JP6823420B2 - Biosensor - Google Patents

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Description

本発明は、使い捨て型のバイオセンサに関する。 The present invention relates to a disposable biosensor.

従来における使い捨て型のバイオセンサは、基材上の電極系に酵素及びメディエータを含む試薬を塗布し、スペーサ及びカバーで液体試料を引き込むキャピラリを形成したものが使用されている(例えば、特許文献1)。バイオセンサに電圧を印加することで、メディエータによる拡散電流により、試料中の測定対象物質の濃度を測定することができる。 Conventional disposable biosensors are used in which a reagent containing an enzyme and a mediator is applied to an electrode system on a substrate, and a spacer and a cover form a capillary for drawing in a liquid sample (for example, Patent Document 1). ). By applying a voltage to the biosensor, the concentration of the substance to be measured in the sample can be measured by the diffusion current generated by the mediator.

特許第2901678号公報Japanese Patent No. 2901678

使い捨て型のバイオセンサ、例えばグルコースセンサは、キャピラリ内に引き込まれた検体(液体試料)が試薬を溶解させて拡散させ、酵素反応により生じた電流を応答電流として検出する。このため、グルコースセンサの感度が試薬中の物質の拡散状況の影響を受ける。センサ間で検体による試薬の拡散状況にばらつきが出ないように、キャピラリの寸法(特に高さ)及び容積が規定されている。 In a disposable biosensor, for example, a glucose sensor, a sample (liquid sample) drawn into a capillary dissolves and diffuses a reagent, and detects a current generated by an enzymatic reaction as a response current. Therefore, the sensitivity of the glucose sensor is affected by the diffusion status of the substance in the reagent. The size (particularly height) and volume of the capillary are specified so that the diffusion status of the reagent by the sample does not vary among the sensors.

しかし、キャピラリの形成には基板に積層するスペーサやカバーのような部品が必要であり、これらの部品の存在がバイオセンサの製造コストを高める要因となっている。また、キャピラリを有するバイオセンサでは、検体をキャピラリの吸引口に近づけて、検体をキャピラリ内に導入する。しかし、ユーザによるバイオセンサの扱い方によっては、適量の検体がキャピラリ内に導入されず、検体中の測定対象物質の濃度を適正に測定できない場合が起こり得る。 However, the formation of capillaries requires parts such as spacers and covers to be laminated on the substrate, and the presence of these parts is a factor that increases the manufacturing cost of the biosensor. Further, in a biosensor having a capillary, the sample is brought close to the suction port of the capillary and the sample is introduced into the capillary. However, depending on how the user handles the biosensor, an appropriate amount of the sample may not be introduced into the capillary, and the concentration of the substance to be measured in the sample may not be measured appropriately.

本発明は、製造コストの低減を図る一方で、測定時の操作を容易にし得るバイオセンサを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a biosensor capable of facilitating operation at the time of measurement while reducing the manufacturing cost.

本発明の一側面は、作用極を含む複数の電極と、前記作用極上に固定され、架橋剤,導電性高分子,及び前記作用極との間で電子授受を行う酵素とを含む検知層を含み、前記作用極上が開放系とされていることを特徴とするバイオセンサである。 One aspect of the present invention is a detection layer containing a plurality of electrodes including an working electrode and an enzyme fixed on the working electrode and transferring electrons between the cross-linking agent, the conductive polymer, and the working electrode. It is a biosensor including the above-mentioned working electrode, which is characterized in that it is an open system.

本発明に係るバイオセンサは、前記検知層の前記作用極との接触面積が所定面積で規定されている構成を採用するのが好ましい。 The biosensor according to the present invention preferably adopts a configuration in which the contact area of the detection layer with the working electrode is defined by a predetermined area.

本発明によれば、製造コストを低減できる一方で、測定時の操作が容易となるバイオセンサを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a biosensor that can be easily operated at the time of measurement while reducing the manufacturing cost.

図1は、実施形態に係るバイオセンサの構成例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a biosensor according to an embodiment. 図2は、測定装置の構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the measuring device. 図3は、測定装置における処理例を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing a processing example in the measuring device. 図4は、試験1の結果、クロノアンペロメトリー法を用いたグルコース濃度の測定結果に基づく検量線を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing a calibration curve based on the result of test 1 and the measurement result of glucose concentration using the chronoamperometry method. 図5は、試験2の結果、すなわち、クロノアンペロメトリー法によるグルコース濃度の測定結果に基づく検量線を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the result of Test 2, that is, the calibration curve based on the measurement result of glucose concentration by the chronoamperometry method. 図6は、実施例1のバイオセンサを用いたグルコース濃度の測定結果に基づくS/B(サンプル/ブランク)比を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the S / B (sample / blank) ratio based on the measurement result of the glucose concentration using the biosensor of Example 1. 図7は、比較例1のバイオセンサを用いたCV法及びCA法による測定結果に基づくS/B比を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the S / B ratio based on the measurement results by the CV method and the CA method using the biosensor of Comparative Example 1. 図8は、第2実施形態におけるバイオセンサの構成例を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of the biosensor according to the second embodiment.

以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る酵素電極について説明する。以下に説明する実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。 Hereinafter, the enzyme electrode according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The configurations of the embodiments described below are examples, and the present invention is not limited to the configurations of the embodiments.

〔第1実施形態〕
<バイオセンサの構成>
図1は、実施形態に係る使い捨て型のバイオセンサの構成例を模式的に示した図である。図1において、バイオセンサ1は、絶縁性基板2と、電極3,4と、絶縁層5と、試薬
層(以下、「検知層」という)6とを含む。バイオセンサ1は、スペーサやカバーにより形成されるキャピラリ(カバーがない場合もある)を有していない。すなわち、少なくとも作用極が開放系となっている。
[First Embodiment]
<Biosensor configuration>
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration example of a disposable biosensor according to an embodiment. In FIG. 1, the biosensor 1 includes an insulating substrate 2, electrodes 3 and 4, an insulating layer 5, and a reagent layer (hereinafter, referred to as “detection layer”) 6. The biosensor 1 does not have a capillary (sometimes without a cover) formed by a spacer or a cover. That is, at least the working electrode is an open system.

<<絶縁性基板>>
絶縁性基板2は、長さ方向と幅方向とを有する矩形の平板状に形成されている。絶縁性基板2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することができる。
<< Insulation Substrate >>
The insulating substrate 2 is formed in a rectangular flat plate shape having a length direction and a width direction. The insulating substrate 2 is a thermoplastic resin such as polyetherimide (PEI), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene (PE), a polyimide resin, various resins (plastics) such as epoxy resin, glass, ceramics, and paper. It can be formed of an insulating material such as.

<<電極>>
電極3,4は、絶縁性基板2の片面2aに形成されている。電極3は、一端部3aと他
端部3bとを有し、他端部3bは、絶縁性基板2の幅方向に延びており、作用極として使用される。一端部3aは、リード部(電極取り出し部)として使用される。電極4は、一端部4aと他端部4bとを有しており、他端部4bは、他端部3b(作用極)と所定の間隙が設けられた状態で絶縁性基板2の幅方向に延びており、対極として使用される。一端部4aも、リード部(電極取り出し部)として使用される。
<< Electrode >>
The electrodes 3 and 4 are formed on one side 2a of the insulating substrate 2. The electrode 3 has one end 3a and the other end 3b, and the other end 3b extends in the width direction of the insulating substrate 2 and is used as a working electrode. The one end portion 3a is used as a lead portion (electrode extraction portion). The electrode 4 has one end 4a and the other end 4b, and the other end 4b is provided with a predetermined gap from the other end 3b (working electrode) in the width direction of the insulating substrate 2. It extends to and is used as a counter electrode. One end portion 4a is also used as a lead portion (electrode extraction portion).

電極3,4のそれぞれは、例えば、金(Au),白金(Pt),銀(Ag),パラジウムのよ
うな金属材料、或いはカーボンのような炭素材料を用いて形成される。例えば、電極3,
4は、金属材料を物理蒸着(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、所望の厚さを有する金属層として形成することができる。或いは、電極3,4は、炭素材料を含むインクをスクリーン印刷で絶縁性基板2上に
印刷することで形成することもできる。或いは、電極3,4は、スクリーン印刷により製
膜した銀/塩化銀電極として形成することもできる。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(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を参照極とした3電極系を用いてもよい。
Each of the electrodes 3 and 4 is formed using, for example, a metal material such as gold (Au), platinum (Pt), silver (Ag), palladium, or a carbon material such as carbon. For example, electrode 3,
No. 4 can be formed as a metal layer having a desired thickness by forming a metal material by physical vapor deposition (PVD, for example, sputtering) or chemical vapor deposition (CVD). Alternatively, the electrodes 3 and 4 can be formed by printing an ink containing a carbon material on the insulating substrate 2 by screen printing. Alternatively, the electrodes 3 and 4 can be formed as silver / silver chloride electrodes formed by screen printing. In addition, a silver / silver chloride electrode, a carbon electrode formed by screen printing, or a three-electrode system using a metal electrode formed by physical vapor deposition (PVD, for example, sputtering) or chemical vapor deposition (CVD) as a reference electrode is used. May be good.

電極3,4をなす電極材料及び絶縁性基板2の材料は、公知のあらゆる材料を適用する
ことができる。電極3,4及び絶縁性基板2の大きさ、厚さは適宜設定可能である。絶縁
性基板2と電極3,4との組合せは「基材」と呼ばれることもある。なお、実施形態では
、作用極及び対極を有する2極の電極系を例示するが、さらに参照極を含む3極の電極系であっても良い。
Any known material can be applied to the electrode material forming the electrodes 3 and 4 and the material of the insulating substrate 2. The size and thickness of the electrodes 3 and 4 and the insulating substrate 2 can be appropriately set. The combination of the insulating substrate 2 and the electrodes 3 and 4 is sometimes called a "base material". In the embodiment, a two-pole electrode system having a working electrode and a counter electrode is illustrated, but a three-pole electrode system including a reference electrode may be used.

