JPH08145938A - バイオセンサおよびその製造方法 - Google Patents
バイオセンサおよびその製造方法Info
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- JPH08145938A JPH08145938A JP6291401A JP29140194A JPH08145938A JP H08145938 A JPH08145938 A JP H08145938A JP 6291401 A JP6291401 A JP 6291401A JP 29140194 A JP29140194 A JP 29140194A JP H08145938 A JPH08145938 A JP H08145938A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 グルコースの異性体比にかかわらず全グルコ
ース量を簡便に測定可能なバイオセンサを提供する。 【構成】 絶縁性の基板、基板上に形成された作用極と
対極を有する電極系、および反応層から構成され、反応
層がグルコース酸化酵素とグルコースの異性化酵素を含
有するバイオセンサ。また、電極系と反応層を複数備
え、反応層の一つはグルコースを酸化する能力を有する
酵素を含み、別の反応層はグルコースを酸化する能力を
有する酵素とグルコースの異性化反応を促進させる能力
を有する酵素を含む。
ース量を簡便に測定可能なバイオセンサを提供する。 【構成】 絶縁性の基板、基板上に形成された作用極と
対極を有する電極系、および反応層から構成され、反応
層がグルコース酸化酵素とグルコースの異性化酵素を含
有するバイオセンサ。また、電極系と反応層を複数備
え、反応層の一つはグルコースを酸化する能力を有する
酵素を含み、別の反応層はグルコースを酸化する能力を
有する酵素とグルコースの異性化反応を促進させる能力
を有する酵素を含む。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、試料中の特定成分につ
いて、迅速かつ高精度な定量を簡便に実施することので
きるバイオセンサおよびその製造方法に関する。
いて、迅速かつ高精度な定量を簡便に実施することので
きるバイオセンサおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】試料液の希釈や攪拌などを行うことな
く、試料液中の特定成分を簡易に定量できるバイオセン
サは既に知られている（例えば、特開平３−２０２７６
４号公報）。このバイオセンサは、絶縁性の基板上にス
クリーン印刷等の方法で電極系を形成し、この電極系上
に親水性高分子と酸化還元酵素と電子受容体を含む反応
層を形成したものである。試料液を酵素反応層上へ滴下
すると反応層が溶解し、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
求めるものである。
く、試料液中の特定成分を簡易に定量できるバイオセン
サは既に知られている（例えば、特開平３−２０２７６
４号公報）。このバイオセンサは、絶縁性の基板上にス
クリーン印刷等の方法で電極系を形成し、この電極系上
に親水性高分子と酸化還元酵素と電子受容体を含む反応
層を形成したものである。試料液を酵素反応層上へ滴下
すると反応層が溶解し、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
求めるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前記の従来の技術をグ
ルコースの定量に応用した場合には、次のような課題を
有していた。この種のバイオセンサにおいて、グルコー
ス酸化酵素としてはグルコースオキシダーゼを用いるの
が一般的である。この酵素は、グルコースの異性体のう
ちβ−グルコースのみと反応し、α−グルコースとは反
応できない。このために試料液中のグルコースのα体と
β体の比が未知の場合には、グルコース濃度を正確に定
量することができない。α−グルコースとβ−グルコー
ス間の異性化反応を促進させる能力をゆうするものとし
ては、ムタロターゼが知られている。ムタロターゼとグ
ルコース酸化酵素を同時に用いる場合には、酵素試薬の
量が少ないと十分な効果が得られず、また一方で試薬量
が多くなると、センサ作製コストが高くなるという課題
を有する。これらに加えて、特に試薬を絶縁性の基板上
へ乾燥担持させて使い捨て型のセンサを構成するような
場合には、試薬層の割れ等が生じることにより正確な測
定ができなくなる。
ルコースの定量に応用した場合には、次のような課題を
有していた。この種のバイオセンサにおいて、グルコー
ス酸化酵素としてはグルコースオキシダーゼを用いるの
が一般的である。この酵素は、グルコースの異性体のう
ちβ−グルコースのみと反応し、α−グルコースとは反
応できない。このために試料液中のグルコースのα体と
β体の比が未知の場合には、グルコース濃度を正確に定
量することができない。α−グルコースとβ−グルコー
ス間の異性化反応を促進させる能力をゆうするものとし
ては、ムタロターゼが知られている。ムタロターゼとグ
ルコース酸化酵素を同時に用いる場合には、酵素試薬の
量が少ないと十分な効果が得られず、また一方で試薬量
が多くなると、センサ作製コストが高くなるという課題
を有する。これらに加えて、特に試薬を絶縁性の基板上
