(57)【要約】【課題】本発明は、呼気中のアルコールガスを簡便且つ正確に計測できるようにしたこと。【解決手段】短冊状の多孔質固定体１の表裏面にカーボン電極２と銀・塩化銀電極３とが積層されていること。前記カーボン電極２と銀・塩化銀電極３の長手方向の両端を除いた中間部が接着剤４でモールドされて両端部にセンサ感応部２ａ，３ａと端子部２ｂ，３ｂとがそれぞれ形成されていること。前記センサ感応部２ａにアルコール酸化酵素ＡＯＤが包括固定化されてなること。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
短冊状の多孔質固定体の表裏面にカーボン電極と銀・塩化銀電極とが積層され、その両端を除いた中間部が接着剤でモールドされて両端部にセンサ感応部と端子部とがそれぞれ形成され、前記センサ感応部にアルコール酸化酵素が包括固定化されてなることを特徴とする呼気による飲酒代謝用のバイオセンサ。
【請求項２】
請求項１において、多孔質固定体は、定性濾紙としてなることを特徴とする呼気による飲酒代謝用のバイオセンサ。
【請求項３】
請求項１又は２における呼気による飲酒代謝用のバイオセンサと、該バイオセンサの両端子部間に適宜の電圧を印加して測定した電流値をＡ／Ｄ変換してパソコンに送信する手段と、この変換した信号からアルコール濃度を演算してパソコンの表示画面にアルコール濃度を表示させうることを特徴とする呼気による飲酒代謝評価システム。
【請求項４】
請求項３において、前記パソコンに送信する手段は、電流測定器とＡ／Ｄコンバータとからなることを特徴とする呼気による飲酒代謝評価システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、呼気中のアルコールガスを簡便且つ正確に計測できるし、さらに、飲酒代謝の評価を行うことができる呼気による飲酒代謝の評価システム及び呼気による飲酒代謝評価システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、疾病や生理状態に伴い、呼気中に特有の臭気成分が含まれることが知られており、口臭成分を高感度かつ高選択性で計測することで非侵襲にて生体の状態を評価できるものと考えられる。例えば、口臭成分の一つとして、飲酒後の血中アルコールが呼気中に反映されることが広く知られており、「酔い度合の簡易評価」が可能で、「酒気帯び運転」の判断値は０．１５ｍｇ／ｌ（７８ｐｐｍ）と定められている。一般にアルコールガス計測にはガスクロマトグラフィ、半導体ガスセンサ、ガス検知管などによって測定する手法がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−１６４１３０号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ガスクロマトグラフィでは、操作が煩雑、装置が高価などの問題がある。半導体ガスセンサでは選択性が劣る欠点がある。即ち、アルコール以外のガスでもセンサが作用するため正確にアルコールガス計測ができない欠点がある。さらに、ガス検知管では、対象が１サンプルのみであるため、価格が高価となるし、測定が面倒である欠点がある。また、特許文献１では、複雑且つ高価となる欠点がある。このため、簡便かつ選択的な計測法が求められている。
【０００５】
そこで本発明では、呼気中のアルコールガスを計測することで、アルコールの摂取の有無、及び飲酒したアルコール濃度の測定ができるし、さらに、アルコールの体内での残留度合い、アルコールの代謝分解度合いを評価することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、発明者は上記課題を解決すべく鋭意，研究を重ねた結果、本発明を、短冊状の多孔質固定体の表裏面にカーボン電極と銀・塩化銀電極とが積層され、その両端を除いた中間部が接着剤でモールドされて両端部にセンサ感応部と端子部とがそれぞれ形成され、前記センサ感応部にアルコール酸化酵素が包括固定化されてなる呼気による飲酒代謝用のバイオセンサとしたり、或いは前述の構成において、多孔質固定体は、定性濾紙としてなる飲酒代謝用のバイオセンサとしたり、呼気中のアルコールガスを計測することで、アルコールの摂取の有無、及びその飲酒したアルコール濃度の測定が正確且つ迅速にできる。
【０００７】
