JP4170336B2 - Catecholamine sensor - Google Patents
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Description
本発明は、カテコールアミンセンサに関し、より詳細には、生体試料中のカテコールアミン濃度を電気化学的に測定するためのカテコールアミンセンサに関するものである。 The present invention relates to a catecholamine sensor, and more particularly to a catecholamine sensor for electrochemically measuring a catecholamine concentration in a biological sample.
カテコールアミンは、神経伝達物質の一種で、脳内において神経細胞から放出されたり、副腎から放出されたりする。このカテコールアミンは電気化学活性が高いため、カテコールアミンの検出には電気化学測定法がよく用いられる。 Catecholamine is a type of neurotransmitter that is released from nerve cells or released from the adrenal glands in the brain. Since this catecholamine has high electrochemical activity, an electrochemical measurement method is often used to detect catecholamine.
カテコールアミンの検出について臨床では、液体クロマトグラフィーと電気化学検出器とを組み合わせたシステムが主に用いられている。一方、脳内等の生体内のカテコールアミンの検出では、カーボンファイバーを加工して作製した微小な電極が用いられている。脳内でも、L−アスコルビンや尿酸等のアニオン性分子による測定妨害を受けやすいため、電極表面をナフィオン(登録商標)や過酸化ポリピロールなどの陽イオン交換材料によって被覆されている(非特許文献1参照)。また、連続測定の実現を目的とした、測定妨害物質除去用の酵素反応器と電気化学検出器とが集積されたセンサーチップも報告されている(非特許文献2)。 Regarding the detection of catecholamines, a system combining liquid chromatography and an electrochemical detector is mainly used in clinical practice. On the other hand, for detection of catecholamines in a living body such as the brain, a minute electrode produced by processing carbon fiber is used. Even in the brain, the electrode surface is covered with a cation exchange material such as Nafion (registered trademark) or polypyrrole peroxide because it is susceptible to measurement interference by anionic molecules such as L-ascorbine and uric acid (Non-patent Document 1). reference). A sensor chip in which an enzyme reactor for removing a measurement interfering substance and an electrochemical detector for the purpose of realizing continuous measurement is also reported (Non-Patent Document 2).
血液中のカテコールアミン濃度は、心疾患指標として期待されている。しかしながら、血液中のカテコールアミン濃度を連続的に測定することは困難であるため、臨床では、心疾患指標としてカテコールアミン以外のバイオマーカー(血液ガス、pH、電解質など)が用いられている。このように心疾患指標としてカテコールアミン濃度を用いないのは、血液や尿中ではカテコールアミンの濃度は低い上に、L−アスコルビン酸など電気化学活性の高い物質が多く存在しているために、カテコールアミン濃度の連続測定が困難なためである。 The catecholamine concentration in blood is expected as a heart disease index. However, since it is difficult to continuously measure the catecholamine concentration in blood, biomarkers other than catecholamine (blood gas, pH, electrolyte, etc.) are used in clinical practice as heart disease indicators. The reason why the catecholamine concentration is not used as an index of heart disease is that the concentration of catecholamine is low in blood and urine, and there are many substances having high electrochemical activity such as L-ascorbic acid. This is because it is difficult to measure continuously.
カテコールアミン濃度の連続測定を実現するためには、L−アスコルビン酸などの測定妨害物質が検出電極に到達する前に除去しておく必要がある。酵素反応器では、酵素の基質特異性から測定妨害物質を選択的に除去することが可能であるが、酵素反応によって除去できる測定妨害物質の量には限りがある。また、酵素分解が不可能な電気化学活性のある物質も存在することから、酵素反応器のみでは、上記酵素分解が不可能な電気化学活性のある物質を除去できず、連続測定において、さらなる精度向上、望ましくは、測定妨害物質の完全除去を実現することは困難であった。 In order to realize continuous measurement of the catecholamine concentration, it is necessary to remove a measurement interfering substance such as L-ascorbic acid before reaching the detection electrode. In an enzyme reactor, a measurement interfering substance can be selectively removed from the substrate specificity of the enzyme, but the amount of the measurement interfering substance that can be removed by an enzyme reaction is limited. In addition, since there is an electrochemically active substance that cannot be enzymatically decomposed, the enzyme reactor alone cannot remove the electrochemically active substance that cannot be enzymatically decomposed. It has been difficult to achieve improvements, preferably complete removal of measurement interfering substances.
