JPS61120053A - バイオセンサ - Google Patents

バイオセンサ

Info

Publication number
JPS61120053A
JPS61120053A JP59242743A JP24274384A JPS61120053A JP S61120053 A JPS61120053 A JP S61120053A JP 59242743 A JP59242743 A JP 59242743A JP 24274384 A JP24274384 A JP 24274384A JP S61120053 A JPS61120053 A JP S61120053A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
enzyme
electrode
sensitive surface
biosensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP59242743A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0564732B2 (ja
Inventor
Shotaro Oka
正太郎 岡
Osamu Tawara
修 田原
Hiroyoshi Mizuguchi
博義 水口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shimadzu Corp filed Critical Shimadzu Corp
Priority to JP59242743A priority Critical patent/JPS61120053A/ja
Publication of JPS61120053A publication Critical patent/JPS61120053A/ja
Publication of JPH0564732B2 publication Critical patent/JPH0564732B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)

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】 (イ)産業上の利用分野 この発明はバイオセンサに関する。さらに詳しくは、固
定化酵素と化学物質感応性電極とを組合せてなり、臨床
分析や工業プロセス、環境化学などの分析分野に有用な
バイオセンサ(関する。
(ロ)従来技術 最近、固定化酵素膜等の機能性暎と、電極、サーミスタ
、フォトンカウンタ、音波検知機等のトランスジューサ
とを組合せてなり、酵素反応等に起因する化学物質の生
成や窄減、熱の発生、発光、音波等をトランスジューサ
により電9C償号に変換しこの出力に基づいて試料中の
種々の成分を分析するバイオセンサが種々提案されてい
る。
これらバイオセンサのうち、酵素y応により生成したシ
増減する化学物質を指標とするバイオセンサは通常、イ
オン選択性電極やイオン選択性電界効果型トランジスタ
(ISFET)の如き化学物質感応性N、極をトランス
ジューサとしてなり、この感応面に固定化tM素1漠を
装着してなる。そして酵素を固定化する膜状担体として
はセルロースアセテート、ポリグルタメート、イオン交
換檎脂、多孔性ポリ塩化ビニル等の有機ポリマーが通常
用いられている。
しかしながら、かようなバイオセンサにおいては、膜状
担体と感応面との密着性が不充分であり、そのため安定
した性能が得られず長期間の使用に適さないといり間頭
点があった。
(ハ)発明の目的 この発明は、上記従来の問題点を解消すべくなされたも
のであり、安定な性能を有し長期間の使用に適したバイ
オセンサを提供しようとするものである。
本発明者らは、従来のバイオセンサにおける電極と固定
化l!F7素膜との弱い密着性は、イオン選択性電極で
#i酸化アルミニウムや酸化ケイ素、l5FETでは酸
化ケイ素や窒化ケイ素等を主体とする′s機固体からな
る電極感応面と固定化酵素の担体である有樒ポリマーと
の非親和性1C起因するものと考察し、これに基づいて
鋭意研究検討を行なうことによりこの発明に到達した。
に)発明の構成 かくしてこの発明によれば、無機固体感応面を箭えた化
学物質感応性電極をトランスジューサとしてなり、核!
柩の感応面上に1所定の酵素を固定化した金属水酸化物
系ゲルからなる固定化酵素膜を密着形成してなることを
特徴とするバイオセンサが折供される。
この発明における[無機固体感応面を箭えた化学物質感
応性電槙」としては、従来のバイオセンサに用いられて
いる便々の固定電極や半導体[%及びその均等物を連用
することができ、より具体的にはイオン選択性電板、イ
オン選択性電界効架型トランジスタ(ISFET)、白
金w、極等が挙げられる。、通常、酵素反応によるpH
変化を検知するpHガラス!横やpH−l5FETを用
いるのが汎用性の点で好ましい。
この発明のバイオセンナは、上記化学物質感応性W、柩
の感応面(すなわち、例えばガラスM、柩や白金電極の
