JP2502656B2 - バイオセンサの製造法 - Google Patents

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の製造法に関する。

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の操作を行うことなく高精度に定
量する方式としては、第５図に示す様なバイオセンサが
提案されている。（例えば、特開昭59−166852号公
報）。このバイオセンサは、絶縁基板９にリード12、13
をそれぞれ有する白金などからなる測定極10および対極
11を埋設し、これらの電極系の露出部分を酸化還元酵素
および電子受容体を担持した多孔体14で覆ったものであ
る。試料液を多孔体上へ滴下すると、試料液に多孔体中
の酸化還元酵素と電子受容体が溶解し、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。酵
素反応終了後、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、多孔体については測定毎に
取り替えることにより簡易に測定できるが、電極系につ
いては洗浄等の操作が必要である。一方、電極系をも含
めて測定毎の使い捨てが可能となれば、測定操作上、極
めて簡易になるものの、白金等の電極材料や構成などの
点から、非常に高価なものにならざるを得ない。また、
従来の構成においては、電極上への液降下や電極面上の
濡れが不均一となり、電極面上に気泡が残留するなどに
より不安定な応答を示す場合がみうけられた。

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、カーボンペーストの印刷または塗布などにより少な
くとも測定極と対極からなる電極系を設け、ついでこの
電極の表面を研磨し、熱処理を施した後に、電極面上に
親水性高分子層を形成し、前記基板を酸化還元酵素およ
び電子受容体とともに一体化するものである。

作用 本発明によれば、極めて容易に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。

実施例 以下、本発明の一実施例について説明する。

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。第１図は、本発明のバイオセンサの製造法
の一実施例として作製したグルコールセンサについて示
したもので、構成部分の分解図である。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
刷により樹脂バインダーを含む導電性カーボンペースト
を平行な帯状に印刷し、加熱乾燥することにより、対極
２、測定極３、参照極４からなる電極系を形成する。次
に、電極系を部分的に覆い、各々の電極の電気化学的に
作用する部分となる２′、３′、４′（各１）を残すよ
うに、ポリエステル主体の絶縁性ペーストを前記と同様
に印刷し、加熱処理をして絶縁層５を形成する。次に、
露出した２′、３′、４′の各部分を研磨後、空気中で
100℃にて４時間熱処理を施した。次に、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し、乾燥した。こ
の後、穴を開けた樹脂性の保持枠６を絶縁層５に接着す
る。次に前記電極系２′、３′、４′を覆うように、酵
素としてグルコースオキシダーゼをリン酸緩衝液に溶解
した液を展開し、乾燥させ、酵素を担持する。ついで、
電子受容体を担持した多孔体７を前記保持枠の穴の中に
保持する。さらにこの多孔体の外径より小さい径の開孔
部を有する樹脂性カバー８を接着し、全体を一体化す
る。なお、保持枠の取り付けや酵素層および親水性高分
子層の形成については特に上記の順序に制限されること
はない。

上記一体化されたバイオセンサについてい、測定極３
に沿った断面図を第２図に示す。上記で用いた多孔体
は、ナイロン不織布を素材とし、電子受容体としてのフ
ェリシアン化カリウム400mgを、濃度0.025wt％の界面活
性剤（ポリエチレングリコールアルキルフェニルエーテ
ル）を含むPH5.6のリン酸緩衝液1mLに溶解した液を前記
基材に含浸後、濃度0.025wt％の界面活性剤を含むエタ
ノール中に浸漬して結晶化し、次に減圧乾燥して作成し
たものである。

上記のように構成したグルコースセンサの多孔体へ試
料液としてグルコース標準液を滴下し、滴下２分後に参
照極を基準にして700mV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、電子受容体さらには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。

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多孔体７に担
持されたフェリシアン化カリウムと反応してフェロシア
ン化カリウムを生成する。そこで、上記のアノード方向
へのパルス電圧の印加により、生成したフェロシアン化
カリウム濃度に比例した酸化電流が得られ、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10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、極めて良好な直線性を示した。
上記に示したグルコースセンサの製造方法において、カ
ーボン電極の研磨後の熱処理工程の温度を100℃、70
℃、60℃、50℃及び熱処理なしとした以外は、前記とま
ったく同様に構成したセンサを各々複数個作製し、30℃
にて保存し、前記グルコース標準液に対する応答変化を
検討した。各々の熱処理温度の電極を用いたセンサにつ
いて、初度の応答電流を10％としたときの変化を第４図
に示す。図より明らかなごとく、処理温度60℃以上では
保存にともなう応答変化は少ないが、50℃あるいは熱処
理なしの場合には変動が大である。これは、研磨された
カーボン印刷電極の露出表面部分の活性が安定していな
いことによるものと推定される。なお、電極面を研磨し
ない場合には、研磨した場合の約1/3の応答電流しか得
られなかったが、このような研磨の有無による応答電流
の違いは、ペースト中にバインダーとして含まれる樹脂
成分などがカーボン表面を部分的に被覆していることに
よるものと考えられる。しかし、研磨により、カーボン
電極表面の樹脂バインダーの削除ならびに電極表面の平
滑化が進むとともに、さらに熱処理することにより、電
極露出部の活性度を安定化できるものと考えられる。

