JPH0640089B2 - バイオセンサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はバイオセンサに関し、生体試料中の特定成分を
検知することが可能であり、医療分野や食品工学などに
幅広く応用できるものである。

従来の技術 医療技術の進歩とともに、血液や尿中の特定成分を測定
することにより健康のチェック，病気の状態，治療の効
果などがわかるようになった。しかし、従来は病院の臨
床検査室で大型の機械や複雑な手法で調べているため時
間や費用がかかるという問題があった。そこで、もっと
簡易にその場で測定できるセンサが望まれている。その
１つの試みとして第２図のような多層式の分析担体が提
案されている。透明な支持体１２の上に試薬層１３，展
開層１４，防水層１５，濾過層１６が順に積層した構造
になっている。血液サンプルを上部から滴下すると、ま
ず濾過層１６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１５にある小孔から展開層１４
へ均一に浸透し、試薬層１３において反応が進行する。
反応終了後透明な支持体１２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。

発明が解決しようとする問題点 この方式は微量の血液を滴下することにより、簡易に測
定できるというメリットがある。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１５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。

本発明のバイオセンサは、上記の問題点である装置や担
体の複雑化をさけ、簡易な装置および担体で迅速に精度
よく基質が測定できることを目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明のバイオセンサは上記の目的を達成するため電極
部の上に保液層，濾過層，反応層および試料添加層を設
けたものである。

作 用 このようなセンサに血液を滴下すると試料添加層で均一
にひろがり、すみやかに反応層へ供給される。反応層で
酸化還元酵素および前記酵素と共役する酸化型色素がす
みやかに反応する。次に濾過層において赤血球および血
小板が濾過される。さらに、何も担持されていない保液
層が濾過された反応液をすみやかに電極部に誘導し、そ
こで電極反応により反応量を検知する。このように、短
時間で血液サンプルが反応し、濾過されるため、簡易な
装置および担体で精度よく基質の測定が可能となった。

実施例 以下バイオセンサの１つとして、グルコースセンサを例
に具体的に説明する。

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
ウムを用いた。第１図にグルコースセンサの一実施例の
模式図を互いに直交した面の断面図Ａ，Ｂで示す。電極
部はポリ塩化ビニル樹脂からなる絶縁性の基板１に、空
間部２として幅３．４mm、深さ０．１５mmの溝を形成
し、白金を埋めこんで、測定極３，対極４，および参照
極５からなる電極系を構成した。前記電極系を覆うよう
に枠体１０および１１に試料添加層９，反応層８，濾過
層７，保液層６をはさんだ測定チップを設置する。試料
添加層９はセルロースの織物であるハイゼガーゼ（旭化
成工業（株）製）からなる。反応層８はパルプの不織布
からなり、グルコースオキシダーゼ２００mgとフェリシ
アン化カリウム４００mgをそれぞれリン酸緩衝液（ｐＨ
５．６）１ccに溶かした高濃度の溶液を含浸し、エタノ
ールのような水に対する溶解度の大きい有機溶媒中に浸
漬後真空乾燥してグルコースオキシダーゼおよびフェリ
シアン化カリウムの細かい結晶を高密度に担持してい
る。濾過層７は孔径１μｍのポリカーボネート多孔体膜
で、血液中の赤血球などの固形成分を除去する。保液層
６として、幅２mmの帯状のレーヨン紙を用いた。レーヨ
ン紙の面端は枠体に固定されており、電極部の幅３．４
mmの溝の内部にはまりこむような位置に保持されてい
る。測定チップの濾過層７が、電極部の溝以外の部分に
よって第１図の断面Ｂのように支えられている。上記の
試料添加層９，反応層８，濾過層７，保液層６を枠体１
０，１１を用いて圧着またはエポキシ樹脂等の接着剤に
より固定している。

