JPH0961424A

JPH0961424A - 生化学物質分析装置

Info

Publication number: JPH0961424A
Application number: JP22067295A
Authority: JP
Inventors: Masaki Yamaguchi; 昌樹山口
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1995-08-29
Filing date: 1995-08-29
Publication date: 1997-03-07

Abstract

(57)【要約】【課題】生体の条件によらず測定精度に優れた非観血
式の生化学物質測定装置を提供すること。【解決手段】収集部２０は、唾液採取部材２１、フィ
ルタ２２、及び唾液収集部材２３から構成されている。
また、演算部４０は、少なくともＣＰＵ４１と記憶装置
４２から構成されている。収集部２０で被測定物質であ
る唾液を収集し、センサ３０において該唾液中における
所定の生化学物質の濃度に比例した電流値Ｉ₀を得る。
予め記憶装置４２に記憶しておいた唾液中のグルコース
濃度と血糖値の相関関係から血液中の該生化学物質の濃
度を算出する。ここで、刺激手段（ペルチエ素子）６０
により唾液の分泌速度が促進される。唾液採取部材２１
を発光素子４５，受光素子４６を使用して唾液吸収量を
測定し、唾液採取時間によりその分泌速度が算出されて
表示される。この速度に応じて刺激の度合を調節して分
泌速度を一定にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、生体の血液中に含
まれる所定の生化学物質、例えば糖分を測定するための
生化学物質測定装置に関し、特に非観血式の生化学物質
測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、酵素のもつ厳密な分子識別機能を
巧みに利用したバイオセンサが種々考案されており、こ
れらのバイオセンサを用いることにより、生体中の生化
学物質の分析が進んでいる。

【０００３】例えば、糖尿病治療の分野においては、バ
イオセンサが血糖計測技術に大きな変革をもたらしてい
る。１９７０年代には、高分子にブドウ糖酸化還元酵素
（グルコースオキシダーゼ）を固定化した酵素膜を用い
た血糖センサーが開発され、それまで数十分から１時間
以上もかかっていた血糖測定が数分で測定できるように
なった。

【０００４】しかし、これらのバイオセンサは、血液を
用いていたので、患者は測定の度に採血しなければなら
ず、肉体的苦痛を伴うという問題があった。また、血液
を媒体とするウイルス（Ｂ型肝炎、ＡＩＤＳ等）感染の
恐れがあり、患者や看護者に常に精神的な不安感を与え
るという問題もあった。

【０００５】これらの問題点を解決するために、光学的
手法を用いた非侵襲型の生理活性物質計測法が提案され
ており、例えば、七里元亮らの「血糖値の非侵襲的計測
法―光学的ブドウ糖センサの開発、ＢＭＥ、Vol.５、N
o.８、pp.１６-２１、１９９１」等が報告されている。

【０００６】しかしながら、光学的手法を用いた非侵襲
型の生理活性物質計測法により、例えば血糖を計測する
場合、ブドウ糖の吸光度に基づいて血糖値を推定する
が、ブドウ糖の吸収光の波長が９〜１１μｍと長いため
に、その光源として赤外線が必要になる。しかし、現状
の赤外線レーザは非常に大型であり、さらに、冷却装置
を必要とすることから、計測装置が非常に大型化すると
いう問題があった。また、この種の装置は、一般的に、
小型で、携帯可能になることが望まれており、光学的手
法を用いた装置では実現できないものであった。

【０００７】そこで，唾液中の生化学物質の濃度をもと
に血液中の該生化学物質の濃度を推定する方法が本出願
人により提案されている（特願平７−１５７４２３号
号）。本発明によれば，唾液中のグルコース濃度を例え
ば前記バイオセンサによって測定することが出来るの
で，装置の小型・携帯化が可能である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、唾液の
分泌速度は生体（被検者）の種々の条件、例えば年齢，
性別，健康状態等によっても異なり、それに応じて唾液
中のグルコース濃度（以下，唾液糖と略す）も変化し、
その結果、検出した唾液糖の濃度が前記種々の条件に応
じて変化してしまい、正確な血糖値の検出ができなくな
る恐れがある。この問題は、唾液糖だけのものではな
く、唾液中に含まれる生化学物質についても存在するの
である。

【０００９】本発明は上述した問題点を解決するために
なされたものであり、生体の条件によらず測定精度に優
れた非観血式の生化学物質測定装置を提供することを目
的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に請求項１に記載の生化学物質測定装置は、口腔から分
泌される唾液を収集する収集手段と、その収集手段によ
り収集された唾液に含まれる所定の生化学物質の濃度に
関する情報を検出する検出手段と、前記所定の生化学物
質に関して前記唾液中の濃度に関連する情報と血液中の
濃度との対応情報を記憶する記憶手段と、前記検出手段
により検出された前記生化学物質の濃度に関連する情報
と前記記憶手段に記憶された対応情報とに基づき、血液
中の前記生化学物質の濃度を算出する算出手段とを備え
た生化学物質測定装置であって、前記口腔中に存在する
感覚受容器を刺激するための刺激手段と、その刺激手段
によって分泌される唾液の分泌速度を測定する分泌速度
測定手段とをそなえている。

