JPH1019832A - 酸化還元酵素固定化バイオセンサを用いる濃度測定方法 - Google Patents

酸化還元酵素固定化バイオセンサを用いる濃度測定方法

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JPH1019832A
JPH1019832A JP8188437A JP18843796A JPH1019832A JP H1019832 A JPH1019832 A JP H1019832A JP 8188437 A JP8188437 A JP 8188437A JP 18843796 A JP18843796 A JP 18843796A JP H1019832 A JPH1019832 A JP H1019832A
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JP
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oxidoreductase
electrodes
immobilized
working electrode
albumin
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Masao Goto
正男 後藤
Hiroki Mure
博樹 牟礼
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Nok Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 酵素センサに1組の電極を設けるだけでも、
測定妨害物質の測定出力に与える影響を除去し得る、酸
化還元酵素固定化バイオセンサを用いる濃度測定方法を
提供する。 【解決手段】 同一基板上に酸化還元酵素を固定化した
作用極A、失活酸化還元酵素およびアルブミンの少なく
とも一種を固定化した作用極Bまたは固定化物を有しな
い作用極Bおよびこれらの共通対極Cを設けたバイオセ
ンサに、被験物質溶液を接触させて反応させた後、AC
電極間およびBC電極間に同時に同じ電圧を印加し、こ
れら電極間に発生した電流の一定時間後の出力差を測定
する酸化還元酵素による被験物質の濃度測定方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、酸化還元酵素固定
化バイオセンサを用いる濃度測定方法に関する。更に詳
しくは、被験物質溶液中に含まれる妨害物質の測定出力
に与える影響を排除し得る酸化還元酵素固定化バイオセ
ンサを用いる濃度測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】グルコースオキシダーゼ、ピルビン酸オ
キシダーゼ、乳酸オキシダーゼ、アルコールオキシダー
ゼ等の酸化還元酵素を電極上に固定化した酵素センサが
知られており、例えばグルコースセンサの場合にはそれ
をグルコースを含まない緩衝液中に浸漬し、電極に電圧
を印加した状態でそこにグルコースを添加して、グルコ
ース濃度に比例して流れる電流値を測定する定電位電流
測定法が一般に用いられている。
【0003】しかしながら、このような定電位電流測定
法では、被験物質中に含まれる尿酸、アスコルビン酸等
の測定妨害物質の測定出力に与える影響を除去すること
は一般には困難であるといった問題がみられる。
【0004】そこで本出願人は先に、こうした問題点を
解決するために、次のような酵素センサを提案してい
る。 (1)同一絶縁性基板上に形成させた金属薄膜よりなるア
ノード電極およびカソード電極の組合せ電極2組の内の
1組について、少なくともアノード電極上に固定化され
た酵素固定化膜を設置した酵素センサ(特開昭62-32351
号公報) (2)上記(1)の酵素センサにおいて、他の1組の組合せ電
極には少なくともアノード電極上に固定化された失活酵
素固定化膜を設置した酵素センサ(同62-75346号公報、
同62-237348号公報) (3)同一絶縁性基板上に形成させた金属薄膜よりなるア
ノード電極およびカソード電極を3組以上設け、すべて
の組合せ電極の少なくともアノード電極上にそれぞれ異
なる酵素(少なくとも一種は失活酵素)を固定化せしめた
複合化酵素センサ(同62-235556号公報)
【0005】これらの各測定方法においては、定電位電
流測定法の問題点とされていた測定妨害物質の測定出力
