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ES2331689T3 - Biosensor. - Google Patents

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ES2331689T3
ES2331689T3 ES01948050T ES01948050T ES2331689T3 ES 2331689 T3 ES2331689 T3 ES 2331689T3 ES 01948050 T ES01948050 T ES 01948050T ES 01948050 T ES01948050 T ES 01948050T ES 2331689 T3 ES2331689 T3 ES 2331689T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
electrode
counter electrode
sample
working electrode
glucose
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
ES01948050T
Other languages
English (en)
Inventor
Yuko Taniike
Shin Ikeda
Shiro Nankai
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp filed Critical Panasonic Corp
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Publication of ES2331689T3 publication Critical patent/ES2331689T3/es
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
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Abstract

Biosensor que comprende una primera placa aislante (31) de base que tiene un electrodo (34) de trabajo, una segunda placa aislante (41) de base que tiene un contraelectrodo (45) opuesto a dicho electrodo (34) de trabajo, una capa (30) de reactivo que comprende por lo menos una oxidorreductasa, y una vía de suministro de muestras formada entre la primera y la segunda placas (31, 41) de base aislantes, en el que dicho electrodo (34) de trabajo, el contraelectrodo (45) y la capa (30) de reactivo están expuestos a un interior de dicha vía de suministro de muestras, caracterizado porque el área de dicho contraelectrodo (45) expuesta a la vía de suministro de muestras es menor que el área de dicho electrodo (34) de trabajo expuesta a la vía de suministro de muestras.

Description

Biosensor.
Campo técnico
La presente invención se refiere a un biosensor para la cuantificación rápida y altamente precisa de un sustrato contenido en una muestra.
Antecedentes de la técnica
Como métodos para un análisis cuantitativo de azúcares, tales como sacarosa y glucosa, se han desarrollado métodos que hacen uso de la polarimetría, la colorimetría, la reductimetría y una variedad de cromatografías. No obstante, estos métodos presentan todos ellos una especificidad deficiente para los azúcares y, por lo tanto, presentan una baja precisión. Entre estos métodos, la polarimetría es sencilla en cuanto a manipulación, pero en la misma influye en gran medida la temperatura durante la manipulación. Por esta razón, la polarimetría no resulta adecuada como método para una cuantificación sencilla de azúcares en casa, etcétera, para personas comunes.
Recientemente, se han estado desarrollando varios tipos de biosensores que utilizan la acción catalítica específica de enzimas.
La siguiente es una descripción de un método de cuantificación de glucosa como ejemplo del método de cuantificación de un sustrato contenido en una muestra.
Como método electroquímico de cuantificación de glucosa, es bien conocido en general (véase, por ejemplo, "Biosensor" ed. por Shuichi Suzuki, Kodansha) un método que hace uso de la glucosa oxidasa (EC 1.1.3.4: en lo sucesivo abreviada como GOD) como enzima y un electrodo de oxígeno o un electrodo de peróxido de hidrógeno.
La GOD oxida selectivamente \beta-D-glucosa como sustrato en D-glucono-\delta-lactona usando oxígeno como mediador electrónico. En presencia de oxígeno, el oxígeno se reduce a peróxido de hidrógeno durante el proceso de la reacción de oxidación por medio de la GOD. La cantidad disminuida de oxígeno es medida por el electrodo de oxígeno, o la cantidad aumentada de peróxido de hidrógeno es medida por el electrodo de peróxido de hidrógeno. Como la cantidad disminuida de oxígeno y la cantidad aumentada de peróxido de hidrógeno son proporcionales al contenido de glucosa en el ejemplo, es posible la cuantificación de glucosa basándose en la cantidad disminuida de oxígeno o la cantidad aumentada de peróxido de hidrógeno.
El método anterior utiliza la especificidad de la reacción enzimática para posibilitar una cuantificación precisa de glucosa en la muestra. No obstante, tal como se especula a partir del proceso de la reacción, existe un inconveniente por el que los resultados de la medición se ven afectados en gran medida por la concentración de oxígeno de la muestra, y si el oxígeno está ausente en la muestra, la medición es inviable.
