DE3822886C2 - Biosensor - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf einen
Biosensor und betrifft insbesondere einen Biosensor, der an
einer Basiselektrode vorgesehen ist, wobei eine aktive Folie
mit einem physiologisch aktiven Material daran befestigt ist,
so daß ein elektrisches Signal in der Basiselektrode auf der
Grundlage des Ergebnisses einer Enzymreaktion erzeugt wird,
um die Konzentration eines Probematerials zu messen.
Seitdem man die Eigenschaft von physiologisch aktivem Mate
rial erkannt hat, nämlich daß es verhältnismäßig komplizierte
organische Verbindungen, wie Proteine und ähnliches, mit hoher
Empfindlichkeit und Selektivität erfassen kann, wurden mit
dem physiologisch aktiven Material Untersuchungen durchge
führt, d. h. mit anderen Worten, es würde ein Biosensor gebil
det, bei dem das physiologisch aktive Material auf der Ober
fläche einer Basiselektrode befestigt war, um damit die orga
nischen Verbindungen, Proteine usw. zu messen.
Wenn das zu messende Probematerial mittels dem oben beschrie
benen Biosensor gemessen wird, wird die Oxydation und Reduk
tion und ähnliches des Probematerials im allgemeinen in der
Gegenwart des physiologisch aktiven Materials durchgeführt,
so daß die Menge des gebildeten Materials oder des verbrauch
ten Materials gemessen wurde, um damit die Konzentration des
Probematerials zu messen. Die oben erwähnte Basiselektrode
wird grob in zwei Arten unterschieden, nämlich die Zweielek
trodenart, wie sie in Fig. 11 dargestellt ist, und die Drei
elektrodenart, wie sie in Fig. 12 und 13 dargestellt ist.
D. h. im einzelnen, die Zweielektrodenart gemäß Fig. 11 hat
eine Arbeitselektrode 31 aus einem Platinmetall oder
ähnlichem und eine Gegenelektrode 32 aus Silber oder
ähnlichem, die in einem vorbestimmten Abstand von der Ar
beitselektrode 31 angeordnet ist. Sie ist bei dieser Art der
Basiselektrode so angeordnet, daß ein Stromsignal entspre
chend der gebildeten oder verbrauchten Materialmenge als
Ergebnis der Reaktion zwischen den zwei Elektroden erzeugt
wird.
Entsprechend kann man die Konzentration des Probematerials
auf der Grundlage des so erhaltenen Stromsignals messen.
Bei der oben beschriebenen Art der Basiselektrode ist es je
doch schwierig, das Potential zwischen den beiden Elektroden
zu stabilisieren. Allgemein versucht man das Potential zwi
schen den beiden Elektroden zu stabilisieren, indem man die
Fläche der Gegenelektrode 32 ausreichend groß in bezug auf
die Arbeitselektrode 31 macht, was jedoch zu einem voluminösen
Aufbau der Basiselektrode insgesamt führt. Weiter besteht die
Gegenelektrode im allgemeinen aus einem Edelmetall, so daß die
Basiselektrode entsprechend der Steigerung der Größe oder der
Fläche der aus einem Edelmetall bestehenden Gegenelektrode
teuer wird.
Andererseits ist bei der Dreielektrodenart gemäß den Fig. 12
und 13 die Gegenelektrode 32 und eine Bezugselektrode 33
symmetrisch in bezug auf die Arbeitselektrode 31 angeordnet,
und eine Vorspannung entsprechend der Änderung des Potentials
der Gegenelektrode 32 wird zwischen der Gegenelektrode 32 und
der Bezugselektrode 33 durch eine Gleichstromquelle 34 und
einen Operationsverstärker 35 angelegt.
Entsprechend kann die Potentialstabilität verbessert werden,
auch wenn die Gegenelektrode 32 keine so große Fläche auf
weist, so daß die Konzentration des Probematerials mit einer
bemerkenswerten Genauigkeit auf der Grundlage des erhaltenen
Stromsignals gemessen werden kann.
