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JP4089975B2 - Electrode for electrochemical measurement, method for producing the same, and electrochemical biosensor - Google Patents
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Electrode for electrochemical measurement, method for producing the same, and electrochemical biosensor Download PDF

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Description

本発明は電気化学測定用電極およびその製造方法ならびに電気化学バイオセンサーに関する。   The present invention relates to an electrode for electrochemical measurement, a method for producing the same, and an electrochemical biosensor.

電気化学測定法は、生体分子の濃度を簡便かつ感度良く測定できることから、電気化学式のバイオセンサーの研究が盛んに行われている。電気化学バイオセンサーは、人を含む動物の血液や体液中の電気化学活性を有する測定対象物質をそのまま、あるいは電気化学活性の内物質については生体触媒である酵素などで電気化学活性を持つ物質に変換したのち、電極上で直接酸化あるいは還元することで検出する技術の総称である。   Since electrochemical measurement methods can measure the concentration of biomolecules easily and with high sensitivity, research on electrochemical biosensors has been actively conducted. Electrochemical biosensors can be used to measure substances that have electrochemical activity in the blood and body fluids of animals including humans as they are, or for substances that have electrochemical activity, such as enzymes that are biocatalysts. It is a general term for technologies that are detected by direct oxidation or reduction on the electrode after conversion.

生体試料内には電気化学活性を有する物質が多く存在し、測定対象物質の測定電位で反応する、或いは、酵素−電子移動メディエーター複合電極の電子移動を阻害するものが存在するため、測定対象物質からのみ得られる応答を得ることが困難である。このような測定上妨害となる物質(以下、このような物質を夾雑物質と総称)には、L−アスコルビン酸、尿酸などがある。   Many biologically active substances exist in biological samples and react at the measurement potential of the substance to be measured, or there are substances that inhibit the electron transfer of the enzyme-electron transfer mediator composite electrode. It is difficult to obtain a response that can only be obtained from. Examples of such substances that interfere with measurement (hereinafter, these substances are collectively referred to as contaminants) include L-ascorbic acid and uric acid.

これらの影響を除去するための方法として、電極上を高分子膜で修飾する方法が挙げられる。これまで高分子膜には、ナフィオン膜や過剰に酸化したポリピロール膜(過酸化ポリピロール膜)、ポリアニリン膜、ポリイオンコンプレックス膜などが用いられてきた。   As a method for removing these influences, there is a method in which the electrode is modified with a polymer film. Until now, Nafion films, excessively oxidized polypyrrole films (peroxidized polypyrrole films), polyaniline films, polyion complex films, and the like have been used as polymer films.

ナフィオン膜ではスルホン酸基を、過酸化ポリピロール膜ではカルボキシル基を有し、静電反発によりL−アスコルビン酸や尿酸のようなアニオン性分子が電極上へ拡散するのを抑制することができる(非特許文献1)。ポリイオンコンプレックス膜では、分子サイズの違いを利用して、アニオン性分子が電極上に拡散するのを抑制することができる(非特許文献2)。
M.N.Szentirmay and C.R.Martin,Anal.Chem.,1984,56,1898−1902 S.Yabuki,F.Mizutani,Y.Hirata,Sensors and Actuators B76(2001)142−146
The Nafion membrane has a sulfonic acid group, and the polypyrrole peroxide membrane has a carboxyl group, and can suppress the diffusion of anionic molecules such as L-ascorbic acid and uric acid onto the electrode due to electrostatic repulsion (non- Patent Document 1). In the polyion complex membrane, it is possible to suppress the diffusion of anionic molecules on the electrode by utilizing the difference in molecular size (Non-patent Document 2).
M.M. N. Szentirmay and C.I. R. Martin, Anal. Chem. , 1984, 56, 1898-1902 S. Yabuki, F .; Mizutani, Y. et al. Hirata, Sensors and Actuators B76 (2001) 142-146

拡散制御膜として、ナフィオンを用いた場合では、ナフィオン膜が、高分子溶液を展開し、有機溶媒を乾燥させて形成することから、有機溶媒の揮発後に残る高分子膜内部のポアのサイズが比較的大きく、アニオン性夾雑物も簡単に拡散することから、十分な拡散制御効果を得るために必要な厚さとして、数μmオーダーの膜厚で形成する必要があった。   When Nafion is used as the diffusion control film, the Nafion film is formed by spreading the polymer solution and drying the organic solvent, so the pore size inside the polymer film remaining after volatilization of the organic solvent is compared. Since anionic impurities are also easily diffused, the thickness required to obtain a sufficient diffusion control effect has to be formed with a thickness on the order of several μm.

その結果、測定対象物質が電極に到達するための拡散距離も大きくなり、測定感度が低下するという問題があった。また、電極本体との密着性が良くないため、長期安定性に欠けるという問題点がある。また過酸化ポリピロール膜においても、非常に薄い状態で形成されることから、測定対象物質の濃度が高い場合には、測定妨害物質存在下でも測定が可能であるが、測定対象物質の濃度が低い場合には、その選択検出は達成されていない。   As a result, there is a problem that the diffusion distance for the measurement target substance to reach the electrode is increased and the measurement sensitivity is lowered. Moreover, since the adhesiveness with the electrode body is not good, there is a problem that long-term stability is lacking. Also, since the polypyrrole peroxide film is formed in a very thin state, when the concentration of the measurement target substance is high, measurement can be performed even in the presence of a measurement interfering substance, but the concentration of the measurement target substance is low. In some cases, the selection detection has not been achieved.

以上のように、生体分子の高感度、あるいは高選択検出には、測定対象物質の電極上への拡散を阻害せず、夾雑物質のみの拡散を制御することのできる、或いは、測定対象物質の測定電位と夾雑物質の測定電位を分離させることのでき、かつ密着性の良い電極修飾膜を必要とする。   As described above, high-sensitivity or high-selection detection of biomolecules can control the diffusion of only the contaminant substance without inhibiting the diffusion of the analyte substance on the electrode. An electrode modification film capable of separating the measurement potential from the measurement potential of the contaminant and having good adhesion is required.

上述の課題を解決するため、本発明による電気化学測定用電極は、電気化学測定用の電極本体の表面に、有機固体材料をターゲットとして高周波スパッタ法により作製された高分子薄膜が修飾されており、前記ターゲットは、固体の高分子Aの上に、前記高分子Aと異なる分子構造を有する高分子B溶液を展開し乾燥させたものであることを特徴とする。 To solve the problems described above, an electrochemical measurement electrode according to the present invention, the surface of the electrode body for electrochemical measurements are polymeric films made by high-frequency sputtering method modified as a target organic solid materials The target is obtained by developing and drying a polymer B solution having a molecular structure different from that of the polymer A on the solid polymer A.

更に本発明による電気化学測定用電極の製造方法は、電極本体上に、固体の高分子Aの上に、前記高分子Aと異なる分子構造を有する高分子B溶液を展開し乾燥させた複合材料をターゲットとして用い、高周波スパッタで前記電極本体上に微細なグレインが高密度に凝縮した構造を有する高分子膜を形成することを特徴とする。   Further, the method for producing an electrode for electrochemical measurement according to the present invention is a composite material in which a polymer B solution having a molecular structure different from that of the polymer A is spread on a solid polymer A and dried on the electrode body. And a polymer film having a structure in which fine grains are densely condensed on the electrode body by high-frequency sputtering.

また、本発明による電気化学バイオセンサーは、試料を流通させるための流路とこの流路を流れる試料に接するように設けられた請求項1による電気化学測定用電極と、前記電極の参照電極、対向電極とを備えたことを特徴としている。   An electrochemical biosensor according to the present invention comprises a channel for circulating a sample, an electrode for electrochemical measurement according to claim 1 provided so as to be in contact with the sample flowing through the channel, a reference electrode for the electrode, And a counter electrode.

本発明による高分子膜修飾電極(電気化学測定用電極)およびそれを用いたバイオセンサーは、カチオン性或いはノニオン性分子を測定対象とする際に妨害となるL−アスコルビン酸や尿酸などアニオン性分子を排除できるという特徴を有する。このため、生体内物質、或いは細胞から放出される物質を選択性良く測定することができるという効果を有する。   The polymer membrane modified electrode (electrochemical measurement electrode) according to the present invention and the biosensor using the same are anionic molecules such as L-ascorbic acid and uric acid that interfere with the measurement of cationic or nonionic molecules. It can be excluded. For this reason, it has the effect that the in-vivo substance or the substance released from the cell can be measured with high selectivity.

本発明によれば、生体内レベルの中性溶液中でアニオン性を呈する官能基を密度の高い状態で含み、反応電極との密着性が高く、膜厚制御性に優れた拡散制御膜を提供する。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the diffusion control film | membrane which contains the functional group which exhibits anionic property in the neutral solution in a living body level in a high-density state, has high adhesiveness with a reaction electrode, and was excellent in film thickness controllability. To do.

本発明による電気化学測定用電極は、電極基板上に有機固体材料をターゲットに高周波スパッタ法により作製した高分子薄膜を形成したものである。   The electrode for electrochemical measurement according to the present invention is obtained by forming a polymer thin film produced by a high frequency sputtering method using an organic solid material as a target on an electrode substrate.