へ乾燥担持させて使い捨て型のセンサを構成するような
場合には、試薬層の割れ等が生じることにより正確な測
定ができなくなる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明のバイオセンサ
は、絶縁性の基板、前記絶縁性の基板上に形成された作
用極と対極を有する電極系、および反応層から構成さ
れ、前記反応層が少なくともグルコースを酸化する能力
を有する酵素とグルコースの異性化反応を促進させる能
力を有する酵素を含むものである。また、本発明のバイ
オセンサは、絶縁性の基板、前記絶縁性の基板上に形成
された作用極と対極を有する複数の電極系、および複数
の反応層からなり、前記反応層の一つはグルコースを酸
化する能力を有する酵素を含み、別の反応層はグルコー
スを酸化する能力を有する酵素とグルコースの異性化反
応を促進させる能力を有する酵素を含むものである。
は、絶縁性の基板、前記絶縁性の基板上に形成された作
用極と対極を有する電極系、および反応層から構成さ
れ、前記反応層が少なくともグルコースを酸化する能力
を有する酵素とグルコースの異性化反応を促進させる能
力を有する酵素を含むものである。また、本発明のバイ
オセンサは、絶縁性の基板、前記絶縁性の基板上に形成
された作用極と対極を有する複数の電極系、および複数
の反応層からなり、前記反応層の一つはグルコースを酸
化する能力を有する酵素を含み、別の反応層はグルコー
スを酸化する能力を有する酵素とグルコースの異性化反
応を促進させる能力を有する酵素を含むものである。
【０００５】さらに、本発明のバイオセンサは、絶縁性
の基板、前記絶縁性の基板上に形成された作用極と対極
を有する複数の電極系、および複数の反応層からなり、
前記反応層の一つはグルコースを酸化する能力を有する
酵素とグルコースの異性化反応を促進させる能力を有す
る酵素を含み、別の反応層は多糖類を加水分解させてグ
ルコースを生成する能力を有する酵素とグルコースを酸
化する能力を有する酵素とグルコースの異性化反応を促
進させる能力を有する酵素を含むものである。多糖類を
加水分解させてグルコースを生成する能力を有する酵素
は、スクロース加水分解酵素、マルトース加水分解酵
素、およびラクトース加水分解酵素よりなる群から選ば
れるものが好ましい。
の基板、前記絶縁性の基板上に形成された作用極と対極
を有する複数の電極系、および複数の反応層からなり、
前記反応層の一つはグルコースを酸化する能力を有する
酵素とグルコースの異性化反応を促進させる能力を有す
る酵素を含み、別の反応層は多糖類を加水分解させてグ
ルコースを生成する能力を有する酵素とグルコースを酸
化する能力を有する酵素とグルコースの異性化反応を促
進させる能力を有する酵素を含むものである。多糖類を
加水分解させてグルコースを生成する能力を有する酵素
は、スクロース加水分解酵素、マルトース加水分解酵
素、およびラクトース加水分解酵素よりなる群から選ば
れるものが好ましい。
【０００６】本発明のバイオセンサの製造方法は、絶縁
性の基板上に少なくとも作用極と対極を有する複数の電
極系を設ける工程、前記一つの電極系上にグルコースを
酸化する能力を有する酵素とグルコースの異性化反応を
促進させる能力を有する酵素を含む水溶液を展開し、乾
燥させて反応層を設ける工程、および別の電極系上に多
糖類を加水分解させグルコースを生成する能力を有する
酵素とグルコースを酸化する能力を有する酵素とグルコ
ースの異性化反応を促進させる能力を有する酵素を含む
水溶液を展開し、乾燥させて反応層を設ける工程を有す
る。
性の基板上に少なくとも作用極と対極を有する複数の電
極系を設ける工程、前記一つの電極系上にグルコースを
酸化する能力を有する酵素とグルコースの異性化反応を
促進させる能力を有する酵素を含む水溶液を展開し、乾
燥させて反応層を設ける工程、および別の電極系上に多
糖類を加水分解させグルコースを生成する能力を有する
酵素とグルコースを酸化する能力を有する酵素とグルコ
ースの異性化反応を促進させる能力を有する酵素を含む
水溶液を展開し、乾燥させて反応層を設ける工程を有す
る。
【０００７】
【作用】グルコース酸化酵素とグルコースの異性化反応
を促進させる能力を有する酵素を共存させることによ
り、α−グルコースとβ−グルコースの溶液中の存在比
率にかかわらず高精度な測定が可能となる。また、用い
る試薬量の範囲を限定することにより、短時間で正確な
測定を可能にすると共に、反応層の割れを防ぎ、均一な
反応層を形成させることで精度の高い応答が得られる。
さらに、複数の電極系と複数の反応層を設け、一方の反
応層にはグルコース酸化酵素を、また別の反応層にはグ
ルコース酸化酵素とグルコースの異性化反応を促進させ
る能力を有する酵素をそれぞれ含ませることにより、前
記２種の反応層を用いた応答の差により試料液中のグル
コースの異性体の存在比率を容易に検知することができ
る。また、複数の電極系と複数の反応層を設け、一方の
反応層にはグルコース酸化酵素とグルコースの異性化反
応を促進させる能力を有する酵素を含ませ、更に別の反
応層には、多糖類を加水分解させてグルコースを生成す
る能力を有する酵素とグルコース酸化酵素とグルコース
の異性化反応を促進させる能力を有する酵素を含ませる
ことにより、多糖類とグルコースの同時定量を精度よく
行うことができる。
を促進させる能力を有する酵素を共存させることによ
り、α−グルコースとβ−グルコースの溶液中の存在比