Die Konzentration des Probematerials kann jedoch nicht unter
jeder Bedingung richtig gemessen werden. Beispielsweise wird
die
Konzentration des Probematerials nicht genau gemessen, wenn
die Konzentration des Probematerials unter Verwendung des
stationären Stroms gemessen wird, d. h. die Messung ist sta
tionär und regelmäßig. Wenn andererseits die Messung der
Konzentration des Probematerials auf der Grundlage der Ände
rungsgeschwindigkeit des Stroms durchgeführt wird, beein
flußt die Transienteigenschaft der Bezugselektrode 33 die
Meßgenauigkeit in hohem Maße. Entsprechend ist es erforder
lich, daß die Bezugselektrode 33 und die Gegenelektrode 32
die gleiche Beziehung wie die Arbeitselektrode 31 und die
Gegenelektrode 32 bei der oben beschriebenen Zweielektroden
art erfüllen, was einen Vorspannungsversorgungsschaltkreis
für die Bezugselektrode 33 erforderlich macht. Hierdurch
wird der Aufbau der Basiselektrode in nachteiliger Weise
kompliziert. Dies soll im folgenden im einzelnen beschrieben
werden. Wenn die Konzentration des Probematerials mit dem
oben beschriebenen Biosensor gemessen wird, wird sie im all
gemeinen durch die Menge des erzeugten Materials oder des
verbrauchten Materials auf der Grundlage der Reaktion, wie
z. B. der Oxydation, der Reduktion usw., des Probematerials
in der Gegenwart des physiologisch aktiven Materials gemes
sen. Die meßbare obere Grenze der Dichte ist von der Menge
des die Oxydation, die Reduktion usw. bewirkenden Material
menge abhängig, beispielsweise von dem in dem Probematerial
vorhandenen Sauerstoff. Somit kann die Konzentration des
Probematerials niemals genau bestimmt werden, auch wenn die
Konzentration des Probematerials auf der Grundlage des Aus
gleichstroms gemessen wird, wenn das Probematerial eine sehr
hohe Konzentration aufweist. Um diesen Nachteil zu beheben,
kann man daran denken, daß man die Konzentration auf der
Grundlage des ersten Differentialspitzenstromwertes mißt. In
diesem Fall muß jedoch die Transienteigenschaft der
Bezugselektrode 33 gesteigert werden, um einen genauen er
sten Differentialstromwert zu erhalten. Sonst kann keine
richtige Konzentration des Probematerials bestimmt werden.
Ein Biosensor mit den Merkmalen des Oberbegriffs der
Patentansprüche 1 und 2 ist aus EP 0 136 362 A1 bekannt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Bio
sensor der eingangs genannten Art zu schaffen, der zur Mes
sung der Konzentration eines Probematerials mit hoher
Genauigkeit auf der Grundlage eines elektrischen Signals
geeignet ist, das unter unausgeglichenen Bedingungen erzeugt
wird, so daß die oben beschriebenen Nachteile des Standes
der Technik behoben werden.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 und 2 gekenn
zeichnete Erfindung gelöst.
Der erfindungsgemäße Biosensor weist eine Basiselektrode
auf, bestehend aus einer Arbeitselektrode, einer Bezugs
elektrode und einer Gegenelektrode, die so angeordnet sind,
daß die Bezugselektrode den größeren Teil des äußeren
Umfangs der Arbeitselektrode und die Gegenelektrode entspre
chend die Arbeitselektrode umgibt, wobei ein Vorspannungs
potential entsprechend der Änderung des Potentials der
Gegenelektrode zugeführt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist
vorgesehen, daß die Bezugselektrode und die Gegenelektrode
die Arbeitselektrode in dieser Reihenfolge umgeben.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin
dung ist vorgesehen, daß die Gegenelektrode und die Bezugs
elektrode die Arbeitselektrode in dieser Reihenfolge umge
ben, und daß gleichzeitig die Gegenelektrode aus einem
Platinmetall besteht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin
dung ist vorgesehen, daß die Bezugselektrode konzentrisch
um die Arbeitselektrode angeordnet ist, und die Arbeitselek
trode ihre Mitte bildet.
