JPH0613487Y2 - バイオセンサにおける電極保存液量検出装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この考案はバイオセンサにおける電極保存液量検出装置
に関し、さらに詳細にいえば、非測定時に下地電極を湿
潤状態にするための電極保存液の量が十分であるか否か
を検出するための装置に関する。

〈従来の技術、および考案が解決しようとする課題〉 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
てなるバイオセンサ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。

そして、上記バイオセンサを使用して対象物質の測定を
行なうためには生理活性物質を活性状態に保持しておか
なければならないので、非測定時には、少なくとも生理
活性物質を固定化した固定化活性膜を湿潤状態に保持す
るようにしている。上記バイオセンサが大型のものであ
れば、固定化活性膜を湿潤状態に保持するための電極保
存液を十分に大きな保存液収容室に収容しておくことが
できるとともに、保存液収容室が大きい関係上、電極保
存液量を簡単に確認することができる機構を組込んでお
くことができるであるから、生理活性物質の活性状態を
確保することができる。

しかし、バイオセンサが小型のものであれば、保存液収
容室を可能な限り小さくすることが要求される関係上、
一般的には電極保存液量を簡単に確認することができる
機構を組込んでおくことができず、しかも１回測定を行
なった後、次の測定を行なうまでの間隔が定まっていな
いことが多いとともに、測定回数を記憶しておくことが
殆ど不可能であるから、保存液収容室に収容されている
電極保存液量が著しく少なくなってしまい、固定化活性
膜を失活させてしまう可能性が高いという問題がある。

このような問題を解消させるために、保存液収容室にフ
ロートスイッチを設けることおよび保存液収容室に１対
の電極を設けるとともに、両電極間の抵抗値を検出する
ための電気回路を設けることが考えられ、このような構
成を採用すれば保存液収容室における電極保存液量があ
る程度より少なくなったことを検出して表示することが
できるので、固定化活性膜の失活を防止することができ
る。

しかし、前者の構成を採用する場合には、フロートスイ
ッチの確実な動作を許容することができる大きさの保存
液収容室が必要になり、バイオセンサ全体として余り小
形化することができないという問題があるのみならず、
かなり大幅なコストアップを招いてしまうという問題が
ある。

また、後者の構成を採用する場合には、保存液収容室を
可能な限り小形化できるのであるが、１対の電極を保存
液収容室に設ける必要があるとともに、電極間の抵抗値
を検出するために特別に電源および測定回路を設ける必
要があり、構成が著しく複雑化するのみならず、かなり
大幅なコストアップを招いてしまうという問題がある。

さらに、保存液収容室を透明にするとともに、保存液を
着色することも考えられるが、センサ本体に対する保存
液収容室の装着位置によっては保存液量の確認が著しく
困難になってしまうという問題がある。

さらにまた、対象物質の測定を行なう前に遂行される基
準溶液の測定結果に基づいて間接的に保存液量を検出す
ることも考えられるが、測定結果は保存液量のみに影響
されるのではないため、検出精度が著しく低下する可能
性があるという問題がある。

〈考案の目的〉 この考案は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、
構成の複雑化を大巾に抑制することができるとともに、
高い電極保存液量検出精度を達成することができるバイ
オセンサにおける電極保存液量検出装置を提供すること
を目的としている。

〈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、この考案のバイオセンサ
における電極保存液量検出装置は、非測定時に下地電極
を湿潤させる電極保存液を収容した保存液収容室を有し
ているとともに、保存液収容室の内部所定位置に１つの
液量検出用電極を有しており、しかも、液量検出用電極
の電位に基づいて液量判定信号を生成する液量判定手段
を有している。

但し、上記液量検出用電極としては、保存液収容室の下
部所定位置に取付けられていることが好ましい。

また、上記液量検出用電極としては、櫛歯状の電極であ
るとともに、保存液収容室の上面に取付けられているこ
とが一層好ましい。

さらに、上記保存液収容室の上部側所定範囲が、液量検
出用電極を兼ねていることが好ましい。

〈作用〉 以上の構成の電極保存液量検出装置であれば、対象物質
の測定を行なわない場合に、保存液収容室に収容された
電極保存液と下地電極とを接触させることにより固定化
酵素膜を湿潤状態に保持し、失活を阻止することができ
る。

そして、この状態において下地電極の何れかの極にはバ
イアス電源が接続されているのであるから、液量検出用
電極にも電極保存液を通して電位が印加されることにな
る。したがって、液量検出用電極に印加されている電位
に基づいて液量判定手段から液量判定信号を出力し、液
量判定信号により電極保存液量が十分であるか否かを認
識することができる。即ち、上記何れかの極と液量検出
用電極とが共に電極保存液に接触している場合には、何
れかの極、電極保存液、液量検出用電極および液量判定
手段により閉回路が形成されるので、電極保存液量が十
分であることを示す液量判定信号が出力され、逆に、液
量検出用電極が電極保存液と接触していない場合には、
何れかの極と液量検出用電極との間が開放された状態に
なるので、電極保存液量が不十分であることを示す液量
判定信号が出力される。

