JP3063716B2 - バイオセンサの電位印加方法 - Google Patents
バイオセンサの電位印加方法Info
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- JP3063716B2 JP3063716B2 JP9350800A JP35080097A JP3063716B2 JP 3063716 B2 JP3063716 B2 JP 3063716B2 JP 9350800 A JP9350800 A JP 9350800A JP 35080097 A JP35080097 A JP 35080097A JP 3063716 B2 JP3063716 B2 JP 3063716B2
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- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アンペロメトリッ
ク測定で液体試料の分析を行うバイオセンサへの電位印
加方法に関する。
ク測定で液体試料の分析を行うバイオセンサへの電位印
加方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】バイオセンサは、生体のもつ分子識別機
能を利用することによる化学センサの一種である。バイ
オセンサは、酵素、抗体等及び微生物などの固定化物
と、電気化学デバイス又は電子デバイスとの組合せによ
り構成されている。利用した生体成分又は生体がある分
子を識別すると、特定の物理的あるいは化学的な変化が
伴って引き起こされ、その変化を電気化学デバイス又は
電子デバイスで検知するようになっている。
能を利用することによる化学センサの一種である。バイ
オセンサは、酵素、抗体等及び微生物などの固定化物
と、電気化学デバイス又は電子デバイスとの組合せによ
り構成されている。利用した生体成分又は生体がある分
子を識別すると、特定の物理的あるいは化学的な変化が
伴って引き起こされ、その変化を電気化学デバイス又は
電子デバイスで検知するようになっている。
【０００３】例えば酵素としてグルコースオキシダーゼ
を利用すると、 グルコースオキシダーゼ グルコース＋Ｏ2＋Ｈ2Ｏ−−−−−−→ グルコン酸＋Ｈ2Ｏ2 の反応に伴うＯ2の減少あるいはＨ2Ｏ2の生成を電極で
検知したり、グルコン酸の生成に伴うＨ＋の生成をイオ
ン選択性電界効果形トランジスタで検知したり、或いは
酵素反応熱をサーミスタで検知するなどの方法を介して
グルコースの定量が可能なセンサが得られる（新素材便
覧、通算資料調査会）。
を利用すると、 グルコースオキシダーゼ グルコース＋Ｏ2＋Ｈ2Ｏ−−−−−−→ グルコン酸＋Ｈ2Ｏ2 の反応に伴うＯ2の減少あるいはＨ2Ｏ2の生成を電極で
検知したり、グルコン酸の生成に伴うＨ＋の生成をイオ
ン選択性電界効果形トランジスタで検知したり、或いは
酵素反応熱をサーミスタで検知するなどの方法を介して
グルコースの定量が可能なセンサが得られる（新素材便
覧、通算資料調査会）。
【０００４】上述した反応式のように酸素が存在する場
合に、Ｏ2の減少或いはＨ2Ｏ2の生成を電極で検知する
バイオセンサは、酸素消費量を酸素電極によって測定す
るか、若しくは過酸化水素の生成量を過酸化水素電極に
よって測定している。
合に、Ｏ2の減少或いはＨ2Ｏ2の生成を電極で検知する
バイオセンサは、酸素消費量を酸素電極によって測定す
るか、若しくは過酸化水素の生成量を過酸化水素電極に
よって測定している。
【０００５】また酸素が存在しない場合に用いるバイオ
センサとしては、酸素を電子受容体として用いず、有機
化合物や金属錯体を電子受容体として用いる構成のもの
があり、このタイプのセンサは、酵素反応の結果生じた
電子受容体の還元体を、電極で酸化することにより、そ
の酸化電流から濃度を測定している（特開平９−２４３
５９９号公報参照）。
センサとしては、酸素を電子受容体として用いず、有機
化合物や金属錯体を電子受容体として用いる構成のもの
があり、このタイプのセンサは、酵素反応の結果生じた
電子受容体の還元体を、電極で酸化することにより、そ
の酸化電流から濃度を測定している（特開平９−２４３
５９９号公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
バイオセンサは、対をなす作用極及び対極と、参照極と
を備えており、図４に示すように参照極に対する作用極
に０．７Ｖの電位を直接印加していたため、６．０μＡ
