JP2855718B2 - ポテンショメトリックセンサ - Google Patents
ポテンショメトリックセンサInfo
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- JP2855718B2 JP2855718B2 JP1302888A JP30288889A JP2855718B2 JP 2855718 B2 JP2855718 B2 JP 2855718B2 JP 1302888 A JP1302888 A JP 1302888A JP 30288889 A JP30288889 A JP 30288889A JP 2855718 B2 JP2855718 B2 JP 2855718B2
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- film
- sensor
- nitride film
- electrode
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/4035—Combination of a single ion-sensing electrode and a single reference electrode
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 本発明は、各種イオン濃度や生体機能性物質(酵素、
抗体、レセプタ等)濃度を電位変化として検出するポテ
ンショメトリックセンサに関する。
抗体、レセプタ等)濃度を電位変化として検出するポテ
ンショメトリックセンサに関する。
(ロ)従来の技術 従来のポテンショメトリックセンサとしては、各種の
イオンセンサが知られている。これらイオンセンサに
は、ガラス選択膜を利用した電位検出電極とガラスス製
の比較電極とを組み合わせたものがよく用いられてい
る。また、最近では、電解効果トランジスタ(FET)の
ゲートにイオン感受性膜を設け、このゲートを感応部と
して利用するISFET(ion selective FET)が検討されて
いる。
イオンセンサが知られている。これらイオンセンサに
は、ガラス選択膜を利用した電位検出電極とガラスス製
の比較電極とを組み合わせたものがよく用いられてい
る。また、最近では、電解効果トランジスタ(FET)の
ゲートにイオン感受性膜を設け、このゲートを感応部と
して利用するISFET(ion selective FET)が検討されて
いる。
(ハ)発明が解決しようとする課題 上記従来のガラス製ポテンショメトリックセンサは、
構造的にも材質的にも小型化が困難であり、高価であ
る。また、破損しやすく取り扱いに注意が必要で、内部
液や液絡部を有しているため保守、管理の手間もかか
る。
構造的にも材質的にも小型化が困難であり、高価であ
る。また、破損しやすく取り扱いに注意が必要で、内部
液や液絡部を有しているため保守、管理の手間もかか
る。
一方、ISFETは小型化容易で、破損しにくく、保守、
管理も不要であるものの、構造及び製造工程が複雑で、
高価な製造設備が必要であり、量産しない限り安価にな
らない。また、特性のばらつきが大きく、駆動回路も定
電圧・定電流のものを必要とし、ガラス製のものより複
雑、高価なものとなってしまう。さらに、ISFETは素子
自体は小さいが、必ずリードを必要とするので大きくな
り、価格も上がる。
管理も不要であるものの、構造及び製造工程が複雑で、
高価な製造設備が必要であり、量産しない限り安価にな
らない。また、特性のばらつきが大きく、駆動回路も定
電圧・定電流のものを必要とし、ガラス製のものより複
雑、高価なものとなってしまう。さらに、ISFETは素子
自体は小さいが、必ずリードを必要とするので大きくな
り、価格も上がる。
本発明は上記に鑑みなされたもので、小型、低価格、
取り扱いが容易で、特性に優れたポテンショメトリック
センサの提供を目的としている。
取り扱いが容易で、特性に優れたポテンショメトリック
センサの提供を目的としている。
(ニ)課題を解決するための手段及び作用 上記課題を解決するため、第1請求項のポテンショメ
トリックセンサは、電極支持基材上に、第1及び第2の
窒化チタン膜を形成し、この第1の窒化チタン膜を電位
検出電極とするとともに、前記第2の窒化チタン膜は有
機高分子膜で被覆し、比較電極とするものである。
トリックセンサは、電極支持基材上に、第1及び第2の
窒化チタン膜を形成し、この第1の窒化チタン膜を電位
検出電極とするとともに、前記第2の窒化チタン膜は有
機高分子膜で被覆し、比較電極とするものである。
この第1請求項ポテンショメトリックセンサは、窒化
チタンの水素イオン(H+)感応性を利用して、被検液中
