(57)【要約】【課題】電極が自己酸化せず、剥離防止がなされ、高濃度のグルコース測定が繰り返し可能となるバイオセンサを得ること。【解決手段】酵素２と、酵素に検体を供給する検体供給部７と、前記酵素に酸素を供給する酸素供給部８と、電極活物質の量を検出する検出部（電荷伝達体１）と、これらを装備した筐体１０とを有し、前記検出部の電極４、５は、金または白金としベース材に加工したバイオセンサとしたことにより、電極４、５が自己酸化せず、剥離防止がなされ、高濃度のグルコース測定が繰り返し可能となる。【選択図】　図１
2004101221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酵素と、酵素に検体を供給する検体供給部と、前記酵素に酸素を供給する酸素供給部と、電極活物質の量を検出する検出部と、これらを装備した筐体とを有し、前記検出部の電極は、金または白金としベース材に加工したバイオセンサ。
【請求項２】
金または白金は、ベース材への真空蒸着時に針状結晶構造とした請求項１に記載のバイオセンサ。
【請求項３】
電極の抵抗値は１００オーム（Ω）以下である請求項１または２に記載のバイオセンサ。
【請求項４】
金または白金の蒸着部と非蒸着部とがベース材に存在する請求項１〜３のいずれか１項に記載のバイオセンサ。
【請求項５】
ベース材の切断は非蒸着部で行う請求項４に記載のバイオセンサ。
【請求項６】
ベース材はプラスチックフィルムである請求項１、２、４または５に記載のバイオセンサ。
【請求項７】
電極は無電解メッキでベース材に加工した請求項１または３に記載のバイオセンサ。
【請求項８】
金または白金の無電解メッキ部と非無電解メッキ部とがベース材に存在する請求項１または７に記載のバイオセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はグルコース濃度を計測するバイオセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、グルコース濃度の計測は医療分野のみならず、農業分野、醸造分野等、種々の領域で利用されている。特に、人尿におけるブドウ糖（以下グルコースと記載）濃度計測については以下に述べる特徴がある。
【０００３】
尿は個人の健康状態に関する重要な情報源であり、尿成分を定量分析することで各種の機能障害を検査することができる。このニーズに対応するための手段として、健康診断や医療機関で用いられている尿検査紙がある。尿検査紙は、糖、たんぱく、ウロビリノーゲン、潜血などが尿中に排出されていることを化学反応により検知し、色調の変化により示すものである。尿検査紙簡便で誰れにでも扱えるという長所があるが、定性的または半定量てきであるため定量分析という観点からは問題がある。
【０００４】
そこで、尿の特定成分を迅速かつ容易に定量分析するものとして、バイオセンサによるものが考えられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、バイオセンサは、特定成分を迅速かつ容易に定量分析することができるが、使用時間の長期化とともに、電極が自己酸化し、導通がなくなること、さらには、ベース材から電極が脱離するという恐れがある。
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するもので、電極の自己酸化防止ならびに剥離防止を施したバイオセンサを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明のバイオセンサは、電極活物質の量を検出する検出部の電極は、金または白金としベース材に加工したものである。
【０００８】
これにより、電極が自己酸化せず、剥離防止がなされ、高濃度のグルコース測定が繰り返し可能となるバイオセンサが得られるものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、酵素と、酵素に検体を供給する検体供給部と、前記酵素に酸素を供給する酸素供給部と、電極活物質の量を検出する検出部と、これらを装備した筐体とを有し、前記検出部の電極は、金または白金としベース材に加工したバイオセンサとすることにより、電極が自己酸化せず、剥離防止がなされ、高濃度のグルコース測定が繰り返し可能となる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、金または白金は、ベース材への真空蒸着時に針状結晶構造とした請求項１に記載のバイオセンサとすることにより、ベース材表面に針状結晶が突き刺さるようになるため、ベース材と金または白金における密着性が増す。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、電極の抵抗値は１００オーム（Ω）以下である請求項１または２に記載のバイオセンサとすることにより、通電に際し抵抗にならない電極を作成することができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、金または白金の蒸着部と非蒸着部とがベース材に存在する請求項１〜３のいずれか１項に記載のバイオセンサとすることにより、金または白金の電極をベース材に蒸着加工することができ、その扱いが容易である。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、ベース材の切断は非蒸着部で行う請求項４に記載のバイオセンサとすることにより、蒸着部に影響を与えることが少ない、電極の取り方が容易にでき、ベース材を非蒸着部で切断し、それを組んで一対の電極とすることができる。
