JPH01212345A - バイオセンサの製造法 - 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便に定量するこ
とのできるバイオセンサの製造法に闇する。

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うことなく高精度に定量
する方式としては、第５図に示す撮部バイオセンサが提
案されている（例えば、特開昭５９−１６６８５２号公
報）、このバイオセンサは、絶縁基板９にリード１２．
１３をそれぞれ有する白金などからなる測定極ｌＯおよ
び対極１１を埋設し、これらの電極系の露出部分を酸化
還元酵素および電子受容体を担持した多孔体１４で覆っ
たものである。試料液を多孔体上へ滴下すると、試料液
に多孔体中の酸化還元酵素と電子受容体が溶解し、試料
液中の基質との閏で酵素反応が進行し電子受容体が還元
される。酵素反応終了後、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課題 この様な従来の構成では、多孔体については測定毎に取
り替えることにより簡易に測定できるが、電極系につい
ては洗浄等の操作が必要である。

一方、電極系をも含めて測定毎の使い捨てが可能となれ
ば、測定操作上、極めて簡易になるものの、白金等の電
極材料や構成などの点から、非常に高価なものにならざ
るを得ない。また、従来の構成においては、電極上への
液降下や電極面上の濡れが不均一となり、電極面上に気
泡が残留するなどにより不安定な応答を示す場合がみう
けられた。

課題を解決するための手段 本発明は上記課題を解決するため、絶縁性の基板上に、
カーボンペーストの印刷または塗布などにより少なくと
も測定極と対極からなる電極系を設け、ついでこの電極
の表面を研磨し、熱処理を施した後に、電極面上に親水
性高分子層を形成し、前記基板を酸化還元酵素および電
子受容体とともに一体化するものである。

作用 本発明によれば、極めて容易に基質濃度を測定すること
ができ、かつ、保存性に優れたディスポーザブルタイプ
のバイオセンサを構成することができる。

実施例 以下、本発明の一実施例について説明する。

実施例１ 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、本発明のバイオセンサの製造法の
一実施例として作製したグルコースセンサについて示し
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の基板ｌに、スクリーン印刷
により樹脂バインダーを含む導電性カーボンペーストを
平行な帯状に印刷し、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′　（各ｌ）を残
すように、ポリエステル主体の絶縁性ペーストを前記と
同様に印刷し、加熱処理をして絶縁層５を形成する０次
に、露出した２′、３′、４′の各部分を研磨後、空気
中で１００℃にて４時閉熱処理を施した０次に、親水性
高分子として、カルボキシメチルセルロース（以下ＣＭ
Ｃと略す）の０．　５ｗｔ％水溶液を電極上へ展関し、
乾燥した。

この後、穴を開けた樹脂性の保持枠６を絶縁層５に接着
する０次に前記電極系２′、３′、４′を覆うように、
酵素としてグルコースオキシダーゼをリン酸緩衝液に溶
解した液を展関し、乾燥させ、酵素を担持する。ついで
、電子受容体を担持した多孔体７を前記保持枠の穴の中
に保持する。さらにこの多孔体の外径より小さい径の開
孔部を有する樹脂性カバー８を接着し、全体を一体化す
る。

なお、保持枠の取り付けや酵素層および親水性高分子層
の形成については特に上記の順序に制限されるごとはな
い。

上記一体止されたバイオセンサについてい、測定極３に
沿った断面図を第２図に示す、上記で用いた多孔体は、
ナイロン不織布を素材とし、電子受容体としてのフェリ
シアン化カリウム４００１ｍｇを、濃度０．０２５ｗｔ
Ｘの界面活性剤（ポリエチレングリコールアルキルフェ
ニルエーテル）を含むＰＨ５，６のリン酸緩衝液１ａ＋
Ｌに溶解した液を前記基材に含浸後、濃度０．０２５ｗ
ｔＸの界面活性剤を含むエタノール中に浸漬して結晶化
し、次に減圧乾燥して作成したものである。

上記のように構成したグルコースセンサの多孔体へ試料
液としてグルコースセンサを滴下し、滴下２分後に参照
極を基準にして７００ｍＶのパルス電圧を印加すること
により、測定極をアノード方向へ分極した。

添加された試料液は酵素、電子受容体さらにはＣＭＣを
溶解し語調な液体となりながら電極面上を速やかに拡が
り、気泡の残留は認められなかった。これは、電極上に
予め形成された親水性高分子層により電極面の濡れが向
上したことによるものと考えられる。

一方、添加された試料液中のグルコースは電極上に担持
されたグルコースオキシダーゼの作用で多孔体７に担持
されたフェリシアン化カリウムと反応してフェロシアン
化カリウムを生成する。そこで、上記のアノード方向へ
のパルス電圧の印加により、生成したフェロシアン化カ
リウム濃度に比例した酸化電流が得られ、この電流値は
基質であるグルコースの濃度に対応する。

