JPH08320304A - バイオセンサ、それを用いた定量法および定量装置 - Google Patents
バイオセンサ、それを用いた定量法および定量装置Info
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- JPH08320304A JPH08320304A JP7237147A JP23714795A JPH08320304A JP H08320304 A JPH08320304 A JP H08320304A JP 7237147 A JP7237147 A JP 7237147A JP 23714795 A JP23714795 A JP 23714795A JP H08320304 A JPH08320304 A JP H08320304A
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Abstract
る液絡を検知する方式の定量装置に適用して、測定結果
に悪影響を与えない高性能のバイオセンサ、およびそれ
を用いた定量法を提供することを目的とする。 【解決手段】 絶縁性の基板の同一平面上に、作用極、
対極、および第3の電極を含む電極系と、少なくとも作
用極および対極上に設けられた酸化還元酵素を含む反応
層を有するバイオセンサ。第3の電極を液絡検知用電極
および参照極として併用する基質の定量法。
Description
物について、迅速かつ高精度な定量を簡便に実施するた
めのバイオセンサ、同バイオセンサを用いた定量法およ
び定量装置に関するものである。
量分析法として、旋光度計法、比色法、還元滴定法およ
び各種クロマトグラフィーを用いた方法等が開発されて
いる。しかし、これらの方法は、いずれも糖類に対する
特異性があまり高くないので精度が悪い。これらの方法
のうち上記旋光度計法によれば、操作は簡便ではある
が、操作時の温度の影響を大きく受ける。従って、旋光
度計法は、一般の人々が家庭などで簡易に糖類を定量す
る方法としては適切でない。近年、酵素の有する特異的
触媒作用を利用した種々のタイプのバイオセンサが開発
されている。以下に、試料液中の基質の定量法の一例と
してグルコースの定量法について説明する。
は、グルコースオキシダーゼ(EC1.1.3.4:以
下GODと略す)と酸素電極あるいは過酸化水素電極と
を使用して行う方法が一般に知られている(例えば、鈴
木周一編「バイオセンサー」講談社)。GODは、酸素
を電子受容体として、基質であるβ−D−グルコースを
D−グルコノ−δ−ラクトンに選択的に酸化する。酸素
の存在下で、GODによる酸化反応過程において、酸素
が過酸化水素に還元される。酸素電極によって、この酸
素の減少量を計測するか、あるいは過酸化水素電極によ
って過酸化水素の増加量を計る。酸素の減少量および過
酸化水素の増加量は、試料液中のグルコースの含有量に
比例するので、酸素の減少量または過酸化水素の増加量
からグルコースの定量を行うことができる。上記方法で
は、その反応過程からも推測できるように、測定結果は
試料液に含まれる酸素濃度の影響を大きく受ける欠点が
あり、さらに試料液に酸素が存在しない場合は測定が不
可能となる。
フェリシアン化カリウム、フェロセン誘導体、キノン誘
導体等の有機化合物や金属錯体を電子受容体として用い
る新しいタイプのグルコースセンサが開発されてきた。
このタイプのセンサでは、酵素反応の結果生じた電子受
容体の還元体を電極上で酸化することにより、その酸化
電流量から試料液中に含まれるグルコース濃度を求める
ことができる。このような有機化合物や金属錯体を酸素
の代わりに電子受容体として用いることで、既知量のG
ODとそれらの電子受容体を安定な状態で正確に電極上
に担持させて反応層を形成することが可能となる。この
場合、反応層を乾燥状態に近い状態で電極系と一体化さ
せることもできるので、この技術に基づいた使い捨て型
のグルコースセンサが近年多くの注目を集めている。
た場合、測定装置に着脱可能に接続されたセンサに試料
液を導入するだけで容易にグルコース濃度を測定できる
ようなシステムが提案されている。このような手法は、
グルコースの定量だけに限らず、試料液中に含まれる他
の基質の定量にも応用可能である。このような手法で試
料液中の基質を定量するには、通常、作用極と対極とを
有する二電極式のセンサを用いることが多い。
用いた測定装置においては、電流応答を得るためにセン
サの作用極と対極との間に電圧を印加する以前に、作用
極と対極との間に電圧を印加し、その両極間の抵抗値変
化に基づいて両極間の液絡を検知し、これによって試料
液がセンサに供給されたことを検知する方法をとること
が多い。その場合に、液絡を検知するための電圧印加に
