JP2021082394A - Enzyme electrode and biosensor, and biofuel cell - Google Patents

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圭吾 羽田
Keigo Haneda
圭吾 羽田
畑山 健
Takeshi Hatayama
健 畑山
則兼 哲也
Tetsuya Norikane
哲也 則兼
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Abstract

To provide an enzyme electrode with high safety, in which conductive carbon fillers with a high specific surface area, such as nanocarbon materials, have excellent dispersibility, and a biosensor and a biofuel cell in which the enzyme electrode is used.SOLUTION: An enzyme electrode is an enzyme electrode including a reagent part formed on a conductive substrate, the reagent part including an oxidoreductase enzyme, a conductive carbon filler, and a cellulose derivative.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、酵素電極およびバイオセンサ並びにバイオ燃料電池に関する。 The present invention relates to enzyme electrodes and biosensors as well as biofuel cells.

酵素反応を用いる酵素電極は、バイオセンサやバイオ燃料電池に用いられている。例えば、バイオセンサは、医療分野や臨床検査分野等の種々の分野で、生体試料内の検出対象物質を測定するために用いられている。バイオセンサの一例として、電気化学的測定法を用いたバイオセンサが知られている。このバイオセンサは、絶縁性基材上に作用極、対極および参照極を形成し、これらの電極に接して酵素と電子受容体(以下、メディエータという)とを含む試薬層(試薬部ともいう)を形成している。このようなバイオセンサによれば、原理的には、測定対象物質を基質とする酵素を選択することによって、様々な物質の測定が可能である。例えば、酵素にグルコースオキシダーゼを選択することで、試料液中のグルコース濃度を測定するグルコースセンサが実用化されている。 Enzyme electrodes that use enzymatic reactions are used in biosensors and biofuel cells. For example, biosensors are used in various fields such as medical fields and clinical examination fields to measure substances to be detected in biological samples. As an example of a biosensor, a biosensor using an electrochemical measurement method is known. This biosensor forms a working electrode, a counter electrode, and a reference electrode on an insulating base material, and is in contact with these electrodes to contain an enzyme and an electron acceptor (hereinafter referred to as a mediator). Is forming. According to such a biosensor, in principle, various substances can be measured by selecting an enzyme whose substrate is the substance to be measured. For example, a glucose sensor that measures the glucose concentration in a sample solution by selecting glucose oxidase as an enzyme has been put into practical use.

近年、酵素電極には、電極比表面積の向上による高感度化や高出力化を実現する観点から、ナノカーボン材料等の高比表面積の導電性炭素フィラーが用いられている。しかしながら、ナノカーボン材料は一般的に疎水性が強いため水系への分散は難しく、またファン・デルワールス力等により凝集が起きやすいため、分散状態を保持するのは困難である。そのため、酵素電極にナノカーボン材料を用いる場合、有機溶媒を用いてナノカーボン材料を分散させて電極塗布液を調製する方法(例えば、特許文献1および2、非特許文献1および2)や、界面活性剤を用いて水溶媒にナノカーボン材料を分散させて電極塗布液を調製する方法(例えば、非特許文献3および4)が、提案されている。 In recent years, a conductive carbon filler having a high specific surface area such as a nanocarbon material has been used for an enzyme electrode from the viewpoint of achieving high sensitivity and high output by improving the specific surface area of the electrode. However, since the nanocarbon material is generally highly hydrophobic, it is difficult to disperse it in an aqueous system, and it is difficult to maintain the dispersed state because aggregation is likely to occur due to van der Waals force or the like. Therefore, when a nanocarbon material is used for the enzyme electrode, a method of preparing an electrode coating liquid by dispersing the nanocarbon material using an organic solvent (for example, Patent Documents 1 and 2, Non-Patent Documents 1 and 2) and an interface. A method of preparing an electrode coating liquid by dispersing a nanocarbon material in an aqueous solvent using an activator (for example, Non-Patent Documents 3 and 4) has been proposed.

国際公開第2005/088288号International Publication No. 2005/0882888 特開2018−121545号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-121545

Chemical Physics Letters 480 (2009) 123-126Chemical Physics Letters 480 (2009) 123-126 Bioelectrochemistry 76 (2009) 10-13Bioelectrochemistry 76 (2009) 10-13 Biosensors and Bioelectronics 74(2015) 947-952Biosensors and Bioelectronics 74 (2015) 947-952 Journal of Power Sources 408 (2018) 1-6Journal of Power Sources 408 (2018) 1-6

しかしながら、従来の方法で作製された酵素電極の場合、食物、飲料、細胞培養液、人体など、汚染が問題となる測定対象物に酵素電極を直接接触させると、測定対象物に有機溶媒や界面活性剤が溶解または付着して測定対象物が汚染されるという問題がある。また、酵素電極から有機溶媒や界面活性剤を洗浄等により除去することも可能であるが、除去に伴い、ナノカーボン材料が再凝集して分散性が低下する可能性もある。 However, in the case of an enzyme electrode produced by a conventional method, when the enzyme electrode is brought into direct contact with a measurement object such as food, a beverage, a cell culture solution, or a human body where contamination is a problem, an organic solvent or an interface is brought to the measurement object. There is a problem that the activator dissolves or adheres and contaminates the object to be measured. It is also possible to remove the organic solvent and the surfactant from the enzyme electrode by washing or the like, but with the removal, the nanocarbon material may reaggregate and the dispersibility may decrease.

そこで、本発明は、ナノカーボン材料等の高比表面積の導電性炭素フィラーの分散性と分散安定性に優れ、かつ安全性の高い酵素電極、およびそれを用いたバイオセンサ並びにバイオ燃料電池を提供することを目的とした。 Therefore, the present invention provides an enzyme electrode having excellent dispersibility and dispersion stability of a conductive carbon filler having a high specific surface area such as a nanocarbon material and having high safety, and a biosensor and a biofuel cell using the same. The purpose was to do.

上記課題を解決するため、本発明の酵素電極は、導電性基体上に形成された試薬部を有する酵素電極であって、前記試薬部は、酸化還元酵素と導電性炭素フィラーと、セルロース誘導体を含むことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the enzyme electrode of the present invention is an enzyme electrode having a reagent portion formed on a conductive substrate, and the reagent portion contains an oxidoreductase, a conductive carbon filler, and a cellulose derivative. It is characterized by including.

本発明によれば、高比表面積の導電性炭素フィラーの分散性と分散安定性に優れ、かつ安全性の高い酵素電極、およびそれを用いたバイオセンサ並びにバイオ燃料電池を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide an enzyme electrode having excellent dispersibility and dispersion stability of a conductive carbon filler having a high specific surface area and high safety, and a biosensor and a biofuel cell using the enzyme electrode. Become.

本発明の実施例10と比較例11の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of Example 10 and Comparative Example 11 of this invention. 本発明の実施例11の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of Example 11 of this invention. 本発明の実施例12の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of Example 12 of this invention. 比較例12の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the comparative example 12.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明が対象とする酵素電極は、導電性基体上に形成された試薬部を有する電極であれば特に限定されないが、試薬部は、酸化還元酵素と、導電性炭素フィラーと、セルロース誘導体を含んでいる。なお、本明細書において、分散性とは、導電性炭素フィラーが分散し易いことを示し、分散安定性とは、導電性炭素フィラーの分散状態が維持され再凝集しにくいことを示す。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
The enzyme electrode targeted by the present invention is not particularly limited as long as it is an electrode having a reagent portion formed on a conductive substrate, but the reagent portion contains an oxidoreductase, a conductive carbon filler, and a cellulose derivative. I'm out. In the present specification, dispersibility means that the conductive carbon filler is easily dispersed, and dispersion stability means that the dispersed state of the conductive carbon filler is maintained and reaggregation is difficult.

本発明に用いる導電性炭素フィラーは、その形状は特に限定されず、球状、鱗片状、繊維状、多孔質状等を用いることができる。また、電子顕微鏡等で測定される平均粒子径が10nm〜20μmの範囲にあるものを用いることができる。また、導電性炭素フィラーのBET比表面積は、10m/g以上、好ましくは30m/g以上である。導電性炭素フィラーの具体例としては、カーボンブラック、黒鉛粉、多孔質炭素、ナノカーボン材料等を挙げることができる。ここで、多孔質炭素とは、2〜50nmのメソ孔を有する活性炭粉末または活性炭素繊維だけでなく、メソ孔がつながった連通孔を有する炭素材料も含む。カーボンブラックとしては、ファーネスブラック、サーマルブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等を挙げることができる。また、黒鉛粉としては、熱分解黒鉛や球状黒鉛を挙げることができる。また、ナノカーボン材料としては、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、グラフェン、フラーレン等を挙げることができる。好ましくは、カーボンブラック、多孔質炭素またはナノカーボン材料である。 The shape of the conductive carbon filler used in the present invention is not particularly limited, and spherical, scaly, fibrous, porous and the like can be used. Further, those having an average particle size in the range of 10 nm to 20 μm measured by an electron microscope or the like can be used. The BET specific surface area of the conductive carbon filler is 10 m 2 / g or more, preferably 30 m 2 / g or more. Specific examples of the conductive carbon filler include carbon black, graphite powder, porous carbon, nanocarbon material and the like. Here, the porous carbon includes not only activated carbon powder or activated carbon fiber having mesopores of 2 to 50 nm, but also a carbon material having communication pores in which the mesopores are connected. Examples of carbon black include furnace black, thermal black, acetylene black, and ketjen black. Examples of graphite powder include pyrolysis graphite and spheroidal graphite. Examples of the nanocarbon material include single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, graphene, and fullerenes. Preferred are carbon black, porous carbon or nanocarbon materials.

また、本発明で用いるセルロース誘導体は、セルロースの水酸基の一部を、エーテル化反応やエステル化反応により、別の置換基で置換した高分子であり、親水性セルロースと非親水性セルロースが含まれるが、親水性セルロースが好ましい。ここで、親水性セルロースとは、水に対して親和性が高く、水系溶媒及び極性溶媒中に溶解、混和しやすい性質を有するセルロース誘導体である。極性溶媒の種類としては、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、ギ酸、酢酸、酢酸エチル、ジメチルスルホキシドなどが挙げられる。また、水系溶媒とは、主に水のみで構成される溶媒を指す。ただし、酵素の失活を起こさず、乾燥後に安全性が懸念とならない範囲であれば、微量のエタノール等の極性溶媒を含んでいて良い。親水性セルロースの例としては、ヒドロキシアルキルセルロース、カルボキシアルキルセルロース、カルボキシアルキルヒドロキシアルキルセルロース、メチルセルロース等を挙げることができる。ヒドロキシアルキルセルロースとしては、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース等を挙げることができる。また、カルボキシアルキルセルロースとしては、カルボキシメチルセルロース等を挙げることができる。また、カルボキシアルキルヒドロキシアルキルセルロースとしては、カルボキシメチルヒドロキシエチルセルロース等を挙げることができる。好ましいセルロース誘導体は、カルボキシメチルセルロースまたはヒドロキシプロピルセルロースである。また、これらセルロース誘導体は、1種または2種以上を組み合わせて使用してよい。また、カルボキシ基を有するセルロース誘導体はアルカリ金属塩等の塩の形態も含んでもよい。なお、非親水性セルロースとは、水に対して親和性が低く、水系溶媒及び極性溶媒中に溶解、混和し難い性質を有するセルロースであり、例えば、エチルセルロース、プロピルセルロース、ブチルセルロース、アセチルセルロース等を挙げることができる。 Further, the cellulose derivative used in the present invention is a polymer in which a part of the hydroxyl group of cellulose is replaced with another substituent by an etherification reaction or an esterification reaction, and includes hydrophilic cellulose and non-hydrophilic cellulose. However, hydrophilic cellulose is preferable. Here, the hydrophilic cellulose is a cellulose derivative having a high affinity for water and having a property of being easily dissolved and miscible in an aqueous solvent and a polar solvent. Examples of the polar solvent include ethanol, 1-propanol, 2-propanol, formic acid, acetic acid, ethyl acetate, dimethyl sulfoxide and the like. Further, the aqueous solvent refers to a solvent mainly composed of water only. However, a trace amount of a polar solvent such as ethanol may be contained as long as the enzyme is not inactivated and safety is not a concern after drying. Examples of hydrophilic cellulose include hydroxyalkyl cellulose, carboxyalkyl cellulose, carboxyalkyl hydroxyalkyl cellulose, methyl cellulose and the like. Examples of hydroxyalkyl cellulose include hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, hydroxyethyl methyl cellulose and the like. Moreover, as carboxyalkyl cellulose, carboxymethyl cellulose and the like can be mentioned. Moreover, as carboxyalkyl hydroxyalkyl cellulose, carboxymethyl hydroxyethyl cellulose and the like can be mentioned. Preferred cellulose derivatives are carboxymethyl cellulose or hydroxypropyl cellulose. Further, these cellulose derivatives may be used alone or in combination of two or more. Further, the cellulose derivative having a carboxy group may also contain a salt form such as an alkali metal salt. The non-hydrophilic cellulose is a cellulose having a low affinity for water and having a property of being difficult to dissolve and mix in an aqueous solvent and a polar solvent. For example, ethyl cellulose, propyl cellulose, butyl cellulose, acetyl cellulose and the like. Can be mentioned.

