JPH02157645A - バイオセンサ - Google Patents
バイオセンサInfo
- Publication number
- JPH02157645A JPH02157645A JP63312303A JP31230388A JPH02157645A JP H02157645 A JPH02157645 A JP H02157645A JP 63312303 A JP63312303 A JP 63312303A JP 31230388 A JP31230388 A JP 31230388A JP H02157645 A JPH02157645 A JP H02157645A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- biosensor
- electrode
- electrode system
- electron acceptor
- insulating substrate
- Prior art date
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- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
- Investigating Or Analysing Biological Materials (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】
産業上利用分野
本発明は、種々の微量の生体試料中の特定成分について
、試料液を希釈することなく迅速かつ簡便に定量するこ
とのできるバイオセンサに関する。
、試料液を希釈することなく迅速かつ簡便に定量するこ
とのできるバイオセンサに関する。
従来の技術
従来、血液などの生体試料中の特定成分について、試料
液の希釈や攪拌などを行なうことなく簡易に定量しうる
方式として、第５図に示すようなバイオセンサがある。
液の希釈や攪拌などを行なうことなく簡易に定量しうる
方式として、第５図に示すようなバイオセンサがある。
このバイオセンサは、絶縁性の基板ｌｌ上にスクリーン
印刷等の方法でカーボンなどからなる電極系１２．１３
を形成し、前記電極上に親水性高分子と酸化還元酵素と
電子受容体からなる酵素反応層１５を形成したものであ
る。試料液を酵素反応層へ滴下すると、酸化還元酵素と
電子受容体が試料液に溶解し、試料液中の基質との間で
酵素反応が進行し電子受容体が還元される。反応終了後
、このとき得られる酸化電流値から試料液中の基質濃度
を求める。
印刷等の方法でカーボンなどからなる電極系１２．１３
を形成し、前記電極上に親水性高分子と酸化還元酵素と
電子受容体からなる酵素反応層１５を形成したものであ
る。試料液を酵素反応層へ滴下すると、酸化還元酵素と
電子受容体が試料液に溶解し、試料液中の基質との間で
酵素反応が進行し電子受容体が還元される。反応終了後
、このとき得られる酸化電流値から試料液中の基質濃度
を求める。
発明が解決しよう゛とする課題
しかしながら、この従来のバイオセンサでは、反応時の
外気及び試料液の温度により酵素反応及び電極反応が影
響されて応答がばらつき、安定した応答が得られにくい
という問題点があった。
外気及び試料液の温度により酵素反応及び電極反応が影
響されて応答がばらつき、安定した応答が得られにくい
という問題点があった。
課題を解決するための手段
本発明は上記課題を解決するために、絶縁性基板上に少
なくとも測定極と対極からなる電極系を設けると共に、
該電極系の表面に酸化還元酵素と親水性高分子と電子受
容体からなる酵素反応層を形成し、前記酸化還元酵素と
電子受容体と試料液の反応に際しての物質濃度変化を電
気化学的に前記電極系で検知し、試料液中の基質濃度を
測定するバイオセンサにおいて、前記バイオセンサに加
温装置を付設することを第１の特徴とし、前記絶縁性基
板自体が温度調節機能を有することを第２の特徴とし、
更に望ましくは第１もしくは第２の特徴のものにおける
電極系が絶縁性基板上にスクリーン印刷が形成されたカ
ーボンを主体とする材料からなることを第３の特徴とす
る。
なくとも測定極と対極からなる電極系を設けると共に、
該電極系の表面に酸化還元酵素と親水性高分子と電子受
容体からなる酵素反応層を形成し、前記酸化還元酵素と
電子受容体と試料液の反応に際しての物質濃度変化を電
気化学的に前記電極系で検知し、試料液中の基質濃度を
