JPH085601A - Enzyme sensor and its production - Google Patents

Enzyme sensor and its production

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JPH085601A
JPH085601A JP6136106A JP13610694A JPH085601A JP H085601 A JPH085601 A JP H085601A JP 6136106 A JP6136106 A JP 6136106A JP 13610694 A JP13610694 A JP 13610694A JP H085601 A JPH085601 A JP H085601A
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JP
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enzyme
electrode
hydrophilic polymer
sensor
working electrode
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Tatsuo Suzuki
辰生 鈴木
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Nikkiso Co Ltd
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Nikkiso Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To obtain a stabilized high sensitivity enzyme sensor having long service life by providing an enzyme film layer containing a non-crosslinked hydrophilic polymer and an enzyme dispersed into the non-crosslinked hydrophilic polymer and crosslinked. CONSTITUTION:The enzyme sensor comprises a columnar working electrode 1 housed in a tubular reference electrode 2 through an insulator 6, and an enzyme film layer 3 touching the electrodes 1, 2 on the outside. Preferably, the electrode 1 is made of a novel metal, e.g. platinum or gold, and the electrode 2 is made of silver or silver chloride. The film layer 3 contains a non-crosslinked hydrophilic polymer, and an enzyme dispersed into the non-crosslinked hydrophilic polymer and crosslinked therewith through a crosslinking agent. The enzyme includes glucose oxidase, lactose oxidase, etc., and glutaraldehyde is preferably employed as a crosslinking agent. This method produces a stabilized miniature enzyme sensor having long service life and excellent in sensitivity.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、酵素センサーおよび
酵素センサーの製造方法に関し、詳しくは、高感度で、
安定性に優れると共に、長寿命である酵素センサー、お
よび簡易な方法により、高感度で、安定性に優れると共
に、長寿命である酵素センサーを製造することができる
酵素センサーの製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an enzyme sensor and a method for producing the enzyme sensor, and more specifically, with high sensitivity,
The present invention relates to an enzyme sensor having excellent stability and long life, and a method for producing an enzyme sensor capable of manufacturing an enzyme sensor having high sensitivity, excellent stability, and long life by a simple method.

【0002】[0002]

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】従来、試
料溶液中のグルコース濃度を測定する酵素センサーとし
て、アンペロメトリック型の過酸化水素電極方式のグル
コースセンサーが知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, an amperometric hydrogen peroxide electrode type glucose sensor is known as an enzyme sensor for measuring the glucose concentration in a sample solution.

【0003】このグルコースセンサーは、作用電極およ
び対照電極と、グルコースに作用する酵素を固定化した
高分子膜である酵素膜とを備えてなる。前記グルコース
に作用する酵素としては、グルコースオキシダーゼがし
ばしば用いられている。
This glucose sensor comprises a working electrode and a reference electrode, and an enzyme membrane which is a polymer membrane on which an enzyme acting on glucose is immobilized. Glucose oxidase is often used as the enzyme acting on glucose.

【0004】このグルコースセンサーによる試料溶液中
のグルコース濃度の測定は、次のようにして行なわれ
る。すなわち、グルコースを含有する試料溶液中に、こ
のグルコースセンサーを浸漬する。浸漬すると、電極表
面に固定化されたグルコースオキシダーゼの触媒作用に
よって、試料溶液中のグルコースからグルコノラクトン
と過酸化水素とが生成する。生成した過酸化水素は作用
電極において水と酸素とに分解される。この結果とし
て、作用電極と対照電極との間にグルコース濃度に比例
した電流が流れる。したがって、この電流値を測定する
ことにより、間接的に試料溶液中のグルコース濃度を算
出することができる。
The glucose concentration in the sample solution is measured by this glucose sensor as follows. That is, this glucose sensor is immersed in a sample solution containing glucose. Upon immersion, gluconolactone and hydrogen peroxide are produced from glucose in the sample solution by the catalytic action of glucose oxidase immobilized on the electrode surface. The hydrogen peroxide produced is decomposed into water and oxygen at the working electrode. As a result of this, a current proportional to the glucose concentration flows between the working electrode and the reference electrode. Therefore, by measuring this current value, the glucose concentration in the sample solution can be indirectly calculated.

【0005】従来の酵素センサーにおける電極への酵素
の固定化方法として、架橋法、共有結合法、包括法、お
よび吸着法などが知られている。これらの中でも、固定
化の操作が簡便であることから架橋法が広く採用されて
いる。この架橋法としては、グルタルアルデヒド等の架
橋剤を用いて、酵素間に架橋を形成して酵素同士を結合
させて固定化する方法、およびアルブミン等のマトリッ
クス物質を加えて酵素とマトリックス物質との間に架橋
を形成することにより、酵素をマトリックス物質と共に
固定化する方法を挙げることができる。
As a method for immobilizing an enzyme on an electrode in a conventional enzyme sensor, a cross-linking method, a covalent bond method, an entrapping method, an adsorption method and the like are known. Among these, the crosslinking method is widely adopted because the immobilization operation is simple. As the cross-linking method, a method of forming a cross-link between the enzymes by using a cross-linking agent such as glutaraldehyde to bond the enzymes to each other and immobilizing the enzyme, and adding a matrix substance such as albumin to the enzyme and the matrix substance An example is a method of immobilizing an enzyme together with a matrix substance by forming a bridge between them.