のH+濃度を検出するが、簡単な構造であるため、特性の
ばらつきが少なく、内部液も有さないため保守管理も不
要である。また、製造も容易で低価格化が可能である。
チタンの水素イオン(H+)感応性を利用して、被検液中
のH+濃度を検出するが、簡単な構造であるため、特性の
ばらつきが少なく、内部液も有さないため保守管理も不
要である。また、製造も容易で低価格化が可能である。
一方、窒化チタンは導体であり、その抵抗値も低いの
で、簡単な電位差測定回路が適用できる。また、窒化チ
タンは機械的強度を有しているから、直接コネクタに接
続できて、リードが不要となり、その簡単な構造とあい
まって、センサの小型化を図ることがきる。
で、簡単な電位差測定回路が適用できる。また、窒化チ
タンは機械的強度を有しているから、直接コネクタに接
続できて、リードが不要となり、その簡単な構造とあい
まって、センサの小型化を図ることがきる。
第2請求項、第3請求項のポテンショメトリックセン
サは、第1の窒化チタン膜を、それぞれイオン選択膜、
固定化酵素膜で被覆したもので、被検液中の特定イオン
濃度、酵素の基質となる物質の濃度を検出する。それ以
外の点については、第1請求項の場合と同様である。
サは、第1の窒化チタン膜を、それぞれイオン選択膜、
固定化酵素膜で被覆したもので、被検液中の特定イオン
濃度、酵素の基質となる物質の濃度を検出する。それ以
外の点については、第1請求項の場合と同様である。
(ホ)実施例 <実施例1> この発明の第1の実施例を第1図及び第2図に基づい
て以下に説明する。
て以下に説明する。
この実施例は、本発明を水素イオン濃度すなわちpH測
定に適用したものであり、第1図(a)は、実施例ポテ
ンショメトリックセンサ(以下単にセンサという)1の
平面図、第1図(b)は、同センサ1の断面図である。
定に適用したものであり、第1図(a)は、実施例ポテ
ンショメトリックセンサ(以下単にセンサという)1の
平面図、第1図(b)は、同センサ1の断面図である。
2は、絶縁性基板(電極支持基材)であり、この実施
例では、耐水性、窒化チタン膜の接着性、経済性などを
考慮してセラミック基板を用いた。なお、絶縁性基板に
は、ポリイミドフィルム等も使用可能である。
例では、耐水性、窒化チタン膜の接着性、経済性などを
考慮してセラミック基板を用いた。なお、絶縁性基板に
は、ポリイミドフィルム等も使用可能である。
この絶縁性基板2上には、第1の窒化チタン膜3、第
2の窒化チタン膜4が並設されている。この窒化チタン
膜3、4は、絶縁性基板2全面に亘り窒化チタン膜を形
成した後、ダイシングにより個々の窒化チタン膜3、4
に分離したものである。最初に窒化チタン膜を形成する
には、CVD法、スパッタ法などが適用できる。窒化チタ
ン膜の厚さは1μmもあれば十分なので、短時間で製膜
することができ、センサの量産性を高めることができ
る。
2の窒化チタン膜4が並設されている。この窒化チタン
膜3、4は、絶縁性基板2全面に亘り窒化チタン膜を形
成した後、ダイシングにより個々の窒化チタン膜3、4
に分離したものである。最初に窒化チタン膜を形成する
には、CVD法、スパッタ法などが適用できる。窒化チタ
ン膜の厚さは1μmもあれば十分なので、短時間で製膜
することができ、センサの量産性を高めることができ
る。
絶縁性基板2上には、絶縁膜5が形成され、窒化チタ
ン膜3、4は、H+選択電極部3a、比較電極4a、接続部3
b、4bを除いて被覆される。絶縁膜5の形成には、例え
ば感光性ポリイミド樹脂を塗布し、これをホトマスクを
用いて感光し、現像・リンスして不要な部分を除去して
いる(ホトリソグラフィ)。このホトリソグラフィによ
り精度よく絶縁膜5を形成することができる。
ン膜3、4は、H+選択電極部3a、比較電極4a、接続部3
b、4bを除いて被覆される。絶縁膜5の形成には、例え
ば感光性ポリイミド樹脂を塗布し、これをホトマスクを
用いて感光し、現像・リンスして不要な部分を除去して
いる(ホトリソグラフィ)。このホトリソグラフィによ
り精度よく絶縁膜5を形成することができる。
比較電極部4a上には、有機高分子膜6が形成される。
有機高分子膜6には、例えばポリ塩化ビニル等が使用さ
れる。この有機高分子膜6の形成には、塗布法や重合法
で形成できるが、塗布法がより簡便である。
有機高分子膜6には、例えばポリ塩化ビニル等が使用さ
れる。この有機高分子膜6の形成には、塗布法や重合法
で形成できるが、塗布法がより簡便である。
この実施例センサ1は、第1図(c)に示すように、
直接コネクタCに接着して、測定回路に接続することが
できる。第2図は、このセンサ1で標準pH溶液を測定し
た結果を示しており、センサ出力(mV)とpHとの間には
よい直線関係が認められ、センサ1が十分にpHセンサと
