JPH0368855A

JPH0368855A - 酵素センサー

Info

Publication number: JPH0368855A
Application number: JP1206327A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Abe; 浩史阿部; Jiro Kawarabata; 河原畑　二郎; Toshiaki Noda; 野田　俊彬
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 1989-08-09
Filing date: 1989-08-09
Publication date: 1991-03-25
Anticipated expiration: 2012-09-24
Also published as: JP2655727B2

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】［産業上の利用分野コ本発明は、酵素センサーに関し、さらに訂しく言うと、
構造か簡単で小型化か容易であるとともに、広い基質濃
度範囲内でより正確な！Ｉｉ質濃度の測定か可能な酵素
センサーに関する。

［従来技術および発明か解決しようとする課題］酵素を
繰り返して使用可能な形態にしてなる内定化酵素と電極
とを組み合わせてなる酵素センサーは、たとえば医療、
食品、環境などの計測分野において実用化されるに至っ
ている。

たとえば第２ＵＡに示すように、従来のグルコースセン
サーは、白金陽極ａを絶縁材すを介してステンレス管Ｃ
と管状の銀／塩化銀険極ｄ内に収納してなる過酸化水素
電極旦の先端を被覆した酢酸セルロース製の過酸化水素
センサー安定化膜ｆと酢酸セルロース製のグルコ−・ス
制限透過膜ｇで固走化酵素りを挟み、さらに前記グルコ
ース制限透過膜ｇをポリウレタン製のグルコース制限透
過膜ｉで被覆し、その表面をさらにポリビニルアルコー
ル製の生体適合膜ｊで被覆して形成されている。なお、
第２図中、には筒状の筐体１文はリード線５ｍは接着剤
である。

そして、第２　［ｇに示すグルコースセンサーを試料溶
液中に挿入すれば、前記グルコース制限透過ｌ漠ｇの存
在により、試料溶液中の一部のグルコースが前記国定化
酵素りに拡散し、この固定化酵素りの触媒作用により、
グルコースの酸化反応によって生成する過酸化水素か前
記過酸化水素電極至上で電解され、それによって生ずる
電解電流値かグルコース濃度と比例関係にあることを利
用してグルコース濃度を測定することができる。

しかしながら、このような従来のグルコースセンサーは
、グルコース濃度が７００ｍｇ／ｄ１以上であると、グ
ルコース濃度と前記電解電流値との比例関係かなくなり
、さらにグルコース濃度を上げると、電解電流値かグル
コース濃度に依存しなくなることから、グルコース濃度
を広い範囲にわたって正確に測定することができないと
いう欠点かある。たとえば重症の糖尿病／Ｊ！渚の血糖
値は時として１，００（ｌ　ｍｇ／ｄｌ程度にまで」二
かるということから、前述のような従来のセンサーを患
者の血ＩＩＩＪ値測定に使用しても高濃度領域における
血塘偵を正確に測定することは不可能である。

また、試料溶液を任意の割合で稀釈し、その祷釈液のグ
ルコース濃度を測定することにより血糖値を決定する方
法も提案されている。しかし、この方法では、稀釈液タ
ンク、稀釈液送液ポンプ、コントローラー等の種々の装
置か必要となり、装置全体か大型化するとともにかなり
のコスト高になってしまう。

本発明は前記の事情に基いてなされたものである。

未発ＩＪｌの目的は、構造が簡単で小型化か容易である
とともに、広い基質濃度範囲内でより正確な基質濃度の
測定か可能な酵素センサーを提供することにある。

［課題を解決するための手段］１Ｋｊ記課題を解決するために、本発明者が鋭、ａ検討
を重ねた結果、過酸化水素に生成し得るグルコースの絶
対槍は酵素の量に依存することから、酵素担持体に１−
４定化する酵素の量を増し、グルコース制限透過膜によ
り酵素反応を行なうグルコースの量を制限することはよ
って、広いグルコース儂度範聞内でグルコース濃度を正
確に測定することのできるＮｆＪセンサーか得られるこ
とを見い出して１本発明に到達した。

