JP2002071620A - Electrode for electrochemical measurement and manufacturing method thereof - Google Patents

Electrode for electrochemical measurement and manufacturing method thereof

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JP2002071620A
JP2002071620A JP2000265484A JP2000265484A JP2002071620A JP 2002071620 A JP2002071620 A JP 2002071620A JP 2000265484 A JP2000265484 A JP 2000265484A JP 2000265484 A JP2000265484 A JP 2000265484A JP 2002071620 A JP2002071620 A JP 2002071620A
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慶一 鳥光
Yasuhiko Jinbo
泰彦 神保
Osamu Niwa
修 丹羽
Katsuyoshi Hayashi
勝義 林
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide electrodes for electrochemical measurement wherein only one or a plurality of arbitrary electrodes have a modifying substance or arbitrary electrodes among the plurality of electrodes have a different modifying substance, and to provide a manufacturing method thereof. SOLUTION: These electrodes for electrochemical measurement have the electrodes 2 set in array on a substrate 1 and only relevant portions of the electrodes 2 are selectively modified by the modifying substances.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電気化学計測用電
極およびその製造方法に関する。
The present invention relates to an electrode for electrochemical measurement and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】電気化学的手法による溶液中あるいは気
体中の特定の物質の検出は、装置が簡便かつ安価である
ため広く使用されている。特に、pH電極やイオン電極
のように汎用性の高い電極は、水質管理等の環境測定で
は不可欠である。
2. Description of the Related Art Detection of a specific substance in a solution or a gas by an electrochemical method is widely used because the apparatus is simple and inexpensive. In particular, highly versatile electrodes such as pH electrodes and ion electrodes are indispensable for environmental measurements such as water quality management.

【0003】さらに、近年では電極の微小化に伴って
(例えば、M. Morita, O. Niwa, T. Horiuchi, Electro
chemical Acta, 42, 3177-3183, 1997)、極微小範囲に
おける時間分解能の高い「その場」測定を行うことがで
きるようになったため、電極は生体を対象にした測定に
も用いられるようになった(例えば、K. Torimitsu, O.
Niwa, Neuro Report, 8, 1353-1358, 1997)。電気化学
的な測定法では生体組織や細胞に対するダメージを軽減
することが可能であるため、同じ生体試料を長時間用い
ることができ、また繰り返し用いることが可能である。
In recent years, with the miniaturization of electrodes (for example, M. Morita, O. Niwa, T. Horiuchi,
chemical Acta, 42, 3177-3183, 1997), making it possible to perform “in-situ” measurements with high temporal resolution in the microscopic range, and the electrodes have also been used for measurements on living organisms. (For example, K. Torimitsu, O.
Niwa, Neuro Report, 8, 1353-1358, 1997). The electrochemical measurement method can reduce the damage to living tissues and cells, so that the same living sample can be used for a long time and can be used repeatedly.

【0004】さらに、微小電極を多数使用したアレイ型
電極を用いた、電気化学的手法による生体多点計測の試
みもなされている(N. Kasai, Y. Jimbo, O. Niwa, T.
Matsue, K. Torimitsu, Abstract for International M
eeting of ElectrochemicalSociety, 99-2, 1986, 199
9)。アレイ型電極を用いた測定法は、同時に複数の微
小領域における物質の濃度の変化を計測し、物質の分布
の動的変化を得るのに極めてすぐれた手法である。
[0004] Further, attempts have been made to perform multi-point measurement of a living body by an electrochemical method using an array-type electrode using a large number of microelectrodes (N. Kasai, Y. Jimbo, O. Niwa, T. et al.
Matsue, K. Torimitsu, Abstract for International M
eeting of ElectrochemicalSociety, 99-2, 1986, 199
9). The measurement method using an array-type electrode is a very excellent technique for simultaneously measuring a change in the concentration of a substance in a plurality of minute regions and obtaining a dynamic change in the distribution of the substance.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】電気化学的検出におい
て電極に特異性を与える際に頻繁に用いられる方法とし
て、電極上を修飾物により修飾する方法がある。修飾物
というのは、酵素、および酵素反応を効率よく検出する
ための電子移動メディエータの少なくとも一方である。
As a method frequently used for imparting specificity to an electrode in electrochemical detection, there is a method of modifying an electrode with a modifier. The modified product is at least one of an enzyme and an electron transfer mediator for efficiently detecting an enzymatic reaction.

【0006】しかし、従来は、上記のような1つあるい
は複数の微小電極上を修飾物により修飾する場合、「酵
素、電子移動メディエータの少なくとも一方」(以下、
「酵素/メディエータ」と記す)を望む領域のみを修飾
することは困難であった。すなわち、酵素/メディエー
タを含む溶液を電極上のみに塗布することはできず、電
極およびその周辺部全体に塗布するという方法で行って
いた。
However, conventionally, when one or a plurality of microelectrodes as described above are modified with a modifier, at least one of an enzyme and an electron transfer mediator (hereinafter, referred to as “enzyme or electron transfer mediator”).
It was difficult to modify only those regions where "enzymes / mediators" were desired. That is, the solution containing the enzyme / mediator could not be applied only on the electrode, but was applied on the entire electrode and its peripheral portion.

【0007】しかし、この方法では、各微小電極上を修
飾する酵素/メディエータの量を制御したり、均一な修
飾を行うことは困難である。また、異なる酵素/メディ
エータを複数の電極のうちの任意の電極上に修飾するこ
とは不可能である。また、修飾された電気化学的に活性
な物質が電極間に位置している場合、条件によっては、
その物質を通して電流が流れるなど電極間の相互干渉が
発生する。さらに、修飾される酵素の絶対量が多いた
め、酵素によって測定溶液中の測定対象である基質が消
費されて、溶液の濃度が低くなり、測定そのものの信頼
性を損なうことがある。
However, in this method, it is difficult to control the amount of the enzyme / mediator that modifies each microelectrode and to perform uniform modification. Also, it is not possible to modify different enzymes / mediators on any of the electrodes. Also, if the modified electrochemically active substance is located between the electrodes, depending on the conditions,
Mutual interference between the electrodes occurs, for example, a current flows through the substance. Furthermore, since the absolute amount of the enzyme to be modified is large, the substrate to be measured in the measurement solution is consumed by the enzyme, and the concentration of the solution decreases, which may impair the reliability of the measurement itself.

【0008】そのため、単数あるいは複数の任意の電極
上のみに酵素/メディエータを修飾する技術が必要不可
欠の段階にきている。
[0008] Therefore, a technique for modifying the enzyme / mediator only on one or a plurality of arbitrary electrodes has come to an indispensable stage.

【0009】本発明の目的は、上述した従来技術におけ
る問題点を解消するものであって、単数あるいは複数の
任意の電極上のみに修飾物が修飾された電気化学計測用
電極およびその製造方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in the prior art, and to provide an electrochemical measurement electrode in which a modification is modified only on one or a plurality of arbitrary electrodes, and a method of manufacturing the same. To provide.

【0010】また、本発明の別の目的は、複数の電極の
うちの任意の電極上に、異なる修飾物が修飾された電気
化学計測用電極およびその製造方法を提供することにあ
る。
Another object of the present invention is to provide an electrode for electrochemical measurement in which a different modification is modified on any one of a plurality of electrodes, and a method for producing the same.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の電気化学計測用電極は、電極が基板上にア
レイ状に配列され、該電極部分のみが選択的に修飾物に
より修飾されていることを特徴とする。
According to the present invention, there is provided an electrode for electrochemical measurement according to the present invention, wherein the electrodes are arranged in an array on a substrate, and only the electrode portion is selectively modified by a modifier. It is characterized by having been done.

【0012】また、上記電極は、異なる修飾物により修
飾されている複数の群を有することを特徴とする。
Further, the above-mentioned electrode has a plurality of groups modified by different modifications.

