JPH10221293A - バイオセンサとその製造方法 - Google Patents
バイオセンサとその製造方法Info
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- JPH10221293A JPH10221293A JP9018733A JP1873397A JPH10221293A JP H10221293 A JPH10221293 A JP H10221293A JP 9018733 A JP9018733 A JP 9018733A JP 1873397 A JP1873397 A JP 1873397A JP H10221293 A JPH10221293 A JP H10221293A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 試料液中の固形成分の影響をうけずに、特定
成分の高精度な定量が可能なバイオセンサを提供する。 【解決手段】 本発明によるバイオセンサは、電気絶縁
性の基板、前記基板上に形成された作用極と対極を有す
る電極系、前記電極系上に配置された少なくとも酵素を
含有する反応層、および前記反応層上に設けられた固形
成分の透過を抑制するアニオン性フィルターを具備す
る。
成分の高精度な定量が可能なバイオセンサを提供する。 【解決手段】 本発明によるバイオセンサは、電気絶縁
性の基板、前記基板上に形成された作用極と対極を有す
る電極系、前記電極系上に配置された少なくとも酵素を
含有する反応層、および前記反応層上に設けられた固形
成分の透過を抑制するアニオン性フィルターを具備す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】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実施するためのバイ
オセンサおよびその製造方法に関する。
について、迅速かつ高精度な定量を実施するためのバイ
オセンサおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、試料中の特性成分について、試料
液の希釈や攪拌などを行うことなく簡易に定量しうる方
式として、次のようなバイオセンサが開示されている
（特開平３ー２０２７６４号公報）。このバイオセンサ
は、電気絶縁性の基板上にスクリーン印刷等の方法で作
用極および対極からなる電極系を形成し、上記電極系上
に親水性高分子と酸化還元酵素と電子受容体からなる酵
素反応層を形成したものである。このようにして作成さ
れたバイオセンサの酵素反応層上に、基質を含む試料液
を滴下すると、酵素反応層が溶解し、基質と酵素が反応
して基質が酸化され、これに伴い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ことができる。
液の希釈や攪拌などを行うことなく簡易に定量しうる方
式として、次のようなバイオセンサが開示されている
（特開平３ー２０２７６４号公報）。このバイオセンサ
は、電気絶縁性の基板上にスクリーン印刷等の方法で作
用極および対極からなる電極系を形成し、上記電極系上
に親水性高分子と酸化還元酵素と電子受容体からなる酵
素反応層を形成したものである。このようにして作成さ
れたバイオセンサの酵素反応層上に、基質を含む試料液
を滴下すると、酵素反応層が溶解し、基質と酵素が反応
して基質が酸化され、これに伴い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ことができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のような構成のバ
イオセンサでは、試料液中の基質の濃度が同じである場
合でも、その試料液中に含まれる成分が異なると、得ら
れる酸化電流値に差が生じるという問題があった。その
原因の１つとして、試料液中の血球など大きさが１μｍ
を超えるような固形物と、酵素と基質が反応するとき還
元された電子受容体との相互作用があった。この固形物
と還元された電子受容体が近接すると、相互作用によっ
て電子受容体が酸化されるため、得られる酸化電流値を
不正確なものにしていた。この問題を緩和する方法とし
ては、試料液を一定の希釈液を用いて希釈し、試料液に
含まれる成分の性状の差を小さくする方法が有効であ
る。しかし、この方法は、操作性から考慮すると必ずし
も得策とはいえなかった。
イオセンサでは、試料液中の基質の濃度が同じである場
合でも、その試料液中に含まれる成分が異なると、得ら
れる酸化電流値に差が生じるという問題があった。その
原因の１つとして、試料液中の血球など大きさが１μｍ
を超えるような固形物と、酵素と基質が反応するとき還
元された電子受容体との相互作用があった。この固形物
と還元された電子受容体が近接すると、相互作用によっ
て電子受容体が酸化されるため、得られる酸化電流値を
不正確なものにしていた。この問題を緩和する方法とし
ては、試料液を一定の希釈液を用いて希釈し、試料液に
含まれる成分の性状の差を小さくする方法が有効であ
る。しかし、この方法は、操作性から考慮すると必ずし
も得策とはいえなかった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題に鑑み、本発明
のバイオセンサは、電気絶縁性の基板、前記基板上に形
成された作用極と対極を有する電極系、前記電極系上に
配置された少なくとも酵素を含有する反応層、および前
記反応層上に設けられた固形成分の透過を抑制するアニ
オン性フィルターを具備する。
のバイオセンサは、電気絶縁性の基板、前記基板上に形
成された作用極と対極を有する電極系、前記電極系上に
配置された少なくとも酵素を含有する反応層、および前
記反応層上に設けられた固形成分の透過を抑制するアニ
オン性フィルターを具備する。
【０００５】
【発明の実施の形態】アニオン性フィルターは、試料液
中の固形成分の移動を制限するためのフィルターと反応
層中の電子受容体が試料液中に拡散するのを抑制するた
めのアニオン性高分子とから構成することができる。前
記フィルターには、成膜性高分子から形成した多孔性の
