JPH01219661A - 酵素電極型のセンサーを用いての分析方法及び装置 - Google Patents
酵素電極型のセンサーを用いての分析方法及び装置Info
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- JPH01219661A JPH01219661A JP63041777A JP4177788A JPH01219661A JP H01219661 A JPH01219661 A JP H01219661A JP 63041777 A JP63041777 A JP 63041777A JP 4177788 A JP4177788 A JP 4177788A JP H01219661 A JPH01219661 A JP H01219661A
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Classifications
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/28—Electrolytic cell components
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は酵素電極センサー、及び殊にそのようなセンサ
ーを用いる分析方法に関する。
ーを用いる分析方法に関する。
酵素電極は、医学及びその他の研究所において、殊に血
液及びその他の生理的液体の試料中のグルコース及び尿
素のような物質の測定のために広(用いられるようにな
っている。そのような電極は、多くの刊行物に記載され
ている。例えばクラーク及びライオンス(c1ark、
Lyons)の文献[アナルス・オブ・ザ・ユニつヨ
ーク◆アカデミイ・オブ・サイエンス、泗、29〜45
.1962] 、米国特許第3539455号明細書(
クラーク)及び同第3979274号明細書にュウマン
)がある。普通、酵素電極は、自身では電気化学的に活
性ではないけれども適当な酵素の存在下では、電極によ
って容易に検出可能な物質種を生成させる反応に参加す
る物質を測定するのに用いられる。酵素電極において、
酵素は、下に横たわる電極に近接した高分子物質内に配
置されることが多い。
液及びその他の生理的液体の試料中のグルコース及び尿
素のような物質の測定のために広(用いられるようにな
っている。そのような電極は、多くの刊行物に記載され
ている。例えばクラーク及びライオンス(c1ark、
Lyons)の文献[アナルス・オブ・ザ・ユニつヨ
ーク◆アカデミイ・オブ・サイエンス、泗、29〜45
.1962] 、米国特許第3539455号明細書(
クラーク)及び同第3979274号明細書にュウマン
)がある。普通、酵素電極は、自身では電気化学的に活
性ではないけれども適当な酵素の存在下では、電極によ
って容易に検出可能な物質種を生成させる反応に参加す
る物質を測定するのに用いられる。酵素電極において、
酵素は、下に横たわる電極に近接した高分子物質内に配
置されることが多い。
酵素電極において使用するための膜の性質を改善するた
めに著しく多くの研究が実施されてきており、またこの
目的のための多くの膜が発表されてきている。しばしば
用いられるタイプの膜の一例は、米国特許第39792
74号明細書にニュウマンによって開示された積層膜で
あ、る。この膜は、酵素信号を妨害するおそれのある低
分子伝の物質の通過を防ぎうる実質的に均質な物質、例
えば酢酸セルロース、の第1(または内側)層;酵素自
体の密接な接着性層(酵素とブレンドされうるその他の
物質と一緒に、またはそのような物質なしで);及び細
胞質またはコロイド状元素の通過を防ぎうる多孔質担体
フィルムの第2の層(この場合では、外側層);からな
る。
めに著しく多くの研究が実施されてきており、またこの
目的のための多くの膜が発表されてきている。しばしば
用いられるタイプの膜の一例は、米国特許第39792
74号明細書にニュウマンによって開示された積層膜で
あ、る。この膜は、酵素信号を妨害するおそれのある低
分子伝の物質の通過を防ぎうる実質的に均質な物質、例
えば酢酸セルロース、の第1(または内側)層;酵素自
体の密接な接着性層(酵素とブレンドされうるその他の
物質と一緒に、またはそのような物質なしで);及び細
胞質またはコロイド状元素の通過を防ぎうる多孔質担体
フィルムの第2の層(この場合では、外側層);からな
る。
グルコースの測定は、酵素電極による物質の測定の一例
として採り上げることができる。酵素(グルコースオキ
シダーゼ)の存在下では下記の反応が起こる。
として採り上げることができる。酵素(グルコースオキ
シダーゼ)の存在下では下記の反応が起こる。
この反応で生成される過酸化水素は、米国特許第397
9274号に記載の如き膜の第1層を通り抜けるので、
電極を用いて測定することができる。生成される過酸化
水素は試料中に存在するグルコースに依存するので(ま
たは従属するので)、グルコース濃度は適当にキャリグ
レージョン(検定)したセンサーを用いて測定できる。
9274号に記載の如き膜の第1層を通り抜けるので、
