JPH06138080A - Biosensor - Google Patents

Biosensor

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JPH06138080A
JPH06138080A JP5007244A JP724493A JPH06138080A JP H06138080 A JPH06138080 A JP H06138080A JP 5007244 A JP5007244 A JP 5007244A JP 724493 A JP724493 A JP 724493A JP H06138080 A JPH06138080 A JP H06138080A
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JP
Japan
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sensor
layer
enzyme
sucrose
electrode
Prior art date
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Pending
Application number
JP5007244A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshihiko Yoshioka
俊彦 吉岡
Satoko Fujisawa
里子 藤澤
Mariko Miyahara
万里子 宮原
Shiro Nankai
史朗 南海
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.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a highly reliable biosensor. CONSTITUTION:After providing an electrode system composed mainly of a working electrode 4 and counter electrode 5 on an insulating substrate 1, a reactive layer 7 containing a phosphate, enzyme, electron acceptor, and hydrophilic high polymer is formed on the electrode system. In addition, a pH buffer agent (a substance having a pH buffering function in a solution state) is arranged on the substrate 1. Since the optical isomer mobile equilibrium reaction of pyranose is accelerated by the phosphate, a quick sensor response can be obtained. Because of the action of the pH buffer agent, in addition, highly accurate measurement can be performed without adjusting the pH of a sample solution.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、試料中の特定成分につ
いて、迅速かつ高精度な定量を簡便に実施することので
きるバイオセンサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a biosensor capable of easily and quickly quantifying a specific component in a sample.

【0002】[0002]

【従来の技術】酵素反応過程においてピラノースの光学
異性体平衡移動反応を伴う系を有するバイオセンサの一
例としてスクロースセンサについて説明する。
2. Description of the Related Art A sucrose sensor will be described as an example of a biosensor having a system involving an equilibrium transfer reaction of optical isomers of pyranose in an enzymatic reaction process.

【0003】酵素電極を用いたスクロースの定量方法と
してはインベルターゼ(EC3.2.1.26:以下I
NVと略す)、ムタロターゼ(EC5.1.3.3:以
下MUTと略す)、グルコースオキシダーゼ(EC1.
1.3.4:以下GODと略す)の3つの酵素と酸素電
極あるいは過酸化水素電極とを組み合わせた方式が一般
に知られている(例えば、鈴木周一編「バイオセンサ
ー」講談社)。上記方法について説明する。試料中のス
クロースはINVによってα−グルコースとフルクトー
スに加水分解される。つぎにMUTによってα−グルコ
ースからβ−グルコースへの異性化が促進され、このβ
−グルコースがGODにより選択的に酸化される。酸素
の存在下では、前記GODによる酸化反応過程において
酸素が過酸化水素に還元される。このときの酸素減少量
を酸素電極によって計測するか、あるいは過酸化水素の
増加量を過酸化水素電極によって計ることでスクロース
の定量を行なうものである。
As a method for quantifying sucrose using an enzyme electrode, invertase (EC 3.2.1.26: I
NV), mutarotase (EC5.1.3.3: hereinafter abbreviated as MUT), glucose oxidase (EC1.
1.3.4: A method in which three enzymes (hereinafter abbreviated as GOD) and an oxygen electrode or a hydrogen peroxide electrode are combined is generally known (for example, Shuichi Suzuki "Biosensor" Kodansha). The above method will be described. Sucrose in the sample is hydrolyzed to α-glucose and fructose by INV. Next, MUT promotes the isomerization of α-glucose to β-glucose, and this β
-Glucose is selectively oxidized by GOD. In the presence of oxygen, oxygen is reduced to hydrogen peroxide in the oxidation reaction process by the GOD. At this time, the amount of oxygen decrease is measured by an oxygen electrode, or the amount of increase of hydrogen peroxide is measured by a hydrogen peroxide electrode to quantify sucrose.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】酵素試薬は比較的高価
であることが多いが、上記構成のバイオセンサは3種類
の酵素を必要とするため、コストが高くなり実用化に際
して不利となることがみうけられた。また、本測定系は
3段階の酵素反応を有しているため、測定に必要な時間
が比較的長くなる傾向がみられた。
The enzyme reagent is often relatively expensive, but the biosensor having the above structure requires three kinds of enzymes, so that the cost is high and it is disadvantageous in practical use. I was received. Further, since this measurement system has a three-step enzyme reaction, the time required for measurement tended to be relatively long.

【0005】さらに酵素の比活性は、水素イオン濃度
(pH)に依存する性質を有しており、最も高い活性が
得られるpH(至適pH)は各酵素についてそれぞれ異
なる。したがって試料液のpHが異なる場合には一定の
センサ応答を得ることが難しい。試料液の前処理なしに
測定することは測定操作を極めて簡便ならしめるが、試
料液のpHによってセンサ応答が影響を受ける場合には
pHを一定にするための前処理が必要となり、簡便性が
損なわれる。
Further, the specific activity of the enzyme has a property of depending on the hydrogen ion concentration (pH), and the pH at which the highest activity is obtained (optimum pH) is different for each enzyme. Therefore, it is difficult to obtain a constant sensor response when the pH of the sample solution is different. Measurement without pretreatment of the sample solution makes the measurement operation extremely simple, but when the sensor response is affected by the pH of the sample solution, pretreatment to keep the pH constant is required, which is not convenient. Be damaged.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明は、絶縁性の基板上に少なくとも作用極と対
極からなる電極系を設け、前記電極系上にリン酸塩と酵
素と電子受容体と親水性高分子を主体とする反応層を設
置したバイオセンサを提供するものである。さらに、前
記電極系上に溶液状態でpHの緩衝作用を有する物質
(本発明では「pH緩衝剤」と記す)を配置したもので
ある。
In order to solve the above problems, the present invention provides an electrode system having at least a working electrode and a counter electrode on an insulating substrate, and a phosphate and an enzyme on the electrode system. The present invention provides a biosensor having a reaction layer mainly composed of an electron acceptor and a hydrophilic polymer. Further, a substance having a pH buffering action in a solution state (referred to as "pH buffer" in the present invention) is arranged on the electrode system.

