JPH07104314B2 - Carbon sensor electrode and method of manufacturing the same - Google Patents

Carbon sensor electrode and method of manufacturing the same

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JPH07104314B2
JPH07104314B2 JP4266707A JP26670792A JPH07104314B2 JP H07104314 B2 JPH07104314 B2 JP H07104314B2 JP 4266707 A JP4266707 A JP 4266707A JP 26670792 A JP26670792 A JP 26670792A JP H07104314 B2 JPH07104314 B2 JP H07104314B2
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carbon sensor
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浩子 金子
明 根岸
健 野崎
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、電気化学的検出器、
環境分析用センサー、病理検査用センサー、および生体
系での生理活性物質等の検出用プローブ電極等に用いら
れる炭素センサー電極とその製造方法に関する。
This invention relates to an electrochemical detector,
The present invention relates to a carbon sensor electrode used for a sensor for environmental analysis, a sensor for pathological examination, a probe electrode for detecting a physiologically active substance or the like in a biological system, and a method for producing the same.

【0002】詳しくは、電極材料として純粋な炭素微粒
子および炭素短繊維などを用い、これらを、酵素、金属
錯体、有機物、代謝物などの電子受容/供与性物質と共
に液体で、分散混合し、絶縁性の管中に保持したことを
特徴とする炭素センサー電極と、その製造方法に関す
る。前記電子受容/供与性物質とは、被計測化合物と直
接または膜を通して、化学的もしくは電気化学的に反応
し、被計測化合物から電子を受容するか、被計測化合物
に電子を供与する物質を意味する。以下、この電子受容
/供与性物質の記載を簡単化するために反応物もしくは
反応物質と記す。
More specifically, pure carbon fine particles, short carbon fibers, etc. are used as an electrode material, and these are dispersed and mixed with an electron accepting / donating substance such as an enzyme, a metal complex, an organic substance or a metabolite in a liquid for insulation. The present invention relates to a carbon sensor electrode, which is held in a flexible tube, and a manufacturing method thereof. The electron-accepting / donating substance means a substance that reacts chemically or electrochemically with a compound to be measured directly or through a film to accept an electron from the compound to be measured or donate an electron to the compound to be measured. To do. Hereinafter, in order to simplify the description of the electron accepting / donating substance, it will be referred to as a reactant or a reactant.

【0003】[0003]

【従来の技術】電気化学的計測法の大きな分野として、
近年、急速に発展してきたセンサーを検出手法とする簡
易迅速分析法は、選択性が非常に高く、高感度な測定が
可能であるため、計測目的成分が極微量で、多数の化合
物が共存する臨床生体試料や環境試料などの分析、評価
に盛んに使われ始めている。
2. Description of the Related Art As a major field of electrochemical measurement,
In recent years, the simple rapid analysis method using a sensor that has been rapidly developed as a detection method has extremely high selectivity and enables highly sensitive measurement. Therefore, the measurement target component is extremely small and many compounds coexist. It is beginning to be actively used for analysis and evaluation of clinical biological samples and environmental samples.

【0004】また、近年、このような特定の物質を感度
良く、迅速に検出可能なセンサー電極を用いて生体系な
どの局所で、生きたまま(in vivo)、その場
(insitu)での、情報を得ることが大変重要とな
ってきた。この目的のためには、容易に作成可能な電極
を使い捨てるか、新しい電極面が容易に得られる構成と
し、これにより生体の特定物質を選択的に測定可能とす
ることが要求される。
Further, in recent years, by using a sensor electrode capable of detecting such a specific substance with high sensitivity and speed, in a living body system or the like, in a living body (in vivo) or in situ (in situ), Getting information has become very important. For this purpose, it is required to dispose an electrode that can be easily manufactured or to have a structure in which a new electrode surface can be easily obtained, thereby enabling selective measurement of a specific substance in a living body.

【0005】従来、このような計測用電極としては、水
素イオンを計測するpH計、ナトリウムイオンなどの無
機イオンを検出するイオンセンサー、炭素繊維(CF)
やガラス状炭素(GC)などの表面に錯体や有機物など
を化学修飾したセンサー、カーボンペースト(CP)電
極のペーストにグルコースオキシダーゼなどの酵素を混
合してイオン透過膜で覆ったグルコースセンサーなどの
各種の酵素センサー、免疫代謝物を保持したバイオセン
サー等が検討され、実用化されはじめている。
Conventionally, as such measuring electrodes, a pH meter for measuring hydrogen ions, an ion sensor for detecting inorganic ions such as sodium ions, carbon fiber (CF)
Various types of sensors, such as a chemically modified complex or organic substance on the surface of glass or glassy carbon (GC), a glucose sensor in which an enzyme such as glucose oxidase is mixed with a paste of a carbon paste (CP) electrode and covered with an ion permeable membrane The enzyme sensor, the biosensor that retains the immune metabolites, etc. have been studied and are being put to practical use.

