JPH0640088B2

JPH0640088B2 - バイオセンサ

Info

Publication number: JPH0640088B2
Application number: JP60249203A
Authority: JP
Inventors: 真理子河栗; 史朗南海; 孝志飯島
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1985-11-07
Filing date: 1985-11-07
Publication date: 1994-05-25
Anticipated expiration: 2009-05-25
Also published as: JPS62108145A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明はバイオセンサに関し、生体試料中の特定成分を
検知することが可能であり、医療分野や食品工学などに
幅広く応用できるものである。

従来の技術医療技術の進歩とともに血液や尿中の特定成分を測定す
ることにより健康のチェック，病気の状態，治療の効果
などがわかるようになった。しかし、従来は病院の臨床
検査室で大型の機械や複雑な手法で調べているため、時
間や費用がかかるという問題があった。そこで、もっと
簡易にその場で測定できるセンサが望まれている。その
１つの試みとして第３図のような多層式の分析担体が提
案されている。これは透明な支持体１０の上に試薬層１
１，展開層１２，防水層１４，過層１３が順に積層し
た構造になっている。血液サンプルを上部から滴下する
と、まず過層１３により血液中の赤血球，血小板など
の固形成分が除去され、防水層１４にある小孔から展開
層１２へ均一に浸透し、試薬層１１において反応が進行
する。反応終了後、透明な支持体１０を通して矢印の方
向から光をあて、分光分析により基質濃度を測定する方
式である。この方式は、微量の血液を滴下することによ
り簡易に測定できるというメリットがある。しかし、血
液の浸透および反応に時間がかかるため、サンプルの乾
燥を防ぐ防水層１４が必要となったり、反応を速めるた
めに高温でインキュベートする必要があり、装置および
担体が複雑化するという問題がある。

発明が解決しようとする問題点本発明のセンサは、上記の問題点である装置や担体の複
雑化をさけ、簡易な装置および担体で迅速に精度よく基
質が測定できることを目的とする。

問題点を解決するための手段本発明のバイオセンサは、絶縁性の基板に測定極，対極
および参照極からなる電極系を設けた電極部の上に、空
間部を介して、保液層と酸化還元酵素と前記酵素と共役
する酸化型色素を多孔体膜に担持した反応層を枠体には
さんで設置した。さらに、電極部の空間部内に保液層が
保持されるようにした。又、血液用としては、反応層の
担体となる多孔体膜の孔径が２μｍ以下の材料を用い
た。

作用血液を滴下すると反応層中の酸化還元酵素および前記酵
素と共役する酸化型色素が血液中の基質と反応する。血
液中の赤血球などは、多孔体膜の孔径が２μｍ以下のさ
め、過され、液である反応した血漿が保液層により
すみやかに電極部に誘導され、そこで電極反応により反
応量を検知する。このように、短時間で血液サンプルが
反応し過されるため、簡易な装置および担体で精度よ
く基質の測定が可能となった。

実施例バイオセンサの１つとして、グルコースセンサを例に説
明する。酸化還元酵素としてグルコースオキシダーゼ
を、酸化還元酵素と共役する酸化型色素としてフェリシ
アン化カリウムを用いた。第１図Ａ，Ｂにグルコースセ
ンサの一実施例の模式断面図を示す。断面図Ａ，Ｂは互
いに直交した面の断面図である。電極部はポリ塩化ビニ
ル樹脂からなる絶縁性の基板１に、空間部２として幅
３．４mm深さ０．１５mmの溝を形成して白金を埋めこん
でおり、測定極３，対極４，および参照極５からなる電
極系を構成した。前記電極系を覆うように枠体８および
９に反応層６に保液層７をはさんで構成した測定チップ
を設置する。反応層６は孔径２μｍ，厚さ１５０μｍの
多孔体膜（ミリポア社製，ミリポアフィルタ）からな
り、グルコースオキシダーゼ５０mgとフェリシアン化カ
リウム４００mgをそれぞれリン酸緩衝液(pH５．６)1cc
に溶かした高濃度の溶液を含浸し、エタノールのような
水に対する溶解度の大きい有機溶媒中に浸漬後真空乾燥
してグルコースオキシダーゼおよびフェリシアン化カリ
ウムの細かい結晶を高密度に担持している。保液層７と
して、幅２mmの帯状のレーヨン紙を用いた。レーヨン紙
の両端は第１図の断面図Ａのように枠体８，９により固
定されている。ここで測定チップを電極側から見た図を
第２図のＢに示し、又電極部の上面図を第２図のＣに示
した。さらにレーヨン紙は電極部の幅３．４mmの溝の内
部にはまりこむような位置に保持されており、電極部の
溝以外の部分によって第１図の断面図Ｂのように測定チ
ップの反応層６が支えられている。上記の反応層６と保
液層７を枠体８，９によって圧着や溶着又はエポキシ樹
脂等の接着剤により固定している。第２図Ａはこのセン
サの組立前の分解斜視図である。