場合は端部や全面、l5FETの場合はそのゲート面)
上にその場で金属水酸化物系ゲル膜を形成させ、該ゲル
膜に酵素を固定化することによシ得ることができる。こ
の際形成させるゲル膜は薄膜でかつ感応面に密着してい
ることを要する。かかるゲル膜は、金属アルコシトや酸
素を配位子とする有機金属キレート化合物を溶解した易
揮発性の親水性溶媒溶液(例えは、メタノール、エタノ
ール等の低級アルコール溶液)に酸を添加し、この液を
上記感応面に塗布し、次いでこれをそのまま又は加熱下
放置して上記化合物の加水分解及び乾燥を進行させて対
応する金属水酸化物に変換することにより形成させるこ
とができる。
上記ゲル膜の原料となる金属アルコキシドとしては、5
i(OCHs)4 、 Si(OC2H5)4 、 T
i(OCaHy)4゜V(OCgH6)s 、 AJ(
OCgH7)8 、 Co(OC2f−1s)g 。
INi(OC2H5)2 、 Fe(0(JHIS)8
等が挙げられ、これらのつち低級アルコキシシランが好
ましい。また、V1素を配位子とする有機金属キレート
化合物としてit、アルカンジオン又はその誘導体の金
属キレート化合物が適しており、例えば、2,4−ペン
タンジオン(アセチルアセトン)、8−フェニル−2,
4−ペンタンジオン(9−フェニルアセチルアセトン)
、2.4−ヘキサンジオン、2,4(又Fi8.5)−
へブタンジオン、2,2,6゜6−チトラメチル−8.
5−へブタンジオン(ジピバロイルメタン)等の低級ア
ルカンジオン類のカルシウム、アルミニウム、チタン、
亜鉛、鉄又はカリウムキレート化合物が挙げられる。こ
れら金属アルコキシドや有機金属キレート化合物はもち
ろん混合して用いてもよい。
また、上記親水性溶媒溶液中Km加する酸としては樋々
の鉱酸が挙げられるが、7ツ化水素酸を月いるのが好ま
しく、塩酸でpH1〜8とした後フッ化水素酸を少量添
加するのが最も好ましい。
ツツ化水素酸の添加量は金属に対するモル比として0.
06〜1.0モル程度が適切である。なお、この溶液中
には少量の水が添加されていてもよい。
このようにして感応面上で直接形成される金属水酸化物
系のゲル膜は、感応面に密着した薄膜状(通常約0.1
〜0.6μm)のものであり、しかも酵素固定化に至適
な多数の水酸基を有しかつ多孔性のものである。
感応面上に形成された上記ゲル膜への酵素の固走化自体
は、シランカップリング剤を用いた方法や臭化シアン活
性化法等の公知の方法を適用することができ、その一つ
の好ましい例として、r−アミノプロピルトリエトキシ
シランの溶液と上記ゲル膜とを接触させてカップリング
基を導入し、次いでグルタルアルデヒドの溶液と接触さ
せて、に後に所望の酵素溶液と接触させてシップ塩基結
合により酵素を固定化する方法が挙げられる。
[^1定化する酵素としては、分析を意図する我分を基
質としかつ化学物′Fr感応性電極が応答を示す百゛i
素反応を行ないうるものが種々適用できる。これらのう
ち、少なくとも酵素反応によりpl(変化ケ生じうる酵
素を適用するのが好ましく、この際化学物質へ、応性電
極としてはpHガラス電極又はpH−l5FET4用い
るのが好ましい。これらの酵素と目的暇分との具体的な
組合せとしては、グルコースオキシダーゼとグルコース
、尿素窒素トウレアーゼ、ガラクトースとがラクトース
オキシターセ、中性脂肪とリパーゼ、ペニシリンとべ二
シリナーゼ等が挙げられる。
この発明のバイオセンサの具体例を第1図及び第2図に
示した。第1図に示すバイオセンサ(1)は、Ag/A
9cl内部極りη及び内部液(イ)を有する円筒状のp
Hガラス[極(2)の先端部感応面(3)に、金属水酸
化物系ゲル膜に酵素を固定した固定化酵素膜(4)を密
着形成してなる。一方、第2図(N及び(Blに示すバ
イオセンサ(1yは、MO8電界効果型トランジスタ素
子(5、pH−l5FET)のゲート色土に上記と同様
な固定化酵素膜(4)を密着形成してなる。なお、第2
図中、彰IlはS towやSi3N4等からなりpH
感応面となる絶縁膜、口は半導体層、勃3はソース領域
、(財)はドレイン領域をそれぞれ示すものである。
なお、この発明のバイオセンサは、通常、参照電極と組
合せてポテンショメトリックな測定に用いるのが適して
いる。この際の参照11!極としてはイオン選択性[1
MやI S F ]!、 Tの分野で公知のものをその
まま用いることができるが、バイオセンナに用いる化学
物質感応性電極の感応面に酸素未固定の金属水酸化物系
ゲル膜を前述と同様に密着形成してなる参照電極を用い
ることが好ましい。
なお、場合によってはアンペロメトリックな測定に供す
ることもでき、この際に社印加用の電極と組合せて用い
ればよい。
(@実施例 ゲート上にSlO!ffi及び5isN4層を形成して
pH感応面を設定したpH−l5FET(長さ8闘、幅
0.6朋、ゲート面積的0.061114 >を用いて
この発明のバイオセンサを作製した。
まず、テトラエトキシシラン6.4mol、エチルアル
コ−nt50ml、水’5ml及び塩酸1ml力・らな
る金属アルコキシド溶液を浸漬法により上記pH−l5
