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JP3525588B2 - グルコースバイオセンサ - Google Patents

グルコースバイオセンサ

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JP3525588B2
JP3525588B2 JP28458095A JP28458095A JP3525588B2 JP 3525588 B2 JP3525588 B2 JP 3525588B2 JP 28458095 A JP28458095 A JP 28458095A JP 28458095 A JP28458095 A JP 28458095A JP 3525588 B2 JP3525588 B2 JP 3525588B2
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JP
Japan
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glucose
electrode
parabenzoquinone
resin film
working
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JP28458095A
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JPH09101281A (ja
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正男 後藤
博樹 牟礼
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Nok Corp
Original Assignee
Nok Corp
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Publication date
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  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、グルコースバイオ
センサに関する。更に詳しくは、直線検量性および再現
性にすぐれたグルコースバイオセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】従来のグルコースバイオセンサを用いて
のグルコース濃度の測定方法では、測定試料を電極表面
に滴下もしくは注入した後一定電位を電極に与え、一定
時間後の電流値を測定するポテンシャルステップ法がと
られており、試料溶液が希釈かつ連続供給されないた
め、酵素反応に必要な溶存酸素量が不足し、検量範囲が
狭いという欠点がみられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、絶縁
性基板上に作用極および対極の少なくとも2電極を設
け、作用極面上などにグルコースオキシダーゼ含有光硬
化樹脂膜を形成せしめたグルコースバイオセンサであっ
て、原液測定に用いた場合にあっても、直線検量性およ
び再現性にすぐれているものを提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】かかる本発明の目的は、
絶縁性基板上に作用極および対極または作用極、対極お
よび参照極を設けたグルコースバイオセンサにおいて、
少なくとも1つの電極面上に (1)グルコースオキシダーゼ含有光硬化樹脂膜、パラベ
ンゾキノンまたはフェリシアン化カリウム層および塩化
ナトリウムまたは塩化カリウム層 (2)グルコースオキシダーゼおよびパラベンゾキノンま
たはフェリシアン化カリウムを含有する光硬化樹脂膜お
よび塩化ナトリウムまたは塩化カリウム層 (3)グルコースオキシダーゼおよび塩化ナトリウムまた
は塩化カリウムを含有する光硬化樹脂膜およびパラベン
ゾキノンまたはフェリシアン化カリウム層 (4)グルコースオキシダーゼ、パラベンゾキノンまたは
フェリシアン化カリウムおよび塩化ナトリウムまたは塩
化カリウムを含有する光硬化樹脂膜を(順次)形成せしめ
たグルコースバイオセンサによって達成される。
【0005】
【発明の実施の形態】絶縁性基板としては、ガラス、セ
ラミックス、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)などが用いられる。こ