【0013】また、上記修飾物は酵素であることを特徴
とする。
[0013] The modified product is an enzyme.

【0014】また、上記修飾物は電子移動メディエータ
であることを特徴とする。
The modified product is an electron transfer mediator.

【0015】また、本発明の電気化学計測用電極の製造
方法は、所定の溶液中で、基板上にアレイ状に配列され
た所定の電極に電流を流して、上記所定の電極部分のみ
を修飾物により選択的に修飾することを特徴とする。
In the method of manufacturing an electrode for electrochemical measurement according to the present invention, an electric current is applied to a predetermined electrode arranged in an array on a substrate in a predetermined solution to modify only the predetermined electrode portion. It is characterized by being selectively modified by an object.

【0016】また、所定の溶液中で、基板上にアレイ状
に配列された所定の電極に電流を流して、上記所定の電
極部分のみを修飾物により選択的に修飾する工程を所定
の回数繰り返して、異なる修飾物により修飾された複数
の電極群を形成することを特徴とする。
In addition, a step of passing a current to predetermined electrodes arranged in an array on a substrate in a predetermined solution and selectively modifying only the predetermined electrode portions with a modifier is repeated a predetermined number of times. And forming a plurality of electrode groups modified with different modifiers.

【0017】また、上記電極上に高分子を電気化学的に
堆積させることにより、上記修飾物により修飾すること
を特徴とする。
[0017] The present invention is characterized in that a polymer is electrochemically deposited on the electrode to modify the electrode with the modifier.

【0018】上記構成により、単数あるいは複数の任意
の電極上のみに修飾物が修飾された電気化学計測用電極
およびその製造方法を提供することができる。
According to the above configuration, it is possible to provide an electrochemical measurement electrode in which a modification is modified only on one or a plurality of arbitrary electrodes, and a method for producing the same.

【0019】また、複数の電極のうちの任意の電極上
に、異なる修飾物が修飾された電気化学計測用電極およ
びその製造方法を提供することができる。
Further, it is possible to provide an electrode for electrochemical measurement in which a different modifier is modified on an arbitrary electrode among a plurality of electrodes, and a method for producing the same.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】本発明は、電極に流れる電流を利
用して電極上のみに効率よく酵素/メディエータを修飾
することにポイントがある。つまり、電極に電位を印加
する、あるいは電流を流すという至極簡便な方法によ
り、電極表面で例えば高分子が電気化学的に、すなわ
ち、酸化あるいは還元されて堆積する際に、同時に酵素
/メディエータを電極上に固定する(下記実施例1〜
4)。高分子とは、分子量が10000以上の分子で、
主として共有結合で連なり、ある構造単位が規則的に繰
り返された構造になっている化合物である。なお、本発
明では、酵素/メディエータが結合しているような高分
子を用いることも可能である(例えば、後述のポリビニ
ルビピリジンは、西洋ワサビペルオキシダーゼという酵
素と、オスミウムビピリジン([Os(bpy)
l]2+/3+)という電子移動メディエータが共有結
合で結合している)。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The point of the present invention is to efficiently modify an enzyme / mediator only on an electrode by using a current flowing through the electrode. In other words, by applying an electric potential to the electrode or flowing an electric current, for example, when the polymer is electrochemically deposited on the electrode surface, that is, when the polymer is oxidized or reduced and deposited, the enzyme / mediator is simultaneously placed on the electrode. Fixed on top (Examples 1 to 3 below)
4). A polymer is a molecule having a molecular weight of 10,000 or more,
A compound mainly linked by covalent bonds and having a structure in which certain structural units are regularly repeated. In the present invention, it is also possible to use a polymer to which an enzyme / mediator is bound (for example, polyvinyl bipyridine described below is an enzyme called horseradish peroxidase and osmium bipyridine ([Os (bpy) 2 C
l] 2 + / 3 + ) is covalently bound.

【0021】あるいは、電極表面で単分子(高分子では
ない分子。低分子)が重合されて高分子になる際に同時
に酵素/メディエータを取り込み、膜として電極表面に
固定する。なお、本発明では、単分子あるいは高分子が
メディエータとしての役割を担う場合もある。例えば後
述のトルイジンブルーは単分子であるが、電子移動メデ
ィエータでもある(下記実施例5)。
Alternatively, when a single molecule (a molecule that is not a polymer; a low molecule) is polymerized on the electrode surface to become a polymer, an enzyme / mediator is simultaneously taken in and fixed to the electrode surface as a membrane. In the present invention, a single molecule or a polymer may play a role as a mediator. For example, toluidine blue described below is a single molecule, but is also an electron transfer mediator (Example 5 below).

【0022】本発明では、同一の酵素/メディエータを
異なる電極上に修飾することにより、異なる領域におけ
る特定物質の分布の変化を観察することが可能である。
また、異なる酵素/メディエータを異なる電極上に修飾
することにより、同時に異なる物質を検出したり、濃度
変化を観察することが可能である。前者の場合は、生体
試料内の特定の物質の分布の変化に、後者の場合は、フ
ローインジェクション法や高速液体クロマトグラフィな
どと組み合わせ、均一の溶液中に含まれる複数の物質の
分析にも使用することが可能である。
In the present invention, by modifying the same enzyme / mediator on different electrodes, it is possible to observe changes in the distribution of a specific substance in different regions.
Further, by modifying different enzymes / mediators on different electrodes, it is possible to simultaneously detect different substances and observe changes in concentration. In the former case, it is used for the analysis of multiple substances contained in a uniform solution by combining with the change in the distribution of a specific substance in a biological sample, and in the latter case, combining it with a flow injection method or high-performance liquid chromatography. It is possible.

【0023】また、本発明では、電流量によって反応や
重合の程度を制御できると同時に、固定される酵素/メ
ディエータの量を制御することが可能である。また、電
流を流していない電極には、高分子の生成・析出や酵素
/メディエータの修飾も行われないため、酵素/メディ
エータを修飾させる電極を、非常に簡単な方法で任意に
選択することも可能である。さらに、ある酵素/メディ
エータを含む溶液中で所定の電極群に電流を流してこれ
らの電極上にその酵素/メディエータを修飾させた後
に、溶液を交換して別の酵素/メディエータを含む溶液
中で、任意に選択した別の電流群に電流を流して、別の
酵素/メディエータを修飾させることも可能である。ま
た、修飾された修飾物である電気化学的に活性な物質は
電極上にのみ存在するため、電極間の電流の相互干渉を
低減できる。さらに、修飾された酵素の絶対量を少なく
するように制御できるため、測定対象である基質の消費
を極力抑えることが可能で、基質の濃度が低くなるのを
抑制し、基質の濃度を正確に測定することができる。
Further, according to the present invention, it is possible to control the degree of the reaction or polymerization by controlling the amount of the current, and at the same time, to control the amount of the immobilized enzyme / mediator. In addition, since no polymer is generated or deposited or the enzyme / mediator is not modified on the electrode to which no current is applied, the electrode for modifying the enzyme / mediator can be arbitrarily selected by a very simple method. It is possible. Further, after a current is passed through a predetermined group of electrodes in a solution containing an enzyme / mediator to modify the enzyme / mediator on these electrodes, the solution is exchanged to obtain a solution containing another enzyme / mediator in the solution containing another enzyme / mediator. It is also possible to apply another current group arbitrarily selected to modify another enzyme / mediator. In addition, since the electrochemically active substance, which is a modified modifier, exists only on the electrodes, mutual interference of current between the electrodes can be reduced. In addition, since the absolute amount of the modified enzyme can be controlled to be small, the consumption of the substrate to be measured can be minimized, and the concentration of the substrate can be prevented from lowering, and the concentration of the substrate can be accurately adjusted. Can be measured.

