JPH0422862A - 酵素電極に残留する測定対象物質の処理方法およびその装置 - 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〉 この発明は酵素電極に残留する測定対象物質の処理方法
およびその装置に関し、さらに詳細にいえば、測定終了
後において酵素電極に残留する測定対象物質を迅速に消
失させるための処理方法およびその装置に関する。

〈従来の技術、および発明が解決しようとする厚層〉 従来から非常に複雑な有機化合物、蛋白質等を極めて高
感度に、かつ選択的に検知することができるという特質
に着目して、下地電極の表面に生理活性物質を固定化し
てなるバイオセンサ（以下酵素電極と称する）により上
記有機化合物、蛋白質等の測定を行なうための研究開発
が行なわれている。

そして、上記酵素電極を使用して測定対象物質の測定を
行なうためには生理活性物質を活性状態にしておかなけ
ればならないので、非測定時には少なくとも生理活性物
質を固定化した固定化活性膜を湿潤状態に保持するよう
にしている。

したがって、濃度測定装置の具体的な構成としては、酵
素電極を移動させることにより、測定対象物質に接触す
る状態と湿潤状態を得るための保存液に接触する状態と
を選択させることが考えられる。

このような構成を採用すれば、酵素電極を移動させて測
定対象物質を含む溶液と接触させることにより、測定対
象物質の酸化反応または還元反応を迅速に行なわせるこ
とができ、この反応の結果、生成され、または消失され
る物質の量を測定することにより溶液中の測定対象物質
の量を測定することができる。そして、測定終了後は、
酵素電極を溶液から離し、保存液に接触させることによ
り生理活性物質の活性を維持するとともに、酵素電極の
表面に残留するｍｌ定対象物質の上記反応を保存液に接
触した状態において行なわせることができる。

したがって、測定対象物質の濃度が余り高くない場合に
は、酵素電極を保存液に接触させることにより残留する
測定対象物質を十分に消費させ、次回の測定をスムーズ
に、かつ正確に行なうことができる。

しかし、測定対象物質の濃度が高い場合には、酵素電極
の表面に多量の測定対象物質が残量している関係上、保
存液に接触させた状態で測定対象物質を十分に消費させ
るために著しく長い時間がかかり、次回の測定を行ない
得るようになるまでの待ち時間が著しく長くなってしま
うという不都合がある。具体的には、上記待ち時間は、
次の測定開始前に電極を活性化するためにリフレッシュ
をかけるための条件（例えば、電流の閾値等）を満足す
るまでの時間、リフレッシュ後の電流が安定するまでの
時間等により定まるものであり、例えば、グルコース濃
度が４００ｗｃｌ／ｄ、、ｆの血液を測定した場合にお
ける次の測定までの待ち時間は例えば１００〜１２０秒
程度であり、７００ｍｇ／ｄ４の場合には待ち時間が５
分以上である。この結果、複数種類の溶液中の測定対象
物質の量を連続的に測定する場合における所要時間が著
しく長くなってしまうという不都合がある。

また、測定対象物質の酸化反応に必要な物質の量が著し
く減少し、または還元反応の結果生成される物質の量が
著しく増加してしまう可能性もあり、この場合には、次
回の測定時に得られる電気信号のレベルが著しく低くな
ってしまうという不都合がある。

〈発明の目的〉 この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、
待ち時間を大巾に短縮でき、しかも電気信号のレベルの
著しい低下を防止できる、酵素電極に残留するｎ１定対
象物質の処理方法およびその装置を提供することを目的
としている。

く課題を解決するための手段〉 上記の目的を達成するための、この発明の処理方法は、
酵素電極を測定対象物質から離した後、次の測定を行な
うために再び測定対象物質に接触させるまでの間に、酵
素電極の移動を強制的に所定時間だけ停止させる方法で
ある。

但し、酵素電極を測定対象物質から離した後、保存液に
接触させるまでの間に、酵素電極の移動を強制的に所定
時間だけ停止させる方法であることか好ましい。

上記の目的を達成するための、この発明の処理装置は、
酵素電極が測定対象物質から離れた後、所定位置に到達
したことを検出する検出手段と、所定位置に到達したこ
とを検出した時点で移動手段による酵素電極の移動を所
定時間だけ中断させる中断手段とを含んでいる。