前記電極基板は、基板上に電気化学測定用の電極本体を設けた構造になっており、たとえばガラスなどの基板1上にチタン2及び金3の電極本体の薄膜をスパッタにより形成したものを例として挙げることができる(図1参照)。この際、前記電極本体に電極パターンを設けておくこともできる。   The electrode substrate has a structure in which an electrode body for electrochemical measurement is provided on the substrate. For example, a thin film of titanium 2 and gold 3 electrode bodies is formed on a substrate 1 such as glass by sputtering. (See FIG. 1). At this time, an electrode pattern may be provided on the electrode body.

このような電極基板の電極本体表面に、有機固体材料をターゲットに高周波スパッタ法により作製した高分子薄膜を設ける。   A polymer thin film prepared by high-frequency sputtering using an organic solid material as a target is provided on the surface of the electrode body of such an electrode substrate.

有機固体材料をターゲット材料とした高周波スパッタ法は、ターゲット材料の基本構造をもつ薄膜を、ターゲット材料に比べて元素密度が高く、基板材への密着良い膜を、優れた膜厚制御性を持って形成できる方法である。   The high-frequency sputtering method using an organic solid material as a target material has a thin film with the basic structure of the target material, a high element density compared to the target material, and a film with good adhesion to the substrate material with excellent film thickness controllability. It is a method that can be formed.

たとえばバルク高分子材料(有機固体材料:A高分子)の上に、高分子溶液(B高分子)を展開し溶媒を乾燥させて作製したターゲット材料を作製する。次いでこのターゲット材料を用いた高周波スパッタにより、A、B両高分子に起因するプラズマ中に放出された粒子が、プラズマ環境下の反応により結合し、さらに電極基板上に析出することで、前記電極基板の電極本体表面に高分子薄膜として形成される。また、高エネルギー粒子となったモノマーが前記基板と衝突して膜形成に寄与することから、前記基板との密着性が高い複合高分子の薄膜が形成できる。   For example, a target material produced by developing a polymer solution (B polymer) on a bulk polymer material (organic solid material: A polymer) and drying the solvent is produced. Next, by high-frequency sputtering using this target material, the particles released into the plasma caused by both the A and B polymers are combined by a reaction in the plasma environment, and further deposited on the electrode substrate. A polymer thin film is formed on the surface of the electrode body of the substrate. Moreover, since the monomer which became high energy particles collides with the said board | substrate and contributes to film formation, the thin film of a composite polymer with high adhesiveness with the said board | substrate can be formed.

このようなA高分子としては、たとえば炭化水素高分子を使用することができ、前記高分子Bとしては、カチオン交換基を有する高分子、たとえばフッ化物高分子を使用することができる。更に具体的には、炭化水素高分子としてポリエチレン、フッ化物高分子としてナフィオンを使用することができる。   As such an A polymer, for example, a hydrocarbon polymer can be used, and as the polymer B, a polymer having a cation exchange group, for example, a fluoride polymer can be used. More specifically, polyethylene can be used as the hydrocarbon polymer, and Nafion can be used as the fluoride polymer.

さらに、前記電極本体に修飾される前記高分子膜としては、アミノ酸類、核酸塩基類、生体ゲル類等を例として挙げることができる。しかしながら、これに限定されるものではない。   Furthermore, examples of the polymer film modified on the electrode body include amino acids, nucleobases, biological gels, and the like. However, the present invention is not limited to this.

たとえば、前述のようなアニオン性のナフィオンを高周波スパッタ法のターゲットとして適用することで、アニオン性官能基を有し、密着性の高い、適度な膜厚を持つ薄膜材料を開発し、これを反応電極本体上に形成して、電気化学測定用電極を構成することができる。   For example, by applying anionic Nafion as described above as a target for high-frequency sputtering, a thin film material having an anionic functional group, high adhesion, and an appropriate film thickness is developed and reacted. An electrode for electrochemical measurement can be formed by forming on the electrode body.

このような高分子膜に、酵素を固定し、前記修飾高分子膜の性質を変性させ、前記修飾高分子膜と異なる夾雑物質を拡散させるような高分子膜とすることができる。たとえば、グルコース酸化酵素を前記高分子膜に固定し、グルコースを電気化学活性をもつ物質に変化させ、前記物質を酸化させて測定を行うことができる。この場合他の物質(夾雑物質)の反応は、前記電極で行われない。   Such a polymer film can be made into a polymer film in which an enzyme is immobilized, the property of the modified polymer film is modified, and contaminants different from the modified polymer film are diffused. For example, glucose oxidase can be immobilized on the polymer membrane, glucose can be changed to a substance having electrochemical activity, and the substance can be oxidized for measurement. In this case, the reaction of other substances (contaminating substances) is not performed at the electrodes.