【００１１】収集手段により唾液が収集され、検出手段
により収集された唾液に含まれる生化学物質の濃度に関
連する情報が検出される。記憶手段には前記所定の生化
学物質に関して前記唾液中の濃度に関連する情報と血液
中の濃度との対応情報が記憶されており、算出手段が前
記検出された唾液中の生化学物質の濃度と前記対応情報
とに基づいて血液中の生化学物質の濃度を算出するので
ある。ここで、刺激手段が口腔中に存在する感覚受容器
を刺激するので、唾液の分泌速度は刺激手段により制御
される。分泌速度測定手段は前記収集手段により収集さ
れた唾液の分泌速度を測定する。このため、実際の血糖
値の測定に先立って分泌速度測定手段により唾液の分泌
速度を測定すれば、刺激手段による口腔中に存在する感
覚受容器の刺激の度合を調節でき、測定条件として常に
一定の唾液分泌速度を維持することができる。

【００１２】また、請求項２に記載の生化学物質測定装
置は、分泌速度測定手段が、前記収集手段に収集された
唾液の量を計測するための発光・受光素子を備えてい
る。発光・受光素子により唾液量が計測されるのであ
る。これに、唾液収集時間を加味すれば唾液分泌速度が
容易に測定できるのである。

【００１３】また、請求項３に記載の生化学物質測定装
置は、前記刺激手段によって刺激される感覚受容器は、
味覚受容器，温冷覚受容器，圧覚受容器，もしくは触覚
受容器の何れか或いは複数である。唾液分泌の促進を効
率よく行うことが出来る。

【００１４】また、請求項４に記載の生化学物質測定装
置は、前記刺激手段は、有機高分子，温冷熱源，もしく
は振動源の何れか或いは複数である。刺激手段の小型化
も容易である。

【００１５】また、請求項５に記載の生化学物質測定装
置は、前記検出手段は酵素、あるいは酵素と同等の働き
をする化学物質を有する触媒体と、触媒反応に伴う生成
物の増減を電気化学的に計測する電極を備え、前記生化
学物質の量を測定する。唾液中の生化学物質と酵素ある
いは触媒体とが反応して生成物を発生し、この生成物の
増減が電極により電気化学的に計測される。

【００１６】また、請求項６に記載の生化学物質測定装
置は、前記酵素、あるいは酵素と同等の働きをする化学
物質として少なくともグルコースオキシダーゼであるの
で、検出手段は前記唾液中に含まれるブドウ糖の濃度を
検出できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の生化学物質測定装
置を具体化した一実施形態を図面を参照して説明する。

【００１８】以下、本発明を唾液中のグルコース濃度を
測定して血糖値を表示する非観血式（非侵襲式）の血糖
値測定器に具体化した一実施例を、図１乃至図１２を参
照して説明する。

【００１９】図１は生化学物質測定装置（血糖値測定
器）１０の電気的構成を示すブロック図である。生化学
物質測定装置１０は、唾液の収集部（収集手段）２０、
酵素センサ３０、演算部４０及び表示装置（出力手段）
５０から構成されている。該収集部２０は後述するよう
に、唾液採取部材２１、フィルタ２２、及び唾液収集部
材２３から構成されている。また演算部４０は、ＣＰＵ
（算出手段）４１と、後述の情報が記憶されたＲＯＭ，
演算結果を一時記憶するためのＲＡＭ等の記憶装置４２
と、前記酵素センサ３０と表示装置５０等との間の入出
力ポートとから構成されている。この入出力ポートには
この他にキーボード４３と後述の発光素子４５と受光素
子４６とこれらの両素子４５，４６を前記唾液採取部材
２１に沿って一体的に移動させるための駆動装置４４と
が接続されている。

【００２０】前記ＲＯＭには制御プログラムや図９に示
す唾液のグルコース濃度と血糖値との対応関係を示す情
報が記憶されている。また、センサからの検出電流値Ｉ
₀と唾液中のグルコース濃度との対応関係もまたＲＯＭ
に記憶されている。また、前記ＣＰＵ４１にはアナログ
−デジタル変換回路を内蔵するものであり、後述のよう
に酵素センサ３０からのアナログ電流値はデジタル値に
変換されて所定の演算処理が行われる。

【００２１】図２は前記生化学物質測定装置１０の概略
構成を示す。酵素センサ３０は装置本体１００に対して
着脱可能に構成されており、センサの耐久性に応じて１
〜数十回の使用毎に使い捨てとする事も可能である。本
装置１０の使用においては、同図中矢印Ａ方向に酵素セ
ンサ３０を挿入して行うものである。本装置１０のセン
サ取り付け部の右方には、収集部２０が設けられてい
る。

【００２２】前記本体１００の酵素センサ３０の収容部
右方には唾液収集部材２３が設けられており、この唾液
収集部材２３には、図３に示すように、円筒形の唾液採
取部材２１を外部から着脱可能に収納する収納室２３１
と、収納室２３１の底面２３２から前記本体１００に装
着された酵素センサ３０の測定部に連通する唾液通路２
３３とが形成されており、この唾液通路２３３にはフィ
ルタ２２が挿入されている。このフィルタ２２は後述す
るように唾液中に含まれている血糖測定を阻害する物
質、例えば細菌や酵素などの高分子物質を濾過するため
のものでり、必要に応じて交換可能である。また、前記
唾液収集部材２３の収納室２３１は、平面視矩形状の開
口２３４を有し、その開口２３４よりも若干小さく形成
された蓋部材２４が開口２３４を介して収納室に侵入可
能である。

