專利名稱：生物傳感器及使用該生物傳感器的測定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測定試樣溶液中能含有的特定物質(zhì)的濃度的生物傳感器及使用該生物傳感器的測定法。
背景技術(shù)：
以往，作為同時測定多種特定物質(zhì)的濃度的生物傳感器，有液流注入型的生物傳感器。作為例子，對利用固定化酶膜和電極反應(yīng)的生物傳感器中，以液流注入分析裝置(FIA)YSI MODEL 2700 SELECT(Yellow Spring InstrumentCo.，Inc)進行的葡萄糖和L-乳酸同時測定的操作進行說明。首先，將試樣溶液吸管的前端浸入試樣溶液中，使試樣溶液被吸入測定系統(tǒng)內(nèi)，再將試樣溶液供給到作為測定場所的試樣溶液盒。這時，一定量的緩沖液也被注入試樣溶液盒，試樣溶液與緩沖液被試樣溶液盒所具備的攪拌器攪拌混合。在試樣溶液盒中，具備兩個裝著分別將葡萄糖氧化酶(以下，簡稱為GOx)及乳酸氧化酶(以下，簡稱為LOD)固定化的酶膜的電極。試樣溶液和緩沖液被注入、且經(jīng)過規(guī)定的時間后，進行電化學(xué)測定，算出試樣溶液中所含的葡萄糖及L-乳酸的濃度。
而且，作為從多種試樣溶液中連續(xù)測定單一的特定物質(zhì)的生物傳感器的例子，對測定血液中的葡萄糖濃度的葡萄糖輸入器GTX(A&T Co.，Inc.)的測定操作進行說明。將作為試樣溶液的血漿以一定量注入專用的試樣杯中，將試樣杯固定在專用的圓形試樣收集器中，開始測定。首先，吸氣器自動地從試樣收集器上的第1只試樣杯中吸引一定量的試樣溶液移到測定盒中，利用預(yù)先注滿在測定盒中的緩沖液將試樣溶液按規(guī)定的稀釋倍率進行稀釋。接著，將GOx膜固定化的固定化酶電極浸漬于該測定盒中，經(jīng)過規(guī)定的時間后進行電化學(xué)測定。若第1只試樣杯測定結(jié)束，則轉(zhuǎn)動試樣收集器，使第2只試樣杯移到第1試樣杯原來的位置上，對第2只試樣杯的試樣溶液進行測定。這樣，若一只試樣杯的測定結(jié)束試樣收集器就轉(zhuǎn)動，下一只試樣杯依次轉(zhuǎn)動到吸氣器工作的位置，能夠?qū)嵤┻B續(xù)測定。
另一方面，作為對試樣溶液中的多種特定物質(zhì)不進行稀釋和攪拌等的簡易定量測定的方式，提出以下生物傳感器(參照日本專利特開平5-196596號公報)。該生物傳感器在絕緣性基板的不同面上分別設(shè)置電極系統(tǒng)。在多組電極系統(tǒng)上直接或間接形成含有各不相同的酶或酶組合的反應(yīng)層。對采用這樣的生物傳感器實施試樣溶液中的葡萄糖和果糖的測定的方法進行說明。首先，在絕緣性的基板的兩面通過絲網(wǎng)印刷形成電極系統(tǒng)。在基板的一面的電極系統(tǒng)上形成含GOx的反應(yīng)層，在另一面的電極系統(tǒng)上形成含果糖脫氫酶(以下，簡稱為FDH)的反應(yīng)層。然后，在基板的兩面上結(jié)合用于形成將試樣溶液引入電極系統(tǒng)的試樣溶液供給通道的罩蓋構(gòu)件，制得傳感器。GOx的酶反應(yīng)時間比FDH的酶反應(yīng)時間短。因此，同時將試樣溶液供給生物傳感器的各試樣溶液供給口，在1分鐘后和2分鐘后分別對電極系統(tǒng)施加電壓，5秒鐘后分別測定電流值，就能夠?qū)嵤┰嚇尤芤褐械钠咸烟菨舛群凸菨舛鹊亩繙y定。
在上述以往的同時測定多種特定物質(zhì)的濃度的液流注入型生物傳感器中，成為載體的緩沖液對于測定是必需的。前述例子中，由于GOx和LOD的緩沖液是相同的，因此能同時測定這兩種成分。但是，對應(yīng)于要測定的多種特定物質(zhì)的各種酶的最佳pH、適合的緩沖液的種類不同的情況下，同時測定是不可能的。而且，裝置規(guī)模大，維修也麻煩。
并且，上述以往的從多種試樣溶液中連續(xù)測定單一的特定物質(zhì)的生物傳感器為了進行測定，必須使用試樣收集器等大規(guī)模的裝置來連續(xù)供給試樣溶液。而且，由于不能同時進行測定，試樣溶液經(jīng)時蒸發(fā)，有時存在測定精度下降的問題。
而且，在前述的1塊基板上設(shè)置多組電極系統(tǒng)的生物傳感器中，多種反應(yīng)層中含有的酶或酶組合的酶反應(yīng)時間無時間差的情況下，不能夠分離檢測出多組電極系統(tǒng)的電流值。因此，對應(yīng)于作為測定對象的多種特定物質(zhì)的各種酶的酶反應(yīng)時間無時間差的情況或作為測定對象的特定物質(zhì)是單一物質(zhì)的情況下，就不能夠進行測定。