上記反応層６上に、試料液として血液３０μｌを添加し
充分浸透させた後、参照極５を基準に測定極３の電圧を
０＋０．１Ｖの間で鋸歯状に０．１Ｖ／秒で変化させ
た。この場合、白金からなる参照極５の電位は試料液に
溶解しているフェリシアン化カリウムとフェロシアン化
カリウムの濃度比で決定される。添加された血液中のグ
リコースが反応層６に担持されているグルコースオキシ
ダーゼにより酸化される際、酵素一色素共役反応により
フェリシアン化カリウムが還元されフェロシアン化カリ
ウムが生成する。同時に、反応層６を浸透する間に、血
液中に大きな固形成分である赤血球などが過される。
血液のような高粘度で微量のサンプルを炉過させるのは
むずかしいが、下にレーヨン紙６のような親水性の薄膜
を設置することにより、すみやかに過できる。さら
に、過された反応液は、帯状のレーヨンを均一にひろ
がり、その下の電極部に供給される。反応液中のフェロ
シアン化カリウムを測定極３の電圧を掃引することによ
り酸化し、その時流れる酸化電流を測定する。この酸化
電流は色素の変化量に比例し、色素が充分に存在すれば
色素の変化量は基準濃度に対応するため、グルコースの
濃度が検知できる。このグルコースセンサを用いると５
００mg／dlという高濃度のグルコースが２分という短時
間で測定できた。これは、従来例のように、過して反
応を行なわせるのではなく、反応と過を同時に行なわ
せる構成によるからであり、高濃度の基質に充分対応で
きる酵素と色素がとけやすい状態で担持されているため
短時間で反応が終了したと考えられる。さらに、反応層
６の下に親水性の薄いレーヨン紙７を置くことにより、
わずか３０μｌという微量の血液の過をすみやかにお
こなわせ、電極上に均一に反応液を展開して安定した応
答電流がとれるようになった。保液層は、少なくとも各
電極の上を覆っており、できるだけ小面積な形状が望ま
しい。保液層７を反応層６と同じ形状にして枠体８，９
に組みこむと、血液は、枠体８，９により固定された保
液層７の外周部部分において早く過されその部分に溜
まるため、反応液が電極部に供給されにくくなった。保
液層７を帯状にすることにより、溜まりやすい外周部の
面積が減り、レーヨン紙がすみやかにぬれ、電極部に反
応液を供給した。又、レーヨン紙の大きさが小さくなっ
たため、１５μｌという微量のサンプルでも集中的に反
応液を電極上に供給することにより測定が可能となっ
た。電極の溝の幅を１．５mmにしてレーヨン紙７が電極
の溝を覆うようにしたところ、反応液が供給される際に
生じたアワがぬけなくて、測定極上に付着し、測定の妨
害をする場合があった。そこで、電極の溝の幅をレーヨ
ン紙の幅より広くし、第１図の断面図Ｂのように空間部
２にレーヨン紙７がセットされるようにしたところ、ア
ワの形成は見られず、安定して測定できた。これは、レ
ーヨン紙７と電極の溝の間があいているので、空気のぬ
け道となり、アワが形成されないためと考えられる。さ
らに、電極部に設けた溝の深さを保液層の厚みより大き
くすることで直接電極表面にレーヨン紙７が接触するこ
とがなく、測定極３の反応面積を常に一定に保ち再現性
のよい応答が得られた。今回は、厚み６０μｍという薄
膜のレーヨン紙を用いたが、厚みを増すと液の保持量が
増加し、サンプル量を多く必要とした。又、レーヨン紙
に酵素や色素を担持したところ、反応層６との接触面が
酵素や色素の結晶により接点が減少し過に時間がかか
った。以上より保液層７としては、親水性の薄膜で何も
担持されていないことが望ましく、形状は電極の溝より
小さく最小限の面積で電極糸の上を覆っていることが必
要である。

