JP2658769B2 - Biosensor - Google Patents

Biosensor

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JP2658769B2
JP2658769B2 JP4282844A JP28284492A JP2658769B2 JP 2658769 B2 JP2658769 B2 JP 2658769B2 JP 4282844 A JP4282844 A JP 4282844A JP 28284492 A JP28284492 A JP 28284492A JP 2658769 B2 JP2658769 B2 JP 2658769B2
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electrode
reaction layer
enzyme
sample solution
insulating substrate
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俊彦 吉岡
史朗 南海
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、試料中の特定成分につ
いて、迅速かつ高精度な定量を簡便に実施することので
きるバイオセンサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a biosensor capable of quickly and accurately quantifying a specific component in a sample.

【0002】[0002]

【従来の技術】試料中の特定成分について、試料液の希
釈や撹拌などを行なう事なく簡易に定量しうる方式とし
て、つぎのようなバイオセンサが提案されている(特開
平1−291153号公報)。
2. Description of the Related Art The following biosensor has been proposed as a method for simply quantifying a specific component in a sample without diluting or stirring the sample solution (Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-291153). ).

【0003】このバイオセンサは、絶縁性の基板上にス
クリーン印刷等の方法で電極系を形成し、上記電極系上
に親水性高分子と酵素と電子受容体からなる酵素反応層
を形成し、スペーサー、カバーと共に一体化したもので
ある。
In this biosensor, an electrode system is formed on an insulating substrate by a method such as screen printing, and an enzyme reaction layer comprising a hydrophilic polymer, an enzyme, and an electron acceptor is formed on the electrode system. It is integrated with the spacer and cover.

【0004】このようなバイオセンサの動作を以下に説
明する。試料液を試料供給口より酵素反応層上へ導入す
ると、反応層が溶解し、試料液中の基質との間で酵素反
応が進行し、電子受容体が還元される。酵素反応終了
後、この還元された電子受容体を電気化学的に酸化し、
このとき得られる酸化電流値から試料液中の基質濃度を
求めるものである。
[0004] The operation of such a biosensor will be described below. When the sample solution is introduced onto the enzyme reaction layer from the sample supply port, the reaction layer dissolves, the enzyme reaction proceeds with the substrate in the sample solution, and the electron acceptor is reduced. After the enzymatic reaction, the reduced electron acceptor is oxidized electrochemically,
The substrate concentration in the sample solution is determined from the oxidation current value obtained at this time.

【0005】さらに、絶縁性の基板の一面上に複数個の
電極系および酵素反応層を設置し、複数基質の定量を1
つのバイオセンサで実施する形態についても開示されて
いる。
Further, a plurality of electrode systems and an enzyme reaction layer are provided on one surface of an insulating substrate, and the quantity of a plurality of substrates is determined by one.
An embodiment implemented with one biosensor is also disclosed.

【0006】一方、試料液中の電極反応妨害物質を除去
する方法として、以下のようなバイオセンサが提案され
ている(特開平2−310457号公報)。絶縁性の基
板上に形成した電極系上に親水性高分子と酵素および電
子受容体からなる酵素反応層を形成し、さらに妨害物質
除去用の電極部を付加したものである。試料液を上記バ
イオセンサへ供給すると妨害物質除去用の電極部で試料
液中に存在する還元性の物質は電解酸化される。この後
に酵素反応層が溶解し、試料液中の基質との間で酵素反
応が進行し、電子受容体が還元される。試料液中の還元
性の物質は予め妨害物質除去用の電極部で除去されるた
めに安定したセンサ応答を得るものであった。
On the other hand, as a method for removing an electrode reaction interfering substance in a sample solution, the following biosensor has been proposed (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-310457). An enzyme reaction layer comprising a hydrophilic polymer, an enzyme and an electron acceptor is formed on an electrode system formed on an insulating substrate, and an electrode portion for removing interfering substances is further added. When the sample liquid is supplied to the biosensor, the reducing substance present in the sample liquid is electrolytically oxidized at the electrode for removing interfering substances. Thereafter, the enzyme reaction layer dissolves, the enzyme reaction proceeds with the substrate in the sample solution, and the electron acceptor is reduced. Since the reducing substance in the sample solution was removed in advance by the interfering substance removing electrode, a stable sensor response was obtained.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】このような従来のバイ
オセンサでは、試料液中の複数成分を一度に定量する場
合に次のような課題を有していた。複数の電極系が絶縁
性の基板の同一面上に形成されているために、酵素およ
び電子受容体が試料液に溶解した際に、互いに異なる電
極系上へ移動し、正確な基質定量ができなくなることが
あり、これは特に酵素および電子受容体を電極系上へ固
定化しなかった場合によく見うけられていた。
However, such a conventional biosensor has the following problems when quantifying a plurality of components in a sample solution at a time. Since multiple electrode systems are formed on the same surface of an insulating substrate, when the enzyme and electron acceptor dissolve in the sample solution, they move to different electrode systems, enabling accurate substrate quantification. This could have been the case, especially when the enzyme and electron acceptor were not immobilized on the electrode system.

