(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作用極基板、対極基板、および少なくとも酵素および電子伝達体を包含する試薬層を具備し、作用極基板上に配置された作用極と対極基板上に配置された対極とが空間部を隔てて相互に対向する位置に配置されており、前記作用極基板または対極基板が、外側に膨出した曲面部を有し、前記曲面部の内壁面に前記作用極または対極が配置されていることを特徴とするバイオセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料中に含まれる基質を迅速かつ高精度に定量するためのバイオセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
スクロース、グルコースなど糖類の定量分析法として、施光度計法、比色法、還元滴定法および各種クロマトグラフィーを用いた方法等が開発されている。しかし、これらの方法は、いずれも糖類に対する特異性があまり高くないので精度が悪い。これらの方法のうち施光度計法によれば、操作は簡便ではあるが、操作時の温度の影響を大きく受ける。従って、施光度計法は、一般の人々が家庭などで簡易に糖類を定量する方法としては適切でない。
ところで、近年、酵素の有する特異的触媒作用を利用した種々のタイプのバイオセンサが開発されている。
【０００３】
以下に、試料液中の基質の定量法の一例としてグルコースの定量法について説明する。電気化学的なグルコースの定量法としては、グルコースオキシダーゼ（ＥＣ１．１．３．４：以下ＧＯＤと略す）と酸素電極あるいは過酸化水素電極とを使用して行う方法が一般に知られている（例えば、鈴木周一編「バイオセンサー」講談社）。
ＧＯＤは、酸素を電子伝達体として、基質であるβ−Ｄ−グルコースをＤ−グルコノ−δ−ラクトンに選択的に酸化する。酸素の存在下で、ＧＯＤによる酸化反応過程において、酸素が過酸化水素に還元される。酸素電極によって、この酸素の減少量を計測するか、あるいは過酸化水素電極によって過酸化水素の増加量を計測する。酸素の減少量および過酸化水素の増加量は、試料液中のグルコースの含有量に比例するので、酸素の減少量または過酸化水素の増加量からグルコースの定量が行われる。
上記方法では、その反応過程からも推測できるように、測定結果は試料液に含まれる酸素濃度の影響を大きく受ける欠点があり、試料液に酸素が存在しない場合は測定が不可能となる。
【０００４】
そこで、酸素を電子伝達体として用いず、フェリシアン化カリウム、フェロセン誘導体、キノン誘導体等の有機化合物や金属錯体を電子伝達体として用いる新しいタイプのグルコースセンサが開発されてきた。このタイプのセンサでは、酵素反応の結果生じた電子伝達体の還元体を電極上で酸化することにより、その酸化電流量から試料液中に含まれるグルコース濃度が求められる。このような有機化合物や金属錯体を酸素の代わりに電子伝達体として用いることにより、既知量のＧＯＤとそれらの電子伝達体を安定な状態で正確に電極上に担持させて反応層を形成することが可能となる。この場合、反応層を乾燥状態に近い状態で電極系と一体化させることもできるので、この技術に基づいた使い捨て型のグルコースセンサが近年多くの注目を集めている。その代表的な例が、特許第２５１７１５３号公報に示されるバイオセンサである。使い捨て型のグルコースセンサにおいては、測定器に着脱可能に接続されたセンサに試料液を導入するだけで容易にグルコース濃度を測定器で測定することができる。このような手法は、グルコースの定量だけに限らず、試料液中に含まれる他の基質の定量にも応用可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなグルコースセンサを用いた測定では、数μｌオーダーの試料量で試料中の基質濃度を容易に求めることができる。しかしながら近年、更に微量、特に１μｌ以下の試料で測定が可能であり、かつ取扱いが簡便で、高性能なバイオセンサの開発が、各方面において切望されている。
しかしながら、従来の電気化学グルコースセンサでは、殆どの場合、一平面上に電極系が配置されている。電極系が一平面上にあり、かつ試料が極微量な場合には、電極間の電荷移動、主にイオンの移動、に対する抵抗が大きくなる。それに伴い、測定結果にばらつきが生ずる場合があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明のバイオセンンサは、作用極基板、対極基板、および少なくとも酵素と電子伝達体を包含する試薬層を具備し、作用極基板上に配置された作用極と対極基板上に配置された対極とが空間部を隔てて相互に対向する位置に配置されており、前記作用極基板または対極基板が、外側に膨出した曲面部を有し、前記曲面部の内壁面に前記作用極または対極が配置されていることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説明する。
《実施例１》
バイオセンサの一例として、グルコースセンサについて説明する。
図１は、本実施例のグルコースセンサの外観を示す。
作用極基板１は、以下のようにして作製した。絶縁性基板上にパラジウムをスパッタリングし、作用極部およびリード／端子部を作製した。次に、基板上に絶縁性部材７を貼付することにより、作用極２、および測定器に挿入する端子部３を規定した。
一方、外側に膨出した曲面部６を有する絶縁性基板の前記曲面部の内壁面に、パラジウムをスパッタリングして対極５を形成した。これを対極基板４とする。曲面部６の端部には、空気孔８を有する。
ＧＯＤと、電子伝達体であるフェリシアン化カリウムとを含有する水溶液を作用極基板１の作用極２上に滴下し、乾燥して試薬層を作製した。
最後に、作用極基板１と対極基板４を貼り合わせて、グルコースセンサを作製した。これにより作用極２と対極５は、作用極基板１と曲面部６との間に形成される空間を介して対向する位置に配置される。この空間部は、試料の収容部となり、空間部の解放端側に試料液を接触させれば毛管現象により試料液は容易に空気孔側へ移動し、電極系に接触する。
【０００８】
一定量のグルコースを含む溶液を試料としてセンサの空間部に供給し、一定時間経過後に、対極５を基準にして作用極２に５００ｍＶの電圧を印加した。対極５については、クリップで曲面部６の端部を挟むなどにより電気的導通を得る。この電圧印加により、作用極と対極との間に流れた電流値を測定したところ、液中のグルコース濃度に比例した電流応答が観察された。液中のフェリシアン化イオン、グルコース、ＧＯＤが反応し、その結果、グルコースがグルコノラクトンに酸化され、フェリシアン化イオンがフェロシアン化イオンに還元される。このフェロシアン化イオンの濃度は、グルコースの濃度に比例する。よって、その酸化電流に基づいてグルコース濃度を測定することができる。
ほぼ等量の試料を、基板の一平面上に電極系を設けたセンサに導入した場合に比較して、本実施例では応答値の増加が観察された。これは、電極系を対向型にしたことにより、電極間のイオン移動が円滑になったためと推察される。
【０００９】
以上の実施例では、電極系への印加電圧を５００ｍＶとしたが、これに限定されることはない。酵素反応に伴い還元された電子伝達体が酸化される電圧であればよい。
反応層に含有される酸化還元酵素としては、試料液に含まれる測定対象の基質に対応したものが用いられる。酸化還元酵素としては、例えば、フルクトースデヒドロゲナーゼ、グルコースオキシダーゼ、アルコールオキシダーゼ、乳酸オキシダーゼ、コレステロールオキシダーゼ、キサンチンオキシダーゼ、アミノ酸オキシダーゼなどがあげられる。
電子伝達体としては、フェリシアン化カリウム、ｐ−ベンゾキノン、フェナジンメトサルフェート、メチレンブルー、フェロセン誘導休などがあげられる。また、酸素を電子伝達体とした場合にも電流応答が得られる。電子伝達体は、これらの一種または二種以上が使用される。
試薬層は、これを作用極に固定化することによって、酵素あるいは電子伝達体を不溶化させてもよい。固定化する場合は、架橋固定法あるいは吸着法が好ましい。また、電極材料中に混合させてもよい。
【００１０】
上記実施例では、特定の電極系、リード／端子、および測定器側の接続端子を前記の端子に接触させるために基板に設ける貫通孔や切欠部を示したが、それらの形状、配置等は実施例のものに限定されるものではない。
また、上記実施例では、電極材料としてカーボンあるいはパラジウムについて述べたが、これに限定されることはない。作用極材料としては、電子伝達体を酸化する際にそれ自身が酸化されない導電性材料であれば使用できる。また、対極材料としては、銀、白金等の一般的に用いられる導電性材料であれば使用できる。
【００１１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、微量の試料で高い信頼性および精度の測定値を与えるバイオセンサが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例におけるグルコースセンサを示す斜視図である。
【符号の説明】
１  作用極基板
２  作用極
３  作用極端子
４  対極基板
５  対極
６  曲面部
７  絶縁層
８  空気孔
【図１】
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