專利名稱：電化學(xué)分析元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能以高精度、迅速而容易地對在血液、汗等生物試樣或食品工業(yè)的原料、制品等試樣中所包含的特定成分進行定量的電化學(xué)分析元件。
作為不進行試樣液的稀釋與攪拌等而簡易地定量獲得生物試樣及食品中特定成分(基質(zhì))的電化學(xué)分析元件的一例子，我們知道有如下一種生物傳感器(日本發(fā)明專利公開1991年第202764號公報)。該生物傳感器，在絕緣性基板上通過網(wǎng)板印刷等方法形成電極系統(tǒng)，在該電極系統(tǒng)上形成含有氧化還原酶及電子接受體的反應(yīng)層。如下所述，該生物傳感器對試樣中的基質(zhì)濃度進行定量。
首先，通過將試樣液滴到生物傳感器的反應(yīng)層上，反應(yīng)層溶解，在試樣液中的基質(zhì)與反應(yīng)層的氧化還原酶之間進行酶反應(yīng)。隨著這種酶反應(yīng)，電子接受體被還原。一定時間后，在傳感器的電極上施加電壓，電化學(xué)將還原后的電子接受體氧化，從此時獲得的氧化電流值對試樣液中的基質(zhì)濃度進行定量。
在傳統(tǒng)的分析元件中，只要幾微升以上的試樣，就可容易地求得試樣中的基質(zhì)濃度。但是，對于不到幾微升的微量試樣，存在著難以有可靠性測定的情況。
因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種對微量試樣能進行有可靠性測定的電化學(xué)分析元件。
本發(fā)明提供的電化學(xué)分析元件，具有兩端開口的設(shè)有中空部的傳感器本體；設(shè)有作用極與對極的電極系統(tǒng)；以及含有酶的試藥部，所述電極系統(tǒng)與試藥部形成在所述中空部的內(nèi)壁面上。
作用極與對極，最好配置在所述中空部的內(nèi)壁面的面對面位置上。
試藥部最好還包含電子接受體。
試藥部最好配置在作用極上。
若在所述中空部的開口部的至少一方配置過濾層，在以全血為試樣時，則在全血通過過濾層之際紅血球被過濾。因此，可使紅血球到達試藥部產(chǎn)生的不良情況消失。
另外，當(dāng)做成將所述中空部的兩端開口部利用樹脂薄膜或復(fù)合鋁箔(アルミラミネ-トフイルム)等予以密封的結(jié)構(gòu)時，可提高試藥部的保存可靠性。
采用本發(fā)明，通過設(shè)有包含葡萄糖氧化酶的試藥部，可獲得對體液中的葡萄糖進行定量的電化學(xué)分析元件。另外，通過設(shè)有包含膽固醇氧化酶與膽固醇酯酶的試藥部，可獲得對體液中的膽固醇進行定量的電化學(xué)分析元件。


圖1是本發(fā)明一實施例的電化學(xué)分析元件的除了試藥部以外的立體圖。
圖2是圖1電化學(xué)分析元件的俯視圖。
圖3是本發(fā)明另一實施例的電化學(xué)分析元件的除了試藥部以外的立體圖。
圖4是圖3電化學(xué)分析元件的俯視圖。
圖5是電化學(xué)分析元件的分解立體圖。
圖6是本發(fā)明其它實施例的電化學(xué)分析元件的除了試藥部以外的立體圖。
圖7是本發(fā)明又一實施例的電化學(xué)分析元件的除了試藥部以外的立體圖。
下面說明本發(fā)明電化學(xué)分析元件的較佳實施形態(tài)。
圖1是本發(fā)明的電化學(xué)分析元件的外觀圖，圖2是圖1電化學(xué)分析元件的俯視圖。
由電氣絕緣性的材料構(gòu)成的筒狀的傳感器本體10，在中央具有圓筒形的中空部1，在其內(nèi)壁面形成由作用極2與對極3所構(gòu)成的電極系統(tǒng)、以及與所述各電極連接的導(dǎo)線4與5，此外，在作用極2上形成有含酶的試藥部9。導(dǎo)線4與5分別和作用極2及對極3接觸，各自的前端為導(dǎo)線接線柱6及7，在傳感器本體的底面向外側(cè)突出。在圖1中，去掉了試藥部9及對作用極的導(dǎo)線4予以包覆的絕緣層。最好通過用絕緣層包覆作用極的導(dǎo)線4，來限定作用極的面積。但是，該絕緣層也可省略。這種情況下，從相當(dāng)于導(dǎo)線4的部分到作用極2，起到電化學(xué)的作用極的功能。因此，在省略絕緣層的情況下，作用極2與導(dǎo)線4的構(gòu)成材料最好做成相同。
