JP6713364B2 - Ascorbic acid responsive electrode and biosensor - Google Patents

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Description

本発明は、試料中のアスコルビン酸濃度を測定するための電極およびバイオセンサに関する。 The present invention relates to electrodes and biosensors for measuring ascorbic acid concentration in a sample.

アスコルビン酸(ビタミンC)は食事により摂取され、小腸より吸収され体内の臓器およ
び組織へ広く分布する。生化学的にはコラーゲンの合成、カルニチンの合成、副腎皮質ホルモンの合成、カテコールアミンの合成、過酸化脂質の分解、活性酸素の分解などに関与しており、生体内で重要な役割を果たしている。近年では、ビタミンCの強い還元性によ
る、抗がん作用、免疫力増強、そして、美肌、美白効果が着目され、高濃度ビタミンC点
滴療法などに応用されている。
Ascorbic acid (vitamin C) is ingested by diet, absorbed through the small intestine, and widely distributed to organs and tissues in the body. Biochemically, it is involved in collagen synthesis, carnitine synthesis, adrenocortical hormone synthesis, catecholamine synthesis, lipid peroxide degradation, active oxygen degradation, etc., and plays an important role in vivo. In recent years, due to the strong reducing property of vitamin C, anticancer action, immunity enhancement, and beautiful skin and whitening effects have been noted, and it has been applied to high-concentration vitamin C drip therapy.

アスコルビン酸の測定においては、アスコルビン酸欠乏症診断のための測定や食品中のアスコルビン酸の測定が挙げられる。また、高濃度ビタミンC点滴療法においては、血中の
ビタミンC濃度の即時モニタリングが必須であり、また、糖尿病における自己血糖測定に
おいては、血中のアスコルビン酸がグルコース測定値に影響を及ぼすため、アスコルビン酸濃度の測定値によるグルコース値の補正の必要性が挙がっている。
Examples of the measurement of ascorbic acid include measurement for diagnosis of ascorbic acid deficiency and measurement of ascorbic acid in food. In addition, in high-concentration vitamin C drip therapy, immediate monitoring of vitamin C concentration in blood is essential, and in autologous blood glucose measurement in diabetes, since ascorbic acid in blood influences the glucose measurement value, There is a need to correct the glucose level based on the measured ascorbic acid concentration.

特許文献1には、食品中の微量栄養素として、アスコルビン酸を高速液体クロマトグラフィー(HPLC)法で測定する方法が開示されている。
特許文献2には、アスコルビン酸測定の一例として、アスコルビン酸オキシダーゼおよびフェリシアン化合物等の電子メディエーターを含む検知層を構成要素とした電極を有するバイオセンサが開示されている。
Patent Document 1 discloses a method for measuring ascorbic acid as a micronutrient in food by a high performance liquid chromatography (HPLC) method.
Patent Document 2 discloses, as an example of ascorbic acid measurement, a biosensor having an electrode including a detection layer containing an electron mediator such as ascorbate oxidase and a ferricyanide compound as a constituent element.

特表2005-517926Special table 2005-517926 特開平09-243591JP 09-243591

先行文献1の高速液体クロマトグラフィー(HPLC)法でのアスコルビン酸測定に関しては、装置が高価になることからコスト面の問題がある。また、上記装置は、大型の医療施設や検査センターに設置されていることが多く、装置を設置していない施設においては、検査を外注分析に出すため、リアルタイムの測定が出来ないが、特に高濃度ビタミンC点滴
療法においては、ビタミンCの代謝や排出の影響を考慮し、リアルタイムな測定が望まれ
ており、問題となっている。
先行文献2では、バイオセンサにより、簡便で即時(リアルタイム)測定が可能であるが、アスコルビン酸オキシダーゼ等の酵素触媒を用いていることにより、非特異的な触媒反応による測定精度の悪化の問題があった。また、酵素の変性に起因しセンサの保存安定性が悪いため、酵素の処方量を増加する必要があり、コストが高くなるという課題があった。
上記に鑑み、本発明は、アスコルビン酸の即時測定を、精度よく、低コストで簡便に行うことを課題とする。
Regarding the ascorbic acid measurement by the high performance liquid chromatography (HPLC) method of the prior art document 1, there is a cost problem because the device becomes expensive. In addition, the above-mentioned device is often installed in a large-scale medical facility or inspection center, and in a facility where the device is not installed, since the inspection is outsourced, real-time measurement is not possible, but it is particularly high. Concentrated vitamin C drip therapy is a problem because it requires real-time measurement in consideration of the effects of metabolism and excretion of vitamin C.
In prior art document 2, a biosensor enables simple and immediate (real-time) measurement, but the use of an enzyme catalyst such as ascorbate oxidase causes a problem of deterioration of measurement accuracy due to nonspecific catalytic reaction. there were. Further, since the storage stability of the sensor is poor due to the denaturation of the enzyme, it is necessary to increase the prescription amount of the enzyme, which causes a problem of high cost.
In view of the above, an object of the present invention is to perform ascorbic acid immediate measurement accurately, at low cost, and easily.

発明者は上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、従来のようなHPLCやアスコル
ビン酸オキシダーゼのような酵素触媒を用いることなくアスコルビン酸を簡便に測定することのできるアスコルビン酸応答電極を見出した。すなわち、本発明は、電極と、該電極と接触し、アスコルビン酸からの電子授受を行う非触媒の電子アクセプターを含む検知層を含み、該検知層において前記電子アクセプターと前記電極間で酸化反応が行われることを特徴とする、アスコルビン酸応答電極を提供する。
本発明はまた、前記アスコルビン酸応答電極を含むバイオセンサを提供する。
本発明はまた、該バイオセンサにアスコルビン酸含有試料を反応させ、前記アスコルビン酸応答電極に酸化電位を印加して応答電流を測定し、該応答電流に基づいてアスコルビン酸濃度を算出することを特徴とする、アスコルビン酸濃度の測定方法、を提供する。
本発明はまた、前記バイオセンサと、バイオセンサへの電圧印加を制御する、制御部と、バイオセンサへの電圧印加により得られる、アスコルビン酸応答電流を検出する、検出部と、前記電流値からアスコルビン酸の濃度を算出する、演算部と、前記算出されたアスコルビン酸の濃度を出力する出力部とから構成される測定装置、を提供する。
前記「電子アクセプター」は、電子を供与できる電子ドナーの機能を持った化合物からの電子を授受できる化合物である。前記「非触媒」とは、酵素やオルガネラ等、化学反応を触媒する生体触媒の機能を持っていないか、もしくは、生体触媒の機能が小さいことを意味する。アスコルビン酸は、還元性物質として強い電子ドナーの機能を持っている。この特性を利用し、アスコルビン酸からの電子を電子アクセプターへの電子授受させることを実現した。さらに、電子ドナーからの電子を授受した電子アクセプターは、還元体となることから、電極上で電気化学的に酸化反応をさせることが出来る。これらの種々の機能により本発明を完成させた。
As a result of extensive studies conducted by the inventor to solve the above problems, an ascorbic acid-responsive electrode capable of simply measuring ascorbic acid without using an enzyme catalyst such as conventional HPLC or ascorbic acid oxidase was developed. I found it. That is, the present invention includes an electrode and a detection layer that is in contact with the electrode and includes a non-catalytic electron acceptor that exchanges electrons from ascorbic acid, and in the detection layer, an oxidation reaction occurs between the electron acceptor and the electrode. An ascorbic acid responsive electrode is provided which is characterized by being performed.
The present invention also provides a biosensor including the ascorbic acid responsive electrode.
The present invention is also characterized by reacting an ascorbic acid-containing sample with the biosensor, applying an oxidation potential to the ascorbic acid-responsive electrode to measure a response current, and calculating an ascorbic acid concentration based on the response current. And a method for measuring ascorbic acid concentration.
The present invention is also a biosensor, controlling the voltage application to the biosensor, a control unit, obtained by applying a voltage to the biosensor, detecting an ascorbic acid response current, a detection unit, and from the current value. Provided is a measuring device including an arithmetic unit that calculates the concentration of ascorbic acid and an output unit that outputs the calculated concentration of ascorbic acid.
The “electron acceptor” is a compound capable of donating and accepting an electron from a compound having a function of an electron donor capable of donating an electron. The "non-catalyst" means that the biocatalyst such as an enzyme or an organelle does not have a function of a biocatalyst that catalyzes a chemical reaction, or the biocatalyst has a small function. Ascorbic acid has a strong electron donor function as a reducing substance. Utilizing this property, we have realized the transfer of electrons from ascorbic acid to electron acceptors. Furthermore, since the electron acceptor that has exchanged electrons from the electron donor becomes a reductant, it is possible to cause an electrochemical oxidation reaction on the electrode. The present invention has been completed by these various functions.

