JPH04230841A - 酵素電極活性維持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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は酵素電極活性維持方法
およびその装置に関し、さらに詳細にいえば、酵素電極
を用いて測定対象物質の濃度測定を行なう濃度測定装置
において酵素電極を活性状態に維持するための方法およ
びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】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
物質を固定化した固定化酵素膜を付設してなるバイオセ
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。

【０００３】この場合において、下地電極としては、一
般的に活性が高い白金電極と安定な銀電極とを有する構
成のものが使用されることが多く、例えば、被検液中の
グルコース濃度を測定する酵素電極の場合には、下地電
極の表面に過酸化水素選択透過膜、生理活性物質として
グルコース・オキシダーゼを用いた固定化酵素膜および
拡散制限膜をこの順に積層した構成が採用される。そし
て、この構成を採用すれば、グルコース・オキシダーゼ
の存在下においてグルコースが酸化され、グルコン酸お
よび過酸化水素が生成され、生成される過酸化水素の量
に対応する電気信号が下地電極から出力されるので、こ
の電気信号に基づいて被検液中のグルコース濃度を測定
できる。この場合において、下地電極としての白金電極
の活性が低いと、電気信号のレベルが著しく低下してし
まうのであるが、白金電極を長時間放置しておくと、白
金電極の表面に酸化膜が生成され、この酸化膜が抵抗と
なって活性が低下してしまうのである。グルコース以外
の物質の濃度測定を行なう酵素電極においても同様の不
都合がある。

【０００４】このような不都合を解消するために、従来
は濃度測定を行なう前に、リフレッシュ電圧（測定時の
電圧と逆極性の電圧）を下地電極に印加することにより
、下地電極の表面に形成された酸化膜を除去し、高感度
の測定を可能にすることが提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、濃度測定の間
隔が長くなると、間隔の増加に伴なって下地電極上の酸
化膜が厚くなり、リフレッシュ電圧を印加しても酸化膜
を完全には除去できなくなってしまうという不都合があ
る。そして、このような場合において、その後、短時間
で濃度測定を反復すれば、測定毎にリフレッシュ電圧印
加後における残留酸化膜の厚みが減少し、下地電極の活
性が徐々に上がるので、出力ドリフトを伴なうことにな
り、濃度測定精度を低下させてしまうことになる（図９
参照）。

【０００６】また、このような不都合を低減しようとす
れば、リフレッシュ電圧を高くし、またはリフレッシュ
電圧印加時間を長くすることが必要になるが、リフレッ
シュ電圧を印加することに伴なって下地電極表面に生成
されるリフレッシュ生成物質（水素分子、水素イオン等
）の量が増大するので、これらリフレッシュ生成物質に
起因する拡散電流も増加する。この結果、拡散電流が所
定の閾値に減少するまでの所要時間が長くなり、リフレ
ッシュ電圧印加後、濃度測定開始までの所要時間が長く
なるという不都合がある。

【０００７】

【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、濃度測定間隔の長短に拘らず濃度測定精
度を高く維持でき、しかもリフレッシュ電圧印加後、濃
度測定開始までの所要時間を短縮できる酵素電極活性維
持方法およびその装置を提供することを目的としている
。

【０００８】

【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、請求項１の酵素電極活性維持方法は、所定時間毎
に酵素電極を活性化するためのリフレッシュ電圧を印加
し、しかも測定動作を行なう前にもリフレッシュ電圧を
印加する方法である。請求項２の酵素電極活性維持方法
は、所定時間毎のリフレッシュ電圧印加が濃度測定前の
リフレッシュ電圧印加を考慮して行なわれる方法である
。

【０００９】請求項３の酵素電極活性維持方法は、所定
時間毎のリフレッシュ電圧印加が濃度測定前のリフレッ
シュ電圧印加を考慮することなく行なわれる方法である
。請求項４の酵素電極活性維持方法は、所定時間毎のリ
フレッシュ電圧印加を行なった後に、酵素電極から出力
される電気信号と所定の閾値との大小を判別して酵素電
極に異常が発生しているか否かを識別する方法である。