に与える影響を除去するという目的は達成せしめるもの
の、組合せ電極を2組以上設けなければならないという
点において、センサ作製上の問題点を残している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、酵素
センサに1組の組合せ電極を設けるだけでも、測定妨害
物質の測定出力に与える影響を除去し得る、酸化還元酵
素固定化バイオセンサを用いる濃度測定方法を提供する
ことにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】かかる本発明の目的は、
同一基板上に酸化還元酵素を固定化した作用極A、失活
酸化還元酵素およびアルブミンの少なくとも一種を固定
化した作用極Bまたは固定化物を有しない作用極Bおよ
びこれらの共通対極Cを設けたバイオセンサに、被験物
質溶液を接触させて反応させた後、AC電極間およびB
C電極間に同時に同じ電圧を印加し、これら電極間に発
生した電流の一定時間後の出力差を測定する酸化還元酵
素による被験物質の濃度測定方法によって達成される。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明においては、被験物質中の
測定妨害物質に対する選択性を付与するために、ポテン
シャルステップ差動測定方式が用いられる。そのため
に、2個の作用極と1個の共通対極とを有するバイオセ
ンサが用いられる。
【0009】作用極Aには、酸化還元酵素が固定化され
ている。例えば、酸化還元酵素としてグルコースオキシ
ダーゼ(GOD)が一般的に用いられる任意の方法によっ
て固定化されているとき、作用極Aにはグルコースは勿
論のこと、測定妨害物質としてのアスコルビン酸等が被
験物質中に含まれているときそれらも電極に感応する。
この際の出力は、グルコースに対する出力OAGと妨害物
質に対する出力OAIの和となる。
【0010】もう一方の作用極Bには、例えば失活した
GODが固定化されている。このような失活したGOD
に対しては、グルコースは応答せず、妨害物質のみが応
答し、この場合の出力をOBIとすると、OAI=OBIとな
る。
【0011】従って、作用極Aの出力から作用極Bの出
力を減じれば、その出力差OAGは即ちグルコースに対す
る出力のみとなり、妨害物質に対する出力は相殺され、
そこに測定の選択性が付与される。
【0012】作用極AおよびBに固定化されるものの組
合せ例は、次の如くである。この場合、失活酸化還元酵
素は機能を失ったタンパク質と考えることもでき、アル
ブミンで代替することもできる。また、酵素の固定化に
際しては、グルタルアルデヒド、光架橋性PVA(ポリ
ビニルアルコール)なども用いられる。更に、フェリシ
アン化カリウム、パラベンゾキノン等のメディエータ
(電子伝達体)を併用した場合には、その直線検量範囲を
0〜100mg/dlから0〜1000mg/dl程度に拡大することがで
きる。
【0013】 作用極A/B固定化膜 酸化還元酵素/失活酸化還元酵素 酸化還元酵素/アルブミン 酸化還元酵素-メディエータ/失活酸化還元酵素-メディエータ 酸化還元酵素-メディエータ/アルブミン-メディエータ 酸化還元酵素-グルタルアルデヒド/失活酸化還元酵素-グルタルアルデヒド 酸化還元酵素-グルタルアルデヒド-メディエータ/失活酸化還元酵素-グルタル アルデヒド-メディエータ 酸化還元酵素-グルタルアルデヒド-アルブミン/失活酸化還元酵素-グルタルア ルデヒド-アルブミン 酸化還元酵素-アルブミン/失活酸化還元酵素-アルブミン 酸化還元酵素-アルブミン-グルタルアルデヒド-メディエータ/失活酸化還元酵 素-アルブミン-グルタルアルデヒド-メディエータ 酸化還元酵素-アルブミン/アルブミン 酸化還元酵素-アルブミン-グルタルアルデヒド-メディエータ/アルブミン-グル タルアルデヒド-メディエータ 酸化還元酵素-グルタルアルデヒド/アルブミン-グルタルアルデヒド 酸化還元酵素-光架橋性PVA/失活酸化還元酵素-光架橋性PVA 酸化還元酵素-光架橋性PVA/アルブミン-光架橋性PVA 酸化還元酵素-光架橋性PVA-メディエータ/失活酸化還元酵素-光架橋性PV A-メディエータ 酸化還元酵素-光架橋性PVA-メディエータ/アルブミン-光架橋性PVA-メデ ィエータ 酸化還元酵素-グルタルアルデヒド-メディエータ/アルブミン-グルタルアルデ ヒド-メディエータ 酸化還元酵素-グルタルアルデヒド-アルブミン/アルブミン-グルタルアルデヒ ド 酸化還元酵素-グルタルアルデヒド-アルブミン/失活酸化還元酵素-グルタルア ルデヒド 酸化還元酵素-アルブミン-グルタルアルデヒド-メディエータ/失活酸化還元酵 素-グルタルアルデヒド-メディエータ