本発明のアスコルビン酸応答電極は酵素を使用しないため、非特異的な触媒反応による測定精度の悪化を抑えた精度の高いアスコルビン酸の測定が可能である。また、酵素タンパク質の変性に起因する保存安定性の問題がないため、コストを抑えることが可能である。したがって、本発明により、アスコルビン酸の即時測定を、精度よく、低コストで簡便に行うことが可能になった。 Since the ascorbic acid-responsive electrode of the present invention does not use an enzyme, it is possible to measure ascorbic acid with high accuracy while suppressing deterioration of measurement accuracy due to nonspecific catalytic reaction. Further, since there is no problem of storage stability due to denaturation of the enzyme protein, the cost can be suppressed. Therefore, according to the present invention, it becomes possible to perform an immediate measurement of ascorbic acid with high accuracy, at low cost, and easily.

図1は、本発明の一実施形態にかかるバイオセンサの製造方法の一例を示す工程図であり、(A)〜(E)は、各工程でのバイオセンサの模式図を示す。FIG. 1 is a process diagram showing an example of a method for manufacturing a biosensor according to an embodiment of the present invention, and (A) to (E) show schematic diagrams of the biosensor in each process. 図2は、本発明の測定装置の一態様を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing an aspect of the measuring apparatus of the present invention. 図3は、本発明の測定装置を用いた測定プログラムの一態様を示すフローチャート図である。FIG. 3 is a flowchart showing one aspect of a measurement program using the measurement device of the present invention. 図4は、様々な濃度のアスコルビン酸を含む試料を本発明のバイオセンサに反応させて電圧を印加してから10秒間の応答電流を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the response current for 10 seconds after reacting samples containing various concentrations of ascorbic acid with the biosensor of the present invention and applying a voltage. 図5は、電圧印加2、4、または8秒後において、アスコルビン酸濃度と、アスコルビン酸濃度0mg/dLの応答電流値に対する各濃度の応答電流値のバイアス(%)をプロットした結果を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the results of plotting the ascorbic acid concentration and the bias (%) of the response current value of each concentration with respect to the response current value of the ascorbic acid concentration of 0 mg/dL after voltage application of 2, 4 or 8 seconds. Is.

(電極の構成)
本発明のアスコルビン酸応答電極は、電極と、
該電極と接触し、アスコルビン酸からの電子授受を行う非触媒の電子アクセプターを含む検知層を含み、
該検知層において前記電子アクセプターと前記電極間で酸化反応が行われることを特徴とする。
なお、検知層が酵素及び電子アクセプターを含む従来の酵素電極とは異なり、本発明のアスコルビン酸応答電極では、検知層は電子アクセプターを含むが、酵素は含まない。
(Composition of electrodes)
The ascorbic acid responsive electrode of the present invention, an electrode,
A sensing layer containing a non-catalytic electron acceptor that is in contact with the electrode and transfers and receives electrons from ascorbic acid;
In the detection layer, an oxidation reaction is performed between the electron acceptor and the electrode.
Note that, unlike the conventional enzyme electrode in which the detection layer contains an enzyme and an electron acceptor, in the ascorbic acid-responsive electrode of the present invention, the detection layer contains the electron acceptor but does not contain the enzyme.

(電極)
電極は、導電性のある素材であれば特に制限されないが、例えば、金(Au)、白金(Pt)、銀(Ag)及びパラジウム(Pd)のような金属材料、或いはグラファイト、カーボンナノチューブ、グラフェン、メソポーラスカーボンなどのカーボンに代表される炭素材料を用いて形成される。電極は、例えば、絶縁性基板上に形成される。絶縁性基板は、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレン(PE)のような熱可塑性樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂のような各種の樹脂(プラスチック)、ガラス、セラミック、紙のような絶縁性材料で形成される。電極及び絶縁性基板の大きさ、厚さは適宜設定可能である。
(electrode)
The electrode is not particularly limited as long as it is a conductive material. For example, a metal material such as gold (Au), platinum (Pt), silver (Ag) and palladium (Pd), or graphite, carbon nanotube, graphene. , A carbon material typified by carbon such as mesoporous carbon. The electrodes are formed, for example, on an insulating substrate. The insulating substrate is made of thermoplastic resin such as polyetherimide (PEI), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene (PE), various resins (plastics) such as polyimide resin and epoxy resin, glass, ceramic, paper. It is formed of such an insulating material. The size and thickness of the electrodes and the insulating substrate can be set appropriately.

(電子アクセプター)
電子アクセプターとしては、アスコルビン酸から電子を受け取って還元され、電極で再酸化される、触媒作用のない化合物であればよいが、例えば、ルテニウム化合物、フェリシアン化カリウム、シトクロムC、ピロロキノリンキノン(PQQ)、NAD、NADP、銅錯体、及びフェナジンメトサルフェート及びその誘導体、オスミウム錯体等が挙げられ、これらは単独で使用してもよいし、2種以上で併用してもよい。
この中では、酸化型の金属原子と配位子からなる錯体であることが好ましく、3価ルテニウム(Ru(III))と配位子からなる酸化型ルテニウム錯体であることがより好ましい。
(Electronic acceptor)
The electron acceptor may be any compound that receives an electron from ascorbic acid, is reduced, and is reoxidized at the electrode and has no catalytic action. Examples thereof include ruthenium compounds, potassium ferricyanide, cytochrome C, and pyrroloquinoline quinone (PQQ). , NAD + , NADP + , a copper complex, phenazine methosulfate and its derivatives, an osmium complex, and the like, and these may be used alone or in combination of two or more.
Among these, a complex composed of an oxidized metal atom and a ligand is preferable, and an oxidized ruthenium complex composed of trivalent ruthenium (Ru(III)) and a ligand is more preferable.

(酸化型ルテニウム錯体)
酸化型ルテニウム錯体の配位子としては、例えば、アンモニア、ビピリジン、イミダゾール、アミノ酸、フェナントロリン、エチレンジアミン等の含窒素配位子やハロゲン配位子が挙げられる。なお、これらを組み合わせて混合配位子としてもよい。
(Oxidized ruthenium complex)
Examples of the ligand of the oxidized ruthenium complex include nitrogen-containing ligands such as ammonia, bipyridine, imidazole, amino acids, phenanthroline, and ethylenediamine, and halogen ligands. Note that these may be combined to form a mixed ligand.

