JPH06174679A - Biosensor - Google Patents

Biosensor

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Publication number
JPH06174679A
JPH06174679A JP4330570A JP33057092A JPH06174679A JP H06174679 A JPH06174679 A JP H06174679A JP 4330570 A JP4330570 A JP 4330570A JP 33057092 A JP33057092 A JP 33057092A JP H06174679 A JPH06174679 A JP H06174679A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
enzyme
sample
substrate
measurement
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP4330570A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshihisa Kishimoto
芳久 岸本
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.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Industries Ltd filed Critical Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority to JP4330570A priority Critical patent/JPH06174679A/en
Publication of JPH06174679A publication Critical patent/JPH06174679A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28Electrolytic cell components
    • G01N27/30Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/327Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
    • G01N27/3271Amperometric enzyme electrodes for analytes in body fluids, e.g. glucose in blood
    • G01N27/3272Test elements therefor, i.e. disposable laminated substrates with electrodes, reagent and channels

Abstract

PURPOSE:To maintain the temperature of an electrode system and a sample liquid when dropping a sample to be constant and to achieve a highly accurate measurement by providing an electrical heating element at the other surface side of an insulation substrate or in an insulation substrate. CONSTITUTION:An electrode system consisting of at least a measurement electrode 3 and a counter electrode 2 near it is provided on an insulation substrate 1. An electrical heating element 10 is provided in the substrate 1 or on the substrate 1 of the reverse surface of the electrode system. The element 10 is provided with a function for transferring the thermal energy to the electrode system and the sample system rapidly and then maintaining it to be a constant temperature, thus performing measurement stably without being affected by the external air temperature and the sample liquid temperature. Also, it is proper to maintain a desired temperature by applying a specific potential or conducting a specific current value to a printing resistor. Namely, by applying a specific potential to a terminal part 11 of the resistor 10, the surface temperature of the electrode system is maintained to be constant. Also, the sample is dropped on the electrode system, a specific pulse potential is applied between electrode terminals 8 and 7, and current flowing between both electrodes 2 and 3 is measured, thus determining it as response current according to enzyme reaction.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はバイオセンサ、特に、血
液、尿等の体液成分中に含まれる微量の生体基質の濃度
を測定するのに好適な酵素センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a biosensor, and more particularly to an enzyme sensor suitable for measuring the concentration of a trace amount of a biological substrate contained in body fluid components such as blood and urine.

【0002】[0002]

【従来の技術】酵素の優れた基質特異性を利用した分析
法が、臨床分析化学、食品製造、環境化学等の分野で用
いられている。特に、臨床分析化学の分野では、グルコ
ース、尿素、尿酸等の生体基質を選択的に検出しうる酵
素センサが開発されている。これらの酵素センサは、酸
素電極や白金電極等の電極と酵素固定膜とから構成さ
れ、酵素反応による物質変化を電極により電気信号の変
化量として読み取ることにより、その酵素が特異的に作
用する基質の濃度を測定するものである。例えば、グル
コースセンサなどでは、下記式に従い生成または消費さ
れる過酸化水素、酸素等の電極活性な物質を電極でモニ
ターして、生体基質濃度を測定する。
2. Description of the Related Art Analytical methods utilizing the excellent substrate specificity of enzymes are used in fields such as clinical analytical chemistry, food manufacturing, and environmental chemistry. In particular, in the field of clinical analytical chemistry, enzyme sensors capable of selectively detecting biological substrates such as glucose, urea and uric acid have been developed. These enzyme sensors are composed of an electrode such as an oxygen electrode or a platinum electrode and an enzyme-immobilized membrane, and a substance on which the enzyme specifically acts by reading a substance change due to an enzyme reaction as a change amount of an electric signal by the electrode. The concentration of is measured. For example, in a glucose sensor or the like, an electrode active substance such as hydrogen peroxide or oxygen produced or consumed according to the following formula is monitored by an electrode to measure the biological substrate concentration.

【0003】[0003]

【化1】 [Chemical 1]

【0004】ところが、このような原理に基づく酵素セ
ンサには次のような問題点がある。基質が反応するため
には化学量論的な酸素を必要とするが、実際の測定にお
いて、例えばグルコースセンサで糖尿病患者の血中グル
コース濃度を測定する場合、体液中の溶存酸素量では不
足である。そのため、試料血液を希釈したり、何らかの
方法で酸素を補給することが必要である。また、過酸化
水素を電気的にモニターする場合、アスコルビン酸のよ
うな還元性物質により測定誤差を生じるため、これら誤
差を取り除くためには何らかの手段を講じる必要があ
る。さらに、従来のセンサは酵素固定膜を酸素電極や過
酸化水素電極に装着することが必要であるため、微小化
にも限界がある。
However, the enzyme sensor based on such a principle has the following problems. Substrate requires stoichiometric oxygen for reaction, but in actual measurement, for example, when measuring glucose concentration in blood of diabetic patients with glucose sensor, the amount of dissolved oxygen in body fluid is insufficient. . Therefore, it is necessary to dilute the sample blood or supplement oxygen with some method. Further, when electrically monitoring hydrogen peroxide, a reducing substance such as ascorbic acid causes measurement errors, and it is necessary to take some measures to remove these errors. Furthermore, since the conventional sensor requires the enzyme-immobilized membrane to be attached to the oxygen electrode or the hydrogen peroxide electrode, there is a limit to miniaturization.

【0005】一方、これらの問題点を解決するため、酵
素反応に伴う電子移動を直接検知する酵素電極として、
導電性高分子を利用した酵素電極および電子メディエー
ターを利用した酵素電極が提案されている。しかし、導
電性高分子を利用した酵素電極では、溶存酸素の影響を
受けないという利点はあるが、応答性が低く、応答時間
が長い等の問題がある。さらに、電解重合時に重合膜中
に酵素を捕捉するという手法を取る場合は、固定化され
る酵素量を制御することは難しく、また酵素電極として
利用する際、酵素の脱離による経時的な基質応答性の低
下は避けることができない。また、電子メディエーター
を利用した酵素電極でも電導度が低く応答性、応答時間
の点で不十分である他、電子メディエーターをカーボン
ペースト中に分散させた形態をとるため、電子メディエ
ーターの溶出、脱離に伴う経時的な応答性の低下という
問題を有する。
On the other hand, in order to solve these problems, as an enzyme electrode for directly detecting electron transfer accompanying an enzyme reaction,
An enzyme electrode using a conductive polymer and an enzyme electrode using an electron mediator have been proposed. However, an enzyme electrode using a conductive polymer has an advantage that it is not affected by dissolved oxygen, but has problems such as low response and long response time. Furthermore, when the method of capturing the enzyme in the polymerized membrane during the electropolymerization is adopted, it is difficult to control the amount of the immobilized enzyme, and when it is used as an enzyme electrode, it is a substrate over time due to the elimination of the enzyme. A decrease in responsiveness is unavoidable. In addition, even an enzyme electrode using an electron mediator has low conductivity and insufficient response and response time.Because the electron mediator is dispersed in the carbon paste, the elution and desorption of the electron mediator is performed. However, there is a problem that the responsiveness decreases with time.

【0006】ところで、このような酵素電極を用いて実
際に生体試料中の特定成分を定量する場合、高精度に測
定することはもちろん、試料液の希釈、攪拌等の操作を
必要とせず、簡易にかつ迅速に測定できることが望まし
い。また、血液等の試料の場合、使用できる試料の量に
制約があることが多く、微量試料での測定が望まれる。
従来の酵素電極においては、簡易かつ迅速に、また微量
の試料でも正確な測定を長期にわたり行えるものはなか
った。
By the way, in the case of actually quantifying a specific component in a biological sample using such an enzyme electrode, it is not only necessary to perform measurement with high accuracy, but also operations such as dilution and agitation of the sample solution are not required, which is simple. It is desirable to be able to measure quickly and quickly. Further, in the case of a sample such as blood, there are many restrictions on the amount of sample that can be used, and measurement with a small amount of sample is desired.
None of the conventional enzyme electrodes can perform accurate measurement easily and quickly and even with a small amount of sample for a long period of time.

