JPH0814541B2 - 光フアイバ−センサ− - Google Patents
光フアイバ−センサ−Info
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- JPH0814541B2 JPH0814541B2 JP62082275A JP8227587A JPH0814541B2 JP H0814541 B2 JPH0814541 B2 JP H0814541B2 JP 62082275 A JP62082275 A JP 62082275A JP 8227587 A JP8227587 A JP 8227587A JP H0814541 B2 JPH0814541 B2 JP H0814541B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
- G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
- G01N21/7703—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator using reagent-clad optical fibres or optical waveguides
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、試料液中の特定物質の測定に用いられる光
ファイバーセンサーに関する。
ファイバーセンサーに関する。
従来、例えば試料液中のグルコース濃度の、酵素反応
を利用した測定装置として酵素固定化膜を使用した電
極、半導体、サーミスター等が知られている。
を利用した測定装置として酵素固定化膜を使用した電
極、半導体、サーミスター等が知られている。
しかし、酵素固定化膜を使用した電極は液中のイオン
強度などにより測定が影響を受け易い、小型化が困難、
測定対象がせまい、電磁誘導の妨害を受け易い等の欠点
を有し、半導体、サーミスターも同様の欠点を一部有し
ている。
強度などにより測定が影響を受け易い、小型化が困難、
測定対象がせまい、電磁誘導の妨害を受け易い等の欠点
を有し、半導体、サーミスターも同様の欠点を一部有し
ている。
そこで、本発明は液のイオン強度などにより影響され
ず高精度の測定を短時間で行なうことができ、かつ小型
化が容易である光ファイバーセンサーを提供することに
ある。
ず高精度の測定を短時間で行なうことができ、かつ小型
化が容易である光ファイバーセンサーを提供することに
ある。
本発明は、前記の問題点を解決するものとして、酵素
反応及び該酵素反応の生成物を反応物とする発色反応を
利用する特定物質の光ファイバーセンサーであって、 前記酵素反応に関与する酵素を固定化した磁気微粒子
が媒体中に分散され、使用時に試料液と接触する底壁が
液透過性膜で形成されている酵素反応室と、 前記酵素反応室の上に、少なくとも上面が白色である
液透過性膜をはさんで設けられ、前記発色反応に必要な
前記生成物以外の反応成分を含有する室であって、上部
に光ファイバーが導入されている発色反応室と を備えてなる光ファイバーセンサーを提供するものであ
る。
反応及び該酵素反応の生成物を反応物とする発色反応を
利用する特定物質の光ファイバーセンサーであって、 前記酵素反応に関与する酵素を固定化した磁気微粒子
が媒体中に分散され、使用時に試料液と接触する底壁が
液透過性膜で形成されている酵素反応室と、 前記酵素反応室の上に、少なくとも上面が白色である
液透過性膜をはさんで設けられ、前記発色反応に必要な
前記生成物以外の反応成分を含有する室であって、上部
に光ファイバーが導入されている発色反応室と を備えてなる光ファイバーセンサーを提供するものであ
る。
本発明の光ファイバーセンサーに利用される酵素反応
及び発色反応としては種々のものが挙げられるが、以
下、グルコースオキシダーゼ（GOD）を用いて試料液中
のグルコースを測定するグルコースセンサーを例に、本
発明の光ファイバーセンサーを説明する。
及び発色反応としては種々のものが挙げられるが、以
下、グルコースオキシダーゼ（GOD）を用いて試料液中
のグルコースを測定するグルコースセンサーを例に、本
発明の光ファイバーセンサーを説明する。
本発明のセンサー（センサープローブ）は、測定の際
には試料液に浸漬されるが、酵素反応室の底壁は液透過
性であるため、試料液中にグルコースが存在すると、液
透過性膜を通って酵素反応室へ浸透する。酵素反応室内
にはグルコースオキシダーゼが固定化された磁気微粒子
