本實(shí)施方式涉及用于測(cè)量電荷傳遞限制電流的生物傳感器。

背景技術(shù)：

存在酶電極，其包括作為基礎(chǔ)材料的電極，和利用交聯(lián)劑和粘合劑通過(guò)將酶和導(dǎo)電顆粒固化在該電極表面上而構(gòu)造的檢測(cè)層。該酶電極具有傳遞和接收通過(guò)酶促反應(yīng)而生成的電子的結(jié)構(gòu)。存在這樣的酶電極，其包括包含酶、導(dǎo)電顆粒以及交聯(lián)劑的檢測(cè)層(例如，專利文獻(xiàn)1)。存在另一酶電極，其包括包含酶、導(dǎo)電顆粒以及導(dǎo)電聚合物的檢測(cè)層(例如，專利文獻(xiàn)2)。

[現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)]

[專利文獻(xiàn)]

[專利文獻(xiàn)1]日本特開(kāi)專利公報(bào)no.2014-006154

[專利文獻(xiàn)2]日本特開(kāi)專利公報(bào)no.2014-006155

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的問(wèn)題

在專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)2的酶電極中，將銀-氯化銀(ag/agcl)電極用作參比電極。該銀-氯化銀電極具有電極特性在氧化時(shí)劣化的問(wèn)題。在這種情形下設(shè)計(jì)的本實(shí)施方式的一個(gè)目的是提供能夠抑制電極特性劣化的生物傳感器。

[用于解決這些問(wèn)題的手段]

根據(jù)該實(shí)施方式的一方面，本發(fā)明提供一種生物傳感器，其包括：工作電極；對(duì)電極；參比電極；以及檢測(cè)層，該檢測(cè)層接觸所述工作電極并且包含交聯(lián)劑、導(dǎo)電聚合物，以及向所述工作電極傳遞電子并從所述工作電極接收電子的酶，所述參比電極是極化電極。

所述工作電極和所述對(duì)電極可以是極化電極，并且所述工作電極、所述對(duì)電極以及所述參比電極可以由相同材料制成。所述參比電極可以是碳、金、鉑、鈀或釕。

[本發(fā)明的效果]

根據(jù)該實(shí)施方式，可以提供一種能夠抑制電極特性劣化的生物傳感器。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)實(shí)施方式的生物傳感器的示意圖。

圖2是根據(jù)該實(shí)施方式的酶電極的示意圖。

圖3是例示根據(jù)該實(shí)施方式的測(cè)量裝置的構(gòu)造的一個(gè)實(shí)例的圖。

圖4是例示通過(guò)控制計(jì)算機(jī)來(lái)測(cè)量測(cè)量目標(biāo)物質(zhì)的濃度的過(guò)程的一個(gè)實(shí)例的流程圖。

圖5是指示測(cè)試1中的測(cè)量結(jié)果的圖形。

圖6是指示比較例1中的測(cè)量結(jié)果的圖形。

圖7是指示測(cè)試1和比較例1的測(cè)量結(jié)果的圖形。

圖8是指示測(cè)試2中的測(cè)量結(jié)果的圖形。

圖9是指示比較例2中的測(cè)量結(jié)果的圖形。

圖10是指示測(cè)試2和比較例2的測(cè)量結(jié)果的圖形。

具體實(shí)施方式

下面，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行描述。下面舉例說(shuō)明的實(shí)施方式是一例證，并且本發(fā)明不限于下面的實(shí)施方式的構(gòu)造。

(生物傳感器)

圖1是根據(jù)該實(shí)施方式的生物傳感器1的示意圖，例示了被局部放大的生物傳感器1。如圖1中描繪，生物傳感器1包括：基板2、工作電極3、對(duì)電極4、參比電極5，以及檢測(cè)層6。該工作電極3、對(duì)電極4以及參比電極5形成在基板2的上表面上。檢測(cè)層6形成在工作電極3上。該生物傳感器1還包括未例示的間隔體和未例示的蓋子。該間隔體設(shè)置在基板2上，而該蓋子設(shè)置在該間隔體上，由此在生物傳感器1內(nèi)構(gòu)造出毛細(xì)管。引線7電連接至工作電極3，引線8電連接至對(duì)電極4，而引線9電連接至參比電極5。引線7、8以及9電連接至稍后要描述的測(cè)量裝置的端子。

基板2、間隔體以及蓋子由絕緣材料組成，例如，熱塑性樹(shù)脂、聚酰亞胺樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、玻璃、陶瓷以及紙。該熱塑性樹(shù)脂涵蓋聚醚酰亞胺(polyether-imide(pei))、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(polyethyleneterephthalate(pet))、聚乙烯(polyethylene(pe))以及其它等同材料。所有已知材料可應(yīng)用為基板2、間隔體以及蓋子的材料。可以適當(dāng)設(shè)置基板2、間隔體以及蓋子的尺寸、厚度以及其它等同物的尺度。