FETK塗布することKよりゲート面上に該溶[:被覆
させた。次いで、このpH−l5FETを80°C下1
時間大気中に放置することにより、テトラエトキシシラ
ンの加水分解及び溶媒等の乾燥を進行させてゲート面上
に膜厚的2000λの51(OH)4系ゲル膜を形成さ
せた。
ゲル膜が形成されたpH−l5FETを、5wt%のγ
−アミノプロピルトリエトキシシランのpH8,6緩衝
水溶液中に浸漬し86°C下2時間保持してゲル膜中の
水酸基を介してこのカップリング剤を結合導入し、水洗
後、2.5wt%のグルタルアルデヒドのpH7,0緩
衝水溶液に浸漬し、20分間脱気した後80°C下で4
0分間保持してカップリング剤の末端にアルデヒドT、
、を有するシッフベースを導入した。
このように処理されたpH−[5FETをウレアーゼ1
00Uの水溶液(pH7,0の0.1Mリン酸塩緩衝液
5mlに溶解)中に浸漬し、6分間脱気した後、80゛
0下で8時間保持することにより、上記酵素の固定化反
応を行ない、第2図に示すごときこの発明のバイオセン
サ(尿素検出用)を得た。
この半導体バイオセンサ社、試料液中の尿素と固定化さ
れたウレアーゼとの酵素反応に起因するpH上昇をpH
−l5FETで検知しうるよう構成されたものであり、
この出力に基すいて試料液中の尿素の定性や定量が行な
り得るものである。なお、この出力は適当な演算回路や
インテグレータを介して尿緊換3’lとしてリアルタイ
ムに表示や記録可能である。
上記で得られたバイオセンサを用いて揮々の濃度の尿素
水溶液(pH7,0の0.01M!Jン酸塊緩r#液中
)についての出力(発生γ位)fr−測定した結果を第
8図に示した。なお、この際の参照11L城としては酵
素未同定のpH−l5FETを用いバイアスYFL極と
してtよAt119C1(内部液は飽和KCJ溶液)π
1極を用いた。
このように、上記バイオセンサは尿素9度10−4g/
miからLO−’f/ml近くまで直線性が良好である
ことが判る。従って、酵素活性が高く感度及び精度が良
好であることが確認された。
なお、このバイオセンサを40日間リン酸緩衝水溶液(
nH7,0)K浸漬した後の出力斐化と調べたところ尿
素濃度変化に対する出力電位Ktri変化は見られない
ことが判った。これに対し、セルローストリアセテート
ポリマーを担体として同様に槽底した従来のバイオセン
ナでは寿命が18間程度で、膜が剥れてしまい、この発
明のバイオセンサが、耐久性及び応答の安定性点で著し
く優れていることが確認された。
(へ)発明の効果 以上述べたごとく、この発明のバイオセンサd、センサ
としての安定な性能を箭えた耐久性の優れたものであり
、かつ、感度も優れたものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明のバイオセンサの一具体例を示す構
成説明図、第2図(A)は、同じく他の具体例を示す平
面図、第2図(B)は、第2図(んの(イ)−(イ)断
面図、1g8図は、この発明のバイオセンサの出力と被
検成分濃度との関係を例示するグラブである。 (1) 、 (1)’・・・バイオセンサ、(2)・・
・pHガラス電扼、(3)・・・先端部感応面、  (
4)・・・固定化酵素膜、(5)・・・pH−l5FE
T、   ’55・・・ゲート。 代地人 弁理士  野河信太部 (A) づづ @3図 尿素遠度(9/ml)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、無機固体感応面を箭えた化学物質感応性電極をトラ
    ンスジューサとしてなり、該電極の感応面上に、所定の
    酵素を固定化した金属水酸化物系ゲルからなる固定化酵
    素膜を密着形成してなることを特徴とするバイオセンサ
    。 2、金属水酸化物系ゲルが、金属アルコキシド又は酸素
    を配位子とする有機金属キレート化合物の加水分解生成
    物である特許請求の範囲第1項記載のバイオセンサ。 3、化学物質感応性電極が、イオン選択性電極又はイオ
    ン選択性電界効果型トランジスタである特許請求の範囲
    第1項又は第2項記載のバイオセンサ。
JP59242743A 1984-11-16 1984-11-16 バイオセンサ Granted JPS61120053A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59242743A JPS61120053A (ja) 1984-11-16 1984-11-16 バイオセンサ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59242743A JPS61120053A (ja) 1984-11-16 1984-11-16 バイオセンサ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS61120053A true JPS61120053A (ja) 1986-06-07
JPH0564732B2 JPH0564732B2 (ja) 1993-09-16

