JP2005114687A - Electrochemical sensor and manufacturing method therefor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrochemical sensor, capable of ensuring the surface area of its working electrode as much as needed and being miniaturized. <P>SOLUTION: The electrochemical sensor is made up so that a plurality of electrodes (12, 14 and 16), made of a conductive film are formed on a substrate (10). The surface of the negative electrode (16) which is one of the plurality of electrodes and has the function as the working electrode for obtaining reaction current, is made porous, and/or the electrode (16) is made thicker than the other electrodes (12, 14). The electrode (16) is made up in such steps that the liquid containing conductive particles is applied, by using a drop delivery method to a region where the electrode is formed, and then the applied liquid is converted into the conductive film by using a thermal treatment processing. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、基板上に形成された導電膜によって作用電極、参照電極及び対向電極を構成した電気化学式センサに関し、特にバイオセンサとして用いて好適な電気化学式センサに関する。   The present invention relates to an electrochemical sensor in which a working electrode, a reference electrode, and a counter electrode are configured by a conductive film formed on a substrate, and more particularly to an electrochemical sensor suitable for use as a biosensor.

電気化学測定として、作用電極(作用極)、参照電極(参照極)及び対向電極(対極)の3つの電極を用いて測定を行う3極法や、参照電極と対向電極とを一の電極によって兼用して測定を行う2極法が広く知られている。このような測定を行うための電気化学式センサの従来技術は、例えば、特開2002−55076号公報(特許文献1)などの文献に開示されている。当該文献では、絶縁性の基板上に形成した導電膜によって上記の各電極を構成した電気化学式センサが開示されている。また、この電気化学式センサを用いてバイオセンサを構成することが可能である。このようなバイオセンサの従来技術は、例えば、特開平5−256812号公報(特許文献2)などの文献に開示されている。
特開2002−55076号公報 特開平5−256812号公報
For electrochemical measurement, a three-electrode method in which measurement is performed using three electrodes, ie, a working electrode (working electrode), a reference electrode (reference electrode), and a counter electrode (counter electrode), or a reference electrode and a counter electrode using a single electrode. A two-pole method in which measurement is also performed is also widely known. Conventional techniques of electrochemical sensors for performing such measurements are disclosed in, for example, documents such as Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-55076 (Patent Document 1). This document discloses an electrochemical sensor in which each of the above electrodes is formed by a conductive film formed on an insulating substrate. Moreover, it is possible to constitute a biosensor using this electrochemical sensor. The prior art of such a biosensor is disclosed in documents such as Japanese Patent Laid-Open No. 5-256812 (Patent Document 2).
JP 2002-55076 A JP-A-5-256812

バイオセンサでは、測定精度の向上を図るために、生化学的反応に関係する作用極の表面積をできるだけ大きく確保したいという要望がある。その一方で、バイオセンサの低コスト化などの観点からは、作用極やその他を電極をできるだけ微細化し、高集積化したいという要望もある。しかしながら、電極の表面積を必要十分に確保することと電極の微細化とは相反する要望であり、かかる要望を実現することは難しかった。   In biosensors, in order to improve measurement accuracy, there is a demand for securing as large a surface area as possible of the working electrode related to biochemical reactions. On the other hand, from the viewpoint of reducing the cost of biosensors, there is also a demand to make the working electrode and others as fine as possible and to achieve high integration. However, securing a sufficient surface area of the electrode is a conflicting request with miniaturization of the electrode, and it has been difficult to realize such a request.

そこで、本発明は、作用極の表面積を必要十分に確保し、かつ微細化することが可能な電気化学式センサを提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an electrochemical sensor capable of ensuring a necessary and sufficient surface area of a working electrode and miniaturizing the working electrode.

第1の態様の本発明は、基板上に導電膜からなる電極を複数形成してなる電気化学式センサであって、複数の電極のうち、少なくとも反応電流を求めるための作用極としての機能を担う一の電極の表面をポーラス状に形成したことを特徴とするものである。   The first aspect of the present invention is an electrochemical sensor in which a plurality of electrodes made of a conductive film are formed on a substrate, and at least functions as a working electrode for obtaining a reaction current among the plurality of electrodes. The surface of one electrode is formed in a porous shape.

作用極の表面をポーラス状(微細な凹凸形状)に形成することによって、作用極の見かけの面積(基板上での占有面積)を増加させずに実効的な表面積の増加を図ることができる。言い換えれば、作用極の実効的な表面積を稼げる分だけ、見かけの面積を小さくすることができる。これにより、作用極の表面積を必要十分に確保し、かつ微細化するという相反する要望を実現することが可能となる。   By forming the surface of the working electrode in a porous shape (fine concavo-convex shape), the effective surface area can be increased without increasing the apparent area (occupied area on the substrate) of the working electrode. In other words, the apparent area can be reduced by the amount that can increase the effective surface area of the working electrode. Thereby, it becomes possible to realize the conflicting demands of ensuring the surface area of the working electrode sufficiently and miniaturizing.

