JPS63168552A - Biosensor - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、膜着脱式測定電極の一種で、例えばグルコー
ス、アルブミン、尿酸、乳酸、尿素などの尿中あるいは
血液中の生体成分の濃度を測定する場合等において使用
される酵素電極や酵素免疫電極のように、例えば二極ポ
ーラ口型過酸化水素電極などで構成される測定電極本体
における応答電極面に対して、酵素固定膜や酵素標識免
疫反応処理膜などの所定の生体反応膜を取り外し可能に
装着して、所定の測定を行うように構成されている所謂
バイオセンサーに関し、従来のものに比べて取り扱いを
極めて簡便に行え、かつ、非常にシンプルかつコンパク
トな全く新規な構成を有すると共に、画期的に簡易な測
定手法を用いることができるバイオセンサーを提供せん
としてなされたものである。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention is a type of membrane-attached and removable measuring electrode, and is used to measure the concentration of biological components in urine or blood, such as glucose, albumin, uric acid, lactic acid, and urea. In enzyme electrodes and enzyme-immune electrodes used in measurements, enzyme-immobilized membranes and enzyme labels are placed on the response electrode surface of the measurement electrode body, which is composed of a bipolar hydrogen peroxide electrode, etc. Regarding so-called biosensors, which are configured to perform predetermined measurements by removably attaching a predetermined bioreaction membrane such as an immune reaction treatment membrane, they are extremely easy to handle compared to conventional ones, and This was done with the aim of providing a biosensor that has a completely new configuration that is very simple and compact, and that can use an innovatively simple measurement method.
従来のこの種のバイオセンサーは、その分解状a(生体
反応膜の非装着状態)を示している第6図(イ)、およ
び、生体反応膜を装着した測定状態を示している第6図
(ロ)から明らかなように、所定の測定を行うために、
ロンド型の測定電極本体Xの先端における応答電極面y
に対して、所定の生体反応膜C(例えば、適当な大きさ
に切断された酵素固定膜、あるいは、抗体固定担体膜に
測定対象試料としての抗原を作用させるか、または、そ
の逆の関係の処理を施すと共にサンドイツチ法あるいは
競合法等により酵素で標識して成る免疫反応処理膜など
)を装着する際には、先ず、その応答電極面yに対して
生体反応膜C自体を当て付け、次に、測定電極本体Xの
先端外周面部に対して合成樹脂製の固定用リング部材d
を、前記生体反応膜Cの周囲がその測定電極本体真の先
端外周面と固定用リング部材dの内周面とのr7uに挟
み込まれる状態に外嵌させることにより、生体反応膜C
を応答電極面yに密着させる状態に固定するようにし、
一方、測定終了後の片付けのために、あるいは、次の測
定用の新たな生体反応膜と交換するために、前記測定電
極本体Xにおける応答電極面yから生体反応膜Cを取り
外す際には、先ず、測定電極本体Xの先端外周面部から
前記固定用リング部材dを抜き取り、次に、応答電極面
yから生体反応膜C自体を剥がし取るというようにして
、測定電極本体Xにおける応答電極面yに対する生体反
応11Qcの着脱操作を行うように構成されていた。A conventional biosensor of this kind is shown in Fig. 6 (a) showing its decomposed state a (state without bioreaction membrane attached) and Fig. 6 (a) showing the measurement state with bioreaction membrane attached. As is clear from (b), in order to perform the prescribed measurement,
Response electrode surface y at the tip of Rondo-type measurement electrode body X
For example, a predetermined bioreactive membrane C (for example, an enzyme-immobilized membrane cut to an appropriate size or an antibody-immobilized carrier membrane is allowed to act on an antigen as a sample to be measured, or vice versa). When attaching an immunoreaction-treated membrane (such as an immunoreaction-treated membrane that is treated and labeled with an enzyme using the Sanderuch method or a competitive method), first apply the bioreaction membrane C itself to the response electrode surface y, and then , a fixing ring member d made of synthetic resin is attached to the outer peripheral surface of the tip of the measuring electrode body X.
By fitting the biological reaction membrane C so that the periphery of the biological reaction membrane C is sandwiched between r7u between the outer peripheral surface of the real tip of the measurement electrode body and the inner peripheral surface of the fixing ring member d, the biological reaction membrane C
is fixed in close contact with the response electrode surface y,
On the other hand, when removing the biological reaction membrane C from the response electrode surface y of the measurement electrode main body First, the fixing ring member d is removed from the outer peripheral surface of the tip of the measuring electrode main body X, and then the biological reaction membrane C itself is peeled off from the responsive electrode surface y. It was configured to perform attachment and detachment operations for biological reaction 11Qc.
