

【表2】 [Table 2]

【0055】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、本発明品のほが多くなってい
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。本発明で使用した酵素、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(3)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。
As can be seen from the results, the amount of oxygen dissolved in the solution due to the foaming phenomenon is larger in the product of the present invention. In other words, if the positive electrode in contact with the raw urine is configured to be in contact with the atmosphere, the negatively charged substance in the raw urine is attracted to the vicinity of the positive electrode, from which it is easily released into the atmosphere. The glucose oxidase used in the present invention is decomposed into gluconic acid and hydrogen peroxide when glucose is decomposed. In this case, the hydrogen peroxide quickly becomes negatively charged ions in the solution. This is drawn to the positive electrode (3). Therefore, the combination of the electrode in contact with the raw urine is the positive electrode, the enzyme used for the reaction is the oxidase, and the combination of glucose oxidase is a pair.

【0056】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、および日本特
許第2943700号によると、電荷の伝達にはポリカ
ーボネートフィルムにポリアクリルアミドを含浸した電
荷移動体(1)を使用している。本発明では電荷移動体
(1)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。
Next, measurement of electric charge in the enzyme reaction will be described. According to Japanese Patent Nos. 2940007 and 2943700, a charge transfer body (1) in which a polycarbonate film is impregnated with polyacrylamide is used for charge transfer. In the present invention, the role of the hydrogen ion has been played as one involved in the electron transfer in the charge transfer body (1).

【0057】(実施例3)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
00mg/dlの濃度になるように人工尿に溶かした。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3に示す。表3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500mg/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、ポリアクリルアミドを含浸し
たポリカーボネートフィルム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(320000ユニット)であ
る。
Example 3 The sensor shown in FIG. 1 was used for measurement. The glucose used for the measurement is from 50mg / dl to 50
It was dissolved in artificial urine to a concentration of 00 mg / dl. The measurement was expressed as voltage by passing the current through a resistor. Table 3 shows the results. As can be seen from Table 3, the enzyme,
The sensor without glucose oxidase only measured phosphate-buffered saline, and even measured only 500 mg / dl glucose, no increase in voltage was observed. Even when the enzyme was sealed, no voltage value was observed in the phosphate buffered saline. However, in the case where the enzyme was sealed, an increase in the voltage value was observed, and there was a relationship between the concentration gradient and the linearity. From these results, the polycarbonate film impregnated with polyacrylamide controls charge transfer. The enzyme used for the measurement was glucose oxidase (320,000 units) manufactured by Amano Pharmaceutical.

【0058】実施例3の条件において、コントロール尿
(バイオラッド製)にグルコース5000mg/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
水にグルコース5000mg/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。
In the same manner as in Example 3, a control urine (manufactured by Bio-Rad) whose glucose was adjusted to 5000 mg / dl was measured for the voltage value. The voltage was not measured in urine, but in the case where glucose was added, the value measured when the glucose buffer was adjusted to 5000 mg / dl in the phosphate buffered saline shown in Example 2 was almost equal to the value. Similar values were measured.

【0059】[0059]

【表3】 [Table 3]

【0060】(実施例4)図3をもとに電荷移動体の組
成について述べる。電荷移動体はポリアクリルアミドを
ゲルとしてポリカーボネートフィルムに重層している。
ポリカーボネートフィルムの細孔および全体がポリアク
リルアミドに胞埋されている。細孔を封入したポリアク
リルアミドは水素イオンの授受に関与する。つまり細孔
に電解質を充満させて電極間において水素イオンのやり
取りをする。この課題は、ポリアクリルアミドをポリカ
ーボネートフィルムに含浸させる手段である。
(Embodiment 4) The composition of the charge transfer member will be described with reference to FIG. The charge transfer body is formed by layering a polyacrylamide gel on a polycarbonate film.
The pores and entirety of the polycarbonate film are buried in polyacrylamide. The polyacrylamide in which the pores are sealed is involved in the transfer of hydrogen ions. In other words, the pores are filled with an electrolyte, and hydrogen ions are exchanged between the electrodes. This problem is a means for impregnating a polyacrylamide into a polycarbonate film.

【0061】ポリカーボネートフィルムには表裏に鉛直
状に細孔がある。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40μm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。
The polycarbonate film has vertical pores on both sides. Hydrogen ions are transmitted through the pores, and as a result, current flows. Considering that one hydrogen ion passes through the pore, the moving distance is such that an ion of 10 −8 μm moves over a width of 40 μm, and travels an enormous distance. Therefore, when the electrolyte is sealed in the pores, the hydrogen ions generated in the enzymatic reaction do not need to travel a huge distance by themselves, and the hydrogen ions generated by the enzymatic reaction react with the electrolyte in the vicinity, The hydrogen ions propagate through the electrolyte, and the labor of one hydrogen ion is reduced.