以上の過大な過渡電流が発生し、酵素を固定化した有機
薄膜の破壊や剥がれなどによる劣化が生じ、バイオセン
サの使用寿命を低下させるという問題がある。
バイオセンサは、対をなす作用極及び対極と、参照極と
を備えており、図４に示すように参照極に対する作用極
に０．７Ｖの電位を直接印加していたため、６．０μＡ
以上の過大な過渡電流が発生し、酵素を固定化した有機
薄膜の破壊や剥がれなどによる劣化が生じ、バイオセン
サの使用寿命を低下させるという問題がある。
【０００７】また特開平９−２４３５９９号公報に開示
されたバイオセンサも同様に作用極に対極を基準として
２００ｍＶの電位を直接印加しているため、バイオセン
サの使用寿命を低下させる可能性がある。
されたバイオセンサも同様に作用極に対極を基準として
２００ｍＶの電位を直接印加しているため、バイオセン
サの使用寿命を低下させる可能性がある。
【０００８】また特開平９−２４３５９９号公報に開示
されたバイオセンサは、６０ｍＶ／Ｓで正電位側に掃引
しているが、その掃引は、試料溶液の電位とは無関係に
２００ｍＶの電位を印加した直後から行なうものである
ため、掃引前の電圧印加によりバイオセンサの電極構造
にダメージを与えてしまい、６０ｍＶ／Ｓでの掃引によ
る測定を正常に行うことができないという問題があっ
た。
されたバイオセンサは、６０ｍＶ／Ｓで正電位側に掃引
しているが、その掃引は、試料溶液の電位とは無関係に
２００ｍＶの電位を印加した直後から行なうものである
ため、掃引前の電圧印加によりバイオセンサの電極構造
にダメージを与えてしまい、６０ｍＶ／Ｓでの掃引によ
る測定を正常に行うことができないという問題があっ
た。
【０００９】本発明の目的は、過渡電流を低減すること
により、有機薄膜の破壊を大巾に低減し、長寿命化させ
たバイオセンサの電位印加方法を提供することにある。
により、有機薄膜の破壊を大巾に低減し、長寿命化させ
たバイオセンサの電位印加方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係るバイオセンサの電位印加方法は、アン
ペロメトリック測定で液体試料の分析を行うバイオセン
サの作用極と参照極との間に印加する測定電位を、前記
参照極の電位を基準として漸増させて印加するものであ
る。
め、本発明に係るバイオセンサの電位印加方法は、アン
ペロメトリック測定で液体試料の分析を行うバイオセン
サの作用極と参照極との間に印加する測定電位を、前記
参照極の電位を基準として漸増させて印加するものであ
る。
【００１１】また、前記測定電位を最初に印加する際に
作用極と対極との間に発生する、過大な過渡電流を低減
するため、参照極に対して作用極に１００ｍＶ／ｓｃ
ｃ．以下の速度でスロープ状に測定電位を印加するもの
である。
作用極と対極との間に発生する、過大な過渡電流を低減
するため、参照極に対して作用極に１００ｍＶ／ｓｃ
ｃ．以下の速度でスロープ状に測定電位を印加するもの
である。
【００１２】また、前記過渡電流の大きさが一定値を越
えないように、前記測定電位印加速度を制御しながら、
参照極に対して作用極に測定電位を印加するものであ
る。
えないように、前記測定電位印加速度を制御しながら、
参照極に対して作用極に測定電位を印加するものであ
る。
【００１３】また、前記作用極には、最終的に０．２〜
０．８Ｖの測定電位を印加するものである。
０．８Ｖの測定電位を印加するものである。
【００１４】また、前記作用極には、最終的に望ましく
は０．７Ｖの測定電位を印加するものである。
は０．７Ｖの測定電位を印加するものである。
【００１５】また、固定化酵素を含まない緩衝液にバイ
オセンサを一旦浸漬させて、バイオセンサの作用極に流
れる過渡電流を低減して安定させ、その後、バイオセン
サを測定試料中に浸漬させるものである。
オセンサを一旦浸漬させて、バイオセンサの作用極に流
れる過渡電流を低減して安定させ、その後、バイオセン
サを測定試料中に浸漬させるものである。
【００１６】本発明によれば、試料溶液の電位を基準と
して、その電位から電圧を漸増させて、作用極と参照極
との間に最適な測定電位を印加し、急激な電圧印加によ
る電極の破壊を回避する。
して、その電位から電圧を漸増させて、作用極と参照極
との間に最適な測定電位を印加し、急激な電圧印加によ
る電極の破壊を回避する。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