測定するバイオセンサにおいて、前記バイオセンサに加
温装置を付設することを第１の特徴とし、前記絶縁性基
板自体が温度調節機能を有することを第２の特徴とし、
更に望ましくは第１もしくは第２の特徴のものにおける
電極系が絶縁性基板上にスクリーン印刷が形成されたカ
ーボンを主体とする材料からなることを第３の特徴とす
る。
作用
本発明によれば、センサを加温装置や温度調節機能によ
り制御できるため外気や試料の温度の影響を緩和し、安
定した応答が得られ、試料液中の基質濃度の測定をより
正確におこなうことができる。また、電極系はカーボン
を主体とする材料によりスクリーン印刷によって形成で
きるので、ディスポーザブルタイプのバイオセンサを安
価にかつ大量生産できる。
り制御できるため外気や試料の温度の影響を緩和し、安
定した応答が得られ、試料液中の基質濃度の測定をより
正確におこなうことができる。また、電極系はカーボン
を主体とする材料によりスクリーン印刷によって形成で
きるので、ディスポーザブルタイプのバイオセンサを安
価にかつ大量生産できる。
実施例１
以下、本発明の一実施例について説明する。
バイオセンサの一例として、グルコースセンサの一実施
例を第１図〜第２図に基づいて説明する。
例を第１図〜第２図に基づいて説明する。
ポリエチレンテレフタレートからなる絶縁性基板ｌに、
スクリーン印刷により導電性カーボンペーストを印刷し
、加熱乾燥することにより、対極２と測定極３からなる
電極系を形成する。次に、電極系を部分的に覆い、各々
の電極の電気化学的に作用する部分となる２ｂと３ｂを
残すように、絶縁性ペーストを前記と同様に印刷し、加
熱処理をして絶縁層４を形成する。この電極系２ｂと３
ｂの表面を覆うようにセルロース系の親水性高分子の一
種であるＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）の水溶
液を塗布し、４５℃で３０分乾燥することによりＣＭＣ
層を形成した。得られたＣＭＣ層の上に酸化還元酵素と
してグルコースオキシダーゼ（ＣＯＤ）をｐＨ５，６の
リン酸緩衝液に溶解したものを塗布した後、室温で乾燥
した。さらにその上に有機溶媒としてトルエンに電子受
容体であるフェリシアン化カリウムの微結晶を界面活性
剤であるレシチン（ホスファチジルコリン）とともに混
ぜたものを滴下し、室温で放置してトルエンを気化させ
ることによりフェリシアン化カリウム層を形成した。こ
のようにして前記電極系の表面に酸化還元酵素と親水性
高分子及び界面活性剤を含有した電子受容体とからなる
酵素反応層５を形成する。
スクリーン印刷により導電性カーボンペーストを印刷し
、加熱乾燥することにより、対極２と測定極３からなる
電極系を形成する。次に、電極系を部分的に覆い、各々
の電極の電気化学的に作用する部分となる２ｂと３ｂを
残すように、絶縁性ペーストを前記と同様に印刷し、加
熱処理をして絶縁層４を形成する。この電極系２ｂと３
ｂの表面を覆うようにセルロース系の親水性高分子の一
種であるＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）の水溶
液を塗布し、４５℃で３０分乾燥することによりＣＭＣ
層を形成した。得られたＣＭＣ層の上に酸化還元酵素と
してグルコースオキシダーゼ（ＣＯＤ）をｐＨ５，６の
リン酸緩衝液に溶解したものを塗布した後、室温で乾燥
した。さらにその上に有機溶媒としてトルエンに電子受
容体であるフェリシアン化カリウムの微結晶を界面活性
剤であるレシチン（ホスファチジルコリン）とともに混
ぜたものを滴下し、室温で放置してトルエンを気化させ
ることによりフェリシアン化カリウム層を形成した。こ
のようにして前記電極系の表面に酸化還元酵素と親水性
高分子及び界面活性剤を含有した電子受容体とからなる
酵素反応層５を形成する。
上記のように構成したグルコースセンサを加温装置の上
に設置し、試料液としてグルコース標準液を１０μＱ滴
下し、２分後に対極を１＆準にして測定極にアノード方
向へ＋０，６ｖのパルス電圧を印加し５秒後の電流を測
定する。加温装置は、ＰＴＣサーミスタ（正温度係数サ
ーミスタ）からなり、キュリー温度を４０℃に設定して
おり、定電圧を印加すると、約３０秒で昇温した。グル
コース標準液にフェリシアン化カリウムが溶解し、これ
がＣＭＣ−ＣＯＤ層に達してグルコースが酸化され、こ
のときフェリシアン化カリウムがフェロシアン化カリウ
ムに還元される。そこで、上記のパルス電圧の印加によ
