JPH03237349A

JPH03237349A - 生化学測定装置

Info

Publication number: JPH03237349A
Application number: JP2032976A
Authority: JP
Inventors: Koichi Takizawa; 滝澤　耕一; Satoshi Nakajima; 聡中嶋; Masato Arai; 真人荒井; Hideki Endo; 英樹遠藤
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1990-02-14
Filing date: 1990-02-14
Publication date: 1991-10-23

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】（イ）産業上の利用分野この発明は、酵素電極を用いた生化学測定装置に関し、
詳しく言えば、簡易に測定を行える生化学測定装置に関
する。

（ロ）従来の技術従来、酵素電極を用いた生化学測定装置としては、第８
図（ａ）及び第８図（ｂ）に示すものが知られている。

第８図（ａ）は、いわゆるディスクリート方式と呼ばれ
るもので、酵素電極３４を配備した反応セル３３内に、
緩衝液容器３１よりの緩衝液をポンプ３２で給排水し、
この反応セル３３中に、試料をマイクロピペット（図示
せず）等で注入して測定を行う。酵素電極３４よりの出
力は、測定本体部３５で演算処理を施されて、その結果
得られた基質濃度は、表示部３５ａに表示される。

一方、第８図（ｂ）は、いわゆるフロ一方式と呼ばれる
もので、フローライン３７に酵素電極３４を配備してな
るものである。このフローライン３７には、ポンプ３２
により、オートサンプラー３６からの試料が、緩衝液容
器３１からの緩衝液で希釈されて流される。フローライ
ン３７より流出した液は、図示しない廃液ボトル内に捨
てられる。

酵素電極３４の出力は、先と同様測定本体部３５で処理
される。

上記いずれの方式の生化学測定装置においても、試料の
希釈、測定、装置の較正及び洗浄がほぼ自勧化されてい
るが、以下に列挙する問題点があった。

・装置が大型かつ高価である。

・測定に際して多量の緩衝液が必要で、ランニングコス
トが高い。

・酵素電極に装着されている酵素膜の交換が煩雑であり
、その保守管理も不可欠である。

・多量の試料が必要である。

・電源投入から測定開始に至るまでの時間（ウオーミン
グアツプ）が長い。

・試料の希釈率が変動することが多く、測定精度の劣化
が生じる。

そこで、近年より簡易に測定を行える構成の生化学測定
装置が提案されている〔第７図（ａ）（ｂ）参照〕。

この生化学測定装置２１は、ケース２２に表示器２３及
び操作部２４を設けるとともに、着脱可能なカートリッ
ジ２５を設けている。このカートリッジ２５には、固定
化酵素膜（以下単に酵素膜という）２６が支持されてお
り、カートリッジ２５を、ケース２２のカートリッジ装
着部２７に装着した時に、このカートリッジ装着部２７
に露出している下地電極２日に、酵素膜２６が密着する
。

この状態で酵素膜２６上にマイクロピペット２９等で試
料、標準液（較正用）、緩衝液（洗浄用）を滴下して、
測定を行う。

（ハ）発明が解決しようとする課題上記従来の生化学測定装置２１は、小型、廉価であり、
またメンテナンスも不要である反面、以下に列挙する問
題点を有している。

■カートリッジ２５を装着する際、酵素膜２６と下地電
極２８との密着の度合が測定結果に反映し、密着が不完
全であると測定精度の劣化をもたらす。

■試料を酵素膜２６上に滴下する位置、滴下速度によっ
て測定値が異なる。また、酵素膜２６の全域を充分に満
たす（湿潤させる）に足る量の試料を滴下する必要があ
り、細心の注意が必要である。

■実際に測定を行うには、緩衝液滴下→拭き取り→標準
液滴下→拭き取り→緩衝液滴下→拭き取り→試料滴下→
拭き取り→緩衝液滴下→拭き取りという手順をふむ必要
があり、操作が煩雑である。

■上記拭き取りの際に、酵素膜２６が破損する事故が頻
発する。また、破損を防ごうとして、柔らかに拭き取る
と、酵素膜２６上に液滴が残り、この液滴中に酵素膜２
６内の酵素が流出する、いわゆるキャリーオーバーが起
こり測定精度が劣化する。