して使用できることが確認できる。
直接コネクタCに接着して、測定回路に接続することが
できる。第2図は、このセンサ1で標準pH溶液を測定し
た結果を示しており、センサ出力(mV)とpHとの間には
よい直線関係が認められ、センサ1が十分にpHセンサと
して使用できることが確認できる。
<実施例2> この発明の第2の実施例を第3図及び第4図に基づい
て以下に説明する。
て以下に説明する。
この実施例は、本発明をカリウム(K+)イオン濃度の
測定に適用したものであり、第3図(a)、第3図
(b)は、それぞれ実施例センサ11の平面図、断面図を
示しており、図中第1図(a)(b)と同じ符号を付し
たものは、第1図の実施例と同様の構成要素を示してい
る。
測定に適用したものであり、第3図(a)、第3図
(b)は、それぞれ実施例センサ11の平面図、断面図を
示しており、図中第1図(a)(b)と同じ符号を付し
たものは、第1図の実施例と同様の構成要素を示してい
る。
このセンサ11では、イオン選択電極部3a′上をイオン
選択膜17で被覆している。このイオン選択膜17は、イオ
ノフォアを含有する有機高分子膜である。イオノフォア
としてはK+イオンに対する選択感応性があればよく、例
えばバリノマイシンやクラウンエーテル等が使用でき
る。このイオンノフォアを含有する有機高分子膜として
は、ポリ塩化ビニルなどが使用できる。この有機高分子
膜は、比較電極部4aを被覆する有機高分子膜6と同じ材
質であってもよいし、異なる材質であってもよい。
選択膜17で被覆している。このイオン選択膜17は、イオ
ノフォアを含有する有機高分子膜である。イオノフォア
としてはK+イオンに対する選択感応性があればよく、例
えばバリノマイシンやクラウンエーテル等が使用でき
る。このイオンノフォアを含有する有機高分子膜として
は、ポリ塩化ビニルなどが使用できる。この有機高分子
膜は、比較電極部4aを被覆する有機高分子膜6と同じ材
質であってもよいし、異なる材質であってもよい。
第4図は、このセンサ11の出力(mV)とK+イオンの濃
度の関係を示したものである。10-1〜10-4〔M〕の濃度
で、出力と濃度は良好な直接関係を示しており、K+イオ
ンセンサとして使用できることが確認できる。
度の関係を示したものである。10-1〜10-4〔M〕の濃度
で、出力と濃度は良好な直接関係を示しており、K+イオ
ンセンサとして使用できることが確認できる。
なお、イオノフォアを他の種類に代えることにより、
例えばCa2+イオン等の濃度を検出することができる。ま
た、イオノフォアを含有する有機高分子膜の代わりに、
適切な配合比のNASガラス(SiO2、Al2O3、Na2Oの三元素
ガラス)の膜を形成すること、Na+やK+の濃度を検出す
ることもできる。このガラス膜の形成には塗布・乾燥法
が利用できる。
例えばCa2+イオン等の濃度を検出することができる。ま
た、イオノフォアを含有する有機高分子膜の代わりに、
適切な配合比のNASガラス(SiO2、Al2O3、Na2Oの三元素
ガラス)の膜を形成すること、Na+やK+の濃度を検出す
ることもできる。このガラス膜の形成には塗布・乾燥法
が利用できる。
<実施例3> この発明の第3実施例を第5図及び第6図に基づいて
以下に説明する。
以下に説明する。
この実施例は、本発明を尿素濃度の測定に適用したも
のであり、第5図(a)、第5図(b)は、それぞれ実
施例センサ21の平面図、断面図を示しており、図中第1
図(a)(b)と同じ符号を付したものは、第1の実施
例と同様の構成要素である。
のであり、第5図(a)、第5図(b)は、それぞれ実
施例センサ21の平面図、断面図を示しており、図中第1
図(a)(b)と同じ符号を付したものは、第1の実施
例と同様の構成要素である。
このセンサ21では、酵素電極部3a″上を、固定化酵素
膜27で被覆している。固定化酵素膜27は、ウレアーゼを
グルタルアルデヒドで架橋固定したり、高分子膜中に包
括固定したものである。固定化酵素膜27は、さらに保護
膜28で被覆され、被検液から保護される。この保護膜28
は、被検液中の基質(この場合は尿素)を通過させるこ
とができるもので、例えばアセチルセルロースやポリウ
レタンが使用できる。固定酵素膜27、保護膜28は、塗布
・乾燥法で形成することができる。
膜27で被覆している。固定化酵素膜27は、ウレアーゼを
グルタルアルデヒドで架橋固定したり、高分子膜中に包
括固定したものである。固定化酵素膜27は、さらに保護
膜28で被覆され、被検液から保護される。この保護膜28
は、被検液中の基質(この場合は尿素)を通過させるこ
とができるもので、例えばアセチルセルロースやポリウ
レタンが使用できる。固定酵素膜27、保護膜28は、塗布
・乾燥法で形成することができる。