ルテニウムアンモニア錯体としては、好ましくは以下の化合物が挙げられる。
[Ru(NHX]n+
ここで、Xとしては、NH3、ハロゲンイオン、CN、ピリジン、ニコチンアミド、ビピ
リジン又はH2O等が挙げられ、これらの中でもNH3又はハロゲンイオン(例えば、Cl-、F-、Br-、I-)が好ましい。前記化学式におけるn+は、酸化型ルテニウム(III)錯体の価数を表し、Xの種類により適宜決定される。
The ruthenium ammonia complex preferably includes the following compounds.
[Ru(NH 3 ) 5 X] n+
Here, examples of X include NH 3 , halogen ions, CN, pyridine, nicotinamide, bipyridine, and H 2 O, and among these, NH 3 or halogen ions (for example, Cl , F , Br , I - ) is preferred. N+ in the above chemical formula represents the valence of the oxidized ruthenium(III) complex and is appropriately determined depending on the type of X.

ビピリジンルテニウム錯体の例としては、例えば、[Ru(bipyridine)3
、[Ru(4,4'−dimethyl−2,2'−bipyridine)3]、[Ru
(4,4'−diphenyl−2,2'−bipyridine)3]、[Ru(4,4'−diamino−2,2'−bipyridine)3]、[Ru(4,4'−dihy
droxy−2,2'−bipyridine)3]、[Ru(4,4'−dicarbo
xy−2,2'−bipyridine)3]、[Ru(4,4'−dibromo−2,
2'−bipyridine)3]、[Ru(5,5'−dimethyl−2,2'−bipyridine)3]、[Ru(5,5'−diphenyl−2,2'−bipyri
dine)3]、[Ru(5,5'−diamino−2,2'−bipyridine)3]、[Ru(5,5'−dihydroxy−2,2'−bipyridine)3]、[
Ru(5,5'−dicarboxy−2,2'−bipyridine)3]、[Ru(
5,5'−dibromo−2,2'−bipyridine)3]等がある。
Examples of the bipyridine ruthenium complex include, for example, [Ru(bipyridine) 3 ].
, [Ru(4,4′-dimethyl-2,2′-bipyridine) 3 ], [Ru
(4,4'-diphenyl-2,2'-bipyridine) 3 ], [Ru(4,4'-diamino-2,2'-bipyridine) 3 ], [Ru(4,4'-dihydine) 3 ].
Droxy-2,2'-bipyridine) 3 ], [Ru(4,4'-dicarbo
xy-2,2'-bipyridine) 3 ], [Ru(4,4'-dibromo-2,
2'-bipyridine 3 ], [Ru(5,5'-dimethyl-2,2'-bipyridine) 3 ], [Ru(5,5'-diphenyl-2,2'-bipyriri).
Dine) 3 ], [Ru(5,5'-diamino-2,2'-bipyridine) 3 ], [Ru(5,5'-dihydroxy-2,2'-bipyridine) 3 ], [
Ru(5,5'-dicarbox-2,2'-bipyridine) 3 ], [Ru(
5,5'-dibromo-2,2'-bipyridine) 3 ] and the like.

イミダゾールルテニウム錯体の例としては、例えば、[Ru(imidazole)6
、[Ru(4−methyl−imidazole)6]、[Ru(4−phenyl−
imidazole)6]、[Ru(4−amino−imidazole)6]、[Ru(4−hydroxy−imidazole)6]、[Ru(4−carboxy−im
idazole)6]、[Ru(4−bromo−imidazole)6]等がある。
Examples of the imidazole ruthenium complex include, for example, [Ru(imidazole) 6 ].
, [Ru(4-methyl-imidazole) 6 ], [Ru(4-phenyl-
[imidazole) 6 ], [Ru(4-amino-imidazole) 6 ], [Ru(4-hydroxy-imidazole) 6 ], [Ru(4-carboxy-im).
idazole) 6 ], [Ru(4-bromo-imidazole) 6 ] and the like.

検知層における電子アクセプターの含有量は、測定試料の種類等によって適宜決定できるが、例えば、検知層の表面積1cm当たり、10mmol〜100molが好ましく、より好ましくは10mmol〜50mmol、特に好ましくは15mmol〜20mmolである。 The content of the electron acceptor in the detection layer can be appropriately determined depending on the type of the measurement sample, etc., but is preferably 10 mmol to 100 mol, more preferably 10 mmol to 50 mmol, and particularly preferably 15 mmol to 20 mmol per 1 cm 2 of the surface area of the detection layer. Is.

また、検知層は、上記電子アクセプターに加えてバインダーを含有することができる。電極製造工程において、検知層調製液として、電子アクセプター、バインダーおよび溶媒または分散媒を含有したスクリーン印刷対応インクとして調製することができ、スクリーン印刷手法にて樹脂等の基材にパターンニング印刷を行い電極を形成することにより、電極作製効率を向上することができ、センサ間差を小さくすることが可能になる。 In addition, the sensing layer can contain a binder in addition to the electron acceptor. In the electrode manufacturing process, a sensing layer preparation liquid can be prepared as a screen printing compatible ink containing an electron acceptor, a binder and a solvent or a dispersion medium, and patterning printing is performed on a substrate such as a resin by a screen printing method. By forming the electrodes, the electrode production efficiency can be improved and the difference between the sensors can be reduced.

検知層に使用することのできるバインダーとしては、例えば、ブチラール樹脂系、ポリエステル樹脂系などの樹脂バインダーを使用してもよいが、再表2005/043146に開示された
層状無機化合物を使用することが好ましい。層状無機化合物とは、例えば、無機物の多面体が平面状に連なってシート構造を形成し、このシート構造がさらに層状に重なって結晶構造を形成したものが挙げられる。前記多面体の形状としては、例えば、四面体シート、八面体シート等があり、具体的には、例えば、Si四面体、Al八面体等が挙げられる。このような層状無機化合物としては、例えば、層状粘土鉱物、ハイドロタルサイト、ベントナイト、スメクタイト、バーミキュライト、ハロイサイト、カオリン鉱物、雲母等が含まれる。このような層状無機化合物としては、例えば、市販品が使用でき、コープケミカル(株)製の商品名ルーセンタイトSWN、商品名ルーセンタイトSWF(合成ヘクトライト)、商品名ME(フッ素雲母)、クニミネ工業(株)製の商品名スメクトンSA(合成サポナイト)、協和化学工業(株)製の商品名チキソピーW(合成ヘクトライト)、商品名キョーワード500(合成ハイドロタルサイト)、ラポー社製の商品名ラポナイト(合成ヘクトライト)、(株)ナカライテスク社製の天然ベントナイト、(株)豊順鉱業社製の商品名マルチゲル(ベントナイト)等が使用できる。検知層におけるバインダーの含有量は、例えば、検知層の面積1cm当たり、0.003〜30mgの範囲である。
As the binder that can be used in the detection layer, for example, a resin binder such as a butyral resin type or a polyester resin type may be used, but it is possible to use the layered inorganic compound disclosed in re-table 2005/043146. preferable. Examples of the layered inorganic compound include compounds in which polyhedrons of an inorganic material are connected in a plane to form a sheet structure, and the sheet structures are further layered to form a crystal structure. Examples of the shape of the polyhedron include a tetrahedron sheet and an octahedron sheet, and specific examples thereof include a Si tetrahedron and an Al octahedron. Examples of such layered inorganic compounds include layered clay minerals, hydrotalcite, bentonite, smectite, vermiculite, halloysite, kaolin minerals and mica. As such a layered inorganic compound, for example, a commercially available product can be used, and trade name LUCENTITE SWN, trade name LUCENTITE SWF (synthetic hectorite), trade name ME (fluorine mica), Kunimine manufactured by Coop Chemical Co., Ltd. Smoketon SA (synthetic saponite) manufactured by Kogyo Co., Ltd., Tixopy W (synthetic hectorite) manufactured by Kyowa Chemical Industry Co., Ltd., Kyoward 500 (synthetic hydrotalcite) manufactured by Lapo, a product manufactured by Lapo Laponite (synthetic hectorite), natural bentonite manufactured by Nacalai Tesque, Inc., and multi-gel (bentonite) manufactured by Toyoshun Mining Co., Ltd. can be used. The content of the binder in the detection layer is, for example, in the range of 0.003 to 30 mg per 1 cm 2 of the area of the detection layer.

