JPH03179248A - Fine pore array electrode for electrochemical analysis and manufacture thereof - Google Patents

Fine pore array electrode for electrochemical analysis and manufacture thereof

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JPH03179248A
JPH03179248A JP1317786A JP31778689A JPH03179248A JP H03179248 A JPH03179248 A JP H03179248A JP 1317786 A JP1317786 A JP 1317786A JP 31778689 A JP31778689 A JP 31778689A JP H03179248 A JPH03179248 A JP H03179248A
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JP
Japan
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electrode
electrodes
micropore
substance
thin film
Prior art date
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Application number
JP1317786A
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Japanese (ja)
Inventor
Osamu Niwa
修 丹羽
Tsutomu Horiuchi
勉 堀内
Masao Morita
雅夫 森田
Hisao Tabei
田部井 久男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
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  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

PURPOSE:To achieve higher sensitivity and selectivity in an electrode wherein a plural ity of numerous fine pore electrodes are arranged by modifying upper electrodes with a high polymer film, a low polymer film, an enzyme film or the like to promote an electrode reaction of an interfering substance or to cause a chemical reaction of the interfering substance in a catalytic manner among the electrodes located at upper, middle and bottom parts. CONSTITUTION:At least more than one working electrodes are arrayed being separated from one another at very small intervals and reaction with an interfering substance is suppressed by increasing a current amplification factor by a redox cycle between the electrodes or shortening a period during which a desired material diffuses between the electrodes. Moreover, some electrodes are modified using a substance which acts as a catalysis for electrochemical reaction of the interfering substance to promote a reaction while an area of the electrodes is made larger so as to check a harmful substance from diffusing near an electrode for detecting the desired material. Low and high polymer thin films and an enzyme thin film modifying the upper electrodes herein used are polyvinyl ferrocene, polyvinyl pyridine. An insulating substrate is used for a substrate and metal and an organic oxidizing/reducing high polymer thin film for a reference electrode.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、フローセルあるいは液体クロマトクラフィ、
バイオセンサなどに用いられる微小孔フレイ電極からな
る電気化学測定用電極およびそC製造方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention is applicable to flow cells or liquid chromatography,
The present invention relates to an electrochemical measurement electrode consisting of a microporous Frey electrode used in biosensors, etc., and a method for manufacturing the same.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

血液、尿などの体液中の微量成分や細胞内物質を電気化
学セルこ°定量する際に、目的物質の他に。
In addition to the target substance, electrochemical cells can be used to quantify trace components and intracellular substances in body fluids such as blood and urine.

目的物質とほぼ同様な酸化還元電位を有する物質が存在
する時、その影響をできるだけ小さくして。
When there is a substance with almost the same redox potential as the target substance, minimize its influence as much as possible.

目的物質を定量することが重要である。通常の電気化学
セルでは1作用電極、参照電極、対向電極の3ffl極
のうち9作用電極を高分子または低分子の薄膜あるいは
酵素、抗体などで修飾して選択性を付与し、目的物質の
定量を行っていた。
It is important to quantify the target substance. In a typical electrochemical cell, nine of the three working electrodes (one working electrode, one reference electrode, and one counter electrode) are modified with polymer or low molecular thin films, enzymes, antibodies, etc. to impart selectivity and quantify the target substance. was going on.

しかしながら、低分子の妨害物質でその濃度が非常に大
きい場合、膜中での拡散速度が大きいためffi極上の
被覆膜を透過して電極表面で電極反応を起こす量が無視
できず、目的物質の反応電流の定量性のうえで大きな問
題となっていた。また。
However, when the concentration of a low-molecular interfering substance is very high, the diffusion rate in the membrane is high, so the amount that passes through the coating film on the ffi electrode and causes an electrode reaction on the electrode surface cannot be ignored, and the target substance This has been a major problem in quantifying the reaction current. Also.

11111定電極上に被覆膜が存在すると、目的物質自
体の拡散速度も低下するため、感度が低下するという問
題があった。
When a coating film is present on the 11111 constant electrode, the diffusion rate of the target substance itself is reduced, resulting in a problem of reduced sensitivity.

この問題を解決するために2作用電極を2つ用いて、そ
の片方で妨害物質を電気化学的に不活性化し9次に残っ
た作用電極で目的物質を定量する方法が考えられている
。しかし、この方法では妨害物質と目的物質との濃度差
があまり大きくない場合には有効であるが、妨害物質が
目的物質に比較し過剰に存在すると、上記片方での前電
解だけでは全ての妨害物質を不活性化することができず
S/N比が低下するという問題があった。
In order to solve this problem, a method has been considered in which two working electrodes are used, one of which electrochemically inactivates the interfering substance, and the remaining working electrode is used to quantify the target substance. However, although this method is effective when the difference in concentration between the interfering substance and the target substance is not very large, if the interfering substance is present in excess compared to the target substance, pre-electrolysis at only one of the above may eliminate all the interfering substances. There was a problem that the substance could not be inactivated and the S/N ratio decreased.

目的物質が可逆性の酸化還元物質の場合、電極間のレド
ックスサイクルを利用して信号を増幅することができる
。このレドックスサイクルは、2つの近接した電極の一
方を目的物質の酸化電位以上に、他方を還元電位以下に
固定すると、2つの電極間で目的物質が酸化還元反応を
繰り返すため1′u流値が見かけ上、数十倍に増幅され
て観測される現象である。
When the target substance is a reversible redox substance, the signal can be amplified using redox cycles between electrodes. In this redox cycle, when one of two adjacent electrodes is fixed above the oxidation potential of the target substance and the other below the reduction potential, the target substance repeats the redox reaction between the two electrodes, resulting in a 1'u flow value. This is a phenomenon that is apparently amplified several dozen times.

しかしながら1通常サイズの電極では電極間の拡散距離
が大きく、2つの電極を並べて配置しても増幅効果は殆
ど期待できない。
However, with one normal-sized electrode, the diffusion distance between the electrodes is long, and even if two electrodes are arranged side by side, hardly any amplification effect can be expected.

一方、近年微量な溶液試料、生体内などの微小領域の分
析を目的として、微小電極が積極的に研究され、センサ
や生体細胞内物質の測定などへの応用が試みられている
。また、高感度で応答が速いことが知られており、フロ
ーインジェクションやクロマトグラフィの検出電極とし
ても注目されている。
On the other hand, in recent years, microelectrodes have been actively researched for the purpose of analyzing minute amounts of solution samples and microscopic areas such as inside living organisms, and attempts have been made to apply them to sensors and the measurement of substances in living cells. It is also known for its high sensitivity and quick response, and is attracting attention as a detection electrode for flow injection and chromatography.

微小電極の多くは、ガラス細管中に白金、金などの金属
線、炭素繊維などを封入して使用する。
Most microelectrodes are used by enclosing metal wires such as platinum or gold, carbon fibers, etc. in glass capillary tubes.

この微小電極の応答挙動は電極形状に依存し、電極サイ
ズが減少するにしたがって応答挙動が速くなるため1種
々の電極形状や微細化が検討されている。
The response behavior of this microelectrode depends on the electrode shape, and as the electrode size decreases, the response behavior becomes faster, so various electrode shapes and miniaturization are being considered.

しかし、電極半径を1/J程度にまで微細化すると、検
出できる電流値はnAオーダ以下に低下し。
However, when the electrode radius is reduced to about 1/J, the detectable current value drops to below the nA order.

測定時にノイズの増加や感度の低下が起こるため低濃度
の試料の測定が困難になり、測定時に電気的にシールド
が必要となる。また、電極の感度向上のために9作用電
極の数を増やす(アレイ化する)ことが提案されている
Increased noise and decreased sensitivity occur during measurement, making it difficult to measure samples with low concentrations, and electrical shielding is required during measurement. Furthermore, it has been proposed to increase the number of nine working electrodes (array) in order to improve the sensitivity of the electrodes.

微小なアレイ電極を作製する方法として、近年。In recent years, it has been used as a method to fabricate minute array electrodes.