より説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るバイ
オセンサを示す断面図である。
より説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るバイ
オセンサを示す断面図である。
【００１８】図１に示す本発明の一実施形態に係るバイ
オセンサ１は、絶縁基板１ｄ上に作用極１ａ、対極１
ｂ、参照極１ｃからなる電極構造をもつ過酸化水素検出
型のアンペロメトリックバイオセンサとして構成される
ものである。
オセンサ１は、絶縁基板１ｄ上に作用極１ａ、対極１
ｂ、参照極１ｃからなる電極構造をもつ過酸化水素検出
型のアンペロメトリックバイオセンサとして構成される
ものである。
【００１９】絶縁基板１ｄは、絶縁性の高い石英、ガラ
ス、またはセラミックなどを主成分とする素材からな
り、その一面が平坦面として形成されている。
ス、またはセラミックなどを主成分とする素材からな
り、その一面が平坦面として形成されている。
【００２０】作用極１ａ、対極１ｂ、参照極１ｃは、絶
縁基板１ｄの一面側の平坦面上に、参照極１ｃを中心に
据えて両側に作用極１ａと対極１ｂとを配設している。
縁基板１ｄの一面側の平坦面上に、参照極１ｃを中心に
据えて両側に作用極１ａと対極１ｂとを配設している。
【００２１】ここに、作用極１ａ及び対極１ｂは、測定
試料と反応せず、耐薬品性および過酸化水素検出特性に
優れた素材、例えば白金等から構成されている。また参
照極１ｃは、電位の再現性が高く取扱いが容易な素材、
例えば銀／塩化銀等から構成されている。
試料と反応せず、耐薬品性および過酸化水素検出特性に
優れた素材、例えば白金等から構成されている。また参
照極１ｃは、電位の再現性が高く取扱いが容易な素材、
例えば銀／塩化銀等から構成されている。
【００２２】さらに、絶縁基板１ｄ上に形成された作用
極１ａ、対極１ｂ、参照極１ｃは、酸化酵素を固定した
固定化酵素膜１１によりスピンコート，ディップコー
ト，スプレーコートなどの方法により密着して被覆され
ている。また、酸化酵素としては、酵素反応の生成物と
して過酸化水素を生成するグルコース酸化酵素、乳酸酸
化酵素、尿酸酸化酵素、エタノール酸化酵素等が用いら
れる。
極１ａ、対極１ｂ、参照極１ｃは、酸化酵素を固定した
固定化酵素膜１１によりスピンコート，ディップコー
ト，スプレーコートなどの方法により密着して被覆され
ている。また、酸化酵素としては、酵素反応の生成物と
して過酸化水素を生成するグルコース酸化酵素、乳酸酸
化酵素、尿酸酸化酵素、エタノール酸化酵素等が用いら
れる。
【００２３】図３は、図１に示すバイオセンサに測定電
位を印加する装置を示す構成図である。
位を印加する装置を示す構成図である。
【００２４】７はバイオセンサ１を浸漬する溶液が充填
された容器、２はバイオセンサ１の各電極１ａ、１ｂ、
１ｃを電気的に制御するポテンシオスタットである。ま
た３はデジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変
換器、４はアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／
Ｄ変換器、５はバイオセンサ１への印加電圧の制御を行
うマイクロコンピュータ、６は測定データを表示する表
示装置である。
された容器、２はバイオセンサ１の各電極１ａ、１ｂ、
１ｃを電気的に制御するポテンシオスタットである。ま
た３はデジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変
換器、４はアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／
Ｄ変換器、５はバイオセンサ１への印加電圧の制御を行
うマイクロコンピュータ、６は測定データを表示する表
示装置である。
【００２５】次に、図１に示すバイオセンサを用いて試
料溶液中のグルコース濃度を測定する場合について説明
する。
料溶液中のグルコース濃度を測定する場合について説明
する。
【００２６】まず、グルコースを含まない緩衝液を容器
７内に充填し、容器７の緩衝液中にバイオセンサ１の作
用極１ａ、対極１ｂ、参照極１ｃを浸漬させる。
７内に充填し、容器７の緩衝液中にバイオセンサ１の作
用極１ａ、対極１ｂ、参照極１ｃを浸漬させる。
【００２７】ここで、従来例では作用極１ａと対極１ｂ
との間に測定電位を印加していたが、本発明の一実施形
態１では、測定電位を最初に印加する際に発生する過大
