JPH0252818B2 - - Google Patents

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JPH0252818B2
JPH0252818B2 JP57072113A JP7211382A JPH0252818B2 JP H0252818 B2 JPH0252818 B2 JP H0252818B2 JP 57072113 A JP57072113 A JP 57072113A JP 7211382 A JP7211382 A JP 7211382A JP H0252818 B2 JPH0252818 B2 JP H0252818B2
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JP
Japan
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electrode
liquid
working electrode
measurement cell
enzyme reaction
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JP57072113A
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JPS58189549A (ja
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Shiro Nankai
Mariko Nakatsuka
Akihiro Imai
Takashi Iijima
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28Electrolytic cell components
    • G01N27/30Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/327Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
    • G01N27/3271Amperometric enzyme electrodes for analytes in body fluids, e.g. glucose in blood

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  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、酵素あるいは補酵素を固定化してな
る酵素電極を備え、基質の濃度あるいは酵素活性
を迅速かつ簡便に測定することのできる送液式の
酵素反応測定セルに関する。
現在、酵素の有する特異的触媒作用の工業的利
用の一例として、酵素反応系と電気化学反応系を
結びつけたいわゆる酵素電極により、基質の濃度
や酵素活性を測定することが試みられている。例
えば、酵素反応にともなつて増減するH2O2
NH3、CO2、O2などの物質について、各々の物
質に対応した特定物質検出用の電極を用いて電気
化学的に検出し、基質濃度や酵素活性を測定する
ことが出来る。その一例として、グルコース濃度
の測定について以下に説明する。グルコースオキ
シダーゼの作用により基質であるグルコースが酸
化されて、(1)式のごとくH2O2が生成する。次に
このH2O2を(2)式の様に白金電極を用いて酸化し、
この時得られる酸化電流値から試料中のグルコー
ス濃度を知ることができる。あるいはまた、(1)式
におけるO2の減少量を酸素濃度検出電極で測定
する方法もある。
グルコース+O2グルコースオキシダーゼ ――――――――――――→ グルコノラクトン+H2O2 ………(1) H2O2→2H++2e+O2 ………(2) 以上の様な測定を実用的に行うには、酵素の繰
り返し使用を可能にすることが必要であり、その
ために、酵素を固定化し、さらに特定物質検出用
の電極と一体化して適当な酵素反応測定セルに装
着する。測定セルの方式としては回分式と連続送
液式に大別されるが、臨床分析における血糖分析
の様に多数の試料について迅速・簡便な測定が要
求される場合には、連続送液式の測定セルが好都
合である。
従来、連続送液式の酵素反応測定セルとして
は、第1図あるいは第2図に概略を示す構造のも
のがある。第1図に示すセル構造について説明す
るとセル本体1の内部に管状の流路を備え、液入
口側に管3を、液出口側に管4をそれぞれ接続
し、矢印の方向に連続的に送液する(以下、同様
に矢印で送液方向を示す)。酵素反応に対応した
電気化学的な検出は、一例として示したが、本体
の流路2の内壁面に設けた特定物質検出用の電極
(作用極)5、参照極6、対極7からなる電極系
を用いて行なうことができる。この様に管内に電
極系を設けた場合、円滑な流れを得るためには各
電極の構造を円筒状とする必要がある。しかしな
がら、実用的見地からは、円筒構造とするための
工作上の難しさや、一般に広く用いられている酵
素固定化膜についてはこれを装着するのが大変困
難であるなどの欠点を有する。
一方、第2図に示したセル構造は上記欠点が改
良されたものであり(第1図と共通する素子には
同一番号を付し一部説明を略す)、本体1の液流
入口側に接続された管3から本体内の管状流路2