また、本発明の酵素電極は試薬部を含んでいる。試薬部は、導電性基体以外の部分を意味し、少なくとも、酸化還元酵素、導電性炭素フィラー、およびセルロース誘導体を含んでいる。試薬部は、1層(単層)または積層された複数層の試薬層で構成することができる。 Further, the enzyme electrode of the present invention includes a reagent portion. The reagent portion means a portion other than the conductive substrate, and includes at least an oxidoreductase, a conductive carbon filler, and a cellulose derivative. The reagent section can be composed of one layer (single layer) or a plurality of laminated reagent layers.

試薬部が1層の試薬層で構成される場合、試薬層は、酸化還元酵素、メディエータ、導電性炭素フィラーおよびセルロース誘導体を同一層に含む(以下、混合型試薬部ともいう)。混合型試薬部は、導電性炭素フィラー 1重量部に対して、セルロース誘導体を0.1〜30重量部、好ましくは0.2〜25重量部、より好ましくは0.4〜20重量部含む。導電性炭素フィラーに対してセルロース誘導体の量が0.1重量部よりも少ないと導電性炭素フィラーの分散性が十分でなく、30重量部よりも多いと導電性炭素フィラー同士が接触しにくくなり、導電性が十分ではなくなるからである。 When the reagent section is composed of one reagent layer, the reagent layer contains an oxidoreductase, a mediator, a conductive carbon filler and a cellulose derivative in the same layer (hereinafter, also referred to as a mixed reagent section). The mixed reagent portion contains 0.1 to 30 parts by weight, preferably 0.2 to 25 parts by weight, and more preferably 0.4 to 20 parts by weight of the cellulose derivative with respect to 1 part by weight of the conductive carbon filler. If the amount of the cellulose derivative is less than 0.1 parts by weight with respect to the conductive carbon filler, the dispersibility of the conductive carbon filler is not sufficient, and if it is more than 30 parts by weight, it becomes difficult for the conductive carbon fillers to come into contact with each other. This is because the conductivity is not sufficient.

また、試薬部が積層された複数の試薬層で構成される場合、複数の試薬層は、1層以上の第1の試薬層と1層以上の第2の試薬層を含み、第1の試薬層は、導電性炭素フィラーとセルロース誘導体を含み、第2の試薬層は、酸化還元酵素を含むことができる。第1の試薬層と第2の試薬層を交互に積層することができる(以下、積層型試薬部ともいう)。例えば、試薬部が2層で構成される場合の一例として、導電性基体側に導電性炭素フィラーとセルロース誘導体を含む第1の試薬層(導電性カーボン層ともいう)を設け、第1の試薬層の上に酸化還元酵素を含む第2の試薬層を積層することができる。あるいは、導電性基体側に第2の試薬層を設け、第2の試薬層の上に第1の試薬層を積層してもよい。積層型試薬部では、導電性カーボン層が、導電性炭素フィラー 1重量部に対して、セルロース誘導体を0.1〜30重量部、好ましくは0.2〜25重量部、より好ましくは0.4〜20重量部含む。 When the reagent section is composed of a plurality of laminated reagent layers, the plurality of reagent layers include one or more first reagent layers and one or more second reagent layers, and the first reagent. The layer may contain a conductive carbon filler and a cellulose derivative, and the second reagent layer may contain an oxidoreductase. The first reagent layer and the second reagent layer can be alternately laminated (hereinafter, also referred to as a laminated reagent section). For example, as an example of the case where the reagent portion is composed of two layers, a first reagent layer (also referred to as a conductive carbon layer) containing a conductive carbon filler and a cellulose derivative is provided on the conductive substrate side, and the first reagent A second reagent layer containing an oxidoreductase can be laminated on the layer. Alternatively, a second reagent layer may be provided on the conductive substrate side, and the first reagent layer may be laminated on the second reagent layer. In the laminated reagent section, the conductive carbon layer contains 0.1 to 30 parts by weight, preferably 0.2 to 25 parts by weight, more preferably 0.4 parts by weight of the cellulose derivative with respect to 1 part by weight of the conductive carbon filler. Includes ~ 20 parts by weight.

また、試薬部が3層で構成される場合の一例として、複数の導電性カーボン層を設けることができ、導電性基体上に、第1の試薬層、第2の試薬層、第1の試薬層を、この順番で積層してもよい。また、別の例として、導電性基体上に、第2の試薬層、第1の試薬層、第2の試薬層を、この順番で積層してもよい。 Further, as an example of the case where the reagent portion is composed of three layers, a plurality of conductive carbon layers can be provided, and a first reagent layer, a second reagent layer, and a first reagent can be provided on the conductive substrate. The layers may be laminated in this order. Further, as another example, the second reagent layer, the first reagent layer, and the second reagent layer may be laminated in this order on the conductive substrate.

導電性基体には、金、白金、銀等の金属電極や、絶縁材料の導電部を形成したものを用いることができる。絶縁性基材に用いる材料は特に限定されないが、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリオキシメチレン、モノマーキャストナイロン、ポリブチレンテレフタレート、メタクリル樹脂、ABS樹脂等の樹脂材料、あるいはガラス材料を用いることができる。好ましくはポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、およびポリイミドであり、より好ましくはポリエチレンテレフタレートである。絶縁性基材上の導電部は、例えば、カーボン、金、白金、パラジウム等を材料として、スパッタリング法、蒸着法、スクリーン印刷法等を用いて導電層を形成し、次いでレーザトリミング法を用いて所定の電極パターンに加工することで形成することができる。 As the conductive substrate, a metal electrode such as gold, platinum, or silver, or a conductive portion formed of an insulating material can be used. The material used for the insulating base material is not particularly limited, but for example, polyethylene terephthalate, polycarbonate, polyimide, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinyl chloride, polyoxymethylene, monomer cast nylon, polybutylene terephthalate, methacrylic resin, ABS resin and the like. Resin material or glass material can be used. Polyethylene terephthalate, polycarbonate, and polyimide are preferable, and polyethylene terephthalate is more preferable. For the conductive portion on the insulating base material, for example, using carbon, gold, platinum, palladium or the like as a material, a conductive layer is formed by a sputtering method, a vapor deposition method, a screen printing method or the like, and then a laser trimming method is used. It can be formed by processing into a predetermined electrode pattern.

本発明の酵素電極の製造方法の例について、以下に詳細に説明する。
(1)試薬部が1層の場合
セルロース誘導体と導電性炭素フィラーと酸化還元酵素を含む塗液を調製し、塗液を導電性基体に塗布して、前記試薬部を形成する。具体的には、水系溶媒を用いて所定の濃度に調製したセルロース誘導体水溶液に、所定濃度となるように導電性炭素フィラーを添加し、ボルテックスミキサーや超音波処理を行ってカーボン分散液を調製する。別途調製した酸化還元酵素/メディエータ溶液を所定の混合比でカーボン分散液と混合することで、カーボン/酸化還元酵素/メディエータ混合溶液(塗液)を調製する。この塗液を導電性基体上に所定回数塗布して乾燥させて1層の試薬層を形成する。その後、この1層の試薬層を有する導電性基体を保護膜用ポリマー溶液に浸漬し、引き上げ、乾燥させる工程を複数回繰り返すことで、試薬層が保護膜で覆われた酵素電極を得ることができる。ここで、水系溶媒とは、主として水のみで構成される溶媒を指し、必要に応じて、酵素の失活を起こさず、乾燥後に安全性を損なわない範囲で、極性有機溶媒を含んでもよい。なお、主として水のみで構成されるとは、水の体積%が70%以上、好ましくは85%以上、さらに好ましくは95%以上である。また、本発明に用いることのできる極性有機溶媒とは、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、ギ酸、酢酸、ジメチルスルホキシド等を挙げることができる。
(2)試薬層が2層以上の場合
試薬部が2層以上の試薬層からなる場合、セルロース誘導体と導電性炭素フィラーを含むカーボン分散液を調製する工程と、酸化還元酵素を含む溶液を調製する工程と、試薬部を形成する工程を含み、試薬部を形成する工程は、カーボン分散液を用いて第1の試薬層を形成する工程と酸化還元酵素を含む溶液を用いて第2の試薬層を形成する工程とを、それぞれ1回以上有する、製造方法により酵素電極を製造することができる。例えば、試薬部が2層の試薬層で構成される場合、以下の方法で製造することができる。すなわち、水系溶媒を用いて所定の濃度に調製したセルロース誘導体水溶液に、所定濃度となるように導電性炭素フィラーを添加し、ボルテックスミキサーや超音波処理を行ってカーボン分散液を調製する。このカーボン分散液を導電性基体上に所定回数塗布して乾燥して第1の試薬層(導電性カーボン層)を形成する。次いで、別途調製した酸化還元酵素/メディエータ溶液を導電性カーボン層の表面に塗布して第2の試薬層を形成し、乾燥して2層の試薬層(第1の試薬層/第2の試薬層)からなる試薬部を形成する。その後、この試薬部を有する導電性基体を保護膜用ポリマー溶液に浸漬し、引き上げ、乾燥させる工程を複数回繰り返すことで、試薬部が保護膜で覆われた酵素電極を得ることができる。また、試薬部が3層の試薬層で構成される場合、上記の2層の試薬層の上側の第2の試薬層の上にカーボン分散液を所定の回数塗布して第1の試薬層を形成し、乾燥することで3層の試薬層(第1の試薬層/第2の試薬層/第1の試薬層)からなる試薬部を形成する。あるいは、第2の試薬層を導電性基体上に形成し、その上に第1の試薬層を積層して、2層の試薬層からなる試薬部を形成してもよい。また、第2の試薬層を導電性基体上に形成し、その上に第1の試薬層を積層し、さらにその上に第2の試薬層を積層して、3層の試薬層からなる試薬部を形成してもよい。
An example of the method for producing an enzyme electrode of the present invention will be described in detail below.
(1) When the reagent part has one layer A coating liquid containing a cellulose derivative, a conductive carbon filler and an oxidoreductase is prepared, and the coating liquid is applied to a conductive substrate to form the reagent part. Specifically, a conductive carbon filler is added to a cellulose derivative aqueous solution prepared to a predetermined concentration using an aqueous solvent so as to have a predetermined concentration, and a carbon dispersion is prepared by performing a vortex mixer or sonication. .. A carbon / oxidoreductase / mediator mixed solution (coating liquid) is prepared by mixing a separately prepared oxidoreductase / mediator solution with a carbon dispersion at a predetermined mixing ratio. This coating liquid is applied onto the conductive substrate a predetermined number of times and dried to form one reagent layer. Then, by immersing the conductive substrate having one reagent layer in the polymer solution for a protective film, pulling it up, and drying it a plurality of times, it is possible to obtain an enzyme electrode in which the reagent layer is covered with a protective film. it can. Here, the aqueous solvent refers to a solvent mainly composed of water, and if necessary, may contain a polar organic solvent as long as it does not inactivate the enzyme and does not impair safety after drying. It should be noted that the volume% of water is 70% or more, preferably 85% or more, and more preferably 95% or more when it is mainly composed of water. Examples of the polar organic solvent that can be used in the present invention include ethanol, 1-propanol, 2-propanol, formic acid, acetic acid, dimethyl sulfoxide and the like.
(2) When the reagent layer consists of two or more layers When the reagent part consists of two or more reagent layers, a step of preparing a carbon dispersion containing a cellulose derivative and a conductive carbon filler and a solution containing an oxidoreductase are prepared. The step of forming the reagent part includes the step of forming the first reagent layer using the carbon dispersion and the second reagent using the solution containing the oxidoreductase. An enzyme electrode can be produced by a production method having one or more steps for forming a layer. For example, when the reagent section is composed of two reagent layers, it can be produced by the following method. That is, a conductive carbon filler is added to a cellulose derivative aqueous solution prepared to a predetermined concentration using an aqueous solvent so as to have a predetermined concentration, and a vortex mixer or sonication is performed to prepare a carbon dispersion. This carbon dispersion is applied onto the conductive substrate a predetermined number of times and dried to form a first reagent layer (conductive carbon layer). Next, a separately prepared oxidoreductase / mediator solution is applied to the surface of the conductive carbon layer to form a second reagent layer, which is dried and dried to form two reagent layers (first reagent layer / second reagent). A reagent section consisting of layers) is formed. Then, by immersing the conductive substrate having the reagent part in the polymer solution for a protective film, pulling it up, and drying it a plurality of times, an enzyme electrode in which the reagent part is covered with a protective film can be obtained. When the reagent section is composed of three reagent layers, the carbon dispersion is applied a predetermined number of times on the second reagent layer above the two reagent layers to form the first reagent layer. By forming and drying, a reagent portion composed of three reagent layers (first reagent layer / second reagent layer / first reagent layer) is formed. Alternatively, the second reagent layer may be formed on a conductive substrate, and the first reagent layer may be laminated on the second reagent layer to form a reagent portion composed of two reagent layers. Further, a second reagent layer is formed on a conductive substrate, a first reagent layer is laminated on the first reagent layer, and a second reagent layer is further laminated on the second reagent layer, and a reagent composed of three reagent layers is laminated. The part may be formed.