電極を用いて測定することができる。生成される過酸化
水素は試料中に存在するグルコースに依存するので(ま
たは従属するので)、グルコース濃度は適当にキャリグ
レージョン(検定)したセンサーを用いて測定できる。
今日まで数多くの困難によって、酵素電極の利用が制限
され、また(例えば血液試料の)日常的分析における酵
素電極の使用規模が限定されてきている。
され、また(例えば血液試料の)日常的分析における酵
素電極の使用規模が限定されてきている。
このような困難の一つは、酵素触媒反応の基質であるグ
ルコースまたは乳酸塩のような検体に対する電極の応答
の直線性(あるいは線型性)が小さいことである。その
応答は検体の低濃度の狭い範囲にわたってのみ直線性で
あるに過ぎないので、測定されるべき物質の濃度は低く
なければならず、そして一般的には、酵素電極を用いて
の分析のための試料においては稀釈物を用いなければな
らない。研究室の外での日常的な分析のために稀釈試料
を作ることは必ずしも実用的ではなく、また体内モニタ
リングのためには不可能であろう。この困難は、我々の
欧州特許第204468号明細書に記載されているよう
に酵素電極膜の外側層の適当な処理により、あるいは我
々の欧州特許第218577号明細書に記載されている
ように酵素層と被分析試料との間に限定された透過度の
重合体層を設けてなる酵素膜を使用することにより、少
なくともある程度まで、軽減することができる。
ルコースまたは乳酸塩のような検体に対する電極の応答
の直線性(あるいは線型性)が小さいことである。その
応答は検体の低濃度の狭い範囲にわたってのみ直線性で
あるに過ぎないので、測定されるべき物質の濃度は低く
なければならず、そして一般的には、酵素電極を用いて
の分析のための試料においては稀釈物を用いなければな
らない。研究室の外での日常的な分析のために稀釈試料
を作ることは必ずしも実用的ではなく、また体内モニタ
リングのためには不可能であろう。この困難は、我々の
欧州特許第204468号明細書に記載されているよう
に酵素電極膜の外側層の適当な処理により、あるいは我
々の欧州特許第218577号明細書に記載されている
ように酵素層と被分析試料との間に限定された透過度の
重合体層を設けてなる酵素膜を使用することにより、少
なくともある程度まで、軽減することができる。
別の困難は、それら自体である信号を生じさせそれによ
り全体の信号の強さを大きくして、電極が高過ぎる測定
値を与えるようにする被験試料中の妨害物質の影響であ
る。例えば、血液中のグルコースを測定するために酵素
電極を使用する場合に、生じる酵素媒介信号は適性であ
りうるが、観察される信号が、過酸化水素検出電極のと
ころで直接の電気化学信号を与えうるアスコルビン酸の
ような多くのその他の血中物質によって高められること
かある。この困難は、我々の欧州特許出願第86308
918.1明細書に記載されているような交互の重合体
物質から作られた膜の電極を使用することにより少なく
ともある程度まで軽減できる。さらには、英国特許第2
,019,580A号明細書には、静的反応化電位と静
的測定電位とを交互に与えられる測定電極を用いること
により、妨害異物質を含む流体の糖含量を測定する方法
が記載されており、電流は測定電位印加期間中に測定さ
れ、それに引き続く測定電極へ向けての妨害異物質の分
配は、異物質の酸化中に拡散制限電流が再活性比相で確
立されるように、測定電極の前に配置された一つの膜に
よって抑制され、かつ電流の測定を、測定期間の開始に
相対して遅延されたある時間の後に実施することを特徴
としている。
り全体の信号の強さを大きくして、電極が高過ぎる測定
値を与えるようにする被験試料中の妨害物質の影響であ
る。例えば、血液中のグルコースを測定するために酵素
電極を使用する場合に、生じる酵素媒介信号は適性であ
りうるが、観察される信号が、過酸化水素検出電極のと
ころで直接の電気化学信号を与えうるアスコルビン酸の
ような多くのその他の血中物質によって高められること
かある。この困難は、我々の欧州特許出願第86308
918.1明細書に記載されているような交互の重合体
物質から作られた膜の電極を使用することにより少なく
ともある程度まで軽減できる。さらには、英国特許第2
,019,580A号明細書には、静的反応化電位と静
的測定電位とを交互に与えられる測定電極を用いること
により、妨害異物質を含む流体の糖含量を測定する方法
が記載されており、電流は測定電位印加期間中に測定さ
れ、それに引き続く測定電極へ向けての妨害異物質の分
配は、異物質の酸化中に拡散制限電流が再活性比相で確
立されるように、測定電極の前に配置された一つの膜に
よって抑制され、かつ電流の測定を、測定期間の開始に
相対して遅延されたある時間の後に実施することを特徴
としている。
酵素電極の開発によって、例えば使い棄て式の電極また
は膜を有する低価格の装置の大規模生産を可能にするこ
とができた。これは、例えば血中グルコースの迅速な日
常的測定が家庭で、医師術室で、保健所で、また外来患
者クリニックで規則的に実施されうるようにするであろ
