JP2007136645A - Method for manufacturing carbon nanotube (cnt) thin film and biosensor using the thin film - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a CNT thin film by which a CNT thin film can be inexpensively manufactured with excellent productivity so as to obtain a device that effectively utilizes the physical properties expected for a CNT, and to provide a biosensor which uses the CNT and is operated with high sensitivity at a low voltage. <P>SOLUTION: Carbon nanotube particles are converted into a micelle dispersible or soluble in an aqueous medium by a mixture of a polymer electrolytic solution and a surfactant which can be electrochemically oxidized and reduced or can be oxidized or reduced; and the surfactant is electrochemically oxidized and reduced, or oxidized or reduced to decompose the micelle to form a thin film of the CNT dispersion particles in the micelle. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、電子デバイスやマイクロデバイスなどの機能材料や構造材料として有用なカーボンナノチューブ(以下、CNTと呼ぶ)薄膜の製造方法と、この方法で得られたCNT薄膜を用いたバイオセンサセンサに関するものである。   The present invention relates to a method for producing a carbon nanotube (hereinafter referred to as CNT) thin film useful as a functional material or a structural material such as an electronic device or a microdevice, and a biosensor sensor using the CNT thin film obtained by this method. It is.

CNTは、厚さ数原子層のグラファイト状炭素原子面を丸めた円筒が、複数個入れ子構造になったものであり、nmオーダーの外径の極めて微小な物質であり、1991年に発見され(非特許文献1)、その化学的特性、電子的特性、力学的特性などにより大きな注目を集めた。特に、化学的安定性、金属的、半導体的な電気伝導性、高い電子放出能、高い機械的強度、高い熱伝導性など様々な物性が観測、および期待されている。現在、このような物性を利用すべく、電界放出型電子放出素子、SPMプローブ、触媒、構造強化材料、電池電極、バイオセンサ材料など各方面において応用の可能性が研究されている。これらの中で、特にバイオセンサ材料においては、デバイスの小型化に伴う応答の低下が問題となっており、それをCNTの優れた電気伝導性とナノ構造体の微細構造に由来する生体分子との電子移動反応の促進作用からバイオセンサの高感度化における電極材料として期待されている。ただ、この際、CNTの分散およびCNTのデバイス形成技術の確立が重要な課題である。   CNT is a very small substance with an outer diameter on the order of nm, which is formed by nesting a plurality of cylinders with several atomic layers of rounded graphite-like carbon atoms. It was discovered in 1991 ( Non-patent document 1), attracted much attention due to its chemical characteristics, electronic characteristics, mechanical characteristics and the like. In particular, various physical properties such as chemical stability, metallic and semiconducting electrical conductivity, high electron emission ability, high mechanical strength, and high thermal conductivity are observed and expected. Currently, in order to utilize such physical properties, application possibilities are being studied in various fields such as field emission type electron-emitting devices, SPM probes, catalysts, structural reinforcing materials, battery electrodes, and biosensor materials. Among these, particularly in biosensor materials, there is a problem of a decrease in response due to the miniaturization of the device, which is characterized by excellent electrical conductivity of CNT and biomolecules derived from the microstructure of nanostructures. It is expected as an electrode material for enhancing the sensitivity of biosensors because of its action to promote electron transfer reaction. However, at this time, dispersion of CNTs and establishment of a CNT device formation technique are important issues.

CNTの製造方法は、黒鉛などのアーク放電(非特許文献2および3)による方法、触媒を用いた熱分解法(非特許文献4)、レーザー蒸発法(非特許文献5)、CVD法(非特許文献6)などが挙げられる。さらに、遠心分離法、ろ過法、酸化法、クロマトグラフ法等の種々の精製法が検討され、より高純度なCNTが生成可能となってきた。   The production method of CNT is a method using arc discharge (Non-patent Documents 2 and 3) such as graphite, a thermal decomposition method using a catalyst (Non-patent document 4), a laser evaporation method (Non-patent document 5), a CVD method (non-patent document 5). Patent document 6) etc. are mentioned. Furthermore, various purification methods such as a centrifugal separation method, a filtration method, an oxidation method, and a chromatographic method have been studied, and higher-purity CNTs can be generated.

上記デバイス等への応用を考えた場合、nmオーダーのCNT微粒子を集合体として取り扱う技術、たとえば、成膜、成型、配向技術が必要である。特に成膜に関しては重要で、CNTにおいても、蒸着法、CVD法などの乾式成膜法(特許文献1、2)、塗布、印刷、電気泳動(非特許文献7)などの湿式成膜法の検討が行われている。   In consideration of application to the above devices and the like, a technique for handling nanometer-order CNT fine particles as an aggregate, for example, a film formation, molding, and orientation technique is required. In particular, it is important for film formation, and CNT also uses dry film formation methods such as vapor deposition and CVD (patent documents 1 and 2), wet film formation methods such as coating, printing, and electrophoresis (non-patent document 7). Consideration is being made.

しかし、乾式成膜法は大規模な装置が必要であり、生産性が低いなどの問題がある。さらに、1μm以下の成膜は可能であるが、逆に1μm以上の成膜に時間がかかったり、成膜する部分にアルミナ、ポーラスSi等のようなポーラス状の型が必要であるという難点がある。   However, the dry film forming method requires a large-scale apparatus and has problems such as low productivity. Furthermore, although it is possible to form a film of 1 μm or less, there is a disadvantage that it takes time to form a film of 1 μm or more, and a porous mold such as alumina, porous Si or the like is necessary for the film forming part. is there.

また、塗布、印刷などの湿式成膜法は各種有機材料、顔料、ポリマー材料等では工業的には広く用いられているが、CNTへの具体的な応用例は少なく、また、CNTの分散性が悪いため、均一な薄膜が得られない。また、有機溶媒を分散媒体とすることが一般的であり、耐環境性の点で優れているとは言えない。さらに、塗布の場合、薄膜をパターン化する際、薄膜形成後にフォトリソグラフィーなどの方法により不用な部分を除去することとなり、貴重なCNT材料の成膜法としては効率的ではない。一方、電気泳動を用いた方法では、必要な部分のみに成膜することが可能であるが、高電位を必要とするため、それに伴い、副反応が生じたり、比較的低電位で分解の起こる水が使用できにくく、有機溶媒を分散媒体にしなければならず、塗布と同様、耐環境性において問題が残るのが現状である。
特開平6−184738号公報 特開平10−265208号公報 Nature, 354, p56, 1991 Nature, 354, p56, 1991 Nature, 358, p220, 1992 J.Phys.Chem.Solids, 54, p1841, 1993 Science, 273, p483, 1996 Science, 274, p1701, 1996 Jpn.J.Appl.Phys.Vol.35, L917, 1996
In addition, wet deposition methods such as coating and printing are widely used industrially in various organic materials, pigments, polymer materials, etc., but there are few specific applications to CNTs, and the dispersibility of CNTs However, a uniform thin film cannot be obtained. Moreover, it is common to use an organic solvent as a dispersion medium, and it cannot be said that it is excellent in terms of environmental resistance. Further, in the case of coating, when the thin film is patterned, unnecessary portions are removed by a method such as photolithography after the thin film is formed, which is not efficient as a method for forming a valuable CNT material. On the other hand, in the method using electrophoresis, it is possible to form a film only on a necessary portion, but since a high potential is required, a side reaction occurs and decomposition occurs at a relatively low potential. It is difficult to use water, and an organic solvent must be used as a dispersion medium. As in the case of coating, the problem remains in environmental resistance.
Japanese Patent Laid-Open No. 6-184738 Japanese Patent Laid-Open No. 10-265208 Nature, 354, p56, 1991 Nature, 354, p56, 1991 Nature, 358, p220, 1992 J. Phys. Chem. Solids, 54, p1841, 1993 Science, 273, p483, 1996 Science, 274, p1701, 1996 Jpn. J. Appl. Phys. Vol.35, L917, 1996

本発明の目的は、上記のように、CNTに期待される物性を有効に生かしたデバイスを得るために、生産性に優れ、低コストでCNT薄膜を作製できるCNT薄膜の製造方法、およびこの製造方法により作製したCNT薄膜を用いた高感度なバイオセンサを提供することにある。   As described above, an object of the present invention is to provide a method for producing a CNT thin film that is excellent in productivity and capable of producing a CNT thin film at low cost in order to obtain a device that effectively utilizes the physical properties expected of CNT, and the production thereof. An object of the present invention is to provide a highly sensitive biosensor using a CNT thin film produced by the method.