く作用〉 以上の処理方法であれば、酵素電極を測定対象物質に接
触させて測定対象物質の量に対応する電気信号を得、そ
の後、酵素電極を保存液に接触させることにより次の測
定に備える場合において、酵素電極を測定対象物質から
離した後、次の測定を行なうために再び測定対象物質に
接触させるまでの間に、酵素電極の移動を強制的に所定
時間だけ停止させるのであるから、酵素電極の表面が空
気と接触する時間が著しく長くなり、この間に、酸化反
応に必要な物質であれば空気中から酵素電極表面に十分
に供給され、還元反応の結果生成される物質であれば空
気中に放出される。したがって、酵素電極の表面は、酵
素を媒体とする酸化反応、還元反応が進行し易い環境に
維持され続けるので、酵素電極の表面に残留する測定対
象物質は比較的短時間で消費され、速やかにリフレッシ
ュをかける条件を満足できるとともに、リフレッシュ後
の電流が短時間で安定する。この結果、測定終了後、次
の測定までの待ち時間を大巾に短縮できる。また、測定
対象物質を十分に消費した後も上記物質の供給または放
出が行なわれるのであるから、正確な測定値を得ること
ができる。

そして、酵素電極を測定対象物質から離した後、保存液
に接触させるまでの間に、酵素電極の移動を強制的に所
定時間だけ停止させる方法であれば、酵素電極の表面に
未反応の測定対象物質が殆ど残留していない状態で保存
液に接触するのであるから、未反応の測定対象物質かそ
のまま保存液に移行し、保存液を汚染してしまうという
不都合を防止できるほか、上記と同様の作用を達成でき
る。

上記の目的を達成するための、この発明の処理装置であ
れば、移動手段により酵素電極を移動させ、測定対象物
質に接触させて測定対象物質の足に対応する電気信号を
得、その後、移動手段により酵素電極を移動させ、保存
液に接触させることにより次の測定に備える場合におい
て、移動手段により酵素電極を移動させれば、所定位置
に到達したことを検出手段により検出し、中断手段によ
って移動手段による酵素電極の移動を所定時間だけ中断
させる。したがって、移動が中断されている間、酵素電
極が空気と接触し、酵素電極の表面は、酵素を媒体とす
る酸化反応、還元反応が進行し晶い環境に維持され続け
るので、酵素電極の表面に残留する測定対象物質は比較
的短時間で消費され、速やかにリフレッシュをがける条
件を満足できるとともに、リフレッシュ後の電流が短時
間で安定する。この結果、測定終了後、次の測定までの
待ち時間を大巾に短縮できる。また、測定対象物質を十
分に消費した後も上記物質の供給または放出か行なわれ
るのであるから、正確な測定値を得ることができる。

〈実施例〉 以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。

第５図は酵素電極を用いた濃度測定装置を示す概略図で
あり、下地電極の表面に加算化水素選択透過膜、固定化
酵素膜および拡散制限膜が装着されてなる酵素電極（１
）を支持する支持板（２ａ）が移動手段としてのモータ
（２Ｃ）により自転されるねし軸（２ｂ）に係合されて
いるとともに、支持板（２ａ）の所定位置に設けた突軸
（２ｄ）が案内！（２ｅ）に係合されている。上記案内
溝（２ｅ）は、ねじ軸（２ｂ）に追従して回動するよう
に支持板（２ａ）を案内する水平案内部（２ｆ）と、水
平案内部（２ｒ）の端部においてねし軸（２ｂ）に追従
して昇降するように支持板（２ａ）を案内する垂直案内
部（２ｇ）　（２ｈ）とを有しており、一方の垂直案内
部（２ｇ）に案内されて支持板（２ａ）か」二昇した状
態で、酵素電極（１）が、被検液が点着された妨害物質
分離膜（３）と接触し、他方の垂直案内部（２ｈ）に案
内されて支持板（２ａ）か上昇した状態で、酵素電極（
１）か、保存液が収容された保存液収容タンク（４）の
開口部と接触するように位置決めされている。

尚、何れかの垂直案内部と水平案内部（２ｒ）との境界
部におけるねじ軸（２ｂ）の逆転に起因する支持板（２
ａ）の復動を規制するための規制部材（図示せず）が設
けられている。