En tales circunstancias, se han desarrollado sensores de glucosa de un tipo nuevo que usan como mediador electrónico ferricianuro potásico, un compuesto orgánico o un complejo metálico tal como un derivado de ferroceno y un derivado de quinona sin usar oxígeno como mediador electrónico. En los sensores de este tipo, el mediador electrónico en forma reducida resultante de la reacción enzimática se oxida en un electrodo de trabajo, y se puede determinar la concentración de glucosa contenida en la muestra basándose en la cantidad de esta corriente de oxidación. Llegado este momento, en un contraelectrodo, se produce una reacción en la que se reduce el mediador electrónico en forma oxidada para producir mediador electrónico en forma reducida. Con el uso de dicho compuesto orgánico o complejo metálico como mediador electrónico en lugar de oxígeno, es posible formar una capa de reactivo al mismo tiempo que el electrodo es portador de una cantidad conocida de GOD y de mediador electrónico en un estado estable y de una manera precisa, de manera que es posible la cuantificación precisa de glucosa sin que la misma se vea afectada por la concentración de oxígeno de la muestra. Es también posible integrar la capa de reactivo que contiene el enzima y el mediador electrónico, en un estado casi seco, con un sistema de electrodos, y, por ello, recientemente se está prestando gran atención a los sensores de glucosa desechables basados en esta técnica. Un ejemplo típico de los mismos es un biosensor dado a conocer en la publicación de patente japonesa nº 2517153. En dicho sensor de glucosa desechable, es posible medir fácilmente la concentración de glucosa con un dispositivo de medición simplemente introduciendo una muestra en el sensor conectado de forma separable al dispositivo de medición.
En la medición realizada por dicho sensor de glucosa, es posible, con el uso de una muestra cuya cantidad es del orden de varios \mul, determinar fácilmente la concentración del sustrato en la muestra. No obstante, en los últimos años, se espera con gran expectación en varios campos el desarrollo de biosensores que permitan mediciones con el uso de una muestra en una cantidad todavía menor, aproximadamente no mayor que 1 \mul. En la mayoría de los casos, los sensores electroquímicos de glucosa convencionales tienen un sistema de electrodos que está dispuesto en un plano. Cuando la cantidad de muestra es extremadamente pequeña, dicha disposición hace que aumente la resistencia a la transferencia de carga eléctrica de los electrodos, principalmente la transferencia iónica, con la posibilidad de que se produzcan variaciones en los resultados de las mediciones.
\newpage
De este modo, se propone un biosensor que tiene un electrodo de trabajo y un contraelectrodo que están dispuestos en oposición mutua (publicación de patente japonesa abierta al público nº Hei 11-350293). En este tipo de sensor, la disposición en oposición del electrodo de trabajo y el contraelectrodo facilita la transferencia iónica entre el electrodo de trabajo y el contraelectrodo, y por esta y otras razones, este tipo de sensor es capaz de cuantificar un sustrato, tal como glucosa, contenido en una muestra, con una precisión y una sensibilidad mayores que los biosensores convencionales que tienen un sistema de electrodos dispuesto en un plano.
En el documento EP-A-0.964.059 se da a conocer también un biosensor que tiene un electrodo de trabajo y un contraelectrodo en oposición en el cual se basa la parte precaracterizante de la reivindicación 1.
En los documentos US-A-5.437.999 y WO-A-98/35225 se dan a conocer también biosensores en general similares.
Como recientemente se está solicitando reducir de forma adicional la cantidad de muestra necesaria para la medición, existe una necesidad de realizar un biosensor con una sensibilidad todavía mayor que posibilite mediciones con el uso de una cantidad aún menor de una muestra.
A la vista de los inconvenientes anteriores, es un objetivo de la presente invención proporcionar un biosensor altamente sensible que necesite una cantidad menor de muestra para la medición.
Exposición de la invención
Un biosensor de la presente invención comprende una primera placa aislante de base que tiene un electrodo de trabajo, una segunda placa aislante de base que tiene un contraelectrodo opuesto al electrodo de trabajo, una capa de reactivo que comprende por lo menos una oxidorreductasa, y una vía de suministro de muestras formada entre la primera y la segunda placas de base aislantes, en el que el electrodo de trabajo, el contraelectrodo y la capa de reactivo están expuestos a un interior de la vía de suministro de muestras,
caracterizado porque el área del contraelectrodo expuesta a la vía de suministro de muestras es menor que el área del electrodo de trabajo expuesta a la vía de suministro de muestras.
