JP4608696B2 - Electrode for electrochemical measurement, and sensor for electrochemical measurement using the same - Google Patents
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Description
本発明は、試験溶液の電気化学反応を検出する為に使用する電極、及び当該電極を用いた二電極系の電気化学反応測定用センサに関する。 The present invention relates to an electrode used for detecting an electrochemical reaction of a test solution, and a two-electrode sensor for measuring an electrochemical reaction using the electrode.
作用極、及び参照用電極と対極を兼ねる電極で構成される二電極系のセンサで対極の導電性物質上に参照極として作用するAg/AgClのペーストを全面に亘り付与する方法は一般に知られている。
上記文献に見られるように、対極の原型となる導電性材料の上に、ペースト状のAg/AgClを全面に付与した電極、及びそれに作用極を組み合わせたセンサを用いて試験溶液の電気化学計測を行なう方法は一般的に知られているが、このような電極或いはセンサを用いて計測を行なうと、出力に大きなばらつきが生じ、安定した測定結果が得られ難い。 As seen in the above document, electrochemical measurement of a test solution using a sensor in which a paste material of Ag / AgCl is applied to the entire surface of a conductive material as a prototype of the counter electrode and a working electrode combined therewith. However, when measurement is performed using such an electrode or sensor, a large variation occurs in output, and it is difficult to obtain a stable measurement result.
電気化学計測においては、試験溶液の量が微量な場合が多く、且つ反応も微弱で、外部環境からの電気的雑音の影響を受け易いので、僅かな出力の変動やばらつきが、検出結果の信頼性を著しく損なう。
また、例えばDNA反応の検出では、同一電極、及び当該センサで、複数回の計測が行なえないとされているが、この場合には出力値のばらつきは検出結果の信頼性に致命的な影響を与える。
In electrochemical measurements, the amount of test solution is often very small, and the response is weak, and it is easily affected by electrical noise from the external environment. Remarkably impair the performance.
In addition, for example, in the detection of a DNA reaction, it is said that a plurality of measurements cannot be performed with the same electrode and the sensor, but in this case, variations in output value have a fatal effect on the reliability of the detection result. give.
電気化学反応検出用電極、或いはそれを用いたセンサは、使い捨て型として用いられることも多く、腐食性の高いAg/AgClの使用量は、環境負荷への観点からも出来るだけ少ないことが望ましい。 Electrochemical reaction detection electrodes or sensors using the same are often used as disposable types, and it is desirable that the amount of highly corrosive Ag / AgCl used be as small as possible from the viewpoint of environmental impact.
本発明は、対極の作用をする導電物質に、参照極の作用をするAg/AgCl混合体をオーミックコンタクトをもたせ重層構造とした電極、及びこれを用いた二電極系のセンサにおいて、対極を構成する導電物質表面上に、その面積よりも少ない面積でAg/AgClをオーミックコンタクトさせるように配置することにより、上記課題を解決しようとするものである。 The present invention provides a counter electrode in an electrode having an ohmic contact with an Ag / AgCl mixture acting as a reference electrode on a conductive material acting as a counter electrode, and a two-electrode sensor using the same. The above-mentioned problem is to be solved by disposing Ag / AgCl in ohmic contact with a smaller area than the surface of the conductive material.
Ag/AgClと対極が、オーミックコンタクトを形成する面積を、対極の面積より小さくなるようにAg/AgClを配置することにより、対極の原型となる導電性材料上全面に亘ってAg/AgClを配置した場合に比べ、出力のばらつきが少なくなり、しかも、出力の大きさには影響を及ぼさない。
また、比較的高価なAg/AgClの使用量を節減させることが可能となるので、生産コストの削減を計ることができる。
また、この種電極及びこれを用いたセンサは使い捨て型で使用されることも多く、腐食性の高いAg/AgClの使用量が抑制できることは公害の防止上の効果もある。
更に本発明の電極又はセンサは複数回の使用にも耐えるという実験結果も得られている。
By arranging Ag / AgCl so that the area where the counter electrode and the counter electrode form an ohmic contact is smaller than the area of the counter electrode, Ag / AgCl is arranged over the entire surface of the conductive material as the prototype of the counter electrode. Compared with the case, the variation in output is reduced, and the output size is not affected.
