【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、種々の微量の生体試料中の特定成分について
、試料液を希釈することなく迅速かつ簡易に定量するこ
とのできるバイオセンサに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a biosensor that can quickly and easily quantify specific components in various minute amounts of biological samples without diluting the sample liquid.
従来の技術従来、血液などの生体試料中の特定成分について、試料
液の希釈や攪拌などの操作を行うことなく高精度に定量
する方式としては、第３図に示す様なバイオセンサが提
案されている（例えば、特開昭５９−１６６８６２号公
報）。このバイオセンサは、絶縁性基板９にリード１２
．１３をそれぞれ有する白金などからなる測定極１ｏお
よび対甑１１を埋設し、これらの電極系の露出部分を酸
化還元酵素および電子受容体を担持した多孔体で覆った
ものである。試料液を多孔体上へ滴下すると、試料液に
多孔体中の酸化還元酵素と電子受容体が溶解し、試料夜
中の基質との間で酵素反応が進行し、電子受容体が歯元
される。酵素反応終了後、この還元された電子受容体を
電気化学的に酸化し、このとき得られる酸化電流埴から
試料液中の基質濃度を求めることがなされていた。Conventional technology In the past, a biosensor as shown in Figure 3 has been proposed as a method for quantifying specific components in biological samples such as blood with high precision without performing operations such as diluting or stirring the sample solution. (For example, Japanese Patent Laid-Open No. 166862/1983). This biosensor has leads 12 on an insulating substrate 9.
．． A measuring electrode 1o and a pair of electrodes 11 made of platinum or the like having 13 are buried therein, and the exposed portions of these electrode systems are covered with a porous material carrying an oxidoreductase and an electron acceptor. When the sample solution is dropped onto the porous material, the oxidoreductase and electron acceptor in the porous material are dissolved in the sample solution, an enzymatic reaction progresses with the substrate in the sample, and the electron acceptor is removed. . After the enzymatic reaction is completed, the reduced electron acceptor is electrochemically oxidized, and the substrate concentration in the sample solution is determined from the oxidation current obtained at this time.
発明が解決しようとする問題点この様な従来の構成では、多孔体については、測定毎に
取り替えることにより簡易に測定に供することができる
が、電極系については洗浄等の操作が必要である。一方
電極系をも含めて測定毎の使い棄てが可能となれば、測
定操作上、極めて簡易になるものの、白金等の電極材料
や構成等の面から、非常に高価なものにならざるを得な
い。Problems to be Solved by the Invention In such a conventional configuration, the porous body can be easily used for measurement by replacing it for each measurement, but the electrode system requires operations such as cleaning. On the other hand, if the electrode system, including the electrode system, could be disposed of after each measurement, the measurement operation would be extremely simple, but it would be extremely expensive due to the electrode materials such as platinum and the structure. do not have.
本発明はこれらの点について種々検討の結果、電極系と
多孔体を一体化することにより、生体試料中の特定成分
を極めて容易に迅速かつ高精度に定量することのできる
安価なディスポーザブルタイプのバイオセンサを提供す
るものである。As a result of various studies on these points, the present invention has developed an inexpensive disposable type biotechnology that can extremely easily quantify specific components in biological samples quickly and with high precision by integrating an electrode system and a porous body. It provides a sensor.
問題点を解決するための手段本発明は上記問題点を解決するため、絶縁性基板に少な
くとも測定極と対極からなる電極系を設け、酵素と電子
受容体と試料液の反応に際しての物質濃度変化を電気化
学的に前記電極系で検知し、試料液中の基質濃度を測定
するバイオセンサにおいて、前記電極系の表面をあらか
じめ紫外線で照射し、さらに酸化還元酵素および電子受
容体を担持した多孔体とともに一体化したものである。Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides an electrode system consisting of at least a measurement electrode and a counter electrode on an insulating substrate, and detects changes in substance concentration during reactions between enzymes, electron acceptors, and sample liquids. In a biosensor that electrochemically detects substrate concentration in a sample solution by electrochemically detecting it with the electrode system, the surface of the electrode system is irradiated with ultraviolet rays in advance, and the porous body further supports an oxidoreductase and an electron acceptor. It is integrated with the
作用本発明によれば、電極系をも含めたディスポーザブルタ
イプのバイオセンサを構成することができ、試料液を多
孔体に添加することにより、極めて容易に基質濃度を測
定することができる。Effects According to the present invention, a disposable type biosensor including an electrode system can be constructed, and the substrate concentration can be extremely easily measured by adding a sample liquid to a porous body.
しかも、電極系の表面をあらかじめ紫外線で照射するこ
とにより、電極のぬれ性が向上し電極上へすみやかに反
応した試料液が達し、気泡の形成もなくなり、精度のよ
い測定が可能となった。Moreover, by irradiating the surface of the electrode system with ultraviolet rays in advance, the wettability of the electrodes was improved, allowing the reacted sample solution to reach the electrodes quickly, eliminating the formation of bubbles, and enabling highly accurate measurements.
