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    Eine Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine Verschlechterung einer Lager- oder Kalibrierungslösung im Verlauf der Zeit zum Beispiel aufgrund von Mikroorganismen oder Bakterien zu verhindern. Eine andere Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, eine Verschlechterung beispielsweise eines Enzyms oder einer organischen Schicht in einer Elektrodenbeschichtung eines Sensors zu verhindern, die durch eine Lager- oder Kalibrierungslösung verursacht wird. Eine andere Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, die Ablösung einer organischen Schicht in einer Elektrodenbeschichtung von einer angrenzenden Schicht oder Elektrode zu verhindern, die durch eine Lager- oder Kalibrierungslösung verursacht wird. Zum Lösen dieser Aufgaben weist eine Lagerlösung 23 und eine Kalibrierungslösung in einem eine Enzymelektrode 18 aufweisenden Sensor einen Elektrolyt, ein pH-Puffermittel und eine Verbindung auf, die einen Heterozyklus mit Stickstoff- und Schwefelheteroatomen enthält.
    公开号:DE102004004531A1
    申请号:DE200410004531
    申请日:2004-01-29
    公开日:2004-09-09
    发明作者:Toru Matsumoto
    申请人:Tanita Corp；
    IPC主号:G01N27-26
    专利说明:
    [0001] Diese Anmeldung basiert auf der JapanischenPatentanmeldung Nr. 2003-25117, deren Inhalt hier durch Bezugnahmeeingeschlossen ist.
    [0002] Diese Erfindung betrifft einen Sensorzum Ermitteln einer bestimmten Komponente in einer Flüssigkeit, eineLagerlösungdafür sowieeine Kalibrierungslösungdafür.
    [0003] Zum Messen einer Vielzahl von Komponenten,die in einer Probe wie zum Beispiel einer biologischen Probe enthaltensind, wird gewöhnlicheine Kombination aus einer Enzymreaktion und einer elektrochemischenReaktion verwendet. Ein Biosensor ist einer von Sensoren, die einsolches System verwenden, in dem eine bestimmte Komponente in einerProbe durch eine Enzymeinwirkung in eine andere Substanz umgewandeltwird, welche dann durch eine Oxidations-Reduktions-Reaktion gemessenwird.
    [0004] Ein solcher Sensor ist in der japanischenoffengelegten PatentveröffentlichungNr. 2000-81409 beschrieben worden. 1 zeigtein Beispiel eines in dem Verweisdokument beschriebenen Sensors.Der gezeigte Sensor hat eine Konfiguration, bei der auf einem Isoliersubstrat 6 eineElektrode 10 ausgebildet wird, auf der aufeinanderfolgendeine Bindungsschicht 7, eine festgelegte Enzymschicht 8 undeine Permeationsbegrenzungsschicht 9 ausgebildet werden.Die Permeationsbegrenzungsschicht 9 wird auf der festgelegten Enzymschicht 8 ausgebildet,wo eine Enzymreaktion stattfindet, so dass ein breiterer Messbereicherreicht werden kann, währendder Einfluss von störendenMaterialien auf die gewünschteMessung ausgeschlossen wird. Die Bindungsschicht 7 zwischender Elektrode 10 kann aus einem Metall bestehen, und dieaus einem organischen Material bestehende festgelegte Enzymschicht 8 kannHaftung zwischen diesen verbessern, was zu einer verbesserten Haltbarkeitdes Sensors führt.Mit anderen Worten, der Sensor weist zusätzlich zu der enzymhaltigenSchicht organische Materialschichten auf die für verschiedene Funktionen verantwortlichsind, welche die Leistung und Zuverlässigkeit des Sensors verbessern.
    [0005] Beim Durchführen wiederholter Messungenunter Verwendung eines solchen Biosensors ist es wichtig, den Sensornach der Messung in einem günstigenZustand zu lagern. Allgemein, außer in Gebrauch, ist ein Sensorin einer Lagerlösungeintaucht, um seinen Strom oder seine Spannung stabil zu halten,und unmittelbar vor Gebrauch wird er unter Verwendung einer Kalibrierungslösung vorder Messung kalibriert. Eine solche Lager- oder Kalibrierungslösung ist allgemein ein pH-Puffer.
    [0006] Wenn jedoch eine konventionelle Lager-oder Kalibrierungslösungzum Lagern oder Kalibrieren eines Sensors verwendet wird, erfolgenmanchmal Ablösungeines den Sensor bildenden Films, Inaktivierung eines Enzyms indem Sensor und/oder Wachstum von Schimmel in der Lagerlösung. DieHauptgründefür dieAblösungkönnenWärmeausdehnungsspannung,mechanische Spannung bei Spannungsanlegung und Einfluss eines Überschussstromseinschließen.Ein Hauptgrund fürdie Inaktivierung eines Enzyms und Wachstum von Schimmel in derLagerlösungkönnenexogene Mikroorganismen oder Bakterien darstellen, die während Messungeingebracht werden, und in der Lagerlösung wachsen und an den dieSensoren bildenden Filmen anhaften, was zu einer Verschlechterungder Sensorfunktion und einer Senkung des pH-Werts der Lagerlösung führt. Einsolches Phänomenwird bei einer erhöhtenTemperatur von 40°Coder höherauffallend. Bei Fortsetzung der Verwendung des Sensors trotz diesesPhänomens,kann die Messgenauigkeit manchmal gesenkt werden.
    [0007] Es sind viele Untersuchungen zumAusstatten einer Sensorlagerlösungmit antibakteriellen und antiseptischen Eigenschaften vorgenommenworden. Zum Beispiel hat die japanische offengelegte PatentveröffentlichungNr. 2000-74870 offenbart, dass ein Azid wie zum Beispiel Natriumazideiner Sensorlagerlösung zumVerbessern der antibakteriellen Eigenschaft der Lagerlösung hinzugefügt werdenkann.
    [0008] Ein Azid ist jedoch extrem oxidativ,so dass es die Neigung hat, oxidativ zersetzt zu werden und organischeFilme oder ein in dem Sensor verwendetes Enzym zu beschädigen. Abhängig vonden Bedingungen der Spannungsanlegung kann ein Azid irreversibeldurch den Sensor adsorbiert werden, was zu einer bedeutenden Verschlechterungder Sensoreigenschaften führt.
    [0009] Eine Aufgabe dieser Erfindung, diedie oben genannten Probleme im Stand der Technik löst, besteht darin,eine Verschlechterung einer Lager- oder Kalibrierungslösung imVerlauf zu der Zeit beispielsweise aufgrund des Wachstums von Mikroorganismenoder Bakterien zu verhindern. Eine andere Aufgabe dieser Erfindungist es, die Verschlechterung beispielsweise eines Enzyms oder einerorganischen Schicht in einer Elektrodenbeschichtung eines Sensorszu verhindern, die durch eine Lager- oder Kalibrierungslösung verursacht wird.Eine andere Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, die Ablösung einerorganischen Schicht in einer Elektrodenbeschichtung von einer angrenzendenSchicht oder Elektrode zu verhindern, die durch eine Lager- oderKalibrierungslösungverursacht wird.
    [0010] Diese Erfindung schafft eine Sensorlagerlösung, dieeine Verbindung aufweist, welche einen Heterozyklus mit Stickstoff-und Schwefelheteroatomen enthält.
    [0011] Diese Erfindung schafft ferner eineSensorkalibrierungslösung,die eine Verbindung aufweist, welche einen Heterozyklus mit Stickstoff-und Schwefelheteroatomen enthält.
    [0012] Diese Erfindung schafft weiter einVerfahren zum Lagern eines Sensors, das Eintauchen des Sensors indie Lagerlösungwie oben beschrieben fürLagerung umfasst. Diese Erfindung schafft ferner ein Verfahren zumKalibrieren eines Sensors, das umfasst, den Sensor mit der Kalibrierungslösung wieoben beschrieben fürKalibrierung in Kontakt zu bringen.
    [0013] Dieser Erfindung zufolge, kann eineVerbindung mit der besonderen Struktur eine Verschlechterung einerLager- oder Kalibrierungslösungin Laufe der Zeit beispielsweise aufgrund von Wachstum von Mikroorganismenoder Bakterien wirksam verhindern. Sie kann ferner die Verschlechterungeines Enzyms oder einer organischen Schicht in einer Elektrodenbeschichtungin einem Sensor, die durch eine Lager- oder Kalibrierungslösung verursachtwird, und Ablösungeiner organischen Schicht in einer Elektrodenbeschichtung in einemSensor von einer angrenzenden Schicht oder Elektrode verhindern.Obwohl der Grund, warum die Verbindung mit der bestimmten Strukturzum Erzielen solcher Auswirkungen verwendet werden kann, nicht klar verstandenwird, könnendie Auswirkungen möglicherweiseerzielt werden, weil in dem Heterozyklus enthaltener S (Schwefel)Wachstum von Mikroorganismen oder Bakterien hemmt, und in dem Heterozyklusenthaltener N (Stickstoff) in einer Sensoroberfläche zum Bilden eines Schutzfilmsin der Sensoroberflächeadsorbiert wird.