う。また多(の深刻な状態の迅速な診断を助長すること
になろう。しかしそのような発展ははっきりと現れてこ
ない。なんとなれば酵素電極を用いて測定を行なう場合
には、安定な信号を得るのに必要とされる長い時間のた
めに問題が経験されるからである。
は膜を有する低価格の装置の大規模生産を可能にするこ
とができた。これは、例えば血中グルコースの迅速な日
常的測定が家庭で、医師術室で、保健所で、また外来患
者クリニックで規則的に実施されうるようにするであろ
う。また多(の深刻な状態の迅速な診断を助長すること
になろう。しかしそのような発展ははっきりと現れてこ
ない。なんとなれば酵素電極を用いて測定を行なう場合
には、安定な信号を得るのに必要とされる長い時間のた
めに問題が経験されるからである。
現在の酵素電極では、安定な基礎ラインが確立されうる
までに10分またはそれ以上の時間が必要とされること
がしばしばである。これは、もし装置が常に活性状態に
維持される多用センサーであるならば許容できる。しか
しこれは、多重測定のために使い棄て式でない電極/膜
セ・ソトを用いての規則的ベースでの間欠的測定のため
には許容されえない。
までに10分またはそれ以上の時間が必要とされること
がしばしばである。これは、もし装置が常に活性状態に
維持される多用センサーであるならば許容できる。しか
しこれは、多重測定のために使い棄て式でない電極/膜
セ・ソトを用いての規則的ベースでの間欠的測定のため
には許容されえない。
ここに我々は、安定な信号を確立するのに必要とされる
時間を大きく短縮し、かくして酵素電極を使用する改善
された分析方法を提供しうるように酵素電極を制御しう
ろことを発見した。英国特許第2019580A号の発
明はアノード酸化による電極表面の再活性化により使用
中の電極表面から閉塞吸着物質を絶えず取り除くことに
より長期間の運転を達成することに向けられているが、
本発明は、分析測定をする以前に、測定を実施できるに
足る安定な信号が達成されるまでに必要とされる時間を
短縮することに向けられていることが、了解されよう。
時間を大きく短縮し、かくして酵素電極を使用する改善
された分析方法を提供しうるように酵素電極を制御しう
ろことを発見した。英国特許第2019580A号の発
明はアノード酸化による電極表面の再活性化により使用
中の電極表面から閉塞吸着物質を絶えず取り除くことに
より長期間の運転を達成することに向けられているが、
本発明は、分析測定をする以前に、測定を実施できるに
足る安定な信号が達成されるまでに必要とされる時間を
短縮することに向けられていることが、了解されよう。
本発明によれば、酵素電極型のセンサー上に存在する酵
素と反応性であってそのセンサーによって検出されうる
電気化学的活性物貫挿を形成する、試料中の、検体の濃
度を測定するに際して、センサーを横切って電位を印加
してそのセンサー内に電流を流通させ、そのセンサーを
試料と接触させてそれにより電流の変化を生じさせ、そ
してそのセンサーを横切って作用電位を印加したときに
、電流の変化の関数として検体の濃度を測定することか
らなる、酵素電極型のセンサーを用いての分析方法にお
いて:その作用電位を印加しそして検体の濃度を測定す
る以前のある時点に、その作用電位よりも著しく過剰の
電位を印加し、それによって、濃度測定を実施可能とす
るのに足る安定な信号を確立するのに必要とされる時間
を短縮することを特徴とする上記分析方法が提供される
。
素と反応性であってそのセンサーによって検出されうる
電気化学的活性物貫挿を形成する、試料中の、検体の濃
度を測定するに際して、センサーを横切って電位を印加
してそのセンサー内に電流を流通させ、そのセンサーを
試料と接触させてそれにより電流の変化を生じさせ、そ
してそのセンサーを横切って作用電位を印加したときに
、電流の変化の関数として検体の濃度を測定することか
らなる、酵素電極型のセンサーを用いての分析方法にお
いて:その作用電位を印加しそして検体の濃度を測定す
る以前のある時点に、その作用電位よりも著しく過剰の
電位を印加し、それによって、濃度測定を実施可能とす
るのに足る安定な信号を確立するのに必要とされる時間
を短縮することを特徴とする上記分析方法が提供される
。
予期されうる時間応答曲線が得られた場合には、公知の
カーブストリッピング及び非線型最適化法のような数値
分析法を用いて所望の測定を行なうことができることは
了解されよう。
カーブストリッピング及び非線型最適化法のような数値
分析法を用いて所望の測定を行なうことができることは
了解されよう。
適当には、センサーを試料と接触させてから、印加電位
を作用電位よりも著しく高い値にまで上昇させ、その後
に検体の濃度の測定のための作用電位にまで低減させる
。
を作用電位よりも著しく高い値にまで上昇させ、その後
に検体の濃度の測定のための作用電位にまで低減させる
。
かくして、本発明は、未使用の電極を上記のような分析
方法において使用するためにその電気化学的性能を迅速
に適合させることに、殊に向けられている。そのような
未使用電極は、実質的な電気的活性に付されたことがな
く、従って所望の測定が有効であるようにするのに足る
