JP2009264920A - Sensor and biosensor - Google Patents

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JP2009264920A JP2008114747A JP2008114747A JP2009264920A JP 2009264920 A JP2009264920 A JP 2009264920A JP 2008114747 A JP2008114747 A JP 2008114747A JP 2008114747 A JP2008114747 A JP 2008114747A JP 2009264920 A JP2009264920 A JP 2009264920A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor capable of detecting a substance to be detected in a proper concentration region in a simple constitution even if the concentration of the substance to be detected is unknown, and a biosensor. <P>SOLUTION: An enzyme sensor 1 is equipped with a plurality of sensor parts 10 each of which has a predetermined substrate 110, a permeable membrane 400 through which at least the substance T to be detected is permeated and the detection layer L1 formed between the substrate 110 and the permeable membrane 400 and containing enzyme 300 selectively reacted with the substance T to be detected permeated through the permeable membrane 400. The distance between the substrate 110 and the permeable membrane 400 at least in one sensor part 10 of a plurality of the sensor parts 10 is different from the distance between the substrate 110 and the permeable membrane 400 in another sensor part 10. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、センサ及びバイオセンサに関する。   The present invention relates to a sensor and a biosensor.

従来、気体試料中や液体試料中の特定物質の濃度を検出するバイオセンサ等のセンサの研究・開発が盛んに行われている。
ところで、センサでは、気体試料中や液体試料中における検出対象物質の濃度が未知である場合が多いため、広範な検出濃度範囲を有することが望まれている。
Conventionally, research and development of sensors such as biosensors for detecting the concentration of a specific substance in a gas sample or a liquid sample have been actively conducted.
By the way, in a sensor, since the density | concentration of the detection target substance in a gas sample or a liquid sample is often unknown, it is desired to have a wide detection density range.

そこで、例えば、酵素電極において、測定電極群配置部に予め設定された配置高さで酸素透過膜を配置形成して検体を充填する空間を形成し、かつ当該空間内に検体を充填して検体の空気界面と測定電極群との高さを小さくすることによって、高濃度の検体を検出可能となるように構成した酸素反応律速による反応制限の解決を目的とした酵素電極が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
また、例えば、電気化学センサにおいて、作用電極を覆う半透膜の層数を増加させることによって、高濃度の検体を検出可能となるように構成した電気化学センサが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
また、例えば、少なくともトランスデューサ、機能性膜及び制限透過膜の順に設けられた化学センサにおいて、制限透過膜における機能性膜と対向する側の面に形成された凹凸形状を適宜設定することによって、検出可能な検出対象物質の濃度領域を設定できる化学センサが提案されている(例えば、特許文献3参照)。
特許2536780号公報(図7) 特開平08−193969号公報(図25、図26) 特許3683150号公報
Therefore, for example, in an enzyme electrode, a space for filling a sample is formed by arranging and forming an oxygen permeable membrane at a pre-set height in the measurement electrode group placement portion, and the sample is filled in the space. An enzyme electrode has been proposed which is designed to reduce the height between the air interface and the measurement electrode group so that a high-concentration specimen can be detected and to solve the reaction limitation due to the oxygen reaction rate limiting ( For example, see Patent Document 1).
In addition, for example, in an electrochemical sensor, an electrochemical sensor configured to detect a high-concentration specimen by increasing the number of semipermeable membranes covering the working electrode has been proposed (for example, a patent) Reference 2).
For example, in a chemical sensor provided in the order of at least a transducer, a functional membrane, and a restricted permeable membrane, detection can be performed by appropriately setting the uneven shape formed on the surface of the restricted permeable membrane facing the functional membrane. There has been proposed a chemical sensor capable of setting a possible concentration region of a detection target substance (for example, see Patent Document 3).
Japanese Patent No. 2536780 (FIG. 7) Japanese Patent Laid-Open No. 08-193969 (FIGS. 25 and 26) Japanese Patent No. 3683150

しかしながら、特許文献1及び2記載の発明では、検体の空気界面と測定電極群との高さを小さくしたり、半透膜の層数を増加させたりすることによって、線形の検出域を有する濃度領域が拡大されているが、線形の検出域を有する濃度領域が広範囲になるほど、その広範囲の濃度領域を部分的に見た場合には精度が悪く、検出誤差が大きくなる傾向がある。
また、特許文献3記載の発明では、目的とする検出対象物質の濃度に合わせて、制限透過膜の凹凸形状を設定するようになっているが、目的とする検出対象物質の濃度が未知である場合、凹凸形状がそれぞれ異なる複数の制限透過膜を用意しなければならないという問題がある。
However, in the inventions described in Patent Documents 1 and 2, the concentration having a linear detection range can be obtained by reducing the height between the air interface of the specimen and the measurement electrode group or increasing the number of layers of the semipermeable membrane. Although the area is enlarged, the more the density area having the linear detection area becomes wider, the lower the accuracy when the density area in the wide area is partially viewed, and the detection error tends to increase.
In the invention described in Patent Document 3, the uneven shape of the restricted permeable membrane is set according to the concentration of the target detection target substance, but the target concentration of the detection target substance is unknown. In this case, there is a problem that a plurality of restricted permeable membranes having different concavo-convex shapes must be prepared.

本発明の課題は、簡易な構成で、検出対象物質の濃度が未知であっても、適切な濃度領域で当該検出対象物質を検出することができるセンサ及びバイオセンサを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a sensor and a biosensor that can detect a detection target substance in an appropriate concentration region even if the concentration of the detection target substance is unknown with a simple configuration.

上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、
センサにおいて、
所定の基板と、少なくとも検出対象物質が透過する透過膜と、前記基板と前記透過膜との間に形成された検出層と、を有するセンサ部を複数備え、
前記複数のセンサ部のうちの少なくとも一のセンサ部における前記基板と前記透過膜との間の距離は、他のセンサ部における前記基板と前記透過膜との間の距離と異なることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 1
In the sensor
A plurality of sensor units having a predetermined substrate, at least a permeable film through which a detection target substance permeates, and a detection layer formed between the substrate and the permeable film;
A distance between the substrate and the permeable film in at least one sensor unit of the plurality of sensor units is different from a distance between the substrate and the permeable film in another sensor unit. .

請求項2に記載の発明は、
請求項1に記載のセンサにおいて、
前記センサ部は、前記基板に設けられたスペーサを備え、
前記スペーサは、前記透過膜を支持することを特徴とする。
The invention described in claim 2
The sensor according to claim 1, wherein
The sensor unit includes a spacer provided on the substrate,
The spacer supports the permeable membrane.

請求項3に記載の発明は、
センサにおいて、
所定の基板と、少なくとも検出対象物質が透過する透過膜と、前記基板と前記透過膜との間に形成された検出層と、を有するセンサ部を備え、
前記センサ部における前記基板と前記透過膜との間の距離は、可変であることを特徴とする。
The invention according to claim 3
In the sensor
A sensor unit having a predetermined substrate, at least a transmission film through which a detection target substance permeates, and a detection layer formed between the substrate and the transmission film;
The distance between the substrate and the permeable membrane in the sensor unit is variable.

請求項4に記載の発明は、
請求項1〜3の何れか一項に記載のセンサにおいて、
前記基板は、電極を備え、
電気化学的計測法によって前記検出対象物質を検出することを特徴とする。
The invention according to claim 4
The sensor according to any one of claims 1 to 3,
The substrate comprises an electrode;
The detection target substance is detected by an electrochemical measurement method.

請求項5に記載の発明は、
請求項1〜3の何れか一項に記載のセンサにおいて、
光学的計測法によって前記検出対象物質を検出することを特徴とする。
The invention described in claim 5
The sensor according to any one of claims 1 to 3,
The detection target substance is detected by an optical measurement method.

請求項6に記載の発明は、
バイオセンサにおいて、
所定の基板と、少なくとも検出対象物質が透過する透過膜と、前記基板と前記透過膜との間に形成され、前記透過膜を透過した前記検出対象物質と選択的に反応するレセプタを含有する検出層と、前記基板に設けられたスペーサと、を有するセンサ部を複数備え、
前記センサ部における前記基板と前記透過膜との間の距離は、センサ部毎にそれぞれ異なり、
前記スペーサは、前記透過膜を支持し、
前記基板は、電極を備え、
電気化学的計測法によって前記検出対象物質を検出することを特徴とする。
The invention described in claim 6
In biosensors,
Detection including a predetermined substrate, a permeable membrane through which at least a detection target substance permeates, and a receptor that is formed between the substrate and the permeable membrane and selectively reacts with the detection target substance that has passed through the permeable membrane. A plurality of sensor portions each having a layer and a spacer provided on the substrate;
The distance between the substrate and the permeable membrane in the sensor unit is different for each sensor unit,
The spacer supports the permeable membrane,
The substrate comprises an electrode;
The detection target substance is detected by an electrochemical measurement method.

請求項7に記載の発明は、
バイオセンサにおいて、
所定の基板と、少なくとも検出対象物質が透過する透過膜と、前記基板と前記透過膜との間に形成され、前記透過膜を透過した前記検出対象物質と選択的に反応するレセプタを含有する検出層と、を有するセンサ部を備え、
前記センサ部における前記基板と前記透過膜との間の距離は、可変であり、
前記基板は、電極を備え、
電気化学的計測法によって前記検出対象物質を検出することを特徴とする。
The invention described in claim 7
In biosensors,
Detection comprising a predetermined substrate, at least a permeable membrane through which the detection target substance permeates, and a receptor that is formed between the substrate and the permeable membrane and selectively reacts with the detection target substance that has passed through the permeable membrane. A sensor unit having a layer,
The distance between the substrate and the permeable membrane in the sensor unit is variable,
The substrate comprises an electrode;
The detection target substance is detected by an electrochemical measurement method.

請求項8に記載の発明は、
バイオセンサにおいて、
所定の基板と、少なくとも検出対象物質が透過する透過膜と、前記基板と前記透過膜との間に形成され、前記透過膜を透過した前記検出対象物質と選択的に反応するレセプタを含有する検出層と、前記基板に設けられたスペーサと、を有するセンサ部を複数備え、
前記センサ部における前記基板と前記透過膜との間の距離は、センサ部毎にそれぞれ異なり、
前記スペーサは、前記透過膜を支持し、
光学的計測法によって前記検出対象物質を検出することを特徴とする。
The invention according to claim 8 provides:
In biosensors,
Detection comprising a predetermined substrate, at least a permeable membrane through which the detection target substance permeates, and a receptor that is formed between the substrate and the permeable membrane and selectively reacts with the detection target substance that has passed through the permeable membrane. A plurality of sensor portions each having a layer and a spacer provided on the substrate;
The distance between the substrate and the permeable membrane in the sensor unit is different for each sensor unit,
The spacer supports the permeable membrane,
The detection target substance is detected by an optical measurement method.

請求項9に記載の発明は、
バイオセンサにおいて、
所定の基板と、少なくとも検出対象物質が透過する透過膜と、前記基板と前記透過膜との間に形成され、前記透過膜を透過した前記検出対象物質と選択的に反応するレセプタを含有する検出層と、を有するセンサ部を備え、
前記センサ部における前記基板と前記透過膜との間の距離は、可変であり、
光学的計測法によって前記検出対象物質を検出することを特徴とする。
The invention according to claim 9 is:
In biosensors,
Detection comprising a predetermined substrate, at least a permeable membrane through which the detection target substance permeates, and a receptor that is formed between the substrate and the permeable membrane and selectively reacts with the detection target substance that has passed through the permeable membrane. A sensor unit having a layer,
The distance between the substrate and the permeable membrane in the sensor unit is variable,
The detection target substance is detected by an optical measurement method.

本発明によれば、センサにおいて、所定の基板と、少なくとも検出対象物質が透過する透過膜と、基板と透過膜との間に形成された検出層と、を有するセンサ部を複数備え、複数のセンサ部のうちの少なくとも一のセンサ部における基板と透過膜との間の距離は、他のセンサ部における基板と透過膜との間の距離と異なっている。
ここで、線形の検出域を有する濃度領域は、基板と透過膜との間の距離に依存するため、センサは、線形の検出域を有する濃度領域が異なるセンサ部を複数備えていることになる。したがって、基板と透過膜との間の距離が異なるセンサ部を複数備えるという簡易な構成で、センサ全体では、広範な検出濃度範囲を有することができるとともに、検出対象物質の濃度が未知であっても、センサが備える複数のセンサ部のうちの適切なセンサ部(適切な濃度領域で線形の検出域を有するセンサ部)で当該検出対象物質を検出することができる。
According to the present invention, the sensor includes a plurality of sensor units each having a predetermined substrate, a permeable film through which at least the detection target substance permeates, and a detection layer formed between the substrate and the permeable film. The distance between the substrate and the permeable membrane in at least one of the sensor units is different from the distance between the substrate and the permeable membrane in the other sensor units.
Here, since the concentration region having the linear detection area depends on the distance between the substrate and the permeable membrane, the sensor includes a plurality of sensor units having different concentration regions having the linear detection area. . Therefore, with a simple configuration that includes a plurality of sensor units having different distances between the substrate and the permeable membrane, the entire sensor can have a wide detection concentration range, and the concentration of the detection target substance is unknown. In addition, the detection target substance can be detected by an appropriate sensor unit (a sensor unit having a linear detection region with an appropriate concentration region) among a plurality of sensor units included in the sensor.

本発明によれば、センサにおいて、所定の基板と、少なくとも検出対象物質が透過する透過膜と、基板と透過膜との間に形成された検出層と、を有するセンサ部を備え、センサ部における基板と透過膜との間の距離は、可変となっている。
ここで、線形の検出域を有する濃度領域は、基板と透過膜との間の距離に依存するため、センサは、センサ部における基板と透過膜との間の距離を変えることによって、線形の検出域を有する濃度領域を可変とすることができる。したがって、基板と透過膜との間の距離を変えるという簡易な構成で、センサ全体では、広範な検出濃度範囲を有することができるとともに、検出対象物質の濃度が未知であっても、基板と透過膜との間の距離の可変範囲のうちの適切な距離(適切な濃度領域で線形の検出域を有する距離)で当該検出対象物質を検出することができる。
According to the present invention, the sensor includes a sensor unit having a predetermined substrate, at least a permeable film through which the detection target substance permeates, and a detection layer formed between the substrate and the permeable film. The distance between the substrate and the permeable membrane is variable.
Here, since the concentration region having a linear detection area depends on the distance between the substrate and the permeable membrane, the sensor can detect the linearity by changing the distance between the substrate and the permeable membrane in the sensor unit. The concentration region having a region can be made variable. Therefore, with a simple configuration of changing the distance between the substrate and the permeable membrane, the entire sensor can have a wide detection concentration range, and even if the concentration of the substance to be detected is unknown, it can be transmitted through the substrate. The substance to be detected can be detected at an appropriate distance (a distance having an appropriate concentration region and a linear detection region) within a variable range of the distance to the membrane.

以下、図を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、発明の範囲は、図示例に限定されない。
本実施の形態では、センサ(バイオセンサ)として酵素センサを例示して説明することとする。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The scope of the invention is not limited to the illustrated example.
In this embodiment, an enzyme sensor will be described as an example of the sensor (biosensor).

[第1の実施の形態]
まず、第1の実施の形態における酵素センサ1について説明する。
図1は、酵素センサ1の要部を模式的に示す図である。図2は、酵素センサ1の平面斜視図である。図3は、図2のIII−III線における断面を模式的に示す図である。図4は、酵素センサ1が備えるセンサ部10の分解図である。
ここで、酵素センサ1における検出層L1側を下側、供給層L2側を上側とする。
[First Embodiment]
First, the enzyme sensor 1 in the first embodiment will be described.
FIG. 1 is a diagram schematically showing a main part of the enzyme sensor 1. FIG. 2 is a plan perspective view of the enzyme sensor 1. FIG. 3 is a diagram schematically showing a cross section taken along line III-III in FIG. FIG. 4 is an exploded view of the sensor unit 10 included in the enzyme sensor 1.
Here, the detection layer L1 side in the enzyme sensor 1 is the lower side, and the supply layer L2 side is the upper side.

<酵素センサの構成>
まず、酵素センサ1の構成について説明する。
酵素センサ1は、例えば、図1に示すように、所定の基板110と、基板110の上方に配置された透過膜400と、基板110と透過膜400との間に形成され、透過膜400を透過した検出対象物質Tと選択的に反応するレセプタとしての酵素300を含有する検出層L1と、基板110の上面に配置されたスペーサ200と、を有するセンサ部10を複数備えて構成される。
基板110と透過膜400との間に形成された検出層L1は、例えば、電解液等の液体で満たされており、透過膜400の上側の供給層L2には、例えば、検出対象物質Tを含有する気体試料や液体試料が供給されるようになっている。
<Configuration of enzyme sensor>
First, the configuration of the enzyme sensor 1 will be described.
For example, as shown in FIG. 1, the enzyme sensor 1 is formed between a predetermined substrate 110, a permeable film 400 disposed above the substrate 110, and the substrate 110 and the permeable film 400. A plurality of sensor units 10 each including a detection layer L1 containing an enzyme 300 as a receptor that selectively reacts with the permeated detection target substance T and a spacer 200 disposed on the upper surface of the substrate 110 are provided.
The detection layer L1 formed between the substrate 110 and the permeable membrane 400 is filled with, for example, a liquid such as an electrolytic solution. The supply layer L2 above the permeable membrane 400 includes, for example, the detection target substance T. A gas sample or a liquid sample to be contained is supplied.

