JP2008209143A - Measuring method of creatinine and system for it - Google Patents

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西矢  芳昭
Toshio Tani
敏夫 谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new quantitatively measuring method of creatinine in a sample, and to provide a system for the same. <P>SOLUTION: The measuring method of creatinine includes; a process of reacting creatinine in a specimen with an enzyme reactive with creatinine; a process of detecting change in ion concentration generated by the reaction using an accumulator type ISFET sensor; and a process of quantitatively measuring creatinine in the specimen based on the detected change in ion concentration. A system for the same is also disclosed. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、試料中のクレアチニンの新規な定量方法、およびそのためのシステムに関する。   The present invention relates to a novel method for quantifying creatinine in a sample and a system therefor.

血中および尿中のクレアチニンの定量は、腎臓疾患、特に腎機能障害の診断において利用されている。また、透析移行の指標としても利用されている。   Quantification of blood and urine creatinine has been utilized in the diagnosis of kidney disease, particularly renal dysfunction. It is also used as an indicator of dialysis transfer.

従来、体液中のクレアチニンの定量法としては、アルカリピクリン酸で発色させる方法が広く用いられてきたが、分析機器中での試液の不安定さ、アルカリ性試薬であるがゆえの分析機器への悪影響、多糖類を測り込んでしまい正確性にかける、分析精密性に欠けるなどの欠点があった。これらを解決する方法として、酵素を用いた方法が近年広く用いられるようになった。具体的にはクレアチニンに特異的に作用する酵素(好適な例として、クレアチニナーゼ[EC3.5.2.10])、及びそこから過酸化水素を発生せしめる一連の追随酵素群(好適な例として、クレアチナーゼ[EC3.5.3.3]、サルコシンオキシダーゼ[EC1.5.3.1]、ペルオキシダーゼ[EC1.11.1.7])の作用により導き出される過酸化水素を、酸化縮合発色する色素群によって検出し、試料中のクレアチニンを定量しようとするものである。酵素を用いた方法は、アルカリピクリン酸法のように血中に多量に存在する糖類の影響を受けることなく特異性に優れ、その他の干渉物質の影響も受け難い、分析機器中で安定であるなどの利点がある。   Conventionally, as a method for quantifying creatinine in body fluids, a method of coloring with alkali picric acid has been widely used, but the instability of the test solution in the analytical instrument and the adverse effect on the analytical instrument due to the alkaline reagent However, there are drawbacks such as measuring the polysaccharide and applying it to accuracy, and lacking in analytical precision. As a method for solving these problems, a method using an enzyme has been widely used in recent years. Specifically, an enzyme that specifically acts on creatinine (preferred example is creatininase [EC3.5.2.10]) and a series of following enzyme groups that generate hydrogen peroxide therefrom (preferred example) As a result, hydrogen peroxide derived by the action of creatinase [EC 3.5.3.3], sarcosine oxidase [EC 1.5.3.1], peroxidase [EC 1.11.1. It is detected by a dye group and attempts to quantify creatinine in a sample. The method using an enzyme is superior in specificity without being affected by saccharides present in a large amount in the blood like the alkali picric acid method, is not easily affected by other interfering substances, and is stable in an analytical instrument. There are advantages such as.

そのため現在では、臨床検査の場での主流として、クレアチニナーゼ−クレアチナーゼ−サルコシンオキシダーゼ−ペルオキシダーゼの連続酵素反応系によるクレアチニンの測定方法が、日常的に実施されている(例えば、特許文献1〜5参照)。   Therefore, at present, a method for measuring creatinine by a continuous enzyme reaction system of creatininase-creatinase-sarcosine oxidase-peroxidase is routinely carried out as a mainstream in clinical examination (for example, Patent Documents 1 to 5). reference).

しかしながら、この方法は使用する酵素数が多く、各々の酵素の測定目的物質に対する高い特異性が必要となる。いずれかの酵素が、目的物質以外の物質に反応してしまう、すなわち特異性が低い場合には、それらを測り込んでしまい、正誤差として現れることとなる。多数の酵素を使用する場合、いずれかの酵素が試料中の物質によって影響を受けると、反応系全体が左右されて正確な測定が行えない可能性がある。   However, this method requires a large number of enzymes and requires high specificity of each enzyme for the substance to be measured. When any enzyme reacts with a substance other than the target substance, that is, when the specificity is low, they are measured and appear as a positive error. When a large number of enzymes are used, if any of the enzymes is affected by the substance in the sample, the whole reaction system may be affected and accurate measurement may not be performed.

また、酵素の最適な使用条件は個々の酵素によって異なるため、幾つもの酵素を同じ反応液中で反応させるには、それぞれの酵素の最適条件での使用をあきらめねばならない。   In addition, since the optimum use conditions of the enzymes differ depending on the individual enzymes, in order to react several enzymes in the same reaction solution, the use of each enzyme under the optimum conditions must be given up.

更に、幾つもの酵素を使用した方法では、試薬のコストダウンにも限界がある。   Furthermore, the method using several enzymes has a limit in reducing the cost of the reagent.

したがって、より少ない酵素種でクレアチニンを測定できることが望まれていた。そのような試みのひとつとして、別の酵素群を用いた方法も開発されている。これは、クレアチニンデイミナーゼ[EC3.5.4.21]をクレアチニンに作用させ、生じたアンモニアをグルタミン酸脱水素酵素[EC1.4.1.2]に作用させることにより、アンモニア量に対応したニコチンアミドアデニンジヌクレオチドの還元型から酸化型への酵素的変換を、紫外部吸光の減少により測定する方法である。この測定方法では、2種類の酵素しか使用しないため、現在普及している酵素的測定方法よりも少ない酵素種でのクレアチニン測定が可能である(例えば、特許文献6、7参照)。   Therefore, it has been desired that creatinine can be measured with fewer enzyme species. As one of such attempts, a method using another enzyme group has been developed. This is because creatinine deiminase [EC3.5.4.21] acts on creatinine, and the resulting ammonia acts on glutamate dehydrogenase [EC1.4.1.2], whereby nicotine corresponding to the amount of ammonia. In this method, the enzymatic conversion of amidoadenine dinucleotide from a reduced form to an oxidized form is measured by a decrease in ultraviolet absorption. Since only two types of enzymes are used in this measurement method, creatinine can be measured with fewer enzyme species than currently popular enzymatic measurement methods (see, for example, Patent Documents 6 and 7).

しかしながら、本方法は吸光の減少で測定しているため、本質的に低感度であるという大きな欠点がある。そのため、本方法は実用の場で全く普及していない。例えば、ヒト血清クレアチニンの正常値が約1mg/dLであるのに対し、従来のクレアチニンデイミニナーゼを用いたクレアチニンの測定方法の検出感度は50mg/dL程度と低かった(例えば、特許文献8、9参照)。   However, since this method is measured by a decrease in absorbance, there is a major drawback that it is inherently insensitive. For this reason, this method is not widely used in practical use. For example, while the normal value of human serum creatinine is about 1 mg / dL, the detection sensitivity of the conventional method for measuring creatinine using creatinine deiminase was as low as about 50 mg / dL (for example, Patent Document 8, 9).

より少ない酵素種でクレアチニンを測定したいという要望に応えるため、クレアチニンを単一の酵素で測定できる方法、例えば、クレアチニンを酸化還元する酵素の研究開発なども試みられているはずであるが、今現在に至るまで、このような酵素や測定方法は開発されていないのが現状である。   In order to meet the desire to measure creatinine with fewer enzyme species, methods that can measure creatinine with a single enzyme, for example, research and development of an enzyme that oxidizes and reduces creatinine should be attempted. Until now, no such enzyme or measurement method has been developed.

現在では、医療分野や分析化学、食品工学などの分野において、酵素バイオセンサを用いた計測が盛んに実施されている。このようなバイオセンサは、例えば電気化学センサと酵素固定化膜とから構成され、サンプル溶液中に微量に含まれる生化学成分を測定するために用いられる(例えば、特許文献10〜15参照)。一例として、主に血糖値測定用である電流検出型の酵素センサは、グルコースセンサとして全世界的に普及し、広く利用されている。グルコースセンサには、グルコースオキシダーゼ、グルコースデヒドロゲナーゼといった酵素が用いられている。実際には、通常、酵素はセンサ用試験片上に担持されており、サンプルである血液を試験片上にのせ、サンプル中のグルコースが酵素と反応して生じる電流をセンサにて検出する。   At present, measurement using enzyme biosensors is actively performed in fields such as medical field, analytical chemistry, and food engineering. Such a biosensor is composed of, for example, an electrochemical sensor and an enzyme-immobilized membrane, and is used for measuring a biochemical component contained in a trace amount in a sample solution (see, for example, Patent Documents 10 to 15). As an example, an enzyme sensor of a current detection type mainly for blood glucose level measurement is widely used worldwide as a glucose sensor and is widely used. For the glucose sensor, enzymes such as glucose oxidase and glucose dehydrogenase are used. In practice, the enzyme is usually carried on a test specimen for a sensor, and blood, which is a sample, is placed on the test specimen, and a current generated by the reaction of glucose in the sample with the enzyme is detected by the sensor.

電気化学センサとして電流検出型の酵素センサが一般的であるが、電流検出の代わりに電界効果トランジスタを用いて電位検出を行う場合がある。この目的にために、水素イオン濃度(pH)のセンサとなるイオン感応性電界効果トランジスタ(ISFET)を利用することが考えられる。ISFETセンサは、ISFETのゲート上のイオン感応膜(SiO、Si、Ta205など)に溶液が接すると、溶液中のイオン活量に応じて界面電位が発生するしくみを利用している。ISFETのゲート絶縁膜上にイオンに感応するセンシング部を形成し、このセンシング部の表面の電位の変化に基づくチャネルの電位レベルの変化量を検出して、イオン濃度を検出することができる。用途のひとつとして、ISFETはセンシング部にて水素イオンに感応し、pHセンサになる。ゲート絶縁膜と試料間の界面電位の変化は、pH依存性の出力電圧として計測される。更に、ゲート部に種々の感応膜を着膜することにより、種々のポテンショメトリックセンサが作製できる。ISFETを利用したバイオセンサは、集積回路の製造工程により製造されるので、小型化及び規格化が可能であり、大量生産が可能であるという利点があるため、その開発潜在力が期待されている。 As an electrochemical sensor, a current detection type enzyme sensor is generally used, but there are cases where potential detection is performed using a field effect transistor instead of current detection. For this purpose, it is conceivable to use an ion-sensitive field effect transistor (ISFET) serving as a sensor for hydrogen ion concentration (pH). The ISFET sensor uses a mechanism in which an interface potential is generated according to the ion activity in the solution when the solution comes into contact with an ion sensitive film (SiO 2 , Si 3 N 4 , Ta205, etc.) on the gate of the ISFET. . An ion concentration can be detected by forming a sensing portion sensitive to ions on the gate insulating film of the ISFET, and detecting a change amount of the potential level of the channel based on a change in potential of the surface of the sensing portion. As one of the applications, the ISFET is sensitive to hydrogen ions at the sensing unit and becomes a pH sensor. The change in the interface potential between the gate insulating film and the sample is measured as a pH-dependent output voltage. Furthermore, various potentiometric sensors can be produced by depositing various sensitive films on the gate portion. Since biosensors using ISFETs are manufactured by integrated circuit manufacturing processes, they can be miniaturized and standardized, and have the advantage of being capable of mass production, so their development potential is expected. .