En sistemas de medición del campo electroquímico, se hace en general que el área del contraelectrodo sea mayor que el área del electrodo de trabajo de tal manera que la reacción en el contraelectrodo no se convierta en una etapa determinante de la velocidad. No obstante, en el biosensor de la presente invención en el cual el contraelectrodo y el electrodo de trabajo están dispuestos en posiciones opuestas, el área del contraelectrodo es menor que la del electrodo de trabajo, con lo cual la densidad de corriente en el contraelectrodo resulta mayor que cuando el área del contraelectrodo es más grande que la del electrodo de trabajo; supuestamente por esta o por otras razones, la concentración de las especies de oxidación/reducción en las proximidades del contraelectrodo se hace mayor. Como consecuencia, resulta posible una cuantificación altamente sensible de un sustrato ya que la respuesta del sensor depende de la concentración de la especie de oxidación/reducción en las proximidades del contraelectrodo. Además, como la reducción en el área del contraelectrodo posibilita una reducción en el volumen de la vía de suministro de muestras, resulta posible una reducción en la cantidad de muestra.
Preferentemente, la distancia entre el electrodo de trabajo y el contraelectrodo es 150 \mum ó menor. La distancia entre el electrodo de trabajo y el contraelectrodo está preferentemente comprendida entre 40 y 150 \mum y más preferentemente entre 40 y 100 \mum.
En el biosensor de la presente invención, la cantidad de una solución de muestra a introducir en la vía de suministro de muestras mediante acción capilar está preferentemente comprendida entre 10 nl y 5 \mul y más preferentemente entre 50 nl y 500 nl.
Esto facilita la transferencia de carga eléctrica entre el electrodo de trabajo y el contraelectrodo y suprime la dispersión de la capa de difusión de una especie de oxidación/reducción en el electrodo de trabajo para mantener el gradiente de concentración de la especie de oxidación/reducción en la capa de difusión a un nivel alto, incrementando de este modo la respuesta del sensor.
Se prefiere que el contraelectrodo esté posicionado inmediatamente por encima del electrodo de trabajo. El contraelectrodo posicionado inmediatamente por encima del electrodo de trabajo significa que el contraelectrodo completo está posicionado de manera que se superpone sobre el electrodo de trabajo cuando se observa desde la dirección perpendicular al electrodo de trabajo.
El área S_{1} del electrodo de trabajo expuesta a la vía de suministro de muestras está preferentemente entre 0,1 y
2,0 mm^{2}, y el área S_{2} del contraelectrodo expuesta a la vía de suministro de muestras es preferentemente no menor que 0,05 y menor que 2,0 mm^{2}.
La primera placa de base y la segunda placa de base están configuradas preferentemente para emparedar un elemento espaciador. Esto hace que aumente la resistencia contra la presión física aplicada en las placas de base, posibilitando de este modo la prevención de un cortocircuito provocado por el contacto entre el electrodo de trabajo y el contraelectrodo y la reducción de la influencia de la presión física sobre la respuesta de corriente.
Breve descripción de los dibujos
La Fig. 1 es una vista explosionada en perspectiva de un sensor de glucosa de Estructura 1 del cual se han omitido la capa de reactivo y la capa de surfactante.
La Fig. 2 es una vista en sección transversal longitudinal del mismo sensor de glucosa.
La Fig. 3 es una vista explosionada en perspectiva de un sensor de glucosa de Estructura 2 del cual se han omitido la capa de reactivo y la capa de surfactante.
La Fig. 4 es una vista en perspectiva de un sensor de glucosa de la Forma de Realización 1 de la presente invención del cual se han omitido la capa de reactivo y la capa de surfactante.
La Fig. 5 es una vista en sección transversal longitudinal del mismo sensor de glucosa.
La Fig. 6 es una vista explosionada en perspectiva de un sensor de glucosa en un ejemplo comparativo del cual se han omitido la capa de reactivo y la capa de surfactante.
La Fig. 7 es una vista en sección transversal longitudinal del mismo sensor de glucosa.