    [0014] Die Erfindung schafft ferner einenSensor, der ein Substrat, eine auf dem Substrat ausgebildete Elektrodeund eine die Elektrode bedeckende Beschichtung aufweist, wobei dieBeschichtung eine Verbindung aufweist, die einen Heterozyklus mitStickstoff- und Schwefelheteroatomen enthält.
    [0015] In diesem Sensor kann die Beschichtungeine mehrschichtige Struktur haben, die eine oder mehrere organischeSchichten aufweist. Die Beschichtung kann ein Enzym aufweisen.
    [0016] Der Sensor dieser Erfindung weistdie Elektrodenbeschichtung mit einer Verbindung auf, die die besondereStruktur hat, so dass währendLagerung des Sensors eine Leistungsverschlechterung der Beschichtungund Ablösungzwischen Schichten und Verschlechterung in der Haftung zwischender Beschichtung und der Elektrode verhindert werden kann. Obwohldie Ursache nicht klar verstanden wird, können die Auswirkungen wahrscheinlicherzielt werden, da in dem Heterozyklus enthaltener N (Stickstoff)in eine Sensoroberfläche zumBilden eines Schutzfilms in der Sensoroberfläche adsorbiert wird. In demSensor dieser Erfindung kann eine Verbindung mit der besonderenStruktur an der Beschichtungsflächeangehaftet oder in der Beschichtung enthalten sein. Der Ausdruck "organische Schicht", wie er hier verwendetwird, bezieht sich auf eine Schicht, die hauptsächlich aus einer organischenVerbindung besteht, welche übereiner Elektrode ausgebildet wird, einschließlich einer Bindungsschicht,einer Ionenaustauschharzschicht, einer festgelegten Enzymschichtund einer Permeationsbegrenzungsschicht, die im folgenden beschriebenwerden sollen.
    [0017] Diese Erfindung kann geeignet aufeinen Sensor zum Messen eines Urinzuckerspiegels oder eine Lager-oder Kalibrierungslösungfür denSensor angewendet werden. Eine Arbeitsumgebung während Urinzuckermessung (Urinzuckerbestimmung)ist härterals die bei Blutzuckerbestimmung, da Urinzuckerbestimmung allgemeinin einer Toilette durchgeführtwird und es natürlich äußerst wahrscheinlichist, dass die Lagerlösung mitverschiedenen Bakterien oder Keimen verunreinigt wird. Dieser Erfindungzufolge kann die Sensorleistung zufriedenstellend sogar in einersolchen harten Arbeitsumgebung aufrechterhalten werden.
    [0018] 1 zeigteinen Querschnitt eines Sensors gemäß dem Stand der Technik.
    [0019] 2 zeigteinen Querschnitt eines Sensors gemäß einer Ausführungsformder vorliegenden Erfindung.
    [0020] 3 zeigtdie Stabilitäteines Sensors gemäß einemBeispiel.
    [0021] 4 zeigtdie Stabilitäteines Sensors gemäß einemBeispiel.
    [0022] 5 zeigtdie Stabilitäteines Sensors gemäß einemBeispiel.
    [0023] 6 zeigtdie Stabilitäteines Sensors gemäß einemBeispiel.
    [0024] 7 zeigtdie Stabilitäteines Sensors gemäß einemBeispiel.
    [0025] 8 zeigteine Konfiguration eines Messgerätsgemäß einerAusführungsformdieser Erfindung.
    [0026] 9 zeigteinen Bereitschaftszustand des Messgeräts in 8.
    [0027] 10 stelltein Verfahren zum Messen eines Urinzuckerspiegels unter Verwendungdes Messgeräts von 8 dar.
    [0028] 11 zeigteine Konfiguration eines Sensors, der in einer Ausführungsformdieser Erfindung verwendet werden kann.
    [0029] In diesen Zeichnungen tragen dieSymbole die folgenden Bedeutungen: 3: Gegenelektrode, 4:Bezugselektrode, 5: Arbeitselektrode, 6: Isoliersubstrat, 7:Bindungsschicht, 8: festgelegte Enzymschicht, 9:Permeationsbegrenzungsschicht, 10: Elektrode, 11:organische Schicht, 12: Haftungsmaterial, 17:Betriebstaste, 18: Enzymelektrode, 19: Messanzeige, 20:Ständer, 21:Kalibrierungslösungsbehälter, 22:Gehäuse, 23:Lagerlösung, 24:Lagerlösungsbehälter, 25:Kalibrierungslösung, 26:Urinprobe, 27: Leitungswasser, 28: Abwasser, 39:Sensorhalter, 40: Basiselektrode, 41: Metallelektrode, 42:Isolierfilm, 43: festgelegter Enzymfilm, 44: untererSchutzfilm, 45: festgelegte Enzymschicht, 46:oberer Schutzfilm, 47: Oberflächenschutzfilm und 48: Enzymsensorvom Planartyp.
    [0030] In dieser Ausführungsform soll ein Beispieleines Verfahrens zum Lagern eines Sensors in einer Lagerlösung für ein Messgerät beschriebenwerden, das eine Enzymelektrode als den Sensor aufweist. Es soll hierein Fall beschrieben werden, in dem ein Urinzuckerspiegel bestimmtwird.
    [0031] 8 zeigteine Konfiguration eines Messgerätsgemäß dieserAusführungsform.In der Figur weist ein Gehäuse 22 eineBetriebstaste 17, eine Enzymelektrode 18 und eineMessanzeige 19 auf. Im Gehäuse 22 ist eine Antriebsschaltung,eine Leistungsschaltung und eine Uhr für die Enzymelektrode 18 untergebracht (vondenen keine gezeigt ist). Die Betriebstaste 17 ist eineTaste füreine Operation wie zum Beispiel Messung, Kalibrierung der Enzymelektrodeund Lesen von Daten. Die Enzymelektrode 18 entspricht einemSensor, mit dem eine Probe zur Messung in Kontakt gebracht wird.Die Messanzeige 19 zeigt Messdaten für einen Urinzuckerspiegel,Betriebsvorgänge,Zeitabstimmung der Auswechselung einer Batterie und der Enzymelektrode sowieeine Zeit an.
    [0032] 9(a) und 9(b) stellen das Gehäuse 22 desMessgerätsdar, das in einem Ständer 20 angebrachtist. 9(a) zeigt eine äußere Erscheinung,wenn der Sensor angebracht ist, und 9(b) zeigteine innere Struktur des Ständers 20.Der Ständer 20 weisteinen Kalibrierungslösungsbehälter 21 gefüllt miteiner Kalibrierungslösungauf, die zum Kalibrieren des Messgeräts verwendet wird. Der Ständer 20 weistferner einen Lagerlösungsbehälter 24 gefüllt miteiner Lagerlösung 23 auf,in die das Messgerätzur Lagerung eingetaucht wird. Wenn nicht in Gebrauch, wird derSensor des Messgerätsin die Lagerlösung 23 eingetaucht,wie in der Figur gezeigt ist. In einem Bereitschaftszustand vorGebrauch des Messgerätskann eine konstante Spannung angelegt an ein Elektrodensystem wiezum Beispiel eine Arbeitselektrode gehalten werden. Eine angelegteSpannung beträgtzum Beispiel 0,1 bis 0,8 V an eine Bezugselektrode bei Verwendungeiner Silber/Silberchloridelektrode als die Bezugselektrode.
    [0033] 10(a) bis 10(d) zeigen ein Verfahrenzum Bestimmen eines Urinzuckerspiegels unter Verwendung des Messgeräts in 8. Zuerst wird, wie in 10(a) gezeigt, eine Kalibrierungslösung 25 zuder Enzymelektrode 18 in dem aus dem Ständer 20 entferntenGehäuse 22 getropft,um die Enzymelektrode 18 zu kalibrieren. Dann wird, wiein 10(b) gezeigt ist,die Enzymelektrode 18 in eine Urinprobe 26 zumBestimmen eines Urinzuckerspiegels eingetaucht. Nach Messung wirddie auf der Oberflächeder Enzymelektrode 18 verbleibende Urinprobe 26 mitLeistungswasser 27 abgewaschen und als Abwasser 28 abgelassen,wie in 10(c) gezeigtist. Wie in 10(d) gezeigtist, zeigt dann die Messanzeige 19 im Gehäuse 22 diegemessenen Werte an. Der in den 10(a) bis (d) gezeigte Arbeitsgangwird fürweitere Messung wiederholt. Nach der Messung, wird die Elektrode 18 indie Lagerlösung 23 zurLagerung eingetaucht, wie in 9(a) und 9(b) gezeigt ist. Ein Messgerät, bei demgemessene Werte von dem Schritt (10) b angezeigt werden,kann verwendet werden.
