专利名称：氨基酸生物传感器、费歇尔比生物传感器以及健康信息管理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及氨基酸生物传感器，更具体而言，涉及通过一次测定操作就能测定费歇尔比等的氨基酸生物传感器。另外，本发明涉及健康信息管理系统，更具体而言，涉及个人在自己家中等用氨基酸生物传感器测定费歇尔比等的管理、评价的健康信息管理系统。
背景技术：
近年来随着人们健康欲求的提高，将健康状态的指标作为客观数值测定的社会要求也不断增多。对体重、体脂肪率和血压等全局的生理指标进行测定，并转换为电子信息的装置已经被实用化。但是，直接测定各个机体成分的有关数值的装置还没有被实用化。特别是可以简便测定血中存在的多种氨基酸浓度的实用装置还不存在。
一方面，已知一些氨基酸可以成为健康状况的指标，其中支链氨基酸(亮氨酸、异亮氨酸及缬氨酸)浓度及芳香族氨基酸(苯丙氨酸和酪氨酸)浓度，可以反映肝脏的健康状况。因此，已知通过测定支链氨基酸和芳香族氨基酸的浓度计算健康指标，可作为临床检查项目。具体来说，虽然使用作为费歇尔比(フイツシヤ一)的支链氨基酸(Branched Chain Amino Acid，BCAA)与芳香族氨基酸(Aromatic Amino Acid，AAA)的摩尔比(BCAA/AAA)，或者作为比费歇尔比更简单的数值BTR值，支链氨基酸(BCAA)与酪氨酸的摩尔比(BCAA/Y)，这些都被做为表示肝脏状态的指标被使用。已知作为支链氨基酸(BCAA)，有亮氨酸、缬氨酸及异亮氨酸，其浓度在进行性肝纤维化患者中降低。作为芳香族氨基酸(AAA)，有苯丙氨酸和酪氨酸，其浓度在肝硬化患者中增加。因此，由于肝功恶化引起费歇尔比和BTR值低下，费歇尔比和BTR值作为反映肝功能健康状况的指标被应用。另外，支链氨基酸的浓度也作为健康状况的指标被应用。
对于氨基酸浓度的测定，根据氨基酸的标记的高敏感方法与液相色谱法相结合的方法被广泛采用，但此种测定方法，试剂调整等操作复杂，测定时间长。因此，仅限于几种氨基酸，作为简便、快速地对其进行定量检测的方法，通过电化学检测氨基酸的酶学反应测定氨基酸浓度的生物传感器开始被应用。使用作为酶的脱氢酶时，常常需要辅酶。原来应用与脱氢酶和辅酶相关的酶反应的生物传感器测定氨基酸等的浓度时，有加上D-葡萄糖、L-乳酸、乙醇、胆固醇等氨基酸以外的物质，使用为氨基酸的一种的L-亮氨酸等，使用生物传感器分别单独进行电化学检测的技术(例如参照专利文献1)。如根据该技术，在配置了含有在绝缘支持体上使用导电性材料的电极系统和电极反应部分中作为反应用试剂至少含有脱氢酶、辅酶及电子介质的吸收性载体(担体)的生物传感器中，通过生物传感器(特征在于该吸收性载体成为样品与反应用试剂的酶学反应及电子介质和电极表面的电极反应的双方的反应层)，对于脱氢酶和辅酶相关的酶学反应中，能够提供用于高精度而且短时间地简便地进行底物浓度电化学定量，价廉、制作简单的生物传感器。而且，使用脱氢酶和辅酶的生物传感器，是通过使用包括电子介质和四唑盐的反应试剂的生物传感器，对各种样品中含有的底物无需复杂的前处理，简便而且快捷地进行底物定量的测定技术(例如参照专利文献2)。但是，无论其中的哪一种技术，同时测定多种氨基酸浓度是不可能的。
专利文献1特開2000-35413号公报专利文献2国際公開第00/57166号小册子发明内容发明要解决的课题基于机体成分的指标的各种各样，本发明主要处理基于氨基酸信息的指标。特别是处理由与健康状态相关的已知的支链氨基酸浓度以及从氨基酸浓度计算得到的健康指标，例如关于费歇尔比或BTR值的处理。为了求得象费歇尔比这样的健康指标的氨基酸测定，有诊断试剂盒。但是，这种诊断试剂盒由于除了诊断试剂以外，需要比色计等分析仪器，通常必须将血液等机体样品移入检测机关内检测。因此，利用者本身不了解测定时其身体状况和健康状态。
测定氨基酸的浓度，有使用茚三酮反应等氨基酸标记与液相色谱法相结合的方法，或用吸光光度法等对以氨基酸为底物的酶学反应生成的反应生成物进行定量的方法。但是，这些方法需要对样品进行稀释、分离等前处理，还需要大型设备，难以进行简便、快速测定。而且，使用市售的氨基酸分析仪，为了算出支链氨基酸总浓度值，需要独立测定亮氨酸、异亮氨酸以及缬氨酸的浓度，然后合计所有的浓度。一方面，已知能够简便测定氨基酸等的生物传感器。可是原来的技术，只是对于数种氨基酸，可以各自测定单独的氨基酸浓度，象支链氨基酸的总浓度，该生物传感器使用的酶在可以作为底物的多种氨基酸同时存在的条件下，不可能独立测定其浓度，而且也不能测定多种特定氨基酸的总浓度。因此，以单体测定支链氨基酸总浓度的生物传感器不存在。再者，为了从多种氨基酸浓度计算求得健康指标，在测定与健康指标相关的每一种氨基酸浓度的基础上，必须通过计算算出，用单一的测定操作，能测定健康指标的生物传感器也不存在。而且，由于这种氨基酸显示的健康指标也不能进行个人简便测定，利用其健康指标的健康信息管理系统也就不存在。本发明以上述问题为鉴，提供了通过单一操作能够测定多种氨基酸总浓度的生物传感器和健康信息管理系统。
解决课题的方法上述课题的解决达成了包括以下特征的本发明。权利要求1所述的本发明是氨基酸生物传感器，该传感器用于测定该多种特定氨基酸总浓度值，其包括测定电极和对应电极，所述测定电极以酶和介质为构成要素，所述酶是选择性地至少以多种特定氨基酸为底物的酶，其中，所述的酶对于所述多种特定氨基酸的每一种具有底物亲和性，所述的酶通过以所述特定氨基酸作为底物的反应，生成反应生成物，在测定氨基酸浓度时，所述介质在所述反应生成物和所述测定电极之间传递电子，以及所述氨基酸生物传感器的所述测定电极和所述对应电极之间在测定时的施加电压包含如下施加电压在表示所述多种特定氨基酸的每一种在特定浓度下的施加电压和电流值的关系的校正曲线中，该电压使得对浓度相同的每种氨基酸施加相同电压时的电流值的分布在规定的范围内。
权利要求2所述的发明，在权利要求1所述的发明的特征的基础上，其特征在于，所述氨基酸生物传感器中的所述测定电极和对应电极之间在测定时的施加电压包含如下施加电压，在表示所述多种特定氨基酸的每一种在特定的浓度下的施加电压和电流值的关系的校正曲线中，该电压使得对浓度相同的每种氨基酸施加相同电压时的电流值的分布为总体的20％以内。
权利要求3所述的发明，在权利要求1所述的发明的特征的基础上，其特征在于，所述测定电极还以辅酶作为构成要素，所述酶是脱氢酶，所述反应生成物是所述辅酶被还原得到的还原型辅酶，以及所述介质在测定氨基酸浓度时，从所述还原型辅酶向所述测定电极传递电子。
权利要求4所述的发明，在权利要求3所述的发明的特征的基础上，其特征在于，所述的多种特定氨基酸是含有亮氨酸、缬氨酸以及异亮氨酸的支链氨基酸，所述脱氢酶是亮氨酸脱氢酶，以及所述脱氢酶辅酶是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸。
权利要求5所述的发明，在权利要求4所述的发明的特征的基础上，其特征在于，所述介质是PMS。
权利要求6所述的发明，在权利要求3所述的发明的特征的基础上，其特征在于，所述的多种特定氨基酸是含有苯丙氨酸及酪氨酸的芳香族氨基酸，所述的脱氢酶是苯丙氨酸脱氢酶。
权利要求7所述的发明，其包括权利要求4所述的支链氨基酸生物传感器和权利要求6所述的芳香族氨基酸生物传感器，和费歇尔比计算设备，所述费歇尔比计算设备通过所述支链氨基酸生物传感器测定的支链氨基酸浓度除以所述芳香族氨基酸生物传感器测定的芳香族氨基酸浓度，算出费歇尔比。
权利要求8所述的发明为机体信息管理系统，包括管理会员的机体信息的机体信息管理设备、和用于会员与该机体信息管理设备通信的会员终端，其中，所述机体信息管理设备包括管理包含氨基酸浓度的会员机体信息数据的机体信息数据管理设备，和通过网络从所述会员终端接收所述氨基酸浓度的第1接收设备，和通过将所述氨基酸浓度与规定的基准比较，导出机体信息评价的机体信息评价设备，和通过网络将导出的所述机体信息评价发送到所述会员终端的第1发送设备，以及所述会员终端包括权利要求1所述的氨基酸生物传感器，和通过网络将由所述氨基酸生物传感器测定的氨基酸浓度发送到该机体信息管理设备的第2发送设备，和通过网络从所述机体信息管理设备接收所述机体信息评价的第2接收设备，和输出接收的所述机体信息评价的输出设备。
权利要求9所述的发明为健康信息管理系统，包括管理会员的健康信息的健康信息管理设备、和用于会员与该健康信息管理设备通信的会员终端，其中，所述健康信息管理设备包括管理包含血中支链氨基酸浓度的会员健康信息数据的健康信息数据管理设备，和通过网络从所述会员终端接收所述血中支链氨基酸浓度的第1接收设备，和通过将所述血中支链氨基酸浓度与规定基准比较，导出健康信息评价的健康信息评价设备，和通过网络向会员终端发送导出的所述健康信息评价的第1发送设备，以及所述会员终端包括权利要求4所述的支链氨基酸生物传感器，和通过网络将由所述支链氨基酸生物传感器测定的血中支链氨基酸浓度发送到所述健康信息管理设备的第2发送设备，和通过网络从所述健康信息管理设备接收所述健康信息评价的第2接收设备，和输出接收的所述健康信息评价的输出设备。
权利要求10所述的发明为健康信息管理系统，包括管理会员的健康信息的健康信息管理设备、和用于会员与该健康信息管理设备通信的会员终端，其中，所述健康信息管理设备包括管理包含费歇尔比的会员健康信息数据的健康信息数据管理设备，和通过网络从所述会员终端接收所述费歇尔比的第1接收设备，和通过将所述费歇尔比与规定基准比较，导出健康信息评价的健康信息评价设备，和通过网络向会员终端发送导出的所述健康信息评价的第1发送设备，以及所述会员终端包括权利要求8所述的费歇尔比生物传感器，和通过网络将通过所述的费歇尔比生物传感器测定的血中氨基酸的费歇尔比发送到所述健康信息管理设备的第2发送设备，和通过网络从所述健康信息管理设备接收所述健康信息评价的第2接收设备，和输出接收的所述健康信息评价的输出设备。
权利要求11所述的发明为测定被测溶液中多种特定氨基酸总浓度值的方法，该方法使用以下的氨基酸生物传感器测定被测溶液中的多种特定氨基酸总浓度值，所述氨基酸传感器包括测定电极和对应电极，所述测定电极具有作为构成要素的酶和介质，所述酶是选择性地至少以多种特定氨基酸为底物的酶，所述酶对所述多种特定氨基酸的每一种具有底物亲和性，所述酶通过以所述特定的氨基酸为底物的反应，生成反应生成物，以及在测定氨基酸浓度时，所述的介质在所述反应生成物和所述测定电极之间传递电子；其中，该方法包括以下步骤所述的氨基酸生物传感器与被测溶液接触的步骤，和在所述的氨基酸生物传感器的所述测定电极和所述对应电极之间施加电压的步骤，所述电压如下，在表示所述多种特定氨基酸的每一种在特定浓度下的施加电压和电流值关系的校正曲线中，该电压使得对相同浓度的每种氨基酸施加相同电压时的电流值分布在规定的范围，和测定在所述施加电压下所述测定电极和所述对应电极之间的响应电流值的步骤，和求出所述校正曲线中与所述施加电压及所述响应电流值对应的氨基酸浓度，作为所述被测溶液中所述多种特定氨基酸总浓度值的步骤。
权利要求12所述的发明为健康指标的测定方法，该方法使用下列第1和第2氨基酸生物传感器从来源于机体的被测溶液导出健康指标，
所述第1氨基酸生物传感器，包括测定电极和对应电极，所述测定电极以酶和介质为构成要素，所述酶是选择性地至少以多种特定氨基酸为底物的酶，所述酶对所述多种特定氨基酸的每一种具有底物亲和性，所述酶通过以所述特定的氨基酸为底物的反应，生成反应生成物，以及在测定氨基酸浓度时，所述的介质在所述反应生成物和所述测定电极之间传递电子；所述第2氨基酸生物传感器，包括测定电极和对应电极，所述测定电极以酶和介质为构成要素，所述酶是选择性地以所述的多种特定氨基酸以外的单一氨基酸为底物的酶，所述酶通过以所述单一的氨基酸为底物的反应，生成反应生成物，以及在测定氨基酸浓度时，所述的介质在所述反应生成物和所述测定电极之间传递电子；其中，该方法包括以下步骤所述的第1氨基酸生物传感器和所述第2氨基酸生物传感器与来源于机体的被测溶液接触的步骤；和在所述的第1氨基酸生物传感器的所述测定电极和所述对应电极之间施加电压的步骤，所述电压，在表示所述多种特定氨基酸每一种在特定浓度下的施加电压和电流值关系的校正曲线中，使得对相同浓度的每种氨基酸施加相同电压时的电流值分布在规定的范围内；和测定在所述施加电压下所述测定电极和所述对应电极之间的响应电流值的步骤；和求出所述校正曲线中与所述施加电压及所述响应电流值对应的氨基酸浓度，作为所述被测溶液中所述多种特定氨基酸总浓度值的步骤，和在所述第2氨基酸生物传感器的所述测定电极和所述对应电极之间，施加规定的电压的步骤；和测定在所述施加电压下所述测定电极和所述对应电极之间的响应电流值的步骤；和求出与所述规定的施加电压和所述响应电流值对应的氨基酸浓度，作为所述被测溶液中单一氨基酸的浓度的步骤，和通过以所述求得的多种特定氨基酸浓度和所述求得的单一氨基酸的浓度作为输入信息的规定的演算，导出规定的健康指标的步骤。
权利要求13所述的发明为健康指标的测定方法，该方法使用下列第1和第2氨基酸生物传感器从来源于机体的被测溶液导出健康指标，所述第1氨基酸生物传感器，包括测定电极和对应电极，所述测定电极以酶和介质为构成要素，所述酶是选择性地至少以多种特定氨基酸为底物的酶，所述酶对所述多种特定氨基酸的每一种具有底物亲和性，所述酶通过以所述特定的氨基酸为底物的反应，生成反应生成物，以及在测定氨基酸浓度时，所述的介质在所述反应生成物和所述测定电极之间传递电子；所述第2氨基酸生物传感器，包括测定电极和对应电极，所述测定电极以酶和介质为构成要素，所述酶是选择性地以所述多种特定氨基酸以外的多种其他特定氨基酸为底物的酶，所述酶对所述多种其他特定氨基酸的每一种具有底物亲和性，所述酶通过以所述多种其他特定氨基酸为底物的反应，生成反应生成物，以及在测定氨基酸浓度时，所述的介质在所述反应生成物和所述测定电极之间传递电子；其中，该方法包括以下步骤所述的第1氨基酸生物传感器和所述第2氨基酸生物传感器与来源于机体的被测溶液接触的步骤；和在所述的第1氨基酸生物传感器的所述测定电极和所述对应电极之间施加电压的步骤，所述电压，在表示所述多种特定氨基酸每一种在特定浓度下的施加电压和电流值关系的校正曲线中，使得对相同浓度的每一种氨基酸施加相同电压时的电流值分布在规定的范围内；和测定在所述施加电压下所述测定电极和所述对应电极之间的响应电流值的步骤；和求出所述校正曲线中与所述施加电压及所述响应电流值对应的氨基酸浓度，作为所述被测溶液中所述多种特定氨基酸总浓度值的步骤；和在所述的第2氨基酸生物传感器的所述测定电极和所述对应电极之间施加电压的步骤，所述电压，在表示所述多种其他的特定氨基酸每一种在特定浓度下的施加电压和电流值关系的校正曲线中，使得对相同浓度的每种氨基酸施加相同电压时的电流值分布在规定的范围内；和测定在所述施加电压下所述测定电极和所述对应电极之间的响应电流值的步骤；和求出所述校正曲线中与所述施加电压及所述响应电流对应的氨基酸浓度，作为被测溶液中所述其他多种特定氨基酸的总浓度的步骤；和通过以所述求得的多种特定氨基酸浓度和所述求得的其他多种氨基酸的浓度作为输入信息的规定的演算，导出规定的健康指标的步骤。
权利要求14所述的发明为健康指标的测定方法，该方法使用下列氨基酸生物传感器和机体成分生物传感器从来源于机体的被测溶液导出健康指标，所述氨基酸生物传感器，包括测定电极和对应电极，所述测定电极以酶和介质为构成要素，所述酶是选择性地至少以多种特定氨基酸为底物的酶，所述酶对所述多种特定氨基酸的每一种具有底物亲和性，所述酶通过以所述特定的氨基酸为底物的反应，生成反应生成物，以及在测定氨基酸浓度时，所述的介质在所述反应生成物和所述测定电极之间传递电子；所述机体成分生物传感器，包括测定电极和对应电极，所述测定电极以酶和介质为构成要素，所述酶是选择性地以特定的机体成分为底物的酶，所述酶通过以所述机体成分为底物的反应，生成反应生成物，以及在测定机体成分的浓度时，所述的介质在所述反应生成物和所述测定电极之间传递电子，其中，该方法包括以下步骤所述的氨基酸生物传感器和上述机体成分生物传感器与来自机体的被测溶液接触的步骤；和在所述氨基酸生物传感器的所述测定电极和所述对应电极之间施加电压的步骤，所述电压，在表示所述多种特定氨基酸每一种在特定浓度下的施加电压和电流值关系的校正曲线中，使得对相同浓度的每种氨基酸施加相同电压时的电流值分布在规定的范围内；和测定在所述施加电压下所述测定电极和对应电极之间的响应电流值的步骤；求出所述校正曲线中与所述施加电压及所述响应电流值对应的氨基酸浓度，作为被测溶液中所述多种特定氨基酸总浓度值的步骤；和在所述机体成分生物传感器的所述测定电极和所述对应电极之间，施加规定的电压的步骤；和测定在所述施加电压下所述测定电极和所述对应电极之间的响应电流值的步骤；和求出与所述规定的施加电压和所述响应电流值对应的机体成分浓度，作为所述被测溶液中机体成分的浓度的步骤；和通过由所述求得的多种特定氨基酸浓度和所述求得的机体成分的浓度作为输入信息的规定的演算，导出规定的健康指标的步骤。
权利要求15所述的发明在权利要求14所述的发明的基础上，其特征在于，所述机体成分为2种以上，所述机体成分生物传感器，对应所述2种以上的各机体成分设置为2个以上。
发明的效果根据本发明，得到了如下效果为了测定多种特定氨基酸总浓度值，氨基酸生物传感器(200)含有选择性以该多种特定氨基酸为底物的酶以及以介质为构成要素的测定电极(202)和对应电极(203)，该酶对该多种特定氨基酸的每一种具有亲和性，该酶通过该特定氨基酸为底物的反应，生成反应生成物，在测定氨基酸浓度时，在反应生成物和相应测定电极间传递电子，以及所述氨基酸生物传感器的所述测定电极和所述对应电极之间的施加电压，包含如下所述施加电压在表示对于所述多种特定氨基酸每种的特定的浓度下的施加电压和电流值的关系的校正曲线中，该电压使得对于浓度相同的各氨基酸施加相同的电压时的电流值的分布在规定范围内，提供使用单一的极板系统能够测定多种氨基酸总浓度的氨基酸生物传感器。
更进一步地，根据本发明，还得到了如下效果对上述氨基酸生物传感器，由于酶使用亮氨酸脱氢酶、辅酶使用烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，用单一的极板系统能够测定支链氨基酸的浓度。在这里介质使用PMS，能够进行高精度测定。
更进一步地，根据本发明，还得到了如下效果将用各自单一极板系能够进行测定的支链氨基酸生物传感器和芳香族氨基酸生物传感器组合，通过用支链氨基酸浓度除以芳香族氨基酸浓度求得费歇尔比，提供能够通过一次测定操作，得到费歇尔比的生物传感器。
更进一步地，根据本发明，还得到了如下效果由于使用费歇尔比生物传感器，可以将个人测定的费歇尔比从使用者终端(502)向服务器(506)发送，服务器对其费歇尔比与基准值比较进行判断、评价提取，在使用者终端显示其结果，可以建立由于测定难，一直没有被充分利用的费歇尔比的健康管理系统。
更进一步地，根据本发明，还得到了如下效果本发明可以提供用单一的极板系统的氨基酸生物传感器，测定多种氨基酸总浓度的方法、用氨基酸生物传感器测定由单一的氨基酸浓度和多种氨基酸浓度计算得到BTR比等健康指标、由多种氨基酸浓度与其他的多种氨基酸浓度计算得到费歇尔比等健康指标的方法，以及从多种氨基酸的总浓度和1种以上的机体成分的浓度计算健康指标。
最佳实施方式(实验系统的构成)本发明中所谓的作为对象的健康指标，是指通过本发明生物传感器测定得到的多种氨基酸总浓度值，或者使用其计算得到的指标。作为由多种氨基酸总浓度值计算得到的指标，即使是由多种氨基酸总浓度值和多种氨基酸总浓度值或者单独的氨基酸浓度计算得到也可以。作为由2种不同的多种氨基酸总浓度值计算得到的健康指标，例如可以列举费歇尔比，另外，作为通过多种氨基酸总浓度值和单独的氨基酸浓度计算得到的健康指标，例如可以列举BTR值。
所述的本发明的生物传感器的作为测定对象的多种特定氨基酸，如果对于一种酶，作为底物是共同的氨基酸，则比较好，例如作为对于亮氨酸脱氢酶的共同底物是支链氨基酸，即缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸(BCAA)，而苯丙氨酸脱氢酶的共同底物是芳香族氨基酸的酪氨酸、苯丙氨酸。
以下是一般的NAD为辅酶的α氨基酸的氧化还原反应式。
R＝氨基酸侧链以苯丙氨酸脱氢酶为酶，NAD为辅酶的L-苯丙氨酸的氧化还原反应式如下。
以亮氨酸脱氢酶为酶，NAD为辅酶的L-亮氨酸的氧化还原反应式如下。
还有，以下是关于包含BTR值的费歇尔比的记述。这里使用的酶是与多种特定氨基酸有反应性，反应时伴有电子供受的酶都可在本发明中使用，可以按测定目标适当选择。酶的选择以市场有售能够得到为宜，而且也可以使用从微生物提取的产品。这些酶应该是提高底物特异性和反应速度，也可以使用经基因工程的方法适当改变的突变型酶。所述酶可以是对已知通常只对一种底物有反应性的酶进行改变，也可以对多种底物有反应性的酶进行改变的酶。作为对氨基酸有反应性且反应时伴有电子供受的酶，脱氢酶、氧化还原酶等的介导伴随氧化还原反应的反应的酶，具体可以作为一个例子列举出的有亮氨酸脱氢酶、酪氨酸脱氢酶、苯丙氨酸脱氢酶、亮氨酸氧化还原酶、酪氨酸单加氧酶、丙氨酸脱氢酶、谷氨酸脱氢酶等。另外，作为具有对氨基酸以外的机体成分的反应性且反应时伴随电子供受的酶，脱氢酶、氧化还原酶等的介导伴随还原反应的酶，具体可列举出乙醇脱氢酶、胆固醇脱氢酶、异枸橼酸脱氢酶、葡萄糖脱氢酶等。
而且，本发明中使用的酶介导伴有电子供受的反应，该反应伴有辅酶反应时，作为优选的辅酶可例举NADH或者NADPH。
在本发明中，首先对使用反应槽的实验系统100，用具有单一极板系统的生物传感器能测定支链氨基酸总浓度进行了确认。
图1是表示实验中使用的实验系统100简要构成的构成图。实验系统100包括3电极方式的电化学池。实验系统100包括被测溶液11、氯化物水溶液12、反应槽13、氯化物水溶液槽14、作用电极21、对应电极22、参照电极23、盐桥24、吸气口25、恒电位器31、计录仪32、函数发生器33及多磁搅拌器34组成。被测溶液11是以适当浓度溶解了被测氨基酸、对该氨基酸有底物亲和性的酶、协助酶的辅酶、介质的溶液。氯化物水溶液12是为了与参照电极23一同形成电池，从参照电极23输出标准电压的溶液。作用电极21是在与对应电极23的之间施加规定的电压，并在其基础上引起化学反应的电极。这时，通过测定流动的电流，可以进行是否可以进行氨基酸定量化的研究。盐桥24保持反应槽13和氯化物水溶液槽14同样电位，能够使用参照电极23的电位进行作用电极21的校正。为了使反应槽13中的反应顺利继续，从吸气口25在反应槽上部空间导入氮气。恒电位器31是通过保持电压一定、电流流动来测定电压-电流特性的装置，按照函数发生器33中程序化的时间-电压曲线，改变电压的同时，测定电流。记录仪32记录恒电位器31的测定结果。多磁搅拌器34搅拌反应槽13中的被测溶液11。
(实验系统)实验中，在实验系统100中，改变被测溶液11的氨基酸等的浓度，测定作用电极21和对应电极22之间被测溶液11的电压-电流特征。氨基酸是支链氨基酸，使用亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸或者它们的混合物。一般来说，氨基酸浓度的电化学测定，根据酶与测定对象氨基酸产生反应、发生变化，通过测定此时生成的反应生成物的浓度进行。作为浓度被测定的反应生成物，可以是氨基酸本身通过该反应变化产生的物质，也可以是氨基酸在发生该反应时产生的副产物，一般副产物的浓度被测定的情况很多。浓度测定时，向被测溶液施加某种电压时测定流动的电流，根据其电压-电流特性求出浓度是常见的情况。对于副产物的浓度测定，不是使副产物直接在电极上发生反应，而是使用在副产物和电极间传递电子的介质，通过介质的介导测定流动电流的情况很多。在本实施例中，酶使用了亮氨酸的脱氢酶即亮氨酸脱氢酶。在这里使用了中等度高热性细菌Bacillus Stearothermophilus来源的亮氨酸脱氢酶，根据脱氢反应氧化亮氨酸的酶。亮氨酸脱氢酶不仅对亮氨酸，由于对异亮氨酸和缬氨酸也有底物亲和性，亮氨酸的脱氢酶也会引起异亮氨酸和缬氨酸的脱氢反应。亮氨酸(及异亮氨酸和缬氨酸)的脱氢反应时，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(以下简称为NAD)作为辅酶发挥作用，NAD本身被还原后变化为还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(以下简称为NADH)。通过测定反应生成物NADH的浓度，能够测定亮氨酸等的氨基酸浓度。而且，使用催化其它的氨基酸脱氢反应的酶时，作为辅酶的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(以下简称NADP)发挥作用，此时，通过测定NADP被还原生成的还原型的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(以下简称为NADPH)的浓度，能够测定被测对象的氨基酸浓度。由于生成的NADH失去H以后又易被氧化的性质，在正电极(作用电极)发生氧化反应，此时根据测定由于电子流入作用电极引起的电流，就能够测定产生的NADH的量即被氧化的亮氨酸的量。而且，已知电极上NADH的氧化反应的速度非常慢。为了使其容易发生，通常用传递电子的介质进行介导，按NADH、介质、电极的顺序传递电子。这时候，NADH向电极提供电子被氧化，回到NAD。本实验中将介质放入被测溶液11中测定了电流。另外，作为单体的生物传感器，通常将酶、辅酶、介质固定到传感器的作用电极上，但本实施例中将它们溶解在被测溶液11中进行了实验。
(适当的介质的选择)
首先，在上述的亮氨酸脱氢酶的最适的反应条件碱性(pH10.5)条件下，为了选择适当的介质进行的实验。作为适当的介质的候补，使用(1)Meldola’sBlue(或者麦尔多拉蓝。以下简称MB)(2)1-甲氧基-5-甲基吩嗪甲基硫酸盐(1-methoxy-5-methylphenazirium methyl sulfate)(以下简称PMS)(3)吡咯并喹啉醌(pyrrolo quinoline quinine)(以下简称PQQ)。而且，由于根据酶的选择，最适反应条件不同，介质也与酶兼顾进行最适选择。另外，作为介质，由酶反应生成的NADH或者NADPH被电化学方式还原，对于电极被氧化的物质没有特别的限制。例如从醌类、细胞色素类、铁氧化还原蛋白类、二茂铁及其衍生物等能够进行适当选择。关于各个介质，根据本条件下把握电化学特性的一般方法，比较了只有介质的情况下，和该介质加NADH时的电压-电流特性。电压-电流特性按照一般的方法，使用恒电位器缓慢改变电压进行测定。由于NADH依赖于测定的氨基酸浓度、随着氧化反应生成，通过测定其浓度能够测定氨基酸的浓度。下面的说明显示了一例介质选择时的预实验研究，本发明中这些条件不被限制，选择实际的介质时，也有依赖测于定对象、酶的选择等其它条件，选择的介质也不同的情况。选择介质时，测定只有介质时的电压-电流特性和介质中加入NADH时的电压-电流特性，做成使特性更容易被把握的图。这些图可以被认为表示了介质对NADH的反应程度如何。即，如果仅为介质图形和介质中加入NADH时图形的差异大，则NADH存在时敏锐地反应，电压-电流特性发生变化，对NADH的浓度，进而对氨基酸浓度的测定是适宜的。对于图形的差异，不只是绝对值的差异，整体形状的差异也很大时，被认为更适于依赖NADH的浓度测定，有以下几点理由。通过恒电位器测定时，一旦向极板施加的电压由被测溶液的平衡电位正向移动，由于该极板上的反应倾向于氧化反应，正极电流在极板流动；相反，一旦向极板施加的电压由被测溶液的平衡电位负向移动，由于该极板上的反应倾向于还原反应，负极电流在极板流动。因此，使施加电压增加时和减少时，在不同的地方(极板)产生不同的反应。在此，如果介质特异地作用于反应生成物(这里是NADH)，通常根据NADH的有无电压-电流特性的图形发生很大的变化。这是因为由于介质与反应物之间进行特异的氧化还原反应，相反，NADH被添加时，施加电压达到其氧化还原反应开始时的电压，流动的电流值急剧变大；NADH不被添加时，不会产生那种急剧变化。因此，所谓图形的差异大，对于NADH特异的反应是介质引起的，并且电压-电流特性的变化正确地反映了NADH浓度的变化。
使用MB、PMS、PQQ，在适当设置的各种条件的基础上，测定、比较上述的电压-电流特性。该条件下，MB或PMS的图形绝对值和形状，根据NADH的有无，发生大的变动的情况被确认。因此，从这种条件下的这些校正曲线的图形，首先认为MB或者PMS作为介质是合适的。
但是，据以下的理由，认为MB本身作为介质是不合适的。由于亮氨酸脱氢酶的反应最适条件是pH10.5的碱性液体，这样调整溶液的性质进行实验，但是在这种碱性的液体中，发现随着时间的推移MB不溶解、出现沉淀。因此，这样将MB作为亮氨酸脱氢酶的介质是不适当的。而且，认为在防止MB不溶化的化合物存在下，MB也可作为介质使用。以下的测定，以PMS为介质进行。
(PMS浓度-NADH特异性)当使用PMS作为介质时，为了确认适当的PMS浓度范围，以PMS浓度为参数，测定添加NADH或不添加NADH时的电压-电流特性。因此，可以了解NADH的存在与否对电压-电流特性的差异程度，即对NADH特异性的PMS浓度的依赖性。也就是说，能够决定对于NADH的存在与否，电流值变化大的PMS浓度。图2是PMS的浓度保持在0.01mM时，NADH分别存在或不存在时电压-电流特性的图，图3是PMS浓度为0.1mM时，图4是PMS浓度为1mM时同样的图。图5是总结PMS浓度为0.01mM和0.1mM时的特性。这些图是预实验探讨介质的浓度设定时的一个例子，本发明不限定这些条件，实际的介质浓度设定时，依赖其他条件也存在浓度设定的不同的情况。从图2看，PMS浓度为0.01mM时，NADH不存在时的电流是在-0.0004mA～0.0003mA的范围内，而NADH存在时的电流是在0mA～0.0025mA的范围内，扩大到约3.5倍。而且电流的峰值也从0.0003mA到0.0025mA，约增加到8倍。从图3看，PMS浓度为0.1mM时，NADH不存在时的电流是在-0.0015mA～0.0012mA的范围内，而NADH存在时的电流是在0mA～0.007mA的范围内，扩大到约2.5倍。而且电流的峰值也从0.0012mA到0.007mA，约增加到6倍。另一方面，从图4看，PMS浓度为1M时，NADH不存在时的电流是在-0.015mA～0.07mA的范围内，而NADH存在时的电流是在0mA～0.04mA的范围内，减少到约1/2。而且电流的峰值也从0.07mA到0.04mA，减少到约1/2。因此，PMS浓度在0.01mM和0.1mM时，由于NADH的存在，电流的范围和电流的峰值也扩大到数倍，对NADH有高的特异性，可以说适合NADH浓度的测定。从图5看，PMS浓度在1mM时，由于NADH的存在，电流的范围和峰值不仅不增加，反而减少，不适合于NADH浓度的测定。因此，在该实验条件下，能够确认PMS浓度保持在0.01M～0.1M时，具有非常适合NADH浓度测定的特性。重要的是通过按以上方法研究PMS浓度-NADH特异性的关系，能够得到适于测定NADH的浓度的PMS浓度。
(电压-电流特性)下面，以NADH浓度为参数，测定电压和电流的关系。对于这种电压-电流特性，通过在测定点包含了，依赖于NADH浓度的电流值的变化大(即电流值是大的范围)的条件，能够加大某NADH浓度下的电流值、也能够加大相对于NADH浓度的电流变化程度。因此，由于在测定点包含了这样的电流值的绝对值大的场所，可以提高测定的精确度。图6是保持一定的NADH浓度，测定改变电压时电流的电压-电流特性的图。这个图示是电压-电流设置的预实验的一个例子，本发明不限于这些条件，也有根据实际的电压-电流设置选择的介质、辅酶的种类、以及其他条件的电压-电流设置也不同的情况。作为NADH的浓度，使用了0mM、1mM、2mM、4mM、6mM、8mM及10mM。如图6可知-0.2V附近为测定点，那时可以加大流动的电流值，提高测定的精度。
(NADH浓度-电流特性)下面以施加电压为参数，测定NADH浓度和电流的关系。如果该NADH浓度-电流的关系是直线，相对于NADH浓度的变化电流呈线性反应，适合于测定。因此，这样测定了是否存在使NADH浓度-电流关系成直线的电压。图7，保持一定的电压，测定了改变NADH浓度时电流的NADH浓度-电流特性的图。电压使用了-200mV、-180mV和-100mV。这个图是电压设定和辅酶浓度设定时的一个预实验。本发明不限于这些条件，实际电压设定及辅酶浓度设定时，依照选择的介质、辅酶的种类、浓度及其他条件进行电压设定和辅酶浓度设定也有所不同。从图7可知，无论哪一个电压，NADH浓度和电流几乎成比例。因此，PMS能够提供对其中任何一个电压下，NADH浓度测定时非常需要的特性。
