JPH01114747A - 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、種々の試料中の特定成分を迅速かつ容易に定
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 近年、酵素反応と電極反応を結びつけて、試料中の特定
成分を測定するバイオセンナが利用されるようになって
きた。

以下に従来のバイオセンサについて説明する。

第３図は従来のバイオセンサの断面図であり、１２は絶
縁性基板、１３と１４は絶縁性基板１２上に導電性カー
ボンペーストをスクリーン印刷し、加熱乾燥して形成し
た測定極と対極である。１６は絶縁層で、絶縁性樹脂ペ
ーストを絶縁性基板１２、測定極１３、対極１４上に前
記同様、印刷、乾燥したものである。１８は前記電極部
上に設置された粘着性構造体で、１７は粘着性構造体１
６上に固定された濾過層であり、膜厚１０μのポリカー
ボネート多孔体膜を使用している。１８は保持枠、１９
と２０は保持枠１８内に固定された反応層と展開層で、
反応層は担体としての多孔体に酸化還元酵素、電子受容
体と緩衝性塩を共存担持し、展開層にはセルロース織布
を用いている。

以上のように構成されたバイオセンサについて、以下そ
の動作を説明する。試料１ｅ上部から滴下すると、まず
展開層２ｏを試料液が速やかに拡がリ、次に反応層１９
への液の降下が起こる。反応層では緩衝性塩の作用によ
り試料液のｐＨが一定に保たれ、試料液中の特定成分と
、反′応層中の酸化還元酵素と電子受容体との間で酸化
還元反応が進行し、電子受容体が還元される。この時生
成する電子受容体の還元量は試料液中の特定成分量に比
例する。反応終了後の試料液は、測定を妨害するような
巨大分子が濾過層１７で除去された後、電極上１３．１
４へ降下する。電極上では、電極反応により前記還元さ
れた電子受容体の酸化を行い、その酸化電流値から試料
液中の特定成分量を測定する。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら前記の従来の構成では、反応層に−おいて
酸化還元酵素と緩衝性塩が共存して担持されていて、担
持過程での酵素と緩衝性塩溶液の濃縮乾燥の際、２種類
の緩衝性基間の溶解度の差により、−時的に溶液のｐＨ
が酸またはアルカリ・側へ移動し、酵素たんばく質を構
成するアミノ酸残基に影響を及ぼし、酵素の立体構造が
破壊され、極端な場合、酵素が失活する。このため反応
の安定化に必要な活性を得るには多量の酵素を担持しな
ければならないという問題点を有していた。

本発明は上記従来の問題点を解決するもので、酵素のｐ
Ｈ変化による失活を阻止することにより、酵素の担持が
少量でも必要な活性を得ることができ、十分反応可能な
バイオセンサの反応層を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 この目的を達成するために本発明のバイオセンサは、測
定極と対極とからなる電極系上に、緩衝性塩と酸化還元
酵素とを分離配置したものであり、好ましくは酸化還元
酵素よシ緩衝性塩が上部に存在する構成としたものであ
る。

作　　用 この構成によって、酸化還元酵素の乾燥担持の際、酵素
単独の水溶液が濃縮してゆくため、溶液のｐＨが中性に
保たれ、酵素が安定に保持されて失活が防止され、少量
の酵素担持量で高精度の測定が可能になることとなる。

また実際の測定の際には、まず上部に担持された緩衝性
塩を溶解した試料緩衝液中で酵素反応を行うことができ
る。

実施例 以下本発明の実施例の一例としてのグルコースセンサに
ついて、図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の一実施例におけるグルコースセンサの
断面図を模式的に示すものである。第１図において、１
は絶縁性基板、２は測定極、３は対極、４は絶縁層、５
は粘着性構造体、６は濾過層、７は保持枠、１１は展開
層で、これらは従来例の構成と同じものである。８，９
．１０は本発明の反応層で、８は電子受容体担持層、９
は酵素担持層、１Ｑは緩衝性基担持層であり、各々、担
体としてのセルロース多孔体を、電子受容体溶液として
のフェリシアン化カリウム水溶液、酵素水溶液としての
グルコースオキシダーゼ（ＧＯＤ）水溶液、緩衝液とし
てリン酸−水素カリウムとリン酸水素二カリウムの水溶
ｔｊ、（ｐＨｔｓ、ｅ　）　　に含浸後、乾燥し作製し
たものである。

