JPS63139246A - バイオセンサ - 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、種々の微量の生体試料中の特定成分について
、試料液を希釈することなく迅速かつ簡易に定量するこ
とのできるバイオセンサに関するものである。

従来の技術 従来、血液などの生体試料中の特定成分について、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４図に示すようなバイオセンサ
が提案されている。このバイオセンサは、絶縁性基板１
に溝状の空間部２を設け、白金線を埋めこんで測定極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ｅ、酸化還元酵素と前記酵
素と共役する電子受容体を含有する反応層７、濾過層８
、保液層９およびこれらの保持枠体ＩＱ、１１からなる
測定チップが設置されている。

以上のように構成された従来のバイオセンサについて、
以下その動作について説明する。

まず、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、酵素反応により基質濃度
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
過層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解酸化を行ない
この酸化電流よりサンプル中の基質濃度を測定するもの
である。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記の従来の構成では、保液層が上部枠体
に保持されているため、保液層と電極面との距離が一定
とならず、電極面への液の供給が不安定となるため、電
極面の一部や電極間の一部が濡れ残ることが多く、測定
が不安定で、再現性が悪いという欠点を有していた。

本発明は上記従来の問題点を解決するもので、電極上に
空間部を形成し、上部の測定チップを保持する構造体の
高さを一定の範囲に制限し、かつ液を電極上へ導くため
保液材を前記構造体に保持・密着させて、電極上への液
を十分かつ安定に供給することにより、安定した測定の
できるバイオセンサを提供することを目的とする０ 問題点を解決するための手段 この目的を達成するために本発明のバイオセンサは、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
設けた電極部の上に、液を保持するための空間部を形成
する構造体の高さを０．０５〜０．５ｍの範囲内で一定
の高さとし、かつ粘着性材料を用いることにより、電極
部へ液を導く親水性の保液材と上部測定チップとを密着
保持する構造としたものである。

作　　用 この構成により、試料液と酵素と共役電子受容体とが反
応した液は、濾過膜で巨大分子を除去された後、電極上
の構造体に密着保持されている保液材に、毛管現象によ
り吸収される。前記構造体の高さが０．０６〜０．５＋
ａ＋ａの範囲であれば、液を吸収した保液材から電極上
へ円滑に液を供給することができる◎また、構造体の高
さが一定であれば、電極上の液膜層の厚みも一定となり
やすい。

従って、構造体の高さを０．０５〜０．５ｍとすれば、
１〜２分の短時間で、３０μｇ程度の少量の試料液でも
、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。

バイオセンサの一例として、グルコースセンサについて
説明する。第１図はグルコースセンサの一実施例を示し
たもので、センサの電極部を示す平面図である。ポリエ
チレンテレフタレートの絶縁性基板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、加熱乾燥し
て、電極部１４．１５とリード部１４’、　１５’とか
らなる導電層を形成した。さらに、絶縁性樹脂ペースト
を同様に印刷・乾燥して、絶縁層１３とその窓に露出し
一定面積を有する測定極１４と対極１６を形成した。

第２図は、センサの模式断面図で、電極部上部を拡大し
たものである。電極部の上に、枠体２１と２２に展開層
１６．反応層１７および濾過膜１８をはさんだ上部構造
物を保持し、かつ電極上に空間部を形成する粘着性構造
物１９を設置した。また、保液材２０も前記粘着性構造
体に密着保持しである。

展開層１６は親水性セルロース（商品名ハイゼガーゼ）
からなり、試料液を速やかに吸収拡散させる作用をもっ
ている。反応層１７はパルプの不織布からなり、酸化還
元酵素であるグルコースオキシダーゼｏ、ｓＲ９と、前
記酵素と共役する電子受容体であるフェリシアン化カリ
ウム１．６〜を含有保持している。濾過膜１８はポリカ
ーボネイト製で孔径１μｍの多孔体膜を使用した。粘着
性構造体１９は両面粘着テープを用い、矩形状に５０ｍ
Ｘ１００ｍ＋に切断したものを２．５ｍｅ＋の幅で平行
に設置して、電極上の空間部の形成と濾過膜１８より上
部の構造物の保持を行なった。保液材２ｏは矩形状（２
０ｍｍＸ４０ｍ）のレーヨン紙を用い、長辺側の一端を
粘着性構造体１９に圧着保持した。

以上のように構成されたグルコースセンサについて、以
下その動作を説明する０ まず、試料液として血液３０μｇを展開層１６上に滴下
すると、速やかに吸引拡散して、反応層１７に吸収され
る。反応層１７に含有されている酵素のグルコースオキ
シターゼと共役電子受容体のフェリシアン化カリウムが
血液に溶解し、血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が
前記酵素反応によりフェロシアン化カリウムに還元され
、その還元量は試料液中のグルコース量に比例する。

続いて反応した血液のうち、赤血球・白血球などの巨大
分子を濾過膜１８で除去する。濾液は粘着性構造体１９
である両面粘着テープに密着した保液材２ｏのレーヨン
紙に毛管現象により速やかに吸収され、さらに電極部へ
供給される。電極が十分液に濡れた後、測定極１４と対
極１５の間で、生成した７エａシアン化カリウムを電解
酸化すると、得られた酸化電流値から試料液中のグルコ
ース量が決定できる。

