CN113825830A - 催化反应生成物的电化学检测方法和传感器 - Google Patents

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林泰之
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Abstract

在以电化学方式检测由第1液块(20)内进行的催化反应生成并且溶解于第1液块(20)中的催化反应生成物的催化反应生成物的电化学检测方法中，在液槽(10)中收纳有：第1液块(20)；和与第1液块(20)形成液液界面而相接，并且不溶解催化反应生成物的第2液块(30)，在第1液块(20)内配置有工作电极(40)，在第2液块(30)内配置有对电极(50)以及参比电极(60)，所述检测方法对由于催化反应生成物在工作电极(40)处发生氧化反应或还原反应而流过工作电极(40)的电流进行检测。

Description

催化反应生成物的电化学检测方法和传感器
技术领域
本发明涉及以电化学方式检测由溶液内进行的催化反应生成且溶解于该溶液的生成物。
背景技术
由酶反应等的催化反应生成且溶解于溶液的催化反应生成物的检测灵敏度由溶液中的生成物的浓度决定。为了提高溶液中的生成物的浓度，例如，优选催化反应时间更长，或，优选溶液的体积更小。
但是，如果溶液的体积极小，则会因溶液的蒸发而导致溶液的体积减少，致使无法检测。这样的问题在催化反应时间长的情况下会显著发生。
在专利文献1和非专利文献1中，公开了能够避免溶液的蒸发的构成。专利文献1公开了，在ELISA(Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay：酶联免疫吸附法)相关的技术中，将作为酶反应场的亲水性溶剂的液滴置于收纳部(凹槽)内，并且该收纳部被疏水性溶剂密封的构成。
非专利文献1公开了，在ELISA相关的技术中，通过在亲水性表面上形成疏水性区域而形成亲水性区域的图案，并且以油包覆位于亲水性区域的图案中的液滴(即酶反应场)的构成。
现有技术文献
专利文献
[专利文献1]WO2012/121310号公报
非专利文献
[非专利文献1]S.Sakakihara et al.,“A Single-molecule enzymatic assayin a directly accessible femtoliter droplet array”,Lab Chip,2010,10,3355-3362
发明内容
本发明所要解决的技术问题
如上所述，通过将作为催化反应场的溶液，以与该溶液不同的液体进行包覆，能够防止溶液的蒸发。由此，能够实现高灵敏度的检测。
专利文献1和非专利文献1中公开的技术是使用荧光基质的光谱学的检测技术，需要大规模的测定装置。进一步而言，荧光基质价格高昂。因此，这些技术需要较高的成本。
本发明的目的在于提供一种能够低价且简便地实施催化反应生成物的高灵敏度检测的技术。
解决技术问题的技术手段
此处记述的技术事项，并不明示或暗示地限制权利要求书记载的发明，进一步而言，并不表明可容忍因本发明而受益的受益者(例如申请人和权利者)以外的人所作出的如此的限定，只是单纯地，为了使本发明的要点更容易理解而记载。从其他的观点出发，本发明内容，例如，可以通过本发明的日本专利申请时的权利要求书进行理解。
此处公开的技术是将以第2液块包覆进行催化反应的第1液块的技术适用于电化学检测技术的技术。
该技术使用收纳有工作电极、对电极、第1液块、第2液块的液槽。
第1液块具有导电性。工作电极位于第1液块内。
第2液块具有导电性。第1液块和第2液块形成液液界面，并且催化反应生成物不溶于第2液块。对电极位于第2液块内。对由于催化反应生成物和工作电极之间的氧化还原反应而流过工作电极的电流进行检测。
发明的效果
根据本发明，能够低价且简便地实施催化反应生成物的高灵敏度检测。
附图说明
[图1]检测装置的概要图。
[图2A]表示保持第1液块的结构的第1例的图。
[图2B]表示保持第1液块的结构的第2例的图。
[图2C]表示保持第1液块的结构的第3例的图。
[图2D]表示保持第1液块的结构的第4例的图。
[图2E]表示保持第1液块的结构的第5例的图。
[图3A]表示保持第1液块的结构的第6例的图。
[图3B]表示保持第1液块的结构的第7例的图。
[图3C]表示保持第1液块的结构的第8例的图。
