JP3011981B2 - 複数基質濃度センサ - Google Patents
複数基質濃度センサInfo
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Landscapes
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、食品分析、医療分野や環境分析分野におい
て液状の試料を滴下するだけで試料中に含まれる複数の
基質の濃度を迅速かつ簡便に測定するための検出センサ
に関する。
て液状の試料を滴下するだけで試料中に含まれる複数の
基質の濃度を迅速かつ簡便に測定するための検出センサ
に関する。
（従来の技術） 従来、環境中や生体試料中の特定成分を複雑な前処理
を行うことなく電気化学的に高精度に測定できるセンサ
として、第２図に示すようなバイオセンサが、特開昭59
−166852号において提案されている。
を行うことなく電気化学的に高精度に測定できるセンサ
として、第２図に示すようなバイオセンサが、特開昭59
−166852号において提案されている。
このバイオセンサは、絶縁基板13に測定極14および対
極15を埋設し、それらの電極の露出部を覆うように多孔
体16を設け、その中に少なくとも酸化還元酵素を含ませ
て構成したもので、その多孔体に生体試料液を滴下する
ことにより、酵素反応による反応生成物を生じさせ、試
料液中に基質濃度に応じた電流を測定できるようにした
ものである。また、同様な形式のもので、多孔体内に酸
化還元酵素に加えて酸化型電子受容体をも含ませて構成
し、試料液の滴下により、酸素反応に伴う還元型電子受
容体を生じさせ、上記と同様な電流を測定する方法も従
来行われている。
極15を埋設し、それらの電極の露出部を覆うように多孔
体16を設け、その中に少なくとも酸化還元酵素を含ませ
て構成したもので、その多孔体に生体試料液を滴下する
ことにより、酵素反応による反応生成物を生じさせ、試
料液中に基質濃度に応じた電流を測定できるようにした
ものである。また、同様な形式のもので、多孔体内に酸
化還元酵素に加えて酸化型電子受容体をも含ませて構成
し、試料液の滴下により、酸素反応に伴う還元型電子受
容体を生じさせ、上記と同様な電流を測定する方法も従
来行われている。
（本発明が解決しようとする問題点） 上記のような従来の構成では、複数の基質を含む試料
から各基質濃度の定量を行おうとする場合、複数の酵素
を用いたとして、酵素系から誘導された一種類の基質濃
度の定量か、あるいは複数基質濃度の総量でしか定量す
ることができず、複数基質の各濃度を分離定量するため
には、基質の数と同数のセンサを用意しなければならな
いという問題点があった。
から各基質濃度の定量を行おうとする場合、複数の酵素
を用いたとして、酵素系から誘導された一種類の基質濃
度の定量か、あるいは複数基質濃度の総量でしか定量す
ることができず、複数基質の各濃度を分離定量するため
には、基質の数と同数のセンサを用意しなければならな
いという問題点があった。
本発明は、上記問題点を解消し、一組の電極系で複数
基質濃度を迅速かつ簡便に定量できるセンサを提供しよ
うとするものである。
基質濃度を迅速かつ簡便に定量できるセンサを提供しよ
うとするものである。
（問題を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明のセンサは、少なくと
も測定極と対極とを有する電極部と、複数種類の酵素、
微生物等の生体関連物質とを備えた複数基質濃度検出セ
ンサにおいて、基質透過性の皮膜の内部に少なくとも一
種類の生体関連物質を担持させてなるマイクロカプセル
を、該マイクロカプセル内部の生体関連物質と種類の異
なる生体関連物質を担持させた多孔体よりなる層の内部
に分散させるとともに、該多孔体よりなる層に接して前
記電極部を設けた構成とするものである。
も測定極と対極とを有する電極部と、複数種類の酵素、
微生物等の生体関連物質とを備えた複数基質濃度検出セ
ンサにおいて、基質透過性の皮膜の内部に少なくとも一
種類の生体関連物質を担持させてなるマイクロカプセル
を、該マイクロカプセル内部の生体関連物質と種類の異