Es ist darauf hinzuweisen, daß die oben beschriebene Basis
elektrode so angeordnet ist, daß sie ein elektrisches Signal
entsprechend der durch die Enzymreaktion gebildeten Mate
rialmenge oder der durch die Enzymreaktion verbrauchten
Materialmenge erzeugt.
Bei dem so aufgebauten Biosensor wird die zu messende Probe
dem festen aktiven Film zugeführt, wo eine vorbestimmte
Reaktion abläuft, um ein bestimmtes Material zu erzeugen
oder zu verbrauchen. Hierdurch wird in der Basiselektrode
ein elektrisches Signal erzeugt und nach außen geleitet.
Da die Basiselektrode aus der Arbeitselektrode, der Gegen
elektrode und der Bezugselektrode besteht, die den größeren
Teil der Arbeitselektrode umgibt, wird die Potentialfolge
eigenschaft der Bezugselektrode in bezug auf die Gegenelek
trode im Fall der Arbeitselektrode als Standard verstärkt,
und weiter kann das Potential zwischen der Arbeitselektrode
und der Bezugselektrode bei einem vorbestimmten Wert gehal
ten werden.
Wenn weiter das durch die Enzymreaktion erzeugte oder ver
brauchte Material ein Fluid ist, kann die Potentialfolge
eigenschaft der Bezugselektrode in bezug auf die Änderung
des Potentials der Gegenelektrode verstärkt werden, unab
hängig von der Form der Bezugselektrode. Da die Fluidität
auf der Oberfläche der Basiselektrode jedoch im allgemeinen
nur sehr schlecht ist, ist die Potentialfolgeeigenschaft der
Bezugselektrode in dem Fall schlecht, in dem die Bezugselek
trode örtlich in der Basiselektrode angeordnet ist, wodurch
die Meßgenauigkeit der Dichte des Probematerials
verschlechtert wird. Bei dem erfindungsgemäßen Biosensor ist
die Bezugselektrode jedoch so ausgelegt, daß sie den
größeren Teil der Arbeitselektrode umgibt, so daß auch wenn
eine gute Fluidität in der Oberfläche der Basiselektrode
nicht beobachtet wird, nämlich eine teilweise Dispersion in
der Fluidität festgestellt wird, dennoch die
Potentialfolgeeigenschaft der Bezugselektrode in bezug auf
die Änderung des Potentials der
Gegenelektrode als gut angesehen werden kann. Entsprechend
kann das Potential zwischen der Bezugselektrode und der
Arbeitselektrode konstant gehalten werden, und man kann die
Konzentration des Probematerials mit hoher Genauigkeit
messen.
In dem Fall, in dem die Bezugselektrode und die Gegenelek
trode die Arbeitselektrode in dieser Reihenfolge umgeben,
beeinflußt der zwischen der Arbeitselektrode und der
Gegenelektrode erzeugte Strom sofort die Bezugselektrode,
wodurch die Potentialfolgeeigenschaft der Bezugselektrode
merkbar verbessert wird.
In dem Fall, in dem die Gegenelektrode und die Bezugselek
trode im Gegensatz dazu die Arbeitselektrode in dieser
Reihenfolge umgeben, und dabei gleichzeitig die Gegenelek
trode aus einem Platinmetall besteht, weist die Gegenelek
trode eine gute Elektrodeneigenschaft mit stabilisierenden
Ausgangswerten auf, so daß die Konzentration des Probemate
rials mit hoher Genauigkeit gemessen werden kann.
Wenn weiter die oben beschriebene Bezugselektrode konzen
trisch zur Arbeitselektrode angeordnet ist und die Arbeits
elektrode die Mitte bildet, übt der zwischen der Arbeits
elektrode und der Gegenelektrode erzeugte Strom einen posi
tiven Einfluß auf die Bezugselektrode aus, wodurch die
Potentialfolgeeigenschaft der Bezugselektrode in hohem Maße
verbessert wird.