【0006】しかしながら、従来の架橋法による酵素膜
を備えた酵素センサーは、酵素同士が密に結合すること
により物質の透過拡散性が不良となり易く、その結果、
センサーとしての感度が低く、再現性に劣り、寿命が短
いという問題を有していた。さらに、エチレンオキサイ
ドガスなどによる滅菌に対する安定性に劣るという問題
もあった。
[0006] However, in the enzyme sensor provided with the enzyme membrane by the conventional cross-linking method, the permeation and diffusion of the substance is likely to be poor due to the close bonding of the enzymes, and as a result,
The sensitivity of the sensor is low, the reproducibility is poor, and the service life is short. Further, there is a problem that the stability against sterilization with ethylene oxide gas is poor.

【0007】さらに、近年においては、糖尿病患者等の
血管内または皮下組織内のグルコース濃度を連続的にモ
ニタリングすることを目的とするグルコースセンサーが
注目されており、このような目的にも使用し得るグルコ
ースセンサー、すなわち、小型で、高感度であり、より
高い安定性を有し、より長寿命のグルコースセンサーの
開発が望まれていた。また、グルコースに限らず、他の
物質の測定においても同様に、優れた感度および安定性
を有し、かつ長寿命の酵素センサーの開発が望まれてい
た。
Furthermore, in recent years, a glucose sensor has been attracting attention for the purpose of continuously monitoring the glucose concentration in blood vessels or subcutaneous tissues of diabetic patients and the like, and it can be used for such purposes. It has been desired to develop a glucose sensor, that is, a small size, high sensitivity, higher stability, and longer life glucose sensor. Further, not only glucose but also other substances are similarly measured, and similarly, development of an enzyme sensor having excellent sensitivity and stability and long life has been desired.

【0008】この発明は上記事情に基づいて完成され
た。すなわち、この発明の目的は、上記従来の酵素セン
サーが有していた欠点を解消した酵素センサーを提供す
ることにある。また、この発明の目的は、小型で、優れ
た感度および安定性を有し、かつ長寿命の酵素センサー
を提供することにある。この発明の他の目的は、そのよ
うな優れた特性を有する酵素センサーを簡便な方法によ
り製造することができる酵素センサーの製造方法を提供
することにある。
The present invention has been completed based on the above circumstances. That is, an object of the present invention is to provide an enzyme sensor which eliminates the drawbacks of the conventional enzyme sensors. Another object of the present invention is to provide an enzyme sensor that is small in size, has excellent sensitivity and stability, and has a long life. Another object of the present invention is to provide a method for producing an enzyme sensor, which can produce an enzyme sensor having such excellent properties by a simple method.

【0009】[0009]

【前記課題を解決するための手段】前記課題を解決する
ためにこの発明者らが鋭意研究した結果、作用電極と対
照電極とを有する電極または作用電極の外側に、非架橋
性の親水性高分子と、非架橋性の親水性高分子中に分散
され、かつ架橋された酵素とを含有する酵素膜層を有し
てなることを特徴とする酵素センサーが上記目的を達成
し得ることを見出してこの発明を完成した。以下、この
発明を詳細に説明する。この発明の酵素センサーは、作
用電極と対照電極とからなる電極、または作用電極の外
側に、酵素膜層を有する。前記作用電極と対照電極とか
らなる電極としては、作用電極と対照電極とが絶縁体を
介して接触している電極を好適に採用することができ、
なかでも図1に示すような円筒型の対照電極2の内部に
棒状あるいは円柱状の作用電極1が絶縁体6を介して収
容されてなる電極を好適に採用することができる。
As a result of intensive studies conducted by the present inventors in order to solve the above-mentioned problems, as a result, an electrode having a working electrode and a reference electrode or the outside of the working electrode has a non-crosslinking hydrophilic property. It has been found that an enzyme sensor characterized by having an enzyme membrane layer containing a molecule and a crosslinked enzyme dispersed in a non-crosslinking hydrophilic polymer can achieve the above object. The invention was completed. The present invention will be described in detail below. The enzyme sensor of the present invention has an enzyme membrane layer on an electrode composed of a working electrode and a reference electrode or on the outside of the working electrode. As the electrode composed of the working electrode and the reference electrode, an electrode in which the working electrode and the reference electrode are in contact with each other via an insulator can be preferably adopted.
Among them, an electrode in which a rod-shaped or column-shaped working electrode 1 is housed through an insulator 6 inside a cylindrical reference electrode 2 as shown in FIG. 1 can be preferably adopted.

【0010】作用電極または対照電極の材質としては、
それぞれ作用電極または対照電極として機能し得る限り
特に限定はないのであるが、作用電極としては白金や金
などの貴金属が好ましく、対照電極としては銀や塩化銀
が好ましい。
The material of the working electrode or the reference electrode is
The working electrode is not particularly limited as long as it can function as a working electrode or a control electrode, respectively. The working electrode is preferably a noble metal such as platinum or gold, and the control electrode is preferably silver or silver chloride.