【0007】[0007]

【作用】リン酸イオン(PO4 3-、HPO4 2-、H2PO4
-)によってピラノースの光学異性体平衡移動反応が加
速されるため、迅速なセンサ応答を得ることができる。
さらに、前記光学異性体平衡移動を触媒する酵素(MU
Tなど)をバイオセンサ構成要素から除外することがで
きる。その結果、安価で高い信頼性を有するバイオセン
サが得られる。
[Function] Phosphate ion (PO 4 3- , HPO 4 2- , H 2 PO 4
- ) Accelerates the equilibrium transfer reaction of the optical isomers of pyranose, so that a rapid sensor response can be obtained.
Furthermore, an enzyme (MU that catalyzes the equilibrium transfer of optical isomers)
, Etc.) can be excluded from the biosensor component. As a result, an inexpensive and highly reliable biosensor can be obtained.

【0008】さらに、pH緩衝剤の作用によって酵素反
応を一定のpHの範囲内で進行させることができ、その
結果試料液のpHにかかわらず高精度なセンサ応答を得
ることができる。
Further, the action of the pH buffer allows the enzymatic reaction to proceed within a certain pH range, and as a result, a highly accurate sensor response can be obtained regardless of the pH of the sample solution.

【0009】[0009]

【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples.

【0010】(実施例1)バイオセンサの一例として、
スクロースセンサについて説明する。図1は本発明のバ
イオセンサの一実施例として作製したスクロースセンサ
の断面図、図2は同スクロースセンサのうち反応層を除
き、図1の斜め上方向からみた分解斜視図、図3は同ス
クロースセンサの応答の一例を示す図である。
(Example 1) As an example of a biosensor,
The sucrose sensor will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view of a sucrose sensor manufactured as an example of the biosensor of the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view of the sucrose sensor shown in FIG. It is a figure which shows an example of the response of a sucrose sensor.

【0011】以下、スクロースセンサの作製方法につい
て説明する。ポリエチレンテレフタレートからなる絶縁
性の基板1に、スクリーン印刷により銀ペ−ストを印刷
しリ−ド2、3を形成した。つぎに、樹脂バインダーを
含む導電性カーボンペーストを印刷して作用極4を形成
した。作用極4はリード2と接触している。
The method for producing the sucrose sensor will be described below. Silver paste was printed on the insulating substrate 1 made of polyethylene terephthalate by screen printing to form leads 2 and 3. Next, a conductive carbon paste containing a resin binder was printed to form the working electrode 4. The working electrode 4 is in contact with the lead 2.

【0012】つぎに、絶縁性ペーストを印刷して絶縁層
6を形成した。絶縁層6は、作用極4の外周部を覆って
おり、これによって作用極4の露出部分の面積を一定に
保っている。さらに、絶縁層6は、リード2、3を部分
的に覆っている。
Next, an insulating paste was printed to form an insulating layer 6. The insulating layer 6 covers the outer peripheral portion of the working electrode 4, thereby keeping the area of the exposed portion of the working electrode 4 constant. Further, the insulating layer 6 partially covers the leads 2 and 3.

【0013】つぎに、樹脂バインダーを含む導電性カー
ボンペーストをリード3と接触するように印刷して対極
5を形成した。
Next, a conductive carbon paste containing a resin binder was printed so as to come into contact with the leads 3 to form the counter electrode 5.

【0014】次に、前記電極系(作用極4、対極5)上
に親水性高分子としてカルボキシメチルセルロ−ス(以
下CMCと略す)の0.5wt%水溶液を滴下、乾燥させ
てCMC層を形成した。つづいて、前記CMC層上に酵
素としてINV、GODおよび電子受容体としてフェリ
シアン化カリウムをリン酸緩衝液(0.2M:KH2
4−0.2M:Na2HPO4;pH=7.4)に溶解
させた混合溶液を滴下し、50℃の温風乾燥器中で10
分間乾燥させて反応層7を形成した。
Next, a 0.5 wt% aqueous solution of carboxymethyl cellulose (hereinafter abbreviated as CMC) as a hydrophilic polymer was dropped on the electrode system (working electrode 4, counter electrode 5) and dried to form a CMC layer. Formed. Subsequently, INV, GOD as an enzyme and potassium ferricyanide as an electron acceptor were added to the CMC layer in a phosphate buffer solution (0.2M: KH 2 P).
O 4 −0.2 M: Na 2 HPO 4 ; pH = 7.4) was added dropwise to the mixed solution, and the mixture was heated in a warm air dryer at 50 ° C. for 10 minutes.
It was dried for a minute to form the reaction layer 7.

