JPH05126784A

JPH05126784A - バイオセンサ

Info

Publication number: JPH05126784A
Application number: JP3319940A
Authority: JP
Inventors: Kenji Ogura; 健二小椋
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 1991-11-06
Filing date: 1991-11-06
Publication date: 1993-05-21

Abstract

(57)【要約】【目的】被測定物質を短時間の内に正確に測定する。【構成】バイオセンサ１は、絶縁基板３上に形成され
た作用極５及び参照極７と、作用極５，参照極７の上面
に固定される吸水材１５，１７と、ＧＯＤを担持してこ
の吸水材１５の上面に固定化された識別層１９と、吸水
材１７の上面に形成されたコラーゲンからなる比較層２
１とを備える。この吸水材１５，１７は、石膏等の多孔
質体やＣＭＣ等の親水性樹脂であり、自身の溶液吸引力
によりグルコース試薬を識別層１９に促進して浸透させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被測定物質に対する識
別機能を有する生体物質を用いて、被測定物質を測定す
るバイオセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のバイオセンサは、酵素や微生物
といった生体物質と被測定物質とで進行する生物化学反
応を利用して、尿中成分の被測定物質を測定するもので
あり、種々のものが知られている。例えば、特開昭６１
−５０２６２号には、電極型バイオセンサとして、平板
型のバイオセンサが提案されている。即ち、図６に示す
ように、平板型のバイオセンサ１００は、セラミックや
プラスチック等の絶縁基板１０１と、この絶縁基板１０
１上に形成された作用極１０３及び参照極１０５と、作
用極１０３上に積層して形成された識別層１０７と、作
用極１０３及び参照極１０５の間を絶縁する絶縁層１０
８と、作用極１０３及び参照極１０５の端子部１０９，
１１１にそれぞれ接続され、その間の電流値を測定する
電気測定部（図示省略）とを備えている。この識別層１
０７は、被測定物質に対する識別機能を有する生体物質
を担持して固定化させており、この生体物質を含有する
ゾル状物質を作用極１０３上に塗布しその後の乾燥を経
て固定化されている。そして、この識別層１０７側がバ
イオセンサ１００の感応部１１３となっている。

【０００３】このバイオセンサ１００で被測定物質を測
定するには、感応部１１３を被測定物質を含有する被測
定溶液に接触させる。これにより、被測定溶液が識別層
１０７内に浸透して層内部で拡散する。そして、作用極
１０３上面に位置する識別層１０７内の生体物質と被測
定溶液に含まれている被測定物質とで生物化学反応が進
行して、例えば酸素が消費されて過酸化水素が生成す
る。こうして消費或いは生成する電極活性物質の電極反
応で得られる電流を電気測定部で測定することにより、
被測定物質が検出される。

【０００４】上記バイオセンサ１００は、識別層１０７
の生体物質を各種の酵素や微生物とすることにより、こ
れと反応する被測定物質を検出することができる。例え
ば、生体物質にグルコースオキシダーゼを用いると、グ
ルコースを検出するバイオセンサとなる。また、グルク
ロン酸オキシダーゼを用いると、グルクロン酸を検出す
るバイオセンサとなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般に、このようなバ
イオセンサでは、被測定物質を正確に測定できることが
必要不可欠である。このために、識別層１０７を厚くし
て当該層における生体物質の担持量を多くし、必要な生
体物質量を確保することが行なわれている。ところが、
このように識別層１０７を厚くすると、被測定溶液が識
別層に浸透して拡散するまでに時間がかかるため、作用
極１０３表面で上記電極活性物質の電極反応が起きてこ
れが飽和状態に到るまでの時間も長くなる。この結果、
短時間の内に、生体物質と被測定物質との生物化学反応
を電気変化量に変換して被測定物質濃度を測定すること
ができない。一方で、測定を短時間の内に行なえるよう
識別層１０７を薄くすれば、生体物質の担持量が少なく
なるので、測定精度の低下を招き好ましくない。特に高
い濃度側での測定精度の低下が著しい。

【０００６】なお、識別層を形成するためのゾル状物質
中の生体物質含有量を多くして識別層を薄くし、識別層
における生体物質の担持量を多くすることも可能である
が、次のような欠点があり現実的ではない。つまり、生
体物質含有量が多くなる分だけゾル状物質が少なくなる
ので、固定化が不十分となり識別層からの生体物質の溶
出が避けられない。

