JPH02287148A - 酵素電極 - Google Patents
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- JPH02287148A JPH02287148A JP1107202A JP10720289A JPH02287148A JP H02287148 A JPH02287148 A JP H02287148A JP 1107202 A JP1107202 A JP 1107202A JP 10720289 A JP10720289 A JP 10720289A JP H02287148 A JPH02287148 A JP H02287148A
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Landscapes
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
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】
［産業上の利用分野］
本発明は酵素電極に関するものである。
［従来の技術］
界面電位の変化を検知する電気化学的変換素子の表面に
酵素固定化膜を設けてなる酵素電極は、従来数多くの報
告がなされている。
酵素固定化膜を設けてなる酵素電極は、従来数多くの報
告がなされている。
例えば固定化する酵素がグルコースオキシダーゼである
グルコースセンサは数多くの具体例を見ることができる
（バイオフィジカ・バイオキミカ・アクタ（Ｂｉｏｐｂ
ｙｓｉｃａ Ｂｉｏｃｈｉｍｉｃａ Ａｃｔａ ） 、
第３２０巻、５２９〜５３４頁、 １９７３年；アナリ
ティカル・ケミストリ（Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｃｈｅ
ｍｉｓｔｒｙ ） 、第５７巻、 １９１７〜１９２５
頁、 １９８５年参照）。これらのセンサは、いずれも
グルコースオキシダーゼの触媒作用によってグルコース
により生じたグルコン酸を、ｃｌ−１変化から測定する
ことを原理としている。グルコースからグルコン酸が生
じる反応は以下の通りである。
グルコースセンサは数多くの具体例を見ることができる
（バイオフィジカ・バイオキミカ・アクタ（Ｂｉｏｐｂ
ｙｓｉｃａ Ｂｉｏｃｈｉｍｉｃａ Ａｃｔａ ） 、
第３２０巻、５２９〜５３４頁、 １９７３年；アナリ
ティカル・ケミストリ（Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｃｈｅ
ｍｉｓｔｒｙ ） 、第５７巻、 １９１７〜１９２５
頁、 １９８５年参照）。これらのセンサは、いずれも
グルコースオキシダーゼの触媒作用によってグルコース
により生じたグルコン酸を、ｃｌ−１変化から測定する
ことを原理としている。グルコースからグルコン酸が生
じる反応は以下の通りである。
グルコース＋０２→
グルコノ−δ−ラクトン＋８２０２ ・・・（１）グ
ルコノ−δ−ラクトン＋Ｈ２０→ グルコン酸 ・・・（２） （１）の反応がグルコースオキシダーゼにより触媒され
る。（２）の反応は自発的、もしくはグルコノラクトナ
ーゼの触媒作用によって進行する。
ルコノ−δ−ラクトン＋Ｈ２０→ グルコン酸 ・・・（２） （１）の反応がグルコースオキシダーゼにより触媒され
る。（２）の反応は自発的、もしくはグルコノラクトナ
ーゼの触媒作用によって進行する。
［発明が解決しようとする課題］
以上述べたグルコースセンサにおいては、センサの動作
に酸素が必要である。通常、被測定溶液中の溶存酸素が
使われるが、その濃度は大気飽和の場合、０．２５ ｍ
Ｍ程度であり、高濃度のグルコスを測定するには十分と
はいえない。この問題を解決するために、酵素電極上に
、酵素固定化膜と酸素を透過しやすくグルコースを透過
しにくい制限透過膜を設けてなるグルコースセンサが提
案されている（特願昭６２−５１７１号参照）。制限透
過膜により、酵素固定化膜中の酸素濃度がグルコース濃
度よりも相対的に高まり、高濃度のグルコースを測定す
ることが可能になった。
に酸素が必要である。通常、被測定溶液中の溶存酸素が
使われるが、その濃度は大気飽和の場合、０．２５ ｍ
Ｍ程度であり、高濃度のグルコスを測定するには十分と