In addition, the amount of relatively expensive Ag / AgCl used can be reduced, so that the production cost can be reduced.
Moreover, this kind of electrode and a sensor using the same are often used in a disposable type, and the fact that the amount of highly corrosive Ag / AgCl used can be suppressed has an effect of preventing pollution.
Furthermore, experimental results have been obtained that the electrode or sensor of the present invention can withstand multiple uses.
電気化学計測に用いられる一般的なセンサ及びそれを用いた計測方法について、図7に基づいて説明する。
図7において71は反応セルで、反応セル71は容器72とセンサ73から構成されている。センサ73は、絶縁基板73a上に、作用極73b、対極73cが形成されたものから成っている。センサ73は基部でソケット74に挿し込まれ、ソケット74に接続されたリード線75によって外部計測装置に接続されている。
いま容器72に試験溶液76が満たされ、センサ73が矢印の方向に試験溶液76に浸漬されると、試験溶液76の状況に応じた電気信号が検出できる。
A general sensor used for electrochemical measurement and a measurement method using the same will be described with reference to FIG.
In FIG. 7,
When the
図1は、本発明の電極を用いたセンサの例を示す平面図である。
11は基板で、溶液中に成分が溶出せず、且つ絶縁性を有する素材、例えばガラスエポキシ、テフロン、ポリイミド、BTレジン、マイラ、PET、セラミック等の材料を用いる。
基板11の表面上には導電物質の作用極12がエッチングや印刷など公知の方法で形成されている。
作用極12の外側には、作用極12を取り囲むように、対極13が同様の方法で形成されている。
対極13は、必ずしも作用極12を取り囲むような形状である必要はなく、例えば平行電極、櫛型電極であっても構わないが、図示の例のように、作用極を取り囲むように、例えば作用極が円形であればそれを取り囲む円弧状に形成したほうが、電気的ノイズ耐性に強く安定した出力が得られることが知られている。
なお、試験溶液によっては、ノイズ耐性の観点から、作用極と対極の配置が図1と逆になることもある、
FIG. 1 is a plan view showing an example of a sensor using the electrode of the present invention.
A working
A
The
Depending on the test solution, from the viewpoint of noise resistance, the arrangement of the working electrode and the counter electrode may be reversed from FIG.
14は作用極12の外部接続用配線、15は対極13の外部接続用配線であり、作用極12、対極13と同じように、基板11上に導電物質で形成されている。
夫々の外部接続用配線14,15は、一端が作用極12や対極13と接続され、他端が基板の端部14a、15aまで延長されており、端部14a、15aをソケット(図示せず)のプラス電極、マイナス電極に夫々差し込むことによって外部回路と接続できるようになっている。
14 is an external connection wiring for the working
Each of the
この基板11全体を、或いは電極の形成されている面を、作用極12、対極13及び外部接続用配線の端部14a、15a付近などの指定された部分を除いて、絶縁膜16(網みかけ部)で覆うことにより、試験溶液に浸漬したとき作用極12、対極13のみが液に露出するようになっている。
The entire surface of the
本発明のセンサにおいては、対極13の表面の一部に、オーミックコンタクトを有するようにAg/AgClのペーストによって参照極17を形成する。
参照極17を形成する位置は、対極表面に露出した状態であれば、対極上のどこでも良いがオーミックコンタクトを有する部分の面積が対極の面積より少ないことが重要である。
またオーミックコンタクトをしている部分の形状はどのような形でもよく、方形、円形や格子状であっても構わない。
In the sensor of the present invention, the
The position where the
The shape of the ohmic contact portion may be any shape, and may be a square shape, a circular shape, or a lattice shape.
図6は、対極の表面の一部に、Ag/AgClの参照極を、オーミックコンタクトをもたせるように形成する例を示す図である。
図6a乃至図6cに於いて、64は絶縁物の基板、63は基板64上に形成された導電物質の対極、61は絶縁膜、62はAg/AgClの参照極を示す。
FIG. 6 is a diagram showing an example in which an Ag / AgCl reference electrode is formed on a part of the surface of the counter electrode so as to have an ohmic contact.
6A to 6C,
図6aの例は、対極63の絶縁膜61で覆われていない部分に、直接Ag/AgClを塗布した例である。
この場合、参照極(Ag/AgCl)62が対極63と接している部分の面積がそのままオーミックコンタクトを形成している。
The example of FIG. 6 a is an example in which Ag / AgCl is directly applied to a portion of the
In this case, the area of the portion where the reference electrode (Ag / AgCl) 62 is in contact with the
図6bの例では、参照極(Ag/AgCl)62が一部絶縁膜61上に重なるように塗布されているので、参照極(Ag/AgCl)62が対極63にオーミックコンタクトを形成するのは対極63に直接接している部分の面積となる。
In the example of FIG. 6b, since the reference electrode (Ag / AgCl) 62 is applied so as to partially overlap the
図6cの例は、絶縁膜61に予め隙間を設けておき、その上に参照極(Ag/AgCl)を塗布した例である。
この場合も参照極(Ag/AgCl)62が対極63にオーミックコンタクトを形成しているのは、対極13に接した面積に限定される。
The example of FIG. 6C is an example in which a gap is provided in advance in the
Also in this case, the reason why the reference electrode (Ag / AgCl) 62 forms an ohmic contact with the
図1に示す本発明のセンサに於いて、本発明の特徴をもっともよく表わすのは、対極13、即ちその表面に、対極13の面積より少ない面積でオーミックコンタクトを形成するように、Ag/AgClの参照極17を設けた、対極13の部分である。
したがって、作用極と対極は必ずしも同一基板上に形成する必要はなく、基板を作用極部分と対極部分に切り離しても十分にその効果を発揮することは当然である。
また、対極の面積及びその上に形成されたAg/AgClの参照極のオーミックコンタクトの面積が前記条件を満たす限り、作用極、対極の形状は平板状である必要もないことも明らかである。
In the sensor of the present invention shown in FIG. 1, the characteristics of the present invention are best represented by the Ag / AgCl so that an ohmic contact is formed on the
Therefore, the working electrode and the counter electrode do not necessarily have to be formed on the same substrate, and it is natural that the effect is sufficiently exhibited even if the substrate is separated into the working electrode portion and the counter electrode portion.
It is also clear that the working electrode and the counter electrode need not be flat as long as the area of the counter electrode and the area of the ohmic contact of the reference electrode of Ag / AgCl formed thereon satisfy the above conditions.
図2に作用極と分離した形で形成された対極の例を示す。
図2において、21は対極を示す。対極21はカーボン、銀などの導電材料、又は絶縁体上にカーボン、銀等の導電材料を塗布して作られている。
22はソケット又は把手で、対極21の一端側に設けられており、対極を保持するとともに、その出力をリード線23によって外部計測装置(図示せず)に接続するようになっている。
24は接続境界用の絶縁層で、試験溶液液面に、この部位まで浸漬させるのが適当であることを示す指標となる。
FIG. 2 shows an example of a counter electrode formed in a form separated from the working electrode.
In FIG. 2, 21 indicates a counter electrode. The
A socket or
本発明の電極においては、対極21の表面に、対極21の表面積より少ない面積でオーミックコンタクトを形成するようにAg/AgClの参照電極25を塗布したものである。
図2は対極の先端部に参照極25を取り付けた例を示すが、その位置は先端部に限られるものではない。
In the electrode of the present invention, an Ag /
FIG. 2 shows an example in which the
上記構成の対極を試験溶液に浸漬し、一方適当な形状の作用極を同時に試験溶液に浸漬することによっても、実施例1に記載のセンサと同様の作用効果を得ることができる。 The same effect as that of the sensor described in Example 1 can be obtained by immersing the counter electrode having the above-described configuration in the test solution while simultaneously immersing the working electrode having an appropriate shape in the test solution.
参照極の、対極にオーミックコンタクトを有している面積が、対極の面積より少ないことが重要である理由について図面に基づいて説明する。
図3は図1に示すような電極を持つセンサにおいて、対極面積に占めるAg/AgCl参照電極のオーミックコンタクト面積の比率を0%から100%まで段階的に変化させた電極センサを使用し、出力電流のピーク値をリニアスイープボルタンメトリー(以下、LSVという)計測で得た例である。
ただし、二電極系で参照極と対極がオーミックコンタクトを持たない場合には、試験溶液等に存在する水分子に数十秒以上接触すると、適正な計測出力が得られなくなるため、0%は対象から外してある。
この図よりオーミックコンタクト面積比(以下面積比という)は出力値に影響を与えていないことがわかる。
また、個々の電極によるばらつきもあるので、図3は各面積比のサンプルを夫々複数個(N=50)用意し、夫々の面積比出力の平均値で表わしている。
The reason why it is important that the area of the reference electrode having the ohmic contact on the counter electrode is smaller than the area of the counter electrode will be described with reference to the drawings.
FIG. 3 shows a sensor having an electrode as shown in FIG. 1, which uses an electrode sensor in which the ratio of the ohmic contact area of the Ag / AgCl reference electrode to the counter electrode area is changed stepwise from 0% to 100%. This is an example in which the peak value of current is obtained by linear sweep voltammetry (hereinafter referred to as LSV) measurement.
However, if the reference electrode and the counter electrode do not have ohmic contact in a two-electrode system, contact with water molecules present in the test solution for several tens of seconds makes it impossible to obtain an appropriate measurement output. It has been removed from.
From this figure, it can be seen that the ohmic contact area ratio (hereinafter referred to as area ratio) does not affect the output value.
Further, since there are variations due to individual electrodes, FIG. 3 shows a plurality of samples (N = 50) for each area ratio, which are represented by average values of the area ratio outputs.
図4は図3と同じ条件下で、Ag/AgClの面積比によるピーク電流値のばらつきを表したものである。この図から相関関数は0.58となり面積が小さくなるほど、出力のばらつきが小さくなる傾向にあることが分かる。 FIG. 4 shows the variation of the peak current value due to the area ratio of Ag / AgCl under the same conditions as FIG. From this figure, it can be seen that the correlation function is 0.58 and the variation in output tends to decrease as the area decreases.
図8は、対極に対するオーミックコンタクトの面積比25%の電極Aを利用し、酵素の活性を測定した結果である。図9に測定に使用した電極Aを示す。電極Aは、基板91の表面に対極92と作用極93と平行に設けたタイプであり、対極92の表面には平行方向の一辺に沿って参照極94が設けられている。対極92と参照極94とのオーミックコンタクトの面積比は対極92の面積の25%である。酵素はアルカリフォスファターゼ(ALP)(ヒト胎盤由来)3800KA/mL、基質はp−phenyl phosphate 1mg/mL、緩衝液は50mM Tris−HCl,pH8.0を使用した。測定温度を21℃と36℃とし、各々の測定温度下において、ALPと基質溶液混合から2分ごとにピーク電流値を測定した。個々の電極によるばらつきを考慮し、測定温度21℃、36℃の夫々につきサンプルを複数個(n=3)用意して測定し、平均値をピーク電流値としている。図8から分かるように、各測定点(X軸:時間)におけるピーク電流値のばらつきは最大で5.7%程度であり、測定温度21℃と36℃の双方で良好な検量線が得られている。
FIG. 8 shows the results of measurement of enzyme activity using the electrode A having an area ratio of ohmic contact to the counter electrode of 25%. FIG. 9 shows the electrode A used for the measurement. The electrode A is a type provided on the surface of the
例えばオーミックコンタクトの面積比を100%とした電極(従来の電極)を用いて同様の測定を行った場合、図4の結果から電極は8%程度の測定誤差を生じることになるので、図8の21℃の検量線を得ることが困難になると考えられる。本発明の電極は測定誤差が従来の電極よりも小さいため、測定誤差が大きな影響を与える低温領域での測定においても有効である。このようにピーク電流値のばらつきを低下させることは、バイオセンサなどの測定において非常に重要であり、本発明により従来行うことが困難であった物質も測定することが可能となる。 For example, when the same measurement is performed using an electrode (conventional electrode) in which the area ratio of the ohmic contact is 100%, the electrode causes a measurement error of about 8% from the result of FIG. It is considered difficult to obtain a 21 ° C. calibration curve. Since the measurement error of the electrode of the present invention is smaller than that of a conventional electrode, the measurement error is also effective in measurement in a low temperature region where the measurement error greatly affects. Reducing the variation in peak current value in this way is very important in the measurement of biosensors and the like, and it is possible to measure substances that have been difficult to perform by the present invention.
