JPS59217148A - 生体触媒電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は、物質の測定等に使用される生体触媒電極に
関する。

〔背景技術〕

生体内反応を触媒する酵素は水溶性高分子であり、常温
、常圧下の緩やかな条件下で特定の基質だけに反応する
という工業的に極めて利用価値の高い触媒である。この
基質特異性を利用することで単一の基質から単一の反応
物だけを生産することが可能である。しかしながら、酵
素は生体内触媒であるため、生態系において少量しか生
産されず、工業的に量産されることが望まれている。こ
のように少量生産ゆえに一般に酵素は非常に高価である
。この高価な酵素を反応毎に捨てることはコスト的に不
利なものとなり、ひいては生産物の価格上昇につながる
。近年、この酵素をなんらかの形で水不溶性にし、連続
反応あるいは繰り返して何度も使用することが提案され
ている。地方、酵素を水不溶性とし、電気化学的デバイ
スを付加することによって、溶液中の被測定物質だけを
極めて簡便に測定する酵素センサも提案されている一般
に、複数の成分を含む溶液中の特定物質を分析する場合
、なんらかの物理化学的手法（抽出、濃縮等）を用いて
溶液から被測定物質だけを単離したのち、分析を行なっ
ていた。酵素センサを使用すればこれらの手間を除くこ
とが可能となり、溶液の濁度にも関係なく被測定物質を
分析することが可能となる。

バイオセンサの一つである酵素センサは、一般に、導電
性の基板上に酵素膜を設けてなる酵素電極とその対極を
備えたものであって、酵素が溶液中の特定物質とだけ反
応することを利用し、酵素により消失あるいは生成する
電気化学的検知物質（例えば、酸素、過酸化水素等）を
電気化学的に検知することで、特定物質を定量分析する
ことができる。

しかしながら、従来の酵素センサでは、溶液中に酵素反
応によってもたらされたものでない、測定妨害物質とし
ての酸化還元物質が含まれている場合、測定誤差が大き
くなってしまうというう問題があった。たとえば、グル
コースセンサの場合では、酵素電極の酵素膜中でグルコ
ースオキシダーゼによってグルコースからグルコン酸と
過酸化水素を生成させ、過酸化水素量よりグルコース量
を検知する。しかし、溶液中にアスコルビン酸。

尿酸等の還元性物質が存在する場合には、電気化学的デ
バイス上では過酸化水素と同時にこれらアスコルビン酸
、尿酸も同時に酸化されてしまい、真のグルコース量よ
り多めに検出されることになる。そのため、いかにこれ
らアスコルビン酸、尿酸等の妨害物質を除くかが技術的
課題となっていた。

〔発明の目的〕

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、妨
害物質の影響をほとんどなくすことができるために測定
誤差の少ない生体触媒電極を提供することを目的として
いる。

〔発明の開示〕

発明者らは測定誤差の少ない酵素電極を得ようとして研
究を重ねた。その結果、妨害物質を電気化学的に非酸化
還元物質とするための導電性の膜を酵素電極に設けるこ
ととすればよいということを見出した。また、微生物等
の酵素以外の生体触媒の膜を備えた生体触媒電極であっ
ても同様であるということを見出し、ここにこの発明を
完成した。

すなわち、この発明は、導電性の基板上に生体触媒膜を
備えた生体触媒電極であって、被測定物質が透過可能な
導電性の膜により前記生体触媒膜が覆われていることを
特徴とする生体触媒電極をその要旨としている。以下に
、この発明の詳細な説明する。

第１図は、この発明にかかる生体触媒電極の実施例をあ
られず。図にみるように、この生体触媒電極はプラスチ
ックス等の絶縁性の材料からなる筒状のホルダＩを備え
、ホルダ１の先端には基板２が固定されている。基板２
は、その材質が電気を良好に伝導し、溶出する恐れが少
なくて不活性であれば、形状は特に限定されない。基板
２の外側面には生体触媒膜３が設けられ、生体触媒膜３
は被測定物質が透過可能な導電性の膜（除去薄膜）４に
より覆われている。ここで、生体触媒膜３は、架橋剤を
用いる等して基板２に生体触媒を直接固定化してつくる
こととしてもよいし、ポリアクリルアミドゲル等であら
かじめ生体触媒を固定化したのち、得られた固定化生体
触媒を基板２表面に膜状に固定してつ（ることとしても
よく、そのつ（り方は特に限定されない。生体触媒とし
ては、電気化学的デバイスで検出し得る基質あるいは生
成物等より構成される反応系に関与するものであれば、
種類は特に限定されない。酵素としては、たとえば、グ
ルコースオキシダーゼやインへルターゼ等が使用される
。導電性膜４は、たとえば、スパッタ等により、白金等
の導電性の材料を生体触媒膜に蒸着させることによりつ
くられる。