はいえない。この問題を解決するために、酵素電極上に
、酵素固定化膜と酸素を透過しやすくグルコースを透過
しにくい制限透過膜を設けてなるグルコースセンサが提
案されている（特願昭６２−５１７１号参照）。制限透
過膜により、酵素固定化膜中の酸素濃度がグルコース濃
度よりも相対的に高まり、高濃度のグルコースを測定す
ることが可能になった。
しかしながら界面電位の変化、とりわけ溶液の水素イオ
ン濃度の変化を検知する電気化学的変換素子よりなるグ
ルコースセンサでは、変換素子表面の測定溶液のｐＨ緩
衝能が一定もしくは既知であることがグルコース濃度の
測定に必要である。
ン濃度の変化を検知する電気化学的変換素子よりなるグ
ルコースセンサでは、変換素子表面の測定溶液のｐＨ緩
衝能が一定もしくは既知であることがグルコース濃度の
測定に必要である。
制限透過膜では測定溶液中のｐＨ緩衝能を有する分子は
透過しにくいので、固定化酵素膜中のｐＨ緩衝能は低く
、ｐＨ値は容易に変化してしまう。
透過しにくいので、固定化酵素膜中のｐＨ緩衝能は低く
、ｐＨ値は容易に変化してしまう。
このため界面電位の変化を検知する電気化学的変換素子
よりなるグルコースセンサでは、酵素膜上に制限透過膜
を設けたのみでは膜内部のＤＨ変化が大きくなり、低濃
度で出力が飽和に達し、高濃度のグルコースを測定する
ことは不可能であった。またグルコースセンサの他にも
、同様の変換素子をアルコールオキシダーザと組み合わ
せて用いるアルコールセンサなと酸素を必要とするセン
サの場合、上記と同様の問題が起こる。
よりなるグルコースセンサでは、酵素膜上に制限透過膜
を設けたのみでは膜内部のＤＨ変化が大きくなり、低濃
度で出力が飽和に達し、高濃度のグルコースを測定する
ことは不可能であった。またグルコースセンサの他にも
、同様の変換素子をアルコールオキシダーザと組み合わ
せて用いるアルコールセンサなと酸素を必要とするセン
サの場合、上記と同様の問題が起こる。
本発明の目的は、上記の問題点を解決し、高濃度の基質
を測定することが可能な酵素電極を提供することである
。
を測定することが可能な酵素電極を提供することである
。
［課題を解決するための手段］
本発明は、界面電位の変化を検知する電気化学的変換素
子の表面に、ｐＨ緩衝能を有する酵素固定化膜と、酸素
の透過性に優れた制限透過膜とが順次形成されてなるこ
とを特徴とする酵素電極、および、界面電位の変化を検
知する電気化学的変換素子の表面に、ｐＨ緩衝能を有す
る膜と、酵素固定化膜と、酸素の透過性に優れた制限透
過膜とが順次形成されてなることを特徴とする酵素電極
である。
子の表面に、ｐＨ緩衝能を有する酵素固定化膜と、酸素
の透過性に優れた制限透過膜とが順次形成されてなるこ
とを特徴とする酵素電極、および、界面電位の変化を検
知する電気化学的変換素子の表面に、ｐＨ緩衝能を有す
る膜と、酵素固定化膜と、酸素の透過性に優れた制限透
過膜とが順次形成されてなることを特徴とする酵素電極
である。
本発明において、界面電位の変化を検知する電気化学的
変換素子は、イオン感応性電界効果型トランジスタであ
ることが好適であり、また酵素はグルコースオキシダー
ゼとグルコノラクトナーゼであることが好適である。
変換素子は、イオン感応性電界効果型トランジスタであ
ることが好適であり、また酵素はグルコースオキシダー
ゼとグルコノラクトナーゼであることが好適である。
［作用］
本発明においては、酵素固定化膜の外側に酸素透過性に
優れ、測定対象物質を透過しにくい制限透過膜を設ける
ことにより、測定対象物質の濃度に対し、酸素濃度が十
分に高く、酵素反応が酸素以外の基質（測定対象物質＞
ｍ度に依存する環境を酵素膜内に作る。ざらに酵素膜の
内側にｐＨ緩衝能を有する膜を設けるか、あるいは酵素
膜中にｐＨ緩衝能を付与させることにより、電気化学的
変換素子表面のｐＨ緩衝能を一定に保ち、ＩＩの変化に
応じた信号を定量的に測定可能ならしめる。
優れ、測定対象物質を透過しにくい制限透過膜を設ける
ことにより、測定対象物質の濃度に対し、酸素濃度が十
分に高く、酵素反応が酸素以外の基質（測定対象物質＞
ｍ度に依存する環境を酵素膜内に作る。ざらに酵素膜の
内側にｐＨ緩衝能を有する膜を設けるか、あるいは酵素
膜中にｐＨ緩衝能を付与させることにより、電気化学的