(支链氨基酸的电压-电流特性的比较)下面测定了各个支链氨基酸的电压-电流特性。氨基酸测定时施加电压的电流值表示该氨基酸与酶反应的程度，这与酶对该氨基酸的底物亲和性的程度和反应速度关系密切。因为所说对于亮氨酸脱氢酶的底物亲和性程度和反应速度是指，亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸应该各自不同的值，对应于施加电压的电流应该各不相同。但是，如果亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸3种氨基酸的电压-电流特性在某种程度上是近似的，同样组成的实验系统能够测定各个氨基酸的浓度。而且如此能够用有单一极板系统的氨基酸传感器，通过一次测定操作同时测定这3种氨基酸的总浓度。而且，即便电压-电流特性有某种程度的不同，对于这3种氨基酸施加同样的电压时其电流值的分布在规定范围内，如果该规定范围是容许误差的程度，一次测定操作可测定这3种氨基酸的总浓度。即，氨基酸生物传感器的测定电极和对极之间测定时施加电压，在表示多种特定氨基酸的每一种氨基酸时施加电压和电流值的关系的校正曲线中，优选含有对于各氨基酸施加同样的电压时其电流值分布在规定范围内的施加电压。该规定的范围，3种氨基酸电流内的最小电流对于最大电流的比在80％以上程度，即差异的分布在整体的20％以下程度是合适的。因为如果是这种程度的差异的分布，基于电流值，按最大误差20％以下程度的实用正确性能够推导出3种氨基酸的浓度。更优选施加电压，是使这3种氨基酸的电流值分布成为最小。
而且，分别以适当的浓度同时使用底物特异性和反应速度不同的多种酶，作为其综合的反应结果，通过同等程度调整对各氨基酸底物的特异性和反应速度，对于测定对象的各氨基酸，能够使相同浓度对应的电流值分布变得更小。这样做能够更高精度、更简便地同时测定多种特定氨基酸的总浓度。
对于现有技术的测定点的施加电压的决定方法，通常是以电流最大的点为测定点，但是本发明的方法中不同的是对于多种氨基酸的每一种电流的输出值的幅度变为最小的电压作为测定点的施加电压。这样的话，用有单一极板系统的氨基酸生物传感器，进行单一操作就能测定这些多种氨基酸。而且，对于测定点的施加电压的决定，虽然使多种氨基酸对应的电流分布(分布)尽量降低，而电流的绝对值变大，以它们中间的电压为测定点的施加电压也是可以的。这样的话，能够在单一操作测定多种氨基酸时使误差变小的同时，提高精度。
图8是表示浓度为1mM时，亮氨酸、异亮氨酸及缬氨酸3种氨基酸的电压-电流特性的校正曲线的图。从此图中可以发现3种氨基酸的电流差异分布对应小的电压。从图中知道亮氨酸、异亮氨酸及缬氨酸的图形整体上几乎相同，总体上亮氨酸的电流最大，然后异亮氨酸、缬氨酸的顺序依次变小。对应某电压的电流的绝对值的差变小，而电流的绝对值大时，电流的差异分布是小的。如图所示，了解电压在-0.275V到-0.225V之间，电流的绝对值的差变小。在此范围内，电流绝对值最大时的电压在-0.225V的点，电流最大的亮氨酸的电流为约0.0006mV，电流最小的缬氨酸电流为约0.00048mV。因此，在这个点的缬氨酸对亮氨酸的电流比是0.00048/0.0006＝80％，3种氨基酸的电流的差异分布控制在整体的20％。因此，能够以-0.225V的电压为测定点的施加电压。而且，在电压-0.1V的点，电流最大的亮氨酸的电流为约0.00048mV，电流最小的缬氨酸的电流为约0.0003mV。在这个点的缬氨酸对亮氨酸的电流比是0.0003/0.00048＝62.5％，3种氨基酸的电流差异的分布扩展到接近全体的40％。因此，以-0.1V电压为测定点的施加电压是不合适的。
(支链氨基酸的浓度-电流特性的一致性)图9是以测定点的施加电压为参数，表示每种氨基酸种类的氨基酸浓度-电流特性的校正曲线的图。从图中可以读取不同种类的氨基酸或其混合物的氨基酸浓度和电流的关系。在保持测定点的施加电压一定的条件下，如果氨基酸浓度-电流的关系对于不同种类的氨基酸(或其混合物)近似，能够在其施加电压下，用有单一极板系统的氨基酸生物传感器测定那些氨基酸的浓度。图是各自以不同氨基酸的每一种作为实测点绘出象征符号，然后添加直线的近似线。对于多种氨基酸的混合物，绘出实测的点。关于图的说明，阿拉伯文字V表示缬氨酸，L表示亮氨酸，I表示异亮氨酸，阿拉伯文字的连接表示其氨基酸的混合。阿拉伯文字后面的数字表示测定点的施加电压，是-100mV和-225mV。首先施加电压-100mV时，亮氨酸和异亮氨酸的图形几乎接近，缬氨酸的图与它们有很大的不同，用近似线的斜率来比较的话，只有其他的斜率的1/3到1/2。因此，在施加电压-100mV的情况下，用有单一极板系统的氨基酸生物传感器测定3种支链氨基酸的浓度是不适当的。另一方面，在施加电压-225mV的情况下，3种支链氨基酸的图形非常接近。具体来说，亮氨酸和异亮氨酸的图的斜率几乎一样，异亮氨酸的电流不过大了约0.025μA。缬氨酸的图与其他相比仅仅斜率小，浓度为0mM附近的电流与亮氨酸的电流几乎相同。由此可知用有单一极板系统的氨基酸生物传感器，能测定3种支链氨基酸的浓度。在施加电压-225mV的情况下，确认了能够正确测定多种支链氨基酸的混合物的浓度。亮氨酸和异亮氨酸的浓度2mM的混合物(LI-225)，亮氨酸和缬氨酸的浓度1mM的混合物(LV-225)，亮氨酸和缬氨酸的浓度1mM的混合物(IV-225)，亮氨酸和异亮氨酸和缬氨酸的浓度1.5mM的混合物(LIV-225)，任一个电压与在-225mV相应的3种支链氨基酸的近似线接近，特别是亮氨酸和异亮氨酸的近似线非常接近。据此，在此实验条件下，-225mV的施加电压下，用有单一极板系统的氨基酸生物传感器能够正确测定3种支链氨基酸的总浓度值。因此，设定不同种类的酶、辅酶、介质等，在测定不同种类的氨基酸总浓度值时，能够根据同样的手法设定最适合的施加电压。
(支链氨基酸的生物传感器)下面参照图说明关于本发明的一个实施方式的支链氨基酸生物传感器200的构造。图10是表示支链氨基酸生物传感器200构造的构成图。图10中，用平面图表示传感器部分的构造，框图表示回路的构成。支链氨基酸生物传感器200包括支持体201、测定电极202、对应电极203、测定电极引线部分204、对应电极引线部分205、测定电极端子206、对极端子207、电压-电流特性测定部分251、以及浓度计算部分252。支持体201是传感器部分的基板，由树脂等构成。测定电极202是通过在其上发生反应，进行电子授受的极板，其表面固定了酶(亮氨酸脱氢酶)、辅酶(NAD)、介质(PMS)。这时，酶、辅酶、介质没有一定固定在电极表面的必要，该电极体系的电极间产生的反应空间部分使用吸收性载体进行配置也可以。而且，对于血液样品等的测定，有时样品中存在阻碍酶反应介导的测定的物质，也可以设置除掉那些阻碍物质的方法。测定电极202对应于作用电极21。那些要素的固定化方法能够使用公知的方法。测定电极202通过于测定电极的引线部分204同测定电极端子206连接。对应电极203是用于与测定电极202之间施加电压的与测定电极202的相对方向的电极。对应电极203优选形成包围测定电极202的形状。包括测定电极202和对应电极203的极板系统，能够浸在被测溶液11中，测定电极202和对应电极203构成极板系统，其间的空隙部分能够保持用于测定的被测溶液11。对应电极203通过对应电极引线部分205与对应电极端子207连接。这种构成是2电极方式，但作为加上参照电极的3电极方式也可以。电压-电流特性测定部分251是在测定电极端子206和对应电极端子207，施加测定用的电压，测定其流动电流的构成要素。测定目的施加电压，可以采用固定电压，也可以随时间变化，该施加电压在表示对于支链氨基酸的每一种的施加电压和电流值的关系的校正曲线中，必须使施加的电压达到对于各氨基酸施加同样的电压时其电流值分布在规定范围内。因为在这种施加电压下测定的电流，能够正确定量支链氨基酸的总浓度。浓度计算部分252接收由电压-电流特性测定部分251测定的电压-电流特性，通过将其与校正曲线上基准数据比较，计算出支链氨基酸的浓度。而且，为了从电流对支链氨基酸进行定量化，根据考虑施加电压和时间的关系的校正曲线，算出支链氨基酸浓度，能够进行反映时间变化、更正确的测定。另外，也可以预先测定和定义了连温度特性都考虑的校正曲线，通过在极板体系附近设置温度传感器测定温度，连温度都考虑，计算出支链氨基酸的浓度。
