JPH07270374A - 酵素電極 - Google Patents

酵素電極

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JPH07270374A
JPH07270374A JP6064147A JP6414794A JPH07270374A JP H07270374 A JPH07270374 A JP H07270374A JP 6064147 A JP6064147 A JP 6064147A JP 6414794 A JP6414794 A JP 6414794A JP H07270374 A JPH07270374 A JP H07270374A
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潤一 新井
Yoshinori Morimitsu
美紀 守満
Masuo Aizawa
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Abstract

(57)【要約】 【目的】測定極の構成成分である酵素と電子伝達物質の
総量および配合比を設定することにより、応答性を増
し、高感度な酵素電極を提供する。 【構成】酵素と電子伝達物質を含む導電性インキを、絶
縁性基板上に塗工後、加熱乾燥することにより形成した
測定極において、酵素と電子伝達物質の総量が電極の5
〜50重量%からなる酵素電極である。 また、前記酵
素電極中の酵素と電子伝達物質の重量配合比が、1/9
〜7/3である上記の酵素電極である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、体液または食品などの
試料液における、被検出成分の濃度を簡易に定量する酵
素電極に関するものである。
【0002】
【従来の技術】酵素電極は、少なくとも対極と酵素を固
定化した測定極からなり、試料液中の被検出物質を測定
極で特異的に感知し、酸化還元酵素の反応にともなう物
質変化量を、電子伝達物質を介して電気化学的な変化量
に変換して検知するものである。
【0003】従来、測定極は、白金、銀、などの金属ま
たはカーボンなどの導電性粉末から形成された電極層の
上に、固定化酵素層または/および電子伝達物質層を被
覆した積層の形態を有し、これまで、被検出物質を迅速
かつ高感度に検知するための技術改良がなされてきた。
【0004】しかしながら積層法では、層間の接触面は
平面であるために、製造工程中または測定時に剥離や脱
落する問題があった。さらに、この様な接着性が不十分
な電極では、層間の電子授受がスムーズにおこなわれ
ず、応答性の点で限界があった。
【0005】この問題点を解決した方法として、酵素お
よび電子伝達物質を、導電性粉末とバインダー溶液と共
にインキとして混合し、絶縁性基板上に固定化する混合
法が提案されている。混合法より形成した測定極では、
電極に相当する導電性粉末中に、酵素および電子伝達物
質が点在している形態をもつ。そのため、電極中の各成
分間の接触面積は増加し、効率的な電子授受が可能とな
る。その結果、応答性は増大する。
【0006】さらに、混合法が有用な点は、酵素と電子
伝達物質を応答性に優れた配合比に設定できることにあ
る。積層法の場合、応答性は層間における接触面積に依
存する。そのため、積層厚などで絶対量を増加させて
も、感度の向上は困難である。これに対し、混合法で
は、電極中の各成分の粒子または分子レベルでの接触が
主体であるため、最適な配合比を設定することが可能で
あり、さらに感度向上を導くことができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】よって本発明が解決し
ようとする課題は、測定極の構成成分である酵素と電子
伝達物質の総量および配合比を設定することにより、応
答性を増し、高感度な酵素電極を提供する事である。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するために、酵素と電子伝達物質を含む導電性インキ
を、絶縁性基板上に塗工後、加熱乾燥することにより形
成した測定極において、酵素と電子伝達物質の総量が電
極の5〜50重量%からなる酵素電極である。また、前
記酵素電極中の酵素と電子伝達物質の重量配合比が、1
/9〜7/3である上記の酵素電極である。
【0009】以下より詳細に説明する。測定極中の酵素
および電子伝達物質は、試料液中の被検出物質を感知
し、電極である導電性粉末へ電子を伝達する。そのため
電極中に占める重量比が不足した場合、応答性は低下す
