JPH11344462A - 基質の定量法 - Google Patents

基質の定量法

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JPH11344462A
JPH11344462A JP10172766A JP17276698A JPH11344462A JP H11344462 A JPH11344462 A JP H11344462A JP 10172766 A JP10172766 A JP 10172766A JP 17276698 A JP17276698 A JP 17276698A JP H11344462 A JPH11344462 A JP H11344462A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 易酸化性物質などの妨害物質の影響を軽減
し、信頼性の高い基質の定量法を提供する。 【解決手段】 絶縁性基板上に形成された作用極および
対極を含む電極系、電極系上に設けられた少なくとも酸
化還元酵素と電子伝達体を含有する反応層を有するバイ
オセンサを用い、反応層における酵素反応の結果生じた
電子伝達体の還元量を電気化学的に計測することによ
り、試料液の基質濃度を定量する方法において、妨害物
質検知電極として第3の電極を反応層から離して設け、
対極と第3の電極との間の電気的変化で試料液供給を検
知する。そして、対極と第3の電極との間に生じた電流
を測定し、これを正の誤差とする。その後、作用極と第
3の電極との間の電圧印加を解除し、作用極と対極との
間に電子伝達体の還元体を酸化する電圧を印加して、両
電極間に生じた電流を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、試料中の基質につ
いて、迅速かつ高精度な定量を簡便に実施するための定
量法に関する。
【0002】
【従来の技術】スクロース、グルコースなど糖類の定量
分析法として、施光度計法、比色法、還元滴定法、各種
クロマトグラフィーを用いた方法等が開発されている。
しかし、これらの方法はいずれも、糖類に対する特異性
があまり高くないので精度が悪い。これらの方法のうち
施光度計法によれば、操作は簡便ではあるが、操作時の
温度の影響を大きく受ける。従って、施光度計法は、一
般の人々が家庭などで簡易に糖類を定量する方法として
は適切でない。ところで、近年、酵素の有する特異的触
媒作用を利用した種々のタイプのバイオセンサが開発さ
れている。以下に、試料液中の基質の定量法の一例とし
てグルコースの定量法について説明する。電気化学的な
グルコースの定量法としては、グルコースオキシダーゼ
(EC1.1.3.4:以下GODと略す)と酸素電極
あるいは過酸化水素電極とを使用して行う方法が一般に
知られている(例えば、鈴木周一編「バイオセンサー」
講談社)。
【0003】GODは、酸素を電子伝達体として、基質
であるβ−D−グルコースをD−グルコノ−δ−ラクト
ンに選択的に酸化する。酸素の存在下で、GODによる
酸化反応過程において、酸素が過酸化水素に還元され
る。酸素電極によって、この酸素の減少量を計測する
か、あるいは過酸化水素電極によって過酸化水素の増加
量を計る。酸素の減少量および過酸化水素の増加量は、
試料液中のグルコースの含有量に比例するので、酸素の
減少量または過酸化水素の増加量からグルコースを定量
することができる。この方法は、その反応過程からも推
測できるように、測定結果は試料液に含まれる酸素濃度
の影響を大きく受ける欠点がある。また、試料液に酸素
が存在しない場合は測定が不可能となる。
【0004】そこで、酸素を電子伝達体として用いず、
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伝達体として用い
る新しいタイプのグルコースセンサが開発されてきた。
このタイプのセンサでは、酵素反応の結果生じた電子伝
達体の還元体を電極上で酸化することにより、その酸化
電流量から試料液中に含まれるグルコース濃度が求めら
れる。このような有機化合物や金属錯体を酸素の代わり
に電子伝達体として用いることで、既知量のGODとそ
れらの電子伝達体を安定な状態で正確に電極上に担持さ
せて反応層を形成することが可能となる。この場合、反
応層を乾燥状態に近い状態で電極系と一体化させること
もできるので、この技術に基づいた使い捨て型のグルコ
ースセンサが近年多くの注目を集めている。使い捨て型
のグルコースセンサにおいては、測定器に着脱可能に接
続されたセンサに試料液を導入するだけで容易にグルコ
ース濃度を測定器で測定することができる。このような
手法は、グルコースの定量だけに限らず、試料液中に含
