JPH0652248B2

JPH0652248B2 - バイオセンサ

Info

Publication number: JPH0652248B2
Application number: JP63255161A
Authority: JP
Inventors: 真理子河栗; 真由美藤田; 史朗南海; 孝志飯島
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-10-11
Filing date: 1988-10-11
Publication date: 1994-07-06
Anticipated expiration: 2009-07-06
Also published as: JPH02102448A

Description

【発明の詳細な説明】産業上利用分野本発明は、種々の微量の生体試料中の特定成分につい
て、試料液を希釈することなく迅速かつ簡便に定量する
ことのできるバイオセンサに関する。

従来の技術従来、血液などの生体試料中の特定成分について、試料
液の希釈や攪拌などを行なう事なく簡易に定量しうる方
式として、第５図に示すようなバイオセンサを提案し
た。このバイオセンサは、絶縁性の基板１上にスクリー
ン印刷等の方法でカーボンなどからなる電極系２，３を
形成し、前記電極上に親水性高分子と酸化還元酵素と電
子受容体からなる酵素反応層５を形成したものである。
試料液を酵素反応層へ滴下すると、酸化還元酵素と電子
受容体が試料液に溶解し、試料液中の基質との間で酵素
反応が進行し電子受容体が還元される。反応終了後、こ
のとき得られる酸化電流値から試料液中の基質濃度を求
める。

発明が解決しようとする課題しかしながら、この様な従来の構成では、反応時の外気
及び試料液の温度により酵素反応及び電極反応が影響さ
れて応答がばらついた。

課題を解決するための手段本発明は上記課題を解決するために、絶縁性の基板上に
少なくとも測定極と対極からなる電極系を設け、酵素と
電子受容体と試料液の反応に際しての物質濃度変化を電
気化学的に前記電極系で検知し、試料液中の基質濃度を
測定するバイオセンサにおいて、前記電極系の表面に酸
化還元酵素と親水性高分子及び電子受容体を含む酵素反
応層を形成し、さらに溶解時に発熱反応をする物質を付
加するものである。

作用本発明によれば、電極系をも含めたディスポーザブルタ
イプのバイオセンサを構成することができ、試料液をセ
ンサに添加することにより、極めて容易に基質濃度を測
定することができる。しかも、試料の添加時に付加した
物質が発熱して外気や試料の温度の影響を緩和するた
め、安定した応答が得られる。

実施例以下に、本発明の実施例を説明する。

実施例１バイオセンサの一例として、グルコースセンサについて
説明する。第１図及び第２図は、グルコースセンサの一
実施例について示したもので、構成部分の斜視図と縦断
面図である。ポリエチレンテレフタレートからなる絶縁
性の基板１に、スクリーン印刷により導電性カーボンペ
ーストを印刷し、加熱乾燥することにより、対極２、測
定極３からなる電極系を形成する。次に、電極系を部分
的に覆い、各々の電極の電気化学的に作用する部分とな
る２′、３′（各１）を残すように、絶縁性ペーストを
前記と同様に印刷し、加熱処理をして絶縁層４を形成す
る。この電極系（２′、３′）の表面を覆うようにセル
ロース系の親水性高分子の一種であるＣＭＣ（カルボキ
シメチルセルロース）の水溶液を塗布し、４５℃で３０
分乾燥した。得られたＣＭＣ層の上に酸化還元酵素とし
てグルコースオキシダーゼ（ＧＯＤ）をpH5.6のリン酸
緩衝液に溶解したものを塗布した後、室温で乾燥した。
その上に有機溶媒としてトルエンに電子受容体であるフ
ェリシアン化カリウムの微結晶を混ぜたものを滴下し、
室温で放置してトルエンを気化させることにより酵素反
応層を形成した。さらに、電極の近くに塩化マグネシウ
ム６を担持した。