る。逆に過剰となった場合でも、絶対量が減少した導電
性粉末では電子量に対応できず、応答性は低下する。従
って、高感度な応答は、前記の様に酵素と電子伝達物質
の総量を5〜50重量%、より好ましくは10〜40重
量%とすることで達成される。
【0010】また、電極中の酵素と電子伝達物質の重量
配合比を、1/9〜7/3に設定することの意味は、両
成分の間にも、より効率的な電子授受がなされる配合重
量比があり、前記したように1/9〜7/3、より好ま
しくは2/8〜6/4とすることで高感度な応答が達成
される。
【0011】被検出物質を感知する測定極は、対極と併
用することにより酵素電極として作用し、両極間にある
一定の電圧を印加した場合、流れる電流値から成分濃度
を検知することができる。被検出物質を含む検液に酵素
電極を接触または浸漬させ、電圧を印加することで測定
は開始できる。測定極中の酵素は被検出物質を特異的に
感知し、酵素反応にともなう電子移動は、電子伝達物質
を介して導電性粉末が受けて電流値として検出される。
測定極の構成成分は、少なくとも酵素、電子伝達物質、
電極の基盤となる導電性粉末、これらを密着させ絶縁性
基板に固定するためのバインダーよりなる。
【0012】バインダーは、測定極の構成成分を絶縁性
基板に固定化する役割を担う。通常、有機溶剤に溶解さ
せるか、または水溶液として用い、導電性インキの粘度
を調節する用途も兼ねる。具体的には、でんぷん系,セ
ルロース系,アルギン酸系,ガム類,タンパク質系など
の天然高分子類、アクリル系,ポリビニルアルコール
系,ポリビニルブチラール系,塩化ビニル系,酢酸ビニ
ル共重合体系,ポリアミド系,ポリエステル系,ポリウ
レタン系,ポリスチレン系,などの合成高分子樹脂類が
挙げられ、2種類以上の混合系を用いることもできる。
水溶性バインダーを使用する場合には、測定中に電極部
の溶解、脱落が起きないように非水溶性バインダーと混
合して用いる。
【0013】有機溶剤は、上記の導電性インキのバイン
ダーおよび他の構成成分を均一に溶解または分散させる
ものが好ましい。また、構成成分に対して安定であるこ
とも必要である。具体的には、アルコール系、エステル
系、芳香族炭化水素系、脂肪族炭化水素系などが用いら
れる。
【0014】電極に相当する導電性粉末としては、金属
およびその酸化物、カーボン、グラファイト等の顔料が
挙げられるが、コスト、表面の親水性およびインキ適性
等よりカーボンブラックが好ましい。
【0015】電子伝達物質としては、酸化還元酵素の電
子伝達体として機能するレドックス化合物であれば特に
制限されない。具体的には、フェロセンおよびその誘導
体、ベンゾキノン、メチレンブルー、2,6−ジクロロ
インドフェノール、金属シアン化錯体等が挙げられる。
【0016】インキ中に含有させる酵素は、酸化還元酵
素であれば特に制限なく、たとえばグルコースオキシダ
ーゼ、コレステロールオキシダーゼ、ラクテートオキシ
ダーゼ、アルコールオキシダーゼ、キサンチンオキシダ
ーゼ、ピルベートオキシダーゼ、アルデヒドオキシダー
ゼ等が用いられる。
【0017】絶縁性基板としては、セラミック、ガラ
ス、ガラスエポキシ、プラスチック等、試料液により侵
されないものが用いられる。特に、安価で扱い易いポリ
塩化ビニル、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピ
レン等のプラスチックフィルムが好ましい。
【0018】塗工方法としては均一に薄く塗工できる方
法なら何でもよいが、印刷方法が好ましい。印刷方法と
しては、スクリーン印刷、グラビア印刷、グラビアオフ
セット印刷、ノズルコーティング、ディスペンサー印
刷、インキジェット印刷等が応用できる。例えば、スク
リーン印刷方法にて形成する場合には、インキ粘度が1
0〜2000ポイズ程度になるよう調整し、スクリーン
編み目100〜400メッシュのスクリーン版を用いて
印刷することで、平滑性の高い電極部を形成することが
できる。
【0019】
【作用】電極の構成成分をインキとして混合し、塗工し
て形成し、酵素と電子伝達物質の総量を電極の5〜50
重量%とした酵素電極では、各成分間の接触面積は増
し、酵素反応にともなう電子授受を効率的に行うことが
できる。その上、前記電極中の酵素と電子伝達物質の重
量配合比が、1/9〜7/3に設定することで高感度な
酵素電極を構成することができる。
【0020】
【実施例】
<実施例1>酵素電極の一例として、グルコースオキシ
ダーゼ(以下、GODと略す)により試料液中のグルコ
ースを測定する場合の例を示す。(表1)は、アセチレ
ンブラック(旭電化工業(株)製)、ポリビニルブチラ
