JP2003075390A - 電気化学用電極及びこれを用いるセンサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のＯ₂ ^-測定用酵素電極は、測定速度が遅
かったり、他の成分により影響されたりして実用的なＯ
₂ ^-測定用として使用できなかった。本発明は、他の成分
が共存しても該成分に影響されることなくＯ₂ ^-濃度測定
ができる電極及びセンサーを提供する。 【解決手段】 導電性部材9の表面に金下地層10及びチ
オール基を有する有機化合物薄層を介して鉄−ＳＯＤ又
はマンガン−ＳＯＤ12を被覆した電極及びこれを使用す
るセンサー。鉄−ＳＯＤ又はマンガン−ＳＯＤは他の金
属−ＳＯＤと比較して約5倍の感度を有し、低濃度のＯ₂
^-であってもその濃度測定を正確かつ迅速に行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気化学用電極及
びこれを使用する濃度測定用センサーに関し、特に生体
内の活性酸素であるスーパーオキシドイオン（Ｏ₂ ^-）の
濃度やこのスーパーオキシドイオンの分解酵素であるス
ーパーオキシドジスムターゼ（SuperoxideDismutase、
以下ＳＯＤという）の濃度測定用電気化学的電極及びこ
の電極を使用するスーパーオキシドイオン濃度及び／又
はＳＯＤの濃度測定用センサーに関し、より詳細には生
体内にインビボ（in vivo)に適用できるほど微小化が可
能なスーパーオキシドイオンやＳＯＤの濃度測定用電極
及び濃度測定用センサーに関する。

【０００２】

【従来の技術】活性酸素種は生体内では、生理活性物質
の合成、殺菌作用、老化現像などに関連して重要な役割
を有している。この活性酸素種は生体内ではキサンチン
酸化酵素（ＸＯＤ）によるキサンチン及びヒポキサンチ
ンなどの尿酸への酸化、酸素のヘモグロビンによる還元
などにより生成する。活性酸素種の一種であるスーパー
オキシドイオン（Ｏ₂ ^-）の生体内での濃度測定は各種疾
患の特定などのために重要である。従来インビトロ（in
vitro、体外） で、チトクロムＣ（３価、Ｆｅ³⁺）の
スーパーオキシドイオンによる還元反応（式）により
生ずるチトクロムＣ（２価）の550 nmの光吸収量を測定
することにより前記スーパーオキシドイオンの定量、及
びこれを応用するＳＯＤの濃度測定が試みられている。
ＳＯＤの濃度測定はＳＯＤが活性であると式の反応が
進行せず、チトクロームＣ（２価）が生成しないことを
利用する。しかし、Ｏ₂ ^-との反応特異性が十分でないこ
と、及び反応が遅くかつ操作が煩雑であるという問題が
あった。 cyt c （３価）＋ Ｏ₂ ^- → cyt c （２価）＋ Ｏ₂

【０００３】その他にＮＢＴ（ニトロブルーテトラゾリ
ウム）の還元、ＴＮＭ（テトラニトロメタン）の還元、
アドレナリンの酸化、ウミホタルルシフェリン誘導体
（MCLA, Cypridina luciferin analog, 2-methyl-6-[p-
methoxyphenol]-3,7,dihydroimidazo-[1，2-a] pyrazin
e-3-one), 又はCLA (2-methyl-6-phenyl-3,7,dihydroim
idazo-[1，2-a] pyrazine-3-one)) へのＯ₂ ^-の付加物の
発光等を利用してスーパーオキシドイオンの濃度測定が
試みられているが、いずれもインビトロでの分光学的手
法である。

【０００４】インビボで直接血液中のＯ₂ ^-を検出するこ
とも従来から試みられている。Cooperらは、金や白金の
表面をＮ−アセチルシステインで修飾し、その上にＳＯ
ＤやチトクロムＣなどの蛋白質をＳ−Ａｕ結合させた酵
素電極を作製し、チトクロムＣ（３価）のスーパーオキ
シドイオンによる還元で生じたチトクロムＣ（２価）を
該チトクロムＣ（２価）が酸化されうる（式）程度に
酵素電極の電位を保ち、これにより得られる酸化電流か
らスーパーオキシドイオンの濃度を測定する方法を提案
している [J. Electroanal. Chem., 347, 267-275(199
3)]。更にこの方法では間接的にＳＯＤ濃度を測定でき
る。 cyt c （２価）→ cyt c （３価）＋ ｅ