<<絶縁層>>
絶縁層5は、電極3,4の他端部3b,4bを露出させる開口部5aが形成される状態で、基材上に設けられている。また、電極3,4の一端部3a,4aも露出させるように設けられている。開口部5aにて露出した他端部3bが作用極として使用され、他端部4bが対極として使用される。以下、他端部3bを「作用極3b」と表記し、他端部4bを「対極4b」と表記する場合もある。
<< Insulation layer >>
The insulating layer 5 is provided on the base material in a state where an opening 5a for exposing the other ends 3b and 4b of the electrodes 3 and 4 is formed. Further, one ends 3a and 4a of the electrodes 3 and 4 are also provided so as to be exposed. The other end 3b exposed at the opening 5a is used as the working electrode, and the other end 4b is used as the counter electrode. Hereinafter, the other end portion 3b may be referred to as "acting pole 3b", and the other end portion 4b may be referred to as "counter electrode 4b".

絶縁層5は、例えば、レジストインクのスクリーン印刷により形成することもできる。或いは、開口部5aが形成された樹脂板を基材上に接着することで形成することもできる。なお、絶縁層5を設けない場合もあり得る。絶縁層5は、ノイズ電流の混入を抑止するためのものであり、絶縁層5によって形成される開口部5aの段差は、電極(作用極3b,対極4b)上に付着させる試料の分布(広がり)範囲を規定するものではない。このよ
うに、バイオセンサ1は、電極(作用極3b,対極4b)を覆うキャピラリ(カバー乃至
スペーサ)を有しないものである。
The insulating layer 5 can also be formed by, for example, screen printing of resist ink. Alternatively, it can also be formed by adhering a resin plate on which the opening 5a is formed onto a base material. In some cases, the insulating layer 5 may not be provided. The insulating layer 5 is for suppressing the mixing of noise current, and the step of the opening 5a formed by the insulating layer 5 is the distribution (spreading) of the sample adhered on the electrodes (working electrode 3b, counter electrode 4b). ) It does not specify the range. As described above, the biosensor 1 does not have a capillary (cover or spacer) that covers the electrodes (working electrode 3b, counter electrode 4b).

<<検知層>>
検知層6は、作用極3b(露出した他端部3b)上に固定される。検知層6は、作用極3bと接触する酵素と、導電性高分子と、架橋剤7と、を含んでおり、電子伝達メディエータを含んでいない。検知層6は、糖と導電性粒子との少なくとも一方を含んでいても良い。
<< Detection layer >>
The detection layer 6 is fixed on the working electrode 3b (exposed other end 3b). The detection layer 6 contains an enzyme that contacts the working electrode 3b, a conductive polymer, and a cross-linking agent 7, and does not contain an electron transfer mediator. The detection layer 6 may contain at least one of sugar and conductive particles.

実施形態に係るバイオセンサを用いて測定されるのは、測定対象物質の拡散に依存する電流ではなく、測定対象物質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である。これは、酵素と測定対象物質との反応によって、当該酵素から電極へ電子が移動することで生じる電流である。電荷移動律速電流は、時間に依存しない定常電流であり、好ましくは電気二重層の充電による過渡電流発生後の定常電流である。 What is measured using the biosensor according to the embodiment is not a current that depends on the diffusion of the substance to be measured, but a charge transfer rate-determining current based on the movement of electrons derived from the substance to be measured to the electrode. This is a current generated by the movement of electrons from the enzyme to the electrode due to the reaction between the enzyme and the substance to be measured. The charge transfer rate-determining current is a time-independent steady-state current, preferably a steady-state current after a transient current is generated by charging the electric double layer.

電荷移動律速電流を測定するため、作用極を“直接電子移動型の酵素電極”とする。ここで、“直接電子移動型の酵素電極”とは、試薬層で酵素反応により生じた電子が、電子伝達メディエータのような酸化還元物質が関与することなく直接に或いは導電性高分子を介して電極に伝達されることで、酵素と電極との間で直接電子移動の電子授受が行われるタイプの酵素電極である。 In order to measure the charge transfer rate-determining current, the working electrode is a "direct electron transfer type enzyme electrode". Here, the "direct electron transfer type enzyme electrode" means that electrons generated by an enzymatic reaction in the reagent layer are directly or via a conductive polymer without the involvement of a redox substance such as an electron transfer mediator. It is a type of enzyme electrode in which electron transfer is directly performed between the enzyme and the electrode by being transmitted to the electrode.

なお、電子伝達メディエータを用いる場合でも、電子伝達メディエータが固定化されており拡散しないような場合は電荷移動律速電流を測定することができる。 Even when the electron transfer mediator is used, the charge transfer rate-determining current can be measured when the electron transfer mediator is fixed and does not diffuse.

検知層6内において、酵素の分子は、架橋剤によって架橋され、さらに、導電性高分子によって複雑に絡み合った構造を有する。酵素反応により生じた電子は、直接的に、または、導電性を有する導電性高分子を伝って電極(作用極3b)に移動することができる。このように、実施形態に係るバイオセンサでは、検知層6における直接電子移動によって酵素と作用極3bとの間で電子授受が行われる。 In the detection layer 6, the enzyme molecules have a structure in which they are crosslinked by a cross-linking agent and further intricately entangled by a conductive polymer. The electrons generated by the enzymatic reaction can move directly or through the conductive polymer having conductivity to the electrode (working electrode 3b). As described above, in the biosensor according to the embodiment, electron transfer is performed between the enzyme and the working electrode 3b by direct electron transfer in the detection layer 6.

なお、生理学的反応系において直接電子移動が起こる限界距離は1−2nmと云われており、電極と酵素から構成される電気化学的な反応系における電子授受においてもこれより長い距離では、メディエータの移動(例えば拡散による移動)を伴わない限りは電極上での電子授受の検知が困難となる。よって、検知層6内では、酵素の活性部位(酵素反応
により電子を生じる部位)と、導電性高分子の導電性部位とが電子移動に好適な距離関係、すなわち、好適な電子移動が起こる程度に導電性部位が活性部位と近い状態となっている。
It is said that the limit distance at which electron transfer occurs directly in the physiological reaction system is 1-2 nm, and even in the electron transfer in the electrochemical reaction system composed of electrodes and enzymes, at a longer distance than this, the mediator Unless it is accompanied by movement (for example, movement by diffusion), it becomes difficult to detect electron transfer on the electrode. Therefore, in the detection layer 6, the active site of the enzyme (the site where electrons are generated by the enzyme reaction) and the conductive site of the conductive polymer have a suitable distance relationship for electron transfer, that is, the degree to which suitable electron transfer occurs. The conductive site is close to the active site.

(酵素)
酵素として、例えば、酸化還元酵素が適用される。酸化還元酵素は、例えば、グルコースオキシダーゼ(GOD)、ガラクトースオキシダーゼ、ビリルビンオキシダーゼ、ピルビン酸オキシダーゼ、D−又はL−アミノ酸オキシダーゼ、アミンオキシダーゼ、コレステロールオキシダーゼ、コリンオキシダーゼ、キサンチンオキシダーゼ、サルコシンオキシダーゼ、L−乳酸オキシダーゼ、アスコルビン酸オキシダーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼ、グルタミン酸デヒドロゲナーゼ、コレステロールデヒドロゲナーゼ、アルデヒドデヒドロゲナーゼ、グルコースデヒドロゲナーゼ(GDH)、フルクトースデヒドロゲナーゼ、ソルビトールデヒドロゲナーゼ、乳酸デヒドロゲナーゼ、リンゴ酸デヒドロゲナーゼ、グリセロールデヒドロゲナーゼ、17Bヒドロキシステロイドデヒドロゲナーゼ、エストラジオール17Bデヒドロゲナーゼ、アミノ酸デヒドロゲナーゼ、グリセルアルデヒド3−リン酸デヒドロゲナーゼ、3−ヒドロキシステロイドデヒドロゲナーゼ、ジアホラーゼ、チトクロムオキシドレダクターゼ、カタラーゼ、ペルオキシダーゼ、グルタチオンレダクターゼ等が挙げられる。中でも、糖類の酸化還元酵素であることが好ましく、糖類の酸化還元酵素の例としては、例えば、グルコースオキシダーゼ(GOD)、ガラクトースオキシダーゼ、グルコースデヒドロゲナーゼ(GDH)、フルクトースデヒドロゲナーゼ、ソルビトールデヒドロゲナーゼを挙げることができる。
(enzyme)
As the enzyme, for example, redox enzyme is applied. Oxidoreductases include, for example, glucose oxidase (GOD), galactose oxidase, birylbin oxidase, pyruvate oxidase, D- or L-amino acid oxidase, amine oxidase, cholesterol oxidase, choline oxidase, xanthine oxidase, sarcosin oxidase, L-lactic acid oxidase. , Ascorbic acid oxidase, alcohol dehydrogenase, glutamate dehydrogenase, cholesterol dehydrogenase, aldehyde dehydrogenase, glucose dehydrogenase (GDH), fructose dehydrogenase, sorbitol dehydrogenase, lactate dehydrogenase, malic acid dehydrogenase, glycerol dehydrogenase, 17B hydroxysteroid dehydrogenase, estradiol 17B dehydrogenase , Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase, 3-hydroxysteroid dehydrogenase, diaholase, titochrome oxidoreductase, catalase, peroxidase, glutathione reductase and the like. Among them, it is preferably a saccharide oxidoreductase, and examples of the saccharide oxidoreductase include glucose oxidase (GOD), galactose oxidase, glucose dehydrogenase (GDH), fructose dehydrogenase, and sorbitol dehydrogenase. ..

また、酸化還元酵素は、触媒サブユニット及び触媒ドメインとして、ピロロキノリンキノン(PQQ)、フラビンアデニンジヌクレオチド(FAD)のうち少なくとも一方を含むことができる。例えば、PQQを含む酸化還元酵素として、PQQグルコースデヒドロゲナーゼ(PQQGDH)が挙げられ、FADを含む酸化還元酵素として、FADを含んだαサブユニットを持つチトクロムグルコースデヒドロゲナーゼ(Cy-GDH)、グルコースオキシダーゼ(GOD)が挙
げられる。
In addition, the oxidoreductase can contain at least one of pyrroloquinoline quinone (PQQ) and flavin adenine dinucleotide (FAD) as a catalytic subunit and a catalytic domain. For example, PQQ glucose dehydrogenase (PQQGDH) is mentioned as an oxidoreductase containing PQQ, and titochrom glucose dehydrogenase (Cy-GDH) and glucose oxidase (GOD) having an α-subunit containing FAD are examples of oxidoreductase containing FAD. ).