La Fig. 8 que muestra la relación entre el valor y la corriente de respuesta (relación) y la altura de la vía de suministro de muestras en sensores de glucosa del Ejemplo 1 de los Antecedentes.
La Fig. 9 es una gráfica que muestra la relación entre el valor de la corriente de respuesta (relación) y la distancia entre el electrodo de trabajo y el contraelectrodo en sensores de glucosa del Ejemplo de Antecedentes 2.
La Fig. 10 es una gráfica que muestra la relación entre el valor de la corriente de respuesta (relación) y la distancia entre el electrodo de trabajo y el contraelectrodo en sensores de glucosa del Ejemplo de invención 1 correspondiente a la presente invención.
Mejor modo de poner en práctica la invención
Como primera y segunda placas de base de la presente invención es posible usar cualquier material eléctricamente aislante que tenga la suficiente rigidez durante el almacenamiento y la medición. Dichos ejemplos incluyen resinas termoplásticas, tales como polietileno, poliestireno, cloruro de polivinilo, poliamida y resina de poliéster saturado, o resinas termoestables, tales como resina de urea, resina de melamina, resina fenólica, resina epoxi y resina de poliéster insaturado. Entre ellas, es preferible el polietilentereftalato en términos de la adherencia al electrodo.
Como elemento espaciador, es posible usar cualquier material eléctricamente aislante que tenga la suficiente rigidez durante el almacenamiento y la medición. Dichos ejemplos incluyen resinas termoplásticas, tales como polietileno, poliestireno, cloruro de polivinilo, poliamida y resina de poliéster saturado, o resinas termoestables, tales como resina de urea, resina de melamina, resina fenólica, resina epoxi y resina de poliéster insaturado.
Como electrodo de trabajo, es posible usar cualquier material conductor que no quede sujeto a oxidación cuando se produce la oxidación del mediador electrónico. Como contraelectrodo, es posible usar cualquier material conductor usado comúnmente tal como paladio, oro, platino o carbono.
Como oxidorreductasa, se puede usar una adecuada para el sustrato contenido en la muestra. Dichos ejemplos incluyen fructosa deshidrogenasa, glucosa oxidasa, glucosa deshidrogenasa, alcohol oxidasa, lactato oxidasa, colesterol oxidasa, xantina oxidasa, aminoácido oxidasa, etcétera.
El biosensor de la presente invención comprende preferentemente un mediador electrónico en la capa de reactivo. Entre los ejemplos del mediador electrónico se incluyen ferricianuro potásico, p-benzoquinona, metosulfato de fenacina, azul de metileno, y derivados de ferroceno. Además, incluso cuando se usa oxígeno como mediador electrónico, se obtiene una respuesta de corriente. Estos mediadores electrónicos se usan de forma individual o en combinación de dos o más.
El biosensor de la presente invención comprende preferentemente un polímero hidrófilo en la capa de reactivo. Se pueden usar varios polímeros hidrófilos. Dichos ejemplos incluyen hidroxietil celulosa, hidroxipropil celulosa, metil celulosa, etil celulosa, etilhidroxietil celulosa, carboximetil celulosa, polivinil pirrolidona, alcohol polivinílico, poliamino ácido tal como polilisina, sulfonato de poliestireno, gelatina y sus derivados, ácido poliacrílico y sus sales, ácido polimetacrílico y sus sales, almidón y sus derivados, y un polímero de anhídrido maleico o su sal. Entre los mismos, se prefiere particularmente carboximetil celulosa, hidroxietil celulosa e hidroxipropil celulosa.
A continuación se ofrece una descripción de dos sensores (Estructura 1 y Estructura 2) que no están en concordancia con la presente invención y una descripción de un sensor (Forma de Realización 1) que está en concordancia con la presente invención. La descripción de la Estructura 1 y la Estructura 2 se incluye para posibilitar que el lector entienda la descripción posterior de los Ejemplos de Antecedentes 1 y 2 y el Ejemplo de Invención 1. En los dibujos que muestran la estructura, la relación posicional y el tamaño de los elementos respectivos no son necesariamente precisos.