ここで、保護膜とは、試薬部に含まれる物質の保護膜外への漏出を防止又は抑制するものであり、かつ、保護膜外に存在する基質が試薬部の存在する保護膜内に透過可能な孔を有するものである。そして、保護膜は、酵素電極上では少なくとも試薬部を被覆できるように配置される必要がある。また、酵素電極を生体内や、培地、細胞培養用試薬に挿入して使用する場合、その表面を被覆する保護膜は、タンパク質や細胞が吸着しない又は吸着し難い生体適合性を有すること、一般的にはそのような性質を有するポリマーによって形成されることが好ましい。このような保護膜を形成できるポリマーとしては、例えば、メタクリル酸メチルとヒドロキシエチルメタクリレートとのコポリマー、ブチルメタクリレートとヒドロキシエチルメタクリレートとのコポリマー、ポリ(2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン−co−n−ブチルメタクリレート)、ポリウレタン等が挙げられる。 Here, the protective film prevents or suppresses the leakage of the substance contained in the reagent portion to the outside of the protective film, and the substrate existing outside the protective film permeates into the protective film in which the reagent portion exists. It has a possible hole. Then, the protective film needs to be arranged so as to cover at least the reagent portion on the enzyme electrode. Further, when the enzyme electrode is used by inserting it into a living body, a medium, or a reagent for cell culture, the protective film covering the surface thereof generally has biocompatibility in which proteins and cells are not adsorbed or are difficult to be adsorbed. It is preferably formed of a polymer having such properties. Examples of the polymer capable of forming such a protective film include a copolymer of methyl methacrylate and hydroxyethyl methacrylate, a copolymer of butyl methacrylate and hydroxyethyl methacrylate, and poly (2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine-con-butyl methacrylate). ), Polyurethane and the like.

また、メディエータとは、電子伝達を仲介する酸化還元物質を意味し、酵素電極において、酸化還元酵素による基質の酸化還元反応によって生じる電子の伝達を担う物質を指す。 Further, the mediator means a redox substance that mediates electron transfer, and refers to a substance that is responsible for the transfer of electrons generated by the redox reaction of the substrate by the oxidoreductase at the enzyme electrode.

なお、本明細書で用いる基質とは、酵素電極をバイオセンサに用いる場合には、分析対象物質(アナライトともいう)を意味し、酵素電極をバイオ燃料電池に用いる場合には、燃料物質を意味する。 The substrate used in the present specification means a substance to be analyzed (also referred to as an analysis) when the enzyme electrode is used for a biosensor, and a fuel material when the enzyme electrode is used for a biofuel cell. means.

本発明の酵素電極は、セルロース誘導体を用いることで、高比表面積の導電性炭素フィラーの分散性と分散安定性を向上させることができる。高比表面積の導電性炭素フィラーは、反応に有効な実効面積の増加や酵素の担持量を増加させるので、酵素電極の電流密度が増加する。これにより、高出力化、高感度化が可能となる。また、導電性炭素フィラーは、酵素やメディエータの担持媒体としても機能するので、酵素電極の耐久性の向上が期待できる。また、本発明の酵素電極は、有機溶媒や界面活性剤を含んでいないので、食物、飲料、細胞培養液、人体など、汚染が問題となる測定対象物(被検体)に酵素電極を直接接触させても、測定対象物が汚染されることはない。セルロース誘導体は、食品や医薬品に添加剤として使用されており、安全性の高い物質である。本発明の酵素電極は、食物、飲料、培地、細胞培養用試薬、血液製剤、人体など、汚染が問題となる被検体を測定対象とする酵素電極として好適に用いることができる。 By using a cellulose derivative in the enzyme electrode of the present invention, the dispersibility and dispersion stability of the conductive carbon filler having a high specific surface area can be improved. The high specific surface area of the conductive carbon filler increases the effective area effective for the reaction and the amount of the enzyme carried, so that the current density of the enzyme electrode increases. This makes it possible to increase the output and sensitivity. Further, since the conductive carbon filler also functions as a supporting medium for enzymes and mediators, it is expected that the durability of the enzyme electrode will be improved. Further, since the enzyme electrode of the present invention does not contain an organic solvent or a surfactant, the enzyme electrode is in direct contact with a measurement object (subject) such as food, beverage, cell culture solution, or human body where contamination is a problem. Even if this is done, the object to be measured will not be contaminated. Cellulose derivatives are used as additives in foods and pharmaceuticals and are highly safe substances. The enzyme electrode of the present invention can be suitably used as an enzyme electrode for measuring a subject whose contamination is a problem, such as food, beverage, medium, cell culture reagent, blood product, and human body.

被検体接触用の酵素電極の一例として、生体モニタリング用バイオセンサの電極、例えば、持続グルコースモニタリング(CGMと略す)用バイオセンサの電極を挙げることができる。CGMは被検者の皮膚に装着したバイオセンサにより、被検者の血中または、間質液中のグルコース濃度を持続的に測定することができる。電極が、有機溶媒や界面活性剤を含んでいないので、安全性の高いCGM用のバイオセンサを提供できる。また、ケトン体モニタリング用バイオセンサの電極を挙げることができる。被検者の血中または、間質液中のケトン体濃度を持続的に測定することができ、被験者のケトアシドーシスの予防に繋げることができる。電極が、有機溶媒や界面活性剤を含んでいないので、安全性の高いケトン体モニタリング用バイオセンサを提供できる。さらに、細胞培養を行っている培地のモニタリング用バイオセンサの電極を挙げることができる。これは、培地に挿入したバイオセンサにより、持続的にグルコースや、乳酸、グルタミン、グルタミン酸を測定することで、細胞数や細胞の代謝に関する情報を得ることができる。電極が、有機溶媒や界面活性剤を含んでいないので、細胞への毒性が非常に低いバイオセンサを提供できる。 As an example of the enzyme electrode for contacting a subject, an electrode of a biosensor for biological monitoring, for example, an electrode of a biosensor for continuous glucose monitoring (abbreviated as CGM) can be mentioned. CGM can continuously measure the glucose concentration in the blood or interstitial fluid of the subject by a biosensor attached to the skin of the subject. Since the electrodes do not contain organic solvents or surfactants, it is possible to provide a highly safe biosensor for CGM. In addition, the electrodes of a biosensor for monitoring ketone bodies can be mentioned. The concentration of ketone bodies in the blood or interstitial fluid of the subject can be continuously measured, which can lead to the prevention of ketoacidosis in the subject. Since the electrode does not contain an organic solvent or a surfactant, a highly safe biosensor for ketone body monitoring can be provided. Further, the electrode of the biosensor for monitoring the medium in which the cell culture is performed can be mentioned. By continuously measuring glucose, lactic acid, glutamine, and glutamic acid with a biosensor inserted in the medium, it is possible to obtain information on the number of cells and cell metabolism. Since the electrodes do not contain organic solvents or surfactants, biosensors with very low cell toxicity can be provided.

(バイオセンサ)
本発明のバイオセンサは、本発明の酵素電極を用いて構成することができる。例えば、本発明のバイオセンサは、絶縁性基材上に形成された、少なくとも一対の作用極および対極、あるいは少なくとも1対の作用極および対極と参照極とを有し、作用電極に接して酵素とメディエー含む試薬層が形成されている。
(Biosensor)
The biosensor of the present invention can be constructed by using the enzyme electrode of the present invention. For example, the biosensor of the present invention has at least a pair of working and counter electrode, or at least one pair of working and counter electrode and reference electrode formed on an insulating substrate and is in contact with an enzyme. And a reagent layer containing media is formed.

本発明のバイオセンサは、ヘモグロビン、糖化ヘモグロビン、グルタミン、グルタミン酸などのアミノ酸、フルクトシルリジン、フルクトシルバリンなどの糖化アミノ酸、フルクトシルバリルヒスチジンなどの糖化ペプチド、糖化アルブミン、グルコースなどの糖類、ビタミンCなどのビタミン類、アルコール類、コレステロール、乳酸、ケトン体(3−ヒドロキシ酪酸)等のアナライトを検出対象とすることができる。 The biosensor of the present invention includes amino acids such as hemoglobin, glycated hemoglobin, glutamine and glutamic acid, glycated amino acids such as fructosyl lysine and fructosylvaline, glycated peptides such as fructosylvalyl histidine, glycated albumins and sugars such as glucose. Amino acids such as vitamins such as vitamin C, alcohols, cholesterol, lysine, and ketone bodies (3-hydroxybutyric acid) can be detected.

また、本発明のバイオセンサでは、試薬層は、酸化還元酵素とメディエータの両方、または酸化還元酵素のみを含むことができる。 Further, in the biosensor of the present invention, the reagent layer can contain both oxidoreductase and mediator, or only oxidoreductase.

本発明で用いる酸化還元酵素には、酸化酵素と脱水素酵素が含まれる。例えば、グルコースオキシダーゼ、ラクテートオキシダーゼ、コレステロールオキシダーゼ、ビリルビンオキシダーゼ、グルコースデヒドロゲナーゼ、ラクテートデヒドロゲナーゼ、アミノ酸オキシダーゼ、アミノ酸デヒドロゲナーゼ、グルタミン酸オキシダーゼ、グルタミン酸デヒドロゲナーゼ、フルクトシルアミノ酸オキシダーゼ、フルクトシルペプチドオキシダーゼ、3−ヒドロキシ酪酸デヒドロゲナーゼ、アルコールオキシダーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼ等を挙げることができる。これらの酸化還元酵素は、グルコース、乳酸、コレステロール、ビリルビン、グルタミン、グルタミン酸などのアミノ酸、糖化アミノ酸、または糖化ペプチド、ケトン体(3−ヒドロキシ酪酸)、アルコール等の検出に利用できる酸化還元酵素の量は、例えば、センサ1個当り、もしくは1回の測定当り、例えば、0.01〜100Uであり、好ましくは、0.05〜10Uであり、より好ましくは、0.1〜5Uである。 The oxidoreductase used in the present invention includes an oxidase and a dehydrogenase. For example, glucose oxidase, lactate oxidase, cholesterol oxidase, bilirubin oxidase, glucose dehydrogenase, lactate dehydrogenase, amino acid oxidase, amino acid dehydrogenase, glutamate oxidase, glutamate dehydrogenase, fructosyl amino acid oxidase, fructosyl peptide oxidase, 3-hydroxybutyric acid dehydrogenase, alcohol oxidase. , Alcohol dehydrogenase and the like. These oxidoreductases are the amount of oxidoreductases that can be used to detect amino acids such as glucose, lactic acid, cholesterol, bilirubin, glutamine, and glutamic acid, glycated amino acids, or glycated peptides, ketone bodies (3-hydroxybutyric acid), and alcohol. Is, for example, per sensor or per measurement, for example, 0.01 to 100 U, preferably 0.05 to 10 U, and more preferably 0.1 to 5 U.

また、メディエータには、限定するものではないが、金属錯体(例えば、オスミウム錯体、ルテニウム錯体、鉄錯体等)、キノン化合物(例えば、ベンゾキノン、ナフトキノン、フェナントレンキノン、フェナントロリンキノン、アントラキノン、及びそれらの誘導体等)、フェナジン化合物、ビオロゲン化合物、フェノチアジン化合物、及びフェノール化合物が挙げられる。より具体的にはフェリシアン化カリウム、ヘキサアンミンルテニウム、フェロセン、ポリ(1−ビニルイミダゾール)−ビス(ビピリジン)クロロオスミウム、ヒドロキノン、2−メチル−1,4−ベンゾキノン、1,2−ナフトキノン−4−スルホン酸塩、9,10−フェナントレンキノン−2−スルホン酸塩、9,10−フェナントレンキノン−2,7−ジスルホン酸塩、1,10−フェナントロリン−5,6−ジオン、アントラキノン−2−スルホン酸塩、1−メトキシ−5−メチルフェナジニウムメチルサルフェートや1−メトキシ−5−エチルフェナジニウムエチルサルフェート等のフェナジン誘導体、メチルビオロゲン、ベンジルビオロゲン、メチレンブルー、メチレングリーン、2−アミノフェノール、2−アミノ−4−メチルフェノール、及び2,4−ジアミノフェノールからなる群から選ばれる1種以上が用いられる。上記塩としては、限定するものではないが、ナトリウム塩、カリウム塩、カルシウム塩、マグネシウム塩、リチウム塩等が挙げられる。メディエータの配合量は、特に制限されず、1回の測定当り若しくはセンサ1個当り、例えば、0.1pmol〜1000μmolであり、好ましくは、10pmol〜500μmolであり、より好ましくは、500pmol〜100μmolである。 In addition, mediators include, but are not limited to, metal complexes (eg, osmium complex, ruthenium complex, iron complex, etc.), quinone compounds (eg, benzoquinone, naphthoquinone, phenanthrenquinone, phenanthrolinquinone, anthraquinone, and derivatives thereof). Etc.), phenazine compounds, viologen compounds, phenothiazine compounds, and phenol compounds. More specifically, potassium ferricyanide, hexaammine ruthenium, ferrocene, poly (1-vinylimidazole) -bis (bipyridine) chloroosmium, hydroquinone, 2-methyl-1,4-benzoquinone, 1,2-naphthoquinone-4-sulfon. Acid salt, 9,10-phenanthrenquinone-2-sulfonate, 9,10-phenanthrenquinone-2,7-disulfonate, 1,10-phenanthroline-5,6-dione, anthraquinone-2-sulfonate , Phenazine derivatives such as 1-methoxy-5-methylphenazinenium methylsulfate and 1-methoxy-5-ethylphenadinium ethylsulfate, methylviologen, benzylviologen, methyleneblue, methylenegreen, 2-aminophenol, 2-amino One or more selected from the group consisting of -4-methylphenol and 2,4-diaminophenol is used. Examples of the salt include, but are not limited to, sodium salt, potassium salt, calcium salt, magnesium salt, lithium salt and the like. The blending amount of the mediator is not particularly limited, and is, for example, 0.1 pmol to 1000 μmol, preferably 10 pmol to 500 μmol, and more preferably 500 pmol to 100 μmol per measurement or per sensor. ..