【0011】前記作用電極と対照電極とからなる電極
は、その外側に酵素膜層を有するのであるが、その態様
としては、図1に示すように作用電極1および対照電極
2の表面に酵素膜層3が直接に接触していても良いし、
作用電極および対照電極の表面に一または二以上の他の
層を有し、これらの層を介して酵素膜層を有していても
良い。前記他の層としては、後述する親水性半透膜層等
を挙げることができる。
The electrode consisting of the working electrode and the control electrode has an enzyme membrane layer on the outside thereof. As an embodiment, as shown in FIG. 1, the enzyme membrane is formed on the surfaces of the working electrode 1 and the control electrode 2. Layer 3 may be in direct contact,
One or more other layers may be provided on the surfaces of the working electrode and the control electrode, and the enzyme membrane layer may be provided via these layers. Examples of the other layer include a hydrophilic semipermeable membrane layer described later and the like.

【0012】作用電極の外側に酵素膜層を有する酵素セ
ンサーにおいても同様に、酵素膜層を有する態様として
は、図2に示すように、絶縁体6を有する作用電極1の
表面に酵素膜層3が直接に接触していても良いし、作用
電極の表面に一または二以上の他の層を有し、これらの
層を介して酵素膜層を有していても良い。
Similarly, in an enzyme sensor having an enzyme membrane layer on the outside of the working electrode, as an embodiment having an enzyme membrane layer, as shown in FIG. 2, the enzyme membrane layer is formed on the surface of the working electrode 1 having an insulator 6. 3 may be in direct contact, or may have one or more other layers on the surface of the working electrode, and may have an enzyme membrane layer via these layers.

【0013】作用電極の外側に酵素膜層を有する酵素セ
ンサーを使用して、グルコース等の濃度を測定する場合
には、この作用電極の他に別の対照電極が必要である。
When an enzyme sensor having an enzyme membrane layer on the outside of the working electrode is used to measure the concentration of glucose or the like, another reference electrode is necessary in addition to this working electrode.

【0014】前記作用電極および対照電極の形状は、棒
型、針型、円筒型、平板型等いかなる形状であっても良
い。
The working electrode and the reference electrode may have any shape such as a rod shape, a needle shape, a cylindrical shape, a flat plate shape.

【0015】この発明における酵素膜層は、非架橋性の
親水性高分子と、非架橋性の親水性高分子中に分散さ
れ、かつ架橋された酵素とを含有する。
The enzyme membrane layer in the present invention contains a non-crosslinking hydrophilic polymer and an enzyme dispersed and crosslinked in the non-crosslinking hydrophilic polymer.

【0016】前記非架橋性とは、中性、かつ常温下にお
いては、酵素の固定化の際に使用する架橋剤によって親
水性高分子自体の架橋が惹起しないことを言う。親水性
高分子が非架橋性であるか否かは架橋反応を行なった場
合に、その前後で親水性高分子の溶解性が実質的に変化
するか否かにより判断することができる。すなわち、実
質的に溶解性が変化しないならば非架橋性であると判断
する。前記親水性とは、吸水率が5%以上、好ましくは
15%以上であることを言う。
The term "non-crosslinkable" means that the hydrophilic polymer itself does not crosslink at neutral and at room temperature due to the crosslinking agent used for immobilizing the enzyme. Whether or not the hydrophilic polymer is non-crosslinkable can be determined by whether or not the solubility of the hydrophilic polymer is substantially changed before and after the crosslinking reaction. That is, if the solubility does not substantially change, it is judged to be non-crosslinking. The hydrophilic property means that the water absorption is 5% or more, preferably 15% or more.

【0017】この発明で採用することのできる非架橋性
の親水性高分子としては、非架橋性であり、かつ親水性
である高分子であれば特に制限はないのであるが、生体
適合性が良好であること、酵素の活性等に悪影響を与え
ることなく酵素と均一に混合することができること、お
よび水不溶性であることなどの要求特性の観点から、ポ
リビニルアルコール、アルギン酸金属塩、メチルセルロ
ース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロー
ス、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸ナト
リウム、ポリエチレンオキサイドなどを挙げることがで
きる。
The non-crosslinking hydrophilic polymer that can be used in the present invention is not particularly limited as long as it is a non-crosslinking and hydrophilic polymer, but it is not biocompatible. Good, that it can be uniformly mixed with the enzyme without adversely affecting the activity of the enzyme, and from the viewpoint of required properties such as being water-insoluble, polyvinyl alcohol, metal alginate, methyl cellulose, ethyl cellulose, Examples thereof include hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, sodium polyacrylate, polyethylene oxide and the like.

【0018】これらの高分子はその分子量および官能基
の数によって水溶性になるのであるが、原料としては水
または高温の水に対して溶解し、塗布・乾燥等により製
膜した後には常温の水に溶解しない程度の分子量(重合
度)または官能基の数を備えた高分子を選択するのが良
い。しかし、架橋剤と酵素とを共に混合可能で、かつ酵
素の架橋反応が可能である溶媒系を使用する場合であれ
ば、水に対して不溶性である高分子であっても差し支え
ない。製膜後も常温の水に溶解する高分子であると、測
定の対象が水溶液中の成分である場合には使用すること
ができず、この膜の使用目的に照らすと好ましくない。
These polymers become water-soluble depending on the molecular weight and the number of functional groups, but they are dissolved in water or high-temperature water as a raw material, and after they are formed into a film by coating and drying, they are kept at room temperature. It is preferable to select a polymer having a molecular weight (degree of polymerization) or a number of functional groups that does not dissolve in water. However, if a solvent system is used in which the cross-linking agent and the enzyme can be mixed together and the cross-linking reaction of the enzyme is possible, a polymer that is insoluble in water may be used. A polymer that dissolves in water at room temperature after film formation cannot be used when the object to be measured is a component in an aqueous solution, which is not preferable in view of the intended use of this film.

