JPH061252B2 - Oxidase electrode - Google Patents

Oxidase electrode

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JPH061252B2
JPH061252B2 JP59183124A JP18312484A JPH061252B2 JP H061252 B2 JPH061252 B2 JP H061252B2 JP 59183124 A JP59183124 A JP 59183124A JP 18312484 A JP18312484 A JP 18312484A JP H061252 B2 JPH061252 B2 JP H061252B2
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oxidase
paste
glucose
benzoquinone
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貢 千田
篤治 池田
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/001Enzyme electrodes
    • C12Q1/004Enzyme electrodes mediator-assisted

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 この発明は、オキシダーゼ電極に関する。さらに詳しく
は、電解質中に存在するグルコース、ガラクトース等の
オキシダーゼ酵素の基質となりうる物質の濃度をアンペ
ロメトリツクに測定でき、ことに血清、血漿、尿等の生
体試料中や酵素反応器中の基質濃度測定に有用であり、
また酵素反応器あるいは燃料電池の電極としても有用な
オキシダーゼ電極に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an oxidase electrode. More specifically, the concentration of substances that can be substrates for oxidase enzymes such as glucose and galactose present in electrolytes can be measured amperometrically, especially in biological samples such as serum, plasma, urine, etc., or substrates in enzyme reactors. Useful for measuring concentration,
Further, the present invention relates to an oxidase electrode useful as an electrode of an enzyme reactor or a fuel cell.

(ロ) 従来技術 最近、酸化還元酵素固定化電極が注目されるようになつ
てきた。この電極は酵素反応に対する化学的な電子受容
体又は供与体の代わりとして挙動するものでいわゆる生
体触媒電極と呼称されており、酵素電極、フローシステ
ムの検出器、生物化学的燃料電池、酵素反応器等の新し
い用途に使用できることが提案されている。
(B) Conventional technology Recently, redox enzyme-immobilized electrodes have been receiving attention. This electrode behaves as a substitute for a chemical electron acceptor or a donor for an enzyme reaction and is called a so-called biocatalyst electrode. It is an enzyme electrode, a flow system detector, a biochemical fuel cell, an enzyme reactor. It is proposed that it can be used for new applications such as.

かような電極は、従来の酵素センサーに用いられる電
極、すなわち酵素電極や白金電極等の感応面に酵素固定
化膜を積層し、酵素反応で生じる物質例えば過酸化水素
の発生量を測定して間接的に酵素反応に寄与する基質を
定量する方式の電極とは異なり、直接的に酵素反応に関
する電流や電圧を利用する方式のものである。
Such an electrode is an electrode used in a conventional enzyme sensor, that is, an enzyme-immobilized film is laminated on a sensitive surface such as an enzyme electrode or a platinum electrode, and the amount of a substance such as hydrogen peroxide generated by an enzyme reaction is measured. Unlike the electrode that indirectly measures the substrate that contributes to the enzymatic reaction, this is a method that directly uses the current or voltage related to the enzymatic reaction.

この点に関し、本発明者らは、先に、グルコースオキシ
ダーゼ固定化電極が、溶液中の電子伝達触媒(リアージ
エント)の存在下においてグルコースの電気酸化用の生
体触媒電極として作用することを見出した。
In this regard, the present inventors have previously found that the glucose oxidase-immobilized electrode acts as a biocatalytic electrode for electrooxidation of glucose in the presence of an electron transfer catalyst (reagent) in solution.

(ハ) 目的 この発明は、新たなオキシダーゼ固定化電極を提供する
ことを目的とするものであり、ことに電子受容体として
の酸素を必要とせず、かつ被測定液中の酸素分圧の変動
にも影響されずにオキシダーゼ酵素に対する種々の基質
の濃度を測定しうるオキシダーセ電極を提供することを
主目的とするものである。
(C) Purpose The present invention is intended to provide a new oxidase-immobilized electrode, and in particular, does not require oxygen as an electron acceptor and changes in the oxygen partial pressure in the measured liquid. The main object of the present invention is to provide an oxidase electrode capable of measuring the concentrations of various substrates for an oxidase enzyme without being affected by the above.

