JPS63139243A - グルコ−スセンサ - 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 本発明は、種々の微量試料液中のグルコース成分を迅速
かつ容易に定量することのできるグルコースセンサに関
するものである。

従来の技術 従来、血液などの微量の生体試料中のグルコース成分に
ついて、試料液の希釈や攪拌などの操作を行なうことな
く高精度に定量する方式としては、第６図に示すような
グルコースセンサが提案されている。このグルコースセ
ンサは、絶縁性基板１に溝状の空間部２を設けるととも
に、白金線を埋め込み、測定極３、対極４、参照極６か
らなる電極系を構成している。前記電極系上に、試料添
加層ｅ１酵素のグルコースオキシダーゼと共役電子受容
体のフェリシアン化カリウムを含有する反応層７、濾過
膜８、保液層９およびこれらの保持枠体１０．１１から
なる測定チップか設置されている。

以上のように構成された従来のグルコースセンサについ
て、以下その動作について説明する。

１ず、血液サンプルを上部から滴下すると試料添加層６
を通って反応層７に浸透し、酵素反応によシグルコース
濃度に対応して共役電子受容体が還元される。反応が終
了した液は、赤血球などの電極反応を阻害する巨大分子
を濾過膜８で除去され、保液層９を経て電極上の空間部
２へ降下する。

電極面に十分に液が供給された後、測定極３対極４間で
、還元された電子受容体を電気化学的に酸化し、この酸
化電流よシナンプル中のグルコース濃度を決定するもの
である。

発明が解決しようとする問題点 このような従来の構成では、白金電極を用いているため
、コストが非常に高価になることと、多孔体中に含有す
るグルコースオキシダーゼ量とフェリシアン化カリウム
量が一定ではないので、反応を安定化させるために、そ
れぞれ過剰量を含有させる必要があり、さらに、コスト
が高くなるという問題点を有していた。

また、グルコースオキシダーゼ量が一定でないため、酵
素反応が不安定になシ、測定が不正確で再現性が悪いと
いう問題点を有していた。

本発明は上記従来の問題点を解決するもので、カーボン
系材料の電極を用いて、グルコースオキシダーゼ量と電
子受容体の７エリシアン化カリウム量の最適化を図シ、
少量のグルコースオキシダーゼ量でも、十分安定な反応
が進行し、正確で再現性の良い測定を行なうことができ
、さらに簡易な操作で使い捨てのできる安価なグルコー
スセンサを提供することを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 この問題点を解決するために、本発明のグルコースセン
サは、カーボン系材料を用いて電極系を形成し、この電
極系を、酸化還元酵素のグルコースオキシダーゼと共役
電子受容体を多孔体の単位面積当ｂ、ａＬｆｆＬ４０　
＝１０ｏＵ／Ｗｔ’Ｏ”０μ”ＫＪａ圏（Ｄ一定量を含
有した多孔体反応層で被覆した構成としている。

作　　用 この構成によシ、試料液を多孔体反応層に滴下含浸させ
ると、酵素のグルコースオキシダーゼと電子受容体が速
やかに溶解し、試料液中のグルコースと酵素反応が進行
する。反応層中の酵素量と電子受容体は最適量だけ含有
されているので、溶解・反応の不均一性や不十分さが発
生せず、安定な反応を行なうことができる。

従って、電極は白金電極を用いればより正確な測定がで
きるが、安価なカーボン電極を用いても、３０ｐｆ２程
度の少量の試料液で、１〜２分の短時間内に十分に正確
で再現性の良い測定を行なうことができる。

実施例 以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第１図と第２図はグルコースセンサの一実施例を模式的
に示した平面図とＡ−Ａ’で切断した断面図である。ポ
リエチレンテレフタレートの絶縁基板１２にスクリーン
印刷によシ導電性カーボンペーストを印刷し、電極部と
リード部とからなる導電層１３’、１４’を形成した。

次に絶縁性樹脂ペーストを同様に印刷・乾燥して、絶縁
層１６と一定面積を有する測定極１３と対極１４を形成
した。

電極部の上に、保持枠体２０．２１に展開層１６と反応
層１７を保持し、枠体２１の下部に粘着材を付は濾過膜
１８を保持している。これらの上部構造物と保液層１９
を電極部の両側に平行に設置した溝状の構造体２２で保
持している。

展開層１６は親水性セルロース（商品名ハイゼガーゼ）
からなシ、試料液を速やかに吸収拡散させる作用をもっ
ている。濾過膜１８はポリカー　ボネイトａで孔径１μ
ｍの多孔体膜を用い、保液層１９は矩形状のレーヨン紙
を用いている。反応層１７は、多孔体担体としてセルロ
ース紙を用い、グルコースオキシダーゼのリン酸緩衝液
（ＰＨｓ　、ｓ）に含浸・乾燥後、電子受容体のフェリ
シアン化カリウムのリン酸緩衝液（ＰＨ６，６）に含浸
し、さらにエタノールなどの有機溶媒中に浸漬・乾燥し
て作製した。　　　　。

