JPH0814562B2

JPH0814562B2 - バイオセンサ

Info

Publication number: JPH0814562B2
Application number: JP63312303A
Authority: JP
Inventors: 真理子河栗; 晃司戎; 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: 1996-02-14
Anticipated expiration: 2011-02-14
Also published as: JPH02157645A

Description

【発明の詳細な説明】産業上利用分野本発明は、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
料液の希釈や撹拌などを行なうことなく簡易に定量しう
る方式として、第５図に示すようなバイオセンサがあ
る。このバイオセンサは、絶縁性の基板11上にスクリー
ン印刷等の方法でカーボンなどからなる電極系12,13を
形成し、前記電極上に親水性高分子と酸化還元酵素と電
子受容体からなる酵素反応層15を形成したものである。
試料液を酵素反応層へ滴下すると、酸化還元酵素と電子
受容体が試料液に溶解し、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。反応終了後、電
極系で電気化学的に検知される、前記電子受容体の還元
量に相当する酸化電流値から試料液中の基質濃度を求め
る。

発明が解決しようとする課題しかしながら、この従来のバイオセンサでは、反応時
の外気及び試料液の温度により酵素反応及び電極反応が
影響されて応答がばらつき、安定した応答が得られにく
いという問題点があった。

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、絶縁性基板上に
少なくとも測定極と対極からなる電極系を設けると共
に、該電極系の表面に酸化還元酵素と親水性高分子と電
子受容体からなる酵素反応層を形成し、前記酸化還元酵
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、試料液中の基質濃
度を測定するバイオセンサにおいて、前記絶縁性基板の
裏面に加温装置を一体に付設するものである。本発明
は、また前記絶縁性基板の表面に、PTCサーミスタを取
り付け、さらに前記電極系およびPTCサーミスタを囲む
カバーを取り付けるものである。

作用本発明によれば、センサを加温装置や温度調節機能に
より制御できるため外気や試料の温度の影響を緩和し、
安定した応答が得られ、試料液中の基質濃度の測定をよ
り正確におこなうことができる。また、電極系はカーボ
ンを主体とする材料によりスクリーン印刷によって形成
できるので、ディスポーザブルタイプのバイオセンサを
安価にかつ大量生産できる。

実施例１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〜第２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２と測定極３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）の水溶液を塗
布し、45℃で30分乾燥することによりCMC層を形成し
た。得られたCMC層の上に酸化還元酵素としてグルコー
スオキシダーゼ（GOD）をpH5.6のリン酸緩衝液に溶解し
たものを塗布した後、室温で乾燥した。さらにその上に
有機溶媒としてトルエンに電子受容体であるフェリシア
ン化カリウムの微結晶を界面活性剤であるレシチン（ホ
スファチジルコリン）とともに混ぜたものを滴下し、室
温で放置してトルエンを気化させることによりフェリシ
アン化カリウム層を形成した。このようにして前記電極
系の表面に酸化還元酵素と親水性高分子及び界面活性剤
を含有した電子受容体とからなる酵素反応層５を形成す
る。

上記のように構成したグルコースセンサの絶縁基板１
の裏面で電極系と対応する部分に、加温装置６を一体に
付設する。このバイオセンサの酵素反応層５に試料液と
してグルコース標準液を10μ滴下し、２分後に対極を
基準にして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。加温装置は、PTCサ
ーミスタ（正温度係数サーミスタ）からなり、キュリー
温度を40℃に設定しており、定電圧を印加すると、約30
秒で昇温した。グルコース標準液にフェリシアン化カリ
ウムが溶解し、これがCMC−GOD層に達してグルコースが
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500mg/dl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10μ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。また、外
気の温度を、15℃〜30℃にかえてグルコース400mg/dl溶
液を用いて測定したところ、PTCサーミスタを作動した
場合としない場合では第３図に示すように応答に差が見
られ、PTCサーミスタにより温度の影響を緩和すること
ができた。加温するためには、PTCサーミスタの他に
も、光を照射したり、発熱体を用いても効果が得られた
が、高温になると、酵素の活性が低下するため、40℃付
近に温度を制御する必要があるため、温度センサを必要
とした。