膜や、ガラス繊維、セルロース繊維および樹脂繊維など
から抄造した抄造体が好適に用いられる。フィルターに
アニオン性を付与するには、この多孔性の膜や抄造体に
アニオン性高分子を担持させる方法が好適である。成膜
性高分子とアニオン性高分子を混合して多孔性の膜を形
成する方法も好ましい。さらに、フィルターにアニオン
性を付与しアニオン性フィルターとするためには、フィ
ルターに対して、アニオン性高分子の割合を５ｗｔ％以
上とする必要がある。アニオン性高分子が成膜性を有す
る高分子である場合は、この高分子だけで、アニオン性
フィルターを形成することができる。
中の固形成分の移動を制限するためのフィルターと反応
層中の電子受容体が試料液中に拡散するのを抑制するた
めのアニオン性高分子とから構成することができる。前
記フィルターには、成膜性高分子から形成した多孔性の
膜や、ガラス繊維、セルロース繊維および樹脂繊維など
から抄造した抄造体が好適に用いられる。フィルターに
アニオン性を付与するには、この多孔性の膜や抄造体に
アニオン性高分子を担持させる方法が好適である。成膜
性高分子とアニオン性高分子を混合して多孔性の膜を形
成する方法も好ましい。さらに、フィルターにアニオン
性を付与しアニオン性フィルターとするためには、フィ
ルターに対して、アニオン性高分子の割合を５ｗｔ％以
上とする必要がある。アニオン性高分子が成膜性を有す
る高分子である場合は、この高分子だけで、アニオン性
フィルターを形成することができる。
【０００６】アニオン性フィルターは、次のような２つ
の作用をする。まず第１に、アニオン性フィルターの孔
径を試料液中の固形成分の大きさよりも小さくすること
により、この固形成分が反応層中に透過してくるのを抑
制する。第２に、アニオン性フィルター中のアニオン性
高分子が反応層中の電子受容体（アニオン性化合物）と
静電反発するため、この電子受容体がフィルター外の試
料液中に拡散するのを抑制する。以上のような２つの作
用により、反応層中の電子受容体と試料液中の固形成分
とを隔離することができ、試料液中の固形成分が、酵素
反応により還元された電子受容体を酸化するのを防ぐこ
とができるので、センサの応答特性への影響を小さくす
ることができる。また、第１の作用を発揮するために
は、アニオン性フィルターの孔径は、試料液中に含ま
れ、かつセンサの応答特性に影響を及ぼす固形成分、例
えば血球などの透過をなくすよう１μｍ以下であること
が好ましい。
の作用をする。まず第１に、アニオン性フィルターの孔
径を試料液中の固形成分の大きさよりも小さくすること
により、この固形成分が反応層中に透過してくるのを抑
制する。第２に、アニオン性フィルター中のアニオン性
高分子が反応層中の電子受容体（アニオン性化合物）と
静電反発するため、この電子受容体がフィルター外の試
料液中に拡散するのを抑制する。以上のような２つの作
用により、反応層中の電子受容体と試料液中の固形成分
とを隔離することができ、試料液中の固形成分が、酵素
反応により還元された電子受容体を酸化するのを防ぐこ
とができるので、センサの応答特性への影響を小さくす
ることができる。また、第１の作用を発揮するために
は、アニオン性フィルターの孔径は、試料液中に含ま
れ、かつセンサの応答特性に影響を及ぼす固形成分、例
えば血球などの透過をなくすよう１μｍ以下であること
が好ましい。
【０００７】成膜性高分子としては、エチルセルロー
ス、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロー
ス、酢酸セルロース、ニトロセルロース、ポリビニルピ
ロリドン、ポリスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ
アミドおよびポリイミドから選ばれる少なくとも１種が
好適に用いられる。さらに、アニオン性高分子として
は、側鎖にスルホニル基、スルホン酸基またはカルボキ
シル基を有する高分子、例えば、パーフルオロスルホネ
ートアイオノマー、パーフルオロカルボキシレートアイ
オノマー、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリビ
ニル硫酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリグルタミン
酸、ポリアスパラギン酸およびカルボキシメチルセルロ
ースから選ばれる少なくとも１種が好適に用いられる。
ス、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロー
ス、酢酸セルロース、ニトロセルロース、ポリビニルピ
ロリドン、ポリスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ
アミドおよびポリイミドから選ばれる少なくとも１種が
好適に用いられる。さらに、アニオン性高分子として
は、側鎖にスルホニル基、スルホン酸基またはカルボキ
シル基を有する高分子、例えば、パーフルオロスルホネ
ートアイオノマー、パーフルオロカルボキシレートアイ
オノマー、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリビ
ニル硫酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリグルタミン
酸、ポリアスパラギン酸およびカルボキシメチルセルロ
ースから選ばれる少なくとも１種が好適に用いられる。
【０００８】本発明によるバイオセンサの製造方法は、
電気絶縁性の基板上に設けられた電極系上に、まず親水
性高分子を含む溶液を滴下し乾燥させ、つづいて酵素類
を含む溶液を親水性高分子層上に滴下し乾燥させて反応
層を形成する工程、および前記反応層を被覆するアニオ
ン性フィルターを形成する工程を有する。反応層を形成
する工程で、攪拌をおこなわないので、親水性高分子層
は、酵素類を含む層と混合することはなく、電極系表面
は、親水性高分子層のみによって覆われる。そのため、
電極系表面へのタンパク質の吸着や、電子受容体のよう
な酸化能を有する物質の化学的作用による電極系の特性
変化が起こり難く、また反応層の溶解性を高めることが