つぎに、対極に対するオーミックコンタクトの面積比が3%の電極Bを用いて性能評価を行なった。図10は、電極Bを用いたセンサの例である。センサは図1と同様のタイプであり、オーミックコンタクト面積比が3%となるように対極13表面にAg/AgClの参照極17を印刷したものを用いた。図10の符号は図1の符号と同じである。電気化学測定は、60μM−Hoechst 33258を用い、掃引速度100mV/secのリニアスイープボルタンメトリー(LSV)法にて行なった。
Next, performance evaluation was performed using the electrode B having an area ratio of the ohmic contact to the counter electrode of 3%. FIG. 10 shows an example of a sensor using the electrode B. The sensor is of the same type as that shown in FIG. 1, and an Ag /
図11及び表1にその測定結果を示す。対極に対するオーミックコンタクトの面積比が3%の電極Bを用いた場合、ピーク電流値が高く(図11参照)、良好な電気化学応答が得られた。さらに、ピーク電流値のばらつきを算出したところ(n=11)、ばらつきは2.7%と非常に小さい値が得られた(表1参照)。以上より、面積比3%の電極Bは、ピーク電流値及びばらつきのいずれについても良好な値を示し、非常に性能の良い電極であることがわかる。なお、Ag/AgClの表面積比が0%の電極を用いた場合、良好なピーク電流値を得ることはできなかった。このことから、Ag/AgClの参照電極は対極にごく僅かな面積であってもオーミックコンタクトをしていれば十分に測定が可能であり、さらに、従来のような対極の全面をAg/AgClで覆っていたタイプの電極に比べ、性能(分解能または感度)が向上していると言える。
つぎに、図10と同一タイプで、対極に対するオーミックコンタクトの面積比を0%以上6%以下の範囲で段階的に異ならせた電極を複数準備し、各々の電極を用いて各オーミックコンタクトの面積比における出力電流およびピークポテンシャルを測定した。参照極は対極表面にAg/AgClを印刷することにより形成した。測定は、60μM−Hoechst 33258を用い、掃引速度100mV/secのリニアスイープボルタンメトリー(LSV)法にて行なった。 Next, a plurality of electrodes having the same type as in FIG. 10 and having an area ratio of the ohmic contact to the counter electrode varied stepwise within a range of 0% to 6% are prepared, and the area of each ohmic contact using each electrode is prepared. The output current and peak potential at the ratio were measured. The reference electrode was formed by printing Ag / AgCl on the counter electrode surface. The measurement was performed by a linear sweep voltammetry (LSV) method using 60 μM-Hoechst 33258 and a sweep rate of 100 mV / sec.
