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JP5798044B2 - Biosensor - Google Patents
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Description

本発明は、試料液中の特定成分を検出するバイオセンサー、特に検出試薬の構成に関する。 The present invention relates to a biosensor that detects a specific component in a sample solution, and more particularly to a configuration of a detection reagent.

従来から、検体の血糖値等を測定するバイオセンサー及びその製造方法が案出されている(例えば、特許文献1〜特許文献4参照。)。図1に従来の一般的なバイオセンサー(センサーチップ)1を示す。このバイオセンサー1は、電極絶縁基板2上に作用電極3及び対電極4を平行近接して設け、電極絶縁基板2、作用電極3及び対電極4上に、反応部セル5を有するマスクシート6を熱接着し、反応部セル5内の作用電極3及び対電極4上に酸化還元酵素を含む反応部用塗布液を塗布し乾燥して試薬層からなる反応部7を形成することにより製造されていた。なお、マスクシート6上には電気絶縁性のスペーサシート8及び透明のカバーシート9が積層される。このバイオセンサー1によれば、血糖値計測表示器に取り付けて検体を取り込み、血糖値計測表示器が血糖値を計測表示することにより、血糖値を認識できる。 Conventionally, a biosensor for measuring a blood sugar level and the like of a specimen and a manufacturing method thereof have been devised (for example, see Patent Documents 1 to 4). FIG. 1 shows a conventional general biosensor (sensor chip) 1. This biosensor 1 is provided with a working electrode 3 and a counter electrode 4 in parallel proximity on an electrode insulating substrate 2, and a mask sheet 6 having a reaction cell 5 on the electrode insulating substrate 2, working electrode 3 and counter electrode 4. Is applied to the working electrode 3 and the counter electrode 4 in the reaction unit cell 5, and the reaction unit coating solution containing oxidoreductase is applied and dried to form the reaction unit 7 composed of a reagent layer. It was. An electrically insulating spacer sheet 8 and a transparent cover sheet 9 are laminated on the mask sheet 6. According to the biosensor 1, the blood glucose level can be recognized by attaching the sample to the blood glucose level measurement display and taking the sample, and the blood glucose level measurement display displays the blood glucose level.

ここで、一般に、バイオセンサーは、吸湿により試薬層に含まれるメディエータが還元されることがあり、実際に反応によって還元されるメディエータ量が多くなるために、バックグラウンドが上昇し誤差が生じることがあった。 Here, in general, in the biosensor, the mediator contained in the reagent layer may be reduced by moisture absorption, and the amount of mediator that is actually reduced by the reaction increases, so that the background increases and an error may occur. there were.

そのために、バイオセンサーはアルミ個包装内や樹脂製のボトル内を低湿度に保つために乾燥剤を入れるなどの対策が行なわれている。しかし、特にボトルに複数のチップを入れる場合は、繰り返しの開封による吸湿の影響を受け、出力変化が起こる可能性がある。また、アルミ個包装は製造コストを増大させる。 For this reason, biosensors have been implemented with measures such as adding a desiccant to keep the inside of individual aluminum packages and resin bottles at low humidity. However, in particular, when a plurality of chips are put in a bottle, the output may change due to the influence of moisture absorption due to repeated opening. Also, aluminum individual packaging increases manufacturing costs.

このため、吸湿による出力変化を抑制し、性能変化の無いバイオセンサーが望まれている。 For this reason, the biosensor which suppresses the output change by moisture absorption and does not have a performance change is desired.

特開2002-207022には、熱や水分の存在化で、試薬層に含まれる酵素タンパク質や親水性高分子の一部などと、電子伝達体との還元反応が生じるため、バックグラウンド電流(ノイズ電流)が発生し、経時的にバックグラウンド電流値が上昇することにより、センサー性能が悪化するという問題が顕著に見られる、と記載されており、その対策のために糖アルコールや金属塩を添加する手段を講じている。 In Japanese Patent Laid-Open No. 2002-207022, the presence of heat and water causes a reduction reaction between an enzyme protein or a part of a hydrophilic polymer contained in a reagent layer and an electron carrier. Current) and the background current value increases with time, and the problem that sensor performance deteriorates is noticeable. Sugar alcohol and metal salts are added as a countermeasure. Take measures to do.

また、特開2008-261653には、目的のタンパク質水溶液の溶状を安定化するため、該タンパク質に加え、セリシンおよび/またはその加水分解物もしくはその同等物を水溶液中に共存させることにより、濁りの発生を抑制できることが開示されている。 JP-A-2008-261653 discloses that in order to stabilize the solution state of the target protein aqueous solution, sericin and / or a hydrolyzate thereof or the equivalent thereof are allowed to coexist in the aqueous solution in addition to the protein. It is disclosed that generation can be suppressed.

あるいは、特開2008-239512には、抗体を、セリシンおよび/またはその加水分解物、もしくはその同等物と共存させることを特徴とする、抗体の安定化方法が開示されている。 Alternatively, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-239512 discloses a method for stabilizing an antibody, wherein the antibody coexists with sericin and / or a hydrolyzate thereof, or an equivalent thereof.

さらに、特開2008-143790には、タンパク質に、セリシンおよび/またはその加水分解物もしくはその同等物を水溶液中に共存させることを特徴とするタンパク質の溶解性改善方法が開示されている。   Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-143790 discloses a method for improving protein solubility, characterized in that sericin and / or a hydrolyzate thereof or an equivalent thereof coexists in an aqueous solution.

さらにまた、特開2007-151546に 生体分子、特に臨床診断薬に用いる酵素または標識抗体の安定化のために、(a)生体分子、および、(b)セリシンおよび/またはその加水分解物、もしくは、その同等物、を共存させる、生体分子を安定化する方法が開示されている。 Furthermore, JP-A-2007-151546 discloses (a) a biomolecule and (b) sericin and / or a hydrolyzate thereof, in order to stabilize a biomolecule, particularly an enzyme or a labeled antibody used in a clinical diagnostic agent. , And the equivalent thereof, and a method for stabilizing a biomolecule is disclosed.