該工作電極3、對(duì)電極4以及參比電極5利用金屬材料(例如，金(au)、鉑(pt)、鈀以及釕)或者碳材料(例如，碳)來(lái)構(gòu)造。這些電極材料具有特性，即，極性。因此，該工作電極3、對(duì)電極4以及參比電極5是極化電極。該極化電極是根據(jù)某一電位范圍內(nèi)的外部設(shè)備和其它等同裝置而容易極化(其意指電位改變)的電極。相比之下，非極化電極是因在極化時(shí)引起大量電流流動(dòng)而難于根據(jù)外部設(shè)備或其它等同裝置極化的電極。銀-氯化銀電極是非極化電極的一個(gè)示例。迄今已知的是，參比電極涉及利用非極化電極，然而，作為刻苦研究的結(jié)果，本申請(qǐng)的發(fā)明已經(jīng)發(fā)現(xiàn)極化電極可用作參比電極。根據(jù)本實(shí)施方式的生物傳感器1使用極化電極作為參比電極5，而不使用銀-氯化銀電極作為參比電極5。與銀-氯化銀電極相比，利用金屬材料(例如，金、鉑、鈀以及釕)或者碳材料(例如，碳)構(gòu)造的電極(極化電極)具有更高的抗氧化性。與銀-氯化銀電極相比，利用金屬材料(例如，金、鉑、鈀以及釕)或者碳材料(例如，碳)構(gòu)造的電極(極化電極)因此更能抑制電極特性劣化。

工作電極3、對(duì)電極4以及參比電極5的材料可以相同，也可以彼此不同。例如，該工作電極3、對(duì)電極4以及參比電極5可以利用金、鉑、鈀、釕以及碳中的任一種來(lái)構(gòu)造。例如，工作電極3和對(duì)電極4可以利用金來(lái)構(gòu)造，而參比電極5可以利用碳來(lái)構(gòu)造；并且另選地，工作電極3和對(duì)電極4可以利用碳來(lái)構(gòu)造，而參比電極5可以利用金來(lái)構(gòu)造。另外，工作電極3、對(duì)電極4以及參比電極5可利用其它過(guò)渡金屬構(gòu)造。

(酶電極的構(gòu)造)

圖2是根據(jù)該實(shí)施方式的酶電極的示意圖。在圖2中，酶電極11包括工作電極3和形成在工作電極3的表面(圖1中的上表面)上的檢測(cè)層6。

(檢測(cè)層)

檢測(cè)層6接觸工作電極3，并且包含酶12、導(dǎo)電聚合物13、糖14以及交聯(lián)劑15，但不包含電子介質(zhì)。

根據(jù)該實(shí)施方式的酶電極11被用于基于向該電極傳遞從測(cè)量目標(biāo)物質(zhì)(要測(cè)量的物質(zhì))導(dǎo)出的電子來(lái)測(cè)量電荷傳遞限制電流。該電荷傳遞限制電流是因酶12與測(cè)量目標(biāo)物質(zhì)之間的反應(yīng)而在電子從酶12向該電極傳遞時(shí)產(chǎn)生的電流。而且，該電荷傳遞限制電流是不隨時(shí)間改變的穩(wěn)態(tài)電流，并且優(yōu)選的是在因電雙層充電而產(chǎn)生瞬態(tài)電流之后觀察到的穩(wěn)態(tài)電流。

為了測(cè)量電荷傳遞限制電流，優(yōu)選的是，將“直接電子傳遞型酶電極”用作工作電極3。如在此使用的“直接電子傳遞型酶電極”指這樣類型的酶電極：電子在酶與電極之間傳遞，從而使通過(guò)試劑層中的酶反應(yīng)而產(chǎn)生的電子被直接傳遞至電極(包括其中導(dǎo)電聚合物13介導(dǎo)電子傳遞的情況)，而不涉及諸如電子傳遞介質(zhì)等氧化還原物質(zhì)。對(duì)于使用電子傳遞介質(zhì)的情況來(lái)說(shuō)，如果電子傳遞介質(zhì)的分子被固定化從而不擴(kuò)散，則可以測(cè)量電荷傳遞限制電流。

如圖2所示，檢測(cè)層6中的結(jié)構(gòu)是：酶12的分子用交聯(lián)劑15交聯(lián)，并且該交聯(lián)分子還通過(guò)導(dǎo)電聚合物13復(fù)雜地糾纏。通過(guò)酶反應(yīng)產(chǎn)生的電子能夠直接傳遞至工作電極3或者經(jīng)由導(dǎo)電聚合物13傳遞至工作電極3。換句話說(shuō)，設(shè)置根據(jù)該實(shí)施方式的酶電極11，從而使酶12通過(guò)檢測(cè)層6中的直接電子傳遞向工作電極3傳遞電子和從工作電極3接收電子。