Die oben beschriebene Basiselektrode erzeugt ein elektri
sches Signal entsprechend der durch die Enzymreaktion
erzeugten Materialmenge oder durch die durch die Enzym
reaktion verbrauchte Materialmenge, wobei man ähnliche
Wirkungen erhalten kann.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der
Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher
beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform
des Biosensors;
Fig. 2 eine schematische Aufsicht des Biosensors von
Fig. 1;
Fig. 3 einen Schaltkreis des Biosensors von Fig. 1;
Fig. 4 ein Diagramm zur Darstellung der Spannungsänderun
gen, die man an den Stellen der Elektroden in dem
Biosensor gemäß Fig. 1 mißt;
Fig. 5 ein Diagramm zur Darstellung der durch den Bio
sensor von Fig. 1 gemessenen Spannungsänderungen;
Fig. 6 ein Diagramm zur Darstellung der durch den Bio
sensor von Fig. 1 gemessenen Stromänderungen;
Fig. 7 ein Diagramm zur Darstellung des ersten Differen
tialstromwertes von Fig. 6;
Fig. 8 ein Diagramm zur Darstellung der Änderungen des
Ausgangs des Biosensors von Fig. 1;
Fig. 9 eine Fig. 2 ähnliche Ansicht einer ersten Änderung
des Biosensors von Fig. 1;
Fig. 10 eine Fig. 2 ähnliche Ansicht einer zweiten Änderung
des Biosensors von Fig. 1;
Fig. 11 ein Schaltbild eines bekannten Biosensors;
Fig. 12 ein Schaltbild eines anderen bekannten Biosensors;
und
Fig. 13 eine perspektivische Ansicht des Sensors von
Fig. 12.
In der folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszei
chen gleiche Teile in der Zeichnung.
In Fig. 1 bis 3 ist eine erste Ausführungsform eines Biosen
sors dargestellt, der einen Enzymelektrodenkörper 1 mit
einer Basiselektrode und einen elektrischen Schaltkreis zur
Steuerung der Basiselektrode umfaßt. Der Enzymelektroden
körper umfaßt die Basiselektrode, auf deren Oberfläche eine
Enzymfolie mit einem daran befestigten physiologisch aktiven
Material vorgesehen ist, so daß in der Basiselektrode auf
der Grundlage des Ergebnisses der Enzymreaktion ein
elektrisches Signal erzeugt wird, um die Konzentration eines
Probematerials zu messen. Die Basiselektrode besteht aus
einer Arbeitselektrode 2, einer Bezugselektrode 3' und einer
Gegenelektrode 3, und zwar so, daß die Bezugselektrode 3'
und die Gegenelektrode 3 die Arbeitselektrode 2 umgeben, und
daß die Basiselektrode 3' den größeren Teil des äußeren
Umfangs der Arbeitselektrode 2 umgibt, und wobei ein
Vorspannungspotential angeordnet ist, das entsprechend der
Änderung des Potentials der Gegenelektrode zugeführt wird.
Die Bezugselektrode 3' und die Gegenelektrode 3 umgeben die
Arbeitselektrode 2 in dieser Reihenfolge, wie dies in Fig. 2
dargestellt ist, und die Gegenelektrode 3 besteht aus einem
Platinmetall.
Der Enzymelektrodenkörper 1 ist an einer Seite der Oberflä
che konvex und weist die Arbeitselektrode 2 aus Pt, die
ringförmige Bezugselektrode 3' und die Gegenelektrode 3,
die beide aus Ag bestehen, auf, und die in dieser Reihen
folge so angeordnet sind, daß sie sich von der konvexen
Oberfläche nach außen erstrecken. Die Enzymelektrode ist
weiter mit einer Enzymfolie 4 versehen, die mit Glucose
oxydase (im folgenden als GOD bezeichnet) befestigt ist,
wobei weiter ein Dispersionssteuerfilm 5 aus Cellophan oder
ähnlichem vorgesehen ist, um die konvexe Oberfläche abzu
decken. Weiter sind Signalabnahmeanschlüsse 61 bis 63 mit
der Arbeitselektrode 2, der Bezugselektrode 3' und der
Gegenelektrode 3 verbunden.
