JPS6358149A - バイオセンサ - Google Patents
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/28—Electrolytic cell components
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- G01N27/3271—Amperometric enzyme electrodes for analytes in body fluids, e.g. glucose in blood
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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。
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。
、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３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、絶縁基板１５
に白金などから々る測定極１１と対極１２およびそれぞ
れのリード１３．１４を埋設し、これらの電極系の露出
部を酸化還元酵素および電子受容体を含有する多孔体１
６と測定妨害物質を炉別するための濾過膜１０で覆った
ものである。試料液を多孔体１６上へ滴下すると、試料
液に多孔体中の電子受容体が溶解３ ・＼−７ して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。反応が終了した試料液のうち、血液
中の赤血球、白血球のような測定を妨害するような巨大
タンパク等を濾過膜１０で濾過し、電子受容体、塩類な
どの低分子量のもののみを含む試料反応液を電極１１．
１２上へ降下させる。電極上では前記の還元された電子
受容体を電気化学的に酸化し、このとき得られた酸化電
流値から、試料液中の基質濃度が求められるものであっ
た。
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３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、絶縁基板１５
に白金などから々る測定極１１と対極１２およびそれぞ
れのリード１３．１４を埋設し、これらの電極系の露出
部を酸化還元酵素および電子受容体を含有する多孔体１
６と測定妨害物質を炉別するための濾過膜１０で覆った
ものである。試料液を多孔体１６上へ滴下すると、試料
液に多孔体中の電子受容体が溶解３ ・＼−７ して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。反応が終了した試料液のうち、血液
中の赤血球、白血球のような測定を妨害するような巨大
タンパク等を濾過膜１０で濾過し、電子受容体、塩類な
どの低分子量のもののみを含む試料反応液を電極１１．
１２上へ降下させる。電極上では前記の還元された電子
受容体を電気化学的に酸化し、このとき得られた酸化電
流値から、試料液中の基質濃度が求められるものであっ
た。
発明が解決しようとする問題点
しかしこのよう々従来の構成では、センサとして一応使
用できるが、電極上への試料反応液の降下が不均一にな
り、電極面が十分に濡れないため、気泡が残留したり、
電極面積が減少するという現象が生じ、測定値が不安定
で、再現性が悪かった。
用できるが、電極上への試料反応液の降下が不均一にな
り、電極面が十分に濡れないため、気泡が残留したり、
電極面積が減少するという現象が生じ、測定値が不安定
で、再現性が悪かった。
本発明はこのような問題点を解決するもので、測定極及
び対極上に吸水性高分子層を設けることにより、安定な
液膜層を形成し、安定した測定を可能とすることを目的
とするものである。
び対極上に吸水性高分子層を設けることにより、安定な
液膜層を形成し、安定した測定を可能とすることを目的
とするものである。
問題点を解決するだめの手段
この問題点を解決するために、本発明は少なくとも測定
極と対極とからなる電極系上に電極面を十分に覆う吸水
性高分子層を設けたものである。
極と対極とからなる電極系上に電極面を十分に覆う吸水
性高分子層を設けたものである。
これによシ、酵素と電子受容体と試料液の反応が終了し
た反応液を、前記吸水性高分子層が吸収し、電極上にゲ
ル化した均一な反応液液膜層が形成され、安定な測定を
行なうものである。
た反応液を、前記吸水性高分子層が吸収し、電極上にゲ
ル化した均一な反応液液膜層が形成され、安定な測定を
行なうものである。
