JP2004212393A - Biosensor - Google Patents

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Takahiro Nakaminami
貴裕 中南
Makoto Ikeda
信 池田
Toshihiko Yoshioka
俊彦 吉岡
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a biosensor having a simple structure, capable of quickly, precisely measuring a substrate in a sample liquid, without being affected by AIC (Adsorptive Interfering Compounds) and OIC (Oxidizable Interfering Compounds) contained in the sample liquid. <P>SOLUTION: A first reaction layer is provided in an electrode system, including at least one pair of electrodes, on at least one insulating substrate for supporting the electrode system, and on at least the acting electrode of the electrode system. A second reaction layer includes a first reaction layer, containing an organic compound which contains a functional group that can be bonded or adsorbed to the electrode and a hydrophobic hydrocarbon group; and an amphipatic lipid, that is provided on the first reaction layer and can be bonded or adsorbed to the hydrophobic portion in the first reaction layer. The biosensor has the second reaction layer; and a reagent family that is a reagent family, carried by a two-component film composed of the first and second reaction layers and includes at least a membrane-bonded type pyrroloquinolinequinone-dependent type glucose dehydrogenase and an electron carrier. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

本発明は、試料液中に含まれる基質(測定対象物)の測定を行うためのバイオセンサに関する。特に、本発明は、試料液中に含まれるグルコースの濃度を測定するためのバイオセンサに関する。   The present invention relates to a biosensor for measuring a substrate (a measurement target) contained in a sample solution. In particular, the present invention relates to a biosensor for measuring the concentration of glucose contained in a sample solution.

バイオセンサにより得られる基質濃度等の測定値における測定誤差は、試料液中に含まれる、測定対象物(基質)以外の他の物質の影響によって引き起こされる。   The measurement error in the measured value such as the substrate concentration obtained by the biosensor is caused by the influence of substances other than the measurement object (substrate) contained in the sample liquid.

例えば、血液試料中のグルコース濃度を測定するために、電流検出型の電気化学センサを用いる場合、血液中に含まれるアスコルビン酸(ビタミンC)、尿酸、アセトアミノフェンなどの易酸化性の化学物質が、当該センサの電極(作用極)で電気化学的酸化されることにより発生する電流が、グルコースについての電流に重畳するため、グルコース濃度の測定値に正誤差が生じる。   For example, when a current detection type electrochemical sensor is used to measure the glucose concentration in a blood sample, oxidizable chemical substances such as ascorbic acid (vitamin C), uric acid, and acetaminophen contained in blood. However, since the current generated by electrochemical oxidation at the electrode (working electrode) of the sensor is superimposed on the current for glucose, a positive error occurs in the measured value of the glucose concentration.

これらの化合物の血中濃度は、各個人によって異なり、また同一人物であっても、日々変化するため、生ずる測定誤差を予め推測して補正することは困難である。   The blood concentrations of these compounds vary from person to person, and even from the same person, change daily, so it is difficult to estimate and correct the measurement errors that occur in advance.

このような誤差を生む化学物質は易酸化性阻害物質(Oxidizable Interfering Compounds;以下、OICと略記する)と呼ばれており、当該分野においてこれらによる影響を除去するために様々な方策が試みられている。   Chemical substances that cause such errors are called oxidizable interfering compounds (hereinafter abbreviated as OICs), and various measures have been tried in the art to eliminate the effects of these substances. I have.

そのような方策に1つに、例えば、特許文献1に開示される方法があり、そこでは、作用極および対極以外に、OICを測定するための第三電極をバイオセンサの基板上に設けることによってOICの影響を補正する工夫をしている。   One of such measures is, for example, a method disclosed in Patent Document 1, in which a third electrode for measuring an OIC is provided on a biosensor substrate in addition to a working electrode and a counter electrode. In order to correct the influence of the OIC, a device is devised.

また、OICの影響を除去するための方法としては、OICの作用極への拡散をブロックするための膜を作用極上に設けることによって、OICによる電流を抑制する方法およびバイオセンサも開発されている。そのようなバイオセンサの例としては、例えば、非特許文献1に開示されるポリ(o−フェニレンジアミン)膜を使用したバイオセンサがある。   In addition, as a method for removing the influence of the OIC, a method for suppressing a current caused by the OIC by providing a film on the working electrode to block diffusion of the OIC to the working electrode and a biosensor have been developed. . An example of such a biosensor is, for example, a biosensor using a poly (o-phenylenediamine) film disclosed in Non-Patent Document 1.

一方、血液中に含まれる血球や蛋白などのペプチドは電極表面に吸着し易いため、これらペプチドが電極表面に吸着することによっても電流阻害が引き起こされる。これら吸着性の阻害物質(Adsorptive Interfering Compounds;以下、AICと略記する)がグルコースセンサの電極(作用極)に吸着すると、実効の電極面積が減少し、その結果、グルコースの関与する酸化還元反応に基づく電流が減少し、測定において負誤差が生じる。その電流減少の度合いは、AICの電極表面への吸着の度合いによって変化する。さらに、その吸着の度合いは試料液中のAIC濃度により変化するため、電流の低下の度合いを予測し、生じる誤差を補正することは非常に困難である。   On the other hand, peptides such as blood cells and proteins contained in blood are easily adsorbed on the electrode surface, and therefore, the current is also inhibited by the adsorption of these peptides on the electrode surface. When these adsorptive inhibitory substances (Adsorbive Interfering Compounds; hereinafter abbreviated as AIC) are adsorbed on the electrodes (working electrodes) of the glucose sensor, the effective electrode area is reduced, and as a result, oxidation-reduction reactions involving glucose are reduced. The resulting current is reduced, resulting in a negative error in the measurement. The degree of the current decrease varies depending on the degree of adsorption of the AIC to the electrode surface. Furthermore, since the degree of the adsorption varies depending on the concentration of the AIC in the sample solution, it is very difficult to predict the degree of the decrease in the current and correct the error that occurs.

AICの影響を排除するために種々の方策が試みられている。例えば、血球分離用のろ紙がバイオセンサの電極系上に設けられ、これにより血球などを物理的に効率よく除去する方法が開示されている(例えば、特許文献2参照)。   Various strategies have been attempted to eliminate the effects of AIC. For example, a method is disclosed in which a filter paper for separating blood cells is provided on an electrode system of a biosensor to thereby physically and efficiently remove blood cells and the like (for example, see Patent Document 2).

また、バイオセンサの電極系表面にカルボキシメチルセルロースなどの親水性高分子を塗布することにより、血球や蛋白などのAICの吸着を抑制するということも行われている(例えば、特許文献3参照)。
米国特許第6340428号明細書 米国特許第6033866号明細書 特開平3−202764号公報 Wang,J.ら著、「Enhanced selectivity and sensitivity of first−generation enzyme electrodes based on the coupling of rhodinized carbon paste transducers and permselective poly(o−phenylenediamine) coatings」、Electroanalysis、8巻、1996年、p1127−1130
Further, by applying a hydrophilic polymer such as carboxymethylcellulose to the surface of an electrode system of a biosensor, adsorption of AIC such as blood cells and proteins is also suppressed (for example, see Patent Document 3).
U.S. Pat. No. 6,340,428 U.S. Pat. No. 6,033,866 JP-A-3-202768 Wang, J .; Et al., "Enhanced selectivity and sensitivity of first-generation enzyme electrodes based on the coupling of rhodinized carbon paste transducers and permselective poly (o-phenylenediamine) coatings", Electroanalysis, 8 vol., 1996, p1127-1130

しかしながら、前記従来のバイオセンサでは、OICやAICを含む流体を試料液とすると、作用極における前記OICの酸化の抑制、ならびに前記AICの電極(作用極)表面への吸着の抑制が必ずしも完全ではなく、未だに基質濃度の測定において測定誤差が発生し、試料液中の基質の濃度を実際の濃度より、低くあるいは高く見積もってしまうという課題があった。あるいは、OICの酸化電流の補正、ならびにAICのろ過を行うために、センサの構造が複雑になるといった課題があった。   However, in the conventional biosensor, when a fluid containing OIC or AIC is used as a sample liquid, suppression of oxidation of the OIC at the working electrode and suppression of adsorption of the AIC to the electrode (working electrode) surface are not always perfect. However, there still remains a problem that a measurement error occurs in the measurement of the substrate concentration, and the concentration of the substrate in the sample solution is estimated to be lower or higher than the actual concentration. Alternatively, there is a problem that the structure of the sensor becomes complicated in order to correct the oxidation current of the OIC and to filter the AIC.

本発明は、このような従来技術の課題を解決するものであり、バイオセンサにおける測定誤差を排除し、迅速かつ高精度に試料液中の基質を測定することができる簡易構造のバイオセンサを提供することを目的とする。   The present invention is to solve such a problem of the related art, and provides a biosensor with a simple structure that can eliminate a measurement error in the biosensor and can quickly and accurately measure a substrate in a sample solution. The purpose is to do.

前記従来の課題を解決するために、本発明は、試料中の基質濃度を正確に再現性よく測定するためのバイオセンサを提供し、そのバイオセンサは、少なくとも一対の電極を含む電極系と、前記電極系を支持するための少なくとも1つの絶縁性の基板と、前記電極系の少なくとも作用極上に設けられた第一の反応層と、前記第一の反応層上に設けられた第二の反応層とを備えている。   In order to solve the conventional problems, the present invention provides a biosensor for accurately and reproducibly measuring a substrate concentration in a sample, the biosensor comprising an electrode system including at least a pair of electrodes, At least one insulating substrate for supporting the electrode system, a first reaction layer provided on at least a working electrode of the electrode system, and a second reaction provided on the first reaction layer And layers.

上記バイオセンサにおいて、第一の反応層は、電極に結合または吸着し得る官能基および疎水性の炭化水素基を含む有機化合物を含む。第二の反応層は、第一の反応層の疎水性部分に結合または吸着し得る両親媒性脂質を含む。   In the biosensor, the first reaction layer contains an organic compound containing a functional group capable of binding or adsorbing to the electrode and a hydrophobic hydrocarbon group. The second reaction layer includes an amphipathic lipid that can bind or adsorb to the hydrophobic portion of the first reaction layer.

さらに、本発明のバイオセンサは、第一の反応層および第二の反応層によって構成される二成分膜に担持された試薬系を備えており、この試薬系は、少なくとも膜結合型のピロロキノリンキノン依存型グルコースデヒドロゲナーゼおよび電子伝達体を含んでいることを特徴とする。   Furthermore, the biosensor of the present invention includes a reagent system supported on a two-component membrane constituted by a first reaction layer and a second reaction layer, and the reagent system includes at least a membrane-bound pyrroloquinoline. It contains quinone-dependent glucose dehydrogenase and an electron carrier.

好ましい実施形態では、第一の反応層および第二の反応層は、それぞれ単分子層を形成している。   In a preferred embodiment, the first reaction layer and the second reaction layer each form a monolayer.

好ましい実施形態では、上記有機化合物は、下記一般式(1)、(2)、または(3)で表される化合物である:   In a preferred embodiment, the organic compound is a compound represented by the following general formula (1), (2), or (3):

HS−(CH2n−X (1)
X−(CH2n−S−S−(CH2n−X (2)
S−(CH2n−X (3)
(但し、上記一般式(1)、(2)、および(3)において、nは1〜20の整数、Xはメチル基、ベンジル基、アミノベンジル基、カルボキシベンジル基、またはフェニル基である)。nは5〜15の整数であることがさらに好ましい。
HS- (CH 2) n -X ( 1)
X- (CH 2) n -S- S- (CH 2) n -X (2)
S- (CH 2) n -X ( 3)
(However, in the above general formulas (1), (2), and (3), n is an integer of 1 to 20, and X is a methyl group, a benzyl group, an aminobenzyl group, a carboxybenzyl group, or a phenyl group.) . n is more preferably an integer of 5 to 15.

好ましい実施形態では、上記両親媒性脂質は、L−α−ホスファチジルコリン,β−オレオイル−γ−パルミトイルである。   In a preferred embodiment, the amphiphilic lipid is L-α-phosphatidylcholine, β-oleoyl-γ-palmitoyl.

好ましい実施形態では、上記電子伝達体は1−メトキシ−5−メチルフェナジニウムである。   In a preferred embodiment, the electron carrier is 1-methoxy-5-methylphenazinium.

好ましい実施形態では、上記作用極は、金、白金、またはパラジウムを含有する。   In a preferred embodiment, the working electrode contains gold, platinum, or palladium.

好ましい実施形態では、上記電極系の対極は、金、白金、またはパラジウムのいずれも含有していない。   In a preferred embodiment, the counter electrode of the electrode system does not contain any of gold, platinum, or palladium.

好ましい実施形態では、上記電極系の作用極の表面全体と、対極の表面の一部が上記二成分膜で被覆されている。さらに好ましくは、対極の二成分膜で被覆されていない部分の面積が、作用極の面積よりも大きい。   In a preferred embodiment, the entire surface of the working electrode of the electrode system and a part of the surface of the counter electrode are covered with the two-component film. More preferably, the area of the portion of the counter electrode not covered with the two-component film is larger than the area of the working electrode.

好ましい実施形態では、上記電極系の作用極の表面のみが、二成分膜で被覆されている。   In a preferred embodiment, only the surface of the working electrode of the electrode system is covered with a two-component film.

好ましい実施形態では、上記一対の電極の各々は、上記試料液の供給路をその間に形成するように互いに向き合って配置された2つの絶縁性基板の対向面上にそれぞれ支持されている。   In a preferred embodiment, each of the pair of electrodes is supported on an opposing surface of two insulating substrates disposed so as to face each other so as to form the supply path for the sample liquid therebetween.