此外，為使本發(fā)明的電化學(xué)分析元件的精度更穩(wěn)定，除了作用極2與對極3外，也可使設(shè)有參照極的三電極系統(tǒng)形成在本體中空部1的內(nèi)壁面上。
含酶的試藥部9只要是在中空部內(nèi)，不管其形成位置，但較佳的位置是在作用極2上。
傳感器本體10的中空部1的形狀未必一定要圓筒形。圖3及圖4表示另一實施形態(tài)的電化學(xué)分析元件。在圖3中，去除了試藥部9。圖5是將電化學(xué)分析元件分解成第1元件與第2元件的圖。傳感器本體10由第1元件10a與第2元件10b構(gòu)成，中空部1用第1元件封住設(shè)在第2元件10b上的截面為半圓形的槽1a而形成。在第1元件10a的相對所述槽1a的平面上，形成有作用極2及其導(dǎo)線4，并形成有包覆導(dǎo)線4的絕緣層8。為了更高精度地控制作用極2的電極作用面積，也可由絕緣層包覆作用極2的外周部。另外，在第2元件10b的槽1a內(nèi)形成有對極3及其導(dǎo)線5。對極3也可設(shè)在第1元件10a側(cè)上。
上述電極系統(tǒng)及導(dǎo)線，可利用公知的方法例如濺射等措施設(shè)在傳感器本體的中空部的內(nèi)壁面上。在必要部分也可用濺射等方法形成屏敝。另外，在全面濺射后，可用激光修正等措施將不要部分除去。此外，也可利用熱或超聲波熔化將適當(dāng)?shù)慕饘俨N附在傳感器本體上。作為導(dǎo)線及電極的材料，可使用公知的導(dǎo)電性材料。作為例子，可例舉碳、銀、白金、金及鈀等。
試藥部如下所述那樣可配置在傳感器本體的中空部內(nèi)。
利用吸液管等方法將含酶的水溶液滴到傳感器本體的中空部內(nèi)壁面，進行干燥?；蛘?，也可在將傳感器本體浸入含酶的水溶液中后，通過使其干燥而形成試藥部。在這種情況下，試藥部可均勻地形成在中空部的內(nèi)壁面上。
在本發(fā)明的電化學(xué)分析元件中，將含酶與親水性高分子的水溶液滴到傳感器本體的中空部內(nèi)壁面上，進行干燥也可形成試藥部。在這種情況下，可提高試藥部與中空部內(nèi)壁面的緊密性。作為這種親水性高分子，可例舉羧甲基纖維素、羥基乙基纖維素、羥丙基甲基纖維素、甲基纖維素、乙基纖維素、乙基羥基乙基纖維素、羧甲基乙基纖維素、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、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、馬來酸酐或其鹽的聚合物等。
此外，本發(fā)明的電化學(xué)分析元件，根據(jù)需要可使電子接受體包含在試藥部中。作為電子接受體，可例舉鐵氰化物離子、p-對苯醌及其衍生物、N-吩嗪磺酸甲酯(フエナヅンメトサルフエ-ト)、亞甲基藍、二茂鐵及其衍生等。電子接受體可使用這些中的一種或一種以上。
本發(fā)明的電化學(xué)分析元件如圖6所示，在成為中空部1的試樣供給口的上面開口部側(cè)最好貼附過濾層11。利用該過濾層，當(dāng)以全血為試樣時，在全血通過過濾層時紅血球被過濾。
又如圖7所示，本發(fā)明的電化學(xué)分析元件可由密封材料構(gòu)成的薄膜12遮住中空部1的兩端開口部。在使用元件時，雖然要去掉所述薄膜12，但通過設(shè)置該薄膜，可獲得提高保存可靠性的效果。
下面就本發(fā)明的電化學(xué)分析元件的工作原理進行說明。
將含有特定成分基質(zhì)的試樣液向傳感器本體的中空部1內(nèi)由其一方的開口部供給。含酶的試藥部溶解于所供給的試樣液中，試樣液中的基質(zhì)有選擇地與酶反應(yīng)。進行利用酶的基質(zhì)的氧化反應(yīng)，與此同時，試樣液內(nèi)的溶解的氧被還原成過氧化氫。然后，當(dāng)在電極系統(tǒng)上施加適當(dāng)?shù)碾妷簳r，過氧化氫被氧化。此時產(chǎn)生的反應(yīng)電流與生成的過氧化氫濃度、即試樣液內(nèi)的基質(zhì)濃度成正比。因此，通過對所述的反應(yīng)電流值進行測定，可求得試樣液中的基質(zhì)濃度。