なる生体関連物質を担持させた多孔体よりなる層の内部
に分散させるとともに、該多孔体よりなる層に接して前
記電極部を設けた構成とするものである。
また、少なくとも測定極と対極とを有する電極部と、
複数種類の酵素、微生物等の生体関連物質と、酸化型電
子受容体を備えた複数基質濃度検出センサにおいて、基
質透過性の皮膜の内部に、少なくとも一種類の生体関連
物質を担持させてなるマイクロカプセルを、該マイクロ
カプセル内部の生体関連物質と種類の異なる生体関連物
質を担持させた多孔体よりなる層の内部に分散させると
ともに、該多孔体よりなる層に接して前記電極部を設け
た構成とするものである。
複数種類の酵素、微生物等の生体関連物質と、酸化型電
子受容体を備えた複数基質濃度検出センサにおいて、基
質透過性の皮膜の内部に、少なくとも一種類の生体関連
物質を担持させてなるマイクロカプセルを、該マイクロ
カプセル内部の生体関連物質と種類の異なる生体関連物
質を担持させた多孔体よりなる層の内部に分散させると
ともに、該多孔体よりなる層に接して前記電極部を設け
た構成とするものである。
さらに、上記複数基質濃度検出センサにおいて、基質
に対する透過度の異なる複数種類のマイクロカプセルを
備えた構成とするものである。
に対する透過度の異なる複数種類のマイクロカプセルを
備えた構成とするものである。
（実施例） 以下、本発明の実施例について説明する。第１図は、
本発明の実施例の説明断面図である。図に示すように、
極めて微細な包括皮膜、即ちマイクロカプセルを隔膜と
して使用している。基質としてグルコースと乳酸の濃度
を検出するセンサの場合について説明する。対応する生
体関連物質としては酸化型還元酵素、グルコースオキシ
ダーゼおよび乳酸オキシダーゼを用いた。同図中、８は
グルコースオキシダーゼを含有させた多孔体、吸水性高
分子物質（例えばアクリル酸ソーダ重合体、カルボキシ
メチルセルロース等）の層である。９は内部に乳酸オキ
シダーゼを包括固定したマイクロカプセルで層８の中に
分散される。
本発明の実施例の説明断面図である。図に示すように、
極めて微細な包括皮膜、即ちマイクロカプセルを隔膜と
して使用している。基質としてグルコースと乳酸の濃度
を検出するセンサの場合について説明する。対応する生
体関連物質としては酸化型還元酵素、グルコースオキシ
ダーゼおよび乳酸オキシダーゼを用いた。同図中、８は
グルコースオキシダーゼを含有させた多孔体、吸水性高
分子物質（例えばアクリル酸ソーダ重合体、カルボキシ
メチルセルロース等）の層である。９は内部に乳酸オキ
シダーゼを包括固定したマイクロカプセルで層８の中に
分散される。
マイクロカプセル内は、次のようにして乳酸オキシダ
ーゼを固定化する。乳酸オキシダーゼを含む1,6−ヘキ
サンジアミンの水溶液を水に不溶の有機溶媒（例えばシ
クロヘキサン、クロロホルム混液）に乳化分散し、攪拌
しながら、これに有機溶媒に可溶な疎水性のセバコイル
クロリドを加え、縮合重合反応によってナイロン皮膜を
形成することにより、乳酸オキシダーゼを包み込んだカ
プセルが得られる。このようにして作られたマイクロカ
プセル９の殻は、直径数μｍから数百μｍの基質透過性
のポリマー被膜で形成される。マイクロカプセル９の層
８内への分散量は、グルコースおよび乳酸に対するそれ
ぞれの検出感度が等しくなるように設定される。
ーゼを固定化する。乳酸オキシダーゼを含む1,6−ヘキ
サンジアミンの水溶液を水に不溶の有機溶媒（例えばシ
クロヘキサン、クロロホルム混液）に乳化分散し、攪拌
しながら、これに有機溶媒に可溶な疎水性のセバコイル
クロリドを加え、縮合重合反応によってナイロン皮膜を
形成することにより、乳酸オキシダーゼを包み込んだカ
プセルが得られる。このようにして作られたマイクロカ
プセル９の殻は、直径数μｍから数百μｍの基質透過性
のポリマー被膜で形成される。マイクロカプセル９の層
８内への分散量は、グルコースおよび乳酸に対するそれ
ぞれの検出感度が等しくなるように設定される。
このように構成されたセンサにグルコースおよび乳酸
を含む試料液を滴下すると、まず試料液は層８に吸収さ
れ、試料液中のグルコースは溶存酸素および層８に担持