在生理反應(yīng)系統(tǒng)中可以方式的直接電子傳遞的限制距離被報(bào)告為至在包括電極和酶的電化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)中的電子傳遞方面，如果電極與酶之間的距離大于上述限制距離，則檢測(cè)電極上的電子傳遞是困難的，除非其涉及介質(zhì)的傳遞(例如，通過(guò)擴(kuò)散來(lái)傳遞)。因此，在檢測(cè)層6中，酶12的活性位點(diǎn)(因酶反應(yīng)而產(chǎn)生電子的位點(diǎn))和導(dǎo)電聚合物13的導(dǎo)電位點(diǎn)位于適于電子傳遞的距離內(nèi)，換句話說(shuō)，該導(dǎo)電位點(diǎn)和活性位點(diǎn)足夠靠近，以使電子以合適方式在其間傳遞。

(酶)

酶12的示例包括氧化還原酶。氧化還原酶的示例包括：葡萄糖氧化酶(god)、半乳糖氧化酶、膽紅素氧化酶、丙酮酸氧化酶、d-或l-氨基酸氧化酶、胺氧化酶、膽固醇氧化酶、膽堿氧化酶、黃嘌呤氧化酶、肌氨酸氧化酶、l-乳酸氧化酶、抗壞血酸氧化酶、細(xì)胞色素氧化酶、醇脫氫酶、谷氨酸脫氫酶、膽固醇脫氫酶、醛脫氫酶、葡萄糖脫氫酶(gdh)、果糖脫氫酶、山梨醇脫氫酶、乳酸脫氫酶、蘋(píng)果酸脫氫酶、丙三醇脫氫酶、17β羥基類固醇脫氫酶、雌二醇17β脫氫酶、氨基酸脫氫酶、甘油醛-3-磷酸脫氫酶、3-羥基類固醇脫氫酶、心肌黃酶、細(xì)胞色素氧化還原酶、過(guò)氧化氫酶、過(guò)氧化物酶和谷胱甘肽還原酶等。其中，酶12優(yōu)選糖的氧化還原酶。糖的氧化還原酶的示例包括：葡萄糖氧化酶(god)、半乳糖氧化酶、葡萄糖脫氫酶(gdh)、果糖脫氫酶以及山梨糖醇脫氫酶。

而且，氧化還原酶可以包含吡咯喹啉醌(pqq)和黃素腺嘌呤二核苷酸(fad)中的至少一種，作為催化亞單元和催化結(jié)構(gòu)域。包含pqq的氧化還原酶的示例包括pqq葡萄糖脫氫酶(pqqgdh)。包含fad的氧化還原酶的示例包括細(xì)胞色素葡萄糖脫氫酶(cy-gdh)和葡萄糖氧化酶(god)，其具有含fad的α-亞單元(α-subunit)。另外，氧化還原酶可以包含電子傳遞亞單元或電子傳遞域。電子傳遞亞單元的示例包括包含具有給予和接收電子功能的血紅素的亞單元。具有包含血紅素的亞單元的氧化還原酶的示例包括那些包含細(xì)胞色素的酶。例如，可以使用葡萄糖脫氫酶或pqqgdh與細(xì)胞色素的融合蛋白。

而且，包含電子傳遞域的酶的示例包括膽固醇氧化酶和喹啉并血紅素(quinoheme)乙醇脫氫酶(qhedh(pqqethanoldh))。作為電子傳遞域，優(yōu)選的是，使用包含細(xì)胞色素的域，該細(xì)胞色素包含具有給予和接收電子的功能的血紅素。其示例包括：“qhgdh”(融合酶；具有qhgdh的血紅素域的gdh)、山梨醇脫氫酶(山梨醇dh)、d-果糖脫氫酶(果糖dh)、來(lái)源于根癌農(nóng)桿菌的葡萄糖-3-脫氫酶(來(lái)自根癌農(nóng)桿菌的g3dh)，以及纖維二糖脫氫酶。例如，在wo2005/030807中公開(kāi)了pqqgdh與細(xì)胞色素的融合蛋白(其是包含細(xì)胞色素的上述亞單元的示例)和pqqgdh的細(xì)胞色素域(其是包含細(xì)胞色素的域的示例)。而且，作為氧化還原酶，優(yōu)選使用寡聚酶，其包括至少催化亞單元和包含細(xì)胞色素(包含具有作為電子受體的功能的血紅素)的亞單元。

(導(dǎo)電聚合物)

