JPWO2005073399A1 - Phosphate ion qualitative and quantitative methods and phosphate ion sensor - Google Patents

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Abstract

(1)リン酸イオンの存在によって酵素触媒反応が起こり、酸化物を生成するような基質と酸化還元酵素、その他反応に必要とされる物質および酸化型メディエーターを用い、リン酸から還元型メディエーターを発生させ、さらにこれを酸化し、生ずる酸化電流を測定することにより、試料液中のリン酸イオンを測定する方法または(2)リン酸イオンを、リン酸イオンと反応して最終的にβ−D−グルコースを生成する基質と、このβ−D−グルコースを生成するための各反応を触媒する酵素の存在下で反応させてβ−D−グルコースを生成させ、さらに生成したβ−D−グルコースを、酸化還元酵素の存在下で酸化型メディエーターと反応させ、生じた還元型メディエーターをさらに酸化することにより生じた電流を測定する方法および(3)基板上に作用極、対極を備えたセンサにおいて、これらの酵素および試薬が作用極上および/またはその付近に配置されたリン酸イオンセンサ。(1) An enzyme-catalyzed reaction occurs due to the presence of phosphate ions, using a substrate that generates an oxide, an oxidoreductase, other substances required for the reaction, and an oxidized mediator. A method of measuring phosphate ions in a sample solution by measuring the resulting oxidation current, or (2) by reacting phosphate ions with phosphate ions and finally β- A β-D-glucose is produced by reacting in the presence of a substrate that produces D-glucose and an enzyme that catalyzes each reaction for producing this β-D-glucose. And a method of measuring the current generated by further oxidizing the resulting reduced mediator by reacting with the oxidized mediator in the presence of oxidoreductase and ( ) Acting on the substrate electrode, in a sensor having a counter electrode, phosphate ion sensor which these enzymes and reagents are placed on the working electrode and / or near.

Description

本発明は、リン酸イオンの定性・定量法およびリン酸イオンセンサに関する。さらに詳しくは、電子伝達を利用するメディエーターを使用し、試料液中のリン酸イオンを電気化学的に検出し、定性または定量可能なリン酸イオンの定性・定量法およびそれに用いられるリン酸イオンセンサに関する。  The present invention relates to a qualitative and quantitative method for phosphate ions and a phosphate ion sensor. More specifically, a qualitative / quantitative method for quantifying phosphate ions that can be qualitatively or quantitatively detected by electrochemically detecting phosphate ions in a sample solution using a mediator utilizing electron transfer, and a phosphate ion sensor used therefor About.

従来、リン酸イオンの定量法としては、吸光光度法、容量法、原子吸光法、重量法、バイオセンサ法等の測定方法が知られている。吸光光度法の中には、モリブドリン酸法、モリブデンブルー法、バナドモリブドリン酸法等がある。これらの測定法は、各試薬をリン酸に反応させた後、それぞれの反応物質に特有な波長の吸収光を照射して吸光度を測り、その結果からリン酸イオンの含有量を測定する方法である。また、容量法は、反応の終点まで濃度既知の塩基を加えその容量を測定することにより、リン酸イオンの含有量を測定する方法であって、中和滴定やキレート滴定等がある。さらに、原子吸光法は、一旦リン酸をモリブデン酸アンモニウムとして沈澱させ、これをろ過し、再び溶解させてモリブデンを原子吸光で定量する方法であり、重量法は、マグネシア混液中でマグネシウムと沈澱を生じさせた後、焼成してMgを秤量する方法である。Conventionally, measurement methods such as an absorptiometry, a volumetric method, an atomic absorption method, a gravimetric method, and a biosensor method are known as a quantification method for phosphate ions. Among the spectrophotometric methods, there are a molybdophosphoric acid method, a molybdenum blue method, a vanad molybdophosphoric acid method, and the like. These measurement methods are methods in which each reagent is reacted with phosphoric acid, and then the absorbance is measured by irradiating absorption light having a wavelength specific to each reactant, and the phosphate ion content is measured from the result. is there. The volume method is a method of measuring the content of phosphate ions by adding a base having a known concentration until the end of the reaction, and measuring the volume, and includes neutralization titration and chelate titration. Furthermore, the atomic absorption method is a method in which phosphoric acid is once precipitated as ammonium molybdate, filtered, dissolved again, and molybdenum is quantified by atomic absorption. The gravimetric method is a method in which magnesium and precipitate are precipitated in a magnesia mixture. This is a method of weighing and Mg 2 P 2 O 7 after firing.

しかしながら、上記吸光光度法では、測定物質の固有波長に近似した波長を有する他の物質の影響を受けるため、正確な測定値を得られ難いという不具合がある。一方、容量法、原子吸光法、重量法などは正確な定量を行えるが、操作に熟練を要するため使用者の制限があり、さらに携帯ができないため、オンサイトモニタリング(現場測定)など、現場での簡便かつ迅速な測定が不可能であるという不具合がある。さらに、上記のいずれの方法も、リン酸イオンを測定するための化学反応に重金属イオンなど、環境に負荷を与える物質を使用するという問題点があった。  However, the absorptiometric method has a problem that it is difficult to obtain an accurate measurement value because it is affected by another substance having a wavelength approximate to the intrinsic wavelength of the measurement substance. On the other hand, the volumetric method, atomic absorption method, gravimetric method, etc. can be used for accurate quantification, but because of the skill required for operation, there are restrictions on the user, and since it is not portable, it can be carried onsite such as on-site monitoring (on-site measurement). However, there is a problem that simple and rapid measurement is impossible. Furthermore, each of the above methods has a problem in that a substance that gives load to the environment, such as heavy metal ions, is used in a chemical reaction for measuring phosphate ions.

こうした問題を解決するために、バイオセンサが注目されるようになった。バイオセンサを使用するリン酸イオンの測定には、材料として生体認識素子など、生体由来の材料が多く使用され、環境への影響が少ないため、極めて優れた方法であるといえる。そのために、これまで多くのバイオセンサが提案されている。そして、リン酸イオン計測用の卓上型自動計測装置も研究開発され、その成果が報告されている。  In order to solve these problems, biosensors have attracted attention. The measurement of phosphate ions using a biosensor is an extremely excellent method because many biological materials such as biological recognition elements are used as the material, and the influence on the environment is small. Therefore, many biosensors have been proposed so far. And the desktop type automatic measuring device for phosphate ion measurement is researched and developed, and the result is reported.

バイオセンサ法によるリン酸イオンの定量法には、これまでに多くの報告がある。まず、最初に報告されたのはアルカリホスファターゼとグルコースオキシダーゼを組み合わせたリン酸イオンセンサである。

Figure 2005073399
この酵素反応系では、試料液中のリン酸イオンによってアルカリホスファターゼ反応(1)が阻害される。この阻害の度合いが、グルコースオキシダーゼ反応(2)で消費される酸素量として求められる。これらの酵素は、白金電極上に膜を使用して固定化されており、酸素消費量からリン酸イオン濃度が求められる。There have been many reports on quantification of phosphate ions by the biosensor method. First, a phosphate ion sensor combining alkaline phosphatase and glucose oxidase was first reported.
Figure 2005073399
In this enzyme reaction system, the alkaline phosphatase reaction (1) is inhibited by phosphate ions in the sample solution. The degree of inhibition is determined as the amount of oxygen consumed in the glucose oxidase reaction (2). These enzymes are immobilized on a platinum electrode using a membrane, and the phosphate ion concentration is determined from the oxygen consumption.

その後、微細藻類や植物を用いるリン酸イオン計測用バイオセンサが提案された。このセンサは、緑藻類の一種であるChlorella vulgarisを認識素子として用い、これと酸素電極を組み合わせた微生物センサによりリン酸イオン計測を行った。この微生物センサは、Chlorella vulgarisがリン酸イオンの存在下で、光合成による酸素発生量が著しく増加することを利用したものであり、Chlorella vulgarisを酸素電極上の光透過性膜に吸着固定し、この電極と反射ランプとを組み合わせ、酸素増加量を電気化学的に測定するという原理に基づいている。Subsequently, a biosensor for measuring phosphate ions using microalgae and plants was proposed. In this sensor, Chlorella vulgaris , a kind of green algae, was used as a recognition element, and phosphate ions were measured by a microbial sensor in combination with an oxygen electrode. This microbial sensor utilizes the fact that Chlorella vulgaris significantly increases the amount of oxygen generated by photosynthesis in the presence of phosphate ions. Chlorella vulgaris is adsorbed and immobilized on a light permeable membrane on an oxygen electrode. This is based on the principle of combining an electrode and a reflective lamp and electrochemically measuring the amount of oxygen increase.

また、植物を利用した方法としては、酸性ホスファターゼを多く含むSolanum tuberosumの組織切片にグルコースオキシダーゼを加え、リン酸イオンによる阻害作用の原理を利用してリン酸イオン濃度を電気化学的に計測するセンサシステムとしたものがある。さらに、同じ原理で酸性ホスファターゼ反応の阻害を利用した方法が、ジャガイモの組織切片を用いて行われている。In addition, as a method using plants, a sensor that electrochemically measures phosphate ion concentration by adding glucose oxidase to a tissue section of Solanum tuberosum that contains a lot of acid phosphatase and using the principle of inhibitory action by phosphate ions There is a system. Furthermore, a method using inhibition of acid phosphatase reaction on the same principle has been carried out using potato tissue sections.

一方、ヌクレオシドホスフォリラーゼとキサンチンオキシダーゼ反応を組み合わせた酵素センサの開発も広く行われている。

Figure 2005073399
これらの酵素反応系を用いた最初のセンサは、2つの酵素反応(3)、(4)によって生成した過酸化水素を電極で測定して、リン酸イオン濃度を計測するものである。On the other hand, enzyme sensors that combine a nucleoside phosphorylase and a xanthine oxidase reaction have been widely developed.
Figure 2005073399
The first sensor using these enzyme reaction systems measures the phosphate ion concentration by measuring the hydrogen peroxide generated by the two enzyme reactions (3) and (4) with an electrode.

尿酸と渦酸化水素の2つの反応生成物を同時に測定するセンサも提案され、高感度化に成功した。さらに、アルカリホスファターゼ反応を用いて、リン酸イオンを増幅して高感度化を図り、またフローインジェクション分析(FIA)法によって、あるいはFIA法と化学発光法を組み合わせて、それぞれリン酸イオンを高感度に計測可能としている。このように(3)と(4)の反応を組み合わせた多くのセンサが報告されている。  A sensor that measures two reaction products of uric acid and vortex hydrogen oxide at the same time has also been proposed and succeeded in achieving high sensitivity. In addition, the alkaline phosphatase reaction is used to amplify phosphate ions to increase sensitivity, and the phosphate ions are highly sensitive by flow injection analysis (FIA) method or by combining FIA method and chemiluminescence method. Can be measured. Thus, many sensors that combine the reactions of (3) and (4) have been reported.

ピルビン酸オキシダーゼ反応と電極法、化学発光法を利用したリン酸イオンセンサも提案されており、ピルビン酸オキシダーゼの反応式は以下の如くである。

Figure 2005073399
この酵素反応ではこれまで開発されたセンサとは異なり、1種類の酵素のみが反応に寄与する特徴を有している。しかし、電極法を用いた電流測定型センサは、ピルビン酸オキシダーゼ反応(5)で消費された酸素の濃度を測定して、リン酸イオン濃度を計測している。A phosphate ion sensor using a pyruvate oxidase reaction, an electrode method, and a chemiluminescence method has also been proposed. The reaction formula of pyruvate oxidase is as follows.
Figure 2005073399
Unlike the sensors developed so far, this enzyme reaction has a characteristic that only one kind of enzyme contributes to the reaction. However, the amperometric sensor using the electrode method measures the concentration of phosphate ions by measuring the concentration of oxygen consumed in the pyruvate oxidase reaction (5).

次に化学発光法に着目し、FIA型酵素センサの開発が行われ、このセンサは送液ポンプとインジェクター、酵素固定化カラム、ミキシングジョイント、化学発光検出部、レコーダーから構成されている。このセンサでは、ピルビン酸オキシダーゼをグルタルアルデヒドによる共有結合法を用いて多孔性ガラスビーズに固定化し、これをカラムに充填しており、発光試薬液としては発光体としてルミノールと、その反応を触媒するペルオキシダーゼとが使用されている。  Next, focusing on the chemiluminescence method, an FIA type enzyme sensor has been developed, and this sensor is composed of a liquid feed pump and an injector, an enzyme-immobilized column, a mixing joint, a chemiluminescence detector, and a recorder. In this sensor, pyruvate oxidase is immobilized on porous glass beads using a covalent bond method with glutaraldehyde, and this is packed in a column. As a luminescent reagent solution, luminol is used as a luminescent material, and the reaction is catalyzed. Peroxidase is used.

しかしながら、リン酸イオン測定用バイオセンサでは、酵素反応によって減少する酸素濃度または生成する過酸化水素濃度を測定する方式に限られていたため、溶存酸素濃度の影響が避けられない。さらに、酸素濃度または過酸化水素濃度を電極で計る場合には、電極間の印加電圧の設定を高くする必要があり、印加電圧を上げることは、例えば夾雑物質を多く含む環境水や食品、体液などに含まれる還元性の物質の影響を受けやすく、正確な測定を困難にするという問題がみられる。同様に、過酸化水素濃度をルミノールの化学発光法により測定することで、リン酸イオン濃度を測定するセンサにおいても、高感度ではあるが特異性に劣る化学発光法を用いることにより、還元性の物質などを始めとする種々の夾雑物質の影響を避けることができない。  However, since the biosensor for measuring phosphate ions is limited to the method of measuring the oxygen concentration that is reduced by the enzyme reaction or the hydrogen peroxide concentration that is generated, the influence of the dissolved oxygen concentration is inevitable. Furthermore, when measuring the oxygen concentration or the hydrogen peroxide concentration with electrodes, it is necessary to increase the setting of the applied voltage between the electrodes. Increasing the applied voltage can be achieved by, for example, environmental water, foods, body fluids containing a large amount of contaminants. There is a problem that accurate measurement is difficult because it is easily affected by reducing substances contained in the above. Similarly, by measuring the hydrogen peroxide concentration by the luminol chemiluminescence method, even in sensors that measure the phosphate ion concentration, by using a chemiluminescence method that is highly sensitive but inferior in specificity, it is possible to reduce reductivity. The influence of various contaminants including substances cannot be avoided.

さらに、測定感度および得られる信号の再現性を向上させるために、使用する酵素をカラム内に充填したビーズに多量に固定化する必要があり、その固定化に煩雑な操作と酵素の扱いについての熟練を要するなどの問題があった。  Furthermore, in order to improve the measurement sensitivity and the reproducibility of the signal obtained, it is necessary to immobilize a large amount of the enzyme to be used on the beads packed in the column. There were problems such as requiring skill.

以上で述べたリン酸イオンの測定法およびリン酸イオンセンサは全て、試料液中の夾雑物質および溶存酸素の影響が避けられず、さらに測定には家庭用の電源を要すること、装置が持ち運びできないこと、使い捨て型でないために、カラムや電極表面に固定化した酵素は繰り返しの使用に耐え得る程度の安定性が要求されていたことなど、共通した多くの問題点を有している。  All of the phosphate ion measurement methods and phosphate ion sensors described above are unavoidable by the influence of contaminants and dissolved oxygen in the sample solution, and the measurement requires a household power supply and the device is not portable. In addition, since it is not a disposable type, the enzyme immobilized on the surface of the column or electrode has many common problems, such as that the stability required to withstand repeated use is required.

最近になって、新しい酵素反応系を用いる化学発光とFIAシステムを組み合わせたリン酸イオン計測用バイオセンサが提案された。この反応系では、マルトースとリン酸イオンを基質とするマルトースホスフォリラーゼ反応から始まり、その生成物であるα−D−グルコースはムタロターゼによってβ−D−グルコースになり、グルコースオキシダーゼ反応によって過酸化水素を生成するので、過酸化水素を含む接触液にペルオキシダーゼ/ルミノール系検出試薬を混合して生ずる化学発光の発光量を測定して、リン酸イオン濃度を測定している。このセンサのリン酸イオンの検出下限は10nM(0.001ppm)であり、環境計測には十分な感度であった。しかるに、あくまで過酸化水素を測定するものであるため、妨害物質の影響を受けやすいといった問題点があった。また、FIA法を用いているため、センサを携帯することは難しかった。  Recently, a biosensor for measuring phosphate ions that combines chemiluminescence using a new enzyme reaction system and an FIA system has been proposed. In this reaction system, a maltose phosphorylase reaction using maltose and phosphate ions as substrates is started, and the product α-D-glucose is converted to β-D-glucose by mutarotase, and hydrogen peroxide by glucose oxidase reaction. Therefore, the phosphoric acid ion concentration is measured by measuring the amount of chemiluminescence produced by mixing a peroxidase / luminol detection reagent with a contact solution containing hydrogen peroxide. The lower limit of detection of phosphate ions of this sensor was 10 nM (0.001 ppm), and the sensitivity was sufficient for environmental measurement. However, since hydrogen peroxide is only measured, there is a problem that it is easily affected by interfering substances. In addition, since the FIA method is used, it is difficult to carry the sensor.

特公平08−020401号公報Japanese Patent Publication No. 08-020401 特開平05−093692号公報(特許第2,595,141号公報)JP 05-093692 A (Patent No. 2,595,141) 特開平09−220085号公報Japanese Patent Laid-Open No. 09-220085 特開平11−290096号公報JP 11-290096 A Talanta 第50巻,第799−807頁(1999年)Taanta 50, 799-807 (1999)

本発明の目的は、被検査試料液中の溶存酸素濃度や塩分、夾雑物質等の影響を受けることなく、リン酸イオンを正確に測定することが可能なリン酸イオン濃度の測定法およびそれに用いられる携帯可能な使い捨てタイプのリン酸イオンセンサを提供することにある。  An object of the present invention is to provide a method for measuring a phosphate ion concentration capable of accurately measuring a phosphate ion without being affected by dissolved oxygen concentration, salinity, contaminants, etc. in a sample liquid to be inspected, and to be used for it. An object of the present invention is to provide a portable disposable ion sensor.

かかる本発明の目的は、(1)リン酸イオンと反応して酸化物となる基質とこの酸化物を生成するための反応を触媒する酸化還元酵素の存在下で反応させるに際し、酸化型メディエーターを共存させることにより生じた還元型メディエーターをさらに酸化することにより生じた電流を測定する方法または(2)リン酸イオンを、リン酸イオンと反応して最終的にβ−D−グルコースを生成する基質と、このβ−D−グルコースを生成するための各反応を触媒する酵素の存在下で反応させてβ−D−グルコースを生成させ、さらに生成したβ−D−グルコースを、酸化還元酵素の存在下で酸化型メディエーターと反応させ、生じた還元型メディエーターをさらに酸化することにより生じた電流を測定する方法および(3)基板上に作用極、対極を備えたセンサにおいて、これらの酵素および試薬が作用極上および/またはその付近に配置されたリン酸イオンセンサよって達成される。  The object of the present invention is as follows: (1) When an oxidoreductase that reacts with a phosphate ion in the presence of an oxidoreductase that catalyzes a reaction for producing this oxide, an oxidized mediator is used. A method of measuring a current generated by further oxidizing a reduced mediator generated by coexistence, or (2) a substrate which finally reacts with phosphate ions to generate β-D-glucose And β-D-glucose by reacting in the presence of an enzyme that catalyzes each reaction for generating β-D-glucose, and the generated β-D-glucose is converted into the presence of oxidoreductase. And a method of measuring the current generated by further oxidizing the reduced mediator produced by reacting with the oxidized mediator and (3) providing a working electrode and a counter electrode on the substrate. In example was sensors, these enzymes and reagents are achieved working electrode and / or by phosphate ion sensor arranged in vicinity.