【００１４】
請求項６に記載した発明は、ベース材はプラスチックフィルムである請求項１、２、４または５に記載のバイオセンサとすることにより、センサの薄層化が可能となる。
【００１５】
請求項７に記載した発明は、電極は無電解メッキでベース材に加工した請求項１または３に記載のバイオセンサとすることにより、電極のベース材への加工が容易にできる。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、金または白金の無電解メッキ部と非無電解メッキ部とがベース材に存在する請求項１または７に記載のバイオセンサとすることにより、金または白金の電極をベース材にメッキ加工することができ、その扱いが容易である。
【００１７】
【実施例】
本発明の実施例について図１〜図３に基づき説明する。
【００１８】
図１はバイオセンサを示すものであり、１は電極活物質の量を検出する検出部を構成している電荷伝達体で、これに固定化して酵素２を設けている。３および４は電荷伝達体１と導通するように上下に設けた正電極および負電極で、金または白金よりなり、真空蒸着または無電解メッキによりベース材（電荷伝達体１）に加工したものである。５は電荷伝達体１を挟み込むように上下に設けたベース、６は電荷伝達体１の両側に浸水防止のために施したシールである。７は酵素２に検体を供給する検体供給部で、上側のベース５に電荷伝達体１と対向して設けた開口部よりなる。８は酵素２に酸素を供給する酸素供給部で、下側のベース５に電荷伝達体１と対向して設けた開口部よりなり、検体供給部７の開口部とは同心円となっている。９は電荷伝達体１、酵素２、正電極３、負電極４等よりなるセンサ主体を保持したセンサホルダー、１０はセンサ主体およびセンサホルダー９を内部に装備した筐体である。
【００１９】
そして、上記バイオセンサは、センサホルダー９、筐体１０構成により、酸素供給ゾーン８ａ、酸素供給口８ｂ、開口部９ａ、９ｂがそれぞれ形成され、電荷伝達体１、酵素２を有する検出部に対し、検体および酸素の供給がなされるようになっている。
【００２０】
また、図２に示すように、電荷伝達体１は、ポリカーボネートフィルム１１と、これに含浸したポリアクリルアミド１２によって構成されている。ポリアクリルアミド１２は電極活物質が反応するイオンを移動させるものである。
【００２１】
先述したように、電荷伝達体１の一部は正電極３および負電極４と接触しており、ポリアクリルアミド１２が含浸されていないポリカーボネートフィルム１１部には前記したシール６が施されている。つまり、ポリカーボネートフィルム１１は、極小径の孔を有する表から裏へダイレクトに孔が開いた多孔質状の構成となっており、その孔には導通を確保する材料としてのポリアクリルアミド１２、絶縁を確保するシール６の材料が含浸されている。この電荷伝達体１の膜は、検体であるグルコースの選択透過を行うとともにグルコース以外の巨大な固形成分、例えば、尿タンパク（アルブミンが主成分）などを除去する。また、この膜はすべての酸素を透過することができる。さらに、電荷伝達体１は酵素２を保持する役割を有し、その位置は酸素供給部７にある。酵素２は酸素供給部７の全体に設けるのではなく、ポリアクリルアミド１２が含浸された場所で、かつ電荷伝達体１上のグルコースと酵素２の反応面で、直接、酸素が供給される場所に設けている。
【００２２】
また、酵素２としては、グルコースオキシダーゼを使用しており、電荷伝達体１に直接吸着させて設けている。
【００２３】
上記したバイオセンサは、非使用時には保存液（リン酸緩衝生理食塩水）に浸して保存し、使用時には保存液から取り出して用いるものである。ここで、人尿におけるグルコース量計測においては、酵素反応により電流が発生する。この電流の大きさから、（化１）の反応により被験者の尿中のグルコース量が求められるものである。
【００２４】
【化１】
2004101221.tif 000003
【００２５】
すなわち、（化１）に示している過酸化水素の分解反応で生ずる電子が電極間を伝達され、電極３、４間に電流が流れるものである。この電流が流れる回路中に抵抗を配置して、抵抗の両端の電圧を測定することによって流れた電流を測定し、この電流を特定物質の濃度に換算しているものである。本実施例によるバイオセンサはグルコース濃度２０００ｍｇ／ｄｌまで計測できる。
【００２６】
さらに、バイオセンサによる検体の計測について詳述する。検体は筐体１０の開口部９ａからセンサ内部に侵入する。すなわち、検体はベース５の検体供給部７を通過し、電荷伝達体１の内部に湿潤していく。電荷移動体１は、ポリカーボネートフィルム１１、ポリアクリルアミド１２より構成されているので、検体はポリカーボネートフィルム１１による分子の大きさの選定、ポリアクリルアミド１２の分子篩効果により、グルコースが選択的に酵素２まで到達し反応が起こる。こうして、グルコースは、酵素２によってグルコン酸と過酸化水素に分解する。この過酸化水素は、更に水酸基イオンと水素イオンに分解される。この水素イオンは、負電極４と正電極３間に直流電圧を印加すると電荷伝達体１を流れて、負電極４と正電極３の間を流れるものである。この電流値をグルコース濃度に換算しているものである。
【００２７】