率にかかわらず高精度な測定が可能となる。また、用い
る試薬量の範囲を限定することにより、短時間で正確な
測定を可能にすると共に、反応層の割れを防ぎ、均一な
反応層を形成させることで精度の高い応答が得られる。
さらに、複数の電極系と複数の反応層を設け、一方の反
応層にはグルコース酸化酵素を、また別の反応層にはグ
ルコース酸化酵素とグルコースの異性化反応を促進させ
る能力を有する酵素をそれぞれ含ませることにより、前
記２種の反応層を用いた応答の差により試料液中のグル
コースの異性体の存在比率を容易に検知することができ
る。また、複数の電極系と複数の反応層を設け、一方の
反応層にはグルコース酸化酵素とグルコースの異性化反
応を促進させる能力を有する酵素を含ませ、更に別の反
応層には、多糖類を加水分解させてグルコースを生成す
る能力を有する酵素とグルコース酸化酵素とグルコース
の異性化反応を促進させる能力を有する酵素を含ませる
ことにより、多糖類とグルコースの同時定量を精度よく
行うことができる。
【０００８】さらに、上記バイオセンサの製造方法とし
ては複数の電極系を設け、つぎにグルコース酸化酵素と
グルコースの異性化反応を促進させる能力を有する酵素
を含む水溶液を含む反応層を設け、つぎに別の電極系上
に多糖類を加水分解させてグルコースを生成する能力を
有する酵素とグルコース酸化酵素とグルコースの異性化
反応を促進させる能力を有する酵素を含む反応層を設け
ることによって、以下の効果が得られる。すなわち、酵
素試薬は一般に耐熱性に乏しいものが多く、反応層形成
時に加熱処理を行う場合は極力短時間に、しかもできる
限り低い温度で行うことが望ましい。ところで、一つの
基板上に複数の反応層を加熱操作を経て作製する場合に
は、複数の反応層を同時に作製することが望ましいが、
例えば平らな基板の両面に反応層を作製する場合などは
特に同時作製が困難となる場合がある。本発明者らの研
究結果によると、多糖類を加水分解させグルコースを生
成する能力を有する酵素は、グルコース酸化酵素に比べ
ると、比較的熱に弱い傾向にあることが明らかになっ
た。従って、上記の製造方法によって、多糖類を加水分
解させグルコースを生成する能力を有する酵素の加熱工
程を最後にすることで、その活性低下を最小限にするこ
とが可能となり、その結果、精度のよいセンサを安定的
に供給することができる。
ては複数の電極系を設け、つぎにグルコース酸化酵素と
グルコースの異性化反応を促進させる能力を有する酵素
を含む水溶液を含む反応層を設け、つぎに別の電極系上
に多糖類を加水分解させてグルコースを生成する能力を
有する酵素とグルコース酸化酵素とグルコースの異性化
反応を促進させる能力を有する酵素を含む反応層を設け
ることによって、以下の効果が得られる。すなわち、酵
素試薬は一般に耐熱性に乏しいものが多く、反応層形成
時に加熱処理を行う場合は極力短時間に、しかもできる
限り低い温度で行うことが望ましい。ところで、一つの
基板上に複数の反応層を加熱操作を経て作製する場合に
は、複数の反応層を同時に作製することが望ましいが、
例えば平らな基板の両面に反応層を作製する場合などは
特に同時作製が困難となる場合がある。本発明者らの研
究結果によると、多糖類を加水分解させグルコースを生
成する能力を有する酵素は、グルコース酸化酵素に比べ
ると、比較的熱に弱い傾向にあることが明らかになっ
た。従って、上記の製造方法によって、多糖類を加水分
解させグルコースを生成する能力を有する酵素の加熱工
程を最後にすることで、その活性低下を最小限にするこ
とが可能となり、その結果、精度のよいセンサを安定的
に供給することができる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説
明する。 ［実施例１］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。図１は本発明のバイオセンサの
一実施例として作製したグルコースセンサの断面図、図
２は同グルコースセンサのうち反応層を除き、図１の斜
め上方向からみた分解斜視図である。以下、グルコース
センサの作製方法について説明する。まず、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
ン印刷により銀ペ−ストを印刷しリ−ド２、３を形成す
る。つぎに、樹脂バインダーを含む導電性カーボンペー
ストを印刷して作用極４を形成する。作用極４はリード
２と接触している。
明する。 ［実施例１］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。図１は本発明のバイオセンサの
一実施例として作製したグルコースセンサの断面図、図
２は同グルコースセンサのうち反応層を除き、図１の斜
め上方向からみた分解斜視図である。以下、グルコース
センサの作製方法について説明する。まず、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
ン印刷により銀ペ−ストを印刷しリ−ド２、３を形成す
る。つぎに、樹脂バインダーを含む導電性カーボンペー
ストを印刷して作用極４を形成する。作用極４はリード
２と接触している。
【００１０】つぎに、絶縁性ペーストを印刷して絶縁層
１０を形成する。絶縁層１０は、作用極４の外周部を覆
っており、これによって作用極４の露出部分の面積を一