また、測定に際しては、上記第6図(ロ)に示している
ように、前記生体反応膜Cを装着した測定電極本体Xの
先端部を、サンプルe(生体反応膜Cが酵素固定膜であ
る場合には、試料とバッファ溶液との混合溶液であり、
生体反応膜Cが酵素標識免疫反応処理膜である場合には
、基質とバッファ溶液との混合溶液)が収容されたビー
カーなどの反応槽f内に浸漬させるバッチ測定手法とか
、あるいは、図示はしていないが、前記生体反応膜Cを
装着した測定電極本体Xの先端部を、前記と同様のサン
プルを連続的に流動させるように構成されたフローセル
にセットする連続測定手法が採用されていた。In addition, during measurement, as shown in FIG. 6 (b) above, the tip of the measurement electrode main body In some cases, it is a mixed solution of sample and buffer solution,
When the bioreaction membrane C is an enzyme-labeled immunoreaction treated membrane, a batch measurement method may be used in which the membrane is immersed in a reaction tank f such as a beaker containing a mixed solution of a substrate and a buffer solution, or a method (not shown) may be used. However, a continuous measurement method was adopted in which the tip of the measurement electrode main body X equipped with the biological reaction membrane C was set in a flow cell configured to continuously flow the same sample as described above.
しかしながら、上記従来構成のバイオセンサーにおいて
は、生体反応膜C自体をそれ単独で取り扱わなければな
らないために、それに対する各種の処理(例えば、酵素
あるいは抗体または抗原等の固定処理、ブロッキング処
理、免疫反応処理。However, in the conventional biosensor described above, since the biological reaction membrane C itself must be handled independently, various treatments are required for it (for example, fixation treatment of enzymes, antibodies, or antigens, blocking treatment, immune reaction treatment, etc.). process.
バッファ分離処理など)を行う場合の取り扱いが非常に
困難であり、また、その処理後の生体反応膜Cは重ね合
わせることができないからその保管にも相当の注意が必
要であると共に広いスペースが必要であり、更に、その
生体反応膜Cの測定電極本体Xの応答電極面yに対する
着脱は前述したような煩雑な手操作によらねばならず、
従って、生体反応膜Cや応答電極面yを汚損し易いとい
う不都合があるばかりで無く、特に−検体毎に生体反応
膜Cの交換を行う必要のある酵素免疫電極などの場合に
は、その着脱操作は極めて面倒であり、更にまた、前述
のように、測定の度毎に、応答電極面yに対して生体反
応膜C自体を当て付けた状態で、固定用リング部材dを
測定電極本体Xの先端外周面部に外嵌させることにより
、生体反応膜Cを応答電極面yに固定するようにしてい
るために、生体反応膜Cの張力を常に一定に設定するこ
とは殆ど不可能であり、それ故に、特に、同じ生体反応
n*cに対する再測定を行う場合などにおける生体反応
膜Cの装着状態ひいては測定結果の再現性が非常に悪く
なってしまう、等といった種々の問題があった。It is very difficult to handle when carrying out buffer separation treatment, etc.), and the biological reaction membrane C after that treatment cannot be stacked on top of each other, so considerable care is required for storage and a large space is required. Furthermore, the attachment and detachment of the biological reaction membrane C to the response electrode surface y of the measurement electrode main body X must be performed by complicated manual operations as described above.
Therefore, not only is there an inconvenience that the bioreaction membrane C and the response electrode surface y are easily contaminated, but especially in the case of an enzyme immunoelectrode, etc., where the bioreaction membrane C needs to be replaced for each sample, it is difficult to attach and remove the bioreaction membrane C. The operation is extremely troublesome, and furthermore, as mentioned above, each time a measurement is made, the fixing ring member d is attached to the measuring electrode main body Since the bioreactive membrane C is fixed to the response electrode surface y by fitting onto the outer peripheral surface of the tip of the bioreactive membrane C, it is almost impossible to always set the tension of the bioreactive membrane C constant. Therefore, there have been various problems, such as the state of attachment of the biological reaction membrane C and the reproducibility of the measurement results, particularly when re-measuring the same biological reaction n*c.
その上、測定電極本体Xがロンド状に構成されていたた
めに、その測定電極本体X自体が比較的大型で複雑なも
のにならざるを得ず、また、前記第6図(ロ)に示した
ようなバッチ測定手法を用いるにせよ、あるいは、連続
測定手法を用いるにせよ、比較的大掛かりなサンプリン
グ系を必要とし、従って、測定システム全体が大型かつ
複雑になってしまうと共に、多量のサンプルを必要とす
る、という問題もあった。Moreover, since the measuring electrode main body X has a rond-like configuration, the measuring electrode main body X itself has to be relatively large and complicated, and also, as shown in FIG. 6 (b) above, Whether a batch measurement method or a continuous measurement method is used, a relatively large-scale sampling system is required, making the entire measurement system large and complex, and requiring a large amount of samples. There was also the problem of.
本発明の目的は、かかる従来問題を一挙に解消できる構
成を有する画期的なバイオセンサーを開発・提供せんと
することにある。An object of the present invention is to develop and provide an epoch-making biosensor having a configuration that can solve these conventional problems at once.