第6図は、センサ21の出力(mV)と尿素濃度(mM)と
の関係を説明する図である。このセンサ21では、固定化
酵素膜27中で以下の反応が生じ、その際に生じる電位変
化が、センサ出力として検出される。
の関係を説明する図である。このセンサ21では、固定化
酵素膜27中で以下の反応が生じ、その際に生じる電位変
化が、センサ出力として検出される。
第6図より、尿素濃度0.5〜5(mM)において、尿素
濃度と電極出力はよい直線関係を示しており、このセン
サ21が尿素センサとして十分に使用できることが確認で
きる。
濃度と電極出力はよい直線関係を示しており、このセン
サ21が尿素センサとして十分に使用できることが確認で
きる。
なお、ここでは酵素としてウレアーゼを用いている
が、反応に伴い電位変化を生じる酵素ならば、他のもの
も使用でき、その酵素の基質濃度を測定することが可能
である。
が、反応に伴い電位変化を生じる酵素ならば、他のもの
も使用でき、その酵素の基質濃度を測定することが可能
である。
(ヘ)発明の効果 以上説明したように、本発明のポテンショメトリック
センサは、以下に列挙する利点を有している。
センサは、以下に列挙する利点を有している。
i :構造及び製造工程が簡単で、小型化、低価格化、
量産化が容易である。
量産化が容易である。
ii :構造が簡単なため、センサ間の特性のばらつきが
少ない。
少ない。
iii :任意の形状に製作することができる。
iv :窒化チタンは導体であり、その電気抵抗を気にす
ることなく、簡単で安価な電位差測定回路を適用するこ
とができる。
ることなく、簡単で安価な電位差測定回路を適用するこ
とができる。
v :窒化チタンは、さらに機械的強度も有しているの
で、リード部を設けなくても、直接コネクタに挿入して
使用できる。
で、リード部を設けなくても、直接コネクタに挿入して
使用できる。
vi :窒化チタンは化学的に安定な物質であり、被検液
中に溶出することが少なく、長期に亘って安定して使用
することができる。
中に溶出することが少なく、長期に亘って安定して使用
することができる。
vii :内部液や液絡部がないため、センサの保守・管理
の必要がなくなる。
の必要がなくなる。
viii:従来のポテンショメトリックセンサに比べ応答速
度がはやい。
度がはやい。
第1図(a)は、第1の実施例に係るポテンショメトリ
ックセンサの外観平面図、第1図(b)は、同ポテンシ
ョメトリックセンサの第1図(a)中I b−I b線におけ
る断面図、第1図(c)は、同ポテンショメトリックセ
ンサのコネクタとの接続を説明する斜視図、第2図は、
同ポテンショメトリックセンサの特性を説明する図、第
3図(a)は、第2の実施例に係るポテンショメトリッ
クセンサの外観平面図、第3図(b)は、同ポテンショ
メトリックセンサの第3図(a)中III b−III b線にお
ける断面図、第4図は、同ポテンショメトリックセンサ
の特性を説明する図、第5図(a)は、第3の実施例に
係るポテンショメトリックセンサの外観平面図、第5図
(b)は、同ポテンショメトリックセンサの第5図
(a)中V b−V b線における断面図、第6図は、同ポテ
ンショメトリックセンサの特性を説明する図である。 2:絶縁性基板、 3:第1の窒化チタン膜、 4:第2の窒化チタン膜、6:有機高分子膜、 17:イオン選択膜、27:固定化酵素膜。
ックセンサの外観平面図、第1図(b)は、同ポテンシ
ョメトリックセンサの第1図(a)中I b−I b線におけ
る断面図、第1図(c)は、同ポテンショメトリックセ
ンサのコネクタとの接続を説明する斜視図、第2図は、
同ポテンショメトリックセンサの特性を説明する図、第
3図(a)は、第2の実施例に係るポテンショメトリッ
クセンサの外観平面図、第3図(b)は、同ポテンショ
メトリックセンサの第3図(a)中III b−III b線にお
ける断面図、第4図は、同ポテンショメトリックセンサ
の特性を説明する図、第5図(a)は、第3の実施例に
係るポテンショメトリックセンサの外観平面図、第5図
(b)は、同ポテンショメトリックセンサの第5図
(a)中V b−V b線における断面図、第6図は、同ポテ
ンショメトリックセンサの特性を説明する図である。 2:絶縁性基板、 3:第1の窒化チタン膜、 4:第2の窒化チタン膜、6:有機高分子膜、 17:イオン選択膜、27:固定化酵素膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒井 真人 京都府京都市下京区中堂寺南町17番地 サイエンスセンタービル 株式会社立石 ライフサイエンス研究所内 (72)発明者 遠藤 英樹 京都府京都市下京区中堂寺南町17番地 サイエンスセンタービル 株式会社立石 ライフサイエンス研究所内 (56)参考文献 特開 平3−140858(JP,A) 特開 平3−163346(JP,A) 特開 平2−266255(JP,A) 特開 平2−263150(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01N 27/30