されているグルコースオキシダーゼによってグルコノラ
クトンと過酸化水素とを生成する。この過酸化水素は拡
散して電極部に達するが、電極部付近の過酸化水素濃度
が定常値となる時間に合わせて測定電極と対極との間に
700mV（酸化電位）のパルス電位を加える。その結果、
パルス立上がり一定時間後の電流値を測定することで、
試料液中のグルコース濃度に比例した電流が得られる。
を含む試料液を滴下すると、まず試料液は層８に吸収さ
れ、試料液中のグルコースは溶存酸素および層８に担持
されているグルコースオキシダーゼによってグルコノラ
クトンと過酸化水素とを生成する。この過酸化水素は拡
散して電極部に達するが、電極部付近の過酸化水素濃度
が定常値となる時間に合わせて測定電極と対極との間に
700mV（酸化電位）のパルス電位を加える。その結果、
パルス立上がり一定時間後の電流値を測定することで、
試料液中のグルコース濃度に比例した電流が得られる。
一方、試料液中の乳酸は、グルコースと共にマイクロ
カプセル９の皮膜を通過して内部に侵入し、液中の溶存
酸素および包括固定されている乳酸オキシダーゼによっ
てピルビン酸と過酸化水素を生成する。この過酸化水素
は、マイクロカプセルの膜を通過し電極まで拡散する。
この過酸化水素は、マイクロカプセルの膜の存在のため
にグルコースオキシダーゼによって生成した過酸化水素
より遅れて電極部に達するが、両者は一体となり過酸化
水素濃度はそれぞれの濃度を加えたものとなる。
カプセル９の皮膜を通過して内部に侵入し、液中の溶存
酸素および包括固定されている乳酸オキシダーゼによっ
てピルビン酸と過酸化水素を生成する。この過酸化水素
は、マイクロカプセルの膜を通過し電極まで拡散する。
この過酸化水素は、マイクロカプセルの膜の存在のため
にグルコースオキシダーゼによって生成した過酸化水素
より遅れて電極部に達するが、両者は一体となり過酸化
水素濃度はそれぞれの濃度を加えたものとなる。
そこに２回目のパルス電圧を加えることにより、グル
コースと乳酸の各濃度に比例した電流を測定することが
でき、２回目の電流と１回目の電流の差が乳酸濃度に比
例したものとなる。なお、一般に酵素の活性度は、酵素
の種類や濃度によって大きく異なるので、各基質濃度と
電極電流との比例関係および感度が一定に保たれるよう
に酵素の担持量を適宜調節して用いる必要がある。
コースと乳酸の各濃度に比例した電流を測定することが
でき、２回目の電流と１回目の電流の差が乳酸濃度に比
例したものとなる。なお、一般に酵素の活性度は、酵素
の種類や濃度によって大きく異なるので、各基質濃度と
電極電流との比例関係および感度が一定に保たれるよう
に酵素の担持量を適宜調節して用いる必要がある。
以上、電気化学的に検出される反応生成物が過酸化水
素の場合について説明したが、生体関連物質による酸化
反応において溶存酸素が少なく、十分な酸化が得られな
い場合、または電極電圧の印加により目的以外の電気化
学的反応による生成物を生じないようにするためできる
だけ印加電圧を低くしたい場合など、生体関連物質と共
に酸化型電子受容体を担持させる方法が有効である。
素の場合について説明したが、生体関連物質による酸化
反応において溶存酸素が少なく、十分な酸化が得られな
い場合、または電極電圧の印加により目的以外の電気化
学的反応による生成物を生じないようにするためできる
だけ印加電圧を低くしたい場合など、生体関連物質と共
に酸化型電子受容体を担持させる方法が有効である。
例えば、生体関連物質として酸化還元酵素を用いる場
合、酸化型電子受容体としてフェリシアン化カリウムを
共存させる。基質との酸化反応に伴って上記酸化型電子
受容体は、還元型電子受容体、フェロシアン化カリウム
に変じ、このフェロシアン化カリウムが、通常の酸化反
応によって生じる過酸化水素と電気化学的に同等な役目
を果たし、基質濃度を測定することができる。電子受容
体は、一般に分子量が過酸化水素に較べて大きいので、
拡散性は相対的に低くなるが、過酸化水素と同等拡散に
より電極部に到達し、電気化学的に検出される。フェロ
シアン化カリウムを用いた場合、必要な電極電圧（酸過
電圧）が300mVとなり、過酸化水素の場合の700mVと比較