本發(fā)明是鑒于上述問題完成的發(fā)明，其目的是提供在對應(yīng)于作為測定對象的多種特定物質(zhì)的各種酶的最佳pH和適合的緩沖液的種類不同的情況或各種酶的酶反應(yīng)時間無時間差的情況下，也能同時測定多種特定物質(zhì)的濃度的結(jié)構(gòu)簡單的生物傳感器。
本發(fā)明的目的是提供結(jié)構(gòu)簡單、精度高、能夠從多種試樣溶液中連續(xù)測定單一的特定物質(zhì)的生物傳感器。
本發(fā)明的另一目的是提供使用上述生物傳感器的測定法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的生物傳感器具備包括在絕緣性基板上形成的包含測定極和配極的電極系統(tǒng)、以及設(shè)置于前述電極系統(tǒng)上或其近旁的包含氧化還原酶和電子傳導(dǎo)體的試劑部的多個傳感器單元，在前述每個傳感器單元或任意幾個傳感器單元設(shè)置的試樣溶液供給部，以及設(shè)置于前述試樣溶液供給部與前述各傳感器單元的試劑部之間的、控制試樣溶液從試樣溶液供給部到達試劑部的時間的控制裝置；前述各控制裝置互不相同，由此形成同時供給到試樣溶液供給部的試樣溶液到達前述各傳感器單元的試劑部的時間互不相同的結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的生物傳感器的各傳感器單元中，測定供給該傳感器單元的試樣溶液中的特定物質(zhì)的濃度的方法是供給到傳感器單元的試樣溶液，在經(jīng)過前述控制裝置規(guī)定的時間后溶解試劑部，試樣溶液中的特定物質(zhì)與試劑部的氧化還原酶發(fā)生反應(yīng)，檢測由該反應(yīng)產(chǎn)生的電子傳導(dǎo)體的電化學(xué)變化的方法。前述電化學(xué)變化通過測定在測定極與配極之間施加電壓時得到的響應(yīng)電流檢測出。其測定原理如美國專利第5,120,420號記載，引用其作為參考。
本發(fā)明的生物傳感器具有多個傳感器單元，因為通向各傳感器單元的電極系統(tǒng)的試樣溶液供給部設(shè)置為一只共用或在每個傳感器單元設(shè)置試樣溶液供給部，因此傳感器的具體結(jié)構(gòu)有所不同。并且，檢測傳感器單元的電極系統(tǒng)的電化學(xué)變化的端子，即測定極用端子和配極用端子可以在每個傳感器單元分別設(shè)置也可共用一組，因此傳感器的通電連接電路的結(jié)構(gòu)有所不同，測定方法也不同。


圖1是本發(fā)明實施方式之一的生物傳感器的除去了隔板和罩蓋后的俯視圖。
圖2是同一生物傳感器的除去了試劑部和控制部后的分解立體圖。
圖3是表示電極系統(tǒng)部分的形成工序的圖1的III-III線的剖視圖。
圖4是沿圖1的III-III線切割的包含試劑部和控制部的生物傳感的剖視圖。
圖5是本發(fā)明另一實施方式的生物傳感器的除去了隔板和罩蓋后的俯視圖。
圖6是同一生物傳感器的除去了試劑部和控制部后的分解立體圖。
圖7是表示電極系統(tǒng)部分的形成工序的圖5的VII-VII線的剖視圖。
圖8是沿圖5的VII-VII線切割的包含試劑部和控制部的生物傳感的剖視圖。
圖9是圖5的IX-IX線的剖視圖。
圖10是表示另一實施方式的生物傳感器的試樣溶液供給通道的主要部分的剖視圖。
圖11是表示另一實施方式的生物傳感器的罩蓋的立體圖。
圖12是沿圖11的XII-XII線切割的剖視圖。
圖13是本發(fā)明另一實施方式的生物傳感器的除去了隔板和罩蓋后的俯視圖。
圖14是同一生物傳感器的除去了試劑部和控制部的分解立體圖。
圖15是本發(fā)明另一實施方式的生物傳感器的除去了試劑部和控制部后的分解立體圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的生物傳感器的各傳感器單元具備含有測定極和配極的電極系統(tǒng)，設(shè)置于電極系統(tǒng)上或其近旁的含有氧化還原酶和電子傳導(dǎo)體的試劑部，以及在前述傳感器單元分別或共同設(shè)置的試樣溶液供給部與前述各傳感器單元的試劑部之間設(shè)置的控制試樣溶液從試樣溶液供給部到達試劑部的時間的控制裝置。前述各控制裝置互不相同，由此形成同時供給到試樣溶液供給部的試樣溶液到達前述各傳感器單元的試劑部的時間互不相同的結(jié)構(gòu)。
試劑部的至少一部分可設(shè)置在與供給到傳感器單元的試樣溶液接觸的位置上。特別理想的是設(shè)置在電極系統(tǒng)上或其近旁。也可以與構(gòu)成測定極或配極的導(dǎo)電性材料混合的狀態(tài)設(shè)置。
在本發(fā)明的較佳實施方式1的生物傳感器中，各傳感器單元各自具有試樣溶液供給部，并具有與各傳感器單元的測定極并聯(lián)連接的一個測定極用端子及與各傳感器單元的配極并聯(lián)連接的一個配極用端子。