■上記拭き取りのために、常に新しいペーパーや布が必
要である。

■下地電極２８が劣化した時、電極交換が不可能あるい
は可能であってもケース２２の分解等が必要である。

この発明は上記に鑑みなされたもので、測定操作が簡単
で、安定した測定精度を有し、電極の交換の容易な生化
学測定装置の提供を目的としている。

（ニ）課題を解決するための手段上記課題を解決するため、この発明の生化学測定装置は
、酵素電極と、この酵素電極の出力より試料中の基質濃
度を定量する定量手段と、この定量手段の定量結果を表
示する表示手段とを備えてなるものにおいて、その吸引
口に着脱可能なキャップを有するマイクロピペットを備
え、このキャップ内面に膜状の下地電極を形成して、こ
の下地電極を固定化酵素膜で一体に被覆し、酵素電極と
したことを特徴とするものである。

（ホ）作用この発明の生化学測定装置では、試料、標準液、緩衝液
をそれぞれマイクロピペットで吸引することにより、こ
れらの液体がキャップ内面の酵素電極に接して、測定、
較正、洗浄を行うことができる。また、これらの液体が
排出される時には、圧力を受けて完全に排出され、酵素
電極上に液滴が残ることが少ない。

マイクロピペットの吸引・排出操作は、単にプランジャ
を押すだけでよく、極めて簡単である。

また、酵素電極上に液滴が残らないことから、拭き取り
操作が不要となり、測定手順が簡素化されると共に、拭
き取りによる固定化酵素膜の破損が防止できる。もちろ
ん、キャリーオーバーによる測定精度の劣化も起こらな
い。

さらに、マイクロピペットの吸引液量は、常に一定に規
制されているから、酵素電極が被覆されるように吸引液
量を設定しておけば試料の量に気を使う必要もなく、高
い測定精度を維持することができる。

一方、固定化酵素膜は下地電極を一体に被覆しており、
固定化酵素膜と下地電極との密着度合は常に一定で再現
性に優れている。また、酵素電極全体、すなわちキャッ
プごと交換を行う構成としており、交換を容易に行うこ
とができる。

（へ）実施例この発明の一実施例を第１図乃至第６図に基づいて以下
に説明する。

この実施例生化学測定装置は、グルコース濃度検出用の
もので、酵素としてグルコースオキシダーゼ（ＣＯＤ）
を使用している。

第１図は、実施例生化学測定装置工の外観斜視図を示し
ている。この生化学測定装置１は、マイクロピペット２
と表示・操作部１１とから構成され、両者はリード２１
で結ばれている。マイクロピペット２は、その後端部に
プランジ中３が突出すると共に、先端部には交換式のチ
ップ４が装着されている。さらに、このチップ４の吸引
口４ａには、円錐状のキャップ５が装着されている〔第
２図（ａ）も参照〕。チップ４は、市販のものの先端を
少し切り落としたものである。また、キャップ５内面に
は、後述の酵素電極Ｅ３が形成されている。マイクロピ
ペット２の液の吸引・排出は、キャップ５先端の開口５
ａを通して行われることとなる。

第３図（ａ）及び第３図（ｂ）は、それぞれ上記キャッ
プ５の展開状態及び展開状態における断面図を示してい
る。キャップ５自体は、プラスチックフィルムで構成さ
れており、接続部５ｂが突設されている。キャップ５内
面には、白金（Ｐｔ　）をスパッタリング又は真空蒸着
して、薄膜状の作用電極６、対照電極７（共に下地電極
を構成する）が形成される。この作用電極６、対照電極
７は、開口部５ａ近傍から接続部５ｂ端部まで帯状に延
伸している。なお、この接続部５ｂは、チップ４の基端
部４ｂより若干突出する長さとされる〔第１図、第２図
（ａ）参照〕。

キャップ５内面には、絶縁保護膜８が形成され、感応部
６ａ、７ａ、接続部６ｂ、７ｂを除イテ、作用電極６及
び対照電極７が被覆される。この絶縁保護膜８には、感
光性ポリイミド樹脂が用いられており、ホトリソグラフ
ィを適用してパターン付けされている。

さらに絶縁保護ｌ１ＷＢ上には、固定化酵素膜９が形成
され、前記作用電極感応部６ａ、対照電極７ａが覆われ
る。固定化酵素膜９は、ナフィオン層９ａ、酵素層９ｂ
、ナフィオン層９ｃの三層、構造よりなる。ナフィオン
（Ｎａｆｔｏｎ　　：米国デュポン社登録商標）は、陽
イオン交換性高分子であり、市販の５％溶液（溶媒：エ
チルアルコール）を用いて、スピンコードにより容易に
膜形成できる（膜厚約ｌａｍ）。

一方、酵素層９ｂは、Ｏ，１ｍｏｆｆｉリン酸緩衝液（
ｐＨ６，０）に、ＧＯＤＩＯ％、グルタルアルデヒド０
．５％及び生血清アルブミン（ＢＳＡ）７．５％を溶解
、調製した酵素液を用いて、やはりスピンコードにより
形成されている。