(ニ) 構成 かくしてこの発明によれば、黒鉛ペースト中に電子受容
性化合物を含有させたペースト状電極と、該ペースト状
電極の表面に固定化されたオキシダーゼ酵素及びその外
面を被覆するオキシダーゼ酵素の基質の透過性薄膜、と
から構成された基質感応部を備えてなるオキシダーゼ電
極が提供される。
(D) Structure Thus, according to the present invention, a paste-like electrode containing an electron-accepting compound in a graphite paste, an oxidase enzyme immobilized on the surface of the paste-like electrode and an oxidase enzyme coating the outer surface thereof. There is provided an oxidase electrode comprising a substrate-sensing part composed of a permeable thin film of a substrate.

この発明のオキシダーゼ電極は、通常、上記基質感応部
を被測定液に接触又は浸漬した状態でペースト状電極を
陽極とする電解系を設定して用いられる。すなわちアン
ペロメトリツクな電極、ことにセンサーとして用いるこ
とができる。この場合の陰極(対極)は特に限定される
ことはなく種々の電極例えば白金電極、銀/塩化銀電
極、水銀/塩化第1水銀電極等を用いることができる。
なお、測定は通常、定電圧電解により行なわれる。
The oxidase electrode of the present invention is usually used by setting an electrolysis system in which the paste-like electrode serves as an anode in a state where the substrate sensitive part is in contact with or immersed in the solution to be measured. That is, it can be used as an amperometric electrode, especially as a sensor. The cathode (counter electrode) in this case is not particularly limited, and various electrodes such as a platinum electrode, a silver / silver chloride electrode, a mercury / mercury chloride first electrode and the like can be used.
The measurement is usually carried out by constant voltage electrolysis.

この発明の電極は、通常、円筒状の絶縁体の一端部に基
質感応部を設定し適宜、引出し電極を設けた形態とされ
る。しかしながら用途に応じてこれ以外の形態(例え
ば、フロー流路に直接組み込んだ形態)であつてもよ
く、少なくとも基質感応部が前記の如く構成されておれ
ばよい。なお、場合によつては、対極をセンサー支持材
に組み込んだ形態とすることも可能である。
The electrode of the present invention is usually in a form in which a substrate sensitive portion is set at one end of a cylindrical insulator and a lead electrode is appropriately provided. However, it may be in a form other than this (for example, a form directly incorporated in the flow channel) depending on the application, and at least the substrate sensitive part may be configured as described above. In some cases, the counter electrode may be incorporated in the sensor support material.

この発明の最も特徴とする点は、オキシダーゼ酵素を固
定化する電極としてペースト状電極を用い、それにより
被測定液中の酸素などの電子伝達媒体の存在を不用とし
た点にある。そしてかような構成での種々の基質のアン
ペロメトリツクな測定を可能とするために、該ペースト
状電極として、黒鉛ペースト中に電子受容性化合物を含
有させたものを用いた点にある。
The most characteristic feature of the present invention is that a paste-like electrode is used as an electrode for immobilizing an oxidase enzyme, thereby eliminating the presence of an electron transfer medium such as oxygen in the liquid to be measured. In order to enable amperometric measurement of various substrates with such a constitution, a graphite paste containing an electron-accepting compound is used as the pasty electrode.

上記黒鉛ペーストとしては、黒鉛(グラフアイト)粉末
と流動パラフイン、ウンデカン等の非極性結合剤との混
合物が用いられる。このペースト中の黒鉛含量は通常、
導電性や形状維持性の点で60〜70重量%程度が適し
ている。また黒鉛粉末としては1μm〜50μm程度の
ものが適している。
As the graphite paste, a mixture of graphite (graphite) powder and a non-polar binder such as fluid paraffin or undecane is used. The graphite content in this paste is usually
About 60 to 70% by weight is suitable in terms of conductivity and shape retention. Further, as the graphite powder, one having a size of about 1 μm to 50 μm is suitable.

