JP3451517B2 - プレーナ型酵素センサ - Google Patents

プレーナ型酵素センサ

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JP3451517B2 JP12418096A JP12418096A JP3451517B2 JP 3451517 B2 JP3451517 B2 JP 3451517B2 JP 12418096 A JP12418096 A JP 12418096A JP 12418096 A JP12418096 A JP 12418096A JP 3451517 B2 JP3451517 B2 JP 3451517B2
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隆雄 寺田
孝英 田中
英樹 遠藤
三佐子 稲上
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、尿測定器等の生化
学測定器に液成分検出用のセンサとして使用されるプレ
ーナ型酵素センサに関する。
【0002】
【従来の技術】この種のプレーナ型酵素センサを使用す
る尿測定器としては、図2〔表側の外観斜視図(a)、
裏側の外観斜視図(b)〕に示すようなものがある。こ
の尿測定器1は、酵素の働きを利用して尿成分(尿糖
等)を検出するものであり、測定器本体2にセンサ本体
3が着脱可能に取付けられ、測定器本体2の表側に測定
値(尿糖等)や各種の指示等を表示する表示部(LC
D)4が設けられ、測定器本体2の頭部に電池カバー5
が着脱可能に取付けられたものである。センサ本体3
は、プレーナ型酵素センサを内蔵するセンサホルダ6
と、このセンサホルダ6に挿嵌されたセンサキャップ7
とからなる。又、測定器本体2には、各種電子部品が実
装された回路基板や電池等が内蔵されている。このよう
な尿測定器1では、尿をセンサホルダ6の検出部(開口
部)6aに掛ければ、自動的に測定値が表示部4に表示
されるようになっている。
【0003】プレーナ型酵素センサは、例えば図3(セ
ンサホルダ6の検出部6aにおける横断面図)に示すよ
うな構造になっている。ここに示すプレーナ型酵素セン
サ30は、絶縁基板としての絶縁性フィルム31と、過
酸化水素電極として例えば白金、金又は銀の薄膜からな
る金属電極32と、固定化酵素膜33とからなる。更に
固定化酵素膜33は、下部保護膜34と、酵素膜35
と、上部保護膜36と、表面保護膜37とからなる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のようなプレーナ
型酵素センサ30では、センサホルダ6の検出部6aか
ら試料(尿)が入ってくると、尿中のグルコースが固定
化酵素膜33の酵素膜35に浸透する。ところで、試料
中の電極妨害物質が金属電極32まで透過して電極表面
に付着すると、特性が劣化するため、高分子膜である下
部保護膜34により試料中の電極妨害物質の透過が制限
されている。又、下部保護膜34には、試料中の電極妨
害物質の透過を制限する役目の他に、酵素膜35で酵素
反応により発生する過酸化水素を選択的に透過させる作
用が求められるため、下部保護膜34としては、通常は
セルロース膜が使用されている。しかしながら、セルロ
ース膜のような高分子膜は、過酸化水素を選択的に透過
させることができるが、試料中の電極妨害物質の透過量
を十分に制限できない、という問題点がある。
【0005】一方、固定化酵素膜33の上部保護膜36
及び表面保護膜37も高分子膜からなり、その微小孔に
より酵素膜35へのグルコースの透過量を制限する役目
を有する。しかしながら、通常の高分子膜では、微小孔
の大きさにバラツキがあるため、均一な透過量が得られ
難く、これを解決するために緻密な膜を形成しようとし
ても通常の高分子膜ではうまくいかない、という問題点
がある。
【0006】従って、本発明は、そのような問題点に着
目してなされたもので、過酸化水素電極に係る下部層が
試料中の電極妨害物質の透過制限及び過酸化水素の選択
的透過性に優れ、また酵素膜に係る上部層がグルコース
の均一な透過性に優れたプレーナ型酵素センサを提供す
ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の請求項1記載のプレーナ型酵素センサは、
絶縁基板上に過酸化水素電極を形成し、この過酸化水素
電極上に、高分子膜をコーティングし更に加熱して形成
、この高分子膜上に固定化酵素膜を設け、この固定化
酵素膜上に、少なくとも一方面側を高分子膜で被覆した
ポリカーボネイト膜をその他方面側を固定化酵素膜側に
して設けてなることを特徴とする。
【0008】この酵素センサでは、過酸化水素電極上の
高分子膜がコーティングだけでなく、更に加熱により形
成されているため、過酸化水素の透過性を維持しつつ試
料中の電極妨害物質の透過を十分に制限できる。つま