また、前述の呼気による飲酒代謝用のバイオセンサと、該バイオセンサの両端子部間に適宜の電圧を印加して測定した電流値をＡ／Ｄ変換してパソコンに送信する手段と、この変換した信号からアルコール濃度を演算してパソコンの表示画面にアルコール濃度を表示してなる呼気による飲酒代謝評価システムとしたり、或いは、前記構成において、前記パソコンに送信する手段は、電流測定器とＡ／Ｄコンバータとからなる飲酒代謝評価システムとしたことにより、アルコールの体内での残留度合い、アルコールの代謝分解度合いを評価することができ、前記課題を解決したものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態について図面に基づいて説明すると、図３（Ａ）は本発明全体のシステム図である。Ａはバイオセンサ、Ｂはサンプルバック、Ｃはポテンシオスタット等の電流測定器、Ｅはアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ、Ｐはパソコン（パーソナルコンピュータ）であって、１０はその表示画面である。
【０００９】
前記バイオセンサＡは、図１及び図２に示すように、短冊状の多孔質固定体１の表裏面にカーボン電極２と銀・塩化銀電極３とを各々塗布・乾燥させ両電極を形成し短冊状に成形したものであって、前記カーボン電極２と銀・塩化銀電極３のそれぞれの両端が露出するようにしてその中央部が接着剤４にて、前記多孔質固定体１，カーボン電極２及び銀・塩化銀電極３の外表面を包むようにしてモールドされ、前記カーボン電極２と銀・塩化銀電極３の両端部にセンサ感応部２ａ，３ａと端子部２ｂ，３ｂとがそれぞれ形成されている。前記センサ感応部２ａにアルコール酸化酵素ＡＯＤが光架橋性樹脂にて包括固定化されている。前記多孔質固定体１としては、定性濾紙が好適である。
【００１０】
前記バイオセンサＡは、アルコール酸化酵素であるＡＯＤ（ａｌｃｏｈｏｌ  ｏｘｉｄａｓｅ）  によるアルコールの酸化触媒反応によって生成される過酸化水素を電気化学的に検出し、アルコールを定量するもので、気相計測では１０μｌリン酸緩衝液にて前記センサ感応部２ａを湿潤させ、バッチ法でのガス測定に用いた。
【００１１】
特に、前記ＡＯＤは下記の反応式に示すように、エタノールの酸化反応を触媒し、過酸化水素を生成する。
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上記の反応式では、アルコールガスのみに反応し、他のガスには反応しないものである。
【００１２】
前記サンプルバックＢは、市販品である。前記電流測定器Ｃにて前記バイオセンサＡの端子部２ｂ，３ｂに適宜の電圧を印加することで、その電流値を測定できる。前記Ａ／ＤコンバータＥは、前記電流測定器Ｃにて測定した電流値のアナログ信号をディジタル信号に変換する装置である。
【００１３】
【実施例】
本発明のバイオセンサＡについて、定性濾紙としての多孔質固定体１（膜厚：０．２５ｍｍ）の表裏面にカーボンペースト（カーボン電極２）と銀・塩化銀ペースト（銀・塩化銀電極３）を各々塗布、乾燥させ両電極を形成し、所望の形状（長さ：７０．０ｍｍ、幅：２．０ｍｍ）に切断した。次に、それぞれの両端が露出するようにしてその中央部が接着剤４としてシアノアクリレート系接着剤を塗布することで電極中央部をモールドして不感応化させ、電極の両端部にセンサ感応部２ａ，３ａと端子部２ｂ，３ｂとが形成される。そして、前記センサ感応部２ａにアルコール酸化酵素（ＡＯＤ：ＥＣ１．１．３．１３）と光架橋性樹脂ＰＶＡ−ＳｂＱの混合液を塗布、含浸させ、冷暗所にて１時間乾燥させた後に、３０分間蛍光灯を照射し、光架橋法により前記アルコール酸化酵素ＡＯＤを包括固定化したものである。
【００１４】
前記バイオセンサＡの反応により生じた過酸化水素をアンペロメトリックに検出し、アルコールを定量することとした。計測では、作製したセンサを定電位電流計測（＋９００ｍＶ  ｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ）にて、まず溶液系にて特性を調べ、次にガス計測に用い、いくつかについて溶液系にてセンサ特性を調べた結果、エタノール溶液を０．０５−１．４０ｍｍｏｌ／ｌの範囲で定量可能であり、定常値の９０％に達する時間は約１５秒と良好な応答性が得られた。エタノールガス計測に適用して実験すると、その結果、エタノールガスの濃度が時間とともに電流値としてパソコンＰの表示画面１０に表示された（図４参照）。
【００１５】