リソグラフィ技術の応用が提案されている。この方法で
は、レジストを基板に塗布し、電極パターンを有する画
像マスクを重ね、n光および現像した後、金属薄膜を蒸
着法等により形成し、レジストを剥離させて、基板上に
微小な電極を得るリフトオフ法や、絶縁性基板上に金属
薄膜を作製した後、レジストを塗布し、電極パターンを
有する画像マスクを重ね、露光および現像し、さらに残
ったレジストをマスクにして露出した部分の金属薄膜を
エツチングし、電極パターンを得る方法が知られている
Applications of lithography techniques have been proposed. In this method, a resist is applied to a substrate, an image mask with an electrode pattern is placed over the substrate, and after exposure to n-light and development, a thin metal film is formed by vapor deposition, etc., and the resist is peeled off to form minute electrodes on the substrate. After creating a metal thin film on an insulating substrate, a resist is applied, an image mask with an electrode pattern is overlaid, exposed and developed, and the remaining resist is used as a mask to create a metal thin film on the exposed parts. A method is known in which an electrode pattern is obtained by etching.

この方法では、任意の形状、一定の電極間距離を持つ微
小電極を、多数再現性よく基板上に作製することができ
る。
With this method, a large number of microelectrodes having an arbitrary shape and a constant distance between electrodes can be produced on a substrate with good reproducibility.

また、2つ以上の多数の電極を、近接して配列すること
ができるため、2つの近接した作用電極に、別々の電位
を印加すると酸化還元種のレドックスサイクルが起こり
、信号電流を40倍以上に増幅(例えば、 J、 El
ectroanal、 Che+a、。
Furthermore, since multiple electrodes (two or more) can be arranged close to each other, applying different potentials to two close working electrodes causes a redox cycle of redox species, increasing the signal current by more than 40 times. amplification (e.g., J, El
electroanal, Che+a,.

Prelia+1nary note、 Vol、26
7 (1989)、 p、291)することができる。
Prelia+1nary note, Vol, 26
7 (1989), p. 291).

また、ミクロな電気化学トランジスタ(例えば、 J 
、 Phys、 Chem、、 Vol、89(198
5)、 p、5133)、 < L形白金電極を利用し
た低分子または高分子錯体の電気化学測定(Anal。
In addition, microelectrochemical transistors (e.g., J
, Phys, Chem,, Vol. 89 (198
5), p, 5133), < Electrochemical measurement of low molecules or polymer complexes using an L-shaped platinum electrode (Anal.

Chew、、 58 (1986)、 p、601)等
が行われている。
Chew, 58 (1986), p. 601).

さらに、導電性基板上にポジ形レジスト(ポリメチルメ
タクリレート: PMMA)を塗布し、露光。
Furthermore, a positive resist (polymethyl methacrylate: PMMA) was applied onto the conductive substrate and exposed.

現像により、レジストに多数の微小な円形孔をあけて多
数の微小円形パターンを有する作用電極が作製されてい
る(J、 Electrochem、 Soc、。
By development, a large number of small circular holes are made in the resist to produce a working electrode having a large number of small circular patterns (J, Electrochem, Soc.).

Vol、133 (1986)、 p、752)。この
系では、多数の微小な円形電極を得るためにPMMAを
絶縁膜に使用しているが、PMMAのような直鎖状高分
子の膜では、ピンホールが発生しやすく、また溶媒も制
限されるため実用性には問題があった。
Vol, 133 (1986), p, 752). In this system, PMMA is used for the insulating film in order to obtain a large number of minute circular electrodes, but in a linear polymer film like PMMA, pinholes are likely to occur and the solvent is also limited. However, there were problems with practicality.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

微小アレイ電極の中で2くし形電極のように一対の近接
した作用電極で構成される場合には、電極間で被測定物
質のレドックスサイクルが起こり。
When a microarray electrode is composed of a pair of close working electrodes, such as a two-comb electrode, a redox cycle of the substance to be measured occurs between the electrodes.

くし形電極を構成する各バンド電極の周りの拡散層はほ
とんど重なり合わないため、バンド電極が緻密に配列さ
れても微小電極としての特性は維持される。
Since the diffusion layers around each band electrode constituting the comb-shaped electrode hardly overlap, the characteristics as a microelectrode are maintained even if the band electrodes are densely arranged.

一方、同一サイズの微小孔アレイ電極では、電極を緻密
に配列させると、それぞれの微小孔電極の拡散層が重な
り合うため9通常のサイズの電極と同様の応答挙動とな
り、微小電極としての特性が失われてしまう。したがっ
て、各微小孔電極は。
On the other hand, with micropore array electrodes of the same size, if the electrodes are arranged closely, the diffusion layers of each micropore electrode overlap,9 resulting in the same response behavior as a normal-sized electrode, and the characteristics as a microelectrode are lost. I'll get lost. Therefore, each micropore electrode.

ある程度の距離を保って配列させる必要があり。It is necessary to arrange them at a certain distance.

高い電流値を得るためには電極全体として大きな面積を
必要とすることになる。
In order to obtain a high current value, a large area of the entire electrode is required.

これを解決するため、微小孔の上部に第二の作用電極を
設けると、微小孔底部の第一の電極と上部の第二の電極
は微小孔の深さに相当する段差間隙により分離され、底
部電極で発生した活性種を上部電極によってすぐ還元す
ることができるため。
To solve this problem, if a second working electrode is provided at the top of the microhole, the first electrode at the bottom of the microhole and the second electrode at the top are separated by a step gap corresponding to the depth of the microhole. This is because active species generated at the bottom electrode can be immediately reduced by the top electrode.

隣接する微小孔電極との相互作用が抑制され、電極を近
接して配置しても微小電極の特性が得られることになる
。また、近接した上部、下部電極の間で大きなレドック
スサイクルが起こるため、電流値の増幅も期待できる。
Interaction with adjacent microporous electrodes is suppressed, and the characteristics of microelectrodes can be obtained even if the electrodes are placed close to each other. Furthermore, since a large redox cycle occurs between the upper and lower electrodes that are close to each other, amplification of the current value can be expected.

さらに、この電極では面積の大きい上部電極を。Furthermore, this electrode uses a large-area upper electrode.

妨害物質を除くための前電解用電極とし、アレイ状の下
部電極を、検出用電極に使用すると、妨害物質の量の減
少と、上部と下部の2つの電極間での目的物質のレドッ
クスサイクルによる増幅により、高い選択性が期待でき
ることになる。
If the lower electrode in an array is used as a pre-electrolysis electrode to remove interfering substances, and the lower electrode is used as a detection electrode, the amount of interfering substances will be reduced and the target substance will undergo a redox cycle between the upper and lower electrodes. High selectivity can be expected through amplification.

しかしながら、妨害物質の電子移動速度が遅い場合に、
妨害物質を急速に除去するために、上部電極に高電位を
印加すると、目的物質の一部が分解し、電極の寿命を低
下させるなどの問題が生じ。
However, if the interfering substance has a slow electron transfer rate,
When a high potential is applied to the upper electrode in order to rapidly remove interfering substances, problems arise such as part of the target substance being decomposed and shortening the life of the electrode.

電気化学的測定を再現性良く行なうことができないとい
う欠点があった。
There was a drawback that electrochemical measurements could not be performed with good reproducibility.

