JPH04121652A - バイオセンサ - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は食品分析、医療分析、環境分析等の分野におい
て、液体状の試料をセンサ部に滴下するだけで微量の、
しかも複数の特定成分を定量することができるバイオセ
ンサに関する。

（従来の技術） 従来、環境中や生体試料中の特定成分を複雑な前処理を
行なうことなく高精度に測定する手段として、第２図に
示すようなバイオセンサが特開昭５９−１６６８５２号
において提案されている。

絶縁性基板８にリード線１１．１２をそれぞれ有する白
金などからなる測定極９および対極１０を埋設し、それ
らの電極系の上部を酸化還元酵素を担持させた多孔体１
３で覆ったものである。試料液を多孔体１３に滴下する
と、試料液中に酸化還元酵素が溶解し、試料液中の基質
との間で酵素反応が進行し過酸化水素が発生する。この
過酸化水素を電気化学的に酸化し、この特待られる酸化
電流値から試料液中の基質濃度を求めるものである。

（発明が解決しようとする課Ｂ） このような従来の構成のバイオセンサでは、本質的には
一種類の目的物質の定量しか行なえず、複数種類の酵素
を用いたとしても、これらの酵素系から誘導された一種
類の目的物質の定量か、あるいは多種類の目的物質の総
量でしか定量することができなかった。従って複数種類
の目的物質を分離して検出するには目的物質の種類の数
に応じたセンサを用意しなければならなかった。また、
大きな電極出力を得るためには、電極表面積を大きくす
る必要から形状を大きくセざるを得なかった。

本発明は上記問題点を解消し、−組の電極系で複数種類
の目的物質の濃度を高感度に検出できるバイオセンサを
提供しようとするものである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明は、少くとも測定極と対
極とを有する電極系、および酵素、微生物等の生体関連
物質を備え、試料液中の基質と前記生体関連物質との反
応により生じる反応生成物の濃度変化を電気化学的に検
出するバイオセンサにおいて、前記測定極および対極の
中、少な（とも一方は導電性もしくは導電処理した基質
透過性の多孔体で構成すると共に、はぼ同一平面上に配
置し、該測定極および対極を挟んで両側に互いに種類の
異なる酵素、微生物等の生体関連物質を担持させた多孔
体よりなる層を設けた構成としたものである。

また上記構成のバイオセンサにおいて、前記生体関連物
質を担持させた多孔体よりなる層に、生体関連物質に加
えて酸化型電子受容体をも担持させた構成にしたもので
ある。

（作　用） 上記のような構成にすることにより、担持させた生体関
連物質に対応する複数の基質を含む試料液を電極系の上
側に配置した多孔体の層に滴下すると、核層の生体関連
物質とこれに対応する基質との反応は速やかに開始し、
一方試料液が基質透過性の電極部を通過して電極系の下
側に配置した多孔体の層に達するとこの層の生体関連物
質とそれに対応する試料液中の基質との反応が、上記上
側の層における反応より遅れて開始する。

このように反応開始時刻に時間差を住じるので、それぞ
れの反応開始時刻に対応して電極系に逐次パルス電圧を
印加すると、まず第１のパルス電圧により上側の多孔体
に担持させた生体関連物質に対応する基質の濃度に比例
する応答電流が、次に第２のパルス電圧により、上記応
答電流と、下側の多孔体に担持させた生体関連物質に対
応する基質の濃度に比例する電流との和に相当する応答
電流が得られる。従って後者の基質の濃度は再応答゛電
流の差として検出することが可能となる。

（実施例） 第１図に本発明の一実施例、グルコース、ピルビン酸セ
ンサを示す。同図（ａ）はその断面図、同図（ロ）はそ
の主要部の分解図である。１は測定極でありポリエステ
ルの基布に白金をスパッタリング（膜厚０．２μｓ）し
た導電処理クロスに吸水性高分子を含浸させたもの、２
は対極でリボン状カーボン、３はグルコースオキシダー
ゼを固定化したトリアセチルセルロース膜、４はピルビ
ル酸オキシダーゼを固定化したトリアセチルセルロース
膜、５は絶縁性支持体、６および７はそれぞれ測定極１
および対極２のリード線である。

上記のように構成したセンサにグルコースとピルビン酸
を含む試料液を滴下すると、トリアセチルセルロース膜
３において、まず、試料液中のグルコースがグルコース
オキシダーゼによって分解され過酸化水素を発生する。