【００１０】請求項５の酵素電極活性維持装置は、酵素
電極を活性化するためのリフレッシュ電圧を印加するリ
フレッシュ電源と、所定時間毎にリフレッシュ電圧を酵
素電極に印加すべくリフレッシュ電源と酵素電極とを接
続する第１接続手段と、測定動作を行なう前にリフレッ
シュ電圧を酵素電極に印加すべくリフレッシュ電源と酵
素電極とを接続する第２接続手段とを含んでいる。

【００１１】請求項６の酵素電極活性維持装置は、第１
接続手段が、第１接続手段によるリフレッシュ電圧の酵
素電極への印加または第２接続手段によるリフレッシュ
電圧の酵素電極への印加を基準として所定時間経過後に
リフレッシュ電圧を印加するものである。請求項７の酵
素電極活性維持装置は、第１接続手段が、第１接続手段
によるリフレッシュ電圧の酵素電極への印加のみを基準
として所定時間経過後にリフレッシュ電圧を印加するも
のである。

【００１２】請求項８の酵素電極活性維持装置は、第１
接続手段により酵素電極へのリフレッシュ電圧印加を行
なったことに応答して、酵素電極から出力される電気信
号と所定の閾値との大小を判別して酵素電極に異常が生
じているか否かを識別する酵素電極状態識別手段をさら
に含んでいる。

【００１３】

【作用】請求項１の酵素電極活性維持方法であれば、酵
素電極を用いて測定対象物質の濃度測定を行なう場合に
おいて、濃度測定動作を長時間にわたって行なわなくて
も、所定時間毎に酵素電極を活性化するためのリフレッ
シュ電圧を印加するのであるから、酸化膜の厚みが厚く
なりすぎることを防止することができる。この結果、酵
素電極の活性が低下しすぎないように維持できる。そし
て、測定動作を行なう前にもリフレッシュ電圧を印加す
るのであるが、酸化膜が厚くなりすぎないようにされて
いるのであるから、高いリフレッシュ電圧を印加するこ
となく、またはリフレッシュ電圧を長時間印加すること
なく、十分に酵素電極の活性を回復でき、高感度に濃度
測定を行なうことができる。

【００１４】請求項２の酵素電極活性維持方法であれば
、任意のタイミングで指示される濃度測定の実行中に所
定時間毎のリフレッシュ電圧印加が発生することを防止
でき、しかも酸化膜が厚くなりすぎることを防止して請
求項１と同様の作用を達成できる。請求項３の酵素電極
活性維持方法であれば、濃度測定に起因して行なわれる
リフレッシュ電圧の印加を全く考慮することなく所定時
間毎のリフレッシュ電圧印加を行なえばよいので処理を
簡素化でき、しかも酸化膜が厚くなりすぎることを防止
して請求項１と同様の作用を達成できる。

【００１５】請求項４の酵素電極活性維持方法であれば
、濃度測定動作に依存することなく行なわれるリフレッ
シュ電圧の印加の結果酵素電極から出力される電気信号
に基づいて酵素電極に異常が生じているか否かを識別で
きるので、異常が生じていることに気付かずに濃度測定
を行なうという不都合を防止できる。請求項５の酵素電
極活性維持装置であれば、酵素電極を用いて測定対象物
質の濃度測定を行なう場合において、濃度測定動作を長
時間にわたって行なわなくても、第１接続手段およびリ
フレッシュ電源により、所定時間毎に酵素電極を活性化
するためのリフレッシュ電圧を印加するのであるから、
酸化膜の厚みが厚くなりすぎることを防止することがで
きる。この結果、酵素電極の活性が低下しすぎないよう
に維持できる。そして、測定動作を行なう前にも第２接
続手段およびリフレッシュ電源により、リフレッシュ電
圧を印加するのであるが、酸化膜が厚くなりすぎないよ
うにされているのであるから、高いリフレッシュ電圧を
印加することなく、またはリフレッシュ電圧を長時間印
加することなく、十分に酵素電極の活性を回復でき、高
感度に濃度測定を行なうことができる。