本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解消するもので
あって、多数の微小孔電極を配列して設けた電気化学分
析用の電極において、各々の微小孔電極の底部と上部ま
たは底部と中間部と上部にそれぞれ電極を配列して、上
部電極では妨害物質の電極反応を促進させるか、あるい
は妨害物質を触媒的に化学反応させることのできる高分
子または低分子膜、もしくは酵素膜により電極を修飾し
て、電気化学分析を高感度に選択性良く行うことができ
る電気化学分析用の微小孔アレイ電極およびその製造方
法を提供することにある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art, and to provide an electrode for electrochemical analysis in which a large number of microporous electrodes are arranged, in which the bottom and the top or bottom of each microporous electrode are arranged. Electrodes are arranged in the middle and upper parts, and the upper electrode is made of a polymer or low molecular membrane or an enzyme membrane that can promote the electrode reaction of interfering substances or catalytically chemically react interfering substances. An object of the present invention is to provide a micropore array electrode for electrochemical analysis that can perform electrochemical analysis with high sensitivity and good selectivity by modifying the electrode, and a method for manufacturing the same.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記本発明の目的を達成するために、物質検出用の作用
電極を少なくとも2つ以上備え、多数の微小孔を有する
表面電極と、微小孔の底部あるいは中間部位に1表面電
極と互いに絶縁性の微小孔壁で絶縁された少なくとも1
つ以上の電極を有する電気化学分析用電極において9表
面電極を、該表面電極の妨害物質を酸化させる性質、も
しくは妨害物質の表面電極−にでの電気化学反応を促進
させる性質をHする低分子または高分子化合物の薄膜あ
るいは1g素の薄膜で修飾した構造の電気化学骨性用微
小孔アレイ電極とするものである。そして、電極の材質
としては金属、半金属、半導体などの材料を好適に用い
ることができる。すなわち。
In order to achieve the above object of the present invention, at least two working electrodes for substance detection are provided, including a surface electrode having a large number of micropores, one surface electrode at the bottom or middle part of the micropores, and a mutually insulating electrode. at least one insulated by micropore walls
In an electrochemical analysis electrode having two or more electrodes, a small molecule that has a property of oxidizing an interfering substance on the surface electrode, or a property of promoting an electrochemical reaction of an interfering substance on the surface electrode. Alternatively, it is a micropore array electrode for electrochemical osteogenesis having a structure modified with a thin film of a polymer compound or a thin film of 1 g element. Materials such as metals, semimetals, and semiconductors can be suitably used as materials for the electrodes. Namely.

捉来の電気化学分析用電極では、妨害物質の量が多く、
その電極反応速度が遅い場合に1片方の作用電極だけで
は十分に除去することができず、そのため目的物質検出
用の電極に達する妨害物質の量が多かった。また2片方
の電極で電気化学的に酸化または還元された目的物質が
、検出用の電極に拡散して検出されるまでに、妨害物質
と化学的に反応するのを抑制するのが困難であった。さ
らに、電極サイズが増大すると、レドックスサイクルに
よる目的物質のイiI号電流増幅が起こらず高感度Δ1
q定が困難であった。
Torora's electrodes for electrochemical analysis contain a large amount of interfering substances.
When the electrode reaction rate is slow, it is not possible to remove the interfering substance sufficiently with only one working electrode, and therefore a large amount of the interfering substance reaches the electrode for detecting the target substance. In addition, it is difficult to prevent the target substance that has been electrochemically oxidized or reduced at one electrode from chemically reacting with interfering substances before it diffuses to the detection electrode and is detected. Ta. Furthermore, when the electrode size increases, the current amplification of the target substance due to the redox cycle does not occur, resulting in high sensitivity Δ1.
It was difficult to determine q.

これに対して2本発明の電極では、少なくとも2つ以上
の作用電極が微小間隙を隔てて配列された構造であるた
め、電極間でのレドックスサイクルによる電流増幅率が
大きく、電極間を目的物質が拡散する時間も極めて短い
ため、妨害物質との反応を抑制することができる。さら
に、一方の電極が、妨害物質の電気化学反応のf@煤と
なって反応を促進する物質により修飾されており、かつ
電極面積が大きいため、目的物質検出用電極近傍に妨害
物質が拡散するのを抑制することができることを見い出
し2本発明を完成するに至った。
In contrast, the two electrodes of the present invention have a structure in which at least two or more working electrodes are arranged with a small gap between them, so the current amplification rate due to the redox cycle between the electrodes is large, and the target substance can be transferred between the electrodes. Since the diffusion time is also extremely short, reactions with interfering substances can be suppressed. Furthermore, because one electrode is modified with a substance that promotes the electrochemical reaction of the interfering substance by becoming f@@ soot and the electrode area is large, the interfering substance will diffuse into the vicinity of the electrode for detecting the target substance. The present invention has been completed based on the discovery that the above can be suppressed.

次に2本発明の電気化学分析用微小孔アレイ電極の製造
方法として9表面あるいは全体が絶縁性の基板上に、金
属または半金属もしくは半導体などからなる導電性薄膜
と絶縁性薄膜とを交互に少なくとも各々1回以上組次積
層し、微小孔レジストパターンを形成した後、エツチン
グ法によりア最ドmの導電性膜面が現われるまで多数の
微小孔なあけ、その後2表面電極を、該表面電極の妨害
物質を酸化、もしくはその酸化を促進させる低分子また
は高分子の薄膜あるいは酵素の薄膜により修飾すること
により9本発明の電極が得られる。
2. Next, as a method for producing a micropore array electrode for electrochemical analysis according to the present invention, conductive thin films and insulating thin films made of metals, semimetals, semiconductors, etc. are alternately deposited on a substrate whose surface or entire surface is insulating. After stacking each layer at least once to form a microporous resist pattern, a large number of micropores are made using an etching method until the conductive film surface of the electrode is exposed. The electrode of the present invention can be obtained by modifying with a thin film of a low molecule or polymer or a thin film of an enzyme that oxidizes the interfering substance or promotes the oxidation.

表面あるいは全体が絶縁性の基板としては、酸化膜つき
シリコン基板+ Z】英板、V化アルミニウ11基板、
ガラス基板、プラスチック基板などを挙げることができ
るやまた。電極用の金属としては金、白金、銀、パラジ
ウム、クロム、チタン、スデンレスなどを用いることが
でき、電極用の半導体としてはP型およびn型シリコン
、pおよびn型ゲルマニウム、硫化カドミウム、二酸化
チタン。
Examples of substrates whose surface or entire surface is insulating include silicon substrates with oxide films + Z] English plates, V-based aluminum 11 substrates,
Examples include glass substrates and plastic substrates. Gold, platinum, silver, palladium, chromium, titanium, stainless steel, etc. can be used as metals for electrodes, and semiconductors for electrodes include p-type and n-type silicon, p- and n-type germanium, cadmium sulfide, and titanium dioxide. .

酸化亜鉛、ガリウ11リン、ガリウム砒素、インジウム
リン、カドミウムセレン、カドミウムテルル。
Zinc oxide, gallium 11 phosphate, gallium arsenide, indium phosphide, cadmium selenium, cadmium tellurium.

二硫化モリブデン、セレン化タングステン、二酸化銅、
酸化スズ、a化インジウム、インジウムスズ酸化物など
が用いられる。また、半金属としては導電性カーボンを
用いることが好ましい。絶縁性薄膜としては、酸化シリ
コン、二酸化シリコン。
Molybdenum disulfide, tungsten selenide, copper dioxide,
Tin oxide, indium a-oxide, indium tin oxide, etc. are used. Moreover, it is preferable to use conductive carbon as the semimetal. Silicon oxide and silicon dioxide are used as insulating thin films.

窒化シリコン、シリコーン樹脂、ポリイミドおよびその
誘導体、エポキシ樹脂、高分子熱硬化物などを挙げるこ
とができる。
Examples include silicon nitride, silicone resin, polyimide and its derivatives, epoxy resin, and thermoset polymers.

上部電極を修飾する低分子、高分子薄膜、酵素薄膜とし
ては、ポリビニルフェロセン、ポリビニルピリジンおよ
びその遷移金属錯体、ビニルピリジン、ビニルビピリジ
ンの共重合体、およびその遷移金属錯体に代表される高
分子有機金属錯体。
Examples of low molecules, polymer thin films, and enzyme thin films that modify the upper electrode include polymeric organic materials such as polyvinylferrocene, polyvinylpyridine and their transition metal complexes, vinylpyridine, vinylbipyridine copolymers, and their transition metal complexes. metal complex.

ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン等の電解
重合導電性高分子、TTF−TCNQ等の電荷移動錯体
、フタロシアニン、ポルフィリンの薄膜、L−アスコベ
ートオキシデースを分散させた高分子/酵素複合膜など
を挙げることができる。
Examples include electropolymerized conductive polymers such as polypyrrole, polythiophene, and polyaniline, charge transfer complexes such as TTF-TCNQ, thin films of phthalocyanine and porphyrin, and polymer/enzyme composite films in which L-ascobate oxidase is dispersed. can.

