JPH02221855A - 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部品に定量する事
のできる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３図に示すようなバイオセンサ
が提案されている（特開昭８３−５８１４９号公報）。

このバイオセンサは、絶縁性の基板１上にスクリーン印
刷によって測定極４と対極５を形成し、これらの電極系
の上に酸化還元酵素及び電子受容体を含浸させた多孔体
８と測定妨害物質を濾別するためのる過ＷＸ９を保持枠
１０．１１で固定したものである。電極上には、カルボ
キシメチルセルロース等の吸水性高分子層１２が設けら
れている。

発明が解決しようとする課題 しかしこのような従来の構成では、センサとして一応使
用できるが、生体成分に適用した場合にタンパク等の影
響を受け、安定した応答が得られなかったり、反応速度
が低下する場合があった。

さらに、形成された吸水性高分子層が乾燥時に電極上よ
り剥離しやすく、そのためセンサの保存性を高めること
が難しかった。また、剥離部分は試料液を滴下した際に
気泡が生成し易いなどの課題を有するものであった。

本発明はこのような問題点を解決するもので、測定極及
び対極上に、より安定性が高く柔軟な親水性高分子層を
設けることによって、より安定した測定を可能とし、セ
ンサの保存性能を向上させるものである。

課題を解決するための手段 上記の問題点を解決するために、本発明は前記吸水性高
分子層の代わりに、非イオン性の親水性高分子として、
ヒドロキシプロピルセルロース系、ヒドロキシエチルセ
ルロース系、エチル−２−ヒドロキシエチルセルロース
系、ベンジルセルロース誘導体、トリチルセルロース誘
導体、メチルセルロース誘導体（ここにはアニオン性高
分子電解質のカルボキシメチルセルロース系は含まない
）等からなる群のいずれか、もしくはそれらの混合物、
あるいはこれらの高分子を構成している単体の共重合体
からなる親水性高分子層を設けることによって、より安
定した測定と、センサの保存性向上を実現させるもので
ある。

作用 この構成により、きわめて容易に精度良く基質濃度を測
ることができ、かつ、保存性に優れたバイオセンサを構
成することができる。

実施例 以下、本発明を実施例により説明する。

（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一実施例として作製し
たグルコースセンサの断面図であり、第２図はセンサ作
製に用いた電極部分を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銀ペーストを印刷しり−ド２，３
を形成する。次に、樹脂バインダーを含む導電性カーボ
ンペーストを印刷し、加熱乾燥することにより、測定極
４、対極５からなる電極系を形成する。さらに、電極系
を部分的に覆い、電極の露出部分の面積を一定とし、か
つリードの不要部を覆うように絶縁性ペーストを印刷し
、加熱処理をして絶縁層６を形成する。

次に、露出部分４．５を研磨後、空気中で１００℃にて
４時間熱処理を施した。このようにして電極部分を形成
した後、親水性高分子として、ヒドロキシプロピルセル
ロース（以下ＨＰＣと略す）の０．　５ｗｔ％水溶液を
電極上へ展開、乾燥しＨＰＣ層を形成する。次に、この
ＨＰＣ層を覆うように、酵素としてグルコースオキシダ
ーゼ（ＣＯＤ）を水あるいはリン酸緩衝液（ｐ　Ｈ＝　
５．　６　）に溶解したものを展開し、乾炸させ、ＲＰ
Ｃ−ＧＯＤ層７を形成した。この場合、ＨＰＣとＣＯＤ
は部分的に混合された状態で厚さ数ミクロンの薄膜状と
なっている。

上記のように構成したグルコースセンサのＲＰＣ−ＧＯ
Ｄ層の上へ試料液としてグルコース標準液を１０μｍ滴
下し、滴下１分後に電極間にＩＶ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、ＲＰＣを溶解し粘調な液体と
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酸素と反応して
過酸化水素を生成する。そこで、上記のアノード方向へ
の電圧印加により、生成した過酸化水素の酸化電流が得
られ、この電流値は基質であるグルコースの濃度に対応
した。

上記実施例１に用いたＲＰＣからなる親水性高分子層は
、乾燥時においても剥離等は全く認められず、前記セン
サ電極上において電極面との親和性が極めて高いことが
分かった。また、ヒドロキシエチルセルロース、エチル
−２−ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロース
、２−ヒドロキシプロピルメチルセルロース、２−ヒド
ロキシエチルメチルセルロース、２−ヒドロキシブチル
メチルセルロースなどにおいても同様の効果が得られた
。

（実施例２） ポリエチレンテレフタレートからなる絶縁性基板上に、
実施例１と同様にしてスクリーン印刷により、第２図に
示した電極部分と同じものを形成した。さらに、実施例
１と同様にしてＨＰＣ−ＧＯＤ層を形成した。次に、こ
のＲＰＣ−ＧＯＤ層の上に、界面活性剤であるレシチン
の１％トルエン溶液中に電子受容体であるフェリシアン
化カリウムの微結晶を混ぜたものを滴下し、乾燥させる
ことによりフェリシアン化カリウム−レシチン層を形成
した。

