WO2005075970A1 - アミノ酸バイオセンサー、フィッシャー比バイオセンサー、及び健康情報管理システム - Google Patents

アミノ酸バイオセンサー、フィッシャー比バイオセンサー、及び健康情報管理システム Download PDF

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WO2005075970A1
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amino acid
concentration
biosensor
amino acids
applied voltage
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PCT/JP2005/001781
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Inventor
Eiichiro Kimura
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Ajinomoto Co., Inc.
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/26—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving oxidoreductase
    • C12Q1/32—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving oxidoreductase involving dehydrogenase
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems

Definitions

  • the present invention relates to an amino acid biosensor, and more particularly, to an amino acid biosensor that can measure a Fischer ratio and the like in a single measurement operation.
  • the present invention also relates to a health information management system, and more particularly, to a health information management system that manages and evaluates a Fisher ratio or the like measured by an individual at home or the like using an amino acid biosensor.
  • the concentration of branched-chain amino acids (leucine, isoleucine and palin) and the concentration of aromatic amino acids (phenylalanine and tyrosine) are considered to be liver health. It is known to reflect the state. Therefore, the branched chain amino acid concentration and the aromatic amino acid concentration power are also calculated.
  • the health index is also known as a clinical test item. Specifically, the Fischer ratio is more convenient than the molar ratio (BCAA / AAA) of a branched amino acid (Branched Chain Amino Acid, BCAA) to an aromatic amino acid (Aromatic Amino Acid, AAA), or more easily than the Fisher ratio.
  • the BTR value which is an appropriate value
  • the molar ratio of branched-chain amino acid (BCAA) to tyrosine (BCAA / Y) is used, and any of them is used as an index indicating the state of the liver.
  • Branched-chain amino acids (BCAA) include leucine, norin, and isoleucine, and their concentrations are known to decrease in cirrhotic patients with advanced liver fibrosis.
  • Aromatic amino acids (AAA) include phenylalanine and tyrosine, the concentrations of which are hepatic. Increase in cirrhosis patients.
  • the Fisher ratio and the BTR value decrease. Therefore, the Fisher ratio and the BTR value are used as an index of a health state reflecting the state of the liver.
  • the concentration of branched-chain amino acids is also used as an indicator of health status.
  • amino acid concentration is measured in addition to D-glucose, L-lactic acid, ethanol, cholesterol,
  • L-isocyanate, etc. which is a type of glycerol, independently using a biosensor (see, for example, Patent Document 1).
  • a biosensor in which an absorbent system containing at least a dehydrogenase, a coenzyme, and an electron mediator as reaction reagents in the electrode reaction area is arranged.
  • the biosensor is characterized in that the absorptive carrier serves as a reaction layer for both an enzyme reaction between the sample and the reagent for reaction and an electrode reaction between the electron mediator and the electrode surface.
  • the absorptive carrier serves as a reaction layer for both an enzyme reaction between the sample and the reagent for reaction and an electrode reaction between the electron mediator and the electrode surface.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-35413
  • Patent Document 2 International Publication No. 00Z57166 pamphlet
  • the present invention mainly deals with indices based on information on amino acids.
  • it deals with the concentration of branched-chain amino acids known to be related to the state of health, and the health index calculated from the amino acid concentration, such as the Fisher ratio or BTR value.
  • Diagnostic kits exist for amino acid measurement to determine health indicators such as Fisher's ratio.
  • such a diagnostic kit requires an analytical instrument such as a colorimeter in addition to the diagnostic reagent, so it is usually necessary to transfer a biological sample such as blood to a laboratory for measurement. . Therefore, it is not possible for the user to measure his / her physical condition and health condition on the spot.
  • the concentration of a single amino acid can be measured for only a few types of amino acids.However, such as the total concentration of branched-chain amino acids, a plurality of enzymes that can be used as substrates for the enzyme used in the biosensor can be used. Under conditions where amino acids are simultaneously present, it has been impossible to measure them independently, and even to measure the total concentration of a plurality of specific amino acids. Therefore, there was no biosensor that could measure the total concentration of branched-chain amino acids by itself. Furthermore, in order to obtain a health index obtained by calculating a plurality of amino acid concentration powers, it is necessary to measure each amino acid concentration related to the health index and then to calculate by calculation. There was no biosensor that could be measured by the measurement operation.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and provides a biosensor and a health information management system capable of measuring the total concentration of a plurality of amino acids by a single operation.
  • the invention according to claim 1 is a method of preparing a liquid crystal display device, comprising: an enzyme that selectively uses at least a plurality of specific amino acids as a substrate; a measurement electrode that includes a mediator as a constituent factor; An amino acid biosensor for measuring a value, wherein the enzyme has a substrate affinity for each of the plurality of specific amino acids, and the enzyme generates a reaction by a reaction using the specific amino acid as a substrate.
  • the mediator transports electrons between the reaction product and the measurement electrode when measuring the concentration of the amino acid, and transfers the electrons between the measurement electrode and the counter electrode of the amino acid biosensor.
  • the applied voltage at the time of measurement is the same for each of the plurality of specific amino acids in the calibration curve showing the relationship between the applied voltage and the current value at the specific concentration.
  • the voltage applied during measurement between the measurement electrode and the counter electrode of the amino acid biosensor is the plurality of characteristics.
  • the distribution of the current value at the same applied voltage for each amino acid at the same concentration was within 20% of the total It is characterized by including a certain applied voltage.
  • the invention according to claim 3 is characterized in that, in addition to the features of the invention according to claim 1, the measurement electrode further includes a coenzyme as a constituent factor, the enzyme is a dehydrogenase, The product is a reduced coenzyme in which the coenzyme has been reduced, and the mediator transfers the reduced coenzyme force to the measurement electrode when the concentration of the amino acid is measured.
  • the specific amino acids are branched-chain amino acids including leucine, palin, and isoleucine.
  • the enzyme is leucine dehydrogenase, and the coenzyme is nicotinamide 'adenine dinucleotide.
  • the invention described in claim 5 is characterized in that, in addition to the features of the invention described in claim 4, the mediator is a PMS.
  • the plurality of specific amino acids are aromatic amino acids including phenylalanine and tyrosine, and the dehydrogenation.
  • the enzyme is characterized in that it is hua-alanan dehydrogenase.
  • the invention according to claim 8 is a biometric information management system comprising a biometric information management means for managing biometric information of a member, and a membership terminal for communicating with the biometric information management means.
  • the biological information managing means includes a biological information data managing means for managing data of a member's biological information including an amino acid concentration, and a first receiving means for receiving the amino acid concentration via a network.
  • a biological information evaluation means for deriving a biological information evaluation by comparing the amino acid concentration with a predetermined reference; and a first transmitting means for transmitting the derived biological information evaluation to the member terminal via a network.
  • the member terminal includes: the amino acid biosensor according to claim 1; and the amino acid concentration measured by the amino acid biosensor.
  • a second transmitting means for transmitting the biological information evaluation from the biological information management means via the network, and a second receiving means for receiving the biological information evaluation from the biological information managing means via the network.
  • a biological information management system comprising: output means for outputting.
  • the invention according to claim 9 provides a health information management system comprising a health information management means for managing health information of a member and a member terminal for the member to communicate with the health information management means.
  • a health information data managing means for managing data of member health information including a blood branched chain amino acid concentration, and a network for monitoring the blood branched chain amino acid concentration from the member terminal.
  • a health information evaluation means for deriving a health information evaluation by comparing the blood branched-chain amino acid concentration with a predetermined reference, and a health information evaluation means for receiving the derived health information evaluation.
  • a first transmitting means for transmitting to the terminal via a network comprises: the branched-chain amino acid biosensor according to claim 4; and a blood sample measured by the branched-chain amino acid biosensor.
  • the invention according to claim 10 is a health information management system comprising a health information management means for managing health information of a member, and a member terminal for a member to communicate with the health information management means.
  • the health information management means includes a health information data management means for managing data of the health information of the member including the Fisher ratio, and a first reception means for receiving the fishery ratio from the member terminal via the network.
  • Health information evaluation means for deriving a health information evaluation by comparing the Fisher ratio with a predetermined standard; and first transmission means for transmitting the health information evaluation derived to the member terminal via a network.
  • the member terminal comprises: a fisher ratio biosensor according to claim 8; and a blood plasma measured by the fisher ratio biosensor.
  • a second transmitting unit that transmits the acid ratio of the acid to the health information managing unit via the network; a second receiving unit that receives the health information evaluation unit via the network; Output means for outputting the health information evaluation performed.
  • the invention according to claim 11 has a measurement electrode characterized by having an enzyme that selectively uses at least a plurality of specific amino acids as a substrate and a mediator as a constituent factor, and a counter electrode.
  • the enzyme has a substrate affinity for each of the plurality of specific amino acids, and the enzyme generates a reaction product by a reaction using the specific amino acids as a substrate;
  • the mediator transports electrons between the reaction product and the measurement electrode when measuring the concentration of the amino acid, and uses such an amino acid biosensor to sum the concentration of a plurality of specific amino acids in the test solution.
  • a method for measuring a value comprising: contacting the amino acid biosensor with the test solution; and identifying the plurality of specific amino acids between the measurement electrode and the counter electrode of the amino acid biosensor. Applying a voltage such that the distribution of the current value at the same applied voltage for each amino acid having the same concentration is within a predetermined range in a calibration curve representing the relationship between the applied voltage and the current value at the concentration of Measuring a response current value between the measurement electrode and the counter electrode under the applied voltage; and The amino acid concentration corresponding to the applied electric ⁇ beauty the response current value, and having the steps of: obtaining a sum of the plurality of specific amino acid concentration of the test solution.
  • the invention according to claim 12 has an enzyme that selectively uses at least a plurality of specific amino acids as a substrate, a measurement electrode that uses a mediator as a constituent factor, and a counter electrode.
  • Each of the specific amino acids has a substrate affinity
  • the enzyme generates a reaction product by a reaction using the specific amino acid as a substrate
  • the mediator controls the reaction product when measuring the concentration of the amino acid.
  • a first amino acid biosensor that transports electrons between the first amino acid and the measurement electrode, an enzyme that selectively uses a single amino acid other than the plurality of specific amino acids as a substrate, and a mediator.
  • the enzyme generates a reaction product by a reaction using the single amino acid as a substrate, and the mediator determines the concentration of the amino acid.
  • a health index measurement method for deriving a health index of a test solution derived from a living body using such a second amino acid biosensor that transports electrons between the reaction product and the measurement electrode during measurement of the health index Contacting the first amino acid biosensor and the second amino acid biosensor with a test solution derived from a living body, and the step of contacting the measurement electrode and the counter electrode of the first amino acid biosensor.
  • the calibration curve representing the relationship between the applied voltage and the current value at a specific concentration has the same applied voltage for each amino acid having the same concentration. Applying a voltage such that the distribution of current values within the predetermined range is within a predetermined range; and measuring the measurement electrode and the counter electrode under the applied voltage.
  • the invention according to claim 13 has an enzyme that selectively uses at least a plurality of specific amino acids as a substrate, a measurement electrode that uses a mediator as a constituent factor, and a counter electrode.
  • Each of the specific amino acids has a substrate affinity
  • the enzyme generates a reaction product by a reaction using the specific amino acid as a substrate
  • the mediator controls the reaction product when measuring the concentration of the amino acid.
  • Such a first amino acid biosensor that transports electrons between the first electrode and the measurement electrode, an enzyme that selectively uses a plurality of other specific amino acids other than the plurality of the specific amino acids as a substrate, and a mediator Has a measurement electrode and a counter electrode, the enzyme has a substrate affinity for each of the plurality of other specific amino acids, and the enzyme has specific
  • the mediator produces a reaction product by a reaction using the amino acid as a substrate, and the mediator transports electrons between the reaction product and the measurement electrode when measuring the concentration of the amino acid.
  • a health index measurement method for deriving a health index of a test solution derived from a living body using an acid biosensor, wherein the first amino acid biosensor and the second amino acid biosensor are tested using a biometric test solution.
  • the relationship between the applied voltage and the current value at a specific concentration for each of the plurality of specific amino acids is expressed between the step of contacting with the solution and the measurement electrode and the counter electrode of the first amino acid biosensor.
  • a voltage is applied so that the distribution of the current value at the same applied voltage for each amino acid with the same concentration is within a predetermined range.
  • a step of measuring a step, a response current value between the measurement electrode and the counter electrode under the applied voltage, contact to the calibration curve Obtaining the amino acid concentration corresponding to the applied voltage and the response current value as a total value of the plurality of specific amino acid concentrations in the test solution; and the measuring electrode of the second amino acid biosensor.
  • the same application for each amino acid having the same concentration Applying a voltage such that the distribution of the current value in the voltage is within a predetermined range; measuring a response current value between the measurement electrode and the counter electrode under the applied voltage; The amino acid concentration corresponding to the applied voltage and the response current value in the calibration curve is determined as a total value of the concentrations of the plurality of other specific amino acids in the test solution. And a step of deriving a predetermined health index by a predetermined calculation using the obtained plurality of specific amino acid concentrations and the obtained plurality of other amino acid concentrations as input information. It is characterized.
  • the invention according to claim 14 has an enzyme that selectively uses at least a plurality of specific amino acids as a substrate, a measurement electrode that uses a mediator as a constituent factor, and a counter electrode.
  • Each of the specific amino acids has a substrate affinity
  • the enzyme generates a reaction product by a reaction using the specific amino acid as a substrate
  • the mediator controls the reaction product when measuring the concentration of the amino acid.
  • the enzyme produces a reaction product by a reaction using the biological component as a substrate, and the mediator reacts the reaction product with the measurement electrode when measuring the concentration of the biological component.
  • the invention described in claim 15 is characterized in that, in addition to the features of the invention described in claim 14, there are two or more types of the biological components, and the biocomponent biosensor includes two or more types of the biological components. It is characterized in that two or more are provided for each minute.
  • an amino acid biosensor (200) for measuring the total value of the concentration of a plurality of specific amino acids includes an enzyme and a mediator that selectively use the plurality of specific amino acids as a substrate.
  • the enzyme has a measurement electrode (202) and a counter electrode (203), and the enzyme has a substrate affinity for each of the plurality of specific amino acids, and the enzyme has a reaction using the specific amino acid as a substrate.
  • the mediator transports electrons between the reaction product and the measurement electrode when measuring the concentration of the amino acid, and applies the applied voltage between the measurement electrode and the counter electrode of the amino acid biosensor during measurement.
  • I a calibration curve showing the relationship between the applied voltage and the current value for each of a plurality of specific amino acids, and the distribution of the current value at the same applied voltage for each amino acid is within a predetermined range.
  • Yo To include Do applied voltage there is an advantage that it provides a ⁇ amino acid biosensor capable of measuring the total concentration of a plurality of amino acids in a single electrode plate system.
  • leucine dehydrogenase is used as an enzyme and nicotinamide.adenine.dinucleotide is used as a coenzyme.
  • nicotinamide.adenine.dinucleotide is used as a coenzyme.
  • PMS as a mediator, highly accurate measurement can be performed. If you can!
  • a branched amino acid biosensor and an aromatic amino acid biosensor are combined to measure the measured branched chain amino acid concentration. Since the Fischer ratio is determined by dividing by the aromatic amino acid concentration, an effect can be obtained if a Fischer ratio biosensor capable of measuring the Fischer ratio in one measurement operation can be provided.
  • the Fisher's ratio biometrics measured by an individual is transmitted from the user terminal (502) to the server (506), and the server compares the Fisher's ratio with a reference value to make a determination.
  • the server since comments are extracted and displayed on the user terminal, it is possible to construct a health management system using a strong Fisher ratio, which has been fully utilized due to difficulty in measurement. Can be
  • a method of measuring the total concentration of a plurality of amino acids with a single electrode-based amino acid biosensor, a BTR ratio calculated from a single amino acid concentration and a plurality of amino acid concentrations, and the like A method of measuring a health index or a health index such as a Fisher ratio calculated from a plurality of amino acid concentrations and a plurality of other amino acid concentrations with an amino acid biosensor, and a method of measuring the total concentration of a plurality of amino acids and one or more biological components. The effect is obtained that a health index calculated from the concentration can be provided.
  • the target health index in the present invention is a total value of a plurality of amino acid concentrations measured by the biosensor of the present invention, or an index calculated using the total value.
  • a total value of a plurality of amino acid concentrations and a total value of a plurality of amino acid concentrations or a single amino acid concentration force may be calculated.
  • the health index, for which the total power of two different amino acid concentrations is also calculated can be, for example, a Fisher's ratio, and is calculated from the sum of multiple amino acid concentrations and a single amino acid concentration.
  • An example of a health index is a BTR value.
  • the plurality of specific amino acids to be measured by the biosensor of the present invention may be, for example, leucine dehydrogenase as long as they are common amino acids as a substrate for one enzyme.
  • a common substrate for lysine is the branched-chain amino acid norin 'leucine' isoleucine
  • BCAA phenalanine dehydrogenase
  • R Amino-diamine
  • the term “Fisher ratio” is used, including the BTR value.
  • the enzyme used herein any enzyme that has reactivity with a plurality of specific amino acids and involves electron transfer during the reaction can be used in the present invention, and can be used in accordance with the measurement object. Select as appropriate. In this case, a commercially available enzyme may be used, or an enzyme whose power such as a microorganism is also extracted may be used. As these enzymes, mutant enzymes appropriately modified by a genetic engineering technique or the like that enhances substrate specificity or reaction speed may be used.
