JPH07114705B2 - バイオセンサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、種々の微量の生体試料中の特定成分につい
て、試料液を希釈することなく迅速かつ簡易に定量する
ことのできるバイオセンサに関する。

従来の技術 従来、血液などの生体試料中の特定成分について、試料
液の希釈や攪拌などの操作を行うことなく高精度に定量
する方式としては、第３図に示す様なバイオセンサが提
案されている（例えば、特開昭59−166852号公報）。こ
のバイオセンサは、絶縁性基板７にリード10,11をそれ
ぞれ有する白金などからなる測定極８および対極９を埋
設し、これらの電極系の露出部分を酸化還元酵素および
電子受容体を担持した多孔体12で覆ったものである。試
料液を多孔体上へ滴下すると、試料液に多孔体中の酸化
還元酵素と電子受容体が溶解し、試料液中の基質との間
で酵素反応が進行し、電子受容体が還元される。酵素反
応終了後、この還元された電子受容体を電気化学的に酸
化し、このとき得られる酸化電流値から試料液中の基質
濃度を求めることがなされていた。

発明が解決しようとする問題点 この様な従来の構成では、多孔体については、測定毎に
取り替えることにより簡易に測定に供することができる
が、電極系については洗浄等の操作が必要である。一方
電極系をも含めて測定毎の使い棄てが可能となれば、測
定操作上、極めて簡易になるものの、白金等の電極材料
や構成等の面から、非常に高価なものにならざるを得な
い。

本発明はこれらの点について種々検討の結果、電極系と
多孔体を一体化することにより、生体試料中の特定成分
を極めて容易に迅速かつ高精度に定量することのできる
安価なディスポーザブルタイプのバイオセンサを提供す
るものである。

問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するため絶縁性基板に少なく
とも測定極と対極からなる電極系を設け、酵素、電子受
容体および吸水性高分子からなる水溶液を前記電極系の
表面に塗布後、乾燥して担持することで反応層を形成し
たもので、この反応層に試料液を滴下することによって
行なわれる反応を前記電極系で検知し試料液中の基質濃
度を測定するものである。

作用 本発明によれば、電極系をも含めたディスポーザブルタ
イプのバイオセンサを構成することができ試料液を添加
することにより、極めて容易に基質濃度を測定すること
ができる。

しかも、反応層は、電極系の表面に酵素および電子受容
体を吸水性高分子とともに水に溶解して塗布することで
形成することができる。そして、この反応層に、試料液
を滴下すると電極の近傍ですみやかに酵素と電子受容体
が溶けて反応し電極上に達し、測定の妨害となる試料中
の蛋白質等は吸水性高分子により妨げるため、精度の良
い測定が可能となった。

実 施 例 以下、本発明の一実施例について説明する。

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。第１図は、グルコースセンサの一実施例につ
いて示したもので、構成部分の分解図である。ポリエチ
レンテレフタレートからなる絶縁性基板１に、スクリー
ン印刷により導電性カーボンペーストを印刷し、加熱乾
燥することにより、対極2,測定極3,参照極４からなる電
極系を形成する。次に、電極系を部分的に覆い、各々の
電極の電気化学的に作用する部分となる２′,3′,4′
（各1mm²）を残す様に、絶縁性ペーストを前記同様印刷
し、加熱処理して絶縁層５を形成する。

この電極系の表面に、吸水性高分子としてカルボキシメ
チルセルロース（CMC）の１％水溶液1ccにグルコースオ
キシダーゼ10mgと電気受容体としてフェリシアン化カリ
ウム40mgをそれぞれ溶解して塗布し自然乾燥して反応層
６を形成する。この反応層６にグルコース標準液を滴下
して２分後に、参照極を基準にして測定極の電位をアノ
ード方向へ＋0.7Vパルス電圧を印加し５秒後の電流を測
定する。この場合、添加されたクルコース標準液により
吸水性高分子が電極上に安定で流動しにくい液層を形成
し、グルコースオキシダーゼおよびフェリシアン化カリ
ウムが溶解しグルコースと反応してフェロシアン化カリ
ウムを生成する。そこで、上記のパルス電圧の印加によ
り、生成したフェロシアン化カリウムの濃度に基づく酸
化電流が得られ、この電流値は基質であるグルコース濃
度に対応する。グルコースの標準液を滴下し応答電流を
測定したところ、700mg/dlという高濃度まで良好な直線
が得られた。

