JPH0781984B2 - センサー構造 - Google Patents

センサー構造

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JPH0781984B2
JPH0781984B2 JP2015941A JP1594190A JPH0781984B2 JP H0781984 B2 JPH0781984 B2 JP H0781984B2 JP 2015941 A JP2015941 A JP 2015941A JP 1594190 A JP1594190 A JP 1594190A JP H0781984 B2 JPH0781984 B2 JP H0781984B2
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    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/001Enzyme electrodes
    • C12Q1/005Enzyme electrodes involving specific analytes or enzymes
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、貫流測定容室と接続している参照電極と、膜
に覆われた電流測定型酵素電極とを備えた試料媒体の基
質濃度を求めるためのセンサー構造に関する。
[従来技術] 医学やバイオテクノロジーの多くの分野において、試料
媒体中のある基質濃度、例えば貫流溶液中のグルコース
濃度の正確な測定は大変重要となってきている。そのた
めに、しばしば電気化学センサーが用いられているが、
以下β−D−グルコースの測定に基づいてこの電極の測
定原理を説明する。
現在行われているやり方では、一定の分極電圧Upを用い
た電流測定法が基質測定に特に適している。この方法で
は、酵素グルコースオキシダーゼ(GOD)が固定化され
た膜内でβ−D−グルコースが次の化学反応式に基づい
て変換される; これによって生成した過酸化水素は白金電極での陽極酸
化によって検出される; H2O2→O2+2H+2e- Up=600・・・700mV センサー電流の大きさは試料溶液のグルコース濃度に比
例する。
酵素センサーを用いた電流測定式グルコース測定の実際
の使用では、所定の化学的必要条件のみならず幾何学的
条件も前提となる。例えば、十分なセンサー感度を得る
には、陽極表面の形成は十分に大きくなければならな
い。大きな電極表面の要求は電気回路的につながってい
る参照電極に対しても適用される。大面積の非分極参照
電極はセンサー電流流れをスムーズにする。
例えば、明細書冒頭部に記されたセンサー構造はヨーロ
ッパ公開公報A0048090号から知られており、これは貫流
容室を備えており、その一方側は電気化学的薄層容室に
よって覆われている。この容室は内側と外側の膜の間に
酸素層を備え、その内側膜が保持部に密接しており、そ
の保持部は同心状態で白金陽極とAg/AgCl参照電極を備
えている。薄層容室はO−リングを用いて保持部に固定
される。この薄層容室の外側膜は測定容室内に入ってき
た試料と接触し、短時間内に測定すべき基質と酸素が薄
層容室の内側に浸透していき、酵素層の酵素と反応す
る。その際、過酸化水素が生じ、内側膜を通じて浸透
し、白金電極のところで相応な測定反応が生じる。
それぞれの酵素が白金陽極に直接固定化され、本来の酵
素電極が円環状の参照電極によって包囲され、全体がゴ
ム膜によって覆われている電極構成も知られている。
この公知の構成は、部分的に複雑な構造を持ち、かつそ
の寸法が電極構成の直径に直接関係する遅い流速を持っ
ている比較的大きな試料容室を備えているという欠点を
持つ。
[発明が解決すべき課題] 本発明の課題は、冒頭部に述べた型式のセンサー構造を
改善し、測定感度を維持した上で流れが良好で小さな貫
流測定容室を実現し、全体構成ができるだけ簡単に製造
できるセンサーを提供することである。
[課題を解決するための手段] 上記課題は、本発明では、参照電極が酵素電極を覆って
いる膜の外側に配設され、かつ試料媒体の流れ方向に直
角な貫流測定容室の最大拡がりが実質的に酵素電極の感
応層の直径と同じくすることによって解決される。
[作用、効果] 例えば、試料媒体の流れ方向に関して本来の酵素電極下
流側又は上流側に設けられた膜無しの参照電極を用いる
ことにより良好な測定結果が得られ、好ましいことには
大変コンパクトで流れに好都合な測定容室を形成するこ
とができ、その流れ方向に直角な幅は実質的に本来の酵
素電極の直径により定まる。この流れに好都合な構造に
より、測定容室内での試料成分の堆積を最小とし、その
洗滌が簡単となる。
[その他の特徴] 測定容室の容積をさらに小さくするために、本発明によ
る好適実施形態の一つに、前記貫流測定容室が2つの対
向するデッキ面を備え、前記デッキ面の1つに前記酵素
電極の感応層が、そして他方のデッキ面に膜なしの参照
