JP3393361B2 - Biosensor - Google Patents

Biosensor

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JP3393361B2
JP3393361B2 JP10799797A JP10799797A JP3393361B2 JP 3393361 B2 JP3393361 B2 JP 3393361B2 JP 10799797 A JP10799797 A JP 10799797A JP 10799797 A JP10799797 A JP 10799797A JP 3393361 B2 JP3393361 B2 JP 3393361B2
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義人 碇山
滋 外山
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国立身体障害者リハビリテーションセンター総長
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  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、所定条件下にて、
液体、特に血液、尿等の体液や測定試料中に含まれる特
定酵素、例えばグルタミン酸−オキザロ酢酸転移酵素
(GOT)、および特定基質、例えばコレステロールエ
ステルなどの濃度に対応した電気化学的な応答を示すバ
イオセンサおよび測定試料中の特定酵素及び特定タンパ
ク質の量を測定するバイオセンサに関する。
TECHNICAL FIELD The present invention provides:
Shows an electrochemical response corresponding to the concentration of a specific enzyme, such as glutamic acid-oxaloacetyl transferase (GOT), and a specific substrate, such as cholesterol ester, contained in a liquid, particularly body fluid such as blood or urine, or a measurement sample. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a biosensor and a biosensor that measures the amount of a specific enzyme and a specific protein in a measurement sample.

【0002】[0002]

【従来の技術】白金や炭素電極表面に酵素や抗体、微生
物等の生物自体より成る生体機能物質を固定化したバイ
オセンサが種々の化学物質及び生体物質の量や濃度を迅
速かつ連続的に測定できることは既に知られている。
2. Description of the Related Art A biosensor in which a biologically functional substance consisting of an organism such as an enzyme, an antibody or a microorganism is immobilized on the surface of a platinum or carbon electrode is used to rapidly and continuously measure the amount and concentration of various chemical substances and biological substances. We already know what we can do.

【0003】このバイオセンサは、その特長を活かして
様々な分野において利用されているが、特に盛んに利用
されているのは臨床検査の分野においてである。この様
なバイオセンサを化学物質の計測と酵素量の測定につい
て以下詳細に説明する。
This biosensor is utilized in various fields by taking advantage of its features, but it is particularly actively used in the field of clinical examination. The measurement of chemical substances and the amount of enzymes in such a biosensor will be described in detail below.

【0004】化学物質のうち単一酵素を用いて電極活性
物質が生成される場合には、バイオセンサは一般的に平
板状の白金等の電極の表面に固定化酵素膜を装着した構
造を有している。その作製法としては、別途調製した固
定化酵素膜を白金等の電極表面に張り付けるという方法
がしばしば用いられている。例えば、グルコースセンサ
では、酵素固定化膜にはグルコースオキシダーゼが固定
化されており、この酵素が血液、尿等の体液中のグルコ
ースに特異的に働いて、 グルコース+O+HO −−−→ グルコン酸+H (1) の反応を引き起こす。この反応により発生した過酸化水
素の量を電気化学的方法により測定することによって体
液中のグルコース量や濃度を測定している。
When an electrode active substance is produced by using a single enzyme among chemical substances, a biosensor generally has a structure in which an immobilized enzyme membrane is attached to the surface of an electrode such as flat plate platinum. is doing. As a method for producing the same, a method of attaching a separately prepared immobilized enzyme membrane to the surface of an electrode such as platinum is often used. For example, in a glucose sensor, glucose oxidase is immobilized on an enzyme-immobilized membrane, and this enzyme specifically acts on glucose in body fluids such as blood and urine, resulting in glucose + O 2 + H 2 O --- → Causes the reaction of gluconic acid + H 2 O 2 (1). The amount and concentration of glucose in the body fluid are measured by measuring the amount of hydrogen peroxide generated by this reaction by an electrochemical method.

【0005】ところで、従来の酵素センサは電極活物質
を生成する場合には上記の電極検知法が有効であるが、
生成物が電極検知できない場合には電極法を採用できな
い。そこで、もうひとつの酵素を用いて、中間生成物を
更に変換して、生成物として電極活物質を得ようとする
方法、いわゆる複合酵素系の採用が試みられている。た
とえば、複数の酵素を膜状に固定し、これを電極に張り
付ける方法などがある。
By the way, in the conventional enzyme sensor, the above-mentioned electrode detection method is effective in producing an electrode active material.
The electrode method cannot be adopted when the product cannot be detected by the electrode. Therefore, it has been attempted to adopt a so-called complex enzyme system, which is a method of further converting an intermediate product using another enzyme to obtain an electrode active material as a product. For example, there is a method of immobilizing a plurality of enzymes in a film shape and attaching this to an electrode.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上述のような従来技術
のバイオセンサに鑑み、発明が解決しようとする課題は
複数かつ多量の酵素を極めて多孔性に富む金属電極に主
として共有結合によって固定化し、その際の酵素のうち
少なくとも一種類の酵素が体液中の成分を認識分解した
ときの生成物を、同時に固定化した酵素によって電極活
物質に変換し検知しようとするものである。
In view of the biosensors of the prior art as described above, the problem to be solved by the invention is to immobilize a plurality and a large amount of enzymes on a metal electrode having extremely high porosity mainly by covalent bonding, At least one of the enzymes at that time recognizes and decomposes a component in the body fluid, and at the same time, the immobilized enzyme converts the product into an electrode active material for detection.

