JP3259010B2 - 酵素電極およびそれを使用する測定器 - Google Patents
酵素電極およびそれを使用する測定器Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は酵素の働きにより、液体
中の特定の成分の濃度、特に体液（例えば血液、尿等）
中の特定成分（例えばグルコース、コレステロール等）
の濃度を測定する酵素電極に関する。更に詳しくは、酵
素反応によって変換された酸化性または還元性化合物の
定電位電解に必要な電圧印加を、相互に異なる種類の材
料からできた作用極と対極を有して成る電極系が発生す
る起電力により行うことができる酵素電極およびそのよ
うな電極の製造方法に関する。更に、本発明は、そのよ
うな電極を使用する計測器および濃度の測定方法に関す
る。
中の特定の成分の濃度、特に体液（例えば血液、尿等）
中の特定成分（例えばグルコース、コレステロール等）
の濃度を測定する酵素電極に関する。更に詳しくは、酵
素反応によって変換された酸化性または還元性化合物の
定電位電解に必要な電圧印加を、相互に異なる種類の材
料からできた作用極と対極を有して成る電極系が発生す
る起電力により行うことができる酵素電極およびそのよ
うな電極の製造方法に関する。更に、本発明は、そのよ
うな電極を使用する計測器および濃度の測定方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】酵素固定化相と電子伝達体（メディエー
タ）を例えば層状で電極感応部に被覆した酵素電極がバ
イオセンサとして臨床分野で広く利用されている。例え
ばグルコースセンサを例にとると、糖尿病患者が自らの
血糖値を管理する目的で、使い捨て型のグルコースセン
サを用いる簡易血糖計が既に実用化されている。特公平
２−５９４２４号公報、特公平４−４０６５８号公報お
よび米国特許第５,１０８,５６４号にはグルコースセン
サとしての酵素電極が記載され、そのような電極が実用
に供されている。
タ）を例えば層状で電極感応部に被覆した酵素電極がバ
イオセンサとして臨床分野で広く利用されている。例え
ばグルコースセンサを例にとると、糖尿病患者が自らの
血糖値を管理する目的で、使い捨て型のグルコースセン
サを用いる簡易血糖計が既に実用化されている。特公平
２−５９４２４号公報、特公平４−４０６５８号公報お
よび米国特許第５,１０８,５６４号にはグルコースセン
サとしての酵素電極が記載され、そのような電極が実用
に供されている。
【０００３】上述のような電子伝達体を用いる酵素電極
を使用する測定原理は、次のようである：基質Ｓ（濃度
を測定すべき成分、例えばグルコース）が酵素Ｅ（例え
ばグルコースオキシダーゼ）によって生成物Ｐ（グルコ
ノラクトン）へ酸化されると、酵素Ｅの活性中心が酸化
型Ｅoxから還元型Ｅredに変化する。還元型Ｅredは、酵
素の電子伝達体として働く酸化型の化合物Ｍoxを介して
Ｅoxに戻り、電子伝達媒体はＭredとなる。同時に作用
極上で適当な印加電圧によってＭredは電解され、この
時に得られる酸化電流を測定することにより基質濃度が
測定できる。
を使用する測定原理は、次のようである：基質Ｓ（濃度
を測定すべき成分、例えばグルコース）が酵素Ｅ（例え
ばグルコースオキシダーゼ）によって生成物Ｐ（グルコ
ノラクトン）へ酸化されると、酵素Ｅの活性中心が酸化
型Ｅoxから還元型Ｅredに変化する。還元型Ｅredは、酵
素の電子伝達体として働く酸化型の化合物Ｍoxを介して
Ｅoxに戻り、電子伝達媒体はＭredとなる。同時に作用
極上で適当な印加電圧によってＭredは電解され、この
時に得られる酸化電流を測定することにより基質濃度が
測定できる。
【０００４】この測定原理を式にて示すと、グルコース
酸化酵素（ＧＯＤ）を用いてグルコース濃度を測定する
場合では、 グルコース＋ＧＯＤ(ＦＡＤ)→グルコノラクトン＋ＧＯＤ(ＦＡＤＨ2) (1) ＧＯＤ(ＦＡＤＨ2)＋２Ｍox→ＧＯＤ(ＦＡＤ)＋２Ｍred＋２Ｈ+ (2) ２Ｍred→２Ｍox＋２ｅ- (3) （尚、ＦＡＤはフラビンアデニンジヌクレオチド（flav
in adenine dinucleotide））と表すことができる。 このような酵素電極を使用する測定方法は、上述の特許
公報に記載されており、本発明においても、これを参照
できる。
酸化酵素（ＧＯＤ）を用いてグルコース濃度を測定する
場合では、 グルコース＋ＧＯＤ(ＦＡＤ)→グルコノラクトン＋ＧＯＤ(ＦＡＤＨ2) (1) ＧＯＤ(ＦＡＤＨ2)＋２Ｍox→ＧＯＤ(ＦＡＤ)＋２Ｍred＋２Ｈ+ (2) ２Ｍred→２Ｍox＋２ｅ- (3) （尚、ＦＡＤはフラビンアデニンジヌクレオチド（flav
in adenine dinucleotide））と表すことができる。 このような酵素電極を使用する測定方法は、上述の特許
公報に記載されており、本発明においても、これを参照
できる。
【０００５】このような酵素電極の中で、使い捨て型の
グルコース濃度測定用の酵素電極の形状としては、図１
に示すものがバイオセンサとして実用されている。この
センサでは、作用極１と対極２は、同じ種類のグラファ
イトをポリ塩化ビニルなどのバインダーに分散してペー
スト状物を得、これをスクリーン印刷法で印刷して双方
の層状の電極を形成し、その後、焼成することにより形
成されている。次に、グルコース酸化酵素（グルコース
オキシダーゼ、ＧＯＤ）と電子伝達体Ｍを含んで成るペ
ースト状混合物を、上述のように形成した電極上に塗布
し、乾燥させて固相化することにより形成される試薬層
３により双方の電極を少なくとも部分的に被覆し、その
上に、サンプル吸入口６を有するスペーサ４と空気排出
口７を有するカバー５を両面テープ等の結合手段により
貼り合わせてグルコース濃度測定用酵素電極を完成す
る。
グルコース濃度測定用の酵素電極の形状としては、図１
に示すものがバイオセンサとして実用されている。この
センサでは、作用極１と対極２は、同じ種類のグラファ
イトをポリ塩化ビニルなどのバインダーに分散してペー
スト状物を得、これをスクリーン印刷法で印刷して双方
の層状の電極を形成し、その後、焼成することにより形
成されている。次に、グルコース酸化酵素（グルコース
オキシダーゼ、ＧＯＤ）と電子伝達体Ｍを含んで成るペ
ースト状混合物を、上述のように形成した電極上に塗布
し、乾燥させて固相化することにより形成される試薬層
３により双方の電極を少なくとも部分的に被覆し、その
上に、サンプル吸入口６を有するスペーサ４と空気排出
口７を有するカバー５を両面テープ等の結合手段により
貼り合わせてグルコース濃度測定用酵素電極を完成す
る。
【０００６】全血、血漿、尿、唾液等の液体サンプル
は、サンプル吸入口６に接することにより、毛管現象に
よって自動的に試薬層３に吸引され始め、それにつれ
て、排出口７から空気が排出されて試薬層３の全体にサ
ンプルが満たされる。サンプルの吸引が終わると直ちに
試薬層３の溶解が始まり、式（１）に従って酵素反応が
進行する。電子伝達体Ｍとしてはフェロセン、フェリシ
アン化カリウム、ベンゾキノン等が用いられ、式（２）
で生成した還元型のＭredは、外部電源による印加回路
から電極系に０.３〜０.６Ｖの範囲の一定電圧を印加す
ることによって式（３）で示すように電解酸化を受け
る。この時に得られる電流値（２ｅ-）は、グルコース
濃度に直接比例するので、この電流値を測定することに
よりサンプル中のグルコース濃度が得られる。
は、サンプル吸入口６に接することにより、毛管現象に
よって自動的に試薬層３に吸引され始め、それにつれ