【0008】さらに、従来の妨害物質除去方法について
は、次のような課題を有していた。試料液中の還元性の
物質濃度が高い場合には、前記還元性の物質が妨害物質
除去用の電極部において全て電解酸化される前に試料液
が酵素反応層に到達し、電極反応に影響を与える。その
結果、センサ応答に誤差が生じ、測定精度が低下すると
いった問題があった。
Further, the conventional method for removing interfering substances has the following problems. If the concentration of the reducing substance in the sample liquid is high, the sample liquid reaches the enzyme reaction layer before the reducing substance is all electrolytically oxidized in the electrode portion for removing the interfering substance, and affects the electrode reaction. give. As a result, there has been a problem that an error occurs in the sensor response and the measurement accuracy is reduced.

【0009】本発明は上記課題を解決するもので、迅速
かつ高精度な定量を簡便にできるバイオセンサを提供す
ることを目的としている。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a biosensor capable of easily performing quick and accurate quantification.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、絶縁性の基板の異なる面上に複数組の電極
系を設けたものである。さらに、絶縁性の基板の異なる
面上に設けた複数組の電極系上にそれぞれ異なる酵素あ
るいは酵素の組合せを含有する反応層を直接または間接
的に形成したものである。
According to the present invention, in order to achieve the above object, a plurality of sets of electrode systems are provided on different surfaces of an insulating substrate. Further, a reaction layer containing a different enzyme or a combination of enzymes is formed directly or indirectly on a plurality of sets of electrode systems provided on different surfaces of an insulating substrate.

【0011】さらに、前記複数の電極系の一部を用い
て、センサ応答に影響を与える還元性の物質を定量する
構成である。
[0011] Further, a part of the plurality of electrode systems is used to quantify a reducing substance which affects the sensor response.

【0012】[0012]

【作用】この構成により、還元性の物質を含む試料液を
バイオセンサに供給すると、酵素を含む反応層が形成さ
れていない面上に形成された電極系において、試料液中
の還元性の物質を定量することができる。
According to this configuration, when a sample liquid containing a reducing substance is supplied to the biosensor, the reducing substance in the sample liquid is applied to the electrode system formed on the surface where the reaction layer containing the enzyme is not formed. Can be determined.

【0013】酵素を有する反応層が形成された面上に形
成された電極系においては、試料液に溶解した反応層中
の酵素と測定対象となる基質との間で酵素反応が進行
し、電子受容体が還元される。一方、電子受容体は、試
料液中の還元性の物質によっても還元される。従って、
酵素を有する反応層が形成された面上に形成された電極
系上における電子受容体の還元体の生成量は、測定対象
となる基質濃度と還元性の物質濃度の双方に依存する。
In the electrode system formed on the surface on which the reaction layer having the enzyme is formed, the enzyme reaction proceeds between the enzyme in the reaction layer dissolved in the sample solution and the substrate to be measured, and the electron reaction proceeds. The receptor is reduced. On the other hand, the electron acceptor is also reduced by a reducing substance in the sample solution. Therefore,
The amount of the reduced form of the electron acceptor on the electrode system formed on the surface on which the reaction layer having the enzyme is formed depends on both the concentration of the substrate to be measured and the concentration of the reducing substance.

【0014】本発明によると、酵素を含む反応層が形成
されていない面上に形成された電極系により還元性の物
質定量が可能であり、それゆえ、複数の電極系を用いて
測定対象となる基質濃度を高精度に定量することが可能
なバイオセンサが実現できる。
According to the present invention, a reducing substance can be quantified by an electrode system formed on a surface on which a reaction layer containing an enzyme is not formed. A biosensor capable of accurately quantifying the substrate concentration can be realized.

【0015】さらに、絶縁性の基板の異なる面上に、互
いに異なる酵素あるいは酵素の組合せを有する反応層と
複数の電極系を設置することで、試料液中の複数の基質
を同時にしかも高精度に定量することが可能なバイオセ
ンサが実現できる。
Further, by providing a reaction layer having different enzymes or a combination of enzymes and a plurality of electrode systems on different surfaces of an insulating substrate, a plurality of substrates in a sample solution can be simultaneously and highly accurately. A biosensor capable of quantification can be realized.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明の一実施例について図を参照し
ながら説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0017】(実施例1)本実施例ではバイオセンサの
一例として、グルコースセンサを説明する。
Embodiment 1 In this embodiment, a glucose sensor will be described as an example of a biosensor.

【0018】図1は本発明のバイオセンサの一実施例と
して作製したグルコースセンサの断面図、図2は同グル
コースセンサのうち反応層を除き、図1の上方向からみ
た分解斜視図、図3は同グルコースセンサのうち反応層
を除き、図1の下方向からみた分解斜視図、図4は同グ
ルコースセンサの、図1の上方向からみたベース平面図
である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a glucose sensor manufactured as an embodiment of the biosensor of the present invention. FIG. 2 is an exploded perspective view of the same glucose sensor, except for a reaction layer, as viewed from above in FIG. FIG. 4 is an exploded perspective view of the glucose sensor excluding the reaction layer, as viewed from below in FIG. 1. FIG. 4 is a base plan view of the glucose sensor as viewed from above in FIG.