しかしながら、ISFETはpHの測定には利用されているものの、感度が低く、時間的に出力が不安定であり、イオン濃度を高精度に検出できないという問題があり、現在のところ、ISFETを利用したバイオセンサは電流検出型のバイオセンサに比して全く普及していない。   However, although ISFET is used for pH measurement, there is a problem that the sensitivity is low, the output is unstable with time, and the ion concentration cannot be detected with high accuracy. At present, ISFET is used. Biosensors are not widely used as compared with current detection type biosensors.

ISFETの欠点を克服するため、累積型ISFETセンサが開発されている(特許文献16)。累積型ISFETセンサは、ISFETのセンシング部の表面電位の変化に基づくセンシング部直下のポテンシャル井戸の深さの変化をドレインに電荷として転送することを繰り返し、ドレインに電荷が累積されるべく構成したことにより、センシング部の表面電位の変化が微量であっても確実に検出し、高感度にイオン濃度の変化を検出することができる。また、本技術の応用として、高感度に試料中の核酸と一本鎖核酸との間のハイブリダイゼーションの発生の有無を検出することができ、PCR法によりDNAを増量させることなく、簡便に、短時間に、低コストに塩基配列を決定することができるFET型センサ及び塩基配列検出方法についても、既に発明されている(特許文献17)。しかし、このような累積型ISFETがクレアチニンなどを高感度に測定するための酵素バイオセンサに利用可能であるかどうかは不明である。   In order to overcome the shortcomings of ISFETs, cumulative ISFET sensors have been developed (Patent Document 16). The cumulative ISFET sensor is configured to repeatedly transfer the change in the depth of the potential well immediately below the sensing part based on the change in the surface potential of the sensing part of the ISFET as a charge, so that the charge is accumulated in the drain. Thus, even if the change in the surface potential of the sensing unit is very small, it can be detected reliably, and the change in the ion concentration can be detected with high sensitivity. In addition, as an application of this technology, it is possible to detect the presence or absence of hybridization between a nucleic acid in a sample and a single-stranded nucleic acid with high sensitivity, and without increasing the amount of DNA by the PCR method, An FET type sensor and a base sequence detection method that can determine a base sequence in a short time and at low cost have already been invented (Patent Document 17). However, it is unclear whether such a cumulative ISFET can be used for an enzyme biosensor for measuring creatinine or the like with high sensitivity.

特開平6−217800号公報JP-A-6-217800 特開2002−306197号公報JP 2002-306197 A 特開平10−215874号公報JP-A-10-215874 特開2000−157279号公報JP 2000-157279 A 特開平11−346771号公報JP-A-11-346771 特開平10−136997号公報JP-A-10-136997 特開平7−143881号公報JP-A-7-143881 特開平7−327695号公報JP-A-7-327695 特開平7−322898号公報JP-A-7-322898 特開平10−293112号公報JP 10-293112 A 特開2002−350383号公報JP 2002-350383 A 特開平8−327587号公報JP-A-8-327587 特開2004−294087号公報JP 2004-294087 A 特開平8−313478号公報JP-A-8-31478 特開平8−29389号公報JP-A-8-29389 特許第3623728号公報Japanese Patent No. 3623728 国際公開第03/042683号パンフレットInternational Publication No. 03/042683 Pamphlet

本発明の目的は、試料中のクレアチニンの新規な定量方法、およびそのためのシステムを提供することにある。より具体的には、クレアチニンを単一の酵素で測定できる方法、およびそのためのシステムを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a novel method for quantifying creatinine in a sample and a system therefor. More specifically, it is to provide a method capable of measuring creatinine with a single enzyme, and a system therefor.

本発明者らは、上記目的を達成するために、鋭意検討した結果、累積型のイオン感応性電界効果トランジスタ(Ion Sensitive Field Effect Transistor:ISFET)を利用したセンサ・システムにより、イオン濃度変化として効率よく酵素反応を追跡できることを見出した。また、酵素としてクレアチニンデイミナーゼを使用することにより、試料中のクレアチニンとの反応で生じたイオンの濃度変化を累積型ISFETセンサにて検出することで、試料中のクレアチニンを定量することが可能であることを見出し、本発明を完成させるに至った。   As a result of diligent investigations to achieve the above object, the present inventors have found that a sensor system using a cumulative ion-sensitive field effect transistor (ISFET) is effective as a change in ion concentration. We found that enzyme reactions can be traced well. In addition, by using creatinine deiminase as an enzyme, it is possible to quantify creatinine in a sample by detecting changes in the concentration of ions generated by reaction with creatinine in the sample with a cumulative ISFET sensor. As a result, the present invention has been completed.

すなわち、本発明は以下のような構成からなる。
[1]以下の工程を包含することを特徴とする、クレアチニンの測定方法:
(1)試料中のクレアチニンにクレアチニンと反応する酵素を反応させる工程;
(2)反応によって生じたイオンの濃度変化を累積型イオン感応性電界効果トランジスタ(ISFET)センサを用いて検出する工程、ここで累積型ISFETセンサは、センシング部に作用するイオン濃度に応じて変化したポテンシャル井戸の深さとポテンシャル井戸からの汲み出し回数に応じ電位リセット後に蓄積する電荷量を電位変化として計測するようにしたISFETセンサである;および
(3)検出されたイオン濃度変化に基づいて試料中のクレアチニンを定量する工程。
[2]反応によって生じたイオンがアンモニウムイオンである、[1]の測定方法。
[3]クレアチニンと反応する酵素が単一の酵素からなる、[1]の測定方法。
[4]クレアチニンと反応する酵素がクレアチニンデイミナーゼ[EC3.5.4.21]である、[3]の測定方法。
[5]クレアチニンと反応する酵素が反応混合物中で遊離状態で存在する、[1]の測定方法。
[6]0.1mg/dLの濃度で試料中に含有されるクレアチニンを測定することができる、[1]の測定方法。
[7]アルカリ金属塩および/またはアルカリ土類金属塩の存在下で試料中のクレアチニンにクレアチニンと反応する酵素を反応させる、[1]の測定方法。
[8]バッファー成分の存在下で試料中のクレアチニンにクレアチニンと反応する酵素を反応させ、バッファー成分の反応混合物中の濃度が0.5〜5mMである、[1]の測定方法。
[9]累積型ISFETセンサのセンシング部の表面積が1mm以下である、[1]の測定方法。
[10]試料中のクレアチニンにクレアチニンと反応する酵素を30μL以下の容量の反応混合物中で反応させる、[1]の測定方法。
[11]少なくとも下記(a)および(b)の要素が含まれる、試料中のクレアチニンを定量するシステム:
(a)累積型イオン感応性電界効果トランジスタ(ISFET)センサ、ここで累積型ISFETセンサは、センシング部に作用するイオン濃度に応じて変化したポテンシャル井戸の深さと、そのポテンシャル井戸からの汲み出し回数に応じ、電位リセット後に蓄積する電荷量を電位変化として計測するようにしたISFETセンサである;および
(b)クレアチニンと反応する酵素。
[12](b)のクレアチニンと反応する酵素がクレアチニンデイミナーゼ[EC3.5.4.21]である、[11]のシステム。
That is, the present invention has the following configuration.
[1] A method for measuring creatinine, comprising the following steps:
(1) a step of reacting creatinine in a sample with an enzyme that reacts with creatinine;
(2) A step of detecting a concentration change of ions generated by the reaction using a cumulative ion sensitive field effect transistor (ISFET) sensor, wherein the cumulative ISFET sensor changes according to the ion concentration acting on the sensing unit. An ISFET sensor that measures the amount of charge accumulated after resetting the potential as a potential change according to the depth of the potential well and the number of pumps from the potential well; and (3) In the sample based on the detected ion concentration change Quantifying the amount of creatinine.
[2] The measuring method of [1], wherein the ion generated by the reaction is an ammonium ion.
[3] The measuring method of [1], wherein the enzyme that reacts with creatinine is a single enzyme.
[4] The measurement method according to [3], wherein the enzyme that reacts with creatinine is creatinine deiminase [EC3.5.4.21].
[5] The measuring method of [1], wherein an enzyme that reacts with creatinine is present in a free state in the reaction mixture.
[6] The measuring method according to [1], wherein creatinine contained in the sample at a concentration of 0.1 mg / dL can be measured.
[7] The method according to [1], wherein an enzyme that reacts with creatinine is reacted with creatinine in a sample in the presence of an alkali metal salt and / or an alkaline earth metal salt.
[8] The measuring method according to [1], wherein an enzyme that reacts with creatinine is reacted with creatinine in a sample in the presence of the buffer component, and the concentration of the buffer component in the reaction mixture is 0.5 to 5 mM.
[9] The measuring method according to [1], wherein the surface area of the sensing part of the cumulative ISFET sensor is 1 mm 2 or less.
[10] The measuring method of [1], wherein an enzyme that reacts with creatinine is reacted with creatinine in a sample in a reaction mixture having a volume of 30 μL or less.
[11] A system for quantifying creatinine in a sample, comprising at least the following elements (a) and (b):
(A) Cumulative ion-sensitive field effect transistor (ISFET) sensor, where the cumulative ISFET sensor determines the depth of the potential well that has changed according to the ion concentration acting on the sensing unit and the number of pumps from the potential well. Accordingly, an ISFET sensor that measures the amount of charge accumulated after potential reset as a potential change; and (b) an enzyme that reacts with creatinine.
[12] The system according to [11], wherein the enzyme that reacts with creatinine in (b) is creatinine deiminase [EC3.5.4.21].

本発明によれば、試料中のクレアチニンを単一の酵素のみで定量することが可能となる。また、極めて簡単な構成で、試料中のクレアチニンを測定するシステムを構築することが可能となる。   According to the present invention, creatinine in a sample can be quantified using only a single enzyme. In addition, it is possible to construct a system for measuring creatinine in a sample with a very simple configuration.