本発明方法により、メディエーターを用いることで、試料液中の夾雑物質、塩分や溶存酸素の影響を受けず、例えば前記過酸化水素系に比べて大きな出力値を得ることができるので、リン酸イオンを始めとする種々の測定対象物質を正確に測定することが可能となる。また、本発明方法(1)では単純な酵素反応系を用いているため、使用する酵素の数が少なく、簡便にセンサを製造・使用することが可能であり、製造・操作コスト的にも有利である。さらに繰り返し再現性の高いセンサの構築も可能となる。  By using the mediator according to the method of the present invention, it is possible to obtain a large output value as compared with, for example, the hydrogen peroxide system, without being affected by contaminants, salt or dissolved oxygen in the sample solution. It becomes possible to accurately measure various substances to be measured such as. In addition, since the method (1) of the present invention uses a simple enzyme reaction system, the number of enzymes to be used is small, a sensor can be easily manufactured and used, and it is advantageous in terms of manufacturing and operating costs. It is. Furthermore, it is possible to construct a sensor with high repeatability.

また、オンサイトモニタリングを実現する使い捨てバイオセンサに本発明方法を応用することにより、携帯可能(on−site monitoring)な使い捨てタイプのリン酸イオンセンサが提供される。さらに、本発明方法(1)および(2)において、リン酸イオン以外の基質を十分に存在させた場合には、酸性ホスファターゼ活性が測定可能であり、前立腺の腫瘍マーカーの検出に用いることもできる。  Further, by applying the method of the present invention to a disposable biosensor that realizes on-site monitoring, a disposable phosphate ion sensor that is portable (on-site monitoring) is provided. Furthermore, in the methods (1) and (2) of the present invention, when a substrate other than phosphate ions is sufficiently present, the acid phosphatase activity can be measured and can also be used for detection of prostate tumor markers. .

本発明方法(1)においては、リン酸イオンの存在によって酵素触媒反応が起こり、酸化物を生成するような基質と酸化還元酵素、その他反応に必要とされる物質および酸化型メディエーターを用い、リン酸から還元型メディエーターを発生させ、さらにこれを酸化し、生ずる酸化電流を測定することにより、試料液中のリン酸イオンが測定される。  In the method (1) of the present invention, an enzyme-catalyzed reaction occurs due to the presence of phosphate ions, and a substrate that generates an oxide, an oxidoreductase, other substances required for the reaction, and an oxidized mediator are used. Phosphate ions in the sample solution are measured by generating a reduced mediator from the acid, further oxidizing it, and measuring the resulting oxidation current.

酸化物を生成するような触媒反応系としては、例えば前記式(5)に示されるようなものが挙げられる。
(1)ピルビン酸オキシダーゼ系

Figure 2005073399
この反応は、リン酸イオンを酸化還元酵素であるピルビン酸オキシダーゼと基質であるピルビン酸、補酵素としてのフラビンアデニンジヌクレオチド(FAD)、チアミンピロリン酸(TPP)および活性化剤としてのマグネシウムイオンの存在下で反応させるものである。ここで反応に際し、電子伝達体としての酸化型メディエーターを共存させると、還元型メディエーターが発生するため、この還元型メディエーターをさらに酸化することにより生じた電流を測定することで基質であるリン酸イオンの定性・定量が可能となる。Examples of the catalytic reaction system that generates an oxide include those represented by the above formula (5).
(1) Pyruvate oxidase system
Figure 2005073399
This reaction involves the conversion of phosphate ions from pyruvate oxidase, which is an oxidoreductase, and pyruvate, which is a substrate, flavin adenine dinucleotide (FAD), thiamine pyrophosphate (TPP) as a coenzyme, and magnesium ion as an activator. It reacts in the presence. Here, when an oxidized mediator as an electron carrier is coexisted in the reaction, a reduced mediator is generated. Therefore, by measuring the current generated by further oxidizing this reduced mediator, a phosphate ion as a substrate is measured. Can be qualitatively and quantitatively determined.

メディエーターとしては、フェリシアン化カリウム、フェロセン、パラベンゾキノンなどが用いられる。メディエーターとして、フェリシアン化カリウムKFe(CN)を用いた場合には、ピルビン酸等との反応は次のように進行する。

Figure 2005073399
この際発生したフェロシアンイオンは、作用極で酸化されて酸化電流を生ずる。
Figure 2005073399
As the mediator, potassium ferricyanide, ferrocene, parabenzoquinone, or the like is used. When potassium ferricyanide K 3 Fe (CN) 6 is used as a mediator, the reaction with pyruvic acid or the like proceeds as follows.
Figure 2005073399
The ferrocyan ion generated at this time is oxidized at the working electrode to generate an oxidation current.
Figure 2005073399

また、メディエーターとしてフェリシアン化カリウムの代わりにパラベンゾキノンを用いた場合には、ピルビン酸オキシダーゼ存在下でのピルビン酸とパラベンゾキノンとの反応でヒドロキノンが生成し、この際生成したヒドロキノンは作用極で酸化され、酸化電流を生ずるのでその値が測定される。

Figure 2005073399
In addition, when parabenzoquinone is used instead of potassium ferricyanide as a mediator, hydroquinone is produced by the reaction of pyruvate and parabenzoquinone in the presence of pyruvate oxidase, and the hydroquinone produced at this time is oxidized at the working electrode. Since an oxidation current is generated, its value is measured.
Figure 2005073399

ピルビン酸がピルビン酸オキシダーゼ等の酵素の存在下で酸化されてアセチルリン酸を生成させ、そのとき発生するHを作用極上で酸化し、その際の酸化電流値を測定することにより、リン酸イオン濃度を間接的に求める方法は従来技術で述べた如くである。しかしながら、かかる方法では、測定液が海水など妨害物質を含む場合には正確なリン酸濃度を測定することができない。しかるに、メディエーターをピルビン酸オキシダーゼ等と共に用いると、妨害物質に影響を受けることなくリン酸濃度を正確に測定することが可能となる。Pyruvate is oxidized in the presence of an enzyme such as pyruvate oxidase to produce acetyl phosphate, H 2 O 2 generated at that time is oxidized on the working electrode, and the oxidation current value at that time is measured, The method for indirectly determining the phosphate ion concentration is as described in the prior art. However, in such a method, when the measurement liquid contains an interfering substance such as seawater, it is not possible to measure an accurate phosphoric acid concentration. However, when the mediator is used together with pyruvate oxidase or the like, the phosphate concentration can be accurately measured without being affected by the interfering substance.

リン酸イオンの測定には、基板上に作用極および対極、さらに必要に応じて参照極を設け、作用極上および/またはその付近に測定に必要な酵素および試薬を配したセンサが好んで用いられる。このようなセンサとしては、例えばセラミックス、ガラス、プラスチック、紙、生分解性材料(例えば、微生物生産ポリエステル等)などの絶縁性基板にスクリーン印刷法、蒸着法、スパッタリング法などによって白金、金、カーボン等から形成された各電極が形成され、作用極上および/またはその付近に架橋法、共有結合法、イオン結合法等により酵素および試薬を固定化したものなどが用いられる。  For the measurement of phosphate ions, a sensor is preferably used in which a working electrode and a counter electrode are provided on a substrate, and a reference electrode is provided if necessary, and enzymes and reagents necessary for the measurement are arranged on and / or in the vicinity of the working electrode. . Examples of such sensors include platinum, gold, and carbon by an insulating substrate such as ceramics, glass, plastic, paper, and biodegradable materials (for example, microbial production polyester) by screen printing, vapor deposition, sputtering, etc. Each of the electrodes is formed on the working electrode and / or in the vicinity thereof, and an enzyme and reagent are immobilized by a crosslinking method, a covalent bonding method, an ionic bonding method, or the like.

かかるリン酸濃度の測定に際しては、既製のメディエーターを使用しているバイオセンサ、例えばグルコースオキシダーゼ(EC1.1.3.4.)、グルコースデヒドロゲナーゼ(EC1.1.1.47、1.1.1.118、1.1.1.119、1.1.99.10.)またはピロロキノリンキノングルコースデヒドロゲナーゼなどの酸化還元酵素およびメディエーターを使用する血糖センサ、血中乳酸センサおよび食品用のグルコースセンサ等を用いることができ、これらとしては市販のもの、例えば血糖センサとしては、アークレイ製品グルテストPRO R(グルコースオキシダーゼおよびフェリシアン化カリウム使用)、同社製品グルテストNeo(グルコースデヒドロゲナーゼおよびフェリシアン化カリウム使用)、TheraSense社製品フリースタイル(ピロロキノリンキノングルコースデヒドロゲナーゼおよびオスウミウム複合体使用)等を、血中乳酸センサとしては、京都第一科学製品ラクテート・プロ(乳酸オキシダーゼとフェリシアン化カリウムを使用)およびグルコースセンサとしては、NOK製品グルコースメーターGM1000(食品用、グルコースオキシダーゼとフェリシアン化カリウムを使用)等をそのまま用いることもできる。すなわち、市販の血糖センサに配されているメディエーターおよび電極等を使用することにより、簡便にリン酸イオンの定性・定量が可能となる。ただしこの場合には、予めグルコースオキシダーゼまたはグルコースデヒドロゲナーゼなどを使用して、試料液中のグルコースを消去しておく必要がある。  In measuring the phosphoric acid concentration, biosensors using off-the-shelf mediators such as glucose oxidase (EC 1.1.3.4.), Glucose dehydrogenase (EC 1.1.1.47, 1.1.1) are used. .118, 1.1.1.119, 1.1.9.10.10) or pyrroloquinoline quinone glucose dehydrogenase and other blood glucose sensors, blood lactate sensors and food glucose sensors using mediators, etc. These are commercially available, for example, ARKRAY product Glutest PRO R (using glucose oxidase and potassium ferricyanide), Glutest Neo (using glucose dehydrogenase and potassium ferricyanide), The, as a blood glucose sensor, The aSense product freestyle (uses pyrroloquinoline quinone glucose dehydrogenase and osmium complex) NOK product glucose meter GM1000 (for food, using glucose oxidase and potassium ferricyanide) or the like can be used as it is. That is, by using a mediator, an electrode, and the like arranged in a commercially available blood glucose sensor, it is possible to easily qualitatively and quantitatively determine phosphate ions. However, in this case, it is necessary to erase glucose in the sample solution in advance using glucose oxidase or glucose dehydrogenase.

血糖センサは、グルコースを測定することを目的とするものであって、一般には、上記の如き絶縁性基板に白金、金、カーボン等から形成された各電極が形成され、作用極上および/またはその付近にグルコースオキシダーゼ、グルコースデヒドロゲナーゼなどの酸化還元酵素およびメディエーターを配置したものである。市販の血糖センサは、センサ自身は包装により湿気や光などの影響を絶った状態で保存されているため持ち運びに便利であり、センサの反応検出部における電極表面は試薬層により保護されているため、それを用いた場合には、場所を選ぶことがなく手軽に測定が可能であるというバイオセンサの新しい特徴が発揮される。このような血糖センサは、近年の開発競争の激化によって、測定の精度や再現性などが年々向上している。また、血糖センサは、夾雑物質に富んだ血液(全血)中にわずかに溶けているグルコースを選択的に測定するために、基質特異性に優れた酵素であるグルコースオキシダーゼまたはグルコースデヒドロゲナーゼを使用して触媒反応を進行させ、その際に生成する電子を電子伝達体(メディエーター;Med)を介して電極に伝える仕組みとなっており、従来の溶存酸素および過酸化水素測定型のグルコースセンサと比べて血液中に僅かに溶けている溶存酸素や妨害物質、塩分(0.9%NaCl)の影響を受けないという極めて優れた特徴を有している。さらに、市販の血糖センサを使用することによって、通常の電極チップを測定に用いる場合とは異なり、電極表面を使用前に処理する必要がない、すなわち通常の電極をバイオセンサに応用する場合には、電極表面の洗浄および酸化皮膜を除去するための何らかの処理が必要であったが、近年市販されている血糖センサを使用すればその必要はないという、実際の操作上において非常に優れた利便性を兼ね備えている。  The blood glucose sensor is intended to measure glucose. In general, each electrode made of platinum, gold, carbon, or the like is formed on the insulating substrate as described above, and on the working electrode and / or its electrode. An oxidoreductase such as glucose oxidase and glucose dehydrogenase and a mediator are arranged in the vicinity. The commercially available blood glucose sensor is convenient to carry because the sensor itself is stored in a state where the influence of moisture, light, etc. is eliminated by packaging, and the electrode surface in the sensor's reaction detection part is protected by a reagent layer When it is used, a new feature of the biosensor that it can be measured easily without selecting a place is exhibited. Such a blood glucose sensor has been improved year by year in terms of measurement accuracy and reproducibility due to intensifying development competition in recent years. The blood glucose sensor uses glucose oxidase or glucose dehydrogenase, which is an enzyme with excellent substrate specificity, to selectively measure glucose slightly dissolved in blood (whole blood) rich in contaminants. In this mechanism, the catalyst reaction proceeds, and the electrons generated at that time are transmitted to the electrode via the electron mediator (Mediator). Compared to conventional glucose sensors that measure dissolved oxygen and hydrogen peroxide. It has an extremely excellent feature that it is not affected by dissolved oxygen slightly dissolved in blood, interfering substances, and salt (0.9% NaCl). Furthermore, by using a commercially available blood glucose sensor, unlike the case of using a normal electrode chip for measurement, it is not necessary to treat the electrode surface before use, that is, when applying a normal electrode to a biosensor. , The electrode surface was washed and some kind of treatment was necessary to remove the oxide film, but it was not necessary if using a commercially available blood glucose sensor in recent years. Have both.

市販の血糖センサは、使い捨てタイプのバイオセンサ(血糖センサ)本体と血糖センサからの電気信号を処理する測定器の2つの組み合わせで構成されている。携帯用の血糖センサは通常は使い捨てタイプであり、平面基板上に導電性材料でパターン化された2本ないし3本の電極が配置され、検出部を成す部分の電極表面上には主に酵素とメディエーターが展開されている。  A commercially available blood glucose sensor is composed of a combination of a disposable biosensor (blood glucose sensor) main body and a measuring device that processes an electrical signal from the blood glucose sensor. A portable blood glucose sensor is usually a disposable type, and two or three electrodes patterned with a conductive material are arranged on a flat substrate, and an enzyme is mainly formed on the surface of the electrode constituting the detection portion. And mediators are deployed.

この血糖センサを測定器に接続し、血液試料などをこの血糖センサの試料導入口から検出部内部へ導入させることにより、酵素反応が開始し、所定の時間を置いた後に電気化学的に測定することで、試料液中のグルコース濃度の測定ができる。市販の血糖センサの場合、人体における血中グルコース濃度の範囲の測定が可能であれば良く、そのため血糖センサにおけるグルコースの測定範囲はおよそ2mMから30mMである。他方、血糖センサの中には試料液の必要量が僅か0.3μlであるものや、測定時間が僅か5秒間であるものもある。  The blood glucose sensor is connected to a measuring device, and a blood sample is introduced into the detection unit from the sample introduction port of the blood glucose sensor to start an enzyme reaction, and after a predetermined time, electrochemical measurement is performed. Thus, the glucose concentration in the sample solution can be measured. In the case of a commercially available blood glucose sensor, it is only necessary to be able to measure the range of blood glucose concentration in the human body. Therefore, the glucose measurement range in the blood glucose sensor is approximately 2 mM to 30 mM. On the other hand, some blood glucose sensors require only 0.3 μl of sample liquid and others require a measurement time of only 5 seconds.

このような血糖センサを本発明の反応系に応用すれば、かかるセンサと同様の性能を維持した状態で、リン酸イオンを測定できる。また、高性能あるいは小型化されたバイオセンサが今後市販されれば、そのバイオセンサのリン酸イオン検出への応用も効果的に行うことができ、これらの特徴を利用することで、例えば後述するような極く限られた試料液中のSNPsの迅速な検出も可能となる。また逆に、リン酸イオン等の基質を十分に存在させることで、ピルビン酸オキシダーゼ活性の測定も可能となる。  If such a blood glucose sensor is applied to the reaction system of the present invention, phosphate ions can be measured while maintaining the same performance as the sensor. Further, if a high-performance or downsized biosensor is commercially available in the future, the biosensor can be effectively applied to phosphate ion detection. By utilizing these features, for example, it will be described later. It is also possible to quickly detect SNPs in such a very limited sample solution. Conversely, the presence of a sufficient substrate such as phosphate ion makes it possible to measure the pyruvate oxidase activity.

このような血糖センサには、必要に応じて脱塩処理したピルビン酸オキシダーゼ0.1〜100U、好ましくは0.2〜20Uを、最終濃度がそれぞれピルビン酸ナトリウム1〜5000mM、好ましくは50〜1000mM、マグネシウムイオン0.1〜100mM、好ましくは1〜50mM、FAD 0〜1000μM、好ましくは1〜50μM、TPP 1〜5000μM、好ましくは100〜1000μMとなるようにpH7.0、100mMクエン酸ナトリウム緩衝溶液に溶解した試薬混合溶液5μlを、5μlのリン酸測定試料液とよく混合した後、血糖センサに導入し、正確に0〜20分間、好ましくは1〜10分間反応させた後、例えばPCで制御されている電気化学アナライザー(BAS社製品ALS701)を使用し、電気化学測定法、例えばサイクリックボルタンメトリー法、ポテンシャルステップクロノアンペロメトリー法、クーロメトリー法などを用い、例えばサイクリックボルタンメトリー法の場合、掃引速度1〜500mV/sec、好ましくは10〜100mV/sec、初期電位0V、最大負電位−1〜0V、好ましくは、−0.5〜0V、最大正電位+0.1〜+1V、好ましくは、+0.15〜+0.7V、反応(待機)時間0〜20分間、好ましくは0〜10分間でピルビン酸オキシダーゼのリン酸イオンの触媒反応で生じる還元型メディエーターに対する応答を確認することにより行われる。  For such a blood glucose sensor, pyruvate oxidase 0.1 to 100 U, preferably 0.2 to 20 U, desalted if necessary, and final concentrations of sodium pyruvate 1 to 5000 mM, preferably 50 to 1000 mM, respectively. Magnesium ion 0.1-100 mM, preferably 1-50 mM, FAD 0-1000 μM, preferably 1-50 μM, TPP 1-5000 μM, preferably pH 7.0, 100 mM sodium citrate buffer solution 5 μl of the reagent mixture solution dissolved in 5 μl of phosphoric acid measurement sample solution is mixed well, then introduced into the blood glucose sensor, reacted exactly 0 to 20 minutes, preferably 1 to 10 minutes, and then controlled by a PC, for example Using an electrochemical analyzer (ALS701, a product of BAS) For example, in the case of a cyclic voltammetry method, a sweep rate of 1 to 500 mV / sec, preferably 10 to 100 mV / sec, an initial potential is used, for example, a cyclic voltammetry method, a potential step chronoamperometry method or a coulometry method 0 V, maximum negative potential −1 to 0 V, preferably −0.5 to 0 V, maximum positive potential +0.1 to +1 V, preferably +0.15 to +0.7 V, reaction (standby) time 0 to 20 minutes, Preferably, it is carried out by confirming the response to the reduced mediator produced by the catalytic reaction of the phosphate ion of pyruvate oxidase in 0 to 10 minutes.

