JP2502665B2 - バイオセンサ - Google Patents
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Landscapes
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 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。
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
料液の希釈や攪拌などを行なう事なく簡易に定量しうる
方式として、特開昭61-294351号公報に記載のバイオセ
ンサを提案した（第５図）。このバイオセンサは、絶縁
性の基板１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８（８′）,9（９′）,10（10′）を形
成し、この上を酸化還元酵素と電子受容体を担持した多
孔体12で覆い保持枠11とカバー13で全体を一体化したも
のである。試料液を多孔体上へ滴下すると、多孔体に担
持されている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、この還元された電子受容
体を電気化学的に酸化し、このとき得られる酸化電流値
から試料液中の基質濃度を求める。
料液の希釈や攪拌などを行なう事なく簡易に定量しうる
方式として、特開昭61-294351号公報に記載のバイオセ
ンサを提案した（第５図）。このバイオセンサは、絶縁
性の基板１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８（８′）,9（９′）,10（10′）を形
成し、この上を酸化還元酵素と電子受容体を担持した多
孔体12で覆い保持枠11とカバー13で全体を一体化したも
のである。試料液を多孔体上へ滴下すると、多孔体に担
持されている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、この還元された電子受容
体を電気化学的に酸化し、このとき得られる酸化電流値
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 この様な従来の構成では、電極系を含む基板面の濡れ
が必ずしも一様とならないため、多孔体と基板との間に
起泡が残り、応答電流に影響を与えたり反応速度が低下
する場合があった。また、試料液中に、電極に吸着しや
すい物質や電極活性な物質が存在するとセンサの応答に
影響がみうけられた。
が必ずしも一様とならないため、多孔体と基板との間に
起泡が残り、応答電流に影響を与えたり反応速度が低下
する場合があった。また、試料液中に、電極に吸着しや
すい物質や電極活性な物質が存在するとセンサの応答に
影響がみうけられた。
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、絶縁性の基板上に
カーボンを主体とする少くとも測定極と対極からなる電
極系を設け、電極系上に親水性高分子と酸化還元酵素か
らなる酵素反応層を備えたものである。
カーボンを主体とする少くとも測定極と対極からなる電
極系を設け、電極系上に親水性高分子と酸化還元酵素か
らなる酵素反応層を備えたものである。
さらには、絶縁性の基板上に、カーボンを主体とする
少くとも測定極と対極からなる２組の電極系を設け、一
方の電極系上に親水性高分子と酸化還元酵素からなる酵
素反応層を備え、他方の電極系上に親水性高分子層ある
いは親水性高分子と失活させた酸化還元酵素からなる層
を備えたものである。
少くとも測定極と対極からなる２組の電極系を設け、一
方の電極系上に親水性高分子と酸化還元酵素からなる酵
素反応層を備え、他方の電極系上に親水性高分子層ある
いは親水性高分子と失活させた酸化還元酵素からなる層
を備えたものである。
作用 本発明によれば、極めて容易に精度よく基質濃度を測
定することができ、かつ、保存性に優れたディスポーザ
ブルタイプのバイオセンサを構成することができる。
定することができ、かつ、保存性に優れたディスポーザ
ブルタイプのバイオセンサを構成することができる。
実施例 以下、本発明を実施例により説明する。
（実施例１） バイオセンサの一例として、グルコースセンサについ
て説明する。
て説明する。
第１図は本発明のバイオセンサの一実施例として作製
したグルコースセンサの断面図であり、第２図はセンサ
作製に用いた電極部分を斜視図で示したものである。
したグルコースセンサの断面図であり、第２図はセンサ
作製に用いた電極部分を斜視図で示したものである。
ポリエチレンテレフタレートからなる絶縁性の基板１
に、スクリーン印刷により銀ペーストを印刷しリード2,
3（３′）を形成する。次に、樹脂バインダーを含む導
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、測定極４、対極５からなる電極系を形成する。さら
に、電極系を部分的に覆い、電極の露出部分の面積を一
定とし、かつリードの不要部を覆うように絶縁性ペース
トを印刷し、加熱処理をして絶縁層６を形成する。
に、スクリーン印刷により銀ペーストを印刷しリード2,
3（３′）を形成する。次に、樹脂バインダーを含む導
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、測定極４、対極５からなる電極系を形成する。さら