定（１平方ミリメートル）に保っている。さらに、絶縁
層１０は、リード２、３を部分的に覆っている。つぎ
に、樹脂バインダーを含む導電性カーボンペーストをリ
ード３と接触するように印刷して対極５を形成する。つ
ぎに、前記電極系（作用極４、対極５）上に、親水性高
分子としてカルボキシメチルセルロ−ス（以下ＣＭＣと
略す）の０．５ｗｔ％水溶液を滴下し、乾燥させてＣＭ
Ｃ層を形成する。つづいて、前記ＣＭＣ層上にグルコー
スを酸化する能力を有する酵素としてグルコースオキシ
ダーゼ（以下ＧＯＤと略す）と、グルコースの異性化反
応を促進させる能力を有する酵素としてムタロターゼ
（以下、ＭＵＴと略す）および電子受容体としてフェリ
シアン化カリウムをリン酸緩衝液（０．２Ｍ：ＫＨ2Ｐ
Ｏ4−０．２Ｍ：Ｎａ2ＨＰＯ4；ｐＨ＝７．０）に溶解
させた混合溶液を滴下し、温風乾燥器中で乾燥させて反
応層２０を形成する。
１０を形成する。絶縁層１０は、作用極４の外周部を覆
っており、これによって作用極４の露出部分の面積を一
定（１平方ミリメートル）に保っている。さらに、絶縁
層１０は、リード２、３を部分的に覆っている。つぎ
に、樹脂バインダーを含む導電性カーボンペーストをリ
ード３と接触するように印刷して対極５を形成する。つ
ぎに、前記電極系（作用極４、対極５）上に、親水性高
分子としてカルボキシメチルセルロ−ス（以下ＣＭＣと
略す）の０．５ｗｔ％水溶液を滴下し、乾燥させてＣＭ
Ｃ層を形成する。つづいて、前記ＣＭＣ層上にグルコー
スを酸化する能力を有する酵素としてグルコースオキシ
ダーゼ（以下ＧＯＤと略す）と、グルコースの異性化反
応を促進させる能力を有する酵素としてムタロターゼ
（以下、ＭＵＴと略す）および電子受容体としてフェリ
シアン化カリウムをリン酸緩衝液（０．２Ｍ：ＫＨ2Ｐ
Ｏ4−０．２Ｍ：Ｎａ2ＨＰＯ4；ｐＨ＝７．０）に溶解
させた混合溶液を滴下し、温風乾燥器中で乾燥させて反
応層２０を形成する。
【００１１】各試薬の含有量はＧＯＤが１０ユニット／
平方センチメートル、ＭＵＴが２００ユニット／平方セ
ンチメートル、フェリシアン化カリウムが１．３ｍｇ／
平方センチメートルである。本発明者らの検討の結果に
よると、ＧＯＤは１〜５０ユニット／平方センチメート
ル、ＭＵＴは２〜１０００ユニット／平方センチメート
ル、フェリシアン化カリウムは０．３３〜５．２ｍｇ／
平方センチメートルの範囲内が適当であった。ＧＯＤあ
るいはＭＵＴが上記範囲より少ない場合には、測定に数
分以上が必要となり、その間に生じる試料液の蒸発など
が応答値に与える影響が大きくなる。一方、ＧＯＤある
いはＭＵＴが上記範囲より多い場合には、製造コストが
高くなり、反応層作製時に試薬量が多いために反応層の
割れ等が生じることによるばらつき増加の原因にもな
る。フェリシアン化カリウムについては、上記範囲より
少ない場合には測定可能なグルコース濃度域が極めて狭
くなり、また、上記範囲より多い場合には、製造コスト
の上昇、反応層の割れ等が生じることによるばらつき増
加、さらには保存信頼性の悪化が認められる。上記のよ
うにして反応層７を形成した後、カバー１３およびスペ
ーサー１２を図２中、一点鎖線で示すような位置関係を
もって接着してグルコースセンサを作製する。カバー１
３およびスペーサー１２は本発明の効果には直接関与せ
ず、従って必ずしも必要ではない。
平方センチメートル、ＭＵＴが２００ユニット／平方セ
ンチメートル、フェリシアン化カリウムが１．３ｍｇ／
平方センチメートルである。本発明者らの検討の結果に
よると、ＧＯＤは１〜５０ユニット／平方センチメート
ル、ＭＵＴは２〜１０００ユニット／平方センチメート
ル、フェリシアン化カリウムは０．３３〜５．２ｍｇ／
平方センチメートルの範囲内が適当であった。ＧＯＤあ
るいはＭＵＴが上記範囲より少ない場合には、測定に数
分以上が必要となり、その間に生じる試料液の蒸発など
が応答値に与える影響が大きくなる。一方、ＧＯＤある
いはＭＵＴが上記範囲より多い場合には、製造コストが
高くなり、反応層作製時に試薬量が多いために反応層の
割れ等が生じることによるばらつき増加の原因にもな
る。フェリシアン化カリウムについては、上記範囲より
少ない場合には測定可能なグルコース濃度域が極めて狭
くなり、また、上記範囲より多い場合には、製造コスト
の上昇、反応層の割れ等が生じることによるばらつき増
加、さらには保存信頼性の悪化が認められる。上記のよ
うにして反応層７を形成した後、カバー１３およびスペ
ーサー１２を図２中、一点鎖線で示すような位置関係を
もって接着してグルコースセンサを作製する。カバー１
３およびスペーサー１２は本発明の効果には直接関与せ
ず、従って必ずしも必要ではない。
【００１２】このグルコースセンサに試料液としてグル
コース水溶液３μｌを試料供給孔１４より供給した。試
料液は空気孔１５部分まで達し、電極系上の反応層２０
が溶解した。なお、試料液の供給をより一層円滑にする
ためには、さらに、レシチンの有機溶媒溶液（例えばト
ルエン溶液）を試料供給部（センサ先端部）から反応層
上にわたって広げ、乾燥させることでレシチン層を形成
してからカバー１３、スペーサー１２を接着するとよ
い。試料液を供給してから一定時間後に電極系の対極５
と作用極４の間に＋０．５Ｖの電圧を印加し、５秒後の
電流値を測定したところ、試料液中のグルコース濃度に
比例した値が得られた。また、グルコースの異性体（α
−グルコースとβ−グルコース）の比率を変えて調製し