まれる他の基質の定量にも応用可能である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記の様なセンサを用
いた測定によると、還元型電子伝達体を作用極上にて酸
化し、その際に流れる酸化電流値に基づいて基質濃度が
求められる。しかしながら、血液や果汁等が試料として
用いられた場合、その試料中に含まれるアスコルビン
酸、尿酸等の易酸化性物質も、還元型電子伝達体と同時
に作用極上で酸化される。この易酸化性物質の酸化反応
が、測定結果に影響を与える場合がある。
【0006】また、上記のようなセンサを用いた測定で
は、反応層に担持された電子伝達体が還元されると同時
に、溶存酸素を電子伝達体として過酸化水素を生成する
反応が進行する。さらに、この反応にて生成した過酸化
水素は、還元型電子伝達体を再酸化する。結果として、
還元型電子伝達体の酸化電流に基づいて基質濃度を測定
する場合、溶存酸素が測定結果に負の誤差を与える場合
がある。
【0007】上記の方法においては、電流応答を得るた
めに作用極と対極との間に電圧を印加する以前に、作用
極と対極との間に電圧を印加し、その両極間の電気的変
化に基づいて液絡検知を行う場合が多い。その際に、試
料液が十分量電極系に供給される前に、前記作用極−対
極間の抵抗値が変化して測定が始まる場合があり、測定
結果に影響を与える場合があった。また、作用極の界面
状態に変化を来し、測定結果に影響を与える場合があっ
た。さらに、二電極式による測定方法においては、対極
を参照極として併用する。このため、基準となる対極電
位が作用極での酸化還元反応に伴い変動するから、これ
によって測定結果に影響が与えられることがあった。
【0008】本発明は、以上のような不都合をなくし、
易酸化性物質による影響を除去し、正確な基質濃度を測
定できる定量法を提供することを目的とする。本発明
は、また応答のばらつきがより減少された基質の定量法
を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明は、電気絶縁性基板と、前記基板上に形成さ
れた作用極、対極、および、妨害物質検知電極として使
用される第3の電極を有する電極系と、第3の電極を除
く電極系上に設けられた、少なくとも酸化還元酵素と電
子伝達体を含有する反応層からなるバイオセンサを用い
て、試料液に含まれる基質と酸化還元酵素とを反応させ
る際に生成する電子によって電子伝達体を還元し、その
電子伝達体の還元量を電気化学的に計測することによ
り、試料液中の基質の濃度を定量する方法であって、以
下の工程を包含することを特徴とする。 (1)対極と第3の電極との間に電圧を印加する工程、
(2)試料液を反応層に供給する工程、(3)試料液の
反応層への供給によって生じた、対極と第3の電極との
間の電気的変化を検知する工程、(4)前記の検知する
工程(3)の後、対極と第3の電極との間に生じた電流
を測定する工程、(5)前記の測定する工程(4)の
後、対極と第3の電極との間の電圧印加を解除する工
程、(6)作用極と対極との間に電圧を印加する工程、
および(7)その後、対極と作用極との間に生じた電流
を測定する工程。
【0010】本発明は、また、電気絶縁性基板と、前記
基板上に形成された作用極、対極、および、妨害物質検
知電極として使用される第3の電極とを有する電極系
と、第3の電極を除く電極系上に設けられた、少なくと
も酸化還元酵素と電子伝達体を含有する反応層と、前記
基板上において試料液を試料液供給口から前記反応層へ
導く試料液供給路を形成するカバー部材とからなり、第
3の電極が反応層よりも試料液供給路の上流側に配置さ
れているバイオセンサを用いて、試料液に含まれる基質
と酸化還元酵素とを反応させる際に生成する電子によっ
て電子伝達体を還元し、その電子伝達体の還元量を電気
化学的に計測することにより、試料液中の基質の濃度を
定量する方法であって、以下の工程を包含する定量法を
提供する。 (1)対極と第3の電極との間に電圧を印加する工程、
(2)試料液を反応層に供給する工程、(3)試料液の
反応層への供給によって生じた、対極と第3の電極との
間の電気的変化を検知する工程、(4)前記の検知する
工程(3)の後、対極と第3の電極との間に生じた電流
を測定する工程、(5)前記の測定する工程(4)の
後、対極と第3の電極との間の電圧印加を解除する工
程、(6)作用極と対極との間に電圧を印加する工程、
および(7)その後、対極と作用極との間に生じた電流
を測定する工程。
【0011】本発明の定量法においては、第3の電極を
参照極として用いることが好ましい。すなわち、上記の
工程(6)において、作用極と第3の電極との間にも電