また、検知層は、緩衝剤や界面活性剤などの添加剤を追加的に含んでもよく、これらの含有量は適宜設定できる。
緩衝剤としては、アミン系緩衝剤が好ましく、例えば、Tris、ACES、CHES、CAPSO、TAPS、CAPS、Bis−Tris、TAPSO、TES、TricineおよびADA等が挙げられ、好ましくはACES、Trisであり、より好ましくはACESである。これらの物質は、1種類でもよいし2種類以上を併用してもよい。また、前記緩衝剤としては、カルボキシル基を有する緩衝剤も好ましく、例えば、酢酸−酢酸Na緩衝剤、リンゴ酸−酢酸Na緩衝剤、マロン酸−酢酸Na緩衝剤、コハク酸−酢酸Na緩衝剤等が挙げられ、この中でもコハク酸−酢酸Na緩衝剤が好ましい。
界面活性剤としては、Triton X−100、ドデシル硫酸ナトリウム、ペルフルオロオクタンスルホン酸またはステアリン酸ナトリウムが含まれてもよい。アルキルアミノカルボン酸(またはその塩)、カルボキシベタイン、スルホベタインおよびホスホベタイン等が挙げられる。
Further, the detection layer may additionally contain additives such as a buffering agent and a surfactant, and the content thereof can be set appropriately.
The buffer is preferably an amine-based buffer, and examples thereof include Tris, ACES, CHES, CAPSO, TAPS, CAPS, Bis-Tris, TAPSO, TES, Tricine and ADA, and preferably ACES and Tris. More preferably it is ACES. These substances may be used alone or in combination of two or more. Further, as the buffer, a buffer having a carboxyl group is also preferable, and examples thereof include acetic acid-Na acetate buffer, malic acid-Na acetate buffer, malonic acid-Na acetate buffer, succinic acid-Na acetate buffer, and the like. Among these, succinic acid-Na acetate buffer is preferred.
Surfactants may include Triton X-100, sodium dodecyl sulfate, perfluorooctane sulfonic acid or sodium stearate. Examples thereof include alkylaminocarboxylic acid (or a salt thereof), carboxybetaine, sulfobetaine, phosphobetaine and the like.

(電極の作製方法)
本発明のアスコルビン酸応答電極は、例えば、以下のようにして作製される。すなわち、絶縁性基板の片面に、電極として機能する金属層を形成する。例えば、所定の厚さ(例えば100μm程度)のフィルム状の絶縁性基板の片面に、金属材料をスクリーン印刷、物理蒸着(PVD、例えばスパッタリング)、或いは化学蒸着(CVD)によって成膜することによって、所望の厚さ(例えば30nm程度)を有する金属層が形成される。金属層の代わりに、炭素材料で形成された電極層を形成することもできる。次に、電極上に電子
アクセプターを含む検知層調製液をコートし、乾燥させることで検知層を電極上に配置することができる。
(Method of manufacturing electrode)
The ascorbic acid-responsive electrode of the present invention is produced, for example, as follows. That is, a metal layer that functions as an electrode is formed on one surface of the insulating substrate. For example, by depositing a metal material by screen printing, physical vapor deposition (PVD, for example, sputtering), or chemical vapor deposition (CVD) on one surface of a film-like insulating substrate having a predetermined thickness (for example, about 100 μm), A metal layer having a desired thickness (for example, about 30 nm) is formed. Instead of the metal layer, an electrode layer made of a carbon material can be formed. Next, the sensing layer can be disposed on the electrode by coating the electrode with a sensing layer preparation liquid containing an electron acceptor and drying.

本発明のアスコルビン酸応答電極は、試料中に含まれるアスコルビン酸の濃度を測定するためのバイオセンサに使用することができる。なお、試料は測定対象物質を含む試料であれば特に制限されないが、生体試料が好ましく、血液、尿などが挙げられる。 The ascorbic acid-responsive electrode of the present invention can be used in a biosensor for measuring the concentration of ascorbic acid contained in a sample. The sample is not particularly limited as long as it contains the substance to be measured, but a biological sample is preferable and examples thereof include blood and urine.

(バイオセンサ)
アスコルビン酸センサとしてのバイオセンサは、本発明のアスコルビン酸応答電極(作用極)とともに対極となる電極を含む。対極としては、バイオセンサの対極として一般的に使用できるものであればよいが、例えば、スクリーン印刷により製膜したカーボン電極や、物理蒸着(PVD、例えばスパッタリング)、或いは化学蒸着(CVD)によって成膜した金属電極や、スクリーン印刷により製膜した銀/塩化銀電極を用いることができる。また、銀/塩化銀電極やスクリーン印刷により製膜したカーボン電極や、物理蒸着、或い
は化学蒸着によって成膜した金属電極を参照極とした3電極系を用いてもよい。
(Biosensor)
The biosensor as an ascorbic acid sensor includes an electrode serving as a counter electrode together with the ascorbic acid responsive electrode (working electrode) of the present invention. The counter electrode may be any one that can be generally used as a counter electrode of a biosensor, and for example, a carbon electrode formed by screen printing, physical vapor deposition (PVD, for example, sputtering), or chemical vapor deposition (CVD). A filmed metal electrode or a screen printed silver/silver chloride electrode can be used. Alternatively, a three-electrode system having a silver/silver chloride electrode, a carbon electrode formed by screen printing, or a metal electrode formed by physical vapor deposition or chemical vapor deposition as a reference electrode may be used.

本発明のアスコルビン酸応答電極表面(作用極)にアスコルビン酸を含む試料を接触させると、アスコルビン酸の酸化反応によって生じた電子が電子アクセプターに受け渡され、電子アクセプターは還元される。そして、作用極に酸化電位を印加することで、作用極表面で還元型の電子アクセプターは酸化され、これによって酸化電流が発生する。この電流値に基づいて試料中のアスコルビン酸濃度を測定することができる。 When a sample containing ascorbic acid is brought into contact with the surface (working electrode) of the ascorbic acid-responsive electrode of the present invention, the electrons generated by the oxidation reaction of ascorbic acid are transferred to the electron acceptor, and the electron acceptor is reduced. Then, by applying an oxidation potential to the working electrode, the reduced type electron acceptor is oxidized on the surface of the working electrode, thereby generating an oxidation current. The ascorbic acid concentration in the sample can be measured based on this current value.

以下、本発明のバイオセンサの一例について、図1に基づいて説明する。図1(A)〜(E)は、バイオセンサを製造する一連の工程を示した斜視図である。なお、本発明のバイオセンサは以下の態様には限定されない。 Hereinafter, an example of the biosensor of the present invention will be described based on FIG. 1A to 1E are perspective views showing a series of steps for manufacturing a biosensor. The biosensor of the present invention is not limited to the following modes.

