JPH02310457A - 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１よ　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に関すａ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なう事なく簡易に定量しうる方
式として、第５図に示すようなバイオセンサを提案した
　このバイオセンサＧＬ−絶縁性の基板ｌｌ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１２．
１３を形成し前記電極１２、１３上に親水性高分子と酸
化還元酵素と電子受容体からなる酵素反応層１５を形成
したものであも　試料液を酵素反応層１５へ滴下すると
、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
れも　反応終了後、還元された電子受容体を電極により
酸化し　このとき得られる酸化電流値から試料液中の基
質濃度を求めも発明が解決しようとする課題 この様な従来の構成で＜−１試料液中に還元性の物質が
含有されている場色　反応時に電子受容体と反応したり
電極反応が影響されて応答がばらついた 本発明（よ　このような従来技術の課題を解決すること
を目的とすム 課題を解決するための手段 本発明（友　絶縁性の基板上に少なくとも測定極と対極
からなる電極系を設置す、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電気化学的に前記電極系
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、前記電極系の表面に酸化還元酵素と親水性高
分子及び電子受容体からなる酵素反応層を形成し　さら
に妨害物質除去用の電極部を付加するものである。

作用 本発明によれば　電極系をも含め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、試料液をセ
ンサに添加することにより、極めて容易に基質濃度を測
定することができも　しかＬ　試料の添加時に妨害物質
除去用の電極部で試料液中の還元性の物質を電解酸化す
るため応答への影響がなくなり、安定した応答が得られ
る。

実施例 以下へ　本発明の実施例について図面を参照しながら説
明すも 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
説明すも　第１図及び第２図は　グルコースセンサの一
実施例について示したもので、バイオセンサの斜視図と
縦断面図であも　ポリエチレンテレフタレートからなる
絶縁性の基板ｌく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　加熱乾燥することにより、対極２、
４測定極３．５からなる電極系を形成する。電極４．５
は妨害物質除去用の電極で電極２、３は基質の濃度を検
知するための電極であム　次へ　電極系を部分的に覆（
＼　各々の電極の電気化学的に作用する部分となる２ｋ
、３ｂ、４ｈ、５ｂを残すよう番ミ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６を形成すも
　この電極系（２ｂ、３ｂ）の表面を覆うようにセルロ
ース系の親水性高分子の一種であるＣＭＣ（カルボキシ
メチルセルロース）の水溶液を塗布り、４５℃で３０分
乾燥し九　得られたＣＭＣ層の上に酸化還元酵素として
グルコースオキシダーゼ（ＣＯＤ）をｐＨ５，６のリン
酸緩衝液に溶解したものを塗布した後、室温で乾燥し九
　その上に有機溶媒としてエタノールに電子受容体であ
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　室温で放置してエタノールを気化させることにより
フェリシアン化カリウム層を形成し九　以上のようにし
て形成したＣＭＣ，ＣＯＤ、　　フェリシアン化カリウ
ム層を酵素反応層７とすも　さら番ζ　対極４伽と測定
極５ｂからなる妨害物質除去用の電極部を試料供給部と
すム　上記のように構成したグルコースセンサにあらか
じめ妨害物質用電極部に対極４を基準に測定極５にアノ
ード方向に＋〇、　６■の定電圧を印加すａ　試料液と
して血清を試料供給部に１０μｍ滴下り、１分後に対極
２を基準にして測定極３にアノード方向へ＋０．６Ｖの
パルス電圧を印加し５秒後の電流を測定すも　血清を添
加すると、妨害物質除去用の電極４１．５ｂにより血清