従って、電極上への液の供給に長時間を要したり、液量
が不十分であると、電極の一部や電極間が濡れ残り、測
定が不安定となる。この液の供給は５種々の要因が関係
するが、試料液の性状濾過膜の孔径・多孔度、保液材の
材質・形状が同一であれば、電極面と保液材との距離、
すなわち電極部に設置している粘着性構造体の高さに支
配されていることが分った。

第３図に、前記粘着性構造体の高さと同一血液試料液で
の測定酸化電流値の関係を、６回測定した平均値とバラ
ツキの幅で示している。図よシ明らかなように、電極部
に粘着性構造体を設置せずに、電極上に保液材を直装置
いた場合には、バラツキが非常に大きくなることが分か
る。これは、保液材の繊維が電極面に接触したため電極
面積が減少したことや、保液材に含まれた液が電極面に
拡がらないため、電極面の液量が不足し、電極面の濡れ
ムラや電極間の液抵抗が増大したためと考えられる。

一方、本発明の構造体の高さが０．０５〜０．６閣の範
囲では、バラツキが小さくなっているが、０．０６〜０
　、４　ｔｅａの範囲では、構造体の高さが大となるに
つれて、平均値がやや大きくなっていることが分る。こ
れは、構造体の高さが電極上の液膜の厚みと関係し、電
流の通過断面積が大となり、液抵抗が減少するためでは
ないかと考えられる。

さらに、構造体の高さが０．４ｍ以上では、バラツキが
やや大きくなっていることが分る。これは、構造体の高
さが大となるにつれて、保液材からの電極面への液の降
下が困難になり電極面の濡れ不足による電極面積の減少
や液抵抗の増大が生じているためと考えられ、構造体の
高さを０．６＋ｍとし之場合には、電極面がほとんど濡
れていないものも発生した。従って、３０μｌ程度の微
量の試料液を用いて、電極部に十分な液量を確保するた
めには、構造体の高さが低い程有利である。

また、液の降下には、保液材のレーヨン紙の厚みも関係
しており、構造体の高さに対して０．１〜０．２鵡程度
小さいものが好ましいため、構造体の高さが大となるに
つれて、レーヨン紙の厚みも大となり、レーヨン紙自体
に保液される量が増大し、電極上の液量が減少し、また
、レーヨン紙による液抵抗が増大する傾向がある。さら
に、レーヨン紙の厚みが大となると、レーヨン紙と濾過
膜が構造体上に保持されている構造のため、濾過膜から
電極面までの距離が、構造体の高さより大きくなり、か
つバラツキも犬となり、測定が不安定となる。

しかし、構造体の高さが、本発明の０．０６〜０．５１
の範囲であれば、両面粘着テープのような材料を用いる
ことにより、高低差を吸収してほぼ一定の高さになり、
安定した測定ができた。

以上のように本実施例によれば、電極部に、０．０６〜
０　、５　ｍの範囲内で一定の高さの粘着性構造体を設
置し、保液材より上部の構造物の保持と電極部上の空間
部を形成すれば、微量の試料液でも電極上への液の供給
を円滑に行なうことができ、正確で再現性の良い測定を
行なうことができる。

また、粘着性構造体としては、上記実施例の両面粘着テ
ープ以外の熱溶着テープなども使用できる０ 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、参照極を用いた三電極方式にすれば、より正
確な測定が可能である。また、実施例のセンサは、グル
コースセンサに限らず、酵素としてコレステロールオキ
シターゼやアルコールオキシターゼを用いたコレステロ
ールセンサやアルコールセンサとしても使用できる。同
様に、電子受容体としては、本実施例のフェリシアン化
カリウムに限らず、ｐ−ベンゾキノン等を用いることも
できる。

発明の効果 以上のように本発明は、電極部に０．０５〜０．５ｍの
範囲内で一定の高さの粘着性構造体を設置し、保液材よ
り上部の構造物の保持と電極部上に空間部を確保したこ
とにより、微量の試料液でも正確で再現性の良い測定が
できるという効果が得られ、優れたバイオセンサを実現
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電極部の平面図、第２
図はバイオセンサの模式断面図、第３図はバイオセンサ
の応答電流と粘着性構造体の高さ。 との相関を示した特性図、第４図は従来のバイオセンサ
の断面図である。 １２・・・・・・絶縁性基板、１４・・・・・・測定極
、１５・・・・・・対極、１６・・・・・・展開層、１
７・・・・・・反応層、１８・・・・・・濾過膜、１９
・・・・・・粘着性構造体、２ｏ・・・・・・保液材〇 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名転　
　　　　　砺と１１りぺρ１ ″　　　　Ｏ−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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
   を設けた電極部の上に、試料液を展開するための親水性
   の展開層と酸化還元酵素および前記酵素と共役する電子
   受容体を含んだ反応層と濾過膜と、これらの保持枠とか
   らなる上部構造物を設け、前記構造物と電極部へ液を導
   くための親水性の保液材とを密着保持させ、かつ電極面
   上に液を保持する空間部を形成するため、電極系上側の
   絶縁層と上部構造物との間に粘着性構造体を介在させこ
   の粘着性構造体を０．０５〜０．５ｍｍの高さとしたこ
   とを特徴とするバイオセンサ。