本発明による電気化学バイオセンサーは、上述のような電気化学測定用電極を使用するものである。本発明による電気化学バイオセンサーは、図2に示すように、試料21を流通させるための流路16とこの流路16に接するように設けられた本発明による電気化学測定用電極13と、前記電極の対向電極12と参照電極(銀ペースト)15とを備えたことを特徴としている。   The electrochemical biosensor according to the present invention uses the electrode for electrochemical measurement as described above. As shown in FIG. 2, the electrochemical biosensor according to the present invention includes a flow channel 16 for circulating a sample 21, an electrode 13 for electrochemical measurement according to the present invention provided in contact with the flow channel 16, The counter electrode 12 of the electrode and the reference electrode (silver paste) 15 are provided.

このような電気化学バイオセンサは、前記流路16に試料21を導入するに先立って(したがって、試料の流れに対し、流路16の上流に)、試料21をマイクロダイアリシスプローブ20あるいはガラスキャピラリーを通過させた構造の電気化学バイオセンサーを製造することが可能である。このようなマイクロダイアリシスプローブ20あるいはガラスキャピラリーを流路の上流に設けることによって応答の劣化を防止することができる。   In such an electrochemical biosensor, prior to introducing the sample 21 into the flow channel 16 (and therefore upstream of the flow channel 16 with respect to the sample flow), the sample 21 is placed in the microdialysis probe 20 or glass capillary. It is possible to manufacture an electrochemical biosensor having a structure in which a gas is passed. By providing such a microdialysis probe 20 or a glass capillary upstream of the flow path, it is possible to prevent response deterioration.

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。尚、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to a following example.

本発明による電気化学測定用修飾電極の模式図および測定システムを図1に示す。本電気化学用修飾電極に用いる電極本体として、金を用いた。ガラス基板1上に、チタン2および電極本体である金3をスパッタし、電極基板とした。この電極基板上に高周波スパッタ装置を用いて有機プラズマ薄膜4を作製した。   A schematic view of a modified electrode for electrochemical measurement according to the present invention and a measurement system are shown in FIG. Gold was used as the electrode body used in the modified electrode for electrochemical use. On the glass substrate 1, titanium 2 and gold 3 as an electrode body were sputtered to obtain an electrode substrate. An organic plasma thin film 4 was produced on the electrode substrate using a high frequency sputtering apparatus.

この際、高周波スパッタのターゲットは下記のように製造した。まずターゲット材料の基板となる円盤状バルク高分子材料の表面に、前処理として希ガスを用いたエッチング処理を実施した。次に、ポリエチレン円盤(円盤状バルク高分子材料)(直径13.5mmφ、厚さ15mm)の中央部、直径50mmの範囲にナフィオンのイソプロピルアルコール溶液を展開し、大気環境下で溶媒成分を揮発させた。円盤状高分子であるポリエチレンの基本骨格は、CH−(CH=CH)−CHであり、一方、円盤上に展開された高分子であるナフィオンの基本構造は、−[(CFCF−C=CF−(OCFCF(CF))OCFCFSOH]−である。 At this time, a high-frequency sputtering target was manufactured as follows. First, an etching process using a rare gas was performed as a pretreatment on the surface of a disk-shaped bulk polymer material serving as a target material substrate. Next, a Nafion isopropyl alcohol solution is developed in the center of a polyethylene disk (disc-shaped bulk polymer material) (diameter 13.5 mmφ, thickness 15 mm) and in a range of 50 mm in diameter, and the solvent component is volatilized in an atmospheric environment. It was. The basic skeleton of polyethylene, which is a disk-shaped polymer, is CH 3 — (CH═CH) x —CH 3 , while the basic structure of Nafion, which is a polymer developed on a disk, is-[(CF 2 CF 2) n -C = CF- ( OCF 2 CF (CF 3)) m OCF 2 CF 2 SO 3 H] x - is.

作製された高分子薄膜の膜厚を測定したところ、約100nmであった。またSEMによる観察からは、100nm以下のグレインが高密度に凝集した構造が認められた。   When the film thickness of the produced polymer thin film was measured, it was about 100 nm. Further, from observation by SEM, a structure in which grains of 100 nm or less aggregated at a high density was observed.

