JPH06507479A - センサデバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 センサデバイス 本発明は、生理学的液体（例えば血液）又は流出物のような液体試料中に存在し 得る１種以上の成分の検出に使用されるセンサデバイスに関する。

一般に、検定されるべき成分は脂肪親和性であり、かつ検出されるべき成分の他 に、分析すべき液体試料は、選択性がなければ、所望の成分の検出を妨害する別 の成分を含有することがある。典型的には、分析すべき液体試料は、主として親 水性成分と、イオン化された種からなる。例えば、生理学的液体の場合には、検 出すべき親油性成分は、パラセタモール（アセトアミノフヱン）のようなフェノ ール系化合物であり、かつ電流センサを用いた生理学的液体の分析で一般に遭遇 する妨害物質は、荷電アスコルベート、ウレート、グルタチオン及び特定のアミ ノ酸である。従って、所望の成分の信頼のおける測定は、有効な選択性を必要と する。

本発明の１態様によれば、液状試料中に存在する予め選択した親油性の成分を検 出しかつ該試料内の前記成分の含量を表す出力を生じる手段と、選択透過性手段 と、前記選択透過性手段を連続した液体又はゲル相として固定して検出手段と分 析すべき液状試料との間に実質的に電気絶縁バリヤーを形成する手段とからなり 、前記選択透過性媒体が分析すべき試料中に存在し得る電荷を帯びた実質的に非 親油性種に対して実質的に不透過性でありかつ親油性種に対して分画によって選 択性であり、それにより試料内の前記の予め選択された親油性成分のいずれかが 検出手段のよってバリヤーの他方の側で検出するために分画しかつバリヤーを経 て拡散するセンサデバイスが提供される。

検出手段は、好ましくは電気化学的性質を有するが、但し分光光度計又は光学検 出装置のような別のタイプも使用することができる。

検出手段は、一般には電極装置と、液体又はゲル相電解賞含有媒体とからなる。

最も多い適用形では、電解質媒体は液状であるが、しかし本明細書で使用されて いるように、電解質媒体は有機ベース並びに水性ベース媒体である媒体を含むも のとして構成されているべきあると解されるべきである。有利には、選択透過性 バリヤーは、電解質媒体に対して実質的に不透過性である。

予め選択した親油性成分は、使用される電極作動条件下で電気化学的に活性であ ってよく、この場合には、検出系は好ましくは予め選択した成分に直接応答する 。特に予め選択した成分が電気化学的活性度を有していないか、又は問題になら ない電気化学的活性度を有するに過ぎない場合には、検出手段は有利には予め選 択した成分と相互作用して直接的に検出可能な電気化学的活性種を生じる手段か らなる。従って、例えば、該検出手段は、予め選択した親油性成分と相互作用し て即座に検出可能な電気化学的活性種を生じる能力を有する酵素が配合された電 解質媒体からなっていてもよい。

本発明のより特殊な１つの態様によれば、電解質媒体を含む検出装置と、選択透 過性媒体と、前記選択透過性媒体を連続した液体又はゲル相として固定して検出 手段と分析すべき液状試料との間に実質的絶縁バリヤーを形成する手段とからな り、前記選択透過性媒体が分析すべき試料中に存在し得る電荷を帯びた実質的に 非親油性種に対して実質的に不透過性でありかっこのような試料中に含有される 親油性種に対して分画によって選択性であるセンサデバイスが提供される。

本発明のもう１つの態様によれば、電荷を帯びた実質的に非親油性種を含有する 試料内の親油性分析物を測定する方法が提供され、該方法は、試料を、連続した 液体又はゲル相として固定された選択透過性媒体と接触させて、電解質媒体を含 む検出系を含有する電気絶縁層を形成し、該試料と選択透過性物質との接触をバ リヤーの、電解質媒体に面した側とは反対側で行い、かつ選択透過性媒体が前記 の電荷を帯びた実質的に非親油性種に対して実質的に不透過性でありかつ親油性 種に対して分画によって選択性であり、かっバリヤーを経て拡散する親油性分析 物を直接的又は間接的に検出する検出装置を使用することよりなる。

有利には、検出装置は電極装置からなるが、しかしその代わりに、分光分析器又 は光学装置のような何らかの別の形であってもよい。電極装置を使用する場合に は、非電位差計型が有利である。非電位差計型電極装置の例は、アンペロメトリ ック、ガルバニック、ホト−ガルパニック及びクーロメトリツク型を包含する選 択透過性媒体は、一般にガス、例えば酸素に対して透過性であるべきである。

分析物は、直接的に例えば電極電流を発生せしめる分析物の分解を惹起する電極 装置を使用することにより検出することができる。従って例えば、電流滴定形電 極装置の場合には、作用電極は、検出することが所望される少な（とも１種の親 油性有機種の分解を惹起するように電気的に極性化されていてもよい。その代わ りに、分析物を間接的方法によって検出することもできる。例えば、バリヤーを 透過させた後に、分析物を、直接的に電気的に検出することができる種の製造又 は消費を惹起する相互作用が生じるように、バリヤーの電極側で適当な酵素と相 互作用させることができる。