【００１６】請求項６の酵素電極活性維持装置であれば
、任意のタイミングで指示される濃度測定に起因して行
なわれるリフレッシュ電圧の印加を基準として所定時間
毎のリフレッシュ電圧印加を行なうことができ、酸化膜
が厚くなりすぎることを防止して請求項５と同様の作用
を達成できる。請求項７の酵素電極活性維持装置であれ
ば、濃度測定に起因して行なわれるリフレッシュ電圧の
印加を全く考慮することなく所定時間毎のリフレッシュ
電圧印加を行なえばよいので構成を簡素化でき、しかも
酸化膜が厚くなりすぎることを防止して請求項５と同様
の作用を達成できる。

【００１７】請求項８の酵素電極活性維持方法であれば
、濃度測定動作に依存することなく行なわれる第１接続
手段によるリフレッシュ電圧の印加の結果酵素電極から
出力される電気信号に基づいて酵素電極状態識別手段に
より酵素電極に異常が生じているか否かを識別できるの
で、異常が生じていることに気付かずに濃度測定を行な
うという不都合を防止できる。

【００１８】

【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。図１はこの発明の酵素電極活性維持方法の一
実施例を示すフローチャートであり、ステップＳＰ１に
おいて前回の酵素電極リフレッシュから所定時間Ｔ（図
２（Ａ）参照）が経過したか否かを判別し、所定時間Ｔ
が経過したと判別された場合には、ステップＳＰ２にお
いて酵素電極にリフレッシュ電圧（測定時の印加電圧と
逆極性の電圧）を印加して酵素電極の活性を回復させる
。また、ステップＳＰ１において所定時間Ｔが経過して
いないと判別された場合には、ステップＳＰ３において
濃度測定が指示されたか否かを判別し、濃度測定が指示
されたと判別された場合には、ステップＳＰ４において
酵素電極にリフレッシュ電圧を印加して酵素電極の活性
を回復させ、次いで、拡散電流が所定の閾値に減少する
まで待ってからステップＳＰ５において濃度測定動作を
行なう。そして、ステップＳＰ２の処理、またはステッ
プＳＰ５の処理が行なわれた後、またはステップＳＰ３
において濃度測定が指示されていないと判別された場合
には、再びステップＳＰ１の判別を行なう。

【００１９】したがって、長時間濃度測定が行なわれな
い場合であっても、図２中領域Ｒ１　に示すように、所
定時間Ｔ毎に酵素電極にリフレッシュ電圧が印加され、
電極活性が回復させられる。そして、任意の時点で濃度
測定を行なうべきことが指示された場合にもリフレッシ
ュ電圧が印加されるのであるから（図２中領域Ｒ２　参
照）、電極活性を十分に高めた状態で測定対象物質の濃
度測定を行なうことができる。また、複数回の濃度測定
を短時間毎に反復する場合にも、濃度測定を行なうため
の電極活性を一定に維持でき、高精度の濃度測定を達成
できる。

【００２０】さらに、リフレッシュにより除去すべき酸
化膜の厚みを所定厚み以下にできるため、リフレツシュ
電圧を変化させない場合には、図３中実線で示すように
、リフレッシュ電圧印加時間を大巾に短縮でき、この結
果、酵素電極から出力される電流も図４中実線で示すよ
うに、短時間で所定の閾値に減少する。尚、図３および
図４中実線は、濃度測定の直前にのみリフレッシュを行
なう場合を示している。したがって、この実施例の方法
を採用することにより、リフレッシュ電圧印加から濃度
測定開始までの待ち時間を短縮できることが分る。具体
的には、従来４０〜５０秒程度であった待ち時間を２０
〜３０秒に短縮できた。

