JPH0750063B2 - バイオセンサ - Google Patents
バイオセンサInfo
- Publication number
- JPH0750063B2 JPH0750063B2 JP62312857A JP31285787A JPH0750063B2 JP H0750063 B2 JPH0750063 B2 JP H0750063B2 JP 62312857 A JP62312857 A JP 62312857A JP 31285787 A JP31285787 A JP 31285787A JP H0750063 B2 JPH0750063 B2 JP H0750063B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- enzyme
- membrane
- electrode
- albumin
- film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
- Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、酵素電極と参照電極の差動出力によって測定
する半導体バイオセンサに関し、特に血液等の体液、発
酵溶液、果実などの多様な成分を含む系を測定する酵素
センサの酵素固定化膜の構造に関するものである。
する半導体バイオセンサに関し、特に血液等の体液、発
酵溶液、果実などの多様な成分を含む系を測定する酵素
センサの酵素固定化膜の構造に関するものである。
（従来の技術） 従来、溶液中の特定の有機物の濃度を測定する半導体バ
イオセンサの一種に半導体電界効果型イオンセンサ（以
下「ISFET」という）の表面に酵素を固定化した膜が設
けられたものが知られている｛宮原裕二、塩川祥子、森
泉豊栄、松岡英明、軽部征夫、鈴木周一：半導体技術を
用いたバイオセンサ」電子通信学会、電子部品材料研究
会資料（PM.81−93,61（1981）｝。
イオセンサの一種に半導体電界効果型イオンセンサ（以
下「ISFET」という）の表面に酵素を固定化した膜が設
けられたものが知られている｛宮原裕二、塩川祥子、森
泉豊栄、松岡英明、軽部征夫、鈴木周一：半導体技術を
用いたバイオセンサ」電子通信学会、電子部品材料研究
会資料（PM.81−93,61（1981）｝。
ISFETを実際の測定に供した場合問題となるのは、測定
対象中に存在する被測定物質以外の物質がセンサの出力
に与える影響である。このような影響を回避する手段と
して、センサの差動出力を計測することが一般に行われ
ている。すなわち２つのISFETのうち、一方を酵素固定
化膜を形成した酵素電極とし、他方を何も設けていない
参照電極として測定に際しては、酵素電極の出力と参照
電極の出力との差、いわゆる差動出力を測定するもので
ある。この方式に従えば、被測定物質以外の要因からの
影響は消去され、差動出力は被測定物質の濃度のみに依
存すると考えられる。
対象中に存在する被測定物質以外の物質がセンサの出力
に与える影響である。このような影響を回避する手段と
して、センサの差動出力を計測することが一般に行われ
ている。すなわち２つのISFETのうち、一方を酵素固定
化膜を形成した酵素電極とし、他方を何も設けていない
参照電極として測定に際しては、酵素電極の出力と参照
電極の出力との差、いわゆる差動出力を測定するもので
ある。この方式に従えば、被測定物質以外の要因からの
影響は消去され、差動出力は被測定物質の濃度のみに依
存すると考えられる。
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、血液などの多様な成分を含む溶液中の測
定では、タンパク質成分の吸着や血液の凝固などが起こ
るため、差動出力にドリフトを生じたり、出力が不安定
となるなど、被測定物質以外の要因を完全に消去できな
いという問題が残っている。
定では、タンパク質成分の吸着や血液の凝固などが起こ
るため、差動出力にドリフトを生じたり、出力が不安定
となるなど、被測定物質以外の要因を完全に消去できな
いという問題が残っている。
（問題点を解決するための手段） 本発明は、酵素電極と参照電極とにそれぞれ同じ特性を
有する半導体電界効果型イオンセンサを用い、酵素電極
と参照電極の差動出力によって測定する半導体電界効果
型バイオセンサにおいて、参照電極上と酵素電極上との
上側に位置する膜が双方とも同一の組成である固定化膜