上述のようなバイオセンサを用いて測定する場合には、測定装置に上記バイオセンサを取り付け、バイオセンサに生じた電気的な値を測定する。この測定装置には、バイオセンサの電極における電気的な値を計測する計測部と、計測された値を表示する表示部が備えられる。この計測部における計測方法としては、上述した如くポテンシャルステップクロノアンペロメトリー法またはクーロメトリー法またはボルタンメトリー法などを用いることができる。  When measurement is performed using the biosensor as described above, the biosensor is attached to a measurement device, and an electrical value generated in the biosensor is measured. This measuring apparatus includes a measuring unit that measures an electrical value at the electrode of the biosensor and a display unit that displays the measured value. As a measuring method in the measuring unit, as described above, a potential step chronoamperometry method, a coulometry method, a voltammetry method, or the like can be used.

また、この装置には計測値を保存するためのメモリーを備えることもできる。さらに、測定値を遠隔的に管理する場合には、バイオセンサの計測部に計測データを送信する無線手段、好ましくは非接触型ICカードまたは短距離無線通信(例えば、ブルートゥース;登録商標)などの無線手段を搭載することもできる。  The apparatus can also be equipped with a memory for storing measured values. Furthermore, when managing the measured values remotely, wireless means for transmitting measurement data to the measurement unit of the biosensor, preferably a non-contact type IC card or short-range wireless communication (for example, Bluetooth; registered trademark), etc. Wireless means can also be installed.

一方、淡水及び海水などの環境水中に含まれるリン酸イオン濃度は、尿(約20mM)や食品(<20mM)などと比較すると極めて低い値であり、貧栄養湖の場合0.06〜0.6μM Pi、富栄養化が進んだ湖沼の水の場合でも20μM Piを超える程度である。この場合、(1)ピルビン酸オキシダーゼ系と共に、以下に示す(2)基質増幅反応系を用いることで測定対象物質の高感度測定が可能となる。  On the other hand, the phosphate ion concentration contained in environmental water such as fresh water and seawater is extremely low compared to urine (about 20 mM), food (<20 mM), etc., and in the case of an oligotrophic lake, 0.06-0. Even in the case of 6 μM Pi, lake water that has been eutrophied, it is over 20 μM Pi. In this case, it is possible to perform highly sensitive measurement of a measurement target substance by using the following (2) substrate amplification reaction system together with (1) pyruvate oxidase system.

(2)基質増幅反応系:
(i)ピルビン酸オキシダーゼ−ホスファターゼ〔酸性ホスファターゼ(EC3.1.3.2.)またはアルカリ性ホスファターゼ(EC3.1.3.1.)〕系;

Figure 2005073399
(2) Substrate amplification reaction system:
(I) pyruvate oxidase-phosphatase [acid phosphatase (EC 3.1.3.2.) Or alkaline phosphatase (EC 3.1.3.1.)] System;
Figure 2005073399

上記反応(5)では、Piとマグネシウムイオン、フラビンアデニンジヌクレオチド、チアミンピロリン酸、ピルビン酸および酸化型メディエーターの存在下、ピルビン酸オキシダーゼの作用により、生成物の一つであるアセチルリン酸が生成し、これからは反応(9)により酢酸とPiを生成する。ここで言う基質増幅反応系では、測定対象であるリン酸イオンが一段目の反応により一方の基質の分解物にリン酸化された後、次の反応によって再生され、元の一段目の反応の基質となる。この反応は繰り返されることからサイクリング反応とも呼ばれる。この反応系を利用する場合、一方の基質であるピルビン酸が十分に存在すれば、極わずかなリン酸イオンの存在によっても増幅反応が進行することができ、高感度なリン酸イオンの検出が可能となる。また逆に、リン酸イオン以外の基質を十分に存在させることで、前立腺の腫瘍マーカーである血中酸性ホスファターゼ活性の測定も可能となる。  In the above reaction (5), one of the products, acetyl phosphate, is produced by the action of pyruvate oxidase in the presence of Pi and magnesium ions, flavin adenine dinucleotide, thiamine pyrophosphate, pyruvate and oxidized mediator. Then, acetic acid and Pi are produced by the reaction (9). In the substrate amplification reaction system referred to here, the phosphate ion to be measured is phosphorylated into the degradation product of one substrate by the first-stage reaction and then regenerated by the next reaction, and the substrate of the original first-stage reaction It becomes. Since this reaction is repeated, it is also called a cycling reaction. When this reaction system is used, if there is sufficient pyruvic acid as one of the substrates, the amplification reaction can proceed even in the presence of a very small amount of phosphate ions, which enables highly sensitive detection of phosphate ions. It becomes possible. Conversely, the presence of a sufficient substrate other than phosphate ions enables measurement of blood acid phosphatase activity, which is a prostate tumor marker.

他方、上記(1)〜(2)のリン酸イオン検出系の触媒反応に下記の(10)式の触媒反応を組み合わせることよって、ピロリン酸イオンの検出が可能となる。
(3)無機ピロホスファターゼ(EC3.6.1.1.)系:

Figure 2005073399
On the other hand, pyrophosphate ions can be detected by combining the catalytic reaction of the following formula (10) with the catalytic reaction of the phosphate ion detection system of (1) to (2).
(3) Inorganic pyrophosphatase (EC 3.6.1.1.) System:
Figure 2005073399

上記(10)式のリン酸イオン検出反応系への応用によって、種々の核酸(DNAやRNA)の検出が可能となる。その例を、以下に示す。  Various nucleic acids (DNA and RNA) can be detected by application to the phosphate ion detection reaction system of the above formula (10). An example is shown below.

(4)SNP検出反応系:
(i)DNAリガーゼ(EC6.5.1.1.、6.5.1.2.)系;

Figure 2005073399
上記反応系(11)では、長鎖側の1本鎖DNAがSNPの検出対象であり、その塩基配列の中心部分にSNP(変異型とする;●)が含まれている。その配列に、相補的な2種類の1本鎖DNA(プライマー)を左辺に示すように二本鎖形成(ハイブリダイズ)させたものに、連結に必要なエネルギーの供与体であるアデノシン5′−三リン酸(ATP)の存在下で、連結酵素として知られるDNAリガーゼを作用させると、その反応は右辺に進む。この場合、2種のプライマーが測定対象の塩基配列上で5′−末端と3′−末端が連結されるには、長鎖側の1本鎖DNAの5′−末端側に相補的にハイブリダイズするプライマーの5′−末端がリン酸化されている必要がある。この反応により生成したピロリン酸イオンを、上記の方法により測定することで、SNPの検出ができる。一方、測定対象である長鎖側の1本鎖DNAが野生型であれば、この場合DNAリガーゼ反応は進行しない。この方法でSNPを検出する場合、2種のプライマーの内、一方のSNP部分に相補的な塩基配列、すなわち3′−末端の塩基の種類を変えることによって、上記の方法とは反対に、野生型の場合にDNAリガーゼ反応を進行させることもできる。このSNP検出反応に使用するDNAリガーゼとしては、T4 DNAリガーゼまたは大腸菌リガーゼが好適である。(4) SNP detection reaction system:
(I) DNA ligase (EC 6.5.1.1., 6.5.1.2.) System;
Figure 2005073399
In the reaction system (11), a single-stranded DNA on the long chain side is an SNP detection target, and SNP (which is a mutant type; ●) is included in the central portion of the base sequence. A double-stranded DNA (primer) complementary to the sequence was double-stranded (hybridized) as shown on the left side, and adenosine 5'- which is a donor of energy necessary for ligation When a DNA ligase known as a ligating enzyme is allowed to act in the presence of triphosphate (ATP), the reaction proceeds to the right side. In this case, in order for the two primers to be linked at the 5′-end and the 3′-end on the base sequence to be measured, the primers hybridize complementary to the 5′-end side of the long-side single-stranded DNA. The 5'-end of the soybean primer needs to be phosphorylated. SNP can be detected by measuring pyrophosphate ions generated by this reaction by the above method. On the other hand, if the long-stranded single-stranded DNA to be measured is a wild type, the DNA ligase reaction does not proceed in this case. When detecting SNP by this method, by changing the base sequence complementary to one SNP portion of the two primers, that is, by changing the type of the 3′-terminal base, In the case of a mold, the DNA ligase reaction can be allowed to proceed. As the DNA ligase used for this SNP detection reaction, T4 DNA ligase or E. coli ligase is suitable.

(ii)DNAポリメラーゼ(EC2.7.7.7.)系A;

Figure 2005073399
上記1塩基対伸長反応系(12)においても、長鎖側の1本鎖DNAがSNPの検出対象であり、その塩基配列の中心部分にSNP(変異型とする;●)が含まれている。その長鎖の5′−末端からSNPの塩基配列の1塩基手前までの配列に、相補的な1本鎖DNAプライマーを左辺に示すように長鎖とハイブリダイズさせたものに、基質であるデオキシリボヌクレオチド5′−三リン酸(dNTP)の存在下で、DNAポリメラーゼを作用させると、その反応は右辺に進む。この反応により生成したピロリン酸イオンを、上記の方法により測定することで、SNPの検出ができる。一方、測定対象である長鎖側の1本鎖DNAが野生型であれば、この場合にはDNAポリメラーゼ反応は進行しない。この方法でSNPを検出する場合、プライマーのSNP部分に相補的な塩基配列、すなわち5′−末端の塩基の種類を変えることによって、上記の方法とは反対に、野生型の場合にDNAポリメラーゼ反応を進行させることもできる。このSNP検出反応に使用するDNAポリメラーゼとしては、クレノーDNAポリメラーゼ(DNAポリメラーゼIラージフラグメント)およびT4 DNAポリメラーゼ、T7 DNAポリメラーゼ、好ましくは3’→5’エキソヌクレアーゼ活性を喪失させたクレノーDNAポリメラーゼが好適である。(Ii) DNA polymerase (EC 2.7.7.7.) System A;
Figure 2005073399
Also in the 1 base pair extension reaction system (12), the single-stranded DNA on the long side is the target of SNP detection, and the SNP (mutated type; ●) is included in the center of the base sequence. . To the sequence from the 5′-end of the long chain to the sequence one base before the SNP base sequence, a complementary single-stranded DNA primer was hybridized with the long chain as shown on the left side. When DNA polymerase is allowed to act in the presence of nucleotide 5'-triphosphate (dNTP), the reaction proceeds to the right side. SNP can be detected by measuring pyrophosphate ions generated by this reaction by the above method. On the other hand, if the long-stranded single-stranded DNA to be measured is a wild type, the DNA polymerase reaction does not proceed in this case. When SNP is detected by this method, by changing the base sequence complementary to the SNP part of the primer, that is, the kind of the 5′-terminal base, the DNA polymerase reaction is performed in the wild type, as opposed to the above method. Can also be advanced. As the DNA polymerase used in this SNP detection reaction, Klenow DNA polymerase (DNA polymerase I large fragment) and T4 DNA polymerase, T7 DNA polymerase, and preferably Klenow DNA polymerase having lost 3 ′ → 5 ′ exonuclease activity are suitable. It is.

(iii)DNAポリメラーゼ系B;

Figure 2005073399
上記多塩基対伸長反応系(13)において、長鎖側の1本鎖DNAがSNPの検出対象であり、その塩基配列の中心部分にSNP(変異型とする;●)が含まれている。その長鎖の5′−末端からSNPの塩基配列までが相補的なDNAプライマーを左辺に示すように長鎖とハイブリダイズさせたものに、基質であるdNTPsの存在下でDNAポリメラーゼを作用させると、その反応は右辺に進む。この反応により生成したピロリン酸イオンを上記の方法により測定することで、SNPの検出ができる。一方、測定対象である長鎖側の1本鎖DNAが野生型であれば、この場合はDNAポリメラーゼ反応は進行しない。この方法でSNPを検出する場合、プライマーのSNP部分に相補的な塩基配列、すなわち5′−末端の塩基の種類を変えることによって、上記の方法とは反対に、野生型の場合にDNAポリメラーゼ反応を進行させることもできる。この反応系の場合、測定対象である長鎖側の1本鎖DNAのSNP部位から3′−末端の間の塩基配列を長くすることで、反応系(12)よりも少ない量の測定対象DNAから、多くのピロリン酸イオンを生成することができるという特徴がある。このSNP検出反応に使用するDNAポリメラーゼとしては、反応系(12)の場合と同様にクレノーDNAポリメラーゼおよびT4 DNAポリメラーゼ、T7 DNAポリメラーゼ、好ましくは3’→5’エキソヌクレアーゼ活性を除去してあるクレノーDNAポリメラーゼが好適である。(Iii) DNA polymerase system B;
Figure 2005073399
In the multi-base pair extension reaction system (13), a single-stranded DNA on the long chain side is an SNP detection target, and SNP (mutated type; ●) is included at the center of the base sequence. When a DNA primer that is complementary from the 5'-end of the long chain to the base sequence of SNP is hybridized with the long chain as shown on the left side, DNA polymerase is allowed to act in the presence of dNTPs as a substrate. The reaction goes to the right side. SNP can be detected by measuring pyrophosphate ions generated by this reaction by the above method. On the other hand, if the long-stranded single-stranded DNA to be measured is a wild type, the DNA polymerase reaction does not proceed in this case. When SNP is detected by this method, by changing the base sequence complementary to the SNP part of the primer, that is, the kind of the 5′-terminal base, the DNA polymerase reaction is performed in the wild type, as opposed to the above method. Can also be advanced. In the case of this reaction system, the amount of DNA to be measured is smaller than that in the reaction system (12) by lengthening the base sequence between the SNP site of the long-side single-stranded DNA to be measured and the 3′-end. Therefore, a feature is that many pyrophosphate ions can be generated. The DNA polymerase used for this SNP detection reaction is the same as in the reaction system (12), Klenow DNA polymerase, T4 DNA polymerase, T7 DNA polymerase, preferably Klenow from which 3 ′ → 5 ′ exonuclease activity has been removed. DNA polymerase is preferred.

(iv)DNAポリメラーゼ系C;

Figure 2005073399
上記多塩基対伸長反応系(14)において、長鎖側の1本鎖DNAがSNPの検出対象であり、その塩基配列の中心部分にSNP(変異型とする;●)が含まれている。その長鎖の5′−末端からSNPの塩基配列までが相補的で、続く1塩基または2塩基が長鎖側の塩基配列に対して相補的でないDNAプライマーを左辺に示すように長鎖とハイブリダイズさせたものに、基質であるdNTPsの存在下でDNAポリメラーゼを作用させると、その反応は右辺に進む。この反応により生成したピロリン酸イオンを上記の方法により測定することで、SNPの検出ができる。一方、測定対象である長鎖側の1本鎖DNAが野生型であれば、この場合はDNAポリメラーゼ反応は進行しない。この方法でSNPを検出する場合、プライマーのSNP部分に相補的な塩基配列、すなわち5′−末端の塩基の種類を変えることによって、上記の方法とは反対に、野生型の場合にDNAポリメラーゼ反応を進行させることもできる。この反応系の場合、測定対象である長鎖側の1本鎖DNAのSNP部位から3′−末端の間の塩基配列を長くすることで、反応系(12)よりも少ない量の測定対象DNAから、多くのピロリン酸イオンを生成することができるという特徴がある。このSNP検出反応に使用するDNAポリメラーゼとしては、反応系(12)の場合と同様にクレノーDNAポリメラーゼおよびT4 DNAポリメラーゼ、T7 DNAポリメラーゼ、好ましくはエンドヌクレアーゼ活性および3’→5’エキソヌクレアーゼ活性を除去してあるクレノーDNAポリメラーゼが好適である。(Iv) DNA polymerase system C;
Figure 2005073399
In the multi-base pair extension reaction system (14), a single-stranded DNA on the long chain side is an SNP detection target, and SNP (mutated type; ●) is included at the center of the base sequence. A DNA primer that is complementary from the 5'-end of the long chain to the base sequence of the SNP, and whose subsequent one or two bases are not complementary to the base sequence on the long chain side, hybridizes with the long chain as shown on the left side. When a DNA polymerase is allowed to act on soybeans in the presence of the substrate dNTPs, the reaction proceeds to the right side. SNP can be detected by measuring pyrophosphate ions generated by this reaction by the above method. On the other hand, if the long-stranded single-stranded DNA to be measured is a wild type, the DNA polymerase reaction does not proceed in this case. When SNP is detected by this method, by changing the base sequence complementary to the SNP part of the primer, that is, the kind of the 5′-terminal base, the DNA polymerase reaction is performed in the wild type, as opposed to the above method. Can also be advanced. In the case of this reaction system, the amount of DNA to be measured is smaller than that in the reaction system (12) by lengthening the base sequence between the SNP site of the long-side single-stranded DNA to be measured and the 3′-end. Therefore, a feature is that many pyrophosphate ions can be generated. As the DNA polymerase used for this SNP detection reaction, the Klenow DNA polymerase, T4 DNA polymerase, and T7 DNA polymerase, preferably the endonuclease activity and 3 ′ → 5 ′ exonuclease activity are removed as in the reaction system (12). The Klenow DNA polymerase is preferred.

(5)一本鎖ゲノム検出反応系:
DNAポリメラーゼ系(ランダムプライマー法);

Figure 2005073399
上記反応系(15)、(16)は、1本鎖のゲノムを持つウィルスや細菌などの検出に好適である。反応式(15)は、ランダムな塩基配列からなる複数のプライマーを測定対象である一本鎖DNAとハイブリダイズさせる反応である。反応式(16)では、測定対象の1本鎖ゲノムと部分的にハイブリダイズしたプライマー同士をDNAポリメラーゼによって連結することで、完全な2本鎖DNAが合成される。このとき、dNTPsがDNA鎖の構成材料として取り込まれ、ピロリン酸イオンが生成される。この反応系で使用するDNAポリメラーゼとしては、大腸菌由来のDNAポリメラーゼIまたはクレノーDNAポリメラーゼ、T4 DNAポリメラーゼ、T7 DNAポリメラーゼ、好ましくはクレノーDNAポリメラーゼなどが好適である。さらに、この方法では、ゲノムに1本鎖RNAをもつウィルスなどの検出も逆転写酵素(RNA依存性DNAポリメラーゼ)とDNAのランダムプライマー、dNTPsの使用、またはRNAポリメラーゼ(EC2.7.7.6.)、RNAのランダムプライマー、NTPsの使用により可能である。(5) Single-stranded genome detection reaction system:
DNA polymerase system (random primer method);
Figure 2005073399
The reaction systems (15) and (16) are suitable for detecting viruses and bacteria having a single-stranded genome. Reaction formula (15) is a reaction in which a plurality of primers having a random base sequence are hybridized with the single-stranded DNA to be measured. In reaction formula (16), complete double-stranded DNA is synthesized by ligating primers partially hybridized with the single-stranded genome to be measured with a DNA polymerase. At this time, dNTPs are incorporated as a constituent material of the DNA chain, and pyrophosphate ions are generated. As the DNA polymerase used in this reaction system, DNA polymerase I derived from Escherichia coli or Klenow DNA polymerase, T4 DNA polymerase, T7 DNA polymerase, preferably Klenow DNA polymerase is suitable. Further, in this method, detection of viruses having single-stranded RNA in the genome is also performed using reverse transcriptase (RNA-dependent DNA polymerase) and random primers for DNA, dNTPs, or RNA polymerase (EC 2.7.7.6). )), Random RNA primers, and NTPs.