なお、第1の態様の本発明においては、作用極以外の電極(対極、参照極)についてもポーラス状に形成してもよい。   In the first aspect of the present invention, electrodes other than the working electrode (counter electrode, reference electrode) may be formed in a porous shape.

第2の態様の本発明は、基板上に導電膜からなる電極を複数形成してなる電気化学式センサであって、複数の電極のうち、少なくとも反応電流を求めるための作用極としての機能を担う一の電極を他の電極よりも厚く形成したことを特徴とするものである。   The second aspect of the present invention is an electrochemical sensor in which a plurality of electrodes made of a conductive film are formed on a substrate, and at least serves as a working electrode for obtaining a reaction current among the plurality of electrodes. One electrode is formed thicker than the other electrode.

作用極の膜厚をできるだけ大きくすることにより、作用極の上面のみならず側面も利用して表面積の増加を図ることができる。これにより、作用極の見かけの面積(基板上での占有面積)を増加させずに表面積の増加を図ることが可能となる。換言すれば、作用極を厚くすることで表面積を稼げる分だけ、見かけの面積を小さくすることができる。これにより、作用極の表面積を必要十分に確保し、かつ微細化するという相反する要望を実現することが可能となる。   By increasing the film thickness of the working electrode as much as possible, the surface area can be increased using not only the upper surface but also the side surface of the working electrode. As a result, the surface area can be increased without increasing the apparent area (occupied area on the substrate) of the working electrode. In other words, the apparent area can be reduced as much as the surface area can be increased by increasing the working electrode. Thereby, it becomes possible to realize the conflicting demands of ensuring the surface area of the working electrode sufficiently and miniaturizing.

第3の態様の本発明は、基板上に導電膜からなる電極を複数形成してなる電気化学式センサであって、複数の電極のうち、少なくとも反応電流を求めるための作用極としての機能を担う一の電極の表面をポーラス状に形成し、かつ当該電極を他の電極よりも厚く形成したことを特徴とするものである。   The third aspect of the present invention is an electrochemical sensor in which a plurality of electrodes made of a conductive film are formed on a substrate, and at least functions as a working electrode for obtaining a reaction current among the plurality of electrodes. The surface of one electrode is formed in a porous shape, and the electrode is formed thicker than the other electrodes.

第3の態様の本発明は、上述した第1及び第2の態様の本発明の特徴を併せもつものである。したがって、作用極の表面積を必要十分に確保し、かつ微細化するという相反する要望をより効果的に実現することが可能となる。   The third aspect of the present invention combines the above-described features of the first and second aspects of the present invention. Therefore, it becomes possible to more effectively realize the conflicting demand of ensuring the surface area of the working electrode sufficiently and sufficiently miniaturizing.

上述した各態様の本発明において、基板としてはガラス基板など種々のものを採用することが可能であるが、特に有機高分子からなる基板(例えばプラスチック基板)が好適に用いられる。これにより、低コスト化及び焼却処分が可能となるので、使い捨てが望まれるバイオセンサとして本発明のセンサを用いる場合に特に都合がよい。   In the present invention of each aspect described above, various substrates such as a glass substrate can be adopted as the substrate, but a substrate made of an organic polymer (for example, a plastic substrate) is particularly preferably used. This enables cost reduction and incineration, and is particularly convenient when the sensor of the present invention is used as a biosensor that is desired to be disposable.

第4の態様の本発明は、上記した電気化学式センサの製造方法の好適な一例である。具体的には、本発明は、基板上に導電膜からなる電極を複数形成してなる電気化学式センサの製造方法であって、反応電流を求めるための作用極としての機能を担う一の電極を形成すべき領域に導電性微粒子を含有した液体を液滴吐出法によって塗布する第1工程と、塗布された液体を熱処理によって導電膜に変換する第2工程と、を含む。   The fourth aspect of the present invention is a preferred example of the method for producing an electrochemical sensor described above. Specifically, the present invention is a method of manufacturing an electrochemical sensor in which a plurality of electrodes made of a conductive film are formed on a substrate, and includes one electrode that functions as a working electrode for obtaining a reaction current. A first step of applying a liquid containing conductive fine particles in a region to be formed by a droplet discharge method and a second step of converting the applied liquid into a conductive film by heat treatment are included.