中の還元物質であるアスコルビン酸などが電解酸化され
てフェリシアン化カリウムと反応するのを妨害すム　、
さらに、　妨害物質が除去された血清により酵素反応層
７のフェリシアン化カリウムが溶解し血清中のグルコー
スがＣＯＤにより酸化される環フェロシアン化カリウム
に還元されも　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
度に対応すム　グルコースの濃度が５００　ｍｇ／　ｄ
ｉという高濃度まで良好な直線性が得られ九　つぎくグ
ルコース標準液に還元性物質の代表としてアスコルビン
酸を１０　ｍｇ／ｄｉ加え　測定したところ妨害物質除
去用の電極に定電圧を印加した場合はほとんどアスコル
ビン酸の影響がみられなかった力丈印加しない場合ζよ
　グルコース濃度１００　ｍｇ／ｄｌにおいて約２０％
も高い応答が得られ九　これＣ友アスコルビン酸がフェ
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
が生成し　見かけ上止の誤差が生じたものと考えられも
　妨害物質除去用の電極により、アスコルビン酸を前も
って酸化して影響を除去することが出来一 実施例２ 実施例１に示したようにしてＣＭＣ−ＧＯＤ層を形成し
た眞　フェリシアン化カリウム層を形成する際エタノー
ルに界面活性剤としてレシチン（ホスファチジルコリン
）を溶解して０．５ｗｔ％溶液を調製し　これにフェリ
シアン化カリウムの微結晶を混ぜたものを用いてフェリ
シアン化カリウムとレシチンの層を形成し九　レシチン
の濃度が０．０１ｗｔ％以上になるとフェリシアン化カ
リウムがうまくエタノール中で分散したため滴下が容易
となり、３μｍの微量な液でも薄膜状のフェリシアン化
カリウム−レシチン層が形成でき九　レシチンがない場
合シ戴　　フェリシアン化カリウム層が不均一に形成さ
れたり基板をまげるとはがれるという欠点が見られたが
、レシチンを添加することにより均一ではがれにくいフ
ェリシアン化カリウム層が容易に形成でき九　レシチン
の濃度が高くなるとともく　フェリシアン化カリウム層
がはがれにくくなるパ　フェリシアン化カリウムの溶解
速度も落ちるたＬ　　０．０１−３ｗｔ％が適当と考え
られも　また　妨害物質除去用の電極部の上も０．５ｗ
ｔ％になるようにレシチンをトルエンに溶解し　塗布　
乾燥させてレシチンの薄い膜を形成させ試料液が酵素反
応層へ移行し易いようにした上記センサにグルコース標
準液を滴下して実施例１と同様にして応答を測定したと
こへ　グルコース濃度５００＋ｎｇ／ｄｉまで直線性が
得られ丸　さら圏血液を滴下したとこへ　レシチン層に
よりすみやかに妨害物質用の電極にひろがりその後酵素
反応層へ流れていき反応が始まったた八　６μｌという
微量のサンプルでも再現性のよい応答が得られ九レシチ
ンのかわりにポリエチレングリコールアルキルフェニル
エーテル（商品名：　トリトンＸ）を用いたとこヘ　フ
ェリシアン化カリウムの微粒子をエタノール中に分散さ
せるためには　０１１ｗｔ％以上必要であったが、レシ
チンと同様に良好なフェリシアン化カリウム層が形成で
き丸　界面活性剤としてｔｉｔ、　　前記の例の地間　
オレイン酸やポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エス
テルやシクロデキストリンなど、電子受容体を有機溶媒
に分散させ、かつ酵素活性に影響をおよぼさないもので
あれば　特に制限されることはな（〜 親水性高分子としてＣＭＣの他にもゼラチンやメチルセ
ルロースなども使用でき、でんぷん監カルボキシメチル
セルロース監　ゼラチン双　アクリル酸塩双　ビニルア
ルコール凰　ビニルピロリドンム　無水マレイン酸系の
ものが好ましく〜これらの高分子は容易に水溶液とする
ことができるの六　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形成するこ
とができも 電子受容体を混合する有機溶媒としてζ友　トルエンや
エタノーノｋ　石油エーテルなど、ＣＯＤ活性および印
刷電極への影響の少ないものであればよ（〜 電極系を形成する方法としてのスクリーン印刷（よ　均
一な特性を有するディスポーザブルタイプのバイオセン
サを安価に製造することができ、特へ　価格が安く、し
かも安定した電極材料であるカーボンを用いて電極を形
成するのに好都合な方法であも 実施例３ 実施例２に示した構成のセンサに第３図に示すようにカ
バー８をっけへ　このカバー８により形成された先端の
試料供給部に妨害物質用の電極を設置し　界面活性剤を