たグルコース水溶液について同様の測定を行ったとこ
ろ、異性体比率にかかわらず全グルコース濃度に比例し
た精度のよい測定が可能であった。
コース水溶液３μｌを試料供給孔１４より供給した。試
料液は空気孔１５部分まで達し、電極系上の反応層２０
が溶解した。なお、試料液の供給をより一層円滑にする
ためには、さらに、レシチンの有機溶媒溶液（例えばト
ルエン溶液）を試料供給部（センサ先端部）から反応層
上にわたって広げ、乾燥させることでレシチン層を形成
してからカバー１３、スペーサー１２を接着するとよ
い。試料液を供給してから一定時間後に電極系の対極５
と作用極４の間に＋０．５Ｖの電圧を印加し、５秒後の
電流値を測定したところ、試料液中のグルコース濃度に
比例した値が得られた。また、グルコースの異性体（α
−グルコースとβ−グルコース）の比率を変えて調製し
たグルコース水溶液について同様の測定を行ったとこ
ろ、異性体比率にかかわらず全グルコース濃度に比例し
た精度のよい測定が可能であった。
【００１３】［実施例２］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。図３は本発明のバ
イオセンサの一実施例として作製したグルコースセンサ
の断面図、図４は同グルコースセンサのうち反応層を除
き、図３の上方向より見た分解斜視図、図５は同グルコ
ースセンサのうち反応層を除き、図３の下方向より見た
分解斜視図である。以下にグルコースセンサの作製方法
について説明する。まず、ポリエチレンテレフタレート
からなる絶縁性の基板１の片面上に、実施例１と同様に
してリ−ド２、３と電極系（作用極４、対極５）および
絶縁層１０を形成する。次に前記基板１の別の面上に、
リード６、７と電極系（作用極８、対極９）および絶縁
層１１を形成してベース３０を作製する。つぎにＣＭＣ
水溶液を前記作用極４と対極５とからなる電極系上に展
開し、乾燥してＣＭＣ層を形成し、続けてグルコースを
酸化させる能力を有する酵素としてＧＯＤとフェリシア
ン化カリウムの混合水溶液を前記ＣＭＣ層上へ展開し、
乾燥して反応層２０を形成する。つぎにＣＭＣ水溶液を
前記作用極８と対極９とからなる電極系上に展開し、乾
燥してＣＭＣ層を形成し、続けてグルコースを酸化させ
る能力を有する酵素としてＧＯＤとグルコースの異性化
反応を促進させる能力を有する酵素としてムタロターゼ
と、フェリシアン化カリウムの混合水溶液を前記ＣＭＣ
層上へ展開し、乾燥して反応層２１を形成する。さら
に、カバー１３、１７およびスペーサー１２、１６と共
に一体化してグルコースセンサを作製する。
グルコースセンサについて説明する。図３は本発明のバ
イオセンサの一実施例として作製したグルコースセンサ
の断面図、図４は同グルコースセンサのうち反応層を除
き、図３の上方向より見た分解斜視図、図５は同グルコ
ースセンサのうち反応層を除き、図３の下方向より見た
分解斜視図である。以下にグルコースセンサの作製方法
について説明する。まず、ポリエチレンテレフタレート
からなる絶縁性の基板１の片面上に、実施例１と同様に
してリ−ド２、３と電極系（作用極４、対極５）および
絶縁層１０を形成する。次に前記基板１の別の面上に、
リード６、７と電極系（作用極８、対極９）および絶縁
層１１を形成してベース３０を作製する。つぎにＣＭＣ
水溶液を前記作用極４と対極５とからなる電極系上に展
開し、乾燥してＣＭＣ層を形成し、続けてグルコースを
酸化させる能力を有する酵素としてＧＯＤとフェリシア
ン化カリウムの混合水溶液を前記ＣＭＣ層上へ展開し、
乾燥して反応層２０を形成する。つぎにＣＭＣ水溶液を
前記作用極８と対極９とからなる電極系上に展開し、乾
燥してＣＭＣ層を形成し、続けてグルコースを酸化させ
る能力を有する酵素としてＧＯＤとグルコースの異性化
反応を促進させる能力を有する酵素としてムタロターゼ
と、フェリシアン化カリウムの混合水溶液を前記ＣＭＣ
層上へ展開し、乾燥して反応層２１を形成する。さら
に、カバー１３、１７およびスペーサー１２、１６と共
に一体化してグルコースセンサを作製する。
【００１４】上記のように作製したグルコースセンサに
試料液としてグルコース水溶液１０μｌを試料供給孔１
４、１８から供給してセンサ応答を測定したところ、作
用極４と対極５とからなる電極系より試料液中のβ−グ
ルコースに比例した応答が、また作用極８と対極９とか
らなる電極系より試料液中の全グルコース（α体とβ体
の和）に比例した応答が得られた。上記２つの応答より
試料液中のグルコース濃度を定量できるとともに、異性
体の存在比を簡易に知ることができる。
試料液としてグルコース水溶液１０μｌを試料供給孔１
４、１８から供給してセンサ応答を測定したところ、作
用極４と対極５とからなる電極系より試料液中のβ−グ
ルコースに比例した応答が、また作用極８と対極９とか
らなる電極系より試料液中の全グルコース（α体とβ体
の和）に比例した応答が得られた。上記２つの応答より
試料液中のグルコース濃度を定量できるとともに、異性
体の存在比を簡易に知ることができる。
【００１５】［実施例３］バイオセンサの一例として、
スクロースとグルコースを定量する糖分センサについて
説明する。実施例２と同様にして、ポリエチレンテレフ
タレートからなる絶縁性の基板１の両面に、リ−ド２、
３、６、７と２つの電極系（作用極４、８、対極５、
９）および絶縁層１０、１１を形成する。次に、前記作
用極４と対極５とからなる電極系上にＣＭＣ層を作製