【００２３】また、この唾液収集部材２３の収納室２３
１の側壁部には、一対の透明窓２３５（一方のみ図示）
が対向するように設けられており、この透明窓２３５に
臨むように前記発光素子４５と受光素子４６が配置され
ている。この発光素子４５と受光素子４６の間に前記一
対の透明窓２３５を介して前記唾液採取部材２１が配置
されるのである。更に、前記発光素子４５と受光素子４
６は前記駆動装置４４により図中Ｂ方向に移動可能に設
けられている。

【００２４】前記唾液採取部材２１は、綿などの多孔質
材料により円筒形に形成されており、これを被検者の口
腔に挿入すると多孔質材料の毛細管現象により唾液が吸
収され、この唾液採取部材２１を前記唾液収集部材２３
の収納室２３１に収納して前記蓋部材２４により唾液採
取部材２１を押しつぶすと吸収した唾液を吐出するもの
である。本実施形態においては唾液採取部材２１の唾液
吸収量は１００μｌに設定されている。この唾液採取部
材２１，フィルタ２２，唾液収集部材２３から前記収集
部２０が構成される。尚、この蓋部材２４は唾液採取部
材２１を押しつぶして唾液を吐出させる押圧部材であ
り、他の態様も可能である。例えば、蓋部材の替わりに
一対のローラを準備し、このローラ間に唾液採取部材２
１を挟んでローラを回転させて押しつぶすようにしても
よいのである。

【００２５】また、本体１００には、液晶表示式の表示
装置５０の表示窓１３が設けられ、電源スイッチ１１，
測定開始スイッチ１２が設けられている。

【００２６】図４には，選択可能な刺激手段６０の例
と、それによって刺激を受ける口腔内の受容器をまとめ
て示した。口腔内には、味覚受容器，温冷覚受容器，圧
覚受容器，触覚受容器が存在しており、これらのいずれ
も唾液の分泌に関与している。例えば、吉田洋：唾液腺
における神経支配および唾液の生成機構，歯科ジャーナ
ル，Vol.40，No.6，pp.795-804，１９９４年によれば、
食物から遊出した味物質が味覚受容器を介して、また食
物の持つ温度差が温冷覚受容器を刺激して唾液分泌が起
こることが記載されている。

【００２７】まず，前記温冷覚受容器を刺激するペルチ
エ素子を例に取り刺激手段６０を説明する。図５には、
代表的なペルチエ素子６０の構成を示した。これは，Ｎ
型半導体６１、Ｐ型半導体６２，電気電導体６３，絶縁
層６４，冷却体６５，及び放熱体６６から構成されてい
る。該Ｎ型半導体６１，Ｐ型半導体６２の一端に設けら
れた電気電導体６３には，直流電源６７が接続され，該
ペルチエ素子６０が動作されるようになっている。

【００２８】ここで、図６を参照しつつ唾液の収集方法
について説明する。同図において、８０は舌、８１は顎
下腺、８２は舌下腺、８３は顎下腺開口部を示してお
り，６０は前記ペルチエ素子である。２１は唾液採取部
材であり，これは綿などの多孔質材料を用いることが出
来る。

【００２９】唾液を採取する場合には，舌８０の温冷覚
受容器の近辺に前記ペルチエ素子６０の放熱体６６を配
置し、唾液の分泌を所定量促進させる。そして、唾液採
取部材２１を口腔に挿入し、唾液腺開口部８３付近、例
えば舌下に配置する。すると、この唾液採取部材２１に
は毛細管現象によって唾液が染み込んでいく。唾液が所
定量収集できた時点で，同図Ａに示すように唾液採取部
材２１を取り出す。このとき、唾液の分泌速度は、ペル
チエ素子６０の温度の絶対値、もしくは温度勾配によっ
て制御することが出来る。例えば常に最大速度を維持し
たい場合は、舌表面との温度差を５度以上にすればよ
い。

【００３０】ここで、唾液腺は腺房部と導管部に分けら
れるが、Thaysenらにより例えば The excretion of sod
ium, potassium, chloride and carbondioxide in huma
n parotid saliva, American journal of Physiology,
Vol.178, pp.155-159, 1954年において二段階説によっ
て唾液が生成されることが明らかになっている。つま
り、腺房部では、はじめ血漿とほぼ同成分の原唾液が分
泌され、この原唾液が導管部の管腔を通過する間に再吸
収を受けてその組成が変動し、最終的には唾液腺の開口
部から唾液として分泌される。一般に、唾液の分泌速度
は生体の状態や刺激の有無及びその継続時間により変化
する場合がある。それに応じて唾液腺の導管部における
含有物質の再吸収の程度が異なり、その結果唾液の分泌
速度に依存して唾液中の生化学物質の濃度も異なってく
る。しかし、本方法を用いれば種々の不確定要因にかか
わらず所定の分泌速度を維持しつつ唾液を採取すること
が出来る。