このように、従来のカテコールアミンセンサでは、例えば酵素反応器を用いるなどして、当時としては望まれる精度で連続的に測定を行うことができたが、近年求められる要望を満たすためには、更なる精度で連続測定を行えることが求められていた。すなわち、酵素分解が可能か否かに関らず、測定妨害物質の除去効率を向上することが望まれている。 Thus, with conventional catecholamine sensors, it was possible to perform continuous measurement with the accuracy desired at the time, for example, using an enzyme reactor. It was required to be able to perform continuous measurement with high accuracy. That is, it is desired to improve the removal efficiency of measurement interfering substances regardless of whether or not enzymatic degradation is possible.
本発明は、このような問題を鑑みてなされたもので、その目的とするところは、測定妨害物質の影響を軽減し、血液等の生体試料中のカテコールアミン濃度を連続的にモニターすることを可能にするカテコールアミンセンサを提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and its purpose is to reduce the influence of measurement interfering substances and to continuously monitor the catecholamine concentration in a biological sample such as blood. It is to provide a catecholamine sensor.
本発明は、このような目的を達成するために、請求項1記載の発明は、流路中に上流側から下流側へと測定試料を流してカテコールアミン濃度を検出するカテコールアミンセンサであって、前記流路に形成された、前記測定試料に含まれる、カテコールアミンおよび測定妨害物質を酸化するための第1の電極と、前記流路に形成された、前記第1の電極にて酸化されたカテコールアミンを還元するための第2の電極と、前記流路において前記第1の電極および第2の電極よりも下流側に形成された、前記カテコールアミンを検出するための第3の電極とを備え、前記第1の電極および第2の電極はくし型電極であり、前記第1の電極となるくし型電極の枝状部と、前記第2の電極となるくし型電極の枝状部とが交互に配置され、かつ該交互に配置されたくし型電極の最下流は前記第2の電極となるくし型電極の枝状部であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a catecholamine sensor for detecting a catecholamine concentration by flowing a measurement sample from an upstream side to a downstream side in a flow path, A first electrode for oxidizing catecholamine and a measurement interfering substance contained in the measurement sample formed in the flow path, and a catecholamine oxidized in the first electrode formed in the flow path. comprising a second electrode for reducing, than the first electrode and the second electrode in the flow path is formed downstream, and a third electrode for detecting the catecholamine, the first The first electrode and the second electrode are comb-shaped electrodes, and the branch portions of the comb-shaped electrode serving as the first electrode and the branch-shaped portions of the comb-shaped electrode serving as the second electrode are alternately arranged. And alternately The most downstream location has been interdigital electrodes characterized in that it is a branch portion of the comb electrode serving as the second electrode.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記第1の電極の表面は、正電荷を有する官能基を有する物質により修飾されていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the surface of the first electrode is modified with a substance having a functional group having a positive charge.
請求項3記載の発明は、請求項2記載の発明において、前記物質は、チオール類であることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the substance is a thiol.
請求項4記載の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の発明において、前記第3の電極はアレイ型電極であることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the third electrode is an array-type electrode.
請求項5記載の発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載の発明において、前記流路内において前記第1の電極の上流側に形成された、酵素反応手段をさらに備えることを特徴とする。
The invention according to
請求項6記載の発明は、請求項1乃至5のいずれかに記載のカテコールアミンセンサと、前記カテコールアミンセンサに接続された、試料採取用のキャピラリ、前記カテコールアミンセンサに接続された、チューブ、または前記カテコールアミンセンサに接続された、微小透析膜付プローブのいずれか1つを備えることを特徴とする。
The invention according to claim 6 is the catecholamine sensor according to any one of claims 1 to 5 and a capillary for sampling, connected to the catecholamine sensor, a tube connected to the catecholamine sensor, or the catecholamine Any one of the probes with a microdialysis membrane connected to the sensor is provided.
