JPH05164724A - バイオセンサーおよびそれを用いた分離定量方法 - Google Patents
バイオセンサーおよびそれを用いた分離定量方法Info
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- JPH05164724A JPH05164724A JP3328657A JP32865791A JPH05164724A JP H05164724 A JPH05164724 A JP H05164724A JP 3328657 A JP3328657 A JP 3328657A JP 32865791 A JP32865791 A JP 32865791A JP H05164724 A JPH05164724 A JP H05164724A
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-
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 液体試料中の目的物質とそれと特異的に反応
する少なくとも１種の物質とを反応させ、生成した電気
化学的活性物質を電気化学的に検出するバイオセンサー
において、作用電極が少なくとも２つの電極部分から成
り、供給された液体試料が順次それぞれの作用電極に一
定の時間間隔をおいて接触するバイオセンサー。 【効果】 目的物質に由来して発生する電流と、妨害物
質に由来する電流とを分離して測定できるので、液体試
料中の目的物質の濃度を、妨害物質に影響されることな
く定量できる。
する少なくとも１種の物質とを反応させ、生成した電気
化学的活性物質を電気化学的に検出するバイオセンサー
において、作用電極が少なくとも２つの電極部分から成
り、供給された液体試料が順次それぞれの作用電極に一
定の時間間隔をおいて接触するバイオセンサー。 【効果】 目的物質に由来して発生する電流と、妨害物
質に由来する電流とを分離して測定できるので、液体試
料中の目的物質の濃度を、妨害物質に影響されることな
く定量できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、バイオセンサーおよび
それを用いた分離定量方法に関し、更に詳しくは、血
液、血清、尿、唾液などの液体試料中の特定物質を検出
定量する為のバイオセンサーおよび分離定量方法に関す
る。定量する目的物質としては、グルコース、乳酸、コ
レステロール、アルコール、尿素などが例示できるが、
これらに限定されるものではない。また、これらと特異
的に反応する物質としては各種の酸化還元酵素などが挙
げられる。目的物質以外の電気化学的物質としてはアス
コルビン酸、尿酸などが代表的である。
それを用いた分離定量方法に関し、更に詳しくは、血
液、血清、尿、唾液などの液体試料中の特定物質を検出
定量する為のバイオセンサーおよび分離定量方法に関す
る。定量する目的物質としては、グルコース、乳酸、コ
レステロール、アルコール、尿素などが例示できるが、
これらに限定されるものではない。また、これらと特異
的に反応する物質としては各種の酸化還元酵素などが挙
げられる。目的物質以外の電気化学的物質としてはアス
コルビン酸、尿酸などが代表的である。
【０００２】
【従来の技術】液体試料中の特定物質としては上記のよ
うな種々の物質があるが、一例として乳酸とアスコルビ
ン酸の分離定量を採りあげて従来の技術を説明する。乳
酸は、乳酸オキシダーゼと反応することにより電気化学
的に活性な物質を生成する。その時に流れる電流値を測
定することにより試料中の乳酸濃度を測定することがで
きる。しかし、試料中にはアスコルビン酸などの電気化
学的に活性な物質も含まれており、これが正確な濃度測
定を妨げる原因ともなっている。
うな種々の物質があるが、一例として乳酸とアスコルビ
ン酸の分離定量を採りあげて従来の技術を説明する。乳