また、酸化還元酵素は、電子伝達サブユニット若しくは、電子伝達ドメインを含むことができる。電子伝達サブユニットとしては、例えば、電子授受の機能を持つヘムを有するサブユニットが挙げられる。このヘムを有するサブユニットを含む酸化還元酵素としては、チトクロムを含むものが挙げられ、例えば、グルコースデヒドロゲナーゼや、PQQGDHとチトクロムとの融合蛋白質を適用することができる。 In addition, the oxidoreductase can include an electron transfer subunit or an electron transfer domain. Examples of the electron transfer subunit include a subunit having a heme having an electron transfer function. Examples of the oxidoreductase containing a subunit having this heme include those containing cytochrome, and for example, glucose dehydrogenase and a fusion protein of PQQGDH and cytochrome can be applied.

また、電子伝達ドメインを含む酵素としては、コレステロールオキシダーゼ、キノヘムエタノールデヒドロゲナーゼ(QHEDH (PQQ Ethanol dh)が挙げられる。さらに、電子伝達ドメインは、電子授受の機能を持つヘムを有するチトクロムを含むドメインを適用するのが好ましい。例えば、 "QHGDH" (fusion enzyme; GDH with heme domain of QHGDH))、ソルビトールデヒドロゲナーゼ(Sorbitol DH)、D-フルクトースデヒドロゲナーゼ(Fructose DH)、Agrobacterium tumefasience由来のグルコース-3-デヒドロゲナーゼ(Glucose-3-Dehydrogenase)(G3DH from Agrobacterium tumefasience)、セロビオースデヒドロゲナーゼが挙げられる。なお、上述したチトクロムを含むサブユニットの例示であるPQQGDHとチトクロムとの融合蛋白質、及びチトクロムを含むドメインの例示であるPQQGDHのチトクロムドメインは、例えば、国際公開WO2005/030807号公報に開示されている。 Examples of the enzyme containing an electron transfer domain include cholesterol oxidase and quinohem ethanol dehydrogenase (QHEDH (PQQ Ethanol dh). Further, the electron transfer domain includes a domain containing thitochrome having a heme having an electron transfer function. It is preferred to apply, for example, "QHGDH" (fusion enzyme; GDH with heme domain of QHGDH), sorbitol dehydrogenase (Sorbitol DH), D-fructose dehydrogenase (Fructose DH), glucose-3-dehydrogenase from Agrobacterium tumefasience ( Glucose-3-Dehydrogenase) (G3DH from Agrobacterium tumefasience), cellobiose dehydrogenase. The fusion protein of PQQGDH and cytochrome, which is an example of the above-mentioned subunit containing cytochrome, and the cytochrome domain of PQQGDH, which is an example of the domain containing cytochrome, are disclosed in, for example, WO 2005/030807. ..

また、酸化還元酵素は、少なくとも触媒サブユニットおよび電子受容体の機能を持つヘムを有するチトクロムを含むサブユニットから構成されているオリゴマー酵素を適用するのが好ましい。 Further, as the oxidoreductase, it is preferable to apply an oligomeric enzyme composed of at least a catalytic subunit and a subunit containing cytochrome having a heme having an electron acceptor function.

酵素として、電子伝達サブユニットを有しない酸化還元酵素を適用し得る。一例としては、チトクロムグルコースデヒドロゲナーゼ(Cy-GDH)が挙げられる。Cy−GDHは、電子伝達サブユニットβと、触媒サブユニットαと、触媒サブユニットγとを有する。検知層6に含まれる酵素として、電子伝達サブユニットβを有しない(触媒サブユニットα及びγを有する)Cy−GDHを適用し得る。 As the enzyme, an oxidoreductase having no electron transfer subunit can be applied. One example is cytochrome glucose dehydrogenase (Cy-GDH). Cy-GDH has an electron transfer subunit β, a catalyst subunit α, and a catalyst subunit γ. As the enzyme contained in the detection layer 6, Cy-GDH having no electron transfer subunit β (having catalytic subunits α and γ) can be applied.

電子伝達サブユニットβを有しないCy−GDHは、電子伝達サブユニットβ,触媒サブユニットα及び触媒サブユニットγを有するCy−GDHよりも安価に入手することができる。よって、電子伝達サブユニットβを有しないCy−GDHが酵素として適用されることで、酵素電極の製造コストを抑えることができる。 Cy-GDH having no electron transfer subunit β can be obtained at a lower cost than Cy-GDH having an electron transfer subunit β, a catalyst subunit α and a catalyst subunit γ. Therefore, by applying Cy-GDH having no electron transfer subunit β as an enzyme, the manufacturing cost of the enzyme electrode can be suppressed.

また、電子伝達サブユニットβを有しないCy−GDHは、電子伝達サブユニットβ,触媒サブユニットα及び触媒サブユニットγを有するCy−GDHよりも物質としての安定性が高い。このことは、電子伝達サブユニットβを有しないCy−GDHが適用された酵素電極(バイオセンサ)は、電子伝達サブユニットβ,触媒サブユニットα及び触媒サブユニットγを有するCy−GDHが適用された酵素電極(バイオセンサ)よりも長期保存が利くことを意味する。従って、製品寿命の長い、電荷移動律速測定型の酵素電極(バイオセンサ)を得ることができる。 Further, Cy-GDH having no electron transfer subunit β has higher stability as a substance than Cy-GDH having an electron transfer subunit β, a catalyst subunit α and a catalyst subunit γ. This means that the enzyme electrode (biosensor) to which Cy-GDH having no electron transfer subunit β is applied has Cy-GDH having electron transfer subunit β, catalyst subunit α and catalyst subunit γ applied. It means that it can be stored for a longer period of time than an enzyme electrode (biosensor). Therefore, a charge transfer rate-determining measurement type enzyme electrode (biosensor) having a long product life can be obtained.

(導電性高分子)
導電性高分子としては、ポリピロール、ポリアニリン、ポリスチレンスルホネート、ポリチオフェン、ポリイソチアナフテン、ポリエチレンジオキシチオフェン(ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)ポリ(スチレンスルホネート))、又はこれらの組み合わせ等が挙げられる。これらの市販品として、例えば、ポリピロールとして、例えば、「SSPY」(3−メチル−4−ピロールカルボン酸エチル)(化研産業株式会社製)等がある。また、ポリアニリンとして、例えば「AquaPASS 01−x」(ティーエー
ケミカル社製)等がある。また、ポリスチレンスルホネートとして、例えば「ポリナス」(東ソー有機化学株式会社製)等がある。ポリチオフェンとして、例えば「エスペイサー100」(ティーエーケミカル社製)等がある。ポリイソチアナフテンとして、例えば「エスペイサー300」(ティーエーケミカル社製)等がある。ポリエチレンジオキシチオフェン(ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)ポリ(スチレンスルホネート))として、例えば、「PEDOT−PSS」(Polyscience Inc.,)等が
ある。
(Conductive polymer)
Examples of the conductive polymer include polypyrrole, polyaniline, polystyrene sulfonate, polythiophene, polyisothianaphene, polyethylenedioxythiophene (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrene sulfonate)), or a combination thereof. Can be mentioned. Examples of these commercially available products include, for example, polypyrrole, "SSPY" (ethyl 3-methyl-4-pyrrole carboxylate) (manufactured by Kaken Sangyo Co., Ltd.) and the like. Further, as the polyaniline, for example, "AquaPASS 01-x" (manufactured by TA Chemical Co., Ltd.) and the like. Further, as polystyrene sulfonate, for example, "Polynas" (manufactured by Tosoh Organic Chemical Co., Ltd.) and the like are available. Examples of polythiophene include "Espacer 100" (manufactured by TA Chemical Co., Ltd.). Examples of polyisotianaphthenic acid include "Espacer 300" (manufactured by TA Chemical Co., Ltd.). Examples of polyethylene dioxythiophene (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrene sulfonate)) include "PEDOT-PSS" (Polyscience Inc.,) and the like.

また、様々な属性(例えば、水溶性)を有する導電性高分子を適用することができる。導電性高分子の官能基は、水酸基又はスルホ基を有することが好ましい。 Further, a conductive polymer having various attributes (for example, water solubility) can be applied. The functional group of the conductive polymer preferably has a hydroxyl group or a sulfo group.

(糖)
検知層6は、酵素と架橋剤と導電性高分子に加えて糖を含むことができる。糖は酵素の基質とならない糖であり、糖の構成糖の数は、例えば、1〜6であり、好ましくは2〜6である。これらはD体、L体のいずれであってもよく、またその混合物であっても良く、1種単独で又は2種以上を適宜組み合わせて使用することができる。ただし、グルコースなどの糖を測定対象とするときは、糖として、測定対象の糖とは異なる糖であって、酵素の基質とならない糖を用いる。
(sugar)
The detection layer 6 can contain sugar in addition to the enzyme, the cross-linking agent, and the conductive polymer. The sugar is a sugar that does not serve as a substrate for the enzyme, and the number of constituent sugars of the sugar is, for example, 1 to 6, preferably 2 to 6. These may be either D-form or L-form, or may be a mixture thereof, and one kind alone or two or more kinds may be used in combination as appropriate. However, when a sugar such as glucose is used as the measurement target, a sugar different from the sugar to be measured and which does not serve as a substrate for the enzyme is used as the sugar.

二糖類としては、キシロビオース、アガロビオース、カラビオース、マルトース、イソマルトース、ソホロース、セロビオース、トレハロース、ネオトレハロース、イソトレハロース、イヌロビオース、ビシアノース、イソプリメベロース、サンブビオース、プリメベロース、ソラビオース、メリビオース、ラクトース、リコビオース、エピセロビオース、スクロース、ツラノース、マルツロース、ラクツロース、エピゲンチビオース、ロビノ
ビオース、シラノビオース、ルチノース等が挙げられる。三糖類としては、グルコシルトレハロース、セロトリオース、カコトリオース、ゲンチアノース、イソマルトトリオース、イソパノース、マルトトリオース、マンニノトリオース、メレンジトース、パノース、プランテオース、ラフィノース、ソラトリオース、ウンベリフェロースなどが挙げられる。
Disaccharides include xylobiose, agarobiose, carabiose, maltose, isomaltose, sophorose, cellobiose, trehalose, neotrehalose, isotorehalose, inulobiose, bicianose, isoprimeberos, sambubios, primeberos, sorabios, melibioce, Examples thereof include cellobiose, sucrose, trehalose, maltose, lactose, epigentibiose, robinobiose, silanobiose, and rutinose. Examples of trisaccharides include glucosyltrehalose, cellotriose, cacotriose, gentianose, isomalttriose, isopanose, maltotriose, manninotriose, merenjitos, panose, planteose, raffinose, soratorioce, and umbelliferose.