一旦使適當(dāng)?shù)碾娮咏邮荏w預(yù)先包含在試藥部中，則與酶反應(yīng)同時生成電子接受體的還原體，取代生成過氧化氫。然后，當(dāng)在電極系統(tǒng)中施加適當(dāng)?shù)碾妷簳r，電子接受體的還原體被氧化。此時產(chǎn)生的反應(yīng)電流與生成的電子接受體的還原體濃度、即試樣液內(nèi)的基質(zhì)濃度成正比，通過對所述反應(yīng)電流值進行測定，可求得試樣液中的基質(zhì)濃度。
當(dāng)電極系統(tǒng)處于同一平面、且試樣在極微量的場合，由于相對于電極間的電荷移動、主要是離子的移動的阻力變大，故測定結(jié)果有產(chǎn)生誤差的情況。在本發(fā)明的電化學(xué)分析元件中，由于可使作用極與對極對向配置在傳感器本體的中空部內(nèi)壁面上，故可使離子順利地在電極間移動，從而提高測定精度。另外，若將傳感器本體的中空部直徑做小，只要使試樣與中空部的一方的開口部接觸，就可利用毛細管現(xiàn)象將試樣供給于電極系統(tǒng)。因此，即使試樣量是在微量的情況下，也可進行高精度的測定。
本發(fā)明的電化學(xué)分析元件，通過將試樣供給于設(shè)在傳感器本體的中空部內(nèi)的電極系統(tǒng)中，來對試樣中的特定成分進行定量。因此，作為從生物中提取血液等試樣的方法，可將傳感器本體的中空部的一方開口部貼附在例如生物的皮膚上，從中空部的另一方開口部一側(cè)使體液滲出裝置動作而將皮膚弄傷，使那里流出的血液從仍與皮膚接觸的開口部供給到中空部內(nèi)。作為體液滲出裝置，可使用激光發(fā)射裝置或小刀等。
在下面的實施例中，顯示了如下一個例子傳感器本體為圓筒形，在傳感器本體上設(shè)有1個傳感器。但是，本發(fā)明的電化學(xué)分析元件不限于此。例如，用延伸為帶狀的絕緣性構(gòu)件構(gòu)成傳感器本體，沿傳感器本體的長度方向排列多個上下貫通的孔，若在各個孔，即在中空部內(nèi)形成電極系統(tǒng)，就可將多個分析元件裝入1個傳感器本體內(nèi)。同樣，若用圓盤狀的絕緣性構(gòu)件構(gòu)成傳感器本體，沿圓盤的周緣圓形排列上下貫通的多個孔，就可將多個分析元件裝入1個傳感器本體內(nèi)。如此，在使多個元件組合的情況下，最好通過排列各元件的電極導(dǎo)線及與測定器連接，從而可自由地選擇特定的元件。
下面根據(jù)實施例具體說明本發(fā)明電化學(xué)分析元件，但本發(fā)明并不限定這種實施例。另外，在用于各實施例說明的附圖中，對于共同的要素標(biāo)上相同符號，根據(jù)需要省略一部分說明。
實施例1在圖1的傳感器本體10的中空部1內(nèi)壁面上，通過濺射裝置而形成了由白金材料構(gòu)成的作用極2、對極3、導(dǎo)線4及導(dǎo)線5。使絕緣性的高分子薄膜熱熔敷在導(dǎo)線4上形成絕緣層。將葡萄糖氧化酶(以下稱GOD)的水溶液滴在作用極2上，使其干燥而形成試藥部9。這樣，制成了電化學(xué)分析元件。
現(xiàn)按如下的順序進行該元件的反應(yīng)特性評價。
作為試樣液，從中空部1的上部開口部、即與具有導(dǎo)線接線柱6及7的一側(cè)相反側(cè)供給葡萄糖水溶液。供給試樣液30秒后，以對極3為基準(zhǔn)在作用極2上施加+0.7V的電壓。并且，測定施加電壓5秒后的電流值。該電流值與隨酶的反應(yīng)而生成的過氧化氫的濃度、即試樣液中的葡萄糖濃度成正比。
實施例2與實施例1相同，形成作用極2、對極3、導(dǎo)線4與5、及包覆導(dǎo)線4的絕緣層。作為材料，用碳取代白金，用印刷裝置形成。將酶GOD和含電子接受體鐵氰化鉀的水溶液滴到作用極2上，使其干燥而形成試藥部9。此外，如圖6所示，與中空部的上部開口部接觸、設(shè)置以玻璃纖維為主成分的過濾層11，制成電化學(xué)分析元件。