電極、好ましくはAg−電極が設けられているものがあ
る。膜無しの参照電極を外部に配設することによるさら
に別な利点は、交換可能な電極を備えたセンサー構造に
おいて本来の酵素電極だけは交換しなければならない
が、別個のいくぶんメンテナンス不要な参照電極をセン
サー構造に残しておくことができることである。
なお本発明の膜なしの参照電極としては、通常の参照電
極(液絡、KCl内部電解質、バイパス電極)のみなら
ず、簡単な金属参照電極(例えば、Ag/AgCl−電極)に
も適用することができるが、好ましくは金属電極、例え
ばAg−電極を有する参照電極が最適である。
多くの測定状況において、基質濃度とともに試料媒体の
さらに別なパラメータ、例えば導電率やインピーダンス
を測定しなければならず、その際本発明ではセンサー構
成をコンパクトにするということから、前記参照電極が
インピーダンス測定のための電極装置部材でもあり、こ
れに対応する対向電極が、好ましくは前記貫流測定容室
の前記参照電極に向かい合っているデッキ面に設けられ
ることが提案される。冒頭部で述べたように、酵素電極
それに参照電極も比較的大きな面をもって形成しなけれ
ばならないのに対して、対向電極は貫流測定容室内に沈
められる薄い金属ロッド、好ましく銀線材より大きくす
る必要がない。スペースの点から、例えば流れ方向に対
して向き合って配設された酵素電極と参照電極の上流側
に設けられることが望ましい。
基質濃度とともに導電率ないしはインピーダンスが測定
されるセンサー構造は、まず、生体組織と接触する貫流
溶液が測定される場合に使用される。その際、組織内に
存在する測定基質と貫流溶液の部分的な平衡化が行われ
ている。平衡化の程度は、貫流溶液の変化する導電率に
よって求められ、このことにより本来の基質濃度は部分
的な平衡化においてでも算出できる。
さらに別な本発明による実施形態によれば、インピーダ
ンス測定のための前記電極装置の対向電極が前記酵素電
極の陽極によって形成されることも可能である。測定を
行なうために、原理的には2つのやり方がある。酵素濃
度とインピーダンスが交互に測定されるか、又は酵素測
定のための分極電圧にインピーダンス測定のための交流
を重ね合わせ、両信号を電気的に分離し、評価される。
インピーダンス測定では勿論、酵素センサー内の温度依
存性反応に関しても試料媒体の温度情報を得ることがし
ばしば重要となる。この点において、特に製造が簡単な
本発明の他の実施形態では、前記貫流測定容室のハウジ
ング内で前記対向電極に同心で向かい合っている孔内に
温度センサー、好ましくはNTC−抵抗が配設されてい
る。これにより、試料媒体の基質濃度、インピーダン
ス、温度の連続的測定のための非常にコンパクトな貫流
容室が作り出される。
最後に、本発明によれば、前記酵素電極がグルコースセ
ンサーとして形成されることもできる。その場合、酵素
グルコースオキシダーゼをそれ自体公知な方法で白金陽
極に又は担体膜内に直接固定化することができる。
[実施例] 第1図に示されたセンサー構造は2つに分割されたハウ
ジング1を備えており、その下側部2と上側部3は貫流
測定容室4として形成された測定室の面で張り合わされ
ている。測定容室4は、第2図から明らかなように、流
入側及び流出側に毛細孔5を延設しており、この毛細孔
5は接続部材6に接続している。接続部材6は下側部2
と上側部3の凹部7に保持され、この両ハウジング部材
が張り合わせられる際に接着される。試料媒体の貫流方
向は矢印8で示されている。
貫流測定容室4は2つの向き合っているデッキ面9と10
を備え、デッキ面9の方に上側部3の開口部12内に配設
された酵素電極13の感応層11が位置している。
酵素電極13は、その中央を白金電極15が貫通している保
持部14を備えている。白金電極15の測定容室側の端部に
は感応層11、つまり酵素膜が接しており、さらにこれは
外側膜16によって覆われている。この膜16は、保持部14
の環状溝18に係入するOリング17によって保持される。
このO−リング17は、同時にハウジング1の開口部に酵
素電極13を、摩擦固定するためにも働く。測定容室側に
は、開口部12の段差部19に付けられた密封材20が備えら
れ、これにより酵素電極はハウジング1の上側部3に対
して密封される。
貫流測定容室4の酵素電極13に向かい合っているデッキ
面10に下側部2の孔22内に配設された参照電極23が位置
している。酵素電極13と参照電極23の電気接点は24と25
で示されている。
参照電極を外部に収めていることで、測定容室4をコン
パクトでかつ流れに対し好都合に形成することができ、
その際、測定容室4の最大の拡がりは試料媒体の流れ方
向に直角で実質的に酵素電極13の感応層11の直径に一致
している。
両測定容室部材は、射出成形部材として電気絶縁材料、
例えばアクリル樹脂から作ることができる。それぞれの
電極のために必要な開口部や孔は、適当なボール盤やフ
ライス盤により加工することが可能である。
貫流溶液の平衡化度は、貫流溶液と接触している2つの