微小電極を作製する際には、基板上に導電性薄膜と絶縁
性薄膜とを交互に積層するが、これらの作製には蒸着、
スパッタ、CVD、または塗布法などを用いることがで
きる。上記基板上にはレジストを塗布し、それに電極の
パターンを有する画像マスクを重ね、あるいは電子線描
画装置を用いて直接パターンを露光し、現像してパター
ンを基板上のレジストに転写した後、残ったレジストパ
ターンをマスクにして、導電性薄膜と絶縁性薄膜の積層
膜をエツチングし、微小孔を開けて多数の微小作用電極
を形成する。
When fabricating microelectrodes, conductive thin films and insulating thin films are alternately laminated on a substrate, and these fabrications involve vapor deposition,
Sputtering, CVD, coating methods, etc. can be used. A resist is applied onto the substrate, and an image mask having an electrode pattern is overlaid on it, or the pattern is directly exposed using an electron beam lithography system, developed, and the pattern is transferred to the resist on the substrate. Using the prepared resist pattern as a mask, the laminated film of the conductive thin film and the insulating thin film is etched to form microscopic holes to form a large number of microscopic working electrodes.

その後、上層の絶縁性薄膜上にレジストを塗布し、そこ
に電極のパターンを有する画像マスクを重ねるか、ある
いは電子線描画装置を用いて、微小孔のない部分に直接
パターンを露光し、現像してパターンを基板上のレジス
トに転写した後、スパッタ、蒸着、CVD、塗布法によ
り金属、半金属、または半導体薄膜を形成し、その後レ
ジストを剥離するリフトオフ法により参照電極、対向電
極を作製して1作用電極、参照電極、対向電極が一体化
された微小電気化学セルを得ることもできる。
After that, a resist is applied to the upper insulating thin film, and an image mask with an electrode pattern is placed thereon, or a pattern is directly exposed to light in areas without micropores using an electron beam lithography system, and then developed. After transferring the pattern to a resist on a substrate, a metal, semimetal, or semiconductor thin film is formed by sputtering, vapor deposition, CVD, or coating, and then a reference electrode and a counter electrode are created by a lift-off method in which the resist is peeled off. It is also possible to obtain a microelectrochemical cell in which one working electrode, a reference electrode, and a counter electrode are integrated.

参照電極を作製するには、上記微小孔作用電極以外に電
極を作製した後、1つの電極上に指示物質となる金属、
有機酸化還元性高分子の薄膜をメツキ、電解重合性など
により作製して形成する。
To prepare a reference electrode, after preparing electrodes in addition to the above-mentioned microporous working electrode, a metal serving as an indicator substance,
A thin film of organic redox polymer is produced by plating, electrolytic polymerization, etc.

参照電極物質としては銀、銀/塩化銀、ポリビニルフェ
ロセン膜などが用いられる。
As the reference electrode material, silver, silver/silver chloride, polyvinylferrocene film, etc. are used.

上部電極に、妨害物質の電気化学反応の触媒として働き
、妨害物質との反応を促進させる物質を修飾する方法と
しては、ビニル基や芳香環、または複素環式化合物をテ
トラエチルアンモニウムバークロレートなどの支持電解
質と共に、アセトニトリル等の適当な溶媒に溶解し、こ
れに上記電極セルと白金などの対極を浸漬したのち、こ
の作用電極に電圧を印加することにより電解重合する方
法が挙げられる。また、触媒作用のある酸化還元性物質
をピロールなどの電解重合性物質に混合し。
A method of modifying the upper electrode with a substance that acts as a catalyst for the electrochemical reaction of the interfering substance and promotes the reaction with the interfering substance is to support a vinyl group, an aromatic ring, or a heterocyclic compound such as tetraethylammonium verchlorate. Examples include a method of electrolytically polymerizing by dissolving the material together with an electrolyte in a suitable solvent such as acetonitrile, immersing the electrode cell and a counter electrode such as platinum in the solution, and then applying a voltage to the working electrode. In addition, a redox substance with catalytic action is mixed with an electrolytically polymerizable substance such as pyrrole.

これを電解重合させることにより複合膜として電〔実施
例〕 以下に本発明の一実施例を挙げ2図面を参照しながら、
さらに詳細に説明する6本発明は以下の実施例の範囲に
のみ限定されるものではない。
By electrolytically polymerizing this, a composite membrane is produced. [Example] An example of the present invention will be given below with reference to two drawings.
6. The present invention will be explained in more detail.The present invention is not limited to the scope of the following examples.

(実施例上) 第2図(a)に示すごと<、 1t1mのシリコン酸化
膜↓′付きのシリコンウェハ(大阪チタニウム社製)か
らなる酸化膜付きシリコン基板上を、スパッタ装置(ア
ネルバ製: S P F−332H)内の所定の位置に
、メタルマスクと共に取付け、圧力が1.3Paのアル
ゴン中で、パワー50Wを加えてクロムのスパッタを1
0秒間行ない、真空を破ることなく、続けてパワー70
Wで、1分間白金のスパッタを行ない、膜厚が1100
nのクロムと白金の積層膜よりなる下部電極2を形成し
た〔第2図(b)〕。
(Example 1) As shown in Fig. 2(a), a silicon substrate with an oxide film made of a silicon wafer (manufactured by Osaka Titanium Co., Ltd.) with a silicon oxide film of 1t1m thick was sputtered using a sputtering device (manufactured by ANELVA: S). PF-332H) with a metal mask, and applied 50 W of power in argon at a pressure of 1.3 Pa to sputter chromium for 1 hour.
Do this for 0 seconds, then continue to power 70 without breaking the vacuum.
Platinum was sputtered with W for 1 minute to obtain a film thickness of 1100 mm.
A lower electrode 2 made of a laminated film of n chromium and platinum was formed [FIG. 2(b)].

次に、メタルマスクをはずして二酸化シリコンよりなる
絶縁性薄膜3をスパッタ法で堆積させた〔第2図(C)
〕。この時の成膜条件は、パワー50W、250℃の温
度で10分スパッタを行ない300nmの二酸化シリコ
ンの薄膜を得た。再び、別のメタルマスクを装着し、ク
ロムと白金の積層膜よりなる表面電極4を1100n堆
積した〔第2図(d)〕。
Next, the metal mask was removed and an insulating thin film 3 made of silicon dioxide was deposited by sputtering [Figure 2 (C)]
]. The film forming conditions at this time were such that sputtering was performed for 10 minutes at a power of 50 W and a temperature of 250° C. to obtain a 300 nm thick silicon dioxide thin film. Another metal mask was attached again, and 1100 nm of the surface electrode 4 made of a laminated film of chromium and platinum was deposited [FIG. 2(d)].

その後、上記シリコン基板上にホトレジスト5(シラプ
レー社製: M P−1400−27)をニーの厚さに
塗布した。このレジスト塗布したシリコン基板をオーブ
ン中に入れ、80℃の温度で30分間ベークした。その
後、クロムマスクを用いて、マスクアライナ(キャノン
fJJ : P L A301)により20秒間密着露
光した。露光したシリコン基板は、レジスト現像液(シ
ラプレー社製: M F−319)中で。
Thereafter, photoresist 5 (MP-1400-27, manufactured by Silapray) was applied to the knee thickness on the silicon substrate. This resist-coated silicon substrate was placed in an oven and baked at a temperature of 80° C. for 30 minutes. Thereafter, contact exposure was performed for 20 seconds with a mask aligner (Canon fJJ: PLA301) using a chrome mask. The exposed silicon substrate was placed in a resist developer (MF-319 manufactured by Silapray).

20℃、60秒間現像を行ない、水洗、乾燥してマスク
パターンをレジストに転写した〔第2図(e)〕。
Development was carried out at 20° C. for 60 seconds, washed with water, and dried to transfer the mask pattern to the resist [FIG. 2(e)].

現像後、上記基板をイオンミリング装置!l(コモンウ
エルス社製:ミラトロン4型)中に入れ、アルゴンガス
圧が1.lXl0−’Torr、 IE量123CCM
(標準立方センチメートル7分)、加速電圧550V。
After development, the above substrate is placed in an ion milling device! 1 (manufactured by Commonwealth Corporation: Miratron type 4), and the argon gas pressure was set to 1. lXl0-'Torr, IE amount 123CCM
(7 minutes per standard cubic centimeter), acceleration voltage 550V.