Weiter können die Anschlüsse mit außerhalb des elektrischen
Schaltkreises befindlichen Bauteilen, wie z. B. den Verstär
kern 7, 10 und dem Widerstand 11, verbunden werden, wie dies
in Fig. 3 dargestellt ist.
Wenn in der oben beschriebenen Konstruktion die Enzymreak
tion, z. B. nach der Gleichung [Glucose + O2 + H2O Glukon
säure + H2O2], in der befestigten Enzymfolie 4 stattfindet,
wird zwischen der Arbeitselektrode 2 und der Gegenelektrode 3
ein Strom entsprechend der erzeugten H2O2-Menge erzeugt, der
wiederum von den Signalabnahmeanschlüssen 61 bis 63 nach außen
geleitet wird.
Fig. 3 zeigt schematisch den elektrischen Strom, der zur Zu
leitung der Vorspannung zu dem Biosensor gemäß Fig. 1 geeig
net ist. In dem Schaltkreis ist der (-)-Eingangsanschluß des
Operationsverstärkers 7, der mit seinem Ausgangsanschluß mit
der Gegenelektrode 3 über den Signalausgabeanschluß 62 ver
bunden ist, mit der Bezugselektrode 3' über den Signalaus
gabeanschluß 63 verbunden. Weiter ist eine Gleichstromquelle
9 zur Umkehrvorspannung zwischen einem (+)-Eingangsanschluß
des Operationsverstärkers 7 und der Erde 8 verbunden. Der
Operationsverstärker 10 ist mit seinem (-)-Eingangsanschluß
mit der Arbeitselektrode 2 über den Signalausgabeanschluß 61
verbunden, und gleichzeitig ist sein (+)-Eingangsanschluß mit
der Erde 8 verbunden, wobei der Rückkopplungswiderstand 11
zwischen dem Ausgangsanschluß und dem (-)-Eingangsanschluß
des Operationsverstärkers 10 verbunden ist.
Die Arbeitsweise des so aufgebauten Biosensors soll im fol
genden unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 beschrieben
werden, die die Beziehungen zwischen der (-)-Spannung des
(-)-Eingangsanschlusses und den Stellen der drei Elektroden
und zwischen der (+)-Spannung des (+)-Eingangsanschlusses
über der Zeit darstellen.
Obwohl das Potential jeder der Elektroden 2, 3' und 3 keinen
festen Wert darstellt, da jede Elektrode nicht mit der Erde
8, wie sie ist, in Berührung steht, ist der Ausgangsan
schluß des Operationsverstärkers 7, der mit dem (+)-Eingangs
anschluß mit der Gleichstromquelle 9 verbunden ist, so daß
eine -V Vorspannung zur Erde 8 zugeführt ist, mit der Gegen
elektrode 3 verbunden, und gleichzeitig ist der (-)-Eingangs
anschluß des Operationsverstärkers 7 mit der Bezugselektrode
3' verbunden, so daß das Potential der Bezugselektrode 3' der
Potentialänderung der Gegenelektrode 3 folgend gesteuert
werden kann. In diesem Fall wird die Bezugselektrode 3'
schnell durch die Potentialänderung der Gegenelektrode 3 be
einflußt, die durch den Strom bewirkt wird, der zwischen der
Arbeitselektrode 2 und der Gegenelektrode 3 erzeugt wird, da
die Bezugselektrode 3' die Arbeitselektrode 2 vollständig um
gibt, wodurch man eine gute Potentialfolgeeigenschaft erhält.