本発明は、前記の課題を解決するものとして、以下のとおりの特徴を有するものである。
<1> 電気化学的に酸化および還元が可能、または、酸化もしくは還元が可能な界面活性剤と高分子電解質溶液との混合物によりCNT粒子をミセル化して水性媒体中に分散または可溶化し、界面活性剤を電気化学的に酸化および還元、または、酸化もしくは還元してミセルを分解させ、ミセル内のCNT分散粒子を薄膜化することを特徴とするCNT薄膜の製造方法。
<2> 前記CNT粒子をミセル化して水性媒体に分散または可溶化する界面活性剤を陽極近傍で酸化および陰極近傍で還元、または、陽極近傍で酸化もしくは陰極近傍で還元することでミセルを分解させ、ミセル内のCNT分散粒子を電極上に堆積し、また、高分子電解質膜により電極上に堆積したCNT粒子を薄膜固定化することを特徴とする上記第1のCNT薄膜の製造方法。
<3> 前記界面活性剤と、高分子電解質溶液との混合物に、表面に前記界面活性剤の酸化電位よりも貴な金属化合物を付着させた電極を浸漬することにより、ミセルを分解させ、ミセル内のCNT分散粒子を陽極上に堆積させ、また、高分子電解質膜により電極上に堆積したCNT粒子を薄膜固定化することを特徴とする上記第1のCNT薄膜の製造方法。
<4> 前記界面活性剤と高分子電解との混合物にさらに酵素を加え、界面活性剤を電気化学的に酸化および還元、または、酸化もしくは還元してミセルを分解させ、ミセル内のCNT分散粒子と酵素を混合薄膜化することを特徴とする上記第1のCNT薄膜の製造方法。
<5> 電気化学的に酸化および還元が可能、または、酸化もしくは還元ができる界面活性剤がフェロセン誘導体からなるミセル化剤であり、高分子電解質溶液が薄膜固定化可能なミセル化剤であることを特徴とする上記第1から第4のいずれかのCNT薄膜の製造方法。
<6> 前記高分子電解質溶液は、ポリビニルアルコール、ジェランガム、Nafion(登録商標)、カラギーナン、ポリグルタミン酸、ポリアスパラギン酸、キトサン、ポリリシン、ポリアルギニン、ポリアクリル酸、アルギン酸およびポリオルニテンのうちの少なくともいずれか1つであることを特徴とする上記第1から第5のいずれかのCNT薄膜の製造方法。
<7> 高分子電解質溶液の濃度は、30から80%の範囲にあることを特徴とする上記第1から第6のいずれかのCNT薄膜の製造方法。
<8> 上記第4から第7のいずれかのCNT薄膜の製造方法で得られたCNT薄膜を電極として用いているバイオセンサであって、少なくとも電極と、電極を支持する支持体と、電極上にCNT薄膜を被覆してなることを特徴とするバイオセンサ。
<9> CNT薄膜上に高分子電解膜をさらに積層してなることを特徴とする上記第8のバイオセンサ。
The present invention has the following features to solve the above-described problems.
<1> CNT particles can be electrochemically oxidized and reduced, or CNT particles are micellized by a mixture of a surfactant capable of oxidation or reduction and a polymer electrolyte solution, and dispersed or solubilized in an aqueous medium. A method for producing a CNT thin film, characterized in that an activator is electrochemically oxidized and reduced, or oxidized or reduced to decompose micelles, and the CNT dispersed particles in the micelles are thinned.
<2> Deactivate micelles by oxidizing the CNT particles into micelles and dispersing or solubilizing them in an aqueous medium near the anode and reducing near the cathode, or oxidizing near the anode or reducing near the cathode. The method for producing the first CNT thin film according to claim 1, wherein the CNT dispersed particles in the micelle are deposited on the electrode, and the CNT particles deposited on the electrode are fixed to the thin film by the polymer electrolyte membrane.
<3> The micelle is decomposed by immersing an electrode in which a metal compound nobler than the oxidation potential of the surfactant is attached to the surface of the mixture of the surfactant and the polymer electrolyte solution. The first CNT thin film manufacturing method according to claim 1, wherein the CNT dispersed particles are deposited on the anode, and the CNT particles deposited on the electrode are fixed to the thin film by a polymer electrolyte membrane.
<4> An enzyme is further added to the mixture of the surfactant and the polymer electrolyte, and the surfactant is electrochemically oxidized and reduced, or oxidized or reduced to decompose the micelle, and the CNT dispersed particles in the micelle A method for producing the first CNT thin film as described above, wherein a thin film is formed by mixing the enzyme and the enzyme.
<5> Electrochemically oxidizable and reduced, or a surfactant capable of oxidation or reduction is a micellar agent composed of a ferrocene derivative, and a polymer electrolyte solution is a micellar agent capable of immobilizing a thin film. A method for producing a CNT thin film according to any one of the first to fourth aspects.
<6> The polymer electrolyte solution is at least one of polyvinyl alcohol, gellan gum, Nafion (registered trademark), carrageenan, polyglutamic acid, polyaspartic acid, chitosan, polylysine, polyarginine, polyacrylic acid, alginic acid and polyornithene. One of the first to fifth CNT thin film manufacturing methods, wherein the number is one.
<7> The method for producing a CNT thin film according to any one of the first to sixth aspects, wherein the concentration of the polymer electrolyte solution is in the range of 30 to 80%.
<8> A biosensor using a CNT thin film obtained by any one of the fourth to seventh CNT thin film manufacturing methods as an electrode, at least an electrode, a support that supports the electrode, and an electrode A biosensor characterized by being coated with a CNT thin film.
<9> The eighth biosensor as described above, wherein a polymer electrolyte membrane is further laminated on the CNT thin film.

本発明においては、第1の発明により、CNTに期待される物性を有効に生かしたデバイスを得るために、生産性に優れ、低コストでCNT薄膜を作製することができる。   In the present invention, according to the first invention, in order to obtain a device that effectively utilizes the physical properties expected of CNT, a CNT thin film can be produced with excellent productivity and low cost.

第2から第4の発明により、上記第1の発明の効果をさらに効率よく実現することができる。   According to the second to fourth inventions, the effect of the first invention can be realized more efficiently.

また、第5から第7の発明により、上記第1から第4の発明の効果に加えて、さらに効率よくCNT薄膜を製造することができる。   Further, according to the fifth to seventh inventions, in addition to the effects of the first to fourth inventions, a CNT thin film can be produced more efficiently.

そして、第8および第9の発明により、上記第4から第7いずれかのCNT薄膜を用いることで、高感度、かつ、低電圧で動作可能とすることをもできる、バイオセンサを得ることができる。   Then, according to the eighth and ninth inventions, it is possible to obtain a biosensor that can be operated with high sensitivity and low voltage by using any one of the fourth to seventh CNT thin films. it can.

本発明者らは、CNTを電気化学的に、酸化および還元が可能、または、酸化もしくは還元が可能な界面活性剤およびと高分子電解質溶液によりミセル化して水性媒体中に分散または可溶化し、前記界面活性剤を電気化学的に酸化および還元、または、酸化もしくは還元することにより、低コストで生産性が優れた高純度で均一なCNT薄膜を形成し、また、高分子電解質溶液を添加することによりCNT薄膜を強固に固定化する本発明に到達することができた。   The inventors of the present invention electrochemically oxidized or reduced CNT, or micelleized with a surfactant and a polyelectrolyte solution capable of being oxidized or reduced, and dispersed or solubilized in an aqueous medium. The surfactant is electrochemically oxidized and reduced, or oxidized or reduced to form a high-purity and uniform CNT thin film with excellent productivity at a low cost, and a polymer electrolyte solution is added. As a result, the present invention for firmly fixing the CNT thin film could be achieved.

