JPH09311116A

JPH09311116A - 生化学測定器

Info

Publication number: JPH09311116A
Application number: JP8127003A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Nakajima; 聡中嶋; Takao Terada; 隆雄寺田; Takahide Tanaka; 孝英田中; Hideki Endo; 英樹遠藤; Misako Inagami; 三佐子稲上
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1996-05-22
Filing date: 1996-05-22
Publication date: 1997-12-02

Abstract

(57)【要約】【課題】センサ部の電極への付着物質を除去し、電極
の活性を維持する。【解決手段】測定終了で、それまで電圧印加回路６１
から電極７２ａに正の極性の電圧を印加していたもの
を、その後、Ｔ₁＝３０秒間、逆極性の電圧を印加し、
これにより電極７２ａ、７２ｂに付着する物質を離散さ
せ、続いて電極７２ａに印加する電圧の極性をＴ₂＝３
０秒間正極性に切替えて印加して、増幅器６３を経て出
力されるセンサ出力を早期に安定化し、リカバリーＯ
Ｋ、次期測定可とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、尿、血液等の生
体液を酵素反応させることによって、生体液中の特定の
物質を測定する生化学測定器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、尿、血液等の生体液中より、含ま
れる特定物質を測定する生化学測定器には、検出部に固
定化酵素と一対の電極を有するバイオセンサ（生化学セ
ンサ）を備え、例えば尿を検出部にて酵素反応させ、セ
ンサから出力される電気量変化から、その特定物質を測
定するものがある。この種生化学測定器では、時間をお
いて何回か連続して検体を測定することがある。この場
合、一回の測定を行うと、バイオセンサの検出部が生体
液で汚れるので、測定を終了すると検出部を洗浄して、
次の測定を備えるようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の生化学測定
器において、バイオセンサの固定化酵素中の物質は洗浄
により除去できるが、電気化学的作用により電極面に付
着した物質は、洗浄程度では中々十分に除去することが
できず、何回かの使用で測定精度が低下し、これがバイ
オセンサの寿命を縮め、交換時機を早めるという問題が
あった。

【０００４】この発明は、上記問題点に着目してなされ
たものであって、センサ部の電極への物質の付着を除去
し、寿命を長くし得る生化学測定器を提供することを目
的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この出願の特許請求の範
囲の請求項１に係る生化学測定器は、生体液を酵素反応
させることによって増減する物質を１対の電極を用いて
電気化学的に検出する生化学センサを備え、この生化学
センサより出力される電気量変化から特定の生化学物質
の測定を行うものにおいて、測定終了を確認する測定終
了確認手段と、測定終了の確認に応答して、前記電極に
測定・待機時とは逆極性の電圧を一定時間に亘り印加す
る電圧印加手段を特徴的に備えている。この生化学測定
器では、測定中の正極性の電圧の印加で、電極化学作用
により電極に物質が付着する。測定終了で、逆極性の電
圧印加により、方向逆の電気化学作用により電極に付着
していた物質が離散する。

【０００６】また、請求項２に係る生化学測定器は、生
体液を酵素反応させることによって増減する物質を１対
の電極を用いて電気化学的に検出する生化学センサを備
え、この生化学センサより出力される電気量変化から特
定の生化学物質の測定を行うものにおいて、測定終了を
確認する測定終了確認手段と、測定終了の確認に応答し
て、前記電極に測定・待機時とは逆極性の電圧を一定時
間に亘り印加し、その後、一定時間に亘り、正極性電圧
を印加する電圧印加手段を特徴的に備えている。この生
化学測定器では、測定終了後の逆極性電圧の印加で、電
極に付着している物質が離散し、さらにその後、正極性
の電圧印加に戻すことにより、センサ出力が早く安定化
し、次期の測定が可能となる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態により、この発
明をさらに詳細に説明する。図１は、この発明の一実施
形態尿測定器の回路構成を示すブロック図である。この
実施形態尿測定器は、センサユニット１と、このセンサ
ユニット１に流れる検出電流を電圧に変換する電流電圧
変換器２と、その出力をディジタル信号に変換するＡＤ
変換器３と、このＡＤ変換器３よりのディジタル信号を
取込み、種々の測定のための処理を実行するＭＰＵ４
と、測定結果、結果の判定指標、警告、指示等の表示を
行う表示器５と、温度測定回路６と、較正抵抗７と、セ
ンサカバー着脱検出スイッチ８と、校正スイッチ９と、
ブザー１０と、ＥＥＰＲＯＭ１１と、赤外線通信インタ
フェース１２と、リセットスイッチ１３とを備えてい
る。

