JP2977258B2 - バイオセンサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は食品分析、医療分析、環境分析等の分野にお
いて、液体状の試料をセンサ部に滴下するだけで微量
の、しかも複数の特定成分を定量することができるバイ
オセンサに関する。

（従来の技術） 従来、環境中や生体試料中の特定成分を複雑な前処理
を行なうことなく高精度に測定する手段として、第２図
に示すようなバイオセンサが特開昭59−166852号におい
て提案されている。絶縁性基板８にリード線11,12をそ
れぞれ有する白金などからなる測定極９および対極10を
埋設し、それらの電極系の上部を酸化還元酵素を担持さ
せた多孔体13で覆ったものである。試料液を多孔体13に
滴下すると、試料液中に酸化還元酵素が溶解し、試料液
中の基質との間で酵素反応が進行し過酸化水素が発生す
る。この過酸化水素を電気化学的に酸化し、この時得ら
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。

（発明が解決しようとする課題） このような従来の構成のバイオセンサでは、本質的に
は一種類の目的物質の定量しか行なえず、複数種類の酵
素を用いたとしても、これらの酵素系から誘導された一
種類の目的物質の定量か、あるいは多種類の目的物質の
総量でしか定量することができなかった。従って複数種
類の目的物質を分離して検出するには目的物質の種類の
数に応じたセンサを用意しなければならなかった。ま
た、大きな電極出力を得るためには、電極表面積を大き
くする必要から形状を大きくせざるを得なかった。

本発明は上記問題点を解消し、一組の電極系で複数種
類の目的物質の濃度を高感度に検出できるバイオセンサ
を提供しようとするものである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明は、少くとも測定極と
対極とを有する電極系、および酵素、微生物等の生体関
連物質を備え、試料液中の基質と前記生体関連物質との
反応により生じる反応生成物の濃度変化を電気化学的に
検出するバイオセンサにおいて、前記測定極および対極
の中、少なくとも一方は導電性もしくは導電処理した基
質透過性の多孔体で構成すると共に、ほぼ同一平面上に
配置し、該測定極および対極を挟んで両側に互いに種類
の異なる酵素、微生物等の生体関連物質を担持させた多
孔体よりなる層を設けた構成としたものである。

また上記構成のバイオセンサにおいて、前記生体関連
物質を担持させた多孔体よりなる層に、生体関連物質に
加えて酸化型電子受容体をも担持させた構成にしたもの
である。

（作 用） 上記のような構成にすることにより、担持させた生体
関連物質に対する複数の基質を含む試料液を電極系の上
側に配置した多孔体の層に滴下すると、該層の生体関連
物質とこれに対応する基質との反応は速やかに開始し、
一方試料液が基質透過性の電極部を通過して電極系の下
側に配置した多孔体の層に達するとこの層の生体関連物
質とそれに対応する試料液中の基質との反応が、上記上
側の層における反応より遅れて開始する。

このように反応開始時刻に時間差を生じるので、それ
ぞれの反応開始時刻に対応して電極系に逐次パルス電圧
を印加すると、まず第１のパルス電圧により上側の多孔
体に担持させた生体関連物質に対応する基質の濃度に比
例する応答電流が、次に第２のパルス電圧により、上記
応答電流と、下側の多孔体に担持させた生体関連物質に
対応する基質の濃度に比例する電流との和に相当する応
答電流が得られる。従って後者の基質の濃度は両応答電
流の差として検出することが可能となる。

（実施例） 第１図に本発明の一実施例、グルコース、ピルビン酸
センサを示す。同図（ａ）はその断面図、同図（ｂ）は
その主要部の分解図である。１は測定極でありポリエス
テルの基布に白金をスパッタリング（膜厚0.2μｍ）し
た導電処理クロスに吸水性高分子を含浸させたもの、２
は対極でリボン状カーボン、３はグルコースオキシダー
ゼを固定化したトリアセチルセルロース膜、４はピルビ
ル酸オキシダーゼを固定化したトリアセチルセルロース
膜、５は絶縁性支持体、６および７はそれぞれ測定極１
および対極２のリード線である。