な過渡電流を低減するため、対極１ｂではなく、作用極
１ａと参照極１ｃとの間に、容器７に充填した前記緩衝
液の電位を基準として０ｍＶから電圧を漸増させて印加
し、作用極１に参照極１ｃに対して１００ｍＶ／Ｓ以下
の印加速度でマイクロコンピュータ５からの指令に基づ
いてポテンシオスタット２により電極１ａ、１ｂ、１ｃ
の電圧を制御する。
との間に測定電位を印加していたが、本発明の一実施形
態１では、測定電位を最初に印加する際に発生する過大
な過渡電流を低減するため、対極１ｂではなく、作用極
１ａと参照極１ｃとの間に、容器７に充填した前記緩衝
液の電位を基準として０ｍＶから電圧を漸増させて印加
し、作用極１に参照極１ｃに対して１００ｍＶ／Ｓ以下
の印加速度でマイクロコンピュータ５からの指令に基づ
いてポテンシオスタット２により電極１ａ、１ｂ、１ｃ
の電圧を制御する。
【００２８】ここに、測定電位を漸増させて印加する際
に、作用極１に流れる過渡電流値が２．０〜３．０μＡ
以下の決められた値を越えないように電位印加速度の制
御を行う。
に、作用極１に流れる過渡電流値が２．０〜３．０μＡ
以下の決められた値を越えないように電位印加速度の制
御を行う。
【００２９】参照極１ｃに対して０．２〜０．８Ｖ、好
ましくは０．７Ｖの電位をもつ測定電位を印加する。そ
して、作用極１ａでの過渡電流が低下し、ほぼ一定の安
定した定常電流に達した後、バイオセンサを容器７内の
緩衝液から取出す。
ましくは０．７Ｖの電位をもつ測定電位を印加する。そ
して、作用極１ａでの過渡電流が低下し、ほぼ一定の安
定した定常電流に達した後、バイオセンサを容器７内の
緩衝液から取出す。
【００３０】そして、このバイオセンサを、容器７内に
充填した測定を行う試料溶液中に浸漬する。
充填した測定を行う試料溶液中に浸漬する。
【００３１】すると、バイオセンサを浸漬した容器７内
の試料溶液中のグルコースから固定化酵素膜１ｅのグル
コースオキシダーゼの働きによってグルコン酸と過酸化
水素が発生する。
の試料溶液中のグルコースから固定化酵素膜１ｅのグル
コースオキシダーゼの働きによってグルコン酸と過酸化
水素が発生する。
【００３２】その発生した過酸化水素は、測定電位が印
加されている作用極１ａの表面において酸化され、その
過酸化水素量に対応する電流値が流れる。この電流値を
検出することにより、試料溶液中のグルコース濃度を得
る。その測定結果は、表示装置６に表示される。
加されている作用極１ａの表面において酸化され、その
過酸化水素量に対応する電流値が流れる。この電流値を
検出することにより、試料溶液中のグルコース濃度を得
る。その測定結果は、表示装置６に表示される。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、バ
イオセンサが浸漬される試料溶液の電位を基準として、
作用極と参照極との間に測定電位を漸増しながら印加す
るため、バイオセンサの電極構造に電圧印加によるスト
レスが加わることがなく、バイオセンサの破壊を防止す
ることができ、長寿命化を実現することができる。
イオセンサが浸漬される試料溶液の電位を基準として、
作用極と参照極との間に測定電位を漸増しながら印加す
るため、バイオセンサの電極構造に電圧印加によるスト
レスが加わることがなく、バイオセンサの破壊を防止す
ることができ、長寿命化を実現することができる。
【００３４】また作用極に流れる過渡電流の最大値が電
極構造へのダメージが小さい２．０〜３．０μＡ以下と
なるように、１００ｍＶ／ｓｅｃ以下の印加速度で測定
電位に達するように制御することにより、バイオセンサ
の破壊をより有効に防止することができる。
極構造へのダメージが小さい２．０〜３．０μＡ以下と
なるように、１００ｍＶ／ｓｅｃ以下の印加速度で測定
電位に達するように制御することにより、バイオセンサ
の破壊をより有効に防止することができる。
【００３５】また、緩衝液にバイオセンサを一旦浸漬さ
せて、バイオセンサの作用極に流れる過渡電流を低減し
て安定させ、その後、バイオセンサを測定試料中に浸漬
させて試料溶液中の濃度を測定するため、試料溶液中の
濃度測定を正確に行うことができる。
せて、バイオセンサの作用極に流れる過渡電流を低減し
て安定させ、その後、バイオセンサを測定試料中に浸漬
させて試料溶液中の濃度を測定するため、試料溶液中の
濃度測定を正確に行うことができる。
【図１】本発明の一実施形態に係るバイオセンサを示す
断面図である。
断面図である。
【図２】図１に示す本発明の一実施形態に係るバイオセ