以上のように構成されよ本実施例のグルコースセンサに
ついて、以下その動作を説明する。

まず、試料液としてグルコース水溶液を展開層１６上に
滴下すると、速やかに吸引拡散して、反５層１７に吸収
される。反応層１７に含有されているグルコースオキシ
ダーゼと共役電子受容体のフェリシアン化カリウムが試
料液に溶解し、試料液中のグルコースとの間で酵素反応
が進行する。

共役電子受容体のフェリシアン化カリウムは、前記酵素
反応によシ７エロシアン化カリウムに還元されるため、
その還元量は試料液中のグルコース濃度に比例する。反
応が終了した液は、濾過膜１８と保液層１９を経て、測
定極１３と対極１４から成る電極部上へ降下する。次に
生成したフェロシアン化カリウムを電気化学的に酸化し
、この酸化電流より試料液中のグルコース濃度が決定さ
れる。

反応層１７中に含有されるグルコースオキシダーゼと電
子受容体のフェリシアン化カリウムの量は、担体材料の
面積・厚みが一定であれば、浸漬する溶液濃度に依存し
ている。

第３図に、グルコースオキシダーゼの溶液濃度を変化さ
せて、反応層中のグルコースオキシダーゼ含有量を変え
た場合の本実施例の応答特性を６回測定した平均値とバ
ラツキの巾で示している。

グルコースオキシダーゼ量は、反応層として用いた直径
６１ｍの多孔体（セルロース紙）の単位面積当りのユニ
ット単位（Ｕ）で示している。１Ｕは一定条件下で、１
分間に１μＭのグルコースを酸化できる単位である。各
反応層中の共役電子受容体のフェリシアン化カリウム量
はＩ　Ｂ　４１　ｐＭ／ｃｔｉの範囲にあるものを用い
た。試料液としてグルコース濃度４００■／ｄｉ　　の
水溶液を３０μ２滴下し、２６°Ｃで２分後に測定を行
なった。

図より明らかに、グルコースオキシダーゼ量が２０Ｕ／
ｃＪ程度含有した反応層を用いた場合は電流値が、７０
〜１ｏｏＵ／−含有した場合より約１６％低下し、バラ
ツキも大となっている。しかし、グルコース濃度が１０
０〜２００７９／ｄｉの低濃度場合には、２０〜１ｏｏ
Ｕ／ｃ４の含有量の範囲では、測定値に大きな差は見ら
れないことから、前記の電流値の低下は、酸化還元酵素
反応が不十分であった走めと考えられる。一方、グルコ
ースオキシダーゼ含有量が１ｅｓｏＵ／ｅＪの場合には
、バラツキが大となり、平均値が低下している。この現
象け、白金電極を用いた場合には見られないことから、
カーボン系電極特有のものと考えられ、例えばグルコー
スオキシダーゼが電極上に吸着したため、測定が不安定
になったと考えられる。

本発明のグルコースオキシダーゼ量を４０〜１００υ／
ｃＪの範囲とした場合には、バラツキが小さく、応答の
平均値も余り差が見られないことから、反応に必要な酵
素量が十分かつ適当量存在するため、安定な測定を行な
うことができたと考えられる。

第４図には、同様に反応層中の共役電子受容体のフェリ
シアン化カリウム含有量を変えた場合の本実施例の応答
特性を、第６回測定した平均値とバラツキの巾で示して
いる。フェリシアン化カリウムの含有量も、多孔体の単
位面積当シのモル数で示している。各反応層中のグルコ
ースオキシダーゼ量は７ｏ１１０Ｕ／ｃｔｉの範囲にあ
るものを用いた。

他の条件は、第３図の説明に示した条件と同一である。

図より明らかに、電子受容体のフェリシアン化カリウム
量が６μＭ／ｄ　　程度含有した反応層を用いた場合は
、応答電流値のバラツキは小であるが、１０〜２０μＭ
／ｃ１ｉ含有したものよシ、約１ｏ％低下していること
が分る。一方、本発明の１０〜２０μＭ／ｃｔｌの範囲
の含有量とした場合には、バラツキが小さく、平均値も
余り差が見られず、安定な測定ができることが分る。

また、含有量が２６μＭ／ｅＪと多い場合には、バラツ
キが増大し、平均値も低下していることが分る。この理
由は良く分らないが、例えば、フェリシアン化カリウム
が試料液に溶解する反応が吸熱反応であるため、反応層
中の温度が雰囲気温度より低下し、酸化還元酵素反応が
十分に進行しないことや、反応層表面がフェリシアン化
カリウムの結晶に包まれた状態になったため、試料液に
溶解・反応するのが部分的にしかおこらなかったことな
どが考えられる。