選択透過性媒体は親油性種に対して選択性であるが、該センサを適当な電気的に 中性の親水性化合物、特に過酸化水素を検出するために使用する可能性を排除す るものではない。それというのも、以下に説明するように、一般に電荷を帯びた 親水性種及び殆どの中性の親水性化合物に対しては実質的に不透過性であるにも かかわらず、僅かに荷電された親水性種、例えば過酸化水素に対しである程度の 選択性を有し、従って別の親水性種から問題になる妨害を受けずに検出装置から 測定可能な信号を得るために十分な過酸化水素を透過する親油性媒体を選択透過 性媒体として使用することができるからである。

本発明のもう１つの態様によれば、電荷を帯びた実質的に非親油性種を含有する 試料から誘導される過酸化水素を検出する方法が提供され、該方法は、試料を、 連続した液体又はゲル相として固定された選択透過性媒体と接触させて、電解質 媒体を含む検出系を含有する電気絶縁層を形成し、該試料と選択透過性物質との 接触をバリヤーの、電解質媒体に面した側とは反対側で行い、かつ選択透過性媒 体が前記の電荷を帯びた実質的に非親油性種に対して実質的に不透過性でありか つ過酸化水素に対して少なくとも部分的に選択性であり、かつバリヤーを経て拡 散する親油性分析物を直接的又は間接的に検出する検出装置を使用することより なる。

過酸化水素は、例えば所望の成分と酵素との相互作用の結果として発生したちの あってよい。

本発明の１実施態様では、選択透過性媒体は支持体対の間に閉じ込めることによ り固定化されていてもよく、該支持体はイオン、親水性及び親油性種に対して透 過性である、例えばスペーサ部材を間挿した透析膜であってよく、該スペーサ部 材は、選択透過性媒体が該スペーサ部材を透過して、連続した液体又はゲル相を 形成するような構造を有する。しかしながら、有利には、選択透過性媒体は、選 択透過性媒体が連続した相を形成するようにポリマー材料内への埋め込みにより 固定されており、かつ有利にはポリマー及び選択透過性材料によって形成された 層又は膜の厚さ全体に亙って存在する。

選択透過性媒体は、好ましくは、水と混和しない油脂様物質（天然又はその他） 、例えば脂質又はエステルからなる。

本発明の有利な１実施態様によれば、選択透過性媒体は、ポリマーコンパウンド と実質的に混和不能であり、それにより実質的に均質な相を形成し、該膜の内部 にポリマー化合物によって固定化される可塑剤からなる。該可塑剤は、前記の選 択性及び非透過性特性を有するという条件付きで、一般にポリマーコンパウンド で可塑剤として使用されるような化合物の任意のものであってよい。該選択透過 性媒体は、一般にまた低い揮発性及び水及び有機相内への抽出に対する高い抵抗 を有するべきである。

選択透過性媒体として適当であり、かつまた可塑剤特性を有する化合物は、ジ− オクチルフタレート（ＤＯＰ）及びイソ−プロピルミリステート（ＩＰＭ）であ る。ジフェニルエーテル及びジオクチルアジペートのような別の可塑剤も、場合 により適当である。

選択透過性媒体をポリマー材料内に埋め込む場合には、適当なポリマー材料はポ リ塩化ビニル（ＰＶＣ）である。従って、本発明の特に有利な実施態様において は、バリヤーは可塑化されたポリマーの層、有利には可塑剤としてＤＯＰ又はＩ ＰＭを有するＰＶｃの層から構成される。

すでに述べたように、電解質媒体と、分析すべき液体試料との間に１つよりも多 いバリヤーが存在してもよい。例えば、選択透過性媒体は、内部で中間反応を起 こすことができかっこの目的のための酵素を含有していてもよい試薬含有膜又は 層、又は所望の特性、例えば予め規定した誘電性及び／又はｐＨ特性をを有する 膜７層のような、場合にはより中間媒体を有する、２つ以上の重ね合わされた層 として固定化されいてもよい。従って、若干の場合には、電極又は他の検出系と オーバレイ関係で配置された可塑化されたポリマー材料の２つ以上の重ね合わさ れた膜であってもよい。

選択透過性媒体が膜を形成するためのポリマー材料内に組み込まれている場合に は、膜表面での選択透過性物質の露出が、選択透過性媒体の周囲への若干の損失 を生じることがある。例えば選択透過性媒体がポリマー材料から浸出して試料液 体及び／又は電解質媒体、又はゴムシールリング等のような漠に近接した別の材 料中に侵入する若干の傾向が存在する。従って、該層は、膜の表面での選択透過 性媒体の上記のような損失が、膜の作用領域上のいずれかの位置で選択透過性媒 体の膜を完全に枯渇するほど激しくないような十分な厚さを有するべきである。

特に、膜の厚さは、いかなる枯渇も、該層が多孔質になりかつ種、特に電荷を帯 びた非親油性種を膜の一方の側から他方の側へ孔を経て移行せしめるほど激しく 起こらない程であるべきである。５μｍ以上、有利には１０μｍ以上の膜厚さが 好ましい、かつ典型的には、該膜厚さは２５μｍ以上であるべきである。