使用前述傳感器測定供給n個傳感器單元的試樣溶液中的特定物質(zhì)的濃度的方法由下列工序組成(a)將試樣溶液大致同時供給各傳感器單元的各試樣溶液供給部的工序，(b)經(jīng)過各傳感器單元的控制裝置規(guī)定的n個時間每次都在前述測定極用端子與配極用端子之間施加電壓，測定所得響應(yīng)電流的工序，(c)由測得的n個電流值換算供給到前述各傳感器單元的試樣溶液中所含的特定物質(zhì)的濃度的工序。
供給前述各傳感器單元的試樣溶液可以相同也可以不同。
本發(fā)明的較佳實施方式2的生物傳感器中，各傳感器單元各自具有試樣溶液供給部，還具備連接于各自的測定極和配極的測定極用端子和配極用端子。
在前述傳感器單元2中，測定供給n個傳感器單元的試樣溶液中的特定物質(zhì)的濃度的方法由下列工序組成(a)將試樣溶液大致同時供給各傳感器單元的各試樣溶液供給部的工序，(b)在經(jīng)過該傳感器單元的控制裝置規(guī)定的時間后，在每一傳感器單元的測定極用端子與配極用端子之間施加電壓，測定所得響應(yīng)電流的工序，(c)由測得的n個電流值換算供給到前述各傳感器單元的試樣溶液中所含的特定物質(zhì)的濃度的工序。
供給前述各傳感器單元的試樣溶液可以相同也可以不同。
本發(fā)明的較佳實施方式3的生物傳感器具有與各傳感器單元并列連接的一個試樣溶液供給部，并具有與各傳感器單元的測定極并聯(lián)連接的一個測定極用端子，以及與各傳感器單元的配極并聯(lián)連接的一個配極用端子。
用前述傳感器3測定供給n個傳感器單元的試樣溶液中的特定物質(zhì)的濃度的方法由下列工序組成(a)將試樣溶液供給前述試樣溶液供給部的工序，(b)經(jīng)過各傳感器單元的控制裝置規(guī)定的n個時間每次都在前述測定極用端子與配極用端子之間施加電壓，測定所得響應(yīng)電流的工序，(c)由測得的n個電流值換算供給到前述各傳感器單元的試樣溶液中所含的特定物質(zhì)的濃度的工序。
本發(fā)明的較佳實施方式4的生物傳感器具有與各傳感器單元并列連接的一個試樣溶液供給部，各傳感器單元具備連接于各自的測定極和配極的測定極用端子和配極用端子。
用前述傳感器4測定供給n個傳感器單元的試樣溶液中的特定物質(zhì)的濃度的方法由下列工序組成(a)將試樣溶液供給前述試樣溶液供給部的工序，(b)在經(jīng)過該傳感器單元的控制裝置規(guī)定的時間后，在每一傳感器單元的測定極用端子與配極用端子之間施加電壓，測定所得響應(yīng)電流的工序，(c)由測得的n個電流值換算供給到前述各傳感器單元的試樣溶液中所含的特定物質(zhì)的濃度的工序。
在前述各測定法中，測定傳感器單元的電極系統(tǒng)中的響應(yīng)電流最好在該傳感器單元的測定極和配極與試樣溶液接觸，沾滿了溶液，即檢測到兩電極間的電阻變化后再進行。由于沾滿溶液后能夠判別試樣溶液是否到達電極系統(tǒng)，因此能夠進行準確的測定。
用于本發(fā)明的生物傳感器的較佳的控制裝置由含有親水性高分子的層構(gòu)成，各傳感器單元的控制裝置的不同基于含有親水性高分子的層在試樣溶液中的溶解速度的不同。
此外，較佳控制裝置可以由具有使試樣溶液透過的小孔的多孔體或纖維物質(zhì)層構(gòu)成，各傳感器單元的控制裝置的不同基于試樣溶液透過前述多孔體或纖維物質(zhì)層的速度的不同。
另一較佳控制裝置由從試樣溶液供給部到試劑層的試樣溶液供給通道構(gòu)成，各傳感器單元的控制裝置的不同基于前述試樣溶液供給通道的長度的不同。
在使用相同親水性高分子的情況下，通過調(diào)節(jié)膜厚和密度等能夠使每一傳感器單元的作為前述控制裝置的含有親水性高分子的層在試樣溶液中的溶解速度各不相同。而且，通過使用具有不同溶解速度的親水性高分子，能夠使每一傳感器單元中的溶解速度有所不同。
可用于本發(fā)明的親水性高分子包括羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、甲基纖維素、乙基纖維素、乙基羥乙基纖維素等纖維素衍生物，聚賴氨酸等聚氨基酸，聚苯乙烯磺酸，明膠及其衍生物，聚丙烯酸及其鹽，聚甲基丙烯酸及其鹽，淀粉及其衍生物，馬來酸酐的聚合物及其鹽，瓊脂糖凝膠及其衍生物等。
試樣溶液在作為前述控制裝置的具有使試樣溶液透過的小孔的多孔體或纖維物質(zhì)層的透過速度能夠通過膜厚、孔徑、空孔率等進行調(diào)節(jié)。
本發(fā)明中可使用的多孔體包括多孔性玻璃、多孔性陶瓷、發(fā)泡金屬或燒結(jié)金屬等多孔性金屬、活性炭等。纖維物質(zhì)層可由無紡布、玻璃纖維濾紙、紙質(zhì)過濾紙等構(gòu)成。