【0015】リン酸塩、酵素および電子受容体の混合溶
液を滴下すると、親水性高分子からなるCMC層は一度
溶解し、その後の乾燥過程で酵素などと混合された形で
反応層7を形成する。しかし、撹拌等をともなわないた
め完全な混合状態とはならず、電極系表面はCMCのみ
によって被覆された状態となる。すなわち、酵素および
電子受容体などが電極系表面に接触しないために、電極
系表面へのタンパク質の吸着などを防ぐことができる。
When a mixed solution of a phosphate, an enzyme and an electron acceptor is dropped, the CMC layer made of a hydrophilic polymer is once dissolved, and the reaction layer 7 is formed in a form of being mixed with the enzyme in the subsequent drying process. To do. However, since it is not accompanied by stirring or the like, it is not in a completely mixed state, and the electrode system surface is in a state of being covered only with CMC. That is, since the enzyme and the electron acceptor do not come into contact with the surface of the electrode system, it is possible to prevent the adsorption of proteins on the surface of the electrode system.

【0016】上記のようにして反応層7を形成した後、
カバー9およびスペーサー8を図2中、一点鎖線で示す
ような位置関係をもって接着してスクロースセンサを作
製した。
After forming the reaction layer 7 as described above,
The cover 9 and the spacer 8 were adhered in a positional relationship as shown by the one-dot chain line in FIG. 2 to produce a sucrose sensor.

【0017】このスクロースセンサに試料液としてスク
ロース水溶液3μlを試料供給孔10より供給した。試
料液は空気孔11部分まで達し、電極系上の反応層7が
溶解した。
To this sucrose sensor, 3 μl of an aqueous sucrose solution was supplied as a sample solution from the sample supply hole 10. The sample solution reached the air holes 11 and the reaction layer 7 on the electrode system was dissolved.

【0018】なお、試料液の供給をよりいっそう円滑に
するためには、さらに、レシチンの有機溶媒溶液(例え
ばトルエン)を試料供給部(センサ先端部)から反応層
上にわたって広げ、乾燥させることでレシチン層を形成
してからカバー9、スペーサー8を接着するとよい。
In order to make the supply of the sample solution smoother, an organic solvent solution of lecithin (for example, toluene) is further spread over the reaction layer from the sample supply section (sensor tip) and dried. After forming the lecithin layer, the cover 9 and the spacer 8 may be adhered.

【0019】試料液を供給してから一定時間後に電極系
の対極5と作用極4間に+0.5Vの電圧を印加し、5
秒後の電流値を測定したところ、試料液中のスクロース
濃度に比例した値が得られた。
A voltage of +0.5 V is applied between the counter electrode 5 and the working electrode 4 of the electrode system after a fixed time from the supply of the sample liquid,
When the current value after the second was measured, a value proportional to the sucrose concentration in the sample solution was obtained.

【0020】本発明のスクロースセンサと前記スクロー
スセンサのうち反応層中のリン酸塩を除いて作製したセ
ンサについて、センサ応答の測定時間依存特性を図3に
示す。図3中、aは本発明のスクロースセンサ、bは本
発明のうちリン酸塩を除いたスクロースセンサ、cはa
のスクロースセンサの反応層中にさらにMUTを加えた
構成のセンサのスクロース水溶液(20mM)に対する
応答である。
FIG. 3 shows the measurement time-dependent characteristics of the sensor response of the sucrose sensor of the present invention and of the sucrose sensor prepared by removing the phosphate in the reaction layer. In FIG. 3, a is the sucrose sensor of the present invention, b is the sucrose sensor of the present invention from which phosphate is excluded, and c is a.
2 is a response of the sensor having a constitution in which MUT is further added to the reaction layer of the sucrose sensor of Example 1 to the sucrose aqueous solution (20 mM).

【0021】本発明のスクロースセンサ(a)は、MU
Tを含むセンサ(c)に比べるとやや劣るが、リン酸塩
を除いたもの(b)と比較するとより短い時間でセンサ
応答が一定になることががわかる。
The sucrose sensor (a) of the present invention is MU
Although it is slightly inferior to the sensor (c) containing T, it can be seen that the sensor response becomes constant in a shorter time than the sensor (b) without phosphate.

【0022】スクロースがINVにより加水分解されて
α−グルコースが生成し、このα−グルコースはリン酸
塩により迅速にβ−グルコースとなり、このβ−グルコ
ースがGODによって酸化される。GODによる酸化反
応で移動した電子によってフェリシアン化カリウムがフ
ェロシアン化カリウムに還元される。次に、前記の電圧
印加により、生成したフェロシアン化カリウムの酸化電
流が得られ、この電流値は基質であるスクロースの濃度
に対応する。
Sucrose is hydrolyzed by INV to produce α-glucose, and this α-glucose is rapidly converted to β-glucose by phosphate, and this β-glucose is oxidized by GOD. The electrons transferred by the oxidation reaction by GOD reduce potassium ferricyanide to potassium ferrocyanide. Next, by applying the above voltage, an oxidation current of the produced potassium ferrocyanide is obtained, and this current value corresponds to the concentration of sucrose as a substrate.

【0023】(実施例2)バイオセンサの一例として、
スクロースセンサについて説明する。
(Example 2) As an example of a biosensor,
The sucrose sensor will be described.

