JP2024070325A - Method for measuring substrate in a sample - Google Patents

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Abstract

【課題】芳香環骨格を有する化合物が付着又は近接するナノカーボンと酵素とを含む作用極、及び対極を含むセンサを用いた試料中の基質を測定する方法の改善。【解決手段】試料中の基質を測定する方法であって、芳香環骨格を有する化合物が付着又は近接するナノカーボンと酵素とを含む作用極、及び対極を含むセンサに試料を導入する工程A、試料が導入された前記センサに電圧を印加する工程B、及び電圧が印加された前記センサを用いて試料中の基質と酵素との反応を電気化学的に測定する工程Cを含む方法が開示される。【選択図】なし[Problem] Improved method for measuring a substrate in a sample using a sensor including a working electrode comprising a nanocarbon to which a compound having an aromatic ring skeleton is attached or in close proximity, and an enzyme, and a counter electrode. [Solution] A method for measuring a substrate in a sample is disclosed, comprising step A of introducing a sample into a sensor including a working electrode comprising a nanocarbon to which a compound having an aromatic ring skeleton is attached or in close proximity, and an enzyme, and a counter electrode, step B of applying a voltage to the sensor to which the sample has been introduced, and step C of electrochemically measuring the reaction between the substrate in the sample and the enzyme using the sensor to which the voltage has been applied. [Selected Figure] None

Description

試料中の基質の測定方法に関する技術が開示される。 A technique is disclosed for measuring a substrate in a sample.

ナノカーボンは電気の伝導率が高いことから他の物質との電子伝達を行う導電材料としての応用が進んでいる。例えばナノカーボンをカーボン、樹脂及び有機溶剤からなるインクに混合し基板上に印刷してバイオセンサ用の電極として用いることが提案されている(特許文献1)。また、ナノカーボンの一種であるカーボンナノチューブは過酸化物を測定するセンサに用いられたり(特許文献2)、酵素とともにフィルム状に成形し、センサや燃料電池の電極として用いられたりしている(特許文献3)。さらに単層カーボンナノチューブを用いることで酵素から直接電子移動で電極への電子伝達を行うことも報告されている(非特許文献1)。これは従来メディエータが必須であった、フラビンアデニンジヌクレオチドを補酵素とするグルコースデヒドロゲナーゼ(FADGDH)をメディエータなしでグルコースセンサに用いることを可能にする。また、ナノカーボンの電子伝達作用促進剤として、芳香環骨格を有する化合物を用いることも提案されている(特許文献4)。 Nanocarbons have a high electrical conductivity, and are being increasingly used as conductive materials that transfer electrons with other substances. For example, it has been proposed to mix nanocarbons with an ink consisting of carbon, resin, and an organic solvent, print the ink on a substrate, and use it as an electrode for a biosensor (Patent Document 1). Carbon nanotubes, a type of nanocarbon, are used in sensors that measure peroxides (Patent Document 2), and are formed into a film together with an enzyme and used as an electrode for sensors and fuel cells (Patent Document 3). It has also been reported that single-walled carbon nanotubes can be used to transfer electrons directly from an enzyme to an electrode (Non-Patent Document 1). This makes it possible to use glucose dehydrogenase (FADGDH), which uses flavin adenine dinucleotide as a coenzyme, in a glucose sensor without a mediator, whereas previously a mediator was necessary. It has also been proposed to use a compound with an aromatic ring structure as an electron transfer promoter for nanocarbons (Patent Document 4).

WO2005088288WO2005088288 WO2011007582WO2011007582 WO2012002290WO2012002290 WO2019189808WO2019189808

ACS Catal. 2017, 7, 725-734ACS Catal. 2017, 7, 725-734

ナノカーボンと酵素とを含む作用極、及び対極を含むセンサによって試料中の基質を測定することができる。当該センサにおいて、ナノカーボンに芳香環骨格を有する化合物を付着又は近接させることにより、ナノカーボンによる酵素と作用極との間の電子伝達を増強して測定感度を向上させることができるが、更なる改善の余地があることを見出した。 The substrate in the sample can be measured by a sensor including a working electrode containing nanocarbon and an enzyme, and a counter electrode. In this sensor, by attaching or bringing a compound having an aromatic ring skeleton to the nanocarbon or bringing it into close proximity, the electron transfer between the enzyme and the working electrode by the nanocarbon can be enhanced, thereby improving the measurement sensitivity, but it has been found that there is room for further improvement.

芳香環骨格を有する化合物が付着又は近接するナノカーボンと酵素とを含む作用極、及び対極を含むセンサを用いた試料中の基質を測定する方法の改善が1つの課題である。 One challenge is to improve a method for measuring a substrate in a sample using a sensor that includes a working electrode that includes a nanocarbon to which a compound having an aromatic ring skeleton is attached or in close proximity, and an enzyme, and a counter electrode.

かかる課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、芳香環骨格を有する化合物が付着又は近接するナノカーボンと酵素とを含む作用極、及び対極を含むセンサに試料を導入する工程A、試料が導入された前記センサに電圧を印加する工程B、電圧が印加された前記センサを用いて試料中の基質と酵素との反応を電気化学的に測定する工程Cを含む方法により、試料中の基質を感度良く測定することができることを見出した。かかる知見を基にさらに検討を重ねることにより、下記に代表される発明を完成するに至った。 As a result of intensive research aimed at solving this problem, it was found that the substrate in a sample can be measured with high sensitivity by a method including step A of introducing a sample into a sensor including a working electrode containing an enzyme and nanocarbon to which a compound having an aromatic ring skeleton is attached or in close proximity, and a counter electrode, step B of applying a voltage to the sensor to which the sample has been introduced, and step C of electrochemically measuring the reaction between the substrate in the sample and the enzyme using the sensor to which the voltage has been applied. Further investigation based on this knowledge led to the completion of the inventions represented below.

[項1]
試料中の基質を測定する方法であって、
芳香環骨格を有する化合物が付着又は近接するナノカーボンと酵素とを含む作用極、及び対極を含むセンサに試料を導入する工程A、
試料が導入された前記センサに電圧を印加する工程B、及び
電圧が印加された前記センサを用いて試料中の基質と酵素との反応を電気化学的に測定する工程Cを含む方法。
[項2]
工程Bが、0.8V以下の電圧を1秒以下印加する工程である、項1に記載の方法。
[項3]
工程Bが、0.1V~0.4Vの電圧を1ミリ秒~1秒印加する工程である、項1又は2に記載の方法。
[項4]
工程Cが、工程Bの印加電圧よりも低い電圧で前記反応に基づく電流を測定する工程である、項2に記載の方法。
[項5]
工程Cが、工程Bの印加電圧よりも低い電圧で前記反応に基づく電流を測定する工程である、項3に記載の方法。
[項6]
工程Cが、0.1V以下の電圧で前記反応に基づく電流を測定する工程である、項1~5のいずれかに記載の方法。
[項7]
ナノカーボンがカーボンナノチューブである、項1~6のいずれかに記載の方法。
[項8]
酵素がフラビン結合型グルコースデヒドロゲナーゼである、項1~7のいずれかに記載の方法。
[項9]
芳香環骨格を有する化合物が、チモール、フェノール、ビス(4-ヒドロキシフェニル)スルホン、チロシン二ナトリウム水和物、サリチル酸ナトリウム、トルエン、5-ヒドロキシインドール、アニリン、ロイコキニザリン、カルバクロール、1,5-ナフタレンジオール、4-イソプロピル-3-メチルフェノール、2-イソプロピルフェノール、4-イソプロピルフェノール、1-ナフトール、2-tert-ブチル-5-メチルフェノール、2,4,6-トリメチルフェノール、2,6-ジイソプロピルフェノール、2-tert-ブチル-4-エチルフェノール、6-tert-ブチル-2,4-キシレノール、2-tert-ブチル-4-メチルフェノール、2-tert-ブチル-6-メチルフェノール、2,4-ジ-tert-ブチルフェノール、2,4-ジ-tert-ブチル-5-メチルフェノール、ビス(p-ヒドロキシフェニル)メタン、3-tert-ブチルフェノール、2-イソプロピル-5-メチルアニソール、o-クレゾール、m-クレゾール、及びp-クレゾールからなる群より選択される少なくとも一種である、項1~8のいずれかに記載の方法。
[項10]
前記作用極が、分散剤を更に含む、項1~9のいずれかに記載の方法。
[項11]
前記対極が、多孔質炭素及び金属酸化物からなる群より選択される少なくとも一種を含む、項1~10のいずれかに記載の方法。
[項12]
前記センサが、参照極を更に含む、項1~11のいずれかに記載の方法。
[Item 1]
1. A method for measuring a substrate in a sample, comprising the steps of:
A step A of introducing a sample into a sensor including a working electrode including a nanocarbon having a compound having an aromatic ring skeleton attached thereto or adjacent thereto and an enzyme, and a counter electrode;
The method includes step B of applying a voltage to the sensor to which a sample has been introduced, and step C of electrochemically measuring a reaction between a substrate and an enzyme in the sample using the sensor to which the voltage has been applied.
[Item 2]
Item 3. The method according to item 1, wherein step B is a step of applying a voltage of 0.8 V or less for 1 second or less.
[Item 3]
3. The method according to item 1 or 2, wherein step B is a step of applying a voltage of 0.1 V to 0.4 V for 1 millisecond to 1 second.
[Item 4]
Item 3. The method according to item 2, wherein step C is a step of measuring a current based on the reaction at a voltage lower than the applied voltage in step B.
[Item 5]
Item 4. The method according to item 3, wherein step C is a step of measuring a current based on the reaction at a voltage lower than the applied voltage in step B.
[Item 6]
Item 6. The method according to any one of Items 1 to 5, wherein step C is a step of measuring a current based on the reaction at a voltage of 0.1 V or less.
[Item 7]
Item 7. The method according to any one of Items 1 to 6, wherein the nanocarbon is a carbon nanotube.
[Item 8]
Item 8. The method according to any one of Items 1 to 7, wherein the enzyme is flavin-binding glucose dehydrogenase.
[Item 9]
The compound having an aromatic ring skeleton is thymol, phenol, bis(4-hydroxyphenyl)sulfone, tyrosine disodium hydrate, sodium salicylate, toluene, 5-hydroxyindole, aniline, leucoquinizarin, carvacrol, 1,5-naphthalenediol, 4-isopropyl-3-methylphenol, 2-isopropylphenol, 4-isopropylphenol, 1-naphthol, 2-tert-butyl-5-methylphenol, 2,4,6-trimethylphenol, 2,6-diisopropylphenol ... 9. The method according to any one of Items 1 to 8, wherein the organic solvent is at least one selected from the group consisting of 2-tert-butyl-4-ethylphenol, 6-tert-butyl-2,4-xylenol, 2-tert-butyl-4-methylphenol, 2-tert-butyl-6-methylphenol, 2,4-di-tert-butylphenol, 2,4-di-tert-butyl-5-methylphenol, bis(p-hydroxyphenyl)methane, 3-tert-butylphenol, 2-isopropyl-5-methylanisole, o-cresol, m-cresol, and p-cresol.
[Item 10]
Item 10. The method according to any one of Items 1 to 9, wherein the working electrode further contains a dispersant.
[Item 11]
Item 11. The method according to any one of Items 1 to 10, wherein the counter electrode comprises at least one selected from the group consisting of porous carbon and metal oxides.
[Item 12]
Item 12. The method according to any one of items 1 to 11, wherein the sensor further comprises a reference electrode.

芳香環骨格を有する化合物が付着又は近接するナノカーボンと酵素とを含む作用極、及び対極を含むセンサを用いて、試料中の基質を感度良く測定することができる。 The substrate in the sample can be measured with high sensitivity by using a sensor including a working electrode containing a nanocarbon to which a compound having an aromatic ring skeleton is attached or in close proximity and an enzyme, and a counter electrode.

