JP3764550B2 - Small oxygen electrode and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、常温で安定に動作が可能である酸素電極及びその製造方法に関する。詳しくは、安価な材料を用いて一括大量生産できる酸素電極に関する。
【0002】
【従来の技術】
酸素電極は、その感応部に酵素や微生物などの生体関連物質を固定することにより、さまざまなバイオセンサを作製するのに用いることが可能である。例えば、感応部にグルコースオキシダーゼを固定すれば、グルコースを測定するセンサができ、糖尿病診断用測定器などに使用することができる。また、感応部に酵母の一種のTrichosporon cutaneumを固定すれば、河川等の汚染の重要な指標の一つであるBOD値を測定するセンサを作ることができる。クラーク型酸素電極は感応部が撥水性のガス透過性膜で覆われているため、バイオセンサを構成した場合、多種のセンサに比べて、妨害物質の影響が少ないという利点がある。
【0003】
酸素電極は、このように多くの用途に使用が可能である。しかし、現在市販されているものは、基本的には個別に作られるものであるため、典型的にはボールペン程度の大きさであり、価格も数万円もするものである。従って、これを用いてバイオセンサを作製した場合、1回ないし数回の使用の後に使い捨てにすることは費用的に難しい。また、バイオセンサに応用される場合には、感応部に固定される生体関連物質の寿命がしばしば問題となる。現在の酸素電極、従来型のトランスデューサを使用する場合には、この問題は生体関連物質固定膜を交換することにより解決されている。しかし、ユーザーにとってはこのような操作は面倒であり、センサごと使い捨てにできる方が望ましい。また、センサの大きさは小さい方が望ましい。
【0004】
このような問題を解決するために、フォトリソグラフィーなどの半導体微細加工技術を利用して、酸素電極を一括してシリコンやガラスの基板上に形成し、微小化する試みがなされている。しかし、この技術により酸素電極のある程度の低価格化、一括大量生産は実現されるが、通常の半導体微細加工技術を利用している限り、例えば1チップ100円以下のものを作製するのは難しい。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、安価な材料を用いて一括大量生産でき、しかも応答性に優れた小型の酸素電極およびその製造方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、特定の構造を採用することにより、前記課題が解決されることを見い出し、本発明を完成した。
【0007】
すなわち、本発明の第1の態様の酸素電極は、親水性の多孔性シートの片面の一部に撥水性の絶縁膜が形成され、この絶縁膜上から多孔性シート上に延在するようにカソードおよびカソードが外部との電気コンタクトをとるためのパッドを有するカソードパターンが形成され、また該多孔性シートの反対側の面の一部に撥水性の絶縁膜が形成され、この絶縁膜上から多孔性シート上に延在するようにアノードおよびアノードが外部との電気コンタクトをとるためのパッドを有するアノードパターンが形成され、酸素電極の側面およびカソードの形成された面がパッド部分を残して酸素透過性材料で被覆され、アノードの形成された面がパッド部分を残して酸素透過性材料またはプラスチックシートで被覆され、該親水性の多孔性シート中に電解液がしみこまされていることを特徴とする小型酸素電極である。
【0008】
また、本発明の第2の態様の酸素電極は、親水性の多孔性シートの片面の一部に撥水性の絶縁膜が形成され、この絶縁膜上から多孔性シート上に延在するようにカソードおよびカソードが外部との電気コンタクトをとるためのパッドを有するカソードパターンならびにアノードおよびアノードが外部との電気コンタクトをとるためのパッドを有するアノードパターンが形成され、また該多孔性シートの反対側の面は全面に撥水性の絶縁膜が形成されるかプラスチックシートで被覆されており、酸素電極の側面ならびにカソードおよびアノードの形成された面がそれぞれのパッド部分を残して酸素透過性材料で被覆され、該親水性の多孔性シート中に電解液がしみこまされていることを特徴とする小型酸素電極である。
【0009】
本発明の酸素電極はその作製に必要な材料を最小限にしたものである。本発明の酸素電極では、紙のような安価な材料を基板として使用でき、また、絶縁膜等のパターン形成においても、スクリーン印刷やスプレーなどを適用でき、安価に作製できる。第1の態様の酸素電極は、カソードとアノードをそれぞれ別の面に形成したものであり、第2の態様の酸素電極は、カソードとアノードが同じ面に形成したものである。
【0010】
本発明において、多孔性シートは好ましくは紙である。また、好ましくは、カソードおよびアノードのいずれもが銀である。
カソードパターンはカソードとパッドの間にカソード用リード線を有してもよく、該カソード用リード線が2層の絶縁膜に挟まれており、さらにその上を酸素透過性材料が覆っていることが好ましい。
【0011】
酸素透過性材料は、好ましくは、シリコーンゴムである。
また、アノードの一部分が電解液と接触し、その他の部分が絶縁膜で被覆されていることが好ましい。
【0012】
また、本発明は、上記酸素電極の好適な製造方法を提供する。
すなわち、本発明の第1の態様の製造方法は、以下の工程を含む小型酸素電極の製造方法である。
(1)親水性の多孔性シートの両面に、該多孔性シートの一部が露出するようにして撥水性の絶縁膜を形成する。
(2)前記絶縁膜から前記多孔性シート上に延在するように、カソードおよびカソードが外部との電気コンタクトをとるためのパッドを有するカソードパターンを片面に、アノードとアノードが外部との電気コンタクトをとるためのパッドを有するアノードパターンをその反対側の面に形成する。
(3)カソードパターンの形成された面を前記パッド部分を除いて酸素透過性材料で被覆するとともに、アノードパターンが形成された面を前記パッド部分を除いて酸素透過性材料またはプラスチックシートで被覆する。
(4)得られた多孔性シートから酸素電極を切り出し、前記酸素電極の側面を酸素透過性材料で被覆する。
(5)電解液を酸素電極の一部から前記多孔性シートにしみこませる。
【0013】
また、本発明の第2態様の製造方法は、以下の工程を含む小型酸素電極の製造方法である。
(1)酸素電極の境界となる部分の一部を切り出し除去した親水性の多孔性シートの両面に、該多孔性シートの一部が露出するようにして撥水性の絶縁膜を形成する。
(2)前記絶縁膜から前記多孔性シート上に延在するように、カソードおよびカソードが外部との電気コンタクトをとるためのパッドを有するカソードパターンを片面に、アノードとアノードが外部との電気コンタクトをとるためのパッドを有するアノードパターンをその反対側の面に形成する。
(3)カソードパターンの形成された面を前記パッド部分を除いて酸素透過性材料で被覆するとともに、アノードパターンが形成された面を前記パッド部分を除いてプラスチックシートで被覆する。
(4)得られた多孔性シートから酸素電極を切り出す。
(5)電解液を酸素電極の一部から前記多孔性シートにしみこませる。
【0014】
さらに、本発明の第3の態様の製造方法は、以下の工程を含む小型酸素電極の製造方法である。
(1)親水性の多孔性シートの一部が露出するようにして撥水性の絶縁膜を形成する。
(2)前記絶縁膜から前記多孔性シート上に延在するように、カソードおよびカソードが外部との電気コンタクトをとるためのパッドを有するカソードパターンと、アノードとアノードが外部との電気コンタクトをとるためのパッドを有するアノードパターンとを絶縁膜を形成した面に形成する。
(3)カソードパターンおよびアノードパターンが形成された面を前記パッド部分を除いて酸素透過性材料で被覆するとともに、その反対側の面の全面に撥水性の絶縁膜を形成するかまたはプラスチックシートで被覆する。
(4)得られた多孔性シートから酸素電極を切り出し、前記酸素電極の側面を酸素透過性材料で被覆する。
(5)電解液を酸素電極の一部から前記多孔性シートにしみこませる。
【0015】
さらに、また、本発明の第4の態様の製造方法は、以下の工程を含む小型酸素電極の製造方法である。
(1)酸素電極の境界となる部分の一部を切り出し除去した親水性の多孔性シートの片面に、該多孔性シートの一部が露出するようにして撥水性の絶縁膜を形成する。
(2)前記絶縁膜から前記多孔性シート上に延在するように、カソードおよびカソードが外部との電気コンタクトをとるためのパッドを有するカソードパターンと、アノードとアノードが外部との電気コンタクトをとるためのパッドを有するアノードパターンとを絶縁膜を形成した面に形成する。
(3)カソードパターンおよびアノードパターンが形成された面を前記パッド部分を除いて酸素透過性材料で被覆するとともに、その反対側の面の全面に撥水性の絶縁膜を形成するかまたはプラスチックシートで被覆する。
(4)得られた多孔性シートから酸素電極を切り出す。
(5)電解液を酸素電極の一部から前記多孔性シートにしみこませる。
【0016】
本発明の製造方法によれば、酸素電極一括して大量に製造することができる。特に第2および第4の態様の製造方法によれば、予め多孔性シートの酸素電極の境界部分を切り出し除去しているので、多孔性シートから酸素電極を切り出したときに、断面に多孔性シートがパッド部分を除いて露出せず、酸素電極側面が被覆された状態になっているので、酸素電極側面の被覆工程を省略できる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を詳しく説明する。
<1>本発明の酸素電極
本発明で使用される親水性の多孔性シート1は、電解液をしみこませて保持するために用いられるものであり、その上に密着性よく絶縁膜を形成することができ、カソードおよびアノードとなるべき金属パターンの密着性が良好なものであれば特に制限はない。このような多孔性シート1としては、濾紙、ニトロセルロース製のメンブランフィルターが挙げられる。好ましくは濾紙であり、市販のものを使用できる。
【0018】
多孔性シートの厚さは、通常、100〜300μmであり、大きさは用途によって変わるが、通常、0.2〜0.5cm×1〜2cmである。
多孔性シート1上に形成される撥水性の絶縁膜2は、通常、撥水性のポリマーで構成され、使用されるポリマーは以下の条件を満たす必要がある。
▲1▼紙などの多孔性シート1にしみこんで、多孔性シート1を撥水性にしない。
▲2▼絶縁膜2上に形成される金属の電極パターンとの密着性が実用上十分である。