上記目的を達成するために、本発明によるバイオセンサ
ーは、底部に応答電極面が設けられた四部を上面側に形
成して成る平板状の測定電極本体と、その平板状測定電
極本体の凹部内に着脱可能に嵌め込みaZ可能な形状お
よび大きさを有する環状ホルダー部材に予め所定の生体
反応膜を一体的に保持させて成る反応膜チップとで構成
されると共に、非測定時にはバッファ溶液内に保存され
ている前記反応膜チップを前記平板状測定電極本体の凹
部内に嵌め込み載置した測定状態において、その凹部の
底部における前記応答電極面と前記生体反応膜の下面と
の間に一定厚さのバッファ溶液層が形成されるように構
成してある、という特徴を備えている。In order to achieve the above object, the biosensor according to the present invention includes a flat measuring electrode body formed of four parts on the top side with a response electrode surface provided at the bottom, and a recessed part of the flat measuring electrode body. It consists of a reaction membrane chip, which is formed by integrally holding a predetermined biological reaction membrane in an annular holder member having a shape and size that allows it to be removably inserted into the holder, and stored in a buffer solution when not measuring. In the measurement state in which the reaction membrane chip is fitted and placed in the recess of the flat measurement electrode body, a constant thickness is formed between the response electrode surface and the lower surface of the bioreaction membrane at the bottom of the recess. It is characterized in that it is configured to form a buffer solution layer.
かかる特徴構成により発揮される作用は次の通りである
。The effects achieved by this characteristic configuration are as follows.
即ち、上記本発明によるバイオセンサーにおいては、環
状ホルダー部材に予め所定の生体反応膜を一体的に保持
させて成る反応膜チップを構成してお(ことにより、生
体反応膜の取り扱いに際しては、その反応膜チップ全体
として取り扱うことができて、従来のように生体反応膜
自体をそれ単独で取り扱わなくてもよく、従って、生体
反応膜に対する各種の処理を行う場合等の取り扱いは、
反応膜チップの周囲構成部材である環状ホルダー部材を
手またはピンセットなどで持つことによって、生体反応
膜自体には直接触れること無く、非常に容易に行えるよ
うになり、また、その処理後の反応膜チップはその周囲
構成部材である環状ホルダー部材がスペーサーの機能を
果たすために重ね合わせることができるから、その保管
も容易にかつ少スペースで行うことができるようになり
、更に、前記反応膜チップの周囲構成部材である環状ホ
ルダー部材を、平板状測定電極本体の上面側に形成され
、かつ、その底部に応答電極面が設けられている凹部内
に着脱可能に嵌め込み載置可能な形状および大きさを有
するように構成してあるから、測定電極本体における応
答電極面に対する生体反応膜の着脱に際しては、従来の
ように生体反応膜自体と固定用リングとを各別に取り扱
うという煩雑かつ面倒な操作を必要とせずに、反応膜チ
ップ全体を、その周囲の環状ホルダー部材を持つことに
より生体反応膜自体には直接触れること無く、−挙に応
答電極面に対して着脱(嵌め込み載置により装着および
抜き取りにより離脱)させるというように、例えばねじ
込み式とする場合などに比較しても非常に単純なワンタ
ッチ操作で行うことができ、従って、生体反応膜や応答
電極面を汚損する虞れ無く、極めて容易かつ確実にその
着脱操作を行うことができるようになり、それ故に、特
に−検体毎に生体反応膜の交換を行う必要のある酵素免
疫電極などの場合に非常に便利である。更にまた、たと
え同じ生体反応膜に対する再測定を行う場合などにおい
ても、その反応膜チップ全体を測定電極本体における応
答電極面に再び載置装着し直すだけでよいから、従来の
如く生体反応膜自体を応答電極面に対して固定用リング
部材で再び固着し直す場合のように、生体反応膜の張力
が変化してしまうという不都合が生じることが無く、従
って、生体反応膜の装着状態ひいては測定結果の良好な
再現性を容易に確保でき、測定の信鎖性を大幅に向上さ
せることができるようになった。That is, in the biosensor according to the present invention, a reaction membrane chip is constructed by integrally holding a predetermined bioreaction membrane in advance in an annular holder member (thereby, when handling the bioreaction membrane, It can be handled as a whole reaction membrane chip, and there is no need to handle the bioreaction membrane itself separately as in the past. Therefore, when performing various treatments on the bioreaction membrane,
By holding the annular holder member, which is a component surrounding the reaction membrane chip, by hand or with tweezers, it is possible to perform the reaction very easily without directly touching the biological reaction membrane itself. The chips can be stacked together with the annular holder member that is a surrounding component serving as a spacer, so they can be stored easily and in a small space. A shape and size that allows the annular holder member, which is a surrounding component, to be removably fitted into a recess formed on the top side of the flat measuring electrode body and having a response electrode surface at its bottom. Therefore, when attaching and detaching the bioreaction membrane to the response electrode surface of the measurement electrode main body, the complicated and troublesome operation of handling the bioreaction membrane itself and the fixing ring separately as in the conventional method is eliminated. By having an annular holder member around the reaction membrane chip, the entire reaction membrane chip can be attached and removed from the response electrode surface without directly touching the biological reaction membrane itself (by fitting and placing it). This can be done with a very simple one-touch operation compared to, for example, a screw-in type.Therefore, there is no risk of contaminating the biological reaction membrane or the response electrode surface, and it is extremely easy to do. Moreover, the attachment and detachment operations can be carried out reliably, and therefore, it is very convenient especially in the case of an enzyme immunoelectrode, etc., in which the biological reaction membrane needs to be replaced for each sample. Furthermore, even when re-measuring the same bioreaction membrane, it is only necessary to place and reinstall the entire reaction membrane chip on the response electrode surface of the measurement electrode body. This eliminates the inconvenience of changing the tension of the bioreaction membrane, which would occur when the bioreaction membrane is re-fixed to the response electrode surface using a fixing ring member. It has become possible to easily ensure good reproducibility and to significantly improve the reliability of measurements.