かかる製造方法によれば、上述した本発明の電気化学式センサを容易かつ低コストに製造し得る。   According to this manufacturing method, the above-described electrochemical sensor of the present invention can be manufactured easily and at low cost.

また、第1工程及び第2工程を複数回繰り返して作用極としての一の電極をその膜厚方向に積層することも望ましい。   It is also desirable to repeat the first step and the second step a plurality of times to stack one electrode as a working electrode in the film thickness direction.

これにより、作用極をより厚膜化することが可能となる。また第1工程と第2工程の繰り返し回数の増減によって、作用極の膜厚を所望値に制御することが容易となる。   As a result, the working electrode can be made thicker. Moreover, it becomes easy to control the film thickness of the working electrode to a desired value by increasing or decreasing the number of repetitions of the first step and the second step.

また、上記第1工程に先立って、基板上に有機分子膜を用いて一の電極を形成すべき領域を親液性とし、その他の領域を撥液性とするパターン形成を行う第3工程を更に含むことが望ましい。   Further, prior to the first step, a third step of forming a pattern in which the region where one electrode is to be formed on the substrate using an organic molecular film is made lyophilic and the other region is made lyophobic. It is desirable to include further.

これにより、液滴吐出法によって塗布した液体が基板上に拡がるのを抑制し、作用極の見かけの面積をより高精細化することが可能となる。特に、作用極となるべき導電膜を積層する際に効果的であり、導電膜をその膜厚方向へ効率よく積層することが可能となる。   As a result, the liquid applied by the droplet discharge method can be prevented from spreading on the substrate, and the apparent area of the working electrode can be further refined. In particular, it is effective when laminating a conductive film to be a working electrode, and the conductive film can be efficiently laminated in the film thickness direction.

以下、本発明にかかる電気化学式センサを適用した一実施形態のバイオセンサについて図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a biosensor according to an embodiment to which an electrochemical sensor according to the present invention is applied will be described with reference to the drawings.

図1は、本実施形態のバイオセンサの構成を示す図である。図1(A)は本実施形態のバイオセンサの平面図であり、図1(B)は図1(A)に示すA−A線における断面図である。図1に示すように、本実施形態のバイオセンサは、基板10上に導電膜からなる電極を複数設けてなるものである。具体的には、バイオセンサは、基板10、対向電極(対極)12、参照電極(参照極)14、作用電極(作用極)16、配線18を含んで構成される。   FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the biosensor of this embodiment. FIG. 1A is a plan view of the biosensor of this embodiment, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG. As shown in FIG. 1, the biosensor of this embodiment is provided with a plurality of electrodes made of a conductive film on a substrate 10. Specifically, the biosensor includes a substrate 10, a counter electrode (counter electrode) 12, a reference electrode (reference electrode) 14, a working electrode (working electrode) 16, and a wiring 18.

基板10は、その一方面に上述した各電極12、14、16と配線18とが設けられている。この基板10としては、プラスチック基板やガラス基板など種々の絶縁性の基板を用いることができる。扱いやすさ、低コスト、焼却可能などの観点ではプラスチック基板が特に好適に用いられる。   The substrate 10 is provided with the above-described electrodes 12, 14, 16 and wiring 18 on one surface thereof. As the substrate 10, various insulating substrates such as a plastic substrate and a glass substrate can be used. From the viewpoint of ease of handling, low cost, and incineration, a plastic substrate is particularly preferably used.

対向電極12、参照電極14及び作用電極16は、電気化学測定における3極法を原理として測定を行う際の基本構成となる電極である。具体的には、対向電極12は作用電極16への電流供給機能を担うものである。参照電極14は作用電極16へ電圧を印加する際の基準となるものである。作用電極16は反応電流を求めるためのものである。   The counter electrode 12, the reference electrode 14, and the working electrode 16 are electrodes that serve as a basic configuration when performing measurement based on the triode method in electrochemical measurement. Specifically, the counter electrode 12 has a function of supplying a current to the working electrode 16. The reference electrode 14 serves as a reference when a voltage is applied to the working electrode 16. The working electrode 16 is for obtaining a reaction current.

