(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表から裏へ貫通した細孔を有するメンブレンフィルムと、前記メンブレンフィルムの表裏に夫々形成された電極と、前記メンブレンフィルムの裏面に担持された酸化分解酵素と、前記酸化分解酵素に大気の酸素を供給する酸素供給口と、前記メンブレンフィルムの表面に被検物を供給する被検物供給部と、を具備したバイオセンサ。
【請求項２】
メンブレンフィルムは、ポリカーボネートフィルムであることを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサ。
【請求項３】
ポリカーボネートフィルムは、ポリアクリルアミドを細孔内に充填した複合膜であることを特徴とする請求項２に記載のバイオセンサ。
【請求項４】
ポリアクリルアミドは４倍架橋していることを特徴とする請求項３に記載のバイオセンサ。
【請求項５】
酸化分解酵素はグルコースオキシダーゼであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のバイオセンサ。
【請求項６】
被検物供給部と導通した電極を正極とし、酸素供給部と導通した電極を負極としたことを特徴とする請求項１から５項のいずれか１項に記載のバイオセンサ。
【請求項７】
電極間に１Ｖ以下の直流電圧を印加することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項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】
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、試験紙の色調の変化により示すものである。試験紙は簡便でだ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するものとして酵素反応を電極反応と結びつけるバイオセンサによる計測が実施されている。
【０００５】
図４は従来のバイオセンサの構成と動作を説明する説明図である。被検物供給口７から進入した尿は、干渉物質除去膜１３を通ってグルコースオキシダーゼ層２に達する。グルコースオキシダーゼ層２はグルコースオキシダーゼを有しており、尿中のグルコースを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。この水素イオンは直流電圧を印加すると複合膜１１を流れて、電荷の移動が起こるものである。この電流の大きさは、尿中に含まれるグルコースの量に応じたものとなっている。したがって、この電流の大きさから被験者の尿中のグルコース量が求められるものである。（化１）はこの反応を示している。
【０００６】
【化１】
0004517498.tif 000002
【０００７】
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。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記、従来のバイオセンサは、測定範囲がグルコース濃度５００mg/dlまでの計測にとどまること、さらに、連続測定ができないという課題を有している。すなわち、干渉物質除去膜は以下の効果がある。空中の酸素を尿中に供給することおよび反応層におけるブドウ糖の侵入を制限することである。しかしながら、この反応系においては以下の課題がある（図５参照）。干渉物質除去膜を介して酸素が尿中に溶解するため、酸素の溶解速度が反応律速となる。
【０００９】
したがって、ブドウ糖濃度５００mg/dlを超えた濃度が反応系に侵入すると、グルコース濃度とその出力値、電流をグルコース濃度に換算したもの、の比例関係が成立しない。さらに以下に記載する課題がある。酵素反応により発生した電極活物質、一般的に過酸化水素であることが多い、が電極の正極、および負極表面に付着して、電極活物質と電極が導通するのを妨げるものである。電極の正極と負極間に逆電荷をかけてリフレッシュする方法もあるが、この方法によっても約３０秒間の逆電荷導通時間さらに電極表面をリフレッシュ時間が必要となる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、表から裏へ貫通した細孔を有するメンブレンフィルムと、前記メンブレンフィルムの表裏に夫々形成された電極と、前記メンブレンフィルムの裏面に担持された酸化分解酵素と、前記酸化分解酵素に大気の酸素を供給する酸素供給口と、前記メンブレンフィルムの表面に被検物を供給する被検物供給部と、を具備したバイオセンサであり、酸素は被検物に溶解するとともに、大気から直接的に供給される構造をとるものである。
【００１１】