【0024】本発明では、非常に微小な電極に対しても
任意の電極上のみに、酵素/メディエータを精度良く修
飾させることを可能にし、複数の物質を検出できる微小
なセンサとしても極めて有効であり、また、特定の物質
を異なる位置で同時に計測し、二次元あるいは三次元に
おける濃度分布の変化を求めることも可能である。
According to the present invention, it is possible to modify an enzyme / mediator with high accuracy on only an arbitrary electrode, even for a very minute electrode, and it is extremely effective as a minute sensor capable of detecting a plurality of substances. In addition, it is also possible to simultaneously measure a specific substance at different positions and determine a change in the concentration distribution in two or three dimensions.

【0025】[0025]

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例について
詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機
能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明
は省略する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the drawings described below, those having the same functions are denoted by the same reference numerals, and the repeated description thereof will be omitted.

【0026】実施例1 図1は、本実施例にかかる酵素/メディエータを修飾す
る際に使用した電極(作用極)を説明する上面図であ
る。
Example 1 FIG. 1 is a top view illustrating an electrode (working electrode) used for modifying an enzyme / mediator according to this example.

【0027】1は基板、2は電極(作用極)、3はリー
ド部である。
1 is a substrate, 2 is an electrode (working electrode), and 3 is a lead.

【0028】本実施例では、基板(例えばガラス基板)
1上に平板酸化インジウムスズ薄膜を形成した後、リソ
グラフィーにより一辺20μmの正方形の電極2からな
る微小平板電極アレイを作製して使用した。電極2のリ
ード部3は絶縁膜(図示省略)で完全に覆い、溶液とは
接触しないようにした。本実施例では電極2以外の基板
1上が覆われている。平板アレイ電極以外にも、一般的
に用いられている円盤電極、平板電極の他、微小針型電
極なども使用可能である。電極2の材料としては、酸化
インジウムスズ以外にも金、白金等の金属や金属酸化
物、炭素などを用いる場合もある。参照極あるいは対極
は、基板1上に作用極と同様に作製される場合もある。
In this embodiment, a substrate (for example, a glass substrate)
After forming a flat indium tin oxide thin film on 1, a micro flat electrode array composed of square electrodes 2 each having a side length of 20 μm was prepared and used by lithography. The lead 3 of the electrode 2 was completely covered with an insulating film (not shown) so as not to come into contact with the solution. In this embodiment, the substrate 1 other than the electrode 2 is covered. In addition to the generally used disk electrode and flat plate electrode, other than the flat plate array electrode, a fine needle type electrode and the like can be used. As a material of the electrode 2, a metal such as gold or platinum, a metal oxide, carbon, or the like may be used in addition to indium tin oxide. The reference electrode or counter electrode may be produced on the substrate 1 in the same manner as the working electrode.

【0029】図2は、本実施例にかかる酵素/メディエ
ータを修飾する際に使用した装置の概略構成を示す図で
ある。
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of an apparatus used for modifying the enzyme / mediator according to the present embodiment.

【0030】4はマルチポテンシオスタット、5はパー
ソナルコンピュータ、1は基板、6は測定用セル(底の
ない円筒状のガラスと基板1とが一体化され形成されて
いる)、7は溶液、8は参照極、9は対極、10は倒立
顕微鏡、11はCCD(チャージ カプルド デバイ
ス)、12はシールドボックス、13はモニタ、14は
接地である。電極(作用極)2およびリード部3は拡大
して示した。
4 is a multipotentiostat, 5 is a personal computer, 1 is a substrate, 6 is a measuring cell (integrated cylindrical glass with no bottom and substrate 1 is formed), 7 is a solution, Reference numeral 8 denotes a reference electrode, 9 denotes a counter electrode, 10 denotes an inverted microscope, 11 denotes a CCD (charge coupled device), 12 denotes a shield box, 13 denotes a monitor, and 14 denotes a ground. The electrode (working electrode) 2 and the lead portion 3 are shown in an enlarged manner.

【0031】マルチポテンシオスタット4(北斗電工
製)を用いて、測定用セル6内に設置した複数の電極2
の電位をそれぞれ制御し、それぞれの電極2上を酵素/
メディエータを修飾した。各々の電極2の電位等の制
御、および電流値等のモニタリングは、パーソナルコン
ピュータ5によって行った。参照極8には銀/塩化銀電
極を、対極9には白金線を用いた。本実施例では、3電
極法(作用極、対極、参照極)を用い、作用極(電極
2)が複数の場合を示したが、電流値が極微量の場合
は、検出は2電極法(作用極と、対極を兼ねた参照極)
でも行うことができる。必要であれば、電極2とマルチ
ポテンシオスタット4との間に電流増幅器を用いる場合
もある。
A plurality of electrodes 2 installed in a measuring cell 6 using a multi-potentiostat 4 (manufactured by Hokuto Denko)
Are controlled respectively, and the enzyme /
Modified mediator. The control of the potential and the like of each electrode 2 and the monitoring of the current value and the like were performed by the personal computer 5. A silver / silver chloride electrode was used for the reference electrode 8 and a platinum wire was used for the counter electrode 9. In the present embodiment, the case of using a three-electrode method (working electrode, counter electrode, reference electrode) and using a plurality of working electrodes (electrode 2) is described. Working electrode and reference electrode that also serves as counter electrode)
But you can do it. If necessary, a current amplifier may be used between the electrode 2 and the multipotentiostat 4.

【0032】西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼと[Os
(bpy)Cl]2+/3+(オスミウムビピリジ
ン)を含有するポリビニルビピリジン溶液を含むリン酸
緩衝液(pH7.4)を図2のセル6の中に入れ、電極
2の電位を掃引して酵素(西洋ワサビ由来ペルオキシダ
ーゼ)および電子移動メディエータ([Os(bpy)
Cl]2+/3+)を電極2上に修飾した。なお、高
分子であるポリビニルビピリジンは、西洋ワサビペルオ
キシダーゼという酵素と、[Os(bpy)Cl]
2+/3+という電子移動メディエータが共有結合で結
合している。電極2の電位を掃引する以外にも、電極2
の電位を固定する、電極2に電位のステップを印加す
る、電極2に流れる電流を制御する、などの方法も有効
である。
The horseradish peroxidase and [Os
(Bpy)2Cl]2 + / 3 +(Osmium bipyridi
Phosphoric acid containing polyvinyl bipyridine solution containing
A buffer solution (pH 7.4) is placed in the cell 6 of FIG.
Sweep the potential of 2 to remove enzyme (horseradish
) And electron transfer mediator ([Os (bpy)
2Cl]2 + / 3 +) Was modified on electrode 2. In addition, high
Polyvinyl bipyridine is a horseradish peruvian
An enzyme called oxidase and [Os (bpy)2Cl]
2 + / 3 +Is a covalent bond
I agree. In addition to sweeping the potential of the electrode 2,
Apply a potential step to the electrode 2
To control the current flowing through the electrode 2
It is.

【0033】次に、図2に示す装置と同様の装置を用
い、酵素/メディエータを修飾した電極2の過酸化水素
に対するセンシング特性を検討した。セル6中の修飾溶
液を測定溶液(pH7.4、HEPES緩衝液)に入れ
替え、各電極2の電位を−100mVに固定し、過酸化
水素を溶液に添加した際の各電極2における電流応答値
(還元電流値)を測定した。その結果を図3に示す。図
中の矢頭(黒色下向き三角)は、過酸化水素の添加を示
し、それぞれ最終濃度80、200、320、460、
580μモル/lを示す。
Next, using a device similar to the device shown in FIG. 2, the sensing characteristics of the electrode 2 modified with the enzyme / mediator with respect to hydrogen peroxide were examined. The modified solution in the cell 6 was replaced with a measurement solution (pH 7.4, HEPES buffer), the potential of each electrode 2 was fixed at -100 mV, and the current response value at each electrode 2 when hydrogen peroxide was added to the solution (Reduction current value) was measured. The result is shown in FIG. Arrowheads (black downward triangles) in the figure indicate the addition of hydrogen peroxide, and the final concentrations were 80, 200, 320, 460, and respectively.
580 μmol / l.