【００３１】また，前記唾液採取部材２１に多孔質体を
用いれば，唾液中に含まれており生化学物質の測定を阻
害する物質，例えば細菌や酵素などの高分子物質（主に
分子量５０００以上）を濾過することができ，唾液のみ
を選択的に収集することが可能となる。

【００３２】さらに，本実施態様のように唾液採取部材
２１は血糖値測定器１０の酵素センサ３０と脱着可能に
構成されているので、唾液の採取時において酵素センサ
３０に含有される後述の化学物質が直接口腔に触れるこ
とを防止することが可能となっているので、その化学物
質で生体が悪影響を受けることがないという利点を有し
ている。

【００３３】次に，ペルチエ素子（刺激手段）６０によ
って誘発された唾液の分泌速度の測定について図７を参
照して説明する。

【００３４】前述したように、前記発光素子４５と受光
素子４６は前記駆動装置４４により前記唾液収集部材２
３の収納室２３１に収容された唾液採取部材２１に沿っ
て図中Ｂ方向に一体的に移動可能に配設されている（図
７（ａ））。この発光素子４５と受光素子４６と駆動装
置４４とは前記ＣＰＵ４１により駆動制御され、本発明
の分泌速度測定手段を構成する。

【００３５】図７中、唾液採取部材２１の唾液が含有し
た部分が網点で，含有しない部分が白で模式的に示され
ている。前記唾液採取部材２１の唾液量が少ない場合に
は、発光素子４５から出射された光は唾液採取部材２１
を通過することが出来ず、図７（ｂ）に示されているよ
うに一部反射される。逆に、唾液量が十分の時には、図
７（ｃ）に示されているように唾液採取部材２１の全域
にわたり発光素子４５から出射されたの光は反対側に設
けられた受光素子４６で受光することが出来るのであ
る。ここで全域とは唾液採取部材２１の前記Ｂ方向に沿
った一端から他端までの前記発光素子４５と受光素子４
６の移動範囲のことである。

【００３６】この受光素子４６による唾液採取部材２１
の唾液含有量の検出処理に先立ち、前記キーボード４３
から唾液採取部材２１への唾液吸収に要した時間の入力
処理が行われ、次に唾液含有量の検出処理が行われる。

【００３７】前記受光素子４６は周知のように受光量に
比例して出力電圧値が変化するものであり、ＣＰＵ４１
は前記発光素子４５と受光素子４６を前記唾液採取部材
２１の一端から他端まで移動させながら、受光素子４６
からの出力電圧値を読み込み、その値を発光素子４５と
受光素子４６の移動位置に関連させて前記ＲＡＭに記憶
させる。この受光素子４６による唾液含有量の検出が終
了したら、このデータを積分して唾液採取部材２１全体
の唾液含有総量を算出し、前記キーボード４３から入力
された唾液採取所要時間で前記唾液含有総量を除算して
唾液分泌速度を算出し、前記表示装置５０にその唾液分
泌速度を表示させるのである。

【００３８】本実施の形態では、発光素子４５と受光素
子４６を使用して唾液採取総量を算出し、採取時間から
唾液分泌速度を算出するものを示したが、これに限定さ
れるものではなく、唾液採取前と唾液採取後の前記唾液
採取部材２１の重量変化を検出することにより採取唾液
総量を算出し、唾液採取時間から唾液分泌速度を算出す
るように構成することも可能である。

【００３９】このようにして測定した唾液分泌速度に基
づいて前記ペルチエ素子（刺激手段）６０の温度を調節
して刺激の度合を変更することにより所定の唾液分泌速
度に調節し、その調節した唾液分泌速度により分泌され
た唾液を前記唾液採取部材２１により所定量採取して後
述するように唾液糖の濃度を検出すれば、精度のよい血
糖値の測定が可能になるのである。前記ペルチエ素子
（刺激手段）６０の温度調節は、前記直流電源（電池）
６７に直列に可変抵抗を接続すればよい。

【００４０】このようにして前記ペルチエ素子６０の温
度調節をすれば、生体の条件にかかわらず、唾液分泌速
度を所定速度にできるのである。前述のように、唾液分
泌速度に応じて唾液中の生化学物質（ブドウ糖）の濃度
が変化するが、採取時の唾液分泌速度が所定値に維持さ
れるので生化学物質（ブドウ糖）の濃度の測定精度が向
上するのである。この結果、後述するように、唾液糖か
ら血糖値が算出され、精度のよい血糖値測定が可能とな
るのである。