安定性のある信号を達成するのに必要とされる酸化され
た表面を有しない電極特性(殊に表面特性)を示すのが
普通である。一般には、電極は販売前の検査を除けば電
気的活性に付されてはいないであろう。
方法において使用するためにその電気化学的性能を迅速
に適合させることに、殊に向けられている。そのような
未使用電極は、実質的な電気的活性に付されたことがな
く、従って所望の測定が有効であるようにするのに足る
安定性のある信号を達成するのに必要とされる酸化され
た表面を有しない電極特性(殊に表面特性)を示すのが
普通である。一般には、電極は販売前の検査を除けば電
気的活性に付されてはいないであろう。
従って、例えば金属電極、殊に白金電極に関しては、そ
の酸化表面は、金属(特に白金)2分子当り約1分子よ
りも多い酸素を含まないであろう。
の酸化表面は、金属(特に白金)2分子当り約1分子よ
りも多い酸素を含まないであろう。
また本発明は、酵素電極型のセンサー上に存在する酵素
と反応性であってそのセンサーによって検出されうる電
気化学的活性物貫挿を形成する、試料中の、検体の濃度
を測定するに際して、センサーを横切って電位を印加し
てそのセンサー内に電流を通過させ、そのセンサーを試
料と接触させてそれにより電流の変化を生じさせ、そし
てそのセンサーを横切って作用電位を印加したときに、
電流の変化の関数として検体の濃度を測定することから
なる、酵素電極型のセンサーを用いての分析方法におい
て:センサーを試料と接触させた後に、印加電位値をゼ
ロに低減し、次いで著しく増加させ、しかる後に検体の
濃度測定のための作用電位にまで低減することを特徴と
する前記分析方法も提供する。
と反応性であってそのセンサーによって検出されうる電
気化学的活性物貫挿を形成する、試料中の、検体の濃度
を測定するに際して、センサーを横切って電位を印加し
てそのセンサー内に電流を通過させ、そのセンサーを試
料と接触させてそれにより電流の変化を生じさせ、そし
てそのセンサーを横切って作用電位を印加したときに、
電流の変化の関数として検体の濃度を測定することから
なる、酵素電極型のセンサーを用いての分析方法におい
て:センサーを試料と接触させた後に、印加電位値をゼ
ロに低減し、次いで著しく増加させ、しかる後に検体の
濃度測定のための作用電位にまで低減することを特徴と
する前記分析方法も提供する。
ここに「印加電位をゼロに低減」とは、電気接続の切断
または短絡を含むことを意図するものである。
または短絡を含むことを意図するものである。
さらに本発明は、酵素電極型のセンサー及び記録装置に
接続しうる電気回路からなり、その電気回路が(a)プ
ログラム可能定電圧源(PCVS)、(b)そのプログ
ラム可能定電圧源のための制御回路、(c)電流測定回
路、及び(d)センサーを電気回路中へ接続しうるスイ
ッチ、を適切な方式で一緒に接続してなるものである、
酵素電極型センサー用制御装置であって: センサーに接続されたときには、下記のプログラムステ
ップ; (1)センサーに電位を印加してそのセンサーに電流を
流通させるステップ、 (ii)センサーによって測定されるべき検体を含む試
料にセンサーを接触させたときに電流の変化が検出され
た後に、その電位を著しく増加するステップ、次いで、 (iii)その電位を予め定められた作用電位にまで低
減しそして検体の濃度を測定するステップ、を自動的に
遂行することができ、かつ電位の増加及びその増加電位
を印加している時間は、使用に際して、測定を実施可能
とするのに足る安定な信号を確立するのに必要とされる
時間が短縮されるような、電位増加及びその印加時間で
あることを特徴とする上記制御装置も提供する。
接続しうる電気回路からなり、その電気回路が(a)プ
ログラム可能定電圧源(PCVS)、(b)そのプログ
ラム可能定電圧源のための制御回路、(c)電流測定回
路、及び(d)センサーを電気回路中へ接続しうるスイ
ッチ、を適切な方式で一緒に接続してなるものである、
酵素電極型センサー用制御装置であって: センサーに接続されたときには、下記のプログラムステ
ップ; (1)センサーに電位を印加してそのセンサーに電流を
流通させるステップ、 (ii)センサーによって測定されるべき検体を含む試
料にセンサーを接触させたときに電流の変化が検出され
た後に、その電位を著しく増加するステップ、次いで、 (iii)その電位を予め定められた作用電位にまで低
減しそして検体の濃度を測定するステップ、を自動的に
遂行することができ、かつ電位の増加及びその増加電位
を印加している時間は、使用に際して、測定を実施可能
とするのに足る安定な信号を確立するのに必要とされる
時間が短縮されるような、電位増加及びその印加時間で
あることを特徴とする上記制御装置も提供する。
本発明の方法を用いると、多くの場合に、安定な信号を
得るのに必要とされる時間が、20秒〜3分の範囲内の
時間にまで短縮される。
得るのに必要とされる時間が、20秒〜3分の範囲内の
時間にまで短縮される。
本発明の好ましい方法におけるステップは下記の通りで
ある。
ある。
(])センサーに電圧を印加するステップ、(ii)セ