好ましい実施形態では、上記試薬系は、pH緩衝剤をさらに含む。   In a preferred embodiment, the reagent system further comprises a pH buffer.

本発明は、さらに別の局面において、バイオセンサの製造方法を提供する。本発明のバイオセンサの製造方法は、絶縁性の基板上に少なくとも一対の電極を含む電極系を形成する工程、前記電極系の少なくとも作用極上に第一の反応層を設ける工程であって、電極に結合または吸着し得る官能基および疎水性の炭化水素基を含む有機化合物を含む溶液を前記作用極に接触させることを含む、工程、前記第一の反応層上に第二の反応層を設ける工程であって、両親媒性脂質を含む溶液を前記第一の反応層に接触させることを含む、工程を包含し、ここで、前記有機化合物を含む溶液および前記両親媒性脂質を含む溶液のうちの少なくとも1つは電子伝達体を含み、前記両親媒性脂質を含む溶液はさらに膜結合型のピロロキノリンキノン依存型グルコースデヒドロゲナーゼを含むことを特徴とする。   The present invention provides, in still another aspect, a method for producing a biosensor. The method for producing a biosensor of the present invention includes a step of forming an electrode system including at least a pair of electrodes on an insulating substrate, and a step of providing a first reaction layer on at least a working electrode of the electrode system. Contacting a solution containing an organic compound containing a functional group and a hydrophobic hydrocarbon group capable of binding or adsorbing to the working electrode, providing a second reaction layer on the first reaction layer. Contacting a solution containing the amphipathic lipid with the first reaction layer, wherein the solution containing the organic compound and the solution containing the amphipathic lipid are mixed. At least one of them contains an electron carrier, and the solution containing the amphipathic lipid further contains a membrane-bound pyrroloquinoline quinone-dependent glucose dehydrogenase.

本発明のバイオセンサの製造方法の好ましい実施形態では、第一の反応層および第二の反応層は、それぞれ単分子層を形成している。   In a preferred embodiment of the method for producing a biosensor of the present invention, the first reaction layer and the second reaction layer each form a monomolecular layer.

さらに好ましい実施形態では、上記有機化合物は、下記一般式(1)、(2)、または(3)で表される化合物である:   In a further preferred embodiment, the organic compound is a compound represented by the following general formula (1), (2), or (3):

HS−(CH2n−X (1)
X−(CH2n−S−S−(CH2n−X (2)
S−(CH2n−X (3)
(但し、上記一般式(1)、(2)、および(3)において、nは1〜20の整数、Xはメチル基、ベンジル基、アミノベンジル基、カルボキシベンジル基、またはフェニル基である)。nは5〜15の整数であることがさらに好ましい。
HS- (CH 2) n -X ( 1)
X- (CH 2) n -S- S- (CH 2) n -X (2)
S- (CH 2) n -X ( 3)
(However, in the above general formulas (1), (2), and (3), n is an integer of 1 to 20, and X is a methyl group, a benzyl group, an aminobenzyl group, a carboxybenzyl group, or a phenyl group.) . n is more preferably an integer of 5 to 15.

本発明のバイオセンサの製造方法の好ましい実施形態では、上記両親媒性脂質は、L−α−ホスファチジルコリン,β−オレオイル−γ−パルミトイルである。   In a preferred embodiment of the method for producing a biosensor of the present invention, the amphipathic lipid is L-α-phosphatidylcholine, β-oleoyl-γ-palmitoyl.

本発明のバイオセンサの製造方法の好ましい実施形態では、上記電子伝達体は1−メトキシ−5−メチルフェナジニウムである。   In a preferred embodiment of the method for producing a biosensor according to the present invention, the electron carrier is 1-methoxy-5-methylphenazinium.

本発明のバイオセンサの製造方法の好ましい実施形態では、上記作用極は、金、白金、またはパラジウムを含有する。   In a preferred embodiment of the biosensor manufacturing method according to the present invention, the working electrode contains gold, platinum, or palladium.

本発明のバイオセンサの製造方法の好ましい実施形態では、上記電極系の対極は、金、白金、またはパラジウムのいずれも含有していない。   In a preferred embodiment of the biosensor manufacturing method according to the present invention, the counter electrode of the electrode system does not contain any of gold, platinum, and palladium.

本発明のバイオセンサの製造方法の好ましい実施形態では、上記電極系の作用極の表面全体と、対極の表面の一部が上記第一および第二の反応層で被覆されている。さらに好ましくは、対極の上記第一および第二の反応層で被覆されていない部分の面積が、作用極の面積よりも大きい。   In a preferred embodiment of the biosensor manufacturing method of the present invention, the entire surface of the working electrode of the electrode system and a part of the surface of the counter electrode are covered with the first and second reaction layers. More preferably, the area of the portion of the counter electrode that is not covered with the first and second reaction layers is larger than the area of the working electrode.

本発明のバイオセンサの製造方法の好ましい実施形態では、上記電極系の作用極の表面のみが、第一および第二の反応層で被覆されている。   In a preferred embodiment of the method for producing a biosensor of the present invention, only the surface of the working electrode of the electrode system is coated with the first and second reaction layers.

本発明のバイオセンサの製造方法の好ましい実施形態では、上記一対の電極の各々は、上記試料液の供給路をその間に形成するように互いに向き合って配置された2つの絶縁性基板の対向面上にそれぞれ支持されている。   In a preferred embodiment of the method for producing a biosensor of the present invention, each of the pair of electrodes is provided on an opposing surface of two insulating substrates arranged to face each other so as to form the supply path for the sample liquid therebetween. Each is supported.

本発明のバイオセンサの製造方法の好ましい実施形態では、上記有機化合物を含む溶液および上記両親媒性脂質を含む溶液のうちの少なくとも1つは、pH緩衝剤をさらに含む。   In a preferred embodiment of the method for producing a biosensor of the present invention, at least one of the solution containing the organic compound and the solution containing the amphipathic lipid further contains a pH buffer.

本発明は、ピロロキノリンキノン依存型グルコースデヒドロゲナーゼ(以下、PQQ−GDHと略記)が、基体上の電極表面に結合させた硫黄原子を含む有機化合物の膜と、さらにその有機化合物の膜の上に設けられた両親媒性脂質の膜とからなる二成分膜を利用することにより、上記電極表面に安定的に固定化され得ることを本発明者らが見出したことに基づいている。   The present invention provides a film of an organic compound containing a sulfur atom bonded to an electrode surface on a substrate, wherein a pyrroloquinoline quinone-dependent glucose dehydrogenase (hereinafter abbreviated as PQQ-GDH) is formed on the film of the organic compound. The present inventors have found that the use of a two-component membrane composed of the provided amphipathic lipid membrane enables stable immobilization on the electrode surface.

電極表面で起こる酸化還元反応に対するOICの影響および電極表面に吸着するAICの影響を効果的に防止し、且つ、電極との間でグルコースの関与する酸化還元反応のみを選択的に行う手段として、本発明は、電極上に設けられた上記二成分膜とその二成分膜に結合または吸着させた酵素、すなわち、膜結合型のPQQ−GDHを使用する。本発明者らの知る限り、このような二成分膜と膜結合型PQQ−GDHとをグルコースセンサへ適用した例は、本発明以前にはなかった。   As a means for effectively preventing the effect of OIC on the oxidation-reduction reaction occurring on the electrode surface and the effect of AIC adsorbed on the electrode surface, and selectively performing only the oxidation-reduction reaction involving glucose with the electrode, The present invention uses the above two-component membrane provided on an electrode and an enzyme bound or adsorbed to the two-component membrane, that is, a membrane-bound PQQ-GDH. As far as the present inventors know, there was no example of applying such a two-component membrane and membrane-bound PQQ-GDH to a glucose sensor before the present invention.

このように、電極上に形成された二成分膜中にPQQ−GDHが固定化されているバイオセンサ用電極を用い、かつ、適切な電子伝達体をその二成分膜中に合わせて用いることにより、基質であるグルコースに対して高度に選択的な電気化学酸化を可能とする系が実現する。   Thus, by using a biosensor electrode in which PQQ-GDH is immobilized in a two-component film formed on the electrode, and using an appropriate electron carrier in the two-component film, Thus, a system that enables highly selective electrochemical oxidation of glucose as a substrate is realized.

一般に、グルコースの選択的な酸化反応を触媒する酵素は、その反応の様式から、グルコースオキシダーゼ(GOx)、およびグルコースデヒドロゲナーゼ(GDH)に大別される。さらに、GDHには、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD)依存型GDH(NAD−GDH)とPQQ−GDHが存在することが知られている。   In general, enzymes that catalyze the selective oxidation reaction of glucose are roughly classified into glucose oxidase (GOx) and glucose dehydrogenase (GDH) according to the type of the reaction. Furthermore, it is known that GDH includes nicotinamide adenine dinucleotide (NAD) -dependent GDH (NAD-GDH) and PQQ-GDH.

さらに、PQQ−GDHには、従来からそのバイオセンサへの適用が公知であった水溶型PQQ−GDHと、それとは別に、膜結合型のPQQ−GDHが存在することが知られている(例えば、Oubrie et al., The EMBO Journal Vol.18 No.19 pp.5187−5194, 1999、およびMatsushita et. al., Biochemistry 1989,28(15),6276−80を参照のこと)。膜結合型のPQQ−GDHとは、その蛋白質分子の表面に疎水性ドメインを有しており、その疎水性ドメインが、例えば、細胞膜のような脂質二重層の疎水性部分と疎水相互作用により高親和性で結合することで、生体内において生体膜への安定的な固定が実現されているようなPQQ−GDHのことである。一方、GOxおよびNAD−GDHには、このような膜結合型のものは知られておらず、水溶型のみが現在利用可能である。   Furthermore, it is known that PQQ-GDH includes a water-soluble PQQ-GDH, which has been conventionally known to be applied to a biosensor, and a membrane-bound PQQ-GDH. , Oublie et al., The EMBO Journal Vol. 18 No. 19 pp. 5187-5194, 1999, and Matsushita et al., Biochemistry 1989, 28 (15), 6276-80). The membrane-bound PQQ-GDH has a hydrophobic domain on the surface of its protein molecule, and the hydrophobic domain is enhanced by hydrophobic interaction with a hydrophobic portion of a lipid bilayer such as a cell membrane. It is PQQ-GDH in which stable binding to a biological membrane is realized in vivo by binding with affinity. On the other hand, such membrane-bound GOx and NAD-GDH are not known, and only water-soluble types are currently available.

これらの酵素、すなわち、GOx、NAD−GDH、およびPQQ−GDHのうち、本発明における硫黄を含む有機化合物/両親媒性脂質を主成分とする二成分膜への固定には、膜結合型のPQQ−GDHを用いることが最も好適である。なぜなら、膜結合型であれば、上記二成分膜の疎水性部分へ、グルコースの選択的酸化反応を触媒する酵素を安定的に結合または吸着させることができるからである。他方、水溶型では、酵素分子表面に実質的に疎水性ドメインがないため、上記二成分膜の疎水性部分に高親和性で結合させることが困難である。   Among these enzymes, that is, GOx, NAD-GDH, and PQQ-GDH, a membrane-bound type is used for the immobilization to the sulfur-containing organic compound / amphiphilic lipid-based two-component membrane in the present invention. Most preferably, PQQ-GDH is used. This is because, in the case of a membrane-bound type, an enzyme that catalyzes a selective oxidation reaction of glucose can be stably bound or adsorbed to the hydrophobic portion of the two-component membrane. On the other hand, in the case of the water-soluble type, since there is substantially no hydrophobic domain on the surface of the enzyme molecule, it is difficult to bind with high affinity to the hydrophobic portion of the two-component membrane.

本発明は、OICやAICを含む流体を試料液とするバイオセンサにおいて、前記OICが作用極で酸化されることにより発生する測定誤差、ならびに該AICが電極(作用極)表面に吸着することにより発生する測定誤差を排除し、迅速かつ高精度に試料液中の基質を測定することができる簡易な構造のバイオセンサを提供する。   The present invention provides a biosensor in which a fluid containing OIC or AIC is used as a sample liquid, a measurement error generated when the OIC is oxidized at a working electrode, and the AIC adsorbed on an electrode (working electrode) surface. Provided is a biosensor having a simple structure that can eliminate a measurement error that occurs and can quickly and accurately measure a substrate in a sample solution.

本発明のバイオセンサは、OICの作用極での酸化、ならびにAICの電極(または、作用極)表面への吸着を上記二成分膜によって阻止し、なおかつ、使用する酵素と作用極との間の電子伝達を達成することによって、これまでの課題であった基質濃度測定における測定誤差を排除する。特筆すべきことに、本発明は、酸素によるPQQ−GDHからの電子受容は起こらないので、従来のグルコースオキシダーゼを用いたときのようなグルコース酸化に対する溶存酸素の影響もまた発生しないという利点を有する。   The biosensor of the present invention prevents oxidation at the working electrode of the OIC and adsorption of the AIC to the electrode (or working electrode) surface by the two-component membrane, and furthermore, the biosensor between the working enzyme and the working electrode is used. Achieving electron transfer eliminates measurement errors in substrate concentration measurement, which has been an issue so far. Significantly, the present invention has the advantage that since oxygen does not accept electrons from PQQ-GDH, the effect of dissolved oxygen on glucose oxidation as with conventional glucose oxidase also does not occur. .