電流: 250mAの条件で、2分間クロムと白金の積
層膜4のエツチングを行なった後2反応性イオンエツチ
ング装置j¥(アネルバ製: D E M−451)中
で、CF4ガス流fit25sccM、圧力3 Pa、
バワ−130Wの条件で10分間、二酸化シリコンより
なる絶縁性薄膜3のエツチングを行なって微小孔を持つ
多数のディスク電極パターン8を形成した〔第2図(f
)〕。各ディスク電極の直径は0.5岬。
After etching the laminated film 4 of chromium and platinum for 2 minutes under the conditions of current: 250 mA, etching was carried out in a 2-reactive ion etching device (manufactured by ANELVA: DE M-451) with a CF4 gas flow of 25 scM and a pressure of 3. Pa,
The insulating thin film 3 made of silicon dioxide was etched for 10 minutes at a power of 130 W to form a large number of disk electrode patterns 8 having micropores [Fig.
)]. The diameter of each disc electrode is 0.5 cape.

個数を40000個とした。その後、基板をメチルエチ
ルケトン中に浸漬して超音波洗浄を行ない、1?!極形
戊形成以外のレジストを剥離して電極パターンを得た。
The number was set to 40,000. After that, the substrate is immersed in methyl ethyl ketone and subjected to ultrasonic cleaning. ! An electrode pattern was obtained by peeling off the resist other than the electrode pattern.

さらに、この基板を白金線の対向電極と共に。Furthermore, this substrate was used along with a platinum wire counter electrode.

ビニルフェロセンlom moQ / Q ! ジビニ
ルベンゼン2fflIIloQ/Q、支持電解質として
テトラブチルアンモニウムバークロレート0. Imo
 Q / Qを含むジメチルポル11アミド溶液に浸漬
し、上部電極に銀/塩化銀電極に対して−2,5Vの電
圧を:3分間印加して、」二部電極上にビニルフェロセ
ンとジビニルベンゼン共重合体からなるポリ(ビニルフ
ェロセン/ジビニルベンゼン)共重合膜6を形成した(
第2図(g)〕。作製した微小孔アレイ電極の構成を第
1図に示す。
Vinyl ferrocene lom moQ/Q! Divinylbenzene 2fflIIloQ/Q, tetrabutylammonium barchlorate 0.0 as supporting electrolyte. Imo
By immersing it in a dimethylpol-11 amide solution containing Q/Q and applying a voltage of -2,5 V to the silver/silver chloride electrode to the top electrode for 3 minutes, both vinylferrocene and divinylbenzene were deposited on the two-part electrode. A poly(vinylferrocene/divinylbenzene) copolymer film 6 consisting of a polymer was formed (
Figure 2 (g)]. The structure of the prepared micropore array electrode is shown in FIG.

この電極を、参照電極および対向電極と共に。This electrode together with the reference and counter electrodes.

1mmoQ/Qのフェロセニルメチルトリメチルアンモ
ニウムブロマイド(水溶性フェロセン)、 10mmo
D/IAのL−アスコルビン酸を含むρ1(7のリン酸
緩衝溶液に浸し、修飾上部電極と下部電極(ホール中)
を、それぞれデュアルポテンシオスタットにリード線を
介して接続し、上部電極を0(ゼロ)から0.6■まで
] Om V / seeで電位掃引し。
1mmoQ/Q ferrocenylmethyltrimethylammonium bromide (water-soluble ferrocene), 10mmo
D/IA containing L-ascorbic acid ρ1 (7) immersed in phosphate buffer solution, modified upper electrode and lower electrode (in the hole)
were each connected to a dual potentiostat via a lead wire, and the potential of the upper electrode was swept from 0 (zero) to 0.6 μm V/see.

下部電極をOVに固定して、電流値の測定を行むい、」
二部電極をビニルフェロセン/ジビニルベンゼン共重合
体で修飾しない場合およびL−アスコルビン酸を加えな
い場合と比較した。
Fix the lower electrode at OV and measure the current value.
The two-part electrode was compared to not being modified with vinylferrocene/divinylbenzene copolymer and to not having L-ascorbic acid added.

■、〜アスコルビン酸を加えない場合は、−h部電極で
水溶性フェロセンの酸化に基づくピーク電流(120μ
A)が、また還元側では酸化された水溶性フェロセンの
還元に基づく限界電流(2,3μA)がB 1tIQさ
れた。この場合、上部電極は電極サイズが大きいため1
通フ;(の電極と同じリニアな拡散律速に!、(づく応
答挙動を示すが、下部電極では微小なディスク電極が集
まっているため定常状態の電流が得られた。
■, ~ When ascorbic acid is not added, the peak current (120 μ
A), and on the reduction side, the limiting current (2,3 μA) based on the reduction of oxidized water-soluble ferrocene was B 1tIQ. In this case, the upper electrode has a large electrode size, so
It shows the same linear diffusion-limited response behavior as the electrode, but a steady-state current was obtained at the bottom electrode because minute disk electrodes were gathered together.

溶液中に、フェロセンの10倍量のL−アスコルビン酸
がイ≠在すると、上部電極では水溶液中のフエ[1セン
に仲介されたL−アスコルビン酸の酸化が&il fl
l’lされ、その大きさは900μAに増加した。
When 10 times as much L-ascorbic acid as ferrocene exists in the solution, the oxidation of L-ascorbic acid mediated by ferrocene in the aqueous solution occurs at the upper electrode.
l'l and its magnitude increased to 900 μA.

一方、下部電極でa測されるフェロセンの還元に伴う限
界電流は0.72μAに低下した。これは、上部電極で
酸化されたフェロセンが下部電極に到達するi’jiに
、その一部が■、−アスコルビン酸によって還元された
ことを示している。
On the other hand, the limiting current accompanying the reduction of ferrocene measured at the lower electrode decreased to 0.72 μA. This indicates that some of the ferrocene oxidized at the upper electrode was reduced to i'ji by -ascorbic acid when it reached the lower electrode.

次に、修飾微小孔アレイ電極を用いて測定を行なうと、
還元側で観測される水溶性フェロセン酸化体の還元ピー
クの大きさが0.72μAから1.1μAにl坏び増加
した。これは、上部電極上にL−アスコルビン酸の酸化
反応に触媒として働くビニルフェロセン共重合1摸が存
在しているため、L〜アスコルビン酸の酸化が促進され
、V化したフェロセンの還元剤であるL−アスコルビン
酸の電極lH面での濃度が減少したためであると考えら
れる。
Next, when measurements are performed using a modified micropore array electrode,
The magnitude of the reduction peak of the water-soluble oxidized ferrocene observed on the reduction side increased from 0.72 μA to 1.1 μA. This is due to the presence of a vinyl ferrocene copolymer on the upper electrode that acts as a catalyst for the oxidation reaction of L-ascorbic acid, which promotes the oxidation of L-ascorbic acid and acts as a reducing agent for V-converted ferrocene. This is thought to be due to a decrease in the concentration of L-ascorbic acid at the electrode IH surface.

C¥施例2) 失施例1と同様な方法で、微小孔アレイ電極を作製した
。上部′rli極のサイズはJcmX1cm+ ド部電
極の微小孔の直径は0.5/JTII、個数を4000
0個とした。さらに、この基板を白金線の対向電極と共
に。
C\Example 2) A micropore array electrode was produced in the same manner as in Example 1. The size of the upper 'rli electrode is Jcm x 1cm+ The diameter of the microholes of the do part electrode is 0.5/JTII, and the number is 4000.
It was set to 0. Furthermore, this substrate was used along with a platinum wire counter electrode.