本発明によれば、カテコールアミンを検出するための電極の上流側に、測定妨害物質を酸化するための電極、およびカテコールアミンを還元するための電極を設けているので、測定妨害物質の影響を軽減し、血液等の生体試料中のカテコールアミン濃度を連続的にモニターすることを可能となる。 According to the present invention, since an electrode for oxidizing the measurement interfering substance and an electrode for reducing catecholamine are provided upstream of the electrode for detecting catecholamine, the influence of the measurement interfering substance is reduced. It becomes possible to continuously monitor the catecholamine concentration in a biological sample such as blood.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
本発明の一実施形態では、例えば生体試料などの測定試料が流れる流路が形成されており、該流路内には、上流側から下流側に向かって順に、測定妨害物質を酸化するための電極(本明細書では、「酸化用電極」とも呼ぶ)、酸化したカテコールアミンを還元するための電極(本明細書では、「還元用電極」とも呼ぶ)、カテコールアミンを検出するための電極(本明細書では、「検出用電極」とも呼ぶ)が配置されている。このような構成にすることで、生体試料等の測定試料からカテコールアミンを検出したい場合、上記測定試料に測定妨害物質が含まれていても、該測定妨害物質を除去することができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In one embodiment of the present invention, a flow path through which a measurement sample such as a biological sample flows is formed, and in this flow path, the measurement interfering substance is oxidized in order from the upstream side to the downstream side. Electrode (also referred to herein as “oxidation electrode”), electrode for reducing oxidized catecholamine (also referred to herein as “reduction electrode”), electrode for detecting catecholamine (this specification) (Also referred to as “detection electrode”). With such a configuration, when catecholamine is to be detected from a measurement sample such as a biological sample, the measurement interference substance can be removed even if the measurement sample contains a measurement interference substance.
本明細書において、「カテコールアミン」には、ドーパミン、ノルアドレナリン、アドレナリン等のo−ジヒドロキシベンゼン骨格を有する生体アミン等が含まれる。
また、本明細書において、「測定妨害物質」には、L−アスコルビン酸、尿酸、DOPAC(3,4−ジヒドロキシフェニル酢酸)等の電気化学特性が似たカテコールアミンの代謝物等が含まれる。
In the present specification, “catecholamine” includes biogenic amines having an o-dihydroxybenzene skeleton such as dopamine, noradrenaline, and adrenaline.
In the present specification, “measurement interfering substances” include metabolites of catecholamines having similar electrochemical properties such as L-ascorbic acid, uric acid, DOPAC (3,4-dihydroxyphenylacetic acid), and the like.
図1は、本発明の一実施形態に係る、カテコールアミンセンサの上面図である。
図1において、基板1には、絶縁層17により流路12が形成されており、該流路12には、矢印方向P(上流から下流に向かう方向)に向かって測定試料16が流れる。本明細書において、「上流」とは、カテコールセンサの流路中を流れる測定試料の流れの上流であり、図1の左側である。また、「下流」とは、カテコールセンサの流路中を流れる測定試料の流れの下流であり、図1の右側である。
FIG. 1 is a top view of a catecholamine sensor according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, a
流路12中には、酸化用電極13が形成されており、酸化用電極13の下流側には、還元用電極14が形成されており、還元用電極14の下流側には検出用電極15が形成されている。このように、上流側から下流側に向かって順に、酸化用電極13、還元用電極14および検出用電極15が形成された流路12中を測定試料16が流れる。
An
図1では、まず、基板11上に酸化用電極13、還元用電極14、および検出用電極15を形成し、その後、流路12を確保するように、絶縁層17を形成する。このようにすることで、流路12の底部に各電極が形成されることになる。
In FIG. 1, first, the
このような流路12中に測定試料16が流れると、測定試料16に測定妨害物質が含まれている場合は、酸化用電極13に酸化電位が印加されると、上記測定妨害物質は酸化用電極13により酸化される。これと同時に、測定試料16中のカテコールアミンも酸化される。次いで、酸化用電極13にて酸化された、測定妨害物質およびカテコールアミンを含む測定試料16は、還元用電極14へと流れ、還元用電極14に還元電位が印加されると、上記流れてきた測定試料16に含まれる酸化されたカテコールアミンは、還元される。これは、カテコールアミンが、電極上で可逆的に酸化・還元する性質を有しているからである。このとき測定試料16に含まれる酸化された測定妨害物質は、還元用電極14ではほとんど還元されない。
When the