【0006】ところが、pH計と無機イオンセンサーを
除いて、化学修飾センサー、酵素センサー、バイオセン
サーのほとんどが長期使用に耐えず、寿命の短い難点が
ある。
However, except for the pH meter and the inorganic ion sensor, most of the chemically modified sensor, the enzyme sensor and the biosensor cannot withstand long-term use and have a short life.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】この寿命問題を解決す
るためには、使い捨てのセンサー電極を作るか、電極表
面に常時新しく反応物質を供給できる機構のセンサーを
構成すればよいことになる。
In order to solve this life problem, it is necessary to make a disposable sensor electrode or to construct a sensor having a mechanism capable of constantly supplying a new reactant to the electrode surface.

【0008】炭素微粒子を液体と共に混合して作成した
市販のカーボンペースト(CP)電極は、その構成上電
極先端に電極用炭素粒子が液体で混合保持されており、
反応物質が同時に混合されているものもあり、使い捨て
のセンサー電極として使用されるものもあった。ところ
が、このCP電極は、毎回手作りせねばならず、手作り
のため、作るたびに混合状態や電極表面が微妙に異なる
ことが多かった。
A commercially available carbon paste (CP) electrode prepared by mixing carbon fine particles with a liquid has electrode carbon particles mixed and held in a liquid at the tip of the electrode because of its constitution.
Some reactants were mixed simultaneously and some were used as disposable sensor electrodes. However, this CP electrode has to be handmade every time, and since it is handmade, the mixed state and the electrode surface are often slightly different each time it is made.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】センサー用電極としての
必要条件は、 電位窓が大きくブランク電流が小さいこと。
[Means for Solving the Problems] A necessary condition for a sensor electrode is that the potential window is large and the blank current is small.

【0010】 特定物質と再現性良く反応させること
が可能であること。
It is possible to react with a specific substance with good reproducibility.

【0011】 電極反応活性であること。Electrode reaction activity.

【0012】 電極特性に固体差がないこと。There is no solid difference in electrode characteristics.

【0013】 不純物の含有が少なく、電極反応を阻
害しないこと。
The content of impurities is small and the electrode reaction is not hindered.

【0014】 取扱いや前処理が容易であること。Easy handling and pretreatment.

【0015】などが挙げられるが、これらの特徴は、炭
素微粒子と反応物質を液体と共に混合して作成したカー
ボンペースト(CP)を絶縁性の薄い管などに詰め込ん
で、使用済み部分を取り去ることによっても達成でき
る。また、反応物質内蔵型カーボンペーストをピストン
や低速ポンプで押し出す構成にすれば、常時新しい電極
面のあるセンサー電極として使用することができる。
[0015] These characteristics are obtained by filling the carbon paste (CP) prepared by mixing the carbon fine particles and the reaction substance with the liquid in a thin insulating tube and removing the used portion. Can also be achieved. Further, if the carbon paste containing a reactant is pushed out by a piston or a low speed pump, it can be used as a sensor electrode having a new electrode surface at all times.

【0016】測定対象である生体系には、タンパク質、
脂質などの吸着性の物質が多量に共存している上に、炭
素面に一度吸着したこれらの有機物は酸化除去しないか
ぎり取れにくいので、電極は、使い捨てにするか、既に
使った電極部分を取り除く配慮が必要である。また、臨
床検査などで他人の検体に使用した同一センサーを再度
使用することは、検出間違いのもととなる。そこで、使
い捨て、あるいは押出し特性を持つ構成を発明した。こ
のようなセンサー電極に供給される条件を列挙すると、 (1) 生体系に優しい。
The biological system to be measured includes proteins,
Since a large amount of adsorptive substances such as lipids coexist, and these organic substances once adsorbed on the carbon surface are difficult to remove unless they are removed by oxidation, the electrodes should be either disposable or the electrodes that have already been used should be removed. Consideration is required. Further, re-use of the same sensor used for another person's sample in a clinical test causes a detection error. Therefore, the inventors have invented a structure having a disposable property or an extrusion property. The conditions supplied to such a sensor electrode are listed as follows: (1) Friendly to biological systems.

【0017】(2) 電極としての活性が高い。(2) High activity as an electrode.

【0018】(3) センサー内に酵素などの反応物を
活性なまま保持可能。
(3) Reactants such as enzymes can be kept active in the sensor.

【0019】(4) センサー内に酵素などの反応物を
活性なまま保持することが容易かつ、十分に行える。
(4) It is easy and sufficient to keep a reaction product such as an enzyme in the sensor active.

【0020】(5) 一度使用済みの電極部分を折り
(切り)取るかあるいは押出し除去可能。
(5) It is possible to fold (cut) or extrude and remove the used electrode part.

【0021】(6) 使い捨てられる程度に安価であ
る。
(6) It is inexpensive enough to be disposable.

【0022】使い捨てを目的とするセンサー電極は、少
なくとも上記の6項目の条件を満たすものである必要が
ある。この目的には、酵素、金属錯体、有機物、代謝物
などの望みの反応物を、電極表面に常時存在させるのが
容易で、経済的に作成可能なセンサー電極が望ましい。
The sensor electrode intended for disposable use must satisfy at least the conditions of the above six items. For this purpose, it is desirable to have a sensor electrode that allows desired reactants such as an enzyme, a metal complex, an organic substance, and a metabolite to be always present on the surface of the electrode and can be produced economically.

