专利名称：生物传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及生物传感器，具体涉及利用酶或微生物等的特性而作成的生物传感器。
生物传感器一般是由对于特定的分子具有认识功能的物质和将该物质的认识信息变换为电信号的电气化学器件(变换器)来构成该感应部分的基本部分。
作为上述生物传感器根据具有上述分子认识功能的物质来看则人们所熟悉的有酶型或微生物型等的种类的传感器，又根据认识的分子的种类则人们所熟悉的有葡萄糖传感器、乙醇传感器或醋酸传感器等种种的传感器。这些生物传感器与用比色法等的现有的化学上的测定法相比，其测定所需要的时间可大为缩短。
但是上述生物传感器通常在进行测定时要一边对其感应部分经常供应预定的缓冲液，一边在其上流一侧导入试样液，即采用所谓液流喷射分析法。在此液流喷射分析法中所存在的问题是用生物传感器进行测定本身可在短时间(例如10分钟以内)内结束，但用于调制试样液的预处理上却需要很长时间(例如10～30分钟)。
因而，本发明的目的在于提供一种生物传感器，该传感器能迅速且简便地计量试样中所含的特定的分子，而不需要特别进行用于调制试样液的预处理。
本发明人等经多方研究结果获得如下见识。即通过在备有其内部藏有感应电极的装置本体的生物传感器上设置用特定的膜进行遮蔽的导入口，通过使该导入口在预定的条件之下接触试样就能直接计量在该试样中所含的特定的分子，从而可以达到上述目的。
本发明就是根据上述看法而进行的，从而提供有以下发明。
所提供的生物传感器(整体型构造)的特征在于备有其内部藏有感应电极的装置本体、在该感应电极的感应部分上做到可经常供给缓冲液，且在上述装置本体上设有用以与测定试样相接触并从该试样中取得测定对象分子的导入口，该导入口用可透过上述测定对象分子的膜进行遮蔽。
所提供的生物传感器(分离型构造)的特征在于备有其内部藏有感应电极的装置本体，在该感应电极的感应部分上作成可经常供给缓冲液，且在上述装置本体上相连设置有经上述缓冲液而相连的接触部分，在该接触部分上设有用以与测定试样相接触并从该试样取入测定对象分子的导入口，该导入口并用可透过上述测定对象分子的膜进行遮蔽。
按上述方式而构成的生物传感器由于能从上述试样通过上述导入口将测定对象分子取入装置本体，故能直接计量在试样中所含的特定的分子。又通过将上述导入口设置在和装置本体分开的另一部件的接触部分上就能更容易、更简便地进行上述直接计量。
下面，根据
图1及图2对本发明的生物传感器的一实施例进行说明。
图1为表示本发明的生物传感器的一实施例的概略情况的半剖视图，图2为表示藏在上述传感器的内部的感应电极的概略图。
上述图1所示的生物传感器备有其内部藏有感应电极2的装置本体3，在该装置本体3的下部上形成有缓冲液的供给口3a及排出口3b，并作成可向上述感应电极2的前端部经常供给缓冲液。
且，在上述装置本体3上设有用以与测定试样(在图1中未图示)接触并将测定对象分子从该试样取入该装置本体3内部的导入口4，该导入口4用可透过测定对象分子的膜5加以遮蔽。在图中该膜5用O形环装在装置本体3的下部的周围。
关于上述膜5只要是可透过测定对象分子的膜均可利用，并无特别限制，而且具体地说，可举出的有例如透析膜、膜滤器或超滤膜等。
又，上述感应电极2，在例如氧电极或pH电极等的前端部(电极部分)上，装上具有认识固定化酶或固定化微生物等的囟ǚ肿拥墓δ艿奈镏剩怨钩筛酶杏Σ糠值幕静糠帧Ｔ谘醯缂鹊那岸瞬可习沧吧鲜龉潭ɑ姆椒ú⑽尢乇鹣拗疲缤妓荆删俪鱿铝欣蛹窗创涡蚺渖暇鬯姆蚁┠ 1及固定化酶(膜)22，再从其下方被覆透析膜23。又上述聚四氟乙烯膜21及上述透析膜23是分别用O形环24及25固定在上述感应电极2的周围的。