【0024】実施例1と同様にして、ポリエチレンテレ
フタレートからなる絶縁性の基板1上に、リ−ド2、3
と電極系(作用極4、対極5)および絶縁層6を形成し
た。さらに、CMC層を前記電極系上に形成した。
In the same manner as in Example 1, the leads 2, 3 were formed on the insulating substrate 1 made of polyethylene terephthalate.
An electrode system (working electrode 4, counter electrode 5) and an insulating layer 6 were formed. Further, a CMC layer was formed on the electrode system.

【0025】次に、前記CMC層上にINVとGODと
フェリシアン化カリウムとリン酸二カリウム塩をマレイ
ン酸−トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン緩衝液
(pH=7.5:以下、マレイン酸−Tris緩衝液と
略す)に溶解させた混合溶液を滴下し、温風乾燥器中で
乾燥させて反応層7を形成した。さらに、実施例1と同
様にしてカバー9およびスペーサー8と共に一体化して
スクロースセンサを作製した。
Next, INV, GOD, potassium ferricyanide, and dipotassium phosphate were added to the CMC layer, and a maleic acid-tris (hydroxymethyl) aminomethane buffer solution (pH = 7.5: maleic acid-Tris buffer) was used. A mixed solution dissolved in a liquid) was dropped and dried in a warm air drier to form a reaction layer 7. Further, in the same manner as in Example 1, the sucrose sensor was manufactured by integrating it with the cover 9 and the spacer 8.

【0026】前記反応層7は電極系表面に接して形成す
る方法について述べたが、必ずしもその必要はない。図
2のようなカバー9およびスペーサー8と一体化する場
合には、カバー9とスペーサー8と絶縁性の基板1とに
よって電極系上部に空間部が形成される。前記カバー
9、スペーサー8、絶縁性の基板1の前記空間部の壁面
に相当する部位であれば適当な場所に反応層を形成する
ことができる。センサに供給された試料液は前記空間部
を満たすため、反応層を溶解することが可能である。
Although the method of forming the reaction layer 7 in contact with the surface of the electrode system has been described, it is not always necessary. When integrated with the cover 9 and the spacer 8 as shown in FIG. 2, a space is formed in the upper part of the electrode system by the cover 9, the spacer 8 and the insulating substrate 1. The reaction layer can be formed at an appropriate place as long as it is a portion corresponding to the wall of the space of the cover 9, the spacer 8 and the insulating substrate 1. Since the sample solution supplied to the sensor fills the space, the reaction layer can be dissolved.

【0027】上記のように作製したスクロースセンサに
試料液としてスクロース水溶液3μlを実施例1と同様
に試料供給孔10から供給してセンサ応答電流を測定し
たところ、スクロース濃度に比例した値が得られた。
3 μl of a sucrose aqueous solution as a sample solution was supplied from the sample supply hole 10 to the sucrose sensor manufactured as described above and the sensor response current was measured. As a result, a value proportional to the sucrose concentration was obtained. It was

【0028】(実施例3)バイオセンサの一例として、
スクロースセンサについて説明する。
(Example 3) As an example of a biosensor,
The sucrose sensor will be described.

【0029】実施例1と同様にして、ポリエチレンテレ
フタレートからなる絶縁性の基板1上に、リ−ド2、3
と電極系(作用極4、対極5)および絶縁層6を形成し
た。
In the same manner as in Example 1, the leads 2, 3 were formed on the insulating substrate 1 made of polyethylene terephthalate.
An electrode system (working electrode 4, counter electrode 5) and an insulating layer 6 were formed.

【0030】次に、前記電極系上に0.5wt%ヒドロキ
シエチルセルロース(以下、HECと略す)水溶液を滴
下、乾燥させてHEC層を形成した。つづいて、前記H
EC層上にINVとMUTとGODとフェリシアン化カ
リウムとリン酸二ナトリウム塩を[N−(2−ヒドロキ
シエチル)ピペラジン−N’−2−エタンスルホン酸]
−水酸化ナトリウム緩衝液(pH=7.2:以下、HE
PES−NaOH緩衝液と略す)に溶解させた混合溶液
を滴下し、温風乾燥器中で乾燥させて反応層7を形成し
た。
Next, a 0.5 wt% hydroxyethyl cellulose (hereinafter abbreviated as HEC) aqueous solution was dropped onto the electrode system and dried to form an HEC layer. Continuing, H
INV, MUT, GOD, potassium ferricyanide, and disodium phosphate on the EC layer [N- (2-hydroxyethyl) piperazine-N'-2-ethanesulfonic acid]
-Sodium hydroxide buffer (pH = 7.2: below, HE
A mixed solution dissolved in a PES-NaOH buffer solution) was added dropwise and dried in a warm air dryer to form a reaction layer 7.

【0031】上記のように作製したスクロースセンサに
試料液としてスクロース水溶液10μlを反応層上へ滴
下して反応層を溶解させ、一定時間後に実施例1と同様
に作用極と対極間に定電圧を印加して応答電流を測定し
た。
To the sucrose sensor manufactured as described above, 10 μl of a sucrose aqueous solution was dropped onto the reaction layer as a sample solution to dissolve the reaction layer, and after a fixed time, a constant voltage was applied between the working electrode and the counter electrode as in Example 1. The voltage was applied and the response current was measured.

