JPS6375552A - 簡易酵素電極 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は、簡易酵素電極に関し、酵素センサー、例えば
血液中や尿中のグルコース濃度測定用の簡易型グルコー
スセンサー等に用いることができる簡易酵素電極に関す
るものである。

（従来の技術とその問題点） 酵素センサー、例えばグルコースセンサーを目的別に分
類すると、臨床検査機器への組み込みを目脂したもの、
簡易グルコース計を目脂したもの、人工膵臓への組み込
みを目脂したものなどが挙げられる。臨床検査機器へ組
み込まれたグルコースセンサーは、すでに市販品もあり
、その特徴として、小量生産のため量産性は高くないが
、測定回数を多くするため、酵素固定化し、酵素再利用
を計っていること、また被検液の希釈、血球分離、標準
液による較正、恒温槽の利用など、臨床検査機の装備充
実によりセンサーに対する設計の規制が少ないことが挙
げられる。

簡易グルコース計に関しては、使い捨て、家庭向による
使い良さを意図するため、精度は臨床検査機器用はど必
要ではないが、被検液の希釈や較正が実質的に出来ない
など使用条件が厳しく、センサー間の測定誤差の少ない
かつ、量産性の高いものでなければならない。

簡易グルコース器用として、現在主流になっているもの
は、グルコースオキシダーゼ、パーオキシダーゼ、色素
を試験紙に組み入れ、グルコース？５度による色調変化
を、目視あるいは測定器で検出する比色法を用いたもの
である。これは、被検液中の色素、例えば赤血球などに
より測定誤差を生み、精度誤差が大きく、一度つ？Ｊた
被検液を一定時間後に測定者が拭き取るなど、取扱も容
易とは言えない。

一方、ドライケミストリーでは、比色法の精度向上が計
られ、臨床検査方面で応用されているか、正確な被検液
量が必要で、簡易型としてめた場合、一検体あたりの測
定時間が長い、被検部恒温化、複雑な検出光学系など、
測定器が大掛かりになっている。

本発明の目的は、測定誤差が少なく、取扱が容易で、簡
易型の酵素センサー等に用いられるように、小型で量産
できる簡易酵素電極を提供することである。

（問題点を解決するだめの手段） 本発明は、基板上に極を構成する感応部と、電極と測定
器本体とを電気的に接続する接続部と、−，５− 感応部の領域を制限し感応部と接続部間を外部と絶縁す
る絶縁体でおおわれた絶縁部とから成る電極と、前記感
応部において、酵素固定化膜、さらにこの酵素固定化膜
をおおうように高分子膜を配し、酵素固定化膜が、酵素
を含んだ感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィー技術
によって作成され、および高分子膜が、光硬化性樹脂あ
るいは二液性または二液性の常温硬化性樹脂で印刷、あ
るいは感光性樹脂でフォトリソグラフィー技術によって
作成された酵素固定化部とで構成したことを特徴とする
簡易酵素電極である。

感応部の極は、基板上の同一平面」二に作用極、対極お
よび参照極の３極から構成し、あるいは陽極および陰極
の２極から構成することができる。

感応部は、少なくとも作用極上の一部、または少なくと
も陽極上の一部を酵素固定化膜とこれをおおう高分子膜
を配した酵素固定化部で構成することができる。

電極素材は、カーボン粉末、あるいは銀粉末を含んだ導
電性印刷インクを用いた印刷によって作成することが好
ましい。

また酵素固定化膜は、酵素を含んだ感光性樹脂を用いた
フォトリソグラフィー技術によって作成する。この場合
、感光性樹脂としては、通常市販されているものを使用
できる。例えばスチルバゾリウム残基を付加したポリビ
ニルアルコール、ヘンジインエチルエーテルを重合開始
剤とするポリエチレングリコールツククリレートなどが
挙げられる。

高分子膜は、光硬化性樹脂、あるいは二液性または二液
性の常温硬化性樹脂で印刷、あるいは感光性樹脂で、フ
ォ１〜リソグラフィーによって作成する。光硬化性樹脂
、二液性またば一？夜性樹脂、あるいは感光性樹脂を用
いると、 ■　印刷技術、フォトリソグラフィー技術を用いること
ができ、量産性および再現性が高い、■　非溶媒系なの
で、酵素に対して安全である、という利点がある。

