JP2011242385A - バイオセンサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】特定の基質と反応する性質を有する生体触媒が配置された、第1作用極と、前記特定の基質との反応する性質が失われた、前記生体触媒が配置された、第2作用極と、前記第1作用極、及び前記第2作用極との間に、それぞれ電圧を印加するための少なくと1つの対極と、を含むバイオセンサである。
【選択図】図2
Description
では、電極上に試薬を配置する構成が複雑となる。また、干渉物質除去膜は、意図された特定の干渉物質しか除くことができなかった。
すなわち、本発明の第1の態様は、バイオセンサであって、
特定の基質と反応する性質を有する生体触媒が配置された、第1作用極と、
前記特定の基質と反応する性質が失われた、前記生体触媒が配置された、第2作用極と、
前記第1作用極、及び前記第2作用極との間に、それぞれ電圧を印加するための少なくとも1つの対極と、を含む。
前記特定の基質と反応する性質を有する第2生体触媒が配置された、第2作用極と、
前記第1作用極、及び前記第2作用極との間に、それぞれ電圧を印加するための少なく
とも1つの対極と、を備え、前記第1生体触媒及び前記第2生体触媒の前記基質との反応速度はそれぞれ異なることを特徴する。
ミカエリス定数Kmとの少なくとも一方を有する。言い換えれば、両者は異なるキャリブレーションカーブを有する。このことは、第1生体触媒との反応から基質の物理量を求めるための検量線と、第2生体触媒の反応から基質の物理量を求めるための検量線とが異なることを意味する。
y=ax+c・・・(1), y´=bx+c・・・(2)
x=(y−y´)/(a−b)・・・(3)
よって、特定の基質の物理量を正確に測定することができる。
前記特定の基質と反応する性質を有する第2生体触媒が配置された、第2作用極と、
前記第1作用極、及び前記第2作用極との間に、それぞれ電圧を印加するための少なくとも1つの対極と、を備え、
前記第1作用極上と前記第2作用極上の前記反応面積は異なることを特徴とする。
前記特定の基質と反応する性質を有する第2生体触媒が配置された、第2作用極と、
前記第1作用極、及び前記第2作用極との間に、それぞれ電圧を印加するための少なくとも1つの対極と、を備え、
前記第1作用極上と前記第2生体触媒上のそれぞれの総反応活性は異なることを特徴と
する。
異なることで、第2及び第3の態様と同様に、第1作用極からの応答電流から特定の基質の物理量を求める検量線と、第2作用極からの応答電流から特定の基質の物理量を求める検量線が異なることになる。よって、第2実施形態と同様の手法を用いて、特定の基質の物理量xを求めることができるので、正確な物理量xを測定することが可能となる。
前記特定の基質との反応する性質が失われた前記生体触媒が配置された第2作用極と、対極との間での、電圧印加により得られる前記第2作用極からの第2信号値を検出する、第2検出部と、
前記第1信号値から算出された前記特定の基質の濃度を前記第2信号値で補正する補正部と、
前記補正された前記特定の基質の濃度を出力する出力部とを含む。
前記特定の基質と反応する性質を有し、かつ前記第1生体触媒とは反応速度が異なる、第2生体触媒が配置された第2作用極と、対極との間での、電圧印加により得られる前記第2作用極からの第2信号値を検出する、第2検出部と、
前記第1信号値から算出された前記特定の基質の濃度を前記第2信号値で補正する補正部と、
前記補正された前記特定の基質の濃度を出力する出力部とから構成される。
(式) x(t)=(y(t)−y´(t))/(a−b)
前記特定の基質との反応する性質が失われた前記生体触媒が配置された第2作用極と対極との間での、電圧印加により得られる前記第2作用極からの第2信号値を検出するステップと、
前記第1信号値から算出された前記特定の基質の濃度を前記第2信号値で補正するステップと、
を情報処理装置に実行させるプログラムである。
前記特定の基質と反応する性質を有し、かつ第1生体触媒とは反応速度の異なる第2生体触媒が配置された、第2作用極と対極との間での、電圧印加により得られる前記第2作用極からの第2信号値を検出するステップと、
前記第1信号値から算出された前記特定の基質の濃度を前記第2信号値で補正するステップと、
を情報処理装置に実行させるプログラムである。
(式) x(t)=(y(t)−y´(t))/(a−b)
図1は、第1実施形態にかかる測定装置(測定機)1の概略構成を示す図である。図1に示す測定機1は、体液中の特定の基質の物理量として、ヒトや動物の間質液または血液中のグルコースの濃度を連続的に自動で測定するために使用される。測定装置1は、筺体(ハウジング)2と、制御コンピュータ3と、電気化学センサ4とを備えている。
