JPH11201933A - バイオセンサ - Google Patents

バイオセンサ

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JPH11201933A
JPH11201933A JP10014817A JP1481798A JPH11201933A JP H11201933 A JPH11201933 A JP H11201933A JP 10014817 A JP10014817 A JP 10014817A JP 1481798 A JP1481798 A JP 1481798A JP H11201933 A JPH11201933 A JP H11201933A
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JP
Japan
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substrate
electrode
adhesive layer
working electrode
glucose
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JP10014817A
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English (en)
Inventor
Masao Goto
正男 後藤
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Nok Corp
Original Assignee
Nok Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 酸化還元酵素を固定化した作用極とその対極
とを平面状基板の同一面上に配置したバイオセンサにお
いて、測定サンプルの採取および測定が容易であり、か
つ素子製作が容易であるものを提供する。 【解決手段】 酸化還元酵素を固定化した作用極とその
対極とを同一基板上の先端部に設け、これら電極形成部
分より後方に設けられた接着剤層を介して他方の基板を
接着させることにより、各基板の先端部間に測定サンプ
ル保持空間を形成せしめたバイオセンサ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、バイオセンサに関
する。更に詳しくは、酸化還元酵素を電極上に固定化し
たバイオセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】グルコースオキシダーゼを作用極上に固
定化せしめた従来のグルコースバイオセンサにあって
は、作用極以外に対極あるいは対極と参照極とが平面状
基板の同一面上に配置されている。このような電極配置
のグルコースバイオセンサにおいて、測定サンプルを電
極に接触させるには2つの方法がとられている。
【0003】その第1の方法は、直接測定サンプルを電
極上に滴下する方法であるが、この方法ではサンプリン
グから滴下迄手間と時間を要するという問題がある。そ
の第2の方法は、電極基板の上に溝を有するスペーサを
配置し、その上に更に空気孔を設けたカバーを配置した
構造のものを用いるという方法である。この方法では、
測定サンプルが直接電極上に導かれるため手間や時間が
とられないという利点がある反面、空気孔の設置を必要
とするなど、素子製作において煩雑な工程を必要とする
という欠点を有している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、酸化
還元酵素を固定化した作用極とその対極とを平面状基板
の同一面上に配置したバイオセンサにおいて、測定サン
プルの採取および測定が容易であり、かつ素子製作が容
易であるものを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】かかる本発明の目的は、
酸化還元酵素を固定化した作用極とその対極とを同一基
板上の先端部に設け、これら電極形成部分より後方に設
けられた接着剤層を介して他方の基板を接着させること
により、各基板の先端部間に測定サンプル保持空間を形
成せしめたバイオセンサによって達成される。
【0006】
【発明の実施の形態】図1は、本発明に係るバイオセン
サの一態様の斜視図であり、図2は、酸化還元酵素を固
定化した作用極とその対極とを先端部に設けた基板の平
面図である。
【0007】基板1には、作用極2およびその対極3が、
その先端部であるテーパー部4に設けられており、作用
極2上には酸化還元酵素5が固定化されている。これらの
電極形成部分より後方、より具体的にはこれら先端部に
設けられた各電極2,3およびそれらのリード部末端部6,7
の間の基板部分を、他方の基板8と接着剤層9を介して接
