JP4015561B2 - Electrochemical online biosensor - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気化学オンライン型バイオセンサに関し、より詳細には、生体内もしくは培養細胞近傍の生体物質を連続的に採取してフローセルに導入し、連続的に生体物質濃度を観測するための電気化学オンライン型バイオセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】
生体機能の解明や医療現場での患者のオンサイトモニターのため、生体内分子をリアルタイムで計測しようとする試みが数多く報告されている。電気化学検出法を用いた生体分子の連続測定では、シリンジポンプ等を用いて培養細胞近傍溶液を連続的に吸引(例えば、非特許文献1参照)、もしくはマイクロダイアリシスプローブと呼ばれる微小透析膜を介して回収した生体分子を連続的に電極を有するフローセルに導入する方法が知られている(例えば、非特許文献2参照)。
【0003】
また、フローセル内には、目的とする分子と反応する酵素が固定化された電極を配置し、生成した過酸化水素を酸化或いは還元することにより検出、もしくは酵素反応による溶存酸素濃度の変化を、酵素センサを用いることにより連続的に生体物質濃度を観測する方法が報告されている(例えば、非特許文献3参照)。
【0004】
これら電気化学バイオセンサを用いて生体成分を検出する際には、生体内に広く存在するアスコルビン酸や尿酸等の易酸化物質が夾雑物質としてセンサに影響を与えるために正確に定量することが困難であった。このためフローセルに導入する直前に中空の白金チューブを接続し、これに電位を印加することによりアスコルビン酸等を酸化・分解し、検出電極でのアスコルビン酸等の影響を軽減させて定量を行っている(例えば、非特許文献4参照)。
【0005】
近年、これら電気化学オンライン型バイオセンサの時間・空間分解能を向上させるために、センサの小型化についても報告が行われている。具体的にはシリコンやガラス基板上に異方性エッチングやドライエッチング、ダイシングソー等により薄層流路を形成し、酵素が修飾された電極を有する基板と接合することにより、微小電気化学オンラインセンサを作製している(例えば、非特許文献5参照)。
【0006】
【非特許文献1】
丹羽(Niwa)、堀内(Horiuchi)、鳥光(Torimitsu)、バイオセンサンドバイオエレクトロニクス(Biosenser and Bioelectronics,)、第12巻、第311頁〜第319頁
【0007】
【非特許文献2】
ルンテ(Lunte)、スコット(Scott)、キッシンジャー(Kissinger)、アナリティカルケミストリー(Analytical Chemistry)、第63巻、第773A頁〜第780A頁
【0008】
【非特許文献3】
リーチ(Reach)、ウイルソン(Wilson)、アナリティカルケミストリー(Analytical Chemistry)、第64巻、第381A頁〜第386A頁
【0009】
【非特許文献4】
オズボーン(Osborne)、丹羽(Niwa)、加藤(Kato)、山本(Yamamoto)、ジャーナルオブニューロサイエンス(Journal of Neuroscience)、第77巻、第143頁〜第150頁
【0010】
【非特許文献5】
丹羽(Niwa)、栗田(Kurita)、堀内(Horiuchi)、鳥光(Torimitsu)、エレクトロアナリシス(Electroanalysis)、第11巻、第356頁〜第361頁
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
電気化学オンライン型バイオセンサでは、電極上もしくは流路内に目的とする生体分子と反応する酵素を固定化する必要がある。しかしながら、従来マイクロマシン技術で用いられてきた陽極接合法や熱融着法、フッ酸を用いた接合方法では、接合の際に固定化した酵素の活性が著しく低下してしまうという欠点があった。
【0012】
また、接着剤を用いた接合では、酵素の活性を保つことは可能だが、望む形状と部分だけに接着層を形成、接合することが困難であり、接合の際に接着剤が試料溶液が流れる流路内に流れ込み、バイオセンサのセル電極としての歩留まりが低下し、生産性に欠けるという欠点があった。
【0013】
また、薄層流路を形成する際に異方性エッチングでは酸、アルカリ溶液等の劇薬を用いる必要があり、ドライエッチング法では高価な装置を必要とし、長時間を要するという欠点があった。
【0014】
一方、電気化学オンライン型バイオセンサを用いた生体測定では、夾雑物質として働くアスコルビン酸等を除去するため、白金チューブを接続すると、チューブ内では内容積も大きく、電気化学オンライン型バイオセンサでは時間分解能の低下につながるという欠点があった。また、チューブ内に妨害物質を除去する酵素などの生体分子を固定化するのは、再現性や機能の低下につながるという問題があった。
【0015】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、薄層流路をエッチング等により作製する必要が無く、かつ常温で、酸やアルカリ等も使用していないため酵素や抗体の活性を全く低下させることなく、安全かつ生産性よくフローセル化することが可能であるような電気化学オンライン型バイオセンサを提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、電気化学オンライン型バイオセンサであって、絶縁性基板と、該絶縁性基板上に形成された複数の薄膜電極と、円形に穴あけ加工を施した両面粘着性シートと、試料導入手段及び試料排出手段が接続された高分子基板とを備え、前記複数の薄膜電極が形成された前記絶縁性基板と前記高分子基板とを、前記両面粘着性シートで接着することにより薄層流路を有するフローセルとし、前記複数の薄膜電極は、妨害物質を除去する電極と、該妨害物質を除去する電極を囲むように同一円周上に配置された作用電極と、参照電極とを含むことを特徴とする。
【0023】
このように、本発明は、フローセル化の際に目的とする流路の形に穴開け加工を施した両面粘着性の薄膜シートを、電極を有する基板とフローセル化する基板の間に挟むことにより作製を行う。これにより従来と比較し、薄層流路をエッチング等により作製する必要が無く、かつ常温で、酸やアルカリ等も使用していないため酵素や抗体の活性を全く低下させることなく、安全かつ生産性よくフローセル化することが可能である。
【0024】
また、丸形薄膜電極とこれを同心円状に囲むように配置された複数の薄膜電極を用い、この丸形電極の中央から放射状に溶液が流れるよう薄層フローセルにすることにより、高効率に中央の丸形電極でアスコルビン酸などの妨害物質を除去し、周囲を取り囲む電極で目的物質を検出することが出来る。これにより従来と比較してデッドボリュームを大幅に増加させることなく易酸化物質の影響を除くことが可能である。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
[実施形態1]
図1は、本発明による電気化学オンライン型バイオセンサの構造図である。
このバイオセンサは、主に薄膜電極を有する絶縁性基板1と、両面粘着性シート2と、高分子基板3と、試料導入用チューブ4と、試料排出用チューブ5とから構成されている。つまり、薄膜電極が形成された絶縁性基板1と、試料導入用チューブ4及び試料排出用チューブ5が接続された高分子基板3を、穴開け加工を施した両面粘着性シート2で接着することにより薄層流路を有するフローセルとして構成されている。
【0026】