り、高分子膜の性能が加熱処理により更に向上すること
になる。特に、高分子膜としてイオン交換膜を使用する
こと(請求項記載)により、より一層良好な特性が得
られる。
【0009】また、この酵素センサでは、固定化酵素膜
上に少なくとも一方面側が高分子膜で被覆されたポリカ
ーボネイト膜(以下、PC膜と略す)が形成されている
ので、グルコースの透過量が均一になる。即ち、PC膜
は、均一な大きさの微小孔を有し、グルコースの透過量
のバラツキが改善される。
【0010】し、PC膜は、非常な微小孔を有するの
で、目詰まりを起こしてグルコースの透過量が変化(減
少)し易い。これを防ぐために、PC膜の少なくとも一
方面側(上面側)を高分子膜で被覆してある。特に、そ
の高分子膜として、アルブミンとグルタルアルデヒドか
らなる膜を使用すること(請求項記載)により、より
一層良好な目詰まり防止とグルコースの透過性を示すこ
とになる。つまり、PC膜が本来持つ性能を保ったまま
目詰まり防止作用を一層向上させることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態に基づ
いて説明する。実施形態に係るプレーナ型酵素センサの
横断面図を図1に示す。ここに示すプレーナ型酵素セン
サ10は、従来と同様に図2に示すような尿測定器1の
センサホルダ6に内蔵される。尿測定器1は、前記した
ように、測定器本体2にセンサ本体3が着脱可能に取付
けられ、測定器本体2の表側に尿糖等の測定値や各種の
指示等を表示する表示部4が設けられ、測定器本体2の
頭部に電池カバー5が着脱可能に取付けられたものであ
る。センサ本体3は、プレーナ型酵素センサを内蔵する
センサホルダ6と、このセンサホルダ6に挿嵌されたセ
ンサキャップ7とからなる。又、測定器本体2の裏側に
は、酵素センサを校正するための校正スイッチ8が設け
られている。
【0012】このプレーナ型酵素センサ10は、絶縁基
板としてのポリイミドフィルム(PIフィルム)11
と、過酸化水素電極としての一対の金属電極12と、2
層からなる高分子膜13と、2層からなる固定化酵素膜
14と、高分子接着剤膜15と、高分子膜17で被覆さ
れたポリカーボネイト膜(PC膜)16とからなる。な
お、絶縁基板は、PIフィルム11の代わりに、セラミ
ックや他の樹脂フィルムを用いてもよい。
【0013】PIフィルム11上に形成される一対の金
属電極12は、酵素膜14における酵素反応に伴う酸素
や過酸化水素の増減を酸化電流変化として捕らえるもの
である。電極としては、各種の金属が利用されるが、作
用極としては主に白金(Pt)を用い、参照極(対極)
には金(Au)、白金(Pt)、銀(Ag)等を用い
る。
【0014】この金属電極12上に形成される高分子膜
13は、金属電極12をコーティングして更に加熱する
ことにより形成されたものである。使用される高分子材
料としては、陽イオン交換膜が好ましい。その陽イオン
交換膜の中でも取り分けデュポン社製のnafion
(商品名)が最適である。nafion等のイオン交換
膜は、セルロース膜等の高分子膜に比べて、試料中の電
極妨害物質の透過抑制や過酸化水素の選択的透過性に優
れている。
【0015】このような高分子膜を金属電極12上にコ
ーティングした後に加熱処理するわけであるが、例えば
高分子材料にnafionを用いた場合には、約170
℃で60分程度加熱する。この加熱処理により、コーテ
ィングのみの場合に比べて材料が本来持つ特性が更に向
上する。又、高分子膜13は図1では2層からなるが、
層数には制限はない。しかしながら、高分子膜13の膜
厚が厚いほど、試料中の電極妨害物質の透過をより制限
できるので、1層でも複数層でも層数にかかわらず、酵
素センサ全体の厚さを考慮しつつ膜厚を厚くするほうが
好ましい。
【0016】高分子膜13上に形成される固定化酵素膜
14は、通常のものでよく、官能基を有する架橋材を用
いる架橋法、ゲルの格子内や高分子で被覆する包括法等
を用いて形成される。例えば、酵素としてグルコース酸
化酵素を使用する場合は、酵素反応が、 Glucose +O2 →グルコン酸+H2 2 となり、グルコースの分解に伴って、酸素(O2 )が消
費(減少)されて、過酸化水素(H2 2 )が発生(増
加)すると共に、グルコン酸が発生(pH減少)する。
なお、固定化酵素膜14も、図1では2層からなるが、
これも適宜増減すればよい。
【0017】固定化酵素膜14上に設けられるPC膜1
6は、高分子接着剤膜15で酵素膜14に固着されてい
る。PC膜16の一方面側(上面側)及び他方面側(下
面側)、即ち全周面は、高分子膜17で被覆されてい
る。高分子膜17の材料としては、たんぱく質固定化膜
等があるが、アルブミンとグルタルアルデヒドを用いて
形成するのが好ましい。アルブミンは、PC膜16の特
長である均一な大きさの微小孔の目詰まりを防止する一