着させることにより、各基板1,8の先端部間に測定サン
プル保持空間10を形成せしめている。なお接着剤層は粘
着剤層であってもよい。
【0008】基板としては、ポリエチレンテレフタレー
トによって代表されるプラスチック、生分解性プラスチ
ック、ガラス、セラミックス、紙等の絶縁性基板であっ
て、フィルム、シートまたは板状のものが用いられる。
作用極、対極およびこれらのリード部の形成は、カーボ
ン、銀、金等のペーストを用いるスクリーン印刷法ある
いはカーボン箔、パラジム箔を用いる箔付け法などによ
って行われ、これらは不織布などによって研磨処理され
た上で用いられることが好ましい。更に、必要に応じて
作用極および対極を設けた基板上に参照極を配置するこ
ともでき、参照極の形成は、スクリーン印刷法、蒸着
法、スパッタリング法などによって一旦銀電極を形成さ
せた後、それを塩化銀化する方法などによって行われ
る。
【0009】固定化せしめる酸化還元酵素としては、グ
ルコースオキシダーゼ、乳酸オキシダーゼ、アルコール
オキシダーゼ、ピルビル酸オキシダーゼ、グルコースデ
ヒドロゲナーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼ、ピルビ
ル酸デヒドロゲナーゼ等があり、これらによってグルコ
ース、乳酸、アルコール、ピルビン酸、抗原等の有機物
質の濃度測定が可能であるが、最も一般的に用いられる
グルコースオキシダーゼによるグルコース濃度の測定法
について、以下では塗布乾燥法(吸着法)を例にして説
明することとする。尚、塗布乾燥法以外に、共有結合
法、イオン結合法、架橋法などが、グルコースオキシダ
ーゼの固定化方法として用いられる。
【0010】グルコースオキシダーゼは、一般には作用
極上に固定化せしめるが、グルコースオキシダーゼは測
定サンプルである水溶液中に溶解され、作用極上で反応
するようになるため、作用極周辺、対極またはその周辺
などに固定化させていてもよい。
【0011】グルコースオキシダーゼの電極への固定
化、好ましくは作用極上への固定化は、以下に列挙され
る如く、グルコースオキシダーゼ単体としてばかりでは
なく、電子伝達体(メディエータ)およびアルブミンの少
なくとも一種を添加した混合物層としても形成される。 (1)グルコースオキシダーゼ層 (2)グルコースオキシダーゼ-電子伝達体混合物層 (3)グルコースオキシダーゼ-アルブミン混合物層 (4)グルコースオキシダーゼ-電子伝達体-アルブミン混
合物層
【0012】グルコースオキシダーゼ層(1)の形成は、
グルコースオキシダーゼ(GOD)を、例えば165800単位/g
のGODの場合その約1〜50mg、好ましくは約5〜30mgを蒸
留水またはクエン酸緩衝液(約0.05〜0.2M濃度)1mlに溶
解させ、その溶液(GOD溶液)約0.5〜10μl、好ましくは
約1〜3μlを滴下法、スピンコート法などによって滴下
し、室温で乾燥させて、膜厚約1〜200μm、好ましくは
約50〜150μmの層を形成させることにより行われる。
【0013】混合物層(2)〜(4)の場合にも、この場合と
同様の形成方法が行われ、ただしGOD水溶液中に更に次
の各成分が添加された溶液が用いられる。 混合物層(2)の場合:フェリシアン化カリウム、パラベ
ンゾキノン等が電子伝達体として用いられ、フェリシア
ン化カリウムにあっては約1〜100mg、好ましくは約30〜
60mgを、パラベンゾキノンにあっては約1〜200mg、好ま
しくは約50〜150mgを更に添加した溶液を使用 混合物層(3)の場合:牛血清アルブミンを約1〜100mg、
好ましくは約5〜30mgを更に添加した溶液を使用 混合物層(4)の場合:混合物層(2)の形成に用いられた量
の電子伝達体および混合物層(3)の形成に用いられた量
の牛血清アルブミンを更に添加した溶液を使用
【0014】添加された電子伝達体は下記の如く作用
し、またアルブミンやクエン酸緩衝液の添加は、測定液
(グルコース水溶液)のpH変化に対して出力誤差を抑制
し、バラツキのより少ない測定結果を与える。また、ノ
ニオン系界面活性剤を電極付近に塗布することにより、
測定液の吸引、それに引続く混合層の溶解に寄与し、測
定精度を向上させるという効果も得られる。
【0015】グルコースがGODの作用により酵素の存在
下で酸化されてグルコノラクトンを生成させ、そのとき
発生するH2O2を作用極上で酸化し、その際の酸化電流値
を測定することにより、グルコース濃度を間接的に求め
る方法は周知である。しかしながら、測定液が水で希釈
されない原液サンプルの場合には、酸化反応が溶存酸素
濃度に律速されるため、グルコース濃度が約100mg/dl程
度迄しか直線検量範囲を示さない。
【0016】そこで、溶液中濃度が有限である酸素の代
わりに、電子伝達体がGODと共に用いられる。メディエ
ータがフェリシアン化カリウムK3Fe(CN)6の場合、この