のような絶縁性基板上への作用極および対極の形成は、
いずれも白金、銀、金、カーボン等の電極形成材料を用
いて、蒸着法、スパッタリング法、スクリーン印刷法、
メッキ法などの一般的な薄膜形成方法によって行われ
る。
【0006】また、参照極が更に形成される場合には、
銀/塩化銀電極として形成される。銀/塩化銀電極の形成
は、一般的に行われている方法、即ち白金、金、カーボ
ン等からなる参照極リード上に、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一旦銀電極を形成
させた後、定電流電解する方法あるいは塩化第2鉄水溶
液中に浸漬する方法、更にはスクリーン印刷法によって
塩化銀を塗布、積層させる方法などによって行われる。
【0007】これらの各電極の少なくとも1つの電極、
好ましくはそこに設けられたすべての電極に、前記態様
(1)〜(4)に記載された各種のグルコースオキシダーゼ含
光硬化樹脂膜が形成される。
【0008】前記(1)の態様の場合には、まずグルコー
スオキシダーゼ(GOD)含有光硬化樹脂膜の形成が行われ
る。
【0009】かかるGOD含有光硬化樹脂膜の形成は、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%程度含有するポリビニルアルコ
ール(けん化価約70〜100、重合度約500〜4000)によって
代表される光硬化性樹脂を約5〜50重量%、好ましくは約
10〜20重量%の濃度で溶解させた水溶液に、GOD(例え
ば、11.1%光架橋性PVA水溶液3.6gに対して165,800単位/
g固形物のGODを約10〜200mg)および蒸留水を加え、全量
を約5〜10gとしたドープ液を調製し、これの適当量をス
ピナー等で電極面を覆うように滴下、塗布し、約10〜30
℃の温度で約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の光硬化膜を形成させ
る。
【0010】このように形成されたGOD含有光硬化樹脂
膜上には、パラベンゾキノン層の形成が行われる。パラ
ベンゾキノン層の形成は、パラベンゾキノンとして約1
〜200mM、好ましくは約50〜150mMとなる量のパラベンゾ
キノンを溶解させた水溶液を樹脂膜上に滴下し、一般に
は室温条件下で乾燥させることによって行われ、そこに
パラベンゾキノン含浸樹脂膜を形成させる。
【0011】また、前記(2)の態様の場合には、GOD含有
光硬化樹脂膜上にパラベンゾキノン層を含浸層として形
成させるために、(1)で用いられるドープ液中に予め約1
0〜200mM、好ましくは約50〜150mMとなる量のパラベン
ゾキノンを溶解させたドープ液が約0.5〜10μl程度用い
られ、所定の電極面上にグルコースおよびパラベンゾキ
ノンを含有する光硬化樹脂膜を形成させることが行われ
る。
【0012】前記(1)および(2)の態様では、それぞれ
(1)のパラベンゾキノン層上または(2)の光硬化樹脂膜上
に、更に塩化ナトリウムまたは塩化カリウム層の形成が
行われている。これらの塩化物は水溶液として滴下さ
れ、乾燥させることにより、塩化ナトリウムまたは塩化
カリウム層を形成させる。その量は、測定液の添加時の
最終濃度が約1〜2000mM、好ましくは約10〜100mMとなる
ような量である。なお、これらの塩化物は、紙、ポリア
クリルアミドゲル、酢酸ビニル-アクリル酸共重合体け
ん化物等に含浸、支持させた状態で用いることもでき
る。
【0013】更に、前記(3)の態様では、前記(1)のGOD
含有光硬化樹脂膜の形成に用いられたドープ液中に塩化
ナトリウムまたは塩化カリウムを添加したものが用いら
れ、そこに形成されたグルコースオキシダーゼおよび塩
化ナトリウムまたは塩化カリウムを含有する光硬化樹脂
膜上へのパラベンゾキノン層の形成が(1)の場合と同様
に行われる。
【0014】また、前記(4)の態様では、前記(2)の光硬
化樹脂膜の形成に用いられたドープ液中に更に塩化ナト
リウムまたは塩化カリウムを添加したものが用いられ、
グルコースオキシダーゼ、パラベンゾキノンおよび塩化
ナトリウムまたは塩化カリウムを含有する光硬化樹脂膜
が形成されている。
【0015】これら(3)および(4)の態様で用いられる塩
化ナトリウムまたは塩化カリウムの量は、測定液の添加
時における最終濃度が約1〜200mM、好ましくは約10〜10
0mMとなるような量である。また、(4)の態様におけるパ
ラベンゾキノン量は、(2)の場合と同様に用いられる。
【0016】(1)〜(4)のいずれかが実施された後、各電