一方試料液中のピルビン酸はグルコースオキシダーゼと
は反応せず、吸水性高分子を含んだ導電処理クロスより
なる測定極ｌを通過し、その下側のトリアセチルセルロ
ース膜４に達しここでピルビン酸オキシダーゼによって
分解され、過酸化水素を発生する。それぞれの過酸水素
の発生には、時間的遅れが存在するが、試料液滴下直後
測定極に対極に対し７００＋Ｖ、パルス幅２００ｍ５の
パルス電圧を印加するとグルコースの分解により最初に
発生した過酸化水素が電気化学的に酸化され、酸化に伴
う応答電流を生じるのでまずこれを測定する。次にたと
えば２秒後に再び上記と同様なパルス電圧を印加すると
、この時点ではピルビン酸の分解による過酸化水素も発
生しており、両過酸化水素の濃度の和に対応する応答電
流を生じる。この結果箱１のパルス電圧による応答電流
はグルコースの濃度に、第２のパルス電圧による応答電
流はグルコースの濃度とピルビン酸の濃度の和に対応し
たものとなる。従って両応答電流の差がピルビン酸の濃
度に対応したものとしてとらえられる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明の構成によるバイオセンサは
測定極および対極の中、少なくとも一方は基質透過性の
多孔体で構成し、電極系を挾んで両側に互いに異なる種
類の生体関連物質を担持させた多孔体の層を設けている
ので、試料液中の基質が電極系を通過する際の時間遅れ
を利用した検出が可能となり、−組の電極系でありなが
ら、複数種類の基質の濃度を分離測定を行なわせること
ができる。なお、生体関連物質の種類により反応速度に
遅速がある場合は、反応速度の速い生体関連物質を電極
系の前面の多孔体の層に、反応速度の遅い生体関連物質
を電極系の背面の多孔体の層に担持させることが分離測
定上望ましい。

本発明の電極系の少なくとも一方の電極は、基質透過性
の導電性または導電処理した多孔体で構成されることか
ら生体関連物質と基質との反応による反応生成物との接
触面積は一般の導体を用いた電極系の場合に較べ著しく
大きくなり、形状を大きくすることなく高感度なセンサ
を作ることができる。

なお上記の実施例では、電気化学的に検出される反応生
成物が過酸化水素の場合について説明したが、生体関連
物質による酸化反応において溶存酸素が少なく充分な酸
化が得られないような場合、また電極電圧の印加により
目的外の電気化学的反応による生成物を生じないよう極
力印加電圧値を低（したい場合など、生体関連物質を担
持させた多孔体の層に酸化型電子受容体をも担持させる
構成が有効である。

例えば生体関連物質として酸化還元酸素を用いる場合、
酸化型電子受容体、フェリシアン化カリウムを共存させ
ると、この電子受容体は、基質との酸化反応に伴って還
元型電子受容体、フェロシアン化カリウムに変じ、この
フェロシアン化カリウムが前述の過酸化水素と同等な電
気化学的役目を果たし、電極系への電圧印加により同様
な応答電流を得ることができる。この還元型電子受容体
、フェロシアン化カリウムの場合、必要な電圧（酸化電
位）は３００ｍＶであり、過酸化水素の場合の７００ｍ
Ｖの半分以下に抑制することができる。

上記説明中、電極系としては測定極および対極のみに言
及したが特に精度を必要とする場合は、よく知られてい
るように参考極を併設した構造が有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のバイオセンサを示す。同図
（帽よその縦断面図、同図（ｂ）はその主要部の分解図
である。第２図は従来のバイオセンサの縦断面図である
。 １．９・・・測定極、２，１ｏ・・・対極、３．４・・
・互いに異なる種類の生体関連物質を担持させた多孔体
よりなる層、 ３・・・酸化還元酵素を担持させた 多孔体。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも測定極と対極とを有する電極系、およ
   び酵素、微生物等の生体関連物質を備え、試料液中の基
   質と前記生体関連物質との反応により生じる反応生成物
   の濃度変化を電気化学的に検出するバイオセンサにおい
   て、 前記測定極および対極の中、少なくとも一方は、導電性
   もしくは導電処理した基質透過性の多孔体で構成すると
   共に、該測定極および対極をほぼ同一平面上に配置し、
   これら両極を挟んで両側に互いに異なる種類の酵素、微
   生物等の生体関連物質を担持させた多孔体よりなる層を
   設けたことを特徴とするバイオセンサ。
2. （２）請求項第１項記載のバイオセンサにおいて、前記
   生体関連物質を担持させた多孔体よりなる層に、生体関
   連物質に加えて酸化型電子受容体をも担持させたことを
   特徴とするバイオセンサ。