JP2646848B2 - グルコースセンサの測定方法 - Google Patents
グルコースセンサの測定方法Info
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- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はグルコースセンサの測定方法に関するもので
ある。
ある。
［従来の技術］ 溶液中のpHの変化を検知するイオン感応性電界効果型
トランジスタのイオン感応部上にグルコース酸化酵素固
定化膜を設けてなるグルコースセンサは、従来多くの報
告がなされている（バイオフィジカ・バイオキミカ・ア
クタ（Biophysica Biochimica Acta）第320巻,529〜534
頁,1973年；アナリティカル・ケミストリ（Analytical
Chemistry）第57巻,1917〜1925頁,1985年）。これらの
センサは、いずれもグルコースオキシダーゼの触媒作用
によってグルコースにより生じたグルコン酸をpH変化か
ら測定することを原理としている。グルコースからグル
コン酸が生じる反応過程は以下の通りである。
トランジスタのイオン感応部上にグルコース酸化酵素固
定化膜を設けてなるグルコースセンサは、従来多くの報
告がなされている（バイオフィジカ・バイオキミカ・ア
クタ（Biophysica Biochimica Acta）第320巻,529〜534
頁,1973年；アナリティカル・ケミストリ（Analytical
Chemistry）第57巻,1917〜1925頁,1985年）。これらの
センサは、いずれもグルコースオキシダーゼの触媒作用
によってグルコースにより生じたグルコン酸をpH変化か
ら測定することを原理としている。グルコースからグル
コン酸が生じる反応過程は以下の通りである。
グルコース＋O2→ グルコノ−δ−ラクトン＋H2O2 ……（１） グルコノ−δ−ラクトン＋H2O→グルコン酸 …（２） （１）の反応がグルコースオキシダーゼにより触媒さ
れる。（２）の反応は自発的、もしくはグルコノラクト
ナーゼの触媒作用によって進行する。
れる。（２）の反応は自発的、もしくはグルコノラクト
ナーゼの触媒作用によって進行する。
［発明が解決しようとする課題］ 以上述べたグルコースセンサにおいては、センサの測
定法は、まずグルコースを含まない一定量のpH緩衝溶液
中にセンサを浸してバックグラウンドの出力を測定し、
次に一定量の試料溶液を緩衝溶液中に加えて応答出力を
測定する。この応答出力とバックグラウンド出力との差
がグルコースの濃度に対応する。このことを図面を用い
て説明すると次のようになる。
定法は、まずグルコースを含まない一定量のpH緩衝溶液
中にセンサを浸してバックグラウンドの出力を測定し、
次に一定量の試料溶液を緩衝溶液中に加えて応答出力を
測定する。この応答出力とバックグラウンド出力との差
がグルコースの濃度に対応する。このことを図面を用い
て説明すると次のようになる。
第３図（ａ）と（ｂ）は、従来のグルコースセンサの
測定方法に用いられる装置の概略構成図と測定方法の説
明図、第３図（ｃ）は、（ｂ）に対応したセンサの出力
を示した図である。まずグルコースセンサ33を一定量の
pH緩衝溶液31中に浸し、センサの出力を測定する。この
出力がバックグラウンドの出力である。次に一定量の試
料溶液34をピペット35にてpH緩衝溶液31中に加えると、
センサ33の出力は増加する。この出力が応答出力であ
る。一連の工程における出力は第３図（ｃ）のように変
化する。この応答出力とバックグラウンドの出力の差か
ら試料溶液中のグルコース濃度を求める。このように従
来の測定方法においては、pH緩衝溶液を必要とし、さら
にpH緩衝溶液および試料溶液は一定量秤量されることが
必要であった。
測定方法に用いられる装置の概略構成図と測定方法の説
明図、第３図（ｃ）は、（ｂ）に対応したセンサの出力