図2(a)〜(c)は、本発明による電気化学オンライン型バイオセンサの製造に用いる各部品の詳細図で、図2(a)は絶縁性基板、図2(b)は両面粘着性シート、図2(c)は高分子基板を示している。図中符号14は白金薄膜電極、15は丸形薄膜電極、16は下層に西洋わさびペルオキシターゼを含むオスミウムポリビニルピリジン錯体を上層にグルコース酸化酵素を修飾した積層膜で修飾した電極、17は銀ペーストをコートした電極、18はリング状溝、19は試料導入用穴、20は試料排出用穴を示している。
【0027】
まず、薄膜電極が形成された絶縁性基板1は、ガラス基板上にポジ型フォトレジスト(富士ハント社製)を1μmの厚みにスピナー(ミカサ社製)を用いてスピンコートを行い、マスクアライナーPLA501(キヤノン社製)を用いて露光し、アルカリ現像により電極パターンを形成した。その後、マグネトロンスパッタ装置(日本シード社製)に上述したレジストパターンを有するガラス基板を取り付け、チタンを5ナノメートルスパッタした後、そのまま真空を保ち、さらに白金を45nmスパッタした。レジスト及びチタン、白金を有するガラス基板をメチルエチルケトン中で超音波をかけながら剥離を行い、図2(a)に示すような白金薄膜電極パターン14を形成した。
【0028】
その後、電極パターンに沿い12×23mmにダイシングソー(ディスコ社製)を用いて切り出した。さらに、中央の丸形薄膜電極15を囲む電極の1つに西洋わさびペルオキシターゼを含むオスミウムポリビニルピリジン錯体を1μl(lはリットル)、キャスト法により修飾した。室温で1時間乾燥させた後、2%牛血清アルブミンに重量比2%になるようにグルコース酸化酵素を混合し、さらに終濃度0.2%になるようにグルタルアルデヒドを加えた溶液を、西洋わさびペルオキシターゼを含むオスミウムポリビニルピリジン錯体が修飾された白金薄膜電極14上に1μl(lはリットル)積層させた。
【0029】
さらに、中央の丸形薄膜電極15を囲む電極の1つは、トルエンに溶かした銀ペースト7を修飾して参照電極とした。両面粘着性シート2は、厚さ50μm(きもと社製)のシートを用いた。カッティングプロッタ(MIMAKI社製)を用いて12mm角に切り出した後、さらにカッティングプロッタを用いて切り出した両面粘着性シートの中央に直径6mmの穴を形成した。
【0030】
フローセル化するための高分子基板3は、厚さ1mmのアクリル基板を、サンドブラスト法を用いて幅1mm、直径7mm、深さ0.3mmのリング状溝18を加工した。その後、12mm角にダンシングソーを用いて切り出した。さらにリング中央及びリング上に0.7mmの試料導入用穴19と試料排出用穴20をドリルで形成した。
【0031】
リング中央に形成した試料導入用穴19には、外径0.65mm、内径60ミクロンの中空チューブ(BAS社製)を接続して試料導入用チューブ4とした。リング上に形成した試料排出用穴20には同様に外径0.65mm、内径60ミクロンの中空チューブを接続して試料排出用チューブ5とした。
【0032】
最後に、酵素が修飾された白金薄膜電極基板と試料導入用・試料排出用チューブ4,5が形成されたアクリル基板の間に中央に円形の穴が形成された両面粘着性シート2を挟み込み、フローセル化してグリコースセンサとした。
【0033】
図3は、実施形態1に示した本発明の電気化学オンライン型バイオセンサを用いた測定装置の模式図である。
作製したセンサを、試料導入用チューブ4にマイクロダイアリシスプローブ21(CMA社製)を接続し、さらにシリンジポンプ22(CMA社製)に接続した。また、白金薄膜電極基板のパッドは、おのおのALS1000ポテンシオスタット23(CHI社製)に接続した。ポテンシオスタット23から出力される電流値の変化はパーソナルコンピュータ(IBM社製)24に記録した。
【0034】
測定はシリンジポンプ22を用い、マイクロダイアリシスプローブ21を介してpH7.4のリン酸緩衝生理食塩水(PBS)を流速4μl/分で連続的にセンサに導入した。また、薄膜電極の電位はポテンシオスタット23を用い、酵素等を修飾した電極は、−50mVにセンサ内の銀を修飾した参照電極に対して電位を印加した。
【0035】
センサへの試料導入は、目的物質を含まないPBS25にマイクロダイアリシスプローブ21を浸して安定したベースラインを得た後、目的物質を含むPBS溶液26にマイクロダイアリシスプローブ21を浸すことにより、透析膜を介して行った。
【0036】
図4は、マイクロダイアリシスプローブを10mMグルコース溶液に浸した際のセンサの応答電流値の変化を示す図である。マイクロダイアリシスプローブ21を試料溶液に浸した後、約1分後に還元電流値が上昇し始め、さらに1分後に約100nAと一定の電流値に達した。再びマイクロダイアリシスプローブ21を、試料を含まないPBSに浸すと約1分後にベースラインに戻った。
【0037】
図5は、実施形態1に示した10mMグルコース及び100μMアスコルビン酸混合溶液に対するセンサの応答電流値の変化を示す図である。次に、マイクロダイアリシスプローブ21を10mMグルコース及び100μMアスコルビン酸の混合溶液に浸すと、約1分後に還元電流の増加が確認され、約40nA付近で一定値に達した。混合溶液を導入して得られた還元電流値はアスコルビン酸を含まない10mMグルコース溶液と比較し著しく低下した。これはアスコルビン酸が電極を直接或いはオスミウム錯体を還元するため、正確にグルコース濃度のみを検出できないためである。
【0038】
図6は、実施形態1に示した中央の丸形薄膜電極に500mVの電位を印加し、10mMグルコース及び100μMアスコルビン酸混合溶液をセンサに導入した際の応答電流値の変化を示す図である。
【0039】
ポテンシオスタット23を用いて中央の丸形薄膜電極15に500mVの電位をセンサ内の参照電極に対して印加し、10mMグルコース及び、10mMグルコースと100μMアルコルビン酸混合溶液をセンサに導入した。センサはともに100nAを示し、アスコルビン酸共存下でもグルコース濃度を選択性よく検出することが出来た。これは薄層流路内に配置された丸形薄膜電極15により高効率にアスコルビン酸を酸化・分解することが出来たためである。このように従来のセンサ構造に比べてセンサ内容積をそれほど増加させることなく、定量性良く目的物質の検出を行うことが出来る。
【0040】
本発明のバイオセンサを構築する際には、陽極接合法のように加熱を行うことなく、また、フッ酸のような劇物を使用する必要もないために特別な装置、施設を必要とすることなく安全に作製することが可能であった。また、酵素活性の低下もおこらず高感度なセンサを作製することが可能である。また、接着剤を用いて作製した場合に比べ、短時間で作製することができ、接着剤の漏れ等もおこらないことから従来技術に比べ生産性に優れた作製方法であることも確認できた。
【0041】
[実施形態2]
実施形態2は、上述した実施形態1と同様に白金薄膜電極基板を作製した後、丸形薄膜電極を囲む電極の一つを西洋わさびペルオキシターゼを含むオスミウムポリビニルピリジン錯体を1μl(lはリットル)、キャスト法により修飾した。室温で1時間乾燥させた後、2%牛血清アルブミン水溶液に重量比2%になるように乳酸酸化酵素を溶かし、さらに終濃度0.2%になるようにグルタルアルデヒドを加えた溶液を1μl(lはリットル)、西洋わさびペルオキシターゼを含むオスミウムポリビニルピリジン錯体が修飾されている電極上に積層した。さらに実施形態1と同様に上述した電極基板をフローセル化することにより乳酸センサとした。
【0042】
