[发明专利]基质浓度的测定方法和其装置

说明书

技术领域

本发明涉及测定基质浓度的方法和用于其的装置(生物传感器)。 

背景技术

生物传感器是将下述装置作为变换器(transducer)来测定基质的传感器，所述装置通过生物体催化剂利用生物体催化剂的反应而与作为基质的化合物反应，由此可以检测生物体催化剂反应的结果所产生的产物、减少的基质、与产物反应而生成的化学物质。或者，是指将可检测生物体催化剂反应的结果所产生的光、色调变化、荧光等物理信号的装置作为变换器来测定该基质的传感器。生物体催化剂可以列举酶、细胞器、细胞、微生物等。 

即，生物传感器是指下述那样的传感器，即，使用生物体催化剂作为分子识别元件，通过使其信号与电化学装置、光装置、热检测装置等的变换器组合，将生物体催化剂的反应变换为电子仪器可检测的信号，从而能够分析生物体催化剂可识别的基质。代表性的生物传感器之一是以酶作为生物体催化剂的酶传感器。例如为了测定葡萄糖(glucose)，开发了葡萄糖传感器，其以下述为指标，即，氧化葡萄糖的酶固定在氧电极、过氧化氢电极等电极表面上，电化学地测定由葡萄糖氧化反应消耗的氧量，同时测定生成的过氧化氢量。 

目前多使用的酶传感器以使用了氧化还原酶的传感器为主流，其主要原理基于下述方法，即，利用电流计或者利用在阴极还原时阳极与阴极之间产生的电位差来测定下述那样产生的电子，所述电子是从外部对于由阳极的酶反应生成的还原物质施加电位，将其再氧化时所产生的电子。 

另外，作为在简易血糖诊断装置等中使用的方法，也可以采用按照常规方法使由酶反应产生的过氧化氢或还原型人工电子受体等还原物质生色，并通过光学传感器判断其色彩的方法。 

作为其它特殊酶的例子，就采用萤火虫等发光生物来源的酶、荧光素酶作为酶的酶传感器而言，还报道了以下述为特色的酶传感器： 对荧光素酶的基质反应时由酶反应产生的光进行检测。但是，对于该方法，受限于作为荧光素酶基质的物质、例如ATP的检测，或者受限于可采用下述原理等的应用例使用荧光素酶的情况，所述原理是在检测抗体反应时通过用荧光素酶标记抗体而间接地用光信号进行检测的原理。 

非专利文献1：Katz et al.，J.Am.Chem.Soc.2001，123，10752-10753 

发明内容

在以上现有的生物传感器中，使用了酶传感器等生物传感器的测定仪器(以下称作为酶传感器系统)由基于生物传感器的测定部和接收测定信号并对其进行处理的监控部而构成，主流是将它们一体化，或者如可见于个体血糖诊断装置那样的使相当于测定部的部分可分离以便用完即扔的类型。并且，检测基质浓度的测定部和检测生物传感器信号的监控部存在下述那样的问题，即，必须与生物体催化剂反应的场所直接接触、或连线，或者必须另外准备起动特殊发送器的电路和用于其的电源。 

另一方面，迄今为止虽报道了以酶燃料电池的电动势为指标的酶传感器，但该燃料电池单体的电动势小于1V，因此不能直接利用燃料电池的电动势使传感用装置运转。当以燃料电池型酶传感器的电动势作为指标测定基质浓度时，需要将该电动势直接与电压计连接，通过测定电压来测定基质浓度，或者需要连接测定该电动势的电压计，将电压计的应答值通过由外部电源起动的无线装置发射到外部接收机上。(参考“A Novel Wireless Glucose Sensor Employing DirectElectron Transfer Principle Based Enzyme Fuel Cell”Noriko Kakehi，Tomohiko Yamazaki，Wakako Tsugawa and Koji Sode Biosensors&Bioelectronics Epub 2006 Dec.11) 

即，尽管燃料电池型酶传感器是小型的且具有高性能传感能力的传感器，但若欲以无线方式将其信号埋入或组装在生物体中，用无线检测时，如果不使用新的电源，则不能读出燃料电池型酶传感器的数据。因此，为了增加酶燃料电池的电动势，可考虑串联连接酶燃料电池，由此使电动势对应于电池数目而增加，但当以生物体内的发电或 生物体内监控为目标时，在生物体内配置串联接接的酶燃料电池的方式，作为装置是复杂的，另外，还存在有电极变得大型化的问题，不能实用。