しかも、測定電極本体を平板状に構成したことにより、
その測定電極本体自体を従来のロンド状のものに比べて
格段にシンプルかつコンパクトなものにできるようにな
り、また、測定に際しては、後述する実施例の記載から
もより一層明らかとなるように、反応膜チップにおける
生体反応膜上にサンプル(生体反応膜が酵素固定膜であ
る場合には試料溶液、生体反応膜が酵素標識免疫反応処
理膜である場合には基質溶液)をマイクロピペットなど
で滴下する、という極めて簡易な手法で行えるので、従
来のように大掛かりなサンプリング系を設ける必要が無
く、従って、測定システム全体を大幅にシンプルかつコ
ンパクトに構成できると共に、測定に必要なサンプルも
極く少量で済むようになった。Moreover, by configuring the measurement electrode body in a flat plate shape,
The measurement electrode body itself can be made much simpler and more compact than the conventional rond-shaped one, and when making measurements, as will become clearer from the description of the examples below, Drop the sample (sample solution if the bioreaction membrane is an enzyme-immobilized membrane, substrate solution if the bioreaction membrane is an enzyme-labeled immunoreaction membrane) onto the bioreaction membrane in the reaction membrane chip using a micropipette, etc. Since it can be carried out using an extremely simple method, there is no need to set up a large-scale sampling system like in the past, and the entire measurement system can be configured much simpler and more compact, and the amount of sample required for measurement is also extremely small. Now you can get away with it.
以下、本発明の具体的実施例を図面(第1図ないし第5
図)に基いて説明する。Specific embodiments of the present invention are shown below in the drawings (Figures 1 to 5).
The explanation will be based on Figure).
第1図は、本発明を適用して構成されたバイオセンサー
を示し、このバイオセンサーは、第1図(イ)に示すよ
うな平板状の測定電極本体Xと、その平板状測定電極本
体Xに対して着脱可能な部材であって、第1図(ロ)に
示すような反応膜チップZとから構成されている。FIG. 1 shows a biosensor constructed by applying the present invention, and this biosensor includes a flat measuring electrode main body X as shown in FIG. It is a member that can be attached to and detached from the reaction membrane chip Z as shown in FIG. 1 (b).
即ち、前記平板状測定電極本体Xは、同第1図(イ)に
示すように、電気絶縁性を有する合成樹脂材料から成る
平板状部材1 (この例では平面視が正方形)の上面側
に、凹部A(この例では平面視が円形)を形成すると共
に、その凹部Aの底部には、中心部の白金電極(アノー
ド) 2と、その周囲の円環状銀電極(カソード)3と
を夫々埋設して成る平坦な応答電極面Yを配設して、所
謂二極ボーラロ型過酸化水素電極に構成されている。That is, as shown in FIG. 1(a), the flat measuring electrode main body , a recess A (circular in plan view in this example) is formed, and a platinum electrode (anode) 2 at the center and an annular silver electrode (cathode) 3 around the center are formed at the bottom of the recess A, respectively. A flat, buried response electrode surface Y is provided to form a so-called bipolar Bolaro type hydrogen peroxide electrode.
なお、同図において、4は前記銀電極3に埋設された温
度補償用電極であり(これは、図示のように、熱伝導率
の高いエポキシ樹脂4゛などでモールドされている)、
また、2B、3B、4Bは、リード線2A、3A、4A
を介して前記白金電極2、銀電極3.温度補償用電極4
に夫々接続された信号取り出し用端子であって、コネク
タ部5に配置されている。また、これら信号取り出し用
端子2B、3B、4Bを備えたコネクタ部5は、この例
では平板状部材1の下面部に設けられているが、平板状
部材1の側面部に設けるようにしてもよい、更にまた、
前記白金電極(アノード)2と銀電極(カソード)3と
は、上記したような配置に限らず、例えば櫛歯状に噛み
合い対向するように配置してもよい。In addition, in the figure, 4 is a temperature compensation electrode embedded in the silver electrode 3 (as shown in the figure, this is molded with epoxy resin 4 or the like having high thermal conductivity).
Also, 2B, 3B, 4B are lead wires 2A, 3A, 4A
The platinum electrode 2, the silver electrode 3. Temperature compensation electrode 4
These are terminals for taking out signals connected to the terminals, respectively, and are arranged in the connector section 5. Further, although the connector section 5 provided with these signal extraction terminals 2B, 3B, and 4B is provided on the lower surface of the flat member 1 in this example, it may also be provided on the side surface of the flat member 1. Good, yet again.