実施例以下、本発明の一実施例について説明する。ExampleAn embodiment of the present invention will be described below.
バイオセンサの一例として、グルコースセンサについて
説明する。第１図は、グルコースセンサの一実施例につ
いて示したもので、構成部分の分解図である。ポリエチ
レンテレフタレートカラなる絶縁性基板１に、スクリー
ン印刷により導電性カーボンペーストラ印刷し、加熱乾
燥することにより、対極２．測定極３．参照極４からな
る電極系を形成する。次に、電極系を部分的に覆い、各
々の電極の電気化学的に作用する部分となる２′。A glucose sensor will be described as an example of a biosensor. FIG. 1 shows an embodiment of a glucose sensor, and is an exploded view of the constituent parts. A conductive carbon paste was printed on an insulating substrate 1 made of polyethylene terephthalate color by screen printing and dried by heating to form a counter electrode 2. Measuring pole 3. An electrode system consisting of a reference electrode 4 is formed. 2' then partially covers the electrode system and becomes the electrochemically active part of each electrode.
３／ 、 ４／ （各１−）を残す様に、絶縁性ペース
トを前記同様印刷し、加熱処理して絶縁層５を形成する
。An insulating paste is printed in the same manner as described above so that 3/ and 4/ (1-) are left, and heat treated to form an insulating layer 5.
この電啄系２／ 、 ３／ 、 ４′の表面を紫外線で
６分間照射することにより、電極表面のよごれを分解し
てぬれやすくする。By irradiating the surfaces of the electrodes 2/, 3/, and 4' with ultraviolet rays for 6 minutes, dirt on the electrode surfaces is broken down to make them easier to wet.
次に穴を開けた對脂製の保持枠６を絶縁層５に接着し、
前記電極系２／ 、 ３／ 、 ４ ／ を覆う様に多
孔体７を空間部を介して保持する。さらに多孔体より小
さい径の開孔部を有する樹脂製カバー８を接′着し、全
体を一体化する。この一体化されたバイオセンサについ
て、測定極３に清った断面図を第２図に示す。上記に用
いた多孔体は、酸化還元酵素トしてグルコースオキシダ
ーゼ１ｏｏｑと電子受容体としてフェリシアン化カリウ
ム１５０ｑｔ−ＰＨｓ、ａのリン酸緩衝液１ ｍｌに溶
解した液をナイロン不織布に含浸後、減圧乾燥して作製
したものである。Next, a holding frame 6 made of resin with holes drilled in it is glued to the insulating layer 5,
The porous body 7 is held via the space so as to cover the electrode systems 2/, 3/, and 4/. Furthermore, a resin cover 8 having an opening having a diameter smaller than that of the porous body is attached to integrate the whole body. FIG. 2 shows a cross-sectional view of this integrated biosensor, showing the measurement electrode 3. The porous material used above was prepared by impregnating a nylon nonwoven fabric with 1 ml of a phosphate buffer containing 1 ooq of glucose oxidase as an oxidoreductase and 150 qt-PHs of potassium ferricyanide as an electron acceptor, and then drying it under reduced pressure. It was made by
上記の様に構成したグルコースセンサの多孔体へ試料液
としてグルコース標準液を滴下し、滴下２分後に、参照
極を基準にして測定極の電位をアノード方向へ０．１７
７秒の速度で掃引した。この場合、添加されたグルコー
スは多孔体に担持されたグルコースオキシダーゼの作用
でフェリ７アン化カリウムと反応してフェロシアン化カ
リウムを生成する。そこで、上記のアノード方向への掃
引により、生成したフェロシアン化カリウム濃度に基づ
く酸化電流が得られ、この電流値は基質であるグルコー
ス濃度に対応する。A glucose standard solution is dropped as a sample solution into the porous body of the glucose sensor configured as described above, and after 2 minutes of dropping, the potential of the measurement electrode is changed by 0.17% towards the anode with reference to the reference electrode.
It was swept at a speed of 7 seconds. In this case, the added glucose reacts with potassium ferri7anide by the action of glucose oxidase supported on the porous material to produce potassium ferrocyanide. Therefore, by the above-mentioned sweep toward the anode, an oxidation current based on the concentration of potassium ferrocyanide produced is obtained, and this current value corresponds to the concentration of glucose, which is the substrate.
上記のグルコースセンサに血清サンプルを滴下し、２分
後にピーク電流を測定すると非常に再現性の良い応答が
得られた。電極表面を紫外線で照射しない場合は、電極
表面のぬれが悪く、特に絶縁層の部分で液がはじかれ電
極の露出部分２／ 、 ３７４′に充分反応液が仁なか
ったり、気泡が発生して測定誤差を生じた。紫外線照射
することで、電接上のよごれが洗浄でき、さらに絶縁層
も親水処理され、液がすみやかに流れ気泡の発生がみら
れなかった。電極の表面は、界面活性剤を塗布しても親
水性となるが、測定の時に溶けた界面活性剤が応答に影
響するためばらつきの一因となった。When a serum sample was dropped onto the above glucose sensor and the peak current was measured 2 minutes later, a response with very good reproducibility was obtained. If the electrode surface is not irradiated with ultraviolet rays, the electrode surface may not be well wetted, and the liquid may be repelled, especially at the insulating layer, and the exposed portions 2/374' of the electrode may not have enough reaction liquid or air bubbles may form. A measurement error occurred. By irradiating with ultraviolet rays, the dirt on the electrical connections could be cleaned, and the insulating layer was also treated to make it hydrophilic, allowing the liquid to flow quickly and no bubbles to form. The surface of the electrode becomes hydrophilic even if a surfactant is applied, but the surfactant dissolved during measurement affected the response, contributing to variations.