試料液添加層９に、血液３０μｌを添加し充分浸透させ
た後、参照極５を基準に測定極３の電圧を０〜＋０．１
Ｖの間で鋸歯状に０．１Ｖ／秒で変化させた。この場
合、白金からなる参照極５の電位は試料液に溶解してい
るフェリシアン化カリウムとフェロシアン化カリウムの
濃度比で決定される。添加された血液がハイゼガーゼ９
により全面にひろがり反応層８に供給される。血液中の
グルコースが、パルプの不織布８に担持されているグル
コースオキシダーゼ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が還元され、フェ
ロシアン化カリウムが生成する。続いて、反応した血液
がポリカーボネート多孔体膜７を通過する際、赤血球な
どの大きな固形成分が濾過される。血液のような高粘度
でかつ微量のサンプルを濾過させるのはむずかしいが、
下にレーヨン紙６のような親水性の薄膜を設置すること
により、すみやかに濾過できる。さらに、濾過された反
応液は、帯状のレーヨン紙を均一にひろがり、その下の
電極部に供給される。反応液中のフェロシアン化カリウ
ムを測定極３の電圧を掃引することにより酸化し、その
時流れる酸化電流を測定する。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、グルコースの濃度が検知でき
る。このグルコースセンサを用いると、４００mg／dlと
いう高濃度のグルコースが２分という短時間で測定でき
た。これは、従来例のように濾過して反応を行なわせる
のではなく、まず、反応を行なわせる構成であり、高濃
度の基質に充分対応できる酵素と色素がとけやすい状態
で担持されているため短時間で反応が終了したと考えら
れる。さらに、反応層８の上に血液と親和性の高いハイ
ゼガーゼ９を設置しているため、高粘度の血液でもすみ
やかに全面に広がり反応層８に供給されるため、わずか
１５μｌという微量な血液でも安定した応答電流が得ら
れるようになった。ハイゼガーゼ９のない場合は、血液
が高粘度の場合反応層８上でのひろがりが悪く、反応液
が電極部に達するのに１分近く必要とするものがある。
ハイゼガーゼ９を上に設置すると添加した血液は１秒以
内に全面にひろがって反応層へ供給され、約３０秒でほ
とんどの血液サンプルの反応液が電極部に達した。反応
層８に界面活性剤を担持すると、血液のひろがり、浸透
は改善されるが、界面活性剤の濃度によっては溶血がお
こるため測定誤差が生じることがある。しかし、ハイゼ
ガーゼ９を用いることにより、反応層８に界面活性剤を
担持する必要がなくなり、溶血はみられず反応層中を血
液が均一に浸透するため、再現性の良い応答が得られ
た。さらに、血液の添加の際、指に針をさして採血し直
接測定する場合、反応層８が直接指に触れると傷口に酵
素や色素が溶解して汚染の危険性があるが、ハイゼガー
ゼ９を設置することにより安全に血液の添加が可能とな
った。

試料添加層９として、実施例ではハイゼガーゼを用い
た。この多孔体膜は、脱脂した綿の長繊維からなる不織
布であり、高純度のセルロースのため、非常に血液に対
して親和性が高い。また、長繊維を加工した不織布のた
め、添加した血液は直径５mmの面積であれば、１秒以内
という早さで全面に広がるため、高粘度の血液でも微量
のサンプルを有効に反応層へ供給することができた。さ
らに、多孔度の大きい不織布のため添加した血液が試料
添加層９で保持され反応層への供給が妨害されることも
なかった。ハイゼガーゼの他にも、綿から作られた不織
布，パルプの不織布なども使用できた。

実施例では、枠体１０，１１に反応層８などともに試料
添加層９を組み込んだが、保液層６，濾過層７，反応層
８を枠体に組み込んだのち、試料保液層９を落としこん
で設置してもよい。

本発明のバイオセンサは、試料液以外の希釈液などは必
要としないため、血液の添加量を１５〜１００μｌに変
化させたところ、同一の血液では添加量に関係なく一定
の値を示した。このため、添加量を正確にする必要がな
く、微量の血液を添加するだけで簡易に測定が可能とな
った。さらに、高濃度の酵素および酸化型色素を用いる
ことにより２分という短時間で反応が終了しているた
め、高温でインキュベートするための装置や蒸発を防ぐ
防水層が不要で、簡易な装置および担体で精度よく測定
できた。

色素としては、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。

なお、上記実施例におけるセンサはグルコースに限ら
ず、アルコールセンサやコレステーロールセンサなど、
酸化還元酵素の関与する系に用いることができる。酸化
還元酵素として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，キサンチ
ンオキシダーゼ，コレステロールオキシダーゼ等も用い
られる。なお酵素は架橋剤等で固定化しても用いること
ができた。

発明の効果 このように本発明のバイオセンサによれば、直接微量な
サンプルを滴下するだけで、特定成分を短時間に精度よ
く測定することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，Ｂは本発明の一実施例のグルコースセンサを
直交した面で破断した断面模式図、第２図は従来のバイ
オセンサの模式図である。 １……基板、２……溝、３……測定極、４……対極、５
……参照極、６……保液層、７……濾過層、８……反応
層、９……試料添加層、１０，11……枠体、１２……支
持体、１３……試薬層、14……展開層、１５……濾過
層、１６……防水層。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁性の基板に測定極，対極および参照極
   からなる電極系を設けた電極部の上に、空間部を介して
   保液層と多孔体膜からなる濾過層および酸化還元酵素
   と、前記酵素と共役する酸化型色素を含んだ反応層を枠
   体にはさんで設置し、さらにその上部に親水性の多孔体
   からなる試料添加層を設けたことを特徴とするバイオセ
   ンサ。
2. 【請求項２】試料添加層がセルロースよりなることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のバイオセンサ。