本発明の一実施の形態におけるバイオセンサは、少なくとも一対の電極を含む電極系と、上記電極系を支持するための少なくとも1つの絶縁性の基板と、上記電極系の少なくとも作用極上に設けられた第一の反応層であって、電極に結合または吸着し得る官能基および疎水性の炭化水素基を含む有機化合物を含む第一の反応層と、上記第一の反応層上に設けられた第二の反応層であって、当該第一の反応層の疎水性部分に結合または吸着し得る両親媒性脂質を含む第二の反応層と、上記第一および第二の反応層によって構成される二成分膜に担持された試薬系であって、少なくとも膜結合型のピロロキノリンキノン依存型グルコースデヒドロゲナーゼおよび電子伝達体を含む試薬系とを備えている。   A biosensor according to one embodiment of the present invention is provided on at least an electrode system including at least a pair of electrodes, at least one insulating substrate for supporting the electrode system, and at least a working electrode of the electrode system. A first reaction layer, a first reaction layer containing a functional group capable of binding or adsorbing to the electrode and an organic compound containing a hydrophobic hydrocarbon group, and a first reaction layer provided on the first reaction layer. A second reaction layer, comprising a second reaction layer containing an amphipathic lipid capable of binding or adsorbing to the hydrophobic portion of the first reaction layer, and the first and second reaction layers A reagent system supported on a two-component membrane, comprising at least a membrane-bound pyrroloquinoline quinone-dependent glucose dehydrogenase and an electron mediator.

以下、図面を参照しながら、本発明について説明する。   Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施の形態に係るバイオセンサにおいて、二成分膜およびそれに内包される試薬系を取り除いた状態の分解斜視図である。基板1上には、作用極2及び対極3が設けられている。このような電極を形成するには、ガラスのような電気絶縁性の基板1上に、電極パターンを形成すべき基板上の部分以外の基板表面を覆うための樹脂のようなものでできた電極パターンマスクを置き、その上から金のような金属をスパッタリングすればよい。このような方法は、当該分野で常法として用いられるものである。なお、本願において、用語「作用極」は、主として電子伝達体の酸化反応を起こさせる電極(アノード)のことを、用語「対極」は、主としてその他の反応を起こさせる電極(カソード)のことを指すものとして用いられる。但し、還元反応を、基質の検出および/または定量に用いる場合は、アノードとカソードとは上記と逆になる。   FIG. 1 is an exploded perspective view of a biosensor according to an embodiment of the present invention, from which a two-component film and a reagent system contained therein have been removed. The working electrode 2 and the counter electrode 3 are provided on the substrate 1. To form such an electrode, an electrode made of a resin or the like for covering the substrate surface other than the portion on the substrate on which an electrode pattern is to be formed on an electrically insulating substrate 1 such as glass. A pattern mask may be placed and a metal such as gold may be sputtered thereon. Such a method is commonly used in the art. In the present application, the term “working electrode” mainly refers to an electrode (anode) that causes an oxidation reaction of an electron carrier, and the term “counter electrode” mainly refers to an electrode (cathode) that causes another reaction. Used as a pointer. However, when the reduction reaction is used for detecting and / or quantifying the substrate, the anode and the cathode are reversed.

代替的に、特許文献1に記載されているように、例えば樹脂製の基板1上にスクリーン印刷により金属ペーストを印刷して電極パターンを形成してもよい。なお、金とガラスとの接着をよくするために、金とガラスとの間にクロムの層を形成して両者間の密着性を高めてもよい。これら作用極2及び対極3は、それぞれリード4及び5によって、バイオセンサ外部の測定用端子と電気的に接続される。なお、本明細書中で文脈に応じて作用極2と対極3とを特に区別せずに、単に電極ということがある。また、図1からもわかるように、電極とリードとは、同じ材料によって一体的に形成されていることが多いが、そのような場合、本発明では、電極とは、そうした構造のうちの試料液と接触するための部分をいうものとする。   Alternatively, as described in Patent Document 1, for example, a metal paste may be printed on a resin substrate 1 by screen printing to form an electrode pattern. In order to improve the adhesion between the gold and the glass, a chromium layer may be formed between the gold and the glass to increase the adhesion between the two. The working electrode 2 and the counter electrode 3 are electrically connected to measurement terminals outside the biosensor by leads 4 and 5, respectively. In this specification, the working electrode 2 and the counter electrode 3 may be simply referred to as electrodes without particular distinction depending on the context. Also, as can be seen from FIG. 1, the electrode and the lead are often integrally formed of the same material. In such a case, in the present invention, the electrode is a sample of such a structure. It refers to the part that comes into contact with the liquid.

次に、図2及び図3を参照して説明する。図2は、本発明の一実施形態に係るバイオセンサの長手方向断面図であり、図3は、本発明の一実施形態に係るバイオセンサ作製スキームの一部と本発明の原理の概略を示した模式図である。   Next, a description will be given with reference to FIGS. FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a biosensor according to one embodiment of the present invention, and FIG. 3 schematically shows a part of a biosensor manufacturing scheme according to one embodiment of the present invention and the principle of the present invention. FIG.

基板1上に形成された作用極2上に、硫黄原子を含む有機化合物の膜10と、さらにその上に、両親媒性脂質の膜11が形成される。試薬系としてPQQ−GDHのような酵素及び1−メトキシ−5−メチルフェナジウムのような電子伝達体は、膜10および膜11からなる二成分膜に内包されている。   On the working electrode 2 formed on the substrate 1, a film 10 of an organic compound containing a sulfur atom, and further thereon a film 11 of an amphipathic lipid are formed. As a reagent system, an enzyme such as PQQ-GDH and an electron carrier such as 1-methoxy-5-methylphenadium are contained in a two-component membrane composed of the membrane 10 and the membrane 11.

図3に示すように、硫黄原子を含む有機化合物の膜10は、硫黄原子(図中Sで示される)を介して作用極2に結合している。前述の一般式であらわされるこの有機化合物は、疎水性部分(図3中で一本の折れ線で示されている)を有している。上記有機化合物は、基板上に上記両親媒性脂質との均一な二成分層を形成させるために、この疎水性部分が均一な長さのものを使用することが好ましい。それにより、上記有機化合物の単分子層が基板上に形成されやすくなり、結果として、二成分層が均一になり、安定したブロッキング効果が得られる。上記疎水性部分を形成する炭化水素鎖の長さは、上記一般式(1)、(2)、または(3)におけるnの大きさに依存する。nは、1〜20の整数であることが好ましく、5〜15の整数であることがさらに好ましい。最適なnは、OICによる妨害電流の排除とともに、グルコースの酸化還元に基づく電流を検出し易くするという観点から、上記範囲内で適宜選択され得る。   As shown in FIG. 3, the organic compound film 10 containing a sulfur atom is bonded to the working electrode 2 via a sulfur atom (indicated by S in the figure). This organic compound represented by the general formula described above has a hydrophobic portion (indicated by a single broken line in FIG. 3). In order to form a uniform two-component layer with the amphipathic lipid on the substrate, it is preferable to use the organic compound having a hydrophobic portion having a uniform length. Thereby, a monomolecular layer of the organic compound is easily formed on the substrate, and as a result, the two-component layer becomes uniform and a stable blocking effect is obtained. The length of the hydrocarbon chain forming the hydrophobic portion depends on the value of n in the general formula (1), (2) or (3). n is preferably an integer of 1 to 20, more preferably an integer of 5 to 15. The optimal n can be appropriately selected from the above range from the viewpoint of eliminating the interfering current by the OIC and easily detecting the current based on the oxidation-reduction of glucose.

硫黄原子を含む有機化合物としては、前述の一般式(1)、(2)、または(3)で表される化合物であることが好ましい。これらには、例えば、エチルチオール、プロピルチオール、ブチルチオール、ペンチルチオール、ヘキシルチオール、ヘプチルチオール、オクチルチオール、ノニルチオール、デカンチオール、ウンデカンチオール、ドデカンチオール、トリデカンチオール、テトラデカンチオール、ペンタデカンチオール、ヘキサデカンチオール、ヘプタデカンチオール、オクタデカンチオール、ノナデカンチオール、イコサンチオール、およびそれら各々に対応するジスルフィド(同一構造の上記チオールがS−Sカップリングした構造を有する)、ならびにそれらの末端がベンジル基、アミノベンジル基、カルボキシベンジル基、あるいはフェニル基などであるチオールおよびジスルフィドなどが例として挙げられる。これらの有機化合物は、当業者に周知の供給業者から市販品として入手可能である。上記チオール化合物及びジスルフィド化合物は金属表面に非可逆的に強く吸着、結合し、実質的に単分子膜を形成する傾向が強いため好ましい。さらに、このような単分子膜からなる薄膜は、規則性を持って配列しているため、その膜表面と両親媒性脂質の親和性を利用して、両親媒性脂質の膜をその上にさらに形成させる上で好都合である。   The organic compound containing a sulfur atom is preferably a compound represented by the above general formula (1), (2) or (3). These include, for example, ethylthiol, propylthiol, butylthiol, pentylthiol, hexylthiol, heptylthiol, octylthiol, nonylthiol, decanethiol, undecanethiol, dodecanethiol, tridecanethiol, tetradecanethiol, pentadecanethiol, hexadecane Thiol, heptadecanethiol, octadecanethiol, nonadecanethiol, icosanthiol, and disulfides corresponding to each of them (having a structure in which the thiol having the same structure is subjected to S—S coupling), and a benzyl group at the terminal thereof; Thiols and disulfides such as an aminobenzyl group, a carboxybenzyl group, or a phenyl group are exemplified. These organic compounds are commercially available from suppliers well known to those skilled in the art. The above-mentioned thiol compound and disulfide compound are preferred because they strongly and irreversibly adsorb and bond to the metal surface and substantially form a monomolecular film. Furthermore, since such a thin film composed of a monomolecular film is arranged with regularity, the film of the amphiphilic lipid is formed thereon by utilizing the affinity of the surface of the film and the amphiphilic lipid. This is convenient for further forming.

図3を再び参照して、硫黄原子を含む有機化合物の膜10で基板1上の作用極2を被覆した後、さらにその上に疎水性部分(図3中、二本の折れ線で示す)と親水性部分(図3中、白抜きの楕円で示す)とを有する両親媒性の脂質が均一に単層を成した膜11を形成する。その手順については、後述する。図3からわかるように、両親媒性脂質の疎水性部分が上記硫黄原子を含む有機化合物の疎水性部分と疎水相互作用により結合することによって、二成分膜(10、11)を形成する。二成分膜の中には、電子伝達体12が散りばめられて内包されている。さらに、膜結合性PQQ−GDHが、二成分膜の疎水性部分と疎水相互作用により高親和性で結合し、膜に埋め込まれている。実施例では、その両親媒性脂質として、L−α−ホスファチジルコリン,β−オレオイル−γ−パルミトイルを使用しているが、他の両親媒性脂質であってもよい。その疎水性部分の長さは、二成分膜を形成した際に、酵素を埋め込める程度に長いものが選択される。その長さは、使用する酵素の大きさおよびその疎水ドメインの大きさに依存する。   Referring again to FIG. 3, after the working electrode 2 on the substrate 1 is coated with the film 10 of the organic compound containing a sulfur atom, a hydrophobic portion (shown by two broken lines in FIG. 3) is further formed thereon. An amphiphilic lipid having a hydrophilic portion (indicated by a white ellipse in FIG. 3) forms a membrane 11 in which a monolayer is uniformly formed. The procedure will be described later. As can be seen from FIG. 3, the hydrophobic part of the amphipathic lipid binds to the hydrophobic part of the organic compound containing a sulfur atom by hydrophobic interaction to form a two-component membrane (10, 11). The electron carrier 12 is scattered and included in the two-component film. Furthermore, membrane-bound PQQ-GDH binds with high affinity to the hydrophobic portion of the two-component membrane by hydrophobic interaction and is embedded in the membrane. In the embodiment, L-α-phosphatidylcholine and β-oleoyl-γ-palmitoyl are used as the amphipathic lipid, but other amphiphilic lipids may be used. The length of the hydrophobic portion is selected to be long enough to embed the enzyme when the two-component film is formed. Its length depends on the size of the enzyme used and its hydrophobic domain.

上記のように、本発明に使用する前記両親媒性脂質としては、L−α−ホスファチジルコリン,β−オレオイル−γ−パルミトイルが好ましい。L−α−ホスファチジルコリン,β−オレオイル−γ−パルミトイルは、二本の疎水鎖の長さが比較的揃っているため、両親媒性脂質の膜11の厚さが均一となり、より安定したOIC 15とAIC 14に対するブロッキング効果が得られる。本発明に使用するために好適な他の両親媒性脂質の例としては、例えば、L−α−フォスファチジン酸、L−α−フォスファチジルコリン、L−α−フォスファチジルエタノールアミン、およびL−α−フォスファチジル−DL−グリセロールのそれぞれのジオレオイル、ジパルミトイル、ジステアロイル、ジラウロイル、ジミリストイル、ジリノレオイル誘導体などのリン脂質、または糖脂質、胆汁酸などが挙げられる。このような両親媒性脂質は、当業者に周知の供給業者から市販品として入手可能である。   As described above, the amphiphilic lipid used in the present invention is preferably L-α-phosphatidylcholine, β-oleoyl-γ-palmitoyl. Since L-α-phosphatidylcholine and β-oleoyl-γ-palmitoyl have relatively uniform lengths of the two hydrophobic chains, the thickness of the amphiphilic lipid membrane 11 becomes uniform and the OIC becomes more stable. 15 and AIC 14 are obtained. Examples of other amphiphilic lipids suitable for use in the present invention include, for example, L-α-phosphatidic acid, L-α-phosphatidylcholine, L-α-phosphatidylethanolamine, And phospholipids such as dioleoyl, dipalmitoyl, distearoyl, dilauroyl, dimyristoyl, and dilinoleoyl derivatives of L-α-phosphatidyl-DL-glycerol, glycolipids, and bile acids. Such amphiphilic lipids are commercially available from suppliers well known to those skilled in the art.

