JPS60173457A

JPS60173457A - バイオセンサ

Info

Publication number: JPS60173457A
Application number: JP59030542A
Authority: JP
Inventors: Mariko Kawaguri; 真理子河栗; Shiro Nankai; 史朗南海; Takashi Iijima; 孝志飯島
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1984-02-20
Filing date: 1984-02-20
Publication date: 1985-09-06
Also published as: JPH0430543B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、血液中の特定成分を迅速、かつ容易に定量す
ることのできるバイオセンサに関するものである。

従来例の構成とその問題点近年、酵素の有する特異的触媒作用を利用した種々のバ
イオセンサが開発され、特に臨床検査分野への応用が試
みられている。検査項目及び検体数が増加している現在
、迅速に精度よく測定できるバイオセンサが望まれてい
る。

グルコースセンサに例をとると、糖尿病の増加が激しい
今日、血液中の血糖値を測定し管理するには、以前のよ
うに血液を遠心分離し血漿にして測定するのでは非常に
時間がかかるため、全面で測定できるセンサが要求され
ている。簡易型としては、尿検査の時に使用されている
検査紙と同様に、スティック状の支持体に糖（グルコー
ス）にのみ反）ムする酵素および酵素反応時又は酵素反
応の生成物により変化する色素を含有する相体を設置し
７／コものがある０、この担体に血液を添加し、一定時
間後の色素の変化を目又は光により測定する方式である
が、血液中の色素による妨害が大きく精度は低い。

そこで、第１図のような多層式の分析担体が開発さね、
ている。透明な支持体１の上に試薬層２、展開層３、防
水層４、顔過層６が順に積層した構造となっている。血
液ザンプルを上部から滴下すると、捷ずρ渦層５により
血液中の赤血球、血小板などの固形成分が除去され、防
水層４にある小孔４ａから展開層３へ均一に浸透し、試
薬層２において反応が進行する。反応終了後、透明な支
持体１を通して矢印の方向から光をあて、分光分析によ
り基質濃度を測定する方式である。従来の簡易なスティ
ック状の担体にくらべ、複雑な構造であるが、血球除去
などにより精度は向上した。しかし、血液の浸透および
反応に時間がかがるため、ザンブルの乾燥を防ぐ防水層
４が必要とな−たり、反応を速めるだめに高温でインキ
ュベートスル必要があり、装置および担体が複雑化する
という問題かある。

最近、酵素反応と電極反応を結びっけて基質濃度を測定
するバイオセンサが開発されている。グルコースセンサ
に例をとると、第２図のように、グルコースオキシダー
ゼ固定化電極６を容器７に入わ７、緩衝液８で満たし、
スターテ９で撹拌している中に試料液を添加する。グル
コースオキシダーゼ固定化電極６には定電圧か印加され
ており、試料中のグルコースと反応して生成した過酸化
水素を検知して電流が流れグルコース濃度が測定できる
。この方式を用いバーば、血液中の色素なとに妨害され
ず迅速に測定できる。しかし、撹拌装置か不可欠なため
アワが発生したり、液の乱れが精度に影響するという問
題かあった。又希釈しているため、緩衝液の量や試料の
添加量に精度が要求され操作が複雑化する不都合があっ
た。

発明の目的本発明は、上記の問題点を克服し、血液中の特定成分を
簡易に、迅速かつ精度よく測定できるバイオセンサを１
号ることを目的とする。

発明の構成本発明のバイオセンサは、絶縁性の基板上に少なくとも
測定極と対極からなる電極系を有し、前記電極系を少な
くとも酸化還元酵素および酸化還とする。

本発明ノバイオセンサを用いることに」＝す、血液中の
特定成分の測定を簡易に、精度よく測定することかでき
る、実施例の説明本発明のバイオセンサの１つとして、グルコースセンサ
を例に説明する。第３図にグルコースセンサの一実施例
の模式図を示す。塩化ビニル樹脂からなる絶縁性の基板
１０に白金を埋め込み、測定極１１と対極１２とする。

前記電極系を覆うように、ナイロン不織布１３を設置す
る。このナイロン不織布１３は、酸化還元酵素としてグ
ルコースオキシダーゼ１４と酸化還元酵素と共役する酸
化型色素としてフェリシアン化カリウム１５を、溶解含
浸後乾燥状態で担持している。このナイロン不織布１３
の上部に、多孔性（孔径１μｍ）のポリカーボネートか
らなるｐ渦層１６を設置する。

