JPH0688804A - フルクトースセンサ - Google Patents
フルクトースセンサInfo
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- JPH0688804A JPH0688804A JP5051920A JP5192093A JPH0688804A JP H0688804 A JPH0688804 A JP H0688804A JP 5051920 A JP5051920 A JP 5051920A JP 5192093 A JP5192093 A JP 5192093A JP H0688804 A JPH0688804 A JP H0688804A
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Abstract
とする電極系を設け、前記電極系上に親水性高分子と酵
素と電子受容体を含む反応層を設置したフルクトースセ
ンサ。
Description
について、迅速かつ高精度な定量を簡便に実施すること
のできるフルクトースセンサに関する。
する食品中に広く含有される糖として知られており、そ
の濃度の測定には種々の方法が用いられている。なかで
も酵素電極反応を応用したフルクトースセンサを用いる
方法は、選択性に優れかつ迅速、簡便な測定法として種
々の試みがなされており、透析膜を用いたフルクトース
センサの例がある(Biosensors & Bioelectronics,6(19
91)55-72.)。このフルクトースセンサは、膜に固定化
されたフルクトースデヒドロゲナーゼ(以下FDHと略
す)と透析膜が組み合わされており、測定系全体として
は電子受容体が予め緩衝液に溶解された状態で構成され
ている。この測定系にフルクトースを含む試料液を滴下
し、酵素反応で生成した還元型の電子受容体を電気化学
的に酸化する際の電流値からフルクトース濃度を求める
ものである。
スセンサでは種々の膜を用いており、このため拡散にと
もなう応答の遅れが大きくなる。また、測定系が液体を
含んだ形態で構成されているため測定の操作性を向上さ
せることが難しく、また測定系の維持管理が煩雑であっ
た。
めに本発明は、絶縁性の基板上に測定極と対極からなる
電極系を設け、前記電極系上に親水性高分子と酵素と電
子受容体を主体とする反応層を設置したことを特徴とす
る。
と基質および電子受容体の反応部分を一体化することが
でき、これにより試料液以外には何等の液体を用いるこ
となくフルクトース濃度を迅速に測定することができ
る。すなわち、簡易操作でかつ高い信頼性を有するフル
クトースセンサを得ることができる。
センサの一実施例として作製したセンサの断面図であ
る。また図2は図1の斜め上方向からみた分解斜視図を
示した図である(反応層は図示せず)。
いて説明する。ポリエチレンテレフタレートからなる絶
縁性の基板1に、スクリーン印刷により銀ペ−ストを印
刷しリ−ド2、3を形成した。さらに印刷法により、樹
脂バインダーを含む導電性カーボンペーストを用いて電
極系(測定極4、対極5)と絶縁性ペーストを用いて絶
縁層6を順次形成した。
1mm2)を一定とし、かつリ−ド2、3を部分的に覆
っている。
カルボキシメチルセルロ−ス(以下CMCと略す)の
0.5wt%水溶液を滴下、乾燥させてCMC層を形成
した。つづいて、前記CMC層上に酵素としてFDH
(東洋紡製フルクトースデヒドロゲナーゼ)1000U
および電子受容体としてフェリシアン化カリウム33m
gを、CMC0.5wt%を含むリン酸−クエン酸緩衝
液(0.2M:Na2HPO4−0.1M:C3H4(O
H)(COOH)3;pH=5.0)1mlに溶解させ
た混合溶液を4μl滴下し、50℃の温風乾燥器中で1
0分間乾燥させて反応層7を形成した。反応層の外周部
分は直径約3.6mmであり、対極の直径に略一致して
いる。
容体の混合溶液を滴下すると、最初に形成したCMC層
は一度溶解し、その後の乾燥過程で酵素などと混合され
た形で反応層7を形成する。しかし、撹拌等をともなわ
ないため完全な混合状態とはならず、電極系表面はCM
Cのみによって被覆された状態となる。すなわち、酵素
および電子受容体などが電極系表面に接触しないため
に、電極系表面へのタンパク質の吸着や、フェリシアン
化カリウムのような酸化能を有する物質の化学的作用に
よる電極系の特性変化が起こり難くなるもの考えられ、
その結果、高精度なセンサ応答を有するフルクトースセ
ンサ得ることができる。
カバー9およびスペーサー8を図2中、一点鎖線で示す
ような位置関係をもって接着した。カバーに透明な材料
を用いると、反応層の状態や試料液の導入状況を外部か
ら極めて容易に確認することが可能である。
サーによって出来る空間部の毛細管現象によって、試料
液はセンサ先端の試料供給孔10に接触させるだけの簡
易操作で容易に反応層部分へ導入される。試料液の供給
量はカバーとスペーサーによって生じる空間容積に依存
するため、予め定量する必要がない。さらに、測定中の
試料液の蒸発を最小限に抑えることができ、精度の高い
測定が可能となる。
に試料液としてフルクトース水溶液3μlを試料供給孔
10より供給した。試料液は毛細管現象によって速やか
に空気孔11部分まで達し、電極系上の反応層7が溶解
した。
の対極5を基準にして測定極4にアノード方向へ+0.
5Vのパルス電圧を印加し、5秒後の電流値を測定した
ところ、試料液中のフルクトース濃度に比例した応答電
流値が得られた。
のフルクトースはFDHによって酸化され5−ケト−フ
ルクトースが生成する。FDHによる酸化反応で移動し
た電子によって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。次に、前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酸化電流
が得られ、この電流値は基質であるフルクトースの濃度
に対応する。
成以外は全て同じであるので、ここでは省略して反応層
7に関してのみ説明する。
CMC0.5wt%水溶液を滴下、乾燥させてCMC層
を形成した。続いて、前記CMC層に酵素としてFDH
400UをCMC0.5wt%を含むリン酸−クエン酸
緩衝液1mlに溶解させた混合溶液を4μl滴下し、5
0℃の温風乾燥器中で20分間乾燥させFDH層を形成
した。続いてポリビニルピロリドン(以下PVPと略
す)の2wt%のエタノール溶液をFDH層上に4μl
滴下し約20分間室温で乾燥させPVP層を形成した。
最後に、フェリシアン化カリウム190mgを精製大豆
レシチン0.5wt%のエタノール溶液に分散させ、P
VP層上に3μl滴下し室温で2〜3時間放置して乾燥
させ、フェリシアン化カリウム層を形成した。
サーを用いてセンサを組み立て、フルクトースに対する
応答を測定したところ良好な直線性が得られた。また、
40℃での保存信頼性を評価したところ、実施例1と比
較して1ヶ月後においても初期応答性を維持するなど、
優れた保存特性を有することがわかった。一方で、実施
例2のセンサの反応層は、酵素を主体にする層と電子受
容体を主体とする層の少なくとも2層からなる多層構成
であるのに対し、実施例1のセンサは酵素と電子受容体
が混合されて単層構成になっているので、基質溶液と反
応層が速やかに溶解し、溶解速度および拡散速度の点で
実施例2より有利であり約10秒程度でも基質濃度にセ
ンサ応答を得ることが可能であった。
が、これは必ずしも必要ではない。反応層を酵素を主体
にする層と電子受容体を主体にする層に単に分離するだ
けでも、混合した反応層と比較して保存信頼性が大幅に
向上した。しかしながら、PVPからなる分離層を設け
たことにより、電子受容体と酵素を十分に分離すること
ができるめ、保存信頼性を更に向上させることができ
た。ここで、分離層としてPVPを用いたのは、PVP
は親水性高分子でアルコールにも溶解するので、PVP
のアルコール溶液を滴下すれば酵素がアルコールに溶解
することなく分離層として酵素を被膜することができ、
また基質溶液は水溶液であるため、基質溶液が供給され
るとPVPは速やかに水と親和し、酵素と基質が反応で
きるからである。従って、この分離層はPVPに限定さ
れることなく有機溶剤にも可溶な親水性高分子でも同様
の効果を得ることができる。また、上記実施例ではPV
Pの濃度が2wt%となっているが、PVPの濃度につ
いて検討を行なったところ4wt%よりも濃度が高くな
ると、最後に形成するフェリシアン化カリウム層の溶媒
であるエタノールとPVPが溶解してしまいフェリシア
ン化カリウム層が乾燥しきらない、あるいは長時間を有
するなどセンサ作製に支障を来した。従ってPVPの濃
度としては4wt%以下が好適であった。
が39.3U/cm2、フェリシアン化カリウムが1.
3mg/cm2がそれぞれ担持されている。これら酵
素、電子受容体の担持量について検討したところ、FD
Hについては担持量が5U/cm2より少ないと反応速
度が低下し測定に長時間を要するなどの影響が出た。し
たがって、FDHの担持量としては5U/cm2以上が
好適であった。
しては2.7mg/cm2より多くなると平滑なあるい
は十分な強度を持った反応層を形成することができなく
なるなどの影響が見られた。これらのことより、フェリ
シアン化カリウムの担持量としては2.7mg/cm2
以下が好適であった。更に、実施例1ではFDHとフェ
リシアン化カリウムの混合溶液に添加する親水性高分子
の濃度を高めるなど、混合溶液の粘性を高めてやると、
フェリシアン化カリウムの担持量は6.5mg/cm2
まで増やすことが可能であった。また、実施例2におい
ては、フェリシアン化カリウムの結晶の粒径を細かくし
たり、分散剤の濃度を高めてやることで、実施例1同様
にフェリシアン化カリウムの担持量を6.5mg/cm
2まで増やすことが可能であった。
5.0のリン酸−クエン酸緩衝液を用いているが、電極
上に担持されたFDHの触媒反応のpH依存性について
検討を行なったところpH=2.5未満およびpH=
8.5より大きくなるとFDHが失活し、センサの応答
が著しく低下した。これらのことより、使用する緩衝液
のpHとしてはpH=2.5以上pH=8.5以下が好
適であり、特にpH=4.0以上pH=6.0以下で、
フルクトース濃度とセンサ応答値に良好な直線関係が得
られた。
ルクトースデヒドロゲナーゼ(FDH)を用いたが、こ
れに限定されることはない。ヘキソキナーゼ、ホスホグ
ルコースイソメラーゼ、グルコース−6−ホスフェイト
デヒドロゲナーゼの組み合せからなる酵素、あるいはグ
ルコースイソメラーゼ、グルコースオキシダーゼの組み
合せからなる酵素を前記FDHの替わりに用いても優れ
たセンサ応答がられた。
分子としてCMCを用いたが、これに限定されることは
なく、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、
ゼラチンおよびその誘導体、アクリル酸およびその塩、
メタアクリル酸およびその塩、スターチおよびその誘導
体、無水マレイン酸およびその塩、そして、セルロース
誘導体、具体的には、ヒドロキシプロピルセルロース、
メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチ
ルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、カ
ルボキシメチルエチルセルロースを用いても同様の効果
が得られた。
および2に示したフェリシアン化カリウムは安定性や反
応速度の点などから優れているが、これ以外にもp−ベ
ンゾキノン、フェロセンなども使用できる。
素および電子受容体が試料液に溶解する方式について示
したが、これに制限されることはなく、固定化によって
試料液に不溶化させた場合にも本発明を適用することが
できる。
と対極からなる2電極系について述べたが、参照極を加
えた3電極方式とするとより精度の高い測定が可能であ
る。
性と信頼性を有するフルクトースセンサを得ることがで
き、これにより試料液中のフルクトース濃度をきわめて
容易に測定することができる。
分解斜視図
Claims (9)
- 【請求項1】絶縁性の基板に形成した測定極と対極から
なる電極系と、前記電極系上に形成した反応層からな
り、前記反応層が少なくとも親水性高分子と酵素と電子
受容体からなることを特徴とするフルクトースセンサ。 - 【請求項2】絶縁性の基板に形成した測定極と対極から
なる電極系と、前記電極系上に形成した反応層からな
り、前記反応層が酵素および親水性高分子を主体とする
層と電子受容体を主体とする層の少なくとも2層からな
ることを特徴とするフルクトースセンサ。 - 【請求項3】酵素がフルクトースデヒドロゲナーゼ、あ
るいはヘキソキナーゼとホスホグルコースイソメラーゼ
とグルコース−6−ホスフェイトデヒドロゲナーゼの組
合せ、あるいはグルコースイソメラーゼとグルコースオ
キシダーゼの組合せのいずれかである請求項1もしくは
2記載のフルクトースセンサ。 - 【請求項4】フルクトースデヒドロゲナーゼの担持量が
5U/cm2以上である請求項3記載のフルクトースセ
ンサ。 - 【請求項5】電子受容体がフェリシアン化カリウムであ
る請求項1または2記載のフルクトースセンサ。 - 【請求項6】フェリシアン化カリウムの担持量が6.5
mg/cm2以下である請求項4記載のフルクトースセ
ンサ。 - 【請求項7】反応層に緩衝液の成分となる試薬を含む請
求項1または2記載のフルクトースセンサ。 - 【請求項8】緩衝液の成分となる試薬がリン酸塩あるい
はリン酸塩とクエン酸のいずれかである請求項6記載の
フルクトースセンサ。 - 【請求項9】緩衝液のpHがpH=2.5以上8.5以
下である請求項7に記載のフルクトースセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4-54856 | 1992-03-13 | ||
| JP5485692 | 1992-03-13 | ||
| JP05192093A JP3158762B2 (ja) | 1992-03-13 | 1993-03-12 | フルクトースセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0688804A true JPH0688804A (ja) | 1994-03-29 |
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Family
ID=26392508
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05192093A Expired - Fee Related JP3158762B2 (ja) | 1992-03-13 | 1993-03-12 | フルクトースセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3158762B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0685737A1 (en) * | 1994-06-02 | 1995-12-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Biosensor and method for producing the same |
| ES2091714A1 (es) * | 1994-07-11 | 1996-11-01 | Univ Alcala Henares | Biosensor para la medida de fructosa, manera de prepararlo y su aplicacion al analisis de fructosa en productos alimenticios. |
| US6258254B1 (en) * | 1997-07-28 | 2001-07-10 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Biosensor |
| JP2011214912A (ja) * | 2010-03-31 | 2011-10-27 | Cci Corp | バイオセンサ |
-
1993
- 1993-03-12 JP JP05192093A patent/JP3158762B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0685737A1 (en) * | 1994-06-02 | 1995-12-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Biosensor and method for producing the same |
| US5575895A (en) * | 1994-06-02 | 1996-11-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Biosensor and method for producing the same |
| ES2091714A1 (es) * | 1994-07-11 | 1996-11-01 | Univ Alcala Henares | Biosensor para la medida de fructosa, manera de prepararlo y su aplicacion al analisis de fructosa en productos alimenticios. |
| US6258254B1 (en) * | 1997-07-28 | 2001-07-10 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Biosensor |
| JP2011214912A (ja) * | 2010-03-31 | 2011-10-27 | Cci Corp | バイオセンサ |
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|---|---|
| JP3158762B2 (ja) | 2001-04-23 |
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