The platinum electrode (anode) 2 and the silver electrode (cathode) 3 are not limited to the arrangement described above, but may be arranged, for example, so as to interlock with each other in a comb-teeth shape and face each other.
一方、前記反応膜チップZは、同第1図(ロ)に示すよ
うに、前記平板状測定電極本体Xにおける上面側凹部A
に対して嵌脱(嵌め込み載置装着および抜き取り離脱)
により着脱可能な形状および大きさを有する合成樹脂製
(例えば、塩化ビニル、ABS、ポリカーボネート、ポ
リプロピレンなど)の環状ホルダー部材E(この例では
円形)における所定高さ位置に形成された内周側の段部
6に、予め所定の生体反応膜C(この例では、例えば酢
酸セルロース、ポリカーボネート、ポリプロピレン、シ
リコン、テフロンなどから選定される親水性ないしは親
水性処理を施した高分子フィルムまたはその多孔性フィ
ルムに、酵素の一例であるグルコースオキシダーゼを固
定した酵素固定llClの下面側に、測定対象以外の干
渉物を阻止するための干渉阻止111c2をラミネート
したもの)を、接着または熱融着あるいは超音波融着等
の手段で直接的に固着することによって、その環状ホル
ダー部材已により生体反応膜Cを一体的に保持させたも
のである。なお、前記環状ホルダー部材Eにおける外側
下端周部には、反応膜チンプZを前記測定電極本体Xに
おける上面側凹部A内へ嵌め込み載置する際のガイド用
テーバ面7が形成されている。On the other hand, as shown in FIG.
Fitting and unfitting (fitting, mounting and removing)
An annular holder member E (circular in this example) made of synthetic resin (e.g., vinyl chloride, ABS, polycarbonate, polypropylene, etc.) and having a shape and size that can be attached and detached by A predetermined bioreactive membrane C (in this example, a hydrophilic or hydrophilic-treated polymer film selected from cellulose acetate, polycarbonate, polypropylene, silicone, Teflon, etc.) or a porous film thereof is applied in advance to the stepped portion 6. Then, an interference blocking layer 111c2 (for blocking interference other than the measurement target) is laminated on the lower surface of enzyme-immobilized llCl, which has glucose oxidase, which is an example of an enzyme, bonded, thermally fused, or ultrasonic fused. The biological reaction membrane C is integrally held by the annular holder member by directly fixing it by means such as bonding. A tapered surface 7 for guiding when the reaction membrane chimp Z is fitted into and placed in the upper surface side recess A of the measurement electrode main body X is formed on the outer lower end circumference of the annular holder member E.
ところで、前記反応膜チップZは、非測定時においては
、同第1図(ロ)で想像線で示しているように、バッフ
ァ溶液Bが収容された槽T内に保存されており、そして
、測定する際において、その槽Tのバッファ溶液B内か
ら取り出されて、第1図(ハ)に示すように、前記平板
状測定電極本体Xの凹部A内に嵌め込み載置されるもの
である。By the way, when the reaction membrane chip Z is not being measured, it is stored in a tank T containing a buffer solution B, as shown by the imaginary line in FIG. At the time of measurement, it is taken out from the buffer solution B of the tank T and fitted into the recess A of the flat measuring electrode main body X as shown in FIG. 1(c).
従って、その測定状態においては、平板状測定電極本体
Xの凹部Aの底部における前記応答電極面Yと、反応膜
チップZにおける生体反応膜Cの下面との間に、前記反
応膜チップZにおける生体反応膜Cの設置高さく内周側
段部6の高さ)で定まる一定厚さのバッファ溶液層Sが
形成されることになる。Therefore, in the measurement state, between the response electrode surface Y at the bottom of the recess A of the flat measurement electrode main body X and the lower surface of the biological reaction membrane C in the reaction membrane chip Z, the biological A buffer solution layer S having a constant thickness determined by the installation height of the reaction membrane C and the height of the inner step 6 is formed.
さて、上記のように構成されたバイオセンサーは、その
−構成要素である反応膜チップZにおける生体反応Hc
として酵素固定膜C1が使用されているから、この場合
には酵素電極として機能するものであり、第1図(ハ)
に示すように、前記平板状測定電極本体Xのコネクタ部
5に、プリアンプ8.9および演算回路10等から成る
計器本体Qを接続すると共に、その平板状測定電極本体
Xの凹部A内に反応膜チップZをピンセントなどを用い
た手操作にて嵌め込み載置し、しかる後、その反応膜チ
ップZの上方から、例えばマイクロピペットPにより少
量のサンプル(この場合はグルコースを含む試料溶液)
を滴下する、という極めて簡易な測定操作を行うだけで
、その反応膜チンプZにおける生体反応膜C(酵素固定
膜C1)の上部ないし内部で反応が起こって電極活性物
質(過酸化水素)が生成され、その電極活性物質がバッ
ファ溶液ls中に拡散してゆき、応答電極面Y(白金電
極2および銀電掻3)において応答電流が発生し、サン
プル中のグルコース濃度に対応する出力信号として取り
出されるのである。Now, the biosensor configured as described above has a biological reaction Hc in the reaction membrane chip Z, which is a component of the biosensor.
