JPH10227755A

JPH10227755A - バイオセンサ

Info

Publication number: JPH10227755A
Application number: JP9030239A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Yoshioka; 俊彦吉岡; Satoko Tsuji; 里子辻; Shiro Nankai; 史朗南海
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-02-14
Filing date: 1997-02-14
Publication date: 1998-08-25

Abstract

(57)【要約】【課題】試料液中の溶存酸素の影響を受けずにグルコ
ースなどの基質濃度を正確に測定できるバイオセンサを
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、および前記電極系上に形成された反応層を具
備し、前記反応層が、ピロロキノリンキノンを補酵素と
して結合したデヒドロゲナーゼおよび電子受容体を含有
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、血液、尿等の生体
試料、食品工業における原料や製品、さらに果汁等の試
料中に含まれる基質（特定成分）を高精度で、迅速かつ
容易に定量できるバイオセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】生体試料および食品中の特定成分（基
質）を、試料液の希釈および攪拌などを行なうことな
く、簡易に定量し得るバイオセンサが提案されている。
その一例として、特開平３−２０２７６４号公報には、
絶縁性基板上にスクリーン印刷などの方法によって電極
系を形成し、この電極系上に酸化還元酵素および電子受
容体を含有する反応層を形成したバイオセンサが開示さ
れている。このバイオセンサは、以下のようにして、試
料中の基質濃度を定量する。まず、試料液をバイオセン
サの反応層上に滴下することにより、反応層が溶解し、
試料液中の基質と反応層の酸化還元酵素との間で酵素反
応が進行する。この酵素反応に伴い、電子受容体が還元
される。一定時間後、センサの電極に電圧を印加して、
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定量
することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このようなバイオセン
サのうち、グルコースセンサには、一般に酸化還元酵素
としてグルコースオキシダーゼを用いることが知られて
いる。しかし、グルコースオキシダーゼを用いると、酵
素反応に伴い電子受容体が還元されるのと同時に、試料
液中の溶存酸素も還元される。電子受容体の還元体は、
電気化学的に容易に酸化することができるが、溶存酸素
の還元体である過酸化水素は、容易に酸化できない。そ
のため、センサの電極に電圧を印加して得られる酸化電
流値は、電子受容体の還元体を酸化した量に相当し、過
酸化水素を酸化した量は含まれない。よって、得られる
酸化電流値から、もとの基質濃度を正確に定量すること
はできない。基質濃度を正確に定量するためには、試料
液の溶存酸素量を予め定量するなどの操作を必要とし
た。本発明は、試料液中の溶存酸素の影響を受けずにグ
ルコースなどの基質濃度を正確に測定できるバイオセン
サを提供することを目的とする。

【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、および前記電極
系上に形成された反応層を具備し、前記反応層が、ピロ
ロキノリンキノンを補酵素として結合したデヒドロゲナ
ーゼおよび電子受容体を含有する。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明のバイオセンサは、その反
応層にピロロキノリンキノンを補酵素として結合したデ
ヒドロゲナーゼ含有することを特徴とする。このピロロ
キノリンキノンを補酵素として結合したデヒドロゲナー
ゼは、基質との酵素反応に伴い電子受容体のみを還元す
る。そのため、得られる酸化電流値から基質の濃度を正
確に定量することができる。このようなピロロキノリン
キノンを補酵素として結合したデヒドロゲナーゼには、
グルコ−スデヒドロゲナーゼやフルクトースデヒドロゲ
ナーゼが挙げられる。それらの含有量は、反応層１平方
センチメートル当たり、１〜２００ユニットが好まし
い。さらに好ましくは、４〜１００ユニットである。た
だし、１ユニットは、１μｍｏｌの基質を１分間で酸化
させる酸化還元酵素の量を表す。グルコ−スデヒドロゲ
ナーゼの含有量が、反応層１平方センチメートル当たり
１ユニット未満では、測定時に数分以上の時間が必要と
なる。また、グルコ−スデヒドロゲナーゼの含有量が、
反応層１平方センチメートル当たり２００ユニットを上
回ると、製造コストが高くなり、さらに反応層形成時
に、反応層が割れて応答電流値にばらつきを生じ易くな
る。

【０００６】本発明によるバイオセンサの反応層が、上
記したデヒドロゲナーゼに加えて、さらにピロロキノリ
ンキノンを含有すると、検出感度が向上し、より広範な
基質濃度域に対応できるようになるため好ましい。ピロ
ロキノリンキノンとしては、ピロロキノリンキノンのナ
トリウム塩を用いることができる。さらに、ピロロキノ
リンキノンの含有量は、反応層１平方センチメートル当
たり、１．５×１０^-6〜１．５×１０^-4ｇであることが
好ましい。より好ましくは１．０×１０^-5〜８．０×１
０^-5ｇである。さらに、本発明による反応層は、電子受
容体を含有する。電子受容体としては、フェリシアンイ
オン、ｐ−ベンゾキノンおよびその誘導体、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
その誘導体が挙げられる。電子受容体は、これらの１種
またはそれ以上が用いられる。特に、フェリシアンイオ
ンを用いることが好ましい。

【０００７】本発明によるバイオセンサの反応層には、
上記酵素類や電子受容体の他に、親水性高分子を含有さ
せてもよい。反応層中に親水性高分子を添加することに
より、電極系表面からの反応層剥離を防ぐことができ
る。さらに、反応層表面のわれを防ぐ効果も有してお
り、バイオセンサの信頼性を高めるのに効果的である。
このような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、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、ポリビニルピロリドン、ポリビ
ニルアルコール、ポリリジンなどのポリアミノ酸、ポリ
スチレンスルホン酸、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
が挙げられる。特に、カルボキシメチルセルロースが好
適に用いられる。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。