【0007】そこで、本発明者は、これら従来の酵素電
極の欠点を解決するものとして、先に、導電性基体表面
に有機電荷移動錯体結晶を含有する導電層を設けた酵素
電極を提案した(特願平2−244840号) 。この酵素電極
は、酵素反応に伴う電子移動を直接検知する方式をとる
ことにより、溶存酸素の影響を受けず、また妨害物質の
影響も少ないという利点に加え、経時安定性に優れ、長
期にわたり高精度な応答を与えることができるという利
点を有する。また、本発明者はこの酵素電極においてさ
らに改善を重ね、酵素反応に伴う電子移動を効率的に行
うことができ、より応答性が向上した酵素電極も提案し
た (特願平3−7908号、特願平3−86884 号) 。さら
に、有機電荷移動錯体結晶を導電層に含有する酵素電極
を測定極とし、その近傍に対極を設けることにより微小
化バイオセンサを作製し、試料液の希釈、攪拌等の操作
を必要とせず、微量試料での測定を可能にした(特願平
4−11346 号)。また、測定極を含む電極系上に保液
層、濾液層を設けることによる改良についても提案した
(特願平4 ─278828) 。このようなバイオセンサを自己
血糖値管理等の分野に応用する場合、さらに、外気や試
料液の温度による応答のばらつきをなくし、安定に高精
度に測定することが望まれる。
Therefore, as a solution to these drawbacks of conventional enzyme electrodes, the present inventor previously proposed an enzyme electrode having a conductive layer containing an organic charge transfer complex crystal on the surface of a conductive substrate ( Japanese Patent Application No. 2-244840). By directly detecting the electron transfer accompanying the enzyme reaction, this enzyme electrode has the advantages that it is not affected by dissolved oxygen and that it is less affected by interfering substances. It has an advantage that an accurate response can be given. Further, the present inventor has made further improvements in this enzyme electrode, and has proposed an enzyme electrode capable of efficiently performing electron transfer accompanying an enzymatic reaction and having improved responsiveness (Japanese Patent Application No. 3-7908, Japanese Patent Application No. 3-86884). Furthermore, an enzyme electrode containing an organic charge-transfer complex crystal in a conductive layer is used as a measurement electrode, and a miniaturized biosensor is prepared by providing a counter electrode in the vicinity of the measurement electrode, which does not require operations such as dilution and stirring of a sample solution. It enabled measurement with a small amount of sample (Japanese Patent Application No. 4-11346). We also proposed improvement by providing a liquid retaining layer and a filtrate layer on the electrode system including the measuring electrode.
(Japanese Patent Application No. 4 ─ 278828). When such a biosensor is applied to a field such as self-blood glucose level control, it is further desired to eliminate the variation in response due to the temperature of the outside air or the sample liquid and perform stable and highly accurate measurement.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、有機電荷移
動錯体を含有する酵素電極を用いて、試料液の希釈、攪
拌を必要とせず微量試料での測定を可能としたバイオセ
ンサにおいて、さらに、外気や試料液の温度による影響
を受けず精度よい測定を行うことができるバイオセンサ
を提供することを目的とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention provides a biosensor capable of measuring a small amount of sample by using an enzyme electrode containing an organic charge transfer complex, without requiring dilution and stirring of the sample solution. An object of the present invention is to provide a biosensor that can perform accurate measurement without being affected by the temperature of the outside air or the sample solution.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、有機電荷
移動錯体結晶を含有する酵素電極 (測定極) と対極とを
絶縁基板上に配置したバイオセンサにおいて、絶縁基板
裏面もしくは絶縁基板中に発熱素子を設ければ、試料を
滴下した際の電極系および試料液の温度を一定に保つこ
とができ、安定に精度よく測定できることを見出し、本
発明を完成させた。
[Means for Solving the Problems] In the biosensor in which an enzyme electrode (measuring electrode) containing an organic charge-transfer complex crystal and a counter electrode are arranged on an insulating substrate, the inventors of the present invention have It was found that the temperature of the electrode system and the sample solution at the time of dropping the sample can be kept constant by providing the heating element in the, and stable and accurate measurement can be performed, and the present invention has been completed.

【0010】(発明の要旨)本発明は、測定極と対極とか
らなる電極系を絶縁基板の一方の面に設け、該測定極が
有機電荷移動錯体結晶を導電層として含む電極に酵素お
よび電子メディエーターを固定化したものであるバイオ
センサにおいて、前記絶縁基板の他面側あるいは絶縁基
板中に、発熱素子を設けたことを特徴とするバイオセン
サを要旨とする。
(Summary of the Invention) The present invention provides an electrode system comprising a measuring electrode and a counter electrode on one surface of an insulating substrate, and the measuring electrode comprises an enzyme and an electron in an electrode containing an organic charge transfer complex crystal as a conductive layer. A biosensor in which a mediator is immobilized is characterized in that a heating element is provided on the other surface side of the insulating substrate or in the insulating substrate.

【0011】さらに、本発明は、上記バイオセンサにお
いて測定極上あるいは測定極を含む電極系上に濾液層お
よび/または保液層を設けたバイオセンサ、およびこの
バイオセンサの濾過層および/または保液層に抗血凝固
剤を担持させたバイオセンサに関する。これらのバイオ
センサには、酵素が固定化されていない補償極を設けて
もよい。また、本発明のバイオセンサでは特に酵素が酸
化還元酵素である場合に好適である。
Furthermore, the present invention provides a biosensor in which a filtrate layer and / or a liquid retaining layer is provided on the measuring electrode or an electrode system including the measuring electrode in the above biosensor, and a filtration layer and / or a liquid retaining layer of this biosensor. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a biosensor having a layer carrying an anticoagulant. These biosensors may be provided with a compensation electrode on which the enzyme is not immobilized. Further, the biosensor of the present invention is particularly suitable when the enzyme is a redox enzyme.

【0012】[0012]

【作用】本発明のバイオセンサは、絶縁基板上に少なく
とも測定極とその近傍に設けた対極とからなる電極系を
有し、その絶縁基板に発熱素子を設けた構造である。本
発明のバイオセンサでは濾液層および/または保液層で
電極系を覆うことにより、さらに極微量の試料でも精度
よい測定が可能になり、また、濾液層および保液層の少
なくとも1層中に抗血凝固剤を担持させて、より迅速な
測定を行なうこともできる。また、酵素が固定化されて
いない補償極を設けて、試料中のタンパク質等の吸着、
副反応の影響を除き、より高精度での測定を行うことも
できる。
The biosensor of the present invention has a structure in which an electrode system including at least a measurement electrode and a counter electrode provided in the vicinity thereof is provided on an insulating substrate, and a heating element is provided on the insulating substrate. In the biosensor of the present invention, by covering the electrode system with the filtrate layer and / or the liquid-retaining layer, it becomes possible to perform an accurate measurement even with a very small amount of sample, and in at least one of the filtrate layer and the liquid-retaining layer. It is also possible to carry an anticoagulant and carry out a more rapid measurement. In addition, by providing a compensation electrode in which the enzyme is not immobilized, adsorption of proteins in the sample,
It is also possible to perform measurement with higher accuracy by eliminating the influence of side reactions.

【0013】本発明のバイオセンサで用いる絶縁基板
は、電気絶縁性を有し、試料液に対して基板中の不純物
の溶出等がなく、後述の発熱素子との密着性があり、適
度な熱伝導性を有するものであれば、リジッド、フレキ
シブルどちらでも可能であり、特に制限されるものでは
ない。このような観点から、有機系材料としては、ポリ
塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチ
レンテレフタレート、アクリル樹脂等の汎用の熱可塑性
樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエス
テル樹脂、メラミン樹脂等の熱硬化性樹脂等が使用でき
るほか、これら樹脂とガラス繊維、紙基材、無機充填材
等を組み合わせた複合材料等も使用できる。また、無機
系材料としてはアルミナ等のセラミックス、ガラス板等
を使用することができる。
The insulating substrate used in the biosensor of the present invention has an electrical insulating property, has no elution of impurities in the substrate with respect to the sample liquid, has an adhesive property with a heating element described later, and has an appropriate heat resistance. As long as it has conductivity, it can be rigid or flexible and is not particularly limited. From such a viewpoint, as the organic material, general-purpose thermoplastic resins such as polyvinyl chloride, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, and acrylic resins, epoxy resins, phenol resins, unsaturated polyester resins, and thermosetting resins such as melamine resins are used. In addition to the resin, it is also possible to use a composite material in which these resins are combined with glass fiber, paper base material, inorganic filler and the like. Further, as the inorganic material, ceramics such as alumina, a glass plate or the like can be used.

【0014】本発明のバイオセンサでは、絶縁基板中、
あるいは電極系裏面の絶縁基板上に発熱素子を設ける点
が特徴である。酵素反応は一般に温度の影響を受けやす
く、例えばグルコースオキシダーゼの場合、40℃付近ま
では温度上昇とともにその反応速度は大きくなる。従っ
て、酵素反応を利用するバイオセンサを自己血糖値管理
等に利用する場合、測定時の外気や試料液の温度により
電極反応が影響をうけ、その結果応答がばらつき、安定
した応答が得られにくいことがある。本発明バイオセン
サでは、このような温度変化の影響による誤差が少な
く、安定に高精度で測定しうる。
In the biosensor of the present invention, in the insulating substrate,
Alternatively, it is characterized in that the heating element is provided on the insulating substrate on the back surface of the electrode system. Enzymatic reactions are generally susceptible to temperature, and in the case of glucose oxidase, for example, the reaction rate increases with increasing temperature up to around 40 ° C. Therefore, when using a biosensor that uses an enzyme reaction for self-blood glucose level control, etc., the electrode reaction is affected by the temperature of the outside air or sample solution at the time of measurement, and as a result, the response varies and it is difficult to obtain a stable response. Sometimes. With the biosensor of the present invention, there are few errors due to the influence of such temperature changes, and stable and highly accurate measurement can be performed.

【0015】発熱素子としては、電気的、光学的、力学
的外部エネルギーの印加にたいして一定量の発熱機能を
有し、その熱エネルギーを速やかに電極系および試料液
に伝達して、一定温度に保持する機能を有している素子
であれば特に制限されない。得られるバイオセンサのコ
スト、制御の容易性、装置の簡便性、温度調節性の精度
等の観点からは、抵抗体に所定の電位を印加、あるいは
所定電流値を通電して発熱させ、所望の温度に保つのが
好適である。特に、抵抗素子として印刷抵抗体を用いれ
ば、絶縁基板上に容易に設けることができるため、発熱
素子としてより好ましい。
The heating element has a certain amount of heat generation function in response to the application of external electrical, optical or mechanical energy, and the heat energy is rapidly transmitted to the electrode system and the sample solution to maintain a constant temperature. There is no particular limitation as long as it is an element having the function of performing. From the viewpoints of the cost of the obtained biosensor, the ease of control, the simplicity of the device, the accuracy of temperature controllability, etc., a desired potential is applied to the resistor, or a desired current value is applied to generate heat to obtain the desired value. It is preferable to keep the temperature. In particular, when a printed resistor is used as the resistance element, it can be easily provided on the insulating substrate, and thus it is more preferable as the heating element.

【0016】印刷抵抗体を設ける方法としては、一般の
電気、電子回路に用いられる抵抗ペーストをスクリーン
印刷等の方法を用い、所定の形状、所定の厚みに印刷し
て抵抗体とすることができる。抵抗ペーストとしては、
カーボン、グラファイト等を導電性フィラーとし、バイ
ンダーとしてエポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化
性樹脂を用いるポリマー型厚膜抵抗ペースト、あるいは
酸化ルテニウム等とガラスフリット等からなり、焼結に
より得られるサーメット型厚膜ペースト等を用いること
ができる。これらはいずれも印刷後加熱過程を経る必要
があるが、測定極を構成した後に抵抗体を設ける場合
は、加熱過程の必要性がないUV硬化型、電子線硬化型カ
ーボンペーストを用いることができる。
As a method for providing the printed resistor, a resistor paste used for general electric and electronic circuits may be used by a method such as screen printing to print the resistor with a predetermined shape and a predetermined thickness to obtain a resistor. . As resistance paste,
Polymer-type thick film resistance paste using carbon, graphite, etc. as a conductive filler and thermosetting resin such as epoxy resin, phenol resin, etc. as binder, or cermet type obtained by sintering such as ruthenium oxide etc. and glass frit etc. Thick film paste or the like can be used. Both of these require a heating process after printing, but when a resistor is provided after forming the measurement electrode, a UV-curable or electron-beam curable carbon paste that does not require a heating process can be used. .

