바이오센서 document_id A220623067299

바이오센서는 미생물, 효소, 항체 등의 생물재료의 분자인식 능력을 이용하여, 생물재료를 분자식별 소자로서 응용한 센서이다. 즉, 고정화된 생물재료가 원하는 특정 성분을 인식했을 때에 일어나는 반응, 미생물의 호흡에 의한 산소의 소비, 효소 반응, 발광 등을 이용한 것이다. 바이오센서 중에서도 효소 센서의 실용화는 진행되고 있고, 특히 글루코오스용 효소 센서는 당뇨병의 병상 감시에 이용되고 있다. 글루코오스용 효소 센서의 일례로서, 예컨대, 특허문헌 1에서 제안된 것과 같은 바이오센서가 개시되어 있다. 이 바이오센서는, 절연성 기판상에, 측정전극, 대전극 및 검지전극으로 이루어지는 전극층을 형성하고, 이들 전극층상에 시료액 중의 특정 성분과 특이적으로 반응하는 효소 등을 포함하는 시약층을 형성하여 이루어지는 것이다. 상기 시약층에 포함되는 효소로서, 피롤로퀴놀린 퀴논(Pyrroloquinoline quinone)을 보조효소로 한 글루코오스 디하이드로지네이즈(Glucose Dehydrogenase)(이하, PQQ-GDH라고 부름)를 이용하고 있다. 또한, 시약층에는 효소 PQQ-GDH 이외에, 페리시안화 칼륨(Potassium ferricyanide) 등의 전자 수용체가 포함되어 있다. 이러한 구성의 바이오센서에 혈액을 첨가하면, 시약층에서는, 효소 PQQ-GDH가 혈액중의 글루코오스와 반응하여 글루코놀락톤과 전자를 생성하고, 상기 생성된 전자에 의해 전자수용체인 페리시안화 이온이 페로시안화 이온으로 환원된다. 거기에 일정한 전압을 걸어, 페로시안화 이온을 다시 페리시안화 이온으로 산화시킨다. 이 때에 생기는 전류값으로부터 혈액중의 글루코오스 농도(혈당값)를 구할 수 있다. 특허문헌 1: 일본 공개특허공보 제2000-171428호 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 제2001-343350호 특허문헌 3: 일본 공개특허공보 제2002-207022호 발명의 개시 발명이 해결하고자 하는 과제 그러나, 상기 종래의 바이오센서로 사용하고 있는 효소 PQQ-GDH는, 글루코오스뿐만 아니라, 말토오스 등 기질 이외의 당류에도 반응하여 버린다. 그 때문에, 이코덱스트린, 말토오스 등을 포함하는 수액을 투여중인 환자가 이 바이오센서를 사용하여 혈당값을 측정하면 실제의 혈당값보다 높은 값을 나타내게 된다. 이러한 측정값을 바탕으로 과잉의 인슐린 투여를 하면, 의료 사고로 이어질 우려도 있다. 본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 글루코오스에 대한 기질 특이성이 우수하고, 글루코오스 이외의 당류에의 작용을 회피할 수 있는, 고정밀도의 측정이 가능한 바이오센서를 제공하는 것을 목적으로 한다. 과제를 해결하기 위한 수단 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 청구항 1에 따른 바이오센서는, 시료액 중의 특정 성분과 특이적으로 반응하는 시약을 포함하는 시약층을 갖고, 시료액 중의 특정 성분의 농도를 계측하는 바이오센서로서, 상기 시약층은, 플라빈아데닌다이뉴클레오타이드를 보조효소로 한 글루코오스 디하이드로지네이즈와, 그 분자 내에 하나 이상의 카복실기를 갖는 유기산 또는 그의 염을 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 청구항 2에 따른 바이오센서는, 청구항 1에 기재된 바이오센서에 있어서, 상기 시료액 중의 특정 성분의 농도를, 절연성 기판상에 형성된 적어도 작용극과 대극으로 이루어지는 전극을 이용하여 계측하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 청구항 3에 따른 바이오센서는, 청구항 2에 기재된 바이오센서에 있어서, 상기 시약층은, 전자 전달체를 포함하고 상기 전극상에 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 청구항 4에 따른 바이오센서는, 청구항 2에 기재된 바이오센서에 있어서, 상기 시약층은 전자 전달체를 포함하고, 상기 시약층의 시약이 시료액에 용해되어 확산되는 확산 구역내에 전극이 배치되도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 청구항 5에 따른 바이오센서는, 청구항 1에 기재된 바이오센서에 있어서, 상기 유기산은, 지방족 카복실산, 탄산환 카복실산, 헤테로환 카복실산, 또는 이들의 치환체나 유도체인 