本発明の１つの特徴は、バリヤーの両側にｐＨ差が存在する程電荷を帯びた非親 油性種に対して実質的に不透過性である選択透過性媒体の使用がバリヤーの両側 にｐＨ差を存在せしめることである。従って、ｐＨ値は、適当な場合には必要に 応じて、例えば電極装置によって発生した信号を最適にするため（例えば、信号 の振幅及び／又は応答速度に関して）及び／又は液体試料側のｐＨを酵素／抗体 反応のために生理学的レベルに維持し、一方所望の反応生成物を、所望の生成物 の電気化学的検出を促進するか又は酵素に対して最適なｐＨを提供するために好 適なｐＨ値が支配するバリヤーの他方の側への透過を可能にするように調整する ことができる。

若干の場合には、バリヤーの試料側のｐＨ値は、選択透過性バリヤーが試料内の 特定の成分に対して選択性である範囲を決定するように調整することができる。

例えば、成分の親油性は、試料のｐＨ調整によって、予め決めたｐＨ範囲内で親 油性である特定の成分が、実質的に非親油性になり、それによりバリヤーの材料 内への該成分の分画を実質的に阻止する（又はその逆）ように制御することがで きる。この方法では、特殊な親油性成分が分析物を形成する場合、試料のｐＨの 調整を、このようなｐＨ１ｌ整が行われなければ強親油性であると思われる能力 的に競争する成分のバリヤーを経る透過を減少させるか又は排除するために使用 することができる。

選択的に、試料のｐＨ調整は、むしろ実質的に非親油性成分を、バリヤーを透過 できるように、十分に親油性にするために使用することができる。１つの典型的 な適用は、パラセテモールが競合成分である血液中のサリチレートを検出するこ とにある。生理学的ｐＨレベルでは、バラセテモールは親油性であるが、但しサ リチレートは実質的に非親油性である。しかしながら、試料を低いｐ　Ｈレベル に調整することにより、サリチレートはサリチル酸に転化し、該サリチル酸は親 油性であるの、バリヤー材料内に分画しかつパラセテモール成分と一緒に他方の 側に透過することができる。次いで、サリチル酸はパラセテモールの存在下でも 電気化学的に検出することができる、というのも電流滴定形検出を使用して、サ リチル酸はパラセテモールに比較して強力な信号を発生するからである。

電流誘導媒体は、場合により好ましくない何らかの分解生成物の悪影響を消去又 は他の形式で無効にする能力を有する何らかの形のスキャベンジャを含有するこ とができる。例えば、電解液のｐＨ条件に悪影響を及ぼす分析物の分解から生じ る分解生成物は、適当な緩衝剤により補償することができる。

本発明のセンサは、多種多様な形を有することができる。例えば、酵素タイプで あってよく、この場合には、グルコースオキシダーゼのような酵素が固定化され 、かつ酸素の存在下にグルコースの酸化を促進し、そのうようにして形成された 過酸化水素（グルコースがグルコン酸に酸化される際の同時生成物として）を次 いで選択透過性媒体を過酸化水素が透過した後に測定することができる。選択的 に、該センサは、分析物が酵素と相互作用して電流滴定的に測定することができ る生成物を産生ずるように電解質媒体（溶剤としての有機化合物を使用すること ができる）内に酵素を含有していてもよい。後者の場合、分析物が例えばエタノ ールである場合、酵素は、電解質媒体内に懸濁されているか又は選択透過性媒体 の電極側の適当に固定されていてもよいアルコールであってよ（、この場合には 、エタノール分析物と酵素との間の相互作用が電極装置で検出するための過酸化 水素を発生する。

本発明のもう１つの態様によれば、センサ装置が提供され、該センサ装置は、イ オン選択性電極を有する電極装置と、選択透過性媒体と、該選択透過性媒体を連 続した液体又はゲル相として固定化し、イオン選択性電極と分析すべき液体試料 との間に実質的に電気絶縁バリヤーを形成する手段とからなり、前記選択透過性 媒体は分析すべき試料内に存在し得る非ガス状の、電荷を帯びた実質的に非親油 性膜に対して実質的に非透過性であり、かつこのような試料に含有される親油性 有機種に対して選択的に透過性であり、前記バリヤーと前記イオン選択性電極と の間に電解質媒体が存在し、かつ前記電解質媒体が、少なくとも１つの予め選択 した親油性化合物と相互作用して、イオン選択性電極が応答するイオン性膜、又 はイオン性膜内の濃度又は活性変化を生じる試薬を含有する。

イオン選択性電極は、被覆されたワイヤタイプであってよい。

この本発明の別の態様では、選択透過性媒体及び該選択透過性媒体を固定化する 手段は、バリヤーとして可塑化したＰｖＣを使用することを含む、非電位差形電 極装置に関する本発明のこうれらの態様と組み合わせて前記に定義した特性を有 することができる。