実施例1で作製した二電極閉鎖系チップの構造を示す。「1」は金蒸着PETシートであり、「2」は粘着シート(0.03mm厚)であり、「3」はPETシート(0.19mm厚)であり、「4」はPETシートであり、「5」は作用極部位(1.5mm)であり、「6」は対極部位(4.5mm)である。The structure of the two-electrode closed system chip prepared in Example 1 is shown. "1" is a gold-deposited PET sheet, "2" is an adhesive sheet (0.03 mm thick), "3" is a PET sheet (0.19 mm thick), "4" is a PET sheet, "5" is a working electrode part (1.5 mm 2 ), and "6" is a counter electrode part (4.5 mm 2 ). 実施例1において、リニアスイープボルタンメトリー法による1回目の測定結果を示す。In Example 1, the results of the first measurement by the linear sweep voltammetry method are shown. 実施例1において、リニアスイープボルタンメトリー法による2回目の測定結果を示す。In Example 1, the results of the second measurement by the linear sweep voltammetry method are shown. 実施例2において、クロノアンペロメトリー法による測定結果を示す。In Example 2, the results of measurements by chronoamperometry are shown. 実施例3で作製した三電極閉鎖系チップの構造を示す。「1」は金蒸着PETシートであり、「2」は粘着シート(0.03mm厚)であり、「3」はPETシート(0.19mm厚)であり、「4」はPETシートであり、「5」は作用極部位(1.5mm)であり、「6」は対極部位(1.5mm)であり、「7」は参照極部位(1.5mm)である。The structure of the three-electrode closed system chip prepared in Example 3 is shown. "1" is a gold-deposited PET sheet, "2" is an adhesive sheet (0.03 mm thick), "3" is a PET sheet (0.19 mm thick), "4" is a PET sheet, "5" is a working electrode part (1.5 mm 2 ), "6" is a counter electrode part (1.5 mm 2 ), and "7" is a reference electrode part (1.5 mm 2 ). 実施例3において、リニアスイープボルタンメトリー法による1回目の測定結果を示す。In Example 3, the results of the first measurement by the linear sweep voltammetry method are shown. 実施例3において、リニアスイープボルタンメトリー法による2回目の測定結果を示す。In Example 3, the results of the second measurement by the linear sweep voltammetry method are shown. 実施例3において、クロノアンペロメトリー法を用い、測定開始前の電圧印加を0V、1ミリ秒の条件で行った際の0.1Vでの測定結果を示す。In Example 3, the chronoamperometry method was used, and the measurement results at 0.1 V when the voltage application before the start of the measurement was performed under conditions of 0 V and 1 millisecond are shown. 実施例3において、クロノアンペロメトリー法を用い、測定開始前の電圧印加を0.4V、1ミリ秒の条件で行った際の0.1Vでの測定結果を示す。In Example 3, the chronoamperometry method was used, and the measurement results at 0.1 V when a voltage of 0.4 V was applied for 1 millisecond before the start of measurement are shown. 実施例3において、図9で得られた電流値のうち、測定開始から1秒後及び5秒後の電流値をプロットした結果を示す。In Example 3, among the current values obtained in FIG. 9, the current values 1 second and 5 seconds after the start of measurement are plotted. 実施例5において、測定開始から1秒後、2秒後、及び5秒後の電流値をプロットした結果を示す。In Example 5, the current values 1 second, 2 seconds, and 5 seconds after the start of measurement are plotted. 比較例で作製した二電極閉鎖系チップの構造を示す。「1」は金蒸着PETシートであり、「2」は両面に粘着シートを有するPETシート(0.1mm厚)であり、「3」はPETシートであり、「4」は作用極部位(2.3mm)であり、「5」は対極部位(2.3mm)である。The structure of the two-electrode closed system chip prepared in the comparative example is shown in Fig. 1. "1" is a gold-deposited PET sheet, "2" is a PET sheet (0.1 mm thick) with adhesive sheets on both sides, "3" is a PET sheet, "4" is a working electrode part (2.3 mm2 ), and "5" is a counter electrode part (2.3 mm2 ). 比較例において、リニアスイープボルタンメトリー法による1回目の測定結果を示す。In the comparative example, the results of the first measurement by the linear sweep voltammetry method are shown. 比較例において、リニアスイープボルタンメトリー法による2回目の測定結果を示す。In the comparative example, the results of the second measurement by the linear sweep voltammetry method are shown.

一実施形態において、試料中の基質を測定する方法は、下記の工程A、B、及びCを含むことが好ましい。
(A)芳香環骨格を有する化合物が付着又は近接するナノカーボンと酵素とを含む作用極、及び対極を含むセンサに試料を導入する工程A、
(B)試料が導入された前記センサに電圧を印加する工程B、
(C)電圧が印加された前記センサを用いて試料中の基質と酵素との反応を電気化学的に測定する工程C。
In one embodiment, the method for measuring a substrate in a sample preferably comprises the following steps A, B, and C.
(A) a step A of introducing a sample into a sensor including a working electrode including a nanocarbon having a compound having an aromatic ring skeleton attached thereto or adjacent thereto and an enzyme, and a counter electrode;
(B) a step B of applying a voltage to the sensor into which the sample has been introduced;
(C) A step C of electrochemically measuring the reaction between the substrate and the enzyme in the sample using the sensor to which a voltage has been applied.

試料は、基質の測定が求められるものであれば、特に制限されない。試料は、生体試料であっても非生体試料であってもよい。 The sample is not particularly limited as long as it is one in which measurement of a substrate is required. The sample may be a biological sample or a non-biological sample.

生体試料における生体としては、例えば、哺乳類、鳥類、無脊椎動物、植物、微生物が挙げられる。これらの中では哺乳類が好ましい。哺乳類としては、例えば、ヒト、イヌ、ネコ、サル、ウシ、ウマ、ブタ、イノシシ、ヒツジ、ウサギが挙げられる。これらの中ではヒトが好ましい。生体試料は、前記生体に由来する試料であることができ、例えば、血液、血清、血漿、唾液、髄液、汗、尿、便、糞、リンパ液、涙液、細胞又は組織の破砕液が挙げられる。 Examples of living organisms in biological samples include mammals, birds, invertebrates, plants, and microorganisms. Of these, mammals are preferred. Examples of mammals include humans, dogs, cats, monkeys, cows, horses, pigs, wild boars, sheep, and rabbits. Of these, humans are preferred. The biological sample can be a sample derived from the living organism, and examples of the sample include blood, serum, plasma, saliva, cerebrospinal fluid, sweat, urine, stool, feces, lymph, tears, and cell or tissue homogenates.

非生体試料は、生体試料以外の任意の試料(環境試料等)を包含し、例えば、食品、河川、土壌等に由来する試料、廃液等が挙げられる。 Non-biological samples include any sample other than biological samples (environmental samples, etc.), such as samples derived from food, rivers, soil, etc., wastewater, etc.

測定は、定性的測定及び定量的測定を包含する。定性的測定としては、例えば、試料に基質が含まれるか否か検出すること、試料中の基質の量(又は濃度)が閾値以下(又は閾値以上)であるか否か判定することが挙げられる。定量的測定としては、例えば、試料中の基質の量(又は濃度)を測定することが挙げられる。なお、試料中の基質の量(又は濃度)は、基質と酵素の反応に基づく電流値に対応するため、試料中の基質の測定は、当該電流値の測定であってもよい。 Measurement includes qualitative measurement and quantitative measurement. Qualitative measurement includes, for example, detecting whether a substrate is contained in a sample, and determining whether the amount (or concentration) of the substrate in the sample is below a threshold value (or above a threshold value). Quantitative measurement includes, for example, measuring the amount (or concentration) of the substrate in the sample. Note that since the amount (or concentration) of the substrate in the sample corresponds to a current value based on the reaction between the substrate and the enzyme, the measurement of the substrate in the sample may be a measurement of that current value.

基質は、作用極に含まれる酵素によって反応を触媒されるものが好ましい。基質は、酵素の種類に応じて様々な物質を使用し得る。例えば、酵素がグルコースデヒドロゲナーゼである場合、基質はグルコースであり得る。 The substrate is preferably one whose reaction is catalyzed by the enzyme contained in the working electrode. Various substances can be used as the substrate depending on the type of enzyme. For example, if the enzyme is glucose dehydrogenase, the substrate can be glucose.

センサは、芳香環骨格を有する化合物が付着又は近接するナノカーボンと酵素とを含む作用極、及び対極を含むことが好ましい。 The sensor preferably includes a working electrode including a nanocarbon having a compound with an aromatic ring structure attached thereto or adjacent thereto and an enzyme, and a counter electrode.

酵素は、触媒反応に伴って電子を遊離するものが好ましい。そのような酵素としては、例えば、酸化還元酵素を挙げることができる。酸化還元酵素としては、例えば、グルコースデヒドロゲナーゼ、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、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、乳酸デヒドロゲナーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼ、グリセロールオキシダーゼ、グリセロール-3-リン酸オキシダーゼ、ウリカーゼ、コリンオキシダーゼ、キサンチンオキシダーゼ、ヒドロキシ酪酸デヒドロゲナーゼが挙げられる。 The enzyme is preferably one that releases electrons in association with a catalytic reaction. Examples of such enzymes include oxidoreductases. Examples of oxidoreductases include glucose dehydrogenase, glucose oxidase, lactate oxidase, cholesterol oxidase, alcohol oxidase, sarcosine oxidase, fructosylamine oxidase, pyruvate oxidase, lactate dehydrogenase, alcohol dehydrogenase, glycerol oxidase, glycerol-3-phosphate oxidase, uricase, choline oxidase, xanthine oxidase, and hydroxybutyrate dehydrogenase.

一実施形態において、酵素は、グルコースデヒドロゲナーゼであることが好ましく、フラビン結合型グルコースデヒドロゲナーゼであることが好ましく、フラビンアデニンジヌクレオチド(FAD)を補酵素とするグルコースデヒドロゲナーゼ(「FADGDH」とも称する)が好ましい。FADGDHは、ポリペプチドで形成される3次元構造のくぼみにFADを保持するため、そこで生成された電子を作用極に伝達するためには、従来、メディエータと呼ばれる物質を要した。これに対し、ナノカーボンを用いることにより、メディエータを利用しなくても、電子を作用極に伝達することが可能となる。また、芳香環骨格を有する化合物を利用することにより、ナノカーボンを介した電子伝達を格段に効率的に(又は強力に)行うことが可能となる。 In one embodiment, the enzyme is preferably glucose dehydrogenase, more preferably flavin-binding glucose dehydrogenase, and more preferably glucose dehydrogenase (also referred to as "FADGDH") that uses flavin adenine dinucleotide (FAD) as a coenzyme. FADGDH holds FAD in a cavity in a three-dimensional structure formed by a polypeptide, so that a substance called a mediator was conventionally required to transfer the electrons generated there to the working electrode. In contrast, by using nanocarbon, it is possible to transfer electrons to the working electrode without using a mediator. In addition, by using a compound having an aromatic ring skeleton, it is possible to transfer electrons via nanocarbon much more efficiently (or strongly).

FADGDHの種類は制限されず、任意のものを使用することができる。FADGDHの具体例としては、次の生物のいずれかに由来するものを挙げることができる:アスペルギルス・テレウス、アスペルギルス・オリゼ、アルペルギルス・ニガー、アスペルギルス・フォエチダス、アルペルギルス・アウレウス、アスペルギルス・バージカラー、アスペルギルス・カワチ、アルペルギルス・アワモリ、アグロバクテリウム・ツメファシエンス、サイトファーガ・マリノフラバ、アガリカス・ビスポラス、マクロレピオタ・ラコデス、ブルクホルデリア・セパシア、ムコール・サブチリシマス、ムコール・ギリエルモンディ、ムコール・プライニ、ムコール・ジャバニカス、ムコール・シルシネロイデス、ムコール・シルシネロイデス・エフ・シルシネロイデス、ムコール・ヒエマリス、ムコール・ヒエマリス・エフ・シルバチカス、ムコール・ダイモルフォスポラス、アブシジア・シリンドロスポラ、アブシジア・ヒアロスポラ、アクチノムコール・エレガンス、シルシネラ・シンプレックス、シルシネラ・アンガレンシス、シルシネラ・シネンシス、シルシネラ・ラクリミスポラ、シルシネラ・マイナー、シルシネラ・ムコロイデス、シルシネラ・リジダ、シルシネラ・アンベラータ、シルシネラ・ムスカエ、メタリジウム・エスピー及びコレトトリカム・エスピー。 There is no limitation on the type of FADGDH, and any type can be used. Specific examples of FADGDH include those derived from any of the following organisms: Aspergillus terreus, Aspergillus oryzae, Aspergillus niger, Aspergillus foetidus, Aspergillus aureus, Aspergillus versicolor, Aspergillus kawachi, Aspergillus awamori, Agrobacterium tumefaciens, Cytophaga marinoflava, Agaricus bisporus, Macrolepiota lacodes, Burkholderia cepacia, Mucor subtilisimus, Mucor guilliermondii, Mucor plynii, Mucor javanicus, Mucor circinelloides, Mucor circinelloides F. circinelloides, Mucor hiemalis, Mucor hiemalis F. sylvaticus, Mucor dimorphosporus, Absisia cylindrospora, Absisia hyalospora, Actinomycorum elegans, Circinella simplex, Circinella angarensis, Circinella sinensis, Circinella lacrimispora, Circinella minor, Circinella mucoroides, Circinella rigida, Circinella umbellata, Circinella muscae, Metarhizium sp. and Colletotrichum sp.

一実施形態において好ましいFADGDHは、アスペルギルス・オリゼ由来のFADGDH、ムコール・ヒエマリス由来のFADGDH、ムコール・サブチリシマス由来のFADGDH、シルシネラ・シンプレックス由来のFADGDH、メタリジウム・エスピー由来のFADGDH又はコレトトリカム・エスピー由来のFADGDHであり、好ましくは、配列番号1~6のアミノ酸配列と80%以上の同一性を有し、より好ましくは、配列番号1~6のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有し、さらに好ましくは、配列番号1~6のアミノ酸配列と95%以上の同一性を有し、グルコース脱水素活性を有するものを挙げることができる。アミノ酸配列の同一性は、市販の又は電気通信回線(インターネット)を通じて利用可能な解析ツールを用いて算出することができ、例えば、全米バイオテクノロジー情報センター(NCBI)の相同性アルゴリズムBLAST(Basic local alignment search tool)http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/においてデフォルト(初期設定)のパラメータを用いて、算出することができる。なお、配列番号1のアミノ酸配列は、アスペルギルス・オリゼ由来のFADGDHのものであり、配列番号2のアミノ酸配列は、ムコール・ヒエマリス由来のFADGDHのものであり、配列番号3のアミノ酸配列は、ムコール・サブチリシマス由来のFADGDHのものであり、配列番号4のアミノ酸配列は、シルシネラ・シンプレックス由来のFADGDHのものであり、配列番号5のアミノ酸配列は、メタリジウム・エスピー由来のFADGDHのものであり、配列番号6のアミノ酸配列は、コレトトリカム・エスピー由来のFADGDHのものである。 In one embodiment, preferred FADGDHs are FADGDH derived from Aspergillus oryzae, FADGDH derived from Mucor hiemalis, FADGDH derived from Mucor subtilisimus, FADGDH derived from Circinella simplex, FADGDH derived from Metarhizium sp., or FADGDH derived from Colletotrichum sp., preferably having 80% or more identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 to 6, more preferably having 90% or more identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 to 6, and even more preferably having 95% or more identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 to 6, and having glucose dehydrogenation activity. The identity of the amino acid sequence can be calculated using a commercially available analysis tool or an analysis tool available via an electric communication line (Internet), for example, the National Center for Biotechnology Information (NCBI) homology algorithm BLAST (Basic local alignment search tool) http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/, using the default (initial setting) parameters. The amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is that of FADGDH derived from Aspergillus oryzae, the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 is that of FADGDH derived from Mucor hiemalis, the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3 is that of FADGDH derived from Mucor subtilisimus, the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4 is that of FADGDH derived from Circinella simplex, the amino acid sequence of SEQ ID NO: 5 is that of FADGDH derived from Metarhizium sp., and the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6 is that of FADGDH derived from Colletotrichum sp.