圧を印加する。また、前記基板にカバー部材を組み合わ
せたバイオセンサを用いる場合は、試料液供給路に露出
したカバー部材の壁面に、レシチンを担持する層を配置
することが好ましい。さらに、前記反応層は、親水性高
分子を含有することが好ましい。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明の定量法に用いられるバイ
オセンサの構成を説明する。まず、第1のタイプのバイ
オセンサを図1により説明する。このセンサは、ポリエ
チレンテレフタレートなどからなる絶縁性の基板1上
に、対極6、作用極7、および第3の電極8が設けら
れ、さらにこれらに電気接続されたリード2、3、4が
各々設けられている。カーボン層9は、反応層の作製を
容易にするために設けられた層であり、電極としては機
能しない。第3の電極8を除く、対極6、作用極7およ
びカーボン層9上に、酸化還元酵素と電子伝達体を含む
円形の反応層(図示しない)が設けられている。図中、
5は絶縁層である。
【0013】次に、第2のタイプのバイオセンサを図2
により説明する。このセンサは、図1の基板1に、カバ
ー10およびスペーサ11からなるカバー部材を組み合
わせたものである。これらは、図2中に一点鎖線で示す
ような位置関係をもって接着されてセンサが構成され
る。スペーサ11には試料液供給路を形成するスリット
12が形成され、また、カバー10には空気孔13が形
成されている。基板1上にスペーサ11を介してカバー
10を積層し接着すると、基板1、スペーサ11および
カバー10によって試料液供給路となる空間部がスペー
サ11のスリット12の部分に形成される。この空間部
の終端部は、空気孔13に連通する。このバイセンサに
おいては、作用極7は、半月状の対極6よりも試料液供
給口12a(スリット12の解放端部に相当する)に近
い位置に配置され、第3の電極8は、作用極7よりさら
に試料液供給口12aに近い位置に配置されている。こ
れらの電極6、7、および8は、それぞれ上記空間部に
露出している。
【0014】上記のバイオセンサを用いて基質濃度を測
定するには、まずセンサのリード2、3および4を有す
る側の端部を測定器にセットし、対極6を基準にして第
3の電極8に所定の電位を印加する。この電位を印加し
た状態で、妨害物質として例えばアスコルビン酸を含む
試料液反応層上に滴下し、反応層を試料液に溶解させ
る。試料液の供給と同時に、電極系の対極6と第3の電
極8間の電気的変化に基づいて液の供給を検知するシス
テムが動作し、これによって測定タイマーが始動する。
この時、対極6と第3の電極8間には、電位は印加され
続けており、試料液が供給されたことを検知してから一
定時間経過後に、対極6と第3の電極8間の電流値を測
定する。第3の電極8上には反応層が配置されていない
から、酵素反応の結果生成した電子伝達体の還元体が第
3の電極8近傍に到達するまでには、若干の時間を必要
とする。従って、前記の電流値は、妨害物質として含ま
れるアスコルビン酸の酸化反応に起因する。
【0015】次に、対極6と第3の電極8間の電圧印加
を解除する。その後、対極6を基準にして作用極7に、
前記電子伝達体の還元体を酸化する電位を印加し、対極
6と作用極7間の電流値を測定する。この電流は、電子
伝達体の還元体と、あらかじめ存在する妨害物質アスコ
ルビン酸の酸化反応に起因する。すなわち、アスコルビ
ン酸が測定結果に正の誤差を与えることとなる。そし
て、上述の対極6と第3の電極8間の電流値は主にアス
コルビン酸の濃度のみを反映しているから、この電流値
に基づき測定結果を補正することにより、アスコルビン
酸の影響を除去し、正確な基質濃度を求めることができ
る。第2のタイプのセンサでは、対極6と第3の電極8
間で試料液の供給を検知するため、作用極7の露出部全
てが確実に試料液で満たされる。これにより、試料液の
供給をより確実に判定することができる。
【0016】
【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明す
る。 《実施例1》グルコースの定量法を説明する。グルコー
スセンサの基板には図1に示すものを使用した。このグ
ルコースセンサは以下のようにして作製した。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、お
よび4を各々形成した。次に、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7お
よび第3の電極8を形成した。作用極7および第3の電
極8は、各々リード3および4と電気的に接触してい
る。次にその基板1上に、絶縁性ペーストを印刷して絶