しかし、これらの方法はそのまま血糖値等を測定する上述のバイオセンサーに適用しても必ずしも吸湿に対する安定化について所望の改善効果が得られない。   However, even if these methods are applied as they are to the above-described biosensor for measuring a blood glucose level or the like, a desired improvement effect for stabilization against moisture absorption is not necessarily obtained.

一方、特許 3867959に電気絶縁性基板、前記基板上に設けられた少なくとも作用極と対極を有する電極系、および前記電極系に接してまたはその近傍に形成され、少なくともピロロキノリンキノンを補酵素としたグルコースデヒドロゲナーゼを含む反応層を具備するグルコースセンサーであって、前記反応層が、グルコン酸およびその塩からなる群より選択される少なくとも1種の添加剤を含むグルコースセンサーが記載されている。   On the other hand, in Patent 3867959, an electrically insulating substrate, an electrode system having at least a working electrode and a counter electrode provided on the substrate, and formed in contact with or in the vicinity of the electrode system, at least pyrroloquinoline quinone as a coenzyme A glucose sensor comprising a reaction layer containing glucose dehydrogenase is described, wherein the reaction layer contains at least one additive selected from the group consisting of gluconic acid and salts thereof.

しかし、これらの方法はそのまま血糖値等を測定する上述のバイオセンサーに適用しても必ずしも吸湿に対する安定化について所望の改善効果が得られない。   However, even if these methods are applied as they are to the above-described biosensor for measuring a blood glucose level or the like, a desired improvement effect for stabilization against moisture absorption is not necessarily obtained.

国際公開第2004/017057号パンフレットInternational Publication No. 2004/017057 Pamphlet 特公平7−114705号公報Japanese Patent Publication No.7-114705 特許第3063442号公報Japanese Patent No. 3063442 特許第3483314号公報Japanese Patent No. 3483314 特開2002−207022号公報JP 2002-207022 A 特開2008−239512号公報JP 2008-239512 A 特開2008−143790号公報JP 2008-143790 A 特開2007−151546号公報JP 2007-151546 A 特許 第3867959号公報Japanese Patent No. 3867959

本発明の目的は、吸湿による出力変化を抑制し、性能変化の無いバイオセンサーを提供することである。 An object of the present invention is to provide a biosensor that suppresses changes in output due to moisture absorption and has no change in performance.

本発明の要旨とするところは、絶縁体から成る基板と、互いに一定間隔を空けて該基板上に設けられた一対の電極と、該電極に電気的に接続するように形成され特定成分と反応する試薬層を有する反応部と、検体を該反応部まで導入する供給口と、を備え、
前記反応部が前記供給口から導入された検体中の特定成分と反応し、該特定成分を定量分析し、
前記試薬層中に、
(a)酵素
(b)親水性高分子、
(c)セリシンの加水分解物とグルコン酸カリウムの混合物
を含むことにある。
The gist of the present invention is that a substrate made of an insulator, a pair of electrodes provided on the substrate at a predetermined distance from each other, and a specific component that reacts with a specific component formed to be electrically connected to the electrodes. A reaction part having a reagent layer to be supplied, and a supply port for introducing a specimen to the reaction part,
The reaction unit reacts with a specific component in the sample introduced from the supply port, quantitatively analyzes the specific component,
In the reagent layer,
(A) an enzyme (b) a hydrophilic polymer,
(C) To contain a mixture of sericin hydrolyzate and potassium gluconate .

前記親水性高分子はカルボキシルメチルセルロースのナトリウム塩であり得る。   The hydrophilic polymer may be a sodium salt of carboxymethyl cellulose.

前記試薬層は酵素と電子伝達体を含み得る。   The reagent layer may include an enzyme and an electron carrier.

前記試薬層は、酵素を含む反応層と電子伝達体を含む層とからなり得る。   The reagent layer may be composed of a reaction layer containing an enzyme and a layer containing an electron carrier.

また、本発明は、前記バイオセンサーにおいて、前記酵素が、グルコース酸化酵素であることを特徴とする。   The present invention is also characterized in that, in the biosensor, the enzyme is glucose oxidase.

また、本発明は、前記バイオセンサーにおいて、前記酵素が、グルコース脱水素酵素であることを特徴とする。   Moreover, the present invention is characterized in that, in the biosensor, the enzyme is glucose dehydrogenase.

本発明によると、吸湿による出力変化を抑制し、性能変化の無いバイオセンサーが提供される。 According to the present invention, there is provided a biosensor that suppresses changes in output due to moisture absorption and has no performance change.