して、半分以下となる。
合、酸化型電子受容体としてフェリシアン化カリウムを
共存させる。基質との酸化反応に伴って上記酸化型電子
受容体は、還元型電子受容体、フェロシアン化カリウム
に変じ、このフェロシアン化カリウムが、通常の酸化反
応によって生じる過酸化水素と電気化学的に同等な役目
を果たし、基質濃度を測定することができる。電子受容
体は、一般に分子量が過酸化水素に較べて大きいので、
拡散性は相対的に低くなるが、過酸化水素と同等拡散に
より電極部に到達し、電気化学的に検出される。フェロ
シアン化カリウムを用いた場合、必要な電極電圧（酸過
電圧）が300mVとなり、過酸化水素の場合の700mVと比較
して、半分以下となる。
また、膜厚または材質の異なる２種類のマイクロカプ
セルを作り、それらの内部に異なる酵素を包括固定させ
れば、それぞれの酵素に対応する基質の分離、検出が可
能となる。
セルを作り、それらの内部に異なる酵素を包括固定させ
れば、それぞれの酵素に対応する基質の分離、検出が可
能となる。
さらに上記説明中、電極系として測定極および対極の
みに言及したが、特に精度を必要とする場合には、一般
に知られているような参照極を併設する方法が有効であ
る。
みに言及したが、特に精度を必要とする場合には、一般
に知られているような参照極を併設する方法が有効であ
る。
（発明の効果） 以上説明したように本発明のセンサは、一組の電極系
で複数の基質濃度を簡易に検出することが可能となる。
また、センサの構成が簡略化させることができ、低コス
トで使い捨て型センサの製作が可能となる。
で複数の基質濃度を簡易に検出することが可能となる。
また、センサの構成が簡略化させることができ、低コス
トで使い捨て型センサの製作が可能となる。
第１図は本発明の実施例の説明用断面図、第２図は従来
のバイオセンサの説明用断面図である。 １、14……測定極、２、15……対極、３……絶縁性容
器、８……生体関連物質を担持した多孔体の層、９……
内部に生体関連物質を包括固定したマイクロカプセル。
のバイオセンサの説明用断面図である。 １、14……測定極、２、15……対極、３……絶縁性容
器、８……生体関連物質を担持した多孔体の層、９……
内部に生体関連物質を包括固定したマイクロカプセル。
Claims (3)
- 【請求項１】少なくとも測定極と対極とを有する電極部
と、複数種類の酵素、微生物等の生体関連物質とを備え
た複数基質濃度検出センサにおいて、 基質透過性の皮膜の内部に少なくとも一種類の生体関連
物質を担持させてなるマイクロカプセルを、該マイクロ
カプセル内部の生体関連物質と種類の異なる生体関連物
質を担持させた多孔体よりなる層の内部に分散させると
ともに、該多孔体よりなる層に接して前記電極部を設け
たことを特徴とする複数基質濃度検出センサ。 - 【請求項２】少なくとも測定極と対極とを有する電極部
と、複数種類の酵素、微生物等の生体関連物質と、酸化
型電子受容体を備えた複数基質濃度検出センサにおい
て、 基質透過性の皮膜の内部に、少なくとも一種類の生体関
連物質を担持させてなるマイクロカプセルを、該マイク
ロカプセル内部の生体関連物質と種類の異なる生体関連
物質を担持させた多孔体よりなる層の内部に分散させる
とともに、該多孔体よりなる層に接して前記電極部を設
けたことを特徴とする複数基質濃度検出センサ。 - 【請求項３】請求項１または２のいずれか記載の複数基
質濃度検出センサにおいて、 基質に対する透過度の異なる複数種類のマイクロカプセ
ルを備えたことを特徴とする複数基質濃度検出センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2241310A JP3011981B2 (ja) | 1990-09-13 | 1990-09-13 | 複数基質濃度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
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1990
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