第２図は、前記生体触媒電極を備えた測定装置である。

第２図に示されているように、この測定装置は、容器６
，７に塩ＪＦｉ？Ｂの一端と他端がそれぞれ配置され、
容器６に生体触媒電極９およびその対極工０が配置され
るとともに、容器７に飽和甘木電極（Ｓ、Ｃ，Ｅ、　）
等の参照電極１１が配置されてなる。容器６には試料溶
液５ａが入れられ、容器７には試料溶液５ａの溶媒と同
じ液体５ｂが入れられており、生体触媒電極９ば基板２
側端が試料溶液５ａ中に浸けられ他端が液面上になって
いる。そして、電流針と電流値を記録する記録泪を備え
た定電位発生装置１２に生体触媒電極９の基板２．対極
１０および参照電極１１がそれぞれ接続され、生体触媒
電極９の導電性１！４と参照電極１１とが直流電源１３
を介して互いに接続されている。生体触媒膜１勇９と対
極１０はパイオセンザを構成している。

この測定装置では、定電位発生装置１２により生体触媒
電極９の基板２および対極１０間に一定電圧をかけて両
電極間に流れる電流値を測定することにより試料溶液５
ａ中の被測定物質の定量を行なうが、基板２に近づく妨
害物質としての還元性物質は、導電性膜４の極性が正に
なっているので導電性膜４に接すると酸化されて非還元
性物質になる。そのため、基板２で前記還元性物質が酸
化される恐れがほとんどなくなり、被測定物質の量のみ
に対応する電流値が得られる。したがって、電流値が高
目に出すに、測定誤差が非常に少なくなる。同様の方法
で、導電性膜４の極性を負にして酸化性物質を非酸化性
物質にすることにより、測定誤差を非常に少なくするこ
ともできる。

このように、この発明にかかる生体触媒を使用すると酸
化還元物質による測定の誤差を非常に小さくすることが
できるのである。

なお、この発明にかかる生体触媒電極の別の実施例を第
３図および第４図のｆａｌ、　（ｂ）に示ず。

第３図に示されている生体量：媒電極は、筒状のホルダ
１４を備え、ホルダ１４の内部には生体触媒膜１５を持
つ基板１６がはめ込まれている。そして生体触媒膜１５
の外側には、絶縁性材料からなる筒状のスペーサ１７が
はめ込まれており、スペーサ１７の外側先端にはセルロ
ーストリアセテート膜１８が設けられ、セルローストリ
アセテ−１−膜１８の表面には導電性の膜１９が設のら
れζいる。このように、導電性の膜１９と生体触媒膜１
５の間、場合によっては基板１６と生体触媒膜１５の間
にスペーサがはさまれるようであってもよい。ただし、
スペーサは、被測定物質の移動を妨げないようになって
いる必要がある。

第４図の（ａ）、　（ｂ）に示されている生体触媒電極
は縦長の導電性の基板２０の先端部に生体触媒膜２１が
設けられており、この生体触媒膜２１は、被測定物質が
透過可能な導電性の膜２２により覆われている。この生
体触媒電極は、測定時、基板２０の露出部分を試料溶液
に浸けないようにする必要があるが、基板２０の露出部
分を絶縁性の膜で覆えば浸けることができるようになる
。

つぎに実施例および比較例について説明する。

〔実施例１〕 基板となる白金板（１ＱｍｍＸ　Ｉ　ＱｍｍＸ　５０μ
ｍ厚）上にグルコースオキシダーゼを含有するポリアク
リルアミドゲルの膜（０，５ｍｍ厚）を形成した。この
ポリアクリルアミドゲル膜上に、白金を気相状態で供給
して蒸着させ、導電性の膜を形成させた。つぎに、基板
をホルダの先端に固定し、第１図に示されているような
生体触媒電極をつくった。このようにしてｉＭられた生
体触媒電極を使用し、第２図に示されているような測定
装置をつくった。ただし、参照電極として飽和甘木電極
をそれぞれ使用し、直流電源の電圧は０．６Ｖとした。

実験１として、生体触媒電極側の容器（測定側容器）に
、妨害物質としτのアスコルビン酸を４５ｍｇ／ｄｊ！
、被測定物質としてのグルコースを１５０ｍｇ／ｄｊ！
の濃度で含む標準溶液を入れ、グルコース量の測定（グ
ルコース量に対応する出力電流値の測定）を行なった。

また、実験２として、グルコースのみを１５０ｍｇ／　
ｄβの濃度で含む溶液についてグルコース量の測定を行
なった。ただし、再実験１，２では生体触媒電極に対す
る印加電圧は＋〇、６ｖとした。測定結果を第１表に示
す第１表より、実験ｌおよび２では出力電流値に差がな
いことがわかる。すなわち、この発明にがかる生体触媒
電極を使用すれば、アスコルビン酸等の測定物質が被測
定物質と共存する場合であっても、測定誤差が非常に少
ないといえる。