上記のような二成分膜を使用すると、OIC 15のバイオセンサ電極表面への拡散を完全(または、ほぼ完全)にブロックすることができ、PQQ−GDHとグルコースとの反応に続く、電子伝達体12と作用極2との反応という一連の反応のみを選択的に行うことができる。その結果、作用極2でOIC 15が酸化されることにより生じる測定誤差が排除され、高精度な測定を行うことが可能となる。さらに、AIC 14の作用極2表面への吸着も完全(または、ほぼ完全)にブロックできる。また、AIC 14の両親媒性脂質11に対する親和性は、AIC 14の金属に対する親和性に比べて著しく低いため、作用極2の表面にAIC 14が吸着することによる測定誤差が低減され、高精度な測定を行うことが可能となる。   Using a two-component membrane as described above, the diffusion of OIC 15 to the biosensor electrode surface can be completely (or almost completely) blocked and the electron mediator following the reaction of PQQ-GDH with glucose. Only a series of reactions, i.e., the reaction between the working electrode 12 and the working electrode 2, can be selectively performed. As a result, a measurement error caused by oxidizing the OIC 15 at the working electrode 2 is eliminated, and a highly accurate measurement can be performed. Further, adsorption of the AIC 14 to the surface of the working electrode 2 can be completely (or almost completely) blocked. In addition, since the affinity of AIC 14 for amphipathic lipid 11 is significantly lower than the affinity of AIC 14 for metal, measurement error due to adsorption of AIC 14 on the surface of working electrode 2 is reduced and high accuracy is achieved. Measurement can be performed.

ここで、本発明において使用する二成分膜について、さらに説明する。   Here, the two-component film used in the present invention will be further described.

まず、硫黄原子を含有する有機化合物の膜10に関して、硫黄原子は、この有機化合物において電極への接着を確保する役割を果たしている。また、上記一般式(1)、(2)、または(3)から明らかなように、上記有機化合物は、−(CH2n−Xで表される疎水性部分を有している。この疎水性部分は、先に説明したように両親媒性の膜11の疎水性部分と疎水相互作用により高い親和性で結合することによって、二成分膜を安定的に維持するのに役立っている。したがって、このような考察によれば、本発明において膜10を形成するために使用され得る化合物は、上記の硫黄原子を含有する有機化合物に限定されず、これと機能的に等価なものでも同様に使用され得ることは理解され得る。すなわち、電極との安定的な接着を実現する官能基と、両親媒性脂質との高親和性の結合を実現し得る疎水性部分とを有する化合物であれば、本発明の二成分膜を形成するために使用することができる。さらに、先に説明したように、そのような機能的に等価な化合物は、電極表面上に単分子層を形成し得るような構造を有することが好ましい。それにより、層の厚さが均一となり、より安定したOICのブロッキング効果を得ることができる。しかしながら、膜10は必ずしも単分子層である必要はない。例えば、膜10は、一部の上記有機化合物分子の官能基が電極と接しておらず、かつ前記分子の疎水性部分が実質的な単分子層の隙間に挿入されているような状態を有する層であってもよい。あるいは、基板および電極の表面ラフネスの影響により、膜10を構成する層が全体として波打っているような構造、もしくは層の一部あるいは全部が多分子層を形成しているような構造をとりうる場合が考えられる。以上のような場合でも、本願発明の効果は得られるものと考えることができる。電極上に形成された硫黄原子を含有する有機化合物の膜10およびこれと機能的に等価な膜を包括的にいう概念を指して、本明細書において、「第一の反応層」という用語を使用する。 First, regarding the film 10 of an organic compound containing a sulfur atom, the sulfur atom plays a role in securing adhesion to an electrode in the organic compound. Similarly, the general formula (1), (2), or (3) As apparent from the above organic compound, - (CH 2) has a hydrophobic moiety represented by n -X. The hydrophobic portion serves to stably maintain the two-component membrane by bonding with the hydrophobic portion of the amphiphilic membrane 11 with high affinity by the hydrophobic interaction as described above. . Therefore, according to such considerations, the compounds that can be used to form the film 10 in the present invention are not limited to the above-described organic compounds containing a sulfur atom, and those that are functionally equivalent thereto are also the same. It can be appreciated that That is, any compound having a functional group for realizing stable adhesion to an electrode and a hydrophobic part capable of realizing high-affinity binding to an amphipathic lipid forms the two-component film of the present invention. Can be used to Further, as described above, such a functionally equivalent compound preferably has a structure capable of forming a monolayer on the electrode surface. Thereby, the thickness of the layer becomes uniform, and a more stable OIC blocking effect can be obtained. However, the film 10 does not necessarily need to be a monolayer. For example, the film 10 has a state in which the functional groups of some of the organic compound molecules are not in contact with the electrode, and the hydrophobic portions of the molecules are inserted into the gaps of the substantial monolayer. It may be a layer. Alternatively, a structure in which the layer constituting the film 10 is wavy as a whole due to the influence of the surface roughness of the substrate and the electrode, or a structure in which a part or all of the layer forms a multimolecular layer is taken. May be possible. Even in the case described above, it can be considered that the effects of the present invention can be obtained. In this specification, the term "first reaction layer" is used to refer to the concept of the film 10 of an organic compound containing a sulfur atom and the film functionally equivalent thereto formed on the electrode. use.

さらに、上記膜10上に形成される両親媒性脂質の膜11に関して、両親媒性脂質の疎水性部分は、上記第一の反応層を形成する化合物の疎水性部分と、疎水相互作用により高い親和性で結合する役割を担っている。ここで、膜11は必ずしも図3に示したような単分子層である必要はない。例えば、膜11は、一部の上記両親媒性脂質分子の疎水性基の先端が膜10と接しておらず、かつ前記分子の疎水性部分が実質的な単分子層の隙間に挿入されているような状態を有する層であってもよい。あるいは、基板および電極の表面ラフネス、あるいは膜10の構造の影響により、膜11を構成する層が全体として波打っているような構造、もしくは層の一部あるいは全部が多分子層を形成しているような構造をとりうる場合が考えられる。このような場合でも、本願発明の効果は得られるものと考えることができる。第一の反応層上に形成される両親媒性脂質の膜10およびこれと機能的に等価な膜を包括的にいう概念を指して、本明細書において、「第二の反応層」という用語を使用する。   Further, with respect to the amphiphilic lipid membrane 11 formed on the membrane 10, the hydrophobic portion of the amphiphilic lipid is higher due to hydrophobic interaction with the hydrophobic portion of the compound forming the first reaction layer. It plays a role in binding with affinity. Here, the film 11 does not necessarily have to be a monolayer as shown in FIG. For example, in the membrane 11, the tip of the hydrophobic group of some of the amphipathic lipid molecules is not in contact with the membrane 10, and the hydrophobic portion of the molecule is inserted into the gap of a substantially monolayer. It may be a layer having such a state. Alternatively, due to the surface roughness of the substrate and the electrode, or the structure of the film 10, the structure of the film 11 as a whole is wavy, or a part or all of the layer forms a polymolecular layer. In some cases, it may be possible to adopt such a structure. Even in such a case, it can be considered that the effects of the present invention can be obtained. In the present specification, the term “second reaction layer” refers to a concept that comprehensively refers to the amphiphilic lipid membrane 10 formed on the first reaction layer and a membrane functionally equivalent thereto. Use

「二成分膜」とは、要するに、電極上に形成されたこのような第一の反応層と第二の反応層とからなるものをいう概念である。代表的には、図2および図3で模式的に示すように、細胞膜などに見られる脂質二重層に似た環境を提供するものである。それにより、膜結合型の酵素が、天然の細胞膜などで見られるように、二成分膜の中に埋め込まれた状態をとることができる。ただし、前述したように、膜10および膜11は必ずしも単分子層である必要はないため、二成分膜は必ずしも図3に示したような2つの単分子層の組合せから成る二分子層である必要はない。さらには、第一の反応層と第二の反応層の境界部分付近が、前記官能基を有する有機化合物の分子と両親媒性脂質分子とが複雑に混合・分散されたような構造を有していてもよい。本発明の二成分膜は、電極表面で起こるグルコースの酸化還元反応に対するOICの影響および電極表面に吸着するAICの影響を効果的に防止し、且つ、電極との間でグルコースの関与する酸化還元反応のみを選択的に行うという機能を実現するものである。本発明において、二成分膜にはさらに、上記酵素と作用極2との間で電子輸送を実現するための電子伝達体12が含まれている。   The term “two-component film” is a concept that basically consists of such a first reaction layer and a second reaction layer formed on an electrode. Typically, it provides an environment similar to a lipid bilayer found in cell membranes and the like, as schematically shown in FIGS. Thereby, the membrane-bound enzyme can be embedded in the two-component membrane as seen in a natural cell membrane or the like. However, as described above, since the film 10 and the film 11 do not necessarily have to be monolayers, the two-component film is necessarily a bilayer composed of a combination of two monolayers as shown in FIG. No need. Furthermore, the vicinity of the boundary between the first reaction layer and the second reaction layer has a structure in which the molecule of the organic compound having the functional group and the amphiphilic lipid molecule are mixed and dispersed in a complicated manner. May be. The two-component membrane of the present invention effectively prevents the effect of OIC on the oxidation-reduction reaction of glucose occurring on the electrode surface and the effect of AIC adsorbed on the electrode surface, and furthermore, the oxidation-reduction involving glucose with the electrode. The function of selectively performing only the reaction is realized. In the present invention, the two-component membrane further includes an electron carrier 12 for realizing electron transport between the enzyme and the working electrode 2.

本発明において使用される電子伝達体12としては、PQQ−GDHから作用極2への電子輸送を実現する化合物が用いられる。本発明において使用される電子伝達体12としては、1−メトキシ−5−メチルフェナジウムのような化合物が、分子の平面性が高く、膜の内部に挿入されるので、作用極近傍に存在し、効率の高い電子伝達をするため、好ましい。さらに、フェナジン誘導体、フェノチアジン誘導体(アズールおよびチオニンなど)、およびキノン誘導体なども同様に分子の平面性が高く、好ましい。これらの化合物は、当業者に周知の供給業者から市販品として入手可能である。   As the electron carrier 12 used in the present invention, a compound that realizes electron transport from PQQ-GDH to the working electrode 2 is used. As the electron carrier 12 used in the present invention, a compound such as 1-methoxy-5-methylphenadium is inserted near the working electrode because the molecule has high planarity and is inserted into the film. It is preferable for efficient electron transfer. Further, a phenazine derivative, a phenothiazine derivative (such as azul and thionin), a quinone derivative, and the like also have high molecular planarity, and are thus preferable. These compounds are commercially available from suppliers well known to those skilled in the art.

さらに、前記電子伝達体12は、ポリマーバックボーンに結合した形態(図4Aを参照)、またはそれ自身の一部もしくは全部がポリマー鎖を形成するような形態(図4Bを参照)であってもよい。このような電子伝達体は、当業者に周知の供給業者から市販品として入手可能である。   Further, the electron carrier 12 may be in a form bonded to a polymer backbone (see FIG. 4A) or a form in which part or all of itself forms a polymer chain (see FIG. 4B). . Such electron carriers are commercially available from suppliers well known to those skilled in the art.

電子伝達体12は、これらの一種または二種以上が使用される。また、これらは一例であって、本発明の実施に用いる電子伝達体12は上記の例に限定されない。   One or more of these electron carriers 12 are used. Further, these are merely examples, and the electron mediator 12 used in the embodiment of the present invention is not limited to the above example.

次に、電極上への二成分膜の形成の仕方について説明する。   Next, a method of forming a two-component film on the electrode will be described.

図2に模式的に示すように、作用極2の表面のほぼ全部が硫黄原子を含む有機化合物の膜10で被覆されていることが好ましい。硫黄原子を含む有機化合物の膜10の被覆は、作用極2表面を前記有機物の溶液に浸漬する方法あるいは作用極2表面にその溶液を滴下する方法によって達成される。あるいは、前記有機物の蒸気に表面をさらすことによっても同様の被覆を行うことができる。しかしながら、図1および図2に示すように作用極2と対極3とが同一基板上に配置されている場合、作用極表面のみ、あるいは対極の一部と作用極の表面の全体またはほぼ全体を被覆するといった場合には、前記有機化合物の溶液による被覆領域を正確に規定するためには、次のようにすることが好ましい。   As schematically shown in FIG. 2, it is preferable that substantially the entire surface of the working electrode 2 is covered with the organic compound film 10 containing a sulfur atom. The coating of the film 10 of the organic compound containing a sulfur atom is achieved by a method of immersing the surface of the working electrode 2 in a solution of the organic substance or a method of dropping the solution on the surface of the working electrode 2. Alternatively, the same coating can be performed by exposing the surface to the vapor of the organic substance. However, when the working electrode 2 and the counter electrode 3 are arranged on the same substrate as shown in FIGS. 1 and 2, only the working electrode surface, or a part of the counter electrode and the whole or almost the entire surface of the working electrode are formed. In the case of coating, in order to accurately define the area to be coated with the solution of the organic compound, the following is preferable.