酸は、乳酸オキシダーゼと反応することにより電気化学
的に活性な物質を生成する。その時に流れる電流値を測
定することにより試料中の乳酸濃度を測定することがで
きる。しかし、試料中にはアスコルビン酸などの電気化
学的に活性な物質も含まれており、これが正確な濃度測
定を妨げる原因ともなっている。
【０００３】この問題点を解決するため、本出願人は、
先に特願平３−１１３０３０号(平成３年５月１７日出
願)を出願し、その中で作用電極と対極とからなるバイ
オセンサーにおいて、たとえば酵素を電極表面から空間
的に離れた部位に配置し、目的物質とアスコルビン酸と
を分離測定する方法を提案した。酵素を電極から離れた
部位に配置しているため、試料供給後当初はアスコルビ
ン酸のみに依存する信号が測定でき、続いて酵素反応に
よる反応生成物質が拡散によって電極表面に到達しアス
コルビン酸と乳酸の両方に依存する信号を測定し両信号
を演算することにより分離測定ができる。
先に特願平３−１１３０３０号(平成３年５月１７日出
願)を出願し、その中で作用電極と対極とからなるバイ
オセンサーにおいて、たとえば酵素を電極表面から空間
的に離れた部位に配置し、目的物質とアスコルビン酸と
を分離測定する方法を提案した。酵素を電極から離れた
部位に配置しているため、試料供給後当初はアスコルビ
ン酸のみに依存する信号が測定でき、続いて酵素反応に
よる反応生成物質が拡散によって電極表面に到達しアス
コルビン酸と乳酸の両方に依存する信号を測定し両信号
を演算することにより分離測定ができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この先願の方
法では両信号の分離を反応物質の拡散に依存しているた
め、たとえば試料として血液を用いると、血球が拡散に
大きく影響し、その結果ヘマトクリットが感度に影響を
及ぼすといった問題が残っている。検体として、尿、唾
液などを用いる場合は問題はないが、赤血球など粒子状
成分の多い血液を用いる場合は、血清を分離して測定す
る必要があることが判明した。
法では両信号の分離を反応物質の拡散に依存しているた
め、たとえば試料として血液を用いると、血球が拡散に
大きく影響し、その結果ヘマトクリットが感度に影響を
及ぼすといった問題が残っている。検体として、尿、唾
液などを用いる場合は問題はないが、赤血球など粒子状
成分の多い血液を用いる場合は、血清を分離して測定す
る必要があることが判明した。
【０００５】
【課題を解決する為の手段】上記課題を解決するため、
鋭意研究を行った結果、酵素を電極から離すことなく配
置し、かつ分離定量できるバイオセンサーを完成するに
至った。すなわち、本発明は、上記課題を、液体試料中
の目的物質とそれと特異的に反応する少なくとも１種の
物質とを反応させ、生成した電気化学的活性物質を電気
化学的に検出するバイオセンサーにおいて、作用電極が
少なくとも２つの電極部分から成り、供給された液体試
料が順次それぞれの作用電極部分に一定の時間間隔をお
いて接触することを特徴とするバイオセンサーにより解
決する。
鋭意研究を行った結果、酵素を電極から離すことなく配
置し、かつ分離定量できるバイオセンサーを完成するに
至った。すなわち、本発明は、上記課題を、液体試料中
の目的物質とそれと特異的に反応する少なくとも１種の
物質とを反応させ、生成した電気化学的活性物質を電気
化学的に検出するバイオセンサーにおいて、作用電極が
少なくとも２つの電極部分から成り、供給された液体試
料が順次それぞれの作用電極部分に一定の時間間隔をお
いて接触することを特徴とするバイオセンサーにより解
決する。
【０００６】更に、本発明は、上記本発明のバイオセン
サーに試料を供給し、試料が最初に接触する作用電極部
分において１回目の測定を行って電気化学的活性物質の
みに依存する電気的信号を取り込み、続いて一定の時間
間隔をおいて試料が他の作用電極部分に接触した後、十