光硬化性樹脂としてはウレタンアクリレート、ポリエス
テルアクリレート、エボキシアクリレー１・が挙げられ
、これに反応性希釈剤や光重合開始剤等を配合すること
ができる。二液性の常温硬化性樹脂としてはイソシアネ
ートとポリオールを配合したものや、エポキシ樹脂系、
シリコン樹脂系等が挙げられ、これらの他にいずれも市
販のものを使用できる。感光性樹脂としては、水または
水を主成分とした現像液で現像できるものが好ましく、
例工ばポリビニルアルコール類、２−エチルヒドロキシ
メククリレートとポリビニルアルコール、コロ２−　Ｌ
　Ｔ−とポリエチレングリコールモノアクリレートとポ
リビニルアルコールを配合した感光性樹脂等を用いるこ
とができる。

本発明の酵素電極に用いられる酵素としては、グルコー
スオキシダーゼの他に通常酵素電極に使用されているも
のを使用でき、例えばグルコースオキシダーゼ、コレス
テロールオキシダーゼ、アルコールオキシダーゼ、アル
デヒドオキシダーゼ、キザンチンオキシダーセ、ピルへ
−１−オキシダーゼ、ザルコシンオキシダーゼ、ウレー
トオキシダーゼ、アスコルヘートオキシダーゼ、グリセ
ロ−ルオキシダーゼ、乳酸オキシダーゼなどが挙げられ
る。

以下、本発明をさらに具体的に説明する。

本発明の酵素電極をグルコースセンサーに用いる場合を
例に説明する。

電気絶縁性の基板の同一面上に、導電性インクを用いて
作用極、対極および参照極の３極、あるいは陽極、陰極
の２極による！Ｉ２０□電極を形成し、感応部に感光性
樹脂を用いて酵素固定化膜を作成し、その上に光硬化性
樹脂や二液性の非溶媒性の硬化性樹脂を硬化させて、オ
ーバーコート膜である高分子膜を作成する。

この場合、電極部を印刷技術で、また感応部の酵素固定
化を印刷技術、あるいはフォトリソグラフィー技術を用
いて作成することができるので、量産性が高い。また、
オーハーコ−１・膜により、グルコース、１１□０□の
拡散の安定化が計られ、十分な測定レンジが得られるた
め、被検液の希釈などの煩雑な操作の必要がないという
利点がある。

また、オーハーフ−１〜膜の効果を考えると、例えばオ
ーバーコート膜がないポリビニルアルコール酵素固定化
膜だ＆Ｊの場合、グルコース応答は８ｍ　Ｍ　（１４４
ｍｇ／　ｄｌ）程度しか得られナイ。

グルコース　→−０□　　　　　　　　　　グルフッラ
クトン　＋　Ｈ２０□で表されるグルコースオキシダー
ゼの反応において、溶液中の０□量および膜中への０□
の拡散による供給量に限度があり、グルコースが過剰に
供給された状態になれば、応答が飽和する。その量が、
８ｍＭ程度である。

そこで、グルコースの透過量を減らし、グイナミノクレ
ンジを上げるのがオーバーコート膜の１つの役目である
。

さらに、ポリビニルアルコール膜は、吸水性があり、膨
潤して電極への密着性が悪くなり、電極表面へのＨ２Ｏ
。の拡散が変化し、応答電流の不安定化が生じる。オー
バーコート膜はこのポリビニルアルコール膜の密着性を
向上させる効果がある。

次に、本発明の簡易酵素電極の実施例を図面に基づき説
明する。

（実施例） 第１図は、酵素電極を導電性インクによって作成した電
極パターンを示す概略平面図である。

ポリエステル基板上に作用極１、対極２および参照極３
を印刷し、耐水性電気絶縁体で感応部４と接点（外部接
続部）５を分離する絶縁部を形成する。

第２図は、感応部の断面を示し、作用極】上に酵素を含
んだ感光性樹脂による酵素固定化膜６、その上に二液性
またば一液性常温硬化性樹脂、光硬化性樹脂などによる
オーバーコート膜７を形成する。