一般的なバイオセンサーを示す図であり、同図(a)は平面図であり、同図(b)はA−A線切断部断面図である。It is a figure which shows a common biosensor, The same figure (a) is a top view, The same figure (b) is an AA line | wire cut part sectional drawing. 本発明において実験例に用いたバイオセンサーの要部を示す図であり、同図(a)は平面図であり、同図(b)はA−A線切断部断面図である。It is a figure which shows the principal part of the biosensor used for the experiment example in this invention, The same figure (a) is a top view, The same figure (b) is AA cut | disconnected section sectional drawing. 本発明において実験例に用いた他のバイオセンサーを作製する方法を説明するための図であり、同図(a)は第1層を形成した時の平面図であり、同図(b)は第1層を形成した時の断面図であり、同図(c)は第2層を形成した時の平面図であり、同図(d)は第2層を形成した時の断面図である。It is a figure for demonstrating the method of producing the other biosensor used for the experiment example in this invention, The figure (a) is a top view when forming a 1st layer, The figure (b) It is sectional drawing when forming a 1st layer, The figure (c) is a top view when forming a 2nd layer, The figure (d) is sectional drawing when forming a 2nd layer. . 本発明の実験例におけるグルコース濃度と電流積分値との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the glucose concentration and current integral value in the experiment example of this invention. 本発明の実験例におけるグルコース濃度と電流積分値との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the glucose concentration and current integral value in the experiment example of this invention. 本発明の実験例におけるグルコース濃度と電流積分値との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the glucose concentration and current integral value in the experiment example of this invention. 本発明の実験例における30℃、65%暴露時間と電流積分値との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between 30 degreeC, 65% exposure time, and an electric current integral value in the experiment example of this invention. 本発明の実験例におけるグルタミン酸ナトリウム添加量と電流積分値との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between sodium glutamate addition amount and the current integral value in the experiment example of this invention. 本発明の実験例におけるグルタミン酸カリウム添加量と電流積分値との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between potassium glutamate addition amount and the current integral value in the experiment example of this invention. 本発明の実験例におけるグルコン酸カリウム添加量と変化量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between potassium gluconate addition amount and change amount in the experiment example of this invention. 本発明の実験例におけるCMC1%+グルコン酸カリウム添加量と変化量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between CMC1% + potassium gluconate addition amount and change amount in the experiment example of this invention. 本発明の実験例におけるセリシン添加量と変化量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the addition amount of sericin and the variation | change_quantity in the experiment example of this invention. 本発明の実験例におけるCMC1%+セリシン添加量と変化量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between CMC1% + sericin addition amount and change amount in the experiment example of this invention. 本発明の実験例におけるグルコン酸カリウム添加量と変化量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between potassium gluconate addition amount and change amount in the experiment example of this invention. 本発明の実験例におけるセリシン添加量と変化量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the addition amount of sericin and the variation | change_quantity in the experiment example of this invention. 本発明の実験例におけるグルコース濃度と電流積分値との関係を示すグラフであり、初期特性を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the glucose concentration and current integral value in the experiment example of this invention, and is a graph which shows an initial stage characteristic. 本発明の実験例における経過日数と電流積分値の変化との関係を示すグラフであり、グルコース濃度0mg/dlの場合を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the elapsed days in the experiment example of this invention, and the change of an electric current integrated value, and is a graph which shows the case where glucose concentration is 0 mg / dl. 本発明の実験例における経過日数と電流積分値の変化との関係を示すグラフであり、グルコース濃度100mg/dlの場合を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the elapsed days in the experiment example of this invention, and the change of an integrated current value, and is a graph which shows the case of glucose concentration of 100 mg / dl. 本発明の実験例における経過日数と電流積分値の変化との関係を示すグラフであり、グルコース濃度100mg/dlの場合を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the elapsed days in the experiment example of this invention, and the change of an integrated current value, and is a graph which shows the case of glucose concentration of 100 mg / dl. 本発明の実験例における経過日数と電流積分値の変化との関係を示すグラフであり、グルコース濃度300mg/dlの場合を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the elapsed days in the experiment example of this invention, and the change of an electric current integral value, and is a graph which shows the case where glucose concentration is 300 mg / dl. 本発明の実験例における経過日数と電流積分値の変化との関係を示すグラフであり、グルコース濃度300mg/dlの場合を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the elapsed days in the experiment example of this invention, and the change of an electric current integral value, and is a graph which shows the case where glucose concentration is 300 mg / dl. 本発明の実験例における経過日数と電流積分値の変化との関係を示すグラフであり、グルコース濃度500mg/dlの場合を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the elapsed days in the experiment example of this invention, and the change of an electric current integrated value, and is a graph which shows the case of glucose concentration 500 mg / dl. 本発明の実験例における経過日数と電流積分値の変化との関係を示すグラフであり、グルコース濃度500mg/dlの場合を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the elapsed days in the experiment example of this invention, and the change of an electric current integrated value, and is a graph which shows the case of glucose concentration 500 mg / dl.

本発明者らは、試薬層に酵素活性を維持するために添加される酵素安定化剤を添加しなければ、吸湿によるバックグラウンド上昇しないことを見出し、酵素タンパク質がバックグラウンド上昇の原因ではないことを明らかにした。しかし、この酵素安定化剤が無い場合は、高温あるいは長期間の保管時の酵素失活による出力低下が起こってしまう。 The present inventors have found that if the enzyme stabilizer added to maintain the enzyme activity is not added to the reagent layer, the background does not increase due to moisture absorption, and the enzyme protein is not responsible for the background increase. Revealed. However, in the absence of this enzyme stabilizer, the output is reduced due to enzyme inactivation during storage at high temperatures or for long periods.

ここで、本発明者らは、さらに、酵素安定化に有効でバックグラウンド上昇しない添加剤を各種検討した結果、親水性高分子とセリシンの加水分解物、または親水性高分子とグルコン酸カリウム、あるいは親水性高分子とセリシンの加水分解物とグルコン酸カリウムを含むことが有効であることを見出した。   Here, the present inventors further examined various additives that are effective for enzyme stabilization and do not increase the background, and as a result, a hydrolyzate of a hydrophilic polymer and sericin, or a hydrophilic polymer and potassium gluconate, Alternatively, it has been found that it is effective to contain a hydrophilic polymer, a hydrolyzate of sericin, and potassium gluconate.

これらのことを以下に示す実験例により説明する。なお本明細書において濃度あるいはあるものに対する他のものの%表示はことわりのない限りは重量基準の比率(重量%)である。   These will be described with reference to the following experimental examples. In this specification, unless otherwise specified, the concentration or the percentage of other things relative to a certain thing is a weight-based ratio (% by weight).