図1(E)に示すように、このバイオセンサAは、基板11、リード部12aを有する作用極12とリード部13aを有する対極13とから構成された電極系、絶縁層14、電子アクセプターとバインダーと緩衝液とを含む検知層16、開口部を有するスペーサー18および貫通孔20を有するカバー19を備えている。図1(B)に示すように、基板11上には、検出部15が設けられており、検出部15には、作用極12と対極13とが、基板11の幅方向に並行して配置されている。前記両電極の一端は、それぞれリード部12a、13aとなり、これらと、検出部15における他端とが、垂直となるように配置されている(図1(A))。また、作用極12と対極13との間は、絶縁部となっている。このような電極系を備えた基板11の上には、図1(B)に示すように、リード部12a、13aおよび検出部15を除いて、絶縁層14が積層されており、絶縁層14が積層されていない前記検出部15上には、検知層16が積層されている。そして、絶縁層14の上には、図1(D)に示すように、検出部15に対応する箇所が開口部になっているスペーサー18が配置されている。さらにスペーサー18の上には、前記開口部に対応する一部に貫通孔20を有するカバー19が配置されている(図1(E))。このバイオセンサAにおいて、前記開口部の空間部分であり、かつ、前記検知層16および絶縁層14とカバー19とに挟まれた空間部分が、キャピラリー構造の試料供給部17となる。そして、前記貫通孔20が、試料を毛管現象により吸入するための空気孔となる。 As shown in FIG. 1(E), the biosensor A includes a substrate 11, an electrode system including a working electrode 12 having a lead portion 12a and a counter electrode 13 having a lead portion 13a, an insulating layer 14, and an electron acceptor. It is provided with a detection layer 16 containing a binder and a buffer solution, a spacer 18 having an opening, and a cover 19 having a through hole 20. As shown in FIG. 1B, a detection unit 15 is provided on the substrate 11, and the working electrode 12 and the counter electrode 13 are arranged on the detection unit 15 in parallel in the width direction of the substrate 11. Has been done. One end of each of the electrodes serves as a lead portion 12a, 13a, respectively, and the other end of the detection portion 15 is arranged to be vertical (FIG. 1A). Further, an insulating portion is provided between the working electrode 12 and the counter electrode 13. As shown in FIG. 1B, an insulating layer 14 is laminated on the substrate 11 having such an electrode system except for the lead portions 12a and 13a and the detecting portion 15, and the insulating layer 14 is provided. A detection layer 16 is laminated on the detection unit 15 where is not laminated. Then, on the insulating layer 14, as shown in FIG. 1D, a spacer 18 having an opening at a portion corresponding to the detecting portion 15 is arranged. Further, a cover 19 having a through hole 20 in a part corresponding to the opening is arranged on the spacer 18 (FIG. 1(E)). In this biosensor A, the space portion of the opening portion and the space portion sandwiched between the detection layer 16 and the insulating layer 14 and the cover 19 serves as a sample supply portion 17 having a capillary structure. Then, the through hole 20 becomes an air hole for inhaling the sample by the capillary phenomenon.

このようなバイオセンサは、例えば、以下のようにして作製できる。 Such a biosensor can be manufactured as follows, for example.

まず、図1(A)に示すように、基板11上にリード部12aを有する作用極12およびリード部13aを有する対極13からなる電極系を形成する。 First, as shown in FIG. 1A, an electrode system including a working electrode 12 having a lead portion 12a and a counter electrode 13 having a lead portion 13a is formed on a substrate 11.

続いて、図1(B)に示すように、前記電極系12、13を形成した基板11上に絶縁層
14を形成する。この絶縁層は、電極のリード部12a、13aと、電子アクセプター等を形成する検出部15を除いた基板11上に形成する。前記絶縁層14は、例えば、絶縁性樹脂を溶媒に溶解した絶縁ペーストを前記基板11上に印刷し、これを加熱処理または紫外線処理して形成することができる。絶縁性樹脂としては、例えば、ポリエステル、ブチラール樹脂、フェノール樹脂等が挙げられ、前記溶媒としては、例えば、カルビトールアセテート、二塩基酸エステル系混合溶剤(DBEソルベント)等が挙げられる。
Subsequently, as shown in FIG. 1B, an insulating layer 14 is formed on the substrate 11 on which the electrode systems 12 and 13 are formed. This insulating layer is formed on the substrate 11 excluding the lead portions 12a and 13a of the electrodes and the detection portion 15 that forms an electron acceptor and the like. The insulating layer 14 can be formed, for example, by printing an insulating paste in which an insulating resin is dissolved in a solvent on the substrate 11 and subjecting the insulating paste to heat treatment or ultraviolet treatment. Examples of the insulating resin include polyester, butyral resin, phenol resin, and the like, and examples of the solvent include carbitol acetate, a dibasic acid ester mixed solvent (DBE solvent), and the like.

次に、図1(C)に示すように、絶縁層14が形成されていない検出部15において、基板11および電極12、13上に、検知層16を形成する。検知層16は、例えば、電子アクセプター、緩衝剤およびバインダーが分散された分散液を調製し、これを前記検出部15に分注して、乾燥することによって形成できる。前記分散液の調製に使用する溶媒としては、例えば、水、緩衝液アルコール、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)等が使用できる。 Next, as shown in FIG. 1C, the detection layer 16 is formed on the substrate 11 and the electrodes 12 and 13 in the detection unit 15 in which the insulating layer 14 is not formed. The detection layer 16 can be formed, for example, by preparing a dispersion liquid in which an electron acceptor, a buffer and a binder are dispersed, dispensing the dispersion liquid into the detection unit 15, and drying the dispersion liquid. As the solvent used for preparing the dispersion liquid, for example, water, buffer alcohol, N,N-dimethylformamide (DMF), dimethylsulfoxide (DMSO) and the like can be used.

つぎに、図1(D)に示すように、絶縁層14上にスペーサー18を配置する。図示のように、スペーサー18は、前記検知層16に対応する箇所が開口部となっている。スペーサー18の材料としては、例えば、樹脂製フィルムやテープ等が使用できる。また、両面テープであれば、前記絶縁膜14との接着だけでなく、後述するカバー19も容易に接着できる。この他にも、例えば、レジスト印刷等の手段によりスペーサーを形成してもよい。 Next, as shown in FIG. 1D, a spacer 18 is arranged on the insulating layer 14. As shown, the spacer 18 has an opening at a portion corresponding to the detection layer 16. As the material of the spacer 18, for example, a resin film or tape can be used. Further, if it is a double-sided tape, not only the adhesion with the insulating film 14 but also the cover 19 described later can be easily adhered. In addition to this, for example, the spacer may be formed by means such as resist printing.

次に、図1(E)に示すように、前記スペーサー18上にカバー19を配置する。前記カバー19の材料としては、特に制限されないが、例えば、各種プラスチック等が使用でき、好ましくは、PET等の透明樹脂が挙げられる。 Next, as shown in FIG. 1(E), a cover 19 is placed on the spacer 18. The material of the cover 19 is not particularly limited, but various plastics can be used, for example, and transparent resin such as PET is preferable.

このバイオセンサAの使用方法について、試料が全血、測定対象物がアスコルビン酸、電子アクセプターがルテニウム(III)化合物である例を挙げて説明する。 The method of using the biosensor A will be described with reference to an example in which the sample is whole blood, the measurement target is ascorbic acid, and the electron acceptor is a ruthenium (III) compound.

まず、全血試料をバイオセンサAの開口部17の一端に接触させる。この開口部17は、前述のようにキャピラリー構造となっており、その他端に対応するカバー19には空気孔20が設けられているため、毛管現象によって前記試料が内部に吸引される。吸引された前記試料は、検出部15上に設けられた検知層16表面に達する。そして、表面に達した試料中のアスコルビン酸と、検知層16中のルテニウム(III)化合物とが反応する。具
体的には、測定対象物であるアスコルビン酸の酸化反応により移動した電子によって、ルテニウム(III)化合物が還元され、ルテニウム(II)化合物が生成される。電極に正の
電位を印加することで、検知層16中に存在するこのルテニウム(II)化合物と、検知層16の下に位置する電極との間で、電子授受が行われ、酸化電流が流れる。これに基づいてアスコルビン酸濃度が測定できる。
First, the whole blood sample is brought into contact with one end of the opening 17 of the biosensor A. The opening 17 has the capillary structure as described above, and the cover 19 corresponding to the other end is provided with the air hole 20, so that the sample is sucked into the inside by the capillary phenomenon. The aspirated sample reaches the surface of the detection layer 16 provided on the detection unit 15. Then, the ascorbic acid in the sample reaching the surface reacts with the ruthenium (III) compound in the detection layer 16. Specifically, the ruthenium (III) compound is reduced by the electrons transferred by the oxidation reaction of ascorbic acid, which is the measurement target, to generate the ruthenium (II) compound. By applying a positive potential to the electrode, electrons are exchanged between the ruthenium (II) compound present in the detection layer 16 and the electrode located under the detection layer 16, and an oxidation current flows. .. Based on this, the ascorbic acid concentration can be measured.

