JPH0640086B2 - バイオセンサ - Google Patents
バイオセンサInfo
- Publication number
- JPH0640086B2 JPH0640086B2 JP59030544A JP3054484A JPH0640086B2 JP H0640086 B2 JPH0640086 B2 JP H0640086B2 JP 59030544 A JP59030544 A JP 59030544A JP 3054484 A JP3054484 A JP 3054484A JP H0640086 B2 JPH0640086 B2 JP H0640086B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- dye
- enzyme
- glucose
- blood
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/001—Enzyme electrodes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Zoology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Immunology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、種々の生体試料中の特定成分を迅速かつ容易
に定量することのできるバイオセンサに関するものであ
る。
に定量することのできるバイオセンサに関するものであ
る。
従来例の構成とその問題点 近年、酵素の有する特異的触媒作用を利用した種々のバ
イオセンサが開発され、特に臨床検査分野への応用が試
みられている。検査項目及び検体数が増加している現
在、迅速に精度よく測定できるバイオセンサが望まれて
いる。
イオセンサが開発され、特に臨床検査分野への応用が試
みられている。検査項目及び検体数が増加している現
在、迅速に精度よく測定できるバイオセンサが望まれて
いる。
グルコースセンサに例をとると、糖尿病の増加が激しい
今日、血液中の血糖値を測定し管理するには、以前のよ
うに血液を遠心分離し血漿にして測定するのでは非常に
時間がかかるため、全血で測定できるセンサが要求され
ている。簡易型としては、尿検査の時に使用されている
検査紙と同様に、スティック状の支持体に糖（グルコー
ス）にのみ反応する酵素および酵素反応時又は酵素反応
の生成物により変化する色素を含有する担体を設置した
ものがある。この担体の血液を添加し、一定時間後の色
素の変化を目又は光により測定する方式であるが、血液
中の色素による妨害が大きく精度は低い。
今日、血液中の血糖値を測定し管理するには、以前のよ
うに血液を遠心分離し血漿にして測定するのでは非常に
時間がかかるため、全血で測定できるセンサが要求され
ている。簡易型としては、尿検査の時に使用されている
検査紙と同様に、スティック状の支持体に糖（グルコー
ス）にのみ反応する酵素および酵素反応時又は酵素反応
の生成物により変化する色素を含有する担体を設置した
ものがある。この担体の血液を添加し、一定時間後の色
素の変化を目又は光により測定する方式であるが、血液
中の色素による妨害が大きく精度は低い。
そこで、第１図のような多層式の分析担体が開発されて
いる。透明な支持体１の上に試薬層２，展開層３，防水
層４，過層５が順に積層した構造となっている。血液
サンプルを上部から滴下すると、まず過層５により血
液中の赤血球，血小板などの固形成分が除去され、防水
層４にある小孔４ａから展開層３へ均一に浸透し、試薬
層２において反応が進行する。反応終了後、透明な支持
体を通して矢印の方向から光をあて、分光分析により基
質濃度を測定する方式である。従来の簡易なスティック
状の担体にくらべ、複雑な構造であるが、血球除去など
により精度は向上した。しかし、血液の浸透および反応
に時間がかかるため、サンプルの乾燥を防ぐ防水層４が
必要となったり、反応を速めるために高温でインキュベ
ートする必要があり、装置および担体が複雑化するとい
う問題がある。
いる。透明な支持体１の上に試薬層２，展開層３，防水
層４，過層５が順に積層した構造となっている。血液
サンプルを上部から滴下すると、まず過層５により血
液中の赤血球，血小板などの固形成分が除去され、防水
層４にある小孔４ａから展開層３へ均一に浸透し、試薬
層２において反応が進行する。反応終了後、透明な支持
体を通して矢印の方向から光をあて、分光分析により基
質濃度を測定する方式である。従来の簡易なスティック
状の担体にくらべ、複雑な構造であるが、血球除去など
により精度は向上した。しかし、血液の浸透および反応
に時間がかかるため、サンプルの乾燥を防ぐ防水層４が
必要となったり、反応を速めるために高温でインキュベ
ートする必要があり、装置および担体が複雑化するとい
う問題がある。
最近、酵素反応と電極反応を結びつけて基質濃度を測定