【0019】以下、グルコースセンサの作製方法につい
て説明する。ポリエチレンテレフタレートからなる絶縁
性の基板1に、スクリーン印刷により銀ペ−ストを印刷
しリ−ド2、3を形成した。つぎに、樹脂バインダーを
含む導電性カーボンペーストを印刷して測定極4を形成
した。測定極4はリード2と接触している。つぎに、絶
縁性ペーストを印刷して絶縁層10を形成した。絶縁層
10は、測定極4の外周部を覆っており、これによって
測定極4の露出部分の面積を一定に保っている。
Hereinafter, a method of manufacturing the glucose sensor will be described. Silver paste was printed by screen printing on an insulating substrate 1 made of polyethylene terephthalate to form leads 2 and 3. Next, the measuring electrode 4 was formed by printing a conductive carbon paste containing a resin binder. The measurement electrode 4 is in contact with the lead 2. Next, the insulating paste was printed to form the insulating layer 10. The insulating layer 10 covers the outer peripheral portion of the measurement electrode 4, thereby keeping the area of the exposed portion of the measurement electrode 4 constant.

【0020】つぎに、樹脂バインダーを含む導電性カー
ボンペーストをリード3と接触するように印刷して対極
5を形成した。
Next, a conductive carbon paste containing a resin binder was printed so as to be in contact with the leads 3 to form a counter electrode 5.

【0021】上記のようにして電極パターンを印刷した
絶縁性の基板1の裏面に、上記同様にして、リード6、
7、測定極8、対極9、絶縁層11を印刷形成して図4
に示すベース30を作製した。
On the back surface of the insulating substrate 1 on which the electrode pattern is printed as described above, the leads 6 and
7, the measurement electrode 8, the counter electrode 9, and the insulating layer 11 are formed by printing.
Was manufactured.

【0022】なお、上記方法の他に、片面のみ電極パタ
ーンを形成した絶縁性の基板同士を互いに張り合わせる
ことによって前記ベース30を作製することもできる。
In addition to the above method, the base 30 can also be manufactured by laminating insulating substrates each having an electrode pattern formed on only one side thereof.

【0023】さらに、測定極8、対極9の電極パターン
は、測定極4、対極5のパターンと必ずしも同一である
必要はなく、例えば図5に示すようなパターンを用いる
こともできる。
Further, the electrode pattern of the measuring electrode 8 and the counter electrode 9 does not necessarily have to be the same as the pattern of the measuring electrode 4 and the counter electrode 5, and for example, a pattern as shown in FIG. 5 can be used.

【0024】次に、上記電極系(測定極4、対極5)上
に酵素としてグルコースオキシダーゼ(EC1.1.
3.4;以下GODと略す)および電子受容体としてフ
ェリシアン化カリウムを親水性高分子としてカルボキシ
メチルセルロ−ス(以下CMCと略す)の0.5wt%水
溶液に溶解させた混合水溶液を滴下し、50℃の温風乾
燥器中で10分間乾燥させて反応層20を形成した。
Next, glucose oxidase (EC1.1.
3.4; hereinafter abbreviated as GOD) and a mixed aqueous solution obtained by dissolving potassium ferricyanide as an electron acceptor in a 0.5% by weight aqueous solution of carboxymethyl cellulose (hereinafter abbreviated as CMC) as a hydrophilic polymer was added dropwise. The reaction layer 20 was formed by drying in a hot air drier at 10 ° C. for 10 minutes.

【0025】このように親水性高分子、酵素および電子
受容体の混合溶液を一度に滴下、乾燥させることによっ
て製造工程を簡略化させることができる。
As described above, the manufacturing process can be simplified by dropping and drying the mixed solution of the hydrophilic polymer, the enzyme and the electron acceptor at once.

【0026】上記のようにして反応層20を形成した
後、カバー13、17およびスペーサー12、16を図
2、図3中、一点鎖線で示すような位置関係をもって接
着した。カバーおよびスペーサーに高分子などの透明な
材料を用いると、反応層の状態や試料液の導入状況を外
部から極めて容易に確認することが可能である。
After the reaction layer 20 was formed as described above, the covers 13 and 17 and the spacers 12 and 16 were adhered in a positional relationship shown by a dashed line in FIGS. When a transparent material such as a polymer is used for the cover and the spacer, the state of the reaction layer and the state of introduction of the sample solution can be extremely easily checked from the outside.

【0027】また、カバーを装着すると、カバーとスペ
ーサーと絶縁性基板によって出来る空間部の毛細管現象
によって、試料液はセンサ先端の試料供給孔14、18
に接触させるだけの簡易操作で容易に前記空間部へ導入
される。
When the cover is mounted, the sample liquid is supplied to the sample supply holes 14 and 18 at the tip of the sensor due to the capillary action in the space formed by the cover, the spacer and the insulating substrate.
It is easily introduced into the space by a simple operation of contacting the space.