り、生成したフェロシアン化カリウムの濃度に基づ（酸
化電流が得られ、この電流値は基質であるグルコースの
濃度に対応する。グルコースの標準液を滴下し応答電流
を測定したところ５００ｍｇ／ｄｌｌという高１度まで
良好な直線性が得られた。上記のグルコースセンサに血
液サンプルを１０μｇ滴下して２分後の応答電流を測定
すると、非常に再現性のよい応答が得られた。また１
外気の温度を、１５°Ｃ〜３０℃にかえてグルコース４
００ｍｇ／ｄｌｌ溶液を用いて測定したところ、ＰＴＣ
サーミスタを作動した場合としない場合では第３図に示
すように応答に差が見られ、ＰＴＣサーミスタにより温
度の影響を緩和することができた。加温するためには、
ＰＴＣサーミスタの他にも、光を照射したり、発熱体を
用いても効果が得られたが、高温になると、酵素の活性
が低下するため、４０°Ｃ付近に温度を制御する必要が
あるため、温度センサを必要とした。
に設置し、試料液としてグルコース標準液を１０μＱ滴
下し、２分後に対極を１＆準にして測定極にアノード方
向へ＋０，６ｖのパルス電圧を印加し５秒後の電流を測
定する。加温装置は、ＰＴＣサーミスタ（正温度係数サ
ーミスタ）からなり、キュリー温度を４０℃に設定して
おり、定電圧を印加すると、約３０秒で昇温した。グル
コース標準液にフェリシアン化カリウムが溶解し、これ
がＣＭＣ−ＣＯＤ層に達してグルコースが酸化され、こ
のときフェリシアン化カリウムがフェロシアン化カリウ
ムに還元される。そこで、上記のパルス電圧の印加によ
り、生成したフェロシアン化カリウムの濃度に基づ（酸
化電流が得られ、この電流値は基質であるグルコースの
濃度に対応する。グルコースの標準液を滴下し応答電流
を測定したところ５００ｍｇ／ｄｌｌという高１度まで
良好な直線性が得られた。上記のグルコースセンサに血
液サンプルを１０μｇ滴下して２分後の応答電流を測定
すると、非常に再現性のよい応答が得られた。また１
外気の温度を、１５°Ｃ〜３０℃にかえてグルコース４
００ｍｇ／ｄｌｌ溶液を用いて測定したところ、ＰＴＣ
サーミスタを作動した場合としない場合では第３図に示
すように応答に差が見られ、ＰＴＣサーミスタにより温
度の影響を緩和することができた。加温するためには、
ＰＴＣサーミスタの他にも、光を照射したり、発熱体を
用いても効果が得られたが、高温になると、酵素の活性
が低下するため、４０°Ｃ付近に温度を制御する必要が
あるため、温度センサを必要とした。
界面活性剤としては、レシチンの他に、ポリエチレング
リコールアルキルフェニルエーテル（商品名： トリト
ンＸ）、オレイン酸やポリオキシエチレングリセリン脂
肪酸エステルやシクロデキストリンなど、電子受容体を
有機溶媒に分散させ、かつ酵素活性に影響をおよぼさな
いものであれば、特に制限されることはない。
リコールアルキルフェニルエーテル（商品名： トリト
ンＸ）、オレイン酸やポリオキシエチレングリセリン脂
肪酸エステルやシクロデキストリンなど、電子受容体を
有機溶媒に分散させ、かつ酵素活性に影響をおよぼさな
いものであれば、特に制限されることはない。
親水性高分子としてＣＭＣの他にもゼラチンやメチルセ
ルロースなども使用でき、でんぷん系、カルボキシメチ
ルセルロース系、ゼラチン系、アクリル酸塩系、ビニル
アルコール系、ビニルピロリドン系、無水マレイン酸系
のものが好ましい。
ルロースなども使用でき、でんぷん系、カルボキシメチ
ルセルロース系、ゼラチン系、アクリル酸塩系、ビニル
アルコール系、ビニルピロリドン系、無水マレイン酸系
のものが好ましい。
これらの高分子は容易に水溶液とすることができるので
、適当な濃度の水溶液を塗布、乾燥することにより、必
要な厚さの薄膜を電極上に形成することができる。
、適当な濃度の水溶液を塗布、乾燥することにより、必
要な厚さの薄膜を電極上に形成することができる。
電子受容体を混合する有機溶媒としては、トルエン以外
にエタノールや石油エーテルなど、ＧＯＤ活性および印
刷電極への影響の少ないものであればよい。
にエタノールや石油エーテルなど、ＧＯＤ活性および印
刷電極への影響の少ないものであればよい。
電極系を形成する方法としてのスクリーン印刷は、均一
な特性を有するディスポーザブルタイプのバイオセンサ
を安価に製造することができ、特に、価格が安り、シか
も安定した電極材料であるカーボンを用いて電極を形成
するのに好都合な方法である。
な特性を有するディスポーザブルタイプのバイオセンサ
