JPH0758272B2 - Glucose sensor - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、種々の試料中のグルコース成分を迅速かつ容
易に定量することのできるグルコースセンサに関するも
のである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a glucose sensor capable of quantifying glucose components in various samples quickly and easily.
従来の技術 近年、酵素反応と電極反応を結びつけて、試料中のグル
コース濃度を測定するグルコースセンサが利用されるよ
うになってきた。2. Description of the Related Art In recent years, a glucose sensor that measures the glucose concentration in a sample by combining an enzyme reaction and an electrode reaction has come into use.
従来のグルコースセンサは、絶縁性基板に測定極と対極
からなる電極を埋め込み、この電極上に設置された保持
枠内に過層、および反応層を固定し、反応層の担体と
しての多孔体、例えばセルロースに酵素としてグルコー
スオキシダーゼが、共役電子受容体としてフェリシアン
化カリウムがそれぞれ担持されて構成されている。Conventional glucose sensor, an electrode consisting of a measurement electrode and a counter electrode is embedded in an insulating substrate, the overlayer in the holding frame installed on this electrode, and the reaction layer is fixed, a porous body as a carrier of the reaction layer, For example, cellulose is constituted by supporting glucose oxidase as an enzyme and potassium ferricyanide as a conjugated electron acceptor.
以上のように構成されたチップ形のグルコースセンサに
ついて、以下その動作を説明する。試料液を上部から滴
下すると、まず、反応層で試料液中のグルコースと反応
層中のグルコースオキシダーゼとフェリシアン化カリウ
ムとの間で酵素酸化還元反応が進行し、フェロシアン化
カリウムが生成する。反応終了後の試料液は、測定を妨
害するような巨大分子が過層で除去された後に、電極
上へ降下する。電極上では、電極反応により、生成した
フェロシアン化カリウムの酸化を行い、その酸化電流値
から試料中のグルコース濃度を測定する。The operation of the chip-type glucose sensor configured as described above will be described below. When the sample solution is dropped from above, first, an enzymatic redox reaction proceeds in the reaction layer between glucose in the sample solution, glucose oxidase in the reaction layer, and potassium ferricyanide, and potassium ferrocyanide is produced. After the reaction, the sample solution drops onto the electrode after macromolecules that interfere with the measurement are removed in the overlayer. On the electrode, the produced potassium ferrocyanide is oxidized by the electrode reaction, and the glucose concentration in the sample is measured from the oxidation current value.
また、第２図は、酵素の固定化を利用したグルコースセ
ンサの例を示す図である。図中７は電極であり、８は電
極７を覆う固定化膜でグルコースオキシダーゼが固定化
されている。９は容器で、10は電極および固定化膜7,8
を漬けるように満たした緩衝液、11は緩衝液10を撹拌す
るためのスタラーである。Further, FIG. 2 is a diagram showing an example of a glucose sensor using immobilization of an enzyme. In the figure, 7 is an electrode, and 8 is an immobilization film covering the electrode 7, on which glucose oxidase is immobilized. 9 is a container, 10 is an electrode and immobilization membrane 7,8
The buffer solution 11 is filled so as to be immersed therein, and 11 is a stirrer for stirring the buffer solution 10.
以上のように構成されたグルコースセンサについて、以
下その動作を説明する。まず、一定量の試料液を緩衝液
10中に添加し、スタラーで撹拌，希釈する。電極７には
定電圧が印加されており、試料中のグルコースが固定化
グルコースオキシダーゼと酵素反応して生成した過酸化
水素を検知して電流が流れ、その電流値よりグルコース
濃度を検知する（例えば講談社サイエンティフィク バ
イオセンサー 鈴木周一著）。The operation of the glucose sensor configured as above will be described below. First, add a fixed amount of sample solution to the buffer solution.