)とを含んでおり、プロセッサが記録媒体(例えばROM)に記憶されたプログラムをRAMにロードして実行することによって、通信部10,制御部12及び記憶部13を備えた装置として機能する。なお、制御コンピュータ3は、半導体メモリ(EEPROM,フラッシュメモリ)やハードディスクのような、補助記憶装置を含んでいても良い。
y(t)=m(t)+n(t)・・・(式1),y´(t)=n(t)・・・(式2)
グルコースオキシダーゼ(GOD)を適用しても良い。また、第1実施形態では、特定の基質としてグルコースを例示したが、他の特定の基質の物理量の検出を目的として、当該他の特定の基質に応じた生体触媒を測定し、第1実施形態の構成を有するバイオセンサ及び測定機を用いて、精度の向上した物理量を得ることが可能である。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態は第1実施形態と共通する構成を有するので、主として第1実施形態との相違点について説明し、共通点については、同一の符号を付して説明を省略する。
x(t)=(y(t)−y´(t))/(a−b) ・・・(式3)
但し、yは、第1応答電流値(第1作用極42Aから得られた信号)であり、y´は第2応答電流値(第2作用極42Bから得られた信号)である。また、aは、第1酵素(天然GDH)に応じた検量線係数であり、bは、第2酵素(遺伝子改変GDH)に応じた検量線係数である。
y(t)=ax+c ・・・(式4), y´(t)=bx+c ・・・(式5)
但し、a,bは検量線係数であり、cは非酵素反応由来の信号成分である。上記式4及び式5を用いて式変形を行うと、上述したグルコース濃度xの算出式である式3を得ることができる。
れたグルコース濃度を示す。白のプロットは、干渉物質添加(時間約28)による第1応答電流の増加に併せて、演算によって得られるグルコース濃度が上昇することを示している。
し、3つの金属層の領域うちの2つの領域上に、カーボンインクをそれぞれ印刷して110℃の環境下で30分乾燥させることにより、二つの作用極WE1,WE2を作製した。残りの領域は、対極CEとした。
おけるアスコルビン酸の影響を確認した。測定方法として、上記電極系の作用極(熱失活電極)WE1,作用極(活性作用極)WE2,及び対極CEとポテンショスタットとを電気的に接続するとともに、上記電極系を0.1Mリン酸緩衝液(pH7.0)中に浸漬した。そして、熱失活電極WE1及び活性作用極WE2に定電圧(400mV vs Ag/AgCl)を印加しながら、測定開始から300秒の経過時点で、上記緩衝液中にグルコース溶液を滴下しつづけ、グルコースの終濃度が100mg/dLにおける定常電流密度(nA/mm2)を測定した。
極WE2のセンサ出力(応答電流密度)を示し、破線が熱失活電極WE1のセンサ出力(応答電流密度)を示す。さらに、グラフ中の一点鎖線は、第1実施形態で説明した補正手法により補正された電流密度(補正値)の時間変化を示す。
例えば、補正値の時間平均を採ることで、アスコルビン酸無添加時に近い応答電流密度を算出できることが確認された。
る主センサ(Main WE)と、作用極WE2,参照極RE及び対極CEからなる3電極の電
極系を有する副センサ(Sub WE)とを作製した。ここに、主センサ(Main WE)の作用極
WE1の面積と副センサ(Sub WE)の作用極WE2の面積とは同じ面積に形成し、主センサ及び副センサの各センサ出力(電流値)に対する相対比較を可能とした。
)と遺伝子改変GDHを分注した副センサ(Sub WE)とを得た。
検量線を作成した。結果を図12に示す。図12中のグラフAが主センサのセンサ出力から得られた検量線を示し、グラフBが副センサのセンサ出力から得られた検量線を示す。主センサ及び副センサの何れも、グルコース濃度の上昇に応じてセンサ出力(電流値:応答感度)が高まる特性を示した。
vs Ag/AgCl)を印加して測定を開始した。
ースの終濃度が100mg/dLにおける、主センサ及び副センサの各センサ出力(電流値)(nA)を測定した。さらに、測定開始から所定時間経過後に、10mg/mLアスコルビン酸(AsA)を添加し、AsAの終濃度が1.0mg/dLにおける、主センサ及び副センサのセンサ出力(各電流値(nA):Yの値と称する)を測定した。
グラフA及びBは、図13に示した主センサ及び副センサの各電流値(Yの値)から求まる電流密度(nA/mm2)を用いたときの結果(Xの値)を示す。また、グラフCは、
主センサ及び副センサの各電流密度を(式3)における第1応答電流値y及び第2応答電流値y´として用いたときの補正データ(補正されたXの値)を示す。
正されたXの値(C:三角プロット)では、AsAの添加後においても上昇が殆どなかった。
2・・・筐体
3・・・制御用コンピュータ
3a・・・基板
3A・・・ポテンショスタット
4・・・電気化学センサ(バイオセンサ)
5・・・接着フィルム
6・・・皮膚
10・・・通信部
11・・・電力供給装置
12・・・制御部
13・・・記憶部
14・・・表示ユニット
20・・・カバー
21・・・基板
41・・・樹脂製のフィルム基板
42a,42b,42c・・・金属層