【0032】グルコースのα体からβ体への異性化はM
UTおよびリン酸イオン双方の作用によって促進され
る。本実施例のスクロースセンサのように、反応層中に
MUTとリン酸イオンとを共に有することにより、グル
コースのα体からβ体への異性化の速度をさらに加速す
ることができる。その結果、より短時間でセンサ応答を
得ることが可能となる。
Isomerization of glucose from α-form to β-form is M
Facilitated by the action of both UT and phosphate ions. Like the sucrose sensor of this example, by having both MUT and phosphate ions in the reaction layer, the rate of isomerization of glucose from α-form to β-form can be further accelerated. As a result, the sensor response can be obtained in a shorter time.

【0033】(実施例4)バイオセンサの一例として、
グルコースセンサについて説明する。
Example 4 As an example of a biosensor,
The glucose sensor will be described.

【0034】実施例1と同様にして、ポリエチレンテレ
フタレートからなる絶縁性の基板1上に、リ−ド2、3
と電極系(作用極4、対極5)および絶縁層6を形成し
た。
In the same manner as in Example 1, the leads 2, 3 were formed on the insulating substrate 1 made of polyethylene terephthalate.
An electrode system (working electrode 4, counter electrode 5) and an insulating layer 6 were formed.

【0035】次に、前記電極系上に0.5wt%ヒドロキ
シプロピルセルロース(以下、HPCと略す)水溶液を
滴下、乾燥させてHPC層を形成した。つづいて、前記
HPC層上にGODとフェリシアン化カリウムとリン酸
二カリウム塩をクエン酸二水素ナトリウム−水酸化ナト
リウム緩衝液(pH=5.5)に溶解させた混合溶液を
滴下し、50℃の温風乾燥器中で10分間乾燥させて反
応層7を形成した。さらに、カバーおよびスペーサーを
実施例1同様に接着してグルコースセンサを作製した。
Next, a 0.5 wt% hydroxypropylcellulose (hereinafter abbreviated as HPC) aqueous solution was dropped onto the electrode system and dried to form an HPC layer. Subsequently, a mixed solution prepared by dissolving GOD, potassium ferricyanide, and dipotassium phosphate in a sodium dihydrogen citrate-sodium hydroxide buffer (pH = 5.5) was dropped on the HPC layer, and the mixture was heated at 50 ° C. The reaction layer 7 was formed by drying for 10 minutes in a warm air dryer. Further, the cover and the spacer were adhered in the same manner as in Example 1 to manufacture a glucose sensor.

【0036】上記のように作製したグルコースセンサに
試料液としてグルコース水溶液10μlを供給して反応
層を溶解させ、一定時間後に実施例1と同様に作用極と
対極間に定電圧を印加して応答電流を測定した。
A glucose solution prepared as described above was supplied with 10 μl of an aqueous glucose solution as a sample solution to dissolve the reaction layer, and after a certain period of time, a constant voltage was applied between the working electrode and the counter electrode to give a response. The current was measured.

【0037】GODはグルコースの異性体のうちβ体の
みを特異的に酸化する機能を有しているが、グルコース
は水溶液中ではα体とβ体が平衡状態にある。本実施例
のグルコースセンサを用いると、反応層中に予め添加し
たリン酸イオンの作用によってグルコースのα体からβ
体への異性化が迅速に行われるため、試料液中の全グル
コース量に比例した応答電流を短時間で得ることができ
る。
GOD has a function of specifically oxidizing only the β-form among glucose isomers, but glucose has an α-form and a β-form in an equilibrium state in an aqueous solution. When the glucose sensor of this example is used, the α-form of glucose is converted to β-form by the action of phosphate ions added in advance in the reaction layer.
Since the isomerization to the body is carried out rapidly, a response current proportional to the total glucose amount in the sample solution can be obtained in a short time.

【0038】さらに、反応層中にMUTを添加すると、
測定時間をより一層短くすることができると共に、測定
精度を高めることも可能である。
Furthermore, when MUT is added to the reaction layer,
The measurement time can be further shortened and the measurement accuracy can be improved.

【0039】また、本実施例で用いたGODの至適pH
は5付近であり、反応層中に添加したpH緩衝剤(クエ
ン酸二水素ナトリウム−水酸化ナトリウム)の緩衝作用
によって試料液のpHにかかわらず、酵素反応をpH5
付近で進行させることができる。したがって、精度の高
い測定が可能となる。
The optimum pH of the GOD used in this example is also
Is around 5, and the enzymatic reaction is performed at pH 5 regardless of the pH of the sample solution due to the buffering action of the pH buffer (sodium dihydrogen citrate-sodium hydroxide) added in the reaction layer.
You can proceed in the vicinity. Therefore, highly accurate measurement is possible.

【0040】なお、緩衝液としてはクエン酸二水素ナト
リウム−NaOH(pH=5.5)を用いたが、これ以
外にもクエン酸−クエン酸三ナトリウム、クエン酸−ク
エン酸三カリウム、クエン酸二水素カリウム−NaO
H、マレイン酸水素ナトリウム−NaOH、フタル酸水
素カリウム−NaOH、コハク酸−四ホウ酸ナトリウム
の組合せをpH5〜6付近の値に調整して用いても同様
の効果が得られた。
As the buffer solution, sodium dihydrogen citrate-NaOH (pH = 5.5) was used, but other than this, citric acid-trisodium citrate, citric acid-tripotassium citrate, citric acid. Potassium dihydrogen-NaO
Similar effects were obtained even when the combination of H, sodium hydrogen maleate-NaOH, potassium hydrogen phthalate-NaOH, and succinic acid-sodium tetraborate was adjusted to a pH value of about 5 to 6.