の構造によって上記に述べた問題点を解決するものであ
る。
有する半導体電界効果型イオンセンサを用い、酵素電極
と参照電極の差動出力によって測定する半導体電界効果
型バイオセンサにおいて、参照電極上と酵素電極上との
上側に位置する膜が双方とも同一の組成である固定化膜
の構造によって上記に述べた問題点を解決するものであ
る。
（作用） 酵素電極側と参照電極側とに上記固定化膜構造を設ける
ことによって、血液などの多様な成分を含む溶液中で
は、タンパク質などの吸着や被測定物質のISFET上への
拡散が両電極で同一となる。その結果、両者とも同様に
出力の変化が起き、差動出力では、タンパク質などの吸
着や被測定物質以外のISFET上への拡散などがキャンセ
ルされ安定した測定を実現することが出来る。
ことによって、血液などの多様な成分を含む溶液中で
は、タンパク質などの吸着や被測定物質のISFET上への
拡散が両電極で同一となる。その結果、両者とも同様に
出力の変化が起き、差動出力では、タンパク質などの吸
着や被測定物質以外のISFET上への拡散などがキャンセ
ルされ安定した測定を実現することが出来る。
（実施例） 以下、本発明の実施例について説明する。第１図は、本
発明の一実施例を示すためのISFET型バイオセンサの断
面図である。酵素電極２は、ソース９、ゲート10、ドレ
イン11からなるISFETとその上にグルコースオキシター
ゼ、グルコノラクトナーゼ、カタラーゼと架橋剤を含ん
だ固定化膜３とアルブミンと架橋剤による固定化膜４の
２層の固定化膜が形成されており、参照電極１は、酵素
電極と同様なISFETとその上にカタラーゼ、アルブミン
と架橋剤から成る固定化膜５とアルブミンと架橋剤から
成る固定化膜４の２層の固定化膜が設けられている。
発明の一実施例を示すためのISFET型バイオセンサの断
面図である。酵素電極２は、ソース９、ゲート10、ドレ
イン11からなるISFETとその上にグルコースオキシター
ゼ、グルコノラクトナーゼ、カタラーゼと架橋剤を含ん
だ固定化膜３とアルブミンと架橋剤による固定化膜４の
２層の固定化膜が形成されており、参照電極１は、酵素
電極と同様なISFETとその上にカタラーゼ、アルブミン
と架橋剤から成る固定化膜５とアルブミンと架橋剤から
成る固定化膜４の２層の固定化膜が設けられている。
酵素電極では、酵素が固定された膜での測定対象物質と
酵素との反応により生じるH+などイオンの濃度をISFET
で測定する。例えば、図１に示す酵素電極上の固定化膜
３では、以下に示す酵素反応が生じる。
酵素との反応により生じるH+などイオンの濃度をISFET
で測定する。例えば、図１に示す酵素電極上の固定化膜
３では、以下に示す酵素反応が生じる。
グルコースは、（１）式に示すように、グルコースオキ
シダーゼとグルコノラクトナーゼの酵素反応によって最
終的にH+を発生させ、そのH+の濃度をISFETで測定す
る。グルコースオキシダーゼの反応から生成されるH2O2
は、反応性が高く、固定化膜への化学物質の吸着や拡散
に影響を与えるため、（２）式のように、カタラーゼに
より、グルコースオキシダーゼの酵素反応に必要なO2へ
変換させることが好ましいが、カタラーゼはなくてもか
まわない。一方、参照電極上の固定化膜には上記のグル
コースオキシダーゼとグルコノラクトナーゼがないた
め、カタラーゼがある場合にはカタラーゼの反応と、溶
液中にもともと存在するH+濃度と、被測定物質以外の物
質のもつH+濃度が酵素電極側と共通である。
シダーゼとグルコノラクトナーゼの酵素反応によって最
終的にH+を発生させ、そのH+の濃度をISFETで測定す
る。グルコースオキシダーゼの反応から生成されるH2O2
は、反応性が高く、固定化膜への化学物質の吸着や拡散
に影響を与えるため、（２）式のように、カタラーゼに
より、グルコースオキシダーゼの酵素反応に必要なO2へ
変換させることが好ましいが、カタラーゼはなくてもか
まわない。一方、参照電極上の固定化膜には上記のグル
コースオキシダーゼとグルコノラクトナーゼがないた
め、カタラーゼがある場合にはカタラーゼの反応と、溶
液中にもともと存在するH+濃度と、被測定物質以外の物
質のもつH+濃度が酵素電極側と共通である。
両電極の固定化膜の違いは、固定化膜５と固定化膜３の
違い、すなわちグルコースオキシダーゼ及びグルコノラ
クトナーゼの有無であり、液体に接する上側の固定化膜