上記のように構成したグルコースセンサに試料液として
グルコース標準液を１０μｌ滴下し、２分後に対極を基
準にして測定極にアノード方向へ＋0.6Ｖのパルス電圧
を印加し５秒後の電流を測定する。グルコース標準液に
フェリシアン化カリウムが溶解し、ＧＯＤによりグルコ
ースが酸化され、このときフェリシアン化カリウムがフ
ェロシアン化カリウムに還元される。そこで、上記のパ
ルス電圧の印加により、生成したフェロシアン化カリウ
ムの濃度に基づく酸化電流が得られ、この電流値は基質
であるグルコースの濃度に対応する。グルコースの標準
液を滴下し応答電流を測定したところ５００mg／dlとい
う高濃度まで良好な直線性が得られた。さらに、反応の
際、付加した塩化マグネシウムが同時に溶けて発熱し、
酵素反応を促進するため、１００mg／dlのグルコース濃
度において反応終了時間が３０秒も速くなった。上記の
グルコースセンサに血液サンプルを１０μｌ滴下して２
分後の応答電流を測定すると、非常に再現性のよい応答
が得られた。また、外気の温度を、１５度〜３０度にか
えてフェリシアン化カリウムとフェロシアン化カリウム
等のモル溶液を用いて測定したところ、塩化マグネシウ
ムを付加した場合としない場合では第３図に示すように
応答に差が見られた。これは、温度に酵素反応が影響さ
れると同時に、電極反応も温度に依存しているためであ
る。塩化マグネシウムを担持することにより温度の影響
を緩和することができた。温度を一定にするためには、
恒温そうや加温設備が考えられるが、センサが大型にな
り価格も高くなる。塩化マグネシウムは、電極付近に担
持するだけで作成でき、センサを大量生産する際、非常
にメリットがあると考えられる。

実施例２実施例１に示したようにしてＣＭＣとＧＯＤを担持した
後、フェリシアン化カリウムを担持する際トルエンに界
面活性剤としてレシチン（ホスファチジルコリン）を溶
解して１ｗｔ％溶液を調製し、これにフェリシアン化カ
リウムの微結晶を混ぜたものを用いてフェリシアン化カ
リウムとレシチンの層を形成した。レシチンの濃度が0.
01ｗｔ％以上になると、フェリシアン化カリウムがうま
くトルエン中で分散したため滴下が容易となり、３μl
の微量な液でも薄膜状のフェリシアン化カリウム−レシ
チン層が形成できた。レシチンがない場合は、フェリシ
アン化カリウム層が不均一に形成されたり基板をまげる
とはがれるという欠点が見られたが、レシチンを添加す
ることにより均一でははがれにくいフェリシアン化カリ
ウム層が容易に形成できた。レシチンの濃度が高くなる
とともに、フェリシアン化カリウム層がはがれにくくな
るが、フェリシアン化カリウムの溶解速度も落ちるた
め、0.01-3ｗｔ％が適当と考えられる。上記センサにグ
ルコース標準液を滴下して実施例１と同様にして応答を
測定したところ、グルコース濃度500mg／dlまで直線性
が得られた。さらに、血液を滴下したところ、レシチン
層によりすみやかにひろがり反応が始まったため、６μ
lという微量のサンプルでも再現性のよい応答が得られ
た。サンプルが少量になると塩化マグネシウムの担持量
も少なくて効果がみられた。レシチンのかわりにポリエ
チレングリコールアルキルフェニルエーテル（商品名：
トリトンＸ）を用いたところ、フェリシアン化カリウム
の微粒子をトルエン中に分散させるためには0.1％以上
必要であったが、レシチンと同様に良好なフェリシアン
化カリウム層が形成できた。界面活性剤としては、前記
の例の他に、オレイン酸やポリオキシエチレングリセリ
ン脂肪酸エステルやシクロデキストリンなど、電子受容
体を有機溶媒に分散させ、かつ酵素活性に影響をおよぼ
さないものであれば、特に制限されることはない。

親水性高分子としてＣＭＣの他にもゼラチンやメチルセ
ルロースなども使用でき、でんぷん系、カルボキシメチ
ルセルロース系、ゼラチン系、アクリル酸塩系、ビニル
アルコール系、ビニルピロリドン系、無水マレイン酸系
のものが好ましい。これらの高分子は容易に水溶液とす
ることができるので、適当な濃度の水溶液を塗布、乾燥
することにより、必要な厚さの薄膜を電極上に形成する
ことができる。