以下，參照附圖詳細說明本發(fā)明的實施方式。這里使用的結(jié)構(gòu)圖是為了便于理解而繪制的圖，各部件的相對尺寸和位置關(guān)系未必正確。
實施方式1圖1是本發(fā)明實施方式1的生物傳感器的除去了隔板和罩蓋后的俯視圖。圖2是同一生物傳感器的除去了試劑部和控制部后的分解立體圖。圖3是表示電極系統(tǒng)部分的形成工序的沿圖1的III-III線切割的剖視圖。圖4是沿圖1的III-III線切割的包含試劑部和控制部的生物傳感器的剖視圖。
本實施方式的生物傳感器10的制作方法如下所述。首先在絕緣性樹脂制成的基板2上通過絲網(wǎng)印刷法涂上銀糊，形成測定極用端子3和測定極用導(dǎo)線5(圖3(b))。接著，涂布含有樹脂粘合劑的導(dǎo)電性碳糊，形成測定極7(圖3(c))。接著涂布絕緣糊形成絕緣層9(圖3(d))。再涂布銀糊形成配極用端子4及配極用導(dǎo)線6(圖3(e))。最后，涂布含有樹脂粘合劑的導(dǎo)電性碳糊形成配極8(圖3(f))。絕緣層9規(guī)定測定極7的面積，并且，將測定極用導(dǎo)線5及和該導(dǎo)線連接的測定極7與配極用導(dǎo)線6及和該導(dǎo)線連接的配極8絕緣。
接著，在測定極7和配極8組成的電極系統(tǒng)上形成含有酶和電子傳導(dǎo)體的試劑部11，再在試劑部11上形成控制部17，作為控制試樣溶液到達試劑部11的時間的控制裝置。這里，作為控制部17可采用親水性高分子層、多孔體、纖維物質(zhì)層等。
最后，在基板2上依次粘接具有狹縫15的隔板12及具有空氣孔16的罩蓋13，制得生物傳感器10。在隔板12的狹縫15的部分形成試樣溶液供給通道，在隔板15的敞開部形成試樣溶液供給口14。若使試樣溶液接觸試樣溶液供給口14，則試樣溶液利用毛細管現(xiàn)象被引入試樣溶液供給通道內(nèi)，通過控制部17到達試劑部11。
本實施方式制得具有4個傳感器單元1a、1b、1c、1d的生物傳感器。
接著，說明用該生物傳感器測定試樣溶液中的特定物質(zhì)濃度的原理。利用試劑部11內(nèi)含有的酶與是作為試樣溶液中的特定物質(zhì)的基質(zhì)的反應(yīng)，電子傳導(dǎo)體的氧化體被還原。接著，以測定極為正極，在兩電極間施加電壓，則兩電極間流過氧化前述被還原的電子傳導(dǎo)體的電流，測定該電流值。測得的電流值與起因于酶與基質(zhì)的反應(yīng)的電子傳導(dǎo)體的被還原量成正比。前述電子傳導(dǎo)體的被還原量與試樣溶液中含有的基質(zhì)的濃度成正比。因此，能夠依據(jù)測得的電流值計算出試樣溶液中含有的基質(zhì)的濃度。
接著，對使用本實施方式的生物傳感器按照前述原理求得多種試樣溶液中的特定物質(zhì)的濃度的方法進行詳細說明?？刂撇?7控制試樣溶液從作為試樣容液供給部的試樣溶液供給口14到達試劑部11的時間。各傳感器單元的控制部17互不相同，由此形成同時供給到試樣溶液供給部的試樣溶液到達各傳感器單元的試劑部的時間互不相同的結(jié)構(gòu)。因此，對于生物傳感器的各傳感器單元，即使實質(zhì)上同時供給試樣溶液，試樣溶液到達各傳感器單元的試劑部11的時間也互不相同。
以下，具體說明使用具有n個傳感器單元的實施方式1的生物傳感器的測定方法。從將試樣溶液同時供給各傳感器單元的試樣溶液供給口時開始測時。根據(jù)試樣溶液到達試劑部時間最快的第1個傳感器單元的電極系統(tǒng)的反應(yīng)，將在時間t1流過測定端子3和4之間的電流值定為It1這時，由于試樣溶液只到達第1個傳感器單元的試劑部，所以于時間t1在第1個傳感器單元的電極系統(tǒng)流過的電流I1(t1)等于It1。這里，表示在時間t1的第1個傳感器單元中的基質(zhì)濃度與電流值的關(guān)系的標準曲線的函數(shù)若用α1(t1)(i)(i是電流值)表示，則根據(jù)在第1個傳感器單元的電極系統(tǒng)中的反應(yīng)，被測定的試樣溶液中的特定物質(zhì)的濃度C1為C1＝α1(t1){I1(t1)｝。
接著，結(jié)合試樣溶液到達試劑部的時間第2快的傳感器單元的電極系統(tǒng)中的反應(yīng)，以此為基礎(chǔ)將在時間t2流過測定端子3與4之間的電流值定為It2這時，由于試樣溶液未到達第3個以后的傳感器單元的試劑部，所以在時間t2電流流過的僅是第1個電極系統(tǒng)和第2個傳感器單元的電極系統(tǒng)。若將在時間t2流過第1個傳感器單元的電極系統(tǒng)的電流值定為I1(t2)，流過第2個傳感器單元的電極系統(tǒng)的電流值定為I2(t2)，則生物傳感器整體流過的電流值It2為It2＝I1(t2)+I2(t2)。