【0023】本発明の炭素センサー電極は、絶縁性の外
層の内部にカーボンペーストが充填されてなり、前記カ
ーボンペーストが少なくとも炭素細材と坦体とからなる
ことを特徴とするものである。
The carbon sensor electrode of the present invention is characterized in that an insulating outer layer is filled with a carbon paste, and the carbon paste comprises at least a carbon fine material and a carrier.

【0024】また、本発明の炭素センサー電極の製造方
法は、少なくとも炭素細材と坦体とを分散媒により均一
に混合してカーボンペーストを調製し、このカーボンペ
ーストを筒状の外層に内蔵させることを特徴とする方法
である。
Further, in the method for manufacturing a carbon sensor electrode of the present invention, at least a carbon fine material and a carrier are uniformly mixed with a dispersion medium to prepare a carbon paste, and the carbon paste is incorporated into a cylindrical outer layer. It is a method characterized by that.

【0025】ここで、前記炭素細材としては、好ましく
は、活性炭素粒子、グラファイト粒子、アモルファス炭
素粒子、炭素短繊維、およびこれらの混合物から選ぶ。
Here, the carbon fine material is preferably selected from activated carbon particles, graphite particles, amorphous carbon particles, short carbon fibers, and a mixture thereof.

【0026】また、前記坦体としては、好ましくは、ワ
セリン、グリセリン、オイル、パラフィン、寒天、ゼラ
チンの少なくとも一つを用いる。
As the carrier, at least one of petrolatum, glycerin, oil, paraffin, agar and gelatin is preferably used.

【0027】また、前記カーボンペーストには、好まし
くは、反応物質が含有される。
The carbon paste preferably contains a reactive substance.

【0028】また、この反応物質としては、(活性な酵
素、尿酸などの窒素代謝物、アミノ酸代謝物、ドーパミ
ンなどの神経伝達物質、ビタミン類、酢酸やクエン酸な
どの有機酸、アミン類、アルコール類、麻酔剤や薬物な
どの医薬品、を含む)有機物、錯イオン類、(塩酸や硫
酸などの)無機酸、(アンモニアや水酸化物などの)ア
ルカリ、前記無機酸およびアルカリの塩、(酸素や塩
素、酸化窒素類などの)可溶性ガス、およびこれらの混
合物のいずれか、またはこれらを含有するものを用い
る。
The reactive substances include (active enzymes, nitrogen metabolites such as uric acid, amino acid metabolites, neurotransmitters such as dopamine, vitamins, organic acids such as acetic acid and citric acid, amines, alcohols. , Organic substances (including anesthetics and drugs such as drugs), complex ions, inorganic acids (such as hydrochloric acid and sulfuric acid), alkalis (such as ammonia and hydroxide), salts of the inorganic acids and alkalis (oxygen) And any soluble gas, such as chlorine, chlorine, nitric oxides, etc., and mixtures thereof.

【0029】また、前記反応物質と炭素細材とを混合す
るための分散媒としては、好ましくは、水溶液、有機溶
媒、およびこれらの混合物のいずれかを用いる。
Further, as the dispersion medium for mixing the reactant and the carbon fine material, preferably, an aqueous solution, an organic solvent, or a mixture thereof is used.

【0030】また、前記絶縁性の外層としては、好まし
くは、絶縁性のチューブもしくは絶縁性のシートを用い
る。
As the insulating outer layer, an insulating tube or an insulating sheet is preferably used.

【0031】また、前記絶縁性の外層の先端開口部を、
イオン透過膜または透析膜により封止してもよい。
Further, the tip opening of the insulating outer layer is
It may be sealed with an ion permeable membrane or a dialysis membrane.

【0032】さらに、前記外層の基端部に、前記カーボ
ンペーストを継続的に供給することのできるカーボンペ
ースト供給装置を、さらに、接続して、常に、新鮮なセ
ンサー端を得ることができるようにしてもよい。
Furthermore, a carbon paste supply device capable of continuously supplying the carbon paste is further connected to the base end portion of the outer layer so that a fresh sensor end can always be obtained. May be.

【0033】以下、さらに本発明を図面を参照して説明
する。
The present invention will be further described below with reference to the drawings.

【0034】本発明の炭素センサー電極は、図1にその
概略構成を示すように、外層1が絶縁性の管であり、図
2に示すように、その内部に、反応物質2と炭素材3と
保持物質(担体)とを共に混合してカーボンペースト4
とし、これを充填したものである。この電極は、センサ
ー部を上に向けて使用するか、吊り下げ型で使用する。
In the carbon sensor electrode of the present invention, the outer layer 1 is an insulating tube, as shown in the schematic structure of FIG. 1, and as shown in FIG. And the holding substance (carrier) are mixed together to form a carbon paste 4
And this is filled. This electrode is used with the sensor part facing up or in a hanging type.