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 청구항 6에 따른 바이오센서는, 청구항 5에 기재된 바이오센서에 있어서, 상기 유기산은, 시트르산, 시트르산염, 프탈산 및 프탈산염 중의 어느 하나이거나, 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 청구항 7에 따른 바이오센서는, 시료액 중의 특정 성분과 특이적으로 반응하는 시약을 포함하는 시약층을 갖고, 시료액 중의 특정 성분의 농도를 계측하는 바이오센서로서, 상기 시약층은, 플라빈아데닌다이뉴클레오타이드를 보조효소로 한 글루코오스 디하이드로지네이즈와, 그 분자 내에 하나 이상의 아미노기 또는 카보닐기를 갖는 유기산 또는 그의 염을 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 청구항 8에 따른 바이오센서는, 청구항 7에 기재된 바이오센서에 있어서, 상기 시료액 중의 특정 성분의 농도를, 절연성 기판상에 형성된 적어도 작용극과 대극으로 이루어지는 전극을 이용하여 계측하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 청구항 9에 따른 바이오센서는, 청구항 8에 기재된 바이오센서에 있어서, 상기 시약층은, 전자 전달체를 포함하고 상기 전극상에 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 청구항 10에 따른 바이오센서는, 청구항 8에 기재된 바이오센서에 있어서, 상기 시약층은 전자 전달체를 포함하고, 상기 시약층의 시약이 시료액에 용해되어 확산되는 확산 구역내에 전극이 배치되도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 청구항 11에 따른 바이오센서는, 청구항 7에 기재된 바이오센서에 있어서, 상기 유기산은, 아미노산, 또는 이들의 치환체나 유도체인 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 청구항 12에 따른 바이오센서는, 청구항 11에 기재된 바이오센서에 있어서, 상기 유기산은 타우린인 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 청구항 13에 따른 바이오센서는, 시료액 중의 특정 성분과 특이적으로 반응하는 시약을 포함하는 시약층을 갖고, 시료액 중의 특정 성분의 농도를 계측하는 바이오센서로서, 상기 시약층은 플라빈아데닌다이뉴클레오타이드를를 보조효소로 한 글루코오스 디하이드로지네이즈 및 당알코올을 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 청구항 14에 따른 바이오센서는, 청구항 13에 기재된 바이오센서에 있어서, 상기 시료액 중의 특정 성분의 농도를, 절연성 기판상에 형성된 적어도 작용극과 대극으로 이루어지는 전극을 이용하여 계측하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 청구항 15에 따른 바이오센서는, 청구항 14에 기재된 바이오센서에 있어서, 상기 시약층은, 전자 전달체를 포함하고 상기 전극상에 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 청구항 16에 따른 바이오센서는, 청구항 14에 기재된 바이오센서에 있어서, 상기 시약층은 전자 전달체를 포함하고, 상기 시약층의 시약이 시료액에 용해되어 확산되는 확산 구역내에 전극이 배치되도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 청구항 17에 따른 바이오센서는, 청구항 13에 기재된 바이오센서에 있어서, 상기 당알코올은, 쇄상 다가 알코올, 환식 당알코올, 또는 이들의 치환체나 유도체인 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 청구항 18에 따른 바이오센서는, 청구항 17에 기재된 바이오센서에 있어서, 상기 당알코올은, 말티톨, 락티톨 중 어느 한쪽 또는 양쪽인 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 청구항 19에 따른 바이오센서는, 시료액 중의 특정 성분과 특이적으로 반응하는 시약을 포함하는 시약층을 갖고, 시료액 중의 특정 성분의 농도를 계측하는 바이오센서로서, 상기 시약층은 플라빈아데닌다이뉴클레오타이드를 보조효소로 한 글루코오스 디하이드로지네이즈 및 가용화 단백질을 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 