導(dǎo)電聚合物13的示例包括：聚吡咯、聚苯胺、聚苯乙烯磺酸酯、聚噻吩、多異硫茚、聚乙烯二氧噻吩(聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚(苯乙烯磺酸鹽))，及其組合。其商業(yè)可獲產(chǎn)品的示例，具體來(lái)說(shuō)，聚吡咯的商業(yè)可獲產(chǎn)品的示例包括：“sspy”(乙基-3-甲基-4-吡咯羧酸酯)(由kakenindustryco.,ltd.制造)。聚苯胺的商業(yè)可獲產(chǎn)品的示例包括“aquapass01-x”(由tachemicalco.,ltd.制造)等。聚苯乙烯磺酸酯的商業(yè)可獲產(chǎn)品的示例包括“poly-nass”(由tosohorganicchemicalco.,ltd.制造)。聚噻吩的商業(yè)可獲產(chǎn)品的示例包括“espacer100”(由tachemicalco.,ltd.制造)。多異硫茚的商業(yè)可獲產(chǎn)品的示例包括“espacer300”(由tachemicalco.,ltd.制造)。聚乙烯二氧噻吩(聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚(苯乙烯磺酸鹽))的商業(yè)可獲產(chǎn)品的示例包括“pedot-pss”(由polysciencesinc.制造)。而且，作為導(dǎo)電聚合物13，可以使用具有各種屬性(例如，水溶性)的導(dǎo)電聚合物。優(yōu)選的是，導(dǎo)電聚合物13包含羥基或磺基作為官能團(tuán)。

(糖)

糖14是不充當(dāng)酶12的底物的糖。糖14例如包含1-6個(gè)構(gòu)成糖，優(yōu)選為2至6個(gè)構(gòu)成糖。糖14可以是d-糖或l-糖，或其混合物，并且這些糖可以單獨(dú)使用或者兩個(gè)或更多個(gè)組合使用。然而，對(duì)于諸如葡萄糖等糖是要測(cè)量的目標(biāo)的情況來(lái)說(shuō)，將不同于要測(cè)量的糖并且不充當(dāng)酶12的底物的糖用作糖14。雙糖的示例包括：木二糖、瓊脂二糖、角叉藻二糖、麥芽糖、異麥芽糖、槐二糖、纖維二糖、海藻糖、新海藻糖、異海藻糖、菊粉二糖(inulobiose)、巢菜糖、異櫻草糖(isoprimeverose)、山姆卜二糖(sambubiose)、櫻草糖、茄雙糖、蜜二糖、乳糖、番茄二糖、表纖維二糖(epicellobiose)、蔗糖、松二糖、麥芽酮糖、乳果糖、表位二糖(epigentibiose)、洋槐二糖、硅烷二糖(silanobiose)、蕓香糖等。三糖的示例包括：葡糖基海藻糖、纖維三糖、馬鈴薯三糖、龍膽三糖、異麥芽三糖、異潘糖(isopanose)、麥芽三糖、甘露三糖、松三糖、潘糖、車前糖、棉子糖、茄三糖、傘形糖等。四糖的示例包括：麥芽糖基海藻糖、麥芽四糖、水蘇糖等。五糖的示例包括：麥芽三糖海藻糖、麥芽五糖、毛蕊花糖等。六糖的示例包括麥芽六糖等。

(交聯(lián)劑)