以下に本発明を詳細に説明する。   The present invention is described in detail below.

本発明は、以下の工程を包含することを特徴とする、クレアチニンの測定方法を提供する:
(1)試料中のクレアチニンにクレアチニンと反応する酵素を反応させる工程;
(2)反応によって生じたイオンの濃度変化を累積型イオン感応性電界効果トランジスタ(ISFET)センサを用いて検出する工程、ここで累積型ISFETセンサは、センシング部に作用するイオン濃度に応じて変化したポテンシャル井戸の深さとポテンシャル井戸からの汲み出し回数に応じ電位リセット後に蓄積する電荷量を電位変化として計測するようにしたISFETセンサである;および
(3)検出されたイオン濃度変化に基づいて試料中のクレアチニンを定量する工程。
The present invention provides a method for measuring creatinine, which comprises the following steps:
(1) a step of reacting creatinine in a sample with an enzyme that reacts with creatinine;
(2) A step of detecting a concentration change of ions generated by the reaction using a cumulative ion sensitive field effect transistor (ISFET) sensor, wherein the cumulative ISFET sensor changes according to the ion concentration acting on the sensing unit. An ISFET sensor that measures the amount of charge accumulated after resetting the potential as a potential change according to the depth of the potential well and the number of pumps from the potential well; and (3) In the sample based on the detected ion concentration change Quantifying the amount of creatinine.

クレアチニンはメチルグリコシアミジンとも称する物質であり、クレアチンの脱水、環化によって生成する。ヒト血清クレアチニンの正常値は約1mg/dLであるが、腎臓疾患によってその値は上昇する。   Creatinine is a substance also called methylglycocyanidin and is produced by dehydration and cyclization of creatine. The normal value of human serum creatinine is about 1 mg / dL, but it increases with kidney disease.

本発明の方法において、クレアチニン測定に供される試料としては特に限定されない。生体試料の例としては、血液、血清、血漿、唾液、脳脊髄液、尿、便、糞、リンパ液、精液、涙液、および各種臓器などの哺乳類(ヒト、ウシ、ウマ、ブタ、イノシシ、ヒツジ、ウサギ、特にヒト)、鳥類(ニワトリ、アヒル、ウズラ、七面鳥、カモ、キジなど)、無脊椎動物(昆虫;カイコ、ハチ、アリ、クワガタ、カブトムシなど、甲殻類;エビ、カニなど)、植物(桑、小豆、ソラマメ、トマト、ナス、キュウリ、メロン、タバコ、菊、ユリ、バラなど)、微生物(細菌、酵母、カビなど)などの生体由来の試料が挙げられる。また、環境由来の試料としては、食品、河川、土壌なども例示される。   In the method of the present invention, the sample used for creatinine measurement is not particularly limited. Examples of biological samples include blood, serum, plasma, saliva, cerebrospinal fluid, urine, feces, feces, lymph, semen, tears, and various organs such as mammals (human, cow, horse, pig, wild boar, sheep) , Rabbits, especially humans), birds (chicken, ducks, quail, turkeys, ducks, pheasants, etc.), invertebrates (insects; silkworms, bees, ants, stag beetles, beetles, crustaceans; shrimps, crabs, etc.), plants Examples include biological samples such as mulberry, red beans, broad bean, tomato, eggplant, cucumber, melon, tobacco, chrysanthemum, lily, rose, and microorganisms (bacteria, yeast, mold, etc.). Moreover, food, a river, soil, etc. are illustrated as a sample derived from an environment.

試料は、超音波処理、界面活性剤処理などにより破砕後に測定に供してもよい。このようにすることで、測定感度を向上させることが可能な場合がある。   The sample may be subjected to measurement after being crushed by ultrasonic treatment, surfactant treatment or the like. By doing so, it may be possible to improve the measurement sensitivity.

本発明において、測定するイオンとしては、直接あるいは間接的に水素イオン濃度の変化をもたらすものであれば、特に限定されない。そのようなイオンとしては、水素イオン、アンモニウムイオン、リン酸イオンなどが挙げられる。本発明の好適な測定対象としては、アンモニウムイオンが挙げられる。   In the present invention, the ions to be measured are not particularly limited as long as they cause changes in the hydrogen ion concentration directly or indirectly. Examples of such ions include hydrogen ions, ammonium ions, and phosphate ions. A suitable measurement object of the present invention includes ammonium ions.

本発明にはクレアチニンと反応して上記のようなイオンの濃度変化を生じる任意の酵素を使用することができる。クレアチニンと反応する酵素は、クレアチニンと反応してイオンの濃度変化を生じるのであれば単一の酵素であってもよく、または複数の酵素の組み合わせ(酵素群)であってもよい。そのような酵素(酵素群)としては、クレアチニナーゼ−クレアチナーゼ−サルコシンオキシダーゼ酵素群、クレアチニナーゼ−クレアチンキナーゼ[EC2.7.3.2]酵素群などが挙げられる。1つの実施態様において、本発明は、試料中のクレアチニンを単一の酵素の使用のみでも正確に定量することができることを特徴とするものである。したがって、本発明の利点を活かすためには、クレアチニンデイミナーゼをクレアチニンに反応させることが好適である。クレアチニンデイミナーゼを使用することにより、本発明の方法にて、生じたイオンの濃度変化を検出し、クレアチニンを定量することが可能となる。   In the present invention, any enzyme that reacts with creatinine to cause the above-described ion concentration change can be used. The enzyme that reacts with creatinine may be a single enzyme or a combination of enzymes (enzyme group) as long as it reacts with creatinine to cause a change in ion concentration. Examples of such enzymes (enzyme group) include creatininase-creatinase-sarcosine oxidase enzyme group, creatininase-creatine kinase [EC 2.7.3.2] enzyme group, and the like. In one embodiment, the present invention is characterized in that creatinine in a sample can be accurately quantified only by using a single enzyme. Therefore, in order to take advantage of the present invention, it is preferable to react creatinine deiminase with creatinine. By using creatinine deiminase, the method of the present invention can detect the concentration change of the generated ions and quantify creatinine.

クレアチニンデイミナーゼは、クレアチニンをN−メチルヒダントインとアンモニアへ加水分解する反応を触媒する酵素である。クレアチニンデイミナーゼの供給源としては、バチルス属細菌(特開昭61−219383号公報)、コリネバクテリウム属細菌(特開昭52−34976号公報)、フラボバクテリウム属細菌(The Journal of Biological Chemistry Vol.260 No.7 p3915-3922, 1985)などが知られている。本発明に用いるクレアチニンデイミナーゼは、その由来等何ら限定されない。   Creatinine deiminase is an enzyme that catalyzes the reaction of hydrolyzing creatinine into N-methylhydantoin and ammonia. Examples of the supply source of creatinine deiminase include Bacillus bacteria (JP-A-61-219383), Corynebacterium bacteria (JP-A 52-34976), Flavobacterium bacteria (The Journal of Biological Chemistry). Vol.260 No.7 p3915-3922, 1985) is known. The creatinine deiminase used in the present invention is not limited in any way, such as its origin.

本発明において、酵素や酵素を含む組成物の形態は、特に限定されない。液状であってもよいし、固形状態であって、試料と混合することにより水分を供給されるものであってもよい。適当な容器に入れられたり、適当なデバイスに搭載されて、例えば、分子生物学用途の分析用試薬、生化学用途の分析試薬、体外診断薬、液状体外診断薬、チップ状またはスリット状に加工した体外診断薬、バイオセンサ、医薬品、食品および飲料など、種々の形態をとることができる。   In the present invention, the form of the enzyme or the composition containing the enzyme is not particularly limited. It may be in a liquid state or in a solid state, and water may be supplied by mixing with a sample. Placed in an appropriate container or mounted on an appropriate device, for example, an analytical reagent for molecular biology, an analytical reagent for biochemistry, an in vitro diagnostic agent, a liquid in vitro diagnostic agent, a chip or a slit Various forms such as in vitro diagnostics, biosensors, pharmaceuticals, foods and beverages can be taken.

本発明において酵素は膜などの担体に固定化されていてもよく、遊離状態で存在してもよい。一般に、従来の電界効果トランジスタ(FET)を利用したバイオセンサは、センシング部の膜に、酵素を直接あるいは間接的に固定化、担持させて使用する。膜に固定化した酵素と固定化していない酵素では、pH特性が異なる可能性がある。これは、固定化することによって酵素の立体構造が変化し特性が変化することも原因の1つであるが、他に以下の2点が考えられる。第1に、酵素固定化膜によってpHの勾配が生じ、溶液中のpHと酵素固定化膜中のpHに差が生じることと、第2に、酵素反応などによって生成する酸により酵素近傍のpHが変化することである。従って、このような場合は、酵素が遊離状態で存在することが好ましい。また、試料をクレアチニン以外の物質の測定に供する多項目同時測定の場合は、酵素が遊離状態で存在することが有利である。   In the present invention, the enzyme may be immobilized on a carrier such as a membrane or may exist in a free state. Generally, a conventional biosensor using a field effect transistor (FET) is used by immobilizing and supporting an enzyme directly or indirectly on a membrane of a sensing unit. The enzyme immobilized on the membrane and the enzyme not immobilized may have different pH characteristics. This is due to the fact that the three-dimensional structure of the enzyme changes and the characteristics change due to the immobilization, but the following two points can be considered. First, a pH gradient is generated by the enzyme-immobilized membrane, and there is a difference between the pH in the solution and the pH in the enzyme-immobilized membrane. Second, the pH in the vicinity of the enzyme by an acid generated by an enzyme reaction or the like. Is changing. Therefore, in such a case, it is preferable that the enzyme exists in a free state. In addition, in the case of multi-item simultaneous measurement in which a sample is used for measurement of substances other than creatinine, it is advantageous that the enzyme exists in a free state.

本発明において、試料−酵素反応混合物中で用いる酵素の濃度は特に限定されないが、好ましくは試料と混合後の終濃度が0.001〜10mg/mLとなる様に含有させると良い。さらに好ましくは、終濃度0.01〜1mg/mLとなる様に含有させると良い。   In the present invention, the concentration of the enzyme used in the sample-enzyme reaction mixture is not particularly limited, but it is preferably contained so that the final concentration after mixing with the sample is 0.001 to 10 mg / mL. More preferably, the final concentration is 0.01 to 1 mg / mL.

