JPH01114746A - バイオセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、様々な微量の生体試料中の特定成分について
、試料液を希釈もしくは分離することなく迅速かつ簡易
に定量することのできるバイオセンサに関するものであ
る。

従来の技術 従来の血液などの生体試料中の特定成分について、試料
液の希釈や攪拌などの操作を行なうことなく高精度に定
量する方式としては、第４図に示すようなバイオセンサ
が提案されている。このバイオセンサは、絶縁性基板１
に溝状の空間部２を設け、白金線を埋めこんで測定極３
．対極４．参照極６からなる電極系を構成している。前
記電極系上には、試料展開層６．酸化還元酵素と共役電
子受容体（メデイエータ）を含有・担持している反応層
７．測定妨害物質となる血球などの巨大分子を戸別する
ための濾過膜８．保液層９およびこれらの保持枠体１０
．１１からなる反応チップが設置されている。

以上のように構成された従来のバイオセンサについて以
下その動作について説明する。

まず、血液サンプルを上部に滴下すると、試料展開層６
を通って反応層７に浸透し、酵素反応により基質濃度に
対応して共役電子受容体が還元される。反応が終了した
液は、電極反応を阻害する血球等の巨大分子が濾過膜８
で除去された後、保液層９を経て電極上の空間部２へ降
下する。電極面に十分に液が供給された後、測定極３．
対極４間で、還元された電子受容体の電解酸化を行ない
、この酸化電流より血液サンプル中の基質濃度を測定す
るものである。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記従来の構成では、濾過膜から電極部へ
の液の供給が十分になされない場合があり、電極面が十
分に濡れずに測定に関与する電極面積が減少するために
、測定値が不安定であった。

また、液の供給が十分な場合にも、電極部の両端（対極
４．参照極６）部に液が多くなった場合には、電極部両
端の空間が先に液で埋まり、中央部の測定極上の空気が
抜けきらず、気泡状で残留するため、測定が不安定にな
シ、再現性が悪いという欠点を有していた。

本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、電極部
の中央部を親水性に、両端部を疎水性にすることにより
、電極部の中央部に液を集中させて測定に関与する電極
面を十分に濡らすことにより、安定した測定のできるバ
イオセンサを提供することを目的とする。

問題点を解決するだめの手段 この目的を達成するだめに本発明のバイオセンた部分と
、電極部の両端に疎水性処理を施した部分を設けたもの
である。これにより、濾過膜を通過した液が、親水性の
電極中央部に集中し、かつ両端の疎水部より空気の移動
を円滑に行なうことにより、ｔＷ上に十分な流量を確保
し、安定した測定を行なうものである。

作　　用 この構成により、濾過膜を通過した試料液が、電極部中
央の親水性部位に集中し、また電極部上の空気は両端の
疎水性部位より速やかに脱気されるため、電極中央部に
は空気が残留せずに、十分な液量が確保できる。また、
親水性処理として、吸水性高分子層を用いれば電極面に
密着被覆した試料液のゲル層が形成することができ、安
定な電気化学的測定を行なうことができることとなる。

実施例 以下、本発明の一実施例について説明する。

バイオセンサの一例として、グルコースセンサについて
説明する。第１図はグルコースセンサの一実施例を示し
たもので、センサの電極部の平面図である。ポリエチレ
ンテレフタレートからなる絶縁性基板１８に、スクリー
ン印刷によシ、銀ペーストのリード部１４，１５を形成
した。乾燥後導電性カーボンベーヌトを同様に印刷して
、測定極１２．対＠１３を形成し、乾燥後さらに絶縁性
樹脂ベーストを同様に印刷して、電極面積を一定とし、
また露出リード部間を絶縁した。１９は溝状に設置した
粘着性構造体で、電極上の液だめを形成し、かつ上部構
造体を接合している。１７は本発明による！極部両端に
設けた疎水性処理部であり、４フツ化エチレン樹脂（Ｐ
ＴＦＥ）の分散液（ダイキン工業（株）製、ルブロンＬ
Ｄ−１）を塗布・乾燥して層を形成している。１６は本
発明による電極部中央に設けた親水性処理部で、カルボ
キシメチルセルロースの水溶液を塗布し、さらに酸化還
元酵素のグルコースオキシターゼ（ＧＯＤ）溶液を滴下
することによシ、１〜２ＵのＧＯＤを含有させた後、乾
燥して層を形成している。

第２図は、センサの要部断面模式図である。２３はセル
ロース製の試料展開層であシ、多孔体２２は、セルロー
ス紙を、共役電子受容体（メデイエータ）のフェリシア
ン化カリウムのリン酸緩衝液（ｐＨ５，６）溶液に含浸
・乾燥させた後、打ち抜いたもので、フェリシアン化カ
リウムを５μｍ含有保持している。濾過膜２１は、ポリ
カーボネイト製で孔径１μｍのものを用いている。保持
枠２４により、これらのものを固定保持している。２０
はセルロース紙の液層導材で、濾過膜２１を通過した試
料液を電極上の親水性処理層１６に円滑に導くだめのも
のである。