でき、高精度なセンサ応答を得ることが可能となる。
電気絶縁性の基板上に設けられた電極系上に、まず親水
性高分子を含む溶液を滴下し乾燥させ、つづいて酵素類
を含む溶液を親水性高分子層上に滴下し乾燥させて反応
層を形成する工程、および前記反応層を被覆するアニオ
ン性フィルターを形成する工程を有する。反応層を形成
する工程で、攪拌をおこなわないので、親水性高分子層
は、酵素類を含む層と混合することはなく、電極系表面
は、親水性高分子層のみによって覆われる。そのため、
電極系表面へのタンパク質の吸着や、電子受容体のよう
な酸化能を有する物質の化学的作用による電極系の特性
変化が起こり難く、また反応層の溶解性を高めることが
でき、高精度なセンサ応答を得ることが可能となる。
【０００９】前記アニオン性フィルターを形成する工程
には、以下のような４通りの方法がある。まず第１の方
法は、成膜性高分子を溶解または分散させた液を前記反
応層上に配置し乾燥させてフィルターを形成した後、さ
らにアニオン性高分子を溶解または分散させた液をこの
フィルターに含浸させて、アニオン性高分子をフィルタ
ー中に浸透させ、その後乾燥させて、さきの成膜性高分
子で形成したフィルターにアニオン性を付与しアニオン
性フィルターを形成する工程を有する。この場合、アニ
オン性高分子を溶解または分散させる溶媒には、成膜性
高分子で形成したフィルターを溶解しない溶媒を選択す
るのが好ましい。第２の方法は、成膜性高分子とアニオ
ン性高分子を溶解または分散させた混合液を前記反応層
上に配置し乾燥させてアニオン性フィルターを形成する
工程を有する。第３の方法は、繊維の抄造体を前記反応
層を完全に被覆できる大きさに切断して、反応層上に圧
着してフィルターを形成した後、さらにアニオン性高分
子を溶解または分散させた液をこのフィルターに含浸さ
せて、アニオン性高分子をフィルター中に浸透させ、そ
の後乾燥させて、フィルターにアニオン性を付与しアニ
オン性フィルターを形成する工程を有する。第４の方法
は、あらかじめアニオン性フィルターを形成した後、こ
のアニオン性フィルターを、前記反応層を完全に被覆で
きる大きさに切断して、反応層上に圧着する工程を有す
る。アニオン性フィルターには、前記基板とは別の基体
上などで、上記１〜３のいずれかの方法であらかじめ形
成したものを用いる。この方法は、成膜性高分子および
アニオン性高分子の少なくとも１つを溶解もしくは分散
させた溶媒が、反応層を溶解する場合などに有効であ
る。また、上記した各種液を反応層に配置するまたはフ
ィルターに含浸させる工程には、この反応層やフィルタ
ーを各種液中に浸漬する方法や、各種液を反応層やフィ
ルター上に滴下する方法等が好適である。
には、以下のような４通りの方法がある。まず第１の方
法は、成膜性高分子を溶解または分散させた液を前記反
応層上に配置し乾燥させてフィルターを形成した後、さ
らにアニオン性高分子を溶解または分散させた液をこの
フィルターに含浸させて、アニオン性高分子をフィルタ
ー中に浸透させ、その後乾燥させて、さきの成膜性高分
子で形成したフィルターにアニオン性を付与しアニオン
性フィルターを形成する工程を有する。この場合、アニ
オン性高分子を溶解または分散させる溶媒には、成膜性
高分子で形成したフィルターを溶解しない溶媒を選択す
るのが好ましい。第２の方法は、成膜性高分子とアニオ
ン性高分子を溶解または分散させた混合液を前記反応層
上に配置し乾燥させてアニオン性フィルターを形成する
工程を有する。第３の方法は、繊維の抄造体を前記反応
層を完全に被覆できる大きさに切断して、反応層上に圧
着してフィルターを形成した後、さらにアニオン性高分
子を溶解または分散させた液をこのフィルターに含浸さ
せて、アニオン性高分子をフィルター中に浸透させ、そ
の後乾燥させて、フィルターにアニオン性を付与しアニ
オン性フィルターを形成する工程を有する。第４の方法
は、あらかじめアニオン性フィルターを形成した後、こ
のアニオン性フィルターを、前記反応層を完全に被覆で
きる大きさに切断して、反応層上に圧着する工程を有す
る。アニオン性フィルターには、前記基板とは別の基体
上などで、上記１〜３のいずれかの方法であらかじめ形
成したものを用いる。この方法は、成膜性高分子および
アニオン性高分子の少なくとも１つを溶解もしくは分散
させた溶媒が、反応層を溶解する場合などに有効であ
る。また、上記した各種液を反応層に配置するまたはフ
ィルターに含浸させる工程には、この反応層やフィルタ
ーを各種液中に浸漬する方法や、各種液を反応層やフィ
ルター上に滴下する方法等が好適である。
【００１０】アニオン性高分子を溶解する溶媒として
は、水、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタ
ノール、アセトン、トルエン、キシレン、エチルエーテ
ルからなる群より選ばれる１種類の溶媒、または２種類
以上の混合溶媒が好適に用いられる。ただし、フィルタ
ーや形成された反応層を溶解しない溶媒を選択するのが
好ましい。反応層に含まれる酵素には、グルコースオキ
シダーゼ、グルコースデヒドロゲナーゼ、乳酸オキシダ
ーゼ、乳酸デヒドロゲナーゼ、フルクトースデヒドロゲ
ナーゼ、ガラクトースオキシダーゼ、コレステロールオ
キシダーゼ、コレステロールデヒドロゲナーゼ、コレス
テロールエステラーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼ、
アルコールオキシダーゼ、アスコルビン酸オキシダーゼ
およびビリルビンオキシダーゼなどが、その測定しよう
とする対象物によって選択される。従って、本発明によ
るバイオセンサは、グルコースセンサ、アルコールセン
サ、スクロースセンサ、コレステロールセンサ、乳酸セ
ンサやフルクトースセンサなどの酵素の関与する反応系
を利用するバイオセンサに広く用いることができる。
は、水、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタ
ノール、アセトン、トルエン、キシレン、エチルエーテ
ルからなる群より選ばれる１種類の溶媒、または２種類
以上の混合溶媒が好適に用いられる。ただし、フィルタ