【0007】更に、多孔性に富む金属電極に特定酵素を
認識する抗体を共有結合し体液中の酵素を多孔性電極に
免疫化学的に間接固定化することによって、この酵素の
生成物が電極活性物質でなくても、同時に固定化した酵
素によって電極活物質に変換されることによって検知し
ようとするものである。
[0007] Furthermore, by covalently binding an antibody that recognizes a specific enzyme to a metal electrode rich in porosity, and indirectly immobilizing the enzyme in the body fluid to the porous electrode, the product of this enzyme is activated. Even if it is not a substance, it is intended to be detected by being converted into an electrode active material by the enzyme immobilized at the same time.

【0008】この様な方法によって体液中の代謝成分や
タンパク質成分を測定できるバイオセンサを提供でき
る。ここで、タンパク質成分が触媒活性を持たないとき
は一定量の酵素標識タンパク質と試料中の特定タンパク
質との競争的結合法により特定タンパク質を測定でき
る。
A biosensor capable of measuring metabolic components and protein components in body fluids can be provided by such a method. Here, when the protein component has no catalytic activity, the specific protein can be measured by the competitive binding method of a certain amount of the enzyme-labeled protein and the specific protein in the sample.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記の課題は、複数の酵
素、あるいは酵素と抗体を局所的空間に配置することに
よって解決されることが見出された。
It has been found that the above problems can be solved by arranging a plurality of enzymes or enzymes and antibodies in a local space.

【00010】即ち、第一のアプローチにおいて、本発
明はポーラスな表面を有する金黒等の電極材料、転移酵
素、合成酵素等の一群の酵素、酸化還元酵素などの電極
活性物質を生成する酵素から成る。更に体液中のアミノ
基転移酵素等の量を測定対象とする際には、その酵素に
対する抗体と当該酵素の生成物を酸化する酵素から成る
抗体及び酵素を固定化した多孔性金属電極を用いる。
That is, in the first approach, the present invention comprises an electrode material such as gold black having a porous surface, a group of enzymes such as transferase and synthase, and an enzyme that produces an electrode active substance such as oxidoreductase. Become. Further, when the amount of transaminase, etc. in the body fluid is to be measured, an antibody comprising an antibody against the enzyme and an enzyme that oxidizes the product of the enzyme and a porous metal electrode on which the enzyme is immobilized are used.

【00011】本発明において、多孔性電極とは電極の
表面に塩化金酸等の金属化合物を還元的(電気化学的に
負の電位をかける)に析出させたもので、表面積は平滑
電極に対して、約数百倍から数千倍となったものをい
う。
In the present invention, the porous electrode is a metal compound such as chloroauric acid which is reductively (electrochemically applied with a negative potential) deposited on the surface of the electrode, and has a surface area with respect to that of a smooth electrode. It means that the number has increased from several hundred times to several thousand times.

【00012】本発明においては複合酵素系を構築する
が、ここで複合酵素系とは直接複合酵素系と間接複合酵
素系から成る。直接複合酵素系は体液などの測定試料に
浸漬すると下記のように二種類の酵素によって電極不活
性の基質A(測定対象)から電極活性物質が生成される
場合をいう。
In the present invention, a complex enzyme system is constructed. Here, the complex enzyme system comprises a direct complex enzyme system and an indirect complex enzyme system. The direct complex enzyme system refers to a case where an electrode active substance is produced from an electrode-inactive substrate A (measurement target) by two types of enzymes when immersed in a measurement sample such as body fluid.