Since the enzyme-immobilized membrane C1 is used as the enzyme-immobilized membrane C1, it functions as an enzyme electrode in this case, as shown in Fig. 1 (c).
As shown in FIG. 2, an instrument body Q consisting of a preamplifier 8.9, an arithmetic circuit 10, etc. is connected to the connector portion 5 of the flat measuring electrode body The membrane chip Z is fitted and mounted manually using a pinscent or the like, and then a small amount of sample (in this case, a sample solution containing glucose) is poured from above the reaction membrane chip Z using, for example, a micropipette P.
By just performing a very simple measurement operation of dropping , a reaction occurs on or inside the biological reaction membrane C (enzyme immobilization membrane C1) in the reaction membrane Chimp Z, and an electrode active substance (hydrogen peroxide) is generated. The electrode active substance diffuses into the buffer solution ls, and a response current is generated at the response electrode surface Y (platinum electrode 2 and silver electrode 3), which is taken out as an output signal corresponding to the glucose concentration in the sample. It is possible.
ところで、第2図は、前記バッファ溶液層Sの厚さtを
種々の値に変更設定して、同一のサンプルについて測定
した場合の生のデータを示すグラフであるが、この図か
ら明らかなように、バッファ溶液層Sの厚さtが小さ過
ぎるとオーバーシュートが生じ易く、また、大き過ぎる
と応答が非常に遅くなってしまうことが判る。従って、
この実験結果からすれば、バッファ溶液層Sの厚さtは
、1100II〜200μmとなるように設定するのが
望ましいと言える。By the way, FIG. 2 is a graph showing raw data obtained when the thickness t of the buffer solution layer S is changed to various values and measurements are made on the same sample. It can be seen that if the thickness t of the buffer solution layer S is too small, overshoot tends to occur, and if it is too large, the response becomes extremely slow. Therefore,
From this experimental result, it can be said that it is desirable to set the thickness t of the buffer solution layer S to 1100 II to 200 μm.
そして、このバッファ溶液層Sの比較的小さな適当厚さ
を容易に設定できるようにするための一手段としては、
第3図の変形例に示すように、前記反応膜チップZにお
ける生体反応膜Cの設置高さく内周側段部6の高さ)を
比較的大きな所定厚さに設定する一方、平板状測定電極
本体Xの凹部Aの中央部A゛を所定高さだけ高くして、
それら反応膜チップ2における内周側段部6の高さと、
凹部Aの中央部A°の高さとの差によって、前記バッフ
ァ溶液層Sの厚さを所望の値に設定することが考えられ
る。また、反応膜チップZにおける環状ホルダー部材E
に対して生体反応膜Cを一体的に保持させるに、前記の
ように接着または熱融着あるいは超音波融着等の手段で
直接的に固着するのでは無く、この第3図の変形例にお
いて点線で示しているように、固定用リング部材りを環
状ホルダー部材E内に嵌入して、それらにより生体反応
膜Cを挟持固定するようにしてもよい、その他の構成は
上記したものと同様であるので、同じ機能を有する部材
については同じ符号を付すことにより、その説明は省略
する。One way to easily set a relatively small appropriate thickness of this buffer solution layer S is as follows.
As shown in the modified example of FIG. 3, while the installation height of the biological reaction membrane C in the reaction membrane chip Z (the height of the inner circumferential side step 6) is set to a relatively large predetermined thickness, flat measurement The central part A' of the concave part A of the electrode body X is raised by a predetermined height,
The height of the inner peripheral step portion 6 in the reaction membrane chip 2,
It is conceivable to set the thickness of the buffer solution layer S to a desired value based on the difference in height between the height of the central portion A° of the recessed portion A and the height of the central portion A° of the recessed portion A. In addition, the annular holder member E in the reaction membrane chip Z
In order to hold the bioreactive membrane C integrally with the membrane, instead of directly fixing it by means of adhesive, heat fusion, or ultrasonic fusion as described above, in the modified example shown in FIG. As shown by the dotted line, a fixing ring member may be fitted into the annular holder member E to sandwich and fix the biological reaction membrane C between them.The other configurations are the same as those described above. Therefore, members having the same functions will be designated by the same reference numerals, and their explanation will be omitted.
第4図は、上記のように構成されたバイオセンサーを用
いて、種々の濃度の標準グルコースに対する検証測定実
験を行った結果を示すグラフであり、この結果から判る
ように、非常に優れた測定精度および直線性が得られて
いる。Figure 4 is a graph showing the results of verification measurement experiments for standard glucose at various concentrations using the biosensor configured as described above. Accuracy and linearity are obtained.