を安価に製造することができ、特に、価格が安り、シか
も安定した電極材料であるカーボンを用いて電極を形成
するのに好都合な方法である。
実施例２
実施例１では、加温装置を設けて、外部からセンサの温
度を調節したが、第４図に示すように、センサの基板に
温度調節機能を有するものとしてＰＴＣサーミスタを直
接に張り付けることにより、さらに、効率よく温度を制
御できた。そのため、約１０秒で、一定温度となり、外
気の温度が、１５℃の場合、グルコース濃度が１００ｍ
ｇ／ｄＲのとき、反応終了に２分かかっていたものが、
ＰＴＣサーミスタにより、１分で反応が終了し、安定し
た応答が得られた。ＰＴＣサーミスタは、基板が耐熱で
あれば、直接第４図のように基板上に形成できるため、
大量生産に適している。
度を調節したが、第４図に示すように、センサの基板に
温度調節機能を有するものとしてＰＴＣサーミスタを直
接に張り付けることにより、さらに、効率よく温度を制
御できた。そのため、約１０秒で、一定温度となり、外
気の温度が、１５℃の場合、グルコース濃度が１００ｍ
ｇ／ｄＲのとき、反応終了に２分かかっていたものが、
ＰＴＣサーミスタにより、１分で反応が終了し、安定し
た応答が得られた。ＰＴＣサーミスタは、基板が耐熱で
あれば、直接第４図のように基板上に形成できるため、
大量生産に適している。
実施例３
第１．２図に示した構成のセンサに第４図に示すように
カバー７を取付けた。血液をカバーの点着部に供給する
と、すみやかに電極部に広がり、再現性の良い応答が得
られた。カバー７内の容積を小さ（することで、サンプ
ル量を微量にすることができ、一定量が供給できた。さ
らに、カバー７で囲むことにより、外気と遮断できるた
め、ＰＴＣサーミスタ６の効果が一層発揮できた。
カバー７を取付けた。血液をカバーの点着部に供給する
と、すみやかに電極部に広がり、再現性の良い応答が得
られた。カバー７内の容積を小さ（することで、サンプ
ル量を微量にすることができ、一定量が供給できた。さ
らに、カバー７で囲むことにより、外気と遮断できるた
め、ＰＴＣサーミスタ６の効果が一層発揮できた。
なお、本発明のバイオセンサは上記実施例に示したグル
コースセンサに限らず、アルコールセンサ関与する系に
用いることができる。酸化還元酵素として実施例ではグ
ルコースオキシダーゼを用いたが、他の酵素、たとえば
アルコールオキシダーゼ、コレステロールオキシダーゼ
、キサンチンオキシダーゼ、等を用いることができる。
コースセンサに限らず、アルコールセンサ関与する系に
用いることができる。酸化還元酵素として実施例ではグ
ルコースオキシダーゼを用いたが、他の酵素、たとえば
アルコールオキシダーゼ、コレステロールオキシダーゼ
、キサンチンオキシダーゼ、等を用いることができる。
また、電子受容体として、上記実施例に用いたフェリシ
アン化カリウムが安定に反応するので適しているがＰ−
ベンゾキノンを使えば、反応速度が大きいので高速化に
適している。また、 ２．６−シクロロフエノールイン
ドフエノール ェナジンメトサルフェート ４−スルホン酸カリウム、フェロセン等が使用できる 発明の効果 このように本発明のバイオセンサは、絶縁性基板上に電
極°系と酸化還元酵素と親水性高分子及び電子受容体か
らなる酵素反応層を形成し、さらに、加温装置や温度調
節機能（温度制御装置など）を付加することにより、温
度の影響が緩和され生体試料中の基質濃度の測定精度を
向上させることができる。また、電極系がカーボンを主
体とする材料によりスクリーン印刷によって形成できる
ので、ディスポーザブルタイプのバイオセンサを安価に
かつ大量生産できる。
アン化カリウムが安定に反応するので適しているがＰ−
ベンゾキノンを使えば、反応速度が大きいので高速化に
適している。また、 ２．６−シクロロフエノールイン
ドフエノール ェナジンメトサルフェート ４−スルホン酸カリウム、フェロセン等が使用できる 発明の効果 このように本発明のバイオセンサは、絶縁性基板上に電
極°系と酸化還元酵素と親水性高分子及び電子受容体か
らなる酵素反応層を形成し、さらに、加温装置や温度調
節機能（温度制御装置など）を付加することにより、温
度の影響が緩和され生体試料中の基質濃度の測定精度を
向上させることができる。また、電極系がカーボンを主
体とする材料によりスクリーン印刷によって形成できる
ので、ディスポーザブルタイプのバイオセンサを安価に
かつ大量生産できる。
第１図は本発明の一実施例のバイオセンサの斜視図、第