すなわち、作用極2および必要に応じて対極3とほぼ同じ形状を有する面であって、それらと所望の接触面積を形成し得る面を有する樹脂製の棒状の部材のその表面に、前記有機化合物の溶液を少量塗布し、この部材の当該表面を作用極2の表面および必要に応じて対極3を含む所望の領域に接触させることにより、前記部材の表面上に塗布された前記有機化合物の溶液を、作用極2表面上に転写することができる。このようにして、有機化合物の膜で覆われる電極上の領域が正確に規定され、バイオセンサの測定精度を保持することができる。このような、いわゆる転写法は当該分野でよく用いられており、当業者の周知の技術である。   That is, the surface of a resin rod-shaped member having a surface having substantially the same shape as the working electrode 2 and, if necessary, the counter electrode 3 and having a surface capable of forming a desired contact area with the working electrode 2, is provided with the organic compound. A small amount of the above solution, and bringing the surface of this member into contact with the surface of the working electrode 2 and a desired region including the counter electrode 3 as necessary, to thereby obtain a solution of the organic compound applied on the surface of the member. Can be transferred onto the surface of the working electrode 2. In this way, the area on the electrode covered with the organic compound film is accurately defined, and the measurement accuracy of the biosensor can be maintained. Such a so-called transfer method is widely used in the art and is a technique well known to those skilled in the art.

作用極表面を被覆している、硫黄原子を含む有機化合物の膜10を両親媒性脂質によってさらに被覆するには、両親媒性脂質のベシクル(リポソーム)分散液に、前記の、表面が硫黄原子を含む有機化合物の膜により被覆された作用極を浸漬すればよい。   To further coat the sulfur-containing organic compound film 10 covering the working electrode surface with an amphipathic lipid, a vesicle (liposome) dispersion of the amphipathic lipid has the above-mentioned surface having a sulfur atom. What is necessary is just to immerse the working electrode covered with the film of the organic compound containing.

PQQ−GDH、及び電子伝達体を上記両親媒性脂質膜内に包埋するには、それぞれの膜の形成過程において、PQQ−GDH、及び電子伝達体を溶存させておく方法が効果的である。   In order to embed PQQ-GDH and the electron carrier in the above amphiphilic lipid membrane, it is effective to dissolve PQQ-GDH and the electron carrier in the process of forming each membrane. .

本発明の実施において測定対象となる基質を含む試料液としては、グルコースを含有する試料液が好ましい。例としては、血液、血漿、血清、細胞間質液、唾液や尿などの生体試料液、あるいは食品や飲料水などが挙げられる。さらには、通常の実験室レベルで使用される電解液、環境測定に使用される液体なども用いることが可能である。特にグルコースの測定においては、全血や血漿、あるいは尿など、グルコースの他にOICやAICを含む液体を試料液とすることが多い。   The sample solution containing the substrate to be measured in the practice of the present invention is preferably a sample solution containing glucose. Examples include blood, plasma, serum, interstitial fluid, biological sample solutions such as saliva and urine, and food and drinking water. Furthermore, it is also possible to use an electrolytic solution used at a normal laboratory level, a liquid used for environmental measurement, and the like. In particular, in the measurement of glucose, a liquid containing OIC or AIC in addition to glucose, such as whole blood, plasma, or urine, is often used as a sample liquid.

ここで、試料液中に含まれる基質の測定における指標は、電気化学反応により変化する出力であればよく、例えば、電流や通電電荷量を用いることができる。   Here, the index in the measurement of the substrate contained in the sample liquid may be an output that changes due to an electrochemical reaction, and for example, an electric current or a charged amount of electricity can be used.

本発明のバイオセンサにおいて、作用極2は金、白金またはパラジウムを含有することが好ましい。このようにすると、作用極2に印加される電位が安定するため、より精度の良い測定が実現される。   In the biosensor of the present invention, the working electrode 2 preferably contains gold, platinum or palladium. In this way, the potential applied to the working electrode 2 is stabilized, so that more accurate measurement is realized.

また、上記硫黄原子を含む有機化合物の吸着が強固であるという観点から、作用極2が金、パラジウム、白金等の貴金属や、銀、銅、カドミウムなどの他の遷移金属を含有することが好ましい。したがって、実質的に作用極2のみを前記有機化合物の膜10で被覆する目的においては、対極3にこれら金属を含有させないことが好ましい。   Further, from the viewpoint that the adsorption of the organic compound containing a sulfur atom is strong, it is preferable that the working electrode 2 contains a noble metal such as gold, palladium, and platinum, and another transition metal such as silver, copper, and cadmium. . Therefore, for the purpose of substantially covering only the working electrode 2 with the organic compound film 10, it is preferable that the counter electrode 3 does not contain these metals.

さらに、対極3の表面の少なくとも一部が、硫黄原子を含む有機化合物の膜10、および両親媒性脂質の膜11で被覆されていないことが好ましい。このようにすると、対極3の表面において、前記膜で覆われていない部分では、前記膜に覆われている部分に比べて、試料液中に含まれる還元される物質が到達しやすくなるため、対極3での還元反応(カソード反応)が進行しやすくなり、より安定な測定を行うことが可能となる。また、対極3における、硫黄原子を含む有機化合物の膜10、および両親媒性脂質の膜11で被覆されていない部分の面積が、作用極2の面積よりも大きいことがより好ましい。さらには、対極3上に硫黄原子を含む有機化合物の膜10、および両親媒性脂質の膜11が実質的に存在しないことが好ましい。さらには、実質的に作用極2のみが硫黄原子を含む有機化合物の膜10、および両親媒性脂質の膜11で被覆されていることが好ましい。このようにすると、対極3での還元反応がより円滑に進行し、さらに安定な測定を行うことが可能となる。   Further, it is preferable that at least a part of the surface of the counter electrode 3 is not covered with the film 10 of the organic compound containing a sulfur atom and the film 11 of the amphipathic lipid. In this way, on the surface of the counter electrode 3, the substance that is reduced in the sample liquid is more likely to reach in a part that is not covered with the film than in a part that is covered with the film, The reduction reaction (cathode reaction) at the counter electrode 3 easily proceeds, and more stable measurement can be performed. It is more preferable that the area of the portion of the counter electrode 3 that is not covered with the organic compound film 10 containing a sulfur atom and the amphiphilic lipid film 11 is larger than the area of the working electrode 2. Furthermore, it is preferable that the film 10 of the organic compound containing a sulfur atom and the film 11 of an amphipathic lipid are not substantially present on the counter electrode 3. Furthermore, it is preferable that substantially only the working electrode 2 is coated with the film 10 of the organic compound containing a sulfur atom and the film 11 of an amphipathic lipid. In this way, the reduction reaction at the counter electrode 3 proceeds more smoothly, and more stable measurement can be performed.

図1を参照して、上記のように調製した基板1に、スリット6を有するスペーサー7、および空気孔8を備えたカバー9を図1の一点鎖線で示すような位置関係をもって接着することにより、本発明のバイオセンサが作製される。スペーサー7のスリット6の部分に試料液供給路が形成される。バイオセンサの端部におけるスリット6の開放端部は、試料液供給路への試料液供給口となる。   Referring to FIG. 1, a spacer 7 having a slit 6 and a cover 9 having an air hole 8 are adhered to the substrate 1 prepared as described above in a positional relationship as shown by a dashed line in FIG. Thus, the biosensor of the present invention is manufactured. A sample liquid supply path is formed at the slit 6 of the spacer 7. The open end of the slit 6 at the end of the biosensor serves as a sample liquid supply port to the sample liquid supply path.

図1に示す構造のバイオセンサの試料液供給路となるスリット6の開放端に試料液を接触させると、試料液は、試料液供給路内へ毛細管現象により導入され、試薬系の作用によって酵素反応が進行する。このように、電極系を設けた基板1に、スペーサー7およびカバー9からなるカバー部材を組み合わせて試料液供給路を形成すると、測定対象となる基質を含む試料液のバイオセンサへの供給量を一定にすることができるので、測定の精度を向上させることができる。また、試料液供給路を設けたバイオセンサにおいては、pH緩衝剤をカバー部材側に設けることもできる。   When the sample liquid is brought into contact with the open end of the slit 6 serving as the sample liquid supply path of the biosensor having the structure shown in FIG. The reaction proceeds. As described above, when the sample liquid supply path is formed by combining the cover member including the spacer 7 and the cover 9 on the substrate 1 provided with the electrode system, the supply amount of the sample liquid including the substrate to be measured to the biosensor is reduced. Since it can be made constant, the accuracy of measurement can be improved. Further, in a biosensor provided with a sample liquid supply path, a pH buffer may be provided on the cover member side.

また、図7に示すように、対極3または作用極2のうちどちらか一方を、それに対応するリード5または4とともに形成した絶縁性の第2の基板を、カバー9のかわりに用いてもよい。この場合も、基板1、スペーサー7及び第2の基板により試料液供給路が形成されるので、試料液のバイオセンサへの供給量を一定にすることができ、測定の精度を向上させることができる。このような形態のバイオセンサの例は、例えば、米国特許第6,458,258号に記載されている。   As shown in FIG. 7, an insulating second substrate formed with either the counter electrode 3 or the working electrode 2 together with the corresponding lead 5 or 4 may be used instead of the cover 9. . Also in this case, since the sample liquid supply path is formed by the substrate 1, the spacer 7, and the second substrate, the amount of the sample liquid supplied to the biosensor can be made constant, and the accuracy of measurement can be improved. it can. An example of such a form of biosensor is described in, for example, US Pat. No. 6,458,258.

さらに、上記のように試料液供給路を形成せず、基板1のみでバイオセンサを構成することもできる。この場合、試薬系は電極系上またはその近傍に設ける。このような形態のバイオセンサの例は、例えば、前述の特許文献3に記載されている。   Further, the biosensor can be configured only with the substrate 1 without forming the sample liquid supply path as described above. In this case, the reagent system is provided on or near the electrode system. An example of such a biosensor is described in, for example, Patent Document 3 described above.

以下、実施例を用いて本発明を説明するが、これらの実施例は、本発明の例示であって本発明を制限するものではない。   Hereinafter, the present invention will be described with reference to Examples, but these Examples are exemplifications of the present invention and do not limit the present invention.

(本発明のバイオセンサの作製)
(a.プロテオソーム懸濁液の調製)
以下の調製法は、一例であって、これのみに限定されるわけではない。
(Preparation of biosensor of the present invention)
(A. Preparation of proteosome suspension)
The following preparation method is an example, and is not limited thereto.

まず、L−α−ホスファチジルコリン,β−オレオイル−γ−パルミトイル(以下、PCOPと略記する)(Wako Pure Chemicals(和光純薬工業(株))から入手)のリポソームを以下のようにして調製した。PCOPを、その濃度が10mMとなるように丸底フラスコ中のトリクロロメタンに溶解した。ロータリーエバポレーターを用いて、減圧下、溶媒を完全に蒸発させた。次いで、PCOP濃度が40mMとなるよう、2−プロパノールを用いてフラスコ中のPCOPを再度溶解し、得られた溶液の0.5mLを、0.15MのNaClを含む20mMのトリス−HCl緩衝液(pH=7.3)10mLに加えた。この溶液を10分間激しく攪拌することにより、PCOPのリポソームの縣濁液を得た。   First, liposomes of L-α-phosphatidylcholine, β-oleoyl-γ-palmitoyl (hereinafter abbreviated as PCOP) (obtained from Wako Pure Chemicals (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)) were prepared as follows. . PCOP was dissolved in trichloromethane in a round bottom flask to a concentration of 10 mM. The solvent was completely evaporated under reduced pressure using a rotary evaporator. Then, the PCOP in the flask was redissolved using 2-propanol so that the PCOP concentration was 40 mM, and 0.5 mL of the obtained solution was added to a 20 mM Tris-HCl buffer solution containing 0.15 M NaCl ( pH = 7.3) was added to 10 mL. This solution was vigorously stirred for 10 minutes to obtain a suspension of liposomes of PCOP.

次いで、酵素と電子伝達体を上記のリポソームに組み込むために、上記のPCOPのリポソーム縣濁液10mLにPQQ−GDH(Acinetobacter calcoaceticusから前述のMatsushita et. al(1989)に記載のように精製した)1mgと、電子伝達体である1−メトキシ−5−メチルフェナジニウム(以下、MMPと略記)(Dojindo Laboratories(株式会社 同仁化学研究所)から入手)30mgとを添加し、この溶液を10分間激しく攪拌した。このようにして得たPQQ−GDHとMMPとを含むPCOPのリポソーム縣濁液を、以下、MMP−プロテオソーム縣濁液と表記する。   Then, in order to incorporate the enzyme and the electron carrier into the liposome, PQQ-GDH (purified from Acinetobacter calcoaceticus as described in Matsushita et. Al. (1989) above) was added to 10 mL of the above liposome suspension of PCOP. 1 mg and 30 mg of 1-methoxy-5-methylphenazinium (hereinafter abbreviated as MMP) as an electron carrier (obtained from Dojindo Laboratories (Dojindo Laboratories Co., Ltd.)) were added, and the solution was added for 10 minutes. Stir vigorously. The liposome suspension of PCOP containing PQQ-GDH and MMP thus obtained is hereinafter referred to as MMP-proteosome suspension.

(b.基板の調製)
一方、作用極および対極を基板上に作製するために、まず、ガラス製の電気絶縁性の基板1上に、樹脂製の電極パターンマスクを設置し、その上からクロムをスパッタリングしてクロム層を形成した。さらにその上に金をスパッタリングすることにより、作用極2およびリード4ならびに対極3およびリード5を形成した。
(B. Preparation of substrate)
On the other hand, in order to fabricate the working electrode and the counter electrode on the substrate, first, a resin electrode pattern mask is placed on the glass electrically insulating substrate 1 and chromium is sputtered thereon to form a chromium layer. Formed. Further, a working electrode 2 and a lead 4 and a counter electrode 3 and a lead 5 were formed thereon by sputtering gold.