42A・・・第1作用極
42B・・・第2作用極
42C・・・対極
42D・・・参照極
43・・・酵素固定部
43A・・・第1酵素固定部
43B・・・第2酵素固定部
44A,44B,44C・・・コンタクトパッド
45a,45b・・・カーボン層
110・・・バッテリ
Claims (15)
- 特定の基質と反応する性質を有する生体触媒が配置された、第1作用極と、
前記特定の基質との反応する性質が失われた、前記生体触媒が配置された、第2作用極と、
前記第1作用極、及び前記第2作用極との間に、それぞれ電圧を印加するための少なくとも1つの対極と、
を含むバイオセンサ。 - 前記特定の基質と反応する性質を有する生体触媒を前記第2作用極に配置し、前記第2作用極に対してエネルギーを与えて、前記生体触媒の前記性質を失わせる、請求項1に記載のバイオセンサ。
- 前記エネルギーは、熱エネルギーである、請求項2に記載のバイオセンサ。
- 前記エネルギーは、電気的エネルギーである、請求項2に記載のバイオセンサ。
- 前記特定の基質と反応する性質を有する生体触媒を前記第2作用極に配置し、前記第2作用極に対して前記生体触媒の前記性質を喪失または阻害する物質を添加し、前記生体触媒の前記性質を失わせる、請求項1に記載のバイオセンサ。
- 前記生体触媒は、酵素である、請求項1から5のいずれか1項に記載のバイオセンサ。
- 特定の基質と反応する性質を有する第1生体触媒が配置された、第1作用極と、
前記特定の基質と反応する性質を有する第2生体触媒が配置された、第2作用極と、
前記第1作用極、及び前記第2作用極との間に、それぞれ電圧を印加するための少なくとも1つの対極と、を備え、
前記第1生体触媒及び前記第2生体触媒の前記基質との反応速度はそれぞれ異なることを特徴する、バイオセンサ。 - 前記第1生体触媒及び前記第2生体触媒は、酵素である、請求項7に記載のバイオセンサ。
- 前記第2生体触媒が、前記第1生体触媒に対して遺伝子改変を施した酵素である、請求項8に記載のバイオセンサ。
- 特定の基質と反応する性質を有する第1生体触媒が配置された、第1作用極と、
前記特定の基質と反応する性質を有する第2生体触媒が配置された、第2作用極と、
前記第1作用極、及び前記第2作用極との間に、それぞれ電圧を印加するための少なくとも1つの対極と、を備え、
前記第1作用極上と前記第2作用極上の前記反応面積は異なることを特徴とする、バイ
オセンサ。 - 特定の基質と反応する性質を有する第1生体触媒が配置された、第1作用極と、
前記特定の基質と反応する性質を有する第2生体触媒が配置された、第2作用極と、
前記第1作用極、及び前記第2作用極との間に、それぞれ電圧を印加するための少なくとも1つの対極と、を備え、
前記第1作用極上と前記第2生体触媒上のそれぞれの総反応活性は異なることを特徴と
する、バイオセンサ。 - 特定の基質と反応する性質を有する生体触媒が配置された第1作用極と、対極との間での、電圧印加により得られる前記第1作用極からの第1信号値を検出する、第1検出部と、
前記特定の基質との反応する性質が失われた前記生体触媒が配置された第2作用極と、対極との間での、電圧印加により得られる前記第2作用極からの第2信号値を検出する、第2検出部と、
前記第1信号値から算出された前記特定の基質の濃度を前記第2信号値で補正する補正部と、
前記補正された前記特定の基質の濃度を出力する出力部と
を含む測定機。 - 前記補正部は、前記第1信号値から前記第2信号値を減じた値を前記特定基質の補正濃度として算出する、請求項12に記載の測定機。
- 特定の基質と反応する性質を有する第1生体触媒が配置された第1作用極と、対極との間での、電圧印加により得られる前記第1作用極からの第1信号値を検出する、第1検出部と、
前記特定の基質と反応する性質を有し、かつ前記第1生体触媒とは反応速度が異なる、第2生体触媒が配置された第2作用極と、対極との間での、電圧印加により得られる前記第2作用極からの第2信号値を検出する、第2検出部と、
前記第1信号値から算出された前記特定の基質の濃度を前記第2信号値で補正する補正部と、
前記補正された前記特定の基質の濃度を出力する出力部と
から構成される測定機。 - 前記補正部は、或る時間tにおける前記第1信号y(t)を検量線係数a,前記特定基質の濃度x,及び前記生体液中の特定基質以外の物質に基づく信号成分cにより一次関数y(t)=ax(t)+cで表し、前記或る時間tにおける前記第2信号y´を検量線係数b,前記特定物質の濃度x,及び前記信号成分cにより一次関数y´(t)=bx(t)+cで表したときに、前記第1信号y(t)及び前記第2信号y´(t)中の前記信号成分cの値が等しいとの仮定において前記特定基質の濃度x(t)を以下の式に基づいて求める
請求項14に記載の測定機。
(式) x(t)=(y(t)−y´(t))/(a−b)
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