另一方面，在時間t1時由于已算出濃度C1，所以若表示在時間t2第1個傳感器單元中的基質(zhì)濃度與電流值的關(guān)系的標準曲線的函數(shù)用α1(t2)(i)表示，則濃度C1為C1＝α1(t2){I1(t2)}。因此，I1(t2)可用下式I1(t2)＝α1(t2)-1(C1)求得。I2(t2)為I2(t2)＝It2-I1(t2)＝It2-α1(t2)-1(C1)。
這里，表示在時間t2第2個傳感器單元中的基質(zhì)濃度與電流值的關(guān)系的標準曲線的函數(shù)若用α2(t2)(i)表示，則濃度C2為C2＝α2(t2)[It2-α1(t2)-1(C1)]。
試樣溶液依次到達不同的傳感器單元的試劑部，基于該傳感器單元的電極系統(tǒng)的反應(yīng)的電流相加，在端子3和4之間流過。因此，若基于第n個傳感器單元的電極系統(tǒng)的反應(yīng)的電流求得的基質(zhì)濃度設(shè)為Cn，則Cn＝αn(tn)[Itn-{α1(tn)-1(C1)+…+αn-1(tn)-1(Cn-1)}]。
本實施方式的生物傳感器由各自具有試劑部的多個傳感器單元構(gòu)成，因而在各個傳感器單元中能夠按照測定對象適當(dāng)設(shè)定試劑部中含有的酶和緩沖劑。因此，即使在對應(yīng)于想要測定的多種特定物質(zhì)的各種酶的最佳pH值、適宜的緩沖液的種類不同的情況下，也能夠通過以時間差測定一組測定端子3和4之間流過的電流的一系列測定操作來求得多種特定物質(zhì)的濃度。本實施方式的生物傳感器尤其適用于各傳感器單元中的酶的酶反應(yīng)時間無時間差的場合。
而且，本實施方式的生物傳感器是將試樣溶液保持在試樣溶液供給通道內(nèi)的結(jié)構(gòu)，因此，即使試樣溶液到達電極系統(tǒng)存在時間差，也沒有試樣溶液的蒸發(fā)的影響。所以能夠從多種試樣溶液中高精度地測定單一的特定物質(zhì)。
由于對基于各傳感器單元的電極系統(tǒng)的反應(yīng)的電流的檢測所需的端子是一組，所以能夠自由增減傳感器單元數(shù)。因此，能夠自由改變以一系列操作測定的特定物質(zhì)的種類和試樣溶液數(shù)。而且，因為端子是一組，所以將傳感器安裝在測定器上的連接器也是一組，這樣測定器的結(jié)構(gòu)就變得非常簡單，能夠制得緊湊型的測定器。
實施方式2圖5是本發(fā)明實施方式2的生物傳感器的除去了隔板和罩蓋后的俯視圖。圖6是同一生物傳感器的除去了試劑部和控制部后的分解立體圖。圖7是表示電極系統(tǒng)部分的形成工序的圖5的VII-VII線的剖視圖。圖8是沿圖5的VII-VII線切割的包含試劑部和控制部的生物傳感器的剖視圖。
本實施方式的生物傳感器20的制作方法如下所述。首先在用絕緣性樹脂制成的基板22上通過絲網(wǎng)印刷法涂布銀糊，形成測定極用端子23、配極用端子24、測定極用導(dǎo)線25及配極用導(dǎo)線26(圖7(a))。接著，涂布含有樹脂粘合劑的導(dǎo)電性碳糊，形成測定極27(圖7(b))。然后，涂布絕緣糊形成絕緣層29(圖7(c))。最后，再涂布含有樹脂粘合劑的導(dǎo)電性碳糊形成配極28(圖7(d))。
接著，在電極系統(tǒng)上形成含有酶和電子傳導(dǎo)體的試劑部31，再在試劑部31上形成作為控制試樣溶液到達試劑部的時間的控制裝置的控制部37。這里，控制部37可采用親水性高分子層、多孔體、纖維物質(zhì)層等。
最后，在基板22上依次粘接具有狹縫35的隔板32和具有空氣孔36的罩蓋33，制得生物傳感器20。隔板32的狹縫35的部分形成試樣溶液供給通道，在狹縫35的敞開部形成試樣溶液供給口34。若使試樣溶液接觸試樣溶液供給口34，則試樣溶液利用毛細管現(xiàn)象被引入試樣溶液供給通道內(nèi)到達試劑部31。
圖9表示圖5的IX-IX線剖視圖?？刂撇?7由親水性高分子層形成。供給試樣溶液供給口34的試樣溶液在于狹縫35的部分形成的試樣溶液供給通道利用毛細管現(xiàn)象進入空氣孔36。若該試樣溶液將控制部的親水性高分子層溶解，則試劑部31被溶解，酶反應(yīng)開始。
圖10是控制部47由陶瓷或纖維物質(zhì)層構(gòu)成的例子。在試樣溶液供給路中，控制部47設(shè)置在與試劑部31相比更靠近試樣溶液供給口側(cè)的位置，透過控制部的試樣溶液到達試劑部31將試劑部31溶解。
圖11表示用于代替圖6中的隔板32及罩蓋33的罩蓋42。圖12是沿圖11的XII-XII線切割的使用了上述罩蓋42的生物傳感器的剖視圖。罩蓋42具有形成試樣溶液供給部的透孔44。供給該孔44的部分的試樣溶液與控制部37接觸，將其溶解或透過到達試劑部31。
以上的圖9～圖12所示的結(jié)構(gòu)當(dāng)然也適用于實施方式1。
本實施方式制得具有4個傳感器單元21a、21b、21c、21d的生物傳感器。