具体的には、全血試料の供給から一定時間経過後、前記電圧を加える手段により対極13と作用極12との間に電圧を印加して、電極と接触している検知層中の還元型のルテニウム(II)化合物を電気化学的にルテニウム(III)化合物に酸化し、その際の酸化電流を
、作用極12のリード部12aを介して前記電気信号を測定する手段等によって検出する。この酸化電流の値は、試料中のアスコルビン酸濃度に比例するため、これを前記演算手段によりアスコルビン酸濃度に演算すれば、試料中のアスコルビン酸濃度を求めることができる。
作用極12に印加する電圧としては、対極に対して正の電圧であればよいが、10〜700mV、50〜500mV、又は100〜400mVが好ましい。
試料を接触させた後、所定の時間非印加の状態で保持した後、電極系に電圧を印加してもよいし、前記試料との接触と同時に電極系に電圧を印加してもよい。非印加の状態で保持
する時間としては、例えば、30秒以下、又は10秒以下である。
Specifically, after a lapse of a certain time from the supply of the whole blood sample, a voltage is applied between the counter electrode 13 and the working electrode 12 by the means for applying the voltage, and the reduction type in the detection layer in contact with the electrode is applied. The above ruthenium (II) compound is electrochemically oxidized to the ruthenium (III) compound, and the oxidation current at that time is detected by means of measuring the electric signal via the lead portion 12a of the working electrode 12. Since the value of this oxidation current is proportional to the ascorbic acid concentration in the sample, the ascorbic acid concentration in the sample can be obtained by calculating this as the ascorbic acid concentration in the calculating means.
The voltage applied to the working electrode 12 may be a positive voltage with respect to the counter electrode, but is preferably 10 to 700 mV, 50 to 500 mV, or 100 to 400 mV.
After the sample is brought into contact with the electrode system, the voltage may be applied to the electrode system after being kept in a non-application state for a predetermined time, or the voltage may be applied to the electrode system at the same time when the sample is contacted. The holding time in the non-application state is, for example, 30 seconds or less, or 10 seconds or less.

(装置)
次に、図面を用いて、本発明の測定装置について説明する。ここでは、アスコルビン酸測定装置の一態様について例示したが、本発明の測定装置は以下の態様には限定されない。図2は、測定装置B内に収容された主な電子部品の構成例を示す。制御コンピュータ28、ポテンショスタット29、電力供給装置31が、筐体内に収容された基板30上に設けられている。
制御コンピュータ28は、ハードウェア的には、CPU(中央演算処理装置)のようなプロセッサと、メモリ(RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory))のような記録媒体と、通信ユニットを含んでおり、プロセッサが記録媒体(例えばROM)に記憶されたプログラムをRAMにロードして実行することによって、出力部21、制御部22、演算部23及び検出部24を備えた装置として機能する。なお、制御コンピュータ28は、半導体メモリ(EEPROM、フラッシュメモリ)やハードディスクのような、補助記憶装置を含んでいてもよい。
(apparatus)
Next, the measuring device of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, one example of the ascorbic acid measuring device has been illustrated, but the measuring device of the present invention is not limited to the following embodiments. FIG. 2 shows a configuration example of main electronic components housed in the measuring device B. A control computer 28, a potentiostat 29, and a power supply device 31 are provided on a board 30 housed in the housing.
In terms of hardware, the control computer 28 includes a processor such as a CPU (central processing unit), a recording medium such as a memory (RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory)), and a communication unit. By including the program stored in the recording medium (for example, ROM) in the RAM and executing the program, the processor functions as a device including the output unit 21, the control unit 22, the calculation unit 23, and the detection unit 24. .. The control computer 28 may include an auxiliary storage device such as a semiconductor memory (EEPROM, flash memory) or a hard disk.

制御部22は、電圧印加のタイミング、印加電圧値などを制御する。
電力供給装置31は、バッテリ26を有しており、制御コンピュータ28やポテンショスタット29に動作用の電力を供給する。なお、電力供給装置31は、筐体の外部に置くこともできる。
ポテンショスタット29は、作用極の電位を参照電極に対して一定にする装置であり、制御部22によって制御され、端子CR、Wを用いて、アスコルビン酸センサ27の対極と作用極との間に所定の電圧を印加し、端子Wで得られる作用極の応答電流を測定し、応答電流の測定結果を検出部24に送る。
The control unit 22 controls the timing of voltage application, the applied voltage value, and the like.
The power supply device 31 has a battery 26 and supplies power for operation to the control computer 28 and the potentiostat 29. The power supply device 31 can be placed outside the housing.
The potentiostat 29 is a device that keeps the potential of the working electrode constant with respect to the reference electrode, and is controlled by the control unit 22 to use the terminals CR and W between the counter electrode and the working electrode of the ascorbic acid sensor 27. A predetermined voltage is applied, the response current of the working electrode obtained at the terminal W is measured, and the measurement result of the response current is sent to the detection unit 24.

演算部23は検出された電流値から測定対象物質の濃度の演算を行い、記憶する。出力部21は、表示ユニット25との間でデータ通信を行い、演算部23による測定対象物質の濃度の演算結果を表示ユニット25に送信する。表示ユニット25は、例えば、測定装置Bから受信されたアスコルビン酸濃度の演算結果を所定のフォーマットで表示画面に表示することができる。 The calculator 23 calculates the concentration of the substance to be measured from the detected current value and stores it. The output unit 21 performs data communication with the display unit 25, and transmits the calculation result of the concentration of the measurement target substance by the calculation unit 23 to the display unit 25. The display unit 25 can display, for example, the calculation result of the ascorbic acid concentration received from the measuring device B on the display screen in a predetermined format.

図3は、制御コンピュータ28によるアスコルビン酸濃度測定処理の例を示すフローチャートである。制御コンピュータ28のCPU(制御部22)は、アスコルビン酸濃度測定の開始指示を受け付けると、制御部22は、ポテンショスタット29を制御して、作用極への所定の電圧を印加し、作用極からの応答電流の測定を開始する(ステップS01)。なお、測定装置へのセンサの装着の検知を、濃度測定開始指示としてもよい。 FIG. 3 is a flowchart showing an example of ascorbic acid concentration measurement processing by the control computer 28. When the CPU (control unit 22) of the control computer 28 receives the start instruction of the ascorbic acid concentration measurement, the control unit 22 controls the potentiostat 29 to apply a predetermined voltage to the working electrode, and then the working electrode The measurement of the response current is started (step S01). The detection of the mounting of the sensor on the measuring device may be an instruction to start the concentration measurement.

次に、ポテンショスタット29は、電圧印加によって得られる応答電流、すなわち、試料内の測定対象物質(アスコルビン酸)に由来する電子の電極への移動に基づく電荷移動律速電流、例えば、電圧印加から1〜20秒後の定常電流を測定し、検出部24へ送る(ステップS02)。 Next, the potentiostat 29 receives a response current obtained by applying a voltage, that is, a charge transfer rate-determining current based on the transfer of electrons derived from the substance to be measured (ascorbic acid) in the sample to the electrode, for example, 1 from voltage application. The steady current after 20 seconds is measured and sent to the detector 24 (step S02).