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら式の反
応速度が遅いため（約10⁵Ｍ^-1s^-1) 、チトクロムＣとＯ
₂ ^-との反応を用いるこの方法は実用的でなく、又この式
の反応はスーパーオキシドイオンに特有のものでな
く、生体内の他の還元種でも還元されてスーパーオキシ
ドイオン独自の電流以上の電流が流れるため、発生する
電流とスーパーオキシドイオンとが正確に対応せず、間
接的に測定されるＳＯＤに関しても同様であるという問
題点がある。

【０００６】ＳＯＤを使用するスーパーオキシドイオン
測定方法では、ＳＯＤを測定液に溶かし、式のように
測定対象であるスーパーオキシドイオンの還元反応（Ｓ
ＯＤによる分解）により生成する過酸化水素を、該過酸
化水素が酸化分解されうる程度の電極電位に保ち（0.32
Ｖ以上）、式に示すような反応で分解させこの際に生
ずる酸化電流を測定しその測定値からスーパーオキシド
イオンの濃度を判定している〔C.J.McNeil et al., Fre
e Rad. Res. Comms., 17, 399-406(1992)]。 ２Ｏ₂ ^- ＋ ２Ｈ⁺ → Ｈ₂Ｏ₂ ＋ Ｏ₂ Ｈ₂Ｏ₂ → Ｏ₂＋ ２Ｈ⁺ ＋ ２ｅ

【０００７】式の反応速度は速い（ｐＨ４〜７で10⁷
〜10⁵Ｍ^-1ｓ^-1）ため、電流と濃度の対応関係は良好で
あるが、過酸化水素の濃度測定による間接的な濃度測定
となるため、例えば過酸化水素が他の生体内部位で生産
され安定に血液中に存在している場合にはスーパーオキ
シドイオンに起因しない過酸化水素の濃度分だけ濃度が
増加するため、不正確な濃度測定法になってしまうとい
う欠点がある。本発明は、Ｏ₂ ^-濃度の検出や分解に使用
できる電気化学的電極と、該電極を使用して、高速検出
と過酸化水素等の併存物質に影響されない高精度検出を
可能にするＯ₂ ^-濃度測定用センサーを提供すること、特
にインビボで安全かつ高精度で迅速にＯ₂ ^-濃度を検出で
きる電気化学的電極と、Ｏ₂ ^-濃度測定用センサーを提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、導電性部材、
及び該導電性部材表面に薄膜状に形成したＳＯＤを含ん
で成る電気化学用電極において、該ＳＯＤが鉄ＳＯＤ及
び／又はマンガンＳＯＤであることを特徴とする電気化
学用電極である。更に本発明は、請求項１又は２に記載
の電気化学用電極と、対極及び参照極を、スーパーオキ
シドイオンを含有する対象溶液に浸漬し、スーパーオキ
シドイオンの酸化又は還元による電流を検出することに
より、スーパーオキシドイオン濃度を測定することを特
徴とする濃度測定用センサーである。

【０００９】以下本発明を詳細に説明する。本発明は、
主としてＳＯＤを有する電極のスーパーオキシドイオン
に対する特異性を利用して、スーパーオキシドイオンの
濃度測定を行うことを意図している。そして本発明の電
極やセンサーはインビボ（in vivo 、生体内）への適用
が可能である。又本発明は、チオール基を含む有機化合
物とＳＯＤの相互作用による結合を利用してＳＯＤ濃度
を測定することもできる。そして本発明では前記ＳＯＤ
が鉄ＳＯＤ又はマンガンＳＯＤであることを特徴とす
る。ＳＯＤのレドックス系は異なるが、生物や臓器の種
類に応じて現在までに、銅−亜鉛−ＳＯＤ、マンガン−
ＳＯＤ、鉄−ＳＯＤ、鉄−亜鉛−ＳＯＤ、ＥＣ（細胞
外）銅含有−ＳＯＤなどが知られている。これらのＳＯ
ＤのＯ₂ ^-のＨ₂Ｏ₂及びＯ₂への分解機構を検討したとこ
ろ、ＳＯＤ中に含まれる酸化還元中心となる金属イオン
として、Ｆｅ（２＋）／Ｆｅ（３＋）あるいはＭｎ（２
＋）／Ｍｎ（３＋）を有する鉄ＳＯＤあるいはマンガン
ＳＯＤでは、他のＳＯＤより反応速度が増大し、センサ
ー感度を５倍程度向上させることができた。ＳＯＤは百
以上のアミノ酸が配列した分子量39500の物質であり、
ＳＯＤの表面の一部には、上縁（入口）側が200〜300ｎ
ｍ、底部（奥部）が40ｎｍ程度の孔が存在する。ＳＯＤ
の反応部位はこの孔の底部に位置し、孔内面にはカチオ
ン基が密集している。従って例えば血液中の成分のうち
アニオンのみが選択的に前記孔内を移動でき、しかもス
ーパーオキシドイオンのような小さいアニオンのみが前
記反応部位に到達でき、スーパーオキシドイオンの選択
特異的な分解反応（特に不均化反応といわれる）が起こ
ると考えられている。分解生成物である酸素と過酸化水
素は反応部位から放出される。従ってＯ₂ ^-由来の電流の
みを検出して正確な濃度測定を行える。