【0028】なお、試料液の供給をより円滑にするため
には、さらにレシチンの有機溶媒溶液を試料供給部から
反応層にわたる部位に展開し、乾燥させることでレシチ
ン層を形成するとよい。
In order to make the supply of the sample liquid smoother, it is preferable that the lecithin layer is formed by further developing an organic solvent solution of lecithin from the sample supply section to the portion extending from the reaction layer to drying.

【0029】前記レシチン層を設けた場合には、絶縁性
の基板1とカバー13、17とスペーサー12、16に
よって生じる空間部が毛細管現象を発現し得ない程度の
大きさとなる場合においても、試料液の供給が可能とな
る。
When the above-mentioned lecithin layer is provided, even if the space formed by the insulating substrate 1, the covers 13, 17 and the spacers 12, 16 is so large that no capillary phenomenon can be exhibited, The liquid can be supplied.

【0030】上記のように作製したグルコースセンサに
試料液としてグルコースとアスコルビン酸の混合水溶液
10μlを試料供給孔14、18より供給した。試料液
は空気孔15、19部分までそれぞれ達し、反応層20
が溶解する。
To the glucose sensor prepared as described above, 10 μl of a mixed aqueous solution of glucose and ascorbic acid was supplied as sample liquid from the sample supply holes 14 and 18. The sample liquid reaches the air holes 15 and 19, respectively, and the reaction layer 20
Dissolves.

【0031】次に対極9を基準にして測定極8に+1V
を印加し、5秒後の電流値I0を測定した。測定極8、
対極9上には酵素および電子受容体は存在しないため、
0は試料液中に存在するアスコルビン酸の酸化電流で
ある。また、測定極8、対極9上には物質拡散を抑制す
るような親水性高分子などがないため、試料液供給後す
ぐにI0を得ることができる。
Next, +1 V is applied to the measurement electrode 8 with reference to the counter electrode 9.
Was applied, and the current value I 0 after 5 seconds was measured. Measuring pole 8,
Since there is no enzyme and electron acceptor on the counter electrode 9,
I 0 is the oxidation current of ascorbic acid present in the sample solution. Further, since there is no hydrophilic polymer or the like on the measurement electrode 8 and the counter electrode 9 that suppresses substance diffusion, I 0 can be obtained immediately after the supply of the sample liquid.

【0032】一方、測定極4、対極5上では溶解した反
応層20中のGODによりグルコースが酸化され、フェ
リシアン化カリウムが還元されてフェロシアン化カリウ
ムが生成する。さらに、前記フェリシアン化カリウムは
アスコルビン酸によっても還元される。
On the other hand, on the measurement electrode 4 and the counter electrode 5, glucose is oxidized by GOD in the dissolved reaction layer 20, and potassium ferricyanide is reduced to form potassium ferrocyanide. Further, the potassium ferricyanide is reduced by ascorbic acid.

【0033】試料液を供給してから1分後に対極5を基
準として測定極4に+0.5Vを印加し、5秒後の電流
値I1を測定した。I1は上記2種類の還元反応によって
生成したフェロシアン化カリウムが酸化される際の酸化
電流である。I1およびI0より算出したグルコース濃度
は、アスコルビン酸濃度にかかわらず試料液中に含まれ
るグルコース量とよく一致した。
One minute after supplying the sample solution, +0.5 V was applied to the measurement electrode 4 with the counter electrode 5 as a reference, and the current value I 1 was measured 5 seconds later. I 1 is an oxidation current when potassium ferrocyanide generated by the above two kinds of reduction reactions is oxidized. The glucose concentration calculated from I 1 and I 0 was in good agreement with the amount of glucose contained in the sample solution regardless of the ascorbic acid concentration.

【0034】2種類の電極系を絶縁性の基板の異なる面
上に配置したことにより、GODなどの反応層構成物質
が測定極8上に移動することはなく、精度のよい定量が
可能であった。
By arranging the two kinds of electrode systems on different surfaces of the insulating substrate, the reaction layer constituents such as GOD do not move onto the measurement electrode 8 and accurate quantification is possible. Was.

【0035】(実施例2)図6は本発明のバイオセンサ
の別の一実施例として作製したグルコースセンサの断面
図である。
Embodiment 2 FIG. 6 is a sectional view of a glucose sensor manufactured as another embodiment of the biosensor of the present invention.

【0036】ポリエチレンテレフタレートからなる絶縁
性の基板1に、スクリーン印刷により実施例1と同様に
してベース30を形成した。
A base 30 was formed on an insulating substrate 1 made of polyethylene terephthalate by screen printing in the same manner as in Example 1.

【0037】測定極4、対極5上に実施例1と同様にし
て、GODとフェリシアン化カリウムとCMCの混合水
溶液を滴下、乾燥して反応層20を形成した。つぎに、
測定極8、対極9上にフェリシアン化カリウムとCMC
の混合水溶液を滴下、乾燥させてフェリシアン化カリウ
ム−CMC層21を形成した。さらに実施例1と同様に
して、カバー13、17およびスペーサー12、16と
共に一体化してグルコースセンサを作製した。
A mixed aqueous solution of GOD, potassium ferricyanide and CMC was dropped and dried on the measurement electrode 4 and the counter electrode 5 in the same manner as in Example 1 to form a reaction layer 20. Next,
Potassium ferricyanide and CMC on measuring electrode 8 and counter electrode 9
Was dropped and dried to form a potassium ferricyanide-CMC layer 21. Further, in the same manner as in Example 1, the glucose sensor was manufactured integrally with the covers 13 and 17 and the spacers 12 and 16.