【0019】この発明における架橋反応においては、酵
素が存在するので架橋を形成する際の条件は酵素を不活
性化しない、実質的に中性かつ室温の条件を選択するの
が好ましい。このような条件においても架橋を形成し得
る架橋剤として、グルタルアルデヒド、ホルムアルデヒ
ド等を挙げることができるが、前記グルタルアルデヒド
を架橋剤として使用した場合においては、上記した各種
の高分子を非架橋性の親水性高分子として使用すること
ができる。これらの中でも、非架橋性の親水性高分子と
してポリビニルアルコールを採用することが好ましい。
一方、反応性が高いホルムアルデヒドを架橋剤として使
用した場合においては、非架橋性であることが要求され
ることから、上記各種の高分子の内、ポリエチレンオキ
サイドなどの反応性の低い高分子が好ましい。
In the cross-linking reaction in the present invention, since an enzyme is present, it is preferable to select a substantially neutral condition at room temperature that does not inactivate the enzyme. Examples of the cross-linking agent capable of forming cross-links under such conditions include glutaraldehyde and formaldehyde. However, when the glutaraldehyde is used as the cross-linking agent, the various polymers described above are non-cross-linkable. Can be used as the hydrophilic polymer. Among these, it is preferable to employ polyvinyl alcohol as the non-crosslinking hydrophilic polymer.
On the other hand, when formaldehyde having high reactivity is used as a cross-linking agent, it is required to be non-cross-linking. Therefore, among the above-mentioned various polymers, low-reactivity polymers such as polyethylene oxide are preferable. .

【0020】この発明における非架橋性の親水性高分子
は、架橋反応の系において使用する酵素、架橋剤等に応
じて適宜に選択することができ、具体的な高分子に限定
されることはない。
The non-crosslinkable hydrophilic polymer in the present invention can be appropriately selected according to the enzyme, crosslinking agent, etc. used in the system of the crosslinking reaction, and is not limited to a specific polymer. Absent.

【0021】ポリビニルアルコールを採用する場合にお
けるポリビニルアルコールの重合度は、通常1,000
〜2,500であり、好ましくは1,500〜2,00
0である。上記範囲内のポリビニルアルコールを使用す
ると、特に優れた性質を有する酵素センサーを得ること
ができる。
When polyvinyl alcohol is adopted, the degree of polymerization of polyvinyl alcohol is usually 1,000.
To 2,500, preferably 1,500 to 2,000
0. When polyvinyl alcohol in the above range is used, an enzyme sensor having particularly excellent properties can be obtained.

【0022】この発明における酵素膜層は、上記非架橋
性の親水性高分子中に分散され、かつ架橋剤によって架
橋された状態の酵素を含有する。
The enzyme membrane layer in the present invention contains the enzyme dispersed in the non-crosslinkable hydrophilic polymer and crosslinked by the crosslinking agent.

【0023】前記酵素としては、特に制限はなく、例え
ばグルコースオキシダーゼ、ラクトースオキシダーゼ、
アルコールオキシダーゼ、ウリカーゼ等を挙げることが
できる。前記架橋剤としては、それぞれの酵素に適した
それ自体従来公知の架橋剤を使用することができるが、
中でもグルタルアルデヒドを好適に採用することができ
る。
The enzyme is not particularly limited, and examples thereof include glucose oxidase, lactose oxidase,
Examples thereof include alcohol oxidase and uricase. As the cross-linking agent, it is possible to use a cross-linking agent known per se suitable for each enzyme,
Among them, glutaraldehyde can be preferably used.

【0024】作用電極と対照電極とからなる電極、また
は作用電極の外側に酵素膜層を形成する方法としては、
非架橋性の親水性高分子の存在下に酵素を架橋すること
ができる限り特に制限はなく、例えば、非架橋性の親水
性高分子と酵素とを含有する溶液に、作用電極と対照電
極とからなる電極もしくは作用電極を浸漬し、乾燥させ
た後に、または非架橋性の親水性高分子と酵素とを含有
する溶液を前記作用電極と対照電極とからなる電極もし
くは作用電極に塗布し、乾燥させた後に、架橋剤で処理
する方法、支持体上に非架橋性の親水性高分子と酵素と
の混合溶液を塗布し、乾燥することによって酵素膜を形
成した後、支持体から剥離して電極に直接あるいは他の
層を介して被覆することによって酵素膜層を形成する方
法等を挙げることができる。
The method of forming the enzyme membrane layer on the outer side of the electrode composed of the working electrode and the reference electrode or the working electrode is as follows:
There is no particular limitation as long as the enzyme can be crosslinked in the presence of the non-crosslinking hydrophilic polymer, for example, a solution containing the non-crosslinking hydrophilic polymer and the enzyme, a working electrode and a reference electrode. After dipping and drying the electrode or working electrode consisting of, or applying a solution containing a non-crosslinking hydrophilic polymer and an enzyme to the electrode consisting of the working electrode and the control electrode or working electrode, and drying. After that, a method of treating with a cross-linking agent, a mixed solution of a non-cross-linkable hydrophilic polymer and an enzyme is applied on a support and dried to form an enzyme film, which is then peeled off from the support. Examples thereof include a method of forming an enzyme membrane layer by coating the electrode directly or via another layer.