ンサーに試料を適用するステップ、(iii )試料が
センサーに適用されたことを制御回路が検出したときに
、センサーを横切って予め印加される電圧値をある時間
にわたりゼロ(上記で定義)とし、次いで意図作用電圧
よりも著しく高い水準にまで予め定めた詩画にわたり増
加するステップ、 (iv)その予め定めた時間の後、センサーに印加され
た電圧を作用電圧にまで低減するステップ、そして (V)試料中の検体を測定するステップ、ただしステッ
プ(1)及び(ii)をいずれかの順序または同時に実
施する。
ンサーに試料を適用するステップ、(iii )試料が
センサーに適用されたことを制御回路が検出したときに
、センサーを横切って予め印加される電圧値をある時間
にわたりゼロ(上記で定義)とし、次いで意図作用電圧
よりも著しく高い水準にまで予め定めた詩画にわたり増
加するステップ、 (iv)その予め定めた時間の後、センサーに印加され
た電圧を作用電圧にまで低減するステップ、そして (V)試料中の検体を測定するステップ、ただしステッ
プ(1)及び(ii)をいずれかの順序または同時に実
施する。
上記に示した第2方法のステップ(iii )において
、電圧がゼロである時間は短くなければならず、好まし
くは1〜3秒の範囲内である。
、電圧がゼロである時間は短くなければならず、好まし
くは1〜3秒の範囲内である。
本発明の方法において使用する酵素電極センサーは、一
般的には、作用電極であるアノードと、「擬参照」電極
であるカソードとを有する。これらの電極は、表面に不
安定酸化物層ができる白金及び銀のような不活性金属、
及び炭素から作られるのが普通である。これらの電極と
、測定されるべき検体を含む試料との間には、内部に酵
素含有層を有する膜がある。そのようなセンサーにおけ
る膜は、その最も簡単な形態においては、酵素含有層と
限定された透過度の層(普通は重合体物質から作られる
)とからなる。限定された透過度の層は、この簡単な形
態の膜の外側層であり、検体測定のための本発明の方法
における試料と直接に接触される。しかし、膜はラミネ
ート膜であり、米国特許第3979274号明細書に記
載されているタイプのものがその一例である。前述のよ
うに、そのような膜は、第1または内側物質層(酵素含
有層と電極との間に配置される)/酵素含有層/第2の
物質層からなり、その第2の物質層が限定された透過度
を有する膜である。酵素電極中の膜は、酵素含有層以外
に2枚より多くの物質層を含みうる。例えば第2の層は
、必ずしも膜の最外層ではない。さらに1枚またはそれ
以上の(すなわち第3、第4・・・等)層が、第2層と
試料との間にあってもよい。しかし、第2層が外側層で
ある場合が多く、その外面が試料と接触されることにな
る。
般的には、作用電極であるアノードと、「擬参照」電極
であるカソードとを有する。これらの電極は、表面に不
安定酸化物層ができる白金及び銀のような不活性金属、
及び炭素から作られるのが普通である。これらの電極と
、測定されるべき検体を含む試料との間には、内部に酵
素含有層を有する膜がある。そのようなセンサーにおけ
る膜は、その最も簡単な形態においては、酵素含有層と
限定された透過度の層(普通は重合体物質から作られる
)とからなる。限定された透過度の層は、この簡単な形
態の膜の外側層であり、検体測定のための本発明の方法
における試料と直接に接触される。しかし、膜はラミネ
ート膜であり、米国特許第3979274号明細書に記
載されているタイプのものがその一例である。前述のよ
うに、そのような膜は、第1または内側物質層(酵素含
有層と電極との間に配置される)/酵素含有層/第2の
物質層からなり、その第2の物質層が限定された透過度
を有する膜である。酵素電極中の膜は、酵素含有層以外
に2枚より多くの物質層を含みうる。例えば第2の層は
、必ずしも膜の最外層ではない。さらに1枚またはそれ
以上の(すなわち第3、第4・・・等)層が、第2層と
試料との間にあってもよい。しかし、第2層が外側層で
ある場合が多く、その外面が試料と接触されることにな
る。
酵素電極中に存在する酵素は、適宜な方式で膜中に配置
される。好ましくは、ラミネート膜においては、酵素は
第1及び第2の多孔質物質の層の間に存在し、それらの
層間の結合を形成する。この場合、及び一般的には、酵
素を、架橋結合を生じさせる物質と混合することにより
固定するのが好ましい。この目的のために非常に適切な
物質はグルタルアルデヒドであり、アルブミンのような
蛋白質及びその他の物質も含まれてよい。センサーから
迅速な安定した測定値を得るのを促進するためには、酵
素含有層が薄いこと、すなわち厚さ5ミクロン以下であ
るのが好ましい。センサーにおいて使用されるべき酵素
の種類は、濃度が測定されることになっている検体の種
類によって左右される。検体がグルコースであるならば
、酵素は例えばグルコースオキシダーゼである。存在し
うるその他の酵素としては、尿酸測定のためのウリカー
ゼ、及び酪酸の測定のためのラクテートオキシダーゼ等
がある。二種またはそれ以上の酵素からなる酵素系を使
用することもできる。酵素電極は、欧州特許E P 2