反応は次のように進行する。 この際発生したフェロシアンイオンは、作用極で酸化さ
れて酸化電流を生ずる。
【0017】また、メディエータとしてフェリシアン化
カリウムの代わりにパラベンゾキノンを用いた場合に
は、GOD存在下でのグルコースとパラベンゾキノンとの
反応でヒドロキノンが生成し、この際生成したヒドロキ
ノンは作用極で酸化され、酸化電流を生ずるのでその値
が測定される。
【0018】好ましくは作用極より大きな面積(約1.5〜
5倍)で形成される対極上には、特に何も固定化しなくと
も使用し得るが、アルブミンおよび電子伝達体の少なく
とも一種からなる混合物層を形成させて用いてもよい。
この場合には、作用極上のみに混合物層を設けた場合に
みられる測定液による混合物層の溶解、拡散に生じ勝ち
な傾きがみられなくなる利点があり、測定精度も上昇す
る。
【0019】なお、固定化せしめたGODへの測定サンプ
ル液の接触を円滑に行わしめるために、作用極上、対極
上、作用極周辺、対極周辺、作用極上およびその周辺、
対極上およびその周辺などに、ノニオン系界面活性剤を
塗布したり、不織布、ロ紙等の含浸促進剤を保持空間を
利用して挾着させるなどの手段を適用することも可能で
ある。
【0020】作用極および対極を設けた基板および他方
の基板の接着は、一般に両面接着不織布などの両面接着
テープあるいは両面接着剤付きスペーサなどによって行
われる。形成された接着剤層の厚さは、測定サンプル保
持空間を形成し得るものでなければならず、約10〜1000
μm(約0.01〜1mm)、好ましくは約20〜250μm(約0.02〜
0.25mm)に設定される。
【0021】両面接着テープあるいは両面接着剤付きス
ペーサの代りに、アクリル樹脂等からなる接着剤を一方
または両方の基板上の所定位置にスクリーン印刷法で塗
布し、これら両基板を上記間隔を保った状態で接着させ
ることもできる。更に、接着剤層9の下には、その長さ
より長い長さで、熱硬化性ポリエステル樹脂等からなる
絶縁膜11を、約5〜25μmの厚さで設けることもできる
[図3参照]。
【0022】また、作用極および対極が設けられる基板
の一端側4は、図1に示されるように、とがった形状のテ
ーパー状とし、それによって測定液が微小量ではあって
もそれを直接採取することができ、従って電極との接触
も速やかに行われるようにされるが、電極が設けられる
長方形基板の一端側をテーパー状とはせず、一方の短辺
側を凸部形状とすることもできる。
【0023】グルコース濃度の測定は、このようにして
作製されたグルコースバイオセンサの測定サンプル保持
空間に、所定濃度のグルコース水溶液約0.1〜10μlを吸
引して電極と接触させ、約5〜100秒間程度反応させた
後、そこに約0.05〜1.5V、好ましくは約0.4〜1.2Vの電
圧を印加し、印加0.5〜50秒後の電流値を測定するポテ
ンシャルステップクロノアンペロメトリー法によって行
われる。測定には、ポテンショガルバノスタットおよび
ファンクションジェネレータが用いられる。
【0024】
【発明の効果】酸化還元酵素を固定化した作用極とその
対極とを設けた基板と他の基板とを接着剤層を介して接
着させることにより、各基板の先端部間に測定サンプル
保持空間を形成させた本発明のバイオセンサは、測定が
容易であり、かつ素子製作も容易である。また、測定サ
ンプル量の定量性も、保持空間を接着剤層(および絶縁
層)で閉塞することにより確保することができ、更に測
定サンプル量自体も接着剤層(および絶縁層)の厚みを変
えることで容易に調節することができる。
【0025】
【実施例】次に、実施例について本発明を説明する。
【0026】実施例1 一端側がテーパー状のポリエチレンテレフタレート基板
上に、2本のカーボン製電極をスクリーン印刷法によっ
て、膜厚15μmで形成させた。その一方のカーボン製電
極上に、水1mlにグルコースオキシダーゼ(165800U/g)10
mgおよびフェリシアン化カリウム48mgよりなる混合液
(ドープ液)を2μl滴下して室温条件下で乾燥させ、グル
コースオキシダーゼ-フェリシアン化カリウム混合物層
(厚さ約100μm)を形成させて作用極とし、他方のカーボ
ン製電極を対極とした。これらの各電極の測定サンプル
接触面積は、いずれも2mm2である。
【0027】このようにして得られた混合物層形成作用
極および対極を設けた基板とこれより短かく、その先端
部をテーパー状とした基板とを用い、両面接着テープ
(日東電工製品500番;厚さ160μm)を接着剤層として貼り
合せた。
【0028】これらのグルコースバイオセンサに、濃度
20,50,100,300,600または1000mg/dlのグルコース水溶液
(pH7.4)1μlを吸引させ、20秒間静置した後、作用極-対
極間に1.0Vの電圧を印加し、印加10秒後の電流値を10回