(6)二本鎖ゲノム検出反応系:
DNAポリメラーゼ−DNアーゼ系(ニックトランスレーション法);

Figure 2005073399
上記の反応系(17)〜(19)は、ゲノムに二本鎖DNAを持つウィルスや細菌などの検出に好適である。反応式(17)では、デオキシリボヌクレアーゼ(DNアーゼ)により、二本鎖DNA上に無数の切れ目(ニック)が入る。この場合、DNアーゼIを使用することにより、二本鎖DNAの1本鎖部分のみにニックが入るため、二本鎖が切断されることはない。続いて、反応式(18)では、二本鎖DNA上に入ったニックをDNAポリメラーゼが認識し、DNAポリメラーゼが持つエキソヌクレアーゼ活性によって、ニックの周囲の数十塩基を削除する。さらに、反応式(19)では、同酵素のポリメラーゼ活性によって、二本鎖DNAは元の状態に修復される。この場合のDNアーゼとしてはDNアーゼI(EC3.1.21.1)が、またDNAポリメラーゼとしては大腸菌由来のDNAポリメラーゼIが好適である。この反応系では、例えば1個のウィルス由来のゲノムでも存在すれば、その反応系の一方の基質であるdNTPsが消費されるまでこの反応は進むため、原理的にウィルスの検出は可能である。さらに、二本鎖ゲノムは熱変性またはアルカリ変性などにより、1本鎖を形成させることで、前記ランダムプライマー法による検出も可能である。この方法によればゲノムに二本鎖RNAをもつウィルスなどの検出も可能である。(6) Double-stranded genome detection reaction system:
DNA polymerase-DNase system (nick translation method);
Figure 2005073399
The reaction systems (17) to (19) are suitable for detecting viruses or bacteria having double-stranded DNA in the genome. In the reaction formula (17), countless nicks are formed on the double-stranded DNA by deoxyribonuclease (DNase). In this case, by using DNase I, a nick is introduced only in the single-stranded part of the double-stranded DNA, so that the double strand is not cleaved. Subsequently, in reaction formula (18), the DNA polymerase recognizes the nick that has entered the double-stranded DNA, and tens of bases around the nick are deleted by the exonuclease activity of the DNA polymerase. Furthermore, in the reaction formula (19), the double-stranded DNA is restored to the original state by the polymerase activity of the enzyme. In this case, DNase I (EC 3.1.21.1) is preferable as the DNase, and DNA polymerase I derived from E. coli is preferable as the DNA polymerase. In this reaction system, for example, if a genome derived from a single virus is present, this reaction proceeds until dNTPs, which is one substrate of the reaction system, is consumed, and thus the virus can be detected in principle. Furthermore, the double-stranded genome can be detected by the random primer method by forming a single strand by heat denaturation or alkali denaturation. According to this method, it is possible to detect viruses having double-stranded RNA in the genome.

上記リン酸イオン反応系、ピロリン酸イオン反応系およびこれらの反応系は、核酸などのリン酸イオンおよびピロリン酸イオンが関与する一連の生体関連の反応として、本発明のバイオセンサに応用することが可能である。前記応用例のほかにも、核酸のシークエンス(パイロシークエンス法など)、核酸増幅反応(PCR)法、RAC(rolling circle amplification)法、SDA(Standard displacement amplification)法、NASBA(nucleic acid sequence base amplification)法など)および受容体の挙動(GTPを消費してピロリン酸イオン生成するGプロテインの挙動など)のモニタリング、その他リン酸イオンおよびピロリン酸イオンが触媒反応に関与する酵素の活性測定への応用も可能である。この場合、使用する酵素が粗精製であったり、リン酸塩を含む懸濁液に溶解している状態であれば、限外ろ過による脱塩およびカラムクロマトグラフィーによる精製などの前処理を行うことが望ましい。特にリン酸イオンを基質サイクルとする増幅反応系では、市販の血糖センサの反応検出部分にもリン酸塩が存在しないことが望ましい。  The phosphate ion reaction system, the pyrophosphate ion reaction system, and these reaction systems can be applied to the biosensor of the present invention as a series of biologically related reactions involving phosphate ions such as nucleic acids and pyrophosphate ions. Is possible. In addition to the above-described application examples, nucleic acid sequencing (such as pyrosequencing), nucleic acid amplification reaction (PCR), RAC (rolling cycle amplification), SDA (Standard displacement amplification), NASBA (nucleic acid sequencing) For example) and receptor behavior (such as the behavior of G protein that consumes GTP to produce pyrophosphate ions), and other applications such as the measurement of the activity of enzymes that involve phosphate and pyrophosphate ions in catalytic reactions. Is possible. In this case, if the enzyme used is crudely purified or dissolved in a suspension containing phosphate, pretreatment such as desalting by ultrafiltration and purification by column chromatography should be performed. Is desirable. In particular, in an amplification reaction system using phosphate ions as a substrate cycle, it is desirable that no phosphate is present in the reaction detection portion of a commercially available blood glucose sensor.

本発明方法(2)においては、リン酸イオンの存在によって酵素触媒反応が起こり、最終的にβ−D−グルコースを生成するような基質と酵素、酸化型メディエーターおよびグルコースオキシダーゼによって代表される酸化還元酵素を用い、リン酸から還元型メディエーターを発生させ、さらにこれを酸化し、生ずる酸化電流を測定することにより、試料液中のリン酸イオンを測定することもできる。なお、試料液中にグルコースが存在する場合は、予めグルコースオキシダーゼなどを使用して試料液中のグルコースを消去しておく必要がある。  In the method (2) of the present invention, an enzyme-catalyzed reaction is caused by the presence of a phosphate ion, and a redox represented by a substrate and an enzyme, an oxidized mediator, and glucose oxidase that finally produce β-D-glucose. Phosphate ions in the sample solution can also be measured by generating a reduced mediator from phosphoric acid using an enzyme, further oxidizing it, and measuring the resulting oxidation current. If glucose is present in the sample solution, it is necessary to erase glucose in the sample solution in advance using glucose oxidase or the like.

最終的にβ−D−グルコースを生成するような触媒反応系群としては次のものが挙げられる。
(7)単純反応系:
(i)マルトースホスホリラーゼ(EC2.4.1.8.)−ムタロターゼ(EC5.1.3.3.)系;

Figure 2005073399
(ii)スクロースホスホリラーゼ(EC2.4.1.7.)−グルコースイソメラーゼ(EC5.3.1.18.)系;
Figure 2005073399
Examples of the catalytic reaction system group that finally generates β-D-glucose include the following.
(7) Simple reaction system:
(I) Maltose phosphorylase (EC 2.4.1.8.)-Mutarotase (EC 5.1.3.3.) System;
Figure 2005073399
(Ii) the sucrose phosphorylase (EC 2.41.7.)-Glucose isomerase (EC 5.3.1.18.) System;
Figure 2005073399

β−D−グルコースは、以下の反応等により還元型メディエーターを発生させる。

Figure 2005073399
β-D-glucose generates a reduced mediator by the following reaction or the like.
Figure 2005073399

酸化還元酵素としては、グルコースオキシダーゼ(EC1.1.3.4.)のほかグルコースデヒドロゲナーゼ(EC1.1.1.47、1.1.1.118、1.1.1.119、1.1.99.10.)、ピロロキノリンキノン・グルコースデヒドロゲナーゼなどが用いられ、メディエーターとしては、フェリシアン化カリウム、フェロセン、パラベンゾキノンなどが用いられる。メディエーターとして、フェリシアン化カリウムKFe(CN)を用いた場合には、グルコース等との反応は次のように進行する。

Figure 2005073399
この際発生したフェロシアンイオンは、作用極で酸化されて酸化電流を生ずる。
Figure 2005073399
Examples of the oxidoreductase include glucose oxidase (EC 1.1.3.4.) And glucose dehydrogenase (EC 1.1.1.147, 1.1.1.118, 1.1.1.119, 1.1). 99.10.), Pyrroloquinoline quinone, glucose dehydrogenase and the like are used, and as the mediator, potassium ferricyanide, ferrocene, parabenzoquinone and the like are used. When potassium ferricyanide K 3 Fe (CN) 6 is used as a mediator, the reaction with glucose or the like proceeds as follows.
Figure 2005073399
The ferrocyan ion generated at this time is oxidized at the working electrode to generate an oxidation current.
Figure 2005073399

また、メディエーターとしてフェリシアン化カリウムの代わりにパラベンゾキノンを用いた場合には、GOD存在下でのグルコースとパラベンゾキノンとの反応でヒドロキノンが生成し、この際生成したヒドロキノンは作用極で酸化され、酸化電流を生ずるのでその値が測定される。

Figure 2005073399
In addition, when parabenzoquinone is used instead of potassium ferricyanide as a mediator, hydroquinone is produced by the reaction of glucose and parabenzoquinone in the presence of GOD, and the hydroquinone produced at this time is oxidized at the working electrode, resulting in an oxidation current. This value is measured.
Figure 2005073399

β−D−グルコースがグルコースオキシダーゼ等の作用により酵素の存在下で酸化されてグルコノラクトンを生成させ、そのとき発生するHを作用極上で酸化し、その際の酸化電流値を測定することにより、グルコース濃度を間接的に求める方法は従来技術で述べた如くである。しかしながら、係る方法では、測定液が海水など妨害物質を含む場合には正確なリン酸濃度を測定することができない。しかるに、メディエーターをグルコースオキシダーゼ等と共に用いると、妨害物質に影響を受けることなくリン酸濃度を正確に測定することが可能となる。β-D-glucose is oxidized in the presence of an enzyme by the action of glucose oxidase and the like to produce gluconolactone, H 2 O 2 generated at that time is oxidized on the working electrode, and the oxidation current value at that time is measured Thus, the method for indirectly determining the glucose concentration is as described in the prior art. However, according to such a method, when the measurement solution contains a disturbing substance such as seawater, it is not possible to measure an accurate phosphoric acid concentration. However, when the mediator is used together with glucose oxidase or the like, the phosphate concentration can be accurately measured without being affected by the interfering substance.

リン酸イオンの測定は、基板上に作用極および対極、さらに必要に応じて参照極を設け、作用極上に測定に必要な酵素および試薬を配したセンサが好んで用いられる。このようなセンサとしては、前述の如きものなどが用いられる。  For the measurement of phosphate ions, a sensor in which a working electrode and a counter electrode are provided on a substrate, and a reference electrode as necessary, and enzymes and reagents necessary for the measurement are arranged on the working electrode is preferably used. As such a sensor, those described above are used.

かかるリン酸濃度の測定に際しては、既製の血糖センサまたは食品用のグルコースセンサ等を用いることができ、これらとしては市販のものをそのまま用いることができる。例えば、血糖センサ、グルコースセンサとしては、前述の如き市販品等をそのまま用いることもできる。  In measuring the phosphoric acid concentration, a ready-made blood glucose sensor or a glucose sensor for foods can be used, and commercially available ones can be used as they are. For example, as the blood glucose sensor and glucose sensor, commercially available products as described above can be used as they are.

本発明方法(1)と同様に、本発明方法(2)においても、血糖センサを測定器に接続し、血液試料などをこの血糖センサの試料導入口から検出部内部へ導入させることにより、酵素反応が開始し、所定の時間を置いた後に電気化学的に測定することで、試料液中のグルコース濃度の測定ができる。このような血糖センサを本発明方法(2)の上記(7)単純反応系に応用すれば、このセンサと同じ濃度範囲のリン酸イオンを測定できる。また、このような測定範囲内であれば、血液、尿、食品などに含まれるリン酸イオンの測定に使用できる。  Similarly to the method (1) of the present invention, in the method (2) of the present invention, a blood glucose sensor is connected to a measuring device, and a blood sample or the like is introduced from the sample inlet of the blood glucose sensor into the detection unit, thereby By measuring electrochemically after the reaction has started and a predetermined time has elapsed, the glucose concentration in the sample solution can be measured. If such a blood glucose sensor is applied to the above (7) simple reaction system of the method (2) of the present invention, phosphate ions in the same concentration range as this sensor can be measured. Moreover, if it exists in such a measurement range, it can be used for the measurement of the phosphate ion contained in blood, urine, foodstuffs, etc.

このような血糖センサには、必要に応じて脱塩処理したマルトースホスホリラーゼおよびムタロターゼまたはスクロースホスホリラーゼおよびグルコースイソメラーゼを、それぞれ0.01〜100U、好ましくは0.1〜20Uを緩衝液に溶解し、これとリン酸測定試料液および25nmole以上、好ましくは125nmole〜5μmoleのリン酸以外の基質液、すなわちマルトースまたはスクロール溶液をよく混合した後、血糖センサに導入し、正確に0〜20分間、好ましくは1〜10分間反応させた後、例えばPCで制御されている電気化学アナライザー(BAS社製品ALS701)を使用し、電気化学測定法、例えばサイクリックボルタンメトリー法、ポテンシャルステップクロノアンペロメトリー法、クーロメトリー法などを用い、例えばサイクリックボルタンメトリー法の場合、掃引速度1〜500mV/sec、好ましくは10〜100mV/sec、初期電位0V、最大負電位−1〜0V、好ましくは、−0.5〜0V、最大正電位+0.1〜+1V、好ましくは、+0.15〜+0.7V、反応(待機)時間0〜20分間、好ましくは0〜10分間でグルコースに対する応答を確認することにより行われる。  In such a blood glucose sensor, 0.01 to 100 U, preferably 0.1 to 20 U, of maltose phosphorylase and mutarotase or sucrose phosphorylase and glucose isomerase, respectively desalted as necessary, are dissolved in a buffer solution. And a phosphoric acid measurement sample solution and 25 nmole or more, preferably 125 nmole to 5 μmole of a substrate solution other than phosphoric acid, that is, maltose or scroll solution, are thoroughly mixed and then introduced into the blood glucose sensor for exactly 0 to 20 minutes, preferably 1 After reacting for 10 minutes, for example, using an electrochemical analyzer (BAS product ALS701) controlled by a PC, electrochemical measurement methods such as cyclic voltammetry, potential step chronoamperometry, coulometry For example, in the case of cyclic voltammetry, the sweep rate is 1 to 500 mV / sec, preferably 10 to 100 mV / sec, the initial potential is 0 V, the maximum negative potential is −1 to 0 V, preferably −0.5 to 0 V, The maximum positive potential is +0.1 to +1 V, preferably +0.15 to +0.7 V, and the reaction (standby) time is 0 to 20 minutes, preferably 0 to 10 minutes, and the reaction to glucose is confirmed.

上述のようなバイオセンサを用いて測定する場合には、測定装置に上記バイオセンサを取り付け、バイオセンサに生じた電気的な値を測定すること、用いられる測定装置の詳細および測定方法は、前述の通りである。  When measurement is performed using the biosensor as described above, the biosensor is attached to the measurement device, the electrical value generated in the biosensor is measured, the details of the measurement device used and the measurement method are described above. It is as follows.

一方、淡水及び海水などの環境水中に含まれるリン酸イオン濃度は、食品(<20mM)や尿(約20mM)などと比較すると極めて低い値であり、貧栄養湖の場合0.06〜0.6μM Pi、富栄養化が進んだ湖沼の水の場合でも20μM Piを超える程度である。この場合、(7)単純反応系の代わりに、以下に示す(8)基質増幅反応系および(9)複合反応系を用いることで測定対象物質の高感度測定が可能となる。  On the other hand, the concentration of phosphate ions contained in environmental water such as fresh water and seawater is extremely low compared to food (<20 mM), urine (about 20 mM), etc., and in the case of an oligotrophic lake, 0.06-0. Even in the case of 6 μM Pi, lake water that has been eutrophied, it is over 20 μM Pi. In this case, instead of the (7) simple reaction system, the following (8) substrate amplification reaction system and (9) complex reaction system can be used to enable highly sensitive measurement of the measurement target substance.

(8)基質増幅反応系:
(i)マルトースホスホリラーゼ−ホスファターゼ〔酸性ホスファターゼ(EC3.1.3.2.)またはアルカリ性ホスファターゼ(EC3.1.3.1.)〕系;

Figure 2005073399
(8) Substrate amplification reaction system:
(I) Maltose phosphorylase-phosphatase [acid phosphatase (EC 3.1.3.2.) Or alkaline phosphatase (EC 3.1.3.1.)] System;
Figure 2005073399

上記反応(20)では、Piとマルトースの存在下、マルトースホスホリラーゼの作用により、生成物の一つであるβ−D−グルコース−1−リン酸が生成し、これからは反応(29)によりβ−D−グルコースとPiを生成する。ここで言う基質増幅反応系では、測定対象であるリン酸イオンが一段目の反応により一方の基質の分解物にリン酸化された後、次の反応によって再生され、元の一段目の反応の基質となる。この反応は繰り返されることから基質リサイクリング反応とも呼ばれる。この反応系を利用する場合、一方の基質であるマルトースが十分に存在すれば、極わずかなリン酸イオンの存在によっても増幅反応が進行することができ、高感度なリン酸イオンの検出が可能となる。また逆に、リン酸イオン以外の基質を10mM以上、好ましくは50〜2000mMの濃度で存在させることで、前立腺の腫瘍マーカーである血中酸性ホスファターゼ活性の測定も可能となる。  In the above reaction (20), β-D-glucose-1-phosphate, which is one of the products, is produced by the action of maltose phosphorylase in the presence of Pi and maltose. From this, β-D-glucose-1-phosphate is produced by reaction (29). D-glucose and Pi are produced. In the substrate amplification reaction system referred to here, the phosphate ion to be measured is phosphorylated into the degradation product of one substrate by the first-stage reaction and then regenerated by the next reaction, and the substrate of the original first-stage reaction It becomes. Since this reaction is repeated, it is also called a substrate recycling reaction. When this reaction system is used, if there is sufficient maltose as one of the substrates, the amplification reaction can proceed even in the presence of a very small amount of phosphate ions, enabling highly sensitive detection of phosphate ions. It becomes. Conversely, the presence of a substrate other than phosphate ions at a concentration of 10 mM or more, preferably 50 to 2000 mM, enables measurement of blood acid phosphatase activity, which is a tumor marker for prostate.

(ii)スクロースホスホリラーゼ−ホスファターゼ(酸性ホスファターゼまたはアルカリ性ホスファターゼ)−ムタロターゼ系;

Figure 2005073399
上記反応も、一段目のスクロースホスホリラーゼ反応とそれに続くホスファターゼ反応との組み合わせによって、(i)のマルトースホスホリラーゼ−ホスファターゼ系と同様の効果を得ることができる。(Ii) a sucrose phosphorylase-phosphatase (acid phosphatase or alkaline phosphatase) -mutarotase system;
Figure 2005073399
In the above reaction, the same effect as the maltose phosphorylase-phosphatase system of (i) can be obtained by a combination of the first-stage sucrose phosphorylase reaction and the subsequent phosphatase reaction.