以上のように構成されたグルコースセンサについて、以
下その動作を説明する。

まず、試料液として、血液３０μｌを試料展開層２３上
に滴下すると、速やかに拡散して多孔体２２に吸収され
、多孔体中に含有する共役電子受容体のフェリシアン化
カリウムを溶解する。次に、濾過膜２１により、赤血球
等の電極反応を阻害する巨大分子が戸別されたフェリシ
アン化カリウムを溶解した血液試料液が、液層導材２ｏ
により電極上に形成された親水性処理層１６に吸収され
、ゲル層を形成する。ゲル層中に含有されている酸（ｔ
１元酵素のゲルコールオキシダーゼが、試料液中のグル
コース基質と反応し、次に電子受容体のフェリシアン化
カリウムと反応して、フェロシアン化カリウムが生成す
る。生成したフェロシアン化カリウムを測定極１２．対
極１３間で電気化学的に酸化を行ない、酸化電流値を計
測する。得られた酸化電流値は、試料血液中のグルコー
ス濃度に対応している。

第３図に、血液試料の繰り返し測定の結果を示した。図
中Ａは、本発明の実施例によるもので、ｉｉ部中央部に
カルボキシメチルセルロースト酵素のグルコースオキシ
ダーゼからなる親水性処理層を、電極部両端にフッ素樹
脂からなる疎水性処理層をそれぞれ形成したものである
。図中Ｂは、Ａと同一構成で、本発明の親水性・疎水性
処理を行なワス、酵素のグルコースオキシダーゼは、フ
ェリシアン化カリウム担持層２２に、Ａと同一量担持さ
せたものである。図より、Ａは１Ｑ回の測定で、バラツ
キが小さく安定しているが、Ｂでは異常に低い値が測定
され、かつバラツキも大きい。

この異常に低い値が出たものを分解調査してみると、電
極部の両端が液で埋まυ、電極中央部に大きな空気の残
留泡が発生していることが分った。

まだ、ＡとＢの正常値が得られたものを分解調査すると
、Ｂでは、濾過膜を通過した液が電極部全体に薄く拡が
っている。一方、Ａでは、親水性処理層が形成された電
極部中央部に液が集中しており、電極上に十分な膜厚の
液膜ゲル層が形成されていることが分った。

以上のことより、濾過膜を通過した微量の液が電極部両
端の疎水性処理部へは余り流れずに、電極部中央部の吸
水性処理層に集中してゲル層を形成するため、電気化学
的計測に必要かつ十分な液量が電極上に存在し、また、
電極上の空気が電極両端部を疎水性としたために、円滑
に液との置換・脱気が行なわれ、電極上に残留しないこ
とから、安定した測定を行なうことができたと考えられ
る。

本実施例では、酸化還元酵素のグルコースオキシダーゼ
の親水性が強いため、吸水性高分子層に混合して用いて
いるが、電子受容体のフェリシアン化カリウムの担持多
孔体にグルコースオキシダーゼを担持させて、親水性処
理層を吸水性高分子のみとした場合にも、本実施例と同
様の安定した測定結果が得られた。

また、本実施例に用いている濾過膜は、多孔体或いは親
水性処理層の材質・材料の選択により、同様の濾過機能
が得られる場合には、除去することができる。電極系も
、参照極を加えた三電極系にすれば、よシ安定した測定
を行なうことができる。さらに、酸化還元酵素と電子受
容体も、本実ｍ倒置外のもの、例えばアルコールオキシ
ダーゼとｐ−ベンゾキノンなどでも使用可能である。

親水性処理は、本実施例のカルボキシメチルセルロース
やアクリル酸塩系、多糖類、ポリエチレンオキサイド等
の吸水性高分子を用いるのが良く、プラズマ照射等の処
理では、電極の安定性・再現性が悪くなった。

疎水性処理も、フッ素系樹脂を用いるのが良い。

処理方法としては、塗布以外の印刷、スプレー等による
方法も可能である。

発明の効果 以上のように本発明によれば、電極部中央部に親水性処
理を、電極部両端部に疎水性処理をそれぞれ行なうこと
により電極上に空気の残留がなく、必要十分な液量を確
保することができるという効果が得られ、微量の試料液
でも、正確で再現性の良い測定ができる優れたバイオセ
ンサを実現できるという効果がえられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例におけるバイオセンサの電極部
模式平面図、第２図はバイオセンサの模式断面図、第３
図はバイオセンサの応答特性図、第４図は従来のバイオ
センサの断面図である。 １２・・・・・・測定極、１３・・・・・・対極、１ｅ
・・・・・・親水性処理層、１７・・・・・・疎水性処
理層、２１・・・・・・濾過膜、２２・・・・・・多孔
体。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名Ｉ２
−？Ｉ定極 １３−　　舛　　極 １６−　　親水性処理層 ２Ｉ−・−炉を膜 ２２・・−り見体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁性基板に少なくとも測定極と対極とからなる
   電極系を設け、試料液中の基質と酸化還元酵素と電子受
   容体との反応により基質濃度を電気化学的に前記電極系
   で検知するバイオセンサであり、前記電極部上に電子受
   容体、酸化還元酵素のそれぞれの担持層および保持体を
   配し、前記電極部の中央部に親水性処理を、両端部に疎
   水性処理をそれぞれ施したことを特徴とするバイオセン
   サ。
2. （２）親水性処理剤として吸水性高分子溶液を、疎水性
   処理剤としてフッ素樹脂溶液をそれぞれ用い、電極部に
   塗布・乾燥して、親水部・疎水部を形成したことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のバイオセンサ。
3. （３）親水性処理層が、吸水性高分子と酸化還元酵素な
   どの親水性物質との混合層であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のバイオセンサ。