次いで、還元用電極14にて還元されたカテコールアミンおよび還元用電極14ではほとんど還元されていない、酸化した測定妨害物質は、検出用電極15へと流れる。このとき、検出用電極15に電位を印加することによって、測定試料16中のカテコールアミンのみが検出され、酸化した測定妨害物質はそのまま下流側へと流れていく。このようにして、検出用電極15にて、測定試料16からカテコールアミンが選択的に検出される。
Next, the catecholamine reduced by the
測定対象であるカテコールアミンは、上述のように、電極上で可逆的に酸化・還元する性質を有しているが、測定妨害物質は、基本的には、酸化・還元が可逆的ではない。ただし、条件が揃えば、測定妨害物質も可逆的に酸化・還元する性質を発現するが、その割合はカテコールアミンに比べて非常に小さい。よって、例え条件が揃って、還元用電極14上にて測定妨害物質の一部が還元しても、その量は非常に小さいので、検出用電極15にて検出されるカテコールアミンにはほとんど影響しない。よって、測定妨害物質の影響を軽減することができる。
As described above, catecholamine as a measurement target has a property of being reversibly oxidized and reduced on the electrode as described above, but a measurement interfering substance is basically not reversible for oxidation and reduction. However, if the conditions are met, the measurement interfering substance also exhibits the property of reversibly oxidizing / reducing, but the ratio is very small compared to catecholamine. Therefore, even if the conditions are met and a part of the measurement interfering substance is reduced on the reducing
すなわち、本発明の一実施形態では、検出用電極13にてカテコールアミンを検出する際に検出される測定妨害物質の量を低減するために、検出用電極13の上流側に、測定妨害物質を酸化するための酸化用電極13を設けている。ただし、このとき、検出対象のカテコールアミンも酸化してしまうが、この酸化してしまったカテコールアミンは、酸化用電極13の下流に配置された還元用電極14にて還元される。このとき、酸化された測定妨害物質は上述の性質により還元されない、または還元されたとしてもほんの少しなので、測定妨害物質の、検出用電極15におけるカテコールアミンの検出への影響は実質的に除去されることになる。すなわち、従来よりも、測定妨害物質の除去効率を向上することができる。よって、連続的にカテコールアミン濃度の検出を行うことができる。
That is, in one embodiment of the present invention, the measurement interfering substance is oxidized upstream of the
上述のように、検出用電極15にて検出される測定妨害物質の量を軽減する、ないしは無くすために、本発明の一実施形態では、検出用電極の上流側に、上流側から下流側に向かって順に、酸化用電極および還元用電極を配置している。すなわち、酸化用電極13は、測定妨害物質を検出用電極15の検出に影響を与えない物質に変換する機能を有し、還元用電極14は、測定対象のカテコールアミンのみを検出用電極15にて検出できる状態に戻す機能、すなわち、検出用電極15にて検出できる物質とできない物質とを選別する機能を有し、酸化用電極13と還元用電極14とが機能することによって、測定試料16から、測定妨害物質のみを選択的に除去するのである。
As described above, in order to reduce or eliminate the amount of the measurement interfering substance detected by the
上述のように、本発明の一実施形態において、酸化用電極では、カテコールアミンおよび測定妨害物質の双方を酸化させるが、後の検出効率を上げるためにも、カテコールアミンの酸化は極力抑えることが望ましい。すなわち、酸化用電極では、測定妨害物質の酸化量を多くし、カテコールアミンの酸化量は少なくすることが望ましい。 As described above, in one embodiment of the present invention, the oxidation electrode oxidizes both the catecholamine and the measurement interfering substance, but it is desirable to suppress the oxidation of the catecholamine as much as possible in order to increase the subsequent detection efficiency. That is, in the oxidation electrode, it is desirable to increase the amount of oxidation of the measurement interfering substance and decrease the amount of oxidation of catecholamine.
そこで、本発明の一実施形態では、カテコールアミンの酸化を抑えるために、酸化用電極の表面を正電荷で修飾しても良い。具体的には、酸化用電極の表面に、正電荷を有する高分子等の正電荷を有する官能基を有する物質、例えばチオール類を修飾すれば良い。チオール類には、単一のチオール、および複数のチオールが含まれる。このチオール類の修飾は、自己組織化法により行うことができる。 Therefore, in one embodiment of the present invention, the surface of the oxidation electrode may be modified with a positive charge in order to suppress catecholamine oxidation. Specifically, a substance having a functional group having a positive charge such as a polymer having a positive charge, such as a thiol, may be modified on the surface of the oxidation electrode. Thiols include single thiols and multiple thiols. The modification of thiols can be performed by a self-assembly method.