電位差形電極装置に、イオン選択性膜としてイオン交換体を配合した可塑化した ＰｖＣ膜を使用することは公知であり、この場合にイオンはＰｖＣ膜の外側表面 で相互作用し、それによりイオン選択性膜に厚さに亙って電位差が確定される。

本発明のもう１つの態様によれば、可塑化したＰｖｃはイオン選択性膜と共に、 干渉種を排除する。即ち、バリヤーを形成する可塑化したＰｖＣは通常のイオン 選択性電極装置で使用されるイオン選択性膜として機能機能しない。

電極装置は、一般にまた基準電極を有し、イオン選択性電極と基準電極との両者 は、一般にイオン選択性゛電極と前記バリヤーのとの間に設けられた電解質媒体 内に浸漬されている。

次に添付図面を参照して、実施例により本発明の詳細な説明する。添付図面中、 第１図は、本発明に基づき選択透過性バリアが組み込まれたセンサの略示線図、 第２図は、第１図に示したセンサの部分の拡大図、第３図は、ポリカーボネート カバリング膜を有するポリカーボネート又は酢酸セルロースを使用した本発明及 び類似したセンサの特定の分析物及び妨害物に対する感度を示すヒストグラムの 形のグラフ、第４図は、カテコール及びヒドロカフェー酸の関する試料ｐＨの関 数として電極応答を示すグラフ、第５及び６図は、ＰｖＣ中の可塑剤充填におけ る変数の関数として電極応答を示すグラフ、この場合可塑剤はそれぞれＤＯＰ及 びＴＰＭである、第７図は、別の実施態様のセンサ装置の略示縦断面図、 第８図は、第７図のセンサの端面図、 第９図及び第１０図は、本発明に基づくセンサで使用することができる異なった 検定図を示す線図、及び第１１Ａ図及び第１１Ｂ図は、第１０図の検定で使用す ることができる化合物の構造式である。

第１図及び第２図について説明すると、該センサは、銀から構成された疑似基準 電極１２にとって包囲された中心白金作用電極１０を支持する支持体１１からな る。膜構造体は１４が電極系１０．１２上に配置されており、該膜構造体は、電 極１０と１２の間の電解接触を行う電解質を封入するように、支持体１１に対し てＯリングによりシール１５されている。電解質のｐＨは、調査すべき試料（こ れは一般に水性性質、例えば生理学的液体又は水性流出液を有する）のｐＨから 実質的に異なっていてもよい、それというのも膜によって形成されるバリヤーは 、イオン及び荷電親水性化合物に対して実質的に不透過性であるからである。

調査すべき試料は、膜構造体の外面、即ち電極系に対して反対側の膜構造体の面 に注ぐ。該試料は、所望の温度に試料を保持するための水ジャケット２０が組み 込まれた構造体１８によって形成される試料室１６に導入される。該試料室１６ は、適当な磁気ドライブ（図示せず）によって回転せしめられる撹拌バー２２を 内蔵する。構造体１８は、シールリング１５を圧縮するために支持体１１に締め 付けることができるねじ山付き取付は機構２４を有する。

膜構造体１４は２つの層からなり、そのうちの第１の層３６は支持体及びスペー サとしそ機能する透析膜からなり、第２の層２８は可塑化したＰｖｃからなる。

第１の層は電解質媒体を透過するので、該電解質媒体は白金及び銀電極と接触す る。可塑化したＰｖｃは、電解質及び非脂肪親和性試料（イオン化試料及び非イ オン化試料の両者）に対して実質的に不透過性であるので、ＰＶＣ膜の反対側の ｐＨ値を実質的に異ならせかつ異なったｐＨ値を維持することが可能である。

また、ＰＶＣ膜のバリヤー特性は、膜の電極側の相（及びまた試料相）を非水性 にすることを可能にする、というのもＰＶＣ膜は、バリヤーの反対側の相間のい かなる実質的混合をも阻止するからである。従って、状況によっては、電解質は 有機溶剤中に溶解されていてもよい。

ＰＶＣ膜は、選択的に脂肪親和性化合物、例えばイオン化されていないフェノー ルに対して不透過性であり、かつ特定の非荷電親水性化合物、特に過酸化水素の 対する透過性は、著しく制限されてもよいが、電荷を帯びた非親油性化合物に匹 敵するような化合物に対する透過性は、少なくとも過酸化水素に対して有効に選 択性である、従って該センサは、検出べき分析物を試料の内の分析物から誘導す ることができる過酸化水素の測定によって測定することができる分野で、使用す ることができる。

膜層２８を形成するＰｖＣは、可塑化されているが、実質的に如何なるイオン交 換物質をも有していない。しかしながら、場合により、イオン交換もしくはその 他の物質、例えば膜を透過する所望の成分の搬送を強化するために、分析物と親 和性の分子を有する化合物又はその誘導体をか膜層２８内に配合されていてもよ い。可塑化剤は油性又は脂肪性物質、例えばジ−オクチルフタレート（ＤＯＰ） 又はイソ−プロピルミリステート（ＩＰＭ）であってもよい。