て、排出口７から空気が排出されて試薬層３の全体にサ
ンプルが満たされる。サンプルの吸引が終わると直ちに
試薬層３の溶解が始まり、式（１）に従って酵素反応が
進行する。電子伝達体Ｍとしてはフェロセン、フェリシ
アン化カリウム、ベンゾキノン等が用いられ、式（２）
で生成した還元型のＭredは、外部電源による印加回路
から電極系に０.３〜０.６Ｖの範囲の一定電圧を印加す
ることによって式（３）で示すように電解酸化を受け
る。この時に得られる電流値（２ｅ-）は、グルコース
濃度に直接比例するので、この電流値を測定することに
よりサンプル中のグルコース濃度が得られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述のような図１のバ
イオセンサは自己管理用の血糖計などの測定器に使用さ
れている。本明細書において、測定器とは、酵素電極を
使用して目的とする成分の濃度を測定することができる
装置、即ち、酵素電極から得られる電流値に基づいて目
的とする成分の濃度を算出して、使用者にその濃度を知
らせることができるようになっている装置を意味する。
そのような測定器は、持ち運びに便利なように、いわゆ
るポケットサイズと言われる小型、薄型および／または
軽量であることが要請され、また、迅速で簡便に精度高
く測定できること等も要請されている。
イオセンサは自己管理用の血糖計などの測定器に使用さ
れている。本明細書において、測定器とは、酵素電極を
使用して目的とする成分の濃度を測定することができる
装置、即ち、酵素電極から得られる電流値に基づいて目
的とする成分の濃度を算出して、使用者にその濃度を知
らせることができるようになっている装置を意味する。
そのような測定器は、持ち運びに便利なように、いわゆ
るポケットサイズと言われる小型、薄型および／または
軽量であることが要請され、また、迅速で簡便に精度高
く測定できること等も要請されている。
【０００８】しかしながら、上記のような従来技術のバ
イオセンサを血糖計に使用する場合、式(３）のために
必要な電圧印加手段としての外部電源が必要であり、ア
ルカリ乾電池やリチウム電池が印加手段として血糖計に
内蔵されている。そのために、電池の厚みよりも薄い構
造の血糖計にはできず、従って、小型化、軽量化には限
界があった。更に、血糖計において使用する電池には使
用寿命があるため、定期的な電池の交換が必要である。
更に、予備電池を準備したり、あるいは常に予備電池を
携帯しなければならない等の煩雑性の問題もある。もち
ろん、酵素電極が消費する電流値が小さいことが望まし
いという要請もある。従って、従来の酵素電極を使用す
る限り、上述のような要請は充分に満足されるものでは
なかった。
イオセンサを血糖計に使用する場合、式(３）のために
必要な電圧印加手段としての外部電源が必要であり、ア
ルカリ乾電池やリチウム電池が印加手段として血糖計に
内蔵されている。そのために、電池の厚みよりも薄い構
造の血糖計にはできず、従って、小型化、軽量化には限
界があった。更に、血糖計において使用する電池には使
用寿命があるため、定期的な電池の交換が必要である。
更に、予備電池を準備したり、あるいは常に予備電池を
携帯しなければならない等の煩雑性の問題もある。もち
ろん、酵素電極が消費する電流値が小さいことが望まし
いという要請もある。従って、従来の酵素電極を使用す
る限り、上述のような要請は充分に満足されるものでは
なかった。
【０００９】このような要請は、例として先に説明した
血糖値を測定するための酵素電極に限らず、外部印加を
必要とする酵素電極を用いる種々の測定器、例えばコレ
ステロール、尿酸、乳酸、ＮＡＤＨ、尿素などを測定す
る酵素電極を使用する測定器については共通の課題であ
る。
血糖値を測定するための酵素電極に限らず、外部印加を
必要とする酵素電極を用いる種々の測定器、例えばコレ
ステロール、尿酸、乳酸、ＮＡＤＨ、尿素などを測定す
る酵素電極を使用する測定器については共通の課題であ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、従来技術の酵
素電極を用いる測定では必要であった外部電源による電
圧印加手段に代えて、異種材料からなる作用極と対極の
電極系が発生する起電力を使用することに存する。それ
により、計測器の消費電流を最小に抑え、内蔵すべき電
池容量の小型化や電池の長寿命化、あるいは太陽電池パ
ネルを測定器の電子回路の駆動電源に用いることを可能
にして、上述の要請の少なくとも１つ、最も好ましくは
全てを解決する。
素電極を用いる測定では必要であった外部電源による電
圧印加手段に代えて、異種材料からなる作用極と対極の
電極系が発生する起電力を使用することに存する。それ
により、計測器の消費電流を最小に抑え、内蔵すべき電
池容量の小型化や電池の長寿命化、あるいは太陽電池パ
ネルを測定器の電子回路の駆動電源に用いることを可能
にして、上述の要請の少なくとも１つ、最も好ましくは
全てを解決する。
【００１１】従って、第１の要旨において、本発明は、
酵素および電子伝達体（メディエータ）の固相化相を有
する酵素電極であって、作用極および対極が相互に異な
る電極材料からできていることを特徴とする酵素電極を
提供する。本発明において、作用極とは、上述のように
電子伝達媒体が酸化または還元される電極、即ち、目的
とする成分の濃度測定に役割を果す極を意味し、対極と
は作用極に対する極を意味するものとして使用してい
る。
酵素および電子伝達体（メディエータ）の固相化相を有
する酵素電極であって、作用極および対極が相互に異な
る電極材料からできていることを特徴とする酵素電極を
提供する。本発明において、作用極とは、上述のように
電子伝達媒体が酸化または還元される電極、即ち、目的
とする成分の濃度測定に役割を果す極を意味し、対極と
は作用極に対する極を意味するものとして使用してい
る。
【００１２】本発明の酵素電極を構成するために使用で
きる電極材料は、作用極と対極の材料が相互に異なれ
ば、一般的に電極として使用され得る材料であればいず
れの材料であってもよい。具体的には、炭素、金属、合
金、金属および合金の種々の化合物（例えば酸化物、水
酸化物、ハロゲン化物、硫化物、窒化物、炭化物）など
を挙げることができる。更に、これらの電極材料の混合
物および複合体のような組み合わせも使用できる。本発
明において、混合物とは、電極材料がいわゆるミクロオ
ーダーで混合しているものを意味し、複合体とは電極材
料が混合物より大きいオーダーで混合しているもの（従
って、いわゆるマクロオーダーで混合して、混合物ほど
均一に混合していないもの）および別個の材料として組
み合わせたものを意味する。
きる電極材料は、作用極と対極の材料が相互に異なれ
ば、一般的に電極として使用され得る材料であればいず
れの材料であってもよい。具体的には、炭素、金属、合
金、金属および合金の種々の化合物（例えば酸化物、水
酸化物、ハロゲン化物、硫化物、窒化物、炭化物）など
を挙げることができる。更に、これらの電極材料の混合
物および複合体のような組み合わせも使用できる。本発
明において、混合物とは、電極材料がいわゆるミクロオ
ーダーで混合しているものを意味し、複合体とは電極材
料が混合物より大きいオーダーで混合しているもの（従
って、いわゆるマクロオーダーで混合して、混合物ほど
均一に混合していないもの）および別個の材料として組
み合わせたものを意味する。
【００１３】好ましい金属としては、銀、アルミニウ
ム、金、コバルト、バリウム、鉄、マンガン、ニッケ
ル、鉛、亜鉛、白金、リチウム、銅などを例示すること