比較例１の生体触媒電極として、実施例１の生体触媒電
極において導電性の膜がないものをつくり、比較例１を
備えた測定装置をつくった。実施例１の生体触媒電極を
持つ測定装置および比較例１のものを持つ測定装置を使
用し、アスコルビン酸およびグルコースを１：３の割合
で含むさまざまな濃度の溶液の出力電流の測定を行なっ
た。測定結果を第５図に示す。図中、アスコルビン酸の
濃度はグルコース濃度のスケールの１／３である図にみ
るように、実施例１の生体触媒電極を用いた場合では、
比較例１のものを用いた場合に比べ出力電流値が低くな
っており、妨害物質除去の効果が現われている。

〔実施例２〕 白金板（直径５ｍＸ５０μｍ厚）上にインベルターゼお
よびグルコースオキシダーゼを含むコラーゲン膜を形成
し、この固定化酵素膜の周囲に高さ０．５ｍｍ、直径５
ｍｍの円筒形の絶縁性物質をスペーサとして固定した。

そしてスペーサの先端に厚み０．５　ｍｍのセルロース
トリアセテート膜を付け、さらにその表面に銀を蒸着さ
せて銀薄膜とし、全体として円柱形となった物をつくっ
た。つぎに、この円柱形物の基板側を円筒状のホルダに
挿入し゛ζ第３図に示されているような生体触媒電極を
つくった。

このようにして得られた生体触媒電極を第２図に示され
ているのと同じように配置し、測定装置をつ（つた。比
較例２として、実施例２の生体触媒電極において銀薄膜
を付けなかったものをつくり、この電極を用いて測定装
置をつくった。実施例２の生体触媒電極を持つ測定装置
を持つ測定装置および比較例２のものを持つ測定装置を
使用し、被測定物質としてのショ糖を１０−３Ｍ、妨害
物質としての尿酸を２Ｘ１０−’Ｍの濃度で含む／８液
、およびショ糖のみを１０−３Ｍの濃度で含む溶液の出
力電流値を測定した、測定結果を第６図に示す。ただし
、一点鎖線は実施例２および比較例２を用いた場合のシ
ョ糖のみを含む溶液を測定したときの結果、実線は実施
例２を用いた場合のショ糖および尿酸を含む溶液を測定
したときの結果、破線は比較例２を用いた場合の両者を
含む溶液を測定したときの結果をそれぞれあらゎず。

第６図より、実施例２を用いた場合では比較例２を用い
た場合に比べ、尿酸の有無による変化が非常に小さくな
っており、妨害物質除去の効果があられれていることが
わかる。

〔実施例３〕 ジアクリル系の光硬化性樹脂を用いて金板（５ｍｍＸ　
５ｍｍＸ　５０μｍ）上に尿酸酸化酵素（ウリカーゼ）
を固定し、酵素を含む生体触媒膜を形成させた。つぎに
、スパッタリングを行ない生体触媒膜上に白金を１００
μｍの厚みで蒸着させて導電性の膜を形成させた。この
あと、基板を筒状のホルダの先端に固定して第１図に示
されているような構造の生体触媒電極（固定化ウリカー
ゼ電極）をつくった。この生体触媒電極を使用して第２
図に示されている測定装置をつくり、この測定装置によ
り、被測定物質としての尿酸と妨害物質としてのアルコ
ルビン酸を等モルの割合で含む（各１０−３Ｍ）溶液Ａ
、およびアスコルビン酸を含ます尿酸のみを含む溶液Ｂ
の測定を行なった。測定結果を第７図に示す。

第７図より、アスコルビン酸の有無にかがわら１”出力
電流値はほとんど変化していないことがわかる。すなわ
ち、アルコルビン酸が導電性の膜により除去されたもの
と考えられる。

〔発明の効果〕

この発明にかかる生体触媒電極は、被測定物質が透過可
能な導電性の膜により生体触媒膜が覆われ一部いるので
、測定誤差を非常に小さくすることができるものとなっ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかる生体触媒電極の１実施例の一
部縦断面図、第２図は同生体触媒電極を用いた測定装置
の構造説明図、第３図はこの発明にかかる生体触媒電極
の他の実施例の一部縦断面図、第４の（ａ）は同じく他
の実施例の一部縦断面図、（ｂ）は同横断面図、第５図
はグルコース濃度と出力電流値の関係をあられすグラフ
、第６図および第７図は時間と出力電流値の関係をあら
れずグラフである。 ２，１６．２０・・・基板　３，１５．２１・・・生体
触媒膜　４，１９．２２・・・導電性の膜代理人　弁理
士　　松　本　武　彦

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　導電性の基板上に生体触媒膜を備えた生体触
   媒電極であって、被測定物質が透過可能な導電性の股に
   より前記生体触媒膜が覆われていることを特徴とする生
   体触媒電極。