また、実施形態2は、実施形態1と同様にマイクロダイアリシスプローブを接続し、シリンジポンプ22を用いて流速4μl(lはリットル)/minでPBSを連続的にセンサに導入した。薄膜電極の各パッドをポテンシオスタット22に接続し、酵素等が修飾されている電極には参照電極に対して−50mVの電位を、中央の丸形薄膜電極15には500mVの電位を印加した。マイクロダイアリシスプローブ21を10mMの乳酸溶液に浸すと、約1分後に還元電流値が増加し、約90nAで一定値を示した。同様に10mM乳酸溶液と100μMアスコルビン酸の混合溶液を、マイクロダイアリシスプローブ21を介してセンサに導入すると約90nAの還元電流が観測された。これら結果は、丸形薄膜電極15を囲む薄膜電極上に固定化する酵素を変えることにより、容易に様々なバイオセンサを構築することが可能であることを示している。グルタミン酸やモノアミンなど、酸化酵素の基質となる種々の生体分子のセンサへ応用可能である。
【0043】
[実施形態3]
石英基板上に熱CVD法によりカーボン薄膜を100nm堆積させた。CVD法は石英基板をガラス管内に留置して1000℃に保ちつつ、ペリレンなどの多環芳香族化合物を出発物質として400℃で昇華させ石英基板上に堆積後、熱分解させた。カーボン薄膜を有する石英基板上にシリコン系フォトレジスト(NTT−AT社製)をスピンコートし、露光、現像した。現像後の石英基板には電極パターンとする部分のみがフォトレジストで覆われている。上述した基板を反応性イオンエッチング装置DEM451(アネルバ社製)を用いて、酸素プラズマエッチングを行った。エッチングは酸素流量100sccm、パワー70W、圧力2パスカル、時間25分とし、フォトレジストで覆われていないカーボン薄膜がすべてエッチングされる条件で行った。これにより実施形態1の金属電極と全く同じパターンのカーボン薄膜電極を得ることが出来た。
【0044】
実施形態1と同様に、中央の丸形薄膜電極を囲む電極の一つに西洋わさびペルオキシターゼを含むオスミウムポリビニルピリジン錯体、さらにグルコース酸化酵素を積層した。さらに、実施形態1と同様に両面粘着性シートおよび試料導入用・試料排出用チューブ4,5を取り付けたアクリル基板を用いてフローセル化し、グルコースセンサとした。作製したセンサに流速1μl(lはリットル)/minから20μl(lはリットル)/minまで変化させてPBSを導入したが、カーボン薄膜電極上でも本方法は接着強度が十分で液漏れ等は全くなかった。
【0045】
このように、薄膜電極は、白金のみでなくカーボン薄膜や金電極でも同様に本発明のセンサとして有効であった。
【0046】
[実施形態4]
図7(a)〜(c)は、本発明による電気化学オンライン型バイオセンサの各部品の構成図で、図7(a)は薄膜電極を有する絶縁性基板、図7(b)は両面粘着性シート、図7(c)は高分子基板を各々示している。
【0047】
このバイオセンサは、薄膜電極を有する絶縁性基板27と、両面粘着性シート28と、高分子基板29と、試料導入用キャピラリ30と、試料排出用キャピラリ31と、第一作用電極32と、第二作用電極33と、参照電極34と、対向電極35とから構成されている。
【0048】
図7(a)に示すように、薄膜電極を有する絶縁性基板27は、上述した実施形態1と同様にリフトオフ法により金/チタン薄膜電極パターンを形成した。薄膜電極は試料が導入される上流から第一作用電極32、第二作用電極33、参照電極34、対向電極35とした。第二作用電極33上には、グルコース酸化酵素を、ポリピロールを用いて固定化した。
【0049】
グルコース酸化酵素の固定化は、0.2Mピロール及び1M塩化カリウム及び5000units/ml(lはリットル)のグルコース酸化酵素を溶かした水溶液に電極基板を浸し、銀・塩化銀参照電極に対して0.7Vの電圧を0.5秒印加し、その後0Vの電位を印加した。この電位変化のサイクルを10回繰り返すことにより、電極上にポリピーロールを電解重合し、同時にグルコース酸化酵素をポリピロール中に取り込ませ固定化した。参照電極34には銀ペーストを修飾した。
【0050】
一方、図7(c)に示すように、高分子基板29にダイシングソーを用いてキャピラリ取り付け用溝36を2箇所形成し、試料導入用キャピラリ30及び試料排出用キャピラリ31を接続した。
【0051】
次に、図7(b)に示すように、カッティングプロッタを用いて厚さ50μmの両面粘着性シートを、幅10mm、長さ30mmに切断した。さらに、カッティングプロッタを用いて、切り出した両面粘着性シート28の中央に幅1mm、厚さ20mmの穴開け加工を行った。穴開け加工を施した両面粘着性シート28を、電極を有する絶縁性基板27及びキャピラリを有する高分子基板29の間に挟みフローセル化した。
【0052】
試料排出用キャピラリ31はシリンジに接続し、シリンジはシリンジポンプ22を用いて流速2μl(lはリットル)/minで吸引した。試料導入用キャピラリ30の先端はPBSに浸し、連続的にPBSをフローセル内に導入した。作製したフローセルの絶縁基板上に形成された第一作用電極32及び第二作用電極33、参照電極34、対向電極35の各パッドをそれぞれポテンシオスタット23に接続し、第一作用電極32には0.5Vを、第二作用電極33には0.3Vをフローセル内の参照電極34に対して電位を印加した。
【0053】
安定した電流値のベースラインを得た後、PBSに終濃度が1mMになるようにグルコース溶液を加えると、徐々に還元電流値が増加していき、約1分後に3nAの電流値を示した。また同様に1mMグルコース及び100μMアスコルビン酸を含むPBSをフローセル内に導入すると徐々に還元電流値が増加していき、約1分後に3nAの電流値を示し、アスコルビン酸添加の影響は確認できなかった。しかしながら、第二作用電極33に0.3Vの電位を印加し、第一作用電極32には電圧を印加せずに、1mMグルコース及び100μMアスコルビン酸を含むPBSをフローセル内に導入すると約100nAの電流値を示した。
【0054】
これらの結果は、薄膜粘着性シートを用いてのフローセルの作製はラジアルフローセルのみでなく、チャネルフローセル等の作製にも有効であり、流路内に酵素を修飾する事により、本発明のバイオセンサとして有効であった。
【0055】
[実施形態5]
図8は、本発明による電気化学イムノアッセイフローセルの流路構造の模式図で、図中符号36は絶縁性電極基板、37は両面粘着性シートで作製したY字薄層流路、38はアルカリフォスファターゼ(Alkaline phosphatase)ラベル化した抗原mouse -IgE、39はImM の4−アミノフェニルフォスフェート(4- aminophenyl phosphate )溶液、40は抗体(anti-mouse IgE)固定化位置、41は作用電極、42は参照電極、43は対向電極、44,45は試料導入用穴、46は試料排出用穴を各々示している。
【0056】
作用電極41と参照電極42と対向電極43は、上述した実施形態1と同様に、フォトリソグラフィ法により白金薄膜電極を形成して作製した。参照電極42は、上述した実施形態1と同様に銀ペースを修飾した。その後、作用電極41より上流となる流路内40に10mM n-octadecyltrichlorosilaneベンゼン溶液をキャストし疎水化した。その後、1mg/ml(lはリットル)のプロテインA(和光純薬社製)リン酸バッファ溶液(pH7.4)に30分浸し、さらに5mg/ml(lはリットル)のanti-mouse IgE 抗体トリスバッファ溶液(pH8.2)に30分間浸し、IgE 抗体を固定化した。
【0057】
その後、図8に示すように、Y字型に穴開け加工した両面粘着性シート及びアクリル板を用いてY字薄層流路37を有するフローセル化した。アクリル板には上述した実施形態1と同様に、ドリルを用いて試料導入用穴44、試料導入用穴45、試料排出用穴46を加工し、中空キャピラリを取り付けた。フローセル化したイムノアッセイフローセルには、10%アルブミン水溶液を10分間導入し、セル内の非特異吸着を抑制した。
【0058】