そして、液量検出用電極が、保存液収容室の下部所定位
置に取付けられている場合には、液量検出用電極自体を
小さくすることができ、しかも、電極保存液量がかなり
多い状態であるにも拘らず電極保存液量が不十分である
ことを示す液量判定信号が出力されることを確実に防止
することができる。

また、液量検出用電極が、櫛歯状の電極であるととも
に、保存液収容室の上面に取付けられている場合には、
保存液収容室が傾斜した状態であっても液量検出用電極
の一部が電極保存液と接触している限り電極保存液量が
不十分であることを示す液量判定信号が出力されること
を確実に防止することができる。

さらに、保存液収容室の上部側所定範囲が、液量検出用
電極を兼ねている場合には、液量検出用電極により保存
液収容室の内容積が減少させられることを確実に阻止
し、ひいては保存液収容室を可能な限り小形化すること
ができる。

〈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。

第５図はバイオセンサの一例としてのグルコースセンサ
を概略的に示す図であり、同図Ａは測定可能状態を、同
図Ｂは非測定状態をそれぞれ示している。

グルコースセンサ本体(2)は、基体(21)とヒンジ機構に
より開閉可能に基体(21)に取付けられた蓋(22)とを有し
ており、基体(21)の所定位置に酵素電極(1)が取付けら
れているとともに、蓋(22)の所定位置に保存液収容室
(3)が設けられている。そして、上記酵素電極(1)に圧接
されるように拡散制限膜保持板(4)を装着し得る装着ガ
イド機構(5)が設けられている。

第６図は酵素電極の一例を示す縦断面図であり、下地電
極本体(11)の上面を凸面としているとともに、凸面にお
いて外部に露呈する状態でＰｔからなる作用極(12)およ
びＡｇからなるリング状の参照極(13)、対向極(14)をこ
の順に設けている。そして、上記凸面を覆う状態で、グ
ルコースオキシダーゼ（以下、ＧＯＤと略称する）を固
定した固定化酵素膜(15)を設けている。また、固定化酵
素膜(15)には、拡散制限膜保持板(4)に貼着されたセロ
ハン等からなる拡散制限膜(41)が圧接させられ、拡散制
限膜保持板(4)に形成された孔(42)および拡散制限膜(4
1)を通して測定対象溶液が固定化酵素膜(15)に導かれ
る。尚、(16)(17)(18)は上記作用極(12)、参照極(13)お
よび対向極(14)にそれぞれ接続された引出し端子であ
る。

したがって、固定化酵素膜(15)において、 の酵素反応が行なわれ、生成されるH₂O₂の量に対応する
電流が作用極(12)と対向極(14)との間に生成され、引出
し端子(16)(18)を通して外部に取出されることになる。

第１図は保存液収容室による酵素電極保存状態を示す要
部拡大縦断面図である。

保存液収容室(3)は全体が比較的厚みの薄い電気絶縁材
料製の容器であり、下面中央部に酵素電極(1)の外径よ
りも小さい内径の開口(31)が形成されているとともに、
下部寄り所定位置に内向きに突出する保存液量検出用電
極(32)が設けられている。

第４図はグルコース濃度の測定および保存液量検出を行
なうための構成を示す電気回路図である。

引出し端子(18)を通して対向極(14)に対して出力端子が
接続された演算増幅器(61)の負入力端子を引出し端子(1
7)を通して参照極(13)と接続しているとともに、正入力
端子とアース(62)との間に直流電源(69)を接続してい
る。そして、演算増幅器(63)の負入力端子を引出し端子
(16)を通して作用極(12)に接続しているとともに、正入
力端子をアース(62)と接続しており、さらに、演算増幅
器(63)の出力端子と負入力端子との間にフィードバック
抵抗(64)を接続している。また、演算増幅器(65)の負入
力端子を保存液量検出用電極(32)に接続しているととも
に、正入力端子をアース(62)と接続しており、さらに、
演算増幅器(65)の出力端子と負入力端子との間にフィー
ドバック抵抗(66)を接続している。そして、抵抗分圧回
路(67)により基準電圧が非反転入力端子に印加された比
較器(68)の反転入力端子に上記演算増幅器(65)の出力端
子を接続し、ディジタル信号化された保存液量検出信号
を得るようにしている。