(9)複合反応系
(i)マルトースホスホリラーゼ−ホスファターゼ(酸性ホスファターゼまたはアルカリ性ホスファターゼ)−ムタロターゼ系;

Figure 2005073399
(ii)スクロースホスホリラーゼ−ホスファターゼ(酸性ホスファターゼまたはアルカリ性ホスファターゼ)−ムタロターゼ−グルコースイソメラーゼ系;
Figure 2005073399
上記(9)複合反応系における2種(i)〜(ii)の反応系は(7)単純反応系と(8)基質増幅反応系を組み合わせたもので、基質増幅反応系よりも高感度なリン酸イオンの検出が可能である。(9) Complex reaction system (i) Maltose phosphorylase-phosphatase (acid phosphatase or alkaline phosphatase) -mutarotase system;
Figure 2005073399
(Ii) a sucrose phosphorylase-phosphatase (acid phosphatase or alkaline phosphatase) -mutarotase-glucose isomerase system;
Figure 2005073399
The two types (i) to (ii) of the reaction system (9) are combined with (7) a simple reaction system and (8) a substrate amplification reaction system, and are more sensitive than the substrate amplification reaction system. Phosphate ions can be detected.

他方、上記(7)〜(9)のリン酸イオン検出系の触媒反応に下記の(10)式の触媒反応を組み合わせることよって、ピロリン酸イオンの検出が可能となる。
(10)無機ピロホスファターゼ(EC3.6.1.1.)系:

Figure 2005073399
On the other hand, pyrophosphate ions can be detected by combining the catalytic reactions of the phosphate ion detection systems (7) to (9) with the catalytic reaction of the following formula (10).
(10) Inorganic pyrophosphatase (EC 3.6.1.1.) System:
Figure 2005073399

また、(10)無機ピロホスファターゼ系を前述した(4)SNP検出反応系、(5)一本鎖ゲノム検出反応系および(6)二本鎖ゲノム検出反応系などのリン酸イオン検出反応系へ応用することによって、種々の核酸(DNAやRNA)の検出が可能となる。  Further, (10) inorganic pyrophosphatase system is changed to phosphate ion detection reaction system such as (4) SNP detection reaction system, (5) single-stranded genome detection reaction system and (6) double-stranded genome detection reaction system described above. By applying it, various nucleic acids (DNA and RNA) can be detected.

次に、本発明方法を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り以下の実施例に制限されるものではない。  Next, the method of the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the gist.

参考例1
絶縁性のプラスチック基板(7mm×22mm)上に幅1mmの白金箔が0.5mmの間隔を置いて2本平行して配列しており、リン酸塩を含まない作用極上にグルコースオキシダーゼおよびフェリシアン化カリウムが配されているバイオセンサに、グルコースを含む試料液(pH7.0、100mMクエン酸ナトリウム緩衝溶液)を、毛管現象により作用極上に到達させ、試料液中のグルコースに対する電気信号を、バイオセンサの端子に接続された専用のコネクターを介して、PCで制御されている電気化学アナライザー(BAS社製ALS701)を用いて検出した。電気化学測定法としてはサイクリックボルタンメトリー法を用い、掃引速度50mV/sec、初期電位0V、最大電位+0.7V、反応(待機)時間60秒間でグルコースに対する応答を確認した。その結果、2mMから100mMグルコースの範囲において、+0.2V付近にメディエーター特有の電流値のピークが現れた。そのピーク値は図1に示される如くグルコース濃度に対し、ほぼ比例関係を示しており、このバイオセンサはグルコースに対する測定範囲が広く、本発明に関わる実施に好適であることがわかった。
Reference example 1
Two platinum foils with a width of 1 mm are arranged in parallel at an interval of 0.5 mm on an insulating plastic substrate (7 mm × 22 mm), and glucose oxidase and potassium ferricyanide are disposed on the working electrode not containing phosphate. A sample solution containing glucose (pH 7.0, 100 mM sodium citrate buffer solution) is allowed to reach the working electrode by capillary action, and an electrical signal for glucose in the sample solution is transmitted to the biosensor in which the biosensor is disposed. It detected using the electrochemical analyzer (ALS701 by BAS) controlled by PC through the connector for exclusive use connected to the terminal. Cyclic voltammetry was used as the electrochemical measurement method, and the response to glucose was confirmed with a sweep rate of 50 mV / sec, an initial potential of 0 V, a maximum potential of +0.7 V, and a reaction (standby) time of 60 seconds. As a result, a peak of the current value peculiar to the mediator appeared in the vicinity of +0.2 V in the range of 2 mM to 100 mM glucose. As shown in FIG. 1, the peak value is almost proportional to the glucose concentration, and it was found that this biosensor has a wide measurement range for glucose and is suitable for the implementation according to the present invention.

[実施例1]
参考例1で用いられたバイオセンサを使用して、(1)ピルビン酸オキシダーゼ系を用いてリン酸イオンの測定を行った。ピルビン酸オキシダーゼ(アエロコッカスビリダンス由来)200unitsは氷冷中の250μlの反応試薬液I、すなわち、40mMマグネシウムイオンおよび48μM FADを含むpH7.0、100mMクエン酸ナトリウム緩衝溶液に溶解した。反応試薬液IIとしては、800mMピルビン酸ナトリウムおよび0.96mM TPPを、氷冷中にて250μlのpH7.0、100mMクエン酸ナトリウム緩衝溶液に溶解したものが用いられた。測定試料液としては、400mMリン酸二水素カリウムを含むpH7.0、100mMクエン酸ナトリウム緩衝溶液を調製して用いた。測定は、2unitのピルビン酸オキシダーゼを含む反応試薬液12.5μLと反応試薬液II2.5μL、測定試料液5μlとを充分に混合したものを血糖センサに導入し、正確に3分間反応させた後、グルコースの測定時と同条件下、サイクリックボルタンメトリー法でリン酸イオンの測定を行った。
[Example 1]
Using the biosensor used in Reference Example 1, (1) phosphate ions were measured using a pyruvate oxidase system. 200 units of pyruvate oxidase (from Aerococcus viridans) was dissolved in 250 μl of reaction reagent solution I in ice-cooling, that is, pH 7.0, 100 mM sodium citrate buffer solution containing 40 mM magnesium ions and 48 μM FAD. As reaction reagent solution II, 800 mM sodium pyruvate and 0.96 mM TPP dissolved in 250 μl of pH 7.0, 100 mM sodium citrate buffer solution in ice-cooling were used. As a measurement sample solution, a pH 7.0, 100 mM sodium citrate buffer solution containing 400 mM potassium dihydrogen phosphate was prepared and used. The measurement was performed by introducing 12.5 μL of a reaction reagent solution containing 2 units of pyruvate oxidase, 2.5 μL of a reaction reagent solution II, and 5 μl of a measurement sample solution into a blood glucose sensor and reacting them accurately for 3 minutes. The phosphate ion was measured by the cyclic voltammetry method under the same conditions as the measurement of glucose.

比較例1
実施例1において、TPPが用いられなかった。
Comparative Example 1
In Example 1, TPP was not used.

比較例2
実施例1において、FADが用いられなかった。
Comparative Example 2
In Example 1, FAD was not used.

比較例3
実施例1において、マグネシウムイオンが用いられなかった。
Comparative Example 3
In Example 1, no magnesium ion was used.

比較例4
実施例1において、測定試料液として、100mMリン酸二水素カリウムを含まないpH7.0、100mMクエン酸ナトリウム緩衝溶液が用いられた。
Comparative Example 4
In Example 1, a pH 7.0, 100 mM sodium citrate buffer solution not containing 100 mM potassium dihydrogen phosphate was used as a measurement sample solution.

以上の実施例1および比較例1〜4で得られた結果は、図2に示される。なお、各数値は、n=3の平均値を示している。リン酸イオンに対する本バイオセンサの応答は、反応試薬液の成分としてFADが含まれない場合を除いて、リン酸イオンに対する応答は得られなかった。一方、FADを除いた場合では、通常の反応試薬組成で得られたリン酸イオンに対する応答に比べ、およそ半分程度の応答を示した。これは、ピルビン酸オキシダーゼは本来FADを備えているが、使用したピルビン酸オキシダーゼの中に精製の過程でFADが離脱したものが含まれていたためであると考えられる。以上より、ピルビン酸オキシダーゼ系においては、マグネシウムイオン、FAD、およびTPPが必要とされることが確認された。  The results obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 to 4 are shown in FIG. Each numerical value represents an average value of n = 3. The response of this biosensor to phosphate ions was not obtained except for the case where FAD was not included as a component of the reaction reagent solution. On the other hand, when FAD was excluded, the response was about half of the response to phosphate ions obtained with the usual reaction reagent composition. This is presumably because pyruvate oxidase originally has FAD, but the pyruvate oxidase used contained those from which FAD was released during the purification process. From the above, it was confirmed that magnesium ion, FAD, and TPP are required in the pyruvate oxidase system.

[実施例2]
参考例1で用いられたバイオセンサを使用して、(1)ピルビン酸オキシダーゼ系における、TPP濃度とセンサ応答との関係を調べた。氷冷中のpH7.0、100mMクエン酸ナトリウム緩衝溶液250μlに100unitsのピルビン酸オキシダーゼ(アエロコッカスビリダンス由来)と、20mMマグネシウムイオンおよび24μM FADが含まれる反応試薬液Iと、同じく氷冷中のpH7.0、100mMクエン酸ナトリウム緩衝溶液250μlに400mMリン酸二水素カリウムと、400mMピルビン酸ナトリウムおよび所定の濃度のTPPを含む反応試薬液IIをそれぞれ2.5μlずつ充分に混合し、この混合液を血糖センサに導入し、正確に10分間反応させた後、グルコースの測定時と同条件下、サイクリックボルタンメトリー法により電流値の測定が行われた。
[Example 2]
Using the biosensor used in Reference Example 1, the relationship between TPP concentration and sensor response in (1) pyruvate oxidase system was examined. Reaction reagent solution I containing 100 units of pyruvate oxidase (from Aerococcus viridans), 20 mM magnesium ions and 24 μM FAD in 250 μl of 100 mM sodium citrate buffer solution at pH 7.0 in ice-cooling, The reaction reagent solution II containing 400 mM potassium dihydrogen phosphate, 400 mM sodium pyruvate, and a predetermined concentration of TPP is thoroughly mixed with 250 μl of pH 7.0, 100 mM sodium citrate buffer solution (2.5 μl). Was introduced into a blood glucose sensor and allowed to react accurately for 10 minutes, and then the current value was measured by the cyclic voltammetry method under the same conditions as when measuring glucose.

得られた結果は、図3に示される。なお、各数値は、n=3の平均値を示している。TPPに対する本バイオセンサの応答は、48〜240μMの範囲で得られた。以上より、TPPの濃度が48μMよりも低い場合、リン酸イオンに対する本バイオセンサの応答が著しく低下することを示された。  The results obtained are shown in FIG. Each numerical value represents an average value of n = 3. The biosensor response to TPP was obtained in the range of 48-240 μM. From the above, it was shown that when the concentration of TPP is lower than 48 μM, the response of the present biosensor to phosphate ions is significantly reduced.

[実施例3]
参考例1で用いられたバイオセンサを使用して、(1)ピルビン酸オキシダーゼ系におけるピルビン酸濃度とセンサ応答との関係を調べた。実施例2で用いられた反応試薬液Iと、氷冷中のpH7.0、100mMクエン酸ナトリウム緩衝溶液250μlに400mMリン酸二水素カリウムと、0.48mM TPPおよび所定の濃度のピルビン酸ナトリウムを含む反応試薬液IIをそれぞれ2.5μlずつ充分に混合し、この混合液を血糖センサに導入し、正確に10分間反応させた後、グルコースの測定時と同条件下、サイクリックボルタンメトリー法により電流値の測定が行われた。
[Example 3]
Using the biosensor used in Reference Example 1, (1) the relationship between pyruvate concentration and sensor response in the pyruvate oxidase system was examined. Reaction reagent solution I used in Example 2, pH 7.0 in ice-cooling, 250 μl of 100 mM sodium citrate buffer solution, 400 mM potassium dihydrogen phosphate, 0.48 mM TPP, and sodium pyruvate at a predetermined concentration were added. Each reaction reagent solution II containing 2.5 μl was sufficiently mixed, this mixture solution was introduced into a blood glucose sensor, reacted for exactly 10 minutes, and then subjected to a current by cyclic voltammetry under the same conditions as when measuring glucose. A value measurement was made.

得られた結果は、図4に示される。なお、各数値は、n=3の平均値を示している。ピルビン酸に対する本バイオセンサの応答は、4〜400mMの範囲で得られた。以上より、4〜400mMの範囲であれば、本センサーがピルビン酸の測定にも応用が可能であることが示された。  The results obtained are shown in FIG. Each numerical value represents an average value of n = 3. The response of this biosensor to pyruvate was obtained in the range of 4 to 400 mM. From the above, it was shown that the present sensor can be applied to the measurement of pyruvic acid in the range of 4 to 400 mM.

[実施例4]
参考例で用いられたバイオセンサを使用して、(1)ピルビン酸オキシダーゼ系におけるピルビン酸オキシダーゼ活性とセンサ応答との関係を調べた。氷冷中のpH7.0、100mMクエン酸ナトリウム緩衝溶液250μlに所定単位のピルビン酸オキシダーゼ(アエロコッカスビリダンス由来)と、20mMマグネシウムイオンおよび24μM FADが含まれる反応試薬液Iと、同じく氷冷中のpH7.0、100mMクエン酸ナトリウム緩衝溶液250μlに400mMリン酸二水素カリウムと、400mMピルビン酸ナトリウムおよび0.48mM TPPを含む反応試薬液IIをそれぞれ2.5μlずつ充分に混合し、それを血糖センサに導入し、正確に10分間反応させた後、グルコースの測定時と同条件下、サイクリックボルタンメトリー法により電流値の測定が行われた。
[Example 4]
Using the biosensor used in the reference example, (1) the relationship between pyruvate oxidase activity and sensor response in the pyruvate oxidase system was examined. Reaction reagent solution I containing a predetermined unit of pyruvate oxidase (derived from Aerococcus viridans), 20 mM magnesium ions and 24 μM FAD in 250 μl of 100 mM sodium citrate buffer solution at pH 7.0 in ice cooling, In a pH 7.0, 100 mM sodium citrate buffer solution (250 μl), 400 μm potassium dihydrogen phosphate, 400 mM sodium pyruvate and 0.48 mM TPP reaction reagent solution II were mixed thoroughly and 2.5 μl each. After being introduced into the sensor and allowed to react for exactly 10 minutes, the current value was measured by the cyclic voltammetry method under the same conditions as when measuring glucose.

得られた結果は、図5に示される。なお、各数値は、n=3の平均値を示している。ピルビン酸オキシダーゼ活性に対する本バイオセンサの応答は、6〜200m units/μlの範囲で高い相関関係(r=0.9991)が得られた。以上より、6〜200m units/μlの範囲であれば、本センサーがピルビン酸オキシダーゼ活性の測定にも応用が可能であることが示された。  The results obtained are shown in FIG. Each numerical value represents an average value of n = 3. The response of this biosensor to pyruvate oxidase activity was highly correlated (r = 0.9991) in the range of 6 to 200 munits / μl. From the above, it was shown that the present sensor can be applied to the measurement of pyruvate oxidase activity in the range of 6 to 200 m units / μl.

[実施例5]
参考例1で用いられたバイオセンサを使用して、(1)ピルビン酸オキシダーゼ系における、リン酸イオンとセンサ応答との関係を調べた。実施例1で用いられた反応試薬液Iおよび反応試薬液IIを使用し、測定試料液としては、所定の濃度のリン酸二水素カリウムを含むpH7.0、100mMクエン酸ナトリウム緩衝溶液を調製して用いた。測定は、2unitのピルビン酸オキシダーゼを含む反応試薬液I2.5μLと反応試薬液II2.5μL、測定試料液5μlを充分に混合したものを血糖センサに導入し、正確に10分間反応させた後、グルコースの測定時と同条件下、サイクリックボルタンメトリー法により電流値の測定が行われた。
[Example 5]
Using the biosensor used in Reference Example 1, (1) the relationship between phosphate ions and sensor response in the pyruvate oxidase system was examined. The reaction reagent solution I and reaction reagent solution II used in Example 1 were used, and a pH 7.0, 100 mM sodium citrate buffer solution containing potassium dihydrogen phosphate having a predetermined concentration was prepared as a measurement sample solution. Used. The measurement was performed by introducing a mixture of reaction reagent solution I2.5 μL containing 2 units of pyruvate oxidase, reaction reagent solution II 2.5 μL, and measurement sample solution 5 μl into a blood glucose sensor and reacting accurately for 10 minutes. The current value was measured by the cyclic voltammetry method under the same conditions as when measuring glucose.

得られた結果は、図6に示される。なお、各数値は、n=3の平均値を示している。リン酸イオンに対する本バイオセンサの応答は、1mM付近から100mMの範囲で得られ、食品や尿などに含まれているリン酸の測定に好適であることが確認された。  The results obtained are shown in FIG. Each numerical value represents an average value of n = 3. The response of this biosensor to phosphate ions was obtained in the range of about 1 mM to 100 mM, and was confirmed to be suitable for the measurement of phosphate contained in foods, urine and the like.

[実施例6]
参考例1で用いられたバイオセンサを使用して、(1)ピルビン酸オキシダーゼ反応系を用いて環境水中に溶解させたリン酸イオンの測定を行った。実施例1で用いられた反応試薬液Iおよび反応試薬液IIを使用し、測定試料液としては、添加するリン酸二水素カリウムの濃度が5、10、15、20mMとなるように環境水中に溶解したものを使用した。環境水としては、東京工科大学敷地内にある日本庭園、カスケードおよび溜池から採取した。環境水のpHはそれぞれ、7.65,7.64,7.93、リン酸イオン濃度はそれぞれ、0.073μM,0.67μM,5.4μM(JIS K 0102準拠:アスコルビン酸還元によるモリブデン青吸光光度法)であった。本発明のバイオセンサ法ではまず、pH7.0、100mMクエン酸ナトリウム緩衝溶液およびこれに25mMのリン酸イオンを添加した溶液に対するセンサー応答を検量線の値として求めた上で、リン酸イオンを添加した各環境水の応答を前記検量線に当てはめて各環境水中のリン酸イオン濃度を求めた。アスコルビン酸還元によるモリブデン青吸光光度法からもこれと同様に各環境水中のリン酸イオン濃度を求め、その値を従来法で求めた値とした。
[Example 6]
Using the biosensor used in Reference Example 1, (1) a phosphate ion dissolved in environmental water was measured using a pyruvate oxidase reaction system. The reaction reagent solution I and reaction reagent solution II used in Example 1 were used, and the measurement sample solution was placed in environmental water so that the concentration of potassium dihydrogen phosphate to be added was 5, 10, 15, 20 mM. The dissolved one was used. Environmental water was collected from Japanese gardens, cascades, and reservoirs on the Tokyo University of Technology site. The pH of the environmental water is 7.65, 7.64, 7.93, and the phosphate ion concentrations are 0.073 μM, 0.67 μM, and 5.4 μM, respectively (according to JIS K 0102: molybdenum blue absorption by ascorbic acid reduction) Photometric method). In the biosensor method of the present invention, first, a sensor response to a pH 7.0, 100 mM sodium citrate buffer solution and a solution to which 25 mM phosphate ions are added is obtained as a calibration curve value, and then phosphate ions are added. The response of each environmental water was applied to the calibration curve to determine the phosphate ion concentration in each environmental water. Similarly from the molybdenum blue absorptiometric method by ascorbic acid reduction, the phosphate ion concentration in each environmental water was calculated | required, and the value was made into the value calculated | required by the conventional method.