以上のように構成された本実施例の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、試料液を稟１
図の上部に滴下すると、展開層１１に拡がり、緩衝性基
担持層１ｏにおいて、緩衝性塩の緩衝性によシグルコー
スオキシダーゼの最も安定的に活性を得ることのできる
ｐＨ５，６に調整された後、酵素担持層９で試料液中の
グルコーヌと、グルコースオキシダーゼが特異的に反応
し、さらに電子受容体担持層８において前記酵素担持層
９での反応生成物とフェリシアン化カリウムの反応によ
υ、フェロシアン化カリウムが生成する。

そして従来例と同様、濾過層６を通過し、電極系２．３
上に降下した試料液中の７エロシアン化カリウムの酸化
電流値を測定することによシ試料中のグリコース濃度を
検知できる。

第２図は前記のバイオセンナで測定した酸化電流値とグ
リコース濃度との関係を示すものである。

Ａは本発明の、反応層を緩衝性基担持層、酵素担持層、
電子受容体担持層に３分割分離して形成したもので、Ｂ
、Ｃは従来例の緩衝性塩、酵素、電子受容体を一つの反
応層内に共存して担持したものである。

なお、測定は各グルコース濃度で各々１ｏ回行い、その
平均値とばらつきの幅を図中に示す。また、１回の測定
に使用するグルコースオキシダーゼの平均担持活性量は
、Ａは１０ユニツト、Ｂは１００ユニツト、Ｃは１０ユ
ニツトであシ、その他の測定条件はＡ、Ｂ、Ｃとも等し
い。この図より、Ａでは電流値とグルコース濃度は３６
０ｍｑ／ｄｌまで非常に良い直線性を示し、各グルコー
ス濃度においても安定した測定値が得られる。

これに対し、従来例のＢ、Ｃにおいては、Ｂのようにグ
ルコースオキシダーゼを多量に担持すれば、グルコース
濃度３　ｅ　ｏ　ｒｎｑ／ｄｌｌまでの直線性と測定値
の安定性が得られる。しかし、Ｃのようにグルコースオ
キシダーゼの担持量が少量になると、１００ｍｇ／ｄｉ
以上の高濃度域での直線性が得られず、また各グルコー
ス濃度における測定値のばらつきも大きい。

以上のように本実施例によれば、緩衝性塩と酵素とを分
離して乾燥担持することによシ、少量のグルコースオキ
シダーゼ量でもグルコース量を精度良く測定することが
できる。これはグルコースオキシダーゼの乾燥担持の際
、溶液の中性が保たれ、グルコースオキシダーゼがｐＨ
変化より失活することを防止できるためと考えられる。

なお本実施例では緩衝性塩と酸化還元酵素と電子受容体
を各々分離した構造としたが、緩衝性塩と電子受容体、
酸化還元酵素と電子受容体とは共存して担持しても本実
施例と同様の効果が得られた。

また本実施例では緩衝液として ＫＨ２ＰＯ４−に２ＨＰｏ４緩ｉｉを用いたが、緩衝ｉ
は酢酸−ＮａＯＨ緩衝液でも良い。

さらに本実施例では、電極系を測定極と対極の２極系と
したが、電極系は参照極を加えて３極系でも良い。その
場合には、電位が安定し、よシ精度良く測定できる。

電子受容体としては、上記に用いたフェリシアン化カリ
ウム以外にも、Ｐ−ベンゾキノン、メチレンブルーなど
も使用できる。

発明の効果 以上のように本発明によれば、測定極と対極とからなる
電極系を設け、この電極上に酸化還元酵素と電子受容体
と緩衝性塩とを乾燥状態で保持する構成のバイオセンサ
において、酸化還元酵素と分離した場所に緩衝性塩を担
持させることによシ、グルコースオキシダーゼが少量で
も十分な活性が保持され、十分精度良く測定できるとい
う効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるバイオセンサの断面
図、第２図はバイオセンサの応答特性図、第３図は従来
例におけるバイオセンサの断面図である。 １・・・・・・絶縁性基板、２・・・・・・測定極、３
・・・・・・対極、４・・・・・・絶縁層、６・・・・
・・濾過層、８・・・・・・電子受容体担持層、９・・
・・・酵素担持層、１０・・・・・・緩衝性基担持層。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名３−
一一村紮 ４−　絶縁層 １／−一一屑開１ ／１ ＼ ど　　　　　３

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）測定極と対極とからなる電極系を設け、この電極
   系上に酸化還元酵素、電子受容体と緩衝性塩（溶液状態
   で緩衝作用を示す塩）とを乾燥状態で保持させた構成の
   バイオセンサにおいて前記酸化還元酵素と分離した場所
   に、緩衝性塩を担持させたことを特徴とするバイオセン
   サ。
2. （２）緩衝性塩の担持場所が、前記酵素担持場所より上
   部に存在する特許請求の範囲第１項記載のバイオセンサ
   。