ができる。好ましい合金としては、白銅、マンガニン、
アルミニウム−ケイ素合金、ニッケル−銅合金などを例
示できる。特に好ましい金属の化合物としては、Ｍn
Ｏ2、Ａg2Ｏ、ＰbＯ2、ＮiＯＯＨ、ＳＯＣl2、Ｖ2Ｏ5、
ＡgＣlなどを例示できる。
ム、金、コバルト、バリウム、鉄、マンガン、ニッケ
ル、鉛、亜鉛、白金、リチウム、銅などを例示すること
ができる。好ましい合金としては、白銅、マンガニン、
アルミニウム−ケイ素合金、ニッケル−銅合金などを例
示できる。特に好ましい金属の化合物としては、Ｍn
Ｏ2、Ａg2Ｏ、ＰbＯ2、ＮiＯＯＨ、ＳＯＣl2、Ｖ2Ｏ5、
ＡgＣlなどを例示できる。
【００１４】また、炭素を用いる場合、グラファイト、
熱分解炭素、グラッシーカーボン、アセチレンブラッ
ク、カーボンブラックの種々の炭素材料を使用すること
ができる。勿論、通常の無定型の炭素材料を使用するこ
とも可能である。混合物または複合体として電極材料を
使用する場合、ＭnＯ2とアセチレンブラック、白金とグ
ラファイト、銀と塩化銀などの組み合わせを例示でき
る。
熱分解炭素、グラッシーカーボン、アセチレンブラッ
ク、カーボンブラックの種々の炭素材料を使用すること
ができる。勿論、通常の無定型の炭素材料を使用するこ
とも可能である。混合物または複合体として電極材料を
使用する場合、ＭnＯ2とアセチレンブラック、白金とグ
ラファイト、銀と塩化銀などの組み合わせを例示でき
る。
【００１５】本発明の酵素電極において、電極の構造は
特に限定されるものではなく、従来の酵素電極において
採用されている種々の構造を採用することができる。電
極は、例えば線状、ロッド状、面状の形態であってよ
く、これらの電極は、電流値を測定するために適当な回
路（例えば電流測定回路）に接続されるようになってい
る。本発明の特に好ましい態様では、電極の構造として
例えば図１に示したような薄層構造を採用できる。
特に限定されるものではなく、従来の酵素電極において
採用されている種々の構造を採用することができる。電
極は、例えば線状、ロッド状、面状の形態であってよ
く、これらの電極は、電流値を測定するために適当な回
路（例えば電流測定回路）に接続されるようになってい
る。本発明の特に好ましい態様では、電極の構造として
例えば図１に示したような薄層構造を採用できる。
【００１６】このような電極は、薄層電極を形成する常
套の方法により製造できる。即ち、電極を形成する材料
の適当な寸法の粉末と適当なバインダー（例えばポリ塩
化ビニル、エポキシ、ネオプレン、セルローズなど）お
よび適当な溶媒（例えばテトラヒドロフラン、トルエ
ン、イソプロピルアルコールなど）ならびに必要な場合
には導電性材料（例えば炭素粉末、導電性ポリマーな
ど）を混合して電極材料ペーストを調製し、このペース
トを基板材料（例えばストリップ状ポリエチレンテレフ
タレート、セラミック基板など）上に適当な方法（例え
ばスクリーン印刷法など）により適当な厚さ（例えば１
０〜２００μｍ）配置し、その後、乾燥することによ
り、好ましくは焼結することにより厚さが１〜５０μｍ
の薄層電極を形成できる。また、必要に応じて上記の薄
層電極を２層以上重ねて形成してもよい。
套の方法により製造できる。即ち、電極を形成する材料
の適当な寸法の粉末と適当なバインダー（例えばポリ塩
化ビニル、エポキシ、ネオプレン、セルローズなど）お
よび適当な溶媒（例えばテトラヒドロフラン、トルエ
ン、イソプロピルアルコールなど）ならびに必要な場合
には導電性材料（例えば炭素粉末、導電性ポリマーな
ど）を混合して電極材料ペーストを調製し、このペース
トを基板材料（例えばストリップ状ポリエチレンテレフ
タレート、セラミック基板など）上に適当な方法（例え
ばスクリーン印刷法など）により適当な厚さ（例えば１
０〜２００μｍ）配置し、その後、乾燥することによ
り、好ましくは焼結することにより厚さが１〜５０μｍ
の薄層電極を形成できる。また、必要に応じて上記の薄
層電極を２層以上重ねて形成してもよい。
【００１７】本発明の酵素電極において、酵素および電
子伝達体は相互に均一に混合された固体の相として、好
ましくは固相化された薄層として対極および作用極上に
存在する。好ましくは酵素および電子伝達体は、薄層と
して作用極および対極の双方の少なくとも一部分を覆う
ように電極を被覆する。このような薄層は、上述の電極
の形成の場合と同様な方法で行うことができる。即ち、
酵素、電子伝達体、バインダーおよび溶媒を含んで成る
試薬ペーストを調製し、これを適当な方法（例えば分注
機による方法）で電極を被覆するように電極上に配置し
た後、乾燥することにより固相化する。
子伝達体は相互に均一に混合された固体の相として、好
ましくは固相化された薄層として対極および作用極上に
存在する。好ましくは酵素および電子伝達体は、薄層と
して作用極および対極の双方の少なくとも一部分を覆う
ように電極を被覆する。このような薄層は、上述の電極
の形成の場合と同様な方法で行うことができる。即ち、
酵素、電子伝達体、バインダーおよび溶媒を含んで成る
試薬ペーストを調製し、これを適当な方法（例えば分注
機による方法）で電極を被覆するように電極上に配置し
た後、乾燥することにより固相化する。
【００１８】また、必要に応じて、電極と試薬層との間
に、また、試薬層の上に、別の層を供給してよい。この
追加の層は、例えばカルボキシメチルセルロース、ポリ
ビニルアルコール、ポリビニルピロリドン等の水溶性高
分子化合物、並びにホスファチジルコリン等の界面活性
作用を有する物質により形成した例えば厚さ１０〜１０
０μｍ程度のものであってよい。これらの層は、電極と
試料とのセパレーターあるいは試料の吸引をスムーズに
するという機能を果たす。
に、また、試薬層の上に、別の層を供給してよい。この
追加の層は、例えばカルボキシメチルセルロース、ポリ
ビニルアルコール、ポリビニルピロリドン等の水溶性高
分子化合物、並びにホスファチジルコリン等の界面活性
作用を有する物質により形成した例えば厚さ１０〜１０
０μｍ程度のものであってよい。これらの層は、電極と
試料とのセパレーターあるいは試料の吸引をスムーズに
するという機能を果たす。
【００１９】本発明の酵素電極において使用できる酵素
は、特に限定されるものではなく、従来の酵素電極にお
いて使用されている酵素を単独であるいは併用して使用
できる。具体的には、グルコースオキシダーゼ、コレス
テロールオキシダーゼ、乳酸オキシダーゼ、ウリカー
ゼ、アルコールオキシダーゼ、ＮＡＤＨオキシダーゼ、
ジアホラーゼ、ウレアーゼ、グルコースデハイドロゲナ
ーゼ、乳酸デハイドロゲナーゼ、３−ヒドロキシ酪酸デ
ハイドロゲナーゼ、フルクトースデハイドロゲナーゼ、
アルコールデハイドロゲナーゼなどを使用できる。尚、
本明細書では、特にグルコース濃度を測定する場合を例
にして説明しているが、本発明の酵素電極により濃度を
測定できる物質は、グルコースに限られるものではな
く、使用する上述の酵素から適当に選択することによっ
て種々の物質の濃度を測定できる。
は、特に限定されるものではなく、従来の酵素電極にお
いて使用されている酵素を単独であるいは併用して使用
できる。具体的には、グルコースオキシダーゼ、コレス
テロールオキシダーゼ、乳酸オキシダーゼ、ウリカー
ゼ、アルコールオキシダーゼ、ＮＡＤＨオキシダーゼ、
ジアホラーゼ、ウレアーゼ、グルコースデハイドロゲナ
ーゼ、乳酸デハイドロゲナーゼ、３−ヒドロキシ酪酸デ
ハイドロゲナーゼ、フルクトースデハイドロゲナーゼ、
アルコールデハイドロゲナーゼなどを使用できる。尚、