分な時間経過後２回目の測定を行って目的物質および電
気化学的に活性な物質の両方に依存する電気的信号を取
り込み、両信号を演算することにより、試料中の目的物
質および電気化学的活性物質とを分離定量することを特
徴とする液体試料中の物質の分離定量方法をも提供する
ものである。
サーに試料を供給し、試料が最初に接触する作用電極部
分において１回目の測定を行って電気化学的活性物質の
みに依存する電気的信号を取り込み、続いて一定の時間
間隔をおいて試料が他の作用電極部分に接触した後、十
分な時間経過後２回目の測定を行って目的物質および電
気化学的に活性な物質の両方に依存する電気的信号を取
り込み、両信号を演算することにより、試料中の目的物
質および電気化学的活性物質とを分離定量することを特
徴とする液体試料中の物質の分離定量方法をも提供する
ものである。
【０００７】本発明の特徴は、作用電極が少なくとも２
つの電極部分から成っており、その少なくとも１つに酵
素が配置され、他の電極部分には酵素は配置されないこ
とである。さらに、本発明のバイオセンサーは、妨害物
質であるアスコルビン酸などを、試料が酵素を配置した
電極部分に達していない内に測定するために、複数の電
極を結ぶ試料の流路をバイオセンサーに設けて、まず酵
素が配置されていない電極部分に試料が供給され、続い
て自動的に一定の時間間隔をおいて酵素が配置された電
極部分にも試料が供給されるように構成されている。
つの電極部分から成っており、その少なくとも１つに酵
素が配置され、他の電極部分には酵素は配置されないこ
とである。さらに、本発明のバイオセンサーは、妨害物
質であるアスコルビン酸などを、試料が酵素を配置した
電極部分に達していない内に測定するために、複数の電
極を結ぶ試料の流路をバイオセンサーに設けて、まず酵
素が配置されていない電極部分に試料が供給され、続い
て自動的に一定の時間間隔をおいて酵素が配置された電
極部分にも試料が供給されるように構成されている。
【０００８】本明細書において、「電気化学的活性物質」
とは、物質自体が作用電極と直接電子の授受をできるも
の以外に、バイオセンサーに配置されたメディエーター
などと反応した結果、間接的に作用電極と電子の授受を
できるようになる物質も含む。
とは、物質自体が作用電極と直接電子の授受をできるも
の以外に、バイオセンサーに配置されたメディエーター
などと反応した結果、間接的に作用電極と電子の授受を
できるようになる物質も含む。
【０００９】
【実施例】本発明のバイオセンサーの一例の分解斜視図
を図１に示す。このバイオセンサーは、以下のようにし
て製造することができる。なお、この例は、乳酸定量用
のバイオセンサーであるが、定量目的物質に応じて、適
宜設計変更し得ることは、言うまでもない。
を図１に示す。このバイオセンサーは、以下のようにし
て製造することができる。なお、この例は、乳酸定量用
のバイオセンサーであるが、定量目的物質に応じて、適
宜設計変更し得ることは、言うまでもない。
【００１０】ポリエチレンテレフタレート製シート状基
板３上に、シルク印刷などにより銀リード線２付き炭素
電極１および１'を形成する。その上に、被検液を収容
する空間８〜１０を有するポリエチレンテレフタレート
(ＰＥＴ)製スペーサー４を両面接着テープにより基板３
に貼り付ける。次に、空間８〜１０全体を満たすよう
に、３０mＭフェリシアン化カリウムおよび１％ヒドロ
キシプロピルセルロースの水溶液３０μlを滴下し、乾
燥することによりフェリシアン化カリウムを固相として
配置する。更に、空間１０の作用電極１'上に、３２０m
Ｍフェリシアン化カリウム、１％ヒドロキシプロピルセ
ルロースおよび２０mg／dl乳酸オキシダーゼの水溶液３
μlを滴下し、乾燥することにより、酵素およびフェリ
シアン化カリウムを固相として配置する。最後に、試料
吸入口６と試料排出口７を有するＰＥＴ製カバー５を両
面接着テープによりスペーサー４に貼り付けることによ