基板110は、上面に電極140を備えており、酵素センサ1は、透過膜400を透過して供給層L2から検出層L1に移行してきた検出対象物質Tを、電気化学的計測法によって検出するようになっている。
ここで、酵素センサ1が備える各センサ部10における基板110(基板110が備える電極140)と透過膜400との間の距離dは、それぞれ異なるものとなるように設定されている。すなわち、酵素センサ1は、厚み(上下方向の長さ)がそれぞれ異なる複数の検出層L1を有している。
The substrate 110 includes an electrode 140 on the upper surface, and the enzyme sensor 1 detects the detection target substance T that has passed through the permeable membrane 400 and has moved from the supply layer L2 to the detection layer L1 by an electrochemical measurement method. It is like that.
Here, the distance d between the substrate 110 (the electrode 140 included in the substrate 110) and the permeable membrane 400 in each sensor unit 10 included in the enzyme sensor 1 is set to be different. That is, the enzyme sensor 1 has a plurality of detection layers L1 having different thicknesses (lengths in the vertical direction).

具体的には、酵素センサ1が備えるセンサ部10は、例えば、図2〜図4に示すように、電極基板部100と、電極基板部100の上面に配置されたスペーサ200,200と、電極基板部100の上面にスペーサ200,200に挟まれて配置された検出層L1と、検出層L1内における電極基板部100の上面に配置された担体310に固定されている酵素300と、スペーサ200,200及び検出層L1の上面に配置された透過膜400と、透過膜400の上面に配置された支持部材500と、支持部材500の上面に配置されたカバー部材600と、などを備えて構成される。   Specifically, the sensor unit 10 included in the enzyme sensor 1 includes, for example, as shown in FIGS. 2 to 4, an electrode substrate unit 100, spacers 200 and 200 disposed on the upper surface of the electrode substrate unit 100, and electrodes The detection layer L1 disposed between the spacers 200 and 200 on the upper surface of the substrate unit 100, the enzyme 300 fixed to the carrier 310 disposed on the upper surface of the electrode substrate unit 100 in the detection layer L1, and the spacer 200 , 200 and the detection layer L1, a permeable membrane 400, a support member 500 disposed on the upper surface of the permeable membrane 400, a cover member 600 disposed on the upper surface of the support member 500, and the like. Is done.

電極基板部100は、例えば、図4に示すように、基板110と、基板110の上面に設けられた、開口部(分析部120)を有する疎水性絶縁膜130と、基板110の上面における分析部120の内部に配置された作用電極(電極140)、対電極150及び参照電極160と、作用電極(電極140)、対電極150及び参照電極160と配線を介して接続されたパッド170,170,170と、などを備えて構成される。   For example, as illustrated in FIG. 4, the electrode substrate unit 100 includes a substrate 110, a hydrophobic insulating film 130 having an opening (analysis unit 120) provided on the upper surface of the substrate 110, and analysis on the upper surface of the substrate 110. The working electrode (electrode 140), the counter electrode 150, and the reference electrode 160 disposed inside the portion 120, and the pads 170, 170 connected to the working electrode (electrode 140), the counter electrode 150, and the reference electrode 160 via wiring. , 170 and the like.

スペーサ200は、具体的には、例えば、分析部120を露出するように基板110(疎水性絶縁膜130)と透過膜400との間に配置され、透過膜400を支持している。すなわち、分析部120内及び分析部120上側のスペーサ200,200に挟まれた領域が検出層L1になる。
スペーサ200は、基板110(電極140)と透過膜400との間の距離dを一定に保つためのものである。したがって、酵素センサ1が備える各センサ部10が有するスペーサ200の厚みは、それぞれ異なるものとなっている。
スペーサ200を構成する材料としては、スペーサ200によって基板110(電極140)と透過膜400との間の距離dを一定に保つことができるのであれば任意であり、例えば、テフロン(登録商標)等のフッ素樹脂やその他の合成樹脂、シリコン等のセラミックス、金属及び金属表面をコーティングしたもの、ガラスなどを用いることができる。
Specifically, for example, the spacer 200 is disposed between the substrate 110 (hydrophobic insulating film 130) and the permeable film 400 so as to expose the analysis unit 120, and supports the permeable film 400. That is, the region sandwiched between the spacers 200 and 200 in the analysis unit 120 and on the analysis unit 120 is the detection layer L1.
The spacer 200 is for keeping the distance d between the substrate 110 (electrode 140) and the permeable membrane 400 constant. Therefore, the thickness of the spacer 200 which each sensor part 10 with which the enzyme sensor 1 is provided is different.
The material constituting the spacer 200 is arbitrary as long as the distance d between the substrate 110 (electrode 140) and the permeable membrane 400 can be kept constant by the spacer 200. For example, Teflon (registered trademark) or the like can be used. Fluorine resin, other synthetic resins, ceramics such as silicon, metal and metal surface coated glass, glass and the like can be used.

透過膜400は、具体的には、例えば、分析部120を覆うように、スペーサ200,200の上面に配置されている。すなわち、透過膜400によって、検出層L1と供給層L2とは隔てられている。
供給層L2に供給された検出対象物質Tは、透過膜400を透過して検出層L1に移行し、そして、検出層L1に含有された酵素300と反応するようになっている。したがって、透過膜400は、少なくとも検出対象物質Tが透過する膜であれば任意であり、検出対象物質Tの種類によって適宜変更可能である。
特に、供給層L2に気体試料を供給して、酵素センサ1で、当該気体試料に含有される検出対象物質Tを検出する場合には、検出層L1中の電解液等の液体の蒸発を防止する等の観点から、透過膜200としては、検出対象物質T(検出対象ガス)は透過するが、電解液等の液体は透過しないガス透過膜が好ましい。
Specifically, for example, the permeable membrane 400 is disposed on the upper surfaces of the spacers 200 and 200 so as to cover the analysis unit 120. That is, the detection layer L1 and the supply layer L2 are separated by the permeable membrane 400.
The detection target substance T supplied to the supply layer L2 passes through the permeable membrane 400, moves to the detection layer L1, and reacts with the enzyme 300 contained in the detection layer L1. Therefore, the permeable membrane 400 is arbitrary as long as it is a film through which at least the detection target substance T permeates, and can be appropriately changed depending on the type of the detection target substance T.
In particular, when a gas sample is supplied to the supply layer L2 and the detection target substance T contained in the gas sample is detected by the enzyme sensor 1, evaporation of a liquid such as an electrolyte in the detection layer L1 is prevented. From such a viewpoint, the permeable membrane 200 is preferably a gas permeable membrane that transmits the detection target substance T (detection target gas) but does not transmit a liquid such as an electrolytic solution.

支持部材500は、具体的には、例えば、分析部120を覆うように、透過膜400の上面に配置されている。
支持部材500は、酵素センサ1の使用中に透過膜400が変形しないよう、透過膜400を支持するためのものである。したがって、支持部材500によって、より確実に基板110(電極140)と透過膜400との間の距離dを一定に保つことができることになる。
支持部材500の材質は、支持部材500によって透過膜400を変形しないように支持することができるのであれば任意であり、具体的には、例えば、ステンレスメッシュ等のメッシュ体などが挙げられる。
ここで、支持部材500は、透過膜400を変形しないように支持することができるのであれば、透過膜400の下面に配置されていても良いし、透過膜400を挟むように透過膜400の上面及び下面に配置されていても良い。
Specifically, the support member 500 is disposed on the upper surface of the permeable membrane 400 so as to cover the analysis unit 120, for example.
The support member 500 is for supporting the permeable membrane 400 so that the permeable membrane 400 is not deformed during use of the enzyme sensor 1. Therefore, the support member 500 can more reliably keep the distance d between the substrate 110 (electrode 140) and the permeable membrane 400 constant.
The material of the support member 500 is arbitrary as long as the support member 500 can support the permeable membrane 400 so as not to be deformed. Specifically, for example, a mesh body such as a stainless mesh is used.
Here, as long as the support member 500 can support the permeable membrane 400 without being deformed, the support member 500 may be disposed on the lower surface of the permeable membrane 400, or the permeable membrane 400 may be sandwiched between the permeable membrane 400. You may arrange | position on the upper surface and the lower surface.

カバー部材600は、具体的には、例えば、センサ部10に気体試料や液体試料を供給するための供給口610を有しており、当該供給口610が分析部120に対応するように、支持部材500の上面に配置されている。すなわち、カバー部材600の供給口610内がセンサ部10の供給層L2になる。
カバー部材600は、カバー部材600によってスペーサ200,200、透過膜400及び支持部材500を電極基板部100に押さえつけた状態で、電極基板部100に固定されるようになっている。
カバー部材600の材質は、カバー部材600と電極基板部100とによってスペーサ200,200、透過膜400及び支持部材500を挟んで固定できるのであれば任意であり、具体的には、例えば、ガラスエポキシ製の板体等の板状部材などが挙げられる。
Specifically, the cover member 600 has, for example, a supply port 610 for supplying a gas sample or a liquid sample to the sensor unit 10, and is supported so that the supply port 610 corresponds to the analysis unit 120. It is arranged on the upper surface of the member 500. That is, the inside of the supply port 610 of the cover member 600 becomes the supply layer L <b> 2 of the sensor unit 10.
The cover member 600 is fixed to the electrode substrate unit 100 in a state where the spacers 200, 200, the permeable membrane 400 and the support member 500 are pressed against the electrode substrate unit 100 by the cover member 600.
The material of the cover member 600 is arbitrary as long as it can be fixed by sandwiching the spacers 200, 200, the permeable membrane 400, and the support member 500 between the cover member 600 and the electrode substrate portion 100. Specifically, for example, glass epoxy Examples thereof include a plate-like member such as a manufactured plate.

酵素300が固定された担体310は、具体的には、例えば、分析部120内における作用電極(電極140)、対電極150及び参照電極160の上面に配置されている。
酵素300が固定された担体310を分析部120内に配置するだけで、酵素300を検出層L1に含有させることができる。したがって、担体310によって、酵素300を検出層L1に含有させる操作が簡易になる。
担体310の材質は、担体310によって酵素300を固定(保持)することができるのであれば任意であり、具体的には、例えば、親水性テフロン膜、ナイロン膜やその他の材質(例えば、セルロース混合エステル、ポリビニリデンジフロライド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタートなど)からなる親水性膜、多孔質アルミナ等の多孔体、ナイロンメッシュ等のメッシュ体、カーボンナノチューブ等の繊維状集合体などが挙げられる。
ここで、酵素300が固定された担体310の厚みは、スペーサ200によって基板110(電極140)と透過膜400との間の距離dを一定に保つ等の観点から、スペーサ200の厚みと同等又はそれ以下であるのが好ましい。また、担体310は、酵素センサ1の使用中に、透過膜400が変形するのを防止して、基板110(電極140)と透過膜400との間の距離dを一定に保つためのスペーサの役割も担っている。
なお、酵素300が固定された担体310は、少なくとも分析部120内における作用電極(電極140)の上面に配置されていてれば良い。
Specifically, the carrier 310 on which the enzyme 300 is fixed is disposed on the upper surfaces of the working electrode (electrode 140), the counter electrode 150, and the reference electrode 160 in the analysis unit 120, for example.
The enzyme 300 can be contained in the detection layer L1 simply by placing the carrier 310 on which the enzyme 300 is fixed in the analysis unit 120. Therefore, the operation of allowing the detection layer L1 to contain the enzyme 300 is simplified by the carrier 310.
The material of the carrier 310 is arbitrary as long as the enzyme 300 can be fixed (held) by the carrier 310. Specifically, for example, a hydrophilic Teflon membrane, a nylon membrane, or other materials (for example, cellulose mixed) Ester, polyvinylidene difluoride, polytetrafluoroethylene, polycarbonate, polypropylene, polyethylene terephthalate, etc.), porous bodies such as porous alumina, mesh bodies such as nylon mesh, and fibrous aggregates such as carbon nanotubes Examples include the body.
Here, the thickness of the carrier 310 on which the enzyme 300 is immobilized is equal to the thickness of the spacer 200 from the viewpoint of keeping the distance d between the substrate 110 (electrode 140) and the permeable membrane 400 constant by the spacer 200, or the like. It is preferable that it is less than that. Further, the carrier 310 is a spacer for preventing the permeable membrane 400 from being deformed during use of the enzyme sensor 1 and keeping the distance d between the substrate 110 (electrode 140) and the permeable membrane 400 constant. It also has a role.
The carrier 310 on which the enzyme 300 is fixed may be disposed at least on the upper surface of the working electrode (electrode 140) in the analysis unit 120.

酵素300は、検出対象物質Tと選択的に反応する酵素であれば任意であり、検出対象物質Tの種類によって適宜変更可能である。
具体的には、酵素300は、例えば、酸化還元酵素や、加水分解酵素、転移酵素、異性化酵素などの酵素(酵素タンパク質)である。
また、酵素300は、例えば、生来の酵素分子であっても、活性部位を含む酵素の断片であっても良い。当該酵素分子又は当該活性部位を含む酵素の断片は、例えば、動植物や微生物から抽出したものであっても、所望によりそれを切断したものであっても、遺伝子工学的に又は化学的に合成したものであっても良い。
The enzyme 300 may be any enzyme as long as it selectively reacts with the detection target substance T, and can be appropriately changed depending on the type of the detection target substance T.
Specifically, the enzyme 300 is an enzyme (enzyme protein) such as an oxidoreductase, a hydrolase, a transferase, and an isomerase.
In addition, the enzyme 300 may be, for example, a natural enzyme molecule or an enzyme fragment including an active site. The enzyme molecule or the fragment of the enzyme containing the active site is synthesized, for example, genetically or chemically, whether it is extracted from animals or plants or microorganisms, or is cleaved if desired. It may be a thing.

酸化還元酵素としては、例えば、グルコースオキシダーゼ、乳酸オキシダーゼ、コレステロールオキシダーゼ、アルコールオキシダーゼ、ホルムアルデヒドオキシダーゼ、ソルビトールオキシダーゼ、フルクトースオキシダーゼ、ザルコシンオキシダーゼ、フルクトシルアミンオキシダーゼ、ピルビン酸オキシダーゼ、キサンチンオキシダーゼ、アスコルビン酸オキシダーゼ、サルコシンオキシダーゼ、コリンオキシダーゼ、アミンオキシダーゼ、グルコースデヒドロゲナーゼ、乳酸デヒドロゲナーゼ、コレステロールデヒドロゲナーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼ、ホルムアルデヒドデヒドロゲナーゼ、ソルビトールデヒドロゲナーゼ、フルクトースデヒドロゲナーゼ、ヒドロキシ酪酸デヒドロゲナーゼ、グリセロールデヒドロゲナーゼ、グルタメートデヒドロゲナーゼ、ピルビン酸デヒドロゲナーゼ、リンゴ酸デヒドロゲナーゼ、グルタミン酸デヒドロゲナーゼ、カタラーゼ、ペルオキシダーゼ、ウリカーゼ等を用いることができる。この他に、コレステロールエステラーゼ、クレアチニナーゼ、クレアチナーゼ、DNAポリメラーゼ、さらにこれら酵素のミュータント等を用いることができる。   Examples of the oxidoreductase include glucose oxidase, lactate oxidase, cholesterol oxidase, alcohol oxidase, formaldehyde oxidase, sorbitol oxidase, fructose oxidase, sarcosine oxidase, fructosylamine oxidase, pyruvate oxidase, xanthine oxidase, ascorbate oxidase, sarcosine. Oxidase, choline oxidase, amine oxidase, glucose dehydrogenase, lactate dehydrogenase, cholesterol dehydrogenase, alcohol dehydrogenase, formaldehyde dehydrogenase, sorbitol dehydrogenase, fructose dehydrogenase, hydroxybutyrate dehydrogenase, glycerol dehydrogenase Glutamate dehydrogenase, pyruvate dehydrogenase, malate dehydrogenase, glutamate dehydrogenase, can be used catalase, peroxidase, uricase, and the like. In addition, cholesterol esterase, creatininase, creatinase, DNA polymerase, mutants of these enzymes, and the like can be used.

加水分解酵素としては、例えば、プロテアーゼ、リパーゼ、アミラーゼ、インベルターゼ、マルターゼ、β−ガラクトシダーゼ、リゾチーム、ウレアーゼ、エステラーゼ、ヌクレアーゼ群、ホスファターゼ群等を用いることができる。   As the hydrolase, for example, protease, lipase, amylase, invertase, maltase, β-galactosidase, lysozyme, urease, esterase, nuclease group, phosphatase group and the like can be used.

転移酵素としては、例えば、各種アシル転移酵素、キナーゼ群、アミノトランスフェラーゼ群等を用いることができる。   As the transferase, for example, various acyltransferases, kinase groups, aminotransferase groups and the like can be used.

異性化酵素としては、例えば、ラセマーゼ群、ホスホグリセリン酸ホスホムターゼ、グルコース6−リン酸イソメラーゼ等を用いることができる。   As the isomerase, for example, racemase group, phosphoglycerate phosphomutase, glucose 6-phosphate isomerase and the like can be used.

検出層L1に含有される酵素300は、1種類の酵素であっても、2種類以上の酵素であっても良い。
具体的には、検出層L1に含有される酵素300は、例えば、1種類の酵素であっても、分子量及び/又はサイズ(径)が略同一の2種類以上の酵素であっても、分子量及び/又はサイズが異なる2種類以上の酵素であっても良い。また、検出層L1に含有される酵素300が2種類以上である場合、酵素300は、例えば、同種の検出対象物質T(基質)に作用する2種類以上の酵素であっても、異種の検出対象物質Tに作用する2種類以上の酵素であっても、同種及び/又は異種の検出対象物質Tに作用する2種類以上の酵素であっても良い。
ここで、特に、検出層L1に含有された酵素300が2種類以上であって、その2種類以上の酵素が異種の検出対象物質Tに作用する場合、例えば、検出電位を変える、或いは、分析部120内に電極を複数配置する等により、酵素センサ1は、その異種の検出対象物質T(2種類以上の検出対象物質T)を同時に検出することができる。
The enzyme 300 contained in the detection layer L1 may be one type of enzyme or two or more types of enzymes.
Specifically, the molecular weight of the enzyme 300 contained in the detection layer L1 may be, for example, one kind of enzyme or two or more kinds of enzymes having substantially the same molecular weight and / or size (diameter). And / or two or more enzymes having different sizes. Further, when there are two or more types of enzymes 300 contained in the detection layer L1, even if the enzymes 300 are two or more types of enzymes that act on the same type of detection target substance T (substrate), for example, different types of detection are possible. Even two or more types of enzymes that act on the target substance T may be two or more types of enzymes that act on the same and / or different types of detection target substances T.
Here, in particular, when there are two or more types of enzymes 300 contained in the detection layer L1 and the two or more types of enzymes act on different types of detection target substances T, for example, the detection potential is changed or analyzed. The enzyme sensor 1 can simultaneously detect the different types of detection target substances T (two or more types of detection target substances T) by arranging a plurality of electrodes in the unit 120.