４は同じ組成の固定化膜である。したがって、液体中の
被測定物質以外に変化する物質が吸着する速度が測定毎
に同一となるため、酵素電極２と参照電極１の差動出力
は、酵素反応による出力変化のみが取り出せる。第５図
の７（実線）は、本発明のセンサによって測定した血漿
の出力特性である。
違い、すなわちグルコースオキシダーゼ及びグルコノラ
クトナーゼの有無であり、液体に接する上側の固定化膜
４は同じ組成の固定化膜である。したがって、液体中の
被測定物質以外に変化する物質が吸着する速度が測定毎
に同一となるため、酵素電極２と参照電極１の差動出力
は、酵素反応による出力変化のみが取り出せる。第５図
の７（実線）は、本発明のセンサによって測定した血漿
の出力特性である。
第２図は、従来のバイオセンサの断面図である。この従
来型センサを用いて測定した場合は、第５図の８（破
線）の出力特性である。
来型センサを用いて測定した場合は、第５図の８（破
線）の出力特性である。
このように、本発明によるバイオセンサの酵素膜構造に
よって多様な成分系を含む測定の効果は、明らかであ
る。
よって多様な成分系を含む測定の効果は、明らかであ
る。
第３図は、参照電極側にアルブミンと架橋剤から成る固
定化膜４を、酵素電極側には第１図の酵素電極上に形成
された２層構造の固定化膜３、４と同じ固定化酵素膜を
形成した場合である。
定化膜４を、酵素電極側には第１図の酵素電極上に形成
された２層構造の固定化膜３、４と同じ固定化酵素膜を
形成した場合である。
このような構造でも、本発明による効果は得られる。
第４図は、参照電極側にアルブミンと架橋剤から成る固
定化膜を、参照電極側にはグルコースオキシダーゼ、グ
ルコノラクトナーゼ、カタラーゼ、アルブミンと架橋剤
から成る固定化膜である。このような一層構造によって
も本発明による効果は得られる。なお以上の実施例は、
２層構造までに限定するものではない。３層以上も可能
である。
定化膜を、参照電極側にはグルコースオキシダーゼ、グ
ルコノラクトナーゼ、カタラーゼ、アルブミンと架橋剤
から成る固定化膜である。このような一層構造によって
も本発明による効果は得られる。なお以上の実施例は、
２層構造までに限定するものではない。３層以上も可能
である。
（発明の効果） 従来のセンサでは、多様な成分を含む溶液系の測定に際
して、被測定物質以外の影響を消去できなかったのに対
し、本発明によるバイオセンサの酵素固定化膜構造で
は、参照電極上と酵素電極上とに物理化学的に同一な組
成の固定化膜が液体と接するように設けるために、多様
な成分を含む溶液系においても、被測定物質だけの変化
を取り出すことが可能である。
して、被測定物質以外の影響を消去できなかったのに対
し、本発明によるバイオセンサの酵素固定化膜構造で
は、参照電極上と酵素電極上とに物理化学的に同一な組
成の固定化膜が液体と接するように設けるために、多様
な成分を含む溶液系においても、被測定物質だけの変化
を取り出すことが可能である。
第１図、第３図、第４図は、本発明の一実施例を示すセ
ンサの断面図、第２図は従来の構造を示す断面図であ
る。第５図は、本発明と従来のセンサによる血漿測定の
出力特性を比較した図である。 図において、 １……参照電極、２……酵素電極 ３……グルコースオキシダーゼ、グルコノラクトナー
ゼ、カタラーゼ、アルブミンと架橋剤から成る固定化膜 ４……アルブミンと架橋剤から成る固定化膜 ５……カタラーゼ、アルブミンと架橋剤から成る固定化
膜 ６……グルコースオキシダーゼ、グルコノラクトナー
ゼ、カタラーゼ、アルブミンと架橋剤から成る固定化膜 ７……本発明を用いたグルコースセンサによって血漿を
測定した際の出力特性 ８……従来のグルコースセンサによって血漿を測定した
際の出力特性 ９……ソース、10……ゲート、11……ドレイン
ンサの断面図、第２図は従来の構造を示す断面図であ
る。第５図は、本発明と従来のセンサによる血漿測定の
出力特性を比較した図である。 図において、 １……参照電極、２……酵素電極 ３……グルコースオキシダーゼ、グルコノラクトナー
ゼ、カタラーゼ、アルブミンと架橋剤から成る固定化膜 ４……アルブミンと架橋剤から成る固定化膜 ５……カタラーゼ、アルブミンと架橋剤から成る固定化
膜 ６……グルコースオキシダーゼ、グルコノラクトナー
ゼ、カタラーゼ、アルブミンと架橋剤から成る固定化膜 ７……本発明を用いたグルコースセンサによって血漿を