水を吸収してゲル化する高分子として、天然高分子類で
は、デンプン系、セルロース系、アルギン酸系、ガム類
、タンパク質系々どかあり、合成高分子類では、ビニル
系、アクリル酸系、無水マレイン酸系、水性ウレタン系
、ポリ電解質系なと種々あるが、特に、デンプン系、カ
ルボキシメチルセルロース系、ゼラチン系、アクリル酸
塩系。
は、デンプン系、セルロース系、アルギン酸系、ガム類
、タンパク質系々どかあり、合成高分子類では、ビニル
系、アクリル酸系、無水マレイン酸系、水性ウレタン系
、ポリ電解質系なと種々あるが、特に、デンプン系、カ
ルボキシメチルセルロース系、ゼラチン系、アクリル酸
塩系。
ビニルアルコール系、ビニルピロリドン系、無水マレイ
ン酸系のものが好ましい。これらは、単独または混合物
、共重合体であっても良い。これらの高分子は容易に水
溶液とすることができるので、適当な濃度の水溶液を塗
布、乾燥することにより、５へ一ノ 必要な厚さの薄膜を電極上に直接形成することができる
という利点がある。
ン酸系のものが好ましい。これらは、単独または混合物
、共重合体であっても良い。これらの高分子は容易に水
溶液とすることができるので、適当な濃度の水溶液を塗
布、乾燥することにより、５へ一ノ 必要な厚さの薄膜を電極上に直接形成することができる
という利点がある。
作用
この構成によシ、酵素と電子受容体と試料液とが反応し
た反応液が電極上へ降下し、電極上の吸水性高分子層に
吸収されて、電極上に密接し、電極面を十分に覆ったゲ
ル層が安定に形成されるため、電極の濡れの不均一性や
気泡の残留等は解消でき、安定な電気化学的測定ができ
る。
た反応液が電極上へ降下し、電極上の吸水性高分子層に
吸収されて、電極上に密接し、電極面を十分に覆ったゲ
ル層が安定に形成されるため、電極の濡れの不均一性や
気泡の残留等は解消でき、安定な電気化学的測定ができ
る。
実施例
以下、本発明の一実施例について説明する。
バイオセンサの一例トして、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、センサの構造の断面図である。ポリエチレ
ンテレフタレートからなる絶縁性基板８にスクリーン印
刷により、導電性カーボンペーストを印刷し、加熱乾燥
することにより、測定極６、対極７からなる電極系と、
図面では図示していないがリード部とを形成する。次に
電極系を部分的に覆い、一定の電極面積が得られ６へ−
ジ るように、絶縁性ペーストを前記同様に印刷、乾燥して
絶縁層５を形成する。多孔体１とポリカーボネイト製で
孔径１μの涙過膜２は、保持枠３゜４に保持されている
。前記多孔体１は、酸化還元酵素であるグルコースオキ
シダーゼ１００■と電子受容体としてフェリシアン化カ
リウム１５０■をリン酸緩衝液（１）Ｈ５，６）１ｒｒ
ｔに溶解した液をセルロース紙に含浸、乾燥して作製し
たものである。９は本発明による吸水性高分子層であシ
、カルボキシメチルセルロースの１％水溶液を電極上に
直接塗布、乾燥して得たもので、乾燥後の膜厚は２μで
ある。
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、センサの構造の断面図である。ポリエチレ
ンテレフタレートからなる絶縁性基板８にスクリーン印
刷により、導電性カーボンペーストを印刷し、加熱乾燥
することにより、測定極６、対極７からなる電極系と、
図面では図示していないがリード部とを形成する。次に
電極系を部分的に覆い、一定の電極面積が得られ６へ−
ジ るように、絶縁性ペーストを前記同様に印刷、乾燥して
絶縁層５を形成する。多孔体１とポリカーボネイト製で
孔径１μの涙過膜２は、保持枠３゜４に保持されている
。前記多孔体１は、酸化還元酵素であるグルコースオキ
シダーゼ１００■と電子受容体としてフェリシアン化カ
リウム１５０■をリン酸緩衝液（１）Ｈ５，６）１ｒｒ
ｔに溶解した液をセルロース紙に含浸、乾燥して作製し
たものである。９は本発明による吸水性高分子層であシ
、カルボキシメチルセルロースの１％水溶液を電極上に
直接塗布、乾燥して得たもので、乾燥後の膜厚は２μで
ある。
上記構成のグルコースセンサの多孔体１へ試料液として
グルコース水溶液を滴下し、２分後に測定極６の電位を
アノード方向へｏ、２Ｖ／秒の速度で掃引した。滴下さ
れたグルコースは、多孔体１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。この反応の終了
した試料反応液が濾過膜２を透過し、吸水性高分子層９
に７ヘー、・ 吸収されて、電極上に密接しかつ電極面積を完全に覆っ
たフェロシアン化カリウムを含む吸水性高分子による水
溶性ゲル層９が形成される。上記のアノード方向への掃