本発明は高感度なクレアチニンの測定方法である。本発明の測定方法によれば、例えば1mg/dL以上、好ましくは0.5mg/dL以上、より好ましくは0.25mg/dL以上、さらに好ましくは0.1mg/dL以上、かつ例えば2mg/dL以下、好ましくは5mg/dL以下、より好ましくは10mg/dL以下、さらに好ましくは20mg/dL以下の濃度で試料中に含有されるクレアチニンを測定することができる。   The present invention is a highly sensitive method for measuring creatinine. According to the measurement method of the present invention, for example, 1 mg / dL or more, preferably 0.5 mg / dL or more, more preferably 0.25 mg / dL or more, further preferably 0.1 mg / dL or more, and, for example, 2 mg / dL or less. The creatinine contained in the sample can be measured at a concentration of preferably 5 mg / dL or less, more preferably 10 mg / dL or less, and even more preferably 20 mg / dL or less.

アルカリ金属塩および/またはアルカリ土類金属塩の存在下で試料中のクレアチニンにクレアチニンと反応する酵素を反応させてもよい。例えば、アルカリ金属塩として塩化ナトリウムを使用することができる。これらの金属塩は、検出シグナルを安定化することが期待され、また、予想外の効果としてシグナルを増加する効果が見られた(実施例参照)。用いるアルカリ金属塩および/またはアルカリ土類金属塩の添加濃度は、特に限定されない。例えば、1mM〜1M、好ましくは10〜200mM、より好ましくは50〜100mMの範囲で、効果が期待される。本発明の実施例では、50〜100mMの塩化ナトリウムが添加され、劇的なシグナルの増加効果が見られた。   An enzyme that reacts with creatinine may be reacted with creatinine in a sample in the presence of an alkali metal salt and / or an alkaline earth metal salt. For example, sodium chloride can be used as the alkali metal salt. These metal salts were expected to stabilize the detection signal, and an effect of increasing the signal was seen as an unexpected effect (see Examples). The addition concentration of the alkali metal salt and / or alkaline earth metal salt used is not particularly limited. For example, the effect is expected in the range of 1 mM to 1 M, preferably 10 to 200 mM, more preferably 50 to 100 mM. In Examples of the present invention, 50 to 100 mM sodium chloride was added, and a dramatic signal increase effect was observed.

本発明において、試料−酵素反応混合物中には、溶液のpH緩衝作用、タンパク質の安定化などの目的で、さらに他の物質を混合しても良い。1つの実施対応において、バッファー成分の存在下で試料中のクレアチニンにクレアチニンと反応する酵素を反応させてもよい。例えば、バッファー成分としてはリン酸緩衝液、酢酸緩衝液、ホウ酸緩衝液、クエン酸緩衝液、トリス緩衝液、PIPES、MES、TES、MOPS、HEPESなどのGood緩衝液などが挙げられる。バッファー成分の反応混合物中の濃度には特に限定はないが、濃度が高すぎるとイオン濃度が変化しにくく、低すぎると変化が過剰になるので、高い検出感度が達成されるように適切な濃度を選択する。バッファー成分の濃度は例えば0.1〜20mM、好ましくは0.2〜10mM、より好ましくは0.5〜5mMである。また、エタノールやメタノール、プロパノールなどのアルコール類などを添加しても良い。   In the present invention, the sample-enzyme reaction mixture may be further mixed with other substances for the purpose of pH buffering action of the solution, protein stabilization and the like. In one implementation, an enzyme that reacts with creatinine may be reacted with creatinine in a sample in the presence of a buffer component. For example, examples of the buffer component include phosphate buffer, acetate buffer, borate buffer, citrate buffer, Tris buffer, Good buffer such as PIPES, MES, TES, MOPS, and HEPES. The concentration of the buffer component in the reaction mixture is not particularly limited, but if the concentration is too high, the ion concentration is difficult to change, and if it is too low, the change is excessive, so that an appropriate concentration is achieved to achieve high detection sensitivity. Select. The concentration of the buffer component is, for example, 0.1 to 20 mM, preferably 0.2 to 10 mM, more preferably 0.5 to 5 mM. In addition, alcohols such as ethanol, methanol, and propanol may be added.

本発明において、試料−酵素反応混合物中には、必要に応じてその他の添加剤を含有してもよい。添加剤としては界面活性剤、安定化剤、防腐剤、キレート剤、活性化剤などがあげられる。これらについても何ら限定されるものではないが、具体的には以下のようなものが例示される。界面活性剤としては、ノニオン・アニオン・カチオンいずれでも良い。例えば、ノニオン界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル類(商品名トリトンX−100など)・ポリオキシエチレンアルキルエーテル類など、アニオン界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩・直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩など、カチオン界面活性剤としては、テトラアルキルアンモニウム塩などがそれぞれ挙げられる。安定化剤としては、シュークロース・トレハロース・サイクロデキストリンなどの糖類およびその誘導体、アルギニン・リジン・ヒスチジン・グルタミン酸などのアミノ酸類、アルブミンなどの蛋白質、アルカリ金属・アルカリ土類金属などの塩類、アンモニアイオン、グルコン酸などが挙げられる。防腐剤としては、抗生物質、アジ化化合物、その他防菌剤・防かび剤等が挙げられる。キレート剤としては、エチレンジアミン四酢酸およびその塩等が挙げられる。活性化剤としては、アルカリ金属・アルカリ土類金属等が挙げられる。   In the present invention, the sample-enzyme reaction mixture may contain other additives as necessary. Examples of additives include surfactants, stabilizers, preservatives, chelating agents, and activators. These are not limited in any way, but specific examples include the following. As the surfactant, any of nonion, anion, and cation may be used. Examples of nonionic surfactants include polyoxyethylene alkylphenyl ethers (trade name Triton X-100 and the like) and polyoxyethylene alkyl ethers, and anionic surfactants include alkylbenzene sulfonate and linear alkylbenzene sulfone. Examples of cationic surfactants such as acid salts include tetraalkylammonium salts. Stabilizers include saccharides such as sucrose, trehalose, cyclodextrin and their derivatives, amino acids such as arginine, lysine, histidine, glutamic acid, proteins such as albumin, salts such as alkali metals and alkaline earth metals, ammonia ions And gluconic acid. Antiseptics include antibiotics, azide compounds, other antibacterial agents and fungicides, and the like. Examples of the chelating agent include ethylenediaminetetraacetic acid and its salt. Examples of the activator include alkali metals and alkaline earth metals.

本発明の方法では、クレアチニンの定量手段として、エンドポイント法(一定時間における試料中のクレアチニンに由来するシグナルの増加を計測)、カイネティック法(試料中のクレアチニンに由来する酵素の初速度をシグナルの時間変化で計測)のどちらを採用しても構わない。好適には、エンドポイント法が採用される。   In the method of the present invention, as a quantification method for creatinine, the endpoint method (measures the increase in signal derived from creatinine in a sample at a certain time), the kinetic method (signals the initial rate of enzyme derived from creatinine in the sample) Any of the above may be employed. Preferably, the end point method is adopted.

本発明において、試料−酵素反応混合物が累積型ISFETセンサのセンシング部に直接あるいは間接的に接触することになる。最適な試料−酵素反応混合物の容量は、システムの構成、特にセンシング部の面積に依存することになるが、0.1〜500μLが好ましい。更には、0.1〜30μLが好適な範囲として挙げられる。   In the present invention, the sample-enzyme reaction mixture comes into direct or indirect contact with the sensing part of the cumulative ISFET sensor. The optimal volume of the sample-enzyme reaction mixture depends on the system configuration, particularly the area of the sensing unit, but is preferably 0.1 to 500 μL. Furthermore, 0.1-30 microliters is mentioned as a suitable range.

本発明では、累積型ISFETセンサを使用する。累積型ISFETセンサは、従来のISFETの欠点を克服するため、ISFETのセンシング部の表面電位の変化に基づくセンシング部直下のポテンシャル井戸の深さの変化をドレインに電荷として転送することを繰り返し、ドレインに電荷が累積されるべく構成したことにより、センシング部の表面電位の変化が微量であっても確実に検出し、高感度にイオン濃度の変化を検出することができる。   In the present invention, a cumulative ISFET sensor is used. In order to overcome the drawbacks of the conventional ISFET, the cumulative ISFET sensor repeatedly transfers the change in the depth of the potential well immediately below the sensing portion based on the change in the surface potential of the sensing portion of the ISFET as a charge to the drain. By configuring so that electric charges are accumulated, it is possible to reliably detect even a slight change in the surface potential of the sensing unit, and to detect a change in ion concentration with high sensitivity.

本発明に使用する累積型ISFETセンサの形態としては、P型又はN型半導体基板の表面側に所定の間隔を置いて形成された、基板と逆型の拡散領域からなる入力ダイオード部及び浮遊拡散部と、前記入力ダイオード部から浮遊拡散部までの間に形成されるべき導通チャネルの始端及び終端にそれぞれ対応した基板表面上の位置に、絶縁膜を介して固定された入力ゲート及び出力ゲートと、前記チャネルの中間部に対応した基板表面上の位置に、絶縁膜を介して固定されたイオン感応膜からなるセンシング部と、前記浮遊拡散部の、前記チャネルから離れた側に連なる前記基板表面上の位置に、絶縁膜を介して固定されたリセットゲートと、前記リセットゲートにおける前記浮遊拡散部から離れた側の前記基板表面部に形成された、基板と逆型の拡散領域からなるリセットダイオード部とを備え、前記センシング部に、酵素または酵素を含む組成物および試料を添加混合し、その結果、前記センシング部に作用するイオン濃度に応じて変化したポテンシャル井戸の深さと、そのポテンシャル井戸からの汲み出し回数に応じ、電位リセット後の前記浮遊拡散部が蓄積する電荷量を、電位変化として検出するようにしたFET型センサを構成したものである。   As a form of the cumulative ISFET sensor used in the present invention, an input diode portion formed of a diffusion region opposite to the substrate and a floating diffusion formed on the surface side of a P-type or N-type semiconductor substrate at a predetermined interval. And an input gate and an output gate fixed via an insulating film at positions on the substrate surface corresponding to the start and end of the conduction channel to be formed between the input diode portion and the floating diffusion portion, respectively. A sensing portion made of an ion sensitive film fixed via an insulating film at a position on the substrate surface corresponding to an intermediate portion of the channel, and the substrate surface connected to a side of the floating diffusion portion away from the channel. A reset gate fixed through an insulating film at an upper position, and a substrate formed on the substrate surface portion on the side of the reset gate away from the floating diffusion portion; and And a reset diode section composed of a diffusion region of a mold, and the potential well changed depending on the concentration of ions acting on the sensing section as a result of adding and mixing an enzyme or a composition containing the enzyme and a sample to the sensing section The FET type sensor is configured to detect the amount of charge accumulated in the floating diffusion portion after the potential reset as a potential change in accordance with the depth of the current and the number of pumping out of the potential well.