【0041】(実施例5)バイオセンサの一例として、
スクロースセンサについて説明する。図4は本実施例の
スクロースセンサの断面図である。
Example 5 As an example of the biosensor,
The sucrose sensor will be described. FIG. 4 is a sectional view of the sucrose sensor of this embodiment.

【0042】実施例1と同様にして、ポリエチレンテレ
フタレートからなる絶縁性の基板1上に、リ−ド2、3
と電極系(作用極4、対極5)および絶縁層6を形成
し、前記電極系上にCMC層を形成した。
In the same manner as in Example 1, the leads 2, 3 were formed on the insulating substrate 1 made of polyethylene terephthalate.
An electrode system (working electrode 4, counter electrode 5) and an insulating layer 6 were formed, and a CMC layer was formed on the electrode system.

【0043】次に、前記CMC層上にINV、MUT、
GODおよびフェリシアン化カリウムをリン酸緩衝液
(0.2M:KH2PO4−0.2M:Na2HPO4;p
H=7.4)に溶解させた混合溶液を滴下し、50℃の
温風乾燥器中で10分間乾燥させて反応層7を形成し
た。
Next, the INV, MUT,
GOD and potassium ferricyanide and phosphate buffer (0.2M: KH 2 PO 4 -0.2M : Na 2 HPO 4; p
The mixed solution dissolved in H = 7.4) was added dropwise and dried in a warm air dryer at 50 ° C. for 10 minutes to form a reaction layer 7.

【0044】つぎにCMCをリン酸緩衝液(0.5M:
KH2PO4−0.5M:Na2HPO4;pH=7.4)
に溶解した溶液をカバー9の内側へ滴下し、乾燥させて
pH緩衝剤層20を形成した。前記pH緩衝剤層20を
形成したカバー9とスペーサー8とを実施例1同様に接
着してスクロースセンサを作製した(図4にその断面を
示す)。
Next, CMC was added to phosphate buffer (0.5M:
KH 2 PO 4 -0.5M: Na 2 HPO 4; pH = 7.4)
The solution dissolved in was dropped onto the inside of the cover 9 and dried to form the pH buffer layer 20. The cover 9 on which the pH buffer layer 20 was formed and the spacer 8 were bonded in the same manner as in Example 1 to fabricate a sucrose sensor (the cross section is shown in FIG. 4).

【0045】このスクロースセンサに、pH3〜7のス
クロース標準液を試料液として供給し、実施例1と同様
にして応答を測定したところ、試料液のpHに依存せ
ず、スクロース濃度に比例した値が得られた。
A sucrose standard solution having a pH of 3 to 7 was supplied to this sucrose sensor as a sample solution, and the response was measured in the same manner as in Example 1. As a result, a value proportional to the sucrose concentration was obtained without depending on the pH of the sample solution. was gotten.

【0046】(実施例6)バイオセンサの一例として、
スクロースセンサについて説明する。
Example 6 As an example of a biosensor,
The sucrose sensor will be described.

【0047】実施例1と同様にして、ポリエチレンテレ
フタレートからなる絶縁性の基板1上に、リ−ド2、3
と電極系(作用極4、対極5)および絶縁層6を形成し
た。さらに、CMC層を前記電極系上に形成した。
In the same manner as in Example 1, the leads 2, 3 were formed on the insulating substrate 1 made of polyethylene terephthalate.
An electrode system (working electrode 4, counter electrode 5) and an insulating layer 6 were formed. Further, a CMC layer was formed on the electrode system.

【0048】次に、前記CMC層上にINVとGODと
フェリシアン化カリウムとリン酸二カリウム塩の混合水
溶液を滴下し、乾燥させて反応層7を形成した。さら
に、実施例1と同様にしてカバー9およびスペーサー8
と共に一体化してスクロースセンサを作製した。
Then, a mixed aqueous solution of INV, GOD, potassium ferricyanide and dipotassium phosphate was dropped on the CMC layer and dried to form a reaction layer 7. Further, as in the first embodiment, the cover 9 and the spacer 8 are formed.
A sucrose sensor was manufactured by integrating with the above.

【0049】前記スクロースセンサに試料液としてスク
ロース水溶液3μlを実施例1と同様に試料供給孔10
から供給してセンサ応答電流を測定したところ、スクロ
ース濃度に比例した値が得られた。
3 μl of an aqueous sucrose solution was used as a sample solution in the sucrose sensor in the same manner as in Example 1 to supply the sample supply hole 10
Then, the sensor response current was measured and the value was proportional to the sucrose concentration.

【0050】(実施例7)バイオセンサの一例として、
スクロースセンサについて説明する。
Example 7 As an example of a biosensor,
The sucrose sensor will be described.

【0051】実施例1と同様にして、ポリエチレンテレ
フタレートからなる絶縁性の基板1上に、リ−ド2、3
と電極系(作用極4、対極5)および絶縁層6を形成し
た。さらに、CMC層を前記電極系上に形成した。
In the same manner as in Example 1, the leads 2, 3 were formed on the insulating substrate 1 made of polyethylene terephthalate.
An electrode system (working electrode 4, counter electrode 5) and an insulating layer 6 were formed. Further, a CMC layer was formed on the electrode system.