【0014】また、作用極Bに固定化物がないものも、
若干特性の低下はみられるものの使用可能であり、この
場合には作用極Aに次のようなものが固定化される。 酸化還元酵素 酸化還元酵素-アルブミン 酸化還元酵素-メディエータ 酸化還元酵素-グルタルアルデヒド 酸化還元酵素-グルタルアルデヒド-メディエータ 酸化還元酵素-グルタルアルデヒド-アルブミン 酸化還元酵素-光架橋性PVA 酸化還元酵素-光架橋性PVA-メディエータ 酸化還元酵素-アルブミン-グルタルアルデヒド-メディ
エータ
【0015】これらの作用極AおよびBが設けられる絶
縁性基板としては、セラミックス、ガラス、プラスチッ
ク、紙、生分解性材料(例えば、微生物生産ポリエステ
ル等)が用いられる。これらの絶縁性基板上には、2個
の作用極A、Bおよび1個の共通対極Cがスクリーン印
刷法、蒸着法、スパッタリング法などによって白金、
金、カーボン等から形成される。その後、各電極の中央
部分が樹脂製絶縁膜などによって被覆される。
【0016】酸化還元酵素の代表的な例であるグルコー
スオキシダーゼ(GOD)の固定化方法について説明する
と、例えば165800単位/gのGODの場合、その約1〜50m
g、好ましくは約1〜20mgを緩衝液または蒸留水1mlに溶
解させ、その溶液約0.5〜10μl、好ましくは約0.5〜2μ
lを滴下法、スピンコート法などによって作用極上に滴
下し、室温で乾燥させて、膜厚約0.05〜10μm、好まし
くは約0.1〜2μmの層を形成させることによって固定化
が行われる。
【0017】GODの固定化に際しては、前記組合せ例
にみられるように、グルタルアルデヒドまたは光架橋性
PVAを用い、固定化をより完全ならしめることができ
る。 グルタルアルデヒドの場合:グルタルアルデヒドがGO
D溶液中の最終濃度が約0.001〜0.4重量%、好ましくは
約0.1〜0.3重量%となるような量で添加されて用いられ
る。 光架橋性PVAの場合:スチルバゾリウム基、スチリル
ピリジニウム基等の光架橋性基を約0.5〜3.5モル%程度
含有するPVA(けん化価約70〜100、重合度約500〜400
0)が約5〜50重量%、好ましくは約10〜20重量%の濃度と
なるような量で添加されたGOD溶液として用いられ、
GOD溶液を作用極上に塗布した後、約10〜30℃で約0.
5〜2時間程度乾燥させ、次いで紫外線を所定時間(約0.5
〜10分間程度)照射するなどして光架橋させ、必要に応
じて水洗、現像を行って、膜厚が約0.05〜10μm、好ま
しくは約0.1〜2μmの光架橋膜を形成させる。
【0018】GOD溶液中にはまた、やはり前記組合せ
例にみられるように、アルブミンまたはメディエータを
添加し、それの直線検量性などを更に改善することもで
きる。 アルブミンの場合:牛血清アルブミンが約1〜100mg、好
ましくは約1〜20mgをGOD溶液中に更に添加して使用
される。 メディエータの場合:フェリシアン化カリウムにあって
は約1〜100mg、好ましくは約40〜60mgが、またパラベン
ゾキノンにあっては、約1〜200mg、好ましくは約100〜2
00mgがGOD溶液中に更に添加して使用される。
【0019】作用極B側において、失活酸化還元酵素と
して用いられる場合には、固定化された酸化還元酵素は
約40〜70℃で約1〜30分間、好ましくは約60℃で約10分
間熱処理することにより固定化され、あるいはこのよう
な熱処理条件下で予め熱処理された酸化還元酵素溶液を
作用極B上に滴下し、前述の如き方法で固定化すること
が行われる。
【0020】これらの作用極A、Bおよびこれらの共通
対極Cを設けたバイオセンサを用いての被験物質の濃度
測定は、バイオセンサに被験物質溶液を接触させて反応
させた後、AC電極間およびBC電極間に同時に同じ電
圧を印加し、これら電極間に発生した電流の一定時間後
の出力差を測定することによって行われる。
【0021】被験物質溶液は、作用極A、Bおよびこれ
らの共通対極Cと接触するように、各電極面積および電
極間間隔にもよるが、一般に約5〜100μl程度をバイオ
センサに滴下し、約1〜120秒間程度反応させた後、約0.