【０００８】

【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、本発明によるバイオセン
サの反応層を取り除いた概略平面図である。ポリエチレ
ンテレフタレートからなる電気絶縁性の基板１上に、ス
クリーン印刷により銀ペーストを印刷し、リード２、３
を形成している。次いで、樹脂バインダーを含む導電性
カーボンペーストを基板１上に印刷して作用極４を形成
している。この作用極４は、リード２と接触している。
さらに、この基板１上に、絶縁性ペーストを印刷して絶
縁層６を形成している。絶縁層６は、作用極４の外周部
を覆っており、これにより作用極４の露出部分の面積を
一定に保っている。そして、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と接触するように基板１
上に印刷してリング状の対極５を形成している。電気絶
縁性の基板には、ポリエチレンテレフタレートなどの合
成樹脂板が用いられる。また、上記リードおよび電極の
材料としては、銀やカーボン以外にも、白金、金、およ
びパラジウム等が用いられる。図２は、本発明によるバ
イオセンサの縦断面図である。図１のようにして電極系
を形成した電気絶縁性の基板１上に、酵素類および電子
受容体を含む反応層７を形成してある。

【０００９】《実施例１》図１の基板１の電極系上に、
グルコ−スデヒドロゲナーゼ（以下、ＧＤＨと略す。）
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７を形成した。この反応層７内に含まれる
ＧＤＨの量は、反応層１平方センチメートル当たり３０
ユニットであった。次に、反応層７上に、グルコース水
溶液を滴下した。グルコ−スを含む試料液が反応層に供
給されると、試料液内のグルコ−スは、グルコ−スデヒ
ドロゲナーゼにより酸化される。そして、これと同時に
反応層中の電子受容体が還元される。続いて、滴下した
１分後に、対極５に対して作用極４に＋０．５Ｖの電圧
を印加して電子受容体の還元体を酸化した。そして、５
秒後の電流値を測定した。この電流値は、生成した電子
受容体の還元体の濃度、すなわち試料液内基質濃度に比
例するので、この電流値を測定することにより、試料液
内のグルコース濃度を求めることができる。試料とし
て、溶存酸素濃度を約３０ｍｍＨｇおよび約１８０ｍｍ
Ｈｇにそれぞれ調整した２種類のグルコ−ス水溶液につ
いて、そのグルコース濃度を種々変化させた試料を用い
た。その結果、得られた応答電流値とグルコース濃度と
の間には、一定の相関性があり、溶存酸素の濃度に関わ
らず良好な直線性を示した。

【００１０】《比較例１》グルコースデヒドロゲナーゼ
の代わりに、グルコースオキシダーゼを用いるほかは、
実施例１と同様にして反応層７を形成した。そして、実
施例１と同じ試料を用いて、応答電流値とグルコース濃
度の間の相関性を調べた。その結果、得られた応答電流
値は、溶存酸素濃度によって差があり、溶存酸素濃度が
高い方が、応答電流値が低くなる傾向が得られた。

【００１１】《実施例２》図２の基板１の電極系上に、
ＧＤＨ、フェリシアン化カリウムおよびピロロキノリン
キノン（以下、ＰＱＱと略す。）の混合水溶液を滴下
し、乾燥させて反応層７を形成した。この反応層７内に
含まれるＧＤＨおよびＰＱＱの量は、反応層１平方セン
チメートル当たり、それぞれ２０ユニットおよび４．５
×１０^-5ｇであった。そして、実施例１と同じ試料を用
いて、応答電流値とグルコース濃度の間の相関性を調べ
た。その結果、得られた応答電流値とグルコース濃度の
間には、実施例１よりもさらに高い相関性があった。

【００１２】《実施例３》図２の基板１の電極系上に、
フルクトースデヒドロゲナーゼ（以下、ＦＤＨと略
す。）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７を形成した。そして、実施例１
と同じ試料を用いて、応答電流値とグルコース濃度の間
の相関性を調べた。その結果、得られた応答電流値とグ
ルコース濃度の間には、高い相関性が得られた。また、
これは試料液の溶存酸素に影響を受けなかった。さら
に、ＰＱＱを反応層中に添加すると、応答特性がより高
まった。

【００１３】

【発明の効果】以上より、本発明によれば、血液、尿等
の生体試料、食品工業における原料や製品などの試料中
に含まれる基質（特定成分）を高精度で、迅速かつ容易
に定量し得るバイオセンサを得ることがでぎる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるバイオセンサの反応
層を除いた概略平面図である。

【図２】同バイオセンサの要部の縦断面図である。

【符号の説明】１電気絶縁性の基板２、３リード４作用極５対極６絶縁層７反応層

Claims

【特許請求の範囲】

【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、および前記電極系上
に形成された反応層を具備し、前記反応層が、ピロロキ
ノリンキノンを補酵素として結合したデヒドロゲナーゼ
および電子受容体を含有することを特徴とするバイオセ
ンサ。
【請求項２】前記反応層が、さらにピロロキノリンキ
ノンを含有する請求項１記載のバイオセンサ。
【請求項３】前記ピロロキノリンキノンの含有量が、
反応層１平方センチメートル当たり、１．５×１０^-6〜
１．５×１０^-4ｇである請求項２記載のバイオセンサ。
【請求項４】前記ピロロキノリンキノンを補酵素とし
て結合したデヒドロゲナーゼが、グルコ−スデヒドロゲ
ナーゼまたはフルクトースデヒドロゲナーゼである請求
項１または２記載のバイオセンサ。
【請求項５】前記グルコ−スデヒドロゲナーゼの含有
量が、反応層１平方センチメートル当たり１ユニットか
ら２００ユニットである請求項４記載のバイオセンサ。