交聯(lián)劑15的示例，具體來(lái)說(shuō)，要被用作交聯(lián)劑15的含醛基化合物的示例包括：戊二醛、甲醛、丙二醛、對(duì)酞醛、異丁醛、戊醛、異戊醛、肉桂醛、煙堿醛、甘油醛、乙醇醛、丁二醛、己二醛、間酞醛、對(duì)酞醛等。作為含碳二亞胺基的化合物，示例包括：六亞甲基二異氰酸酯、氫化亞二甲苯基二異氰酸酯、亞二甲苯基二異氰酸酯、2,2,4-三甲基六亞甲基二異氰酸酯、1,12-二異氰酸酯十二烷、降冰片烷二異氰酸酯、2,4-雙-(8-異氰酸酯辛基)-1,3-二辛基環(huán)丁烷、4,4'-二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯、四甲基苯二亞甲基二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯等。含碳二亞胺基的化合物可在下列名稱之下商業(yè)獲得：carbodilitev-02、carbodilitev-02-l2、carbodilitev-04、carbodilitev-06、carbodilitee-02、carbodilitev-01、carbodilitev-03、carbodilitev-05、carbodilitev-07以及carbodilitev-09(由nisshinbochemical,inc.制造)。含馬來(lái)酰亞胺基的化合物的示例包括：間馬來(lái)酰亞胺苯甲?；?n-羥基琥珀酰亞胺酯、磺基琥珀酰亞胺4-(對(duì)-馬來(lái)酰亞胺苯基)丁酸酯、間馬來(lái)酰亞胺苯甲?；腔牾啺孵?、n-γ-馬來(lái)酰亞胺丁酰氧基琥珀酰亞胺酯、琥珀酰亞胺4-(n-馬來(lái)酰亞胺甲基)環(huán)己烷-1-甲酸酯、n-琥珀酰亞胺-2-馬來(lái)酰亞胺基乙酸、n-琥珀酰亞胺基-4-馬來(lái)酰亞胺丁酸、n-琥珀酰亞胺基-6-馬來(lái)酰亞胺己酸、n-琥珀酰亞胺基-4-馬來(lái)酰亞胺甲基環(huán)己烷-1-羧酸、n-琥珀酰亞胺基-4-馬來(lái)酰亞胺甲基環(huán)己烷-1-羧酸、n-琥珀酰亞胺基-4-馬來(lái)酰亞胺二甲基苯甲酸、n-琥珀酰亞胺基-3-馬來(lái)酰亞胺苯甲酸、n-琥珀酰亞胺基-4-馬來(lái)酰亞胺苯基-4-丁酸、n-琥珀酰亞胺基-4-馬來(lái)酰亞胺苯基-4-丁酸、n，n-'-氧二亞甲基-二馬來(lái)酰亞胺、n，n'-鄰亞苯基二馬來(lái)酰亞胺、n，n'-間亞苯基二馬來(lái)酰亞胺、n，n'-對(duì)亞苯基二馬來(lái)酰亞胺、和n，n'-六亞甲基二馬來(lái)酰亞胺、n-琥珀酰亞胺馬來(lái)酰亞胺羧酸等。作為含馬來(lái)酰亞胺基的化合物的商業(yè)可獲產(chǎn)品的示例，可以提到sanfelbm-g(sanshinchemicalindustryco.,ltd.制造)。含噁唑啉基的化合物的示例包括噁唑啉化合物，如：2,2'-雙-(2-噁唑啉)、2,2'-亞甲基-雙-(2-噁唑啉)、2,2'-乙烯-雙(2-噁唑啉)、2,2'-三亞甲基-雙-(2-噁唑啉)、2,2'-四亞甲基雙(2-噁唑啉)、2,2'-六亞甲基-雙-(2-噁唑啉)、2,2'-八亞甲基-雙-(2-噁唑啉)、2,2'-乙烯雙-(4,4'-二甲基-2-噁唑啉)、2,2'-對(duì)-亞苯基-雙-(2-噁唑啉)、2,2'-間亞苯基-雙(2-噁唑啉)、2,2'-間亞苯基-雙-(4,4'-二甲基-2-噁唑啉)、雙-(2-噁唑啉基環(huán)己烷)硫醚、雙-(2-噁唑啉基降冰片烷)硫醚。而且，加成聚合噁唑啉化合物的示例包括：2-乙烯基-2-噁唑啉、2-乙烯基-4-甲基-2-噁唑啉、2-乙烯基-5-甲基-2-噁唑啉、2-異丙烯基-2-噁唑啉、2-異丙基-4-甲基-2-噁唑啉、2-異丙烯基-5-乙基-2-噁唑啉等。還可以使用通過(guò)聚合或共聚這些化合物中的一種或更多種而獲取的化合物。含噁唑啉基的化合物可在下列名稱之下商業(yè)獲得：epocrosws-500、epocrosws-700、epocrosk-1010e、epocrosk-1020e、epocrosk-1030e、epocrosk-2010e、epocrosk-2020e、epocrosk-2030e、epocrosrps-1005以及epocrosras-1005(上述全部由nipponshokubaico.,ltd.制造)；和nklinkerfx(由shin-nakamurachemicalco.,ltd.制造)。含環(huán)氧基的化合物的具體示例包括：山梨糖醇聚縮水甘油醚、聚甘油聚縮水甘油醚、雙甘油聚縮水甘油醚、甘油聚縮水甘油醚、三羥甲基丙烷聚縮水甘油醚、乙二醇二縮水甘油醚、聚乙二醇二縮水甘油醚、丙二醇二縮水甘油醚、聚丙二醇二縮水甘油醚等。還可以組合使用這些化合物中的兩種或更多種。并且，含環(huán)氧基的化合物可在下列名稱之下商業(yè)獲得：denacolex-611、denacolex-612、denacolex-614、denacolex-614b、denacolex-512、denacolex-521、denacolex-421、denacolex-313、denacolex-314、denacolex-321、denacolex-810、denacolex-811、denacolex-850、denacolex-851、denacolex-821、denacolex-830、denacolex-832、denacolex-841、denacolex-861、denacolex-911、denacolex-941、denacolex-920、denacolex-145以及denacolex-171(由nagasechemtexcorporation制造)，sr-pg、sr-2eg、sr-8eg、sr-8egs、sr-glg、sr-dge、sr-4gl、sr-4gls以及sr-sep(以上全部是產(chǎn)品名稱，由sakamotoyakuhinkogyoco.,ltd.制造)；和epolite200e、eepolite400e以及epolite400p(以上全部由kyoeishachemicalco.,ltd制造)等。交聯(lián)劑15的類型不限于上述化合物和商業(yè)可獲產(chǎn)品。交聯(lián)劑15還可以是包含選自醛基、馬來(lái)酰亞胺基、碳二亞胺基、噁唑啉基和環(huán)氧基中的至少一種官能團(tuán)的化合物。交聯(lián)劑15的形式也不受限。交聯(lián)劑15可以采用單體或聚合物等形式。

(導(dǎo)電顆粒)

優(yōu)選的是，檢測(cè)層6還包括導(dǎo)電顆粒。作為導(dǎo)電顆粒，可以使用諸如金、鉑，銀或鈀等金屬的顆粒；或者由碳材料制成的高級(jí)結(jié)構(gòu)體。該高級(jí)結(jié)構(gòu)體例如可以包含從導(dǎo)電炭黑、ketjenblack(注冊(cè)商標(biāo))、碳納米管(cnt)以及富勒烯導(dǎo)電顆粒中選擇的一種或更多種精細(xì)顆粒(碳精細(xì)顆粒)。