上記のように構成したグルコースセンサに試料液として
グルコース標準溶液を５μ１滴下し、滴下１分後に電極
間に＋ｏ、ｅｖのパルス電圧を印加し、５秒後の電流値
を測定した。グルコース標準液にフェリシアン化カリウ
ム−レシチン層が溶解し、これがＣＭＣ−ＧＯＤ層に達
してグルコースが酸化されると同時にフェリシアン化カ
リウムがフェロシアン化カリウムに還元される。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、この電
流値は基質であるグルコースの濃度に対応した。

上記実施例２に用いたＲＰＣからなる親水性高分子層は
、実施例１の場合と同様に、乾燥時においても剥離等は
全く認められず、前記センサ電極上において電極面との
親和性が極めて高いことが分かった。また、ヒドロキシ
エチルセルロース、エチル−２−ヒドロキシエチルセル
ロース、メチルセルロース、２−ヒドロキシプロピルメ
チルセルロース、２−ヒドロキシエチルメチルセルロー
ス、２−ヒドロキシブチルメチルセルロースなどにおい
ても同様の効果が得られた。

従来用いられていたカルボキシメチルセルロースはアニ
オン性高分子電解質であり、セルロースの基本骨格がπ
結合を有しないことから、置換基部分の電子密度につい
てはカルボキシメチルセルロースの方が他の非イオン性
セルロースよりも高くなる。このような分子内における
電子的な偏りが、電極面との親和性や、生体成分測定時
における他成分の影響等を決定するファクターとなるこ
となどが考えられる。実際、ＲＰＣ等の非イオン性親水
性高分子を用いた場合には、高分子層の剥離はみられず
、また吸着作用により電極応答に影響を与えるタンパク
等の共存下においても安定した応答が得られるなど、セ
ンナとしてはるかに良い特性を持つことが判明した。

一方、デンプン系、ゼラチン系、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高分子を用い
て層を形成した場合においても検討をしたところ、高分
子層の剥離が認められた。

また、血液を試料とした場合には、タンパク等の共存物
質の影響と考えられる不安定な電極応答が認めれらた。

さらに本発明における親水性高分子層は、乾爆状態のも
とで、ある一定の膜厚の範囲でセンナの応答性や保存性
に対して有効に作用することが分かった。皿々検討した
結果、安定な親水性高分子層を形成するには、高分子材
料によってその範囲は少し異なるものの、０．１〜１０
０μの範囲が好ましいことが分かった。０．１μ以下の
膜厚では、液層が流動しやすくなるために安定な高分子
層が得られにくくなる。また逆に、１００μよりも厚い
膜厚では、試料液が数μｌから数十μｌの微量の場合、
試料液の拡散が不十分で均一な高分子層が得られないた
めに不適当であることが分かった。血液を試料液として
前記グルコースセンサでグルコース濃度を測定した場合
にも、安定した応答が得られた。

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、より
正確な測定が可能である。また、電極構成材料としては
上記実施例に示したカーボンに限定されることはなく、
白金、金などの貴金属や金属酸化物なども使用できる。

一方、電子受容体としては、上記実施例に示したフェリ
シアン化カリウム以外に、ｐ−ベンゾキノン、フェナジ
ンメトサルフェートなども使用できる。

さらに、酵素として上記実施例のグルコースオキシダー
ゼ以外に、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バイオセンサは、電極系上に親水
性高分子層を設けることにより、生体成分に適用した場
合などにみられる電極応答に影響を与えるタンパク等の
物質の影響を受けることなく、安定でより正確な測定を
可能にするとともに、センサの保存性をより高めるとい
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であるバイオセンサの断面図
、第２図は同実施例における電極部分の斜視図、第３図
は従来のバイオセンサの断面図である。 １・・・・・・絶縁性の基板、２，３・・・・・・リー
ド、４・・・・・・測定極、５・・・・・・対極、６・
・・・・・絶縁層、７・・・・・・ＨＰＣ−ＧＯＤ層、
８・・・・・・多孔体、９・・・・・・ろ過膜、ｔｏ、
ｔｔ・・・・・・保持枠、１２・・・・・・吸水性高分
子。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも測定極と対極とからなる電極系を備え
   、酵素と電子受容体と試料液の反応に際してこの物質濃
   度変化を電気化学的に前記電極系で検知し、前記試料液
   中の基質濃度を測定するバイオセンサであって、前記電
   極系上に親水性高分子層を形成し、その親水性高分子が
   、ヒドロキシプロピルセルロース系、ヒドロキシエチル
   セルロース系、エチル−２−ヒドロキシエチルセルロー
   ス系、メチルセルロース誘導体、ベンジルセルロース誘
   導体、トリチルセルロース誘導体からなる群のいずれか
   もしくは、それらの混合物であることを特徴とするバイ
   オセンサ。
2. （２）酵素が電極上に担持されていることを特徴とする
   請求項１記載のバイオセンサ。
3. （３）電子受容体が電極上に担持されていることを特徴
   とする請求項１または請求項２記載のバイオセンサ
4. （４）親水性高分子層の厚さが０．１〜１００μである
   請求項１に記載のバイオセンサ