[图4]用于说明保持第1液块的结构的一个例子的图。图4(a)是凹槽的概要图。图4(b)是表示向凹槽中导入了第1液块的状态的概要图。图4(c)是表示第2液块包覆第1液块的状态的概要图。
[图5]表示保持第1液块的结构的其他例子的图。
[图6A]表示传感器的实施方式的俯视图。
[图6B]表示传感器的实施方式的截面图。
[图7]图6A所示的传感器的立体图。
[图8]用于说明图6A所示的传感器中的电极的排列的图。
本发明的具体实施方式
以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。
实施方式中，以电化学方式检测由第1液块(即作为催化反应场的溶液的块)内进行的催化反应生成且溶解于第1液块内的生成物。图1示意性地表示实施方式的检测装置1的构成例。
检测装置1包含液槽10、工作电极40、对电极50、参比电极60、恒电位仪80。液槽10收纳有第1液块20和第2液块30。第1液块20和第2液块30形成液液界面(即液相和液相之间的界面)。第1液块20如图1所示，位于液槽10的底面11上，被第2液块30包覆。
工作电极40设置在液槽10的底面11上，被第1液块20包覆。也就是说，工作电极40与第1液块20接触，但不与第2液块30接触。对电极50和参比电极60设置于第2液块30内，经由第1液块20和第2液块30的液液界面而与工作电极40电连接。图1中，符号70表示盐桥。
工作电极40、对电极50和参比电极60在该例中与恒电位仪80连接。恒电位仪80作为恒压电源装置而发挥功能，包含可变电源81、电压计82、电流计83。
催化反应生成物，被封入第1液块20内，并且不溶解于第2液块30(即生成物不从第1液块20向第2液块30移动)。催化反应生成物和工作电极40之间的氧化还原反应导致电流流过工作电极40。通过检测该电流，能够进行催化反应生成物的检测或定量分析。
在图1中只图示了1个工作电极40，作为通例，例如以阵列状配置的2个以上的工作电极40设置于液槽10的底面11。检测装置1包含2个以上的工作电极40时，检测装置1包含2个以上的第1液块20。2个以上的工作电极40分别被2个以上的第1液块20中的对应的一个所包覆。各第1液块20是相互独立的液块，彼此不同的第1液块20被第2液块30隔开。第2液块30是1个液块。2个以上的第1液块20分别与第2液块30形成液液界面。2个以上的第1液块20分别被第2液块30包覆。
以下，对适用于ELISA的实施方式的电化学检测方法进行说明。
根据ELISA，例如，用酶标记样品中包含的抗原或抗体(即免疫球蛋白)，通过由检测酶和基质反应所得到的生成物，来进行抗原抗体复合体的检测或定量分析。例如，在三明治ELISA(sandwich ELISA protocol)和电化学检测方法的组合中，进行下述的操作。但是，省略清洗、孵育(incubation；定温放置)等的操作的记载。
(1)捕获抗体对固相的吸附(其中，固相包含工作电极的表面或在工作电极的附近的固体的表面)
(2)固相的封闭处理
(3)抗原(作为检测对象的蛋白质)的添加
(4)一次抗体的添加
(5)酶标记的二次抗体的添加
(6)包含基质的第1液块的添加(酶反应的生成物由于酶反应而在工作电极的附近蓄积)
(7)酶反应产生的生成物的、使用工作电极的电化学检测
在实施方式中，如图1所示，追加以第2液块30包覆第1液块20整体的操作。
第2液块30是不溶于具有导电性的第1液块20，且，具有导电性的液体。作为通例，ELISA中第1液块20是具有缓冲能力的水溶液，因此第2液块30是例如不溶于水且可溶解用于得到导电性的支持电解质的有机溶剂。
作为这样的有机溶剂，优选易于作为电化学检测的溶剂使用的，即，常温下为液状，且，在检测电位范围内，与水和电极材料(金、白金等)的反应性低的液体。例如，优选硝基苯(nitrobenzene)、1,2-二氯苯(1,2-dichlorobenzene)、2-硝基苯基辛基醚(1-nitro-2-(n-octyloxy)benzene)、1,2-二氯乙烷(1,2-dichloroet hane)、1,4-二氯丁烷(1,4-dichlorobutane)、1,6-二氯己烷(1,6-dichlorohexane)、1-辛醇(1-octanol)、1,9-癸二烯(1,9-decadiene)。