が分散しているので、式： で表わされる酵素反応が進行し、過酸化水素（H2O2）が
生成する。生成した過酸化水素は拡散し、上方の液透過
性膜を通って発色反応室の中へ浸透して行く。発色反応
室にはオルトジアニシジンとペルオキシダーゼを含む溶
液が入っており、過酸化水素によるオルトジアニシジン
の酸化による発色反応が生起する。酸化オルトジアニシ
ジンは過酸化水素が液透過性膜を透過すると同時に生成
しその膜を着色する。酸化オルトジアニシジンは436nm
にピークをもつ吸光を有する。発色反応室上部に導入さ
れた入射用光ファイバーからの光を前記の膜に照射し反
射光を出射用光ファイバーにより導出し、外部で膜の着
色に伴なう吸光度変化を例えば電圧変化に変えて測定す
る。
には試料液に浸漬されるが、酵素反応室の底壁は液透過
性であるため、試料液中にグルコースが存在すると、液
透過性膜を通って酵素反応室へ浸透する。酵素反応室内
にはグルコースオキシダーゼが固定化された磁気微粒子
が分散しているので、式： で表わされる酵素反応が進行し、過酸化水素（H2O2）が
生成する。生成した過酸化水素は拡散し、上方の液透過
性膜を通って発色反応室の中へ浸透して行く。発色反応
室にはオルトジアニシジンとペルオキシダーゼを含む溶
液が入っており、過酸化水素によるオルトジアニシジン
の酸化による発色反応が生起する。酸化オルトジアニシ
ジンは過酸化水素が液透過性膜を透過すると同時に生成
しその膜を着色する。酸化オルトジアニシジンは436nm
にピークをもつ吸光を有する。発色反応室上部に導入さ
れた入射用光ファイバーからの光を前記の膜に照射し反
射光を出射用光ファイバーにより導出し、外部で膜の着
色に伴なう吸光度変化を例えば電圧変化に変えて測定す
る。
以上が本発明の光ファイバーセンサーの機能及び測定
の概要であるが、このセンサーを構成する部材は次のよ
うなものである。
の概要であるが、このセンサーを構成する部材は次のよ
うなものである。
酵素反応室に分散される酵素固定化用の磁気微粒子の
材料は、特に限定されず、例えば、Fe3O4、γ−Fe2O3、
Co−γ−Fe2O3、（NiCuZn）Ｏ・Fe2O3、（CuZn）Ｏ・Fe
2O3、（Mn・Zn）Ｏ・Fe2O3、（NiZn）Ｏ・Fe2O3、SrO・
6Fe2O3、BaO・6Fe2O3、SiO2で被覆したFe3O4（粒径約20
0Å）（Enzyme Microb.Technol.,vol.2,p.2−10（198
0）参照〕、各種の高分子材料（ナイロン、ポリアクリ
ルアミド等）とフェライトとの複合微粒子等が挙げられ
る。また、これらの磁気微粒子の粒径は、200Å〜10μ
ｍの範囲が好ましく、特に、200Å〜１μｍの範囲であ
ることが好ましい。磁気微粒子の粒径が小さすぎると後
述する外部磁場による撹拌が不可能となるか、もしくは
非常に強い磁場を要する。また、粒径が大きすぎると試
料液に良好に分散させることが困難となる。
材料は、特に限定されず、例えば、Fe3O4、γ−Fe2O3、
Co−γ−Fe2O3、（NiCuZn）Ｏ・Fe2O3、（CuZn）Ｏ・Fe
2O3、（Mn・Zn）Ｏ・Fe2O3、（NiZn）Ｏ・Fe2O3、SrO・
6Fe2O3、BaO・6Fe2O3、SiO2で被覆したFe3O4（粒径約20
0Å）（Enzyme Microb.Technol.,vol.2,p.2−10（198
0）参照〕、各種の高分子材料（ナイロン、ポリアクリ
ルアミド等）とフェライトとの複合微粒子等が挙げられ
る。また、これらの磁気微粒子の粒径は、200Å〜10μ
ｍの範囲が好ましく、特に、200Å〜１μｍの範囲であ
ることが好ましい。磁気微粒子の粒径が小さすぎると後
述する外部磁場による撹拌が不可能となるか、もしくは
非常に強い磁場を要する。また、粒径が大きすぎると試
料液に良好に分散させることが困難となる。
上記の材料および粒径を有するものの中でも特に好ま
しいものとして、SiO2で被覆した粒径約200ÅのFe3O4粒
子、及び粒径200〜300Åのγ−Fe2O3粒子を挙げること
ができる。さらに、このような好ましい磁気微粒子とし
て、走磁性細菌から得られる磁鉄鉱（Fe3O4）からなる
微粒子（粒径約500Å）が挙げられる。前記走磁性細菌
は、例えば特願昭60−203129号に開示された方法および
採取器により淡水又は海水から容易に採取することがで
きる。
しいものとして、SiO2で被覆した粒径約200ÅのFe3O4粒
子、及び粒径200〜300Åのγ−Fe2O3粒子を挙げること