【0035】前記反応物質2としては、(活性な酵素、
尿酸などの窒素代謝物、アミノ酸代謝物、ドーパミンな
どの神経伝達物質、ビタミン類、酢酸やクエン酸などの
有機酸、アミン類、アルコール類、麻酔剤や薬物などの
医薬品、を含む)有機物、錯イオン類、(塩酸や硫酸な
どの)無機酸、(アンモニアや水酸化物などの)アルカ
リ、前記無機酸およびアルカリの塩、(酸素や塩素、酸
化窒素類などの)可溶性ガス、およびこれらの混合物の
いずれか、またはこれらを含有するものなどが使われ
る。管の中に内蔵されたこれらの反応物質2が、反応中
に直ちにバルク溶液内へ流失しないように、ワセリン、
グリセリン、オイル、パラフィン、カンテン、ゼラチン
などの保持物質と共存させる。
As the reaction substance 2, (active enzyme,
Organic compounds, including nitrogen metabolites such as uric acid, amino acid metabolites, neurotransmitters such as dopamine, vitamins, organic acids such as acetic acid and citric acid, amines, alcohols, pharmaceuticals such as anesthetics and drugs) Ions, inorganic acids (such as hydrochloric acid and sulfuric acid), alkalis (such as ammonia and hydroxide), salts of said inorganic acids and alkalis, soluble gases (such as oxygen, chlorine and nitric oxides), and mixtures thereof. Any of these, or those containing these are used. In order to prevent these reactants 2 contained in the tube from being immediately washed out into the bulk solution during the reaction, vaseline,
Coexist with a holding substance such as glycerin, oil, paraffin, agar, and gelatin.

【0036】また、管の先端部分を電気抵抗の低いイオ
ン交換膜、導電性高分子膜、透析膜などで覆い、液の流
失を防いでもよい。
The tip of the tube may be covered with an ion exchange membrane having a low electric resistance, a conductive polymer membrane, a dialysis membrane or the like to prevent the liquid from flowing out.

【0037】この電極の作成法としては、まず反応物質
2が溶液中へ直ちに流失しないように保持するためのワ
セリン、グリセリン、オイル、パラフィン、カンテン、
ゼラチンなどと共に、炭素微粒子あるいは炭素短繊維か
らなる炭素材3を水や有機溶媒などと共に十分分散混合
して、カーボンペースト4を作成する。次に、このカー
ボンペースト4をピストンなどで絶縁性の管(外層1)
の中に押し込むか、絶縁性膜(外層1)により、いわば
“のりまき状”に巻き付ける。これによって、センサー
電極が作成される。
As a method for producing this electrode, first, petroleum jelly, glycerin, oil, paraffin, agar, and so on, for holding the reactant 2 so as not to immediately flow into the solution,
A carbon material 3 made of carbon fine particles or short carbon fibers is sufficiently dispersed and mixed with water and an organic solvent together with gelatin or the like to prepare a carbon paste 4. Next, insulate this carbon paste 4 with a piston or the like (outer layer 1)
It is pushed into the inside or wrapped with an insulating film (outer layer 1) in a so-called "paste-like" manner. This creates the sensor electrode.

【0038】本発明の電極では、粘張性の保持物質のた
めに反応物質が流失しないセンサーを構成することがで
きる。
In the electrode of the present invention, it is possible to construct a sensor in which the reaction substance is not washed away due to the viscous holding substance.

【0039】また、本発明の電極では、一度使用したセ
ンサー部(電極先端)は、折り(切り)取って必ず新し
い電極面を使用するか、使用済みの先端部分のペースト
を押出して除き、新しい電極面を供給することによって
再現性のよい結果が得られる。
In the electrode of the present invention, the sensor portion (electrode tip) that has been used once should be cut (cut) to always use a new electrode surface, or the paste of the used tip portion should be extruded to remove it. Reproducible results are obtained by providing an electrode surface.

【0040】また、保持物質をほとんど共存させない場
合でも管にピストンなどで僅かに陰圧にすることによっ
てペーストを管内に保持してセンサーとして使用可能で
ある。
Further, even when the holding substance is rarely made to coexist, the paste can be held in the pipe and used as a sensor by making the pipe slightly negative pressure by a piston or the like.

【0041】さらに、本発明の電極では、図1に示すよ
うに、管1の一端(基端)に接続口5を設け、この接続
口5に不図示のチューブを介してピストン(注射器)6
やポンプ7を接続し、これらにより新しいカーボンペー
ストを供給するようにしてもよい。
Further, in the electrode of the present invention, as shown in FIG. 1, a connection port 5 is provided at one end (base end) of the pipe 1, and a piston (syringe) 6 is provided in the connection port 5 via a tube (not shown).
Alternatively, the pump 7 may be connected to supply new carbon paste.