【00013】更に、間接複合酵素系では抗体による測
定試料中の特定酵素が結合固定化されることによって、
初めて複合酵素系が形成される。即ち、複合酵素系が形
成されて、下記のように測定試料中の酵素量が測定さ
れ、その酵素量が基質Aの溶液中で測定される。ここで
測定対象は酵素Aである。固定化特異抗体+酵素A−−
→免疫化学的固定化酵素A (3)
Further, in the indirect complex enzyme system, by binding and immobilizing a specific enzyme in a measurement sample with an antibody,
For the first time a complex enzyme system is formed. That is, a complex enzyme system is formed, the amount of enzyme in the measurement sample is measured as described below, and the amount of enzyme is measured in the substrate A solution. Here, the measurement target is enzyme A. Immobilized specific antibody + enzyme A ---
→ Immunochemically immobilized enzyme A (3)

【00014】本発明において、酵素(あるいは抗体)
の固定化とは金黒表面等に金.メルカプチド結合法によ
って官能基を導入し、この官能基に酵素や抗体を結合す
ること、及び更にグルタルアルデヒドを架橋剤としてシ
ッフ結合を介して多量の酵素や抗体を結合することであ
る。更に白金黒電極やカーボン電極では直接タンパク質
を固定化することである。
In the present invention, the enzyme (or antibody)
Immobilization means gold on a black surface. This is to introduce a functional group by the mercaptide binding method and to bind an enzyme or an antibody to this functional group, and to bind a large amount of the enzyme or antibody via a Schiff bond using glutaraldehyde as a cross-linking agent. Furthermore, the platinum black electrode and the carbon electrode are to directly immobilize proteins.

【00015】例えば、体液中の代謝物質を測定する一
例としてコレステロールエステルの量を測定する場合で
は、上記反応は以下のようになる。 (6)の反応も同時に起きるので、生成される過酸化水
素を測定することによって総コレステロールの測定が可
能になる。
For example, in the case of measuring the amount of cholesterol ester as an example of measuring a metabolite in a body fluid, the above reaction is as follows. Since the reaction of (6) also occurs at the same time, the total cholesterol can be measured by measuring the produced hydrogen peroxide.

【00016】体液ではないが、農産物中の澱粉の測定
も可能であり、この場合には以下のような複合酵素系を
用い、生成される過酸化水素を電極検知すれば澱粉を直
接測定できる。
Although it is not a body fluid, it is possible to measure starch in agricultural products. In this case, the starch can be directly measured by using the following complex enzyme system and detecting the produced hydrogen peroxide at the electrode.

【00017】本発明において、測定試料中の酵素の量
を測定するためには一例として下記のような抗体−酵素
系を採用する。なお抗体はモノクローナル抗体あるいは
ポリクロナル抗体何れであっても良い。例えば、GOT
の直接測定を行う場合には抗GOT抗体を固定化する。
従って測定試料のGOTを抗原抗体反応によって間接的
に固定化した電極を基質溶液に浸漬することによってG
OTの量を測定することになる。 抗GOT抗体+GOT(試料中)−−−→抗GOT抗体・GOT複合体 (8)
In the present invention, the following antibody-enzyme system is employed as an example to measure the amount of enzyme in a measurement sample. The antibody may be either a monoclonal antibody or a polyclonal antibody. For example, GOT
When the direct measurement of is carried out, the anti-GOT antibody is immobilized.
Therefore, by immersing the electrode in which the GOT of the measurement sample is indirectly immobilized by the antigen-antibody reaction in the substrate solution, G
The amount of OT will be measured. Anti-GOT antibody + GOT (in sample) ---> anti-GOT antibody-GOT complex (8)

【00018】本発明において、電気化学的測定方法と
は、上述のような反応において生じる電流量(又は電荷
量)を測定し、それに基づいて基質の量あるいは酵素の
量、従って濃度を求める方法を意味する。
In the present invention, the electrochemical measuring method is a method of measuring the amount of electric current (or the amount of electric charge) generated in the above-mentioned reaction and determining the amount of the substrate or the amount of the enzyme, that is, the concentration based on it. means.

【00019】本発明の電極は、電気化学的測定法にお
いて作用電極(測定電極)として使用することができ、
本発明の電極(バイオセンサ)を作用電極として用いる
電気化学的測定方法において汎用される。参照電極とし
ても作用する対極から成る二電極系、並びに参照電極と
対極を分離した三電極系を構成し、反応により生じる電
流量を測定する。作用電極に所定電位を印加するが、本
発明のバイオセンサ以外の要素は周知であり、これ以上
の説明は必要ない。
The electrode of the present invention can be used as a working electrode (measuring electrode) in an electrochemical measuring method,
It is widely used in an electrochemical measurement method using the electrode (biosensor) of the present invention as a working electrode. A two-electrode system including a counter electrode that also functions as a reference electrode and a three-electrode system in which the reference electrode and the counter electrode are separated from each other are formed, and the amount of current generated by the reaction is measured. A predetermined potential is applied to the working electrode, but elements other than the biosensor of the present invention are well known and need not be described further.