まず目的とする試料mouse-IgE を1pg/ml(lはリットル)含む水溶液に終濃度0.1%になるようにグルタルアルデヒドを加え、24時間5℃で反応させアルカリフォスファターゼ酵素をラベル化した。フローセル内の電極には、ポテンシオスタットを用いて参照電極に対して0.6Vを作用電極に電位を印加した。酵素ラベル化した試料溶液を試料導入用穴44より流速1μl(lはリットル)/minで1分間イムノアッセイフローセルに導入した。
【0059】
その後、試料導入用穴45より1mMの4アミノフェニルフォスフェートを流速1μl(lはリットル)/minで導入すると、酸化電流値が約2nA増加した。これは流路内に固定化された抗体40に酵素ラベル化された目的試料が抗原抗体反応により固定化され、同時に流路内に固定化された酵素により4アミノフェニルフォスフェートが酸化され4−アミノフェノールが生成し、4−アミノフェノールが電極上で酸化されたためである。
【0060】
次に、mouse-IgE が5pg/ml(lはリットル)含まれる試料を用いて同様の実験を行った際には、約10nAの酸化電流値の上昇が観測され、観測される酸化電流値は試料溶液に含まれる抗原の濃度にほぼ比例した。これにより試料溶液中の抗原濃度を知ることが出来た。
【0061】
これらの結果は、薄膜粘着性シートを用いてのフローセル作製には固定化酵素を用いたオンラインバイオセンサ作製のみでなく、抗原や抗体を固定化する際にこれらの活性を落とすことなく作製できることからイムノアッセイ用セルの作製にも有効であることが確認できた。
【0062】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、薄膜電極を有する絶縁性基板と他の基板を両面粘着性シートで張り合わせたフローセルでは、以下のような効果を奏する。
1.フッ酸によるウエットエッチングやドライエッチング装置など、危険な試薬や高価で長時間を要する装置を試用することなく、使用する両面粘着性シート厚みを変えることにより、容易に任意の深さ及び形状の薄層流路を形成することが可能である。
2.フローセル化する際には陽極接合や熱融着のように加熱する必要が無く室温で接合することが可能であるため、酵素の活性を低下させることなく容易にフローセル化することが可能である。また接着剤も用いないため接着剤の漏れ等もなく、歩留まり良く生産性に優れた作製方法である。
3.固定化酵素のみでなく、抗原や抗体を失活させることなくセルの作製が可能であることから、容易に電気化学イムノアッセイ用セルの作製が可能である。
4.丸形薄膜電極とこれを囲むように電極を配置させた絶縁性基板と他の基板を両面粘着性シートで張り合わせ、薄層流路の中央部から放射状に試料が導入するようにキャピラリもしくはマイクロダイアリシスプローブを接続することにより、薄層流路の中央に配置された丸形薄膜電極によって高効率にセンサの妨害物質となる易酸化物質を酸化・除去することが出来、センサ内の容積を増加させることなく、周囲に配置された薄膜電極では定量性良く目的物質を検出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による電気化学オンライン型バイオセンサの構造図である。
【図2】本発明による電気化学オンライン型バイオセンサの製造に用いる各部品の詳細図で、(a)は絶縁性基板、(b)は両面粘着性シート、(c)は高分子基板を示す図である。
【図3】実施形態1に示した本発明の電気化学オンライン型バイオセンサを用いた測定装置模式図である。
【図4】マイクロダイアリシスプローブを10mMグルコース溶液に浸した際のセンサの応答電流値の変化を示す図である。
【図5】実施形態1に示した10mMグルコース及び100μMアスコルビン酸混合溶液に対するセンサの応答電流値の変化を示す図である。
【図6】実施形態1に示した中央の丸形薄膜電極に500mVの電位を印加し、10mMグルコース及び100μMアスコルビン酸混合溶液をセンサに導入した際の応答電流値の変化を示す図である。
【図7】本発明による電気化学オンライン型バイオセンサの各部品の構成図で、(a)は薄膜電極を有する絶縁性基板、(b)は両面粘着性シート、(c)は高分子基板を各々示す図である。
【図8】本発明による電気化学イムノアッセイフローセルの流路構造の模式図である。
【符号の説明】
1 絶縁性基板
2 両面粘着性シート
3 高分子基板
4 試料導入用チューブ
5 試料排出用チューブ
14 白金薄膜電極
15 丸形薄膜電極
16 積層膜で修飾した電極
17 銀ペーストをコートした電極
18 リング状溝
19 試料導入用穴
20 試料排出用穴
21 マイクロダイアリシスプローブ
22 シリンジポンプ
23 ポテンシオスタット
24 パーソナルコンピュータ
25 PBS
26 目的物質を含むPBS
27 絶縁性基板
28 両面粘着性シート
29 体分子基板
30 試料導入用キャピラリ
31 試料排出用キャピラリ
32 第一作用電極
33 第二作用電極
34 参照電極
35 対向電極
36 絶縁性電極基板
37 両面粘着性シートで作製した薄層流路
38 アルカリフォスファターゼ(Alkaline phosphatase)ラベル化した抗原mouse-IgE
39 1mMの4-アミノフェニルフォスフェート(4-aminophenyl phosphate)溶液
40 抗体(anti-mouse IgE)固定化位置
41 作用電極
42 参照電極
43 対向電極
44,45 試料導入用穴
46 試料排出用穴
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrochemical on-line biosensor, and more specifically, an electric for continuously collecting biological material in a living body or in the vicinity of cultured cells, introducing the biological material into a flow cell, and continuously monitoring the concentration of the biological material. The present invention relates to a chemical online biosensor.
[0002]
[Prior art]
Many attempts have been made to measure biological molecules in real time for elucidation of biological functions and on-site monitoring of patients in the medical field. In continuous measurement of biomolecules using the electrochemical detection method, a solution near the cultured cells is continuously sucked using a syringe pump or the like (for example, see Non-Patent Document 1), or a microdialysis membrane called a microdialysis probe is used. There is known a method of continuously introducing biomolecules collected through a flow cell having electrodes (for example, see Non-Patent Document 2).