本実施形態のバイオセンサの使用法は例えば以下のようになる。まず、作用電極16を酵素やDNAなどの生体関連物質で修飾する。次に、作用電極16を含む各電極を覆うようにして被測定溶液を滴下し、あるいは各電極を被測定溶液中に浸した状態にする。そして、各電極が配線18を介して外部の測定装置(図示せず)に接続され、参照電極14と作用電極16との間、及び対向電極12と作用電極16との間にそれぞれ所定の電圧(例えば0.5V程度)が印加される。そして、被測定溶液中の測定対象物質と作用電極16を修飾する修飾物質との間で生物化学的反応が生じ、参照電極14と作用電極16との間、対向電極12と作用電極16との間のそれぞれにおいて電流値が変化する。この電流値の変化に基づいて、例えば被測定溶液に含まれる特定物質の濃度等が検出される。   The usage of the biosensor of this embodiment is as follows, for example. First, the working electrode 16 is modified with a biological substance such as an enzyme or DNA. Next, the solution to be measured is dropped so as to cover each electrode including the working electrode 16, or each electrode is immersed in the solution to be measured. Each electrode is connected to an external measuring device (not shown) via the wiring 18 and has a predetermined voltage between the reference electrode 14 and the working electrode 16 and between the counter electrode 12 and the working electrode 16. (For example, about 0.5 V) is applied. Then, a biochemical reaction occurs between the substance to be measured in the solution to be measured and the modifying substance that modifies the working electrode 16, and between the reference electrode 14 and the working electrode 16, between the counter electrode 12 and the working electrode 16. The current value changes at each of the intervals. Based on the change in the current value, for example, the concentration of a specific substance contained in the solution to be measured is detected.

このようなバイオセンサでは、測定精度の向上を図るべく、特に生化学的反応に関係する作用電極16の表面積をできるだけ大きく確保したいという要望がある。かかる要望を達成するために、本実施形態では作用電極16の膜厚をできるだけ大きくすることにより表面積を増加させる。より具体的には、図1(B)に示すように、作用電極16は少なくとも対向電極12及び参照電極14よりも厚く形成される。本実施形態では、作用電極16が最も厚く、次いで参照電極14が厚くなるように各電極の膜厚が設定されている。   In such a biosensor, in order to improve the measurement accuracy, there is a demand to secure as large a surface area as possible of the working electrode 16 particularly related to a biochemical reaction. In order to achieve this demand, in this embodiment, the surface area is increased by increasing the film thickness of the working electrode 16 as much as possible. More specifically, as shown in FIG. 1B, the working electrode 16 is formed to be thicker than at least the counter electrode 12 and the reference electrode 14. In this embodiment, the film thickness of each electrode is set so that the working electrode 16 is the thickest and then the reference electrode 14 is thick.

このように作用電極16の膜厚をできるだけ大きくすることにより、作用電極16の上面のみならず側面も利用して表面積を増加を図ることができる。これにより、作用電極16の見かけの面積(基板上での占有面積)を増加させずに表面積の増加を図ることが可能となる。換言すれば、作用電極16を厚くすることで表面積を稼げる分だけ、見かけの面積を小さくすることができる。これにより、作用電極16の表面積を必要十分に確保し、かつ微細化するという相反する要望を実現することが可能となる。   Thus, by increasing the film thickness of the working electrode 16 as much as possible, the surface area can be increased by utilizing not only the upper surface but also the side surface of the working electrode 16. As a result, the surface area can be increased without increasing the apparent area (occupied area on the substrate) of the working electrode 16. In other words, the apparent area can be reduced by increasing the surface area by increasing the thickness of the working electrode 16. Thereby, it becomes possible to realize the conflicting demands of ensuring the surface area of the working electrode 16 sufficiently and miniaturizing.

更に本実施形態では、図2に概略図を示すように、作用電極16の表面をポーラス状(微細な凹凸形状)に形成することによって作用電極16の実効的な表面積の増加を図っている。図示のように作用電極16の表面をポーラス状にすることにより、実効的な表面積を見かけの表面積よりも格段に増加させることが可能となり、例えば、数倍以上の実効的な表面積が得られる。   Further, in the present embodiment, as shown schematically in FIG. 2, the effective surface area of the working electrode 16 is increased by forming the surface of the working electrode 16 in a porous shape (fine concavo-convex shape). As shown in the figure, by making the surface of the working electrode 16 porous, the effective surface area can be significantly increased from the apparent surface area. For example, an effective surface area several times or more can be obtained.

これにより、作用電極16の見かけの面積を増加させずに実効的な表面積の増加を図ることができる。言い換えれば、作用電極16の実効的な表面積を稼げる分だけ、見かけの面積を小さくすることができる。これにより、作用電極16の表面積を必要十分に確保し、かつ微細化するという相反する要望を実現することが可能となる。   Thereby, the effective surface area can be increased without increasing the apparent area of the working electrode 16. In other words, the apparent area can be reduced as much as the effective surface area of the working electrode 16 can be increased. Thereby, it becomes possible to realize the conflicting demands of ensuring the surface area of the working electrode 16 sufficiently and miniaturizing.