上記の構成のグルコースセンサの動作は次のとおりであ
る。

非測定時には蓋(22)を閉じておけばよく、保存液収容室
(3)の開口(31)と酵素電極(1)の固定化酵素膜(15)とが接
触するので、固定化酵素膜(15)が保存液により湿潤され
続け、活性状態を持続させることができる。そして、こ
の状態においては、酵素反応が全く行なわれないので演
算増幅器(63)からは電気信号は出力されない。しかし、
保存液収容室(3)に十分な量の保存液が収容されている
状態においては、直流電源(69)から演算増幅器(61)を通
して参照極(13)および対向極(14)に所定の電圧が印加さ
れているのであり、しかも、これらの極と保存液量検出
用電極(32)との間が保存液により電気的に接続された状
態になるので、演算増幅器(65)の出力端子から保存液の
伝導度に対応する電気信号が出力される。したがって、
この電気信号が比較器(68)に供給されることにより、保
存液量が十分であることを示す保存液量検出信号を出力
することができる。即ち、この状態においては、活性状
態を持続させ得る電極保存が可能である。

逆に、保存液収容室(3)の保存液量が少なくなった場合
には、上記極と保存液量検出用電極(32)との間が絶縁状
態になるので、演算増幅器(65)からは電圧が印加されて
いない状態に対応する電気信号が出力される。したがっ
て、この電気信号が比較器(68)に供給されることによ
り、保存液量が不十分であることを示す保存液量検出信
号を出力することができる。即ち、この状態において
は、活性状態を持続させ得る電極保存が不可能であるか
ら、図示しない表示器を動作させることにより保存液を
補充すべきことを指示する。

また、蓋(22)を開いて拡散制限膜保持板(4)を装着ガイ
ド機構(5)に装着することにより拡散制限膜(41)を固定
化酵素膜(15)に密着させ、孔(42)を含む所定領域に血液
等の測定対象溶液を滴下すれば、直流電源(69)により参
照極(13)および対向極(14)と作用極(12)との間にバイア
ス電圧が印加された状態で酵素反応が行なわれ、酵素反
応の結果生成されるH₂O₂の量に対応する電気信号が演算
増幅器(63)の出力端子から出力される。したがって、こ
の電気信号に基づいて微分処理等を施すことにより測定
対象物質の濃度を示す信号を得ることができる。また、
以上の測定動作を行なっている間は、酵素電極(1)と保
存液収容室(3)とが完全に離されているので、測定動作
に影響を及ぼす可能性は全くない。

〈実施例２〉 第２図は他の構成の保存液収容室による酵素電極保存状
態を示す要部拡大縦断面図であり、第１図の実施例と異
なる点は、保存液量検出用電極(32)に代えて櫛歯状の保
存液量検出用電極(33)を設けた点のみである。この保存
液量検出用電極(33)は、保存液収容室(3)の上面に下向
きに装着されるものであり、保存液収容室(3)の横断面
寸法とほぼ等しいサイズである。そして、櫛歯部の長さ
は保存液量の下限値に対応して定められているととも
に、櫛歯部の太さ、密度は十分な量の保存液を収容し得
るように定められている。

したがって、この実施例においても、酵素電極(1)の電
圧が印加されている極と保存液量検出用電極(33)とが保
存液を介して電気的に接続された状態であるか否かに対
応させて保存液量検出信号を出力することができる。

また、この実施例においては、保存液量検出用電極(33)
が保存液収容室(3)の全範囲において保存液と接触し得
るのであるから、バイオセンサ本体(2)を置く場所によ
って保存液収容室(3)を傾斜した状態になっても、ある
程度以上の量の保存液が収容されていれば、保存液量検
出用電極(33)と保存液との接触状態を確保することがで
き、余りにも早期に保存液が不十分になったことを示す
保存液量検出信号が出力されることを防止することがで
きる。

但し、櫛歯状に限られるものではなく、多数本の棒状体
が突出形成された形状の保存液量検出用電極を使用する
ことも可能であり、この構成を採用すれば、保存液の収
容可能量を増加させることができる。

〈実施例３〉 第３図はさらに他の構成の保存液収容室による酵素電極
保存状態を示す要部拡大縦断面図であり、第１図の実施
例と異なる点は、保存液量検出用電極(32)を省略し、保
存液収容室(3)の上部側を導電性材料で構成することに
より保存液量検出用電極(34)とし、残余の部分を電気絶
縁材料で構成した点のみである。

したがって、この実施例においても、酵素電極(1)の電
圧が印加されている極と保存液量検出用電極(34)とが保
存液を介して電気的に接続された状態であるか否かに対
応させて保存液量検出信号を出力することができる。

