JPH02193054A - フローセル付き酵素電極 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、フローセルを備えた酵素電極に関する。

（ロ）従来の技術 従来のフローセル付き酵素電極を、第１０図に示す。こ
の酵素電極は、外ケース４１、フローセル４４、キャッ
プ４日とにより構成される。外ケース４１は、作用電極
４２及び対照電極４３とを備えており、作用電極４２に
は丸棒状（例えば直径０．７ｍｍ）の白金、対照電極４
３には、円筒状（例えば内径２ＩＩｌＩ１１、外径６ｍ
ｍ）の銀がそれぞれ使用され、これらが同軸状に配され
ている。これら作用電極４２及び対照電極４３は、それ
ぞれの端面が外ケース４１の凸面４１ａに露出している
。

一方、フローセル４４には、試料が流れる試料流路４５
が形成されている。この試料流路４５は、フローセル４
４の凹面４４ａに露出している。フローセル４４には、
凹面４４ａを覆うように固定化酵素膜４６が装着され、
０リング４７により固定されている。

フローセル４４は、キャップ４８により外ケース４１に
取付けられる。この時、外ケース凸面４１ａがフローセ
ル凹面４４ａに嵌まり、固定化酵素膜４６が作用電極４
２及び対照電極４３に密着する。この状態で試料を試料
流路４５内に流すと共に、作用電極４２、対照電極４３
間に所定の電圧を印加すれば、試料中の基質濃度に比例
した電流（電極出力）が得られる。

（ハ）発明が解決しようとする課題 上記従来のフローセル付き酵素電極では、以下に列挙す
る問題点を有している。

■固定化酵素膜４６をＯリング４７で固定するため、固
定化酵素膜４６の脱着が煩雑で、交換時に固定化酵素膜
４６が破損してしまう。この問題点を解決するために、
固定化酵素膜４６が予め装着されたフロ−セル４４全体
を交換することも考えられるが、フローセル４４はＦＪ
、雑な構造の部材であるから、ツーセルの使い捨ては大
幅なコスト上昇を生じさせる。

■外ケース４１とフローセル４４の脱着を繰返すと、や
はり固定化酵素１ｆ１６の破損を生じる。

■フローセル凹面４４ａよりもさらに大きな固定化酵素
膜４６（例えば直径１５＋Ｍ以上）を必要とするが、実
際に酵素反応に必要な部分は試料流路４５に対応する部
分だけであり、効率が悪く固定化酵素膜４６が高価なも
のとなる。

■固定化酵素膜４６と電極４２・４３との密着性が悪く
両者の間に間隙が生じやすい。このため電極出力にノイ
ズが見られ、測定精度が低下してしまう。また、この密
着性は装着のたびごとに異なるから、電極出力が変動し
再現性が低下してしまう。

■固定化酵素膜４６とフローセル４４との間で試料流路
４５より試料が流出することがあり、測定精度が低下す
る。

■外ケース凸面４ｔａとフローセル凹面４４ａが一部す
るように製造するためには、高度な技？、テををし、加
工費が増大する。

■複数項目の同時測定が困難である。

この発明は上記に鑑みなされたもので、■〜■の問題点
を解決できるフローセル付き酵素電極の提供を目的とし
ている。

（ニ）課題を解決するための手段及び作用上記課題を解
決するため、この発明のフローセル付き酵素電極は、絶
縁基板上に電極と、この電極を被覆する固定化酵素膜と
を形成し、電極の一部を露出させて接点部としてなる酵
素電極と、この酵素電極を支持する支持部材と この支持部材上に支持された酵素電極に密着し、この酵
素電極の固定化酵素膜に接する試料流路と、酵素電極の
接点部に接触する接点端子とを備えてなるフローセル部
材と、 このフローセル部材と前記支持部材の密着状態を保持す
る密着手段とよりなるものである。