本明細書では、特にグルコース濃度を測定する場合を例
にして説明しているが、本発明の酵素電極により濃度を
測定できる物質は、グルコースに限られるものではな
く、使用する上述の酵素から適当に選択することによっ
て種々の物質の濃度を測定できる。
【００２０】例えば、酵素として乳酸オキシダーゼを使
用することにより（例えば血液、唾液中の）乳酸の濃度
を測定でき、コレステロールオキシダーゼを使用すれば
（例えば血液、唾液中の）コレステロールの濃度を、ウ
リカーゼを使用すれば（例えば血液、尿中の）尿酸の濃
度を、ＮＡＤＨオキシダーゼ又はジアホラーゼを使用す
れば（例えば血液中の）ＮＡＤＨの濃度を、フルクトー
スデハイドロゲナーゼを使用すれば（例えば血液、尿中
の）フルクトースの濃度を、ガラクトースオキシダーゼ
を使用すれば（例えば血液中の）ガラクトースの濃度
を、アルコールデハイドロゲナーゼとジアホラーゼを併
用すれば（例えば血液、唾液中の）アルコールの濃度
を、３−ヒドロキシ酪酸デハイドロゲナーゼとＮＡＤＨ
オキシダーゼを併用すれば（例えば血液中の）３−ヒド
ロキシ酪酸の濃度等を測定することができる。
用することにより（例えば血液、唾液中の）乳酸の濃度
を測定でき、コレステロールオキシダーゼを使用すれば
（例えば血液、唾液中の）コレステロールの濃度を、ウ
リカーゼを使用すれば（例えば血液、尿中の）尿酸の濃
度を、ＮＡＤＨオキシダーゼ又はジアホラーゼを使用す
れば（例えば血液中の）ＮＡＤＨの濃度を、フルクトー
スデハイドロゲナーゼを使用すれば（例えば血液、尿中
の）フルクトースの濃度を、ガラクトースオキシダーゼ
を使用すれば（例えば血液中の）ガラクトースの濃度
を、アルコールデハイドロゲナーゼとジアホラーゼを併
用すれば（例えば血液、唾液中の）アルコールの濃度
を、３−ヒドロキシ酪酸デハイドロゲナーゼとＮＡＤＨ
オキシダーゼを併用すれば（例えば血液中の）３−ヒド
ロキシ酪酸の濃度等を測定することができる。
【００２１】本発明の酵素電極において、電子伝達体と
して使用できる材料としては、従来から使用されている
ものはいずれでも使用でき、例えばフェリシアン化カリ
ウム、ベンゾキノン、フェナジンメトサルフェート、チ
オニン、フェロセン、ナフトキノン、メチレンブルー等
を挙げることができる。対極と作用極との電極材料が相
互に異なる限り、上述の電極材料、電子伝達体および酵
素は、いずれの組み合わせを採用することもできる。特
に、目安として考慮するのが好ましい事項は、使用する
酵素の種類、測定すべき成分の種類もしくは濃度、電子
伝達体の酸化電位もしくは還元電位、電極の組み合わせ
により発生する起電力、製造コスト、安定性などまたは
これらの要因のあらゆる組み合わせに応じて、例えばト
ライ・アンド・エラー法により適宜選択することができ
る。本発明の酵素電極は、上述のように形成した酵素お
よび電子伝達体を含む固相化した相の上に、従来の酵素
電極に使用されているようにスペーサおよびカバーを有
して成ってよい。
して使用できる材料としては、従来から使用されている
ものはいずれでも使用でき、例えばフェリシアン化カリ
ウム、ベンゾキノン、フェナジンメトサルフェート、チ
オニン、フェロセン、ナフトキノン、メチレンブルー等
を挙げることができる。対極と作用極との電極材料が相
互に異なる限り、上述の電極材料、電子伝達体および酵
素は、いずれの組み合わせを採用することもできる。特
に、目安として考慮するのが好ましい事項は、使用する
酵素の種類、測定すべき成分の種類もしくは濃度、電子
伝達体の酸化電位もしくは還元電位、電極の組み合わせ
により発生する起電力、製造コスト、安定性などまたは
これらの要因のあらゆる組み合わせに応じて、例えばト
ライ・アンド・エラー法により適宜選択することができ
る。本発明の酵素電極は、上述のように形成した酵素お
よび電子伝達体を含む固相化した相の上に、従来の酵素
電極に使用されているようにスペーサおよびカバーを有
して成ってよい。
【００２２】第２の要旨において、本発明は先の第１の
要旨の酵素電極を製造する方法を提供する。即ち、基板
材料に相互に異なる材料からできた対極および作用極を
形成し、これらの双方の電極の少なくとも一部分上に、
酵素を含んで成る固相を形成することを特徴とする酵素
電極の製造方法を提供する。更に、そのように形成した
酵素を含む固相の上に、従来の酵素電極に使用されてい
るスペーサおよびカバーを載置してもよい。上述の酵素
電極に関連して説明した事項は、本発明の酵素電極の製
造方法にも適用できる。
要旨の酵素電極を製造する方法を提供する。即ち、基板
材料に相互に異なる材料からできた対極および作用極を
形成し、これらの双方の電極の少なくとも一部分上に、
酵素を含んで成る固相を形成することを特徴とする酵素
電極の製造方法を提供する。更に、そのように形成した
酵素を含む固相の上に、従来の酵素電極に使用されてい
るスペーサおよびカバーを載置してもよい。上述の酵素
電極に関連して説明した事項は、本発明の酵素電極の製
造方法にも適用できる。
【００２３】第３の要旨において、本発明は上述の酵素
電極を使用して液体中の目的とする成分の濃度を測定す
るための測定器を提供する。即ち、試料供給検知回路、
測定タイミング制御回路、演算回路、表示回路および濃
度を表示するための表示部のための太陽電池を有して成
り、本発明の酵素電極を受容（またはこれと係合）し、
酵素電極において成分の濃度に応じて発生する電流値を
測定タイミング制御回路が検知できるようにする部材を
更に有して成る測定器を提供する。
電極を使用して液体中の目的とする成分の濃度を測定す
るための測定器を提供する。即ち、試料供給検知回路、
測定タイミング制御回路、演算回路、表示回路および濃
度を表示するための表示部のための太陽電池を有して成
り、本発明の酵素電極を受容（またはこれと係合）し、
酵素電極において成分の濃度に応じて発生する電流値を
測定タイミング制御回路が検知できるようにする部材を
更に有して成る測定器を提供する。
【００２４】本発明において、試料供給検知回路とは、
サンプルが電極のサンプル吸引口から供給されたことに
よるインピーダンスの変化を検知し、自動的に測定プロ
グラムを起動させる回路である。本発明において、測定
タイミング制御回路とは、サンプル供給後、酵素反応が
進行し、生成物Ｐが生成されるのに十分な時間経過後、
回路を閉じることによって流れる電流を検出する回路で
ある。
サンプルが電極のサンプル吸引口から供給されたことに
よるインピーダンスの変化を検知し、自動的に測定プロ
グラムを起動させる回路である。本発明において、測定
タイミング制御回路とは、サンプル供給後、酵素反応が
進行し、生成物Ｐが生成されるのに十分な時間経過後、
回路を閉じることによって流れる電流を検出する回路で
ある。
【００２５】本発明において、演算回路とは、上記測定
タイミング制御回路により検出した電流値を測定器にあ
らかじめ設定された演算式（検量線）に基づき、基質Ｓ
の濃度に変換する回路である。本発明において、表示回
路とは、上記演算回路により変換された濃度値を、測定
器の表示部に表示する回路である。
タイミング制御回路により検出した電流値を測定器にあ
らかじめ設定された演算式（検量線）に基づき、基質Ｓ
の濃度に変換する回路である。本発明において、表示回
路とは、上記演算回路により変換された濃度値を、測定
器の表示部に表示する回路である。
【００２６】本発明において、太陽電池とは、シリコン
太陽電池、アモルファス太陽電池、ヘテロ接合太陽電池
などの種類のものから自由に選択されるが、いずれも太