引により、生成したフェロシアン化カリウムがフェリシ
アン化カリウムに電気化学的に酸化され、酸化電流のピ
ークが得られる。
グルコース水溶液を滴下し、２分後に測定極６の電位を
アノード方向へｏ、２Ｖ／秒の速度で掃引した。滴下さ
れたグルコースは、多孔体１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。この反応の終了
した試料反応液が濾過膜２を透過し、吸水性高分子層９
に７ヘー、・ 吸収されて、電極上に密接しかつ電極面積を完全に覆っ
たフェロシアン化カリウムを含む吸水性高分子による水
溶性ゲル層９が形成される。上記のアノード方向への掃
引により、生成したフェロシアン化カリウムがフェリシ
アン化カリウムに電気化学的に酸化され、酸化電流のピ
ークが得られる。
この酸化ピーク電流値は試料中のグルコース濃度に対応
している。
している。
第２図に、この酸化ピーク電流値とグルコース濃度との
関係を示した。図中人は、本発明のカルボキシメチルセ
ルロース薄膜層を設けた場合で、Ｂは従来例の薄膜層を
設けない場合である。各グルコース濃度でそれぞれ５回
測定した平均値とバラツキの幅を示している。Ａは良い
直線性を示し、各グルコース濃度でのバラツキも小さい
が、従来例のＢではバラツキが非常に犬きく、一部で異
常に小さい電流値を示した。このように電流値が小さい
場合に電極上の状態を調べると、電極上の濡れが悪く、
電極の一部分しか濡れていカい場合か、または電極上及
び電極間に気泡が残留している場合であることが分った
。一方、吸水性高分子によるゲル層９を形成させた場合
には、濾過された液量が少量であっても、電極上に安定
で流動しにくい液層ができ、気泡の残留も見られず、電
極面が完全に濡れていることが分った。
関係を示した。図中人は、本発明のカルボキシメチルセ
ルロース薄膜層を設けた場合で、Ｂは従来例の薄膜層を
設けない場合である。各グルコース濃度でそれぞれ５回
測定した平均値とバラツキの幅を示している。Ａは良い
直線性を示し、各グルコース濃度でのバラツキも小さい
が、従来例のＢではバラツキが非常に犬きく、一部で異
常に小さい電流値を示した。このように電流値が小さい
場合に電極上の状態を調べると、電極上の濡れが悪く、
電極の一部分しか濡れていカい場合か、または電極上及
び電極間に気泡が残留している場合であることが分った
。一方、吸水性高分子によるゲル層９を形成させた場合
には、濾過された液量が少量であっても、電極上に安定
で流動しにくい液層ができ、気泡の残留も見られず、電
極面が完全に濡れていることが分った。
本発明の吸水性高分子層は、乾燥状態のもとである一定
の膜厚の範囲で有効に作用することが分り、高分子材料
によってその範囲は少し異なる。
の膜厚の範囲で有効に作用することが分り、高分子材料
によってその範囲は少し異なる。
例えば、上記カルボキシメチルセルロース薄膜層、０．
５〜５０μの膜厚が適当であるが、アクリル酸塩系高分
子のアクアキープ１ｏＳＨ（製鉄化学工業＠）製）の場
合には、０．１〜２０μの範囲が適当である。鍾々検討
した結果、安定なゲル層を形成するには、０．１〜１０
０μの範囲が好ましいことが分った。０．１μ以下の膜
厚では、液層が流動しやすく安定なゲル層が得られず、
また逆に１００μよりも厚い膜厚では、試料液が数μβ
〜数十μβの微量の場合、試料液の拡散が不十分でゲル
化しない部分が生ずるために不適当であることが分った
。
５〜５０μの膜厚が適当であるが、アクリル酸塩系高分
子のアクアキープ１ｏＳＨ（製鉄化学工業＠）製）の場
合には、０．１〜２０μの範囲が適当である。鍾々検討
した結果、安定なゲル層を形成するには、０．１〜１０
０μの範囲が好ましいことが分った。０．１μ以下の膜
厚では、液層が流動しやすく安定なゲル層が得られず、
また逆に１００μよりも厚い膜厚では、試料液が数μβ
〜数十μβの微量の場合、試料液の拡散が不十分でゲル
化しない部分が生ずるために不適当であることが分った
。
９ヘ−ジ
さらに、血液を試料液として前記グルコースセンサで測
定した場合にも、安定した値が得られた。
定した場合にも、安定した値が得られた。
そして図面では図示していないが、濾過膜２と吸水性高
分子層９の間に、セルロース、レーヨン等の親水性多孔
体の薄片を保液層として介在させた方が、試料液のｐ過
速度がより早くなり、ろ液の吸水性高分子層への吸収も
迅速、均一に行なうことができた。
分子層９の間に、セルロース、レーヨン等の親水性多孔
体の薄片を保液層として介在させた方が、試料液のｐ過
速度がより早くなり、ろ液の吸水性高分子層への吸収も
迅速、均一に行なうことができた。
上記実施例では、測定極と対極のみの二極電極系につい
て述べたが、参照極を加えた三電極方式にすれば、より