    [0034] In dieser Ausführungsform enthält sowohldie Lagerlösung 23 alsauch die Kalibrierungslösung 25 (a) Elektrolyt,(b) eine pH-Puffersubstanz (im folgenden als "pH-Puffermittel" bezeichnet) und (c) eine Verbindung, dieeinen Heterozyklus mit Stickstoff- und Schwefel-Heteroatomen enthält. DieKalibrierungslösung 25 enthält aucheine Kalibrierungssubstanz bei einer bekannten Konzentration.
    [0035] Komponente (a), ein Elektrolyt, kanneine Substanz sein, die als ein Hilfselektrolyt für das pH-Puffermittelverwendet wird, wie zum Beispiel ein Chlorid und ein Nitrat. EinChlorid, das geeignet verwendet werden kann, kann kostengünstig, geringgiftig und einfach hydriert sein, einschließlich vorzugsweise Natriumchlorid, Kaliumchlorid,Kalziumchlorid und Magnesiumchlorid, vorzugsweise Magnesiumchlorid,das weniger reaktionsbereit gegenüber der obigen Komponente (c)ist. Ein Nitrat, das geeignet verwendet wird, ist Magnesiumnitrataus einem ähnlichenGrunde. Eine Chloridkonzentration in der Lagerlösung 23 oder der Kalibrierungslösung 25 beträgt vorzugsweise0,005 ppm (parts per Million, Teile auf eine Million) bis 100 ppm,beides einschließlich,stärkerbevorzugt 0,05 ppm bis 50 ppm, beides einschließlich. Eine Nitratkonzentrationin der Lagerlösung 23 oderder Kalibrierungslösung 25 beträgt vorzugsweise0,01 ppm bis 100 ppm, beides einschließlich, stärker bevorzugt 0,1 ppm bis100 ppm, beides einschließlich.Durch Auswählensolcher Konzentrationen kann die Komponente (c) stabil in den Lösungen existierenund der die Enzymelektrode aufweisende Sensor kann zuverlässig gelagertund kalibriert werden.
    [0036] Komponente (b), ein pH-Puffermittel,wird zum Verhindern von Schwankung des pH-Werts und Verschlechterung der Lagerlösung 23 oderder Kalibrierungslösung 25 verwendet.Beispiele des pH-Puffermittels schließen N-tris(hydroxymethyl)methyl-2-aminomethansulfonsäure (TES), 2-[4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazinyl]ethansulfonsäure (HEPES),2-Morpholinoethansulfonsäuremonohydrat(MES) und Piperazin-l,4-bis(2-ethansulfonsäure) (PIPES)ein. Ihre Konzentration kann zum Beispiel 1 bis 200 mM betragen.
    [0037] Die Verbindung als Komponente (c)wird zum Hemmen des Wachstums von Bakterien oder Mikroorganismenin der Lagerlösung 23 undzum Verhindern von Ablösungverschiedener organischer Filme verwendet, die einen Sensor bilden.Bei Verwendung der Lagerlösung 23 undder Kalibrierungslösung 25,die die Verbindung enthalten, haftet die Verbindung an der Oberfläche desElektrodenschnitts in dem Sensor an, um Fließen eines Überschussstroms in die Elektrodezu verhindern. Infolgedessen kann sogar nach langfristiger Verwendungder Enzymelektrode 18 Beschädigung einer organischen Schichtwie zum Beispiel einer feststehenden Enzymschicht über derElektrode oder Ablösungder organischen Schicht von der Elektrode verhindert werden. Einesolche Verbindung hat einen fäulnisverhinderndenEffekt, so dass die Elektrodenoberfläche geschützt und daher Sensoreigenschaftenzuverlässigfür einelange Zeit aufrechterhalten werden können.
    [0038] Die Verbindung der Komponente (c)ist eine monozyklische oder polyzyklische Verbindung, die S (Schwefel)und N (Stickstoff) enthält.Obwohl diese Verbindung entweder monozyklisch oder polyzyklischsein kann, ist sie vorzugsweise eine 4-6-gliedrige monozyklischeVerbindung, stärkerbevorzugt eine fünf-bis sechsgliedrige monozyklische Verbindung zum zuverlässigerenErzielen der Auswirkungen dieser Erfindung. Daher kann die Verbindungder Komponente (c) eine stabilere Struktur in einer Flüssigkeitaufweisen. Ein Beispiel einer polyzyklischen Verbindung kann 1,2-Benzoisothiazolin-3-onsein.
    [0039] Spezielle Beispiele der obigen Verbindungumfassen: Thiazole wie zum Beispiel 1,3-Thiazol (Thiazol),2-Thiazolin, 3-Thiazolin, 4-Thiazolin und ihre Derivate; Isothiazolewie zum Beispiel 1,2-Thizol (Isothiazol), 2-Isothiazolin, 3-Isothiazolin,4-Isothiazolin undihre Derivate; Thiazine wie zum Beispiel 1,2-Thiazin, 1,3-Thiazin,1,4-Thiazin und ihre Derivate; Verbindungen, die zwei odermehr Stickstoffatome und eine oder mehrere Doppelbindungen in einemHeterozyklus wie zum Beispiel Thiadiazol, Thiatriazol, thiadiazinund ihre Derivate enthalten; Verbindungen, in denen eine Heterozyklusstrukturmit Einfachbindungen gebildet wird, wie zum Beispiel Thiazolidin,Thiadiazolidin und ihre Derivate.
    [0040] Die oben beschriebenen Derivate können Oxideeinschließen,die eine Oxo-Gruppe (=O), Halogenide und alkylierte Derivate enthalten.Spezielle Beispiele könnendiejenigen einschließen,die Oxo-, Halogenid und/oder Alkyl direkt gebunden an einen Heterozyklusenthalten. Die Verbindung kann einen oder mehrere dieser verschiedenenBestandteile enthalten.
    [0041] Unter diesen Derivaten kann ein Thiazolinon,Isothiazolinon, Thiazinon oder seine Derivate verwendet werden,um eine Verschlechterung der Lagerlösung 23 oder der Kalibrierungslösung 25im Laufe der Zeit wirksam zu verhindern, und um beträchtlicheine Verschlechterung einer Enzym- oder organischen Schicht in dem Sensorund Ablösungeiner organischen Schicht zu verhindern, die durch die Lagerlösung 23 oderdie Kalibrierungslösungverursacht werden.
    [0042] Ein Isothiazolin-3-on, das durchdie allgemeine Formel (1) dargestellt wird, kann geeignet verwendet werden,da es besonders hervorragende Lagereigenschaften für einenSensor aufweist
    [0043] Beispiele der durch die allgemeineFormel (1) dargestellten Verbindung schließen Verbindungen ein, die durchdie allgemeinen Formeln (2) und (3) dargestellt sind. In diesenFormeln stellt X Halogen wie zum Beispiel Cl und Br dar; und R stelltWasserstoff oder substituiertes oder nichtsubstituiertes Alkyl mit1 bis 10 Kohlenstoffatomen dar. Ein Beispiel der durch die allgemeineFormel (2) dargestellten Verbindung kann 2-Methyl-4-isothiazolin-3-onsein.
    [0044] Zusätzlich zu den obigen Verbindungenkönneneine oder mehrere Substanzen ausgewählt aus der Gruppe verwendetwerden, die aus Thiazolin, Thiazol, Isothiazol, Thiadiazol, Thiatriazol,Thiazolidin, Thiadiazolidin und ihren Oxiden, Halogeniden und alkyliertenDerivaten besteht. Eine vier- oder sechsgliedriger zyklische Verbindungkann verwendet werden. Diese Substanzen können zum wirksamen Verhindernvon Ablösungeiner organischen Schicht von einer Elektrode verwendet werden.Die Strukturen dieser Verbindungen sind im folgenden gezeigt. Indiesen Formeln stellt R Wasserstoff oder substituiertes oder nichtsubstituiertes Alkylmit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise Methyl, Ethyl oderPropyl, insbesondere Methyl im Licht der Lösbarkeit und Stabilität in derLagerlösung 23 oderder Kalibrierungslösung 25 dar.X stellt Halogen wie zum Beispiel Cl dar.
    [0045] Es ist bekannt, dass unter diesendargestellten, eine Verbindung mit einer Amidkomponente in einem Ringals Tautomere vorliegen kann, bei denen die Amidkomponente umkehrbarzu einer Iminohydrinkomponente umgewandelt wird, wobei an dem Ringbefestigtes Oxo- (=O) zu -hydroxy (-OH) umgewandelt wird.
    [0046] In dieser Ausführungsform können dieobigen Verbindungen allein oder kombiniert mit zwei oder mehr alsKomponente (c) verwendet werden.
