JPH10282038A - バイオセンサ - Google Patents

バイオセンサ

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JPH10282038A
JPH10282038A JP9089163A JP8916397A JPH10282038A JP H10282038 A JPH10282038 A JP H10282038A JP 9089163 A JP9089163 A JP 9089163A JP 8916397 A JP8916397 A JP 8916397A JP H10282038 A JPH10282038 A JP H10282038A
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信 池田
Toshihiko Yoshioka
俊彦 吉岡
Shiro Nankai
史朗 南海
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 試料液中の溶存酸素の影響を取り除き、特に
低濃度域での基質の定量精度を向上させたバイオセンサ
を提供する。 【解決手段】 本発明によるバイオセンサは、絶縁性の
基板上に設けられた少なくとも作用極と対極を有する電
極系、前記電極系上に形成された少なくとも酸化還元酵
素および電子受容体を含有する反応層、および前記反応
層とは隔離して設けられた前記酸化還元酵素の基質を含
有する層を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、試料中に含まれる
グルコースなどの基質を高精度に定量することができる
バイオセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】バイオセンサの一例として、グルコ−ス
センサについて説明する。電気化学的にグルコ−スを定
量する方法としては、グルコ−スオキシダ−ゼ(EC
1.1.3.4)と酸素電極あるいは過酸化水素電極を
組み合わせた方式が一般的に知られている(例えば、鈴
木周一編「バイオセンサ−」講談社)。グルコースオキ
シダーゼは、酸素を電子受容体として、基質であるβ−
D−グルコ−スをD−グルコノ−δ−ラクトンに選択的
に酸化する。この反応に伴い、酸素は過酸化水素に還元
される。この時の酸素消費量を酸素電極を用いて測定す
るか、または過酸化水素の生成量を過酸化水素電極を用
いて測定することにより、グルコ−スを定量することが
できる。しかし、この方式のセンサは、試料液中に溶存
している酸素濃度の影響を大きく受け、また、酸素のな
い条件下では、測定自体が不可能であるという問題があ
った。
【0003】そこで、電子受容体として酸素を用いず、
フェリシアン化カリウム、フェロセン誘導体、キノン誘
導体等の有機化合物や金属錯体を電子受容体として用い
る新しい方式のグルコ−スセンサが開発された。この方
式のセンサは、酵素反応の結果生じた電子受容体の還元
体を電極で酸化し、その酸化電流値からグルコ−スの濃
度を求めるものである。この方式のセンサは、既知量の
グルコースオキシダーゼと電子受容体を、安定な状態で
正確に電極上に担持させることが可能となる。また、電
極系と反応層を乾燥状態に近い状態で一体化することが
できる。このようにして作製された使い捨て型グルコ−
スセンサは、測定器に挿入されたセンサチップに検体試
料を導入するだけで容易にグルコ−ス濃度を測定するこ
とができることから、近年多くの注目を集めている。こ
の手法は、グルコ−スの定量に限らず、他の特定化合物
の定量にも応用可能である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記したバイオセンサ
では、電子受容体として、安定性に優れ、大量生産に適
するフェリシアン化カリウムを用いる場合が多い。しか
し、フェリシアン化イオン−グルコースオキシダーゼ間
の二次反応速度定数は、酸素−グルコースオキシダーゼ
間のそれに比べて約千分の一である。よって、試料液中
のグルコースが低濃度域、特に、0〜20mg/dlに
ある場合、グルコースに対するセンサの応答は、顕著な
影響を受け、センサの応答特性(応答の直線性)が悪化
することがあった。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題に鑑み、本発明
によるバイオセンサは、絶縁性の基板上に設けられた少
なくとも作用極と対極を有する電極系、前記電極系上に
形成された少なくとも酸化還元酵素および電子受容体を
含有する反応層、および前記反応層とは隔離して設けら
れた前記酸化還元酵素の基質を含有する層を具備するこ
とを特徴とする。
【0006】
【発明の実施の形態】試料液には、通常約0.25mM
の溶存酸素が含まれる。このため、センサに試料液を導
入した際、フェリシアン化イオン−グルコースオキシダ
ーゼ間の酵素反応と同時に、酸素−グルコースオキシダ
ーゼ間の酵素反応も進行する。つまり、溶存酸素が、約
0.25mMのグルコースを消費する。また、酸素−グ
ルコースオキシダーゼ間の反応の結果生じた約0.25