演算部23は、電流値に基づいて演算処理を行い、アスコルビン酸濃度を算出する(ステップS03)。例えば、制御コンピュータ28の演算部23は、アスコルビン酸濃度の計算式またはアスコルビン酸濃度の検量線データを予め保持しており、これらの計算式または検量線を用いてアスコルビン酸濃度を算出する。 The calculation unit 23 performs a calculation process based on the current value to calculate the ascorbic acid concentration (step S03). For example, the calculation unit 23 of the control computer 28 holds in advance a calculation formula of the ascorbic acid concentration or calibration curve data of the ascorbic acid concentration, and calculates the ascorbic acid concentration using these calculation formulas or calibration curves.

出力部21は、アスコルビン酸濃度の算出結果を、表示ユニット25との間に形成された通信リンクを通じて表示ユニット25へ送信する(ステップS04)。その後、制御部22は、測定エラーの有無を検知し(ステップS05)、エラーがなければ測定を終了し、
アスコルビン酸濃度を表示部に表示する。エラーがあればエラー表示をした後に、図3のフローによる処理を終了する。また、算出結果を演算部23に保存し、後から算出結果を呼び出して、表示部に表示し確認することも可能である。なお、ここでは、算出結果の表示ユニット25への送信(ステップS04)後に、制御部22による測定エラー検知(ステップS05)を行っているが、これらのステップの順番を入れ替えることも可能である。
The output unit 21 transmits the calculation result of the ascorbic acid concentration to the display unit 25 through the communication link formed with the display unit 25 (step S04). After that, the control unit 22 detects the presence or absence of a measurement error (step S05), and if there is no error, ends the measurement,
The ascorbic acid concentration is displayed on the display. If there is an error, the error is displayed, and then the process according to the flow of FIG. It is also possible to store the calculation result in the calculation unit 23, call the calculation result later, and display it on the display unit for confirmation. Although the measurement error detection (step S05) is performed by the control unit 22 after the calculation result is transmitted to the display unit 25 (step S04), the order of these steps can be changed.

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の態様には限定されない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following embodiments.

(1)バイオセンサの作製
バイオセンサは、図1に示すように、以下の手順で作製した。まず、図1(A)に示すように、アスコルビン酸センサの絶縁性基板11として、PET製基板(長さ50mm、幅6mm、厚み250μm)を準備し、その一方の表面に、スクリーン印刷により、リード部をそれぞれ有する作用極12および対極13からなるカーボン電極系を形成した。
(1) Preparation of biosensor As shown in FIG. 1, the biosensor was prepared by the following procedure. First, as shown in FIG. 1A, a PET substrate (length 50 mm, width 6 mm, thickness 250 μm) was prepared as the insulating substrate 11 of the ascorbic acid sensor, and one surface thereof was screen-printed to A carbon electrode system including a working electrode 12 and a counter electrode 13 each having a lead portion was formed.

次に、図1(B)に示すように、前記電極上に絶縁層14を形成した。まず、絶縁性樹脂ポリエステルを、75%(wt)となるように溶媒カルビトールアセテートに溶解させて絶縁性ペーストを調製し、これを前記電極上にスクリーン印刷した。印刷条件は、300メッシュスクリーン、スキージ圧40kgであり、印刷する量は、電極面積1cmあたり0.002mLとした。なお、検出部15上と、リード部12a、13a上には、スクリーン印刷を行わなかった。そして、155℃で20分間、加熱処理し、絶縁層14を形成した。 Next, as shown in FIG. 1B, an insulating layer 14 was formed on the electrodes. First, the insulating resin polyester was dissolved in a solvent carbitol acetate so as to be 75% (wt) to prepare an insulating paste, which was screen-printed on the electrode. The printing conditions were a 300 mesh screen and a squeegee pressure of 40 kg, and the printing amount was 0.002 mL per 1 cm 2 of the electrode area. Screen printing was not performed on the detection unit 15 and the lead units 12a and 13a. Then, heat treatment was performed at 155° C. for 20 minutes to form the insulating layer 14.

さらに、図1(C)に示すように、絶縁層14を形成しなかった検出部15に、ルテニウム化合物層16を形成した。まず、0.3%(wt)の合成スメクタイト(商品名「ルーセンタイトSWN」、コープケミカル社製)、6.0%(wt)のルテニウム化合物([Ru(NH36]Cl3、同仁化学研究所社製)、酢酸ナトリウム、およびコハク酸を含
むルテニウム化合物液(pH7.5)を調製した。1.0μLのルテニウム化合物液を、検出部15に分注した。なお、検出部15の表面積は約0.6cmであり、前記検出部15における電極12、13の表面積は約0.12cmであった。そして、これを、30℃で乾燥させて、ルテニウム化合物層16を形成した。
Further, as shown in FIG. 1C, a ruthenium compound layer 16 was formed on the detection portion 15 where the insulating layer 14 was not formed. First, synthetic smectite of 0.3% (wt) (trade name "LUCENTITE SWN" manufactured by Coop Chemical Co., Ltd.), ruthenium compound of 6.0% (wt) ([Ru (NH 3) 6] Cl 3, Dojin A ruthenium compound liquid (pH 7.5) containing sodium acetate and succinic acid was prepared. 1.0 μL of the ruthenium compound solution was dispensed to the detection unit 15. The surface area of the detection unit 15 was about 0.6 cm 2 , and the surface area of the electrodes 12 and 13 in the detection unit 15 was about 0.12 cm 2 . Then, this was dried at 30° C. to form the ruthenium compound layer 16.

図1(D)に示すように、開口部を有するスペーサー18を絶縁層14上に配置した。さらに、図1(E)に示すように、スペーサー18上に空気孔となる貫通孔20を有するカバー19を配置してバイオセンサを作製した。前記カバー19と絶縁層14とに挟まれたスペーサー18の開口部の空間が、キャピラリー構造となるため、これを試料供給部17とした。 As shown in FIG. 1D, a spacer 18 having an opening was arranged on the insulating layer 14. Further, as shown in FIG. 1(E), a cover 19 having a through hole 20 to be an air hole was arranged on the spacer 18 to manufacture a biosensor. Since the space of the opening of the spacer 18 sandwiched between the cover 19 and the insulating layer 14 has a capillary structure, this is used as the sample supply unit 17.

(2)目的成分の測定
次に、所定濃度(0、3、6、100、300、または600mg/dL)となるようにアスコルビン酸(ASA)を含む、ヘマトクリット(Ht)値42%のアスコルビン酸の全
血試料1を調製した。
(2) Measurement of target component Next, ascorbic acid having a hematocrit (Ht) value of 42%, containing ascorbic acid (ASA) so as to have a predetermined concentration (0, 3, 6, 100, 300, or 600 mg/dL) Sample 1 of whole blood was prepared.

そして、各アスコルビン酸試料を前記バイオセンサの試料供給部から供給して反応させたのち、200mVの電圧を10秒間印加し、電流値を計測した。また、電圧印加時を基準として、2、4、または8秒における電流値をサンプリングし、アスコルビン酸濃度とアスコルビン酸濃度0mg/dLの応答電流値に対する各濃度のバイアス(%)をプロットし、ア
スコルビン酸(ASA)濃度依存性を確認した。
Then, each ascorbic acid sample was supplied from the sample supply unit of the biosensor and reacted, then a voltage of 200 mV was applied for 10 seconds, and the current value was measured. The current value at 2, 4, or 8 seconds was sampled with the voltage applied as the reference, and the bias (%) of each concentration was plotted against the response current value of the ascorbic acid concentration and the ascorbic acid concentration of 0 mg/dL. The acid (ASA) concentration dependence was confirmed.

