JPH0781984B2 - センサー構造 - Google Patents
センサー構造Info
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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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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/001—Enzyme electrodes
- C12Q1/005—Enzyme electrodes involving specific analytes or enzymes
- C12Q1/006—Enzyme electrodes involving specific analytes or enzymes for glucose
-
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/28—Electrolytic cell components
- G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
- G01N27/327—Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
- G01N27/3271—Amperometric enzyme electrodes for analytes in body fluids, e.g. glucose in blood
- G01N27/3272—Test elements therefor, i.e. disposable laminated substrates with electrodes, reagent and channels
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (6)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
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