JPS63317097A - 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 本発明によるバイオセンサは、生体試料中の特定成分を
選択的に高精度で迅速かつ容易に定量でき、医療診断分
野や食品工学などに巾広く応用できるものである。

従来の技術 近年、酵素の有する特異的触媒作用を利用した種々のバ
イオセンサが開発され、特に臨床検査分野への応用が試
みられている。検査項目及び検体数が増加している現在
、迅速に精度よく測定できるバイオセンサが望まれてい
る。

グルコースセンサに例をとると、糖尿病の増加が激しい
今日、血液中の血糖値を測定し管理するには、以前のよ
うに血液を遠心分離し血漿にして測定するのでは非常に
時間がかかるため、全血で測定できるセンサが要求され
ている。簡易型としては、尿検査の時に使用されている
検査紙と同様に、スティック状の支持体に糖（、グルコ
ース）にのみ反応する酵素および酵素反応時又は酵素反
応の生成物により変化する色素を含有する担体を設　　
−置したものがある。この担体に血液を添加し、一定時
間後の色素の変化を目視又は光学的に測定する方式であ
るが、血液中の着色物による妨害が大きく精度は低い。

そこで、第６図のような多層式の分析担体が提案されて
いる（実開昭５４−１７８４９５号公報）。

これは透明な支持体９の上に試薬層１０．展開層１１．
防水層１２．濾過層１３が順に積層した構造となってい
る。血液サンプルを上部から滴下すると、まず濾過層１
３により血液中の赤血球、血小板などの固形成分が除去
され、防水層１２にある小孔１４から展開層１１へ均一
に浸透し、試薬層１ｏにおいて反応が進行する。反応終
了後、透明な支持体９を通して矢印の方向から光をあて
。

分光分析により基質濃度を測定する方式である。

従来の簡易なスティック状の担体にくらべ、複雑な構造
であるが、血球除去などにより精度は向上した。しかし
、血液の浸透および反応に時間がかかるため、サンプル
の乾燥を防ぐ防水層１２が必要となったり１反応を速め
るために高温でインキュベートする必要があり、装置お
よび担体が複雑化するという問題がある。

一方、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図に示す様な電気化学的バイオ
センサが提案されている（例えば、特開昭５９−１６６
８５２号公報）。

このバイオセンサは、絶縁基板１６にリード１８゜１９
をそれぞれ有する白金などからなる測定極１６および対
極１７を埋設し、これらの電極系の露出部分を酸化還元
酵素および電子受容体を担持した多孔体２０で覆ったも
のである。試料液を多孔体上へ滴下すると、試料液に多
孔体中に酸化還元酵素と電子受容体が溶解し、試料液中
の基質との間で酵素反応が進行し、電子受容体が還元さ
れる。

酵素反応終了後、この還元された電子受容体を電気化学
的に酸化し、このとき得られる酸化電流値から試料液中
の基質濃度を求める。

発明が解決しようとする問題点 従来の電気化学的バイオセンサの構成では、多孔体を測
定毎に取り替える必要がある。これに対しては、電極系
と一体化して解決することが試みられている。しかし、
印刷法あるいはスパッタ蒸着法などで形成される電極法
は必ずしも一定でなくまた測定液滴下中の泡の発生など
による妨害から、個々の測定精度に問題があった。

問題点を解決するための手段 本発明は、上記問題点を解決するために、絶縁性の基板
上に少なくとも複数個の同一形状の測定極とこれに対す
る共通対極からなる電極系を形成し、この上に被検液成
分の測定に必要な酵素、補酵素あるいはレドックス化合
物などの電子受容体層を設け、被検液成分の濃度に応じ
て測定される電流あるいは電位を電気化学的に順次測定
し、得られた測定値の平均を表示することにより、表示
される測定値精度の向上を図るものである。

作用 測定極を複数個にして、同一被検液成分に対する測定値
を複数得ることができる。したがって、これらのデータ
を単純平均して表示したり、あるいは異常値などを除い
て平均して表示することができる。これは測定電極のバ
ラツキを平均化することができ、また被検液中に含まれ
る恐れのある気泡あるいは反応の不均一性などから生じ
る誤差を除くことができ表示値の精度向上に貢献する。

実施例 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、検知部の構成図である。ポリエチレンフタ
レートからなる絶縁性基板に、スクリーン印刷により導
電性カーボンペーストを所定の形状に印刷し、加熱、乾
燥することにより、複数個の測定極、共通対極、参照極
からなる電極系を形成する。次に穴を開けたポリエステ
ル等の合成樹脂製の保持枠６を絶縁層６に接着し、前記
電極系２　／　、　ａ　／　、　４　／を覆う様に酵素
および電子受容体を担持した多孔体７を穴の中に保持す
る。

さらにこの多孔体７の外径より小さい径の開孔部を有す
る樹脂製カバー８を接着し、全体を一体化する。この一
体化されたバイオセンサについて、共通対極２に沿った
断面図を第２図に示す。上記で用いた多孔体は、ナイロ
ン不織布を基材とし。

酸化還元酵素としてのグルコースオキシダーゼ２００！
と、電子受容体としてのフェリシアン化カリウム４００
町を、濃度０．２５ｗｔ％の界面活性剤（ホリエチレン
グリコールアルキルフェニルエーテル）を含むｐＨｓ、
ｅのリン酸緩衝液１ｍｌに溶解した液を前記基材に含浸
後、濃度０，２５　ｗｔ％の界面活性剤を含むエタノー
ル中に浸漬して結晶化し１次に減圧乾燥して作製したも
のである。

上記の様に構成したグルコースセンサの多孔体へ試料液
としてグルコース標準液を滴下し、滴下２分後に参照極
を基準にして、各測定極に順次アノード方向へｙｏｏｍ
ｖのパルス電圧を印加することにより分極した。

この場合、添加されたグルコースは多孔体７に担持され
たグルコースオキシダーゼの作用でフェリシアン化カリ
ウムと反応してフェロシアン化カリウムを生成する。そ
こで、上記のアノード方向へのパルス電圧の印加により
、生成したフェロシアン化カリウム濃度に比例した酸化
電流が得られ。

この電流値は基質であるグルコース濃度に対応する。

第３図は、上記構成のセンサの応答特性の一例を示した
ものである。ム、Ｂ、Ｃ，Ｄ、ＩＣは電圧印加１０秒後
における各測定極の応答電流の値を参考に示したが、本
センサにおいては、異常値を示したＣを除いて平均され
た値Ｆ（＝＝３．１９μム）がグルコース濃度に換算さ
れて表示される。したがって、従来の測定極と対極で測
定した値を表示するセンサと仮定すると、この場合ム〜
Ｄの値がそのま＼表示されることになりＣのような気泡
による異常値も除くことができず、またバラツキも大き
く、その精度（ａｙ）値は１８．７であった。

これに対し、本発明の構成からなるセンサを用い。

データ処理を行なった場合は、はるかに精度の良い表示
値を得ることができることは明らかである。

第４図は、本発明によるセンサと従来の一対形センサの
特性を比較したものである。各グルコース濃度に対する
応答電流を示している。これより本発明のセンサが従来
例に比べはるかに直線性も優れ、バラツキも少ないこと
がわかる。

なお測定電極系の配置形状は、上記実施例に限定されな
いことはもちろんであり、複数個の測定極を同形な電極
系を形成するように設置することである。また電極の形
成についても実施例に限定されるものではなく、蒸着や
スパッタなどで作成することも可能である。しかし、カ
ーボンペーストのスクリーン印刷による電極は、ディス
ポーザブルタイプのバイオセンサのチップとしては、安
価に製造することができ望ましいものである。

さらに実施例のグルコースのように酸化還元酵素を用い
る場合は、応答電流を測定することが高精度を得るため
に適しているが、抗体、抗原などを用いる場合は、応答
を電位で測定する方が有利である。いずれにしても個々
の測定極で得られたデータを整理し、異常値などを除き
平均値を表示することで一対の電極系で得られる値より
、はるかに高精度で高信頼の測定が可能なセンサを提供
するものである。

発明の効果 本発明のバイオセンサは同機能の複数測定極を用い最近
進歩普及が目覚ましいマイコンチップを用いデータ処理
することにより、極めて容易に生体試料中の基質濃度を
高精度に測定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるバイオセンサの分解斜
視図、第２図はその縦断面図、第３図および第４図はバ
イオセンサの応答例、第６図および第６図は従来のバイ
オセンサの模式図である。 １・・・・・・絶縁性基板、２・・・・・・対極、３・
・・・・・測定極。 ４・・・・・・参照極。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名＼　
（’ＪＣつ　寸 区 塚 第２図 決１定電極 第３図 クルコースラ番度　（９７／−ジ 第４図 第５図 手続補正書働幻 １事件の表示 昭和６２年特許願第１５３６６７号 ２発明の名称 バイオセンサ ３補正をする者 事件との開係　　　　　　特　　許　　出　　願　　入
代　所　　大阪府門真市大字門真１００６番地名　称　
（５８２）松下電器産業株式会社代表者　　　　谷　　
井　　昭　　雄 ４代理人　〒５７１ 住　所　　大阪府門真市大字門真１００６番地松下電器
産業株式会社内 汀　３　図 ラス１１定電極 第４図 グルコース濃度　（気ｙ／ａＪワ Ｎ−ＮｒＹ）寸 区 貯 Ｎコ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 絶縁性基板上に少なくとも複数個の同一形状の測定極と
   これらに対する共通対極からなる電極系を形成し、前記
   電極系上に被検液の測定に必要な酸化還元酵素、抗体抗
   原、電子受容体の少なくとも一つを保持する担体を載置
   して一体化し、被検液中の対象とする物質濃度を電気化
   学的に前記複数個の測定極で順次あるいは並列に測定し
   、所定のデータ処理を行ない物質濃度を表示することを
   特徴とするバイオセンサ。