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Estructura 1
Se describirá la Estructura 1 haciendo referencia a la Fig. 1 y la Fig. 2. La Fig. 1 es una vista explosionada en perspectiva del sensor de glucosa de la Estructura 1 del cual se han omitido la capa de reactivo y la capa de surfactante, y la Fig. 2 es una vista en sección transversal longitudinal del sensor de glucosa.
La referencia numérica 11 indica una primera placa de base, eléctricamente aislante, realizada con polietilentereftalato. Sobre la placa 11 de base se imprime una pasta de plata mediante impresión por serigrafía para formar un conductor 12 de electrodo de trabajo y una base de electrodo, y, subsiguientemente, sobre la base de electrodo se imprime una pasta conductora de carbono que contiene un aglomerante de resina para formar un electrodo 14 de trabajo. El electrodo 14 de trabajo está en contacto con el conductor 12 de electrodo de trabajo. Además, sobre la placa 11 de base se imprime una pasta aislante para formar una capa aislante 16. La capa aislante 16 cubre la periferia exterior del electrodo 14 de trabajo para mantener constante el área expuesta del electrodo 14 de trabajo.
Seguidamente, sobre el lado posterior de una segunda placa 21 de base, eléctricamente aislante, se imprime una pasta de plata para formar un conductor 23 de contraelectrodo y una base de electrodo, subsiguientemente, sobre la base del electrodo, se imprime una pasta conductora de carbono para formar un contraelectrodo 25, y se imprime una pasta aislante para formar una capa aislante 27 de tal manera que el área expuesta del contraelectrodo 25 resulta mayor que el área expuesta del electrodo 14 de trabajo. La placa 21 de base está provista de un orificio 29 de ventilación.
Sobre el electrodo 14 de trabajo en la placa 11 de base se deja caer una solución acuosa que contiene GOD como enzima y ferricianuro potásico como mediador electrónico, y la misma a continuación se seca para formar una capa 10 de reactivo. Sobre la capa 10 de reactivo se forma además una capa 20 de surfactante que contiene lecitina como surfactante.
Finalmente, la placa 11 de base, la placa 21 de base y un elemento espaciador 17 se unen entre sí en una relación posicional según se muestra mediante las líneas de trazos en la Fig. 1, lo cual resulta en un sensor de glucosa tal como se muestra en la Fig. 2.
El elemento espaciador 17 a interponer entre la placa 11 de base y la placa 21 de base tiene una ranura 18, y la ranura 18 forma un espacio que actúa como vía de suministro de muestras entre las placas 11 y 21 de base. Variando el grosor del elemento espaciador 17, se puede variar la altura de la vía de suministro de muestras, es decir, la distancia entre el electrodo 14 de trabajo y el contraelectrodo 25.
Un orificio 29 de ventilación de la placa 21 de base está en comunicación con la vía de suministro de muestras; de este modo, cuando se hace que una muestra entre en contacto con un acceso 19 de suministro de muestras formado en un extremo abierto de la ranura 18, la muestra alcanza fácilmente la capa 10 de reactivo en la vía de suministro de muestras por acción capilar.
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Estructura 2
La Fig. 3 es una vista en perspectiva del sensor de glucosa de la Estructura 2 del cual se han omitido la capa de reactivo y la capa de surfactante. En esta forma de realización, un contraelectrodo 25a es un rectángulo de forma similar a la del electrodo 14 de trabajo y su área es la misma que la del electrodo de trabajo. En otros aspectos, la Estructura 2 es igual que la Estructura 1.
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Forma de realización 1
La Fig. 4 es una vista en perspectiva de un sensor de glucosa de la Forma de Realización 1 del cual se han omitido la capa de reactivo y la capa de surfactante, y la Fig. 5 es una vista en sección transversal longitudinal del sensor de glucosa.
Este sensor de glucosa se produce en el siguiente procedimiento.
Se aplica por bombardeo iónico paladio sobre una placa 31 de base, eléctricamente aislante, que tiene partes verticales 37, 37 a ambos laterales, para formar un electrodo 34 de trabajo y su conductor 32. A continuación, se fija a la placa 31 de base un elemento aislante 36 para definir el electrodo 34 de trabajo y una parte de terminal del conductor 32 a insertar en un dispositivo de medición. De modo similar, se aplica por bombardeo iónico paladio sobre el lado interno de una segunda placa 41 de base, eléctricamente aislante, para formar un contraelectrodo 45 y su conductor 43. Subsiguientemente, al lado interno de la placa 41 de base se fija un elemento aislante 47 para definir el contraelectrodo 45 y una parte de terminal del conductor 43 a insertar en el dispositivo de medición.