ナノカーボンは、電子伝達機能を有する、ナノカーボンとして認識される物質であれば特に制限されない。そのような物質としては、例えば、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノツイスト、コクーン、カーボンナノコイル、グラフェン、フラーレンなどを含む、主に炭素により構成されている炭素材料が挙げられる。カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブであっても、二層カーボンナノチューブ、三層以上の多層カーボンナノチューブであってもよい。一実施形態において、ナノカーボンは、カーボンナノチューブであることが好ましく、単層カーボンナノチューブであることが好ましい。 The nanocarbon is not particularly limited as long as it is a substance that has an electron transfer function and is recognized as a nanocarbon. Examples of such substances include carbon materials that are mainly composed of carbon, including carbon nanotubes, carbon nanohorns, carbon nanotwists, cocoons, carbon nanocoils, graphene, and fullerenes. The carbon nanotubes may be single-walled carbon nanotubes, double-walled carbon nanotubes, or multi-walled carbon nanotubes with three or more walls. In one embodiment, the nanocarbon is preferably a carbon nanotube, and more preferably a single-walled carbon nanotube.

ナノカーボンに付着又は近接する芳香環骨格を有する化合物は、ナノカーボンによる酵素と作用極との間の電子伝達を促進させる電子伝達促進剤である限り、特に制限されない。芳香環骨格の環構成原子の数は、例えば、5~18、好ましくは5~16、さらに好ましくは5~14である。芳香環骨格には、1つのベンゼン環からなる骨格、2以上(例えば、2~4)のベンゼン環からなる骨格(ナフタレン骨格、アントラセン骨格など)、ベンゼン環と他の芳香環(含窒素芳香環、含酸素芳香環、含硫黄芳香環など)との縮合環からなる骨格(フェナントロリン骨格、ベンゾフラン骨格、ベンゾイミダゾール骨格、カルバゾール骨格など)、炭素と他の元素(窒素、酸素、硫黄など)により構成される芳香環からなる骨格(トリアジン骨格、トリアゾール骨格、ピリジン骨格など)を有するものが包含される。芳香環骨格を有する化合物は、単独ではメディエータとしての機能を有しない化合物であることが好ましい。ここで、「単独ではメディエータとしての機能を有しない」とは、ベンゾキノンや1-メトキシフェナジンメトサルフェートのように電極と酵素との間あるいは電極と基質との間で電子伝達を単独で行うという機能を持たないことを意味する。 The compound having an aromatic ring skeleton attached to or adjacent to the nanocarbon is not particularly limited as long as it is an electron transfer promoter that promotes electron transfer between the enzyme and the working electrode by the nanocarbon. The number of ring-constituting atoms of the aromatic ring skeleton is, for example, 5 to 18, preferably 5 to 16, and more preferably 5 to 14. The aromatic ring skeleton includes a skeleton consisting of one benzene ring, a skeleton consisting of two or more (for example, 2 to 4) benzene rings (naphthalene skeleton, anthracene skeleton, etc.), a skeleton consisting of a condensed ring of a benzene ring and another aromatic ring (nitrogen-containing aromatic ring, oxygen-containing aromatic ring, sulfur-containing aromatic ring, etc.) (phenanthroline skeleton, benzofuran skeleton, benzimidazole skeleton, carbazole skeleton, etc.), and a skeleton consisting of an aromatic ring consisting of carbon and another element (nitrogen, oxygen, sulfur, etc.) (triazine skeleton, triazole skeleton, pyridine skeleton, etc.). It is preferable that the compound having an aromatic ring skeleton is a compound that does not function as a mediator by itself. Here, "does not function as a mediator by itself" means that, like benzoquinone or 1-methoxyphenazine methosulfate, it does not function by itself to transfer electrons between the electrode and the enzyme or between the electrode and the substrate.

一実施形態において、芳香環骨格を有する化合物は、電子供与性の置換基を有することが好ましい。電子供与性の置換基とは、ヒドロキシ基、アミノ基、及びメチル基等のことである。好ましい電子供与性の置換基は、ヒドロキシ基である。電子供与性の置換基及び芳香環骨格を有する化合物としては、ヒドロキシ基が置換されたベンゼン環を有する化合物(例えば、チモール、フェノール、ビス(4-ヒドロキシフェニル)スルホン、チロシン二ナトリウム水和物、サリチル酸ナトリウム、5-ヒドロキシインドール、ロイコキニザリン、カルバクロール、1,5-ナフタレンジオール、4-イソプロピル-3-メチルフェノール、2-イソプロピルフェノール、4-イソプロピルフェノール、1-ナフトール、2-tert-ブチル-5-メチルフェノール、2,4,6-トリメチルフェノール、2,6-ジイソプロピルフェノール、2-tert-ブチル-4-エチルフェノール、6-tert-ブチル-2,4-キシレノール、2-tert-ブチル-4-メチルフェノール、2-tert-ブチル-6-メチルフェノール、2,4-ジ-tert-ブチルフェノール、2,4-ジ-tert-ブチル-5-メチルフェノール、ビス(p-ヒドロキシフェニル)メタン、3-tert-ブチルフェノール、o-クレゾール、m-クレゾール、p-クレゾール)、アミノ基が置換されたベンゼン環を有する化合物(例えば、アニリン)、メチル基が置換されたベンゼン環を有する化合物(例えば、トルエン、2-イソプロピル-5-メチルアニソール)を挙げることができる。 In one embodiment, the compound having an aromatic ring skeleton preferably has an electron-donating substituent. The electron-donating substituent is a hydroxy group, an amino group, a methyl group, or the like. A preferred electron-donating substituent is a hydroxy group. Examples of compounds having an electron-donating substituent and an aromatic ring skeleton include compounds having a benzene ring substituted with a hydroxy group (e.g., thymol, phenol, bis(4-hydroxyphenyl)sulfone, tyrosine disodium hydrate, sodium salicylate, 5-hydroxyindole, leucoquinizarin, carvacrol, 1,5-naphthalenediol, 4-isopropyl-3-methylphenol, 2-isopropylphenol, 4-isopropylphenol, 1-naphthol, 2-tert-butyl-5-methylphenol, 2,4,6-trimethylphenol, 2,6-diisopropylphenol, 2-tert-butyl- 4-ethylphenol, 6-tert-butyl-2,4-xylenol, 2-tert-butyl-4-methylphenol, 2-tert-butyl-6-methylphenol, 2,4-di-tert-butylphenol, 2,4-di-tert-butyl-5-methylphenol, bis(p-hydroxyphenyl)methane, 3-tert-butylphenol, o-cresol, m-cresol, p-cresol), compounds having a benzene ring substituted with an amino group (e.g., aniline), and compounds having a benzene ring substituted with a methyl group (e.g., toluene, 2-isopropyl-5-methylanisole).

上記化合物の中でも、チモール、フェノール、及びカルバクロールから選択される少なくとも一種が好ましい。 Among the above compounds, at least one selected from thymol, phenol, and carvacrol is preferred.

芳香環骨格を有する化合物をナノカーボンに付着又は近接させることによって、ナノカーボンによる酵素と作用極との間の電子伝達を促進させることができる。芳香環骨格を有する化合物とナノカーボンとは、分子間相互作用によって付着又は近接していることが好ましい。 By attaching or bringing a compound having an aromatic ring structure to or in close proximity to the nanocarbon, it is possible to promote electron transfer between the enzyme and the working electrode via the nanocarbon. It is preferable that the compound having an aromatic ring structure and the nanocarbon are attached to or in close proximity through intermolecular interaction.

芳香環骨格を有する化合物をナノカーボンに付着又は近接させる手段は特に制限されない。例えば、ナノカーボンと芳香環骨格を有する化合物とを混合すること(溶液中での混合を含む)、又はナノカーボン上に芳香環骨格を有する化合物を配置することによって実施することができる。ナノカーボンに近接又は付着して配置された芳香環骨格を有する化合物は、固定されていても、固定されていなくてもよい。固定は、ナノカーボン及び芳香環骨格を有する化合物の機能を阻害しない限り制限されず、公知の手段から適宜選択して使用することができる。 There are no particular limitations on the means for attaching or bringing the compound having an aromatic ring skeleton to or in close proximity to the nanocarbon. For example, this can be achieved by mixing the nanocarbon with the compound having an aromatic ring skeleton (including mixing in a solution), or by disposing the compound having an aromatic ring skeleton on the nanocarbon. The compound having an aromatic ring skeleton disposed in close proximity to or attached to the nanocarbon may or may not be fixed. There are no limitations on the fixation as long as it does not inhibit the functions of the nanocarbon and the compound having an aromatic ring skeleton, and any known means can be appropriately selected and used.

ナノカーボンに付着又は近接させる芳香環骨格を有する化合物の量は特に制限されない。芳香環骨格を有する化合物の量は、ナノカーボン100質量部に対して、例えば、0.001質量部以上、好ましくは0.01質量部以上、さらに好ましくは0.1質量部以上である。また、芳香環骨格を有する化合物の量は、ナノカーボン100質量部に対して、例えば、100000質量部以下、好ましくは10000質量部以下、さらに好ましくは1000質量部以下である。前記下限及び上限は任意に組み合わせることができる。また、芳香環骨格を有する化合物の量は、酵素100質量部に対して、例えば、0.001質量部以上、好ましくは0.01質量部以上、さらに好ましくは0.1質量部以上である。また、芳香環骨格を有する化合物の量は、酵素100質量部に対して、例えば、1000000質量部以下、好ましくは100000質量部以下、さらに好ましくは10000質量部以下である。前記下限及び上限は任意に組み合わせることができる。 The amount of the compound having an aromatic ring skeleton attached to or placed in close proximity to the nanocarbon is not particularly limited. The amount of the compound having an aromatic ring skeleton is, for example, 0.001 parts by mass or more, preferably 0.01 parts by mass or more, more preferably 0.1 parts by mass or more, per 100 parts by mass of the nanocarbon. The amount of the compound having an aromatic ring skeleton is, for example, 100,000 parts by mass or less, preferably 10,000 parts by mass or less, more preferably 1,000 parts by mass or less, per 100 parts by mass of the nanocarbon. The lower limit and upper limit can be combined arbitrarily. The amount of the compound having an aromatic ring skeleton is, for example, 0.001 parts by mass or more, preferably 0.01 parts by mass or more, more preferably 0.1 parts by mass or more, per 100 parts by mass of the enzyme. The amount of the compound having an aromatic ring skeleton is, for example, 1,000,000 parts by mass or less, preferably 100,000 parts by mass or less, more preferably 10,000 parts by mass or less, per 100 parts by mass of the enzyme. The lower limit and upper limit can be combined arbitrarily.

作用極は、さらに分散剤を含んでいてもよい。分散剤は、ナノカーボンの凝集を抑制し、分散させることが可能な物質であれば、特に制限されない。分散剤としては、例えば、コール酸ナトリウム、デオキシコール酸ナトリウム、ドデシル硫酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、セチルトリメチルアンモニウムブロミド、オクチルフェノールエトキシレート、3-[(3-コラミドプロピル)ジメチルアンモニオ]-1-プロパンスルホナート、カルボキシメチルセルロースナトリウム塩等を挙げることができるが、これらには限定されない。例えば、特開2016-56230号公報、特開2013-230951号公報等に記載されている、上記以外の分散剤も同様に使用することができる。本明細書で引用される全ての刊行物は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。分散剤は1種単独であっても2種以上の組合せであってもよい。一実施形態において、好ましい分散剤は、コール酸ナトリウム及び/又はデオキシコール酸ナトリウムである。 The working electrode may further contain a dispersant. The dispersant is not particularly limited as long as it is a substance capable of suppressing aggregation of nanocarbon and dispersing it. Examples of dispersants include, but are not limited to, sodium cholate, sodium deoxycholate, sodium dodecyl sulfate, sodium dodecylbenzenesulfonate, cetyltrimethylammonium bromide, octylphenol ethoxylate, 3-[(3-cholamidopropyl)dimethylammonio]-1-propanesulfonate, and sodium carboxymethylcellulose salt. Dispersants other than those described above, for example, in JP 2016-56230 A and JP 2013-230951 A, can also be used. All publications cited in this specification are incorporated herein by reference in their entirety. The dispersant may be one type alone or two or more types in combination. In one embodiment, the preferred dispersant is sodium cholate and/or sodium deoxycholate.