另外，作为可溶于这些有机溶剂并且能够赋予有机溶剂导电性的支持电解质，可以采用用于一般的非水溶液中的电化学检测的支持电解质。例如，优选具有氯化物离子(chloride ion)、溴化物离子(bromide ion)、碘化物离子(iodide ion)、硫酸根离子(sulfate ion)、硝酸根离子(nitrate ion)、高氯酸根离子(hyperchloric acid ion)、四氟硼酸离子(tetrafluoroboric acid ion)、六氟磷酸离子(hexafluorophosphoric acidion)和磺酸离子(sulfonic acid ion)中的任一种作为阴离子，具有锂离子(lithiumion)、钠离子(sodium ion)、钾离子(potassium ion)、铷离子(rubidium ion)、铯离子(cesium ion)、铵离子(ammonium ion)和具有任意的烷基链长的四烷基铵离子(tetraalkylammonium ion)中的任一种作为阳离子的盐。
作为标记酶和基质的组合，选择能够生成具有电化学活性且可溶于第1液块20而不溶于第2液块30的生成物的组合。第1液块20是水溶液且第2液块30是前述的有机溶剂时，作为标记酶和基质的组合，优选例如碱性磷酸酶(alkaline phosphatase)和对氨基苯基磷酸(phosphoric acid 4-aminophenyl es ter)的组合、或辣根过氧化物酶(horseradishperoxydase)和铁氰化钾(potassium ferricyanide)的组合。
在实施方式中，为了高灵敏度的检测，极微量的第1液块20以图1所示的与工作电极40接触的状态被保持，且工作电极40、对电极50、参比电极60以经由第1液块20和包覆第1液块20的第2液块30而相互电连接的状态构建。但是，在向位于液槽10的底面11的工作电极40，例如滴加第1液块20后，如果不进行特别的措施将第2液块30导入液槽10，则由于第2液块30的水力学的作用，而第1液块20会从工作电极40的顶面被冲走。或者，第1液块20的密度比第2液块30的密度小时，由于浮力的作用，第1液块20会从工作电极40处分离。因此，需要以超过这样的水力学的作用和浮力的作用的强度，将第1液块20牢固地保持在工作电极40的顶面。
为了第1液块20的保持，在实施方式中，例如，采用下述的保持结构。
(a)全部的工作电极40的表面进行了亲水化处理的结构。
(b)液槽10的底面11中，包围工作电极40的表面的环状部分分别进行了亲水化处理的结构。
(c)全部的工作电极40的表面和全部的所述环状部分进行了亲水化处理的结构。
(d)除了全部的工作电极40的表面之外的、液槽10的底面11的全部或一部分进行了疏水化处理的结构(其中，该结构包含液槽10的底面11中与第2液块30接触的部分进行了疏水化处理的结构)。
(e)全部的工作电极40的表面进行了亲水化处理，且，除了全部的工作电极40的表面外的、液槽10的底面11的全部或一部分进行了疏水化处理的结构。
(f)液槽10的底面11中包围工作电极40的表面的环状部分分别进行了亲水化处理，且，除了全部的工作电极40的表面和全部的环状部分外的、液槽10的底面11的全部或一部分进行了疏水化处理的结构。
(g)全部的工作电极40的表面和全部的所述环状部分进行了亲水化处理，且，除了全部的工作电极40的表面和全部的环状部分外的、液槽10的底面11的全部或一部分进行了疏水化处理的结构。
图2A、2B、2C、2D、2E、3A、3B、3C表示了第1液块20的所述保持结构的例子。图中，符号91表示进行了亲水化处理的区域，符号92表示进行了疏水化处理的区域。图2A、2B、2C、2D、2E、3A、3B、3C中，从图示容易理解的观点出发，只例示了1个工作电极40，位于液槽10的底面11的工作电极40在该例中具有圆形的表面形状。
图2A表示了，对工作电极40的表面、液槽10的底面11中包围工作电极40的表面的环状部分进行了亲水化处理，对液槽10的底面11中除了工作电极40的表面和环状部分外的部分进行了疏水化处理的例(g)。
图2B表示了，不对工作电极40的表面进行亲水化处理，只对液槽10的底面11中包围工作电极40的表面的环状部分进行了亲水化处理，进一步对液槽10的底面11中除了工作电极40的表面和环状部分外的部分进行了疏水化处理的例(f)。
图2C表示了，对工作电极40的表面、液槽10的底面11中包围工作电极40的表面的环状部分进行了亲水化处理的例(c)。
图2D表示了，不对工作电极40的表面进行亲水化处理，只对液槽10的底面11中包围工作电极40的表面的环状部分进行了亲水化处理的例(b)。