後、さらにグルコースを酸化させる能力を有する酵素と
してＧＯＤと、グルコースの異性化反応を促進させる能
力を有する酵素としてムタロターゼと、フェリシアン化
カリウムの混合水溶液を滴下し、乾燥させて反応層２０
を形成する。つぎに前記作用極８と対極９とからなる電
極系上にＣＭＣ層を作製後、さらに多糖類を加水分解さ
せグルコースを生成する能力を有する酵素としてインベ
ルターゼ（以下、ＩＮＶと略す）と、グルコースを酸化
させる能力を有する酵素としてＧＯＤと、グルコースの
異性化反応を促進させる能力を有する酵素としてムタロ
ターゼと、フェリシアン化カリウムの混合水溶液を滴下
し、乾燥させて反応層２１を形成する。さらに、カバー
１３、１７およびスペーサー１２、１６と共に一体化し
てグルコースセンサを作製する。
スクロースとグルコースを定量する糖分センサについて
説明する。実施例２と同様にして、ポリエチレンテレフ
タレートからなる絶縁性の基板１の両面に、リ−ド２、
３、６、７と２つの電極系（作用極４、８、対極５、
９）および絶縁層１０、１１を形成する。次に、前記作
用極４と対極５とからなる電極系上にＣＭＣ層を作製
後、さらにグルコースを酸化させる能力を有する酵素と
してＧＯＤと、グルコースの異性化反応を促進させる能
力を有する酵素としてムタロターゼと、フェリシアン化
カリウムの混合水溶液を滴下し、乾燥させて反応層２０
を形成する。つぎに前記作用極８と対極９とからなる電
極系上にＣＭＣ層を作製後、さらに多糖類を加水分解さ
せグルコースを生成する能力を有する酵素としてインベ
ルターゼ（以下、ＩＮＶと略す）と、グルコースを酸化
させる能力を有する酵素としてＧＯＤと、グルコースの
異性化反応を促進させる能力を有する酵素としてムタロ
ターゼと、フェリシアン化カリウムの混合水溶液を滴下
し、乾燥させて反応層２１を形成する。さらに、カバー
１３、１７およびスペーサー１２、１６と共に一体化し
てグルコースセンサを作製する。
【００１６】上記のように作製した糖分センサに試料液
としてスクロースとグルコースの混合水溶液１０μｌを
試料供給孔のあるセンサ先端部よりセンサへ供給した。
試料液によって反応層２０、２１が溶解した。反応層２
０では、試料液中のグルコースが反応し、作用極４と対
極５の応答より全グルコース濃度（α体とβ体の和）を
定量することが可能である。一方、反応層２１では、ま
ず試料液中のスクロースが加水分解されてα−グルコー
スが生じる。このα−グルコースをＭＵＴによってβ−
グルコースに異性化し、ＧＯＤによって酸化する。この
とき、同時にフェリシアン化カリウムがフェロシアン化
カリウムに還元され、このフェロシアン化カリウムの生
成量を電極系（作用極８、対極９）で計測することによ
りスクロースの定量が可能である。上記電極系（作用極
８、対極９）の応答には、試料液中にあらかじめ含まれ
ていたグルコースの応答も含んでいるため、スクロース
とグルコースの混合溶液に対しては、作用極８と対極９
による応答と、作用極４と対極５の応答の差よりスクロ
ース濃度を精度よく定量することができる。ＩＮＶの代
わりにマルトース加水分解酵素を用いた場合には、マル
トースとグルコースを定量するセンサが、またラクトー
ス加水分解酵素を用いた場合には、ラクトースとグルコ
ースを定量するセンサがそれぞれ得られ、上記と同様の
効果が得られる。
としてスクロースとグルコースの混合水溶液１０μｌを
試料供給孔のあるセンサ先端部よりセンサへ供給した。
試料液によって反応層２０、２１が溶解した。反応層２
０では、試料液中のグルコースが反応し、作用極４と対
極５の応答より全グルコース濃度（α体とβ体の和）を
定量することが可能である。一方、反応層２１では、ま
ず試料液中のスクロースが加水分解されてα−グルコー
スが生じる。このα−グルコースをＭＵＴによってβ−
グルコースに異性化し、ＧＯＤによって酸化する。この
とき、同時にフェリシアン化カリウムがフェロシアン化
カリウムに還元され、このフェロシアン化カリウムの生
成量を電極系（作用極８、対極９）で計測することによ
りスクロースの定量が可能である。上記電極系（作用極
８、対極９）の応答には、試料液中にあらかじめ含まれ
ていたグルコースの応答も含んでいるため、スクロース
とグルコースの混合溶液に対しては、作用極８と対極９
による応答と、作用極４と対極５の応答の差よりスクロ
ース濃度を精度よく定量することができる。ＩＮＶの代
わりにマルトース加水分解酵素を用いた場合には、マル
トースとグルコースを定量するセンサが、またラクトー
ス加水分解酵素を用いた場合には、ラクトースとグルコ
ースを定量するセンサがそれぞれ得られ、上記と同様の
効果が得られる。
【００１７】なお、上記実施例２および３では、絶縁性
の基板の異なる面に複数の電極系および複数の反応層を
形成する方法について述べたが、これに限定されること
はなく、同一平面状に複数の電極系および複数の反応層
を形成した場合においても上記の効果を得ることができ
る。上記実施例では親水性高分子としてＣＭＣを用いた
が、これらに限定されることはなく、他のセルロース誘
導体、具体的には、ヒドロキシエチルセルロース、ヒド
ロキシプロピルセルロース、メチルセルロース、エチル
セルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、カル
ボキシメチルエチルセルロースを用いてもよく、さらに