  • the enzyme has reactivity with only one substrate, and the enzyme may be modified so as to be modified to have reactivity with a plurality of substrates.
  • Enzymes that are reactive with amino acids and that involve an electron receptor during the reaction include enzymes that mediate redox reactions such as dehydrogenase and oxidoreductase, such as leucine dehydrogenase and tyrosine. Examples include dehydrogenase, phenylalanine dehydrogenase, leucine oxidoreductase, tyrosine monooxygenase, alanine dehydrogenase, and glutamate dehydrogenase.
  • enzymes that are reactive with biological components other than amino acids and that involve an electron receptor during the reaction include enzymes that mediate reactions involving redox reactions such as dehydrogenase and oxidoreductase, specifically, Examples include alcohol dehydrogenase, cholesterol dehydrogenase, isocyanate dehydrogenase, and glucose dehydrogenase.
  • the enzyme used in the present invention mediates a reaction accompanied by electrocoagulation.
  • the reaction may involve a coenzyme reaction, and preferred coenzymes include NADH or NADPH.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of an experimental type 100 used in this experiment.
  • the experimental system 100 constitutes a three-electrode electrochemical cell.
  • the experimental system 100 consists of a test solution 11, a salt solution 12, a reaction tank 13, a chloride solution tank 14, a working electrode 21, a counter electrode 22, a reference electrode 23, a salt bridge 24, a suction port 25, and a potentiostat 31.
  • the test solution 11 contains the amino acid to be measured, an enzyme having a substrate affinity for the amino acid, a coenzyme cooperating with the enzyme, The eta is dissolved at an appropriate concentration.
  • the chloride aqueous solution 12 is a solution for forming a battery together with the reference electrode 23 and for outputting a reference voltage from the reference electrode 23.
  • the working electrode 21 is an electrode that applies a predetermined voltage to the counter electrode 23 and causes a chemical reaction thereon. By measuring the current flowing at this time, it is possible to examine whether quantitative determination of amino acids can be performed.
  • the salt bridge 24 keeps the reaction tank 13 and the chloride aqueous solution tank 14 at the same potential so that the potential of the reference electrode 23 can be used for calibration of the working electrode 21.
  • the potentiostat 31 is a device for measuring a voltage-current characteristic by applying a current so as to maintain a constant voltage, and measures the current while changing the voltage according to a time-voltage curve programmed in the function generator 33. I do.
  • the recorder 32 records the measurement result of the potentiostat 31.
  • the multi-magnetism stirrer 34 stirs the test solution 11 in the reaction tank 13.
  • the voltage-current characteristics of the test solution 11 between the working electrode 21 and the counter electrode 22 were measured by changing the concentration of amino acids and the like in the test solution 11.
  • Amino acid is a branched-chain amino acid, and leucine, isoleucine, norin, or a mixture thereof was used.
  • the electrochemical measurement of amino acid concentration is performed by causing an enzyme to cause a change in an amino acid to be measured and measuring the concentration of a reaction product generated at that time.
  • the reaction product whose concentration is measured may be a substance in which the amino acid itself has been changed by the reaction, or a by-product generated when the amino acid performs the reaction, but generally, the concentration of the by-product Is often measured.
  • the concentration measurement it is usual to measure the current flowing when a certain voltage is applied to the test solution, and to obtain the concentration of the voltage / current characteristic force.
  • a mediator that transports electrons between the by-product and the electrode rather than reacting the by-product directly on the electrode is used, and the current flowing through the mediator is used.
  • oral isin dehydrogenase which is a dehydrogenase of leucine was used as the enzyme.
  • Leucine dehydrogenase from Stearothermophilus is leucine by dehydrogenation.
  • Is an enzyme that oxidizes Leucine dehydrogenase has a substrate affinity not only for leucine but also for isooral lysine and palin, so that leucine and palin are also dehydrogenated by leucine dehydrogenase.
  • nicotinamide adenine dinucleotide hereinafter abbreviated as NAD
  • NAD nicotinamide adenine dinucleotide
  • NADH Adenine dinucleotide
  • NADH nicotinamide adenine dinucleotide phosphate
  • NADPH reduced nicotinamide adenine dinutretide phosphate
  • the generated NADH has the property of being easily oxidized by releasing H, so that an oxidation reaction occurs at the positive working electrode, and the current flowing when electrons flow into the working electrode at that time is measured. This makes it possible to measure the amount of generated NADH, that is, the amount of oxidized leucine. It is known that the oxidation reaction of NADH on an electrode has a very slow reaction rate. In order to facilitate such a reaction, it is usual that a mediator carrying electrons is interposed, and electrons are transferred in the order of NADH, mediator, and electrode. At that time, NADH gives an electron to the electrode, is oxidized, and returns to NAD. Also in this experiment, the current was measured by placing the mediator in the test solution 11. In addition, as a single biosensor, an enzyme, a coenzyme, and a mediator are usually fixed to the working electrode of the biosensor.In this example, the test was performed by dissolving them in the test solution 11. went.
  • Suitable mediator candidates include (l) Meldola's Blue (or Meldable, hereinafter abbreviated as MB), and (2) 1-methoxy-5-methylphenazirium methyl sulfate (hereinafter PMS). Abbreviated. ), (3) pyrroloquinoline quinone (hereinafter abbreviated as PQQ) was used. Since the optimum reaction conditions differ depending on the choice of enzyme, the mediator is also selected appropriately according to the enzyme.
  • the mediator is not particularly limited as long as it is a substance that is electrochemically reduced by NADH or NADPH generated by an enzymatic reaction and oxidized at the electrode.
  • it can be appropriately selected from quinones, cytochromes, ferredoxins, fecacene and derivatives thereof.
  • the voltage-current characteristics of the mediator alone and those with NADH added to the mediator were compared by a general method to ascertain the electrochemical characteristics under this condition. The voltage-current characteristics were measured while gradually changing the voltage using a potentiostat according to a general method. Since NADH depends on the concentration of the amino acid to be measured and is generated by an enzyme reaction, the concentration of the amino acid can be measured by measuring this.
  • the mediator selection may be different depending on the condition.
  • the voltage-current characteristics when only the mediator is used and the voltage-current characteristics when NADH is added to the mediator are measured, and a graph is drawn so that the characteristics can be easily grasped. These graphs can be thought of as showing how the mediator responds to NADH.
  • the voltage-current characteristics will change in response to the presence of NADH. It is suitable for measuring the concentration of NADH and thus the concentration of amino acids.
  • the shape of the voltage-current characteristic Daraf usually changes greatly depending on the presence or absence of NADH. This is because if the mediator specifically reacts with the reactant with the redox reaction, if NADH is added, the current flowing when the applied voltage reaches the voltage at which the redox reaction is started However, when NADH is not added, such a sudden change does not occur. Therefore, a large difference in the shape of the graph indicates that the reaction is occurring in a reaction adapter specific to NADH, and the change in the voltage-current characteristics appropriately reflects the change in the concentration of NADH. And, will be.
  • MB is considered to be unsuitable as a mediator as it is for the following reasons.
  • the optimal reaction conditions for leucine dehydrogenase are ⁇ ⁇ .5, which is the property of an alkaline liquid. It was found that the MB was insoluble and precipitated over time. Therefore, MB as such is considered to be inappropriate as a mediator of leucine dehydrogenase. It should be noted that MB may be used as a mediator in the presence of a compound that prevents insoluble MB. Subsequent measurements were performed using PMS as the mediator.
  • Fig. 2 is a graph of the voltage-current characteristics with and without NDAH when the PMS concentration is maintained at 0. OlmM.
  • Fig. 3 shows the PMS concentration when the PMS concentration is 0. ImM and
  • Fig. 4 shows the PMS concentration. Is a similar graph in the case of ImM.
  • FIG. 5 is a graph summarizing the characteristics when the PMS concentration is 0.1 OlmM and 0.1 ImM. These graphs show an example of a preliminary study when setting the mediator concentration. The present invention is not limited to these conditions, and the actual mediator concentration setting depends on other conditions. The settings may also be different. From Fig. 2, when the PMS concentration is 0.01 mM, the current in the absence of NADH is within the range of 0.0004 mA—0.000003 mA, but the current in the presence of NADH is OmA— It can be seen that the range has expanded to about 3.5 times up to 0.0025 mM. Also, the peak value of the current has increased about eight times to 0.0003 mA power and 0.0025 mA.
  • the peak value of the current is reduced by about 1/2 to 0.07 mA force and 0.04 mA. Therefore, when the PMS concentration is 0.1 OlmM and 0.1 ImM, the range of current and the peak value of the current are expanded several times due to the presence of NADH, and thus the specificity of NADH is high. It can be said that it is suitable for measuring the concentration of NADH. On the other hand, when the PMS concentration is ImM, the current range and the peak value of the current do not increase, but rather decrease, due to the presence of NADH, which is suitable for measuring the concentration of NADH. Absent.
  • FIG. 6 is a graph of the voltage-current characteristics obtained by measuring the current when the voltage was changed while the NADH concentration was kept constant. This graph shows an example of a preliminary study in setting the voltage-current, and the present invention is not limited to these conditions.
  • the voltage-current setting may be different depending on other conditions.
  • the NADH concentration OmM, lmM, 2 mM, 4 mM, 6 mM, 8 mM, and 10 mM were used.
  • the value of the current flowing at that time can be increased, which can be said to increase the accuracy of measurement.
  • FIG. 7 is a graph of NADH concentration-current characteristics obtained by measuring current when the voltage is held constant and the concentration of NADH is changed. The voltage used was 200 mV, 180 mV, and 100 mV. This graph shows an example of a preliminary study when setting the voltage and setting the coenzyme concentration.
  • the present invention is not limited to these conditions, and the mediator selected when setting the actual voltage and the coenzyme concentration is set.
  • ⁇ ⁇ Voltage setting and coenzyme concentration setting may be different depending on the type, concentration and other conditions of coenzyme.
  • the NADH concentration and the current are almost proportional at all voltages.
  • PMS can provide very desirable properties for measuring NADH concentrations at any of these voltages.
  • the value of the current at the applied voltage when measuring an amino acid indicates the degree of the reaction between the amino acid and the enzyme, and is closely related to the degree of substrate affinity of the enzyme for the amino acid and the reaction rate. Since the degree of substrate affinity for leucine dehydrogenase and the reaction rate should be different values for oral isine, isoleucine, and palin, the current for the applied voltage should be different.
  • the concentration of each amino acid can be measured in an experimental system having the same configuration. If so, the sum of the concentrations of these three amino acids can be measured simultaneously by a single measurement operation using a single amino acid biosensor having a single electrode plate system. Furthermore, the applied voltage is such that even if there is some difference in the voltage-current characteristics, the distribution of the current value at the same applied voltage for these three amino acids is within a predetermined range. If the range is acceptable as an error, the sum of the concentrations of these three amino acids can be measured by one measurement operation.
  • the applied voltage at the time of measurement between the measurement electrode and the counter electrode of the amino acid biosensor is the same mark for each amino acid in the calibration curve representing the relationship between the applied voltage and the current value for each of a plurality of specific amino acids.
  • an applied voltage such that the distribution of the current value in the applied voltage is within a predetermined range.
  • the ratio of the minimum current to the maximum current of the three kinds of amino acids within the predetermined range is about 80% or more, that is, the distribution of the difference is about 20% or less of the whole. This is because with such a distribution of the difference, the concentrations of the three amino acids can be derived with practical accuracy with a maximum error of about 20% or less based on the current value. More preferably, the applied voltage should be such that the distribution of the current values of these three amino acids is minimized.
  • the point at which the current becomes maximum is usually set as the measurement point.
  • the output value of the current for each of a plurality of amino acids is The difference is that the voltage that minimizes the width of the measurement point is the applied voltage at the measurement point.
  • the plurality of amino acids can be measured by a single operation of an amino acid biosensor having a single electrode plate system.
  • the pressure may be used. In this way, the error in measuring a plurality of amino acids by a single operation can be reduced by / J, and the accuracy can be improved.
  • FIG. 8 is a graph of a calibration curve showing voltage-current characteristics of three kinds of amino acids, leucine, isoleucine, and palin, at a concentration of ImM. From this figure, the distribution of the difference between the currents of the three amino acids is small, and the voltage can be found. As can be seen from the figure, the overall shape of the graph is almost the same for leucine, isoleucine, and phosphorus. In general, the current decreases in the order of isoleucine, which has the largest current, and that of phosphorus. Where the difference between the absolute values of the current and a certain voltage is small and the absolute value of the current is large, the distribution of the difference in the current is small.
  • the difference in the absolute value of the current becomes smaller when the voltage is 0.275 V and the voltage is 0.225 V.
  • the current of leucine with the largest current is about 0.0006 mV
  • the current of leucine having the largest current is about 0.00048 mV
  • the current of parin having the smallest current is about 0.0003 mV.
  • FIG. 9 is a graph of a calibration curve representing the amino acid concentration-current characteristics for each type of amino acid, using the applied voltage at the measurement point as a parameter.
  • These graphs can read the relationship between the current and the amino acid concentration of different types of amino acids or a mixture thereof. If the relationship between the amino acid concentration and the current is similar for different types of amino acids (or a mixture thereof) under the condition that the applied voltage at the measurement point is kept constant, those amino acids can be identified at the applied voltage. This means that measurement can be performed with an amino acid biosensor having a single electrode system.
  • symbols are plotted at actual measurement points for each amino acid, and a linear approximation line is added to them. The measured points were plotted for a mixture of multiple amino acids.
  • the letter V represents palin
  • L represents leucine
  • I represents isoleucine
  • the concatenation of the letters represents a mixture of these amino acids.
  • the numerical value after the alphabet letter indicates the applied voltage at the measurement point, and includes 100 mV and -225 mV.
  • the applied voltage is --100 mV
  • the graphs of force and phosphorus that are almost similar to those of leucine and isoleucine differ greatly from those, and when compared with the slope of the approximation line, the slope of 1Z3 of the other is There is only 1Z2 inclination.
  • the concentrations of three types of branched-chain amino acids can be measured with an amino acid biosensor having a single electrode plate system.
  • concentration of a mixture of a plurality of branched-chain amino acids could be accurately measured at an applied voltage of 225 mV.
  • Leucine and isoleucine concentration 2mM mixture (LI225), leucine and palin concentration: ImM mixture (LV-225), isoleucine and palin concentration: lmM mixture (IV-225), leucine and isoleucine and palin Concentration: 1.5 mM mixture (LIV-225), approximation of three branched-chain amino acids at voltage: 225mV Close to the line, especially very close to the approximate line for leucine and isoleucine. This shows that under these experimental conditions, at an applied voltage of -225 mV, the sum of the concentrations of the three types of branched-chain amino acids can be measured very accurately using an amino acid biosensor having a single electrode plate system. . Therefore, even when different types of enzymes, coenzymes, mediators and the like are set and the total value of different types of amino acids is measured, the optimum applied voltage can be set by the same method.
  • FIG. 10 is a configuration diagram showing the configuration of the branched-chain amino acid biosensor 200.
  • the structure of the sensor unit is represented by a plan view, and the configuration of the circuit unit is represented by a block diagram.
  • the branched-chain amino acid biosensor 200 includes a support 201, a measurement electrode 202, a counter electrode 203, a measurement electrode lead 204, a counter electrode lead 205, a measurement electrode terminal 206, a counter electrode terminal 207, a voltage / current characteristic measurement unit 251 and a concentration calculation unit. It consists of 252.
  • the support 201 is a substrate of the sensor unit and is made of resin or the like.
  • the measurement electrode 202 is an electrode plate that exchanges electrons by causing a reaction on the electrode.
  • an enzyme leucine dehydrogenase
  • NAD coenzyme
  • PMS mediator
  • the enzyme, coenzyme, and mediator do not necessarily need to be fixed on the electrode surface, and may be arranged using an absorptive carrier or the like in the reaction space generated between the electrodes of the electrode system.
  • a substance that inhibits measurement by an enzyme reaction may be present in the sample, and a means for removing such an inhibitor may be provided.
  • the measuring electrode 202 corresponds to the working electrode 21. Known methods can be used for fixing these elements.
  • the measurement electrode 202 is connected to a measurement electrode terminal 206 via a measurement electrode lead section 204.
  • the counter electrode 203 is an electrode facing the measurement electrode 202 for applying a voltage between the counter electrode 203 and the measurement electrode 202.
  • the counter electrode 203 has a preferred shape surrounding the measuring electrode 202.
  • the electrode plate system consisting of the measuring electrode 202 and the counter electrode 203 can be immersed in the test solution 11, and the measuring electrode 202 and the counter electrode 203 constitute an electrode plate system. Solution 11 can be retained for measurement.
  • the counter electrode 203 is connected to a counter electrode terminal 207 via a counter electrode lead 205.
  • the voltage / current characteristic measurement unit 251 is a component that applies a voltage for measurement to the measurement electrode terminal 206 and the counter electrode terminal 207 and measures the current flowing at that time.
  • the applied voltage for the measurement may be constant or may vary with time, but the applied voltage is different for each of the branched-chain amino acids in the calibration curve representing the relationship between the applied voltage and the current value. It is necessary to include an applied voltage such that the distribution of the current value of the amino acid at the same applied voltage is within a predetermined range. This is because the current measured at such an applied voltage can accurately determine the total of the concentrations of the branched-chain amino acids.