極の中央部分はシリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、エポ
キシ樹脂等の絶縁膜によって被覆される。また、このよ
うな各態様は、パラベンゾキノンと同効のメディエータ
(電子伝達体)であるフェリシアン化カリウムを用いて
も、同様に実施することができる。
【0017】このようにして構成されるグルコースバイ
オセンサを用いてのグルコース濃度の測定に際しては、
グルコース水溶液約1〜100μlを作用極膜に滴下し、約1
〜120秒間程度反応を進行させた後、約0.05〜0.8V、好
ましくは約0.4〜0.7Vの電圧を印加し、例えば印加20秒
後の電流値を測定することが行われる。
【0018】
【作用】および
【発明の効果】グルコースは、酸素の共存下においてGO
Dによって酸化され、そのとき発生したH2O2を作用極上
で酸化し、その際発生する酸化電流値を測定することに
より、グルコース濃度を間接的に求め得ることは一般に
知られている。
【0019】この場合、測定液が希釈されて用いられる
バッチ方式やFIA(フローインジェクションアナリシス)
方式の測定法では、水溶液中の溶存酸素濃度が8ppm(0.3
mM、25℃)程度であっても、制限透過膜の設置等の手段
を用いることによって、十分に検量性を確保することが
できる。
【0020】しかしながら、溶液の希釈が行われない原
液測定液の場合には、酵素反応が溶存酸素濃度に律速さ
れるため、グルコース濃度が100mg/dl程度迄しか直線検
量範囲が確保されないのが実情である。そこで、本発明
においては、溶液中濃度が有限である酸素の代わりに、
電子伝達体としてのパラベンゾキノンが用いられる。
【0021】パラベンゾキノンは、グルコースと次のよ
うに反応し、 この際発生したヒドロキノンは作用極において酸化さ
れ、酸化電流を生ずる。
【0022】 ここで、パラベンゾキノンの添加量は任意であるため、
センサの検量範囲は溶存酸素に律速されることはなくな
る。フェリシアン化カリウムも、電子伝達体として同様
に作用する。
【0023】このようにして、溶存酸素濃度を律速とす
ることなく、酵素反応によってグルコース濃度を間接的
に測定することが可能となるが、そこに塩化ナトリウム
または塩化カリウムを共存させると、その測定値の再現
性を示す変動係数の値を小さくすることができる。
【0024】従って、本発明に係るグルコースバイオセ
ンサは、原液を迅速かつ簡便に測定する使い捨てセンサ
として、家庭内健康診断(セルフケァ)、特に血糖値、尿
糖値の測定による糖尿病の自己管理、糖尿病の予防など
に効果的に用いられるばかりではなく、食品製造工程中
のグルコース量管理などにも有効に用いることができ
る。
【0025】
【実施例】次に、実施例について本発明を説明する。
【0026】実施例1(パラベンゾキノン滴下-NaCl滴
) アルミナ基板(京セラ製品A-493)上に、白金対極、白金
作用極および白金参照極リードをいずれも4000Åの膜厚
で蒸着法によって形成させた。次いで、参照極リード上
にスクリーン印刷法で銀ペースト(アサヒ化学研究所製
品LS-504J)を印刷し、焼成して銀電極とした。この銀電
極部分を0.1M塩酸中に浸漬し、0.6mA/cm2の電流密度で
20分間の定電流電解を行い、参照極リード表面を塩化銀
化し、銀/塩化銀参照極を形成させた。この定電流電解
には、ポテンショガルバノスタット(北斗電工製HA-501)
が用いられた。
【0027】(1) 光架橋性ポリビニルアルコール(東洋
合成工業製品;スチルバゾリウム基含有率1.3モル%、重
合度1700、けん化価88)の11.1%水溶液3.6gに、グルコー
スオキシダーゼ(シグマ社製品;タイプVII-S、G7016、1
65800単位/g固形物)16.6mgおよび蒸留水3.46gを順次加
えて、ドープ液を調製した。このドープ液2.5μlを、作
用極上にスピナ塗布し(200rpm、15秒間)、室温下に1時
間放置した後、紫外線を4分間照射して、グルコースオ
キシダーゼを光架橋ポリビニルアルコール膜中に包括固
定化させた。(2) その後、この膜上に150mMパラベンゾキノン水溶液5
μl(パラベンゾキノンとして0.08mg)を滴下し、室温条
件下で乾燥させた。(3) 更に、作製されたセンサの作用極上、対極上(およ
び参照極上)の少なくとも1個所に50mMの塩化ナトリウ
ム水溶液を滴下し、室温下で乾燥させた。 (4) その後、ポリエステルによる絶縁膜の形成が、各電
極の中央部分を覆うようにして行われた。
【0028】このようにして作製されたグルコースバイ