【0042】なお、上記構成において、酵素などを何も
混合せず、ただ、溶液中で分散しないように溶媒でペー
スト状に練り合わせた混合物を押し出し、新しい炭素ペ
ースト面を出すだけで、新しい電極面を持つ炭素ペース
ト吊り下げ電極および炭素ペースト円盤電極として使用
することができる。
In the above constitution, nothing is mixed with the enzyme and the like, and a mixture prepared by kneading in a paste form with a solvent is extruded so as not to disperse in a solution, and a new carbon paste surface is produced. Can be used as a carbon paste suspension electrode and a carbon paste disc electrode.

【0043】[0043]

【作用】前記構成の本発明の炭素センサー電極は、炭素
細材を含むとともに、好ましくは酵素などの反応物を含
むカーボンペーストを絶縁性の外層に内蔵させ、使用劣
化した先端部を押しだし、容易に除去できる構造であ
り、そのため、長期間に亙って、新鮮なセンサー電極面
を容易に提供でき、極めて実用的である。
The carbon sensor electrode of the present invention having the above-described structure contains a carbon fine material and preferably contains a carbon paste containing a reactant such as an enzyme in an insulative outer layer, and easily pushes out a deteriorated tip portion for use, It is a structure that can be removed, so that a fresh sensor electrode surface can be easily provided over a long period of time, which is extremely practical.

【0044】[0044]

【実施例】以下、本発明の実施例を説明するが、本発明
はこれら実施例に限定されるものではない。
EXAMPLES Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.

【0045】(実施例1)グラファイト粒子(シャープ
ペンシル芯粉末)の量に対して35%の流動パラフィン
を加え、粒子をよく分散混練した後、針を付けない注射
器に流し込んで、両端の空いた直径1.5mmのシリコ
ーンチューブの一端から前記の注射器のピストンでペー
ストを注入した。
(Example 1) 35% of liquid paraffin was added to the amount of graphite particles (mechanical pencil core powder), and the particles were well dispersed and kneaded, and then poured into a syringe without a needle to leave both ends empty. The paste was injected with the piston of the syringe from one end of a 1.5 mm diameter silicone tube.

【0046】ペーストが十分に導入されたチューブの一
端を切り取り、パラフィン紙などの滑らかなシートで電
極表面を平にしたのち、少し大きい目に丸く切った透析
膜(ユニオン・カーバイド製)をチューブの先端に乗せ
てOリングで固定した。
After cutting off one end of the tube in which the paste was sufficiently introduced and flattening the electrode surface with a smooth sheet of paraffin paper or the like, a dialysis membrane (manufactured by Union Carbide), which was slightly cut into large circles, was attached to the tube. It was put on the tip and fixed with an O-ring.

【0047】この電極を用いて尿中の尿酸の検出を行っ
た。一般にヒトの尿のpHはおよそ6.5前後であるの
で、測定系はpHを6.5に調節した既知量のリンゲル
溶液にヒトの尿を一定量添加したものを使用した。尿酸
のラクタム型は、キノン基−C=0を3個持ち、その内
の一個はレドックス反応によりラクチム型の水酸基−O
Hとの間で速い電極反応を生じるので、観察容易なレド
ックス波を示す。そのレドックス電位は、このpHで約
0.5V vs. SCEであり、還元波ははるかに負
電位にある。図3にその結果を示す。ブランクのリンゲ
ル液では図中の(a)のように波は観察されないが、1
ml液中に50μgの尿酸を含む場合が(b)であり、
ヒトの尿中の尿酸による結果(c)は(b)の場合より
やや少ない。検量線を作成してあれば、定量が容易に行
える。ただ、5分程度以上漬けたままにしておくと、尿
中の他の成分が吸着するらしく、波高が次第に減少し
た。この吸着物は、強く酸化処理しないと除去できない
ので、電極は一度使用したら、その先端部分のペースト
電極を切り取るか、押し出して除き、新しい電極面で次
の定量を行うのが望ましい。また、ヒト尿中に多量の尿
酸を加えると、沈殿を生じ、定量を妨害する。
Uric acid in urine was detected using this electrode. Since the pH of human urine is generally around 6.5, the measurement system used was a fixed amount of human urine added to a known amount of Ringer's solution whose pH was adjusted to 6.5. The lactam type of uric acid has three quinone groups -C = 0, one of which is a lactim type hydroxyl group-O due to the redox reaction.
Since a rapid electrode reaction occurs with H, it shows a redox wave that is easy to observe. Its redox potential is about 0.5 V vs. this pH. SCE, the reduction wave is at a much negative potential. The results are shown in FIG. No wave is observed in the blank Ringer's solution as in (a) in the figure, but 1
The case where 50 ml of uric acid is contained in the ml solution is (b),
The result (c) due to uric acid in human urine is slightly less than that in (b). If you have created a calibration curve, you can easily quantify. However, if left soaked for about 5 minutes or longer, other components in urine seemed to be adsorbed, and the wave height gradually decreased. Since this adsorbed substance cannot be removed without strong oxidizing treatment, it is desirable to cut off or extrude the paste electrode at the tip of the electrode once it has been used, and perform the next quantitative determination on a new electrode surface. Also, when a large amount of uric acid is added to human urine, precipitation occurs, which hinders quantification.