よって両極の界面状態に変化を来し、測定結果に影響を
与える場合があった。また、二電極式での測定では、対
極を参照極として併用するため、基準となる対極電位が
作用極での酸化還元反応に伴い変動し、測定結果に影響
を与える場合があった。しかも、試料液が十分量電極系
に供給される前に、前記作用極ー対極間の抵抗値が変化
すると、これを液絡検知信号として測定が始まる場合が
あり、測定結果に影響を与えるおそれがあった。
めに本発明は、絶縁性の基板の同一平面上に、作用極、
対極に加えて、第3の電極を新たに設けた電極系を備え
るものである。すなわち、本発明のバイオセンサは、試
料液に含まれる基質と酸化還元酵素との反応により生成
する電子によって電子受容体を還元し、その電子受容体
の還元量を電気化学的に計測することにより、基質を定
量するバイオセンサであって、電気絶縁性基板と、前記
基板上に形成された作用極、対極、および液絡検知用電
極として使用される第3の電極を有する電極系と、前記
電極系の少なくとも作用極と対極上に設けられた少なく
とも酸化還元酵素を含有する反応層とを有する。
の特定化合物の定量をする際、前記第3の電極を液絡検
知用電極としてだけでなく、参照極としても併用するも
のである。本発明の基質の定量方法は、前記バイオセン
サの対極と第3の電極との間に電圧を印加する工程、試
料液を前記反応層に供給する工程、試料液の反応層への
供給によって生じた対極と第3の電極との間の電気的変
化を検知する工程、前記電気的変化を検知の後、作用極
と第3の電極および対極との間または作用極と対極との
間に電圧を印加する工程、および前記電圧の印加された
対極と作用極との間に生じた電流を測定する工程を有す
る。また、本発明の基質の定量方法は、前記の方法にお
いて、作用極と第3の電極および対極との間または作用
極と対極との間に電圧を印加する工程を、対極と第3の
電極との間に継続して電圧を印加しつつ行う。
し、このバイオセンサに供給される試料液中に含まれる
基質を定量する装置は、バイオセンサの前記第3の電極
に接続される電流/電圧変換回路と、この電流/電圧変
換回路に接続されたA/D変換回路と、バイオセンサの
前記作用極にスイッチを介して接続される電流/電圧変
換回路と、この電流/電圧変換回路に接続されたA/D
変換回路と、前記両者のA/D変換回路に接続された制
御部とを有し、この制御部は、前記スイッチを前記作用
極へのオン、オフの切り替えを制御するとともに、前記
スイッチを作用極から絶縁した状態で、試料液の前記反
応層への供給によって生じた、前記対極と第3の電極と
の間の電気的変化を検知した後、前記スイッチを作用極
に接続した状態で、作用極と第3の電極および対極との
間または作用極と対極との間に電圧を印加し、作用極と
対極との間に流れる電流を測定するように構成されてい
る。また、本発明の基質を定量する装置は、バイオセン
サの前記第3の電極と前記作用極とにスイッチにより切
り替え可能に接続される電流/電圧変換回路と、この電
流/電圧変換回路に接続されたA/D変換回路と、この
A/D変換回路に接続された制御部とを有し、この制御
部は、前記スイッチを制御して前記電流/電圧変換回路
を作用極または第3の電極に択一的に接続するととも
に、前記電流/電圧変換回路を第3の電極に接続した状
態で、試料液の前記反応層への供給によって生じた、前
記対極と第3の電極との間の電気的変化を検知した後、
前記電流/電圧変換回路を作用極に接続した状態で、作
用極と対極との間に電圧を印加し、作用極と対極との間
に流れる電流を測定するように構成されている。
加えて、新たに加えた第3の電極を液絡検知用電極とし
て用いるために、液絡検知のための電圧を作用極ー対極
間に印加する必要はない。また、試料液の供給を確実に
検知することができる。さらに、酵素と試料中の特定化
合物との反応に際しての物質濃度変化を、前記作用極に
電圧を印加することで得られる電気化学的応答に基づい
て測定する定量法において、電気化学的応答を得るため
の電圧を印加する際、前記第3の電極を液絡検知用電極
としてだけでなく参照極としても併用するために、基準
となる電位の変動が殆どない。従って、本発明によれ
ば、試料中の特定化合物について、迅速かつ高精度な定
量を簡便に実施することができる。
に説明する。 [実施例1]グルコースの定量法を説明する。グルコー
スセンサは図1に示すものを使用した。図1は、反応層
を除いたグルコースセンサの分解斜視図を示す。このグ
ルコースセンサは、ポリエチレンテレフタレートからな
る絶縁性の基板1、カバー9、および基板1とカバー9
との間にサンドイッチされるスペーサ10を有する。こ
れらは図1の中の一点鎖線で示すような位置関係をもっ