センサーチップの作製
図2に示す構成のセンサーチップを用いた。図2において、符号10は本実験例に用いたセンサーチップである。このセンサーチップ10の製造方法は、電気絶縁基板12上に作用電極14及び対電極16を平行近接して設ける電極部形成ステップと、反応部セル18を有するマスクシート20を熱接着するマスクステップと、反応部セル18内の作用電極14及び対電極16上に酸化還元酵素を有する反応部22を形成する反応部形成ステップと、マスクシート20上に電気絶縁性のスペーサシート24及び透明のカバーシート26を積層する積層ステップとを含む。
なお、作用電極14及び対電極16は、ポリイミドフィルムの一方の面に白金をスパッタリングし、他方の面に熱融着材料(エチレン酢酸ビニル)をコーティングしたものを、細断してテープ状にしたものを用いた。このテープを電気絶縁基板12上に熱接着することで電極部を形成する。
Production of sensor chip A sensor chip having the structure shown in FIG. 2 was used. In FIG. 2, reference numeral 10 denotes a sensor chip used in this experimental example. The manufacturing method of the sensor chip 10 includes an electrode part forming step in which a working electrode 14 and a counter electrode 16 are provided in parallel and proximity on an electrically insulating substrate 12, and a mask step in which a mask sheet 20 having reaction part cells 18 is thermally bonded. A reaction part forming step for forming a reaction part 22 having an oxidoreductase on the working electrode 14 and the counter electrode 16 in the reaction part cell 18, and an electrically insulating spacer sheet 24 and a transparent cover sheet on the mask sheet 20. And a laminating step of laminating 26.
In addition, the working electrode 14 and the counter electrode 16 were obtained by sputtering platinum on one surface of a polyimide film and coating the other surface with a heat fusion material (ethylene vinyl acetate) into a tape shape. A thing was used. This tape is thermally bonded onto the electrically insulating substrate 12 to form an electrode portion.

反応部形成ステップは、作用電極14及び対電極16上に、酸化還元酵素を有する第一の反応部用塗布液を塗布し乾燥させて第一層28を形成する第一層形成ステップと、第一層28上に、親水性高分子化合物及び電子受容体を有する第二の反応部用塗布液を塗布し乾燥させて第二層30を形成する第二層形成ステップとを含む。第一層形成ステップにおいては、例えば、酸化還元酵素を水に溶かして塗布する。第二層形成ステップにおいて、第一層28が溶けないように、親水性高分子化合物は、第一層28が溶けない溶媒で溶解される。この溶媒として、本実験例ではエチルセロソルブを用いた。このような反応部形成ステップにより、図2に示すように、試薬層である第一層28及び第二層30から成る反応部22が形成される。 The reaction part forming step includes applying a first reaction part coating solution having an oxidoreductase on the working electrode 14 and the counter electrode 16 and drying to form a first layer 28; A second layer forming step of forming a second layer 30 by applying and drying a second reaction part coating solution having a hydrophilic polymer compound and an electron acceptor on the first layer 28; In the first layer formation step, for example, an oxidoreductase is dissolved in water and applied. In the second layer forming step, the hydrophilic polymer compound is dissolved in a solvent that does not dissolve the first layer 28 so that the first layer 28 does not dissolve. As this solvent, ethyl cellosolve was used in this experimental example. By such a reaction part formation step, as shown in FIG. 2, a reaction part 22 composed of a first layer 28 and a second layer 30 which are reagent layers is formed.

センサーの評価方法
グルコース水溶液を用いて、グルコース濃度と電流積分値との関係を求めた。ここで、電流積分値とは、測定検体を吸入した後に電極間の電位を0V→-0.2V→0V→+0.2Vを50mV/secの速度で変化させ、-0.1V→+0.2V電圧走査時に電極間に流れる電流を電圧に変化して、0.1secごとに60回A/D変換した結果を積算したものである。
Sensor Evaluation Method Using an aqueous glucose solution, the relationship between the glucose concentration and the current integral value was determined. Here, the current integrated value is the voltage scan between -0.1V and + 0.2V by changing the potential between the electrodes from 0V → -0.2V → 0V → + 0.2V at a rate of 50mV / sec after inhaling the measurement sample. Sometimes the current flowing between the electrodes is changed to voltage, and the results of A / D conversion 60 times every 0.1 sec are integrated.

耐熱性の評価方法
センサーチップを乾燥剤とともにアルミ袋に個包装し、温度50℃に7日保持した後のグルコース濃度300mg/dlにおける出力低下を指標とする。具体的には以下の数式を用いた。
50℃7日保管後の濃度低下
Δ300=初期の濃度300mg/dl積分値−加熱後の300mg/dl積分値
低下量(mg/dl)=Δ300/感度a
※感度a:グルコース濃度0、100、300mg/dlの出力値を直線近似した際の傾き
この低下量が少ないほど耐熱性がよいことになる。
Evaluation method of heat resistance The sensor chip is individually packaged in an aluminum bag together with a desiccant, and the output decrease at a glucose concentration of 300 mg / dl after maintaining at a temperature of 50 ° C. for 7 days is used as an index. Specifically, the following mathematical formula was used.
Concentration decrease after storage at 50 ° C. for 7 days Δ300 = initial concentration 300 mg / dl integrated value−300 mg / dl integrated value decrease after heating (mg / dl) = Δ300 / sensitivity a
* Sensitivity a: slope when the output values of glucose concentrations 0, 100, and 300 mg / dl are linearly approximated, the smaller the amount of decrease, the better the heat resistance.

耐湿性の評価方法
センサーチップを個包装せずに、温度30℃湿度65%に16時間保持した後のグルコース濃度0mg/dlにおける出力上昇を指標とする。具体的には以下の数式を用いた。
温度30℃湿度65%保持後の濃度低下
Δ0=加湿後の0mg/dl積分値−初期の濃度0mg/dl積分値
増加量(mg/dl)=Δ0/感度a
※感度a:グルコース濃度0、100、300mg/dlの出力値を直線近似した際の傾き
この増加量がバックグラウンドの増加であり、増加量が少ないほど耐湿性がよいことになる。
Method for evaluating moisture resistance The sensor chip is not packaged individually, and the increase in output at a glucose concentration of 0 mg / dl after maintaining at a temperature of 30 ° C. and a humidity of 65% for 16 hours is used as an index. Specifically, the following mathematical formula was used.
Concentration drop after holding temperature 30 ° C and humidity 65% Δ0 = 0mg / dl integrated value after humidification-Initial concentration 0mg / dl integrated value increase (mg / dl) = Δ0 / sensitivity a
* Sensitivity a: slope when the output values of glucose concentrations 0, 100, and 300 mg / dl are linearly approximated. This increase amount is an increase in background, and the smaller the increase amount, the better the moisture resistance.