【0048】(実施例2)天然の酵素反応の多くは、反
応終了後、過酸化水素が生成してくるので、その溶液内
での過酸化水素の含有量を計測することによって酵素反
応の進行を推測できる。天然のわさび中にあるペルオキ
シダーゼを内蔵した構成のセンサー電極が最終目標であ
るが、その替わりに、鉄EDTAを使用すると、図4に
示した電気化学的接触反応のために、過酸化水素の検出
が容易に行える。
(Example 2) In most natural enzymatic reactions, hydrogen peroxide is produced after the reaction is completed. Therefore, the enzymatic reaction progresses by measuring the content of hydrogen peroxide in the solution. Can be guessed. The final target is a sensor electrode with a built-in peroxidase in native horseradish, but instead, iron EDTA is used to detect hydrogen peroxide due to the electrochemical catalytic reaction shown in FIG. Can be done easily.

【0049】そこで、Fe−EDTAをグリセリン80
%の水溶液に飽和させた疑似酵素を練り込んで、溶液中
の過酸化水素の検出を試みた。グリセリン(和光純薬
製)80%水溶液にグラファイト粒子(シャープペンシ
ル芯粉末)を加えてよく分散混練した後、針を付けない
注射器に流し込んで、両端の空いた直径0.5mmのチ
ューブの一端から注射器のピストンでペーストを注入し
て、疑似酵素内蔵型炭素センサー電極を作成した。
Therefore, Fe-EDTA is added to glycerin 80.
%, A saturated pseudo enzyme was kneaded into the solution to try to detect hydrogen peroxide in the solution. Graphite particles (mechanical pencil core powder) were added to an 80% aqueous solution of glycerin (manufactured by Wako Pure Chemical Industries), and the mixture was well kneaded, then poured into a syringe without a needle, and the ends of the tube with a diameter of 0.5 mm were vacant. The paste was injected with the piston of a syringe to create a carbon sensor electrode with a built-in pseudo enzyme.

【0050】この電極を用いてpH5.5の酢酸緩衝溶
液中に存在する0.03%量の過酸化水素の検出を試み
た。図5にその結果を示す。曲線(a)は鉄EDTA内
蔵センサー電極による鉄EDTAのボルタンモグラムで
あり、曲線(b)はこのセンサー電極を用いて0.03
%過酸化水素を含有する溶液内で得られたボルタンモグ
ラムである。過酸化水素により波高が高くなる様子が明
らかに観察できる。
Using this electrode, an attempt was made to detect 0.03% amount of hydrogen peroxide present in an acetic acid buffer solution having a pH of 5.5. The result is shown in FIG. Curve (a) is a voltammogram of iron EDTA with a sensor electrode containing iron EDTA, and curve (b) is 0.03 using this sensor electrode.
3 is a voltammogram obtained in a solution containing% hydrogen peroxide. It can be clearly observed that the wave height is increased by hydrogen peroxide.

【0051】また、鉄EDTAなしのペースト電極を用
いて、0.03%量の過酸化水素の検出を試みた。その
結果が(c)曲線である。
Also, an attempt was made to detect 0.03% hydrogen peroxide by using a paste electrode without iron EDTA. The result is the curve (c).

【0052】[0052]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明による反
応物内蔵型炭素センサー電極の実施により、従来長期に
わたって使用できなかったセンサーやセンサー電極に代
わって、多くの生体試料などの中の特定物質検出のため
に、その場測定(in situ)向きの使い捨て型の
炭素センサー電極の提供が可能となる。
As described above, the implementation of the reactant-embedded carbon sensor electrode according to the present invention replaces a sensor or a sensor electrode which has not been used for a long period of time with a specific one of many biological samples. It is possible to provide a disposable carbon sensor electrode for in situ orientation for substance detection.

【0053】すなわち、本炭素センサー電極は、絶縁性
管内に酵素などの反応物質を内蔵させた炭素ペーストを
主体とする長期使用可能な構造のセンサー電極であり、
先端を折り(切り)取って使い捨てるか、押し出しによ
って新しいセンサー電極面を容易に提供できる実用的な
センサー電極となる。
That is, the present carbon sensor electrode is a sensor electrode having a structure that can be used for a long period mainly composed of carbon paste in which a reaction substance such as an enzyme is contained in an insulating tube.
It becomes a practical sensor electrode that can easily provide a new sensor electrode surface by folding (cutting) the tip to dispose of it or extruding it.

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

【図1】本発明のセンサー電極の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a sensor electrode of the present invention.

【図2】図1のII部分の拡大構成図である。FIG. 2 is an enlarged configuration diagram of a portion II in FIG.

【図3】反応物質を内蔵しない本発明のセンサー電極で
の尿酸のボルタンモグラムである。
FIG. 3 is a voltammogram of uric acid at a sensor electrode of the present invention that does not contain a reactant.

【図4】鉄EDTAによる酵素類似の反応の概念図であ
る。
FIG. 4 is a conceptual diagram of an enzyme-like reaction with iron EDTA.