【0019】
このようなポリマーの例としては、ポリイミド、シリコーンゴム等が挙げられる。
絶縁膜2は、上記ポリマーを塗布して形成されたものでもよいし、上記ポリマーから成るシートを接着剤等で接着して形成されたものでもよい。シートに接着剤を塗布したものとしては、テープがある。なお、テープを用いた場合には、上記▲1▼および▲2▼の条件に加えて次の条件を満たす必要がある。
▲3▼多孔性シートに電解液がしみこみ、テープが水に濡れてもはがれない。この条件は完璧に満たされる必要はないが、少なくともユーザー電解液を多孔性シートにしみこませ、酸素電極を使用する間には剥がれないようなものでなければならない。
【0020】
絶縁膜2の厚さは、それを構成する材料によるが、通常には、50〜100μmである。
カソード3およびカソード3が外部との電気コンタクトをとるためのパッド5を有するカソードパターンは絶縁膜2上から多孔性シート1上に延在する。すなわち両方の上にまたがって存在する。なお、アノード6についても同様である。
【0021】
カソード3およびアノード6を構成する材料は導電性のものであって、測定溶液等と反応しないものであれば特に制限はないが、銀が好ましく用いられる。
カソードパターンおよびアノードパターンの形状に特に制限はなく、カソード3とアノード6を別の面に形成する場合、特にパターニングをせずに全面に形成するだけですますことができる。本明細書で使用する「パターン」という用語はこのような全面に形成された形状も包含するものである。いずれにおいても、多孔性シート1(多孔性シート中の電解液)に接触する部分がカソード3およびアノード6として機能する。好ましくは、カソード3とパッド5の間にリード線4の部分を設け、カソード3およびリード線4の部分の幅を細く形成する(図1(b))。この幅は、通常には、0.05〜0.2mmである。
【0022】
カソード3およびアノード6をそれぞれ別の面に形成すると(第1の態様の酸素電極)、デッドスペースを減らすことができ、レイアウトの点で有利な上、絶縁膜とカソードおよびアノードのパターンがより単純になり、作りやすくなる。一方、カソード3およびアノード6を同一の面に形成してもよい(第2の態様の酸素電極)(図2)。この場合には、裏面の絶縁層が、多孔性シートが露出しないように全面に形成されるか、または、プラスチックシートで全面が被覆される。プラスチックシートによる被覆は該シートを接着剤等で接着することによって行うことができる。必要に応じ、さらに酸素透過性材料を絶縁膜として形成してもよい。
【0023】
なお、ここで、カソードリード線4は絶縁層2と酸素透過性材料8に挟まれる形で絶縁されているが、酸素透過性材料8だけでは絶縁が不十分な場合には、リード線4の上にもう1層絶縁膜を形成することが好ましい(図3)。
【0024】
酸素透過性材料8としては、特に制限はないが、シリコーンゴムが好ましく使用される。酸素透過性材料8の層の厚さは、その種類によるが、通常、カソード3上の厚さが50〜200μmである。
【0025】
電解液には特に制限はなく適宜のものが使用される。例えば、塩化カリウム水溶液が使用できる。
本発明の酸素電極の使用にあたっては、アノード6に対し、カソード3に、例えば、−1.0Vの一定電圧を印加すればよい。これにより、カソード3表面で酸素の還元反応が起こるようになり、酸素濃度に比例した電流値が信号として得られるようになる。アノード側では主に塩化銀の形成される反応が進行し、安定な基準電位が得られる。
【0026】
本発明の酸素電極において、カソードを形成した部分は、酸素透過膜−カソード−電解質層(電解液を含む多孔性シート)の配置になっており、酸素は、まず酸素透過膜を通過した後、電解質層に入り、電解質層側から回り込んでカソードに達し、カソードで還元される。このような構造を採用することで、小型で応答性に優れたバイオセンサを安価な材料を用いて大量一括生産することが可能になる。
【0027】
なお、典型的にはアノード6はカソード3の形成される面と反対側の面の全面にパターニングせずに形成される。しかし、カソード3に対してアノード6の面積比が大きいと、塩化銀層がなかなか形成されず、アノード電位が安定しない場合がある。この場合には、図4のようにアノード6の一部のみを露出させて、大部分を絶縁膜で覆うようにすればよい。露出する部分の面積はカソード3と同程度でよいが、アノード側の反応が律速にならないように図1(b)のAの幅を十分に取ることが好ましい。塩化銀の形成は銀の露出している部分にとどまらず絶縁膜で覆われた部分にも進行する。このため、安定化時間の短縮と長寿命化の利点を両立できる。
【0028】
次に、上記に説明した本発明の酸素電極の製造方法について説明する。なお、以下の説明においては、製造途中の酸素電極をチップともいう。
【0029】
<2>本発明の製造方法
先ず、本発明の第1の態様の製造方法を工程毎に説明する。なお、説明の便宜のために図には1個のチップを示すが、実際には複数のチップが一括製造される。また、図示の便宜のため、図1、図2及び図6(a)においては酸素透過膜8を省略している。
【0030】
(1)絶縁膜の形成
親水性の多孔性シートの両面に、該多孔性シートの一部が露出するようにして撥水性の絶縁膜を形成する。
【0031】
該多孔性シートの一部が露出するようにして絶縁膜を形成する方法としては、(a)多孔性シート上にマスクをした上で、絶縁膜の材料をスプレーで塗布し、乾燥する方法や、(b)絶縁膜としてテープを貼り付ける方法がある。(a)の方法の場合に使用されるマスクとしては、必ずしもスクリーン印刷に用いられるような高精度なものである必要はなく、プラスチックシートの一部を切り向いたようなもので十分である。(b)の方法の場合、テープの端部が次の工程のパターン形成において垂直に切り立った段差となり、パターンが十分に形成されないことがある。このような場合には、段差の付近のみに撥水性ポリマー(例えばシリコーンゴム)のパターンを形成しておけばよい。
【0032】
(2)カソードおよびアノードのパターンの形成
前記絶縁膜から前記多孔性シート上に延在するように、カソードおよびカソードが外部との電気コンタクトをとるためのパッドを有するカソードパターンを片面に、アノードとアノードが外部との電気コンタクトをとるためのパッドを有するアノードパターンをその反対側の面に形成する。
【0033】
パターンの形成は、スクリーン印刷、真空蒸着、スパッタなどの種々の方法で行うことができるが、費用の面からはスクリーン印刷のような簡便な方法を用いるのが好ましい。
【0034】
(3)酸素透過膜の形成
カソードパターンの形成された面を前記パッド部分を除いて酸素透過性材料で被覆するとともに、アノードパターンが形成された面を前記パッド部分を除いて酸素透過性材料またはプラスチックシートで被覆する。
【0035】
酸素透過性材料がシリコーンゴムの場合には、シリコーンゴムを塗布し、80℃の水蒸気を飽和させた雰囲気下で1時間ベーキングするという方法が例示できる。膜形成にあたり、パッドの部分には、剥離の容易なテープを貼って保護し、シリコーンゴムが硬化後、パッド部分のテープを剥がす。あるいは(1)と同様にマスクを使用してパッド部分を除いた膜形成を行う。
【0036】
この被覆によりカソード上に形成された部分が酸素透過膜として機能する。
アノードを形成した面では、酸素透過膜の機能は要求されないので、酸素透過性材料で被覆する代わりに、プラスチックシートを接着剤等で接着して被覆してもよい。
【0037】
カソード側の面とアノード側の面の被覆はどちらを先に行っても、また、同時にしてもよい。
【0038】
(4)チップの切り出し
得られた多孔性シートからチップを切り出し、前記チップの側面を酸素透過性材料で被覆する。
【0039】
多孔性シート上に一括して形成された酸素電極をはさみまたはカッターナイフなどで切り離す。この際、切断面に多孔性シートが露出するので、電解液注入口として一部を残して(3)と同様の酸素透過性材料で側面も被覆する。
【0040】
(5)電解質の注入
電解液をチップの一部から前記多孔性シートにしみこませる。
電解質注入口が設けてあるのでチップ全体を電解液に浸漬することにより電解液を注入できる。
【0041】
以上の工程により、本発明の酸素電極を得ることができる。また、親水性の多孔性シートを撥水性の絶縁膜をその上に形成する前に、チップの境界となる部分の一部を切り出し除去してもよい(第2の態様の製造方法)(図6)。通常、除去せずに残る部分はパッド部分になるようにし、ここが電解質液の注入工程で電解質液注入口となる。その他の工程は、基本的に、第1の態様の製造方法と同様であるが、この場合、チップの切り出し工程において、チップを切り出した際に、断面に多孔性シートが不必要に露出しないので、チップ側面の被覆工程を省略できるという利点がある。また、プラスチックシートを使用すると強度的に優れた酸素電極が得られる。
【0042】
また、カソードおよびアノードを同じ面に形成する場合には、上記の製造方法において、(1)〜(3)の工程を以下のように行えばよい。
(1)親水性の多孔性シートをそのまままたはチップの境となる部分の一部を切り出し除去して用い、該多孔性シートの片面に、該多孔性シートの一部が露出するようにして撥水性の絶縁膜を形成する。
(2)前記絶縁膜から前記多孔性シート上に延在するように、カソードおよびカソードが外部との電気コンタクトをとるためのパッドを有するカソードパターンと、アノードとアノードが外部との電気コンタクトをとるためのパッドを有するアノードパターンとを絶縁膜を形成した面に形成する。
(3)カソードパターンおよびアノードパターンが形成された面を前記パッド部分を除いて酸素透過性材料で被覆するとともに、その反対側の面の全面に撥水性の絶縁膜を形成するかまたはプラスチックシートで被覆する。
【0043】
【実施例】
以下、実施例を参照して本発明を説明する。なお、一枚のシート上に多数の小型酸素電極が一括して作製されるが、便宜上、図面には1個(1チップ分)の酸素電極を示す。
【0044】
【実施例1】
(1)絶縁膜の形成
親水性の多孔性シート1として濾紙(ワットマン社製、厚さ180μm)を用い、その両面にマスクをして、濾紙の一部を露出させた状態で、撥水性ポリマー(ユニバーサル製、プラスティディップ)をスプレーで塗布し乾燥することにより、厚さ約50μmの絶縁膜2を濾紙の両面に形成した(図1(a))。
【0045】
(2)カソードおよびアノードの形成