ーや形成された反応層を溶解しない溶媒を選択するのが
好ましい。反応層に含まれる酵素には、グルコースオキ
シダーゼ、グルコースデヒドロゲナーゼ、乳酸オキシダ
ーゼ、乳酸デヒドロゲナーゼ、フルクトースデヒドロゲ
ナーゼ、ガラクトースオキシダーゼ、コレステロールオ
キシダーゼ、コレステロールデヒドロゲナーゼ、コレス
テロールエステラーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼ、
アルコールオキシダーゼ、アスコルビン酸オキシダーゼ
およびビリルビンオキシダーゼなどが、その測定しよう
とする対象物によって選択される。従って、本発明によ
るバイオセンサは、グルコースセンサ、アルコールセン
サ、スクロースセンサ、コレステロールセンサ、乳酸セ
ンサやフルクトースセンサなどの酵素の関与する反応系
を利用するバイオセンサに広く用いることができる。
【００１１】電子受容体としては、フェリシアン化カリ
ウム、ｐ−ベンゾキノン、フェナジンメトサルフェー
ト、インドフェノール及びその誘導体、β−ナフトキノ
ン−４−スルホン酸カリウム、メチレンブルー、フェロ
セン及びその誘導体から選ばれる少なくとも１種類が用
いられる。親水性高分子としては、カルボキシメチルセ
ルロース、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、カルボキシエチルメチルセルロー
ス、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ゼ
ラチン及びその誘導体、アクリル酸及びその塩やメタク
リル酸及びその塩の重合体、でんぷんおよびその誘導
体、無水マレイン酸及びその塩の重合体から選ばれる少
なくとも１種類が用いられる。
ウム、ｐ−ベンゾキノン、フェナジンメトサルフェー
ト、インドフェノール及びその誘導体、β−ナフトキノ
ン−４−スルホン酸カリウム、メチレンブルー、フェロ
セン及びその誘導体から選ばれる少なくとも１種類が用
いられる。親水性高分子としては、カルボキシメチルセ
ルロース、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、カルボキシエチルメチルセルロー
ス、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ゼ
ラチン及びその誘導体、アクリル酸及びその塩やメタク
リル酸及びその塩の重合体、でんぷんおよびその誘導
体、無水マレイン酸及びその塩の重合体から選ばれる少
なくとも１種類が用いられる。
【００１２】酵素と電子受容体および親水性高分子を溶
解する溶媒としては、水、リン酸緩衝液、クエン酸緩衝
液、酢酸緩衝液、トリス塩酸緩衝液などの各種緩衝液を
用いることができる。また、酵素と基質を反応させるに
は、反応層が試料液に溶解して酵素と基質を反応させる
場合や、反応層を固定化して試料液に浮遊しないように
し、反応層の表面でのみ酵素と基質を反応させる場合と
がある。なお、使用する電極により、電子受容体として
試料液中の溶存酸素を用いるタイプのバイオセンサの場
合でも本発明によるアニオン性フィルターの効果は、変
わらない。酸化電流の測定方法としては、測定極と対極
のみの二極電極系方式と、参照極を加えた三電極方式が
あり、三電極方式の方がより正確な測定が可能である。
解する溶媒としては、水、リン酸緩衝液、クエン酸緩衝
液、酢酸緩衝液、トリス塩酸緩衝液などの各種緩衝液を
用いることができる。また、酵素と基質を反応させるに
は、反応層が試料液に溶解して酵素と基質を反応させる
場合や、反応層を固定化して試料液に浮遊しないように
し、反応層の表面でのみ酵素と基質を反応させる場合と
がある。なお、使用する電極により、電子受容体として
試料液中の溶存酸素を用いるタイプのバイオセンサの場
合でも本発明によるアニオン性フィルターの効果は、変
わらない。酸化電流の測定方法としては、測定極と対極
のみの二極電極系方式と、参照極を加えた三電極方式が
あり、三電極方式の方がより正確な測定が可能である。
【００１３】
【実施例】以下に、具体的な実施例を挙げて、本発明を
より詳細に説明する。図１は、反応層を除いたバイオセ
ンサの分解斜視図である。電極系を形成した絶縁性基板
１と、空気孔１４を備えたカバー１２およびスペーサー
１１を、図１中に一点鎖線で示すような位置関係をもっ
て接着してバイオセンサを作製する。このようなバイオ
センサでは、基板１とカバー１２との間において、スペ
ーサー１１のスリット１５の部分に試料液供給路を構成
する空間部が形成され、その開口部となるスリット１５
の先端部１３に、試料液を接触させるだけの簡易操作
で、試料液は容易に試料液供給路を通じて反応層部分へ
導入される。試料液の供給量はカバーとスペーサーによ
って生じる空間容積に依存するため、あらかじめ定量す
る必要はない。さらに、測定中の試料液の蒸発を最小限
に抑えることができ、精度の高い測定が可能となる。こ
こで、カバーおよびスペーサーに透明な高分子材料を用
いると、反応層の状態や試料液の導入状況を外部から容
易に観察することができる。
より詳細に説明する。図１は、反応層を除いたバイオセ
ンサの分解斜視図である。電極系を形成した絶縁性基板
１と、空気孔１４を備えたカバー１２およびスペーサー
１１を、図１中に一点鎖線で示すような位置関係をもっ
て接着してバイオセンサを作製する。このようなバイオ
センサでは、基板１とカバー１２との間において、スペ
ーサー１１のスリット１５の部分に試料液供給路を構成
する空間部が形成され、その開口部となるスリット１５
の先端部１３に、試料液を接触させるだけの簡易操作
で、試料液は容易に試料液供給路を通じて反応層部分へ
導入される。試料液の供給量はカバーとスペーサーによ
って生じる空間容積に依存するため、あらかじめ定量す
る必要はない。さらに、測定中の試料液の蒸発を最小限
に抑えることができ、精度の高い測定が可能となる。こ
こで、カバーおよびスペーサーに透明な高分子材料を用
いると、反応層の状態や試料液の導入状況を外部から容
易に観察することができる。
【００１４】図２は、本発明によるバイオセンサの縦断