Da die Arbeitselektrode 2 mit dem (-)-Eingangsanschluß des
Operationsverstärkers 10 verbunden ist, dessen (+)-Eingangs
anschluß mit der Erde 8 verbunden ist, kann die Potential
differenz zwischen der Arbeitselektrode 2 und der Bezugselek
trode 3' gleich der elektromotorischen Kraft v der Gleich
stromquelle 9 mit Bezug auf eine Kurve A gemäß der Erfindung
und einer Kurve B gemäß dem bekannten Biosensor in Fig. 4
und 5 gleichgehalten werden.
D. h. im einzelnen, daß der größte Teil der Potentialdiffe
renz, die zwischen der Arbeitselektrode 2 und der Gegenelek
trode 3 erzeugt wird, wie dies in Fig. 4 und 5 dargestellt
ist, sich in der Nähe der Grenze der Arbeitselektrode 2 und
in der Nähe der Grenze der Gegenelektrode 3 konzentriert. In
den anderen Bereichen ändert sich das Potential sehr gleich
mäßig.
Wichtig bei der Messung der Dichte des Probematerials ist
jedoch nicht die Potentialdifferenz in der Nähe der Grenze
der Gegenelektrode 3, sondern die Potentialdifferenz in der
Nähe der Grenze der Arbeitselektrode 2. Da weiter die
Potentialdifferenz in der Nähe der Grenze der Gegenelektrode
3 sich je nach den Bedingungen ändern kann, sollte die
Potentialdifferenz in der Nähe der Grenze der
Arbeitselektrode 2 konstant gehalten werden, unabhängig von
einer derartigen Änderung der Potentialdifferenz, wie oben
in der Nähe der Grenze der Gegenelektrode 3, so daß es
schließlich möglich ist, ein richtiges Signal entsprechend
der Konzentration des Probematerials abzunehmen.
Da die Potentialdifferenz in der Nähe der Grenze der
Arbeitselektrode 2 sich entsprechend der Konzentration des
Probematerials ändert, kann ein richtiges Signal durch
Gestatten der Änderung der Potentialdifferenz erhalten
werden. Die oben beschriebene elektromotorische Kraft v muß
unter Beachtung der obigen Tatsache eingestellt werden.
Gemäß der ersten Ausführungsform kann die Potentialdifferenz
zwischen der Bezugselektrode 3' und der Arbeitselektrode 2
bei v eingestellt werden, und weiter kann die Potential
differenz zwischen der Bezugselektrode 3' und der Arbeits
elektrode 2 bei v mit einer hohen Transienteigenschaft in
bezug auf die Änderung der Potentialdifferenz in der Nähe
der Grenze der Gegenelektrode 3 gehalten werden. Die
Ausgangsspannung von dem Operationsverstärker 10 ist daher
ein richtiger Wert entsprechend der Konzentration des
Probematerials.
Fig. 6 ist ein Diagramm zur Darstellung der Änderung des
Stromwertes, wenn die Konzentration der Glucose durch
den Biosensor der oben beschriebenen Konstruktion ge
messen wird, und zwar in Beziehung zwischen dem elek
trischen Strom und der Zeit von Anfang an. Fig. 7 ist
ein Diagramm zur Darstellung der Änderung des primären
Differentialstromwertes der Dichte von Fig. 6. In beiden
Fig. 6 und 7 sind die gemessenen Werte gemäß dieser
Ausführungsform durch eine ausgezogene Linie A
dargestellt, während die Meßwerte, die man mit dem Stand der
Technik erhält, mittels der gestrichelten Linie B
dargestellt sind.
Aus den Meßdaten geht hervor, daß die Transienteigenschaft
in bezug auf die Änderung des Stromwertes bei der erfin
dungsgemäßen Ausführungsform, verglichen mit dem Stand der
Technik, verbessert ist, und entsprechend kann der primäre
Differentialstromwert als ein der Konzentration des Probe
materials entsprechender Wert angesehen werden.