陽光あるいは蛍光灯などの照明器具から発せられる可視
光を電気エネルギーに変換するものである。本発明の測
定器の上述の回路は、従来から使用されている酵素電極
を使用するものを使用できる。これらの詳細について
は、例えば特開平４−３５７４５２号公報に記載の回路
を参照できる。
太陽電池、アモルファス太陽電池、ヘテロ接合太陽電池
などの種類のものから自由に選択されるが、いずれも太
陽光あるいは蛍光灯などの照明器具から発せられる可視
光を電気エネルギーに変換するものである。本発明の測
定器の上述の回路は、従来から使用されている酵素電極
を使用するものを使用できる。これらの詳細について
は、例えば特開平４−３５７４５２号公報に記載の回路
を参照できる。
【００２７】更に、太陽電池は、常套のものを使用でき
る。例えば電気化学便覧（第４版丸善（株）発行 第４
６１〜４６８頁）に記載されているものを参考にでき
る。また、本発明の酵素電極を受容する部材は、従来か
ら使用されているものと同様であるが、酵素電極への印
加手段が省略されている点で異なる。
る。例えば電気化学便覧（第４版丸善（株）発行 第４
６１〜４６８頁）に記載されているものを参考にでき
る。また、本発明の酵素電極を受容する部材は、従来か
ら使用されているものと同様であるが、酵素電極への印
加手段が省略されている点で異なる。
【００２８】第４の要旨において、本発明は、上述の酵
素電極を測定器に使用して（即ち、電極受容部材に係合
させて）目的成分の濃度を測定する方法を提供する。
素電極を測定器に使用して（即ち、電極受容部材に係合
させて）目的成分の濃度を測定する方法を提供する。
【００２９】
【作用】本発明により、酵素電極の作用極（測定極）と
対極の電極材料を相互に異なるようにすることにより、
酵素電極の外部から印加しなくても、作用極と対極との
間に起電力が発生し、この起電力を酸化電解電流値の測
定に利用することにより電流値を測定することができ
る。この起電力発生メカニズムは、例えばＭnＯ2の場合
で説明すると次のようになる。
対極の電極材料を相互に異なるようにすることにより、
酵素電極の外部から印加しなくても、作用極と対極との
間に起電力が発生し、この起電力を酸化電解電流値の測
定に利用することにより電流値を測定することができ
る。この起電力発生メカニズムは、例えばＭnＯ2の場合
で説明すると次のようになる。
【００３０】ＭnＯ2は電極では、以下のような反応をす
る。 ＭnＯ2 ＋ Ｈ+ ＋ ｅ- ←→ ＭnＯＯＨ この時のネルンスト式は、 Ｅ＝Ｅ0＋2.303ＲＴ／Ｆ（logａMnO2／ａMnOOH）＋2.303ＲＴ／Ｆlog〔Ｈ+〕 である。式中、Ｅ0は標準酸化還元電位、Ｒは気体定
数、Ｆはファラデー定数、Ｔは温度、ａMnO2、ａMnOOH
はそれぞれＭnＯ2、ＭnＯＯＨの活量、〔Ｈ+〕は水素イ
オン濃度である。この式から明らかなように、ＭnＯ2が
十分存在すれば、一定の起電力Ｅが発生し、本発明では
この起電力を利用している。従って、電極を構成する材
料の種類が異なれば、原理的にはいずれの電極材料を使
用した場合であっても、起電力が発生するので本願発明
の酵素電極を構成することが可能である。
る。 ＭnＯ2 ＋ Ｈ+ ＋ ｅ- ←→ ＭnＯＯＨ この時のネルンスト式は、 Ｅ＝Ｅ0＋2.303ＲＴ／Ｆ（logａMnO2／ａMnOOH）＋2.303ＲＴ／Ｆlog〔Ｈ+〕 である。式中、Ｅ0は標準酸化還元電位、Ｒは気体定
数、Ｆはファラデー定数、Ｔは温度、ａMnO2、ａMnOOH
はそれぞれＭnＯ2、ＭnＯＯＨの活量、〔Ｈ+〕は水素イ
オン濃度である。この式から明らかなように、ＭnＯ2が
十分存在すれば、一定の起電力Ｅが発生し、本発明では
この起電力を利用している。従って、電極を構成する材
料の種類が異なれば、原理的にはいずれの電極材料を使
用した場合であっても、起電力が発生するので本願発明
の酵素電極を構成することが可能である。
【００３１】本発明の酵素電極において、実用上、最も
好ましい電極材料の組み合わせは、作用極としてグラフ
ァイトから電極を構成し、対極としてＭnＯ2から電極を
構成する態様を挙げることができる。これ以外の特に好
ましい態様として、以下の組み合わせを挙げることがで
きる： 好ましい電極材料の組み合わせ （対極） （作用極） （発生起電力、mＶ） グラファイト ＡgＣl −９０ ＰbＯ2 グラッシーカーボン ＋１３００ Ａg2Ｏ Ｐt ＋５３０ ＮiＯＯＨ Ｎi2Ｏ3 ＋３０ Ａg2Ｏ Ａg ＋４６０
好ましい電極材料の組み合わせは、作用極としてグラフ
ァイトから電極を構成し、対極としてＭnＯ2から電極を
構成する態様を挙げることができる。これ以外の特に好
ましい態様として、以下の組み合わせを挙げることがで
きる： 好ましい電極材料の組み合わせ （対極） （作用極） （発生起電力、mＶ） グラファイト ＡgＣl −９０ ＰbＯ2 グラッシーカーボン ＋１３００ Ａg2Ｏ Ｐt ＋５３０ ＮiＯＯＨ Ｎi2Ｏ3 ＋３０ Ａg2Ｏ Ａg ＋４６０
【００３２】更に、酵素および電子伝達体を考慮した場
合、本発明の酵素電極に特に好ましい組み合わせを以下
に示す： 好ましい組み合わせ （酵素） （電子伝達体） （対極材料） （作用極材料） グルコース オキシダーゼ フェリシアン化カリウム ＭnＯ2 グラファイト ３−ヒドロキシ酪酸 デハイドロゲナーゼ １−メトキシ ＰＭＳ ＡgＣl グラファイト ウリカーゼ メチレンブルー ＮiＯＯＨ Ｎi2Ｏ3 コレステロール オキシダーゼ １,４−ベンゾキノン Ａg2Ｏ Ａg 乳酸オキシダーゼ フェリシアン化カリウム Ａg2Ｏ Ｐt ＮＡＤＨオキシダーゼ １,４−ナフトキノン ＰbＯ2 Ａu フルクトース デハイドロゲナーゼ １,４−ベンゾキノン Ａg2Ｏ Ａg アルコール デハイドロゲナーゼ １,４−ナフトキノン ＭnＯ2 Ｐt
合、本発明の酵素電極に特に好ましい組み合わせを以下
に示す： 好ましい組み合わせ （酵素） （電子伝達体） （対極材料） （作用極材料） グルコース オキシダーゼ フェリシアン化カリウム ＭnＯ2 グラファイト ３−ヒドロキシ酪酸 デハイドロゲナーゼ １−メトキシ ＰＭＳ ＡgＣl グラファイト ウリカーゼ メチレンブルー ＮiＯＯＨ Ｎi2Ｏ3 コレステロール オキシダーゼ １,４−ベンゾキノン Ａg2Ｏ Ａg 乳酸オキシダーゼ フェリシアン化カリウム Ａg2Ｏ Ｐt ＮＡＤＨオキシダーゼ １,４−ナフトキノン ＰbＯ2 Ａu フルクトース デハイドロゲナーゼ １,４−ベンゾキノン Ａg2Ｏ Ａg アルコール デハイドロゲナーゼ １,４−ナフトキノン ＭnＯ2 Ｐt
【００３３】
【実施例】次に、本発明の実施例について詳細に説明す
る。なお本実施例では、対極の電極材料としてＭnＯ2ま
たはＡg2Ｏを用いているが特にこれに限定されない。 （実施例１および比較例１）図２に本実施例で用いた酵
素電極に使用できるセルの構成を示す。セルでは、対極
としてグラッシーカーボン電極１０（長径５mm）に、Ｍ
nＯ2ペースト１１とコロジオン膜１２を固相化してい
る。
る。なお本実施例では、対極の電極材料としてＭnＯ2ま
たはＡg2Ｏを用いているが特にこれに限定されない。 （実施例１および比較例１）図２に本実施例で用いた酵
素電極に使用できるセルの構成を示す。セルでは、対極
としてグラッシーカーボン電極１０（長径５mm）に、Ｍ
nＯ2ペースト１１とコロジオン膜１２を固相化してい
る。
【００３４】この電極は、ＭnＯ2粉末（平均粒子径０.
５μｍ）９ｇとアセチレンブラック粉末（平均粒子径
０.１μｍ）１ｇを０.１Ｍリン酸バッファー（pＨ７.