【0038】上記のように作製したグルコースセンサに
試料液としてグルコースとアスコルビン酸の混合水溶液
10μlを試料供給孔14、18より供給した。試料液
は空気孔15、19部分まで達し、反応層20とフェリ
シアン化カリウム−CMC層21が溶解する。
10 μl of a mixed aqueous solution of glucose and ascorbic acid was supplied as sample liquid to the glucose sensor prepared as described above through the sample supply holes 14 and 18. The sample liquid reaches the air holes 15 and 19, and the reaction layer 20 and the potassium ferricyanide-CMC layer 21 dissolve.

【0039】測定極8、対極9上では、試料液にフェリ
シアン化カリウム−CMC層21が溶解し、試料液中の
アスコルビン酸によってフェリシアン化カリウムが還元
される。試料液を供給して10秒後に対極9を基準にし
て測定極8に+0.5Vを印加し、5秒後の電流値を測
定したところ、試料液中のアスコルビン酸濃度に比例し
た。
On the measuring electrode 8 and the counter electrode 9, the potassium ferricyanide-CMC layer 21 is dissolved in the sample solution, and potassium ferricyanide is reduced by ascorbic acid in the sample solution. Ten seconds after the sample solution was supplied, +0.5 V was applied to the measurement electrode 8 based on the counter electrode 9 and the current value was measured five seconds later. The current value was proportional to the ascorbic acid concentration in the sample solution.

【0040】一方、測定極4、対極5上では、試料液に
反応層20が溶解する。反応層20中のフェリシアン化
カリウムは、試料液中のアスコルビン酸による還元と、
試料液中のグルコースがGODによって酸化される際に
受ける還元の、2種類の還元反応を受けて、フェロシア
ン化カリウムが生成する。
On the other hand, on the measurement electrode 4 and the counter electrode 5, the reaction layer 20 is dissolved in the sample solution. Potassium ferricyanide in the reaction layer 20 is reduced by ascorbic acid in the sample solution,
Potassium ferrocyanide is produced through two types of reduction reactions, that is, the reduction that occurs when glucose in a sample solution is oxidized by GOD.

【0041】試料液を供給してから1分後に対極5を基
準として測定極4に+0.5Vを印加し、5秒後の電流
値Iを測定した。
One minute after supplying the sample solution, +0.5 V was applied to the measurement electrode 4 with the counter electrode 5 as a reference, and the current value I was measured 5 seconds later.

【0042】Iはアスコルビン酸との反応によって生成
したフェロシアン化カリウムが酸化される際の酸化電流
とグルコースがGODによって酸化された際に還元され
て生成したフェロシアン化カリウムが酸化される際の酸
化電流の和である。
I is the sum of the oxidation current when potassium ferrocyanide generated by the reaction with ascorbic acid is oxidized and the oxidation current when potassium ferrocyanide generated by reducing glucose when oxidized by GOD is oxidized. It is.

【0043】測定極8、対極9における応答より試料液
中のアスコルビン酸濃度を定量し、Iより得られるフェ
ロシアン化カリウム量とより、試料液中のグルコース濃
度を算出することができた。
The ascorbic acid concentration in the sample solution was quantified from the responses at the measurement electrode 8 and the counter electrode 9, and the glucose concentration in the sample solution could be calculated from the amount of potassium ferrocyanide obtained from I.

【0044】測定極8、対極9によって前記酸化電流を
測定する際には、測定極8、対極9上にGODが存在す
ると正確な定量ができない。したがって、本発明のよう
に両電極系を基板の異なる面上にそれぞれ形成すること
によってGODの測定極8上への移動を完全に防ぐこと
ができ、その結果、高精度な測定が可能となる (実施例3)本発明のバイオセンサの別の一実施例とし
て、糖センサについて説明する。
When the oxidation current is measured by the measurement electrode 8 and the counter electrode 9, accurate quantification cannot be performed if GOD exists on the measurement electrode 8 and the counter electrode 9. Therefore, by forming both electrode systems on different surfaces of the substrate as in the present invention, it is possible to completely prevent the GOD from moving onto the measurement electrode 8, and as a result, highly accurate measurement becomes possible. Embodiment 3 A sugar sensor will be described as another embodiment of the biosensor of the present invention.

【0045】以下、糖センサの作製方法について図7を
参照しながら説明する。実施例1と同様にして図4に示
したベース30を作製した。次に、GOD、フェリシア
ン化カリウムおよびCMCの混合水溶液を上記2組の電
極系のうち片方の電極系(測定極4、対極5)上に滴下
し、乾燥させて反応層20を形成した。
Hereinafter, a method of manufacturing the sugar sensor will be described with reference to FIG. A base 30 shown in FIG. 4 was manufactured in the same manner as in Example 1. Next, a mixed aqueous solution of GOD, potassium ferricyanide and CMC was dropped on one of the two electrode systems (measurement electrode 4 and counter electrode 5) and dried to form a reaction layer 20.

