JPS60173459A - バイオセンサ - Google Patents

バイオセンサ

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JPS60173459A
JPS60173459A JP59030544A JP3054484A JPS60173459A JP S60173459 A JPS60173459 A JP S60173459A JP 59030544 A JP59030544 A JP 59030544A JP 3054484 A JP3054484 A JP 3054484A JP S60173459 A JPS60173459 A JP S60173459A
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真理子 河栗
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史朗 南海
Takashi Iijima
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    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/001Enzyme electrodes

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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】 産業上の利用分野 本発明は、種々の生体試料中の特定成分を迅速かつ容易
に定量することのできるバイオセンサに関するものであ
る。
従来例の構成とその問題点 近年、酵素の有する特異的触媒作用を第1用した種々の
バイオセンサが開発され、特に臨床検査分野への応用が
試みられている。検査項目及び検体数が増加している現
在、迅速に精度よく測定できるバイオセンサか望まれて
いる。
タルコースセンサに例をとると、糖尿病の増加が激しい
今日、血液中の血糖値を測定し管理するには、以前のよ
うに血液を遠心分離し血漿にして測定するのでは非常に
時間がかかるだめ、全面でl111j定できるセンサが
要求されている。簡易型どしては、尿検査の時に使用さ
れている検査紙と同様に、スティック状の支持体に糖(
クルコース)にのみ反応する酵素および酵素反応時又は
酵素反応の生成物により変化する色素を含有する担体を
設置したものがある。この担体に血液を添加し、一定時
間後の色素の変化を目又は光により測定する方式である
が、血液中の色素による妨害が大きく精度は低い。
そこで、第1図のような多層式の分析担体が開発されて
いる。透明な支持体1の上に試薬層2゜展開層3.防水
層4.濾過層5が順に積層した構造となっている。血液
サンプルを上部から滴下すると、捷す濾過層5により血
液中の赤血球、血小7+υなとの固形成分が1余去され
、防水層4にある小孔42Lから展開層3へ均一に浸透
し、試薬層2において反応が進行する。反応終了後、透
明な支持体を通して矢印の方向から光をあて、分光分析
により基質濃度を測定する方式である。従来の簡易なス
ティック状の担体にくらへ、複雑な構造であるが、血球
除去などにより精度d向−トした。しかし、血液の浸透
および反応に時間がかかるため、サンプルの乾燥を防ぐ
防水層4が必要となったり、反応を速めるために高温で
インキュベートする必要があり、装置および担体が複雑
化するという問題がある。
最近、酵素反応と電極反応を結ひつけて基質濃度を測定
するバイオセンサか開発されている。グルコースセンサ
に例をとると、第2図のように、グルコースオキ7ダー
ゼ固定化電極6を容器7に入れ、緩衝液8で満たし、ス
ターラ9で攪拌している中に試料液を添加する。グルコ
ースオキ7ダーゼ固定化電極6には定電圧が印加されて
おり、試料中のグルコースと反応して生成した過酸化水
素を検知して電流が流れ、クルコース籏度が測定てきる
。この方式を用いれに1、血液中の色素なとに妨害され
ず迅速に測定できる。し2かし、攪拌装置が不可欠なた
め泡が発生したり、液の乱れが精度に影響するという問
題があった。又希釈しているため、緩衝液の量や試料の
添加量に精度が請求され、操作が複雑化する不都合があ
った。
発明の目的 本発明は、上記の問題点を克服し、生体試料中の特定成
分を小型で簡易に、しかも安定に精度よく測定できるバ
イオセンサを得ることを目的とする。
発明の構IJQ 本発明のバイオセンサは、絶縁性の基板上に測定極と対
極および参照極からなる電極系を有し、前記電極系を酸
化還元酵素および酸化還元酵素と共役する酸化型色素を
含廟する多孔体で被覆したことを特徴とする。
本発明のバイオセンサは、簡易に製造でき、かつこのバ
イオ七ンサ全用いることにより、生体試料を適当量添加
するたけで、試料液の特定成分を高感度に精度よ< 1
llll定することができる。
実施例の説明 バイオセンサの1つとして、グルコースセンサを例に説
明する。酸化還元酵素としてグルコースオキシダーセを
、酸化還元酵素と共役する酸化型色素としてフェリンア
ン化カリウムを用い、電極系を構成する材料として安定
な白金を用いた。第3図にグルコースセンサの一実施例
の模式図を示す。塩化ビニル樹脂からなる絶縁性の基板
10に白金を埋めこみ測定極11と対極12および参照
極13とした。@記電極系kmうようにナイロン不織布
14を設置しまた。このナイロン不織布14は、あらか
じめグルコースセンダーセとフェリンアン化カリウムを
溶解した液を含浸し、乾燥して作製したものである。
このナイロン不織布14上にグルコース標準液を添加し
、充分浸透させた後、参照極13を基準に測定極11の
電圧をO〜+0.6 vの間で鋸歯状にo、1V/秒で
変化させた。添加されたグルコースかナイロン不織布1
4に相持されているグルコースオキシダーセ15により