これにより、電荷の伝達能力が劣化することなく、また連続的な測定が可能なバイオセンサとしている。本構成をとるバイオセンサは、使いやすく、ハンディに加工できる特徴を備えることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
第１の発明は、表から裏へ貫通した細孔を有するメンブレンフィルムと、前記メンブレンフィルムの表裏に夫々形成された電極と、前記メンブレンフィルムの裏面に担持された酸化分解酵素と、前記酸化分解酵素に大気の酸素を供給する酸素供給口と、前記メンブレンフィルムの表面に被検物を供給する被検物供給部と、を具備したバイオセンサである。これにより、被分解物が分解されて発生する電極活物質の濃度をイオンの移動としてとらえ、電極に電流が流れる。また、被分解物と酵素の反応部位が起こる固層、被検物の液層、酸素供給部の気層と３層界面で反応がおこり、酵素の反応律速となる酸素供給障害が起こらない。
【００１４】
第２の発明は、特に、第１の発明のメンブレンフィルムが、ポリカーボネートフィルムであることを特徴とする。これにより、膜の表から裏へ真っ直ぐ貫通した細孔を確保でき、短い距離で導通する。さらに、膜厚の薄い材料を入手することが可能となり、導通距離の短縮化に役立つ。
【００１８】
第３の発明は、特に、第２の発明のポリカーボネートフィルムが、ポリアクリルアミドを細孔内に充填した複合膜であることを特徴とする。ポリアクリルアミドはアクリルアミド、ビスアクリルアミドと過硫酸アンモニウムを重合した材料である。アクリルアミドとビスアクリルアミドが溶解した液体にポリカーボネートフィルムを含浸後、加熱重合する事などにより、イオンが豊富なゲル状物質がポリカーボネートフィルムの細孔に充填される。このポリアクリルアミドが電極活物質の導通に関与するものである。従って、電極活物質の導通と、被検物の透過制限との２つの役割をこなすことができる。
【００１９】
第４の発明は、特に、第３の発明のポリアクリルアミドが４倍架橋していることを特徴とする。ポリアクリルアミドは生化学の分野ではタンパクの電機泳動に汎用されるゲル材料である。ポリアクリルアミドの網目状構造の中をタンパクが泳動されていく。架橋度とは網目状構造の網目の大きさを決めるものである。架橋度を高くすると、網目状構造が小さくなり、架橋度を低くすると網目状構造が大きくなる。すなわち、架橋度によりすかすかの網、目の細かい網ができる。今回の発明の、網目状構造を細かくしている理由について説明すると、グルコースの分子量は約１００である。グルコース以外の成分はたんぱくやビタミン等種々のものがあるが、そのほとんどすべてがグルコースより高分子である。高分子といっても、分子量数千のたんぱくもある。すなわち、生化学の研究レベルで使用するものと比較すると、排斥しなければならない、分子量が小さいのである。以上の理由から、重合度を４倍とした。なお、ポリアクリルアミドの重合度は４倍体が限界とされている。
【００２２】
第５の発明は、特に、第１から４の発明の酸化分解酵素は、グルコースオキシダーゼであることを特徴としている。これにより、酸化物を生成しても排除でき、正確な測定ができる。
【００２３】
第６の発明は、特に、第１から５のいずれか１つの発明の被検物供給部と導通した電極を正極とし、酸素供給部と導通した電極を負極としたことを特徴とすることで、電極活物質が簡単に大気中に放出でき、電荷の伝達能力が劣化することなく、また連続的な測定が可能なバイオセンサとしている。
【００２４】
第７の発明は、特に、第１から６のいずれか１つの発明の電極間に１Ｖ以下の直流電圧を印加することを特徴とする。これにより、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になる。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。図１は本実施例のバイオセンサの構成を示す断面図である。本実施例のバイオセンサは、ベース（５ａ〜５ｄ）とベース（５ｃ〜５ｄ）の上に設けている負電極（４）と、負電極（４）と導通するように設けている電荷移動体（１）と、電荷移動体（１）の上に設けている正電極（３）、その上にベース（５ａ〜ｂ）がある。電荷移動体（１）の上下は被検物供給口（７）と酸素供給口（８）ならびに酵素（２）によって構成されている。
【００２６】
前記ベース（５ａ〜５ｃ）は、構造を維持できる強度を備えているものであれば特に、材質についての制限は必要ないが、本実施例ではポリエチレンテレフタレートの成型品を使用している。また、最上層のベース（５ａ）とベース（５ｂ）との間は、適当な間隔を有したものとなっておりこの間隔は被験物を採取する被験物供給口（７）となっている。また、最下層のベース（５ｃ）とベース（５ｄ）との間は、適当な間隔を有したものとなっておりこの間隔は酸素を採取する酸素供給口（８）となっている。
【００２７】