するバイオセンサが開発されている。グルコースセンサ
に例をとると、第２図のように、グルコースオキシダー
ゼ固定化電極６を容器７に入れ、緩衝液８で満たし、ス
ターラ９で撹拌している中に試料液を添加する。グルコ
ースオキシダーゼ固定化電極６には定電圧が印加されて
おり、試料中のグルコースと反応して生成した過酸化水
素を検知して電流が流れ、グルコース濃度が測定でき
る。この方式を用いれば、血液中の色素などに妨害され
ず迅速に測定できる。しかし、撹拌装置が不可欠なため
泡が発生したり、液の乱れが精度に影響するという問題
があった。又希釈しているため、緩衝液の量や試料の添
加量に精度が要求され、操作が複雑化する不都合があっ
た。
するバイオセンサが開発されている。グルコースセンサ
に例をとると、第２図のように、グルコースオキシダー
ゼ固定化電極６を容器７に入れ、緩衝液８で満たし、ス
ターラ９で撹拌している中に試料液を添加する。グルコ
ースオキシダーゼ固定化電極６には定電圧が印加されて
おり、試料中のグルコースと反応して生成した過酸化水
素を検知して電流が流れ、グルコース濃度が測定でき
る。この方式を用いれば、血液中の色素などに妨害され
ず迅速に測定できる。しかし、撹拌装置が不可欠なため
泡が発生したり、液の乱れが精度に影響するという問題
があった。又希釈しているため、緩衝液の量や試料の添
加量に精度が要求され、操作が複雑化する不都合があっ
た。
発明の目的 本発明は、上記の問題点を克服し、生体試料中の特定成
分を小型で簡易に、しかも安定に精度よく測定できるバ
イオセンサを得ることを目的とする。
分を小型で簡易に、しかも安定に精度よく測定できるバ
イオセンサを得ることを目的とする。
発明の構成 本発明のバイオセンサは、絶縁性の基板上に測定極と対
極および参照極からなる電極系を有し、前記電極系を酸
化還元酵素および酸化還元酵素と共役する酸化型色素を
含有する多孔体で被覆したことを特徴とする。
極および参照極からなる電極系を有し、前記電極系を酸
化還元酵素および酸化還元酵素と共役する酸化型色素を
含有する多孔体で被覆したことを特徴とする。
本発明のバイオセンサは、簡易に製造でき、かつこのバ
イオセンサを用いることにより、生体試料を適当量添加
するだけで、試料液の特定成分を高感度に精度よく測定
することができる。
イオセンサを用いることにより、生体試料を適当量添加
するだけで、試料液の特定成分を高感度に精度よく測定
することができる。
実施例の説明 バイオセンサの１つとして、グルコースセンサを例に説
明する。酸化還元酵素としてグルコースオキシダーゼ
を、酸化還元酵素と共役する酸化型色素としてフェリシ
アン化カリウムを用い、電極系を構成する材料として安
定な白金を用いた。第３図にグルコースセンサの一実施
例の模式図を示す。塩化ビニル樹脂からなる絶縁性の基
板１０に白金を埋めこみ測定極１１と対極１２および参
照極１３とした。前記電極系を覆うようにナイロン不織
布１４を設置した。このナイロン不織布１４は、あらか
じめグルコースオキシダーゼとフェリシアン化カリウム
を溶解した液を含浸し、乾燥して作製したものである。
明する。酸化還元酵素としてグルコースオキシダーゼ
を、酸化還元酵素と共役する酸化型色素としてフェリシ
アン化カリウムを用い、電極系を構成する材料として安
定な白金を用いた。第３図にグルコースセンサの一実施
例の模式図を示す。塩化ビニル樹脂からなる絶縁性の基
板１０に白金を埋めこみ測定極１１と対極１２および参
照極１３とした。前記電極系を覆うようにナイロン不織
布１４を設置した。このナイロン不織布１４は、あらか
じめグルコースオキシダーゼとフェリシアン化カリウム
を溶解した液を含浸し、乾燥して作製したものである。
このナイロン不織布１４上にグルコース標準液を添加
し、充分浸透させた後、参照極１３を基準に測定極１１
の電圧を０〜＋０．５Ｖの間で鋸歯状に０．１Ｖ／秒で
変化させた。添加されたグルコースがナイロン不織布１
４に担持されているグルコースオキシダーゼ１５により
酸化される際、酵素−色素共役反応によりフェリシアン
化カリウム１６が還元され、この反応によって生成され
るフェロシアン化カリウムを測定極１１の電圧を掃引す
ることにより酸化し、その時酸化電流が流れる。この酸
化電流は色素の変化量に比例し、色素が充分に存在すれ
ば色素の変化量は基質濃度に対応するため、電流値を測
定すると基質であるグルコースの濃度が検知できる。得
られた電流値と添加したグルコース濃度は、５００mg／
dlまで非常により直線性を示した。又ナイロン不織布１
４は測定のたびに交換したが、再現性も良好であった。
又、グルコース標準液の添加量を２０〜１４０μｌの範
囲で変化させたが、添加量に関係なく一定の値を示し
た。
し、充分浸透させた後、参照極１３を基準に測定極１１
の電圧を０〜＋０．５Ｖの間で鋸歯状に０．１Ｖ／秒で
変化させた。添加されたグルコースがナイロン不織布１
４に担持されているグルコースオキシダーゼ１５により
酸化される際、酵素−色素共役反応によりフェリシアン