(1)で形成した絶縁膜を有する濾紙に、絶縁膜および濾紙の上に延在するように、カソード3、カソードリード線4およびカソード用パット5の部分を有するカソードパターンならびにアノード6およびアノード用パット7の部分を有するアノードパターンを形成した。カソードパターンおよびアノードパターンは銀から成り、それぞれスパッタで1μm厚になるように形成した(図1(b))。
【0046】
(3)酸素透過膜の形成
カソード3を形成した面にシリコーンゴム(信越化学製、KE4895)を塗布し、80℃の水蒸気を飽和させた雰囲気下で1時間ベーキングした。次いで、同様にして、アノード6を形成した面にも同じシリコーンゴムを塗布しベーキングを施した。なお、それぞれの膜形成にあたっては、測定器に接続する際のコンタクトとなるパッド5、7の部分は剥離の容易なテープを貼って、シリコーンゴムがつかないように保護した。両面のシリコーンゴムが硬化した後、上記のパッド部分のテープをはがした(図1(c))。
【0047】
(4)チップの切り離し
濾紙上に一括して形成された酸素電極をはさみまたはカッターナイフにより切り離した。この際、切断面に濾紙が露出するので、電解液注入口9を残して(3)で用いたのと同じシリコーンゴムを側面にも塗布し、硬化させた。
【0048】
(5)電解液の注入
(4)までの工程で得られたチップ全体を電解液(塩化カリウム水溶液)中に浸漬し、濾紙が露出している部分すなわち電解液注入口9から電解液をしみこませた。
【0049】
以上の工程により、酸素電極が得られた。
【0050】
【実施例2】
(1)絶縁膜の形成
親水性の多孔性シート1として濾紙(ワットマン社製、厚さ180μm)を用い、その両面に、絶縁膜2としてポリイミドテープ(住友スリーエム製、カプトンフィルムテープNo.5413(商標)、厚さ70μm)を位置合わせをした上で張り付けた。
【0051】
(2)カソードおよびアノードの形成
実施例1と同様にして、(1)で形成した絶縁膜2上に銀のカソードパターンおよびアノードパターンを形成した。
【0052】
(3)酸素透過膜の形成
カソード3を形成した面にシリコーンゴム(信越化学製、KE4895)を塗布し、80℃の水蒸気を飽和させた雰囲気下で1時間ベーキングした。同様にして、アノード6が形成された面にもシリコーンゴムを塗布し、硬化させた。なお、それぞれの膜形成にあたっては、測定器に接続する際のコンタクトを取るパッドの部分は、実施例1と同様にしてシリコーンゴムがつかないように保護した。
【0053】
(5)チップの切り離し
濾紙上に一括して形成された酸素電極をはさみまたはカッターナイフにより切り離した。実施例1と同様、電解液注入口9を残して(4)と同じシリコーンゴムを側面にも塗布した。
【0054】
(6)電解液の注入
実施例1と同様にして行った。
この方法で作成した小型酸素電極の感応部を水溶液中に浸漬し、過剰量の亜硫酸ナトリウムを添加して溶存酸素を除去したときの応答を図5に示す。
【0055】
【実施例3】
(1)絶縁膜、カソードおよびアノードの形成
実施例1と同様にして、濾紙上に絶縁層2を形成し、その上にカソードパターンおよびアノードパターンを形成した。但し、パッド付近以外のチップ境界付近の部分を切り抜いた濾紙を使用した(図6(a))。
【0056】
(2)プラスチックシートの接着
アノード用パッド7の部分を露出させる形状のポリエステルシート(厚さ100μm)10の全面に接着剤(エポキシ接着剤)11をスピンコーティングし、直ちに(1)で得られた濾紙のカソード3の形成されていない方の面に接着した。
【0057】
(3)酸素透過膜形成
実施例2と同様にして、カソード3の形成された面に酸素透過膜となるシリコーンゴムをパッド5の部分を除いて塗布した。
【0058】
(4)チップの切り離し
濾紙上に一括して形成された酸素電極をはさみまたはカッターナイフにより切り離した。チップのパッドの部分以外の境界の部分は、ポリエステルシート−接着剤−シリコーンゴムの積層構造となっており、外部の水溶液がしみ込まないようになっているため、シリコーンゴムを側面に塗布する必要はなかった(図6(b))。
【0059】
(5)電解液の注入
実施例2と同様に行った。パッドの部分の濾紙が露出している部分から電解液は注入された。
【0060】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、安価な材料を用いて一括大量生産でき、しかも応答性に優れた小型の酸素電極およびその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1および2による小型酸素電極の構造および作製方法を示す。
【図2】カソードとアノードを同一面に形成した場合のレイアウトの例を示す。
【図3】カソードリード線用絶縁層を追加した態様の断面図を示す。
【図4】アノードの一部を露出させ、大部分を絶縁膜で被覆した態様の断面図を示す。
【図5】実施例2による小型酸素電極の応答の様子を示す。
【図6】実施例3による小型酸素電極の構造および作成方法を示す。(a)は平面図であり、(b)は(a)のa−a’線に沿った断面図である。
【符号の説明】
1 多孔性シート
2 絶縁膜
3 カソード
4 カソードリード線
5 カソード用パッド
6 アノード
7 アノード用パッド
8 酸素透過膜
9 電解液注入口
10 プラスチックシート
11 接着剤
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an oxygen electrode that can be stably operated at room temperature and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to an oxygen electrode that can be mass-produced using inexpensive materials.
[0002]
[Prior art]
The oxygen electrode can be used to produce various biosensors by immobilizing biological substances such as enzymes and microorganisms on the sensitive part. For example, if glucose oxidase is fixed to the sensitive part, a sensor for measuring glucose can be obtained, which can be used for a measuring instrument for diabetes diagnosis. Moreover, if a kind of yeast Trichosporon cutaneum is fixed to the sensitive part, a sensor for measuring a BOD value, which is one of important indicators of pollution of rivers and the like, can be made. Since the sensitive part of the Clark oxygen electrode is covered with a water-repellent gas permeable membrane, when a biosensor is configured, there is an advantage that the influence of interfering substances is less than that of various sensors.
[0003]
Thus, the oxygen electrode can be used for many applications. However, since what is currently marketed is basically made individually, it is typically about the size of a ball-point pen, and the price is also tens of thousands of yen. Therefore, when a biosensor is produced using this, it is difficult to make it disposable after one to several uses. Moreover, when applied to a biosensor, the life of a biological substance fixed to the sensitive part often becomes a problem. In the case of using a current oxygen electrode and a conventional transducer, this problem is solved by exchanging the biological material fixed membrane. However, such an operation is troublesome for the user, and it is desirable that each sensor can be made disposable. In addition, it is desirable that the size of the sensor is small.
[0004]
In order to solve such a problem, an attempt is made to miniaturize an oxygen electrode by collectively forming it on a silicon or glass substrate using a semiconductor microfabrication technique such as photolithography. However, this technology can achieve a certain price reduction and mass production of oxygen electrodes to some extent, but it is difficult to fabricate, for example, a chip of 100 yen or less as long as a normal semiconductor microfabrication technology is used. .