  • the concentration calculator 252 receives the voltage-current characteristics measured from the voltage-current characteristics measuring unit 251 and calculates the branched-chain amino acid concentration by comparing the measured voltage-current characteristics with reference data on a calibration curve. If the branched-chain amino acid concentration is calculated based on a calibration curve that takes into account the relationship between the applied voltage and time in order to quantitatively determine the branched-chain amino acid concentration from the current, the temporal change is reflected. More accurate measurement.
  • a calibration curve that considers temperature characteristics is also preliminarily measured and defined. The temperature is measured by installing a temperature sensor near the electrode plate system, and the branched-chain amino acid concentration is calculated considering the temperature. May be.
  • the electrode plate system to which the voltage for measurement is applied by the voltage / current characteristic measuring unit 251 is immersed in the test solution 11 containing the branched-chain amino acid to be measured.
  • the test solution 11 is of biological origin such as blood.
  • the leucine dehydrogenase, NAD, and PMS fixed on the measurement electrode 202 are dissolved in the test solution 11.
  • the branched-chain amino acids in the test solution 11 undergo a dehydrogenation reaction by leucine dehydrogenase, at which time NAD changes to reduced NADH.
  • NADH transfers electrons to the measuring electrode 202 via PMS, and is oxidized to NAD again.
  • a current flows from the counter electrode 203 to the measuring electrode 202.
  • the voltage-current characteristic measuring section 251 measures the current value, and the concentration calculating section 252 receiving the measurement result calculates the branched-chain amino acid concentration.
  • the calculated amino acid concentration is output as data.
  • the amino acid to be measured is an aromatic amino acid
  • phenylalanine and aromatic amino acids that also have tyrosine power have structural similarities in that they have a benzene ring in common
  • enzymes that have a common substrate affinity for them For example, phenylalanine dehydrogenase can be used for such a purpose.
  • phenylalanine dehydrogenase can be used for such a purpose.
  • the total concentration of the aromatic amino acids can be reduced to a single value. It will be possible to measure with an amino acid biosensor having a pole plate system.
  • the enzyme is changed to such, the voltage / current characteristic measurement unit 251 is changed to one that provides a measurement point of the aromatic amino acid, and the concentration calculation unit 252 is changed to the concentration of the aromatic amino acid.
  • the biosensor power is an aromatic amino acid biosensor 300 (not shown) having a configuration changed to that for calculating the amino acid. Suitable coenzymes and mediators can also be selected.
  • the aromatic amino acid biosensor 300 performs the same operation as the branched-chain amino acid biosensor 200.
  • the sensor part of the Fischer ratio biosensor 400 has a structure in which the sensor part of the above-mentioned branched-chain amino acid biosensor 200 and the sensor part of the aromatic amino acid sensor 300 are combined by bringing their electrode plates close to each other. . With such a configuration, it is possible to simultaneously measure the concentration of the branched-chain amino acid and the concentration of the aromatic amino acid in the test solution 11.
  • FIG. 11 is a configuration diagram showing the structure of the Fischer ratio biosensor 400. In FIG. 11, the structure of the sensor unit is represented by a plan view, and the configuration of the circuit unit is represented by a block diagram. In FIG.
  • the Fischer ratio biosensor 400 comprises a branched-chain amino acid biosensor 200 and an aromatic amino acid biosensor 300 having a common support 201, and a Fischer ratio calculation unit 450.
  • the Fisher ratio calculation unit 450 receives the branched chain amino acid concentration and the aromatic amino acid concentration from the concentration measuring units 252 and 352, respectively, and calculates the Fisher ratio by dividing the branched chain amino acid concentration by the aromatic amino acid concentration. .
  • aromatic amino aromatic amino
  • the enzyme may be tyrosine monooxygenase.
  • the Fischer ratio biosensor 400 the Fisher ratio can be obtained by one measurement operation.
  • the Fischer ratio biosensor 400 can also independently output the branched-chain amino acid concentration and the aromatic amino acid concentration.
  • the Noo sensor for measuring the concentration of the branched-chain amino acid, the concentration of the aromatic amino acid, and the Fischer's ratio. It can be extended to amino acid biosensors that can be measured in a system. That is, for a plurality of amino acids to be measured, the applied voltage at the time of measurement is different for each of the plurality of amino acids in the calibration curve representing the relationship between the applied voltage and the current value at the same applied voltage for each amino acid. It is preferable to select an enzyme, a coenzyme, or a mediator that has an applied voltage whose current value distribution is within a predetermined range, and to include the applied voltage at the measurement point.
  • the biosensor according to the present invention is not limited to amino acids but can be applied to cholesterol, hormones, and the like. That is, by using an enzyme having substantially the same substrate affinity for each of a plurality of substances other than amino acids, a biosensor capable of measuring the total concentration of the plurality of substances with a single electrode plate system is used. Can be configured.
  • a biosensor that measures a plurality of amino acids and a biosensor that measures a single amino acid or a biological component can be combined into one biosensor. That is, by creating a biosensor having two or more measurement circuits in the sensor, it is possible to provide a biosensor capable of simultaneously obtaining a plurality of input values required for calculating a desired health index. .
  • the above-mentioned branched-chain amino acid biosensor 200, aromatic amino acid biosensor 300, and Fisher ratio sensor 400 can easily measure complex amino acid test values such as Fisher ratio in a single measurement operation. Can be. Conventionally, such amino acid test values must be transferred to a biological sample such as blood collected by a laboratory. The measurement could not be performed, and it took a long time for the measurement results to be reduced. Therefore, despite the fact that the Fischer ratio is a test value that is very important for health, the labor required for its measurement suffered, and at present, it has been fully utilized. is there. However, when the biosensor of the present invention is used, an inpatient can be examined at the bedside, and a healthy person can easily measure the Fisher ratio at home or the like.
  • the health information management system 500 is a system configured for such a purpose. This is explained below.
  • FIG. 12 is a configuration diagram showing a schematic configuration of the health information management system 500.
  • the health information management system 500 includes a large Fisher ratio biosensor 400, a user terminal 502, and a server 506.
  • the Fisher ratio biosensor 400 is connected to the user terminal 502 and outputs the measured Fisher ratio to the user terminal 502.
  • the Fischer ratio biosensor 400 preferably also outputs the concentration of branched-chain amino acids and the concentration of aromatic amino acids that can be determined only by the Fischer ratio.
  • the user terminal 502 is a terminal installed by the user at home or the like for accessing the server 506 via the network 501.
  • a PC having a network function, an application for which the application is installed, a PDA, Information terminals such as telephones and mobile phones.
  • the user terminal 502 provides functional elements of a Fisher ratio transmitting unit 503, a health information evaluation receiving unit 504, and an output unit 505 by cooperation of the application and the hardware.
  • the Fisher ratio transmitting unit 503 transmits the Fisher ratio, the branched chain amino acid concentration, and the aromatic amino acid concentration received from the Fisher ratio biosensor 400 to the server 506 via the network 501.
  • the health information evaluation receiving means 504 receives a health information evaluation related to a measured value such as a Fisher ratio of the user from the server 6 via the network 501.
  • the output unit 505 is a component that outputs the received health information evaluation to a screen or the like, and is in the form of a Web browser or the like that outputs information through a display.
  • Sir A server 506 is a server that provides health information management services, and is typically installed on a Web network, and can provide services through the Web. The server 506 cooperates with the health information management application and the hardware to provide a means for receiving a phisher first-class reception means 507, a health information evaluation means 508, a health standard data management means 509, a health information updating means 510, and a health information data management means. 511 and the functional elements of the health information evaluation transmission means 512 are provided.
  • Fisher ratio receiving means 507 receives a fisher ratio or the like from the user terminal 502.
  • the health information evaluation unit 508 compares the received Fisher ratio and the like with reference data for evaluation of the measurement value such as the Fisher ratio stored in the health standard data management unit 509 to determine the measurement value. Derive health information evaluations, including comments on them.
  • the health information updating means 510 obtains a measured value such as a fish ratio for the user from the health information data managing means 511 storing the measured value and updates it with the new measured value.
  • the health information transmitting unit 512 transmits the derived health information evaluation to the user terminal 502.
  • FIG. 13 is an image diagram of the member registration screen.
  • the information to be registered is basic information such as name, gender, date of birth, address, telephone number, and mail address.
  • health information such as height, weight, blood type, medical history, drinking frequency, smoking status, liver test values (GOT, GPT, ⁇ -GTP, etc.) may be included. Such information can be used as a supplement in deriving health information.
  • a record of the health information for the member is created and stored in the health information data management means 511.
  • the member collects a small amount of tissue fluid or blood by himself at home or the like, and drops the tissue fluid or blood on the electrode-based portion of the fish ratio biosensor 400.
  • the Fischer's ratio biosensor 400 measures the concentration of branched-chain amino acids, the concentration of aromatic amino acids, and the Fisher's ratio of the blood, converts the measured values into data, and outputs the data to the Fisher's ratio transmitting means 503.
  • the Fisher ratio transmission means 503 adds information for identifying the member to the measured value. Then, it transmits to the Fisher ratio receiving means 507 through the network 501. It is preferable that the user terminal 502 displays the measurement value from the output unit 505 when the measurement value is received from the fisher ratio biosensor 400. Fig.
  • Fisher ratio receiving means 507 sends the received measurement value to health information evaluating means 508.
  • the health information evaluation means 508 obtains a reference value such as a Fisher ratio from the health reference data management means 509, compares the measured value with the reference value, determines the measured value, extracts a comment for the measured value, and obtains the health information. Create an assessment. These reference values are created for each age and gender, and it is preferable to use reference values that match the age and gender of the member.
  • the health information updating means 510 causes the health information data managing means 511 to search for and obtain the health information of the member, reflect the newly measured value on the health information, and store it in the health information data managing means 511.
  • the health information updating means 510 also creates data representing the transition of the measured value.
  • a transition graph of the measured values is configured.
  • the health information evaluation transmission unit 512 transmits the derived health information evaluation and the transition graph of the measured values to the user terminal 502 via the network 501.
  • the health information evaluation receiving unit 504 receives the health information evaluation and the transition graph of the measured value from the health information evaluation receiving unit 512 via the network 501.
  • the output means 505 displays a transition graph of the received measurement values and a health information evaluation.
  • FIG. 15 is an image diagram of a measured value transition output screen for displaying the transition of measured values.
  • FIG. 16 is an image diagram of a health information evaluation output screen displaying the health information evaluation.
  • the Fisher ratio is below the reference value, so the judgment of "inspection required” is made, and the measured value is on a downward trend and is below the reference value. It is described in "Comments”.
  • ⁇ comments '' can include information on physical condition 'health status', information on methods for improving physical condition 'maintaining health', dietary menu information, food ingredients 'product information', etc. . in this way, According to the health information management system 500, it is possible to easily measure and manage a measurement value using an amino acid such as a Fisher ratio, and provide health information based on the measured value.
  • the biosensor according to the present invention can be extended to measure various amino acids and biological components. Therefore, such a health information management system using a biosensor can also be applied to a biological information management system that is not directly related to health. Therefore, the meaning of the term “health information” in the present specification may be information on an index whose association with health is not directly known as long as it is information on a living body.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of an experimental type 100.
  • FIG. 2 is a graph of voltage-current characteristics in the presence and absence of NADH when the PMS concentration is maintained at 0.1 OlmM.
  • FIG. 3 is a graph of voltage-current characteristics in each case with and without NADH when the PMS concentration is maintained at 0. ImM.
  • FIG. 4 is a graph of voltage-current characteristics in each case with and without NADH when the PMS concentration is maintained at ImM.
  • FIG. 5 is a graph of voltage-current characteristics in the presence and absence of NADH when the concentration of PMS is maintained at 0. OlmM and 0. ImM, respectively.
  • FIG. 6 is a graph showing voltage-current characteristics obtained by measuring current when the voltage is changed while the NADH concentration is kept constant.
  • FIG. 7 is a graph of NADH concentration-current characteristics obtained by measuring current when the voltage is held constant and the concentration of NADH is changed.
  • FIG. 8 is a graph of a calibration curve showing voltage-current characteristics of three amino acids, leucine, isoleucine, and palin, at a concentration of ImM.
  • FIG. 9 is a graph of a calibration curve representing the amino acid concentration current characteristics for each type of amino acid using the applied voltage at the measurement point as a parameter.
  • FIG. 10 is a block diagram showing the structure of a branched-chain amino acid biosensor 200.
  • FIG. 11 is a configuration diagram showing a structure of a Fisher ratio Noo sensor 400.
  • FIG. 12 is a configuration diagram illustrating a schematic configuration of a health information management system 500.
  • FIG. 13 is an image diagram of a member registration screen.
  • FIG. 14 is an image of a measured value output screen.
  • FIG. 15 is an image diagram of a measured value transition output screen that displays the transition of measured values.