グルコースセンサに使用した場合、感応部上に被検液を
滴下すると、被検液中のグルコースはオーバーコート膜
によって拡散制限を受りて、グルコースオキシダーゼ固
定化膜中に達し、そこて０□の存在のもとに、グルコノ
ラフＩ・ンに変換され、０゜は１１２０□に還元される
。その１１２０２を、作用極」−で酸化する酸化電流か
ら、あらかじめ求められている検量線（酸化電流対グル
コース深度）をもとにして、グルコース深度が算出され
る。この時、作用極には＋１２０゜酸化電位として、参
照電極をｊＪ　０ｊとして９００ｍＶ　（Δｇ／ＡｇＣ
Ｉ）を印加した。また、対極は電流供給のための極であ
る。

また、ハイオセンザーとして多項目化する場合には、本
発明の酵素電極の感応部の作用極を複数化して、例えば
、第３図に示したような電極において、作用極８にグル
コースオキシダーゼ、作用極９にコレステロールオキシ
ダーゼ、作用極１０にウレートオキシダーゼの酵素固定
化膜を用い、対極２および参照極３を設け、グルコース
、コレステロールおよび尿酸を同時に測定することがで
きる。

以下、実施例を更に具体的な材料および数字に基づき説
明する。

実施例１ 作用極の作成： スチルバゾリウム残基を１．３ｍｏ１％で付加したポリ
ビニルアルコールの感光性樹脂１１．０ｗｔ％の水溶液
１ｇ中に２．５ｍｇのグルコースオキシダーゼを？容か
し、これを第２図の感応部作用極−トに塗布し、乾燥し
た後３３０〜４９０ｎｍの近紫外ＶＡ３　ｍ凶／Ｃ苗の
強度で５分間露光さゼた。さらに、その」−にイソシア
ネートとポリオールを７昆合させた？夜を塗布し、２４
時間室温で硬化させ、ポリウレタン膜を形成した。

参照極の作成： 導電性カーボンインクで作成した２關２の参照極上に、
ｐ−キノン０．２Ｍエタノール液を５μｐ塗布し、乾燥
後、光硬化性ウレタンアクリレ−（・を約２０７ｚｍの
厚みにして硬化させた。

ｐ−キノン電極は、 の酸化還元電極反応て、ｐ　Ｈに依存する。依存性は一
５９ｍＶ／ｐＨであるが、薄液の場合ｐＨが７．３５〜
７．４５と安定しているので問題はない。時間安定性も
５０ｍＶ±５ｍＶ以内で、測定時間中は十分安定である
。このｐ−キノン電極のｐ　Ｈ依存性を第４図に示す。

グルコースの検出： このようにして作成した作用極および参照極を用い、作
用極に８５０ｍＶ印加して、このグルコースセンサーの
グルコース検量線を求めた。その結果を第５図に示す。

これはｐＨ７，２の０．１Ｍリン酸緩衝液中で、温度３
０℃において求めたものである。０．５ｍＭ（９ｍｇ／
〃）から１００ｍＭ　（１８００ｍｇ／　ｄｌ）以上の
グルコース濃度まで応答した。

実施例２ 実施例１のポリビニルアルコールにグルコースオキシダ
ーゼを固定化した膜上に、ウレタンアクリレート系光硬
化樹脂（東亜合成化学、商品名アロニソクスＭ１２００
とアロニソクスＭ１５０を１：１に混合）を塗布し、３
　ｍＷ／　ｃＡ　（３３０ｎｍ〜４９０ｎｍ）の近紫外
線を１０分照射し、硬化させた。このグルコースセンサ
ーも１００ｍＭ　（１８００ｍｇ／　ｄｌ）以上まで応
答が得られた。

１２一 実施例３ 実施例１のポリビニルアルコールにグルコースオキシダ
ーゼを固定化した膜上に、シリコン系光硬化性樹脂（信
越化学、商品名ＫＰ６０］、）を塗布し、３　ｍＷ／　
ｃｔ　（３３０ｎｍ〜４９８ｎｍ）の近紫外線を１０分
照射し、硬化させ、］、　Ｏｔｔ　ｍの厚みに成膜した
。このセンサーは、グルコース１００ｍＭ　（１８００
ｍｇ／　ｄｌ）まで応答が得られた。