第３図は、上記構成になるセンサの応答特性の一例とし
て、電圧印加１０秒後の電流値と、グルコース濃度との
関係を示すものであり、極めて良好な直線性を示した。

上記に示したグルコースセンサの製造方法において、カ
ーボン電極の研磨後の熱処理工程の温度を１００℃、７
０℃、６０℃、５０℃及び熱処理なしとした以外は、前
記とまったく同様に構成したセンサを各々複数個作製し
、３０℃にて保存し、前記グルコース標準液に対する応
答変化を検討した。各々の熱処理温度の電極を用いたセ
ンサについて、初度の応答電流を１００％としたときの
変化を第４図に示す０図より明らかなごとく、処理温度
６０℃以上では保存にともなう応答変化は少ないが、５
０℃あるいは熱処理なしの場合には変動が大である。こ
れは、研磨されたカーボン印刷電極の露出表面部分の活
性が安定していないことによるものと推定される。なお
、電極面を研磨しない場合には、研磨した場合の約１／
３の応答電流しか得られなかったが、このような研磨の
有無による応答電流の違いは、ペースト中にバインダー
として含まれる樹脂成分などがカーボン表面を部分的に
被覆していることによるものと考えられる。しかし、研
磨により、カーボン電極表面の樹脂バインダーの削除な
らびに電極表面の平滑化が進むとともに、さらに熱処理
することにより、電極露出部の活性度を安定化できるも
のと考えられる。

本発明者らの検討によれば、６０〜１７０℃の温度で酸
素雰囲気中１〜４時閏以上熱処理することで、保存後に
おける応答電流の変化が極めて少ない、好結果が得られ
た。熱処理に際し、５０℃以下では前述した通り好まし
い結果は得られなく、又逆に１７０℃よりも高温での熱
処理は、かえって応答感度の低下が見られた。これはカ
ーボンペースト中の樹脂バインダーの変質をも含めたカ
ーボン電極表面の劣化によるものとかんがえられる。

実施例２ 親水性高分子層を形成するまでの工程は実施例１と全く
同様に行なった後、保持枠を用いず、グルコースオキシ
ダーゼのリン酸緩衝溶液を電極面上へ展関し、乾燥した
０次に、フェリシアン化カリウムを微粒化したものを有
機溶媒に分散し、これを前記の酵素の担持面上へ展開の
後、有機溶媒を蒸発させた。

上記の様にして得られた親水性高分子、酵素、および電
子受容体を電極面上に担持したグルコースセンサについ
て、実施例１と同様にしてグルコース濃度に対する応答
を測定したところ、濃度と電流値の間に良好な直線間係
が得られた。

本発明のバイオセンサの製造法の電子受容体および酸化
還元酵素を一体化する場合の配置については、実施例１
に示した様に、多孔体を用いて、いずれか一方または両
方を多孔体に担持して絶縁性の基板とともに一体化する
と、滴下された試料液は確実に多孔体上に展開され、か
つ担持されている酵素あるいは電子受容体も速やかに溶
解するため測定時開を短縮することができる。また実施
例２に示した様に両方を親水性高分子とともに電極上に
担持して一体化すると、保持枠などが不要になるなど構
造的に簡単となり、製造上の利点が大きい。

また一体止の方法としては、実施例に示した枠体、カバ
ーなどの形や組合せに限定されるものではない。また、
用いる多孔体としては、ナイロン不織布以外に、セルロ
ース、レーヨン、セラミック、ポリカーボネートなどか
らなる多孔体を単独、あるいは組み合わせて用いること
ができる。さらに酸化還元酵素と電子受容体の組み合せ
も前記実施例に限定されることはなく、本発明の主旨に
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電極刃式の場合につ
いて述べたが、対極と測定極からなる２電極刃式でも測
定は可能であった。また、電極の形成において、カーボ
ンペーストの導電性が低い場合には銀ペーストなどで予
めリードを形成し、この上からカーボン電極を構成すれ
ば良い。

吸水性高分子としてＣＭＣの他にゼラチンやメチルセル
ロースなども使用でき、デンプン系、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。これらの吸水性あるいは水溶性の親水
性高分子を適当な濃度の溶液などとしたものを塗布、乾
燥することにより、必要な膜厚の親水性高分子層を電極
上に形成することができる。

なお、本発明のバイオセンサの製造法は上記実施例に示
したグルコースセンサに限らず、アルコールセンサやコ
レステロールセンサなと、酸化還元酵素の関与する系に
用いることができる。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が安定に反応す
るので適しているが、キノン系やフェロセン系なども用
いることができる。

発明の効果 以上のように本発明のバイオセンサの製造法は、カーボ
ンを主体とする電極系に研磨、熱処理を施すことにより
、応答性、保存性に優れたバイオセンサを提供すること
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バイオセンサの分解斜
視図、第２図は同バイオセンサの縦断面図、第３図は同
バイオセンサの応答特性図、第４図は同バイオセンサの
保存特性図、第５図は従来例のバイオセンサの縦断面図
である。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　ばか１名第　３　図 グルコーヌＪ濱Ｏｎｌ／ｄｌ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁性の基板上に、カーボンペーストの印刷また
   は塗布により少くとも測定極と対極からなる電極系を設
   け、ついでこの電極の表面を研磨し、熱処理した後に前
   記電極表面に親水性高分子層を形成し、前記基板を酸化
   還元酵素および電子受容体とともに一体化したことを特
   徴とするバイオセンサの製造法。
2. （２）電極表面に形成した親水性高分子に酸化還元酵素
   および電子受容体を担持させ、基板とともに一体化する
   請求項１に記載のバイオセンサの製造法。
3. （３）酸化還元酵素および電子受容体の両方あるいはい
   ずれか一方を予め多孔体に担持した後に基板とともに一
   体化する請求項１に記載のバイオセンサの製造法。
4. （４）酸素雰囲気中にて、６０℃以上の温度で熱処理を
   行なう請求項１に記載のバイオセンサの製造法。