    [0047] Ein Beispiel der durch die Formel(6) dargestellten Verbindung kann 5-Chloro-3-methyl-4-thiazolin-2-onsein, das durch Formel (18) dargestellt ist. Ein Beispiel der durchFormel (9) dargestellten Verbindung kann 5-Chloro-3-methyl-4-isothiazolin-3-onsein, das durch Formel (19) dargestellt wird.
    [0048] Alternativ können 4,5-Dichloro-2-octyl-4-isothiazolin-3-onoder 4,5-Dichloro-2-octyl-4-isothiazolinverwendet werden, die durch Formel (20) dargestellt sind.
    [0049] Diese Verbindungen weisen besondershervorragende Lagereigenschaften für einen Sensor auf. Zum Beispielkann Caisson WT oder KLARIX4000® Microbicidevon Rohm und Haas verwendet werden. Eine solche Verbindung kannmit der Verbindung kombiniert werden, die durch die allgemeine Formel(2) dargestellt ist, wie zum Beispiel 2-Methyl-4-isothiazolin-3-on.
    [0050] Bei Verwendung eines Oxids von Isothiazolwie zum Beispiel Isothiazolinon als Komponente (c), beträgt eineKonzentration des Oxids von Isothiazol in der Lagerlösung 23 oderder Kalibrierungslösung25 0,001 ppm bis 100 ppm, beides einschließlich, stärker bevorzugt 0,05 ppm bis50 ppm, beides einschließlich.Eine solche Konzentration ist ausreichend zum Verhindern von Filmablösung.
    [0051] In der obigen Ausführungsformhaftet die Verbindung der Komponente (c) wie zum Beispiel Isothiazolinonan der Sensoroberflächean, um Fließeneines Überschussstromsbeim Anlegen einer gegebenen Spannung an eine Arbeitselektrode imSensor zu verhindern. Auf diese Weise kann Beschädigung an der festgelegtenEnzymschicht, die auf der Elektrode ausgebildet ist, oder Ablösung derselbenverhindert werden, was späterin den Beispielen beschrieben werden soll.
    [0052] Die Verbindung der Komponente (c)hat eine Auswirkung zum Hemmen des Wachstums von Bakterien oderMikroorganismen. Obwohl die Ursache nicht deutlich aufgeklärt wurde,hat das Journal of Industrial Microbiology, Bd. 1, Seite 49 (1986)beschrieben, dass Isothiazolinon Beschädigung an einer Zellplasmamembran einesMikroorganismus hervorruft, was zu einer Beeinträchtigung in der Durchlässigkeitder Membran führt und,abhängigvon dem Typ des Mikroorganismus, Proteinsysteme hemmt, was zur Hemmungvon Biosynthese der Zellplasmamembran führt.
    [0053] Daher haben die Lagerlösung 23 unddie Kalibrierungslösunggemäß dieserAusführungsform,die die obigen Komponente (c) aufweisen, die folgenden Auswirkungen: (i) Ablösungvon einen Sensor bildenden verschiedenen organischen Filmen kannverhindert werden, wahrscheinlich weil die Verbindung der Komponente(c) spezifisch in einer Elektrodenoberfläche adsorbiert werden kann,so dass sie Fließeneines Überschussstromsin den Sensor verhindern kann; und (ii) Wachstum von Bakterien oder Mikroorganismen in den Lösungen wirdgehemmt, so dass ihre Qualitätfür einelange Zeit gehalten werden kann, da die Verbindung der Komponente(c) eine besondere Molekularstruktur hat, die zu antibakteriellenund fäulnishemmendenAuswirkungen beiträgt.
    [0054] Die Lagerlösung 23 und die Kalibrierungslösung 25 sindin dieser Ausführungsformwirkungsvoller, wenn sie als eine Lagerlösung 23 und eine Kalibrierungslösung 25 ineinem Urinzuckersensor zur Bestimmung eines Zuckerspiegels in Urin(Urinzucker) verwendet werden. Dies liegt darin begründet, dassQualitätsverschlechterungder Lagerlösung 23 unterden Bedingungen verhindert werden kann, in denen das System einfachmit verschiedenen Bakterien verunreinigt werden kann, und daherkann der Urinzuckersensor zuverlässig aufUrinzuckerbestimmung ohne eine Verschlechterung der Leistung desSensors angewendet werden. Die Lagerlösung 23 und die Kalibrierungslösung 25 indieser Ausführungsformkönnenals eine Lagerlösung 23 in einemSensor ohne festgelegte Enzymschicht, d. h. einem Wasserstoffperoxidsensorverwendet werden.
    [0055] In dieser Ausführungsform soll ein Beispieleines Biosensors beschrieben werden, der eine organische Schichtaufweist, welche ein Enzym enthält.Der Biosensor weist ein Gehäusewie in 8 gezeigt auf,in dem eine Enzymelektrode 18 ein Detektor für ein Messzielist, d. h. ein Sensor.
    [0056] 2 istein Querschnitt, der eine Konfiguration eines Sensors darstellt,d. h. eine Enzymelektrode 18 in dem Biosensor gemäß dieserAusführungsform.Auf einem Isoliersubstrat 6 werden eine Gegenelektrode 3, eineBezugselektrode 4 und eine Arbeitselektrode 5 ausgebildet.Auf diesen Elektroden werden aufeinanderfolgend eine Bindungsschicht 7,eine festgelegte Enzymschicht 8 und eine Permeationsbegrenzungsschicht 9 ausgebildet.Im Folgenden werden die Gegenelektrode 3, die Bezugselektrode 4 unddie Arbeitselektrode 5 gemeinsam, wie geeignet, als eine "Elektrode" bezeichnet. Im Fol gendenwerden die Bindungsschicht 7, die festgelegte Enzymschicht 8 unddie Permeationsbegrenzungsschicht 9 gemeinsam als eine "organische Schicht" 11 bezeichnet.
    [0057] Wie in Ausführungsform 1 beschrieben ist,wird die Enzymelektrode 18 gelagert, während sie in eine Lagerlösung 23 eingetauchtist, die eine Verbindung aufweist, welche einen Heterozyklus mitStickstoff- und Schwefelheteroatomen enthält, und wird unter Verwendungeiner die Verbindung aufweisenden Kalibrierungslösung 25 vor der Verwendungdes Sensors kalibriert. Die in 2 gezeigteEnzymelektrode 18 befindet sich nach einer solchen Operationin einem Zustand, in dem ein aus der obigen Verbindung bestehendesHaftungsmaterial 12 an der Oberfläche der Permeationsbegrenzungsschicht 9 anhaftet.Daher kann die Verschlechterung von Filmeigenschaften im Verlaufder Zeit bedeutend verhindert werden, wenn der Sensor in der Lagerlösung 23 für Lagerungeingetaucht ist, wenn er nicht in Gebrauch ist.
    [0058] Die einen Sensor bildenden Komponentensollen unter Bezugnahme auf 2 beschriebenwerden.
    [0059] Das Isoliersubstrat 6 kannvorzugsweise aus Glas, Quarz oder einem Kunststoff bestehen, insbesondereGlas im Licht von Haltbarkeit, ist jedoch nicht darauf begrenzt.
    [0060] Eine Elektrode kann aus einem Materialwie zum Beispiel Gold, Platin, Silber, Kohlenstoff und ihren Verbindungenbestehen. Zum Beispiel bestehen die Gegenelektrode 3 unddie Arbeitselektrode 5 vorzugsweise aus Platin aufgrundseiner Haltbarkeit und chemischen Widerstandskraft. Die Bezugselektrode 4 kannvorzugsweise aus Silber und Silberchlorid bestehen. Eine Elektrodekann durch ein gewöhnlichesVerfahren gebildet werden, wie zum Beispiel, jedoch nicht begrenztauf, Sputtern, Vakuumbeschichtung und chemisches Aufdampfen. Sputternist zu bevorzugen, da eine homogene Elektrode hergestellt werdenkann.
    [0061] Die Bindungsschicht 7 verbessertdie Haftung (Bindungsstärke)der festgelegten Enzymschicht 8 daran an die Elektrode.Sie ist ferner wirksam beim Verbessern von Be netzbarkeit der Oberfläche desIsoliersubstrats 6 und Dickeneinheitlichkeit während derAusbildung der festgelegten Enzymschicht 8, in der einEnzym festgelegt ist. Die Bindungsschicht 7 besteht hauptsächlich auseinem Silanhaftmittel. Beispiele von Silanhaftmitteln, die verwendetwerden können,schließenAminosilane, Vinylsilane und Epoxysilane ein. Von diesen ist γ-Aminopropyltriethoxysilan,ein Aminosilan, besonders im Licht von Haftfähigkeit und selektiver Durchlässigkeitbevorzugt.