このセンサに血液を滴下して含浸させると、沖過層によ
り赤血球などの大きな分子が沖過され、ナイロン不織布
１３からなる反応層において血液中のグルコースがグル
コースオキシダーゼ１４により酸化される際、フェリシ
アン化カリウム１５か共役して還元されフェリシアン化
カリウムが生成する。このフェリシアン化カリウムを、
対極１２を基準に測定極１１の電位をｏＶから＋０．５
Ｖ寸でｏ、１Ｖ　７秒の速度で掃引することにより酸化
する。この時間られる酸化電流は、フェリシアン化カリ
ウムの濃度に比例し、フェロシアン化カリウムは基質濃
度に比例して生成するため、酸化電流を測定することに
より基質であるグルコースの濃度が検知できる。得られ
た電流値は、グルコースの標準液で測定したところ、８
００ｍｇ／ｄ７１Ｉまでグルコースの濃度とよい直線性
を示した。酵素と酸化型色素からなる反応層および濾過
層は、測定毎に交換しだが、標準液および血液のサンプ
ル両方において再現性は良好であった。又、血液の添加
量を２０μβ〜１４０μｌまで変化させだが、酸化型色
素及び酵素量が充分々だめ、添加量に関係なく一定の値
を示した。

濾過層１６として、ポリカーボネートの多孔体を用いる
ことにより、血液中の血球や粘性の物質があらかじめ濾
過でき、電極の汚れを少なくすることができた。濾過層
が々いと、長期間使用しているうちに電極上に血球が付
着し、得られる電流値が低下するだめ、電極をアルコー
ルで洗浄する必要があったが、濾過層により電極を水洗
だけで応答が再現性よく保持できるようになった。又、
ポリカーボネートの多孔体を界面活性剤で処理すること
により親水性をもだせることができる。界面活性剤とし
て例えばポリエチレングリコールアルキルフェニルエー
テル（商品名ニトリトンｘ）の１％溶液中に浸漬後乾燥
して使用すると、血液の濾過かすみやかになり、再現性
がさらに向上した。

さらに、濾過層に抗凝血剤であるフッ化ナトリウム溶液
を含浸後乾燥して担持させたところ、血液がわずか１０
秒で濾過できだ。血液は粘性が高いだめ濾過に時間がか
かりすぎると凝血が始まり濾過層を通過できなくなると
いう問題があった。

抗凝血剤を用いることにより濾過かすみやかになり、常
に安定に測定でき、測定の迅速化にも大きな効果があっ
た。

測定極および対極に白金を用いて２電極系で測定する場
合は、対極の面積を測定極のよりより十分大きくした方
か、対極の分極が少なくなり、良好な応答が得られる。

又、対極を銀塩化銀にすると、電位は安定する。

第４図のように、塩化ビニル樹脂からなる基板１ｏに白
金を埋め込み、測定極１１．対極１２、および参照極１
７からなる３電極で電極系を構成した。参照極を用いだ
３電極とすることにより、２電極に比較して、応答再現
性が向上した。また、上記に述べた様に対極面積を大き
くする必要もなくなり小型化できた。又、白金を基板上
にスノくツタ法や蒸着法により白金層を形成して電極系
とすることも可能である。

酸化型色素及び酵素よりなる反応層は、試料液をすみや
かに吸収し酵素反応をおこなわせることかできるように
、親水性の多孔体膜であることが望ましい。たとえば、
ろ紙やパルプの不織布、セラミックやカラスの多孔体な
どを用いると、試料液が均一にすばやく浸透し再現性も
良好であった。

さらに、ナイロン不織布において、前記の界面活性剤で
処理したものは、処理しなかったものより試料液の浸透
がすみやかであり、測定の迅速化に効果かあった。

酵素と酸化型色素を細かく粉砕混合後、加圧した成形体
を反応層とすると、血液の液体成分によりすみやかに溶
は均一に混合するため、反応の迅速化に大きく貢献した
。！、た、酸化型色素と酵素を加圧成形する際、結着剤
として、８１０２　などを少量混合すると、成形体の強
度か増すので取り扱いが簡易となる。結着剤としては、
酵素反応及び電極反応に無関係で親水性のものが適して
いる。

酸化型色素および酵素は、なるべく血液の液体成分に速
く溶ける状態におくことが望捷しい。そこで、酸化型色
素の溶液をナイロン不織布に含浸後、熱風乾燥すると、
真空乾燥したものより非常に細かい結晶となり、液体に
とけやすくな−だ。

又、酸化型色素の溶液を浸漬したナイロン不織布を、エ
タノールのような水に対する溶解度の大きい有機溶媒中
に浸漬後真空乾燥すると、さらに細かい結晶を担持する
ことができた。酵素は熱などに弱いため、含浸後真空乾
燥を行なった。