Después de esto, la segunda placa de base se une a la placa 31 de base. A continuación, el electrodo 34 de trabajo y el contraelectrodo 45 se disponen en posiciones opuestas de un espacio formado entre la placa 31 de base y la placa 41 de base. La distancia entre el electrodo de trabajo y el contraelectrodo es, por ejemplo, 100 \mum. Se forman una capa 30 de reactivo y una capa 40 de surfactante para cubrir el electrodo 34 de la misma manera que en la Estructura 1. En un sensor producido de este modo, la cara extrema más próxima a los electrodos 34 y 45 sirve como acceso 39 de suministro de muestras. Una muestra suministrada desde este acceso alcanza la parte del electrodo mediante acción capilar del espacio que se comunica con un orificio 49 de ventilación.
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Ejemplo de antecedentes 1
Se produjeron cinco tipos de sensores que tenían una vía de suministro de muestras de diferente altura variando el grosor del elemento espaciador 17 en la Estructura 1. El área del electrodo de trabajo es 1,0 mm^{2}. El contraelectrodo es un círculo que tiene un diámetro de aproximadamente 3,6 mm, y, como este diámetro es mayor que la anchura de la ranura 18 del elemento espaciador 17, parte del contraelectrodo no queda expuesta a la vía de suministro de muestras. El área de la fracción del contraelectrodo expuesta a la vía de suministro de muestras es aproximadamente
5,3 mm^{2}.
Como ejemplo comparativo, se produjeron sensores de glucosa que tenían un electrodo de trabajo y un contraelectrodo formados en la misma placa de base. De la misma manera que en el Ejemplo de Antecedentes 1, se produjeron cinco tipos de sensores de glucosa que tenían una vía de suministro de muestras de diferente altura. La Fig. 6 es una vista explosionada en perspectiva de un sensor del ejemplo comparativo del cual se han omitido la capa de reactivo y la capa de surfactante, y la Fig. 7 es una vista en sección transversal longitudinal del sensor.
Sobre una placa 101 de base, eléctricamente aislante, realizada con polietilentereftalato se imprimió una pasta de plata mediante impresión por serigrafía para formar un conductor 102 de electrodo de trabajo y un conductor 103 de contraelectrodo. A continuación, se imprimió una pasta conductora de carbono que contenía un aglomerante de resina para formar un electrodo 104 de trabajo. El electrodo 104 de trabajo está en contacto con el conductor 102 de electrodo de trabajo. Además, sobre la placa 101 de base se imprimió una pasta aislante para formar una capa aislante 106. La capa aislante 106 cubre la periferia exterior del electrodo 104 de trabajo para mantener constante el área dispuesta del electrodo 104 de trabajo. Después de esto, sobre la placa 101 de base se imprimió una pasta conductora de carbono que contenía un aglomerante de resina de manera que la misma estuviera en contacto con el conductor 103 del contraelectrodo, para formar de este modo un contraelectrodo 105. El área del electrodo 104 es 1,0 mm^{2} y el área de la parte del contraelectrodo 105 expuesta a la vía de suministro de muestras es aproximadamente
4,3 mm^{2}.
Sobre el electrodo 104 de trabajo y el contraelectrodo 105 se dejó caer una solución acuosa que contenía GOD como enzima y ferricianuro potásico como mediador electrónico, y la misma a continuación se secó para formar una capa 107 de reactivo, y sobre la capa 107 de reactivo se formó adicionalmente una capa 109 de surfactante que contenía lecitina como surfactante. La placa 101 de base, una etapa 112 que tenía un orificio 114 de ventilación, y un elemento espaciador 110 que tenía una ranura 111 se unieron entre sí en una relación posicional según se muestra mediante las líneas de trazos en la Fig. 6.
