JPH03239958A

JPH03239958A - 生化学測定装置

Info

Publication number: JPH03239958A
Application number: JP2036648A
Authority: JP
Inventors: Hideki Endo; 英樹遠藤; Satoshi Nakajima; 聡中嶋; Masato Arai; 真人荒井; Koichi Takizawa; 滝澤　耕一
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1990-02-17
Filing date: 1990-02-17
Publication date: 1991-10-25

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】（イ）卒業上の利用分野この発明は、酵素電極を用いた生化学測定装置に関し、
詳しく言えば、簡易に測定を行える生化学測定装置に関
する。

（ロ）従来の技術従来、酵素電極を用いた生化学測定装置としては、第８
図（ａ）及び第８図（ｂ）に示すものが知られている。

第８図（ａ）は、いわゆるディスクリート方式と呼ばれ
るもので、酵素電極３４を配備した反応セル３３内に、
緩衝液容器３１よりの緩衝液をポンプ３２で給排水し、
この反応セル３３中に、試料をマイクロピペット（図示
せず）等で注入して測定を行う。酵素電極３４よりの出
力は、測定本体部３５で演算処理を施されて、その結果
得られた基質濃度は、表示部３５ａに表示される。

一方、第８図（ｂ）は、いわゆるフロ一方式と呼ばれる
もので、フローライン３７↓こ酵素電極３４を配備して
なるものである。このフローライン３７には、ポンプ３
２により、オートサンプラー３６からの試料が、緩衝液
容器３１からの緩衝液で希釈されて流される。フローラ
イン３７より流出した液は、図示しない廃液ボトル内に
捨てられる。

酵素電極３４の出力は、先と同様測定本体部３５で処理
される。

上記いずれの方式の生化学測定装置においても、試料の
希釈、測定、装置の較正及び洗浄がほぼ自動化されてい
るが、以下に列挙する問題点があった。

・装置が大型かつ高価である。

・測定に際して多量の緩衝液が必要で、ランニングコス
トが高い。

・酵素電極に装着されている酵素膜の交換が煩雑であり
、その保守管理も不可欠である。

・多量の試料が必要である。

・電源投入から測定開始に至るまでの時間（ウオーミン
グアンプ）が長い。

・試料゛の希釈率が変動することが多く、測定精度の劣
化か生じる。

そこで、近年より面間に測定を行える構成の生化学：タ
リ定装置が提案されている〔第７図（ａ）　（ｂ）参照
〕。

この生化学測定装置２１は、ケース２２に表示器２３及
びトソ作部２４を設けるとともに、着）１９可１１ヒな
カートリッジ２５を設けている。このカートリッジ２５
には、固定化酵素膜（以下単に酵素膜という）２６が支
持されており、カートリッジ２５を、ケース２２のカー
トリッジ装着部２７に装着した時に、このカートリッジ
装着部２７に露出している下地電極２８に、酵素膜２６
が密着する。

コノ状態で酵素膜２６上にマイクロピペット２９等で試
料、標準液（較正用）、緩衝液（洗浄用）を滴下して、
測定を行う。

（ハ）発明が解決しようとする課題上記従来の生化学測定装置２１は、小型、廉価であり、
またメンテナンスも不要である反面、以下に列挙する問
題点を有している。

■下地電極２８と酵素膜２６との密着度合が測定結果に
反映し、測定精度の劣化をもたらす。

■そこで酵素膜２６を下地電極２８に装着する時に、高
い密着度を得ようとして、酵素膜２６を破損してしまう
事故が頻発する。

■また、酵素膜２６交換時には、下地電極２８表面にＣ
・夜を滴下するなど煩雑な作業が必要であり、また交換
後はしばらく電極出力が安定せず、測定可能となるまで
に時間がかかる。