<酵素センサの製造方法>
次に、酵素センサ1の製造方法について説明する。
<Manufacturing method of enzyme sensor>
Next, a method for manufacturing the enzyme sensor 1 will be described.

(1)電極基板部100の作成
まず、電極基板部100を作成する。
(1) Creation of electrode substrate part 100 First, the electrode substrate part 100 is created.

基板110上に、例えば、図4に示すような、作用電極(電極140)、対電極150及び参照電極160の三極構造のパターンを複数個作成する。
具体的には、例えば、公知のフォトリソグラフィー法とリフトオフ又はエッチング法とによって、基板110上に、作用電極(電極140)、対電極150及び参照電極160の三極構造のパターンを複数個作成する。
より具体的には、例えば、基板110上にスピンコーター等を用いてフォトレジストを適量塗布する。次いで、紫外露光装置にて数秒間露光し、作用電極(電極140)、対電極150及び参照電極160の三極構造のフォトマスクパターンを転写する。次いで、ポストベーク処理を行い、その後、現像液にて現像を行って、フォトレジストのパターンを形成する。次いで、スパッタ法によって、例えば、膜厚が数百nm程度の金属薄膜を成膜し、その後、リフトオフ法によって、レジストを剥がして三極電極を形成する。
On the substrate 110, for example, as shown in FIG. 4, a plurality of patterns having a three-electrode structure including a working electrode (electrode 140), a counter electrode 150, and a reference electrode 160 are formed.
Specifically, for example, a plurality of patterns of a three-electrode structure including a working electrode (electrode 140), a counter electrode 150, and a reference electrode 160 are formed on the substrate 110 by a known photolithography method and lift-off or etching methods. .
More specifically, for example, an appropriate amount of photoresist is applied onto the substrate 110 using a spin coater or the like. Next, exposure is performed for several seconds with an ultraviolet exposure apparatus, and a photomask pattern having a tripolar structure of the working electrode (electrode 140), the counter electrode 150, and the reference electrode 160 is transferred. Next, post-baking is performed, and thereafter development is performed with a developer to form a photoresist pattern. Next, a metal thin film having a thickness of, for example, about several hundred nm is formed by sputtering, and then the resist is peeled off by lift-off to form a triode electrode.

ここで、基板110は、例えば、絶縁体であれば特に制限されるものではなく、具体的には、例えば、ガラスエポキシ製の基板等を用いることができる。
また、成膜される金属薄膜としては、例えば、金、白金、銅等の貴金属を挙げることができる。
なお、作用電極(電極140)、対電極150及び参照電極160の三極構造のパターンの作成は、上記のフォトリソプロセスでの作成に限定されるものではなく、例えば、スクリーン印刷の手法を用いて簡易的に行っても良い。また、金属薄膜の成膜法は、スパッタ法に限定されるものではなく、例えば、蒸着法を用いても良い。
Here, the substrate 110 is not particularly limited as long as it is an insulator, and specifically, for example, a glass epoxy substrate or the like can be used.
Moreover, as a metal thin film formed into a film, noble metals, such as gold | metal | money, platinum, copper, can be mentioned, for example.
Note that the creation of the tripolar structure pattern of the working electrode (electrode 140), the counter electrode 150, and the reference electrode 160 is not limited to the creation by the photolithography process described above. For example, a screen printing technique is used. It may be done simply. Further, the method of forming the metal thin film is not limited to the sputtering method, and for example, a vapor deposition method may be used.

次いで、例えば、スパッタ法等によって、分析部120に対応する領域の周囲にSiO等の疎水性薄膜を形成することによって、分析部120の周囲に疎水性絶縁膜130を作成する。   Next, a hydrophobic insulating film 130 is formed around the analysis unit 120 by forming a hydrophobic thin film such as SiO around the region corresponding to the analysis unit 120 by, for example, sputtering.

次いで、例えば、前記作成された、作用電極(電極140)、対電極150及び参照電極160の三極構造のパターンのうちの、参照電極160のパターンに、例えば、銀/塩化銀インクを塗布してベーキングすることによって、銀/塩化銀電極である参照電極160を作成する。   Next, for example, a silver / silver chloride ink is applied to the pattern of the reference electrode 160 among the three electrode structure patterns of the working electrode (electrode 140), the counter electrode 150, and the reference electrode 160 that are created. The reference electrode 160, which is a silver / silver chloride electrode, is formed by baking.

(2)酵素固定化担体の作成
次に、酵素300が固定された担体310(酵素固定化担体)を作成する。
(2) Preparation of enzyme-immobilized carrier Next, a carrier 310 (enzyme-immobilized carrier) on which the enzyme 300 is immobilized is prepared.

担体310を複数個用意し、それぞれに酵素300を固定する。
具体的には、例えば、担体310を複数個用意し、各担体310の上に、酵素300が溶解する酵素溶液をそれぞれ同量ずつピペットやディスペンサーなどで滴下する。これにより、各担体310のそれぞれに、同量の酵素300が物理的に固定化される。
なお、酵素300が固定された担体310は、固定化後に乾燥処理を行うことが好ましい。
A plurality of carriers 310 are prepared, and the enzyme 300 is fixed to each.
Specifically, for example, a plurality of carriers 310 are prepared, and the same amount of the enzyme solution in which the enzyme 300 is dissolved is dropped on each carrier 310 with a pipette or a dispenser. As a result, the same amount of enzyme 300 is physically immobilized on each carrier 310.
The carrier 310 on which the enzyme 300 is immobilized is preferably subjected to a drying treatment after immobilization.

ところで、酵素300は、分子量が1万〜20万程度のタンパク質であり、酵素分子内の活性中心が電極140と速い電子移動を行うことが難しい場合がある。そこで、酵素300と電極140との間の電子の受け渡しを促進するための電子伝達体を検出層L1に導入するのが好ましい。また、反応が溶存酸素濃度に律速され、低濃度の試料しか測定できない場合にも、検出濃度範囲の拡大を目的として検出層L1に電子伝達体を導入することが効果的である。
具体的には、電子伝達体としては、例えば、フェリシアン化カリウム、フェロセン、フェロセン誘導体、ベンゾキノン、キノン誘導体、オスミウム錯体等が用いられる。
By the way, the enzyme 300 is a protein having a molecular weight of about 10,000 to 200,000, and it may be difficult for the active center in the enzyme molecule to perform fast electron transfer with the electrode 140. Therefore, it is preferable to introduce an electron carrier for promoting the transfer of electrons between the enzyme 300 and the electrode 140 into the detection layer L1. Even when the reaction is limited by the dissolved oxygen concentration and only a low-concentration sample can be measured, it is effective to introduce an electron carrier into the detection layer L1 for the purpose of expanding the detection concentration range.
Specifically, as the electron carrier, for example, potassium ferricyanide, ferrocene, ferrocene derivatives, benzoquinone, quinone derivatives, osmium complexes and the like are used.

また、検出層L1に、例えば、酵素300の活性の発現を触媒する補酵素を導入するのも好ましい。
例えば、酵素300と検出対象物質Tとの反応が、不安的中間体を経由する反応等、酵素300のアミノ酸側鎖の触媒作用では容易に進まない反応の場合には、適当な構造を有し、酵素反応の発現に関与する低分子量の有機化合物である補酵素を使用することが多い。特に、酵素300として、補酵素依存型酵素を用いた場合、検出層L1の補酵素を導入することによって、酵素反応を効率よく行わせることができる。
補酵素は、酵素300(補酵素依存型酵素)の種類に応じて、適宜選択することができる。具体的には、補酵素としては、例えば、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD)、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸(NADP)、補酵素I、補酵素II、フラビンモノヌクレオチド(FMN)、フラビンアデニンジヌクレオチド(FAD)、リポ酸、補酵素Q等の1種又は2種以上の組み合わせが挙げられる。なかでも、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD)、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸(NADP)等のNAD系の補酵素が用いられる。
It is also preferable to introduce a coenzyme that catalyzes the expression of the activity of the enzyme 300 into the detection layer L1, for example.
For example, in the case where the reaction between the enzyme 300 and the detection target substance T is a reaction that does not proceed easily by the catalysis of the amino acid side chain of the enzyme 300, such as a reaction via an unstable intermediate, the enzyme 300 has an appropriate structure. Coenzymes, which are low molecular weight organic compounds involved in the expression of enzyme reactions, are often used. In particular, when a coenzyme-dependent enzyme is used as the enzyme 300, the enzyme reaction can be efficiently performed by introducing the coenzyme of the detection layer L1.
The coenzyme can be appropriately selected according to the type of enzyme 300 (coenzyme-dependent enzyme). Specifically, examples of the coenzyme include nicotinamide adenine dinucleotide (NAD + ), nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADP + ), coenzyme I, coenzyme II, flavin mononucleotide (FMN), and flavin. Examples thereof include one or a combination of two or more of adenine dinucleotide (FAD), lipoic acid, coenzyme Q and the like. Among these, NAD coenzymes such as nicotinamide adenine dinucleotide (NAD + ) and nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADP + ) are used.

検出層L1に電子伝達体や補酵素を導入する場合、例えば、グルタルアルデヒドや光架橋性樹脂などの架橋剤を用いて、電子伝達体や補酵素を担体310に固定しても良いし、酵素溶液の中に電子伝達体や補酵素を溶解させて、酵素300とともに電子伝達体や補酵素を担体310に固定しても良いし、電子伝達体や補酵素を導電性高分子等に物理的又は化学的に結合させて固定したものを検出層L1内に配置しても良い。また、電子伝達体や補酵素を電解液中に溶解・分散させて、それを検出層L1内に滴下等して配置しても良い。   When introducing an electron carrier or a coenzyme into the detection layer L1, the electron carrier or coenzyme may be fixed to the carrier 310 using a cross-linking agent such as glutaraldehyde or a photocrosslinkable resin, or an enzyme The electron carrier or coenzyme may be dissolved in the solution, and the electron carrier or coenzyme may be fixed to the carrier 310 together with the enzyme 300, or the electron carrier or coenzyme may be physically bonded to a conductive polymer or the like. Alternatively, a chemically bonded and fixed material may be disposed in the detection layer L1. Alternatively, an electron carrier or a coenzyme may be dissolved / dispersed in the electrolytic solution, and dropped into the detection layer L1 or the like.

(3)酵素センサの作成
次に、酵素センサ1を作成する。
(3) Creation of enzyme sensor Next, the enzyme sensor 1 is created.

厚みがそれぞれ異なる複数種類のスペーサ200を用意し、それぞれを、例えば、図5に示すように、分析部120を露出するように配置して、基板110(疎水性絶縁膜130)上に接着固定する。
ここで、スペーサ200は、粘着性を持つテープ等であっても良いし、接着剤等によって基板110上に接着固定されても良い。
A plurality of types of spacers 200 having different thicknesses are prepared, and each of them is arranged so as to expose the analysis unit 120, for example, as shown in FIG. 5, and is adhered and fixed on the substrate 110 (hydrophobic insulating film 130). To do.
Here, the spacer 200 may be an adhesive tape or the like, or may be bonded and fixed on the substrate 110 with an adhesive or the like.

次いで、前記作成した酵素固定化担体(酵素300が固定された担体310)のそれぞれを、例えば、図5に示すように、各分析部120内における作用電極(電極140)、対電極150及び参照電極160の上面に配置する。   Next, each of the prepared enzyme-immobilized carriers (the carrier 310 on which the enzyme 300 is immobilized), for example, as shown in FIG. It is disposed on the upper surface of the electrode 160.

次いで、透過膜400及び支持部材500をそれぞれ複数個用意し、例えば、図6に示すように、複数の透過膜400のそれぞれで各分析部120を覆い、その後、複数の支持部材500のそれぞれで各透過膜400を覆う。   Next, a plurality of permeable membranes 400 and a plurality of support members 500 are prepared. For example, as shown in FIG. 6, each analysis unit 120 is covered with each of the plurality of permeable membranes 400, and thereafter each of the plurality of support members 500. Each permeable membrane 400 is covered.

次いで、カバー部材600を複数個用意し、それぞれを、例えば、図7に示すように、供給口610が分析部140に対応するように各支持部材500の上面に配置して、基板110(疎水性絶縁膜130)上に固定する。
以上のようにして、酵素センサ1を製造する。なお、酵素センサ1の製造方法は、上記製造方法に限定されるものではない。
Next, a plurality of cover members 600 are prepared, and each is arranged on the upper surface of each support member 500 so that the supply port 610 corresponds to the analysis unit 140, for example, as shown in FIG. On the insulating insulating film 130).
The enzyme sensor 1 is manufactured as described above. In addition, the manufacturing method of the enzyme sensor 1 is not limited to the said manufacturing method.

さて、酵素センサ1による電気化学的計測法としては、例えば、酸化電流又は還元電流を測定するクロノアンペロメトリー法、クーロメトリー法、サイクリックボルタンメトリー法等の公知の計測法を用いることができる。測定方式としては、デスポーザブル方式、バッチ方式、フローインジェクション方式等、何れであっても良い。   As the electrochemical measurement method using the enzyme sensor 1, for example, a known measurement method such as a chronoamperometry method, a coulometry method, or a cyclic voltammetry method for measuring an oxidation current or a reduction current can be used. The measurement method may be any of a disposable method, a batch method, a flow injection method, and the like.

検出対象物質Tの検出の際に酵素センサ1を取り付ける測定器本体は、例えば、データをパソコンに有線又は無線で送信できる機能を有し、リアルタイムで測定値を確認できることが好ましい。また、酵素センサ1が備える各センサ部10による検出結果を同時に計測して、データを相互比較したり検討したりできる機能を有することが望ましい。   It is preferable that the measuring instrument main body to which the enzyme sensor 1 is attached when detecting the detection target substance T has a function of transmitting data to a personal computer in a wired or wireless manner, and can confirm the measurement value in real time. In addition, it is desirable to have a function of simultaneously measuring the detection results of the sensor units 10 included in the enzyme sensor 1 and comparing or examining the data.

なお、検出対象物質Tの検出に際しては、参照電極160に対する作用電極(電極140)の電圧を特定の電圧に設定することによって、測定妨害物質の影響を避け、検出対象物質Tを高感度かつ選択的に測定することができる。この設定電圧は、検出対象物質Tにより異なる。   When detecting the detection target substance T, the voltage of the working electrode (electrode 140) with respect to the reference electrode 160 is set to a specific voltage, thereby avoiding the influence of the measurement interfering substance and selecting the detection target substance T with high sensitivity. Can be measured automatically. This set voltage differs depending on the detection target substance T.

また、酵素センサ1では、検出対象物質Tによって酵素300の種類を変えることが必要である。具体的には、酵素300としては、例えば、検出対象物質Tがグルコースの場合にはグルコースオキシターゼ又はグルコースデヒドロゲナーゼを、検出対象物質Tがエタノールの場合にはアルコールオキシターゼ又はアルコールデヒドロゲナーゼを、検出対象物質Tがホルムアルデヒドの場合にはホルムアルデヒドオキシターゼ又はホルムアルデヒドデヒドロゲナーゼを、検出対象物質Tが総コレステロールの場合にはコレステロールエステラーゼとコレステロールオキシダーゼとの混合物等を用いることができる。   Further, in the enzyme sensor 1, it is necessary to change the type of the enzyme 300 depending on the detection target substance T. Specifically, as the enzyme 300, for example, when the detection target substance T is glucose, glucose oxidase or glucose dehydrogenase is used, and when the detection target substance T is ethanol, alcohol oxidase or alcohol dehydrogenase is used. When is formaldehyde, formaldehyde oxidase or formaldehyde dehydrogenase can be used, and when the detection target substance T is total cholesterol, a mixture of cholesterol esterase and cholesterol oxidase can be used.

以下、具体的な実施例によって本発明を説明するが、発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described with reference to specific examples, but the present invention is not limited thereto.

基板110(電極140)と透過膜400との間の距離dがそれぞれ異なる5個のセンサ部10を備える酵素センサ1を作成した。そして、酵素センサ1の評価を行った。   An enzyme sensor 1 including five sensor units 10 having different distances d between the substrate 110 (electrode 140) and the permeable membrane 400 was prepared. Then, the enzyme sensor 1 was evaluated.

<1>酵素センサ1の作成
まず、酵素センサ1を作成した。本実施例では、ホルムアルデヒドガスを検出するための酵素センサ1を作成した。酵素300としては、補酵素(NAD)依存型酵素であるホルムアルデヒドデヒドロゲナーゼ(ホルムアルデヒド脱水素酵素)を用いた。
<1> Production of enzyme sensor 1 First, an enzyme sensor 1 was produced. In this example, an enzyme sensor 1 for detecting formaldehyde gas was prepared. As the enzyme 300, formaldehyde dehydrogenase (formaldehyde dehydrogenase), which is a coenzyme (NAD + ) -dependent enzyme, was used.

