JPH04221B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、種々の生体試料中の特定成分を迅速
にかつ精度よく容易に定量することのできるバイ
オセンサに関する。

従来例の構成とその問題点 近年、酵素の有する特異的触媒作用を利用した
種々のバイオセンサが開発され、特に臨床検査分
野への応用が試みられている。検査項目及び検体
数が増加している現在、迅速に精度よく測定でき
るバイオセンサが望まれている。

グルコースセンサに例をとると、糖尿病の増加
が激しい今日、血液中の血糖値を測定し管理する
には、以前のように血液を遠心分離し血漿にして
測定するのでは非常に時間がかかるため、全血で
測定できるセンサが要求されている。簡易型とし
ては、尿検査の時に使用されている検査紙と同様
に、ステイツク状の支持体な糖（グルコース）に
のみ反応する酵素および酵素反応時又は酵素反応
の生成物により変化する色素を含有する担体を設
置したものがある。この担体に血液を添加し、一
定時間後の色素の変化を目又は光により測定する
方式であるが、血液中の色素による妨害が大きく
精度は低い。

そこで、第１図のような多層式の分析担体が開
発されている。透明な支持体１の上に試薬層２、
展開層３、防水層４、過層５が順に積層した構
造となつている。血液サンプルを上部から滴下す
ると、まず過層５により血液中の赤血球、血小
板などの固形成分が除去され、防水層４にある小
孔から展開層３へ均一に浸透し、試薬層２におい
て反応が進行する。反応終了後、透明な支持体１
を通して矢印の方向から光を当て、分光分析によ
り基質濃度を測定する方法である。従来の簡易な
ステイツク状の担体にくらべ、複雑な構造である
が、血球除去などにより精度は向上した。しか
し、血液の浸透および反応に時間がかかるため、
サンプルの乾燥を防ぐ防水層４が必要となつた
り、反応を速めるために高温でインキユベートす
る必要があり、装置および担体が複雑化するとい
う問題がある。

最近、酵素反応と電極反応を結びつけて基質濃
度を測定するバイオセンサが開発されている。

本発明者らもこの考えを基に第２図のようなバ
イオセンサを試作した。すなわち、絶縁性の基板
６に白金を埋め込み、測定極７、対極８、参照極
９として電極系を構成する。この電極系の露出部
を覆うように多孔体１０を設置し、酸化還元酵素
１１と酸化還元酵素と共役する酸化型色素１２を
担持させる。前記多孔体１０に生体試薬液を含浸
させると、多孔体に担持された酸化還元酵素１１
により基質が酸化され同時に酸化還元酵素と共役
する酸化型色素１２が還元される。この還元され
た色素を前記電極系で酸化することにより、得ら
れた酸化電流値から基質の濃度が検知できる。こ
のように、電極反応により測定基質濃度ができる
ため、生体試料中の色素に妨害されることはなく
なつた。又、酵素および色素を充分量担持させる
ことにより、高濃度まで測定が可能となり、生体
試料液を希釈することなく、適当量含浸させるだ
けで短時間に精度よく測定できるようになつた。

しかし、生体試料中には、アスコルビン酸や尿
酸のようにそれ自身電極上で直接酸化される物質
が含まれている場合があり、測定結果に正の誤差
を与える問題があつた。又、担持している酸化型
色素が生体試料により還元されて誤差となる場合
もあつた。

発明の目的 本発明は、上記の問題点を克服し、生体試料中
の特定成分を簡易に、迅速かつ精度よく測定でき
るバイオセンサを得ることを目的とする。

発明の構成 本発明のバイオセンサは、絶縁性の基板上に少
なくとも測定極と対極からなる２組の電極系を有
し、一方の電極系の上部を酸化還元酵素および酸
化還元酵素と共役する酸化型色素を含有した多孔
体で被覆し、他の電極系の上部を前記酸化型色素
を含有した多孔体で被覆したことを特徴とする。

本発明のバイオセンサで用いることにより、生
体試料の測定を、妨害物質の影響を除去して、精
度よく簡易に測定することができる。

実施例の説明 本発明のバイオセンサの１つとして、グリコー
スセンサを例に説明する。第３図にグルコースセ
ンサの一実施例の模式図を示す。塩化ビニル樹脂
からなる絶縁性の基板６に白金を埋め込み、測定
極８，８′、対極９，９′、参照極１０，１０′と
する。前記電極系を覆うようにナイロン不織布１
３，１６を設置する。このナイロン不織布１３
は、酸化還元酵素としてグルコースオキシダーゼ
１４と酸化還元酵素と共役する酸化型色素として
フエリシアン化カリウム１５を溶解含浸後乾燥状
態で担持している。ナイロン不織布１６はフエリ
シアン化カリウム１５のみ溶解含浸後乾燥状態で
担持している。

このセンサに血液を添加すると、ナイロン不織
布１３において血中のグルコースがグルコースオ
キシダーゼ１４により酸化される際、フエリシア
ン化カリウム１５が共役して還元されフエロシア
ン化カリウムが生成する。このフエロシアン化カ
リウムおよび血中の妨害物質（たとえばアスコル
ビン酸や尿酸）を参照極１０を基準に測定極８の
電位をOVから＋0.5Vまで0.1V／秒の速度で掃引
することにより酸化する。この時得られた酸化電
流値はグルコースと妨害物質の関与したものであ
る。他方、ナイロン不織布１６においては、グル
コースオキシダーゼが存在しないため上記と同様
にして得られた酸化電流値は妨害物質のみが関与
したものであり、上記の酸化電流値から差し引く
ことにより真のグルコースに関与した酸化電流値
が得られ、グルコースの濃度が検知できる。グル
コースの標準液で測定したところ、妨害物質によ
る応答はなく、800mg／dlまでグルコースの濃度
とよい直線性を示した。