Fig. 9 zeigt eine Aufsicht auf einen Biosensor gemäß einer
gegenüber der ersten Ausführungsform geänderten Ausführungs
form, die sich von der ersten Ausführungsform einfach in der
Form der Gegenelektrode 3 unterscheidet. In Fig. 9 ist die
Gegenelektrode 3 bogenförmig ausgebildet, mit einer Länge,
die größer als die Hälfte eines Kreises ist. Ebenfalls zeigt
Fig. 10, ähnlich wie Fig. 9, eine weitere Ausführungsform,
die sich von dem Biosensor der ersten Ausführungsform
einfach in der Form der Gegenelektrode 3 und der Bezugs
elektrode 3' unterscheidet, die beide bogenförmig ausge
bildet sind und eine Länge aufweisen, die größer als ein
Halbkreis ist.
Die Potentialdifferenz zwischen der Bezugselektrode 3 und
der Arbeitselektrode 2 kann bei diesen Ausführungsformen
ebenfalls bei v gehalten werden, so daß ein ausreichend
richtiges Signal entsprechend der Konzentration des Probema
terials erhalten werden kann.
Aus der obigen Beschreibung wird ersichtlich, daß man ein
ausreichend richtiges Signal entsprechend der Konzentration
des Probematerials sowohl in der ersten Ausführungsform als
auch in den weiteren Ausführungsformen im Vergleich zum
Stand der Technik erhält. Der Grad der Richtigkeit des
Signals ist jedoch nicht der gleiche. Wie in Tabelle I dar
gestellt, erhält man mit der ersten Ausführungsform ein
genaueres Signal.
Entsprechend der ersten Ausführungsform kann der dynamische
Bereich entsprechend der Verbesserung der
Potentialfolgeeigenschaft der Bezugselektrode 3' vergrößert
werden.
Bei der ersten Ausführungsform als auch bei den weiteren
Ausführungsformen besteht die Gegenelektrode 3 aus Silber,
kann jedoch ebenfalls aus Platin bestehen.
Wenn die Gegenelektrode 3 aus Platin besteht, wird eine
Ausgangsverschlechterung über eine beachtlich lange Zeit
nach einem Auffrischen der Elektrode nicht beobachtet. Wenn
die Gegenelektrode 3 jedoch aus Silber besteht, beobachtet
man eine Ausgangsverschlechterung unmittelbar nach dem Er
frischen bzw. Erneuern der Elektrode. Es ist daher ersicht
lich, daß die Elektrodencharakteristik der Platinelektrode
als Gegenelektrode 3 besser ist. Da die Platinelektrode je
doch teuer ist, wird bevorzugt, daß die Gegenelektrode 3 im
Fall der Konstruktion gemäß Fig. 9 und 10 aus Platin ausge
bildet ist.
Das Ändern des Ausgangs nach dem Erfrischen bzw. Erneuern
der Enzymelektrode ist in dem Diagramm von Fig. 8 darge
stellt, wenn die Gegenelektrode 3 aus Silber bzw. Platin
besteht. In diesem Fall wird die Konstruktion des Biosensors
gemäß Fig. 2 verwendet. Wenn die Gegenelektrode 3 aus Platin
besteht, wird der Ausgang kaum verschlechtert, wie dies durch
die ausgezogene Linie C dargestellt ist, wohingegen, wenn die
Gegenelektrode 3 aus Silber besteht, eine etwa 10%ige Ver
schlechterung des Ausgangs nach etwa 55 Minuten nach dem
Erneuern der Elektrode auftritt, wie dies mittels der gebro
chenen Linie D dargestellt ist. Man sieht, daß die Gegenelek
trode 3 vorzugsweise aus Platin bestehen soll.
Es soll darauf hingewiesen werden, daß die vorliegende Erfin
dung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele be
schränkt ist. Es ist möglich, daß beispielsweise die Bezugs
elektrode eine derartige Form aufweist, daß ein Teil des
Rings entfernt wird, oder daß sie oval oder quadratisch aus
gebildet wird. Die Mitte der unteren Schicht der Bezugselek
trode muß nicht mit der Mitte der Arbeitselektrode überlappen,
d. h. die Bezugselektrode muß nicht zur Arbeitselektrode
konzentrisch sein. Der Biosensor gemäß der vorliegenden
Erfindung ist nicht nur für die Messung der Konzentration
von Glucose geeignet, sondern ebenfalls für die Messung der
Konzentration von z. B. Harnstoff usw. oder der Konzentration
eines Probematerials auf der Grundlage der mittels einer
anderen als der H2O2 Reaktion erzeugten oder verbrauchten
Materialmenge.