また、この実施例においては、保存液量検出用電極(34)
が保存液収容室(3)の外周全範囲において保存液と接触
し得るのであるから、バイオセンサ本体(2)を置く場所
によって保存液収容室(3)が傾斜した状態になっても、
ある程度以上の量の保存液が収容されていれば、保存液
量検出用電極(33)と保存液との接触状態を確保すること
ができ、余りにも早期に保存液が不十分になったことを
示す保存液量検出信号が出力されることを防止すること
ができる。

但し、保存液収容室(3)の下部寄り所定位置を帯状に導
電性材料で構成することにより保存液量検出用電極と
し、または保存液収容室(3)の側面の一部のみを導電性
材料で構成することにより保存液量検出用電極とするこ
とが可能である。

尚、この考案は上記の実施例に限定されるものではな
く、例えば、グルコース濃度以外の対象物質の濃度、例
えば、尿素濃度等の測定、H₂O₂以外の反応生成物質、ま
たは反応消失物質の量に基づく濃度の測定に適用するこ
とが可能であるほか、２電極式の酵素電極を有するバイ
オセンサに適用することが可能であり、さらに、演算増
幅器(63)(65)を共用し、蓋(22)の開閉に対応させて演算
増幅器の入出力を選択させることが可能であるほか、こ
の考案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。

〈考案の効果〉 以上のように第１の考案は、保存液収容室に１つの電極
を設けるとともに僅かな電気回路部品を設けるだけの簡
単な構成で十分な量の保存液があるか否かを確実に判別
することができ、しかも測定対象物質の測定精度に何ら
影響を及ぼさないという特有の実用的効果を奏する。

第２の考案は、保存液量検出用電極自体を小さくするこ
とができ、しかも、電極保存液量がかなり多い状態であ
るにも拘らず電極保存液量が不十分であることを示す液
量判定信号が出力されることを確実に防止することがで
きるという特有の実用的効果を奏する。

第３の考案は、保存液収容室が傾斜した状態であっても
液量検出用電極の一部が電極保存液と接触している限り
電極保存液量が不十分であることを示す液量判定信号が
出力されることを確実に防止することができるという特
有の実用的効果を奏する。

第４の考案は、液量検出用電極により保存液収容室の内
容積が減少させられることを確実に阻止し、ひいては保
存液収容室を可能な限り小形化することができるという
特有の実用的効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は保存液収容室による酵素電極保存状態を示す要
部拡大縦断面図、 第２図および第３図は、それぞれ他の構成の保存液収容
室による酵素電極保存状態を示す要部拡大縦断面図、 第４図はグルコース濃度の測定および保存液量検出を行
なうための構成を示す電気回路図、 第５図はバイオセンサの一例としてのグルコースセンサ
を概略的に示す図、 第６図は酵素電極の一例を示す縦断面図。 (1)……酵素電極、(3)……保存液収容室、 (11)……下地電極本体、(12)……作用極、 (13)……参照極、(14)……対向極、 (15)……固定化酵素膜、 (32)(33)(34)……保存液量検出用電極、 (65)……演算増幅器、(66)……フィードバック抵抗、 (67)……抵抗分圧回路、(68)……比較器

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】下地電極(11)(12)(13)(14)の表面に、生理
   活性物質を固定化した固定化酵素膜(15)を設けることに
   より、酵素反応の結果に基づいて下地電極(12)(14)によ
   り電気信号を生成し、生成電気信号に基づいて対象物質
   の測定を行なうバイオセンサにおいて、非測定時に下地
   電極(11)(12)(13)(14)を湿潤させる電極保存液を収容し
   た保存液収容室(3)を有しているとともに、保存液収容
   室(3)の内部所定位置に１つの液量検出用電極(32)(33)
   (34)を有しており、しかも、液量検出用電極(32)(33)(3
   4)の電位に基づいて液量判定信号を生成する液量判定手
   段(65)(66)(67)(68)を有していることを特徴とするバイ
   オセンサにおける電極保存液量検出装置。
2. 【請求項２】液量検出用電極(32)が、保存液収容室(3)
   の下部所定位置に取付けられている上記実用新案登録請
   求の範囲第１項記載のバイオセンサにおける電極保存液
   量検出装置。
3. 【請求項３】液量検出用電極(33)が、櫛歯状の電極であ
   るとともに、保存液収容室(3)の上面に取付けられてい
   る上記実用新案登録請求の範囲第１項記載のバイオセン
   サにおける電極保存液量検出装置。
4. 【請求項４】保存液収容室(3)の上部側所定範囲が、液
   量検出用電極(34)を兼ねている上記実用新案登録請求の
   範囲第１項記載のバイオセンサにおける電極保存液量検
   出装置。