Usando los sensores descritos anteriormente del Ejemplo de Antecedentes 1 y el ejemplo comparativo, se realizaron mediciones para la concentración de glucosa de soluciones acuosas que contenían ciertas cantidades de glucosa. Se suministró una muestra desde el acceso de suministro de muestras hacia la vía de suministro de muestras, y después de un transcurso de un cierto tiempo, se aplicó un voltaje de 500 mV al electrodo de trabajo con respecto al contraelectrodo. Al producirse la aplicación del voltaje, se detectó el valor de una corriente que fluía entre el electrodo de trabajo y el contraelectrodo, y la respuesta a la corriente observada fue proporcional a la concentración de glucosa de la muestra.
Se midió el valor de la corriente de respuesta usando soluciones que contenían glucosa a 180 mg/dl y los sensores de glucosa respectivos que tenían una vía de suministro de muestras de alturas diferentes. La Fig. 8 muestra la relación entre la altura de la vía de suministro de muestras y el valor de la respuesta (relación) en los sensores del Ejemplo de Antecedentes 1. El valor de la respuesta (relación) se expresa en una relación obtenida definiendo como 100 el valor de respuesta del sensor del ejemplo comparativo cuya vía de suministro de muestras tiene la misma altura.
Tal como se muestra mediante la Fig. 8, el valor de la respuesta (relación) del Ejemplo de Antecedentes 1 con respecto al ejemplo comparativo aumenta claramente cuando la altura de la vía de suministro de muestras es 150 \mum ó menor. La razón puede ser la siguiente: cuando el electrodo de trabajo y el contraelectrodo están en oposición mutua, siendo la distancia entre el electrodo de trabajo y el contraelectrodo 150 \mum ó menor, se suprime el crecimiento de la capa de difusión de la especie de oxidación/reducción en el electrodo de trabajo de manera que la concentración de la especie de oxidación/reducción en el contraelectrodo se refleja en la respuesta del sensor, y la transferencia de carga eléctrica entre el electrodo de trabajo y el contraelectrodo o similar resulta favorecida.
En el Ejemplo de Antecedentes 1, la cantidad de muestra necesaria para la medición estaba comprendida aproximadamente entre 0,5 y 3,0 \mul.
Ejemplo de antecedentes 2
Se produjeron biosensores de la misma manera que en el Ejemplo de Antecedentes 1 excepto que las áreas tanto del electrodo de trabajo como del contraelectrodo se realizaron de 1,0 mm^{2} en la Estructura 2. A continuación, usando soluciones que contenían glucosa a 90 mg/dl y los sensores de glucosa respectivos que tenían una vía de suministro de muestras de altura diferente, se midió el valor de la corriente de respuesta. La Fig. 9 muestra la relación entre la altura de la vía de suministro de muestras, es decir, la distancia entre el electrodo de trabajo y el contraelectrodo, y el valor de la respuesta (relación) en los sensores del Ejemplo de Antecedentes 2. El valor de la respuesta (relación) se expresa en una relación obtenida definiendo como 100 el valor de la respuesta del sensor del Ejemplo de Antecedentes 1 cuya vía de suministro de muestras tiene la misma altura.
Tal como se muestra mediante la Fig. 9, el valor de respuesta (relación) de los sensores del Ejemplo de Antecedentes 2 con respecto al Ejemplo de Antecedentes 1 aumenta claramente cuando la altura de la vía de suministro de muestras es 150 \mum ó menor. La razón puede ser la siguiente: cuando el electrodo de trabajo y el contraelectrodo están en oposición mutua, siendo la distancia entre el electrodo de trabajo y el contraelectrodo 150 \mum ó menor, se suprime el crecimiento de la capa de difusión de la especie de oxidación/reducción en el electrodo de trabajo de manera que la concentración de la especie de oxidación/reducción en el contraelectrodo se refleja en la respuesta del sensor, y la transferencia de carga eléctrica entre el electrodo de trabajo y el contraelectrodo o similar resulta favorecida.
En sistemas electroquímicos generales, se hace que el área del contraelectrodo sea mayor que la del electrodo de trabajo para evitar que la reacción en el electrodo de trabajo se convierta en una etapa determinante de la velocidad. No obstante, en este sistema, como el electrodo de trabajo y el contraelectrodo están dispuestos en posiciones opuestas, la densidad de corriente en el contraelectrodo se refleja en la respuesta de la corriente; supuestamente por esta u otras razones, resultó posible obtener una corriente de respuesta elevada en comparación con el caso en el que el área del contraelectrodo era mayor que la del electrodo de trabajo.