化カリウム１６が還元され、この反応によって生成され
るフェロシアン化カリウムを測定極１１の電圧を掃引す
ることにより酸化し、その時酸化電流が流れる。この酸
化電流は色素の変化量に比例し、色素が充分に存在すれ
ば色素の変化量は基質濃度に対応するため、電流値を測
定すると基質であるグルコースの濃度が検知できる。得
られた電流値と添加したグルコース濃度は、５００mg／
dlまで非常により直線性を示した。又ナイロン不織布１
４は測定のたびに交換したが、再現性も良好であった。
又、グルコース標準液の添加量を２０〜１４０μｌの範
囲で変化させたが、添加量に関係なく一定の値を示し
た。
測定極及び対極からなる２電極系においても測定が可能
であるが、対極が少なくとも測定極の２倍以上の面積に
しないと安定した電流値が得られなかった。これは、基
準となる対極の電位が電流を流すことにより動いてしま
うからである。又、銀塩化銀を対極に用いると電位は安
定するが、製造する手間および組み込みの点で不便であ
った。
であるが、対極が少なくとも測定極の２倍以上の面積に
しないと安定した電流値が得られなかった。これは、基
準となる対極の電位が電流を流すことにより動いてしま
うからである。又、銀塩化銀を対極に用いると電位は安
定するが、製造する手間および組み込みの点で不便であ
った。
参照極を設置して３電極系にすることによって電位が安
定し、測定極，対極，参照極が同面積でも精度よく測定
することが可能となった。これにより、小型化が可能と
なった。
定し、測定極，対極，参照極が同面積でも精度よく測定
することが可能となった。これにより、小型化が可能と
なった。
第４図は塩化ビニル樹脂よりなる絶縁性基板１７の上に
白金をスパッタ法あるいは蒸着法により測定極１８と対
極１９および参照極２０を薄膜状に形成した例を示す。
スパッタすることにより電極面積を自由に調節でき、特
に同一の電極を大量に製造する時、効果が大であった。
この上に点線で示すように酵素と酸化型色素を保持した
ナイロン不織布をのせ試料を添加すると、第３図の電極
と同様に良い応答が得られたため、電極毎交換すること
も可能となった。
白金をスパッタ法あるいは蒸着法により測定極１８と対
極１９および参照極２０を薄膜状に形成した例を示す。
スパッタすることにより電極面積を自由に調節でき、特
に同一の電極を大量に製造する時、効果が大であった。
この上に点線で示すように酵素と酸化型色素を保持した
ナイロン不織布をのせ試料を添加すると、第３図の電極
と同様に良い応答が得られたため、電極毎交換すること
も可能となった。
酸化型色素としては、上記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、反応速度が早いので高速化に適してい
る。又、２，６−ジクロロフェノールインドフェノー
ル，メチレンブルー，フェナジンメトサルフェート，β
−ナフトキノン４−スルホン酸カリウムなども使用でき
る。
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、反応速度が早いので高速化に適してい
る。又、２，６−ジクロロフェノールインドフェノー
ル，メチレンブルー，フェナジンメトサルフェート，β
−ナフトキノン４−スルホン酸カリウムなども使用でき
る。
酸化型色素および酵素を含む多孔体は、試料液をすみや
かに吸収して酵素反応をおこなわせることができるよう
に、親水性の多孔体膜であることが望ましい。たとえ
ば、ろ紙やパルプの不織布，ガラスの多孔体，セラミッ
ク多孔体などを用いると、試料液が均一にすばやく浸透
し再現性も良好であった。さらにナイロン不織布におい
て、界面活性剤で処理したものは、処理しなかったもの
よりすみやかに液が浸透し、再現性が向上した。
かに吸収して酵素反応をおこなわせることができるよう
に、親水性の多孔体膜であることが望ましい。たとえ
ば、ろ紙やパルプの不織布，ガラスの多孔体，セラミッ
ク多孔体などを用いると、試料液が均一にすばやく浸透
し再現性も良好であった。さらにナイロン不織布におい
て、界面活性剤で処理したものは、処理しなかったもの
よりすみやかに液が浸透し、再現性が向上した。
酸化型色素と酵素を細かく粉砕後加圧して成形体として
電極上に設置することもできる。この加圧成形体に血液
を添加すると、すみやかに浸透し迅速に反応した。な
お、酸化型色素と酵素を加圧成形する際、SiO２のよう
な結着剤を少量混合すると、成形体の強度が増すので取
り扱いが簡易となる。結着剤としては、酵素反応及び電
極反応に無関係で親水性のものが適している。
電極上に設置することもできる。この加圧成形体に血液
を添加すると、すみやかに浸透し迅速に反応した。な
お、酸化型色素と酵素を加圧成形する際、SiO２のよう
な結着剤を少量混合すると、成形体の強度が増すので取
り扱いが簡易となる。結着剤としては、酵素反応及び電
極反応に無関係で親水性のものが適している。
酸化型色素および酵素は、なるべく血液の液体成分に早