<1−1>電極基板部100の作成
まず、基板110上に、作用電極(電極140)、対電極150及び参照電極150の三極構造のパターンを5個作成した。
具体的には、略矩形状に形成されたガラスエポキシ製の基板110(厚さ0.8mm、松下電工製)を、ホットプレートを用いて95℃にて90秒間プレベークした。その後、スピンコーターを用いてネガ型レジストを100μL塗布し、紫外露光装置を用いて作用電極(電極140)、対電極150及び参照電極160の三極構造のフォトマスクパターンを転写した。次いで、120℃で60秒間ポストベークして、その後、現像液にて70秒間現像し、蒸留水で洗浄した。次いで、スパッタ法によって、膜厚が800nmの金属薄膜(白金薄膜)を成膜して、その後、リフトオフ法によって、基板110をアセトンに浸して超音波で30分間洗浄し、レジストを剥がして白金電極を形成した。白金層の成膜条件は、真空度を10−5Pa、基板温度を60℃、アルゴンガスの流量を40sccmとした。
<1-1> Creation of Electrode Substrate 100 First, five patterns of a three-electrode structure including a working electrode (electrode 140), a counter electrode 150, and a reference electrode 150 were created on a substrate 110.
Specifically, a glass epoxy substrate 110 (thickness 0.8 mm, manufactured by Matsushita Electric Works) formed in a substantially rectangular shape was pre-baked at 95 ° C. for 90 seconds using a hot plate. Thereafter, 100 μL of negative resist was applied using a spin coater, and a tripolar photomask pattern of a working electrode (electrode 140), a counter electrode 150 and a reference electrode 160 was transferred using an ultraviolet exposure apparatus. Subsequently, it was post-baked at 120 ° C. for 60 seconds, then developed with a developer for 70 seconds, and washed with distilled water. Next, a metal thin film (platinum thin film) having a film thickness of 800 nm is formed by sputtering, and then the substrate 110 is immersed in acetone and washed with ultrasonic waves for 30 minutes by lift-off, and the resist is peeled off to remove the platinum electrode. Formed. The deposition conditions for the platinum layer were a vacuum of 10 −5 Pa, a substrate temperature of 60 ° C., and an argon gas flow rate of 40 sccm.

次いで、分析部120の周囲に疎水性絶縁膜130を作成し、銀/塩化銀電極である参照電極160を作成した。
具体的には、スパッタ法によって、分析部120に対応する領域の周囲に、膜厚が500nmのSiO薄膜を形成することによって、分析部120の周囲に疎水性絶縁膜130を作成した。その後、参照電極160のパターンに、銀/塩化銀インクを塗布して、120度で焼結し、銀/塩化銀電極である参照電極160を作成した。
Next, a hydrophobic insulating film 130 was formed around the analysis unit 120, and a reference electrode 160 that was a silver / silver chloride electrode was formed.
Specifically, the hydrophobic insulating film 130 was formed around the analysis unit 120 by forming a 500 nm-thickness SiO thin film around the region corresponding to the analysis unit 120 by sputtering. Thereafter, a silver / silver chloride ink was applied to the pattern of the reference electrode 160 and sintered at 120 degrees to create a reference electrode 160 which is a silver / silver chloride electrode.

<1−2>酵素固定化膜の作成
まず、酵素溶液を作成した。
具体的には、0.5Uのホルムアルデヒド脱水素酵素、0.25μmolのNAD、10μmolのナフサキノンを、1000μLのリン酸緩衝液(pH7.5)へ溶解して、酵素溶液を作成した。
<1-2> Preparation of enzyme-immobilized membrane First, an enzyme solution was prepared.
Specifically, 0.5 U of formaldehyde dehydrogenase, 0.25 μmol of NAD + , and 10 μmol of naphthaquinone were dissolved in 1000 μL of phosphate buffer (pH 7.5) to prepare an enzyme solution.

次いで、酵素固定化担体として酵素固定化膜を作成した。
具体的には、担体310として、略矩形状に形成された、厚みがそれぞれ異なる5種類の親水性テフロン膜(孔径:0.1μm、厚み:50μm、100μm、200μm、500μm、1000μm、日本ミリポア製)を1枚ずつ用意し、前記作成した酵素溶液を各々20μLずつマイクロピペットで採取して、これらの親水性テフロン膜のそれぞれに滴下した。その後、室温(25℃)で3時間自然乾燥させて、厚みがそれぞれ異なる5種類の酵素固定化膜を作成した。
Next, an enzyme-immobilized membrane was prepared as an enzyme-immobilized carrier.
Specifically, as the carrier 310, five types of hydrophilic Teflon membranes having a substantially rectangular shape and different thicknesses (pore diameter: 0.1 μm, thickness: 50 μm, 100 μm, 200 μm, 500 μm, 1000 μm, manufactured by Nihon Millipore) ) Were prepared one by one, 20 μL each of the prepared enzyme solution was collected with a micropipette and dropped onto each of these hydrophilic Teflon membranes. Then, it naturally dried at room temperature (25 degreeC) for 3 hours, and produced five types of enzyme fixed films | membranes from which thickness differs, respectively.

<1−3>酵素センサ1の作成
まず、スペーサ200を設置した。
具体的には、スペーサ200として、略L字状に形成された、厚みがそれぞれ異なる5種類の粘着性を持つ疎水性テフロンテープ(厚み:50μm、100μm、200μm、500μm、1000μm、日東電工製)を2枚ずつ用意し、これらの疎水性テフロンテープのそれぞれを、分析部120を露出するように配置して、疎水性絶縁膜130上に接着固定した。
より具体的には、例えば、上記形成された5個の分析部120のそれぞれを「分析部a」、「分析部b」、「分析部c」、「分析部d」、「分析部e」と呼ぶとすると、厚み50μmの疎水性テフロンテープを、「分析部a」を囲うように配置して疎水性絶縁膜130上に接着固定し、厚み100μmの疎水性テフロンテープを、「分析部b」を囲うように配置して疎水性絶縁膜130上に接着固定し、厚み200μmの疎水性テフロンテープを、「分析部c」を囲うように配置して疎水性絶縁膜130上に接着固定し、厚み500μmの疎水性テフロンテープを、「分析部d」を囲うように配置して疎水性絶縁膜130上に接着固定し、厚み1000μmの疎水性テフロンテープを、「分析部e」を囲うように配置して疎水性絶縁膜130上に接着固定した。
<1-3> Preparation of enzyme sensor 1 First, the spacer 200 was installed.
Specifically, as the spacer 200, a hydrophobic Teflon tape having a substantially L-shape and having five types of different adhesive properties (thickness: 50 μm, 100 μm, 200 μm, 500 μm, 1000 μm, manufactured by Nitto Denko) Two pieces of each of these hydrophobic Teflon tapes were prepared so as to expose the analysis part 120 and adhered and fixed on the hydrophobic insulating film 130.
More specifically, for example, each of the five analysis units 120 formed above is referred to as “analysis unit a”, “analysis unit b”, “analysis unit c”, “analysis unit d”, and “analysis unit e”. In this case, a hydrophobic Teflon tape having a thickness of 50 μm is disposed so as to surround the “analysis portion a”, and is adhered and fixed on the hydrophobic insulating film 130, and a hydrophobic Teflon tape having a thickness of 100 μm is attached to the “analysis portion b”. Is placed on the hydrophobic insulating film 130 and is fixed on the hydrophobic insulating film 130. A hydrophobic Teflon tape having a thickness of 200 μm is placed on the hydrophobic insulating film 130 so as to surround the “analysis part c”. A hydrophobic Teflon tape having a thickness of 500 μm is disposed so as to surround the “analysis portion d” and is fixedly adhered to the hydrophobic insulating film 130, and a hydrophobic Teflon tape having a thickness of 1000 μm is surrounded by the “analysis portion e”. Placed on the hydrophobic insulating film 130 Bonded and fixed.

次いで、酵素固定化膜を設置した。
具体的には、前記作成した酵素固定化膜のそれぞれを、疎水性テフロンテープの厚みに対応付けて、各分析部120内における作用電極(電極140)、対電極150及び参照電極160の上面に配置した。
より具体的には、例えば、厚み50μmの疎水性テフロンテープに囲まれた「分析部a」内に、厚み50μmの親水性テフロン膜から成る酵素固定化膜を配置し、厚み100μmの疎水性テフロンテープに囲まれた「分析部b」内に、厚み100μmの親水性テフロン膜から成る酵素固定化膜を配置し、厚み200μmの疎水性テフロンテープに囲まれた「分析部c」内に、厚み200μmの親水性テフロン膜から成る酵素固定化膜を配置し、厚み500μmの疎水性テフロンテープに囲まれた「分析部d」内に、厚み500μmの親水性テフロン膜から成る酵素固定化膜を配置し、厚み1000μmの疎水性テフロンテープに囲まれた「分析部e」内に、厚み1000μmの親水性テフロン膜から成る酵素固定化膜を配置した。
Next, an enzyme-immobilized membrane was installed.
Specifically, each of the prepared enzyme-immobilized membranes is associated with the thickness of the hydrophobic Teflon tape on the upper surface of the working electrode (electrode 140), counter electrode 150, and reference electrode 160 in each analysis unit 120. Arranged.
More specifically, for example, an enzyme-immobilized membrane made of a hydrophilic Teflon membrane having a thickness of 50 μm is disposed in the “analysis part a” surrounded by a hydrophobic Teflon tape having a thickness of 50 μm, and the hydrophobic Teflon having a thickness of 100 μm is arranged. An enzyme-immobilized membrane made of a hydrophilic Teflon membrane having a thickness of 100 μm is disposed in the “analysis portion b” surrounded by the tape, and the thickness is placed in the “analysis portion c” surrounded by the hydrophobic Teflon tape having a thickness of 200 μm. An enzyme-immobilized membrane consisting of a 200 μm hydrophilic Teflon membrane is placed, and an enzyme-immobilized membrane consisting of a 500 μm thick hydrophilic Teflon membrane is placed in the “analysis part d” surrounded by a hydrophobic Teflon tape having a thickness of 500 μm. Then, an enzyme-immobilized membrane made of a hydrophilic Teflon membrane having a thickness of 1000 μm was disposed in the “analysis part e” surrounded by a hydrophobic Teflon tape having a thickness of 1000 μm.

次いで、透過膜400、支持部材500及びカバー部材600を設置した。
具体的には、透過膜400として、略矩形状に形成されたガス透過膜(厚み:100μm、ゴアテックス製)を5枚用意して、それぞれで各分析部120を覆った。次に、支持部材500として、略矩形状に形成されたステンレスメッシュ(目開き100μm、セミテック製)を5枚用意して、それぞれで各透過膜400を覆った。次に、カバー部材500として、略矩形状に形成された、開口部(供給口610)を有するガラスエポキシ製の板体を5枚用意して、それぞれを、開口部が分析部140に対応するように各支持部材500の上面に配置して、疎水性絶縁膜130上に固定した。
Subsequently, the permeable membrane 400, the support member 500, and the cover member 600 were installed.
Specifically, five gas permeable membranes (thickness: 100 μm, manufactured by Gore-Tex) formed in a substantially rectangular shape were prepared as the permeable membrane 400, and each analysis unit 120 was covered with each. Next, five stainless steel meshes (aperture 100 μm, manufactured by Semi-Tech) were prepared as support members 500 and each permeable membrane 400 was covered with each. Next, as the cover member 500, five glass epoxy plates having an opening (supply port 610) formed in a substantially rectangular shape are prepared, and each of the openings corresponds to the analysis unit 140. As described above, the support member 500 was disposed on the upper surface and fixed on the hydrophobic insulating film 130.

<2>酵素センサ1の評価
次に、酵素センサ1を評価した。
<2> Evaluation of enzyme sensor 1 Next, the enzyme sensor 1 was evaluated.

まず、酵素センサ1を評価するための測定装置Mについて説明する。
測定装置Mは、例えば、図8に示すように、標準空気生成器M1と、ホルムアルデヒド貯蔵部M2と、ガス生成器M3と、センサチャンバーM4と、ポテンショスタットM5と、信号処理部M6と、コンピュータM7と、等を備えて構成される。
First, the measuring device M for evaluating the enzyme sensor 1 will be described.
For example, as shown in FIG. 8, the measuring apparatus M includes a standard air generator M1, a formaldehyde storage unit M2, a gas generator M3, a sensor chamber M4, a potentiostat M5, a signal processing unit M6, and a computer. M7 and the like.

センサチャンバーM4は、酵素センサ1を支持するための支持部M41を有している。酵素センサ1が備える各センサ部10は、カバー部材600の供給口610がOリングを介して支持部M41と接続されるようになっており、酵素センサ1の供給層L2(供給口610内)には、支持部M41を介してガス生成器M3から規定濃度のホルムアルデヒドガスが導入されるようになっている。これにより、酵素300(ホルムアルデヒド脱水素酵素)の基質であるホルムアルデヒド(検出対象物質T)が、透過膜400を透過して、供給層L2から検出層L1に移行し、検出層L1において検出されることになる。   The sensor chamber M4 has a support part M41 for supporting the enzyme sensor 1. Each sensor unit 10 included in the enzyme sensor 1 is configured such that the supply port 610 of the cover member 600 is connected to the support unit M41 via an O-ring, and the supply layer L2 of the enzyme sensor 1 (in the supply port 610). A formaldehyde gas having a specified concentration is introduced from the gas generator M3 through the support M41. Thereby, formaldehyde (detection target substance T), which is a substrate of enzyme 300 (formaldehyde dehydrogenase), passes through permeable membrane 400, moves from supply layer L2 to detection layer L1, and is detected in detection layer L1. It will be.

作用電極(電極140)、対電極150及び参照電極160は、それぞれ対応するパッド170からリード線によって、ポテンショスタットM5(BAS製)に接続されている。   The working electrode (electrode 140), the counter electrode 150, and the reference electrode 160 are connected to the potentiostat M5 (manufactured by BAS) from the corresponding pad 170 by a lead wire.

次いで、測定装置Mを用いて酵素センサ1を評価した。
具体的には、酵素センサ1が備える各センサ部10が有する酵素固定化膜(酵素固定化膜における、透過膜400からはみ出る部分(図6参照))のそれぞれに、30μLのリン酸緩衝液(pH7.5)を電解液として滴下し、親水性テフロン膜から成る酵素固定化膜の端から毛細管現象により電解液を吸引させることによって、電解液を検出層L1内に浸入させ、酵素、補酵素及び電子伝達体を含んだ電解液で検出層L1内を満たすようにした。
Next, the enzyme sensor 1 was evaluated using the measuring device M.
Specifically, 30 μL of a phosphate buffer solution (30 μL) is added to each enzyme-immobilized membrane (the portion of the enzyme-immobilized membrane that protrudes from the permeable membrane 400 (see FIG. 6)) of each sensor unit 10 included in the enzyme sensor 1. pH 7.5) is dropped as an electrolytic solution, and the electrolytic solution is sucked into the detection layer L1 by capillary action from the end of the enzyme-immobilized membrane made of a hydrophilic Teflon membrane. In addition, the inside of the detection layer L1 was filled with an electrolyte containing an electron carrier.

そして、参照電極160に対して作用電極(電極140)に+650mVの電圧を印加して、室温(25℃)でガス生成器M3によって連続的に濃度を変化させたホルムアルデヒドガスをセンサチャンバーM4へ導入し、アンペロメトリー法による電流計測により測定を行った。その結果を図9に示す。   Then, a voltage of +650 mV is applied to the working electrode (electrode 140) with respect to the reference electrode 160, and formaldehyde gas whose concentration is continuously changed by the gas generator M3 at room temperature (25 ° C.) is introduced into the sensor chamber M4. Then, measurement was performed by current measurement by the amperometry method. The result is shown in FIG.

図9は、導入するホルムアルデヒドガスの濃度を変化させた際の、各センサ部10の応答電流の変化を示す。
図9においては、横軸にホルムアルデヒドガス濃度、縦軸に応答電流(平衡状態の値)を示し、菱形(◇)プロットでスペーサ200及び酵素固定化膜(スペーサの役割を担う担体310から成る酵素固定化膜)の厚みが50μmのセンサ部10の結果を示し、四角(□)プロットでスペーサ200及び酵素固定化膜の厚みが100μmのセンサ部10の結果を示し、三角(△)プロットでスペーサ200及び酵素固定化膜の厚みが200μmのセンサ部10の結果を示し、丸(○)プロットでスペーサ200及び酵素固定化膜の厚みが500μmのセンサ部10の結果を示し、逆三角(▽)プロットでスペーサ200及び酵素固定化膜の厚みが1000μmのセンサ部10の結果を示した。
FIG. 9 shows a change in response current of each sensor unit 10 when the concentration of formaldehyde gas to be introduced is changed.
In FIG. 9, the horizontal axis indicates the formaldehyde gas concentration, the vertical axis indicates the response current (equilibrium value), and the rhombus (◇) plot indicates the spacer 200 and the enzyme-immobilized membrane (enzyme comprising the carrier 310 serving as a spacer). The result of the sensor part 10 with the thickness of the immobilization membrane) of 50 μm is shown, the result of the spacer 200 and the sensor part 10 with the thickness of the enzyme immobilization film of 100 μm are shown by the square (□) plot, and the spacer by the triangle (Δ) plot 200 and the results of the sensor part 10 with the enzyme-immobilized membrane thickness of 200 μm are shown, and the circle (◯) plots show the results of the spacer 200 and the sensor part 10 with the enzyme-immobilized membrane thickness of 500 μm, and an inverted triangle (▽) The result of the sensor unit 10 in which the thickness of the spacer 200 and the enzyme-immobilized film is 1000 μm is shown in the plot.

