JPH0560722A - グルコースセンサ - Google Patents

グルコースセンサ

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JPH0560722A
JPH0560722A JP3246735A JP24673591A JPH0560722A JP H0560722 A JPH0560722 A JP H0560722A JP 3246735 A JP3246735 A JP 3246735A JP 24673591 A JP24673591 A JP 24673591A JP H0560722 A JPH0560722 A JP H0560722A
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JP
Japan
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platinum
titanium oxide
electrode
glucose
titanium
Prior art date
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Pending
Application number
JP3246735A
Other languages
English (en)
Inventor
Kaname Ito
要 伊藤
Shoichiro Ikeda
章一郎 池田
Hiroko Hishida
裕子 菱田
Satoru Saito
哲 斉藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Storage Battery Co Ltd
Original Assignee
Japan Storage Battery Co Ltd
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  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 信頼性の高いグルコ−スセンサを提供する。 【構成】 金属チタン基体1表面に酸化チタン膜層4を
形成し、さらに該酸化チタン膜上に白金5を斑点状に形
成した電極にグルコースオキシダーゼを固定したグルコ
ースセンサとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、グルコースの濃度を測
定するためのグルコースセンサ、さらに詳しくは、特に
血液中の血糖値を連続的に測定するのに好適なグルコー
スセンサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】よく知られているように、グルコース
(ブドウ糖)は、グルコースオキシダーゼ(GOD)と
いう酵素の作用により、次のように酸素と反応してグル
コン酸と過酸化水素とを生成する。
【0003】 この反応が右へ進むと、溶液中の酸素が消費されて
グルコース濃度および酸素濃度が減少し、同時に過酸化
水素が生成する。そこで、グルコースオキシダーゼの存
在下で、酸素の減少量あるいは過酸化水素の生成量を測
定することによって、溶液中のグルコースの濃度を求め
ることができる。
【0004】この原理を利用したグルコース濃度を検出
するグルコースセンサは、すでに各種のものが市販され
ている[軽部征夫監修 「バイオセンサー最先端技術」
シーエムシー発行(1987)]。また、生体の皮下に直接挿
入できる過酸化水素検出方式の微小針型グルコースセン
サも開発された[M.Shichiri,R.Kawamori,N.Hakui,Y.Ya
masaki and H.Abe Diabetes,33,1200(1984).]。
【0005】さらに、いわゆるクラーク型酸素電極と固
定化酵素膜を利用し、グルコースのグルコースオキシダ
ーゼによる触媒反応に基づく溶存酸素濃度変化を酸素電
極系の出力でとらえ、グルコース濃度を測定する方法も
開発されている[池田,青山,伊藤,大倉,市橋,近藤
日本化学会誌,1980(10),1554.]。また、酸化チタン
膜が溶存酸素センサとしてはたらくことを利用し、チタ
ン線の表面を電解酸化し、酸化チタン層を形成したもの
をカソードに用いた針状酸素電極系を基本に、これにグ
ルコースオキシダーゼを固定した、皮下測定用針状グル