【0017】上記のような印刷抵抗体を設けるには、例
えば、電極系を設けた絶縁基板の裏面に抵抗体を印刷す
る、あるいは抵抗体が直接外気に接触しないように、抵
抗体を印刷した絶縁基板に別の基板を張り合わせる等の
適宜方法によることができる。
To provide the above-mentioned printed resistor, for example, the resistor is printed on the back surface of the insulating substrate provided with the electrode system, or the resistor is printed so that the resistor does not come into direct contact with the outside air. An appropriate method such as bonding another substrate to the insulating substrate can be used.

【0018】測定極は、導電性基体上に有機電荷移動錯
体結晶を含有する導電層を形成させ、酵素と電子メディ
エーターの両者を固定化したものである。有機電荷移動
錯体結晶は導電性基体上の絶縁性高分子フィルム内に成
長させたものであってもよいが、導電性基体上に直接形
成させたものが好ましい。
The measuring electrode is formed by forming a conductive layer containing an organic charge transfer complex crystal on a conductive substrate and immobilizing both the enzyme and the electron mediator. The organic charge transfer complex crystal may be grown in an insulating polymer film on a conductive substrate, but is preferably formed directly on the conductive substrate.

【0019】有機電荷移動錯体結晶を絶縁性高分子フィ
ルム内に成長させて導電層を形成するには、例えば、導
電性基体上に、電子供与体層を設け、その上にポリビニ
ルブチラール、ポリエステル、ポリアミド、ポリエテル
アミド等の絶縁性高分子の被膜を設け、これを有機電子
受容体を含有する溶液と接触させる方法がある。この導
電層に酵素、あるいは酵素と電子メディエーターを固定
化して酵素電極を製造できる。
To grow an organic charge transfer complex crystal in an insulating polymer film to form a conductive layer, for example, an electron donor layer is provided on a conductive substrate, and polyvinyl butyral, polyester, There is a method in which a coating film of an insulating polymer such as polyamide or polyether amide is provided and this is brought into contact with a solution containing an organic electron acceptor. An enzyme or an enzyme and an electron mediator can be immobilized on this conductive layer to manufacture an enzyme electrode.

【0020】導電性基体の表面に直接形成させた有機電
荷移動錯体結晶からなる導電層は、以下に示す方法等に
より、厚さ方向に結晶を成長させて容易に得ることがで
き、厚さ方向に良好な導電性を有するものである。
The conductive layer composed of the organic charge transfer complex crystal formed directly on the surface of the conductive substrate can be easily obtained by growing the crystal in the thickness direction by the following method or the like. It has excellent conductivity.

【0021】導電性基体としては、銅、銀、白金、金等
の金属やカーボン電極の他、これらの導電性材料からな
る導電層を蒸着等の手段により表面に設けた基体、ある
いはこれらの導電性材料の粉末を含有するペーストから
作成した基体等が使用できる。
Examples of the conductive substrate include metals such as copper, silver, platinum and gold and carbon electrodes, a substrate provided with a conductive layer made of these conductive materials on the surface by means such as vapor deposition, or a conductive substrate of these. A substrate or the like prepared from a paste containing a powder of a conductive material can be used.

【0022】ここで、有機電荷移動錯体 (以下、有機CT
錯体と称する) とは、有機電子受容体と電子供与体とか
ら、両者の間の電荷移動反応に伴い形成される化合物で
ある。この有機CT錯体の形成に用いる有機電子受容体と
しては、特に制限されないが、シアノメチレン官能基を
有する化合物が好ましく、中でもジシアノメチレン官能
基と、キノンあるいはナフトキノン骨格とを有する化合
物が好適である。このうちでも特に、7,7',8,8'-テトラ
シアノキノジメタン(TCNQ)はCT錯体形成能が強く、得ら
れる有機CT錯体の電気伝導度が高いため応答時間、応答
性で有利である。また工業的にも比較的入手が容易であ
ることから好適である。
Here, the organic charge transfer complex (hereinafter, organic CT
The term "complex" is a compound formed from an organic electron acceptor and an electron donor by a charge transfer reaction between them. The organic electron acceptor used for forming the organic CT complex is not particularly limited, but a compound having a cyanomethylene functional group is preferable, and a compound having a dicyanomethylene functional group and a quinone or naphthoquinone skeleton is particularly preferable. Of these, 7,7 ', 8,8'-tetracyanoquinodimethane (TCNQ) has a strong CT complex-forming ability, and the resulting organic CT complex has a high electric conductivity, which is advantageous in response time and responsiveness. Is. Moreover, it is preferable because it is relatively easy to obtain industrially.

【0023】有機CT錯体の形成に用いる電子供与体とし
ては、使用する有機電子受容体と、導電性を有するCT錯
体を形成しうるものであれば、特に制限されるものでは
なく、有機、無機のいずれでもさしつかえない。具体的
には、無機材料としては銅、銀、コバルト、ニッケル、
鉄、マンガンなど、また有機材料としては、テトラチア
フルバレン、テトラセレノフルバレン等のテトラセン
類、及びその誘導体、あるいは 2,2'-ビスピリジニウ
ム、N-メチルフェナジニウム等、公知の電子供与体を使
用することができる。
The electron donor used for forming the organic CT complex is not particularly limited as long as it can form a CT complex having conductivity with the organic electron acceptor used, and it may be organic or inorganic. Either of them is okay. Specifically, inorganic materials include copper, silver, cobalt, nickel,
Iron, manganese, etc., and as organic materials, tetracene compounds such as tetrathiafulvalene, tetraselenofulvalene, and their derivatives, or 2,2'-bispyridinium, N-methylphenazinium, etc., known electron donors. Can be used.

【0024】有機CT錯体結晶を成長させるには、液相お
よび気相中での公知の方法を使用できる。液相中で有機
CT錯体結晶を成長させる方法には例えば以下の方法があ
る。まず、基体表面に電子供与体層を設けたものか、あ
るいは電子供与体としても機能する銅板等の基体の一部
ないしは全部を、有機電子受容体を含有する溶液と接触
させる。これにより、溶液中の有機電子受容体は、基体
の表面を構成する電子供与体との間でCT錯体化反応を起
こし、錯体が成長する。
To grow organic CT complex crystals, known methods in liquid phase and vapor phase can be used. Organic in liquid phase
The following methods are available as methods for growing CT complex crystals. First, a part or all of a substrate such as a substrate provided with an electron donor layer on the surface thereof or a copper plate which also functions as an electron donor is brought into contact with a solution containing an organic electron acceptor. As a result, the organic electron acceptor in the solution causes a CT complexation reaction with the electron donor constituting the surface of the substrate, and the complex grows.

【0025】有機電子受容体含有溶液の調製に使用する
溶媒としては、極性のある非プロトン溶剤、例えばアセ
トニトリル、ジオキサン、N,N-ジメチルホルムアミド、
ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホルアミド、
メチルエチルケトン等が好適である。この溶液における
有機電子受容体の濃度は、溶剤100 重量部に対して通常
0.01重量部〜飽和濃度、好ましくは0.1 重量部〜飽和濃
度が適当である。
As the solvent used for preparing the organic electron acceptor-containing solution, a polar aprotic solvent such as acetonitrile, dioxane, N, N-dimethylformamide,
Dimethyl sulfoxide, hexamethylphosphoramide,
Methyl ethyl ketone and the like are preferable. The concentration of organic electron acceptor in this solution is usually 100 parts by weight of solvent.
0.01 parts by weight to saturation concentration, preferably 0.1 parts by weight to saturation concentration are suitable.

【0026】有機CT錯体の形成は、通常、10〜30℃の温
度で行うが、用いる有機電子受容体と基体表面の電子供
与体の組み合わせによっては、CT錯体化反応が急激に進
み、緻密で均一な目的層が得にくい場合がある。そのよ
うな場合は、必要に応じて溶液、基体、雰囲気温度を下
げたり、溶液の濃度を低くすればよい。また逆に、錯体
化反応が遅く、有機CT錯体結晶が必要な厚みに成長する
のに長時間を要する場合は、必要に応じて、加熱するこ
とができる。
The formation of the organic CT complex is usually carried out at a temperature of 10 to 30 ° C., but depending on the combination of the organic electron acceptor used and the electron donor on the surface of the substrate, the CT complexation reaction proceeds rapidly, resulting in a dense structure. It may be difficult to obtain a uniform target layer. In such a case, the temperature of the solution, the substrate, the atmosphere may be lowered or the concentration of the solution may be lowered, if necessary. On the contrary, when the complexing reaction is slow and it takes a long time for the organic CT complex crystal to grow to the required thickness, heating can be performed as necessary.