【0062】また、ポリカーボネートフィルムの細孔が
ないところでも、酸素が通過することにこのフィルムの
特徴がある。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グルコー
スであり、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。
Further, this film is characterized in that oxygen passes even where there are no pores in the polycarbonate film. Polyacrylamide has a network structure.
It is the degree of polymerization that determines the size of the mesh. As the degree of polymerization increases, the rejection molecular weight decreases, and it becomes difficult for those having a low molecular weight to enter the inside of polyacrylamide. What is necessary for the reaction system in the present invention is glucose, and the others should be excluded as much as possible. For the above reasons, the degree of polymerization was set to be equivalent to 4-fold polymerization.

【0063】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、ポリカーボネートフィルムをフィルム状
で保持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
体にポリカーボネートフィルムを含浸すると、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、ポリカーボネートフィルムの細孔にむ
らなく重合することができる。
Next, a method for polymerizing polyacrylamide will be described. The polymerization means includes a method using tetramethoxyethylene amide as a polymerization initiator, a method using heating, and a method using ultraviolet irradiation. A mild reaction cannot be expected by using a chemical, and the polycarbonate film cannot be held in a film form. Ultraviolet irradiation requires a protective device as well as an ultraviolet lamp, so it is not desirable to use it. Therefore, polymerization by heating was washed. When a polycarbonate film is impregnated with a liquid in which acrylamide and bisacrylamide are dissolved before the start of polymerization, the liquid is taken into the pores by capillary action. It was polymerized by heating. When the polymerization temperature is in the range of 30 ° C. to 70 ° C. and the polymerization is carried out under mild conditions, the polymerization can be carried out evenly in the pores of the polycarbonate film.

【0064】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
いて電荷移動体(1)の代わりに、塩化ビニルシートを
用いた。その電極において、グルコースのグルコース酸
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4に示す。なお、印可電圧は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。塩化ビニルでは数値の検出は認められなか
った。ポリカーボネートフィルム単独の電荷移動体とし
たものでは、電流が検出される。しかしながら、ポリカ
ーボネートフィルムの細孔が封入されていないため、酵
素が反応とともに流出し、繰り返し計測ができない。
Based on the above, it will be described whether or not a current flows through the electrode of this configuration. In the electrode structure shown in FIG. 1, a vinyl chloride sheet was used instead of the charge transfer body (1). At the electrode, the reaction current of glucose oxidase was measured. Table 4 shows the results. The measurement was performed using a measuring instrument set so that the applied voltage was 1 V and the current value when glucose was not added was all 0 A. The glucose used for the measurement was 100 mg / dl and used was dissolved in phosphate buffered saline. No numerical value was detected for vinyl chloride. In the case where the charge transfer body is a single polycarbonate film, current is detected. However, since the pores of the polycarbonate film are not sealed, the enzyme flows out along with the reaction, and measurement cannot be repeated.

【0065】本実施例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
中のグルコース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。
In this embodiment, a current flows if the film is a film having pores. Furthermore, any material involved in the transfer of electric charge by enclosing the electrolyte in the pores can be selected depending on the use environment. For example, when measuring the glucose concentration in urine, it is necessary to consider the following. There are various enzymes in urine. For example, diastase, cellulase and the like. There is a cellulose nitrate filter having pores and a membrane structure. Since a cellulose filter is decomposed by cellulase, a cellulose nitrate filter cannot be used for a sensor that is used repeatedly a plurality of times.

【0066】[0066]

【表4】 [Table 4]

【0067】[0067]

【発明の効果】本発明は、酵素と被分解物およびその分
解に必要な酸素が飽和濃度供給され、酵素の定量精度を
増加したセンサのしくみを提供し、瞬時に高濃度のグル
コースを検出することができる。
Industrial Applicability The present invention provides a mechanism of a sensor in which an enzyme, a substance to be decomposed and oxygen required for its decomposition are supplied at a saturated concentration, and the accuracy of enzyme quantification is increased, and a high-concentration glucose is detected instantaneously. be able to.

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

【図1】本発明の実施例におけるバイオセンサの構成図
(1)
FIG. 1 is a configuration diagram of a biosensor according to an embodiment of the present invention (1).

【図2】電荷移動体におけるブドウ糖と酸素の制限透過
を示す模式図
FIG. 2 is a schematic view showing the limited permeation of glucose and oxygen in a charge transfer body.

【図3】本発明の実施例におけるバイオセンサの構成図
(2)
FIG. 3 is a configuration diagram (2) of a biosensor according to an embodiment of the present invention.

【図4】従来のバイオセンサの構成図FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional biosensor.