方、尿成分の湿潤拡散やグルコースの透過に効果的であ
り、PC膜16が本来持つ特長を活かしつつ目詰まりを
防止できる。
【0018】又、アルブミン等の高分子膜17を使用す
ることで、酵素センサの感度検査を行うことができる。
即ち、高分子膜17によりPC膜16へのゴミの付着を
防げるので、酵素センサの感度チェックをしてから酵素
センサを乾燥状態で出荷し、使用者が検査時に尿で濡ら
せば出荷時と同じ感度で使用でき、酵素センサの全数チ
ェックを行え、信頼性が高まる。高分子膜17で被覆さ
れたPC膜16は、高分子膜17と同じ材料(例えばア
ルブミン)からなる接着剤膜15により固定化酵素膜1
4に密着される。なお、高分子膜17は、PC膜16の
上面側にのみ設けてもよいが、下面側にも設けること
で、高分子膜17の形成が容易になるだけでなく、接着
剤膜を兼ねさせることもでき、それだけ材料・工程の省
略化を実現できる。
【0019】上記の各膜の形成には、ディップコート法
やスピンコート法を用いることで、薄く均一な膜を得る
ことができる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1記載のプ
レーナ型酵素センサによれば、過酸化水素電極上の高分
子膜がコーティングだけでなく、更に加熱により形成さ
れているため、過酸化水素の透過性を維持しつつ試料中
の電極妨害物質の透過を十分に制限できる。つまり、高
分子膜の性能が加熱処理により更に向上することにな
る。特に、高分子膜としてイオン交換膜を使用すること
(請求項記載)により、より一層良好な特性が得られ
る。
【0021】また、固定化酵素膜上に少なくとも一方面
側が高分子膜で被覆されたポリカーボネイト膜(PC
膜)が設けられているので、グルコースの透過量が均一
になるだけでなく、PC膜の目詰まりを防止できる。
又、高分子膜によりPC膜へのゴミ等の付着を防げるの
で、酵素センサを全数チェックすることができ、酵素セ
ンサの信頼性が高まる。
【0022】特に、PC膜を被覆する高分子膜として、
アルブミンとグルタルアルデヒドからなる膜を使用する
こと(請求項記載)により、より一層良好な目詰まり
防止とグルコースの透過性を示すことになる。つまり、
PC膜が本来持つ性能を保ったまま目詰まり防止作用を
一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態に係るプレーナ型酵素センサをセンサ
ホルダに内蔵した状態での検出部における横断面図であ
る。
【図2】プレーナ型酵素センサを使用する尿測定器の表
側の外観斜視図(a)、及び裏側の外観斜視図(b)で
ある。
【図3】従来例に係るプレーナ型酵素センサをセンサホ
ルダに内蔵した状態での検出部における横断面図であ
る。
【符号の説明】
1 尿測定器 6 測定器本体 11 PIフィルム(絶縁基板) 12 金属電極(過酸化水素電極) 13 高分子膜 14 固定化酵素膜 15 高分子接着剤膜 16 ポリカーボネイト膜 17 高分子膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 孝英 京都市右京区山ノ内山ノ下町24番地 株 式会社オムロンライフサイエンス研究所 内 (72)発明者 遠藤 英樹 京都市右京区山ノ内山ノ下町24番地 株 式会社オムロンライフサイエンス研究所 内 (72)発明者 稲上 三佐子 京都市右京区山ノ内山ノ下町24番地 株 式会社オムロンライフサイエンス研究所 内 (72)発明者 迫田 勇策 京都市右京区山ノ内山ノ下町24番地 株 式会社オムロンライフサイエンス研究所 内 (56)参考文献 特開 平4−194661(JP,A) 特開 昭62−261952(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁基板上に過酸化水素電極を形成し、こ
    の過酸化水素電極上に、高分子膜をコーティングし更に
    加熱して形成し、この高分子膜上に固定化酵素膜を設
    け、この固定化酵素膜上に、少なくとも一方面側を高分
    子膜で被覆したポリカーボネイト膜をその他方面側を固
    定化酵素膜側にして設けてなることを特徴とするプレー
    ナ型酵素センサ。
  2. 【請求項2】前記過酸化水素電極をコーティングする高
    分子膜は、イオン交換膜であることを特徴とする請求項
    1記載のプレーナ型酵素センサ。
  3. 【請求項3】前記ポリカーボネイト膜は、他方面側も高
    分子膜で被覆されていることを特徴とする請求項記載
    のプレーナ型酵素センサ。
  4. 【請求項4】前記ポリカーボネイト膜を被覆する高分子
    膜は、アルブミンとグルタルアルデヒドからなることを
    特徴とする請求項又は請求項記載のプレーナ型酵素
    センサ。
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