【0027】有機電子受容体含有溶液の接触時間は、用
いる有機電子受容体と電子供与体との組み合わせや目的
とする導電層の厚みに大きく依存するが、一般に10秒か
ら1時間程度である。気相成長法としては一般に真空蒸
着法を用いることができる。まず、基体表面に電子供与
体層を設けたものか、あるいは電子供与体としても機能
する銅板等を、減圧下(1×10-3〜1×10-7torr) に設
置し、錯体結晶を成長させたい部分を適当な温度 (100
〜300 ℃) に加熱保持する。次に、電子受容体を徐々に
加熱し、気化させる。これにより、基体表面に到達した
電子受容体分子と、基体表面の電子供与体との錯体化反
応により錯体が成長する。この際、導電層の厚みは基体
温度、電子受容体の気化速度等により容易に制御するこ
とができる。
The contact time of the organic electron acceptor-containing solution largely depends on the combination of the organic electron acceptor and the electron donor used and the thickness of the target conductive layer, but it is generally about 10 seconds to 1 hour. A vacuum deposition method can be generally used as the vapor phase growth method. First, a substrate provided with an electron donor layer or a copper plate that also functions as an electron donor is placed under reduced pressure (1 × 10 −3 to 1 × 10 −7 torr) to form a complex crystal. The part you want to grow should
Hold at ~ 300 ° C). Next, the electron acceptor is gradually heated and vaporized. As a result, the complex grows by the complexing reaction between the electron acceptor molecule reaching the surface of the substrate and the electron donor on the surface of the substrate. At this time, the thickness of the conductive layer can be easily controlled by the temperature of the substrate, the vaporization rate of the electron acceptor and the like.

【0028】このような液相法あるいは気相法により作
成した有機CT錯体は、一般に微細な針状結晶となり、基
板面に対して垂直方向に成長する。この有機CT錯体から
なる導電層の厚みは特に制限されるものではないが、通
常0.01〜50μmの範囲であり、好ましくは0.1 〜10μm
である。
The organic CT complex prepared by such a liquid phase method or a vapor phase method generally becomes fine needle crystals and grows in the direction perpendicular to the substrate surface. The thickness of the conductive layer composed of this organic CT complex is not particularly limited, but is usually in the range of 0.01 to 50 μm, preferably 0.1 to 10 μm.
Is.

【0029】上述の如く、導電層はその厚み方向に成長
した微細な針状結晶からなり、そのため導電層の表面は
微細な凹凸を有する構造となる。従って、後述の酵素や
電子メディエーターの固定化の際には、酵素や電子メデ
ィエーターをこの微細な凹部に捕捉することができ、そ
れらの固定化が容易となる。また、微細な針状結晶であ
るため電極部の実際の表面積を広くとることができ、そ
の結果、酵素および電子メディエーターの固定化量を増
大させ、酵素電極の出力として得られる電流密度を大き
くすることが可能となる。
As described above, the conductive layer is composed of fine needle-like crystals grown in the thickness direction thereof, so that the surface of the conductive layer has a structure having fine irregularities. Therefore, when immobilizing an enzyme or an electron mediator, which will be described later, the enzyme or the electron mediator can be captured in the fine recesses, and the immobilization thereof becomes easy. In addition, since it is a fine needle crystal, the actual surface area of the electrode part can be made large, and as a result, the amount of enzyme and electron mediator immobilized is increased, and the current density obtained as the output of the enzyme electrode is increased. It becomes possible.

【0030】この導電層の厚みが上記範囲以下で薄すぎ
る場合、充分な表面積を得ることができず、その結果出
力電流値が小さくなる。また、逆に上記範囲を超えて厚
すぎる場合は、導電層自体の抵抗値が大きくなる。従っ
て、酵素電極として使用する場合、電圧印加の際、電極
表面での電圧降下を起こすことになる。また、この有機
CT錯体自体、力学的な強度は大きくないため、厚すぎる
と構造的な欠陥を生じやすくなる。
If the thickness of this conductive layer is too thin within the above range, a sufficient surface area cannot be obtained, and as a result, the output current value becomes small. On the other hand, when the thickness is more than the above range, the resistance of the conductive layer itself becomes large. Therefore, when used as an enzyme electrode, a voltage drop occurs on the electrode surface when a voltage is applied. Also this organic
Since the CT complex itself does not have high mechanical strength, if it is too thick, structural defects are likely to occur.

【0031】導電層は必要に応じ、洗浄、乾燥し、次い
で導電性基体と導電層からなる電極に、水不溶性高分子
を用いて酵素および電子メディエーターを導電層に接す
るように固定化する。あるいは、使い捨て等、再利用性
が要求されない場合には、この水不溶性高分子を使用す
ることなく酵素および電子メディエーターを固定化して
もよい。
The conductive layer is washed and dried, if necessary, and then an enzyme consisting of a water-insoluble polymer and an enzyme and an electron mediator are immobilized on the electrode composed of the conductive substrate and the conductive layer so as to be in contact with the conductive layer. Alternatively, when reusability is not required, such as disposable, the enzyme and electron mediator may be immobilized without using this water-insoluble polymer.

【0032】酵素は、対象とする物質や目的とする化学
反応に応じ、酵素の基質特異性及び反応特異性を考慮し
て適宜選択することができる。使用しうる酵素は、特に
制限されないが、例えばグルコースオキシダーゼ、アル
コールデヒドロゲナーゼ、ペルオキシダーゼ、カタラー
ゼ、乳酸デヒドロゲナーゼ、ガラクトースオキシダー
ゼ、ペニシリナーゼ等が挙げられる。また、酸化還元酵
素と補酵素との組み合わせも可能である。
The enzyme can be appropriately selected according to the target substance and the target chemical reaction in consideration of the substrate specificity and reaction specificity of the enzyme. The enzyme that can be used is not particularly limited, and examples thereof include glucose oxidase, alcohol dehydrogenase, peroxidase, catalase, lactate dehydrogenase, galactose oxidase, penicillinase and the like. A combination of oxidoreductase and coenzyme is also possible.

【0033】使用する電子メディエーターは、酵素反応
に伴う電子移動を効率よく行うことができる、すなわ
ち、酵素から有機CT錯体への電子移動をスムーズに行わ
せるものであればよい。例えば、酸化酵素により基質を
酸化する反応の場合は、還元型となった酵素から容易に
電子を受取り、電子メディエーター自身は還元型とな
り、かつ導電層表面での電極反応により電子を電極へ供
与し、酸化型に戻る性質を有するものである。このよう
な電子メディエーターとしては、フェロセン、1,1'- ジ
メチルフェロセン、フェロセンカルボン酸、フェロセン
カルボキシアルデヒド等のフェロセン誘導体、ハイドロ
キノン、クロラニル、ブロマニル等のキノン類、フェリ
シアンイオン、オクタシアノタングステン酸イオン、オ
クタシアノモリブデン酸イオン等の金属錯体イオン等が
好適である。
The electron mediator to be used may be one that can efficiently carry out the electron transfer accompanying the enzymatic reaction, that is, that can smoothly carry out the electron transfer from the enzyme to the organic CT complex. For example, in the case of a reaction in which a substrate is oxidized by an oxidase, an electron is easily accepted from the reduced enzyme, the electron mediator itself is reduced, and the electron is donated to the electrode by an electrode reaction on the surface of the conductive layer. , Which has the property of returning to the oxidized form. Such electron mediators include ferrocene, 1,1′-dimethylferrocene, ferrocenecarboxylic acid, ferrocene derivatives such as ferrocenecarboxaldehyde, quinones such as hydroquinone, chloranil, bromanil, ferricyan ion, octacyanotungstate ion, A metal complex ion such as octacyanomolybdate ion is suitable.

【0034】有機CT錯体からなる導電層に、水不溶性高
分子を用いて、酵素および電子メディエーターを固定化
する方法としては次のような方法が可能である。 (1) 前記導電層上に酵素および電子メディエーターを含
む溶液を塗布、乾燥させ、ついで水不溶性高分子溶液を
塗布、乾燥させることにより、導電性基体上に導電層、
酵素および電子メディエーターからなる中間層および水
不溶性高分子被覆層からなる3層を設ける。 (2) 前記導電層上に酵素および電子メディエーターを含
む水不溶性高分子溶液を塗布、乾燥させることにより、
導電性基体上に導電層、酵素および電子メディエーター
を含む水不溶性高分子被覆層からなる2層を設ける。 (3) 前記導電層上に酵素を含む溶液を塗布、乾燥させ、
ついで電子メディエーター、あるいは電子メディエータ
ーと酵素を含有する水不溶性高分子溶液を塗布、乾燥さ
せることにより、導電性基体上に導電層、酵素からなる
中間層、および電子メディエーターあるいは電子メディ
エーターと酵素を含む水不溶性高分子被覆層からなる3
層を設ける。 (4) 前記導電層上に電子メディエーターを含む溶液を塗
布、乾燥させ、ついで酵素あるいは酵素と電子メディエ
ーターとを含有する水不溶性高分子溶液を塗布、乾燥さ
せることにより、導電性基体上に導電層、電子メディエ
ーターからなる中間層、および酵素あるいは酵素と電子
メディエーターとを含む水不溶性高分子被覆層からなる
3層を設ける。
As a method for immobilizing an enzyme and an electron mediator on a conductive layer made of an organic CT complex by using a water-insoluble polymer, the following method is possible. (1) A solution containing an enzyme and an electron mediator on the conductive layer is coated and dried, and then a water-insoluble polymer solution is coated and dried to form a conductive layer on the conductive substrate,
An intermediate layer composed of an enzyme and an electron mediator and three layers composed of a water-insoluble polymer coating layer are provided. (2) by coating a water-insoluble polymer solution containing an enzyme and an electron mediator on the conductive layer, and drying,
A conductive layer and a water-insoluble polymer coating layer containing an enzyme and an electron mediator are provided on the conductive substrate. (3) applying a solution containing an enzyme on the conductive layer, and drying,
Then, an electron mediator, or a water-insoluble polymer solution containing the electron mediator and the enzyme is applied and dried to form a conductive layer on the conductive substrate, an intermediate layer composed of the enzyme, and a water containing the electron mediator or the electron mediator and the enzyme. Insoluble polymer coating layer 3
Provide layers. (4) A solution containing an electron mediator on the conductive layer is coated and dried, and then a water-insoluble polymer solution containing an enzyme or an enzyme and an electron mediator is coated and dried to form a conductive layer on the conductive substrate. , An intermediate layer composed of an electron mediator and a water-insoluble polymer coating layer containing an enzyme or an enzyme and an electron mediator are provided.