【0034】過酸化水素を溶液に添加すると、電極2上
に修飾された酵素の西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼの
酵素反応により、電極2はメディエータ[Os(bp
y)Cl]3+)還元電流を検出することになる。つ
まり、過酸化水素が西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼに
より酸化されて水分子を生成し、同時にメディエータ
[Os(bpy)Cl]2+が酸化されてメディエー
タ[Os(bpy)Cl]3+を生成する。−100
mVはメディエータ[Os(bpy)Cl]3+が十
分還元される電位であるため、電極2でその還元電流の
変化を測定することにより、過酸化水素の濃度を算出す
るというのが過酸化水素のセンシングの原理である。図
3では、過酸化水素に対して還元電流値の増加が観察さ
れた。電極2間の応答は互いに独立であることを確認
し、顕微鏡9およびモニタ12でも電極2上のみに酵素
が均一に修飾されていることを確認した。また、異なる
酵素を用いることにより、過酸化水素以外の物質も測定
することが可能である。
When hydrogen peroxide was added to the solution, the electrode 2 was subjected to a mediator [Os (bp) due to an enzymatic reaction of a peroxidase derived from horseradish as a modified enzyme on the electrode 2.
y) 2 Cl] 3+ ) Reduction current will be detected. That is, hydrogen peroxide is oxidized by horseradish peroxidase to generate water molecules, and at the same time, the mediator [Os (bpy) 2 Cl] 2+ is oxidized to generate the mediator [Os (bpy) 2 Cl] 3+ . -100
Since mV is a potential at which the mediator [Os (bpy) 2 Cl] 3+ is sufficiently reduced, the concentration of hydrogen peroxide is calculated by measuring a change in the reduction current at the electrode 2. This is the principle of sensing. In FIG. 3, an increase in the reduction current value with respect to hydrogen peroxide was observed. The responses between the electrodes 2 were confirmed to be independent of each other, and the microscope 9 and the monitor 12 also confirmed that the enzyme was uniformly modified only on the electrodes 2. Also, by using different enzymes, it is possible to measure substances other than hydrogen peroxide.

【0035】実施例2 本実施例では、図1で示した電極2と材料および寸法が
同じ平板アレイ電極と、図2に示した装置を使用し、複
数の電極2上に2種類の酵素を修飾した例を示す。
Example 2 In this example, two kinds of enzymes were placed on a plurality of electrodes 2 using a flat plate array electrode having the same material and dimensions as the electrode 2 shown in FIG. 1 and the apparatus shown in FIG. Here is a modified example.

【0036】本実施例では、基板(ガラス基板)1上に
平板酸化インジウムスズ薄膜を形成した後、リソグラフ
ィーにより一辺20μmの正方形の電極2からなる微小
平板電極アレイを作製して使用した。電極2のリード部
3は絶縁膜(図示省略)で完全に覆い、溶液とは接触し
ないようにした。平板アレイ電極以外にも、一般的に用
いられている円盤電極、平板電極の他、微小針型電極な
ども使用可能である。電極2の材料としては、酸化イン
ジウムスズ以外にも金属や金属酸化物、炭素などを用い
る場合もある。参照極8には銀/塩化銀電極を、対極9
には白金線を用いたが、参照極8あるいは対極9は、基
板1上に作用極(電極2)と同様に作製される場合もあ
る。また、本実施例では、3電極法で作用極(電極2)
が複数の場合を示したが、電流値が極微量の場合は、検
出は2電極法でも行うことができる。必要であれば、電
流増幅器を用いる場合もある。
In this embodiment, after a flat indium tin oxide thin film was formed on a substrate (glass substrate) 1, a micro flat electrode array composed of square electrodes 2 each having a side of 20 μm was prepared by lithography and used. The lead 3 of the electrode 2 was completely covered with an insulating film (not shown) so as not to come into contact with the solution. In addition to the generally used disk electrode and flat plate electrode, other than the flat plate array electrode, a fine needle type electrode and the like can be used. As a material of the electrode 2, a metal, a metal oxide, carbon, or the like may be used in addition to indium tin oxide. The reference electrode 8 has a silver / silver chloride electrode and the counter electrode 9
Although a platinum wire was used as the reference electrode, the reference electrode 8 or the counter electrode 9 may be produced on the substrate 1 in the same manner as the working electrode (electrode 2). In this embodiment, the working electrode (electrode 2) is formed by a three-electrode method.
Are shown, but when the current value is extremely small, the detection can also be performed by the two-electrode method. If necessary, a current amplifier may be used.

【0037】電極2への酵素/メディエータの修飾方法
は、以下の通りである。西洋ワサビ由来ペルオキシダー
ゼと[Os(bpy)Cl]2+/3+を含有するポ
リビニルビピリジン溶液と、グルタミン酸オキシダーゼ
を含むリン酸緩衝液(pH7.4)を図2のセル6中に
入れ、電極2の電位を掃引して酵素(西洋ワサビ由来ペ
ルオキシダーゼとグルタミン酸オキシダーゼ)および電
子移動メディエータ([Os(bpy)Cl]
2+/3+)を電極2上に修飾した。
The method of modifying the electrode 2 with the enzyme / mediator is as follows. A polyvinyl bipyridine solution containing horseradish peroxidase and [Os (bpy) 2 Cl] 2 + / 3 + and a phosphate buffer solution (pH 7.4) containing glutamate oxidase were placed in the cell 6 of FIG. The potential was swept and the enzyme (horseradish peroxidase and glutamate oxidase) and the electron transfer mediator ([Os (bpy) 2 Cl]
2 + / 3 + ) on electrode 2.

【0038】次に、セル6中の修飾溶液を測定溶液(p
H7.4、HEPES緩衝液)に入れ替え、各電極2の
電位を−100mVに固定し、グルタミン酸を溶液に添
加した際の各電極2における電流応答値(還元電流値)
を測定した。その結果を図4に示す。図中の黒い矢頭
(黒色下向き三角)は、グルタミン酸の添加を示し、そ
れぞれ最終濃度17、29、38、47μモル/lを示
し、白い矢頭(白色下向き三角)は、最終濃度27μM
のアスコルビン酸の添加を示す。
Next, the modifying solution in the cell 6 was added to the measuring solution (p
H7.4, HEPES buffer), the potential of each electrode 2 was fixed at -100 mV, and the current response value (reduction current value) at each electrode 2 when glutamic acid was added to the solution.
Was measured. FIG. 4 shows the results. The black arrowheads (black downward triangles) in the figure indicate the addition of glutamic acid, indicating the final concentrations of 17, 29, 38, and 47 μmol / l, respectively, and the white arrowheads (white downward triangles) indicate the final concentration of 27 μM.
2 shows the addition of ascorbic acid in Example 1.