て接着されてグルコースセンサが構成される。スペーサ
10には試料液供給路を形成するためのスリット11が
設けられ、また、カバー9には試料液供給路に通じる空
気孔12が形成されている。基板1上にスペーサ10を
介してカバー9を積層して接着すると、基板1、スペー
サ10およびカバー9によってスリット11の部分に試
料液供給路となる空間部が形成され、この空間部の終端
部は上記空気孔12に連通する。
3の電極7が設けられ、さらにこれらにそれぞれ電気接
続されるリード2、4および3が設けられている。作用
極5は、リング状の対極8の内側に配置されている。第
3の電極7は、試料液供給路の入口11aに対して作用
極8から離れた位置に配置されている。電極7を除く前
記電極系(作用極5および対極8)上には反応層(図示
しない)が設けられている。図中、6は絶縁層である。
上記作用極5、電極7および対極8は、それぞれ上記空
間部に露出するように設けられている。
作製した。まず、ポリエチレンテレフタレートからなる
絶縁性の基板1上に、スクリーン印刷により銀ペースト
を印刷してリード2、3および4をそれぞれ形成した。
次に、樹脂バインダーを含む導電性カーボンペーストを
基板1上に印刷して作用極5を形成した。作用極5は上
記リード2と接触している。次に、その基板1上に、絶
縁性ペーストを印刷して絶縁層6を形成した。絶縁層6
は、上記作用極5の外周部を覆っており、これによって
作用極5の露出部分の面積は一定に保たれる。絶縁層6
は、リード2、3および4の一部を覆っている。上記リ
ード3の先端を露出させることにより、電極7を形成し
た。次に、樹脂バインダーを含む導電性カーボンペース
トをリード4と接触するように基板1上に印刷して対極
8を形成した。
および対極8)上にカルボキシメチルセルロース(以下
CMCという。)の水溶液を滴下し、乾燥させることで
CMC層を形成した。さらに、電極7を除く前記電極系
(作用極5、対極8)上に、酵素としてのGODおよび
電子受容体としてのフェリシアン化カリウムを含有する
水溶液を滴下し、乾燥させることで反応層を形成した。
次に、反応層上に、試料液の反応層への供給をより一層
円滑にするために、レシチンの有機溶媒溶液、例えばト
ルエン溶液を、試料液供給路の入口11aから反応層上
にわたって広げ、乾燥させることでレシチン層を形成し
た。次に、基板1に、カバー9およびスペーサ10を図
1中の一点鎖線で示すような位置関係をもって接着して
グルコースセンサを作製した。
溶液3μ1を試料液供給路にその入口11aより供給し
た。試料液は毛管現象により試料液供給路を通って空気
孔12にまで達し、電極系上の反応層が溶解した。試料
液の供給と同時に、電極系の対極8と電極7間の抵抗値
の変化に基づいて液の供給を検知するシステムが動作
し、測定装置の測定タイマーが始動した。55秒経過
後、電極系の電極7を基準にして所定の電位が作用極5
に印加され、5秒後の作用極5ー電極7間の電流値が測
定された。すなわち、反応層が試料液に溶解し、液中の
フェリシアン化イオン、グルコース、およびGODが反
応し、その結果、グルコースがグルコノラクトンに酸化
され、フェリシアン化イオンがフェロシアン化イオンに
還元される。この生成するフェロシアン化イオンを酸化
する電流が上記応答電流に相当する。その結果、試料液
中のグルコース濃度に依存した電流値が得られた。
を銀/塩化銀電極を基準にして測定したところ、作用極
5において酸化反応が生じているにもかかわらず、電極
7の電位の変動は殆ど見られなかった。また、作用極−
対極間の抵抗値変化に基づいて液絡検知を行っていた従
来法に比べて、応答値のばらつきが少なくなり応答特性
が向上した。
の入口11aに対して最も奥側に配置されているため、
3つの電極全てを含む空間部が試料液で満たされて初め
て、対極8−電極7間の抵抗値変化が検知される。これ
により、試料液供給路より供給された試料液が反応層の
全体を覆うまでに達したかどうかを、確実に判定するこ
とができる。本実施例においては、電極7上に反応層が
形成されていない場合について述べたが、電極7上に反
応層を形成した場合においても、同様の結果が得られ
た。さらに、上記実施例ではカバー9を接着させたセン
サについて述べたが、これに限定されることはなく、カ
バー9がないセンサにおいても、試料液は試料液供給路
を通じて3電極系に供給することができ、グルコース濃
度に依存するセンサ応答が得られた。
センサの電極系の配置を図2に示す。このグルコースセ
ンサにおいては、基板1上に設けられた対極8は、切欠
部21を有する略C字形に形成されている、そして、略
C字形の対極8の中央に配置された作用極5のリード2
は、切欠部21を通って対極8の外側へ導かれている。