請求項１記載の発明の構成は、絶縁材を介して白金陽極
を管状の銀／塩化化銀様極内収納してなる過酸化水素電
極の先端に、酵Ｘ固定粒子および高分子からなる膜状物
と、基質制限透過膜と、生体適合膜とを設けてなること
を特徴とする酵素センサーであり、請求項２記・戒の発明のａＩ＆は、前記酵素固定粒子が
グルコースオキシダーゼを固定した多孔性ガラス粒子で
あり、１６ｊ記高分子がポリビニルアルコールである請
求項１記藏の酵素センサーであり、請求項３記硫の発明の４ＩＩＪＪ＆は、前記基質制限透
過膜がポリウレタン膜および酢酸セルロース膜のいずれ
かを用いてなる一層構造またはポリウレタン膜および酢
酸セルロース膜からなる二層構造である請求項１または
請求項２記佐の酵素センサーであり、請求項４記載の発明のａ威は、前記生体適合膜がポリビ
ニルアルコール膜である請求項り乃至請求項３のいずれ
かに記載の酵素センサーである。

［作　用］本発明の酵素センサーは、絶縁材を介して白金陽極を管
状の銀／塩酸化水素電極の先端に、酵素固定粒子および高分子から
なる膜状物と基質制限透過膜と生体適合膜とを設けてな
り、前記過酸化水素電極の先端を所定の試料溶液中に挿
入すれば、前記７！ｉ質制限透過膜の存在により、試料
溶液中の一部の基質が前記膜状物中の前記酵素固定粒子
に固定化されている酵素に拡散する。この酵素の触媒作
用による基質の酸化反応によって生成する過酸化水素が
過酸化水素電極上で電解され、それに拌なって電解電流
が生ずる。この電解電！Ｖｉか基質濃度と比例関係にあ
ることを利用して基質濃度を測定することができる。

［実施例］次に本発明の実施例を示し、本発明についてさらに具体
的に説明する。

第１図に本発明の酵素センサーの構成を示す。

第１図に示すように１本発明の酵素センサーは、絶縁材
ｌを介して白金陽極２を管状のＩＲ／塩化銀陰極３内に
収納してなる過酸化水素電極４を有する。過酸化水素電
極４の先端には、膜状物５と基質制限透過膜６と生体適
合膜７とを備える。

なお、第１図中、８は筒状筐体、９はリード線。

１０は接着剤である。本実施例においては接着剤にエポ
キシ接着剤を用いた。

前記絶縁材１としては、電気絶縁性の優れた樹脂をなｆ
適に用いることができる。尺体的には、重化ビニル樹脂
、アクリル相開、ケイ素捌脂、エポキシ樹脂などを挙げ
ることができる。

本９．切においては、前記絶縁材に前記白金場極を浸漬
し、熱処理を施すことによって絶縁処理を行なっており
、この絶縁処理を行なった白金陽極２をステンレス管１
１に挿通しである。

；ｔｉ記自金陽極２およびステンレス管ＩＩおよび管状
の銀／塩化銀険極３は、たとえば従来より公知の過酸化
水素電極において用いられているものと同様のものでよ
く、たとえば過酸化水素’ｉｆｔ極４の先端の直径は約
０．８ｒｎｍであり、前記白金陽極２の直径は約０．５
ｍｍである。また、前記ステンレス管１１の内径は約０
．：１ｍｍであり、外径は約０゜５５ｍ　ｍである。さ
らに、前記管状の銀／塩化銀陰極３の内径は約０．６ｍ
ｍである。

なお、第１図に示すように、絶縁材ｌを介して白金陽極
２をステンレス管■１および管状の銀／塩化銀陰極３内
（収納してなる過酸化水素電極４は、たとえばポリプロ
ピレン製の筒状筐体８をイイする。

本発明の酵素センサーは、前記過酸化水素電極４の先端
に膜状物５を備える。

前記膜状ｅ！５は、ｆｆＪ素固足固定粒子５１分子５２
とからなるものである。

前記酵素固定粒子としては、表面に多数の細孔をイリす
るたとえば固定化酵素用ガラスの粒子、セラミックスの
粒子などを好適に用いることができる。

たとえばこれらの材質からなる前記酵素固定粒子の細孔
径は、大きすぎると粒子の表面積が小さくなるし、小さ
すぎると酵素か細孔内に入り込むことかできなくなって
酵素の固定化が可能な有効表面積が著しく減少すること
から、通常５００〜８００大の範囲内で選定することが
好ましい。