第１図はこの発明の処理方法が適用された濃度測定方法
を示すフローチャートであり、ステップα）において酵
素電極（１）のリフレッシュを行ない得る状態になるま
で待って、ステップ■において、酵素電極（１）に所定
時間だけ逆バイアス（測定時のバイアスと逆極性のバイ
アス）を印加することにより酵素電極（１）をリフレッ
シュしく第２図中領域Ｒ１参照）、活性化を高める。そ
して、ステップ■において酵素電極（１）に測定用のバ
イアスを印加する。上記リフレッシュ直後は酵素電極（
１）から出力される電気信号が著しく大きくなり、その
後は徐々に電気信号が小さくなるので（第２図中領域Ｒ
２参照）、ステップ■において電気信号が安定するまで
（具体的には、電気信号か所定の閾値まで低下するまで
）待ち、ステップ■においてモータ〈２ｃ）を動作させ
ることにより、酵素電極（１）を保存液収容タンク（４
）から離し、被験液が点着された妨害物質分離膜（３）
と接触させ、ステップ■において酵素電極（１）から出
力される電気信号に基づいて被験液中の測定対象物質濃
度を測定する。その後は、ステップ■においてモータ（
２ｃ）を動作させることにより酵素電極（１）を妨害物
質分離膜（３）から離し、酵素電極（１）か所定位置に
到達したことを条件としてステップ■においてモータ（
２ｃ）の動作を所定時間たけ停止する。したかって、モ
ータ（２Ｃ）が停止している間は酵素電極（１）の表面
か空気と接触し、測定対象物質がグルコースであれば、
グルコスの反応に必要な酸素か十分に補給され、この結
果、酵素電極（１）の表面に未反応のグルコースが残留
していても、酸素が十分に補給されることに伴なって迅
速に反応か進行し、グルコースが短時間で消費される。

その後は、ステップ■においてモータ（２ｃ）を再び動
作させることにより酵素電極（１）を保存液収容タンク
（４）に接触させ、生理活性物質の活性を維持したまま
でステップ［相］において次の測定開始が指示されるま
で待ち、測定開始か指示されれば再びステップ■以下の
処理を行なう。

以上の方法により血液中のグルコース濃度を測定し、ス
テップ■におけるモータ（２ｃ）の停止時間を３０秒に
設定したところ、測定終了後、次の測定を行なうまでの
待ち時間が３０〜５０秒であり、待ち時間を大ｌ］に短
縮できた。そして、酵素電極（１）の表面に酸素か十分
に補給されているのであるから、次の測定におけるダイ
ナミック・レンジを広くできる。また、酵素電極（１）
が保存液収容タンク（４）に接触する前に、残留してい
るグルコースを消費させるのであるから、残留するグル
コースにより保存液収容タンク（酵素電極（１）との接
触部に設けられたスポンジ等）が汚染されるという不都
合を大巾に低減し、または解消できる。

尚、この実施例においては、保存液収容タンク（３）に
接触する前に酵素電極（１）の移動を停止させるように
しているが、測定開始前に酵素電極（１）の移動を停止
させるようにしてもよく、同様に待ち時間を大巾に短縮
できる。但し、この場合には、保存液収容タンク（４）
の汚染低減または防止効果は達成できない。

また、この実施例における酵素電極（１）の移動停止時
間としては、予め設定された時間であってもよいが、酵
素電極（１）から出力される電気信号が所定の閾値まで
低下するまでの時間であってもよく、この場合には、低
濃度の被験液の測定を行なった場合の待ち時間を一層短
縮できる。

〈実施例２〉 第３図はこの発明の処理装置の一実施例を組み込んだ濃
度測定装置の電気的構成の一例を示すブロック図であり
、測定開始前に酵素電極（１）に対して活性化のための
逆バイアスを所定時間たけ印加する（リフレッシュする
）リフレッシュｔｌｉ（１１）と、測定用の順バイアス
を印加する測定用電源（１２）と、逆バイアス印加後に
おける酵素電極（１）から出力される電気信号が所定の
閾値に達したことを検出するリフレッシュ終了検出部（
１３）と、順ｔくイアス印加状態における酵素電極から
出力される電気信号の微分値を得る微分部（１４〉と、
微分値の最大値を抽出する最大値抽出部（１５）と、抽
出された最大値に基づいて被験液中の測定対象物質の濃
度を算出する濃度算出部（Ｉ６）と、測定後における酵
素電極（１）から出力される電気信号が所定の閾値に達
したことを検出するリフレッシュ開始可能検出部（１７
）と、濃度を算出し、酵素電極（１）を妨害物質分離膜
（３）から離して所定位置に到達したことを検出する電
極位置検出部（１８）と、酵素電極（１）が所定位置に
到達したことを条件として、酵素電極（１）の移動を所
定時間だけ中断させる中断部（１９）と、リフレッシュ
終了検出部（１３）およびリフレッシュ開始可能検出部
（１７）からの検出信号を入力として逆バイアス印加状
態、順バイアス印加状態、酵素電極（１）の移動中断状
態を選択するとともに、対応する信号処理、検出部を選
択的に動作させ、しかも必要に応じてモータ（２ｃ）を
動作させる制御部（２０）とを有している。