  • FIG. 16 is an image diagram of a health information evaluation output screen displaying health information evaluation. Explanation of symbols

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Abstract

　複数のアミノ酸の合計濃度を単一の極板系で測定できるバイオセンサーを提供する。 　複数の特定のアミノ酸の濃度の合計値を測定するためのアミノ酸バイオセンサー（２００）は、当該複数の特定のアミノ酸を選択的に基質とする酵素、及びメディエータを構成因子とする測定極（２０２）と対極（２０３）とを有し、当該酵素は当該複数の特定のアミノ酸のそれぞれに基質親和性を有し、当該酵素は当該特定のアミノ酸を基質とした反応により反応生成物を生成し、メディエータはアミノ酸の濃度の測定時に反応生成物と測定極との間で電子を運搬し、及びアミノ酸バイオセンサーの測定極と対極との間の測定時印加電圧は、複数の特定のアミノ酸のそれぞれについて印加電圧と電流値の関係を表わした検量線において、それぞれのアミノ酸についての同じ印加電圧における電流値の分布が所定の範囲内であるような印加電圧を含む。

Description

明 細 書
アミノ酸バイオセンサー、フィッシャー比バイオセンサー、及び健康情報管 理システム 技術分野
[0001] 本発明は、アミノ酸バイオセンサーに関し、より詳しくは、フィッシャー比などを一回 の測定操作で測定できるアミノ酸バイオセンサーに関する。また本発明は健康情報 管理システムに関し、より詳しくは、アミノ酸バイオセンサーを使用して個人が自宅な どで測定したフィッシャー比などを管理'評価する健康情報管理システムに関する。 背景技術
[0002] 近年の健康志向の高まりにつれ、健康状態の指標を客観的な数値として測定する ことに関する社会的要請が高まっている。体重、体脂肪率、血圧などの大局的な生 体情報については、それを計測して電気的情報に変換する装置は既に実用化され ている。しかし、個々の生体成分に関する数値を直接的に測定する装置はまだあまり 実用化されていない。特に血中などにおける複数の種類のアミノ酸の濃度を簡便に 測定するための実用に即した装置は存在しな 、。
一方、いくつかのアミノ酸については健康状態の指標となりうることが知られており、 中でも分岐鎖アミノ酸 (ロイシン、イソロイシン及びパリン)濃度及び芳香族アミノ酸 (フ ェニルァラニン及びチロシン)濃度については、肝臓の健康状態を反映するものとし て知られている。そのため、分岐鎖アミノ酸濃度と芳香族アミノ酸濃度力も計算される 健康指標は臨床検査の項目としても知られている。具体的には、フィッシャー比とし て、分岐鎖アミノ酸 (Branched Chain Amino Acid, BCAA)と芳香族アミノ酸 (A romatic Amino Acid, AAA)のモル比（BCAA/ AAA)、また、フィッシャー比よ りより簡便な値である BTR値として、分岐鎖アミノ酸 (BCAA)とチロシンのモル比（B CAA/Y)が用いられるが、いずれも肝臓の状態を表わす指標として用いられている 。分岐鎖アミノ酸 (BCAA)としては、ロイシン、ノリン、及びイソロイシンがあり、これら の濃度は肝臓の繊維化が進行した肝硬変患者で低下することが知られて 、る。芳香 族アミノ酸 (AAA)としては、フエ二ルァラニン及びチロシンがあり、これらの濃度は肝 硬変患者で増加する。このように、肝機能が悪ィ匕するとフィッシャー比及び BTR値は 低下するため、フィッシャー比及び BTR値は肝臓の状態を反映した健康状態の指標 として用いられる。また、分岐鎖アミノ酸の濃度も健康状態の指標として用いられてい る。
[0003] アミノ酸濃度の測定は、アミノ酸の標識による高感度化と液体クロマトグラフィーを組 み合わせた方法などが広く使われているが、その測定方法では、試料の調整などの 作業が煩雑で、測定にも長時間を要する。一方、数種類のアミノ酸に限っては、その アミノ酸を簡便かつ迅速に定量する方法として、アミノ酸の酵素による反応を電気化 学的に検出することによってアミノ酸濃度を測定するバイオセンサーが用いられるよう になってきた。酵素としては脱水素酵素が用い、その際に補酵素も必要とされること が多い。従来の脱水素酵素と補酵素が関与する酵素反応を用いたバイオセンサー でのアミノ酸濃度などの測定には、 D グルコース、 L 乳酸、エタノール、コレステロ ール等のアミノ酸以外の物質に加えて、アミノ酸の一種である L一口イシン等を、バイ ォセンサーを用いてそれぞれ単独に電気化学的に測定する技術がある（例えば、特 許文献 1参照。 ) oその技術によれば、絶縁性支持体に導電性材料を用いて形成さ れた電極系と、電極反応部分に反応用試薬として少なくとも脱水素酵素、補酵素、な らびに電子メディエータが含有された吸収性担体が配置されたバイオセンサーにお Vヽて、該吸収性担体は試料と反応用試薬との酵素反応および電子メディエータと電 極表面との電極反応の双方の反応層となることを特徴とするバイオセンサーによって 、脱水素酵素と補酵素が関与する酵素反応において、高精度にかつ短時間で簡便 に基質濃度を電気化学的に定量するための、安価で作製が容易なバイオセンサー を提供することができる。また、脱水素酵素と補酵素を用いたバイオセンサーには、 電子メディエータおよびテトラゾリゥム塩力もなる反応試薬を用いたノィォセンサーに よって、種々の試料に含まれる基質を煩雑な前処理を必要としな!/ヽ簡便でし力ゝも迅 速な基質の定量を行う技術がある（例えば、特許文献 2参照)。しかし、それらのいず れの技術においても、複数の種類のアミノ酸の濃度を同時に測定することはできない
[0004] 特許文献 1 :特開 2000— 35413号公報 特許文献 2：国際公開第 00Z57166号パンフレット
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] 生体成分の情報に基づく指標は色々存在するが、本発明では、主として、アミノ酸 の情報に基づく指標について取り扱う。特に健康状態と関連があることで知られてい る分岐鎖アミノ酸濃度、及びアミノ酸濃度から計算して得られる健康指標、例えばフィ ッシヤー比又は BTR値にっ 、て取り扱う。フィッシャー比のような健康状態の指標を 求めるためのアミノ酸測定については、診断薬キットが存在する。しかしこのような診 断薬キットは、診断試薬の他に、比色計などの分析機器が必要であるため、通常は、 血液などの生体サンプルを検査機関などに移管して測定する必要がある。そのため 、利用者自身が測定してその場で体調 ·健康状態を知ることはできない。
[0006] アミノ酸の濃度を測定するためには、ニンヒドリン反応等を利用したアミノ酸の標識と 液体クロマトグラフィーを組み合わせた方法や、アミノ酸を基質とする酵素反応により 生成した反応生成物を吸光光度法等で定量する方法等がある。しかし、これらの方 法では試料の希釈や分離等の前処理を必要とし、装置も大規模となることから、簡便 で迅速な測定は困難であった。また、市販のアミノ酸分析機をもちいて分岐鎖ァミノ 酸の濃度の合計値を算出するためには、ロイシン、イソロイシン、及びパリンの濃度を 独立に測定し、それらの濃度を合計する必要があった。一方、アミノ酸等を簡便に測 定可能なノィォセンサーが知られている。しかし従来技術では、数種類のアミノ酸に ついてのみ、それぞれ単独のアミノ酸濃度を測定することはできるが、分岐鎖アミノ酸 の合計濃度のように、当該バイオセンサーに使われている酵素が基質としうる複数の アミノ酸が同時に存在する条件下では、それらを独立に測定することは不可能であり 、さらに複数の特定のアミノ酸の合計濃度を測定することもできな力つた。そのため、 分岐鎖アミノ酸の合計濃度を単体で測定可能なバイオセンサーは存在しな力つた。 さらに、複数のアミノ酸濃度力も計算して得られる健康指標を求めるためには、健康 指標に関連するそれぞれのアミノ酸濃度を測定した上で、計算により算出しなければ ならず、健康指標を単一の測定操作で測定可能なバイオセンサーも存在しな力つた 。また、そのようなアミノ酸による健康指標を個人的に簡便に測定することができなか つたため、そのような健康指標を利用した健康情報管理システムも存在しなカゝつた。 本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、複数のアミノ酸の合計濃度を単 一の操作で測定可能なバイオセンサー及び健康情報管理システムを提供するもの である。
課題を解決するための手段
[0007] 上述の課題の解決は、以下の特徴を有する本発明によって達成される。請求項 1 に記載の発明は、少なくとも複数の特定のアミノ酸を選択的に基質とする酵素、及び メディエータを構成因子とする測定極と、対極とを有する、当該複数の特定のアミノ酸 の濃度の合計値を測定するためのアミノ酸バイオセンサーであって、当該酵素は、当 該複数の特定のアミノ酸のそれぞれに基質親和性を有し、当該酵素は、当該特定の アミノ酸を基質とした反応により反応生成物を生成し、当該メディエータは、アミノ酸の 濃度の測定時に当該反応生成物と当該測定極との間で電子を運搬し、及び当該ァ ミノ酸バイオセンサーの当該測定極と当該対極との間の測定時印加電圧は、当該複 数の特定のアミノ酸のそれぞれについて特定の濃度における印加電圧と電流値の関 係を表わした検量線において、同じ濃度であるそれぞれのアミノ酸についての同じ印 加電圧における電流値の分布が所定の範囲内であるような印加電圧を含むことを特 徴とする。
[0008] 請求項 2に記載の発明は、請求項 1に記載の発明の特徴に加えて、当該アミノ酸バ ィォセンサーの当該測定極と当該対極との間の測定時印加電圧は、当該複数の特 定のアミノ酸のそれぞれについて特定の濃度における印加電圧と電流値の関係を表 わした検量線において、同じ濃度であるそれぞれのアミノ酸についての同じ印加電 圧における電流値の分布力 全体の 20%以内であるような印加電圧を含むことを特 徴とする。
[0009] 請求項 3に記載の発明は、請求項 1に記載の発明の特徴に加えて、当該測定極は 、補酵素をさらに構成因子とし、当該酵素は、脱水素酵素であり、当該反応生成物は 、当該補酵素が還元された還元型補酵素であり、及び当該メディエータは、アミノ酸 の濃度の測定時に当該還元型補酵素力 当該測定極へ電子を運搬することを特徴 とする。 [0010] 請求項 4に記載の発明は、請求項 3に記載の発明の特徴に加えて、当該複数の特 定のアミノ酸は、ロイシン、パリン、及びイソロイシンを含む分岐鎖アミノ酸であり、当該 脱水素酵素は、ロイシンデヒドロゲナーゼであり、及び当該補酵素は、ニコチンアミド' アデニン ·ジヌクレオチドであることを特徴とする。
[0011] 請求項 5に記載の発明は、請求項 4に記載の発明の特徴に加えて、当該メデイエ ータは、 PMSであることを特徴とする。
[0012] 請求項 6に記載の発明は、請求項 3に記載の発明の特徴に加えて、当該複数の特 定のアミノ酸は、フエ二ルァラニン及びチロシンを含む芳香族アミノ酸であり、当該脱 水素酵素はフエ-ルァラニンデヒドロゲナーゼであるであることを特徴とする。
[0013] 請求項 7に記載の発明は、請求項 4に記載の分岐鎖アミノ酸バイオセンサーと、請 求項 6に記載の芳香族アミノ酸バイオセンサーと、当該分岐鎖アミノ酸バイオセンサ 一で測定される分岐鎖アミノ酸濃度を当該芳香族アミノ酸バイオセンサーで測定され る芳香族アミノ酸濃度で除することによってフィッシャー比を算出するフィッシャー比 算出手段と、を有することを特徴とする。
[0014] 請求項 8に記載の発明は、会員の生体情報を管理する生体情報管理手段と、会員 力 S当該生体情報管理手段と通信するための会員端末とからなる生体情報管理シス テムであって、当該生体情報管理手段は、アミノ酸濃度を含む会員の生体情報のデ ータを管理する生体情報データ管理手段と、当該会員端末力 当該アミノ酸濃度を ネットワークを介して受信する第 1の受信手段と、当該アミノ酸濃度を所定の基準と比 較することによって生体情報評価を導出する生体情報評価手段と、導出された当該 生体情報評価を当該会員端末にネットワークを介して送信する第 1の送信手段と、を 備え、及び当該会員端末は、請求項 1に記載のアミノ酸バイオセンサーと、当該アミノ 酸バイオセンサーによって測定されるアミノ酸濃度を当該生体情報管理手段にネット ワークを介して送信する第 2の送信手段と、当該生体情報管理手段から当該生体情 報評価をネットワークを介して受信する第 2の受信手段と、受信された当該生体情報 評価を出力する出力手段と、を備えることを特徴とする生体情報管理システム。
[0015] 請求項 9に記載の発明は、会員の健康情報を管理する健康情報管理手段と、会員 が当該健康情報管理手段と通信するための会員端末とからなる健康情報管理シス テムであって、当該健康情報管理手段は、血中分岐鎖アミノ酸濃度を含む会員の健 康情報のデータを管理する健康情報データ管理手段と、当該会員端末から当該血 中分岐鎖アミノ酸濃度をネットワークを介して受信する第 1の受信手段と、当該血中 分岐鎖アミノ酸濃度を所定の基準と比較することによって健康情報評価を導出する 健康情報評価手段と、導出された当該健康情報評価を当該会員端末にネットワーク を介して送信する第 1の送信手段と、を備え、及び当該会員端末は、請求項 4に記載 の分岐鎖アミノ酸バイオセンサーと、当該分岐鎖アミノ酸バイオセンサーによって測 定される血中分岐鎖アミノ酸濃度を当該健康情報管理手段にネットワークを介して送 信する第 2の送信手段と、当該健康情報管理手段力 当該健康情報評価をネットヮ ークを介して受信する第 2の受信手段と、受信された当該健康情報評価を出力する 出力手段と、を備えることを特徴とする。
[0016] 請求項 10に記載の発明は、会員の健康情報を管理する健康情報管理手段と、会 員が当該健康情報管理手段と通信するための会員端末とからなる健康情報管理シ ステムであって、当該健康情報管理手段は、フィッシャー比を含む会員の健康情報 のデータを管理する健康情報データ管理手段と、当該会員端末から当該フイツシャ 一比をネットワークを介して受信する第 1の受信手段と、当該フィッシャー比を所定の 基準と比較することによって健康情報評価を導出する健康情報評価手段と、当該会 員端末へ導出された当該健康情報評価をネットワークを介して送信する第 1の送信 手段と、を備え、及び当該会員端末は、請求項 8に記載のフィッシャー比バイオセン サ一と、当該フィッシャー比バイオセンサーによって測定される血中アミノ酸のフイツ シヤー比を当該健康情報管理手段にネットワークを介して送信する第 2の送信手段と 、当該健康情報管理手段力 当該健康情報評価をネットワークを介して受信する第 2の受信手段と、受信された当該健康情報評価を出力する出力手段と、を備えること を特徴とする。
[0017] 請求項 11に記載の発明は、少なくとも複数の特定のアミノ酸を選択的に基質とする 酵素、及びメディエータを構成因子として有することを特徴とする測定極と、対極とを 有しており、当該酵素は、当該複数の特定のアミノ酸のそれぞれに基質親和性を有 し、当該酵素は、当該特定のアミノ酸を基質とした反応により反応生成物を生成し、 及び当該メディエータは、アミノ酸の濃度の測定時に当該反応生成物と当該測定極 との間で電子を運搬する、そのようなアミノ酸バイオセンサーを用いて被検溶液中の 複数の特定のアミノ酸濃度の合計値を測定する方法であって、当該アミノ酸バイオセ ンサーを当該被検溶液と接触させるステップと、当該アミノ酸バイオセンサーの当該 測定極と当該対極との間に、当該複数の特定のアミノ酸のそれぞれについて特定の 濃度における印加電圧と電流値の関係を表わした検量線において、同じ濃度である それぞれのアミノ酸についての同じ印加電圧における電流値の分布が所定の範囲 内であるような電圧を印加するステップと、当該印加電圧下での当該測定極と当該対 極との間の応答電流値を測定するステップと、当該検量線における当該印加電圧及 び当該応答電流値に対応するアミノ酸濃度を、当該被検溶液中の当該複数の特定 のアミノ酸濃度の合計値として求めるステップと、を有することを特徴とする。
請求項 12に記載の発明は、少なくとも複数の特定のアミノ酸を選択的に基質とする 酵素、及びメディエータを構成因子とする測定極と、対極とを有しており、当該酵素は 、当該複数の特定のアミノ酸のそれぞれに基質親和性を有し、当該酵素は、当該特 定のアミノ酸を基質とした反応により反応生成物を生成し、及び当該メディエータは、 アミノ酸の濃度の測定時に当該反応生成物と当該測定極との間で電子を運搬する、 そのような第 1のアミノ酸バイオセンサーと、当該複数の特定のアミノ酸以外の単一の アミノ酸を選択的に基質とする酵素、及びメディエータを構成因子とする測定極と、対 極とを有しており、当該酵素は、当該単一のアミノ酸を基質とした反応により反応生成 物を生成し、及び当該メディエータは、アミノ酸の濃度の測定時に当該反応生成物と 当該測定極との間で電子を運搬する、そのような第 2のアミノ酸バイオセンサーと、を 用いて生体由来の被検溶液力 健康指標を導出する健康指標測定方法であって、 当該第 1のアミノ酸バイオセンサー及び当該第 2のアミノ酸バイオセンサーを生体由 来の被検溶液と接触させるステップと、当該第 1のアミノ酸バイオセンサーの当該測 定極と当該対極との間に、当該複数の特定のアミノ酸のそれぞれにつ!、て特定の濃 度における印加電圧と電流値の関係を表わした検量線において、同じ濃度であるそ れぞれのアミノ酸についての同じ印加電圧における電流値の分布が所定の範囲内 であるような電圧を印加するステップと、当該印加電圧下での当該測定極と当該対極 との間の応答電流値を測定するステップと、当該検量線における当該印加電圧及び 当該応答電流値に対応するアミノ酸濃度を、当該被検溶液中の当該複数の特定の アミノ酸濃度の合計値として求めるステップと、当該第 2のアミノ酸バイオセンサーの 当該測定極と当該対極との間に所定の電圧を印加するステップと、当該印加電圧下 での当該測定極と当該対極との間の応答電流値を測定するステップと、当該所定の 印加電圧及び当該応答電流値に対応するアミノ酸濃度を、当該被検溶液中の当該 単一のアミノ酸濃度として求めるステップと、当該求められた複数の特定のアミノ酸濃 度と、当該求められた単一のアミノ酸濃度とを入力情報とした所定の演算により所定 の健康指標を導出するステップと、を有することを特徴とする。