界面活性剤としては、レシチンの他に、ポリエチレン
グリコールアルキルフェニルエーテル（商品名：トリト
ンＸ）、オレイン酸やポリオキシエチレングリセリン脂
肪酸エステルやシクロデキストリンなど、電子受容体を
有機溶媒に分散させ、かつ酵素活性に影響をおよぼさな
いものであれば、特に制限されることはない。

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
ルセルロース系、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塗布、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。

電子受容体を混合する有機溶媒としては、トルエン以
外にエタノールや石油エーテルなど、GOD活性および印
刷電極への影響の少ないものであればよい。

電極系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。

実施例２本実施例では、第４図に示すように、センサの基板に
温度調節機能を有するものとしてPTCサーミスタを直接
に張り付けることにより、さらに、効率よく温度を制御
できた。そのため、約10秒で、一定温度となり、外気の
温度が、15℃の場合、グルコース濃度が100mg/dlのと
き、反応終了に２分かかっていたものが、PTCサーミス
タにより、１分で反応が終了し、安定した応答が得られ
た。PTCサーミスタは、基板が耐熱であれば、直接第４
図のように基板上に形成できるため、大量生産に適して
いる。

実施例３第1,2図に示した構成のセンサに第４図に示すように
カバー７を取付けた。血液をカバーの点着部に供給する
と、すみやかに電極部に広がり、再現性の良い応答が得
られた。カバー７内の容積を小さくすることで、サンプ
ル量を微量にすることができ、一定量が供給できた。さ
らに、カバー７で囲むことにより外気と遮断できるた
め、PTCサーミスタ６の効果が一層発揮できた。

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。また、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
電極系と酸化還元酵素と親水性高分子及び電子受容体か
らなる酵素反応層を形成し、さらに、加温装置を絶縁性
基板の裏面に一体に付設することにより、酵素反応層部
分を効率的に加温することができる。従って、試料や周
囲の温度変化によるセンサ応答への影響を大幅に低減
し、かつ、酵素反応を促進し、試料中の基質濃度の測定
精度を向上させることができる。また、絶縁性基板の表
面に、PTCサーミスタを取り付け、さらに前記電極系お
よびPTCサーミスタを囲むカバーを取り付けた構成によ
れば、酵素反応層部分およびPTCサーミスタを外気と遮
断できるため、より効率的に温度制御できる。また、電
極系がカーボンを主体とする材料によりスクリーン印刷
によって形成できるので、ディスポーザブルタイプのバ
イオセンサを安価にかつ大量生産できる。

【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図は同バイオセンサの縦断面図、第３図は同バイオセ
ンサの応答特性、第４図は本発明の他の実施例のバイオ
センサの縦断面図、第５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……対極、３……測定極、４……
絶縁層、５……酵素反応層、６……PTCサーミスタ、７
……カバー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者南海史郎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)発明者飯島孝志大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (56)参考文献特開昭62−142264（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−139286（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−166141（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−232554（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−139242（ＪＰ，Ａ) 実開昭52−170092（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性基板上に少なくとも測定極と対極か
らなる電極系を設けると共に、前記電極系の表面に酸化
還元酵素と親水性高分子と電子受容体からなる酵素反応
層を形成し、前記酸化還元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、試料液中の基質濃度を測定するバイオセンサ
において、前記絶縁性基板の裏面に加温装置を一体に付
設したことを特徴とするバイオセンサ。
【請求項２】絶縁性基板上に少なくとも測定極と対極か
らなる電極系を設けると共に、前記電極系の表面に酸化
還元酵素と親水性高分子と電子受容体からなる酵素反応
層を形成し、前記酸化還元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、試料液中の基質濃度を測定するバイオセンサ
において、前記絶縁性基板の表面に、PTCサーミスタを
取り付け、さらに前記電極系およびPTCサーミスタを囲
むカバーを取り付けたことを特徴とするバイオセンサ。