上記黒鉛ペーストに含有させる電子受容性化合物として
は、p−ベンゾキノン、フエリシアン化カリウム、ジブ
ロモイドサリシリツクアシツド、ジクロロフエニールイ
ンドフエノール(DCIP)、フエナジンメトサルフエ
ート(PMS)等が挙げられ、これ以外にもオキシダー
ゼ酵素と基質の存在下で電子受容体として反応に関与し
かつ黒鉛ペースト中に安定に混和しうる化合物が使用可
能である。これらの適切な含有量は用いる酵素によつて
異なるが、例えば、p−ベンゾキノンを用いた際には
0.2〜30重量%が適している。含有量が黒鉛ペース
ト中0.2重量%未満では、電流感度の点で好ましくな
く、30重量%を越えると電極の形状維持性や経済性の
点で好ましくない。最も好ましい含有量は15〜25重
量%である。
Examples of the electron-accepting compound to be contained in the graphite paste include p-benzoquinone, potassium ferriciyanide, dibromoide salicyl silicate, dichlorophenylindophenol (DCIP), phenazine methosulfate (PMS), and the like. In addition to this, a compound that participates in the reaction as an electron acceptor in the presence of the oxidase enzyme and the substrate and can be stably mixed in the graphite paste can be used. Although the appropriate content of these varies depending on the enzyme used, for example, when p-benzoquinone is used, 0.2 to 30% by weight is suitable. If the content is less than 0.2% by weight in the graphite paste, it is not preferable from the viewpoint of current sensitivity, and if it exceeds 30% by weight, it is not preferable from the viewpoints of shape maintenance of the electrode and economical efficiency. The most preferable content is 15 to 25% by weight.

上記ペースト状電極に固定化するオキシダーゼ酵素とし
ては、検知や変換を意図する基質に応じて種々のものを
適宜選択することができる。その酵素/基質の組合せと
しては、グルコースオキシダーゼ/グルコース、ガラク
トースオキシダーゼ/ガラクトース、アルコールオキシ
ダーゼ/エタノール、コレステロールオキシダーゼ/コ
レステロール、アミノ酸オキシダーゼ/アミノ酸、尿酸
オキシダーゼ/尿酸等が代表的である。
As the oxidase enzyme immobilized on the paste-like electrode, various ones can be appropriately selected according to the substrate intended for detection or conversion. Typical examples of the enzyme / substrate combination are glucose oxidase / glucose, galactose oxidase / galactose, alcohol oxidase / ethanol, cholesterol oxidase / cholesterol, amino acid oxidase / amino acid, and urate oxidase / uric acid.

上記オキシダーゼ酵素のペースト状電極への固定化は、
通常、溶液法すなわち、オキシダーゼ酵素の溶液をペー
スト状電極表面に塗布、滴下等により保持させ、溶媒を
蒸発させることにより行なわれる。この際、ペースト状
電極の表面はできるだけ平滑化させておくことが好まし
い。なお、用いるオキシダーゼの固定量は、例えばグル
コースオキシダーゼの場合、10〜200μg/cm2程度
が好ましい。
Immobilization of the above oxidase enzyme on the paste electrode is
Usually, it is carried out by a solution method, that is, by applying a solution of an oxidase enzyme to the surface of the paste-like electrode, holding it by dropping or the like, and evaporating the solvent. At this time, it is preferable that the surface of the paste electrode is made as smooth as possible. The fixed amount of oxidase used is preferably about 10 to 200 μg / cm 2 in the case of glucose oxidase.

この発明における基質の透過性薄膜は、上記電極表面に
付着したオキシダーゼ酵素の保持固定に役立つものであ
る。この透過性薄膜としては、セルロースアセテート
膜、ニトロセルロース膜、K−カラギナンゲル膜、ポリ
アクリルアミドゲル膜等が使用可能であり、ことにコロ
ジオン含有液を塗布し乾燥させることにより形成される
ニトロセルロース膜を採用するのが好ましい。なお、膜
厚には制限はないが、一般に応答時間をより短かくする
には膜厚のより薄いものが、また応答濃度をより広濃度
範囲に広げるには膜厚のより厚いものが適しており、膜
材質の種類にもよるが、通常、約20〜500μmが適
している。
The permeable thin film of the substrate in the present invention serves to retain and fix the oxidase enzyme attached to the electrode surface. As the permeable thin film, a cellulose acetate film, a nitrocellulose film, a K-carrageenan gel film, a polyacrylamide gel film or the like can be used, and in particular, a nitrocellulose film formed by applying a liquid containing collodion and drying it. Is preferably adopted. Although the film thickness is not limited, generally, a thinner film is suitable for shortening the response time, and a thicker film is suitable for expanding the response concentration to a wider concentration range. In general, about 20 to 500 μm is suitable, though it depends on the kind of film material.