图2E表示了，不进行亲水化处理，而对液槽10的底面11中除了工作电极40的表面和环状部分外的部分进行了疏水化处理的例(d)。
图3A表示了，对工作电极40的表面进行了亲水化处理，对液槽10的底面11中工作电极40的表面以外的部分，即和第2液块30接触的部分进行了疏水化处理的例(e)。
图3B表示了，对工作电极40的表面进行了亲水化处理的例(a)。
图3C表示了，不进行亲水化处理，对液槽10的底面11中工作电极40的表面以外的部分，即和第2液块30接触的部分进行了疏水化处理的例(d)。
通常而言，液槽10的底面11中的1个第1液块20的大小比工作电极40大。因此采用如图2A-2E所示的第1液块20的保持结构。但是，根据工作电极40的大小和第1液块20的液块的大小，也可以采用图3A-3C所示的第1液块20的保持结构。
从将第1液块20牢固地保持在工作电极40的表面上的观点出发，如图2A或图3A所示，优选所述(e)、(f)、(g)的结构。但是，由于工作电极40的亲水化处理，工作电极40表面和第1液块20之间的固液界面中的电子移动速度显著降低，无法完全否定存在检测灵敏度因此而降低的可能性。如果想避免该灵敏度的降低，则优选图2B、2D、2E或图3C所示的第1液块20的保持结构。
工作电极40的表面的亲水化处理，可以通过使用具有亲水基团的亲水化剂对工作电极40的表面进行化学处理来进行。工作电极40的材料为金或白金时，作为亲水化剂，可以举出：2-巯基乙磺酸(2-mercaptoethanesulfonic aci d)、2-氨基乙硫醇(2-amino-1-ethanethiol)、3-巯基丙酸(3-mercaptopropionic aci d)等。由于这些亲水化剂在分子内具有能与金或白金选择性结合的官能团，因此只需要将包含这些亲水化剂的溶液涂布于液槽10的底面11，就能够选择性地只对工作电极40的表面进行化学处理。
亲水化剂为2-氨基乙硫醇、3-巯基丙酸等时，在之后进行的捕获抗体吸附至工作电极40上的吸附处理的过程中，可以将导入至工作电极40上的具有活性的氨基或羧酸基用作锚分子。
接下来，对液槽10的底面11中包围工作电极40的表面的环状部分的亲水化处理进行说明。工作电极40，作为通例，由基板等形成，该基板等位于液槽10的底面11。由此，包围工作电极40的表面的环状部分例如为基板的表面。
基板材料为玻璃、石英、氧化铝(aluminium oxide)、硅(silicon)等时或硅表面上形成有氮化硅膜时，基板表面的亲水化处理可以通过以下方式进行：在通过灰化处理或UV(ultraviolet)臭氧处理等暂时地使表面活化后，以在分子内具有羟基、氨基、羧酸基等的亲水基团的硅烷偶联剂等对表面进行处理。
形成有工作电极40的基板位于液槽10的底面11上时，第2液块30位于基板上。
基板表面的疏水化处理可以通过使用了疏水性的感光性树脂的光刻进行。通过该方法可选择性地只对规定的区域进行疏水化处理。或，可通过以适当的感光性树脂只对不进行疏水化的部分进行遮蔽，以疏水化剂对整个基板表面进行处理后，将用于遮蔽的感光性树脂用溶剂溶解而除去，来进行基板表面的选择性的疏水化处理。作为这样的疏水化剂，在基板材料为上述的材料时，可以使用具有疏水基的有机硅烷化合物，例如，六甲基二硅氮烷(di(t rimethylsilyl)amine)、二甲基十八烷基氯硅烷(chlorodimethyl(octadecyl)silane)等。
接下来，对于基于凹槽(well)的第1液块20的保持结构，将参照图4进行说明。
图4(1)表示了，在液槽10的底面11上形成有凹槽100的状态。工作电极40位于凹槽100的底部。这样的凹槽100，例如，可以通过使用了感光性树脂的光刻形成。图中，符号101表示固化了的树脂层。
图4(2)表示了，通过向凹槽100中滴加而导入第1液块20的状态。图4(3)表示了，进一步将第2液块30导入液槽10中的状态。作为该第1液块20，可使用前述的第1液块20，作为该第2液块30，可使用前述的第2液块30。通过形成凹槽100，能够使第1液块20在工作电极40上保持。
以阵列状排列的2个以上的工作电极40位于液槽10的底面11时，与2个以上的工作电极40以1对1的方式对应，且以阵列状排列的2个以上的凹槽100形成在液槽10的底面11上，且，工作电极40分别位于对应的凹槽100的底部。2个以上的凹槽100中分别导入了第1液块20的液块。