グルコースの標準液（濃度150mg／dl）にアス
コルビン酸を添加し、第２図のように電極系が１
組のものＢと、第３図に示した本発明のグルコー
スセンサＡで測定したところ、第４図のように、
グルコースセンサＡではアスコルビン酸を添加し
ても60mg／dlまで影響を受けなかつたが、従来の
センサＢでは、添加したアスコルビン酸により電
流値が増加した。血液中や尿中にはアスコルビン
酸以外にも尿酸、グルタチオン、ヘモグロビンな
どのように電極上で直接酸化を受けるものが含ま
れているが、グルコースオキシダーゼのみを除い
た系において得られた電流を差し引くことによ
り、妨害されずに精度よくグルコース濃度を測定
することができた。

測定極及び対極からなる２電極系においても測
定が可能である。その際は電流値を安定させるた
めに対極が少なくとも測定極の２倍以上の面積を
必要とした。これは、基準となる対極の電位が電
流を流すことにより動いてしまうからである。
又、銀塩化銀を対極に用いると電位は安定し面積
を大きくする必要はなくなつたが、製造する手間
および組み込みの点で不便であつた。

参照極を設置して安定な白金を用いて３電極系
にすることによつて電位が安定し、測定極、対
極、参照極が同面積でも精度よく測定することが
可能となつた。これにより、小型化が可能となつ
た。

又電極を形成する場合、白金を直接埋め込むだ
けでなく、スパツタ法あるいは蒸着法により絶縁
性の基板に白金層を形成し電極とすることもで
き、自由に形や面積を調節でき、特に同一の電極
を大量に製造する時、効果が大であつた。

酸化型色素としては、上記に用いたフエリシア
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ば、反応速度が早い
ので高速化に適している。又、２，６−ジクロロ
フエノールインドフエノール、メチレンブルー、
フエナジンメトサルフエート、β−ナフトキノン
−４−スルホン酸カリウムなども使用できる。

酸化型色素および酵素を含む多孔体は、試料液
を速やかに吸収して酵素反応を行わせることがで
きるように、親水性の多孔体膜であることが望ま
しい。たとえば、ろ紙やパルプの不織布、セラミ
ツク多孔体などを用いると、試料液が均一にすば
やく浸透し再現性も良好であつた。さらにナイロ
ン不織布において、界面活性剤で処理したもの
は、処理しなかつたものよりすみやかに液が浸透
し、再現性が向上した。

酸化型色素のみ又は酸化型色素と酵素を細かく
粉砕後加圧して成形体として電極上に設置するこ
ともできる。この加圧成形体に血液を添加する
と、速やかに浸透し迅速に反応した。なお、酸化
型色素と酵素を加圧成形する際、SiO₂のような
結着剤を少量混合すると、成形体の強度が増すの
で取り扱いが簡易となる。結着剤としては、酵素
反応及び電極反応に無関係で親水性のものが適し
ている。

酸化型色素および酵素は、なるべく血液の液体
成分に早く溶ける状態におくことが望ましい。そ
こで、色素の溶液をナイロン不織布に浸漬後、ド
ライヤーにより熱風乾燥すると、真空乾燥したも
のより非常に細かい結晶となり、液体に溶けやす
くなつた。又、色素の溶液を浸漬したナイロン不
織布を、エタノールのような水に溶ける有機溶媒
中に浸漬後、真空乾燥すると、さらに細かい結晶
を担持することができた。酵素は熱などにより活
性が失活するので、浸漬後真空乾燥した。

本発明のセンサは、グルコースに限らず、アル
コールセンサや、鮮度に関係するイノシンセンサ
など酸化還元酵素の関与する系に用いることがで
きる。酵素は固定して担持してもよく、固定化す
ることにより、酵素の活性を長期間安定に保持す
ることができる。

発明の効果 以上のように、本発明によれば、妨害物質の影
響を簡単に除去でき、かつ精度の高い応答を迅速
に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来のグルコースセンサ
の模式図、第３図は本発明の実施例のグルコース
センサの模式図、第４図は本発明の実施例である
グルコースセンサおよび従来のグルコースセンサ
の応答例を示した図である。 ６……基板、７……測定極、８……対極、９…
…参照極、１０……多孔体、１１……酵素、１２
……色素、１３，１６……ナイロン不織布、１４
……酵素、１５……色素。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 絶縁性の基板に少なくとも測定極と対極から
   なる電極系を２組設け、一方の電極系の上部を酸
   化還元酸素および酸化還元酵素と共役する酸化型
   色素を含有した多孔体で被覆し、他方の電極系の
   上部を前記酸化型色素を含有した多孔体で被覆し
   たことを特徴とするバイオセンサ。 ２ 前記電極系が測定極、対極および参照極から
   なり、すべて白金で構成された特許請求の範囲第
   １項記載のバイオセンサ。 ３ 多孔体が親水性の多孔体膜である特許請求の
   範囲第１項記載のバイオセンサ。 ４ 酸化還元酵素及び酸化型色素が多孔体膜に乾
   燥状態で保持されている特許請求の範囲第３項記
   載のバイオセンサ。