本實施方式的生物傳感器的每一傳感器單元都有電流測定用端子這一點與實施方式1不同，但依據(jù)在電極系統(tǒng)中流過的電流值算出試樣溶液中含有的基質(zhì)濃度的測定原理與實施方式1的生物傳感器相同。即，能夠根據(jù)利用各控制部的結(jié)構(gòu)的不同所設(shè)定的時間差，依次通過測定端子在傳感器單元的電極間施加電壓，由此時流過的電流值換算出基質(zhì)濃度。由于各傳感器單元的測定值不受其他傳感器單元的影響，因而能夠更準確地進行測定。
實施方式3圖13是實施方式3的生物傳感器的除去了隔板及罩蓋后的俯視圖。圖14是同一生物傳感器的除去了試劑部及控制部后的分解立體圖。
與實施方式1的制作方法相同，本實施方式的生物傳感器50的基板52上形成了測定極用端子53、測定極用導(dǎo)線55、測定極57、絕緣層59、配極用端子54、配極用導(dǎo)線56及配極58。接著，在電極系統(tǒng)上形成試劑部。用于本實施方式的隔板62具有用于形成各傳感器單元的試樣溶液供給通道的長度不同的狹縫65a、65b、65c和65d，這些狹縫連接于形成以64表示的試樣溶液供給口的一個敞開部。將該隔板62和具有4個空氣孔的罩蓋63粘接在基板52上，制得生物傳感器。本實施方式的生物傳感器中，供給一個試樣溶液供給口的試樣溶液分流到長度不同的試樣溶液供給通道再供給到各傳感器單元。由于試樣溶液供給通道的長度不同，供給試樣溶液供給口的試樣溶液到達各傳感器單元的試劑部的時間互不相同。在由于試樣溶液供給通道的長度的不同而使試樣溶液到達各傳感器單元的試劑部的時間差不夠大的情況下，也可以附加實施方式1或?qū)嵤┓绞?中所述的控制部。本實施方式中，測定極及配極的端子是各傳感器單元共用1組，但也可以象實施方式2那樣，對每一傳感器單元分別設(shè)置測定極和配極的端子。
本實施方式的生物傳感器適用于對一種試樣溶液中的不同的特定物質(zhì)進行測定。
在實施方式1和實施方式2中，對每一傳感器都設(shè)置了試樣溶液供給口，但也可以象實施方式3那樣，對各傳感器單元僅設(shè)置一個共用的試樣溶液供給口。在這種情況下，從一個試樣溶液供給口到各傳感器單元的試劑部的試樣溶液供給通道的長度也可以相等。
實施方式3中，測定用端子為1組，但也可以象實施方式2那樣，對每個傳感器單元分別設(shè)置測定用端子。此外，實施方式3中的各傳感器單元共用一個試樣溶液供給口，但也可以如圖15所示，對每一傳感器單元分別設(shè)置試樣溶液供給口。圖15所示例中，代替圖14所示的只有一個試樣溶液供給口的隔板62，采用了設(shè)置形成對每一傳感器單元都具有試樣溶液供給口74的長度不同的試樣溶液供給通道的狹縫75a、75b、75c和75d的隔板72。
使用了本發(fā)明的生物傳感器的測定法能夠用于將含有多種基質(zhì)的1種試樣溶液供給各傳感器單元、在各傳感器單元中測定各自不同的基質(zhì)的情況。也能夠用于將含有單一或多種基質(zhì)的不同的試樣溶液供給各傳感器單元、在各傳感器單元中測定同樣或不同的基質(zhì)的情況。
以下，利用具體的實施例更加詳細地說明本發(fā)明。
實施例1就使用圖1所示的生物傳感器測定試樣溶液中的葡萄糖、果糖、L-乳酸及乙醇的方法進行說明。在生物傳感器10的各傳感器單元的電極系統(tǒng)上作為試劑部11分別負載以下的試劑。
測定葡萄糖的傳感器單元1a酶GOx電子傳導(dǎo)體鐵氰化鉀測定果糖的傳感器單元1b酶FDH電子傳導(dǎo)體鐵氰化鉀測定L-乳酸的傳感器單元1c酶LOD
電子傳導(dǎo)體鐵氰化鉀測定乙醇的傳感器單元1d酶乙醇脫氫酶(ADH)、黃遞酶輔酶β-煙酰胺腺嘌呤二核苷酸電子傳導(dǎo)體鐵氰化鉀在負載于各傳感器單元1a、1b、1c及1d的電極系統(tǒng)上的試劑部11上分別滴下聚乙烯吡咯烷酮(以下，簡稱為PVP)的濃度為0、0.5、1.0及1.5％的乙醇溶液，使之干燥形成PVP層。PVP層具有控制試樣溶液的浸透的控制部17的作用。各傳感器單元的PVP層的厚度互不相同。因此，即使試樣溶液同時供給各傳感器單元，由于PVP層的厚度不同，試樣溶液到達試劑部11的時間產(chǎn)生約每次30秒的時間差。即，試樣溶液最初到達試劑部的是傳感器單元1a，試樣溶液依次遲30秒到達傳感器單元1b、1c及1d的試劑部。
將相同的試樣溶液分別大致同時供給到具有上述結(jié)構(gòu)的生物傳感器的各傳感器單元的試樣溶液供給口。在測定葡萄糖的傳感器單元1a，由于試劑部上沒有PVP層，所以到達試劑部的試樣溶液直接溶解電極系統(tǒng)上的試劑部。由此，測定極7和配極8沾滿著液體，電極間的阻抗發(fā)生變化。利用此阻抗的變化檢測到試樣溶液到達電極系統(tǒng)。與此同時，開始測定時間的計時。經(jīng)過25秒后在兩電極間施加使測定極成為正極的電壓，再經(jīng)過5秒后測定兩電極間流過的電流值。用該電流值換算出葡萄糖的濃度。