(c.電極の加工)
このように形成した作用極2を、n−オクチルチオール(以下、OTと表記する)により、前述の転写法に従って、以下のように被覆した。まず、基板1上の作用極2とほぼ同じ形状の平面を有する棒状の樹脂製器具の該平面に、OTのエタノール溶液(濃度5mM)を少量塗布した。次いで、そのOTを塗布した面を、作用極2表面のほぼ全面と重なるように、注意深く位置調節してから重ね合わせた。次いで、作用極2上にOT溶液を残存させるようにして前記棒状の器具を作用極2から引き離し、OTが作用極表面へ吸着されるまで放置した。
(C. Electrode processing)
The working electrode 2 thus formed was coated with n-octylthiol (hereinafter referred to as OT) as follows according to the above-described transfer method. First, a small amount of an OT ethanol solution (concentration: 5 mM) was applied to a flat surface of a rod-shaped resin device having a plane having substantially the same shape as the working electrode 2 on the substrate 1. Then, the surface on which the OT was applied was carefully adjusted so as to overlap almost the entire surface of the working electrode 2 and then superposed. Next, the rod-shaped device was separated from the working electrode 2 so that the OT solution remained on the working electrode 2, and the OT was left until the OT was adsorbed on the surface of the working electrode.

これにより、分子内に硫黄原子を含む有機化合物の膜10、すなわちOTの膜を形成し、1時間後、エタノール、超純水を順に用いて作用極2をリンスした。得られた基板1を10mMのMMP水溶液に1時間浸漬し、OT膜内へのMMPの浸入を促進した。超純水を用いて基板1を十分にリンスした後、上記のMMP−プロテオソーム縣濁液に8時間浸漬し、作用極2上のOTの膜10とMMP−プロテオソーム17との融合を行った(図3を参照)。   Thus, a film 10 of an organic compound containing a sulfur atom in the molecule, that is, a film of OT was formed. After one hour, the working electrode 2 was rinsed with ethanol and ultrapure water in this order. The obtained substrate 1 was immersed in an aqueous solution of 10 mM MMP for 1 hour to promote the infiltration of the MMP into the OT film. After sufficiently rinsing the substrate 1 using ultrapure water, the substrate 1 was immersed in the above MMP-proteosome suspension for 8 hours to fuse the OT film 10 on the working electrode 2 with the MMP-proteosome 17 ( See FIG. 3).

上記の基板1を超純水にてリンスし、乾燥させた後、基板1にスペーサー7およびカバー9を組み合わせて図2のようなバイオセンサを作製した。   After rinsing the above substrate 1 with ultrapure water and drying it, a spacer 7 and a cover 9 were combined with the substrate 1 to produce a biosensor as shown in FIG.

また、比較例として、PQQ−GDH1mgとMMP30mgを20mMのトリス−HCl緩衝液(pH=7.3)10mLに溶解した溶液1μLを、基板1上の作用極2の表面に滴下し乾燥させ、基板1にスペーサー7およびカバー9を組み合わせてバイオセンサを作製した。   As a comparative example, 1 μL of a solution of 1 mg of PQQ-GDH and 30 mg of MMP dissolved in 10 mL of 20 mM Tris-HCl buffer (pH = 7.3) was dropped on the surface of the working electrode 2 on the substrate 1 and dried. A biosensor was fabricated by combining the spacer 1 and the cover 9 with the biosensor 1.

(本発明のバイオセンサに対するAICの影響)
一定量のD−グルコース(400mg/dL)を含む血液を試料液として、上記のような調製した本発明の一実施形態に係るバイオセンサおよび比較例のバイオセンサの試料液供給路の開口部、すなわちスペーサー7のスリット8の開放端部に供給した。なお、血液中の赤血球容積比(ヘマトクリット、以下Hctと略記する)が25、40、60%と異なる試料液を用いた。一定時間(反応時間25秒)経過後に対極3に対して500mVの電圧を作用極2に印加し、その5秒後に流れた電流値を測定した。図5に示すように、比較例のバイオセンサの場合には、Hctの増加に伴い、電流が低下する傾向が見られた。
(Effect of AIC on Biosensor of the Present Invention)
Using the blood containing a certain amount of D-glucose (400 mg / dL) as a sample liquid, the biosensor according to the embodiment of the present invention prepared as described above and the opening of the sample liquid supply path of the biosensor of the comparative example, That is, it was supplied to the open end of the slit 8 of the spacer 7. Note that a sample liquid having a red blood cell volume ratio (hematocrit, hereinafter abbreviated as Hct) in blood of 25, 40, or 60% was used. After a lapse of a fixed time (reaction time: 25 seconds), a voltage of 500 mV was applied to the working electrode 2 with respect to the counter electrode 3, and a current value flowing 5 seconds later was measured. As shown in FIG. 5, in the case of the biosensor of the comparative example, a tendency was observed that the current decreased as Hct increased.

これは、作用極表面に吸着する赤血球の量がHctの増加に伴い増大する傾向があり、その傾向に対応して電極反応が阻害されていることを示唆している。その結果、グルコース濃度が同一であっても、電流値はHctの存在によって変化し、測定誤差が生じたものと考えられる。   This suggests that the amount of red blood cells adsorbed on the surface of the working electrode tends to increase with an increase in Hct, and that the electrode reaction is inhibited in accordance with the tendency. As a result, even if the glucose concentration is the same, it is considered that the current value changes due to the presence of Hct, and a measurement error has occurred.

一方、本実施例のバイオセンサは、Hctの存在に拘わらずほぼ同一の電流値が得られた。よって、赤血球の作用極2表面への吸着は、作用極2表面に存在するOTとPCOPの膜によって抑制されたものと考えられる。有機化合物であるOTとPCOPの膜で被覆された電極表面の物性は、未被覆の金の表面から大きく変化している。あるいは、電極の界面は被覆膜の末端基によって、正もしくは負に帯電している。   On the other hand, in the biosensor of this example, almost the same current value was obtained regardless of the presence of Hct. Therefore, it is considered that the adsorption of red blood cells to the surface of the working electrode 2 was suppressed by the OT and PCOP films present on the surface of the working electrode 2. The physical properties of the surface of the electrode covered with the organic compound OT and PCOP films are greatly changed from the uncoated gold surface. Alternatively, the electrode interface is positively or negatively charged depending on the terminal group of the coating film.

これらの変化の両方、あるいはどちらか一方の効果により、血球の吸着が抑制されるようになったものと考えることができる。また、OTとPCOPの膜内に取り込まれたMMPは、PQQ−GDHと作用極との間の電子伝達を達成する能力があることがわかった。このように、OTとPCOPの膜で被覆することにより、AICの吸着による測定誤差を排除することが可能であった。   It can be considered that the adsorption of blood cells has been suppressed by both or one of these effects. In addition, it was found that the MMP incorporated in the OT and PCOP films had the ability to achieve electron transfer between PQQ-GDH and the working electrode. In this way, by covering with the OT and PCOP films, it was possible to eliminate measurement errors due to AIC adsorption.

(本発明のバイオセンサに対するOICの影響)
さらに、Hctが40%の血液にOICのひとつであるアスコルビン酸を添加し、元から血液中に含まれている量とあわせた全濃度が1、1.5、2mMとなるよう調整した。これらの血液を使用し、上記と同様にして、電流値を測定した。図6に示すように、比較例のバイオセンサの場合には、アスコルビン酸濃度の増加に伴い、電流が増大する傾向が見られた。これは、作用極でアスコルビン酸の酸化反応が進行していることを示唆している。その結果、グルコース濃度が同一であっても、電流値はアスコルビン酸濃度によって変化し、測定誤差が生じたものと考えられる。
(Effect of OIC on Biosensor of the Present Invention)
Further, ascorbic acid, which is one of OICs, was added to blood with an Hct of 40%, and the total concentration was adjusted to 1, 1.5, and 2 mM, including the amount originally contained in the blood. Using these blood, the current value was measured in the same manner as described above. As shown in FIG. 6, in the case of the biosensor of the comparative example, there was a tendency that the current increased as the ascorbic acid concentration increased. This suggests that the oxidation reaction of ascorbic acid is progressing at the working electrode. As a result, even if the glucose concentration was the same, the current value changed depending on the ascorbic acid concentration, and it is considered that a measurement error occurred.

一方、本実施例のバイオセンサは、アスコルビン酸濃度に拘わらずほぼ同一の電流値が得られた。これは、作用極2の金電極表面が分子鎖長の長い有機化合物であるOTとPCOPの膜で被覆されているため、金電極表面へのアスコルビン酸の接近がこの膜によって抑制されたために得られた結果であると考えられる。このように、OTとPCOPの膜で被覆することにより、AICの吸着による誤差だけでなく、OICの電気化学酸化による測定誤差を排除することが可能であった。   On the other hand, in the biosensor of this example, almost the same current value was obtained regardless of the ascorbic acid concentration. This is because the surface of the gold electrode of the working electrode 2 is covered with a film of OT and PCOP, which are organic compounds having a long molecular chain, and thus the approach of ascorbic acid to the surface of the gold electrode is suppressed by this film. It is considered that the result was obtained. In this way, by coating with the OT and PCOP films, it was possible to eliminate not only errors due to AIC adsorption but also measurement errors due to electrochemical oxidation of the OIC.

(参照極の使用)
本実施例では、実施例1と同様の手順により作製した本発明の一実施形態に係るバイオセンサに試料液を供給した直後に、塩化カリウムと寒天からなる塩橋を介して、銀/塩化銀電極を試料液供給口付近の試料液と接触させた。銀/塩化銀電極はその電位が安定しており、参照極として用いることが可能である。
(Use of reference electrode)
In this example, immediately after the sample solution was supplied to the biosensor according to one embodiment of the present invention manufactured by the same procedure as in Example 1, silver / silver chloride was passed through a salt bridge composed of potassium chloride and agar. The electrode was brought into contact with the sample liquid near the sample liquid supply port. The silver / silver chloride electrode has a stable potential and can be used as a reference electrode.

一定量のD−グルコース(400mg/dL)を含む、種々のHctの血液を試料液としてバイオセンサの試料液供給路の開口部、すなわちスペーサー7のスリット8の開放端部に供給した。25秒経過後に銀/塩化銀電極に対して500mVの電圧を作用極2に印加し、5秒後に流れた電流値を測定した。   Various Hct blood containing a certain amount of D-glucose (400 mg / dL) was supplied as a sample liquid to the opening of the sample liquid supply path of the biosensor, that is, the open end of the slit 8 of the spacer 7. After a lapse of 25 seconds, a voltage of 500 mV was applied to the working electrode 2 with respect to the silver / silver chloride electrode, and the current flowing after 5 seconds was measured.

その結果、Hctに拘わらずほぼ同一の電流値が得られた。同一条件下における電流値のばらつきは、実施例2で得られた結果と比較してより小さいものであった。よってバイオセンサ系への参照極の導入により、測定値の安定性がより向上したことがわかった。   As a result, almost the same current value was obtained regardless of Hct. The variation in the current value under the same condition was smaller than the result obtained in Example 2. Therefore, it was found that the stability of the measured value was further improved by introducing the reference electrode into the biosensor system.

Hctが40%、アスコルビン酸濃度が1、1.5、2mMの血液を用い、上記と同様にして、電流値を測定した。その結果、アスコルビン酸濃度に拘わらずほぼ同一の電流値が得られた。同一条件下における電流値のばらつきは、実施例3で得られた結果と比較してより小さいものであった。バイオセンサ系への参照極の導入により、アスコルビン酸濃度の変化に対する測定値の安定性も、より向上することがわかった。   The current value was measured in the same manner as above using blood having an Hct of 40% and an ascorbic acid concentration of 1, 1.5, or 2 mM. As a result, almost the same current value was obtained regardless of the ascorbic acid concentration. The variation in the current value under the same conditions was smaller than the result obtained in Example 3. It was found that the introduction of the reference electrode into the biosensor system further improved the stability of the measured value against a change in ascorbic acid concentration.

(n−オクチルジスルフィドの使用)
本実施例では、n−オクチルジスルフィドをOTの代わりに用いて、実施例1に示した方法でバイオセンサを作製した。血液中のグルコースに対する応答は、実施例2および3に述べた方法と同様にして測定した。
(Use of n-octyl disulfide)
In this example, a biosensor was produced by the method shown in Example 1 using n-octyl disulfide instead of OT. The response to glucose in blood was measured in the same manner as described in Examples 2 and 3.

その結果、本実施例においても、実施例2および3と同様に、Hctおよびアスコルビン酸濃度に拘わらずほぼ同一の電流値が得られた。OTはn−オクチルジスルフィドのS−S結合が開裂することにより得られる化合物である。このような対応関係にあるチオールとジスルフィドは同様の膜を形成することが知られている。   As a result, in this example, almost the same current value was obtained regardless of Hct and ascorbic acid concentration, as in Examples 2 and 3. OT is a compound obtained by cleaving the SS bond of n-octyl disulfide. It is known that thiol and disulfide having such a correspondence form a similar film.

(異なる基板上に形成した作用極および対極)
本実施例ではカバー9上に対極3を形成した。作用極2の表面は実施例1に述べたように修飾した。血液中のグルコースに対する応答の測定を、実施例2および3に述べた方法と同様にして行った。
(Working electrode and counter electrode formed on different substrates)
In this embodiment, the counter electrode 3 is formed on the cover 9. The surface of the working electrode 2 was modified as described in Example 1. The response to blood glucose was measured in the same manner as described in Examples 2 and 3.