また、メディエータは、センサの耐久性やセンサ外への流出を抑制するという観点から高分子に結合した高分子化メディエータであることが望ましい。メディエータが結合する高分子は、ホモポリマー、ランダムコポリマー、ブロックコポリマー、あるいはそれらが結合または混合された高分子である。その高分子の重量平均分子量は、10,000以上、好ましくは50,000以上、さらに好ましくは100,000以上であり、重量平均分子量の上限が、10,000,000未満、好ましくは1,000,000未満である。また、高分子は、特に限定されるものではないが、炭素原子、窒素原子、酸素原子及び硫黄原子の少なくとも1つから選ばれる原子が、鎖状に複数結合して主鎖を構成するものが挙げられる。その具体例としては、タンパク質、ポリペプチド、ポリヌクレオチド等の天然系高分子と、ポリアミノ酸、ポリイミン、ポリアリル化合物、ポリ(メタ)アクリレート、ポリアルキレンオキシド、およびそれらのコポリマー等の合成系高分子を挙げることができる。ポリアミノ酸には、ポリ(L−グルタミン酸)やポリ(L−リジン)を挙げることができる。また、ポリイミンには、ポリエチレンイミンやポリプロピレンイミン等のポリアルキレンイミンを挙げることができる。また、ポリアリル化合物には、ポリアリルアミンやポリジアリルアミン等を挙げることができる。また、ポリアルキレンオキシドには、ポリエチレンオキシドやポリプロピレンオキシドを挙げることができる。なお、高分子化メディエータ全体は親水性であることが好ましく、さらにメディエータを結合させる高分子が親水性であることが好ましい。 Further, the mediator is preferably a polymerized mediator bonded to a polymer from the viewpoint of durability of the sensor and suppression of outflow to the outside of the sensor. The polymer to which the mediator binds is a homopolymer, a random copolymer, a block copolymer, or a polymer to which they are bonded or mixed. The weight average molecular weight of the polymer is 10,000 or more, preferably 50,000 or more, more preferably 100,000 or more, and the upper limit of the weight average molecular weight is less than 10,000,000, preferably 1,000. Less than 000. The polymer is not particularly limited, but a polymer in which a plurality of atoms selected from at least one of a carbon atom, a nitrogen atom, an oxygen atom and a sulfur atom are bonded in a chain to form a main chain. Can be mentioned. Specific examples thereof include natural polymers such as proteins, polypeptides and polynucleotides, and synthetic polymers such as polyamino acids, polyimines, polyallyl compounds, poly (meth) acrylates, polyalkylene oxides, and copolymers thereof. Can be mentioned. Examples of polyamino acids include poly (L-glutamic acid) and poly (L-lysine). Moreover, as polyimine, polyalkyleneimine such as polyethyleneimine and polypropyleneimine can be mentioned. Further, examples of the polyallyl compound include polyallylamine and polydiallylamine. Further, examples of the polyalkylene oxide include polyethylene oxide and polypropylene oxide. The entire polymerized mediator is preferably hydrophilic, and the polymer to which the mediator is bound is preferably hydrophilic.

高分子化メディエータとしては、共有結合を介してメディエータと高分子とを結合させたものを用いることができる。この共有結合としては、例えば特表2003−514924号公報に記載されているものを用いることができ、具体的には、エーテル結合、チオエーテル結合、エステル結合、ウレタン結合、アミド結合等を挙げることができる。共有結合は、高分子を形成するモノマーが元来有していた反応基から形成されてもよく、あるいは別途メディエータまたは高分子に導入されたリンカーが有する反応基から形成されてもよい。高分子化メディエータの具体例としては、例えば、メディエータにフェナジン化合物を用い、高分子にポリ(L−リジン)を用い、アミド結合を介して、フェナジン化合物とポリ(L−リジン)が結合したものを挙げることができる。 As the polymerized mediator, one in which the mediator and the polymer are bonded via a covalent bond can be used. As the covalent bond, for example, those described in JP-A-2003-514924 can be used, and specific examples thereof include ether bond, thioether bond, ester bond, urethane bond, amide bond and the like. it can. The covalent bond may be formed from the reactive groups originally possessed by the monomer forming the polymer, or may be formed from the reactive groups possessed by the linker separately introduced into the mediator or the polymer. As a specific example of the polymerized mediator, for example, a phenazine compound is used as the mediator, poly (L-lysine) is used as the polymer, and the phenazine compound and poly (L-lysine) are bonded via an amide bond. Can be mentioned.

本発明のバイオセンサでは、電流密度を増加させることの可能な酵素電極を用いることで、高感度の検出が可能となる。また、酵素電極が、有機溶媒や界面活性剤を含んでいないので、測定対象物にバイオセンサを直接接触させても、測定対象物が汚染されることがないので、安全性の高いバイオセンサを提供できる。 In the biosensor of the present invention, high-sensitivity detection is possible by using an enzyme electrode capable of increasing the current density. In addition, since the enzyme electrode does not contain an organic solvent or a surfactant, even if the biosensor is brought into direct contact with the object to be measured, the object to be measured will not be contaminated, so that a highly safe biosensor can be used. Can be provided.

バイオセンサの一例として、生体モニタリング用のバイオセンサ、例えば、持続グルコースモニタリング(CGMと略す)用のバイオセンサを挙げることができる。上記の通り、電極が、有機溶媒や界面活性剤を含んでいないので、安全性の高いCGM用のバイオセンサを提供できる。 As an example of the biosensor, a biosensor for biological monitoring, for example, a biosensor for continuous glucose monitoring (abbreviated as CGM) can be mentioned. As described above, since the electrode does not contain an organic solvent or a surfactant, a highly safe biosensor for CGM can be provided.

(バイオ燃料電池)
本発明のバイオ燃料電池は、正極および負極の少なくとも一方に本発明の酵素電極を用いる。例えば、負極に酸化酵素を含む酵素電極を用いた場合、燃料に糖類を用いると、負極に供給された糖類は、酸化されて電子とプロトンを生成し、電子は外部回路を通じて正極に運ばれ、正極では、プロトン、電子、酸素が反応して水が生成する。なお、必要に応じて、プロトン伝導体としての電解質を用いてもよい。
(Bio fuel cell)
The biofuel cell of the present invention uses the enzyme electrode of the present invention for at least one of a positive electrode and a negative electrode. For example, when an enzyme electrode containing an oxidase is used for the negative electrode, when a saccharide is used as a fuel, the saccharide supplied to the negative electrode is oxidized to generate electrons and protons, and the electrons are carried to the positive electrode through an external circuit. At the positive electrode, protons, electrons, and oxygen react to produce water. If necessary, an electrolyte as a proton conductor may be used.

本発明のバイオ燃料電池では、電流密度を増加させることの可能な酵素電極を用いることで、高出力化が可能となる。また、酵素電極が、有機溶媒や界面活性剤を含んでいないので、燃料を汚染することがないため、安全性の高いバイオ燃料電池を提供できる。 In the biofuel cell of the present invention, high output can be achieved by using an enzyme electrode capable of increasing the current density. Further, since the enzyme electrode does not contain an organic solvent or a surfactant, it does not contaminate the fuel, so that a highly safe biofuel cell can be provided.

以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.

<材料>
実施例と比較例において用いた材料は、以下の通りである。なお、材料の略称を適宜標記して用いた。
<Material>
The materials used in Examples and Comparative Examples are as follows. The abbreviations of the materials were appropriately marked and used.

(導電性炭素フィラー)
・ケッチェンブラック(EC−300J:ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ社製)
DBP吸油量(cm/100g):360(9g法)
BET比表面積(m/g):800
揮発分(%):0.5
pH:9.0
灰分(%):0.05
一次粒子径(nm):39.5
・アセチレンカーボンブラック(100%圧縮:ストレムケミカルズ社製)
比表面積(m/g):80
平均粒子径:0.042ミクロン
・多孔質炭素(クノーベルMJ(4)010:東洋炭素社製)
BET比表面積(m/g):1100
設計メソ孔径(nm):10
全細孔容積(mL/g):2.0
ミクロ孔容積(mL/g):0.4
かさ密度(g/mL):0.10
ここで、クノーベルMJ(4)010は、メソ孔がつながった連通孔を有する。
・グラフェン(グラフェン, ナノプレートレット(900394):シグマアルドリッチ社製)
比表面積(m/g):300
平均粒子径:2ミクロン未満
かさ密度(g/cm):0.2〜0.4
・カーボンナノチューブ(Carbon nanotube, few-walled(900788):シグマアルドリッチ社製)
直径×長さ:2.5〜3 nm × 2〜6 μm
G/D比: ≧10 (ラマン)
層数の中央値: 2〜3 (TEM)
BET比表面積(m/g):700以上
かさ密度(g/cm):0.05(ASTMD7481)
(Conductive carbon filler)
・ Ketjen Black (EC-300J: manufactured by Lion Specialty Chemicals Co., Ltd.)
DBP oil absorption (cm 3 / 100g): 360 (9g method)
BET specific surface area (m 2 / g): 800
Volatile content (%): 0.5
pH: 9.0
Ash content (%): 0.05
Primary particle size (nm): 39.5
・ Acetylene carbon black (100% compression: manufactured by Strem Chemicals)
Specific surface area (m 2 / g): 80
Average particle size: 0.042 micron, porous carbon (Knobel MJ (4) 010: manufactured by Toyo Tanso Co., Ltd.)
BET specific surface area (m 2 / g): 1100
Design mesopore diameter (nm): 10
Total pore volume (mL / g): 2.0
Micropore volume (mL / g): 0.4
Bulk density (g / mL): 0.10.
Here, the Knobel MJ (4) 010 has a communication hole to which the meso holes are connected.
-Graphene (graphene, nanoplatelet (900394): manufactured by Sigma-Aldrich)
Specific surface area (m 2 / g): 300
Average particle size: less than 2 microns Bulk density (g / cm 3 ): 0.2-0.4
-Carbon nanotubes (Carbon nanotube, few-walled (900788): manufactured by Sigma-Aldrich)
Diameter x length: 2.5 to 3 nm x 2 to 6 μm
G / D ratio: ≧ 10 (Raman)
Median number of layers: 2-3 (TEM)
BET specific surface area (m 2 / g): 700 or more Bulk density (g / cm 3 ): 0.05 (ASTMD7481)

(セルロース誘導体)
・カルボキシメチルセルロース(セロゲンF−7A:第一工業製薬社製)(以下、CMCと略す)
2%水溶液粘度(mPa・s/25℃):12〜18
エーテル化度:0.70〜0.80
・ヒドロキシプロピルセルロース(NISSO HPC L:日本曹達社製)(以下、HPC Lと略す)
2%水溶液粘度(mPa・s/20℃):6〜10
・ヒドロキシプロピルセルロース(NISSO HPC H:日本曹達社製)(以下、HPC Hと略す)
2%水溶液粘度(mPa・s/20℃):1000〜4000
・メチルセルロース(SM−4000:信越化学社製)(以下、MC(S)と略す)
置換度(セルロースのグルコース環単位当たり、メトキシ基で置換された水酸基の平均個数:1.8
・メチルセルロース(M0290:東京化成工業社製)(以下、MC(T)と略す)
2%水溶液粘度(mPa・s/20℃):13〜18
・ヒドロキシエチルメチルセルロース(SEB−04T:信越化学社製)(以下、HEMCと略す)
置換度(セルロースのグルコース環単位当たり、メトキシ基で置換された水酸基の平均個数:1.5
置換モル数(セルロースのグルコース環当たりに付加したヒドロキシエトキシ基の平均モル数):0.20
・ヒドロキシプロピルメチルセルロース(09963:シグマアルドリッチ社製)(以下、HPMCと略す)
2%水溶液粘度(mPa・s/25℃):〜15
(Cellulose derivative)
-Carboxymethyl cellulose (cellogen F-7A: manufactured by Dai-ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.) (hereinafter abbreviated as CMC)
2% aqueous solution viscosity (mPa · s / 25 ° C): 12-18
Degree of etherification: 0.70 to 0.80
-Hydroxypropyl cellulose (NISSO HPC L: manufactured by Nippon Soda) (hereinafter abbreviated as HPC L)
2% aqueous solution viscosity (mPa · s / 20 ° C): 6-10
-Hydroxypropyl cellulose (NISSO HPC H: manufactured by Nippon Soda) (hereinafter abbreviated as HPC H)
2% aqueous solution viscosity (mPa · s / 20 ° C): 1000-4000
-Methyl cellulose (SM-4000: manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) (hereinafter abbreviated as MC (S))
Degree of Substitution (Average number of hydroxyl groups substituted with methoxy groups per glucose ring unit of cellulose: 1.8
-Methyl cellulose (M0290: manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) (hereinafter abbreviated as MC (T))
2% aqueous solution viscosity (mPa · s / 20 ° C.): 13-18
-Hydroxyethyl methyl cellulose (SEB-04T: manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) (hereinafter abbreviated as HEMC)
Degree of Substitution (Average number of hydroxyl groups substituted with methoxy groups per glucose ring unit of cellulose: 1.5
Substitution number of moles (average number of moles of hydroxyethoxy groups added per glucose ring of cellulose): 0.20
-Hydroxypropyl methylcellulose (09963: manufactured by Sigma-Aldrich) (hereinafter abbreviated as HPMC)
2% aqueous solution viscosity (mPa · s / 25 ° C): ~ 15

(保護膜作製用材料)
保護膜の作製には、以下の材料を用いた。
・ポリ(ter.ブチルメタクリレート−b−4−ビニルピリジン)(ポリマーソース社製)(以下、tBuMA4VPと略す)
数平均分子量Mn:ポリ(ter.ブチルメタクリレート) 80,000
ポリ(4−vinyl pyridine) 77,000
Mw/Mn:1.15
・ポリプロピレングリコールメチルエーテル−スチレン−4−ビニルピリジンのランダムコポリマー(ポリマーソース社製)(以下、PGMAS4VPと略す)
ポリプロピレングリコールメチルエーテル:スチレン:4−ビニルピリジン=24:16:60
数平均分子量Mn:52,000
重量平均分子量Mw:94,000
Mw/Mn:1.8
・ポリエチレングリコールジメチルエーテル(シグマアルドリッチ社製)(以下、PEGDGEと略す)
数平均分子量Mn:〜1,000
・2−[4−(2−ヒロドキシエチル)−1−ピペラジニル]エタンスルホン酸(同仁化学社製)(以下、HEPESと略す)
(Material for manufacturing protective film)
The following materials were used to prepare the protective film.
-Poly (ter. Butyl methacrylate-b-4-vinylpyridine) (manufactured by Polymer Source) (hereinafter abbreviated as tBuMA4VP)
Number average molecular weight Mn: Poly (ter. Butyl methacrylate) 80,000
Poly (4-vinyl pyridine) 77,000
Mw / Mn: 1.15
-Random copolymer of polypropylene glycol methyl ether-styrene-4-vinylpyridine (manufactured by Polymer Source) (hereinafter abbreviated as PGMAS4VP)
Polypropylene glycol methyl ether: Styrene: 4-vinylpyridine = 24:16:60
Number average molecular weight Mn: 52,000
Weight average molecular weight Mw: 94,000
Mw / Mn: 1.8
-Polyethylene glycol dimethyl ether (manufactured by Sigma-Aldrich) (hereinafter abbreviated as PEGDGE)
Number average molecular weight Mn: ~ 1,000
2- [4- (2-Hyrodoxyethyl) -1-piperazinyl] ethanesulfonic acid (manufactured by Dojin Chemical Co., Ltd.) (hereinafter abbreviated as HEPES)

実施例1
本実施例では、導電性炭素フィラーにケッチェンブラック(EC−300J:ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ社製)を用い、セルロース誘導体がケッチェンブラックの分散性に与える影響を検討した。
Example 1
In this example, Ketjen Black (EC-300J: manufactured by Lion Specialty Chemicals Co., Ltd.) was used as the conductive carbon filler, and the effect of the cellulose derivative on the dispersibility of Ketjen Black was investigated.

(実験方法)
ミリQ水を用いて、以下の6種のセルロース誘導体の水溶液を調製した。
・カルボキシメチルセルロース(セロゲンF−7A)
・ヒドロキシプロピルセルロース(NISSO HPC L)
・ヒドロキシプロピルセルロース(NISSO HPC H)
・ヒドロキシエチルメチルセルロース(SEB−04T)
・メチルセルロース(M0290)
・ヒドロキシプロピルメチルセルロース(09963)
(experimental method)
Aqueous solutions of the following 6 types of cellulose derivatives were prepared using Milli-Q water.
-Carboxymethyl cellulose (cellogen F-7A)
-Hydroxypropyl cellulose (NISSO HPC L)
-Hydroxypropyl cellulose (NISSO HPC H)
-Hydroxyethyl methyl cellulose (SEB-04T)
Methyl cellulose (M0290)
Hydroxypropyl Methyl Cellulose (09963)

セルロース誘導体を所定濃度の水溶液に調整し、HEMC、MC(T)は調整した水溶液を事前に孔径0.8μmのフィルタ(アドバンテック社製の25CS080AS)で濾過した。次に、調整した各セルロース誘導体水溶液に濃度が1.5mg/mLとなるようにケッチェンブラックを添加した。その後、ボルテックスミキサー(VORTEX GENIE2)で約30秒間攪拌した後、超音波バスで15分間処理した。HEMCを用いた場合は、超音波バスに代えて、超音波ホモジナイザーで30秒程度処理した。次に、ボルテックスミキサーで再度30秒間攪拌した後、その分散処理液を孔径0.8μmのフィルタで濾過した。マイクロプレートにその濾液(以下、試料液という)100μLを投入し、プレートリーダーで、その試料液の吸収スペクトルを測定した。ここで、マイクロプレートには、グライナー・バイオ・ワン社製のUV−Star(登録商標)96Well F−Bodenを用いた。また、プレートリーダーには、テカン社製のinfinite(登録商標)M200 Proを用いた。 The cellulose derivative was adjusted to an aqueous solution having a predetermined concentration, and the adjusted aqueous solution was filtered in advance with a filter having a pore size of 0.8 μm (25CS080AS manufactured by Advantech) for HEMC and MC (T). Next, Ketjen black was added to each prepared aqueous solution of the cellulose derivative so that the concentration was 1.5 mg / mL. Then, the mixture was stirred with a vortex mixer (VORTEX GENIE2) for about 30 seconds, and then treated with an ultrasonic bath for 15 minutes. When HEMC was used, the treatment was performed with an ultrasonic homogenizer for about 30 seconds instead of the ultrasonic bath. Next, after stirring again with a vortex mixer for 30 seconds, the dispersion treatment liquid was filtered through a filter having a pore size of 0.8 μm. 100 μL of the filtrate (hereinafter referred to as sample solution) was put into a microplate, and the absorption spectrum of the sample solution was measured with a plate reader. Here, as the microplate, UV-Star (registered trademark) 96Well F-Boden manufactured by Greiner Bio One Co., Ltd. was used. Further, as the plate reader, infinite (registered trademark) M200 Pro manufactured by Tecan Co., Ltd. was used.

(結果)
表1に、各試料液の波長760nmにおける吸光度の値を示す。なお、セルロース誘導体を含有せずミリQ水のみを用いて超音波バスで分散させた場合を比較例1、超音波ホモジナイザーで分散させた場合を比較例2とした。また、表1中の各試料液の吸光度は、各セルロース誘導体の水溶液、またはミリQ水のみの波長760nmにおける吸光度を差し引いたバックグラウンド補正後の値である。
(result)
Table 1 shows the absorbance values of each sample solution at a wavelength of 760 nm. In addition, the case of dispersing with an ultrasonic bath using only Milli-Q water without containing a cellulose derivative was designated as Comparative Example 1, and the case of dispersing with an ultrasonic homogenizer was designated as Comparative Example 2. The absorbance of each sample solution in Table 1 is a value after background correction obtained by subtracting the absorbance of each cellulose derivative aqueous solution or milliQ water only at a wavelength of 760 nm.

Figure 2021082394
Figure 2021082394

セルロース誘導体を添加した場合、ミリQ水のみの場合に比べて760nmでの吸光度が高くなっていることがわかる。また、目視においてもセルロース誘導体を添加した場合、ミリQ水のみの場合は試料液がほぼ透明であるのに対して、試料液の色がより黒色であった。これは、ミリQ水のみの場合に比べて、濾過処理後にもケッチェンブラックが多く濾液に存在しており、ケッチェンブラックの分散性が向上したことを示している。 It can be seen that when the cellulose derivative is added, the absorbance at 760 nm is higher than that in the case of using only milliQ water. In addition, when the cellulose derivative was added visually, the sample solution was almost transparent when only Milli-Q water was used, whereas the color of the sample solution was blacker. This indicates that, as compared with the case of using only Milli-Q water, a large amount of Ketjen black was present in the filtrate even after the filtration treatment, and the dispersibility of Ketjen black was improved.

実施例2
本実施例では導電性炭素フィラーにアセチレンカーボンブラック(100%圧縮:ストレムケミカルズ社製)を用いた以外は、実施例1の場合と同様に行った。結果を表2に示す。
Example 2
In this example, the same procedure as in Example 1 was carried out except that acetylene carbon black (100% compressed: manufactured by Strem Chemicals) was used as the conductive carbon filler. The results are shown in Table 2.

Figure 2021082394
Figure 2021082394

本実施例においても、セルロース誘導体を添加した場合、ミリQ水のみの場合に比べて760nmでの吸光度が高くなっていることがわかる。また、目視においてもセルロース誘導体を添加した場合、ミリQ水のみの場合は試料液がほぼ透明であるのに対して、試料液の色がより黒色であった。これは、ミリQ水のみの場合に比べて、濾過処理後にもアセチレンカーボンブラックが濾液に多く存在しており、アセチレンカーボンブラックの分散性が向上したことを示している。 Also in this example, it can be seen that when the cellulose derivative is added, the absorbance at 760 nm is higher than that in the case of using only milliQ water. In addition, when the cellulose derivative was added visually, the sample solution was almost transparent when only Milli-Q water was used, whereas the color of the sample solution was blacker. This indicates that a large amount of acetylene carbon black was present in the filtrate even after the filtration treatment as compared with the case of using only Milli-Q water, and the dispersibility of acetylene carbon black was improved.

実施例3
本実施例では導電性炭素フィラーにグラフェン(グラフェン, ナノプレートレット(900394):シグマアルドリッチ社製)を用い、濃度が3.0mg/mLとなるように添加したこと、超音波バスに代えて、超音波ホモジナイザーで30秒程度処理したこと以外は、実施例1の場合と同様に行った。結果を表3に示す。
Example 3
In this example, graphene (graphene, nanoplatelet (900394): manufactured by Sigma-Aldrich) was used as the conductive carbon filler and added so as to have a concentration of 3.0 mg / mL, instead of the ultrasonic bath. The procedure was the same as in Example 1 except that the treatment was performed with an ultrasonic homogenizer for about 30 seconds. The results are shown in Table 3.

Figure 2021082394
Figure 2021082394

本実施例においても、セルロース誘導体を添加した場合、ミリQ水のみの場合に比べて760nmでの吸光度が高くなっていることがわかる。また、目視においてもセルロース誘導体を添加した場合、ミリQ水のみの場合に比べて、試料液の色がより黒色であった。これは、ミリQ水のみの場合に比べて、濾過処理後にもグラフェンが濾液に多く存在しており、グラフェンの分散性が向上したことを示している。 Also in this example, it can be seen that when the cellulose derivative is added, the absorbance at 760 nm is higher than that in the case of using only milliQ water. In addition, when the cellulose derivative was added visually, the color of the sample solution was blacker than that in the case of using only Milli-Q water. This indicates that graphene was abundantly present in the filtrate even after the filtration treatment as compared with the case of using only Milli-Q water, and the dispersibility of graphene was improved.

実施例4
本実施例では導電性炭素フィラーにカーボンナノチューブ(Carbon nanotube, few-walled(900788):シグマアルドリッチ社製)を用い、セルロース誘導体水溶液に濃度が6.0mg/mLとなるように添加したこと、超音波バスに代えて、超音波ホモジナイザーで30秒程度処理したこと以外は、実施例1の場合と同様に行った。結果を表4に示す。
Example 4
In this example, carbon nanotubes (Carbon nanotube, few-walled (900788): manufactured by Sigma Aldrich Co., Ltd.) were used as the conductive carbon filler and added to the aqueous solution of the cellulose derivative so as to have a concentration of 6.0 mg / mL. The same procedure as in Example 1 was carried out except that the treatment was performed with an ultrasonic homogenizer for about 30 seconds instead of the ultrasonic bath. The results are shown in Table 4.

Figure 2021082394
Figure 2021082394

本実施例においても、セルロース誘導体を添加した場合、ミリQ水のみの場合に比べて760nmでの吸光度が高くなっていることがわかる。また、目視においてもセルロース誘導体を添加した場合、ミリQ水のみの場合は試料液がほぼ透明であるのに対して、試料液の色がより黒色であった。これは、ミリQ水のみの場合に比べて、濾過処理後にもカーボンナノチューブが濾液に多く存在しており、カーボンナノチューブの分散性が向上したことを示している。 Also in this example, it can be seen that when the cellulose derivative is added, the absorbance at 760 nm is higher than that in the case of using only milliQ water. In addition, when the cellulose derivative was added visually, the sample solution was almost transparent when only Milli-Q water was used, whereas the color of the sample solution was blacker. This indicates that, as compared with the case of using only Milli-Q water, a large amount of carbon nanotubes were present in the filtrate even after the filtration treatment, and the dispersibility of the carbon nanotubes was improved.