【００４１】次に、唾液のグルコース濃度（唾液糖濃
度）から血糖値を推定する方法を図８を参照しつつ説明
する。

【００４２】まず、唾液中のグルコース濃度と血糖値と
の相関関係を下記実験により確かめた。

【００４３】歯槽膿漏が認められない健常な成人男子
（３２歳）を被検者として経口糖負荷試験（Oral Gluco
se Tolerance Test,OGTT）をおこない、血液と唾液を１
０分間隔で２時間にわたって採取した。経口糖負荷試験
では、６時間絶食した被検者に７５ｇのぶどう糖液（ト
レーランＧ、武田薬品工業株式会社）を服用させ、うが
いにより口腔内の残留物を洗浄した。試験中は安静に保
ち、副作用は認められなかった。血液の採取のために、
３方活栓を接続したサーフロリューチシン（太さ：２０
ゲージ）を静脈に挿入し、血栓で閉塞しないようにヘパ
リン２ｃｃを含む生理食塩水を２５ｃｃ／ｈで静脈内点
滴した。血液の採取はこの３方活栓により行い、毎回リ
ューチシン内の血液２ｃｃを排出した後に採血するよう
にした。唾液の採取は、舌下にロールワッテ（歯科用
綿）を挿入して主に顎下腺液・舌下腺液の混合唾液を毎
回５分間採取した。このロールワッテをディスポーザブ
ルのシリンジで圧縮して採取した唾液は、細菌や酵素を
除くために分画分子量５０００の加圧式限外漉過器（日
本ミリポア株式会社、モルカット２- LCC）で３０分か
けて漉過し、室温（約２５℃）で保存した。

【００４４】血糖は、生化学自動分析装置（日立製作
所、7170）により採血の度にその都度測定した。唾液糖
は、グルコース測定用の酵素法試薬（和光純薬工業株式
会社、グルコースＣ２-テストワコー）を用いて行っ
た。酵素法試薬３．０ｍｌに唾液１００μｌを混合・攪
拌し、３７℃で５分間加温することによって発色させ
た。そして、分光光度計（日立製作所、U-3200 形）で
波長５０５ｎｍの吸光度を測定し、予め求めておいた検
量線（グルコース濃度＝吸光度／０．０１２９）によっ
てグルコース濃度に換算した。本酵素法試薬の測定精度
は、１００ｍｇ／ｄｌ以上の高濃度では±２％、１〜１
０ｍｇ／ｄｌの低濃度では±１０％である。

【００４５】図８には、経口糖負荷試験における血糖と
唾液糖の経時変化を測定した結果を示した。空腹時の血
糖と唾液糖は各々９２ｍｇ／ｄｌ、１．１６ｍｇ／ｄｌ
であり、いずれも９０分後には初期値に復帰した。ま
た、血糖と唾液糖の最大値は各々１４２ｍｇ／ｄｌ、
５．９５ｍｇ／ｄｌであり、血糖に対する唾液糖の時間
遅れは４０分と認められた。本試験の結果は、血糖と唾
液糖との相関が認められるものであり、血糖の変動５０
ｍｇ／ｄｌが唾液糖の変化で判別できるものであった。
すなわち、唾液のグルコース濃度は血糖と相関を有して
いることが判る。従って、被検者は血糖値の測定のため
唾液採取の略１時間は絶飲絶食することになる。

【００４６】尚、唾液中のグルコース濃度と血糖値の相
関関係に関しては、以下に列挙するように今までにいく
つかの研究も散見されている。

【００４７】１）C.O.Reuterving:Pilocarpine-stimula
ted salivary flow rate andsalivary glucose concent
ration in alloxan diabetic rats. Influenceof sever
ity and duration of diabetes, Acta Physiol Scand,
126,pp.511-515,1986. ２）L.N.Forbat, R.E.Collins, G.K.Maskell, P.H.Sonk
sen:Glucoseconcentrations in parotid fluid and ven
ous blood of patientsattending a diabetic clinic,
Journal of the Royal Society ofMedicine, 74,pp.725
-728, 1981. この相関関係は、唾液等の時間遅れを除いて図９のよう
に書き直すことが出来、この対応情報は前記記憶装置４
２に対応関数として記憶されている。この対応関数が本
発明の対応情報に相当するものである。唾液の収集部
（収集手段）２０により収集された唾液が酵素センサ３
０に送られると、酵素センサ３０は唾液中のグルコース
濃度に比例した電流値Ｉ₀を出力する。この検出電流値
Ｉ₀は、唾液中のグルコース濃度に比例するものであ
る。検出電流値Ｉ₀はＣＰＵ４１においてまず唾液中の
グルコース濃度に換算され、次に記憶装置４２に記憶さ
れた前記対応関数に基づき血糖値が算出される。この値
は表示装置５０に表示され、視覚的に確認することが出
来る。ここで、表示装置５０に表示する替わりに、印字
装置に血糖値を印字することも可能であり、要するに、
被検者に血糖値が出力されればよいのである。

【００４８】次に、本実施形態の酵素センサ（バイオセ
ンサともいう）３０について図１０，１１を使用して説
明する。

【００４９】酵素センサ３０は、基材３１に高導電性材
料より成る電極３２が着設され、その上に耐水性材料よ
り成る保護電極３３が着設されている。前記電極３２の
材質としては、金，銀，白金，プラチナ等の貴金属や、
銅，アルミニウムなどの金属材料が考えられる。また、
この電極３２に水分が付着して腐食するのを防止するた
めに設けられる保護電極３３は、それ自身が化学反応に
寄与しないことが望ましく、材質としてはカーボン等が
考えられる。ただし、この酵素センサを使い捨て式のセ
ンサとして用いる場合には、低コスト化のためにあえて
保護電極３３を設ける必要はない。また、電極３２に保
護電極３３が着設されていない部位には、高分子などよ
り成る保護膜３４が設けられている。さらに、前記保護
電極３３上には、酵素膜３５が設けられている。そし
て、この酵素膜３５の経時変化を防止するために、該酵
素膜３５は分離膜３６で覆われている。該分離膜３６
も、低コスト化のために省略することが出来る。この酵
素膜３５に唾液が付着することによりグルコース濃度の
検出が行われるのであり、酵素膜３５の部分がセンサの
測定部となるのである。