ここで、本発明におけるCNTは、形状等に特に限定されるものではなく、例えば、CNTそのものでもよいし、また、修飾体としてもよく、さらに、CNTの一部または全部が中実体等としてもよい。   Here, the CNT in the present invention is not particularly limited to the shape or the like. For example, the CNT may be a CNT itself or may be a modified body, and further, a part or all of the CNT may be a solid body or the like. Good.

具体的には、例えば、CNTは、単層のCNTや多層のCNTであってもよく、さらにはバッキーオニオン(bucky-onion)構造を有していてもよい。また、溶媒や高分子への可溶化や親和性の改善、CNTにおける配列や配向を制御するため、CNTは、上記のとおり置換基の導入等により修飾してもよい。修飾方法および置換基の種類は、特に限定されない。修飾方法としては、例えば、公知の各種の修飾方法を利用することができるし、また置換基の種類としては、例えば、メチル基、t−ブチル基等のC1−10アルキル基等のアルキル基、フェニル基等のアリール基、ベンジル基等のアラルキル基、ジオキソラン単位、ハロゲンまたは酸素原子等、さらに液晶ポリマー、色素類、ポリエチレンオキシド等の導入により修飾してもよい。さらに、CNTには、金属をドープして内包してもよい。さらにまた、CNTは、例えば、断面形状が円形や楕円形、あるいは、その他の形状を含めた湾曲状、もしくは、n個の角部を持つ多角形状であって、その両端あるいは片端が開口したものでもよいし、例えば、両端が閉じたものでもよい。 Specifically, for example, the CNT may be a single-walled CNT or a multilayered CNT, and may further have a bucky-onion structure. Moreover, in order to improve the solubilization and affinity to a solvent or polymer, and to control the alignment and orientation in the CNT, the CNT may be modified by introducing a substituent as described above. The modification method and the type of substituent are not particularly limited. As the modification method, for example, various known modification methods can be used, and as the type of substituent, for example, an alkyl group such as a C 1-10 alkyl group such as a methyl group or a t-butyl group. In addition, an aryl group such as a phenyl group, an aralkyl group such as a benzyl group, a dioxolane unit, a halogen or oxygen atom, and the like, and liquid crystal polymers, dyes, polyethylene oxide and the like may be introduced. Further, the CNT may be doped with a metal and included. Furthermore, the CNT has, for example, a circular or elliptical cross-sectional shape, a curved shape including other shapes, or a polygonal shape having n corners, and both ends or one end thereof are open. For example, both ends may be closed.

本発明の成膜に用いる電気化学的に酸化および還元、または、酸化もしくは還元する方法としては、(A)いわゆるミセル電解法と呼ばれる方法(特許第1812057号など)、(B)電解以外の酸化還元反応を用いる方法(特開平3−23227号公報など)、(C)その他の電解方法(特開平2−164435号公報)などが挙げられるが、本発明で使用する酸化および/または還元方法は、本発明の目的を達成し得るものであれば良く、前記の方法に限定されるものではない。   Electrochemical oxidation and reduction, or oxidation or reduction methods used for film formation of the present invention include (A) a so-called micelle electrolysis method (Patent No. 1812057, etc.), (B) oxidation other than electrolysis Examples include a method using a reduction reaction (JP-A-3-23227, etc.), (C) other electrolysis method (JP-A-2-164435), etc., and the oxidation and / or reduction methods used in the present invention are as follows. As long as the object of the present invention can be achieved, the present invention is not limited to the above method.

本発明の電解重合膜に用いる方法としては、(A)主成分としてポリピロールを用いる方法(特開2004−304001号公報など)、(B)主成分としてオクテルチオフエンを用いる方法(特開平7−133341号公報など)、(C)主成分としてポリアニリンを含むモノマーを用いる方法(特開平5−28823号公報など)が挙げられるが、本発明で使用する電解重合膜は、本発明の目的を達成し得るものであれば良く、前記の方法に限定されるものではない。   As a method for use in the electrolytic polymer film of the present invention, (A) a method using polypyrrole as a main component (JP-A-2004-304001, etc.), and (B) a method using octelthiophene as a main component (JP-A-7- 133341, etc.) and (C) a method using a monomer containing polyaniline as a main component (Japanese Patent Laid-Open No. 5-28823, etc.), the electrolytic polymer film used in the present invention achieves the object of the present invention. As long as it can be used, the method is not limited to the above method.

特に、本発明のCNT薄膜の形成方法としては、以下に記載するものが好ましい。(1)電気化学的に酸化および還元が可能、または、酸化もしくは還元が可能な界面活性剤および高分子電解質溶液によりCNT粒子をミセル化して、水性媒体に分散または可溶化したミセルを電解することにより、電気化学的に酸化および還元が可能、または、酸化もしくは還元が可能な界面活性剤を電気化学的に酸化および還元、または、酸化もしくは還元してミセルを分解させ該ミセル内のCNT分散粒子を薄膜化し強固に固定化する方法、(2)電気化学的に酸化可能な界面活性剤およびと高分子電解質溶液によりCNT粒子をミセル化して水性媒体に分散、または可溶化した水性媒体中に、表面に界面活性剤の酸化電位よりも貴な金属化合物を付着させた電極を浸漬することにより前記ミセルを分解し、前記ミセル内のCNT分散粒子を陽極上に堆積させ、薄膜化し強固に固定化する方法。   In particular, the method described below is preferable as the method for forming the CNT thin film of the present invention. (1) Electrolyze micelles dispersed or solubilized in an aqueous medium by converting CNT particles into micelles with a surfactant and a polymer electrolyte solution that can be oxidized and reduced electrochemically or oxidized or reduced. Can be oxidized and reduced electrochemically, or a surfactant capable of oxidation or reduction is electrochemically oxidized and reduced, or oxidized or reduced to decompose micelles, and CNT dispersed particles in the micelles (2) Electrochemically oxidizable surfactant and a polymer electrolyte solution to form micelles of CNT particles and disperse or solubilize in an aqueous medium. Dissolve the micelles by immersing an electrode with a metal compound nobler than the oxidation potential of the surfactant on the surface, and disperse the CNTs in the micelles Child is deposited on the anode, a method of firmly immobilized thinned.

以下、本発明をさらに具体的に説明する。前記(1)のミセル電解法では、CNTを電気化学的に酸化および還元が可能、または、酸化もしくは還元が可能な界面活性剤によりミセル化して水性媒体に分散、または可溶化して、この水性媒体に必要に応じて支持塩を添加して電解すると、界面活性剤が陽極近傍で酸化、また陰極近傍で還元されることによりミセルが分解し、ミセル内のCNTの分散粒子が陽極および陰極それぞれの上、または、陽極もしくは陰極のどちらかの上に堆積し、また、共存する高分子電解質溶液により形成されると高分子電解質膜により電極上へCNTを強固に固定化するものである。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically. In the micelle electrolysis method of the above (1), CNT can be oxidized and reduced electrochemically, or is micellized with a surfactant capable of oxidation or reduction and dispersed or solubilized in an aqueous medium. When the support salt is added to the medium and electrolyzed as necessary, the surfactant is oxidized in the vicinity of the anode and reduced in the vicinity of the cathode, so that the micelle is decomposed, and the dispersed particles of CNT in the micelle are respectively dispersed in the anode and the cathode. Or when deposited with a polymer electrolyte solution that coexists with the anode or the cathode, the CNTs are firmly fixed on the electrode by the polymer electrolyte membrane.

このミセル電解法に使用する界面活性剤としては、フェロセン誘導体が好ましく、これらCNTをミセル化する際に用いるフェロセン誘導体界面活性剤は、電解反応に必要なフェロセン部位と非イオン性、カチオン性、アニオン性の界面活性部位を合わせ持ち、例えば、特開昭63−243298号公報、特開平1−2に6894号公報、特開平1−45370号公報、特開平2−88387号公報、特開平2−96585号公報、特開平2−250892号公報等に開示されているが、これらに限定されるものではない。   As the surfactant used in this micelle electrolysis method, a ferrocene derivative is preferable, and the ferrocene derivative surfactant used for the micellization of these CNTs is a ferrocene site required for an electrolytic reaction and a nonionic, cationic, anion. For example, JP-A 63-243298, JP-A 1-2-6894, JP-A 1-453370, JP-A 2-88387, JP-A 2- Although disclosed in Japanese Patent No. 96585 and Japanese Patent Laid-Open No. 2-250892, the present invention is not limited to these.