【0025】これらの方法の中でも、非架橋性の親水性
高分子と酵素とを含有する溶液に、作用電極と対照電極
とからなる電極もしくは作用電極を浸漬し、乾燥させた
後に、または非架橋性の親水性高分子と酵素とを含有す
る溶液を前記作用電極と対照電極とからなる電極もしく
は作用電極に塗布し、乾燥させた後に、架橋剤で処理す
る方法が、操作が簡便であり、剥離等による膜の破損も
なく、電極に密着した厚さの均一な酵素膜層が得られる
ので特に好ましい。
Among these methods, the electrode consisting of the working electrode and the control electrode or the working electrode is immersed in a solution containing a non-crosslinking hydrophilic polymer and an enzyme and dried, or after the non-crosslinking treatment. A method of applying a solution containing a hydrophilic hydrophilic polymer and an enzyme to the electrode consisting of the working electrode and the control electrode or the working electrode, and drying and then treating with a crosslinking agent is simple in operation, It is particularly preferable because an enzyme membrane layer having a uniform thickness and adhered to the electrode can be obtained without damage to the membrane due to peeling or the like.

【0026】固定化する酵素としてグルコースオキシダ
ーゼを、非架橋性の親水性高分子としてポリビニルアル
コールをそれぞれ採用した場合においては、次のように
して酵素膜層を形成することが好ましい。すなわち、グ
ルコースオキシダーゼを1〜10%、特に好ましくは3
〜7%含有し、かつポリビニルアルコールを1〜5%、
特に好ましくは2〜3%含有する溶液に、表面に他の層
を有していても良い作用電極と対照電極とからなる電極
もしくは作用電極を浸漬し、乾燥する。次いで、グルタ
ルアルデヒドを1〜10%、特に好ましくは3〜7%含
有する溶液に、浸漬し、乾燥することによって架橋を形
成させる。この場合において電極を両溶液に順次浸漬す
る代わりに両溶液を順に塗布する方法も好適に採用する
ことができる。
When glucose oxidase is used as the enzyme to be immobilized and polyvinyl alcohol is used as the non-crosslinking hydrophilic polymer, it is preferable to form the enzyme membrane layer as follows. That is, glucose oxidase is 1 to 10%, particularly preferably 3
~ 7% and polyvinyl alcohol 1-5%,
Particularly preferably, an electrode composed of a working electrode and a control electrode which may have other layers on the surface or a working electrode is immersed in a solution containing 2 to 3% and dried. Next, a crosslink is formed by immersing in a solution containing 1 to 10%, particularly preferably 3 to 7% of glutaraldehyde and drying. In this case, a method of sequentially applying the two solutions instead of dipping the electrodes in the two solutions can also be suitably adopted.

【0027】この発明に係る酵素センサーにおいては、
作用電極と対照電極とからなる電極または作用電極の表
面に酵素膜層を有していても良いのであるが、作用電極
と対照電極とからなる電極または作用電極と、酵素膜層
との間に親水性半透膜を有してなるのがより好ましい。
このような、親水性半透膜を有することによって、アス
コルビン酸、尿酸などの生体内に存在する妨害物質によ
る測定精度への影響を排除することができる。このよう
な親水性半透膜としては、セルロースアセテート、セル
ロースプロピオネート等のセルロース誘導体の膜を好適
に採用することができる。
In the enzyme sensor according to the present invention,
It is possible to have an enzyme membrane layer on the surface of the electrode composed of the working electrode and the reference electrode or the working electrode, but between the electrode composed of the working electrode and the reference electrode or the working electrode and the enzyme membrane layer. More preferably, it has a hydrophilic semipermeable membrane.
By having such a hydrophilic semipermeable membrane, it is possible to eliminate the influence of interfering substances existing in the body such as ascorbic acid and uric acid on the measurement accuracy. As such a hydrophilic semipermeable membrane, a membrane of a cellulose derivative such as cellulose acetate or cellulose propionate can be preferably adopted.

【0028】親水性半透膜の形成方法としては、特に制
限はなく、例えば、セルロース誘導体の溶液に作用電極
と対照電極とからなる電極または作用電極を浸漬し、乾
燥することにより形成することができる。
The method for forming the hydrophilic semipermeable membrane is not particularly limited, and it may be formed, for example, by immersing an electrode consisting of a working electrode and a control electrode in a solution of a cellulose derivative or a working electrode and drying. it can.