を示した図である。まずグルコースセンサ33を一定量の
pH緩衝溶液31中に浸し、センサの出力を測定する。この
出力がバックグラウンドの出力である。次に一定量の試
料溶液34をピペット35にてpH緩衝溶液31中に加えると、
センサ33の出力は増加する。この出力が応答出力であ
る。一連の工程における出力は第３図（ｃ）のように変
化する。この応答出力とバックグラウンドの出力の差か
ら試料溶液中のグルコース濃度を求める。このように従
来の測定方法においては、pH緩衝溶液を必要とし、さら
にpH緩衝溶液および試料溶液は一定量秤量されることが
必要であった。
このように、従来の測定法においてはpH緩衝溶液を必
要とし、さらにpH緩衝溶液および試料溶液は一定量秤量
されることが必要である。このためグルコースセンサを
用いたシステムを構築する際、pH緩衝溶液および秤量装
置が必要となり、システム自体が大きくなってしまうと
いう欠点があった。
要とし、さらにpH緩衝溶液および試料溶液は一定量秤量
されることが必要である。このためグルコースセンサを
用いたシステムを構築する際、pH緩衝溶液および秤量装
置が必要となり、システム自体が大きくなってしまうと
いう欠点があった。
本発明の目的は上記問題点を解決して、pH緩衝溶液や
秤量装置を要しないグルコースセンサの測定方法を提供
することにある。
秤量装置を要しないグルコースセンサの測定方法を提供
することにある。
［課題を解決するための手段］ 本発明の第１は、溶液中のpHの変化を検知するイオン
感応性電界効果型トランジスタのイオン感応部上にグル
コース酸化酵素固定化膜を設けたグルコースセンサを用
いて試料溶液中のグルコース濃度を測定する方法におい
て、酵素固定化膜内の溶存酸素濃度が低い状態でグルコ
ースセンサの出力を測定する工程と、酵素固定化膜内の
溶存酸素濃度が高い状態でグルコースセンサの出力を測
定する工程と、前記２つの出力値の差から試料溶液中の
グルコース濃度を求める工程とを備えてなることを特徴
とするグルコースセンサの測定方法である。
感応性電界効果型トランジスタのイオン感応部上にグル
コース酸化酵素固定化膜を設けたグルコースセンサを用
いて試料溶液中のグルコース濃度を測定する方法におい
て、酵素固定化膜内の溶存酸素濃度が低い状態でグルコ
ースセンサの出力を測定する工程と、酵素固定化膜内の
溶存酸素濃度が高い状態でグルコースセンサの出力を測
定する工程と、前記２つの出力値の差から試料溶液中の
グルコース濃度を求める工程とを備えてなることを特徴
とするグルコースセンサの測定方法である。
本発明の第２は、溶液中のpHの変化を検知するイオン
感応性電界効果型トランジスタのイオン感応部上にグル
コース酸化酵素固定化膜を設けたグルコースセンサを用
いて試料溶液中のグルコース濃度を測定する方法におい
て、試料溶液を酸素含有濃度が空気よりも低いガス雰囲
気にさらし、酵素固定化膜内の溶存酸素濃度を低くして
グルコースセンサの出力を測定する工程と、試料溶液を
空気にさらし、酵素固定化膜内の溶存酸素濃度を高くし
てグルコースセンサの出力を測定する工程と、前記２つ
の出力値の差から試料溶液中のグルコース濃度を求める
工程とを備えてなることを特徴とするグルコースセンサ
の測定方法である。
感応性電界効果型トランジスタのイオン感応部上にグル
コース酸化酵素固定化膜を設けたグルコースセンサを用
いて試料溶液中のグルコース濃度を測定する方法におい
て、試料溶液を酸素含有濃度が空気よりも低いガス雰囲
気にさらし、酵素固定化膜内の溶存酸素濃度を低くして
グルコースセンサの出力を測定する工程と、試料溶液を
空気にさらし、酵素固定化膜内の溶存酸素濃度を高くし
てグルコースセンサの出力を測定する工程と、前記２つ
の出力値の差から試料溶液中のグルコース濃度を求める
工程とを備えてなることを特徴とするグルコースセンサ
の測定方法である。
本発明の第３は、溶液中のpHの変化を検知するイオン
感応性電界効果型トランジスタのイオン感応部上にグル