(3)結果「アスコルビン酸の応答特性」
図4にアスコルビン酸の電気化学測定における、電流と電圧印加時間の関係を示す。アスコルビン酸の濃度の増加に伴って、応答電流が増加した電流プロファイルが得られることが確認できた。また、図5のアスコルビン酸濃度とアスコルビン酸濃度0mg/dLの応答電流値に対する各濃度のバイアス(%)のプロットにおいては、各サンプリング時間において
、良好なアスコルビン酸濃度依存性が確認できた。なお、データは示していないが、グラフの縦軸を電流値にしても、同様の傾向が確認できている。上記アスコルビン酸の測定は、全血を用いているが、全血中には、尿酸、グルタチオン等の還元性物質が存在する。本発明では、上記還元性物質の存在化においても、アスコルビン酸の測定が、広い濃度域で出来ており、本測定条件において、測定の特異性があることが確認できている。
(3) Results “Response characteristics of ascorbic acid”
FIG. 4 shows the relationship between current and voltage application time in the electrochemical measurement of ascorbic acid. It was confirmed that a current profile with an increased response current was obtained as the concentration of ascorbic acid increased. Further, in the plot of the bias (%) of each concentration with respect to the response current value of the ascorbic acid concentration and the ascorbic acid concentration of 0 mg/dL in FIG. 5, good ascorbic acid concentration dependency was confirmed at each sampling time. Although no data is shown, the same tendency can be confirmed even when the vertical axis of the graph is the current value. Although whole blood is used for the measurement of ascorbic acid, reducing substances such as uric acid and glutathione are present in whole blood. In the present invention, even in the presence of the reducing substance, ascorbic acid can be measured in a wide concentration range, and it has been confirmed that the measurement has specificity under the present measurement conditions.

A・・・バイオセンサ
11・・・基板
12・・・作用極
12a・・・リード部
13・・・対極
13a・・・リード部
14・・・絶縁層
15・・・検出部
16・・・検知層
17・・・開口部
18・・・スペーサー
19・・・カバー
20・・・空気孔
B・・・測定装置
21・・・出力部
22・・・制御部
23・・・演算部
24・・・検出部
25・・・表示部ユニット
26・・・バッテリ
27・・・アスコルビン酸センサ
28・・・制御コンピュータ
29・・・ポテンショスタット
30・・・基板
31・・・電力供給装置
CR、W・・・端子
A... Biosensor 11... Substrate 12... Working electrode 12a... Lead portion 13... Counter electrode 13a... Lead portion 14... Insulating layer 15... Detection portion 16... Detecting layer 17... Opening 18... Spacer 19... Cover 20... Air hole B... Measuring device 21... Output unit 22... Control unit 23... Computing unit 24... ..Detection unit 25...display unit 26...battery 27...ascorbic acid sensor 28...control computer 29...potentistat 30...substrate 31...power supply device CR, W ...Terminals

Claims (3)

センサが有する電極に、還元された電子アクセプターを酸化する電圧を印加して応答電流を測定し、前記応答電流に基づいて試料に含まれるアスコルビン酸を定量する測定装置に用いる前記センサであって、
前記試料が供給される試料供給部と、
前記試料と接触するように前記試料供給部に配置され、前記アスコルビン酸から電子を授受して還元される前記電子アクセプターと、
前記アスコルビン酸によって還元された前記電子アクセプターと接触するように前記試料供給部に配置され、前記測定装置から印加される電圧で還元された前記電子アクセプターを酸化する前記電極を有し、
前記電子アクセプターは下記化学式に示すルテニウム(III)錯体であるセンサ。
[Ru(NH X] n+
ここで、Xは、NH 、ハロゲンイオン、CN、ピリジン、ニコチンアミド、ビピリジン又はH Oを示し、n+は、ルテニウム(III)錯体の価数を表す
The sensor has an electrode, a voltage used to oxidize a reduced electron acceptor is applied to measure a response current, and the sensor used in a measuring device for quantifying ascorbic acid contained in a sample based on the response current,
A sample supply unit to which the sample is supplied,
The electron acceptor, which is arranged in the sample supply unit so as to come into contact with the sample, exchanges electrons from the ascorbic acid to be reduced,
The electrode is arranged in the sample supply unit so as to be in contact with the electron acceptor reduced by the ascorbic acid, and has the electrode that oxidizes the electron acceptor reduced by a voltage applied from the measurement device,
The sensor in which the electron acceptor is a ruthenium (III) complex represented by the following chemical formula.
[Ru(NH 3 ) 5 X] n+
Here, X represents NH 3 , halogen ion, CN, pyridine, nicotinamide, bipyridine or H 2 O, and n+ represents the valence of the ruthenium (III) complex .
試料に含まれるアスコルビン酸濃度の測定方法であって、
前記試料にアスコルビン酸から電子を授受する電子アクセプターを接触させ、前記電子アクセプターを還元する工程と、
還元された前記電子アクセプターを酸化する電圧を印加して応答電流を測定し、前記応答電流に基づいて前記試料に含まれるアスコルビン酸濃度を定量する、
測定方法であって、
前記電子アクセプターは下記化学式に示すルテニウム(III)錯体である測定方法。
[Ru(NH X] n+
ここで、Xは、NH 、ハロゲンイオン、CN、ピリジン、ニコチンアミド、ビピリジン又はH Oを示し、n+は、ルテニウム(III)錯体の価数を表す
A method of measuring the concentration of ascorbic acid contained in a sample,
Contacting the sample with an electron acceptor that transfers and receives an electron from ascorbic acid, and reducing the electron acceptor;
A response current is measured by applying a voltage that oxidizes the reduced electron acceptor, and the ascorbic acid concentration contained in the sample is quantified based on the response current,
Measurement method,
The said electron acceptor is a measuring method which is a ruthenium (III) complex shown by the following chemical formula.
[Ru(NH 3 ) 5 X] n+
Here, X represents NH 3 , halogen ion, CN, pyridine, nicotinamide, bipyridine or H 2 O, and n+ represents the valence of the ruthenium (III) complex .
試料が供給される試料供給部と、
前記試料と接触するように前記試料供給部に配置され、前記アスコルビン酸から電子を授受して還元される電子アクセプターと、
前記アスコルビン酸によって還元された前記電子アクセプターと接触するように前記試料供給部に配置される電極を有するセンサと、
前記電極に前記電子アクセプターを酸化する電圧を印加して応答電流を測定し、前記応答電流に基づいて試料に含まれるアスコルビン酸を定量する手段と、
を有する測定装置であって、
前記電子アクセプターは下記化学式に示すルテニウム(III)錯体である測定装置。
[Ru(NH X] n+
ここで、Xは、NH 、ハロゲンイオン、CN、ピリジン、ニコチンアミド、ビピリジン又はH Oを示し、n+は、ルテニウム(III)錯体の価数を表す
A sample supply unit to which a sample is supplied,
An electron acceptor which is arranged in the sample supply unit so as to come into contact with the sample, and which transfers and receives an electron from the ascorbic acid to be reduced,
A sensor having an electrode arranged in the sample supply unit so as to come into contact with the electron acceptor reduced by the ascorbic acid;
A means for applying a voltage that oxidizes the electron acceptor to the electrode to measure a response current, and quantifying ascorbic acid contained in a sample based on the response current,
A measuring device having
The electron acceptor is a ruthenium (III) complex represented by the following chemical formula.
[Ru(NH 3 ) 5 X] n+
Here, X represents NH 3 , halogen ion, CN, pyridine, nicotinamide, bipyridine or H 2 O, and n+ represents the valence of the ruthenium (III) complex .
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