は、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ゼ
ラチンおよびその誘導体、アクリル酸およびその塩、メ
タアクリル酸およびその塩、スターチおよびその誘導
体、無水マレイン酸およびその塩を用いても同様の効果
が得られる。一方、電子受容体としては、上記実施例に
示したフェリシアン化カリウム以外に、ｐ−ベンゾキノ
ン、フェナジンメトサルフェート、メチレンブルー、フ
ェロセンおよびその誘導体なども使用できる。また、上
記実施例において酵素および電子受容体については試料
液に溶解する方式について示したが、これに制限される
ことはなく、固定化によって試料液に不溶化させた場合
にも適用することができる。また、上記実施例では、作
用極と対極のみの二極電極系について述べたが、参照極
を加えた三電極方式にすれば、より正確な測定が可能で
ある。
の基板の異なる面に複数の電極系および複数の反応層を
形成する方法について述べたが、これに限定されること
はなく、同一平面状に複数の電極系および複数の反応層
を形成した場合においても上記の効果を得ることができ
る。上記実施例では親水性高分子としてＣＭＣを用いた
が、これらに限定されることはなく、他のセルロース誘
導体、具体的には、ヒドロキシエチルセルロース、ヒド
ロキシプロピルセルロース、メチルセルロース、エチル
セルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、カル
ボキシメチルエチルセルロースを用いてもよく、さらに
は、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ゼ
ラチンおよびその誘導体、アクリル酸およびその塩、メ
タアクリル酸およびその塩、スターチおよびその誘導
体、無水マレイン酸およびその塩を用いても同様の効果
が得られる。一方、電子受容体としては、上記実施例に
示したフェリシアン化カリウム以外に、ｐ−ベンゾキノ
ン、フェナジンメトサルフェート、メチレンブルー、フ
ェロセンおよびその誘導体なども使用できる。また、上
記実施例において酵素および電子受容体については試料
液に溶解する方式について示したが、これに制限される
ことはなく、固定化によって試料液に不溶化させた場合
にも適用することができる。また、上記実施例では、作
用極と対極のみの二極電極系について述べたが、参照極
を加えた三電極方式にすれば、より正確な測定が可能で
ある。
【００１８】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、試料液の
グルコース濃度を高精度に測定可能なバイオセンサが得
られる。また、試料液中のグルコースの異性体比率を簡
易操作で検知するバイオセンサが得られる。さらに、試
料液中の複数成分を精度よく定量するバイオセンサが得
られる。
グルコース濃度を高精度に測定可能なバイオセンサが得
られる。また、試料液中のグルコースの異性体比率を簡
易操作で検知するバイオセンサが得られる。さらに、試
料液中の複数成分を精度よく定量するバイオセンサが得
られる。
【図１】本発明の一実施例におけるグルコースセンサの
縦断面図である。
縦断面図である。
【図２】同グルコースセンサのうち反応層を除いた分解
斜視図である。
斜視図である。
【図３】本発明の他の実施例におけるグルコースセンサ
の縦断面図である。
の縦断面図である。
【図４】同グルコースセンサのうち反応層を除き、図３
の上方向より見た分解斜視図である。
の上方向より見た分解斜視図である。
【図５】同グルコースセンサのうち反応層を除き、図３
の下方向より見た分解斜視図である。
の下方向より見た分解斜視図である。
１ 絶縁性の基板 ２、３、６、７ リード ４、８ 作用極 ５、９ 対極 １０、１１ 絶縁層 ２０、２１ 反応層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 南海 史朗 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 絶縁性の基板、前記絶縁性の基板上に形
成された作用極と対極を有する電極系、および反応層か
ら構成され、前記反応層が少なくともグルコースを酸化
する能力を有する酵素とグルコースの異性化反応を促進
させる能力を有する酵素を含むことを特徴とするバイオ
センサ。 - 【請求項２】 絶縁性の基板、前記絶縁性の基板上に形
成された作用極と対極を有する複数の電極系、および複
数の反応層からなり、前記反応層の一つはグルコースを
酸化する能力を有する酵素を含み、別の反応層はグルコ
ースを酸化する能力を有する酵素とグルコースの異性化
反応を促進させる能力を有する酵素を含むことを特徴と
するバイオセンサ。 - 【請求項３】 絶縁性の基板、前記絶縁性の基板上に形
成された作用極と対極を有する複数の電極系、および複
数の反応層からなり、前記反応層の一つはグルコースを
酸化する能力を有する酵素とグルコースの異性化反応を
促進させる能力を有する酵素を含み、別の反応層は多糖
類を加水分解させてグルコースを生成する能力を有する
酵素とグルコースを酸化する能力を有する酵素とグルコ
ースの異性化反応を促進させる能力を有する酵素を含む
ことを特徴とするバイオセンサ。 - 【請求項４】 多糖類を加水分解させてグルコースを生
成する能力を有する酵素が、スクロース加水分解酵素、
マルトース加水分解酵素、およびラクトース加水分解酵