【0029】このように電極表面に親水性半透膜を形成
した場合においても、上述した方法により、この親水性
半透膜の表面に酵素膜層を形成することができる。
Even when the hydrophilic semipermeable membrane is formed on the surface of the electrode as described above, the enzyme membrane layer can be formed on the surface of the hydrophilic semipermeable membrane by the method described above.

【0030】この発明の酵素センサーにおいては、例え
ば図3に示すように、酵素膜層の外側に、測定の対象た
る物質が透過可能な多孔質膜を有してなるのが好まし
い。多孔質膜を有することによって酵素膜層と電極との
密着性が向上する。前記多孔質膜としては、ポリウレタ
ン、ポリカーボネート、セルロースアセテートからなる
膜を好適に採用することができる。
In the enzyme sensor of the present invention, as shown in FIG. 3, for example, it is preferable to have a porous membrane permeable to the substance to be measured on the outside of the enzyme membrane layer. The presence of the porous film improves the adhesion between the enzyme film layer and the electrode. As the porous film, a film made of polyurethane, polycarbonate or cellulose acetate can be preferably used.

【0031】多孔質膜の形成方法としては、特に制限は
なく、例えば、ポリウレタン、ポリカーボネート、セル
ロースアセテート溶液に、酵素膜層を有する電極を浸漬
し、乾燥することにより形成することができる。
The method for forming the porous membrane is not particularly limited, and it can be formed, for example, by immersing the electrode having the enzyme membrane layer in a polyurethane, polycarbonate or cellulose acetate solution and drying.

【0032】この発明において作用電極と対照電極とか
らなる電極または作用電極の外側に形成される酵素膜層
を含む層の厚みは、通常5〜50μmであり、好ましく
は、10〜20μmである。厚みが前記範囲内である
と、グルコースや酸素などの分子が膜内に迅速に透過拡
散することができ、応答性が良く、出力のばらつきの小
さい電極が得られるので好ましい。
In the present invention, the thickness of the electrode comprising the working electrode and the control electrode or the layer including the enzyme membrane layer formed outside the working electrode is usually 5 to 50 μm, preferably 10 to 20 μm. When the thickness is within the above range, molecules such as glucose and oxygen can be rapidly permeated and diffused into the film, and the electrode having good responsiveness and small output variation is preferable.

【0033】[0033]

【実施例】以下、この発明について実施例を用いて詳細
に説明する。なお、かかる実施例によりこの発明は何ら
限定されない。
The present invention will be described in detail below with reference to examples. The present invention is not limited to the embodiments.

【0034】(実施例)白金製の陽極と銀/塩化銀電極
である陰極とからなる針型の電極を5本用意し、それぞ
れを3%のセルロースアセテート溶液に浸漬し、乾燥さ
せることにより前記電極表面にセルロースアセテート製
の被膜を形成した。次いで、このセルロースアセテート
の被膜を有する電極の先端を、グルコースオキシダーゼ
を5%、重合度1700のポリビニルアルコールを2.
5%含有してなる混合溶液に浸漬し、乾燥させることに
より前記電極の先端表面を酵素膜層でさらに被覆した。
その後、この電極の先端を、5%のグルタルアルデヒド
溶液に浸漬し、乾燥させることによりグルコースオキシ
ダーゼの架橋を行なった。最後に、架橋処理後の電極
を、濃度6%のポリウレタン溶液に浸漬し、乾燥させる
ことによってグルコースセンサーを得た。
(Example) Five needle type electrodes consisting of an anode made of platinum and a cathode which is a silver / silver chloride electrode were prepared, and each was immersed in a 3% cellulose acetate solution and dried to obtain the above. A film made of cellulose acetate was formed on the electrode surface. Then, the tip of the electrode having the cellulose acetate coating was treated with glucose oxidase at 5% and polyvinyl alcohol having a degree of polymerization of 1700 at 2.
The tip surface of the electrode was further coated with an enzyme membrane layer by immersing in a mixed solution containing 5% and drying.
Then, the tip of this electrode was immersed in a 5% glutaraldehyde solution and dried to crosslink the glucose oxidase. Finally, the electrode after cross-linking treatment was immersed in a 6% concentration polyurethane solution and dried to obtain a glucose sensor.

【0035】電極の先端部に、このようにして形成され
た酵素膜層を含む積層膜の厚みは、10〜20μmであ
った。
The thickness of the laminated film including the enzyme membrane layer thus formed at the tip of the electrode was 10 to 20 μm.

【0036】得られたグルコースセンサーの性能を、以
下のようにして評価した。
The performance of the obtained glucose sensor was evaluated as follows.

【0037】グルコースセンサーをリン酸緩衝液に浸漬
し、作用電極と対照電極との間に0.65Vの電圧を印
加してエージングを行なった。次いで、グルコース濃度
が順に0、100、200、300mg/dlであるグ
ルコース含有リン酸緩衝溶液に対するグルコースセンサ
ーの出力応答を調べた。
The glucose sensor was immersed in a phosphate buffer, and a voltage of 0.65 V was applied between the working electrode and the control electrode for aging. Then, the output response of the glucose sensor to the glucose-containing phosphate buffer solution having glucose concentrations of 0, 100, 200, and 300 mg / dl was examined.