Claims (3)
- 【請求項1】電極支持基材上に、第1及び第2の窒化チ
タン膜を形成し、この第1の窒化チタン膜を電位検出電
極とするとともに、前記第2の窒化チタン膜は有機高分
子膜で被覆し、比較電極とするポテンショメトリックセ
ンサ。 - 【請求項2】電極支持基材上に、第1及び第2の窒化チ
タン膜を形成し、この第1の窒化チタン膜をイオン選択
膜で被覆し、電位検出電極とすると共に、前記第2の窒
化チタン膜は有機高分子膜で被覆し、比較電極とするポ
テンショメトリックセンサ。 - 【請求項3】電極支持基材上に、第1及び第2の窒化チ
タン膜を形成し、この第1の窒化チタン膜を固定化酵素
膜で被覆し、電位検出電極とすると共に、前記第2の窒
化チタン膜は有機高分子膜で被覆し、比較電極とするポ
テンショメトリックセンサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1302888A JP2855718B2 (ja) | 1989-11-21 | 1989-11-21 | ポテンショメトリックセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1302888A JP2855718B2 (ja) | 1989-11-21 | 1989-11-21 | ポテンショメトリックセンサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03162660A JPH03162660A (ja) | 1991-07-12 |
JP2855718B2 true JP2855718B2 (ja) | 1999-02-10 |
Family
ID=17914311
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1302888A Expired - Lifetime JP2855718B2 (ja) | 1989-11-21 | 1989-11-21 | ポテンショメトリックセンサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2855718B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100842697B1 (ko) * | 2004-03-10 | 2008-07-01 | 에프. 호프만-라 로슈 아게 | 경질재료로 코팅된 접촉 표면을 구비한 테스트 부재 분석시스템 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
ES2571755B1 (es) | 2014-11-26 | 2017-03-10 | Universitat Autònoma De Barcelona | Sonda de monitorización continua y en tiempo real de parámetros químicos de interés directamente en terrenos y sistema para la monitorización continua y en tiempo real de dichos parámetros químicos de interés |
-
1989
- 1989-11-21 JP JP1302888A patent/JP2855718B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100842697B1 (ko) * | 2004-03-10 | 2008-07-01 | 에프. 호프만-라 로슈 아게 | 경질재료로 코팅된 접촉 표면을 구비한 테스트 부재 분석시스템 |
US9638655B2 (en) | 2004-03-10 | 2017-05-02 | Roche Diagnostics Operations, Inc. | Test element analysis system with contact surfaces coated with hard material |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH03162660A (ja) | 1991-07-12 |
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