実施例 本発明によるセンサで使用するためのＰＶＣ膜を、以下の方法で製造した。テト ラヒドロフラン（Ｔ　ＨＦ　）１０ｍｌをビー力に入れ、可塑剤、典型的にはＩ ＰＭ又はＤＯＰを５０〜３００μｍの範囲の量で加えた。次いで、ＰＶＣ粉末（ Ｍｗ＝２０００００）０．０６ｇを加えかつ該混合物をＰＶＣ粉末が完全に溶解 するまで撹拌した。９ｃｍのベトリシャーレをＴＨＦですすぎ、ＰｖＣ溶液を該 ソヤーレに注いで薄膜を形成した。ペトリンヤーレのふたを被せかつ該ベトリシ ャーレを通風室内に、Ｔ　ＨＦが蒸発するまで、２〜３日間入れた。後に、ペト リンヤーレに典型的には厚さほぼ２５μｍの可塑化されたＰＶＣのフィルムが残 った。該ＰＶＣ切片を、外科用メスで適当な寸法の面積に切り取り、該ＰＶＣの 切片の上に透析膜（緩衝液中で予めソーキングした）の同じ寸法の切片を、２つ の相が付着するように重ね合わせ、次いで外科用メスを用いて開始した剥離作用 で２つの層を一緒に持ち上げることにより取り出した。使用した透析膜は、血液 透析膜カートリッジから取り出したキュウプロファン（Ｃｕｐｒｏｐｈａｎ）で あった。

選択的方法では、前記に記載したＰＶＣ溶液を、ＰＶＣ溶液がキャストされる露 出した領域上に透析材料の適当な寸法の窓を形成するために粘着テープを使用し て、透析膜片にキャストした、例えばＰＶＣ溶液（ＴＨＦｌｏｍｌ、ＰＶＣｏ、 ０６ｇ及びＩＰＭＯ，１５ｍ１）１５μｍを窓の上にピペットで施した。粘着テ ープは、窓を形成する他に、また溶液を窓内に制限し、かつ透析膜がカールする のを防ぐために役立った。ＴＨＦを蒸発させた後に、透析膜／ＰＶＣ膜サンドウ ィッチをまさにＰＶＣ被覆した透析膜区分を除去するために窓の境界線で切り取 った。

このようにして製造した膜構造を、図面に示した形式で、白金アノードと疑似基 準電極として機能する銀電極とからなるランク（Ｂｏｔｔｉｓｈａｍ、　Ｃａｍ ｂｒｉｄｇｅ）酸素セル電極装置に組み込んだ。使用する前に、基準線が達成さ れるまで、燐酸塩緩衝液中で、＋６５０ｍＶ　（ｖｓ　Ａｇ）での白金電極の極 性化によりコンディショニングした。該セル組み立てる際には、電極を少量の緩 衝液によって被覆し、かつ膜構造体（透析膜／ＰＶＣ膜）を電極に被せた。次い で、０リングを有する試料室を膜構造体の上に置き、膜をアノードを持ち上げて ストレッチングしかつ試料室を電極装置に固定した。次いで、該試料室をすすぎ 、かつ調査すべき試料を充填した。

使用した燐酸塩緩衝液／電解質は、典型的にはｐＨ７，４を有し、１リツトル当 たりＮａＨ＊ＰＯｎ’　４Ｈｚ０２．４４ｇ５ＮａＨｔＰＯ４７，５ｇ、ＮａＣ ｌ３、Ｏｇ及びＥＤＴＡｏ、６ｇを有していた。

測定は、＋６５０ｍＶ　（ｖｓ　Ａｇ）で極性化した白金電極を用いて、この電 圧で緩衝液内で２時間コンディショニングした後に使用した。

第３図は、前記の第１の方法を使用して、即ちペトリシャーレにキャスティング することにより製造した可塑化したＰＶＣ膜を用いて達成された選択性を示す。

該図面から、過酸化水素及び非荷電親油性化合物バラセモール（アセトミノフェ ン）、４−アミノフェノール、及びカテコール（０，１ｍＭ溶液として使用した ）は、電流滴定センサを使用した臨床分析で一般に遭遇する妨害物のアスコルベ ート、ウレート及びＮＡＤＨ（得られた高度に減衰した信号を強化するために１ ．０ｍＭ溶液中で使用）の関して得られた応答よりもかなり大きいことが明らか であろう。比較のために、第３図はまた、一般にあらゆる場合Ｑ、１ｍＭ溶液を 使用するバイオセンサで使用される別の膜の形（ポリカーボネート膜及びセルロ ースアセテート／ポリカーボネート膜）で得られた応答を示す。但し、この場合 には別の形式で示されており、それにより測定信号：妨害信号比は、可塑化した ＰｖＣが、通常の妨害物のアスコルベート及びウレートを越えて、特にフェノー ル類に対する極めて高い選択性を有することを示すことが明らかであろう。

第３図に示した応答の平均領域を導き出すために使用したポリカーボネート膜は 、平均孔直径０．０５ミクロンを有する“ＮＵＣＬＥＰＯＲＥ″ポリカーボネー ト片からなっていた。第３図の右側に示した応答範囲に関しては、該層はセルロ ースアセテートの層（アセトン中のセルロースアセテートの２％溶液をキャスト し、引き続き溶剤を蒸発させることにより製造）と、その上に配置された平均孔 直径０．０３ミクロンを有する“ＮＵＣＬＥＰＯＲＥ”ポリカーボネートからな っていた。