前記負極（４）はベース（５ｃ〜５ｄ）上に設けてあり、正極（３）は電荷移動体（１）上に設け、ベース（５ａ〜５ｂ）で押さえられている。また正極（３）は、負極（４）ともにその一部は大気中に開放しているものである。
【００２８】
図２には電荷移動体（１）の模式図を示す。電荷移動体（１）はメンブレンフィルムによって構成している。メンブレンフィルムは、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構成となっており、その孔にはポリアクリルアミドが含浸されている。この膜は被験物であるグルコース（９）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）などが除去される。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、電荷移動体（１）は酵素（２）を保持する役割を有し、その位置は酸素供給口（８）にある。酵素（２）は酸素供給口（８）の全体に塗布されるのではなく、電荷移動体（１）上のグルコースと酵素（２）の反応面に直接、酸素が供給される構成になっている。
【００２９】
酵素（２）として本実施例ではグルコースオキシダーゼを使用しており、本実施例では電荷移動体（１）に直接吸着させて設けている。従って、電荷移動体（１）のフリーの炭素原子と酵素（２）の炭素原子とは、直接結合されている、あるいは、酵素分子を介する結合がなされている。このため、電荷移動体（１）の表面に吸着した酵素（２）は、決して層構造を取らず、ポーラスな構造をなしているものである。
【００３０】
図３には本発明のバイオセンサの新たな事例を示した。１対の電極（３、４）を電荷移動体（１）の上下に設置する方式においても、酵素（２）による電極活物質の測定ができる。
【００３１】
本発明品の動作について説明する。被験物には何千もの化学物質が含まれている。本実施例のバイオセンサはその中から、人体の健康情報を示す指標の一つである糖分の含有量を計測するものである。糖分はグルコースで代表して計測している。
【００３２】
負電極（４）と正電極（３）間に、図示していない直流電源から１Ｖ以下程度の直流電圧を印加した状態で、被験物を被験物供給口（７）に供給する。被験物供給口（７）に供給された被験物は、電荷移動体（１）に進入する。図３に示したように、電荷移動体（１）は、極小径の孔を有する表から裏へのストレート状の孔となっているものであり、グルコース以外の大きな固形成分、例えば、タンパク、アルブミンが主成分、などは除去され、孔を通してグルコースが反応系にまた、電荷移動体（１）全体では酸素が通過できる。従って、電荷移動体（１）に進入できる成分は比較的低分子のものと酸素に限定されるものである。このとき、本実施例では電荷移動体（１）の上部に酵素（２）を配置している。酵素（２）は、グルコースのみと選択的に反応し、他の成分と反応することはない。
【００３３】
こうして、グルコースは、酵素（２）によって分解される。このとき本実施例では前記したように、酵素（２）としてグルコースオキシダーゼを使用している。グルコースオキシダーゼは従来例の（化１）で説明したように、被験物中のグルコースを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移動体（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。
【００３４】
すなわち、発生した水素イオンが、電荷移動体（１）中に伝達され、複合膜中の水素イオンと交換され、水素イオンが負電極（４）の方に誘導される。こうして、正電極（３）と負電極（４）との間に電流が流れるものである。
【００３５】
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て、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。この電流の大きさは、被験物中に含まれるグルコースの量に応じたものとなっている。従って、この電流の大きさから被験物のグルコース濃度が求められる。
【００３６】
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、前記したように１Ｖ程度以下がこのましいものである。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。
【００３７】
このとき本実施例では、正電極（３）を被験物と直接接触する位置に設けているものである。このため、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。泡が電極に付着した状態では、電荷の伝達能力が低下することはなく、従って、被験物の糖分の含有量を連続的に測定することが可能になる。
【００３８】
また本実施例によれば、酵素（２）は被検物供給口（７）と直接接触することがなく、電荷移動体（１）と酸素供給口（８）に面した部位に塗布されており徐放性が確保されているため、内部に浸透した被験物成分は大気中に放散されるものである。このため本実施例のバイオセンサは、１回使用するごとに使い捨てる必要はなくなり繰り返し使うことができるものである。
【００３９】
なお、１回限りの使い捨てタイプのバイオセンサは、臨床検査の中でも、患者の血液中のグルコース濃度を計測したり、醸造工業における発酵過程のチェックのような、汚染を極力避けなければならない分野、感染を防止しなければならない分野、また、数をこなさなければならない分野において重宝されているものである。
【００４０】
今回、開発したバイオセンサはその中から、人体の健康情報を示す指標のひとつであるグルコース濃度を計測するものである。グルコース濃度を計測する手段は酵素を利用したバイオ方式の他に、化学反応によるもの、旋光度、屈折率、赤外吸収を計測するものがあるが、バイオ方式に比べ、基質特異性が低いこと、他の尿中成分の影響を受けやすいこと等、負に働く要因のによりグルコース濃度が実際の値より低く計算されることがある。この課題を解決したのが今回の発明に採用した酵素方式である。グルコースオキシダーゼを用いるとグルコースのみと選択的に反応し、他の物質と反応することはない。
【００４１】
グルコース（グルコース）が酵素（グルコースオキシダーゼ）により分解され、グルコン酸と副生成物として、過酸化水素に分解される。この過酸化水素が水酸基イオンと水素イオンに分解される。水素イオンが電子伝達体となり、電荷移動体（１）に含浸されたポリアクリルアミド部を泳動され、電極の負極のほうに誘導される。そのときに、電流が流れるしくみである。電子伝達体が泳動可能なフリーの陰イオンを持った電解質をゲル状にしたものであれば、ポリアクリルアミドでなくても電子伝達が行われ、電流が流れるしくみとなっている。
【００４２】
ポリアクリルアミドの重合と電流の流れ方およびその耐久性について記載する。基本的にポリアクリルアミドの重合と電流の流れ方には相関はない。これは１倍架橋のもので水素イオンの伝達に必要なイオンが多寡状態であるため、その相関は得られないほど、多くイオンが存在している。
【００４３】
生化学研究用のポリアクリルアミドゲルを作製するときは重合開始剤としてテトラメトキシエチレンジアミンを用いる。この薬剤は瞬時に反応するために、薬剤を添加するタイミングが難しい。また、薬剤との接触むらができる危険性がある。そこで、本発明では、加熱により、数分から数十分で架橋させる手段によるバイオセンサとしている。ポリカーボネートフィルムにむらなく架橋できるのであれば、重合開始剤を用いても差し支えない。また、紫外線照射により重合させてもよい。
【００４４】
では、図１をもとに本発明の特徴を説明する。被検物は被検物供給口（７）からバイオセンサ内部へと導かれる。センサの最上部にはポリアクリルアミドゲルを含浸した多孔性ポリカーボネートからなる電荷移動体（１）が具備され、孔を通過するものはグルコースと酸素のみであり、それ以外の巨大固形成分、例えば、タンパク（尿の場合はアルブミンが主成分）などが除去される。また、酸素はフィルム全面から反応系内部に侵入できる。これより、電荷移動体（１）と酵素（２）と酸素供給口（８）から構成された反応系へ侵入可能な成分は比較的低分子の尿成分と酸素に限定される。一方、本発明では、電極をろ過する前の検体と接することにより、検体の陰イオン性物質のみならず、酵素反応により生成される酸素等の副生成物も正極方向へ誘導し、被検物供給口（７）を介して簡単に大気中へ放出することができる。検体中のグルコースを分解する酵素（２）、グルコースオキシダーゼは電荷移動体（１）に直接吸着させた。電荷移動体と酵素の結合は物理がなされている。電荷移動体（１）表面に吸着したグルコースオキシダーゼは上記結合をしていると考えられるため、決して、層構造を取らず、ポーラスな構造をなしているものである。また、酵素（２）は電荷移動体（１）と酸素供給口（８）からなる場所に存在し、酵素（２）を保持する役割を有し、その徐放性に大きく関与するものである。このような構成のバイオセンサは１回限りの使い捨てではなく、繰り返し計測することが可能となる。
【００４５】
一方、１回限りの使い捨てタイプのバイオセンサは臨床検査の中でも、患者の血液中のグルコース濃度を計測したり、醸造工業における発酵過程のチェックのような、汚染を極力避けなければならない分野、また、数をこなさなければならない分野において、使い捨て計測による効果がある。
【００４６】
図２は電荷移動体におけるブドウ糖（９）と酸素（１０）の透過について示した模式図である。
【００４７】
図３は図１で示されたバイオセンサと同等の効果が発揮できる構成を１対の電極からなるものを示したものである。
【００４８】
図４は従来のバイオセンサについて記載したものである。グルコースオキシダーゼにより分解された副生成物がバイオセンサ最下層の電極（１２）に誘導され、電極表面に発泡体が形成されだすと水素イオンの伝達障害が起こり、電流値の低下が起こる。この現象を解決するには逆電流をかけて、正極近傍に付着した発泡体を強制的に脱離させなければならない。この過程が必要なバイオセンサは連続測定ができないという課題がある。この課題を解決したのが、本発明である。
【００４９】
ここからは本発明内容について実施例とともに具体的に説明する。
【００５０】
（実施例１）
（表１）に本発明の特徴と従来の発明の特徴についてポイントを示した。従来の発明は図４に記載された構成のバイオセンサを用いた。計測はグルコースを溶解した人工尿を用い、５００mg/dl毎に濃度を増加した被検体液とした。連続測定回数計測は自動計測器を用い、上記人工尿にグルコース濃度０、５００、２０００、７５０、４０００、１００mg/dlとし、この順で連続的に計測するサイクルを廻し、そのサイクル数から計測回数を求めた。
【００５１】
【表１】
0004517498.tif 000003
【００５２】
（表１）から計測範囲が本発明と従来の発明について大きくことなる。これは酵素とグルコースが反応する反応系が従来例は液層と固層であるが、本発明は液層、気層および固層の３層界面となり、酵素反応に不可欠の酸素が充分供給されることによる。健康な人を対象としたバイオセンサではグルコース濃度５００mg/dlまで計測できれば、その変化から体調管理をするには十分な計測範囲である。一方、糖尿病患者の尿から排泄されるグルコース濃度を計測するには、十分な計測範囲であるとはいえない。糖尿病患者尿からグルコース濃度を計測するには２０００mg/dlまで計測する能力が求められる。本発明はこのニーズを充分満足するものである。
【００５３】
（実施例２）
実施例２では、反応に付与される溶存酸素濃度を計測した。本発明品はバイオセンサにおいて、電極が尿と直接接触する場合に電極から発生する酸素量であり、従来品は電極が尿と直接接触しない場合における酸素発生量を、溶存酸素計を用い計測した。計測温度は３４℃、バイオセンサに滴下したブドウ糖濃度は５００mg/dlである。表２にはその結果を示した。溶存酸素濃度はppmオーダーで示す。
【００５４】
【表２】
0004517498.tif 000004
【００５５】
結果からわかるように、発泡現象により溶液中に溶けた酸素量は、本発明品のほが多くなっている。つまり、原尿と接触する正の電極が大気に接触する構造をとると、原尿中にある、負に帯電した物質が正極近傍に引き寄せられ、そこから簡単に大気中に放出される。本発明で使用した酵素、グルコースオキシダーゼはブドウ糖を分解すると、グルコン酸と過酸化水素に分解される。この場合、過酸化水素が溶液中にすぐに、負に帯電したイオンとなる。これが正極（３）に引き寄せられるのである。したがって、原尿と接触する電極は正極、反応に用いる酵素は酸化分解酵素、グルコースオキシダーゼという組み合わせは１対をなすものである。
【００５６】
次に、酵素反応における電荷の計測について述べる。日本特許第２９４０００７号、および日本特許第２９４３７００号によると、電荷の伝達にはポリカーボネートフィルムにポリアクリルアミドを含浸した電荷移動体（１）を使用している。本発明では電荷移動体（１）における電子伝達に関与するものとして、水素イオンにその役割をになわした。
【００５７】
（実施例３）
図１に示したセンサを計測に使用した。計測に用いたブドウ糖は５０mg/dlから５０００mg/dlの濃度になるように人工尿に溶かした。測定は電流を抵抗に通じて電圧として表示した。その結果を表３に示す。表３からわかるように、酵素、すなわち、グルコースオキシダーゼを封じていないセンサではリン酸緩衝生理食塩水のみを計測、さらに５００mg/dlのブドウ糖のみを計測しても電圧値の増加は認められなかった。また、酵素を封じても、リン酸緩衝生理食塩水では電圧値は認められなかった。ところが、酵素を封じたものは電圧値の増加が認められ、濃度勾配と直線性の関係があった。この結果から、ポリアクリルアミドを含浸したポリカーボネートフィルムは電荷の移動をつかさどるものである。なお、測定に使用した酵素は天野製薬製製グルコースオキシダーゼ（３２００００ユニット）である。
【００５８】
実施例３の条件において、コントロール尿（バイオラッド製）にグルコース５０００mg/dlになるように調製したものについても、同様に電圧値を計測したところ、ブドウ糖が入っていないと考えられるコントロール尿では電圧が計測されなかったが、ブドウ糖を添加したものでは、実施例２に示したリン酸緩衝生理食塩水にグルコース５０００mg/dlとなるように調製したものを計測した時の数値と、ほぼ同様の数値を計測した。
【００５９】
【表３】
0004517498.tif 000005
【００６０】