り乳酸センサーを完成する。
板３上に、シルク印刷などにより銀リード線２付き炭素
電極１および１'を形成する。その上に、被検液を収容
する空間８〜１０を有するポリエチレンテレフタレート
(ＰＥＴ)製スペーサー４を両面接着テープにより基板３
に貼り付ける。次に、空間８〜１０全体を満たすよう
に、３０mＭフェリシアン化カリウムおよび１％ヒドロ
キシプロピルセルロースの水溶液３０μlを滴下し、乾
燥することによりフェリシアン化カリウムを固相として
配置する。更に、空間１０の作用電極１'上に、３２０m
Ｍフェリシアン化カリウム、１％ヒドロキシプロピルセ
ルロースおよび２０mg／dl乳酸オキシダーゼの水溶液３
μlを滴下し、乾燥することにより、酵素およびフェリ
シアン化カリウムを固相として配置する。最後に、試料
吸入口６と試料排出口７を有するＰＥＴ製カバー５を両
面接着テープによりスペーサー４に貼り付けることによ
り乳酸センサーを完成する。
【００１１】実施例 上記のようにして製造したバイオセンサーを用い、測定
用試料として血液を用いて、乳酸を定量した。血液試料
を試料吸入口６より吸入させ、直ちに第１の電圧＋２０
０mＶを５秒間印加し、５秒後の電流値を測定した。こ
の第１測定電流を図２に示す。
用試料として血液を用いて、乳酸を定量した。血液試料
を試料吸入口６より吸入させ、直ちに第１の電圧＋２０
０mＶを５秒間印加し、５秒後の電流値を測定した。こ
の第１測定電流を図２に示す。
【００１２】第１電流測定時には空間８のみを満たして
いた血液は、一定の時間間隔をおいて通路９を通り空間
１０に達した。この時はじめて空間１０の電極上に配置
した酵素が血液中の乳酸と反応した。試料吸入後１１５
秒後から第２の電圧＋２００mＶを５秒間印加し、その
５秒後の電流値を測定した。この第２測定電流を図３に
示す。
いた血液は、一定の時間間隔をおいて通路９を通り空間
１０に達した。この時はじめて空間１０の電極上に配置
した酵素が血液中の乳酸と反応した。試料吸入後１１５
秒後から第２の電圧＋２００mＶを５秒間印加し、その
５秒後の電流値を測定した。この第２測定電流を図３に
示す。
【００１３】図２は、第１測定電流を縦軸に、アスコル
ビン酸濃度を横軸にとったアスコルビン酸に対する検量
線である。この検量線は、乳酸濃度の幅広い変化にもか
かわらず１本の直線で近似できる。すなわち、アスコル
ビン酸が乳酸から分離定量できたことを示している。
ビン酸濃度を横軸にとったアスコルビン酸に対する検量
線である。この検量線は、乳酸濃度の幅広い変化にもか
かわらず１本の直線で近似できる。すなわち、アスコル
ビン酸が乳酸から分離定量できたことを示している。
【００１４】図３は、第２測定電流を縦軸に、乳酸濃度
を横軸にとった乳酸に対する検量線である。この検量線
はアスコルビン酸の各濃度に対し、それに依存した応答
電流分だけ縦軸正方向に移動している。これは、乳酸測
定に対しアスコルビン酸が正の妨害を与えることを示し
ている。
を横軸にとった乳酸に対する検量線である。この検量線
はアスコルビン酸の各濃度に対し、それに依存した応答
電流分だけ縦軸正方向に移動している。これは、乳酸測
定に対しアスコルビン酸が正の妨害を与えることを示し
ている。
【００１５】図３の検量線を図２の検量線を使って補正
した結果を図４に示す。全ての補正値は、アスコルビン
酸の幅広い変化にもかかわらず１本の直線上にのった。
すなわち、乳酸はアスコルビン酸から分離定量できたこ
とを意味する。
した結果を図４に示す。全ての補正値は、アスコルビン
酸の幅広い変化にもかかわらず１本の直線上にのった。
すなわち、乳酸はアスコルビン酸から分離定量できたこ
とを意味する。
【００１６】次に、血球と血漿とを一定の割合で混合し
て調製した血液試料に、乳酸を１００mg／dlの濃度とな
るように添加し、上記センサーを用いて電流値を測定し
た。図５に第２測定電流を示す。一方、比較例として、