【０００７】本発明は、上記問題点を解決するためにな
され、被測定物質を短時間の内に正確に測定できるバイ
オセンサを提供することをその目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに本発明の採用した手段は、被測定溶液中の被測定物
質と生体物質との生物化学的反応に伴う電気変化量を測
定することにより、前記被測定物質を検出するバイオセ
ンサにおいて、絶縁基板上に形成された一対の電極と、
前記被測定物質に対する識別機能を有する生体物質を担
持して、該一対の電極の一方の表面に形成された識別層
と、該識別層への前記被測定溶液の浸透を促進する浸透
促進手段とを備えることをその要旨とする。

【０００９】そして、この浸透促進手段を、吸水機能を
有する吸水材を、被測定溶液に直接接することなく識別
層と一方の電極に接する位置に配設して構成した。

【００１０】

【作用】上記構成のバイオセンサは、絶縁基板上に形成
された一対の電極のうちの一方に生物物質を担持した識
別層を形成しており、生物物質と被測定溶液中の被測定
物質との間で進行する生物化学反応に伴って電極間に発
生する電気変化量に基づいて被測定物質を測定する。こ
の場合、本発明のバイオセンサでは、吸水機能を有する
吸水材を被測定溶液に直接接することなく識別層と一方
の電極に接する位置に配設して構成したりした浸透促進
手段により、識別層への被測定溶液の浸透を促進する。
この結果、識別層への被測定溶液の浸透・拡散が短時間
の内に起こるので、識別層における生体物質と被測定物
質との生物化学反応が速やかに進行して被測定物質濃度
の測定が短時間で完了する。また、識別層への被測定溶
液の浸透・拡散を短時間の内に起こさせるに当たって、
識別層を薄くする必要がないので、生体物質の担持量を
確保して被測定物質の正確な測定を可能とする。

【００１１】浸透促進手段を構成するに当たって、吸水
材を被測定溶液に直接接することのない位置に配設した
ので、被測定溶液が識別層より優先して吸水材に浸透し
てしまうことがない。よって、識別層への被測定溶液の
浸透を阻害しない。

【００１２】

【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明ら
かにするために、以下本発明の好適な実施例について説
明する。図１は、実施例のバイオセンサ１の分解斜視図
である。

【００１３】図１に示すように、バイオセンサ１は、既
述したバイオセンサ１００とほぼ同一の構成を備え、作
用極や参照極が形成される側の感応部周辺の構成におい
て相違する。即ち、バイオセンサは、ポリエチレンテレ
フタレート（ＰＥＴ）から作製した板厚１．５ｍｍの絶
縁基板３と、この絶縁基板３上に形成された作用極５及
び参照極７と、作用極５，参照極７の上面に固定される
吸水材１５，１７と、この吸水材１５の上面に固定化さ
れた識別層１９と、吸水材１７の上面に固定化された比
較層２１とを備える。このほか、作用極５及び参照極７
の間を絶縁する絶縁層２３と、作用極５及び参照極７の
端子部２５，２７にそれぞれ接続され、その間の電流値
を測定する電気測定部（図示省略）とを備える。この識
別層１９と比較層２１については後述する。

【００１４】以下、このバイオセンサ１について詳細に
説明するが、バイオセンサ１００と共通する製造工程等
については簡略して行なうこととする。実施例のバイオ
センサ１における作用極５及び参照極７並びに端子部２
５，２７は、絶縁基板３上面への黒鉛ペーストのスクリ
ーン印刷と、５０℃×１時間の乾燥処理を経て形成し
た。この際、黒鉛ペーストとしては、粒径が０．５μｍ
の黒鉛微粉末６０ｗｔ％と流動パラフィン４０ｗｔ％と
をロールミルにて混練して得られたものを使用した。