その結果、本実施例においても、実施例2および3と同様に、Hctおよびアスコルビン酸濃度に拘わらずほぼ同一の電流値が得られた。よって複数の基板上に電極を形成させた場合も、同様の効果が得られることが分かった。本実施例の場合、作用極2と対極3は異なる基板上に存在する。よって、対極3を膜で被覆せず、実質的に作用極2のみを膜で被覆するセンサを作製するにあたって、作用極2を配置した基板1をOT溶液に浸漬する、あるいは基板1上の作用極2表面をOTの蒸気にさらす方法を用いることが可能である。このように、本実施例の形態よれば、同一面上に作用極と対極とが設けられたセンサと比べて、実質的に作用極のみが膜で被覆されたセンサを容易に製造することができる。   As a result, in this example, almost the same current value was obtained regardless of Hct and ascorbic acid concentration, as in Examples 2 and 3. Therefore, it was found that a similar effect can be obtained when electrodes are formed on a plurality of substrates. In this embodiment, the working electrode 2 and the counter electrode 3 exist on different substrates. Therefore, when producing a sensor in which the working electrode 2 is substantially covered with a film without covering the counter electrode 3 with a film, the substrate 1 on which the working electrode 2 is arranged is immersed in an OT solution, It is possible to use a method of exposing the pole 2 surface to OT vapor. As described above, according to the embodiment, compared to a sensor in which the working electrode and the counter electrode are provided on the same surface, a sensor in which substantially only the working electrode is coated with the film can be easily manufactured. it can.

(白金またはパラジウムの使用)
本実施例では、白金あるいはパラジウムを用いて、作用極2および対極3を作製した。ガラス製の電気絶縁性の基板1上に樹脂製の電極パターンマスクを設置してクロムの層を形成し、さらに白金またはパラジウムをスパッタリングすることによって各電極を形成した。さらに、実施例1に述べた方法と同様にして作用極2表面を被覆した。血液中のグルコースに対する応答の測定を、実施例2および3に述べた方法と同様にして行った。
(Use of platinum or palladium)
In this example, the working electrode 2 and the counter electrode 3 were manufactured using platinum or palladium. An electrode pattern mask made of a resin was placed on an electrically insulating substrate 1 made of glass to form a chromium layer, and each electrode was formed by sputtering platinum or palladium. Further, the surface of the working electrode 2 was coated in the same manner as described in Example 1. The response to blood glucose was measured in the same manner as described in Examples 2 and 3.

その結果、白金を用いた場合、電流値はHctに対して若干の依存性を示したが、アスコルビン酸濃度を変化させてもほぼ同一の電流値を示した。一方、金の代わりに白金を用いて、実施例1に記載した比較例と同様にして作製したバイオセンサでは、電流がより大きくHctおよびアスコルビン酸濃度に対して依存した。   As a result, when platinum was used, the current value showed a slight dependence on Hct, but showed almost the same current value even when the ascorbic acid concentration was changed. On the other hand, in the biosensor fabricated using platinum instead of gold in the same manner as in the comparative example described in Example 1, the current was larger and depended on the Hct and ascorbic acid concentrations.

このことから、白金を作用極の材料として用いた場合にも、本発明の膜で被覆することによるOIC、AICの影響抑制効果が得られることがわかった。また、パラジウムを作用極の材料として用いた場合には、金で得られた結果と比較して同程度のHct、およびアスコルビン酸濃度に対する非依存性が観測され、パラジウムもまた、本発明における非常に好適な電極材料であることがわかった。   From this, it was found that even when platinum was used as the material for the working electrode, the effect of suppressing the effects of OIC and AIC by coating with the film of the present invention was obtained. Further, when palladium was used as the material for the working electrode, the same degree of independence of Hct and ascorbic acid concentration was observed as compared with the results obtained with gold. It was found to be a suitable electrode material.

(pH緩衝剤の効果)
pH緩衝剤をバイオセンサ系内にさらに包含させた場合のバイオセンサ特性を評価した。本実施例において調製したバイオセンサは、pH緩衝剤としてリン酸水素二カリウムとリン酸二水素カリウムの混合物を試薬系としてPQQ−GDHおよび電子伝達体を含む両親媒性脂質の膜11内に担持した以外、実施例1で用いたものと同様である。
(Effect of pH buffer)
The biosensor characteristics when a pH buffer was further included in the biosensor system were evaluated. The biosensor prepared in the present example has a mixture of dipotassium hydrogen phosphate and potassium dihydrogen phosphate as a pH buffer as a reagent system and is supported in the amphiphilic lipid membrane 11 containing PQQ-GDH and an electron carrier. Other than that, it is the same as that used in Example 1.

一定量のD−グルコース(400mg/dL)を含み、Hctの異なる血液を試料液としてバイオセンサの空間部に供給した。一定時間経過後に対極3に対して500mVの電圧を作用極2に印加し、その際に流れた電流値を測定した。その結果、得られた電流値はHctに依存しないものであった。   Blood containing a certain amount of D-glucose (400 mg / dL) and having different Hct was supplied to the space of the biosensor as a sample solution. After a certain period of time, a voltage of 500 mV was applied to the working electrode 2 with respect to the counter electrode 3, and the value of the current flowing at that time was measured. As a result, the obtained current value did not depend on Hct.

実施例2および3で得られた結果と比較すると、電流値のアスコルビン酸濃度に対する依存性はほぼ変わらないが、Hct依存性はさらに軽減された。すなわち、よりHctに依存しない一定の電流値が同一グルコース濃度に対して得られた。   As compared with the results obtained in Examples 2 and 3, the dependence of the current value on the ascorbic acid concentration was almost unchanged, but the Hct dependence was further reduced. That is, a constant current value more independent of Hct was obtained for the same glucose concentration.

このような結果が得られた理由は以下のようにして考えることができる。pH緩衝剤をバイオセンサ系内に包含させることにより、バイオセンサ内の試料液のpHは安定する。そのため、電極上に存在する膜の末端基の荷電状態が安定化し、血液中のAICに対する吸着防止効果が試料液ごとに一定となったものと考えられる。   The reason why such a result is obtained can be considered as follows. By incorporating a pH buffer in the biosensor system, the pH of the sample solution in the biosensor is stabilized. Therefore, it is considered that the charge state of the terminal group of the membrane present on the electrode was stabilized, and the effect of preventing adsorption of AIC in blood became constant for each sample liquid.

さらに、そのようなpHの安定により、酵素活性も安定し、一定時間後に生成する電子伝達体の還元体の量もまた試料液ごとに一定となったものと考えられる。pH安定化によるこれら二つの両方あるいは一方の安定化効果により、電流値のHctに対する依存性が軽減されたものと考えられる。本実施例において特に安定化効果が見られたのは、測定液のpHが4〜9であるときであった。したがって、好ましいpH領域は、pH4〜9である。酵素活性が最も安定という観点からは、さらに好ましいpH領域は、pH5〜8の範囲である。   Further, it is considered that the enzyme activity was also stabilized by such a stable pH, and the amount of the reduced form of the electron carrier generated after a certain period of time became constant for each sample solution. It is considered that the dependency of the current value on Hct was reduced by the stabilizing effect of these two or both by the pH stabilization. In the present example, a particularly stabilizing effect was observed when the pH of the measurement solution was 4 to 9. Therefore, the preferred pH range is pH 4-9. From the viewpoint of the most stable enzyme activity, a more preferable pH range is in the range of pH 5 to 8.

なお、上記実施例2〜8では電流値の測定を行ったが、電流値に代えて電荷量を測定した場合についても、上述の電流値と同様の傾向が見られた。   Although the current values were measured in Examples 2 to 8, the same tendency as the above-described current values was also observed when the charge amount was measured instead of the current value.

また、上記実施例では、電極系への印加電圧を500mVとしたが、印加電圧はこの値に限定されることはない。電子伝達体が作用極において酸化される電圧であればよい。   Further, in the above embodiment, the applied voltage to the electrode system was set to 500 mV, but the applied voltage is not limited to this value. Any voltage may be used as long as the electron carrier is oxidized at the working electrode.

上記実施例においては反応時間を25秒あるいは55秒、電圧印加時間と電流検出時間をその5秒後としたが、これに限定されず、観測可能な大きさの電流を得ることのできる時間であればよい。   In the above embodiment, the reaction time was set to 25 seconds or 55 seconds, and the voltage application time and the current detection time were set to 5 seconds after the reaction time. However, the present invention is not limited to this. I just need.

さらに、必要に応じて、上記試薬系または試薬系に含まれる試薬のうち一つあるいは複数を作用極に固定化することによって、酵素、電子伝達体を不溶化または非溶出化させることが好ましい。その場合には、膜との間のファンデルワールス力による相互作用を利用する方法、共有結合法、架橋固定法または配位結合や特異的結合性の相互作用を用いた固定化法を用いることができる。特に本発明を実施するにおいては、電極上の硫黄原子を含む有機化合物の膜に前記試薬を共有結合固定する方法もまた好ましい。   Further, if necessary, it is preferable to immobilize one or more of the reagent system or the reagents contained in the reagent system on the working electrode to insolubilize or elute the enzyme and the electron carrier. In this case, use a method that utilizes interaction with the membrane due to van der Waals force, a covalent bonding method, a cross-linking fixing method, or an immobilization method using coordination bond or specific binding interaction. Can be. In particular, in practicing the present invention, a method of covalently immobilizing the reagent on a film of an organic compound containing a sulfur atom on an electrode is also preferable.

膜結合型PQQ−GDHが本発明の実施において好適な酵素であることを記載したが、これは、必ずしも本発明において使用すべき酵素は、膜結合型PQQ−GDHのみに限定されるという意図ではない。膜結合型PQQ−GDH以外の他の酵素であっても、分子表面の少なくとも一部に疎水性ドメインを有しており、上記のような二成分膜の疎水性部分と高親和性で結合し得る酵素(あるいは、二成分膜に埋め込まれる形態が実現できる酵素)であって、且つ、グルコースの選択的酸化反応を触媒する酵素あれば、同様に使用し得る。もちろん、好適な二成分膜を構成する成分の組み合わせは、そのような酵素に応じて変化し得る。   Although membrane-bound PQQ-GDH has been described as a preferred enzyme in the practice of the present invention, this is not intended to mean that the enzyme to be used in the present invention is necessarily limited to only membrane-bound PQQ-GDH. Absent. Even enzymes other than membrane-bound PQQ-GDH have a hydrophobic domain on at least a part of the molecular surface, and bind with high affinity to the hydrophobic portion of the two-component membrane as described above. Any enzyme can be used as long as it is an enzyme obtained (or an enzyme capable of realizing a form embedded in a two-component membrane) and catalyzes a selective oxidation reaction of glucose. Of course, the combination of components that make up a suitable two-component membrane can vary depending on such enzymes.

上記試薬系にPQQ−GDH以外の酵素を含ませることにより、グルコース以外の基質の測定を行うことも可能である。例えば、スクロースをグルコースとフルクトースに分解する機能を有するインベルターゼを試薬系に追加することにより、スクロースの定量を行うことができる。   By including an enzyme other than PQQ-GDH in the reagent system, it is also possible to measure a substrate other than glucose. For example, sucrose can be quantified by adding invertase having a function of decomposing sucrose into glucose and fructose to a reagent system.

上記実施例においては、電極およびそれらのパターンの作製方法としてマスクを通したスパッタリング法を用いたが、それに限定されず、例えば、スパッタリング法、イオンプレーティング法、蒸着法、化学蒸着法のいずれかで作製した金属膜をフォトリソグラフィーおよびエッチングと組み合わせてパターン作製をしてもよい。パターン形成はレーザーによる金属のトリミングによっても行うことができる。金属ペーストを用いて基板にスクリーン印刷を施し、電極パターンを形成してもよい。さらには、パターン化した金属箔をそのまま絶縁性基板上に接着させてもよい。   In the above embodiments, the sputtering method using a mask was used as a method for forming the electrodes and their patterns, but the method is not limited thereto, and for example, any of sputtering method, ion plating method, evaporation method, and chemical vapor deposition method A pattern may be produced by combining the metal film produced in the above with photolithography and etching. Pattern formation can also be performed by metal trimming with a laser. Screen printing may be performed on the substrate using a metal paste to form an electrode pattern. Further, the patterned metal foil may be directly adhered to the insulating substrate.

これら電極系の形状、配置、個数等は上記実施例に示したものに限定されるものではない。例えば、作用極と対極をそれぞれ異なる絶縁性基板上に形成させてもよいし(図7を参照)、作用極と対極をそれぞれ複数個形成させてもよい。また、リードおよび端子の形状、配置、個数等も上記実施例に示したものに限定されるものではない。   The shape, arrangement, number, and the like of these electrode systems are not limited to those described in the above embodiments. For example, the working electrode and the counter electrode may be formed on different insulating substrates (see FIG. 7), or a plurality of the working electrode and the counter electrode may be formed. Further, the shapes, arrangements, numbers, and the like of the leads and terminals are not limited to those described in the above embodiment.