これをダイシングソー(ディスコ DAD521)を用いて切断し、縦40mm、幅10mmに加工した。作用電極として用いるために、切断した粘着シート5を用いて、直径3mmの円形電極6とした。また、粘着シートで覆われていない部分を端子接続用のパッド7とした。本電気化学測定用修飾電極は、銀/塩化銀参照電極8、対向電極9(白金)とともに、溶液10中に浸漬させた。本実施例において用いた試料は、リン酸緩衝溶液を用いて調製した。これらの電極は、ポテンシオスタット11(ALS Model 1000)に接続した。   This was cut using a dicing saw (Disco DAD521) and processed into a length of 40 mm and a width of 10 mm. In order to use as a working electrode, the cut adhesive sheet 5 was used to form a circular electrode 6 having a diameter of 3 mm. Moreover, the part which is not covered with the adhesive sheet was used as the pad 7 for terminal connection. The modified electrode for electrochemical measurement was immersed in the solution 10 together with the silver / silver chloride reference electrode 8 and the counter electrode 9 (platinum). The sample used in this example was prepared using a phosphate buffer solution. These electrodes were connected to a potentiostat 11 (ALS Model 1000).

はじめに、リン酸緩衝液中に浸漬させ、自然電位を測定し、高分子膜により電極と溶液との間が絶縁されていないことを確認した。次に、10μMのドーパミン溶液を用いて、サイクリックボルタンメトリーを行った。電位掃引範囲を−0.2〜0.8Vvs.Ag/AgClに、電位掃引速度を10mV/sに設定した。その結果、0.3V付近に酸化電流のピークが観測され、そのときの電流値は約250nAだった。その後電位が大きくなるに従い、徐々に電流値は低下した。続いて、10μMのアスコルビン酸溶液を用いて同様な実験を行ったところ、電位が増加しても電流値は増加しなかった。この結果は、カチオン性分子であるドーパミンなどのカテコールアミン類は検出でき、アニオン性分子であるL−アスコルビン酸は検出できないことを示している。   First, it was immersed in a phosphate buffer solution, the natural potential was measured, and it was confirmed that the electrode and the solution were not insulated by the polymer film. Next, cyclic voltammetry was performed using a 10 μM dopamine solution. The potential sweep range is -0.2 to 0.8 Vvs. The potential sweep rate was set to 10 mV / s for Ag / AgCl. As a result, an oxidation current peak was observed near 0.3 V, and the current value at that time was about 250 nA. Thereafter, as the potential increased, the current value gradually decreased. Subsequently, when a similar experiment was performed using a 10 μM ascorbic acid solution, the current value did not increase even when the potential increased. This result shows that catecholamines such as dopamine which is a cationic molecule can be detected, and L-ascorbic acid which is an anionic molecule cannot be detected.

比較実験として、金電極を用いて同様な測定を行ったところ、1μMのドーパミンから得られた電流値は、約250nAであり、本発明による電極と同じ電流値を示した。一方、同濃度のL−アスコルビン酸から得られた電流値は約200nAであった。さらに、カーボン電極にナフィオン膜を塗布し、同様の測定を行ったところ、1μMのL−アスコルビン酸からは応答が得られなかったものの、1μMのドーパミンから得られた電流値は約220nAであった。   As a comparative experiment, when the same measurement was performed using a gold electrode, the current value obtained from 1 μM dopamine was about 250 nA, which was the same current value as the electrode according to the present invention. On the other hand, the current value obtained from the same concentration of L-ascorbic acid was about 200 nA. Further, when a Nafion film was applied to the carbon electrode and the same measurement was performed, no response was obtained from 1 μM L-ascorbic acid, but the current value obtained from 1 μM dopamine was about 220 nA. .

また、金電極上に微小電極パターンを形成した後に、有機プラズマ薄膜を形成したものを用いて同様な測定を行った場合では、電極を微小アレイ化したことにより、電流密度を約20倍に向上し、電極を高分子膜で修飾しない場合と比べて同等のS/Nが得られた。これは、高分子薄膜の膜厚が100nmと薄く、測定対象物質であるドーパミンの拡散を阻害しないためである。   In addition, when the same measurement was performed using an organic plasma thin film formed after forming a microelectrode pattern on a gold electrode, the current density was increased approximately 20 times by forming the electrode into a microarray. As compared with the case where the electrode was not modified with the polymer film, an equivalent S / N was obtained. This is because the polymer thin film has a thin film thickness of 100 nm and does not hinder the diffusion of dopamine as a measurement target substance.

以上より、本発明による電気化学測定用電極は、測定対象物質であるカテコールアミン類に対する感度を阻害せず、L−アスコルビン酸の共存下において選択的に検出することができる。   As described above, the electrode for electrochemical measurement according to the present invention can be selectively detected in the presence of L-ascorbic acid without inhibiting the sensitivity to catecholamines which are measurement target substances.