作用極の形状は、電極として使用し得る形状であれば特に制限されず、例えば、線状、コイル状、網状、棒状、フィルム状、又は板状であってもよい。一実施形態において、作用極は、バイオセンサに利用される酵素を固定させた電極に適した基板を有することが好ましく、基板は、絶縁性基板上に金属膜(例えば、金属薄膜)が形成されたものであることが好ましい。絶縁性基板の材料としては、例えば、プラスチック、感光性材料、紙、ガラス、セラミック、生分解性材料等が挙げられる。絶縁性基板は、好ましくはガラス基板又はプラスチック基板(例えば、PET基板)を用いることができる。金属膜を形成する金属の種類は、電極に使用されるものであれば特に制限されず、例えば、金、白金、パラジウム等の貴金属、銅、アルミニウム、ニッケル、チタン、酸化インジウム錫(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)等を挙げることができる。また、基板は、絶縁性基板上に金属膜の代わりに炭素膜(例えば、カーボンペーストによる炭素薄膜)が形成されたものであってもよい。 The shape of the working electrode is not particularly limited as long as it can be used as an electrode, and may be, for example, a wire, coil, net, rod, film, or plate. In one embodiment, the working electrode preferably has a substrate suitable for an electrode on which an enzyme used in a biosensor is immobilized, and the substrate is preferably an insulating substrate on which a metal film (e.g., a metal thin film) is formed. Examples of materials for the insulating substrate include plastic, photosensitive materials, paper, glass, ceramics, and biodegradable materials. The insulating substrate is preferably a glass substrate or a plastic substrate (e.g., a PET substrate). The type of metal that can form the metal film is not particularly limited as long as it is used for an electrode, and examples of the metal that can form the metal film include precious metals such as gold, platinum, and palladium, copper, aluminum, nickel, titanium, indium tin oxide (ITO), and zinc oxide (ZnO). The substrate may also be an insulating substrate on which a carbon film (e.g., a carbon thin film made of carbon paste) is formed instead of a metal film.

一実施形態において、作用極は、ナノカーボン、芳香環骨格を有する化合物、及び酵素が基板に積載(特に固定化)されたものであることが好ましく、基板と、基板の少なくとも一方の面に形成(又は積層)された、ナノカーボン、芳香環骨格を有する化合物、及び酵素を含む層(「試薬層」とも表記し得る)とを有することが好ましい。一実施形態において、作用極は、溶媒に浸漬させることが好ましい。当該実施形態は「開放系」と称する場合がある。開放系では、試料を添加した溶媒に作用極を浸漬させてもよく、作用極を浸漬させた溶媒に試料を添加してもよい。別の実施形態において、作用極及び対極を含む電極と、該電極上に、スリットを有するスペーサを介して、積層されたカバーとを有することが好ましい。当該実施形態では、電極、スリット、及びカバーにより、試料を供給するためのキャビティを形成することができる。当該実施形態は「閉鎖系」と称する場合がある。閉鎖系の構成については、例えば、国際公開第2018/043050号(又は米国特許出願公開第2019/194714号)等を参照することができる。閉鎖系では、試料を添加した溶媒を、キャビティ(特にその先端部分又は入口)と接触させることで毛細管現象によりキャビティ内に注入することができる。前記溶媒としては、典型的には緩衝液であり、例えば、酢酸塩緩衝液、クエン酸塩緩衝液、リン酸塩緩衝液、硼酸塩緩衝液が挙げられる。溶媒は、芳香環骨格を有する化合物を含んでいても含んでいなくてもよい。 In one embodiment, the working electrode is preferably a substrate on which nanocarbon, a compound having an aromatic ring skeleton, and an enzyme are loaded (particularly immobilized), and preferably has a substrate and a layer (which may also be referred to as a "reagent layer") containing nanocarbon, a compound having an aromatic ring skeleton, and an enzyme formed (or laminated) on at least one surface of the substrate. In one embodiment, the working electrode is preferably immersed in a solvent. This embodiment may be referred to as an "open system". In an open system, the working electrode may be immersed in a solvent to which a sample has been added, or a sample may be added to a solvent in which the working electrode is immersed. In another embodiment, it is preferable to have an electrode including a working electrode and a counter electrode, and a cover laminated on the electrode via a spacer having a slit. In this embodiment, a cavity for supplying a sample can be formed by the electrode, the slit, and the cover. This embodiment may be referred to as a "closed system". For the configuration of the closed system, for example, WO 2018/043050 (or U.S. Patent Application Publication No. 2019/194714) or the like can be referred to. In a closed system, the solvent containing the sample can be injected into the cavity by capillary action by contacting the cavity (particularly the tip or inlet). The solvent is typically a buffer solution, such as an acetate buffer solution, a citrate buffer solution, a phosphate buffer solution, or a borate buffer solution. The solvent may or may not contain a compound having an aromatic ring structure.

ナノカーボン、芳香環骨格を有する化合物、及び酵素の積載方法は、特に制限されない。例えば、これらの物質の各々を分散又は溶解させた溶液を調製し、順次基板上の所定部位(基板が、絶縁性基板上に金属薄膜が形成されたものである場合、金属薄膜が形成された場所)に滴下し、乾燥させるという操作を繰り返すことにより、積載することができる。又は、これらの物質の各々を分散又は溶解させた溶液を調製した後、これらを1つに混合し、基板上の所定部位に滴下し、乾燥させることにより、積載することができる。分散媒又は溶媒としては、特に制限されず、例えば、水、アルコール系溶媒(例えば、エタノール)、ケトン系溶媒(例えば、アセトン)、これら2種以上の組合せが挙げられる。 The method of loading the nanocarbon, the compound having an aromatic ring skeleton, and the enzyme is not particularly limited. For example, the loading can be performed by repeatedly preparing a solution in which each of these substances is dispersed or dissolved, dropping the solution onto a predetermined portion of the substrate (if the substrate is an insulating substrate on which a metal thin film is formed, the portion where the metal thin film is formed), and drying. Alternatively, the loading can be performed by preparing a solution in which each of these substances is dispersed or dissolved, mixing the solutions together, dropping the solutions onto a predetermined portion of the substrate, and drying. The dispersion medium or solvent is not particularly limited, and examples thereof include water, alcohol-based solvents (e.g., ethanol), ketone-based solvents (e.g., acetone), and combinations of two or more of these.

一実施形態において、ナノカーボンを分散させた分散液に分散剤を配合することが好ましい。分散剤の配合割合は任意であるが、例えば、0.2~2%(w/v)配合することが好ましい。なお、ナノカーボンの配合割合も任意であるが、例えば、0.05~0.5%(w/v)配合することが好ましい。 In one embodiment, it is preferable to add a dispersant to the dispersion liquid in which the nanocarbon is dispersed. The mixing ratio of the dispersant is arbitrary, but it is preferable to mix it at 0.2 to 2% (w/v), for example. The mixing ratio of the nanocarbon is also arbitrary, but it is preferable to mix it at 0.05 to 0.5% (w/v), for example.

積載する順序は任意であるが、一実施形態において、ナノカーボン→酵素→芳香環骨格を有する化合物、又はナノカーボン→芳香環骨格を有する化合物→酵素の順で積載することが好ましく、これらを同時に積載することも好ましい。 The order of loading is arbitrary, but in one embodiment, it is preferable to load them in the order of nanocarbon → enzyme → compound having an aromatic ring skeleton, or nanocarbon → compound having an aromatic ring skeleton → enzyme, and it is also preferable to load them simultaneously.

ナノカーボン、芳香環骨格を有する化合物、及び酵素の使用量は特に制限されない。 The amounts of nanocarbon, compound having an aromatic ring skeleton, and enzyme used are not particularly limited.

一実施形態において、ナノカーボン、芳香環骨格を有する化合物、及び酵素は、基板に固定化されていてもよい。固定化は、公知の方法を適宜選択して実施することができる。例えば、テトラフルオロエチレン/パーフルオロ[2-(フルオロスルホニルエトキシ)ポリビニルエーテル]共重合体(例:ナフィオン(商標))及びカルボキシルメチルセルロース等の固定化に適した物質を溶解させた液体を、基板上の上記各物質を積載した部位に滴下し、乾燥させることによって、固定化することができる。一実施形態において、ナノカーボン、芳香環骨格を有する化合物、及び酵素を基板に積載したのち、これらの物質を覆うようにカルボキシルメチルセルロース等のポリマー物質で処理することが好ましい。 In one embodiment, the nanocarbon, the compound having an aromatic ring skeleton, and the enzyme may be immobilized on a substrate. The immobilization can be performed by appropriately selecting a known method. For example, the immobilization can be performed by dropping a liquid in which a substance suitable for immobilization, such as tetrafluoroethylene/perfluoro[2-(fluorosulfonylethoxy)polyvinyl ether] copolymer (e.g., Nafion (trademark)) and carboxymethyl cellulose, is dissolved, onto the portion of the substrate on which the above substances are loaded, and then drying. In one embodiment, after loading the nanocarbon, the compound having an aromatic ring skeleton, and the enzyme onto the substrate, it is preferable to treat these substances with a polymer substance such as carboxymethyl cellulose so as to cover them.

一実施形態において、作用極は、ナノカーボン及び酵素が基板に積載(特に固定化)されたものであることが好ましく、基板と、基板の少なくとも一方の面に形成(又は積層)された、ナノカーボン及び酵素を含む層(「試薬層」とも表記し得る)とを有することが好ましい。ナノカーボン及び酵素を基板に積載(又は固定化)する方法としては、ナノカーボン、芳香環骨格を有する化合物、及び酵素を基板に積載(又は固定化)する方法と同様の方法を採用することができる。前記作用極(又は前記層)には芳香環骨格を有する化合物が含まれていない(固定化されていない)ことが好ましい。開放系では、試料及び芳香環骨格を有する化合物を含む溶媒に作用極を浸漬させてもよく、作用極を浸漬させた、芳香環骨格を有する化合物を含む溶媒に試料を添加してもよい。閉鎖系では、試料及び芳香環骨格を有する化合物を含む溶媒を、キャビティ(特にその先端部分又は入口)と接触させることで毛細管現象によりキャビティ内に注入することができる。前記溶媒としては、典型的には緩衝液であり、例えば、酢酸塩緩衝液、クエン酸塩緩衝液、リン酸塩緩衝液、硼酸塩緩衝液が挙げられる。 In one embodiment, the working electrode is preferably one in which nanocarbon and an enzyme are loaded (particularly immobilized) on a substrate, and preferably has a substrate and a layer (which may also be referred to as a "reagent layer") containing nanocarbon and an enzyme formed (or laminated) on at least one surface of the substrate. The method of loading (or immobilizing) nanocarbon and enzyme on a substrate can be the same as the method of loading (or immobilizing) nanocarbon, a compound having an aromatic ring skeleton, and an enzyme on a substrate. It is preferable that the working electrode (or the layer) does not contain (is not immobilized) a compound having an aromatic ring skeleton. In an open system, the working electrode may be immersed in a solvent containing a sample and a compound having an aromatic ring skeleton, or the sample may be added to the solvent containing a compound having an aromatic ring skeleton in which the working electrode is immersed. In a closed system, the solvent containing the sample and the compound having an aromatic ring skeleton can be injected into the cavity by capillary action by contacting the cavity (particularly the tip portion or inlet thereof). The solvent is typically a buffer solution, such as an acetate buffer solution, a citrate buffer solution, a phosphate buffer solution, or a borate buffer solution.

溶媒中の芳香環骨格を有する化合物の濃度は、特に限定されない。前記濃度の下限は、例えば0.000001%(w/v)、好ましくは0.000005%(w/v)、より好ましくは0.00001%(w/v)、より好ましくは0.00005%(w/v)、より好ましくは0.0001%(w/v)、より好ましくは0.0005%(w/v)、より好ましくは0.001%(w/v)、より好ましくは0.005%(w/v)、より好ましくは0.01%(w/v)である。前記濃度の上限は、例えば2%(w/v)、好ましくは1.5%(w/v)、より好ましくは1%(w/v)である。前記下限及び上限は任意に組み合わせることができる。 The concentration of the compound having an aromatic ring skeleton in the solvent is not particularly limited. The lower limit of the concentration is, for example, 0.000001% (w/v), preferably 0.000005% (w/v), more preferably 0.00001% (w/v), more preferably 0.00005% (w/v), more preferably 0.0001% (w/v), more preferably 0.0005% (w/v), more preferably 0.001% (w/v), more preferably 0.005% (w/v), more preferably 0.01% (w/v). The upper limit of the concentration is, for example, 2% (w/v), preferably 1.5% (w/v), more preferably 1% (w/v). The lower limit and upper limit can be combined arbitrarily.

対極は、芳香環骨格を有する化合物が付着又は近接するナノカーボンと酵素とを含む作用極に対するものである限り、特に制限されない。一実施形態において、対極は、対極の改質剤を含むことが好ましい。一実施形態において、対極の改質剤は、金属酸化物及び/又は多孔質炭素を含むことが好ましい。 The counter electrode is not particularly limited as long as it is a counter electrode that includes a nanocarbon and an enzyme to which a compound having an aromatic ring skeleton is attached or in close proximity. In one embodiment, the counter electrode preferably includes a counter electrode modifier. In one embodiment, the counter electrode modifier preferably includes a metal oxide and/or porous carbon.

金属酸化物としては、特に制限はなく、例えば、水及び/又は有機溶媒に不溶な金属酸化物が挙げられる。ここで、「不溶」とは、完全に溶解しない場合のみならず、僅かに溶解する(例えば、室温での溶解度が0.0001g/mL以下である)場合も含む意味で用いる。このような金属酸化物としては、例えば、銅酸化物、銀酸化物、マンガン酸化物、オスミウム酸化物、鉛酸化物が挙げられる。銅酸化物としては、例えば、CuO、CuOが挙げられ、銀酸化物としては、例えば、AgOが挙げられ、マンガン酸化物としては、例えば、MnO、BaMnOが挙げられ、オスミウム酸化物としては、例えば、OsOが挙げられる。鉛酸化物としては、例えば、PbOが挙げられる。金属酸化物は1種単独であっても2種以上の組合せであってもよい。金属酸化物としては、銀酸化物及びマンガン酸化物からなる群より選択される少なくとも一種が好ましく、AgO、MnO、及びBaMnOからなる群より選択される少なくとも一種がより好ましい。 The metal oxide is not particularly limited, and examples thereof include metal oxides that are insoluble in water and/or organic solvents. Here, the term "insoluble" is used to mean not only the case where the metal oxide is completely insoluble, but also the case where the metal oxide is slightly soluble (for example, the solubility at room temperature is 0.0001 g/mL or less). Examples of such metal oxides include copper oxide, silver oxide, manganese oxide, osmium oxide, and lead oxide. Examples of copper oxides include Cu 2 O and CuO, examples of silver oxides include Ag 2 O, examples of manganese oxides include MnO 2 and BaMnO 4 , and examples of osmium oxides include OsO 4. Examples of lead oxides include PbO 2. The metal oxide may be one type alone or a combination of two or more types. The metal oxide is preferably at least one type selected from the group consisting of silver oxide and manganese oxide, and more preferably at least one type selected from the group consisting of Ag 2 O, MnO 2 , and BaMnO 4 .