コース酸化酵素固定化膜を設けたグルコースセンサを用
いて試料溶液中のグルコース濃度を測定する方法におい
て、試料溶液を空気にさらし、酵素固定化膜内の溶存酸
素濃度を低くしてグルコースセンサの出力を測定する工
程と、試料溶液を酸素含有濃度が空気よりも高いガス雰
囲気にさらし、酵素固定化膜内の溶存酸素濃度を高くし
てグルコースセンサの出力を測定する工程と、前記２つ
の出力値の差から試料溶液中のグルコース濃度を求める
工程とを備えてなることを特徴とするグルコースセンサ
の測定方法である。
感応性電界効果型トランジスタのイオン感応部上にグル
コース酸化酵素固定化膜を設けたグルコースセンサを用
いて試料溶液中のグルコース濃度を測定する方法におい
て、試料溶液を空気にさらし、酵素固定化膜内の溶存酸
素濃度を低くしてグルコースセンサの出力を測定する工
程と、試料溶液を酸素含有濃度が空気よりも高いガス雰
囲気にさらし、酵素固定化膜内の溶存酸素濃度を高くし
てグルコースセンサの出力を測定する工程と、前記２つ
の出力値の差から試料溶液中のグルコース濃度を求める
工程とを備えてなることを特徴とするグルコースセンサ
の測定方法である。
本発明の第４は、溶液中のpHの変化を検知するイオン
感応性電界効果型トランジスタのイオン感応部上にグル
コース酸化酵素固定化膜を設けたグルコースセンサを用
いて試料溶液中のグルコース濃度を測定する方法におい
て、グルコースセンサを試料溶液中に浸漬し、酵素固定
化膜内の溶存酸素濃度を低くしてグルコースセンサの出
力を測定する工程と、グルコースセンサを酸素含有ガス
の雰囲気にさらし、酵素固定化膜内の溶存酸素濃度を高
くしてグルコースセンサの出力を測定する工程と、前記
２つの出力値の差から試料溶液中のグルコース濃度を求
める工程とを備えてなることを特徴とするグルコースセ
ンサの測定方法である。
感応性電界効果型トランジスタのイオン感応部上にグル
コース酸化酵素固定化膜を設けたグルコースセンサを用
いて試料溶液中のグルコース濃度を測定する方法におい
て、グルコースセンサを試料溶液中に浸漬し、酵素固定
化膜内の溶存酸素濃度を低くしてグルコースセンサの出
力を測定する工程と、グルコースセンサを酸素含有ガス
の雰囲気にさらし、酵素固定化膜内の溶存酸素濃度を高
くしてグルコースセンサの出力を測定する工程と、前記
２つの出力値の差から試料溶液中のグルコース濃度を求
める工程とを備えてなることを特徴とするグルコースセ
ンサの測定方法である。
［作用］ 本発明においては、まず酵素固定化膜中の溶存酸素濃
度の低い状態でセンサのバックグラウンド出力を測定す
る。グルコース酸化酵素はグルコースを酸化する際に酸
素を必要とするため、溶存酸素濃度が低い状態ではセン
サの出力は小さい。次に、酵素固定化膜中の溶存酸素濃
度の高い状態でセンサの応答出力を測定する。溶存酸素
濃度が高い状態ではセンサの出力は増加する。このバッ
クグラウンドの出力と応答出力の差がグルコースの濃度
に対応する。このように溶存酸素濃度を制御して低い状
態および高い状態をつくることにより、pH緩衝溶液を用
いることなく、また希釈装置を用いることなくグルコー
スの測定が可能となる。
度の低い状態でセンサのバックグラウンド出力を測定す
る。グルコース酸化酵素はグルコースを酸化する際に酸
素を必要とするため、溶存酸素濃度が低い状態ではセン
サの出力は小さい。次に、酵素固定化膜中の溶存酸素濃
度の高い状態でセンサの応答出力を測定する。溶存酸素
濃度が高い状態ではセンサの出力は増加する。このバッ
クグラウンドの出力と応答出力の差がグルコースの濃度
に対応する。このように溶存酸素濃度を制御して低い状
態および高い状態をつくることにより、pH緩衝溶液を用
いることなく、また希釈装置を用いることなくグルコー
スの測定が可能となる。
［実施例］ 次に、本発明の実施例について、図面を参照して詳細
に説明する。
に説明する。
第１図（ａ）は、本発明の請求項２に記載の方法の一
実施例に用いられる測定装置の概略構成図である。グル