[0003]
In addition, in the flow cell, an electrode on which an enzyme that reacts with the target molecule is immobilized is arranged, and the generated hydrogen peroxide is detected by oxidizing or reducing, or the change in dissolved oxygen concentration due to the enzyme reaction, There has been reported a method of continuously observing the concentration of a biological substance by using an enzyme sensor (for example, see Non-Patent Document 3).
[0004]
When detecting biological components using these electrochemical biosensors, oxidizable substances such as ascorbic acid and uric acid, which are widely present in the living body, affect the sensor as contaminants, and it is difficult to accurately quantify them. Met. For this reason, a hollow platinum tube is connected immediately before introduction into the flow cell, and ascorbic acid and the like are oxidized and decomposed by applying a potential to the tube, and the influence of ascorbic acid and the like on the detection electrode is reduced to perform quantification. (For example, refer nonpatent literature 4).
[0005]
In recent years, in order to improve the temporal and spatial resolution of these electrochemical online biosensors, reports have been made on the miniaturization of the sensors. Specifically, a microelectrochemical on-line sensor is formed by forming a thin layer flow path on a silicon or glass substrate by anisotropic etching, dry etching, dicing saw, etc., and bonding it to a substrate having an enzyme-modified electrode. (See, for example, Non-Patent Document 5).
[0006]
[Non-Patent Document 1]
Niwa, Horiuchi, Torimitsu, Biosenser and Bioelectronics, Vol. 12, pp. 311 to 319
[0007]
[Non-Patent Document 2]
Lunte, Scott, Kissinger, Analytical Chemistry, Volume 63, pages 773A-780A
[0008]
[Non-Patent Document 3]
Reach, Wilson, Analytical Chemistry, Vol. 64, pages 381A to 386A
[0009]
[Non-Patent Document 4]
Osborne, Niwa, Kato, Yamamoto, Journal of Neuroscience, 77, 143-150
[0010]
[Non-Patent Document 5]
Niwa, Kurita, Horiuchi, Torimitsu, Electroanalysis, Volume 11, 356-361
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
In an electrochemical online biosensor, an enzyme that reacts with a target biomolecule needs to be immobilized on an electrode or in a flow path. However, the anodic bonding method, the thermal fusion method, and the bonding method using hydrofluoric acid, which have been used in the conventional micromachine technology, have a drawback that the activity of the enzyme immobilized at the time of bonding is significantly reduced.
[0012]
In addition, it is possible to maintain enzyme activity in bonding using an adhesive, but it is difficult to form and bond an adhesive layer only to the desired shape and part, and the sample solution flows through the adhesive during bonding. It flowed into the flow path, resulting in a decrease in yield as a biosensor cell electrode and a lack of productivity.
[0013]
Further, when forming the thin layer flow path, it is necessary to use a powerful drug such as an acid or an alkaline solution in the anisotropic etching, and the dry etching method has a disadvantage that an expensive apparatus is required and a long time is required.
[0014]
On the other hand, in biometric measurement using electrochemical online biosensors, ascorbic acid and other substances that act as contaminants are removed, so connecting a platinum tube increases the internal volume of the tube. There was a drawback of leading to a decline in Also, immobilizing biomolecules such as enzymes that remove interfering substances in the tube has the problem that reproducibility and function decrease.
[0015]
The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is that it is not necessary to produce a thin layer flow path by etching or the like, and no acid or alkali is used at room temperature. Therefore, it is an object of the present invention to provide an electrochemical on-line biosensor that can be safely and productively produced as a flow cell without reducing the activity of enzymes and antibodies.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention described in claim 1 An electrochemical on-line biosensor comprising an insulating substrate, a plurality of thin-film electrodes formed on the insulating substrate, a double-sided adhesive sheet that has been subjected to circular drilling, sample introduction means, and sample discharge means A flow cell having a thin layer flow path by bonding the insulating substrate formed with the plurality of thin film electrodes and the polymer substrate with the double-sided adhesive sheet. The plurality of thin film electrodes includes an electrode for removing the interfering substance, a working electrode disposed on the same circumference so as to surround the electrode for removing the interfering substance, and a reference electrode It is characterized by that.
[0023]
As described above, the present invention is achieved by sandwiching a double-sided adhesive thin film sheet that has been perforated in the shape of a target flow path at the time of making into a flow cell, between a substrate having electrodes and a substrate to be made into a flow cell. Make it. This eliminates the need to produce thin-layer channels by etching, etc., compared to conventional products, and does not use acids or alkalis at room temperature. It is possible to make a flow cell with good characteristics.
[0024]
In addition, by using a round thin film electrode and a plurality of thin film electrodes arranged concentrically surrounding the round thin film electrode, a thin layer flow cell is formed so that the solution flows radially from the center of the round electrode, thereby achieving a highly efficient center. It is possible to remove interfering substances such as ascorbic acid with the round electrode and detect the target substance with the surrounding electrode. As a result, it is possible to eliminate the influence of easily oxidizable substances without significantly increasing the dead volume as compared with the prior art.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a structural diagram of an electrochemical online biosensor according to the present invention.
This biosensor is mainly composed of an insulating substrate 1 having a thin film electrode, a double-sided adhesive sheet 2, a polymer substrate 3, a sample introduction tube 4, and a sample discharge tube 5. That is, the insulating substrate 1 on which the thin-film electrodes are formed and the polymer substrate 3 to which the sample introduction tube 4 and the sample discharge tube 5 are connected are bonded with the double-sided adhesive sheet 2 that has been subjected to drilling. Thus, a flow cell having a thin layer flow path is configured.
[0026]
2 (a) to 2 (c) are detailed views of components used in the production of the electrochemical online biosensor according to the present invention, FIG. 2 (a) is an insulating substrate, and FIG. 2 (b) is double-sided adhesive. The sheet, FIG. 2 (c) shows the polymer substrate. In the figure, reference numeral 14 is a platinum thin film electrode, 15 is a round thin film electrode, 16 is an electrode modified with a laminated film in which osmium polyvinylpyridine complex containing horseradish peroxidase is modified in the upper layer and glucose oxidase is modified in the upper layer, and 17 is a silver paste. The coated electrode, 18 is a ring-shaped groove, 19 is a sample introduction hole, and 20 is a sample discharge hole.
[0027]
First, the insulating substrate 1 on which the thin film electrode is formed is spin-coated with a positive photoresist (manufactured by Fuji Hunt) on a glass substrate to a thickness of 1 μm using a spinner (manufactured by Mikasa), and a mask aligner PLA501. (Canon) was used for exposure, and an electrode pattern was formed by alkali development. Thereafter, the glass substrate having the resist pattern described above was attached to a magnetron sputtering apparatus (manufactured by Nippon Seed Co., Ltd.), titanium was sputtered for 5 nanometers, vacuum was maintained, and platinum was sputtered at 45 nm. The glass substrate having a resist, titanium, and platinum was peeled off while applying ultrasonic waves in methyl ethyl ketone to form a platinum thin film electrode pattern 14 as shown in FIG.