０）５０mlで練りペースト状にしたＭnＯ2ペースト１１
をグラッシカーボン電極１０の上に５０mg載せ、更に、
その上に、ＭnＯ2ペースト１１の脱離を防ぐ目的で、エ
タノールで２５倍に希釈したコロジオン溶液７μlを滴
下し、自然乾燥させることにより形成した。ここで、ア
セチレンブラック粉末はＭnＯ2に良好な導電性を持たせ
るために混合したものであり、別の材料、例えばカーボ
ンブラック、炭素粉末、導電性高分子等の導電性材料を
用いても差し支えない。また、作用極としては直径０.
５ｍｍの白金線をコイル状にしたもの１３を使用した。
５μｍ）９ｇとアセチレンブラック粉末（平均粒子径
０.１μｍ）１ｇを０.１Ｍリン酸バッファー（pＨ７.
０）５０mlで練りペースト状にしたＭnＯ2ペースト１１
をグラッシカーボン電極１０の上に５０mg載せ、更に、
その上に、ＭnＯ2ペースト１１の脱離を防ぐ目的で、エ
タノールで２５倍に希釈したコロジオン溶液７μlを滴
下し、自然乾燥させることにより形成した。ここで、ア
セチレンブラック粉末はＭnＯ2に良好な導電性を持たせ
るために混合したものであり、別の材料、例えばカーボ
ンブラック、炭素粉末、導電性高分子等の導電性材料を
用いても差し支えない。また、作用極としては直径０.
５ｍｍの白金線をコイル状にしたもの１３を使用した。
【００３５】図２のセルにおいて、１４はガラスフィル
ターであり、作用極室１６および対極室１７には、０.
１Ｍリン酸バッファーを満たした。このセルを用いて、
最初に電極間で発生する起電力を測定した（実施例
１）。比較のため、対極１５のＭnＯ2電極の代わりに作
用極と同じ白金を用いたものについても発生する起電力
を測定した（比較例１）。
ターであり、作用極室１６および対極室１７には、０.
１Ｍリン酸バッファーを満たした。このセルを用いて、
最初に電極間で発生する起電力を測定した（実施例
１）。比較のため、対極１５のＭnＯ2電極の代わりに作
用極と同じ白金を用いたものについても発生する起電力
を測定した（比較例１）。
【００３６】起電力の測定結果を図３に示す。図３から
判るように、対極にＭnＯ2を用いることにより、約＋３
８０ｍＶの起電力を得ることができた。この起電力は、
ＭnＯ2と白金の電位差により発生したものであり、別の
電極材料を使用した場合には異なる起電力を得ることが
できる。白金−白金の場合は、起電力の発生は認められ
なかった。従って、異なる電極材料を適宜選択すること
により、測定に必要な電位を自由に得ることができる。
判るように、対極にＭnＯ2を用いることにより、約＋３
８０ｍＶの起電力を得ることができた。この起電力は、
ＭnＯ2と白金の電位差により発生したものであり、別の
電極材料を使用した場合には異なる起電力を得ることが
できる。白金−白金の場合は、起電力の発生は認められ
なかった。従って、異なる電極材料を適宜選択すること
により、測定に必要な電位を自由に得ることができる。
【００３７】（実施例２および比較例２）図２の電極系
（ＭnＯ2−白金）を用いて、実際にグルコース濃度を測
定した。図２の作用極室１６に０.２５ＭのＮa2ＳＯ4、
５mＭのＫ3Ｆe(ＣＮ)6および１６６mg/dlのグルコース
オキシダーゼ濃度となるようにそれぞれを溶解した０.
１Ｍリン酸バッファーを満たし、対極室１７には、０.
１Ｍリン酸バッファーを満たした。次に、作用極１３と
対極１５を１メガオームの抵抗で直列につなぎ、作用極
室１６にグルコースを種々の量で添加し、グルコース濃
度を変えていった場合に、この抵抗に流れた電流値を測
定した（実施例２）。比較のために、対極に白金を用い
た場合についても電流値を測定した（比較例２）。これ
らの結果をグルコース濃度に対して電流値をプロットし
たもので図４に示す。
（ＭnＯ2−白金）を用いて、実際にグルコース濃度を測
定した。図２の作用極室１６に０.２５ＭのＮa2ＳＯ4、
５mＭのＫ3Ｆe(ＣＮ)6および１６６mg/dlのグルコース
オキシダーゼ濃度となるようにそれぞれを溶解した０.
１Ｍリン酸バッファーを満たし、対極室１７には、０.
１Ｍリン酸バッファーを満たした。次に、作用極１３と
対極１５を１メガオームの抵抗で直列につなぎ、作用極
室１６にグルコースを種々の量で添加し、グルコース濃
度を変えていった場合に、この抵抗に流れた電流値を測
定した（実施例２）。比較のために、対極に白金を用い
た場合についても電流値を測定した（比較例２）。これ
らの結果をグルコース濃度に対して電流値をプロットし
たもので図４に示す。
【００３８】実施例２では、グルコース濃度に応じて変
化する応答電流が得られたのに対して、比較例２ではい
ずれのグルコース濃度であっても応答電流が得られなか
った。これは、対極にＭnＯ2を用いることにより、Ｋ4
Ｆe(ＣＮ)6の定電位電解に必要な印加電圧を、セルの外
部から印加することなく、電極間で発生する起電力を利
用することにより達成される効果である。
化する応答電流が得られたのに対して、比較例２ではい
ずれのグルコース濃度であっても応答電流が得られなか
った。これは、対極にＭnＯ2を用いることにより、Ｋ4
Ｆe(ＣＮ)6の定電位電解に必要な印加電圧を、セルの外
部から印加することなく、電極間で発生する起電力を利
用することにより達成される効果である。
【００３９】（実施例３および４ならびに比較例３）本
発明の酵素電極を印刷法により作製した。図５は、図１
で示した印刷電極基板８の作用極１と対極２の部分の線
Ａ−Ａ’に沿った拡大断面を模式的に示した図である。
ポリエチレンテレフタレートからなる絶縁性の基板８上
に、スクリーン印刷法により銀ペースト９（平均粒子寸
法５μｍの銀粒子およびバインダーを含む。）を印刷
し、加熱乾燥する（銀層の厚さ約１０μｍ）。更に、グ
ラファイトペースト１８（平均粒子寸法０.５μｍのグ
ラファイト粒子およびバインダーを含む。）をスクリー
ン印刷により印刷し、７５℃に加熱して乾燥する（乾燥
後のグラファイト層の厚さ約１０μｍ）。
発明の酵素電極を印刷法により作製した。図５は、図１
で示した印刷電極基板８の作用極１と対極２の部分の線
Ａ−Ａ’に沿った拡大断面を模式的に示した図である。
ポリエチレンテレフタレートからなる絶縁性の基板８上
に、スクリーン印刷法により銀ペースト９（平均粒子寸
法５μｍの銀粒子およびバインダーを含む。）を印刷
し、加熱乾燥する（銀層の厚さ約１０μｍ）。更に、グ
ラファイトペースト１８（平均粒子寸法０.５μｍのグ
ラファイト粒子およびバインダーを含む。）をスクリー
ン印刷により印刷し、７５℃に加熱して乾燥する（乾燥
後のグラファイト層の厚さ約１０μｍ）。
【００４０】その上に、下記の成分からなるＭnＯ2ペー
スト１９を対極部分のみにスクリーン印刷し、自然乾燥
する（乾燥後のＭnＯ2層厚さ約１０μｍ）ことにより、
対極２と作用極１とからなる電極系を形成した。 ポリ塩化ビニル（重合度１１００） １０ｇ ＭnＯ2 ９ｇ アセチレンブラック １ｇ テトラヒドロフラン １００ml
スト１９を対極部分のみにスクリーン印刷し、自然乾燥
する（乾燥後のＭnＯ2層厚さ約１０μｍ）ことにより、
対極２と作用極１とからなる電極系を形成した。 ポリ塩化ビニル（重合度１１００） １０ｇ ＭnＯ2 ９ｇ アセチレンブラック １ｇ テトラヒドロフラン １００ml
【００４１】この電極系が発生する起電力を実施例１と
同様の測定方法により測定したところ（実施例３）、＋
２５０ｍＶの起電力が発生した。この発生した起電力
（＋２５０ｍＶ）はグラファイトとＭnＯ2との電位差に
起因するものである。次に、この電極系を用いてグルコ
ース濃度を測定した。
同様の測定方法により測定したところ（実施例３）、＋
２５０ｍＶの起電力が発生した。この発生した起電力
（＋２５０ｍＶ）はグラファイトとＭnＯ2との電位差に
起因するものである。次に、この電極系を用いてグルコ
ース濃度を測定した。
【００４２】ビーカーに、２０mＭのＫ3Ｆe(ＣＮ)6、５
００mg/dlのグルコースオキシダーゼとなるようにこれ
らの成分を含む０.１Ｍリン酸バッファーを満たし、そ
の中に該電極を浸した。作用極と対極を１メガオームの
抵抗で接続し、この抵抗を流れた電流を実施例１と同様
の方法で測定した（実施例４）。比較のために、対極を
作用極と同じ電極材料（即ち、グラファイトペースト）
で形成した（比較例３）。得られた結果を図６に示す。
図６から明らかなように、対極にＭnＯ2を印刷した実施
例だけが、種々のグルコース濃度に応答する電流値を示