コースセンサも発表されている[池田,木村,野田,伊
藤,大倉,中尾,高木,近藤 電気化学, 56,1055(19
88).]。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】市販されている各種グ
ルコースセンサや過酸化水素検出方式の微小針型グルコ
ースセンサは、いずれも生体に対する適合性に問題があ
り、寿命が3〜4日であり、そのつど交換しなければな
らないという不便さがあった。
【0007】上述の、金属チタンに酸化チタン層を形成
した電極をカソードとした酸素電極系を使用した皮下測
定型グルコースセンサは、次のような測定原理にもとづ
いている。すなわち、酸化チタンは酸素電極として働
き、これと対極および照合電極とを組合せ、酸化チタン
電極と対極との間に通電すると、酸化チタン電極−照合
電極間電位差と酸化チタン電極−対極間に流れる電流と
の間には図2に示すような関係がみられる。図2におい
て、曲線のX〜Yは限界拡散電流を示し、電圧Eを一定
とすれば、電流iは酸素濃度に比例する。グルコースが
酸素の存在下でグルコースオキシダーゼ(酵素)の働き
によって酸化されてグルコン酸になる時、消費される酸
素量がわかればグルコースの濃度もわかることになる。
したがつて、限界拡散電流iとグルコース濃度とは一定
の関係を持ち、酸化チタン電極とグルコースオキシダー
ゼを組み合わせると、グルコースセンサが得られること
になる。この酸化チタン電極を使用した従来のグルコー
スセンサは、酸化チタン層の形成の再現性が困難なこと
から、電流−電位曲線のばらつきが大きく、また、酸素
還元の限界拡散電流の現れる電位領域が-1.1〜-1.3V
(対 Ag/AgCl照合電極)であるため、印加電圧を大きく
しなければならなかった。さらに、-1.25 Vより卑な電
位領域では、酸化チタンが還元されることに起因する残
余電流が大きくなって、測定の誤差が大きくなるという
欠点を持っていた。また、このグルコースセンサは、生
理食塩水中では約2か月以上も酵素活性を保つという優
れた特性を示したが、血液中では各種の被毒を受けるた
めに、寿命が短くなるという欠点を持っていた。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、酸化チタン層
とグルコースオキシダーゼを組み合わせたグルコースセ
ンサにおける、上記問題点を解決するために、酸化チタ
ン層の表面に、粒子状の白金を不均一に点々と付着させ
ることを特徴とするものである。また、線状グルコース
センサにおいて、被測定溶液と感応部分の接触面積を大
きくするために、酸化チタン・白金・グルコースオキシ
ダーゼを線状電極の側面にとりつけることを特徴とする
ものである。
【0009】
【作用】本発明におけるグルコースセンサにおいては、
酸化チタン層の表面に白金が存在するため、従来酸化チ
タン上で行われていた酸素の還元反応が、白金上で行わ
れるようになる。すると、白金の触媒性能が高いため
に、酸素還元の限界拡散電流の現れる電位領域が、従来
の-1.1〜-1.3V(対Ag/AgCl照合電極)から-0.7〜-1.0
V(対 Ag/AgCl照合電極)にかなり貴な方向にずれるこ
とになる。
【0010】また、酸化チタン層と白金へのグルコース
オキシダーゼの固定化の難易を比較すると、前者には固
定化が容易であるが、後者には難しいという問題があ
る。これに対し、本発明では、酸化チタン層の表面では
白金が点々と存在し、酸化チタンが露出している部分が
あるため、酸化チタン層に白金をつけることによるグル
コースオキシダーゼの固定化が難しいという問題は、容
易に回避される。
【0011】さらに、線状グルコースセンサにおいて、
酸化チタン・白金・グルコースオキシダーゼを線の側面
に取り付けてあるため、線を細くした場合でも、グルコ
ースオキシダーゼの固定が容易で、しかも多量に取り付
けることができ、感応面積を大きくすることができる。
【0012】なお、グルコースを高濃度(7.0g dm-3
まで直接測定するためには、グルコースオキシダーゼが
固定されている感応面の上に、アセチルセルロース膜ま
たはポリウレタン膜などからなるグルコース透過制限膜
を装着する必要がある。
【0013】
【実施例】以下、本発明を好適な実施例を用いて説明す
る。
【0014】[実施例1] <酸化チタン−白金酸素電極の製法>直径0.5mm 、長さ