を通つて測定室8に流入し、流路2′から管4へ
と流出する。この構造においては、特定物質検出
用の電極5として、例えば先述のグルコースの場
合の様にH2O2を検出する場合には、円板状の白
金電極上にグルコースオキシダーゼを固定化した
膜を重ね合せて装着し使用することは容易であ
る。また、その着脱も構造上容易である。しかし
ながら、第2図に示した構造においては測定室8
を必要とするため、第1図に示した構造の場合の
様な円滑な液の流れは得られない。すなわち、連
続的な液流に試料を注入し、これを測定室に流入
させた場合、試料を含む液は測定室に滞まり易く
なるため、測定室から完全に流出するまでに長時
間を要することになる。すなわち、電極の応答に
テーリングが生ずる。このことは、多数の試料に
ついて連続的にかつ迅速に測定を行う必要のある
場合には大変不利なことである。この様な欠点を
改良するために測定室の形状を半管状とするなど
も考えられるが、これは、特定物質検出用の電極
の有効面積(被検液に接する面の面積)の減少と
なり、応答感度の低下を招くことになる。また、
第1図に示した構造の場合と同様な円滑な流れは
得られない。
本発明は、以上に述べた諸点について種々改良
し、優れた特性を有する送液式の酵素反応測定セ
ルを提供するものである。
本発明の酵素反応測定セルの特徴は、特定物質
検出用の電極(作用極)を備え、この電極の近傍
に少くとも酵素又は補酵素のいずれかを固定化し
てなり、前記電極に対向して下方に配置したノズ
ル部を有し、ノズル部から電極面に被検液を下か
ら噴出することによりノズル部と電極面との間に
液柱を形成せしめる様にした点にある。
第3図に本発明の一実施例の断面模式図を示
す。被検液は矢印で示すごとく、管17より円筒
形状のノズル部9に設けた管状の流路18を通
り、ノズル部の先端から円板状の特定物質検出用
の電極20の中心部近傍に向けて噴出する。噴出
した被検液は、ノズル部外周面に沿つて流下し、
流路18′から管19へと流出する。定常状態に
おいては、ノズル先端部と特定物質検出用の電極
の間には破線10で示す様な液柱が形成される。
さらには、先述の(1)、(2)式に示す反応で必要な酵
素の補給にも役立つものである。また、液柱の部
分は第2図に示した測定室8に相当するものであ
る。それ故、円滑な流れを得るためには、体積が
小さくかつ安定した液柱を形成する必要がある。
この様な観点から、特定物質検出用の電極を保持
する枠体11の底面12が撥水性である必要があ
る。すなわち、底面12が親水性であると、液柱
は破線で示した様な形状とはならず底面にまで拡
大し、液柱部分の体積が増加する。このため円滑
な流れは損われ、テーリングを生じることにな
る。撥水性の枠体とするには、撥水性の樹脂など
を枠体の材料として使用するか、あるいは枠体の
底面にグリースを塗布するなど種々の方法が考え
られる。
以上に述べた様にセルを構成することにより、
特定物質検出用の電極面に到達した試料液は速や
かに流出するため、迅速な応答が得られ、かつ従
来例に見られる様なテーリングは起こらない。
次に本発明の実施例について述べる。
実施例 1 特定物質検出用の電極(作用極)として次のも
のを作製した。電極担体としてポリカーボネート
多孔質膜(膜厚10μm、孔径2000Å)を用い、こ
の膜の片側面に白金をスパツタリングしてH2O2
検出用の作用極を形成した。次に、この膜にグル
コースオキシダーゼ水溶液(100mg/ml)を20μ
/cm2の割合で展開した後、乾燥し、続いてグル
タルアルデヒドを用いて酵素相互間を架橋し、膜
面上および孔内に固定化した。
このようにして得られた電極を第3図に示す酵
素反応測定セルに組み込んだ。組み込まれた電極
20の白金スパツタ面は、白金板からなるリード
14に接し、内径5mmのゴムパツキン13を介し
てフツ素樹脂製の枠体11で保持した。枠体11
とノズル部9は通気孔16を有する樹脂製ホルダ
ー15に装着されており、これにより、ノズル部
先端と電極20の間隔を適切に保つている。通気
孔16はセル内外の気圧を同一にすることによ
り、管19からの液の流出を円滑にするためのも
のである。電極系は、電極(作用極)20に加え
てノズル部先端に設けた白金対極21、および枠
体11に設けた多孔質セラミツク層を有する
Ag/AgCl参照極22から構成される。流路18
の内径は0.8mm、ノズル部先端と電極20の間隔
を2.5mmとした。
測定は、作用極の電位を+0.60Vvs.Ag/AgCl
に設定し、別に外部に備えた送液ポンプと試料注
入装置により、グルコース水溶液(5×10-3
ル/)の一定量をPH5.6のリン酸緩衝液の流れ
に注入し、管3より測定セル内に導入した。この
様にして得られた電極の応答について、応答電流
と時間の関係を第4図に実線Aで示す。
比較のために、従来の測定セルとして第2図に
示す構造のものを用い、これに上記と全く同様の
作用極を装着してグルコースに対する応答を測定
した。第2図に示す流路2の内径は1mm、測定室
は直径5mm、高さ0.8mmの円柱状となる様に構成
した。これ以外の測定条件は上記と全く同様にし
て行なつた。この様にして得られた従来の測定セ
ルによる電極の応答を第4図のBに破線で示す。
図より明らかなごとく、本発明の酵素反応測定セ
ルによる応答AにおいてはBと比較して、H2O2