【0039】グルタミン酸の添加により、電極2はメデ
ィエータ[Os(bpy)Cl] 3+の還元電流を検
出する。つまり、グルタミン酸がグルタミン酸オキシダ
ーゼにより酸化されて過酸化水素を生成し、その過酸化
水素が西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼにより還元さ
れ、同時にメディエータ[Os(bpy)Cl]2+
が酸化される。メディエータ[Os(bpy)Cl]
3+の還元電流の変化を測定することにより、グルタミ
ン酸の濃度を算出できる。この結果から、グルタミン酸
の濃度の増加に応じた還元電流の増加が観測されること
が分かった。妨害物質の1つであるアスコルビン酸に対
する応答は小さく、また、アスコルビン酸存在下でもグ
ルタミン酸の濃度変化を検出できることが確認された。
各々の電極2間の応答は互いに独立であることを確認
し、顕微鏡10およびモニタ13でも電極2上のみに酵
素が均一に修飾されていることを確認した。
By adding glutamic acid, the electrode 2 becomes
Eater [Os (bpy)2Cl] 3+Of the reduction current
Put out. That is, glutamic acid becomes glutamic acid oxida
Oxidized by hydrogenase to produce hydrogen peroxide,
Hydrogen is reduced by horseradish peroxidase
And mediator [Os (bpy)2Cl]2+
Is oxidized. Mediator [Os (bpy)2Cl]
3+By measuring the change in the reduction current of
The concentration of the acid can be calculated. From this result, glutamic acid
That the reduction current increases with the concentration of
I understood. Against ascorbic acid, one of the interfering substances
Response is small, and even in the presence of ascorbic acid
It was confirmed that a change in the concentration of glutamic acid could be detected.
Confirm that the response between each electrode 2 is independent of each other
In the microscope 10 and the monitor 13, only the enzyme is placed on the electrode 2.
It was confirmed that the element was uniformly modified.

【0040】実施例3 本実施例では、実施例2の方法により、複数の電極2上
に酵素/メディエータを修飾し、それを生体試料測定に
用いた例を示す。
Embodiment 3 In this embodiment, an example will be described in which enzymes / mediators are modified on a plurality of electrodes 2 by the method of Embodiment 2 and used for measuring a biological sample.

【0041】図1で示した電極2と材料および寸法が同
じ平板アレイ電極と、図2の装置を使用した。基板(ガ
ラス基板)1上に平板酸化インジウムスズ薄膜を形成し
た後、リソグラフィーにより一辺20μmの正方形の電
極2からなる微小平板電極アレイを作製して使用した。
電極2のリード部3は絶縁膜(図示省略)で完全に覆
い、溶液とは接触しないようにした。平板アレイ電極以
外にも、一般的に用いられている円盤電極、平板電極の
他、微小針型電極なども使用可能である。電極2の材料
としては、酸化インジウムスズ以外にも金属や金属酸化
物、炭素などを用いる場合もある。参照極8には銀/塩
化銀電極を、対極9には白金線を用いたが、参照極8あ
るいは対極9は、基板1上に作用極(電極2)と同様に
作製される場合もある。また、本実施例では、3電極法
で作用極(電極2)が複数の場合を示したが、電流値が
極微量の場合は、検出は2電極法でも行うことができ
る。必要であれば、電流増幅器を用いる場合もある。
A plate array electrode having the same material and dimensions as the electrode 2 shown in FIG. 1 and the apparatus shown in FIG. 2 were used. After a flat indium tin oxide thin film was formed on a substrate (glass substrate) 1, a micro flat electrode array composed of square electrodes 2 each having a side length of 20 μm was prepared by lithography and used.
The lead 3 of the electrode 2 was completely covered with an insulating film (not shown) so as not to come into contact with the solution. In addition to the generally used disk electrode and flat plate electrode, other than the flat plate array electrode, a fine needle type electrode and the like can be used. As a material of the electrode 2, a metal, a metal oxide, carbon, or the like may be used in addition to indium tin oxide. Although a silver / silver chloride electrode was used for the reference electrode 8 and a platinum wire was used for the counter electrode 9, the reference electrode 8 or the counter electrode 9 may be formed on the substrate 1 in the same manner as the working electrode (electrode 2). . Further, in this embodiment, the case where a plurality of working electrodes (electrodes 2) are provided by the three-electrode method is described. However, when the current value is extremely small, the detection can be performed by the two-electrode method. If necessary, a current amplifier may be used.

【0042】図2のセル6中に、西洋ワサビ由来ペルオ
キシダーゼと[Os(bpy)Cl]2+/3+を含
有するポリビニルビピリジン溶液と、グルタミン酸オキ
シダーゼを含むリン酸緩衝液(pH7.4)を入れ、電
極2の電位を掃引することにより酵素の西洋ワサビ由来
ペルオキシダーゼとグルタミン酸オキシダーゼ、および
電子移動メディエータ[Os(bpy)Cl]
2+/3+を電極2上に修飾した。
In a cell 6 in FIG. 2, a polyvinyl bipyridine solution containing horseradish peroxidase and [Os (bpy) 2 Cl] 2 + / 3 + , and a phosphate buffer (pH 7.4) containing glutamate oxidase were placed. By sweeping the potential of the electrode 2, the enzyme horseradish-derived peroxidase and glutamate oxidase, and the electron transfer mediator [Os (bpy) 2 Cl]
2 + / 3 + was modified on electrode 2.

【0043】図5は、生体試料を測定する際に使用した
装置の概略構成を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of an apparatus used for measuring a biological sample.

【0044】15は海馬切片(スライス)、16はナイ
ロンメッシュ、17はテフロン(登録商標)チューブで
ある。
Reference numeral 15 denotes a hippocampal slice, 16 denotes a nylon mesh, and 17 denotes a Teflon (registered trademark) tube.

【0045】生後2日目のウィスタ(Wistar)系ラット
の海馬切片15(400μm厚)を、電極2からなる電
極アレイ上に静置し、ナイロンメッシュ16を用いて密
着させた。測定は、HEPES緩衝溶液(pH7.4)
中で行い、マルチポテンシオスタット4により電極2の
電位−100mVで電流変化を観察した。グルタミン酸
を放出させる刺激にはミューシモル(Muscimol)を用
い、インジェクションポンプによりテフロンチューブ1
7から測定溶液中に注入した。
A hippocampal slice 15 (400 μm thick) of a Wistar rat on the second day after birth was allowed to stand on an electrode array composed of the electrodes 2, and was brought into close contact with a nylon mesh 16. The measurement was performed using a HEPES buffer solution (pH 7.4).
The change in the current was observed at a potential of the electrode 2 of −100 mV by the multipotentiostat 4. Glutamate is released using mucimol, and a Teflon tube 1 is injected with an injection pump.
From No. 7 was injected into the measurement solution.

【0046】その結果、ミューシモル添加に対して、同
一切片15内でも部位により異なるグルタミン酸の濃度
変化を示すことが観察された。つまり、本実施例による
電極2により、ラット海馬内の神経細胞間の情報伝達を
担う代表的な神経伝達物質であるグルタミン酸のリアル
タイム多点計測が可能となった。これにより、脳におけ
る記憶のメカニズムのみならず、グルタミン酸の生体内
での作用に関する知見を得ることが可能となる。
As a result, it was observed that even in the same section 15, the glutamic acid concentration changes differently depending on the site, even when musimole was added. That is, the electrode 2 according to the present example enabled real-time multipoint measurement of glutamate, which is a typical neurotransmitter responsible for information transmission between nerve cells in the rat hippocampus. As a result, it is possible to obtain not only the mechanism of memory in the brain but also knowledge about the action of glutamate in vivo.

【0047】実施例4 本実施例では、酵素であるグルコースオキシダーゼおよ
び高分子であるポリビニルフェロセンを修飾した例を示
す。
Example 4 This example shows an example in which glucose oxidase as an enzyme and polyvinyl ferrocene as a polymer are modified.