約25mmのチタン線に、内径0.6mm 、外径約1.0mm のガラ
ス管を 700℃の電気炉中、アルゴン雰囲気下で熔封して
かぶせ、一方の端にリード線を取り付け、他方の先端を
約45度の角度になるように磨きだした。この周囲に厚さ
0.1mm の銀板を巻き付け、これにもリード線を接続し、
接続部分をエポキシ樹脂とテフロン熱収縮チューブで絶
縁固定した。銀電極は食塩水中で白金板を対極にして2
Vで表面を塩化銀とした。チタン電極の45度の角度に磨
いた部分を、2mol dm-3の希硫酸水溶液中にいれ、白金
板を対極に、定電圧で陽極酸化し、酸化チタン層を形成
した。さらに、酸化チタン層を形成した部分を、塩化白
金酸水溶液にいれ、定電流を流し、酸化チタン層の表面
に白金を電解析出させた。図3は作製した酸素電極の断
面を示したもので、図において1はチタン線、2はガラ
ス、3はAg/AgCl 電極、4は酸化チタン層、5は白金、
6はハンダ、7はリード線、8はエポキシ樹脂、9はテ
フロン熱収縮チューブである。
【0015】<酸化チタン−白金酸素電極の特性>作製
した酸素電極の電流−電圧特性を図4に示す。図からわ
かるように、この電極における酸素還元反応の限界拡散
電流は-0.7〜-1.0V(対 Ag/AgCl照合電極)の電位領域
に現れ、白金を取り付けない場合に比べ、より貴側へ変
化した。
【0016】<グルコースセンサの作製>上記酸素電極
の白金を取り付けた酸化チタン電極部分を、シラン化剤
の3−アミノプロピルトリエトキシシランのトルエン溶
液(10 v/v %)中で1時間、還流し、トルエンおよび
エタノールで洗った後、20 w/v%の牛血清アルブミン水
溶液1.5 μl 、12 w/v%のグルコースオキシダーゼの0.
1mol dm-3酢酸緩衝溶液(pH5.5 )2.0 μl 、2 v/v %
のグルタルアルデヒド水溶液1.0 μl を滴下し、自然乾
燥させて、グルコースセンサとした。
【0017】<グルコースセンサの特性>本発明になる
グルコースセンサをグルコース濃度の異なる溶液中にい
れ、電位を-0.75 V(対 Ag/AgCl照合電極)に保ち、そ
のときの限界拡散電流を測定した。その結果を図5に示
す。グルコースの濃度が約0.5 g dm -3までの範囲で、
濃度と電流の関係はよい直線性を示し、限界拡散電流値
からグルコースの濃度を求めることができることが示さ
れ、しかも応答時間は約30秒ときわめて短かった。ま
た、本発明になるグルコースセンサは約10日間安定した
出力を示した。
【0018】[実施例2]直径0.3mm 、長さ約25mmのチ
タン線に、内径0.35mm、外径0.6mm のガラス管を700 ℃
の電気炉中、アルゴン雰囲気下で、先端から数ミリ上の
部分のチタンを露出させて、熔封してかぶせ、一方の端
にリード線を取り付けた。さらにガラスの外側に、チタ
ンの部分が露出するように、テフロン熱収縮チューブで
覆った。つぎに熱収縮チューブの周囲に、露出したチタ
ン部分が隠れないように、厚さ0.1mmの銀板を巻き付
け、これにもリード線を接続する。銀電極は食塩水中で
白金板を対極にして2Vで表面を塩化銀とした。つぎに
チタンの露出した部分を、2mol dm-3の希硫酸水溶液中
にいれ、白金板を対極にして定電圧で陽極酸化し、酸化
チタン層を形成した。さらに、酸化チタン層を形成した
部分を、塩化白金酸水溶液中にいれ、定電流を流し、酸
化チタン層の表面に白金を電解析出させた。さらに、こ
の酸化チタン−白金電極の表面に、実施例1で示したの
と同じ方法でグルコースオキシダーゼを取り付け、グル
コースセンサを得た。図1は作製した線状グルコースセ
ンサの構造を示したもので、図において1はチタン線、
2はガラス、3はAg/AgCl 電極、4は酸化チタン層、5
は白金、6はハンダ、7はリード線、8はエポキシ樹
脂、9はテフロン熱収縮チューブ、10はグルコースオ
キシダーゼを含んだ固定化酵素膜であり、A−Bの部分
が感応部である。
【0019】ここで作製した線状グルコースセンサを、
実施例1と同じ方法で測定し、グルコース濃度と限界拡
散電流との間には図4と同様の関係があることが示され
た。また、応答時間や寿命などの諸特性もほぼ同じであ
つた。
【0020】
【発明の効果】本発明になるグルコースセンサにおいて
は、酸化チタン層の上に白金が付いている。酸素の還元
反応がこの白金上でおこなわれるために、酸素還元の限