【0035】酵素および電子メディエーターの固定化
は、上記方法が簡便で好適であるが、これらに限定され
ることなく、公知の共有結合法、イオン結合法、吸着
法、包括法、架橋法等を用いることも可能である。
For immobilizing enzymes and electron mediators, the above methods are simple and suitable, but are not limited thereto, and known covalent bonding methods, ionic bonding methods, adsorption methods, entrapment methods, cross-linking methods and the like can be used. It is also possible to use.

【0036】水不溶性高分子としては、容易に均一に成
膜することができ、酵素、電子メディエーターを均一に
分散固定し、かつ酵素電極として使用する際、試料溶液
中で溶解、膨潤して酵素、電子メディエーターの溶出に
よる出力の低下を招くことのないものであれば限定され
ることなく使用できる。さらに、導電層中にピンホール
が生じていると酵素電極として使用する際、基体あるい
は電子供与体の試料溶液中への溶出の可能性があるが、
水不溶性高分子層はピンホール部を覆うことにより溶出
を防止する。
As the water-insoluble polymer, a film can be easily and uniformly formed, and an enzyme and an electron mediator are uniformly dispersed and fixed, and when used as an enzyme electrode, the enzyme is dissolved and swelled in a sample solution to form an enzyme. Any material can be used without limitation as long as it does not cause a decrease in output due to elution of the electron mediator. Furthermore, if pinholes are formed in the conductive layer, when used as an enzyme electrode, the substrate or electron donor may be eluted into the sample solution.
The water-insoluble polymer layer covers the pinhole portion to prevent elution.

【0037】このような水不溶性高分子には、ポリビニ
ルブチラール、ポリエステル、ポリアミド、ポリエステ
ルアミド等の熱可塑性ポリマーが例示でき、これらの1
種または2種以上を使用することができる。酵素、電子
メディエーターの固定方法に応じ、また基質の拡散性等
を考慮して適宜ポリマーを選択することができるが、例
えばポリマービニルブチラールは水不溶性でありながら
親水性、吸水性を有し、しかも非常にミクロなポアを有
するため好適である。
Examples of such water-insoluble polymers include thermoplastic polymers such as polyvinyl butyral, polyesters, polyamides and polyesteramides.
One kind or two or more kinds can be used. Depending on the method of immobilizing the enzyme and the electron mediator, and in consideration of the diffusibility of the substrate, etc., the polymer can be appropriately selected. For example, polymer vinyl butyral has water-insolubility, hydrophilicity, and water absorption, and It is suitable because it has very micropores.

【0038】酵素および電子メディエーターを含有する
水不溶性高分子で導電層を被覆するには、水不溶性高分
子を適当な有機溶剤で溶解させた溶液中に、酵素および
電子メディエーターを溶解もしくは均一に分散させ、こ
れを導電層に直接塗布、乾燥させることにより行うこと
ができる。酵素、電子メディエーターを分散させて使用
する場合は、水不溶性高分子が析出しない範囲で、酵
素、電子メディエーターの良溶媒である水等を適宜添加
すると酵素、電子メディエーターの分散、溶解性を向上
させて固定化を効率的に行える。得られた酵素電極は、
純水あるいは緩衝液等で洗浄して、完全に固定化されて
いない酵素、電子メディエーターを取り除いた後、使用
に供することができる。また、この酵素電極をさらに電
子受容体溶液に浸漬する等の手段で有機CT錯体を成長さ
せておけば、膜全体の導電性を高め、大きい応答電流が
得られる点で有利である。
To coat the conductive layer with a water-insoluble polymer containing an enzyme and an electron mediator, the enzyme and the electron mediator are dissolved or uniformly dispersed in a solution prepared by dissolving the water-insoluble polymer in a suitable organic solvent. Then, this can be carried out by directly coating and drying the conductive layer. When the enzyme and the electron mediator are dispersed and used, the enzyme and the electron mediator are improved in dispersion and solubility by appropriately adding water, which is a good solvent for the enzyme and the electron mediator, within a range in which the water-insoluble polymer does not precipitate. Can be fixed efficiently. The obtained enzyme electrode is
After washing with pure water or a buffer solution to remove the enzyme and electron mediator which are not completely immobilized, the product can be used. Further, it is advantageous to grow the organic CT complex by a means such as further immersing the enzyme electrode in an electron acceptor solution, because the conductivity of the entire membrane is increased and a large response current can be obtained.

【0039】上記のように、酵素および電子メディエー
ターを含有する水不溶性高分子で導電層を被覆する場
合、酵素から有機CT錯体、酵素から電子メディエータ
ー、あるいは電子メディエーターから有機CT錯体のへの
スムーズな電子移動性を確保して応答性をよくするに
は、固定膜は薄い方がよい。例えば10Å〜10μm好まし
くは100 Å〜1μmである。また必ずしも均一な膜であ
る必要はなく、酵素と有機CT錯体、酵素と電子メディエ
ーター、あるいは電子メディエーターと有機CT錯体が直
接接触するようにすればよい。
As described above, when the conductive layer is coated with the water-insoluble polymer containing the enzyme and the electron mediator, a smooth transition from the enzyme to the organic CT complex, from the enzyme to the electron mediator, or from the electron mediator to the organic CT complex is performed. In order to secure electron mobility and improve responsiveness, the fixing film should be thin. For example, it is 10Å-10 μm, preferably 100Å-1 μm. Further, it is not necessarily required that the film is uniform, and the enzyme and the organic CT complex, the enzyme and the electron mediator, or the electron mediator and the organic CT complex may be brought into direct contact with each other.

【0040】また、水不溶性高分子で、酵素および電子
メディエーターからなる中間層を被覆する場合は、酵素
と基質との接触、および残存しているピンホールの被覆
を考慮して0.01〜10μm好ましくは0.1 〜5μm程度の
厚さとすることが望ましい。こうして得た酵素電極は、
導電性基体上に設けた導電層上に酵素と電子メディエー
ターが接触するように固定した構造であり、従来の過酸
化水素電極、酸素電極等に比べ構造的に簡単であり、小
型化が可能である。また、有機CT錯体結晶からなる導電
層は、酵素との間で電子移動が容易であるのみならず、
従来電子メディエーターとして使用されていたフェロセ
ン類等と比較して、その結晶層の電気伝導度は著しく大
きい。これは、これら有機CT錯体が発達した針状結晶を
構するため、同じ含有量でも膜中の導電パス数が多くな
り、電子移動に有効に寄与するためと考えられる。ま
た、導電層表面に電子メディエーターが固定化されてい
るため、有機CT錯体と酵素が接触しているにもかかわら
ず構造的に電子移動が起こりにくい部分においても、ス
ムーズな電子移動性を確保し、応答性を向上させること
が可能となる。また、有機CT錯体結晶をポリマーを用い
ずに導電性基体上に直接成長させると、針状結晶の微細
な凹凸表面が得られるため、導電層に直接接触する酵素
や電子メディエーターの量を多くすることができ、酵素
電極の応答性をより一層高めることができる。
When the intermediate layer consisting of the enzyme and the electron mediator is coated with the water-insoluble polymer, 0.01 to 10 μm is preferable in consideration of contact between the enzyme and the substrate and coating of the remaining pinholes. It is desirable that the thickness is about 0.1 to 5 μm. The enzyme electrode thus obtained is
It has a structure in which an enzyme and an electron mediator are fixed so that they are in contact with each other on a conductive layer provided on a conductive substrate.Since it is structurally simpler than conventional hydrogen peroxide electrodes, oxygen electrodes, etc., it can be miniaturized. is there. In addition, the conductive layer made of the organic CT complex crystal not only facilitates electron transfer with the enzyme,
The electric conductivity of the crystal layer is remarkably higher than that of ferrocene or the like which has been conventionally used as an electron mediator. It is considered that this is because the organic CT complex forms a needle-shaped crystal in which it has developed, so that even with the same content, the number of conductive paths in the film increases, which effectively contributes to electron transfer. In addition, since the electron mediator is immobilized on the surface of the conductive layer, smooth electron mobility is ensured even in the area where electron transfer does not easily occur even though the organic CT complex is in contact with the enzyme. It is possible to improve the responsiveness. Moreover, when organic CT complex crystals are grown directly on a conductive substrate without using a polymer, a fine uneven surface of needle-like crystals is obtained, so the amount of enzyme or electron mediator that directly contacts the conductive layer is increased. Therefore, the responsiveness of the enzyme electrode can be further enhanced.

【0041】対極は、測定極あるいは補償極に一定電位
を印加した時、それらの電極での電流が支障なく流れる
ようにするため、電極自身の抵抗が小さく、なるべくそ
れ自身が測定試料中で分極せず、また対極での反応生成
物が測定極での反応を妨害したり、それ自身が反応する
ことのない特性を有するものを使用する。このような観
点から、白金、金、銀、銅等の金属や、カーボン電極の
他、これらの導電性材料からなる導電層を蒸着、スパッ
タ等の手段により基体表面に設けたり、あるいはこれら
の導電性材料の粉末を含有するペーストから作成するこ
とにより得たものが対極として使用できる。また、例え
ば銀を使用する場合、アノード分極等の手段によりその
表面にAgClを析出させ、溶液中で電気化学的に安定させ
たものも好い。
The counter electrode has a low resistance of the electrode itself so that when the constant potential is applied to the measuring electrode or the compensating electrode, the current in these electrodes flows without hindrance. It is not used, and the reaction product at the counter electrode does not interfere with the reaction at the measurement electrode, and the reaction product itself does not react. From such a viewpoint, a metal such as platinum, gold, silver, and copper, a carbon electrode, or a conductive layer made of these conductive materials may be provided on the surface of the substrate by a method such as vapor deposition or sputtering, or the conductivity of these may be provided. What was obtained by making from the paste containing the powder of the conductive material can be used as a counter electrode. Further, for example, when silver is used, it is preferable that AgCl is deposited on the surface by means of anodic polarization or the like and electrochemically stabilized in a solution.