に、電極系を部分的に覆い、電極の露出部分の面積を一
定とし、かつリードの不要部を覆うように絶縁性ペース
トを印刷し、加熱処理をして絶縁層６を形成する。
次に、４、５（５′）の露出部分を研磨後、空気中で
100℃にて４時間熱処理を施した。このようにして電極
部分を構成した後、親水性高分子として、カルボキシメ
チルセルロース（以下CMCと略す）の0.5wt％水溶液を電
極上へ展開、乾燥しCMC層を形成する。次に、このCMC層
を覆うように、酵素としてグルコースオキシダーゼ（GO
D）をリン酸緩衝液に溶解したものを展開し、乾燥さ
せ、CMC-GOD層７を形成した。この場合、CMCとGODは部
分的に混合された状態で厚さ数ミクロンの薄膜状となっ
ている。
100℃にて４時間熱処理を施した。このようにして電極
部分を構成した後、親水性高分子として、カルボキシメ
チルセルロース（以下CMCと略す）の0.5wt％水溶液を電
極上へ展開、乾燥しCMC層を形成する。次に、このCMC層
を覆うように、酵素としてグルコースオキシダーゼ（GO
D）をリン酸緩衝液に溶解したものを展開し、乾燥さ
せ、CMC-GOD層７を形成した。この場合、CMCとGODは部
分的に混合された状態で厚さ数ミクロンの薄膜状となっ
ている。
上記のように構成したグルコースセンサのCMC-GOD層
の上へ試料液としてグルコース標準液を10μｌ滴下し、
滴下１分後に電極間に1Vのパルス電圧を印加することに
より、測定極をアノード方向へ分極した。
の上へ試料液としてグルコース標準液を10μｌ滴下し、
滴下１分後に電極間に1Vのパルス電圧を印加することに
より、測定極をアノード方向へ分極した。
添加された試料液は酵素、CMCを溶解し粘調な液体と
なりながら電極面上を速やかに拡がり、気泡の残留は認
められなかった。これは、電極上に予め形成された親水
性高分子層により電極面の濡れが向上したことによるも
のと考えられる。
なりながら電極面上を速やかに拡がり、気泡の残留は認
められなかった。これは、電極上に予め形成された親水
性高分子層により電極面の濡れが向上したことによるも
のと考えられる。
一方、添加された試料液中のグルコースは電極上に担
持されたグルコースオキシダーゼの作用で酸素と反応し
て過酸化水素を生成する。そこで、上記のアノード方向
への電圧印加により、生成し過酸化水素の酸化電流が得
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。
持されたグルコースオキシダーゼの作用で酸素と反応し
て過酸化水素を生成する。そこで、上記のアノード方向
への電圧印加により、生成し過酸化水素の酸化電流が得
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。
第３図は、上記構成になるセンサの応答特性の一例と
して、電圧印加５秒後の電流値とグルコース濃度との関
係を示すものであり、極めて良好な応答性が得られた。
して、電圧印加５秒後の電流値とグルコース濃度との関
係を示すものであり、極めて良好な応答性が得られた。
（実施例２） 実施例１と同様にしてスクリーン印刷により、第２図
に示した電極部分と同じもの２組をポリエチレンテレフ
タレートからなる１枚の絶縁性の基板上に近接して形成
した。次に、２組の電極系の上に実施例１と同様にして
CMC層を形成した後、一方の電極系のCMC層の上にだけ前
記同様にしてGOD-CMC層を形成した。
に示した電極部分と同じもの２組をポリエチレンテレフ
タレートからなる１枚の絶縁性の基板上に近接して形成
した。次に、２組の電極系の上に実施例１と同様にして
CMC層を形成した後、一方の電極系のCMC層の上にだけ前
記同様にしてGOD-CMC層を形成した。
上記の様にして得られた２組の電極系を有するグルコ
ースセンサについて、各々の電極系の上へ種々の濃度の
アスコルビン酸を含むグルコース標準液（200mg/dl）を
滴下し、実施例１と同様に、１分後に1Vの電圧を以下
し、５秒後の電流値を測定した。結果を第４図に示す。
CMC-GOD層の電極系の出力をＡで、また、CMC層だけの電
極系の出力（ブランク出力）をＢでそれぞれ示す。図よ
り明らかなように、Ａの出力はアスコルビン酸の濃度増
加とともに増加し、一方Ｂの出力も同様な増加がみられ
る。これはアスコルビン酸に対する各々の電極系の感度
がほぼ等しいことを示している。これより、両電極系の
出力の差（Ａ−Ｂ）を検出するとグルコースに基く電流
値が得られる。すなわち、２組の電極系を用いることに
より電極活性な物質による誤差を大幅に低減することが
できる。この様な効果はアスコルビン酸以外にも、尿酸
などについても認められた。
ースセンサについて、各々の電極系の上へ種々の濃度の
アスコルビン酸を含むグルコース標準液（200mg/dl）を
滴下し、実施例１と同様に、１分後に1Vの電圧を以下
し、５秒後の電流値を測定した。結果を第４図に示す。
CMC-GOD層の電極系の出力をＡで、また、CMC層だけの電
極系の出力（ブランク出力）をＢでそれぞれ示す。図よ
り明らかなように、Ａの出力はアスコルビン酸の濃度増
加とともに増加し、一方Ｂの出力も同様な増加がみられ
る。これはアスコルビン酸に対する各々の電極系の感度
がほぼ等しいことを示している。これより、両電極系の
出力の差（Ａ−Ｂ）を検出するとグルコースに基く電流
値が得られる。すなわち、２組の電極系を用いることに