Wie oben beschrieben, kann die Potentialfolgeeigenschaft der
Bezugselektrode in bezug auf die Änderung des Potentials der
Gegenelektrode verbessert werden, da der Biosensor gemäß der
Erfindung mit einer Bezugselektrode versehen ist, die den
größeren Teil der Arbeitselektrode umgibt, was zu einer
verbesserten Meßgenauigkeit der Konzentration einer Probe
führt, wobei ein vergrößerter dynamischer Bereich realisiert
werden kann.
Claims (7)
1. Biosensor, umfassend:
- - einen Enzymelektrodenkörper (1);
- - eine am Enzymelektrodenkörper (1) vorgesehene Basiselektrode mit einer Arbeitselektrode (2), einer Gegenelektrode (3) und einer Bezugselektrode (3');
- - eine auf der Oberfläche der Basiselektrode vorgesehene Enzymfolie (4), die mit physiologisch aktivem Material behaftet ist, so daß in der Basiselektrode auf der Grundlage des Ergebnisses der Enzymreaktion ein elektrisches Signal erzeugt wird, und einen elektrischen Schaltkreis mit Anschlüssen (61, 62, 63), die jeweils mit entsprechenden Elektroden verbunden sind, sowie einer Einrichtung zum Anlegen eines Vorspannungspotentials zwischen der Arbeitselektrode (2) und der Bezugselektrode (3'),
- - die Bezugselektrode (3') und die Gegenelektrode (3) die Arbeitselektrode (2) umschließen und
- - die Einrichtung zum Anlegen eines Potentials das Potential entsprechend der Änderung des Potentials der Gegenelektrode (3) anlegt.
2. Biosensor mit einer Basiselektrode, auf deren Oberfläche
eine Enzymfolie (4) mit einem physiologisch aktiven
Material befestigt ist, so daß ein elektrisches Signal in
der Basiselektrode auf der Grundlage des Ergebnisses der
Enzymreaktion erzeugt wird, wobei die Basiselektrode eine
Arbeitselektrode (2), eine Bezugselektrode (3') und eine
Gegenelektrode (3) umfaßt,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Bezugselektrode (3') und die Gegenelektrode (3)
jeweils die Arbeitselektrode (2) umgeben, daß die
Bezugselektrode (3) den größeren Teil des äußeren Umfangs
der Arbeitselektrode (2) umgibt, und daß ein
Vorspannungspotential angelegt wird, das entsprechend der
Änderung des Potentials der Gegenelektrode (3) zugeführt
wird.
3. Biosensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bezugselektrode (3') und die Gegenelektrode (3)
die Arbeitselektrode (2) in dieser Reihenfolge umgeben.
4. Biosensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Gegenelektrode (3) und die Bezugselektrode (3')
die Arbeitselektrode (2) in dieser Reihenfolge umgeben,
und daß die Gegenelektrode (3) aus einem Platinmetall
besteht.
5. Biosensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Bezugselektrode (3') konzentrisch
um die Arbeitselektrode (2), die ihre Mitte bildet,
angeordnet ist.
6. Biosensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Basiselektrode ein elektrisches
Signal entsprechend der durch die Enzymreaktion erzeugten
Materialmenge erzeugt.
7. Biosensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Basiselektrode ein der durch die
Enzymreaktion verbrauchten Materialmenge entsprechendes
Signal erzeugt.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62168181A JPH07122624B2 (ja) | 1987-07-06 | 1987-07-06 | バイオセンサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE3822886A1 DE3822886A1 (de) | 1989-01-19 |
DE3822886C2 true DE3822886C2 (de) | 2000-06-21 |
Family
ID=15863288
Family Applications (1)
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