した。
００mg/dlのグルコースオキシダーゼとなるようにこれ
らの成分を含む０.１Ｍリン酸バッファーを満たし、そ
の中に該電極を浸した。作用極と対極を１メガオームの
抵抗で接続し、この抵抗を流れた電流を実施例１と同様
の方法で測定した（実施例４）。比較のために、対極を
作用極と同じ電極材料（即ち、グラファイトペースト）
で形成した（比較例３）。得られた結果を図６に示す。
図６から明らかなように、対極にＭnＯ2を印刷した実施
例だけが、種々のグルコース濃度に応答する電流値を示
した。
【００４３】（実施例５）実施例３の酵素電極を使い捨
てのグルコース電極に応用するため、実施例３にて形成
した図５に示した印刷電極（１および２）の上に試薬層
（図１の３に相当）を形成して固相化した。最初に、
０.２５％カルボキシメチルセルロースを含む ０.１Ｍ
リン酸バッファー（pＨ７.０）溶液を電極の対極２と作
用極1を覆うように、４μl分注し、加熱乾燥させ、カル
ボキシメチルセルロース層を形成した。このカルボキシ
メチルセルロース層は、主に電極と試料のとセパレータ
という働きをする。
てのグルコース電極に応用するため、実施例３にて形成
した図５に示した印刷電極（１および２）の上に試薬層
（図１の３に相当）を形成して固相化した。最初に、
０.２５％カルボキシメチルセルロースを含む ０.１Ｍ
リン酸バッファー（pＨ７.０）溶液を電極の対極２と作
用極1を覆うように、４μl分注し、加熱乾燥させ、カル
ボキシメチルセルロース層を形成した。このカルボキシ
メチルセルロース層は、主に電極と試料のとセパレータ
という働きをする。
【００４４】次に、０.５％のカルボキシメチルセルロ
ース、３.０％のＫ3Ｆe(ＣＮ)6、５００mg/dlのグルコ
ースオキシダーゼを含む０.１Ｍリン酸バッファー溶液
４μlを電極の対極２と作用極１を覆うように分注し、
加熱乾燥することにより、試薬層３を形成した。更に、
０.５％ホスファチジルコリン（レシチン）を含むトル
エン溶液４μlを電極の対極２と作用極１を覆うように
４μl分注し、自然乾燥することによりレシチン層を形
成した。これは、主に試料の吸引をスムーズにするとい
う機能を有する。
ース、３.０％のＫ3Ｆe(ＣＮ)6、５００mg/dlのグルコ
ースオキシダーゼを含む０.１Ｍリン酸バッファー溶液
４μlを電極の対極２と作用極１を覆うように分注し、
加熱乾燥することにより、試薬層３を形成した。更に、
０.５％ホスファチジルコリン（レシチン）を含むトル
エン溶液４μlを電極の対極２と作用極１を覆うように
４μl分注し、自然乾燥することによりレシチン層を形
成した。これは、主に試料の吸引をスムーズにするとい
う機能を有する。
【００４５】電極上の層が十分乾燥してから、電極の上
に図１に示すようなスペーサー４とカバー５を両面テー
プなどで貼り合わせた。全血、血漿、尿、唾液等のサン
プルは、サンプル吸入口６に接することにより、排出口
７から空気が排出されることにより、自動的に吸引さ
れ、試薬層が溶解し、酵素反応が進行する。このような
酵素電極を用いてグルコース濃度を測定したところ、外
部から電圧を印加しなくとも、それぞれのグルコースに
対する所定の応答電流を得ることができた。
に図１に示すようなスペーサー４とカバー５を両面テー
プなどで貼り合わせた。全血、血漿、尿、唾液等のサン
プルは、サンプル吸入口６に接することにより、排出口
７から空気が排出されることにより、自動的に吸引さ
れ、試薬層が溶解し、酵素反応が進行する。このような
酵素電極を用いてグルコース濃度を測定したところ、外
部から電圧を印加しなくとも、それぞれのグルコースに
対する所定の応答電流を得ることができた。
【００４６】（実施例６）実施例５にて作製した酵素電
極を使用できるグルコース濃度測定器を作製した。この
測定器の外観を図７に模式的に示す。図示した態様で
は、測定器は、太陽電池パネル部２０および液晶表示部
（ＬＣＤ）２２を有して成り、本発明の酵素電極２１が
電極受容部２３を介して測定器内に挿入されている。測
定器内には、試料供給検知回路、測定タイミング制御回
路、演算回路および表示回路が所定のように接続されて
いる。
極を使用できるグルコース濃度測定器を作製した。この
測定器の外観を図７に模式的に示す。図示した態様で
は、測定器は、太陽電池パネル部２０および液晶表示部
（ＬＣＤ）２２を有して成り、本発明の酵素電極２１が
電極受容部２３を介して測定器内に挿入されている。測
定器内には、試料供給検知回路、測定タイミング制御回
路、演算回路および表示回路が所定のように接続されて
いる。
【００４７】従来技術の起電力を発生しない酵素電極で
は、電子伝達体の電解酸化に０.３〜０.６Ｖの一定電圧
を外部から印加しており、この場合の測定器の最大消費
電流はおよそ４〜７mＡであった。しかしながら、実施
例５にて作製した本発明の酵素電極を使用する測定器で
は、電解に必要な外部印加電源が省略可能であるので、
消費電流を最小限にすることができる。即ち、計測器の
回路は、試料検知回路、測定タイミング制御回路、演算
回路、表示回路を含むＬＣＤ表示部などからなるが、こ
れらの総消費電流は、０.２mＡ以下となるので、小容量
の太陽電池を電源とすることが可能となり、全く電池交
換を必要としない半永久的な計測器を構築することがで
きる。
は、電子伝達体の電解酸化に０.３〜０.６Ｖの一定電圧
を外部から印加しており、この場合の測定器の最大消費
電流はおよそ４〜７mＡであった。しかしながら、実施
例５にて作製した本発明の酵素電極を使用する測定器で
は、電解に必要な外部印加電源が省略可能であるので、
消費電流を最小限にすることができる。即ち、計測器の
回路は、試料検知回路、測定タイミング制御回路、演算
回路、表示回路を含むＬＣＤ表示部などからなるが、こ
れらの総消費電流は、０.２mＡ以下となるので、小容量
の太陽電池を電源とすることが可能となり、全く電池交
換を必要としない半永久的な計測器を構築することがで
きる。
【００４８】（実施例７）実施例１と同様にして、グラ
ッシーカーボン電極１０にペースト化したＡｇ2Ｏ（１
１）を載せて、コロジオン膜で固相化した。作用極１３
には白金を使用し、図２に示すような測定系にて起電力
を測定したところ、約＋５３０ｍＶの起電力が得られ
た。また、対極材料として酸化鉛（ＰbＯ2）、オキシ水
酸化ニッケル（ＮiＯＯＨ）、塩化チオニル（ＳＯＣ
l2）、五酸化バナジウム（Ｖ2Ｏ5）を用い、作用極とし
て銀／塩化銀電極、グラッシーカーボン電極を用いて種
々の組み合わせて起電力を測定したところ、約−０.２
〜＋１.２Ｖの範囲の起電力が得られた。
ッシーカーボン電極１０にペースト化したＡｇ2Ｏ（１
１）を載せて、コロジオン膜で固相化した。作用極１３
には白金を使用し、図２に示すような測定系にて起電力
を測定したところ、約＋５３０ｍＶの起電力が得られ
た。また、対極材料として酸化鉛（ＰbＯ2）、オキシ水
酸化ニッケル（ＮiＯＯＨ）、塩化チオニル（ＳＯＣ
l2）、五酸化バナジウム（Ｖ2Ｏ5）を用い、作用極とし
て銀／塩化銀電極、グラッシーカーボン電極を用いて種
々の組み合わせて起電力を測定したところ、約−０.２
〜＋１.２Ｖの範囲の起電力が得られた。
【００４９】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、測定す
べき物質の酵素との反応によって生成する酸化性または
還元性化合物の定電位電解に必要な印加電圧を、異種材
料からなる作用極と対極の電極系が発生する起電力から
得ているので、測定に必要な外部電源が不要となり、測
定システムの消費電流が大幅に節約できる。それによ
り、本発明の酵素電極を用いた測定システムに必要とな
る試料供給検知回路、測定タイミング制御回路、演算回
路、表示回路および表示部の電源を太陽電池から得るこ
ととができ、従来のように乾電池を使用する必要が解消
され、電池交換のいらない測定システムを構築すること
ができる。
べき物質の酵素との反応によって生成する酸化性または
還元性化合物の定電位電解に必要な印加電圧を、異種材
料からなる作用極と対極の電極系が発生する起電力から
得ているので、測定に必要な外部電源が不要となり、測
定システムの消費電流が大幅に節約できる。それによ
り、本発明の酵素電極を用いた測定システムに必要とな
る試料供給検知回路、測定タイミング制御回路、演算回
路、表示回路および表示部の電源を太陽電池から得るこ