    [0062] Die Bindungsschicht 7 kannzum Beispiel durch Spin-Beschichtung einer Silanhaftmittellösung gebildetwerden, wobei eine Konzentration des Silanhaftmittels von vorzugsweiseetwa 1 Volumen/Volumenprozent zur bedeutenden Verbesserung selektiverDurchlässigkeitbeträgt.Die Bindungsschicht 7 kann durch ein jegliches Verfahrengebildet werden, das eine Schicht mit einer gleichmäßigen Dickeohne Begrenzungen bereitstellt, einschließlich Siebdruck, Sprühbeschichtungund Tauchbeschichtung zusätzlichzu Spin-Beschichtung.
    [0063] Die festgelegte Enzymschicht 8 weistein organisches Polymerbasismaterial auf in dem ein katalytischesEnzym festgelegt ist. Die festgelegte Enzymschicht 8 kannzum Beispiel durch tropfenweises Hinzugeben einer Lösung, dieirgendeine Art von Enzym, ein Proteinvernetzungsmittel wie zum BeispielGlutaraldehyd und Albumin enthält,auf der Bindungsschicht 7, und anschließender Ausdehnung der Lösung durchSpin-Beschichtung gebildet werden. Albumin kann das Enzym gegeneine Reaktion mit dem Vernetzungsmittel schützen und kann ein Proteinbasismaterialsein. Beispiele eines festzulegenden Enzyms schließen Laktatoxidase, Glukoseoxidase,Urico-Oxidase, Galaktoseoxidase, Laktoseoxidase, Sukroseoxidase,Ethanoloxidase, Methanoloxidase, Stärkeoxidase, Aminosäureoxidase,Monoaminoxidase, Cholesterinoxidase, Cholinoxidase und Pyruvatoxidaseein, welche Wasserstoffperoxid als ein Produkt ihrer katalytischenReaktion erzeugen oder Sauerstoff verbrauchen.
    [0064] Zwei oder mehr Enzyme können kombiniertzum Erzeugen von Wasserstoffperoxid verwendet werden; zum Beispieleine jegliche Kombination aus Kreatininase, Kreatinase und Sarcosinoxidase.Eine solche Kombination kann zum Ermitteln von Kreatinin verwendetwerden. Ein Enzym kann mit einem Coenzym kombiniert werden; zumBeispiel eine Kombination aus 3-Hydroxylactatdehydrogenase und Nicotinamidadenindinucleotid(NAD) – oxidase.Eine solche Kombination kann zum Ermitteln von 3-Hydroxylmilchsäure verwendet werden. Außerdem kannein Enzym mit einem Elektronenbeschleuniger kombiniert werden, wobeiein Elektronenbeschleuniger, der durch das Enzym reduziert wurde,an die Elektrodenoberflächezum Erzeugen eines Stroms oxidiert wurde, der dann gemessen wird.Unter Verwendung einer solchen Kombination, zum Beispiele einerKombination aus Kaliumferricyanid und Glukoseoxidase, kann Glukoseermittelt werden.
    [0065] Wie oben beschrieben wurde, gibtes keine Begrenzungen fürdie Struktur der festgelegten Enzymschicht 8, solange siemindestens ein Enzym enthältund ein Messziel in eine elektrodenempfindliche Substanz umwandelnkann, wie zum Beispiel Wasserstoffperoxid. Die festgelegte Enzymschicht 8 kanndurch ein jegliches Verfahren ohne Einschränkungen gebildet werden, solangeeine einheitliche Schicht gebildet werden kann, einschließlich Siebdruck,Sprühbeschichtungund Tauchbeschichtung zusätzlichzu Spin-Beschichtung.
    [0066] Die Permeationsbegrenzungsschicht 9 begrenzteinen Diffusionsgrad einer zum messenden Komponente und reduziertden Einfluss störenderSubstanzen, was zu einer Verbesserung von Messgenauigkeit und Ausweitungeines messbaren Bereichs beiträgt.Die Permeationsbegrenzungsschicht 9 kann vorzugsweise zumBeispiel aus Polydimethylsiloxan oder einem Fluoralkoholester einerPolycarboxylsäurebestehen. Ein Fluoralkoholester einer Polycarboxylsäure, wiees hier verwendet wird, bedeutet ein Polycarboxylsäurederivat, indem einige oder alle der Carboxylgruppen in der Polycarboxylgruppemit einem Fluoralkohol verestert sind. Ein Fluoralkohol, wie eshier verwendet wird, bedeutet einen Alkohol, dessen gesamte Wasserstoffeoder mindestens einer durch Fluor ersetzt sind. Daher kann ein Messgerät geschaffenwerden, in dem Haftung von Verunreinigungen wie zum Beispiel Proteinenund Harnderivaten wirksam verhindert wird und das stabile Ausgabeeigenschaftensogar nach langfristiger Verwendung aufweisen kann. Eine Fluoralkoholestergruppeist in den meisten nichtfluorierten Lö sungsmitteln oder Reinigungsmittelnwie zum Beispiel oberflächenaktivenStoffen unlöslich,so dass eine Enzymelektrode 18 mit gutem chemischen Widerstandgeschaffen werden kann.
    [0067] Die Permeationsbegrenzungsschicht 9 kanndurch tropfenweises Hinzugeben einer Lösung aus einem Fluoralkoholesteraus Methacrylatharz in einem Perfluorkohlenstoff-Lösungsmittelwie zum Beispiel Perfluorhexan auf der festgelegten Enzymschicht 8,in der ein katalytisches Enzym festgelegt ist, und durch Ausdehnungder Lösungdurch Spinbeschichtung ausgebildet werden. Die Konzentration desMethacrylatharzes in der Fluoralkohohlesterlösung kann 0,1 bis 5 Gewichtsprozent,vorzugsweise etwa 0,3 Gewichtsprozent sein, abhängig von einem Messziel, daeine Konzentration innerhalb des Bereichs, wie später beschrieben,gute Permeationsbegrenzungsfähigkeitliefern kann. Die Permeationsbegrenzungsschicht 9 kanndurch ein jegliches Verfahren ohne Einschränkungen gebildet werden, solangeeine Schicht mit einer einheitlichen Dicke gebildet werden kann,einschließlichSprühbeschichtungund Tauchbeschichtung, zusätzlichzu Spin-Beschichtung.
    [0068] Daher können die Bindungsschicht 7,die festgelegte Enzymschicht 8 und die Permeationsbegrenzungsschicht 9 alseinheitliche Filme durch ein zweckdienliches Verfahren gebildetwerden und könnenzufriedenstellend massenproduziert werden.
    [0069] Wie oben beschrieben ist, hat dieEnzymelektrode 18 gemäß dieserAusführungsformeine aus organischen Schichten bestehende mehrschichtige Struktur,von denen jede eine eindeutige Rolle spielt. Daher führt dieKombination der Funktionen dieser Schichten zu einem äußerst zuverlässigen Sensorhoher Leistung, obwohl sie zu unzureichender Haftung zwischen organischenSchichten und/oder Ablösungzwischen Schichten währendlangfristiger Verwendung des Sensors führen kann.
    [0070] Zum Lösen dieser Probleme hat dieEnzymelektrode 18 gemäß dieserAusführungsformeine Struktur, bei der ein Haftmaterial 12 aus einer Verbindung,die einen Heterozyklus mit Stickstoff und Schwefelatomen enthält, an derElektrodenoberflächeanhaftet. Ge nau ausgedrückt,könnendie Verbindungen wie in Ausführungsform1 beschrieben verwendet werden. Das Haftmaterial 12 ausder Verbindung kann vorgesehen werden, um wirksam die Ablösung eineseinen Sensor bildenden Films oder Inaktivierung eines in der festgelegten Enzymschicht 8 enthaltendenEnzyms zu verhindern. Wenn die Enzymelektrode 18 in derLagerlösung 23 eingetauchtist, wird außerdemmanchmal eine gegebene Spannung angelegt. Sogar in einem solchenFall wird das Fließeneines Überschussstromsin die Elektrode verhindert, so dass die Eigenschaften der Enzymelektrode 18 vorteilhaftaufrechterhalten werden können.
    [0071] Das Haftmaterial 12 kannan der Oberflächeder organischen Schicht 11 durch Eintauchen der Enzymelektrode 18 indie Lagerlösung 23 wiein Ausführungsform 1 beschriebenbefestigt werden. Wenn in diesem Verfahren zum Beispiel ein Oxidevon Isothiazol wie zum Beispiel Isothiazolinon als das Haftmaterial 12 verwendetwird, beträgteine Konzentration des Oxides von Isothiazol in der Lagerlösung 23 vorzugsweise0,001 ppm bis 100 ppm, beides einschließlich, stärker bevorzugt 0,05 ppm bis50 ppm, beides einschließlich.Beim Eintauchen der Enzymelektrode 18 in die Lagerlösung 23 kannaußerdemeine gegebene Spannung an die Elektrode angelegt werden.