Add to 10 and stir with a stirrer to dilute. A constant voltage is applied to the electrode 7, and the hydrogen peroxide generated by the enzymatic reaction of glucose in the sample with the immobilized glucose oxidase is detected, and a current flows, and the glucose concentration is detected from the current value (for example, Kodansha Scientific Biosensor by Shuichi Suzuki).
発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記の従来の構成では、前者の場合、担体
としての多孔体としてセルロースを用いていたので、グ
ルコースオキシダーゼの担持量の安定化が困難で、反応
の安定化のために、多量のグルコースオキシダーゼが必
要であるという問題点を有していた。DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention However, in the above-mentioned conventional configuration, in the former case, since cellulose was used as the porous body as the carrier, it was difficult to stabilize the amount of glucose oxidase carried, and the reaction was stabilized. Therefore, there is a problem that a large amount of glucose oxidase is required.
また、後者の場合では、固定化酵素膜を使用しているた
め、繰り返し測定による酵素活性の劣化、さらに希釈操
作が必要なため、測定が複雑化するという問題点を有し
ていた。Further, in the latter case, since the immobilized enzyme membrane is used, there is a problem that the measurement becomes complicated because the enzyme activity is deteriorated by repeated measurement and further the dilution operation is required.
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、グルコー
スオキシダーゼの担持量の安定化により、少量でも十分
反応させるとともに繰り返し測定を避け、簡易な操作化
を実現することのできる使い捨てグルコースセンサの反
応層を提供することを目的とする。The present invention is to solve the above conventional problems, by stabilizing the amount of glucose oxidase carried, reaction of a disposable glucose sensor that can realize a simple operation while avoiding repeated measurement with sufficient reaction even in a small amount It is intended to provide layers.
問題点を解決するための手段 この目的を達成するために本発明のグルコースセンサ
は、反応層の多孔体に陰イオン交換体を使用する構成と
したものである。Means for Solving the Problems To achieve this object, the glucose sensor of the present invention has a structure in which an anion exchanger is used as the porous body of the reaction layer.
作用 この構成によって、陰イオン交換体中でグルコースオキ
シダーゼがイオン結合により安定的に保持され、少量の
グルコースオキシダーゼで、高精度の測定をすることが
できる。Action With this configuration, glucose oxidase is stably retained by an ionic bond in the anion exchanger, and highly accurate measurement can be performed with a small amount of glucose oxidase.
実施例 以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら説
明する。Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第１図は本発明の一実施例におけるグルコースセンサの
断面図を模式的に示すものである。第１図において、１
は絶縁性基板、２は測定極、３は対極、４は保持枠、５
は過層で、これらは従来例の構成と同じものであり、
電極係2,3には白金極を用いている。６は反応層で、担
体である陰イオン交換性のジエチルアミノエチル（DEA
E）−セルロースに、グルコースオキシダーゼのリン酸
緩衝液（pH5.6）の高濃度溶液を含浸し、乾燥後、さら
にフェリシアン化カリウムのリン酸緩衝液（pH5.6）の
高濃度溶液を含浸し、エタノールなど有機溶媒中に浸
漬，真空乾燥をして製作する。FIG. 1 schematically shows a cross-sectional view of a glucose sensor in one embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1
Is an insulating substrate, 2 is a measuring electrode, 3 is a counter electrode, 4 is a holding frame, 5
Is an overstory, these are the same as the configuration of the conventional example,
Platinum electrodes are used for the electrode members 2 and 3. 6 is a reaction layer, which is an anion-exchangeable diethylaminoethyl (DEA) carrier.
E) -Cellulose is impregnated with a high-concentration solution of glucose oxidase in a phosphate buffer (pH 5.6), dried, and then impregnated with a high-concentration solution of potassium ferricyanide in a phosphate buffer (pH 5.6). It is manufactured by dipping in an organic solvent such as ethanol and vacuum drying.