この発明では、酵素電極が平板状で固定化酵素膜が一体
的に形成されている。このため固定化酵素膜の装着の手
間が不要となり、固定化酵素膜を破損する危険性が少な
い。また、酵素電極自体が小型で、固定化酵素膜も電極
を被覆する大きさだけがあればよく、酵素の効率がよく
安価であり、使い捨ても可能となる。さらに、固定化酵
素膜と電極との密着が安定しており、電極出力の安定及
び低ノイズ化を図ることができる。

酵素電極は上にも述べたように平板状であり、フローセ
ル部材と支持部材の密着面は共に平面とすることができ
るから、酵素電極のフローセル部材への密着を完全にし
試料流路よりの試料の漏れが防止できると共に、フロー
セル部材、支持部材の加工が容易となる。また、上記密
着面に複数の酵素電極が配置できるから、複数項目の測
定も容易となる。

（ホ）実施例 〈実施例１〉 この発明の第１の実施例を第１図乃至第５図に基づいて
以下に説明する。

まず、第５図を参照しながら酵素電極１０を説明する。

２は、絶縁基板であり、例えば厚さ０．１２５ｍｍのプ
ラスチックフィルムが使用される。絶縁基板２表面には
、電極材３．４がスパッタリングや真空蒸着等により薄
膜形成されており、この実施例では電極材３．４として
白金（Ｐｔ）を使用している。

絶縁基板２表面には、電極材３．４を被覆するように絶
縁性保３１ｒｆｉ、５が形成される。この絶縁性保護膜
５には、感光性樹脂が使用されホトリソグラフィを適用
してバターニングし、電極材３．４の２つの部分をそれ
ぞれ露出させて作用電極３ａ、対照電極４ａ、接点部３
ｂ、４ｂとする。

絶縁基板２表面には、さらに固定化酵素膜６が形成され
、作用電極３ａ、対照電極４ａが被覆される。固定化酵
素膜６は、まずアセチルセルロース膜６ａをスピン法で
形成し、作用電極３ａ上・に酵素溶液６ｂを滴下して風
乾させ、さらにアセチルセルロース膜６ｃをスピン法で
形成してなるものである。酵素溶液は、例えばグルコー
スオキシダーゼ（ＣＯＤ）の場合には、ＣＯＤ　２　ｍ
ｇを０．１Ｍリン酸援衝液（ｐＨ７，０）１００ａｆに
溶解したものを、同じ緩衝液で調製した０、５％グルタ
ルアルデヒド溶液とを混合したものを用いる。

さて、第１図は、この第１の実施例に係るフローセル付
き酵素電極１の分解斜視図である。

１１は、アクリル板（支持部材）であり、この第１図で
は裏返した状態で示されている。蓋板１１の下面１１ａ
には、シリコンシート〔例えば厚さ０．１３ｍｍの５Ｉ
ＬＡＳＴＩＣ（登録商標）シー）ティング・ダウ、コー
ニング社製が使用される）１２を介して、上記酵素電極
１が装着される。シリコンシート１２は弾性を有してお
り、アクリル板１１と酵素電極１０との密着性を高める
。

一方、フローセル１３には、試料流路１４が形成されて
おり、その両端部にはチューブライン１７ａ、１７ｂが
それぞれ接続される。フローセル上面１３ａには、この
試料流路１４が露出すると共に、接点金具（接点端子）
１５．１５が設けられている。接点金具１５．１５から
は、リード線１６が引出されている。１８．１８は、そ
れぞれ密着具であり、その凹溝１８ａ、１８ａ内には板
バネＩ９、！９がそれぞれ設けられている。

第２図は、この実施例フローセル付き酵素電極１を組立
てた状態の外観斜視図、第３図は、この状態での縦断面
図を示している。この状態では、アクリル板１１とフロ
ーセル１３とが合わされ、両者側縁１１ｂ、１３ｂに密
着具１８が装着されている。密着具１８の板バネ１９の
力により、アクリル板１１とフローセル１３が密着させ
られる。

この時、酵素電極ＩＯがフローセル上面１３ａに密着し
、試料流路１４の露出部が固定化酵素膜６に接する。一
方、酵素電極１０の接点部３ｂ、４ｂには、接点端子１
５．１５が圧接し、リード線１６と、作用電極３ａ、対
照電極４ａとの導道がとられる。