フェロセン誘導体以外の界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルなどの非イオン性の界面活性剤が用いられ、陽極と陰極間を、例えば、3.0〜5.0Vに設定し、電流密度10〜100mA/cmとして行なう。 As the surfactant other than the ferrocene derivative, a nonionic surfactant such as polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene fatty acid ester, polyoxyethylene alkylphenyl ether, or the like is used. It is set to 0.0 to 5.0 V and the current density is set to 10 to 100 mA / cm 2 .

このミセル電解法に使用する高分子電解質溶液としては、例えば、Nafion(登録商標)、ポリビニルアルコール、ジエランガム、カラギーナン、ポリグルタミン酸、ポリアスパラギン酸、キトサン、ポリリシン、ポリアルギニン、ポリアクリル酸、アルギン酸、ポリオルニテン等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。   Examples of the polymer electrolyte solution used in this micelle electrolysis method include Nafion (registered trademark), polyvinyl alcohol, dielan gum, carrageenan, polyglutamic acid, polyaspartic acid, chitosan, polylysine, polyarginine, polyacrylic acid, alginic acid, polyornithene However, it is not limited to these.

ミセル電解液の水性媒体としては、水、および水溶性溶媒、例えばアルコール、アセトンなどを必要に応じて混合して用いる。また、ミセル電解液中には、水性媒体の電気伝導度を調節するために、必要に応じて支持電解質を添加する。この支持電解質としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、などの硫酸塩、ハロゲン化物、酢酸塩、水溶性酸化物など、一般に広く用いられているものが用いられる。   As an aqueous medium for the micellar electrolyte, water and a water-soluble solvent such as alcohol, acetone and the like are mixed and used as necessary. In addition, a supporting electrolyte is added to the micellar electrolyte as necessary in order to adjust the electric conductivity of the aqueous medium. As this supporting electrolyte, generally used ones such as sulfates such as alkali metals and alkaline earth metals, halides, acetates and water-soluble oxides are used.

上記各材料を用いて、ミセル電解液を調製するには、上記水性媒体中にCNT、酸化還元可能な界面活性剤、必要に応じて、支持電解質などを入れて、ホモジナイサー、三本ロールミル、サンドミル、パールミル、スターラー、超音波などの分散方法で、均一に分散、あるいは可溶化する。界面活性剤濃度は0.02〜1.0mol/Lが好ましく、CNT粒子濃度は1〜500g/Lが好ましい。   In order to prepare a micellar electrolyte using each of the above materials, a CNT, a redox capable surfactant, and a supporting electrolyte, if necessary, are placed in the aqueous medium, and a homogenizer, a three-roll mill, a sand mill. It is uniformly dispersed or solubilized by a dispersion method such as pearl mill, stirrer or ultrasonic wave. The surfactant concentration is preferably 0.02 to 1.0 mol / L, and the CNT particle concentration is preferably 1 to 500 g / L.

また、CNTは通常、外径1〜数十nm程度で、長さが数μm以上の高アスペクト比の繊維状粒子が束状になっており、水性媒体中に分散、または可溶化するには、必要に応じて超音波等を用いてこれらの束をほぐしたり、アスペクト比のあまりに大きいものは粉砕することによって安定に分散、または可溶化することができる。   Also, CNTs are usually bundled with high aspect ratio fibrous particles having an outer diameter of about 1 to several tens of nanometers and a length of several μm or more. To disperse or solubilize them in an aqueous medium. If necessary, these bundles can be loosened using ultrasonic waves or the like, or those having an excessively high aspect ratio can be stably dispersed or solubilized by grinding.

このようにして調製したミセル電解液を用いて薄膜を作製するには、電極基板を電解液中に浸漬し通電処理するが、この時の電解条件としては、用いる界面活性剤の酸化還元電位以上で、水素発生電位以下の電圧で行なう。具体的には、0.1〜1.5V、電流密度は1mA/cm以下が好ましく、定電位、定電流などの電解方法にて行なう。このような条件で電解するとミセル電解法の原理に従って、所望の薄膜が形成する。 In order to produce a thin film using the micelle electrolyte prepared in this way, the electrode substrate is immersed in the electrolyte and energized. The electrolysis conditions at this time are higher than the redox potential of the surfactant used. And at a voltage lower than the hydrogen generation potential. Specifically, 0.1 to 1.5 V and a current density of 1 mA / cm 2 or less are preferable, and an electrolysis method such as constant potential or constant current is used. When electrolysis is performed under such conditions, a desired thin film is formed according to the principle of the micelle electrolysis method.

前記(2)の電解以外の酸化還元反応を用いる方法では、ミセル化までは(1)と同様であるが、薄膜を形成する電極上に使用する界面活性剤の酸化電位、例えばフェロセン誘導体の酸化電位よりも貴な金層化合物を付着させたものを用いてミセル分散液中で半電池電極を形成させると、ミセル分散液中に浸漬するだけで、例えばフェロセン誘導体の場合、金属化合物中の金属イオンが還元され、フェロセン誘導体のFeが酸化されるため、ミセルが分解して、分散粒子のCNTが陽極上に堆積する。ここで用いるフェロセン誘導体は、(1)と同様なものが用いられる。ただし、この方法における場合も界面活性剤はフェロセン誘導体に限定されるものではなく、基準となる酸化還元電位は、使用する界面活性剤の酸化還元電位となる。   The method (2) using an oxidation-reduction reaction other than electrolysis is the same as in (1) until micellization, but the oxidation potential of the surfactant used on the electrode forming the thin film, for example, oxidation of the ferrocene derivative When a half-cell electrode is formed in a micelle dispersion using a gold layer compound nobler than the potential, for example, in the case of a ferrocene derivative, the metal in the metal compound is simply immersed in the micelle dispersion. Since ions are reduced and Fe of the ferrocene derivative is oxidized, the micelles are decomposed and CNTs of dispersed particles are deposited on the anode. The ferrocene derivative used here is the same as (1). However, even in this method, the surfactant is not limited to the ferrocene derivative, and the reference oxidation-reduction potential is the oxidation-reduction potential of the surfactant to be used.

電極基板前記(1)で界面活性剤としてフェロセン化合物を使用する場合には、フェロセン化合物の酸化電位よりも貴な導電体、たとえば、金、銀、白金、カーボン、ITOなどの導電性金属酸化物、導電性高分子などが挙げられる。これらは、単体で用いても、各種金属、セラミックス、ガラス、ポリマーフイルム等の支持体基板上にスパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法等の物理的方法、印刷法、塗布法、化学蒸着法などの化学的方法などにより形成して用いてもよい。   When the ferrocene compound is used as the surfactant in the electrode substrate (1), a conductor having a higher precious potential than the oxidation potential of the ferrocene compound, for example, a conductive metal oxide such as gold, silver, platinum, carbon, ITO, etc. And conductive polymers. These can be used alone or on physical substrates such as sputtering, ion plating, vacuum deposition, etc. on support substrates such as various metals, ceramics, glass, and polymer films, printing methods, coating methods, chemical vapor depositions. You may form and use by chemical methods, such as a method.

前記(1)で界面活性剤としてフェロセン化合物以外の界面活性剤を使用する場合には、前記で挙げたもの以外に、アルミニウム、鉄、亜鉛、錫、ニッケルなどの金属、合金、結晶シリコン、アモルファスシリコンなどの半導体などを用いることができる。   When a surfactant other than the ferrocene compound is used as the surfactant in (1), in addition to those listed above, metals such as aluminum, iron, zinc, tin, nickel, alloys, crystalline silicon, amorphous A semiconductor such as silicon can be used.