その他の構成は実施例1のものと同様である。次に、こ
のグルコースセンサの作製方法を説明する。ポリエチレ
ンテレフタレートからなる絶縁性の基板1に、スクリー
ン印刷により銀ペーストを印刷しリード2、3および4
を形成した。次に、樹脂バインダーを含む導電性カーボ
ンペーストをその基板1に印刷して作用極5および対極
8を形成した。作用極5はリード2と接触しており、対
極8はリード4と接触している。次に、基板1上に絶縁
性ペーストを印刷して絶縁層6を形成した。絶縁層6
は、作用極5の外周部を覆っており、これによって作用
極5の露出部分の面積は一定に保たれる。また、絶縁層
6は、リード2、3および4の一部を覆っている。電極
7は、リード3の先端を露出させることにより形成し
た。以後は、実施例1と同様の工程を経てグルコースセ
ンサを作製した。
例1と同様に、試料液としてグルコース水溶液3μ1を
その試料液供給路にその入口11aより供給して、応答
電流値を測定した。その結果、実施例1と同様に試料液
の有無を確実に判定することができ、かつグルコース濃
度に依存するセンサ応答が得られた。本実施例によれ
ば、作用極5に接続されたリード2を対極8に設けた切
欠部21を通って対極8の内部から外部へ導出するよう
にしているので、作用極5および対極8を基板1上に同
時に印刷により形成することができる。従って、実施例
1に比較して製造工程が一工程削減され、バイオセンサ
の製造コストを削減することができた。
センサを作製した。このグルコースセンサBを図3に示
す回路を有する測定器Aに接続した。グルコースセンサ
Bは、基板1上に形成された作用極5、対極8、および
液絡検知用電極として使用される第3の電極7を含む電
極系を有している。作用極5にはリード2を介して端子
2aが接続され、対極8にはリード4を介して端子4a
が接続され、電極7にはリード3を介して端子3aが接
続されている。測定器Aは、グルコースセンサのそれぞ
れの端子2a、3aおよび4aに接続される端子16、
15および17を有するコネクタ14と、コネクタ14
の端子15に接続される電流検出部18と、端子16に
スイッチ13を介して接続されるA/D変換回路19
と、マイクロコンピュータなどよりなる制御部20とを
有する。
より一定電位が印加されているので、センサBに試料液
が供給されると、電極7ー対極8間に流れる電流を電流
検出部18にて検知することで液の供給を検知するシス
テムが動作し、スイッチ13がオンする。そして、制御
部20を介して測定タイマーがスタートする。一定時間
後、例えば55秒後に、センサBの作用極5と対極8間
には応答電流を得るために必要な一定電圧が印加され
る。こうして作用極5と対極8間に流れる電流は、電圧
に変換され、その電圧値はA/D変換回路19によりあ
る一定時間でのパルス数に変換される。制御部20はそ
のパルス数をカウントし、応答値を算出し、その結果を
表示する。上記のようにして測定タイマーが作動した
後、所定時間経過後、対極8を基準にして所定の電位を
作用極5に印加し、5秒後に作用極5と対極8間に流れ
る電流値を測定したところ、試料中のグルコースに依存
した電流応答が得られた。実施例1と同様に、試料液の
有無を確実に判定することができ、試料液が電極7に到
達しない限り測定を開始しない。故に液量差による測定
誤差が従来に比べ大幅に減少した。同様の結果は、電極
7を対極として用いた場合にも得られた。本実施例のよ
うな測定において、応答電流を得るための電圧を印加す
る場合、電極7、すなわち、第3の電極と対極7とを区
別する必要はない。
センサの電極系の配置を図4に示す。このグルコースセ
ンサにおいては、基板1上に設けられた略C字形の対極
8の試料液供給路の入口11aから遠い方の周縁に、切
欠部22が設けられ、この切欠部22内に電極7が配置
されている。反応層は作用極5および対極8と同様に、
電極7上にも設けられている。その他の構成は、実施例
2のものと同様である。このグルコースセンサは、電極
7上にも、作用極5および対極8と同様に、反応層を形
成した以外は、実施例2と同様の工程を経て作製した。
得られたグルコースセンサを用いて、実施例1と同様
に、試料液としてグルコース水溶液3μlをその試料液
供給路へ入口11aより供給して、応答電流値を測定し
た。その結果、実施例1と同様に、試料液中のグルコー
ス濃度に依存した電流応答が得られた。本実施例のグル
コースセンサによれば、電極7を対極8に設けた切欠部
22内に配置することで、電極7上への反応層の形成が
容易となった。さらに、作用極8と電極7との間の距離
が短くなったため、電位印加時における電圧降下の影響
が減少した。
センサの電極系の配置を図5に示す。このグルコースセ