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the problems of the prior art as described above, and provides a small-sized oxygen electrode that can be mass-produced in a lump using an inexpensive material and has excellent responsiveness, and a method for manufacturing the same. With the goal.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have found that the above problems can be solved by adopting a specific structure, and have completed the present invention.
[0007]
That is, in the oxygen electrode according to the first aspect of the present invention, a water-repellent insulating film is formed on a part of one surface of the hydrophilic porous sheet, and extends from the insulating film onto the porous sheet. A cathode pattern having a cathode and a pad with which the cathode has an electrical contact with the outside is formed, and a water-repellent insulating film is formed on a part of the opposite surface of the porous sheet. the anode and the anode so as to extend in the porous sheet anode pattern is formed to have a pad for electrical contact with the outside, the side surface and the cathode of the formed surface of the oxygen electrode to leave the pad portion Covered with an oxygen permeable material, the surface on which the anode is formed is covered with an oxygen permeable material or a plastic sheet, leaving a pad portion, and an electrode is formed in the hydrophilic porous sheet. A small oxygen electrode, wherein the liquid is impregnated.
[0008]
In the oxygen electrode of the second aspect of the present invention, a water-repellent insulating film is formed on a part of one surface of the hydrophilic porous sheet, and extends from the insulating film onto the porous sheet. A cathode pattern having a cathode and a cathode having a pad for making electrical contact with the outside, and an anode pattern having an anode and a pad for making the electrical contact with the outside are formed, and on the opposite side of the porous sheet surface is covered with a plastic sheet or insulating film on the entire surface water repellency is formed, the side surface and the cathode and the anode of the formed surface of the oxygen electrode to leave the respective pad portions coated with an oxygen permeable material The small oxygen electrode is characterized in that an electrolyte is soaked in the hydrophilic porous sheet.
[0009]
The oxygen electrode of the present invention has a minimum amount of materials necessary for its production. In the oxygen electrode of the present invention, an inexpensive material such as paper can be used as a substrate, and screen printing, spraying, or the like can be applied to pattern formation of an insulating film or the like, and the electrode can be manufactured at low cost. The oxygen electrode of the first aspect is one in which the cathode and the anode are formed on different surfaces, and the oxygen electrode of the second aspect is one in which the cathode and the anode are formed on the same surface.
[0010]
In the present invention, the porous sheet is preferably paper. Also preferably, both the cathode and the anode are silver.
The cathode pattern may have a cathode lead wire between the cathode and the pad, the cathode lead wire is sandwiched between two layers of insulating films, and an oxygen permeable material is further covered thereon. Is preferred.
[0011]
The oxygen permeable material is preferably silicone rubber.
Moreover, it is preferable that a part of the anode is in contact with the electrolytic solution and the other part is covered with an insulating film.
[0012]
Moreover, this invention provides the suitable manufacturing method of the said oxygen electrode.
That is, the manufacturing method of the 1st aspect of this invention is a manufacturing method of the small oxygen electrode including the following processes.
(1) A water-repellent insulating film is formed on both surfaces of a hydrophilic porous sheet so that a part of the porous sheet is exposed.
(2) A cathode pattern having a cathode and a pad having a pad for making an electrical contact with the outside so as to extend from the insulating film onto the porous sheet on one side, and an electrical contact between the anode and the anode on the outside An anode pattern having a pad for taking out is formed on the opposite surface.
(3) The surface on which the cathode pattern is formed is covered with an oxygen permeable material except for the pad portion, and the surface on which the anode pattern is formed is covered with an oxygen permeable material or a plastic sheet except for the pad portion. .