多孔質炭素の種類は、特に制限されない。多孔質炭素としては、例えば、活性炭、カーボンナノチューブ、酸化物を鋳型とする多孔質炭素が挙げられる。カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブであっても、二層カーボンナノチューブ、三層以上の多層カーボンナノチューブであってもよい。酸化物を鋳型とする多孔質炭素としては、例えば、酸化マグネシウムを鋳型とする多孔質炭素(例えば、東洋炭素株式会社製多孔質炭素、商品名:クノーベル(商標))、ゼオライトを鋳型とする多孔質炭素、アルミナを鋳型とする多孔質炭素が挙げられる。 The type of porous carbon is not particularly limited. Examples of porous carbon include activated carbon, carbon nanotubes, and porous carbon with an oxide template. Carbon nanotubes may be single-walled carbon nanotubes, double-walled carbon nanotubes, or multi-walled carbon nanotubes with three or more layers. Examples of porous carbon with an oxide template include porous carbon with a magnesium oxide template (for example, porous carbon manufactured by Toyo Tanso Co., Ltd., product name: Knobel (trademark)), porous carbon with a zeolite template, and porous carbon with an alumina template.

多孔質炭素の比表面積は、特に制限されない。前記比表面積の下限は、例えば500m/g、好ましくは1000m/gである。前記比表面積の上限は、例えば5000m/g、好ましくは4000m/g、さらに好ましくは3000m/gである。前記下限及び上限は任意に組み合わせることができる。前記比表面積が大きいほど、対極から対極表面の物質へ電子を受け渡す還元反応を促進することができる。前記比表面積は、例えば、液体窒素温度(77K)での窒素分子の吸着等温線からBrunauer-Emmett-Teller(BET)の方法により求めることができる。 The specific surface area of the porous carbon is not particularly limited. The lower limit of the specific surface area is, for example, 500 m 2 /g, preferably 1000 m 2 /g. The upper limit of the specific surface area is, for example, 5000 m 2 /g, preferably 4000 m 2 /g, and more preferably 3000 m 2 /g. The lower limit and the upper limit can be combined arbitrarily. The larger the specific surface area, the more the reduction reaction of transferring electrons from the counter electrode to the substance on the counter electrode surface can be promoted. The specific surface area can be determined, for example, by the Brunauer-Emmett-Teller (BET) method from the adsorption isotherm of nitrogen molecules at liquid nitrogen temperature (77K).

多孔質炭素は粉粒体であることが好ましい。多孔質炭素の粒径又は平均粒径は、特に制限されない。前記粒径又は平均粒径の上限は、例えば200μm、好ましくは180μm、さらに好ましくは150μmである。前記平均粒径の上限は、100μm、80μm、50μm、30μm、又は10μmであることも好ましい。前記粒径又は平均粒径の下限は、例えば10nm、好ましくは15nm、さらに好ましくは20nmである。前記下限及び上限は任意に組み合わせることができる。前記粒径又は平均粒径は小さいほど、溶液中での分散性が高く、マイクロピペット、ディスペンサーなどによるハンドリングの際に目詰まりすることを防止でき、ハンドリングの正確性を向上することができる。前記粒径又は平均粒径は、例えば、メッシュ法又はレーザー回折散乱法により測定することができる。 The porous carbon is preferably a powder. The particle size or average particle size of the porous carbon is not particularly limited. The upper limit of the particle size or average particle size is, for example, 200 μm, preferably 180 μm, and more preferably 150 μm. It is also preferable that the upper limit of the average particle size is 100 μm, 80 μm, 50 μm, 30 μm, or 10 μm. The lower limit of the particle size or average particle size is, for example, 10 nm, preferably 15 nm, and more preferably 20 nm. The lower limit and the upper limit can be combined arbitrarily. The smaller the particle size or average particle size, the higher the dispersibility in the solution, and the more likely it is that clogging will be prevented during handling with a micropipette, dispenser, or the like, and the more likely it is that handling accuracy will be improved. The particle size or average particle size can be measured, for example, by a mesh method or a laser diffraction scattering method.

対極は、さらに分散剤を含んでいてもよい。特に、対極が対極の改質剤として多孔質炭素を含む場合、分散剤は多孔質炭素の凝集を抑制して分散させることが可能であるため好ましい。分散剤としては、例えば、コール酸ナトリウム、デオキシコール酸ナトリウム、ドデシル硫酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、セチルトリメチルアンモニウムブロミド、オクチルフェノールエトキシレート、3-[(3-コラミドプロピル)ジメチルアンモニオ]-1-プロパンスルホナート、カルボキシメチルセルロースナトリウム塩等を挙げることができるが、これらには限定されない。例えば、特開2016-56230号公報、特開2013-230951号公報等に記載されている、上記以外の分散剤も同様に使用することができる。分散剤は1種単独であっても2種以上の組合せであってもよい。一実施形態において、好ましい分散剤は、コール酸ナトリウム及び/又はデオキシコール酸ナトリウムである。 The counter electrode may further contain a dispersant. In particular, when the counter electrode contains porous carbon as a counter electrode modifier, a dispersant is preferable because it can suppress the aggregation of the porous carbon and disperse it. Examples of dispersants include, but are not limited to, sodium cholate, sodium deoxycholate, sodium dodecyl sulfate, sodium dodecylbenzenesulfonate, cetyltrimethylammonium bromide, octylphenol ethoxylate, 3-[(3-cholamidopropyl)dimethylammonio]-1-propanesulfonate, and carboxymethylcellulose sodium salt. For example, dispersants other than those described in JP 2016-56230 A and JP 2013-230951 A can also be used. The dispersant may be one type alone or a combination of two or more types. In one embodiment, the preferred dispersant is sodium cholate and/or sodium deoxycholate.

対極の形状は、電極として使用し得る形状であれば特に制限されず、例えば、線状、コイル状、網状、棒状、フィルム状、又は板状であってもよい。一実施形態において、対極は、電極に適した基板を有することが好ましく、基板は、絶縁性基板上に金属膜(例えば、金属薄膜)が形成されたものであることが好ましい。絶縁性基板の材料としては、例えば、プラスチック、感光性材料、紙、ガラス、セラミック、生分解性材料等が挙げられる。絶縁性基板は、好ましくはガラス基板又はプラスチック基板(例えば、PET基板)を用いることができる。金属膜を形成する金属の種類は、電極に使用されるものであれば特に制限されず、例えば、金、白金、パラジウム等の貴金属、銅、アルミニウム、ニッケル、チタン、酸化インジウム錫(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)等を挙げることができる。 The shape of the counter electrode is not particularly limited as long as it can be used as an electrode, and may be, for example, a wire, coil, mesh, rod, film, or plate. In one embodiment, the counter electrode preferably has a substrate suitable for an electrode, and the substrate is preferably an insulating substrate on which a metal film (e.g., a metal thin film) is formed. Examples of materials for the insulating substrate include plastic, photosensitive materials, paper, glass, ceramics, and biodegradable materials. The insulating substrate is preferably a glass substrate or a plastic substrate (e.g., a PET substrate). The type of metal that forms the metal film is not particularly limited as long as it is used for an electrode, and examples of the metal that can be used include precious metals such as gold, platinum, and palladium, copper, aluminum, nickel, titanium, indium tin oxide (ITO), and zinc oxide (ZnO).

一実施形態において、対極は、前記金属膜の代わりに、又は、前記金属膜上の少なくとも一部に、炭素膜(例えば、カーボンペーストによる炭素膜、好ましくは炭素薄膜)が形成されたものであることが好ましい。カーボンペーストは、電極に使用される成分に加えて、対極の改質剤を含有することが好ましく、カーボン、バインダー、及び対極の改質剤を含有することが好ましい。 In one embodiment, the counter electrode is preferably one in which a carbon film (e.g., a carbon film made of carbon paste, preferably a thin carbon film) is formed in place of the metal film or on at least a portion of the metal film. The carbon paste preferably contains a counter electrode modifier in addition to the components used in the electrode, and preferably contains carbon, a binder, and a counter electrode modifier.

カーボンとしては、例えば、グラファイト、カーボンブラックが挙げられる。バインダーとしては、例えば、炭化水素バインダー、アルコールバインダー、エステルバインダーが挙げられる。炭化水素バインダーとしては、例えば、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン、流動パラフィン、スクワランが挙げられる。アルコールバインダーとしては、例えば、オレイルアルコール、ステアリルアルコールが挙げられる。エステルバインダーとしては、例えば、フタル酸ジオクチルなどのフタル酸エステルが挙げられる。カーボン及びバインダーは、それぞれ、1種単独であってもよく2種以上の組合せであってもよい。 Examples of carbon include graphite and carbon black. Examples of binders include hydrocarbon binders, alcohol binders, and ester binders. Examples of hydrocarbon binders include heptane, octane, nonane, decane, undecane, dodecane, tridecane, liquid paraffin, and squalane. Examples of alcohol binders include oleyl alcohol and stearyl alcohol. Examples of ester binders include phthalate esters such as dioctyl phthalate. Carbon and binders may each be used alone or in combination of two or more types.

カーボンペーストにおけるバインダーの含有量は、特に制限されない。前記含有量の下限は、カーボン100質量部に対して、例えば1質量部、好ましくは5質量部、より好ましくは10質量部、さらに好ましくは20質量部である。前記含有量の上限は、カーボン100質量部に対して、例えば1000質量部、好ましくは500質量部、さらに好ましくは200質量部である。前記下限及び上限は任意に組み合わせることができる。 The binder content in the carbon paste is not particularly limited. The lower limit of the content is, for example, 1 part by mass, preferably 5 parts by mass, more preferably 10 parts by mass, and even more preferably 20 parts by mass, per 100 parts by mass of carbon. The upper limit of the content is, for example, 1000 parts by mass, preferably 500 parts by mass, and even more preferably 200 parts by mass, per 100 parts by mass of carbon. The lower limit and upper limit can be combined in any manner.

カーボンペーストにおける対極の改質剤の含有量も特に制限されない。前記含有量の下限は、カーボン100質量部に対して、例えば1質量部、好ましくは5質量部、より好ましくは10質量部、さらに好ましくは20質量部である。前記含有量の上限は、カーボン100質量部に対して、例えば1000質量部、好ましくは500質量部、さらに好ましくは200質量部である。前記下限及び上限は任意に組み合わせることができる。 The content of the counter electrode modifier in the carbon paste is not particularly limited. The lower limit of the content is, for example, 1 part by mass, preferably 5 parts by mass, more preferably 10 parts by mass, and even more preferably 20 parts by mass, per 100 parts by mass of carbon. The upper limit of the content is, for example, 1000 parts by mass, preferably 500 parts by mass, and even more preferably 200 parts by mass, per 100 parts by mass of carbon. The lower limit and upper limit can be combined in any manner.

対極における、カーボン100質量部当たりの対極の改質剤の含有量(又は積載量)は、カーボンペーストにおける、カーボン100質量部当たりの対極の改質剤の含有量と同じ範囲から選択することができる。 The content (or loading) of the counter electrode modifier per 100 parts by mass of carbon in the counter electrode can be selected from the same range as the content of the counter electrode modifier per 100 parts by mass of carbon in the carbon paste.

一実施形態において、対極は、基板に対極の改質剤が積載されたものであることが好ましく、基板と、基板の少なくとも一方の面に形成(又は積層)された、対極の改質剤を含む層(「試薬層」とも表記し得る)とを有することが好ましい。対極の改質剤の積載量は、特に制限されない。 In one embodiment, the counter electrode is preferably a substrate on which a counter electrode modifier is loaded, and preferably has a substrate and a layer (which may also be referred to as a "reagent layer") containing the counter electrode modifier formed (or laminated) on at least one surface of the substrate. There are no particular limitations on the amount of counter electrode modifier loaded.

対極の改質剤の積載方法は、特に制限されない。例えば、対極の改質剤を分散又は溶解させた溶液を調製し、基板上の所定部位(基板が、絶縁性基板上に金属薄膜が形成されたものである場合、金属薄膜が形成された場所)に滴下し、乾燥させることにより、積載することができる。分散媒又は溶媒としては、特に制限されず、例えば、水、アルコール系溶媒(例えば、エタノール)、ケトン系溶媒(例えば、アセトン)、これらの組合せが挙げられる。 The method of loading the counter electrode modifier is not particularly limited. For example, a solution in which the counter electrode modifier is dispersed or dissolved is prepared, and the solution is dropped onto a predetermined portion of the substrate (where the metal thin film is formed, if the substrate is an insulating substrate on which a metal thin film is formed), and then dried, thereby loading the modifier. The dispersion medium or solvent is not particularly limited, and examples thereof include water, alcohol-based solvents (e.g., ethanol), ketone-based solvents (e.g., acetone), and combinations thereof.