く溶ける状態におくことが望ましい。そこで、色素の溶
液をナイロン不織布に浸漬後、ドライヤーにより熱風乾
燥すると、真空乾燥したものより非常に細かい結晶とな
り、液体にとけやすくなった。又、色素の溶液を浸漬し
たナイロン不織布を、エタノールのような水にとける有
機溶媒中に浸漬後、真空乾燥すると、さらに細かい結晶
を担持することができた。酵素は熱などにより活性が失
活するので、浸漬後真空乾燥を行なった。
く溶ける状態におくことが望ましい。そこで、色素の溶
液をナイロン不織布に浸漬後、ドライヤーにより熱風乾
燥すると、真空乾燥したものより非常に細かい結晶とな
り、液体にとけやすくなった。又、色素の溶液を浸漬し
たナイロン不織布を、エタノールのような水にとける有
機溶媒中に浸漬後、真空乾燥すると、さらに細かい結晶
を担持することができた。酵素は熱などにより活性が失
活するので、浸漬後真空乾燥を行なった。
第５図は、第３図と同じ電極系の上に、グルコースオキ
シダーゼ１５を含浸後真空乾燥により担持したナイロン
不織布２１を、さらにその上部にフェリシアン化カリウ
ム１６を含浸後エタノールに浸漬し乾燥して担持したナ
イロン不織布２２を設置した例を示す。血液を添加する
と、フェリシアン化カリウムがすみやかに溶け、グルコ
ースオキシダーゼの層に浸透するため、反応時間が約１
分間と短く、再現性も良好であった。グルコースオキシ
ダーゼの層とフェリシアン化カリウムの層を逆に設置し
ても同様に迅速に反応した。
シダーゼ１５を含浸後真空乾燥により担持したナイロン
不織布２１を、さらにその上部にフェリシアン化カリウ
ム１６を含浸後エタノールに浸漬し乾燥して担持したナ
イロン不織布２２を設置した例を示す。血液を添加する
と、フェリシアン化カリウムがすみやかに溶け、グルコ
ースオキシダーゼの層に浸透するため、反応時間が約１
分間と短く、再現性も良好であった。グルコースオキシ
ダーゼの層とフェリシアン化カリウムの層を逆に設置し
ても同様に迅速に反応した。
本発明のセンサは、グルコースに限らず、アルコールセ
ンサや、鮮度に関係するイノシンセンサなど酸化還元酵
素の関与する系に用いることができる。酵素は固定して
担持してもよく、固定化することにより、酵素の活性を
長期間安定に保持することができる。
ンサや、鮮度に関係するイノシンセンサなど酸化還元酵
素の関与する系に用いることができる。酵素は固定して
担持してもよく、固定化することにより、酵素の活性を
長期間安定に保持することができる。
発明の効果 測定極と対極および参照極からなる電極系に酸化還元酵
素と酸化還元酵素と共役する色素を含んだ親水性の多孔
体を設置し、直接試料液を添加して測定することによ
り、微量の試料液を感度よく測定できるようになった。
素と酸化還元酵素と共役する色素を含んだ親水性の多孔
体を設置し、直接試料液を添加して測定することによ
り、微量の試料液を感度よく測定できるようになった。
第１図及び第２図は従来のグルコースセンサの構成を示
す略図、第３図は本発明の一実施例のグルコースセンサ
の断面模式図、第４図は他の例の要部の平面図、第５図
はさらに他の例の断面模式図である。 １０……基板、１１……測定極、１２……対極、１３…
…参照極、１４……多孔体、１５……酵素、１６……色
素。
す略図、第３図は本発明の一実施例のグルコースセンサ
の断面模式図、第４図は他の例の要部の平面図、第５図
はさらに他の例の断面模式図である。 １０……基板、１１……測定極、１２……対極、１３…
…参照極、１４……多孔体、１５……酵素、１６……色
素。
Claims (2)
- 【請求項１】絶縁性の基板上に測定極と対極および参照
極からなる電極系を設け、この電極系を酸化還元酵素お
よび酸化還元酵素と共役する酸化型色素を含有する多孔
体を乾燥状態で被覆したバイオセンサ。 - 【請求項２】多孔体が親水性多孔体膜である特許請求の
範囲第１項記載のバイオセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59030544A JPH0640086B2 (ja) | 1984-02-20 | 1984-02-20 | バイオセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59030544A JPH0640086B2 (ja) | 1984-02-20 | 1984-02-20 | バイオセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60173459A JPS60173459A (ja) | 1985-09-06 |
| JPH0640086B2 true JPH0640086B2 (ja) | 1994-05-25 |
Family
ID=12306730