【００２１】

【実施例２】図５はこの発明の酵素電極活性維持装置の
一実施例を示すブロック図であり、酵素電極１に対して
所定のリフレッシュ電圧を印加するリフレッシュ電源２
と、リフレッシュ電圧印加からの経過時間が予め設定し
た所定時間Ｔに達した時点でタイム・アップ信号を出力
するタイマ３と、濃度測定指示信号およびタイム・アッ
プ信号を入力としてリフレッシュ電圧印加指示信号を出
力するＯＲゲート４と、リフレッシュ電圧印加指示信号
によりスイッチングされてリフレッシュ電源２と酵素電
極１とを接続するスイッチ５とを有している。

【００２２】上記の構成の酵素電極活性維持装置の作用
は次のとおりである。長時間にわたって濃度測定を行な
わない場合には、タイマ３がタイム・アップする毎にタ
イム・アップ信号がＯＲゲート４に供給されるので、Ｏ
Ｒゲート４からリフレッシュ電圧印加指示信号が出力さ
れ、スイッチ５を介してリフレッシュ電源２と酵素電極
１とを接続することにより電極リフレッシュを行なう。 そして、タイマ３がタイム・アップする前であっても、
濃度測定指示信号が供給された場合には、ＯＲゲート４
からリフレッシュ電圧印加指示信号が出力され、スイッ
チ５を介してリフレッシュ電源２と酵素電極１とを接続
することにより電極リフレッシュを行なう。そして、こ
の場合には、電極リフレッシュ後、拡散電流が所定の閾
値に減少した時点で濃度測定を開始する。

【００２３】したがって、この実施例の場合にも、酵素
電極の活性が低下しすぎることを防止し、高精度の濃度
測定を達成できる。また、リフレッシュ電圧印加から濃
度測定開始までの待ち時間を短縮することもできる。

【００２４】

【実施例３】図６はこの発明の酵素電極活性維持方法の
他の実施例を示すフローチャートであり、図１のフロー
チャートと異なる点は、所定時間毎にリフレッシュ電圧
を印加して酵素電極をリフレッシュした後、酵素電極か
ら出力される電流が所定の閾値よりも大きいか否かを判
別し、所定の閾値よりも大きくないと判別された場合に
のみ酵素電極が異常であると識別し、必要に応じて警報
を発する点のみである。

【００２５】即ち、リフレッシュを行なっても出力電流
が所定の閾値より大きくない場合には、断線等の異常が
発生しているのであるから、濃度測定が指示されていな
い期間中に行なわれるリフレッシュ電圧印加を利用して
予め酵素電極に異常が生じているか否かを判別し、異常
が生じているにも拘らず濃度測定を指示しなければ異常
が判別できないという不都合を解消させることができる
。勿論、濃度測定が指示された後のリフレッシュ電圧印
加に基づいて酵素電極に異常が生じているか否かを判別
するようにしてもよい。

【００２６】

【実施例４】図７はこの発明の酵素電極活性維持装置の
他の実施例を示すブロック図であり、図５の酵素電極活
性維持装置と異なる点は、リフレッシュ後に酵素電極１
から出力される電流が所定の閾値より大きいか否かを判
別する電流判別部６と、電流が所定の閾値よりも大きく
ないことを示す電流判別部６からの判別結果信号に基づ
いて動作する警報発生部７とをさらに有している点のみ
である。

【００２７】したがって、この実施例の場合には、所定
時間Ｔ毎、または濃度測定が指示される毎に行なわれる
酵素電極リフレッシュ後に、電流判別部６により出力電
流が所定の閾値より大きいか否かを判別し、出力電流が
所定の閾値より大きくないと判別された場合にのみ警報
発生部７を動作させて酵素電極１が異常であることを報
知できる。特に、濃度測定が指示されていない期間中に
行なわれるリフレッシュ電圧印加を利用して予め酵素電
極に異常が生じているか否かを判別することができるの
で、異常が生じているにも拘らず濃度測定を指示しなけ
れば異常が判別できないという不都合を解消させること
ができる。