実施例1と同様な修飾電極(電気化学測定用電極)を作製し、以下の実験を行った。本実施例では、測定用試料としてリン酸緩衝液に代えて塩化ナトリウム溶液を用いた。はじめに、塩化ナトリウム溶液中に浸漬させ、自然電位を測定し、高分子膜により電極と溶液との間が絶縁されていないことを確認した。次に、10μMのドーパミン溶液を用いて、サイクリックボルタンメトリーを行った。電位掃引範囲を−0.2〜0.8Vvs.Ag/AgClに、電位掃引速度を10mV/sに設定した。その結果、0.1V付近に酸化電流のピークが観測され、そのときの電流値は約250nAだった。その後電位が大きくなるに従い、徐々に電流値は低下した。   A modified electrode (electrochemical measurement electrode) similar to that of Example 1 was prepared, and the following experiment was performed. In this example, a sodium chloride solution was used in place of the phosphate buffer as the measurement sample. First, it was immersed in a sodium chloride solution, the natural potential was measured, and it was confirmed that the electrode and the solution were not insulated by the polymer film. Next, cyclic voltammetry was performed using a 10 μM dopamine solution. The potential sweep range is -0.2 to 0.8 Vvs. The potential sweep rate was set to 10 mV / s for Ag / AgCl. As a result, an oxidation current peak was observed near 0.1 V, and the current value at that time was about 250 nA. Thereafter, as the potential increased, the current value gradually decreased.

続いて、10μMのアスコルビン酸溶液を用いて同様な実験を行ったところ、電位が増加するのに従い電流値は増加し、0.3V付近に酸化電流のピークが観測された。そのときの電流値は、約100nAであった。この結果より、塩化ナトリウム溶液を試料調製用の溶液として用いることにより、ドーパミンとL−アスコルビン酸の酸化電位を分けることが可能であることが分かった。   Subsequently, when a similar experiment was performed using a 10 μM ascorbic acid solution, the current value increased as the potential increased, and an oxidation current peak was observed in the vicinity of 0.3V. The current value at that time was about 100 nA. From this result, it was found that the oxidation potential of dopamine and L-ascorbic acid can be separated by using a sodium chloride solution as a sample preparation solution.

以上より、本発明による電気化学測定用電極は、カテコールアミン類、L−アスコルビン酸の酸化電位を分離することができ、L−アスコルビン酸の影響を受けずにカテコールアミン類を選択的に検出することができる。   As described above, the electrochemical measurement electrode according to the present invention can separate the oxidation potential of catecholamines and L-ascorbic acid, and can selectively detect catecholamines without being affected by L-ascorbic acid. it can.

実施例1と同様な有機プラズマ薄膜修飾電極を作製し、有機プラズマ薄膜上にグルコース酸化酵素を固定した電気化学測定用電極を作製した。1mMのグルコース、L−アスコルビン酸の混合溶液をリン酸緩衝溶液を用いて調製し、その溶液中に電極を挿入して電気化学測定を行った。印加電位は、600mVとした。グルコース濃度は、グルコース酸化酵素により、過酸化水素が生成されるため、この過酸化水素を酸化することにより観測された電流値より定量される。測定の結果、約100nAの応答電流値が得られた。また、グルコースのみを測定した場合でも約100nAの応答電流が得られた。   An organic plasma thin film modified electrode similar to that in Example 1 was prepared, and an electrochemical measurement electrode in which glucose oxidase was immobilized on the organic plasma thin film was prepared. A mixed solution of 1 mM glucose and L-ascorbic acid was prepared using a phosphate buffer solution, and an electrode was inserted into the solution to perform electrochemical measurement. The applied potential was 600 mV. The glucose concentration is quantified from the current value observed by oxidizing this hydrogen peroxide because hydrogen peroxide is produced by glucose oxidase. As a result of the measurement, a response current value of about 100 nA was obtained. Further, even when only glucose was measured, a response current of about 100 nA was obtained.

一方、比較として、有機プラズマ薄膜未修飾電極では、約200nAの電流値が得られた。有機プラズマ薄膜を持たない電極の方が、応答電流が高かったのは、L−アスコルビン酸も電極上で反応してしまったためであると考えられ、酵素反応を介して測定することができる物質に対しても、本発明の高分子薄膜修飾電極は有効である。   On the other hand, a current value of about 200 nA was obtained for the organic plasma thin film unmodified electrode for comparison. The reason why the response current was higher in the electrode without the organic plasma thin film is that L-ascorbic acid also reacted on the electrode, and it can be measured by an enzyme reaction. In contrast, the polymer thin film-modified electrode of the present invention is effective.