実施例5
本実施例では導電性炭素フィラーに多孔質炭素(クノーベルMJ(4)010:東洋炭素社製)を用い、セルロース誘導体水溶液に濃度が6.0mg/mLとなるように添加したこと、超音波バスに代えて、超音波ホモジナイザーで30秒程度処理したこと以外は、実施例1の場合と同様に行った。結果を表5に示す。
Example 5
In this example, porous carbon (Knobel MJ (4) 010: manufactured by Toyo Carbon Co., Ltd.) was used as the conductive carbon filler and added to the aqueous cellulose derivative solution so as to have a concentration of 6.0 mg / mL, and an ultrasonic bath was used. Instead, the treatment was carried out in the same manner as in Example 1 except that the treatment was performed with an ultrasonic homogenizer for about 30 seconds. The results are shown in Table 5.

Figure 2021082394
Figure 2021082394

本実施例においても、セルロース誘導体を添加した場合、ミリQ水のみの場合に比べて760nmでの吸光度が高くなっていることがわかる。また、目視においてもセルロース誘導体を添加した場合、ミリQ水のみの場合は試料液がほぼ透明であるのに対して、試料液の色がより黒色であった。これは、ミリQ水のみの場合に比べて、濾過処理後にも多孔質炭素が濾液に多く存在しており、多孔質炭素の分散性が向上したことを示している。 Also in this example, it can be seen that when the cellulose derivative is added, the absorbance at 760 nm is higher than that in the case of using only milliQ water. In addition, when the cellulose derivative was added visually, the sample solution was almost transparent when only Milli-Q water was used, whereas the color of the sample solution was blacker. This indicates that, as compared with the case of using only Milli-Q water, a large amount of porous carbon was present in the filtrate even after the filtration treatment, and the dispersibility of the porous carbon was improved.

実施例6
本実施例では、導電性炭素フィラーにケッチェンブラック(EC−300J:ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ社製)を用い、セルロース誘導体がケッチェンブラックの分散性安定性に与える影響を検討した。
Example 6
In this example, Ketjen Black (EC-300J: manufactured by Lion Specialty Chemicals Co., Ltd.) was used as the conductive carbon filler, and the effect of the cellulose derivative on the dispersibility stability of Ketjen Black was investigated.

(実験方法)
ミリQ水を用いて、以下の3種のセルロース誘導体の水溶液を調製した。
・カルボキシメチルセルロース(セロゲンF−7A)
・ヒドロキシプロピルセルロース(NISSO HPC L)
・ヒドロキシプロピルセルロース(NISSO HPC H)
(experimental method)
Aqueous solutions of the following three types of cellulose derivatives were prepared using Milli-Q water.
-Carboxymethyl cellulose (cellogen F-7A)
-Hydroxypropyl cellulose (NISSO HPC L)
-Hydroxypropyl cellulose (NISSO HPC H)

調製したセルロース誘導体水溶液に、濃度が1mg/mLとなるようにケッチェンブラックを添加した。その後、ボルテックスミキサーで約30秒間攪拌した後、超音波バスで15分間処理した。次に、ボルテックスミキサーで再度30秒間攪拌した後、その分散処理液を、遠心分離機(Kubota 7780)を用いて2000Gで5分間、遠心処理をした。遠心処理をした試料の上澄み液を取り、ミリQ水で4倍希釈した。マイクロプレートにその上澄み希釈液(以下、試料液という)100μLを投入し、プレートリーダーで、その試料液の吸収スペクトルを測定した。結果を表6に示す。また、表6中の各試料液の吸光度は、各セルロース誘導体の水溶液、またはミリQ水のみの波長760nmにおける吸光度を差し引いたバックグラウンド補正後の値である。 Ketjen black was added to the prepared aqueous solution of the cellulose derivative so that the concentration was 1 mg / mL. Then, after stirring with a vortex mixer for about 30 seconds, it was treated with an ultrasonic bath for 15 minutes. Next, after stirring again with a vortex mixer for 30 seconds, the dispersion treatment liquid was centrifuged at 2000 G for 5 minutes using a centrifuge (Kubota 7780). The supernatant of the centrifuged sample was taken and diluted 4-fold with Milli-Q water. 100 μL of the supernatant diluted solution (hereinafter referred to as sample solution) was put into a microplate, and the absorption spectrum of the sample solution was measured with a plate reader. The results are shown in Table 6. The absorbance of each sample solution in Table 6 is a value after background correction obtained by subtracting the absorbance of each cellulose derivative aqueous solution or milliQ water only at a wavelength of 760 nm.

Figure 2021082394
Figure 2021082394

セルロース誘導体を添加した場合、ミリQ水のみの場合に比べて760nmでの吸光度が高くなっていることがわかる。また、目視においてもセルロース誘導体を添加した場合、ミリQ水のみの場合に比べて、試料液の色がより黒色であった。これは、ミリQ水のみの場合に比べて、遠心処理後にもケッチェンブラックが上澄み液に多く存在しており、ケッチェンブラックの分散安定性が向上したことを示している。 It can be seen that when the cellulose derivative is added, the absorbance at 760 nm is higher than that in the case of using only milliQ water. In addition, when the cellulose derivative was added visually, the color of the sample solution was blacker than that in the case of using only Milli-Q water. This indicates that, as compared with the case of using only Milli-Q water, a large amount of Ketjen black was present in the supernatant liquid even after the centrifugation treatment, and the dispersion stability of Ketjen black was improved.

実施例7
本実施例では、セルロース誘導体にHEMC、MC(S)を用い、調製したセルロース誘導体水溶液を孔径0.8μmのフィルタで濾過した後、濃度が3mg/mLとなるようにケッチェンブラックを添加し、超音波バスに代えて超音波ホモジナイザーで処理、10倍希釈した上澄み希釈液を試料液に用いた以外は、実施例6の場合と同様に行った。結果を表7に示す。
Example 7
In this example, HEMC and MC (S) were used as the cellulose derivative, and the prepared aqueous solution of the cellulose derivative was filtered through a filter having a pore size of 0.8 μm, and then Ketjen black was added so that the concentration became 3 mg / mL. The same procedure as in Example 6 was carried out except that the sample solution was treated with an ultrasonic homogenizer instead of the ultrasonic bath and a 10-fold diluted supernatant solution was used as the sample solution. The results are shown in Table 7.

Figure 2021082394
Figure 2021082394

本実施例においても、ケッチェンブラックが上澄み液に多く存在しており、ケッチェンブラックの分散安定性が向上したことを示している。 Also in this example, a large amount of Ketjen black is present in the supernatant, indicating that the dispersion stability of Ketjen black is improved.

実施例8
本実施例では、導電性炭素フィラーにアセチレンカーボンブラック(100%圧縮:ストレムケミカルズ社製)を用いた以外は、実施例6の場合と同様に行った。結果を表8に示す。
Example 8
In this example, the same procedure as in Example 6 was carried out except that acetylene carbon black (100% compressed: manufactured by Strem Chemicals) was used as the conductive carbon filler. The results are shown in Table 8.

Figure 2021082394
Figure 2021082394

本実施例においても、セルロース誘導体を添加した場合、ミリQ水のみの場合に比べて760nmでの吸光度が高くなっていることがわかる。また、目視においてもセルロース誘導体を添加した場合、ミリQ水のみの場合に比べて、試料液の色がより黒色であった。これは、ミリQ水のみの場合に比べて、遠心処理後にもアセチレンカーボンブラックが上澄み液に多く存在しており、アセチレンカーボンブラックの分散安定性が向上したことを示している。 Also in this example, it can be seen that when the cellulose derivative is added, the absorbance at 760 nm is higher than that in the case of using only milliQ water. In addition, when the cellulose derivative was added visually, the color of the sample solution was blacker than that in the case of using only Milli-Q water. This indicates that, as compared with the case of using only Milli-Q water, a large amount of acetylene carbon black was present in the supernatant liquid even after the centrifugation treatment, and the dispersion stability of the acetylene carbon black was improved.

実施例9
本実施例では、導電性炭素フィラーに多孔質炭素(クノーベルMJ(4)010:東洋炭素社製)を用い、濃度が3mg/mLとなるように添加したこと、超音波バスに代えて、超音波ホモジナイザーで30秒程度処理したこと以外は、実施例6の場合と同様に行った。結果を表9に示す。
Example 9
In this example, porous carbon (Knobel MJ (4) 010: manufactured by Toyo Tanso Co., Ltd.) was used as the conductive carbon filler and added so as to have a concentration of 3 mg / mL. The treatment was carried out in the same manner as in Example 6 except that the treatment was performed with an ultrasonic homogenizer for about 30 seconds. The results are shown in Table 9.

Figure 2021082394
Figure 2021082394

本実施例においても、セルロース誘導体を添加した場合、ミリQ水のみの場合に比べて760nmでの吸光度が高くなっていることがわかる。また、目視においてもセルロース誘導体を添加した場合、ミリQ水のみの場合に比べて、試料液の色がより黒色であった。これは、ミリQ水のみの場合に比べて、遠心処理後にも多孔質炭素が上澄み液に多く存在しており、多孔質炭素の分散安定性が向上したことを示している。 Also in this example, it can be seen that when the cellulose derivative is added, the absorbance at 760 nm is higher than that in the case of using only milliQ water. In addition, when the cellulose derivative was added visually, the color of the sample solution was blacker than that in the case of using only Milli-Q water. This indicates that, as compared with the case of using only Milli-Q water, a large amount of porous carbon was present in the supernatant liquid even after the centrifugation treatment, and the dispersion stability of the porous carbon was improved.

実施例10
本実施例では、金電極の表面に、導電性炭素フィラー、酸化還元酵素とメディエータを含む、1層の試薬層から成る混合型試薬部を有する酵素電極(混合型酵素電極ともいう)を作製し、酵素電極の応答性評価を行った。
Example 10
In this embodiment, an enzyme electrode (also referred to as a mixed enzyme electrode) having a mixed reagent portion composed of one layer of a reagent layer containing a conductive carbon filler, an oxidoreductase and a mediator is prepared on the surface of the gold electrode. , The responsiveness of the enzyme electrode was evaluated.

(カーボン分散液の調製)
導電性炭素フィラーには、ケッチェンブラック(EC−300J:ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ社製)を用いた。また、セルロース誘導体には、ヒドロキシプロピルセルロース(NISSO HPC L:日本曹達社製)を用いた。HPC LをミリQ水に2.5mg/mLの濃度で溶解させ、その溶液にケッチェンブラックを4mg/mLとなるように添加した。その後、超音波ホモジナイザーで約10分間処理し、3日間以上静置して、カーボン分散液を得た。その後、使用前に再度超音波処理を約5分間行った。
(Preparation of carbon dispersion)
As the conductive carbon filler, Ketjen Black (EC-300J: manufactured by Lion Specialty Chemicals Co., Ltd.) was used. As the cellulose derivative, hydroxypropyl cellulose (NISSO HPC L: manufactured by Nippon Soda Co., Ltd.) was used. HPC L was dissolved in milliQ water at a concentration of 2.5 mg / mL, and Ketjenblack was added to the solution at a concentration of 4 mg / mL. Then, it was treated with an ultrasonic homogenizer for about 10 minutes, and allowed to stand for 3 days or more to obtain a carbon dispersion liquid. Then, the ultrasonic treatment was performed again for about 5 minutes before use.

(高分子化メディエータの合成)
高分子化メディエータには、フェナジンがポリ(L-リジン)に共有結合を介して結合した高分子化メディエータ(以下、PLL−PEG25−Ph、と略す。)を合成して用いた。
(Synthesis of polymerized mediator)
As the polymerized mediator, a polymerized mediator (hereinafter, abbreviated as PLL-PEG25-Ph) in which phenazine was bound to poly (L-lysine) via a covalent bond was synthesized and used.

フェナジン化合物には、以下の[化1]に示すフェナジン化合物を用いた。また、PLL−PEG25−Phは、以下の[化2]の一般式で表すことができる。式中のXはフェナジン化合物の導入率であり、通常、0<X≦1の範囲をとり得る。 As the phenazine compound, the phenazine compound shown in [Chemical Formula 1] below was used. Further, PLL-PEG25-Ph can be expressed by the following general formula of [Chemical formula 2]. X in the formula is the introduction rate of the phenazine compound, and can usually be in the range of 0 <X ≦ 1.

[化1]

Figure 2021082394
[Chemical 1]
Figure 2021082394

[化2]

Figure 2021082394
[Chemical 2]
Figure 2021082394

[化1]に示すフェナジン化合物(東京化成工業株式会社製)を2.5mg計り取り、10mM リン酸ナトリウム緩衝液(以下、PBと略す。)(pH7.4)に塩化ナトリウム(NaCl)200mMを加えた溶液167μLに溶解させ、フェナジン含有液を調製した。一方、高分子としては、ポリ(L-リジン)塩酸塩(Alamanda Polymers社製、PLKC800)を1.07mg計り取り、PBにNaClを加えた溶液1033μLに溶解させ、高分子含有液を調製した。フェナジン含有液と高分子含有液を混合し、4時間、室温にて撹拌しながら反応させた。ここで、フェナジン化合物と、ポリ(L-リジン)塩酸塩の仕込み時のモル比(フェナジン化合物/ポリ(L-リジン)塩酸塩)は、ポリ(L-リジン)塩酸塩についてはモノマー換算モル数を用い、約(18/100)である。 Weigh 2.5 mg of the phenazine compound (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) shown in [Chemical Formula 1], and add 200 mM sodium chloride (NaCl) to 10 mM sodium phosphate buffer (hereinafter abbreviated as PB) (pH 7.4). A phenazine-containing solution was prepared by dissolving in 167 μL of the added solution. On the other hand, as the polymer, 1.07 mg of poly (L-lysine) hydrochloride (PLKC800 manufactured by Alamanda Polymers) was weighed and dissolved in 1033 μL of a solution containing NaCl in PB to prepare a polymer-containing solution. The phenazine-containing liquid and the polymer-containing liquid were mixed and reacted at room temperature for 4 hours with stirring. Here, the molar ratio of the phenazine compound to the poly (L-lysine) hydrochloride at the time of preparation (phenazine compound / poly (L-lysine) hydrochloride) is the number of moles in terms of monomer for the poly (L-lysine) hydrochloride. Is about (18/100).