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図1(A)は本発明に一実施形態に係るバイオセンサ素子であるFET型センサ素子20Aの構成を示す縦断面図であり、図1(B)は図1(A)のFET型センサ素子20Aのエネルギー準位を示す模式図である。また、図2は図1(A)のFET型センサ素子20Aのセンサ出力信号を測定するためのバイオセンサ測定装置30の構成を示すブロック図である。さらに、図3は図2のバイオセンサ測定装置30により図1(A)のFET型センサ素子20Aの出力特性を測定するときの動作タイミングチャートである。またさらに、図4は図1(A)のFET型センサ素子20Aの動作を示す図であって、ポテンシャル状態及び蓄積電荷の推移を示す、図1(B)と同様のエネルギー準位を示す模式図である。   FIG. 1A is a longitudinal sectional view showing a configuration of an FET type sensor element 20A that is a biosensor element according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is an FET type sensor element of FIG. It is a schematic diagram which shows the energy level of 20A. FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a biosensor measurement apparatus 30 for measuring a sensor output signal of the FET type sensor element 20A of FIG. 3 is an operation timing chart when measuring the output characteristics of the FET type sensor element 20A of FIG. 1A by the biosensor measuring device 30 of FIG. Further, FIG. 4 is a diagram showing the operation of the FET type sensor element 20A of FIG. 1A, and is a schematic diagram showing the energy level similar to FIG. 1B, showing the transition of the potential state and accumulated charge. FIG.

図1(A)において、典型的にはシリコンにてなるp−型の半導体基板1の表側には互いに所定間隔をおいてn+型拡散層からなる電荷供給部としての入力ダイオード2及び浮遊拡散部3が形成され、さらに浮遊拡散部3から小間隔をおいてリセットダイオード4が形成される。半導体基板1上には、この場合、n+型拡散層上も含めSiO又はSiからなる絶縁膜5が形成される。入力ダイオード2及び浮遊拡散部3間における半導体基板1表面部には、次に述べるゲート構造との関連において導通チャネル(n型反転層)が形成され、その結果、入力ダイオード2をソースとし、浮遊拡散部3をドレインとするFET型センサ20が構成される。絶縁膜5上には、チャネル始端部に対応する入力ダイオード2の隣接位置において入力ゲート6が、またチャネル終端部に対応する浮遊拡散部3の隣接位置において出力ゲート7が、それぞれポリシリコン、又はアルミニウムからなる蒸着層より形成され、さらに浮遊拡散部3とリセットダイオード4との間においてリセットゲート8が同様の蒸着層より形成される。入力ゲート6、出力ゲート7及びリセットゲート8の上面と、これらのゲートを支持したゲート外の絶縁膜5上には、典型的にはSi蒸着層からなる被着膜10が形成される。Si膜はSiO膜に比べて構造が緻密で、酸素の拡散係数が小さいため、それ自身が入力ゲート6と出力ゲート7間に形成する凹部をセンシング部9として、良好なイオン感応膜を構成する。イオン感応膜としてはSiの他、SiOやAu、Ta205等も用いることができる。当該センシング部9のイオン感応膜には、試料中の検体と反応若しくは結合し、又は検体反応の触媒となる酵素、抗体、微生物及び核酸等の物質が固定化されてもよいが、これらは遊離状態で存在してもよい(図示せず)。 Referring to FIG. 1A, an input diode 2 and a floating diffusion portion as a charge supply portion made of an n + -type diffusion layer are spaced apart from each other on the front side of a p-type semiconductor substrate 1 typically made of silicon. 3 is formed, and a reset diode 4 is formed at a small interval from the floating diffusion portion 3. In this case, an insulating film 5 made of SiO 2 or Si 3 N 4 is formed on the semiconductor substrate 1 including the n + type diffusion layer. A conduction channel (n-type inversion layer) is formed on the surface of the semiconductor substrate 1 between the input diode 2 and the floating diffusion portion 3 in relation to the gate structure described below. As a result, the input diode 2 serves as a source and floats. An FET type sensor 20 having the diffusion unit 3 as a drain is configured. On the insulating film 5, the input gate 6 is adjacent to the input diode 2 corresponding to the channel start end portion, and the output gate 7 is adjacent to the floating diffusion portion 3 corresponding to the channel end portion is polysilicon, or A reset gate 8 is formed of a similar vapor deposition layer between the floating diffusion portion 3 and the reset diode 4. On the upper surfaces of the input gate 6, the output gate 7 and the reset gate 8, and the insulating film 5 outside the gate supporting these gates, a deposition film 10 typically formed of a Si 3 N 4 vapor deposition layer is formed. The Since the Si 3 N 4 film is denser than the SiO 2 film and has a small oxygen diffusion coefficient, the recess formed between the input gate 6 and the output gate 7 itself is used as the sensing unit 9, so that good ion sensitivity is achieved. Construct a membrane. In addition to Si 3 N 4 , SiO 2 , Au, Ta205, etc. can be used as the ion sensitive film. The ion-sensitive membrane of the sensing unit 9 may be immobilized with substances such as enzymes, antibodies, microorganisms, and nucleic acids that react with or bind to the analyte in the sample or that serve as a catalyst for the analyte reaction. It may exist in a state (not shown).

なお、半導体基板1の表面において、入力ダイオード2及びリセットダイオード4の外側には、絶縁膜5と同様なシリコン酸化膜等からなる比較的厚いマスク層11が形成され、前述したセンシング部9を形成する蒸着膜である被着膜10は、当該マスグ層11にも被さり、さらに被着膜10上にはセンシング部9を除き、例えば、リンガラスからなる保護膜12と、当該保護膜12上において外表面を面一にした外装膜13が被着形成される。図1(A)の左側より、入力ダイオード2、入力ゲート電極6及び出力ゲート電極7、浮遊拡散部3、リセットゲート8及びリセットダイオード4の上面には、各々アルミニウム等からなる電極リードが形成され、それらの電極リードを介して測定シーケンスに従った電圧が印加され、又は浮遊拡散部3の電位が検出される。浮遊拡散部3は電極リード端子の出力電圧Vout(本明細書では、当該出力信号電圧をシグナルともいう。)を、ソースフォロワ増幅器を含むバイオセンサ測定装置30に接続される。   Note that a relatively thick mask layer 11 made of a silicon oxide film or the like similar to the insulating film 5 is formed on the surface of the semiconductor substrate 1 outside the input diode 2 and the reset diode 4 to form the sensing unit 9 described above. The deposited film 10, which is a deposited film, covers the mask layer 11, and the sensing unit 9 is excluded from the deposited film 10, for example, on the protective film 12 made of phosphor glass and the protective film 12. An exterior film 13 with the outer surface flush is deposited. From the left side of FIG. 1A, electrode leads made of aluminum or the like are formed on the top surfaces of the input diode 2, the input gate electrode 6 and the output gate electrode 7, the floating diffusion portion 3, the reset gate 8 and the reset diode 4, respectively. A voltage according to the measurement sequence is applied through these electrode leads, or the potential of the floating diffusion part 3 is detected. The floating diffusion unit 3 is connected to an output voltage Vout of the electrode lead terminal (in this specification, the output signal voltage is also referred to as a signal) to a biosensor measurement device 30 including a source follower amplifier.

本実施形態において、FET型センサ素子20Aは、P−型半導体基板1の表面側に所定の間隔をおいて形成された、半導体基板1と逆型であるN+型の拡散領域からなる入力ダイオード部2及び浮遊拡散部3と、リセットダイオード4とを有し、浮遊拡散部3とリセットダイオード4との間の絶縁膜5上には同じくリセットゲート8を有することにより、浮遊拡散部3のためのリセットトランジスタを構成したものである。まず、入力ゲート6、及び出力ゲート7は入力ダイオード部2から浮遊拡散部3までの間に形成されるべき導通チャネルの中間部、及び終端部にそれぞれ対応した絶縁膜9上に固定され、両ゲート6及び7を隣接させるため、比較的細幅で高さを持たせた出力ゲート7が、比較的広幅の入力ゲート6の当該隣接側を覆う被着膜10によって、当該入力ゲート6と絶縁された構造となっている。出力ゲート7は底面が半導体基板1上の絶縁膜に接するとともに、その上方部が被着膜10及び保護膜12を貫通し、上端が外装膜13内に位置する高さを有している。   In the present embodiment, the FET type sensor element 20A is an input diode portion formed of an N + type diffusion region which is formed on the surface side of the P− type semiconductor substrate 1 at a predetermined interval and is opposite to the semiconductor substrate 1. 2 and the floating diffusion portion 3 and the reset diode 4, and the reset gate 8 is also provided on the insulating film 5 between the floating diffusion portion 3 and the reset diode 4. A reset transistor is configured. First, the input gate 6 and the output gate 7 are fixed on the insulating film 9 corresponding to the intermediate part and the terminal part of the conduction channel to be formed between the input diode part 2 and the floating diffusion part 3, respectively. Since the gates 6 and 7 are adjacent to each other, the output gate 7 having a relatively narrow width and height is insulated from the input gate 6 by the deposited film 10 covering the adjacent side of the relatively wide input gate 6. It has a structured. The output gate 7 has a bottom surface in contact with the insulating film on the semiconductor substrate 1, an upper portion thereof penetrating the deposition film 10 and the protective film 12, and an upper end positioned in the exterior film 13.

このように形成された入力ダイオード2と、入力ゲート6との間の基板表面上の位置、すなわち形成されるべき反転チャネルの入力端に対応した位置には、底面をなす絶縁膜5とともにイオン感応膜となる入力ゲート6側の絶縁膜5と、入力ダイオード2側の被着膜10及び保護膜12の断層とに挟まれて凹部をなすセンシング部9が形成される。   At the position on the substrate surface between the input diode 2 and the input gate 6 formed in this way, that is, at the position corresponding to the input end of the inversion channel to be formed, the ion-sensitive film is formed together with the insulating film 5 forming the bottom surface. A sensing portion 9 is formed which is sandwiched between the insulating film 5 on the input gate 6 side, which is a film, and the fault of the deposited film 10 and the protective film 12 on the input diode 2 side.

