JPH0652249B2

JPH0652249B2 - バイオセンサ

Info

Publication number: JPH0652249B2
Application number: JP63312302A
Authority: JP
Inventors: 真理子河栗; 真由美藤田; 史郎南海; 孝志飯島
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-12-09
Filing date: 1988-12-09
Publication date: 1994-07-06
Anticipated expiration: 2009-07-06
Also published as: JPH02157646A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、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の操作を行うことなく高精度に定量
する方式としては、第３図に示す様なバイオセンサがあ
る。このバイオセンサは、絶縁基板１１上にスクリーン
印刷等の方法で電極系１２，１３を形成し、前記電極上
に親水性高分子層１５を形成するとともに該親水性高分
子層１５上にと酸化還元酵素および電子受容体からなる
酵素反応層１８を形成したものである。試料液を前記酵
素反応層１８へ滴下すると、試料液に前記酵素反応層１
８中の酸化還元酵素と電子受容体が溶解し、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。酵素反応終了後、この還元された電子受容体を電気
化学的に酸化し、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ものである。

発明が解決しようとする課題この様な従来のバイオセンサによれば、酵素反応層中の
酸化還元酵素と電子受容体が接しているため、水分の存
在がある両者の間で反応が起こり応答がばらつくため、
安定した応答が得にくく、製造時や保存中の水分管理が
必要となった。

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、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基板を備え、前記
電極系の表面に親水性高分子層を設け、その上部に電子
受容体と酸化還元酵素を互いに独立させて含有した酸素
反応層を形成し、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
知し前記試料液中の基質濃度を測定することを特徴と
し、望ましくは、電極系および親水性高分子層と酸素反
応層がそれぞれスクリーン印刷で形成されたことを特徴
とする。

試料液の酸素反応層に添加することにより、試料液中の
基質濃度を測定するにあたって、反応層中の酸化還元酵
素と電子受容体が互いに独立しており、水分により相互
作用が起こることがないため、応答がばらつくことな
く、安定した応答が得られ測定精度が向上する。また、
製造時や存在中の水分管理が必要でなく、スクリーン印
刷でセンサの製造が可能であるから、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大量生産でき
る。

実施例以下、本発明の一実施例について説明する。

バイオセンサの一例として、グルコースセンサの一実施
例を第１図に基づいて説明する。

ポリエチレンテレフタレートからなる絶縁性基板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２ａと測定極３ａ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電極
系２ｂと３ｂ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２ｂと３ｂ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）の水溶液をスクリーン印刷により印刷し、４５
℃で１時間乾燥することによりＣＭＣ層５を形成した。
得られたＣＭＣ層５の上に酸化還元酵素６としてグルコ
ースオキシダーゼ（ＧＯＤ）を水に溶解したものをスク
リーン印刷により第２図の様に形成し、室温で乾燥し
た。さらに、フェリシアン化カリウムの微結晶をレシチ
ンとともにエタノールに混ぜたものを電子受容体７とし
て前記ＣＭＣ層５上にスクリーン印刷により形成し、室
温で放置してエタノールを気化させることによりフェリ
シアン化カリウムをグルコースオキシダーゼと分離した
酸素反応層８を形成した。フェリシアン化カリウムはエ
タノールには溶けないため、そのままでは分散できない
が、レシチンが存在するとその両親媒性構造によりフェ
リシアン化カリウムの微粒子のまま分散でき、しかも、
エタノールが速やかに気化するため、均一で溶解速度の
速い層が形成できた。従来例のようにグルコースオキシ
ダーゼの上にフェリシアン化カリウムを形成した場合、
そのまま放置すると、応答が高くバタついてしまうため
シリカゲルなど用いて乾燥状態を保持する必要があった
が、本発明のように酸化還元酵素６と電子受容体７を分
離することにより水分の影響を考慮しなくても、安定し
た応答が得られた。

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１０μ滴下し、滴下２分後に測定
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より酸素反応
層８中のフェリシアン化カリウムとグルコースオキシダ
ーゼが溶解し、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７００mg／ｄという高濃度まで良好な直線性が得
られた。上記のグルコースセンサに血液サンプルを１０
μ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。酸素反応層を直接電極上へ
形成すると、血球等が電極表面に吸着されて応答がかな
り低く、バラついたが、ＣＭＣ層５を形成することで、
吸着を防ぐことができた。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ル系、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
な濃度の水溶液を印刷、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。

レシチンの他にも両親媒性構造を有する高分子として
は、グリセロリン脂質、スフィゴリン脂質、脂肪酸など
が使用でき、たとえばステアリン酸やスフィンゴミエリ
ン、シクロデキストリンなどが使用できた。溶媒として
は、ＧＯＤ活性および印刷電極への影響の少ないものが
好ましく、トルエンや石油エーテルなどが適当である。

センサ部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。

また、スクリーン印刷を用いることで、自由にＣＭＣ層
や酸素反応層の形が形成できるため、酸化還元酵素と電
子受容体を容易に独立させて担持することができた。上
記実施例においては電極系として２電極方式の場合につ
いて述べたが、対極と測定極および参照極からなる３電
極でも測定は可能である。また、フェリシアン化カリウ
ムとグルコースオキシダーゼの担持場所は第２図（ａ）
（ｂ）に示す以外にもスクリーン印刷で、自由に変えら
れるが、なるべく酸化還元酵素と電子受容体を近くに担
持する方が反応が速やかに行なわれるため応答が安定し
ていた。担持のパターンについては実施例に限定されな
い。

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。更に、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、絶縁性基板上に電
極系と親水性高分子層を形成し、その上に、酸化還元酵
素と電子受容体を互いに独立して含有した酸素反応層を
形成したので、水分に相互作用が起こることがないた
め、応答がばらつくことなく、安定した応答が得られ
る。したがって、生体試料中の基質濃度を正確かつ容易
に測定することができ、さらに、保存性も簡易となる。
しかも、スクリーン印刷でセンサが製造できるため、大
量生産が容易になるなど利点がある。

【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（ａ）は同バイオセンサの要部を上からみた模式
図、第２図（ｂ）は同バイオセンサの要部を側面からみ
た模式図、第３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……ＣＭＣ層、６……酸化還元酵素、７……
電子受容体、８……酵素反応層。

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
設けた絶縁性基板を備え、前記電極系の表面に親水性高
分子層を設け、その上部に電子受容体と酸化還元酵素を
互いに独立させて含有した酸素反応層を形成し、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試料液中の基質
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】電極系および親水性高分子層と酸素反応層
がスクリーン印刷で形成された請求項１に記載のバイオ
センサ。