また、第5図は、前記反応膜チップZにおける生体反応
膜Cとして、抗アルブミン抗体を固定した担体膜に、夫
々、測定対象試料としての種々の濃度の標準アルブミン
(抗原)を作用させて免疫反応を起こさせた後、グルコ
ースオキシダーゼ標識した抗アルブミン抗体をサンドイ
ッチ結合させて成る免疫反応処理膜を用いると共に、そ
の反応膜チ7ブZの上方から基質溶液を滴下して(この
場合には、本バイオセンサーは酵素免疫電極として使用
されていることになる)、検証測定実験を行った結果を
示すグラフであり、この結果から判るように、二分子反
応と見做される免疫反応の特徴であるS字状の検量線が
理論通りに得られており、この場合にも十分な測定精度
が確保できている。Further, FIG. 5 shows that standard albumin (antigen) of various concentrations as a sample to be measured is applied to a carrier film on which an anti-albumin antibody is immobilized as a biological reaction membrane C in the reaction membrane chip Z. After the reaction has occurred, an immunoreaction treated membrane consisting of a sandwich-bound glucose oxidase-labeled anti-albumin antibody is used, and a substrate solution is dropped from above the reaction membrane tube Z (in this case, This is a graph showing the results of a verification measurement experiment (this biosensor is used as an enzyme immunoelectrode). A certain S-shaped calibration curve was obtained according to theory, and sufficient measurement accuracy was ensured in this case as well.
以上詳述したところから明らかなように、本発明に係る
バイオセンサーによれば、底部に応答電極面が設けられ
た凹部を上面側に形成して成る平板状の測定電極本体に
おける、その凹部内に着脱可能に嵌め込み載置可能な形
状および大きさを有する環状ホルダー部材に予め所定の
生体反応膜を一体的に保持させて成る反応膜チップを構
成してあるから、従来のように生体反応M自体をそれ単
独で取り扱わなくてもよく、生体反応膜に対する各種の
処理や、反応膜チップの保管や、生体反応膜の測定電極
本体における応答電極面に対する着脱操作等を、生体反
応膜自体には直接触れること無く、従って、生体反応膜
や応答電極面を汚損する虞れ無く極めて容易に行え、し
かも、測定電極本体を平板状に構成してあるから、その
測定電極本体自体を従来のロンド状のものに比べて格段
にシンプルかつコンパクトなものにでき、また、測定に
際しては、反応膜チップにおける生体反応+1Q上にサ
ンプルをマイクロピペットなどで滴下する、という極め
て簡易な手法で行えるので、従来のように大掛かりなサ
ンプリング系を設ける必要が無<、従って、測定システ
ム全体を大幅にシンプルかつコンパクトに構成できると
共に、測定に必要なサンプルも極く少量で済む、という
種々の優れた効果が発揮されるに至った。As is clear from the detailed description above, according to the biosensor according to the present invention, the inside of the recess in the flat measuring electrode main body, which is formed on the upper surface side of the recess with the response electrode surface at the bottom, is Since the reaction membrane chip is constructed by integrally holding a predetermined bioreaction membrane in advance in an annular holder member having a shape and size that allows it to be removably fitted and placed on the There is no need to handle the bioreaction membrane itself; various treatments for the bioreaction membrane, storage of the reaction membrane chip, attachment/detachment of the bioreaction membrane to the response electrode surface of the measurement electrode body, etc., are performed on the bioreaction membrane itself. It can be carried out very easily without direct contact, and therefore without the risk of contaminating the biological reaction membrane or the response electrode surface.Moreover, since the measuring electrode body is constructed in a flat plate shape, the measuring electrode body itself can be replaced with a conventional Rondo shape. It can be made much simpler and more compact than conventional devices, and it can be measured using an extremely simple method of dropping the sample onto the biological reaction +1Q on the reaction membrane chip using a micropipette. There is no need to set up a large-scale sampling system as in It has come to pass.
第1図ないし第5図は本発明に係るバイオセンサーの具
体的実施例を示し、第1図(イ)は測定電極本体の縦断
側面図、第1図(ロ)は反応膜膜チップの縦断側面図、
第1図(ハ)は測定状態をの説明図であり、また、第2
図はバッファ溶液層の厚さの影響を調べた測定結果のグ
ラフ、第3図は変形例の縦断側面図であり、そして、第
4図は酵素電極として用いた場合の測定結果のグラフ、
第5図は酵素免疫電極として用いた場合の測定結果のグ
ラフである。
また、第6回は、本発明の技術的背景ならびに従来技術
の問題点を説明するためのものであって、第6図(イ)
は従来構成のバイオセンサーの一部断面分解側面図、第
6図(ロ)はその組付は状態および測定状態の説明図を
夫々示している。
A・・・・・・・・・凹部、
X・・・・・・・・・平板状測定電極本体、Y・・・・
・・・・・応答電穫面、
C・・・・・・・・・生体反応膜、
E・・・・・・・・・環状ホルダー部材、Z・・・・・
・・・・反応膜チップ、
B・・・・・・・・・バッファ溶液、
S・・・・・・・・・バッファ溶液層。
出願人 株式会社 堀 場 製 作 所代理人 弁理士
藤 本 英 夫
A・・・・・・・・・凹部、
X・・・・・・・・・平板状測定電極本体、Y・・・・
・・・・・応答電極面、
C・・・・・・・・・生体反応膜、
E・・・・・・・・・環状ホルダー部材、Z・・・・・
・・・・反応膜チップ、
B・・・・・・・・・バッファ溶液、
S・・・・・・・・・バッファ溶液層。
第1図
A・・・・・・・・・凹部、
X・・・・・・・・・平板状側定電模本体、Y・・・・
・・・・・応答電極面、
C・・・・・・・・・生体反応膜、
E・・・・・・・・・環状ホルダー部材、Z・・・・・
・・・・反応膜チップ、
B・・・・・・・・・バッファ溶液、
S・・・・・・・・・バッファts液層e第1図
(ハ)
第2図
1旬′
第3図
第6図
(イ) (ロ)蟻 や ・麹
喉 て
↓Figures 1 to 5 show specific embodiments of the biosensor according to the present invention, where Figure 1 (a) is a longitudinal cross-sectional side view of the measurement electrode body, and Figure 1 (b) is a longitudinal cross-sectional view of the reaction membrane chip. Side view,
Figure 1 (c) is an explanatory diagram of the measurement state, and the second
The figure is a graph of measurement results examining the influence of the thickness of the buffer solution layer, Figure 3 is a longitudinal cross-sectional side view of a modified example, and Figure 4 is a graph of measurement results when used as an enzyme electrode.