通過過濾層11，與實施例1相同地將葡萄糖水溶液供給于該電化學(xué)分析元件，對其反應(yīng)特性進行評價后，可在葡萄糖濃度與反應(yīng)電流間獲得比例關(guān)系。接著，通過過濾層11供給全血，對其反應(yīng)特性進行評價。全血在通過過濾層11時紅血球被過濾，血漿成分到達試藥部9。試藥部溶解于血漿中，血漿中的葡萄糖被GOD氧化。同時試藥部中的鐵氰化物離子被還原，生成亞鐵氰化物離子。全血供給30秒后，以對極3為基準(zhǔn)，在作用極2上施加+0.5V的電壓而將亞鐵氰化物離子氧化。并且，測定施加電壓5秒后的電流值。該電流值與生成的亞鐵氰化物離子的濃度、即全血中的葡萄糖濃度成正比。
實施例3使用膽固醇氧化酶和膽固醇酯酶，代替GOD，制成與實施例2相同的電化學(xué)分析元件。使用該元件，對全血中的酯型膽固醇和游離型膽固醇的總和(稱作總膽固醇)的定量進行了試驗。全血中的酯型膽固醇因膽固醇酯酶受到催化劑反應(yīng)生成了游離型膽固醇。因所述催化劑反應(yīng)而生成的游離型膽固醇和起初在全血中存在的游離型膽固醇，被膽固醇氧化酶氧化。同時，試藥部中的鐵氰化物離子被還原，而生成亞鐵氰化物離子。全血供給3分種后，以對極3為基準(zhǔn)在作用極2上施加+0.5V的電壓而將亞鐵氰化物離子氧化。并且，測定施加電壓5秒后的電流值。該電流值與生成的亞鐵氰化物離子的濃度、即全血中的總膽固醇濃度成正比。
采用如上所述本發(fā)明，可獲得能以高精度、迅速而容易地對在血液、尿等生物試樣、食品工業(yè)的原料和制品等微量的試樣中所包含的基質(zhì)(特定成分)進行定量的電化學(xué)分析元件。
本發(fā)明雖然陳述了較佳實施例，但其揭示不應(yīng)理解為限定的。對于本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，只要閱讀所述的揭示，各種變形及修改是顯而易見的。因此，下面的權(quán)利要求是對本發(fā)明的真正精神及范圍內(nèi)所包含的所有的變形及修改予以保護的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種電化學(xué)分析元件，包括兩端開口的設(shè)有中空部的傳感器本體；設(shè)有作用極與對極的電極系統(tǒng)；以及含有酶的試藥部，其特征在于，所述電極系統(tǒng)與試藥部形成在所述中空部的內(nèi)壁面上。
2.如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)分析元件，其特征在于，作用極與對極配置在所述中空部的內(nèi)壁面的面對面位置上。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電化學(xué)分析元件，其特征在于，試藥部還包含電子接受體。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的電化學(xué)分析元件，其特征在于，試藥部配置在作用極上。
5.如權(quán)利要求1～4中任一項所述的電化學(xué)分析元件，其特征在于，過濾層配置在所述中空部的開口部的至少一方。
6.如權(quán)利要求1～5中任一項所述的電化學(xué)分析元件，其特征在于，所述中空部的兩端開口部由薄膜密封。
全文摘要
一種電化學(xué)分析元件,包括兩端開口的設(shè)有中空部的傳感器本體、設(shè)有作用極與對極的電極系統(tǒng)、及含酶的試藥部,所述電極系統(tǒng)與試藥部形成在所述中空部的內(nèi)壁面上。本發(fā)明能可靠地測定微量的試樣液中的基質(zhì)濃度。
文檔編號G01N27/327GK1243953SQ99108399
公開日2000年2月9日 申請日期1999年6月9日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月11日
發(fā)明者吉岡俊彥, 池田信, 渡邊基一, 南海史朗 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社