■下地電極２８表面は、酵素膜２６との密着性を高める
ため、凸面に加工しなければならず、製造コストがかか
る。

■下地電極２８表面に直接触れて拭き取る操作があり、
下地電極２８表面に傷がついて破損しやすい。

■下地電極２８が破損した場合に、下地電極２８がケー
ス２２と一体となっているため交換が困難である。

この発明は、上記に鑑みなされたものであり、操作か簡
単で安定した測定精度を有する生化学測定装置の提供を
目的としている。

（ニ）課題を解決するための手段上記課題を解決するため、この発明の生化学測定装置；
よ、酵素電極と、この酵素電極の出力に基づいて試料中
の％質濃度を定量する定量手段と、二〇定）Ｉ！Ｌ段の
定量結果を表示する表示手段とを、本体ζこ設けてなる
ものにおいて、ｎＩＩ記酵素電極は、電極支持基材上に
膜状に作用電極及び対照電極が形成され、これら作用電
極及び対照電極が固定化酵素膜で一体に被覆されており
、この酵素電極は、前記本体に着脱自在に設けられる保
持部材に内蔵され、この保持部材には、少なくとも前記
作用電極の感応部を露出させる開口部が設けられ、前記
作用電極及び対照電極と前記定量手段とを電気的に接続
するコネクタを前記本体に設けたことを特徴とするもの
である。

（ホ）作用この発明の生化学測定装置においては、作用電極及び対
照電極が固定化酵素膜で一体に被覆されているため、作
用電極及び対照電極と固定化酵素膜との密着度が安定し
ており、測定精度が劣化することなく、再現性に優れた
測定を行うことができる。また、酵素電極交換から測定
可能となるまでの時間も短い。

一方、この発明の生化学測定装置では、酵素電極全体が
交換されることになるから、固定化酵素膜のみ交換する
ことにより生じていた固定化酵素膜の破損を防止できる
と共に、作用電極、対照電極表面に触れることもないの
で、これら電極の破損も防止できる。また、酵素電極は
保持部材ごと交換され、作用電極及び対照電極と定量手
段との接続もコネクタで行われるから、交換操作自体も
極めて容易となる。

（へ）実施例この発明の一実施例を第１図乃至第６図に基づいて以下
に説明する。

この実施例は本発明をグルコース濃度測定に適用したも
のであり、第１図は、実施例生化学測定装置１の外観斜
視口を示している。２は、本体ケースであり、その上面
には、表示器例えば液晶表示器（ＬＣＤ）３、電源ボタ
ン４ａ、モード切替ボタン５ａ、測定ボタン６ａが配備
されている。

本体ケース２は、保持部材７を備えており、装着部２　
ａ　’ｖＭ着脱自在に装着される。保持部材７内には、
後述の酵素電極１０が封入されており、保持部材挿入節
；部７ａ上に、酵素電極接続端部１０ａか露出じている
。保持部材７を装着部２ａｔこ装着する時、この保持部
材挿入端部７ａが開口２ｂより本体ケース２内に挿入さ
れ、コネクタ９（第３図参照）により、酵素電極ｌＯが
本体ケース２内部の回路に接続される。保持部材７には
、開口部８が設けられ、固定化酵素膜１５が露出する。

第５図は、実施例生化学測定装置の回路構成を説明する
ブロンク図である。酵素電極１０は、電極駆動回路１６
に接続され、所定電圧（この実施例では、０．５５Ｖ）
を印加され駆動される。酵素電極１０の出力は、電流／
電圧（Ｉ／Ｖ）変換回路１７で電圧信号に変換され、さ
らにアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ＞変換器１８でデジタ
ル信号に変換され、ＣＰＵ１９に取り込まれる。ＣＰＵ
ｌ９は取り込んだ信号に、メモリ２０内に格納されてい
る検量線（後述）を適用して、試料中のグルコース濃度
を定量する。こうして得られたグルコース濃度は、ＬＣ
Ｄ３に表示される。ＣＰＵ　１９には、前記ボタン４ａ
、５ａ、６ａで操作されろスイ、す４．５．６も接続さ
れている。

