JPH07122623B2 - 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、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
液の希釈や撹拌などの操作を行なうことなく高精度に定
量する方式としては、第４図に示すようなバイオセンサ
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、絶縁基板９にリード12,13をそれ
ぞれ有する白金などからなる測定極10および対極11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14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。

発明が解決しようとする問題点 このような従来の構成では、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、極めて簡易となるものの、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えな
い。

また、カーボンを主体とし揮発性溶媒を含むペースト等
により電極系を構成すれば、安価となるものの、酸化還
元酵素や試料中に含まれる蛋白質等の電極表面への吸着
により測定値にばらつきが生じると予想される。

本発明は、電極系と多孔体を一体化し、電極系を吸着の
おこりにくい材料で構成することにより、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、絶縁性の基板上に
少なくとも測定極と対極からなる電極系を設け、酵素と
電子受容体と試料液を反応させ、前記反応に際しての物
質濃度変化を電気化学的に前記電極系で検知し、試料液
中の基質濃度を検知するバイオセンサにおいて、酸化還
元酵素および電子受容体を担持した多孔体で前記電極系
を覆い、前記電極系および前記基板と一体化した。

さらに、前記電極系を熱硬化性の樹脂中にカーボンを主
体とする材料を混合した揮発性溶媒を含まないペースト
でスクリーン印刷により前記基板上に形成し、この後に
加熱処理したものであり、予め予想される酸化還元酵素
や試料液中の蛋白質等の吸着による測定のばらつきを防
いだ。

作用 本発明によれば、電極系を安価に構成することができる
ので、電極系をも含めたディスポーザブルタイプのバイ
オセンサとすることが可能であり、試料液を多孔体に添
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。また電極系を揮発性溶媒を含まないペース
トで形成しているため、乾燥時に揮発性溶媒が揮発する
ことにより形成される電極上の凹凸がなく、試料液を多
孔体に添加した際に溶出する酸化還元酵素および電子受
容体、さらには試料液中に含まれる各種蛋白質等の電極
表面への吸着による測定のばらつきを防ぐことができ、
精度のよい測定が可能となった。さらに、電極面が平滑
となることにより電極の反応面積も一定となるため、個
々のセンサ間の応答電流のばらつきも減少した。

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の基板１に、スクリ
ーン印刷により熱硬化性の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1mm³）を残すように、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。

次に、穴を開けた樹脂性の保持枠６を絶縁層５に接着
し、前記電極系２′,3′,4′を覆うように多孔体７を穴
の中に保持する。さらに多孔体より小さい径の開孔部を
有する樹脂性カバーを接着し、全体を一体化する。この
一体化されたバイオセンサについて、測定極３に沿った
断面図を第２図に示す。上記に用いた多孔体は、酸化還
元酵素としてグルコースオキシダーゼ200mg、及び電子
受容体としてフェリシアン化カリウム400mgをPH5.6のリ
ン酸緩衝液1mlに溶解した液をナイロン不織布に含浸
後、減圧乾燥して作成したものである。

上記の様に構成したグルコースセンサの多孔体へ試料液
としてグルコース標準液を滴下し、滴下２分後に、参照
極を基準にして測定極に対してアノード方向へ700mV、1
0秒のパルス電圧を加え、一定時間後（例えば10秒後）
の酸化電流値を測定した。この場合、添加されたグルコ
ースは多孔体に担持されたグルコースオキシダーゼの作
用でフェリシアン化カリウムと反応してフェロシアン化
カリウムを生成する。そこで、上記の如くアノード方向
のパルス電圧を加えたことにより生成したフュロシアン
化カリウム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。

β−Ｄ−グルコース90mgを水100mlに溶解した溶液を上
記のグルコースセンサに滴下し、２分後に700mV、10秒
のパルスを加え、パルス発生後10秒たった時点での電流
値を測定した結果を第３図Ａに示す。標本数10個での測
定電流の平均値は3.19μＡ、変動係数は1.72％であっ
た。第３図Ｂは、同様の実験を揮発性有機溶媒を含む導
電性カーボンペーストを用いて印刷した電極系を持つ一
体化型グルコースセンサについて行なった結果である。
標本数10個での測定電流の平均値は3.29μＡ、変動係数
は4.48％であり、前者に比べ測定電流値のばらつきが大
きい。これは、電極材料が揮発性有機溶媒を含むカーボ
ンペーストであるため乾燥時に溶媒が揮発し電極表面に
凹凸が形成され、この様な電極上にグルコースオキシダ
ーゼや界面活性剤が吸着され、その吸着の度合いにより
電極反応に有効な表面積が変化し測定電流がばらついた
ものと考えられる。しかし電極形成に熱硬化性カーボン
ペーストを用いれば上記のような溶媒の揮発にともなう
凹凸の形成は無く、電極表面は平滑となる。このためグ
ルコースオキシダーゼ，界面活性剤などの吸着を防ぐこ
とができ、再現性の良い応答が得られる。

電極系を形成する方法としてのスクリーン印刷は、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。

本発明のバイオセンサにおける一体化の方法としては、
実施例に示した枠体，カバーなどの形や組合せに限定さ
れるものではない。また、用いる多孔体としては、ナイ
ロン不織以外に、セルロース，レーヨン，セラミック，
ポリカーボネート等からなる多孔体を単独、あるいは組
合せて用いることができる。さらに酸化還元酵素と電子
受給体の組合せも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 本発明のバイオセンサは、絶縁性の基板、電極系および
酸化還元酵素と電子受容体を担持した多孔体を一体化す
ることにより、極めて容易に生体試料中の基質濃度を測
定することができる。さらに、電極系をカーボンを主体
とした揮発性溶媒を用いないペーストで構成し、測定再
現性を向上させた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のバイオセンサの分解斜視
図、第２図は同バイオセンサの縦断面図、第３図は同バ
イオセンサの応答特性図、第４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、2,2′……対極、3,3′……測定極、
4,4′……参照極、５……絶縁層、６……保持枠、７…
…多孔体、８……カバー、９……絶縁基板、10……測定
極、11……対極、12,13……リード、14……多孔体。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁性の基板上に形成された少なくとも測
   定極と対極からなる電極系と、酵素と電子受容体を担持
   した多孔体を具備し、前記電極系は熱硬化性の樹脂中に
   カーボンを主体とする材料を混合した揮発性溶媒を含ま
   ないペーストでスクリーン印刷により前記基板上に形成
   された後に加熱処理されたものであって、前記基板と前
   記多孔体を一体化したことを特徴とするバイオセンサ。
2. 【請求項２】電極系が測定極、対極および参照極から構
   成される特許請求の範囲第１項記載のバイオセンサ。