【００１５】その後、適宜な絶縁剤、例えばエポキシ樹
脂を印刷・乾燥させる周知な工程による絶縁層２３の形
成と、吸水材１５，１７の固定とを行なう。吸水材１
５，１７は、作用極５，参照極７の周囲に予め塗布され
た接着剤を介して、各電極上面に密着するよう絶縁基板
３上面に固定される。この吸水材１５，１７は、良好に
溶液を吸水する機能を有すればよく、石膏，多孔質アル
ミナ，多孔質プラスチック等の多孔質体や、ウレタンフ
ォーム，ポリエチレンフォーム等の吸水性樹脂（ポリマ
ー）、ＣＭＣ（カルボキシル・メチル・セルロース）等
の親水性樹脂等から適宜選択される。また、５０〜２０
０μｍの範囲の厚みが有れば十分であり、１００μｍ前
後がその成形・取扱いの点から好ましい。

【００１６】吸水材１５上面の識別層１９は、被測定物
質に対する識別機能を有する生体物質を、これを担持す
るゾル状物質にたいして通常の重量比で担持して固定化
させたものである。一方、吸水材１７上面の比較層２１
は、生体物質を含まないゾル状物質を固化して形成させ
たもの或いは担持した生体物質を失活させたものであ
る。この識別層１９における生体物質の上記重量比は、
使用する生体物質に応じて定まり、従来と同程度の値で
ある。例えばこの生体物質がグルコースに対する識別機
能を有するグルコースオキシターゼ（ＧＯＤ）であれ
ば、ゾル状物質であるコラーゲンに担持させるＧＯＤ
は、重量百分率にして１〜１０％の範囲である。なお、
以下の説明に当たっては、本実施例のバイオセンサ１を
グルコース測定センサとして説明する。

【００１７】これら識別層１９と比較層２１を、次のよ
うに吸水材１５，１７のおのおのの上面に形成する。ま
ず、識別層１９について説明する。９０ｗｔ％のコラー
ゲンと、１０ｗｔ％のＧＯＤとを混合したＧＯＤ水溶液
を調製し、このＧＯＤ水溶液を、マイクロシリンジに
て、吸水材１５の上面へ約１００μｍの厚さで塗布し、
その後２４時間自然乾燥させて固定化させる。こうし
て、識別層１９が形成される。比較層２１は、コラーゲ
ン単独を吸水材１７の上面へ約１００μｍの厚さで塗布
し、その後の自然乾燥を経て形成される。このように、
識別層１９と比較層２１の形成を経て完成したグルコー
ス測定用のバイオセンサ１は、センサ完成後の感応部８
をＡ−Ａ面で断面視した図２に示すように、絶縁基板３
の上面に、作用極５，吸水材１５及び識別層１９を積層
して備え、参照極７，吸水材１７及び比較層２１を備え
る。

【００１８】次に、このバイオセンサ１の評価試験につ
いて説明する。この評価試験は、予め所定濃度（１００
ｍｇ／ｄｌ）に調製されたグルコース試薬中にセンサを
浸漬してグルコース濃度を測定し、測定を開始してから
の経過時間と得られる電流値との関係を調べた。試験に
供するバイオセンサとして、以下に記す実施例バイオセ
ンサ１ａ，１ｂと、比較例バイオセンサ１００ａとを用
いた。なお、識別層，比較層の厚さや、識別層における
ＧＯＤ担持量等は、上記した通りである。実施例バイオ
センサ１ａは、吸水材１５，１７を１００μｍの厚さの
石膏製吸水材として、上記したように作製されたセンサ
である。実施例バイオセンサ１ｂは、吸水材１５，１７
を１００μｍの厚さのＣＭＣ製吸水材として、上記した
ように作製されたセンサである。比較例バイオセンサ１
００ａは、吸水材１５，１７を用いず、図６に示すセン
サの参照極１０５の上面に比較層を形成して作製された
センサである。その結果を図３に示す。

【００１９】図３から明らかなように、各バイオセンサ
とも、得られる電流値が飽和したときの飽和電流値は、
一致しており、正確にグルコース濃度を測定できる。し
かし、実施例品のバイオセンサ１ａによれば、測定を開
始してから約１０秒後には出力電流値が飽和状態に到る
ので、僅か１０数秒という短時間の内に測定が完了す
る。また、実施例品のバイオセンサ１ｂによれば、約２
０秒という短時間の内に測定が完了する。これに対し
て、比較例バイオセンサ１００ａでは、経過時間が３０
秒程度にならないと測定が完了しない。つまり、本実施
例のバイオセンサ１ａ，１ｂでは、吸水材１５を識別層
１９と作用極５との間に積層しているので、この吸水材
１５の溶液吸引力によりグルコース試薬を識別層１９に
促進して浸透させている。この結果、識別層１９へのグ
ルコース試薬の浸透・拡散が、比較例バイオセンサ１０
０ａより短時間の内に起きるので、上記したような測定
時間の短縮を図ることができる。また、実施例のバイオ
センサの識別層１９を薄くする必要がないので、比較例
バイオセンサ１００ａと同様に、グルコース濃度を正確
に測定することができる。