実施例４ この実施例では参照電極を除き、作用極と対極の２極法
を用いた。実施例１と同様に感応部作用極上に、ポリビ
ニルアルコール（スチルバゾリウム基）にグルコースオ
キシダーゼ２．５ｍｇ／ｇ　混合したものを、塗布し、
近紫外線で硬化させ、酵素固定化膜を作成し、さらにそ
の上にポリウレタン膜を形成した。作用極に、対極に対
して９００ｍＶを印加し、実施例１と同様にグルコース
の検量線を求めた。その結果を第６図に示す。

このセンサーは、グルコース１．００ｍＭ　（１，８０
０ｍｇ／ｄｉ）まで応答が得られた。

−１４，−− （発明の効果） 以十、本発明の酵素電極によれば、 ■　電極部を導電性インクと絶縁レジス！・を用いて、
印刷により簡単に作成できる、 ■　感応部の酵素固定化膜を、感光性樹脂オーバーコー
ト膜と無溶媒の二液性またば一液性硬化性樹脂、あるい
は光硬化樹脂の印刷、フォトリソグラフィー技術を用い
て容易に作成できる、という特徴を持ち、量産性が高く
軽量化が可能なので簡易型の酵素センサーに組み込むこ
とができ、オーバーコート膜によりグルコースなどの酵
素の透過制限と、酵素固定化膜の密着性の向」二による
応答の安定化が得られる結果、応答レンジが広くなり、
例えばグルコースでは１００ｍＭ　（１８００ｍｇ／ｄ
ｉ）以上まで可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による電極パターンを示す概略
平面図、 第２図は第１図の感応部を示す断面図、第３図は本発明
を多項目化した酵素電極に使用した例を示す概略断面図
、 第４図は本発明実施例に使用するｐ−キノン電極のｐ　
Ｈ依存性を示すグラフ、 第５図は本発明実施例１によるグルコースセンザーのグ
ルコース検量線を示すグラフ、第６図は本発明実施例４
によるグルコースセンザーのグルコース検量線を示すグ
ラフである。 １−作用極、　２一対極、　３−参照極、４−感応部、
　５−接点、　６−酵素固定化膜、７−オーバーコート
膜、 ８〜１０−作用極。 第１１ 第２図 １二１７＝ つ 第３図 第４図 Ａｇ／ＡｇＣ１ ｖ ２００　　’、。 ゝ、 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）基板上に極を構成する感応部と、電極と測定器本体
   とを電気的に接続する接続部と、感応部の領域を制限し
   感応部と接続部間を外部と絶縁する絶縁部でおおわれた
   絶縁部から成る電極と、 感応部において、酵素固定化膜、さらにこの酵素固定化
   膜をおおうように高分子膜を配し、酵素固定化膜が、酵
   素を含んだ感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィー技
   術によって作成され、および高分子膜が、光硬化性樹脂
   あるいは二液性または一液性の常温硬化性樹脂で印刷、
   あるいは感光性樹脂でフォトリソグラフィー技術によっ
   て作成された酵素固定化部と、 で構成したことを特徴とする簡易酵素電極。 ２）感応部の極を、基板上の同一平面上に作用極、対極
   および参照極の３極から構成し、感応部の少なくとも作
   用極上の一部を、酵素固定化膜とこれをおおう高分子膜
   を配した酵素固定化部で構成した特許請求の範囲第１項
   記載の簡易酵素電極。 ３）感応部の極を、基板上の同一平面上に陽極および陰
   極の２極から構成し、感応部の少なくとも陽極上の一部
   を、酵素固定化膜とこれをおおう高分子膜を配した酵素
   固定化部で構成した特許請求の範囲第１項記載の簡易酵
   素電極。 ４）電極素材が、カーボン粉末、あるいは銀粉末を含ん
   だ導電性印刷インクを用いた印刷によって作成された特
   許請求の範囲第１項、第２項または第３項記載の簡易酵
   素電極。