縁層5を形成した。絶縁層5は、作用極7および第3の
電極8の外周部を覆っており、これによって作用極5お
よび第3の電極8の露出部分の面積は一定に保たれる。
絶縁層5は、リード2、3、および4の一部を覆ってい
る。
【0017】次に、第3の電極8を除く、対極6、作用
極7およびカーボン層9上にカルボキシメチルセルロー
ス(以下CMCと略称する)の水溶液を滴下し、乾燥さ
せることにより、CMC層を形成した。このCMC層上
に、酵素としてGOD、および電子伝達体としてフェリ
シアン化カリウムを含む水溶液を滴下すると、親水性高
分子からなるCMC層は一度溶解し、その後の乾燥過程
で酵素などと混合された形で反応層を形成する。しか
し、攪拌等を伴わないため完全な混合状態とはならず、
電極系表面はCMCのみによって被覆された状態とな
る。すなわち、酵素および電子伝達体などが電極系表面
に接触しないために、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る。
【0018】このセンサを用いてグルコース濃度を測定
するために、まずリード2、3および4を有する側の端
部を測定器にセットし、対極6を基準にして第3の電極
8に500mVの電位を印加した。この電位を印加した
状態で、妨害物質としてアスコルビン酸を含むグルコー
ス水溶液30μlを、試料液として反応層上に滴下し
た。電極系上の反応層は、滴下された試料液に溶解し
た。試料液の供給と同時に、電極系の対極6と第3の電
極8間の電気的変化に基づいて液の供給を検知するシス
テムが動作する。これによって測定タイマーが始動し
た。この時、対極6と第3の電極8間には、電位は印加
され続けており、試料液が供給されたことを検知してか
ら一定時間経過後に、対極6と第3の電極8間の電流値
を測定した。この電流値は、妨害物質として含まれるア
スコルビン酸の酸化反応に起因し、その濃度に対して比
例関係を与えた。対極6と第3の電極8間の電流値測定
後、両極間の電圧印加を解除した。
【0019】上述したように、第3の電極8上には反応
層が配置されていない。よって、酵素反応の結果生成し
たフェロシアン化イオンが第3の電極8近傍に到達する
までには、若干の時間を必要とする。すなわち、フェロ
シアン化イオン到達までの時間内における対極6と第3
の電極8間の電流値は、主にアスコルビン酸の濃度のみ
を反映する。さらに、試料液検知から25秒後、対極6
を基準にして作用極7に500mVを印加し、対極6と
作用極7間の5秒後の電流値を測定した。液中のフェリ
シアン化イオン、グルコース、およびGODが反応し、
その結果、グルコースがグルコノラクトンに酸化され、
フェリシアン化イオンがフェロシアン化イオンに還元さ
れる。このフェロシアン化イオンの濃度は、グルコース
の濃度に比例する。試料液検知から30秒後の対極6と
作用極7間の電流は、フェロシアン化イオンと、あらか
じめ存在するアスコルビン酸の酸化反応に起因する。す
なわち、アスコルビン酸が測定結果に正の誤差を与える
こととなる。しかしながら、上述したように、対極6と
第3の電極8間の電流値は主にアスコルビン酸の濃度の
みを反映する。そこで、その結果に基づき測定結果を補
正することにより、アスコルビン酸の影響を除去し、正
確なグルコース濃度を求めることができる。
【0020】《実施例2》実施例1と同様に、基板1上
に電極6、7、8、およびカーボン層9を形成した。次
に、第3の電極8を除く、対極6、作用極7およびカー
ボン層9上にCMC水溶液を滴下し、乾燥させることに
より、CMC層を形成し、このCMC層上に、酵素とし
てGOD、および電子伝達体としてフェリシアン化カリ
ウムを含有する水溶液を滴下し、乾燥させることによ
り、反応層を形成した。次に、前記反応層上に、試料液
の反応層への供給をより一層円滑にするために、レシチ
ンの有機溶媒溶液、例えばトルエン溶液を、試料液供給
口12aから反応層上にわたって広げ、乾燥させること
によりレシチン層を形成した。次に、基板1に、カバー
10およびスペーサ11を図2中の一点鎖線で示すよう
な位置関係をもって接着してグルコースセンサを作製し
た。
【0021】このセンサを測定器にセットし、対極6を
基準にして第3の電極8に500mVの電位を印加し
た。この電位を印加した状態で、妨害物質としてアスコ
ルビン酸を含むグルコース水溶液3μlを、試料液とし
て試料液供給口12aより供給した。試料液は試料液供
給路を通って空気孔13にまで達し、電極系上の反応層
が溶解した。試料液の供給と同時に、電極系の対極6と
第3の電極8間の電気的変化に基づいて液の供給を検知
するシステムが動作し、これにより測定タイマーが始動
した。この時、対極6と第3の電極8間に電位は印加さ