【0052】つぎに、前記CMC層上にINVとMUT
とGODとフェリシアン化カリウムをリン酸緩衝液
(0.6M:KH2PO4−0.6M:Na2HPO4;p
H=7.4)に溶解させた混合溶液を滴下し、50℃の
温風乾燥器中で10分間乾燥させてCMC−酵素−フェ
リシアン化カリウム層を形成した。つぎに前記CMC−
酵素−フェリシアン化カリウム層上へ、親水性高分子と
してポリビニルピロリドン(以下PVPと略す)の2wt
%エタノール溶液を展開後乾燥させて反応層7を形成し
た。
Next, INV and MUT are formed on the CMC layer.
And GOD and potassium ferricyanide in a phosphate buffer (0.6 M: KH 2 PO 4 -0.6 M: Na 2 HPO 4 ; p
The mixed solution dissolved in H = 7.4) was added dropwise and dried in a warm air dryer at 50 ° C. for 10 minutes to form a CMC-enzyme-potassium ferricyanide layer. Next, the CMC-
2 wt% of polyvinylpyrrolidone (hereinafter abbreviated as PVP) as a hydrophilic polymer on the enzyme-potassium ferricyanide layer
% Ethanol solution was developed and then dried to form a reaction layer 7.

【0053】このように反応層の表面を親水性高分子層
で被覆した構造にすることにより、表面の平滑性を高め
ることができる。その結果、試料液をセンサに供給した
際に表面の起伏部分に取り残された空気によって生成す
る気泡の発生を抑えることができ、応答のばらつきを小
さくすることができる。
By thus forming the structure in which the surface of the reaction layer is covered with the hydrophilic polymer layer, the smoothness of the surface can be enhanced. As a result, when the sample liquid is supplied to the sensor, it is possible to suppress the generation of bubbles generated by the air left in the undulating portion of the surface, and it is possible to reduce the variation in the response.

【0054】特に、本実施例のように反応層中のpH緩
衝剤の濃度が高い場合には結晶析出によって反応層表面
に多数の凹凸部が形成されるために、親水性高分子によ
る反応層表面の平滑化が有効である。
In particular, when the concentration of the pH buffering agent in the reaction layer is high as in this example, many irregularities are formed on the surface of the reaction layer due to crystal precipitation, so that the reaction layer formed by the hydrophilic polymer is used. Smoothing the surface is effective.

【0055】なお、上記実施例ではフルクトースセンサ
とグルコースセンサについて示したが、本発明はグルコ
ース−6−リン酸センサ、マルトースセンサ、ラクトー
スセンサ、セルロースセンサにも用いることが可能であ
る。この場合、酵素は順番に、アルカリフォスファター
ゼ、マルターゼ、β−ガラクトシターゼ、セルラーゼを
用いれば良い。
Although the fructose sensor and the glucose sensor are shown in the above embodiments, the present invention can be applied to a glucose-6-phosphate sensor, a maltose sensor, a lactose sensor and a cellulose sensor. In this case, as the enzyme, alkaline phosphatase, maltase, β-galactosidase, and cellulase may be used in order.

【0056】上記実施例のスクロースセンサでは、緩衝
液としてKH2PO4−Na2HPO4(pH=7.4)お
よびHEPES−NaOH(pH=7.2)およびマレ
イン酸−Tris(pH=7.5)を用いたが、これら
以外にもKH2PO4−K2HPO4、NaH2PO4−K2
HPO4、NaH2PO4−Na2HPO4、クエン酸−N
2HPO4、クエン酸−K2HPO4、Tris−Tri
s塩酸塩、[N−トリス(ヒドロキシメチル)メチル−
2−アミノエタンスルホン酸]−NaOH、[ピペラジ
ン−N,N’−ビス(2−エタンスルホン酸)]−Na
OHの組合せをpH7〜8付近の値に調整して用いても
同様の効果が得られた。
In the sucrose sensor of the above example, KH 2 PO 4 -Na 2 HPO 4 (pH = 7.4) and HEPES-NaOH (pH = 7.2) and maleic acid-Tris (pH = 7) were used as buffer solutions. .5) was used, but in addition to these, KH 2 PO 4 —K 2 HPO 4 , NaH 2 PO 4 —K 2
HPO 4 , NaH 2 PO 4 —Na 2 HPO 4 , Citric acid-N
a 2 HPO 4 , citric acid-K 2 HPO 4 , Tris-Tri
s hydrochloride, [N-tris (hydroxymethyl) methyl-
2-Aminoethanesulfonic acid] -NaOH, [piperazine-N, N'-bis (2-ethanesulfonic acid)]-Na
The same effect was obtained even when the combination of OH was adjusted to a value near pH 7 to 8.

【0057】さらに、上記実施例では親水性高分子とし
てCMC、HEC、HPC、PVPを用いたが、これら
に限定されることはなく、他のセルロース誘導体、具体
的には、メチルセルロース、エチルセルロース、エチル
ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルエチル
セルロースを用いてもよく、さらには、ポリビニルアル
コール、ゼラチンおよびその誘導体、アクリル酸および
その塩、メタアクリル酸およびその塩、スターチおよび
その誘導体、無水マレイン酸およびその塩を用いても同
様の効果が得られた。
Further, although CMC, HEC, HPC and PVP were used as the hydrophilic polymer in the above examples, the present invention is not limited to these and other cellulose derivatives, specifically, methyl cellulose, ethyl cellulose and ethyl. Hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl ethyl cellulose may be used, and further, polyvinyl alcohol, gelatin and its derivatives, acrylic acid and its salts, methacrylic acid and its salts, starch and its derivatives, maleic anhydride and its salts can be used. Also obtained the same effect.