ができる。さらに、このような好ましい磁気微粒子とし
て、走磁性細菌から得られる磁鉄鉱（Fe3O4）からなる
微粒子（粒径約500Å）が挙げられる。前記走磁性細菌
は、例えば特願昭60−203129号に開示された方法および
採取器により淡水又は海水から容易に採取することがで
きる。
磁気微粒子への酵素の固定化は公知の方法により行な
うことができ、例えばシランカップリング剤の利用が挙
げられる。
うことができ、例えばシランカップリング剤の利用が挙
げられる。
酵素反応室の底壁を構成する液透過性膜は、試料液中
のグルコースを透過するが酵素反応室中の磁気微粒子を
透過するものであってならず、したがって、通常、孔径
25Å〜100Å程度の多孔質の膜が用いられる。酵素反応
室と発色反応室との間の隔膜も、同様に、過酸化水素の
拡散を妨げないが磁気微粒子の透過を防止するものであ
る必要があるので、上記と同様の多孔質の膜が用いられ
る。このような液透過性膜の具体例としては、ニトロセ
ルロース膜、セルロース膜、ガラスフィルター、セラミ
ックフィルター等が挙げられる。
のグルコースを透過するが酵素反応室中の磁気微粒子を
透過するものであってならず、したがって、通常、孔径
25Å〜100Å程度の多孔質の膜が用いられる。酵素反応
室と発色反応室との間の隔膜も、同様に、過酸化水素の
拡散を妨げないが磁気微粒子の透過を防止するものであ
る必要があるので、上記と同様の多孔質の膜が用いられ
る。このような液透過性膜の具体例としては、ニトロセ
ルロース膜、セルロース膜、ガラスフィルター、セラミ
ックフィルター等が挙げられる。
酵素反応室と発色反応室との間の隔膜の上面は、光フ
ァイバーからの入射光の反射面として機能するので白色
である必要がある。使用した液透過性膜が白色でない場
合には、その膜の上面に反射用の白色膜を重ねるなどの
措置が必要である。
ァイバーからの入射光の反射面として機能するので白色
である必要がある。使用した液透過性膜が白色でない場
合には、その膜の上面に反射用の白色膜を重ねるなどの
措置が必要である。
本発明のセンサーを用いて測定を行なう際には、測定
中に酵素反応室内の磁気微粒子に外部から磁場を加える
ことが望ましく、これにより磁気微粒子を振動させ、撹
拌し、酵素と基質である被測定物質との接触を促進でき
る結果、より迅速な測定が可能である。
中に酵素反応室内の磁気微粒子に外部から磁場を加える
ことが望ましく、これにより磁気微粒子を振動させ、撹
拌し、酵素と基質である被測定物質との接触を促進でき
る結果、より迅速な測定が可能である。
本発明のセンサーに用いられる、酵素及び発色反応成
分は被測定物質に応じて種々選択可能であり、前記のグ
ルコースの場合のほか下記表１の例が挙げられる。いず
れの場合も、発色物質としては、オルトジアニシジンの
ほか、４−アミノフェナジンとN,N−ジメチルアミン
（カラターゼ）;4−アミノフェナジンと3,5−ジクロロ
−２−ヒドロキシベンゼンスルホン酸（カタラーゼ）を
用いることができる。
分は被測定物質に応じて種々選択可能であり、前記のグ
ルコースの場合のほか下記表１の例が挙げられる。いず
れの場合も、発色物質としては、オルトジアニシジンの
ほか、４−アミノフェナジンとN,N−ジメチルアミン
（カラターゼ）;4−アミノフェナジンと3,5−ジクロロ
−２−ヒドロキシベンゼンスルホン酸（カタラーゼ）を
用いることができる。
〔実施例〕 次に、本発明の実施例である光ファイバーグルコース
センサーを第１図の概念図により説明する。
センサーを第１図の概念図により説明する。
このセンサー（センサープローブ）１は、下部の酵素
反応室２とその上の発色反応室３とからなり、発色反応
室３の上部には２本の光ファイバー4,5が導入されてい
る。２つの室の間の隔膜６はニトロセルロース膜（商品
名 メンブランフィルター）からなり、強度補助のため
に透析膜（セルロース膜）が下側に重ねられている。ニ
トロセルロース膜６は白色で光反射膜としても機能す
る。光ファイバー4,5は、ニトロセルロース膜６に対し
て垂直な方向で導入され、プローブ１のガラス製ケーシ
ングにエポキシ樹脂７で固定されている。酵素反応室２
の底壁８は透析膜（孔径27Å）で構成されている。酵素
反応室２（容積0.1ml）には、人工の平均粒径1000Åの
磁鉄鉱粒子にγ−アミノプロピルトリエトキシシランを
用いて常法によりグルコースオキシダーゼを固定化した
もの（固定化量7.6μg/ml）が5mgで分散されている。ま
た、発色反応室３には、オルトジアニシジン（0.066mg/