【0048】図1で示した電極2と材料および寸法が同
じ平板アレイ電極と、図2の装置を使用した。基板(ガ
ラス基板)1上に平板酸化インジウムスズ薄膜を形成し
た後、リソグラフィーにより一辺20μmの正方形の電
極2からなる微小平板電極アレイを作製して使用した。
電極2のリード部3は絶縁膜(図示省略)で完全に覆
い、溶液とは接触しないようにした。平板アレイ電極以
外にも、一般的に用いられている円盤電極、平板電極の
他、微小針型電極なども使用可能である。電極2の材料
としては、酸化インジウムスズ以外にも金属や金属酸化
物、炭素などを用いる場合もある。参照極8には銀/塩
化銀電極を、対極9には白金線を用いたが、参照極8あ
るいは対極9は、基板1上に作用極(電極2)と同様に
作製される場合もある。また、本実施例では、3電極法
で作用極(電極2)が複数の場合を示したが、電流値が
極微量の場合は、検出は2電極法でも行うことができ
る。必要であれば、電流増幅器を用いる場合もある。
A plate array electrode having the same material and dimensions as the electrode 2 shown in FIG. 1 and the apparatus shown in FIG. 2 were used. After a flat indium tin oxide thin film was formed on a substrate (glass substrate) 1, a micro flat electrode array composed of square electrodes 2 each having a side length of 20 μm was prepared by lithography and used.
The lead 3 of the electrode 2 was completely covered with an insulating film (not shown) so as not to come into contact with the solution. In addition to the generally used disk electrode and flat plate electrode, other than the flat plate array electrode, a fine needle type electrode and the like can be used. As a material of the electrode 2, a metal, a metal oxide, carbon, or the like may be used in addition to indium tin oxide. Although a silver / silver chloride electrode was used for the reference electrode 8 and a platinum wire was used for the counter electrode 9, the reference electrode 8 or the counter electrode 9 may be formed on the substrate 1 in the same manner as the working electrode (electrode 2). . Further, in this embodiment, the case where a plurality of working electrodes (electrodes 2) are provided by the three-electrode method is described. However, when the current value is extremely small, the detection can be performed by the two-electrode method. If necessary, a current amplifier may be used.

【0049】ポリビニルフェロセンおよびグルコースオ
キシダーゼを含むHEPES緩衝溶液(pH7.4)を
図2のセル6内に入れ、複数の電極2の電位を掃引する
ことにより、複数の電極2上にポリビニルフェロセンお
よびグルコースオキシダーゼを修飾した。その後、セル
6内の溶液をHEPES緩衝溶液(pH7.4)に交換
し、電極2の電位を500mVに固定してグルコースの
添加に対する各電極2の電流応答値(酸化電流値)を調
べた。その結果を図6に示す。図中の矢頭(黒色下向き
三角)は、グルコースの添加を示し、それぞれ最終濃度
12、35、75、110μモル/lを示す。
A HEPES buffer solution (pH 7.4) containing polyvinyl ferrocene and glucose oxidase is placed in the cell 6 of FIG. 2 and the potentials of the electrodes 2 are swept, so that polyvinyl ferrocene and glucose are placed on the electrodes 2. The oxidase was modified. Thereafter, the solution in the cell 6 was replaced with a HEPES buffer solution (pH 7.4), and the potential of the electrode 2 was fixed at 500 mV, and the current response value (oxidation current value) of each electrode 2 to the addition of glucose was examined. FIG. 6 shows the result. Arrowheads (black downward triangles) in the figure indicate the addition of glucose, and indicate the final concentrations of 12, 35, 75, and 110 μmol / l, respectively.

【0050】図6に示すように、グルコースの添加に対
して酸化電流の増加が観察された。グルコースは、グル
コースオキシダーゼにより酸化され、同時にポリビニル
フェロセン中のフェロセンが還元される。観測された電
流は、還元体のフェロセンを各電極2上で酸化するため
に観察される酸化電流である。この結果から、各電極に
高分子であるポリビニルフェロセンとグルコースオキシ
ダーゼが修飾されたことが確認できた。
As shown in FIG. 6, an increase in the oxidation current was observed with the addition of glucose. Glucose is oxidized by glucose oxidase, and at the same time ferrocene in polyvinyl ferrocene is reduced. The observed current is an oxidation current observed to oxidize the reduced form of ferrocene on each electrode 2. From these results, it was confirmed that polyvinyl ferrocene and glucose oxidase, which are polymers, were modified on each electrode.

【0051】実施例5 本実施例では、アレイ中の異なる電極2上に異なる酵素
を修飾した例を示す。
Embodiment 5 This embodiment shows an example in which different enzymes are modified on different electrodes 2 in an array.

【0052】図1で示した電極2と材料および寸法が同
じ平板アレイ電極と、図2の装置を使用した。基板(ガ
ラス基板)1上にリソグラフィーにより作製した一辺2
0μmの正方形の金の電極2からなる微小平板電極アレ
イを使用した。電極2のリード部3は絶縁膜(図示省
略)で完全に覆い、溶液とは接触しないようにした。平
板アレイ電極以外にも、一般的に用いられている円盤電
極、平板電極の他、微小針型電極なども使用可能であ
る。電極2の材料としては、金以外の金属や金属酸化
物、炭素などを用いる場合もある。参照極8には銀/塩
化銀電極を、対極9には白金線を用いたが、参照極8あ
るいは対極9は、基板1上に作用極(電極2)と同様に
作製される場合もある。また、本実施例では、3電極法
で作用極(電極2)が複数の場合を示したが、電流値が
極微量の場合は、検出は2電極法でも行うことができ
る。必要であれば、電流増幅器を用いる場合もある。
A plate array electrode having the same material and dimensions as the electrode 2 shown in FIG. 1 and the apparatus shown in FIG. 2 were used. One side 2 made by lithography on a substrate (glass substrate) 1
A microplate electrode array consisting of 0 μm square gold electrodes 2 was used. The lead 3 of the electrode 2 was completely covered with an insulating film (not shown) so as not to come into contact with the solution. In addition to the generally used disk electrode and flat plate electrode, other than the flat plate array electrode, a fine needle type electrode and the like can be used. As a material of the electrode 2, a metal other than gold, a metal oxide, carbon, or the like may be used. Although a silver / silver chloride electrode was used for the reference electrode 8 and a platinum wire was used for the counter electrode 9, the reference electrode 8 or the counter electrode 9 may be formed on the substrate 1 in the same manner as the working electrode (electrode 2). . Further, in this embodiment, the case where a plurality of working electrodes (electrodes 2) are provided by the three-electrode method is described. However, when the current value is extremely small, the detection can be performed by the two-electrode method. If necessary, a current amplifier may be used.

【0053】単分子であるトルイジンブルーおよびグル
コースオキシダーゼを含むHEPES緩衝溶液(pH
7.4)を図2のセル6内に入れ、複数の電極2の電位
を掃引し、その後さらにこれらの電極2の電位を1.2
Vに固定することにより、複数の電極2(A群)上にグ
ルコースオキシダーゼを修飾した。
A HEPES buffer solution containing a single molecule toluidine blue and glucose oxidase (pH
7.4) is placed in the cell 6 of FIG. 2, the potentials of the plurality of electrodes 2 are swept, and then the potentials of these electrodes 2 are further reduced by 1.2.
By fixing to V, glucose oxidase was modified on a plurality of electrodes 2 (group A).

【0054】続いて、セル6内の溶液をトルイジンブル
ーおよび西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼを含むHEP
ES緩衝溶液(pH7.4)に交換し、A群の電極2と
は異なる複数の電極2(B群)の電位を掃引し、さらに
これらの電極2の電位を1.2Vに固定することによ
り、複数の電極2(B群)上に西洋ワサビ由来ペルオキ
シダーゼを修飾した。
Subsequently, the solution in the cell 6 was washed with HEP containing toluidine blue and horseradish-derived peroxidase.
By exchanging with an ES buffer solution (pH 7.4), sweeping the potential of a plurality of electrodes 2 (group B) different from the electrode 2 of group A, and further fixing the potential of these electrodes 2 to 1.2 V A plurality of electrodes 2 (group B) were modified with horseradish peroxidase.