(4) An oxygen electrode is cut out from the obtained porous sheet, and the side surface of the oxygen electrode is covered with an oxygen permeable material.
(5) The electrolytic solution is soaked into the porous sheet from a part of the oxygen electrode .
[0013]
Moreover, the manufacturing method of the 2nd aspect of this invention is a manufacturing method of the small oxygen electrode including the following processes.
(1) A water-repellent insulating film is formed on both surfaces of a hydrophilic porous sheet obtained by cutting out and removing a part of the boundary between oxygen electrodes so that a part of the porous sheet is exposed.
(2) A cathode pattern having a cathode and a pad having a pad for making an electrical contact with the outside so as to extend from the insulating film onto the porous sheet on one side, and an electrical contact between the anode and the anode on the outside An anode pattern having a pad for taking out is formed on the opposite surface.
(3) The surface on which the cathode pattern is formed is covered with an oxygen-permeable material except for the pad portion, and the surface on which the anode pattern is formed is covered with a plastic sheet except for the pad portion.
(4) An oxygen electrode is cut out from the obtained porous sheet.
(5) The electrolytic solution is soaked into the porous sheet from a part of the oxygen electrode .
[0014]
Furthermore, the manufacturing method of the 3rd aspect of this invention is a manufacturing method of the small oxygen electrode containing the following processes.
(1) A water-repellent insulating film is formed so that a part of the hydrophilic porous sheet is exposed.
(2) A cathode pattern having a pad for the cathode and the cathode to make electrical contact with the outside so as to extend from the insulating film onto the porous sheet, and the anode and the anode make electrical contact with the outside An anode pattern having a pad is formed on the surface on which the insulating film is formed.
(3) The surface on which the cathode pattern and the anode pattern are formed is covered with an oxygen-permeable material except for the pad portion, and a water-repellent insulating film is formed on the entire surface on the opposite side, or a plastic sheet is used. Cover.
(4) An oxygen electrode is cut out from the obtained porous sheet, and the side surface of the oxygen electrode is covered with an oxygen permeable material.
(5) The electrolytic solution is soaked into the porous sheet from a part of the oxygen electrode .
[0015]
Furthermore, the manufacturing method of the 4th aspect of this invention is a manufacturing method of the small oxygen electrode containing the following processes.
(1) A water-repellent insulating film is formed on one side of a hydrophilic porous sheet obtained by cutting out and removing a part of the boundary of the oxygen electrode so as to expose a part of the porous sheet.
(2) A cathode pattern having a pad for the cathode and the cathode to make electrical contact with the outside so as to extend from the insulating film onto the porous sheet, and the anode and the anode make electrical contact with the outside An anode pattern having a pad is formed on the surface on which the insulating film is formed.
(3) The surface on which the cathode pattern and the anode pattern are formed is covered with an oxygen-permeable material except for the pad portion, and a water-repellent insulating film is formed on the entire surface on the opposite side, or a plastic sheet is used. Cover.
(4) An oxygen electrode is cut out from the obtained porous sheet.
(5) The electrolytic solution is soaked into the porous sheet from a part of the oxygen electrode .
[0016]
According to the production method of the present invention can be produced in large quantities at once oxygen electrode. In particular, according to the manufacturing methods of the second and fourth aspects, since the boundary portion of the oxygen electrode of the porous sheet is previously cut out and removed, when the oxygen electrode is cut out from the porous sheet, the porous sheet has a cross section. Is not exposed except for the pad portion, and the side surface of the oxygen electrode is covered, so that the step of covering the side surface of the oxygen electrode can be omitted.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
<1> Oxygen electrode of the present invention The hydrophilic porous sheet 1 used in the present invention is used for impregnating and holding an electrolytic solution, and forms an insulating film thereon with good adhesion. There is no particular limitation as long as the metal pattern to be the cathode and the anode has good adhesion. Examples of such a porous sheet 1 include filter paper and a membrane filter made of nitrocellulose. Filter paper is preferred, and commercially available ones can be used.
[0018]
The thickness of the porous sheet is usually 100 to 300 μm, and the size varies depending on the application, but is usually 0.2 to 0.5 cm × 1 to 2 cm.
The water-repellent insulating film 2 formed on the porous sheet 1 is usually composed of a water-repellent polymer, and the polymer used needs to satisfy the following conditions.
(1) The porous sheet 1 is not made water-repellent by soaking into the porous sheet 1 such as paper.
(2) Adhesion with a metal electrode pattern formed on the insulating film 2 is practically sufficient.
[0019]
Examples of such polymers include polyimide and silicone rubber.
The insulating film 2 may be formed by applying the polymer, or may be formed by bonding a sheet made of the polymer with an adhesive or the like. An example of the sheet coated with an adhesive is a tape. When a tape is used, it is necessary to satisfy the following conditions in addition to the above conditions (1) and (2).
(3) The electrolyte solution soaks into the porous sheet and does not peel off even when the tape gets wet. This condition does not need to be met perfectly, but it must be at least soaked in the user electrolyte into the porous sheet and not peeled off while using the oxygen electrode.
[0020]
The thickness of the insulating film 2 depends on the material constituting it, but is usually 50 to 100 μm.
A cathode pattern having a cathode 3 and a pad 5 for the cathode 3 to make electrical contact with the outside extends from the insulating film 2 to the porous sheet 1. That is, it exists over both. The same applies to the anode 6.
[0021]
The material constituting the cathode 3 and the anode 6 is electrically conductive and is not particularly limited as long as it does not react with the measurement solution or the like, but silver is preferably used.
The shape of the cathode pattern and the anode pattern is not particularly limited, and when the cathode 3 and the anode 6 are formed on different surfaces, it can be simply formed on the entire surface without patterning. The term “pattern” used in this specification includes such a shape formed on the entire surface. In any case, the portions in contact with the porous sheet 1 (electrolytic solution in the porous sheet) function as the cathode 3 and the anode 6. Preferably, a portion of the lead wire 4 is provided between the cathode 3 and the pad 5, and the width of the cathode 3 and the portion of the lead wire 4 is narrowed (FIG. 1B). This width is usually 0.05 to 0.2 mm.
[0022]
If the cathode 3 and the anode 6 are formed on different surfaces (the oxygen electrode of the first embodiment), the dead space can be reduced, which is advantageous in terms of layout and the pattern of the insulating film and the cathode and anode is simpler. It becomes easy to make. On the other hand, the cathode 3 and the anode 6 may be formed on the same surface (oxygen electrode of the second embodiment) (FIG. 2). In this case, the insulating layer on the back surface is formed on the entire surface so that the porous sheet is not exposed, or the entire surface is covered with a plastic sheet. Covering with a plastic sheet can be performed by adhering the sheet with an adhesive or the like. If necessary, an oxygen permeable material may be further formed as an insulating film.
[0023]
Here, the cathode lead wire 4 is insulated by being sandwiched between the insulating layer 2 and the oxygen permeable material 8, but if the insulation is insufficient with the oxygen permeable material 8 alone, It is preferable to form another insulating film on the top (FIG. 3).
[0024]
The oxygen permeable material 8 is not particularly limited, but silicone rubber is preferably used. The thickness of the layer of the oxygen permeable material 8 depends on the type, but the thickness on the cathode 3 is usually 50 to 200 μm.
[0025]
There is no restriction | limiting in particular in electrolyte solution, A suitable thing is used. For example, an aqueous potassium chloride solution can be used.
In using the oxygen electrode of the present invention, for example, a constant voltage of −1.0 V may be applied to the cathode 3 with respect to the anode 6. As a result, an oxygen reduction reaction occurs on the surface of the cathode 3, and a current value proportional to the oxygen concentration can be obtained as a signal. A reaction in which silver chloride is mainly formed proceeds on the anode side, and a stable reference potential can be obtained.