图5表示了，为了在凹槽100中进一步良好地保持第1液块20，对于工作电极40的表面和位于凹槽100的底部的液槽10的底面，具体而言就是包围工作电极40的表面的基板的表面，进行了与前述的亲水化处理同样的亲水化处理的例子。也可以如此对凹槽100的内部底面进行亲水化处理。需要说明的是，亲水化处理区域91可以只是工作电极40的表面，或，可以只是凹槽100的内部底面中的包围工作电极40的表面的环状部分。
根据实施方式的电化学检测方法，得到了以下的效果。
1)由于第1液块20被第2液块30包覆，因此能够防止第1液块20的蒸发。由此，能够以高灵敏度对检测对象物进行检测。
2)与如光谱学的测定那样的、需要比较大规模的测定装置且使用高价基质的方法相比，可以以小型的装置构成，低价地对检测对象物进行检查。
3)N为2以上的预先设定的整数，在通过N个工作电极40同时进行N个检测处理的多点检测处理(即包罗性的多点检测处理)中，由于彼此不同的第1液块20被第2液块30隔开，因此能够防止交叉污染。由此，能够以高灵敏度对检测对象物进行检测。
4)为了提高催化反应生成物的浓度，而使用微量的第1液块20，但由于对电极50和参比电极60配置于第2液块30，因此不需要使用极小的对电极50和参比电极60。因此，可以使用现有技术中使用的对电极50和参比电极60。
5)多点检测中，对于多个工作电极40，在液槽10中只需要准备1个对电极50和1个参比电极60即可。因此，可以以小型的装置构成以高灵敏度对检测对象物进行检测。
该实施方式的电化学检测方法适用于以下检测情况：在第1液块20中进行的催化反应的生成物为检测对象、催化反应生成物在第1液块20中的浓度随着催化反应的进行而增大、催化反应生成物能够以电化学方式检测、且能够选择不溶解催化反应生成物的第2液块30。
在ELISA中，使用酶作为催化剂，但催化剂不限于酶。作为催化剂，可以举出金属催化剂、核酶(ribozyme)、在表面或内部具有酶的细胞、细胞器(o rganelle)、人工吸附它们或人工性地与它们结合的微粒、囊泡(vesicle)等。
在三明治ELISA中，通过捕获抗体、抗原、一次抗体、酶标记的二次抗体形成的复合体，使催化剂间接地吸附于固相，但催化剂的吸附方法不限于此。例如，也可以通过使与探针DNA互补且被催化剂标记的单链DNA与预先吸附于固相表面的探针DNA进行杂交(hybridization)，而使催化剂间接地吸附于固相。
或，也可以通过对于预先吸附于固相表面的抗原、肽、糖链等，使特异性吸附于这些分子且被催化剂标记的抗体、凝集素(lectin)等与之产生相互作用，而使催化剂间接地吸附于固相。
这样的吸附方法在使用了DNA芯片或蛋白质芯片的表达解析中已经广为人知。
或，在测定催化剂自身的活性时，也可以直接使催化剂吸附于固相表面。
接下来，将对适用于上述的催化反应生成物的电化学检测的传感器的实施方式，参照图6-8进行说明。
实施方式的传感器具有：能够收纳溶液110的液槽120搭载有LSI芯片(l argescale integrated chip)130的构成。在液槽120的中央形成有穴121，LSI芯片130配置于穴121的下端，封闭穴121。
LSI芯片130和液槽120被固定在基板140上，在基板140上形成有用于将LSI芯片130与进行传感器的控制的外部装置连接的配线图案141。图6B中，符号150表示连接LSI芯片130和配线图案141的焊线。
LSI芯片130的上表面上形成有感应区域131。感应区域131位于液槽120的底面的穴121。
在图6A、6B、7中省略了详细的图示，但在该例中，在感应区域131上，形成有作为工作电极发挥功能的400个
Figure BDA0003354017920000101
的电极132。400个电极132以250μm的间隔构成20×20的阵列。图8表示了，形成有电极132的感应区域131的一部分。电极132的材料在该例中为金，除了电极132，在至少包含感应区域131的LSI芯片130的上表面上，形成有氮化硅膜。LSI芯片130具备检测由各电极132和检测对象物质之间的氧化还原反应产生的电流，并分别放大检测到的电流的功能。