測定精度を向上させる目的においては、測定対象となる基質を含む溶液の量を容易に一定量に規定することができるため、スペーサーが上記バイオバイオセンサの構成要素として含まれていることが好ましい。しかし、一定体積の試料液を採取することのできる器具と合わせて本発明のバイオセンサを用いる場合には、スペーサー及びカバーからなるカバー部材は必ずしも必要ではない。これらのスペーサー、カバー、または基板に使用する材料は、実施例で基板の材料として使用したガラスのみに限らず、その他、例えば、シリコンおよびその酸化物などの無機材料、ポリエチレンテレフタレート(PET)およびポリプロピレン(PP)などの樹脂のような電気絶縁性の材料も同様に本発明のバイオセンサの実施に使用され得る。   For the purpose of improving the measurement accuracy, the amount of the solution containing the substrate to be measured can be easily regulated to a constant amount. Therefore, it is preferable that a spacer is included as a component of the biobiosensor. However, when the biosensor of the present invention is used in combination with a device capable of collecting a fixed volume of sample solution, a cover member including a spacer and a cover is not necessarily required. The material used for these spacers, covers, or substrates is not limited to the glass used as the material for the substrates in the examples, but also includes, for example, inorganic materials such as silicon and its oxides, polyethylene terephthalate (PET), and polypropylene. Electrically insulating materials such as resins such as (PP) can be used in the practice of the biosensor of the present invention as well.

以上のように本発明のバイオセンサは、試料液中に含まれるAICおよびOICの影響を受けず、迅速かつ高精度に試料液中の基質を測定することができる簡易な構造のバイオセンサ等として適している。特に、本発明のバイオセンサは、試料液中のグルコース濃度を検出するための使い捨てタイプのバイオセンサ等として適している。   As described above, the biosensor of the present invention is not affected by AIC and OIC contained in a sample solution, and has a simple structure and the like that can quickly and accurately measure a substrate in a sample solution. Are suitable. In particular, the biosensor of the present invention is suitable as a disposable type biosensor for detecting the glucose concentration in a sample solution.

本発明の一実施の形態におけるバイオセンサの試薬系を除いた分解斜視図FIG. 1 is an exploded perspective view of a biosensor according to an embodiment of the present invention, excluding a reagent system. 本発明の一実施の形態におけるバイオセンサの長手方向断面図1 is a longitudinal sectional view of a biosensor according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施の形態におけるバイオセンサ作製スキームの一部と、本発明の原理の概略とを示した模式図Schematic diagram showing a part of a biosensor production scheme according to an embodiment of the present invention and an outline of the principle of the present invention. 本発明のバイオセンサにおいて使用する電子伝達体の例を示す図:(A)電子伝達体(図中Aで示される)がポリマーバックボーンに結合した形態;(B)電子伝達体(全部)同士が互いに結合してポリマー鎖を形成した形態The figure which shows the example of the electron carrier used in the biosensor of this invention: (A) The form which the electron carrier (indicated by A in the figure) was couple | bonded with the polymer backbone; (B) The electron carrier (all) mutually Form in which polymer chains are bonded to each other 本発明の一実施の形態において得られた電流のHct依存性を示す図FIG. 4 is a diagram showing Hct dependence of a current obtained in one embodiment of the present invention. 本発明の一実施の形態において得られた電流のアスコルビン酸濃度依存性を示す図The figure which shows the ascorbic acid concentration dependence of the electric current obtained in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態におけるバイオセンサの試薬系を除いた分解斜視図FIG. 1 is an exploded perspective view of a biosensor according to an embodiment of the present invention, excluding a reagent system.

符号の説明Explanation of reference numerals

1 基板
2 作用極
3 対極
4,5 リード
6 スリット
7 スペーサー
8 空気孔
9 カバー
10 硫黄原子を含む有機化合物の膜
11 試薬系としてPQQ−GDHおよび電子伝達体を含む両親媒性脂質の膜
12 電子伝達体
13 PQQ−GDH
14 AIC
15 OIC
16 グルコース
17 プロテオソーム


DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Working electrode 3 Counter electrode 4, 5 Lead 6 Slit 7 Spacer 8 Air hole 9 Cover 10 Film of organic compound containing sulfur atom 11 Film of amphiphilic lipid containing PQQ-GDH and electron carrier as reagent system 12 Electron Transmitter 13 PQQ-GDH
14 AIC
15 OIC
16 Glucose 17 Proteosome


Claims (24)

少なくとも一対の電極を含む電極系と、
前記電極系を支持するための少なくとも1つの絶縁性の基板と、
前記電極系の少なくとも作用極上に設けられた第一の反応層であって、電極に結合または吸着し得る官能基および疎水性の炭化水素基を含む有機化合物を含む第一の反応層と、
前記第一の反応層上に設けられた第二の反応層であって、当該第一の反応層の疎水性部分に結合または吸着し得る両親媒性脂質を含む第二の反応層と、
前記第一および第二の反応層によって構成される二成分膜に担持された試薬系であって、少なくとも膜結合型のピロロキノリンキノン依存型グルコースデヒドロゲナーゼおよび電子伝達体を含む試薬系と、を備える、バイオセンサ。
An electrode system including at least a pair of electrodes,
At least one insulating substrate for supporting the electrode system;
A first reaction layer provided on at least the working electrode of the electrode system, a first reaction layer containing a functional group capable of binding or adsorbing to the electrode and an organic compound containing a hydrophobic hydrocarbon group,
A second reaction layer provided on the first reaction layer, a second reaction layer containing an amphipathic lipid capable of binding or adsorbing to the hydrophobic portion of the first reaction layer,
A reagent system supported on a two-component membrane constituted by the first and second reaction layers, the reagent system comprising at least a membrane-bound pyrroloquinoline quinone-dependent glucose dehydrogenase and an electron carrier. , Biosensors.
第一の反応層および第二の反応層は、それぞれ単分子層を形成している、請求項1に記載のバイオセンサ。   The biosensor according to claim 1, wherein the first reaction layer and the second reaction layer each form a monolayer. 前記有機化合物は、下記一般式(1)、(2)、または(3)で表される化合物である、請求項1に記載のバイオセンサ:
HS−(CH2n−X (1)
X−(CH2n−S−S−(CH2n−X (2)
S−(CH2n−X (3)
(但し、一般式(1)、(2)、および(3)において、nは1〜20の整数、Xはメチル基、ベンジル基、アミノベンジル基、カルボキシベンジル基、またはフェニル基である)。
The biosensor according to claim 1, wherein the organic compound is a compound represented by the following general formula (1), (2), or (3):
HS- (CH 2) n -X ( 1)
X- (CH 2) n -S- S- (CH 2) n -X (2)
S- (CH 2) n -X ( 3)
(However, in the general formulas (1), (2), and (3), n is an integer of 1 to 20, and X is a methyl group, a benzyl group, an aminobenzyl group, a carboxybenzyl group, or a phenyl group).
前記両親媒性脂質は、L−α−ホスファチジルコリン,β−オレオイル−γ−パルミトイルである、請求項1に記載のバイオセンサ。   The biosensor according to claim 1, wherein the amphiphilic lipid is L-α-phosphatidylcholine, β-oleoyl-γ-palmitoyl. 前記電子伝達体は1−メトキシ−5−メチルフェナジニウムである、請求項1に記載のバイオセンサ。   The biosensor according to claim 1, wherein the electron carrier is 1-methoxy-5-methylphenazinium. 前記作用極は、金、白金、またはパラジウムを含有する、請求項1に記載のバイオセンサ。   The biosensor according to claim 1, wherein the working electrode contains gold, platinum, or palladium. 前記電極系の対極は、金、白金、またはパラジウムのいずれも含有していない、請求項1に記載のバイオセンサ。   The biosensor according to claim 1, wherein the counter electrode of the electrode system does not contain any of gold, platinum, and palladium. 前記電極系の作用極の表面全体と、対極の表面の一部が前記二成分膜で被覆されている、請求項1に記載のバイオセンサ。   The biosensor according to claim 1, wherein the entire surface of the working electrode of the electrode system and a part of the surface of the counter electrode are covered with the two-component film. 前記対極の前記二成分膜で被覆されていない部分の面積が、前記作用極の面積よりも大きい、請求項8に記載のバイオセンサ。   The biosensor according to claim 8, wherein an area of a portion of the counter electrode that is not covered with the two-component film is larger than an area of the working electrode. 前記電極系の作用極の表面のみが、前記二成分膜で被覆されている、請求項1に記載のバイオセンサ。   The biosensor according to claim 1, wherein only the surface of the working electrode of the electrode system is covered with the two-component film. 前記一対の電極の各々は、前記試料液の供給路をその間に形成するように互いに向き合って配置された2つの絶縁性基板の対向面上にそれぞれ支持されている、請求項1に記載のバイオセンサ。   2. The bio-engine according to claim 1, wherein each of the pair of electrodes is supported on an opposing surface of two insulating substrates disposed to face each other so as to form the supply path for the sample liquid therebetween. 3. Sensors. 前記試薬系は、pH緩衝剤をさらに含む、請求項1に記載のバイオセンサ。   The biosensor according to claim 1, wherein the reagent system further comprises a pH buffer. バイオセンサの製造方法であって、
絶縁性の基板上に少なくとも一対の電極を含む電極系を形成する工程、
前記電極系の少なくとも作用極上に第一の反応層を設ける工程であって、電極に結合または吸着し得る官能基および疎水性の炭化水素基を含む有機化合物を含む溶液を前記作用極に接触させることを含む、工程、
前記第一の反応層上に第二の反応層を設ける工程であって、両親媒性脂質を含む溶液を前記第一の反応層に接触させることを含む、工程を包含し、
ここで、前記有機化合物を含む溶液および前記両親媒性脂質を含む溶液のうちの少なくとも1つは電子伝達体を含み、前記両親媒性脂質を含む溶液はさらに膜結合型のピロロキノリンキノン依存型グルコースデヒドロゲナーゼを含む、方法。
A method for producing a biosensor, comprising:
Forming an electrode system including at least a pair of electrodes on an insulating substrate,
A step of providing a first reaction layer on at least the working electrode of the electrode system, wherein a solution containing a functional group capable of binding or adsorbing to the electrode and an organic compound containing a hydrophobic hydrocarbon group is brought into contact with the working electrode. Including the steps,
Providing a second reaction layer on the first reaction layer, comprising contacting a solution containing an amphipathic lipid with the first reaction layer,
Here, at least one of the solution containing the organic compound and the solution containing the amphipathic lipid contains an electron carrier, and the solution containing the amphipathic lipid further contains a membrane-bound pyrroloquinoline quinone-dependent solution. A method comprising glucose dehydrogenase.
第一の反応層および第二の反応層は、それぞれ単分子層を形成している、請求項13に記載の方法。   14. The method of claim 13, wherein the first reaction layer and the second reaction layer each form a monolayer. 前記有機化合物は、下記一般式(1)、(2)、または(3)で表される化合物である、請求項13に記載の方法:
HS−(CH2n−X (1)
X−(CH2n−S−S−(CH2n−X (2)
S−(CH2n−X (3)
(但し、一般式(1)、(2)、および(3)において、nは1〜20の整数、Xはメチル基、ベンジル基、アミノベンジル基、カルボキシベンジル基、またはフェニル基である)。
The method according to claim 13, wherein the organic compound is a compound represented by the following general formula (1), (2), or (3):
HS- (CH 2) n -X ( 1)
X- (CH 2) n -S- S- (CH 2) n -X (2)
S- (CH 2) n -X ( 3)
(However, in the general formulas (1), (2), and (3), n is an integer of 1 to 20, and X is a methyl group, a benzyl group, an aminobenzyl group, a carboxybenzyl group, or a phenyl group).
前記両親媒性脂質は、L−α−ホスファチジルコリン,β−オレオイル−γ−パルミトイルである、請求項13に記載の方法。   14. The method of claim 13, wherein the amphiphilic lipid is L- [alpha] -phosphatidylcholine, [beta] -oleoyl- [gamma] -palmitoyl. 前記電子伝達体は1−メトキシ−5−メチルフェナジニウムである、請求項13に記載の方法。   14. The method according to claim 13, wherein said electron carrier is 1-methoxy-5-methylphenazinium. 前記作用極は、金、白金、またはパラジウムを含有する、請求項13に記載の方法。   14. The method according to claim 13, wherein the working electrode contains gold, platinum, or palladium. 前記電極系の対極は、金、白金、またはパラジウムのいずれも含有していない、請求項13に記載の方法。   14. The method of claim 13, wherein the counter electrode of the electrode system does not contain any of gold, platinum, or palladium. 前記電極系の作用極の表面全体と、対極の表面の一部が前記第一および第二の反応層で被覆されている、請求項13に記載の方法。   14. The method of claim 13, wherein the entire surface of the working electrode and a portion of the surface of the counter electrode of the electrode system are coated with the first and second reaction layers. 前記対極の前記第一および第二の反応層で被覆されていない部分の面積が、前記作用極の面積よりも大きい、請求項20に記載の方法。   21. The method according to claim 20, wherein an area of a portion of the counter electrode that is not covered with the first and second reaction layers is larger than an area of the working electrode. 前記電極系の作用極の表面のみが、前記第一および第二の反応層で被覆されている、請求項13に記載の方法。   14. The method according to claim 13, wherein only the surface of the working electrode of the electrode system is coated with the first and second reaction layers. 前記一対の電極の各々は、前記試料液の供給路をその間に形成するように互いに向き合って配置された2つの絶縁性基板の対向面上にそれぞれ支持されている、請求項13に記載の方法。   14. The method according to claim 13, wherein each of the pair of electrodes is supported on opposing surfaces of two insulative substrates disposed to face each other so as to form the supply path for the sample liquid therebetween. . 前記有機化合物を含む溶液および前記両親媒性脂質を含む溶液のうちの少なくとも1つは、pH緩衝剤をさらに含む、請求項13に記載の方法。   14. The method of claim 13, wherein at least one of the solution comprising the organic compound and the solution comprising the amphipathic lipid further comprises a pH buffer.
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