得られた結果は、図7a,b,cに示される。なお、各数値は、n=3の平均値を示している。このときのバイオセンサの応答の変動係数の平均は日本庭園が7.6%、カスケードが9.1%,溜池が8.8%であった。日本庭園a、カスケードbおよび溜池cの順に、含まれるリン酸イオンの濃度が高い環境水ほど、センサー応答値は従来法に比べ高い値を示した。この原因としては、リン酸イオンの濃度が高い環境水ほどその他の夾雑物質を多く含み、それらがリン酸イオンと相互作用することが考えられる。すなわち、従来法ではリン・モリブデン錯体を形成させるべく、溶液を強酸性に調製する必要があるため、リン酸イオンは夾雑物質との相互作用の影響を受けにくいが、ピルビン酸オキシダーゼが触媒できるのは、真に溶存状態であるリン酸イオンだけであることから、このような結果に結びついたものと考えられる。  The results obtained are shown in FIGS. 7a, b, c. Each numerical value represents an average value of n = 3. The average variation coefficient of biosensor response at this time was 7.6% for Japanese gardens, 9.1% for cascades, and 8.8% for Tameike. In the order of the Japanese garden a, the cascade b, and the basin c, the environmental water with a higher concentration of phosphate ions contained a higher sensor response value than the conventional method. As this cause, it can be considered that the environmental water having a higher concentration of phosphate ions contains more impurities and interacts with the phosphate ions. In other words, the conventional method requires the solution to be prepared to be strongly acidic in order to form a phosphorus-molybdenum complex, so that phosphate ions are less susceptible to interaction with contaminants, but pyruvate oxidase can catalyze. Since it is only phosphate ions that are truly in a dissolved state, it is considered that this is connected to such a result.

[実施例7]
参考例1で用いられたバイオセンサを使用して、(2)増幅反応系の(i)ピルビン酸オキシダーゼ−酸性ホスファターゼ系におけるpHとセンサ応答との関係を調べた。氷冷した所定のpHの緩衝溶液250μlに100unitsのピルビン酸オキシダーゼ(アエロコッカスビリダンス由来)と、40mMマグネシウムイオンおよび48μM FADが含まれる反応試薬液Iと、氷冷した所定のpHの緩衝溶液250μlに400mMリン酸二水素カリウムと、400mMピルビン酸ナトリウムおよびの0.48mM TPPを含む反応試薬液II、氷冷した所定のpHの緩衝溶液50μlに20unitsの酸性ホスファターゼ(ポテト由来)が含まれる反応試薬液IIIをそれぞれ2.5μl、5μl、2.5μlずつ充分に混合し、それを血糖センサに導入し、正確に60秒間反応させた後、グルコースの測定時と同条件下、サイクリックボルタンメトリー法により電流値の測定が行われた。
[Example 7]
Using the biosensor used in Reference Example 1, the relationship between the pH and the sensor response in (2) the amplification reaction system (i) pyruvate oxidase-acid phosphatase system was examined. 250 μl of an ice-cooled buffer solution having a predetermined pH, 100 units of pyruvate oxidase (from Aerococcus viridans), a reaction reagent solution I containing 40 mM magnesium ions and 48 μM FAD, and 250 μl of an ice-cooled buffer solution having a predetermined pH value. Reaction reagent II containing 400 mM potassium dihydrogen phosphate, 400 mM sodium pyruvate and 0.48 mM TPP, reaction reagent containing 20 units of acid phosphatase (derived from potato) in 50 μl of an ice-cooled buffer solution having a predetermined pH Liquid III was mixed thoroughly at 2.5 μl, 5 μl, and 2.5 μl, respectively, introduced into the blood glucose sensor, allowed to react accurately for 60 seconds, and then subjected to cyclic voltammetry under the same conditions as when measuring glucose. The current value was measured.

得られた結果は、図8に示される。なお、各数値は、n=3の平均値を示している。この図が示すように、酸性ホスファターゼ活性における最適pHが存在する酸性側よりも、ピルビン酸オキシダーゼ活性における最適pH(pH7.0)付近で、リン酸イオンに対する応答が最も高いことが分かった。また、この結果より、ピルビン酸オキシダーゼのみの(1)単純反応系と比較して、(2)基質増幅反応系であるピルビン酸オキシダーゼ−酸性ホスファターゼ系のほうが、リン酸イオンに対する応答が遥かに良くなることが示された。  The results obtained are shown in FIG. Each numerical value represents an average value of n = 3. As shown in this figure, it was found that the response to phosphate ions was the highest near the optimum pH (pH 7.0) in pyruvate oxidase activity than on the acid side where the optimum pH in acid phosphatase activity was present. In addition, from this result, compared with (1) simple reaction system of pyruvate oxidase alone, (2) the response to phosphate ions is much better in the pyruvate oxidase-acid phosphatase system which is a substrate amplification reaction system. It was shown to be.

参考例2
絶縁性のプラスチック基板(7mm×22mm)上に幅1mmの白金箔が0.5mmの間隔を置いて2本平行して配列しており、リン酸塩を含まない作用極上にグルコースオキシダーゼおよびフェリシアン化カリウムが配されているバイオセンサに、所定濃度のグルコースを含むpH6.5、20mMクエン酸ナトリウム緩衝溶液2.5μlを、毛管現象により作用極上に到達させ、試料液中のグルコースに対する電気信号を、バイオセンサの端子に接続された専用のコネクターを介して、PCで制御されている電気化学アナライザー(ALS701)を用いて検出した。電気化学測定法としてはサイクリックボルタンメトリー法を用い、掃引速度50mV/sec、初期電位0V、最大電位+0.7V、反応(待機)時間60秒間でグルコースに対する応答を確認した。その結果、2mMから100mMグルコースの範囲において、+0.2V付近にメディエーター特有の電流値のピークが現れた。そのピーク値は図9に示される如くグルコース濃度に対し、ほぼ比例関係を示しており、このバイオセンサはグルコースに対する測定範囲が広く、本発明に関わる実施に好適であることがわかった。
Reference example 2
Two platinum foils with a width of 1 mm are arranged in parallel at an interval of 0.5 mm on an insulating plastic substrate (7 mm × 22 mm), and glucose oxidase and potassium ferricyanide are disposed on the working electrode not containing phosphate. Is placed on the working electrode by capillary action with pH 6.5 containing 20 mM sodium citrate buffer solution containing a predetermined concentration of glucose, and an electrical signal for glucose in the sample solution is Detection was performed using an electrochemical analyzer (ALS701) controlled by a PC via a dedicated connector connected to the sensor terminal. Cyclic voltammetry was used as the electrochemical measurement method, and the response to glucose was confirmed with a sweep rate of 50 mV / sec, an initial potential of 0 V, a maximum potential of +0.7 V, and a reaction (standby) time of 60 seconds. As a result, a peak of the current value peculiar to the mediator appeared in the vicinity of +0.2 V in the range of 2 mM to 100 mM glucose. The peak value is almost proportional to the glucose concentration as shown in FIG. 9, and it was found that this biosensor has a wide measurement range for glucose and is suitable for the implementation according to the present invention.

[実施例8]
前記(7)単純反応系の(i)マルトースホスホリラーゼ−ムタロターゼ系を参考例2で用いられたバイオセンサに応用し、リン酸イオン濃度に対する応答を調べた。マルトースホスホリラーゼ(ラクトバチルス ブレビス由来)、ムタロターゼ(豚腎臓由来)およびグルコースオキシダーゼ(アスペルギウス ニガー由来)は、分画分子量1万の限外ろ過フィルターを使用して脱塩処理を行った後、氷冷中のpH6.5、20mMクエン酸ナトリウム緩衝溶液に0.4unit/μlとなるように溶解した。なお、グルコースオキシダーゼは、参考例2に記載される如くバイオセンサに予め配されているものの、使用したバイオセンサがロットによりバラツキが見られることから、再現性を確実なものとするため本実施例以降追加して使用することとした。また、基質液としては、400mMマルトースを含むpH6.5、20mMクエン酸ナトリウム緩衝溶液が、測定試料液としては、所定濃度のリン酸二水素カリウムを含むpH6.5、20mMクエン酸ナトリウム緩衝溶液が用いられた。次に、各酵素を含む溶液2.5μl、基質液2.5μlおよび測定試料液5μlとを充分に混合したものをバイオセンサに導入し、正確に3分間反応させた後、グルコースの測定時と同条件下でサイクリックボルタンメトリー法により電流値の測定が行われた。
[Example 8]
The (7) simple reaction system (i) maltose phosphorylase-mutarotase system was applied to the biosensor used in Reference Example 2, and the response to the phosphate ion concentration was examined. Maltose phosphorylase (derived from Lactobacillus brevis), mutarotase (derived from porcine kidney) and glucose oxidase (derived from Aspergillus niger) were desalted using an ultrafiltration filter with a molecular weight cut off of 10,000, and then ice-cooled. Was dissolved in a 20 mM sodium citrate buffer solution at pH 6.5 and 0.4 unit / μl. Although glucose oxidase is pre-arranged in the biosensor as described in Reference Example 2, since the biosensor used varies from lot to lot, this example is used to ensure reproducibility. It was decided to use it after that. The substrate solution is a pH 6.5, 20 mM sodium citrate buffer solution containing 400 mM maltose, and the measurement sample solution is a pH 6.5, 20 mM sodium citrate buffer solution containing a predetermined concentration of potassium dihydrogen phosphate. Used. Next, after thoroughly mixing 2.5 μl of each enzyme-containing solution, 2.5 μl of the substrate solution and 5 μl of the sample solution for measurement into the biosensor and reacting accurately for 3 minutes, The current value was measured by cyclic voltammetry under the same conditions.

得られた結果は、図10に示される。なお、各数値は、n=3の平均値を示している。リン酸イオンに対する本バイオセンサの応答は、0.2mM付近から20mMの範囲で得られ、食品や尿などに含まれているリン酸の測定に好適であることが確認された。  The results obtained are shown in FIG. Each numerical value represents an average value of n = 3. The response of this biosensor to phosphate ions was obtained in the range of about 0.2 mM to 20 mM, and was confirmed to be suitable for the measurement of phosphate contained in food, urine and the like.

[実施例9]
実施例8において、ムタロターゼの代わりに酸性ホスファターゼ(ポテト由来)が同活性量で用いられ、また反応時間が10分間に変更されて電流値の測定が行われ、前記(8)基質増幅反応系の(i)マルトースホスホリラーゼ−酸性ホスファターゼ系におけるリン酸イオン濃度に対する応答を調べた。ここで、アルカリ性ホスファターゼではなく酸性ホスファターゼを使用したのは、グルコースオキシダーゼが弱酸性条件下で至適であるためである。
[Example 9]
In Example 8, acid phosphatase (derived from potato) was used in the same amount in place of mutarotase, and the reaction time was changed to 10 minutes to measure the current value. In (8) the substrate amplification reaction system, (I) The response to the phosphate ion concentration in the maltose phosphorylase-acid phosphatase system was examined. The reason why acid phosphatase was used instead of alkaline phosphatase is that glucose oxidase is optimal under weak acid conditions.

得られた結果は、図11に示される。なお、各数値は、n=3の平均値を示している。リン酸イオンに対する本バイオセンサの応答は実施例8に示される単純反応系の結果と比較して約10倍の20μMから2mMの範囲で応答が得られ、富栄養化が進んだ環境水であれば本センサでのリン酸イオンの定量が可能であることが確認された。  The obtained results are shown in FIG. Each numerical value represents an average value of n = 3. The response of this biosensor to phosphate ions can be obtained in the range of 20 μM to 2 mM, which is about 10 times that of the simple reaction system shown in Example 8. It was confirmed that phosphate ions could be quantified with this sensor.

比較例5
実施例9において、酸性ホスファターゼが用いられなかった。その結果、各種濃度のリン酸イオンに対する本バイオセンサの応答は、いずれも約15μAであった。この値はリン酸イオンが存在しない場合のセンサ応答値と等しいことから、反応に十分な量の基質が存在していたとしても、マルトースホスホリラーゼのみではグルコースオキシダーゼ反応が進行しないことが確認された。
Comparative Example 5
In Example 9, acid phosphatase was not used. As a result, the response of this biosensor to various concentrations of phosphate ions was about 15 μA. Since this value is equal to the sensor response value in the absence of phosphate ions, it was confirmed that the glucose oxidase reaction does not proceed with maltose phosphorylase alone even if a sufficient amount of substrate is present for the reaction.

[実施例10]
前記(9)複合反応系の(i)マルトースホスホリラーゼ−酸性ホスファターゼ−ムタロターゼ系を血糖センサに応用して、リン酸イオンの濃度を一定として、pHとセンサ応答との関係を調べた。実施例8で用いられたマルトースホスホリラーゼ、ムタロターゼ、グルコースオキシダーゼおよび実施例9で用いられた酸性ホスファターゼは分画分子量1万の限外ろ過フィルターを使用して脱塩処理を行った後、氷冷中のpH6.5、20mMクエン酸ナトリウム緩衝溶液に0.4unit/μlとなるように溶解した。また、基質液としては、400mMマルトースを含むpH6.5、20mMクエン酸ナトリウム緩衝溶液が、測定試料液としては、1mMリン酸二水素カリウムを含むpH4.0のフタル酸緩衝溶液および各pHが5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5の0.2Mトリス−マレイン酸緩衝溶液がそれぞれ用いられた。次に、各酵素を含む溶液2.5μl、基質液2.5μlおよび測定試料液5μlとを充分に混合したものをバイオセンサに導入し、10分間反応させた後、サイクリックボルタンメトリー法により電流値の測定が行われた。
[Example 10]
The (9) complex reaction system (i) maltose phosphorylase-acid phosphatase-mutarotase system was applied to a blood glucose sensor, and the relationship between pH and sensor response was examined with a constant phosphate ion concentration. The maltose phosphorylase, mutarotase, glucose oxidase used in Example 8 and the acid phosphatase used in Example 9 were desalted using an ultrafiltration filter having a molecular weight cut off of 10,000, and then ice-cooled. Was dissolved in a 20 mM sodium citrate buffer solution at pH 6.5 and 0.4 unit / μl. The substrate solution is a pH 6.5, 20 mM sodium citrate buffer solution containing 400 mM maltose, the measurement sample solution is a pH 4.0 phthalate buffer solution containing 1 mM potassium dihydrogen phosphate, and each pH is 5 0.5, 6.0, 6.5, 7.0, 7.5, 8.0, 8.5 0.2M Tris-maleic acid buffer solutions were used, respectively. Next, 2.5 μl of each enzyme-containing solution, 2.5 μl of the substrate solution and 5 μl of the sample solution to be mixed are introduced into the biosensor, reacted for 10 minutes, and then subjected to cyclic voltammetry to determine the current value. Measurements were made.

得られた結果は、図12に示される。なお、各数値は、n=3の平均値を示している。ここで、横軸に示している値は、各酵素を含む溶液、マルトース液および測定試料液が混ざった状態の血糖センサの反応検出部におけるpHで示してある。これにより、pHの影響を調べたところ、この複合反応系における最適なpHは6.5付近であることが示された。また、pHが8付近でセンサの応答が著しく低下した。これは、増幅反応を行う酸性ホスファターゼの活性の低下が原因として考えられる。  The results obtained are shown in FIG. Each numerical value represents an average value of n = 3. Here, the value shown on the horizontal axis is the pH in the reaction detection part of the blood glucose sensor in a state where the solution containing each enzyme, the maltose solution, and the measurement sample solution are mixed. Thereby, when the influence of pH was investigated, it was shown that the optimal pH in this composite reaction system is around 6.5. In addition, the sensor response was remarkably lowered when the pH was around 8. This is considered due to a decrease in the activity of acid phosphatase that performs the amplification reaction.

[実施例11]
実施例10において、測定試料液として2mMリン酸二水素カリウムを含むpH6.5、20mMクエン酸ナトリウム緩衝溶液が用いられ、所定時間反応させた際の電流値の測定を行い、この複合反応系における反応時間とセンサ応答との関係を調べた。
[Example 11]
In Example 10, a pH 6.5, 20 mM sodium citrate buffer solution containing 2 mM potassium dihydrogen phosphate was used as a measurement sample solution, and the current value when reacted for a predetermined time was measured. The relationship between reaction time and sensor response was investigated.

得られた結果は、図13に示される。なお、各数値は、n=3の平均値を示している。リン酸イオンに対する本バイオセンサの応答は反応時間の長さと比例して大きくなっており、マルトースが十分に存在する反応条件下であれば、この複合反応系がリン酸イオンの存在によって増幅反応を起こすことが示された。  The obtained results are shown in FIG. Each numerical value represents an average value of n = 3. The response of this biosensor to phosphate ions increases in proportion to the length of the reaction time. Under the reaction conditions in which maltose is sufficiently present, this complex reaction system can perform an amplification reaction due to the presence of phosphate ions. It was shown to wake up.

[実施例12]
実施例10において、基質液としては、400mMリン酸二水素カリウムを含むpH6.5、20mMクエン酸ナトリウム緩衝溶液が、測定試料液としては、所定濃度のマルトースを含むpH6.5、20mMクエン酸ナトリウム緩衝溶液が用いられ、マルトース濃度に対する応答を調べた。
[Example 12]
In Example 10, a pH 6.5, 20 mM sodium citrate buffer solution containing 400 mM potassium dihydrogen phosphate is used as a substrate solution, and a pH 6.5, 20 mM sodium citrate solution containing a predetermined concentration of maltose is used as a measurement sample solution. A buffer solution was used to examine the response to maltose concentration.

得られた結果は、図14に示される。なお、各数値は、n=3の平均値を示している。マルトースに対する本バイオセンサの応答は、1〜300mMの範囲で得られた。  The results obtained are shown in FIG. Each numerical value represents an average value of n = 3. Responses of the present biosensor to maltose were obtained in the range of 1-300 mM.

[実施例13]
実施例8において、マルトースホスホリラーゼ、ムタロターゼ、グルコースオキシダーゼに加えて実施例9で用いられた酸性ホスファターゼが用いられ、また反応時間が10分間に変更されて電流値の測定が行われ、前記(9)複合反応系の(i)マルトースホスホリラーゼ−酸性ホスファターゼ−ムタロターゼ系におけるリン酸イオン濃度に対する応答を調べた。
[Example 13]
In Example 8, in addition to maltose phosphorylase, mutarotase and glucose oxidase, the acid phosphatase used in Example 9 was used, and the reaction time was changed to 10 minutes, and the current value was measured. (9) The response to the phosphate ion concentration in the (i) maltose phosphorylase-acid phosphatase-mutarotase system of the complex reaction system was examined.