【図5】従来のバイオセンサの干渉物質除去膜の働きを
示す図
FIG. 5 is a diagram showing the function of an interference substance removing film of a conventional biosensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電荷移動体 2 酵素 3 正極 4 負極 5a〜d ベース 6 シール 7 被検物供給口 8 酸素供給口 9 グルコース 10 酸素 11 干渉物質除去膜 12 電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Charge transfer body 2 Enzyme 3 Positive electrode 4 Negative electrode 5a-d Base 6 Seal 7 Specimen supply port 8 Oxygen supply port 9 Glucose 10 Oxygen 11 Interference substance removal film 12 Electrode

───────────────────────────────────────────────────── 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) G01N 33/66 G01N 27/46 338 Fターム(参考) 2G045 AA16 CB03 DA31 FA34 FB01 FB05 4B029 AA07 BB16 CC05 CC11 FA10 FA12 4B063 QA01 QA05 QA18 QQ67 QR03 QR82 QS26 QS28 QS39 QX05──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G01N 33/66 G01N 27/46 338 F term (Reference) 2G045 AA16 CB03 DA31 FA34 FB01 FB05 4B029 AA07 BB16 CC05 CC11 FA10 FA12 4B063 QA01 QA05 QA18 QQ67 QR03 QR82 QS26 QS28 QS39 QX05

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 酸化分解酵素と、前記酸化分解酵素に被
検物を供給する被検物供給部と、前記酸化分解酵素に酸
素を供給する酸素供給部ならびに電極活物質の量を検出
する検出部を具備したバイオセンサ。
1. An oxidative enzyme, an analyte supply unit for supplying an analyte to the oxidative enzyme, an oxygen supply unit for supplying oxygen to the oxidative enzyme, and detection for detecting an amount of an electrode active material. Biosensor provided with a part.
【請求項2】 検出部は電極と前記電極活物質が反応す
るイオンを移動させる電荷移動体から構成したことを特
徴とする請求項1記載のバイオセンサ。
2. The biosensor according to claim 1, wherein the detection unit comprises an electrode and a charge moving body that moves ions that react with the electrode active material.
【請求項3】 電荷移動体を酸素供給部に導通させ、酸
素供給部側の電荷移動体の酸素供給部に酸化分解酵素を
固定した請求項2記載のバイオセンサ。
3. The biosensor according to claim 2, wherein the charge transfer body is connected to the oxygen supply unit, and the oxidative enzyme is fixed to the oxygen supply unit of the charge transfer unit on the oxygen supply unit side.
【請求項4】 電荷移動体は複合膜であることを特徴と
する請求項1から3いずれか1項記載のバイオセンサ。
4. The biosensor according to claim 1, wherein the charge transfer member is a composite film.
【請求項5】 複合膜は細孔を有する膜構造をとりかつ
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4記載のバイオセンサ。
5. The biosensor according to claim 4, wherein the composite film has a film structure having pores and is made of a material capable of transferring electric charges.
【請求項6】 膜構造をとるものは細孔加工のあるポリ
カーボネートフィルムであることを特徴とする請求項
1、4、5のいずれか1項記載のバイオセンサ。
6. The biosensor according to claim 1, wherein said membrane having a membrane structure is a polycarbonate film having a pore processing.
【請求項7】 電荷の移動が可能な材料はポリアクリル
アミドであることを特徴とする請求項1、4、5、6の
いずれか1項記載のバイオセンサ。
7. The biosensor according to claim 1, wherein the charge transferable material is polyacrylamide.
【請求項8】 ポリアクリルアミドは4倍架橋すること
を特徴とする請求項7記載のバイオセンサ。
8. The biosensor according to claim 7, wherein the polyacrylamide is cross-linked four times.
【請求項9】 被検物供給部と酸素供給部の大きさは酸
素の絶対供給量が確保される大きさであることを特徴と
する請求項1に記載のバイオセンサ。
9. The biosensor according to claim 1, wherein the size of the analyte supply unit and the oxygen supply unit is large enough to ensure an absolute supply amount of oxygen.
【請求項10】 酵素は酸素供給部に設けた供給口の全
円に広げないことを特徴とする請求項1から9のいずれ
か1項記載のバイオセンサ。
10. The biosensor according to claim 1, wherein the enzyme does not spread over the entire circle of the supply port provided in the oxygen supply section.
【請求項11】 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から10項のいずれか1項記
載のバイオセンサ。
11. The biosensor according to claim 1, wherein the enzyme is glucose oxidase.
【請求項12】 検体供給部と導通した電極は正極であ
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。
12. The biosensor according to claim 1, wherein the electrode connected to the sample supply unit is a positive electrode.
【請求項13】 酸素供給部と導通した電極は負極であ
る請求項1から12項のいずれか1項記載のバイオセン
サ。
13. The biosensor according to claim 1, wherein the electrode connected to the oxygen supply unit is a negative electrode.
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