(ホ) 実施例 以下、この発明を実施例により詳説する。(E) Examples Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples.

実施例1 (オキシダーゼとしてグルコースオキシダーゼを用い、
電子受容性化合物としてp−ベンゾキノンを用いたグル
コースオキシダーゼ電極) (A) 電極の作製 試薬 グルコースオキシダーゼ(GOD)…………………T
ypeII,シグマ社製(アスペリギルス.ニガー由来のE
C1,1,3.4) p−ベンゾキノン(BQ)……………和光純薬社製
(使用前に昇華して精製) コロジオン液(5%)……………和光純薬社製 流動パラフイン……………メルク社製 グラフアイト粉末……………NO.ACP日本黒鉛社製
(10μm) 所定量のp−ベンゾキノンを3mlの流動パラフインと混
合し、次いで5gのグラフアイト粉末を加えた。このよ
うにして得られたp−ベンゾキノン−黒鉛ペーストを、
内径3.4mmのガラス管の一端に充填した。この露出表
面をワツクスペーパーを用いて平滑化させて9.0×1
−2cm2の表面積を有するペースト状電極を設定し
た。
Example 1 (Using glucose oxidase as the oxidase,
Glucose oxidase electrode using p-benzoquinone as electron-accepting compound) (A) Preparation of electrode Reagent Glucose oxidase (GOD) …………………… T
ypeII, manufactured by Sigma (E derived from Aspergillus niger
C1,1,3.4) p-benzoquinone (BQ) ………… Wako Pure Chemical Industries, Ltd. (sublimates and purifies before use) Collodion liquid (5%) ……… Wako Pure Chemical Industries, Ltd. Flow Paraffin: Graphite powder made by Merck Co., Ltd. NO.ACP made by Nippon Graphite Co., Ltd. (10 μm) A predetermined amount of p-benzoquinone was mixed with 3 ml of fluid paraffin, and then 5 g of graphite powder was added. It was The p-benzoquinone-graphite paste thus obtained was
One end of a glass tube having an inner diameter of 3.4 mm was filled. The exposed surface is smoothed with wax paper to 9.0 × 1.
0 -2 was set pasty electrode having a surface area of cm 2.

次いで、所定濃度のGOD水溶液を上記ペースト状電極
の表面上にシリンジで滴下保持させ、溶媒を蒸発させ
た。その後、20μlのコロジオン−エタノール(容量
比1:4)混液を流延・乾燥することにより、電極表面
にニトロセルロースの薄膜を形成させた。
Next, a GOD aqueous solution having a predetermined concentration was dropped and held on the surface of the paste-like electrode with a syringe to evaporate the solvent. Then, a 20 μl collodion-ethanol (volume ratio 1: 4) mixed solution was cast and dried to form a thin film of nitrocellulose on the electrode surface.

このようにして得られた電極に、白金線からなる引き出
し電極を取り付け、さらにニトロセルロース膜の支持用
のナイロンネツト及びテフロンチユーブを取り付けるこ
とにより、第1図に示すごときこの発明のグルコースオ
キシダーゼ電極(GOD−固定化ベンゾキノン−黒鉛ペ
ースト電極)(1)を得た。なお、図中、(2)はp−ベンゾ
キノン−黒鉛ペースト電極、(3)は固定化されたGO
D、(4)はニトロセルロース薄膜、(5)は白金線、(6)は
ガラス管、(7)はナイロンネツト、(8)は熱収縮性のテフ
ロンチユーブをそれぞれ示すものである。
By attaching a lead electrode made of a platinum wire to the thus obtained electrode, and further attaching a nylon net and a Teflon tube for supporting a nitrocellulose membrane, the glucose oxidase electrode of the present invention as shown in FIG. 1 ( GOD-immobilized benzoquinone-graphite paste electrode) (1) was obtained. In the figure, (2) is a p-benzoquinone-graphite paste electrode, and (3) is a fixed GO.
D, (4) is a nitrocellulose thin film, (5) is a platinum wire, (6) is a glass tube, (7) is a nylon net, and (8) is a heat-shrinkable Teflon tube.

