JPS6283648A - 溶液中のグルコ−ス濃度の測定方法 - 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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、溶液中のグル］−スδ力劇の測定方法（こ
関する。さらにムＴ細にｔよ、この発明）ユ臨床検査、
食品製造、発酵プロヒスなどの分野Ｃ利用され、広範囲
のグルコース濃度Ａ度の測定がｉ１能であるとどしに感
１σ＋Ｉ３よび応答性に優れた、溶液中のグル１−スに
！　＋−＊の測定方法に関する。

〈従来の技術おＪ、び発明が解決しようとりる問題点〉 近汀、臨床検査で９の分野で溶液中、例えば、血液中の
グルー】−ス濶度を測定づる方法どして、グル二】−ス
ヒンリーが汎用されている。グルコース１？ン（Ｊ−と
しては、種々のタイプが知られているが、一般的には、
酸素電極または過酸化水素電極士に、醇索グル］−ス′
、Ａ４−シダーＬ’（Ｌズ下、Ｇ。

ｌ〕と略記する）が固定化された膜（以下、ＧＯＤ固定
（ヒ膜と略記・Ｊる）を積層したちのが使用され、その
原理は次の反応式で示される酵素反応を利用１ｊる６の
である。

ＯＤ グルコース（−０２Ｌ　ｌ−１２０ グルー」ン酎＋−１１２０２ すなわら、Ｇ　ＯＤ存在下・、グルコースが溶存酸素に
Ｊ、り酸化され、グル」ン酎に変化する際の溶存酸系ｄ
′ｊ費１■または過酸化水素発生（Ｂを、上記の酸素電
極または過酸化水素電極で電流値の変化量どして測定し
、その値よりグル濃度−ス濶度を求めるものである。従
来、この種のグルコースセンサー゛Ｃは、電流ｆｆｉの
変化７１をｂって測定づるので、電極からの出力電流値
がはば安定するまで、−通常３分間程度の測定Ｕ１１間
が必要であり、分析に時間がかかり処理検体数の増加が
図れない問題がある１゜また、上記の反応式から明らか
なように、グルコース濃度の測定限界は、溶存酸素ろ１
ににり決まってしまい、溶存酸素量が充分な場合には、
電極からの出力電流値の変化１ｉ１はグルコース濃度に
比例１゛るがＪ血液のように溶存酸素量が少ない試料の
場合、このセンリーーを使用しで血糖値を測定すると、
糖尿病思召のような高血糖血液はｂとより正常値である
１１００ｒＲ／’旧のグルコース濃度までｂ測定できな
い問題がある。

そのため、血液中のグルコース濃度を測定Ｊる方法どし
て、試料の血液を緩衝液で定率希釈する方法が用いられ
ている。しかし、この方法では、操作が煩雑どなり、ま
た測定を自動化する場合にも複雑な機構を必要とする。

かかる欠点から、血液のように溶存酸素ｍが不足した試
１１溶液中のグルコース濃度を測定する方法として、前
記グルコースセンサ−のＧ　ＯＤ固定化’Ｌ’Ａ　−１
ｘ　ニ、直径１０〜１００μｍの孔径と１０〜１０００
（１ケ・Ｃにの孔数を右するグル〕］−ス制限透過膜を
績（）し、通液１１を制限づることにより、ＧＯＤ固定
化摸に〒１１達するグルコース量を制限づる方法が促゛
簗され−Ｃいる〈特開昭５９−２２６２０号公報）。

しかし、この方法では、グルコースが低濃度の場合ｉこ
、ＣＯＤ固定化膜に到達りるグルー１−ス１６が少なく
、電極からの出力電流狛の変化量が極めて少４社＜なり
測定賄の信頼ｆ＋に欠けるとともに応答１１．１間がＬ
ｔくなる。ざらに、特定の孔径と孔数を在する膜を使用
するので、膜の作製にｆｉ殊な技術を必四とし、また作
製された膜の良否がセンナ−機能に人きく影響するなど
トＦ々の問題がある。

・て発明の目的〉 この発明ｔ、ｉ、上記の問題点に名みなされたものて′
、希釈などの操作を必廿とｔ！′ずに、グルコース濃度
の広範１／Ｉｌｌの１ｌｌｌ＋定がでさるどともに感瓜
ＪｉＪ、び応答性に侵れた、）δ液中のグルコース濶１
αの測定方法を促供りることを目的とり−る。

く問題を解決するための手段〉 上記の問題点を解決すべくなされた、この発明のグルコ
ース濃度の測定方法は、電極上にＧＯＤ固定化膜が積層
されたグルコース１ンサーを用いて溶液中のグルコース
濃度を測定する方法にｄ３いて、該グルコースセンサー
のＧＯＤ固定化膜の溶液側面上にグルコースの拡散透過
を制限するための膜が形成されるとと６に該７Ｔｉ極か
らの出力電流の時間に対する微分（１ａの最大値または
最小哨を検出し、その値より溶液中のグルコース濃度を
測定ゴることを特徴とするｂのである。