請求項 13に記載の発明は、少なくとも複数の特定のアミノ酸を選択的に基質とする 酵素、及びメディエータを構成因子とする測定極と、対極とを有しており、当該酵素は 、当該複数の特定のアミノ酸のそれぞれに基質親和性を有し、当該酵素は、当該特 定のアミノ酸を基質とした反応により反応生成物を生成し、及び当該メディエータは、 アミノ酸の濃度の測定時に当該反応生成物と当該測定極との間で電子を運搬する、 そのような第 1のアミノ酸バイオセンサーと、当該複数の特定のアミノ酸以外の複数の 他の特定のアミノ酸を選択的に基質とする酵素、及びメディエータを構成因子とする 測定極と、対極とを有しており、当該酵素は、当該複数の他の特定のアミノ酸のそれ ぞれに基質親和性を有し、当該酵素は、当該複数の他の特定のアミノ酸を基質とし た反応により反応生成物を生成し、及び当該メディエータは、アミノ酸の濃度の測定 時に当該反応生成物と当該測定極との間で電子を運搬する、そのような第 2のァミノ 酸バイオセンサーと、を用いて生体由来の被検溶液力 健康指標を導出する健康指 標測定方法であって、当該第 1のアミノ酸バイオセンサー及び当該第 2のアミノ酸バ ィォセンサーを生体由来の被検溶液と接触させるステップと、当該第 1のアミノ酸バイ ォセンサーの当該測定極と当該対極との間に、当該複数の特定のアミノ酸のそれぞ れについて特定の濃度における印加電圧と電流値の関係を表わした検量線におい て、同じ濃度であるそれぞれのアミノ酸についての同じ印加電圧における電流値の 分布が所定の範囲内であるような電圧を印加するステップと、当該印加電圧下での 当該測定極と当該対極との間の応答電流値を測定するステップと、当該検量線にお ける当該印加電圧及び当該応答電流値に対応するアミノ酸濃度を、当該被検溶液 中の当該複数の特定のアミノ酸濃度の合計値として求めるステップと、当該第 2のアミ ノ酸バイオセンサーの当該測定極と当該対極との間に、当該複数の他の特定のアミ ノ酸のそれぞれについて特定の濃度における印加電圧と電流値の関係を表わした 検量線において、同じ濃度であるそれぞれのアミノ酸についての同じ印加電圧にお ける電流値の分布が所定の範囲内であるような電圧を印加するステップと、当該印加 電圧下での当該測定極と当該対極との間の応答電流値を測定するステップと、当該 検量線における当該印加電圧及び当該応答電流値に対応するアミノ酸濃度を、当 該被検溶液中の当該他の複数の特定のアミノ酸濃度の合計値として求めるステップ と、当該求められた複数の特定のアミノ酸濃度と、当該求められた他の複数のァミノ 酸濃度とを入力情報とした所定の演算により所定の健康指標を導出するステップと、 を有することを特徴とする。
請求項 14に記載の発明は、少なくとも複数の特定のアミノ酸を選択的に基質とする 酵素、及びメディエータを構成因子とする測定極と、対極とを有しており、当該酵素は 、当該複数の特定のアミノ酸のそれぞれに基質親和性を有し、当該酵素は、当該特 定のアミノ酸を基質とした反応により反応生成物を生成し、及び当該メディエータは、 アミノ酸の濃度の測定時に当該反応生成物と当該測定極との間で電子を運搬する、 そのようなアミノ酸バイオセンサーと、特定の生体成分を選択的に基質とする酵素、 及びメディエータを構成因子とする測定極と、対極とを有しており、当該酵素は、当該 生体成分を基質とした反応により反応生成物を生成し、及び当該メディエータは、生 体成分の濃度の測定時に当該反応生成物と当該測定極との間で電子を運搬する、 そのような生体成分バイオセンサーと、を用いて生体由来の被検溶液カゝら健康指標 を導出する健康指標測定方法であって、当該アミノ酸バイオセンサー及び当該生体 成分バイオセンサーを生体由来の被検溶液と接触させるステップと、当該アミノ酸バ ィォセンサーの当該測定極と当該対極との間に、当該複数の特定のアミノ酸のそれ ぞれについて特定の濃度における印加電圧と電流値の関係を表わした検量線にお いて、同じ濃度であるそれぞれのアミノ酸についての同じ印加電圧における電流値 の分布が所定の範囲内であるような電圧を印加するステップと、当該印加電圧下で の当該測定極と当該対極との間の応答電流値を測定するステップと、当該検量線に おける当該印加電圧及び当該応答電流値に対応するアミノ酸濃度を、当該被検溶 液中の当該複数の特定のアミノ酸濃度の合計値として求めるステップと、当該生体成 分バイオセンサーの当該測定極と当該対極との間に所定の電圧を印加するステップ と、当該印加電圧下での当該測定極と当該対極との間の応答電流値を測定するステ ップと、当該所定の印加電圧及び当該応答電流値に対応する生体成分濃度を、当 該被検溶液中の当該生体成分濃度として求めるステップと、当該求められた複数の 特定のアミノ酸濃度と、当該求められた生体成分濃度とを入力情報とした所定の演 算により所定の健康指標を導出するステップと、を有することを特徴とする。
[0021] 請求項 15に記載の発明は、請求項 14に記載の発明の特徴に加えて、当該生体成 分は 2種類以上あり、当該生体成分バイオセンサーは、当該 2種類以上の各生体成 分に対応して 2つ以上設けられることを特徴とする。
発明の効果
[0022] 本発明によれば、複数の特定のアミノ酸の濃度の合計値を測定するためのアミノ酸 バイオセンサー（200)は、当該複数の特定のアミノ酸を選択的に基質とする酵素、 及びメディエータを構成因子とする測定極 (202)と対極 (203)とを有し、当該酵素は 当該複数の特定のアミノ酸のそれぞれに基質親和性を有し、当該酵素は当該特定 のアミノ酸を基質とした反応により反応生成物を生成し、メディエータはアミノ酸の濃 度の測定時に反応生成物と測定極との間で電子を運搬し、及びアミノ酸バイオセン サ一の測定極と対極との間の測定時印加電圧は、複数の特定のアミノ酸のそれぞれ につ 、て印加電圧と電流値の関係を表わした検量線にぉ 、て、それぞれのアミノ酸 についての同じ印加電圧における電流値の分布が所定の範囲内であるような印加電 圧を含むため、単一の極板系で複数のアミノ酸の合計濃度を測定することができるァ ミノ酸バイオセンサーを提供できるという効果が得られる。
[0023] さらに本発明によれば、上記のアミノ酸バイオセンサーにおいて、酵素にロイシンデ ヒドロゲナーゼを使用し、補酵素にニコチンアミド.アデニン.ジヌクレオチドを使用す るため、単一の極板系で分岐鎖アミノ酸の濃度を測定することができるという効果が 得られる。ここでメディエータに PMSを使用することにより、精度の高い測定を行うこ とができると!、う効果が得られる。
[0024] さらに本発明によれば、それぞれ単一に極板系で測定を行うことができる分岐鎖ァ ミノ酸バイオセンサーと芳香族アミノ酸バイオセンサーとを組み合わせ、測定された分 岐鎖アミノ酸濃度を芳香族アミノ酸濃度で除することによってフィッシャー比を求める ため、 1回の測定操作でフィッシャー比を測定することができるフィッシャー比バイオ センサーを提供することができると ヽぅ効果が得られる。
[0025] さらに本発明によれば、フィッシャー比バイオセンサーで個人が測定したフイツシャ 一比をユーザ端末（502)からサーバ（506)に送信し、サーバはそのフィッシャー比 を基準値と比較して判定及びコメント抽出を行い、それをユーザ端末に表示させるた め、測定が難し力 たために十分には活用されてこな力つたフィッシャー比を利用し た健康管理システムを構成することができるという効果が得られる。
[0026] さらに本発明によれば、単一の極板系のアミノ酸バイオセンサーで複数のアミノ酸 の合計濃度を測定する方法、単一のアミノ酸濃度と複数のアミノ酸濃度とから計算さ れる BTR比などの健康指標や複数のアミノ酸濃度と他の複数のアミノ酸濃度とから 計算されるフィッシャー比などの健康指標をアミノ酸バイオセンサーで測定する方法 、及び複数のアミノ酸の合計濃度と 1種類以上の生体成分の濃度とから計算される健 康指標を提供することができるという効果が得られる。
発明を実施するための最良の形態
[0027] (実験系の構成）
本発明において対象とする健康指標とは、本発明のバイオセンサーにより測定され る複数のアミノ酸濃度の合計値、又はそれを用いて計算される指標である。複数のァ ミノ酸濃度の合計値から計算される指標としては、複数のアミノ酸濃度の合計値と複 数のアミノ酸濃度の合計値又は単独のアミノ酸濃度力 計算されるものであっても良 い。二種の異なる複数のアミノ酸濃度の合計値力も計算される健康指標としては、例 えばフィッシャー比を挙げることが出来、また、複数のアミノ酸濃度の合計値と単独の アミノ酸濃度カゝら計算される健康指標としては、例えば BTR値が挙げられる。
[0028] 本発明のバイオセンサーが測定対象とする複数の特定のアミノ酸とは、一の酵素に 対する基質として共通するアミノ酸同士であれば良ぐ例えばロイシンデヒドロゲナー ゼに対して共通する基質として、分岐鎖アミノ酸である、ノ リン'ロイシン'イソロイシン
(BCAA)、フエ-ルァラニンデヒドロゲナーゼに対して共通する基質として、芳香族 アミノ酸であるチロシン 'フエ-ルァラニンが挙げられる。
ここで、一般的な、 NADを補酵素とした aアミノ酸の酸ィ匕還元反応式は以下の通り である。
[化 1]
Figure imgf000014_0001
-amino aci 2-oxo acid
R=アミノ難鎮 フエ-ルァラニンデヒドロゲナーゼを酵素とし、 NADを補酵素とした L フエ ニンの酸化還元反応式は以下の通りである。
[化 2]
Figure imgf000014_0002
レ phenylalanine phenytpyruvate ロイシンデヒドロゲナーゼを酵素とし、 NADを補酵素とした L一口イシンの酸ィ匕還元反 応式は以下の通りである。
[化 3]
+ NH3 + NADH + H+
Figure imgf000014_0003
レ leucine 4-methyl-2-oxopentanoate [0030] なお、以下の説明にお 、ては、 BTR値も含めてフィッシャー比と表記する。ここで用 いられる酵素としては、複数の特定のアミノ酸との反応性を有し、その反応に際して 電子供受を伴う酵素であれば、全て本発明において使用可能であり、測定目的物に 応じて適宜選択する。この際酵素は、市販で入手可能な酵素を用いても良いし、また 微生物など力も抽出したものを用いてもよい。これらの酵素は、基質特異性や反応速 度を高めるベぐ遺伝子工学的手法などにより適宜改変を加えた変異型酵素を用い ても良 、。通常一の基質としか反応性を有しな 、ものとして知られて 、る酵素に改変 を加え、複数の基質と反応性を有するように改変をカ卩えたものであっても良い。ァミノ 酸との反応性を有し、かつ反応に際して電子供受を伴う酵素としては、デヒドロゲナ ーゼ、ォキシドリダクターゼ等の酸化還元反応を伴う反応を媒介する酵素、具体的に はロイシンデヒドロゲナーゼ、チロシンデヒドロゲナーゼ、フエ-ルァラニンデヒドロゲ ナーゼ、ロイシンォキシドリダクターゼ、チロシンモノォキシゲナーゼ、ァラニンデヒド ロゲナーゼ、グルタミン酸デヒドロゲナーゼ等が一例として挙げられる。また、アミノ酸 以外の生体成分との反応性を有し、かつ反応に際して電子供受を伴う酵素としては、 デヒドロゲナーゼ、ォキシドリダクターゼ等の酸化還元反応を伴う反応を媒介する酵 素、具体的にはアルコールデヒドロゲナーゼ、コレステロールデヒドロゲナーゼ、イソク ェン酸デヒドロゲナーゼ、グルコースデヒドロゲナーゼ等が挙げられる。
また、本発明において用いられる酵素は電子供受を伴う反応を媒介するものである 力 当該反応には補酵素の反応を伴う場合があり、好ましい補酵素としては、 NAD H又は NADPHが挙げられる。
[0031] 本発明にお 、ては、まず、反応槽を用いた実験系 100を用いて、分岐鎖アミノ酸の 合計濃度を単一の極板系を有するバイオセンサーで測定できることを確認した。図 1 は、この実験に用いた実験形 100の概要構成を表わす構成図である。実験系 100は 、 3電極方式の電気化学セルを構成している。実験系 100は、被検溶液 11、塩ィ匕物 水溶液 12、反応槽 13、塩化物水溶液槽 14、作用電極 21、対極 22、参照電極 23、 塩橋 24、吸気口 25、ポテンシヨスタツト 31、レコーダ 32、ファンクションジェネレータ 3 3、及びマルチマグネティックスターラー 34から構成される。被検溶液 11は、測定さ れるアミノ酸、当該アミノ酸に基質親和性を有する酵素、酵素と協働する補酵素、メデ イエータを適切な濃度で溶解したものである。塩化物水溶液 12は、参照電極 23とと もに電池を形成し、基準となる電圧を参照電極 23から出力させるための溶液である。 作用電極 21は、対極 23との間で所定の電圧を印加し、その上で化学反応を起こさ せる電極である。この際に流れる電流を測定することによって、アミノ酸の定量ィ匕が行 えるかどうかの検討を行うことができる。塩橋 24は、反応槽 13と塩化物水溶液槽 14と を同電位に保ち、参照電極 23の電位を作用電極 21の校正に使用することができる ようにする。吸気口 25からは、反応槽 13の円滑な反応を継続させるために、それの 上部空間に窒素ガスを導入する。ポテンシヨスタツト 31は、電圧を一定に保つように 電流を流すことによって、電圧 電流特性を測定する装置であり、ファンクションジヱ ネレータ 33にプログラムされた時間 電圧曲線に従って電圧を変化させながら電流 を測定する。レコーダ 32は、ポテンシヨスタツト 31の測定結果を記録する。マルチマ グネテイツタスターラー 34は、反応槽 13内の被検溶液 11を撹拌する。
(実験系）
実験では、実験系 100において、作用電極 21と対極 22の間における被検溶液 11 の電圧 電流特性を、被検溶液 11のアミノ酸などの濃度を変化させて測定した。アミ ノ酸は、分岐鎖アミノ酸であり、ロイシン、イソロイシン、ノリン、あるいはそれらの混合 物を使用した。一般に、アミノ酸濃度の電気化学的な測定は、酵素によって測定対 象のアミノ酸に反応を生じさせて変化させ、その際に生じる反応生成物の濃度を測 定することによって行われる。濃度が測定される反応生成物としては、アミノ酸自身が 当該反応によって変化した物質でもよいし、アミノ酸が当該反応をする際に生じる副 生成物であってもよいが、一般には副生成物の濃度が測定されることが多い。濃度 測定においては、ある電圧を被検溶液に印加した場合に流れる電流を測定し、その 電圧 電流特性力も濃度を求めることが通常である。なお、その副生成物の濃度測 定において、直接副生成物を電極上で反応させるのではなぐ電子を副生成物と電 極間で運搬するメディエータを使用し、そのメディエータの媒介によって流れる電流 を測定することも多い。本実施例では、酵素としてロイシンの脱水素酵素である口イシ ンデヒドロゲナーゼを使用した。ここで用いた中等度高熱性細菌 Bacillus
Stearothermophilus由来のロイシンデヒドロゲナーゼは、脱水素反応によってロイシン を酸化する酵素である。ロイシンデヒドロゲナーゼは、ロイシンのみならず、イソ口イシ ン及びパリンとも基質親和性を有して ヽるため、イソロイシン及びパリンもロイシンデヒ ドロゲナーゼによって脱水素反応が弓 |き起こされる。ロイシン（並びにイソロイシン及 びパリン)の脱水素反応においては、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド (以下、 N ADと略記する。）が補酵素として機能し、 NADそれ自身は還元されて還元型-コチ ンアミドアデニンジヌクレオチド (以下、 NADHと略記する。 )に変化する。この反応生 成物である NADHの濃度を測定することによって、ロイシンなどのアミノ酸の濃度を 測定することができる。なお、その他のアミノ酸の脱水素反応を触媒する酵素を用い る場合には、補酵素としてニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸 (以下、 NADP と略記する）が機能している場合もあり、その際には NADPが還元されて生じる還元 型ニコチンアミドアデニンジヌタレチドリン酸 (以下、 NADPHと略記する。）の濃度を 測定することによって、測定対象のアミノ酸濃度を測定することができる。生成された NADHは Hを放出して酸ィ匕されやす ヽ性質を有するので、プラス側の作用電極で 酸化反応を起こさせ、その際に作用電極へ電子が流入することによって流れる電流 を測定することにより、発生した NADHの量、すなわち酸ィ匕されたロイシンの量を測 定することができる。なお、電極上での NADHの酸ィ匕反応は非常に反応速度が遅い ことが知られている。そのような反応が起こりやすくするため、電子を運ぶメディエータ を介在させ、 NADH,メディエータ、電極の順に電子を受け渡すようにすることが通 常である。その際、 NADHは電子を電極に与えて酸ィ匕され、 NADに戻ることになる 。本実験でも、メディエータを被検溶液 11に入れて電流を測定した。また単体のバイ ォセンサーとしては、酵素、補酵素、メディエータをバイオセンサーの作用電極に固 定ィ匕することが通常である力 本実施例では、被検溶液 11中にそれらを溶解させて 実験を行った。
(適切なメディエータの選択）