ＰＶＣの透過は、分子／イオンが持った電荷に依存し、ひいては試料のｐＨに依 存することが判明した。

カテコール（ｐＫａ＝９．４６）及びヒドロカフェー酸（カルボン酸ｐＫａ！＝ １４．８）に関して、試料のｐＨを変えながら得られた信号は、ｐＨが上昇し、 ｐＫａ値に近づき、ひいてはフェノール／カルボキシル基がイオン化すると、信 号寸法が著しく減少することを示した。このことから、分析化合物のイオン化を 最小にし、従ってそのＰＶＣ膜の透過率を最大にするためには、試料液体のｐＨ は分析物のｐＫａから十分に離れているべきであることが判明した。

第４図は、カテコール及びヒドロカフェー酸に関する試料ｐ　Ｈの変動の効果を 示す。従って、カテコールの場合には、電極応答は、ｐ　Ｈ値の広い範囲に亙っ てほぼ一定であるが、ｐＫａ＝９．４６の領域内のｐＨ値では急激に低下する。

この領域内及びその上のｐＨでは、カテコールはイオン化し、そのイオン化した 形で十分に非親油性である。同様に、ヒドロカフェー酸は類似した特性を、但し 異なったｐＨレベルで有することが明らかである。可塑化したＰＶＣ膜は実質的 に荷電非親油性膜に対して非透過性であり、かつ実地においてこのような種は主 成分であるので、膜の試料側と電極側に著しく異なったｐＨレベルが共存するこ とが可能であり、従って、前記に記載したような特殊な効果を、それぞれの側を 支配するｐＨレベルを選択することにより得ることができる。

第５図は、ＰＶＣ膜内のＤＯＰの量の変化の効果を示す。ＤＯＰの場合には、最 適ＤＯＰ含量を示す電極応答における明白なピークが存在することが明らかであ ろう。ＩＰＭの場合には、ＩＰＭ含量の変化は明白なピークを有していなかった （第６図参照）。

次に第７図及び第８図に関して説明すれば、ディツプスチックの形式で使用する ことができるセンサを示す。このセンサは、中心白金作用電極５０及び包囲する 部分的環状疑似基準銀電極５２を有する電流滴定タイプに電極装置からなり、こ の場合、２つの電極はエポキシ樹脂のような電気絶縁材料の支持体５４内に埋め 込まれ、かつ電極５０の露出端面が環状電極５２の露出表面と実質的に同一面に あるように配置されている。支持体５４は、スリーブ５６内に封入され、該スリ ーブ５６の端面が電極５０及び５２の露出表面を越えて突出して凹所を形成し、 該凹所内に電解質媒体の層５８が本発明による特性を有する選択透過性媒体のオ ーバレイ層６０と一緒に収容されている。

電解質媒体は、例えば、以下の水溶液を混合することにより製造されたポリアク リルアミドゲルからなっていてもよい： ３０％アクリルアミド（電気泳動グレード）３００μｍ； ２．６％Ｎ、Ｎ’　−メチレン−ビス−アクリルアミド（電気泳動グレード）１ ００μｌ；及びＮ’　、Ｎ’　、Ｎ’　、Ｎ−テトラ−エチルメチレンジアミン １００μｍ。

混合した溶液に２．８％の過硫酸カリウム１００μｌを添加し、かつ該混合物１ ０μｍを電極の端面に塗布し、層５８を形成した。ＴＨＦ中にＰＶＣ及びＩＰＭ を含有するＰＶＣの溶液４０μｍを電極媒体のゲル化又は固化した層５８上に塗 布して連続したフィルムを形成し、次いで乾燥させることにより製造することが できる可塑化したＰＶＣからなっていてもよい。

特殊な適用例 本発明の１つの適用例は、アンフェタミンの検出のための均一免疫検定を実施す ることにある。この目的のためのキットは、市販されており、抗原アンフェタミ ン（Ａｇ）に結合する抗アンフェタミン抗体（Ａｂ）と、酵素グルコース−６− ホスフェートデヒドロゲナーゼ（Ｇ６ＰＤＨ）に化学的に結合されたアンフェタ ミンからなる試薬（Ａｇｅ）とを有する。通常、検定は以下のような方法で実施 する： アンフエタミン含量を試験すべき試料を、適当な緩衝剤、抗体Ａｂ及び試薬Ａｇ ＊と混合する。抗体は試料中のアンフェタミン及びまた試薬（Ａｇｅ）に結合し 、かつ抗体は、過剰のＡｇ及びＡｇｅが存在し、幾分かのＡｇ及びＡｇｅが未結 合のまま残るような量で使用する。Ｇ５ＰＤＨの１つの特徴は、抗体に結合され ると、結合後に、唯一の活性Ｇ６ＰＤＨは試薬のＡｇｅの部分になるように不活 性化される。従って、試料のＡｇ含量が高い程に、試薬Ａｇ＊と結合するために 利用される抗体の量は少な（なり、従ってインキュベーション後に得られる未結 合のＡｇｅは試料中に初期に存在したＡｇの量を表す、即ち大量のＡｇｅの量は 初期の試料中のアンフェタミンの高い含量を示す。