1〜0.9Vの電圧をAC電極間およびBC電極間に同時に
印加し、印加約1〜120秒後の差動形式で測定する。
【0022】
【発明の効果】本発明方法によれば、酸化還元酵素固定
化バイオセンサによる濃度測定において、測定妨害物質
の測定出力に与える影響を排除し得るばかりではなく、
また変動係数の実質的低下なくして選択性の大幅な改善
が達成される。
【0023】
【実施例】次に、実施例について本発明を説明する。
【0024】実施例1 ポリエチレンテレフタレートフィルム(厚さ0.25mm)上
に、スクリーン印刷法によって、いずれもカーボン製の
作用極A、B(面積0.16cm2)およびこれらの共通対極C
を、共通対極Cの両側に作用極A、Bが位置するよう
に、それぞれ5μmの膜厚で形成させた。
【0025】pH7.0のリン酸緩衝液1ml中にGOD 10mg
およびフェリシアン化カリウム48mgを溶解させた溶液1.
5μlを、作用極A上に滴下し、室温下で乾燥させて、膜
厚1μmのメディエータ含有GOD固定化膜をそこに形
成させた。その後、上記と同じGOD-フェリシアン化
カリウム溶液を60℃で10分間加熱処理して失活させ、そ
の失活GOD-フェリシアン化カリウム溶液1.5μlを、
作用極B上に滴下し、室温下で乾燥させて、膜厚1μm
のメディエータ含有GOD固定化膜をそこに形成させ
た。
【0026】このような2個の作用極A、Bおよびこれ
らの共通対極Cを備えたGOD固定化バイオセンサの各
電極面上に、所定濃度のグルコース水溶液40μlを滴下
して30秒間反応させた後、0.6Vの電圧をAC電極間およ
びBC電極間に同時に印加し、印加10秒後の電流値を差
動形式で測定した。
【0027】その結果、図1のグラフにおいて○で示さ
れるような結果を得た。この結果から、グルコース水溶
液濃度0〜1000mg/dlの範囲内での検量性が得られたこと
が分かる。なお、各センサは、1サンプル測定毎に使い
捨てとした。また、グルコース水溶液濃度100mg/dlでの
各センサ間の再現性(n=10)を示す変動係数および選択
性(グルコース水溶液濃度100mg/dlの出力を100としたと
きのアスコルビン酸出力)についても測定された。
【0028】実施例2 実施例1において、作用極B上には牛血清アルブミン10
mgおよびフェリシアン化カリウム48mgをリン酸緩衝液1
ml中に溶解させた溶液1.5μlが滴下され、室温下で乾燥
させて、膜厚1μmのメディエータ含有アルブミン固定
化膜をそこに形成させた。差動形式で測定された電流値
は、図1のグラフにおいて△で示される。
【0029】実施例3 実施例1において、作用極B上への固定化膜の形成が行
われなかった。差動形式で測定された電流値は、図1の
グラフにおいて▽で示される。
【0030】比較例 実施例3において、共通対極Cを用いない測定方法が行
われ、即ち測定は差動形式ではなく、作用極Aのみの出
力が測定された。測定された電流値は、図1のグラフに
おいて◇で示される。
【0031】以上の各実施例および比較例における変動
係数および選択性は次の表に示される。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1〜3および比較例におけるグルコース
水溶液濃度と出力との関係を示すグラフである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 同一基板上に酸化還元酵素を固定化した
    作用極A、失活酸化還元酵素およびアルブミンの少なく
    とも一種を固定化した作用極Bおよびこれらの共通対極
    Cを設けたバイオセンサに、被験物質溶液を接触させて
    反応させた後、AC電極間およびBC電極間に同時に同
    じ電圧を印加し、これら電極間に発生した電流の一定時
    間後の出力差を測定することを特徴とする酸化還元酵素
    による被験物質の濃度測定方法。
  2. 【請求項2】 同一基板上に酸化還元酵素を固定化した
    作用極A、固定化物を有しない作用極Bおよびこれらの
    共通対極Cを設けたバイオセンサに、被験物質溶液を接
    触させて反応させた後、AC電極間およびBC電極間に
    同時に同じ電圧を印加し、これら電極間に発生した電流
    の一定時間後の出力差を測定することを特徴とする酸化
    還元酵素による被験物質の濃度測定方法。
JP8188437A 1996-06-28 1996-06-28 酸化還元酵素固定化バイオセンサを用いる濃度測定方法 Pending JPH1019832A (ja)

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