【００１０】ＳＯＤによるスーパーオキシドイオンの酸
素と過酸化水素への分解機構は、それに含まれる金属イ
オンである鉄及びマンガンが寄与していると考えられて
いる。つまりＳＯＤのＭ（３価）はＯ₂ ^-と反応して自身
がＭ（２価）に還元されてＯ ₂を放出し（式）、更に
Ｏ₂ ^-が存在するとＭ（２価）はＯ₂ ^-と反応して自身がＭ
（３価）に酸化されるとともにＨ⁺及びＯ₂ ^-と反応して
Ｈ₂Ｏ₂を生成する（式）。 Ｍ³⁺ ＋ Ｏ₂ ^- → Ｍ²⁺＋ Ｏ₂ Ｍ²⁺ ＋ ２Ｈ⁺ ＋ Ｏ₂ ^- → Ｍ³⁺ ＋ Ｈ₂Ｏ₂ 溶液中にＳＯＤが存在し、これにＯ₂ ^-が接触すると、Ｍ
³⁺−Ｍ²⁺対による式で示した酸化還元反応（メディエー
ション反応）が進行する。この状況を図１に示した。

【００１１】又個々の電極ごとに見ると次のようにな
る。ＳＯＤを有する電極を、そのＳＯＤ中のＭ³⁺が安定
でかつＯ₂ ^-が不安定な電位範囲に維持すると、陽極に到
達したＯ₂ ^-は式に従って酸化されて酸素となりＭ ³⁺は
Ｍ²⁺となる。生成したＭ²⁺はＯ₂ ^-から奪った電子を陽極
に与えて図２に示す通り再びＭ³⁺となる。このときの酸
化電流を測定すると、Ｏ₂ ^-の濃度を知ることができる。
他方ＳＯＤを有する電極を、そのＳＯＤ中のＭ²⁺が安定
でＯ₂ ^-が不安定で更に過酸化水素が安定な電位範囲に維
持すると、陰極に到達したＯ₂ ^-は式に従って還元され
て過酸化水素となり、Ｍ²⁺はＭｎ³⁺になる。生成したＭ
ｎ³⁺はＯ₂ ^-に移った電子を補うため陰極から電子を奪っ
て再びＭ²⁺となる。この様子を図３に示した。

【００１２】この際に生ずる酸化還元電流はこの酸化還
元反応で消費されるスーパーオキシドイオンの総量に比
例するため、予め流れる電流とスーパーオキシドイオン
の濃度の関係を求めておけば、電流値からスーパーオキ
シドイオンの濃度を測定できる。本発明の導電性部材表
面に薄膜状にＳＯＤを形成した電極では、酸化還元反応
に寄与するＭ²⁺及びＭ³⁺（Ｍは鉄又はマンガン）がＳＯ
Ｄの細孔内深い箇所に存在し、スーパーオキシドイオン
とは反応するが過酸化水素とは反応しないという特質を
有するため、この酸化還元系とは別個に生体内に過酸化
水素が安定に存在してもこの過酸化水素が前記Ｍ²⁺及び
Ｍ³⁺と接触してこれに起因する電流が流れることがな
く、スーパーオキシドイオン濃度の正確な測定が可能に
なる。

【００１３】前述した通り、本発明では、導電性部材表
面と前記ＳＯＤ薄膜間に、導電性部材側から、金の下地
層及びその上にチオール基を含む有機化合物の薄膜を形
成した修飾電極を構成しても良く、前記チオール基とＳ
ＯＤの相互作用による結合を利用してＳＯＤ濃度を測定
することもできる。