固定化酵素膜９は、電極感応部６ａ、７ａを一体に被覆
しているから、固定化酵素膜９と、電極感応部６ａ、７
ａとの間の密着度合が常に一定である。また、固定化酵
素膜９は、キャップ５内面に形成されており、外部の物
体に触れることがないので機械的強度はそれほど必要で
なく、）ｌ＊厚（特にナフィオン層９Ｃの膜厚）を小さ
くして応答速度を高めることができる。

接続部５ｂには、作用電極接続部６ｂ、対照電極接続部
７ｂが露出しており、この部分をコネクタ２０に差し込
むことにより、画電極６．７がリード線２１ａを介して
、表示・操作部１１に電気的に接続されることになる（
第１図参照）。なお、補強の目的で接続部５ｂ後端の外
面側には、補強板ｌＯが接着されている〔第２図（ａ）
も参照〕。

この酵素電極Ｅ、では、固定化酵素膜９にグルコースを
含む試料が接触した時、固定化酵素膜９内で以下の反応
が生じる。

この時生成した過酸化水素（Ｈ，Ｏ□）は、作用電極感
応部６ａで酸化され、この酸化電流が電極出力となる。

この電極出力から化学量論的に試料のグルコース濃度を
知ることができる。第５図は、室温において、いくつか
のグルコース濃度（ｍｇ／ｄ１）に対する電極出力（ｎ
Ａ）をプロットしている。これらプロットされた点を結
んで検量線とし、これを用いて未知の試料中のグルコー
ス濃度を定量することができる。この検量線は、後述の
メモリ２０に格納されている。

前記マイクロピペット２には、さらにプランジャ３に連
動してオンするマイクロスイッチＩ６（第１図では省略
）が内蔵されており、リート′線２１ｂを介して表示・
操作部ＩＩに接続されている。

表示・操作部１１は、ケース１２に表示器、例えば液晶
表示器（ＬＣＤ）１３、電源ボタン１４ａ及びモード切
替ボタン１５ａを配備してなるものである。第４図は、
実施例生化学装置の回路構成を説明するブロック図で、
破線で囲んだ部分が表示・操作部１１に対応している。

電極駆動回路１６は、前記酵素電極Ｅｓに所定電圧（こ
の実施例では０．５５Ｖ）を印加して駆動する。酵素電
極Ｅｓの出力（電流）は、電流／電圧（１／Ｖ）変換回
路１７で電圧信号に変換された後、アナログ／デジタル
（Ａ／Ｄ）変換器１８でデジタル信号に変換される。Ｃ
ＰＵ１９は、Ａ／Ｄ変換器１８より取り込んだ値を、メ
モリ２０内に格納されている検量線と照合し、グルコー
ス濃度を決定する。

ＣＰＵ１９で算出されたグルコース濃度は、ＬＣＤ１３
にデジタル表示される。このＣＰＵ１９には、前記ボタ
ン１４ａ、１５ａでそれぞれ操作される電源スィッチ１
４、モード切替スイッチ１５、及ヒマイクロピペット２
内のスイッチ１６も接続されている。

この実施例生化学測定装置ｌでは、以下の手順で測定が
行われる。まず、電源ボタン１４ａを押し、電源を投入
し、さらにモード切替ボタン１５ａを押し、較正モード
を選択する。この状態で、プランジャ３を操作し、標準
液（グルコース濃度２００■／ｄ１）を吸引する。吸引
された標準液は、キャップ５内面の酵素電極Ｅｓに触れ
ることになる。一方、プランジャ３の操作により、マイ
クロスイッチＩ６がオンされ、電極出力の検出が開始さ
れ、標準液の電極出力に基づいて、ＣＰＵＩ　９は較正
動作を行う。なお、この実施例では、電極出力の変化開
始後１０秒後の値を採用することとしている。

次に、プランジャ３を押し、標準液を排出し、再びモー
ド切替ボタン１５ａを押して、測定モードを選択する。

さらに、プランジャ３を押して、洗浄用緩衝液を吸引、
排出し、酵素電極ＥＳを洗浄する。この時、ＬＣＤ１３
に表示される濃度が０になっているか否かを確認する。

洗浄が終了すれば、先と同様に試料を吸引し、ＬＣＤ１
３の表示を読み取る。試料の測定が終わり、試料を排出
した後には、再び洗浄が行われる。

試料等が排出される時には、圧力を加えられて、キャッ
プ５内より押し出されるから、固定化酵素膜９上に液滴
が残ることが少ない。従って、キャリーオーバーにより
、測定精度が急速に劣化することはない。