その後、反応溶液を、溶出バッファーとしてPBにNaClを加えた溶液を用いるPD−10カラム(GEヘルスケア社製)によるゲルろ過クロマトグラフィーに付した。ゲルろ過後の溶液を遠心式限外ろ過フィルター(アミコンウルトラ−4 50k;メルクミリポア社製)を用いて限外ろ過に付した。 Then, the reaction solution was subjected to gel filtration chromatography using a PD-10 column (manufactured by GE Healthcare) using a solution prepared by adding NaCl to PB as an elution buffer. The solution after gel filtration was subjected to ultrafiltration using a centrifugal ultrafiltration filter (Amicon Ultra-450k; manufactured by Merck Millipore).

得られたPLL−PEG25−Phはマイクロプレートにその溶液を100μL投入し、プレートリーダーで、吸収スペクトルを測定することで、所定の濃度に調整した。ここで、マイクロプレートには、グライナー・バイオ・ワン社製のUV−Star(登録商標)96Well F−Bodenを用いた。また、プレートリーダーには、テカン社製のinfinite(登録商標)M200 Proを用いた。 The obtained PLL-PEG25-Ph was adjusted to a predetermined concentration by adding 100 μL of the solution to a microplate and measuring the absorption spectrum with a plate reader. Here, as the microplate, UV-Star (registered trademark) 96Well F-Boden manufactured by Greiner Bio One Co., Ltd. was used. Further, as the plate reader, infinite (registered trademark) M200 Pro manufactured by Tecan Co., Ltd. was used.

(カーボン/酸化還元酵素/メディエータ混合溶液の調製)
リン酸水素二ナトリウム(和光純薬工業社製)とリン酸二水素ナトリウム(和光純薬工業社製)で調製したリン酸ナトリウム緩衝液(pH6.5)、グルコースデヒドロゲナーゼ(FAD−依存性)(BBIインターナショナル社製 GDH GLD1)、グルタルアルデヒド25%溶液(和光純薬工業社製)および作製したPLL−PEG25−Ph、カーボン分散液の各試薬を以下の表10に示す組成となるように混合させ、約1時間反応させた。
(Preparation of carbon / oxidoreductase / mediator mixed solution)
Sodium phosphate buffer (pH 6.5) prepared with disodium hydrogen phosphate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and sodium dihydrogen phosphate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), glucose dehydrogenase (FAD-dependent) ( BBI International's GDH GLD1), glutaaldehyde 25% solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and the prepared PLL-PEG25-Ph, carbon dispersion reagents are mixed so as to have the composition shown in Table 10 below. , Reacted for about 1 hour.

Figure 2021082394
Figure 2021082394

(酵素電極作製)
カーボン/酵素/メディエータ混合溶液を金電極上に0.5μL塗布し、約15分乾燥させた。さらに塗布、乾燥を2回繰り返し、計3回カーボン/酸化還元酵素/メディエータ混合溶液の塗布を行った。その後、2時間乾燥して、カーボン、酸化還元酵素、およびメディエータを含む混合型酵素電極を得た。
(Making an enzyme electrode)
0.5 μL of a carbon / enzyme / mediator mixed solution was applied onto the gold electrode and dried for about 15 minutes. Further, coating and drying were repeated twice, and the carbon / oxidoreductase / mediator mixed solution was applied three times in total. Then, it was dried for 2 hours to obtain a mixed enzyme electrode containing carbon, oxidoreductase, and mediator.

比較例11
以下の表11に示す、導電性炭素フィラーを含んでいない組成を用いた以外は、実施例10と同様の方法で酵素電極を作製し、酵素電極の応答性評価を行った。
Comparative Example 11
An enzyme electrode was prepared in the same manner as in Example 10 except that the composition not containing the conductive carbon filler shown in Table 11 below was used, and the responsiveness of the enzyme electrode was evaluated.

(酵素/メディエータ溶液)

Figure 2021082394
(Enzyme / mediator solution)
Figure 2021082394

(酵素電極の応答性評価)
作製した酵素電極を作用極とし、対極に金電極、参照電極にAg/AgCl電極(飽和KCl)(ビー・エー・エス社製)を用いる三電極式とし、ビー・エー・エス社製のポテンショスタットを用いて、リン酸緩衝生理食塩水中、アンペロメトリック法で、電流の時間変化を測定した。具体的には、測定開始150秒後から100秒ごとに、理論値で50、150、300、500、700mg/dLになるようにグルコースを添加して、継続的に電流応答値を測定した。なお、各グルコースの電流値は、測定対象となるグルコースを添加後から次のグルコース添加直前の5秒前、10秒前、15秒前、20秒前及び25秒前の5点の測定値の平均値から算出した。また、最終電流値は、グルコース濃度700mg/dLになるようにグルコース溶液を添加後、80秒後、85秒後、90秒後、95秒後及び100秒後の5点の測定値の平均値から算出した。各グルコース濃度の電流値はグルコース濃度0mg/dLの電流値を減じたバックグラウンド補正後の電流値である。
(Evaluation of responsiveness of enzyme electrodes)
A three-electrode type using the prepared enzyme electrode as the working electrode, a gold electrode as the counter electrode, and an Ag / AgCl electrode (saturated KCl) (manufactured by BAS) as the reference electrode, and a potential made by BAS. Using a stat, the time change of the current was measured by the amperometric method in phosphate buffered physiological saline. Specifically, glucose was added so that the theoretical values were 50, 150, 300, 500, 700 mg / dL every 100 seconds from 150 seconds after the start of measurement, and the current response value was continuously measured. The current value of each glucose is the measured value of 5 points 5 seconds before, 10 seconds before, 15 seconds before, 20 seconds before, and 25 seconds before the next glucose addition after the glucose to be measured is added. Calculated from the average value. The final current value is the average value of the measured values at 5 points 80 seconds, 85 seconds, 90 seconds, 95 seconds, and 100 seconds after adding the glucose solution so that the glucose concentration becomes 700 mg / dL. Calculated from. The current value of each glucose concentration is the current value after background correction obtained by subtracting the current value of the glucose concentration of 0 mg / dL.

(結果)
図1は、実施例10の混合型酵素電極、及び比較例11の導電性炭素フィラーを含んでいない酵素電極における、電流値とグルコース濃度の関係を示すグラフである。また、表12に各グルコース濃度における測定結果をまとめた。また、図1と表12の結果は各酵素電極3つの測定値の平均値である。
(result)
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the current value and the glucose concentration in the mixed enzyme electrode of Example 10 and the enzyme electrode of Comparative Example 11 not containing the conductive carbon filler. Table 12 summarizes the measurement results at each glucose concentration. The results in FIGS. 1 and 12 are the average values of the three measured values of each enzyme electrode.

Figure 2021082394
Figure 2021082394

実施例10、比較例11のいずれにおいても、グルコース濃度依存的な電流値の上昇を確認できた。また、比較例11に比べ、実施例10は高い電流応答を示した。これは、導電性炭素フィラーの存在により、反応に有効な実効面積が増加したことで、酵素電極の電流密度が上昇したことを示す。 In both Example 10 and Comparative Example 11, an increase in the current value depending on the glucose concentration could be confirmed. In addition, Example 10 showed a higher current response than Comparative Example 11. This indicates that the presence of the conductive carbon filler increased the effective area effective for the reaction, resulting in an increase in the current density of the enzyme electrode.

実施例11
本実施例では、金電極の表面に、第1の試薬層(導電性カーボン層)と、第2の試薬層(酸化還元酵素とメディエータを含む層)とを積層した酵素電極(積層型酵素電極ともいう)を作製し、電極耐久性の評価を行った。
Example 11
In this embodiment, an enzyme electrode (laminated enzyme electrode) in which a first reagent layer (conductive carbon layer) and a second reagent layer (layer containing an oxidoreductase and a mediator) are laminated on the surface of a gold electrode. (Also known as) was prepared and the electrode durability was evaluated.

(保護膜用ポリマー溶液の調製)
エタノールに溶解させた、ポリ(ter.ブチルメタクリレート−b−4−ビニルピリジン)、ポリプロピレングリコールメチルエーテル−スチレン−4−ビニルピリジンのランダムコポリマー、およびポリエチレングリコールジメチルエーテルを、2−[4−(2−ヒロドキシエチル)−1−ピペラジニル]エタンスルホン酸を用いて調製したHEPES緩衝液(pH8.0)に、以下の表13に示す組成となるよう混合した。
(Preparation of polymer solution for protective film)
Poly (ter. Butyl methacrylate-b-4-vinylpyridine), a random copolymer of polypropylene glycol methyl ether-styrene-4-vinylpyridine, and polyethylene glycol dimethyl ether dissolved in ethanol were added to 2- [4- (2-). It was mixed with a HEPES buffer (pH 8.0) prepared using hirodoxyethyl) -1-piperazinyl] ethanesulfonic acid so as to have the composition shown in Table 13 below.

Figure 2021082394
Figure 2021082394

(酵素電極作製)
実施例10で用いたカーボン分散液を金電極上に0.29μL塗布し、約15分乾燥させた。さらに塗布、乾燥を2回繰り返し、計3回カーボン分散液の塗布を行った。また、最後の塗布後には約90分間乾燥させて導電性カーボン層を形成した。次に、比較例11で用いた1時間反応後の酸化還元酵素/メディエータ溶液0.5μLを、その導電性カーボン層に塗布し、約15分間乾燥させた。さらに塗布、乾燥を2回繰り返し、計3回溶液の塗布を行った。その後、2時間乾燥させて試薬層を形成して、金電極上に導電性カーボン層と酸化還元酵素を含む層を積層した積層型酵素電極を得た。この積層型酵素電極を保護膜用ポリマー溶液に浸漬して引き上げ、8分乾燥後に再度浸漬した。この作業を計12回繰り返し、1日乾燥させることで、保護膜を形成し、酵素電極を得た。
(Making an enzyme electrode)
0.29 μL of the carbon dispersion used in Example 10 was applied onto the gold electrode and dried for about 15 minutes. Further, coating and drying were repeated twice, and the carbon dispersion was applied three times in total. After the final coating, it was dried for about 90 minutes to form a conductive carbon layer. Next, 0.5 μL of the redox enzyme / mediator solution after the 1-hour reaction used in Comparative Example 11 was applied to the conductive carbon layer and dried for about 15 minutes. Further, coating and drying were repeated twice, and the solution was applied three times in total. Then, it was dried for 2 hours to form a reagent layer, and a laminated enzyme electrode in which a conductive carbon layer and a layer containing an oxidoreductase were laminated on a gold electrode was obtained. The laminated enzyme electrode was immersed in a polymer solution for a protective film, pulled up, dried for 8 minutes, and then immersed again. This operation was repeated 12 times in total and dried for 1 day to form a protective film and obtain an enzyme electrode.

実施例12
本実施例では、金電極の表面に、導電性炭素フィラー、酸化還元酵素とメディエータを含む、1層の試薬層から成る混合型試薬部を有する酵素電極を作製し、酵素電極の耐久性評価を行った。
Example 12
In this embodiment, an enzyme electrode having a mixed reagent portion composed of a single reagent layer containing a conductive carbon filler, an oxidoreductase and a mediator is prepared on the surface of the gold electrode, and the durability of the enzyme electrode is evaluated. went.

(酵素電極作製)
実施例10と同様の方法で作製した混合型酵素電極に、実施例11と同様の方法で保護膜を形成し、酵素電極を得た。
(Making an enzyme electrode)
A protective film was formed on the mixed enzyme electrode prepared in the same manner as in Example 10 by the same method as in Example 11 to obtain an enzyme electrode.

比較例12
比較例11と同様の方法で作製した酵素電極に、実施例11と同様の方法で保護膜を形成させた導電性炭素フィラーを含まない酵素電極を作製し、酵素電極の耐久性評価を行った。
Comparative Example 12
An enzyme electrode containing no conductive carbon filler having a protective film formed by the same method as in Example 11 was prepared on the enzyme electrode prepared by the same method as in Comparative Example 11, and the durability of the enzyme electrode was evaluated. ..