第４図は、実施例フローセル付き酵素電極ｒを用いた測
定システムを示している。リード線１６は、測定機器２
１に接続され、作用電極３ａ、対照電極４ａ間に所定の
電圧（この実施例の場合には０．５５Ｖ〜０．８Ｖ）が
印加されて、電極出力が測定される。

チューブライン１７ａは、リン酸緩衝液（０，１Ｍ、ｐ
Ｈ７，０）容器２２又は試料容器２３に接続できる。一
方、チューブライン１７ｂは、ミニポンプ２４に接続さ
れ、リン酸緩衝液又は試料がフローセル１３の試料流路
１４を通って、このミニポンプ２４に吸引される。ミニ
ポンプ２４より排出されたリン酸緩衝液又は試料は、廃
液ボトル２５へ導かれる。

試料が試料流路１４内を流れる時、固定化酵素膜６に接
触する。固定化酵素膜６内では、の反応が生じ、生成し
た１１２０□濃度に応じた電極出力が得られる。この電
極出力に後述の第９図に示す検量線を適用し、試料中の
グルコース濃度を知ることができる。

〈実施例２〉 この発明の第２の実施例を、第６図乃至第９図に基づい
て以下に説明する。

この第２の実施例に係るフローセル付き酵素電極３０は
、グルコースとシェフロース（蔗ＩＮ）の２つの項目の
測定に適用されるものであり、前述のＣＯＤを用いた酵
素電極ｌＯと、インベルターゼ、ムタロターゼ及びＣＯ
Ｄの三種の酵素を用いた同様の酵素電極１０’を使用す
る。

第６図は、実施例フローセル付き酵素電極３０の分解斜
視図であり、アクリル板（支持部材）３１の上下を裏返
して示している。アクリル板下面３１ａには、シリコン
シート３２を介して酵素電極１０．１０°が並べて装着
される。

一方、フローセル３３には、アクリル板３１が嵌合する
凹部３３ａが形成される。この凹部３３ａの面３３ｂ内
には、試料流路３４が露出すると共に、２対の接点金具
３５、・・・　３５が設けられ、リード線３６が接続さ
れる。試料流路３４は、フローセル側面３３ｃ、３３ｃ
において、チューブライン３７ａ、３７ｂが接続される
。また、接点金具３５、・・・、３５には、リード線３
６が電気的に接続している。フローセル上面３３ｄには
、固定具（密着手段）３９取り付は用ねじ３８．３８が
螺入されている。

第７図は、実施例フローセル付き酵素電極３０を組立て
た状態での外観斜視図、第８図は、その縦断面図である
。アクリル板３１は、フローセル凹部３３ａに嵌合し、
固定具３９で押さえ付けられ、フローセル３３に固定さ
れる。この時、第８図に示すように酵素電極１０．１０
”が面３３ｂに密着し、酵素電極１０、ｌＯｏのそれぞ
れの固定化酵素膜６．６”が試料流Ｂ３４の露出部を覆
う。また、接点金具３５、・・・　３５が酵素電極１０
、ｌＯ”の接点部３ｂ、４ｂ、３°　ｂ、４°　ｂにそ
れぞれ接触し、酵素電極１０．１０゛がリード線３６に
導通する。

このフローセル付き酵素膜ｉ３０も、第４図に示すもの
と全く同様の測定システムを適用することができる。両
酵素電極１０．１０″には、それぞれ０．５５〜０．８
ｖの電圧が印加される。なお、試料流路中央部３４ａに
おいて、酵素電極１０．１０“のいずれにも覆われない
開放した部分があり、この部分により試料が漏れるおそ
れがあるように第８図では見られるが、実際には酵素電
極１０．１０″は極めて薄いものであり（第３図、第５
図、第８図では、酵素電極の厚さが誇張して描かれてい
る）。また、試料流路３４内の試料は、ミニポンプ２４
に引かれて流動するので、試料が漏れることはまずない
。