そこで、第６図の構成からなるセンサを試みだ。

電極系は第４図と同様で、その土にポリカーボネート多
孔体膜からなる濾過層１６、次にグルコースオキシダー
ゼ１４を担持したナイロン不織布１８、その上部にフェ
リンアン化カリウム１５を含浸後江タノールに浸漬し乾
燥して担持したナイロン不織布１９を設置する。なお−
ポリカーボネート多孔体膜およびナイロン不織布は、あ
らかじめ前記の界面活性剤で処理し、抗凝血剤であるフ
ッ化ナトリウノ、を含浸後乾燥して相持した。

このセンサに血液を添加すると、抗凝血剤により凝血す
ることなく、すみやかにナイロン不織布の層に浸透し、
フェリシアン化カリウム１５とグルコースオキシダーゼ
１４が溶解して反応が進みながら、血液の液体成分のみ
１濾過層１６を通過し電極系に至る。フェリシアン化カ
リウムを細かい結晶状態で４１１持しであるので、すみ
やかに溶解し酵素と共役して反応でき、反応時間か約１
分間以内と短縮できた。濾過層は、第５図のように電極
上においても１反応層の上部においてもよい。又、色素
担持層１９と酵素担持層１８ではさんでもよい。液の浸
透は、濾過層が反応層の下に設置した時が一番早く反応
時間が短かかった。

しかし、反応層の上部Ｋ濾過層を設置すると、先に血液
中の固体成分が濾過できるので、反応層において血球な
どによる妨害がないため、スムーズに反応が進むという
利点があり、高精度であった。

濾過層としては、不織布、化学繊維１紙（濾紙）カラス
の多孔体なとか考えられる。血球をｆｉ過するだめには
孔径が２〜３μｍ以下であることが必要である。血球ｌ
濾過か可能な均一な孔径のメンブランフィルタ−やカラ
スの多孔体が適している。

色素としては、上記に用いだフェリシアン化カリウムか
安定に反応するので適しているが、Ｐ　−ベンゾキノン
を使えば、反応速度が早いので高速化に適している。又
、２．６−／クロロフェノールＩイントフユノール、メ
チレンブルー、フェナ／ンメトザルフェ−１・、β−ナ
フトキ／ン４−スルホン酸カリウムなとも使用できる。

抗凝血剤としてｄ、フッ化すトリウムが安定で取扱いも
簡易なため適しているか、ヘパリンやクエン酸ナトリウ
ム、エチレン／アミン四酢酸も血液濾過を迅速におこな
わせるのに有用であった。

なお、上記実施例におけるセンサはグルコース、ｆ、＜
　限う−ｒ−アルコールセンザやコレステロールセンサ
など、酸化童元酵素の開力する系に用いることができる
。又、酵素は固定化した状態で担持することにより長期
保存においても安定に活性を維持することができる。

発明の効果本発明のセンサによれは、直接血液を含浸させて微量の
特定成分を簡易に、しかも迅速に精度よく測定すること
ができる。また、１濾過層により、電極を長期間安定に
保持できる。さらに、抗凝血剤を担持することにより、
血液を凝血させることなくすみやかに濾過させ、反応時
間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来のグルコースセンサの構成を示
す図、第３図、第４図及び第５図は本発明の実施例であ
るグルコースセンサの模式図である。１０　・基板、１１・・・・・・測定極、１２・・・対
極、１３・　・・多孔体（反応層）、１４　・・・・酵
素、１５・・・・・・色素、１６・・・・・・濾過層、
１７・・・・・参照極。

Claims

【特許請求の範囲】（１）絶縁性の基板上に、少なくとも測定極と対極から
なる電極系を設け、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酸化型色−を含有する反応層およ
び多孔性の濾過層で被覆するとともに、前記反応層およ
び濾過層の少なくとも一方に抗血凝固剤を担持させたバ
イオセンサ。（２）測定極が白金である特許請求の範囲第１項記載の
バイオセンサ。（３）対極か白金又は銀塩化銀である特許請求の範囲第
１項記載のバイオセンサ。（４）反応層および濾過層が親水性を有する多孔体膜で
ある特許請求の範囲第１項記載のバイオセンサ。を乾燥状態で保持されている特許請求の範囲第４項記載の
バイオセンサ。（６）電極系が測定極、対極及び参照極の３電極で構成
され、いずれの電極も白金である特許請求の範囲第１項
記載のバイオセンサ。