この電流値とエタノールガスの濃度（対数値）との相関関係について所定関係があることが判明した。即ち、負荷したエタノールガスに応じた出力増加が観察され、この定常値をもとに検量特性を調べた結果、バイオセンサＡにてエタノールガスを人嗅覚の臭気強度２レベル（６．１ｐｐｍ）に相当する感度で、そして酒気帯び運転の判断値である７８ｐｐｍを含む１．０−５００ｐｐｍの範囲で定量できることが判った（図５参照）。
【００１６】
このような相関関係が判ったことで、アルコールを飲んだ人に対して呼気による飲酒代謝についてバイオセンサＡにて測定すると、図４に示すように、１，２分でアルコール濃度を測定できる。さらには、図４の立ち上がり角度を微分することで、ほぼ瞬時（例えば、１０秒程度）でも、アルコールを飲んだ人に対して呼気による飲酒代謝についてアルコール濃度を測定することができる。
【００１７】
さらに、本発明のバイオセンサＡのガス選択性を調べたところ、酵素の基質特異性により、エタノールガスを選択的に検出可能で、混合した他のガスの影響も受けないことが確認された［図６（Ａ）参照］。しかるに、市販エタノール用半導体ガスセンサのガス選択性においてはエタノール以外のガスに対しても応答し、選択性に劣るものである［図６（Ｂ）参照］。即ち、本発明のバイオセンサＡでは、エタノールガスのみに応答するものであり、他のガスには応答しないものであることが確認されたのである。
【００１８】
以上のように、本発明では、瞬時に測定できるし、さらに水で洗えば何度でも使用できるが、従来の警察等で使用されているガス検知管は一度しか使えず、且つ時間もかかるという不都合も解消できるものである。
【００１９】
次に、本発明のシステムを使用することで、アルコール代謝の経時変化を非侵襲にて調べるとともに、ＡＬＤＨ２活性の有無による代謝能の違いについても調べることができる。つまり、アルコール代謝に深く関係する代謝酵素：アルデヒド脱水素酵素２型（ＡＬＤＨ２）についてもその活性の有無や度合いを簡便に評価が可能となるものである。さらに、判りやすく説明すると、飲酒した呼気によって、酒に強いか弱いか等のアルコール代謝の評価ができるものである。この点について以下に詳述する。
【００２０】
一般に、生体でのアルコール代謝過程やその代謝の個人差を評価するには、血液中のアルコール濃度を調べたり、肝臓などの酵素の有無およびその活性度合いを調べる必要がある。ところで、本発明の呼気による飲酒代謝の評価システムを用いて、実際に呼気中のアルコール計測を複数の被験者に行い、アルコールの生理代謝の経時変化を非侵襲にて調べるとともに、ＡＬＤＨ２活性型（＋）と不活性型（−）とによる代謝能の違いについても評価を行った。
【００２１】
具体的には、呼気アルコール計測では、実験の趣旨を被験者に説明し理解を得た後、５．５％アルコール濃度のビール３５０ｍｌを摂取後、１５分間隔にてサンプルバック（８８０ｍｌ）に呼気を採取し、本発明のバイオセンサＡにてアルコールガス計測を行った。なお、被験者には予めエタノールのパッチテストを実施し（図８参照）、ＡＬＤＨ２活性型（＋）と不活性型（−）の検定を行い、飲酒後の呼気アルコールの経時変化を比較した。
【００２２】
図７に示すように、飲酒後の呼気中アルコール計測を実施したところ、飲酒後３０分をピークとし、その後、２時間，３時間と経過するにしたがってアルコール代謝分解に基づく出力の漸次減少が観察され、本発明のバイオセンサＡにて呼気アルコールの簡便計測および経時モニタリングが可能であった。これは、従来公知のガス検知管では約５０ｐｐｍ（エタノール濃度）以下は測定不能であった点を、バイオセンサＡにて正確に測定できるものである。
【００２３】
さらにＡＬＤＨ２（＋）〔ｎ＝５〕と（−）〔ｎ＝５〕の被験者における飲酒後の呼気中アルコール濃度の経時変化を調べた結果（図８参照）、ＡＬＤＨ２不活性型の被験者において濃度レベルがＡＬＤＨ２（＋）の被験者に比して著しく高く、その濃度比が２時間ほど継続しており、ＡＬＤＨ２の活性がアルコール代謝に因ることが示唆された。バイオセンサＡにて生理代謝能の非侵襲・動的評価が可能であった。
【００２４】