コースセンサ６は溶液中のpHの変化を検知するイオン感
応性電界効果型トランジスタのイオン感応部上にグルコ
ース酸化酵素固定化膜が形成された構造をしている。グ
ルコース酸化酵素固定化膜は酵素を牛血清アルブミン溶
液に加え、グルタルアルデヒドで架橋して形成した。ガ
ス注入口５は窒素ガスボンベ２および空気ボンベ１に通
じている。センサ６の出力は試料溶液の量に依存しない
が、測定セル３の大きさは20μｌの容量を有している。
実施例に用いられる測定装置の概略構成図である。グル
コースセンサ６は溶液中のpHの変化を検知するイオン感
応性電界効果型トランジスタのイオン感応部上にグルコ
ース酸化酵素固定化膜が形成された構造をしている。グ
ルコース酸化酵素固定化膜は酵素を牛血清アルブミン溶
液に加え、グルタルアルデヒドで架橋して形成した。ガ
ス注入口５は窒素ガスボンベ２および空気ボンベ１に通
じている。センサ６の出力は試料溶液の量に依存しない
が、測定セル３の大きさは20μｌの容量を有している。
第１図（ｂ）は測定方法を示す説明図、第１図（ｃ）
は（ｂ）に対応したセンサの出力を示した図である。試
料溶液４を測定セルに入れ、例えば窒素ガスを窒素ボン
ベ２より注入する。１分経過後、測定セル３内が窒素ガ
スで満たされ、試料溶液４および酵素固定化膜内の酸素
はなくなる。この時のセンサ６の出力は一定値を示す
が、これをバックグラウンドの出力とする。次に窒素ガ
スの代わりに空気を空気ボンベ１より注入する。測定セ
ル３内が空気で満たされるにつれ、試料溶液４および酵
素固定化膜内の酸素濃度は増加して、３分程度で飽和状
態に達する。センサ６の出力も増加するが、この出力を
応答出力とする。応答出力とバックグラウンドの出力の
差からグルコースの濃度を求めることができる。このよ
うな本実施例の測定方法によれば、pH緩衝溶液を必要と
することはなく、また試料溶液は一定量に秤量される必
要はない。
は（ｂ）に対応したセンサの出力を示した図である。試
料溶液４を測定セルに入れ、例えば窒素ガスを窒素ボン
ベ２より注入する。１分経過後、測定セル３内が窒素ガ
スで満たされ、試料溶液４および酵素固定化膜内の酸素
はなくなる。この時のセンサ６の出力は一定値を示す
が、これをバックグラウンドの出力とする。次に窒素ガ
スの代わりに空気を空気ボンベ１より注入する。測定セ
ル３内が空気で満たされるにつれ、試料溶液４および酵
素固定化膜内の酸素濃度は増加して、３分程度で飽和状
態に達する。センサ６の出力も増加するが、この出力を
応答出力とする。応答出力とバックグラウンドの出力の
差からグルコースの濃度を求めることができる。このよ
うな本実施例の測定方法によれば、pH緩衝溶液を必要と
することはなく、また試料溶液は一定量に秤量される必
要はない。
またここで窒素ガスの代わりに空気を、空気の代わり
に空気より高濃度の酸素を含むガスを使用すると、本発
明の請求項３に記載の一実施例に相当する。即ち、試料
溶液を測定セルに入れ、空気を注入する。１分経過後、
測定セル内が空気で満たされ、試料溶液および酵素固定
化膜内の酸素濃度は一定となる。この時のセンサの出力
は一定値を示すが、これをバックグラウンドの出力とす
る。次に空気の代わりに空気より高濃度の酸素を含むガ
スを注入する。測定セル内がガスで満たされるにつれ、
試料溶液および酵素固定化膜内の酸素濃度は増加して、
３分程度で飽和状態に達する。センサの出力も増加する
が、この出力を応答出力とする。応答出力とバックグラ
ウンドの出力の差からグルコースの濃度が求めることが
できる。このような本実施例の測定方法によれば、pH緩
衝溶液を必要とすることはなく、また試料溶液は一定量
に秤量される必要はない。
に空気より高濃度の酸素を含むガスを使用すると、本発
明の請求項３に記載の一実施例に相当する。即ち、試料
溶液を測定セルに入れ、空気を注入する。１分経過後、
測定セル内が空気で満たされ、試料溶液および酵素固定
化膜内の酸素濃度は一定となる。この時のセンサの出力