四糖類としては、マルトシルトレハロース、マルトテトラオース、スタキオースなどが挙げられる。五糖類としては、マルトトリオシルトレハロース、マルトペンタオース、ベルバスコースなどが挙げられる。六糖類としてはマルトヘキサオースなどが挙げられる。 Examples of the tetrasaccharide include maltosyltrehalose, maltotetraose, stachyose and the like. Examples of pentasaccharides include maltotriosyltrehalose, maltopentaose, and velva course. Examples of the hexasaccharide include maltohexaose and the like.

(架橋剤)
架橋剤の種類として、具体的には、アルデヒド基含有化合物として、グルタルアルデヒド、ホルムアルデヒド、マロンアルデヒド、テレフタルアルデヒド、イソブチルアルデヒド、バレルアルデヒド、イソバレルアルデヒド、シンナムアルデヒド、ニコチアルデヒド、グリセルアルデヒド、グリコアルデヒド、スクシンアルデヒド、アジプアルデヒド、イソフタルアルデヒド、テレフタルアルデヒドなどが挙げられる。カルボジイミド基含有化合物として、ヘキサメチレンジイソシアネート、水添キシリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、1,12−ジイソシアネートドデカン、ノルボルナンジイソシアネート、2,4−ビス−(8−イソシアネートオクチル)−1,3−ジオクチルシクロブタン、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートなどが挙げられる。またカルボジイミド基含有化合物はカルボジライトV−02、カルボジライトV−02−L2、カルボジライトV−04、カルボジライトV−06、カルボジライトE−02、カルボジライトV−01、カルボジライトV−03、カルボジライトV−05、カルボジライトV−07、カルボジライトV−09(何れも商品名、日清紡績株式会社製)などとして市販されている。
(Crosslinking agent)
As a type of cross-linking agent, specifically, as an aldehyde group-containing compound, glutaaldehyde, formaldehyde, malonaldehyde, terephthalaldehyde, isobutylaldehyde, barrelaldehyde, isobarrelaldehyde, cinnamaldehyde, nicotyaldehyde, glyceraldehyde, glycoaldehyde. , Succin aldehyde, adipaldehyde, isophthalaldehyde, terephthalaldehyde and the like. As carbodiimide group-containing compounds, hexamethylene diisocyanate, hydrogenated xylylene diisocyanate, xylylene diisocyanate, 2,2,4-trimethylhexamethylene diisocyanate, 1,12-diisocyanate dodecane, norbornan diisocyanate, 2,4-bis- (8-). Isocyanate octyl) -1,3-dioctylcyclobutane, 4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate, tetramethylxylylene diisocyanate, isophorone diisocyanate and the like can be mentioned. The carbodiimide group-containing compounds are carbodilite V-02, carbodilite V-02-L2, carbodilite V-04, carbodilite V-06, carbodilite E-02, carbodilite V-01, carbodilite V-03, carbodilite V-05, and carbodilite V. It is commercially available as -07, Carbodilite V-09 (both trade names, manufactured by Nisshinbo Holdings, Inc.) and the like.

マレイミド基含有化合物として、m−マレイミドベンゾイル−N−ヒドロキシスクシンイミドエステル、スルホスクシンイミジル4−(p−マレイミドフェニル)ブチレート、m−マレイミドベンゾイルスルホスクシンイミドエステル、N−γ−マレイミドブチリルオキシスクシンイミドエステル、スクシンイミジル4−(N−マレイミドメチル)シクロヘキサン1−カルボキシレート、N−スクシニミジル−2−マレイミド酢酸、N−スクシニジル−4−マレイミド酪酸、N−スクシニジル−6−マレイミドヘキサン酸、N-スク
シニジル−4−マレイミドメチルシクロヘキサン−1−カルボン酸、N−スルホスクシニジル−4−マレイミドメチルシクロヘキサン−1−カルボン酸、N−スクシニジル−4−マレイミドメチル安息香酸、N−スクシニジル−3−マレイミド安息香酸、N-スクシニ
ジル−4−マレイミドフェニル−4−酪酸、N−スルホスクシニジル−4−マレイミドフェニル−4−酪酸、N,N’−オキシジメチレン−ジマレイミド、N,N’−o−フェニレン-ジマレイミド、N,N’−m−フェニレン−ジマレイミド、N,N’−p−フェニレン-ジマレイミド、N,N’−ヘキサメチレン−ジマレイミド、N−スクシニジルマレイミド
カルボン酸などが挙げられる。また、サンフェルBM−G(三新化学工業株式会社製)などの市販品も挙げられる。
Maleimide group-containing compounds include m-maleimidebenzoyl-N-hydroxysuccinimide ester, sulfosuccinimidyl 4- (p-maleimidephenyl) butyrate, m-maleimidebenzoylsulfosuccinimide ester, N-γ-maleimidebutyryloxysuccinimide ester. , Succinimidyl 4- (N-maleimidemethyl) cyclohexane1-carboxylate, N-succinimidyl-2-maleimideacetic acid, N-succinidyl-4-maleimidebutyric acid, N-succinidyl-6-maleimidehexanoic acid, N-succinidyl-4- Maleimidemethylcyclohexane-1-carboxylic acid, N-sulfosuccinidyl-4-maleimidemethylcyclohexane-1-carboxylic acid, N-succinidyl-4-maleimidemethylbenzoic acid, N-succinidyl-3-maleimidebenzoic acid, N- Scusinidyl-4-maleimidephenyl-4-butyric acid, N-sulfosuccinidyl-4-maleimidephenyl-4-butyric acid, N, N'-oxydimethylene-dimaleimide, N, N'-o-phenylene-dimaleimide, N , N'-m-phenylene-dimaleimide, N, N'-p-phenylene-dimaleimide, N, N'-hexamethylene-dimaleimide, N-succinidylmaleimidecarboxylic acid and the like. In addition, commercial products such as Sanfel BM-G (manufactured by Sanshin Chemical Industry Co., Ltd.) can also be mentioned.

オキサゾリン基含有化合物として、2,2’−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−メチレン− ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−エチレン−ビス−(2−オキサ
ゾリン)、2,2’−トリメチレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−テトラメチレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−ヘキサメチレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−オクタメチレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−エチレン−ビス−(4,4’−ジメチル−2−オキサゾリン)、2,2’−p−フェニレン−ビス−(2−オキサゾリン)、2,2’−m−フェニレン−ビス−(2−オキサゾリン)、
2,2’−m−フェニレン−ビス−(4,4’−ジメチル−2−オキサゾリン)、ビス
−(2−オキサゾリニルシクロヘキサン)スルフィド、ビス−(2−オキサゾリニルノルボルナン)スルフィドなどのオキサゾリン化合物が挙げられる。
As the oxazoline group-containing compound, 2,2'-bis- (2-oxazoline), 2,2'-methylene-bis- (2-oxazoline), 2,2'-ethylene-bis- (2-oxazoline), 2 , 2'-Trimethylene-bis- (2-oxazoline), 2,2'-tetramethylene-bis- (2-oxazoline), 2,2'-hexamethylene-bis- (2-oxazoline), 2,2' -Octamethylene-bis- (2-oxazoline), 2,2'-ethylene-bis- (4,4'-dimethyl-2-oxazoline), 2,2'-p-phenylene-bis- (2-oxazoline) , 2,2'-m-phenylene-bis- (2-oxazoline),
Oxazolines such as 2,2'-m-phenylene-bis- (4,4'-dimethyl-2-oxazoline), bis- (2-oxazolinylcyclohexane) sulfide, bis- (2-oxazolinyl norbornane) sulfide Examples include compounds.

また、付加重合性オキサゾリン化合物として2−ビニル−2−オキサゾリン、2−ビニル−4−メチル−2−オキサゾリン、2−ビニル−5−メチル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−4−メチル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−5−エチル−2−オキサゾリンなどが挙げられ、これらの1種もしくは2種以上の化合物を重合または共重合したものを使用可能である。 As addition-polymerizable oxazoline compounds, 2-vinyl-2-oxazoline, 2-vinyl-4-methyl-2-oxazoline, 2-vinyl-5-methyl-2-oxazoline, 2-isopropenyl-2-oxazoline, 2 -Isopropenyl-4-methyl-2-oxazoline, 2-isopropenyl-5-ethyl-2-oxazoline and the like can be mentioned, and one or more of these compounds can be polymerized or copolymerized. is there.

また、オキサゾリン基含有化合物は、エポクロスWS−500、エポクロスWS−700、エポクロスK−1010E、エポクロスK−1020E、エポクロスK−1030E、エポクロスK−2010E、エポクロスK−2020E、エポクロスK−2030E、エポクロスRPS−1005、エポクロスRAS−1005 (いずれも株式会社日本触媒社製)、NKリンカーFX(新中村化学工業株式会社製)などとして市販されている。 The oxazoline group-containing compounds are Epocross WS-500, Epocross WS-700, Epocross K-1010E, Epocross K-1020E, Epocross K-1030E, Epocross K-2010E, Epocross K-2020E, Epocross K-2030E, Epocross RPS. It is commercially available as -1005, Epocross RAS-1005 (all manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.), NK Linker FX (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Industry Co., Ltd.), and the like.