２図は同バイオセンサの縦断面図、第３図は同バイオセ
ンサの応答特性、第４図は本発明の他の実施例のバイオ
センサの縦断面図、第５図は従来例のバイオセンサの断
面図である。 ｌ・・拳絶縁性基板、２・・拳対極、３・・・測定極、
４ΦΦ・絶縁層、５・・・酵素反応層、６・・・ＰＴＣ
サーミスタ、７−φ・カバー代理人の氏名 弁理士 栗
野重孝 はか１名第１図 １１２図 ６−・・ 唆 ４ 法 番 伝 付 徴 ＋Ｉ９ 蜜 号 纒 曙 １ 舷ｇＡ Ｓ 忘 場 Ｐ２Ｏ”７−ミスタ
２図は同バイオセンサの縦断面図、第３図は同バイオセ
ンサの応答特性、第４図は本発明の他の実施例のバイオ
センサの縦断面図、第５図は従来例のバイオセンサの断
面図である。 ｌ・・拳絶縁性基板、２・・拳対極、３・・・測定極、
４ΦΦ・絶縁層、５・・・酵素反応層、６・・・ＰＴＣ
サーミスタ、７−φ・カバー代理人の氏名 弁理士 栗
野重孝 はか１名第１図 １１２図 ６−・・ 唆 ４ 法 番 伝 付 徴 ＋Ｉ９ 蜜 号 纒 曙 １ 舷ｇＡ Ｓ 忘 場 Ｐ２Ｏ”７−ミスタ
Claims (3)
- （１）絶縁性基板上に少なくとも測定極と対極からなる
電極系を設けると共に、該電極系の表面に酸化還元酵素
と親水性高分子と電子受容体からなる酵素反応層を形成
し、前記酸化還元酵素と電子受容体と試料液の反応に際
しての物質濃度変化を電気化学的に前記電極系で検知し
、試料液中の基質濃度を測定するバイオセンサにおいて
、該バイオセンサに加温装置を付設したことを特徴とす
るバイオセンサ。 - （２）絶縁性基板上に少なくとも測定極と対極からなる
電極系を設けると共に、該電極系の表面に酸化還元酵素
と親水性高分子と電子受容体からなる酵素反応層を形成
し、前記酸化還元酵素と電子受容体と試料液の反応に際
しての物質濃度変化を電気化学的に前記電極系で検知し
、試料液中の基質濃度を測定するバイオセンサにおいて
、前記絶縁性基板自体が温度調節機能を有することを特
徴とするバイオセンサ。 - （３）電極系が絶縁性基板上にスクリーン印刷で形成さ
れたカーボンを主体とする材料からなる請求項１または
２に記載のバイオセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63312303A JPH0814562B2 (ja) | 1988-12-09 | 1988-12-09 | バイオセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63312303A JPH0814562B2 (ja) | 1988-12-09 | 1988-12-09 | バイオセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02157645A true JPH02157645A (ja) | 1990-06-18 |
| JPH0814562B2 JPH0814562B2 (ja) | 1996-02-14 |
Family
ID=18027627
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63312303A Expired - Lifetime JPH0814562B2 (ja) | 1988-12-09 | 1988-12-09 | バイオセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0814562B2 (ja) |
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| JPH06201638A (ja) * | 1991-06-26 | 1994-07-22 | Ppg Ind Inc | 電気化学センサ記憶装置、流体試料分析物コレクタ、較正アセンブリ、および多目的モジュールを有する電子配線基板を有する集積回路水和センサ装置 |
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-
1988
- 1988-12-09 JP JP63312303A patent/JPH0814562B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0814562B2 (ja) | 1996-02-14 |
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