ml）及びペルオキシダーゼを含む溶液が入っている。
反応室２とその上の発色反応室３とからなり、発色反応
室３の上部には２本の光ファイバー4,5が導入されてい
る。２つの室の間の隔膜６はニトロセルロース膜（商品
名 メンブランフィルター）からなり、強度補助のため
に透析膜（セルロース膜）が下側に重ねられている。ニ
トロセルロース膜６は白色で光反射膜としても機能す
る。光ファイバー4,5は、ニトロセルロース膜６に対し
て垂直な方向で導入され、プローブ１のガラス製ケーシ
ングにエポキシ樹脂７で固定されている。酵素反応室２
の底壁８は透析膜（孔径27Å）で構成されている。酵素
反応室２（容積0.1ml）には、人工の平均粒径1000Åの
磁鉄鉱粒子にγ−アミノプロピルトリエトキシシランを
用いて常法によりグルコースオキシダーゼを固定化した
もの（固定化量7.6μg/ml）が5mgで分散されている。ま
た、発色反応室３には、オルトジアニシジン（0.066mg/
ml）及びペルオキシダーゼを含む溶液が入っている。
上記センサーを第２図に示す装置系に組み試料液21中
のグルコース濃度を測定した。試料及びセンサー１はし
ゃへい体22で光をしゃ断した暗所内に置かれ、かつマグ
ネット撹拌装置23の上に配されている。センサー１に接
続された入射用光ファイバー４、出射用光ファイバー５
は、光源、検出器及び増幅器を備えた測定装置24に接続
されている。試料21中のグルコース濃度は波長436nmに
おける吸光度変化として検知され、電圧変化に変えて測
定された後レコーダー25に出力される。
のグルコース濃度を測定した。試料及びセンサー１はし
ゃへい体22で光をしゃ断した暗所内に置かれ、かつマグ
ネット撹拌装置23の上に配されている。センサー１に接
続された入射用光ファイバー４、出射用光ファイバー５
は、光源、検出器及び増幅器を備えた測定装置24に接続
されている。試料21中のグルコース濃度は波長436nmに
おける吸光度変化として検知され、電圧変化に変えて測
定された後レコーダー25に出力される。
この装置系を使用して、濃度4mg/mlでグルコースを含
む試料液を測定した。測定開始後の得られた電圧変化の
時間的推移を、マグネット撹拌装置23を動作させて測定
を行なった場合と、動作させないで行なった場合につい
て観測したところ、第３図に示す結果が得られた。マグ
ネット撹拌装置により、磁気微粒子に加わる磁場を変動
させることにより酵素反応が促進され、より迅速に測定
結果が得られることがわかる。
む試料液を測定した。測定開始後の得られた電圧変化の
時間的推移を、マグネット撹拌装置23を動作させて測定
を行なった場合と、動作させないで行なった場合につい
て観測したところ、第３図に示す結果が得られた。マグ
ネット撹拌装置により、磁気微粒子に加わる磁場を変動
させることにより酵素反応が促進され、より迅速に測定
結果が得られることがわかる。
同じ装置系を用い、種々の濃度でグルコースを含む試
料液について、測定時間８分で、波長436nmにおける吸
光度の変化を求めたところ、第４図に示す検量線が得ら
れ、短時間で正確な測定が可能であることがわかる。な
お、マグネット撹拌装置23は作動させて測定した。
料液について、測定時間８分で、波長436nmにおける吸
光度の変化を求めたところ、第４図に示す検量線が得ら
れ、短時間で正確な測定が可能であることがわかる。な
お、マグネット撹拌装置23は作動させて測定した。
本発明の光ファイバーセンサーは、試料のイオン強度
などに影響されないで測定対象を正確、迅速に測定で
き、小型化も容易である。
などに影響されないで測定対象を正確、迅速に測定で
き、小型化も容易である。
第１図は本発明の光ファイバーセンサー例を概略的に示
し、第２図はそれを使用した装置系を示し、第３図、第
４図は実施例における測定結果を示す。 ２……酵素反応室、３……発色反応室、４、５……光フ
ァイバー、21……試料液、23……マグネット撹拌装置
し、第２図はそれを使用した装置系を示し、第３図、第
４図は実施例における測定結果を示す。 ２……酵素反応室、３……発色反応室、４、５……光フ
ァイバー、21……試料液、23……マグネット撹拌装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．，57，Ｐ．565, （1985)
Claims (1)
- 【請求項１】酵素反応及び該酵素反応の生成物を反応物
とする発色反応を利用する特定物質の光ファイバーセン
サーであって、 前記酵素反応に関与する酵素を固定化した磁気微粒子が