ビニルフェロセン:lOm mo Q / Q 、ジビ
ニルベンゼン:2armoQ/Ω、指示電解質としてテ
トラブチルアンモニウムバークロレートO,Imo Q
 / +2を含むジメチルホルムアミド溶液に浸漬し、
上部電極に銀/塩化銀電極に対して−2,5vの電圧を
2分間印加して上部電極上にビニルフェロセン/ジビニ
ルベンゼン共重合膜を形成した。
Vinylferrocene: lOm mo Q/Q, divinylbenzene: 2armoQ/Ω, tetrabutylammonium barchlorate O, Imo Q as indicator electrolyte
/ +2 immersed in a dimethylformamide solution containing
A voltage of -2.5 V relative to the silver/silver chloride electrode was applied to the upper electrode for 2 minutes to form a vinylferrocene/divinylbenzene copolymer film on the upper electrode.

この微小孔アレイ電極を、参照電極および対向電極と共
に、 0.Im mo氾/氾のドーパミン、1川voQ
/QのL−アスコルビン酸を含むPH4,3のリン酸a
衝溶液に浸し、修飾」二部電極と下部電極(ホール中)
を、それぞれデュアルポテンシオスタットにリード線を
介して接続し、上部電極をOから0.8■まで10mV
/seeで電位掃引し、下部電極をOVに固定して電流
値の測定を行ない、上部電極をビニルフェロセン/ジビ
ニルベンゼン共重合体で修飾しない場合と比較した。
This micropore array electrode, together with a reference electrode and a counter electrode, is 0. Im mo flood/flood dopamine, 1 river voQ
Phosphoric acid a of PH4,3 containing L-ascorbic acid of /Q
Immerse in a buffer solution and modify the two-part electrode and the bottom electrode (in the hole)
are connected to the dual potentiostat via lead wires, and the upper electrode is set at 10 mV from O to 0.8
/see, the lower electrode was fixed at OV, the current value was measured, and compared with the case where the upper electrode was not modified with the vinylferrocene/divinylbenzene copolymer.

上部電極が修飾されていない電極を用いて測定を行なう
と、上部電極ではL−アスコルビン酸とドーパミンの酸
化が起こるが、L−アスコルビン酸の量が多く、ドーパ
ミンとL−アスコルビン酸の間で電子移動反応が起こる
ため9両者は区別できなかった。ピーク電流の大きさは
50μAであった。一方、下部電極ではドーパミンの還
元に起因する0、20μAの限界電流が得られた。上部
電極を。
When measurements are performed using an electrode with an unmodified upper electrode, L-ascorbic acid and dopamine are oxidized at the upper electrode, but the amount of L-ascorbic acid is large, and electrons are exchanged between dopamine and L-ascorbic acid. Because a transfer reaction occurs, the two could not be distinguished. The magnitude of the peak current was 50 μA. On the other hand, a limiting current of 0.20 μA due to the reduction of dopamine was obtained at the lower electrode. the upper electrode.

ビニルフェロセン/ジビニルベンゼン共重合体で修飾す
ると、修飾していない電極に比較し、電流値が72μA
に増加した。これは、L−アスコルビン酸の酸化が上部
電極上のビニルフェロセン共重合膜を介して触媒的に進
むためである。また、還元側で検出されるドーパミン酸
化体の限界電流も0.20μAから0.27μAへ増加
した。これは、電極界面で酸化されるL−アスコルビン
酸の酸化速度が増加することにより、電極近傍でのL−
アスコルビン酸濃度が減少するため、酸化されたドーパ
ミンとL−アスコルビン酸の間の電子移動反応が抑制さ
れ、還元側の電極で観測される電流値が増加するためと
考えられる。
When modified with vinylferrocene/divinylbenzene copolymer, the current value was 72μA compared to an unmodified electrode.
increased to This is because the oxidation of L-ascorbic acid proceeds catalytically through the vinylferrocene copolymer film on the upper electrode. Furthermore, the limiting current of oxidized dopamine detected on the reduction side increased from 0.20 μA to 0.27 μA. This is because the oxidation rate of L-ascorbic acid oxidized at the electrode interface increases, resulting in L-ascorbic acid oxidizing near the electrode.
This is considered to be because the electron transfer reaction between oxidized dopamine and L-ascorbic acid is suppressed as the ascorbic acid concentration decreases, and the current value observed at the reduction side electrode increases.

(実施例3) 実施例1と同様の方法で、微小孔アレイ電極を作製した
。上部電極のサイズは1cmX1cm、下部電極の微小
孔の直径は1−9個数を10000個とした。さらに、
この基板を白金線の対向電極と共に。
(Example 3) A micropore array electrode was produced in the same manner as in Example 1. The size of the upper electrode was 1 cm x 1 cm, and the diameter of the micropores of the lower electrode was 10,000 (1-9). moreover,
This substrate along with a platinum wire counter electrode.

ピロール0.1mo Q / Q 、支持電解質として
リチウムバークロレート0.1mo Q / Qを含む
水溶液に浸漬し、上部電極と対向電極の間に2Vの電圧
を20秒間印加することにより、上部電極にポリピロー
ル膜を形成させた。
Polypyrrole was added to the upper electrode by immersing it in an aqueous solution containing 0.1 mo Q/Q of pyrrole and 0.1 mo Q/Q of lithium berchlorate as a supporting electrolyte, and applying a voltage of 2 V between the upper electrode and the counter electrode for 20 seconds. A film was formed.

このアレイ電極を0.1m mo Q / Qのエピネ
フリン、1mmoQ/flのL−アスコルビン酸を含む
PH4,3のリン酸緩衝溶液に浸し、修飾上部電極と下
部電極(ホール中)を、それぞれデュアルポテンシオス
タットにリード線を介して接続し、上部電極をOから0
.8Vまでton V / seeで電位掃引し。
This array electrode was immersed in a PH4,3 phosphate buffer solution containing 0.1 mmo Q/Q epinephrine and 1 mmo Q/fl L-ascorbic acid, and the modified upper electrode and lower electrode (in the hole) were each placed into a dual-potential tube. Connect to the Ostat via the lead wire, and connect the upper electrode from O to 0.
.. Sweep the potential at ton V/see up to 8V.

下部電極をOVに固定して電流値の測定を行ない。The lower electrode was fixed at OV and the current value was measured.

上部電極をポリピロール膜で修飾しない場合と比較した
A comparison was made with a case where the upper electrode was not modified with a polypyrrole film.

上部電極が修飾されていない電極を用いて測定を行なう
と、上部電極ではL−アスコルビン酸とエピネフリンの
酸化が起こり45μAのピーク電流が得られたが、L−
アスコルビン酸の量が多く。
When measurements were performed using an electrode with an unmodified upper electrode, L-ascorbic acid and epinephrine were oxidized at the upper electrode, resulting in a peak current of 45 μA;
High amount of ascorbic acid.

エピネフリンがL−アスコルビン酸の酸化に触媒として
働くため9両者は区別できなかった。また。
The two could not be distinguished because epinephrine acts as a catalyst for the oxidation of L-ascorbic acid. Also.

L−アスコルビン酸は電子移動速度が小さいため。This is because L-ascorbic acid has a low electron transfer rate.

立ち上がりからピークまで非常に緩やかである。It is very gradual from rise to peak.

また、還元側では酸化されたエピネフリンの還元に基づ
< 0.18μAの限界電流が得られた。一方。
Furthermore, on the reduction side, a limiting current of <0.18 μA was obtained based on the reduction of oxidized epinephrine. on the other hand.

上部電極をポリピロール膜で修飾した場合は、M化電流
のピークは45μAから75μAに増加した。
When the upper electrode was modified with a polypyrrole film, the peak Mization current increased from 45 μA to 75 μA.

これはL−アスコルビン酸の酸化が上部電極に被覆され
たポリピロールを介して行なわれるため。
This is because L-ascorbic acid is oxidized via the polypyrrole coated on the upper electrode.

電子移動速度が増加し、その結果大きな酸化電流が得ら
れるためである。
This is because the electron transfer rate increases, resulting in a large oxidation current.

また、還元電流も0.23μAに増加した。これは。Further, the reduction current also increased to 0.23 μA. this is.