次に血液を試料液として前記グルコースセンサで測定し
た場合にも、安定した応答電流が得られた。CMCを用い
ないで電極上にグルコースオキシダーゼとフェリシアン
化カリウムの溶液を塗布して自然乾燥し反応層を形成し
たところ血液を滴下すると赤血球や蛋白質などが電極表
面に吸着してばらついた低い応答しか得られなかった。
CMCを加えることで、電極上に一定の膜厚の安定なゲル
層が形成でき、しかも赤血球や蛋白質の電極への吸着を
防ぎ、ばらつきの少ない応答が得られた。膜厚について
種々検討した結果、試料が数μｌ〜数十μｌと微量の場
合は0.1〜100μの範囲が好ましいことがわかった。0.1
μ以下の膜厚では、液層が流動しやすいため安定なゲル
層が得られず、また逆に100μよりも厚くなると試料液
の拡散が不十分でゲル化しない部分が生じた。この電極
表面に薄く形成されたCMCの層の中にグルコースオキシ
ダーゼとフェリシアン化カリウムが均一に分布している
ので、試料液を滴下するとすみやかに反応がおこり２分
で反応が終了し安定した応答を測定できた。電極表面に
酵素および電子受容体を吸水性高分子の水溶液に混ぜて
塗布し乾燥させるという非常に簡易な工程でセンサが製
造できるため大量生産にメリットがあると考えられる。

電極系を形成する方法としてスクリーン印刷は、均一な
特性を有するディスポーザブルタイプのバイオセンサを
安価に製造することができ、特に、価格が安く、しかも
安定した電極材料であるカーボンを用いて電極を形成す
るのに好都合な方法である。

吸水性高分子としてCMCの他にもゼラチンやメチルセル
ロースなども使用できる。デンプン系，カルボキシメチ
ルセルロース系，ゼラチン系，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，無水マレイン酸系
のものが好ましい。これらの高分子は、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塗布乾燥
することにより、必要な厚さの薄膜を電極上に形成する
ことができる。

酸化還元酵素と電子受容体の組み合わせは前記実施例に
限定されることはなく、本発明の主旨に合致するもので
あれば用いることができる。一方、上記実施例において
は、電極系として３電極方式の場合について述べたが対
極と測定極からなる２電極方式でも測定は可能である。

発明の効果 このように本発明のバイオセンサは、絶縁性基板上に、
電極系を印刷し、その上に酸化還元酵素と電子受容体を
吸水性高分子とともに塗布して反応層を形成しており、
極めて容易に生体試料液中の基質濃度を測定することが
でき、さらに電極近傍に反応層を形成することで測定の
スピードアップをはかり、吸水性高分子により電極表面
への妨害物質の吸着を防ぎ測定精度を高めたものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるバイオセンサの斜視
図、第２図はその縦断面図、第３図は従来のバイオセン
サの縦断面図である。 １……絶縁性基板、２……対極、３……測定極、４……
参照極、６……反応層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小松 きよみ 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 森垣 健一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 小林 茂雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−17948（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも測定極と対極からなる電極系を
   設けた絶縁性基板を備え、酵素と電子受容体と試料液の
   反応に際しての物質濃度変化を電気化学的に検知し前記
   試料液中の基質濃度を測定するバイオセンサにおいて、
   酵素、電子受容体および吸水性高分子からなる水溶液を
   前記電極系の表面に塗布後、乾燥して担持することで反
   応層を形成したことを特徴とするバイオセンサ。
2. 【請求項２】電極系が、絶縁性基板上にスクリーン印刷
   で形成されたカーボンを主体とする材料からなる特許請
   求の範囲第１項記載のバイオセンサ。
3. 【請求項３】吸水性高分子が、デンプン系、カルボキシ
   メチルセルロース系、ゼラチン系、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および無水マレ
   イン酸系よりなる化合物群から選択される一種の化合
   物、または二種以上の化合物の混合物である特許請求の
   範囲第１項記載のバイオセンサ。