【０００８】ＭＰＵ４は、さらに内部にＡＤ変換のため
に使用するタイマ１４、センサカバー着脱検出スイッチ
８、較正スイッチ９のオン／オフを取込むＩ／Ｏ回路１
５、時計１６、温度や較正抵抗を取込むための８ビット
のＡＤ変換器１７、尿測定のための処理演算を実行する
ＣＰＵ１８、ＲＯＭ１９、ＲＡＭ２０、ＬＣＤドライバ
２１、ＳｉＯチャンネル２２、及びブザー１０、ＥＥＰ
ＲＯＭ１１等と接続するためのＩ／Ｏ回路２３を備えて
いる。

【０００９】センサユニット１のバイオセンサ（酵素セ
ンサ）は、固定化酵素と電極からなる一般によく知られ
たものを使用すれば良い。その一例として、図２に示す
ものを少し説明する。ここに示す酵素センサは、センサ
ホルダ１ａに取付けられた下地電極７０と、この下地電
極７０上に積層された固定化酵素膜７３とで構成される
一体化プレーナ型酵素センサ７８である。下地電極７０
としては、電流→電圧変換素子としてプレーナ型の酵素
電極・過酸化水素電極を使用する。この場合、感応部表
面に固定化酵素層を形成し、酵素反応に伴う酵素や過酸
化水素の増減を下地電極の酸化電流変化として捕らえ
る。電極としては、各種の金属が利用されるが、作用極
としては主に白金（Ｐｔ）を用い、参照極・対極には金
（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）等を用いる。

【００１０】酵素センサ７８に使用される酵素として
は、次のようなもの〜が例示される。グルコース酸化酵素（ＧＯＤ） Glucose ＋Ｏ₂→グルコン酸＋Ｈ₂Ｏ₂ 酵素（Ｏ₂）の消費（減少）と過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）
の発生（増加）とグルコン酸の発生（ｐＨ減少）とを伴
う。

【００１１】乳酸酸化酵素（ＬＯＤ） L-Lactate ＋Ｏ₂→ Pyruvate ＋Ｈ₂Ｏ₂ 酵素（Ｏ₂）の消費（減少）と過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）
の発生（増加）とを伴う。ウレアーゼ尿素＋Ｈ₂Ｏ→２ＮＨ₃＋ＣＯ₂ アンモニアの発生（水素イオン濃度の減少によるｐＨの
増加）とＣＯ₂ガスの増加とを伴う。

【００１２】ウリカーゼ尿酸＋Ｏ₂＋２Ｈ₂Ｏ→アラントイン＋Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ₂ 酵素（Ｏ₂）の消費（減少）と過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）
の発生（増加）とＣＯ ₂ガスの増加とを伴う。固定化酵
素膜７３の例としては、上記のような酵素からなる固定
化酵素層７５を上下層で保護するサンドイッチ構造が代
表的である。固定化酵素層７５は、官能基を有する架橋
材を用いる架橋法、ゲルの格子内や高分子で被覆する包
括法などで形成される。

【００１３】下部保護膜７４は、必要により電極表面へ
の干渉物質の透過を制限するものであり、下地電極７０
及び固定化酵素層７５との密着性・安定性が必要であ
り、アセチルセルロースやイオン交換性膜材などが利用
される。上部保護膜７６は、固定化酵素層７５の保護、
固定化酵素層７５への基質の拡散制限を目的とするもの
であり、固定化酵素層７５との密着性と機械的強度が必
要である。

【００１４】これら各層の形成には、ディップコート法
やスピンコート法を用いることで、薄く均一な膜を得る
ことができる。例えば、下部保護膜７４は、５％アセチ
ルセルロース薄膜（溶媒組成；アセトン：シクロヘキサ
ノン＝３：１）を金属電極７２に滴下し、２０００ｒｐ
ｍで５秒間回転させて形成できる。固定化酵素層７５
は、０．１Ｍリン酸緩衝液（ｐＨ７．０）で調整された
０．５％グルタルアルデヒド溶液と酵素とを混合した酵
素溶液を、下部保護膜７４と同様にスピンコートして形
成できる。上部保護膜７６は、２．５％アセチルセルロ
ース薄膜（溶媒組成；アセトン：エタノール＝１：１）
を１ｃｍ／ｓｅｃでディップコートして形成できる。