本実施形態のバイオセンサはこのような構成を有しており、次にこのバイオセンサを製造する方法の好適な一例について説明する。上述した特徴を有するバイオセンサは、例えば液滴吐出法を用いた製造方法によって形成することができる。   The biosensor of this embodiment has such a configuration, and a preferred example of a method for manufacturing this biosensor will be described next. The biosensor having the above-described features can be formed by a manufacturing method using a droplet discharge method, for example.

図3は、本実施形態のバイオセンサの製造方法について説明する図(工程図)である。   FIG. 3 is a diagram (process diagram) for explaining the biosensor manufacturing method of the present embodiment.

基板10上に有機分子膜を用いて、対向電極12、参照電極14及び作用電極16のそれぞれを領域を親液性とし、その他の領域を撥液性とするパターン形成を行う。具体的には、まず図3(A)に示すように、基板10上に有機分子膜30を形成する。   Using the organic molecular film on the substrate 10, a pattern is formed so that each of the counter electrode 12, the reference electrode 14, and the working electrode 16 has a region lyophilic and the other region has a liquid repellency. Specifically, first, as shown in FIG. 3A, an organic molecular film 30 is formed on the substrate 10.

有機分子膜30としては、基板10に結合可能な官能基と、その反対側に親液基又は撥液基などの官能基と、これらの官能基を結ぶ炭素の直鎖あるいは一部分岐した炭素鎖を備えており、基板10に結合して自己組織化して分子膜(例えば単分子膜)を形成するものが好適に用いられる。またこの有機分子膜は紫外線照射などによって分解される性質を有し、露光マスクを用いたパターニングを行い得るものを用いる。このような自己組織化膜を形成する化合物としては、例えばフルオロアルキルシラン(FAS)が挙げられる。例えば、FASの1つであるヘプタデカフルオロ−1,1,2,2テトラヒドロデシルトリエトキシシランと基板10とを同一容器内に入れ、室温の場合は2〜3日程度放置することにより基板10上に自己組織化膜が形成される。また容器内を100℃程度に保持することによって自己組織化膜の形成時間を3時間程度に短縮できる。また、原料化合物を含む溶液中に基板10を浸し、その後洗浄、乾燥することによっても基板10上に自己組織化膜を形成できる。   The organic molecular film 30 includes a functional group capable of binding to the substrate 10, a functional group such as a lyophilic group or a liquid repellent group on the opposite side, and a linear or partially branched carbon chain connecting these functional groups. Are preferably used that form a molecular film (for example, a monomolecular film) by bonding to the substrate 10 and self-organizing. The organic molecular film has a property of being decomposed by ultraviolet irradiation or the like, and a film that can be patterned using an exposure mask is used. An example of a compound that forms such a self-assembled film is fluoroalkylsilane (FAS). For example, heptadecafluoro-1,1,2,2 tetrahydrodecyltriethoxysilane, which is one of FAS, and the substrate 10 are placed in the same container, and at room temperature, the substrate 10 is left for about 2 to 3 days. A self-assembled film is formed thereon. Further, by maintaining the inside of the container at about 100 ° C., the time for forming the self-assembled film can be shortened to about 3 hours. Alternatively, the self-assembled film can be formed on the substrate 10 by immersing the substrate 10 in a solution containing the raw material compound, and then washing and drying.

次に、図3(B)に示すように、作用電極16等の各電極および配線18の成膜パターンに対応した露光マスク32を基板10上に配置し、当該露光マスク32を介して紫外線を照射する。これにより、図3(C)に示すように基板10上の有機分子膜30は、成膜パターンに応じたパターニングがなされ、作用電極16等を形成すべき領域に開口34が形成される。基板10の開口34によって露出された領域は親液性となり、有機分子膜(自己組織化膜)30の残存している領域は撥液性となる。   Next, as shown in FIG. 3B, an exposure mask 32 corresponding to the film forming pattern of each electrode such as the working electrode 16 and the wiring 18 is disposed on the substrate 10, and ultraviolet rays are transmitted through the exposure mask 32. Irradiate. As a result, as shown in FIG. 3C, the organic molecular film 30 on the substrate 10 is patterned according to the film formation pattern, and an opening 34 is formed in a region where the working electrode 16 and the like are to be formed. The region exposed by the opening 34 of the substrate 10 is lyophilic, and the region where the organic molecular film (self-assembled film) 30 remains is lyophobic.