又，上述感应电极2从上述装置本体3的上方插入，并通过以螺纹啮合方式装到该本体3的上部的装配部件31进行固定。
下面，边参照图3边说明本实施例的生物传感器的作用，特别是以感应电极为用氧电极和固定化葡萄糖氧化酶来构成感应电极的基本部件的酶电极时为例来说明。
图3为含有本实施例的生物传感器1的测定系统的一例的概略图，在该图中所示的测定系统的基本部分的构成有浸渍在恒温水槽7中并维持一定温度的氧饱和缓冲液8，用以将该缓冲液8供给上述生物传感器1的泵9，用以将上述缓冲液8从该生物传感器1排除到测定系统之外的泵9a及用以记录上述生物传感器的电气上的响应的记录器10。此外图中的11为空气导入管，为了得到稳定的电气上的响应，该空气导入管是用来将空气吹入到上述缓冲液8中并使缓冲液8中的溶解的氧的量呈饱和状态。
首先，以预定的流速将在预定的条件下处于稳定状态的氧饱和缓冲液8供给上述生物传感器，以规定好测定的基准状态。这在上述记录器10上作为稳定的基线出现。
接着，如图所示，使由生物传感器1的膜5遮蔽的导入口4接触试样12，将该状态维持预定时间，并记录此时的电气上的响应。
用本实施例的生物传感器1进行计量的指定分子的量被作为电流等的电气信号的大小加以表示，并将该信号记录于上述记录器10上。因而，上述特定分子的量可通过记录在上述记录器10上的峰高或峰的面积来判定。
即作成通过使如上所述的导入口4接触试样，通过膜5使测定对象分子从上述试样12导入到装置本体3中，并供给位于上述生物传感器1的感应电极2的前端的感应部分。因而如将作为测定对象分子即存在于试样中的葡萄糖供给上述传感部分，则氧将随着下面的反应式(1)的反应而被消耗，其结果等于装置本体3内的缓冲液中的溶氧量减少。可以通过构成上述感应电极2的氧电极而检出其变化，并将其作为电气上的响应而记录于记录器10中。
葡萄糖+氧→葡糖酸内酯+过氧化氢(1)因而，在图3所示的测定系统的上述生物传感器1的响应是在试样12中所含的葡萄糖的量越多，则记录在记录器10中的峰高或峰面积变得越大，可从其大小上来判定在上述试样中所含的葡萄糖量。
如上所述，如用本实施例的生物传感器1，则可迅速且简便地通过直接计量来进行对在试样12中所含的作为特定分子的葡萄糖的选择测定，且可完全不需对该试样12作预处理(不会破坏试样)。
以上是根据实施例就本发明进行说明的，但本发明的生物传感器并不限于在上述实施例中所示的传感器。
例如，作为本发明的传感器如图4所示，虽然备有由和上述实施例的场合大致相同的结构组成的装置本体3，但也可以是在该本体3上不设置导入口4，而是在与该本体3相连设置的接触部14上设置导入口4。上述接触部分14和上述本体3是通过用来将缓冲液供给到该本体3中的管道13进行连接的，并经上述缓冲液相互连接在一起。因而，在使图4所示的实施例的生物传感器1适用于图3的测定系统时，在上述测定系统中将该传感器1组装成从上述接触部分14的供给口14a向接触部分14之中供给氧饱和缓冲液8，接着经排出口14b管道13及装置本体的供给口3a将该缓冲液8供给到该装置本体3之中，并从其后排出口3b排出。计量的方法是使上述接触部分14的导入口直接接触试样12，并和上述实施例场合相同进行计量。
在图4所示的实施例的场合，由于将用来与试样相接触并从该试样中取入测定对象物质的导入口4设置在和装置本体3分开的另一接触部分14上，从而可以更容易且简便地进行试样12的计量。
又，作为使用于本发明的生物传感器的感应电极可利用微生物电极或酶免疫电极等各种电极，而不限于在上述实施例中所示的酶电极。
且，在将酶电极用作感应电极时，除在上述实施例中所示的葡萄糖传感器之外，还可根据构成酶电极的酶的种类的不同，而形成在下面举例表示的各种生物传感器。