【００１５】ここでは、下地電極７０としてのプレーナ
型過酸化水素電極は、例えばセラミックや樹脂フィルム
の絶縁性フィルム７１の表面に、金属電極７２として、
例えば白金・金・銀の薄膜を選択的に形成したものであ
る。また、固定化酵素膜７３は、固定化酵素層７５とし
てＧＯＤやＬＯＤを架橋固定し、さらに上部保護膜７６
の機能を強化するために、ナイロン格子やポリカーボネ
イト等からなる表面保護膜７７を別途に上部保護膜７６
に密着させたものである。また、この実施形態尿測定器
では、図２に示した以外の酵素センサを用いてもよい。

【００１６】実施形態尿測定器は、図３に示すように、
測定器本体３２にセンサ３３が着脱可能に取付けられ、
測定器本体３２の表面側に測定値（尿糖等）や各種の指
示等を表示する表示部〔図１の表示器５に相当〕３４が
設けられ、測定器本体３２の頭部に電池カバー３５が着
脱可能に取付けられたものである。センサ３３の先端部
には、尿を検知する検出部３３ａが開口され、この検出
部３３ａに尿を付着させる。また、測定器本体３２の裏
側には、校正を行うための校正スイッチ３６が設けられ
ている。図１のＭＰＵ４等回路の大部分は、測定器本体
３２に内蔵され、あるいは設けられている。図１のセン
サユニット１は、図３のセンサ３３に相当する。

【００１７】図４は、実施形態尿測定器３１を保管する
ためのケース外観斜視図である。この保管ケースは、ト
イレの床に置けるだけでなく、壁掛け用取付板を用いて
壁面にも取付けることができる。この保管ケースは、ケ
ース本体４０に、図３に示すような尿測定器３１をセン
サ３３側を下向きにして立てた状態で収納する尿測定器
保管口（測定器収納部）４２と、ケース本体４０の底部
に配置され、尿測定器３１のセンサ３３の保存液を収容
する保存液容器を着脱可能に収納する保存液容器取付口
（保存液容器収納部）４４と、ケース本体４０に開閉可
能に取付けられ、尿測定器３１を保管口４２に収納した
状態で保管口４２から現出する尿測定器３１部分等を覆
う本体カバー４５と、尿測定器３１を一時置きする仮置
きカップ４６を着脱可能に収納する仮置きカップ収納部
（測定器仮置部であって本体カバー４５の内側空間）４
８と、尿測定器３１のセンサ３３の校正液を収容する校
正液カップ（校正液容器）を着脱可能に収納する校正液
カップ取付口（校正液容器収納部）５０とを備える。

【００１８】また、保管口４２から尿測定器３１を取出
したときに保管口４２を閉じるカバー５２がケース本体
４０に開閉可能に取付けられている。ケース本体４０
は、その背面側（背板５４）に壁面取付用の孔（小孔５
６ｂ等）を有する。ケース本体４０の底部の前面には、
保存液容器内の保存液を視認する確認窓５８が設けら
れ、保存液の汚れや残量等を容易に確認できるようにな
っている。なお、保存液（緩衝液ともいう）は、尿測定
器３１のセンサ３３を湿潤状態に保ち、ＰＨやイオン濃
度を一定に保持するもので、例えばリン酸塩が用いられ
る。

【００１９】図５はセンサユニット１の電気回路を示す
回路図である。図５において、電圧印加回路６１からセ
ンサの電極７２ａに電圧Ｖ_bを加えるようになってい
る。電極７２ｂは増幅器６３の入力端に接続されるとと
もに、抵抗６２の一端に接続されている。抵抗６２の他
端は接地接続されている。増幅器６３からセンサ出力が
得られる。電圧印加回路６１は、ＣＰＵ１８からの切替
指令信号Ｍ_Eにより、正極性の＋０．４Ｖ、逆極性の−
０．４Ｖに切替可能に構成されている。この回路におい
て、測定のため、尿が検出部３３ａにかけられると、固
定化酵素と尿物質（基質）が電気化学反応を生じ、それ
により電圧印加回路６１→電極７２ａ→酵素膜→電極７
２ｂ→抵抗６２→接地の順に電流が流れ、抵抗６２の両
端に電流に応じた電圧が得られ、この電圧が増幅器６３
で増幅され、センサ出力としてＡ／Ｄ変換器３に入力さ
れることになる。このセンサ出力の変化度合検出によ
り、尿中の物質を測定することができる。このような尿
測定処理は、従来の処理と同様である。次に、実施形
態尿測定器の測定開始から次期測定ＯＫとなるまでの動
作を説明する。測定終了後の処理に特徴があるので、終
了時点後の動作を特に詳細に説明する。