本発明において、前記酵素固定粒子に固定させることの
できる酵素としては、たとえばグルコースオキシダーゼ
、ガラクトースオキシダーゼ、アルコールオキシダーゼ
、ウリカーゼ、Ｌ−アミノ酸オキシダーゼ、コレステロ
ールエステラーゼ、ホスホリパーゼ、ラクテートオキシ
ダーゼなどの種々の酵素の中から、［１的に応じて適宜
に選定することができる。

また、前記酵素を前記酵素固定粒子に固定化する方法と
しては、たとえば前記酵素固定粒子を２０％のγ−アミ
ノプロピルトリエトキシシランのトルエン溶液と混合し
て６〜１２１１！Ｆ間Ｑ　Ｒさせ、充分に乾燥させた後
、５％のタルタルアルデヒド溶液て１時間反応させ、そ
の後、この溶液と、酵素をリン酸緩衝液に溶解した酵素
溶液とを、Ｏ′Ｃて２時間反応させることによって固定
化する方法などが挙げられる。

前記高分子としては、特に制限はなく、たとえば酢酸セ
ルロース、ポリウレタン、ポリビニルアルコールなどを
いずれも好適に用いることかできる。

前記膜状物は、たとえば次のようにして製造することか
できる。

すなわち、前記高分子かポリビニルアルコールである場
合には、このポリビニルアルコールを、たとえばグリセ
リンに溶かし、得られた高分子溶液１０重量部に対して
６車量部の前記酵素固定粒子を加えて混合し、その適駄
を前記過酸化水素電極の先端に付着させた後、乾燥させ
れば、前記膜状物を得ることかできる。

たとえばこのようにして得られる前記膜状物の１１Ｑ　
ＪＩＸは通常１００〜１，０ロＯＩＬｍ、好ましくは４
００〜８００＃Ｌｒｎである。

前記へ質制限透過膜としては、たとえばポリウレタン、
酢酸セルロース等からなる高分子膜を挙げることかでき
る。

前記基質制限透過膜は、たとえば次のようにして製造す
ることかできる。

すなわち、前記基質制限透過膜かポリウレタン膜からな
るものである場合には、ポリウレタンを、たとえばジメ
チルホルムアミドおよびテトラヒドロフランの混合溶媒
に、また前記基質制限透過膜が酢酸セルロース膜からな
るものである場合には、酢酸セルロースを、たとえばア
セトンとエタノールとの混合溶媒に、それぞれ溶かし、
得られた高分子溶液に前記膜状物を固着した前記過酸化
水素電極の先端を浸漬し、真空乾燥を行なえば、前記基
質制限透過膜を得ることかできる。

前記基質制限透過膜を作製するにぬして使用に供される
前記高分子溶液の高分子濃度は、前記高分子溶液がポリ
ウレタンとジメチルホルムアミドとテトラヒドロフラン
との混合溶媒からなるものである場合には通常５〜ｌＯ
％、好ましくは６〜９％であり、前記高分子溶液が酢酸
セルロースとアセトンとエタノールとの混合溶媒からな
るものである場合には通常３〜８％、好ましくは５〜７
％である。また、前記基質制限透過膜の膜ｌＴｉ、は通
常５〜５０井ｍ、好ましくは２０〜４０ｐＬｍである。

前記生体適合膜は、たとえばポリビニルアルコール、フ
ィブロインなどの生体適合性をイｉする高分子を用いて
形成することができる。

このような高分子を用いた前記生体適合膜は、たとえば
次のようにして製造することかできる。

すなわち、前記生体適合膜がポリビニルアルコールを用
いてなるものである場合には、ポリビニルアルコールを
、たとえばグリセリンに溶かし、得られた溶液に前記膜
状物および前記基質制限透過膜を固着した前記過酸化水
素電極の先端を浸漬し、真空乾燥を行なえば、前記生体
適合膜を得ることかできる。

たとえばこのようにして得られる前記生体適合膜の高分
子濃度は通常３〜８％、好ましくは５〜７％である。

また、１ｒＩ記生体適合膜の膜厚は５〜５０ｐｍ、好ま
しくは２０〜４０ｊＬｍである。

本発明の酵素センサーは以上のようにして前記過酸化水
素電極の先端に、前記膜状物、前記基質制限透過膜およ
び前記生体適合膜を固着した後。

５０〜６０°Ｃて熱処理することにより形成することか
できる。

そして、本発明においては、前記酵素固定粒子かグルコ
ースオキシターゼを固定した多孔性ガラス粒子であり、
前記高分子がポリビニルアルコールてあり、前記２Ｉｌ
ｉ質制限透過膜がポリウレタン膜および酢酸セルロース
膜のいずれかを用いてなる二層構造またはポリウレタン
膜および酢酸セルロース膜からなる二層構造であり、か
つ前記生体適合膜かポリビニルアルコールであることか
ｔｌｆましい。本発明のＰｎ＃ｉセンサーがこのような
構成であると、たとえば血糖値を正確に測定することの
可能なりルコースセンサーとすることかてきる。