【0046】さらに、酵素としてフルクトースデヒドロ
ゲナーゼ(EC1.1.99.11;以下FDHと略
す)、電子受容体としてフェリシアン化カリウムおよび
親水性高分子としてヒドロキシエチルセルロース(以
下、HECと略す)を緩衝液(pH=4.5)に溶解さ
せた混合水溶液をもう一方の電極系(測定極8、対極
9)上に滴下し、乾燥させてFDH反応層22を形成し
た。さらに実施例1と同様にして、カバーおよびスペー
サーと共に一体化して糖センサを作製した。
Further, fructose dehydrogenase (EC1.1.99.11; hereinafter abbreviated as FDH) as an enzyme, potassium ferricyanide as an electron acceptor, and hydroxyethylcellulose (hereinafter abbreviated as HEC) as a hydrophilic polymer are used as a buffer solution (pH). = 4.5) was dropped on the other electrode system (measurement electrode 8, counter electrode 9) and dried to form an FDH reaction layer 22. Further, in the same manner as in Example 1, the sugar sensor was integrated with the cover and the spacer.

【0047】このようにして作製した糖センサに試料液
としてグルコースとフルクトースの混合水溶液10μl
を試料供給孔14、18より供給し、1分後に対極5を
基準にして測定極4に+0.5Vを、2分後に対極9を
基準にして測定極8に+0.5Vを印加し、それぞれ5
秒後の電流値を測定した。
As a sample solution, 10 μl of a mixed aqueous solution of glucose and fructose was applied to the thus prepared sugar sensor.
Is supplied from the sample supply holes 14 and 18, and after 1 minute, +0.5 V is applied to the measurement electrode 4 based on the counter electrode 5, and after 2 minutes, +0.5 V is applied to the measurement electrode 8 based on the counter electrode 9. 5
The current value after 2 seconds was measured.

【0048】反応層20を配置した電極系(測定極4、
対極5)においてはグルコース濃度に対応した電流値が
得られ、FDH反応層22を配置した電極系(測定極
8、対極9)においてはフルクトース濃度に対応した電
流値が得られた。
The electrode system on which the reaction layer 20 is arranged (measurement electrode 4,
At the counter electrode 5), a current value corresponding to the glucose concentration was obtained, and at the electrode system (measuring electrode 8, counter electrode 9) in which the FDH reaction layer 22 was arranged, a current value corresponding to the fructose concentration was obtained.

【0049】試料液に反応層20およびFDH反応層2
2が溶解すると、試料液中の基質は最終的に酵素によっ
て酸化される。そこでの電子移動によってフェリシアン
化カリウムがフェロシアン化カリウムに還元される。次
に、上記の一定電圧の印加により、生成したフェロシア
ン化カリウムが酸化される際の酸化電流が得られ、この
電流値は試料液中の基質濃度に対応した。
The reaction layer 20 and the FDH reaction layer 2 were added to the sample solution.
When 2 is dissolved, the substrate in the sample solution is finally oxidized by the enzyme. The electron transfer there reduces potassium ferricyanide to potassium ferrocyanide. Next, by applying the above-mentioned constant voltage, an oxidation current was obtained when the generated potassium ferrocyanide was oxidized, and this current value corresponded to the substrate concentration in the sample solution.

【0050】反応層20に用いたGODと、反応層22
に用いたFDHは、最大の酵素活性が得られるpH条件
が異なる。このように、最適なpH条件は用いる酵素の
種類によって一般に異なることが多い。
The GOD used for the reaction layer 20 and the GOD
The FDH used in Example 1 differs in the pH condition at which the maximum enzyme activity is obtained. As described above, the optimum pH condition generally differs depending on the type of the enzyme used.

【0051】前記両反応層が基板の同一面上に配置され
た場合には、FDH反応層中に含まれる緩衝剤成分が試
料液内拡散によってGODを含む反応層中に移動し、最
適pH条件が得られないことも有り得る。さらに、酵素
についても試料液内拡散によって複数の電極系上へ移動
する可能性があるため、必ず固定化等によって酵素が移
動しない条件設定が必要となり、そのためセンサ構成が
制限を受ける場合がある。
When both reaction layers are arranged on the same surface of the substrate, the buffer component contained in the FDH reaction layer moves into the reaction layer containing GOD by diffusion into the sample solution, and the optimum pH condition is obtained. May not be obtained. Furthermore, since there is a possibility that the enzyme may move onto a plurality of electrode systems due to diffusion in the sample solution, it is necessary to set conditions under which the enzyme does not move due to immobilization or the like, which may limit the sensor configuration.

【0052】本実施例のように、異なる酵素を含有した
反応層を絶縁性の基板の異なる面上に配置することによ
って、それぞれの反応層が試料液に溶解した際に各反応
層の構成要素が相互に移動することを防ぐことができ、
各電極系上のpHを容易に最適なものに設定するととも
に酵素の試料液内拡散を自由にさせることができる。
By arranging reaction layers containing different enzymes on different surfaces of an insulating substrate as in the present embodiment, when each reaction layer is dissolved in a sample solution, the constituent elements of each reaction layer are dissolved. Can be prevented from moving with each other,
The pH on each electrode system can be easily set to an optimum value, and the enzyme can be freely diffused in the sample solution.