エポキシ基含有化合物として、具体的には、ソルビトールポリグリシジルエーテル、ポリグリセロールポリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、グリセロールポリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、などが挙げられ、これらの化合物を2種以上併用して用いることもできる。またエポキシ基含有化合物は、デナコールEX−611、デナコールEX−612、デナコールEX−614、デナコールEX−614B、デナコールEX−512、デナコールEX−521、デナコールEX−421、デナコールEX−313、デナコールEX−314、デナコールEX−321、デナコールEX−810、デナコールEX−811、デナコールEX−850、デナコールEX−851、デナコールEX−821、デナコールEX−830、デナコールEX−832、デナコールEX−841、デナコールEX−861、デナコールEX−911、デナコールEX−941、デナコールEX−920、デナコールEX−145、デナコールEX−171(いずれも商品名、ナガセケムテックス株式会社製)、SR−PG、SR−2EG、SR−8EG、SR−8EGS、SR−GLG、SR−DGE、SR−4GL、SR−4GLS、SR−SEP(いずれも商品名、阪本薬品工業株式会社製)、エポライト200E、エポライト400E、エポライト400P(いずれも共栄社化学株式会社製)、などとして市販されている。 Specific examples of the epoxy group-containing compound include sorbitol polyglycidyl ether, polyglycerol polyglycidyl ether, diglycerol polyglycidyl ether, glycerol polyglycidyl ether, trimethylolpropane polyglycidyl ether, ethylene glycol diglycidyl ether, and polyethylene glycol diglycidyl. Examples thereof include ether, propylene glycol diglycidyl ether, polypropylene glycol diglycidyl ether, and the like, and two or more of these compounds can be used in combination. The epoxy group-containing compounds include Denacol EX-611, Denacol EX-612, Denacol EX-614, Denacol EX-614B, Denacol EX-512, Denacol EX-521, Denacol EX-421, Denacol EX-313, and Denacol EX-. 314, Denacol EX-321, Denacol EX-810, Denacol EX-811, Denacol EX-850, Denacol EX-851, Denacol EX-821, Denacol EX-830, Denacol EX-832, Denacol EX-841, Denacol EX- 861, Denacol EX-911, Denacol EX-941, Denacol EX-920, Denacol EX-145, Denacol EX-171 (trade name, manufactured by Nagase ChemteX Corporation), SR-PG, SR-2EG, SR- 8EG, SR-8EGS, SR-GLG, SR-DGE, SR-4GL, SR-4GLS, SR-SEP (trade name, manufactured by Sakamoto Pharmaceutical Co., Ltd.), Epolite 200E, Epolite 400E, Epolite 400P (all) It is commercially available as Kyoeisha Chemical Co., Ltd.).

架橋剤の種類は、上記化合物、市販品に限定されず、アルデヒド基、マレイミド基、カルボジイミド基、オキサゾリン基、エポキシ基の少なくとも1つの官能基を含む化合物であってもよい。また架橋剤の形態も限定されず、モノマー、ポリマーの何れの形態であっても良い。 The type of the cross-linking agent is not limited to the above compounds and commercially available products, and may be a compound containing at least one functional group of an aldehyde group, a maleimide group, a carbodiimide group, an oxazoline group and an epoxy group. Further, the form of the cross-linking agent is not limited, and may be any form of a monomer and a polymer.

(導電性粒子)
検知層6は、さらに導電性粒子を含むことができる。導電性粒子は、金、白金、銀、パラジウムのような金属製粒子、或いは、炭素を材料とした高次構造体を適用することができる。高次構造体は、例えば、導電性カーボンブラック,ケッチェンブラック(登録商標)、カーボンナノチューブ(CNT)、フラーレンから選択される微粒子(炭素微粒子)の1種以上を含有することができる。
(Conductive particles)
The detection layer 6 can further contain conductive particles. As the conductive particles, metal particles such as gold, platinum, silver and palladium, or higher-order structures made of carbon can be applied. The higher-order structure can contain, for example, one or more fine particles (carbon fine particles) selected from conductive carbon black, Ketjen black (registered trademark), carbon nanotubes (CNT), and fullerenes.

なお、検知層6の表面は、セルロースアセテートのような外層膜によって被覆されてもよい。外層膜の原料としては、その他、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、ポリプロピレン、ポリエーテルエーテルケトン等
が挙げられる。
The surface of the detection layer 6 may be covered with an outer layer film such as cellulose acetate. Examples of the raw material of the outer layer film include polyurethane, polycarbonate, polymethylmethacrylate, butylmethacrylate, polypropylene, polyetheretherketone and the like.

(バイオセンサの製造方法)
上記したバイオセンサ1は、例えば、以下のようにして作製(製造)される。すなわち、絶縁性基板2の片面2aに、電極3,4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2の片面2aに、金属材料を物理蒸着(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。これによって、所望の厚さ(例えば30nm程度)を有する金属層(電極3,4)
が形成される。金属層の代わりに、炭素材料を例えばスクリーン印刷することで、電極3,4を形成することもできる。
(Manufacturing method of biosensor)
The biosensor 1 described above is manufactured (manufactured) as follows, for example. That is, a metal layer that functions as electrodes 3 and 4 is formed on one side 2a of the insulating substrate 2. For example, a metal material is deposited on one side 2a of a film-like insulating substrate 2 having a predetermined thickness (for example, about 100 μm) by physical vapor deposition (PVD, for example, sputtering) or chemical vapor deposition (CVD). As a result, the metal layer (electrodes 3 and 4) having a desired thickness (for example, about 30 nm)
Is formed. Electrodes 3 and 4 can also be formed by, for example, screen printing a carbon material instead of the metal layer.

次に、電極3,4が形成された片面2aに対し、レジストインクのスクリーン印刷によ
り、所定の露出パターンを有する(開口部5aを有する)絶縁層5が形成される。
Next, the insulating layer 5 having a predetermined exposure pattern (having an opening 5a) is formed by screen printing the resist ink on the single surface 2a on which the electrodes 3 and 4 are formed.

次に、作用極3b上に検知層6が形成される。例えば、酵素、導電性高分子、架橋剤を少なくとも含有する溶液(試薬)が調製される。試薬に糖を加える場合には、糖の濃度は0.1〜2重量%が好ましく、0.2〜2重量%がより好ましい。溶液(試薬)は、作用極3bの表面に滴下される。溶液(試薬)が作用極3b上で乾燥により固化することで、作用極3b上に検知層6が形成される。このようにして、作用極3b上が開放系とされたバイオセンサ1を得ることができる。 Next, the detection layer 6 is formed on the working electrode 3b. For example, a solution (reagent) containing at least an enzyme, a conductive polymer, and a cross-linking agent is prepared. When sugar is added to the reagent, the sugar concentration is preferably 0.1 to 2% by weight, more preferably 0.2 to 2% by weight. The solution (reagent) is dropped on the surface of the working electrode 3b. When the solution (reagent) is solidified by drying on the working electrode 3b, the detection layer 6 is formed on the working electrode 3b. In this way, a biosensor 1 having an open system on the working electrode 3b can be obtained.

実施形態に係るバイオセンサ1を用いることにより、試料(検体)中に含まれる測定対象物質の濃度を電荷移動律速電流に基づいて測定することができる。ここで、測定対象物質としては、バイオセンサ1を用いた測定方法によって測定可能な物質であれば特に制限されないが、生体由来の物質であって疾患や健康状態の指標となりうる物質であることが好ましい。物質として、例えば、グルコースやコレステロールなどを例示することができる。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。もっとも、生体試料が好ましい。生体試料は、例えば、血液、尿などである。 By using the biosensor 1 according to the embodiment, the concentration of the substance to be measured contained in the sample (sample) can be measured based on the charge transfer rate-determining current. Here, the substance to be measured is not particularly limited as long as it is a substance that can be measured by the measurement method using the biosensor 1, but it may be a substance derived from a living body and can be an index of a disease or a health condition. preferable. Examples of the substance include glucose and cholesterol. The sample is not particularly limited as long as it contains the substance to be measured. However, biological samples are preferable. The biological sample is, for example, blood, urine, or the like.

(測定装置)
次に、実施形態に係るバイオセンサ1を用いて物質の濃度を測定する測定装置について説明する。ここでは、バイオセンサ1の一例であるグルコースセンサを使用したグルコース測定装置について例示する。但し、測定装置は、グルコース測定装置に限定されず、バイオセンサ1の測定対象物質によって測定装置の用途は変わる。
(measuring device)
Next, a measuring device for measuring the concentration of a substance using the biosensor 1 according to the embodiment will be described. Here, a glucose measuring device using a glucose sensor, which is an example of the biosensor 1, will be illustrated. However, the measuring device is not limited to the glucose measuring device, and the application of the measuring device varies depending on the substance to be measured by the biosensor 1.

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18,ポテンショスタット19,電力供給装置11が、筐体内に収容された基板20上に設けられている。制御コンピュータ18は、ハードウェア的には、CPU(Central Processing Unit: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),及びROM(Read Only Memory))のような記録媒体と、通信ユニットとを含んでいる。
FIG. 2 shows a configuration example of a main electronic component housed in the measuring device B. The control computer 18, the potentiostat 19, and the power supply device 11 are provided on the substrate 20 housed in the housing. In terms of hardware, the control computer 18 includes a processor such as a CPU (Central Processing Unit) and a memory (RAM (Random Access).
It includes a recording medium such as Memory) and ROM (Read Only Memory), and a communication unit.

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、制御コンピュータ18は、出力部10、制御部12、演算部13及び検出部14を備えた装置として機能する。なお、制御コンピュータ18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、プログラムやデータを記憶する補助記憶装置を含んでいても良い。 When the processor loads the program stored in the recording medium (for example, ROM) into the RAM and executes the program, the control computer 18 functions as a device including an output unit 10, a control unit 12, a calculation unit 13, and a detection unit 14. To do. The control computer 18 may include an auxiliary storage device for storing programs and data, such as a semiconductor memory (EEPROM, flash memory) or a hard disk.

制御部12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11は、バッテリ16を有しており、制御コンピュータ18やポテンショスタット19に動作
用の電力を供給する。なお、電力供給装置11は、筐体の外部に置くこともできる。
The control unit 12 controls the timing of voltage application, the applied voltage value, and the like. The power supply device 11 has a battery 16 and supplies electric power for operation to the control computer 18 and the potentiometer 19. The power supply device 11 can also be placed outside the housing.