れ続けており、試料液供給検知から一定時間経過後に、
対極6と第3の電極8間の電流値を測定した。この電流
値は、妨害物質として含まれるアスコルビン酸の酸化反
応に起因し、その濃度に対して比例関係を与えた。対極
6と第3の電極8間の電流値測定後、両極間の電圧印加
を解除した。
【0022】上述したように、第3の電極8上には反応
層が配置されていない。よって、酵素反応の結果生成し
たフェロシアン化イオンが第3の電極8近傍に到達する
までには、若干の時間を必要とする。すなわち、フェロ
シアン化イオン到達までの時間内における対極6と第3
の電極8間の電流値は、主にアスコルビン酸の濃度のみ
を反映する。さらに、試料液検知から25秒後、対極6
を基準にして作用極7に500mVを印加し、対極6と
作用極7間の5秒後の電流値を測定した。液中のフェリ
シアン化イオン、グルコース、およびGODが反応し、
その結果、グルコースがグルコノラクトンに酸化され、
フェリシアン化イオンがフェロシアン化イオンに還元さ
れる。このフェロシアン化イオンの濃度は、グルコース
の濃度に比例する。試料液検知から30秒後の対極6と
作用極7間の電流は、フェロシアン化イオンと、あらか
じめ存在するアスコルビン酸の酸化反応に起因する。す
なわち、アスコルビン酸が測定結果に正の誤差を与える
こととなる。しかしながら、上述したように、対極6と
第3の電極8間の電流値は主にアスコルビン酸の濃度の
みを反映する。そこで、その結果に基づき測定結果を補
正することにより、アスコルビン酸の影響を除去し、正
確なグルコース濃度を求めることができる。
【0023】本実施例では、対極6と第3の電極8間で
試料液の供給を検知するため、作用極7の露出部全てが
確実に試料液で満たされる。これにより、試料液の供給
をより確実に判定することができる。
【0024】《実施例3》実施例2と同様にグルコース
センサを作製した。測定器にセンサをセットし、対極6
を基準にして第3の電極8に500mVの電位を印加し
た。この電位を印加した状態で、妨害物質としてアスコ
ルビン酸を含むグルコース水溶液3μlを、試料液とし
て試料液供給口12aより供給した。試料液は試料液供
給路を通って空気孔13にまで達し、電極系上の反応層
が溶解した。試料液の供給と同時に、電極系の対極6と
第3の電極8間の電気的変化に基づいて液の供給を検知
するシステムが動作し、これにより測定タイマーが始動
した。この時、対極6と第3の電極8間に電位は印加さ
れ続けており、試料液供給検知から一定時間経過後に、
対極6と第3の電極8間の電流値を測定した。この電流
値は、妨害物質として含まれるアスコルビン酸の酸化反
応に起因し、その濃度に対して比例関係を与えた。対極
6と第3の電極8間の電流値測定後、両極間の電圧印加
を解除した。
【0025】上述したように、第3の電極8上には反応
層が配置されていない。よって、酵素反応の結果生成し
たフェロシアン化イオンが第3の電極8近傍に到達する
までには、若干の時間を必要とする。すなわち、フェロ
シアン化イオン到達までの時間内における対極6と第3
の電極8間の電流値は、主にアスコルビン酸の濃度のみ
を反映する。さらに、試料液検知から25秒後、第3の
電極8を基準にして作用極7に500mVを印加し、対
極6と作用極7間の5秒後の電流値を測定した。液中の
フェリシアン化イオン、グルコース、およびGODが反
応し、その結果、グルコースがグルコノラクトンに酸化
され、フェリシアン化イオンがフェロシアン化イオンに
還元される。このフェロシアン化イオンの濃度は、グル
コースの濃度に比例する。試料液検知から30秒後の対
極6と作用極7間の電流は、フェロシアン化イオンと、
あらかじめ存在するアスコルビン酸の酸化反応に起因す
る。すなわち、アスコルビン酸が測定結果に正の誤差を
与えることとなる。しかしながら、上述したように、対
極6と第3の電極8間の電流値は主にアスコルビン酸の
濃度のみを反映する。そこで、その結果に基づき測定結
果を補正することにより、アスコルビン酸の影響を除去
し、正確なグルコース濃度を求めることができる。ま
た、作用極7への電位印加時に、第3の電極8の電位を
銀/塩化銀電極を基準にして測定したところ、作用極7
において酸化反応が生じているにもかかわらず、第3の
電極8における電位の変動は殆ど見られなかった。ま
た、作用極−対極間の抵抗値変化に基づいて液絡検知を
行っていた従来法に比べて、応答のばらつきが減少し
た。
【0026】《実施例4》実施例2と同様に、第3の電
極8を除く、対極6、作用極7およびカーボン層9上に
反応層を形成した。次に、試料液供給路を形成するため
のカバー部材上に形成された溝部に、試料液の反応層へ
の供給をより一層円滑にするために、レシチンの有機溶