即蔗糖传感器，麦芽糖传感器，半乳糖传感器，乙醇传感器，苯酚传感器，儿茶酚传感器，乳酸传感器，丙酮酸传感器，尿酸传感器，氨基酸传感器，L-谷酰胺传感器，L-谷氨酸传感器，L-天冬酰胺传感器，L-酪氨酸传感器，L-赖氨酸传感器，L-精氨酸传感器，L-苯基丙氨酸传感器，L-蛋氨酸传感器，尿素传感器，胆醇传感器，中性脂传感器，磷脂传感器，一元胺传感器，青霉素传感器，扁桃甙传感器，肌酸酐传感器，磷酸离子传感器，硝酸离子传感器，亚硝酸离子传感器，硫酸离子传感器，水银离子传感器，过氧化氢传感器等。
又，在用微生物电极作为感应电极时根据构成该微生物电极的微生物种类可形成在下面举例表示的各种生物传感器。
即葡萄糖传感器，脂化糖传感器，甲醇传感器，乙醇传感器，醋酸传感器，甲酸传感器，谷氨酸传感器，赖氨酸传感器，谷酸胺传感器，精氨酸传感器，天冬氨酸传感器，氨传感器，制霉菌素传感器，烟酸传感器，维生素B1传感器，先锋霉素传感器，生化耗氧量传感器，生菌数计量用传感器。
又，在上述实施例中，就生物传感器为葡萄糖传感器的场合边参照图3边进行具体说明，而测定系统的条件不用说应根据构成生物传感器的感应电极的种类可适当进行选择。
例如缓冲液并不限于被氧饱和的液体，可用适合于感应电极的适当缓冲液。
下面就本发明的生物传感器举出使用该传感器进行试样的计量的实验例来具体说明。
实验例1在作为感应电极2的氧电极的前端上装上葡萄糖氧化酶固定化膜(固定化酶)而形成酶电极并形成其构造为和图4所示相同的其装置本体3与接触部分14被分离的生物传感器(葡萄糖传感器)1。将该生物传感器1组装到图3所示测定系统中用该传感器1进行测定试样的计量测试。
测定试样为所含的葡萄糖浓度不同的多个胶状物，预先调制好的该浓度为已知浓度。
关于上述测定试样的测定条件如下。
缓冲液磷酸缓冲液(0.05M)pH7.5温度30℃流速1.05ml/分固定化酶的量50单位进入口的遮蔽膜膜滤器(孔径2.0μm)通过在上述条件下所作的计量测试，在纵轴上取记录在记录器10上的电流值(峰高)，在横轴上取试样的葡萄糖浓度，表示两者之间的关系的曲线如图5所示。
如从图5可明白的那样，在上述电流值和葡萄糖浓度之间可看到明确的相关性，相关系数为0.996。
实验例2在作为感应电极2的氧电极的前端装有阿耳特罗莫萨斯·普特雷法西恩斯(AlteromosasPutrefaciens)固定化膜(固定化微生物)所构成的微生物电极，并形成其构造为在和图1所示相同的装置本体3上设置有导入口4的生物传感器(鲜度计量用传感器)1。作为上述固定化微生物膜可使用用膜滤器过滤上述微生物的培养液、并在该膜滤器上将上述微生物吸收固定之后将得到的膜滤器切成直径为3mm的圆形从而调制成的膜。(参考文献食物科学杂志52(3);592-595，检测鱼的鲜度的微生物传感器)将上述生物传感器1组装到图3所示的测定系统中并用该传感器1进行测定试样的计量。
测定试样为在市内购入的金枪鱼(鱼肉)及牛肉，对伴随其鲜度在室温下的随时间变化而生成及增加的特定分子即游离氨基酸、脂肪酸或糖等的微生物脂化物质用上述传感器进行跟踪并进行计量。
关于上述测定试样的测定条件如下缓冲液磷酸缓冲液(0.1M)pH7.0温度28℃流量0.5ml/分固定化微生物量5×10个/cm导入口的遮蔽膜膜滤器(孔径2μm)表示用上述传感器跟踪鱼肉及牛肉各自的随时间变化的结果的曲线为图6及图7的曲线。这些情况的任一种场合也是用A/B值进行表示曲线的纵轴以便对传感器的输出进行校正，其中A/B值为试样(鱼肉或牛肉)的传感器响应(B)对用于阿耳特罗莫萨斯·普特雷法西恩斯(AlteromosasPutrefaciens)的培养的培养液的传感器响应(A)之比。