の酸化電流の立上りが速やかであり、テーリング
もほとんどなく約8秒後にもとの電流値のレベル
となるなど、高感度でかつ迅速な応答を有するこ
とが判る。これは、すでに述べた様に、本発明の
酵素反応測定セルにおいては、特定物質検出用の
電極の近傍における液流が円滑であることによる
ものである。
実施例 2 アルコール脱水素酵素の活性測定を行うための
特定物質検出用の電極として以下のものを作製し
た。まず、導電性担体として高純度の黒鉛粉末を
成型して直径10mm、厚さ約1mmのデイスク状の電
極を作製し、この平面上に、補酵素としてニコチ
ンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD)の水
溶液(200mg/ml)を15μ展開・乾燥して吸着
固定化し、次に洗浄して余分のNADを除去した。
この電極を実施例1と同様にして、第3図および
第2図に示す構造の酵素反応測定セルに装着し、
送液ポンプで0.01モル/のエタノールを含むPH
7.0のリン酸緩衝液を測定セルに連続的に流し、
この流れに試料としてアルコール脱水素酵素水溶
液を注入し、電極の応答を測定した。実施例1の
結果を同様に、NADHの酸化電流に基づく応答
は、本発明の測定セルにおいては従来の測定セル
に比較して迅速かつ高感度であつた。
以上、実施例に示した様に、本発明の送液式の
酵素反応測定セルを用いることにより、多数の試
料について基質濃度や酵素活性などを迅速に連続
的に測定することができる。
なお、上記実施例においてはノズル部からの被
検液は連続送液式としたが、1回の噴流によつて
液柱が作用極の表面にひろがる程度になつておれ
ば、間けつ的に噴出してもよい。また、特定物質
検出用の電極、対極および参照極などの電極系、
酵素や補酵素については実施例に示したものに限
定されることはなく、酵素反応系、使用条件や目
的等に応じたものを選択すればよい。さらに電極
の構成、装着方法、配置や枠体の材料、およびこ
れらに関連した測定セルの構造については実施例
に限定されることはない。第3図に示した通気孔
16、流路18′の位置、形状は、これに限定さ
れることはなく、本発明の目的に合致するもので
あれば良い。対極の配置については前記実施例に
示したようにノズル部の先端部に限定されること
はなく、作用極に対してノズル部側に設ければよ
い。また、実施例においては3電極系について示
したが、これに限定されることはなく、対極と参
照極を一つの電極で兼用した2電極系を適用する
こともできる。
以上のように本発明の酵素反応測定セルにおい
ては、被検液を作用電極に下から噴射させるもの
であるので、被検液が作用極部で滞留することが
なく速かに流れ、又噴流部は大気とよく接触する
ので酸素の補給も十分となる。したがつて被検液
は速やかにかつ円滑に流れるために、迅速な応答
が得られ、また被検液の入れ換えも容易になり、
正確かつ迅速な測定をすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は従来の異なる実施例の酵
素反応測定セルの断面模式図、第3図は本発明の
一実施例の酵素反応測定セルの断面模式図、第4
図は第3図の酵素反応測定セルにおけるグルコー
スに対する応答電流と時間の関係を示す図であ
る。 9……ノズル部、10……液柱、11……枠
体、12……枠体底面、13……ゴムパツキン、
14……白金板のリード、15……樹脂製ホルダ
ー、16……通気孔、17……管(液入口側)、
18,18′……流路、19……管(液出口側)、
20……作用極、21……対極、22……参照
極。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 少なくとも作用極と対極からなる電極系を有
    し、被検液を噴流する室と、前記室内に下向に露
    出させた前記作用極と、前記作用極に対向して配
    置した被検液を下から噴出するノズル部と、前記
    ノズル部側に配置してなる前記対極と、前記室に
    外気を通ずる通気孔と、前記室内から被検液を流
    出する流路を具備し、前記作用極の近傍に少なく
    とも酵素または補酵素のいずれかを固定化してな
    る酵素反応測定セル。 2 作用極は撥水性を有する枠体で保持されてい
    る特許請求の範囲第1項に記載の酵素反応測定セ
    ル。
JP57072113A 1982-04-28 1982-04-28 酵素反応測定セル Granted JPS58189549A (ja)

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JP57072113A JPS58189549A (ja) 1982-04-28 1982-04-28 酵素反応測定セル

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JP57072113A JPS58189549A (ja) 1982-04-28 1982-04-28 酵素反応測定セル

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JPS58189549A JPS58189549A (ja) 1983-11-05
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