04468A及び216577A明細書、欧州特許出願
第813308918.1号及び英国特許出願第882
8028号明細書に、詳しく (殊に膜中で使用される
べき多孔質物質に関して)記載されている。
される。好ましくは、ラミネート膜においては、酵素は
第1及び第2の多孔質物質の層の間に存在し、それらの
層間の結合を形成する。この場合、及び一般的には、酵
素を、架橋結合を生じさせる物質と混合することにより
固定するのが好ましい。この目的のために非常に適切な
物質はグルタルアルデヒドであり、アルブミンのような
蛋白質及びその他の物質も含まれてよい。センサーから
迅速な安定した測定値を得るのを促進するためには、酵
素含有層が薄いこと、すなわち厚さ5ミクロン以下であ
るのが好ましい。センサーにおいて使用されるべき酵素
の種類は、濃度が測定されることになっている検体の種
類によって左右される。検体がグルコースであるならば
、酵素は例えばグルコースオキシダーゼである。存在し
うるその他の酵素としては、尿酸測定のためのウリカー
ゼ、及び酪酸の測定のためのラクテートオキシダーゼ等
がある。二種またはそれ以上の酵素からなる酵素系を使
用することもできる。酵素電極は、欧州特許E P 2
04468A及び216577A明細書、欧州特許出願
第813308918.1号及び英国特許出願第882
8028号明細書に、詳しく (殊に膜中で使用される
べき多孔質物質に関して)記載されている。
本発明の方法の操作は、多様な方式に変えることができ
るが、非常に適当な運転順序は下記の通りである。第1
に、酵素゛電極またはその他のセンサー及び記録用装置
を制御装置に接続し、次いで(好ましくはスイッチを用
いて)作用電極及び参照電極(前述のように擬参照電極
)を接続する。
るが、非常に適当な運転順序は下記の通りである。第1
に、酵素゛電極またはその他のセンサー及び記録用装置
を制御装置に接続し、次いで(好ましくはスイッチを用
いて)作用電極及び参照電極(前述のように擬参照電極
)を接続する。
この段階においては電流は全く通過しておらず、電圧は
印加されない。次に電圧を(好ましくはアノードにおい
て陽性、正)を印加し、そして電流をモニターする。こ
の電圧はACでもDCでもよく、その電圧値は必須では
ない。例えばそれは作用電圧値であっても、あるいはそ
れよりも低い電圧でもよい。測定されるべき検体を含む
試料を、次いで、センサーに付ける。別法として、これ
は電圧を印加する前に行われてもよい。拡散をさせる遅
延の後に、試料によるセンサーの湿潤が電流の顕著な変
化の形で検出される。この時点で、印加電圧を標準の長
さの時間にわたりゼロ付近にまで低減させ、次いで電圧
を増加する。このときに印加される電圧はDCである。
印加されない。次に電圧を(好ましくはアノードにおい
て陽性、正)を印加し、そして電流をモニターする。こ
の電圧はACでもDCでもよく、その電圧値は必須では
ない。例えばそれは作用電圧値であっても、あるいはそ
れよりも低い電圧でもよい。測定されるべき検体を含む
試料を、次いで、センサーに付ける。別法として、これ
は電圧を印加する前に行われてもよい。拡散をさせる遅
延の後に、試料によるセンサーの湿潤が電流の顕著な変
化の形で検出される。この時点で、印加電圧を標準の長
さの時間にわたりゼロ付近にまで低減させ、次いで電圧
を増加する。このときに印加される電圧はDCである。
電極上に酸化物の層が沈着されてしまう予め定められた
時間の後(その沈着の程度は作用電圧において終極的に
達成されるであろう沈着の程度であるのが好ましい)、
作用電圧を作用電圧にまで低減させる。記録装置におけ
る測定値は、今や正しい測定を実施するのに充分な安定
である筈である。余り好ましくはないが本発明の方法の
別の一具体例においては、ステップ(i)で最初に印加
される電圧は、意図される作用電圧より著しく高い電圧
値である。
時間の後(その沈着の程度は作用電圧において終極的に
達成されるであろう沈着の程度であるのが好ましい)、
作用電圧を作用電圧にまで低減させる。記録装置におけ
る測定値は、今や正しい測定を実施するのに充分な安定
である筈である。余り好ましくはないが本発明の方法の
別の一具体例においては、ステップ(i)で最初に印加
される電圧は、意図される作用電圧より著しく高い電圧
値である。
この電圧値は次いで、予め定められた時間にわたり維持
された後に、作用電圧にまで低減される。
された後に、作用電圧にまで低減される。
制御装置は、導電性の溶液がセンサー中の電極に達した
時を指示するために、導電度または何らかの誘導パラメ
ーターの変化を検出するため装置を含むのが使用上都合
がよい。
時を指示するために、導電度または何らかの誘導パラメ
ーターの変化を検出するため装置を含むのが使用上都合
がよい。
好ましい作用電圧は0.4〜0.75ボルトの範囲内で
ある。「著しく高い電圧」は好ましくは0.8〜1.9
ボルトの範囲内であり、15秒〜1分間、殊に約80秒
間、維持されるのが好ましい。一般的には、より短い「
予め定めた時間」が、より高い電圧値について必要とさ
れる。