以上のように構成された本実施例のグルコースセンサに
ついて、以下その動作を説明する。まず、試料液を第１
図の上部に滴下すると、従来例と同様、試料中のグルコ
ースと、グルコースオキシダーゼ，フェリシアン化カリ
ウムの反応により、フェロシアン化カリウムが生成す
る。このフェロシアン化カリウムの電極系2,3上での酸
化電流値を測定することにより、試料中のグルコース濃
度を検知できる。The operation of the glucose sensor having the above-described structure according to this embodiment will be described below. First, the sample liquid
When dropped onto the upper part of the figure, potassium ferrocyanide is produced by the reaction of glucose in the sample with glucose oxidase and potassium ferricyanide, as in the conventional example. The glucose concentration in the sample can be detected by measuring the oxidation current value of this potassium ferrocyanide on the electrode systems 2 and 3.
第３図は、上記のグルコースセンサで測定した酸化電流
値と、グルコース濃度との関係を示すものである。Ａは
本発明の、反応層にDEAE−セルロースを使用したもの
で、B,Cは従来例のセルロースを使用したものである。FIG. 3 shows the relationship between the oxidation current value measured by the glucose sensor and the glucose concentration. A is the one using DEAE-cellulose in the reaction layer of the present invention, and B and C are those using the conventional cellulose.
なお、測定は各グルコース濃度でそれぞれ５回行い、そ
の平均値とばらつきの幅を図中に示す。また、１回の測
定に使用する１つの反応層当りのグルコースオキシダー
ゼの平均担持量は、Ａは0.29mg、Ｂは0.81mg、Ｃは0.27
mgであり、その他の測定条件はA,B,Cとも等しい。この
図より、Ａでは電流値とグルコース濃度は、600mg/dlま
で非常に良い直線性を示し、各グルコース濃度において
も安定した測定値が得られる。これに対し、従来例のB,
Cにおいては、Ｂのようにグルコースオキシダーゼを多
量に担持すれば、グルコース濃度600mg/dlまでの直線性
と測定値の安定性が得られる。しかし、Ｃのように、グ
ルコースオキシダーゼの担持量が少量になると、100mg/
dl以上の高濃度域での直線性が得られず、また、各グル
コース濃度における測定値のばらつきも大きい。The measurement was performed 5 times at each glucose concentration, and the average value and the range of variation are shown in the figure. The average amount of glucose oxidase supported per reaction layer used for one measurement was 0.29 mg for A, 0.81 mg for B, and 0.27 mg for C.
mg, and other measurement conditions are the same for A, B, and C. From this figure, in A, the current value and glucose concentration show very good linearity up to 600 mg / dl, and stable measurement values can be obtained at each glucose concentration. On the other hand, B of the conventional example,
In C, if a large amount of glucose oxidase is carried as in B, linearity up to a glucose concentration of 600 mg / dl and stability of measured values can be obtained. However, when the amount of glucose oxidase carried becomes small like C, 100 mg /
No linearity is obtained in the high concentration range of dl or more, and the measured values at each glucose concentration also vary widely.
以上のように、本実施例によれば、反応層担持にDEAE−
セルロースを使用することにより、少量のグルコースオ
キシダーゼ量でも、グルコース量を精度良く測定するこ
とができる。これは、グルコースオキシダーゼがDEAE−
セルロース担体中に、イオン結合により安定に保持され
るためと考えられる。さらに、従来の酵素固定化電極と
は異なり、簡易に製造できるため、反応層使用の一元化
が可能となる。As described above, according to this example, DEAE-
By using cellulose, the glucose amount can be accurately measured even with a small amount of glucose oxidase. This is because glucose oxidase is DEAE-
It is considered that the cellulose carrier is stably held by ionic bonds. Further, unlike the conventional enzyme-immobilized electrode, since it can be easily manufactured, it is possible to unify the use of the reaction layer.