変換素子表面のｐＨ緩衝能を一定に保ち、ＩＩの変化に
応じた信号を定量的に測定可能ならしめる。
［実施例］
次に本発明の実施例について、図面を参照して詳細に説
明する。
明する。
実施例１
第１図（ａ）は本発明の第１の発明の一実施例による酵
素センサの断面図である。
素センサの断面図である。
同図に示すのは、本発明による酵素電極を電気化学的変
換素子としてイオン感応性電界効果型トランジスタ（Ｉ
ＳＦＥＴ＞で実現したもので、酵素はグルコースオキシ
ダーゼを用いたグルコースセンサである。
換素子としてイオン感応性電界効果型トランジスタ（Ｉ
ＳＦＥＴ＞で実現したもので、酵素はグルコースオキシ
ダーゼを用いたグルコースセンサである。
この構造の酵素電極の作製方法は、ｌ５ＦＥＴ１の感応
部上に、まずｐＨＭ衝能を有する酵素固定化膜２を設け
る。膜の形成は、一般にリフトオフ法（特願昭５９−２
０９１６５号参照）が用いられる。
部上に、まずｐＨＭ衝能を有する酵素固定化膜２を設け
る。膜の形成は、一般にリフトオフ法（特願昭５９−２
０９１６５号参照）が用いられる。
酵素溶液としては、例えば以下の組成のものが用いられ
る。
る。
牛血清アルブミン ３０ｍ９５０ｍ Ｍ
へペスーナトリウム溶液（ｐＨ７，５）０、８ｍ ！ ５％グルタルアルデヒド水溶液 ０．２ｍ！グルコー
スオキシダーゼ ２０ｍｇ（ＥＣＬ、１．３．
４ ベーリンガー・マンハイム製ＧｒａｄｌＩｌ） 次いで、作製し、た膜を０．１Ｍグルタミン酸溶液中に
１０分間浸漬し、カルボキシル基を導入する。
へペスーナトリウム溶液（ｐＨ７，５）０、８ｍ ！ ５％グルタルアルデヒド水溶液 ０．２ｍ！グルコー
スオキシダーゼ ２０ｍｇ（ＥＣＬ、１．３．
４ ベーリンガー・マンハイム製ＧｒａｄｌＩｌ） 次いで、作製し、た膜を０．１Ｍグルタミン酸溶液中に
１０分間浸漬し、カルボキシル基を導入する。
このようにして作製した膜中には多量のカルボキシル基
が固定化され、酵素反応によって生ずる酸に対する緩衝
剤として作用する。
が固定化され、酵素反応によって生ずる酸に対する緩衝
剤として作用する。
次に、シリコーン溶液（ダウコーニングＤＫＸ４−３６
０−２＞をウェハ上に塗布して制限透過膜を作製する。
０−２＞をウェハ上に塗布して制限透過膜を作製する。
以上のような方法で作製したグルコースセンサの検量線
を第２図に示す。同様に、酵素固定化膜中にｐＨ緩衝剤
が入っておらず、かつ制限透過膜が設けられていない従
来タイプのグルコースセンサの検量線を第３図に示す。
を第２図に示す。同様に、酵素固定化膜中にｐＨ緩衝剤
が入っておらず、かつ制限透過膜が設けられていない従
来タイプのグルコースセンサの検量線を第３図に示す。
検量線の作成は２０ｍＭへペスーナトリウム溶液（ｐＨ
７，５，大気飽和）を用い、２５°Ｃで行った。
７，５，大気飽和）を用い、２５°Ｃで行った。
従来タイプのグルコースセンサでは、グルコース濃度が
１００ｑ／ｄＲ以上になるとセンサ出力はグルコース濃
度に比例しなくなり、１５０７ＦＩｇ／ｄｆ以上になる
とセンサ出力は飽和している。それに対して本発明のグ
ルコースセンサでは５００ｍｇ／ｄＪ！のグルコース濃
度までセンサ出力はグルコース濃度に比例した。
１００ｑ／ｄＲ以上になるとセンサ出力はグルコース濃
度に比例しなくなり、１５０７ＦＩｇ／ｄｆ以上になる
とセンサ出力は飽和している。それに対して本発明のグ
ルコースセンサでは５００ｍｇ／ｄＪ！のグルコース濃
度までセンサ出力はグルコース濃度に比例した。
このように、本発明による酵素センサでは、緩衝能力を
持たせた膜と基質の制限透過膜とを組み合わせることに
よって、測定範囲の広い酵素電極が実現される。
持たせた膜と基質の制限透過膜とを組み合わせることに
よって、測定範囲の広い酵素電極が実現される。
次に、このグルコースセンサを用いて血糖値を測定した
。サンプルは血清であり、まず臨床検査装置で血糖値を
測定した。次に作製したグルコースセンサによりサンプ
ルを測定した。出力値は１介接の値を採用した。この結
果を第４図のＱで示した。図かられかるように、本発明
による酵素センサでは、グルコース濃度に比例したセン
サ出力が得られた。
。サンプルは血清であり、まず臨床検査装置で血糖値を
測定した。次に作製したグルコースセンサによりサンプ
ルを測定した。出力値は１介接の値を採用した。この結