ある。「著しく高い電圧」は好ましくは0.8〜1.9
ボルトの範囲内であり、15秒〜1分間、殊に約80秒
間、維持されるのが好ましい。一般的には、より短い「
予め定めた時間」が、より高い電圧値について必要とさ
れる。
本発明を添付図面を参照して説明する。この図面は、酵
素電極及びチャート記録器に接続された制御装置の簡略
回路線図である。
素電極及びチャート記録器に接続された制御装置の簡略
回路線図である。
この図面に示された制御装置は、プログラム入力を2に
有するプログラム可能な定電圧源(PCVS)1、この
PCVSの制御回路3、電流測定回路(cMC)4及び
オン/オフスイッチ5からなる。チャート記録器または
データプロセッサー6及び酵素電極7は制御装置に接続
されている。PCVSIによって供給される定電圧は、
CMC4を介して電極7へ流れる。電極7を通過する電
流の明確な関数である信号は記録器6へ移行し、電極を
通過する電流を読み取り適切に反応する制御回路3によ
ってモニターされる。
有するプログラム可能な定電圧源(PCVS)1、この
PCVSの制御回路3、電流測定回路(cMC)4及び
オン/オフスイッチ5からなる。チャート記録器または
データプロセッサー6及び酵素電極7は制御装置に接続
されている。PCVSIによって供給される定電圧は、
CMC4を介して電極7へ流れる。電極7を通過する電
流の明確な関数である信号は記録器6へ移行し、電極を
通過する電流を読み取り適切に反応する制御回路3によ
ってモニターされる。
操作におけるステップ順序は下記の通りである。
(1)スイッチ3を「オン」位置にして、供給電圧を回
路へ印加し、また酵素電極7の作用電極へ初期電圧を印
加する。
路へ印加し、また酵素電極7の作用電極へ初期電圧を印
加する。
(ii)試料を酵素電極7上の膜の外表面に付ける。
(iii )酵素電極7上の膜が湿潤した後に電極を流
れる電流の増加を制御回路3で検出される。
れる電流の増加を制御回路3で検出される。
(iv)制御回路3がPCVSlを再プログラムして、
短い一定時間内はぼゼロに近い電圧を与え、次に予め定
めた時間にわたり所期作用電圧よりも著しく高、い電圧
を与える。
短い一定時間内はぼゼロに近い電圧を与え、次に予め定
めた時間にわたり所期作用電圧よりも著しく高、い電圧
を与える。
(V)上記予め定めた時間の後に、再び制御回路3がp
cvsを再プログラムする。この再プログラムは作用電
圧を生じさせるためのものである。
cvsを再プログラムする。この再プログラムは作用電
圧を生じさせるためのものである。
(vl)酵素電極7を通って流れる電極の測定を行ない
、これをチャート記録器またはデータプロセッサー6に
記録する。そして (vii)回路のスイッチを切る。もしさらに別の試料
を試験すべきときには、装置を上記(1)へ戻すか、ま
たはステップ(vii)でスイッチを切ることなく直接
(ii)へ戻すことができる。
、これをチャート記録器またはデータプロセッサー6に
記録する。そして (vii)回路のスイッチを切る。もしさらに別の試料
を試験すべきときには、装置を上記(1)へ戻すか、ま
たはステップ(vii)でスイッチを切ることなく直接
(ii)へ戻すことができる。
上記の操作においては、スイッチは自動的または手動で
操作できる。
操作できる。
添付図面は、酵素電極及びチャート記録器に接続された
制御装置の簡略回路線図である。 図中の主な記号は下記の通りである。 プログラム可能定電圧源(PCVS) 1プロ
グラム人力 2 pcvs用制御回路 3電流測定
回路 4 スイッチ 5 チャート記録器またはデータプロセッサー 6酵素電極
7 (外4名) 寥 手続補正書□ 1、事件の表示 昭和63年特許願第41777号 2、発明の名称 酵素電極型のセンサーを用いての分析方法及び装置3、
補正をする者 事件との関係 出 願人 住所 名 称 インペリアル・ケミカル・インダストリーズ
・ビーエルシー 新大手町ビル 206区
制御装置の簡略回路線図である。 図中の主な記号は下記の通りである。 プログラム可能定電圧源(PCVS) 1プロ
グラム人力 2 pcvs用制御回路 3電流測定
回路 4 スイッチ 5 チャート記録器またはデータプロセッサー 6酵素電極
7 (外4名) 寥 手続補正書□ 1、事件の表示 昭和63年特許願第41777号 2、発明の名称 酵素電極型のセンサーを用いての分析方法及び装置3、
補正をする者 事件との関係 出 願人 住所 名 称 インペリアル・ケミカル・インダストリーズ
・ビーエルシー 新大手町ビル 206区
Claims (9)
- (1)酵素電極型のセンサー上に存在する酵素と反応性
であってそのセンサーによって検出されうる電気化学的
活性物質種を形成する、試料中の、検体の濃度を測定す
るに際して、センサーを横切って電位を印加してそのセ
ンサー内に電流を流通させ、そのセンサーを試料と接触
させてそれにより電流の変化を生じさせ、そしてそのセ
ンサーを横切って作用電位を印加したときに、電流の変
化の関数として検体の濃度を測定することからなる、酵
素電極型のセンサーを用いての分析方法において:その
作用電位を印加しそして検体の濃度を測定する以前のあ