【００１４】本発明に係る電極の導電性部材としては、
導電性があり安定であれば限定されず、例えばカーボ
ン、チタン、ニッケル、鉄あるいはそれらの酸化物を使
用することができ、ＳＯＤ測定用電極の場合は該導電性
部材の表面は前述した通り金で被覆されて金下地層とし
て存在することが特に望ましい。金は熱分解法、樹脂に
よる固着法、蒸着法、電気めっき法、無電解めっき法等
により、10〜100 ｇ／ｍ²となるように形成させる。チ
オール成分を溶解させた水又は有機溶媒（例えばメタノ
ールやアセトン）に金下地層を形成した導電性部材を浸
漬し、取り出し乾燥することにより容易に形成できる。
乾燥しても金下地層に固着しなかったチオール成分は有
機溶媒のみの溶液に浸漬することにより容易に溶解除去
できる。なお金下地層を形成する代わりに導電性部材と
して金を使用しても良い。このような金下地層とチオー
ル基を有する有機化合物の薄層を形成する理由は、金下
地層とチオール基の硫黄との間に強固なＡｕ−Ｓ結合を
形成するとともに、有機化合物の有する親油性、親水性
等により該有機化合物とＳＯＤの間にも強い相互作用を
生じさせるためである。但し導電性部材の表面に直接Ｓ
ＯＤの薄層を形成しても良い。

【００１５】前記チオール基を有する有機化合物として
次の化合物を例示できる。チオフェノール（Ｃ₆Ｈ₅−Ｓ
Ｈ）、４−アミノチオフェノール（ｐ−Ｈ₂Ｎ−Ｃ₆Ｈ₄
−ＳＨ）、４−メルカプトピリジン（ｐ−Ｃ₅Ｈ₄ＮＳ
Ｈ）、ビス（４−ピリジル）ジスルフィド（ｐ−Ｃ₅Ｈ₄
Ｎ−Ｓ−Ｓ−Ｃ₅Ｈ₄Ｎ−ｐ）、メチオニン〔ＣＨ₃−Ｓ
−ＣＨ₂−ＣＨ₂−ＣＨ（ＮＨ₂）ＣＯＯＨ〕、ｐ−チオ
クレゾール（ｐ−ＨＳ−Ｃ₆Ｈ₄−ＣＨ₃）、２−メルカ
プトピリミジン（Ｃ₄Ｎ₂Ｈ₃−ＳＨ）、ブタンチオール
（Ｃ₃Ｈ₇−ＳＨ）、２−アミノエタンチオール（ＨＳ−
ＣＨ₂ＣＨ₂ＮＨ₂）、シスチン〔ＨＯＯＣ−ＣＨ（Ｎ
Ｈ₂）−ＣＨ₂−Ｓ−Ｓ−ＣＨ₂−ＣＨ（ＮＨ₂）−ＣＯＯ
Ｈ〕、システイン〔ＨＳ−ＣＨ₂−ＣＨ（ＣＯＯＨ）−
ＮＨ₂〕、イソシステイン〔Ｈ₂Ｎ−ＣＨ₂−ＣＨ（Ｓ
Ｈ）−ＣＯＯＨ〕、Ｎ−アセチルシステアミン（ＨＳ−
ＣＨ₂−ＣＨ₂−ＮＨ−ＣＯＣＨ₃）、Ｎ−アセチルシス
テイン〔ＨＳ−ＣＨ₂−ＣＨ（ＣＯＯＨ）−ＮＨ−ＣＯ
ＣＨ₃〕、システイニルグリシン〔ＨＳ−ＣＨ₂−ＣＨ
（ＮＨ₂）−ＣＯ−ＮＨ−ＣＨ₂−ＣＯＯＨ〕、α−ホモ
システイン〔ＨＳ−ＣＨ₂−ＣＨ₂ＣＨ（ＮＨ₂）−ＣＯ
ＯＨ〕、β−ホモシステイン〔ＨＳ−ＣＨ₂−ＣＨ（Ｎ
Ｈ₂）−ＣＨ₂−ＣＯＯＨ〕、α−メチルシステイン〔Ｈ
Ｓ−ＣＨ₂−Ｃ（ＮＨ₂）（ＣＨ₃）−ＣＯＯＨ〕、３−
メルカプトプロピオン酸（ＨＳ−ＣＨ₂−ＣＨ₂−ＣＯＯ
Ｈ）、メルカプト酢酸（ＨＳ−ＣＨ₂−ＣＯＯＨ）。