【0053】上記糖センサに果汁を試料液として供給し
てセンサ応答を測定したところ、果汁中のグルコースお
よびフルクトースを精度よく定量することができた。
When juice was supplied to the sugar sensor as a sample solution and the sensor response was measured, glucose and fructose in the juice could be quantified accurately.

【0054】本実施例では互いに異なる酵素を用いて、
試料液中の複数の基質成分について定量するバイオセン
サに関して述べたが、絶縁性の基板の異なる面上に同一
の酵素を用いた反応層を具備したバイオセンサを構成す
ることも可能である。この場合は、試料液中の同一の基
質を定量するため、例えば、各電極系において得られる
酸化電流値の平均値より基質の定量を実施でき、より精
度の高い測定が可能となる。
In this embodiment, different enzymes are used,
Although a biosensor for quantifying a plurality of substrate components in a sample solution has been described, it is also possible to configure a biosensor having a reaction layer using the same enzyme on different surfaces of an insulating substrate. In this case, since the same substrate in the sample solution is quantified, for example, the substrate can be quantified based on the average value of the oxidation current value obtained in each electrode system, and more accurate measurement can be performed.

【0055】なお、上記実施例においては反応層20、
フェリシアン化カリウム−CMC層21、FDH反応層
22は電極系表面に接して形成する方法について述べた
が、必ずしもその必要はない。カバーおよびスペーサー
と一体化する場合には、カバーとスペーサーと絶縁性の
基板とによって電極系上部に空間部が形成される。前記
カバー、スペーサー、絶縁性の基板の前記空間部の壁面
に相当する部位であれば適当な場所に反応層を形成する
ことができる。センサに供給された試料液は前記空間部
を満たすため、反応層を溶解することが可能である。
In the above embodiment, the reaction layer 20,
Although the method of forming the potassium ferricyanide-CMC layer 21 and the FDH reaction layer 22 in contact with the electrode system surface has been described, it is not always necessary. When integrated with the cover and the spacer, a space is formed above the electrode system by the cover, the spacer, and the insulating substrate. A reaction layer can be formed at an appropriate place as long as it corresponds to the wall surface of the space portion of the cover, the spacer, and the insulating substrate. Since the sample liquid supplied to the sensor fills the space, the reaction layer can be dissolved.

【0056】上記実施例ではグルコースとフルクトース
の定量法について示したが、本発明はアルコールセン
サ、乳酸センサ、コレステロールセンサ、アミノ酸セン
サなど酵素反応の関与する系に広く用いることができ
る。
In the above embodiment, the method of quantifying glucose and fructose was described. However, the present invention can be widely applied to systems involving an enzyme reaction such as an alcohol sensor, a lactic acid sensor, a cholesterol sensor, and an amino acid sensor.

【0057】上記実施例では酵素としてGOD、FDH
を用いたが、これ以外に、インベルターゼ、ムタロター
ゼ、アルコールオキシダーゼ、乳酸オキシダーゼ、コレ
ステロールオキシダーゼ、キサンチンオキシダーゼ、ア
ミノ酸オキシダーゼ等も用いることができる。
In the above embodiment, GOD and FDH were used as enzymes.
However, besides this, invertase, mutarotase, alcohol oxidase, lactate oxidase, cholesterol oxidase, xanthine oxidase, amino acid oxidase and the like can also be used.

【0058】上記実施例では親水性高分子としてカルボ
キシメチルセルロースおよびヒドロキシエチルセルロー
スを用いたが、これらに限定されることはなく、他のセ
ルロース誘導体、具体的には、ヒドロキシプロピルセル
ロース、メチルセルロース、エチルセルロース、エチル
ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルエチル
セルロースを用いてもよく、さらには、ポリビニルピロ
リドン、ポリビニルアルコール、ゼラチンおよびその誘
導体、アクリル酸およびその塩、メタアクリル酸および
その塩、スターチおよびその誘導体、無水マレイン酸お
よびその塩を用いても同様の効果が得られた。
In the above examples, carboxymethylcellulose and hydroxyethylcellulose were used as hydrophilic polymers. However, the present invention is not limited to these. Other cellulose derivatives, specifically, hydroxypropylcellulose, methylcellulose, ethylcellulose, ethylcellulose Hydroxyethylcellulose, carboxymethylethylcellulose may be used, and further, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol, gelatin and its derivatives, acrylic acid and its salts, methacrylic acid and its salts, starch and its derivatives, maleic anhydride and its salts The same effect was obtained by using.

【0059】一方、電子受容体としては、上記実施例に
示したフェリシアン化カリウム以外に、p−ベンゾキノ
ン、フェナジンメトサルフェート、メチレンブルー、フ
ェロセン誘導体なども使用できる。
On the other hand, as the electron acceptor, p-benzoquinone, phenazine methosulfate, methylene blue, a ferrocene derivative and the like can be used in addition to the potassium ferricyanide shown in the above embodiment.