ンサにおいては、基板1上に設けられた略C字形の対極
8の試料液供給路の入口11aに近い方の周縁に、切欠
部22が設けられ、この切欠部22内に電極7が配置さ
れている。反応層は作用極5および対極8と同様に、電
極7上にも設けられている。その他の構成は実施例2と
同様である。このグルコースセンサは、電極7上にも、
作用極5および対極8と同様に、反応層を形成した以外
は、実施例2と同様の工程を経て作製した。得られたグ
ルコースセンサを用いて、実施例1と同様に、試料液と
してグルコース水溶液3μlをその試料液供給路の入口
11aより供給して、応答電流値を測定した。その結
果、実施例1と同様に、試料液中のグルコース濃度に依
存した電流応答が得られた。さらに、本実施例によれ
ば、基板1上のより試料液供給路の入口11aに近い位
置に電極7を配置することで、試料液供給時に電極7が
確実にその試料液に浸漬する。その結果、電極7を参照
極として用いる場合、基準電位がより安定し、ばらつき
の少ない応答結果が得られた。
センサの電極系の配置を図6に示す。このグルコースセ
ンサにおいては、基板1上に設けられた略C字形の対極
8と、対極8の内側に配置された作用極5との間に形成
された空間部23に電極7が配置されている。電極7は
略C字形に形成されている。反応層は作用極5および対
極8と同様に、電極7上にも設けられている。その他の
構成は実施例2のものと同様である。本実施例のグルコ
ースセンサは以下のようにして作製した。ポリエチレン
テレフタレートからなる絶縁性の基板1上に、スクリー
ン印刷により銀ペーストを印刷しリード2、3および4
を形成した。次に、樹脂バインダーを含む導電性カーボ
ンペーストを印刷して作用極5および電極7を形成し
た。作用極5はリード2と接触しており、電極7はリー
ド3と接触している。次に、その基板1上に、絶縁性ペ
ーストを印刷して絶縁層6を形成した。絶縁層6は、作
用極5および電極7の外周部を覆っており、これによっ
て作用極5および電極7の露出部分の面積は一定に保た
れる。さらに、絶縁層6は、リード2、3および4の一
部を覆っている。次に、その基板1上に、樹脂バインダ
を含む導電性カーボンペーストをリード4と接触するよ
うに印刷して対極8を形成した。以後、実施例4と同様
の工程を経て、グルコースセンサを作製した。
例1と同様に、試料液としてグルコース水溶液3μlを
その試料液供給路の入口11aより供給して、応答電流
値を測定した。その結果、実施例1と同様に、試料液中
のグルコ−ス濃度に依存した電流応答が得られた。さら
に、本実施例によれば、電極7を作用極5の外周に配置
することで、電極7を参照極として用いる場合、作用極
5への電位印加がより安定し、その結果センサ応答特性
が向上した。
定器の回路図の一例である。センサBが測定器Aの所定
の位置にセットされたことを制御部28が検知すると、
電極7と対極8との間に直流電源34により500mV
の電圧が印加される。電極7と対極8との間に流れる電
流は、電流/電圧変換回路26で電圧に変換され、その
電圧値はA/D変換回路27により一定時間でのパルス
数にカウントされる。そこで、試料液がセンサに供給さ
れ、電極7と対極8とが液絡し、前記A/D変換回路2
7でカウントされる一定時間でのパルス数の増加として
コネクタ25の端子32ー33間の電気抵抗の変化が検
知されると、制御部28が測定タイマ−をスタートさせ
る。この時、電極7と対極8との間には、継続して50
0mVが印加されており、一連の動作が終了するまでこ
の電圧が印加され続ける。この電圧は一定である必要は
なく、変動してもよい。このように、電極7と対極8と
の間に継続して所定の電圧を印加するために、端子32
と制御部28との間にはスイッチ部品を必要としない。
これにより測定器の製造コストを削減することができ
る。
作用極5と電極7との間には、応答電流を得るために必
要な一定電圧500mVが直流電源35により印加され
る。こうして作用極5と対極8との間に流れる電流は、
電流/電圧変換回路26aにより電圧に変換され、その
電圧値はA/D変換回路27aにより一定時間でのパル
ス数に変換される。制御部28はそのパルス数をカウン
トし応答値を算出し、その結果を表示する。液絡検知の
ために、電極7と対極8との間に継続して所定の電圧を
印加することによるセンサ応答への影響は、殆ど観察さ
れなかった。
31、32に接続が切り替え可能なスイッチ29を設け
たものである。すなわち、試料液の供給による電極7と
対極8間の液絡を検知し、作用極5と対極8または電極
7との間に、応答電流を得るために必要な一定電圧が印
加されるまで、スイッチ29は端子32に接続されてい
る。この間、電極7と対極8との間には継続して所定の