    [0072] Diese Erfindung ist unter Bezugnahmeauf die obigen Ausführungsformenbeschrieben worden. Wie den Fachleuten in diesem Gebiet klar seinwird, sind diese Ausführungsformenjedoch nur darstellend, viele Variationen sind möglich und diese Variationenfallen in den Umfang dieser Erfindung.
    [0073] Zum Beispiel kann in Ausführungsform2 ein Ionenaustauschharz mit einer Perfluorkohlenstoff-Hauptkettezwischen der Bindungsschicht 7 und der festgelegten Enzymschicht8 zum Verhindern eingefügtwerden, dass die Messung störendeSubstanzen die Elektrode erreichen. Zum Beispiel kann es verhindern,dass Ascorbinsäuredie Elektrode bei einem Glukosesensor erreicht, der Glukoseoxidaseaufweist.
    [0074] Diese Ausführungsformen sind hauptsächlich inForm einer Enzymelektrode vom Triodentyp beschrieben worden, abereine Enzymelektrode vom Diodentyp ohne eine Be zugselektrode kannauch verwendet werden. 11 zeigtein Beispiel eines solchen Sensors. Der dargestellte Sensor weisteine Enzymelektrode vom amperometrischen Typ auf, die Urinzuckerermittelt. Unter Bezugnahme auf 11 wirdauf einem Isolierfilm 42, der aus einem keramischen oderHarzfilm besteht, eine Metallelektrode 41 ausgebildet,die aus einem Platin-, einem Gold- und einem Silberfilm besteht. Über derOberflächewird ein unterer Schutzfilm 44 ausgebildet, der aus einemAcetylzellulosefilm besteht, so dass der Film die Metallelektrode 41 bedeckt,und dann eine festlegte Enzymschicht 45, in der ein Enzymfestgelegt ist. Auf der Oberflächewird ein oberer Schutzfilm 46, der aus einem Acetylzellulosefilmbesteht, und dann ein Oberflächenschutzfilm 47 ausGitternylon oder Polycarbonat zum weiteren Verbessern der Funktiondes oberen Schutzfilms 46 ausgebildet.
    [0075] In diesem Sensor wird der aus demIsolierfilm 42 und der Metallelektrode 41 bestehendeTeil als eine Basiselektrode 40 definiert, die als eineWasserstoffperoxidelektrode vom Planartyp wirkt, während derden unteren Schutzfilm 44, die festgelegte Enzymschicht 45,den oberen Schutzfilm 46 und den Oberflächenschutzfilm 47 bildendeTeil als ein festgelegter Enzymfilm 43 definiert ist. DieKombination der Basiselektrode 40 und des festgelegtenEnzymfilms 43 wird als ein Enzymsensor 48 vomPlanartyp definiert. Ein Sensorhalter 39 wirkt als einGehäuse,das den Enzymsensor 48 vom Planartyp hält. Die Lagerlösung unddie Kalibrierungslösunggemäß dieserAusführungsformsind auch füreinen solchen Sensor wirksam. Außerdem kann es wirksam sein,dass eine Verbindung mit der obigen besonderen Struktur an der Oberfläche desOberflächenschutzfilms 47 indiesem Sensor befestigt wird. Diese Verbindung kann wie in Ausführungsform1 aufgeführt sein.
    [0076] Obwohl die obigen Ausführungsformenim Sinne eines amperometrischen Sensors beschrieben wurden, kannein Sensor in einem Messgerätgemäß dieserAusführungsformals ein potentiometrischer Sensor verwendet werden, oder diese Erfindungkann auf einen Sensor angewendet werden, der einen FET wie zum BeispielISFET (Ion Sensitive Field Effect Transistor – Ionenempfmdlicher Feldeffekttransistor)verwendet.
    [0077] Fürverschiedene Sensoren kann ein jegliches Messziel ohne Einschränkungenverwendet werden. Zum Beispiel kann ein Sensor zum Bestimmen einerbestimmten Komponente in einer Probe oder eines Reaktionsprodukts,das von einer Enzymreaktion erhalten wurde, sowie Messen eines pH-Wertsoder einer Temperatur verwendet werden.
    [0078] Auf einem 10 mm × 6 mm Quarzsubstrat wurdeneine Arbeitselektrode aus Platin (Fläche 7 mm2), eine Gegenelektrode (Fläche 4 mm2) und eine Bezugselektrode aus Silber/Silberchlorid(Fläche 1 mm2) ausgebildet.
    [0079] Dann wurde durch Spin-Beschichtungauf der Gesamtoberflächeeine Lösungvon 1 Volumen/Volumenprozent von γ Aminopropyltriethoxysilanzum Bilden einer Bindungsschicht aufgebracht, auf der durch Spin-Beschichtungeine Lösungvon 22,5 Gewicht/Volumenprozent aus Albumin aufgebracht wurde, die Glutaraldehydbei 1 Volumen/Volumenprozent enthielt, um eine festgelegte Enzymschichtzu bilden.
    [0080] Dann wurde über der gesamten Oberfläche derfestgelegten Enzymschicht durch Spin-Beschichtung ein Fluoralkoholester auseinem Methacrylatharz aufgebracht, das als eine Lösung von0,3 Gewichtsprozent in Perfluorhexan zubereitet wurde, und das Produktwurde zum Bilden einer Permeationsbegrenzungsschicht getrocknet.Spin-Beschichtung wurde unter den Bedingungen von 3000 UpM und 30Sekunden durchgeführt. DasFluoralkoholester eines Methacrylatharzes war Florard 722 (Sumitomo3M), 1H,1H-Perfluoroctylpolymethacrylatmit einem Molekulargewicht-Zahlenmittel von etwa 7000 wie gemessendurch GPC. Perfluorhexan als ein Verdünnungsmittel war Florard 726(Sumitomo 3M).
    [0081] Der so hergestellte Sensor wurdein die Lagerlösungenmit den in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzungen bei 40°C eingetauchtund hinsichtlich des Zustands der Sensoroberfläche durch optische Mikroskopie beobachtet.Beobachtung wurde nach Eintauchen sieben Tage lang durchgeführt. InTabelle 1 kennzeichnen "*" und "**" 5-Chloro-2-methyl-4-isothiazolin-3-onbzw. 2-Methyl-4-isothiazolin-3-on und MgCl2,Mg(NO3)2, TES, NaN3 und NaCl kennzeichnen Magnesiumchlorid,Magnesiumnitrat, N-tris(hydroxymethyl)methyl-2-aminoethansulfonsäure, Natriumazidbzw. Natriumchlorid. Tabelle1
    [0082] Als eine Folge wurde beobachtet,dass keine Filmablösungenin den Lagerlösungen 1 oder 2 auftraten, während inder BezugslagerlösungunzähligeRisse in der Filmoberflächevorlagen und gewachsene Risse zu Ablösung führten. 6 zeigt die Ergebnisse für die Bezugslagerlösung mitRissen und die Lagerlösungen ohneeinen Riss.
    [0083] Analyse der Oberflächen derSensoren zeigte an, dass 5-Chloro-2-methyl-4-isothiazolin-3-on und 2-Methyl-4-isothiazolin-3-onan den Sensoren anhafteten, die in den Lagerlösungen 1 bzw. 2 eingetauchtwaren.
    [0084] Auf einem 10 mm × 6 mm Quarzsubstrat wurdeneine Arbeitselektrode aus Platin (Fläche 7 mm2), eine Gegenelektrode (Fläche4 mm2) und eine Bezugselektrode aus Silber/Silberchlorid(Fläche1 mm2) ausgebildet.
    [0085] Dann wurde durch Spin-Beschichtungauf der Gesamtoberflächeeine Lösungvon 1 Volumen/Volumenprozent von γ-Aminopropyltriethoxysilanzum Bilden einer Bindungsschicht aufgebracht, auf der dann durchSpin-Beschichtung ein Perfluorkohlenstoff-Sulfonsäureharzvon 5 Gewichts/Volumenprozent zum Bilden einer Ionenaustauschschichtaufgebracht wurde, die den Perfluorkohlenstoff-Sulfonsäureharz(Nafion) als eine Hauptkomponente aufwies. Dann wurde auf der Oberfläche durchSpin-Beschichtung eine Lösungvon 22,5 Gewicht/Volumenprozent aus Albumin aufgebracht, die Glutaraldehydbei 1 Volumen/Volumenprozent enthielt, um eine festgelegte Enzymschichtzu bilden.
    [0086] Dann wurde durch Spin-Beschichtung über dergesamten Oberflächeder festgelegten Enzymschicht ein Fluoralkoholester aus einem Methacrylatharzals eine Lösungvon 0,3 Gewichtsprozent in Perfluorhexan zubereitet, und das Froduktwurde zum Bilden einer Permeationsbegrenzungsschicht getrocknet.Spin-Beschichtung wurde unter den Bedingungen von 3000 UpM und 30Sekunden durchgeführt.