まず、上記のロイシンデヒドロゲナーゼの至適反応条件であるアルカリ性 (ρΗΙΟ. 5 )条件下において、メディエータとして適切なものを選択するための実験を行った。適 切なメディエータの候補としては、（l) Meldola's Blue (又はメルドラブル一。以下、 M Bと略記する。）、（2) 1 -methoxy-5-methylphenazirium methyl sulfate (以下、 PMSと 略記する。）、 (3) pyrroloquinoline quinone (以下、 PQQと略記する。）を使用した。な お、酵素の選択によっては最適反応条件が異なるため、メディエータも酵素に併せて 適宜選択する。その他、メディエーターとしては、酵素反応によって生成された NAD H又は NADPHにより電気化学的に還元され、電極において酸化される物質であれ ば特に制限はない。例えば、キノン類、シトクロム類、フェレドキシン類、フエ口セン及 びその誘導体等から適宜選択可能である。それぞれのメディエータについて、本条 件における電気化学的な特性を把握するために一般的な方法により、メディエータ のみの場合と、そのメディエータに NADHをカ卩えた場合の電圧 電流特性を比較し た。電圧 電流特性は、一般的な方法に従いポテンシヨスタツトを使用して電圧を徐 々に変化させながら測定した。 NADHは測定するアミノ酸の濃度に依存し、酵素反 応によって生成するため、これを測定することでアミノ酸の濃度を測定できる。なお以 下の説明は、メディエータ選択にあたっての予備的検討の一例を示すものであって、 本発明はこれらの条件には限定されず、実際のメディエータ選択にあたっては測定 対象、酵素の選択等、他の条件に依存してメディエータ選択が異なる場合もある。メ ディエータの選択に当たっては、メディエータのみ場合の電圧 電流特性と、そのメ ディエータに NADHを加えた場合の電圧 電流特性とを測定し、特徴を把握しやす いようにグラフにする。これらのグラフは、メディエータが NADHにどの程度反応する のかということを表わしていると考えてよい。すなわち、メディエータ単体の場合のダラ フの形状と、メディエータに NADHをカ卩えた場合のグラフとの差異が大きければ、 N ADHの存在に鋭敏に反応して電圧 電流特性が変化するということであり、 NADH の濃度、ひいてはアミノ酸の濃度の測定に好適であるということである。グラフの差異 については、絶対値の差異のみならず、形状全体の差異も大きい方力 NADHの 濃度測定により適していると考えられる力 これは以下のような理由による。ポテンショ スタツトによる測定において、極板への印加電圧を被検溶液の平衡電位より正方向 にシフトすると、その極板上での反応が酸ィ匕反応側に傾くことによってアノード電流が 極板に流れ、逆に極板への印加電圧を被検溶液の平衡電位より負方向にシフトする と、その極板上での反応が還元反応側に傾くことによって力ソード電流が極板に流れ る。このため、印加電圧を増加させるときと減少させるときとでは、異なる反応が異なる 場所 (極板)で起こることになる。ここで、メディエータが反応生成物（ここでは NADH )に特異的に作用しているのであれば、 NADHの有無により電圧 電流特性のダラ フの形状が大きく変化するのが通常である。これは、メディエータが反応物との間で 特異的に酸化還元反応を行うとすると、 NADHが添加されている場合は、印加電圧 がその酸化還元反応が開始される電圧に達すると、流れる電流値が急に大きくなる のに対し、 NADHが添加されていない場合は、そのような急な変化は生じないから である。従って、グラフの形状の差異が大きいということは、 NADHに特異的な反応 カ ディエータに起こっているということであり、電圧 電流特性の変化が NADHの濃 度の変化を適正に反映して 、ると 、うことになる。
[0034] MB、 PMS、 PQQを使用して、種々の条件を適当に設定した上で、上記の電圧 電流特性を測定'比較してみた。この条件の下では、 MB又は PMSがグラフの絶対 値及び形状が、 NADHの有無によって大きく変動していることが確認された。従って 、この条件の下でのこれらの検量線のグラフからは、まず、 MB又は PMS力メデイエ ータとして適切であると考えられた。
[0035] し力し、以下のような理由により、 MBはそのままではメディエータとして不適当であ ると考えられる。ロイシンデヒドロゲナーゼの反応至適条件は ρΗΙΟ. 5程度のアル力 リ性の液性であるため、液性をそのように調整して実験を行った力 このようなアル力 リ性の液性では、時間が経つに連れて MBが不溶ィ匕して沈殿してしまうことが判明し た。従って、そのままでは MBはロイシンデヒドロゲナーゼのメディエータとしては不適 当であると考えられる。なお、 MBの不溶ィ匕を防止するような化合物の存在下では、 MBもメディエータとして使用できると考えられる。これ以降の測定は、 PMSをメディ エータとして行ったものである。
[0036] (PMS濃度 NADH特異性）
PMSをメディエータとして使用するに当たり、適切な PMSの濃度範囲を確認する ために、 PMS濃度をパラメータとして、 NADHをカ卩えた場合とカ卩えない場合におけ る電圧 電流特性を測定した。これにより、 NADHの有無による電圧 電流特性の差 異の程度、すなわち NADHに対する特異性の、 PMS濃度に対する依存性を知るこ とができる。すなわち、 NADHの有無に対して電流値の変化の大きい PMS濃度を 決定することができる。図 2は、 PMSの濃度を 0. OlmMに保持したときの、 NDAH の有無のそれぞれの場合における電圧 電流特性のグラフであり、図 3は PMS濃度 が 0. ImMの場合、図 4は PMS濃度が ImMの場合の同様のグラフである。図 5は、 PMS濃度が 0. OlmMと 0. ImMの場合の特性をまとめたグラフである。これらのグ ラフはメディエータの濃度設定にあたっての予備的検討の一例を示すものであって、 本発明はこれらの条件には限定されず、実際のメディエータ濃度設定にあたっては 他の条件に依存して濃度設定も異なる場合がある。図 2からは、 PMS濃度が 0. 01 mMの場合は、 NADHが存在しない場合の電流が 0. 0004mA— 0. 0003mAの 範囲内であるのに、 NADHが存在する場合の電流は、 OmA— 0. 0025mMにまで 範囲が約 3. 5倍に拡大していることが分かる。また電流のピーク値も、 0. 0003mA 力 0. 0025mAへと約 8倍に増加している。図 3からは、 PMS濃度が 0. ImMの場 合は、 NADHが存在しない場合の電流が 0. 0015mA— 0. 0012mAの範囲内で あるのに、 NADHが存在する場合の電流は、 OmA— 0. 007mAにまで範囲が約 2. 5倍に拡大していることが分かる。また電流のピーク値も、 0. 0012mA力 0. 007m Aへと約 6倍に増加している。一方、図 4からは、 PMS濃度が 1Mの場合は、 NADH が存在しない場合の電流が 0. 015mA— 0. 07mAの範囲内であるのに、 NADH が存在する場合の電流は、 OmA— 0. 04mAにまで範囲が約 1Z2に減少しているこ とが分かる。また、電流のピーク値においても、 0. 07mA力 0. 04mAへと約 1/2 に減少している。従って、 PMS濃度が 0. OlmM及び 0. ImMの場合は、 NADHの 存在により、電流の範囲及び電流のピーク値とも数倍に拡大しているため、 NADH に高い特異性を有しており、 NADHの濃度の測定に適していると言える。図 5から一 方、 PMS濃度が ImMの場合は、 NADHの存在により電流の範囲及び電流のピー ク値とも増加していないば力りかむしろ減少しており、 NADHの濃度の測定には適し ていない。従って、この実験の条件下では、 PMS濃度を 0. 01M— 0. 1M程度に保 持すると、 NADHの濃度の測定に非常に適した特性が得られることが確認された。 重要なことは、以上のように PMS濃度 NADH特異性の関係を調べることにより、 N ADHの濃度の測定のために適した PMS濃度を得ることができるということである。
(電圧 電流特性） 次に、 NADH濃度をパラメータとして、電圧と電流との関係を測定した。この電圧 電流特性にぉ 、て NADH濃度に依存して電流値の変化が大きな条件 (すなわち電 流値が大きい範囲）を測定点に含ませることにより、ある NADH濃度における電流を 大きくすることができ、 NADH濃度に対する電流の変化分を大きくすることができる。 従って、そのような電流の絶対値が大きい個所を測定点に含ませることによって、測 定の精度を高めることができる。図 6は、 NADH濃度を一定に保持し、電圧を変化さ せた場合の電流を測定した電圧 電流特性のグラフである。このグラフは電圧—電流 設定にあたっての予備的検討の一例を示すものであって、本発明はこれらの条件に は限定されず、実際の電圧一電流設定にあたっては選択したメディエータゃ補酵素 の種類、その他の条件に依存して電圧—電流設定も異なる場合がある。 NADH濃度 としては、 OmM、 lmM、 2mM、 4mM、 6mM、 8mM、及び lOmMを使用した。図 6 から分かるように、 0. 2V付近を測定点とすると、そのときに流れる電流の値を大きく することができ、測定の精度を高めることができることが分力る。
[0038] (NADH濃度 電流特性）
次に、印加電圧をパラメータとして、 NADH濃度と電流との関係を測定した。この N ADH濃度 電流の関係が直線的であれば、 NADH濃度の変化に対して電流がリニ ァに反応するということであり、測定上好適である。従って、そのように NADH濃度 電流の関係が直線的になるような電圧があるかどうかを測定した。図 7は、電圧を一 定に保持し、 NADHの濃度を変化させた場合の電流を測定した NADH濃度 電流 特性のグラフである。電圧としては、 200mV、一 180mV、及び lOOmVを使用し た。このグラフは電圧設定並びに補酵素濃度設定にあたっての予備的検討の一例を 示すものであって、本発明はこれらの条件には限定されず、実際の電圧設定並びに 補酵素濃度設定にあたっては選択したメディエータゃ補酵素の種類、濃度、その他 の条件に依存して電圧設定並びに補酵素濃度設定も異なる場合がある。図 7から分 かるように、いずれの電圧においても NADH濃度と電流はほぼ比例している。従って PMSは、 NADH濃度の測定に非常に望ましい特性を、それらのいずれの電圧にお Vヽても提供できることが分力る。
[0039] (分岐鎖アミノ酸の電圧 電流特性の比較） 次に、分岐鎖アミノ酸のそれぞれについての電圧 電流特性を測定した。アミノ酸 の測定時の印加電圧における電流の値は、そのアミノ酸と酵素との反応の程度を表 わしており、それは酵素のそのアミノ酸に対する基質親和性の程度と反応速度とに深 く関係する。ロイシンデヒドロゲナーゼに対する基質親和性の程度と反応速度とは、口 イシン、イソロイシン、及びパリンではそれぞれ異なる値であるはずであるので、印加 電圧に対する電流は、それぞれ異なるはずである。しかし、ロイシン、イソロイシン、及 びパリンの 3種類のアミノ酸の電圧 電流特性がある程度近似して ヽれば、同じ構成 の実験系でそれぞれのアミノ酸の濃度を測定することができる。またそうであれば、こ れらの 3種類のアミノ酸の濃度の合計を単一の極板系を有するアミノ酸バイオセンサ 一による 1回の測定操作で同時に測定することもできる。さら〖こは、電圧 電流特性に ある程度の違いがあっても、それら 3種類のアミノ酸についての同じ印加電圧におけ る電流値の分布が所定の範囲内となるような印加電圧であり、その所定の範囲が誤 差として許容できる程度であれば、それら 3種類のアミノ酸の濃度の合計を 1回の測 定操作で測定することが可能となる。すなわち、アミノ酸バイオセンサーの測定極と対 極との間の測定時印加電圧は、複数の特定のアミノ酸のそれぞれについて印加電圧 と電流値の関係を表わした検量線において、それぞれのアミノ酸についての同じ印 加電圧における電流値の分布が所定の範囲内であるような印加電圧を含むとよい。 この所定の範囲である力 3種類のアミノ酸の電流の内の最大の電流に対する最小 の電流の比が 80%以上程度、すなわち差異の分布が全体の 20%以下程度であれ ば好適である。この程度の差異の分布であれば、電流値に基づいて、 3種類のァミノ 酸の濃度を最大誤差 20%以下程度の実用的な正確さで導き出すことができるから である。より好適には、それら 3種類のアミノ酸の電流値の分布が最小となるような印 加電圧であればよい。
さらには、基質特異性や反応速度が異なる複数の酵素をそれぞれ適切な濃度で同 時に使用し、それらを総合した反応結果としての、それぞれのアミノ酸に対する基質 特異性や反応速度を同等に調整することによって、測定対象のそれぞれのアミノ酸 について、同じ濃度に対する電流値の分布がより小さくなるようなものとすることもでき る。このようにすることによって、複数の特定のアミノ酸の合計濃度を、より高精度かつ 簡便に同時に測定することが可能になる。
[0041] 従来の測定点の印加電圧の決定方法においては、電流が最大になる点を測定点 とすることが通常であるが、本発明の方法では、複数のアミノ酸それぞれに対する電 流の出力値の幅が最小となるような電圧を測定点の印加電圧とする点で異なってい る。このようにすることによって、それら複数のアミノ酸を、単一の極板系を有するアミ ノ酸バイオセンサーの単一の操作で測定することができる。なお、測定点の印加電圧 の決定にあたっては、複数のアミノ酸に対する電流の広がり（分布）をできるだけ低く しつつ、電流の絶対値も大きくなるように、それらの中間的な電圧を測定点の印加電 圧としてもよい。このようにすると、複数のアミノ酸を単一の操作で測定する際の誤差 を/ J、さくすることができるとともに、精度も向上させることができる。
[0042] 図 8は、濃度が ImMにおける、ロイシン、イソロイシン、及びパリンの 3種類のァミノ 酸の電圧 電流特性を表わす検量線のグラフである。この図から、それら 3種類のアミ ノ酸の電流の差異の分布が小さ 、電圧を見つけることができる。図からわかるように、 ロイシン、イソロイシン、ノ《リンとも、グラフの全体的形状はほとんど同じである力 全般 的にロイシンが一番電流が大きぐイソロイシン、ノ《リンの順に電流が小さくなる。ある 電圧に対する電流の絶対値の差が小さぐかつ、電流の絶対値が大きいところが、電 流の差異の分布が小さいところである。図を見ると、電圧が 0. 275V力 0. 225 Vの間で電流の絶対値の差が小さくなつていることが分かる。この範囲内で電流の絶 対値が一番大きいところである電圧が 0. 225Vの点においては、一番電流の大き いロイシンの電流は約 0. 0006mVであり、一番電流の小さいパリンの電流は約 0. 0 0048mVである。従って、この点でのロイシンの電流に対するパリンの電流の比は、 0. 00048/0. 0006 = 80%であり、 3種類のアミノ酸の電流の差異の分布力全体 の 20%に収まっている。従って、— 0. 225Vの電圧を測定点の印加電圧とすることが できる。なお、電圧が 0. IVの点では、一番電流の大きいロイシンの電流は約 0. 0 0048mVであり、一番電流の小さいパリンの電流は約 0. 0003mVである。この点で のロイシンの電流【こ対するノ リンの電流の itiま、 0. 0003/0. 00048 = 62. 50/0で あり、 3種類のアミノ酸の電流の差異の分布が全体の 40%近くに広がっている。従つ て、 0. IVの電圧を測定点の印加電圧とすることは不適切と言える。 (分岐鎖アミノ酸の濃度 電流特性の一致度）
図 9は、測定点の印加電圧をパラメータとし、アミノ酸の種類ごとのアミノ酸濃度-電 流特性を表わす検量線のグラフである。このグラフカゝらは、種類の異なるアミノ酸ある いはそれの混合物のアミノ酸濃度と電流との関係が読み取れる。測定点の印加電圧 を一定に保った条件の下で、アミノ酸濃度 電流の関係が、種類の異なるアミノ酸 (あ るいはそれの混合物）において近似していれば、その印加電圧においてはそれらの アミノ酸を単一の極板系を有するアミノ酸バイオセンサーで測定することが可能という ことになる。グラフは、それぞれのアミノ酸ごとについて実測点にシンボルをプロットし 、それらに直線の近似線を付加している。複数のアミノ酸の混合物については、実測 点をプロットした。図のキャプションにおいて、 Vのアルファベット文字はパリンを、 Lは ロイシンを、 Iはイソロイシンを表わし、アルファベット文字の連結はそれらのアミノ酸の 混合を表わす。アルファベット文字の後の数値は測定点における印加電圧を示して おり、 lOOmVと— 225mVとがある。まず、印加電圧が— lOOmVの場合については 、ロイシンとイソロイシンのグラフほぼ近似している力 ノ リンのグラフはそれらから大 きく異なっており、近似線の傾きで比較すると他のものの傾きの 1Z3から 1Z2の傾き しかない。従って、印加電圧カ lOOmVの状況では、 3種類の分岐鎖アミノ酸の濃 度を単一の極板系を有するアミノ酸バイオセンサーで測定することには不適切である と考えられる。一方、印加電圧カ 225mVの状況では、 3種類の分岐鎖アミノ酸のグ ラフは非常に近似している。詳しくは、ロイシンとイソロイシンのグラフは傾きがほとん ど同じであり、イソロイシンの方が電流が約 0. 025 Aだけ大きいに過ぎない。ノ リン のグラフはそれらよりわず力に傾きが小さいものの、濃度が OmM付近における電流 はロイシンの電流とほぼ同じである。従って、 3種類の分岐鎖アミノ酸の濃度を単一の 極板系を有するアミノ酸バイオセンサーで測定することができることが分かる。ここで、 印加電圧カ 225mVの状態で、複数の分岐鎖アミノ酸の混合物の濃度が正確に測 定できることの確認を行った。ロイシンとイソロイシンの濃度： 2mMの混合物（LI 22 5)、ロイシンとパリンの濃度： ImMの混合物（LV— 225)、イソロイシンとパリンの濃度 : lmMの混合物（IV— 225)、ロイシンとイソロイシンとパリンの濃度： 1. 5mMの混合 物（LIV— 225)は、いずれも電圧: 225mVにおける 3種類の分岐鎖アミノ酸の近似 線に近接しており、特にロイシンとイソロイシンの近似線に非常に近接している。この ことより、この実験条件においては—225mVの印加電圧においては 3種類の分岐鎖 アミノ酸の濃度の合計値を単一の極板系を有するアミノ酸バイオセンサーを用いて非 常に正確に測定できることが分かる。従って、異なる種類の酵素、補酵素、メディエー タ等を設定し、異なる種類のアミノ酸の合計値を測定する場合においても同様の手 法により最適な印加電圧を設定することが出来る。