FIG. 5 is a graph of measurement results when used as an enzyme immunoelectrode. In addition, the 6th session is for explaining the technical background of the present invention and the problems of the prior art, and is shown in Figure 6 (a).
6 shows an exploded side view of a biosensor having a conventional configuration, and FIG. A: Concave portion, X: Flat measuring electrode body, Y:
...Responsive electrophotographic surface, C...Biological reaction membrane, E...Annular holder member, Z...
...Reaction membrane chip, B...Buffer solution, S...Buffer solution layer. Applicant: Horiba Manufacturing Co., Ltd. Agent: Hideo Fujimoto A: Concavity, X: Flat measuring electrode body, Y:
...Response electrode surface, C...Bioreaction membrane, E...Annular holder member, Z...
...Reaction membrane chip, B...Buffer solution, S...Buffer solution layer. Fig. 1 A: Concavity, X: Flat side constant voltage model body, Y:
...Response electrode surface, C...Bioreaction membrane, E...Annular holder member, Z...
...Reaction membrane chip, B...Buffer solution, S...Buffer ts liquid layer e Fig. 1 (c) Fig. 2 1 Season' 3 Figure 6 (a) (b) Ants and koji throat ↓
Claims (1)
成して成る平板状の測定電極本体と、その平板状測定電
極本体の凹部内に着脱可能に嵌め込み載置可能な形状お
よび大きさを有する環状ホルダー部材に予め所定の生体
反応膜を一体的に保持させて成る反応膜チップとで構成
されると共に、非測定時にはバッファ溶液内に保存され
ている前記反応膜チップを前記平板状測定電極本体の凹
部内に嵌め込み載置した測定状態において、その凹部の
底部における前記応答電極面と前記生体反応膜の下面と
の間に一定厚さのバッファ溶液層が形成されるように構
成してあることを特徴とするバイオセンサー。 〔2〕前記バッファ溶液層の厚さが100μm〜200
μmになるように構成してある特許請求の範囲第〔1〕
項に記載のバイオセンサー。[Scope of Claims] [1] A flat measuring electrode body having a recess formed on the top side with a response electrode surface provided at the bottom, and a flat measuring electrode body that is removably fitted into the recess of the flat measuring electrode body. A reaction membrane chip is formed by integrally holding a predetermined biological reaction membrane in advance in an annular holder member having a shape and size that allows the reaction membrane to be placed, and the reaction membrane chip is stored in a buffer solution when not measuring. In the measurement state in which the membrane chip is fitted and placed in the recess of the flat measurement electrode main body, a buffer solution layer of a constant thickness is formed between the response electrode surface and the lower surface of the biological reaction membrane at the bottom of the recess. A biosensor characterized in that it is configured to [2] The thickness of the buffer solution layer is 100 μm to 200 μm.
Claim No. 1 that is configured to be μm
Biosensor as described in Section.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61315219A JPS63168552A (en) | 1986-12-31 | 1986-12-31 | Biosensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61315219A JPS63168552A (en) | 1986-12-31 | 1986-12-31 | Biosensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63168552A true JPS63168552A (en) | 1988-07-12 |
Family
ID=18062830
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61315219A Pending JPS63168552A (en) | 1986-12-31 | 1986-12-31 | Biosensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63168552A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007017169A (en) * | 2005-07-05 | 2007-01-25 | Yamaha Corp | Biosensor, component detector and stress measuring method of human being |
JP2009524811A (en) * | 2006-01-27 | 2009-07-02 | インテリテクト ウォーター リミティド | Alternating comb microelectrodes and process for producing alternating comb microelectrodes |
JP2017534327A (en) * | 2014-09-23 | 2017-11-24 | エスアールアイ インターナショナルSRI International | Continuous electrochemical measurement of blood components |
-
1986
- 1986-12-31 JP JP61315219A patent/JPS63168552A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007017169A (en) * | 2005-07-05 | 2007-01-25 | Yamaha Corp | Biosensor, component detector and stress measuring method of human being |
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JP2017534327A (en) * | 2014-09-23 | 2017-11-24 | エスアールアイ インターナショナルSRI International | Continuous electrochemical measurement of blood components |
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