より電極活性な物質による誤差を大幅に低減することが
できる。この様な効果はアスコルビン酸以外にも、尿酸
などについても認められた。
この様に、２組の電極系を設け、一方の電極系に親水
性高分子−酵素層、他方の電極系に親水性高分子層だけ
を形成して、センサを構成することにより、妨害物質を
含む試料液中の基質濃度を精度よく測定することができ
る。
性高分子−酵素層、他方の電極系に親水性高分子層だけ
を形成して、センサを構成することにより、妨害物質を
含む試料液中の基質濃度を精度よく測定することができ
る。
上記において、両方の電極系にCMC-GOD層を形成した
後、一方の電極系についてのみレーザ照射による局部加
熱、紫外線照射などを施すことによりGODを失活させ
て、ブランク出力用の電極系としても良い。こうすると
酵素活性以外は両電極系の構成が同一となり、両電極系
の妨害物質による出力電流をさらによく一致させること
ができ、センサ検出精度を向上することができる。
後、一方の電極系についてのみレーザ照射による局部加
熱、紫外線照射などを施すことによりGODを失活させ
て、ブランク出力用の電極系としても良い。こうすると
酵素活性以外は両電極系の構成が同一となり、両電極系
の妨害物質による出力電流をさらによく一致させること
ができ、センサ検出精度を向上することができる。
また、以上の実施例においては電極部分が測定極と対
極の２電極からなる電極系について述べたが、電極系を
銀／塩化銀を加えた３電極から構成することにより、さ
らに精度を向上することができる。電極系を構成する方
法の一例としては、３本の銀リードを基板上に印刷した
後、２本のリード先端部の上にだけカーボンペーストを
印刷し、絶縁層をコートした後、銀が露出している残り
１本のリード先端部について、その表面を処理して塩化
銀を形成し、銀／塩化銀電極とするなどがある。
極の２電極からなる電極系について述べたが、電極系を
銀／塩化銀を加えた３電極から構成することにより、さ
らに精度を向上することができる。電極系を構成する方
法の一例としては、３本の銀リードを基板上に印刷した
後、２本のリード先端部の上にだけカーボンペーストを
印刷し、絶縁層をコートした後、銀が露出している残り
１本のリード先端部について、その表面を処理して塩化
銀を形成し、銀／塩化銀電極とするなどがある。
親水性高分子としてはCMCの他にゼラチンやメチルセ
ルロースなども使用でき、デンプン系、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。これらの吸水性あるいは水溶性の親
水性高分子を適当な濃度の溶液にしたものを塗布、乾燥
することにより、必要な膜厚の親水性高分子層を電極上
に形成することができる。
ルロースなども使用でき、デンプン系、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。これらの吸水性あるいは水溶性の親
水性高分子を適当な濃度の溶液にしたものを塗布、乾燥
することにより、必要な膜厚の親水性高分子層を電極上
に形成することができる。
さらに、酸化還元酵素としては上記実施例に示したグ
ルコースオキシダーゼに限定されることはなく、アルコ
ールオキシダーゼやコレステロールオキシダーゼなど種
々の酵素を用いることができる。
ルコースオキシダーゼに限定されることはなく、アルコ
ールオキシダーゼやコレステロールオキシダーゼなど種
々の酵素を用いることができる。
発明の効果 以上のように、本発明のバイオセンサは、電極系上に
親水性高分子と酸化還元酵素からなる酵素反応層を形成
することにより、また、さらには２組の電極系を設け、
一方の電極系上に親水性高分子と酸化還元酵素からなる
酵素反応層を、他方の電極系上に親水性高分子層あるい
は親水性高分子と失活させた酸化還元酵素からなる層を
それぞれ形成することにより、信頼性の高い応答を得る
ことができる。さらに、電子受容体を担持する必要がな
いため、簡略な構成とすることができ、安価で保存性に
優れたバイオセンサを提供することができる。
親水性高分子と酸化還元酵素からなる酵素反応層を形成
することにより、また、さらには２組の電極系を設け、
一方の電極系上に親水性高分子と酸化還元酵素からなる
酵素反応層を、他方の電極系上に親水性高分子層あるい
は親水性高分子と失活させた酸化還元酵素からなる層を
それぞれ形成することにより、信頼性の高い応答を得る
ことができる。さらに、電子受容体を担持する必要がな
いため、簡略な構成とすることができ、安価で保存性に
優れたバイオセンサを提供することができる。
第１図は本発明の一実施例であるバイオセンサの断面
図、第２図は電極部分の斜視図、第３図および第４図は
バイオセンサの応答特性図、第５図は従来のバイオセン
サの分解斜視図である。 １……絶縁性の基板、2,3,3′……リード、4,9,9′……
測定極、5,5′,8,8′……対極、６……絶縁層、７……C
MC-GOD層、10,10′……参照極、11……保持枠、12……
多孔体、13……カバー。
図、第２図は電極部分の斜視図、第３図および第４図は
バイオセンサの応答特性図、第５図は従来のバイオセン
サの分解斜視図である。 １……絶縁性の基板、2,3,3′……リード、4,9,9′……
測定極、5,5′,8,8′……対極、６……絶縁層、７……C
MC-GOD層、10,10′……参照極、11……保持枠、12……