媒体中に分散され、使用時に試料液と接触する底壁が液
透過性膜で形成されている酵素反応室と、 前記酵素反応室の上に、少なくとも上面が白色である液
透過性膜をはさんで設けられ、前記発色反応に必要な前
記生成物以外の反応成分を含有する室であって、上部に
光ファイバーが導入されている発色反応室と を備えてなる光ファイバーセンサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62082275A JPH0814541B2 (ja) | 1987-04-03 | 1987-04-03 | 光フアイバ−センサ− |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62082275A JPH0814541B2 (ja) | 1987-04-03 | 1987-04-03 | 光フアイバ−センサ− |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63247646A JPS63247646A (ja) | 1988-10-14 |
| JPH0814541B2 true JPH0814541B2 (ja) | 1996-02-14 |
Family
ID=13769943
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62082275A Expired - Fee Related JPH0814541B2 (ja) | 1987-04-03 | 1987-04-03 | 光フアイバ−センサ− |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0814541B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2747933B2 (ja) * | 1989-05-11 | 1998-05-06 | 日本特殊陶業株式会社 | 濃度測定方法及び濃度測定装置 |
| CA2497555C (en) * | 2002-09-20 | 2013-06-11 | Queen's University At Kingston | Detection of biological molecules by differential partitioning of enzyme substrates and products |
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| WO2010110435A1 (ja) * | 2009-03-27 | 2010-09-30 | 国立大学法人岡山大学 | 有機・無機複合材料及びその製造方法 |
| US8746031B2 (en) | 2009-05-18 | 2014-06-10 | Lightship Medical Limited | Glucose sensor calibration |
| US9097672B2 (en) | 2010-06-18 | 2015-08-04 | Queens's University At Kingston | Method and system for detecting biological molecules in samples |
| WO2012090919A1 (ja) * | 2010-12-27 | 2012-07-05 | ローム株式会社 | 光センサ用チップ、光センサ、測定システムおよびそれを用いた測定方法 |
| GB201401878D0 (en) | 2014-02-04 | 2014-03-19 | Lightship Medical Ltd | Calibration method |
-
1987
- 1987-04-03 JP JP62082275A patent/JPH0814541B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．，５７，Ｐ．５６５，（１９８５） |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63247646A (ja) | 1988-10-14 |
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Legal Events
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