一実施形態において、対極の改質剤(特に多孔質炭素)を分散させた分散液に分散剤を配合することが好ましい。分散剤の配合割合は任意であるが、例えば、0.2~2%(w/v)配合することが好ましい。なお、多孔質炭素の配合割合も任意であるが、例えば、0.05~0.5%(w/v)配合することが好ましい。 In one embodiment, it is preferable to add a dispersant to the dispersion liquid in which the counter electrode modifier (particularly porous carbon) is dispersed. The mixing ratio of the dispersant is arbitrary, but it is preferable to mix it at 0.2 to 2% (w/v), for example. The mixing ratio of the porous carbon is also arbitrary, but it is preferable to mix it at 0.05 to 0.5% (w/v), for example.

一実施形態において、対極の改質剤は、基板に固定化されていてもよい。固定化は、公知の方法を適宜選択して実施することができる。例えば、テトラフルオロエチレン/パーフルオロ[2-(フルオロスルホニルエトキシ)ポリビニルエーテル]共重合体(例:ナフィオン(商標))及びカルボキシルメチルセルロース等の固定化に適した物質を溶解させた液体を、基板上の対極の改質剤を積載した部位に滴下し、乾燥させることによって、固定化することができる。一実施形態において、対極の改質剤を基板に積載したのち、これらの物質を覆うようにカルボキシルメチルセルロース等のポリマー物質で処理することが好ましい。 In one embodiment, the counter electrode modifier may be immobilized on the substrate. The immobilization can be performed by appropriately selecting a known method. For example, the counter electrode modifier can be immobilized by dropping a liquid in which a substance suitable for immobilization, such as tetrafluoroethylene/perfluoro[2-(fluorosulfonylethoxy)polyvinyl ether] copolymer (e.g., Nafion (trademark)) and carboxymethyl cellulose, is dissolved, onto the portion of the substrate on which the counter electrode modifier is loaded, and then drying. In one embodiment, after the counter electrode modifier is loaded onto the substrate, it is preferable to treat the substrate with a polymer substance such as carboxymethyl cellulose so as to cover the substances.

対極の表面積は、特に制限されない。一実施形態において、ナノカーボンによる酵素と作用極との間の電子伝達による電流値を増幅する点から、対極の表面積は、作用極の表面積以上であることが好ましい。対極の表面積の下限は、作用極の表面積の1倍、1.5倍、2倍、2.5倍、又は3倍であることが好ましい。対極の表面積の上限は、特に制限されないが、例えば、作用極の表面積の200倍、150倍、又は100倍である。前記下限及び上限は任意に組み合わせることができる。 The surface area of the counter electrode is not particularly limited. In one embodiment, in order to amplify the current value due to electron transfer between the enzyme and the working electrode by the nanocarbon, the surface area of the counter electrode is preferably equal to or greater than the surface area of the working electrode. The lower limit of the surface area of the counter electrode is preferably 1, 1.5, 2, 2.5, or 3 times the surface area of the working electrode. The upper limit of the surface area of the counter electrode is not particularly limited, but is, for example, 200, 150, or 100 times the surface area of the working electrode. The lower and upper limits can be combined in any manner.

開放系では、対極は、溶媒に浸漬されたものであってもよい。溶媒としては、作用極を浸漬させる溶媒として例示したものと同じものを挙げることができる。対極及び作用極は同一の溶媒に浸漬させてもよい。 In an open system, the counter electrode may be immersed in a solvent. Examples of the solvent include the same solvents as those exemplified for immersing the working electrode. The counter electrode and working electrode may be immersed in the same solvent.

センサ(特に電極層)は、更に参照極を含んでいてもよい。参照極は、電極電位の測定時に電位の基準とすることができる。閉鎖系では、キャビティに試料が供給されたことを検知するための検知電極を含んでいてもよい。参照極及び検知電極は、作用極及び対極と同様の材料(白金、金、パラジウム等の貴金属、銅、アルミニウム、ニッケル、チタン、ITO、ZnO、カーボン等)で構成されていてもよい。一実施形態において、参照極は、銀-塩化銀電極であってもよい。センサは、参照極を含んでいなくても、作用極及び対極の2電極により、電子伝達を検出又は測定することができるため、構成の簡略化の点では、参照極を含まないことが好ましい。 The sensor (particularly the electrode layer) may further include a reference electrode. The reference electrode can be used as a reference for the potential when measuring the electrode potential. In a closed system, a detection electrode for detecting that a sample has been supplied to the cavity may be included. The reference electrode and the detection electrode may be made of the same material as the working electrode and the counter electrode (precious metals such as platinum, gold, and palladium, copper, aluminum, nickel, titanium, ITO, ZnO, carbon, etc.). In one embodiment, the reference electrode may be a silver-silver chloride electrode. Even if the sensor does not include a reference electrode, electron transfer can be detected or measured using two electrodes, the working electrode and the counter electrode, so it is preferable that the sensor does not include a reference electrode in terms of simplifying the configuration.

センサは、更にポテンショスタット及び電流検出回路等のバイオセンサが通常備える構成を備えることができる。作用極、対極、ポテンショスタット、及び電流検出回路等の具体的な構成は、センサが目的とする測定が可能である限り任意であり、当該技術分野に公知の手段から適宜選択して設計することができる。 The sensor may further include components that are typically included in biosensors, such as a potentiostat and a current detection circuit. The specific components of the working electrode, counter electrode, potentiostat, current detection circuit, etc. may be any as long as the sensor is capable of performing the intended measurement, and may be appropriately selected and designed from means known in the art.

工程Aにおいて、センサに試料を導入する方法としては、センサの構成に応じて適切な方法を適宜採用することができる。開放系では、例えば、電極を浸漬させる溶媒に試料を添加する方法等が挙げられ、閉鎖系では、例えば、試料をキャビティ(特にその先端部分又は入口)に接触させる方法等が挙げられる。 In step A, the method of introducing the sample into the sensor can be appropriately selected depending on the configuration of the sensor. In an open system, for example, the sample is added to a solvent in which the electrode is immersed, and in a closed system, for example, the sample is brought into contact with the cavity (particularly the tip or inlet).

工程Bにおいて、センサに電圧を印加することを「コンディショニング」と表記する場合がある。センサに印加される印加電圧は、特に制限されず、例えば0.8V以上であってもよいが、0.8V以下であっても十分な効果を発揮し得る。前記印加電圧は、好ましくは0.7V以下、0.6V以下、0.5V以下、又は0.4V以下である。また、前記印加電圧は、例えば、0V超、0.01V以上、0.05V以上、0.08V以上、0.1V以上、又は0.15V以上である。前記下限及び上限は任意に組み合わせることができる。なお、センサが参照極を含む場合、前記印加電圧は、例えば0.15V以上、好ましくは0.2V以上、より好ましくは0.3V以上、さらに好ましくは0.4V以上である。 In step B, applying a voltage to the sensor may be referred to as "conditioning". The voltage applied to the sensor is not particularly limited and may be, for example, 0.8 V or more, but even if it is 0.8 V or less, a sufficient effect may be obtained. The applied voltage is preferably 0.7 V or less, 0.6 V or less, 0.5 V or less, or 0.4 V or less. The applied voltage is, for example, more than 0 V, 0.01 V or more, 0.05 V or more, 0.08 V or more, 0.1 V or more, or 0.15 V or more. The lower limit and upper limit can be combined arbitrarily. In addition, when the sensor includes a reference electrode, the applied voltage is, for example, 0.15 V or more, preferably 0.2 V or more, more preferably 0.3 V or more, and even more preferably 0.4 V or more.

工程Bにおいて、センサへの電圧の印加時間は、特に制限されず、例えば1秒以上であってもよいが、1秒以下で十分な効果を発揮し得る。前記印加時間は1ミリ秒以上であることが好ましく、1ミリ秒~1秒の範囲内で任意の印加時間を選択することができる。 In step B, the time for which the voltage is applied to the sensor is not particularly limited and may be, for example, 1 second or more, but a sufficient effect can be achieved with a time of 1 second or less. The application time is preferably 1 millisecond or more, and any application time can be selected within the range of 1 millisecond to 1 second.

工程Cにおいて、試料中の基質と酵素との反応の電気化学的測定は、所定の電圧を印加した時の前記反応に基づく電流の測定であることが好ましい。工程Cの印加電圧は、工程Bの印加電圧よりも低い電圧であることが好ましく、0.4V以下、0.3V以下、0.2V以下、又は0.1V以下であることが好ましい。工程Cの印加電圧は、-0.8V以上、-0.6V以上、又は-0.4V以上であることが好ましい。電圧-電流測定法としては、例えば、ステップ法(クロノアンペロメトリー等)、スイープ法(サイクリックボルタンメトリー等)が挙げられるが、これらには限定されない。 In step C, the electrochemical measurement of the reaction between the substrate and the enzyme in the sample is preferably a measurement of the current based on the reaction when a predetermined voltage is applied. The applied voltage in step C is preferably lower than the applied voltage in step B, and is preferably 0.4 V or less, 0.3 V or less, 0.2 V or less, or 0.1 V or less. The applied voltage in step C is preferably -0.8 V or more, -0.6 V or more, or -0.4 V or more. Examples of voltage-current measurement methods include, but are not limited to, the step method (chronoamperometry, etc.) and the sweep method (cyclic voltammetry, etc.).

試料中の基質を測定する方法は、工程A、B、及びCに加えて、更に任意の工程を含んでいてもよい。例えば、試料中の基質の測定を2回以上実施する場合、2回目以降の測定においては工程Bを省略することが可能であるため、工程Cのみを繰り返す工程Dを含んでいてもよい。 The method for measuring a substrate in a sample may include any further step in addition to steps A, B, and C. For example, when measuring a substrate in a sample two or more times, step B can be omitted from the second and subsequent measurements, and therefore the method may include step D in which only step C is repeated.

以下、実施例により本発明についてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに制限されるものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these.

[実施例1]
PET基板に金を蒸着したシートを用いて、2つの電極部位を持つ電極チップを設計した(図1)。図1において、「1」は金蒸着PETシートであり、「2」は粘着シート(0.03mm厚)であり、「3」はPETシート(0.19mm厚)であり、「4」はPETシートであり、「5」は作用極部位(1.5mm)であり、「6」は対極部位(4.5mm)である。
[Example 1]
An electrode chip with two electrode sites was designed using a gold-deposited sheet on a PET substrate (Figure 1). In Figure 1, "1" is the gold-deposited PET sheet, "2" is the adhesive sheet (0.03 mm thick), "3" is the PET sheet (0.19 mm thick), "4" is the PET sheet, "5" is the working electrode site (1.5 mm 2 ), and "6" is the counter electrode site (4.5 mm 2 ).

図1の「1」~「3」の部材を貼り合わせることで作用極部位及び対極部位を作製した。 The working electrode and counter electrode were created by bonding together the components "1" to "3" in Figure 1.

1チップ当たりの換算量として2%(w/v)のコール酸ナトリウム及び0.15%(w/v)の単層カーボンナノチューブ(Meijo eDIPS EC1.5、名城ナノカーボン社、中心直径1~3nm)を含む水分散液0.21μL(0.31μg)と、超純水に溶解したFADGDH(配列番号2のアミノ酸配列を有する;16.6U/μL)0.03μL(0.5U)とを混合した。チモール20mgを50%(v/v)エタノール2000μLに溶解し1%(w/v)チモール溶液を作製した後、当該チモール溶液100μLを純水900μLに加えて混合することで0.1%(w/v)チモール溶液を作製した。1チップ当たりの換算量として0.1%(w/v)チモール溶液0.18μL(0.18μg)を上記単層カーボンナノチューブ及びFADGDH混合液に添加混合することで、単層カーボンナノチューブ、FADGDH、及びチモールが混合された作用極試薬(1チップ当たり0.42μL)を作製し、図1の「5」の作用極部位に滴下し乾燥させ、単層カーボンナノチューブ、FADGDH、及びチモールを作用極部位に固定化した。 0.21 μL (0.31 μg) of an aqueous dispersion containing 2% (w/v) sodium cholate and 0.15% (w/v) single-walled carbon nanotubes (Meijo eDIPS EC1.5, Meijo Nano Carbon Co., Ltd., central diameter 1-3 nm) was mixed with 0.03 μL (0.5 U) of FADGDH (having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2; 16.6 U/μL) dissolved in ultrapure water. 20 mg of thymol was dissolved in 2000 μL of 50% (v/v) ethanol to prepare a 1% (w/v) thymol solution, and then 100 μL of the thymol solution was added to 900 μL of pure water and mixed to prepare a 0.1% (w/v) thymol solution. By adding and mixing 0.18 μL (0.18 μg) of 0.1% (w/v) thymol solution to the above single-walled carbon nanotube and FADGDH mixture, a working electrode reagent (0.42 μL per chip) containing a mixture of single-walled carbon nanotubes, FADGDH, and thymol was prepared, which was then dropped onto the working electrode portion "5" in Figure 1 and dried, thereby immobilizing the single-walled carbon nanotubes, FADGDH, and thymol on the working electrode portion.

0.3μmの粒径を有する活性炭粉末(UNP、ユー・イー・エス社、レーザー回折散乱法により測定された平均粒径0.3μm、比表面積1355m/g)を10%(w/v)含む水分散液を調製し、1チップ当たりの換算量として当該水分散液2μL(200μg)を、5%(w/v)ナフィオン(商標)液0.5μL(25μg)と混合することで、活性炭粉末及びナフィオン(商標)が混合された対極用試薬(1チップ当たり2.5μL)を作製し、図1の「6」の対極部位に滴下し乾燥させ、活性炭粉末を対極部位に固定化した。 An aqueous dispersion containing 10% (w/v) activated carbon powder (UNP, Universal Engineering, Inc., average particle size 0.3 μm measured by laser diffraction scattering method, specific surface area 1355 m2 /g) having a particle size of 0.3 μm was prepared, and 2 μL (200 μg) of the aqueous dispersion was mixed with 0.5 μL (25 μg) of 5% (w/v) Nafion™ solution (equivalent amount per chip) to produce a counter electrode reagent (2.5 μL per chip) containing the activated carbon powder and Nafion™. This was dropped onto the counter electrode site "6" in Figure 1 and dried to immobilize the activated carbon powder on the counter electrode site.