このように、酸化用電極の表面に正の電荷を有する高分子を修飾することにより、カテコールアミンの酸化用電極上での酸化が抑制されるので、検出用電極15にて検出されるカテコールアミンの量の減少を抑制することができる。
Since the oxidation of the catecholamine on the oxidation electrode is suppressed by modifying the surface of the oxidation electrode with a polymer having a positive charge, the amount of catecholamine detected by the
なお、図1では、酸化用電極、還元用電極、および検出用電極は、平面状の電極であるが、本発明の一実施形態ではこれに限定されず、くし型電極などのアレイ型電極や、他の形状の電極であっても良い。
本発明の一実施形態では、カテコールアミンの検出感度を向上させるために、各電極はくし型電極であることが望ましい。くし型電極とは、幹部と、幹部から突出する複数の枝状部とで構成され、該複数の枝状部は平行して配列されている電極を意味する。
In FIG. 1, the electrode for oxidation, the electrode for reduction, and the electrode for detection are planar electrodes. However, in one embodiment of the present invention, the present invention is not limited to this. Other shape electrodes may also be used.
In one embodiment of the present invention, in order to improve the detection sensitivity of catecholamine, it is desirable that each electrode is a comb-type electrode. The comb-shaped electrode means an electrode composed of a trunk part and a plurality of branch parts protruding from the trunk part, and the plurality of branch parts arranged in parallel.
酸化用電極および還元用電極がともにくし型電極である場合、それらを一対のくし型アレイ電極とすることが望ましい。一対のくし型アレイ電極とは、2つのくし型電極の幹部を並行させ、枝状部が交互に配置されるように配列された電極対を意味する。この構成においては、枝状部の交互配置領域の端部を除いて、酸化用電極の枝状部は、還元用電極の2つの隣接する枝状部の間に配置され、還元用電極の枝状部は、酸化用電極の2つの隣接する枝状部の間に配置される。なお、還元用電極は、酸化用電極にて酸化されたカテコールアミンを還元することが目的であるので、1対のくし型アレイ電極の最下流は、還元用電極であることが好ましい。 When the oxidation electrode and the reduction electrode are both comb-type electrodes, it is desirable that they be a pair of comb-type array electrodes. A pair of comb-shaped array electrodes means an electrode pair in which trunk portions of two comb-shaped electrodes are arranged in parallel and branch portions are alternately arranged. In this configuration, except for the end portion of the alternate arrangement region of the branch portions, the branch portions of the oxidation electrode are arranged between two adjacent branch portions of the reduction electrode, and the branches of the reduction electrode are arranged. The section is arranged between two adjacent branches of the oxidation electrode. The reduction electrode is intended to reduce catecholamines oxidized by the oxidation electrode, and therefore, the most downstream of the pair of comb array electrodes is preferably the reduction electrode.
本発明の一実施形態では、酸化用電極、還元用電極、および検出用電極の全てをアレイ型電極にしても良いし、上記各電極のうち少なくとも1つをアレイ電極にしても良い。 In one embodiment of the present invention, all of the oxidation electrode, the reduction electrode, and the detection electrode may be array electrodes, or at least one of the electrodes may be an array electrode.
また、本発明の一実施形態において、酸化用電極、還元用電極、および検出用電極は、電位を印加してもほとんど溶けない材料を含むことが望ましい。酸化用電極用および還元用電極の材料の一例として、炭素、金、白金、イリジウム等が挙げられる。また、検出用電極用の材料の一例として、炭素、金、白金、イリジウム等が挙げられる。上記では、各電極の一例を挙げたが、本発明では、電極の材質は本質ではないので、電極として機能するものであれば、いずれの電極を用いても良い。
また、本発明の一実施形態では、基板は絶縁性基板であることは好ましい。
In one embodiment of the present invention, it is desirable that the oxidation electrode, the reduction electrode, and the detection electrode include a material that hardly dissolves even when a potential is applied. Examples of materials for the oxidation electrode and the reduction electrode include carbon, gold, platinum, iridium, and the like. Moreover, carbon, gold | metal | money, platinum, iridium etc. are mentioned as an example of the material for electrodes for a detection. In the above, an example of each electrode is given. However, in the present invention, the material of the electrode is not essential, and any electrode may be used as long as it functions as an electrode.