さらに、第４図に示した傾向は、白金電極を使用した場
合、グルコース濃度を変化した場合にも、はぼ共通に見
られることから、電子受容体の含有量も、酵素の場合と
同様に、反応に必要な一定量と適当量があるものと考え
られる。

第５図に、各反応層を用いたグルコースセンサのグルコ
ース濃度に対する応答特性を示している。

Ａは本発明の一例であシ、グルコースオキシダーゼを７
０　Ｕ　／　ｃｄ　、フェリシアン化カリウムを１６μ
Ｍ／Ｊそれぞれ含有した反応層を用いたものである。Ｂ
は従来例のグルコースオキシダーゼとフェリシアン化カ
リウムの含有量を一定としていない反応層を用いたもの
、Ｃはグルコースオキシダーゼが２０Ｕ／ｒ−Ｊと少な
い含有量の反応層を用いたものである。それぞれ、６回
測定を行なった平均値とバラツキの巾で示している。

図よシ、本発明の一定量の酵素と電子受容体を含有して
いる反応層を用いたセンサＡの応答は、各グルコース濃
度でのバラツキが小さく、約８００ツ／ｄｉまでの直線
性を示しており、酸化還元酵素反応が十分に進行してい
ることが分るが、従来例のＢでは、直線性は約５００１
１５１７ｄｉまでであり、かつバラツキも大である。バ
ラツキの程度はグルコース濃度には依存していないこと
から、各反応層中に含まれている酵素量・電子受容体量
のバラツキが大であるためではないかと考えられる。ま
た、酵素含有量が少ない反応層を用いたＣの場合には。

図のように、グルコース濃度が高くなると、直線性が悪
くなり、バラツキも大となる。

以上のように本実施例によれば、反応層中に含有する酵
素のグルコースオキシダーゼ量と共役電子受容体量が反
応層担体に用いた多孔体の単位面積当り、それぞれ４０
〜１００Ｕ／Ｊ、１０〜２０μＭ／ｃＩＩの範囲とする
ことによシ、酸化還元酵素反応が十分に進行し、さらに
カーボン系材料を主に用いた電極を使用しても、約ＳＯ
Ｏ■／ｄｌのグルコース濃度まで直線性を示し、安定な
測定を行なうことができる。

上記実施例では、測定極と対極のみの二電極系について
述べたが、ｉ熱極を用いた三電極系にすれば、より正確
な測定が可能である。

発明の効果 以上のように本発明によれば、カーボン系材料を用いた
測定極と対極とからなる電極系を、酸化還元酵素のグル
コースオキシダーゼと共役電子受容体を含有する多孔体
反応層で被覆する構成で、グルコースオキシダーゼ量と
共役電子受容体量が、多孔体の単位面積当りそれぞれ４
０〜１００Ｕ／ｅ４゜１Ｑ〜２０μＭ／ｅＪの範囲とす
ることにより、正確で再現性の良い測定ができるという
効果が得られると共に、安価なグルコース七／すを実現
できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例におけるグルコースセンサの平
面図、第２図は第１図のＡ　−Ａ’線に沿った断面模式
図、第３図は反応層中のグルコースオキシダーゼ量と応
答電流の相関を示した特性図、第４図は反応層中のフェ
リシアン化カリウム量と応答電流の相関を示した特性図
、第６図はグルコースセンサの応答特性図、第６図は従
来のバイオセンサの断面図である。 １２・・・・・・絶縁性基板、１３・・・・・・測定極
、１４・・・・・・対極、１ｅ・・・・・・展開層、１
７・・・・・・反応層、１８２Ｑ−Ｉす本 Ｉ３・・−５！リメー：棧 １４・−・ｎａ ″　　　　　　　鑑翠−＠ヒ１

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁性基板に少なくとも測定極と対極とからなる
   電極系を備え、この電極系を酸化還元酵素としてのグル
   コースオキシダーゼと前記酵素と共役する電子受容体を
   含有する多孔体で被覆した構成であって、前記多孔体中
   の含有グルコースオキシダーゼ量と共役電子受容体量が
   、多孔体の単位面積当り、それぞれ４０〜１００Ｕ／ｃ
   ｍ＾２、１０〜２０μＭ／ｃｍ＾２の範囲にあることを
   特徴とするグルコースセンサ。
2. （２）共役電子受容体がフェリシアン化カリウムである
   特許請求範囲第１項記載のグルコースセンサ。
3. （３）カーボン系材料を主に用いて電極系を形成してい
   る特許請求の範囲第１項記載のグルコースセンサ。