Family

ID=17093594

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP59242743A Granted JPS61120053A (ja) 1984-11-16 1984-11-16 バイオセンサ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS61120053A (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0284518A2 (en) * 1987-03-27 1988-09-28 Isao Karube Miniaturized oxygen electrode and miniaturized biosensor and production process thereof
JPH05281181A (ja) * 1992-03-30 1993-10-29 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 酵素修飾電気化学検出器およびその製造方法
US5522878A (en) * 1988-03-25 1996-06-04 Lectec Corporation Solid multipurpose ultrasonic biomedical couplant gel in sheet form and method
CN1037293C (zh) * 1993-05-26 1998-02-04 黄启成 全封闭式复合ph电极
US5727550A (en) * 1996-04-09 1998-03-17 Lectec Corporation Dual purpose ultrasonic biomedical couplant pad and electrode

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0284518A2 (en) * 1987-03-27 1988-09-28 Isao Karube Miniaturized oxygen electrode and miniaturized biosensor and production process thereof
US5522878A (en) * 1988-03-25 1996-06-04 Lectec Corporation Solid multipurpose ultrasonic biomedical couplant gel in sheet form and method
JPH05281181A (ja) * 1992-03-30 1993-10-29 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 酵素修飾電気化学検出器およびその製造方法
CN1037293C (zh) * 1993-05-26 1998-02-04 黄启成 全封闭式复合ph电极
US5727550A (en) * 1996-04-09 1998-03-17 Lectec Corporation Dual purpose ultrasonic biomedical couplant pad and electrode

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0564732B2 (ja) 1993-09-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Pijanowska et al. pH-ISFET based urea biosensor
Senillou et al. A miniaturized urea sensor based on the integration of both ammonium based urea enzyme field effect transistor and a reference field effect transistor in a single chip
van der Schoot et al. ISFET based enzyme sensors
Shul'ga et al. Thin-film conductometric biosensors for glucose and urea determination
Karbue et al. A microsensor for urea based on an ion-selective field effect transistor
JPS63131057A (ja) 酵素センサ
Hendji et al. Sensitive detection of pesticides using a differential ISFET-based system with immobilized cholinesterases
Lee et al. Microfabricated conductometric urea biosensor based on sol‐gel immobilized urease
US20070001253A1 (en) Using extended gate field effect transistor to design and analyze the chinese medicine biosensor
US20060102935A1 (en) Transistor-based biosensors having gate electrodes coated with receptor molecules
Rahman et al. Development of Penicillin G biosensor based on Penicillinase enzymes immobilized onto bio-chips
Ltith et al. Penicillin detection by means of silicon-based field-effect structures
US7638157B2 (en) Method of fabricating electrode assembly of sensor
US20040035699A1 (en) Method and fabrication of the potentiometric chemical sensor and biosensor based on an uninsulated solid material
JPS61120053A (ja) バイオセンサ
Vlasov et al. Enzyme semiconductor sensor based on butyrylcholinesterase
De Melo et al. Use of competitive inhibition for driving sensitivity and dynamic range of urea ENFETs
Kuriyama et al. FET-based biosensors
Anzai et al. Enzyme sensors based on coated-wire electrode. Use of carboxyl-substituted poly (vinyl chloride) as a support for immobilizing penicillinase.
Anzai et al. Urea sensor based on ion sensitive field effect transistor coated with cross-linked urease-albumin membrane
JPH08336399A (ja) アルギニン検出方法およびアルギニンセンサ
JPH0570103B2 (ja)
JPH0564733B2 (ja)
JPS62144062A (ja) 酵素センサ−
Khanna Advances in chemical sensors, biosensors and microsystems based on ion-sensitive field-effect transistor