反応層の形成方法
GOD(グルコース酸化酵素)1.8%と添加剤を含む水溶液を、電極上に0.78μl滴下した後、40℃6分間乾燥を行い、第1層を形成する。さらに、更に、微粒子化したフェリシアン化カリウム(メディアン径3.9μm)をPVP(ポリビニルピロリドン)1.3%のエチルセロソルブ溶液中に27.6%になるように分散した0.76μlの溶液を、第1層18上に滴下して第2層を形成した。
Formation Method of Reaction Layer After 0.78 μl of an aqueous solution containing 1.8% GOD (glucose oxidase) and an additive is dropped on the electrode, drying is performed at 40 ° C. for 6 minutes to form the first layer. Furthermore, 0.76 μl of a solution obtained by dispersing finely divided potassium ferricyanide (median diameter 3.9 μm) in an ethyl cellosolve solution of 1.3% PVP (polyvinylpyrrolidone) to 27.6%, A second layer was formed by dropping on the first layer 18.

図4に添加剤の有無による、グルコース濃度−電流積分値の関係の違いを示す。添加剤としてはグルタミン酸ナトリウムを酵素量と同じ1.8%添加した。添加剤ありの場合はグルコース濃度500mg/dlまで直線性があるが、添加剤なしの場合は直線性が低い。このときの酵素活性は、センサー1チップ当たり、添加剤ありで4.2U/チップ、添加剤なしで1.0U/チップであった。添加剤なしでは、酵素活性が低くなるためにグルコース濃度に対する感度が下がってしまう。 FIG. 4 shows the difference in the relationship between the glucose concentration and the current integral value depending on the presence or absence of the additive. As an additive, sodium glutamate was added at 1.8%, which is the same as the enzyme amount. When there is an additive, there is linearity up to a glucose concentration of 500 mg / dl, but when there is no additive, the linearity is low. The enzyme activity at this time was 4.2 U / chip with an additive and 1.0 U / chip without an additive per sensor chip. Without an additive, the enzyme activity is low, and the sensitivity to glucose concentration is reduced.

次に、これらのセンサーを50℃7日加熱した後の特性を図5、図6に示す。添加剤あり(図5)では50℃加熱後の特性も初期とほぼ変わらず、濃度300mg/dlでの変化量は9.8mg/dlであった。添加剤なし(図6)では低下量は61.3mg/dlと大きく、保管時の加熱により出力が大きく減少する。 Next, the characteristics after heating these sensors at 50 ° C. for 7 days are shown in FIGS. With the additive (FIG. 5), the characteristics after heating at 50 ° C. were not substantially different from the initial values, and the amount of change at a concentration of 300 mg / dl was 9.8 mg / dl. Without additive (FIG. 6), the amount of decrease is as large as 61.3 mg / dl, and the output is greatly reduced by heating during storage.

さらに、これらのセンサーを30℃65%RHに加湿した時の出力の経時変化を図7に示す。
添加剤ありでは、時間経過と共に出力が上昇し16時間時点で37.0mg/dlであった。添加剤なしではほとんど上昇せず、16時間時点で0.5mg/dlであった。
Further, FIG. 7 shows changes with time in output when these sensors are humidified to 30 ° C. and 65% RH.
With the additive, the output increased with time and was 37.0 mg / dl at 16 hours. Almost no increase was made without the additive, and it was 0.5 mg / dl at 16 hours.

以上から、吸湿によるバックグラウンド上昇は、酵素によるものではなく、酵素に含まれる安定化剤などの添加剤によると判明した。 From the above, it was found that the background increase due to moisture absorption was not caused by the enzyme, but by an additive such as a stabilizer contained in the enzyme.

上記のような評価を添加剤の種類や濃度を変えて行った結果を次に示す。 The results of the above evaluation performed by changing the type and concentration of the additive are shown below.

グルタミン酸ナトリウム添加量依存
GOD(グルコース酸化酵素)1.8%とグルタミン酸ナトリウムを0〜1.8%の範囲で添加した際の耐熱性と耐湿性の評価結果を図8に示す。添加量が多いほど耐熱性は良くなるが、耐湿性が非常に悪くなる。
FIG. 8 shows evaluation results of heat resistance and moisture resistance when sodium glutamate addition amount-dependent GOD (glucose oxidase) 1.8% and sodium glutamate are added in the range of 0 to 1.8%. The greater the amount added, the better the heat resistance, but the humidity resistance becomes very poor.

グルタミン酸カリウムの添加量依存
GOD(グルコース酸化酵素)1.8%とグルタミン酸カリウムを0〜1.8%の範囲で添加した際の耐熱性と耐湿性の評価結果を図9に示す。添加量が多いほど耐熱性は良くなるが、耐湿性が非常に悪くなる。グルタミン酸ナトリウムとほぼ同様の結果である。
FIG. 9 shows the evaluation results of heat resistance and moisture resistance when GOD (glucose oxidase) 1.8% and potassium glutamate are added in the range of 0 to 1.8% depending on the addition amount of potassium glutamate. The greater the amount added, the better the heat resistance, but the humidity resistance becomes very poor. The result is almost the same as that of sodium glutamate.

グルコン酸カリウムの添加量依存
GOD(グルコース酸化酵素)1.8%とグルコン酸カリウムを0〜1.8%の範囲で添加した際の耐熱性と耐湿性の評価結果を図10に示す。グルタミン酸ナトリウムやグルタミン酸カリウムよりも、耐湿性への影響が少ない。
FIG. 10 shows the evaluation results of heat resistance and moisture resistance when potassium gluconate addition amount GOD (glucose oxidase) 1.8% and potassium gluconate are added in the range of 0 to 1.8%. It has less effect on moisture resistance than sodium glutamate and potassium glutamate.