與前述電流值的測定大致同時，測定果糖的傳感器單元1b的PVP層溶解于試樣溶液中，接著試劑部11溶解。從傳感器單元1a的電極系統(tǒng)沾滿著液體開始經(jīng)過55秒后，在傳感器單元1b的兩電極間施加電壓，5秒鐘后測定電流值。該電流值是果糖與FDH反應(yīng)產(chǎn)生的電流值與在試樣溶液先到達的傳感器單元1a的電極系統(tǒng)產(chǎn)生的電流值之和。從該電流值減去相當(dāng)于已知的葡萄糖濃度的電流值求得來源于果糖的氧化反應(yīng)的電流值。從而能夠算出果糖的濃度。
這樣，依次測定L-乳酸及乙醇的濃度。
實施例2對使用圖5所示的生物傳感器同時測定4種不同試樣溶液中的葡萄糖的方法進行說明。在各傳感器單元的電極系統(tǒng)上負載含有酶GOx和作為電子傳導(dǎo)體的鐵氰化鉀的試劑部31。接著，將與電極系統(tǒng)的形狀大體一致但膜厚不同的玻璃纖維濾紙作為控制部37設(shè)置在該試劑部31上。若將試樣溶液分別供給以上構(gòu)成的生物傳感器的各傳感器單元的試樣溶液供給口，則試樣溶液到達各傳感器單元的試劑部31的時間因玻璃纖維濾紙的膜厚而產(chǎn)生時間差。利用該時間差在各傳感器單元的端子間以一定的時間間隔依次施加電壓，測定被還原的電子傳導(dǎo)體的氧化電流值，籍此算出4種不同的試樣溶液中的葡萄糖的濃度。
在實施例1和實施例2中，作為控制試樣溶液分別到達試劑部11及31的時間的手段，使用了親水性高分子PVP及作為纖維物質(zhì)的玻璃纖維濾紙，但并不僅限于此。
如上所述，采用本發(fā)明即使在對應(yīng)于作為測定對象的多種特定物質(zhì)的各種酶的最佳pH、適用的緩沖液的種類不同的情況或各種酶的酶反應(yīng)時間無時間差的情況下，也能夠通過一系列的操作簡便地以高精度測定多種特定物質(zhì)的濃度。此外，采用本發(fā)明能夠從多種試樣溶液中連續(xù)測定單一的特定物質(zhì)。
權(quán)利要求
1.生物傳感器，其特征在于，具備包括在絕緣性基板上形成的包含測定極和配極的電極系統(tǒng)、以及設(shè)置于前述電極系統(tǒng)上或其近旁的包含氧化還原酶和電子傳導(dǎo)體的試劑部的多個傳感器單元，在前述每個傳感器單元或任意幾個傳感器單元設(shè)置的試樣溶液供給部，以及設(shè)置于前述試樣溶液供給部與前述各傳感器單元的試劑部之間的、控制試樣溶液從試樣溶液供給部到達試劑部的時間的控制裝置；前述各控制裝置互不相同，由此形成同時供給到試樣溶液供給部的試樣溶液到達前述各傳感器單元的試劑部的時間互不相同的結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的生物傳感器，其特征還在于，各傳感器單元各自具有試樣溶液供給部，并具有與各傳感器單元的測定極并聯(lián)連接的一個測定極用端子及與各傳感器單元的配極并聯(lián)連接的一個配極用端子。
3.如權(quán)利要求1所述的生物傳感器，其特征還在于，各傳感器單元各自具有試樣溶液供給部，還具備連接于各自的測定極及配極的測定極用端子及配極用端子。
4.如權(quán)利要求1所述的生物傳感器，其特征還在于，具有與各傳感器單元并列連接的一個試樣溶液供給部，并具有與各傳感器單元的測定極并聯(lián)連接的一個測定極用端子，以及與各傳感器單元的配極并聯(lián)連接的一個配極用端子。
5.如權(quán)利要求1所述的生物傳感器，其特征還在于，具有與各傳感器單元并列連接的一個試樣溶液供給部，各傳感器單元具備連接于各自的測定極及配極的測定極用端子及配極用端子。
6.如權(quán)利要求1所述的生物傳感器，其特征還在于，所述控制裝置由含有親水性高分子的層構(gòu)成，各傳感器單元的控制裝置的不同基于前述含有親水性高分子的層在試樣溶液中的溶解速度的不同。
7.如權(quán)利要求1所述的生物傳感器，其特征還在于，所述控制裝置由具有使試樣溶液透過的小孔的多孔體或纖維物質(zhì)層構(gòu)成，各傳感器單元的控制裝置的不同基于試樣溶液透過前述多孔體或纖維物質(zhì)層的速度的不同。
8.如權(quán)利要求1所述的生物傳感器，其特征還在于，所述控制裝置由從試樣溶液供給部到試劑層的試樣溶液供給通道構(gòu)成，各傳感器單元的控制裝置的不同基于前述試樣溶液供給通道的長度的不同。
9.如權(quán)利要求8所述的生物傳感器，其特征還在于，具有與各傳感器單元并列連接的一個試樣溶液供給部，各傳感器單元的試樣溶液供給通道從前述試樣溶液供給部開始分支。