【図5】本発明のセンサー電極による鉄EDTAのサイ
クリックボルタンモグラムと、このセンサー電極による
過酸化水素の検出結果を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a cyclic voltammogram of iron EDTA by the sensor electrode of the present invention and a detection result of hydrogen peroxide by the sensor electrode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 外層 2 反応物質 3 炭素細材 4 カーボンペースト 5 接続口 6 ピストン(注射器) 7 ポンプ 1 Outer layer 2 Reactive substance 3 Carbon fine material 4 Carbon paste 5 Connection port 6 Piston (syringe) 7 Pump

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G01N 27/327 27/38 27/404 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display location G01N 27/327 27/38 27/404

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁性の外層の内部に該外層の末端から
先端にかけて連続的にカーボンペーストが充填されてな
り、前記カーボンペーストが少なくとも炭素細材と坦体
と電子受容/供与性物質とからなり、これらが均一に混
合されてなることを特徴とする炭素センサー電極。
1. An insulating outer layer is continuously filled with a carbon paste from the end to the tip of the outer layer, and the carbon paste is composed of at least a carbon fine material, a carrier, and an electron accepting / donating substance. The carbon sensor electrode is characterized by being uniformly mixed with each other.
【請求項2】 前記炭素細材が、活性炭素粒子、グラフ
ァイト粒子、アモルファス炭素粒子、炭素短繊維、およ
びこれらの混合物から選ばれることを特徴とする請求項
1に記載の炭素センサー電極。
2. The carbon sensor electrode according to claim 1, wherein the carbon fine material is selected from activated carbon particles, graphite particles, amorphous carbon particles, short carbon fibers, and a mixture thereof.
【請求項3】 前記坦体が、水溶液、ワセリン、グリセ
リン、オイル、パラフィン、寒天、ゼラチンの少なくと
も一つであることを特徴とする請求項1または2に記載
の炭素センサー電極。
3. The carbon sensor electrode according to claim 1, wherein the carrier is at least one of aqueous solution, petrolatum, glycerin, oil, paraffin, agar, and gelatin.
【請求項4】 前記電子受容/供与性物質が、活性な酵
素,尿酸などの窒素代謝物,アミノ酸代謝物,ドーパミ
ンなどの神経伝達物質,ビタミン類,酢酸やクエン酸な
どの有機酸,アミン類,アルコール類,麻酔剤や薬物な
どの医薬品,を含む有機物、錯イオン類、塩酸や硫酸な
どの無機酸、アンモニアや水酸化物などのアルカリ、前
記無機酸およびアルカリの塩、酸素や塩素,酸化窒素類
などの可溶性ガス、およびこれらの混合物のいずれか、
またはこれらを含有するものであることを特徴とする請
求項1ないし3のいずれかに記載の炭素センサー電極。
4. The electron-accepting / donating substance is an active enzyme, nitrogen metabolites such as uric acid, amino acid metabolites, neurotransmitters such as dopamine, vitamins, organic acids such as acetic acid and citric acid, and amines. , Organic substances including alcohols, anesthetics and drugs, complex ions, inorganic acids such as hydrochloric acid and sulfuric acid, alkalis such as ammonia and hydroxides, salts of the inorganic acids and alkalis, oxygen, chlorine and oxidation A soluble gas such as nitrogen, and any of these mixtures,
Alternatively, the carbon sensor electrode according to any one of claims 1 to 3, which contains the above.
【請求項5】 前記電子受容/供与性物質と炭素細材と
を混合するために分散媒が用いられ、この分散媒が、水
溶液、有機溶媒、およびこれらの混合物のいずれかであ
ることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載
の炭素センサー電極。
5. A dispersion medium is used to mix the electron accepting / donating substance and the carbon fine material, and the dispersion medium is any one of an aqueous solution, an organic solvent, and a mixture thereof. The carbon sensor electrode according to any one of claims 1 to 4.
【請求項6】 前記絶縁性の外層が、絶縁性のチューブ
であることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに
記載の炭素センサー電極。
6. The carbon sensor electrode according to claim 1, wherein the insulating outer layer is an insulating tube.
【請求項7】 前記絶縁性の外層が、絶縁シートである
ことを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の
炭素センサー電極。
7. The carbon sensor electrode according to claim 1, wherein the insulating outer layer is an insulating sheet.
【請求項8】 前記絶縁性の外層の先端開口部が、イオ
ン透過膜または透析膜により封止されていることを特徴
とする請求項1ないし7のいずれかに記載の炭素センサ
ー電極。
8. The carbon sensor electrode according to claim 1, wherein the tip end opening of the insulating outer layer is sealed with an ion permeable membrane or a dialysis membrane.
【請求項9】 前記外層の基端部に、前記カーボンペー
ストを継続的に供給することのできるカーボンペースト
供給装置を接続したことを特徴とする請求項1ないし8
のいずれかに記載の炭素センサー電極。
9. The carbon paste supply device capable of continuously supplying the carbon paste is connected to a base end portion of the outer layer.