CMC(カルボキシメチルセルロース)1%とグルコン酸カリウムの添加量依存
GOD(グルコース酸化酵素)1.8%とグルコン酸カリウムを添加した際の耐熱性と耐湿性の評価結果を図11に示す。CMC1%単独添加で耐熱性が40mg/dlに上昇した。(グルコン酸カリウム添加0%の点)さらにグルコン酸カリウムを添加することで、グルコン酸カリウムの添加量が少なくても耐熱性が改善するので、耐湿性への影響を少なくできる。
FIG. 11 shows the evaluation results of heat resistance and moisture resistance when CMC (carboxymethylcellulose) 1%, potassium gluconate addition amount-dependent GOD (glucose oxidase) 1.8% and potassium gluconate are added. The heat resistance increased to 40 mg / dl by adding CMC alone at 1%. (Point of 0% addition of potassium gluconate) Further, by adding potassium gluconate, the heat resistance is improved even if the addition amount of potassium gluconate is small, so the influence on moisture resistance can be reduced.

セリシンの加水分解物の添加量依存性
GOD(グルコース酸化酵素)1.8%とセリシンの加水分解物を添加した際の耐熱性と耐湿性の評価結果を図12に示す。耐熱性への効果は少ないが、添加により耐湿性が悪くならない。
Addition Dependency of Sericin Hydrolyzate GOD (glucose oxidase) 1.8% and evaluation results of heat resistance and moisture resistance when adding sericin hydrolyzate are shown in FIG. Although it has little effect on heat resistance, the addition does not deteriorate the moisture resistance.

CMC1%とセリシンの加水分解物の添加量依存性
GOD(グルコース酸化酵素)1.8%とCMC1%とセリシンの加水分解物を添加した際の耐熱性と耐湿性の評価結果を図13に示す。CMC1%単独添加で耐熱性が40mg/dlに上昇した。さらにわずかのセリシンの加水分解物を添加することで耐湿性に影響せずに耐熱性が向上する。
Dependence of CMC 1% and sericin hydrolyzate on addition amount GOD (glucose oxidase) 1.8%, CMC 1% and sericin hydrolyzate were added, and the evaluation results of heat resistance and moisture resistance are shown in FIG. . The heat resistance increased to 40 mg / dl by adding CMC alone at 1%. Furthermore, heat resistance improves without adding moisture resistance by adding a slight hydrolyzate of sericin.

CMCとグルコン酸カリウムとセリシンの加水分解物の同時添加の場合
この場合、センサーの評価方法として上記と同様にグルコース水溶液を用いて、グルコース濃度と電流積分値との関係を求める。ただし、ここで、電流積分値としては、測定検体を吸入した後に電極間の電位を0V→-0.2V→0V→+0.2Vを200mV/secの速度で変化させ、-0.1V→+0.2V電圧走査時に電極間に流れる電流を電圧に変化して、0.025secごとに60回A/D変換した結果を積算したものを用いた。
In the case of simultaneous addition of CMC, potassium gluconate and sericin hydrolyzate In this case, a glucose aqueous solution is used as the sensor evaluation method in the same manner as described above, and the relationship between the glucose concentration and the current integral value is obtained. However, here, as the current integration value, after inhaling the measurement sample, the potential between the electrodes is changed from 0 V → -0.2 V → 0 V → +0.2 V at a rate of 200 mV / sec, and -0.1 V → +0.2 V The current flowing between the electrodes during voltage scanning was changed to voltage, and the result obtained by integrating A / D conversion results 60 times every 0.025 sec was used.

また、反応層の形成方法としては、図3に示す構成のセンサーチップを用いた。作用電極114、対電極116を電極絶縁基板110上にニッケルを直接スパッタしたものをフォトリソグラフィーによりパターニングして作製した。GOD(グルコース酸化酵素)3.0%及びCMC(カルボキシメチルセルロース)0.8%を含む水溶液0.15μlを作用電極114、対電極116上に滴下し、40℃で6分間乾燥させることにより、図3(a)及び(b)に示すように、第1層118を形成した。更に、微粒子化したフェリシアン化カリウム(メディアン径3.9μm)をHPC(ヒドロキシプロピルセルロース)1.13%のエチルセロソルブ溶液中に12.5%になるように分散した0.20μlの溶液を、第1層118上に滴下して、図3(c)及び(d)に示すように、第2層120を形成した。このようにして第1層118及び第2層120から成る反応部122を形成した。 As a method for forming the reaction layer, a sensor chip having the configuration shown in FIG. 3 was used. The working electrode 114 and the counter electrode 116 were formed by patterning by photolithography, which was obtained by directly sputtering nickel on the electrode insulating substrate 110. By dropping 0.15 μl of an aqueous solution containing GOD (glucose oxidase) 3.0% and CMC (carboxymethylcellulose) 0.8% onto the working electrode 114 and the counter electrode 116 and drying at 40 ° C. for 6 minutes, As shown in 3 (a) and (b), the first layer 118 was formed. Further, 0.20 μl of a solution obtained by dispersing finely divided potassium ferricyanide (median diameter 3.9 μm) in an ethyl cellosolve solution of 1.13% HPC (hydroxypropylcellulose) to 12.5% was used. It was dropped on the layer 118 to form the second layer 120 as shown in FIGS. 3 (c) and 3 (d). In this way, the reaction part 122 composed of the first layer 118 and the second layer 120 was formed.

この方式で、添加剤にCMC0.8%とグルコン酸カリウムとセリシンの加水分解物を添加した場合の特性を図14に示す。セリシンの加水分解物1.8%でグルコン酸カリウムを添加しても、耐熱性・耐湿性ともに良好である。 FIG. 14 shows characteristics when CMC 0.8%, potassium gluconate and sericin hydrolyzate are added to the additive in this manner. Even when potassium gluconate is added at 1.8% sericin hydrolyzate, both heat resistance and moisture resistance are good.