In one embodiment of the present invention, the substrate is preferably an insulating substrate.
さらに、本発明の一実施形態では、さらなる測定妨害物質の除去効率の向上のために、酸化用電極の上流側に、酵素反応手段を設けても良い。 Furthermore, in one embodiment of the present invention, an enzyme reaction means may be provided on the upstream side of the oxidation electrode in order to further improve the removal efficiency of the measurement interfering substance.
本明細書において、「酵素反応手段」とは、酵素反応により、測定試料から測定妨害物質を除去する手段である。上記酵素反応手段には、測定妨害物質と酵素反応する膜、および酵素反応により測定試料から測定妨害物質を除去する機構を有する酵素反応器などを含む。 In this specification, the “enzyme reaction means” is a means for removing a measurement interfering substance from a measurement sample by an enzyme reaction. The enzyme reaction means includes a membrane that performs an enzyme reaction with a measurement interfering substance, an enzyme reactor having a mechanism for removing the measurement interfering substance from the measurement sample by an enzyme reaction, and the like.
さらに、本発明の一実施形態では、上述したカテコールセンサを有するフローセルにおいて、カテコールセンサに接続された試料採取用として、チューブ、ガラスキャピラリなどのキャピラリ、微小透析膜付プローブのいずれかを用いても良い。 Furthermore, in one embodiment of the present invention, in the flow cell having the above-described catechol sensor, either a tube, a capillary such as a glass capillary, or a probe with a microdialysis membrane may be used for collecting a sample connected to the catechol sensor. good.
以下、本発明の一実施形態に係るカテコールセンサを実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明は、下記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々変更可能であることは言うまでもない。 Hereinafter, a catechol sensor according to an embodiment of the present invention will be described in detail based on examples. However, the present invention is not limited to the following examples, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Needless to say.
(実施例)
図1(a)および(b)に、本実施例に係る、カテコールアミンセンサの模式図を示す。本実施例に係る、カテコールセンサは、2枚のガラス基板を、それぞれのガラス基板の電極が形成されている面を張り合わせるようにして形成されている。
図1(a)および(b)において、絶縁性基板としてのガラス基板8aには、絶縁層10により流路4が形成されている。流路4内には、上流側から順に、酸化用電極1および還元用電極2からなる第1の1対のくし型アレイ電極、および2つの検出用電極3からなる第2の1対のくし型アレイ電極が形成されている。この酸化用電極1、還元用電極2、および検出用電極3はそれぞれ、くし型電極である。また、酸化用電極1および還元用電極2は金膜、検出用電極3は炭素薄膜である。
(Example)
The schematic diagram of the catecholamine sensor based on a present Example is shown to Fig.1 (a) and (b). The catechol sensor according to the present embodiment is formed by bonding two glass substrates to the surfaces on which the electrodes of the respective glass substrates are formed.
1A and 1B, a flow path 4 is formed by an insulating
本実施例では、まずガラス基板8a上に、酸化用電極1、還元用電極2、および検出用電極3を形成する。次いで、各電極が形成されたガラス基板8a上に、流路4が形成されるように絶縁層10を形成する。すなわち、流路4内では、ガラス基板8a、各電極の表面が露出するように、絶縁層10を形成するのである。
In the present embodiment, first, the oxidation electrode 1, the reduction electrode 2, and the detection electrode 3 are formed on the
第1の1対のくし型アレイ電極において、酸化用電極1の幹部と還元用電極2の幹部とは略平行に配置されており、かつ酸化用電極1の枝状部と還元用電極2の枝状部とは互いに略平行になるように交互に配置されている。さらに、第1の1対のくし型アレイ電極の最上流は、酸化用電極1の枝状部であり、最下流は、還元用電極2の枝状部である。 In the first pair of comb array electrodes, the trunk portion of the oxidation electrode 1 and the trunk portion of the reduction electrode 2 are arranged substantially in parallel, and the branch portions of the oxidation electrode 1 and the reduction electrode 2 The branch portions are alternately arranged so as to be substantially parallel to each other. Furthermore, the most upstream of the first pair of comb array electrodes is the branch portion of the oxidation electrode 1, and the most downstream is the branch portion of the reduction electrode 2.