正確な測定が可能である。
て述べたが、参照極を加え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、電子受容体としては、上記実施例に用いたフェリ
シアン化カリウム以外にも、ｐ−ベンゾキノン、フェナ
ジンメトサルフェートなとも使用できる。さらに、上記
実施例のセンサは酵素として、上記実施例のグルコース
オキシダーゼ以外のアルコールオキシダーゼ、コレステ
ロールオキシダーゼ等を用いれば、アルコールサンサ、
コレステロールセンサなどにも用いることができる。
シアン化カリウム以外にも、ｐ−ベンゾキノン、フェナ
ジンメトサルフェートなとも使用できる。さらに、上記
実施例のセンサは酵素として、上記実施例のグルコース
オキシダーゼ以外のアルコールオキシダーゼ、コレステ
ロールオキシダーゼ等を用いれば、アルコールサンサ、
コレステロールセンサなどにも用いることができる。
発明の効果
１ｏヘージ
以上のように本発明のバイオセンサは、電極系上に吸水
性高分子層を設けることにより、少量の液量でも十分に
電極面を濡らす安定なゲル液層を形成し、安定で正確な
測定を可能にするという効果が得られる。
性高分子層を設けることにより、少量の液量でも十分に
電極面を濡らす安定なゲル液層を形成し、安定で正確な
測定を可能にするという効果が得られる。
第１図は本発明の一実施例であるバイオセンサの断面図
、第２図はバイオセンサの応答特性図、第３図は従来の
バイオセンサの断面図である。 １・・・・・多孔体、２・・・・・・濾過膜、５・・・
・・・絶縁層、６・・・・・・測定極、７・・・・・・
対極、８・・・・・・絶縁性基板、９・・・・・・吸水
性高分子層。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 はが１名ブー
ーー々δＭ本 竹 第２図 ヒ０ り２０ 電 お 礼 店 ■ 千戦
、第２図はバイオセンサの応答特性図、第３図は従来の
バイオセンサの断面図である。 １・・・・・多孔体、２・・・・・・濾過膜、５・・・
・・・絶縁層、６・・・・・・測定極、７・・・・・・
対極、８・・・・・・絶縁性基板、９・・・・・・吸水
性高分子層。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 はが１名ブー
ーー々δＭ本 竹 第２図 ヒ０ り２０ 電 お 礼 店 ■ 千戦
Claims (4)
- （１）少なくとも測定極と対極とからなる電極系を備え
、酵素と電子受容体と試料液の反応に際しこの物質濃度
変化を電気化学的に前記電極系で検知し、前記試料液中
の基質濃度を測定するバイオセンサであって、前記電極
系上に吸水性高分子層を形成したことを特徴とするバイ
オセンサ。 - （２）吸水性高分子層の厚さが、０．１〜１００μであ
る特許請求の範囲第１項記載のバイオセンサ。 - （３）吸水性高分子が、デンプン系、カルボキシメチル
セルロース系、ゼラチン系、アクリル酸塩系、ビニルア
ルコール系、ビニルピロリドン系、無水マレイン酸系か
らなる群のいずれかもしくはそれらの混合物である特許
請求の範囲第１項記載のバイオセンサ。 - （４）吸水性高分子層の上に親水性の多孔体からなる保
液層を設けた特許請求の範囲第１項記載のバイオセンサ
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61202217A JPH0654304B2 (ja) | 1986-08-28 | 1986-08-28 | バイオセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61202217A JPH0654304B2 (ja) | 1986-08-28 | 1986-08-28 | バイオセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6358149A true JPS6358149A (ja) | 1988-03-12 |
| JPH0654304B2 JPH0654304B2 (ja) | 1994-07-20 |
Family
ID=16453897
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61202217A Expired - Lifetime JPH0654304B2 (ja) | 1986-08-28 | 1986-08-28 | バイオセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0654304B2 (ja) |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |