JPH01136061A - 酵素センサ - Google Patents
酵素センサInfo
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- JPH01136061A JPH01136061A JP62293958A JP29395887A JPH01136061A JP H01136061 A JPH01136061 A JP H01136061A JP 62293958 A JP62293958 A JP 62293958A JP 29395887 A JP29395887 A JP 29395887A JP H01136061 A JPH01136061 A JP H01136061A
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Landscapes
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は酵素センサ、特に複数のイオン感応性膜を有す
る酵素センサに関するものである。
る酵素センサに関するものである。
［従来の技術］
従来、生体の基質等を測定する酵素センサとしては、酸
素電極や過酸化水素電極、さらに水素イオン電極上に固
定化酵素膜を形成した酵素センサが用いられてきた。さ
らに、よりセンナを微小にするものとしてｌ５ＦＥＴの
ゲート上に固定化酵素膜を形成した酵素ＦＥＴセンサが
考案された。これらの電極で特に、電位変化により測定
する水素イオン電極とｌ５ＦＥＴでは安定した基準の電
位を与える電極が必要であり、Ａｇ／ＡｇＣ１を用いた
電極を用いたり、ｌ５ＦＥＴを二つ用いＰｔ（白金）な
どを疑似基準電極とじた差動型のセンサが考えられた。
素電極や過酸化水素電極、さらに水素イオン電極上に固
定化酵素膜を形成した酵素センサが用いられてきた。さ
らに、よりセンナを微小にするものとしてｌ５ＦＥＴの
ゲート上に固定化酵素膜を形成した酵素ＦＥＴセンサが
考案された。これらの電極で特に、電位変化により測定
する水素イオン電極とｌ５ＦＥＴでは安定した基準の電
位を与える電極が必要であり、Ａｇ／ＡｇＣ１を用いた
電極を用いたり、ｌ５ＦＥＴを二つ用いＰｔ（白金）な
どを疑似基準電極とじた差動型のセンサが考えられた。
しかし、Ａｇ／ＡｇＣ１は電極の微小化が難しく、また
塩素濃度により影響を受ける。そして、ｌ５ＦＥＴを用
いた差動型では、二つのｌ５ＦＥＴのｐＨ感度とドリフ
ト特性を一致させることは難しいので、個々のセンサの
特性が異なり、また出力値が時間的に変化してしまう。
塩素濃度により影響を受ける。そして、ｌ５ＦＥＴを用
いた差動型では、二つのｌ５ＦＥＴのｐＨ感度とドリフ
ト特性を一致させることは難しいので、個々のセンサの
特性が異なり、また出力値が時間的に変化してしまう。
［発明が解決しようとする問題点］
本発明の目的は、前記従来例の問題点を解決し、安定な
基準電極を有し且つセンサの特性にバラツキのない酵素
センサを提供することにある。
基準電極を有し且つセンサの特性にバラツキのない酵素
センサを提供することにある。
［問題点を解決するための手段］
この問題点を解決するための一手段として、本発明の酵
素センサは、被覆膜を持たない第１のイオン感応性膜と
、酵素を失活または含まない膜により表面を被覆された
第２のイオン感応性膜と、固定化酵素膜により表面を被
覆された第３のイオン感応性膜とがそれぞれ同一基板上
に併設されている。
素センサは、被覆膜を持たない第１のイオン感応性膜と
、酵素を失活または含まない膜により表面を被覆された
第２のイオン感応性膜と、固定化酵素膜により表面を被
覆された第３のイオン感応性膜とがそれぞれ同一基板上
に併設されている。
又、被覆膜を持たない第１のイオン感応性膜と、酵素を
失活または含まない膜により表面を被覆された第２のイ
オン感応性膜と、固定化酵素膜により表面を被覆された
第３のイオン感応性膜とがそれぞれ同一平面上に併設さ
れ、かつ、前記第１のイオン感応性膜の電位にに対する
、第２のイオン感応性膜の電位と、第３のイオン感応性
膜の電位との差を出力する電位差出力手段を備える。
失活または含まない膜により表面を被覆された第２のイ
オン感応性膜と、固定化酵素膜により表面を被覆された
第３のイオン感応性膜とがそれぞれ同一平面上に併設さ
れ、かつ、前記第１のイオン感応性膜の電位にに対する
、第２のイオン感応性膜の電位と、第３のイオン感応性
膜の電位との差を出力する電位差出力手段を備える。
［作用］
かかる構成において、少なくとも３木のイオン感応性膜
により構成し、被覆膜を持たないイオン感応性膜を基準
電極とし、酵素を失活または含まない膜により表面を被
覆されたイオン感応性膜を対照電極とし、固定化酵素膜
により表面を被覆されたイオン感応性膜を作動電極とす
る。
により構成し、被覆膜を持たないイオン感応性膜を基準
電極とし、酵素を失活または含まない膜により表面を被
覆されたイオン感応性膜を対照電極とし、固定化酵素膜
により表面を被覆されたイオン感応性膜を作動電極とす
る。
又、基準電極に対する対照電極の電位と作動電極の電位
との差を出力して基質濃度を測定する。
との差を出力して基質濃度を測定する。
［実施例コ
以下、添付図面を参照しながら本発明の一実施例を説明
する。
する。
第１図は本実施例の酵素センサの構造を示す正面図及び
各位置での断面図である。
各位置での断面図である。
く酸化イリジウム電極の作成〉
本実施例でセンサを形成する基板１としては、サファイ
ヤ、アルミナ、ガラスなどが使用される一０基板１の表
面に酸化イリジウム（ＩｒＯｘ）の？Ｅ １４パターン
をフォトレジストを用いて形成し、その上からスパッタ
リングや電子ビーム蒸着によりイオン感応性膜としてＩ
ｒＯｘをのせ、その後フォトレジストを取り去りＩｒｅ
Ｘ膜電極パターン（膜厚１０００人）２ａ、２ｂ、２ｃ
を形成する。ＩｒＯｘのスパッタリング条件は、出力３
０ Ｗ、 ５ ｘ １０−３Ｔｏｒｒの０２中である
。
ヤ、アルミナ、ガラスなどが使用される一０基板１の表
面に酸化イリジウム（ＩｒＯｘ）の？Ｅ １４パターン
をフォトレジストを用いて形成し、その上からスパッタ
リングや電子ビーム蒸着によりイオン感応性膜としてＩ
ｒＯｘをのせ、その後フォトレジストを取り去りＩｒｅ
Ｘ膜電極パターン（膜厚１０００人）２ａ、２ｂ、２ｃ
を形成する。ＩｒＯｘのスパッタリング条件は、出力３
０ Ｗ、 ５ ｘ １０−３Ｔｏｒｒの０２中である
。
ＩｒＯｘの膜厚は１００人〜５０μｍの厚さが好ましく
、特に好ましくは８００人から１０００人である。１０
０Å以下では、抵抗が小さくなり、ノイズを発生させ、
５０μｍ以上では、膜が７１１流じやすくなる。ＩｒＯ
ｘの代わりに酸化ルテニウム、酸化ロジウムなどの導電
性膜を用いてもよい。
、特に好ましくは８００人から１０００人である。１０
０Å以下では、抵抗が小さくなり、ノイズを発生させ、
５０μｍ以上では、膜が７１１流じやすくなる。ＩｒＯ
ｘの代わりに酸化ルテニウム、酸化ロジウムなどの導電
性膜を用いてもよい。
次に、Ｃｕ ／ Ｃｒな°どの金属電極４をスパッタリ
ングや蒸着により形成した。さらに、Ａ １２０３ 、
Ｓ １３Ｎａ 、 ホ’）イミドナトｆ）絶縁膜３を
形成して、測定部以外が、被検疫に触れるのを防ぐ構造
とした。絶縁膜３は、スパッタリング、ＣＶＤ （化学
的気相蒸着）、蒸着などにより形成した。
ングや蒸着により形成した。さらに、Ａ １２０３ 、
Ｓ １３Ｎａ 、 ホ’）イミドナトｆ）絶縁膜３を
形成して、測定部以外が、被検疫に触れるのを防ぐ構造
とした。絶縁膜３は、スパッタリング、ＣＶＤ （化学
的気相蒸着）、蒸着などにより形成した。
く固定化酵素膜の作成〉
固定化酵素膜５はグルタルアルデヒドにより固定法を用
いた。まず、フォトレジストにより膜のパターンを形成
した。
いた。まず、フォトレジストにより膜のパターンを形成
した。
そこに、
■５０ ｍ ｇ ／ ｍ Ｉｌのグルコースオキシダー
ゼ、またはウレアーゼ水溶液、 ■３００ ｍ ｇ ／ ｍ １１の牛アルブミン水溶液
、０２％グルタルアルデヒド水溶液を、 ■：■：■：＝１：１：１で混合した溶液を滴下して固
定化酵素膜５を形成した。
ゼ、またはウレアーゼ水溶液、 ■３００ ｍ ｇ ／ ｍ １１の牛アルブミン水溶液
、０２％グルタルアルデヒド水溶液を、 ■：■：■：＝１：１：１で混合した溶液を滴下して固
定化酵素膜５を形成した。
酵素固定化膜は４００人〜１００μｍが好ましく、１μ
ｍ〜０μｍが特に好ましい。４００Å以下では酸素を十
分に固定できず寿命が短くなり、１００μｍを越えると
応答速度が遅くなる。
ｍ〜０μｍが特に好ましい。４００Å以下では酸素を十
分に固定できず寿命が短くなり、１００μｍを越えると
応答速度が遅くなる。
〈酵素失活または含まない膜の形成〉
酵素失活または含まない膜６は、上記の■溶液を加熱に
より酵素を失活させ、同じように膜を形成、又は■酵素
溶液を混合させないで膜形成を行なった。
より酵素を失活させ、同じように膜を形成、又は■酵素
溶液を混合させないで膜形成を行なった。
このようにして作成された酵素センサ７のグルコース濃
度及び尿素濃度に対する特性を、第２図に示す測定回路
により測定した。第２図において、７は本実施例で作成
された酵素センサ、８は被検液、９はＦＥＴ、１０はオ
ペアンプ、１１は定電流源、１２は作ｒＭＪ〜アンプで
ある。
度及び尿素濃度に対する特性を、第２図に示す測定回路
により測定した。第２図において、７は本実施例で作成
された酵素センサ、８は被検液、９はＦＥＴ、１０はオ
ペアンプ、１１は定電流源、１２は作ｒＭＪ〜アンプで
ある。
なお、この回路は一例であって、出力電位差を正確に計
れるものであれば限定されない。
れるものであれば限定されない。
酵素センサの応答例を第３図に示す。１００ｍｇ／ｄｐ
のグルコース、または尿素を含む１０ｍＭのリン酸緩衝
液にこの酵素センサを入れた時の、作動アンプ１２より
の差出力をみたものである。
のグルコース、または尿素を含む１０ｍＭのリン酸緩衝
液にこの酵素センサを入れた時の、作動アンプ１２より
の差出力をみたものである。
グルコースの場合はグルコースオキシダーゼによってグ
ルコン酸が形成されるため、固定化酵素１模５中のｐＨ
が減少する。また尿素ではウレアーゼにより水素イオン
が消費され、固定化酵素１１ｉ ５中のｐ）（が増加す
る。このため、固定化酵素膜５を形成した電極２ａの電
位を■２とし、酵素失活または含まない膜６を形成した
電極２ｃの電位をｖｌとして、差（Ｖ２ ｖｌ）を出
力として得ると、グルコースではプラスにまた尿素では
マイナスの出力か得られる。
ルコン酸が形成されるため、固定化酵素１模５中のｐＨ
が減少する。また尿素ではウレアーゼにより水素イオン
が消費され、固定化酵素１１ｉ ５中のｐ）（が増加す
る。このため、固定化酵素膜５を形成した電極２ａの電
位を■２とし、酵素失活または含まない膜６を形成した
電極２ｃの電位をｖｌとして、差（Ｖ２ ｖｌ）を出
力として得ると、グルコースではプラスにまた尿素では
マイナスの出力か得られる。
このような酵素センサの構成により、以下のような効果
が得られる。
が得られる。
（１）ＩｒＯｘの電位が安定しているため、高安定な他
の電極を必要としない。このため、Ａｇ／Ａｇｃｘのよ
うな基準電極を必要とせず、−木の電極としてセンサを
作成することが容易にできる。
の電極を必要としない。このため、Ａｇ／Ａｇｃｘのよ
うな基準電極を必要とせず、−木の電極としてセンサを
作成することが容易にできる。
（２）電位法で測定するため、電極面積を厳密にそろえ
る必要はなく、また、センサ自体を微小にすることがで
きる。
る必要はなく、また、センサ自体を微小にすることがで
きる。
（３）同一種類（Ｉ ｒｏＸ ）の電極を基準。
対照９作動電極に用いているため、それぞれの電極の電
位がほぼ一致する。そのため、バイアス電位をかけるこ
とで各電極の電位を自由に設定することが容易である。
位がほぼ一致する。そのため、バイアス電位をかけるこ
とで各電極の電位を自由に設定することが容易である。
（４）被測定液のｐＨが変化しても基準の電極がｐＨに
応答するため、それによる対照と作動電極の電位は変化
したい。このため、ＦＥＴにより電極電位を増幅した場
合、疑似基準電極とｌ５ＦＥＴの場合のようばゲートに
加わる電位変化はなく、酵素膜に加わる電位も変化しな
い。
応答するため、それによる対照と作動電極の電位は変化
したい。このため、ＦＥＴにより電極電位を増幅した場
合、疑似基準電極とｌ５ＦＥＴの場合のようばゲートに
加わる電位変化はなく、酵素膜に加わる電位も変化しな
い。
（５）導電性の感応膜を用いているため、電解重合法な
どの方法で酵素膜などを形成することができる。
どの方法で酵素膜などを形成することができる。
（６）ドリフト特性のそろったｌ５ＦＥＴを必要としな
い。また、ｌ５ＦＥＴなどに比べ容易にセンサを作成す
ることができ、微小化も容易である。
い。また、ｌ５ＦＥＴなどに比べ容易にセンサを作成す
ることができ、微小化も容易である。
（７）感応膜が導電性であるため、電解重合法などによ
り固定化酵素膜を形成することができる。
り固定化酵素膜を形成することができる。
（８）センサ出力を増幅するものとして、いろいろな入
力インピーダンスを持ったＦＥＴを使うことができ、目
的により、ＭＯＳＦＥＴのような高入力インピーダンス
にしたり、接合型−ＦＥＴ。
力インピーダンスを持ったＦＥＴを使うことができ、目
的により、ＭＯＳＦＥＴのような高入力インピーダンス
にしたり、接合型−ＦＥＴ。
ショットキー型ＦＥＴのように人力インピーダンスを低
くすることもできる。これにより、生体中で使うことも
でき、また、雑音の少ない高感度の測定を行なうことも
できる。
くすることもできる。これにより、生体中で使うことも
でき、また、雑音の少ない高感度の測定を行なうことも
できる。
尚、本実施例ではグルコースセンサについて説明したが
、本発明がウレアーゼ、ウリカーゼ、コレステロール、
オキシターゼ等を使用した他の酵素センサに通用される
のは明らかである。
、本発明がウレアーゼ、ウリカーゼ、コレステロール、
オキシターゼ等を使用した他の酵素センサに通用される
のは明らかである。
［発明の効果］
本発明により、安定な基準電極を有し且つセンサの特性
にバラツキのない酵素センサを提供できる。
にバラツキのない酵素センサを提供できる。
第１図は本実施例の酵素センサの平面図と断面図、
第２図は本実施例の酵素センサの測定回路の例を示す図
、 第３図は本実施例の酵素センサの応答例を示す図である
。 図中、ｌ・・・基板、２ａ、２ｂ、２ｃ・・Ｉ ｒｏｘ
膜電極、３・・・絶縁膜、４・・・金属電極、５・・・
固定化酵素膜、６・・・酵素失活または含まない膜、７
・・・酵素センサ、８・・・被検液、９・・・ＦＥＴ、
１０・・・オペアンプ、１１・・・定電流源、１２・・
・作動アンプである。
、 第３図は本実施例の酵素センサの応答例を示す図である
。 図中、ｌ・・・基板、２ａ、２ｂ、２ｃ・・Ｉ ｒｏｘ
膜電極、３・・・絶縁膜、４・・・金属電極、５・・・
固定化酵素膜、６・・・酵素失活または含まない膜、７
・・・酵素センサ、８・・・被検液、９・・・ＦＥＴ、
１０・・・オペアンプ、１１・・・定電流源、１２・・
・作動アンプである。
Claims (4)
- （１）被覆膜を持たない第１のイオン感応性膜と、 酵素を失活または含まない膜により表面を被覆された第
２のイオン感応性膜と、 固定化酵素膜により表面を被覆された第３のイオン感応
性膜とがそれぞれ同一基板上に併設されていることを特
徴とする酵素センサ。 - （２）イオン感応性膜は、水素イオン感応性を示す導電
性膜であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の酵素センサ。 - （３）導電性膜が酸化イリジウム、酸化ロジウムまたは
酸化ルテニウムからなる特許請求の範囲第２項記載の酵
素センサ。 - （４）被覆膜を持たない第１のイオン感応性膜と、 酵素を失活または含まない膜により表面を被覆された第
２のイオン感応性膜と、 固定化酵素膜により表面を被覆された第３のイオン感応
性膜とがそれぞれ同一平面上に併設され、かつ、 前記第１のイオン感応性膜の電位にに対する、第２のイ
オン感応性膜の電位と、第３のイオン感応性膜の電位と
の差を出力する電位差出力手段を備えることを特徴とす
る酵素センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62293958A JPH01136061A (ja) | 1987-11-24 | 1987-11-24 | 酵素センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62293958A JPH01136061A (ja) | 1987-11-24 | 1987-11-24 | 酵素センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01136061A true JPH01136061A (ja) | 1989-05-29 |
| JPH0515984B2 JPH0515984B2 (ja) | 1993-03-03 |
Family
ID=17801387
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62293958A Granted JPH01136061A (ja) | 1987-11-24 | 1987-11-24 | 酵素センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01136061A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0777511A (ja) * | 1993-07-16 | 1995-03-20 | Gold Star Co Ltd | ガス測定用バイオセンサー及びその製造方法 |
| JPH07198668A (ja) * | 1993-11-04 | 1995-08-01 | Lg Electron Inc | アルコール濃度測定用バイオセンサ、その製造方法、およびそれを用いた飲酒測定器 |
| KR100360774B1 (ko) * | 1999-12-27 | 2002-11-13 | 한국전자통신연구원 | 효소전극센서 및 그 제조방법 |
| KR20210048131A (ko) * | 2019-10-23 | 2021-05-03 | 동우 화인켐 주식회사 | 바이오 센서 |
-
1987
- 1987-11-24 JP JP62293958A patent/JPH01136061A/ja active Granted
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0777511A (ja) * | 1993-07-16 | 1995-03-20 | Gold Star Co Ltd | ガス測定用バイオセンサー及びその製造方法 |
| JPH07198668A (ja) * | 1993-11-04 | 1995-08-01 | Lg Electron Inc | アルコール濃度測定用バイオセンサ、その製造方法、およびそれを用いた飲酒測定器 |
| KR100360774B1 (ko) * | 1999-12-27 | 2002-11-13 | 한국전자통신연구원 | 효소전극센서 및 그 제조방법 |
| KR20210048131A (ko) * | 2019-10-23 | 2021-05-03 | 동우 화인켐 주식회사 | 바이오 센서 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0515984B2 (ja) | 1993-03-03 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |