(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
印加されるバイアス電圧の極性を測定動作時の極性に対して反転させることにより電極の活性の復元が行われる過酸化水素電極（１）の表面に過酸化水素選択透過膜（２）を設け、過酸化水素選択透過膜（２）上に生理活性物質を固定化してなる固定化生理活性物質膜（３）を設け、これら膜（２）（３）をリン酸緩衝溶液で湿潤させた状態で生理活性物質の存在下で測定対象物質の反応を行わせ、反応により生成された過酸化水素の量に対応する電気信号を過酸化水素電極（１）から出力するバイオセンサであって、リン酸緩衝溶液の濃度を２００ｍＭ／ｌ以上、かつ３００ｍＭ／ｌ以下に設定した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】
この発明はバイオセンサに関し、さらに詳細にいえば、過酸化水素電極の表面の過酸化水素選択透過膜を設け、過酸化水素選択透過膜上に生理活性物質を固定化してなる固定化生理活性物質膜を設け、これら膜を緩衝溶液で湿潤させた状態で生理活性物質の存在下で測定対象物質の反応を行わせ、反応により生成された過酸化水素の量に対応する電気信号を過酸化水素電極から出力するバイオセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から過酸化水素電極上に固定化酵素膜のように生理活性物質を固定化してなる固定化生理活性物質膜（以下、単に固定化酵素膜と称する）を設けるとともに、固定化酵素膜と過酸化水素電極との間に過酸化水素選択透過膜を設け、これらの膜を５０ｍＭ／ｌ程度の緩衝溶液で湿潤させた状態で生理活性物質の存在下で測定対象物質（例えば、体液に含まれる測定対象物質）の反応を行わせ、反応により生成された過酸化水素の量に対応する電気信号を過酸化水素電極から出力するバイオセンサが提案されている。このようなバイオセンサは測定対象物質に対して高い選択性を有しているのであるから、複雑な構造の有機物質などの濃度を高精度に測定することができる。また、緩衝溶液は、例えば、体液を測定対象溶液とする場合に、測定環境を生体条件に近づけるために５０ｍＭ／ｌ程度の濃度に設定される。
【０００３】
特に、測定対象溶液が血液である場合には、過酸化水素選択透過膜が存在していなければ、血液中の妨害物質（アスコルビン酸など）に由来するノイズが検出電流に重畳されてしまい、濃度測定精度が低下してしまうのであるが、過酸化水素選択透過膜を設けておけば、過酸化水素のみが過酸化水素電極の表面に到達するのであるから、妨害物質に由来するノイズの発生がなく、高精度の濃度測定を達成することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、過酸化水素選択透過膜はアセチルセルロースのように一般に高分子を絡み合せることにより作製されているのであり、部分的に電荷の偏りを有している。また、バイオセンサでは、測定時に過酸化水素電極の表面に形成される不純物を除去して過酸化水素電極の活性を復元させるために短時間だけ過酸化水素電極に印加するバイアス電圧の極性を反転させるようにしている。
【０００５】
したがって、過酸化水素電極の表面に接した状態で設けられている過酸化水素選択透過膜が極性の反転の影響、ＯＨラジカルの影響を受けて安定状態が乱されてしまい、この結果、高分子を絡み合せることにより作製された過酸化水素選択透過膜の膜構造が徐々に劣化していく。また、緩衝溶液の濃度が前述のように設定されているのであるから、緩衝溶液による緩衝能力を余り高めることができず、低ｐＨ領域で過酸化水素電極からの出力信号が低下してしまうという都合もある。
【０００６】
【発明の目的】