在LSI芯片130中，各电极132和感应区域131适用上述的保持结构(参照图2A、2B、2C、2D、2E、3A、3B、3C、4、5)。例如，在包围各电极132的表面、各电极132的表面的环状表面上，施加了图2和图3所示的亲水化处理，或，形成有图4和图5所示的凹槽。通过保持结构，实施方式的传感器能够将进行催化反应的第1液块牢固地保持在各电极132上。图6A、6B、7中，溶液110是包覆第1液块的第2液块，第1液块的图示被省略。
图6A、6B中所示的对电极160和参比电极170并非是传感器的必须构成要素。对电极160和参比电极170在实施实施方式的方法前投入第2液块。
<补充>
以上参照例示的实施方式对本发明进行了说明，但是可理解，本领域技术人员可以不脱离本发明的范围，而进行各种各样的变更，将其要素以均等物置换。进一步而言，为了适应本发明的主旨，可以不脱离本发明的本质的范围，而对特定的系统、装置或其组成部分进行许多修改。因此，本发明不限于为了实施本发明而公开的特定实施方式，还包含添附的权利要求书中包含的所有实施方式。
进一步而言，“第1”、“第2”等的用语的使用并非表示顺序或重要性，“第1”、“第2”等的用语只是为了对要素进行区别而使用。本说明书中使用的用语，是为了对实施方式进行说明而使用的，决没有限制本发明的意图。用语“包含”和其语形变化，在本说明书和/或添附的权利要求书中使用时，用于阐明言及的特征、步骤、操作、要素和/或组成部分的存在，但不排除1个或多个其他特征、步骤、操作、要素、组成部分和/或它们的组合的存在或追加。如果有“和/或”的用语，则包含所关联的、列出的要素的1个或多个的所有组合。在权利要求书和说明书中，只要没有特别注释，“连接”、“结合”、“接合”、“连结”或它们的同义语和其全部的语形，并不一定否定例如相互“连接”或“结合”、相互“连结”的二者间存在一个以上的中间要素。
除非有特别注释，否则本说明书中使用的全部的用语(包含技术用语和科学用语)具有与本发明所述领域的本领域技术人员所一般理解的相同意义。进一步而言，在一般使用字典中定义的用语之类的用语，应该以具有与关联技术和本公开的上下文中的它们的意义一致的意义的方式进行解释，只要没有明示的定义，就不能被理想地或过度形式上地解释。
应理解在本发明的说明中，公开了大量的技法和步骤。它们分别具有个自的优点，可以分别与其他公开的技法中的一个以上或全部组合使用。因此，为了避免繁杂，在本说明书中，不对每个技法或步骤的所以可能的组合进行说明。即使如此，在阅读说明书和权利要求时，应当理解这样的组合完全在本发明和权利要求的范围内。
在以下的权利要求中，与手段或步骤结合的所有功能性要素所对应的结构、材料、行为和同等物，如果存在，则有包含和其他保护的要素组合而实行功能的结构、材料或行为的意图。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限于这些实施方式。允许在不脱离本发明的要旨的范围内进行各种变更和变形。被选择且被说明了的实施方式，是用于解说本发明的原理和其实际的应用的。本发明随着各种各样的变更或变形，可以以各种各样的实施方式而使用，各种各样的变更或变形根据所需的用途而决定。所有这样的变更和变形都包含于添附的权利要求书所规定的本发明的范围中，以公平、适法和公正的广度进行解释时，有赋予相同的保护的意图。
符号说明
10 液槽
11 底面
20 第1液块
30 第2液块
40 工作电极
50 对电极
60 参比电极
70 盐桥
80 恒电位仪
81 可变电源
82 电压计
83 电流计
91 亲水化处理区域
92 疏水化处理区域
100 凹槽
101 树脂层
110 溶液
120 液槽
121 穴
130 LSI芯片
131 感应区域
132 电极
140 基板
141 配线图案
150 焊线
160 对电极
170 参比电极

Claims (12)

1.一种催化反应生成物的电化学检测方法，其以电化学方式检测由第1液块内进行的催化反应生成并且溶解在所述第1液块中的催化反应生成物，其中，
在液槽中收纳有：
所述第1液块；和
与所述第1液块形成液液界面而相接，并且不溶解所述催化反应生成物的第2液块，
所述第1液块内配置有工作电极，所述第2液块内配置有对电极以及参比电极，
所述检测方法对由于所述催化反应生成物在所述工作电极处发生氧化反应或还原反应而流过所述工作电极的电流进行检测。
2.根据权利要求1所述的催化反应生成物的电化学检测方法，其中，
所述液槽为1个，
所述工作电极配置有多个，
所述第1液块为：与各个所述工作电极对应，且以彼此不连续的方式，相互独立地收纳于所述液槽中的多个液块，
所述第2液块为：与全部的所述第1液块的所述多个液块分别形成液液界面而相接的连续的1个液块，