酸化される際、醇素−色素共役反応によりフェリンアン
化カリウム16が還元され、この反応によって生成され
るフェリンアン化カリウムを測定極11の電圧を掃引す
ることにより酸化し、その時酸化電流が流れる。
この酸化電流は色素の変化量に比例し、色素が充分に存
在すれは色素の変化量は基質濃度に対応するため、電流
値を測定すると基質であるグルコースの濃度が検知でき
る。得られた電流値と添加したグルコース濃度は、cs
 o o my / dtまで非常によい直線性を示し
た。又ナイロン不織布14は測定のだひに交換しだが、
再現性も良好であった。又、グルコース標準液の添加量
を20〜14olteの範囲で変化させたが、添加量に
関係なく一定の値を示した。
測定極及び対極からなる2電極系においても測定が可能
であるが、対極が少なくとも測定極の2倍以上の面積に
しないと安定した電流値が得られなかった。これは、基
準となる対極の電位が電流を流すことにより動いてしま
うからである。又、銀塩化銀を対極に用いると電位は安
定するが、製造する手間および組み込みの点で不便であ
った。
参照極を設置して3電極系にすることによって電位が安
定し、測定極、対極、参照極が同面積でも精度よく測定
することが可能となった。これにより、小型化が可能と
なった。
第4図は塩化ビニル槓j脂よりなる絶縁性基板17の上
に白金をスパッタ法あるいは蒸着法により測定極18と
対極19および参照極20を薄膜状に形成した例を示す
。スパッタすることにより電極面積を自由に調節でき、
特に同一の電極を大量に製造する時、効果が犬であった
。この上に点線で示すように酵素と酸化型色素を保持し
たナイロン不織布をのせ試料を添加すると、第3図の電
極と同様に良い応答が得られたため、電極缶交換するこ
とも可能となった。
酸化型色素としては、」二記に用いたフェリシアン化カ
リウムが安定に反応するので適しているが、P−ベンゾ
キノンを使えは、反応速度が早いので高速化に適してい
る。又、2,6−ジクロロフェノール/インドフェノー
ル、メチレンブルー、フェナジンメトサルフェート、β
−ナフトキノン4−スルホン酸カリウムなども使用でき
る。
酸化型色素および11キ素を含む多孔体は、試料液をす
みやかに吸収して酵素反応をおこなわせることができる
ように、親水性の多孔体膜であることが望ましい。たと
えば、ろ紙やパルプの不織布。
ガラスの多孔体、セラミック多孔体などを用いると、試
料液が均一にすばやく浸透し再現性も良好であった。さ
らにナイロン不織布において、界面活性剤で処理したも
のは、処理しなかったものよりすみやかに液が浸透し、
再現性が向上した。
酸化型色素と酵素を細かく粉砕後加圧して成形体として
電極上に設置することもできる。この加圧成形体に血液
を添加すると、すみやかに浸透し迅速に反応した。なお
、酸化型色素と酵素を加圧成形する際、5IO2のよう
な結着剤を少量混合すると、成形体の強度が増すので取
り扱いが簡易となる。結着剤としては、酵素反応及び電
極反応に無関係で親水性のものが適している。
酸化型色素および酵素は、なるべく血液の液体成分に早
く溶ける状態におくことが望捷しい。そこで、色素の浴
液をナイロン不織布に浸漬後、ドライヤーにより熱風乾
燥すると、真空乾燥したものより非常に細かい結晶とな
り、液体にとけやすくなった。又、色素の溶液を浸漬し
たナイロン不織布を、エタノールのような水にとける有
機溶媒中に浸漬後、真空乾燥すると、さらに細かい結晶
を担持することができた。酵素は熱などにより活性が失
活するので、浸漬後真空乾燥を行なった。
第6図は、第3図と同し電極系の上に、グルコースオキ
シダーゼ15を含浸後慎空乾燥により担持したナイロン
不織布21を、さらにその上部にフェリシアン化カリウ
ム16を含浸後エタノールに浸漬し乾燥して担持したナ
イロン不織布22を設置した例を示す。血液を添加する
と、フェリシアン化カリウムがすみやかに浴け、グルコ
ースオキシダーゼの層に浸透するため、反応時間が約1
分間と短く、再現性も良好であった。グルコースオキシ
ダーゼの層とフェリ7アン化カリウムの層を逆に設置し
ても同様に迅速に反応した。
本発明のセンサは、グルコースに限ラス、アルコールセ
ンサや、鮮度に関係するイノンンセンサなと酸化還元酵
素の関与する系に用いることができる。酵素は固定して
担持してもよく、固定化することにより、酵素の活性を
長期間安定に保持することができる。
発明の効果 ?111j定極と対極および参照極からなる電極系に酸
化還元酵素と酸化還元酵素と共役する色素を含んだ親水
性の多孔体を設置し、直接試不1液を添加して測定する
ことにより、微量の試料液を感度よく測定できるように
なった。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は従来のグルコースセンサの構成を示
す略図、第3図は本発明の一実施例のグルコースセンサ
の断面模式図、第4図は他の例の要部の平面図、第5図
はさらに他の例の断面模式%式% 代理人の氏名 弁耶士 中 尾 敏 男 はが18弟 
2 図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)絶縁性の基板上に測定極と対極および参照極から
    なる電極系を設け、この電極系を酸化還元酵素および酸
    化還元酵素と共役する酸化型色素を含有する多孔体で被
    覆したバイオセンサ。
  2. (2)測定極と対極および参照極が白金である特許請求
    の範囲第1項記載のバイオセンサ。
  3. (3)多孔体が親水性の多孔体膜である特許請求の範囲
    第1項記載のバイオセンサ。
  4. (4)酸化還元酵素及び色素が上記多孔体膜に乾燥状態
    で保持されている特許請求の範囲第3項記載の・・イオ
    センサ。
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