なお、この電極をセンサーとして使用に供するまで蒸留
水で数回洗浄し、pH5.0の酢酸塩はバツフアー中に
一晩浸漬保存した。
The electrode was washed several times with distilled water until it was used as a sensor, and the pH 5.0 acetate was immersed and stored in a buffer overnight.

(B) サイクリツクボルタンメトリー 上記グルコースオキシダーゼを電極についての三極法に
よるボルタンメトリーを行なつた。測定条件は以下の通
りである。
(B) Cyclic voltammetry The glucose oxidase was subjected to voltammetry by the triode method using an electrode. The measurement conditions are as follows.

装置 ポテンシヨスタツト(扶桑社製) 信号発生器(HB−104;北斗電工社製) 対 極(白金板) 参照電極(飽和カロメル電極) 記録計(X−Yレコーダー;横河電機社製) 電解質 脱酸素したpH5.0の0.1M酢酸塩バツフアー 温度 ………23±1℃ 撹拌速度 ………500r.p.m 結果 18μgのGODを、0.25重量%のp−ベンゾキノ
ンを含有する黒鉛ペースト電極に固定化したこの発明の
電極を、上記酢酸塩バツフアーに浸漬し、50mV/s
の電位走査速度でサイクリツクボルタンモグラムを記録
した。第2図Aの実線に示すようにカソード波及びアノ
ード波についてそれぞれ−0.07V及び+0.40V
(vsSCE)にピークが認められた。サイクリツクな電
位走査を更に連続して数時間行なつたが電流の減少は見
られなかつた。p−ベンゾキノンを含有していない同様
な電極について同様な評価を行なつたが第2図Aの破線
のごとくボルタンメトリツクなピークは生じなかつた。
Equipment Potentiostat (Fusosha) Signal generator (HB-104; Hokuto Denko) Counter electrode (platinum plate) Reference electrode (saturated calomel electrode) Recorder (XY recorder; Yokogawa Denki) Electrolyte desorption Oxygenated 0.1 M acetate buffer with pH 5.0 Temperature: 23 ± 1 ° C. Stirring speed: 500 r. p. m Results 18 μg of GOD was immobilized on a graphite paste electrode containing 0.25% by weight of p-benzoquinone. The electrode of the present invention was immersed in the acetate buffer described above to obtain 50 mV / s.
Cyclic voltammograms were recorded at potential scan rates of. As shown by the solid line in FIG. 2A, −0.07V and + 0.40V for the cathode wave and the anode wave, respectively.
A peak was observed in (vsSCE). Cyclical potential scanning was continued for several hours, but no decrease in current was observed. The same evaluation was performed on the same electrode containing no p-benzoquinone, but no voltammetric peak as shown by the broken line in FIG. 2A did not occur.

このように、ボルタンメトリツクなピークは、黒鉛ペー
スト電極とニトロセルロース薄膜との境界領域にペース
トから移行したp−ベンゾキノンの電気化学的な還元及
び再酸化反応に基づいており、p−ベンゾキノン分子が
電気化学的還元反応に寄与していることが判明した。
As described above, the voltammetric peak is based on the electrochemical reduction and reoxidation reaction of p-benzoquinone transferred from the paste to the boundary region between the graphite paste electrode and the nitrocellulose thin film, and the p-benzoquinone molecule is It was found to contribute to the electrochemical reduction reaction.

なお、p−ベンゾキノンは、ニトロセルロース薄膜を介
して電解質中に徐々に漏れ出すかもしれないが、これら
は、黒鉛ペースト媒体中から補給されるため、黒鉛ペー
ストとニトロセルロース薄膜との界面におけるp−ベン
ゾキノンの濃度は実質的に一定に保たれる。
Note that p-benzoquinone may gradually leak into the electrolyte through the nitrocellulose thin film, but since these are replenished from the graphite paste medium, p-benzoquinone at the interface between the graphite paste and the nitrocellulose thin film is The benzoquinone concentration remains substantially constant.