所述对电极以及所述参比电极分别为1个。
3.根据权利要求1或2所述的催化反应生成物的电化学检测方法，其中，
所述工作电极位于所述液槽的底面，
所述第1液块位于所述底面上，且被所述第2液块包覆。
4.根据权利要求3所述的催化反应生成物的电化学检测方法，其中，
对所述工作电极的表面、和所述底面的包围所述工作电极表面的环状部分中的至少一者进行了亲水化处理。
5.根据权利要求3或4所述的催化反应生成物的电化学检测方法，其中，
对所述底面的所述第2液块所处的部分进行了疏水化处理。
6.根据权利要求1所述的催化反应生成物的电化学检测方法，其中，
所述液槽的底面上构成有凹槽，
所述工作电极以及所述第1液块位于所述凹槽内。
7.根据权利要求2所述的催化反应生成物的电化学检测方法，其中，
所述液槽的底面上构成有多个凹槽，
多个所述工作电极分别位于所述凹槽内，
所述第1液块的所述多个液块分别位于所述凹槽内。
8.根据权利要求6或7所述的催化反应生成物的电化学检测方法，其中，
对所述工作电极的表面和位于所述凹槽内的所述底面中的至少一者进行了亲水化处理。
9.一种传感器，其具有在LSI芯片上搭载有能够收纳溶液的液槽的结构，并且用于由所述溶液内进行的催化反应生成的催化反应生成物的电化学检测，其中，
在所述液槽的底面上划定的感应区域中，设有在所述LSI芯片上以阵列状排列而设置的多个电极，
所述LSI芯片中，对所述多个电极的表面和分别包围所述多个电极的表面的多个环状表面中的至少一者进行了亲水化处理。
10.根据权利要求9所述的传感器，其中，
对所述感应区域中的所述多个电极的表面和所述多个环状表面以外的部分或所述多个电极的表面以外的部分进行了疏水化处理。
11.一种传感器，其具有在LSI芯片上搭载有能够收纳溶液的液槽的结构，并且用于由所述溶液内进行的催化反应生成的催化反应生成物的电化学检测，其中，
在所述液槽的底面上划定的感应区域中，形成有以阵列状排列的多个凹槽，
所述LSI芯片上设置的多个电极分别位于所述多个凹槽内。
12.根据权利要求11所述的传感器，其中，
所述LSI芯片中，对所述多个电极的表面和分别包围所述多个电极的表面并且位于所述多个凹槽内的多个环状表面中的至少一者进行了亲水化处理。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050064482A1 (en) * 2003-08-27 2005-03-24 Norihisa Mino Microchip, process of manufacturing the same, and analytical method using the same
JP2010158201A (ja) * 2009-01-08 2010-07-22 Olympus Corp 光シグナルの検出方法及び核酸増幅方法
WO2012121310A1 (ja) * 2011-03-08 2012-09-13 独立行政法人科学技術振興機構 ビーズ封入方法、ターゲット分子を検出する方法、アレイ、キット及びターゲット分子検出装置
WO2018043733A1 (ja) * 2016-09-05 2018-03-08 国立研究開発法人科学技術振興機構 病原性微生物検出のための方法及びキット
CN108291891A (zh) * 2015-11-20 2018-07-17 日本航空电子工业株式会社 电化学测定方法、电化学测定装置以及转换器
TW201835385A (zh) * 2017-03-15 2018-10-01 國立大學法人東北大學 水凝膠的電化學性製作方法、具有以細胞所形成的型樣之水凝膠的製作方法、水凝膠製作裝置及轉換器

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6682649B1 (en) * 1999-10-01 2004-01-27 Sophion Bioscience A/S Substrate and a method for determining and/or monitoring electrophysiological properties of ion channels
US7348183B2 (en) * 2000-10-16 2008-03-25 Board Of Trustees Of The University Of Arkansas Self-contained microelectrochemical bioassay platforms and methods
