JPH01134243A - 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、種々の微量の生体試料中の特定成分について
、試料液を希釈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。

従来の技術 従来、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６図に示す様なバイオセンサを
提案してきた（例えば特開昭６１−２９４３５１号公報
）。

このバイオセンサは、絶縁性の基板１に、スクリーン印
刷により導電性カーボンペーストを印刷し、加熱乾燥す
ることにより、対極２．測定極３゜参照極４からなる電
極系を形成する。次に、電極系を部分的に覆い、各々の
電極の電気化学的に作用する部分となる２’　＋　３’
　＄４’を残す様に絶縁性ペーストを前記同様印刷し、
加熱処理して絶縁層６を形成する。次に、□穴をあけた
樹脂製の保持枠９を絶縁層５に接着し、前記電極系２’
１３’＋４’を覆う様に多孔体１ｏを穴の中に保持し、
さらに多孔体より小さい径の開孔部を有する樹脂製カバ
ー１１を接着し、全体を一体化する。上記多孔体には、
酸化還元酵素と電子受容体が担持されており、基質を含
む試料液を多孔体に添加すると、酵素反応が進行し、電
子受容体が還元される。酵素反応が終了した後、この還
元された電子受容体を前記電極で電気化学的に酸化し、
この特待られる酸化電流値から試料液中の基質濃度を求
める。

発明が解決しようとする問題点 この様な従来の構成では、尿や血清の様な低粘度のサン
プルでは、微量を添加するだけで基質濃度が精度よく短
時間で測定できるが、全血のように、血球が混在すると
、電極表面に血球が付着して応答が大きく低下し、さら
に高粘度のため、酵素反応が遅く、６分取上反応終了ま
でに時間がかかり測定値がばらついた。

本発明は、これらの点について種々検討した結果、電極
系の表面に吸水性高分子層を設け、さらに電極系の上に
濾過層および液の誘導層を設けて多孔体とともに一体化
することにより、血液のような高粘度のサンプルでも容
易に高精度に定量することができるディスポーザブルタ
イプのバイオセンサを提供するものである。

問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するため、絶縁性基板に少な
くとも測定極と対極からなる電極系を設け、酵素と電子
受容体と試料液の反応に際しての物質濃度変化を電気化
学的に前記電極系で検知し、試料液中の基質濃度を測定
するバイオセンサにおいて、前記電極系の表面に吸水性
高分子層を設け、電極系を前後からはさんだ位置に凸形
状で測定極との距離が一番短くなるように誘導層を設置
し、さらに電極系を覆う様に濾過膜と多孔体を設け、前
記各要素を一体化したものである。

作用 本発明によれば、濾過膜と誘導層を設けたことで全血の
ような高粘度の試料も精度よく迅速に測定でき、試料液
を多孔体に添加することにより、極めて容易に基質濃度
を測定することができる。

しかも、誘導層が測定極に最も近くなるように設置され
ているため、試料液は濾過された後、誘導層に導かれて
最初に測定極をぬらし、電極表面の吸水性高分子層の助
けもかりて電極系上にひろがるため、測定極上へアワが
形成されたり、蛋白質が吸着するのを防ぎ、精度の良い
測定が可能となった。

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につ
いて示したもので、構成部分の分解図である。ポリエチ
レンテレフタレートからなる絶縁性基板１に、スクリー
ン印刷により導電性カーボンペーストを印刷し、１００
℃で１時間加熱乾燥することにより、対極２．測定極３
．参照極４からなる電極系を形成する。次に、電極系を
部分的に覆い、各々の電極の電気化学的に作用する部分
々なる２’＃　３’ｅ　４’（各１■）を残す様に、絶
縁性ペーストを前記同様印刷し、加熱処理して絶縁層５
を形成する。

この電極系２’＋　３’　＋４’の表面をセルロース性
の吸水性高分子の１種であるＣＭＣＩ　２　（カルボキ
シメチルセルロース）の０．５％水１ｉｔ−１０μｌ塗
布し、４６℃で３０分乾燥した。その上に、酸化還元酵
素としてグルコースオキシダーゼ１３を１０Ｍｇリン酸
緩衝液（ｐＨ５，６）で溶かし、５μ！滴下し自然乾燥
した。

次に、第１図に示す様に、両面接着テープ６で電極系上
に溝を作り、この溝削後のテープｅ上に電極を両側から
はさむ様にセルロースのテープを一対設置する。この一
対のセルロースのテープは第１図の様に凸部を持った略
台形状で、両者の距離は測定極の所が一番短かくなるよ
うに設置し誘導層７とする。次に、穴をあけた樹脂製の
保持枠９に孔径１μｍのポリカーボネート多孔体膜８を
接着し、前記電極系２／、　３’１４’を覆う様に両面
接着テープ６で固定し、濾過層とする。さらに、保持枠
９の開孔部に多孔体１ｏを置き、多孔体より小さい径の
開孔部を有する樹脂製カバー１１を接着して全体を一体
化する。多孔体１ｏは、ナイロン不織布に電子受容体と
してフェリシアン化カリウムをｐＨ５，６のリン酸緩衝
液に溶解した液を含浸後、減圧乾燥して作製したもので
ある。この一体化されたバイオセンサについて、測定極
３に沿った断面図を第２図に示す。