図12および図13にその測定結果を示す。いずれの面積比の電極においても、十分な出力電流値を示し、ピークポテンシャルにおいて電位が安定傾向にあり、十分な電気応答反応が得られた。また、面積比1%以上の電極については、面積比1%未満の電極と比較して、出力電流値が高く、ピークポテンシャルにおいて電位が安定傾向を示し、好ましいことがわかる。さらに、面積比2%以上の電極については、面積比2%未満の電極と比較して、出力電流値が高く、ピークポテンシャルにおいても電位が安定的であり、良好な電気応答反応が得られた。なお、Ag/AgClの表面積比が0%の電極を用いた場合、良好なピーク電流値を得ることはできなかった。以上の測定結果から、オーミックコンタクトの面積比は0よりも大であれば、従来のような対極の全面をAg/AgClで覆っていたタイプの電極に比べ、性能(分解能または感度)が向上していると言える。さらに、今回用いた図10と同一タイプの電極においては、1%以上、更に好ましくは2%以上であるといえる。 The measurement results are shown in FIGS. In any area ratio electrode, a sufficient output current value was exhibited, the potential tended to be stable at the peak potential, and a sufficient electrical response reaction was obtained. Further, it can be seen that an electrode having an area ratio of 1% or more is preferable because the output current value is high and the potential tends to be stable at the peak potential as compared with an electrode having an area ratio of less than 1%. Furthermore, an electrode with an area ratio of 2% or more had a higher output current value, a stable potential at the peak potential, and a good electrical response reaction compared to an electrode with an area ratio of less than 2%. . When an electrode having a surface area ratio of Ag / AgCl of 0% was used, a good peak current value could not be obtained. From the above measurement results, when the area ratio of the ohmic contact is larger than 0, the performance (resolution or sensitivity) is improved as compared with the conventional electrode in which the entire surface of the counter electrode is covered with Ag / AgCl. It can be said that. Furthermore, in the electrode of the same type as FIG. 10 used this time, it can be said that it is 1% or more, more preferably 2% or more.
これらの結果から、Ag/AgClの参照極は対象電極にごく僅かな面積であってもオーミックコンタクトをしていれば十分に測定可能であり、従来のような対極の全表面をAg/AgClの参照極で覆っていた電極や、Ag/AgClを対極として用いていた電極と比較すると、性能(分解能または感度)が良好であるといえる。さらに、対極に対するオーミックコンタクトの面積比が小さくなるほど性能が向上するが、対極に対するオーミックコンタクトの面積比が2%以下の範囲においては、若干の性能の低下が見られたことから、今回使用した電極に置いては、印刷したAg/AgClが参照極として十分に機能することの出来る面積比は2%前後までであるといえる。以上の結果と電極製造の歩留り等を考慮すると、面積比が2%以上の範囲でより小さく形成することが好ましいことがわかる。補足するが、面積比が0%より大であり2%未満の範囲においては、面積比2%よりも性能は劣るものの、従来のような面積比100%の電極等と比較すると性能は良好であり、Ag/AgCl使用量の削減に伴う生産コストの低廉化や公害防止の効果は高いといえる。 From these results, even if the reference electrode of Ag / AgCl has a very small area on the target electrode, it can be measured sufficiently if it has an ohmic contact, and the entire surface of the counter electrode as in the conventional case can be measured with Ag / AgCl. It can be said that the performance (resolution or sensitivity) is better than the electrode covered with the reference electrode or the electrode using Ag / AgCl as the counter electrode. Furthermore, the performance improves as the area ratio of the ohmic contact to the counter electrode decreases. However, when the area ratio of the ohmic contact to the counter electrode is 2% or less, a slight decrease in performance was observed. In other words, the area ratio at which the printed Ag / AgCl can sufficiently function as a reference electrode is up to about 2%. Considering the above results and the yield of electrode manufacturing, it can be seen that it is preferable to form a smaller area ratio in the range of 2% or more. In addition, when the area ratio is greater than 0% and less than 2%, the performance is inferior to that of the area ratio of 2%, but the performance is better than the conventional electrodes with an area ratio of 100%. Yes, it can be said that the effect of reducing the production cost and preventing pollution accompanying the reduction of the amount of Ag / AgCl used is high.
補足するが、Ag/AgClが全く存在しない(オーミックコンタクトの面積比が0%、つまり始めからAg/AgClを印刷していない)場合においては、参照電極のない測定系を意味し、そもそもピーク電流値を得ることが出来ない。 In addition, when Ag / AgCl is not present at all (the area ratio of the ohmic contact is 0%, that is, Ag / AgCl is not printed from the beginning), it means a measurement system without a reference electrode. I can't get the value.