【００１６】このようにチオール基を有する有機化合物
の薄層を形成した導電性部材を好ましくは水洗した後
に、ＳＯＤの薄層を形成する。該薄層は、例えばＳＯＤ
の水溶液あるいはＳＯＤを溶解したＥＤＣ（水溶性カル
ボジイミドである１−エチル−３−（３−ジメチルアミ
ノプロピル）カルボジイミド）溶液に前記チオール修飾
導電性部材を１時間から１日程度浸漬し、固着されなか
った分をリン酸緩衝液（ｐＨ７）で十分に浸漬して除去
して作製でき、該薄層を形成することにより特に濃度測
定用として好ましく使用できる電気化学用電極が完成す
る。この濃度測定用電極を実際に濃度測定に使用する際
には対極が必要で、該対極は生体内に入ることが多いた
め、安全性の高い材料（例えば白金、チタン及びカーボ
ン等）で構成することが好ましい。

【００１７】電位を制御する基準電極は、通常、銀／塩
化銀、水銀／塩化第二水銀が用いられるが、固体の基準
電極を用いることもできる。電位を好ましい範囲に維持
する際に検出限界濃度を向上させる目的で電位のパルス
を与えることも好ましい。微小電極の場合、あるいは複
数個の電極から構成される構造の場合は、濃度に対して
一定の拡散電流が観察されることを利用しても良い。こ
れらの工夫により流速の影響を排除できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に添付図面に基づいて本発明の
濃度測定用電極を有する濃度測定装置及び濃度測定用セ
ンサーの一実施形態を説明するが、本発明はこれに限定
されるものではない。図４は、本発明のスーパーオキシ
ドイオン濃度測定用装置の一実施形態を示す概略断面
図、図５は図４の濃度測定用電極の拡大断面図である。
図４において、濃度測定用装置１は、試料室２及び該試
料室２に、スーパーオキシドイオンが溶解した試料溶液
が供給される試料供給管３及び濃度測定後の試料溶液が
排出される排出管４から成っている。試料室２内の試料
溶液５中には濃度測定用電極６、カーボン製対極７及び
基準電極８が浸漬されている。

【００１９】前記濃度測定用電極６は図５に示すよう
に、カーボンやチタンからなる導電性部材９、該導電性
部材９上に被覆された金下地層10、該金下地層10の金原
子に結合したチオール基を有する有機化合物11及び該有
機化合物11と相互作用するスーパーオキシドイオン分解
酵素（スーパーオキシドジムスターゼ、ＳＯＤ）12から
成っている。このような構成から成る装置１の試料室２
にスーパーオキシドイオンが溶解した試料溶液５を試料
供給管３を通して供給すると、濃度測定用電極６のＳＯ
Ｄ12中のマンガン及び／又は鉄がＭｎ²⁺又はＦｅ²⁺であ
れば前述のように自身がＭｎ ³⁺又はＦｅ³⁺に酸化される
とともにスーパーオキシドイオンを還元して過酸化水素
を生成する。

【００２０】このときに流れる電流を対極７及び基準電
極８を利用して測定すると、試料室２に供給された試料
溶液５中に溶解しているスーパーオキシドイオン濃度を
検出することができる。更に前記濃度測定用電極６に担
持されたＳＯＤ12のマンガンイオン又は鉄イオンは過酸
化水素とは接触しにくく過酸化水素が存在しても該過酸
化水素に起因する酸化電流が流れることは殆どなく、従
来と異なり正確な濃度測定ができる。ここに例示したス
ーパーオキシドイオンとは異なりスーパーオキシドイオ
ン分解酵素の濃度を測定する場合には、図５においてＳ
ＯＤ12が結合していない電極を使用する。

【００２１】図６は、本発明の濃度測定用センサーの一
実施形態を示す概略断面図である。濃度測定用センサー
21は円筒状本体の下端部を縮径した中空状の形状を有
し、この縮径部に作用極22が充填され、該作用極22への
導線23がセンサー21の側壁に沿って配設されている。前
記作用極22の上方には、離間して対極24と基準極25が配
設され、それぞれ導線26、27によりセンサー本体の基部
に嵌合されたストッパ28を通って外部に導かれている。
このような構成から成るセンサー21は、人体の要所に挿
入され、図４及び５で説明した原理によりスーパーオキ
シドイオン及び／又はＳＯＤの濃度測定が行われる。