[0026]
In the oxygen electrode of the present invention, the portion where the cathode is formed is an arrangement of an oxygen permeable membrane-cathode-electrolyte layer (a porous sheet containing an electrolytic solution), and oxygen first passes through the oxygen permeable membrane, It enters the electrolyte layer, wraps around from the electrolyte layer side, reaches the cathode, and is reduced at the cathode. By adopting such a structure, it is possible to mass-produce biosensors that are small and have excellent responsiveness using inexpensive materials.
[0027]
The anode 6 is typically formed without patterning on the entire surface opposite to the surface on which the cathode 3 is formed. However, when the area ratio of the anode 6 to the cathode 3 is large, the silver chloride layer is not easily formed, and the anode potential may not be stable. In this case, as shown in FIG. 4, only a part of the anode 6 is exposed and most of the anode 6 is covered with an insulating film. The area of the exposed portion may be approximately the same as that of the cathode 3, but it is preferable to take a sufficient width A in FIG. 1B so that the reaction on the anode side does not become rate limiting. The formation of silver chloride proceeds not only to the exposed part of silver but also to the part covered with the insulating film. For this reason, the advantages of shortening the stabilization time and prolonging the service life can be achieved.
[0028]
Next, the manufacturing method of the oxygen electrode of the present invention described above will be described. In the following description, the oxygen electrode being manufactured is also referred to as a chip.
[0029]
<2> Manufacturing method of the present invention First, the manufacturing method of the first aspect of the present invention will be described step by step. For convenience of explanation, one chip is shown in the figure, but actually, a plurality of chips are collectively manufactured. For convenience of illustration, the oxygen permeable membrane 8 is omitted in FIGS. 1, 2, and 6 (a).
[0030]
(1) Formation of insulating film A water-repellent insulating film is formed on both surfaces of a hydrophilic porous sheet so that a part of the porous sheet is exposed.
[0031]
As a method of forming an insulating film so that a part of the porous sheet is exposed, (a) after masking the porous sheet, the insulating film material is applied by spraying and dried. (B) There is a method of attaching a tape as an insulating film. The mask used in the case of the method (a) does not necessarily have to be a highly accurate mask used for screen printing, and it is sufficient to cut a part of the plastic sheet. In the case of the method (b), the end portion of the tape becomes a vertically stepped portion in the pattern formation in the next step, and the pattern may not be sufficiently formed. In such a case, a pattern of a water repellent polymer (for example, silicone rubber) may be formed only in the vicinity of the step.
[0032]
(2) Formation of Cathode and Anode Pattern A cathode pattern having pads for making electrical contact with the outside of the cathode and the cathode so as to extend from the insulating film onto the porous sheet, An anode pattern having a pad for the anode to make electrical contact with the outside is formed on the opposite surface.
[0033]
The pattern can be formed by various methods such as screen printing, vacuum vapor deposition, and sputtering. From the viewpoint of cost, it is preferable to use a simple method such as screen printing.
[0034]
(3) Formation of oxygen permeable film The surface on which the cathode pattern is formed is covered with an oxygen permeable material except for the pad portion, and the surface on which the anode pattern is formed on the surface of the oxygen permeable material except for the pad portion or Cover with plastic sheet.
[0035]
When the oxygen permeable material is silicone rubber, a method of applying silicone rubber and baking for 1 hour in an atmosphere saturated with water vapor at 80 ° C. can be exemplified. In forming the film, the pad portion is protected by applying a tape that is easily peeled off. After the silicone rubber is cured, the pad portion tape is peeled off. Alternatively, as in (1), a film is formed using the mask except for the pad portion.
[0036]
The portion formed on the cathode by this coating functions as an oxygen permeable membrane.
Since the function of the oxygen permeable membrane is not required on the surface on which the anode is formed, instead of coating with an oxygen permeable material, a plastic sheet may be coated with an adhesive or the like.
[0037]
Either the cathode side surface or the anode side surface may be coated first or simultaneously.
[0038]
(4) Cutting out a chip A chip is cut out from the obtained porous sheet, and the side surface of the chip is covered with an oxygen-permeable material.
[0039]
The oxygen electrodes formed in a lump on the porous sheet are cut off with scissors or a cutter knife. At this time, since the porous sheet is exposed on the cut surface, the side surface is covered with the same oxygen-permeable material as in (3), leaving a part as the electrolyte injection port.
[0040]
(5) Injecting electrolyte into the porous sheet from a part of the chip.
Since the electrolyte injection port is provided, the electrolyte solution can be injected by immersing the entire chip in the electrolyte solution.
[0041]
Through the above steps, the oxygen electrode of the present invention can be obtained. Further, before forming the water-repellent insulating film on the hydrophilic porous sheet, a part of the portion that becomes the boundary of the chip may be cut out and removed (the manufacturing method of the second aspect) (FIG. 6). Usually, the portion that remains without being removed becomes a pad portion, which becomes the electrolyte solution injection port in the electrolyte solution injection step. Other steps are basically the same as the manufacturing method of the first aspect, but in this case, when the chip is cut out in the chip cutting step, the porous sheet is not unnecessarily exposed in the cross section. There is an advantage that the chip side surface covering step can be omitted. Further, when a plastic sheet is used, an oxygen electrode excellent in strength can be obtained.
[0042]
Moreover, when forming a cathode and an anode on the same surface, what is necessary is just to perform the process of (1)-(3) as follows in said manufacturing method.
(1) Using the hydrophilic porous sheet as it is or by cutting out and removing a part of the boundary of the chip, the surface of the porous sheet is repelled so that a part of the porous sheet is exposed. An aqueous insulating film is formed.
(2) A cathode pattern having a pad for the cathode and the cathode to make electrical contact with the outside so as to extend from the insulating film onto the porous sheet, and the anode and the anode make electrical contact with the outside An anode pattern having a pad is formed on the surface on which the insulating film is formed.
(3) The surface on which the cathode pattern and the anode pattern are formed is covered with an oxygen-permeable material except for the pad portion, and a water-repellent insulating film is formed on the entire surface on the opposite side, or a plastic sheet is used. Cover.
[0043]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples. Note that a large number of small oxygen electrodes are collectively manufactured on one sheet, but for convenience, one oxygen electrode (for one chip) is shown in the drawing.
[0044]
[Example 1]
(1) Formation of Insulating Film A water-repellent polymer is used in a state where filter paper (made by Whatman, thickness 180 μm) is used as the hydrophilic porous sheet 1 and masks are provided on both sides to expose a part of the filter paper. An insulating film 2 having a thickness of about 50 μm was formed on both sides of the filter paper by applying (drying from Universal, Plastic Dip) by spraying and drying (FIG. 1A).
[0045]
(2) Formation of cathode and anode The filter paper having the insulating film formed in (1) has portions of the cathode 3, the cathode lead wire 4 and the cathode pad 5 so as to extend on the insulating film and the filter paper. An anode pattern having a cathode pattern and anode 6 and anode pad 7 portions was formed. The cathode pattern and the anode pattern were made of silver and formed to have a thickness of 1 μm by sputtering (FIG. 1B).
[0046]
(3) Formation of oxygen permeable membrane Silicon rubber (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., KE4895) was applied to the surface on which the cathode 3 was formed, and baked for 1 hour in an atmosphere saturated with water vapor at 80 ° C. Next, in the same manner, the same silicone rubber was applied to the surface on which the anode 6 was formed and baked. In forming each film, the portions of the pads 5 and 7 serving as contacts when connecting to the measuring instrument were protected by applying a tape that was easily peeled off to prevent silicone rubber from sticking. After the silicone rubber on both sides was cured, the tape on the pad part was removed (FIG. 1 (c)).