【0042】対極と測定極は種々の形状で設けることが
できるが、製造コスト、工程の簡便さ、測定に必要とす
る試料の容量等の観点から、同一平面上に設ける方法が
好適である。同一支持体上に設ける場合は、絶縁基板上
に銅、銀、金、水銀等の金属層を蒸着、スパッタ等によ
り形成し、測定極における導電性基体および対極とす
る。また、測定極において導電性基体上に直接形成させ
る有機CT錯体を、同様にして対極上にも成長させ、これ
を対極として使用してもよい。この場合、測定極と対極
とを同一支持体に配置した構造においては、測定極の有
機CT錯体を成長させる工程において同時に対極を作製す
ることができ、工程が簡便であるという利点がある。
The counter electrode and the measuring electrode can be provided in various shapes, but the method of providing them on the same plane is preferable from the viewpoints of manufacturing cost, process simplicity, sample volume required for measurement, and the like. When they are provided on the same support, a metal layer of copper, silver, gold, mercury or the like is formed on the insulating substrate by vapor deposition, sputtering, etc. to form the conductive substrate and the counter electrode in the measurement electrode. Further, the organic CT complex formed directly on the conductive substrate at the measuring electrode may be similarly grown on the counter electrode and used as the counter electrode. In this case, in the structure in which the measurement electrode and the counter electrode are arranged on the same support, the counter electrode can be simultaneously prepared in the step of growing the organic CT complex of the measurement electrode, which is an advantage that the process is simple.

【0043】補償極は、電極自身の抵抗が測定極の抵抗
と同程度であり、試料液中のタンパク質、電解質、生体
成分等と特異的に反応せず、測定極における酵素反応以
外の電気化学的副反応や吸着による影響を同程度に受け
るものであれば、特に制限されるものではないが、その
形状は電流値の補償を行うという目的から、同一形状か
少なくとも同一面積であることが好ましい。電極系を同
一支持体に設ける場合、酵素を固定化する以外は測定極
の作製と同時にかつ同様に補償極を作製することができ
る。例えば、測定極において導電性基体上に直接有機CT
錯体を形成させる工程、および水不溶性高分子を塗布す
る工程において同時に補償極を作製することができ、工
程が簡便になる。
The resistance of the compensating electrode itself is about the same as the resistance of the measuring electrode, and it does not react specifically with proteins, electrolytes, biological components, etc. in the sample solution, and the electrochemical other than the enzymatic reaction at the measuring electrode The shape is preferably the same or at least the same area for the purpose of compensating for the current value, although it is not particularly limited as long as it is affected by the secondary side reaction or adsorption to the same extent. . When the electrode system is provided on the same support, the compensation electrode can be prepared at the same time as the preparation of the measurement electrode except that the enzyme is immobilized. For example, directly on the conductive substrate at the measuring electrode, organic CT
The compensating electrode can be simultaneously prepared in the step of forming the complex and the step of applying the water-insoluble polymer, which simplifies the process.

【0044】なお、本発明のバイオサンセを用いた測定
では、参照電極を使用せずに行うことが可能である。こ
のような場合、対極の面積は測定極の面積の2倍以上、
好ましくは10倍以上であることが望ましい。これは、測
定時に印加する電位差が主に測定極にかかるようにする
ことにより、高精度に定量するためである。
The measurement using the biosensor of the present invention can be performed without using the reference electrode. In such a case, the area of the counter electrode is more than twice the area of the measurement electrode,
It is preferably 10 times or more. This is because the potential difference applied at the time of measurement is mainly applied to the measurement electrode, so that the measurement can be performed with high accuracy.

【0045】本発明では、上記のようにして得た電極系
上にさらに濾液層および/または保液層を設けてもよ
い。濾液層は試料中の比較的大きい妨害物質による影響
を少なくする目的で設ける。また保液層は微量の試料を
保持し、かつ均一に拡散させるために設ける。これらは
それぞれの目的のために単独で設けてもよいが、両層を
同時に設けるのが好ましい。また、濾液層および/また
は保液層は、少なくとも測定極を覆うように設置すれば
よく、測定極のみ、あるいは測定極と対極を覆う。補償
極を設ける場合はさらに補償極を覆ってもよい。また濾
液層および保液層の両方を設ける場合は、電極上に保液
層、次いで濾液層の順に設けるのが好ましい。
In the present invention, a filtrate layer and / or a liquid retaining layer may be further provided on the electrode system obtained as described above. The filtrate layer is provided for the purpose of reducing the influence of relatively large interfering substances in the sample. The liquid retaining layer is provided to hold a small amount of sample and to uniformly diffuse the sample. These may be provided individually for each purpose, but it is preferable to provide both layers at the same time. Further, the filtrate layer and / or the liquid retaining layer may be installed so as to cover at least the measurement electrode, and may cover only the measurement electrode or the measurement electrode and the counter electrode. When the compensation pole is provided, the compensation pole may be covered. When both the filtrate layer and the liquid-retaining layer are provided, it is preferable to provide the liquid-retaining layer and then the filtrate layer in this order on the electrode.

【0046】保液層としては、微量の供給試料に対して
吸収性があり、試料を電極系上に一様に拡散することが
できるものを使用する。このような観点から、水溶液系
の生体試料の場合には吸水性高分子が好適であり、カル
ボキシメチルセルロース、ゼラチン、メチルセルロー
ス、デンプン系あるいはアクリル酸塩系、ビニルアルコ
ール系、ビニルピロリドン系もしくは無水マレイン酸系
のポリマーが好適である。これらの高分子物質は容易に
水溶液とすることができるので、適当な濃度の水溶液を
電極上に塗布、乾燥することにより必要な厚さの薄膜を
形成しうる。また、レーヨン等の親水性不織布を用い、
毛細管現象を利用して供給試料を電極まで供給すること
も可能である。親水性不織布を用いる場合は、親水性粘
着剤で貼付したり、機械的に設置したりする方法で電極
上に設ける。保液層の厚さは0.1 〜10μm 程度である。
As the liquid-retaining layer, one having absorptivity for a small amount of supplied sample and capable of uniformly diffusing the sample on the electrode system is used. From such a viewpoint, a water-absorbing polymer is preferable in the case of an aqueous-system biological sample, and carboxymethylcellulose, gelatin, methylcellulose, starch-based or acrylate-based, vinyl alcohol-based, vinylpyrrolidone-based or maleic anhydride is used. Polymers of the system are preferred. Since these polymer substances can be easily made into an aqueous solution, a thin film having a required thickness can be formed by applying an aqueous solution having an appropriate concentration onto the electrode and drying. Also, using a hydrophilic non-woven fabric such as rayon,
It is also possible to supply the supply sample to the electrode by utilizing the capillary phenomenon. When a hydrophilic non-woven fabric is used, it is provided on the electrode by a method such as sticking it with a hydrophilic adhesive or mechanically setting it. The thickness of the liquid retaining layer is about 0.1-10 μm.

【0047】濾液層は、供給する試料中に含まれる細
胞、赤血球、タンパク質等の比較的大きな妨害物質の電
極表面上への拡散を抑止し、なおかつ測定対象となる基
質を透過させる機能を有するものである。このような機
能を有する材料としては、ポリカーボネート、セルロー
スアセテート、ナイロン不織布、レーヨン、セラミック
ス等の多孔体が好適であり、その孔径が通常0.001 μm
〜10μm 、好ましくは0.01μm 〜1μm のものを使用す
る。濾液層の形成は、電極上あるいは保液層の上に高分
子物質の溶液を塗布、乾燥することにより行うか、ある
いは多孔体の薄膜を機械的に密着させる等の方法で設置
することにより行うことができる。
The filtrate layer has a function of suppressing diffusion of relatively large interfering substances such as cells, erythrocytes, and proteins contained in the sample to be supplied onto the electrode surface, and allowing the substrate to be measured to permeate. Is. As a material having such a function, a porous material such as polycarbonate, cellulose acetate, nylon non-woven fabric, rayon, or ceramics is suitable, and its pore diameter is usually 0.001 μm.
.About.10 .mu.m, preferably 0.01 .mu.m to 1 .mu.m is used. The formation of the filtrate layer is performed by applying a solution of a polymer substance on the electrode or the liquid-retaining layer and drying it, or by setting it by a method such as mechanically adhering a thin film of a porous body. be able to.

【0048】濾液層および/または保液層を設けたバイ
オセンサでは、濾液層または保液層上に試料を直接滴下
して測定することができる。両層を設けた場合、濾液層
で妨害物質が除去され保液層に浸透した試料は電極上で
一様に拡散するため、微量の試料の場合でもそのまま使
用して精度よく測定することができる。
In a biosensor provided with a filtrate layer and / or a liquid retaining layer, the sample can be dropped directly onto the filtrate layer or the liquid retaining layer for measurement. When both layers are provided, interfering substances are removed in the filtrate layer and the sample that has penetrated into the liquid retention layer diffuses uniformly on the electrode, so even a small amount of sample can be used as it is for accurate measurement. .

【0049】濾液層および保液層には、これらの層の少
なくとも1層中に抗血凝固剤を担持させれば、測定試料
として採血したままの全血を使用しても迅速、安定に測
定ができる。血液は粘性が高く、電極に滴下後、濾液層
あるいは保液層を通過して酵素固定化層に到達させ基質
濃度に応じた出力電流を得るには1分以上を要してい
た。これは、血液が大気に接触した瞬間から凝固が始ま
り、徐々に増粘するためであると考えられる。抗血凝固
剤を用いると例えば15秒程度の短い時間で酵素固定化
層に達し一定の出力電流値が得られる。使用する抗血凝
固剤としてはフッ化ナトリウムが安定で取扱も容易であ
るため好適であるが、その他、ヘパリン、クエン酸ナト
リウム、エチレンジアミン四酢酸も使用でき、試料液の
通過時間を短縮させ、迅速に応答電流が得られるという
効果を発揮する。抗血凝固剤を担持させる方法として
は、濾液層や保液層を形成する際、その塗布溶液中に予
め所定濃度に抗血凝固剤を溶解もしくは分散させた溶液
を用いる方法がある。
In the filtrate layer and the liquid-retaining layer, if an anticoagulant is carried in at least one of these layers, the whole blood as collected as a measurement sample can be used for quick and stable measurement. You can Blood has a high viscosity, and it took one minute or more to drop the electrode, pass through the filtrate layer or the liquid-retaining layer, reach the enzyme immobilization layer, and obtain an output current corresponding to the substrate concentration. It is considered that this is because blood begins to coagulate from the moment it comes into contact with the atmosphere and gradually thickens. When an anticoagulant is used, it reaches the enzyme immobilization layer in a short time of, for example, about 15 seconds and a constant output current value is obtained. As an anticoagulant to be used, sodium fluoride is preferable because it is stable and easy to handle, but in addition, heparin, sodium citrate, and ethylenediaminetetraacetic acid can also be used to shorten the transit time of the sample solution and The effect that a response current is obtained is exhibited. As a method of supporting the anticoagulant, there is a method of using a solution in which the anticoagulant is dissolved or dispersed at a predetermined concentration in the coating solution when forming the filtrate layer or the liquid retaining layer.