【００５０】ここで、前記酵素センサ３０の２次元形状
の一例を図１１に示す。図１１においては、前記電極３
２及び保護電極３３の形状を明確にするために、前記酵
素膜３５及び分離膜３６を省いた状態を示している。ま
た、電極３２及び保護電極３３は、各々陽極３２ａ，３
３ａ、陰極３２ｂ，３３ｂの２つの部分から構成されて
いる。そして、点線Ｂで示した部分の内側に、前記酵素
膜３５が形成される。そして、前記陽極３２ａ，陰極３
２ｂはリード線により前記電流測定部３１に接続されて
おり、所定の電圧が印加されるのである。陽極端子と陰
極端子に所定の電圧が印加されると、後述の化学反応に
よる生成物（Ｈ₂Ｏ₂）の電気分解が行われるのである。

【００５１】これら電極３２、保護電極３３及び保護膜
３４の作成方法としては、例えばスクリーン印刷，エッ
チング，溶射等の方法によって形成することができる。
また、前記基材１１，酵素膜３５の母材，及び分離膜３
６の材質としては、例えば図１２の表に挙げたものが考
えられる。

【００５２】次に、前記酵素膜３５及び分離膜３６の作
成方法を以下に順を追って説明する。

【００５３】１. 電極の前準備１）純水１［Ｌ］に１［ｇ］のカルボキシメチルセルロ
ース（以下、ＣＭＣと略す）を少量ずつ加えながら１〜
２時間攪拌した後に一晩放置し、０.１重量％のＣＭＣ
溶液を作成する。

【００５４】２）保護電極３３上に単位面積当たり０.
８［μＬ／ｍｍ²］のＣＭＣを塗布する。

【００５５】３）電極の劣化を防止するために、出来る
だけ低い温度、例えば４０℃で１時間乾燥し、ＣＭＣ層
を作成する。

【００５６】２.酵素の溶解例えば血糖センサを作成する場合には、１０［ｍｇ］の
グルコースオキシダーゼを６７［ｍＬ］の純水に混合
し、１０［μＭ］の酵素溶液を作成する。このとき、酵
素の失活を防止するために、マグネチックスターラは使
用せず、手でゆっくりと攪拌するのが望ましい。

【００５７】３.酵素の固定１）１６．４６３［ｇ］のフェリシアン化カリウム（ヘ
キサシアノ鉄（３）カリウム、Ｋ₃［Ｆe（ＣＮ）₆］）
を１［Ｌ］の純水に混合し、５０［ｍＭ］のフェリシア
ン化カリウム溶液を作成する。

【００５８】２）ＣＭＣ溶液、酵素溶液及びフェリシア
ン化カリウム溶液各々１０［ｍＬ］を１：１：１で加え
た混合水溶液を作成する。

【００５９】３）混合水溶液を前記ＣＭＣ層の上に単位
面積当たり１.０［μＬ／ｍｍ²］滴下した後４０℃で１
時間乾燥し、酵素膜３５を作成する。

【００６０】４.分離膜の作成（必要に応じて行う）１）１［ｇ］のポリビニルピロリドン（以下、ＰＶＰと
略す）を１００［ｇ］のエタノールに混合し、約１時間
攪拌して、１重量％のＰＶＰ溶液を作成する。

【００６１】２）ＰＶＰ溶液を酵素膜３５上に単位面積
当たり０.４［μＬ／ｍｍ²］展開し、４０℃で２０分間
乾燥させて分離膜３６を形成する。

【００６２】このように酵素膜３５を構成する化学物質
は固体状態で保存されているので、経時的な変化の少な
い酵素膜を得ることが出来る。本実施形態の酵素膜に固
定される酵素は前記グルコースオキシダーゼに限定させ
るものではなく、酸化還元酵素、加水分解酵素をはじめ
として種々の酵素を用いることが可能で、その結果グル
コース以外の生体生化学物質、例えばエタノール、乳
酸，尿酸，尿素，中性脂肪，総コレストロール，或いは
ピルビン酸などを測定するセンサを実現することが出来
る。

【００６３】また、酵素の固定化方法は物理的吸着法を
例にとって説明したが、これに限定されるものではな
く、例えば鈴木周一編：イオン電極と酵素電極，講談社
サイエンティフィック，１９８１年１１月に開示されて
いるように、イオン結合法、共有結合法などの担体結合
法や、架橋法、包括法等を用いても良い。その他、本発
明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が考えられる。

【００６４】本実施形態の酵素膜に用いられて電気分解
に寄与する化学物質であるフェリシアン化カリウムは、
一般にメディエーターとも呼ばれているが、このフェリ
シアン化カリウムに限定させるものではなく、種々のイ
オン化物質、すなわち金属や錯体を用いることが可能で
ある。例えば、David L W, Alfred R D Jr, Alexander
Kらの文献「Electrochemical-Enzymatic Analysis of B
lood Glucose and Lactate，Analytical Chemistry，Vo
l.42，No.1，pp.118-121，1970」に提案されているよう
に、フェロシアン化カリウムやベンゾキノン及びその誘
導体を用いても良い。