電圧が印加されていてもよい。スイッチ29を切り替え
型にすることで、電流/電圧変換回路26およびA/D
変換回路27を併用することができ、製造コストを削減
することができる。一定時間経過後スイッチ29が端子
31に接続され、作用極5と対極8または電極7との間
に、応答電流を得るために500mVが印加される。3
4は直流電源を表す。
印加電圧を500mVとしたが、これに限定されること
はなく、電極7と対極8との間の電気的変化が検出でき
る電圧であればよい。また、応答電流を得るための電圧
を500mVとしたが、これに限定されることはなく、
一連の反応の結果生じた電子受容体の還元体を酸化でき
る電圧であればよい。上記実施例においては、親水性高
分子としてカルボキシメチルセルロース(CMC)を用
いたが、親水性高分子層を形成する親水性高分子には、
種々のものが使用される。例えば、ヒドロキシエチルセ
ルロース(HEC)、ヒドロキシプロピルセルロース
(HPC)、メチルセルロース、エチルセルロース、エ
チルヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルエ
チルセルロース、ポリビニルピロリドン、ポリビニルア
ルコール、ポリリジン等のポリアミノ酸、ポリスチレン
スルホン酸、ゼラチンおよびその誘導体、アクリル酸お
よびその塩、メタアクリル酸およびその塩、スターチお
よびその誘導体、無水マレイン酸およびその塩があげら
れる。その中でも、CMC、HEC、HPC、メチルセ
ルロース、エチルセルロース、エチルヒドロキシエチル
セルロース、カルボキシメチルエチルセルロースが好ま
しい。ポリリジン等のポリアミノ酸、ポリビニルアルコ
ール、ポリスチレンスルホン酸なども使用できる。
液に含まれる基質に応じて適宜選択することができる。
酸化還元酵素としては、例えば、フルクトースデヒドロ
ゲナーゼ、グルコースオキシダーゼ、アルコールオキシ
ダーゼ、乳酸オキシダーゼ、コレステロールオキシダー
ゼ、キサンチンオキシダーゼ、アミノ酸オキシダーゼな
どがあげられる。上記電子受容体としては、フェリシア
ン化カリウム、p−ベンゾキノン、フェナジンメトサル
フェート、メチレンブルー、フェロセン誘導休などがあ
げられる。また、酸素を電子受容体とした場合にもセン
サ応答が得られる。電子受容体は、これらの一種または
二種以上が使用される。上記酵素および電子受容体は、
試料液に溶解させてもよく、反応層を基板などに固定す
ることによって試料液に溶けないようにしてもよい。酵
素および電子受容体を固定化する場合、反応層は、上記
親水性高分子を含有することが好ましい。
ことができる。pH緩衝剤としては、リン酸二水素カリ
ウム−リン酸二カリウム、リン酸二水素カリウム−リン
酸二ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム−リン酸二カ
リウム、リン酸二水素ナトリウム−リン酸二ナトリウ
ム、クエン酸−リン酸二ナトリウム、クエン酸−リン酸
二カリウム、クエン酸−クエン酸三ナトリウム、クエン
酸−クエン酸三カリウム、クエン酸二水素カリウム−水
酸化ナトリウム、クエン酸二水素ナトリウム−水酸化ナ
トリウム、マレイン酸水素ナトリウム−水酸化ナトリウ
ム、フタル酸水素カリウム−水酸化ナトリウム、コハク
酸−四ホウ酸ナトリウム、マレイン酸−トリス(ヒドロ
キシメチル)アミノメタン、トリス(ヒドロキシメチ
ル)アミノメタン−トリス(ヒドロキシメチル)アミノ
メタン塩酸塩、 [N−(2−ヒドロキシエチル)ピペ
ラジン−N’−2−エタンスルホン酸]−水酸化ナトリ
ウム、[N−トリス(ヒドロキシメチル)メチル−2−
アミノエタンスルホン酸]−水酸化ナトリウム、[ピペ
ラジン−N,N’−ビス(2−エタンスルホン酸)]−
水酸化ナトリウムがあげられる。
図示したが、電極、リードの配置はこれらに限定される
ものではない。また、上記実施例では第3の電極の材料
として銀とカーボンについて述べたが、これに限定され
ることはなく、他の導電性材料や銀/塩化銀電極なども
使用できる。さらに、上記実施例ではカバー部材を接着
させたセンサについて述べたが、これに限定されること
はなく、カバー部材がないセンサにおいても、グルコー
ス濃度に依存するセンサ応答が得られる。
特定化合物について、迅速かつ高精度な定量を簡便に実
施することができる。
反応層を除去した状態の分解斜視図である。
の電極系の配列を示す基板の平面図である。
る測定器の回路の例を示す図である。
センサの電極系の配列を示す基板の平面図である。
センサの電極系の配列を示す基板の平面図である。
センサの電極系の配列を示す基板の平面図である。
測定器の回路の例を示す図である。
測定器の回路の他の例を示す図である。