さらに付け加えると、最適なオーミックコンタクトの面積比は、測定対象や条件により異なることは言うまでもなく、本発明はその面積を限定するものではない。
例えば、図8において36℃の検量線を得たい場合は、従来の電極(オーミックコンタクトの面積比100%)や表面積比が高い電極であっても測定可能である。また、図8では、オーミックコンタクトの面積比25%を利用して実施例を示したが、実際にバイオセンサなどを開発・販売する場合、電極作製に伴う工程数やコスト、要求される性能(分解能または感度)などを考慮する必要があり、常にAg/AgClの表面積比を小さくした電極が有効であるとは言い難い。つまり本出願は、Ag/AgClの表面積比が小さくなるにつれて電極の性能(分解能または感度)が向上することについての発明であり、その面積比を限定するものではない。
In addition, it goes without saying that the optimum area ratio of the ohmic contact varies depending on the measurement object and conditions, and the present invention does not limit the area.
For example, when it is desired to obtain a calibration curve at 36 ° C. in FIG. 8, even a conventional electrode (area ratio of
図5aのグラフは加工時熱履歴が多少過剰な場合のLSV計測出力波形の一例で、横軸をスイープ電圧(V)、縦軸を出力電流(μA)で表わしている。
図5bは、図5aのグラフにおける立ち上がり部(楕円部分)を拡大して表示したものである。
The graph of FIG. 5a is an example of an LSV measurement output waveform when the heat history during processing is somewhat excessive, and the horizontal axis represents the sweep voltage (V) and the vertical axis represents the output current (μA).
FIG. 5b is an enlarged view of the rising portion (elliptical portion) in the graph of FIG. 5a.
一般にこの種の測定では、出力変化の立ち上がりは、その部分の傾きが連続的に変化するが、図5の例では電極作成時の熱履歴により、立ち上がり部の傾きが連続的でなくなり、約0.4〜0.55vの範囲で不安定な領域があることを示している。
同時に面積比によりその状況が変化している。
即ち100%(実線)のものは緩慢で変動のある立ち上がりを示すが、10%(点線)では急峻となり、立ち上がり部の傾きも連続傾向を持つようになる。
これは印刷されたペースト素材の加工時熱履歴に起因する歪み、拡散等により、電極が潜在的に持つノイズ要因がAg/AgClの面積を小さくすることで軽減される傾向を持つことを示している。
このグラフからAg/AgClのオーミックコンタクト部面積は小さいことが好ましいが、80%の場合でも100%の場合に比すると、はるかに優れていることがわかる。また20%程度以下が好ましいことがわかる。
In general, in this type of measurement, the slope of the rising portion of the output change continuously changes. However, in the example of FIG. It shows that there is an unstable region in the range of .4 to 0.55v.
At the same time, the situation changes depending on the area ratio.
That is, 100% (solid line) shows a slow and fluctuating rising edge, but 10% (dotted line) becomes steep and the inclination of the rising part has a continuous tendency.
This indicates that the potential noise factor of the electrode tends to be reduced by reducing the area of Ag / AgCl due to distortion, diffusion, etc. due to the thermal history during processing of the printed paste material. Yes.
This graph shows that the area of the ohmic contact portion of Ag / AgCl is preferably small, but it can be seen that even in the case of 80%, it is far superior to the case of 100%. Moreover, it turns out that about 20% or less is preferable.
参照電極を構成するAg/AgClの、対極とのオーミックコンタクト面積が対極の面積と同じ(100%)の場合、出力電流のばらつきが多く、好ましくない理由は必ずしも明確ではないが、おおよそ次ぎの理由によるものと思われる。
本来Ag/AgClは参照電極として基準電位を与える作用をするが、それ以外に加工上の熱履歴によりAg/AgCl内での拡散・分散、対極との拡散等の影響を受け、また、同様に対極、作用極も熱履歴の影響を受け、潜在的にノイズの発生源を有していて、電圧印加時に電子の移動に影響を及ぼす。
電気化学計測のように微小電流を扱う上では、このノイズ状の影響は無視できない。
図4で示された傾向は、Ag/AgClのオーミックコンタクト面積を小さくすることで、出力ばらつきを大きくする大きな要因を減少させることができることを示している。
以下の結果から、面積比は小さければ小さいほど良いことになる。
図5から、面積比は約20%程度以下が好ましいが、電極の形成工程及び完成した電極の再現性などを考慮した範囲で選定することになる。
例えば、対極面積が小さい場合、更に小さなAg/AgClを印刷することには限界がるが、この場合、図6bのように印刷可能な大きさのAg/AgClパターンの位置をずらして、所定の面積比になるように印刷することも可能である。
また、図6cのように、絶縁膜を用いて対極に微細な空隙を作り、これを用いてAg/AgClと対極のオーミックコンタクトをもたせることも可能である。
一般にDNA反応の検出で、電極及びセンサは一度の計測にのみ耐え得るとされているが、本発明の電極及び当該センサでは、複数回の使用に耐えるという知見も得られている。
When the ohmic contact area of Ag / AgCl constituting the reference electrode is the same (100%) with the counter electrode, the output current varies greatly, and the reason why it is not preferable is not necessarily clear. However, the reason is as follows. It seems to be due to.