次に、図3(D)に示すように液滴吐出装置(インクジェット装置)36を用いて、作用電極16やその他の電極、配線を形成すべき領域(開口34内)に導電性微粒子を含有した液体38を塗布する。すなわち本実施形態では導電性微粒子を含む液体の塗布を液滴吐出法によって行う。液体38の塗布後は熱処理を行い、液体38に含まれる溶媒を除去して、各開口34内の液体38を導電膜に変換する。熱処理はホットプレート、電気炉、ランプアニール装置など種々の方法によって行うことができる。また、熱処理は通常大気中で行ってよいが、必要に応じて窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中で行ってもよい。また熱処理の温度は溶液38の特性等に応じて適宜定めればよく、例えば基板10としてプラスチック基板を用いる場合には100℃以下程度にすることが望ましい。また、液体38に含ませる導電性微粒子としては、金、銀、銅、パラジウム、ニッケル等の金属微粒子の他に、導電性ポリマーや超伝導体などの微粒子を用いることができる。液滴吐出法を適用する観点からは、導電性微粒子の粒径は50nm〜0.1μm程度であることが好ましい。   Next, as shown in FIG. 3D, using a droplet discharge device (inkjet device) 36, conductive fine particles are contained in the region (in the opening 34) where the working electrode 16 and other electrodes and wirings are to be formed. The applied liquid 38 is applied. That is, in this embodiment, the liquid containing the conductive fine particles is applied by the droplet discharge method. After the application of the liquid 38, heat treatment is performed to remove the solvent contained in the liquid 38 and convert the liquid 38 in each opening 34 into a conductive film. The heat treatment can be performed by various methods such as a hot plate, an electric furnace, and a lamp annealing apparatus. Moreover, although heat processing may be normally performed in air | atmosphere, you may carry out in inert gas atmosphere, such as nitrogen and argon, as needed. Further, the temperature of the heat treatment may be appropriately determined according to the characteristics of the solution 38 and the like. Further, as the conductive fine particles contained in the liquid 38, fine particles such as a conductive polymer and a superconductor can be used in addition to metal fine particles such as gold, silver, copper, palladium and nickel. From the viewpoint of applying the droplet discharge method, the particle diameter of the conductive fine particles is preferably about 50 nm to 0.1 μm.

なお、上述した溶液塗布と熱処理の各工程は、対向電極12として所望する膜厚の大きさに応じて、適宜繰り返して行ってもよい。   In addition, you may repeat suitably each process of solution application | coating mentioned above and heat processing according to the magnitude | size of the film thickness desired as the counter electrode 12. FIG.

次に、図3(E)に示すように、参照電極14および作用電極16を形成すべき領域に対して、上述した導電性微粒子を含む溶液38を塗布し、その後熱処理を行うことにより、各電極をその膜厚方向に積層する。このような溶液塗布と熱処理の各工程は、参照電極14又は作用電極16として所望する膜厚の大きさに応じて適宜繰り返して行われる。   Next, as shown in FIG. 3E, the solution 38 containing the conductive fine particles described above is applied to the regions where the reference electrode 14 and the working electrode 16 are to be formed, and then heat treatment is performed. The electrodes are stacked in the film thickness direction. Such steps of solution application and heat treatment are appropriately repeated depending on the desired film thickness as the reference electrode 14 or the working electrode 16.

参照電極14が所望の膜厚となった後、更に図3(F)に示すように、作用電極16を形成すべき領域に対して導電性微粒子を含む溶液38を塗布し、その後熱処理を行う。この溶液塗布と熱処理の各工程は、作用電極16として所望する膜厚の大きさに応じて適宜繰り返して行われる。   After the reference electrode 14 has a desired film thickness, as shown in FIG. 3F, a solution 38 containing conductive fine particles is applied to the region where the working electrode 16 is to be formed, and then heat treatment is performed. . Each step of this solution coating and heat treatment is appropriately repeated depending on the desired film thickness of the working electrode 16.

なお、説明の便宜上、図3(F)では各電極が形成された後の基板10上に有機分子膜30が残存して描かれているが、上述した図1ではこの有機分子膜30は省略して描かれている。   For convenience of explanation, FIG. 3F shows the organic molecular film 30 remaining on the substrate 10 after each electrode is formed. However, in FIG. 1 described above, the organic molecular film 30 is omitted. It is drawn as.