Claims (20)
- 【請求項1】 試料液に含まれる基質と酸化還元酵素と
の反応により生成する電子によって電子受容体を還元
し、その電子受容体の還元量を電気化学的に計測するこ
とにより、基質を定量するバイオセンサであって、電気
絶縁性基板と、前記基板上に形成された作用極、対極、
および液絡検知用電極として使用される第3の電極を有
する電極系と、前記電極系の少なくとも作用極と対極上
に設けられた少なくとも酸化還元酵素を含有する反応層
とを有するバイオセンサ。 - 【請求項2】 試料液供給口へ供給された試料液が、前
記作用極および前記対極へ達した後、前記第3の電極へ
到達するように、第3の電極が作用極および対極よりも
試料液供給口から遠い方の位置に配置されている請求項
1に記載のバイオセンサ。 - 【請求項3】 前記対極が、平面視で一部に切欠部を有
する略C字形に形成され、その対極の内側に前記作用極
が電気絶縁状態で配置され、作用極に接続されたリード
が前記切欠部を通して対極の外側へ導出されている請求
項1または2に記載のバイオセンサ。 - 【請求項4】 前記対極の外周縁の一部に凹部が設けら
れ、この凹部に前記第3の電極が収容されている請求項
1〜3のいずれかに記載のバイオセンサ。 - 【請求項5】 試料液供給口へ供給された試料液が、前
記第3の電極へ達した後に作用極へ達するように、第3
の電極が作用極よりも試料液供給口に近い方の位置に配
置されている請求項1、3、または4に記載のバイオセ
ンサ。 - 【請求項6】 前記対極と作用極との間に第3の電極が
電気絶縁状態で配置されている請求項3に記載のバイオ
センサ。 - 【請求項7】 前記反応層が、さらに前記第3の電極上
にも設けられている請求項1〜6のいずれかに記載のバ
イオセンサ。 - 【請求項8】 前記基板上にカバーが配設され、前記基
板とカバーとの間に試料液供給路を構成する空間部が設
けられている請求項1〜7のいずれかに記載のバイオセ
ンサ。 - 【請求項9】 前記電極系が前記空間部に露出している
請求項8に記載のバイオセンサ。 - 【請求項10】 前記反応層が、さらに電子受容体を含
む請求項1〜9のいずれかに記載のバイオセンサ。 - 【請求項11】 前記反応層が、さらに親水性高分子を
含む請求項1〜10のいずれかに記載のバイオセンサ。 - 【請求項12】 電気絶縁性基板と、前記基板上に形成
された作用極、対極、および第3の電極を有する電極系
と、前記電極系の少なくとも作用極と対極上に設けられ
た少なくとも酸化還元酵素を含有する反応層とを有する
バイオセンサを用いて、試料液中に含まれる基質を定量
する方法であって、前記対極と第3の電極との間に電圧
を印加する工程、試料液を前記反応層に供給する工程、
試料液の反応層への供給によって生じた対極と第3の電
極との間の電気的変化を検知する工程、前記電気的変化
を検知の後、作用極と第3の電極および対極との間に電
圧を印加する工程、および前記電圧の印加された対極と
作用極との間に生じた電流を測定する工程を有する基質
の定量方法。 - 【請求項13】 電気絶縁性基板と、前記基板上に形成
された作用極、対極、および第3の電極を有する電極系
と、前記電極系の少なくとも作用極と対極上に設けられ
た少なくとも酸化還元酵素を含有する反応層とを有する
バイオセンサを用いて、試料液中に含まれる基質を定量
する方法であって、前記対極と第3の電極との間に電圧
を印加する工程、試料液を前記反応層に供給する工程、
試料液の反応層への供給によって生じた対極と第3の電
極との間の電気的変化を検知する工程、前記電気的変化
を検知の後、作用極と対極との間に電圧を印加する工
程、および前記電圧の印加された対極と作用極との間に
生じた電流を測定する工程を有する基質の定量方法。 - 【請求項14】 電気絶縁性基板と、前記基板上に形成
された作用極、対極、および第3の電極を有する電極系
と、前記電極系の少なくとも作用極と対極上に設けられ
た少なくとも酸化還元酵素を含有する反応層とを有する
バイオセンサを用いて、試料液中に含まれる基質を定量
する方法であって、前記対極と第3の電極との間に電圧
を印加する工程、試料液を前記反応層に供給する工程、
試料液の反応層への供給によって生じた対極と第3の電
極との間の電気的変化を検知する工程、前記電気的変化
を検知の後、対極と第3の電極との間に継続して電圧を
印加しつつ、作用極と第3の電極および対極との間に電
圧を印加する工程、および前記電圧の印加された対極と
作用極との間に生じた電流を測定する工程を有する基質
の定量方法。 - 【請求項15】 電気絶縁性基板と、前記基板上に形成
された作用極、対極、および第3の電極を有する電極系
と、前記電極系の少なくとも作用極と対極上に設けられ
