JPH0659236B2 - 生体基質濃度の測定方法及びそれに使用する酸素センサー - Google Patents

生体基質濃度の測定方法及びそれに使用する酸素センサー

Info

Publication number
JPH0659236B2
JPH0659236B2 JP31410887A JP31410887A JPH0659236B2 JP H0659236 B2 JPH0659236 B2 JP H0659236B2 JP 31410887 A JP31410887 A JP 31410887A JP 31410887 A JP31410887 A JP 31410887A JP H0659236 B2 JPH0659236 B2 JP H0659236B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
concentration
enzyme
luminescent material
biological substrate
measuring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP31410887A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH01155244A (ja
Inventor
正夫 金子
哲郎 朝倉
猛 下村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Terumo Corp
RIKEN
Original Assignee
Terumo Corp
RIKEN
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Terumo Corp, RIKEN filed Critical Terumo Corp
Priority to JP31410887A priority Critical patent/JPH0659236B2/ja
Publication of JPH01155244A publication Critical patent/JPH01155244A/ja
Publication of JPH0659236B2 publication Critical patent/JPH0659236B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、生体の基質濃度や酵素反応速度を測定する方
法及びそれに使用する酵素センサーに関し、特に酵素の
系に発光体(金属錯体)を共存させ、該発光体の発光が
酵素反応により変化する酵素により消光されることを利
用して発光強度測定を行なうことにより生体の基質濃度
を測定する方法及びそれに使用する酵素センサーに関す
る。
(従来の技術) 従来、基質濃度や酵素反応速度を測定する場合、例えば
次の反応による。
したがって、H2O2やグルコノラクトンの発生量や酵素消
費量によりグルコース濃度を測定でき、これらの測定に
はH2O2電極、pH電極、酵素電極などの電極で行ってい
る。
しかしながら、これらの方法には (1)グルコノラクトンによるpH変化は小さい。
(2)酸素消費量は酸素電極上に到達した酸素分子のみを
測定するのに限定され、又消費量を測定するので面倒で
ある。また、電極を用いて微小ながら電流を流さないと
いけないので、生体系の測定には好ましくない。
(3)過酸化水素(H2O2)量は膜電極を使用し、膜透過するH
2O2のみを測定するので界面上のH2O2濃度が律速とな
る、という欠点があった。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明は上記従来技術の問題点を解決すべく種々検討し
た結果、本発明を完成したもので、本発明の目的は、酵
素反応時の酸素消費量を周りの妨害物質に邪魔されず
に、酵素系の共存発光体の励起状態からの発光が酸素に
より消光することを利用し、その時の発光強度測定によ
り基質濃度又は酵素反応速度を測定する生体基質濃度の
測定方法及びそれに使用する酵素センサーを提供する。
(問題点を解決するための手段) すなわち、本発明は生体基質を含む溶液中において、生
体基質と溶存酸素を酵素の下で反応させ、紫外領域また
は可視光領域の光を該溶液中に浸漬した発光体に照射
し、前記反応により消費されて低減した溶存酸素濃度に
応じて該発光体から発生する光の強度により生体基質濃
度を測定することを特徴とする生体基質濃度の測定方法
であり、また、基板上に、生体基質を含む溶液中の溶存
酸素を消費させる酵素と、紫外領域または可視光領域の
励起光により発光し且つその発光が酸素により消光され
る発光体とを固定化したことを特徴とする酵素センサー
である。
すなわち、換言すれば、本発明は、酵素の系に発光体
(金属錯体)を共存させ、酵素反応に伴う酸素消費量を
該発光体励起状態と酸素との反応による発光強度変化に
より酸素濃度を求め、基質濃度又は酵素反応速度を測定
する生体基質濃度の測定方法であり、また、その際、使
用する酵素センサーである。この場合、酵素反応系とし
ての酵素は酸素と直接または間接的に反応して酸素を消
費する酵素反応物質である。このような反応系の基質の
例としては、グルコース、尿酸、コレステロール、資化
糖、その他の糖(スクロース、マルトース、ガラクトー
ス)、ホスファチジルコリン、乳酸、ニコチンアミドア
デニンジヌクレオチド(NADP)、蓚酸、アミノ酸、アル
コール類、モノアミン、アルコルビン酸、ピルビン酸な
どが挙げられる。
従来の方法は前述したように、(1)式に示す例のような
酵素反応を生成H2O2やグルコノラクトンの発生量、酸素
消費量などよりグルコース濃度を各々電極法で(H2O2
極、pH電極、酸素電極など)測定するの対し、本発明で
は酵素の系に発光体(金属錯体)を共存させ、酵素反応
に伴う酸素消費量を該発光体励起状態と酸素との反応に
よる発光強度変化により酸素濃度を求めるものであっ
て、酵素の化学反応(酵素反応に直接又は間接的に伴う
酸素消費量)を周りの妨害物質に邪魔されずに、共存発
光体(金属錯体)励起状態と該酸素の化学反応を利用
し、酸素濃度を発光強度により測定してその時の酸素濃
度、すなわち基質濃度又は酵素反応速度を測定を算出す
ることができるのである。
次に、本発明における発光体および酵素センサーについ
て説明する。
発光体: 発光体とは、光励起状態かケイ光又はリン光を発して元
の基底状態に戻る化合物をいう。本発明においては、そ
の光励起状態で酸素と反応することにより発光強度が減
少することを利用し、発光強度を測定して酸素濃度を求
めることが原理となっているので、その光励起状態から
発光し且つその発光強度が酸素の共存により減少するよ
うな発光体なら何でも用いることができる。本発明で使
用できる発光体としては例えば2.2′−ビピリジンやそ
の誘導体を配位子とする金属錯体、例えばトリス(2.
2′−ビピリジン)ルテニウム錯体やその他イリジウム
などの錯体、トリス(o−フェナントロリン)ルテニウ
ム錯体のピレン及びその誘導体(ピレンスルホン酸やピ
レン酪酸など)のような有機化合物などが挙げられる。
酵素センサー系: 酵素又は酵素群と基質および発光体を均一溶液中で共存
させて用いてもよい。あるいはこれらを合成または天然
の高分子膜中に固定化した膜を用いることができる。使
用できる合成高分子膜としては、アクリル酸、メタクリ
ル酸、ヒドロキシエチルメタクリレート、スチレン、N-
ビニルピロリドン、などの単独又は共重合体が挙げられ
る。また天然高分子膜としては絹、セルロース、ゼラチ
ンなどの膜が挙げられる。本発明で用いられる酵素セン
サー膜とするためには、これらの高分子膜中に酵素およ
び発光体を物理的にあるいは化学的に固定する。固定手
段として物理的に固定する方法は、単に膜に吸着させる
か、被吸着物質(酵素、発光体など)を含む膜成分の溶
液中からキャスト法などにより成膜するか、あるいは被
吸着物質と単量体の混合物を光線などにより重合するこ
とにより膜化する。化学的に固定する方法は、高分子化
合物に予め酵素や発光体などを共有結合で導入して、後
に成膜するか、あるいは成膜した後に酵素や発光体など
を化学反応により導入、結合する。高分子化合物に発光
体を化学的に共有結合で固定する例としては、トリス
(2.2′−ビピリジン)ルテニウム錯体(Ru(bpy)3 2+
略す)構造をペンダント基として有する次の重合体が挙
げられる。
但し、X-はCl-、ClO4 -などのアニオン、Mは4-メチル-
4′-ビニル-2.2′−ビピリジンまたはアクリル酸、メタ
クリル酸、ヒドロキシエチルメタクリレート、スチレ
ン、N-ビニルピロリドンなどの単量体単位、X,Y,Zは各
繰返し単位のモル分率でX,Yは0〜0.99,Zは0.01〜1の範
囲から選ばれる。この高分子ペンダント型発光体は単独
で又は他の高分子化合物と一緒に膜化し、その膜中には
酵素または酵素群を共存させて酵素センサーとして用い
ることができる。この高分子型発光体は膜から溶出し難
いので、安定な酵素センサーとして用いることができ
る。
これらの膜材料のうち、絹膜は生体成分になじむので、
生体系に直接挿入して用いられる酵素センサー用膜とし
て用いるのに極めて適している。
次に実施例をもって本発明を詳細に説明する。
実施例1 共栓付全面透明石英セル(光路長1cm)中に0.1Mグルコ
ース、50μM(マイクロモル),トリス(2.2′−ビピ
リジン)ルテニウム(II)錯体の塩化物のリン酸緩衡水
溶液(pH7.0)3ccを加えた。
該セルを分光蛍光光度計(日本分光(製)製FP55OA)に
セットし、励起光波長460nm、発光側分光器波長605nmに
て発光強度Ioを測定した。
このように、発光側分光器波長605nmを一定にしてお
き、上記セルのなかにグルコースオキシダーゼ1mg/ml
濃度の水溶液を1〜5μM添加する。この時の酵素反応
(グルコースの酵素酸化反応)により酸素分子が消費さ
れ、発光強度が増加するので、発光強度の時間変化を測
定する。
グルコースとグルコースオキシダーゼを共存させた系で
はグルコースの酸化により酸素が消費され発光強度が増
加する。酸素濃度と発光強度との関係を第1図に示す。
この第1図より任意の時間における酸素濃度を知ること
ができ、したがって、酵素反応速度を知ることも可能で
ある。因に本条件下ではグルコースオキシダーゼ1μg
当り1分間当りの発光強度増加は反応前の1.04倍で、こ
れは酸素濃度変化にして1.04mM/min/μgグルコースオ
キシダーゼに相当することになる。
このように基質(ここではグルコース)濃度が酸素濃度
より過剰に共存する系を用いれば酵素(ここではグルコ
ースオキシダーゼ)の活性や反応速度を求めることがで
き、また逆に基質濃度が酸素濃度より充分小さい条件下
では、発光強度の測定により基質濃度を測定することが
可能である。
以上述べたように、まず、Ru(bpy)3 2+水溶液において、
Ru錯体励起状態からの発光(605nm)相対強度を溶液中の
酸素濃度に対してプロットすると第1図のような直線と
なり、これからの発光の相対強度から酸素濃度を求める
ことが可能である。
実施例2 絹フィブロインの4%水溶液にグルコースオキシダーゼ
を絹に対して0.2%,Ru(bpy)3 2+を0.1mM濃度になるよう
に添加し、アクリル板上にキャストして風乾し、厚さ約
1μmの絹膜を得た。まず検量線を作成するため、この
絹膜を既知濃度の酸素を含む水溶液に浸漬して、酸素濃
度と相対発光強度の関係を求めると第2図のような関係
を得た。
このような特性を持つ酵素センサーをグルコースを0.1m
M含み且つ空気を飽和させた水溶液中に浸漬し、450nm光
で励起して605nmの発光を測定した。その発光強度の減
少量から酸素濃度変化量を求め、従って系中のグルコー
ス濃度を定量することができた。
実施例3 実施例2においてグルコースオキシダーゼの他にインベ
ルターゼを絹に対して0.2%用い、他は実施例2と同様に
してグルコース濃度を測定できるバイオセンサーを作っ
た。グルコースを0.05〜1mM含みかつ空気を飽和させた
水溶液にこの酵素センサーを浸漬し、発光強度の減少量
と第2図の関係からグルコース濃度を定量することがで
きた。
実施例4 実施例2においてRu(bpy)3 2+の代わりに構造式1におい
てMがアクリル酸、XがCl-、X=0.924、Y=0.054、Z
=0.022の高分子ペンダント型Ru(bpy)3 2+をRu錯体単体
濃度が0.1mMになるように絹膜水溶液に添加し、他は実
施例2と同様にしてグルコースセンサーを作り、その検
量線として第2図と同様な結果を得た。このグルコース
センサーにより水溶液中のグルコース濃度を発光法によ
り測定できた。
実施例5 実施例2においてRu(bpy)3 2+の代わりにピレン酪酸を用
いた他は実施例2と同様にしてグルコースセンサーを作
った。このセンサーを既知濃度の酵素を含む水中に浸漬
し、338nm光で励起し、380nmの発光の相対強度を測定し
たところ、第3図の関係を得た。
この関係を用い、未知のグルコースを含む水溶液中のグ
ルコース濃度を定量することができた。また、PMMA、石
英などの光ファイバーの先端を基板とし、酵素及び発光
体を固定化させることにより、直径数μmの微小酵素セ
ンサーが得られる。本実施例では、生体基質としてグル
コースを例にあげたが、これに限られるものではなく前
述の他の生体基質についても同様である。また、絹膜
は、実施例に限られるものではなく家蚕再生絹フィブロ
イン膜、野蚕再生絹フィブロン膜を用いることもでき
る。
(効果) 以上、述べたように本発明は酵素反応系において酸素と
共に発光体を存在させ、共存発光体の励起状態からの発
光可視光が酸素により消光することを利用し、その時の
発光強度測定により基質濃度又は酵素反応速度で測定す
る酵素センサー及びそれを用いた生体基質濃度の測定方
法である。したがって電流を流す必要がなく、生体系の
測定に対しても極めて安全であり、又、溶液中の他の生
体基質、或は他の妨害イオンの影響をうけることなく高
精度の測定ができる等の効果を奏するのである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例1の酸素濃度に対する相対発光
強度の関係図、第2図は本発明の実施例2の酸素濃度に
対する相対発光強度の関係図及び第3図は実施例5の場
合の酸素濃度に対する相対発光強度の関係図である。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】生体基質を含む溶液中において、生体基質
    と溶存基質を酵素の下で反応させ、紫外領域または可視
    光領域の光を該溶液中に浸漬した発光体に照射し、前記
    反応により消費されて低減した溶存酸素濃度に応じて該
    発光体から発生する光の強度により生体基質濃度を測定
    することを特徴とする生体基質濃度の測定方法。
  2. 【請求項2】発光体は紫外領域、可視光領域の励起光に
    より発光し且つその発光が酸素により消光されることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の生体基質濃度の
    測定方法。
  3. 【請求項3】発光体が遷移金属の有機金属錯化合物であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第2項
    記載の生体基質濃度の測定方法。
  4. 【請求項4】有機金属錯化合物は金属がルテニウムで、
    配位子が2.2′−ビピリジン、o−フェナントロリン
    またはそれらの誘導体であることを特徴とする特許請求
    の範囲第3項記載の生体基質濃度の測定方法。
  5. 【請求項5】発光体が遷移金属の有機金属錯化合物を一
    成分とする高分子化合物である特許請求の範囲第2項な
    いし第4項のいずれかに記載の生体基質濃度の測定方
    法。
  6. 【請求項6】基板上に、生体基質を含む溶液中の溶存酸
    素を消費させる酵素と、紫外領域または可視光領域の励
    起光により発光し且つその発光が酸素により消光される
    発光体とを固定化したことを特徴とする酵素センサー。
  7. 【請求項7】発光体が遷移金属の有機金属錯化合物であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第6項記載の酵素セ
    ンサー。
  8. 【請求項8】有機金属錯化合物は金属がリテニウムで、
    配位子が2.2′−ビピリジン、o−フェナントロリン
    またはそれらの誘導体であることを特徴とする特許請求
    の範囲第7項記載の酵素センサー。
  9. 【請求項9】発光体が遷移金属の有機金属錯化合物を一
    成分とする高分子化合物であることを特徴とする特許請
    求の範囲第6項ないし第8項のいずれかに記載の酵素セ
    ンサー。
  10. 【請求項10】酵素及び発光体の固定化物質が絹膜であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第6項ないし第9項
    のいずれかに記載の酵素センサー。
JP31410887A 1987-12-14 1987-12-14 生体基質濃度の測定方法及びそれに使用する酸素センサー Expired - Lifetime JPH0659236B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP31410887A JPH0659236B2 (ja) 1987-12-14 1987-12-14 生体基質濃度の測定方法及びそれに使用する酸素センサー

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP31410887A JPH0659236B2 (ja) 1987-12-14 1987-12-14 生体基質濃度の測定方法及びそれに使用する酸素センサー

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH01155244A JPH01155244A (ja) 1989-06-19
JPH0659236B2 true JPH0659236B2 (ja) 1994-08-10

Family

ID=18049338

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP31410887A Expired - Lifetime JPH0659236B2 (ja) 1987-12-14 1987-12-14 生体基質濃度の測定方法及びそれに使用する酸素センサー

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0659236B2 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5580527A (en) * 1992-05-18 1996-12-03 Moltech Corporation Polymeric luminophores for sensing of oxygen
FR2699170B1 (fr) * 1992-12-15 1995-07-28 Asulab Sa Complexes d'un métal de transition à ligands 2,2'-bipyridine substitués par au moins un radical ammonium alkyle, leur procédé de fabrication et leur application comme médiateur redox.
WO2003057904A1 (en) * 2001-12-28 2003-07-17 Arkray, Inc. Method of colorimetry and reagent for use therein
WO2003057905A1 (en) 2001-12-28 2003-07-17 Arkray, Inc. Method of colorimetry and reagent for use therein

Also Published As

Publication number Publication date
JPH01155244A (ja) 1989-06-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhou et al. Trimetallic AuPtCo nanopolyhedrons with peroxidase-and catalase-like catalytic activity for glow-type chemiluminescence bioanalysis
US20060121547A1 (en) Diffusion layer for an enzyme-based sensor application
Wolfbeis et al. Sol–gel based glucose biosensors employing optical oxygen transducers, and a method for compensating for variable oxygen background
Clark et al. Optical nanosensors for chemical analysis inside single living cells. 1. Fabrication, characterization, and methods for intracellular delivery of PEBBLE sensors
CN100439513C (zh) 含有非再生酶-辅酶复合体的方法和试剂体系
US5746898A (en) Electrochemical-enzymatic sensor
US4340448A (en) Potentiometric detection of hydrogen peroxide and apparatus therefor
Trettnak et al. Fibre-optic glucose sensor with a pH optrode as the transducer
US20060030028A1 (en) Biosensor
Lowry et al. Partial characterization in vitro of glucose oxidase‐modified poly (phenylenediamine)‐coated electrodes for neurochemical analysis in vivo
US4892640A (en) Sensor for the determination of electrolyte concentrations
Doong et al. Array-based titanium dioxide biosensors for ratiometric determination of glucose, glutamate and urea
JP2001194298A (ja) 表面プラズモン共鳴酵素センサーおよび表面プラズモン共鳴の測定方法
US7267837B2 (en) Enzyme electrode and process for preparation thereof
Wilson et al. In vivo biosensors
JPH0659236B2 (ja) 生体基質濃度の測定方法及びそれに使用する酸素センサー
AT390803B (de) Verfahren zur bestimmung der konzentration eines enzymsubstrates und sensor zur durchfuehrung des verfahrens
Shi et al. The study of Nafion/xanthine oxidase/Au colloid chemically modified biosensor and its application in the determination of hypoxanthine in myocardial cells in vivo
CA2512282C (en) Process for preparation of enzyme electrode
JP4756284B2 (ja) グルコース及びアスコルビン酸の測定装置
JPS6257942B2 (ja)
JP4154485B2 (ja) グルコース及びアスコルビン酸の測定方法
JPH0321857A (ja) 酵素センサ及びその製造方法
WO2004059310A1 (en) Electrode a enzyme pour cholesterol
Evtugyn Biosensor Signal Transducers