下面就支链氨基酸传感器200的操作进行说明。首先，在含有被测支链氨基酸的被测溶液11中，浸入由电压-电流特性测定部分251施加了测定目的施加电压的极板系统。测定机体信息时，被测溶液11是血液等来源于机体的物质。极板系统被浸入被测溶液11中，测定电极202上固定的亮氨酸脱氢酶、NAD、PMS溶解于被测溶液11中。被测溶液11中的支链氨基酸由亮氨酸脱氢酶引起脱氢反应，此时NAD变为还原型的NADH。NADH通过PMS的介导，在测定电极202接受电子，自身被氧化再变为NAD。此时，由于测定电极202得到电子，电流由对应电极203向测定电极202流动。电压-电流特性测定部分251测定该电流，读取该结果的浓度测定部分252计算出支链氨基酸的浓度。算出的氨基酸浓度作为数据被输出。
(芳香族氨基酸生物传感器)
下面对以测定对象氨基酸为芳香族氨基酸的本发明的其他实施方式进行说明。包括苯丙氨酸和酪氨酸的芳香族氨基酸，由于共同拥有苯环的构造类似性，存在对其有共同底物亲和性的酶。例如苯丙氨酸脱氢酶能用于这样的目的。那样的酶，通过使用具有对于各芳香族氨基酸浓度-电流特性测定近似的测定时的施加电压的物质，用有单一极板系统的氨基酸生物传感器能够测定芳香族氨基酸的总浓度是可能的。因此，在支链氨基酸传感器200中，将酶替换为那样的物质，将电压-电流特性测定部分251替换成能提供芳香族氨基酸测定点的物质，以及将浓度计算部分252替换成能计算芳香族氨基酸浓度的物质，具有这样构成的生物传感器为芳香族氨基酸生物传感器300(无显示图)。辅酶、介质能够选择适当的物质。芳香族氨基酸生物传感器300与支链氨基酸传感器200进行同样操作。
(费歇尔比生物传感器)下面就以费歇尔比为测定对象的本发明的其他实施方式进行说明。费歇尔比生物传感器400的传感器部分，具有所述的支链氨基酸生物传感器200的传感器部分和芳香族氨基酸生物传感器300的传感器部分的极板系统接近、复合的构造。由于此构造，同时测定被测溶液11中支链氨基酸浓度和芳香族氨基酸浓度成为可能。图11是表示费歇尔比生物传感器400的构造的构成图。图11中用平面图表示传感器部分的构造，用框图表示回路的构成。图11中对应于图10的支链氨基酸生物传感器200的构成要素，采用了同样的符号来表示构成要素。费歇尔比生物传感器400包括有共同支持体201的支链氨基酸生物传感器200和芳香族氨基酸生物传感器300以及费歇尔比计算部分450。费歇尔比计算部分450是从浓度测定部分252以及352各自接受支链氨基酸浓度和芳香氨基酸浓度，通过支链氨基酸除以芳香族氨基酸，计算出费歇尔比。计算BTR值时，可以换用芳香族氨基酸传感器，使用酪氨酸生物传感器，此时的酶可例举酪氨酸单加氧酶。如使用费歇尔比生物传感器400，一次操作能够求出费歇尔比。费歇尔比生物传感器400还能够独立输出支链氨基酸浓度和芳香族氨基酸浓度。
(其他的生物传感器)在上述的实施方式中，对用于支链氨基酸浓度、芳香族氨基酸浓度、费歇尔比测定的生物传感器进行了说明，本发明也能扩大到能用单一极板系统，测定其他的多种氨基酸的总浓度的氨基酸生物传感器。即，对于测定对象的多种氨基酸，可以选择酶、辅酶、介质以达到测定时的施加电压，在表示对于该多种氨基酸的每一种的施加电压和电流值的关系的校正曲线中，存在对于各氨基酸施加同样电压时其电流值分布在规定范围内，选择存在这样电压的，在测定点含有该施加电压为好。而且，关于本发明的生物传感器，不仅限于氨基酸，胆固醇、激素等也能适用。即，通过使用对于氨基酸以外的多种物质的每一种具有几乎同等底物亲和性的酶，能够构成用单一的极板系统测定该多种物质总浓度的生物传感器。而且，将测定多种氨基酸的生物传感器和测定单独的氨基酸或机体成分的生物传感器组合起来，能够合为一个生物传感器。即，通过制作传感器内设2条路径以上的测定回路的生物传感器，能够提供同时得到对于想要的健康指标的计算必要的多种输入值的生物传感器。
(健康信息管理系统)上述的支链氨基酸生物传感器200、芳香族氨基酸生物传感器300以及费歇尔比生物传感器400都是用单一的测定操作，能够简便地测定费歇尔比等复合的氨基酸的检查值。现有技术中，这种氨基酸的检查值必须将采取的血液等机体样本送到检查机构等，才能进行测定，而且需要花时间才能知道结果。因此，费歇尔比等，尽管是健康上非常重要意义的检查值，其测定的必要手段很繁琐，现状是没有被充分利用。但是，使用本发明的生物传感器，入院患者在床上接受检查，健康人可以在自己的家中简便测定费歇尔比等。为了能够这样简单地个人进行费歇尔比等测定，通过利用网络对个人测定的费歇尔比进行收集、分析，能够构建提供关于氨基酸的适当的健康信息系统。关于本发明的一个实施方式的健康信息管理系统500是以此目的构成的系统。以下对其进行说明。
以下参照图12，对关于本发明的一个实施方式，即健康信息管理系统500的构成进行说明。图12是表示健康信息管理系统500的简略构成图。健康信息管理系统500大体包括费歇尔比生物传感器400、用户终端502及服务器506。费歇尔比生物传感器400与用户终端502连接，测定的费歇尔比在用户终端502输出。费歇尔比生物传感器400，优选地，不仅输出费歇尔比，也输出支链氨基酸浓度、芳香族氨基酸浓度。用户终端502在用户家里等设置，是通过网络501接入服务器506的终端，优选地，是为此安装了应用软件、有网络功能的PC、PDA、电话机、移动电话机等的信息终端。用户终端502通过应用软件和硬件的协同作用，提供费歇尔比发送设备503、健康信息评价接收设备504以及输出设备505的机能要素。费歇尔比发送设备503是由费歇尔比生物传感器400接收费歇尔比、支链氨基酸浓度、芳香族氨基酸浓度，通过网络501向服务器506发送。健康信息评价接收设备504通过网络501，从服务器6接收用户的费歇尔比等测定值相关的健康信息评价。输出设备505是将接收的健康信息评价输出到画面等的构成要素，通过显示器输出信息的Web浏览器等的形式。服务器506是提供健康信息管理的服务器，典型地被设置在Web的网络上，能够通过Web提供服务。服务器506通过健康信息管理的应用软件和硬件的协同作用，提供费歇尔比接收设备507、健康信息评价设备508、健康标准数据管理设备509、健康信息更新方法510、健康信息数据管理设备511以及健康信息评价发送设备512的机能要素。费歇尔比接收设备507从用户终端502接收费歇尔比等。健康信息评价设备508通过将接收的费歇尔比等，与储存于健康标准数据管理设备509中的费歇尔比等的用于评价测定值的标准数据进行比较，进行测定值的判定，导出相对应的评价等的健康信息评价。健康信息更新方法510从储存其的健康信息数据管理设备511中获取关于用户的费歇尔比等的测定值，用新的测定值进行更新，使之记忆于健康信息数据管理设备511。健康信息发送设备512将导出的健康信息评价向用户终端502发送。
下面说明健康信息管理系统500的操纵。使用健康信息管理系统500的用户，优选地，使用前作为会员登录。登录例如能通过因特网的Web站进行。图13是会员登录画面的图像。通过此画面，在健康信息管理系统500中登录会员的基本信息。登录的信息是姓名、性别、出生年月日、住所、电话号码、网址等基本信息。在基本信息的基础上，也可以包括身高、体重、血型、既往史、饮酒频率、吸烟史有无、肝功检查(GOT、GPT、γ-GPT等)等的健康相关信息。这些信息能够在导出健康信息时补充使用。根据这个登录，作成该会员健康信息的记录，记忆于健康信息数据管理设备511中。