この発明で使用されるグルコースピンＩｆ−の電極どし
ては、」−記の酵素反応において、測定対象とされる物
質にＪ：り異なるが、例えば、溶存酸素の減少１１′１
を測定する場合には酸素電極、過酸化水素の介１１吊を
測定する場合には過酸化水素電極が使用される。また、
ヨウ素イオンの存在下、発生した過酸化水素をＭ索や無
機触媒［Ｍｏｍ７７などｊぐ分解し、発生するヨウ素を
電極反応で測定する方法などを採用する場合にあっては
、その被検物質に合けだ電極を選択すればよい。これら
の電極は、いずれら分析化学などで汎用される電極で、
周知のものである。

また、上記の電極上に積層されるＣＯＤ固定化膜も慣用
の方法で形成され、例えば、ジアゾ法、グルタルアルデ
ヒド法、臭化シアン法などの共有結合法で、ＧＯＤを高
分子担体に結合させて形成された膜、アクリルアミドグ
ルなどを使用した包括法で、ＧＯＤを高分子担体中に包
括ざＩＩＣ形成された膜などが挙げられる。

上記のＧＯＤ固定化膜上に設けられるグルコースの拡散
透過を制限するための膜としては、親水性の股が用いら
れ、例えば、限外濾過膜として使用されているセルロー
スアセテ−１・膜、ポリカーボネート膜、セルｆコース
ナイトレート膜などが挙げられ、またアクリル系共重合
体フィルター、セロファン等でもよい。これらの膜は、
膜厚が１０〜２００ｔ１ｍ、孔径が０．００１〜２ｕｍ
の範囲が好ましい。膜厚が１０μｍ未満であると機械的
強度が弱く、取扱が困難であり、２００μｍを越えると
応答時間がｋ　くなるととしに出力が小さり４１す、好
ましくない。また、孔ｆＹが０．００１／ｊｍ未；！１
であるとグルコースが透過せず、２μｍを越えると高グ
ルコース８１度で出力が飽和するので適当でない、。

この発明にあって、グルコース濃度は、上記の電極から
の出力電流の時間に対り−る微分値を用いて算出される
。、すなわら、電極からの出力電流値の１次微分値＜ｄ
ｉ／ｄｔ）または２次微分値（ｄ２ｉ／ｄｔ２）の最大
値または最小（「１（前記の酵素反応にＪ３いて、被検
物質が生成物質の場合には最大（ｆｉ、被検物７１が消
費物質の場合には最小Ｖ１）が溶液中のグルコース濃度
と比例することに基づき、該電極からの出力電流値の前
記の微分最大または最小（ＩＣ！を求め、あらかじめ作
成した検ｆｉｔ線から、溶液中のグルコース濃度を測定
づるものである。

〈作　用〉 この発明は、上記の構成よりなり、ＣＯＤ固定化膜の溶
液側面上にグルコースの拡散透過を制限するｌこめの膜
が形成され、試料溶液中のグルコースは該膜を拡散透過
してＧＯＤ固定化膜に到達し、６ｆ１記の酵素反応が進
行する。ＧＯＤ固定化膜に到達するグルコース川は溶液
中のグルコース濃度と相関するが、到達グルコース量は
溶液中のグルコース量に比べて少ないので、ＧＯＤ固定
化膜中の溶存酸素が充分に存在する条件下に酵素反応が
進行する。従って、高グルコース濃度の溶液にあってム
、希釈などの操作を必要とけずにグルコース濃度の測定
が可能となる。また、例えば、血液中の蛋白などの妨害
物質の透過が阻止されるので、Ｇ○［〕固定化膜Ｊ３よ
び電極の汚染が防止され、ヒンリーの安定性が向上する
。

さらに、電極からの出力電流の微分値の最大舶まｌ〔は
最小値を用いて、グルコース濃度を測定するので、応答
時間が極めて速く、またグルコース濃度が低い試料溶液
にあって６出力信号が大きく、測定箱１哀の向上を図る
ことがでさ゛る。

く実施例〉 以下、図面に阜づき、この発明をより訂細に説明Ｊる。

第１ａ図Ｊ３よび第１　ｂ　［１は、この発明にかかる
グルコース濃度の測定方法の概略を示す１０ツク図であ
り、第１ａ図中、（１）はフローセル（５）にその検知
部を露出しＣなるグルコースセンリ−−、（２１＋、ｉ
グル］−スヒンリー（１）の電極からの出力電流を１１
．’１間で微分する微分回路、（３）は微分回路（２）
からの微分出力の最大値または最小ｆｆｆｆを求めるピ
ーク検出回路、（／Ｉ）は記録δｔ　、　＋６ｊμフｌ
コーセル（５）を介しＣグルコースピンリー（１）の検
知部に供給されるグルコースを３右する試料溶液で・あ
る。−フロービルを用いることににす、試ｔ゛１溶液中
のグルコース濃度を、連続的、経時的に測定りることが
できる。