素よりなる群から選ばれる請求項３に記載のバイオセン
サ。 - 【請求項５】 絶縁性の基板上に少なくとも作用極と対
極を有する複数の電極系を設ける工程、前記一つの電極
系上にグルコースを酸化する能力を有する酵素とグルコ
ースの異性化反応を促進させる能力を有する酵素を含む
水溶液を展開し、乾燥させて反応層を設ける工程、およ
び別の電極系上に多糖類を加水分解させグルコースを生
成する能力を有する酵素とグルコースを酸化する能力を
有する酵素とグルコースの異性化反応を促進させる能力
を有する酵素を含む水溶液を展開し、乾燥させて反応層
を設ける工程を有するバイオセンサの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29140194A JP3429581B2 (ja) | 1994-11-25 | 1994-11-25 | バイオセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29140194A JP3429581B2 (ja) | 1994-11-25 | 1994-11-25 | バイオセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08145938A true JPH08145938A (ja) | 1996-06-07 |
| JP3429581B2 JP3429581B2 (ja) | 2003-07-22 |
Family
ID=17768424
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29140194A Expired - Fee Related JP3429581B2 (ja) | 1994-11-25 | 1994-11-25 | バイオセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3429581B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6878262B2 (en) | 2000-12-13 | 2005-04-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Analytical element and measuring device and substrate quantification method using the same |
| JP2011095259A (ja) * | 2009-10-27 | 2011-05-12 | Lifescan Scotland Ltd | 対向電極を備えた複室多検体テストストリップと共に使用するための検査計 |
| JP2013053926A (ja) * | 2011-09-05 | 2013-03-21 | Funai Electric Advanced Applied Technology Research Institute Inc | 検出対象物質測定装置および当該検出対象物質測定装置を用いた検出対象物質測定方法 |
| JP2013053927A (ja) * | 2011-09-05 | 2013-03-21 | Funai Electric Advanced Applied Technology Research Institute Inc | 酵素センサおよび当該酵素センサを用いた検出対象物質測定方法 |
-
1994
- 1994-11-25 JP JP29140194A patent/JP3429581B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6878262B2 (en) | 2000-12-13 | 2005-04-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Analytical element and measuring device and substrate quantification method using the same |
| JP2011095259A (ja) * | 2009-10-27 | 2011-05-12 | Lifescan Scotland Ltd | 対向電極を備えた複室多検体テストストリップと共に使用するための検査計 |
| JP2013053926A (ja) * | 2011-09-05 | 2013-03-21 | Funai Electric Advanced Applied Technology Research Institute Inc | 検出対象物質測定装置および当該検出対象物質測定装置を用いた検出対象物質測定方法 |
| JP2013053927A (ja) * | 2011-09-05 | 2013-03-21 | Funai Electric Advanced Applied Technology Research Institute Inc | 酵素センサおよび当該酵素センサを用いた検出対象物質測定方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3429581B2 (ja) | 2003-07-22 |
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