会员在自己家里等处，自己采取少量组织液或者血液，将其滴入费歇尔比生物传感器400的极板系统的部分。这样，费歇尔比生物传感器400测定血液中支链氨基酸浓度、芳香族氨基酸浓度以及费歇尔比，其测定值被数字化，输出到费歇尔比送信设备503。费歇尔比送信设备503对其测定值加上会员特定的信息，通过网络501向费歇尔比接收设备507发送。并且，优选用户终端502在从费歇尔比生物传感器400接收测定值阶段，从输出设备505表示。图14是此目的测定值输出画面的图像。费歇尔比接收设备507将接收的测定值发送到健康信息评价设备508。健康信息评价设备508从健康标准数据管理设备509取得费歇尔比等的基准值，通过将测定值与其比较，进行测定值的判定、对测定值评价的抽取，做成健康信息评价。其标准值按不同年龄、性别做成，优选使用与会员年龄、性别一致的基准值。健康信息更新设备510在健康信息数据管理设备511中，检索、获得该会员的健康信息，在使其反映新的测定值的基础上，记忆储存于健康信息数据管理设备511。健康信息更新设备510也做成表示测定值推移的数据。优选地构成测定值推移的图形。健康信息评价发送设备512将导出的健康信息评价、测定值的推移图形等，通过网络501向用户终端502发送。健康信息评价接收设备504通过网络501，由健康信息评价发送设备512接收健康信息评价、测定值的推移图形。输出设备505表示接受的测定值的推移图形和健康信息评价。图15是表示测定值的推移的测定值推移输出画面的图像。其画面上，以测定日为横轴，对费歇尔比和支链氨基酸(BCAA)浓度进行描点，显示时间的推移。优选改变在基准值的范围内和范围外描点的象征的颜色，使视觉上容易区分表示的意义。图16是表示健康信息评价的健康信息评价输出画面的图像。在图例中，关于费歇尔比，由于在基准值以下，判定为“需要检查”，测定值有下降的趋势，由于在基准值以下，其要旨在“评价”中被记述。而且，关于支链氨基酸浓度，因为在基准值之内，被判定为“正常”，由于测定值有下降的趋势，其要旨也在“评价”中被记述。作为“评价”(建议)，另外，也使用身体状况、健康状态相关信息、为了维持和改善有关身体状态、健康状态的信息、饮食食谱信息、关于食品的成分、商品的信息等。这样关于健康信息管理系统500，可以简便地测定、管理利用了费歇尔比等的氨基酸测定值，能够提供基于此的健康信息。
关于本发明的生物传感器，有对各种氨基酸、机体成分等进行测定的扩充可能。因此，利用了那样的生物传感器的健康信息管理系统，也能够应用于同健康无直接关系的机体信息管理系统。因此，本说明书中“健康信息”用语的意义可以是与机体相关的信息，也可以是与健康的直接关系还不被了解的指标相关的信息。
附图的简单说明图1表示试验系100的构成要素的构成图。
图2是PMS的浓度保持在0.01mM时的、NADH的有或无各情况下的电压-电流特性的图形。
图3是PMS的浓度保持在0.1mM时的、NADH的有或无各情况下的电压-电流特性的图形。
图4是PMS的浓度保持在1mM时的、NADH的有或无各情况下的电压-电流特性的图形。
图5是PMS的浓度保持在0.01mM及0.1mM时的、NADH的有或无各情况下的电压-电流特性的图形。
图6是NADH浓度保持一定，测定改变电压时的电流的电压-电流特性图形。
图7是电压保持一定、测定改变NADH浓度时的电流的NADH浓度-电流特性图形。
图8是浓度1mM时，表示亮氨酸、异亮氨酸以及缬氨酸3种氨基酸的电压-电流特性的校正曲线的图形。
图9是以测定点的施加电压为参数，表示每种氨基酸的氨基酸浓度-电流特性的校正曲线的图形。
图10是表示支链氨基酸生物传感器200的构造的构成图。
图11是表示费歇尔比生物传感器400的构造的构成图。
图12是表示健康信息管理系统500的简略构成的构成图。
图13是会员登录画面图像。
图14是测定值输出画面的图像。
图15是表示测定值的推移测定值推移输出画面的图像。
图16是表示健康信息评价的健康信息评价输出画面的图像。
符号的说明11被测溶液
12氯化物水溶液13反应槽14氯化物水溶液槽21作用电极22对应电极23参照电极24盐桥25吸气口31恒电位器32计录器33函数发生器34多磁搅拌器100实验系统200支链氨基酸生物传感器201支持体202测定电极203对应电极204测定电极引线部分205对应电极引线部分206测定电极端子207对应电极端子251电压-电流特性测定部分252浓度计算部分300芳香族氨基酸生物传感器302测定电极303对应电极304测定电极引线部分305对应电极引线部分306测定电极端子307对应电极端子351电压-电流特性测定部分
352浓度计算部分400费歇尔比生物传感器500健康信息管理系统501网络502用户终端503费歇尔比发送设备504健康信息评价接收设备505输出设备506服务器507费歇尔比接收设备508健康信息评价设备509健康基准数据管理设备510健康信息更新设备511健康信息数据管理设备512健康信息评价发送设备
权利要求
1.氨基酸生物传感器，该传感器用于测定多种特定氨基酸总浓度值，其包括测定电极和对应电极，所述测定电极以酶和介质为构成要素，所述酶是选择性地至少以所述多种特定氨基酸为底物的酶，其中，所述的酶对于所述多种特定氨基酸的每一种具有底物亲和性，所述的酶通过以所述特定氨基酸作为底物的反应，生成反应生成物，在测定氨基酸浓度时，所述介质在所述反应生成物和所述测定电极之间传递电子，以及所述氨基酸生物传感器的所述测定电极和所述对应电极之间在测定时的施加电压包含如下施加电压在表示所述多种特定氨基酸的每一种在特定浓度下的施加电压和电流值的关系的校正曲线中，该电压使得对浓度相同的每种氨基酸施加相同电压时的电流值的分布在规定的范围内。
2.权利要求1所述的氨基酸生物传感器，其中，所述氨基酸生物传感器中的所述测定电极和对应电极之间在测定时的施加电压包含如下施加电压，在表示所述多种特定氨基酸的每一种在特定的浓度下的施加电压和电流值的关系的校正曲线中，该电压使得对浓度相同的每种氨基酸施加相同电压时的电流值的分布为总体的20％以内。
3.权利要求1所述的氨基酸生物传感器，其中，所述测定电极还以辅酶作为构成要素，所述酶是脱氢酶，所述反应生成物是所述辅酶被还原得到的还原型辅酶，以及所述介质在测定氨基酸浓度时，从所述还原型辅酶向所述测定电极传递电子。
4.支链氨基酸生物传感器，在权利要求3所述的氨基酸生物传感器中，所述的多种特定氨基酸是包括亮氨酸、缬氨酸以及异亮氨酸的支链氨基酸，所述脱氢酶是亮氨酸脱氢酶，以及所述辅酶是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸。
5.权利要求4所述的支链氨基酸生物传感器，其中，所述介质是PMS。
6.芳香族氨基酸生物传感器，在权利要求3所述的氨基酸生物传感器中，所述的多种特定氨基酸是包括苯丙氨酸及酪氨酸的芳香族氨基酸，所述的脱氢酶是苯丙氨酸脱氢酶。
7.费歇尔比生物传感器，其包括权利要求4所述的支链氨基酸生物传感器和权利要求6所述的芳香族氨基酸生物传感器，和费歇尔比计算设备，所述费歇尔比计算设备通过所述支链氨基酸生物传感器测定的支链氨基酸浓度除以所述芳香族氨基酸生物传感器测定的芳香族氨基酸浓度，算出费歇尔比。
8.机体信息管理系统，所述机体信息管理系统包括管理会员的机体信息的机体信息管理设备、和用于会员与该机体信息管理设备通信的会员终端，其中，所述机体信息管理设备包括管理包含氨基酸浓度的会员机体信息数据的机体信息数据管理设备，和通过网络从所述会员终端接收所述氨基酸浓度的第1接收设备，和通过将所述氨基酸浓度与规定的基准比较，导出机体信息评价的机体信息评价设备，和通过网络将导出的所述机体信息评价发送到所述会员终端的第1发送设备，以及所述会员终端包括权利要求1所述的氨基酸生物传感器，和通过网络将由所述氨基酸生物传感器测定的氨基酸浓度发送到该机体信息管理设备的第2发送设备，和通过网络从所述机体信息管理设备接收所述机体信息评价的第2接收设备，和输出接收的所述机体信息评价的输出设备。
9.健康信息管理系统，所述健康信息管理系统包括管理会员的健康信息的健康信息管理设备、和用于会员与该健康信息管理设备通信的会员终端，其中，所述健康信息管理设备包括管理包含血中支链氨基酸浓度的会员健康信息数据的健康信息数据管理设备，和通过网络从所述会员终端接收所述血中支链氨基酸浓度的第1接收设备，和通过将所述血中支链氨基酸浓度与规定基准比较，导出健康信息评价的健康信息评价设备，和通过网络向会员终端发送导出的所述健康信息评价的第1发送设备，以及所述会员终端包括权利要求4所述的支链氨基酸生物传感器，和通过网络将由所述支链氨基酸生物传感器测定的血中支链氨基酸浓度发送到所述健康信息管理设备的第2发送设备，和通过网络从所述健康信息管理设备接收所述健康信息评价的第2接收设备，和输出接收的所述健康信息评价的输出设备。
10.健康信息管理系统，所述健康信息管理系统包括管理会员的健康信息的健康信息管理设备、和用于会员与该健康信息管理设备通信的会员终端，其中，所述健康信息管理设备包括管理包含费歇尔比的会员健康信息数据的健康信息数据管理设备，和通过网络从所述会员终端接收所述费歇尔比的第1接收设备，和通过将所述费歇尔比与规定基准比较，导出健康信息评价的健康信息评价设备，和通过网络向会员终端发送导出的所述健康信息评价的第1发送设备，以及所述会员终端包括权利要求7所述的费歇尔比生物传感器，和通过网络将通过所述的费歇尔比生物传感器测定的血中氨基酸的费歇尔比发送到所述健康信息管理设备的第2发送设备，和通过网络从所述健康信息管理设备接收所述健康信息评价的第2接收设备，和输出接收的所述健康信息评价的输出设备。