    [0087] Als nächstes wurden an einem Gehäuse, dasunter Verwendung eines Acrylnitril-Butadien-Styrol-Harzes hergestelltwurde, ein Sensor, eine wasserdichte Dichtung und ein Anschlussangebracht, und dann wurden der Sensor und der Anschluss unter Verwendungvon Drahtkontaktierung angeschlossen. Ein Silikonharz wurde in eintauchbareStellen zur Wasserabdichtung eingespritzt.
    [0088] Der Sensor in dem so hergestelltenMessgerätwurde in die Lagerlösungenmit den in Tabelle 2 gezeigten Zusammensetzungen eingetaucht, undeine Spannung von 450 mV in Bezug zu der Bezugselektrode wurde andie Arbeitselektrode angelegt. Dann wurde ein Reaktionsstrom auf500 mg/dL Glukose bestimmt. Als ein Vergleichsbeispiel wurde eineBezugslagerlösungauch in ähnlicherWeise zubereitet und Bestimmung eines Reaktionsstroms auf 500 mg/dLGlukose unterzogen. Eine Temperatur der Lagerlösungen während des Versuchs betrug 40°C und derVersuch wurde sieben aufeinanderfolgende Tage lang durchgeführt.
    [0089] In Tabelle 2 kennzeichnen "*" und "**" 5-Chloro-2-methyl-4-isothiazolin-3-onbzw. 2-Methyl-4-isothiazolin-3-on. Tabelle2
    [0090] Die Versuchsergebnisse sind in 3 gezeigt, in der die Stromwertewährendsieben Tagen als ein relativer Wert (relativer Strom) zu einem Reaktionsstromzu Beginn des Versuchs (100%) aufgezeichnet sind. Daher wurde festgestellt,dass fürdie Lagerlösungen 1 und 2 einstabiler Strom erhalten wurde, währendfür dieBezugslagerlösungder Stromwert sich im Verlauf der Zeit erhöhte, so dass kein stabilerStrom erhalten werden konnte.
    [0091] Auf einem 10 mm × 6 mm Quarzsubstrat wurdeneine Arbeitselektrode aus Platin (Fläche 7 mm2), eine Gegenelektrode (Fläche4 mm2) und eine Bezugselektrode aus Silber/Silberchlorid(Fläche1 mm2) ausgebildet.
    [0092] Dann wurde durch Spin-Beschichtungauf der Gesamtoberflächeeine Lösungvon 1 Volumen/Volumenprozent von γ-Aminopropyltriethoxysilanzum Bilden einer Bindungsschicht aufgebracht, auf der dann durchSpin-Beschichtung ein Perfluorkohlenstoff-Sulfonsäureharzvon 5 Gewichts/Volumenprozent zum Bilden einer Ionenaustauschschichtaufgebracht wurde, die den Perfluorkohlenstoff-Sulfonsäureharz(Nafion) als eine Hauptkomponente aufwies. Dann wurde auf der Oberfläche durchSpin-Be schichtung eine Lösungvon 22,5 Gewicht/Volumenprozent aus Albumin aufgebracht, die Glutaraldehydbei 1 Volumen/Volumenprozent enthielt, um eine festgelegte Enzymschichtzu bilden.
    [0093] Dann wurde durch Spin-Beschichtung über dergesamten Oberflächeder festgelegten Enzymschicht ein Fluoralkoholester aus einem Methacrylatharzals eine Lösungvon 0,3 Gewichtsprozent in Perfluorhexan zubereitet, und das Produktwurde zum Bilden einer Permeationsbegrenzungsschicht getrocknet.Spin-Beschichtung wurde unter den Bedingungen von 3000 UpM und 30Sekunden durchgeführt.
    [0094] Als nächstes wurden an einem Gehäuse, dasunter Verwendung eines Acrylnitril-Butadien-Styrol-Harzes hergestelltwurde, ein Sensor, eine wasserdichte Dichtung und ein Anschlussangebracht, und dann wurden der Sensor und der Anschluss unter Verwendungvon Drahtkontaktierung angeschlossen. Ein Silikonharz wurde in eintauchbareStellen zur Wasserabdichtung eingespritzt.
    [0095] Der Sensor in dem so hergestelltenMessgerätwurde in die Lagerlösungenmit den in Tabelle 3 gezeigten Zusammensetzungen eingetaucht, undder Sensor wurde zyklischer Voltamperemessung ausgesetzt. Eine Spannungder Arbeitselektrode mit Bezug zu der Bezugselektrode wurde abgetastet.Eine Abtastgeschwindigkeit betrug 10 mV/s. In Tabelle 2 kennzeichnen5-c-2-m-4-I-3-o und 2-m-4-I-3-o 5-Chloro-2-methyl-4-isothiazo-lin-3-on bzw. 2-Methyl-4-isothiazolin-3-on. Tabelle3
    [0096] 4 zeigtdie Versuchsergebnisse. Es wurde beobachtet, dass bei Verwendungder Lagerlösungdieses Beispiels ein geringerer Strom als der in der Bezugslagerlösung geleitetwurde und die Auswirkung war besonders bedeutend in einem negativenPotentialbereich. Mit anderen Worten, es wird angezeigt, dass die Lagerlösung diesesBeispiels das Fließeneines Überschussstromsverhindern kann, so dass ein Sensor zuverlässig für eine lange Zeitspanne verwendetwerden kann. Dies liegt wahrscheinlich darin begründet, dasdie Thiazolinverbindung in der Lagerlösung in der Elektrodenoberfläche adsorbiertwurde und als ein Schutzfilm wirkte.
    [0097] Auf einem 10 mm × 6 mm Quarzsubstrat wurdeneine Arbeitselektrode aus Platin (Fläche 7 mm2), eine Gegenelektrode (Fläche4 mm2) und eine Bezugselektrode aus Silber/Silberchlorid(Fläche1 mm2) ausgebildet.
    [0098] Dann wurde durch Spin-Beschichtungauf der Gesamtoberflächeeine Lösungvon 1 Volumen/Volumenprozent von γ-Aminopropyltriethoxysilanzum Bilden einer Bindungsschicht aufgebracht, auf der dann durchSpin-Beschichtung ein Perfluorkohlenstoff-Sulfonsäweharz von5 Gewicht/Volumenprozent zum Bilden einer Ionenaustauschschichtaufgebracht wurde, die den Perfluorkohlenstoff-Sulfonsäureharz(Nafion) als eine Hauptkomponente aufwies. Dann wurde auf der Oberfläche durchSpin-Beschichtung eine Lösungvon 22,5 Gewicht/Volumenprozent aus Albumin aufgebracht, die Glutaraldehydbei 1 Volumen/Volumenprozent enthielt, um eine festgelegte Enzymschichtzu bilden.
    [0099] Dann wurde durch Spin-Beschichtung über dergesamten Oberflächeder festgelegten Enzymschicht ein Fluoralkoholester aus einem Methacrylatharzals eine Lösungvon 0,3 Gewichtsprozent in Perfluorhexan zubereitet, und das Produktwurde zum Bilden einer Permeationsbegrenzungsschicht getrocknet.Spin-Beschichtung wurde unter den Bedingungen von 3000 UpM und 30Sekunden durchgeführt.
    [0100] Als nächstes wurden an einem Gehäuse, dasunter Verwendung eines Acrylnitril-Butadien-Styrol-Harzes hergestelltwurde, ein Sensor, eine wasserdichte Dichtung und ein Anschlussangebracht, und dann wurden der Sensor und der Anschluss unter Verwendungvon Drahtkontaktierung angeschlossen. Ein Silikonharz wurde in eintauchbareStellen zur Wasserabdichtung eingespritzt.
    [0101] Der Sensor in dem so hergestelltenMessgerätwurde in acht Lagerlösungen(Lagerlösungen 1 bis 8) mitden in den Tabellen 4, 5, 6 und 7 gezeigten Zusammensetzungen eingetaucht,und eine Spannung von 450 mV mit Bezug zur Bezugselektrode wurdean die Arbeitselektrode angelegt. Dann wurde ein Reaktionsstrom auf500 mg/dL Glukose bestimmt. In ähnlicherWeise wurde der Sensor als ein Vergleichsbeispiel in eine Bezugslagerlösung (Lagerlösung 9)eingetaucht und ein Reaktionsstrom auf 500 mg/dL Glukose wurde bestimmt. EineTemperatur der Lagerlösungenwährenddes Versuchs betrug 40°Cund der Versuch wurde sieben aufeinanderfolgende Tage lang durchgeführt. Alleder Lagerlösungenenthalten 100 mM TRES und 150 mM NaCl bei einem pH-Wert = 7. DieBezugslagerlösung(Lagerlösung 9)enthält100 mM TRES, 150 mM NaCl und 0,1 ppm NaN3,wie in Tabelle 1 gezeigt ist. Tabelle4
    [0102] In den Tabellen 4 und 5 kennzeichnet5-c-2-e-4-I-3-o 5-Chloro-2-ethyl-4-isothiazolin-3-on; in den Tabellen5 und 6 kennzeichnet 5-m-4-I-3-o 5-Methyl-4-isothiazolin-3-on; undin Tabelle 7 kennzeichnet 2-e-4-I-3-o 2-Ethyl-4-isothiazolin-3-on.