オセンサに、100mg/dlのグルコース水溶液40μlを作用
極膜上に滴下し、5秒間反応を進行させた後0.6Vの電圧
を印加し、印加20秒後の電流値を測定して、センサ間の
再現性を示す変動係数(n=10)として評価した。測定に
は、ポテンショガルバノスタット(HA-501)およびファン
クションジネレータ(北斗電工製HB-104)が用いられた。
【0029】実施例2(パラベンゾキノン添加ドープ液
-NaCl滴下) 実施例1(1)において調製されたドープ液として、パラ
ベンゾキノン226mgを更に添加したものが用いられ、そ
の2.5μl(パラベンゾキノンとして0.08mg)をスピナ塗布
する形で、グルコースオキシダーゼおよびパラベンゾキ
ノンを光架橋ポリビニルアルコール膜中に包括固定化さ
せた。次いで、実施例1(3)と同様に塩化ナトリウム層
の形成が行われ、得られたセンサの再現性が同様に評価
された。
【0030】実施例3(NaCl添加ドープ液-パラベンゾ
キノン滴下) 実施例1(1)において調製されたドープ液として、塩化
ナトリウムが最終濃度50mMとなる量で更に添加したもの
が用いられ、その2.5μlをスピナ塗布する形で、グルコ
ースオキシダーゼおよび塩化ナトリウムを光架橋ポリビ
ニルアルコール膜中に包括固定化させた。次いで、実施
例1(2)と同様にパラベンゾキノン層の形成が行われ、
得られたセンサの再現性が同様に評価された。
【0031】実施例4(パラベンゾキノン-NaCl添加ド
ープ液として使用) 実施例1(1)において調製されたドープ液として、パラ
ベンゾキノン226mgおよび塩化ナトリウムが最終濃度50m
Mとなる量で更に添加したものが用いられ、その2.5μl
をスピナ塗布する形で、グルコースオキシダーゼ、パラ
ベンゾキノンおよび塩化ナトリウムを光架橋ポリビニル
アルコール膜中に包括固定化させた。得られたセンサの
再現性が、同様に評価された。
【0032】実施例1〜4において得られた参照極を用
いた場合と用いない場合の変動係数は、次の表に示され
る。なお、グルコース濃度の直線検量範囲は、いずれの
場合にも0〜1000mg/dlであった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−62952(JP,A) 特開 平6−213858(JP,A) 特開 昭61−262652(JP,A) 特開 昭63−75552(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/327 G01N 27/416

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁性基板上に作用極および対極または
    作用極、対極および参照極を設けたグルコースバイオセ
    ンサにおいて、少なくとも1つの電極面上にグルコース
    オキシダーゼ含有光硬化樹脂膜およびパラベンゾキノン
    またはフェリシアン化カリウム層を順次形成し、該層上
    に更に塩化ナトリウムまたは塩化カリウム層を形成せし
    めてなるグルコースバイオセンサ。
  2. 【請求項2】 絶縁性基板上に作用極および対極または
    作用極、対極および参照極を設けたグルコースバイオセ
    ンサにおいて、少なくとも1つの電極面上にグルコース
    オキシダーゼおよびパラベンゾキノンまたはフェリシア
    ン化カリウムを含有する光硬化樹脂膜を形成し、該膜上
    に更に塩化ナトリウムまたは塩化カリウム層を形成せし
    めてなるグルコースバイオセンサ。
  3. 【請求項3】 絶縁性基板上に作用極および対極または
    作用極、対極および参照極を設けたグルコースバイオセ
    ンサにおいて、少なくとも1つの電極面上にグルコース
    オキシダーゼおよび塩化ナトリウムまたは塩化カリウム
    を含有する光硬化樹脂膜およびパラベンゾキノンまたは
    フェリシアン化カリウム層を順次形成せしめてなるグル
    コースバイオセンサ。
  4. 【請求項4】 絶縁性基板上に作用極および対極または
    作用極、対極および参照極を設けたグルコースバイオセ
    ンサにおいて、少なくとも1つの電極面上にグルコース
    オキシダーゼ、パラベンゾキノンまたはフェリシアン化
    カリウムおよび塩化ナトリウムまたは塩化カリウムを含
    有する光硬化樹脂膜を形成せしめてなるグルコースバイ
    オセンサ。
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