10.測定方法，其特征在于，所述方法使用權(quán)利要求2的傳感器測定供給n個傳感器單元的試樣溶液中的特定物質(zhì)的濃度，該方法是供給到傳感器單元的試樣溶液在經(jīng)過前述控制裝置規(guī)定的時間后溶解試劑部、試樣溶液中的特定物質(zhì)與試劑部的氧化還原酶反應(yīng)、檢測由該反應(yīng)產(chǎn)生的電子傳導(dǎo)體的電化學(xué)變化的方法，前述電化學(xué)變化通過測定在測定極和配極之間施加電壓時得到的響應(yīng)電流檢測出，所述測定方法由下列工序組成(a)將試樣溶液大致同時供給各傳感器單元的各試樣溶液供給部的工序，(b)經(jīng)過各傳感器單元的控制裝置規(guī)定的n個時間每次都在前述測定極用端子和配極用端子之間施加電壓，測定所得響應(yīng)電流的工序，(c)由測得的n個電流值換算供給到前述各傳感器單元的試樣溶液中所含的特定物質(zhì)的濃度的工序，供給前述各傳感器單元的試樣溶液可以相同也可以不同。
11.測定方法，其特征在于，所述方法使用權(quán)利要求3的傳感器測定供給n個傳感器單元的試樣溶液中的特定物質(zhì)的濃度，該方法是供給到傳感器單元的試樣溶液在經(jīng)過前述控制裝置規(guī)定的時間后溶解試劑部、試樣溶液中的特定物質(zhì)與試劑部的氧化還原酶反應(yīng)、檢測由該反應(yīng)產(chǎn)生的電子傳導(dǎo)體的電化學(xué)變化的方法，前述電化學(xué)變化通過測定在測定極和配極之間施加電壓時得到的響應(yīng)電流檢測出，所述測定方法由下列工序組成(a)將試樣溶液大致同時供給各傳感器單元的各試樣溶液供給部的工序，(b)在經(jīng)過該傳感器單元的控制裝置規(guī)定的時間后，在每一傳感器單元的測定極用端子和配極用端子之間施加電壓，測定所得響應(yīng)電流的工序，(c)由測得的n個電流值換算供給到前述各傳感器單元的試樣溶液中所含的特定物質(zhì)的濃度的工序，供給前述各傳感器單元的試樣溶液可以相同也可以不同。
12.測定方法，其特征在于，所述方法使用權(quán)利要求4的傳感器測定供給n個傳感器單元的試樣溶液中的特定物質(zhì)的濃度，該方法是供給到傳感器單元的試樣溶液在經(jīng)過前述控制裝置規(guī)定的時間后溶解試劑部、試樣溶液中的特定物質(zhì)與試劑部的氧化還原酶反應(yīng)、檢測由該反應(yīng)產(chǎn)生的電子傳導(dǎo)體的電化學(xué)變化的方法，前述電化學(xué)變化通過測定在測定極和配極之間施加電壓時得到的響應(yīng)電流檢測出，所述測定方法由下列工序組成(a)將試樣溶液供給前述試樣溶液供給部的工序，(b)經(jīng)過各傳感器單元的控制裝置規(guī)定的n個時間每次都在前述測定極用端子和配極用端子之間施加電壓，測定所得響應(yīng)電流的工序，(c)由測得的n個電流值換算供給到前述各傳感器單元的試樣溶液中所含的特定物質(zhì)的濃度的工序。
13.測定方法，其特征在于，所述方法使用權(quán)利要求5的傳感器測定供給n個傳感器單元的試樣溶液中的特定物質(zhì)的濃度，該方法是供給到傳感器單元的試樣溶液在經(jīng)過前述控制裝置規(guī)定的時間后溶解試劑部、試樣溶液中的特定物質(zhì)與試劑部的氧化還原酶反應(yīng)、檢測由該反應(yīng)產(chǎn)生的電子傳導(dǎo)體的電化學(xué)變化的方法，前述電化學(xué)變化通過測定在測定極和配極之間施加電壓時得到的響應(yīng)電流檢測出，所述測定方法由下列工序組成(a)將試樣溶液供給前述試樣溶液供給部的工序，(b)在經(jīng)過該傳感器單元的控制裝置規(guī)定的時間后，在每一傳感器單元的測定極用端子和配極用端子之間施加電壓，測定所得響應(yīng)電流的工序，(c)由測得的n個電流值換算供給到前述各傳感器單元的試樣溶液中所含的特定物質(zhì)的濃度的工序。
全文摘要
提供能夠大致同時從單一或多種試樣溶液中測定單一或多種特定物質(zhì)的濃度的生物傳感器。這種生物傳感器具備包括在絕緣性基板上形成的包含測定極和配極的電極系統(tǒng)，以及含有氧化還原酶和電子傳導(dǎo)體的試劑部的多個傳感器單元，且供給各傳感器單元的試樣溶液到達試劑部互不相同。即，在試樣溶液供給部與各傳感器單元的試劑部之間具備控制試樣溶液從試樣溶液供給部到達試劑部的時間的控制裝置。
文檔編號C12Q1/00GK1490619SQ0315931
公開日2004年4月21日 申請日期2003年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月3日
發(fā)明者宮下萬里子, 吉岡俊彥, 彥 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社