JPH07104316B2 - 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、種々の試料中の特定成分を迅速かつ容易に定
量することのできるバイオセンサに関するものである。

従来の技術 近年、酵素反応と電極反応を結びつけて、試料中の特定
成分を測定するバイオセンサが利用されるようになって
きた。

以下に従来のバイオセンサについて説明する。第３図は
従来のバイオセンサの断面図であり、12は絶縁性基板、
13と14は絶縁性基板に埋め込まれた各々測定極と対極で
ある。16は前記電極部上に絶縁層15を介して設置された
粘着性構造体、17と18は粘着性構造体16上に固定された
保液層と過層で、保液層には帯状のセルロース紙を用
い、過層には膜厚10μのポリカーボネート多孔体膜を
使用している。19は、保持枠、20と21は保持枠19内に固
定された反応層と展開層で、反応層は担体として多孔体
に酸化還元酵素と共役電子受容体をそれぞれ担持し、展
開層にはセルロース織布を用いている。

以上のように構成されたバイオセンサについて、以下そ
の動作を説明する。試料液を上部から滴下すると、まず
展開層21を試料液が速やかに拡がり、次に反応層20への
液の降下が起こる。反応層では試料液中の特定成分と、
反応層中の酸化還元酵素と電子受容体との間で酸化還元
反応が進行し、電子受容体が還元される。この時生成す
る電子受容体の還元量は試料液中の特定成分量に比例す
る。反応終了後の試料液は、測定を妨害するような巨大
分子が過層18で除去された後、保液層17を経て電極上
13,14へ降下する。電極上では、電極反応により前記還
元された電子受容体の酸化を行い、その酸化電流値から
試料液中の特定成分量を測定していた。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら前記の従来の構成では、電極上に降下した
きた試料液の分散が不均一で、電極部に漏れ残りや、気
泡の残留が起こり易く、電極の面積が変動する。

また、試料液が電極部以外にまで分散し、電極上に十分
な厚みをもつ液膜の形成が困難であり、測定値のバラツ
キの原因となるという問題点を有していた。

本発明は前記従来の問題点を解決するもので、降下して
きた試料液の分散を均一化することにより、濡れ残り
や、気泡の残留を避け、電極上を十分な厚みをもつ液膜
層で覆うことにより、安定した測定値を得ることのでき
るバイオセンサを提供することを目的とするものであ
る。

問題点を解決するための手段 この目的を達成するために本発明のバイオセンサは、前
記電極系と反応層との間に分散性の高い吸水性高分子と
保液性の高い吸水性高分子を用いた層を配し、この層で
前記電極系を被覆するとともに、分散性の高い吸水性高
分子を反応層側に位置させたものである。

作用 この構成によって、過層から降下してきた試料液が前
記吸液層に接触すると、まず高分散性の吸水性高分子の
作用により、液が層表面を速やかにむらなく拡がり、層
中へ浸透していく。次に高保液性の吸水性高分子の作用
により、液は吸液層中に吸収されるとともに、耐久性の
大きいゲル層を形成し、その後吸水状態にある液は脱離
することなく保持される。このように、安定した液膜の
厚みをもつゲル層で、電極部を完全に覆うことにより、
妨害物質の電極への吸着を妨ぎ、かつ測定時の電極面積
を一定に保つため、測定を精度良く行うことができる。

実施例 以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第１図は本発明の一実施例におけるバイオセンサの断面
図を模式的に示すものである。第１図において、１は絶
縁性基板、２は測定極、３は対極、４は絶縁層、５は粘
着性構造体、６は保液層、７は過層、８は保持枠、９
は反応層、10は展開層で、これらは従来例の構成と同じ
ものである。11は本発明の特徴とする吸液層であり、保
液性の高い吸水性高分子としてカルボキシメチルセルロ
ースを、分散性の高い吸水性高分子としてポリエチレン
オキサイドを混合した層で形成している。前記吸液層11
の作製は、カルボキシメチルセルロースの0.5％水溶液1
0μを電極上に直接塗布し、45℃で30分間乾燥後、ポ
リエチレンオキサイドの0.2％水溶液10μをさらに塗
布し、同様に乾燥して行う。

以上のように構成された本実施例をバイオセンサについ
て、以下その動作を説明する。まず、試料液を第１図の
センサ上部に滴下すると、従来例と同様、展開層10を通
過し反応層９において試料液中のグルコースと、グルコ
ースオキシダーゼ，フェリシアン化カリウムの反応によ
り、フェロシアン化カリウムが生成する。さらに過層
７を通過した試料液が、吸液層11に降下すると、高分散
性のポリエチレンオキサイドの作用でまず前記吸液層11
の表面に迅速均一に分散し、次に吸液層中に浸透した
後、高保液性のカルボキシメチルセルロースの作用で十
分に液が保持されることにより、電極に密着しかつ電極
2,3を完全に覆った、粘度分布の一様な試料液のゲル層
が形成される。この状態で電極系2,3により反応生成物
であるフェロシアン化カリウムの酸化電流値を測定する
ことにより試料中のグルコース濃度を検知できる。

第２図は前記のバイオセンサで測定した酸化電流値とグ
ルコース濃度との関係を示すものである。Ａは本発明の
吸液層として吸水性高分子のカルボキシメチルセルロー
スとポリエチレンオキサイドの２種を混合した層を設置
したもので、Ｂは従来例の吸液層を設置していないもの
である。

なお、測定は各グルコース濃度でそれぞれ10回行い、そ
の平均値とバラツキの幅を図中に示す。この図より、Ａ
では電流値とグルコース濃度は600mg/dlまで非常に良い
直線性を示し、各グルコース濃度においてもバラツキの
少ない安定した測定値が得られる。これに対し、従来例
のＢでは、直線性については600mg/dlまで良い直線性を
示しているが、各グルコース濃度における測定値のバラ
ツキを見ると、かなり大きくなっていることがわかる。
さらに特に応答値の小さいものについて測定後、チップ
を分解し、電極上の様子を観察すると、電極上に濡れ不
足による泡が発生していることが確認できた。

以上のように、本実施例によれば、吸液層にカルボキシ
メチルセルロースとポリエチレンオキサイドの２種の吸
水性高分子を混合して使用することにより、試料中のグ
ルコース量を精度良く測定することができる。これは、
分散性，保液性と、それぞれ異った特性をもつ吸水性高
分子を混合することにより、電極上に、試料反応液の一
様なゲル層の形成が可能となるためと考えられる。

なお、本実施例では高分散性の吸水性高分子としてポリ
エチレンオキサイドを挙げたが、その他にも、ポリビニ
ルピロリドン，ポリビニルアルコールでも良い。また、
高保液性の吸水性高分子としては、本実施例のカルボキ
シメチルセルロースの他、ポリアクリル酸ソーダ，スタ
ーチ等でも良い。前記の高分子はいずれも水溶性で、容
易に高分子水溶液を調整することができ、その適当な濃
度の水溶液を適量塗布することにより、必要塗布量の調
節も容易である。

吸液層の形成箇所については、本実施例では高分散性吸
水性高分子と高保液性の吸水性高分子の混合層で電極で
被覆したが、各々高分子の単独層に分離し、高分散性吸
水性高分子層を、過層，保液層，粘着性構造体の側面
など反応液の降下通路に設け、高保液性吸水性高分子層
を電極上に設ける構成でも良い。また、この場合、降下
液の過膜から電極部への誘導性が上がるため、保液層
を除去した簡易な構成が可能となる。

グルコースオキシダーゼの担持場所については、本実施
例では、第１図の反応層９にフェリシアン化カリウムと
ともに担持しているが、新しい構造は電極を吸液層中の
高保液性吸水性高分子の作用により保護しているため、
電極上の吸液層11の上に直接グルコースオキシダーゼの
担持が可能である。この構成においては、巨大分子、例
えば血液中の固形成分等が別された過液と、グルコ
ースオキシダーゼが反応するため、巨大分子による酵素
阻害の影響が除去され、担持酵素が有効に反応に寄与
し、担持量も従来より少量で測定が可能となる。

発明の効果 以上のように本発明によれば、少なくとも測定極と対極
からなる電極系を酸化還元酵素と電子受容体を介して酸
化還元反応により特定の物質の濃度を前記電極系で電気
化学的に検知する機構のバイオセンサであって、前記電
極系と反応層との間に分散性の高い吸水性高分子と保液
性の高い吸水性高分子を用いた層を配し、この層で前記
電極系を被覆するとともに、分散性の高い吸水性高分子
を反応層側に位置させることにより、電極上を試料反応
液の一様なゲル層で覆うことができ、測定精度が上がる
という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるバイオセンサの断面
図、第２図はバイオセンサの応答特性図、第３図は従来
例のバイオセンサの断面図である。 １……絶縁性基板、２……測定極、３……対極、４……
絶縁層、６……保液層、７……過層、９……反応層、
11……吸液層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小松 きよみ 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 南海 史朗 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 河栗 真理子 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも測定極と対極とからなる電極系
   と、 酸化還元酵素と電子受容体を担持する反応層とを備え、
   酸化還元酵素と電子受容体を介した酸化還元反応により
   特定の物質の濃度を前記電極系で電気化学的に検知する
   機構のバイオセンサであって、 前記電極系と反応層との間に分散性の高い吸水性高分子
   と保液性の高い吸水性高分子を用いた層（吸液層）を配
   し、この層で前記電極系を被覆するとともに、分散性の
   高い吸水性高分子を反応層側に位置させたバイオセン
   サ。
2. 【請求項２】保液性の高い吸水性高分子と分散性の高い
   吸水性高分子を用いた層は各高分子からなる各々の単独
   層が、電極上で別々の箇所に配されているか、または前
   記２種類の高分子が混合した層である特許請求の範囲第
   １項記載のバイオセンサ。