図9によれば、スペーサ200及び酵素固定化膜の厚みが50μmのセンサ部10は、0.2ppb〜100ppbの濃度領域で良好な線形性を保っており、100ppbを超える濃度領域では飽和している。
また、スペーサ200及び酵素固定化膜の厚みが100μmのセンサ部10は、1ppb〜900ppbの濃度領域で良好な線形性を保っており、900ppbを超える濃度領域では飽和している。
また、スペーサ200及び酵素固定化膜の厚みが200μmのセンサ部10は、10ppb〜3000ppbの濃度領域で良好な線形性を保っており、3000ppbを超える濃度領域では飽和している。
また、スペーサ200及び酵素固定化膜の厚みが500μmのセンサ部10は、100ppb〜10000ppbの濃度領域で良好な線形性を保っており、10000ppbを超える濃度領域では飽和している。
また、スペーサ200及び酵素固定化膜の厚みが1000μmのセンサ部10は、100ppb〜100000ppbの濃度領域で良好な線形性を保っている。
According to FIG. 9, the sensor unit 10 having the spacer 200 and the enzyme-immobilized membrane having a thickness of 50 μm maintains good linearity in the concentration region of 0.2 ppb to 100 ppb, and is saturated in the concentration region exceeding 100 ppb. Yes.
In addition, the sensor unit 10 having the spacer 200 and the enzyme-immobilized membrane having a thickness of 100 μm maintains good linearity in a concentration region of 1 ppb to 900 ppb, and is saturated in a concentration region exceeding 900 ppb.
In addition, the sensor unit 10 having the spacer 200 and the enzyme-immobilized membrane having a thickness of 200 μm maintains good linearity in a concentration region of 10 ppb to 3000 ppb, and is saturated in a concentration region exceeding 3000 ppb.
In addition, the sensor unit 10 having the spacer 200 and the enzyme-immobilized membrane having a thickness of 500 μm maintains good linearity in a concentration region of 100 ppb to 10,000 ppb, and is saturated in a concentration region exceeding 10,000 ppb.
In addition, the sensor unit 10 having the spacer 200 and the enzyme-immobilized membrane having a thickness of 1000 μm maintains good linearity in a concentration region of 100 ppb to 100,000 ppb.

図9の結果から、各センサ部10は、それぞれ線形の検出域を有する濃度領域の範囲は狭いが、それぞれで線形の検出域を有する濃度領域が異なることが分かった。したがって、酵素センサ1全体では、広範な検出濃度範囲を有するとともに、酵素センサ1が備える複数のセンサ部10のうちの適切なセンサ部10(適切な濃度領域で線形の検出域を有するセンサ部10)で検出対象物質Tを検出できることが分かった。
ここで、供給層L2に供給されたホルムアルデヒドガス中のホルムアルデヒドは、ガス透過膜400を透過して供給層L2から検出層L1に移行して電解液に溶け込み、酵素300と反応する。そして、最終的に、電子伝達体が電極140上で酸化される。すなわち、検出層L1中での拡散は、基板110(電極140)と透過膜400との間の距離dに依存するため、センサ部10の感度は、基板110(電極140)と透過膜400との間の距離dによって変化すると考えられる。
From the results of FIG. 9, it was found that each sensor unit 10 has a narrow range of density regions each having a linear detection range, but has a different density region having a linear detection range. Therefore, the enzyme sensor 1 as a whole has a wide detection concentration range and an appropriate sensor unit 10 (a sensor unit 10 having a linear detection range in an appropriate concentration region) among the plurality of sensor units 10 provided in the enzyme sensor 1. It was found that the detection target substance T can be detected.
Here, formaldehyde in the formaldehyde gas supplied to the supply layer L2 passes through the gas permeable membrane 400, moves from the supply layer L2 to the detection layer L1, dissolves in the electrolytic solution, and reacts with the enzyme 300. Finally, the electron carrier is oxidized on the electrode 140. That is, since the diffusion in the detection layer L1 depends on the distance d between the substrate 110 (electrode 140) and the transmission film 400, the sensitivity of the sensor unit 10 is as follows. It is thought that it changes with the distance d between.

以上説明した第1の実施の形態の酵素センサ1によれば、電極140を備える基板110と、少なくとも検出対象物質Tが透過する透過膜400と、基板110と透過膜400との間に形成され、透過膜400を透過した検出対象物質Tと選択的に反応するレセプタとしての酵素300を含有する検出層L1と、を有するセンサ部10を複数備え、センサ部10における基板110と透過膜400との間の距離は、センサ部10毎にそれぞれ異なっている。
ここで、線形の検出域を有する濃度領域は、基板110(電極140)と透過膜400との間の距離dに依存するため、酵素センサ1は、線形の検出域を有する濃度領域が異なるセンサ部10を複数備えていることになる。したがって、基板110(電極140)と透過膜400との間の距離dが異なるセンサ部10を複数備えるという簡易な構成で、酵素センサ1全体では、広範な検出濃度範囲を有することができるとともに、検出対象物質Tの濃度が未知であっても、酵素センサ1が備える複数のセンサ部10のうちの適切なセンサ部10(適切な濃度領域で線形の検出域を有するセンサ部10)でその検出対象物質Tを検出することができる。
According to the enzyme sensor 1 of the first embodiment described above, the substrate 110 including the electrode 140, the permeable membrane 400 through which at least the detection target substance T is transmitted, and the substrate 110 and the permeable membrane 400 are formed. A plurality of sensor portions 10 each having a detection layer L1 containing an enzyme 300 as a receptor that selectively reacts with the detection target substance T that has passed through the permeable membrane 400, and the substrate 110 and the permeable membrane 400 in the sensor portion 10 Is different for each sensor unit 10.
Here, since the concentration region having a linear detection region depends on the distance d between the substrate 110 (electrode 140) and the permeable membrane 400, the enzyme sensor 1 is a sensor having a different concentration region having a linear detection region. A plurality of parts 10 are provided. Therefore, the enzyme sensor 1 as a whole can have a wide detection concentration range with a simple configuration that includes a plurality of sensor units 10 having different distances d between the substrate 110 (electrode 140) and the permeable membrane 400, and Even if the concentration of the detection target substance T is unknown, the detection is performed by an appropriate sensor unit 10 (a sensor unit 10 having an appropriate concentration region and a linear detection region) among the plurality of sensor units 10 included in the enzyme sensor 1. The target substance T can be detected.

また、以上説明した本発明の酵素センサ1によれば、センサ部10は、基板110に設けられたスペーサ200及び酵素固定化膜(スペーサの役割を担う担体310から成る酵素固定化膜)を備え、スペーサ200及び酵素固定化膜は、透過膜400を支持している。
したがって、スペーサ200及び酵素固定化膜によって、基板110(電極140)と透過膜400との間の距離dを一定に保つことができるため、検出対象物質Tの検出を安定して行うことができる。
Further, according to the enzyme sensor 1 of the present invention described above, the sensor unit 10 includes the spacer 200 provided on the substrate 110 and the enzyme immobilization film (enzyme immobilization film composed of the carrier 310 serving as a spacer). The spacer 200 and the enzyme-immobilized membrane support the permeable membrane 400.
Therefore, since the distance d between the substrate 110 (electrode 140) and the permeable membrane 400 can be kept constant by the spacer 200 and the enzyme-immobilized membrane, the detection target substance T can be detected stably. .

[第2の実施の形態]
次に、第2の実施の形態における酵素センサ1Aについて説明する。
図10は、酵素センサ1Aの要部を模式的に示す図である。図11は、酵素センサ1Aの平面斜視図である。図12は、図11のXII−XII線における断面を模式的に示す図である。図13は、酵素センサ1Aの分解図である。
[Second Embodiment]
Next, the enzyme sensor 1A according to the second embodiment will be described.
FIG. 10 is a diagram schematically showing a main part of the enzyme sensor 1A. FIG. 11 is a plan perspective view of the enzyme sensor 1A. 12 is a diagram schematically showing a cross section taken along line XII-XII of FIG. FIG. 13 is an exploded view of the enzyme sensor 1A.

<酵素センサの構成>
まず、酵素センサ1Aの構成について説明する。
なお、第2の実施の形態の酵素センサ1Aは、センサ部10Aを1つ備えて構成されており、そのセンサ部10Aにおける基板110(基板110が備える電極140)と透過膜400との間の距離dが可変である点が、第1の実施の形態の酵素センサ1と異なる。したがって、異なる箇所のみについて説明し、その他の共通する部分は同一符号を付して説明する。
<Configuration of enzyme sensor>
First, the configuration of the enzyme sensor 1A will be described.
Note that the enzyme sensor 1A of the second embodiment is configured to include one sensor unit 10A, and between the substrate 110 (the electrode 140 included in the substrate 110) and the permeable membrane 400 in the sensor unit 10A. The difference from the enzyme sensor 1 of the first embodiment is that the distance d is variable. Therefore, only different parts will be described, and other common parts will be described with the same reference numerals.

酵素センサ1Aは、例えば、図10に示すように、下側ケース体1100A(後述)に載置された所定の基板110と、基板110の上方に配置された透過膜400と、基板110と透過膜400との間に形成され、透過膜400を透過した検出対象物質Tと選択的に反応するレセプタとしての酵素300を含有する検出層L1と、基板110の上面に配置されたスペーサ200Aと、を有するセンサ部10Aを備えて構成される。
基板110と透過膜400との間に形成された検出層L1は、例えば、電解液等の液体で満たされており、透過膜400の上側の供給層L2には、例えば、検出対象物質Tを含有する気体試料や液体試料が供給されるようになっている。
For example, as shown in FIG. 10, the enzyme sensor 1 </ b> A includes a predetermined substrate 110 placed on a lower case body 1100 </ b> A (described later), a permeable membrane 400 disposed above the substrate 110, and the substrate 110 and the transmission. A detection layer L1 containing an enzyme 300 as a receptor that is formed between the membrane 400 and selectively reacts with the detection target substance T that has passed through the permeable membrane 400; a spacer 200A disposed on the upper surface of the substrate 110; A sensor unit 10A having
The detection layer L1 formed between the substrate 110 and the permeable membrane 400 is filled with, for example, a liquid such as an electrolytic solution. The supply layer L2 above the permeable membrane 400 includes, for example, the detection target substance T. A gas sample or a liquid sample to be contained is supplied.

基板110は、上面に電極140を備えており、酵素センサ1Aは、透過膜400を透過して供給層L2から検出層L1に移行してきた検出対象物質Tを、電気化学的計測法によって検出するようになっている。
ここで、酵素センサ1Aが備えるセンサ部10Aにおける基板110(基板110が備える電極140)と透過膜400との間の距離dは、変えることができるようになっている。
The substrate 110 includes an electrode 140 on the upper surface, and the enzyme sensor 1A detects the detection target substance T that has passed through the permeable membrane 400 and has moved from the supply layer L2 to the detection layer L1 by an electrochemical measurement method. It is like that.
Here, the distance d between the substrate 110 (the electrode 140 included in the substrate 110) and the permeable membrane 400 in the sensor unit 10A included in the enzyme sensor 1A can be changed.

具体的には、酵素センサ1Aは、例えば、図11〜図13に示すように、センサ部10Aと、センサ部10Aを収容するためのケース体1000Aと、などを備えて構成される。   Specifically, for example, as shown in FIGS. 11 to 13, the enzyme sensor 1 </ b> A includes a sensor unit 10 </ b> A, a case body 1000 </ b> A for housing the sensor unit 10 </ b> A, and the like.

酵素センサ1Aが備えるケース体1000Aは、例えば、外形が略円筒形状を成し、上下方向略中央の位置で上下方向に直交する方向(水平方向)に分割される下側ケース体1100A及び上側ケース体1200Aと、下側ケース体1100Aと上側ケース体1200Aを連結するための連結部材1300Aと、などを備えて構成される。   The case body 1000A provided in the enzyme sensor 1A has, for example, a lower case body 1100A and an upper case whose outer shape is substantially cylindrical and which is divided in a direction (horizontal direction) perpendicular to the vertical direction at a substantially central position in the vertical direction. A body 1200A, a connecting member 1300A for connecting the lower case body 1100A and the upper case body 1200A, and the like are configured.

下側ケース体1100Aには、例えば、酵素センサ1A内に注入された電解液等の液体を貯めるための液貯め部1110Aと、酵素センサ1Aの外側から内側に向けて電解液等の液体を注入するための注入口1120Aと、酵素センサ1Aの内側から外側に向けて電解液等の液体を排出するための排出口1130Aと、電極基板部100を載置するための載置部1140Aと、下側ケース体1100Aの上面縁部に形成された、連結部材1300Aが挿入可能な凹部1150A,1150A,…と、などが設けられている。
ここで、液貯め部1110A及び載置部1140Aの深さは、例えば、電極基板部100(基板110)の厚みと略同一となるよう設定されている。
In the lower case body 1100A, for example, a liquid reservoir 1110A for storing a liquid such as an electrolyte injected into the enzyme sensor 1A, and a liquid such as an electrolyte from the outside to the inside of the enzyme sensor 1A are injected. An inlet 1120A for discharging, an outlet 1130A for discharging a liquid such as an electrolyte from the inside to the outside of the enzyme sensor 1A, a mounting portion 1140A for mounting the electrode substrate unit 100, A recess 1150A, 1150A,... That can be inserted into the connecting member 1300A is provided at the upper edge of the side case body 1100A.
Here, the depths of the liquid storage unit 1110A and the mounting unit 1140A are set to be substantially the same as the thickness of the electrode substrate unit 100 (substrate 110), for example.

上側ケース体1200Aには、例えば、上側ケース体1200Aの上面における液貯め部1110Aに対応する位置に形成された、センサ部10Aに検出対象物質Tを含有する気体試料や液体試料が供給される供給口1210Aと、上側ケース体1200Aの上面縁部における凹部1150A,1150A,…に対応する位置に形成された、連結部材1300Aが貫通可能な孔部1220A,1220A,…と、などが設けられている。すなわち、上側ケース体1200Aの供給口1210A内がセンサ部10Aの供給層L2になる。   For example, the upper case body 1200A is supplied with a gas sample or a liquid sample containing the detection target substance T in the sensor unit 10A, which is formed at a position corresponding to the liquid storage unit 1110A on the upper surface of the upper case body 1200A. The opening 1210A and holes 1220A, 1220A,... That can be penetrated by the connecting member 1300A are provided at positions corresponding to the recesses 1150A, 1150A,... . That is, the inside of the supply port 1210A of the upper case body 1200A is the supply layer L2 of the sensor unit 10A.

連結部材1300Aは、例えば、孔部1220Aに貫通可能であるとともに、凹部1150Aに挿入可能であり、下側ケース体1100Aと上側ケース体1200Aとでセンサ部10Aを挟んだ状態で、連結部材1300Aを、孔部1220Aの上側から下側に向けて貫通させて、凹部1150Aに挿入することによって、下側ケース体1100Aと上側ケース体1200Aとを連結することができるとともに、ケース体1000Aに対するセンサ部10A(スペーサ200A、透過膜400及び支持部材500)の位置決めができるようになっている。   For example, the connecting member 1300A can be inserted into the hole 1220A and can be inserted into the recess 1150A. The lower case body 1100A and the upper case body 1200A can be connected by penetrating from the upper side to the lower side of the hole 1220A and inserted into the recess 1150A, and the sensor unit 10A for the case body 1000A. (Spacer 200A, permeable membrane 400 and support member 500) can be positioned.

ここで、凹部1150A、孔部1220A及び連結部材1300Aにはねじ切り加工が施されていないため、連結部材1300Aで下側ケース体1100Aと上側ケース体1200Aとを連結した状態で、上側ケース体1200Aに対する下側ケース体1100Aの位置(下側ケース体1100Aと上側ケース体1200Aとの間の距離)を変えることができる。これにより、センサ部10Aにおける基板110(電極140)と透過膜400との間の距離dを変えることができるようになっている。   Here, since the recess 1150A, the hole 1220A, and the connecting member 1300A are not threaded, the lower case body 1100A and the upper case body 1200A are connected to each other by the connecting member 1300A. The position of the lower case body 1100A (the distance between the lower case body 1100A and the upper case body 1200A) can be changed. Thereby, the distance d between the board | substrate 110 (electrode 140) and the permeable film 400 in 10 A of sensor parts can be changed now.

酵素センサ1Aが備えるセンサ部10Aは、例えば、載置部1140Aに載置された電極基板部100と、下側ケース体1100Aの上面に配置された、液貯め部1110Aに対応する位置に設けられた開口部210Aを有するスペーサ200Aと、液貯め部1110A内及び開口部210A内に配置された検出層L1と、検出層L1に含有されている酵素300と、スペーサ200A及び検出層L1の上面に配置された透過膜400と、透過膜400の上面に配置された支持部材500と、などを備えて構成される。
ここで、センサ部10Aが備える電極基板部100は、例えば、第1の実施の形態において作成された、複数の電極基板部100が連なる電極基板部群から1つ分を切り出したものである。
The sensor unit 10A included in the enzyme sensor 1A is provided, for example, at a position corresponding to the liquid storage unit 1110A disposed on the electrode substrate unit 100 mounted on the mounting unit 1140A and the upper surface of the lower case body 1100A. The spacer 200A having the opening 210A, the detection layer L1 disposed in the liquid reservoir 1110A and the opening 210A, the enzyme 300 contained in the detection layer L1, and the upper surfaces of the spacer 200A and the detection layer L1 The permeable membrane 400 is disposed, the support member 500 is disposed on the upper surface of the permeable membrane 400, and the like.
Here, the electrode substrate unit 100 included in the sensor unit 10A is, for example, one cut out from the electrode substrate unit group in which the plurality of electrode substrate units 100 are formed in the first embodiment.