上記の電極チップにPETシート(図1の「4」)を貼り合わせることで、作用極部位及び対極部位上に2.25μLのキャビティが形成され、試料の液滴を接触させることで毛細管現象により規定量の試料を注入することができる二電極閉鎖系チップを作製した。 By attaching a PET sheet ("4" in Figure 1) to the above electrode chip, a 2.25 μL cavity was formed on the working electrode and counter electrode, and a two-electrode closed system chip was created in which a specified amount of sample could be injected by capillary action by contacting a droplet of sample.

電気化学アナライザー(ALS/CHI 660B、ビー・エー・エス社)の作用極及び対極に、それぞれ、上記で作製した電極チップの作用極部位及び対極部位をセットした。グルコースを含有しない(0mg/dL)又は100mg/dLグルコースを含有する40mMリン酸ナトリウム緩衝液(pH7.4)を調製し、この試料の液滴を電極チップに接触させキャビティに注入し、電流-電圧特性を調べるためにリニアスイープボルタンメトリー法による測定を行った。各グルコース試料で連続2回の測定を行った。 The working and counter electrodes of the electrode chip prepared above were set on the working and counter electrodes of an electrochemical analyzer (ALS/CHI 660B, BAS Corporation), respectively. A 40 mM sodium phosphate buffer solution (pH 7.4) containing no glucose (0 mg/dL) or 100 mg/dL glucose was prepared, and a droplet of this sample was placed in contact with the electrode chip and injected into the cavity. Measurements were then performed using the linear sweep voltammetry method to examine the current-voltage characteristics. Two consecutive measurements were performed for each glucose sample.

各グルコース試料の1回目の測定結果を図2に示す。0mg/dLグルコースの場合(図2(a))と比較して、100mg/dLグルコース存在下の場合ではグルコース応答電流が検出され、グルコース応答電流が検出される最小印加電圧は-0.2Vであった(図2(b))。各グルコース試料の2回目の測定結果(図3)において、0mg/dLグルコースの場合(図3(a))と比較して、100mg/dLグルコース存在下の場合ではグルコース応答電流が検出され、グルコース応答電流が検出される最小印加電圧は-0.4Vとなり、1回目の場合よりも最小印加電圧が0.2V小さい結果となった(図3(b))。この最小印加電圧のシフトは、1回目の測定における電圧印加により、電子伝達に関わる物質、すなわち、FADGDH、チモール、単層カーボンナノチューブ、及び電極において物質間の相互作用の再配置が起こったことが考えられる。 The results of the first measurement of each glucose sample are shown in Figure 2. Compared to the case of 0 mg/dL glucose (Figure 2(a)), a glucose response current was detected in the presence of 100 mg/dL glucose, and the minimum applied voltage at which the glucose response current was detected was -0.2 V (Figure 2(b)). In the results of the second measurement of each glucose sample (Figure 3), compared to the case of 0 mg/dL glucose (Figure 3(a)), a glucose response current was detected in the presence of 100 mg/dL glucose, and the minimum applied voltage at which the glucose response current was detected was -0.4 V, which was 0.2 V smaller than the minimum applied voltage in the first measurement (Figure 3(b)). This shift in the minimum applied voltage is thought to be due to the rearrangement of the substances involved in electron transfer, namely FADGDH, thymol, single-walled carbon nanotubes, and interactions between substances at the electrode, caused by the voltage application in the first measurement.

[実施例2]
実施例1と同様に二電極閉鎖系チップ及びグルコース試料(100mg/dLグルコースを含有する40mMリン酸ナトリウム緩衝液(pH7.4))を調製し、クロノアンペロメトリー法による測定を行った。血液中のアスコルビン酸や2-ピリジンアルドキシムメチオジド(PAM)等、グルコースの測定値の正確性に影響を与える物質の反応を低減する目的においては、低い測定電圧の方が好ましい。図3の結果から、クロノアンペロメトリーによる定電圧での測定を-0.1Vで行った。測定回数は電極チップ1つあたり1回のみとした。-0.1Vで測定する際、測定開始前の電圧印加条件を0V、1ミリ秒としたところ、グルコース応答電流が検出されなかった(図4(a))。一方、測定開始前の電圧印加条件を0.8V、1秒としたところ、グルコース応答電流が検出された(図4(b))。これらの結果から、測定開始前の特定の条件での電圧印加により、クロノアンペロメトリー法においても電子伝達に関わる物質間の相互作用の再配置が起こったと考えられる。
[Example 2]
As in Example 1, a two-electrode closed system chip and a glucose sample (40 mM sodium phosphate buffer (pH 7.4) containing 100 mg/dL glucose) were prepared, and measurements were performed by the chronoamperometry method. In order to reduce the reaction of substances that affect the accuracy of glucose measurements, such as ascorbic acid and 2-pyridinealdoxime methiodide (PAM) in blood, a low measurement voltage is preferable. From the results of FIG. 3, measurements at a constant voltage by chronoamperometry were performed at −0.1 V. The number of measurements was limited to one per electrode chip. When measuring at −0.1 V, when the voltage application conditions before the start of measurement were 0 V and 1 millisecond, no glucose response current was detected (FIG. 4(a)). On the other hand, when the voltage application conditions before the start of measurement were 0.8 V and 1 second, a glucose response current was detected (FIG. 4(b)). From these results, it is considered that the application of voltage under specific conditions before the start of measurement also caused rearrangement of interactions between substances involved in electron transfer in the chronoamperometry method.

測定開始前の電圧印加を複数の条件で行った。測定を-0.1Vで行った。測定開始から10秒後の電流値は表1の通りであった。 Voltage was applied under multiple conditions before the start of the measurement. Measurements were performed at -0.1 V. The current values 10 seconds after the start of the measurement were as shown in Table 1.

Figure 2024070325000001
Figure 2024070325000001

表1の結果から、クロノアンペロメトリー法におけるコンディショニングは、電圧印加時間が1ミリ秒、0.1秒、及び1秒のいずれにおいても、印加電圧0.1V~0.8V、好ましくは0.2V~0.8V、より好ましくは0.3~0.8Vで効果がありグルコース応答電流が検出されることが判明した。尚、印加電圧が0.1V以上、及び電圧印加時間1ミリ秒以上のコンディショニング条件であればグルコース応答電流が検出されていることから、印加電圧0.8V以上、及び電圧印加時間1秒以上の条件においてもコンディショニング効果があると言える。 From the results in Table 1, it was found that conditioning in the chronoamperometry method is effective at an applied voltage of 0.1 V to 0.8 V, preferably 0.2 V to 0.8 V, and more preferably 0.3 V to 0.8 V, regardless of whether the voltage application time is 1 millisecond, 0.1 second, or 1 second, and a glucose response current is detected. Furthermore, since a glucose response current is detected under conditioning conditions of an applied voltage of 0.1 V or more and a voltage application time of 1 millisecond or more, it can be said that there is a conditioning effect even under conditions of an applied voltage of 0.8 V or more and a voltage application time of 1 second or more.

[実施例3]
PET基板に金を蒸着したシートを用いて、3つの電極部位を持つ電極チップを設計した(図5)。図5において、「1」は金蒸着PETシートであり、「2」は粘着シート(0.03mm厚)であり、「3」はPETシート(0.19mm厚)であり、「4」はPETシートであり、「5」は作用極部位(1.5mm)であり、「6」は対極部位(1.5mm)であり、「7」は参照極部位(1.5mm)である。
[Example 3]
An electrode chip with three electrode sites was designed using a gold-deposited sheet on a PET substrate (Figure 5). In Figure 5, "1" is the gold-deposited PET sheet, "2" is the adhesive sheet (0.03 mm thick), "3" is the PET sheet (0.19 mm thick), "4" is the PET sheet, "5" is the working electrode site (1.5 mm 2 ), "6" is the counter electrode site (1.5 mm 2 ), and "7" is the reference electrode site (1.5 mm 2 ).

図5の「1」~「3」の部材を貼り合わせることで作用極部位、対極部位、及び参照極部位を作製した。 The working electrode, counter electrode, and reference electrode were created by bonding together the components "1" to "3" in Figure 5.

作用極部位に使用する試薬について、実施例1と同様に調製し、作用極部位に滴下、乾燥させ、単層カーボンナノチューブ、FADGDH、及びチモールを固定化した。対極部位及び参照極部位上には試薬を用いなかった。 The reagent used on the working electrode was prepared in the same manner as in Example 1, dropped onto the working electrode, and dried to immobilize single-walled carbon nanotubes, FADGDH, and thymol. No reagent was used on the counter electrode or reference electrode.

上記の電極チップにPETシート(図5の「4」)を貼り合わせることで、作用極部位、対極部位、及び参照極部位上に2.25μLのキャビティが形成され、試料の液滴を接触させることで毛細管現象により規定量の試料を注入することができる三電極閉鎖系チップを作製した。 By attaching a PET sheet ("4" in Figure 5) to the above electrode chip, a 2.25 μL cavity was formed on the working electrode, counter electrode, and reference electrode, and a three-electrode closed system chip was created that can inject a specified amount of sample by capillary action by contacting a droplet of sample.

電気化学アナライザー(ALS/CHI 660B、ビー・エー・エス社)の作用極、対極、及び参照極に、それぞれ、上記で作製した電極チップの作用極部位、対極部位、及び参照極部位をセットした。50mMリン酸ナトリウム緩衝液(pH7.4)に溶解させた0、100、300、又は600mg/dLグルコース試料の液滴を電極チップに接触させキャビティに注入し、リニアスイープボルタンメトリー法による測定を実施した。各グルコース試料で連続2回の測定を行った。 The working electrode, counter electrode, and reference electrode of the electrode chip prepared above were set on the working electrode, counter electrode, and reference electrode of an electrochemical analyzer (ALS/CHI 660B, BAS Corporation), respectively. Droplets of 0, 100, 300, or 600 mg/dL glucose sample dissolved in 50 mM sodium phosphate buffer (pH 7.4) were brought into contact with the electrode chip and injected into the cavity, and measurements were performed using the linear sweep voltammetry method. Two consecutive measurements were performed for each glucose sample.

各グルコース試料の1回目の測定結果を図6に示す。0mg/dLグルコースの場合(図6(a))と比較して、100~600mg/dLグルコース存在下の場合ではグルコース応答電流が検出され(図6(b)~(d))、グルコース応答電流が検出される最小印加電圧は0.15Vであった。各グルコース試料の2回目の測定結果(図7)において、0mg/dLグルコースの場合(図7(a))と比較してグルコース存在下では応答電流が検出され(図7(b)~(d))、グルコース応答電流が検出される最小印加電圧は-0.2Vとなり、1回目の場合よりも最小印加電圧が0.35V小さい結果となった。実施例1の二電極閉鎖系チップと同様に、三電極閉鎖系チップにおいても1回目の測定における電圧印加により、電子伝達に関わる物質、すなわち、FADGDH、チモール、単層カーボンナノチューブ、及び電極において物質間の相互作用の再配置が起こったことが考えられる。 The results of the first measurement of each glucose sample are shown in Figure 6. Compared to the case of 0 mg/dL glucose (Figure 6(a)), a glucose response current was detected in the presence of 100 to 600 mg/dL glucose (Figures 6(b) to (d)), and the minimum applied voltage at which the glucose response current was detected was 0.15 V. In the results of the second measurement of each glucose sample (Figure 7), a response current was detected in the presence of glucose compared to the case of 0 mg/dL glucose (Figure 7(a)), and the minimum applied voltage at which the glucose response current was detected was -0.2 V, which was 0.35 V lower than the minimum applied voltage in the first measurement. As with the two-electrode closed system chip of Example 1, it is thought that the voltage application in the first measurement also caused rearrangement of the substances involved in electron transfer, i.e., FADGDH, thymol, single-walled carbon nanotubes, and interactions between substances in the electrodes in the three-electrode closed system chip.

[実施例4]
実施例3と同様に三電極閉鎖系チップを調製し、クロノアンペロメトリー法による測定を実施した。図7の結果から、クロノアンペロメトリーによる定電圧での測定を0.1Vで行った。測定回数は電極チップ1つあたり1回のみとした。50mMリン酸ナトリウム緩衝液(pH7.4)に溶解させたグルコース濃度は0~750mg/dLで調製した。0.1Vで測定する際、測定開始前の電圧印加条件を0V、1ミリ秒としたところ、グルコース応答電流が検出されなかった(図8)。一方、測定開始前の電圧印加条件を0.4V、1ミリ秒としたところ、グルコース濃度依存的な応答電流が検出された(図9)。測定開始から1秒後及び5秒後の電流値をプロットした結果、1秒以上でグルコース濃度に応じた電流値が得られた(図10)。
[Example 4]
A three-electrode closed chip was prepared in the same manner as in Example 3, and measurements were performed by the chronoamperometry method. From the results of FIG. 7, measurements at a constant voltage by chronoamperometry were performed at 0.1 V. The number of measurements was limited to one per electrode chip. The glucose concentration dissolved in 50 mM sodium phosphate buffer (pH 7.4) was prepared at 0 to 750 mg/dL. When measuring at 0.1 V, when the voltage application conditions before the start of the measurement were 0 V and 1 millisecond, no glucose response current was detected (FIG. 8). On the other hand, when the voltage application conditions before the start of the measurement were 0.4 V and 1 millisecond, a glucose concentration-dependent response current was detected (FIG. 9). As a result of plotting the current values 1 second and 5 seconds after the start of the measurement, a current value corresponding to the glucose concentration was obtained at 1 second or more (FIG. 10).