図4は、電極の積層構造について説明する図である。図4では作用電極16が例示されている。図4に示すように、作用電極16は、複数回の成膜によって徐々に厚みを増加させることによって形成される。このとき、上述したように有機分子膜30による親液性/撥液性のパターニングがなされているので、溶液塗布と熱処理の各工程を繰り返しても成膜される導電膜が所望領域の外へ拡がりにくく、膜厚方向への積層を確実に行うことができる。成膜時の条件にもよるが、例えば10μm程度の厚さに作用電極16を形成することが可能である。また、成膜に用いる溶液38が基板10上で横方向へ拡がりにくいので、各電極の相互間距離を狭めて微細化することも容易となる。成膜時の条件にもよるが、例えば電極の相互間距離を30μm程度にすることが可能である。   FIG. 4 is a diagram for explaining a laminated structure of electrodes. In FIG. 4, the working electrode 16 is illustrated. As shown in FIG. 4, the working electrode 16 is formed by gradually increasing the thickness by a plurality of film formations. At this time, since the lyophilic / liquid-repellent patterning is performed by the organic molecular film 30 as described above, the conductive film formed even if the steps of solution coating and heat treatment are repeated goes out of the desired region. It is difficult to spread and lamination in the film thickness direction can be reliably performed. Although depending on the conditions at the time of film formation, the working electrode 16 can be formed to a thickness of about 10 μm, for example. Further, since the solution 38 used for film formation does not easily spread in the lateral direction on the substrate 10, it is easy to reduce the distance between the electrodes and make them finer. Although depending on the conditions at the time of film formation, for example, the distance between the electrodes can be about 30 μm.

このように、各電極として所望する膜厚に応じて、溶液塗布と熱処理の各工程を適宜繰り返すことにより、対向電極12、参照電極14及び作用電極16をそれぞれ異なる膜厚に形成することができる。このような膜厚の制御は液滴吐出法によらずに他の方法(例えばスクリーン印刷等)によっても可能ではあるが、液滴吐出法を採用することによってより容易かつ高精度に行うことが可能となる。また、液滴吐出法の採用により、原材料の浪費を極力回避することができる。   As described above, the counter electrode 12, the reference electrode 14, and the working electrode 16 can be formed in different thicknesses by appropriately repeating the steps of solution application and heat treatment according to the desired film thickness for each electrode. . Such film thickness control is possible not only by the droplet discharge method but also by other methods (for example, screen printing), but can be performed more easily and accurately by adopting the droplet discharge method. It becomes possible. In addition, waste of raw materials can be avoided as much as possible by adopting the droplet discharge method.

また、液滴吐出法を採用し、導電性微粒子を含有する液体を塗布し、その後熱処理を行って得られる導電膜はその表面がポーラス状となる傾向が強いため、本実施形態の製造方法によれば、ポーラス状の表面を有する作用電極16を容易かつ低コストに形成することが可能となる。   In addition, the conductive film obtained by applying a droplet discharge method, applying a liquid containing conductive fine particles, and then performing heat treatment has a strong tendency to have a porous surface. Accordingly, the working electrode 16 having a porous surface can be formed easily and at low cost.

なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態のバイオセンサでは、作用電極はそれ以外の各電極よりも膜厚が厚く、かつ表面がポーラス状に形成されていたが、これらの特徴のいずれか一方のみを有するように作用電極が構成されていてもよい。具体的には、他の各電極と作用電極との膜厚が同程度であっても、作用電極の表面をポーラス状に形成することにより実効的な表面積を大きく確保することができる。同様に、作用電極の表面が必ずしもポーラス状となっていなくても、他の各電極に比べて膜厚を厚く形成することにより、作用電極の形成に要する領域を拡大することなく表面積を大きくすることができる。   In addition, this invention is not limited to the content of embodiment mentioned above, A various deformation | transformation implementation is possible within the range of the summary of this invention. For example, in the biosensor of the above-described embodiment, the working electrode is thicker than each of the other electrodes and the surface is formed in a porous shape, but has only one of these characteristics. A working electrode may be configured. Specifically, even if the film thicknesses of the other electrodes and the working electrode are about the same, a large effective surface area can be secured by forming the surface of the working electrode in a porous shape. Similarly, even if the surface of the working electrode is not necessarily porous, the surface area can be increased without enlarging the area required for forming the working electrode by forming the film thicker than the other electrodes. be able to.

上述した実施形態ではいわゆる3極法に適した電極構成を備えるバイオセンサについて説明していたが、参照電極と対向電極とを一の電極で兼ねる、いわゆる2極法に適した電極構成を備える場合についても同様にして本発明を適用することができる。   In the above-described embodiment, the biosensor having an electrode configuration suitable for the so-called tripolar method has been described. The present invention can be similarly applied to the above.

上述した実施形態では、電気化学式センサの一例としてバイオセンサを示したが、これ以外の電気化学式センサであっても同様にして本発明を適用可能である。   In the above-described embodiment, a biosensor is shown as an example of an electrochemical sensor, but the present invention can be similarly applied to other electrochemical sensors.