紫外線照射は、 ｄｒｙ状態でしかも短時間で処理でき
るため、ディスポーザブルタイプのセンサを大量製造す
る際、非常にメリットがあると考えられ・る。Since ultraviolet irradiation can be performed in a dry state and in a short time, it is considered to be very advantageous when mass-producing disposable type sensors.
電極系を形成する方法としてのスクリーン印刷は、均一
な特性を有するディスポーザブルタイプのバイオセンサ
を安価に製造することができ、特に、価格が安く、シか
も安定した電極材料であるカーボンを用いて電極を形成
するのに好都合な方法である。Screen printing as a method for forming electrode systems can produce disposable biosensors with uniform characteristics at low cost. In particular, screen printing can be used to fabricate electrode systems using carbon, which is an inexpensive and stable electrode material. This is a convenient method for forming.
本発明のバイオセンサにおける一体化の方法としては、
実施例に示した枠体、カバーなどの形や組み合わせに限
定されるものではない。また、用いる多孔体としては、
ナイロン不織以外に、セルロース、レーヨン、セラミッ
ク、ポリカーボネート等からなる多孔体を単独、あ−る
いは組み合わせて用いることができる。さらに酸化還元
酵素と電子受容体の組み合わせも前記実施例に限定され
ることはなく、本発明の主旨に合致するものであれば用
いることができる。一方、上記実施例においては、電極
系として３電極刃式の場合について述べたが、対極と測
定極からなる２電極刃式でも測定は可能である。The method of integration in the biosensor of the present invention is as follows:
The present invention is not limited to the shapes and combinations of frames, covers, etc. shown in the examples. In addition, the porous body used is
In addition to nonwoven nylon, porous materials made of cellulose, rayon, ceramic, polycarbonate, etc. can be used alone or in combination. Further, the combination of oxidoreductase and electron acceptor is not limited to the above examples, and any combination can be used as long as it meets the gist of the present invention. On the other hand, in the above embodiments, a three-electrode blade type electrode system was described, but measurements can also be made with a two-electrode blade type consisting of a counter electrode and a measurement electrode.
発明の効果このように本発明のバイオセンサは、絶碌性基板、電極
系および酸化還元酵素と電子受容体を担持した多孔体を
一体化することにより、極めて容易に生体試料液中の基
質濃度を測定することができ、さらに電極表面を紫外線
で照射し、ぬれ性を向上させ、測定精度を向上させたも
のである。Effects of the Invention As described above, the biosensor of the present invention can extremely easily adjust the substrate concentration in a biological sample by integrating a durable substrate, an electrode system, and a porous body carrying an oxidoreductase and an electron acceptor. In addition, the electrode surface is irradiated with ultraviolet light to improve wettability and measurement accuracy.
第１図は本発明の一実施例であるバイオセンサの分解斜
視図、第２図はその縦断面図、第３図は従来のバイオセ
ンサの縦断面図である。１・・・・・・絶縁性基板、２・・・・・・対極、３・
・・・・・測定極、４・・・・・・参照極、６・・・・
・・絶縁層、６・・・・・・保持枠、７・・・・・・多
孔体、８・・・・・・樹脂製カバー。代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第２
図FIG. 1 is an exploded perspective view of a biosensor that is an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a longitudinal sectional view thereof, and FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a conventional biosensor. 1... Insulating substrate, 2... Counter electrode, 3.
...Measuring pole, 4...Reference pole, 6...
... Insulating layer, 6 ... Holding frame, 7 ... Porous body, 8 ... Resin cover. Name of agent: Patent attorney Toshio Nakao and 1 other person 2nd
figure
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61291815AJPS63144247A (en) | 1986-12-08 | 1986-12-08 | Biosensor |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61291815AJPS63144247A (en) | 1986-12-08 | 1986-12-08 | Biosensor |
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63144247Atrue JPS63144247A (en) | 1988-06-16 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61291815APendingJPS63144247A (en) | 1986-12-08 | 1986-12-08 | Biosensor |
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|---|---|
| JP (1) | JPS63144247A (en) |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003107031A (en)* | 2001-09-28 | 2003-04-09 | Arkray Inc | Method of manufacturing concentration measuring sensor |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003107031A (en)* | 2001-09-28 | 2003-04-09 | Arkray Inc | Method of manufacturing concentration measuring sensor |
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
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