次に酵素電極１０の詳細を、主に第２図乃至第４図を参
照しながら以下に説明する。１１は、プラスチックフィ
ルム等の絶縁材よりなる電極支持基材である。この電極
支持基材ＩＩ上には、１対の作用電極１２、対照電極１
３が形成される。これら電極１２．１３はスパンタリン
グ、真空蒸着、イオンブレーティング等の手段を適用し
て、白金（ｐｔ　）を膜形成したものである。なお、作
用電極、対照電極を構成する導体は白金に限定されるも
のではなく、形成する手段も、めっきや箔を貼着するな
ど適宜変更可能である。

電極支持基材１１上には、接続端部１０ａを除いて絶縁
保護膜１４が形成され、作用電極１２、対照電極１３が
、それぞれ感応部１２ａ、１３ａ、接続部１２　ｂ、１
３ｂを除いて被覆される。絶縁保護ｌｌ々１１こは、感
光性ポリイミド樹脂を用い、ホトリソグラフィーを適用
して、パターン付けをイ丁つ。

絶縁保護膜１４上には、固定化酵素膜１５が形成される
。こＯ固定化酵素膜１５は、ナフィオン層１５ａ、醇素
層１５ｂ、ナフィオン層１５ｃを積層した三層構造を有
している。ナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ　：米国デュポン
社登録商標）は、陽イオン交換性高分子であり、市販の
５％溶液（溶媒：エチルアルコール）を用いて容易に膜
形成できる。

この実施例では、スピンコードにより膜形成を行ってい
る。

酵素層１５ｂも、酵素液をスピンコードして形成される
。酵素液は、０．１ｍｏｆリン酸緩衝波緩衝液６．０）
に、グルコースオキシダーゼ（ＣＯＤ）１０％、牛血清
アルブミン（ＢＳＡ）７．５％及びグルタルアルデヒド
０．５％の濃度になるように調製したものである。

こうして得られた酵素電極１０は、前記保持部材７内に
挿入され、接着剤等で封止される。固定化酵素膜１５の
、電極感応部１２ａ、１３ａ直上の部分は、開口部°８
より外部に露出している。−方、酵素電極接続端部１０
ａは、保持部材挿入端部７ａ上に露出する。保持部材７
を本体ケース２に装着した時に、コネクタ９の接点９ａ
（一方のみ図解）が、作用電極接続部１２ｂ、対照電極
接続部１３ｂにそれぞれ圧接する（第３図参照）。

酵素電極１０の固定化酵素膜１５に試料が接すると、固
定化酵素膜１５内で以下の反応が生じる。

この時生成した過酸化水素（Ｈｚ　Ｏｚ　）は、作用電
極感応部１２ａで酸化され、この酸化電流が電極出力と
なる。この電極出力から化学量論的に試料のグルコース
濃度を知ることができる。第６図は、室温において、い
くつかのグルコース濃度（■／ｄ１）に対する電極出力
（ｎＡ）をプロ７トしている。これらプロットされた点
を結んで検量線とすることができ、この検量線が前記メ
モリ２０に格納されている。

なお、酵素電極１０は、保持部材７に一体に封入した状
態で、使用者に供給されることになる。

次に、実施例生化学測定装置１の使用方法を説明する。

まず、電源ボタン４ａを押して電源を投入し、モート切
替ボタン５ａを押し、較正モードを選択する。この状態
で、開口部８に露出する固定化酵素膜１５上に、マイク
ロピペット（図示セず）等を用いて、標準液（グルコー
ス濃度２００■／ｄ１）を滴下し、測定ボタン６ａを押
す。この時の電極出力に基づいて、ＣＰｔＪ１９が較正
処理を行う。なお、この実施例では、電極出力変化開始
後１０秒後の値を採用している。

次に、固定化酵素膜１５上の標準液を拭き取り、モード
切替ボタン５ａを押し測定モードを選択する。そして、
固定化酵素膜１５上に洗浄用の緩衝液を滴下し、測定ボ
タン６ａを押して、ＬＣＤ　１３の表示が零になってい
ることを確認する。