なお、このとき、負電極４と正電極３との間に印加する直流電圧は、１Ｖ程度以下が好ましいものである。この理由は印加する直流電圧が大きくなると、尿中の水が電気分解されることによって流れる電流がグルコースの量に応じたものとはならないためである。
【００２８】
本実施例では、正電極３を検体と直接接触する位置に設けているため、前記反応の結果生じた正電極３の近傍に付着した泡が簡単に大気中に放出されるものである。泡が正電極３に付着した状態では、電荷の伝達能力が低下するが、本実施例ではそのようなことがなく、従って、検体の糖分の含有量を連続的に測定することが可能になる。なお、酵素反応に必要な酸素は酸素供給部８ｂを通じて筐体１０からセンサ内部に供給される。供給された酸素は開口部９ｂを通じ、酸素供給部８に導かれ、反応の場に供給され、反応律速となる酸素供給不足を解消する。
【００２９】
次に、電荷伝達体１と導通するように上下に設けた正電極３および負電極４について説明する。バイオセンサの繰り返し使用、あるいはバイオセンサを保存液に漬けて保存すると、電極３、４が自己酸化し、電極表面に酸化皮膜が生成し導通しなくなることや、電極がベース材から剥離することがある。したがって、本実施例では電極材料として自己酸化されにくい金または白金を選択した。なお、繰り返し使用を行わないセンサにおいては銀を電極として用いても問題はない。
【００３０】
そして、金または白金をベース材に加工する方法としては、金または白金材料を含んだ導電性インクによる印刷、真空蒸着、メッキ等がある。しかし、導電性インクは金あるいは白金に加え、導電性樹脂を含んでいるものが多いため、導電性樹脂そのものが電流を発生する。その電流値はｍＡオーダーとなるため、今回の酵素反応により発生する電流値ｎＡオーダーより対数値６桁大きいため、反応の数値計測には不適である。電流値をｎＡオーダーで制御できる手段として真空蒸着または無電解メッキを採用した。
【００３１】
次に真空蒸着手段について述べる。イオン化された金または白金をプラスチックフィルム１１上に蒸着するときの結晶状態によりプラスチックフィルムとの密着性に変化がでる。その変化は、保存液に浸漬したときの時間と電極剥離の関係に明確に現れる。通常の方法でイオン化したものでは５日間保存液浸漬後に電極表面にセロハンテープを貼り、それを剥がすと、セロハンテープとともに電極が剥離するが、針状結晶構造のものを蒸着したものでは９０日間保存液浸漬試験を実施した後においても、セロハンテープを電極に貼った後も、電極が剥離することはなかった。
【００３２】
次に、電極の加工手段について述べる。プラスチックフィルム１１全体に電極材料を添摘すると、電極に加工するとき電極材料が添摘している部位を切断することになる。この切断行為により、電極材料とプラスチックフィルムとの間にひずみが生じる。このひずみが生じたところに、保存液などに代表される溶液が入り、電極材料とプラスチックフィルムが剥離されやすくなる。このような状態を回避するために、プラスチックフィルム１１上に電極パターンを作成し、電極の蒸着部（または無電解メッキ部）と非蒸着部（または非無電解メッキ部）を形成し、電極の非蒸着部分を切断するようにした。図３には電極のパターンの１例を示す。プラスチックフィルム１１上に金または白金を真空蒸着または無電解メッキした電極３、４を得た。図３の波線は切断部を示す。電極の非蒸着部で切断することにより、ひずみのない電極１個を含んだものが得られる。
【００３３】
なお、図３に示した手段を用い電極を得るには、加工しやすい材料に電極パターンを描く必要がある。そこで、プラスチックフィルム１１上に電極３、４を描いた。
【００３４】
次に、電極材料の抵抗値であるが、本実施例の酵素反応による電流値はｎＡオーダーであるから、このレベルの電流を計測できる電極材料の抵抗値は１００Ω以下が適当である。
【００３５】
上記した電極を用いたバイオセンサは、（表１）に示すように、新品センサおよび９０日間保存液に浸漬したセンサにおいてもグルコース濃度が計測できた。なお、（表１）は２０００ｍｇ／ｄｌまでに調製したグルコース濃度を計測したときの電流値を示す。
【００３６】
【表１】
2004101221.tif 000004
【００３７】
この（表１）からわかるように、本実施例における電極をを用いたバイオセンサは、９０日間保存液浸漬を行った後においても、その計測値が、新品センサの１０％の範囲内に制御できた。
【００３８】
また、電極の抵抗値を計測したところ、新品センサでは２３Ωであったものが、９０日間保存液浸漬を行った電極では２０Ωとなり、電極表面が自己酸化しなかった。さらに、９０日間保存液浸漬を行った電極についてセロハンテープ剥離試験を行ったが、剥離は認められなかった。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように本発明のバイオセンサによれば、電極が自己酸化せず、剥離防止がなされ、高濃度のグルコース測定が繰り返し可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例におけるバイオセンサの構成を示す断面図
【図２】同バイオセンサの主要部を示す拡大断面図
【図３】同バイオセンサの電極加工を説明する模式図
【符号の説明】
１　電荷伝達体
２　酵素
３　正電極
４　負電極
５　ベース
７　検体供給部
８　酸素供給部
１０　　筐体
【図１】
2004101221.tif 000005
【図２】
2004101221.tif 000006
【図３】
2004101221.tif 000007