上記のように構成したセンサにグルコースとピルビン
酸を含む試料液を滴下すると、トリアセチルセルロース
膜３において、まず、試料液中のグルコースがグルコー
スオキシダーゼによって分解され過酸化水素を発生す
る。一方試料液中のピルビン酸はグルコースオキシダー
ゼとは反応せず、吸水性高分子を含んだ導電処理クロス
よりなる測定極１を通過し、その下側のトリアセチルセ
ルロース膜４に達しここでピルビン酸オキシダーゼによ
って分解され、過酸化水素を発生する。それぞれの過酸
水素の発生には、時間的遅れが存在するが、試料液滴下
直後測定極に対極に対し700mV、パルス幅200mSのパルス
電圧を印加するとグルコースの分解により最初に発生し
た過酸化水素が電気化学的に酸化され、酸化に伴う応答
電流を生じるのでまずこれを測定する。次にたとえば２
秒後に再び上記と同様なパルス電圧を印加すると、この
時点ではピルビン酸の分解による過酸化水素も発生して
おり、両過酸化水素の濃度の和に対応する応答電流を生
じる。この結果第１のパルス電圧による応答電流はグル
コースの濃度に、第２のパルス電圧による応答電流はグ
ルコースの濃度とピルビン酸の濃度の和に対応したもの
となる。従って両応答電流の差がピルビン酸の濃度に対
応したものとしてとらえられる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明の構成によるバイオセンサ
は測定極および対極の中、少なくとも一方は基質透過性
の多孔体で構成し、電極系を挟んで両側に互いに異なる
種類の生体関連物質を担持させた多孔体の層を設けてい
るので、試料液中の基質が電極系を通過する際の時間遅
れを利用した検出が可能となり、一組の電極系でありな
がら、複数種類の基質の濃度を分離測定を行なわせるこ
とができる。なお、生体関連物質の種類により反応速度
に遅速がある場合は、反応速度の速い生体関連物質を電
極系の前面の多孔体の層に、反応速度の遅い生体関連物
質を電極系の背面の多孔体の層に担持させることが分離
測定上望ましい。

本発明の電極系の少なくとも一方の電極は、基質透過
性の導電性または導電処理した多孔体で構成されること
から生体関連物質と基質との反応による反応生成物との
接触面積は一般の導体を用いた電極系の場合に較べ著し
く大きくなり、形状を大きくすることなく高感度なセン
サを作ることができる。

なお上記の実施例では、電気化学的に検出される反応
生成物が過酸化水素の場合について説明したが、生体関
連物質による酸化反応において溶存酸素が少なく充分な
酸化が得られないような場合、また電極電圧の印加によ
り目的外の電気化学的反応による生成物を生じないよう
極力印加電圧値を低くしたい場合など、生体関連物質を
担持させた多孔体の層に酸化型電子受容体をも担持させ
る構成が有効である。

例えば生体関連物質として酸化還元酸素を用いる場
合、酸化型電子受容体、フェリシアン化カリウムを共存
させると、この電子受容体は、基質との酸化反応に伴っ
て還元型電子受容体、フェロシアン化カリウムに変じ、
このフェロシアン化カリウムが前述の過酸化水素と同等
な電気化学的役目を果たし、電極系への電圧印加により
同様な応答電流を得ることができる。この還元型電子受
容体、フェロシアン化カリウムの場合、必要な電圧（酸
化電位）は300mVであり、過酸化水素の場合の700mVの半
分以下に抑制することができる。

上記説明中、電極系としては測定極および対極のみに
言及したが特に精度を必要とする場合は、よく知られて
いるように参考極を併設した構造が有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のバイオセンサを示す。同図
（ａ）はその縦断面図、同図（ｂ）はその主要部の分解
図である。第２図は従来のバイオセンサの縦断面図であ
る。 1,9……測定極、2,10……対極、3,4……互いに異なる種
類の生体関連物質を担持させた多孔体よりなる層、13…
…酸化還元酵素を担持させた多孔体。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも測定極と対極とを有する電極
   系、および酵素、微生物等の生体関連物質を備え、試料
   液中の基質と前記生体関連物質との反応により生じる反
   応生成物の濃度変化を電気化学的に検出するバイオセン
   サにおいて、 前記測定極および対極の中、少なくとも一方は、導電性
   もしくは導電処理した基質透過性の多孔体で構成すると
   共に、該測定極および対極をほぼ同一平面上に配置し、
   これら両極を挟んで両側に互いに異なる種類の酵素、微
   生物等の生体関連物質を担持させた多孔体よりなる層を
   設けたことを特徴とするバイオセンサ。
2. 【請求項２】請求項第１項記載のバイオセンサにおい
   て、前記生体関連物質を担持させた多孔体よりなる層
   に、生体関連物質に加えて酸化型電子受容体をも担持さ
   せたことを特徴とするバイオセンサ。