前記(2)の場合には、各種金属、カーボン、導電性金属酸化物、導電性高分子などの上に、フェロセン化合物の酸化電位よりも貴な金属化合物を付着させたものを用いる。金属化合物としてはPbO、MnO、CuO、WO、ZnO、CuS、HgS、AgS等が挙げられ、スパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法等の物理的方法、印刷法、塗布法、化学蒸着法などの化学的方法などによって付着させることができる。また、鉛、マンガン、アルミニウム、亜鉛などの金属単体を酸化して使用することもできる。 In the case of (2), a material obtained by attaching a metal compound nobler than the oxidation potential of the ferrocene compound on various metals, carbon, conductive metal oxide, conductive polymer and the like is used. Examples of the metal compound include PbO, MnO 2 , CuO 2 , WO, ZnO 2 , Cu 2 S, HgS, Ag 2 S, etc., physical methods such as sputtering, ion plating, and vacuum deposition, printing methods It can be attached by a chemical method such as a coating method or a chemical vapor deposition method. Moreover, simple metals such as lead, manganese, aluminum and zinc can be oxidized and used.

電極基板の疎水化処理によってCNT薄膜の接着牲を向上できる。ここで、電極基板の疎水化処理は種々の方法で行なうことができるが、例えば、カップリング剤を使用した処理などが挙げられる。この際使用されるカップリング剤は一般的に使用されているものでよく、たとえば、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、ジルコニウムカップリング剤、アクリレート系カップリング剤、メタクリレート系カップリング剤などである。これらのカップリング剤を溶剤中に溶解し、被処理電極基板を浸漬し加熱還流し乾燥したり、直接カップリング剤を塗布乾燥したりしてもよく、これらのプロセスには限定されない。   The adhesion of the CNT thin film can be improved by the hydrophobic treatment of the electrode substrate. Here, the hydrophobic treatment of the electrode substrate can be performed by various methods, and examples thereof include a treatment using a coupling agent. Coupling agents used at this time may be those commonly used, such as silane coupling agents, titanium coupling agents, zirconium coupling agents, acrylate coupling agents, methacrylate coupling agents, etc. is there. These coupling agents may be dissolved in a solvent, the electrode substrate to be treated may be immersed and heated to reflux to dry, or the coupling agent may be applied and dried directly, and is not limited to these processes.

CNT薄膜を作製する際に用いる電気化学的に酸化および/または還元可能な界面活性剤および高分子電解質溶液混合液中に酵素を添加することにより、電極上にCNT薄膜形成時に酵素も固定化することができ、バイオセンサとしての使用が可能となる。また、CNT薄膜形成後にCNT薄膜上に酵素を固定化することによりバイオセンサとしての使用が可能となる。このとき、酵素の固定化には、例えば、(A)グルタルアルデヒド等による化学的結合法、(B)CMCやキトサンビーズ等吸着担体への物理的吸着固定法等が挙げられるが、これらのプロセスには限定されない。   By adding an enzyme to the electrochemically oxidizable and / or reducible surfactant and polyelectrolyte solution mixture used for producing the CNT thin film, the enzyme is also immobilized on the electrode when the CNT thin film is formed. Can be used as a biosensor. In addition, it can be used as a biosensor by immobilizing an enzyme on the CNT thin film after forming the CNT thin film. At this time, examples of the immobilization of the enzyme include (A) a chemical bonding method using glutaraldehyde and the like, and (B) a physical adsorption fixing method to an adsorption carrier such as CMC and chitosan beads. It is not limited to.

ここで、本発明における酵素は、測定対象物(測定目的)に応じて、適宜に採択することができ、特に限定されるものではない。例えば、アルコールオキシダーゼやグルコースオキシダーゼ、ガラクトースオキシダーゼ等が使用できる。   Here, the enzyme in the present invention can be appropriately selected according to the measurement object (measurement purpose), and is not particularly limited. For example, alcohol oxidase, glucose oxidase, galactose oxidase and the like can be used.

本発明では、このようにして作製したCNT薄膜をバイオセンサに応用した。図1に、CNT薄膜を用いたバイオセンサの電極構成例を例示した。ただし、本発明のCNT薄膜を用いたバイオセンサは、このような構成に限定されるものではなく、例えば、参照電極を陰極として使用した2電極構成でもよい。   In the present invention, the CNT thin film thus produced is applied to a biosensor. FIG. 1 illustrates an electrode configuration example of a biosensor using a CNT thin film. However, the biosensor using the CNT thin film of the present invention is not limited to such a configuration, and may be, for example, a two-electrode configuration using a reference electrode as a cathode.

本発明のバイオセンサの配置パターンと構成パターンについてさらに説明すると、本発明のバイオセンサは作用極、対極、参照極の3電極構成、作用極および対極の2電極構成での電気化学測定器であれば、CNT薄膜の作成ならびにバイオセンサの作製が可能であり、配置パターンで定義されるものはない。   The arrangement pattern and the configuration pattern of the biosensor of the present invention will be further described. The biosensor of the present invention can be an electrochemical measuring instrument having a three-electrode configuration of a working electrode, a counter electrode, and a reference electrode, and a two-electrode configuration of a working electrode and a counter electrode. For example, it is possible to create a CNT thin film and a biosensor, and there is nothing defined by the arrangement pattern.

また、構成パターンは上記のとおり、通常の電気化学測定器であれば可能であることを考えると、電極の構成パターンで薄膜形成が変化することもない。さらに、本発明のCNT薄膜の作製方法は、界面活性剤のミセル分解を電気化学的に行うものであることから、電極間距離および電極板の厚み、電極サイズには依存せず、ある一定電圧を界面活性剤に印加できるものであればどのような条件でも成膜可能である。   In addition, as described above, considering that the configuration pattern can be a normal electrochemical measuring instrument, the formation of the thin film does not change depending on the configuration pattern of the electrode. Furthermore, since the method for producing a CNT thin film of the present invention is to perform the micelle decomposition of the surfactant electrochemically, it does not depend on the distance between electrodes, the thickness of the electrode plate, and the electrode size, and has a certain constant voltage. As long as it can be applied to the surfactant, the film can be formed under any conditions.

図1中、1は陽極(カーボン電極)で、前述の電気化学的手法により、CNT薄膜を構成できるものを用い、電極材料自体が支持基板を構成しても、別の支持基板上に電極を構成してもよい。なお、2は陰極、3は参照電極、5は銀リードをそれぞれ示している。また、図には示していないが、本発明においては、例えば、参照電極を陰極として使用する2電極式の構成でもよい。   In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an anode (carbon electrode) that can form a CNT thin film by the above-described electrochemical method. Even if the electrode material itself forms a support substrate, an electrode is formed on another support substrate. It may be configured. 2 represents a cathode, 3 represents a reference electrode, and 5 represents a silver lead. Further, although not shown in the figure, in the present invention, for example, a two-electrode configuration using the reference electrode as a cathode may be used.

また、CNT薄膜を用いたバイオセンサの断面模式図を図2に例示した。陽極1上には、電気化学的手法により作製したCNT薄膜6と高分子電解膜7がある。図2に例示した第一の実施形態例のバイオセンサは、陽極1を含む支持体4の表面に、CNT薄膜6および高分子電解膜7が順に積層されている。CNT薄膜6は作用極の表面のみを被覆し、高分子電解膜7はCNT薄膜6を完全に被覆するように形成されている。また、周辺領域の大きさの上限は特に限定されないが、バイオセンサ製造のしやすさやコストなどの状況を勘案して適宜決定される。   Moreover, the cross-sectional schematic diagram of the biosensor using a CNT thin film was illustrated in FIG. On the anode 1, there are a CNT thin film 6 and a polymer electrolyte membrane 7 produced by an electrochemical method. In the biosensor of the first embodiment illustrated in FIG. 2, a CNT thin film 6 and a polymer electrolyte membrane 7 are sequentially laminated on the surface of a support 4 including the anode 1. The CNT thin film 6 covers only the surface of the working electrode, and the polymer electrolyte membrane 7 is formed so as to completely cover the CNT thin film 6. In addition, the upper limit of the size of the peripheral region is not particularly limited, but is appropriately determined in consideration of circumstances such as ease of manufacturing the biosensor and cost.

また、図3に、本発明によるバイオセンサの第二の実施形態例として、高分子電解膜(電解重合膜)7の上に、さらに機能性膜8を設けた例を示す。   FIG. 3 shows an example in which a functional membrane 8 is further provided on a polymer electrolyte membrane (electrolytic polymer membrane) 7 as a second embodiment of the biosensor according to the present invention.