本発明のバイオセンサは、試料液以外の希釈液などは必
要としないため、血液の添加量を１５〜１００μｌに変
化させたところ、同一の血液では添加量に関係なく一定
の値を示した。このため、添加量を正確にする必要がな
く、微量の血液を添加するだけで簡易に測定が可能とな
った。さらに、高濃度の酵素および酸化型色素を用いる
ことにより２分という短時間で反応が終了しているた
め、高温でインキュベートするための装置や蒸発を防ぐ
防水層が不要で、簡易な装置および担体で精度よく測定
できた。

反応層として、孔径２μｍの多孔体膜を用いたが、血液
をサンプルとする場合は、赤血球の大きさ，流動性を考
慮し、２μｍ以下の孔径とすると血球の過が可能とな
る。しかし、あまり孔径を小さくしてしまうと血球によ
り孔がつまってしまい、過に時間がかかってしまう。
また、実施例に述べた測定チップを用いてグルコース濃
度と電流値の直線性を調べたところ、１０００mg／dlと
いう高濃度域まで良好な直線性が得られた。これは、反
応層として用いている多孔体膜においては、反応と過
が同時に行なわれるため、血液の浸透が徐々に行なわれ
ていくので未反応の液が先に過されることなく、孔内
の酵素と酸化型色素により均一に反応した液が過され
ると考えられる。

保液層としてレーヨン紙を用いたが、反応層から微量の
液をすみやかに電極上に展開するには、親水性でかつ薄
い多孔性の膜であることが望ましい。レーヨン紙の他に
紙やナイロンの不織布なども使用できた。

色素としては、上記実施例に用いたフェリシアン化カリ
ウムが安定に反応するので適しているが、Ｐ−ベンゾキ
ノンを使えば反応速度が早いので高速化に適している。
又、２，６−ジクロロフェノールインドフェノール、メ
チレンブル、フェナジンメトサルフェート、β−ナフト
キノン４−スルホン酸カリウムなども使用できる。

なお、上記実施例におけるセンサはグルコースに限ら
ず、アルコールセンサやコレステロールセンサなど、酸
化還元酵素の関与する系に用いることができる。酸化還
元酵素としてはグルコースオキシダーゼを用いたが、他
の酵素、たとえばアルコールオキシダーゼ、キサンチン
オキシダーゼ、コレステロールオキシダーゼ等も用いら
れる。なお、酵素は架橋剤等で固定化しても用いること
ができた。

発明の効果本発明のバイオセンサによれば、直線微量なサンプルを
滴下するだけで、特定成分を短時間に精度よく測定する
ことができた。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，Ｂは本発明の一実施例におけるグルコースセ
ンサの断面図、第２図Ａはその組立前の分解斜視図、同
Ｂは測定チップの下面図、同Ｃは電極部の上面図、第３
図は従来のバイオセンサの模式図である。１……基板、２……溝、３……測定極、４……対極、５
……参照極、６……反応層、７……保液層、８，９……
枠体、１０……支持体、１１……試薬層、１２……展開
層、１３……過層、１４……防水層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性の基板に測定極，対極および参照極
からなる電極系を設けた電極部の上に、空間部を介して
保液層と、酸化還元酵素およびこの酵素と共役する酸化
型色素を含んだ多孔体膜からなる反応層を枠体にはさん
で設置し、さらに前記保液層は親水性の多孔体からな
り、少なくとも前記空間部内に保持される形状であるこ
とを特徴とするバイオセンサ。
【請求項２】反応層を形成する多孔体膜の孔径が２μｍ
以下で、血球の過が可能である特許請求の範囲第１項
記載のバイオセンサ。