多孔体、13……カバー。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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63−58149（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−134244（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−212345（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−237348（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】絶縁性の基板上に、カーボンを主体とする
少くとも測定極と対極からなる電極系を設け、前記電極
系上に親水性高分子と酸化還元酵素からなる酵素反応層
を備えたことを特徴とするバイオセンサ。 - 【請求項２】絶縁性の基板上に、カーボンを主体とする
少くとも測定極と対極からなる２組の電極系を設け、一
方の電極系上に親水性高分子と酸化還元酵素からなる酵
素反応層を備え、他方の電極系上に親水性高分子層ある
いは親水性高分子と失活させた酸化還元酵素からなる層
を備えたことを特徴とするバイオセンサ。 - 【請求項３】電極系が、カーボンを主体とする測定極と
対極および銀／塩化銀参照極からなる参照極であること
を特徴とする請求項１または２に記載のバイオセンサ。
Priority Applications (5)
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|---|---|---|---|
| JP63080829A JP2502665B2 (ja) | 1988-03-31 | 1988-03-31 | バイオセンサ |
| PCT/JP1989/000337 WO1989009397A1 (en) | 1988-03-31 | 1989-03-30 | Biosensor and process for its production |
| EP89904212A EP0359831B2 (en) | 1988-03-31 | 1989-03-30 | Biosensor and process for its production |
| DE68924026T DE68924026T3 (de) | 1988-03-31 | 1989-03-30 | Biosensor und dessen herstellung. |
| US07445632 US5120420B1 (en) | 1988-03-31 | 1989-11-27 | Biosensor and a process for preparation thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63080829A JP2502665B2 (ja) | 1988-03-31 | 1988-03-31 | バイオセンサ |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JP2502665B2 true JP2502665B2 (ja) | 1996-05-29 |
Family
ID=13729303
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63080829A Expired - Lifetime JP2502665B2 (ja) | 1988-03-31 | 1988-03-31 | バイオセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2502665B2 (ja) |
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| JP2960265B2 (ja) * | 1991-10-18 | 1999-10-06 | 松下電器産業株式会社 | バイオセンサおよびそれを用いた測定方法 |
| JP2550463B2 (ja) * | 1992-09-25 | 1996-11-06 | 株式会社エー・アンド・デイ | 酵素電極 |
| JP2770783B2 (ja) * | 1995-05-31 | 1998-07-02 | 日本電気株式会社 | バイオセンサ素子の製造方法 |
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| US7264139B2 (en) | 2003-01-14 | 2007-09-04 | Hypoguard Limited | Sensor dispensing device |
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| JP2013242171A (ja) * | 2012-05-18 | 2013-12-05 | Tanita Corp | 濃度測定装置 |
-
1988
- 1988-03-31 JP JP63080829A patent/JP2502665B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01253648A (ja) | 1989-10-09 |
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