第2の1対のくし型アレイ電極において、2つの検出用電極3のそれぞれの幹部が略平行に配置され、かつ2つの検出用電極3の枝状部が互いに平行になるように交互に配置されている。 In the second pair of comb-shaped array electrodes, the trunk portions of the two detection electrodes 3 are arranged substantially in parallel, and the branch portions of the two detection electrodes 3 are alternately arranged in parallel to each other. Has been.
このような酸化用電極1、還元用電極2、および検出用電極3は、同一基板、すなわちガラス基板8aに形成されている。また、流路4内の、酸化用電極1の上流側には、酵素反応手段としてのアスコルビン酸酸化酵素膜7が形成されている。
Such an oxidation electrode 1, a reduction electrode 2, and a detection electrode 3 are formed on the same substrate, that is, a
また、絶縁性基板としてのガラス基板8bには、ガラス基板8aとガラス基板8bとを張り合わせた際に、第1の1対のくし型アレイ電極を含む領域と対向する位置に、対向電極5が形成され、第2の1対のくし型アレイ電極を含む領域と対向する位置に、参照電極6が形成されている。この対向電極5は白金電極であり、参照電極は銀電極である。
The
本実施例では、このような構成のガラス基板8aおよびガラス基板8bを張り合わせることによって、カテコールアミンセンサは完成する。このような構成のカテコールアミンセンサにおいて、流路4に測定試料9を流すことによって、カテコールアミン濃度のモニターを連続的に行う。
In the present embodiment, the catecholamine sensor is completed by bonding the
なお、本実施例では、対向電極5および参照電極6を、酸化用電極1、還元用電極2、および検出用電極3と別個の基板に形成しているが、同一の基板に形成するようにしても良い。
In this embodiment, the
酸化用電極1は、金をパターニングして作製しており、金表面には、アミノエタンチオールの単分子膜を自己組織化法により修飾している。ここで用いるチオールの単分子膜は、単一種でもよいし、複数のチオール類を同時に用いて形成したものでも構わない。 The oxidation electrode 1 is produced by patterning gold, and a monomolecular film of aminoethanethiol is modified on the gold surface by a self-assembly method. The monomolecular film of thiol used here may be a single type or may be formed using a plurality of thiols at the same time.
以上の電極を、ALS1000(CHl,USA)に接続し、測定を行った。参照電極6に対して、酸化用電極1には600mV、還元用電極2には−200mV、検出用電極3を構成する2つの電極にはそれぞれ600mV、−200mVの電位を印加した。測定試料9を導入する際にはシリンジポンプを用い、流速を2μl/minに設定した。
The above electrodes were connected to ALS1000 (CH1, USA) and measured. With respect to the reference electrode 6, a potential of 600 mV was applied to the oxidation electrode 1, a potential of −200 mV was applied to the reduction electrode 2, and a potential of 600 mV and −200 mV were applied to the two electrodes constituting the detection electrode 3. When the
はじめに、検出用電極3のみに電位を印加した。測定試料9として100nMのドーパミン溶液を流路4に導入すると、10nAの電流値が得られた。次に、酸化用電極1および還元用電極2にそれぞれ600mV、−200mVの電位を印加し、同様な測定を行ったところ、同じく10nAの電流値が得られた。これは、ドーパミンが、酸化用電極1および還元用電極2を通過した際に消費されず、検出用電極3に到達していることを示している。続いて、測定試料9として、測定妨害物質としてのL−アスコルビン酸50μMとドーパミン100nMとの混合溶液を流路4に導入したところ、同じく10nAの電流値が得られた。これは、L−アスコルビン酸がアスコルビン酸酸化酵素膜7と酸化用電極1上で完全に除去されていることを示している。
First, a potential was applied only to the detection electrode 3. When a 100 nM dopamine solution was introduced into the flow path 4 as the
比較として、酸化用電極1を用いずに測定を行ったところ、11nAの電流値が得られた。これは、L−アスコルビン酸酸化酵素で完全にL−アスコルビン酸を除去できていないことを示している。また、酸化用電極1に自己組織化膜を形成しない場合には、電流値が8nAに低下した。これは酸化用電極1の電極でドーパミンが酸化されたものを、還元用電極2にて還元しきれていないことを示す。よって、酸化用電極1の表面をチオール類にて修飾することは好ましい。 As a comparison, when the measurement was performed without using the oxidation electrode 1, a current value of 11 nA was obtained. This indicates that L-ascorbic acid cannot be completely removed by L-ascorbate oxidase. Further, when the self-assembled film was not formed on the oxidation electrode 1, the current value decreased to 8 nA. This indicates that the oxidation of the dopamine in the electrode for oxidation 1 has not been reduced by the reduction electrode 2. Therefore, it is preferable to modify the surface of the oxidation electrode 1 with thiols.