在图6所示的金枪鱼的场合，显示的倾向是从测定开始时起均4小时后A/B值的变动小而且稳定，但其后即急剧地上升。根据在用上述传感器1进行测定的同时所实施的官能检查的结果，约4小时后开始闻到腐败的臭味，在5小时后在外观、臭气、味道方面出现腐败的征候，在6小时后就变成不可能生吃。
又，在上述图7所示的牛肉的场合，显示的倾向是在到达约10小时以前A/B值不断上升，其后即稳定。同样地，根据用上述传感器1进行测定的同时所实施的官能检查的结果，从9小时后起就开始闻到腐败的臭味，而在15小时后即变成不能食用。
如上所述，在官能方面开始感到腐败时那一点上，传感器的响应变化很大，通过这点可了解到本发明的生物传感器，其传感器响应和鲜度之间有着良好的相关性。
实验例3使用和在实验例2所用者相同的系统，就生菌数不同的猪肉，鸟肉及金枪鱼的各种测定试样求传感器响应，并求出本发明的生物传感器的传感器响应和生菌数的关系。就上述各测定试样，分别表示其测定结果的，即为图8(猪肉)，图9(鸟肉)及图10(金枪鱼)的曲线。
从上述各图可以看出，在上述的猪肉、鸟肉及金枪鱼肉中的任一场合中在传感器响应(输出值)和生菌数之间都可得到良好的相关性，故本发明的生物传感器是有效的。
本发明的生物传感器可取得的效果是可以迅速简便地且不要特别进行用于调制试样液的前处理，只要使之与试样接触就能直接计量在试样中所含的特定的分子。
图1为表示本发明的生物传感器的一实施例的概略情况的半剖视图;
图2为表示藏在上述传感器内部的感应电极的概略图;
图3为表示含生物传感器的测定系统的概略情况的流程图;
图4为表示另一实施例的生物传感器的概略情况的半剖视图;
图5为表示试样中的葡萄糖浓度和生物传感器的输出值的相关关系的曲线;
图6为表示鱼肉的随时间的变化和传感器响应的相关性的曲线;
图7为表示牛肉的随时间的变化和传感器响应的相关性的曲线;
图8为表示在猪肉中的生菌数和生物传感器的输出值的相关性的曲线;
图9为表示在鸟肉中的生菌数和生物传感器的输出值的相关性的曲线;
图10为表示在金枪鱼肉中的生菌数和生物传感器的输出值的相关性的曲线。
1……生物传感器5……膜2……感应电极12……试样4……导入口22……固定化酶
权利要求
1.一种生物传感器，其特征在于备有内部藏有感应电极的装置本体，在该感应电极的感应部分上作成可经常供给缓冲液，且在上述装置本体上设有用以与测定试样相接触、并从该试样取得测定对象分子的导入口，该导入口则用可透过上述测定对象分子的膜加以遮蔽。
2.一种生物传感器，其特征在于备有内部藏有感应电极的装置本体，在该感应电极的感应部分上作成可经常供给缓冲液，且在上述装置本体上相连设置经上述缓冲液进行连接的接触部分，在该接触部分上设有用以与测定试样相接触并从该试样取得测定对象分子的导入口，该导入口则用可透过上述测定对象分子的膜加以遮蔽。
3.如权利要求1或2所述的生物传感器，其特征在于感应电极为酶电极、微生物电极或酶免疫电极。
全文摘要
一种生物传感器备有内部藏有感应电极的装置本体，在感应电极的感应部分上作成可经常供给缓冲液，并设有用可透过测定对象分子的膜遮蔽的导入口，它设在装置本体上或设在相连设置在装置本体上的经缓冲液进行连接的接触部分上，用以与测定试样接触并从试样取得测定对象分子。感应电极为酶电极、微生物电极或酶免疫电极。不需要进行调制试样液的前处理就能通过接触试样迅速简便地直接计量试样中所含有特定分子。
文档编号G01N27/327GK1034432SQ8910013
公开日1989年8月2日 申请日期1989年1月7日 优先权日1988年1月8日
发明者渡边悦生, 星昌和 申请人:大洋渔业株式会社