【00020】本発明において、電極活性物質とは電気
化学的に容易に酸化もしくは還元できるものであって、
このときに電子メディエータを用いて更に容易に酸化還
元できるものを含む。
In the present invention, the electrode active substance is a substance which can be easily oxidized or reduced electrochemically,
At this time, those which can be more easily oxidized and reduced by using an electron mediator are included.

【00021】本発明において、採用する複合酵素系と
は少なくとも一種類の酵素が電極活性物質でない生体物
質を別種の電極不活性物質に変換し、少なくとも一つの
酵素が最終的に電極活性物質に変換するものから構成さ
れる。この様な複合酵素系から成る金黒電極を模式的に
図1に示す。図1の(A)は金黒のポーラスな孔の内部
に2つの酵素が固定されている様子を示し、(B)は金
メルカプチド結合によって2種類の酵素が共有結合され
ている状態を模式的に示す。
[0002] In the present invention, the complex enzyme system employed is such that at least one enzyme converts a biological substance that is not an electrode active substance into another type of electrode inactive substance, and at least one enzyme finally converts into an electrode active substance. It consists of what you do. A gold black electrode composed of such a complex enzyme system is schematically shown in FIG. FIG. 1A shows a state in which two enzymes are immobilized inside a gold-black porous hole, and FIG. 1B schematically shows a state in which two kinds of enzymes are covalently bound by a gold mercaptide bond. Shown in.

【00022】本発明において、採用する抗体−酵素系
のうち、抗体とは測定試料中の測定対象となる特定酵素
と結合するものを示し、酵素とは特定酵素の生成物を電
極活性物質に変換するものをいう。この抗体−酵素系の
模式図を図2に示す。ここに抗体、酵素の何れも共有結
合によって固定化されている。抗体−酵素系は図3に示
す如く目的の酵素と結合することによって始めて複合酵
素系となるものである。
In the present invention, among the antibody-enzyme systems employed, an antibody means one that binds to a specific enzyme to be measured in a measurement sample, and an enzyme converts a product of the specific enzyme into an electrode active substance. What you do. A schematic diagram of this antibody-enzyme system is shown in FIG. Both the antibody and the enzyme are immobilized here by covalent bonding. The antibody-enzyme system becomes a complex enzyme system only by binding to the target enzyme as shown in FIG.

【00023】[00023]

【実施例1】 (グルコアミラーゼ及びグルコースオキシダーゼから成
る複合酵素系を金黒電極に共有結合法によって固定化し
たスターチセンサ)平滑金電極(直径1.6mm)を硫
酸(30%)一過酸化水素(70%)混液中で洗浄し、
電極表面をアルミナ研磨した。この電極を酢酸鉛を含む
塩化金酸溶液中で負の電位を印加すると、金が析出し金
黒電極が調製できた。なお金黒析出量は通電電気量で制
御した。即ち、電気量を制御することによって、金黒の
多孔性を制御できる。作製した金黒電極を10mMアミ
ノエタンチオール水溶液に2時間浸漬し、金黒表面にア
ミノ基を金−メルカプチド結合を介して導入した。エタ
ノールで洗浄後、1%グルタルアルデヒド水溶液に30
分間浸漬して金黒表面にアルデヒド基を導入した。リン
酸緩衝液で洗浄後、グルコースオキシダーゼ(30mg
/ml)溶液に30分間浸漬し、洗浄後グルコアミラー
ゼ(30mg/ml)溶液に浸漬することによって金黒
表面にバイエンザイムセンサを作製した。なお、孔の内
部の2つの酵素の固定化を強固にする必要がある場合
は、更にアルブミン溶液(1%)に浸漬した後、グルタ
ルアルデヒドで架橋処理した。
Example 1 (Starch sensor in which a complex enzyme system consisting of glucoamylase and glucose oxidase was immobilized on a gold black electrode by a covalent bond method) A smooth gold electrode (diameter 1.6 mm) was mixed with sulfuric acid (30%) monohydrogen peroxide. (70%) wash in a mixture,
The electrode surface was polished with alumina. When a negative potential was applied to this electrode in a chloroauric acid solution containing lead acetate, gold was deposited and a gold black electrode could be prepared. The amount of gold black deposited was controlled by the amount of electricity supplied. That is, the porosity of gold black can be controlled by controlling the amount of electricity. The prepared gold black electrode was immersed in a 10 mM aqueous solution of aminoethanethiol for 2 hours, and an amino group was introduced into the gold black surface via a gold-mercaptide bond. After washing with ethanol, add 30% to 1% glutaraldehyde aqueous solution.
Immersion was carried out for a minute to introduce an aldehyde group on the gold black surface. After washing with phosphate buffer, glucose oxidase (30 mg
/ Ml) solution for 30 minutes, washed and then immersed in a glucoamylase (30 mg / ml) solution to prepare a bienzyme sensor on the gold black surface. When it was necessary to make the immobilization of the two enzymes inside the pores firm, further immersion in an albumin solution (1%) was followed by a crosslinking treatment with glutaraldehyde.