ポテンショスタット19は、作用極の電位を参照極に対して一定にする装置であり、制御部12によって制御される。ポテンショスタット19は、端子CR,Wを用いて、グルコースセンサ17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14に送る。 The potentiostat 19 is a device that makes the potential of the working electrode constant with respect to the reference electrode, and is controlled by the control unit 12. The potentiostat 19 applies a predetermined voltage between the counter electrode and the working electrode of the glucose sensor 17 using the terminals CR and W, measures the response current of the working electrode obtained at the terminal W, and measures the response current. The result is sent to the detection unit 14.

演算部13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10は、表示ユニット15との間でデータ通信を行い、演算部13による測定対象物質の濃度の演算結果を表示ユニット15に送信する。表示ユニット15は、例えば、測定装置Bから受信されたグルコース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 calculation unit 13 calculates the concentration of the substance to be measured from the detected current value and stores it. The output unit 10 performs data communication with the display unit 15 and transmits the calculation result of the concentration of the substance to be measured by the calculation unit 13 to the display unit 15. The display unit 15 can display, for example, the calculation result of the glucose 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18によるグルコース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18のCPU(制御部12)は、グルコース濃度測定の開始指示を受け付ける。すると、制御部12は、ポテンショスタット19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 glucose concentration measurement processing by the control computer 18. The CPU (control unit 12) of the control computer 18 receives an instruction to start measuring the glucose concentration. Then, the control unit 12 controls the potentiostat 19 to apply a predetermined voltage to the working electrode, and starts measuring the response current from the working electrode (step S01). The detection of the attachment of the sensor to the measuring device may be used as a concentration measurement start instruction.

次に、ポテンショスタット19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(ここではグルコース)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、好ましくは、電気二重層の充電による過渡電流発生後、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14へ送る(ステップS02)。 Next, the potentiostat 19 has 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 (here, glucose) in the sample to the electrode, preferably an electric double layer. After the transient current is generated by charging the multiple layers, for example, the steady current 1 to 20 seconds after the voltage is applied is measured and sent to the detection unit 14 (step S02).

演算部13は、電流値に基づいて演算処理を行い、グルコース濃度を算出する(ステップS03)。例えば、制御コンピュータ18の演算部13は、例えば、電極上に配置されたグルコースデヒドロゲナーゼに対応する、グルコース濃度の計算式またはグルコース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グルコース濃度を算出する。 The calculation unit 13 performs calculation processing based on the current value to calculate the glucose concentration (step S03). For example, the calculation unit 13 of the control computer 18 holds in advance the glucose concentration calculation formula or the glucose concentration calibration curve data corresponding to the glucose dehydrogenase arranged on the electrode, and these calculation formulas or calibrations are performed. Calculate the glucose concentration using the line.

出力部10は、グルコース濃度の算出結果を、表示ユニット15との間に形成された通信リンクを通じて表示ユニット15へ送信する(ステップS04)。その後、制御部12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、グルコース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、算出結果を記憶媒体に保存し、後から算出結果を呼び出して、表示ユニット15に表示し確認することも可能である。なお、図3の例では、算出結果の表示ユニット15への送信(ステップS04)後に、制御部12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 10 transmits the calculation result of the glucose concentration to the display unit 15 through a communication link formed between the output unit 10 and the display unit 15 (step S04). After that, the control unit 12 detects the presence or absence of a measurement error (step S05), ends the measurement if there is no error, and displays the glucose concentration on the display unit. If there is an error, an error is displayed and then the process according to the flow shown in FIG. 3 is terminated. It is also possible to save the calculation result in the storage medium, recall the calculation result later, display it on the display unit 15, and confirm it. In the example of FIG. 3, the measurement error detection (step S05) is performed by the control unit 12 after the calculation result is transmitted to the display unit 15 (step S04), but the order of these steps can be changed. Is.

[実施例]
以下、酵素電極の実施例について説明する。
[Example]
Hereinafter, examples of the enzyme electrode will be described.

<試験1>
スペーサ厚の異なるキャピラリを有する複数のバイオセンサを作製し、グルコースの測定を行った。
(バイオセンサの作製)
絶縁性基板上の片面上に、カーボンインクを用いたスクリーン印刷により、作用極及び対極を形成し、銀/塩化銀(Ag/AgCl)のスクリーン印刷により参照極を形成することで
3電極からなる電極系を形成した。作用極上に下記の処方による試薬溶液を滴下し、乾燥により固化させて検知層を形成した。さらに、電極系が形成された絶縁性基板上にスペーサ及びカバーを用いたキャピラリを形成することで、スペーサの厚さがそれぞれ150μm,300μm,450μmであるバイオセンサを得た。
[試薬の処方]
・リン酸緩衝液(pH5.8): 10mM
・スクロース:0.5%
・酵素(Cy−GDH:γαβ):4.5mg/mL
・導電性高分子:スルホン化ポリアニリン水溶液(商品名:aquaPASS−01x、三菱レイヨン株式会社製):0.4%
・オキサゾリン基含有ポリマーエポクロスWS-700(日本触媒):6.0%
・Lion Paste W-311N (ライオン株式会社製): 2.42%
なお、“%”は、試薬溶液中に含まれる試薬の重量%濃度を示す。
(試料)
検体(試料)として、試料中のグルコース濃度がそれぞれ0,100mg/dL,200mg/dL,400mg/dL,800mg/dLである20mMHEPES溶液(pH7.0)を用意した。23±
1℃の雰囲気下で、クロノアンペロメトリー法(+60mV vs. Ag/AgCl)により各バイオセンサを用いてグルコース濃度を測定した。
<Test 1>
A plurality of biosensors having capillaries with different spacer thicknesses were prepared and glucose was measured.
(Manufacturing of biosensor)
It consists of 3 electrodes by forming a working electrode and a counter electrode on one side of an insulating substrate by screen printing using carbon ink, and forming a reference electrode by screen printing of silver / silver chloride (Ag / AgCl). An electrode system was formed. A reagent solution according to the following formulation was added dropwise on the working electrode and solidified by drying to form a detection layer. Further, by forming a capillary using a spacer and a cover on the insulating substrate on which the electrode system was formed, biosensors having spacer thicknesses of 150 μm, 300 μm, and 450 μm were obtained, respectively.
[Reagent prescription]
-Phosphate buffer (pH 5.8): 10 mM
・ Sucrose: 0.5%
-Enzyme (Cy-GDH: γαβ): 4.5 mg / mL
-Conductive polymer: Sulfonized polyaniline aqueous solution (trade name: aquaPASS-01x, manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.): 0.4%
-Oxazoline group-containing polymer Epocross WS-700 (Nippon Shokubai): 6.0%
・ Lion Paste W-311N (manufactured by Lion Corporation): 2.42%
In addition, "%" indicates the weight% concentration of the reagent contained in the reagent solution.
(sample)
As a sample (sample), a 20 mM HEEPES solution (pH 7.0) having a glucose concentration in the sample of 0,100 mg / dL, 200 mg / dL, 400 mg / dL, and 800 mg / dL was prepared. 23 ±
Glucose concentration was measured using each biosensor by the chronoamperometry method (+60 mV vs. Ag / AgCl) in an atmosphere of 1 ° C.

図4は、試験1の結果、クロノアンペロメトリー法を用いたグルコース濃度の測定結果に基づく検量線を示すグラフである。図4の結果によれば、スペーサの厚さに依存せず、同様の傾きを有する検量線が得られた。このことは、電極に付着させる試料の量が応答電流値に影響しないことを意味する。 FIG. 4 is a graph showing a calibration curve based on the result of test 1 and the measurement result of glucose concentration using the chronoamperometry method. According to the result of FIG. 4, a calibration curve having a similar inclination was obtained regardless of the thickness of the spacer. This means that the amount of sample attached to the electrode does not affect the response current value.

<試験2>
次に、電子伝達メディエータを含む検知層を有するバイオセンサとして、キャピラリを有するバイオセンサとキャピラリを有しないバイオセンサを作製し、クロノアンペロメトリー法により測定した。
(試薬の処方)
・酵素(FAD-GDH):1U
・メディエータ(Ru錯体、1-methoxy-PMS):200mM
・ACES緩衝液(pH7.5): 0.17mM
・スメクタイト(ルーセンタイトSWN):0.2%
(試料)
検体(試料)として、試料中のグルコース濃度がそれぞれ100mg/dL,321mg/dL,624mg/dLである全血を用意した。24±1℃の雰囲気下で、クロノアンペロメトリー法
(+200mV vs. Ag/AgCl)により各バイオセンサを用いてグルコース応答電流を測定した。
<Test 2>
Next, as a biosensor having a detection layer containing an electron transfer mediator, a biosensor having a capillary and a biosensor having no capillary were prepared and measured by a chronoamperometry method.
(Reagent prescription)
・ Enzyme (FAD-GDH): 1U
-Mediator (Ru complex, 1-methoxy-PMS): 200 mM
-ACES buffer (pH 7.5): 0.17 mM
・ Smectite (Lucentite SWN): 0.2%
(sample)
As a sample (sample), whole blood having glucose concentrations in the sample of 100 mg / dL, 321 mg / dL, and 624 mg / dL, respectively, was prepared. The glucose response current was measured using each biosensor by the chronoamperometry method (+200 mV vs. Ag / AgCl) in an atmosphere of 24 ± 1 ° C.

図5は、試験2の結果、すなわち、クロノアンペロメトリー法によるグルコース濃度の測定結果に基づく検量線を示すグラフである。図5に示すように、キャピラリがない場合には、キャピラリがある場合と比較して応答電流値が高くなっており、キャピラリがないことによる応答電流値への影響が生じていることが分かる。 FIG. 5 is a graph showing the result of Test 2, that is, the calibration curve based on the measurement result of glucose concentration by the chronoamperometry method. As shown in FIG. 5, when there is no capillary, the response current value is higher than when there is a capillary, and it can be seen that the absence of the capillary affects the response current value.

<試験3>
(実施例1)
次に、実施例1に係るバイオセンサを以下のように作成した。絶縁性基板2の片面2aに、カーボンインクのスクリーン印刷によって形成される作用極3bと、銀/塩化銀インク(ercon社)のスクリーン印刷によって形成される対極4bとの2電極を形成した。電
極上にキャピラリは設けず、作用極3b及び対極4bを開放系とした。
<Test 3>
(Example 1)
Next, the biosensor according to Example 1 was created as follows. Two electrodes, an working electrode 3b formed by screen printing of carbon ink and a counter electrode 4b formed by screen printing of silver / silver chloride ink (ercon), were formed on one side 2a of the insulating substrate 2. No capillary was provided on the electrode, and the working electrode 3b and the counter electrode 4b were used as an open system.