청구항 2O에 따른 바이오센서는, 청구항 19에 기재된 바이오센서에 있어서, 상기 시료액 중의 특정 성분의 농도를, 절연성 기판상에 형성된 적어도 작용극과 대극으로 이루어지는 전극을 이용하여 계측하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 청구항 21에 따른 바이오센서는, 청구항 20에 기재된 바이오센서에 있어서, 상기 시약층은, 전자 전달체를 포함하고 상기 전극상에 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 청구항 22에 따른 바이오센서는, 청구항 20에 기재된 바이오센서에 있어서, 상기 시약층은 전자 전달체를 포함하고, 상기 시약층의 시약이 시료액에 용해되어 확산되는 확산 구역내에 전극이 배치되도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 청구항 23에 따른 바이오센서는, 청구항 19에 기재된 바이오센서에 있어서, 상기 가용화 단백질은, 소혈청 알부민, 난알부민, 젤라틴 또는 콜라겐인 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 청구항 24에 따른 바이오센서는, 시료액 중의 특정 성분과 특이적으로 반응하는 시약을 포함하는 시약층을 갖고, 시료액 중의 특정 성분의 농도를 계측하는 바이오센서로서, 상기 시약층은 플라빈아데닌다이뉴클레오타이드를 보조효소로 한 글루코오스 디하이드로지네이즈, 그 분자 내에 하나 이상의 카복실기를 갖는 유기산 또는 그의 염, 그 분자 내에 하나 이상의 아미노기 또는 카보닐기를 갖는 유기산 또는 그의 염, 당알코올 및 가용화 단백질 중 적어도 2개 이상의 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 청구항 25에 따른 바이오센서는, 청구항 24에 기재된 바이오센서에 있어서, 상기 시료액 중의 특정 성분의 농도를, 절연성 기판상에 형성된 적어도 작용극과 대극으로 이루어지는 전극을 이용하여 계측하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 청구항 26에 따른 바이오센서는, 청구항 25에 기재된 바이오센서에 있어서, 상기 시약층은, 전자 전달체를 포함하고 상기 전극상에 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 청구항 27에 따른 바이오센서는, 청구항 25에 기재된 바이오센서에 있어서, 상기 시약층은 전자 전달체를 포함하고, 상기 시약층의 시약이 시료액에 용해되어 확산되는 확산 구역내에 전극이 배치되도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 발명의 효과 본 발명의 바이오센서에 의하면, FAD-GDH를 포함하는 시약층 중에, 적어도 카복실기를 갖는 유기산 또는 유기산염을 첨가하도록 했기 때문에, 효소 반응 등을 저해하는 일없이, 블랭크 전류값을 억제할 수 있고, 또한, 혈액중에 존재하는 여러가지 협잡(挾雜)물질과의 불필요한 반응도 더불어 억제할 수 있기 때문에, 직선성이 양호하고, 또한 센서 각각의 편차가 적어, 글루코오스에 대한 기질 특이성이 우수한, 고정밀도의 측정이 가능한 바이오센서를 실현할 수 있다. 또한, 본 발명의 바이오센서에 의하면, FAD-GDH를 포함하는 시약층 중에, 적어도 아미노기 또는 카보닐기를 갖는 유기산 또는 유기산염을 첨가하도록 했기 때문에, 시약층을 치밀하고 균질하게 형성할 수 있고, 센서의 글루코오스 농도에 대한 응답성을 비약적으로 높일 수 있어, 글루코오스에 대한 기질 특이성이 우수한, 고정밀도의 측정이 가능한 바이오센서를 실현할 수 있다. 또한, 본 발명의 바이오센서에 의하면, FAD-GDH를 포함하는 시약층 중에, 당알코올을 첨가하도록 했기 때문에, 효소 반응 등을 저해하는 일없이, 블랭크 전류값을 억제할 수 있어, 직선성이 양호하고 또한 센서 각각의 편차가 적고, 글루코오스에 대한 기질 특이성 및 보존안정이 우수한, 고정밀도의 측정이 가능한 바이오센서를 실현할 수 있다. 또한, 본 발명의 바이오센서에 의하면, FAD-GDH를 포함하는 시약층 중에, 가용화 단백질을 첨가하도록 했기 때문에, 효소 반응 등을 저해하는 일없이, 헤마토크릿의 영향 및 환경 온도의 영향을 완화할 수 있고, 혈액 중에 존재하는 다양한 협잡물질과의 불필요한 반응도 더불어 억제할 수 있어, 보존 안정성 및 글루코오스에 대한 기질 특이성이 우수한, 고정밀도의 측정이 가능한 바이오센서를 실현할 수 있다.