」二部電極で酸化されるし一アスコルビン酸の量が増加
するため、電極セル近傍でのL−アスコルビン酸の濃度
が減少し、酸化されたエピネフリンがL−アスコルビン
酸によって還元される反応が抑制され、下部電極(還元
側電極)へ拡散するエピネフリンの量が増加するためと
考えられる。
"As the amount of monoascorbic acid oxidized at the bipartite electrode increases, the concentration of L-ascorbic acid near the electrode cell decreases, and the reaction in which oxidized epinephrine is reduced by L-ascorbic acid is suppressed. This is thought to be because the amount of epinephrine that diffuses to the lower electrode (reduction side electrode) increases.

(実施例4) 実施例1と同様の方法で、微小孔アレイ電極を作製した
。上部電極のサイズは1cmX1cm、下部電極の微小
孔の直径は0.5−、個数を40000個とした。さら
に、この基板を白金線の対向電極と共に。
(Example 4) A micropore array electrode was produced in the same manner as in Example 1. The size of the upper electrode was 1 cm x 1 cm, the diameter of the micropores of the lower electrode was 0.5 -, and the number of holes was 40,000. Furthermore, this substrate was used along with a platinum wire counter electrode.

ピロール0.1mo Q / Q 、 L−アスコベー
トオキシデース10mg、支持電解質としてリチウムバ
ークロレート0.1rno R,/ Qを含む水溶液に
浸漬し、上部電極と対向?T!極との間に2vの電圧を
30秒間印加すると、上部電極にL−アスコベートオキ
シデースを取り込んだポリピロール膜が形成された。
It was immersed in an aqueous solution containing 0.1 mo Q/Q of pyrrole, 10 mg of L-ascobate oxidase, and 0.1 mo R,/Q of lithium verchlorate as a supporting electrolyte, and was placed facing the upper electrode. T! When a voltage of 2V was applied between the electrodes for 30 seconds, a polypyrrole film incorporating L-ascobate oxidase was formed on the upper electrode.

この微小孔アレイ電極を、 0.1m !1100 /
 Qのドーパミン、1+nmoQ/QのL−アスコルビ
ン酸を含むPH4,3のリンM緩衝溶液に浸し、修飾上
部電極と下部電極(ホール中)をそれぞれデュアルポテ
ンシオスタットにリード線を介して接続し、上部電極を
0から0.8vまで10IIV / secで電位掃引
し、下部電極をOVに固定して電流値の測定を行ない、
上部電極をポリピロール/L−アスコベートオキシデー
ス複合膜で修飾しない場合と比較した。
This microhole array electrode is 0.1m long! 1100 /
The modified upper electrode and lower electrode (in the hole) were each connected to a dual potentiostat via a lead wire, immersed in a PH4,3 phosphorus M buffer solution containing Q dopamine, 1+nmoQ/Q L-ascorbic acid, The potential of the upper electrode was swept from 0 to 0.8 V at 10 IIV/sec, the lower electrode was fixed at OV, and the current value was measured.
A comparison was made with a case where the upper electrode was not modified with a polypyrrole/L-ascobate oxidase composite membrane.

上部電極が修飾されていない微小孔アレイを用いてal
ll定を行なうと、上部電極ではL−アスコルビン酸と
ドーパミンの酸化が起こるが、L−アスコルビン酸の量
が多いため9両者は区別できなかった。下部の還元側電
極では、ドーパミン酸化体の還元に起因する0、19μ
Aの限界電流が得られた。
Al using a micropore array where the top electrode is unmodified
When carrying out the Il determination, L-ascorbic acid and dopamine were oxidized at the upper electrode, but the two could not be distinguished because of the large amount of L-ascorbic acid. At the lower reduction side electrode, 0.19μ due to reduction of dopamine oxidized product
A limiting current of A was obtained.

一方、−上部電極をポリピロール/L−アスコベートオ
キシデース膜で修飾すると、修飾していない電極に比較
し、還元側で観測される電流値が0.21μAへ増加し
た。これは、L−アスコルビン酸の酸化が上部電極上で
酸化されるだけでなく、電極上に固定化されたL−アス
コベートオキシデース上でも起こるため、電極近傍のL
−アスコルビン酸濃度が修飾されていない電極に比べて
減少し。
On the other hand, when the -upper electrode was modified with a polypyrrole/L-ascobate oxidase film, the current value observed on the reduction side increased to 0.21 μA compared to the unmodified electrode. This is because the oxidation of L-ascorbic acid occurs not only on the upper electrode but also on L-ascobate oxidase immobilized on the electrode.
- Ascorbic acid concentration is reduced compared to unmodified electrodes.

酸化されたドーパミンとL−アスコルビン酸の間の電子
移動が抑制され、還元側で観測される電流値が増加する
ためと考えられる。
This is thought to be because electron transfer between oxidized dopamine and L-ascorbic acid is suppressed, and the current value observed on the reduction side increases.

(実施例5) 実施例1と同様の方法で、微小孔アレイ電極を作製した
。」二部電極のサイズは1cmX1cm、下部電極の微
小孔の直径は0.5−、個数を40000個とした。さ
らに、この基板を白金線の対向電極と共に。
(Example 5) A micropore array electrode was produced in the same manner as in Example 1. The size of the two-part electrode was 1 cm x 1 cm, the diameter of the micropores of the lower electrode was 0.5-, and the number was 40,000. Furthermore, this substrate was used along with a platinum wire counter electrode.

ビニルフェロセン10m moQ/ Q 、ジビニルベ
ンゼン2a+moQ/Q、指示電解質としてテトラブチ
ルアンモニウムバークロレート0.1mo Q / Q
を含むジメチルホルムアミド溶液に浸漬し、上部11i
極に銀/塩化銀電極に対して−2,5Vの電圧を3分間
印加して、上部電極上にビニルフェロセン/ジビニルベ
ンゼン共重合膜を形成した。
Vinylferrocene 10m moQ/Q, divinylbenzene 2a+moQ/Q, tetrabutylammonium barchlorate 0.1moQ/Q as indicator electrolyte
The upper part 11i is immersed in a dimethylformamide solution containing
A voltage of -2.5 V was applied to the silver/silver chloride electrode for 3 minutes to form a vinylferrocene/divinylbenzene copolymer film on the upper electrode.

この微小孔アレイ電極をフローセルに組み込み。This micropore array electrode is incorporated into a flow cell.

銀/塩化銀電極とステンレス板を、それぞれ参照電極お
よび対向電極とした。pH4,3のリン酸緩衝溶液をキ
ャリヤ溶液として、上部電極に0.7V。
A silver/silver chloride electrode and a stainless steel plate were used as a reference electrode and a counter electrode, respectively. A phosphate buffer solution of pH 4.3 was used as the carrier solution, and 0.7 V was applied to the upper electrode.

下部電極にOVの電位を印加した後、 0.1m mo
fl/Qのドーパミンと1n+moQ/QのL−アスコ
ルビン酸を含む5μ悲のリン酸Hwt溶液を注入し。
After applying a potential of OV to the lower electrode, 0.1 m mo
Inject 5 μl of phosphoric acid Hwt solution containing fl/Q of dopamine and 1n+moQ/Q of L-ascorbic acid.

上部電極および下部電極で得られる電流値を記録した。The current values obtained at the upper and lower electrodes were recorded.

」二部電極を修飾しない場合についても測定し、修飾し
た電極により得られる結果と比較した。
The unmodified bipartite electrode was also measured and compared with the results obtained with the modified electrode.

上部tff極が修飾されていない微小孔アレイ電極を用
いて測定を行なうと、上部電極で24μA、下部電極で
0.11μAの電流が得られた。
When measurements were performed using a micropore array electrode with an unmodified upper tff pole, a current of 24 μA was obtained at the upper electrode and 0.11 μA at the lower electrode.