(C) グルコースの電気触媒的酸化 上記バツフアー中にグルコースを添加したところ、第2
図B実線のようにこの発明の電極のアノード電流が著し
く増加することが認められた。そして、被測定液中のグ
ルコース濃度を増加させるに従い、定常電流Isが与え
られた電位において第3図A,Bに示す如く増加するこ
とが判明した。この電流Isは黒鉛ペースト中のp−ベ
ンゾキノンの量が0.25〜10重量%の範囲において
p−ベンゾキノン量に従つて増加し、10重量%を越え
るとほぼ限界値に達することが判明した。さらに電流I
sは、電極表面のGOD量にも依存し、例えば、p−ベ
ンゾキノンを20重量%含有させたペースト電極の場合
に、1.8μg及び18μgのGODを固定化した際に
それぞれ2μA及び32μAの値を示していた。
(C) Electrocatalytic Oxidation of Glucose When glucose was added to the above buffer, the second
It was observed that the anode current of the electrode of the present invention significantly increased as shown by the solid line in FIG. Then, it was found that as the glucose concentration in the liquid to be measured was increased, the steady-state current Is increased at a given potential as shown in FIGS. 3A and 3B. It was found that this current Is increased according to the amount of p-benzoquinone in the range of 0.25 to 10% by weight of the p-benzoquinone in the graphite paste, and reached a limit value when it exceeded 10% by weight. Further current I
s also depends on the amount of GOD on the electrode surface. For example, in the case of a paste electrode containing 20% by weight of p-benzoquinone, values of 2 μA and 32 μA when 1.8 μg and 18 μg of GOD were immobilized, respectively. Was shown.

これらの結果は、固定化されたGODは活性を維持して
おり、そのため固定化GODとペースト電極の間におい
て界面にトラツプされたp−ベンゾキノンが電子伝達体
として作用していることを示している。
These results indicate that the immobilized GOD remains active, so that the p-benzoquinone trapped at the interface between the immobilized GOD and the paste electrode acts as an electron carrier. .

18μgのGODをp−ベンゾキノン(30重量%)−
黒鉛ペーストに固定化した電極について、0.5V印加
におけるIsのグルコース濃度(Cglu)依存性は第3図
A,Bに示される。図中におけるデータの二重逆数プロ
ツトの外挿交差点及び傾きから、最大電流Ismax及び
見かけのミハエリス定数がそれぞれ124μA及び10
4mMであることが測定された。このIsmax値から、
固定化されたGOD分子と被測定液中に溶解されたGO
D分子の触媒活性が同じであるとして、電極に固定化さ
れた電極触媒活性を有するGODの量は3×10−11
モル/cm2となり、これは用いられたGOD量の約3%
に相当する。
18 μg of GOD was added to p-benzoquinone (30% by weight)-
The dependence of Is on the glucose concentration (Cglu) at an applied voltage of 0.5 V is shown in FIGS. 3A and 3B for the electrodes immobilized on the graphite paste. From the extrapolation intersection and slope of the double reciprocal plot of the data in the figure, the maximum current Is max and the apparent Michaelis constant are 124 μA and 10 respectively.
It was determined to be 4 mM. From this Is max value,
Immobilized GOD molecules and GO dissolved in the solution to be measured
Assuming that the D molecules have the same catalytic activity, the amount of GOD having the electrocatalytic activity immobilized on the electrode is 3 × 10 −11.
Mol / cm 2 , which is about 3% of the amount of GOD used
Equivalent to.

上記電極は、第3図Aに示されるごとく、グルコース濃
度15mM迄直線的応答を示し、その相関係数は0.9
999であつた。バツクグラウンドの電流は非常に小さ
い(0.2±0.01μA)から、Cgulが1mMの際の
変動係数(n=5;5.3%)で1mM以下のグルコー
スを測定することができる(第3図B参照)。電流の応
答は迅速であり、20秒以内に定常電流に達する。
As shown in FIG. 3A, the above electrode shows a linear response up to a glucose concentration of 15 mM, and its correlation coefficient is 0.9.
It was 999. Since the background current is very small (0.2 ± 0.01 μA), glucose below 1 mM can be measured with a coefficient of variation (n = 5; 5.3%) when Cgul is 1 mM (No. (See FIG. 3, B). The current response is rapid and reaches a steady current within 20 seconds.