面図である。基板１上にスクリーン印刷により銀ペース
トを印刷してリード２、３を形成してある。基板１上に
は、さらに、同様の印刷法により、樹脂バインダーを含
む導電性カーボンペーストからなる作用極４と対極５を
含む電極系及び電気絶縁性ペーストからなる電気絶縁層
６を形成してある。電気絶縁層６は、作用極４及び対極
６の露出部分の面積を一定とし、かつリードを部分的に
覆っている。また、前記電極系上に親水性高分子層７を
形成し、さらに酵素類を含む層８を形成して、これらの
層をアニオン性フィルター９（またはフィルター９ａ）
で被覆している。酵素類を含む層８には、使用する電極
系の材料により電子受容体が含まれる。
面図である。基板１上にスクリーン印刷により銀ペース
トを印刷してリード２、３を形成してある。基板１上に
は、さらに、同様の印刷法により、樹脂バインダーを含
む導電性カーボンペーストからなる作用極４と対極５を
含む電極系及び電気絶縁性ペーストからなる電気絶縁層
６を形成してある。電気絶縁層６は、作用極４及び対極
６の露出部分の面積を一定とし、かつリードを部分的に
覆っている。また、前記電極系上に親水性高分子層７を
形成し、さらに酵素類を含む層８を形成して、これらの
層をアニオン性フィルター９（またはフィルター９ａ）
で被覆している。酵素類を含む層８には、使用する電極
系の材料により電子受容体が含まれる。
【００１５】《実施例１》図２の基板１の電極系上に、
カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩（以下、Ｃ
ＭＣと略す。）の０．５ｗｔ％水溶液を滴下し、５０℃
の温風乾燥機中で１０分間乾燥させてＣＭＣ層７を形成
した。つづいて、グルコースオキシダーゼ（ＥＣ１．
１．３．４；以下ＧＯＤと略す）が１０ｍｇ／ｍｌ、フ
ェリシアン化カリウムが１６ｍｇ／ｍｌ含まれるように
混合した混合水溶液を作成した。この混合水溶液をＣＭ
Ｃ層７上に滴下し、５０℃の温風乾燥機中で１０分間乾
燥させて、酵素類を含む層８を形成した。つぎに、エチ
ルセルロースの２ｗｔ％エタノール溶液とヒドロキシプ
ロピルセルロースの０．５ｗｔ％エタノール溶液を混合
し、混合エタノール溶液Ａを作成した。この溶液Ａを酵
素類を含む層８上に５μｌ滴下して、室温で１０分間乾
燥させ、成膜性高分子からなるフィルターを形成した。
つづいて、パーフルオロスルホネートアイオノマーの１
ｗｔ％ブタノール溶液を調製し、この溶液をさきに作成
したフィルター上に５μｌ滴下し、５０℃で１０分間乾
燥させて、フィルターにアニオン性を付与し、アニオン
性フィルター９を作成した。そして、カバー１２および
スペーサー１１を図１中の一点鎖線で示すような位置関
係をもって基板１に接着してグルコースセンサを作製し
た。
カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩（以下、Ｃ
ＭＣと略す。）の０．５ｗｔ％水溶液を滴下し、５０℃
の温風乾燥機中で１０分間乾燥させてＣＭＣ層７を形成
した。つづいて、グルコースオキシダーゼ（ＥＣ１．
１．３．４；以下ＧＯＤと略す）が１０ｍｇ／ｍｌ、フ
ェリシアン化カリウムが１６ｍｇ／ｍｌ含まれるように
混合した混合水溶液を作成した。この混合水溶液をＣＭ
Ｃ層７上に滴下し、５０℃の温風乾燥機中で１０分間乾
燥させて、酵素類を含む層８を形成した。つぎに、エチ
ルセルロースの２ｗｔ％エタノール溶液とヒドロキシプ
ロピルセルロースの０．５ｗｔ％エタノール溶液を混合
し、混合エタノール溶液Ａを作成した。この溶液Ａを酵
素類を含む層８上に５μｌ滴下して、室温で１０分間乾
燥させ、成膜性高分子からなるフィルターを形成した。
つづいて、パーフルオロスルホネートアイオノマーの１
ｗｔ％ブタノール溶液を調製し、この溶液をさきに作成
したフィルター上に５μｌ滴下し、５０℃で１０分間乾
燥させて、フィルターにアニオン性を付与し、アニオン
性フィルター９を作成した。そして、カバー１２および
スペーサー１１を図１中の一点鎖線で示すような位置関
係をもって基板１に接着してグルコースセンサを作製し
た。
【００１６】このグルコースセンサの試料液として、グ
ルコース水溶液と血液を用意し、含まれるグルコースの
濃度は、等しくなるように調製した。この試料液３μｌ
を試料液供給路の開口部１３より供給した。試料液を試
料液供給路の開口部１３より供給すると、試料液は空気
孔１４まで達し、アニオン性フィルター９に浸透し、こ
のアニオン性フィルターを透過した液体によって反応層
が溶解する。反応層においては試料液中のグルコースが
グルコースオキシダーゼによって酸化され、そこで移動
した電子によってフェリシアン化カリウムが還元されて
フェロシアン化カリウムを生じる。試料液を供給してか
ら１分後に、電極系の対極５と作用極４の間に＋０．５
Ｖの電圧を印加し、５秒後の電流値を測定した。その結
果、血液試料の電流応答値は、グルコース水溶液の電流
応答値の約９８％であった。
ルコース水溶液と血液を用意し、含まれるグルコースの
濃度は、等しくなるように調製した。この試料液３μｌ
を試料液供給路の開口部１３より供給した。試料液を試
料液供給路の開口部１３より供給すると、試料液は空気
孔１４まで達し、アニオン性フィルター９に浸透し、こ
のアニオン性フィルターを透過した液体によって反応層
が溶解する。反応層においては試料液中のグルコースが
グルコースオキシダーゼによって酸化され、そこで移動
した電子によってフェリシアン化カリウムが還元されて
フェロシアン化カリウムを生じる。試料液を供給してか
ら１分後に、電極系の対極５と作用極４の間に＋０．５
Ｖの電圧を印加し、５秒後の電流値を測定した。その結
果、血液試料の電流応答値は、グルコース水溶液の電流
応答値の約９８％であった。
【００１７】《実施例２》実施例１と同様にして、図２
の絶縁性基板１の電極系上に、親水性高分子層７および
酵素類を含む層８を作成した。つぎに、実施例１で作成
した混合エタノール溶液Ａを酵素類を含む層８上に５μ
ｌ滴下して、室温で１０分間乾燥させ、成膜性高分子か
らなるフィルターを作成した。つづいて、ポリアクリル
酸の１ｗｔ％水溶液を調製し、この溶液をさきに作成し