なお、本実施例では陰イオン交換体をDEAE−セルロース
としたが、陰イオン交換体は、テトラエチルアミノエチ
ル（TEAE）−セルロース,DEAE−セファデックスなどで
も良い。しかし、エピクロルヒドリエタノールアミン
（ECTEOLA）−セルロースは、測定の精度が悪く使用で
きない。Although DEAE-cellulose was used as the anion exchanger in this example, the anion exchanger may be tetraethylaminoethyl (TEAE) -cellulose, DEAE-Sephadex, or the like. However, epichlorohydriethanolamine (ECTEOLA) -cellulose has poor measurement accuracy and cannot be used.
また、本実施例では、電極系を測定極と対極の２極系と
したが、電極系は参照系を加えて３極系でも良い。この
場合、電位が安定し、より精度良く測定できる。In addition, in the present embodiment, the electrode system is a two-electrode system including a measurement electrode and a counter electrode, but the electrode system may be a three-electrode system including a reference system. In this case, the potential is stable and more accurate measurement can be performed.
電子受容体としては、上記に用いたフェリシアン化カリ
ウム以外にも、ｐ−ベンゾキノン，メチレンブルーなど
も使用できる。As the electron acceptor, in addition to potassium ferricyanide used above, p-benzoquinone, methylene blue and the like can be used.
発明の効果 以上のように本発明によれば、少なくとも測定極と対極
からなる電極系を酸化還元酵素および、酸化還元酵素と
共役する電子受容体を含有する陰イオン交換性の多孔体
で被覆することにより、グルコースオキシダーゼ担持量
が少量でも、十分精度良く測定でき、操作も簡易化する
ことができるという効果が得られる。EFFECTS OF THE INVENTION As described above, according to the present invention, at least the electrode system consisting of the measurement electrode and the counter electrode is coated with a redox enzyme and an anion-exchangeable porous body containing an electron acceptor conjugated with the redox enzyme. As a result, even if the amount of glucose oxidase carried is small, it is possible to obtain an effect that the measurement can be performed with sufficient accuracy and the operation can be simplified.
第１図は本発明の一実施例と従来例におけるグルコース
センサの断面図、第２図は従来の固定化電極型グルコー
スセンサの模式図、第３図はグルコースセンサの応答特
性図である。 １……絶縁性基板、２……測定極、３……対極、５……
過層、６……反応層。FIG. 1 is a sectional view of a glucose sensor according to an embodiment of the present invention and a conventional example, FIG. 2 is a schematic diagram of a conventional fixed electrode type glucose sensor, and FIG. 3 is a response characteristic diagram of the glucose sensor. 1 ... Insulating substrate, 2 ... Measuring electrode, 3 ... Counter electrode, 5 ...
Overlayer, 6 ... Reaction layer.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 27/46 ３３８ (72)発明者 小松 きよみ 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 南海 史朗 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 杉原 宏和 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Internal reference number FI Technical indication location 27/46 338 (72) Inventor Kiyomi Komatsu 1006 Kadoma, Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Shiro Nankai 1006 Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Hirokazu Sugihara 1006 Kadoma, Kadoma City Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Claims (2)
を設け、この電極系を酸化還元酵素および、酸化還元酵
素と共役する電子受容体を含有する陰イオン交換性の多
孔体で被覆したことを特徴とするグルコースセンサ。1. An electrode system comprising at least a measurement electrode and a counter electrode is provided, and the electrode system is coated with an anion-exchangeable porous body containing an oxidoreductase and an electron acceptor conjugated with the oxidoreductase. A glucose sensor characterized by:
エチルセルロースであることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載のグルコースセンサ。2. The glucose sensor according to claim 1, wherein the anion-exchangeable porous material is diethylaminoethyl cellulose.
Priority Applications (1)
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| JP61286337A JPH0758272B2 (en) | 1986-12-01 | 1986-12-01 | Glucose sensor |
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- 1986-12-01 JP JP61286337A patent/JPH0758272B2/en not_active Expired - Fee Related
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