上記の構成の濃度測定装置の動作は次のとおりである。

濃度測定が指示されていない場合には、酵素電極（１）
が保存液収容タンク（４）と接触し、生理活性物質の活
性を維持している。そして、図示しないスイッチの操作
により濃度測定の開始が指示された場合には、リフレッ
シュ開始可能検出部（１７）により、酵素電極（１）か
ら出力される電気信号が所定の閾値に達したか否かを判
別し、所定の閾値に達したことが検出されれば、制御部
（２０）によりリフレッシュ電源（１１）を動作させ、
酵素電極（１）に所定時間だけ所定の逆バイアスを印加
する。その後、制御部（２０）により測定用電源（１２
）を動作させて酵素電極（１）に所定の測定用の順バイ
アスを印加する。

したかって、酵素電極（１）を構成する下地電極の表面
の酸化膜等が除去され、酵素電極（１）の活性を著しく
高めることができる。しかし、この状態、即ち、順バイ
アス印加初期においては、酵素電極（１）の活性が高い
ものの、安定性に欠けているのであるから酵素電極（１
）から出力される電気信号か所定の閾値に達したか否か
をリフレッシュ終了検出部（１３）により判別する。そ
して、所定の閾値に達したことが検出されれば、酵素電
極（１）から出力される電気信号に基づいて測定対象物
質の濃度測定を行なう。勿論、この時点においては酵素
電極（１）が既に、被験液を点着した妨害物質分離膜（
３）に接触されている。そして、酵素電極（１）から出
力される電気信号の時間微分値を微分部（１４）により
得、最大値抽出部（１５）により時間微分値の最大値を
得ることができるので、濃度算出部（１６）において、
時間微分値の最大値に基づいて測定対象物質の濃度を算
出できる。即ち、時間微分値に基づいて濃度を算出する
関係上、順バイアスを印加してから短時間で濃度を算出
できる。

以上のようにして測定対象物質の濃度を測定した後は、
制御部（２０）によりモータ（２Ｃ）を動作させて酵素
電極（１）を保存液収容タンク（４）に向かって移動さ
せる。そし、て、移動途中において位置検出部（１８）
により酵素電極（１）か所定位置に到達したことを検出
するので、中断部（１９）により酵素電極（１）の移動
か所定時間だけ中断され、酵素電極（１）か空気と接触
した状態に保持される。したがって、測定対象物質がグ
ルコースであれば、グルコースの反応に必要な酸素か十
分に補給され、この結果、酵素電極（１）の表面に未反
応のグルコースが残留していても、酸素が十分に補給さ
れることに伴なって迅速に反応が進行し、グルコースが
短時間で消費される。

その後は、酵素電極（１）の移動が再開され、保存液収
容タンク（４）に接触されるので、生理活性物質の活性
を維持でき、しかも十分な酸素か酵素電極（１）の表面
に存在するのであるから、次の測定までの待ち時間を大
巾に短縮でき、しかもダイナミック・レンジを広くでき
る。また、未反応のグルコースが十分に消費された状態
で保存液収容タンク（４）に接触するのであるから、保
存液収容タンク（４）の汚染を大巾に低減できる。

〈実施例３〉 第４図は他の実施例の処理装置を組み込んた濃度測定装
置の構成を示すブロック図であり、第３図の実施例と異
なる点は、酵素電極（１）の移動か中断された状態にお
ける電気信号が所定の閾値まで低下したか否かを判別す
る移動再開判別部（２１）がさらに設けられている点、
および電気信号が所定の閾値まで低下したことを示す移
動再開判別部（２Ｉ）からの判別信号を入力として制御
部（２０）により中断部（１９）の動作を継続させるか
否かを制御するようにした点のみである。