また、上記の例において、フ］」−セルを使用りること
なく、カップ秀に入れられた試料溶液に、グルコースセ
ンリ−の検知部を直接浸ｉ？　Ｌ／、グルコースＩＩＩ
Ａａを測定すること乙でさる、。

第１１）図１よ、第１ａ図に示したものにＪ３いて、試
ｔｌ溶液（６）の供給をフローセルを用いることなく、
口ｒ接、グルコース濃度リ−（５１の検知部に滴トする
ようになした例を示す。この例では、リンプルが少量で
よく、また操作が簡便である。

０′！２図は、この発明に使用されるグルコースセンサ
ーの一例を示Ｖ′概略断面図である。この例ぐは、電極
として慣用の過酸化水素電極が使用されてａ３す、白金
アノード（７１Ｊ３よび銀カソード（８）から（１η成
され、該白金アノード（７１」二にＧＯＤ固定化膜（９
）が設【ノられ、また該ＧＯＤ固定化膜（９）上に、グ
ル＝Ｊ−スの拡散透過を制限するための膜００）が積層
され、該ＧＯＤ固定化膜（９）おにびグルーＪ−スの拡
散透過を制限するための膜（１０）は固定具（１１）で
本体に固定されている３、白金７ノード（７１および銀
カソード（Ｅ３）からのリード線（１３ａ）おＪ：び（
１３１））は絶縁物（１４）で絶縁されでいる。

次に、この発明にがかるグルコース濃度の測定り法を、
第１ａ図を参照して、上記の過酸化水素電極を使用した
グルコースセンサーを用いた例をもってμ体向に説明す
る。まず、血液などのグルコースを金石り−る試お１溶
液（６）をフローセル（５）を介して供給する。グルコ
ースセンサ−（１）において、前記の酵素反応に基づい
て過酸化水素が発生し、その過酸化水床ト１１に応じて
生じた過酸化水素電極からの出力′１１Ｉ流は微分回路
（２）に人力され、ぞ（１）−１次微分値または２次微
分碩に変換される。微分回路（２）からの上記微分出力
はピーク検出回路（３）にて、その最大値が求められる
。ｊｒＪられた微分最大値は、あらかじめ作成した検量
線と比較し、溶液中のグルコース１１１度がＱ出される
。

なＪ３、この発明は、上記の実施例に限定されるもので
はなく、例えば、過酸化水素電極の代りに、酸素電極や
その変形型電極を使用すること、電極とＣＯＤ固定化膜
との間に、使用される電極の種類に応じて酸素透過膜、
過耐化水Ｍ透過膜などを設（）妨害物質を除去すること
、検８１線をあらかじめ記憶させたマイクロ］ンビコタ
ーを使用して、電極からの出力を微分処理した出力信号
に阜づさグルコース濃１すを表示させることなど、この
発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更できる。

次に、実験例および比較例を６って、この発明をＪ：り
詳細に説明する。

実験例　１ 過酸化水素電極の表面にＣＯＤ固定化膜（市販品）が積
層されたグルコースセンナ−（以ト、従来ハ“１グル］
−スセン（ナーという）のＧＯＤ固定化膜十に？Ｓ通レ
しハン３００番を積層し、本発明のグルコ＝−スヒンリ
ーを作製した。このグルコースセンサー−に、種々のグ
ルコース澗度水溶液を供給し、電極からの出力電流の１
次微分の最大（ぼ１を測定し、グル」−ス濃度に対する
応答性を調べた。

実験例　２ 実験例１で用いＩこ従来型グルコースセンサーのＧＯＤ
固定化膜十に、セルロースブイｌ−レート膜（肱１’７
９０μｍ、孔径０．０１μＴｒＬ）を積層し、本発明の
グルコースセンサーを作製した。以］；、実験例１と同
様に応答性を調べた。

実験例　３ 実験例１で用いた従来型グルコースはン＋Ｊ−のＧ　Ｏ
Ｄ固定化膜上に、不織ノーイロンＱ史打ちされたアクリ
ル系共手合体フィルター［ゲルマン　リイエンス”（Ｊ
、　（Ｇｃｌｍａｎ　５ｃｉｅｎｃｅ　Ｉｎｃ、Ｉ］５
ＡＩＹＪ、品番迎６Ｇ３９４、膜厚約１００μｍ、孔径
１．２μｒｒｔ　］の不織ブイ［１ン而を外側にして積
層し、本発明のグルコースセンサーを作製した。以下、
実験例１と同様にして、応答性を調べた。