は一定値を示すが、これをバックグラウンドの出力とす
る。次に空気の代わりに空気より高濃度の酸素を含むガ
スを注入する。測定セル内がガスで満たされるにつれ、
試料溶液および酵素固定化膜内の酸素濃度は増加して、
３分程度で飽和状態に達する。センサの出力も増加する
が、この出力を応答出力とする。応答出力とバックグラ
ウンドの出力の差からグルコースの濃度が求めることが
できる。このような本実施例の測定方法によれば、pH緩
衝溶液を必要とすることはなく、また試料溶液は一定量
に秤量される必要はない。
第２図（ａ）は、本発明の請求項４に記載の方法の一
実施例に用いられる測定装置の概略構成図、第２図
（ｂ）は測定方法の説明図、第２図（ｃ）は（ｂ）に対
応したセンサの出力を示した図である。グルコースセン
サ24は第１図におけるのと同様に、溶液中のpHの変化を
検知するイオン感応性電界効果型トランジスタのイオン
感応部上にグルコース酸化酵素固定化膜が形成された構
造をしている。グルコース酸化酵素固定化膜は酵素を牛
血清アルブミン溶液に加え、グルタルアルデヒドで架橋
して形成した。まず２分間、試料溶液21を試料液注入口
20より注入し、送液ポンプ22を介して送気液管26内に流
す。試料溶液21中の溶存酸素濃度は一定で低いので、酵
素固定化膜内の溶存酸素濃度も低く、一定になる。この
ときセンサ24の出力も一定値に達し、これをバックグラ
ウンドの出力とする。次に２分間、空気注入口23より送
気液管26内に空気27を注入すると、酵素固定化膜内の溶
存酸素濃度は増大する。センサ24の出力も増加し、この
出力を応答出力とする。応答出力とバックグラウンドの
出力の差からグルコースの濃度を求めることができる。
このような本実施例の測定方法によれば、pH緩衝溶液を
必要とすることはなく、また試料溶液は一定量に秤量さ
れる必要はない。
実施例に用いられる測定装置の概略構成図、第２図
（ｂ）は測定方法の説明図、第２図（ｃ）は（ｂ）に対
応したセンサの出力を示した図である。グルコースセン
サ24は第１図におけるのと同様に、溶液中のpHの変化を
検知するイオン感応性電界効果型トランジスタのイオン
感応部上にグルコース酸化酵素固定化膜が形成された構
造をしている。グルコース酸化酵素固定化膜は酵素を牛
血清アルブミン溶液に加え、グルタルアルデヒドで架橋
して形成した。まず２分間、試料溶液21を試料液注入口
20より注入し、送液ポンプ22を介して送気液管26内に流
す。試料溶液21中の溶存酸素濃度は一定で低いので、酵
素固定化膜内の溶存酸素濃度も低く、一定になる。この
ときセンサ24の出力も一定値に達し、これをバックグラ
ウンドの出力とする。次に２分間、空気注入口23より送
気液管26内に空気27を注入すると、酵素固定化膜内の溶
存酸素濃度は増大する。センサ24の出力も増加し、この
出力を応答出力とする。応答出力とバックグラウンドの
出力の差からグルコースの濃度を求めることができる。
このような本実施例の測定方法によれば、pH緩衝溶液を
必要とすることはなく、また試料溶液は一定量に秤量さ
れる必要はない。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の測定方法によれば、pH
緩衝溶液を必要とせず、また試料溶液およびpH緩衝溶液
を秤量する必要がないので、測定システムが簡略化さ
れ、作業効率も改善される。
緩衝溶液を必要とせず、また試料溶液およびpH緩衝溶液
を秤量する必要がないので、測定システムが簡略化さ
れ、作業効率も改善される。
第１図（ａ）は本発明の方法に用いられる測定系の一例
の概略構成図、第１図（ｂ）は測定方法の説明図、第１
図（ｃ）はセンサの出力を示す図、第２図（ａ）は本発
明の方法に用いられる測定系の別の一例の概略構成図、
第２図（ｂ）は測定方法の説明図、第２図（ｃ）はセン
サの出力を示す図、第３図（ａ）は従来の測定系の一例
の概略構成図、第３図（ｂ）は従来の測定方法の説明