【００２０】尿測定器３１がケース本体４０に収納され
ている状態、あるいは尿測定器３１がケース本体４０に
収納されていない状態でも尿が検出部３３ａにかけられ
ていない状態では、センサの検出部３３には何らの反応
も生じない。したがって、電圧印加回路６１より電極７
２ａに、図６の（Ｂ）に示すように、＋０．４Ｖの電圧
を印加しているが、電極７２ａ、電極７２ｂ、抵抗６２
には電流が流れず、図６の（Ａ）に示すように、センサ
出力は０レベルである。

【００２１】尿測定器３１をケース本体４０から外した
状態で、尿測定器３１の検出部３３ａに尿をかけると、
センサ３３が酵素反応を開始し、電極７２ａ、７２ｂ、
抵抗６２の回路に電流が流れる。その結果、センサ出力
は、例えば図６の（Ａ）に示すように、測定開始点ａの
ように電流変化に応じ、上昇する。この間、図６の
（ｂ）に示すように、電極７２ａの印加電圧は＋０．４
Ｖ一定に保たれる。ＭＰＵ４はセンサ出力の変化分よ
り、尿中の物質を演算し、その値を表示器５（図３の表
示部３４）に表示する。

【００２２】酵素反応が進むと、電流変化もとまり、セ
ンサ出力は図６の（Ａ）に示すように、一定となる。セ
ンサ出力が一定となると、リカバリー待ち、センサ準備
中表示の段階に入り、表示器５にその旨が表示される。
この段階に入ると、図７のフローチャートに示すよう
に、先ず、カバー４５が装着されているか否かを判定す
る（ステップＳＴ１）。ここで、カバー４５が装着され
ていないと、尿測定器３１がケース本体４０に装着され
ていないものと推定し、リカバリー待ち、センサ準備中
表示、保存指示表示の段階に戻る。この段階での処理の
詳細は省略する。

【００２３】カバー４５が装着されており、ステップＳ
Ｔ１の判定ＹＥＳの場合は、尿測定器３１がケース本体
４０に装着されており、センサ３３の検出部３３ａが保
存液容器の液中に浸漬されていると推定されるので、次
に洗浄ＯＫか？判定される（ステップＳＴ２）。実際に
検出部３３が保存液中に浸漬されていると、検出部３３
ａの尿が洗浄されるので、洗浄の進行とともにセンサ出
力は、図６の（Ａ）に示すように下降し始める。センサ
出力レベルがレベルＶ_TH1より小さくなると〔図６の
（Ａ）のｂ点〕、洗浄が進行しているものと判断し、ス
テップＳＴ２の洗浄ＯＫか？の判定がＹＥＳとなり、ス
テップＳＴ３に移る。

【００２４】ステップＳＴ３では、センサの出力が図６
の（Ａ）のレベルＶ_TH2に達したか否か、すなわち電極
７２ａに逆電圧を印加して良いレベルに達したか否かを
判定する。ここで、レベルＶ_TH2はＶ_TH1＜Ｖ_TH2であ
って、センサ出力がほぼゼロに近く、センサがほぼ測定
前に等しい状態に至ったか否かを判定するためのレベル
であり、センサ出力がこの点（ｃ点）を越えて小さくな
ると、完全に洗浄がなされ、測定終了時点とみなす。

【００２５】ステップＳＴ３の判定がＹＥＳとなると、
図６の（Ｂ）に示すように、逆極性の−０．４Ｖを電極
７２ａに印加する（ステップＳＴ４）。そして、この逆
極性の電圧を３０秒間（＝Ｔ₁）に亘り、継続印加する
（ステップＳＴ４、ＳＴ５）。この逆極性の電圧印加に
より、接地→抵抗６２→電極７２ｂ→電極７２ａ→電圧
印加回路６１の順に電流が流れ、測定中とは逆極性の電
流が流れる。この逆電流により、電極７２ａ、電極７２
ｂには、測定時とは逆の電気化学反応が生じ、電極７２
ａ、電極７２ｂに付着していた物質が、電極７２ａ、電
極７２ｂを離れる。これにより、電極７２ａ、７２ｂも
測定前と同様の清浄な状態となる。