【0058】一方、電子受容体としては、上記実施例に
示したフェリシアン化カリウム以外に、p−ベンゾキノ
ン、フェナジンメトサルフェート、メチレンブルー、フ
ェロセン誘導体なども使用できる。
On the other hand, as the electron acceptor, p-benzoquinone, phenazine methosulfate, methylene blue, ferrocene derivative and the like can be used in addition to potassium ferricyanide shown in the above-mentioned examples.

【0059】また、上記実施例において酵素および電子
受容体については試料液に溶解する方式について示した
が、これに制限されることはなく、固定化によって試料
液に不溶化させた場合にも適用することができる。
Further, although the method of dissolving the enzyme and the electron acceptor in the sample solution has been shown in the above-mentioned examples, the invention is not limited to this, and the invention can be applied to the case of being insolubilized in the sample solution by immobilization. be able to.

【0060】また、上記実施例では、作用極と対極のみ
の二極電極系について述べたが、参照極を加えた三電極
方式にすれば、より正確な測定が可能である。
Further, in the above embodiment, the bipolar electrode system having only the working electrode and the counter electrode has been described, but the three-electrode system including the reference electrode enables more accurate measurement.

【0061】[0061]

【発明の効果】以上のように本発明によると、高い信頼
性を有するバイオセンサを安価に得ることができる。
As described above, according to the present invention, a highly reliable biosensor can be obtained at low cost.

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

【図1】本発明のバイオセンサの一実施例として作製し
たスクロースセンサの断面図
FIG. 1 is a sectional view of a sucrose sensor manufactured as an example of a biosensor of the present invention.

【図2】同スクロースセンサのうち反応層を除いた分解
斜視図
FIG. 2 is an exploded perspective view of the sucrose sensor excluding a reaction layer.

【図3】同スクロースセンサの応答例を示した図FIG. 3 is a diagram showing a response example of the sucrose sensor.

【図4】本発明の異なる実施例のスクロースセンサの断
面図
FIG. 4 is a sectional view of a sucrose sensor according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 絶縁性の基板 2、3 リード 4 作用極 5 対極 6 絶縁層 7 反応層 8 スペーサー 9 カバー 10 試料供給孔 11 空気孔 20 pH緩衝剤層 1 Insulating substrate 2, 3 Lead 4 Working electrode 5 Counter electrode 6 Insulating layer 7 Reaction layer 8 Spacer 9 Cover 10 Sample supply hole 11 Air hole 20 pH buffer layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 南海 史朗 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Shiro Nankai 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】電気絶縁性の基板と、前記基板上に形成さ
れた、作用極および対極を有する電極系と、前記電極系
上に形成された反応層とから構成され、前記反応層が少
なくとも酵素と電子受容体と親水性高分子とリン酸塩と
を含有することを特徴とするバイオセンサ。
1. An electrically insulating substrate, an electrode system having a working electrode and a counter electrode formed on the substrate, and a reaction layer formed on the electrode system, wherein the reaction layer is at least A biosensor comprising an enzyme, an electron acceptor, a hydrophilic polymer, and a phosphate.
【請求項2】請求項1において、絶縁性の基板上に接し
てあるいは近接してpH緩衝剤を形成したバイオセン
サ。
2. The biosensor according to claim 1, wherein a pH buffer is formed on or in contact with an insulating substrate.
【請求項3】請求項1または2において、反応層が、親
水性高分子からなる第1の層と少なくとも酵素と電子受
容体とリン酸塩を含む第2の層を順に積層してなるバイ
オセンサ。
3. The bio according to claim 1, wherein the reaction layer is formed by sequentially stacking a first layer made of a hydrophilic polymer and a second layer containing at least an enzyme, an electron acceptor and a phosphate. Sensor.
【請求項4】請求項1または2において、反応層が、親
水性高分子からなる第1の層と、少なくとも酵素と電子
受容体とリン酸塩を含む第2の層と、親水性高分子から
なる第3の層を順に積層してなるバイオセンサ。
4. The reaction layer according to claim 1, wherein the reaction layer comprises a first layer made of a hydrophilic polymer, a second layer containing at least an enzyme, an electron acceptor and a phosphate, and a hydrophilic polymer. A biosensor formed by sequentially stacking a third layer made of.
【請求項5】請求項1または2において、酵素がインベ
ルターゼとグルコースオキシダーゼの組合せ、あるいは
グルコースオキシダーゼであるバイオセンサ。
5. The biosensor according to claim 1 or 2, wherein the enzyme is a combination of invertase and glucose oxidase, or glucose oxidase.
【請求項6】請求項1または2において、酵素がインベ
ルターゼとグルコースオキシダーゼとムタロターゼの組
合せ、あるいはグルコースオキシダーゼとムタロターゼ
の組合せであるバイオセンサ。
6. The biosensor according to claim 1, wherein the enzyme is a combination of invertase, glucose oxidase and mutarotase, or a combination of glucose oxidase and mutarotase.
【請求項7】請求項1または2において、酵素がアルカ
リフォスファターゼ、マルターゼ、β−ガラクトシター
ゼ、セルラーゼの中から選ばれたものであるバイオセン
サ。
7. The biosensor according to claim 1 or 2, wherein the enzyme is selected from alkaline phosphatase, maltase, β-galactosidase, and cellulase.
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