本発明者らの検討によれば、60〜170℃の温度で酸素
雰囲気中１〜４時間以上熱処理することで、保存後にお
ける応答電流の変化が極めて少ない、好結果が得られ
た。熱処理に際し、50℃以下では前述した通り好ましい
結果は得られなく、又逆に170℃よりも高温での熱処理
は、かえって応答感度の低下が見られた。これはカーボ
ンペースト中の樹脂バインダーの変質をも含めたカーボ
ン電極表面の劣化によるものとかんがえられる。

実施例２ 親水性高分子層を形成するまでの工程は実施例１と全
く同様に行なった後、保存枠を用いず、グルコースオキ
シダーゼのリン酸緩衝溶液を電極面上へ展開し、乾燥し
た。次に、フェリシアン化カリウムを微粒化したものを
有機溶媒に分散し、これを前記の酵素の担持面上へ展開
の後、有機溶媒を蒸発させた。

上記の様にして得られた親水性高分子、酵素、および
電子受容体を電極面上に担持したグルコースセンサにつ
いて、実施例１と同様にしてグルコース濃度に対する応
答を測定したところ、濃度と電流値の間に良好な直線関
係が得られた。

本発明のバイオセンサの製造法の電子受容体および酸
化還元酵素を一体化する場合の配置については、実施例
１に示した様に、多孔体を用いて、いずれか一方または
両方を多孔体に担持して絶縁性の基板とともに一体化す
ると、滴下された試料液は確実に多孔体上に展開され、
かつ担持されている酵素あるいは電子受容体も速やかに
溶解するため測定時間を短縮することができる。また実
施例２に示した様に両方を親水性高分子とともに電極上
に担持して一体化すると、保持枠などが不要になるなど
構造的に簡単となり、製造上の利点が大きい。

また一体化の方法としては、実施例に示した枠体、カ
バーなどの形や組合せに限定されるものではない。ま
た、用いる多孔体としては、ナイロン不織布以外に、セ
ルロース、レーヨン、セラミック、ポリカーボネートな
どからなる多孔体を単独、あるいは組み合わせて用いる
ことができる。さらに酸化還元酵素と電子受容体の組み
合せも前記実施例に限定されることはなく、本発明の主
旨に合致するものであれば用いることができる。一方、
上記実施例においては、電極系として３電極方式の場合
について述べたが、対極と測定極からなる２電極方式で
も測定は可能であった。また、電極の形成において、カ
ーボンペーストの導電性が低い場合には銀ペーストなど
で予めリードを形成し、この上からカーボン電極を構成
すれば良い。

吸水性高分子として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などとしたものを塗布、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。

なお、本発明のバイオセンサの製造法は上記実施例に
示したグルコースセンサに限らず、アルコールセンサや
コレステロールセンサなど、酸化還元酵素の関与する系
に用いることができる。また、電子受容体としては、上
記実施例に用いたフェリシアン化カリウムが安定に反応
するので適しているが、キノン系やフェロセン系なども
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の製造法は、カー
ボンを主体とする電極系に研磨、熱処理を施すことによ
り、応答性、保存性に優れたバイオセンサを提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるバイオセンサの分解斜
視図、第２図は同バイオセンサの縦断面図、第３図は同
バイオセンサの応答特性図、第４図は同バイオセンサの
保存特性図、第５図は従来例のバイオセンサの縦断面図
である。

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63−3248（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−58149（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−54345（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁性の基板上に、カーボンペーストの印
   刷または塗布により少なくとも測定極と対極からなる電
   極系を設け、ついでこの電極の表面を研磨し、熱処理し
   た後に前記電極表面に親水性高分子層を形成し、前記基
   板を酸化還元酵素および電子受容体とともに一体化した
   ことを特徴とするバイオセンサの製造法。
2. 【請求項２】電極表面に形成した親水性高分子層に酸化
   還元酵素および電子受容体を担持させ、基板とともに一
   体化する請求項１に記載のバイオセンサの製造法。
3. 【請求項３】酸化還元酵素および電子受容体の両方ある
   いはいずれか一方を予め多孔体に担持した後に基板とと
   もに一体化する請求項１に記載のバイオセンサの製造
   法。
4. 【請求項４】酸素雰囲気中にて、60℃以上の温度で熱処
   理を行なう請求項１に記載のバイオセンサの製造法。