次いで、図2を参照して、バイオセンサ測定装置30の構成及び動作について以下説明する。図2において、FET型センサ素子20Aには、直流電圧源21から直流電圧+Vddがリセットダイオード4に印加される。また、コントローラ40は詳細後述するタイミングチャートで変化し所定のパルス幅や周期などを有する所定の各電圧Vin,Vgin,Vsen,Vgout,Vgrを各D/A変換器34乃至38を介してFET型センサ素子20Aに印加する。FET型センサ素子20Aから出力されるセンサ出力電圧Voutは、ソースフォロワ増幅器31を介してA/D変換器32に入力された後、コントローラ40によりクロック周波数やタイミングが制御されるクロック発生器33からのサンプリングクロックを用いてA/D変換される。A/D変換後のデジタルデータはコントローラ40に入力された後、RAM42に格納される。   Next, the configuration and operation of the biosensor measurement device 30 will be described below with reference to FIG. In FIG. 2, a DC voltage + Vdd is applied to the reset diode 4 from the DC voltage source 21 to the FET type sensor element 20A. Further, the controller 40 changes the predetermined voltages Vin, Vgin, Vsen, Vgout, Vgr having a predetermined pulse width, period, etc., which change in a timing chart, which will be described in detail later, to the FET type via the D / A converters 34 to 38. Applied to the sensor element 20A. The sensor output voltage Vout output from the FET type sensor element 20A is input to the A / D converter 32 via the source follower amplifier 31, and then from the clock generator 33 whose clock frequency and timing are controlled by the controller 40. A / D conversion is performed using the sampling clock. The digital data after A / D conversion is input to the controller 40 and then stored in the RAM 42.

コントローラ40には、コントローラ40の動作プログラムやそれを実行するために必要なデータを格納するROM41と、デジタルデータを格納するRAM42と、デジタルデータをフレキシブルディスクに保存するためのフレキシブルディスクドライブ43とが接続されている。また、コントローラ40には、キーボードインターフェース44を介して操作者が指示コマンドや測定条件などの指示データを入力するためのキーボード45が接続されるとともに、ディスプレイインターフェース46を介して、指示データや測定結果を表示するための液晶ディスプレイ47が接続される。本実施形態では、コントローラ30は、測定されたデジタルデータに基づいて測定波形の比較表示、グラフ表示、テーブル表示などを液晶ディスプレイ47に表示する各種表示機能を有する。   The controller 40 includes a ROM 41 for storing an operation program of the controller 40 and data necessary for executing the controller 40, a RAM 42 for storing digital data, and a flexible disk drive 43 for storing the digital data on a flexible disk. It is connected. The controller 40 is connected to a keyboard 45 through which an operator inputs instruction data such as instruction commands and measurement conditions via a keyboard interface 44, and instruction data and measurement results via a display interface 46. A liquid crystal display 47 for displaying is connected. In the present embodiment, the controller 30 has various display functions for displaying a comparison display, a graph display, a table display, and the like of the measured waveform on the liquid crystal display 47 based on the measured digital data.

さらに、図1(A)のFET型センサ素子20A及びバイオセンサ測定装置30を用いて、イオン濃度を検出する方法について、図3及び図4を参照して以下に説明する。   Further, a method for detecting the ion concentration using the FET-type sensor element 20A and the biosensor measurement device 30 of FIG. 1A will be described below with reference to FIGS.

まず、センシング部9内の水溶液に例えば2Vの電圧Vginを印加しセンシング部5の直下の半導体基板1の表面の電位を一定にする。これがポテンシャル井戸入り口の初期設定値となる。次に、図3に示すように、入力ゲート6に適当な直流電圧Vsen(例えば、2.0V)を印加し、その直下の半導体基板1の表面電位を固定するとともに、電荷供給部としての入力ダイオード2に逆バイアス電圧Vin=5Vを、また、リセットゲート8に所定のパルス幅のリセット電圧Vgrを印加し、浮遊拡散部3の電位の初期値を設定する。このとき、出力ゲート7の電圧Vgoutはゼロボルトである。   First, a voltage Vgin of 2 V, for example, is applied to the aqueous solution in the sensing unit 9 to make the surface potential of the semiconductor substrate 1 immediately below the sensing unit 5 constant. This is the initial setting for the potential well entrance. Next, as shown in FIG. 3, an appropriate DC voltage Vsen (for example, 2.0 V) is applied to the input gate 6 to fix the surface potential of the semiconductor substrate 1 immediately below the input gate 6 and input as a charge supply unit. A reverse bias voltage Vin = 5V is applied to the diode 2 and a reset voltage Vgr having a predetermined pulse width is applied to the reset gate 8 to set an initial value of the potential of the floating diffusion portion 3. At this time, the voltage Vgout of the output gate 7 is zero volts.

入力ダイオード2の電圧Vin=5Vは十分な逆バイアスとして、当該入力ゲート内に残留する電荷を図1(B)に示すようにごく僅かに抑え、当該電荷プールの上端は、センシング部9のレベルに届かず、センシング部9以降(図1(B)のセンシング部9の右側)には侵入しない。この場合、水溶液中のマイナスイオン濃度が高くなった場合、センシング部9の表面電位が変化し、当該センシング部9直下の半導体基板1の表面の電位は前記初期設定値b0よりさらに上がり、逆に、マイナスイオン濃度が低くなった場合、又はプラスイオンが高くなった場合には、表面電位はb0より下がる。   The voltage Vin = 5V of the input diode 2 is set as a sufficient reverse bias, and the charge remaining in the input gate is suppressed very slightly as shown in FIG. 1B, and the upper end of the charge pool is at the level of the sensing unit 9. And does not enter after the sensing unit 9 (on the right side of the sensing unit 9 in FIG. 1B). In this case, when the negative ion concentration in the aqueous solution increases, the surface potential of the sensing unit 9 changes, and the surface potential of the semiconductor substrate 1 immediately below the sensing unit 9 further increases from the initial set value b0. When the negative ion concentration decreases or when the positive ions increase, the surface potential falls below b0.

入力ダイオード2に印加する電圧Vinが5Vから1.0Vに下がると、逆バイアスが緩和された分、電荷プール量が多くなり、そのレベルは、この場合センシング部9直下の基板表面電位b0(ポテンシャル井戸入ロレベル)を越え、当該入力ダイオード2からの電荷が入力ゲート6直下のポテンシャル井戸に供給される(図4(A)参照。)。   When the voltage Vin applied to the input diode 2 decreases from 5 V to 1.0 V, the amount of charge pool increases as the reverse bias is relaxed, and in this case, the level is the substrate surface potential b0 (potential) immediately below the sensing unit 9. The charge from the input diode 2 is supplied to the potential well immediately below the input gate 6 (see FIG. 4A).

再度、入力ダイオード2に印加する電圧Vinが5Vに上がると、センシング部9直下の表面電位のレベルで電荷がすりきられ、当該レベル下におけるポテンシャル井戸の容量分だけ電荷が残存、それ以外の電荷は入力ダイオード2を経て、当該ダイオード2に残留する分を残し直流電圧源21に還流する(図4(B)参照。)。この場合も、ポテンシャル井戸に残留した電荷の量はマイナスイオン濃度によって変化し、センシング部9の表面電位の変化量がこの電荷の量に変換される。   When the voltage Vin applied to the input diode 2 rises to 5 V again, charges are exhausted at the level of the surface potential immediately below the sensing unit 9, charges remain at the potential well capacity below that level, and other charges are The portion remaining in the diode 2 is passed through the input diode 2 and is returned to the DC voltage source 21 (see FIG. 4B). Also in this case, the amount of charge remaining in the potential well varies depending on the negative ion concentration, and the amount of change in the surface potential of the sensing unit 9 is converted into this amount of charge.

次に、出力ゲート7に電圧Vgoutが5V印加されると、当該出力ゲート7が開いて、電荷が予めリセット電位に維持された浮遊拡散部3に転送される(図4(C)参照。)。この電荷の転送後、出力ゲート7に印加する電圧Vgoutが0Vに下がり、出力ゲート7が閉じられる(図4(D)参照。)。さらに、浮遊拡散部3は電位が読み取られた後は、リセットゲート8にリセットゲート電圧Vgrを印加し、当該浮遊拡散部3の電荷を、電源電圧+Vddの直流電圧源21に接続されたリセットダイオード4に導き、さらに直流電圧源21に吸収せしめて、初期出力電圧Voutを再設定する。   Next, when the voltage Vgout of 5 V is applied to the output gate 7, the output gate 7 is opened, and the charge is transferred to the floating diffusion portion 3 that has been previously maintained at the reset potential (see FIG. 4C). . After this charge transfer, the voltage Vgout applied to the output gate 7 is lowered to 0 V, and the output gate 7 is closed (see FIG. 4D). Further, after the potential is read, the floating diffusion unit 3 applies the reset gate voltage Vgr to the reset gate 8 and the charge of the floating diffusion unit 3 is connected to the DC voltage source 21 of the power supply voltage + Vdd. 4 and further absorbed by the DC voltage source 21 to reset the initial output voltage Vout.

以上説明したように、図4(B)から図4(D)に示したプロセスを繰り返し行うことにより、センシング部9の表面電位の変化量が浮遊拡散部3の電荷量として累積される。そして、浮遊拡散部3に蓄積された電位変化量は出力電圧Voutとして、図2のバイオセンサ測定装置30に入力された後、表示されかつ記録その他の処理に用いられる。   As described above, the amount of change in the surface potential of the sensing unit 9 is accumulated as the amount of charge in the floating diffusion unit 3 by repeatedly performing the processes shown in FIGS. 4B to 4D. Then, the amount of potential change accumulated in the floating diffusion unit 3 is input to the biosensor measurement device 30 of FIG. 2 as the output voltage Vout, and then displayed and used for recording and other processing.

本発明において、累積型ISFETセンサのセンシング部の表面積は、センサを小型化し至便性を高めるためにはより小さい方が好ましく、試料−酵素反応混合物の容量を高め、シグナルのレベルを上げるためにはより大きい方が好ましい。したがって、その使用目的、対象試料種などに応じて、センシング部の表面積を至適化すればよい。一般的に、センシング部の表面積は、5mm以下が好ましく、1mm以下がより好ましく、0.0001mm以上が好ましく、0.005mm以上がより好ましい。 In the present invention, the surface area of the sensing part of the cumulative ISFET sensor is preferably smaller in order to reduce the size of the sensor and increase convenience, and to increase the volume of the sample-enzyme reaction mixture and increase the signal level. Larger is preferred. Therefore, the surface area of the sensing unit may be optimized according to the purpose of use, the target sample type, and the like. Generally, the surface area of the sensing portion is preferably 5 mm 2 or less, more preferably 1 mm 2 or less, preferably 0.0001 mm 2 or more, 0.005 mm 2 or more is more preferable.