【00024】作製したバイエンザイムセンサを作用電
極とし、対極に白金板電極、そして参照電極に銀・塩化
銀電極を用いてセンサ特性を明らかにした。基質として
スターチ溶液を用いた。センサに印加する電位は+90
0mVとし、スターチ濃度を0.01〜2.5(w/
w)%とした。
The produced bienzyme sensor was used as a working electrode, a platinum plate electrode was used as a counter electrode, and a silver / silver chloride electrode was used as a reference electrode to clarify the sensor characteristics. A starch solution was used as a substrate. The potential applied to the sensor is +90
0 mV and a starch concentration of 0.01 to 2.5 (w /
w)%.

【00025】図4に示すのは、スターチを添加したと
きの経時変化である。スターチ濃度の増加とともにセン
サ出力も大きくなっていることが分かる。これを検量線
として示したのが図5である。この図からスターチ濃度
0.01〜0.5(w/w)%の範囲で直線関係が認め
られることが解った。
FIG. 4 shows the change with time when starch is added. It can be seen that the sensor output increases as the starch concentration increases. This is shown in FIG. 5 as a calibration curve. From this figure, it was found that a linear relationship was observed in the range of the starch concentration of 0.01 to 0.5 (w / w)%.

【00026】[00026]

【実施例2】 (総コレステロール測定用バイエンザイムセンサ)同様
にして、コレステロールエステラーゼとコレステロール
オキシダーゼから成る複合酵素センサを作製し、総コレ
ステロールセンサとして評価した。ここではコレステロ
ール及びコレステロールエステルを可溶化するためにT
ritonX−100(10%)を含むリン酸(0.1
M)緩衝液を用いた。印加電位を500mVとした。コ
レステロールエステルとしてコレステロールパルミチン
酸を添加したときの経時変化を図6に示す。更に図7に
同一センサにそれぞれコレステロール、コレステロール
リノール酸、そしてコレステロールパルミチン酸を添加
したときの基質濃度とセンサ出力との関係を示す。この
図からコレステロール及びその誘導体に補正係数を掛け
れば総コレステロールの推定が可能であることが解る。
Example 2 (Bienzyme Sensor for Measuring Total Cholesterol) In the same manner, a composite enzyme sensor composed of cholesterol esterase and cholesterol oxidase was prepared and evaluated as a total cholesterol sensor. Here, in order to solubilize cholesterol and cholesterol ester, T
Phosphoric acid (0.1%) containing rtonX-100 (10%)
M) buffer was used. The applied potential was 500 mV. FIG. 6 shows the change with time when cholesterol palmitic acid was added as a cholesterol ester. Further, FIG. 7 shows the relationship between the substrate concentration and the sensor output when cholesterol, cholesterol linoleic acid, and cholesterol palmitic acid were added to the same sensor. From this figure, it is understood that total cholesterol can be estimated by multiplying cholesterol and its derivative by a correction coefficient.

【00027】[00027]

【実施例3】 (測定試料中のGOT量の測定センサ)グルタミン酸オ
キシダーゼ溶液(10mg/mL)中に上述の処理で表
面にアルデヒド基を導入した金黒電極を30分浸漬した
後、抗ウシGOT抗体溶液(10mg/mL)中に30
分間浸漬し抗体−酵素系を構築した。
Example 3 (Measurement Sensor for GOT Content in Measurement Sample) A gold black electrode having an aldehyde group introduced on the surface by the above-mentioned treatment was immersed in a glutamate oxidase solution (10 mg / mL) for 30 minutes, and then the anti-bovine GOT was prepared. 30 in antibody solution (10 mg / mL)
An antibody-enzyme system was constructed by immersion for a minute.

【00028】上述の抗体−酵素系から成る金黒電極を
GOTウシ溶液(10mg/mL)に浸し、抗原抗体反
応を攪拌下で1時間行った。このときウシGOT溶液量
を1mL、2mL、4mL、6mL、8mLそして10
mLとした。反応後、アルパラギン酸及び2−オキソグ
ルタミン酸(各々10mM)中で免疫化学的に調製した
複合酵素系を評価した。その結果ウシGOT溶液の量と
センサ出力との間に6mL以下の範囲で液量と出力との
間に直線性が得られた。
A gold black electrode consisting of the above-described antibody-enzyme system was immersed in GOT bovine solution (10 mg / mL), and an antigen-antibody reaction was carried out for 1 hour under stirring. At this time, add 1 mL, 2 mL, 4 mL, 6 mL, 8 mL and 10 mL of bovine GOT solution.
It was set to mL. After the reaction, the complex enzyme system immunochemically prepared in aspartic acid and 2-oxoglutamic acid (10 mM each) was evaluated. As a result, linearity was obtained between the volume of the bovine GOT solution and the sensor output and the output in the range of 6 mL or less.