[0028]
Then, it cut out using a dicing saw (made by Disco Corporation) at 12x23 mm along the electrode pattern. Further, 1 μl (l is liter) of osmium polyvinylpyridine complex containing horseradish peroxidase was modified on one of the electrodes surrounding the central round thin film electrode 15 by a casting method. After drying at room temperature for 1 hour, glucose oxidase was mixed with 2% bovine serum albumin so as to have a weight ratio of 2%, and glutaraldehyde was added to a final concentration of 0.2%. 1 μl (l is liter) was laminated on the platinum thin film electrode 14 modified with osmium polyvinylpyridine complex containing wasabi peroxidase.
[0029]
Furthermore, one of the electrodes surrounding the central round thin film electrode 15 was modified with a silver paste 7 dissolved in toluene to serve as a reference electrode. As the double-sided adhesive sheet 2, a sheet having a thickness of 50 μm (manufactured by Kimoto) was used. After cutting into a 12 mm square using a cutting plotter (manufactured by MIMAKI), a hole having a diameter of 6 mm was formed in the center of the double-sided PSA sheet cut out using a cutting plotter.
[0030]
The polymer substrate 3 for forming a flow cell was prepared by processing a ring-shaped groove 18 having a width of 1 mm, a diameter of 7 mm, and a depth of 0.3 mm from an acrylic substrate having a thickness of 1 mm using a sand blast method. Then, it cut out using a dancing saw at 12 mm square. Further, a 0.7 mm sample introduction hole 19 and a sample discharge hole 20 were formed on the ring center and on the ring by a drill.
[0031]
A sample introduction tube 4 was formed by connecting a hollow tube (manufactured by BAS) having an outer diameter of 0.65 mm and an inner diameter of 60 microns to the sample introduction hole 19 formed in the center of the ring. Similarly, a hollow tube having an outer diameter of 0.65 mm and an inner diameter of 60 microns was connected to the sample discharge hole 20 formed on the ring to obtain a sample discharge tube 5.
[0032]
Finally, the double-sided adhesive sheet 2 with a circular hole formed in the center is sandwiched between the enzyme-modified platinum thin film electrode substrate and the acrylic substrate on which the sample introduction and sample discharge tubes 4 and 5 are formed. A glicose sensor was obtained by making it into a flow cell.
[0033]
FIG. 3 is a schematic view of a measuring apparatus using the electrochemical online biosensor of the present invention shown in the first embodiment.
The prepared sensor was connected to the sample introduction tube 4 with a microdialysis probe 21 (manufactured by CMA) and further connected to a syringe pump 22 (manufactured by CMA). Moreover, the pad of the platinum thin film electrode substrate was connected to each ALS1000 potentiostat 23 (manufactured by CHI). Changes in the current value output from the potentiostat 23 were recorded in a personal computer (IBM) 24.
[0034]
For measurement, a syringe pump 22 was used, and phosphate buffered saline (PBS) having a pH of 7.4 was continuously introduced into the sensor through the microdialysis probe 21 at a flow rate of 4 μl / min. Moreover, the potential of the thin film electrode was a potentiostat 23, and the potential of the electrode modified with enzyme or the like was applied to the reference electrode modified with silver in the sensor at -50 mV.
[0035]
The sample is introduced into the sensor by immersing the microdialysis probe 21 in a PBS solution 26 containing the target substance after immersing the microdialysis probe 21 in the PBS 25 not containing the target substance to obtain a stable baseline. This was done through the membrane.
[0036]
FIG. 4 is a diagram showing changes in the response current value of the sensor when the microdialysis probe is immersed in a 10 mM glucose solution. After the microdialysis probe 21 was immersed in the sample solution, the reduction current value started to increase after about 1 minute, and reached a constant current value of about 100 nA after another minute. When the microdialysis probe 21 was immersed again in PBS containing no sample, it returned to the baseline after about 1 minute.
[0037]
FIG. 5 is a diagram showing changes in the response current value of the sensor with respect to the 10 mM glucose and 100 μM ascorbic acid mixed solution shown in the first embodiment. Next, when the microdialysis probe 21 was immersed in a mixed solution of 10 mM glucose and 100 μM ascorbic acid, an increase in reduction current was confirmed after about 1 minute, and reached a constant value in the vicinity of about 40 nA. The reduction current value obtained by introducing the mixed solution was significantly reduced as compared with a 10 mM glucose solution not containing ascorbic acid. This is because ascorbic acid reduces the electrode directly or the osmium complex, so that only the glucose concentration cannot be detected accurately.
[0038]
FIG. 6 is a diagram showing a change in response current value when a potential of 500 mV is applied to the central round thin film electrode shown in Embodiment 1 and a 10 mM glucose and 100 μM ascorbic acid mixed solution is introduced into the sensor.
[0039]
A potentiostat 23 was used to apply a potential of 500 mV to the central round thin film electrode 15 with respect to the reference electrode in the sensor, and 10 mM glucose and a mixed solution of 10 mM glucose and 100 μM alcorbic acid were introduced into the sensor. Both sensors showed 100 nA, and the glucose concentration could be detected with good selectivity even in the presence of ascorbic acid. This is because ascorbic acid could be oxidized and decomposed with high efficiency by the round thin film electrode 15 disposed in the thin layer flow path. As described above, the target substance can be detected with high quantitativeness without increasing the sensor volume so much as compared with the conventional sensor structure.
[0040]
When constructing the biosensor of the present invention, special equipment and facilities are required because there is no need for heating as in the anodic bonding method and there is no need to use a deleterious substance such as hydrofluoric acid. It was possible to produce it safely without any problems. In addition, it is possible to produce a highly sensitive sensor without reducing enzyme activity. In addition, compared to the case of using an adhesive, it can be manufactured in a short time, and since the adhesive does not leak, it can be confirmed that the manufacturing method is superior in productivity compared to the conventional technology. .
[0041]
[Embodiment 2]
In Embodiment 2, after preparing a platinum thin film electrode substrate in the same manner as in Embodiment 1 described above, one of the electrodes surrounding the round thin film electrode is 1 μl (1 is liter) of osmium polyvinylpyridine complex containing horseradish peroxidase, Modified by the casting method. After drying at room temperature for 1 hour, 1 μl of a solution containing lactate oxidase dissolved in a 2% bovine serum albumin aqueous solution to a weight ratio of 2% and glutaraldehyde added to a final concentration of 0.2% ( l is a liter) and was laminated on an electrode modified with an osmium polyvinylpyridine complex containing horseradish peroxidase. Further, as in the first embodiment, the above-described electrode substrate is made into a flow cell to obtain a lactic acid sensor.
[0042]
In the second embodiment, a microdialysis probe was connected as in the first embodiment, and PBS was continuously introduced into the sensor using a syringe pump 22 at a flow rate of 4 μl (l is liter) / min. Each pad of the thin film electrode was connected to the potentiostat 22, and a potential of -50 mV was applied to the reference electrode for the electrode modified with an enzyme or the like, and a potential of 500 mV was applied to the central round thin film electrode 15. . When the microdialysis probe 21 was immersed in a 10 mM lactic acid solution, the reduction current value increased after about 1 minute, and showed a constant value at about 90 nA. Similarly, when a mixed solution of 10 mM lactic acid solution and 100 μM ascorbic acid was introduced into the sensor via the microdialysis probe 21, a reduction current of about 90 nA was observed. These results indicate that various biosensors can be easily constructed by changing the enzyme immobilized on the thin film electrode surrounding the round thin film electrode 15. The present invention can be applied to various biomolecule sensors that are substrates for oxidase such as glutamic acid and monoamine.