呼気による飲酒代謝の評価システムでは採血での観血評価や皮膚へのパッチ試験などの微侵襲評価とは異なり、呼気を対象とすることで、全く体を傷つけることなく、アルコールの代謝過程や個人の代謝の度合いを非侵襲的に簡便に評価できる。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１の発明においては、短冊状の多孔質固定体１の表裏面にカーボン電極２と銀・塩化銀電極３とが積層され、その両端を除いた中間部が接着剤４でモールドされて両端部にセンサ感応部２ａ，３ａと端子部２ｂ，３ｂとがそれぞれ形成され、前記センサ感応部２ａにアルコール酸化酵素ＡＯＤが包括固定化されてなる呼気による飲酒代謝用のバイオセンサとしたことにより、アルコールに対してのみ対応でき、且つアルコール濃度の正確な測定が簡単できる効果がある。
【００２６】
このようにアルコールに対してのみ対応できるというのは、選択性が優れているということができる。即ち、本発明では、特に、アルコール以外のガスでも応答するようなことを回避できるものである。さらに、本発明では、構成が簡単であり、洗って使えば、何度でも使用でき、且つ簡易に測定することができる利点がある。
【００２７】
この簡易に測定の点を詳述すると、従来より、飲酒運転によるアルコール濃度測定の場合には、時間と、その測定具が高価であったが、本発明では、自動車を停車させて運転席窓を開けた瞬間でも、その自動車内でのアルコール濃度を測定できるというものである。このため、飲酒運転の場合に、運転席窓を開けた瞬間に、警察官による一次問診等をすることなく、運転者に対して、本発明に対して呼気をかけるのみで簡単に且つ正確に測定できるという画期的な効果を奏するものである。
【００２８】
請求項２の発明においては、請求項１において、多孔質固定体１は、定性濾紙としてなる呼気による飲酒代謝用のバイオセンサとしたことにより、特に、定性濾紙には水分が含まれる構成であり、且つ安価な材料にて構成でき、さらに、測定値を正確なものにできる利点がある。
【００２９】
請求項３の発明においては、請求項１又は２における呼気による飲酒代謝用のバイオセンサＡと、該バイオセンサＡの両端子部２ｂ，３ｂ間に適宜の電圧を印加して測定した電流値をＡ／Ｄ変換してパソコンに送信する手段と、この変換した信号からアルコール濃度を演算してパソコンＰの表示画面１０にアルコール濃度を表示させうる呼気による飲酒代謝評価システムとしたことにより、呼気によって、アルコールの生理代謝の経時変化を非侵襲にて調べるとともに、ＡＬＤＨ２（＋）と（−）とによる代謝能の違いについても評価することができる。
【００３０】
つまり、飲酒代謝評価は、従来では、血液中のアルコール濃度を調べたり、肝臓などの酵素の有無およびその活性度合いを調べる必要があり、これを調べることで初めて、酒に強いか弱いか等のアルコール代謝の評価ができるものであったが、本発明では、従来では考えられなかったという呼気によって評価できるという効果を奏する。これによって、医学の分野においても、画期的な応用ができるし、さらには、酒造メーカーであっても、このような利用ができる。
【００３１】
請求項４の発明では、請求項３において、前記パソコンＰに送信する手段は、電流測定器ＣとＡ／ＤコンバータＥとからなる呼気による飲酒代謝評価システムとしたことにより、呼気によって、アルコールの生理代謝の経時変化を非侵襲にて確実に調べることができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバイオセンサの斜視図
【図２】（Ａ）は本発明のバイオセンサの断面図
（Ｂ）は（Ａ）のイ部拡大図
【図３】（Ａ）は本発明のシステム全体の簡易構成図
（Ｂ）はエタノールガスに対する応答性グラフを作成するため、ガス発生器からサンプリングバックへの取入れ構成図
【図４】サンプリングにて得られた出力電流値とアルコール濃度との応答性グラフ
【図５】サンプリングにて得られた安定した出力電流値とアルコール濃度との検量特性グラフ
【図６】（Ａ）は本発明のバイオセンサのガス選択性グラフ
（Ｂ）は従来公知の市販エタノール用半導体ガスセンサのガス選択性グラフ
【図７】ＡＬＤＨ２活性の有無による飲酒度の呼気アルコール濃度の経時変化の比較グラフ
【図８】パッチテストに関する簡略図
【符号の説明】
Ａ…バイオセンサ
Ｃ…電流測定器
Ｅ…Ａ／Ｄコンバータ
Ｐ…パソコン
ＡＯＤ…アルコール酸化酵素
１…多孔質固定体
２…カーボン電極
３…銀・塩化銀電極
２ａ，３ａ…センサ感応部
４…接着剤
２ｂ，３ｂ…端子部
１０…表示画面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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