金属電極間の電気インピーダンスを測定することによっ
て求めることができる。参照電極23が開放状態で外部配
置されていることから、この参照電極をインピーダンス
測定のための電極装置27の1つとして用いることができ
る。これに対する対向電極28は上側部3の孔29内に配設
され、測定容室4の参照電極23に向き合っているデッキ
面9のところまで延びている、さらに貫流測定容室4の
ハウジング1内で対向電極28と同心的に対向する位置に
設けられた孔30に温度センサー31が備えられている。こ
のためには、好ましくは研磨されたNTC−抵抗が用いら
れる。従って、このミニチュア化された貫流測定容室を
用いて基室濃度と平衡度と試料温度が同時に得られる。
この測定容室の容積は、例えば、わずか15μ程度であ
る。
本発明の変形例として、酵素電極13と膜無し参照電極23
を測定容室4の1つのデッキ面に配設したものが第3図
に示されている。この場合でも、最大幅が酵素電極13の
感応層11の直径26に実質的に相当する流れが好都合な測
定容室が作り出されている。
尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にする為
に符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構造
に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明に係わるセンサー構造の実施例を示し、 第1図は第2図のI−I線に沿って切断されたセンサー
構造の断面図、第2図は第1図のII−II線に沿って切断
されたセンサー構造の断面図、第3図はセンサー構造の
変形例を示す第2図に相当する断面図である。 (4)……貫流測定容室、 (11)……感応層、(13)……酵素電極、(23)……参
照電極、 (26)……感応層の直径。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ファルコ・スクラーバル オーストリア国 8010 グラーツ ゲーテ シュトラーセ 13 (56)参考文献 特開 昭56−44836(JP,A) 特開 昭60−218059(JP,A)

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】貫流測定容室(4)と接続している参照電
    極(23)と、膜に覆われた電流測定型酵素電極(13)と
    を備えた試料媒体中の基質濃度を求めるためのセンサー
    であって、前記参照電極(23)が前記酵素電極(13)を
    覆っている膜の外側に配設され、試料媒体の流れ方向に
    直角な前記貫流測定容室(4)の最大拡がりが実質的に
    前記酵素電極(13)の感応層(11)の直径(26)に相当
    することを特徴とするセンサー構造。
  2. 【請求項2】前記貫流測定容室(4)が2つの対向する
    デッキ面(9、10)を備え、前記デッキ面の1つ(9)
    に前記酵素電極(13)の感応層(11)が、そして他方の
    デッキ面(10)に膜なしの参照電極(23)が設けられて
    いる請求項1に記載のセンサー構造。
  3. 【請求項3】前記参照電極(23)がインピーダンス測定
    のための電極装置部材(27)でもあり、これに対応する
    対向電極(28)が前記貫流測定容室(4)の前記参照電
    極(23)に向かい合っているデッキ面(9)に設けられ
    ている請求項1又は2に記載のセンサー構造。
  4. 【請求項4】インピーダンス測定のための前記電極装置
    部材(27)の対向電極(28)が、前記酵素電極(13)の
    陽極(15)によって形成されている請求項3に記載のセ
    ンサー構造。
  5. 【請求項5】前記貫流測定容室(4)のハウジング内
    で、前記対向電極(28)に同心で向かい合っている孔
    (30)内に温度センサー(31)が配設されている請求項
    3に記載のセンサー構造。
  6. 【請求項6】前記酵素電極(13)がグルコースセンサー
    として形成されている請求項1〜5のいずれかに記載の
    センサー構造。
JP2015941A 1989-01-27 1990-01-25 センサー構造 Expired - Lifetime JPH0781984B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AT170/89A AT392847B (de) 1989-01-27 1989-01-27 Sensorelektrodenanordnung
AT170/89 1989-01-27

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JPH02232554A JPH02232554A (ja) 1990-09-14
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