8.3mMのグルコースに対する応答を定期的に試験し
てセンサーとしての安定性を評価したところ、初期の活
性は1週間以上保たれることが判つた。ここで不使用の
際に電極をバツフアー中に5℃以下で保存した。
The response to 8.3 mM glucose was tested periodically to assess its stability as a sensor and it was found that the initial activity was retained for more than a week. Here, the electrode was stored in a buffer at 5 ° C. or lower when not in use.

18μgのGODをp−ベンゾキノン(30重量%)−
黒鉛ペースト電極に固定化したセンサーを4個作製し
て、電極作製の再現性を8.3mMグルコースに対する
応答によつて評価したところ、Isの平均値は7.9μ
Aで標準偏差は0.7μAであつた。
18 μg of GOD was added to p-benzoquinone (30% by weight)-
When four sensors immobilized on a graphite paste electrode were manufactured and the reproducibility of electrode preparation was evaluated by the response to 8.3 mM glucose, the average value of Is was 7.9 μm.
In A, the standard deviation was 0.7 μA.

酸素による影響を評価するため、空気飽和液のIsと脱
気液のIsとを、5から40mMのグルコース溶液につ
いてそれぞれ測定した。この結果は第4図に示す如くで
あり、この濃度範囲のグルコース濃度についてはその影
響は小さいことが判つた。この濃度範囲は血液試料中に
通常検知される濃度をカバーしている。
In order to evaluate the effect of oxygen, Is of the air-saturated liquid and Is of the degassed liquid were measured for the glucose solution of 5 to 40 mM, respectively. This result is as shown in FIG. 4, and it was found that the glucose concentration in this concentration range had little effect. This concentration range covers the concentrations normally found in blood samples.

この発明の電極はpH5〜8の間の液中で好適に作用す
る。
The electrode of the present invention works well in a liquid having a pH of 5-8.

実施例2 電子受容性化合物として、p−ベンゾキノンの代わりに
フエリシアン化カリウムを用いる以外、実施例1と同様
にしてグルコースオキシダーゼ電極を作製した。
Example 2 A glucose oxidase electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that potassium ferriciyanide was used as the electron-accepting compound instead of p-benzoquinone.

この電極について、実施例1と同様にしてサイクリツク
ボルタンメトリーを行なつたところ、第5図に示すごと
くボルタンメトリツクなピークが生じ、フエリシアン化
カリウムが電気化学的還元反応に寄与することが判明し
た。
When cyclic voltammetry was performed on this electrode in the same manner as in Example 1, it was found that a voltammetric peak was generated as shown in FIG. 5, and potassium ferricyanide contributed to the electrochemical reduction reaction.

実施例3 対極をガラス管(1)内に組み込んだ構成の電極を実施例
1.(A)に準じて作製した。この構成を第6図に示し
た。なお、図中、(10)は対極(陰極)である銀/塩化銀
電極を示すものであり、内部支持体(6′)に巻回固定し
てなり、(9)は塩化カリウムを含む酢酸バツフアーから
なる電極内部液を示すものであり、他は前述した番号に
対応するものである。
Example 3 An electrode having a structure in which a counter electrode is incorporated in a glass tube (1) is used in Example 1. It was prepared according to (A). This structure is shown in FIG. In the figure, (10) shows a silver / silver chloride electrode which is a counter electrode (cathode), which is wound and fixed on the internal support (6 '), and (9) shows acetic acid containing potassium chloride. It shows the electrode internal liquid consisting of buffer, and the others correspond to the above-mentioned numbers.