酵素電極Ｅ８が劣化した場合には、古いキャップ５をチ
ップ４より取り外すとともに、コネクタ２１を外す。そ
して、新しいキャップ５（展開状態）にコネクタ２１を
接続すると共に、このキャップ５をチップ４に巻き付け
るようにして装着する。このように酵素電極Ｅ、の交換
は、簡単な操作で行うことができる。

第６図は、変形例に係る生化学測定装置１′の外観斜視
図を示している。この変形例では、マイクロピペット２
自体に、表示・操作部１１゛を設けたことが特徴であり
、この表示・操作部１１゛上に、ＬＣＤ１３′、押ボタ
ン１４’　ａ、１５’ａが配備されている。また、コネ
クタ２１°　もマイクロピペット２と一体に設けられて
いる。

さらに、この変形例生化学測定装置１′は、第２図（ｂ
）にも示すように、チップ４に、別途切取ったチップ４
°を装着し、キャップ５を被覆・保護している。また、
試料等の排出時の「切れ」も成型されたチップ４°の開
口部４″　ａを用いるため良好となる。その他の点は、
前述の生化学測定装置ｌと同様である。

なお、上記実施例では、酵素としてグルコースオキシダ
ーゼを用い、試料中のグルコース濃度を定量する構成を
しているが、他の酵素を用い、この酵素の基質となる生
化学物質の定量を行うことも可能である。

（ト）発明の詳細な説明したように、この発明の生化学測定装置は、その
吸引口に着脱可能なキャップを有するマイクロピペット
を備え、このキャップ内面に膜状の下地電極を形成して
、この下地電極を固定化酵素膜で一体に被覆し、酵素電
極としたことを特徴とするものであるから、以下に列挙
する利点を有する。

■測定操作がマイクロピペットの操作で行えるため取り
扱いが極めて容易である。

■測定のために吸引される試料の量は、酵素電極を被覆
するに必要な量だけ、マイクロピペットで常に一定に規
定されているため、試料の量へ注意を拭わなくともよく
なると共に、測定の信頼性を向上させることができる。

■試料等の排出は、マイクロピペットの排出動作により
行われるため、酵素電極上に液滴が残ることはなく、キ
ャリーオーバーが防止でき、測定精度の急速な劣化が回
避される。

■固定化酵素膜が膜状の下地電極を一体に被覆している
ため、下地電極と固定化酵素膜の密着度合が安定してお
り、再現性に優れた測定を行うことができる。また、固
定化酵素膜のみの交換も不要となる。

■固定化酵素膜表面に外部の物体が触れることがないた
め、固定化酵素膜の破損が生じにくい。

また、固定化酵素膜の膜厚も小さくすることができ、応
答速度を高めることができる。

■酵素電極の交換は、キャップの脱着により行われ容易
である。

■試料の他には、少量の洗浄用緩衝液及び標準液が必要
なだけであるため、ランニングコストも軽減される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例に係る生化学測定装置の
外観斜視図、第２図（ａ）は、同生化学測定装置のキャ
ップ周辺を拡大して示す斜視図、第２図（ｂ）は、変形
例に係る生化学測定装置のキャップ周辺を拡大して示す
斜視図、第３図（ａ）は、同キャップの展開状態での斜
視図、第３図〜）は、同キャップの第３図（ａ）中ｎｔ
ｂ−ｍｂ線における断面図、第４図は、実施例生化学測
定装置の回路構成を説明するブロック図、第５図は、同
生化学測定装置の酵素電極の特性を示す図、第６図は、
変形例生化学測定装置の外観斜視図、第７図（ａ）及び
第７図（ハ）は、従来の生化学測定装置を説明する斜視
図、第８図（ａ）及び第８図（ハ）は、それぞれ他の従
来の生化学測定装置を説明する図である。２：マイクロピペット、５：キャップ＼７：対照電極、１３：ＬＣＤ。Ｅ５　：酵素電極。４ａ：吸引口、６：作用電極、９：固定化酵素膜、１９：ｃＰＵ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）酵素電極と、この酵素電極の出力より試料中の基
質濃度を定量する定量手段と、この定量手段の定量結果
を表示する表示手段とを備えてなる生化学測定装置にお
いて、その吸引口に着脱可能なキャップを有するマイクロピペ
ットを備え、このキャップ内面に膜状の下地電極を形成
して、この下地電極を固定化酵素膜で一体に被覆し、酵
素電極としたことを特徴とする生化学測定装置。