The carbon sensor electrode according to any one of 1.
【請求項10】 少なくとも炭素細材と坦体と電子受容
/供与性物質とを分散媒により均一に混合してカーボン
ペーストを調製し、このカーボンペーストを筒状の外層
に該外層の末端から先端にかけて連続的に内蔵させるこ
とを特徴とする炭素センサー電極の製造方法。
10. A carbon paste is prepared by uniformly mixing at least a carbon fine material, a carrier, and an electron accepting / donating substance with a dispersion medium, and the carbon paste is applied to a cylindrical outer layer from the end of the outer layer to the tip. A method of manufacturing a carbon sensor electrode, which is characterized in that the carbon sensor electrode is continuously built in over a period of time.
【請求項11】 前記炭素細材として、活性炭素粒子、
グラファイト粒子、アモルファス炭素粒子、炭素短繊
維、およびこれらの混合物から選ぶことを特徴とする請
求項10に記載の炭素センサー電極の製造方法。
11. The activated carbon particles as the carbon fine material,
The method for producing a carbon sensor electrode according to claim 10, wherein the carbon sensor electrode is selected from graphite particles, amorphous carbon particles, short carbon fibers, and a mixture thereof.
【請求項12】 前記坦体として、水溶液、ワセリン、
グリセリン、オイル、パラフィン、寒天、ゼラチンの少
なくとも一つを用いることを特徴とする請求項10また
は11に記載の炭素センサー電極の製造方法。
12. An aqueous solution, petrolatum, as the carrier
At least one of glycerin, oil, paraffin, agar, and gelatin is used, The manufacturing method of the carbon sensor electrode of Claim 10 or 11 characterized by the above-mentioned.
【請求項13】 前記電子受容/供与性物質として、活
性な酵素,尿酸などの窒素代謝物,アミノ酸代謝物,ド
ーパミンなどの神経伝達物質,ビタミン類,酢酸やクエ
ン酸などの有機酸,アミン類,アルコール類,麻酔剤や
薬物などの医薬品,を含む有機物、錯イオン類、塩酸や
硫酸などの無機酸、アンモニアや水酸化物などのアルカ
リ、前記無機酸およびアルカリの塩、酸素や塩素,酸化
窒素類などの可溶性ガス、およびこれらの混合物のいず
れか、またはこれらを含有するものを用いることを特徴
とする請求項10ないし12のいずれかに記載の炭素セ
ンサー電極の製造方法。
13. As said electron accepting / donating substance, active enzymes, nitrogen metabolites such as uric acid, amino acid metabolites, neurotransmitters such as dopamine, vitamins, organic acids such as acetic acid and citric acid, amines. , Organic substances including alcohols, anesthetics and drugs, complex ions, inorganic acids such as hydrochloric acid and sulfuric acid, alkalis such as ammonia and hydroxides, salts of the inorganic acids and alkalis, oxygen, chlorine and oxidation 13. The method for producing a carbon sensor electrode according to claim 10, wherein any one of a soluble gas such as nitrogens and a mixture thereof, or one containing them is used.
【請求項14】 前記電子受容/供与性物質と炭素細材
とを混合するための分散媒として、水溶液、有機溶媒、
およびこれらの混合物のいずれかを用いることを特徴と
する請求項10ないし13のいずれかに記載の炭素セン
サー電極の製造方法。
14. An aqueous solution, an organic solvent, as a dispersion medium for mixing the electron accepting / donating substance and the carbon fine material,
14. The method for manufacturing a carbon sensor electrode according to claim 10, wherein any one of these and a mixture thereof is used.
【請求項15】 前記絶縁性の外層として、絶縁性のチ
ューブを用いることを特徴とする請求項10ないし14
のいずれかに記載の炭素センサー電極の製造方法。
15. The insulating tube is used as the insulating outer layer, according to claim 10.
5. The method for manufacturing a carbon sensor electrode according to any one of 1.
【請求項16】 前記絶縁性の外層として、絶縁シート
を用いることを特徴とする請求項10ないし14のいず
れかに記載の炭素センサー電極の製造方法。
16. The method for manufacturing a carbon sensor electrode according to claim 10, wherein an insulating sheet is used as the insulating outer layer.
【請求項17】 前記絶縁性の外層の先端開口部を、イ
オン透過膜または透析膜により封止することを特徴とす
る請求項10ないし16のいずれかに記載の炭素センサ
ー電極の製造方法。
17. The method for manufacturing a carbon sensor electrode according to claim 10, wherein the tip end opening of the insulating outer layer is sealed with an ion permeable membrane or a dialysis membrane.
【請求項18】 前記外層の基端部に、前記カーボンペ
ーストを継続的に供給することのできるカーボンペース
ト供給装置を、さらに、接続することを特徴とする請求
項10ないし17のいずれかに記載の炭素センサー電極
の製造方法。
18. The carbon paste supply device capable of continuously supplying the carbon paste is further connected to the base end portion of the outer layer, and the carbon paste supply device is connected to the carbon paste supply device. Manufacturing method of carbon sensor electrode of.
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