本発明は、少なくとも下記(a)および(b)の要素が含まれる、試料中のクレアチニンを定量するシステムを提供する:
(a)累積型イオン感応性電界効果トランジスタ(ISFET)センサ、ここで累積型ISFETセンサは、センシング部に作用するイオン濃度に応じて変化したポテンシャル井戸の深さと、そのポテンシャル井戸からの汲み出し回数に応じ、電位リセット後に蓄積する電荷量を電位変化として計測するようにしたISFETセンサである;および
(b)クレアチニンと反応する酵素。
The present invention provides a system for quantifying creatinine in a sample, comprising at least the following elements (a) and (b):
(A) Cumulative ion-sensitive field effect transistor (ISFET) sensor, where the cumulative ISFET sensor determines the depth of the potential well that has changed according to the concentration of ions acting on the sensing unit and the number of pumps out of the potential well. In response, an ISFET sensor that measures the amount of charge accumulated after a potential reset as a potential change; and (b) an enzyme that reacts with creatinine.

本発明のシステムは上記の本発明のクレアチニンの測定方法に使用することができる。従って、本発明のクレアチニンの測定方法について上記した各事項を本発明のシステムに適用することができる。例えば、(b)のクレアチニンと反応する酵素としてクレアチニンデイミナーゼ[EC3.5.4.21]を使用することができる。   The system of the present invention can be used in the above-described method for measuring creatinine of the present invention. Accordingly, the above-described matters concerning the method for measuring creatinine of the present invention can be applied to the system of the present invention. For example, creatinine deiminase [EC3.5.4.21] can be used as the enzyme that reacts with creatinine in (b).

累積型ISFETをセンサ素子として用いるバイオセンサ測定機によって、クレアチンおよびクレアチンと反応する酵素の反応によって生じるイオン濃度変化を測定することができる。図3に例示的なバイオセンサ測定機のブロック図を示す。図3において、測定機部分を点線で示す。測定機の構成は以下のとおりである。2:センサ(1)からの信号を増幅する;3:アナログ信号をデジタル信号に変換する;4:デジタル信号を記憶する;5:デジタル信号をグラフや表に表示する;6:比較のため過去のデータと重ねて表示する;7:必要に応じて表示データを取り出す;8:素子や回路に電源を供給する;9:3での信号を受けて測定のタイミングをフィードバックする;10:センサ電圧を付加する;11:パルス幅や電圧などの測定条件を設定する;12:累積測定の指令を行う;13:測定データを保存する;14:測定データを印刷する。   A biosensor measuring machine using a cumulative ISFET as a sensor element can measure changes in ion concentration caused by the reaction of creatine and an enzyme that reacts with creatine. FIG. 3 shows a block diagram of an exemplary biosensor measuring machine. In FIG. 3, the measuring instrument portion is indicated by a dotted line. The configuration of the measuring machine is as follows. 2: Amplify signal from sensor (1); 3: Convert analog signal to digital signal; 4: Store digital signal; 5: Display digital signal in graphs and tables; 6: Past for comparison 7: Extract display data as needed; 8: Supply power to elements and circuits; Receive signal at 9: 3 and feed back measurement timing; 10: Sensor voltage 11: Set measurement conditions such as pulse width and voltage; 12: Instruct cumulative measurement; 13: Save measurement data; 14: Print measurement data.

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited by these Examples.

[試薬組成物の調製]
下記試薬組成物を調製した。
1mM トリス塩酸緩衝液(pH7.5)
1.39U/mL クレアチニンデイミナーゼ
(東洋紡績製:CNI−311、0.1mg/mL)
0〜100mM 塩化ナトリウム
[Preparation of reagent composition]
The following reagent composition was prepared.
1 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5)
1.39 U / mL Creatinine deiminase (Toyobo: CNI-311, 0.1 mg / mL)
0-100 mM sodium chloride

[測定試料の調製]
下記試料溶液を調製した。
1mM トリス塩酸緩衝液(pH7.5)
0〜10mg/dL クレアチニン(東京化成)
[Preparation of measurement sample]
The following sample solution was prepared.
1 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5)
0-10mg / dL Creatinine (Tokyo Kasei)

[対照用試薬の調製]
下記試薬を調製した。
1mM トリス塩酸緩衝液(pH7.5)
[Preparation of control reagent]
The following reagents were prepared.
1 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5)

[使用装置]
累積型ISFETセンサ(AMISセンサー、バイオエックス社製)を利用した測定装置(バイオセンサ開発用測定装置、バイオエックス社製)を用いた。装置構成は、先行技術(特許文献17)に基づいた構成であり、図2にそのブロック図を示した。
ISFETのゲート上のイオン感応膜は、五酸化タンタルを使用した。センシング部の表面積は、0.05mmとした。
[Device used]
A measuring device (a measuring device for biosensor development, manufactured by Bio-X) using a cumulative ISFET sensor (AMIS sensor, manufactured by Bio-X) was used. The apparatus configuration is based on the prior art (Patent Document 17), and its block diagram is shown in FIG.
Tantalum pentoxide was used for the ion sensitive film on the gate of the ISFET. The surface area of the sensing part was 0.05 mm 2 .

[測定条件]
以下の測定条件にて、試料中のクレアチニン量を測定した。
センサのセンシング部Aに、試薬組成物を18μL添加し、センシング部B(対照用)にクレアチンデイミナーゼを含まない対照用試薬を18μL添加した。37℃で5分間の予備加温を実施し、温度を安定化した後、50秒間シグナルを計測し、センサの状態を確認した。そして、センシング部AおよびBの試薬に、クレアチニン濃度を0〜10mg/dLに調製した測定試料を各2μL添加、混合し、シグナルが安定した後(1〜2分後)37℃にてシグナル(対照用のセンシング部Bからのシグナルと比較してのシグナルの増加)を5秒毎に4〜5分間計測した。累積型ISFETセンサの累積回数は、10回で設定した。
[Measurement condition]
The amount of creatinine in the sample was measured under the following measurement conditions.
18 μL of the reagent composition was added to the sensing part A of the sensor, and 18 μL of a control reagent not containing creatine deiminase was added to the sensing part B (for control). Preheating was performed at 37 ° C. for 5 minutes to stabilize the temperature, and then the signal was measured for 50 seconds to check the state of the sensor. Then, 2 μL each of the measurement samples prepared at a creatinine concentration of 0 to 10 mg / dL were added to and mixed with the reagents of the sensing parts A and B, and after the signal was stabilized (1 to 2 minutes later), the signal ( Signal increase compared to the signal from the sensing part B for control) was measured every 5 seconds for 4-5 minutes. The cumulative number of cumulative ISFET sensors was set to 10 times.

[実施例1]
塩化ナトリウムを含まない試薬にて、クレアチニン濃度5mg/dL、1mg/dL、0mg/dLの各測定試料について計測を実施し、各々のシグナル増加のタイムコースを測定した。結果を図5に示す。試薬中のクレアチニンデイミナーゼが試料中のクレアチニンと反応することにより、イオン濃度が増加し、クレアチニン濃度に応じたシグナル増加が見られ、良好に測定されることがわかる。
[Example 1]
Measurement was performed on each measurement sample having a creatinine concentration of 5 mg / dL, 1 mg / dL, and 0 mg / dL with a reagent not containing sodium chloride, and the time course of each signal increase was measured. The results are shown in FIG. It can be seen that when the creatinine deiminase in the reagent reacts with the creatinine in the sample, the ion concentration increases, a signal increase according to the creatinine concentration is observed, and measurement is good.

[実施例2]
実施例1と同様の方法にて、クレアチニン濃度0、1、2、3、4、5、6、7、8、10mg/dLの各測定試料について計測を実施し、各々のシグナル増加を245秒間測定した。245秒での計測データより、クレアチニン濃度と計測値の直線性をみた。結果を図6に示す。クレアチニン濃度と計測値との間に、非常に良好な相関が見られ、本発明の方法にてクレアチニン量が良好に測定されることがわかる。
[Example 2]
In the same manner as in Example 1, measurement was performed on each measurement sample having a creatinine concentration of 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10 mg / dL, and each signal increase was increased for 245 seconds. It was measured. From the measurement data at 245 seconds, the linearity between the creatinine concentration and the measured value was observed. The results are shown in FIG. A very good correlation is observed between the creatinine concentration and the measured value, and it can be seen that the amount of creatinine is measured well by the method of the present invention.

[実施例3]
100mMの塩化ナトリウムを含む液状試薬にて、クレアチニン濃度0.5mg/dL、0.25mg/dL、0mg/dLの各測定試料について計測を実施し、各々のシグナル増加のタイムコースを測定した。結果を図7に示す。試薬中のクレアチニンデイミナーゼが試料中のクレアチニンと反応することにより、イオン濃度が増加し、クレアチニン濃度に応じたシグナル増加が見られ、良好に測定されることがわかる。
[Example 3]
Measurement was performed on each measurement sample having a creatinine concentration of 0.5 mg / dL, 0.25 mg / dL, and 0 mg / dL with a liquid reagent containing 100 mM sodium chloride, and the time course of each signal increase was measured. The results are shown in FIG. It can be seen that when the creatinine deiminase in the reagent reacts with the creatinine in the sample, the ion concentration increases, a signal increase according to the creatinine concentration is observed, and measurement is good.

[実施例4]
実施例3と同様の方法にて、クレアチニン濃度0、0.1、0.25、0.5、0.75、1、1.5、2mg/dLの各測定試料について計測を実施し、各々のシグナル増加を245秒間測定した。245秒での計測データより、クレアチニン濃度と計測値の直線性をみた。結果を図8に示す。クレアチニン濃度と計測値との間に、良好な相関が見られ、本発明の方法にてクレアチニン量が良好に測定されることがわかる。
[Example 4]
In the same manner as in Example 3, measurement was performed on each measurement sample having a creatinine concentration of 0, 0.1, 0.25, 0.5, 0.75, 1, 1.5, 2 mg / dL, Signal increase was measured for 245 seconds. From the measurement data at 245 seconds, the linearity between the creatinine concentration and the measured value was observed. The results are shown in FIG. A good correlation is observed between the creatinine concentration and the measured value, and it can be seen that the amount of creatinine is measured well by the method of the present invention.

[実施例5]
50mMの塩化ナトリウムを含む液状試薬にて、クレアチニン濃度0.5mg/dL、0.25mg/dL、0.1mg/dL、0mg/dLの各測定試料について計測を実施し、各々のシグナル増加のタイムコースを測定した。結果を図9に示す。試薬中のクレアチニンデイミナーゼが試料中のクレアチニンと反応することにより、イオン濃度が増加し、クレアチニン濃度に応じたシグナル増加が見られ、良好に測定されることがわかる。
[Example 5]
Measurement was performed on each measurement sample having a creatinine concentration of 0.5 mg / dL, 0.25 mg / dL, 0.1 mg / dL, and 0 mg / dL with a liquid reagent containing 50 mM sodium chloride, and the time of each signal increase The course was measured. The results are shown in FIG. It can be seen that when the creatinine deiminase in the reagent reacts with the creatinine in the sample, the ion concentration increases, a signal increase according to the creatinine concentration is observed, and measurement is good.