而且，檢測(cè)層6的表面可以覆蓋有由醋酸纖維素等制成的外層膜。用于外層膜的原料的示例除了醋酸纖維素以外還包括：聚氨酯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、聚丙烯、聚醚醚酮等。

(制造酶電極的方法)

酶電極11例如按以下方式制造。具體地說(shuō)，在基板2的單一表面上形成充任工作電極3、對(duì)電極4以及參比電極5的金屬層。例如，通過(guò)物理氣相沉積(pvd，例如，濺射)或者通過(guò)化學(xué)氣相沉積(cvd)將金屬材料沉積在具有預(yù)定厚度(例如，約100μm)的膜狀基板2的單一表面上，由此形成皆具有希望厚度(例如，約30nm)的金屬層。代替金屬層，還可以形成由碳材料(例如，碳)組成的電極層，其通過(guò)絲網(wǎng)沉積(screendeposition)來(lái)沉積。

該工作電極3、對(duì)電極4以及參比電極5由相同材料制成，在該情況下，可以在相同步驟中構(gòu)造工作電極3、對(duì)電極4以及參比電極5。例如，工作電極3和對(duì)電極4利用碳來(lái)構(gòu)造，而參比電極5利用銀-氯化銀來(lái)構(gòu)造，在該情況下，用于構(gòu)造工作電極3和對(duì)電極4的沉積步驟不同于用于構(gòu)造參比電極5的沉積步驟。另一方面，如果利用碳來(lái)構(gòu)造工作電極3、對(duì)電極4以及參比電極5，則該工作電極3、對(duì)電極4以及參比電極5經(jīng)由相同沉積步驟來(lái)構(gòu)造，而能省略用于構(gòu)造銀-氯化銀電極的沉積步驟。因此，可以通過(guò)相同步驟構(gòu)造工作電極3、對(duì)電極4以及參比電極5來(lái)降低生物傳感器1的制造成本。

接下來(lái)，將檢測(cè)層6形成在工作電極3上。即，制備包含酶12、導(dǎo)電聚合物13、糖14以及交聯(lián)劑15的溶液(試劑)。在此，糖14的濃度優(yōu)選為0.1重量％至2重量％，并且更優(yōu)選為0.2重量％至2重量％。該溶液(試劑)滴落至工作電極3的表面。該溶液(試劑)通過(guò)在工作電極3上干燥而固化，由此使能獲得檢測(cè)層6構(gòu)造在工作電極3上的酶電極11。

利用根據(jù)該實(shí)施方式的酶電極11，可以基于電荷傳遞限制電流來(lái)測(cè)量包含在樣本中的要測(cè)量的物質(zhì)的濃度。該測(cè)量目標(biāo)物質(zhì)沒(méi)有特別限制，只要其可以通過(guò)利用該實(shí)施方式的酶電極11的測(cè)量方法來(lái)測(cè)量即可。然而，該測(cè)量目標(biāo)物質(zhì)優(yōu)選為源自活體的物體，其可以用作疾病和/或健康狀況的指示物，并且其示例包括：葡萄糖和膽固醇等。該樣本沒(méi)有特別限制，只要其包含該測(cè)量目標(biāo)物質(zhì)即可。然而，優(yōu)選諸如血液或尿液等生物樣本。

(裝置)

隨后，對(duì)根據(jù)該實(shí)施方式的測(cè)量裝置進(jìn)行描述。圖3是例示根據(jù)該實(shí)施方式的測(cè)量裝置20的構(gòu)造的一個(gè)實(shí)例的圖。圖3描繪了容納在測(cè)量裝置20內(nèi)的主要電子組件的架構(gòu)。該測(cè)量裝置20包括：控制計(jì)算機(jī)21、恒電位儀22、電源裝置23，以及顯示裝置24。該控制計(jì)算機(jī)21、恒電位儀22以及電源裝置23被設(shè)置在容納在外殼25中的板上。

該控制計(jì)算機(jī)21包括硬件方式的處理器(例如，中央處理單元(cpu))、存儲(chǔ)裝置(例如，存儲(chǔ)器(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)、只讀存儲(chǔ)器(rom))，以及通信單元。該處理器將存儲(chǔ)在rom上的程序加載到ram上，并且運(yùn)行所加載程序，由此發(fā)揮包括輸出單元30、控制單元31、算術(shù)單元32以及檢測(cè)單元33的裝置的功能。應(yīng)注意到，控制計(jì)算機(jī)21可以包括輔助存儲(chǔ)裝置，例如，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器(電可擦除可編程rom(eeprom)、閃速存儲(chǔ)器)和硬盤(pán)。