【0055】その後、セル6内の溶液をHEPES緩衝
溶液(pH7.4)に交換し、電極2(A群及びB群)
の電位を500mVに固定してグルコースおよび過酸化
水素の添加に対する各電極2の電流応答値(酸化電流
値)を調べた。その結果を図7に示す。図中の黒い矢頭
(黒色下向き三角)は、グルコースの添加を示し、それ
ぞれ最終濃度0.1、0.4、0.8ミリモル/lを示
し、白い矢頭(白色下向き三角)は、過酸化水素の添加
を示し、それぞれ最終濃度0.1、0.2、0.5ミリ
モル/lを示す。
Thereafter, the solution in the cell 6 was exchanged for a HEPES buffer solution (pH 7.4), and the electrode 2 (group A and group B) was replaced.
Was fixed at 500 mV, and the current response value (oxidation current value) of each electrode 2 to the addition of glucose and hydrogen peroxide was examined. FIG. 7 shows the result. The black arrowheads (black downward triangles) in the figure indicate the addition of glucose, indicating the final concentrations of 0.1, 0.4, and 0.8 mmol / l, respectively, and the white arrowheads (white downward triangles) indicate hydrogen peroxide. And the final concentrations of 0.1, 0.2 and 0.5 mmol / l, respectively.

【0056】グルコースの添加に対してA群の電極2に
おいて酸化電流の増加が観察されたが、B群の電極2で
はほとんど電流値に変化が見られなかった。一方、過酸
化水素を溶液中に添加した場合は、B群の電極2におい
て酸化電流の増加が観察されたが、A群の電極2ではほ
とんど電流値に変化が見られなかった。このとき、グル
コースはグルコースオキシダーゼにより酸化され、同時
にトルイジンブルー分子が電子移動メディエータとなっ
てグルコースオキシダーゼにより還元され、電極2上で
酸化されるため、酸化電流が観察される。また、過酸化
水素は西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼにより酸化さ
れ、同時にトルイジンブルー分子が電子移動メディエー
タとなって西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼにより還元
され、電極2上で酸化されるため、酸化電流が観察され
る。
An increase in the oxidation current was observed at the electrode 2 in group A with respect to the addition of glucose, but the current value was hardly changed at the electrode 2 in group B. On the other hand, when hydrogen peroxide was added to the solution, an increase in the oxidation current was observed at the electrode 2 of the group B, but almost no change in the current value was observed at the electrode 2 of the group A. At this time, glucose is oxidized by glucose oxidase, and at the same time, toluidine blue molecule becomes an electron transfer mediator, is reduced by glucose oxidase, and is oxidized on the electrode 2, so that an oxidation current is observed. In addition, hydrogen peroxide is oxidized by horseradish peroxidase, and at the same time, the toluidine blue molecule becomes an electron transfer mediator, is reduced by horseradish peroxidase, and is oxidized on the electrode 2, so that an oxidation current is observed.

【0057】この結果から、A群、B群の電極2とも、
電極2の電位を変化させることによって、電極2上にト
ルイジンブルーが析出したと同時にそれぞれの酵素を電
極2上に修飾することができた。
From these results, it is found that both the electrodes 2 of the group A and the group B have
By changing the potential of the electrode 2, each enzyme could be modified on the electrode 2 at the same time that toluidine blue was deposited on the electrode 2.

【0058】上記各実施例における酵素/メディエータ
により修飾した電気化学計測用電極は、微小電極の持つ
優れた特性を生かしながら、酵素が有する特異性を有効
に活用でき、さらに多点計測をも可能にする優れた手法
である。微小電極上に酵素/メディエータを修飾した場
合、任意の微小領域における特定物質の濃度変化を、濃
度の増加、減少ともに感度良く検出することができる。
The electrode for electrochemical measurement modified with the enzyme / mediator in each of the above embodiments can effectively utilize the specificity of the enzyme while making use of the excellent characteristics of the microelectrode, and can also perform multipoint measurement. This is an excellent technique. When an enzyme / mediator is modified on a microelectrode, a change in the concentration of a specific substance in an arbitrary microregion can be detected with high sensitivity, both in increasing and decreasing concentrations.

【0059】また、実施例3のように、生体試料等を対
象にした場合は、測定時に生体試料に悪影響を与えるこ
とも少ないため、長時間の測定あるいは連続測定が可能
である。複数の電極に修飾して計測した場合、特定の物
質の分布や、刺激に対する分布の変化を把握すること
で、生体におけるその物質の作用やメカニズムを解明す
ることが可能である。
Further, when a biological sample or the like is used as in the third embodiment, a long-time measurement or continuous measurement can be performed because the biological sample is not adversely affected during the measurement. When the measurement is performed by modifying a plurality of electrodes, it is possible to clarify the action and mechanism of the specific substance in a living body by grasping the distribution of the specific substance and a change in the distribution with respect to the stimulus.

【0060】また、実施例5のように、複数の微小電極
上にそれぞれ異なる酵素/メディエータを修飾した場合
は、電極という簡便な手法によるマルチセンシングが可
能となり、例えば、フローインジェクションや高速液体
クロマトグラフィの検出器として複数の物質を同時に電
気化学検出することが可能である。
Further, when different enzymes / mediators are respectively modified on a plurality of microelectrodes as in Example 5, multi-sensing can be performed by a simple technique of electrodes, for example, flow injection or high-performance liquid chromatography. A plurality of substances can be electrochemically detected simultaneously as a detector.

【0061】さらに、修飾された酵素の絶対量が少ない
ため、目的物質である基質の消費が抑えられ、正確な測
定が可能となる。
Further, since the absolute amount of the modified enzyme is small, consumption of the substrate as the target substance is suppressed, and accurate measurement becomes possible.

【0062】このように、上記実施例においては、既存
の微小電極アレイの電極のみに酵素/メディエータを修
飾することで、簡便な方法で高性能な「その場」測定が
でき、近年社会的に注目されている水質分析などの環境
分野などでのリアルタイムマルチセンシングや、複数の
細胞や生体組織を対象にした神経伝達物質の分布のリア
ルタイムモニタリングなどにきわめて有効であり、利用
範囲が広い。
As described above, in the above embodiment, by modifying the enzyme / mediator only on the electrodes of the existing microelectrode array, high-performance “in-situ” measurement can be performed by a simple method, It is extremely effective for real-time multi-sensing in the environmental field such as water quality analysis, which is receiving attention, and real-time monitoring of the distribution of neurotransmitters in multiple cells and living tissues.

【0063】以上本発明を実施例に基づいて具体的に説
明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能で
あることは勿論である。例えば、実施例1〜4では、高
分子が電気化学的に、すなわち、酸化あるいは還元され
て堆積する際に、同時に修飾物である酵素/メディエー
タを電極上に修飾したが、実施例5のように、単分子
(高分子ではない分子。低分子)を用いて修飾してもよ
い。具体的には、トルイジンブルー以外にもピロールや
アニリンなどの単分子を電気化学的に電極表面に重合さ
せるときに同時に酵素/メディエータを取り込むことが
可能である。この場合、単分子はいわゆるバインダー
(架橋剤、固定化剤、担体)的な役割を果たすこともあ
るし、さらにメディエータとして働く場合もある。単分
子がメディエータとして働く場合は、メディエータとな
る分子の修飾は不要である。
Although the present invention has been described in detail with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the scope of the invention. . For example, in Examples 1 to 4, when the polymer is deposited electrochemically, that is, when it is oxidized or reduced and deposited, the enzyme / mediator, which is a modifier, is simultaneously modified on the electrode. Alternatively, it may be modified using a single molecule (a molecule other than a high molecule; a low molecule). Specifically, it is possible to simultaneously incorporate enzymes / mediators when electrochemically polymerizing a single molecule such as pyrrole or aniline on the electrode surface in addition to toluidine blue. In this case, the single molecule may serve as a so-called binder (crosslinking agent, fixing agent, carrier), or may further act as a mediator. When a single molecule acts as a mediator, modification of the molecule serving as a mediator is unnecessary.