【0050】本発明のバイオセンサに電位を印加して酵
素反応による応答電流を測定する際は、パルス電位を印
加するのが好ましい。定常状態電流の印加では、電極の
表面状態が目的以外の電気化学反応等により変化するの
で、測定誤差を生じやすくなる。パルス電位を印加すれ
ば、このような電極の劣化を極力低減でき、安定化時間
が短いことからも好適である。また、補償極を設けたバ
イオセンサを用いた測定では、測定極と対極、および補
償極と対極との間に連続して、あるいは同時に所定の電
位を印加し、それにより両電極間を流れる電流値を測定
し、両者の間の電流値の差を酵素反応による応答電流と
して定量することができる。
When a potential is applied to the biosensor of the present invention to measure a response current due to an enzymatic reaction, it is preferable to apply a pulse potential. When a steady-state current is applied, the surface state of the electrode changes due to an electrochemical reaction other than the purpose, so that a measurement error is likely to occur. It is preferable to apply a pulse potential because such deterioration of the electrode can be minimized and the stabilization time is short. Further, in the measurement using a biosensor provided with a compensation electrode, a predetermined potential is continuously or simultaneously applied between the measurement electrode and the counter electrode, and between the compensation electrode and the counter electrode, whereby the current flowing between both electrodes is increased. The value can be measured, and the difference in current value between the two can be quantified as the response current due to the enzymatic reaction.

【0051】本発明のバイオセンサを用いれば、グルコ
ース等の糖分、乳酸、アルコール等の血液や尿中の微量
生体物質や、食品加工プロセスにおける糖分、アルコー
ル分等を測定できる。本発明のバイオセンサでは、試料
を希釈、攪拌することなく血液のような試料でもそのま
ま使用でき、また試料が微量であっても高精度で簡便に
分析することが可能であるのに加え、外気温度や試料液
温度に影響されず安定した測定が可能である。
By using the biosensor of the present invention, it is possible to measure sugars such as glucose, lactic acid, alcohol and other trace biological substances in blood and urine, and sugars and alcohols in food processing processes. In the biosensor of the present invention, a sample such as blood can be used as it is without diluting or agitating the sample, and even if the sample is a small amount, it can be easily analyzed with high accuracy. Stable measurement is possible without being affected by temperature and sample solution temperature.

【0052】[0052]

【実施例】【Example】

【0053】[0053]

【実施例1】両面銅張りガラスエポキシ基板(松下電工
製R−1701)をエッチングして図1に示す形状の測定極
部(直径1.5 mm) および対極部を形成し、その裏側に図
2の端子部分を形成し、さらに全面を電解質銀めっきし
て電極とした。次に、表側は、電極部を残してエポキシ
樹脂塗料をスクリーン印刷してモールドした。裏側に
は、図2に示す形状でポリマー型厚膜抵抗ペーストを印
刷し、硬化させて厚さ約20μmの印刷抵抗体 (面積抵抗
約1KΩ/ □) を得た。表側の電極部のうち、対極部は
0.1 M塩酸中で0.4 mA/cm-2の電流密度で2分間アノー
ド分極させ、表面に塩化銀を析出させた。
Example 1 A double-sided copper-clad glass epoxy substrate (R-1701 manufactured by Matsushita Electric Works, Ltd.) was etched to form a measurement pole portion (diameter 1.5 mm) and a counter pole portion having the shape shown in FIG. 1, and the back side of FIG. A terminal portion was formed and the entire surface was plated with electrolytic silver to obtain an electrode. Next, on the front side, an epoxy resin paint was screen-printed and molded, leaving the electrode portion. On the back side, a polymer type thick film resistor paste was printed in the shape shown in FIG. 2 and cured to obtain a printed resistor (area resistance of about 1 KΩ / □) having a thickness of about 20 μm. Of the electrode part on the front side, the counter electrode part
Anodic polarization was performed for 2 minutes at a current density of 0.4 mA / cm -2 in 0.1 M hydrochloric acid to deposit silver chloride on the surface.

【0054】7,7',8,8'-テトラシアノキノジメタン (試
薬、キシダ化学製、以下TCNQと略す) 1.0gをアセトニト
リル (試薬、スペクトル用) 10mg中に加えてTCNQの飽和
溶液を調製した。このTCNQ飽和溶液を2μl測り取り、
室温下で上記電極の測定極部に滴下、自然乾燥した。こ
の操作を計5回繰り返し、測定極部の全面に濃紫色の微
細な針状結晶を有する有機CT錯体薄膜を形成させた。
1.0 g of 7,7 ', 8,8'-tetracyanoquinodimethane (reagent, manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd., abbreviated as TCNQ hereinafter) was added to 10 mg of acetonitrile (for reagents and spectra) to give a saturated solution of TCNQ. Prepared. Weigh 2 μl of this TCNQ saturated solution,
At room temperature, it was dropped on the measurement electrode part of the above electrode and naturally dried. This operation was repeated 5 times in total to form an organic CT complex thin film having dark purple fine needle-shaped crystals on the entire surface of the measurement electrode.

【0055】グルコースオキシダーゼ (Aspergillus n
iger由来、Sigma 社製、Type VII)40mgを1mlの100m
Mリン酸緩衝液(pH7.0)に溶解した後、4μlを測り取
り、上記測定極部に塗布風乾した。
Glucose oxidase (Aspergillus n
iger-derived, Sigma, Type VII) 40mg 1ml 100m
After dissolving in M phosphate buffer (pH 7.0), 4 μl was measured and applied to the above-mentioned measurement electrode part and air-dried.

【0056】ポリビニルブチラール樹脂〔商品名: エス
レックB、BX−L 、積水化学工業(株)製〕1.0 gおよ
び1,1'- ジメチルフェロセン [試薬、東京化成 (株)
製] 1.0 gをエチルカルビトール2.5 gに溶解して還元
型メディエーターを含有する組成物とした。この組成物
をスクリーン印刷機を用いて前記測定極部に印刷した
後、80℃中10分間乾燥して約3μm の厚みを有する還元
型メディエーターを含有する層を形成した。
Polyvinyl butyral resin [trade name: S-REC B, BX-L, manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.] 1.0 g and 1,1'-dimethylferrocene [reagent, Tokyo Kasei Co., Ltd.]
Manufacture] 1.0 g was dissolved in 2.5 g of ethyl carbitol to prepare a composition containing a reduced mediator. The composition was printed on the measurement electrode portion using a screen printer and dried at 80 ° C. for 10 minutes to form a layer containing a reduced mediator having a thickness of about 3 μm.

【0057】次に、前出のTCNQ溶液を1μl測り取り、
上記測定極上に塗布、風乾させた後、純水で洗浄した。
カルボキシメチルセルロースの1重量%、およびフッ化
ナトリウム2重量%を含む水溶液を5 μl 測り取り、測
定極、および対極上に塗布、乾燥した後、ポリカーボネ
ートの塩化メチレン溶液を塗布、乾燥してセンサを作製
した。
Next, 1 μl of the above-mentioned TCNQ solution was measured,
After coating on the above-mentioned measurement electrode and air-drying, it was washed with pure water.
5 μl of an aqueous solution containing 1% by weight of carboxymethylcellulose and 2% by weight of sodium fluoride was measured and applied on the measurement electrode and the counter electrode and dried, and then a methylene chloride solution of polycarbonate was applied and dried to prepare a sensor. did.

【0058】裏面の抵抗体の端子部に電位を印加し、電
位を調整しながら電極面の表面温度を約40℃に保った。
この状態で、このセンサを図3に示す各雰囲気温度内に
設置し、10mMのグルコース濃度の全血試料5 μl を上
記電極系上に滴下して、測定極および対極の全面を覆っ
た。そのまま1分間放置した後、対極に対して、0.25V
のパルス電位を測定極に印加して、電位印加5秒後の電
流値を測定した。同様にして得られた各雰囲気温度での
結果を図3に示す。このように、本発明のバイオセンサ
では雰囲気温度の変化による影響は小さく、高精度に測
定できることがわかった。
A potential was applied to the terminal portion of the resistor on the back surface, and the surface temperature of the electrode surface was maintained at about 40 ° C. while adjusting the potential.
In this state, this sensor was placed in each atmosphere temperature shown in FIG. 3, and 5 μl of a whole blood sample having a glucose concentration of 10 mM was dropped on the electrode system to cover the entire surface of the measurement electrode and the counter electrode. After leaving it as it is for 1 minute, 0.25V is applied to the counter electrode.
Was applied to the measurement electrode, and the current value 5 seconds after the application of the potential was measured. The results obtained in the same manner at each ambient temperature are shown in FIG. As described above, it was found that the biosensor of the present invention is less affected by the change in ambient temperature and can be measured with high accuracy.

【0059】[0059]

【比較例1】実施例1において、電極裏面の抵抗体に電
位を印加せず、実施例1と同様にして測定した結果を図
3に示す。この場合、雰囲気温度野変化に対して応答電
流は大きく変化する。
Comparative Example 1 FIG. 3 shows the results of measurement performed in the same manner as in Example 1 except that no electric potential was applied to the resistor on the back surface of the electrode. In this case, the response current changes greatly with changes in the ambient temperature field.