控制單元31控制施加電壓的時(shí)機(jī)和要施加的電壓的值。電源裝置23包括電池26，并且向控制計(jì)算機(jī)21和恒電位儀22供電以供運(yùn)行。還可以將電源裝置23設(shè)置在外殼25之外。恒電位儀22是相對(duì)于參比電極5的電位保持工作電極3的電位恒定的裝置。通過(guò)控制單元31控制的恒電位儀22利用端子cr和w在生物傳感器1的工作電極3與對(duì)電極4之間施加預(yù)定量的電壓；測(cè)量可以在端子w處獲取的、工作電極3的響應(yīng)電流；并將測(cè)量結(jié)果發(fā)送給檢測(cè)單元33。

算術(shù)單元32根據(jù)檢測(cè)的電流值來(lái)計(jì)算測(cè)量目標(biāo)物質(zhì)的濃度，并將測(cè)量目標(biāo)物質(zhì)的濃度的計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中。輸出單元30執(zhí)行與顯示裝置24的數(shù)據(jù)通信，并將測(cè)量目標(biāo)物質(zhì)的濃度的計(jì)算結(jié)果發(fā)送給顯示裝置24。顯示裝置24能夠按預(yù)定格式在顯示屏上顯示測(cè)量目標(biāo)物質(zhì)的濃度的計(jì)算結(jié)果。

圖4是例示通過(guò)控制計(jì)算機(jī)21進(jìn)行該測(cè)量目標(biāo)物質(zhì)的濃度測(cè)量處理的一個(gè)實(shí)例的流程圖。控制單元31在接受到開(kāi)始測(cè)量測(cè)量目標(biāo)物質(zhì)的濃度的指令時(shí)，控制恒電位儀22通過(guò)向工作電極3施加預(yù)定電壓而開(kāi)始測(cè)量來(lái)自工作電極3的響應(yīng)電流(步驟s101)。應(yīng)注意到，開(kāi)始測(cè)量濃度的指令還可以被制成為通過(guò)檢測(cè)生物傳感器1與測(cè)量裝置20接合來(lái)觸發(fā)。

接下來(lái)，恒電位儀22測(cè)量通過(guò)施加該電壓而獲取的響應(yīng)電流，并將所測(cè)量的響應(yīng)電流值發(fā)送給檢測(cè)單元33(步驟s102)。由此，檢測(cè)單元33檢測(cè)該響應(yīng)電流。該響應(yīng)電流是電荷傳遞限制電流，其基于從樣本內(nèi)的測(cè)量目標(biāo)物質(zhì)(其在此是葡萄糖)導(dǎo)出并傳遞至該電極的電子。該響應(yīng)電流優(yōu)選為自施加該電壓起，在通過(guò)向電雙層充電而產(chǎn)生瞬態(tài)電流之后，在經(jīng)過(guò)例如1至20秒鐘之后的穩(wěn)態(tài)電流。

算術(shù)單元32通過(guò)基于該響應(yīng)電流值執(zhí)行算術(shù)處理來(lái)計(jì)算葡萄糖水平(步驟s103)。例如，該算術(shù)單元32預(yù)先保持與設(shè)置在工作電極3上的葡萄糖脫氫酶對(duì)應(yīng)的葡萄糖水平計(jì)算公式或者葡萄糖水平校準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)。該算術(shù)單元32通過(guò)利用該葡萄糖水平計(jì)算公式或者葡萄糖水平校準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算葡萄糖水平。

輸出單元30經(jīng)由建立在控制計(jì)算機(jī)21與顯示裝置24之間的通信鏈路將葡萄糖水平的計(jì)算結(jié)果發(fā)送給顯示裝置24(步驟s104)。此后，控制單元31檢測(cè)是否出現(xiàn)測(cè)量錯(cuò)誤(步驟s105)。如果未檢測(cè)到錯(cuò)誤(步驟s105：否)，則控制單元31完成該測(cè)量，并且在顯示裝置24上顯示該葡萄糖水平。完成基于圖4中的處理流程的處理。而如果檢測(cè)到錯(cuò)誤(步驟s105：是)，則控制單元31在顯示裝置24上顯示該錯(cuò)誤(步驟s106)。此后，完成基于圖4中的處理流程的處理。

控制單元31將計(jì)算結(jié)果保存在存儲(chǔ)裝置上，并且還可以通過(guò)在任意時(shí)機(jī)從存儲(chǔ)裝置讀取該計(jì)算結(jié)果而將該計(jì)算結(jié)果顯示在顯示裝置24上。用戶能夠在任意時(shí)機(jī)檢查該計(jì)算結(jié)果。應(yīng)注意到，控制單元31在將計(jì)算結(jié)果發(fā)送給顯示裝置24(步驟s104)之后檢查該處理錯(cuò)誤(步驟s105)，然而，這些步驟的順序也可以彼此替換。上面進(jìn)行的討論已經(jīng)舉例說(shuō)明了當(dāng)測(cè)量目標(biāo)物質(zhì)是葡萄糖時(shí)的濃度測(cè)量處理，然而，該實(shí)施方式不限于該濃度測(cè)量處理。該測(cè)量目標(biāo)物質(zhì)可以涵蓋其它物質(zhì)，而不限于葡萄糖。