固定化酵素膜１５上の緩衝液を拭き取った後、試料を固
定化酵素膜１５上に滴下して、測定ボタン６ａを押す。

試料中のグルコース濃度は、ＬＣＤ３に表示される。

グルコース濃度をＬＣＤ３より読み取った後、固定化酵
素膜１５上の試料を拭き取り、再び洗浄処理を行う。　
　　　　　〆酵素電極１０が劣化してきた時には、保持部材７ごと新
しいものに交換する。

なお、上記実施例では、酵素としてグルコースオキシダ
ーゼを固定化し、試料中のグルコース濃度を定量する構
成としているが、他の酵素を用い、この酵素の基質とな
る生化学物質の定量を行うことが可能であり、適宜設計
変更可能である。

（ト）発明の詳細な説明したように、この発明の生化学測定装置は、酵素
電極は電極支持基材上に膜状に作用電極及び対照電極が
形成され、これら作用電極及び対照電極が固定化酵素膜
で一体に被覆されており、この酵素電極は、前記本体に
着脱自在に設けられる保持部材に内蔵され、この保持部
材には、少なくとも前記作用電極の感応部を露出させる
開口部が設けられ、前記作用電極及び対照電極と前記定
量手段とを電気的に接続するコネクタを前記本体に設け
たことを特徴とするものであるから、以下に列記する利
点を有している。

■作用電極、対照電極を固定化酵素膜が一体に被覆して
おり、画電極と固定化酵素膜との密着度が一定しており
、測定精度が安定じ再現性に優れた測定を行うことがで
きろ。また、酵素電極交換後測定可能になるまでの時間
が短い。

■酵素電極全体を交換するため、酵素膜のみの交換とい
う煩雑な作業がなく、また作用電極、対照電極を傷つけ
ることが少ない。酵素電極の交換は、保持部材の脱着で
行えるため簡単である。

■この酵素電極は構造が簡単で量産容易であり、低価格
で提供することができる。

■固定化酵素膜と、作用電極及び対照電極とが一体であ
るから、固定化酵素膜中に固定される酵素に最適な作用
電極・対照電極を組み合わせて供給、交換することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例に係る生化学測定装置の
外観斜視図、第２図は、同生化学測定装置の保持部材の
分解斜視図、第３図は、同生化学測定装置の要部継断面
図、第４図は、同生化学測定装置の酵素電極の第２図中
■−■線における断面図、第５図は、同生化学測定装置
の回路構成を説明するブロック図、第６図は、同生化学
測定装置の酵素電極の特性を説明する図、第７図（ａ）
及び第７図（ｂ）は、従来の生化学測定装置を説明する
斜視図、第８図（ａ）及び第８図（ｂ）は、それぞれ他
の従来の生化学測定装置を説明する図である。２：本体ケース、　　　　３　：　ＬＣＤ、７：保持部
材、　　　　　８；開口部、９：コ名りタ、　　　　　
１０：酵素電極、１１：電極支持基材、　　１２：作用
電極、１３：対照電極、　　　　１５：固定化酵素膜、
１９：ＣＰＵ０

Claims

【特許請求の範囲】

（１）酵素電極と、この酵素電極の出力に基づいて試料
中の基質濃度を定量する定量手段と、この定量手段の定
量結果を表示する表示手段とを、本体に設けてなる生化
学測定装置において、前記酵素電極は、電極支持基材上に膜状に作用電極及び
対照電極が形成され、これら作用電極及び対照電極が固
定化酵素膜で一体に被覆されており、この酵素電極は、
前記本体に着脱自在に設けられる保持部材に内蔵され、
この保持部材には、少なくとも前記作用電極の感応部を
露出させる開口部か設けられ、前記作用電極及び対照電
極と前記定量手段とを電気的に接続するコネクタを前記
本体に設けたことを特徴とする生化学測定装置。