図、第３図（ｃ）はセンサの出力を示す図である。 １……空気ボンベ、２……窒素ボンベ ３……測定セル、4,21,34……試料溶液 ５……ガス注入口 6,24,33……グルコースセンサ ７……排出口、8,25,37……計測器 20……試料液注入口、22……送液ポンプ 23……空気注入口、26……送気液管 27……空気、31……pH緩衝液 32……ビーカー、35……ピペット 36……スターラー
の概略構成図、第１図（ｂ）は測定方法の説明図、第１
図（ｃ）はセンサの出力を示す図、第２図（ａ）は本発
明の方法に用いられる測定系の別の一例の概略構成図、
第２図（ｂ）は測定方法の説明図、第２図（ｃ）はセン
サの出力を示す図、第３図（ａ）は従来の測定系の一例
の概略構成図、第３図（ｂ）は従来の測定方法の説明
図、第３図（ｃ）はセンサの出力を示す図である。 １……空気ボンベ、２……窒素ボンベ ３……測定セル、4,21,34……試料溶液 ５……ガス注入口 6,24,33……グルコースセンサ ７……排出口、8,25,37……計測器 20……試料液注入口、22……送液ポンプ 23……空気注入口、26……送気液管 27……空気、31……pH緩衝液 32……ビーカー、35……ピペット 36……スターラー
Claims (4)
- 【請求項１】溶液中のpHの変化を検知するイオン感応性
電界効果型トランジスタのイオン感応部上にグルコース
酸化酵素固定化膜を設けたグルコースセンサを用いて試
料溶液中のグルコース濃度を測定する方法において、酵
素固定化膜内の溶存酸素濃度が低い状態でグルコースセ
ンサの出力を測定する工程と、酵素固定化膜内の溶存酸
素濃度が高い状態でグルコースセンサの出力を測定する
工程と、前記２つの出力値の差から試料溶液中のグルコ
ース濃度を求める工程とを備えてなることを特徴とする
グルコースセンサの測定方法。 - 【請求項２】溶液中のpHの変化を検知するイオン感応性
電界効果型トランジスタのイオン感応部上にグルコース
酸化酵素固定化膜を設けたグルコースセンサを用いて試
料溶液中のグルコース濃度を測定する方法において、試
料溶液を酸素含有濃度が空気よりも低いガス雰囲気にさ
らし、酵素固定化膜内の溶存酸素濃度を低くしてグルコ
ースセンサの出力を測定する工程と、試料溶液を空気に
さらし、酵素固定化膜内の溶存酸素濃度を高くしてグル
コースセンサの出力を測定する工程と、前記２つの出力
値の差から試料溶液中のグルコース濃度を求める工程と
を備えてなることを特徴とするグルコースセンサの測定
方法。 - 【請求項３】溶液中のpHの変化を検知するイオン感応性
電界効果型トランジスタのイオン感応部上にグルコース
酸化酵素固定化膜を設けたグルコースセンサを用いて試
料溶液中のグルコース濃度を測定する方法において、試
料溶液を空気にさらし、酵素固定化膜内の溶存酸素濃度
を低くしてグルコースセンサの出力を測定する工程と、
試料溶液を酸素含有濃度が空気よりも高いガス雰囲気に
さらし、酵素固定化膜内の溶存酸素濃度を高くしてグル
コースセンサの出力を測定する工程と、前記２つの出力
値の差から試料溶液中のグルコース濃度を求める工程と
を備えてなることを特徴とするグルコースセンサの測定
方法。 - 【請求項４】溶液中のpHの変化を検知するイオン感応性
電界効果型トランジスタのイオン感応部上にグルコース
酸化酵素固定化膜を設けたグルコースセンサを用いて試
料溶液中のグルコース濃度を測定する方法において、グ
ルコースセンサを試料溶液中に浸漬し、酵素固定化膜内
の溶存酸素濃度を低くしてグルコースセンサの出力を測
定する工程と、グルコースセンサを酸素含有ガスの雰囲
気にさらし、酵素固定化膜内の溶存酸素濃度を高くして
グルコースセンサの出力を測定する工程と、前記２つの
出力値の差から試料溶液中のグルコース濃度を求める工
程とを備えてなることを特徴とするグルコースセンサの
測定方法。
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