た少なくとも酸化還元酵素を含有する反応層とを有する
バイオセンサを用いて、試料液中に含まれる基質を定量
する方法であって、前記対極と第3の電極との間に電圧
を印加する工程、試料液を前記反応層に供給する工程、
試料液の反応層への供給によって生じた対極と第3の電
極との間の電気的変化を検知する工程、前記電気的変化
を検知の後、対極と第3の電極との間に継続して電圧を
印加しつつ、作用極と対極との間に電圧を印加する工
程、および前記電圧の印加された対極と作用極との間に
生じた電流を測定する工程を有する基質の定量方法。 - 【請求項16】 請求項1〜11のいずれかに記載のバ
イオセンサの反応層に供給された試料液に含まれる基質
を定量する装置であって、試料液の前記反応層への供給
によって生じた、前記対極と第3の電極との間の電気的
変化を検知する手段、前記作用極と第3の電極および対
極との間または作用極と対極との間に電圧を印加する手
段、および前記作用極と対極との間に流れる電流を測定
する手段を有する基質の定量装置。 - 【請求項17】 請求項1〜11のいずれかに記載のバ
イオセンサの反応層に供給された試料液に含まれる基質
を定量する装置であって、試料液の前記反応層への供給
によって生じた、前記対極と第3の電極との間の電気的
変化を検知する手段、前記対極と第3の電極との間に継
続して電圧を印加しつつ、前記作用極と第3の電極およ
び対極との間または作用極と対極との間に電圧を印加す
る手段、および前記作用極と対極との間に流れる電流を
測定する手段を有する基質の定量装置。 - 【請求項18】 請求項1〜11のいずれかに記載のバ
イオセンサを着脱可能に接続し、このバイオセンサに供
給される試料液中に含まれる基質を定量する装置であっ
て、前記バイオセンサの前記第3の電極に接続される電
流/電圧変換回路と、この電流/電圧変換回路に接続さ
れたA/D変換回路と、前記バイオセンサの前記作用極
にスイッチを介して接続される電流/電圧変換回路と、
この電流/電圧変換回路に接続されたA/D変換回路
と、前記両者のA/D変換回路に接続された制御部とを
有し、この制御部は、前記スイッチを前記作用極へのオ
ン、オフの切り替えを制御するとともに、前記スイッチ
を作用極から絶縁した状態で、試料液の前記反応層への
供給によって生じた、前記対極と第3の電極との間の電
気的変化を検知した後、前記スイッチを作用極に接続し
た状態で、作用極と第3の電極および対極との間または
作用極と対極との間に電圧を印加し、作用極と対極との
間に流れる電流を測定するように構成された基質の定量
装置。 - 【請求項19】 請求項1〜11のいずれかに記載のバ
イオセンサを着脱可能に接続し、このバイオセンサに供
給される試料液中に含まれる基質を定量する装置であっ
て、前記バイオセンサの前記第3の電極に接続される電
流/電圧変換回路と、この電流/電圧変換回路に接続さ
れたA/D変換回路と、前記バイオセンサの前記作用極
にスイッチを介して接続される電流/電圧変換回路と、
この電流/電圧変換回路に接続されたA/D変換回路
と、前記両者のA/D変換回路に接続された制御部とを
有し、この制御部は、前記スイッチを前記作用極へのオ
ン、オフを切り替えを制御するとともに、前記スイッチ
を作用極から絶縁した状態で、試料液の前記反応層への
供給によって生じた、前記対極と第3の電極との間の電
気的変化を検知した後、前記対極と第3の電極との間に
継続して電位を印加しつつ、前記スイッチを作用極に接
続した状態で、作用極と第3の電極および対極との間ま
たは作用極と対極との間に電圧を印加し、作用極と対極
との間に流れる電流を測定するように構成された基質の
定量装置。 - 【請求項20】 請求項1〜11のいずれかに記載のバ
イオセンサを着脱可能に接続し、このバイオセンサに供
給される試料液中に含まれる基質を定量する装置であっ
て、前記バイオセンサの前記第3の電極と前記作用極と
にスイッチにより切り替え可能に接続される電流/電圧
変換回路と、この電流/電圧変換回路に接続されたA/
D変換回路と、このA/D変換回路に接続された制御部
とを有し、この制御部は、前記スイッチを制御して前記
電流/電圧変換回路を作用極または第3の電極に択一的
に接続するとともに、前記電流/電圧変換回路を第3の
電極に接続した状態で、試料液の前記反応層への供給に
よって生じた、前記対極と第3の電極との間の電気的変
化を検知した後、前記電流/電圧変換回路を作用極に接
続した状態で、作用極と対極との間に電圧を印加し、作
用極と対極との間に流れる電流を測定するように構成さ
れた基質の定量装置。
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