ンサへの電圧印加方法を示す図である。
ンサへの電圧印加方法を示す図である。
【図３】図１に示す本発明の一実施形態に係るバイオセ
ンサへの電圧印加を行う装置を示す構成図である。
ンサへの電圧印加を行う装置を示す構成図である。
【図４】従来例におけるバイオセンサへの電圧印加の方
法を示す図である。
法を示す図である。
１ バイオセンサ １ａ 作用極 １ｂ 対極 １ｃ 参照極 １ｄ 絶縁基板 １ｅ 固定化酵素膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 27/416 G01N 27/327
Claims (6)
- 【請求項１】 アンペロメトリック測定で液体試料の分
析を行うバイオセンサの作用極と参照極との間に印加す
る測定電位を、前記参照極の電位を基準として漸増させ
て印加することを特徴とするバイオセンサの電位印加方
法。 - 【請求項２】 前記測定電位を最初に印加する際に作用
極と対極との間に発生する、過大な過渡電流を低減する
ため、参照極に対して作用極に１００ｍＶ／ｓｃｃ．以
下の速度でスロープ状に測定電位を印加することを特徴
とする請求項１に記載のバイオセンサの電位印加方法。 - 【請求項３】 前記過渡電流の大きさが一定値を越えな
いように、前記測定電位印加速度を制御しながら、参照
極に対して作用極に測定電位を印加することを特徴とす
る請求項２に記載のバイオセンサの電位印加方法。 - 【請求項４】 前記作用極には、最終的に０．２〜０．
８Ｖの測定電位を印加するものであることを特徴とする
請求項１に記載のバイオセンサの電位印加方法。 - 【請求項５】 前記作用極には、最終的に望ましくは
０．７Ｖの測定電位を印加するものであることを特徴と
する請求項１又は３に記載のバイオセンサの電位印加方
法。 - 【請求項６】 固定化酵素を含まない緩衝液にバイオセ
ンサを一旦浸漬させて、バイオセンサの作用極に流れる
過渡電流を低減して安定させ、その後、バイオセンサを
測定試料中に浸漬させることを特徴とする請求項１に記
載のバイオセンサの電位印加方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9350800A JP3063716B2 (ja) | 1997-12-19 | 1997-12-19 | バイオセンサの電位印加方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9350800A JP3063716B2 (ja) | 1997-12-19 | 1997-12-19 | バイオセンサの電位印加方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11183438A JPH11183438A (ja) | 1999-07-09 |
| JP3063716B2 true JP3063716B2 (ja) | 2000-07-12 |
Family
ID=18412965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9350800A Expired - Fee Related JP3063716B2 (ja) | 1997-12-19 | 1997-12-19 | バイオセンサの電位印加方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3063716B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2417323A (en) * | 2004-08-17 | 2006-02-22 | Oxford Biosensors Ltd | A method of operating an electrochemical sensor by applying a time variable potential between the electrodes. |
-
1997
- 1997-12-19 JP JP9350800A patent/JP3063716B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH11183438A (ja) | 1999-07-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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