得られた結果は、図15に示される。なお、各数値は、n=3の平均値を示している。リン酸イオンに対する本バイオセンサの応答は実施例8に示される単純反応系の結果と比較して約20倍の10μMから2mMの範囲で応答が得られ、また、実施例9に示される基質増幅反応系の結果と比較して約2倍の応答が得られ、富栄養化が進んだ環境水であれば本センサでのリン酸イオンの定量が可能であることが確認された。  The obtained results are shown in FIG. Each numerical value represents an average value of n = 3. The response of the present biosensor to phosphate ions is about 20 times that in the range of 10 μM to 2 mM compared to the result of the simple reaction system shown in Example 8, and the substrate amplification shown in Example 9 The response of the reaction system was about twice as high as that of the reaction system, and it was confirmed that phosphate water can be quantified with this sensor if the eutrophication is advanced.

[実施例14]
実施例13において、マルトースホスホリラーゼの代わりに、脱塩処理されたスクロースホスホリラーゼ(ルーコノストック メセントロイデス由来)が同活性量で用いられ、前記(8)基質増幅反応系の(ii)スクロースホスホリラーゼ−酸性ホスファターゼ−ムタロターゼ系におけるリン酸イオン濃度に対する応答を調べた。
[Example 14]
In Example 13, instead of maltose phosphorylase, desalted sucrose phosphorylase (derived from Luconostock Mecentroides) was used in the same amount of activity, and (ii) sucrose phosphorylase- The response to phosphate ion concentration in the acid phosphatase-mutarotase system was investigated.

得られた結果は、図16に示される。なお、各数値は、n=3の平均値を示している。リン酸イオンに対する本バイオセンサの応答は0.1〜30mMの範囲で応答が得られ、富栄養化が進んだ環境水であれば本センサでのリン酸イオンの定量が可能であることが確認された。  The obtained results are shown in FIG. Each numerical value represents an average value of n = 3. The response of this biosensor to phosphate ions is obtained in the range of 0.1 to 30 mM, and it is confirmed that phosphate ions can be quantified with this sensor in the case of environmental water with enhanced eutrophication. It was done.

[実施例15]
実施例14において、基質液として、400mMリン酸二水素カリウムを含むpH6.5、20mMクエン酸ナトリウム緩衝溶液が、測定試料液としては、所定濃度のスクロースを含むpH6.5、20mMクエン酸ナトリウム緩衝溶液が用いられ、スクロース濃度に対する応答を調べた。
[Example 15]
In Example 14, a pH 6.5, 20 mM sodium citrate buffer solution containing 400 mM potassium dihydrogen phosphate as a substrate solution, and a pH 6.5, 20 mM sodium citrate buffer containing sucrose at a predetermined concentration as a measurement sample solution. Solutions were used to examine the response to sucrose concentration.

得られた結果は、図17に示される。なお、各数値は、n=3の平均値を示している。スクロースに対する本バイオセンサの応答は、0.3〜30mMの範囲で得られた。  The obtained results are shown in FIG. Each numerical value represents an average value of n = 3. Responses of this biosensor to sucrose were obtained in the range of 0.3-30 mM.

[実施例16]
実施例13において、測定試料液として以下の物質を超純水に溶解したものが用いられた。
・コントロール:2mMリン酸イオン
・10mMアセトアミノフェンおよび2mMリン酸イオン
[Example 16]
In Example 13, a sample solution obtained by dissolving the following substances in ultrapure water was used.
Control: 2 mM phosphate ion 10 mM acetaminophen and 2 mM phosphate ion

得られた結果は、次の表1および図18に示される。

Figure 2005073399
The obtained results are shown in the following Table 1 and FIG.
Figure 2005073399

比較例6
実施例16において、バイオセンサとして、バイオセンサ上のメディエーターを含む試薬層が水で洗い流されたものが用いられた。
Comparative Example 6
In Example 16, a biosensor in which the reagent layer containing the mediator on the biosensor was washed away with water was used.

得られた結果は、次の表2および図19に示される。

Figure 2005073399
The obtained results are shown in the following Table 2 and FIG.
Figure 2005073399

以上の結果に示されているように、過酸化水素系(比較例6)では、メディエーター系(実施例16)に比べて著しい応答の減少がみられた。また、フェリシアン化カリウムをメディエーターとして使用することにより、試料液中の溶存酸素をメディエーターとする過酸化水素系に比べて大きな出力値を得ることができ、測定の精度が向上することが確認された。  As shown in the above results, in the hydrogen peroxide system (Comparative Example 6), a significant decrease in response was observed compared to the mediator system (Example 16). In addition, it was confirmed that by using potassium ferricyanide as a mediator, a larger output value can be obtained compared to a hydrogen peroxide system using dissolved oxygen in the sample solution as a mediator, and the measurement accuracy is improved.

[実施例17]
実施例13において、測定試料液として以下の物質を超純水に溶解したものが用いられ、環境水をはじめ食品および体液などに含まれる夾雑物質のセンサ応答への影響を調べた。
・コントロール:2mMリン酸イオン
・人工海水:2.65%NaCl,0.326%MgCl,0.207%MgSO,0.136%CaSO,0.0714%KClおよび2mMリン酸イオン
・0.3mMアスコルビン酸および2mMリン酸イオン
・1ppm尿酸および2mMリン酸イオン
・1ppmアンモニウムイオンおよび2mMリン酸イオン
・1ppmドデシル硫酸ナトリウムおよび2mMリン酸イオン
・1ppm塩化ベンザルコニウムおよび2mMリン酸イオン
・1ppmリグニンおよび2mMリン酸イオン
・4ppm無機陰イオン:1ppmF,1ppmNO ,1ppmNO ,1ppmSO 2−および2mMリン酸イオン
・5ppm重金属:1ppmCu2+,1ppmZn2+,1ppmMn2+,1ppmCr3+,1ppmFe3+および2mMリン酸イオン
[Example 17]
In Example 13, a measurement sample solution in which the following substances were dissolved in ultrapure water was used, and the influence of contaminants contained in environmental water, foods, body fluids, and the like on the sensor response was examined.
Control: 2mM phosphate artificial seawater: 2.65% NaCl, 0.326% MgCl 2, 0.207% MgSO 4, 0.136% CaSO 4, 0.0714% KCl and 2mM phosphate ion 0 3 mM ascorbic acid and 2 mM phosphate ion 1 ppm uric acid and 2 mM phosphate ion 1 ppm ammonium ion and 2 mM phosphate ion 1 ppm sodium dodecyl sulfate and 2 mM phosphate ion 1 ppm benzalkonium chloride and 2 mM phosphate ion 1 ppm lignin and 2mM phosphate · 4 ppm inorganic anions: 1ppmF -, 1ppmNO 2 -, 1ppmNO 3 -, 1ppmSO 4 2- and 2mM phosphate · 5 ppm heavy metals: 1ppmCu 2+, 1ppmZn 2+, 1 pmMn 2+, 1ppmCr 3+, 1ppmFe 3+ and 2mM phosphate ions

得られた結果は、次の表3および図20に示される。これらの結果に示されているように重金属イオンおよび人工海水に含まれるリン酸イオンに対するセンサ応答がコントロールと比べてやや低い応答を示しているものの、それらの応答比は何れも90%程度であった。この結果より、従来の溶存酸素および過酸化水素検出系の電気化学的な方法や化学発光を用いる方法と比べて夾雑物質の影響を確実に低く抑えられることが示された。

Figure 2005073399
Figure 2005073399
The obtained results are shown in the following Table 3 and FIG. As shown in these results, sensor responses to heavy metal ions and phosphate ions contained in artificial seawater are slightly lower than those of the control, but their response ratios are both about 90%. It was. From this result, it was shown that the influence of contaminants can be reliably suppressed as compared with the conventional electrochemical method of dissolved oxygen and hydrogen peroxide detection system and the method using chemiluminescence.
Figure 2005073399
Figure 2005073399

[実施例18]
つづいて、このバイオセンサを使用して、前記(8)基質増幅反応系の(i)マルトースホスホリラーゼ−酸性ホスファターゼ系を参考例2で用いられたバイオセンサに応用し、基質であるマルトースおよびリン酸イオンが十分に存在する条件下、酸性ホスファターゼ活性とセンサ応答値との関係を調べた。実施例8と同様に脱塩処理されたマルトースホスホリラーゼおよびグルコースオキシダーゼを、氷冷中のpH6.5、20mMクエン酸ナトリウム緩衝溶液に0.4unit/μlとなるように溶解した。また、基質液としては、400mMマルトースおよび400mMリン酸二水素カリウムを含むpH6.5、20mMクエン酸ナトリウム緩衝溶液が、測定試料液としては、実施例9と同様に脱塩処理された酸性ホスファターゼを所定濃度となるように氷冷中のpH6.5、20mMクエン酸ナトリウム緩衝溶液に溶解したものが用いられた。次に、マルトースホスホリラーゼおよびグルコースオキシダーゼを含む溶液2.5μlと反応基質液2.5μlとを良く混合した後、測定試料液5μlを混合したものをバイオセンサに導入し、正確に10分間反応させた後、サイクリックボルタンメトリー法により電流値の測定が行われた。
[Example 18]
Subsequently, by using this biosensor, the (8) substrate amplification reaction system (i) maltose phosphorylase-acid phosphatase system was applied to the biosensor used in Reference Example 2, and the substrates maltose and phosphate were used. The relationship between the acid phosphatase activity and the sensor response value was investigated under conditions where ions were sufficiently present. Desalted maltose phosphorylase and glucose oxidase as in Example 8 were dissolved in ice-cooled pH 6.5, 20 mM sodium citrate buffer solution to a concentration of 0.4 unit / μl. In addition, as a substrate solution, pH 6.5, 20 mM sodium citrate buffer solution containing 400 mM maltose and 400 mM potassium dihydrogen phosphate, and as a measurement sample solution, desalted acid phosphatase as in Example 9 was used. What was melt | dissolved in the pH 6.5 and 20 mM sodium citrate buffer solution in ice-cooling was used so that it might become a predetermined density | concentration. Next, 2.5 μl of a solution containing maltose phosphorylase and glucose oxidase and 2.5 μl of a reaction substrate solution are mixed well, and then a mixture of 5 μl of a measurement sample solution is introduced into a biosensor and allowed to react accurately for 10 minutes. Thereafter, the current value was measured by a cyclic voltammetry method.

得られた結果は、図21に示される。なお、各数値は、n=3の平均値を示している。酸性ホスファターゼ活性とセンサ応答値との関係は試料液中の酵素活性が0.02〜0.2unit/lの範囲で直線的な応答を示した。これらの結果から、本センサでのリン酸イオンの定量法を応用することで前立腺の腫瘍マーカーである血中酸性ホスファターゼ活性の測定に用いることが可能であることが確認された。  The obtained results are shown in FIG. Each numerical value represents an average value of n = 3. The relationship between the acid phosphatase activity and the sensor response value showed a linear response when the enzyme activity in the sample solution was in the range of 0.02 to 0.2 unit / l. From these results, it was confirmed that it can be used for measurement of blood acid phosphatase activity, which is a prostate tumor marker, by applying the phosphate ion quantification method of this sensor.

[実施例19]
実施例8において、測定試料液として所定濃度のピロリン酸イオンを含むpH6.5、20mMクエン酸ナトリウム緩衝溶液2.5μlおよび脱塩された無機ピロホスファターゼ(パン酵母由来)を0.4unit/μlとなるようにpH6.5、20mMクエン酸ナトリウム緩衝溶液に溶解したもの2.5μlとを混合し、5分間反応させたものが用いられ、前記(10)無機ピロホスファターゼ系のピロリン酸イオン濃度に対する応答を調べた。
[Example 19]
In Example 8, pH 6.5 containing pyrophosphate ions at a predetermined concentration as a measurement sample solution, 2.5 μl of 20 mM sodium citrate buffer solution and desalted inorganic pyrophosphatase (derived from baker's yeast) at 0.4 unit / μl. A solution prepared by mixing 2.5 μl of a solution dissolved in a pH 6.5, 20 mM sodium citrate buffer solution and reacting for 5 minutes is used. (10) Response of the inorganic pyrophosphatase system to pyrophosphate ion concentration I investigated.

得られた結果は、図22に示される。なお、各数値は、n=3の平均値を示している。ピロリン酸イオンに対する本バイオセンサの応答は、1〜100mMの範囲で得られた。  The obtained results are shown in FIG. Each numerical value represents an average value of n = 3. Responses of this biosensor to pyrophosphate ions were obtained in the range of 1-100 mM.

[実施例20]
実施例19において、測定試料液として10mMピロリン酸イオン、10mM ATPまたは10mM dNTPsを含むpH6.5、20mMクエン酸ナトリウム緩衝溶液2.5μlおよび脱塩された無機ピロホスファターゼを0.4unit/μlとなるようにpH6.5、20mMクエン酸ナトリウム緩衝溶液に溶解したもの2.5μlとを混合し、5分間反応させたものが用いられた。
[Example 20]
In Example 19, pH 6.5 containing 10 mM pyrophosphate ion, 10 mM ATP or 10 mM dNTPs as a measurement sample solution, 2.5 μl of 20 mM sodium citrate buffer solution, and desalted inorganic pyrophosphatase to 0.4 unit / μl. As described above, a solution obtained by mixing 2.5 μl of a solution dissolved in a pH 6.5, 20 mM sodium citrate buffer solution and reacting for 5 minutes was used.

得られた結果は、表4および図23に示される。これより、核酸検出の基質として必要とされるATPおよびdNTPには無機ピロホスファターゼが反応しないことが確認された。

Figure 2005073399
The obtained results are shown in Table 4 and FIG. This confirmed that inorganic pyrophosphatase did not react with ATP and dNTP required as nucleic acid detection substrates.
Figure 2005073399

本発明に係るリン酸イオン濃度の測定法を用いることにより、例えば海水中に含まれるリン酸イオンを、妨害物質の影響を受けることなく測定することが可能となり、環境測定、医療、食品などの各分野において有効に利用することができる。また血糖センサの応用により、環境水中のリン酸イオンの測定を目的としたセンサを製作することができ、また、ピロリン酸イオンを測定することにより、携帯型のSNP診断、超高感度ウィルス検出にも有効に利用することができる。さらに、リン酸イオン以外の基質を十分に存在させた場合には、酸性ホスファターゼの活性の測定が可能となり、前立腺の腫瘍マーカーの検出による診断への応用も可能である。  By using the phosphate ion concentration measurement method according to the present invention, for example, phosphate ions contained in seawater can be measured without being affected by interfering substances. It can be used effectively in each field. In addition, the blood glucose sensor can be used to produce a sensor for the purpose of measuring phosphate ions in environmental water, and by measuring pyrophosphate ions, it can be used for portable SNP diagnosis and ultrasensitive virus detection. Can also be used effectively. Furthermore, when a substrate other than phosphate ions is sufficiently present, it is possible to measure the activity of acid phosphatase, and it can be applied to diagnosis by detecting a tumor marker of the prostate.

[図1]血糖センサのグルコースに対する応答性を示すグラフである
[図2]ピルビン酸オキシダーゼ系における、TPP、FADおよびマグネシウムイオンの要否を検討した結果を示すグラフである
[図3]ピルビン酸オキシダーゼ系における本バイオセンサのTPPに対する応答性を示すグラフである
[図4]ピルビン酸オキシダーゼ系における本バイオセンサのピルビン酸に対する応答性を示すグラフである
[図5]ピルビン酸オキシダーゼ系における本バイオセンサのピルビン酸オキシダーゼ活性に対する応答性を示すグラフである
[図6]ピルビン酸オキシダーゼ系における本バイオセンサのリン酸イオンに対する応答性を示すグラフである
[図7]ピルビン酸オキシダーゼ系における本バイオセンサと従来法との比較を示すグラフである(a)日本庭園、b)カスケードc)溜池)
[図8]基質増幅反応系であるピルビン酸オキシダーゼ−酸性ホスファターゼ系における本バイオセンサのpHに対する応答性を示すグラフである
[図9]血糖センサのグルコースに対する応答性を示すグラフである
[図10]単純反応(マルトースホスホリラーゼ−ムタロターゼ)系における本バイオセンサのリン酸イオンに対する応答性を示すグラフである
[図11]基質増幅反応(マルトースホスホリラーゼ−酸性ホスファターゼ)系におけるリン酸イオンに対する応答性を示すグラフである
[図12]複合反応(マルトースホスホリラーゼ−酸性ホスファターゼ−ムタロターゼ)系における本バイオセンサのpHの影響を示すグラフである
[図13]複合反応(マルトースホスホリラーゼ−酸性ホスファターゼ−ムタロターゼ)系における反応時間と本バイオセンサの応答性との関係を示すグラフである
[図14]複合反応(マルトースホスホリラーゼ−酸性ホスファターゼ−ムタロターゼ)系における本バイオセンサのマルトースに対する応答性を示すグラフである
[図15]複合反応(マルトースホスホリラーゼ−酸性ホスファターゼ−ムタロターゼ)系における本バイオセンサのリン酸イオンに対する応答性を示すグラフである
[図16]基質増幅反応(スクロースホスホリラーゼ−酸性ホスファターゼ−ムタロターゼ)系における本バイオセンサのリン酸イオンに対する応答性を示すグラフである
[図17]基質増幅反応(スクロースホスホリラーゼ−酸性ホスファターゼ−ムタロターゼ)系における本バイオセンサのスクロースに対する応答性を示すグラフである
[図18]複合反応(マルトースホスホリラーゼ−酸性ホスファターゼ−ムタロターゼ)系における本バイオセンサのアセトアミノフェンの影響を示すグラフである
[図19]過酸化水素系におけるアセトアミノフェンの影響を示すグラフである
[図20]複合反応(マルトースホスホリラーゼ−酸性ホスファターゼ−ムタロターゼ)系における本バイオセンサの各種夾雑物質の影響を示すグラフである
[図21]基質増幅反応(マルトースホスホリラーゼ−酸性ホスファターゼ)系における酸性ホスファターゼ活性に対する応答性を示すグラフである
[図22]無機ピロホスファターゼ系における本バイオセンサのピロリン酸イオンに対する応答性を示すグラフである
[図23]無機ピロホスファターゼ系における本バイオセンサのATPおよびdNTPに対する応答性を示すグラフである
FIG. 1 is a graph showing the responsiveness of a blood glucose sensor to glucose. FIG. 2 is a graph showing the results of examining the necessity of TPP, FAD and magnesium ions in a pyruvate oxidase system. FIG. 4 is a graph showing the response of the biosensor to TPP in the oxidase system. [FIG. 4] A graph showing the response of the biosensor to pyruvate in the pyruvate oxidase system. [FIG. 5] The bio in the pyruvate oxidase system. FIG. 6 is a graph showing the response of the sensor to pyruvate oxidase activity. [FIG. 6] This is a graph showing the response of the biosensor to phosphate ions in the pyruvate oxidase system. A graph showing a comparison between Is (a) Japanese garden, b) cascade c) pond)
FIG. 8 is a graph showing the response of the biosensor to pH in the pyruvate oxidase-acid phosphatase system, which is a substrate amplification reaction system. FIG. 9 is a graph showing the response of the blood glucose sensor to glucose. FIG. 11 is a graph showing the response of the present biosensor to phosphate ions in a simple reaction (maltose phosphorylase-mutarotase) system. FIG. 11 shows the response to phosphate ions in a substrate amplification reaction (maltose phosphorylase-acid phosphatase) system. FIG. 12 is a graph showing the effect of pH of the present biosensor in a complex reaction (maltose phosphorylase-acid phosphatase-mutarotase) system. [FIG. 13] FIG. 14 is a graph showing the response of the biosensor to maltose in a complex reaction (maltose phosphorylase-acid phosphatase-mutarotase) system. 15] A graph showing the response of the biosensor to phosphate ions in a complex reaction (maltose phosphorylase-acid phosphatase-mutarotase) system. [FIG. 16] This bio in a substrate amplification reaction (sucrose phosphorylase-acid phosphatase-mutarotase) system. FIG. 17 is a graph showing the responsiveness of the biosensor to sucrose in a substrate amplification reaction (sucrose phosphorylase-acid phosphatase-mutarotase) system. FIG. 18 is a graph showing the effect of acetaminophen of this biosensor in a complex reaction (maltose phosphorylase-acid phosphatase-mutarotase) system. FIG. 19 is a graph showing the effect of acetaminophen in a hydrogen peroxide system. FIG. 20 is a graph showing the influence of various contaminants of this biosensor in a complex reaction (maltose phosphorylase-acid phosphatase-mutarotase) system. FIG. 21: Acid phosphatase activity in a substrate amplification reaction (maltose phosphorylase-acid phosphatase) system. [FIG. 22] A graph showing the response of the present biosensor to pyrophosphate ions in an inorganic pyrophosphatase system. [FIG. 23] ATP of the present biosensor in an inorganic pyrophosphatase system. It is a graph which shows the responsiveness with respect to dNTP

かかる本発明の目的は、(1)試料液を、リン酸イオンと反応して酸化物となる基質およびこの酸化物を生成するための反応を触媒する酸化還元酵素と共に酸化型メディエーターを使用した既製のセンサ中で反応させた後、電圧を印可することにより生じた電流を測定する方法または(2)試料液を、ピルビン酸オキシダーゼ、マグネシウムイオン、フラビンアデニンジヌクレオチドおよびチアミンピロリン酸と共に酸化型メディエーターを使用した既製のセンサ中で反応させた後、電圧を印可することにより生じた電流を測定する方法によって達成される。 Such object of the present invention, (1) ready for the sample solution was used oxidized mediator with a redox enzyme that catalyzes a reaction for producing by reacting with phosphate ions oxides become substrates and the oxide after reaction in the sensor, the method or (2) the sample solution to measure the current generated by applying a voltage, pyruvate oxidase, magnesium ions, oxidized mediator with flavin adenine dinucleotide and thiamine pyrophosphate This is accomplished by a method of measuring the current produced by applying a voltage after reacting in a ready-made sensor used .