特願平３−１１３０３０号に記載の乳酸センサーを用い
て同じ血液試料についての第２測定電流を測定した。結
果を図５に示す。
て調製した血液試料に、乳酸を１００mg／dlの濃度とな
るように添加し、上記センサーを用いて電流値を測定し
た。図５に第２測定電流を示す。一方、比較例として、
特願平３−１１３０３０号に記載の乳酸センサーを用い
て同じ血液試料についての第２測定電流を測定した。結
果を図５に示す。
【００１７】比較例ではヘマトクリット(Ｈt)が高くな
ると測定電流が低下し、Ｈt４０％以上で急激に感度が
低下する。しかし、本発明のセンサーでは、Ｈt２０〜
５０％までほとんど感度が低下していない。従って、本
発明のセンサーによれば、全血でもＨtの影響を受ける
ことなく乳酸を分離定量できる。
ると測定電流が低下し、Ｈt４０％以上で急激に感度が
低下する。しかし、本発明のセンサーでは、Ｈt２０〜
５０％までほとんど感度が低下していない。従って、本
発明のセンサーによれば、全血でもＨtの影響を受ける
ことなく乳酸を分離定量できる。
【図１】 本発明の２電極分離定量用バイオセンサーの
１例の分解斜視図。
１例の分解斜視図。
【図２】 第１測定電流のアスコルビン酸に対する検量
線。
線。
【図３】 第２測定電流の乳酸に対する検量線。
【図４】 図３の検量線を図２の検量線を使って補正し
た検量線。
た検量線。
【図５】 本発明の乳酸センサーのヘマトクリットの影
響を従来法と比較して示したグラフ。
響を従来法と比較して示したグラフ。
１,１': 炭素電極、２: シード線、３: 基板、４:スペ
ーサー、５: カバー、６: 試料吸入口、 ７: 試料排出
口、８,１０: 空間、９: 回路部。
ーサー、５: カバー、６: 試料吸入口、 ７: 試料排出
口、８,１０: 空間、９: 回路部。
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｎ 27/416 6923−2Ｊ Ｇ０１Ｎ 27/46 Ｂ 6923−2Ｊ ３３６ Ｂ
Claims (4)
- 【請求項１】 液体試料中の目的物質とそれと特異的に
反応する少なくとも１種の物質とを反応させ、生成した
電気化学的活性物質を電気化学的に検出するバイオセン
サーにおいて、作用電極が少なくとも２つの電極部分か
ら成り、供給された液体試料が順次それぞれの作用電極
部分に一定の時間間隔をおいて接触することを特徴とす
るバイオセンサー。 - 【請求項２】 目的物質と特異的に反応する物質が、作
用電極部分の１つのみに配置された請求項１記載のバイ
オセンサー。 - 【請求項３】 作用電極部分の少なくとも１つにメディ
エーターが配置された請求項１記載のバイオセンサー。 - 【請求項４】 液体試料中の目的物質とそれと特異的に
反応する少なくとも１種の物質とを反応させ、生成した
電気化学的活性物質を電気化学的に検出するバイオセン
サーであって、作用電極が少なくとも２つの電極部分か
ら成り、供給された液体試料が順次それぞれの作用電極
部分に一定の時間間隔をおいて接触するバイオセンサー
に試料を供給し、試料が最初に接触する作用電極部分に
おいて１回目の測定を行って電気化学的活性物質のみに
依存する電気的信号を取り込み、続いて一定の時間間隔
をおいて試料が他の作用電極部分に接触した後、十分な
時間経過後２回目の測定を行って目的物質および電気化
学的に活性な物質の両方に依存する電気的信号を取り込
み、両信号を演算することにより、試料中の目的物質お
よび電気化学的活性物質とを分離定量することを特徴と
する液体試料中の物質の分離定量方法。
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| JP3135959B2 JP3135959B2 (ja) | 2001-02-19 |
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