また、図3に示される機能性膜8には、電解重合法による成膜、無電解析出法による成膜、電解析出法による成膜あるいはディップコート法、キャスト法による成膜等が挙げられるが、これらのプロセスには限定されない。   Further, the functional film 8 shown in FIG. 3 includes a film formation by an electrolytic polymerization method, a film formation by an electroless deposition method, a film formation by an electrolytic deposition method, a dip coating method, a film formation by a cast method, and the like. However, it is not limited to these processes.

本発明は、このようにして作製したCNT薄膜をセンサデバイス10とし、表示装置9と組み合わせて使用することができる。なお、図4は、本発明によるセンサデバイスの一実施形態を例示している。   In the present invention, the CNT thin film thus produced can be used as the sensor device 10 in combination with the display device 9. FIG. 4 illustrates one embodiment of the sensor device according to the present invention.

以下、本発明の実施例を示す。もちろん、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described below. Of course, the present invention is not limited to these examples.

<実施例1>
CNT1g、フェロセン誘導体としてFTMA(同仁化学製)30mmol/L、高分子電解質溶液として5%Nafion(登録商標)を、0.1MのMOPS緩衝液に加えて30分間超音波分散して、成膜用の分散液を作製した。この分散液を用いて、陽極にカーボン電極を配したポリエチレンテレフタレート基板、陰極にカーボン電極、参照電極に銀/塩化銀電極(Ag/AgCl)として、25℃、0.3V(vs.参照電極)の定電位電解を2時間行ない、陽極上に23.74μmの均一なCNT薄膜が形成できた。
<実施例2>
(1) CNT1g、フェロセン誘導体としてFTMA(同仁化学製)30mmol/L、5%Nafion(登録商標)を0.1MのMOPS緩衝液に加えて30分間超音波分散して、成膜用の分散液を作製した。この分散液に酵素としてグルコースオキシダーゼを2000U添加し、陽極にカーボン電極を配したポリエチレンテレフタレート基板、陰極にカーボン電極、参照電極に銀/塩化銀電極(Ag/AgCl)として、25℃、0.3V(vs.参照電極)の定電位電解を2時間行ない、陽極上にCNT薄膜を用いたバイオセンサを形成できた。該バイオセンサを用い、印加電圧0.4V(vs.参照電極)にてグルコース測定を行った結果を図5(a)に示す。
(2) また、実施例2の比較例1も行った。比較例1の実施条件と結果は、次のとおりであった。
<Example 1>
CNT 1 g, FTMA (manufactured by Dojindo) 30 mmol / L as a ferrocene derivative, 5% Nafion (registered trademark) as a polymer electrolyte solution were added to a 0.1 M MOPS buffer solution and ultrasonically dispersed for 30 minutes for film formation A dispersion was prepared. Using this dispersion, a polyethylene terephthalate substrate having a carbon electrode on the anode, a carbon electrode on the cathode, and a silver / silver chloride electrode (Ag / AgCl) on the reference electrode, 25 ° C., 0.3 V (vs. reference electrode) Was conducted for 2 hours, and a uniform CNT thin film of 23.74 μm could be formed on the anode.
<Example 2>
(1) CNT 1 g, FTMA (manufactured by Dojindo) 30 mmol / L, 5% Nafion (registered trademark) as a ferrocene derivative is added to a 0.1 M MOPS buffer solution and ultrasonically dispersed for 30 minutes to form a dispersion for film formation Was made. To this dispersion, 2000 U of glucose oxidase was added as an enzyme, a carbon terephthalate substrate with a carbon electrode on the anode, a carbon electrode on the cathode, and a silver / silver chloride electrode (Ag / AgCl) on the reference electrode, 25 ° C., 0.3 V (Vs. Reference electrode) was subjected to constant potential electrolysis for 2 hours, and a biosensor using a CNT thin film was formed on the anode. FIG. 5A shows the results of glucose measurement using the biosensor at an applied voltage of 0.4 V (vs. reference electrode).
(2) Moreover, the comparative example 1 of Example 2 was also performed. The implementation conditions and results of Comparative Example 1 were as follows.

グラファイト粉末1g、フェロセン誘導体としてFTMA(同仁化学製)30mmol/L、5%Nafion(登録商標)を、0.1MのMOPS緩衝液に加えて30分間超音波分散して、成膜用の分散液を作製した。この分散液に酵素としてグルコースオキシダーゼを2000U添加し、陽極にカーボン電極を配したポリエチレンテレフタレート基板、陰極にカーボン電極、参照電極に銀/塩化銀電極(Ag/AgCl)として、25℃、0.3V(vs.参照電極)の定電位電解を2時間行ない、グラファイト薄膜を用いたバイオセンサを形成し、実施例2で作製したバイオセンサとの比較を行ったところ(図5(b))、CNT薄膜を形成させたバイオセンサよりも応答電流値が低かった。
<実施例3>
CNT1g、フェロセン誘導体としてFTMA(同仁化学製)30mmol/L、5%Nafion(登録商標)を、0.1MのMOPS緩衝液に加えて30分間超音波分散して、成膜用の分散液を作製した。この分散液に酵素としてグルコースオキシダーゼを2000U添加し、陽極にカーボン電極を配したポリエチレンテレフタレート基板、陰極にカーボン電極、参照電極に銀/塩化銀電極(Ag/AgCl)として、25℃、0.3V(vs.参照電極)の定電位電解を2時間行ない、陽極上に酵素担持CNT薄膜を形成し、さらに100mmol/Lフェリシアン化カリウムと、100mmol/LのFeClを溶解した水溶液中に浸漬後、電流密度40μA/cmで通電し、電極上に電解析出法によりプルシアンブルーの機能性膜を成膜させ、バイオセンサを作製した。該バイオセンサを用い、25℃、−0.2V(vs.参照電極)にてグルコース測定を行った結果(図6)、基質との良好な反応性を示した。
<実施例4>
(1) CNT1g、フェロセン誘導体としてFTMA(同仁化学製)を30mmol/L、5%Nafionを、0.1MのMOPS緩衝液に加えて30分間超音波分散して、成膜用の分散液を作製した。この分散液に酵素としてラクテートオキシダーゼを2000U添加し、陽極にカーボン電極を配したポリエチレンテレフタレート基板、陰極にカーボン電極、参照電極に銀/塩化銀電極(Ag/AgCl)として、25℃、0.3V(vs.参照電極)の定電位電解を2時間行ない、CNT薄膜を用いたバイオセンサを形成できた。該バイオセンサを用い、印加電圧0.4V(vs.参照電極)にて乳酸測定を行った結果を図7(a)に示す。
(2) この実施例4の比較例2も行った。比較例2の実施条件と結果は、次のとおりであった。
1 g of graphite powder, FTMA (manufactured by Dojindo) 30 mmol / L, 5% Nafion (registered trademark) as a ferrocene derivative, ultrasonically dispersed for 30 minutes in a 0.1 M MOPS buffer, and a dispersion for film formation Was made. To this dispersion was added 2000 U of glucose oxidase as an enzyme, a polyethylene terephthalate substrate having a carbon electrode on the anode, a carbon electrode on the cathode, and a silver / silver chloride electrode (Ag / AgCl) on the reference electrode, 25 ° C., 0.3 V (Vs. Reference electrode) was subjected to constant potential electrolysis for 2 hours to form a biosensor using a graphite thin film, and compared with the biosensor prepared in Example 2 (FIG. 5B). The response current value was lower than that of the biosensor formed with a thin film.
<Example 3>
CNT 1g, FTMA (manufactured by Dojindo) 30 mmol / L, 5% Nafion (registered trademark) as a ferrocene derivative, ultrasonically dispersed in 0.1 M MOPS buffer for 30 minutes to prepare a dispersion for film formation did. To this dispersion was added 2000 U of glucose oxidase as an enzyme, a polyethylene terephthalate substrate having a carbon electrode on the anode, a carbon electrode on the cathode, and a silver / silver chloride electrode (Ag / AgCl) on the reference electrode, 25 ° C., 0.3 V (Vs. reference electrode) was subjected to constant potential electrolysis for 2 hours, an enzyme-supported CNT thin film was formed on the anode, and further immersed in an aqueous solution in which 100 mmol / L potassium ferricyanide and 100 mmol / L FeCl 3 were dissolved. A biosensor was manufactured by energizing at a density of 40 μA / cm 2 and forming a Prussian blue functional film on the electrode by electrolytic deposition. As a result of glucose measurement using the biosensor at 25 ° C. and −0.2 V (vs. reference electrode) (FIG. 6), good reactivity with the substrate was shown.
<Example 4>
(1) CNT 1 g, FTMA (manufactured by Dojindo) as a ferrocene derivative, 30 mmol / L, 5% Nafion added to 0.1 M MOPS buffer and ultrasonically dispersed for 30 minutes to prepare a dispersion for film formation did. To this dispersion, 2000 U of lactate oxidase was added as an enzyme, a polyethylene terephthalate substrate with a carbon electrode on the anode, a carbon electrode on the cathode, and a silver / silver chloride electrode (Ag / AgCl) on the reference electrode, 25 ° C., 0.3 V (vs. Reference electrode) was subjected to constant potential electrolysis for 2 hours to form a biosensor using a CNT thin film. FIG. 7A shows the results of lactic acid measurement using the biosensor and an applied voltage of 0.4 V (vs. reference electrode).
(2) Comparative Example 2 of Example 4 was also performed. The implementation conditions and results of Comparative Example 2 were as follows.