したがって、この実施例の場合には、酵素電極（１）の
表面に残留する未反応の測定対象物質の量に応じて酵素
電極（１）の移動を中断する時間が制御されることにな
り、低濃度の被験液の測定を行なった場合にも必要以上
に酵素電極（１）の移動を中断するという不都合を解消
できる。

尚、この発明は上記の実施例に限定されるものではなく
、例えば、グルコース以外の測定対象物質の濃度、例え
ば、尿素濃度等の測定に適用できるほか、生理活性物質
の存在下において行なわれる酸化反応、還元反応の何れ
にも適用でき、さらに、３電極式の酵素電極を有する濃
度測定装置に適用することができるほか、異なる機構に
より酵素電極を移動させる濃度測定装置に適用すること
ができ、さらには酵素電極（１）から出力される電気信
号に基づいて直接濃度を測定する場合に適用することが
できるほか、この発明の要旨を変更しない範囲内におい
て種々の設計変更を施すことが可能である。

〈発明の効果〉 以上のように第１の発明は、所定時間だけ酵素電極の表
面を、酵素を媒体とする酸化反応、還元反応が進行し易
い環境に維持し続け、酵素電極の表面に残留する測定対
象物質を比較的短時間で消費させるので、測定終了後、
次の測定までの待ち時間を大巾に短縮でき、また、測定
対象物質を十分に消費した後に上記物質の供給または放
出が行なわれるのであるから、次の測定において正確な
測定値を得ることができるという特有の効果を奏する。

第２の発明は、第１の発明の効果に加え、酵素電極の表
面に未反応の測定対象物質か殆ど残留していない状態で
保存液に接触するのであるから、未反応の測定対象物質
がそのまま保存液に移行し、保存液を汚染してしまうと
いう不都合を防止できるという特有の効果を奏する。

第３の発明は、所定時間だけ酵素電極の表面を、酵素を
媒体とする酸化反応、還元反応が進行し易い環境に維持
し続け、酵素電極の表面に残留する測定対象物質を比較
的短時間で消費させるので、ｆＪ］定終了後、次の測定
までの待ち時間を大巾に短縮でき、また、測定対象物質
を十分に消費した後も上記物質の供給または放出が行な
われるのであるから、次の測定において正確な測定値を
得ることかできるという特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の処理方法が適用された濃度測定方法
を示すフローチャート、 第２図は測定開始前における酵素電極からの出力信号の
変化を示す図、 第３図はこの発明の処理装置の一実施例を組み込んだ濃
度測定装置の電気的構成の一例を示すブロック図、 第４図は他の実施例の処理装置を組み込んだ濃度測定装
置の構成を示すブロック図、 第５図は酵素電極を用いた濃度測定装置を示す概略図。 （１）・・・酵素電極、（２Ｃ）・・・移動手段として
のモータ、（３）・・被験液が点着される妨害物質分離
膜、（４）・・・保存液収容タンク、（１８）・・・電
極位置検出部、（１９）・・・中断部、 （２０）・ 制御部、 （２１）・・・移動再開判別部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、酵素電極（１）を測定対象物質に接触させ、その後
   、酵素電極（１）を保存液に接触させるべく移動させる
   測定対象物質の濃度測 定装置において、酵素電極（１）を測定対象物質から離
   した後、次の測定を行なうた めに再び測定対象物質に接触させるまで の間に、酵素電極（１）の移動を強制的に所定時間だけ
   停止させることを特徴とする 酵素電極に残留する測定対象物質の処理 方法。 ２、酵素電極（１）を測定対象物質から離した後、保存
   液に接触させるまでの間に、酵 素電極（１）の移動を強制的に所定時間だけ停止させる
   上記特許請求の範囲第１項記 載の酵素電極に残留する測定対象物質の 処理方法。 ３、酵素電極（１）を測定対象物質に接触させ、その後
   、酵素電極（１）を保存液に接触させるべく移動手段（
   ２ｃ）により移動させる測定対象物質の濃度測定装置に
   おいて、酵 素電極（１）が測定対象物質から離れた後、所定位置に
   到達したことを検出する検出 手段（１８）と、所定位置に到達したことを検出した時
   点で移動手段（２ｃ）による酵素電極（１）の移動を所
   定時間だけ中断させる中断手段（１９）（２０）（２１
   ）とを含むことを特徴とする酵素電極に残留する測定対
   象物 質の処理装置。