測定した際の出力特性 ８……従来のグルコースセンサによって血漿を測定した
際の出力特性 ９……ソース、10……ゲート、11……ドレイン
Claims (2)
- 【請求項１】酵素電極と参照電極とにそれぞれ同じ特性
を有する半導体電界効果型イオンセンサを用い、前記酵
素電極と前記参照電極の差動出力によって特定物質を測
定する半導体電界効果型バイオセンサにおいて、酵素電
極上の酵素固定化膜が少なくとも酵素、アルブミンおよ
び架橋剤より構成され下側に位置する第１の膜と少なく
ともアルブミンと架橋剤より構成された上側に位置する
第２の膜より構成される２層構造であり、参照電極上に
は酵素電極上の上側に位置した第２の膜と同じ組成の膜
が形成されていることを特徴とするバイオセンサ。 - 【請求項２】酵素電極上の酵素固定化膜が少なくともグ
ルコースオキシダーゼ、グルコノラクトナーゼ、カタラ
ーゼ、アルブミンおよび架橋剤より構成され下側に位置
する第１の膜と少なくともアルブミンと架橋剤より構成
され上側に位置する第２の膜より構成される２層構造で
あり、参照電極上には少なくともカタラーゼ、アルブミ
ンおよび架橋剤より構成され下側に位置する第１の膜と
酵素電極上の上側に位置した第２の膜と同じ組成の膜が
参照電極上の上側に第２の膜として形成された２層構造
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
バイオセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62312857A JPH0750063B2 (ja) | 1987-12-09 | 1987-12-09 | バイオセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62312857A JPH0750063B2 (ja) | 1987-12-09 | 1987-12-09 | バイオセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01152357A JPH01152357A (ja) | 1989-06-14 |
| JPH0750063B2 true JPH0750063B2 (ja) | 1995-05-31 |
Family
ID=18034272
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62312857A Expired - Lifetime JPH0750063B2 (ja) | 1987-12-09 | 1987-12-09 | バイオセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0750063B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6726818B2 (en) * | 2000-07-21 | 2004-04-27 | I-Sens, Inc. | Biosensors with porous chromatographic membranes |
| JP4864745B2 (ja) | 2007-01-30 | 2012-02-01 | 日機装株式会社 | モニター装置及び人工膵臓装置 |
| US20150355129A1 (en) * | 2014-06-05 | 2015-12-10 | Avails Medical, Inc. | Systems and methods for detecting substances in bodily fluids |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61231454A (ja) * | 1985-04-08 | 1986-10-15 | Nok Corp | 酵素固定化用膜 |
-
1987
- 1987-12-09 JP JP62312857A patent/JPH0750063B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01152357A (ja) | 1989-06-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
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