付加し丸　血液をカバー８の試料供給部に供給すると、
界面活性剤によりすみやかに妨害物質除去用電極部に導
入され還元性の物質が酸化されて除去されたの板　測定
電極部に広がり、酵素反応層７で反応が進み再現の良い
応答が得られ九　カバー８内の容積を小さくすることて
　サンプル量を微量にすることができ丸さらへ　カバー
８で囲むことにより、外気と遮断できるた八　カバー８
内の試料の蒸発を防ぐことが出来た 実施例４ 実施例３に示したカバー付のバイオセンサにおいて、そ
の試料供給口をナイロン不織布９で第４図のようにふさ
いに　血液を試料供給口へ付着させるとナイロン不織布
９を通過して酵素反応層へ流れ九　そのあいだく　試料
中の還元性の物質が妨害物質除去用の電極で反応して除
去されるとともに血球などの大きな分子がナイロン不織
布９に吸着して除去され　試料の粘度が下がるたへ　反
応速度が増した　担体として（瓜　ナイロン不織布９の
他にバルブ、ガラス織縁　ポリカーボネート多孔体膜な
どが使用でき九 な耘　本発明のバイオセンサは上記実施例に示したグル
コースセンサに限ら哄　アルコールセンサやコレステロ
ールセンサなど、酸化還元酵素の関与する系に用いるこ
とができる。酸化還元酵素として実施例１、２、３．４
ではグルコースオキシダーゼを用いた戟　他の酵素　た
とえばアルコールオキシダーゼ、コレステロールオキシ
ダーゼ、キサンチンオキシダーゼ、等を用いることがで
きも　また　電子受容体として、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Ｐ−ベンゾキノンを使えは　反応速。

度が大きいので高速化に適していも　まｔ、２．６−シ
クロロフエノールインドフエノー／ｌｚ、　　メチレン
ブルー、フェナジンメトサルフェート、　β−ナフトキ
ノン４−スルホン酸カリウへ　フェロセン等が使用でき
る 発明の効果 このように本発明のバイオセンサ（表　絶縁性の基板上
に電極系を印刷し　酸化還元酵素と親水性高分子及び電
子受容体からなる酵素反応層を形成し　、さらに、　妨
害物質除去用の電極を設（す、あらかじめ生体試料中に
存在する還元性の物質を除去して極めて容易に生体試料
中の基質濃度を測定することができ、測定精度を向上さ
せる事ができるものであ′ａ　また　電子受容体層を形
成するとき界面活性剤を添加することにより、微量の電
子受容体を均一にかつはがれにくい薄膜層に担持てき、
保存性や大量生産に大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のバイオセンサの斜視は　第
２＠　第３図及び第４図は同バイオセンサの各実施例の
縦断面図　第５図は従来例のバイオセンサの縦断面図で
あも １・・・基板　２．　２ｍ、　　４．　４ｂ、　　１２
・・・対振３、　３ｂ、　、５．　５ｂ、　　ｌ　３・
・・測定風　６．１４・・・絶縁凰　７．１５・・・酵
素反応層　８・・・カバー、９・・・ナイロン不織布。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　ほか１名！−−〜幕
板 ２Ａ−一一対柚 、３．　Ｓ−−一剥定、極 ￥＆　２　図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも測定極と対極からなる電極系が形成さ
   れた絶縁性の基板を備え前記電極系の表面に酸化還元酵
   素と親水性高分子及び電子受容体からなる酵素反応層が
   設けられさらに、妨害物質除去用の電極部が付加されて
   なり、前記酵素と電子受容体と試料液の反応に際しての
   物質濃度変化を電気化学的に前記電極系で検知し前記基
   質濃度を測定することを特徴とするバイオセンサ。
2. （２）少なくとも測定極と対極からなる電極系が形成さ
   れた絶縁性の基板を備え、前記電極系の表面に酸化還元
   酵素と親水性高分子及び界面活性剤を含有した電子受容
   体からなる酵素反応層が設けられ、さらに、妨害物質除
   去用の電極部が付加されてなり、前記酵素と電子受容体
   と試料液の反応に際しての物質濃度変化を電気化学的に
   前記電極系で検知し前記基質濃度を測定することを特徴
   とするバイオセンサ。
3. （３）電極系が、絶縁性の基板上にスクリーン印刷で形
   成されたカーボンを主体とする材料からなることを特徴
   とする請求項１または２記載のバイオセンサ。
4. （４）酵素反応層及び妨害物質除去用の電極部を内側に
   含むようにカバーを設置したことを特徴とする請求項１
   または２記載のバイオセンサ。