媒溶液、例えばトルエン溶液を広げ、乾燥させることに
よりレシチン層を形成した。次に、基板1に、カバー1
0およびスペーサ11を図2中の一点鎖線で示すような
位置関係をもって接着してグルコースセンサを作製し
た。反応層上から第3の電極8上にわたってレシチン層
を配置した場合、第3の電極8表面上がレシチン層によ
り変化を来たし、その応答特性のばらつきが大きくなる
場合がある。上記のようにレシチン層をカバー部材側に
配置すると、そのようなばらつきは抑制され、応答特性
に向上が見られた。
【0027】《実施例5》反応層からCMC層を除去し
た以外は、全て実施例2と同様の方法でグルコースセン
サを作製した。そして、実施例2と同様に測定を行った
結果、CMC層を配置した場合に比べて応答のばらつき
は増加したものの、アスコルビン酸およびグルコースに
対する濃度依存性が観察された。
【0028】《実施例6》実施例4と同様にグルコース
センサを作製した。測定器にセンサをセットし、対極6
を基準にして第3の電極8に−1300mVの電位を印
加した。この電位を印加した状態で、空気飽和状態のグ
ルコース水溶液3μlを、試料液として試料液供給口1
2aより供給した。試料液は試料液供給路を通って空気
孔13にまで達し、電極系上の反応層が溶解した。試料
液の供給と同時に、電極系の対極6と第3の電極8間の
電気的変化に基づいて液の供給を検知するシステムが動
作し、これにより測定タイマーが始動した。この時、対
極6と第3の電極8間に電位は印加され続けており、試
料液供給検知から一定時間経過後に、対極6と第3の電
極8間の電流値を測定した。この電流値は、溶存酸素の
還元反応に起因し、アルゴンにて脱気したグルコース溶
液を供給した場合には、その還元電流は激減した。対極
6と第3の電極8間の電流値測定後、両極間の電圧印加
を解除した。
【0029】上述したように、第3の電極8上には反応
層が配置されていない。よって、反応層に含有するフェ
リシアン化イオンが第3の電極8近傍に到達するまでに
は、若干の時間を必要とする。すなわち、フェリシアン
化イオンが第3の電極8に到達するまでの時間内におけ
る対極6と第3の電極8間の電流値は、主に溶存酸素濃
度のみを反映する。さらに、試料液検知から25秒後、
第3の電極8を基準にして作用極7に500mVを印加
し、対極6と作用極7間の5秒後の電流値を測定した。
液中のフェリシアン化イオン、グルコース、およびGO
Dが反応し、その結果、グルコースがグルコノラクトン
に酸化され、この反応に伴って、フェリシアン化イオン
がフェロシアン化イオンに還元される。一方、この反応
の競争反応として、試料液中の溶存酸素が電子伝達体と
して働き、グルコースがグルコノラクトンに酸化される
のに伴い、溶存酸素が過酸化水素に還元される反応が同
時に進行する。この反応によって生成する過酸化水素
は、フェロシアン化イオンをフェリシアン化イオンに再
酸化する。したがって、フェロシアン化イオンの酸化電
流値に基づいてグルコース濃度を測定する場合、溶存酸
素が、測定結果に負の誤差を与える。しかし、上述した
ように、対極6と第3の電極8間の電流値は主に溶存酸
素濃度のみを反映する。そこで、その結果に基づき測定
結果を補正することで、溶存酸素の影響を除去し正確な
グルコース濃度を求めることができる。
【0030】《実施例7》実施例4と同様にグルコース
センサを作製した。測定器にセンサをセットし、対極6
を基準として第3の電極8に500mVの電位を印加し
た。この電位を印加した状態で、妨害物質としてアスコ
ルビン酸を含むグルコース水溶液3μlを、試料液とし
て試料液供給口12aより供給した。試料液は試料液供
給路を通って空気孔13にまで達し、電極系上の反応層
が溶解した。試料液の供給と同時に、電極系の対極6と
第3の電極8間の電気的変化に基づいて液の供給を検知
するシステムが動作し、これにより測定タイマーが始動
した。この時、対極6と第3の電極8間に電位は印加さ
れ続けている。さらに試料液供給検知から2秒経過後、
第3の電極8への印加電位を−1300mVにステップ
した。−1300mVに電位をステップする直前、およ
び−1300mVにステップしてから3秒後の、二点に
おける対極6と第3の電極8間の電流値を測定した。−
1300mVに電位をステップする直前の電流値は、主
としてアスコルビン酸濃度に依存する。一方、−130
0mVにステップしてから3秒後の電流値は、主として
試料液中に含まれる溶存酸素濃度に依存する。試料液供
給から2秒後、および5秒後の対極6と第3の電極8間
の電流値測定後、両極間の電圧印加を解除した。さらに
試料液検知から25秒後、第3の電極8を基準にして作
用極7に500mVを印加し、対極6と作用極7間の5