    [0103] Die Versuchsergebnisse sind in 5 gezeigt, in der Stromwertewährendsieben Tagen als ein relativer Wert (relativer Strom) zu einem Reaktionsstromzu Beginn des Versuchs (100%) aufgezeichnet sind. Daher wurde festgestellt,dass fürdie anderen Lagerlösungenals die Bezugslagerlösungein stabiler Strom erhalten wurde, während sich für die Bezugslagerlösung derStromwert im Verlauf der Zeit erhöhte, so dass kein stabilerStrom erhalten werden konnte.
    [0104] Auf einem 10 mm × 6 mm Quarzsubstrat wurdeneine Arbeitselektrode aus Platin (Fläche 7 mm2), eine Gegenelektrode (Fläche4 mm2) und eine Bezugselektrode aus Silber/Silberchlorid(Fläche1 mm2) ausgebildet.
    [0105] Dann wurde durch Spin-Beschichtungauf der Gesamtoberflächeeine Lösungvon 1 Volumen/Volumenprozent von γ-Aminopropyltriethoxysilanzum Bilden einer Bindungsschicht aufgebracht. Dann wurde durch Spin-Beschichtung über dergesamten Oberflächeder Bindungsschicht ein Fluoralkoholester aus einem Methacrylatharzals eine Lösungvon 0,3 Gewichtsprozent in Perfluorhexan zubereitet, und das Produktwurde zum Bilden einer Permeationsbegrenzungsschicht getrocknet.Spin-Beschichtung wurde unter den Bedingungen von 3000 UpM und 30Sekunden lang durchgeführt.
    [0106] Als nächstes wurden an einem Gehäuse, dasunter Verwendung eines Acrylnitril-Butadien-Styrol-Harzes hergestelltwurde, ein Sensor, eine wasserdichte Dichtung und ein Anschlussangebracht, und dann wurden der Sensor und der Anschluss unter Verwendungvon Drahtkontaktierung angeschlossen. Ein Silikonharz wurde in eintauchbareStellen zur Wasserabdichtung eingespritzt.
    [0107] Der Sensor in dem so hergestelltenMessgerätwurde in die Lagerlösungmit der in Tabelle 8 gezeigten Zusammensetzung, d. h. Lagerlösung 10 eingetaucht,und das Gerätwurde gelagert, wobei eine Spannung von 450 mV mit Bezug zu derBezugselektrode an die Arbeitselektrode angelegt wurde. Ein Reaktionsstrom auf50 mM Wasserstoffperoxid wurde jeden Tag bestimmt. In ähnlicherWeise wurde als ein Vergleichsbeispiel eine Bezugslagerlösung zubereitetund ein Reaktionsstrom auf 50 mM Wasserstoffperoxid wurde bestimmt. EineTemperatur der Lagerlösungenwährenddes Versuchs betrug 40°Cund der Versuch wurde sieben aufeinanderfolgende Tage lang durchgeführt. Diegesamten Lagerlösungenenthalten 100 mM TES und 150 mM NaCl bei einem pH-Wert = 7. Die Bezugslagerlösung (Lagerlösung 9)enthält100 mM TES, 150 mM NaCl und 0,1 ppm NaN3,wie in Beispiel 4 beschrieben ist. Tabelle8
    [0108] In Tabelle 8 kennzeichnet 2-e-4-I-3-o2-Ethyl-4-isothiazolin-3-on.
    [0109] Die Versuchsergebnisse sind in 7 gezeigt, in der Stromwertewährendsieben Tagen als ein relativer Wert (relativer Strom) zu einem Basisstromzu Beginn des Versuchs (100%) aufgezeichnet sind. Daher wurde festgestellt,dass fürdie Lagerlösung 10 einstabiler Strom erhalten wurde, währendsich fürdie Bezugslagerlösung(Lagerlösung 9)der Stromwert im Verlauf der Zeit erhöhte, so dass kein stabilerStrom erhalten werden konnte.
    [0110] Der Lagerlösung 1 in Beispiel1 und Tabelle 1 wurde Glukose bei 50, 100, 300, 500, 700, 1000,2000 und 3000 mg/dl hinzugefügt,um Glukosekalibrierungslösungenzuzubereiten. Sieben Tage nach der Zubereitung wurden die Kalibrierungslösungen zumBestimmen eines Glukosespiegels in Flüssigkeitsproben mittels desSensors in Beispiel 2 verwendet.
    [0111] Die gemessenen Proben waren 30 Proben,deren Glukosespiegel unter Verwendung eines klinischen Laborgeräts auf derGrundlage eines Glukosedehydrogenaseverfahrens bestimmt wurden (Glukosespiegel: 50bis 3000 mg/dl). Die gemessenen Werte wurden zwischen dem klinischenLaborgerätund dem obigen Sensor zum Erhalten einer Korrelationsgleichung verglichen.Die in dem Sensor verwendete Lagerlösung war die oben beschriebeneLagerlösung 1.
    [0112] Die Ergebnisse zeigen, dass ein Korrelationskoeffizientfür diedurch den Sensor gemessenen Werte gemäß diesem Beispiel etwa 1,0betrug. Auf diese Weise wurde bestätigt, dass die Kalibrierungslösungen hervorragendezeitliche Stabilitätaufwiesen.
    [0113] Wie oben beschrieben ist, kann dieseErfindung eine Sensorlagerlösungund eine Sensorkalibrierungslösung,durch die Sensorleistung zufriedenstellend aufrechterhalten werdenkann, durch Zugabe einer Verbindung zu den Lösungen schaffen, die einenHeterozyklus mit Stickstoff- und Schwefelheteroatomen enthält.
    [0114] Diese Erfindung kann ferner einenSensor schaffen, in dem Filmablösungoder Inaktivierung einer Enzymschicht während Lagerung verhindert werdenkann.
    权利要求:
    Claims (14)
    [1] Sensorlagerlösungmit einer Verbindung, die einen Heterozyklus mit Stickstoff- und Schwefelheteroatomenaufweist.
    [2] Sensorlagerlösungnach Anspruch 1, bei der die Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe, dieaus Thiazol, Thiazolin, Isothiazol, Isothiazolin, Thiazin und ihrenDerivaten besteht.
    [3] Sensorlagerlösungnach Anspruch 1, bei der die Verbindung Oxo- direkt gebunden anden Heterozyklus aufweist.
    [4] Sensorlagerlösungnach Anspruch 1, bei der die Verbindung Halogen direkt gebundenan den Heterozyklus aufweist.
    [5] Sensorkalibrierungslösung mit einer Verbindung,die einen Heterozyklus mit Stickstoff- und Schwefelheteroatomenenthält.
    [6] Sensorkalibrierungslösung nach Anspruch 5, bei derdie Verbindung aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Thiazol, Thiazolin,Isothiazol, Isothiazolin, Thiazin und ihren Derivaten besteht.
    [7] Sensorkalibrierungslösung nach Anspruch 5, bei derdie Verbindung Oxo- direkt gebunden an den Heterozyklus aufweist.
    [8] Sensorkalibrierungslösung nach Anspruch 5, bei derdie Verbindung Halogen direkt gebunden an den Heterozyklus aufweist.
    [9] Sensor, umfassend: ein Substrat; eine aufdem Substrat ausgebildete Elektrode; und eine die Elektrodebedeckende Beschichtung, wobei die Beschichtung eine Verbindungaufweist, die einen Heterozyklus mit Stickstoff- und Schwefelheteroatomenenthält.
    [10] Sensor nach Anspruch 9, bei dem die Beschichtungeine mehrschichtige Struktur aufweist, die eine oder mehrere organischeSchichten aufweist.
    [11] Sensor nach Anspruch 9, bei dem die Beschichtungein Enzym aufweist.
    [12] Sensor nach Anspruch 9, bei dem die Verbindung ausder Gruppe ausgewähltist, die aus Thiazol, Thiazolin, Isothiazol, Isothiazolin, Thiazinund ihren Derivaten besteht.
    [13] Sensor nach Anspruch 9, bei dem die Verbindung Oxo-direkt gebunden an den Heterozyklus aufweist.
    [14] Sensor nach Anspruch 9, bei dem die Verbindung Halogendirekt gebunden an den Heterozyklus aufweist.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US20040185568A1|2004-09-23|
    JP2004233302A|2004-08-19|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2004-09-09| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2006-05-24| 8130| Withdrawal|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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