上記の様に構成したグルコースセンサの多孔体１０へ試
料液としてグルコース標準液を２０μ１滴下し、２分後
に参照極４′を基準にして測定極３′の電位をアノード
方向へ十〇、ＳＶパルス電圧を印加し６秒後の電流を測
定する。この場合、添加されたグルコース標準液により
多孔体１ｏに担持されたフェリシアン化カリウムが溶解
する。濾過層８を通過した後、電極系を前後からはさむ
様に置かれた誘導層７によりまず測定極３′から電極系
上へ液が達し、ＣＭＣＩ２上のグルコースオキシダーゼ
１３と反応して、グルコース濃度に応じたフェロシアン
化カリウムが生成する。そこで、上記のパルス電圧の印
加により、生成したフェロシアン化カリウムの濃度に基
づく酸化電流が得られ、基質であるグルコース濃度に対
応する。グルコース濃度がｙｏｏｖ／ｄｌまで良好な直
線性が得られた。

上記のグルコースセンサに血液サンプル２０μｌを滴下
し２分後の応答電流を測定すると、非常に再現性の良い
応答が得られた。ポリカーボネート多孔体膜８を除いた
グルコースセンサでは、血球が電極上へ付着し応答が著
しく低下した。孔径１μｍのポリカーボネート多孔体膜
を濾過膜として用いると、血球の濾過が可能となるが、
それだけでは電極上に短時間に液を供給するのは困難で
あり、血液によっては２分で液がこない場合もみられた
。

そこで、電極系上へ液を導くため誘導層として、セルロ
ースのテープを電極の両側に設置した。血液を滴下する
と、まずポリカーボネート多孔体膜８とセルロースのテ
ープ７の接触面から濾過液が浸透して、わずか３０秒で
電極系上へ液が供給された。さらに、電極系の表面にＣ
７Ｍ０層１２があるため、ぬれ性が向上し、わずか３μ
ｌの濾過液でも電極系上にひろがり、グルコースオキシ
ダーゼ１３と反応させることができた。しかし、液の広
がり方が、参照極４′や対極２′が先にぬれて、測定極
３′上に気泡が残り、低い応答になる場合があった。そ
こで、セルロースのテープの形状を種々検討した結果、
第１図に示す様に、測定極３′上に凸部がくる様に設置
すると、まず、測定極の所がぬれて両側の電極へと液が
広がるため、気泡が残ることなく精度よく測定ができる
様になった。その形状は、第１図に制限されず、第３図
、第４図の様なアーチ状あるいは三角形状に突き出た凸
部でも有効であった。セルロースのかわりに、レーヨン
やパルプなど親水性の多孔体が使用できるが、厚みが数
μｍで液を保持しないものにすれば、わずかの濾過液で
も有効に電極へ供給できる。

電極表面にＣＭＣを塗布することにより、電極のぬれ性
を向上させ、試料中の蛋白質等が電極表面へ付着するの
を阻止し、再現性の良い応答が得られた。吸水性高分子
として、ゼラチンやメチルセルロースなども使用できる
。カルボキシメチルセルロース系、ゼラチン系、アクリ
ル酸塩系・ビニルアルコール系、ビニルピロリドン系、
無水マレイン酸系のものが好ましい。

本発明のバイオセンサにおける一体化の方法としては実
施例に示した枠体、カバーなどの形や組み合わせに限定
されるものではない。又、酸化還元酵素と電子受容体の
組み合わせも前記実施例に限定されることはなく、発明
の主旨に合致するものであれば用いることができる。一
方、上記実施例においては、電極系として３電極方式の
場合について述べたが、対極と測定極からなる２電極方
式でも測定は可能である。

発明の効果 このように本発明のバイオセンサは、絶縁性基板、電極
系、誘導層、沖過膜、多孔体を一体化することにより血
液の様な高粘度の試料でも、微量添加するだけで迅速で
精度良く基質濃度が測定することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるバイオセンナの分解斜
視図、第２図はその縦断面図、第３図と第４図は誘導層
の別な例を示すバイオセンサの電極上の拡大模式図、第
５図は従来のバイオセンナの分解斜視図である。 １・・・・・・基板、２・・・・・・対極、３・・・・
・・測定極、４・・・・・・参照極、６・・・・・・絶
縁層、６・・・・・・両面接着テープ、７・・・・・・
誘導層、８・・・・・・濾過層、９・・・・・・保持枠
、１ｏ・・・・・・多孔体、１１・・・・・・カバー、
１２・・川・ＣＭ　Ｇ。 １３・・・・・・酵素。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名／２
−ＣＭＣ 城

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも測定極と対極からなる電極系を設けた
   絶縁性基板を備え、酵素と電子受容体と試料液の反応に
   際しての物質濃度の変化を電気化学的に測定するバイオ
   センサにおいて、前記電極系の表面に吸水性高分子層を
   設け、電極系を前後からはさんだ位置に、凸形状で測定
   極との距離が一番短くなるように一対の誘導層を設置し
   、前記電極系を覆う様にろ過膜と多孔体を設け、前記各
   要素を一体化したことを特徴とするバイオセンサ。
2. （２）吸水性高分子が、カルボキシメチルセルロース系
   、ゼラチン系、アクリル酸系、ビニルアルコール系、ビ
   ニルピロリドン系、無水マレイン酸系からなる群のいず
   れかもしくはそれらの混合物である特許請求の範囲第１
   項記載のバイオセンサ。