る時点に、その作用電位よりも著しく過剰の電位を印加
し、それによって、濃度測定を実施可能とするのに足る
安定な信号を確立するのに必要とされる時間を短縮する
ことを特徴とする上記分析方法。 - (2)センサーを試料と接触させた後に、印加電位値を
ゼロ(本文中で定義)に低減し、次いで著しく増加させ
、しかる後に検体の濃度測定のための作用電位にまで低
減することを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の
分析方法。 - (3)印加電位がゼロである時間は1〜3秒の範囲内で
ある特許請求の範囲第2項に記載の分析方法。 - (4)酵素電極型のセンサーは使い棄て可能である特許
請求の範囲第1〜3項のいずれかに記載の分析方法。 - (5)作用電圧は0.4〜0.75ボルトの範囲内であ
る特許請求の範囲第1〜4項のいずれかに記載の分析方
法。 - (6)作用電位よりも著しく過剰の前記電位差は0.8
〜1.9ボルトの範囲内であり、そして15秒〜1分の
範囲内の時間にわたり保持される特許請求の範囲第1〜
5項のいずれかに記載の分析方法。 - (7)酵素電極型のセンサー及び記録装置に接続しうる
電気回路からなり、その電気回路が(a)プログラム可
能定電圧源、(b)そのプログラム可能定電圧源のため
の制御回路、(c)電流測定回路及び(d)センサーを
電気回路中へ接続しうるスイッチ、を適切な方式で一緒
に接続してなるものである、酵素電極型センサー用制御
装置であって:センサーに接続されたときには、下記の
プログラムステップ; (i)センサーに電位を印加してそのセンサーに電流を
流通させるステップ、 (ii)センサーによって測定されるべき検体を含む試
料にセンサーを接触させたときに電流の変化が検出され
た後に、その電位を著しく増加するステップ、次いで、 (iii)その電位を予め定められた作用電位にまで低
減しそして検体の濃度を測定するステップ、を自動的に
遂行することができ、かつ電位の増加及びその増加電位
を印加している時間は、使用に際して、測定を実施可能
とするのに足る安定な信号を確立するのに必要とされる
時間が短縮されるような、電位増加及びその印加時間で
あることを特徴とする上記制御装置。 - (8)センサーに接続されたときに、下記のプログラム
ステップ: (i)センサーに電圧を印加するステップ、(ii)セ
ンサーに試料を適用するステップ、(iii)試料がセ
ンサーに適用されたことを制御回路が検出したときに、
センサーを横切って予め印加される電圧値をある時間に
わたりゼロ(本文中で定義)とし、次いで意図作用電圧
よりも著しく高い水準にまで予め定めた時間にわたり増
加するステップ、 (iv)その予め定めた時間の後、センサーに印加され
た電圧を作用電圧にまで低減するステップ、そして (v)試料中の検体を測定するステップ、 を遂行することができ、ステップ(i)及び(ii)を
いずれかの順序または同時に実施する、特許請求の範囲
第7項に記載の制御装置。 - (9)電圧をゼロとしている時間が1〜3秒の範囲内で
あるようにプログラムされることを特徴とする特許請求
の範囲第8項に記載の制御装置。
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB8704244 | 1987-02-24 | ||
GB878704244A GB8704244D0 (en) | 1987-02-24 | 1987-02-24 | Sensor control apparatus |
GB878709796A GB8709796D0 (en) | 1987-04-24 | 1987-04-24 | Controls for enzyme electrode sensors |
GB8709796 | 1987-04-24 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01219661A true JPH01219661A (ja) | 1989-09-01 |
Family
ID=26291937
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63041777A Pending JPH01219661A (ja) | 1987-02-24 | 1988-02-24 | 酵素電極型のセンサーを用いての分析方法及び装置 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4935105A (ja) |
JP (1) | JPH01219661A (ja) |
AU (1) | AU1212988A (ja) |
DE (1) | DE3805773A1 (ja) |
FR (1) | FR2611272B1 (ja) |
GB (1) | GB2201248B (ja) |
IT (1) | IT1215946B (ja) |
Cited By (3)
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