[0043]
[Embodiment 3]
A carbon thin film was deposited to 100 nm on a quartz substrate by a thermal CVD method. In the CVD method, a quartz substrate was placed in a glass tube and kept at 1000 ° C., and a polycyclic aromatic compound such as perylene was sublimated at 400 ° C. as a starting material, deposited on the quartz substrate, and then thermally decomposed. A silicon-based photoresist (manufactured by NTT-AT) was spin-coated on a quartz substrate having a carbon thin film, exposed and developed. The developed quartz substrate is covered with a photoresist only at the portion to be an electrode pattern. The substrate described above was subjected to oxygen plasma etching using a reactive ion etching apparatus DEM451 (manufactured by Anelva). The etching was performed under the conditions that the oxygen flow rate was 100 sccm, the power was 70 W, the pressure was 2 Pascal, the time was 25 minutes, and all the carbon thin film not covered with the photoresist was etched. As a result, a carbon thin film electrode having the same pattern as that of the metal electrode of Embodiment 1 was obtained.
[0044]
As in Embodiment 1, an osmium polyvinylpyridine complex containing horseradish peroxidase and glucose oxidase were stacked on one of the electrodes surrounding the central round thin film electrode. Further, in the same manner as in Embodiment 1, a flow cell was formed using an acrylic substrate to which a double-sided adhesive sheet and sample introduction / sample discharge tubes 4 and 5 were attached, and a glucose sensor was obtained. PBS was introduced into the fabricated sensor by changing the flow rate from 1 μl (l is liter) / min to 20 μl (l is liter) / min. However, this method has sufficient adhesive strength even on the carbon thin film electrode, and there is no liquid leakage. There wasn't.
[0045]
Thus, the thin film electrode was effective as the sensor of the present invention not only with platinum but also with a carbon thin film or a gold electrode.
[0046]
[Embodiment 4]
7 (a) to 7 (c) are configuration diagrams of components of the electrochemical online biosensor according to the present invention. FIG. 7 (a) is an insulating substrate having a thin film electrode, and FIG. 7 (b) is a double-sided adhesive. FIG. 7 (c) shows a polymer substrate.
[0047]
This biosensor includes an insulating substrate 27 having a thin film electrode, a double-sided adhesive sheet 28, a polymer substrate 29, a sample introduction capillary 30, a sample discharge capillary 31, a first working electrode 32, a first working electrode 32, and a first working electrode 32. It is composed of a double working electrode 33, a reference electrode 34, and a counter electrode 35.
[0048]
As shown in FIG. 7A, the insulating substrate 27 having a thin film electrode was formed with a gold / titanium thin film electrode pattern by the lift-off method in the same manner as in the first embodiment. The thin film electrodes were the first working electrode 32, the second working electrode 33, the reference electrode 34, and the counter electrode 35 from the upstream where the sample was introduced. On the second working electrode 33, glucose oxidase was immobilized using polypyrrole.
[0049]
Immobilization of glucose oxidase was performed by immersing the electrode substrate in an aqueous solution in which 0.2 M pyrrole and 1 M potassium chloride and 5000 units / ml (l is liters) of glucose oxidase were dissolved. A voltage of 7V was applied for 0.5 seconds, and then a potential of 0V was applied. By repeating this cycle of potential change 10 times, polypyrrole was electrolytically polymerized on the electrode, and at the same time, glucose oxidase was incorporated into polypyrrole and immobilized. The reference electrode 34 was modified with silver paste.
[0050]
On the other hand, as shown in FIG. 7C, two capillary mounting grooves 36 were formed in the polymer substrate 29 using a dicing saw, and the sample introduction capillary 30 and the sample discharge capillary 31 were connected.
[0051]
Next, as shown in FIG. 7B, a double-sided adhesive sheet having a thickness of 50 μm was cut into a width of 10 mm and a length of 30 mm using a cutting plotter. Further, using a cutting plotter, a hole having a width of 1 mm and a thickness of 20 mm was formed in the center of the cut double-sided adhesive sheet 28. The double-sided pressure-sensitive adhesive sheet 28 subjected to drilling was sandwiched between an insulating substrate 27 having electrodes and a polymer substrate 29 having capillaries to form a flow cell.
[0052]
The sample discharge capillary 31 was connected to a syringe, and the syringe was aspirated using a syringe pump 22 at a flow rate of 2 μl (l is liter) / min. The tip of the sample introduction capillary 30 was immersed in PBS, and PBS was continuously introduced into the flow cell. The first working electrode 32, the second working electrode 33, the reference electrode 34, and the counter electrode 35 formed on the insulating substrate of the manufactured flow cell are connected to the potentiostat 23. 0.5 V was applied to the second working electrode 33 and 0.3 V was applied to the reference electrode 34 in the flow cell.
[0053]
After obtaining a stable current value baseline, when a glucose solution was added to PBS to a final concentration of 1 mM, the reduction current value gradually increased and showed a current value of 3 nA after about 1 minute. . Similarly, when PBS containing 1 mM glucose and 100 μM ascorbic acid was introduced into the flow cell, the reduction current value gradually increased, showed a current value of 3 nA after about 1 minute, and the effect of ascorbic acid addition could not be confirmed. . However, when a potential of 0.3 V is applied to the second working electrode 33 and no voltage is applied to the first working electrode 32, PBS containing 1 mM glucose and 100 μM ascorbic acid is introduced into the flow cell, and a current of about 100 nA is obtained. The value is shown.
[0054]
These results show that the production of a flow cell using a thin film adhesive sheet is effective not only in the production of a radial flow cell but also in the production of a channel flow cell and the like. As effective.
[0055]
[Embodiment 5]
FIG. 8 is a schematic diagram of the flow channel structure of the electrochemical immunoassay flow cell according to the present invention, in which 36 is an insulating electrode substrate, 37 is a Y-shaped thin layer flow channel made of a double-sided adhesive sheet, and 38 is alkaline phosphatase. (Alkaline phosphatase) labeled antigen mouse-IgE, 39 is an ImM 4-aminophenyl phosphate solution, 40 is an antibody (anti-mouse IgE) immobilization position, 41 is a working electrode, 42 is Reference electrode 43 is a counter electrode, 44 and 45 are sample introduction holes, and 46 is a sample discharge hole.
[0056]
The working electrode 41, the reference electrode 42, and the counter electrode 43 were produced by forming a platinum thin film electrode by photolithography as in the first embodiment. The reference electrode 42 was modified with a silver pace as in the first embodiment. Thereafter, a 10 mM n-octadecyltrichlorosilane benzene solution was cast into a flow path 40 upstream from the working electrode 41 to make it hydrophobic. Thereafter, the sample is immersed in 1 mg / ml (l is liter) protein A (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) phosphate buffer solution (pH 7.4) for 30 minutes, and further 5 mg / ml (l is liter) of anti-mouse IgE antibody tris. The IgE antibody was immobilized by immersing in a buffer solution (pH 8.2) for 30 minutes.