一方、上部電極をビニルフェロセン/ジビニルベンゼン
共重合体で修飾すると、修飾していない電極に比較し、
電流値が47μAに増加した。これは、■、−アスコル
ビン酸の酸化が、上部電極上のビニルフェロセン共重合
膜を介して触媒的に進むためである。また、還元側で検
出されるドーパミン酸化体の限界電流も0.15μAに
増加した。これは、′T11極界面で酸化されるL−ア
スコルビン酸の酸化速度が増加するため、電極近傍での
L−アスコルビン酸濃度が減少し、その結果9M化され
たドーパミンとL−アスコルビン酸の間の電子移動反応
が抑制され、その結果、還元側電極で観測されるff1
A値が増加するためと考えられる。
On the other hand, when the upper electrode was modified with vinylferrocene/divinylbenzene copolymer, compared to the unmodified electrode,
The current value increased to 47 μA. This is because the oxidation of (1),-ascorbic acid proceeds catalytically through the vinylferrocene copolymer film on the upper electrode. Furthermore, the limiting current of oxidized dopamine detected on the reduction side also increased to 0.15 μA. This is because the oxidation rate of L-ascorbic acid oxidized at the 'T11 polar interface increases, so the L-ascorbic acid concentration near the electrode decreases, and as a result, there is a gap between 9M dopamine and L-ascorbic acid. As a result, the ff1 observed at the reduction side electrode is suppressed.
This is thought to be because the A value increases.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上詳細に説明したごとく9本発明の電気化学分析用微
小孔アレイ電極は、リングラフィ技術を用いて作製する
ため、任意のサイズ、形状、tit極間距離を持つ電極
を多量に得ることができる。また、上部電極と下部電極
が極めて近接しており。
As explained in detail above, since the micropore array electrode for electrochemical analysis of the present invention is produced using phosphorography technology, it is possible to obtain a large amount of electrodes with arbitrary sizes, shapes, and tit-to-electrode distances. . Additionally, the upper and lower electrodes are extremely close to each other.

上部電極が妨害物質の電気化学的な酸化反応を促進する
材料により修飾されているため、還元側で可逆な酸化還
元種の検出を行なう場合、妨害物質の影響を抑制して目
的物質を選択的に検出することができる。また、近接し
た2つの電極間で目的物質がレドックスサイクルを起こ
し、見かけの電流値が増加するため高感度な81す定も
6I能となるので、バイオセンサーや液体クロマトグラ
フィ、フローインジェクションなどの電気化学的検出器
として極めてイJ−効に適用することができる。
Since the upper electrode is modified with a material that promotes the electrochemical oxidation reaction of interfering substances, when detecting reversible redox species on the reduction side, it is possible to suppress the influence of interfering substances and selectively detect the target substance. can be detected. In addition, the target substance causes a redox cycle between two adjacent electrodes, increasing the apparent current value, making the highly sensitive 81 measurement also 6I capability. It can be applied as an extremely effective detector.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の実施例1において例示した電気化学分
析用微小孔アレイ電極の構造を示す模式図、第2図は本
発明の実施例↓において例示した微小孔アレイ電極の製
造工程を示す説明図である。 1・・・酸化膜付きシリコン基板 t′ ・・シリコン酸化膜 2・・・クロムと白金の積層膜よりなる下部ff!極3
・・・二酸化シリコンよりなる絶縁性薄膜4・・・クロ
ムと白金の積層膜よりなる表面電極5・・・ホトレジス
ト 6・・ポリ (ビニルフェロセン/ジビニルベンゼン)
J(重合膜 7 微小孔電極 8・ディスクfti極パターン
Fig. 1 is a schematic diagram showing the structure of the micropore array electrode for electrochemical analysis exemplified in Example 1 of the present invention, and Fig. 2 shows the manufacturing process of the micropore array electrode exemplified in Example ↓ of the present invention. It is an explanatory diagram. 1...Silicon substrate with oxide film t'...Silicon oxide film 2...Lower part ff made of a laminated film of chromium and platinum! pole 3
...Insulating thin film made of silicon dioxide 4...Surface electrode 5 made of a laminated film of chromium and platinum...Photoresist 6...Poly (vinylferrocene/divinylbenzene)
J (polymer film 7 micropore electrode 8/disk fti pole pattern

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、物質検出用の作用電極を少なくとも2つ以上有し、
かつ上記作用電極は、複数の微小孔を配列した表面電極
と、上記微小孔の底部もしくは中間部位に、上記表面電
極とは、互に絶縁性の微小孔壁で絶縁された少なくとも
1つ以上の微小孔電極からなる電気化学分析用の微小孔
アレイ電極において、上記表面電極を、該表面電極の妨
害物質を酸化させる性質、もしくは上記表面電極上で妨
害物質の電解酸化反応を促進させる性質を有する低分子
または高分子化合物もしくは酵素からなる薄膜により修
飾したことを特徴とする電気化学分析用微小孔アレイ電
極。 2、特許請求の範囲第1項記載の微小孔アレイ電極にお
いて、電極の構成材料が金属または半金属もしくは半導
体からなることを特徴とする電気化学分析用微小孔アレ
イ電極。 3、特許請求の範囲第1項記載の微小孔アレイ電極にお
いて、表面電極の妨害物質を酸化、もしくは酸化反応を
促進させる修飾材料が、L−アスコルビン酸を酸化する
性質を有する低分子または高分子化合物もしくは酵素か
らなる薄膜であることを特徴とする電気化学分析用微小
孔アレイ電極。 4、物質検出用の作用電極を少なくとも2つ以上有し、
かつ上記作用電極は、複数の微小孔を配列した表面電極
と、上記微小孔の底部もしくは中間部位に、上記表面電
極とは、互に絶縁性の微小孔壁で絶縁された少なくとも
1つ以上の微小孔電極からなる電気化学分析用の微小孔
アレイ電極を製造する方法において、表面もしくは全体
が絶縁性の基板上に、上記電極を構成する金属または半
金属もしくは半導体からなる導電性薄膜と、絶縁性薄膜
とを、交互に少なくとも1回以上積層した後、リソグラ
フィ技術によって、複数の微小孔を有するレジストパタ
ーンを形成した後、エッチング法により、最下層の導電
性薄膜面が現われるまで上記積層膜をエッチングして、
複数の微小孔を開けて微小孔アレイ電極を形成し、つい
で上記表面電極を、妨害物質であるL−アスコルビン酸
を酸化させる性質、もしくは上記表面電極上での電解酸
化反応を促進させる性質を有する低分子または高分子化
合物もしくは酵素よりなる薄膜により修飾することを特
徴とする電気化学分析用微小孔アレイ電極の製造方法。
[Claims] 1. Having at least two working electrodes for substance detection;
The working electrode includes a surface electrode having a plurality of micropores arranged therein, and at least one or more electrodes at the bottoms or intermediate portions of the micropores that are insulated from each other by insulating micropore walls. In a micropore array electrode for electrochemical analysis consisting of a micropore electrode, the surface electrode has a property of oxidizing an interfering substance on the surface electrode, or a property of promoting an electrolytic oxidation reaction of an interfering substance on the surface electrode. A micropore array electrode for electrochemical analysis, characterized in that it is modified with a thin film made of a low-molecular or high-molecular compound or an enzyme. 2. A micropore array electrode for electrochemical analysis according to claim 1, wherein the electrode is made of a metal, a semimetal, or a semiconductor. 3. In the micropore array electrode according to claim 1, the modification material that oxidizes the interfering substance on the surface electrode or promotes the oxidation reaction is a low molecule or polymer that has the property of oxidizing L-ascorbic acid. A micropore array electrode for electrochemical analysis characterized by being a thin film made of a compound or an enzyme. 4. Having at least two or more working electrodes for substance detection;
The working electrode includes a surface electrode having a plurality of micropores arranged therein, and at least one or more electrodes at the bottoms or intermediate portions of the micropores that are insulated from each other by insulating micropore walls. In a method for manufacturing a micropore array electrode for electrochemical analysis consisting of a micropore electrode, a conductive thin film made of a metal, semimetal, or semiconductor constituting the electrode and an insulating film are placed on a substrate whose surface or entire surface is insulating. After forming a resist pattern having a plurality of micropores using lithography technology, the laminated films are stacked alternately at least once with conductive thin films, and then the laminated films are etched until the bottom layer of the conductive thin film surface appears. Etched and
A plurality of micropores are formed to form a micropore array electrode, and then the surface electrode has a property of oxidizing L-ascorbic acid, which is an interfering substance, or a property of promoting an electrolytic oxidation reaction on the surface electrode. A method for producing a micropore array electrode for electrochemical analysis, characterized in that the electrode is modified with a thin film made of a low-molecular or high-molecular compound or an enzyme.
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