[実施例5]
参照極部位上に銀塩化銀インク(ビー・エー・エス社)を塗布、乾燥させた以外は実施例3と同様に三電極閉鎖系チップを調製し、クロノアンペロメトリー法による測定を実施した。測定開始前の電圧印加条件を0.4V、1ミリ秒とし、定電圧での測定を0.05Vとした。測定回数は電極チップ1つあたり1回のみとした。50mMリン酸ナトリウム緩衝液(pH7.4)に溶解させたグルコース濃度は0~750mg/dLで調製した。測定開始から1秒後、2秒後、及び5秒後の電流値をプロットした結果、1秒以上でグルコース濃度に応じた電流値が得られた(図11)。
[Example 5]
A three-electrode closed system chip was prepared in the same manner as in Example 3, except that silver-silver chloride ink (BAS) was applied to the reference electrode and dried, and measurements were performed by the chronoamperometry method. The voltage application conditions before the start of the measurement were 0.4 V, 1 millisecond, and the measurement at a constant voltage was 0.05 V. The number of measurements was only one per electrode chip. The glucose concentration dissolved in 50 mM sodium phosphate buffer (pH 7.4) was adjusted to 0 to 750 mg/dL. The current values 1 second, 2 seconds, and 5 seconds after the start of the measurement were plotted, and a current value corresponding to the glucose concentration was obtained at 1 second or more (FIG. 11).

実施例4及び5の結果から、実施例2の二電極閉鎖系チップと同様に、三電極閉鎖系チップでのクロノアンペロメトリー法においても測定開始前の電圧印加により、コンディショニング効果が得られることが判明した。 The results of Examples 4 and 5 demonstrated that, similar to the two-electrode closed-system chip of Example 2, a conditioning effect can be obtained by applying a voltage before starting measurement in the chronoamperometry method using a three-electrode closed-system chip.

[比較例]
PET基板に金を蒸着したシートを用いて、2つの電極部位を持つ電極チップを作製した(図12)。図12において、「1」は金蒸着PETシートであり、「2」は両面に粘着シートを有するPETシート(0.1mm厚)であり、「3」はPETシートであり、「4」は作用極部位(2.3mm)であり、「5」は対極部位(2.3mm)である。
[Comparative Example]
An electrode chip with two electrode sites was fabricated using a gold-deposited sheet on a PET substrate (Figure 12). In Figure 12, "1" is the gold-deposited PET sheet, "2" is a PET sheet (0.1 mm thick) with adhesive sheets on both sides, "3" is the PET sheet, "4" is the working electrode site (2.3 mm2 ), and "5" is the counter electrode site (2.3 mm2 ).

図12の「1」及び「2」の部材を貼り合わせることで作用極部位及び対極部位を作製した。 The working electrode and counter electrode were created by bonding together the components "1" and "2" in Figure 12.

超純水に溶解したFADGDH(配列番号2のアミノ酸配列を有する;5.4U/μL)を作製し、図12の「4」の作用極部位に0.5μL(2.7U)を滴下し乾燥させた。酸化還元メディエータであるフェリシアン化カリウムを超純水に溶解させて134mMの溶液を作製し、この作用極部位上に0.5μLを滴下し乾燥させた。対極部位上には試薬を用いなかった。 FADGDH (having the amino acid sequence of SEQ ID NO:2; 5.4 U/μL) was prepared by dissolving in ultrapure water, and 0.5 μL (2.7 U) was dropped onto the working electrode site "4" in Figure 12 and allowed to dry. Potassium ferricyanide, an oxidation-reduction mediator, was dissolved in ultrapure water to prepare a 134 mM solution, and 0.5 μL was dropped onto this working electrode site and allowed to dry. No reagent was used on the counter electrode site.

上記の電極チップにPETシート(図12の「3」)を貼り合わせることで、作用極部位及び対極部位上に0.9μLのキャビティが形成され、試料の液滴を接触させることで毛細管現象により規定量の試料を注入することができる二電極閉鎖系チップを作製した。 By attaching a PET sheet ("3" in Figure 12) to the above electrode chip, a 0.9 μL cavity was formed on the working electrode and counter electrode, and a two-electrode closed system chip was created that can inject a specified amount of sample by capillary action by contacting a droplet of sample.

実施例1と同様にリニアスイープボルタンメトリー法を用いて各グルコース試料で連続2回の測定を行った。各グルコース試料の1回目の測定結果を図13に示す。0mg/dLグルコースの場合(図13(a))と比較して、100mg/dLグルコース存在下の場合ではグルコース応答電流が検出され、グルコース応答電流が検出される最小印加電圧は-0.1Vであった((図13(b))。各グルコース試料の2回目の測定結果(図14)において、0mg/dLグルコースの場合(図14(a))と比較して100mg/dLグルコース存在下では応答電流が検出され、グルコース応答電流が検出される最小印加電圧は-0.03Vとなった(図14(b))。 As in Example 1, two consecutive measurements were performed for each glucose sample using the linear sweep voltammetry method. The results of the first measurement for each glucose sample are shown in Figure 13. Compared to the case of 0 mg/dL glucose (Figure 13(a)), a glucose response current was detected in the presence of 100 mg/dL glucose, and the minimum applied voltage at which the glucose response current was detected was -0.1 V (Figure 13(b)). In the results of the second measurement for each glucose sample (Figure 14), a response current was detected in the presence of 100 mg/dL glucose, and the minimum applied voltage at which the glucose response current was detected was -0.03 V (Figure 14(b)), compared to the case of 0 mg/dL glucose (Figure 14(a)).

尚、図14(b)では-0.2~-0.04Vにおいてマイナスの電流値が計測されたが、これはグルコースの酸化反応に伴う応答電流ではないと考えられる。即ち、100mg/dLグルコース存在下の1回目の測定によって、作用極部位上ではFADGDHの酵素反応によりグルコースが酸化されるとともにフェリシアン化カリウムの還元型が生じ、これが作用極部位によって酸化され電子が電極に伝達されることで結果的にグルコースの応答電流としてプラスの電流値が計測される。一方、対極部位上では還元反応が起こり、フェリシアン化カリウムの還元型が生じる。2回目の測定では-0.2~-0.04Vの低い印加電圧範囲においては逆反応が起き、即ち、対極部位上では1回目の測定によって生じた還元型メディエータが酸化され、もう一方の作用極部位上では電子が電極からフェリシアン化カリウムへ伝達され還元型のフェリシアン化カリウムが生じることで、還元電流がマイナスの電流値として計測されたと考えられる。 In FIG. 14(b), a negative current value was measured at -0.2 to -0.04 V, but this is not considered to be a response current associated with the oxidation reaction of glucose. That is, in the first measurement in the presence of 100 mg/dL glucose, glucose is oxidized by the enzyme reaction of FADGDH at the working electrode site and reduced potassium ferricyanide is generated, which is oxidized by the working electrode site and electrons are transferred to the electrode, resulting in a positive current value being measured as the response current of glucose. On the other hand, a reduction reaction occurs at the counter electrode site, and reduced potassium ferricyanide is generated. In the second measurement, a reverse reaction occurs in the low applied voltage range of -0.2 to -0.04 V, that is, the reduced mediator generated by the first measurement is oxidized at the counter electrode site, and reduced potassium ferricyanide is generated at the other working electrode site by transferring electrons from the electrode to potassium ferricyanide, which is considered to be the reason why the reduction current is measured as a negative current value.

従って、酸化還元メディエータであるフェリシアン化カリウムを用いた場合においては、グルコース応答電流が検出される最小印加電圧は1回目の測定よりも2回目の測定の方が低くなることはなく、実施例1~5に見られたコンディショニング効果は認められなかった。 Therefore, when potassium ferricyanide, a redox mediator, was used, the minimum applied voltage at which a glucose-responsive current was detected was not lower in the second measurement than in the first measurement, and the conditioning effect seen in Examples 1 to 5 was not observed.

Claims (12)

試料中の基質を測定する方法であって、
芳香環骨格を有する化合物が付着又は近接するナノカーボンと酵素とを含む作用極、及び対極を含むセンサに試料を導入する工程A、
試料が導入された前記センサに電圧を印加する工程B、及び
電圧が印加された前記センサを用いて試料中の基質と酵素との反応を電気化学的に測定する工程Cを含む方法。
1. A method for measuring a substrate in a sample, comprising the steps of:
A step A of introducing a sample into a sensor including a working electrode including a nanocarbon having a compound having an aromatic ring skeleton attached thereto or adjacent thereto and an enzyme, and a counter electrode;
The method includes step B of applying a voltage to the sensor to which a sample has been introduced, and step C of electrochemically measuring a reaction between a substrate and an enzyme in the sample using the sensor to which the voltage has been applied.
工程Bが、0.8V以下の電圧を1秒以下印加する工程である、請求項1に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein step B is a step of applying a voltage of 0.8 V or less for 1 second or less. 工程Bが、0.1V~0.4Vの電圧を1ミリ秒~1秒印加する工程である、請求項1に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein step B is a step of applying a voltage of 0.1 V to 0.4 V for 1 millisecond to 1 second. 工程Cが、工程Bの印加電圧よりも低い電圧で前記反応に基づく電流を測定する工程である、請求項2に記載の方法。 The method according to claim 2, wherein step C is a step of measuring the current based on the reaction at a voltage lower than the applied voltage of step B. 工程Cが、工程Bの印加電圧よりも低い電圧で前記反応に基づく電流を測定する工程である、請求項3に記載の方法。 The method according to claim 3, wherein step C is a step of measuring a current based on the reaction at a voltage lower than the applied voltage of step B. 工程Cが、0.1V以下の電圧で前記反応に基づく電流を測定する工程である、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein step C is a step of measuring a current based on the reaction at a voltage of 0.1 V or less. ナノカーボンがカーボンナノチューブである、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the nanocarbon is a carbon nanotube. 酵素がフラビン結合型グルコースデヒドロゲナーゼである、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the enzyme is flavin-binding glucose dehydrogenase. 芳香環骨格を有する化合物が、チモール、フェノール、ビス(4-ヒドロキシフェニル)スルホン、チロシン二ナトリウム水和物、サリチル酸ナトリウム、トルエン、5-ヒドロキシインドール、アニリン、ロイコキニザリン、カルバクロール、1,5-ナフタレンジオール、4-イソプロピル-3-メチルフェノール、2-イソプロピルフェノール、4-イソプロピルフェノール、1-ナフトール、2-tert-ブチル-5-メチルフェノール、2,4,6-トリメチルフェノール、2,6-ジイソプロピルフェノール、2-tert-ブチル-4-エチルフェノール、6-tert-ブチル-2,4-キシレノール、2-tert-ブチル-4-メチルフェノール、2-tert-ブチル-6-メチルフェノール、2,4-ジ-tert-ブチルフェノール、2,4-ジ-tert-ブチル-5-メチルフェノール、ビス(p-ヒドロキシフェニル)メタン、3-tert-ブチルフェノール、2-イソプロピル-5-メチルアニソール、o-クレゾール、m-クレゾール、及びp-クレゾールからなる群より選択される少なくとも一種である、請求項1に記載の方法。 Compounds having an aromatic ring skeleton include thymol, phenol, bis(4-hydroxyphenyl)sulfone, tyrosine disodium hydrate, sodium salicylate, toluene, 5-hydroxyindole, aniline, leucoquinizarin, carvacrol, 1,5-naphthalenediol, 4-isopropyl-3-methylphenol, 2-isopropylphenol, 4-isopropylphenol, 1-naphthol, 2-tert-butyl-5-methylphenol, 2,4,6-trimethylphenol, 2,6-diisopropylphenol, 2-tert The method according to claim 1, wherein the phenol is at least one selected from the group consisting of 2-tert-butyl-4-ethylphenol, 6-tert-butyl-2,4-xylenol, 2-tert-butyl-4-methylphenol, 2-tert-butyl-6-methylphenol, 2,4-di-tert-butylphenol, 2,4-di-tert-butyl-5-methylphenol, bis(p-hydroxyphenyl)methane, 3-tert-butylphenol, 2-isopropyl-5-methylanisole, o-cresol, m-cresol, and p-cresol. 前記作用極が、分散剤を更に含む、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the working electrode further comprises a dispersant. 前記対極が、多孔質炭素及び金属酸化物からなる群より選択される少なくとも一種を含む、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the counter electrode comprises at least one material selected from the group consisting of porous carbon and metal oxides. 前記センサが、参照極を更に含む、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the sensor further includes a reference electrode.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4582076B2 (en) * 2006-10-03 2010-11-17 パナソニック株式会社 Substrate quantification method
EP2405264B1 (en) * 2009-05-29 2015-09-02 Panasonic Healthcare Holdings Co., Ltd. Biosensor system and method for measuring concentration of analyte
JP5903806B2 (en) * 2011-09-05 2016-04-13 船井電機株式会社 Detection device
CN103946701A (en) * 2011-11-18 2014-07-23 株式会社村田制作所 Method for measuring substances
US11906461B2 (en) * 2018-03-29 2024-02-20 Toyobo Co., Ltd. Electron transfer by nanocarbon
JP2021061240A (en) * 2019-10-04 2021-04-15 キッコーマン株式会社 Novel mediator
WO2022025266A1 (en) * 2020-07-31 2022-02-03 東洋紡株式会社 Counter electrode modifier

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