グラファイト粉末1g、フェロセン誘導体としてFTMA(同仁化学製)30mmol/L、5%Nafion(登録商標)を、0.1MのMOPS緩衝液に加えて30分間超音波分散して、成膜用の分散液を作製した。この分散液に酵素としてラクテートオキシダーゼを2000U添加し、陽極にカーボン電極を配したポリエチレンテレフタレート基板、陰極にカーボン電極、参照電極に銀/塩化銀電極(Ag/AgCl)として、25℃、0.3V(vs.参照電極)の定電位電解を2時間行ない、グラファイト薄膜を用いたバイオセンサを形成し、実施例4で作製したバイオセンサとの比較を行ったところ(図7(b))、CNT薄膜を形成させたバイオセンサよりも応答電流値が低かった。
<実施例5>
(1) CNT1g、フェロセン誘導体としてFTMA(同仁化学製)を30mmol/L、5%Nafionを、0.1MのMOPS緩衝液に加えて30分間超音波分散して、成膜用の分散液を作製した。この分散液に酵素としてプトレシンオキシダーゼを2000U添加し、陽極にカーボン電極を配したポリエチレンテレフタレート基板、陰極にカーボン電極、参照電極に銀/塩化銀電極(Ag/AgCl)として、25℃、0.3V(vs.参照電極)の定電位電解を2時間行ない、CNT薄膜を用いたバイオセンサを形成できた。該バイオセンサを用い、印加電圧0.4V(vs.参照電極)にてプトレシン測定を行った結果を図8(a)に示す。
(2) この実施例5の比較例3も行った。比較例3の実施条件と結果は、次のとおりであった。
1 g of graphite powder, FTMA (manufactured by Dojindo) 30 mmol / L, 5% Nafion (registered trademark) as a ferrocene derivative, ultrasonically dispersed for 30 minutes in a 0.1 M MOPS buffer, and a dispersion for film formation Was made. 2000 U of lactate oxidase as an enzyme was added to this dispersion, a carbon terephthalate substrate with a carbon electrode on the anode, a carbon electrode on the cathode, and a silver / silver chloride electrode (Ag / AgCl) on the reference electrode, 25 ° C., 0.3 V (Vs. reference electrode) was subjected to constant potential electrolysis for 2 hours to form a biosensor using a graphite thin film and compared with the biosensor prepared in Example 4 (FIG. 7B). CNT The response current value was lower than that of the biosensor formed with a thin film.
<Example 5>
(1) CNT 1 g, FTMA (manufactured by Dojindo) as a ferrocene derivative, 30 mmol / L, 5% Nafion added to 0.1 M MOPS buffer, and ultrasonically dispersed for 30 minutes to prepare a dispersion for film formation did. To this dispersion was added 2000 U of putrescine oxidase as an enzyme, a polyethylene terephthalate substrate with a carbon electrode on the anode, a carbon electrode on the cathode, and a silver / silver chloride electrode (Ag / AgCl) on the reference electrode, 25 ° C., 0.3 V (vs. Reference electrode) was subjected to constant potential electrolysis for 2 hours, and a biosensor using a CNT thin film could be formed. FIG. 8A shows the result of putrescine measurement using the biosensor at an applied voltage of 0.4 V (vs. reference electrode).
(2) Comparative Example 3 of Example 5 was also performed. The implementation conditions and results of Comparative Example 3 were as follows.

グラファイト粉末1g、フェロセン誘導体としてFTMA(同仁化学製)30mmol/L、5%Nafion(登録商標)を、0.1MのMOPS緩衝液に加えて30分間超音波分散して、成膜用の分散液を作製した。この分散液に酵素としてプトレシンオキシダーゼを2000U添加し、陽極にカーボン電極を配したポリエチレンテレフタレート基板、陰極にカーボン電極、参照電極に銀/塩化銀電極(Ag/AgCl)として、25℃、0.3V(vs.参照電極)の定電位電解を2時間行ない、グラファイト薄膜を用いたバイオセンサを形成し、実施例5で作製したバイオセンサとの比較を行ったところ(図8(b))、CNT薄膜を形成させたバイオセンサよりも応答電流値が低かった。
<実施例6>
CNT1g、フェロセン誘導体としてFTMA(同仁化学製)を30mmol/L、高分子電解質溶液として5%ポリビニルアルコールを、0.1MのMOPS緩衝液に加えて30分間超音波分散して、成膜用の分散液を作製した。この分散液に酵素としてグルコースオキシダーゼを2000U添加し、陽極にカーボン電極を配したポリエチレンテレフタレート基板、陰極にカーボン電極、参照電極に銀/塩化銀電極(Ag/AgCl)として、25℃、0.3V(vs.参照電極)の定電位電解を2時間行ない、CNT薄膜を用いたバイオセンサを形成できた。このバイオセンサを用い、印加電圧0.4V(vs.参照電極)にてグルコース測定を行った結果を図9に示す。
1 g of graphite powder, FTMA (manufactured by Dojindo) 30 mmol / L, 5% Nafion (registered trademark) as a ferrocene derivative, ultrasonically dispersed for 30 minutes in a 0.1 M MOPS buffer, and a dispersion for film formation Was made. To this dispersion was added 2000 U of putrescine oxidase as an enzyme, a polyethylene terephthalate substrate with a carbon electrode on the anode, a carbon electrode on the cathode, and a silver / silver chloride electrode (Ag / AgCl) on the reference electrode, 25 ° C., 0.3 V (Vs. reference electrode) was subjected to constant potential electrolysis for 2 hours to form a biosensor using a graphite thin film, and compared with the biosensor prepared in Example 5 (FIG. 8B), CNT The response current value was lower than that of the biosensor formed with a thin film.
<Example 6>
CNT 1g, FTMA (manufactured by Dojindo) as a ferrocene derivative, 30 mmol / L, 5% polyvinyl alcohol as a polymer electrolyte solution was added to a 0.1 M MOPS buffer solution and ultrasonically dispersed for 30 minutes to disperse for film formation A liquid was prepared. To this dispersion, 2000 U of glucose oxidase was added as an enzyme, a carbon terephthalate substrate with a carbon electrode on the anode, a carbon electrode on the cathode, and a silver / silver chloride electrode (Ag / AgCl) on the reference electrode, 25 ° C., 0.3 V (vs. Reference electrode) was subjected to constant potential electrolysis for 2 hours, and a biosensor using a CNT thin film could be formed. FIG. 9 shows the results of glucose measurement using this biosensor at an applied voltage of 0.4 V (vs. reference electrode).

図9に示したとおり、前記バイオセンサはグルコースと反応し応答電流値を高め、グルコースを測定することができた。   As shown in FIG. 9, the biosensor reacted with glucose to increase the response current value, and was able to measure glucose.