【0064】[0064]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
単数あるいは複数の任意の電極上のみに修飾物が修飾さ
れた電気化学計測用電極およびその製造方法を提供する
ことができる。また、複数の電極のうちの任意の電極上
に、異なる修飾物が修飾された電気化学計測用電極およ
びその製造方法を提供することができる。本発明では、
簡便な方法で高性能な「その場」測定ができ、近年社会
的に注目されている水質分析などの環境分野などでのリ
アルタイムマルチセンシングや、複数の細胞や生体組織
を対象にした神経伝達物質の分布のリアルタイムモニタ
リングなどにきわめて有効であり、利用範囲が広い。
As described above, according to the present invention,
It is possible to provide an electrochemical measurement electrode in which a modification is modified only on one or more arbitrary electrodes, and a method for producing the same. Further, it is possible to provide an electrode for electrochemical measurement in which a different modifier is modified on an arbitrary electrode among a plurality of electrodes, and a method for manufacturing the same. In the present invention,
Real-time multi-sensing in the environmental field, such as water quality analysis, which has been attracting public attention in recent years, and a neurotransmitter targeting multiple cells and biological tissues It is extremely effective for real-time monitoring of the distribution of the water and has a wide range of use.

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

【図1】修飾物により修飾する電極アレイの上面図であ
る。
FIG. 1 is a top view of an electrode array to be modified with a modification.

【図2】電極上に修飾物を修飾する装置の概略構成図で
ある。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an apparatus for modifying a modification on an electrode.

【図3】実施例1において、酵素の西洋ワサビ由来ペル
オキシダーゼとメディエータ[Os(bpy)Cl]
2+/3+で修飾した電極アレイを用い、溶液中に過酸
化水素を添加した際の各電極の電流応答を示す図であ
る。
[FIG. 3] In Example 1, the enzyme peroxidase derived from horseradish and a mediator [Os (bpy) 2 Cl]
It is a figure which shows the current response of each electrode when adding hydrogen peroxide to a solution using the electrode array modified by 2 + / 3 + .

【図4】実施例2において、酵素の西洋ワサビ由来ペル
オキシダーゼおよびグルタミン酸オキシダーゼと、メデ
ィエータ[Os(bpy)Cl]2+/3+で修飾し
た電極アレイを用い、溶液中にグルタミン酸・アスコル
ビン酸を添加した際の各電極の電流応答を示す図であ
る。
FIG. 4 In Example 2, glutamic acid / ascorbic acid was added to a solution using an enzyme-modified horseradish peroxidase and glutamate oxidase and an electrode array modified with a mediator [Os (bpy) 2 Cl] 2 + / 3 + . FIG. 6 is a diagram showing a current response of each electrode at the time.

【図5】実施例3において、図2の装置を用いて作製し
た酵素/メディエータ修飾電極アレイを用いて、生体試
料計測を行う場合の装置の概略構成図である。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a device for measuring a biological sample using an enzyme / mediator-modified electrode array prepared using the device of FIG. 2 in Example 3.

【図6】実施例4において、酵素のポリビニルフェロセ
ンとグルコースオキシダーゼで修飾した電極アレイを用
い、溶液中にグルコースを添加した際の各電極の電流応
答を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the current response of each electrode when glucose is added to a solution using an electrode array modified with the enzymes polyvinyl ferrocene and glucose oxidase in Example 4.

【図7】実施例5において、グルコースオキシダーゼで
修飾した電極(A群)と西洋ワサビ由来ペルオキシダー
ゼで修飾した電極(B群)を有する電極アレイを用い、
溶液中にグルコースおよび過酸化水素を添加した際の各
電極の電流応答を示す図である。
FIG. 7 shows an electrode array having an electrode modified with glucose oxidase (Group A) and an electrode modified with horseradish peroxidase (Group B) in Example 5.
It is a figure which shows the current response of each electrode when glucose and hydrogen peroxide are added to a solution.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…基板、2…電極、3…リード部、4…マルチポテン
シオスタット、5…パーソナルコンピュータ、6…測定
用セル、7…溶液、8…参照極、9…対極、10…倒立
顕微鏡、11…CCD、12…シールドボックス、13
…モニタ、14…接地、15…海馬切片、16…ナイロ
ンメッシュ、17…テフロンチューブ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate, 2 ... Electrode, 3 ... Lead part, 4 ... Multipotentiostat, 5 ... Personal computer, 6 ... Measurement cell, 7 ... Solution, 8 ... Reference electrode, 9 ... Counter electrode, 10 ... Inverted microscope, 11 ... CCD, 12 ... Shield box, 13
... monitor, 14 ... ground, 15 ... hippocampal slice, 16 ... nylon mesh, 17 ... Teflon tube.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01N 27/46 336G (72)発明者 神保 泰彦 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 丹羽 修 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 林 勝義 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification FI FI Theme Court ゛ (Reference) G01N 27/46 336G (72) Inventor Yasuhiko Jimbo 2-3-1 Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Telephone Co., Ltd. (72) Inventor Osamu Niwa 2-3-1 Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo Japan Telegraph and Telephone Co., Ltd. (72) Inventor Katsuyoshi Hayashi 2-3-1, Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo Sun Within the Telegraph and Telephone Corporation

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】電極が基板上にアレイ状に配列され、該電
極部分のみが選択的に修飾物により修飾されていること
を特徴とする電気化学計測用電極。
1. An electrode for electrochemical measurement, wherein electrodes are arranged in an array on a substrate, and only the electrode portion is selectively modified with a modification.
【請求項2】上記電極は、異なる修飾物により修飾され
ている複数の群を有することを特徴とする請求項1記載
の電気化学計測用電極。
2. The electrode for electrochemical measurement according to claim 1, wherein the electrode has a plurality of groups modified with different modifiers.
【請求項3】上記修飾物は酵素であることを特徴とする
請求項1または2記載の電気化学計測用電極。
3. The electrode for electrochemical measurement according to claim 1, wherein the modified product is an enzyme.
【請求項4】上記修飾物は電子移動メディエータである
ことを特徴とする請求項1または2記載の電気化学計測
用電極。
4. The electrode for electrochemical measurements according to claim 1, wherein the modified product is an electron transfer mediator.
【請求項5】所定の溶液中で、基板上にアレイ状に配列
された所定の電極に電流を流して、上記所定の電極部分
のみを修飾物により選択的に修飾することを特徴とする
電気化学計測用電極の製造方法。
5. A method according to claim 1, wherein an electric current is applied to predetermined electrodes arranged in an array on the substrate in a predetermined solution, and only the predetermined electrode portions are selectively modified by a modifier. Manufacturing method of electrode for chemical measurement.
【請求項6】所定の溶液中で、基板上にアレイ状に配列
された所定の電極に電流を流して、上記所定の電極部分
のみを修飾物により選択的に修飾する工程を所定の回数
繰り返して、異なる修飾物により修飾された複数の電極
群を形成することを特徴とする電気化学計測用電極の製
造方法。
6. A process in which a current is applied to predetermined electrodes arranged in an array on a substrate in a predetermined solution to selectively modify only the predetermined electrode portion with a modification is repeated a predetermined number of times. And forming a plurality of electrode groups modified by different modifiers.
【請求項7】上記電極上に高分子を電気化学的に堆積さ
せることにより、上記修飾物により修飾することを特徴
とする請求項5または6記載の電気化学計測用電極の製
造方法。
7. The method for producing an electrode for electrochemical measurement according to claim 5, wherein the modification is performed by electrochemically depositing a polymer on the electrode.
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