(分岐鎖アミノ酸バイオセンサー）
これ力も本発明の一実施形態に係る分岐鎖アミノ酸バイオセンサー 200の構造に ついて図面を参照して説明する。図 10は、分岐鎖アミノ酸バイオセンサー 200の構 造を表わす構成図である。図 10においては、センサー部の構造を平面図で表わし、 回路部の構成をブロック図で表わして 、る。分岐鎖アミノ酸バイオセンサー 200は、 支持体 201、測定極 202、対極 203、測定極リード部 204、対極リード部 205、測定 極端子 206、対極端子 207、電圧 電流特性測定部 251、及び濃度計算部 252から 構成される。支持体 201は、センサー部の基板であり、榭脂などで構成される。測定 極 202は、その上で反応を起こさせることによって電子の授受を行う極板であり、その 表面には、酵素（ロイシンデヒドロゲナーゼ）、補酵素（NAD)、メディエータ（PMS) が固定化されている。この際、酵素、補酵素、メディエーターは必ずしも電極表面に 固定ィ匕されている必要はなぐ当該電極系の電極間に生ずる反応空間部分に吸収 性担体等を用いて配置しても良い。また、血液試料等の測定においては、酵素反応 による測定を阻害する物質が試料中に存在する場合があり、それらの阻害物質を除 外する手段を設けても良い。測定極 202は、作用電極 21に対応する。それらの要素 を固定ィ匕する方法は公知の方法を使用することができる。測定極 202は、測定極リー ド部 204を介して測定極端子 206に接続される。対極 203は、測定極 202との間で 電圧を印加するための測定極 202と対向する電極である。対極 203は、好適〖こは測 定極 202を包囲する形状をして ヽる。測定極 202と対極 203からなる極板系は被検 溶液 11中に浸すことができ、測定極 202と対極 203とは極板系を構成しており、それ らの間の間隙部に被検溶液 11を測定のために保持することができる。対極 203は対 極リード部 205を介して対極端子 207に接続される。この構成は、 2電極方式である 力 参照電極をカ卩えた 3電極方式としてもよい。電圧 電流特性測定部 251は、測定 極端子 206と対極端子 207に測定のための電圧を印加し、そのときに流れる電流を 測定する構成要素である。測定のための印加電圧は、一定でもよぐ時間とともに変 化させてもよいが、その印加電圧には、分岐鎖アミノ酸のそれぞれについて印加電 圧と電流値の関係を表わした検量線において、それぞれのアミノ酸についての同じ 印加電圧における電流値の分布が所定の範囲内であるような印加電圧が含まれるこ とが必要である。このような印加電圧において測定された電流は、分岐鎖アミノ酸の 濃度の合計を正確に定量ィ匕することができるからである。濃度計算部 252は、電圧 電流特性測定部 251から測定された電圧 電流特性を受け取り、それを検量線上の 基準データと比較することによって分岐鎖アミノ酸濃度を算出する。なお、電流から 分岐鎖アミノ酸濃度を定量ィ匕するために、印加電圧と時間との関係まで考慮した検 量線に基づいて、分岐鎖アミノ酸濃度を算出するようにすると、時間的な変化を反映 した、より正確な測定ができる。また、温度特性まで考慮した検量線をあら力じめ測定 •定義しておき、極板系近傍に温度センサーを設置することによって温度も測定し、 温度まで考慮して分岐鎖アミノ酸濃度を算出してもよい。
[0045] 次に分岐鎖アミノ酸バイオセンサー 200の動作について説明する。まず、測定され る分岐鎖アミノ酸が含まれた被検溶液 11中に、電圧 電流特性測定部 251によって 測定のための電圧が印加された極板系を浸す。生体情報を測定する場合には、被 検溶液 11は血液などの生体由来のものである。極板系が被検溶液 11に浸されると、 測定極 202上に固定ィ匕されたロイシンデヒドロゲナーゼ、 NAD、 PMSが被検溶液 1 1中に溶解する。被検溶液 11中の分岐鎖アミノ酸は、ロイシンデヒドロゲナーゼによ つて脱水素反応を起こし、その際に NADは還元型の NADHに変化する。 NADH は PMSの媒介により電子を測定極 202に受け渡し、自らは酸化されて再び NADに 変化する。その際に測定極 202は電子を受け取るため、対極 203から測定極 202へ と電流が流れる。電圧 -電流特性測定部 251はこの電流値を測定し、その測定結果 を受け取った濃度計算部 252は、分岐鎖アミノ酸濃度を算出する。算出されたァミノ 酸濃度は、データとして出力される。
[0046] (芳香族アミノ酸バイオセンサー） 次に、測定対象のアミノ酸を芳香族アミノ酸にした本発明の他の実施形態について 説明する。フエ二ルァラニンとチロシン力もなる芳香族アミノ酸は、ベンゼン環を共通 に有しているという構造上の類似性があるため、それらに共通した基質親和性を有す る酵素が存在する。例えば、フエ二ルァラニンデヒドロゲナーゼをそのような目的に使 用することができる。そのような酵素であって、芳香族アミノ酸のそれぞれに対する濃 度 電流特性が近似するような測定時の印加電圧を有するものを使用することによつ て、芳香族アミノ酸の合計濃度を単一の極板系を有するアミノ酸バイオセンサーで測 定することが可能になる。従って、分岐鎖アミノ酸バイオセンサー 200において、酵素 をそのようなものに替え、電圧 電流特性測定部 251を芳香族アミノ酸の測定点を提 供するものに替え、及び濃度計算部 252を芳香族アミノ酸の濃度を計算するものに 替えた構成を有するバイオセンサー力 芳香族アミノ酸バイオセンサー 300 (図示せ ず。）である。補酵素、メディエータも、適切なものを選択することができる。芳香族アミ ノ酸バイオセンサー 300は、分岐鎖アミノ酸バイオセンサー 200と同様な動作を行う。
(フィッシャー比バイオセンサー）
次に、フィッシャー比を測定対象とする本発明のさらに他の実施形態について説明 する。フィッシャー比バイオセンサー 400のセンサー部は、前述の分岐鎖アミノ酸バイ ォセンサー 200のセンサー部と芳香族アミノ酸センサー 300のセンサー部を、それら の極板系を近接させて複合した構造を有して 、る。このような構成にすることによって 、被検溶液 11の分岐鎖アミノ酸濃度と芳香族アミノ酸濃度とを同時に測定することが 可能となる。図 11は、フィッシャー比バイオセンサー 400の構造を表わす構成図であ る。図 11においては、センサー部の構造を平面図で表わし、回路部の構成をブロッ ク図で表わして 、る。図 11にお ヽて図 10の分岐鎖アミノ酸バイオセンサー 200の構 成要素に対応する構成要素には同じ符号を付している。フィッシャー比バイオセンサ 一 400は、支持体 201を共通にする分岐鎖アミノ酸バイオセンサー 200と芳香族アミ ノ酸バイオセンサー 300、並びにフィッシャー比計算部 450から構成される。フイツシ ヤー比計算部 450は、濃度測定部 252及び 352からそれぞれ分岐鎖アミノ酸濃度と 芳香族アミノ酸濃度を受け取り、分岐鎖アミノ酸濃度を芳香族アミノ酸濃度で除する こと〖こよって、フィッシャー比を算出する。 BTR値を算出する場合には、芳香族ァミノ 酸バイオセンサーに換えてチロシンバイオセンサーを用いればよぐこの際酵素とし てはチロシンモノォキシゲナーゼが挙げられる。このフィッシャー比バイオセンサー 4 00によれば、 1回の測定操作で、フィッシャー比を求めることができる。フィッシャー比 バイオセンサー 400は、分岐鎖アミノ酸濃度及び芳香族アミノ酸濃度も独立して出力 することができる。
[0048] (他のバイオセンサー）
上記の実施形態では、分岐鎖アミノ酸濃度、芳香族アミノ酸濃度、フィッシャー比を 測定するためのノィォセンサーについて説明してきたが、本発明は、それ以外の複 数のアミノ酸の合計濃度を単一の極板系で測定することができるアミノ酸バイオセン サーにも拡張できる。すなわち、測定対象の複数のアミノ酸について、測定時の印加 電圧が、その複数のアミノ酸のそれぞれにつ 、て印加電圧と電流値の関係を表わし た検量線において、それぞれのアミノ酸についての同じ印加電圧における電流値の 分布が所定の範囲内であるような印加電圧が存在するような酵素、補酵素、メデイエ ータを選択し、その印加電圧を測定点に含むようにするとよい。なお、本発明にかか るバイオセンサーは、アミノ酸に限られず、コレステロール、ホルモンなどにも適用す ることができる。すなわち、アミノ酸以外の複数の物質のそれぞれにほぼ同等の基質 親和性を有する酵素を使用することによって、それらの複数の物質の合計濃度を単 一の極板系で測定することができるバイオセンサーを構成することができる。また、複 数のアミノ酸を測定するバイオセンサーと単独のアミノ酸や生体成分を測定するバイ ォセンサーを組み合わせて、 1のバイオセンサーとすることも出来る。即ち、センサー 内に測定回路を二経路以上設けてなるバイオセンサーを作成することにより、求めた い健康指標の算出に必要な複数の入力値を同時に得ることの出来るバイオセンサー を提供することが出来る。
[0049] (健康情報管理システム）
上述の分岐鎖アミノ酸バイオセンサー 200、芳香族アミノ酸バイオセンサー 300、及 びフィッシャー比センサー 400は、いずれも単一の測定操作で、フィッシャー比など の複合的なアミノ酸の検査値を簡便に測定することができる。従来、そのようなァミノ 酸の検査値は、検査機関などに採取した血液などの生体サンプルを移管しなければ 測定することができず、また、測定結果が分力るまでに時間が力かっていた。従って、 フィッシャー比などは、健康上、非常に重要な意味を有する検査値であるにもかかわ らず、その測定に必要となる手間が災いし、十分に活用されてこな力 たのが現状で ある。しかし、本発明のバイオセンサーを使用すると、入院患者がベッドサイドで検査 を受けたり、健康人が自宅などで簡便にフィッシャー比などを測定することができる。 このように簡単に個人でフィッシャー比が測定できるようになるため、個人が測定した フィッシャー比をネットワークを通じて収集'分析することによってアミノ酸に関する適 切な健康情報を提供するシステムの構築が可能となる。本発明の一実施形態に係る 健康情報管理システム 500はそのような目的のために構成されたシステムである。以 下にそれの説明をする。
これから図 12を参照して、本発明の一実施形態に係る健康情報管理システム 500 の構成について説明する。図 12は、健康情報管理システム 500の概略構成を表わ す構成図である。健康情報管理システム 500は、大きぐフィッシャー比バイオセンサ 一 400、ユーザ端末 502、及びサーバ 506から構成される。フィッシャー比バイオセ ンサー 400は、ユーザ端末 502に接続されており、測定したフィッシャー比をユーザ 端末 502に出力する。フィッシャー比バイオセンサー 400は、好適には、フィッシャー 比だけでなぐ分岐鎖アミノ酸濃度や、芳香族アミノ酸濃度も出力する。ユーザ端末 5 02は、ユーザが自宅などに設置する、サーバ 506にネットワーク 501を介してァクセ スするための端末であり、好適には、そのためのアプリケーションをインストールした、 ネットワーク機能を有する PC、 PDA,電話機、携帯電話機などの情報端末である。 ユーザ端末 502は、そのアプリケーションとハードウェアとの協働により、フィッシャー 比送信手段 503、健康情報評価受信手段 504、及び出力手段 505の機能要素を提 供する。フィッシャー比送信手段 503は、フィッシャー比バイオセンサー 400から受け 取ったフィッシャー比、分岐鎖アミノ酸濃度、芳香族アミノ酸濃度を、ネットワーク 501 を介してサーバ 506へと送信する。健康情報評価受信手段 504は、ネットワーク 501 を介してサーバ 6からユーザのフィッシャー比などの測定値に関する健康情報評価を 受信する。出力手段 505は、受信した健康情報評価を画面などに出力する構成要 素であり、ディスプレイを通じて情報を出力する Webブラウザなどの形態である。サー バ 506は、健康情報管理のサービスを提供するサーバであり、典型的には Webのネ ットワーク上に設置されており、 Webを通じてサービスを提供することができる。サー バ 506は、健康情報管理のアプリケーションとハードウェアとの協働により、フイツシャ 一比受信手段 507、健康情報評価手段 508、健康基準データ管理手段 509、健康 情報更新手段 510、健康情報データ管理手段 511、及び健康情報評価送信手段 5 12の機能要素を提供する。フィッシャー比受信手段 507は、ユーザ端末 502からフィ ッシヤー比などを受信する。健康情報評価手段 508は、受信されたフィッシャー比な どを、健康基準データ管理手段 509に記憶されたフィッシャー比などの測定値の評 価のための基準データと比較することによって、測定値の判定、それに対するコメント などの健康情報評価を導出する。健康情報更新手段 510は、ユーザに関するフイツ シヤー比などの測定値を、それを記憶している健康情報データ管理手段 511から取 得し、新しい測定値で更新して、健康情報データ管理手段 511に記憶させる。健康 情報送信手段 512は、導出された健康情報評価をユーザ端末 502に送信する。
[0051] これから、健康情報管理システム 500の動作にっ 、て説明する。健康情報管理シ ステム 500を使用するユーザは、好適には事前に会員として登録する。登録は、例え ば、インターネットの Webサイトを通じて行うことができる。図 13は、会員登録画面の イメージ図である。この画面を通じて、健康情報管理システム 500に、会員の基本的 な情報を登録する。登録する情報は、氏名、性別、生年月日、住所、電話番号、メー ルアドレスなどの基本情報である。基本情報に加えて、身長、体重、血液型、既往歴 、飲酒頻度、喫煙の有無、肝臓に関する検査値 (GOT、 GPT、 γ— GTPなど)などの 健康に関する情報を含んでもよい。このような情報は、健康情報を導出する際に補強 的に使用することができる。この登録により、当該会員のための健康情報のレコード が作成され、健康情報データ管理手段 511に記憶される。
[0052] 会員は、自宅などにお 、て自分で少量の組織液又は血液を採取し、それをフイツシ ヤー比バイオセンサー 400の極板系の部分に滴下する。これによつて、フィッシャー 比バイオセンサー 400は、血液の分岐鎖アミノ酸濃度、芳香族アミノ酸濃度、及びフ イツシヤー比を測定し、その測定値をデータ化してフィッシャー比送信手段 503に出 力する。フィッシャー比送信手段 503は、その測定値に会員を特定する情報を加え て、ネットワーク 501を通じてフィッシャー比受信手段 507に送信する。なお、ユーザ 端末 502は、フィッシャー比バイオセンサー 400から測定値を受け取った段階で、出 力手段 505からそれを表示させると好適である。図 14は、そのための測定値出力画 面のイメージである。フィッシャー比受信手段 507は、受信した測定値を健康情報評 価手段 508に送る。健康情報評価手段 508は、健康基準データ管理手段 509から、 フィッシャー比などの基準値を取得し、測定値をそれと比較することによって、測定値 の判定、測定値に対するコメントの抽出を行い、健康情報評価を作成する。この基準 値は、年齢、性別ごとに作成されていて、会員の年齢、性別と一致する基準値を使用 すると好適である。健康情報更新手段 510は、健康情報データ管理手段 511に当該 会員の健康情報を検索させてそれを取得し、それに新 、測定値を反映させた上で 、健康情報データ管理手段 511に記憶させる。健康情報更新手段 510は、測定値の 推移を表わすデータも作成する。好適には、測定値の推移グラフを構成する。健康 情報評価送信手段 512は、導出された健康情報評価や測定値の推移グラフなどを、 ネットワーク 501を介してユーザ端末 502に送信する。健康情報評価受信手段 504 は、健康情報評価や測定値の推移グラフをネットワーク 501を介して健康情報評価 受信手段 512から受信する。出力手段 505は、受信した測定値の推移グラフや健康 情報評価を表示する。図 15は、測定値の推移を表示する測定値推移出力画面のィ メージ図である。その画面では、フィッシャー比と分岐鎖アミノ酸 (BCAA)濃度が測 定日を横軸としてプロットされ、時間的な推移が示されている。基準値の範囲内と範 囲外とでプロットするシンボルの色を変えて表示するなどして、視覚的に分力りやすく 表示すると好適である。図 16は、健康情報評価を表示する健康情報評価出力画面 のイメージ図である。図の例では、フィッシャー比については、基準値を下回っている ので「要検査」の「判定」がなされており、測定値が下降基調であって基準値を下回つ ているのでその旨が「コメント」に記述されている。また、分岐鎖アミノ酸濃度について は、基準値内であるので「正常」の「判定」がなされており、測定値が下降基調である のでその旨が「コメント」に記述されている。「コメント」としては、他には、体調'健康状 態に関する情報や、体調'健康状態を維持'改善するための方法に関する情報や、 食事メニュー情報や食品の成分 '商品に関する情報なども使用できる。このように、 健康情報管理システム 500によれば、フィッシャー比などのアミノ酸を利用した測定 値を簡便に測定'管理し、それに基づく健康情報の提供を行うことができる。
[0053] 本発明に係るバイオセンサーは、各種のアミノ酸や生体成分などの測定を行うよう に拡張可能である。従って、そのようなバイオセンサーを利用した健康情報管理シス テムは、直接的には健康に関連しな 、ような生体情報の管理システムにも適用するこ とができる。従って、本明細書における「健康情報」の用語の意義は、生体に関する 情報であれば、直接的には健康との関連が知られていない指標に関する情報であつ てもよい。
図面の簡単な説明
[0054] [図 1]実験形 100の概要構成を表わす構成図である。
[図 2]PMSの濃度を 0. OlmMに保持したときの、 NADHの有無のそれぞれの場合 における電圧-電流特性のグラフである。
[図 3]PMSの濃度を 0. ImMに保持したときの、 NADHの有無のそれぞれの場合に おける電圧-電流特性のグラフである。
[図 4]PMSの濃度を ImMに保持したときの、 NADHの有無のそれぞれの場合にお ける電圧-電流特性のグラフである。
[図 5]PMSの濃度を 0. OlmM及び 0. ImMに保持したときの、 NADHの有無のそ れぞれの場合における電圧 電流特性のグラフである。
[図 6]NADH濃度を一定に保持し、電圧を変化させた場合の電流を測定した電圧 - 電流特'性のグラフである。
[図 7]電圧を一定に保持し、 NADHの濃度を変化させた場合の電流を測定した NA DH濃度 電流特性のグラフである。
[図 8]濃度が ImMにおける、ロイシン、イソロイシン、及びパリンの 3種類のアミノ酸の 電圧 電流特性を表わす検量線のグラフである。
[図 9]測定点の印加電圧をパラメータとし、アミノ酸の種類ごとのアミノ酸濃度 電流特 性を表わす検量線のグラフである。
[図 10]分岐鎖アミノ酸バイオセンサー 200の構造を表わす構成図である。
[図 11]フィッシャー比ノィォセンサー 400の構造を表わす構成図である。 圆 12]健康情報管理システム 500の概略構成を表わす構成図である。
[図 13]会員登録画面のイメージ図である。
[図 14]測定値出力画面のイメージである。
[図 15]測定値の推移を表示する測定値推移出力画面のイメージ図である。 圆 16]健康情報評価を表示する健康情報評価出力画面のイメージ図である。 符号の説明
11 被検溶液
12 塩化物水溶液
13 反応槽
14 塩化物水溶液槽
21 作用電極
22 対極
23 参照電極
24
25 吸気口
31 ポテンシヨスタツト
32 レコーダ
33 ファンクションジェネレータ
34 マノレチマグネティックスターラ
100 実験系
200 分岐鎖アミノ酸バイオセンサー
201 支持体
202 測定極
203 対極
204 測定極リード部
205 対極リード部
206 測定極端子
207 対極端子 251 電圧 -電流特性測定部
252 濃度計算部
300 芳香族アミノ酸バイオセンサ
302 測定極
303 対極
304 測定極リード部
305 対極リード部
306 測定極端子
307 対極端子
351 電圧 -電流特性測定部
352 濃度計算部
400 フィッシャー比バイオセンサ
500 健康情報管理システム
501 ネットワーク
502 ユーザ端末
503 フィッシャー比送信手段
504 健康情報評価受信手段
505 出力手段
506 サーノ
507 フィッシャー比受信手段
508 健康情報評価手段
509 健康基準データ管理手段
510 健康情報更新手段
511 健康情報データ管理手段
512 健康情報評価送信手段

Claims

請求の範囲
[1] 少なくとも複数の特定のアミノ酸を選択的に基質とする酵素、及びメディエータを構 成因子とする測定極と、対極とを有する、当該複数の特定のアミノ酸の濃度の合計値 を測定するためのアミノ酸バイオセンサーであって、
前記酵素は、前記複数の特定のアミノ酸のそれぞれに基質親和性を有し、 前記酵素は、前記特定のアミノ酸を基質とした反応により反応生成物を生成し、 前記メディエータは、アミノ酸の濃度の測定時に前記反応生成物と前記測定極との 間で電子を運搬し、及び
前記アミノ酸バイオセンサーの前記測定極と前記対極との間の測定時印加電圧は 、前記複数の特定のアミノ酸のそれぞれにつ 、て特定の濃度における印加電圧と電 流値の関係を表わした検量線において、同じ濃度であるそれぞれのアミノ酸につい ての同じ印加電圧における電流値の分布が所定の範囲内であるような印加電圧を含 むことを特徴とするアミノ酸バイオセンサー。
[2] 請求項 1に記載のアミノ酸バイオセンサーにお 、て、
前記アミノ酸バイオセンサーの前記測定極と前記対極との間の測定時印加電圧は 、前記複数の特定のアミノ酸のそれぞれにつ 、て特定の濃度における印加電圧と電 流値の関係を表わした検量線において、同じ濃度であるそれぞれのアミノ酸につい ての同じ印加電圧における電流値の分布力 全体の 20%以内であるような印加電圧 を含むことを特徴とするアミノ酸バイオセンサー。
[3] 請求項 1に記載のアミノ酸バイオセンサーにお 、て、
前記測定極は、補酵素をさらに構成因子とし、
前記酵素は、脱水素酵素であり、
前記反応生成物は、前記補酵素が還元された還元型補酵素であり、及び 前記メディエータは、アミノ酸の濃度の測定時に前記還元型補酵素から前記測定 極へ電子を運搬することを特徴とするアミノ酸バイオセンサー。
[4] 請求項 3に記載のアミノ酸バイオセンサーにお 、て、
前記複数の特定のアミノ酸は、ロイシン、パリン、及びイソロイシンを含む分岐鎖アミ ノ酸であり、 前記脱水素酵素は、ロイシンデヒドロゲナーゼであり、及び
前記補酵素は、ニコチンアミド 'アデニン'ジヌクレオチドであることを特徴とする分 岐鎖アミノ酸バイオセンサー。
[5] 請求項 4に記載の分岐鎖アミノ酸バイオセンサーにおいて、
前記メディエータは、 PMSであることを特徴とする分岐鎖アミノ酸バイオセンサー。
[6] 請求項 3に記載のアミノ酸バイオセンサーにお 、て、
前記複数の特定のアミノ酸は、フエ二ルァラニン及びチロシンを含む芳香族アミノ酸 であり、
前記脱水素酵素はフエ-ルァラニンデヒドロゲナーゼであるであることを特徴とする 芳香族アミノ酸バイオセンサー。
[7] 請求項 4に記載の分岐鎖アミノ酸バイオセンサーと、
請求項 6に記載の芳香族アミノ酸バイオセンサーと、
前記分岐鎖アミノ酸バイオセンサーで測定される分岐鎖アミノ酸濃度を前記芳香族 アミノ酸バイオセンサーで測定される芳香族アミノ酸濃度で除することによってフイツ シヤー比を算出するフィッシャー比算出手段と、を有することを特徴とするフイツシャ 一比バイオセンサー。
[8] 会員の生体情報を管理する生体情報管理手段と、会員が当該生体情報管理手段 と通信するための会員端末とからなる生体情報管理システムであって、
前記生体情報管理手段は、
アミノ酸濃度を含む会員の生体情報のデータを管理する生体情報データ管理手段 と、
前記会員端末から前記アミノ酸濃度をネットワークを介して受信する第 1の受信手 段と、
前記アミノ酸濃度を所定の基準と比較することによって生体情報評価を導出する生 体情報評価手段と、
導出された前記生体情報評価を前記会員端末にネットワークを介して送信する第 1 の送信手段と、を備え、及び
前記会員端末は、 請求項 1に記載のアミノ酸バイオセンサーと、
前記アミノ酸バイオセンサーによって測定されるアミノ酸濃度を前記生体情報管理 手段にネットワークを介して送信する第 2の送信手段と、
前記生体情報管理手段から前記生体情報評価をネットワークを介して受信する第 2の受信手段と、
受信された前記生体情報評価を出力する出力手段と、を備えることを特徴とする生 体情報管理システム。
[9] 会員の健康情報を管理する健康情報管理手段と、会員が当該健康情報管理手段 と通信するための会員端末とからなる健康情報管理システムであって、
前記健康情報管理手段は、
血中分岐鎖アミノ酸濃度を含む会員の健康情報のデータを管理する健康情報デ ータ管理手段と、
前記会員端末から前記血中分岐鎖アミノ酸濃度をネットワークを介して受信する第 1の受信手段と、
前記血中分岐鎖アミノ酸濃度を所定の基準と比較することによって健康情報評価 を導出する健康情報評価手段と、
導出された前記健康情報評価を前記会員端末にネットワークを介して送信する第 1 の送信手段と、を備え、及び
前記会員端末は、
請求項 4に記載の分岐鎖アミノ酸バイオセンサーと、
前記分岐鎖アミノ酸バイオセンサーによって測定される血中分岐鎖アミノ酸濃度を 前記健康情報管理手段にネットワークを介して送信する第 2の送信手段と、
前記健康情報管理手段から前記健康情報評価をネットワークを介して受信する第 2の受信手段と、
受信された前記健康情報評価を出力する出力手段と、を備えることを特徴とする健 康情報管理システム。
[10] 会員の健康情報を管理する健康情報管理手段と、会員が当該健康情報管理手段 と通信するための会員端末とからなる健康情報管理システムであって、 前記健康情報管理手段は、
フィッシャー比を含む会員の健康情報のデータを管理する健康情報データ管理手 段と、
前記会員端末力 前記フィッシャー比をネットワークを介して受信する第 1の受信手 段と、
前記フィッシャー比を所定の基準と比較することによって健康情報評価を導出する 健康情報評価手段と、
前記会員端末へ導出された前記健康情報評価をネットワークを介して送信する第 1 の送信手段と、を備え、及び
食 U記会員端末は、
請求項 8に記載のフィッシャー比バイオセンサーと、
前記フィッシャー比バイオセンサーによって測定される血中アミノ酸のフィッシャー 比を前記健康情報管理手段にネットワークを介して送信する第 2の送信手段と、 前記健康情報管理手段から前記健康情報評価をネットワークを介して受信する第 2の受信手段と、
受信された前記健康情報評価を出力する出力手段と、を備えることを特徴とする健 康情報管理システム。
少なくとも複数の特定のアミノ酸を選択的に基質とする酵素、及びメディエータを構 成因子として有することを特徴とする測定極と、対極とを有しており、
前記酵素は、前記複数の特定のアミノ酸のそれぞれに基質親和性を有し、 前記酵素は、前記特定のアミノ酸を基質とした反応により反応生成物を生成し、及 び
前記メディエータは、アミノ酸の濃度の測定時に前記反応生成物と前記測定極との 間で電子を運搬する、そのようなアミノ酸バイオセンサーを用いて被検溶液中の複数 の特定のアミノ酸濃度の合計値を測定する方法であって、
前記アミノ酸バイオセンサーを前記被検溶液と接触させるステップと、
前記アミノ酸バイオセンサーの前記測定極と前記対極との間に、前記複数の特定 のアミノ酸のそれぞれについて特定の濃度における印加電圧と電流値の関係を表わ した検量線において、同じ濃度であるそれぞれのアミノ酸についての同じ印加電圧 における電流値の分布が所定の範囲内であるような電圧を印加するステップと、 前記印加電圧下での前記測定極と前記対極との間の応答電流値を測定するステ ップと、
前記検量線における前記印加電圧及び前記応答電流値に対応するアミノ酸濃度 を、前記被検溶液中の前記複数の特定のアミノ酸濃度の合計値として求めるステツ プと、を有することを特徴とする被検溶液中の複数の特定のアミノ酸濃度の合計値を 測定する方法。
[12] 少なくとも複数の特定のアミノ酸を選択的に基質とする酵素、及びメディエータを構 成因子とする測定極と、対極とを有しており、
前記酵素は、前記複数の特定のアミノ酸のそれぞれに基質親和性を有し、 前記酵素は、前記特定のアミノ酸を基質とした反応により反応生成物を生成し、及 び
前記メディエータは、アミノ酸の濃度の測定時に前記反応生成物と前記測定極との 間で電子を運搬する、そのような第 1のアミノ酸バイオセンサーと、
前記複数の特定のアミノ酸以外の単一のアミノ酸を選択的に基質とする酵素、及び メディエータを構成因子とする測定極と、対極とを有しており、
前記酵素は、前記単一のアミノ酸を基質とした反応により反応生成物を生成し、及 び
前記メディエータは、アミノ酸の濃度の測定時に前記反応生成物と前記測定極との 間で電子を運搬する、そのような第 2のアミノ酸バイオセンサーと、を用いて生体由来 の被検溶液カゝら健康指標を導出する健康指標測定方法であって、
前記第 1のアミノ酸バイオセンサー及び前記第 2のアミノ酸バイオセンサーを生体由 来の被検溶液と接触させるステップと、
前記第 1のアミノ酸バイオセンサーの前記測定極と前記対極との間に、前記複数の 特定のアミノ酸のそれぞれについて特定の濃度における印加電圧と電流値の関係を 表わした検量線において、同じ濃度であるそれぞれのアミノ酸についての同じ印加 電圧における電流値の分布が所定の範囲内であるような電圧を印加するステップと、 前記印加電圧下での前記測定極と前記対極との間の応答電流値を測定するステ ップと、
前記検量線における前記印加電圧及び前記応答電流値に対応するアミノ酸濃度 を、前記被検溶液中の前記複数の特定のアミノ酸濃度の合計値として求めるステツ プと、
前記第 2のアミノ酸バイオセンサーの前記測定極と前記対極との間に所定の電圧を 印加するステップと、
前記印加電圧下での前記測定極と前記対極との間の応答電流値を測定するステ ップと、
前記所定の印加電圧及び前記応答電流値に対応するアミノ酸濃度を、前記被検 溶液中の前記単一のアミノ酸濃度として求めるステップと、
前記求められた複数の特定のアミノ酸濃度と、前記求められた単一のアミノ酸濃度 とを入力情報とした所定の演算により所定の健康指標を導出するステップと、を有す ることを特徴とする健康指標の測定方法。
少なくとも複数の特定のアミノ酸を選択的に基質とする酵素、及びメディエータを構 成因子とする測定極と、対極とを有しており、
前記酵素は、前記複数の特定のアミノ酸のそれぞれに基質親和性を有し、 前記酵素は、前記特定のアミノ酸を基質とした反応により反応生成物を生成し、及 び
前記メディエータは、アミノ酸の濃度の測定時に前記反応生成物と前記測定極との 間で電子を運搬する、そのような第 1のアミノ酸バイオセンサーと、
前記複数の特定のアミノ酸以外の複数の他の特定のアミノ酸を選択的に基質とす る酵素、及びメディエータを構成因子とする測定極と、対極とを有しており、
前記酵素は、前記複数の他の特定のアミノ酸のそれぞれに基質親和性を有し、 前記酵素は、前記複数の他の特定のアミノ酸を基質とした反応により反応生成物を 生成し、及び
前記メディエータは、アミノ酸の濃度の測定時に前記反応生成物と前記測定極との 間で電子を運搬する、そのような第 2のアミノ酸バイオセンサーと、を用いて生体由来 の被検溶液カゝら健康指標を導出する健康指標測定方法であって、
前記第 1のアミノ酸バイオセンサー及び前記第 2のアミノ酸バイオセンサーを生体由 来の被検溶液と接触させるステップと、
前記第 1のアミノ酸バイオセンサーの前記測定極と前記対極との間に、前記複数の 特定のアミノ酸のそれぞれについて特定の濃度における印加電圧と電流値の関係を 表わした検量線において、同じ濃度であるそれぞれのアミノ酸についての同じ印加 電圧における電流値の分布が所定の範囲内であるような電圧を印加するステップと、 前記印加電圧下での前記測定極と前記対極との間の応答電流値を測定するステ ップと、
前記検量線における前記印加電圧及び前記応答電流値に対応するアミノ酸濃度 を、前記被検溶液中の前記複数の特定のアミノ酸濃度の合計値として求めるステツ プと、
前記第 2のアミノ酸バイオセンサーの前記測定極と前記対極との間に、前記複数の 他の特定のアミノ酸のそれぞれについて特定の濃度における印加電圧と電流値の関 係を表わした検量線において、同じ濃度であるそれぞれのアミノ酸についての同じ印 加電圧における電流値の分布が所定の範囲内であるような電圧を印加するステップ と、
前記印加電圧下での前記測定極と前記対極との間の応答電流値を測定するステ ップと、
前記検量線における前記印加電圧及び前記応答電流値に対応するアミノ酸濃度 を、前記被検溶液中の前記他の複数の特定のアミノ酸濃度の合計値として求めるス テツプと、
前記求められた複数の特定のアミノ酸濃度と、前記求められた他の複数のアミノ酸 濃度とを入力情報とした所定の演算により所定の健康指標を導出するステップと、を 有することを特徴とする健康指標の測定方法。
少なくとも複数の特定のアミノ酸を選択的に基質とする酵素、及びメディエータを構 成因子とする測定極と、対極とを有しており、
前記酵素は、前記複数の特定のアミノ酸のそれぞれに基質親和性を有し、 前記酵素は、前記特定のアミノ酸を基質とした反応により反応生成物を生成し、及 び
前記メディエータは、アミノ酸の濃度の測定時に前記反応生成物と前記測定極との 間で電子を運搬する、そのようなアミノ酸バイオセンサーと、
特定の生体成分を選択的に基質とする酵素、及びメディエータを構成因子とする 測定極と、対極とを有しており、
前記酵素は、前記生体成分を基質とした反応により反応生成物を生成し、及び 前記メディエータは、生体成分の濃度の測定時に前記反応生成物と前記測定極と の間で電子を運搬する、そのような生体成分バイオセンサーと、を用いて生体由来の 被検溶液カゝら健康指標を導出する健康指標測定方法であって、
前記アミノ酸バイオセンサー及び前記生体成分バイオセンサーを生体由来の被検 溶液と接触させるステップと、
前記アミノ酸バイオセンサーの前記測定極と前記対極との間に、前記複数の特定 のアミノ酸のそれぞれについて特定の濃度における印加電圧と電流値の関係を表わ した検量線において、同じ濃度であるそれぞれのアミノ酸についての同じ印加電圧 における電流値の分布が所定の範囲内であるような電圧を印加するステップと、 前記印加電圧下での前記測定極と前記対極との間の応答電流値を測定するステ ップと、
前記検量線における前記印加電圧及び前記応答電流値に対応するアミノ酸濃度 を、前記被検溶液中の前記複数の特定のアミノ酸濃度の合計値として求めるステツ プと、
前記生体成分バイオセンサーの前記測定極と前記対極との間に所定の電圧を印 加するステップと、
前記印加電圧下での前記測定極と前記対極との間の応答電流値を測定するステ ップと、
前記所定の印加電圧及び前記応答電流値に対応する生体成分濃度を、前記被検 溶液中の前記生体成分濃度として求めるステップと、
前記求められた複数の特定のアミノ酸濃度と、前記求められた生体成分濃度とを入 力情報とした所定の演算により所定の健康指標を導出するステップと、を有すること を特徴とする健康指標の測定方法。
請求項 14に記載の健康指標の測定方法において、
前記生体成分は 2種類以上あり、
前記生体成分バイオセンサーは、前記 2種類以上の各生体成分に対応して 2っ以 上設けられることを特徴とする健康指標の測定方法。
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