【００２２】次に本発明に係る濃度測定用センサーによ
る濃度測定の実施例及び比較例を記載するが、これらは
本発明を限定するものではない。実施例１ 電極直径1.6 mmの金線の先端を電極とし、側面部位はシ
ールした。更に表面を研磨し、水中で超音波洗浄した
後、硫酸中で電気化学的に酸化還元し活性処理を行って
電極ｃとした。メルカプトプロピオン酸を１ｍＭ溶解し
た溶液に前記電極ｃを10分間浸漬し、メルカプトプロピ
オン酸の修飾層を形成した。前記溶液から取り出した電
極ｃを純水に浸漬して電極ｃに固着されなかったメルカ
プトプロピオン酸を除去して電極ａとした。

【００２３】次いで鉄−ＳＯＤ［シグマ社製、Ｓ5389、
酵素活性3000〜6000Ｕ／mg−蛋白質］が500Ｕ／mlの濃
度になるように、５ｍＭリン酸緩衝液（ｐＨ７）に溶解
し、この緩衝液に前記電極ａを浸漬し、かつ取り出し後
に乾燥して電極ｂとした。電極ａ、ｂ及びｃのそれぞれ
を別個に、鉄−ＳＯＤを含まない５ｍＭリン酸緩衝液
（ｐＨ７）に入れ、対極を白金線、基準電極を銀／塩化
銀とし、該対極及び基準電極を前記電極ａ、ｂ又はｃに
近接させてセンサーを構成した。前記各電極ａ、ｂ又は
ｃを有する各センサーに対し100mV／秒の走査速度で電
流電位測定を行った。該測定の結果（電流電位応答性）
を図７のグラフにそれぞれ曲線ａ、ｂ又はｃで示した。

【００２４】電極ｂのみで０Ｖ及び0.2Ｖ付近にＳＯＤ
の酸化還元に相当する電流ピークが可逆的に観察され、
ＳＯＤがメルカプトプロピオン酸の修飾層の上に固定さ
れていることが示された。図８に、２ｍＭのＯ₂ ^-を含む
５ｍＭリン酸緩衝液（ｐＨ７）での前記電極ａ、ｂ及び
ｃの電流電位応答曲線を示した。電極ｂではＯ₂ ^-の酸素
への酸化分解に対応する酸化電流の増大が0.2Ｖ付近で
見られたが、電極ａ及びｃでは、これに対応する電流が
全く観察されなかった。一方、電極ｂでは、0.1Ｖ付近
にＯ₂ ^-の還元分解に対応する電流が見られたが、電極ａ
及びｃではこれに対応する電流は全く観察されなかっ
た。

【００２５】実施例２ 実施例１の緩衝液を、鉄−ＳＯＤを結合した実施例１の
電極ｂ、対極及び基準電極を有する図４の装置に６ml／
分の速度で供給し、電極電位を−0.05Ｖ及び0.3Ｖに固
定し、そのときに観察される鉄−ＳＯＤ濃度に対する定
常電流値をそれぞれ図９ａ及び図９ｂに示した。両図か
ら、鉄−ＳＯＤ濃度と定常電流値は直線関係にあること
が分かった。

【００２６】実施例３ 鉄−ＳＯＤの替わりに、マンガン−ＳＯＤ［シグマ社
製、Ｓ5639、酵素活性2500〜5000Ｕ／mg−蛋白質］を用
いたこと以外は、実施例１と同様にして電極ｂ（マンガ
ン−ＳＯＤを結合した電極）を作製した。この電極ｂの
電流電位応答曲線性を図10に示した。図10から、0.1Ｖ
及び0.2Ｖ付近にＳＯＤの酸化還元に相当する電流ピー
クが可逆的に観察され、ＳＯＤがメルカプトプロピオン
酸の修飾層の上に固定されていることが示された。Ｏ₂ ^-
が存在すると酸素への酸化分解に対応する電流の増大が
0.2Ｖ付近に見られ、又0.1Ｖ付近では還元分解に対応す
る電流が見られたが、Ｏ₂ ^-が存在しないときには、マン
ガン−ＳＯＤそのものの酸化還元電流だけが観察され
た。