図2にマイクロダイアリシスプローブが接続され、高分子薄膜修飾電極が搭載されたチップ型センサーの見取り図を示す。本センサーは、二枚のガラス基板からなっており、一方のガラス基板には、三つの金薄膜電極本体12、13、14が形成されている。電極13を検出用電極として用いることとし、高分子薄膜をスパッタ法により形成する際には、本発明の実施例1の電極13以外の電極本体12、14を被覆した。電極14には、銀ぺースト15(藤倉化成)を塗布し、参照電極として用いた。もう一方の基板には、幅1mm、深さ50μmの流路16が両面テープ17により形成されており、かつ試料導入用チューブ18、排出用チューブ19が接続されている。これら二つの基板は、両面テープ17により接着されている。   FIG. 2 shows a sketch of a chip-type sensor to which a microdialysis probe is connected and a polymer thin film modified electrode is mounted. This sensor consists of two glass substrates, and three gold thin film electrode bodies 12, 13, and 14 are formed on one glass substrate. The electrode 13 was used as a detection electrode, and when the polymer thin film was formed by sputtering, the electrode bodies 12 and 14 other than the electrode 13 of Example 1 of the present invention were covered. The electrode 14 was coated with a silver paste 15 (Fujikura Kasei) and used as a reference electrode. A flow path 16 having a width of 1 mm and a depth of 50 μm is formed on the other substrate by a double-sided tape 17, and a sample introduction tube 18 and a discharge tube 19 are connected to the other substrate. These two substrates are bonded by a double-sided tape 17.

次にマイクロダイアリシスプローブ20を試料導入用チューブ18と接続した。試料21には、馬の血清中に0.1mMのドーパミン、およびドーパミンとL−アスコルビン酸をそれぞれ0.1mMになるように混合した試料を用いた。また、リン酸緩衝液をシリンジ22に入れ、シリンジポンプ23を用いて、流速2μl/min.で送液した。測定電位は参照電極に対して0.2Vとした。   Next, the microdialysis probe 20 was connected to the sample introduction tube 18. As sample 21, a sample obtained by mixing equimolar serum with 0.1 mM dopamine and dopamine and L-ascorbic acid to 0.1 mM each was used. In addition, a phosphate buffer solution is placed in the syringe 22, and a flow rate of 2 μl / min. The liquid was sent. The measurement potential was 0.2 V with respect to the reference electrode.

はじめに血清にドーパミンのみを混合した試料を測定したところ、応答電流は200nAであった。次に血清にドーパミンとL−アスコルビン酸を混合した試料を測定したところ、血清にドーパミンのみを混合した試料から得られた応答とほぼ同じ電流値が得られた。これは、L−アスコルビン酸の酸化電位が貴な電位にシフトし、0.2Vでは酸化されにくいためであると考えられる。また、長時間測定した場合でも、応答の劣化が認められなかった。これは、マイクロダイアリシスプローブを接続したことにより、タンパク質が電気化学バイオセンサーに導入されず、その電極上への吸着が抑制されたためであると考えられる。   First, when a sample in which only dopamine was mixed with serum was measured, the response current was 200 nA. Next, when a sample in which serum was mixed with dopamine and L-ascorbic acid was measured, a current value almost equal to the response obtained from the sample in which serum was mixed with only dopamine was obtained. This is thought to be because the oxidation potential of L-ascorbic acid shifts to a noble potential and is hardly oxidized at 0.2V. Moreover, even when measured for a long time, no deterioration in response was observed. This is considered to be because the protein was not introduced into the electrochemical biosensor and the adsorption onto the electrode was suppressed by connecting the microdialysis probe.

以上により、本発明による高分子薄膜修飾電極をマイクロダイアリシスプローブと接続したオンラインセンサーに応用することにより、血液試料に存在する分子をL−アスコルビン酸やタンパク質の影響を受けずに測定することができる。   As described above, by applying the polymer thin film modified electrode according to the present invention to an on-line sensor connected to a microdialysis probe, it is possible to measure a molecule present in a blood sample without being affected by L-ascorbic acid or protein. it can.

本願は、電気化学バイオセンサーの測定対象物以外の物質を除去するための電極修飾膜を、アニオン性のナフィオンをターゲットとした高周波スパッタ法によって製造することで、生体内レベルの中性溶液中でアニオン性を呈する官能基を密度の高い状態で含み、反応電極との密着性が高く、膜厚制御性に優れた、膜を得ることを特徴とする。   In the present application, an electrode modification film for removing substances other than the measurement target of an electrochemical biosensor is manufactured by a high-frequency sputtering method using anionic Nafion as a target in a neutral solution at an in vivo level. It is characterized in that a film containing an anionic functional group in a high density state, having high adhesion to the reaction electrode, and excellent in film thickness controllability is obtained.

本発明による電気化学測定用修飾電極の模式図および測定システムを示す図。The figure which shows the schematic diagram and measurement system of the modified electrode for electrochemical measurements by this invention. マイクロダイアリシスプローブが接続され、高分子薄膜修飾の本発明による電気化学測定用電極が搭載されたチップ型の電気化学バイオセンサーの見取り図。FIG. 2 is a sketch of a chip-type electrochemical biosensor to which a microdialysis probe is connected and an electrode for electrochemical measurement according to the present invention modified with a polymer thin film is mounted.