[工作例]

下面，對(duì)用于測(cè)量葡萄糖水平的測(cè)試進(jìn)行描述。在下面的測(cè)試1和比較例1中，利用3電極系統(tǒng)(工作電極、對(duì)電極以及參比電極)來(lái)測(cè)量葡萄糖水平調(diào)節(jié)成0mg/dl、100mg/dl、300mg/dl、600mg/dl以及800mg/dl的樣本的響應(yīng)電流值。在下面的測(cè)試2和比較例2中，利用3電極系統(tǒng)來(lái)測(cè)量葡萄糖水平調(diào)節(jié)成0mg/dl、100mg/dl以及600mg/dl的樣本的響應(yīng)電流值。而且，在測(cè)試1、2和比較例1、2中，基于計(jì)時(shí)安培分析法利用3電極系統(tǒng)在溫度26℃(±1℃)下向該電極系統(tǒng)施加200mv電位差來(lái)測(cè)量響應(yīng)電流值。

<測(cè)試1>

下面是測(cè)試1中的相應(yīng)電極的材料。

工作電極(we)：碳(平面尺度為0.5mm²)

對(duì)電極(ce)：碳(平面尺度為4.8mm²)

參比電極(re)：碳(平面尺度為0.5mm²)

<比較例1>

下面是比較例1中各電極的材料。

工作電極(we)：碳(平面尺度為0.5mm²)

對(duì)電極(ce)：碳(平面尺度為4.8mm²)

參比電極(re)：銀-氯化銀(平面尺度為0.5mm²)。

<測(cè)量結(jié)果>

圖5是指示測(cè)試1的測(cè)量結(jié)果的圖形。圖6是指示比較例1的測(cè)量結(jié)果的圖形。在圖5和6中，將響應(yīng)電流值隨時(shí)間(時(shí)間過(guò)程)的變化圖形化。圖7是指示測(cè)試1和比較例1的測(cè)量結(jié)果的圖形。在圖7中，針對(duì)測(cè)試1和比較例1的測(cè)量結(jié)果，自開(kāi)始施加電壓起，在經(jīng)過(guò)8秒鐘之后(自達(dá)到電流峰值起，在經(jīng)過(guò)了5秒鐘之后)，標(biāo)繪每個(gè)葡萄糖水平的響應(yīng)電流值。如圖5到7所描繪，當(dāng)參比電極的材料是碳時(shí)，測(cè)量到與參比電極的材料是銀-氯化銀時(shí)相同的響應(yīng)電流值。

<測(cè)試2>

下面是測(cè)試2中的相應(yīng)電極的材料。

工作電極(we)：碳(平面尺度為0.5mm²)

對(duì)電極(ce)：碳(平面尺度為4.8mm²)

參比電極(re)：金(平面尺度為0.5mm²)

<比較例2>

下面是比較例2中的各電極的材料。

工作電極(we)：碳(平面尺度為0.5mm²)

對(duì)電極(ce)：碳(平面尺度為4.8mm²)

參比電極(re)：銀-氯化銀(平面尺度為0.5mm²)。

<測(cè)量結(jié)果>

圖8是指示測(cè)試2的測(cè)量結(jié)果的圖形。圖9是指示比較例2的測(cè)量結(jié)果的圖形。在圖8和9中，將響應(yīng)電流值隨時(shí)間(時(shí)間過(guò)程)的變化圖形化。圖10是指示測(cè)試2和比較例2的測(cè)量結(jié)果的圖形。在圖10中，針對(duì)測(cè)試2和比較例2的測(cè)量結(jié)果，自開(kāi)始施加電壓起，在經(jīng)過(guò)了5秒鐘之后，標(biāo)繪每個(gè)葡萄糖水平的響應(yīng)電流值。如圖8到10所描繪，當(dāng)參比電極的材料是金時(shí)，測(cè)量到與參比電極的材料是銀-氯化銀時(shí)相同的響應(yīng)電流值。

測(cè)試1舉例說(shuō)明了參比電極的材料是碳的實(shí)例，而測(cè)試2舉例說(shuō)明了參比電極的材料是金的實(shí)例。根據(jù)本實(shí)施方式的參比電極的材料在不限于碳和金的情況下，還可以是其它金屬性材料(例如，鉑、鈀以及釕)，或者其它碳材料。

附圖標(biāo)記的描述

1生物傳感器

2基板

3工作電極

4對(duì)電極

5參比電極

6檢測(cè)層

7、8、9引線

11酶電極

12酶

13導(dǎo)電聚合物

14糖

15交聯(lián)劑

20測(cè)量裝置

21控制計(jì)算機(jī)

22恒電位計(jì)

23電源裝置

24顯示裝置

25外殼

26電池

30輸出單元

31控制單元

32算術(shù)單元

33檢測(cè)單元