ール樹脂(KS−1;積水化学工業(株)製)/ブチル
セロソルブ溶液、GOD(メルク社製:8U/mg)、
フェリシアン化カリウムからなる導電性インキの組成表
を示したものである。
【0021】
【表1】
【0022】インキA〜Eは、GODとフェリシアン化
カリウムの配合比を3/7と固定しながらインキ中の絶
対重量を調節したものでる。その場合、アセチレンブラ
ック/ポリビニルブチラール樹脂の配合比は1/1、イ
ンキ固形分比は25重量%となるよう設定した。調液
は、自動乳鉢で15分間混合した。図1に示すように、
カーボンからなる対極1を設けたポリエステル基板2
に、調液した導電性インキをスクリーン印刷法により塗
工し、測定極3を形成した。最後に電極を一部残して絶
縁性のポリマー層4を設けた。
【0023】対極との間に0.7Vの直流電流を印加し
て30秒後に増加する電流を測定した。グルコース濃度
と出力電流の関係を調べたところ、グルコース濃度0〜
500mg/dlの範囲で良好な応答が得られた。結果
を図2に示す。特に、GODとフェリシアン化カリウム
の総量が、測定電極中に占める重量比で10〜40付近
でより高感度な応答性が観察された。
【0024】<実施例2>カーボンブラック(コロンビ
アカーボン社製)、アクリル樹脂(BR−77:三菱レ
イヨン(株)製)/酢酸セロソルブ溶液、ベンゾキノ
ン、GOD(メルク社製:8U/mg)からなる導電性
インキb〜f(表2)を自動乳鉢で15分間混合し、ス
クリーン印刷法でポリエステル基板2上に測定極3を形
成した。カーボンブラック/アクリル樹脂の配合比は2
/1であり、両成分の測定極中における絶対重量は90
重量%である。さらに、測定極中の絶対重量が10重量
%となるよう、GOD/ベンゾキノンを1/9〜7/3
の配合比で振った。ポリエステル基板2には、カーボン
からなる対極1が設けてあり、電極の一部を残して絶縁
性のポリマー層4を設けた。
【0025】作製した酵素電極を、実施例1と同様に評
価した。その結果、グルコース濃度0〜500mg/d
lの範囲で濃度に対応した応答が得られ(図3のb〜
f)、特にGOD/ベンゾキノンが2/8〜6/4の配
合比の領域で高感度な応答性が観察された。
【0026】<比較例1>実施例2と同様に、カーボン
ブラック(コロンビアカーボン社製)、アクリル樹脂
(BR−77:三菱レイヨン(株)製)/酢酸セロソル
ブ溶液、ベンゾキノン、GOD(メルク社製:8U/m
g)からなる導電性インキ(表2のa、g)を自動乳鉢
で15分間混合し、スクリーン印刷法によりポリエステ
ル基板上に測定極3を形成した。カーボンブラック/ア
クリル樹脂は2/1、GOD/ベンゾキノンは0.5/
9.5および8/2である。ポリエステル基板2には、
カーボンからなる対極1が設けてあり、電極の一部を残
して絶縁性のポリマー層4を設けた。
【0027】作製した酵素電極を、実施例1と同様に評
価した。その結果、グルコース濃度0〜500mg/d
lの範囲で、実施例2の結果と比較すると、電流値の応
答は大きく低下した(図3のa、g)。
【0028】
【表2】
【0029】
【発明の効果】以上のように、測定極中に占める酵素と
電子伝達物質を最適量に設定することで、応答性に優
れ、高感度な酵素電極を提供することができる。
【0030】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る酵素電極の斜視図であ
る。
【図2】実施例1におけるグルコース濃度と出力電流の
関係を示すグラフである。
【図3】実施例2および比較例1におけるグルコース濃
度と出力電流の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1…対極 2…ポリエステル基板 3…導電性インキか
らなる測定極 4…絶縁性ポリマー層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】酵素および電子伝達物質を含む導電性イン
    キを、絶縁性基板上に塗工後、加熱乾燥して形成した電
    極系において、酵素と電子伝達物質の総量が、電極の5
    〜50重量%からなることを特徴とする酵素電極。
  2. 【請求項2】前記酵素電極中の酵素と電子伝達物質の重
    量配合比が、1/9〜7/3であることを特徴とする請
    求項1に記載の酵素電極。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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