本発明方法(1)においては、リン酸イオンの存在によって酵素触媒反応が起こり、酸化物を生成するような基質と酸化還元酵素、その他反応に必要とされる物質および既製のセンサに使用されている酸化型メディエーターを用い、リン酸から還元型メディエーターを発生させ、さらにこれを酸化し、生ずる酸化電流を測定することにより、試料液中のリン酸イオンが測定される。 In the method (1) of the present invention, an enzyme-catalyzed reaction occurs due to the presence of phosphate ions, and is used for substrates and oxidoreductases that generate oxides, other substances required for the reaction, and off-the-shelf sensors. The oxidized mediator is used to generate a reduced mediator from phosphoric acid, which is further oxidized, and the resulting oxidation current is measured to measure phosphate ions in the sample solution.

リン酸イオンの測定には、基板上に作用極および対極、さらに必要に応じて参照極を設け、作用極上および/またはその付近に測定に必要な酵素および試薬を配したセンサが用いられる。このようなセンサとしては、例えばセラミックス、ガラス、プラスチック、紙、生分解性材料(例えば、微生物生産ポリエステル等)などの絶縁性基板にスクリーン印刷法、蒸着法、スパッタリング法などによって白金、金、カーボン等から形成された各電極が形成され、作用極上および/またはその付近に架橋法、共有結合法、イオン結合法等により酵素および試薬を固定化したものなどが用いられる。 For the measurement of phosphate ions, a sensor is used in which a working electrode and a counter electrode are provided on a substrate, and a reference electrode is provided if necessary, and enzymes and reagents necessary for the measurement are arranged on and / or near the working electrode. Examples of such sensors include platinum, gold, carbon, and the like by screen printing, vapor deposition, sputtering, etc. on an insulating substrate such as ceramics, glass, plastic, paper, biodegradable material (for example, microbial production polyester). Each of the electrodes is formed on the working electrode and / or in the vicinity thereof, and an enzyme and reagent are immobilized by a crosslinking method, a covalent bonding method, an ionic bonding method, or the like.

上記反応(5)では、Piとマグネシウムイオン、フラビンアデニンジヌクレオチド、チアミンピロリン酸、ピルビン酸および既製のセンサに使用されている酸化型メディエーターの存在下、ピルビン酸オキシダーゼの作用により、生成物の一つであるアセチルリン酸が生成し、これからは反応(9)により酢酸とPiを生成する。ここで言う基質増幅反応系では、測定対象であるリン酸イオンが一段目の反応により一方の基質の分解物にリン酸化された後、次の反応によって再生され、元の一段目の反応の基質となる。この反応は繰り返されることからサイクリング反応とも呼ばれる。この反応系を利用する場合、一方の基質であるピルビン酸が十分に存在すれば、極わずかなリン酸イオンの存在によっても増幅反応が進行することができ、高感度なリン酸イオンの検出が可能となる。また逆に、リン酸イオン以外の基質を十分に存在させることで、前立腺の腫瘍マーカーである血中酸性ホスファターゼ活性の測定も可能となる。 In the above reaction (5), one of the products is produced by the action of pyruvate oxidase in the presence of Pi and magnesium ions, flavin adenine dinucleotide, thiamine pyrophosphate, pyruvate and the oxidized mediator used in the ready-made sensor. Acetic acid and Pi are produced by reaction (9). In the substrate amplification reaction system referred to here, the phosphate ion to be measured is phosphorylated into the degradation product of one substrate by the first-stage reaction and then regenerated by the next reaction, and the substrate of the original first-stage reaction It becomes. Since this reaction is repeated, it is also called a cycling reaction. When this reaction system is used, if there is sufficient pyruvic acid as one of the substrates, the amplification reaction can proceed even in the presence of a very small amount of phosphate ions, which enables highly sensitive detection of phosphate ions. It becomes possible. Conversely, the presence of a sufficient substrate other than phosphate ions enables measurement of blood acid phosphatase activity, which is a prostate tumor marker.

本発明方法(2)においては、リン酸イオンの存在によって酵素触媒反応が起こり、最終的にβ-D-グルコースを生成するような基質と酵素、既製のセンサに使用されている酸化型メディエーターおよびグルコースオキシダーゼによって代表される酸化還元酵素を用い、リン酸から還元型メディエーターを発生させ、さらにこれを酸化し、生ずる酸化電流を測定することにより、試料液中のリン酸イオンを測定することもできる。なお、試料液中にグルコースが存在する場合は、予めグルコースオキシダーゼなどを使用して試料液中のグルコースを消去しておく必要がある。 In the method (2) of the present invention, an enzyme-catalyzed reaction is caused by the presence of phosphate ions, and finally a substrate and an enzyme that produce β-D-glucose, an oxidized mediator used in an off-the-shelf sensor, and Phosphate ions in a sample solution can be measured by using a redox enzyme typified by glucose oxidase to generate a reduced mediator from phosphoric acid, further oxidizing it, and measuring the resulting oxidation current. . If glucose is present in the sample solution, it is necessary to erase glucose in the sample solution in advance using glucose oxidase or the like.

リン酸イオンの測定は、基板上に作用極および対極、さらに必要に応じて参照極を設け、作用極上に測定に必要な酵素および試薬を配したセンサが用いられる。このようなセンサとしては、前述の如きものなどが用いられる。
For the measurement of phosphate ions, a working electrode and a counter electrode are provided on a substrate, and a reference electrode is provided if necessary, and a sensor in which enzymes and reagents necessary for the measurement are arranged on the working electrode is used . As such a sensor, those described above are used.

Claims (21)

リン酸イオンを、リン酸イオンと反応して酸化物となる基質とこの酸化物を生成するための反応を触媒する酸化還元酵素の存在下で反応させるに際し、酸化型メディエーターを共存させることにより生じた還元型メディエーターをさらに酸化することにより生じた電流を測定することを特徴とするリン酸イオンの定性・定量法。When phosphate ions are reacted with phosphate ions in the presence of a substrate that becomes an oxide and an oxidoreductase that catalyzes the reaction for producing this oxide, it is produced by the coexistence of an oxidized mediator. A method for qualitative and quantitative determination of phosphate ions, characterized by measuring the current generated by further oxidizing the reduced mediator. リン酸イオンを、ピルビン酸オキシダーゼ、マグネシウムイオン、フラビンアデニンジヌクレオチド、チアミンピロリン酸および酸化型メディエーターの存在下でピルビン酸と反応させ、アセチルリン酸と共に生じた還元型メディエーターをさらに酸化することにより生じた電流を測定することを特徴とするリン酸イオンの定性・定量法。Produced by reacting phosphate ion with pyruvate in the presence of pyruvate oxidase, magnesium ion, flavin adenine dinucleotide, thiamine pyrophosphate and oxidized mediator, and further oxidizing the reduced mediator produced with acetyl phosphate A qualitative and quantitative method for phosphate ions, characterized by measuring the measured current. アセチルリン酸に酸性ホスファターゼまたはアルカリ性ホスファターゼを作用させ、リン酸を再生することを特徴とする請求項2記載のリン酸イオンの定性・定量法。The method for qualitative and quantitative determination of phosphate ions according to claim 2, wherein acid phosphatase or alkaline phosphatase is allowed to act on acetyl phosphate to regenerate phosphate. リン酸イオンを、リン酸イオンと反応して最終的にβ−D−グルコースを生成する基質と、このβ−D−グルコースを生成するための各反応を触媒する酵素の存在下で反応させてβ−D−グルコースを生成させ、さらに生成したβ−D−グルコースを、酸化還元酵素の存在下で酸化型メディエーターと反応させ、生じた還元型メディエーターをさらに酸化することにより生じた電流を測定することを特徴とするリン酸イオンの定性・定量法。Phosphate ions are reacted with phosphate ions to finally produce β-D-glucose, and in the presence of an enzyme that catalyzes each reaction for producing β-D-glucose. β-D-glucose is generated, and the generated β-D-glucose is reacted with an oxidized mediator in the presence of an oxidoreductase, and a current generated by further oxidizing the resulting reduced mediator is measured. This is a qualitative and quantitative method for phosphate ions. リン酸イオンを、マルトースホスホリラーゼの存在下でマルトースと反応させてβ−D−グルコース−1−リン酸を生成させ、さらに生成したβ−D−グルコース−1−リン酸を酸性ホスファターゼまたはアルカリ性ホスファターゼを用いて、β−D−グルコースおよびリン酸を生成させ、得られたβ−D−グルコースをグルコースオキシダーゼおよび/またはグルコースデヒドロゲナーゼの存在下で酸化型メディエーターと反応させ、生じた還元型メディエーターをさらに酸化することにより生じた電流を測定することを特徴とするリン酸イオンの定性・定量法。Phosphate ions are reacted with maltose in the presence of maltose phosphorylase to produce β-D-glucose-1-phosphate, and the produced β-D-glucose-1-phosphate is converted to acid phosphatase or alkaline phosphatase. And producing β-D-glucose and phosphate, and reacting the obtained β-D-glucose with an oxidized mediator in the presence of glucose oxidase and / or glucose dehydrogenase, and further oxidizing the resulting reduced mediator A method for qualitative and quantitative determination of phosphate ions, characterized in that the current generated by the measurement is measured. リン酸イオンを、マルトースホスホリラーゼおよびマルトースと共に、またはこれらの代わりに、スクロースホスホリラーゼの存在下でスクロースと反応させてα−D−グルコース−1−リン酸を生成させ、生成したα−D−グルコース−1−リン酸を酸性ホスファターゼまたはアルカリ性ホスファターゼを用いて、α−D−グルコースおよびリン酸を生成させ、さらに生成したα−D−グルコースにムタロターゼを作用させてβ−D−グルコースを生成させ、得られたβ−D−グルコースをグルコースオキシダーゼおよび/またはグルコースデヒドロゲナーゼの存在下で酸化型メディエーターと反応させ、生じた還元型メディエーターをさらに酸化することにより生じた電流を測定することを特徴とするリン酸イオンの定性・定量法。Phosphate ions are reacted with sucrose in the presence of sucrose phosphorylase with or instead of maltose phosphorylase and maltose to produce α-D-glucose-1-phosphate, and the produced α-D-glucose- 1-phosphate is produced using acid phosphatase or alkaline phosphatase to produce α-D-glucose and phosphate, and further, mutarotase is allowed to act on the produced α-D-glucose to produce β-D-glucose. Wherein β-D-glucose obtained is reacted with an oxidized mediator in the presence of glucose oxidase and / or glucose dehydrogenase, and a current generated by further oxidizing the resulting reduced mediator is measured. Ion qualitative and quantitative methods. 酸性ホスファターゼまたはアルカリ性ホスファターゼを用いて、β−D−グルコースおよびリン酸を生成させると共に、またはこれの代わりに、β−D−グルコース−1−リン酸と共に得られたα−D−グルコースにムタロターゼを作用させてβ−D−グルコースを生成させる請求項5記載のリン酸イオンの定性・定量法。Acid phosphatase or alkaline phosphatase is used to produce or substitute β-D-glucose and phosphate with α-D-glucose obtained with β-D-glucose-1-phosphate. The qualitative / quantitative method for phosphate ions according to claim 5, wherein β-D-glucose is produced by acting. 酸性ホスファターゼまたはアルカリ性ホスファターゼを用いて、α−D−グルコースおよびリン酸を生成させると共に、またはこれの代わりに、α−D−グルコース−1−リン酸と共に得られたフルクトースにグルコースイソメラーゼを作用させてβ−D−グルコースを生成させる請求項6記載のリン酸イオンの定性・定量法。Acid phosphatase or alkaline phosphatase is used to produce α-D-glucose and phosphate, or alternatively, glucose isomerase is allowed to act on fructose obtained with α-D-glucose-1-phosphate. The qualitative and quantitative method for phosphate ions according to claim 6, wherein β-D-glucose is produced. 酵素反応の基質であるリン酸イオンを、基質のリサイクル反応を起こす組み合わせによって検出することを特徴とする請求項3、5または6記載のリン酸イオンの検出方法。7. The method for detecting phosphate ions according to claim 3, 5 or 6, wherein the phosphate ions which are substrates for the enzyme reaction are detected by a combination that causes a substrate recycling reaction. 酸化型メディエーターとして、フェリシアン化カリウム、フェロセンまたはパラベンゾキノンが用いられる請求項1乃至9のいずれかに記載のリン酸イオンの定性・定量法。The qualitative / quantitative method for phosphate ions according to any one of claims 1 to 9, wherein potassium ferricyanide, ferrocene or parabenzoquinone is used as the oxidized mediator. リン酸イオンとして、ピロリン酸イオンに無機ピロホスファターゼを作用させたものが用いられる請求項1乃至10のいずれかに記載のリン酸イオンの定性・定量法。The qualitative / quantitative method for phosphate ions according to any one of claims 1 to 10, wherein a phosphate ion obtained by allowing an inorganic pyrophosphatase to act on pyrophosphate ion is used. 核酸の検出、核酸特異配列または核酸のシークエンス、核酸増幅反応および受容体の挙動のモニタリング、リン酸イオンまたはピロリン酸イオンが触媒反応に関与する酵素の活性測定に用いられる請求項1乃至11のいずれかに記載のリン酸イオンの定性・定量法。12. The method according to claim 1, which is used for nucleic acid detection, nucleic acid-specific sequence or nucleic acid sequence, nucleic acid amplification reaction and receptor behavior monitoring, and activity measurement of an enzyme involved in a catalytic reaction of phosphate ion or pyrophosphate ion. A method for qualitative and quantitative determination of phosphate ions according to the above. リン酸イオンが触媒反応に関与する酵素がピルビン酸オキシダーゼまたは前立腺の腫瘍マーカーである血中酸性ホスファターゼである請求項12記載のリン酸イオンの定性・定量法。The qualitative / quantitative method for phosphate ion according to claim 12, wherein the enzyme involved in the catalytic reaction of phosphate ion is pyruvate oxidase or blood acid phosphatase which is a tumor marker of prostate. リン酸イオン以外の基質が10mM以上の濃度で用いられる請求項13記載のリン酸イオンの定性・定量法。The qualitative and quantitative method for phosphate ions according to claim 13, wherein a substrate other than phosphate ions is used at a concentration of 10 mM or more. 連結酵素(リガーゼ)の触媒作用により生成するピロリン酸イオンを検出することで、遺伝子多型(SNPs)の検出を可能とする請求項11記載のリン酸イオンの定性・定量法。The qualitative and quantitative method for phosphate ions according to claim 11, which enables detection of gene polymorphisms (SNPs) by detecting pyrophosphate ions generated by the catalytic action of a ligase. リン酸イオンの検出に、酸化型メディエーターを使用した既製のセンサが用いられる請求項1乃至15のいずれかに記載のリン酸イオンの定性・定量法。The qualitative and quantitative method for phosphate ions according to any one of claims 1 to 15, wherein a ready-made sensor using an oxidized mediator is used for detection of phosphate ions. 酸化型メディエーターを使用した既製のセンサが血糖センサである請求項16記載のリン酸イオンの定性・定量法。The qualitative / quantitative method for phosphate ions according to claim 16, wherein the off-the-shelf sensor using an oxidized mediator is a blood glucose sensor. 基板上に作用極、対極を備えたセンサにおいて、請求項1乃至15記載のいずれかに記載の酵素および試薬が作用極上および/またはその付近に配置されたリン酸イオンセンサ。A sensor having a working electrode and a counter electrode on a substrate, wherein the enzyme and the reagent according to any one of claims 1 to 15 are arranged on and / or in the vicinity of the working electrode. 請求項18記載のバイオセンサと、バイオセンサの電極における電気的な値を計測する計測部と、計測部における計測値を表示する表示部と、計測値を保存するメモリー部とを備えたバイオセンサ装置。19. A biosensor comprising: the biosensor according to claim 18; a measurement unit that measures an electrical value at an electrode of the biosensor; a display unit that displays a measurement value in the measurement unit; and a memory unit that stores the measurement value. apparatus. 計測部における計測方法としてポテンシャルステップクロノアンペロメトリー法、クーロメトリー法またはサイクリックボルタンメトリー法が適用される請求項19記載のバイオセンサ装置。The biosensor device according to claim 19, wherein a potential step chronoamperometry method, a coulometry method, or a cyclic voltammetry method is applied as a measurement method in the measurement unit. さらにバイオセンサの計測部に計測データを送信する無線手段を備え、無線手段が非接触型ICカードまたは短距離無線通信である請求項19または20記載のバイオセンサ装置。21. The biosensor device according to claim 19 or 20, further comprising wireless means for transmitting measurement data to a measurement unit of the biosensor, wherein the wireless means is a non-contact type IC card or short-range wireless communication.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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