【００６５】次に、本実施の形態の作用を説明する。

【００６６】まず、前記キーボード４３を介して所定の
スイッチを押して唾液分泌速度検出モードに設定する。
使用者は前述したようにペルチエ素子（刺激手段）６０
の温度を適宜設定し、唾液採取部材２１を舌の下に挿入
して所定時間Ｔ唾液を吸収させる。この時間Ｔが経過し
たら、使用者は唾液採取部材２１を取り出して前記唾液
収集部材２３の収納室２３１に挿入して蓋部材２４で収
容室を閉鎖し（この時、唾液採取部材２１を押しつぶさ
ない）、測定スタートスイッチを押す。すると、ＣＰＵ
４１はキーボード４３からの収集時間のキー入力を待
ち、キー入力されるとその時間を記憶した後、前記発光
素子４５から検出光を出射させ、受光素子４６からの出
力電圧値を検出しながら駆動装置４４を駆動する。受光
素子４６の出力電圧値を受光素子４６の移動位置に関連
させて記憶するのである。この検出を唾液採取部材２１
の一端から始めて他端まで行なうと、ＣＰＵ４１は記憶
した検出電圧値を積分して唾液採取部材２１の全体の唾
液吸収総量Ｗを算出する。この唾液吸収総量Ｗを前記時
間Ｔで除算することにより唾液分泌速度が算出され、Ｃ
ＰＵ４１はこの値を前記表示装置５０に表示させるので
ある。

【００６７】使用者は、この唾液分泌速度が指定された
速度よりも大きいか小さいかに基づき、前記ペルチエ素
子６０の温度を再調節すればよい。このようにして、唾
液採集時の唾液分泌速度を一定にした後、再び新たな唾
液採取部材２１を舌の下に挿入して唾液の採取を行う。

【００６８】この採取の後、使用者はキーボード４３の
所定のスイッチを操作して唾液分泌速度検出モードから
血糖値測定モードに切換え、唾液採取部材２１を前記唾
液収集部材２３の収納室２３１に挿入して蓋部材２４で
これを押しつぶすのである。こうすれば、酵素センサ３
０の測定部に唾液が付着し、この結果、唾液が電解質と
なり、前記酵素膜３５に固定された酵素例えばグルコー
スオキシダーゼが唾液中に溶け出すこととなる。その結
果、酵素が触媒となって以下に示される化学反応が行わ
れる。

【００６９】

【数１】

【００７０】この時、前記電極３２の陽極３２ａ及び陰
極３２ｂの間には所定電圧が印加されており、上記化学
反応で生成されたＨ₂Ｏ₂（酵素還元反応による生成物）
をもとに電気分解が発生する。以下の化学反応が行われ
るのである。

【００７１】

【数２】

【００７２】このとき、前記陽極３２ａと陰極３２ｂの
間に流れる電流は、本体に内蔵された電流測定部により
測定され、その値は前記Ｈ₂Ｏ₂の発生量に比例した値と
なる。即ち、Ｈ₂Ｏ₂の発生量が検出されるのである。式
（１）からわかるように、このＨ₂Ｏ₂の量は前記β−Ｄ
−グルコース、すなわちブドウ糖の量に比例しているの
で、この電流値Ｉ₀は前記発汗に含まれるブドウ糖の量
に比例することが判る。

【００７３】一方、センサ３０の測定部に付着される唾
液量は、前記唾液採取部材２１の唾液吸収容量に等しい
ので、検出された電流値Ｉ₀と、唾液量に基づいて唾液
中のグルコース濃度が算出可能である。前記記憶装置４
２のＲＯＭには、この電流値Ｉ₀と唾液中のグルコース
濃度との対応関係が記憶されているので、検出電流値Ｉ
₀に基づいて唾液中のグルコース濃度が算出されること
になる。

【００７４】この検出電流値Ｉ₀と、前記ＲＯＭ中の前
記対応関数に基づいて血糖値が演算され、表示装置５０
に視覚表示されるのである。

【００７５】このように、本発明の生化学物質測定装置
によれば、生体から自然に発生する唾液を利用して、そ
の唾液中に含まれる被測定物質（例えば、ブドウ糖）の
量を検出することができるので、従来のように採血によ
る苦痛を伴うことなく、衛生的に生化学物質の計測を行
うことができる。また、装置の小型化、及び軽量化を図
ることができ、携帯することも可能になる。

【００７６】さらに、前記刺激手段６０によって、生体
の唾液の分泌が促進され、その時の唾液分泌速度が測定
されるので、所定の分泌速度を維持することがより可能
となるので、精度よく被測定物質の量を検出することが
できる。

【００７７】尚、本発明は上述の実施の形態の血糖値測
定器にのみ限定されるものではなく、前述したように酵
素センサ３０には酸化還元酵素、加水分解酵素をはじめ
として種々の酵素を用いることが可能で、その結果グル
コース以外の生体生化学物質、例えばエタノール，乳
酸，尿酸，尿素，中性脂肪，総コレストロール，或いは
ピルビン酸などを測定する生化学物質測定装置を実現す
ることも出来る。本実施形態では、唾液中に含まれる生
化学物質の濃度を検出するように構成したが、量を検出
するように構成してもよい。