果を第４図のＱで示した。図かられかるように、本発明
による酵素センサでは、グルコース濃度に比例したセン
サ出力が得られた。
実施例２
第１図（ｂ）は本発明の第２の発明の一実施例による酵
素センサの断面図で、実施例１におけるのと同様のグル
コースセンサである。
素センサの断面図で、実施例１におけるのと同様のグル
コースセンサである。
この構造の酵素電極の作製方法は、まずｌ５ＦＥＴ１の
感応部上に、ＩＩ緩衝能を有する膜４を設ける。溶液の
組成は以下の通りである。
感応部上に、ＩＩ緩衝能を有する膜４を設ける。溶液の
組成は以下の通りである。
牛血清アルブミン ３０ｍ９５０ｍＭへ
ペスーナトリウム溶液（ｐＨ７，５）０．８ｍｊ！ ５％グルタルアルデヒド水溶液 ０．２ｍＪ！次に実
施例１と同様にグルタミン酸溶液中に浸漬した後に、固
定化酵素膜５を形成する。酵素溶液の組成は実施例１に
示したものと同様である。
ペスーナトリウム溶液（ｐＨ７，５）０．８ｍｊ！ ５％グルタルアルデヒド水溶液 ０．２ｍＪ！次に実
施例１と同様にグルタミン酸溶液中に浸漬した後に、固
定化酵素膜５を形成する。酵素溶液の組成は実施例１に
示したものと同様である。
続いて０．１Ｍグリシン溶液に１０分間浸漬して、未反
応のアルデヒド基を修飾し、カルボキシル基にした。こ
のようにしてウェハ上に形成された２層構造の膜は、実
施例１と同様にリフトオフ法によってパターニングされ
た。引き続いて実施例１と同様に制限透過膜３を形成し
た。このようにして試作したグルコースセンサによる血
清試料測定結果を第４図に示す。図中、口で示すのが本
実施例による測定結果である。
応のアルデヒド基を修飾し、カルボキシル基にした。こ
のようにしてウェハ上に形成された２層構造の膜は、実
施例１と同様にリフトオフ法によってパターニングされ
た。引き続いて実施例１と同様に制限透過膜３を形成し
た。このようにして試作したグルコースセンサによる血
清試料測定結果を第４図に示す。図中、口で示すのが本
実施例による測定結果である。
［発明の効果］
以上説明したように、本発明によれば高濃度の基質を測
定することが可能な酵素電極が提供される。
定することが可能な酵素電極が提供される。
第１図は本発明の一実施例によるグルコースセンサの断
面図、第２図は本発明の一実施例によるグルコースセン
サのセンサ出力に対するグルコース濃度依存性を示す特
性図、第３図は従来のグルコースセンサのセンサ出力に
対するグルコース濃度依存性を示す特性図、第４図は本
発明の一実施例によるグルコースセンサの血糖値の測定
結果を示す特性図である。 １・−Ｉ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ ２・・・ｐＨ緩衝能を有する酵素固定化膜３・・・制限
透過膜 ４・・・ｐＨ緩衝能を有する膜 ５・・・酵素固定化膜
面図、第２図は本発明の一実施例によるグルコースセン
サのセンサ出力に対するグルコース濃度依存性を示す特
性図、第３図は従来のグルコースセンサのセンサ出力に
対するグルコース濃度依存性を示す特性図、第４図は本
発明の一実施例によるグルコースセンサの血糖値の測定
結果を示す特性図である。 １・−Ｉ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ ２・・・ｐＨ緩衝能を有する酵素固定化膜３・・・制限
透過膜 ４・・・ｐＨ緩衝能を有する膜 ５・・・酵素固定化膜
Claims (4)
- （１）界面電位の変化を検知する電気化学的変換素子の
表面に、ｐＨ緩衝能を有する酵素固定化膜と、酸素の透
過性に優れた制限透過膜とが順次形成されてなることを
特徴とする酵素電極。 - （２）界面電位の変化を検知する電気化学的変換素子の
表面に、ｐＨ緩衝能を有する膜と、酵素固定化膜と、酸
素の透過性に優れた制限透過膜とが順次形成されてなる
ことを特徴とする酵素電極。 - （３）界面電位の変化を検知する電気化学的変換素子が
イオン感応性電界効果型トランジスタである請求項（１
）または（２）に記載の酵素電極。 - （４）酵素がグルコースオキシダーゼとグルコノラクト
ナーゼである請求項（１）から（３）のいずれかに記載