【００２８】

【実施例５】図８はこの発明の酵素電極活性維持装置の
さらに他の実施例を示すブロック図であり、図５の酵素
電極活性維持装置と異なる点は、濃度測定指示信号をリ
セット信号としてタイマ３に供給している点のみである
。したがって、この実施例においては、長時間にわたっ
て濃度測定指示信号が供給されない場合に、タイマ３が
タイム・アップする毎にタイム・アップ信号がＯＲゲー
ト４を介してスイッチ５に供給され、リフレッシュ電源
２と酵素電極１とを接続することにより電極リフレッシ
ュを行なう。また、任意のタイミングで濃度測定指示信
号が供給されれば、濃度測定指示信号がＯＲゲート４を
介してスイッチ５に供給され、リフレッシュ電源２と酵
素電極１とを接続することにより濃度測定前の電極リフ
レッシュを行なう。尚、この場合にはタイマ３が濃度測
定指示信号によりリセットされるので、リセットされた
時点から再びタイマ３による時間計測を行なう。即ち、
タイマ３による所定時間毎の電極リフレッシュが濃度測
定前の電極リフレッシュを考慮して行なわれることにな
る。

【００２９】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、タイマ３から出力されるタイム
・アップ信号を、濃度測定に必要な所定時間だけ遅延さ
せてスイッチ５に供給することが可能であるほか、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。

【００３０】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明は、長期間
にわたって濃度測定を行なわない場合に、所定時間毎に
リフレッシュ電圧を酵素電極に印加するのであるから、
酵素電極の活性が低下しすぎることを防止し、しかも濃
度測定前に再びリフレッシュ電圧を印加するのであるか
ら、酵素電極の活性を十分に回復させることができ、ひ
いては高精度の濃度測定を達成できるとともに、リフレ
ッシュ電圧印加から測定開始までの待ち時間を短縮でき
るという特有の効果を奏する。

【００３１】請求項２の発明は、任意のタイミングで指
示される濃度測定の実行中に所定時間毎のリフレッシュ
電圧印加が発生することを防止でき、しかも酸化膜が厚
くなりすぎることを防止して請求項１と同様の作用を達
成できるという特有の効果を奏する。請求項３の発明は
、濃度測定に起因して行なわれるリフレッシュ電圧の印
加を全く考慮することなく所定時間毎のリフレッシュ電
圧印加を行なえばよいので処理を簡素化でき、しかも酸
化膜が厚くなりすぎることを防止して請求項１と同様の
作用を達成できるという特有の効果を奏する。

【００３２】請求項４の発明は、異常が生じていること
に気付かずに濃度測定を行なうという不都合を防止でき
る。請求項５の発明は、長期間にわたって濃度測定を行
なわない場合に、所定時間毎にリフレッシュ電圧を酵素
電極に印加するのであるから、酵素電極の活性が低下し
すぎることを防止し、しかも濃度測定前に再びリフレッ
シュ電圧を印加するのであるから、酵素電極の活性を十
分に回復させることができ、ひいては高精度の濃度測定
を達成できるとともに、リフレッシュ電圧印加から測定
開始までの待ち時間を短縮できるという特有の効果を奏
する。

【００３３】請求項６の発明は、任意のタイミングで指
示される濃度測定の実行中に所定時間毎のリフレッシュ
電圧印加が発生することを防止でき、しかも酸化膜が厚
くなりすぎることを防止して請求項５と同様の作用を達
成できるという特有の効果を奏する。請求項７の発明は
、濃度測定に起因して行なわれるリフレッシュ電圧の印
加を全く考慮することなく所定時間毎のリフレッシュ電
圧印加を行なえばよいので処理を簡素化でき、しかも酸
化膜が厚くなりすぎることを防止して請求項５と同様の
作用を達成できるという特有の効果を奏する。