次に、本発明の酵素センサーの実験例を示す。

（実験例１）前記酵素固定粒子と、ポリビニルアルコールからなる前
記膜状物と、９％ポリウレタンからなる前記基質制限透
過膜と、５％ポリビニルアルコールからなる前記生体適
合膜とを、前記過酸化水素電極に固着した後、温度５０
℃にて３０分間熱処理してなる酵素センサーを用いて、
種々のグルコース濃度における電解電流値を測定した。

その結果、第３図に示すようにグルコース濃度１．００
０ｍｇ／ｄ文まで、グルコース濃度と電解電流値との間
の比例関係を得ることかできた。

（実験例２）前記酵素固定粒子とポリビニルアルコールからなる前記
膜状物とを前記過酸化水素電極の先端に１Ｍ着し、その
Ｊ二に、５％＃−酸セルロースをコーティングした後、
温度３７℃のアセトン蒸気で２秒間処理し、さらにその
上に、９％ポリウレタンをコーティングしてなる酢酸セ
ルロースーポリウレタン三爪グルコース制限透過膜と、
５％ポリビニルアルコールからなる生体適合膜とを固着
した後、温度５０℃で３０分間熱処理して得られた酵素
センサーを用いて、前記実験例１と同様の試験を行なっ
た。

その結果、第４図に示すようにグルコース濃度１．００
０１ｇ／ｄ文まで、グルコース濃度と電解電流値との間
の比例関係を得ることかできた。

［発明の効果］本発明によると、（１）　　絶縁材を介して白金陽極を管状の銀／塩化銀
１３極内に収納してなる過酸化水素電極の先端に、酵素
固定粒子および高分子−からなる膜状物と】、（質制限
透過膜と生体適合膜とをｊ☆けてなるので、構造が簡単
で小型化か容易てあり、（２）シかも、多孔性の酵素固
定粒子を用いているので、より多くの酵素の固定化かｒ
＋（能であって、かつ生成した過酸化水素を効率良く電
極で電解しているため広い基質濃度範囲内で双質膿度を
正確に測定することかてきる。

という利点を右する工業的にイｉ用な酵素センサーを提
供することかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の酵素センサーの一例をｉ７＜す説ＩＩ
図、第２図は従来の酵素センサーの一例を示す説明図、
第３図は実験例１において用いた酵素センサーについて
のグルコース濃度と電解’、Ｔｔ　流値との関係を示す
グラフ、第４図は実験例２において用いた酵素センサー
についてのグルコース濃度と電解’ｉｔｆ流値との関係
を示すグラフである。ｌ・・・絶縁材、２・・・白金陽極、３・・・銀／塩化
銀陰極、ま・・・過酸化水素電極４゜５・・・膜状物、
５１・・・酵素固定粒子、５２・・・高分子、６・・・
基質制限透過膜、７・・・生体適合膜。第１図特詐出廓人　　口ａ装株式会社代　理　人　　介理士　福村直樹第２図第３図０００００００００００フ゛ルコース凛及＋ｍ９／ｄＲ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）絶縁材を介して白金陽極を管状の銀／塩化銀陰極
内に収納してなる過酸化水素電極の先端に、酵素固定粒
子および高分子からなる膜状物と、基質制限透過膜と、
生体適合膜とを設けてなることを特徴とする酵素センサ
ー。
（２）前記酵素固定粒子がグルコースオキシダーゼを固
定した多孔性ガラス粒子であり、前記高分子がポリビニ
ルアルコールである請求項１記載の酵素センサー。
（３）前記基質制限透過膜がポリウレタン膜および酢酸
セルロース膜のいずれかを用いてなる一層構造またはポ
リウレタン膜および酢酸セルロース膜からなる二層構造
である請求項１または請求項２記載の酵素センサー。
（４）前記生体適合膜がポリビニルアルコール膜である
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の酵素センサー
。