JPH01134244A - 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、種々の微量の試料液中の基質濃度について、
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、ディスポーザブルタイプのバイオセンサに関
するものである。

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
液の希釈や撹拌などを行うことなく簡易に定量しうる方
式として、特開昭６１−２９４３５１号公報に記載のバ
イオセンサを提案した。このバイオセンサは、絶縁性の
基板上にスクリーン印刷等の方法でカーボンなどからな
る電極系を形成し、この上を酸化還元酵素と電子受容体
を担持した多孔体で覆い全体を一体化したものである。

試料液を多孔体上へ滴下すると、多孔体に担持されてい
る酸化還元酵素と電子受容体が試料液に溶解し、試料液
中の基質との間で酵素反応が進行し電子受容体が還元さ
れる。反応終了後、この還元された電子受容体を電気化
学的に酸化し、このとき得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においては、電極系を含む基板面の
濡れが必ずしも一様とならないなどの点から、多孔体と
基板面の間に気泡が残留し、応答電流に影響を与える場
合があった。また、電極に吸着しやすい物質が試料液中
に共存すると、応答電流の変動が見うけられた。

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、絶縁性の基板に少
くとも測定極と対極とからなる電極系を設け、酵素と電
子受容体と試料液を反応させ、この反応に際しての物質
濃度変化を電気化学的に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、電極系上に、吸
水性高分子層と、酵素と吸水性高分子の混合物からなる
酵素反応層とを設けたものである。

作用 上記構成により、電極上へ降下した試料液は酵素反応層
に吸収され、吸水性高分子層に達してこれをゲル化する
ため電極上に密着しかつ電極面を十分に覆ったゲル層が
安定に形成されるため、電極の濡れの不均一性や気泡の
残留を解消でき、かつ吸着物質の影響も低減できるなど
安定した応答特性が得られる。

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についての断面図
であり、第２図はその構成部分を分解斜視図で示したも
のである。

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、
加熱乾燥して測定極２と対極３からなる電極系と、それ
ぞれのリード部２／　、　３／を形成する。次に電極系
を部分的に覆い、一定の電極面積が得られるように絶縁
性ペーストを前記同様に印刷、乾燥して絶縁層４を形成
する。多孔体７は保持枠６で保持されており、フェリシ
アン化カリウム３００１５１をリン酸緩衝液（ｐＨｓ、
ｅｓ）　１　ｎｔｌに溶解した液をセルロース紙に含浸
−乾燥して作製したものである。６は酵素反応層であり
、以下の様にして電極上に形成した。まず、吸水性高分
子としてカルボキシメチルセルロースを用い、このもの
の０．５ｗｔ％水溶液１０μｅを電極系の上へ展開・乾
燥し、膜厚１μｍ程度の吸水性高分子層を形成した。次
に酵素としてグリコースオキシダー（／２００ユニット
を前記のカルボキシメチルセルロース水溶液１１１１ｅ
に溶解した溶液６μｅを上記の吸水性高分子層上へ展開
−乾燥して、酵素と吸水性高分子の混合物層を形成した
。この様にして得られた酵素反応層は、乾燥時２μｍ程
度の膜厚を有するものであり、カーボン電極近傍はカル
ボキシメチルセルロース主体の層からなり、この上ニゲ
ルコースオキシダーゼと力μボキシメチルセルロースの
均一混合物主体の層から成っているものと推定される。

上記構成のグルコースセンサの多孔体上へ試料液として
グルコース標準液を滴下し、２分後に測定極をアノード
として対極との間にｓｏｏｍｖの電圧を印加し、６秒後
の電流値を測定した。滴下された試料液は多孔体に担持
されたフェリシアン化カリウムを溶解し、電極上へ降下
する。ここで、試料液は、吸水性高分子に吸収され、電
極上に密着し、電極系を覆ったフェリシアン化カリウム
、グルコースオキシダーゼを含む吸水性高分子による水
溶性ゲルからなる酵素反応層が形成される。

このため、気泡の残留なども起らず安定した応答電流が
得られる。

上記の電圧印加により、酵素反応で生成したフェロシア
ン化カリウムが測定極で酸化され、このとき得られる電
流値は試料液中のグルコース濃度に対応している。

第３図に応答電流とグルコース濃度の関係を示す。図中
ムは上記に述べた酵素反応層を設けた場合である。一方
Ｂは、予め吸水性高分子層を形成することなくグルコー
スオキシダーゼとカルボキシメチルセルロースの混合物
層のみで酵素反応層を形成した以外はムと同様に作成し
た場合である。

本発明のムは良好な直線性を有し、かつＢに比較して感
度も高い。この感度の向上は、予め吸水性高分子層を形
成することにより、酵素タンパクの電極への吸着が低減
されたものによるものと推定される。

一方、図には示していないが、電極系の上へ上記の様に
酵素反応層、および吸水性高分子層も形成せずに、酵素
を多孔体にフェリシアン化カリウムとともに担持した場
合には、電極上に気泡が残留する場合が見うけられ、応
答電流が不安定であった。

本発明の利点としては、上記以外に、酵素を効率的に利
用できる点がある。これは、吸水性高分子と酵素の混合
物層を形成しているので、試料液が吸収された酵素反応
層中で、むだなく、円滑に酵素反応を進行させることが
でき、用いる酵素量も微量で良い。

水を吸収してゲル化する吸水性高分子として、天然高分
子類では、デンプン系、セルロース系、アルギン酸系、
ガム類、タンパク質系などがあり、合成高分子類では、
ビニル系、アクリル酸系、無水マレイン酸系、水性ウレ
タン系、ポリ電解質系など種々あるが、特に、デンプン
系、力〃ポ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。これらは、単独
または混合物、共重合体であっても良い。これらの高分
子は容易に水溶液とすることができるので、適当な濃度
の水溶液を塗布、乾燥することにより、必要な厚さの薄
膜を電極上に直接形成することができる。

上記実施例では、測定極と対極のみの二極電極系につい
て述べたが、参照極を加えた三電極方式にすれば、よし
正確な測定が可能である。

また、電子受容体としては、上記実施例に用いたフェリ
シアン化カリウム以外にも、ｐ−ベンゾキノン、フェナ
ジンメトサルフェートなどモ使用できる。さらに、上記
実施例のセンサは酵素として、上記実施例のグルコース
オキシダーゼ以外のアルコールオキシダーゼ、コレステ
ロールオキシダーゼ等を用いれば、アルコールセンサ、
コレステロールセンサなどにも用いることができる。

発明の効果 以上のように、本発明のグルコースセンサは、電極系上
を、吸水性高分子層と、酵素と吸水性高分子の混合物か
らなる酵素反応層で覆うことにより、信頼性の高い応答
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるグルコースセンサの断
面図、第２図はその分解斜視図、第３図はグルコースセ
ンサの応答特性図である。 １・・・・・・基板、２・・・・・・測定極、３・・・
・・・対極、６・・・・・・酵素反応層。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名／　
−−一絶翁１生羞版 ２−；目す　プ丈二ηめに 第　１　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁性基板に少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
   物質濃度変化を前記電極系で電気化学的に検知し、前記
   試料液中の基質濃度を測定するバイオセンサにおいて、
   前記電極系上には、吸水性高分子層と、酵素と吸水性高
   分子との混合物からなる酵素反応層とを設けたことを特
   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
   、ビニルピロリドン系、デンプン系、ゼラチン系、アク
   リル酸塩系、ビニルアルコール系、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。