秒後の電流値を測定した。
【0031】上述したように、対極6と第3の電極8間
の電流値は主にアスコルビン酸および溶存酸素濃度を反
映するため、その電流値に基づき両物質の濃度を求める
ことができる。そこで、その結果に基づき測定結果を補
正することで、アスコルビン酸および溶存酸素の影響を
除去し、正確なグルコース濃度を求めることができる。
【0032】上記実施例においては、試料液供給検知、
アスコルビン酸、あるいは溶存酸素検出のための第3の
電極8への印加電位を500mV、あるいは−1300
mVとしたが、これに限定されることはない。また、応
答電流を得るための作用極7への印加電位を500mV
としたが、これに限定されることはなく、一連の反応の
結果生じた電子伝達体の還元体を酸化できる電位であれ
ばよい。電流値を測定する時間についても、上記実施例
に限定されることはない。
【0033】上記実施例においては、親水性高分子とし
てカルボキシメチルセルロースを用いたが、親水性高分
子層を形成する親水性高分子には、種々のものを使用す
ることができる。例えば、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、ポリリジン等のポ
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、ポリアクリル酸およびその塩、ポリメタア
クリル酸およびその塩、スターチおよびその誘導体、無
水マレイン酸またはその塩の重合体があげられる。その
中でも、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が好まし
い。反応層に含有される酸化還元酵素としては、試料液
に含まれる基質に応じて選択される。酸化還元酵素とし
ては、例えば、フルクトースデヒドロゲナーゼ、グルコ
ースオキシダーゼ、アルコールオキシダーゼ、乳酸オキ
シダーゼ、コレステロールオキシダーゼ、キサンチンオ
キシダーゼ、アミノ酸オキシダーゼなどがあげられる。
電子伝達体としては、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、メチレンブ
ルー、フェロセン誘導体などがあげられる。電子伝達体
は、これらの一種または二種以上が使用される。
【0034】上記酵素および電子伝達体は、試料液に溶
解させてもよく、反応層を基板などに固定することによ
って試料液に溶けないようにしてもよい。酵素および電
子伝達体を固定化する場合、反応層は、上記親水性高分
子を含有することが好ましい。上記実施例では、特定の
電極系の例を図示したが、電極形状、電極およびリード
の配置等はこれらに限定されるものではない。また、上
記実施例では第3の電極の電極材料としてカーボンにつ
いて述べたが、これに限定されることはなく、他の導電
性材料や銀/塩化銀電極なども使用できる。
【0035】
【発明の効果】以上のように本発明によると、高い信頼
性を有する基質の定量を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例におけるグルコースセンサの
反応層を除去した状態の平面図である。
【図2】本発明の他の実施例におけるグルコースセンサ
の反応層を除去した状態の分解斜視図である。
【符号の説明】
1 絶縁性の基板 2、3、4 リ−ド 5 絶縁層 6 対極 7 作用極 8 第3の電極 9 カーボン層 10 カバー 11 スペーサ 12 試料液供給路を形成するスリット 12a 試料液供給口 13 空気孔

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電気絶縁性基板と、前記基板上に形成さ
    れた作用極、対極、および、妨害物質検知電極として使
    用される第3の電極を有する電極系と、第3の電極を除
    く電極系上に設けられた、少なくとも酸化還元酵素と電
    子伝達体を含有する反応層からなるバイオセンサを用い
    て、試料液に含まれる基質と酸化還元酵素とを反応させ
    る際に生成する電子によって電子伝達体を還元し、その
    電子伝達体の還元量を電気化学的に計測することによ
    り、試料液中の基質の濃度を定量する方法であって、 対極と第3の電極との間に電圧を印加する工程、 試料液を反応層に供給する工程、 試料液の反応層への供給によって生じた、対極と第3の
    電極との間の電気的変化を検知する工程、 前記の検知する工程の後、対極と第3の電極との間に生
    じた電流を測定する工程、 前記の測定する工程の後、対極と第3の電極との間の電
    圧印加を解除する工程、 作用極と対極との間に電圧を印加する工程、およびその