符号の説明Explanation of symbols

1 ガラス基板
2 チタン
3 金
4 有機プラズマ薄膜
5 粘着シート
6 円形電極
7 パッド
8 参照電極
9 対向電極
11 ポテンシオスタット
12 金薄膜電極
13 金薄膜電極
14 金薄膜電極
15 銀ぺースト
16 流路
17 両面テープ
18 試料導入用チューブ
19 排出用チューブ
20 マイクロダイアリシスプローブ
21 試料
22 シリンジ
23 シリンジポンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Glass substrate 2 Titanium 3 Gold 4 Organic plasma thin film 5 Adhesive sheet 6 Circular electrode 7 Pad 8 Reference electrode 9 Counter electrode 11 Potentiostat 12 Gold thin film electrode 13 Gold thin film electrode 14 Gold thin film electrode 15 Silver paste 16 Flow path 17 Both sides Tape 18 Tube for sample introduction 19 Tube for discharge 20 Microdialysis probe 21 Sample 22 Syringe 23 Syringe pump

Claims (9)

電気化学測定用の電極本体の表面に、有機固体材料をターゲットとして高周波スパッタ法により作製された高分子薄膜が修飾されており、前記ターゲットは、固体の高分子Aの上に、前記高分子Aと異なる分子構造を有する高分子B溶液を展開し乾燥させたものであることを特徴とする電気化学測定用電極。 The surface of the electrode body for electrochemical measurement is modified with a polymer thin film produced by a high frequency sputtering method using an organic solid material as a target, and the target is formed on the solid polymer A and the polymer A. An electrode for electrochemical measurement, wherein the polymer B solution having a molecular structure different from that of the polymer B is developed and dried . 前記電極本体表面に、電極パターンが形成されていることを特徴とする請求項1記載の電気化学測定用電極。   The electrode for electrochemical measurements according to claim 1, wherein an electrode pattern is formed on the surface of the electrode body. 前記高分子Aは高分子炭化水素であり、前記高分子Bはカチオン交換基を有する高分子であることを特徴とする請求項1または2記載の電気化学測定用電極。 The electrode for electrochemical measurements according to claim 1 or 2, wherein the polymer A is a polymer hydrocarbon, and the polymer B is a polymer having a cation exchange group. 前記高分子Bはナフィオンであり、前記高分子Aはポリエチレンである請求項1から3のいずれかに記載の電気化学測定用電極。 The electrochemical measurement electrode according to any one of claims 1 to 3, wherein the polymer B is Nafion, and the polymer A is polyethylene. 前記電極本体上に修飾された高分子薄膜が、アミノ酸類、核酸塩基類、生体ゲル類のいずれかであることを特徴とする請求項1または2記載の電気化学測定用電極。   The electrode for electrochemical measurements according to claim 1 or 2, wherein the polymer thin film modified on the electrode body is any one of amino acids, nucleobases, and biological gels. 前記電極本体に酵素が固定化された高分子薄膜が積層されていることを特徴とする請求項1からのいずれか1項記載の電気化学測定用電極。 The electrode for electrochemical measurement according to any one of claims 1 to 5 , wherein a polymer thin film on which an enzyme is immobilized is laminated on the electrode body. 固体の高分子Aの上に、前記高分子Aと異なる分子構造を有する高分子B溶液を展開し乾燥させたターゲットとして用い、高周波スパッタで電極本体上に微細なグレインが高密度に凝縮した構造を有する高分子膜を形成することを特徴とする電気化学測定用電極の製造方法。   A structure in which a polymer B solution having a molecular structure different from that of the polymer A is developed and dried on a solid polymer A, and fine grains are densely condensed on the electrode body by high-frequency sputtering. The manufacturing method of the electrode for electrochemical measurements characterized by forming the polymer film which has this. 試料を流通させるための流路とこの流路を流れる試料に接するように設けられた請求項1による電気化学測定用電極と、前記電極の参照電極、対向電極とを備えたことを特徴とする電気化学バイオセンサー。   A flow path for circulating a sample, an electrode for electrochemical measurement according to claim 1 provided so as to be in contact with the sample flowing through the flow path, a reference electrode of the electrode, and a counter electrode are provided. Electrochemical biosensor. 前記流路に試料を導入するに先立ってマイクロダイアリシスプローブあるいはガラスキャピラリーを通過するようにしたことを特徴とする請求項記載の電気化学バイオセンサー。 9. The electrochemical biosensor according to claim 8, wherein the sample passes through a microdialysis probe or a glass capillary prior to introducing a sample into the flow path.
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