mMの過酸化水素は、約0.5mMのフェロシアン化イ
オンをフェリシアン化イオンへと酸化する。この一連の
反応により、合計約1mMのフェロシアン化イオンに相
当する電流応答値が減少することになり、これが、低濃
度領域でのセンサの応答特性を悪化させる主要因となっ
ている。そこで、溶存酸素により消費されるグルコース
と過酸化水素により酸化されるフェロシアン化イオンに
相当する量のグルコースをあらかじめセンサ内に配置し
たところ、溶存酸素の影響による電流応答値の減少を抑
制し、応答特性を向上させることができた。
【0007】本発明によるグルコースセンサには、次の
2つのタイプがある。第1は、絶縁性の基板上に形成さ
れた電極系とこの電極系上に形成された少なくとも酸化
還元酵素と電子受容体を含有する反応層を有するタイプ
のセンサであり、第2は、絶縁性の基板上に形成された
電極系とこの電極系上に形成された少なくとも酸化還元
酵素と電子受容体を含有する反応層および前記基板に組
み合わされて基板との間に前記電極系に試料液を供給す
る試料液供給路を形成するカバー部材を有するタイプの
センサである。いずれのタイプのセンサにおいても、反
応層中の酸化還元酵素の基質を含有する層を、反応層と
隔離して設けてある。この層は、絶縁性基板上に形成さ
れた反応層の横や、基板に組み合わされたカバー部材に
よって形成された試料液供給路に露出する面などに、導
入された試料液により溶解することができるよう設けら
れることが好ましい。
【0008】反応層は、試料液に溶解しても、また、固
定化して試料液に不溶としてもよい。また、酵素および
電子受容体などが電極系表面に接触しないように絶縁性
基板上の電極系を親水性高分子層で被覆すると、電極系
表面へのタンパク質の吸着などを防ぐことができてより
好ましい。さらに、反応層上にレシチンなど脂質を含む
層を設けると、反応層上に試料液を円滑に導入できる。
酸化還元酵素としては、グルコ−スオキシダ−ゼ、乳酸
オキシダーゼ、コレステロールオキシダーゼ、コレステ
ロールエステラーゼ、ウリカ−ゼ、インベルターゼおよ
びムタロターゼなどが用いられる。このような酸化還元
酵素を反応層に含有させることにより、グルコースセン
サ、乳酸センサ、コレステロールセンサ、尿酸センサお
よびショ糖センサなどを作製することができる。親水性
高分子としては、カルボキシメチルセルロース、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、さらに、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、ヒドロ
キシエチルセルロース、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などのセルロ
ース誘導体を用いることができる。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。
【0009】
【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、本発明による第1のタイ
プの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。図2は、本発明による第1のタイプのバイオセンサ
の縦断面図である。絶縁性の基板1の上に、図1と同様
にして電極系を形成し、さらに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8が形成してあ
る。グルコースを含有する層10は、この反応層8とは
隔離して形成してある。
【0010】図3は、本発明による第2のタイプのバイ
オセンサの反応層を除いた分解斜視図である。図1と同
様にして電極系を形成した絶縁性基板1と、空気孔16
を備えたカバー14およびスペーサー13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。18は、スペーサー13のスリット
15とカバー14および絶縁性基板1とで形成される試
料液供給路の開口部である。図4は、スペーサー13と
カバー14を重ね合わせたカバー部材の斜視図であり、
図3とは上下逆に配置してある。このカバー部材と基板
を組み合わせて、試料液供給路を構成する空間部が形成
される。17は、この試料液供給路を構成する空間部に
露出するカバー側の面を示す。図5は、本発明による第
2のタイプのバイオセンサの縦断面図である。絶縁性の
基板1の上に、図1と同様にして電極系を形成した。こ
の電極系を被覆するように親水性高分子層7を形成し、
さらにこの親水性高分子層7の上に、酸化還元酵素およ
び電子受容体を含有する反応層8が形成してある。そし
て、この反応層8を覆うようにレシチン層9が形成して
ある。また、試料液供給路を構成する空間部に露出する
カバー側の面17に、グルコースを含有する層11が形
成してある。
【0011】《実施例1》図1の絶縁性基板1の電極系
上に、グルコースオキシダーゼ(以下、GOD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8を形成した。次に、反応層8と