【００２０】なお、この発明は上記実施例に限られるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の
態様において実施することが可能であり、次のような変
形も可能である。例えば、グルコースオキシターゼに替
えて、ピラノースオキシターゼやムタロターゼ等の酵
素、或いは、Pseudomonas fluorescens といった微生物
を用いた、グルコース測定用のセンサであってもよい。
また、生体物質としてグルクロン酸オキシターゼを用い
たグルクロン酸測定用のセンサであってもよい。

【００２１】また、このような生体物質の変更ばかりで
なく、吸水材を図４に示すように設けた変形例とするこ
ともできる。図４は、図２の相当図であり、本発明のバ
イオセンサの変形例における感応部の断面図である。こ
の図４に示すように、作用極５０，参照極７０を絶縁基
板３０の溝３１，３２の底面に形成し、作用極５０の上
面に上記識別層１９に相当する識別層１９０を固定化す
る。また、参照極７０の上面に上記比較層２１に相当す
る比較層２１０を形成する。そして、識別層１９０に接
して作用極５０を取り囲むよう吸水材１５０を設置し、
同様にして参照極７０側に吸水材１７０を配置する。こ
のように吸水材を配置した場合であっても、上記したバ
イオセンサと同様に識別層１９０への被測定溶液の浸透
・拡散を促進して短時間の内に正確な被測定物質の測定
を行なうことができる。

【００２２】更に、被測定溶液中の被測定物質以外の影
響を排除して測定精度を向上させるために対極を設けた
バイオセンサにも適用できる。このような場合でも、図
５に示すように、絶縁基板３上に形成された作用極５，
参照極７及び対極９の各電極上に、吸水材１５，１７，
１８と、識別層１９，比較層２１，２２とをそれぞれ積
層して形成すればよい。このバイオセンサ１Ａは、作用
極５と参照極７間の電気変化量（電流値）をその端子部
２５，２７から取り出し、対極９と参照極７間の電気変
化量との電気変化量をその端子部２７，２９から取り出
し、取り出した電気変化量の差をもって、被測定溶液濃
度を測定する。

【００２３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のバイオセ
ンサによれば、識別層への被測定溶液の浸透を促進させ
ることができる。この結果、識別層内における被測定溶
液の浸透・拡散並びに生体物質と被測定物質との生物化
学反応を速やかに進行させて、短時間の内に被測定物質
濃度を正確に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のバイオセンサ１の構成を説明するため
用いた分解斜視図。

【図２】図１におけるバイオセンサ１の感応部８をＡ−
Ａ面で断面視した断面図。

【図３】実施例のバイオセンサの効果を説明するための
ものであり、出力電流値と測定を開始してからの経過時
間との関係を表わすグラフ。

【図４】図２の相当図であり、変形例におけるバイオセ
ンサの感応部の断面図。

【図５】変形例におけるバイオセンサの概略斜視図。

【図６】従来のバイオセンサ１００の構成を説明するた
め用いた概略斜視図。

【符号の説明】

１バイオセンサ３絶縁基板５作用極７参照極８感応部１５吸水材１７吸水材１９識別層２１比較層２３絶縁層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定溶液中の被測定物質と生体物質と
の生物化学的反応に伴う電気変化量を測定することによ
り、前記被測定物質を検出するバイオセンサにおいて、絶縁基板上に形成された一対の電極と、前記被測定物質に対する識別機能を有する生体物質を担
持して、該一対の電極の一方の表面に形成された識別層
と、該識別層への前記被測定溶液の浸透を促進する浸透促進
手段とを備えることを特徴とするバイオセンサ。
【請求項２】前記浸透促進手段は、吸水機能を有する吸水材を、前記被測定溶液に直接接す
ることなく前記識別層と前記一方の電極に接する位置に
配設してなることを特徴とする請求項１記載のバイオセ
ンサ。