本発明のバイオセンサにおける電極構成の一例を示した平面模式図である。It is the plane schematic diagram which showed an example of the electrode structure in the biosensor of this invention. 本発明のバイオセンサにおける電極構成の一例を示した断面模式図である。It is the cross-sectional schematic diagram which showed an example of the electrode structure in the biosensor of this invention. 本発明のバイオセンサにおける電極構成の別の例を示した断面模式図である。It is the cross-sectional schematic diagram which showed another example of the electrode structure in the biosensor of this invention. 本発明によるセンサデバイスの一実施形態を例示した模式図である。It is the schematic diagram which illustrated one Embodiment of the sensor device by this invention. 本発明のバイオセンサによるグルコース測定の結果を示した図であり、(a)は本発明のバイオセンサ(CNT薄膜)を使用した場合、(b)は比較例としてグラファイト薄膜を使用した場合を示している。It is the figure which showed the result of the glucose measurement by the biosensor of this invention, (a) shows the case where the biosensor (CNT thin film) of this invention is used, (b) shows the case where a graphite thin film is used as a comparative example. ing. 本発明のバイオセンサによる別の条件でのグルコース測定の結果を示した図である。It is the figure which showed the result of the glucose measurement on another conditions by the biosensor of this invention. 本発明のバイオセンサによる乳酸測定の結果を示した図であり、(a)は本発明のバイオセンサ(CNT薄膜)を使用した場合、(b)は比較例としてグラファイト薄膜を使用した場合を示している。It is the figure which showed the result of the lactic acid measurement by the biosensor of this invention, (a) shows the case where the biosensor (CNT thin film) of this invention is used, (b) shows the case where a graphite thin film is used as a comparative example. ing. 本発明のバイオセンサによるプトレシン測定の結果を示した図であり、(a)は本発明のバイオセンサ(CNT薄膜)を使用した場合、(b)は比較例としてグラファイト薄膜を使用した場合を示している。It is the figure which showed the result of the putrescine measurement by the biosensor of this invention, (a) shows the case where the biosensor (CNT thin film) of this invention is used, (b) shows the case where a graphite thin film is used as a comparative example. ing. 本発明のバイオセンサによるグルコース測定の結果を示した図であり、高分子電解質溶液としてポリビニルアルコールを使用している。It is the figure which showed the result of the glucose measurement by the biosensor of this invention, and uses polyvinyl alcohol as a polymer electrolyte solution.

符号の説明Explanation of symbols

1 陽極
2 陰極
3 参照電極
4 支持体
5 銀リード
6 CNT薄膜
7 高分子電解膜
8 機能性膜
9 表示装置
10 センサデバイス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Anode 2 Cathode 3 Reference electrode 4 Support body 5 Silver lead 6 CNT thin film 7 Polymer electrolyte membrane 8 Functional film 9 Display apparatus 10 Sensor device

Claims (9)

電気化学的に酸化および還元が可能、または、酸化もしくは還元が可能な界面活性剤と高分子電解質溶液との混合物によりカーボンナノチューブ(CNT)粒子をミセル化して水性媒体中に分散または可溶化し、界面活性剤を電気化学的に酸化および還元、または、酸化もしくは還元してミセルを分解させ、ミセル内のCNT分散粒子を薄膜化することを特徴とするCNT薄膜の製造方法。 Carbon nanotube (CNT) particles are micellized by a mixture of a surfactant capable of electrochemical oxidation and reduction, or capable of oxidation or reduction, and a polyelectrolyte solution, and dispersed or solubilized in an aqueous medium. A method for producing a CNT thin film characterized in that a surfactant is electrochemically oxidized and reduced, or oxidized or reduced to decompose micelles, and the CNT dispersed particles in the micelles are thinned. 前記CNT粒子をミセル化して水性媒体に分散または可溶化する界面活性剤を陽極近傍で酸化および陰極近傍で還元、または、陽極近傍で酸化もしくは陰極近傍で還元することでミセルを分解させ、ミセル内のCNT分散粒子を電極上に堆積し、また、高分子電解質膜により電極上に堆積したCNT粒子を薄膜固定化することを特徴とする請求項1記載のCNT薄膜の製造方法。 The surfactant that disperses or solubilizes the CNT particles in an aqueous medium is oxidized near the anode and reduced near the cathode, or oxidized near the anode or reduced near the cathode to decompose the micelle, and in the micelle 2. The method for producing a CNT thin film according to claim 1, wherein the CNT dispersed particles are deposited on the electrode, and the CNT particles deposited on the electrode are fixed to the thin film by a polymer electrolyte membrane. 前記界面活性剤と、高分子電解質溶液との混合物に、表面に前記界面活性剤の酸化電位よりも貴な金属化合物を付着させた電極を浸漬することによりミセルを分解させ、ミセル内のCNT分散粒子を陽極上に堆積させ、また、高分子電解質膜により電極上に堆積したCNT粒子を薄膜固定化することを特徴とする請求項1記載のCNT薄膜の製造方法。 The micelle is decomposed by immersing an electrode having a metal compound nobler than the oxidation potential of the surfactant on the surface in a mixture of the surfactant and the polymer electrolyte solution, and CNT dispersion in the micelle 2. The method for producing a CNT thin film according to claim 1, wherein the particles are deposited on the anode, and the CNT particles deposited on the electrode are fixed to the thin film by a polymer electrolyte membrane. 前記界面活性剤と高分子電解との混合物にさらに酵素を加え、界面活性剤を電気化学的に酸化および還元、または、酸化もしくは還元してミセルを分解させ、ミセル内のCNT分散粒子と酵素を混合薄膜化することを特徴とする請求項1に記載のCNT薄膜の製造方法。 An enzyme is further added to the mixture of the surfactant and the polymer electrolyte, and the surfactant is electrochemically oxidized and reduced, or oxidized or reduced to decompose the micelle, and the CNT dispersed particles and the enzyme in the micelle are separated. The method for producing a CNT thin film according to claim 1, wherein a mixed thin film is formed. 電気化学的に酸化および還元が可能、または、酸化もしくは還元ができる界面活性剤がフェロセン誘導体からなるミセル化剤であり、高分子電解質溶液が薄膜固定化可能なミセル化剤であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のCNT薄膜の製造方法。 It is characterized in that the surfactant that can be oxidized and reduced electrochemically or that can be oxidized or reduced is a micellar agent comprising a ferrocene derivative, and the polymer electrolyte solution is a micellar agent that can fix a thin film. The method for producing a CNT thin film according to any one of claims 1 to 4. 前記高分子電解質溶液は、ポリビニルアルコール、ジェランガム、Nafion(登録商標)、カラギーナン、ポリグルタミン酸、ポリアスパラギン酸、キトサン、ポリリシン、ポリアルギニン、ポリアクリル酸、アルギン酸およびポリオルニテンのうちの少なくともいずれか1つであることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のCNT薄膜の製造方法。 The polymer electrolyte solution is at least one of polyvinyl alcohol, gellan gum, Nafion (registered trademark), carrageenan, polyglutamic acid, polyaspartic acid, chitosan, polylysine, polyarginine, polyacrylic acid, alginic acid, and polyornithene. The method for producing a CNT thin film according to any one of claims 1 to 5, wherein: 高分子電解質溶液の濃度は、30から80%の範囲にあることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のCNT薄膜の製造方法。 The method for producing a CNT thin film according to any one of claims 1 to 6, wherein the concentration of the polymer electrolyte solution is in the range of 30 to 80%. 請求項4から7のいずれかに記載のCNT薄膜の製造方法で得られたCNT薄膜を電極として用いているバイオセンサであって、少なくとも電極と、電極を支持する支持体と、電極上にCNT薄膜を被覆してなることを特徴とするバイオセンサ。 A biosensor using, as an electrode, a CNT thin film obtained by the method for producing a CNT thin film according to any one of claims 4 to 7, comprising at least an electrode, a support for supporting the electrode, and a CNT on the electrode A biosensor comprising a thin film. CNT薄膜上に高分子電解膜をさらに積層してなることを特徴とする請求項8に記載のバイオセンサ。 The biosensor according to claim 8, further comprising a polymer electrolyte membrane laminated on the CNT thin film.
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