の酵素電極。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1107202A JPH0820409B2 (ja) | 1989-04-28 | 1989-04-28 | 酵素電極 |
| US07/660,911 US5118404A (en) | 1989-04-28 | 1991-02-27 | Enzyme electrode and a method of determining concentration of an analyte in a sample solution |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1107202A JPH0820409B2 (ja) | 1989-04-28 | 1989-04-28 | 酵素電極 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02287148A true JPH02287148A (ja) | 1990-11-27 |
| JPH0820409B2 JPH0820409B2 (ja) | 1996-03-04 |
Family
ID=14453070
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1107202A Expired - Lifetime JPH0820409B2 (ja) | 1989-04-28 | 1989-04-28 | 酵素電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0820409B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007518984A (ja) * | 2004-01-09 | 2007-07-12 | ハイポガード・リミテッド | バイオセンサーおよび製造方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60185153A (ja) * | 1984-03-02 | 1985-09-20 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 固定化酵素膜 |
| JPS61145447A (ja) * | 1984-12-19 | 1986-07-03 | Fuji Electric Co Ltd | 固定化酵素膜 |
| JPS63214662A (ja) * | 1987-03-03 | 1988-09-07 | Seitai Kinou Riyou Kagakuhin Shinseizou Gijutsu Kenkyu Kumiai | グルコース感応ｆｅｔセンサ |
-
1989
- 1989-04-28 JP JP1107202A patent/JPH0820409B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60185153A (ja) * | 1984-03-02 | 1985-09-20 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 固定化酵素膜 |
| JPS61145447A (ja) * | 1984-12-19 | 1986-07-03 | Fuji Electric Co Ltd | 固定化酵素膜 |
| JPS63214662A (ja) * | 1987-03-03 | 1988-09-07 | Seitai Kinou Riyou Kagakuhin Shinseizou Gijutsu Kenkyu Kumiai | グルコース感応ｆｅｔセンサ |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007518984A (ja) * | 2004-01-09 | 2007-07-12 | ハイポガード・リミテッド | バイオセンサーおよび製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0820409B2 (ja) | 1996-03-04 |
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