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、過酸化水素選択透過膜より長期間にわたって安定に保持し続けることができるとともに、低ｐＨ領域における出力信号の低下を防止することができるバイオセンサを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１のバイオセンサは、固定化生理活性物質膜および過酸化水素選択透過膜を湿潤させるリン酸緩衝溶液の濃度を２００ｍＭ／ｌ以上、かつ３００ｍＭ／ｌ以下に設定してある。
【０００８】
【作用】
請求項１のバイオセンサであれば、印加されるバイアス電圧の極性を測定動作時の極性に対して反転させることにより電極の活性の復元が行われる過酸化水素電極の表面に過酸化水素選択透過膜を設け、過酸化水素選択透過膜上に生理活性物質を固定化してなる固定化生理活性物質膜を設け、これら膜をリン酸緩衝溶液で湿潤させた状態で生理活性物質の存在下で測定対象物質の反応を行わせ、反応により生成された過酸化水素の量に対応する電気信号を過酸化水素電極から出力するバイオセンサであって、リン酸緩衝溶液の濃度を２００ｍＭ／ｌ以上、かつ３００ｍＭ／ｌ以下に設定しているので、過酸化水素電極に印加されるバイアス電圧の極性が反転した場合であっても、極性反転による影響がリン酸緩衝溶液層で十分に吸収され、過酸化水素選択透過膜に及ぼす影響が大幅に低減される。したがって、過酸化水素選択透過膜を長期間にわたって安定に保持することができる。また、リン酸緩衝溶液の濃度を２００ｍＭ／ｌ以上、かつ３００ｍＭ／ｌ以下に設定することにより、低ｐＨ領域での出力信号の低下を防止できることを見出した。
【００１０】
【発明の実施の態様】
以下、添付図面を参照しながらこの発明の実施の態様を説明する。
図１はこの発明のバイオセンサの一実施態様を概略的に示す図である。
このバイオセンサは、少なくとも図示しないＰｔなどからなる作用電極およびＡｇなどからなる対向電極を有する過酸化水素電極１の表面にアセチルセルロース膜、ナフィオン膜、セロハン膜などからなる過酸化水素選択透過膜２を有しているとともに、過酸化水素選択透過膜２を覆うように固定化酵素膜３を有している。なお、固定化酵素膜３を覆う妨害物質分離膜（図示せず）が必要に応じて設けられる。この妨害物質分離膜は、測定対象溶液が血液である場合には、血球などを分離して血球以外の成分を固定化酵素膜３に到達させるように機能する。そして、過酸化水素選択透過膜２および固定化酵素膜３を湿潤させるための、リン酸緩衝溶液（リン酸水素２ナトリウム／リン酸２水素カリウムもしくは各水和物）が添加されている。なお、このリン酸緩衝溶液のリン酸濃度は３００ｍＭ／ｌに設定してある。
【００１１】
図２は不純物除去のためのバイアス電圧の極性反転回数の増加に伴なって漏出物質に起因する出力が変化する様子を示す図である。なお、図において、ａ１，ａ２が５０ｍＭ／ｌのリン酸緩衝溶液を採用した場合を、ａ３，ａ４，ａ５，ａ６が３００ｍＭ／ｌのリン酸緩衝溶液を採用した場合をそれぞれ示している。
図２から明らかなように、リン酸緩衝溶液のリン酸濃度を３００ｍＭ／ｌに設定することで反応物質の漏出を抑制し、過酸化水素選択透過膜に対する保護効果が向上していることが分かる。
【００１２】
図３はバイオセンサを通常のように使用した場合（例えばバイアス電圧の極性反転と濃度測定とを交互に行なった場合）において時間日数の増加に伴なって過酸化水素選択透過膜の劣化度の変化を示す図である。なお、図３において破線が５０ｍＭ／ｌのリン酸緩衝溶液を採用した場合を、実線が３００ｍＭ／ｌのリン酸緩衝溶液を採用した場合をそれぞれ示している。また、劣化度は電極出力に対する漏出物質の出力を示す。
【００１３】
なお、図３の縦軸は｛（妨害物質＋グルコース液）／グルコース液｝による出力比を示している。
図３から明らかなように、リン酸緩衝溶液のリン酸濃度を３００ｍＭ／ｌに設定することにより、過酸化水素選択透過膜の劣化度を抑制できることが分かる。固定化酵素膜３として固定化グルコースオキシダーゼ膜を採用したバイオセンサを用いてグルコース溶液中のグルコース濃度を測定した場合に、リン酸緩衝溶液のリン酸濃度を５０ｍＭ／ｌに設定してあれば、測定回数の増加に伴なってｐＨ値が低下し、これに伴なって出力信号値が低下するが、リン酸緩衝溶液のリン酸濃度を３００ｍＭ／ｌに設定してあれば、測定回数が増加した場合の低いｐＨ領域でも、出力信号値の低下が殆ど認められなかった。これは、リン酸緩衝溶液のリン酸濃度を高めることにより緩衝能力が向上したためと思われる。
【００１４】
具体的には、リン酸緩衝溶液のリン酸濃度を５０ｍＭ／ｌ、１００ｍＭ／ｌ、２００ｍＭ／ｌ、３００ｍＭ／ｌに設定してグルコース濃度が既知のグルコース溶液を用いて測定を反復したところ、図４〜図７に示す測定結果が得られた。なお、各データは各々の条件で２ロット分のデータを示している。
これらの測定結果から明らかなように、リン酸濃度が５０ｍＭ／ｌ、１００ｍＭ／ｌのリン酸緩衝溶液を用いた場合には、測定回数の増加に伴なって出力が大幅に低下しているが、リン酸濃度が２００ｍＭ／ｌ、３００ｍＭ／ｌのリン酸緩衝溶液を用いた場合には、測定回数の増加に拘らず出力は殆ど低下しなかった。
【００１５】
なお、上記の実施態様においては、緩衝溶液としてリン酸緩衝溶液を採用した場合についてのみ説明しているが、測定対象溶液の種類などに応じて適宜従来公知の他の緩衝溶液（塩酸／塩化カリウム、グリシン／塩酸、ギ酸／ギ酸ナトリウム、クエン酸／クエン酸ナトリウム、酢酸／酢酸ナトリウム、マレイン酸／水酸化ナトリウム、トリス／塩酸、ジエタノールアミン／塩酸、ホウ酸／水酸化ナトリウム、水酸化ナトリウム／塩化カリウムなど）を採用することが可能である。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１の発明は、過酸化水素電極に印加されるバイアス電圧の極性が反転した場合であっても、極性反転による影響がリン酸緩衝溶液層で十分に吸収され、過酸化水素選択透過膜に及ぼす影響が大幅に低減され、ひいては、過酸化水素選択透過膜を長期間にわたって安定に保持することができ、また、リン酸緩衝溶液の濃度を２００ｍＭ／ｌ以上、かつ３００ｍＭ／ｌ以下に設定することにより、低ｐＨ領域での出力信号の低下を防止できるという特有の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の過酸化水素選択透過膜保護方法が適用されるバイオセンサの構成を概略的に示す図である。
【図２】不純物除去のためのバイアス電圧の極性反転回数の増加に伴なって漏出物質に起因する出力が変化する様子を示す図である。
【図３】バイオセンサを通常のように使用した場合において時間日数の増加に伴なって過酸化水素選択透過膜の劣化度の変化を示す図である。
【図４】リン酸緩衝溶液のリン酸濃度を５０ｍＭ／ｌに設定してグルコース濃度が既知のグルコース溶液を用いて測定を反復した場合の測定結果を示す図である。
【図５】リン酸緩衝溶液のリン酸濃度を１００ｍＭ／ｌに設定してグルコース濃度が既知のグルコース溶液を用いて測定を反復した場合の測定結果を示す図である。
【図６】リン酸緩衝溶液のリン酸濃度を２００ｍＭ／ｌに設定してグルコース濃度が既知のグルコース溶液を用いて測定を反復した場合の測定結果を示す図である。
【図７】リン酸緩衝溶液のリン酸濃度を３００ｍＭ／ｌに設定してグルコース濃度が既知のグルコース溶液を用いて測定を反復した場合の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
１  過酸化水素電極    ２  過酸化水素選択透過膜
３  固定化酵素膜
【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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