作用極3b上に以下の処方を有する試薬インクをスクリーン印刷で印刷し、乾燥により固化させることで、検知層6を形成した。
[処方]
・リン酸緩衝液(pH5.8):10mM
・スクロース:0.5%
・GDH:7mg/mL
・導電性高分子:スルホン化ポリアニリン水溶液(商品名:aquaPASS−01x、三菱レイヨン株式会社製):0.40%
・オキサゾリン基含有ポリマーエポクロスWS-700(日本触媒):5.0%
・ケッチェンブラック:0.8%
なお、“%”は、試薬溶液中に含まれる試薬の重量%濃度を示す。
The detection layer 6 was formed by printing a reagent ink having the following formulation on the working electrode 3b by screen printing and solidifying it by drying.
[Prescription]
-Phosphate buffer (pH 5.8): 10 mM
・ Sucrose: 0.5%
・ GDH: 7 mg / mL
-Conductive polymer: Sulfonized polyaniline aqueous solution (trade name: aquaPASS-01x, manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.): 0.40%
-Oxazoline group-containing polymer Epocross WS-700 (Nippon Shokubai): 5.0%
・ Ketjen Black: 0.8%
In addition, "%" indicates the weight% concentration of the reagent contained in the reagent solution.

検体(試料)として、グルコース濃度が0(ブランク:B),336mg/dL(サンプル
:S)の全血を用いた。各試料を各バイオセンサの電極上に分注(点着)させ、25℃の雰囲気下で、クロノアンペロメトリー法によるグルコース濃度の測定を行った。濃度測定は、複数の上記バイオセンサを用意し、試料の点着量を、1μL,2μL,4μLと変化さ
せて行った。
As a sample (sample), whole blood having a glucose concentration of 0 (blank: B) and 336 mg / dL (sample: S) was used. Each sample was dispensed (dotted) on the electrodes of each biosensor, and the glucose concentration was measured by the chronoamperometry method in an atmosphere of 25 ° C. The concentration was measured by preparing a plurality of the above biosensors and changing the instillation amount of the sample to 1 μL, 2 μL, and 4 μL.

図6は、実施例1のバイオセンサを用いたグルコース濃度の測定結果に基づくS/B(サンプル/ブランク)比を示すグラフである。図6に示すように、S/B比は、1μL,2μL,4μLのいずれにおいても、S/B比20程度の水準を有し、検体量に対する依存性は伺えなかった。 FIG. 6 is a graph showing the S / B (sample / blank) ratio based on the measurement result of the glucose concentration using the biosensor of Example 1. As shown in FIG. 6, the S / B ratio was at a level of about 20 in all of 1 μL, 2 μL, and 4 μL, and no dependence on the sample amount was found.

<試験4>
(比較例1)
比較例1として、実施例1のバイオセンサにキャピラリを設けたものを用意した。キャピラリ高さが10μm,30μm,50μm,100μm,200μmである各バイオセンサを作成した。検知層6の処方は、実施例1と同じとした。検体(試料)として、0,300mg/dLの水溶液を用い、電極を試料内に含浸することで、検体を電極に接触させた
<Test 4>
(Comparative Example 1)
As Comparative Example 1, a biosensor of Example 1 provided with a capillary was prepared. Biosensors having capillary heights of 10 μm, 30 μm, 50 μm, 100 μm, and 200 μm were prepared. The formulation of the detection layer 6 was the same as in Example 1. As a sample (sample), an aqueous solution of 0,300 mg / dL was used, and the electrode was impregnated into the sample to bring the sample into contact with the electrode.

比較例1に係るバイオセンサについて、25℃の雰囲気下で、サイクリックボルタンメトリー法(CV法)及びクロノアンペロメトリー法(CA法)を用いて電極応答特性を調べた。図7は、比較例1のバイオセンサを用いたCV法及びCA法による測定結果に基づくS/B比を示すグラフである。図7に示すように、S/B比は、キャピラリの高さに依存していないことが確認された。 The electrode response characteristics of the biosensor according to Comparative Example 1 were examined using the cyclic voltammetry method (CV method) and the chronoamperometry method (CA method) in an atmosphere of 25 ° C. FIG. 7 is a graph showing the S / B ratio based on the measurement results by the CV method and the CA method using the biosensor of Comparative Example 1. As shown in FIG. 7, it was confirmed that the S / B ratio did not depend on the height of the capillary.

試験1から試験4によれば、応答電流値は、検体量及びキャピラリの高さに依存しないことが確認できた。よって、少なくとも作用極が開放系であるバイオセンサ1によれば、キャピラリにより検体量を調整乃至制御しなくても精度の高い濃度の測定を行うことができる。このように、キャピラリを要しないので、部品点数減少によりバイオセンサの製造コスト低減を図ることができる。また、検体量に依存しないので、バイオセンサ1のユーザによるバイオセンサ1の扱い方によって測定結果に差が生じるのを回避することができる。すなわち、ユーザのバイオセンサの扱いが容易となる。なお、実施形態に係るバイオセンサは、電極をキャピラリで覆う必要がない(開放系である)ことから、穿刺針にバイオセンサが設けられ、穿刺と同時に検体の電極への点着を可能とする構成を適用し得る。 According to Tests 1 to 4, it was confirmed that the response current value did not depend on the sample amount and the height of the capillary. Therefore, at least according to the biosensor 1 in which the working electrode is an open system, it is possible to measure the concentration with high accuracy without adjusting or controlling the sample amount by the capillary. As described above, since no capillary is required, it is possible to reduce the manufacturing cost of the biosensor by reducing the number of parts. Further, since it does not depend on the sample amount, it is possible to avoid a difference in the measurement result depending on how the user of the biosensor 1 handles the biosensor 1. That is, the user's biosensor can be easily handled. Since the biosensor according to the embodiment does not need to cover the electrode with a capillary (open system), the biosensor is provided on the puncture needle, and the sample can be spotted on the electrode at the same time as the puncture. The configuration can be applied.

〔第2実施形態〕
以下、第2実施形態を説明する。第2実施形態は、第1実施形態と同様の構成を有する
ので、主として相違点について説明し、共通点については説明を省略する。
[Second Embodiment]
The second embodiment will be described below. Since the second embodiment has the same configuration as the first embodiment, the differences will be mainly described, and the common points will be omitted.

第1実施形態で説明した電荷移動律速電流は、以下の式(1)で表される。式(1)から、電流は基質の濃度と酵素反応速度定数に比例することがわかる。式(1)は、定数項をXとすると式(2)に展開できる。なお、式(1)、(2)には示していないが、定数項Xに補正係数などが含まれても良い。

Figure 0006823420

Figure 0006823420
The charge transfer rate-determining current described in the first embodiment is represented by the following equation (1). From equation (1), it can be seen that the current is proportional to the concentration of the substrate and the enzyme reaction rate constant. Equation (1) can be expanded into equation (2), where X is the constant term. Although not shown in the equations (1) and (2), the constant term X may include a correction coefficient or the like.
Figure 0006823420

Figure 0006823420

式(1)は、酵素反応の初速度式と酵素から電極への電子移動速度の式を考慮し、これらが等価にある状態で式展開を行うことで導出されたものである。第1実施形態に係るバイオセンサは、例えば、上記式(1)、(2)を用いて測定対象物質(基質)の濃度を測定する。 Equation (1) was derived by considering the equations for the initial rate of the enzyme reaction and the equation for the electron transfer rate from the enzyme to the electrode, and developing the equations in a state where they are equivalent. The biosensor according to the first embodiment measures, for example, the concentration of the substance (substrate) to be measured by using the above formulas (1) and (2).

式(1)は、酵素反応の初速度式におけるコットレル電流に含まれる拡散係数を含まない電荷移動律速による電流式である。式(1)からも分かるように、電流は酵素反応速度定数に比例する。第1実施形態に係る測定対象物質の測定方法では、電子受容物質などのメディエータによる酸化還元反応を介することなく、電極へ電子が移動する。このため、電荷移動律速電流は、物質の拡散の影響を受けず、時間の依存性もないことがわかる。 Equation (1) is a current equation by charge transfer rate-determining that does not include the diffusion coefficient included in the Cottrell current in the initial rate equation of the enzyme reaction. As can be seen from equation (1), the current is proportional to the enzyme reaction rate constant. In the method for measuring a substance to be measured according to the first embodiment, electrons move to the electrode without going through a redox reaction by a mediator such as an electron acceptor. Therefore, it can be seen that the charge transfer rate-determining current is not affected by the diffusion of substances and is not time-dependent.

なお、電極系が、電荷移動律速であることは、サイクリックボルタンメトリーなどによってピークの有無や電圧の掃印方向による電流の増加傾向を調べることにより確認することができる。 It should be noted that the fact that the electrode system is charge transfer rate-determining can be confirmed by examining the presence or absence of a peak and the increasing tendency of the current depending on the voltage sweeping direction by cyclic voltammetry or the like.

第2実施形態に係るバイオセンサも、電荷移動律速電流を測定する“直接電子移動型の酵素電極”を含む。さらに、第2実施形態に係るバイオセンサでは、作用極との接触面積が所定面積で規定されている検知層が作用極上に形成される。すなわち、検知層の作用極との接触面積が所定面積で規定されている。単なる液体の検知層材料の滴下ではなく、複数の電極のうち作用極のみに検知層材料を塗布する(塗る)ことで、検知層と作用極との接触面積を規定することができる。これによって、式(1)中の「A:電極面積」と、「n:反応電子数」とを一定にすることができる。従って、バイオセンサの固体間での応答電流のばらつきを抑え、同時再現性の向上を図ることができる。 The biosensor according to the second embodiment also includes a "direct electron transfer type enzyme electrode" that measures a charge transfer rate-determining current. Further, in the biosensor according to the second embodiment, a detection layer in which the contact area with the working electrode is defined by a predetermined area is formed on the working electrode. That is, the contact area of the detection layer with the working electrode is defined by a predetermined area. The contact area between the detection layer and the working electrode can be defined by applying (applying) the detection layer material only to the working electrode among the plurality of electrodes, instead of simply dropping the liquid detection layer material. Thereby, "A: electrode area" and "n: number of reaction electrons" in the formula (1) can be made constant. Therefore, it is possible to suppress the variation in the response current between the individual biosensors and improve the simultaneous reproducibility.