遊離した活性Ａｇ＊の検出は、なかんず＜　ＮＡＤＨ（還元したβ−ニコチンア ミドアデニンジヌクレオチド）を収得するためのグルコース−６−ホスフェート （Ｇ　６　Ｐ）とＮＡＤ”　（β−ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド）と の反応により行う。通常、次いでキット検定は初期の試料中のアンフェタミンの 測定を導き出すためにＮＡＤＨの分光光度計による検出を必要とする。

本発明は、分光光度計検出への選択的アプローチを可能にする。本発明によるセ ンサで使用するために適当な電気活性種を得るために、試料を前記の方法で、但 しＮＡＤＨをにＮＡＤ”に転化するために酵素の、反応混合物中の、細胞含有物 、例えばジアホラーゼ用いて処理し、かつベンゾキノンのようなキノンをジアホ ラーゼと同時に添加して、該キノンを同時にヒドロキノンに転化する。抗体と酵 素の反応は、その場で可塑化したＰＶＣ／透析膜（前記に記載）を備えかつ＋５ ００Ｖ　（ｖｓ　Ａｇ）で極性化した標準ランクセル中で行う。親油性であるベ ンゾキノン及びヒドロキノンだけは、分画することができ、ひいてはＰｖＣを透 過することができるので、これらの成分だけは電極装置と関連した電解質内に入 り込む。これらの２つの成分のうちで、ヒドロキノンだけは電極で電気活性であ り、かつ一方電気化学的に測定されたヒドロキノンの量は初期の試料中のアンフ ェタミンの測定量を提供する。

ＰＶＣバリヤーを使用することは、ＮＡＤＨからの妨害がないこと、及び結合し たＡｇｅ等の除去が該プロセスで必要でないことを示す、従って妨害のない簡単 な検定を提供する。該検定は第９図に図式化されて示されている。

本発明のもう１つの適用例は、試料中のアルコール、例えば血液試料中のアルコ ールの決定に決定にある、これは決定は第１０図に図式化されて示されている。

この場合には、種々の試薬がＰＶＣ膜の下、即ちＰＶＣ膜と電極装置との間に導 入されており、かつ該デバイスは第７図及び第８図に関して記載した′ディツプ スチック″タイプであってよい。該ディツプスチックは試料と接触し、かつ親油 性である、試料中のアルコールは、一般に生理学的試料で起こる妨害を排除する 可塑化したＰＶＣを透過する。また、膜と白金電極との間の電解質は、以下に記 載するように、酵素のアルコールデヒドロゲナーゼ及びジアホラーゼ、ＮＡＤ及 び適当なキノンからなる混合物を含有する。

ＰＶＣを透過するアルコールは、アルコールデヒドロゲナーゼによりアセトアル デヒドに転化され、同時にＮＡＤはＮＡＤＨに転化される。ＮＡＤＨの生産は、 ジアホラーゼの存在下に、キノンを“ヒドロキノン”に転化する（ＮＡＤＨのＮ ＡＤへの同時リサイクルを伴う）、該ヒドロキノンは電気活性であり、電極で検 出され、該電極反応は、ヒドロキノンをキノンへ再度リサイクルするので、出発 化合物は連続的に再使用のために再生される。

酵素のジアホラーゼ及びアルコールデヒドロゲナーゼ並びにＮＡＤ及びＮ　Ａ　 Ｄ　Ｈは、ＰＶＣ膜を透過することができない、従って電解質内に保留される。

しかしながら、キノン及びヒドロキノンの両者は親油性であり、かつこの形で存 在するとすれば、ＰＶＣ膜を透過しようとする。従って、これらの成分の損失を 排除するために、両者ともその初期の形では実質的に非親油性であり、そのヒド ロキノン同族体に転化すると、それらの成分を電解質内に保留することができる 変性キノンを使用することができると見なされる。適当な変性したキノンは、イ オン化可能な“テイル”　（Ｓ０３−）有しく第１１Ａ図参照）、かつ電気活性 のかつ実質的に非親油性同族体に転化することができる（第１１Ｂ図参照）１． ２−ナフトキノン−４−スルホン酸である。

ＤＯＰの容量（μｌ） ＩＰＭの容量（μｌ） Ａ９◆Ａｇ”＋Ａｂ　−＋Ａｇ−Ａｂ＋Ａｇ−Ａｂフロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＳＥ）、０Ａ（ＢＦ 、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、ＣＩ、ＣＭ、ＧＡ、ＧＮ、ＭＬ、、ＭＲ，ＳＮ、ＴＤ、Ｔ Ｇ）、ＡＴ、　ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ、　ＣＨ，Ｃ３，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＩ、ＧＢ、ＧＲ，ＨＵ、ＪＰ、ＫＰ、ＫＲ，ＬＫ、ＬＵ、ＭＧ、 ＭＮ、ＭＷ、ＮＬ、Ｎｏ、ＰＬ、ＲＯ，ＲＵ、ＳＤ、ＳＥ、ＵＳ （７２）発明者　ローゼンバーグ、　マーク　フランクリンイギリス国　マンチ ェスター　エム２５８エフアール　プレストウィッチ　キャッスル　ヒル　ロー ド　５　′ （７２）発明者　クリステイー、　イアン　マッキンタイアイギリス国　チェシ ャー　ニスケイ１２７デイージー　ストックポート　ホエイリーブリッジ　マク レスフイールド　ロード