（実施例４）
図３をもとに電荷移動体の組成について述べる。電荷移動体はポリアクリルアミドをゲルとしてポリカーボネートフィルムに重層している。ポリカーボネートフィルムの細孔および全体がポリアクリルアミドに胞埋されている。細孔を封入したポリアクリルアミドは水素イオンの授受に関与する。つまり細孔に電解質を充満させて電極間において水素イオンのやり取りをする。この課題は、ポリアクリルアミドをポリカーボネートフィルムに含浸させる手段である。
【００６１】
ポリカーボネートフィルムには表裏に鉛直状に細孔がある。その細孔を介して水素イオンが伝授され、その結果電流が流れる。水素イオン１個が細孔を通過することを考えると、その移動距離は１０−８μｍのイオンが４０μｍの幅を移動することとなり、莫大な距離を進むこととなる。そこで、細孔に電解質を封入すると、酵素反応により生じた水素イオンが、それ自身で莫大な距離を移動する必要がなくなり、酵素反応により生成した水素イオンが、その近傍の電解質と反応し、水素イオンが電解質を伝播していくこととなり、水素イオン１個の労力は少なくなる。
【００６２】
ポリアクリルアミドは網目状構造をとる。その網目の大きさを決めるのが重合度である。重合度が高くなると排斥分子量が小さくなり、分子量が小さいものがポリアクリルアミド内部に侵入することができにくくなる。本発明における反応系に必要なものはグルコースであり、その他のものはできるだけ排斥したい。以上の理由から、重合度を４倍重合相当にした。
【００６３】
今度は、ポリアクリルアミドの重合方法について述べる。重合手段はテトラメトキシエチレンアミドを重合開始剤とする方法、加熱による方法、紫外線照射による方法がある。薬品を用いる手段では穏和な反応は期待できず、ポリカーボネートフィルムをフィルム状で保持することができない。紫外線照射は紫外線ランプとともに防御装置も必要とするため、なるべく使いたくない。そこで、加温による重合を選択した。重合開始前の、アクリルアミドとビスアクリルアミドが溶解した液体にポリカーボネートフィルムを含浸すると、細孔へ液体が毛細管現象で取り込まれる。それを加温により重合させた。重合温度は３０℃から７０℃位とし、穏和な条件で重合すると、ポリカーボネートフィルムの細孔にむらなく重合することができる。
【００６４】
以上をもとに、本構成の電極で電流が流れるかどうかについて述べる。図１に示した電極構造において電荷移動体（１）の代わりに、塩化ビニルシートを用いた。その電極において、グルコースのグルコース酸化酵素における反応電流を計測した。そのときの結果を表４に示す。なお、印加電圧は１Ｖとし、ブドウ糖非添加時の電流値はすべて０Ａとなるように設定した計測機器を用いて測定をおこなった。測定に用いたブドウ糖は１００ｍｇ／ｄｌとし、リン酸緩衝生理食塩水に溶解したものを用いた。塩化ビニルでは数値の検出は認められなかった。ポリカーボネートフィルム単独の電荷移動体としたものでは、電流が検出される。しかしながら、ポリカーボネートフィルムの細孔が封入されていないため、酵素が反応とともに流出し、繰り返し計測ができない。
【００６５】
本実施例では細孔のあるフィルム状のものであれば電流が流れる。さらに、細孔に電解質を封入することにより何でも電荷の移動に関与する材料にあるが、使用環境によりその選び方がことなる。例えば、尿中のグルコース濃度を計測する場合には、以下のようなことを考慮する必要がある。尿中には種々の酵素がある。例えば、ジアスターゼ、セルラーゼ等である。細孔かあり、膜構造を有するものに硝酸セルロースフィルタがある。セルロースフィルタはセルラーゼにより分解されるため、複数回繰り返し使用するセンサでは硝酸セルロースフィルタは使用できない。
【００６６】
【表４】
0004517498.tif 000006
【００６７】
【発明の効果】
本発明は、酵素と被分解物およびその分解に必要な酸素が飽和濃度供給され、酵素の定量精度を増加したセンサのしくみを提供し、瞬時に高濃度のグルコースを検出することができる。
【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図（１）
【図２】電荷移動体におけるブドウ糖と酸素の制限透過を示す模式図
【図３】本発明の実施例におけるバイオセンサの構成図（２）
【図４】従来のバイオセンサの構成図
【図５】従来のバイオセンサの干渉物質除去膜の働きを示す図
【符号の説明】
１  電荷移動体
２  酵素
３  正極
４  負極
５ａ〜ｄ  ベース
６  シール
７  被検物供給口
８  酸素供給口
９  グルコース
１０  酸素
１１  干渉物質除去膜
１２  電極
【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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