電子受容体を混合する有機溶媒としては、トルエンや石
油エーテルなど、ＧＯＤ活性および印刷電極への影響の
少ないものであればよい。

電極系を形成する方法としてのスクリーン印刷は、均一
な特性を有するディスポーザブルタイプのバイオセンサ
を安価に製造することができ、特に、価格が安く、しか
も安定した電極材料であるカーボンを用いて電極を形成
するのに好都合な方法である。

試料液に溶けて発熱する物質としては、塩化マグネシウ
ムの他に、リン酸ナトリウムや、酢酸ナトリウムも使用
できた。溶解して発熱する際、溶解熱が大きいほど少量
担持するだけでよいが、溶解液のpHが、酵素反応に影響
を与えるものは隔離する必要があるので望ましくない。

実施例３実施例２に示した構成のセンサに第４図に示すようにカ
バー７をつけた。このカバーの内部に塩化マグネシウム
６を付加してセンサを組み立てた。血液をカバーの点着
部に供給すると、すみやかに電極部に広がり、再現の良
い応答が得られた。カバー内の容積を小さくすること
で、サンプル量を微量にすることができ、一定量が供給
できた。さらに、カバーで囲むことにより、外気と遮断
できるため、カバー内の塩化マグネシウムの効果がいっ
そう発揮できた。

なお、本発明のバイオセンサは上記実施例に示したグル
コースセンサに限らず、アルコールセンサやコレステロ
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実施例ではグルコース
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、コレステロールオキシダーゼ、キサン
チンオキシダーゼ、等を用いることができる。また、電
子受容体として、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、反応速度が大きいので高速化に適してい
る。また、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、フェロセン等
が使用できる。

発明の効果このように本発明のバイオセンサは、絶縁性の基板上に
電極系を印刷し、酸化還元酵素と親水性高分子及び電子
受容体を含む酵素反応層を形成し、さらに、溶解して発
熱する物質を付加することにより、極めて容易に生体試
料中の基質濃度を測定することができ、発熱物質により
温度の影響を緩和させ、測定精度を向上させたものであ
る。また、電子受容体層を形成するとき界面活性剤を添
加する場合は、微量の電子受容体を均一に且つはがれに
くい薄膜層に担持でき、保存性や大量生産に大きな効果
がある。

【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の斜視図、第
２図は同バイオセンサの縦断面図、第３図は同バイオセ
ンサの応答特性を示すグラフ、第４図は本発明の他の実
施例のバイオセンサの縦断面図、第５図は従来例のバイ
オセンサの縦断面図である。１……絶縁性基板、２……対極、３……測定極、４……
絶縁層、５……酵素反応層、６……塩化マグネシウム、
７……カバー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも測定極と対極からなる電極系を
設けた絶縁性の基板を備え、前記電極系の表面に酸化還
元酵素と親水性高分子及び電子受容体を含む酵素反応層
が設けられ、さらに、溶解時に発熱反応をする物質が付
加され、前記酵素と電子受容体と試料液の反応に際して
の物質濃度変化を電気化学的に前記電極系で検知し前記
基質濃度を測定することを特徴とするバイオセンサ。
【請求項２】少なくとも測定極と対極からなる電極系を
設けた絶縁性の基板を備え、前記電極系の表面に酸化還
元酵素と親水性高分子及び界面活性剤を含む電子受容体
を含む酵素反応層が設けられ、さらに、溶解時に発熱反
応をする物質が付加され、前記酵素と電子受容体と試料
液の反応に際しての物質濃度変化を電気化学的に前記電
極系で検知し前記基質濃度を測定することを特徴とする
バイオセンサ。
【請求項３】電極系が、前記絶縁性の基板上にスクリー
ン印刷で形成されたカーボンを主体とする材料で構成さ
れた請求項１または２に記載のバイオセンサ。