【00029】以上のことは抗体がウシGOTを結合
し、このGOTがアルパラギン酸と2−オキソグルタミ
ン酸の間のアミノ基を転移し、グルタミン酸とオキサロ
酢酸を生成することを示している。このグルタミン酸を
グルタミン酸酸化酵素がα−ケトグルタミン酸、アンモ
ニア、および過酸化水素に変換し、この過酸化水素が電
極で検知されることを示している。
The above shows that the antibody binds bovine GOT, and this GOT transfers the amino group between aspartic acid and 2-oxoglutamic acid to produce glutamic acid and oxaloacetic acid. It is shown that glutamate oxidase converts this glutamic acid into α-ketoglutamic acid, ammonia, and hydrogen peroxide, and this hydrogen peroxide is detected by the electrode.

【00030】ウシGOTを含む溶液量(ウシGOT
量)とセンサ出力との間に直線性があることから、抗体
に結合されるウシGOTは測定試料の量に依存している
ことが解る。即ち、溶液量一定のもとでウシGOT濃度
に依存することを示している。
Amount of solution containing bovine GOT (bovine GOT
Since there is a linearity between the amount) and the sensor output, it can be seen that the bovine GOT bound to the antibody depends on the amount of the measurement sample. That is, it shows that it depends on the bovine GOT concentration under a constant solution amount.

【00031】[00031]

【発明の効果】本発明のバイオセンサ、及びその作製法
を使用することによって、従来電気化学デバイスで検知
できなかった代謝物質及び疾患特有のマーカー酵素やマ
ーカータンパク質の計測が可能となる。この事によっ
て、測定試料中の多種多様な物質の計測デバイスが実現
できる。
EFFECTS OF THE INVENTION By using the biosensor of the present invention and the method for producing the same, it becomes possible to measure a metabolite and a marker enzyme or marker protein peculiar to a disease which could not be detected by an electrochemical device in the past. As a result, measuring devices for a wide variety of substances in the measurement sample can be realized.

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

【図1】多孔性表面への複合酵素系(酵素Aおよび酵素
B)の固定化されている様子(A)、及びそれぞれの酵
素が金メルカプチド結合によって固定化されている模式
図(B)である。
FIG. 1 shows a state in which a complex enzyme system (enzyme A and enzyme B) is immobilized on a porous surface (A), and a schematic diagram (B) in which each enzyme is immobilized by a gold mercaptide bond. is there.

【図2】多孔性金表面に抗体(Ab)及び酵素(E)が
金メルカプチド結合によって固定化されている模式図で
ある。
FIG. 2 is a schematic diagram in which an antibody (Ab) and an enzyme (E) are immobilized on a porous gold surface by a gold mercaptide bond.

【図3】金メルカプチド結合によって固定化されている
抗体が対応する酵素GOTを認識結合している図であ
る。
FIG. 3 is a diagram in which an antibody immobilized by a gold mercaptide bond recognizes and binds to the corresponding enzyme GOT.

【図4】グルコアミラーゼとグルコースオキシダーゼか
ら複合酵素系を結成させた金黒電極に900mVの電位
を印加しスターチを添加したときの経時変化である。
FIG. 4 is a time-dependent change when a potential of 900 mV is applied to a gold black electrode in which a complex enzyme system is formed from glucoamylase and glucose oxidase and starch is added.

【図5】同上の方法で得られたスターチ濃度とセンサ出
力との関係を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a starch concentration and a sensor output obtained by the above method.

【図6】金黒電極にコレステロールエステラーゼ及びコ
レステロールオキシダーゼから成る複合酵素系を形成
し、コレステロールパルミチン酸を添加したときのコレ
ステロールエステル濃度とセンサ応答の経時変化を示す
図である。
FIG. 6 is a diagram showing changes over time in cholesterol ester concentration and sensor response when a complex enzyme system consisting of cholesterol esterase and cholesterol oxidase was formed on a gold black electrode and cholesterol palmitic acid was added.