[0047]
(4) Separation of chips The oxygen electrodes formed on the filter paper in a lump were separated with scissors or a cutter knife. At this time, since the filter paper was exposed on the cut surface, the same silicone rubber as used in (3) was applied to the side surface, leaving the electrolyte injection port 9 and cured.
[0048]
(5) Injection of electrolyte solution The whole chip obtained in the steps up to (4) is immersed in the electrolyte solution (potassium chloride aqueous solution), and the electrolyte solution is soaked from the portion where the filter paper is exposed, that is, the electrolyte solution inlet 9. Let
[0049]
Through the above steps, an oxygen electrode was obtained.
[0050]
[Example 2]
(1) Formation of Insulating Film A filter paper (made by Whatman, thickness 180 μm) is used as the hydrophilic porous sheet 1, and a polyimide tape (Sumitomo 3M, Kapton Film Tape No. 5413) is used as the insulating film 2 on both sides thereof. Trademark) and a thickness of 70 μm) were aligned and pasted.
[0051]
(2) Formation of cathode and anode In the same manner as in Example 1, a silver cathode pattern and an anode pattern were formed on the insulating film 2 formed in (1).
[0052]
(3) Formation of oxygen permeable membrane Silicone rubber (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., KE4895) was applied to the surface on which the cathode 3 was formed, and baked for 1 hour in an atmosphere saturated with water vapor at 80 ° C. Similarly, silicone rubber was applied to the surface on which the anode 6 was formed and cured. In forming each film, the pad portion to be contacted when connecting to the measuring instrument was protected from silicone rubber in the same manner as in Example 1.
[0053]
(5) Separation of chips The oxygen electrodes formed on the filter paper in a lump were separated with scissors or a cutter knife. Similar to Example 1, the same silicone rubber as in (4) was applied to the side surface, leaving the electrolyte injection port 9.
[0054]
(6) Injection of electrolyte solution The same procedure as in Example 1 was performed.
FIG. 5 shows the response when the sensitive part of the small oxygen electrode prepared by this method is immersed in an aqueous solution and an excess amount of sodium sulfite is added to remove dissolved oxygen.
[0055]
[Example 3]
(1) Formation of insulating film, cathode and anode In the same manner as in Example 1, the insulating layer 2 was formed on the filter paper, and the cathode pattern and the anode pattern were formed thereon. However, filter paper obtained by cutting out the portion near the chip boundary other than near the pad was used (FIG. 6A).
[0056]
(2) Adhesive (epoxy adhesive) 11 was spin-coated on the entire surface of a polyester sheet (thickness: 100 μm) 10 having a shape that exposes a portion of the adhesive anode pad 7 of the plastic sheet, and was immediately obtained in (1). The filter paper was bonded to the surface where the cathode 3 was not formed.
[0057]
(3) Formation of oxygen-permeable film In the same manner as in Example 2, silicone rubber serving as an oxygen-permeable film was applied to the surface on which the cathode 3 was formed except for the pad 5 portion.
[0058]
(4) Separation of chips The oxygen electrodes formed on the filter paper in a lump were separated with scissors or a cutter knife. The boundary part other than the pad part of the chip has a laminated structure of polyester sheet-adhesive-silicone rubber so that the external aqueous solution does not penetrate, so it is necessary to apply silicone rubber to the side surface. (FIG. 6 (b)).
[0059]
(5) Injection of electrolyte solution The same procedure as in Example 2 was performed. The electrolyte solution was injected from the portion of the pad where the filter paper was exposed.
[0060]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, there can be provided a small oxygen electrode which can be mass-produced in a batch using an inexpensive material and has excellent responsiveness, and a method for manufacturing the same.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a structure of a small oxygen electrode according to Examples 1 and 2 and a manufacturing method thereof.
FIG. 2 shows an example of a layout when a cathode and an anode are formed on the same surface.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a mode in which an insulating layer for cathode lead wire is added.
FIG. 4 shows a cross-sectional view of an embodiment in which a part of the anode is exposed and the most part is covered with an insulating film.
FIG. 5 shows how the small oxygen electrode according to Example 2 responds.
6 shows the structure and manufacturing method of a small oxygen electrode according to Example 3. FIG. (A) is a top view, (b) is sectional drawing along the aa 'line of (a).
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Porous sheet 2 Insulating film 3 Cathode 4 Cathode lead wire 5 Cathode pad 6 Anode 7 Anode pad 8 Oxygen permeable film 9 Electrolyte injection port 10 Plastic sheet 11 Adhesive

Claims (11)

親水性の多孔性シートの片面の一部に撥水性の絶縁膜が形成され、この絶縁膜上から多孔性シート上に延在するようにカソードおよびカソードが外部との電気コンタクトをとるためのパッドを有するカソードパターンが形成され、また該多孔性シートの反対側の面の一部に撥水性の絶縁膜が形成され、この絶縁膜上から多孔性シート上に延在するようにアノードおよびアノードが外部との電気コンタクトをとるためのパッドを有するアノードパターンが形成され、酸素電極の側面およびカソードの形成された面がパッド部分を残して酸素透過性材料で被覆され、アノードの形成された面がパッド部分を残して酸素透過性材料またはプラスチックシートで被覆され、該親水性の多孔性シート中に電解液がしみこまされていることを特徴とする小型酸素電極。A pad for forming a water-repellent insulating film on a part of one surface of the hydrophilic porous sheet, and for the cathode and the cathode to make electrical contact with the outside so as to extend from the insulating film onto the porous sheet And a water repellent insulating film is formed on a part of the opposite surface of the porous sheet, and the anode and the anode extend from the insulating film onto the porous sheet. the anode pattern is formed to have a pad for electrical contact with the outside, the side surface and the cathode of the formed surface of the oxygen electrode is covered with an oxygen permeable material leaving the pad portion, which is the anode of the formed surface Is coated with an oxygen permeable material or a plastic sheet, leaving a pad portion, and an electrolyte is soaked in the hydrophilic porous sheet. Oxygen electrode. 親水性の多孔性シートの片面の一部に撥水性の絶縁膜が形成され、この絶縁膜上から多孔性シート上に延在するようにカソードおよびカソードが外部との電気コンタクトをとるためのパッドを有するカソードパターンならびにアノードおよびアノードが外部との電気コンタクトをとるためのパッドを有するアノードパターンが形成され、また該多孔性シートの反対側の面は全面に撥水性の絶縁膜が形成されるかプラスチックシートで被覆されており、酸素電極の側面ならびにカソードおよびアノードの形成された面がそれぞれのパッド部分を残して酸素透過性材料で被覆され、該親水性の多孔性シート中に電解液がしみこまされていることを特徴とする小型酸素電極。A pad for forming a water-repellent insulating film on a part of one surface of the hydrophilic porous sheet, and for the cathode and the cathode to make electrical contact with the outside so as to extend from the insulating film onto the porous sheet An anode pattern having an anode and a pad for the anode to have an electrical contact with the outside, and is a water-repellent insulating film formed on the entire opposite surface of the porous sheet? is covered with a plastic sheet, the side surface and the cathode and the anode of the formed surface of the oxygen electrode is covered with an oxygen permeable material leaving the respective pad portions, the electrolyte into the porous sheet of hydrophilic is A small oxygen electrode characterized by being soaked. 前記多孔性シートが紙である請求項1または2に記載の小型酸素電極。  The small oxygen electrode according to claim 1 or 2, wherein the porous sheet is paper. 前記のカソードおよびアノードのいずれもが銀である請求項1〜3のいずれか1項に記載の小型酸素電極。  The small oxygen electrode according to any one of claims 1 to 3, wherein both the cathode and the anode are silver. 前記カソードパターンは前記カソードと前記パッドの間にカソード用リード線を有し、該カソード用リード線が2層の絶縁膜に挟まれており、さらにその上を酸素透過性材料が覆っている請求項1〜4のいずれか1項に記載の小型酸素電極。  The cathode pattern has a cathode lead wire between the cathode and the pad, the cathode lead wire is sandwiched between two layers of insulating films, and an oxygen permeable material is further covered thereon. Item 5. The small oxygen electrode according to any one of Items 1 to 4. 前記酸素透過性材料がシリコーンゴムである請求項1〜5のいずれか1項に記載の小型酸素電極。  The small oxygen electrode according to any one of claims 1 to 5, wherein the oxygen-permeable material is silicone rubber. 前記アノードの一部分が電解液と接触し、その他の部分が絶縁膜で被覆されている請求項1〜6のいずれか1項に記載の小型酸素電極。  The small oxygen electrode according to any one of claims 1 to 6, wherein a part of the anode is in contact with the electrolytic solution and the other part is covered with an insulating film. 以下の工程を含む小型酸素電極の製造方法。
(1)親水性の多孔性シートの両面に、該多孔性シートの一部が露出するようにして撥水性の絶縁膜を形成する。
(2)前記絶縁膜から前記多孔性シート上に延在するように、カソードおよびカソードが外部との電気コンタクトをとるためのパッドを有するカソードパターンを片面に、アノードとアノードが外部との電気コンタクトをとるためのパッドを有するアノードパターンをその反対側の面に形成する。
(3)カソードパターンの形成された面を前記パッド部分を除いて酸素透過性材料で被覆するとともに、アノードパターンが形成された面を前記パッド部分を除いて酸素透過性材料またはプラスチックシートで被覆する。
(4)得られた多孔性シートから酸素電極を切り出し、前記酸素電極の側面を酸素透過性材料で被覆する。
(5)電解液を酸素電極の一部から前記多孔性シートにしみこませる。
The manufacturing method of the small oxygen electrode including the following processes.