(ヘ) 効 果 この発明のオキシダーゼ電極は、被測定液中に他のいか
なる電子伝達媒体を加えることなく、グルコース等の基
質に対する大きな電流応答を示すものである。従つて、
各種基質のセンサーとして好適に用いることができる。
しかも、この電極は被測定液中に酸素の存在を必要とせ
ず、また酸素が存在する場合にも酸素分圧の変動に対し
ても実質的に影響を受けないという効果も有するもので
ある。また、従来のグルコース測定用電極等でみられた
酸素不足による高濃度領域での測定値の頭打ち現象も、
この発明の電極によれば解消することができる。
(F) Effect The oxidase electrode of the present invention shows a large current response to a substrate such as glucose without adding any other electron transfer medium to the liquid to be measured. Therefore,
It can be suitably used as a sensor for various substrates.
In addition, this electrode does not require the presence of oxygen in the liquid to be measured, and has the effect of being substantially unaffected by fluctuations in the oxygen partial pressure when oxygen is present. In addition, the peaking phenomenon of measured values in the high concentration region due to oxygen deficiency, which is observed in conventional glucose measuring electrodes and the like,
According to the electrode of this invention, it can be eliminated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は、この発明の一実施例のグルコースオキシダー
ゼ電極を示す構成説明図である。第2図A,Bはそれぞ
れサイクリツクボルタンモグラムを示すグラフで、Aは
グルコース未添加時、Bは41mMのグルコース添加時の
ものを示し、破線c及びdはペースト中にp−ベンゾキ
ノン未含有の電極(比較例)を示し、実線a,bはこの
発明の電極を示すものである。第3図A,Bは、それぞ
れこの発明の電極についての0.5V印加におけるグル
コース濃度とアノード電流Isとの関係を示すグラフで
ある。第4図は、同じく0.5V印加におけるグルコー
ス濃度とアノード電流Isとの関係を示すグラフであ
り、プロツト○は脱気測定液についてのもの、プロツト
●は空気飽和測定液についてのものである。第5図は、
この発明の他の実施例のグルコースオキシダーゼ電極の
サイクリツクボルタンモグラムを示すグラフである。第
6図は、この発明のさらに他の実施例のグルコースオキ
シダーゼ電極を示す構成説明図である。 (1)………グルコースオキシダーゼ電極、(2)………p−
ベンゾキノン−黒鉛ペースト電極、(3)………GOD、
(4)………ニトロセルロース薄膜、(5)………白金線、
(6)………ガラス管。
FIG. 1 is a structural explanatory view showing a glucose oxidase electrode of one embodiment of the present invention. FIGS. 2A and 2B are graphs showing cyclic voltammograms, respectively, where A is the one when glucose is not added, B is the one when 41 mM glucose is added, and broken lines c and d are p-benzoquinone-free in the paste. Of the electrode (comparative example), and solid lines a and b show the electrode of the present invention. FIGS. 3A and 3B are graphs showing the relationship between the glucose concentration and the anode current Is when 0.5 V is applied to the electrode of the present invention. Similarly, FIG. 4 is a graph showing the relationship between the glucose concentration and the anode current Is when 0.5 V is applied. The plot ◯ is for the degassed measurement liquid, and the plot ● is for the air saturation measurement liquid. Figure 5 shows
It is a graph which shows the cyclic voltammogram of the glucose oxidase electrode of the other Example of this invention. FIG. 6 is a structural explanatory view showing a glucose oxidase electrode according to still another embodiment of the present invention. (1) ………… Glucose oxidase electrode, (2) ………… p−
Benzoquinone-graphite paste electrode, (3) ………… GOD,
(4) ……… Nitrocellulose thin film, (5) ……… Platinum wire,
(6) ……… Glass tube.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】筒状の絶縁体の一端部に基質感応部を備え
てなり、該基質感応部が、黒鉛ペースト中に電子受容性
化合物を混和させたペースト状電極と、該ペースト状電
極の表面に固定化されたオキシダーゼ酵素及びその外面
を被覆するオキシダーゼ酵素の基質の透過性薄膜、とか
ら構成されてなるオキシダーゼ電極。
1. A tubular insulator comprising a substrate-sensitive portion at one end thereof, the substrate-sensitive portion comprising a paste-like electrode obtained by mixing an electron-accepting compound in graphite paste, and a paste-like electrode of the paste-like electrode. An oxidase electrode comprising a surface-immobilized oxidase enzyme and a permeable thin film of a substrate of the oxidase enzyme covering the outer surface thereof.
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