【００２７】比較例１ 実施例１の金線にＮ−アセチルシステインを被覆し、そ
の上にチトクロムＣをＳ−Ａｕ結合で担持させて酵素電
極とした。この電極を使用して実施例１と同一条件で電
流を観察したところ、Ｏ₂ ^-の分解に対応する電流が見ら
れた。しかし過酸化水素を共存させたところ、電流が増
加しＯ₂ ^-の定量は不可能であった。

【００２８】

【発明の効果】本発明は、導電性部材、及び該導電性部
材表面に薄膜状に形成したＳＯＤを含んで成る電気化学
用電極において、該ＳＯＤが鉄ＳＯＤ及び／又はマンガ
ンＳＯＤであることを特徴とする電気化学用電極であ
る。本発明の濃度測定用電極の導電性部材上に形成した
ＳＯＤは、Ｏ₂ ^-のみを選択的に酸化して酸素ガスを発生
し又は還元して過酸化水素を生成し、過酸化水素及び酸
素に対しては不活性である。従ってＯ₂ ^-を含む溶液中に
前記電極を浸漬すると、過酸化水素及び酸素の存否に影
響されることなく、Ｏ₂ ^-のみに対応する酸化又は還元電
流が流れる。この電流値を測定することにより、前記溶
液中の正確なＯ₂ ^-濃度が検出できる。又生体内で安定で
ありかつ反応速度が速いため、インビボで好適に使用で
きる。そして本発明の鉄ＳＯＤ及び／又はマンガンＳＯ
Ｄは他の金属−ＳＯＤより５倍程度の感度で電流検出が
でき、センサーとして使用する場合の機能信頼性が向上
する。又カーボンやチタン製である導電性部材表面に、
チオール基を含む有機化合物を薄膜状に修飾した金下地
層を形成しても良く、この金下地層は導電性部材とＳＯ
ＤをＳ−Ａｕ結合を介して強固に結び付け、Ｏ₂ ^-測定の
正確性を向上させる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＳＯＤ中の金属（鉄又はマンガン）イオンを使
用するＯ₂ ^-の酸化還元サイクルを示す説明図。

【図２】図１の陽極側のＯ₂ ^-の酸化状況を示す説明図。

【図３】図１の陰極側のＯ₂ ^-の還元状況を示す説明図。

【図４】本発明の濃度測定用装置の一実施形態を示す概
略断面図。

【図５】図１の濃度測定用電極の要部拡大図。

【図６】本発明の濃度測定用センサーの一実施形態を示
す概略断面図。

【図７】実施例１の電極ａ、ｂ又はｃの５ｍＭリン酸緩
衝液中での電流電位応答性を示すグラフ。

【図８】実施例１の電極ａ、ｂ又はｃの２μＭのＯ₂ ^-を
含む５ｍＭリン酸緩衝液中での電流電位応答性を示すグ
ラフ。

【図９】図９ａ及び図９ｂはそれぞれ、実施例２で電極
電位を−0.05Ｖ及び0.3Ｖに固定したときに観察される
鉄−ＳＯＤ濃度に対する定常電流値を示すグラフ。

【図10】実施例３の電極ｂの電流電位応答性を示すグラ
フ。

【符号の説明】

１ 濃度測定用センサー ２ 試料室 ３ 試料供給管 ４ 排出管 ５ 試料溶液 ６ 濃度測定用電極 ７ 対極 ８ 基準電極 ９ 導電性部材 10 金下地層 11 有機化合物 12 スーパーオキシドイオン分解酵素 21 濃度測定用センサー 22 作用極 24 対極 25 基準極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古田 常人 神奈川県藤沢市遠藤733−２ Ｆターム(参考） 4B029 AA07 BB16 CC11 FA09 FA12

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電性部材、及び該導電性部材表面に薄
   膜状に形成したスーパーオキシドジムスターゼを含んで
   成る電気化学用電極において、該スーパーオキシドジム
   スターゼが鉄スーパーオキシドジムスターゼ及び／又は
   マンガンスーパーオキシドジムスターゼであることを特
   徴とする電気化学用電極。
2. 【請求項２】 導電性部材表面に、その表面をチオール
   基を含む有機化合物で薄膜状に修飾した金下地層を有す
   る請求項１に記載の電気化学用電極。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の電気化学用電極
   と、対極及び基準電極を、スーパーオキシドイオンを含
   有する対象溶液に浸漬し、スーパーオキシドイオンの酸
   化又は還元による電流を検出することにより、スーパー
   オキシドイオン濃度を測定することを特徴とする濃度測
   定用センサー。