[0057]
Then, as shown in FIG. 8, the flow cell which has the Y-shaped thin layer flow path 37 was formed using the double-sided adhesive sheet and the acrylic board which were punched into Y shape. In the same manner as in the first embodiment, the acrylic plate was processed with the sample introduction hole 44, the sample introduction hole 45, and the sample discharge hole 46 using a drill, and a hollow capillary was attached. A 10% albumin aqueous solution was introduced into a flow cell-made immunoassay flow cell for 10 minutes to suppress nonspecific adsorption in the cell.
[0058]
First, glutaraldehyde was added to an aqueous solution containing 1 pg / ml (l is liter) of the target sample mouse-IgE to a final concentration of 0.1%, and reacted at 5 ° C. for 24 hours to label the alkaline phosphatase enzyme. For the electrode in the flow cell, a potential was applied to the working electrode at 0.6 V with respect to the reference electrode using a potentiostat. The enzyme-labeled sample solution was introduced into the immunoassay flow cell through the sample introduction hole 44 at a flow rate of 1 μl (l is liter) / min for 1 minute.
[0059]
Thereafter, when 1 mM 4-aminophenyl phosphate was introduced from the sample introduction hole 45 at a flow rate of 1 μl (l is liter) / min, the oxidation current value increased by about 2 nA. This is because the target sample enzyme-labeled to the antibody 40 immobilized in the channel is immobilized by the antigen-antibody reaction, and at the same time, 4-aminophenyl phosphate is oxidized by the enzyme immobilized in the channel. This is because aminophenol was produced and 4-aminophenol was oxidized on the electrode.
[0060]
Next, when a similar experiment was performed using a sample containing mouse-IgE of 5 pg / ml (l is liter), an increase in oxidation current value of about 10 nA was observed, and the observed oxidation current value was It was almost proportional to the concentration of the antigen contained in the sample solution. Thereby, it was possible to know the antigen concentration in the sample solution.
[0061]
These results indicate that the flow cell using thin film adhesive sheets can be produced not only on-line biosensors using immobilized enzymes but also without reducing their activity when immobilizing antigens and antibodies. It was confirmed that the method was also effective for producing an immunoassay cell.
[0062]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a flow cell in which an insulating substrate having a thin film electrode and another substrate are bonded together with a double-sided adhesive sheet has the following effects.
1. Without changing the thickness of the double-sided adhesive sheet to be used, it is easy to reduce the depth and shape of the product without using dangerous reagents or expensive and time-consuming equipment such as wet etching with hydrofluoric acid and dry etching equipment. It is possible to form a layer flow path.
2. When the flow cell is formed, it is not necessary to perform heating like anodic bonding or heat fusion, and the bonding can be performed at room temperature. Therefore, the flow cell can be easily formed without reducing the activity of the enzyme. Further, since no adhesive is used, there is no leakage of the adhesive, and the manufacturing method is excellent in yield and productivity.
3. Since it is possible to produce cells without inactivating not only immobilized enzymes but also antigens and antibodies, it is possible to easily produce cells for electrochemical immunoassays.
4). A circular thin film electrode and an insulating substrate on which the electrode is placed so as to surround it are bonded to each other with a double-sided adhesive sheet, and a capillary or microdialyzer is used so that the sample is introduced radially from the center of the thin layer channel. By connecting a cis-probe, it is possible to oxidize and remove easily oxidizable substances that interfere with the sensor with a round thin film electrode located in the center of the thin layer flow path, increasing the volume in the sensor. The target substance can be detected with good quantitativeness by using the thin film electrode arranged around the thin film electrode.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a structural diagram of an electrochemical online biosensor according to the present invention.
FIG. 2 is a detailed view of each part used in the production of an electrochemical online biosensor according to the present invention, where (a) shows an insulating substrate, (b) shows a double-sided adhesive sheet, and (c) shows a polymer substrate. FIG.
FIG. 3 is a schematic diagram of a measuring apparatus using the electrochemical online biosensor of the present invention shown in the first embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing a change in response current value of a sensor when a microdialysis probe is immersed in a 10 mM glucose solution.
5 is a graph showing changes in the response current value of the sensor with respect to the 10 mM glucose and 100 μM ascorbic acid mixed solution shown in Embodiment 1. FIG.
6 is a diagram showing a change in response current value when a potential of 500 mV is applied to the central round thin-film electrode shown in Embodiment 1 and a 10 mM glucose and 100 μM ascorbic acid mixed solution is introduced into the sensor. FIG.
FIG. 7 is a configuration diagram of each part of an electrochemical online biosensor according to the present invention, where (a) is an insulating substrate having a thin film electrode, (b) is a double-sided adhesive sheet, and (c) is a polymer substrate. FIG.
FIG. 8 is a schematic view of a channel structure of an electrochemical immunoassay flow cell according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Insulating substrate
2 Double-sided adhesive sheet
3 Polymer substrate
4 Sample introduction tube
5 Sample discharge tube
14 Platinum thin film electrode
15 Round thin film electrode
16 Electrode modified with laminated film
17 Electrode coated with silver paste
18 Ring-shaped groove
19 Sample introduction hole
20 Sample discharge hole
21 Microdialysis probe
22 Syringe pump
23 Potentiostat
24 Personal computer
25 PBS
26 PBS containing the target substance
27 Insulating substrate
28 Double-sided adhesive sheet
29 molecular substrate
30 Capillary for sample introduction
31 Capillary for sample discharge
32 First working electrode
33 Second working electrode
34 Reference electrode
35 Counter electrode
36 Insulating electrode substrate
37 Thin layer channel made of double-sided adhesive sheet
38 Alkaline phosphatase labeled antigen mouse-IgE
39 1 mM 4-aminophenyl phosphate solution
40 Immobilization position of antibody (anti-mouse IgE)
41 working electrode
42 Reference electrode
43 Counter electrode
44, 45 Sample introduction hole
46 Sample discharge hole

Claims (1)

絶縁性基板と、
該絶縁性基板上に形成された複数の薄膜電極と、
円形に穴あけ加工を施した両面粘着性シートと、
試料導入手段及び試料排出手段が接続された高分子基板と
を備え、
前記複数の薄膜電極が形成された前記絶縁性基板と前記高分子基板とを、前記両面粘着性シートで接着することにより薄層流路を有するフローセルとし、前記複数の薄膜電極は、妨害物質を除去する電極と、該妨害物質を除去する電極を囲むように同一円周上に配置された作用電極と、参照電極とを含むことを特徴とする電気化学オンライン型バイオセンサ。
An insulating substrate;
A plurality of thin film electrodes formed on the insulating substrate;
Double-sided adhesive sheet that has been drilled in a circle,
A polymer substrate to which the sample introduction means and the sample discharge means are connected,
The insulating substrate on which the plurality of thin film electrodes are formed and the polymer substrate are bonded with the double-sided adhesive sheet to form a flow cell having a thin layer flow path. An electrochemical on-line biosensor comprising: an electrode to be removed; a working electrode disposed on the same circumference so as to surround the electrode to remove the interfering substance; and a reference electrode.
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