【００３４】請求項８の発明は、異常が生じていること
に気付かずに濃度測定を行なうという不都合を防止でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の酵素電極活性維持方法の一実施例を
示すフローチャートである。

【図２】酵素電極の活性の変動を示す図である。

【図３】リフレッシュ時の印加電圧波形を示す図である
。

【図４】リフレッシュ時の酵素電極からの出力電流を示
す図である。

【図５】この発明の酵素電極活性維持装置の一実施例を
示すブロック図である。

【図６】この発明の酵素電極活性維持方法の他の実施例
を示すフローチャートである。

【図７】この発明の酵素電極活性維持装置の他の実施例
を示すブロック図である。

【図８】この発明の酵素電極活性維持装置のさらに他の
実施例を示すブロック図である。

【図９】従来の酵素電極の活性の変動を示す図である。

【符号の説明】

１　　酵素電極　　　　２　　リフレッシュ電源　　　
　３　　タイマ　　　　４　　ＯＲゲート ５　　スイッチ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　酵素電極（１）を用いて測定対象物質
   の濃度測定を行なう濃度測定装置において、所定時間毎
   に酵素電極（１）を活性化するためのリフレッシュ電圧
   を印加し、しかも測定動作を行なう前にもリフレッシュ
   電圧を印加することを特徴とする酵素電極活性維持方法
   。
2. 【請求項２】　　所定時間毎のリフレッシュ電圧印加が
   濃度測定前のリフレッシュ電圧印加を考慮して行なわれ
   る請求項１に記載の酵素電極活性維持方法。
3. 【請求項３】　　所定時間毎のリフレッシュ電圧印加が
   濃度測定前のリフレッシュ電圧印加を考慮することなく
   行なわれる請求項１に記載の酵素電極活性維持方法。
4. 【請求項４】　　所定時間毎のリフレッシュ電圧印加を
   行なった後に、酵素電極（１）から出力される電気信号
   と所定の閾値との大小を判別して酵素電極（１）に異常
   が発生しているか否かを識別する請求項１に記載の酵素
   電極活性維持方法。
5. 【請求項５】　　酵素電極（１）を用いて測定対象物質
   の濃度測定を行なう濃度測定装置において、酵素電極（
   １）を活性化するためのリフレッシュ電圧を印加するリ
   フレッシュ電源（２）と、所定時間毎にリフレッシュ電
   圧を酵素電極（１）に印加すべくリフレッシュ電源（２
   ）と酵素電極（１）とを接続する第１接続手段（３，４
   ，５）と、測定動作を行なう前にリフレッシュ電圧を酵
   素電極（１）に印加すべくリフレッシュ電源（２）と酵
   素電極（１）とを接続する第２接続手段（４，５）とを
   含むことを特徴とする酵素電極活性維持装置。
6. 【請求項６】　　第１接続手段（３，４，５）が、第１
   接続手段（３，４，５）によるリフレッシュ電圧の酵素
   電極（１）への印加または第２接続手段（４，５）によ
   るリフレッシュ電圧の酵素電極（１）への印加を基準と
   して所定時間経過後にリフレッシュ電圧を印加するもの
   である請求項５に記載の酵素電極活性維持装置。
7. 【請求項７】　　第１接続手段（３，４，５）が、第１
   接続手段（３，４，５）によるリフレッシュ電圧の酵素
   電極（１）への印加のみを基準として所定時間経過後に
   リフレッシュ電圧を印加するものである請求項５に記載
   の酵素電極活性維持装置。
8. 【請求項８】　　第１接続手段（３，４，５）により酵
   素電極（１）へのリフレッシュ電圧印加を行なったこと
   に応答して、酵素電極（１）から出力される電気信号と
   所定の閾値との大小を判別して酵素電極（１）に異常が
   生じているか否かを識別する酵素電極状態識別手段（６
   ）をさらに含んでいる請求項５に記載の酵素電極活性維
   持装置。