11.测定被测溶液中多种特定氨基酸总浓度值的方法，该方法使用以下的氨基酸生物传感器测定被测溶液中的多种特定氨基酸总浓度值，所述氨基酸传感器包括测定电极和对应电极，所述测定电极具有作为构成要素的酶和介质，所述酶是选择性地至少以多种特定氨基酸为底物的酶，所述酶对所述多种特定氨基酸的每一种具有底物亲和性，所述酶通过以所述特定的氨基酸为底物的反应，生成反应生成物，以及在测定氨基酸浓度时，所述的介质在所述反应生成物和所述测定电极之间传递电子；其中，该方法包括以下步骤所述的氨基酸生物传感器与被测溶液接触的步骤，和在所述的氨基酸生物传感器的所述测定电极和所述对应电极之间施加电压的步骤，所述电压如下，在表示所述多种特定氨基酸的每一种在特定浓度下的施加电压和电流值关系的校正曲线中，该电压使得对相同浓度的每种氨基酸施加相同电压时的电流值分布在规定的范围，和测定在所述施加电压下所述测定电极和所述对应电极之间的响应电流值的步骤，和求出所述校正曲线中与所述施加电压及所述响应电流值对应的氨基酸浓度，作为所述被测溶液中所述多种特定氨基酸总浓度值的步骤。
12.健康指标的测定方法，该方法使用下列第1和第2氨基酸生物传感器从来源于机体的被测溶液导出健康指标，所述第1氨基酸生物传感器，包括测定电极和对应电极，所述测定电极以酶和介质为构成要素，所述酶是选择性地至少以多种特定氨基酸为底物的酶，所述酶对所述多种特定氨基酸的每一种具有底物亲和性，所述酶通过以所述特定的氨基酸为底物的反应，生成反应生成物，以及在测定氨基酸浓度时，所述的介质在所述反应生成物和所述测定电极之间传递电子；所述第2氨基酸生物传感器，包括测定电极和对应电极，所述测定电极以酶和介质为构成要素，所述酶是选择性地以所述的多种特定氨基酸以外的单一氨基酸为底物的酶，所述酶通过以所述单一的氨基酸为底物的反应，生成反应生成物，以及在测定氨基酸浓度时，所述的介质在所述反应生成物和所述测定电极之间传递电子；其中，该方法包括以下步骤所述的第1氨基酸生物传感器和所述第2氨基酸生物传感器与来源于机体的被测溶液接触的步骤；和在所述的第1氨基酸生物传感器的所述测定电极和所述对应电极之间施加电压的步骤，所述电压，在表示所述多种特定氨基酸每一种在特定浓度下的施加电压和电流值关系的校正曲线中，使得对相同浓度的每种氨基酸施加相同电压时的电流值分布在规定的范围内；和测定在所述施加电压下所述测定电极和所述对应电极之间的响应电流值的步骤；和求出所述校正曲线中与所述施加电压及所述响应电流值对应的氨基酸浓度，作为所述被测溶液中所述多种特定氨基酸总浓度值的步骤，和在所述第2氨基酸生物传感器的所述测定电极和所述对应电极之间，施加规定的电压的步骤；和测定在所述施加电压下所述测定电极和所述对应电极之间的响应电流值的步骤；和求出与所述规定的施加电压和所述响应电流值对应的氨基酸浓度，作为所述被测溶液中单一氨基酸的浓度的步骤，和通过以所述求得的多种特定氨基酸浓度和所述求得的单一氨基酸的浓度作为输入信息的规定的演算，导出规定的健康指标的步骤。
13.健康指标的测定方法，该方法使用下列第1和第2氨基酸生物传感器从来源于机体的被测溶液导出健康指标，所述第1氨基酸生物传感器，包括测定电极和对应电极，所述测定电极以酶和介质为构成要素，所述酶是选择性地至少以多种特定氨基酸为底物的酶，所述酶对所述多种特定氨基酸的每一种具有底物亲和性，所述酶通过以所述特定的氨基酸为底物的反应，生成反应生成物，以及在测定氨基酸浓度时，所述的介质在所述反应生成物和所述测定电极之间传递电子；所述第2氨基酸生物传感器，包括测定电极和对应电极，所述测定电极以酶和介质为构成要素，所述酶是选择性地以所述多种特定氨基酸以外的多种其他特定氨基酸为底物的酶，所述酶对所述多种其他特定氨基酸的每一种具有底物亲和性，所述酶通过以所述多种其他特定氨基酸为底物的反应，生成反应生成物，以及在测定氨基酸浓度时，所述的介质在所述反应生成物和所述测定电极之间传递电子；其中，该方法包括以下步骤所述的第1氨基酸生物传感器和所述第2氨基酸生物传感器与来源于机体的被测溶液接触的步骤；和在所述的第1氨基酸生物传感器的所述测定电极和所述对应电极之间施加电压的步骤，所述电压，在表示所述多种特定氨基酸每一种在特定浓度下的施加电压和电流值关系的校正曲线中，使得对相同浓度的每一种氨基酸施加相同电压时的电流值分布在规定的范围内；和测定在所述施加电压下所述测定电极和所述对应电极之间的响应电流值的步骤；和求出所述校正曲线中与所述施加电压及所述响应电流值对应的氨基酸浓度，作为所述被测溶液中所述多种特定氨基酸总浓度值的步骤；和在所述的第2氨基酸生物传感器的所述测定电极和所述对应电极之间施加电压的步骤，所述电压，在表示所述多种其他的特定氨基酸每一种在特定浓度下的施加电压和电流值关系的校正曲线中，使得对相同浓度的每种氨基酸施加相同电压时的电流值分布在规定的范围内；和测定在所述施加电压下所述测定电极和所述对应电极之间的响应电流值的步骤；和求出所述校正曲线中与所述施加电压及所述响应电流对应的氨基酸浓度，作为被测溶液中所述其他多种特定氨基酸的总浓度的步骤；和通过以所述求得的多种特定氨基酸浓度和所述求得的其他多种氨基酸的浓度作为输入信息的规定的演算，导出规定的健康指标的步骤。
14.健康指标的测定方法，该方法使用下列氨基酸生物传感器和机体成分生物传感器从来源于机体的被测溶液导出健康指标，所述氨基酸生物传感器，包括测定电极和对应电极，所述测定电极以酶和介质为构成要素，所述酶是选择性地至少以多种特定氨基酸为底物的酶，所述酶对所述多种特定氨基酸的每一种具有底物亲和性，所述酶通过以所述特定的氨基酸为底物的反应，生成反应生成物，以及在测定氨基酸浓度时，所述的介质在所述反应生成物和所述测定电极之间传递电子；所述机体成分生物传感器，包括测定电极和对应电极，所述测定电极以酶和介质为构成要素，所述酶是选择性地以特定的机体成分为底物的酶，所述酶通过以所述机体成分为底物的反应，生成反应生成物，以及在测定机体成分的浓度时，所述的介质在所述反应生成物和所述测定电极之间传递电子，其中，该方法包括以下步骤所述的氨基酸生物传感器和上述机体成分生物传感器与来自机体的被测溶液接触的步骤；和在所述氨基酸生物传感器的所述测定电极和所述对应电极之间施加电压的步骤，所述电压，在表示所述多种特定氨基酸每一种在特定浓度下的施加电压和电流值关系的校正曲线中，使得对相同浓度的每种氨基酸施加相同电压时的电流值分布在规定的范围内；和测定在所述施加电压下所述测定电极和对应电极之间的响应电流值的步骤；求出所述校正曲线中与所述施加电压及所述响应电流值对应的氨基酸浓度，作为被测溶液中所述多种特定氨基酸总浓度值的步骤；和在所述机体成分生物传感器的所述测定电极和所述对应电极之间，施加规定的电压的步骤；和测定在所述施加电压下所述测定电极和所述对应电极之间的响应电流值的步骤；和求出与所述规定的施加电压和所述响应电流值对应的机体成分浓度，作为所述被测溶液中机体成分的浓度的步骤；和通过由所述求得的多种特定氨基酸浓度和所述求得的机体成分的浓度作为输入信息的规定的演算，导出规定的健康指标的步骤。
15.权利要求14所述的健康指标的测定方法，其中，所述机体成分为2种以上，所述机体成分生物传感器，对应所述2种以上的各机体成分设置为2个以上。
全文摘要
提供能用单一的极板系统测定多种氨基酸的总浓度的生物传感器。用于测定多种特定氨基酸总浓度值的氨基酸生物传感器(200)，包括由该多种特定氨基酸作为选择性底物的酶以及介质作为构成要素的测定电极(202)和对应电极(203)，该酶对于该多种特定氨基酸的每一种具有底物亲和性，该酶通过该特定氨基酸作为底物的反应生成反应生成物，在氨基酸浓度测定时，介质在反应生成物和测定电极间传递电子，以及测定时在氨基酸生物传感器的测定电极和对应电极之间的施加电压，其施加电压为在表示对于多种特定氨基酸的每一种施加电压和电流值的关系的校正曲线中，对于每种氨基酸施加相同电压时其电流值的分布在规定范围内。
文档编号A61B5/00GK1938584SQ20058000985
公开日2007年3月28日 申请日期2005年2月7日 优先权日2004年2月6日
发明者木村英一郎 申请人:味之素株式会社