スペーサ200Aは、酵素センサ1A内に注入された電解液等の液体を酵素センサ1Aの外側に漏らすことなく、基板110(電極140)と透過膜400との間の距離dを変えることができるようにするためのものである。したがって、スペーサ200Aは、少なくとも厚み方向に伸縮自在となっている。
スペーサ200Aの材質は、スペーサ200Aによって酵素センサ1A内に注入された電解液等の液体を酵素センサ1Aの外側に漏らすことなく、基板110(電極140)と透過膜400との間の距離dを変えることができるのであれば任意であり、具体的には、例えば、シリコンゴムシート等の弾性部材などが挙げられる。
The spacer 200 </ b> A can change the distance d between the substrate 110 (electrode 140) and the permeable membrane 400 without leaking a liquid such as an electrolyte injected into the enzyme sensor 1 </ b> A to the outside of the enzyme sensor 1 </ b> A. It is for making. Therefore, the spacer 200A can be expanded and contracted at least in the thickness direction.
The material of the spacer 200A is such that the distance d between the substrate 110 (electrode 140) and the permeable membrane 400 is not leaked to the outside of the enzyme sensor 1A, such as an electrolyte solution injected into the enzyme sensor 1A by the spacer 200A. Any material can be used as long as it can be changed, and specific examples include elastic members such as a silicone rubber sheet.

具体的には、スペーサ200Aは、例えば、開口部210Aを有する略リング形状に形成されている。そして、スペーサ200Aには、例えば、スペーサ200Aの縁部における凹部1150A,1150A,…に対応する位置に、連結部材1300Aが貫通可能な孔部220A,220A,…が設けられており、孔部220Aに連結部材1300Aを貫通させることによって、ケース体1000Aに対するスペーサ200Aの位置決めができるようになっている。   Specifically, the spacer 200A is formed in a substantially ring shape having an opening 210A, for example. The spacer 200A is provided with holes 220A, 220A,... Through which the connecting member 1300A can pass, for example, at positions corresponding to the recesses 1150A, 1150A,. The spacer 200A can be positioned with respect to the case body 1000A by allowing the connecting member 1300A to pass therethrough.

以下、具体的な実施例によって本発明を説明するが、発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described with reference to specific examples, but the present invention is not limited thereto.

酵素センサ1Aを作成し、酵素センサ1Aの評価を行った。   An enzyme sensor 1A was created and the enzyme sensor 1A was evaluated.

<1>酵素センサ1Aの作成
まず、酵素センサ1Aを作成した。本実施例では、ホルムアルデヒドガスを検出するための酵素センサ1を作成した。酵素300としては、補酵素(NAD)依存型酵素であるホルムアルデヒドデヒドロゲナーゼ(ホルムアルデヒド脱水素酵素)を用いた。
<1> Production of enzyme sensor 1A First, an enzyme sensor 1A was produced. In this example, an enzyme sensor 1 for detecting formaldehyde gas was prepared. As the enzyme 300, formaldehyde dehydrogenase (formaldehyde dehydrogenase), which is a coenzyme (NAD + ) -dependent enzyme, was used.

<1−1>電極基板部100の作成
第1の実施の形態の実施例において作成された、5個の電極基板部100が連なる電極基板部群から1個の電極基板部100を切り出すことによって、電極基板部100を作成した。
<1-1> Creation of electrode substrate unit 100 By cutting out one electrode substrate unit 100 from the electrode substrate unit group of five electrode substrate units 100 created in the example of the first embodiment. The electrode substrate part 100 was created.

<1−2>酵素センサ1Aの作成
まず、ケース体1000Aを作成した。
具体的には、下側ケース体1100Aや上側ケース体1200Aを、旋盤やフライス盤などを用いて、絶縁体であるピーク材を加工することによって作成した。
液貯め部1110A及び載置部1140Aの深さは、電極基板部100の厚み(0.8mm)と略同一となるように設定した。
なお、ケース体1000Aの材質は、絶縁性であればピーク材に制限されるものではなく、具体的には、例えば、セラミックス、ガラス、プラスチック、テフロンなどであっても良い。
<1-2> Creation of Enzyme Sensor 1A First, a case body 1000A was created.
Specifically, the lower case body 1100A and the upper case body 1200A were created by processing a peak material, which is an insulator, using a lathe or a milling machine.
The depths of the liquid storage unit 1110A and the mounting unit 1140A were set to be substantially the same as the thickness (0.8 mm) of the electrode substrate unit 100.
The material of the case body 1000A is not limited to the peak material as long as it is insulative. Specifically, for example, ceramic, glass, plastic, Teflon, or the like may be used.

次いで、下側ケース体1100Aに電極基板部100を設置した。
具体的には、前記作成した電極基板部100を、分析部120が液貯め部1110A内に配置されるとともに、パッド170が酵素センサ1Aの外側に配置されるように、前記作成した下側ケース体1100Aの載置部1140Aに載置して、下側ケース体1100Aに固定した。
なお、下側ケース体1100Aに対する電極基板部100の固定方法は、テフロンテープ等のテープ部材を用いてシール及び固定する方法であっても良いし、接着剤等を用いて固定する方法であっても良い。
Subsequently, the electrode substrate part 100 was installed in the lower case body 1100A.
Specifically, the prepared lower case is arranged so that the analysis unit 120 is arranged in the liquid storage unit 1110A and the pad 170 is arranged outside the enzyme sensor 1A. It was mounted on the mounting portion 1140A of the body 1100A and fixed to the lower case body 1100A.
The method of fixing the electrode substrate unit 100 to the lower case body 1100A may be a method of sealing and fixing using a tape member such as Teflon tape, or a method of fixing using an adhesive or the like. Also good.

次いで、下側ケース体1100Aを精密型ZステージN1に設置した。
具体的には、例えば、図14に示すように、精密型ZステージN1上に、電極基板部100が装着された下側ケース体1100Aを、ネジ等(図示省略)を用いて固定した。
Next, the lower case body 1100A was placed on the precision Z stage N1.
Specifically, for example, as shown in FIG. 14, the lower case body 1100A on which the electrode substrate unit 100 is mounted is fixed on the precision Z stage N1 using screws or the like (not shown).

次いで、スペーサ200Aを設置した。
具体的には、スペーサ200Aとして、略リング形状に形成された、孔部220Aを有するシリコンゴムシート(厚み:500μm)を1枚用意し、そのシリコンゴムシートを、孔部220Aが下側ケース体1100Aの凹部1150Aに対応するように配置した。
Next, a spacer 200A was installed.
Specifically, as the spacer 200A, one silicon rubber sheet (thickness: 500 μm) having a hole portion 220A formed in a substantially ring shape is prepared, and the hole portion 220A has the lower case body. It arrange | positioned corresponding to the recessed part 1150A of 1100A.

次いで、透過膜400及び支持部材500を設置した。
具体的には、透過膜400として、略円形状に形成されたガス透過膜(ゴアテックス製)を1枚用意するとともに、支持部材500として、略円形状に形成されたステンレスメッシュを1枚用意し、そのガス透過膜とステンレスメッシュで、スペーサ200Aの開口部210Aを覆った。
ここで、ガス透過膜の強度を向上させるために、ガス透過膜とステンレスメッシュとを重ね合わせて、ガス透過膜及びステンレスメッシュにおける、電極基板部100の分析部120に対応する部分以外の部分を接着し、ガス透過膜とステンレスメッシュとを一体化した。そして、このガス透過膜とステンレスメッシュとを一体化したもので、スペーサ200Aの開口部210Aを覆った。
Next, the permeable membrane 400 and the support member 500 were installed.
Specifically, one gas permeable membrane (made by Gore-Tex) formed in a substantially circular shape is prepared as the permeable membrane 400, and one stainless mesh formed in a substantially circular shape is prepared as the support member 500. The opening 210A of the spacer 200A was covered with the gas permeable membrane and the stainless mesh.
Here, in order to improve the strength of the gas permeable membrane, the gas permeable membrane and the stainless steel mesh are overlapped, and portions of the gas permeable membrane and the stainless mesh other than the portion corresponding to the analysis unit 120 of the electrode substrate unit 100 are arranged. The gas permeable membrane and the stainless mesh were integrated by bonding. The gas permeable membrane and the stainless steel mesh are integrated to cover the opening 210A of the spacer 200A.

次いで、上側ケース体1200Aを設置した。
具体的には、前記作成した上側ケース体1200Aを、孔部1220Aが下側ケース体1100Aの凹部1150Aに対応するように配置し、連結部材1300Aで下側ケース体1100Aに連結させた。そして、例えば、図14に示すように、ホルダーN2で、上側ケース体1200Aの位置を固定した。
Next, the upper case body 1200A was installed.
Specifically, the created upper case body 1200A was arranged such that the hole 1220A corresponds to the recess 1150A of the lower case body 1100A, and was connected to the lower case body 1100A by the connecting member 1300A. Then, for example, as shown in FIG. 14, the position of the upper case body 1200A is fixed by the holder N2.

<2>酵素センサ1Aの評価
次に、酵素センサ1Aを評価した。
<2> Evaluation of enzyme sensor 1A Next, the enzyme sensor 1A was evaluated.

まず、酵素センサ1Aを評価するための測定装置Nについて説明する。
測定装置Nは、例えば、図15に示すように、標準空気生成器M1と、ホルムアルデヒド貯蔵部M2と、ガス生成器M3と、精密型ZステージN1と、ホルダーN2と、ポテンショスタットM5と、信号処理部M6と、コンピュータM7と、等を備えて構成される。
First, the measuring device N for evaluating the enzyme sensor 1A will be described.
As shown in FIG. 15, for example, the measuring device N includes a standard air generator M1, a formaldehyde storage unit M2, a gas generator M3, a precision Z stage N1, a holder N2, a potentiostat M5, a signal, A processing unit M6, a computer M7, and the like are provided.

酵素センサ1Aの供給層L2(供給口1210A内)には、ガス生成器M3から規定濃度のホルムアルデヒドガスが直接導入されるようになっている。これにより、酵素300(ホルムアルデヒド脱水素酵素)の基質であるホルムアルデヒド(検出対象物質T)が、透過膜400を透過して、供給層L2から検出層L1に移行し、検出層L1において検出されることになる。   A specified concentration of formaldehyde gas is directly introduced from the gas generator M3 into the supply layer L2 (inside the supply port 1210A) of the enzyme sensor 1A. Thereby, formaldehyde (detection target substance T), which is a substrate of enzyme 300 (formaldehyde dehydrogenase), passes through permeable membrane 400, moves from supply layer L2 to detection layer L1, and is detected in detection layer L1. It will be.

精密型ZステージN1は、例えば、10μm単位でZ軸方向(上下方向)に移動できるようになっている。
酵素センサ1Aの下側ケース体1100Aが精密型ZステージN1に固定されているとともに、上側ケース体1200Aの位置がホルダーN2に固定されており、また、連結部材1300Aで下側ケース体1100Aと上側ケース体1200Aとを連結した状態で、上側ケース体1200Aに対する下側ケース体1100Aの位置を変えることができるようになっているため、精密型ZステージN1により下側ケース体1100Aを上下方向に移動させることによって、スペーサ200Aを変形させてスペーサ200Aの厚みを変えて、センサ部10Aにおける基板110(電極140)と透過膜400との間の距離dを変えることができるようになっている。
The precision Z stage N1 can be moved in the Z-axis direction (vertical direction) in units of 10 μm, for example.
The lower case body 1100A of the enzyme sensor 1A is fixed to the precision Z stage N1, and the position of the upper case body 1200A is fixed to the holder N2, and the lower case body 1100A and the upper case body 1100A are connected by the connecting member 1300A. Since the position of the lower case body 1100A relative to the upper case body 1200A can be changed with the case body 1200A connected, the lower case body 1100A is moved in the vertical direction by the precision Z stage N1. Thus, the distance d between the substrate 110 (electrode 140) and the permeable membrane 400 in the sensor unit 10A can be changed by changing the thickness of the spacer 200A by deforming the spacer 200A.

作用電極(電極140)、対電極150及び参照電極160は、それぞれ対応するパッド170からリード線によって、ポテンショスタットM5(BAS製)に接続されている。   The working electrode (electrode 140), the counter electrode 150, and the reference electrode 160 are connected to the potentiostat M5 (manufactured by BAS) from the corresponding pad 170 by a lead wire.

次いで、測定装置Nを用いて酵素センサ1Aを評価した。
具体的には、1.0Uのホルムアルデヒド脱水素酵素、0.5μmolのNAD、20μmolのナフサキノンを、2000μLのリン酸緩衝液(pH7.5)へ溶解して、酵素溶液を作成した。その酵素溶液を、スペーサ200Aの厚みが500μmとなるように調整された酵素センサ1A内に、シリンジを用いて注入口1120Aから注入し、排出口1130Aから漏れ出すまで注入し続けることによって、酵素溶液で検出層L1を満たした。このとき、約1000μLの酵素溶液が酵素センサ1A内に注入された。
その後、酵素溶液が入ったシリンジを注入口1120Aに接続したままの状態で、排出口1130Aをシリコンシール等でキャップした。
Next, the enzyme sensor 1A was evaluated using the measuring device N.
Specifically, 1.0 U formaldehyde dehydrogenase, 0.5 μmol NAD + , and 20 μmol naphthaquinone were dissolved in 2000 μL phosphate buffer (pH 7.5) to prepare an enzyme solution. By injecting the enzyme solution into the enzyme sensor 1A adjusted so that the thickness of the spacer 200A is 500 μm from the injection port 1120A using a syringe, and continuing to inject until it leaks out from the discharge port 1130A, the enzyme solution Filled the detection layer L1. At this time, about 1000 μL of the enzyme solution was injected into the enzyme sensor 1A.
Thereafter, the discharge port 1130A was capped with a silicon seal or the like while the syringe containing the enzyme solution was still connected to the injection port 1120A.

そして、参照電極160に対して作用電極(電極140)に+650mVの電圧を印加して、室温(25℃)でガス生成器M3によって連続的に濃度を変化させたホルムアルデヒドガスを酵素センサ1Aの供給層L2(供給口1210内)へ導入し、アンペロメトリー法による電流計測により測定を行った。その結果を図16及び図17に示す。   Then, a voltage of +650 mV is applied to the working electrode (electrode 140) with respect to the reference electrode 160, and formaldehyde gas whose concentration is continuously changed by the gas generator M3 at room temperature (25 ° C.) is supplied to the enzyme sensor 1A. It introduce | transduced into the layer L2 (inside the supply port 1210), and measured by the current measurement by the amperometry method. The results are shown in FIGS.

図16は、導入するホルムアルデヒドガスの濃度を一定(100ppb)として、精密型ZステージN1を用いてスペーサ200Aの厚みを50μm〜500μmの範囲で変化させた際の、センサ部10Aの応答電流の変化を示す。
図16においては、横軸にスペーサ200Aの厚み、縦軸に応答電流(平衡状態の値)を示した。
図16によれば、スペーサ200Aの厚みが小さくなるにつれて(すなわち、基板110(電極140)と透過膜400との間の距離dが小さくなるにつれて)、応答電流が増加することが分かった。
ここで、供給層L2に供給されたホルムアルデヒドガス中のホルムアルデヒドは、ガス透過膜400を透過して供給層L2から検出層L1に移行して電解液に溶け込み、酵素300と反応する。そして、最終的に、電子伝達体が電極140上で酸化される。すなわち、検出層L1中での拡散は、基板110(電極140)と透過膜400との間の距離dに依存するため、センサ部10Aの感度は、基板110(電極140)と透過膜400との間の距離dによって変化すると考えられる。
FIG. 16 shows a change in the response current of the sensor unit 10A when the concentration of formaldehyde gas to be introduced is constant (100 ppb) and the thickness of the spacer 200A is changed in the range of 50 μm to 500 μm using the precision Z stage N1. Indicates.
In FIG. 16, the horizontal axis represents the thickness of the spacer 200A, and the vertical axis represents the response current (value in the equilibrium state).
According to FIG. 16, it was found that the response current increases as the thickness of the spacer 200A decreases (that is, as the distance d between the substrate 110 (electrode 140) and the permeable membrane 400 decreases).
Here, formaldehyde in the formaldehyde gas supplied to the supply layer L2 passes through the gas permeable membrane 400, moves from the supply layer L2 to the detection layer L1, dissolves in the electrolytic solution, and reacts with the enzyme 300. Finally, the electron carrier is oxidized on the electrode 140. That is, since the diffusion in the detection layer L1 depends on the distance d between the substrate 110 (electrode 140) and the permeable membrane 400, the sensitivity of the sensor unit 10A is that of the substrate 110 (electrode 140) and the permeable membrane 400. It is thought that it changes with the distance d between.

図17は、精密型ZステージN1を用いてスペーサ200Aの厚みを調整し、各厚みで、導入するホルムアルデヒドガスの濃度を変化させた際の、センサ10Aの応答電流の変化を示す。
図17においては、横軸にホルムアルデヒドガス濃度、縦軸に応答電流(平衡状態の値)を示し、菱形(◇)プロットでスペーサ200Aの厚みを50μmに調整した場合の結果を示し、四角(□)プロットでスペーサ200Aの厚みを100μmに調整した場合の結果を示し、三角(△)プロットでスペーサ200Aの厚みを200μmに調整した場合の結果を示し、丸(○)プロットでスペーサの厚み500μmに調整した場合の結果を示した。
FIG. 17 shows changes in the response current of the sensor 10A when the thickness of the spacer 200A is adjusted using the precision Z stage N1 and the concentration of formaldehyde gas to be introduced is changed at each thickness.
In FIG. 17, the horizontal axis represents the formaldehyde gas concentration, the vertical axis represents the response current (equilibrium value), the rhombus (◇) plot shows the results when the thickness of the spacer 200A is adjusted to 50 μm, and the square (□ ) The plot shows the results when the spacer 200A thickness is adjusted to 100 μm, the triangle (Δ) plot shows the results when the spacer 200A thickness is adjusted to 200 μm, and the circle (◯) plot shows the spacer thickness 500 μm. The results when adjusted are shown.