ととができ、従来のように乾電池を使用する必要が解消
され、電池交換のいらない測定システムを構築すること
ができる。
【図１】 グルコース濃度測定用酵素電極の模式的分解
斜視図。
斜視図。
【図２】 実施例１で用いた測定セルの構造を模式的に
示す図。
示す図。
【図３】 実施例１の電極系において発生した起電力を
示すグラフ。
示すグラフ。
【図４】 実施例２の電極系により測定されたグルコー
ス応答を示すグラフ。
ス応答を示すグラフ。
【図５】 図１のＡ−Ａ’断面を模式的に示す図。
【図６】 実施例４の電極系におけるグルコース応答を
示すグラフ。
示すグラフ。
【図７】 本発明の酵素電極を使用する測定器の外観を
模式的に示す図。
模式的に示す図。
１…作用極、２…対極、３…試薬層、４…スペーサー、
５…カバー、６…サンプル吸引口、７…排出口、８…基
板、９…銀コネクター部、１０…グラッシーカーボン電
極、１１…ＭnＯ2ペースト、１２…コロジオン膜、１３
…白金電極（作用極）、１４…ガラスフィルター、１５
…ＭnＯ2電極（対極）、１６…作用極室、１７…対極
室、１８…グラファイト電極、１９…ＭnＯ2電極、２０
…太陽電池パネル部、２１…電池一体式酵素電極、２２
…ＬＣＤ表示部、２３…酵素電極受容部。
５…カバー、６…サンプル吸引口、７…排出口、８…基
板、９…銀コネクター部、１０…グラッシーカーボン電
極、１１…ＭnＯ2ペースト、１２…コロジオン膜、１３
…白金電極（作用極）、１４…ガラスフィルター、１５
…ＭnＯ2電極（対極）、１６…作用極室、１７…対極
室、１８…グラファイト電極、１９…ＭnＯ2電極、２０
…太陽電池パネル部、２１…電池一体式酵素電極、２２
…ＬＣＤ表示部、２３…酵素電極受容部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浜本 勝美 京都府京都市南区東九条西明田町57番地 株式会社京都第一科学内 (72)発明者 奥田 久 京都府京都市南区東九条西明田町57番地 株式会社京都第一科学内 (72)発明者 吉田 真三 京都府京都市南区東九条西明田町57番地 株式会社京都第一科学内 審査官 郡山 順 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 27/327
Claims (7)
- 【請求項１】 酵素および電子伝達体の固相化相を有
し、液体中の特定成分の濃度を測定するために使用する
酵素電極であって、作用極および対極が相互に異なる電
極材料からできており、これらの電極間で発生する起電
力を電源として測定に用いることを特徴とする酵素電
極。 - 【請求項２】 電極材料は、炭素、金属、合金、金属お
よび合金の化合物ならびにこれらの混合物および組み合
わせから選択される請求項１記載の酵素電極。 - 【請求項３】 電極材料は、炭素、白金または二酸化マ
ンガンから選択される請求項１または２記載の酵素電
極。 - 【請求項４】 一方の電極材料はグラファイトを含んで
成り、他方の電極材料は白金を含んで成る請求項１〜３
のいずれかに記載の酵素電極。 - 【請求項５】 電極材料は、導電性粉末およびバインダ
ーを更に含んで成る混合物を固相化して得られる請求項
１〜４のいずれかに記載の酵素電極。 - 【請求項６】 酵素がグルコースオキシダーゼである請
求項１〜５のいずれかに記載の酵素電極。 - 【請求項７】 酵素および電子伝達体の固相化相を有
し、液体中の特定成分の濃度を測定するために使用する
酵素電極であって、作用極および対極が相互に異なる電
極材料からできており、これらの電極間で発生する起電
力を電源として測定に用いる酵素電極の製造方法であっ
て、 基板材料に相互に異なる材料からできた対極および作用
極を形成し、これらの双方の電極の少なくとも一部分上
に、酵素を含んで成る相を形成することを特徴とする酵
素電極の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03947294A JP3259010B2 (ja) | 1994-03-10 | 1994-03-10 | 酵素電極およびそれを使用する測定器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03947294A JP3259010B2 (ja) | 1994-03-10 | 1994-03-10 | 酵素電極およびそれを使用する測定器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07248310A JPH07248310A (ja) | 1995-09-26 |
| JP3259010B2 true JP3259010B2 (ja) | 2002-02-18 |
Family
ID=12554016
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03947294A Expired - Fee Related JP3259010B2 (ja) | 1994-03-10 | 1994-03-10 | 酵素電極およびそれを使用する測定器 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3259010B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101842697B (zh) * | 2007-10-31 | 2016-06-15 | 爱科来株式会社 | 分析工具及其制造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6736957B1 (en) | 1997-10-16 | 2004-05-18 | Abbott Laboratories | Biosensor electrode mediators for regeneration of cofactors and process for using |
| CA2547299C (en) * | 1997-12-04 | 2009-03-03 | Roche Diagnostics Corporation | Instrument and method |
| CN1950694B (zh) | 2004-05-06 | 2010-04-14 | 松下电器产业株式会社 | 传感器、测量装置以及测量方法 |
| US7646474B2 (en) | 2005-10-28 | 2010-01-12 | Panasonic Corporation | Measuring device, measuring apparatus and method of measuring |
| EP2056109B1 (en) | 2006-08-21 | 2011-06-15 | Panasonic Corporation | Measuring device, measuring apparatus measuring method |
| WO2009136497A1 (ja) | 2008-05-09 | 2009-11-12 | パナソニック株式会社 | クレアチニン濃度の測定方法、測定デバイス及び測定装置、並びにそれらを用いた尿中塩分量の測定方法、測定デバイス及び測定装置 |
| CN101939640B (zh) | 2008-05-16 | 2013-05-22 | 松下电器产业株式会社 | 肌酸酐浓度和盐分量的测定方法、测定设备和测定装置 |
| JP2010230369A (ja) * | 2009-03-26 | 2010-10-14 | Ryukoku Univ | 電極構造及び当該電極構造の製造方法並びに電気化学センサ |
-
1994
- 1994-03-10 JP JP03947294A patent/JP3259010B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101842697B (zh) * | 2007-10-31 | 2016-06-15 | 爱科来株式会社 | 分析工具及其制造方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07248310A (ja) | 1995-09-26 |
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