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．液体試料内に存在する予め選択した親油性成分（特に電気化学的に活性であ るもの）を検出し、かつ該試料中の前記成分の含量を表す出力を発生する手段と 、選択透過性媒体と、前記選択透過性媒体を連続した液体又はゲル相として固定 化して、前記検出手段と分析すべき液体試料との間に実質的に電気的に絶縁する バリヤーを形成する手段とからなり、前記選択透過性媒体は、分析すべき試料中 に存在し得る電荷を帯びた実質的に非親油性種に対して非透過性でありかつ分画 によって、親油性種に対して選択性であり、それにより試料内の前記の予め選択 された親油性成分のいずれかが検出手段のよってバリヤーの他方の側で検出する ために分画しかつバリヤーを経て拡散し、かつ有利にはまた、分析すべき液体試 料から選択透過性媒体バリヤーによって分離された電解質媒体を有するセンサデ バイス。
2. ２．検出手段が、電気化学的性質を有し（例えば有利には非電位差計型を有する 電極及び特にイオン選択性電極）、かつ前記選択透過性媒体バリヤーと前記電極 との間に、少なくとも１種の予め選択した化合物と反応して、前記電極が応答す るイオン種、又はイオン種内の濃度もしくは活性変化を惹起する試薬を含有する 電解質媒体が存在する、請求の範囲第１項記載のセンサデバイス。
3. ３．選択透過性媒体が、１対の支持体の間に閉じ込めることにより固定化されい る、請求の範囲第１項又は第２項記載のセンサデバイス。
4. ４．選択透過性媒体が、連続した相を形成するようにポリマー材料（特にポリ塩 化ビニル）中に配合されることにより固定化され、かつ有利にはポリマー材料と 、特に実質的に該ポリマー材料と混和可能であって、可塑剤がポリマー材料によ り固定化される実質的に均質な相を形成する可塑剤としての、選択透過性材料と から形成された層もしくはフィルムの厚さ全体に亙って存在する、請求の範囲第 １項から第３項までのいずれか１項記載のセンサデバイス。
5. ５．予め選択した成分と相互作用して直接検出可能な電気化学的に活性の種、例 えば少量の電荷を帯びていない中性の親水性化合物、特に過酸化水素を形成する 手段、例えば酵素を有する、請求の範囲第１項から第４項までのいずれか１項記 載のセンサデバイス。
6. ６．請求の範囲第１項から第５項までのいずれか及び第１０項に記載のセンサデ バイスを使用することを特徴とする。液体試料内の親油性分析物を測定する方法 。
7. ７．試料を、連続した液体又はゲル相として固定化された選択透過性媒体と接触 させて、電解質媒体を含む検出系を含有する電気絶縁層を形成し、該試料と選択 透過性物質との接触をバリヤーの、電解質媒体に面した側とは反対側で行い、か つ選択透過性媒体が前記の電荷を帯びた実質的に非親油性種に対して実質的に不 透過性でありかつ親油性種に対して分画によって選択性であり、かつバリヤーを 経て拡散する親油性分析物を直接的又は間接的に検出する検出装置を使用する、 請求の範囲第６項記載の方法。
8. ８．試料を、連続した液体又はゲル相として固定化された選択透過性媒体と接触 させて、電解質媒体を含む検出系を含有する電気絶縁層を形成し、該試料と選択 透過性物質との接触をバリヤーの、電解質媒体に面した側とは反対側で行い、か つ選択透過性媒体が前記の電荷を帯びた実質的に非親油性種に対して実質的に不 透過性でありかつ過酸化水素の対して少なくとも部分的に選択性であり、かつバ リヤーを経て拡散する親油性分析物を直接的又は間接的に検出する検出装置を使 用することよりなる、電荷を帯びた実質的に非親油性種を含有する試料から誘導 される過酸化水素（特に、所望の成分と酵素、例えば酸素の存在下にグルコース の酸化を促進するために使用されるグルコースオキシダーゼとの相互作用の結果 として発生した過酸化水素）を電気分解的に測定するように構成された、請求の 範囲第６項記載の親油性分析物を測定する方法。
9. ９．バリヤーの反対側のｐＨ値を、電極装置により発生した信号を最適化する及 び／又は試料内の成分の親油性を制御するために調整する、請求の範囲第６項か ら第８項までのいずれか１項記載の方法。
10. １０．実質的に添付の実施例との関連で記載した、親油性分析物又は過酸化水素 を測定するためのセンサ又は方法。