図17によれば、スペーサ200Aの厚みを約50μmに調整した場合は、0.2ppb〜100ppbの濃度領域で良好な線形性を保っており、100ppbを超える濃度領域では飽和している。
また、スペーサ200Aの厚みを約100μmに調整した場合は、10ppb〜300ppbの濃度領域で良好な線形性を保っており、300ppbを超える濃度領域では飽和している。
また、スペーサ200Aの厚みを約200μmに調整した場合は、10ppb〜1000ppbの濃度領域で良好な線形性を保っており、1000ppbを超える濃度領域では飽和している。
また、スペーサ200Aの厚みを約500μmに調整した場合は、100ppb〜10000ppbの濃度領域で良好な線形性を保っており、100000ppbを超える濃度領域では飽和している。
According to FIG. 17, when the thickness of the spacer 200A is adjusted to about 50 μm, good linearity is maintained in the concentration region of 0.2 ppb to 100 ppb, and saturation is achieved in the concentration region exceeding 100 ppb.
Further, when the thickness of the spacer 200A is adjusted to about 100 μm, good linearity is maintained in a concentration region of 10 ppb to 300 ppb, and saturation is achieved in a concentration region exceeding 300 ppb.
Further, when the thickness of the spacer 200A is adjusted to about 200 μm, good linearity is maintained in a concentration region of 10 ppb to 1000 ppb, and saturation is achieved in a concentration region exceeding 1000 ppb.
Further, when the thickness of the spacer 200A is adjusted to about 500 μm, good linearity is maintained in a concentration region of 100 ppb to 10,000 ppb, and saturation is achieved in a concentration region exceeding 100000 ppb.

図17の結果から、スペーサ200Aの厚み(すなわち、基板110(電極140)と透過膜400との間の距離d)が一定の場合は線形の検出域を有する濃度領域の範囲は狭いが、スペーサAの厚み(すなわち、基板110(電極140)と透過膜400との間の距離d)を変えると、線形の検出域を有する濃度領域が変化することが分かった。したがって、酵素センサ1A全体では、広範な検出濃度範囲を有するとともに、基板110(電極140)と透過膜400との間の距離の可変範囲のうちの適切な距離d(適切な濃度領域で線形の検出域を有する距離d)で検出対象物質Tを検出することができることが分かった。   From the result of FIG. 17, when the thickness of the spacer 200A (that is, the distance d between the substrate 110 (electrode 140) and the permeable membrane 400) is constant, the range of the concentration region having a linear detection region is narrow. It was found that changing the thickness of A (that is, the distance d between the substrate 110 (electrode 140) and the permeable membrane 400) changes the concentration region having a linear detection region. Accordingly, the enzyme sensor 1A as a whole has a wide detection concentration range, and an appropriate distance d (variable linearly in an appropriate concentration region) in a variable range of the distance between the substrate 110 (electrode 140) and the permeable membrane 400. It was found that the detection target substance T can be detected at a distance d) having a detection area.

以上説明した第2の実施の形態の酵素センサ1Aによれば、電極140を備える基板110と、少なくとも検出対象物質Tが透過する透過膜400と、基板110と透過膜400との間に形成され、透過膜400を透過した検出対象物質Tと選択的に反応するレセプタとしての酵素300を含有する検出層L1と、を有するセンサ部10Aを備え、センサ部10Aにおける基板110(電極140)と透過膜300との間の距離dは、可変となっている。
ここで、線形の検出域を有する濃度領域は、基板110(電極140)と透過膜400との間の距離に依存するため、酵素センサ1Aは、センサ部10Aにおける基板110(電極140)と透過膜400との間の距離dを変えることによって、線形の検出域を有する濃度領域を可変とすることができる。したがって、基板110(電極140)と透過膜400との間の距離dを変えるという簡易な構成で、酵素センサ1A全体では、広範な検出濃度範囲を有することができるとともに、検出対象物質Tの濃度が未知であっても、基板110(電極140)と透過膜400との間の距離dの可変範囲のうちの適切な距離d(適切な濃度領域で線形の検出域を有する距離d)でその検出対象物質Tを検出することができる。
According to the enzyme sensor 1A of the second embodiment described above, the substrate 110 including the electrode 140, the permeable membrane 400 through which at least the detection target substance T is transmitted, and the substrate 110 and the permeable membrane 400 are formed. And a detection layer L1 containing an enzyme 300 as a receptor that selectively reacts with the detection target substance T that has passed through the permeable membrane 400, and is transmitted through the substrate 110 (electrode 140) in the sensor unit 10A. The distance d between the film 300 is variable.
Here, since the concentration region having a linear detection range depends on the distance between the substrate 110 (electrode 140) and the permeable membrane 400, the enzyme sensor 1A transmits the substrate 110 (electrode 140) and the transmission in the sensor unit 10A. By changing the distance d between the membrane 400, the concentration region having a linear detection region can be made variable. Therefore, the enzyme sensor 1A as a whole can have a wide detection concentration range and the concentration of the detection target substance T with a simple configuration in which the distance d between the substrate 110 (electrode 140) and the permeable membrane 400 is changed. Is unknown at an appropriate distance d (distance d having a linear detection range in an appropriate concentration region) out of the variable range of the distance d between the substrate 110 (electrode 140) and the permeable membrane 400. The detection target substance T can be detected.

なお、本発明は、上記した実施の形態のものに限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the gist thereof.

<変形例1>
第1の実施の形態では、透過膜400を透過して供給層L2から検出層L1に移行してきた検出対象物質Tを、電気化学的計測法によって検出するようにしたが、例えば、図18及び図19に示す酵素センサ1Bのように、透過膜400を透過して供給層L2から検出層L1に移行してきた検出対象物質Tを、光学的計測法によって検出するようにしても良い。
なお、変形例1の酵素センサ1Bは、基板110及び透過膜400の材質と、基板110に電極140等を備えていない点と、が第1の実施の形態の酵素センサ1と異なる。
また、変形例1の酵素センサ1Bにおいては、検出層L1に含有される酵素は、基板110上に直接固定されているのが好ましい。
<Modification 1>
In the first embodiment, the detection target substance T that has passed through the permeable membrane 400 and has moved from the supply layer L2 to the detection layer L1 is detected by the electrochemical measurement method. For example, FIG. As in the enzyme sensor 1B shown in FIG. 19, the detection target substance T that has passed through the permeable membrane 400 and has moved from the supply layer L2 to the detection layer L1 may be detected by an optical measurement method.
The enzyme sensor 1B according to the first modification differs from the enzyme sensor 1 according to the first embodiment in that the material of the substrate 110 and the permeable membrane 400 and the substrate 110 are not provided with the electrode 140 or the like.
Moreover, in the enzyme sensor 1B of the modification 1, it is preferable that the enzyme contained in the detection layer L1 is directly fixed on the substrate 110.

基板110は、例えば、少なくとも所望の波長を有する光が透過する透明基板であり、透過膜400は、例えば、少なくとも所望の波長を有する光が透過する透明透過膜である。
酵素センサ1Bによる光学的計測法としては、例えば、生成物の吸光度の変化を見る方法、酵素標識したものの吸光度の変化を見る方法、表面に金属をコーティングしてSPR(表面プラズモン共鳴)を利用する方法、生成物として蛍光物質を生成させてその蛍光測定を行なう方法等が挙げられる。
The substrate 110 is, for example, a transparent substrate that transmits at least light having a desired wavelength, and the transmission film 400 is, for example, a transparent transmission film that transmits at least light having a desired wavelength.
As an optical measurement method using the enzyme sensor 1B, for example, a method for observing a change in absorbance of a product, a method for observing a change in absorbance of an enzyme-labeled one, and coating a metal on the surface and utilizing SPR (surface plasmon resonance) Examples thereof include a method, a method of producing a fluorescent substance as a product, and measuring the fluorescence.

生成物の吸光度の変化を見る方法について、例えば、酵素300としてホルムアルデヒド脱水素酵素を用いて、基質としてホルムアルデヒドを検出する場合を例に挙げて説明する。ホルムアルデヒド脱水素酵素を、基板110(例えば、透明ガラス基板)上に公知の固定化方法で固定して、補酵素(NAD)の存在下で、ホルムアルデヒドをギ酸に酸化する触媒反応をさせる。そして、例えば、基板110の下面側からレーザ等の光源を用いて光を照射し、反射又は透過によって、NAD(酸化型)の還元により生じたNADH(還元型)に特徴的な波長(340nm)での吸光度の変化を測定する。これにより、生成したNADHの濃度、すなわち、基質濃度を決定することができる。 A method for observing a change in absorbance of a product will be described by taking, as an example, a case where formaldehyde dehydrogenase is used as the enzyme 300 and formaldehyde is detected as a substrate. Formaldehyde dehydrogenase is immobilized on a substrate 110 (for example, a transparent glass substrate) by a known immobilization method, and in the presence of coenzyme (NAD + ), a catalytic reaction is performed to oxidize formaldehyde to formic acid. Then, for example, light is emitted from the lower surface side of the substrate 110 using a light source such as a laser, and a wavelength (340 nm) characteristic of NADH (reduced type) generated by reduction of NAD + (oxidized type) by reflection or transmission. ) To measure the change in absorbance. Thereby, the density | concentration of produced | generated NADH, ie, a substrate concentration, can be determined.

酵素標識したものの吸光度の変化を見る方法について、例えば、酵素300としてアルコール酸化酵素を用いて、基質としてアルコールを検出する場合を例に挙げて説明する。標識酵素(ペルオキシダーゼ)を、基板110(例えば、透明ガラス基板)上に公知の固定化方法で固定する。電解液として、アルコール酸化酵素と4−アミノアンチピリン(4−AA)、N−(3−スルホプロピル)−3−メトキシ−5−メチルアニリン(HMMPS)を調合したものを用意し、酸素の存在下で、アルコール酸化酵素がアルコールを酸化して過酸化水素を発生する反応をさせる。発生した過酸化水素はペルオキシダーゼの作用により4−AAとHMMPSを酸化縮合させ、結果として、青色の色素が生成するため、例えば、基板110の下面側からレーザ等の光源を用いて光を照射し、反射又は透過によって、生成した青色の色素の吸光度を測定することにより、基質濃度を決定することができる。なお、この場合、基板110に固定するのは、アルコール酸化酵素とペルオキシダーゼの両方であっても良いし、アルコール酸化酵素のみであっても良いし、上記のようにペルオキシダーゼのみであっても良い。   A method for observing the change in absorbance of the enzyme-labeled product will be described by taking, for example, a case where alcohol oxidase is used as the enzyme 300 and alcohol is detected as a substrate. A labeling enzyme (peroxidase) is immobilized on a substrate 110 (for example, a transparent glass substrate) by a known immobilization method. As an electrolytic solution, a mixture of alcohol oxidase, 4-aminoantipyrine (4-AA), N- (3-sulfopropyl) -3-methoxy-5-methylaniline (HMMPS) is prepared, and in the presence of oxygen Thus, the alcohol oxidase oxidizes the alcohol to generate hydrogen peroxide. The generated hydrogen peroxide oxidizes and condenses 4-AA and HMMPS by the action of peroxidase. As a result, a blue pigment is generated. For example, light is emitted from the lower surface side of the substrate 110 using a light source such as a laser. The substrate concentration can be determined by measuring the absorbance of the blue dye produced, by reflection or transmission. In this case, both the alcohol oxidase and the peroxidase may be fixed to the substrate 110, only the alcohol oxidase may be used, or only the peroxidase may be used as described above.

表面に金属をコーティングしてSPRを利用する方法としては、例えば、基板110としてSPRセンサ基板を用意し、基板110の表面に抗体(レセプタ)を固定し、透過膜400を透過して検出層L1に導入された抗原(検出対象物質)を基板110上に固定された抗体と結合させ、抗原の濃度に応じたSPRの共鳴角の増加を計測する方法等が挙げられる。ここで、基板110としては、例えば、ガラス基板上に金薄膜をスパッタ法により形成したもの等を用いることができる。また、基板110に抗体を固定する方法としては、例えば、チオール結合を利用した化学結合法や物理吸着法などが挙げられる。   As a method of using SPR by coating the surface with metal, for example, an SPR sensor substrate is prepared as the substrate 110, an antibody (receptor) is fixed on the surface of the substrate 110, and the detection layer L1 is transmitted through the permeable membrane 400. And a method of measuring the increase in the resonance angle of SPR according to the concentration of the antigen by binding the antigen (substance to be detected) introduced into the antibody to the antibody immobilized on the substrate 110. Here, as the substrate 110, for example, a glass substrate formed by sputtering a gold thin film can be used. Examples of the method for immobilizing the antibody on the substrate 110 include a chemical bonding method using a thiol bond and a physical adsorption method.

生成物として蛍光物質を生成させてその蛍光測定を行なう方法としては、例えば、抗原-抗体反応をサンドウィッチ法で行い、予め2次抗体に酵素標識して、反応の生成物として蛍光物質を生成させ、その蛍光測定を行なう方法等が挙げられる。   As a method for producing a fluorescent substance as a product and measuring the fluorescence, for example, an antigen-antibody reaction is performed by a sandwich method, and a secondary antibody is previously enzyme-labeled to produce a fluorescent substance as a reaction product. And a method of measuring the fluorescence.

<変形例2>
第2の実施の形態では、透過膜400を透過して供給層L2から検出層L1に移行してきた検出対象物質Tを、電気化学的計測法によって検出するようにしたが、例えば、図20及び図21に示す酵素センサ1Cのように、透過膜400を透過して供給層L2から検出層L1に移行してきた検出対象物質Tを、光学的計測法によって検出するようにしても良い。
なお、変形例2の酵素センサ1Cは、基板110及び透過膜400の材質と、基板110に電極140等を備えていない点と、が第2の実施の形態の酵素センサ1Aと異なる。
また、変形例2の酵素センサ1Cにおいては、検出層L1に含有される酵素は、基板110上に直接固定されているのが好ましい。
<Modification 2>
In the second embodiment, the detection target substance T that has passed through the permeable membrane 400 and moved from the supply layer L2 to the detection layer L1 is detected by the electrochemical measurement method. For example, FIG. Like the enzyme sensor 1C shown in FIG. 21, the detection target substance T that has passed through the permeable membrane 400 and has moved from the supply layer L2 to the detection layer L1 may be detected by an optical measurement method.
The enzyme sensor 1C according to the second modification differs from the enzyme sensor 1A according to the second embodiment in that the material of the substrate 110 and the permeable membrane 400 and the electrode 110 and the like are not provided on the substrate 110.
Moreover, in the enzyme sensor 1 </ b> C of the second modification, it is preferable that the enzyme contained in the detection layer L <b> 1 is directly fixed on the substrate 110.

基板110は、例えば、少なくとも所望の波長を有する光が透過する透明基板であり、透過膜400は、例えば、少なくとも所望の波長を有する光が透過する透明透過膜である。
酵素センサ1Cによる光学的計測法としては、例えば、生成物の吸光度の変化を見る方法、酵素標識したものの吸光度の変化を見る方法、表面に金属をコーティングしてSPR(表面プラズモン共鳴)を利用する方法、生成物として蛍光物質を生成させてその蛍光測定を行なう方法等が挙げられる。
なお、基板110の下面側から光学的計測を行う場合(すなわち、例えば、基板110の下面側からレーザ等の光源を用いて光を照射して計測を行う等の場合)、基板110を、少なくとも所望の波長を有する光が透過するガラス等の透明基板で作成し、下側ケース体1100A(少なくとも液貯め部1110Aの底面)、或いは、下側ケース体1100A(少なくとも液貯め部1110Aの底面)、透過膜400及び支持部材500を、少なくとも所望の波長を有する光が透過する透明材料で形成する必要がある。
The substrate 110 is, for example, a transparent substrate that transmits at least light having a desired wavelength, and the transmission film 400 is, for example, a transparent transmission film that transmits at least light having a desired wavelength.
As an optical measurement method using the enzyme sensor 1C, for example, a method for observing a change in the absorbance of a product, a method for observing a change in the absorbance of an enzyme-labeled product, or coating a metal on the surface and utilizing SPR (surface plasmon resonance). Examples thereof include a method, a method of producing a fluorescent substance as a product, and measuring the fluorescence.
When optical measurement is performed from the lower surface side of the substrate 110 (that is, for example, measurement is performed by irradiating light using a light source such as a laser from the lower surface side of the substrate 110), the substrate 110 is at least It is made of a transparent substrate such as glass that transmits light having a desired wavelength, and the lower case body 1100A (at least the bottom surface of the liquid storage portion 1110A) or the lower case body 1100A (at least the bottom surface of the liquid storage portion 1110A), The transmissive film 400 and the support member 500 need to be formed of a transparent material that transmits at least light having a desired wavelength.