[実施例6]
実施例5と同様の方法にて、クレアチニン濃度0、0.1、0.25、0.5、0.75、1mg/dLの各測定試料について計測を実施し、各々のシグナル増加を245秒間測定した。245秒での計測データより、クレアチニン濃度と計測値の直線性をみた。結果を図10に示す。クレアチニン濃度と計測値との間に、非常に良好な相関が見られ、本発明の方法にてクレアチニン量が良好に測定されることがわかる。
[Example 6]
In the same manner as in Example 5, measurement was performed on each measurement sample having a creatinine concentration of 0, 0.1, 0.25, 0.5, 0.75, 1 mg / dL, and each signal increase was increased for 245 seconds. It was measured. From the measurement data at 245 seconds, the linearity between the creatinine concentration and the measured value was observed. The results are shown in FIG. A very good correlation is observed between the creatinine concentration and the measured value, and it can be seen that the amount of creatinine is measured well by the method of the present invention.

上述したように、本発明により、従来からの方法、システムと対比して、試料中のクレアチニンの新規な定量方法、およびそのためのシステムを提供することが達成された。特に、クレアチニンを単一の酵素で測定できる方法、およびそのためのシステムを提供することが達成された。   As described above, according to the present invention, it has been achieved to provide a novel method for quantifying creatinine in a sample, and a system therefor, in contrast to conventional methods and systems. In particular, it has been achieved to provide a method and a system therefor that can measure creatinine with a single enzyme.

(A)は本発明に一実施形態に係るFET型センサ20の構成を示す縦断面図であり、(B)は図1(A)のFET型センサ20のエネルギー準位を示す模式図である。(A) is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of FET type sensor 20 which concerns on one Embodiment to this invention, (B) is a schematic diagram which shows the energy level of FET type sensor 20 of FIG. 1 (A). . 図1(a)のFET型センサ20のセンサ出力信号を測定するためのバイオセンサ測定装置30の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the biosensor measuring apparatus 30 for measuring the sensor output signal of the FET type sensor 20 of Fig.1 (a). 図2のバイオセンサ測定装置30により図1(A)のFET型センサ20の出力特性を測定するときの動作タイミングチャートである。3 is an operation timing chart when measuring output characteristics of the FET type sensor 20 of FIG. 1A by the biosensor measuring device 30 of FIG. 2. 図1(A)のFET型センサ20の動作を示す図であって、ポテンシャル状態及び蓄積電荷の推移を示す、図1(B)と同様のエネルギー準位を示す模式図である。It is a figure which shows operation | movement of FET type | mold sensor 20 of FIG. 1 (A), Comprising: It is a schematic diagram which shows transition of a potential state and an accumulation charge, and shows the energy level similar to FIG. 1 (B). 本発明の方法(実施例1)における、試料中クレアチニン測定のタイムコースを示す。The time course of the measurement of creatinine in a sample in the method of the present invention (Example 1) is shown. 本発明の方法(実施例2)における、クレアチニン希釈直線性を示す。The creatinine dilution linearity in the method of the present invention (Example 2) is shown. 本発明の方法(実施例3)における、試料中クレアチニン測定のタイムコースを示す。The time course of the measurement of creatinine in a sample in the method of the present invention (Example 3) is shown. 本発明の方法(実施例4)における、クレアチニン希釈直線性を示す。The creatinine dilution linearity in the method of the present invention (Example 4) is shown. 本発明の方法(実施例5)における、試料中クレアチニン測定のタイムコースを示す。The time course of the measurement of creatinine in a sample in the method of the present invention (Example 5) is shown. 本発明の方法(実施例6)における、クレアチニン希釈直線性を示す。The creatinine dilution linearity in the method of the present invention (Example 6) is shown.

符号の説明Explanation of symbols

1…半導体基板、
2…入力ダイオード、
3…浮遊拡散部、
4…リセットダイオード、
5…絶縁膜、
6…入力ゲート、
7…出力ゲート、
8…リセットゲート、
9…センシング部、
10…被着膜
11…マスク層、
12…保護膜、
13…外装膜、
20…FET型センサ、
20A…FET型センサ素子、
21…直流電圧源、
30…バイオセンサ測定装置、
31…ソースフォロワ増幅器、
32…A/D変換器、
33…クロック発生器、
34乃至38…D/A変換器、
40…コントローラ、
41…ROM、
42…RAM、
43…フレキシブルディスクドライブ、
44…キーボードインターフェース、
45…キーボード、
46…ディスプレイインターフェース、
47…液晶ディスプレイ。
1 ... Semiconductor substrate,
2 ... Input diode,
3 ... floating diffusion part,
4 ... Reset diode,
5 ... Insulating film,
6 ... Input gate,
7 ... Output gate,
8 ... Reset gate,
9 ... Sensing part,
10 ... Deposited film 11 ... Mask layer,
12 ... Protective film,
13 ... exterior membrane,
20 ... FET type sensor,
20A: FET type sensor element,
21 ... DC voltage source,
30 ... Biosensor measuring device,
31 ... Source follower amplifier,
32 ... A / D converter,
33 ... Clock generator,
34 to 38 ... D / A converter,
40 ... Controller,
41 ... ROM,
42 ... RAM,
43. Flexible disk drive,
44 ... Keyboard interface,
45 ... Keyboard,
46 ... Display interface,
47 ... Liquid crystal display.

Claims (12)

以下の工程を包含することを特徴とする、クレアチニンの測定方法:
(1)試料中のクレアチニンにクレアチニンと反応する酵素を反応させる工程;
(2)反応によって生じたイオンの濃度変化を累積型イオン感応性電界効果トランジスタ(ISFET)センサを用いて検出する工程、ここで累積型ISFETセンサは、センシング部に作用するイオン濃度に応じて変化したポテンシャル井戸の深さとポテンシャル井戸からの汲み出し回数に応じ電位リセット後に蓄積する電荷量を電位変化として計測するようにしたISFETセンサである;および
(3)検出されたイオン濃度変化に基づいて試料中のクレアチニンを定量する工程。
A method for measuring creatinine, comprising the following steps:
(1) a step of reacting creatinine in a sample with an enzyme that reacts with creatinine;
(2) A step of detecting a concentration change of ions generated by the reaction using a cumulative ion sensitive field effect transistor (ISFET) sensor, wherein the cumulative ISFET sensor changes according to the ion concentration acting on the sensing unit. An ISFET sensor that measures the amount of charge accumulated after resetting the potential as a potential change according to the depth of the potential well and the number of pumps from the potential well; and (3) In the sample based on the detected ion concentration change Quantifying the amount of creatinine.
反応によって生じたイオンがアンモニウムイオンである、請求項1記載の測定方法。   The measurement method according to claim 1, wherein the ion generated by the reaction is an ammonium ion. クレアチニンと反応する酵素が単一の酵素からなる、請求項1記載の測定方法。   The measuring method according to claim 1, wherein the enzyme that reacts with creatinine comprises a single enzyme. クレアチニンと反応する酵素がクレアチニンデイミナーゼ[EC3.5.4.21]である、請求項3記載の測定方法。   The measurement method according to claim 3, wherein the enzyme that reacts with creatinine is creatinine deiminase [EC3.5.4.21]. クレアチニンと反応する酵素が反応混合物中で遊離状態で存在する、請求項1記載の測定方法。   The measuring method according to claim 1, wherein an enzyme that reacts with creatinine is present in a free state in the reaction mixture. 0.1mg/dL以上の濃度で試料中に含有されるクレアチニンを測定することができる、請求項1記載の測定方法。   The measurement method according to claim 1, wherein creatinine contained in the sample at a concentration of 0.1 mg / dL or more can be measured. アルカリ金属塩および/またはアルカリ土類金属塩の存在下で試料中のクレアチニンにクレアチニンと反応する酵素を反応させる、請求項1記載の測定方法。   The measurement method according to claim 1, wherein an enzyme that reacts with creatinine is reacted with creatinine in a sample in the presence of an alkali metal salt and / or an alkaline earth metal salt. バッファー成分の存在下で試料中のクレアチニンにクレアチニンと反応する酵素を反応させ、バッファー成分の反応混合物中の濃度が0.5〜5mMである、請求項1記載の測定方法。   The measurement method according to claim 1, wherein an enzyme that reacts with creatinine is reacted with creatinine in the sample in the presence of the buffer component, and the concentration of the buffer component in the reaction mixture is 0.5 to 5 mM. 累積型ISFETセンサのセンシング部の表面積が1mm以下である、請求項1記載の測定方法。 The measuring method according to claim 1, wherein the surface area of the sensing part of the cumulative ISFET sensor is 1 mm 2 or less. 試料中のクレアチニンにクレアチニンと反応する酵素を30μL以下の容量の反応混合物中で反応させる、請求項1記載の測定方法。   The measurement method according to claim 1, wherein an enzyme that reacts with creatinine is reacted with creatinine in a sample in a reaction mixture having a volume of 30 µL or less. 少なくとも下記(a)および(b)の要素が含まれる、試料中のクレアチニンを定量するシステム:
(a)累積型イオン感応性電界効果トランジスタ(ISFET)センサ、ここで累積型ISFETセンサは、センシング部に作用するイオン濃度に応じて変化したポテンシャル井戸の深さと、そのポテンシャル井戸からの汲み出し回数に応じ、電位リセット後に蓄積する電荷量を電位変化として計測するようにしたISFETセンサである;および
(b)クレアチニンと反応する酵素。
A system for quantifying creatinine in a sample, comprising at least the following elements (a) and (b):
(A) Cumulative ion-sensitive field effect transistor (ISFET) sensor, where the cumulative ISFET sensor determines the depth of the potential well that has changed according to the concentration of ions acting on the sensing unit and the number of pumps out of the potential well. In response, an ISFET sensor that measures the amount of charge accumulated after a potential reset as a potential change; and (b) an enzyme that reacts with creatinine.
(b)のクレアチニンと反応する酵素がクレアチニンデイミナーゼ[EC3.5.4.21]である、請求項11記載のシステム。   12. The system according to claim 11, wherein the enzyme that reacts with creatinine in (b) is creatinine deiminase [EC 3.5.4.21].
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016114202A1 (en) * 2015-01-14 2016-07-21 国立大学法人豊橋技術科学大学 Device for detecting chemical/physical phenomenon
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