【００２６】逆極性の印加を開始してから３０秒が経過
すると、ステップＳＴ５の判定がＹＥＳとなり、ステッ
プＳＴ６に移る。ステップＳＴ６では、図６の（Ｂ）に
示すように、再度＋０．４Ｖの正極性の印加電圧とす
る。センサ出力は、図６の（Ａ）に示すように、逆極性
の電圧印加により、急にインパルス的に一旦、負に落ち
込み、ゆっくりとゼロレベルに戻る。このままを継続す
ると、安定するのに時間がかかるので、今度は正極性電
圧を印加し、再度のインパルス的にセンサ出力を戻す。
この正極性の電圧は、ここでは３０秒間印加される（ス
テップＳＴ７）。３０秒程度の正極性電圧の印加によ
り、センサ出力を早期にゼロレベルにし、安定化でき
る。ステップＳＴ７の判定でリカバリーＯＫのブザーが
報知を行う（ステップＳＴ８）。これによって、次の測
定が可能となり、尿測定器はリカバリー終了で待機状態
となる。

【００２７】なお、上記図７の洗浄は、保存液による場
合について説明したが、ＳＴ２〜ＳＴ８の処理は、洗浄
水（真水）で洗浄し、測定終了する場合も同様に適用で
きる。

【００２８】

【発明の効果】この出願の特許請求の範囲の請求項１に
係る発明によれば、測定を終了すると、電極に測定、待
機時とは異なる逆極性の電圧を一定時間に亘り印加する
ので、電極に付着している物質を離散させることがで
き、電極活性を維持することができる。

【００２９】また、請求項２に係る発明によれば、測定
を終了すると、電極に測定、待機時と異なる逆極性の電
圧を一定時間に亘り印加し、その後、さらに一定時間に
亘り正極性の電圧を印加するので、電極付着した物質を
離散させることができ、電極活性を維持することがで
き、かつセンサ出力を早くゼロレベルに戻し、安定化す
ることにより、早期に次の測定に入ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態尿測定器の回路構成を示
すブロック図である。

【図２】同実施形態尿測定器に使用される酵素センサの
断面図である。

【図３】上記実施形態尿測定器の外観斜視図である。

【図４】同実施形態尿測定器を保管するためのケースの
外観斜視図である。

【図５】同実施形態尿測定器のセンサの検出部の回路構
成を示す回路図である。

【図６】同検出部のセンサ出力と、電極の印加電圧を示
す波形図である。

【図７】上記実施形態尿測定器の測定終了から次の測定
ＯＫまでのリカバリー処理を説明するためのフロー図で
ある。

【符号の説明】

６１電圧印加回路６２抵抗６３増幅器７２ａ、７２ｂ電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者遠藤英樹京都市右京区山ノ内山ノ下町24番地株式会社オムロンライフサイエンス研究所内 (72)発明者稲上三佐子京都市右京区山ノ内山ノ下町24番地株式会社オムロンライフサイエンス研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】生体液を酵素反応させることによって増減
する物質を１対の電極を用いて電気化学的に検出する生
化学センサを備え、この生化学センサより出力される電
気量変化から特定の生化学物質の測定を行う生化学測定
器において、測定終了を確認する測定終了確認手段と、測定終了の確
認に応答して、前記電極に測定・待機時とは逆極性の電
圧を一定時間に亘り印加する電圧印加手段を備えたこと
を特徴とする生化学測定器。
【請求項２】生体液を酵素反応させることによって増減
する物質を１対の電極を用いて電気化学的に検出する生
化学センサを備え、この生化学センサより出力される電
気量変化から特定の生化学物質の測定を行う生化学測定
器において、測定終了を確認する測定終了確認手段と、測定終了の確
認に応答して、前記電極に測定・待機時とは逆極性の電
圧を一定時間に亘り印加し、その後、一定時間に亘り、
正極性の電圧を印加する電圧印加手段を備えたことを特
徴とする生化学測定器。