En el Ejemplo de Antecedentes 2, como el área del contraelectrodo es igual a la del electrodo de trabajo, se hace que la posición del orificio 29 de ventilación esté más próxima al lado del acceso de suministro de muestras que en el Ejemplo de Antecedentes 1. De este modo, resulta posible reducir adicionalmente la cantidad de muestra necesaria para la medición.
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Ejemplo de invención 1
En el Ejemplo de Invención 1, se produjeron biosensores de la misma manera que en el Ejemplo de Antecedentes 2 excepto que el área del contraelectrodo se realizó de 0,64 mm^{2}. Usando soluciones que contenían glucosa a 90 mg/dl y los sensores de glucosa respectivos que presentaban una vía de suministro de muestras de altura diferente, se midió el valor de la corriente de respuesta. La Fig. 10 muestra la relación entre la altura de la vía de suministro de muestras (la distancia entre el electrodo de trabajo y el contraelectrodo) y el valor de la respuesta (relación) en los sensores del Ejemplo de Invención 1. El valor de la respuesta (relación) se expresa en una relación obtenida definiendo como 100 el valor de la respuesta del sensor del Ejemplo de Antecedentes 1 cuya vía de suministro de muestras tiene la misma altura.
Tal como se muestra mediante la Fig. 10, el valor de la respuesta (relación) del Ejemplo de Invención 1 con respecto al Ejemplo de Antecedentes 1 aumenta claramente cuando la distancia entre el electrodo de trabajo y el contraelectrodo es 150 \mum ó menor. Supuestamente, esto es debido a las mismas razones que las del Ejemplo de Antecedentes 2.
En el Ejemplo de Invención 1, como el área del contraelectrodo es menor que la del electrodo de trabajo, se puede hacer que la posición del orificio de ventilación sea más próxima al lado del acceso de suministro de muestras que en el Ejemplo de Antecedentes 2. De este modo, resulta posible reducir adicionalmente la cantidad de muestra necesaria para la medición con respecto al Ejemplo de Antecedentes 2.
Aplicabilidad industrial
Tal como se ha descrito anteriormente, según la presente invención, es posible obtener un biosensor altamente sensible que necesita una cantidad menor de muestra para la medición.

Claims (5)

1. Biosensor que comprende una primera placa aislante (31) de base que tiene un electrodo (34) de trabajo, una segunda placa aislante (41) de base que tiene un contraelectrodo (45) opuesto a dicho electrodo (34) de trabajo, una capa (30) de reactivo que comprende por lo menos una oxidorreductasa, y una vía de suministro de muestras formada entre la primera y la segunda placas (31, 41) de base aislantes, en el que dicho electrodo (34) de trabajo, el contraelectrodo (45) y la capa (30) de reactivo están expuestos a un interior de dicha vía de suministro de muestras,
caracterizado porque el área de dicho contraelectrodo (45) expuesta a la vía de suministro de muestras es menor que el área de dicho electrodo (34) de trabajo expuesta a la vía de suministro de muestras.
2. Biosensor según la reivindicación 1, en el que la distancia entre dicho electrodo (34) de trabajo y dicho contraelectrodo (45) es 150 \mum ó menor.
3. Biosensor según la reivindicación 2, en el que el área de dicho electrodo (34) de trabajo expuesta a la vía de suministro de muestras está comprendida entre 0,1 y 2,0 mm^{2}, y el área de dicho contraelectrodo (45) expuesta a la vía de suministro de muestras está comprendida en un intervalo de entre no menor que 0,05 mm^{2} y menor que 2,0 mm^{2}.
4. Biosensor según la reivindicación 2, en el que la distancia entre dicho electrodo (34) de trabajo y dicho contraelectrodo (45) es 40 \mum o mayor.
5. Biosensor según la reivindicación 1, en el que un elemento espaciador que tiene una ranura está interpuesto entre la primera y la segunda placas (31, 41) de base aislantes de tal manera que en dicha ranura se forma dicha vía de suministro de muestras.
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