【0060】また、上記実施例において酵素および電子
受容体については試料液に溶解する方式について示した
が、これに制限されることはなく、固定化によって試料
液に不溶化させた場合にも適用することができる。
In the above embodiment, the method of dissolving the enzyme and the electron acceptor in the sample solution has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is also applicable to the case where the enzyme and the electron acceptor are insoluble in the sample solution by immobilization. be able to.

【0061】また、上記実施例では、測定極と対極のみ
の二極電極系について述べたが、参照極を加えた三電極
方式にすれば、より正確な測定が可能である。
In the above embodiment, a bipolar electrode system having only a measurement electrode and a counter electrode has been described. However, if a three-electrode system including a reference electrode is used, more accurate measurement can be performed.

【0062】[0062]

【発明の効果】以上の説明から明かなように、本発明に
よればセンサ応答に妨害を与えるような還元性の物質が
含まれる試料液についても、妨害物除去の前処理をする
ことなく高精度な測定をすることができる。さらに、試
料液中の複数成分について同時に高精度な定量を実施す
ることができる。
As is clear from the above description, according to the present invention, even a sample solution containing a reducing substance which may interfere with the sensor response can be obtained without a pretreatment for removing the obstacle. Accurate measurement can be performed. Furthermore, high-precision quantification of a plurality of components in a sample solution can be performed simultaneously.

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

【図1】本発明の一実施例のグルコースセンサの断面図FIG. 1 is a cross-sectional view of a glucose sensor according to one embodiment of the present invention.

【図2】同グルコースセンサの反応層を除き、上方向か
らみた分解斜視図
FIG. 2 is an exploded perspective view of the glucose sensor, except for a reaction layer, viewed from above.

【図3】同グルコースセンサの反応層を除き、下方向か
らみた分解斜視図
FIG. 3 is an exploded perspective view of the glucose sensor, viewed from below, excluding a reaction layer.

【図4】同グルコースセンサを上方向からみたベース平
面図
FIG. 4 is a top plan view of the glucose sensor viewed from above.

【図5】本発明のバイオセンサに用いるベースの別の一
例を示す平面図
FIG. 5 is a plan view showing another example of the base used for the biosensor of the present invention.

【図6】本発明のバイオセンサの別の実施例として作製
したグルコースセンサの断面図
FIG. 6 is a cross-sectional view of a glucose sensor manufactured as another embodiment of the biosensor of the present invention.

【図7】本発明のバイオセンサのさらに別の実施例とし
て作製した糖センサの断面図
FIG. 7 is a cross-sectional view of a sugar sensor manufactured as still another embodiment of the biosensor of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 絶縁性の基板 2、3、6、7 リード 4、8 測定極 5、9 対極 10、12 絶縁層 12、16 スペーサー 13、17 カバー 14、18 試料供給孔 15、19 空気孔 20 反応層 21 フェリシアン化カリウム−CMC層 22 FDH反応層 30 ベース Reference Signs List 1 Insulating substrate 2, 3, 6, 7 Lead 4, 8 Measurement electrode 5, 9 Counter electrode 10, 12 Insulating layer 12, 16 Spacer 13, 17 Cover 14, 18 Sample supply hole 15, 19 Air hole 20 Reaction layer 21 Potassium ferricyanide-CMC layer 22 FDH reaction layer 30 Base

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 絶縁性の基板と、前記絶縁性の基板の異
なる面上に形成された複数組の電極系と、前記絶縁性の
基板上に直接または間接的に形成された反応層とからな
り、前記反応層が少なくとも酵素と親水性高分子と電子
受容体とを含有することを特徴とするバイオセンサ。
An insulating substrate, a plurality of sets of electrode systems formed on different surfaces of the insulating substrate, and a reaction layer formed directly or indirectly on the insulating substrate. Wherein the reaction layer contains at least an enzyme, a hydrophilic polymer, and an electron acceptor.
【請求項2】 絶縁性の基板の面のうち反応層が形成さ
れていない面上に、電子受容体を設置したことを特徴と
する請求項1記載のバイオセンサ。
2. The biosensor according to claim 1, wherein an electron acceptor is provided on a surface of the insulating substrate on which no reaction layer is formed.
【請求項3】 絶縁性の基板と、前記絶縁性の基板の異
なる面上に形成された複数組の電極系と、前記絶縁性の
基板上に直接または間接的に形成された複数の反応層と
を備え、前記複数の反応層がそれぞれ少なくとも酵素と
親水性高分子と電子受容体とを含有することを特徴とす
るバイオセンサ。
3. An insulating substrate, a plurality of electrode systems formed on different surfaces of the insulating substrate, and a plurality of reaction layers formed directly or indirectly on the insulating substrate. Wherein each of the plurality of reaction layers contains at least an enzyme, a hydrophilic polymer, and an electron acceptor.
【請求項4】 複数の反応層中に含有される酵素または
酵素の組合せが、互いに異なることを特徴とする請求項
3記載のバイオセンサ。
4. The biosensor according to claim 3, wherein enzymes or combinations of enzymes contained in the plurality of reaction layers are different from each other.
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