また、検知層と作用極との接触面積を規定するために、電極が形成された絶縁性基材上に絶縁層を形成することが例示できる。絶縁層は、その底面で作用極が露出するように形成され、検知層材料が充填される開口部を有する。開口部は、一繋がりの内壁面を有し、開口部に充填される検知層材料の拡散範囲が開口部内に規制される。充填された検知層材料が乾燥により固化することで、開口部に充填された(開口部を埋める)検知層が形成される。当該開口部の底面積は、検知層と作用極との接触面積に合致するサイズに規定され、少なくとも開口部の底を埋め尽くす量の検知層材料が開口部に充填される。これによって、作用極との接触面積が所定面積に規定された(所定面積で作用極と接する)検知層を作用極上に容易に形成することができる。絶縁層は、例えば、不導体インク(レジストインクともいう)のスクリーン印刷によって形成することができる。また、絶縁層は、作用極と検知層との接触面積を規定し得る開口部が形成できる限り、スクリーン印刷以外に、フォトレジストなどの種々のレジスト及び絶縁テープによる加工等を用いて形成し得る。 Further, in order to define the contact area between the detection layer and the working electrode, it can be exemplified that an insulating layer is formed on an insulating base material on which an electrode is formed. The insulating layer is formed so that the working electrode is exposed on the bottom surface thereof, and has an opening in which the detection layer material is filled. The opening has a continuous inner wall surface, and the diffusion range of the detection layer material filled in the opening is restricted in the opening. The filled detection layer material is solidified by drying to form a detection layer filled in the opening (filling the opening). The bottom area of the opening is defined in a size that matches the contact area between the detection layer and the working electrode, and the opening is filled with at least an amount of the detection layer material that fills the bottom of the opening. As a result, a detection layer in which the contact area with the working electrode is defined as a predetermined area (contacting with the working electrode in a predetermined area) can be easily formed on the working electrode. The insulating layer can be formed, for example, by screen printing of non-conductor ink (also referred to as resist ink). Further, the insulating layer can be formed by using various resists such as photoresist and processing with insulating tape, in addition to screen printing, as long as an opening capable of defining the contact area between the working electrode and the detection layer can be formed. ..

別の利用方法として、検知層と作用極との接触面積は、酵素の反応速度に応じて決定することができる。酵素の反応速度は、比活性が異なるロット間で異なる場合がある。このため、酵素の反応速度に応じた検知層と作用極との面積を予め実験等で求めておき、酵素のロット毎にその反応速度に応じた接触面積で検知層を形成する。これによって、ロット間における同時再現性のばらつきを抑えることができる。 As another method of use, the contact area between the detection layer and the working electrode can be determined according to the reaction rate of the enzyme. The reaction rate of the enzyme may vary between lots with different specific activities. Therefore, the area of the detection layer and the working electrode according to the reaction rate of the enzyme is obtained in advance by an experiment or the like, and the detection layer is formed with the contact area according to the reaction rate for each lot of the enzyme. As a result, it is possible to suppress variations in simultaneous reproducibility between lots.

図8は、第2実施形態におけるバイオセンサ1Aの構成例を示す図である。バイオセンサ1Aは、以下の点で、第1実施形態におけるバイオセンサ1(図1)と異なる構成を有する。 FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of the biosensor 1A according to the second embodiment. The biosensor 1A has a configuration different from that of the biosensor 1 (FIG. 1) in the first embodiment in the following points.

絶縁層5は、開口部5a(図1)の代わりに、開口部5b及び開口部5cを有している。開口部5bは、対極4b及びその周囲の絶縁性基板2の上面が露出するように形成されている。 The insulating layer 5 has an opening 5b and an opening 5c instead of the opening 5a (FIG. 1). The opening 5b is formed so that the counter electrode 4b and the upper surface of the insulating substrate 2 around the counter electrode 4b are exposed.

一方、開口部5cは、作用極3b上に形成され、作用極3bは、開口部5cで露出する部分を除き、絶縁層5によって被覆されている。開口部5cは、所定の底面積を有し、一繋がりの内壁面を有する。図8に示す例では、開口部5cは、平面形状が円形で、円柱の側面形状を有する一繋がりの内壁面を有している。 On the other hand, the opening 5c is formed on the working pole 3b, and the working pole 3b is covered with the insulating layer 5 except for the portion exposed by the opening 5c. The opening 5c has a predetermined bottom area and has a continuous inner wall surface. In the example shown in FIG. 8, the opening 5c has a circular inner wall surface having a cylindrical side surface shape.

開口部5cの大きさ(底面積)は、作用極3bに形成され、作用極3bと接触する検知層6の接触面積に合わせて形成されている。検知層6は、検知層材料が開口部5c内を満たすように充填されることで形成される。図8の例では、検知層6は、開口部5cを埋める円柱状である。 The size (bottom area) of the opening 5c is formed in the working pole 3b and is formed according to the contact area of the detection layer 6 in contact with the working pole 3b. The detection layer 6 is formed by filling the detection layer material so as to fill the inside of the opening 5c. In the example of FIG. 8, the detection layer 6 is a columnar shape that fills the opening 5c.

このように、底面積が規定された開口部5cを用いて検知層6を形成することで、作用極3bと検知層6との接触面積が規定される。検知層6の構成要素は、第1実施形態で説明した通りである。 In this way, by forming the detection layer 6 using the opening 5c having a defined bottom area, the contact area between the working electrode 3b and the detection layer 6 is defined. The components of the detection layer 6 are as described in the first embodiment.

なお、図8の例では、開口部5cの平面形状は円形であり、内壁面が円柱の側面である。但し、開口部5cがテーパ状に形成され、内壁面が円錐台の側面形状に形成されていても良い。充填される検知層材料の拡散範囲を規制する一繋がりの内壁面を形成できる限り、開口部5cの平面形状や内壁面の形状は、適宜設定可能である。例えば、開口部5cの平面形状は、楕円形,三角形,四角形,5以上の辺からなる多角形であっても良い。また、開口部5cの内壁面の形状は、平面形状に対応する柱の側面形状であっても、平面形状に対応しない柱の側面形状であっても良い。すなわち、開口部5cの形状は検知層6と作用極3bとの接触面積を所定面積に規定することができる限り適宜設定可能である。 In the example of FIG. 8, the planar shape of the opening 5c is circular, and the inner wall surface is a side surface of a cylinder. However, the opening 5c may be formed in a tapered shape, and the inner wall surface may be formed in the shape of a side surface of a truncated cone. The planar shape of the opening 5c and the shape of the inner wall surface can be appropriately set as long as a continuous inner wall surface that regulates the diffusion range of the detection layer material to be filled can be formed. For example, the planar shape of the opening 5c may be an ellipse, a triangle, a quadrangle, or a polygon consisting of five or more sides. Further, the shape of the inner wall surface of the opening 5c may be the side surface shape of the pillar corresponding to the plane shape or the side surface shape of the pillar not corresponding to the plane shape. That is, the shape of the opening 5c can be appropriately set as long as the contact area between the detection layer 6 and the working electrode 3b can be defined as a predetermined area.

このように、第2実施形態におけるバイオセンサによれば、作用極上が開放系(キャピラリを有しない)ことで、試料の点着が容易となっている。さらに、検知層6が所定面積で作用極3bと接する、すなわち、検知層6と作用極3bとの接触面積が規定されている。これによって、CV値(同時再現性)の向上を図ることができる。すなわち、バイオセンサ間の誤差を少なくし、正確度を安定させることができる。 As described above, according to the biosensor in the second embodiment, since the working extremity is an open system (has no capillary), it is easy to spot the sample. Further, the detection layer 6 is in contact with the working pole 3b in a predetermined area, that is, the contact area between the detection layer 6 and the working pole 3b is defined. Thereby, the CV value (simultaneous reproducibility) can be improved. That is, the error between the biosensors can be reduced and the accuracy can be stabilized.

1・・・バイオセンサ
2・・・絶縁性基板
3,4・・・電極
3b・・・作用極
4b・・・対極
5・・・絶縁層
6・・・検知層(試薬層)
B・・・測定装置
10・・・出力部
11・・・電力供給装置
12・・・制御部
13・・・演算部
14・・・検出部
15・・・表示ユニット
16・・・バッテリ
18・・・制御コンピュータ
19・・・ポテンショスタット
1 ... Biosensor 2 ... Insulating substrate 3, 4 ... Electrode 3b ... Working electrode 4b ... Counter electrode 5 ... Insulating layer 6 ... Detection layer (reagent layer)
B ... Measuring device 10 ... Output unit 11 ... Power supply device 12 ... Control unit 13 ... Calculation unit 14 ... Detection unit 15 ... Display unit 16 ... Battery 18.・ ・ Control computer 19 ・ ・ ・ Potentiometer

Claims (1)

作用極を含む複数の電極と、
前記作用極上に固定され、架橋剤,導電性高分子,及び前記作用極との間で電子授受を行う酵素とを含む検知層と、を含み、
前記作用極上が開放系とされており、
前記酵素は、触媒サブユニット及び触媒ドメインと、電子伝達サブユニット又は電子伝達ドメインとを含み、
前記作用極は、前記作用極が露出する一つの開口部を残して絶縁層により被覆されており、前記検知層は、前記開口部に充填されており、前記検知層の前記作用極との接触面積が前記開口部により所定面積で規定されている
ことを特徴とするバイオセンサ。
With multiple electrodes including working electrodes,
It comprises a detection layer that is immobilized on the working electrode and contains a cross-linking agent, a conductive polymer, and an enzyme that transfers electrons to and from the working electrode.
The best of action is an open system,
The enzyme comprises a catalytic subunit and a catalytic domain and an electron transfer subunit or electron transfer domain.
The working electrode is covered with an insulating layer leaving one opening where the working electrode is exposed, and the detection layer is filled in the opening and is in contact with the working electrode of the detection layer. A biosensor characterized in that the area is defined by the opening as a predetermined area.
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