グルコン酸カリウム0.3%で、セリシンの加水分解物添加量を変えた場合
上記の方法で、添加剤にCMC0.8%とグルコン酸カリウムとセリシンの加水分解物を添加しセリシンの加水分解物添加量を変えた場合の特性を図15に示す。セリシンの加水分解物の添加量によらず特性が良好である。
When the amount of sericin hydrolyzate added is changed with potassium gluconate 0.3% By the above method, CMC 0.8%, potassium gluconate and sericin hydrolyzate are added to the additive, and the amount of sericin hydrolyzate added FIG. 15 shows the characteristics when the value is changed. Good properties regardless of the amount of sericin hydrolyzate added.

以下に、本発明のバイオセンサーについて、高温で長期保管した場合の性能変化について説明する。評価方法として、本発明のバイオセンサーを高温で長期保管した場合の、経過日数と電流の積分値との関係を求めた。   Hereinafter, the performance change of the biosensor of the present invention when stored at a high temperature for a long time will be described. As an evaluation method, the relationship between the elapsed days and the integrated value of the current when the biosensor of the present invention was stored at a high temperature for a long time was determined.

電流積分値としては、測定検体を吸入した後に電極間の電位を0V→-0.2V→0V→+0.2Vを200mV/secの速度で変化させ、-0.1V→+0.2V電圧走査時に電極間に流れる電流を電圧に変化して、0.025secごとに60回A/D変換した結果を積算したものを用いた。   For the current integration value, change the potential between the electrodes after inhaling the measurement sample from 0 V → -0.2 V → 0 V → +0.2 V at a rate of 200 mV / sec. The current flowing in was changed to voltage, and the result obtained by integrating A / D conversion 60 times every 0.025 sec was used.

酵素にGOD(グルコース酸化酵素)を用い、グルコン酸カリウム及びセリシンの加水分解物を同時添加した場合、酵素にGDH(グルコース脱水素酵素)を用い、グルコン酸カリウム及びセリシンの加水分解物を同時添加した場合、酵素にGDH(グルコース脱水素酵素)を用い、グルコン酸カリウムを添加してセリシンの加水分解物を添加しない場合、酵素にGDH(グルコース脱水素酵素)を用い、セリシンの加水分解物を添加してグルコン酸カリウムを添加しない場合、について、バイオセンサー1を低湿度に保持できるボトル内にチップを入れ、70℃で保管を行い、グルコース水溶液に対する出力を測定し、初期の出力に対する比率をプロットした。   When GOD (glucose oxidase) is used as the enzyme and potassium gluconate and sericin hydrolyzate are added simultaneously, GDH (glucose dehydrogenase) is used as the enzyme and potassium gluconate and sericin hydrolyzate are added simultaneously If GDH (glucose dehydrogenase) is used as the enzyme, potassium gluconate is added and sericin hydrolyzate is not added, then GDH (glucose dehydrogenase) is used as the enzyme and sericin hydrolyzate is added. When potassium gluconate is not added and the biosensor 1 is not added, put the chip in a bottle that can keep the biosensor 1 at low humidity, store at 70 ° C., measure the output against the aqueous glucose solution, and determine the ratio to the initial output. Plotted.

酵素にGOD(グルコース酸化酵素)を用い、グルコン酸カリウム及びセリシンの加水分解物を同時添加した場合、GOD(グルコース酸化酵素)3.0%及びCMC(カルボキシメチルセルロース)0.8%、グルコン酸カリウム0.3%、セリシンの加水分解物1.8%を含む水溶液0.15μlを、作用電極114、対電極116上に滴下し、40℃で6分間乾燥させることにより、図3(a)及び(b)に示すように、第1層118を形成した。第2層120は、図3の第2層120と同様の方法によって形成した。 When GOD (glucose oxidase) is used as an enzyme and hydrolysates of potassium gluconate and sericin are added simultaneously, GOD (glucose oxidase) 3.0% and CMC (carboxymethylcellulose) 0.8%, potassium gluconate By dropping 0.15 μl of an aqueous solution containing 0.3% and 1.8% sericin hydrolyzate onto the working electrode 114 and the counter electrode 116 and drying at 40 ° C. for 6 minutes, FIG. As shown in (b), the first layer 118 was formed. The second layer 120 was formed by the same method as the second layer 120 in FIG.

酵素にGDH(グルコース脱水素酵素)を用い、グルコン酸カリウム及びセリシンの加水分解物を同時添加した場合、GDH(グルコース脱水素酵素)3.0%及びCMC(カルボキシメチルセルロース)0.8%、グルコン酸カリウム0.3%、セリシンの加水分解物1.8%を含む水溶液0.15μlを、作用電極114、対電極116上に滴下し、40℃で6分間乾燥させることにより、図3(a)及び(b)に示すように、第1層118を形成した。第2層120は、図3の第2層120と同様の方法によって形成した。 When GDH (glucose dehydrogenase) is used as the enzyme and hydrolyzate of potassium gluconate and sericin is added simultaneously, GDH (glucose dehydrogenase) 3.0% and CMC (carboxymethylcellulose) 0.8%, glucone 3A by dropping 0.15 μl of an aqueous solution containing 0.3% potassium acid and 1.8% sericin hydrolyzate onto the working electrode 114 and the counter electrode 116 and drying at 40 ° C. for 6 minutes. ) And (b), the first layer 118 was formed. The second layer 120 was formed by the same method as the second layer 120 in FIG.

酵素にGDH(グルコース脱水素酵素)を用い、グルコン酸カリウムを添加してセリシンの加水分解物を添加しない場合、GDH(グルコース脱水素酵素)3.0%及びCMC(カルボキシメチルセルロース)0.8%、グルコン酸カリウム0.3%を含む水溶液0.15μlを、作用電極114、対電極116上に滴下し、40℃で6分間乾燥させることにより、図3(a)及び(b)に示すように、第1層118を形成した。第2層120は、図3の第2層120と同様の方法によって形成した。   When GDH (glucose dehydrogenase) is used as an enzyme and potassium gluconate is added and sericin hydrolyzate is not added, GDH (glucose dehydrogenase) 3.0% and CMC (carboxymethylcellulose) 0.8% As shown in FIGS. 3A and 3B, 0.15 μl of an aqueous solution containing 0.3% potassium gluconate is dropped on the working electrode 114 and the counter electrode 116 and dried at 40 ° C. for 6 minutes. Then, the first layer 118 was formed. The second layer 120 was formed by the same method as the second layer 120 in FIG.