たフィルター上に５μｌ滴下した後、５０℃で１０分間
乾燥させ、フィルターにアニオン性を付与し、アニオン
性フィルター９を作成した。こうして、実施例１と同様
にして、グルコースセンサを作製し、グルコース溶液と
血液試料液の電流応答値を測定した。その結果、血液試
料液の電流応答値は、グルコース水溶液の電流応答値の
約９５％であった。
の絶縁性基板１の電極系上に、親水性高分子層７および
酵素類を含む層８を作成した。つぎに、実施例１で作成
した混合エタノール溶液Ａを酵素類を含む層８上に５μ
ｌ滴下して、室温で１０分間乾燥させ、成膜性高分子か
らなるフィルターを作成した。つづいて、ポリアクリル
酸の１ｗｔ％水溶液を調製し、この溶液をさきに作成し
たフィルター上に５μｌ滴下した後、５０℃で１０分間
乾燥させ、フィルターにアニオン性を付与し、アニオン
性フィルター９を作成した。こうして、実施例１と同様
にして、グルコースセンサを作製し、グルコース溶液と
血液試料液の電流応答値を測定した。その結果、血液試
料液の電流応答値は、グルコース水溶液の電流応答値の
約９５％であった。
【００１８】《実施例３》実施例１と同様にして、図２
の絶縁性基板１の電極系上に、親水性高分子層７および
酵素類を含む層８を作成した。つぎに、エチルセルロー
スの２ｗｔ％エタノール溶液とパーフルオロカルボキシ
レートアイオノマーの０．２ｗｔ％のエタノール溶液を
混合して混合エタノール溶液Ｂを調製した。この溶液Ｂ
を酵素類を含む層８上に５μｌ滴下し、室温で１０分間
乾燥させ、アニオン性フィルター９を作成した。こうし
て、実施例１と同様にして、グルコースセンサを作製
し、グルコース溶液と血液試料液の電流応答値を測定し
た。その結果、血液試料液の電流応答値は、グルコース
水溶液の電流応答値の約９７％であった。
の絶縁性基板１の電極系上に、親水性高分子層７および
酵素類を含む層８を作成した。つぎに、エチルセルロー
スの２ｗｔ％エタノール溶液とパーフルオロカルボキシ
レートアイオノマーの０．２ｗｔ％のエタノール溶液を
混合して混合エタノール溶液Ｂを調製した。この溶液Ｂ
を酵素類を含む層８上に５μｌ滴下し、室温で１０分間
乾燥させ、アニオン性フィルター９を作成した。こうし
て、実施例１と同様にして、グルコースセンサを作製
し、グルコース溶液と血液試料液の電流応答値を測定し
た。その結果、血液試料液の電流応答値は、グルコース
水溶液の電流応答値の約９７％であった。
【００１９】《実施例４》実施例１と同様にして、図２
の絶縁性基板１の電極系上に、親水性高分子層７および
酵素類を含む層８を作成した。つぎに、ガラス繊維濾紙
を反応層の表面を完全に被覆する大きさに切断し、反応
層上に圧着してフィルターを形成した。つづいて、パー
フルオロスルホネートアイオノマーの０．５ｗｔ％エタ
ノール溶液を調整し、この溶液をフィルター上に１０μ
ｌ滴下した後、室温で１０分間乾燥させ、さらに５０℃
の温風乾燥機中で５分間乾燥させた。こうして、フィル
ターにアニオン性を付与し、アニオン性フィルター９を
形成した。こうして、実施例１と同様にして、グルコー
スセンサを作製し、グルコース溶液と血液試料液の電流
応答値を測定した。その結果、血液試料液の電流応答値
は、グルコース水溶液の電流応答値の約９８％であっ
た。
の絶縁性基板１の電極系上に、親水性高分子層７および
酵素類を含む層８を作成した。つぎに、ガラス繊維濾紙
を反応層の表面を完全に被覆する大きさに切断し、反応
層上に圧着してフィルターを形成した。つづいて、パー
フルオロスルホネートアイオノマーの０．５ｗｔ％エタ
ノール溶液を調整し、この溶液をフィルター上に１０μ
ｌ滴下した後、室温で１０分間乾燥させ、さらに５０℃
の温風乾燥機中で５分間乾燥させた。こうして、フィル
ターにアニオン性を付与し、アニオン性フィルター９を
形成した。こうして、実施例１と同様にして、グルコー
スセンサを作製し、グルコース溶液と血液試料液の電流
応答値を測定した。その結果、血液試料液の電流応答値
は、グルコース水溶液の電流応答値の約９８％であっ
た。
【００２０】《実施例５》実施例１と同様にして、図２
の絶縁性基板１の電極系上に、親水性高分子層７および
酵素類を含む層８を作成した。つぎに、ガラス繊維濾紙
の代わりにセルロース濾紙を用いる他は、実施例４と同
様にしてアニオン性フィルター９を形成した。こうし
て、実施例１と同様にして、グルコースセンサを作製
し、グルコース溶液と血液試料液の電流応答値を測定し
た。その結果、血液試料液の電流応答値は、グルコース
水溶液の電流応答値の約９５％であった。
の絶縁性基板１の電極系上に、親水性高分子層７および
酵素類を含む層８を作成した。つぎに、ガラス繊維濾紙
の代わりにセルロース濾紙を用いる他は、実施例４と同
様にしてアニオン性フィルター９を形成した。こうし
て、実施例１と同様にして、グルコースセンサを作製
し、グルコース溶液と血液試料液の電流応答値を測定し
た。その結果、血液試料液の電流応答値は、グルコース
水溶液の電流応答値の約９５％であった。
【００２１】《実施例６》実施例１と同様にして、図２
の絶縁性基板１の電極系上に、親水性高分子層７および
酵素類を含む層８を作成した。つぎに、セルロース濾紙
を実施例４と同様にして反応層上に圧着してフィルター
を形成した。つづいて、ポリアクリル酸の１％水溶液を
調整し、この溶液をフィルター上に１０μｌ滴下した
後、５０℃で１０分間乾燥させ、アニオン性フィルター
９を形成した。こうして、実施例１と同様にして、グル
コースセンサを作製し、グルコース溶液と血液試料液の
電流応答値を測定した。その結果、血液試料液の電流応
答値は、グルコース水溶液の電流応答値の約９７％であ
った。
の絶縁性基板１の電極系上に、親水性高分子層７および
酵素類を含む層８を作成した。つぎに、セルロース濾紙
を実施例４と同様にして反応層上に圧着してフィルター
を形成した。つづいて、ポリアクリル酸の１％水溶液を
調整し、この溶液をフィルター上に１０μｌ滴下した
後、５０℃で１０分間乾燥させ、アニオン性フィルター
９を形成した。こうして、実施例１と同様にして、グル
コースセンサを作製し、グルコース溶液と血液試料液の
電流応答値を測定した。その結果、血液試料液の電流応