【図7】コレステロールエステラーゼーコレステロール
オキシダーゼ系にコレステロール、コレステロールリノ
ール酸、及びコレステロールパルミチン酸を適応したと
きの濃度(mM)とセンサ出力(nA)との関係を示す
図である。
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a concentration (mM) and a sensor output (nA) when cholesterol, cholesterol linoleic acid, and cholesterol palmitic acid are applied to a cholesterol esterase-cholesterol oxidase system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1.コレステロールの測定曲線 2.コレステロールリノール酸の測定曲線 3.コレステロールパルミチン酸の測定曲線 1. Cholesterol measurement curve 2. Cholesterol linoleic acid measurement curve 3. Measurement curve of cholesterol palmitic acid

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−69564(JP,A) 特開 平3−293556(JP,A) 特開 平1−147357(JP,A) 特開 昭63−223556(JP,A) 特開 平2−110363(JP,A) 特開 平4−125461(JP,A) 特開 昭55−78242(JP,A) Technical Digest of The 8th Sensor Symposium,日本,1989年5月 8日,99−102 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/327 JICSTファイル(JOIS)─────────────────────────────────────────────────── --- Continuation of the front page (56) References JP-A-4-69564 (JP, A) JP-A-3-293556 (JP, A) JP-A-1-147357 (JP, A) JP-A-63- 223556 (JP, A) JP-A 2-110363 (JP, A) JP-A 4-125461 (JP, A) JP-A-55-78242 (JP, A) Technical Digest of The 8th Sensor Symposium, Japan, 1989 May 08, 1999, 99-102 (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G01N 27/327 JISST file (JOIS)