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59030544A Expired - Lifetime JPH0640086B2 (ja) | 1984-02-20 | 1984-02-20 | バイオセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0640086B2 (ja) |
Families Citing this family (41)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB8523631D0 (en) * | 1985-09-25 | 1985-10-30 | Pena Ltd Paul De | Bioelectrochemical cell |
| JPH0654304B2 (ja) * | 1986-08-28 | 1994-07-20 | 松下電器産業株式会社 | バイオセンサ |
| JP2574347B2 (ja) * | 1987-12-15 | 1997-01-22 | 松下電器産業株式会社 | バイオセンサ |
| USRE36268E (en) * | 1988-03-15 | 1999-08-17 | Boehringer Mannheim Corporation | Method and apparatus for amperometric diagnostic analysis |
| JPH02110362A (ja) * | 1988-10-20 | 1990-04-23 | Omron Tateisi Electron Co | 酵素電極 |
| US5508171A (en) * | 1989-12-15 | 1996-04-16 | Boehringer Mannheim Corporation | Assay method with enzyme electrode system |
| CA2069946C (en) * | 1989-12-15 | 1999-01-26 | Klaus H. Pollmann | Redox mediator reagent and biosensor |
| JP2702818B2 (ja) * | 1991-03-26 | 1998-01-26 | 松下電器産業株式会社 | バイオセンサおよびその製造法 |
| US5997817A (en) | 1997-12-05 | 1999-12-07 | Roche Diagnostics Corporation | Electrochemical biosensor test strip |
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| US8480580B2 (en) | 1998-04-30 | 2013-07-09 | Abbott Diabetes Care Inc. | Analyte monitoring device and methods of use |
| US8974386B2 (en) | 1998-04-30 | 2015-03-10 | Abbott Diabetes Care Inc. | Analyte monitoring device and methods of use |
| US9066695B2 (en) | 1998-04-30 | 2015-06-30 | Abbott Diabetes Care Inc. | Analyte monitoring device and methods of use |
| US8688188B2 (en) | 1998-04-30 | 2014-04-01 | Abbott Diabetes Care Inc. | Analyte monitoring device and methods of use |
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| US6338790B1 (en) | 1998-10-08 | 2002-01-15 | Therasense, Inc. | Small volume in vitro analyte sensor with diffusible or non-leachable redox mediator |
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| JPH043500A (ja) * | 1990-04-19 | 1992-01-08 | Mitsubishi Electric Corp | 電子部品実装機の吸着ノズル |
-
1984
- 1984-02-20 JP JP59030544A patent/JPH0640086B2/ja not_active Expired - Lifetime
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|---|---|
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