上述した実施形態では、作用電極の他に、参照電極、対向電極及び配線についても液滴吐出法により形成していたが、これらの電極や配線はスクリーン印刷法やその他の方法によって形成してもよい。更には、作用電極の形成方法についても、厚膜化及び/又は表面のポーラス化を実現し得るものであればよく、液滴吐出法のみに限定されるものではない。   In the embodiment described above, the reference electrode, the counter electrode, and the wiring are formed by the droplet discharge method in addition to the working electrode. However, these electrodes and wiring may be formed by a screen printing method or other methods. Good. Furthermore, the method of forming the working electrode is not limited to the droplet discharge method as long as it can realize a thick film and / or a porous surface.

一実施形態のバイオセンサの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the biosensor of one Embodiment. 作用電極の表面形状を説明する概略図(概念図)である。It is the schematic (conceptual figure) explaining the surface shape of a working electrode. バイオセンサの製造方法について説明する図(工程図)である。It is a figure (process drawing) explaining the manufacturing method of a biosensor. 電極の積層構造について説明する図である。It is a figure explaining the laminated structure of an electrode.

符号の説明Explanation of symbols

10…基板10、 12…対向電極(対極)、 14…参照電極(参照極)、 16…作用電極(作用極)16、 18…配線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Board | substrate 10, 12 ... Counter electrode (counter electrode), 14 ... Reference electrode (reference electrode), 16 ... Working electrode (working electrode) 16, 18 ... Wiring

Claims (7)

基板上に導電膜からなる電極を複数形成してなる電気化学式センサであって、
複数の前記電極のうち、反応電流を求めるための作用極としての機能を担う一の電極の表面をポーラス状に形成したことを特徴とする電気化学式センサ。
An electrochemical sensor in which a plurality of electrodes made of a conductive film are formed on a substrate,
An electrochemical sensor characterized in that a surface of one of the plurality of electrodes serving as a working electrode for obtaining a reaction current is formed in a porous shape.
基板上に導電膜からなる電極を複数形成してなる電気化学式センサであって、
複数の前記電極のうち、反応電流を求めるための作用極としての機能を担う一の電極を他の前記電極よりも厚く形成したことを特徴とする電気化学式センサ。
An electrochemical sensor in which a plurality of electrodes made of a conductive film are formed on a substrate,
An electrochemical sensor characterized in that one of the plurality of electrodes serving as a working electrode for obtaining a reaction current is formed thicker than the other electrodes.
基板上に導電膜からなる電極を複数形成してなる電気化学式センサであって、
複数の前記電極のうち、反応電流を求めるための作用極としての機能を担う一の電極の表面をポーラス状に形成し、かつ当該電極を他の電極よりも厚く形成したことを特徴とする電気化学式センサ。
An electrochemical sensor in which a plurality of electrodes made of a conductive film are formed on a substrate,
Among the plurality of electrodes, the surface of one electrode that functions as a working electrode for obtaining a reaction current is formed in a porous shape, and the electrode is formed thicker than the other electrodes Chemical sensor.
前記基板は、有機高分子からなる基板である、請求項1乃至3のいずれかに記載の電気化学式センサ。   The electrochemical sensor according to claim 1, wherein the substrate is a substrate made of an organic polymer. 基板上に導電膜からなる電極を複数形成してなる電気化学式センサの製造方法であって、
反応電流を求めるための作用極としての機能を担う一の電極を形成すべき領域に導電性微粒子を含有した液体を液滴吐出法によって塗布する第1工程と、
塗布された前記液体を熱処理によって導電膜に変換する第2工程と、
を含む、電気化学式センサの製造方法。
A method for producing an electrochemical sensor, wherein a plurality of electrodes made of a conductive film are formed on a substrate,
A first step of applying, by a droplet discharge method, a liquid containing conductive fine particles in a region where one electrode serving as a working electrode for determining a reaction current is to be formed;
A second step of converting the applied liquid into a conductive film by heat treatment;
A method for producing an electrochemical sensor, comprising:
前記第1工程及び前記第2工程を複数回繰り返して前記作用極としての前記一の電極をその膜厚方向に積層する、請求項5に記載の電気化学式センサの製造方法。   6. The method of manufacturing an electrochemical sensor according to claim 5, wherein the first step and the second step are repeated a plurality of times to stack the one electrode as the working electrode in the film thickness direction. 前記第1工程に先立って、前記基板上に有機分子膜を用いて前記一の電極を形成すべき領域を親液性とし、その他の領域を撥液性とするパターン形成を行う第3工程を更に含む、請求項5又は6に記載の電気化学式センサの製造方法。
Prior to the first step, a third step of forming a pattern in which the region where the one electrode is to be formed is made lyophilic and the other region is made lyophobic using an organic molecular film on the substrate. Furthermore, the manufacturing method of the electrochemical sensor of Claim 5 or 6 further included.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012242366A (en) * 2011-05-24 2012-12-10 Sharp Corp Biosensor and analytic method using the same

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