さて、酵素電極１０の固定化酵素膜６内では、前述の（
１）式で表される反応が起こり、電極出力に第９図の検
量線を適用して、試料のグルコース濃度を知ることがで
きる。

一方、酵素電極１０°の固定化酵素膜６°内では、以下
の（２）〜（４）式で表される反応が生じる。

α−Ｄ−グルコース＋フルクトース　・・・（２）α−
Ｄ−グルコース ムクロターゼ β−Ｄ−グルコース　　・・・（３） β−Ｄ−グルコース ＯＤ グルコン酸＋Ｈ２０□　　・・・（４）（４）式で生成
するｔｉ　２ｏ□の濃度に応じた電極出力が酵素電極１
０°で得られる。しかし、（４）式の反応に関与するグ
ルコースには、（２）（３）式の反応で生成したものだ
けではなく、試料中に初めから含まれているものも含ま
れる。従って、酵素電極１０’の電極出力より、酵素電
極１０の電極出力を減じた電極出力差が、試料中のシュ
クロース濃度に対応する。第９図中には、電極出力差に
対するシュクロース濃度の検量線が示されている。

（へ）発明の詳細 な説明したように、この発明のフローセル付き酵素電極
は、絶！！基板上に電極と、この電極を被覆する固定化
酵素膜とを形成し、電極の一部を露出させて接点部とし
てなる酵素電極と、この酵素電極を支持する支持部材と
この支持部材上に支持された酵素電極に密着し、この酵
素電極の固定化酵素膜に接する試料流路と、酵素電極の
接点部に接触する接点端子とを備えてなるフローセル部
材と、このフローセル部材と前記支持部材の密着を保持
する密着手段とよりなるものである。

よって、酵素電極のコストを低減し、その使い捨てを可
能とすると共に、固定化酵素膜の脱着の必要がなくその
破損を防止することができる。また、電極と固定化酵素
膜との密着性が向上かつ安定化し、電極出力の低ノイズ
化及び安定化が図られ、測定精度及び再現性を向上させ
ることが可能となる。さらに、フローセル部材に特殊な
加工が要求されず、加工費の増大がおさえられると共に
、試料の漏れも防止される。加えて、複数項目の測定も
容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の第１の実施例に係るフローセル付
き酵素電極の分解斜視図、第２図は、同フローセル付き
酵素電極の外観斜視図、第３図は、同フローセル付き酵
素電極の縦断面図、第４図は、同フローセル付き酵素電
極の適用される測定システムを説明する図、第５図（ａ
）は、同フローセル付き酵素電極に適用される酵素電極
の平面図、第５図（ｂ）及び第５図（Ｃ）は、それぞれ
同酵素電極の第５図（ａ）中Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線におけ
る断面図、第６図は、この発明の第２の実施例に係るフ
ローセル付き酵素電極の分解斜視図、第７図は、同フロ
ーセル付き酵素電極の外観斜視図、第８図は、同フロー
セル付き酵素電極の縦断面図、第９図は、同フローセル
付き酵素電極のグルコース及びシュクロースの検量線を
説明する図、第１０図は、従来のフローセル付き酵素電
極を説明する図である。 ２：絶縁基板、　　　３ａ：作用電極、４ａ：対照電極
、 ３ｂ・４ｂ・３’　　ｂ・４°　ｂ：接点部、６・６°
　：固定化酵素膜、 １０・１０゛　：酵素電極、 １１・３１ニアクリル板、 １３・３３：フローセル、 １４・３４：試料流量、１５・３５：接点金具、１８：
密着具、　　　３９：固定具。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁基板上に電極と、この電極を被覆する固定化
   酵素膜とを形成し、電極の一部を露出させて接点部とし
   てなる酵素電極と、 この酵素電極を支持する支持部材と この支持部材上に支持された酵素電極に密着し、この酵
   素電極の固定化酵素膜に接する試料流路と、酵素電極の
   接点部に接触する接点端子とを備えてなるフローセル部
   材と、 このフローセル部材と前記支持部材の密着状態を保持す
   る密着手段とよりなるフローセル付き酵素電極。