酵素にGDH(グルコース脱水素酵素)を用い、セリシンの加水分解物を添加してグルコン酸カリウムを添加しない場合、GDH(グルコース脱水素酵素)3.0%及びCMC(カルボキシメチルセルロース)0.8%、セリシンの加水分解物1.8%を含む水溶液0.15μlを、作用電極114、対電極116上に滴下し、40℃で6分間乾燥させることにより、図3(a)及び(b)に示すように、第1層118を形成した。第2層120は、図3の第2層120と同様の方法によって形成した。 When GDH (glucose dehydrogenase) is used as an enzyme and sericin hydrolyzate is added and potassium gluconate is not added, GDH (glucose dehydrogenase) 3.0% and CMC (carboxymethylcellulose) 0.8% Then, 0.15 μl of an aqueous solution containing 1.8% hydrolyzate of sericin was dropped on the working electrode 114 and the counter electrode 116 and dried at 40 ° C. for 6 minutes to obtain the results shown in FIGS. As shown, a first layer 118 was formed. The second layer 120 was formed by the same method as the second layer 120 in FIG.

グルコース濃度0mg/dlの場合、図17に示すように、GOD、GDHによらず同じ特性であった。セリシンの加水分解物だけ添加の場合は出力の変化が少なかった。グルコン酸カリウム添加だけでは、出力の上昇がみられるが、セリシンの加水分解物との同時添加により出力上昇が抑えられている。   When the glucose concentration was 0 mg / dl, as shown in FIG. 17, the same characteristics were obtained regardless of GOD and GDH. When only sericin hydrolyzate was added, the change in output was small. Although the increase in output is observed only by adding potassium gluconate, the increase in output is suppressed by the simultaneous addition with the hydrolyzate of sericin.

グルコース濃度100mg/dl、300mg/dl、500mg/dlの場合、図18〜図23に示すように、GOD、GDHによらず同じ特性であった。グルコン酸カリウムだけ添加した場合は、初期の維持特性は良いが、長期の保管ができなかった。セリシンの加水分解物だけ添加の場合は、初期の出力低下が大きかった。グルコン酸カリウム及びセリシンの加水分解物を同時添加することで、初期低下を抑えつつ、長期安定性が保てることが分かった。   When the glucose concentrations were 100 mg / dl, 300 mg / dl, and 500 mg / dl, the same characteristics were obtained regardless of GOD and GDH, as shown in FIGS. When only potassium gluconate was added, the initial maintenance characteristics were good, but long-term storage was not possible. When only sericin hydrolyzate was added, the initial decrease in output was large. It was found that long-term stability can be maintained while suppressing initial decrease by simultaneously adding a hydrolyzate of potassium gluconate and sericin.

本発明によると、吸湿による出力変化を抑制し、性能変化の無いバイオセンサーが提供される。このため、本発明は種々のバイオセンサーの製造のため広く利用できる。 According to the present invention, there is provided a biosensor that suppresses changes in output due to moisture absorption and has no performance change. For this reason, this invention can be widely utilized for manufacture of various biosensors.

1:バイオセンサー
2、12、110:電極絶縁基板
3、14、114:作用電極
4、16、116:対電極
5、18:反応部セル
6、20:マスクシート
7、22、122:反応部
8、24:スペーサシート
9、26:カバーシート
10:センサーチップ
28、118:第一層
30、120:第二層

1: Biosensor 2, 12, 110: Electrode insulating substrate 3, 14, 114: Working electrode 4, 16, 116: Counter electrode 5, 18: Reaction part cell 6, 20: Mask sheet 7, 22, 122: Reaction part 8, 24: Spacer sheet 9, 26: Cover sheet 10: Sensor chip 28, 118: First layer 30, 120: Second layer

Claims (6)

絶縁体から成る基板と、互いに一定間隔を空けて該基板上に設けられた一対の電極と、該電極に電気的に接続するように形成され特定成分と反応する試薬層を有する反応部と、検体を該反応部まで導入する供給口と、を備え、
前記反応部が前記供給口から導入された検体中の特定成分と反応し、該特定成分を定量分析し、
前記試薬層中に、
(a)酵素
(b)親水性高分子、
(c)セリシンの加水分解物とグルコン酸カリウムの混合物
を含むことを特徴とするバイオセンサー。
A substrate made of an insulator, a pair of electrodes provided on the substrate at a predetermined interval, and a reaction part having a reagent layer formed so as to be electrically connected to the electrodes and reacting with a specific component; A supply port for introducing the specimen to the reaction unit,
The reaction unit reacts with a specific component in the sample introduced from the supply port, quantitatively analyzes the specific component,
In the reagent layer,
(A) an enzyme (b) a hydrophilic polymer,
(C) A biosensor comprising a mixture of sericin hydrolyzate and potassium gluconate .
前記親水性高分子がカルボキシルメチルセルロース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ー。   The biosensor according to claim 1, wherein the hydrophilic polymer is carboxymethyl cellulose. 前記試薬層が酵素と電子伝達体を含むことを特徴とする請求項1または2に記載のバイオセンサー。   The biosensor according to claim 1 or 2, wherein the reagent layer includes an enzyme and an electron carrier. 前記試薬層が酵素を含む反応層と電子伝達体を含む層とからなる請求項1〜3のいずれかに記載のバイオセンサー。   The biosensor according to claim 1, wherein the reagent layer includes a reaction layer containing an enzyme and a layer containing an electron carrier. 前記酵素が、グルコース酸化酵素である請求項1〜4のいずれかに記載のバイオセンサー。   The biosensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the enzyme is glucose oxidase. 前記酵素が、グルコース脱水素酵素である請求項1〜4のいずれかに記載のバイオセンサー。   The biosensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the enzyme is glucose dehydrogenase.
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