上記の実験例１〜３のグルコースセンサーの応答性試験
結果を第３図に示す。

比較例　１ 実験例１で用いた従来型のグルコースセンサーのＣＯＤ
固定化股上に、アクリル系ｊ１￥合体フィルター［ル゛
ルマン　］ノイエンス社（Ｇｅｌｍａｎ　５ｃｉ−ｃｎ
ｃｅ　Ｉｎｃ、　ＵＳＡ）ｌ、品番１Ｉｊ１６６３８７
、膜厚約１００μｍ、孔径３μｍ１を積層したレンリー
を作製した。

以下、実験例１ど同様に応答性を調べた。

比較例　２ 実験例１で用いた従来型のグル］−スゼン４Ｊ　−のＧ
ＯＤ固定化膜１に、濾紙（東洋濾紙製、東洋濾紙Ｎｏ、
　２、膜厚２６０μ７７１）を積層したヒンリーを作製
した。以下、実験例１ど同様に応答性を調べｌこ　。

上記の比較例１および２のセンリーの応答ｆ［試験結果
を第４図に示ず。

第３図かｌう明らかなように、この発明のグルコースピ
ン奢ナーは、グルコース濃度が５ｏｏＩＩｔ９／　ｄ＋
まで測定が可能であり、また、応答時間９よいずれも５
〜２０秒以内であり、非常に速やかであった。

一方、第４図から明らかなように、比較例１のヒンリ゛
−は、グルコース濃度が高い溶液では出力が飽和するた
め、高グルコース濃度溶液まひ測定ができず、また、比
較例２のセンリーは、応答時間が長くかつ高グルコース
濃度溶液でも出力が小さく、いずれも実用には適さない
。

く効果〉 以上のように、この発明の１ｌｌｌｌ定方法によれば、
高グルコース濃度溶液にあってら、試料溶液を希釈１ｖ
ることなく直接測定でき、操作が簡便となり、ひいては
自動化装置の作製も容易となる。さらに、応答時間が速
く測定時間が短縮されるので、処理能ツノの向上に寄与
するとともにグルコースの低濃度溶液においても充分な
出力を得ることができ、測定精度の向上が図れるという
特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図および第１ｂ図は、この発明にかかるグルコー
ス濃度の測定方法の概略を示すブ［１ツク図、第２図は
、この発明にかかるグルコース濃度の測定方法に使用さ
れるグル］−スセンリ−の概略断面図、 第３図は、グルコース濃度と実験例１へ・３のレンリ”
−における電極からの出力電流の１数機分最大（ＩＣ１
との関係を示１図、 第４図は、グルコース濃度と比較例１および２のヒンリ
ーにおける電極からの出力？ｈ流の１数機分最大値との
関係を示す図である。 （１）・・・グルコースロン１ナー、（２）・・・微分
回路、（３）・・・ピーク検出回路、　　（４）・・・
記録ｉ１、（５）・・・７０−セル　　　　　（６）・
・・試料溶液、（７）・・・白金アノード、　　　（８
）・・・銀カソード、ｔ’Ｊｌ・・・ＧＯＤ固定化膜、 （ト）・・・グルコースの拡散透過を制限するための膜
、（１１）・・・固定具、　　　　　（１２）・・・電
解液、（１３ａ）　、　（１３ｂ）　−リード線、（１
４）・・・絶縁物。 特許出願人　　　ダイ４ン工業株式会社代　　　　理　
　　　人　　　　　弁理士　　亀　　井　　弘　　勝（
ほか２名） 第１ｂ図 第３図 グルコース濃度（ＩＲｇ／ｄｌ） 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電極上にグルコースオキシダーゼ固定化膜が積層さ
   れたグルコースセンサーを用いて溶液中のグルコース濃
   度を測定する方法において、該グルコースセンサーのグ
   ルコースオキシダーゼ固定化膜の溶液側の面上にグルコ
   ースの拡散透過を制限するための膜が形成されていると
   ともに該電極からの出力電流の時間に対する微分値の最
   大値または最小値を検出し、その値より溶液中のグルコ
   ース濃度を測定することを特徴とする溶液中のグルコー
   ス濃度の測定方法。 ２、グルコースの拡散透過を制限するための膜が、孔径
   ０．００１〜２μｍの細孔を有し、膜厚が１０〜２００
   μｍの膜である上記特許請求の範囲第１記載の溶液中の
   グルコース濃度の測定方法。 ３、電極が過酸化水素電極である上記特許請求の範囲第
   １項または第２項記載の溶液中のグルコース濃度の測定
   方法。 ４、電極が酸素電極である上記特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載の溶液中のグルコース濃度の測定方法。 ５、電極からの出力電流の時間に対する微分値が、１次
   微分値である上記特許請求の範囲第１項ないし第４項の
   いずれかに記載の溶液中のグルコース濃度の測定方法。