(1) A water-repellent insulating film is formed on both surfaces of a hydrophilic porous sheet so that a part of the porous sheet is exposed.
(2) A cathode pattern having a cathode and a pad having a pad for making an electrical contact with the outside so as to extend from the insulating film onto the porous sheet on one side, and an electrical contact between the anode and the anode on the outside An anode pattern having a pad for taking out is formed on the opposite surface.
(3) The surface on which the cathode pattern is formed is covered with an oxygen permeable material except for the pad portion, and the surface on which the anode pattern is formed is covered with an oxygen permeable material or a plastic sheet except for the pad portion. .
(4) An oxygen electrode is cut out from the obtained porous sheet, and the side surface of the oxygen electrode is covered with an oxygen permeable material.
(5) The electrolytic solution is soaked into the porous sheet from a part of the oxygen electrode .
以下の工程を含む小型酸素電極の製造方法。
(1)酸素電極の境界となる部分の一部を切り出し除去した親水性の多孔性シートの両面に、該多孔性シートの一部が露出するようにして撥水性の絶縁膜を形成する。
(2)前記絶縁膜から前記多孔性シート上に延在するように、カソードおよびカソードが外部との電気コンタクトをとるためのパッドを有するカソードパターンを片面に、アノードとアノードが外部との電気コンタクトをとるためのパッドを有するアノードパターンをその反対側の面に形成する。
(3)カソードパターンの形成された面を前記パッド部分を除いて酸素透過性材料で被覆するとともに、アノードパターンが形成された面を前記パッド部分を除いてプラスチックシートで被覆する。
(4)得られた多孔性シートから酸素電極を切り出す。
(5)電解液を酸素電極の一部から前記多孔性シートにしみこませる。
The manufacturing method of the small oxygen electrode including the following processes.
(1) A water-repellent insulating film is formed on both surfaces of a hydrophilic porous sheet obtained by cutting out and removing a part of the boundary between oxygen electrodes so that a part of the porous sheet is exposed.
(2) A cathode pattern having a cathode and a pad having a pad for making an electrical contact with the outside so as to extend from the insulating film onto the porous sheet on one side, and an electrical contact between the anode and the anode on the outside An anode pattern having a pad for taking out is formed on the opposite surface.
(3) The surface on which the cathode pattern is formed is covered with an oxygen-permeable material except for the pad portion, and the surface on which the anode pattern is formed is covered with a plastic sheet except for the pad portion.
(4) An oxygen electrode is cut out from the obtained porous sheet.
(5) The electrolytic solution is soaked into the porous sheet from a part of the oxygen electrode .
以下の工程を含む小型酸素電極の製造方法。
(1)親水性の多孔性シートの片面に、該多孔性シートの一部が露出するようにして撥水性の絶縁膜を形成する。
(2)前記絶縁膜から前記多孔性シート上に延在するように、カソードおよびカソードが外部との電気コンタクトをとるためのパッドを有するカソードパターンと、アノードとアノードが外部との電気コンタクトをとるためのパッドを有するアノードパターンとを絶縁膜を形成した面に形成する。
(3)カソードパターンおよびアノードパターンが形成された面を前記パッド部分を除いて酸素透過性材料で被覆するとともに、その反対側の面の全面に撥水性の絶縁膜を形成するかまたはプラスチックシートで被覆する。
(4)得られた多孔性シートから酸素電極を切り出し、前記酸素電極の側面を酸素透過性材料で被覆する。
(5)電解液を酸素電極の一部から前記多孔性シートにしみこませる。
The manufacturing method of the small oxygen electrode including the following processes.
(1) A water-repellent insulating film is formed on one surface of a hydrophilic porous sheet so that a part of the porous sheet is exposed.
(2) A cathode pattern having a pad for the cathode and the cathode to make electrical contact with the outside so as to extend from the insulating film onto the porous sheet, and the anode and the anode make electrical contact with the outside An anode pattern having a pad is formed on the surface on which the insulating film is formed.
(3) The surface on which the cathode pattern and the anode pattern are formed is covered with an oxygen-permeable material except for the pad portion, and a water-repellent insulating film is formed on the entire surface on the opposite side, or a plastic sheet is used. Cover.
(4) An oxygen electrode is cut out from the obtained porous sheet, and the side surface of the oxygen electrode is covered with an oxygen permeable material.
(5) The electrolytic solution is soaked into the porous sheet from a part of the oxygen electrode .
以下の工程を含む小型酸素電極の製造方法。
(1)酸素電極の境界となる部分の一部を切り出し除去した親水性の多孔性シートの片面に、該多孔性シートの一部が露出するようにして撥水性の絶縁膜を形成する。
(2)前記絶縁膜から前記多孔性シート上に延在するように、カソードおよびカソードが外部との電気コンタクトをとるためのパッドを有するカソードパターンと、アノードとアノードが外部との電気コンタクトをとるためのパッドを有するアノードパターンとを絶縁膜を形成した面に形成する。
(3)カソードパターンおよびアノードパターンが形成された面を前記パッド部分を除いて酸素透過性材料で被覆するとともに、その反対側の面の全面に撥水性の絶縁膜を形成するかまたはプラスチックシートで被覆する。
(4)得られた多孔性シートから酸素電極を切り出す。
(5)電解液を酸素電極の一部から前記多孔性シートにしみこませる。
The manufacturing method of the small oxygen electrode including the following processes.
(1) A water-repellent insulating film is formed on one side of a hydrophilic porous sheet obtained by cutting out and removing a part of the boundary of the oxygen electrode so as to expose a part of the porous sheet.
(2) A cathode pattern having a pad for the cathode and the cathode to make electrical contact with the outside so as to extend from the insulating film onto the porous sheet, and the anode and the anode make electrical contact with the outside An anode pattern having a pad is formed on the surface on which the insulating film is formed.
(3) The surface on which the cathode pattern and the anode pattern are formed is covered with an oxygen-permeable material except for the pad portion, and a water-repellent insulating film is formed on the entire surface on the opposite side, or a plastic sheet is used. Cover.
(4) An oxygen electrode is cut out from the obtained porous sheet.
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