    後、対極と作用極との間に生じた電流を測定する工程、 を包含することを特徴とする基質の定量法。
  2. 【請求項2】 電気絶縁性基板と、前記基板上に形成さ
    れた作用極、対極、および、妨害物質検知電極として使
    用される第3の電極を有する電極系と、第3の電極を除
    く電極系上に設けられた、少なくとも酸化還元酵素と電
    子伝達体を含有する反応層からなるバイオセンサを用い
    て、試料液に含まれる基質と酸化還元酵素とを反応させ
    る際に生成する電子によって電子伝達体を還元し、その
    電子伝達体の還元量を電気化学的に計測することによ
    り、試料液中の基質の濃度を定量する方法であって、 対極と第3の電極との間に電圧を印加する工程、 試料液を反応層に供給する工程、 試料液の反応層への供給によって生じた、対極と第3の
    電極との間の電気的変化を検知する工程、 前記の検知する工程の後、対極と第3の電極との間に生
    じた電流を測定する工程、 前記測定する工程の後、対極と第3の電極との間の電圧
    印加を解除する工程、 作用極と第3の電極および対極との間に電圧を印加する
    工程、およびその後、対極と作用極との間に生じた電流
    を測定する工程、を包含することを特徴とする基質の定
    量法。
  3. 【請求項3】 電気絶縁性基板と、前記基板上に形成さ
    れた作用極、対極、および、妨害物質検知電極として使
    用される第3の電極とを有する電極系と、第3の電極を
    除く電極系上に設けられた、少なくとも酸化還元酵素と
    電子伝達体を含有する反応層と、前記基板上において試
    料液を試料液供給口から前記反応層へ導く試料液供給路
    を形成するカバー部材とからなり、第3の電極が反応層
    よりも試料液供給路の上流側に配置されているバイオセ
    ンサを用いて、試料液に含まれる基質と酸化還元酵素と
    を反応させる際に生成する電子によって電子伝達体を還
    元し、その電子伝達体の還元量を電気化学的に計測する
    ことにより、試料液中の基質の濃度を定量する方法であ
    って、 対極と第3の電極との間に電圧を印加する工程、 試料液を反応層に供給する工程、 試料液の反応層への供給によって生じた、対極と第3の
    電極との間の電気的変化を検知する工程、 前記の検知する工程の後、対極と第3の電極との間に生
    じた電流を測定する工程、 前記の測定する工程の後、対極と第3の電極との間の電
    圧印加を解除する工程、 作用極と対極との間に電圧を印加する工程、およびその
    後、対極と作用極との間に生じた電流を測定する工程、
    を包含することを特徴とする基質の定量法。
  4. 【請求項4】 電気絶縁性基板と、基板上に形成された
    作用極、対極、および、妨害物質検知電極あるいは参照
    極として使用される第3の電極とを有する電極系と、第
    3の電極を除く電極系上に設けられた、少なくとも酸化
    還元酵素と電子伝達体を含有する反応層と、前記基板上
    において試料液を試料液供給口から前記反応層へ導く試
    料液供給路を形成するカバー部材とからなり、第3の電
    極が反応層よりも試料液供給路の上流側に配置されてい
    るバイオセンサを用いて、試料液に含まれる基質と酸化
    還元酵素とを反応させる際に生成する電子によって電子
    伝達体を還元し、その電子伝達体の還元量を電気化学的
    に計測することにより、試料液中の基質の濃度を定量す
    る方法であって、 対極と第3の電極との間に電圧を印加する工程、 試料液を反応層に供給する工程、 試料液の反応層への供給によって生じた、対極と第3の
    電極との間の電気的変化を検知する工程、 前記の検知する工程の後、対極と第3の電極との間に生
    じた電流を測定する工程、 前記の測定する工程の後、対極と第3の電極との間の電
    圧印加を解除する工程、 作用極と第3の電極および対極との間に電圧を印加する
    工程、およびその後、対極と作用極との間に生じた電流
    を測定する工程、を包含することを特徴とする基質の定
    量法。
  5. 【請求項5】 前記カバー部材の試料液供給路に露出し
    た面に、レシチンを主成分とする層を配置したバイオセ
    ンサを用いる請求項3または4記載の基質の定量法。
  6. 【請求項6】 前記反応層が、さらに親水性高分子を含
    有するバイオセンサを用いる請求項1〜5のいずれかに
    記載の基質の定量法。
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