は隔離された位置に、グルコース水溶液を滴下し乾燥さ
せて、グルコースを含有する層10を形成した。このグ
ルコースを含有する層10は、試料液を滴下した際、こ
の層が溶解することにより、センサ内のグルコース濃度
が、0.5mM増加するように調製して形成した。この
ようにして作製したセンサ上に、試料液としてグルコ−
スの標準水溶液5μlを滴下し、反応層8およびグルコ
ースを含有する層10を溶解させた。そして、試料液を
供給してから一定時間後に電極系の対極5を基準にして
作用極4にアノード方向へ+0.5Vのパルス電圧を印
加し、5秒後の電流値を測定して、センサの応答特性を
調べた。その結果、低濃度域(0〜20mg/dl)に
おいて、センサの応答は優れた直線性を示した。
【0012】《比較例1》グルコースを含有する層10
を形成しないこと以外は、実施例1と同様にしてセンサ
を作製し、センサの応答特性を調べた。その結果、低濃
度域でのセンサの応答は、実施例1ほどよくなかった。
【0013】《実施例2》図3の絶縁性基板1の電極系
上に、カルボキシメチルセルロース(以下、CMCと略
す。)水溶液を滴下し、乾燥させることでCMC層7を
形成した。次に、CMC層7上に、GODとフェロセン
6フッ化リン酸塩の混合水溶液を滴下し乾燥させ、反応
層8を形成した。さらに、レシチンのトルエン溶液を反
応層8上に滴下し乾燥させてレシチン層9を形成した。
次に、図4の試料液供給路を構成する空間部に露出する
カバ−側の面17に、グルコース水溶液を滴下し乾燥さ
せて、グルコースを含有する層11を形成した。このグ
ルコースを含有する層11は、試料液を試料液供給路の
開口部18から導入した際、この層が溶解することによ
り、センサ内のグルコース濃度が、0.5mM増加する
ように調製して形成した。最後に、絶縁性基板1、スペ
ーサー13、カバー14を図3中、一点鎖線で示すよう
な位置関係をもって接着し、グルコ−スセンサを作製し
た。このようにして作製したセンサに、試料液としてグ
ルコ−スの標準水溶液3μlを試料供給孔18より供給
した。試料液は、空気孔14部分まで達し、電極系上の
反応層8およびグルコースを含有する層11が溶解し
た。実施例1と同様にして、センサの応答特性を調べ
た。その結果、低濃度域(0〜20mg/dl)におい
て、センサの応答は優れた直線性を示した。
【0014】
【発明の効果】以上のように、本発明によると、試料液
中の溶存酸素の影響を小さくでき、特に低濃度域での基
質の定量精度を向上させたバイオセンサを提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のバイオセンサの電極系を設
けた基板の平面図である。
【図2】同バイオセンサの縦断面図である。
【図3】本発明の他の実施例のバイオセンサの反応層を
除いた分解斜視図である。
【図4】同バイオセンサのカバーとスペーサーを重ね合
わせたカバー部材で、図3とは上下逆に配置した斜視図
である。
【図5】同バイオセンサの要部の縦断面図である。
【符号の説明】
1 絶縁性基板 2 リード 3 リード 4 作用極 5 対極 6 絶縁層 7 CMC層 8 酸化還元酵素および電子受容体を含有する層 9 レシチン層 10 グルコースを含有する層 11 グルコースを含有する層 13 スペーサー 14 カバー 15 スペーサーのスリット 16 空気孔 17 試料液供給路を構成する空間部に露出するカバー
側の面 18 試料液供給路の開口部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁性の基板上に設けられた少なくとも
    作用極と対極を有する電極系、前記電極系上に形成され
    た少なくとも酸化還元酵素および電子受容体を含有する
    反応層、および前記反応層とは隔離して設けられた前記
    酸化還元酵素の基質を含有する層を具備することを特徴
    とするバイオセンサ。
  2. 【請求項2】 絶縁性の基板上に設けられた少なくとも
    作用極と対極を有する電極系、前記電極系上に形成され
    た少なくとも酸化還元酵素および電子受容体を含有する
    反応層、前記基板に組み合わされて基板との間に前記電
    極系に試料液を供給する試料液供給路を形成するカバー
    部材、および前記反応層とは隔離して設けられた前記酸
    化還元酵素の基質を含有する層を具備することを特徴と
    するバイオセンサ。
  3. 【請求項3】 前記酸化還元酵素の基質を含有する層
    が、前記試料液供給路を形成するカバー部材の試料液供
    給路に露出する面に配置されている請求項2記載のバイ
    オセンサ。
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JP2008509406A (ja) * 2004-08-13 2008-03-27 エゴメディカル テクノロジーズ アクチエンゲゼルシャフト 生理的又は水性の液体中の被分析物濃度を定量するための被分析物検査システム
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