界拡散電流は、白金のない場合に比べ約0.3 V貴な電位
領域に現れる。そのためセンサの作動電位をより貴側
に、いいかえるとセンサの印加電圧を低くすることがで
き、さらに酸化チタンの還元[およそ-1.25 V(対 Ag/
AgCl照合電極)より卑な領域で起こる]に基づくものと
考えられる残余電流も取り除くことができ、電流測定の
信頼性を高めることができる。
【0021】また、線状グルコースセンサにおいて、感
応部分が線の側面であるため、グルコースオキシダーゼ
を多量に取り付けることができると同時に、感応面積を
大きくすることができ、安定な電極特性が得られるもの
である。この線状グルコースセンサは、小型針状である
ため、直接人体の血管に取り付けることが可能で、この
センサは人工膵臓システムに利用する上で、特に有効で
あるが、もちろん、本発明のグルコースセンサの用途
は、この用途に限定されるものではなく、従来、同種の
すべての用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明になる線状グルコースセンサの構造を示
した断面図である。
【図2】酸素電極系グルコースセンサの測定原理を示す
図である。
【図3】酸化チタン−白金酸素電極の構造を示した断面
図である。
【図4】酸化チタン−白金酸素電極の電流−電圧特性を
示した図である。
【図5】本発明になるグルコースセンサにおける、グル
コース濃度と限界拡散電流の関係を示し図である。
【符号の説明】
1 チタン線 4 酸化チタン層 5 白金 10 グルコースオキシダーゼを含む固定化酵素膜
フロントページの続き (72)発明者 菱田 裕子 愛知県海部郡蟹江町大字蟹江新田字六反割 30−7 (72)発明者 斉藤 哲 京都市南区吉祥院西ノ庄猪之馬場町1番地 日本電池株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属チタン基体(1)表面に酸化チタン
    膜層(4)を形成し、さらに該酸化チタン膜上に白金
    (5)を斑点状に形成した電極にグルコースオキシダー
    ゼを固定してなることを特徴とする、グルコースセン
    サ。
  2. 【請求項2】 金属チタン基体が線条であることを特徴
    とする、請求項1記載のグルコースセンサ。
JP3246735A 1991-08-30 1991-08-30 グルコースセンサ Pending JPH0560722A (ja)

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JP3246735A JPH0560722A (ja) 1991-08-30 1991-08-30 グルコースセンサ

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JP3246735A JPH0560722A (ja) 1991-08-30 1991-08-30 グルコースセンサ

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007091633A1 (ja) 2006-02-09 2007-08-16 The University Of Tokushima 生体用デバイス、生体用デバイスの接触部構造および生体センサ
JP2008502902A (ja) * 2004-06-16 2008-01-31 アイセンス コーポレーション 複合金属アナライトセンサ
JP2015059874A (ja) * 2013-09-19 2015-03-30 独立行政法人産業技術総合研究所 マイクログルコースセンサ

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008502902A (ja) * 2004-06-16 2008-01-31 アイセンス コーポレーション 複合金属アナライトセンサ
JP4681606B2 (ja) * 2004-06-16 2011-05-11 アイセンス コーポレーション 複合金属アナライトセンサ
WO2007091633A1 (ja) 2006-02-09 2007-08-16 The University Of Tokushima 生体用デバイス、生体用デバイスの接触部構造および生体センサ
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