(酵素電極の耐久性評価)
作製した酵素電極を作用極とし、対極に金電極、参照電極にAg/AgCl電極(飽和KCl)(ビー・エー・エス社製)を用いる三電極式とし、ビー・エー・エス社製のポテンショスタットを用いて、リン酸緩衝生理食塩水中、アンペロメトリック法で、電流の時間変化を測定した。具体的には、測定開始1000秒後から500秒ごとに、理論値100、300、500、700mg/dLになるようにグルコースを添加して、継続的に電流応答値を測定した。測定後は電極を37℃のリン酸緩衝生理食塩水中に保存し、7日間保存した後、同様の測定を行った。なお、各グルコースの電流値は、測定対象となるグルコースを添加後から次のグルコース添加直前の5秒前、10秒前、15秒前、20秒前及び25秒前の5点の測定値の平均値から算出した。また、最終電流値は、グルコース濃度700mg/dLになるようにグルコース溶液を添加後、480秒後、485秒後、490秒後、495秒後及び500秒後の5点の測定値の平均値から算出した。各グルコース濃度の電流値はグルコース濃度0mg/dLの電流値を減じたバックグラウンド補正後の電流値である。
(Evaluation of durability of enzyme electrodes)
A three-electrode type using the prepared enzyme electrode as the working electrode, a gold electrode as the counter electrode, and an Ag / AgCl electrode (saturated KCl) (manufactured by BAS) as the reference electrode, and a potential made by BAS. Using a stat, the time change of the current was measured by the amperometric method in phosphate buffered physiological saline. Specifically, glucose was added so as to have a theoretical value of 100, 300, 500, 700 mg / dL every 500 seconds from 1000 seconds after the start of measurement, and the current response value was continuously measured. After the measurement, the electrode was stored in phosphate buffered saline at 37 ° C., stored for 7 days, and then the same measurement was performed. The current value of each glucose is the measured value of 5 points 5 seconds before, 10 seconds before, 15 seconds before, 20 seconds before, and 25 seconds before the next glucose addition after the glucose to be measured is added. Calculated from the average value. The final current value is the average value of the measured values at 5 points after adding the glucose solution so that the glucose concentration becomes 700 mg / dL, 480 seconds, 485 seconds, 490 seconds, 495 seconds, and 500 seconds. Calculated from. The current value of each glucose concentration is the current value after background correction obtained by subtracting the current value of the glucose concentration of 0 mg / dL.

(結果)
図2は、実施例11の積層型酵素電極における、初日(作製直後)と7日後の、電流値とグルコース濃度の関係を示すグラフである。また、図3は、実施例12の混合型酵素電極における、初日と7日後の、電流値とグルコース濃度の関係を示すグラフである。さらに、図4は、比較例12の導電性炭素フィラーを含まない酵素電極における、初日と7日後の、電流値とグルコース濃度の関係を示すグラフである。表14に、実施例11、12、比較例12において、グルコース濃度が700mg/dLの場合の、初日及び7日後の電流値と、電流保持率(7日目の電流値の初日の電流値に対する比率)を示す。また、実施例11、12の結果は各酵素電極3つ、比較例12の結果は酵素電極2つの測定値の平均値である。
(result)
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the current value and the glucose concentration in the laminated enzyme electrode of Example 11 on the first day (immediately after production) and after 7 days. Further, FIG. 3 is a graph showing the relationship between the current value and the glucose concentration in the mixed enzyme electrode of Example 12 on the first day and after 7 days. Further, FIG. 4 is a graph showing the relationship between the current value and the glucose concentration on the first day and after 7 days in the enzyme electrode containing no conductive carbon filler of Comparative Example 12. Table 14 shows the current values on the first day and after 7 days and the current retention rate (relative to the current value on the first day of the current value on the 7th day) in Examples 11 and 12 and Comparative Example 12 when the glucose concentration was 700 mg / dL. Ratio) is shown. Further, the results of Examples 11 and 12 are the average values of the measured values of each of the three enzyme electrodes, and the results of Comparative Example 12 are the average values of the measured values of the two enzyme electrodes.

Figure 2021082394
Figure 2021082394

実施例11、12、比較例12のすべてにおいて、グルコース濃度依存的な電流値の上昇を確認できた。また、実施例11、12は、比較例12に比べ、7日後の電流保持率が高く、耐久性に優れていた。さらに、実施例11に比べ、実施例12は、より7日後の電流保持率が高く、耐久性に優れていた。 In all of Examples 11 and 12 and Comparative Example 12, an increase in the current value depending on the glucose concentration could be confirmed. In addition, Examples 11 and 12 had a higher current retention rate after 7 days and were excellent in durability as compared with Comparative Example 12. Further, as compared with Example 11, Example 12 had a higher current retention rate after 7 days and was excellent in durability.

本発明は、酵素のみならず、酵素以外の生体分子、例えば、抗体、ペプチド、DNA等を用いても高感度で安全性の高いバイオセンサを提供することが可能である。 The present invention can provide a highly sensitive and highly safe biosensor using not only an enzyme but also a biomolecule other than the enzyme, for example, an antibody, a peptide, or DNA.

Claims (22)

導電性基体上に形成された試薬部を含む酵素電極であって、前記試薬部は、酸化還元酵素と導電性炭素フィラーとセルロース誘導体を含む、酵素電極。 An enzyme electrode containing a reagent portion formed on a conductive substrate, wherein the reagent portion is an enzyme electrode containing an oxidoreductase, a conductive carbon filler, and a cellulose derivative. 前記セルロース誘導体は親水性である、請求項1に記載の酵素電極。 The enzyme electrode according to claim 1, wherein the cellulose derivative is hydrophilic. 前記試薬部はメディエータをさらに含む、請求項1または2に記載の酵素電極。 The enzyme electrode according to claim 1 or 2, wherein the reagent section further contains a mediator. 前記メディエータは、高分子に結合している、請求項3記載の酵素電極。 The enzyme electrode according to claim 3, wherein the mediator is bound to a polymer. 前記試薬部は、前記導電性炭素フィラー 1重量部に対して、前記セルロース誘導体を0.1〜30重量部含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の酵素電極。 The enzyme electrode according to any one of claims 1 to 4, wherein the reagent portion contains 0.1 to 30 parts by weight of the cellulose derivative with respect to 1 part by weight of the conductive carbon filler. 前記導電性炭素フィラーは、カーボンブラック、黒鉛粉、多孔質炭素またはナノカーボンである、請求項1〜5のいずれか1項に記載の酵素電極。 The enzyme electrode according to any one of claims 1 to 5, wherein the conductive carbon filler is carbon black, graphite powder, porous carbon or nanocarbon. 前記セルロース誘導体は、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、およびヒドロキシプロピルメチルセルロースからなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の酵素電極。 The invention according to any one of claims 1 to 6, wherein the cellulose derivative is at least one selected from the group consisting of methyl cellulose, carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, hydroxyethyl methyl cellulose, and hydroxypropyl methyl cellulose. Enzyme electrode. 前記試薬部は、保護膜で覆われている、請求項1〜7のいずれか1項に記載の酵素電極。 The enzyme electrode according to any one of claims 1 to 7, wherein the reagent portion is covered with a protective film. 前記試薬部は、1層の試薬層からなり、前記1層の試薬層は、前記酸化還元酵素と前記導電性炭素フィラーと前記セルロース誘導体を含む、請求項1〜8のいずれか1項に記載の酵素電極。 The one according to any one of claims 1 to 8, wherein the reagent section comprises one reagent layer, and the one-layer reagent layer contains the oxidoreductase, the conductive carbon filler, and the cellulose derivative. Enzyme electrode. 前記試薬部は、積層された複数の試薬層からなり、前記複数の試薬層は、1層以上の第1の試薬層と1層以上の第2の試薬層を含み、前記第1の試薬層は、前記導電性炭素フィラーと前記セルロース誘導体を含み、前記第2の試薬層は、前記酸化還元酵素を含む、請求項1〜8のいずれか1項に記載の酵素電極。 The reagent section is composed of a plurality of laminated reagent layers, and the plurality of reagent layers include one or more first reagent layers and one or more second reagent layers, and the first reagent layer. The enzyme electrode according to any one of claims 1 to 8, wherein the second reagent layer contains the conductive carbon filler and the cellulose derivative, and the second reagent layer contains the oxidoreductase. 前記導電性基体上に、1層の前記第1の試薬層と1層の前記第2の試薬層とが、この順番で積層されている、請求項10記載の酵素電極。 The enzyme electrode according to claim 10, wherein one layer of the first reagent layer and one layer of the second reagent layer are laminated in this order on the conductive substrate. 前記導電性基体上に、1層の前記第1の試薬層と、1層の前記第2の試薬層と、1層の前記第1の試薬層とが、この順番で積層されている、請求項10記載の酵素電極。 A claim that one layer of the first reagent layer, one layer of the second reagent layer, and one layer of the first reagent layer are laminated in this order on the conductive substrate. Item 10. The enzyme electrode according to item 10. 前記導電性基体上に、1層の前記第2の試薬層と1層の前記第1の試薬層とが、この順番で積層されている、請求項10記載の酵素電極。 The enzyme electrode according to claim 10, wherein one layer of the second reagent layer and one layer of the first reagent layer are laminated in this order on the conductive substrate. 基質は、グルコース、乳酸、ケトン体、グルタミン酸、およびグルタミンからなる群から選択される1種である、請求項1〜13のいずれか1項に記載の酵素電極。 The enzyme electrode according to any one of claims 1 to 13, wherein the substrate is one selected from the group consisting of glucose, lactic acid, ketone bodies, glutamic acid, and glutamine. 前記酸化還元酵素は、グルコースオキシダーゼ、グルコースデヒドロゲナーゼ、乳酸オキシダーゼ、乳酸デヒドロゲナーゼ、ケトン体デヒドロゲナーゼ、グルタミン酸オキシダーゼ、およびグルタミン酸デヒドロゲナーゼからなる群から選択される1種である、請求項1〜14のいずれか1項に記載の酵素電極。 The oxidoreductase is one selected from the group consisting of glucose oxidase, glucose dehydrogenase, lactate oxidase, lactate dehydrogenase, ketone body dehydrogenase, glutamate oxidase, and glutamate dehydrogenase, any one of claims 1 to 14. The enzyme electrode according to. 測定対象物が、食物、飲料、培地、細胞培養用試薬、血液製剤、または人体である、請求項1〜15のいずれか1項に記載の酵素電極。 The enzyme electrode according to any one of claims 1 to 15, wherein the object to be measured is food, a beverage, a medium, a reagent for cell culture, a blood product, or a human body. 導電性基体上に積層された複数の試薬層からなる試薬部を有する酵素電極の製造方法であって、
セルロース誘導体と導電性炭素フィラーを含むカーボン分散液を調製する工程と、酸化還元酵素を含む溶液を調製する工程と、試薬部を形成する工程を含み、
前記試薬部を形成する工程は、前記カーボン分散液を用いて第1の試薬層を形成する工程と前記酸化還元酵素を含む溶液を用いて第2の試薬層を形成する工程とを、それぞれ1回以上有する、酵素電極の製造方法。
A method for producing an enzyme electrode having a reagent portion composed of a plurality of reagent layers laminated on a conductive substrate.
It includes a step of preparing a carbon dispersion containing a cellulose derivative and a conductive carbon filler, a step of preparing a solution containing an oxidoreductase, and a step of forming a reagent portion.
The step of forming the reagent portion includes a step of forming a first reagent layer using the carbon dispersion and a step of forming a second reagent layer using the solution containing the oxidoreductase, respectively. A method for producing an enzyme electrode, which has more than one time.
導電性基体上に形成された試薬部を有する酵素電極の製造方法であって、
セルロース誘導体と導電性炭素フィラーと酸化還元酵素を含む塗液を調製し、前記塗液を導電性基体に塗布して、前記試薬部を形成する、酵素電極の製造方法。
A method for producing an enzyme electrode having a reagent portion formed on a conductive substrate.
A method for producing an enzyme electrode, which comprises preparing a coating solution containing a cellulose derivative, a conductive carbon filler, and an oxidoreductase, and applying the coating solution to a conductive substrate to form the reagent portion.
前記カーボン分散液は、前記導電性炭素フィラー 1重量部に対して、前記セルロース誘導体を0.1〜30重量部含む、請求項17に記載の製造方法。 The production method according to claim 17, wherein the carbon dispersion liquid contains 0.1 to 30 parts by weight of the cellulose derivative with respect to 1 part by weight of the conductive carbon filler. 前記塗液は、前記導電性炭素フィラー 1重量部に対して、前記セルロース誘導体を0.1〜30重量部含む、請求項18に記載の製造方法。 The production method according to claim 18, wherein the coating liquid contains 0.1 to 30 parts by weight of the cellulose derivative with respect to 1 part by weight of the conductive carbon filler. 少なくとも1対の作用極および対極と、参照極とを有し、アナライトを検出または定量するバイオセンサであって、前記作用極に請求項1〜16のいずれか1項に記載の酵素電極を用いるバイオセンサ。 A biosensor having at least one pair of working electrode and counter electrode and a reference electrode for detecting or quantifying an analysis, wherein the enzyme electrode according to any one of claims 1 to 16 is attached to the working electrode. Biosensor to be used. 正極および負極を有するバイオ燃料電池であって、前記正極および前記負極の少なくとも一方に、請求項1〜15のいずれか1項に記載の酵素電極を用いるバイオ燃料電池。 A biofuel cell having a positive electrode and a negative electrode, wherein the enzyme electrode according to any one of claims 1 to 15 is used for at least one of the positive electrode and the negative electrode.
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