【0038】測定後にグルコースセンサーを乾燥し、そ
の1週間後に、前記と同様にしてグルコースの濃度に対
する出力応答の再現性を調べた。次いで、グルコースセ
ンサーをグルコース濃度200mg/dlのリン酸緩衝
溶液に浸漬し、その後、48時間連続して測定を行な
い、センサーの出力の安定性を調べた。
After the measurement, the glucose sensor was dried, and one week later, the reproducibility of the output response to the glucose concentration was examined in the same manner as above. Then, the glucose sensor was immersed in a phosphate buffer solution having a glucose concentration of 200 mg / dl, and thereafter, the measurement was continuously performed for 48 hours to examine the stability of the output of the sensor.

【0039】(比較例)グルコースオキシダーゼを5
%、ポリビニルアルコールを2.5%含有してなる混合
溶液に代えて、グルコースオキシダーゼを5%、牛血清
アルブミンを2.5%含有してなる混合溶液を使用した
他は、実施例と同様にしてグルコースセンサーを得た。
Comparative Example 5 glucose oxidase was used.
% And polyvinyl alcohol 2.5% were replaced with a mixed solution containing glucose oxidase 5% and bovine serum albumin 2.5% in the same manner as in Example. A glucose sensor was obtained.

【0040】このグルコースセンサーについて、実施例
と同様な評価を行なった。 (結果)実施例に示した方法により得られた酵素センサ
ーは、図4に示すように最初の測定で高い出力と良好な
直線性を示し、またセンサー間のばらつきも少なかっ
た。
The glucose sensor was evaluated in the same manner as in the examples. (Results) As shown in FIG. 4, the enzyme sensor obtained by the method shown in the example showed high output and good linearity in the first measurement, and there was little variation among the sensors.

【0041】また、乾燥状態で1週間放置した後におい
ても、図5に示すように、わずかに出力が低下を示した
他は良好な再現性を示した。
Even after being left for one week in a dry state, good reproducibility was exhibited except that the output slightly decreased as shown in FIG.

【0042】48時間の連続測定においても、図6に示
すように、出力の変動はほとんど見られず良好な安定性
を示した。
Even in the continuous measurement for 48 hours, as shown in FIG. 6, almost no output fluctuation was observed and good stability was exhibited.

【0043】一方、比較例に示した方法により得られた
酵素センサーは、図7に示すように、最初の測定におい
ては、良好な直線性を示したもののその出力値は低く、
またセンサー間のばらつきも大きかった。
On the other hand, the enzyme sensor obtained by the method shown in the comparative example showed good linearity in the first measurement, but its output value was low, as shown in FIG.
There was also a large variation between sensors.

【0044】また、乾燥状態で1週間放置した後におい
ては、図8に示すように、直線性も低下し、出力の値も
センサー間で大きくばらついた。
Further, after being left for one week in a dry state, as shown in FIG. 8, the linearity was lowered and the output value was greatly varied among the sensors.

【0045】48時間の連続測定においては、図9に示
すように、センサー出力は経時的に低下した。
In the continuous measurement for 48 hours, the sensor output decreased with time as shown in FIG.

【0046】[0046]

【発明の効果】この発明によると、小型で、優れた感度
および安定性を有し、かつ長寿命の酵素センサーを提供
することができる。
According to the present invention, it is possible to provide an enzyme sensor which is small in size, has excellent sensitivity and stability, and has a long life.

【0047】この発明における酵素は、非架橋性の親水
性高分子中に分散された状態で、架橋されて固定化され
る。したがって、酵素は、密にならずに適度に分散され
た状態に維持されると考えられる。これによって、測定
の対象物であるグルコース等の透過拡散性が良好とな
り、酵素反応が効率的に進行するものと推測される。ま
た、使用する親水性高分子は非架橋性であるので、酵素
との間に架橋が形成されず、酵素は高い自由度をもって
固定化されると考えられる。固定化された酵素の自由度
が高いことが、酵素の失活を防止し、これによって、こ
の発明の酵素センサーにおける優れた安定性が達成され
たものと推測される。
The enzyme in the present invention is crosslinked and immobilized in a state of being dispersed in a non-crosslinking hydrophilic polymer. Therefore, it is considered that the enzyme is maintained in an appropriately dispersed state without becoming dense. As a result, the permeation and diffusion of glucose, which is the object of measurement, is improved, and it is speculated that the enzymatic reaction proceeds efficiently. In addition, since the hydrophilic polymer used is non-crosslinkable, it is considered that crosslinks are not formed with the enzyme and the enzyme is immobilized with a high degree of freedom. It is speculated that the high degree of freedom of the immobilized enzyme prevented the inactivation of the enzyme, thereby achieving the excellent stability of the enzyme sensor of the present invention.

【0048】また、親水性高分子は、酵素を、乾燥、滅
菌等の酵素失活の原因から保護す作用を有し、この親水
性高分子の作用により、酵素センサーの乾燥、滅菌等に
対する耐性が向上したものと思われる。
Further, the hydrophilic polymer has a function of protecting the enzyme from the cause of enzyme deactivation such as drying and sterilization. Due to the action of the hydrophilic polymer, the enzyme sensor is resistant to drying and sterilization. Seems to have improved.