US20030194709A1 (en) * 2002-04-10 2003-10-16 Xing Yang Hydrophobic zone device
JP2005227096A (ja) * 2004-02-12 2005-08-25 Suenaga Tomokazu イムノアッセイ分析装置、チップ電極、および検査チップ
JP3930517B2 (ja) * 2005-03-23 2007-06-13 株式会社東芝 生体分子の定量分析チップ、及び、定量分析方法、定量分析装置及びシステム
JP5769020B2 (ja) * 2011-10-25 2015-08-26 国立大学法人東北大学 複数の電極を備えたｉｃチップ
JP6247064B2 (ja) * 2013-09-20 2017-12-13 株式会社日立ハイテクノロジーズ 生体分子計測装置
SG10201811714UA (en) * 2014-07-08 2019-01-30 Japan Science & Tech Agency Substance sealing method and target molecule detecting method
JP6116080B1 (ja) * 2016-04-26 2017-04-19 日本航空電子工業株式会社 電気化学測定方法、電気化学測定装置及びトランスデューサ
JP6218199B1 (ja) * 2016-10-06 2017-10-25 日本航空電子工業株式会社 電気化学測定装置及びトランスデューサ
WO2018105454A1 (ja) * 2016-12-07 2018-06-14 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電気化学測定方法および電気化学測定装置
WO2018181488A1 (ja) * 2017-03-29 2018-10-04 国立研究開発法人科学技術振興機構 微小物質検出方法及び微小物質検出用デバイス
JP7329851B2 (ja) * 2018-03-02 2023-08-21 国立研究開発法人科学技術振興機構 酵素反応生成物の検出方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050064482A1 (en) * 2003-08-27 2005-03-24 Norihisa Mino Microchip, process of manufacturing the same, and analytical method using the same
JP2010158201A (ja) * 2009-01-08 2010-07-22 Olympus Corp 光シグナルの検出方法及び核酸増幅方法
WO2012121310A1 (ja) * 2011-03-08 2012-09-13 独立行政法人科学技術振興機構 ビーズ封入方法、ターゲット分子を検出する方法、アレイ、キット及びターゲット分子検出装置
CN108291891A (zh) * 2015-11-20 2018-07-17 日本航空电子工业株式会社 电化学测定方法、电化学测定装置以及转换器
WO2018043733A1 (ja) * 2016-09-05 2018-03-08 国立研究開発法人科学技術振興機構 病原性微生物検出のための方法及びキット
TW201835385A (zh) * 2017-03-15 2018-10-01 國立大學法人東北大學 水凝膠的電化學性製作方法、具有以細胞所形成的型樣之水凝膠的製作方法、水凝膠製作裝置及轉換器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
S. SAKAKIHARA ET AL.: "A Single-molecule enzymatic assay in a directly accessible femtoliter droplet array", LAB CHIP, vol. 10, pages 3355 - 3362 *

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