なお、第1の実施の形態において、酵素300が固定された担体310を検出層L1内に配置することによって、酵素300を検出層L1に含有させるようにしたが、酵素300を検出層L1に含有させる方法としてはこれに限定されるものではなく、公知の固定化方法で電極140上に直接固定する方法であっても良いし、酵素300が溶解する酵素溶液を検出層L1内に直接導入する方法であっても良い。また、これらの方法で、酵素300を検出層L1に含有させる場合、担体310(酵素300が固定されていない担体310)を、基板110(電極140)と透過膜400との間の距離dを一定に保つためのスペーサとして、基板110(電極140)と透過膜400との間に配置しても良い。
第2の実施の形態において、酵素300が溶解する酵素溶液を検出層L1内に直接導入することによって、酵素300を検出層L1に含有させるようにしたが、酵素300を検出層L1に含有させる方法としてはこれに限定されるものではなく、電極140上に直接固定する方法であっても良いし、酵素300が固定された担体310を検出層L1内に配置する方法であっても良い。
また、第1の実施の形態や第2の実施の形態において、酵素300を担体310や電極140上に固定する場合、グルタルアルデヒドや光架橋性樹脂などの架橋剤を用いて、固定しても良い。
In the first embodiment, the carrier 300 on which the enzyme 300 is fixed is arranged in the detection layer L1 so that the enzyme 300 is contained in the detection layer L1, but the enzyme 300 is contained in the detection layer L1. The method of inclusion is not limited to this, and may be a method of directly fixing on the electrode 140 by a known fixing method, or an enzyme solution in which the enzyme 300 is dissolved is directly introduced into the detection layer L1. It may be a method to do. In addition, when the enzyme 300 is contained in the detection layer L1 by these methods, the carrier 310 (the carrier 310 on which the enzyme 300 is not fixed) is set to a distance d between the substrate 110 (electrode 140) and the permeable membrane 400. As a spacer for keeping it constant, it may be disposed between the substrate 110 (electrode 140) and the permeable membrane 400.
In the second embodiment, the enzyme solution in which the enzyme 300 is dissolved is directly introduced into the detection layer L1 so that the enzyme 300 is contained in the detection layer L1, but the enzyme 300 is contained in the detection layer L1. The method is not limited to this, and may be a method of directly fixing on the electrode 140 or a method of arranging the carrier 310 on which the enzyme 300 is fixed in the detection layer L1.
In the first embodiment and the second embodiment, when the enzyme 300 is immobilized on the carrier 310 or the electrode 140, the enzyme 300 may be immobilized using a crosslinking agent such as glutaraldehyde or a photocrosslinkable resin. good.

第1の実施の形態の実施例や第2の実施の形態の実施例においては、供給層L2に気体試料を供給して、酵素センサ100,100Aを用いて気体試料中の検出対象物質Tを検出したが、供給層L2に液体試料を供給すると、酵素センサ100,100Aを用いて液体試料中の検出対象物質Tを検出することができる。   In the example of the first embodiment and the example of the second embodiment, a gas sample is supplied to the supply layer L2, and the detection target substance T in the gas sample is changed using the enzyme sensors 100 and 100A. Although detected, when a liquid sample is supplied to the supply layer L2, the detection target substance T in the liquid sample can be detected using the enzyme sensors 100 and 100A.

第2の実施の形態において、精密型ZステージN1とホルダーN2とを用いて、センサ部10Aにおける基板(電極140)と透過膜400との間の距離dを変えるようにしたが、センサ部10Aにおける基板(電極140)と透過膜400との間の距離dを変える手段は、これに限定されるものではなく、その他の電気的あるいは機械的手段、例えば、ピエゾ素子等を用いて、距離dを変えるようにしても良い。
変形例2においても同様である。
In the second embodiment, the precision d stage N1 and the holder N2 are used to change the distance d between the substrate (electrode 140) and the permeable membrane 400 in the sensor unit 10A. The means for changing the distance d between the substrate (electrode 140) and the permeable membrane 400 is not limited to this, and other electrical or mechanical means such as a piezo element can be used for the distance d. May be changed.
The same applies to the second modification.

第1の実施の形態において、センサ部10における基板110と透過膜400との間の距離dを、センサ部10毎にそれぞれ異なるようにしたが、これに限定されるものではなく、複数のセンサ部10のうちの少なくとも一のセンサ部10における距離dが、他のセンサ部10における距離dと異なっていれば良い。すなわち、酵素センサ1が有する複数の検出層L1の厚みが全て同一でなければ良い。
変形例1においても同様である。
In the first embodiment, the distance d between the substrate 110 and the permeable membrane 400 in the sensor unit 10 is set to be different for each sensor unit 10, but the present invention is not limited to this. The distance d in at least one sensor unit 10 among the units 10 may be different from the distance d in other sensor units 10. That is, the thicknesses of the plurality of detection layers L1 included in the enzyme sensor 1 may not be the same.
The same applies to the first modification.

第1の実施の形態及び第2の実施の形態において、レセプタは、酵素300に限定されるものではなく、検出対象物質Tと選択的に反応する生体物質(生体由来の分子識別素子)であれば任意であり、具体的には、例えば、抗体や微生物などであっても良い。
変形例1及び変形例2においても同様である。
In the first embodiment and the second embodiment, the receptor is not limited to the enzyme 300 but may be a biological substance (a molecular identification element derived from a living body) that selectively reacts with the detection target substance T. For example, an antibody or a microorganism may be used.
The same applies to Modification 1 and Modification 2.

第1の実施の形態及び第2の実施の形態において、作用電極(電極140)、対電極150及び参照電極160の一例として、例えば、図4や図13に示すように、フォトリソグラフィーにより作成した微小電極を用いたが、これらの電極は、その大きさ、形状、構成に特に制限されるものではない。
具体的には、例えば、これらの電極は、市販の電解セル、測定セル等で使用する大きな電極であっても良いし、ディスク電極、回転リングディスク電極、ファイバー電極等であっても良いし、例えば、フォトリソグラフィー等の公知の微細加工技術により作成した微小電極(円盤電極、円筒電極、帯状電極、配列帯状電極、配列円盤電極、リング電極、球状電極、櫛型電極、ペア電極等)であっても良い。
また、第1の実施の形態及び第2の実施の形態において、3極式電極を用いたが、2極式電極を使用してもよい。
変形例1及び変形例2においても同様である。
In the first embodiment and the second embodiment, as an example of the working electrode (electrode 140), the counter electrode 150, and the reference electrode 160, for example, as shown in FIG. 4 and FIG. Although microelectrodes are used, these electrodes are not particularly limited in size, shape, and configuration.
Specifically, for example, these electrodes may be large electrodes used in commercially available electrolytic cells, measurement cells, etc., or may be disk electrodes, rotating ring disk electrodes, fiber electrodes, etc. For example, microelectrodes (disc electrodes, cylindrical electrodes, strip electrodes, array strip electrodes, array disc electrodes, ring electrodes, spherical electrodes, comb electrodes, pair electrodes, etc.) created by known microfabrication techniques such as photolithography. May be.
In the first embodiment and the second embodiment, the tripolar electrode is used. However, a bipolar electrode may be used.
The same applies to Modification 1 and Modification 2.

第1の実施の形態において、担体310としては、フォトレジストを用いることができる。例えば、光架橋性のフォトレジストであれば、光架橋して担体310として電極140上に固めることができ、しかも透過膜400も兼ね備えた膜となる。最初のフォトレジストの塗布において、積層条件を変えて(例えば、スピンコーターなら回転数や時間)、厚みを変えることで、透過膜400(或いは、スペーサを含んだガス透過膜という言い方もできる)の厚みを変化させることが可能となる。
変形例1においても同様である。
In the first embodiment, a photoresist can be used as the carrier 310. For example, a photocrosslinkable photoresist can be photocrosslinked and solidified on the electrode 140 as the carrier 310, and also has a transmissive film 400. In the initial application of the photoresist, the transmissive film 400 (or a gas permeable film including a spacer) can be obtained by changing the lamination conditions (for example, the number of revolutions and time for a spin coater) and changing the thickness. The thickness can be changed.
The same applies to the first modification.

第1の実施の形態及び第2の実施の形態において、センサを、検出層L1に検出対象物質と選択的に反応する生体触媒(レセプタ)を含有するバイオセンサとしたが、本発明のセンサは、必ずしも検出層L1に生体触媒を含有するセンサでなくても良い。
具体的には、例えば、検出層L1に金属触媒を含有させたセンサであっても良い。
検出層L1に金属触媒を含有させたセンサとしては、例えば、電極140上に、金や白金などの金属触媒を担持させた電解質型センサ(定電位電解式センサ)等が挙げられる。定電位電解式センサとは、一定の電位に保たれた作用電極(電極140)上でガスを電気分解し、そのときに発生する電流をガス濃度として検知するセンサである。
変形例1及び変形例2においても同様である。
In the first and second embodiments, the sensor is a biosensor containing a biocatalyst (receptor) that selectively reacts with the detection target substance in the detection layer L1, but the sensor of the present invention is However, the sensor does not necessarily have to include a biocatalyst in the detection layer L1.
Specifically, for example, a sensor in which a metal catalyst is contained in the detection layer L1 may be used.
Examples of the sensor in which the detection layer L1 contains a metal catalyst include an electrolyte type sensor (constant potential electrolytic sensor) in which a metal catalyst such as gold or platinum is supported on the electrode 140. A constant potential electrolytic sensor is a sensor that electrolyzes gas on a working electrode (electrode 140) maintained at a constant potential and detects a current generated as a gas concentration.
The same applies to Modification 1 and Modification 2.

第1の実施の形態の酵素センサの要部を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the principal part of the enzyme sensor of 1st Embodiment. 第1の実施の形態の酵素センサの平面斜視図である。It is a top perspective view of the enzyme sensor of a 1st embodiment. 図2のIII−III線における断面を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the cross section in the III-III line of FIG. 第1の実施の形態のセンサ部の分解図である。It is an exploded view of the sensor part of 1st Embodiment. 第1の実施の形態の酵素センサが備えるセンサ部の構成を説明するための第1の図である。It is a 1st figure for demonstrating the structure of the sensor part with which the enzyme sensor of 1st Embodiment is provided. 第1の実施の形態の酵素センサが備えるセンサ部の構成を説明するための第2の図である。It is a 2nd figure for demonstrating the structure of the sensor part with which the enzyme sensor of 1st Embodiment is provided. 第1の実施の形態の酵素センサが備えるセンサ部の構成を説明するための第3の図である。It is a 3rd figure for demonstrating the structure of the sensor part with which the enzyme sensor of 1st Embodiment is provided. 第1の実施の形態の実施例の酵素センサを評価するための測定装置を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the measuring apparatus for evaluating the enzyme sensor of the Example of 1st Embodiment. 第1の実施の形態の実施例の酵素センサの評価結果を示す図である。It is a figure which shows the evaluation result of the enzyme sensor of the Example of 1st Embodiment. 第2の実施の形態の酵素センサの要部を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the principal part of the enzyme sensor of 2nd Embodiment. 第2の実施の形態の酵素センサの平面斜視図である。It is a top perspective view of the enzyme sensor of a 2nd embodiment. 図11のXII−XII線における断面を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the cross section in the XII-XII line | wire of FIG. 第2の実施の形態の酵素センサの分解図である。It is an exploded view of the enzyme sensor of 2nd Embodiment. 第2の実施の形態のセンサ部における基板と透過膜との間の距離の変化のさせ方を説明するための図である。It is a figure for demonstrating how to change the distance between the board | substrate and the permeable film in the sensor part of 2nd Embodiment. 第2の実施の形態の実施例の酵素センサを評価するための測定装置を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the measuring apparatus for evaluating the enzyme sensor of the Example of 2nd Embodiment. 第2の実施の形態の実施例の酵素センサの第1の評価結果を示す図である。It is a figure which shows the 1st evaluation result of the enzyme sensor of the Example of 2nd Embodiment. 第2の実施の形態の実施例の酵素センサの第2の評価結果を示す図である。It is a figure which shows the 2nd evaluation result of the enzyme sensor of the Example of 2nd Embodiment. 変形例1の酵素センサの要部を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the principal part of the enzyme sensor of the modification 1. 変形例1の酵素センサの平面斜視図である。It is a top perspective view of the enzyme sensor of the modification 1. 変形例2の酵素センサの要部を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the principal part of the enzyme sensor of the modification 2. 変形例2の酵素センサの平面斜視図である。It is a top perspective view of the enzyme sensor of the modification 2.

符号の説明Explanation of symbols

1,1A,1B,1C 酵素センサ(センサ、バイオセンサ)
10,10A,10B,10C センサ部
110 基板
140 電極
200 スペーサ
300 酵素(レセプタ)
310 担体(スペーサ)
400 透過膜
L1 検出層
T 検出対象物質
1,1A, 1B, 1C Enzyme sensor (sensor, biosensor)
10, 10A, 10B, 10C Sensor part 110 Substrate 140 Electrode 200 Spacer 300 Enzyme (Receptor)
310 Carrier (spacer)
400 Permeation membrane L1 Detection layer T Substance to be detected

Claims (9)

所定の基板と、少なくとも検出対象物質が透過する透過膜と、前記基板と前記透過膜との間に形成された検出層と、を有するセンサ部を複数備え、
前記複数のセンサ部のうちの少なくとも一のセンサ部における前記基板と前記透過膜との間の距離は、他のセンサ部における前記基板と前記透過膜との間の距離と異なることを特徴とするセンサ。
A plurality of sensor units having a predetermined substrate, at least a permeable film through which a detection target substance permeates, and a detection layer formed between the substrate and the permeable film;
A distance between the substrate and the permeable film in at least one sensor unit of the plurality of sensor units is different from a distance between the substrate and the permeable film in another sensor unit. Sensor.
請求項1に記載のセンサにおいて、
前記センサ部は、前記基板に設けられたスペーサを備え、
前記スペーサは、前記透過膜を支持することを特徴とするセンサ。
The sensor according to claim 1, wherein
The sensor unit includes a spacer provided on the substrate,
The sensor, wherein the spacer supports the permeable membrane.
所定の基板と、少なくとも検出対象物質が透過する透過膜と、前記基板と前記透過膜との間に形成された検出層と、を有するセンサ部を備え、
前記センサ部における前記基板と前記透過膜との間の距離は、可変であることを特徴とするセンサ。
A sensor unit having a predetermined substrate, at least a permeable film through which a detection target substance permeates, and a detection layer formed between the substrate and the permeable film;
The sensor is characterized in that the distance between the substrate and the permeable membrane in the sensor unit is variable.
請求項1〜3の何れか一項に記載のセンサにおいて、
前記基板は、電極を備え、
電気化学的計測法によって前記検出対象物質を検出することを特徴とするセンサ。
The sensor according to any one of claims 1 to 3,
The substrate comprises an electrode;
A sensor for detecting the detection target substance by an electrochemical measurement method.
請求項1〜3の何れか一項に記載のセンサにおいて、
光学的計測法によって前記検出対象物質を検出することを特徴とするセンサ。
The sensor according to any one of claims 1 to 3,
A sensor for detecting the substance to be detected by an optical measurement method.
所定の基板と、少なくとも検出対象物質が透過する透過膜と、前記基板と前記透過膜との間に形成され、前記透過膜を透過した前記検出対象物質と選択的に反応するレセプタを含有する検出層と、前記基板に設けられたスペーサと、を有するセンサ部を複数備え、
前記センサ部における前記基板と前記透過膜との間の距離は、センサ部毎にそれぞれ異なり、
前記スペーサは、前記透過膜を支持し、
前記基板は、電極を備え、
電気化学的計測法によって前記検出対象物質を検出することを特徴とするバイオセンサ。
Detection including a predetermined substrate, a permeable membrane through which at least a detection target substance permeates, and a receptor that is formed between the substrate and the permeable membrane and selectively reacts with the detection target substance that has passed through the permeable membrane. A plurality of sensor portions each having a layer and a spacer provided on the substrate;
The distance between the substrate and the permeable membrane in the sensor unit is different for each sensor unit,
The spacer supports the permeable membrane,
The substrate comprises an electrode;
A biosensor, wherein the detection target substance is detected by an electrochemical measurement method.
所定の基板と、少なくとも検出対象物質が透過する透過膜と、前記基板と前記透過膜との間に形成され、前記透過膜を透過した前記検出対象物質と選択的に反応するレセプタを含有する検出層と、を有するセンサ部を備え、
前記センサ部における前記基板と前記透過膜との間の距離は、可変であり、
前記基板は、電極を備え、
電気化学的計測法によって前記検出対象物質を検出することを特徴とするバイオセンサ。
Detection including a predetermined substrate, a permeable membrane through which at least a detection target substance permeates, and a receptor that is formed between the substrate and the permeable membrane and selectively reacts with the detection target substance that has passed through the permeable membrane. A sensor unit having a layer,
The distance between the substrate and the permeable membrane in the sensor unit is variable,
The substrate comprises an electrode;
A biosensor, wherein the detection target substance is detected by an electrochemical measurement method.
所定の基板と、少なくとも検出対象物質が透過する透過膜と、前記基板と前記透過膜との間に形成され、前記透過膜を透過した前記検出対象物質と選択的に反応するレセプタを含有する検出層と、前記基板に設けられたスペーサと、を有するセンサ部を複数備え、
前記センサ部における前記基板と前記透過膜との間の距離は、センサ部毎にそれぞれ異なり、
前記スペーサは、前記透過膜を支持し、
光学的計測法によって前記検出対象物質を検出することを特徴とするバイオセンサ。
Detection including a predetermined substrate, a permeable membrane through which at least a detection target substance permeates, and a receptor that is formed between the substrate and the permeable membrane and selectively reacts with the detection target substance that has passed through the permeable membrane. A plurality of sensor portions each having a layer and a spacer provided on the substrate;
The distance between the substrate and the permeable membrane in the sensor unit is different for each sensor unit,
The spacer supports the permeable membrane,
A biosensor, wherein the detection target substance is detected by an optical measurement method.
所定の基板と、少なくとも検出対象物質が透過する透過膜と、前記基板と前記透過膜との間に形成され、前記透過膜を透過した前記検出対象物質と選択的に反応するレセプタを含有する検出層と、を有するセンサ部を備え、
前記センサ部における前記基板と前記透過膜との間の距離は、可変であり、
光学的計測法によって前記検出対象物質を検出することを特徴とするバイオセンサ。
Detection including a predetermined substrate, a permeable membrane through which at least a detection target substance permeates, and a receptor that is formed between the substrate and the permeable membrane and selectively reacts with the detection target substance that has passed through the permeable membrane. A sensor unit having a layer,
The distance between the substrate and the permeable membrane in the sensor unit is variable,
A biosensor, wherein the detection target substance is detected by an optical measurement method.
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