【００７８】

【発明の効果】以上詳述したことから明らかなように、
請求項１に記載の生化学物質測定装置によれば、悲観血
式で容易に血液中の生化学物質の濃度を検出することが
でき、しかも、刺激手段と分泌速度測定手段により唾液
分泌速度が測定されて所定の分泌速度に維持できるた
め、測定精度を更に向上させることができる。

【００７９】また、請求項２に記載の生化学物質測定装
置によれば、発光・受光素子により唾液量が計測される
ので、唾液収集時間を加味すれば唾液分泌速度が容易に
測定できるのである。

【００８０】また、請求項３に記載の生化学物質測定装
置によれば、刺激手段によって刺激される感覚受容器
は、味覚受容器，温冷覚受容器，圧覚受容器，もしくは
触覚受容器の何れか或いは複数であり唾液分泌の促進を
効率よく行うことが出来る。

【００８１】また、請求項４に記載の生化学物質測定装
置によれば、刺激手段が、有機高分子，温冷熱源，もし
くは振動源の何れか或いは複数であり、刺激手段の小型
化が容易である。

【００８２】また、請求項５に記載の生化学物質測定装
置によれば、検出手段が酵素、あるいは酵素と同等の働
きをする化学物質を有する触媒体と、触媒反応に伴う生
成物の増減を電気化学的に計測する電極を備えているの
で、生化学物質の濃度を容易に測定可能である。

【００８３】また、請求項６に記載の生化学物質測定装
置によれば、前記酵素、あるいは酵素と同等の働きをす
る化学物質として少なくともグルコースオキシダーゼで
あるので、検出手段は前記唾液中に含まれるブドウ糖の
濃度を検出が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の血糖値測定器の電気的構成
を示すブロック図である。

【図２】本実施例の血糖値測定器の概観を示す図であ
る。

【図３】唾液収集部２０の説明図である。

【図４】刺激手段としての採用可能な具体例とそれが刺
激する生体受容器を示す説明図である。

【図５】刺激手段としてのペルチエ素子６０の概略構成
を示す説明図である。

【図６】唾液採取方法を説明する図である。

【図７】唾液採取部材２１の唾液吸収量の測定方法を説
明する説明図である。

【図８】唾液糖と血糖値との相関関係を説明する図であ
る。

【図９】ＲＯＭに記憶された唾液糖と血糖値の相関関係
の一例である。

【図１０】酵素センサ３０の概略構成を示す図である。

【図１１】酵素センサ３０の要部平面図である。

【図１２】酵素センサの基材，酵素膜，分離膜の材質表
を示す図である。

【符号の説明】

１０生化学物質測定装置（血糖値測定器）２０収集部２１唾液採取部材２２フィルタ３０センサ３２電極３５酵素膜４０演算部４１ＣＰＵ４２記憶装置４３キーボード４４駆動装置４５発光素子４６受光素子５０表示部６０ペルチエ素子（刺激手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】口腔から分泌される唾液を収集する収集
手段と、その収集手段により収集された唾液に含まれる
所定の生化学物質の濃度に関する情報を検出する検出手
段と、前記所定の生化学物質に関して前記唾液中の濃度
に関連する情報と血液中の濃度との対応情報を記憶する
記憶手段と、前記検出手段により検出された前記生化学
物質の濃度に関連する情報と前記記憶手段に記憶された
対応情報とに基づき、血液中の前記生化学物質の濃度を
算出する算出手段とを備えた生化学物質測定装置であっ
て、前記口腔中に存在する感覚受容器を刺激するための刺激
手段と、その刺激手段によって分泌される唾液の分泌速度を測定
する分泌速度測定手段とを備えたことを特徴とする生化
学物質測定装置。
【請求項２】前記分泌速度測定手段は、前記収集手段に
収集された唾液の量を計測するための発光・受光素子を
具備することを特徴とする請求項１に記載の生化学物質
測定装置。
【請求項３】前記刺激手段によって刺激される感覚受
容器は、味覚受容器，温冷覚受容器，圧覚受容器，もし
くは触覚受容器の何れか或いは複数であることを特徴と
する請求項１または２に記載の生化学物質測定装置。
【請求項４】前記刺激手段は、有機高分子，温冷熱
源，もしくは振動源の何れか或いは複数であることを特
徴とする請求項３に記載の生化学物質測定装置。
【請求項５】前記検出手段は酵素、あるいは酵素と同
等の働きをする化学物質を有する触媒体と、触媒反応に
伴う生成物の増減を電気化学的に計測する電極を備え、
前記生化学物質の量を測定する事を特徴とする請求項１
乃至４のいずれかに記載の生化学物質測定装置。
【請求項６】前記酵素、あるいは酵素と同等の働きを
する化学物質として少なくともグルコースオキシダーゼ
を含み、前記検出手段は、前記唾液中に含まれるブドウ糖の濃度
を検出することを特徴とする請求項５に記載の生化学物
質測定装置。