Originally Ag / AgCl acts as a reference electrode to give a reference potential, but besides that, it is affected by diffusion / dispersion in Ag / AgCl, diffusion with the counter electrode, etc. due to thermal history during processing, and similarly The counter electrode and the working electrode are also affected by the thermal history and have a potential noise source, which affects the movement of electrons when a voltage is applied.
This noise-like effect cannot be ignored when handling minute currents as in electrochemical measurements.
The tendency shown in FIG. 4 shows that a large factor that increases output variation can be reduced by reducing the ohmic contact area of Ag / AgCl.
From the following results, the smaller the area ratio, the better.
From FIG. 5, the area ratio is preferably about 20% or less, but is selected within a range that takes into consideration the electrode forming process and the reproducibility of the completed electrode.
For example, when the counter electrode area is small, there is a limit to printing even smaller Ag / AgCl. In this case, the position of the Ag / AgCl pattern having a printable size is shifted as shown in FIG. It is also possible to print so as to have an area ratio.
Further, as shown in FIG. 6c, it is also possible to create a fine gap in the counter electrode using an insulating film, and to provide an ohmic contact of Ag / AgCl with the counter electrode.
In general, in detecting a DNA reaction, the electrode and the sensor can withstand only one measurement. However, the electrode and the sensor of the present invention have also been found to withstand a plurality of uses.
11 基板
12 作用極
13 対極
14 作用極の外部接続用配線
14a 基板の端部
15 対極の外部接続用配線
15a 基板の端部
16 絶縁膜
17 参照電極
71 反応セル
72 容器
73 センサ
73a 基板
73b 作用極
73c 対極
74 ソケット
75 リード線
76 試験溶液
92 対極
93 作用極
94 参照極
DESCRIPTION OF
Claims (2)
導電性物質、又は絶縁体基材上に導電性物質で形成した対極と、
前記対極上に形成されたAg/AgClの参照極とを備え、
前記対極と、参照極の一部又は全部はオーミックコンタクトを形成しており、
前記オーミックコンタクトの面積は、対極の面積より小さいことを特徴とする電気化学計測用電極。 An electrode used as a counter electrode for electrochemical measurement,
A conductive material, or a counter electrode formed of a conductive material on an insulator substrate;
An Ag / AgCl reference electrode formed on the counter electrode,
The counter electrode and a part or all of the reference electrode form an ohmic contact,
The electrode for electrochemical measurements, wherein an area of the ohmic contact is smaller than an area of a counter electrode.
前記基板上に導電物質で形成された作用極、
前記作用極に近接して前記基板上に導電物質で形成された対極、
前記対極上に、対極とオーミックコンタクトを形成するようにAg/AgClによって形成された参照極、とを備える電気化学計測用センサにおいて、
前記オーミックコンタクトの面積は、対極の面積より小さいことを特徴とする電気化学計測用センサ。 Insulator substrate,
A working electrode formed of a conductive material on the substrate;
A counter electrode formed of a conductive material on the substrate in proximity to the working electrode;
On the counter electrode, an electrochemical measurement sensor comprising: a reference electrode formed by Ag / AgCl so as to form an ohmic contact with the counter electrode;
The sensor for electrochemical measurements, wherein the area of the ohmic contact is smaller than the area of the counter electrode.
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