【0060】[0060]

【実施例2】片面銅張フレキシブルポリイミド基板をエ
ッチングして、図4に示す形状の、測定極、対極、およ
び補償極を有する電極パターンを作製し、実施例1と同
様にして対極を作製し、実施例1と同様に測定極部およ
び補償極部上に導電性有機電荷移動錯体薄膜を形成した
後、同様にして測定極部にのみ酵素溶液を塗布した。
Example 2 A single-sided copper-clad flexible polyimide substrate was etched to prepare an electrode pattern having a measuring electrode, a counter electrode, and a compensating electrode having the shape shown in FIG. 4, and the counter electrode was prepared in the same manner as in Example 1. After the conductive organic charge transfer complex thin film was formed on the measurement electrode part and the compensation electrode part in the same manner as in Example 1, the enzyme solution was applied only to the measurement electrode part in the same manner.

【0061】TCNQ5.0gを300 mlのアセトン中に室温で
懸濁させ、TCNQと当量のジメチルフェロセンのアセトン
溶液を徐々に滴下し、さらに2時間攪拌した後、濾過、
乾燥してジメチルフェロセン─TCNQ錯体を得た。
5.0 g of TCNQ was suspended in 300 ml of acetone at room temperature, an acetone solution of TCNQ and an equivalent amount of dimethylferrocene was gradually added dropwise, and the mixture was stirred for another 2 hours and then filtered,
It was dried to obtain a dimethylferrocene-TCNQ complex.

【0062】ポリビニルブチラール樹脂1.0 g、上記ジ
メチルフェロセン─TCNQ錯体を 0.7g、TCNQを 0.3g測
り取り、2.5 gのエチルカルビトールを加え、乳鉢に良
く混練して酸化型メヂィエーターを含有する組成物を作
製した。これを実施例1と同様にして、スクリーン印刷
法により、測定極部および補償極上に印刷、乾燥して、
厚み約4 μm の酸化型メヂィエーターを含有する層を両
電極上に作製した。
Polyvinyl butyral resin (1.0 g), dimethylferrocene-TCNQ complex (0.7 g) and TCNQ (0.3 g) were weighed and added with 2.5 g of ethyl carbitol. It was made. This is printed in the same manner as in Example 1 by the screen printing method on the measurement pole portion and the compensation pole, and dried,
A layer containing oxidized media having a thickness of about 4 μm was prepared on both electrodes.

【0063】さらに、測定極を含む電極系の全面に、保
液層として3重量%のポリビニルアルコール、およびヘ
パリン2重量%を含む水溶液を塗布、乾燥した後、濾液
層として、酢酸セルロースのアセトン溶液を塗布、乾燥
してセンサを作製した。
Further, an aqueous solution containing 3% by weight of polyvinyl alcohol and 2% by weight of heparin was applied as a liquid-retaining layer to the entire surface of the electrode system including the measuring electrode, and after drying, an acetone solution of cellulose acetate was used as a filtrate layer. Was applied and dried to prepare a sensor.

【0064】これとは別に、ガラス板に図5に示す形状
の端子部分を銀ペーストで作製し、さらにポリマー型厚
膜抵抗ペーストを図5に示す形状に印刷した (抵抗体膜
厚約20μm )。この抵抗体上に、前記電極系が乗るよう
に張り合わせてセンサとした。
Separately from this, a terminal portion having a shape shown in FIG. 5 was formed on a glass plate with silver paste, and a polymer type thick film resistor paste was printed in a shape shown in FIG. 5 (resistor film thickness: about 20 μm). . A sensor was formed by laminating the electrode system on the resistor so that the electrode system was mounted on the resistor.

【0065】このセンサを用い、実施例1と同様にして
印加電位を調整しながら、電極表面の温度を約40℃と
し、図6に示す雰囲気温度内に設置した。この電極系上
にグルコース濃度20mMの全血試料5μl を滴下し、保
液層を通して電極系の全面を試料液で覆った。そのまま
30秒放置した後、対極に対して0.25V のパルス電位を測
定極に印加し、印加5秒後の電流値を測定した。引続
き、対極に対して 0.25Vのパルス電位を補償極に印加
し、同様に印加5秒後の電流値を測定した。測定極およ
び補償極で得られた両者の電流値の差を応答電流とし
た。図6に示すように、本発明バイオセンサを使用した
場合、雰囲気温度の影響を受けず、ほぼ一定の応答電流
が得られた。
Using this sensor, the temperature of the electrode surface was set to about 40 ° C. while adjusting the applied potential in the same manner as in Example 1, and the sensor was placed within the ambient temperature shown in FIG. 5 μl of a whole blood sample having a glucose concentration of 20 mM was dropped on the electrode system, and the entire surface of the electrode system was covered with the sample solution through the liquid retaining layer. As it is
After standing for 30 seconds, a pulse potential of 0.25 V was applied to the measurement electrode against the counter electrode, and the current value 5 seconds after the application was measured. Subsequently, a pulse potential of 0.25 V was applied to the compensating electrode with respect to the counter electrode, and the current value 5 seconds after the application was similarly measured. The difference between the current values obtained at the measurement pole and the compensation pole was taken as the response current. As shown in FIG. 6, when the biosensor of the present invention was used, a substantially constant response current was obtained without being affected by the ambient temperature.

【0066】[0066]

【比較例2】実施例2において、ガラス板上の抵抗体に
電位を印加せず、実施例2と同様にして測定した結果を
図6に示す。この場合、雰囲気温度の変化に対して応答
電流は大きく変化する。
COMPARATIVE EXAMPLE 2 The result of measurement in the same manner as in Example 2 without applying a potential to the resistor on the glass plate in Example 2 is shown in FIG. In this case, the response current changes greatly with changes in the ambient temperature.

【0067】[0067]

【発明の効果】本発明によれば、有機電荷移動錯体を電
極材料に利用した酵素電極を用い、長期にわたり高精度
で、しかも微量試料でも簡便に測定することができるバ
イオセンサにおいて、さらに、発熱素子を設けることに
より、外気温度や試料液温度に影響されず、常に安定し
て高精度な測定が可能なバイオセンサを提供できる。ま
た、電極上に濾液層や保液層を設ければ、高濃度基質の
場合でも良好な応答性を有し、また極微量の試料でも測
定可能となる。さらに、濾液層および保液層に少なくと
も1層中に抗血凝固剤を担持させれば、より迅速な測定
を行なうことができる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a biosensor that uses an enzyme electrode using an organic charge transfer complex as an electrode material and can easily measure even a small amount of sample with high accuracy over a long period of time is further provided. By providing the element, it is possible to provide a biosensor that can always perform stable and highly accurate measurement without being affected by the outside air temperature and the sample liquid temperature. Further, if a filtrate layer or a liquid retention layer is provided on the electrode, it has good responsiveness even in the case of a high-concentration substrate, and it becomes possible to measure an extremely small amount of sample. Furthermore, if at least one layer of the filtrate layer and the liquid-retaining layer is loaded with an anticoagulant, more rapid measurement can be performed.

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

【図1】本発明バイオセンサの電極面を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an electrode surface of a biosensor of the present invention.

【図2】本発明バイオセンサの電極面の裏面を示す図で
ある。
FIG. 2 is a view showing the back surface of the electrode surface of the biosensor of the present invention.

【図3】実施例1および比較例1で測定した雰囲気温度
と応答電流の関係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the ambient temperature and the response current measured in Example 1 and Comparative Example 1.

【図4】本発明バイオセンサの電極面の他の例を示す図
である。
FIG. 4 is a diagram showing another example of the electrode surface of the biosensor of the present invention.

【図5】本発明バイオセンサの電極面の裏面の他の例を
示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing another example of the back surface of the electrode surface of the biosensor of the present invention.

【図6】実施例2および比較例2で測定した雰囲気温度
と応答電流の関係を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the ambient temperature and the response current measured in Example 2 and Comparative Example 2.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1: 基板 2: 対極 3: 測定極 4: 補償極 5: エポキシ樹脂 6: リード部 7: 対極端子 8: 測定極端子 9: 補償極端子 10:印刷抵抗体 11:抵抗体端子 1: Substrate 2: Counter electrode 3: Measurement electrode 4: Compensation electrode 5: Epoxy resin 6: Lead part 7: Counter electrode terminal 8: Measurement electrode terminal 9: Compensation electrode terminal 10: Printing resistor 11: Resistor terminal

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 測定極と対極とからなる電極系を絶縁基
板の一方の面に設け、該測定極が有機電荷移動錯体結晶
を導電層として含む電極に酵素および電子メディエータ
ーを固定化したものであるバイオセンサにおいて、前記
絶縁基板の他面側あるいは絶縁基板中に、発熱素子を設
けたことを特徴とするバイオセンサ。
1. An electrode system comprising a measuring electrode and a counter electrode is provided on one surface of an insulating substrate, and the measuring electrode has an enzyme and an electron mediator immobilized on an electrode containing an organic charge transfer complex crystal as a conductive layer. In a certain biosensor, a heating element is provided on the other surface side of the insulating substrate or in the insulating substrate.
【請求項2】 測定極上、あるいは測定極を含む電極系
上に濾液層および/または保液層を設けた請求項1記載
のバイオセンサ。
2. The biosensor according to claim 1, wherein a filtrate layer and / or a liquid retaining layer is provided on the measurement electrode or on the electrode system including the measurement electrode.
【請求項3】 濾液層および/または保液層中に抗血凝
固剤を担持させた請求項2記載のバイオセンサ。
3. The biosensor according to claim 2, wherein an anticoagulant is carried in the filtrate layer and / or the liquid retaining layer.
【請求項4】 さらに、酵素が固定化されていない補償
極を設けた請求項1ないし3のいずれかに記載のバイオ
センサ。
4. The biosensor according to claim 1, further comprising a compensation electrode having no enzyme immobilized thereon.
【請求項5】 酵素が酸化還元酵素である請求項1ない
し4のいずれかに記載のバイオセンサ。
5. The biosensor according to claim 1, wherein the enzyme is a redox enzyme.
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