測定した。測定には、ポテンショガルバノスタット(北
斗電工製HA-501)およびファンクションジェネレータ(同
社製HB-104)が用いられた。グルコース水溶液濃度20〜6
00mg/dlの範囲内で直線性が得られ、100mg/dl濃度時で
の出力は2.5μA、CV値(平均値に対する標準偏差の割合)
は5.0%(n=10)であった。なお、センサは、一試料毎に使
い捨てとした。
【0029】実施例2 実施例1において、ドープ液を作用極および対極に拡げ
て塗布したものが用いられた。グルコース水溶液濃度20
〜600mg/dlの範囲内で直線性が得られ、100mg/dl濃度時
でのCV値は4.8%(n=10)であった。
【0030】実施例3 実施例1において、対極面積を作用極の2倍の面積で形成
させた。グルコース水溶液濃度20〜600mg/dlの範囲内で
直線性が得られ、100mg/dl濃度時でのCV値は4.6%(n=10)
であった。
【0031】実施例4 実施例1において、作用極および対極を設けた基板上に
銀塩化銀参照極をスクリーン印刷法で形成させたものが
用いられ、作用極-参照極間の電位を1.0Vとした。グル
コース水溶液濃度20〜600mg/dlの範囲内で直線性が得ら
れ、100mg/dl濃度時でのCV値は4.5%(n=10)であった。
【0032】実施例5 実施例1において、ノニオン系界面活性剤(UCC社製品ト
リトンX-100)の0.5重量%水溶液を測定サンプル保持空間
周辺に塗布し、乾燥させたものが用いられた。グルコー
ス水溶液濃度20〜600mg/dlの範囲内で直線性が得られ、
100mg/dl濃度時でのCV値は4.7%(n=10)であった。
【0033】実施例6 実施例1において、アクリル樹脂接着剤を用いるスクリ
ーン印刷法による重ね塗りを行ない、同様の厚さに調整
した接着剤層を形成させたものが用いられた。グルコー
ス水溶液濃度20〜600mg/dlの範囲内で直線性が得られ、
100mg/dl濃度時でのCV値は5.1%(n=10)であった。
【0034】実施例7 実施例1において、ポリエチレンテレフタレートフィル
ム(厚さ0.19mm)の両面にアクリル樹脂接着剤(片面厚さ2
5μm)を塗布したスペーサが接着剤層として用いられ
た。このようなスペーサを用いたため、全体として剛性
の高まったものが得られた。グルコース水溶液濃度20〜
600mg/dlの範囲内で直線性が得られ、100mg/dl濃度時で
のCV値は5.5%(n=10)であった。
【0035】実施例8 実施例1において、電極形成基板と接着剤層との間に、
熱硬化性ポリエステル絶縁層をスクリーン印刷法によっ
て形成させたものが用いられた。グルコース水溶液濃度
20〜600mg/dlの範囲内で直線性が得られ、100mg/dl濃度
時でのCV値は4.8%(n=10)であった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るバイオセンサの一態様の斜視図で
ある。
【図2】作用極および対極を設けた基板の平面図であ
る。
【図3】絶縁層を設けたバイオセンサの斜視図である。
【符号の説明】
1 基板 2 作用極 3 対極 4 テーパー部 5 酸化還元酵素層 6 作用極リード部 7 対極リード部 8 他方の基板 9 接着剤層 10 測定サンプル保持空間 11 絶縁膜

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酸化還元酵素を固定化した作用極とその
    対極とを同一基板上の先端部に設け、これら電極形成部
    分より後方に設けられた接着剤層を介して他方の基板を
    接着させることにより、各基板の先端部間に測定サンプ
    ル保持空間を形成せしめてなるバイオセンサ。
  2. 【請求項2】 接着剤層の形成が両面接着テープによっ
    て行われた請求項1記載のバイオセンサ。
  3. 【請求項3】 接着剤層の形成が両面接着剤付きスペー
    サによって行われた請求項1記載のバイオセンサ。
  4. 【請求項4】 電極形成基板と接着剤層との間に絶縁層
    が形成された請求項1記載のバイオセンサ。
  5. 【請求項5】 各基板の一端側がそれぞれテーパー状に
    形成された請求項1記載のバイオセンサ。
  6. 【請求項6】 各基板の一端側がそれぞれ凸部形状に形
    成された請求項1記載のバイオセンサ。
  7. 【請求項7】 作用極上に酸化還元酵素-電子伝達体混
    合物層が形成された請求項1記載のバイオセンサ。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006275819A (ja) * 2005-03-29 2006-10-12 Cci Corp バイオセンサ
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