答値は、グルコース水溶液の電流応答値の約９７％であ
った。
【００２２】《実施例７》実施例１と同様にして、図２
の絶縁性基板１の電極系上に、親水性高分子層７および
酵素類を含む層８を作成した。つぎに、実施例３で作成
した混合エタノール溶液Ｂをガラス板上に５μｌ滴下し
て、室温で１０分間乾燥させ、成膜性高分子とアニオン
性高分子の混合物からなるアニオン性フィルターを形成
した。つづいて、このフィルターをガラス基板から剥が
し、酵素類を含む層８を完全に覆うことができる大きさ
に切断した後、酵素類を含む層８に圧着した。こうし
て、実施例１と同様にして、グルコースセンサを作製
し、グルコース溶液と血液試料液の電流応答値を測定し
た。その結果、血液試料液の電流応答値は、グルコース
水溶液の電流応答値の約９５％であった。
の絶縁性基板１の電極系上に、親水性高分子層７および
酵素類を含む層８を作成した。つぎに、実施例３で作成
した混合エタノール溶液Ｂをガラス板上に５μｌ滴下し
て、室温で１０分間乾燥させ、成膜性高分子とアニオン
性高分子の混合物からなるアニオン性フィルターを形成
した。つづいて、このフィルターをガラス基板から剥が
し、酵素類を含む層８を完全に覆うことができる大きさ
に切断した後、酵素類を含む層８に圧着した。こうし
て、実施例１と同様にして、グルコースセンサを作製
し、グルコース溶液と血液試料液の電流応答値を測定し
た。その結果、血液試料液の電流応答値は、グルコース
水溶液の電流応答値の約９５％であった。
【００２３】《実施例８》実施例１と同様にして、図２
の絶縁性基板１の電極系上に、親水性高分子層７および
酵素類を含む層８を作成した。つぎに、ガラス繊維濾紙
をパーフルオロスルホネートアイオノマーの２％エタノ
ール溶液に浸漬させた後、室温で１０分間、さらに５０
℃の温風乾燥機中で５分間乾燥させた。このようにし
て、ガラス繊維濾紙にアニオン性を付与しアニオン性フ
ィルターを形成した。つづいて、このアニオン性フィル
ターを反応層を完全に被覆する大きさに切断した後、反
応層上に圧着した。こうして、実施例１と同様にして、
グルコースセンサを作製し、グルコース溶液と血液試料
液の電流応答値を測定した。その結果、血液試料液の電
流応答値は、グルコース水溶液の電流応答値の約９５％
であった。
の絶縁性基板１の電極系上に、親水性高分子層７および
酵素類を含む層８を作成した。つぎに、ガラス繊維濾紙
をパーフルオロスルホネートアイオノマーの２％エタノ
ール溶液に浸漬させた後、室温で１０分間、さらに５０
℃の温風乾燥機中で５分間乾燥させた。このようにし
て、ガラス繊維濾紙にアニオン性を付与しアニオン性フ
ィルターを形成した。つづいて、このアニオン性フィル
ターを反応層を完全に被覆する大きさに切断した後、反
応層上に圧着した。こうして、実施例１と同様にして、
グルコースセンサを作製し、グルコース溶液と血液試料
液の電流応答値を測定した。その結果、血液試料液の電
流応答値は、グルコース水溶液の電流応答値の約９５％
であった。
【００２４】《比較例１》実施例１と同様にして、図２
の絶縁性基板１の電極系上に、親水性高分子層７および
酵素類を含む層８を作成した。アニオン性フィルター９
は設けなかった。そして、実施例１と同様にして、グル
コースセンサを作製し、グルコース水溶液と血液試料液
に対する電流応答値を測定した。その結果、血液試料液
の電流応答値は、グルコース水溶液の電流応答値の７０
〜８０％であった。
の絶縁性基板１の電極系上に、親水性高分子層７および
酵素類を含む層８を作成した。アニオン性フィルター９
は設けなかった。そして、実施例１と同様にして、グル
コースセンサを作製し、グルコース水溶液と血液試料液
に対する電流応答値を測定した。その結果、血液試料液
の電流応答値は、グルコース水溶液の電流応答値の７０
〜８０％であった。
【００２５】《比較例２》実施例１と同様にして、図２
の絶縁性基板１の電極系上に、親水性高分子層７および
酵素類を含む層８を作成した。つぎに、エチルセルロー
スの２ｗｔ％エタノール溶液を酵素類を含む層８上に５
μｌ滴下して、室温で１０分間乾燥させ、フィルター９
ａを作成した。この成膜性高分子からなるフィルター９
ａには、アニオン性を付与しなかった。こうして、実施
例１と同様にして、グルコースセンサを作製し、グルコ
ース溶液と血液試料液の電流応答値を測定した。その結
果、血液試料液の電流応答値は、グルコース水溶液の電
流応答値の約８３％であった。
の絶縁性基板１の電極系上に、親水性高分子層７および
酵素類を含む層８を作成した。つぎに、エチルセルロー
スの２ｗｔ％エタノール溶液を酵素類を含む層８上に５
μｌ滴下して、室温で１０分間乾燥させ、フィルター９
ａを作成した。この成膜性高分子からなるフィルター９
ａには、アニオン性を付与しなかった。こうして、実施
例１と同様にして、グルコースセンサを作製し、グルコ
ース溶液と血液試料液の電流応答値を測定した。その結
果、血液試料液の電流応答値は、グルコース水溶液の電
流応答値の約８３％であった。
【００２６】《比較例３》実施例１と同様にして、図２
の絶縁性基板１の電極系上に、親水性高分子層７および
酵素類を含む層８を作成した。つぎに、パーフルオロス
ルホネートアイオノマーの０．１ｗｔ％エタノール溶液
を酵素類を含む層８上に５μｌ滴下して、室温で１０分
間乾燥させ、酵素類を含む層８上にアニオン性高分子を
付着させた。こうして、実施例１と同様にして、グルコ
ースセンサを作製し、グルコース溶液と血液試料液の電
流応答値を測定した。その結果、血液試料液の電流応答
値は、グルコース水溶液の電流応答値の約７３％であっ
た。
の絶縁性基板１の電極系上に、親水性高分子層７および
酵素類を含む層８を作成した。つぎに、パーフルオロス
ルホネートアイオノマーの０．１ｗｔ％エタノール溶液
を酵素類を含む層８上に５μｌ滴下して、室温で１０分
間乾燥させ、酵素類を含む層８上にアニオン性高分子を
付着させた。こうして、実施例１と同様にして、グルコ
ースセンサを作製し、グルコース溶液と血液試料液の電
流応答値を測定した。その結果、血液試料液の電流応答
値は、グルコース水溶液の電流応答値の約７３％であっ
た。