【0049】さらに、ポリビニルアルコール等の親水性
高分子は、アルブミン等のタンパク質と比較して変質し
にいので、安定性に優れ、長寿命である酵素センサーを
得ることができるものと思われる。
Furthermore, since hydrophilic polymers such as polyvinyl alcohol are less likely to deteriorate than proteins such as albumin, it is considered that an enzyme sensor having excellent stability and long life can be obtained.

【0050】この発明によると、高感度で、安定性に優
れると共に、長寿命である酵素センサーを簡便な操作で
製造することができる酵素センサーの製造方法を提供す
ることができる。
According to the present invention, it is possible to provide a method for producing an enzyme sensor which can produce an enzyme sensor having high sensitivity, excellent stability and long life by a simple operation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1は、この発明の酵素センサーの一例を示す
概略説明図である。
FIG. 1 is a schematic explanatory view showing an example of an enzyme sensor of the present invention.

【図2】図2は、この発明の酵素センサーの一例を示す
概略説明図である。
FIG. 2 is a schematic explanatory view showing an example of the enzyme sensor of the present invention.

【図3】図3は、この発明の酵素センサーの一例を示す
概略説明図である。
FIG. 3 is a schematic explanatory view showing an example of the enzyme sensor of the present invention.

【図4】図4は、実施例の酵素センサーのグルコース濃
度に対する出力応答を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the output response of the enzyme sensor of Example to glucose concentration.

【図5】図5は、乾燥状態で1週間放置した後の、実施
例の酵素センサーのグルコース濃度に対する出力応答を
示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the output response with respect to glucose concentration of the enzyme sensor of the example after standing for 1 week in a dry state.

【図6】図6は、実施例の酵素センサーを用いて48時
間連続してグルコース濃度を測定した際の、時間とセン
サー出力との関係を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between time and sensor output when the glucose concentration was continuously measured for 48 hours using the enzyme sensor of the example.

【図7】図7は、比較例の酵素センサーのグルコース濃
度に対する出力応答を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing the output response of the enzyme sensor of the comparative example with respect to glucose concentration.

【図8】図8は、乾燥状態で1週間放置した後の、比較
例の酵素センサーのグルコース濃度に対する出力応答を
示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing the output response with respect to glucose concentration of the enzyme sensor of Comparative Example after being left for one week in a dry state.

【図9】図9は、比較例の酵素センサーを用いて48時
間連続してグルコース濃度を測定した際の、時間とセン
サー出力との関係を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between time and sensor output when glucose concentration was continuously measured for 48 hours using the enzyme sensor of Comparative Example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・作用電極、2・・・対照電極、3・・・酵素膜
層、4・・・親水性半透膜、5・・・多孔性膜、6・・
・絶縁体
1 ... Working electrode, 2 ... Control electrode, 3 ... Enzyme membrane layer, 4 ... Hydrophilic semipermeable membrane, 5 ... Porous membrane, 6 ...
·Insulator

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 作用電極と対照電極とを有する電極また
は作用電極の外側に、非架橋性の親水性高分子と、非架
橋性の親水性高分子中に分散され、かつ架橋された酵素
とを含有する酵素膜層を有してなることを特徴とする酵
素センサー。
1. A non-crosslinking hydrophilic polymer and an enzyme dispersed and crosslinked in the non-crosslinking hydrophilic polymer on the outside of an electrode having a working electrode and a control electrode or the working electrode. An enzyme sensor comprising an enzyme membrane layer containing:
【請求項2】 作用電極と対照電極とを有する電極また
は作用電極の表面に、親水性半透膜と、非架橋性の親水
性高分子および非架橋性の親水性高分子中に分散され、
かつ架橋された酵素を含有する酵素膜層と、多孔性膜と
を、この順に有してなることを特徴とする酵素センサ
ー。
2. A hydrophilic semipermeable membrane, a non-crosslinking hydrophilic polymer and a non-crosslinking hydrophilic polymer dispersed on the surface of an electrode having a working electrode and a control electrode or the surface of the working electrode,
An enzyme sensor comprising an enzyme membrane layer containing a crosslinked enzyme and a porous membrane in this order.
【請求項3】 前記非架橋性の親水性高分子がポリビニ
ルアルコールである前記請求項1または請求項2に記載
の酵素センサー。
3. The enzyme sensor according to claim 1 or 2, wherein the non-crosslinkable hydrophilic polymer is polyvinyl alcohol.
【請求項4】 前記酵素がグルコースオキシダーゼであ
る前記請求項1〜3のいずれかに記載の酵素センサー。
4. The enzyme sensor according to claim 1, wherein the enzyme is glucose oxidase.
【請求項5】 作用電極と対照電極とを有する電極また
は作用電極の外側に、非架橋性の親水性高分子の存在下
に酵素を架橋することにより酵素膜層を形成することを
特徴とする酵素センサーの製造方法。
5. An enzyme membrane layer is formed by cross-linking an enzyme in the presence of a non-crosslinking hydrophilic polymer on the outside of an electrode having a working electrode and a control electrode or a working electrode. Enzyme sensor manufacturing method.
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JP2022535355A (en) * 2019-05-28 2022-08-08 ダブリュ.エル.ゴア アンド アソシエイツ,インコーポレイティド Stabilized medical device and related methods
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