Claims (17)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】貴金属化合物を電解還元して多孔性に富む
表面とした貴金属電極の表面に、複数種の酵素が固定化
されていることを特徴とする複合酵素センサ。
1. A complex enzyme sensor characterized in that a plurality of kinds of enzymes are immobilized on the surface of a noble metal electrode which is a porous surface obtained by electrolytically reducing a noble metal compound.
【請求項2】前記複数種の酵素のうち少なくとも一つ
は、他の酵素によって生成された生成物を電極活性物質
に変換する酵素であることを特徴とする請求項1記載の
複合酵素センサ
2. The complex enzyme sensor according to claim 1, wherein at least one of the plurality of types of enzymes is an enzyme that converts a product produced by another enzyme into an electrode active substance.
【請求項3】前記貴金属電極が金電極であり、酵素が金
メルカプチド結合によって多孔性表面に主として化学的
に結合されていることを特徴とする請求項1または2に
記載の複合酵素センサ。
3. The composite enzyme sensor according to claim 1, wherein the noble metal electrode is a gold electrode, and the enzyme is chemically bonded mainly to the porous surface by a gold mercaptide bond.
【請求項4】前記貴金属電極が白金電極であり、酵素が
電極の表面処理によって化学的に結合されていることを
特徴とする請求項1または2に記載の複合酵素センサ。
4. The complex enzyme sensor according to claim 1, wherein the noble metal electrode is a platinum electrode, and the enzyme is chemically bound by surface treatment of the electrode.
【請求項5】前記多孔性に富む表面に共有結合で固定化
した酵素の上に、さらに酵素を架橋した構造を有するこ
とを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の複
合酵素センサ。
5. The complex according to any one of claims 1 to 4, further comprising a structure in which an enzyme is cross-linked on the enzyme covalently immobilized on the surface rich in porosity. Enzyme sensor.
【請求項6】請求項1乃至5に記載された複合酵素セン
サを用いて、パルス電位検出法によって電気化学的に測
定することを特徴とする体液中の成分の測定方法。
6. A method for measuring a component in a body fluid, which comprises electrochemically measuring the complex enzyme sensor according to any one of claims 1 to 5 by a pulse potential detection method.
【請求項7】貴金属化合物を電解還元して多孔性に富む
表面とした貴金属電極に、目的とする酵素マーカーの抗
体及びその抗体に結合されたマーカー酵素によって生成
される物質を代謝する酵素が同時に固定化された酵素免
疫電極。
7. An antibody for a target enzyme marker and an enzyme for metabolizing a substance produced by the marker enzyme bound to the antibody are simultaneously formed on a noble metal electrode having a porous surface by electrolytically reducing a noble metal compound. Immobilized enzyme immunoelectrode.
【請求項8】貴金属化合物を電解還元して多孔性に富む
表面とした貴金属電極の表面に、目的とするマーカー蛋
白質の抗体及びその抗体に結合されたマーカー蛋白質と
結合する第二の抗体に結合された酵素によって生成され
る物質を代謝する酵素が同時に固定化された酵素免疫電
極。
8. A noble metal electrode, which has a porous surface obtained by electrolytically reducing a noble metal compound, is bound to an antibody of a target marker protein and a second antibody that binds to the marker protein bound to the antibody. An enzyme immunoelectrode on which an enzyme that metabolizes a substance produced by the immobilized enzyme is simultaneously immobilized.
【請求項9】請求項7に記載された酵素免疫電極を、血
清または血液中のマーカー酵素と一定時間共存させるこ
とによって、抗体で固定化されたマーカー酵素によって
生成された生成物を電極活物質に変換してマーカー酵素
量を測定することを特徴とするマーカー酵素量測定方
法。
9. A product produced by a marker enzyme immobilized with an antibody is made into an electrode active material by allowing the enzyme-immunoelectrode according to claim 7 to coexist with a marker enzyme in serum or blood for a certain period of time. A method for measuring the amount of a marker enzyme, which comprises converting to a marker enzyme amount.
【請求項10】請求項8に記載された酵素免疫電極を、
血清または血液中のマーカー酵素と一定時間共存させ抗
体を介してマーカー酵素を酵素免疫電極に固定化した
後、さらにマーカー酵素に対する第二の抗体と酵素の複
合体を含む溶液に共存させ、同酵素によって生成された
生成物を電極活物質に変換してマーカー酵素量を測定す
ることを特徴とするマーカー酵素量測定方法。
10. The enzyme immunoelectrode according to claim 8,
After immobilizing the marker enzyme on the enzyme immunoelectrode via the antibody by allowing it to coexist with the marker enzyme in serum or blood for a certain period of time, the enzyme coexists in a solution containing a complex of a second antibody against the marker enzyme and the enzyme. A method for measuring a marker enzyme amount, which comprises converting the product produced by the method into an electrode active material and measuring the marker enzyme amount.
【請求項11】請求項7または8に記載された酵素免疫
電極を用いて、パルス電位検出法によって電気化学的に
測定することを特徴とする体液成分の測定方法。
11. A method for measuring a body fluid component, which comprises electrochemically measuring by a pulse potential detection method using the enzyme immunoelectrode according to claim 7 or 8.
【請求項12】貴金属化合物を電解還元することによっ
て貴金属電極の表面に多孔性に富む表面を形成し、その
表面上に複数種の酵素を固定化することを特徴とする複
合酵素センサ作製方法。
12. A method for producing a composite enzyme sensor, which comprises electrolytically reducing a noble metal compound to form a porous surface on the surface of a noble metal electrode, and immobilizing a plurality of kinds of enzymes on the surface.
【請求項13】前記貴金属電極が金電極であり、酵素を
金メルカプチド結合によって固定化することを特徴とす
る請求項12に記載の複合酵素センサ作製方法。
13. The method for producing a composite enzyme sensor according to claim 12, wherein the noble metal electrode is a gold electrode, and the enzyme is immobilized by a gold mercaptide bond.
【請求項14】前記貴金属電極が白金電極であり、酵素
を電極の表面処理によって化学的に結合させて固定化す
ることを特徴とする請求項12に記載の複合酵素センサ
作製方法。
14. The method for producing a composite enzyme sensor according to claim 12, wherein the noble metal electrode is a platinum electrode, and the enzyme is chemically bonded and immobilized by surface treatment of the electrode.
【請求項15】前記多孔性に富む表面に共有結合で固定
化した酵素の上に、さらに酵素を架橋させることを特徴
とする請求項12乃至14の何れか1項に記載の複合酵
素センサ作製方法。
15. The composite enzyme sensor according to claim 12, further comprising cross-linking the enzyme on the enzyme covalently immobilized on the surface rich in porosity. Method.
【請求項16】貴金属化合物を電解還元して多孔性に富
む表面とした貴金属電極の表面に、目的とする酵素マー
カーの抗体及びその抗体に結合されたマーカー酵素によ
って生成される物質を代謝する酵素を同時に固定化する
ことを特徴とする酵素免疫電極の作製方法。
16. An enzyme that metabolizes an antibody of a target enzyme marker and a substance produced by a marker enzyme bound to the antibody on the surface of a precious metal electrode which is a surface rich in porosity by electrolytically reducing a precious metal compound. A method for producing an enzyme immunoelectrode, which comprises simultaneously immobilizing
【請求項17】貴金属化合物を電解還元して多孔性に富
む表面とした貴金属電極の表面に、目的とするマーカー
蛋白質の抗体及びその抗体に結合されたマーカー蛋白質
と結合する第二の抗体に結合された酵素によって生成さ
れる物質を代謝する酵素を同時に固定化することを特徴
とする酵素免疫電極の作製方法。
17. A surface of a precious metal electrode, which is a porous surface obtained by electrolytically reducing a precious metal compound, binds to an antibody of a target marker protein and a second antibody that binds to the marker protein bound to the antibody. A method for producing an enzyme immunoelectrode, comprising simultaneously immobilizing an enzyme that metabolizes a substance produced by the generated enzyme.
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