なお、本実施例では、酵素反応手段の酵素にアスコルビン酸酸化酵素を用いたが、その限りではなく、ウリカーゼ、カタラーゼを固定することによって尿酸を分解することが可能となる。また、検出用電極としてくし形電極を用いたが、マイクロメートルオーダーの微小な電極を多数配列させたアレイ電極を用いてもよい。生体試料を採取しながら測定を行う場合には、マイクロダイアリシスプローブやガラスキャピラリを接続するとよい。 In this example, ascorbate oxidase was used as the enzyme of the enzyme reaction means, but not limited thereto, and uric acid can be decomposed by fixing uricase or catalase. In addition, although the comb-shaped electrode is used as the detection electrode, an array electrode in which a large number of minute electrodes on the order of micrometers is arranged may be used. When performing measurement while collecting a biological sample, a microdialysis probe or a glass capillary may be connected.
以上のように、測定妨害物質の電解酸化用電極として正の電荷を有するチオール類を修飾した電極を用いることにより、酵素反応で除去しきれなかった測定妨害物質を選択的に除去し、カテコールアミンを選択的に検出することのできるデバイスを構築することができた。 As described above, by using an electrode modified with a positively charged thiol as an electrode for electrolytic oxidation of a measurement interfering substance, the measurement interfering substance that could not be removed by the enzymatic reaction was selectively removed, and catecholamine was removed. A device that can be selectively detected was constructed.
11 基板
12 流路
13 酸化用電極
14 還元用電極
15 検出用電極
16 測定試料
17 絶縁層
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記流路に形成された、前記測定試料に含まれる、カテコールアミンおよび測定妨害物質を酸化するための第1の電極と、
前記流路に形成された、前記第1の電極にて酸化されたカテコールアミンを還元するための第2の電極と、
前記流路において前記第1の電極および第2の電極よりも下流側に形成された、前記カテコールアミンを検出するための第3の電極とを備え、
前記第1の電極および第2の電極はくし型電極であり、
前記第1の電極となるくし型電極の枝状部と、前記第2の電極となるくし型電極の枝状部とが交互に配置され、かつ該交互に配置されたくし型電極の最下流は前記第2の電極となるくし型電極の枝状部であることを特徴とするカテコールアミンセンサ。 A catecholamine sensor that detects a catecholamine concentration by flowing a measurement sample from an upstream side to a downstream side in a flow path,
A first electrode for oxidizing catecholamines and measurement interfering substances contained in the measurement sample formed in the flow path;
A second electrode for reducing catecholamines formed in the flow path and oxidized by the first electrode;
A third electrode for detecting the catecholamine formed downstream of the first electrode and the second electrode in the flow path ;
The first electrode and the second electrode are comb-type electrodes,
The branch part of the comb electrode that becomes the first electrode and the branch part of the comb electrode that becomes the second electrode are alternately arranged, and the most downstream of the alternately arranged comb electrode is A catecholamine sensor, wherein the catecholamine sensor is a branch portion of a comb-shaped electrode to be the second electrode .
前記カテコールアミンセンサに接続された、試料採取用のキャピラリ、前記カテコールアミンセンサに接続された、チューブ、または前記カテコールアミンセンサに接続された、微小透析膜付プローブのいずれか1つ
を備えることを特徴とするフローセル。 A catecholamine sensor according to any one of claims 1 to 5 ,
One of a capillary for sample collection connected to the catecholamine sensor, a tube connected to the catecholamine sensor, or a probe with a microdialysis membrane connected to the catecholamine sensor is provided. Flow cell.
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