【００２７】《比較例４》実施例１と同様にして、図２
の絶縁性基板１の電極系上に、親水性高分子層７および
酵素類を含む層８を作成した。つぎに、ガラス繊維濾紙
を実施例１と同様にして反応層上に圧着し、フィルター
９ａを形成した。このフィルター９ａには、アニオン性
を付与しなかった。こうして、実施例１と同様にして、
グルコースセンサを作製し、グルコース溶液と血液試料
液の電流応答値を測定した。その結果、血液試料液の電
流応答値は、グルコース水溶液の電流応答値の約８０％
であった。
の絶縁性基板１の電極系上に、親水性高分子層７および
酵素類を含む層８を作成した。つぎに、ガラス繊維濾紙
を実施例１と同様にして反応層上に圧着し、フィルター
９ａを形成した。このフィルター９ａには、アニオン性
を付与しなかった。こうして、実施例１と同様にして、
グルコースセンサを作製し、グルコース溶液と血液試料
液の電流応答値を測定した。その結果、血液試料液の電
流応答値は、グルコース水溶液の電流応答値の約８０％
であった。
【００２８】
【発明の効果】以上のように、本発明によると、試料液
中に共存する基質以外の成分の影響を受けず、高精度な
定量が可能なバイオセンサを提供することができる。
中に共存する基質以外の成分の影響を受けず、高精度な
定量が可能なバイオセンサを提供することができる。
【図１】本発明の一実施例におけるバイオセンサの反応
層を除いた分解斜視図である。
層を除いた分解斜視図である。
【図２】同バイオセンサの要部の縦断面図である。
１ 電気絶縁性の基板 ２、３ リード ４ 作用極 ５ 対極 ６ 電気絶縁層 ７ ＣＭＣ層 ８ 酵素類を含む層 ９ アニオン性フィルター ９ａ 成膜性高分子またはガラス繊維濾紙のフィルター １１ スペーサー １２ カバー １３ 試料液供給路の開口部 １４ 空気孔 １５ スリット
───────────────────────────────────────────────────── 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 (8)
- 【請求項１】 電気絶縁性の基板、前記基板上に形成さ
れた作用極と対極を有する電極系、前記電極系上に配置
された少なくとも酵素を含有する反応層、および前記反
応層上に設けられた固形成分の透過を抑制するアニオン
性フィルターを具備することを特徴とするバイオセン
サ。 - 【請求項２】 前記アニオン性フィルターが、成膜性高
分子からなる多孔性の膜または繊維の抄造体、およびこ
れに担持されたアニオン性高分子からなる請求項１記載
のバイオセンサ。 - 【請求項３】 前記アニオン性フィルターが、成膜性高
分子とアニオン性高分子の混合物からなる多孔性の膜で
ある請求項１記載のバイオセンサ。 - 【請求項４】 前記成膜性高分子が、エチルセルロー
ス、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロー
ス、酢酸セルロース、ニトロセルロース、ポリビニルピ
ロリドン、ポリスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ
アミドおよびポリイミドからなる群より選ばれる少なく
とも１種であり、前記アニオン性高分子が、側鎖にスル
ホニル基、スルホン酸基およびカルボキシル基からなる
群より選ばれる少なくとも１種の官能基を持つ高分子か
らなる群より選ばれる少なくとも１種である請求項２ま
たは３記載のバイオセンサ。 - 【請求項５】 電気絶縁性の基板上に設けられた電極系
上に、少なくとも酵素を含有する反応層を形成する工
程、および前記反応層を被覆するアニオン性フィルター
を形成する工程を有し、前記アニオン性フィルターを形
成する工程が、成膜性高分子を溶解または分散させた液
を前記反応層上に配置し乾燥させた後、さらにアニオン
性高分子を溶解または分散させた液を含浸させ乾燥させ
る工程を含むことを特徴とするバイオセンサの製造方
法。 - 【請求項６】 電気絶縁性の基板上に設けられた電極系
上に、少なくとも酵素を含有する反応層を形成する工
程、および前記反応層を被覆するアニオン性フィルター
を形成する工程を有し、前記アニオン性フィルターを形
成する工程が、成膜性高分子とアニオン性高分子を溶解
または分散させた混合液を前記反応層上に配置し乾燥さ
せる工程を含むことを特徴とするバイオセンサの製造方
法。 - 【請求項７】 電気絶縁性の基板上に設けられた電極系
上に、少なくとも酵素を含有する反応層を形成する工
程、および前記反応層を被覆するアニオン性フィルター
を形成する工程を有し、前記アニオン性フィルターを形
成する工程が、繊維の抄造体を前記反応層上に圧着した
後、さらにアニオン性高分子を溶解または分散させた液
を含浸させ乾燥させる工程を含むことを特徴とするバイ
オセンサの製造方法。 - 【請求項８】 電気絶縁性の基板上に設けられた電極系
上に、少なくとも酵素を含有する反応層を形成する工
程、およびあらかじめ形成したアニオン性フィルターを
前記反応層上に圧着する工程を含むことを特徴とするバ
イオセンサの製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP01873397A JP3487396B2 (ja) | 1997-01-31 | 1997-01-31 | バイオセンサとその製造方法 |
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| DE69805112T DE69805112T2 (de) | 1997-01-31 | 1998-01-15 | Biosensor und Verfahren zur Herstellung desselben |
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|---|---|---|---|
| JP01873397A JP3487396B2 (ja) | 1997-01-31 | 1997-01-31 | バイオセンサとその製造方法 |
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