JP4198683B2 - メソポーラス白金電極及びそれを使用した生化学的基質の検出方法 - Google Patents
メソポーラス白金電極及びそれを使用した生化学的基質の検出方法 Download PDFInfo
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Description
発明の背景
（ａ）発明の分野
本発明は、メソポーラス白金電極及びそれを使用した生化学的基質の検出方法に関するものであり、より詳細には、メソポーラス白金層が表面に形成された電極を含むメソポーラス白金電極及び前記メソポーラス白金電極を使用してグルコース酸化反応への選択的な応答を検出することによる、グルコース濃度の測定方法に関するものである。
（ａ）発明の分野
本発明は、メソポーラス白金電極及びそれを使用した生化学的基質の検出方法に関するものであり、より詳細には、メソポーラス白金層が表面に形成された電極を含むメソポーラス白金電極及び前記メソポーラス白金電極を使用してグルコース酸化反応への選択的な応答を検出することによる、グルコース濃度の測定方法に関するものである。
（ｂ）関連技術の説明
バイオセンサーは、電子機器と組み合わせて、生物学的試料の化学的情報を簡単に処理可能な電気的信号に変換する。バイオセンサーは、複雑な化学的、生物学的前処理をする必要なしに検体の定量的情報をリアルタイムで選択的にモニタリングできるという長所のため、医学分野で広く開発され、応用されている。
バイオセンサーは、電子機器と組み合わせて、生物学的試料の化学的情報を簡単に処理可能な電気的信号に変換する。バイオセンサーは、複雑な化学的、生物学的前処理をする必要なしに検体の定量的情報をリアルタイムで選択的にモニタリングできるという長所のため、医学分野で広く開発され、応用されている。
グルコース用バイオセンサーに関する研究は、糖尿病のグルコース濃度をモニタリングする目的で、広範囲に行われてきた。グルコース検出用バイオセンサーによって、特定の領域に、通常は電極に固定された酵素層を使用してグルコース（検体）の濃度を測定する。酵素を使用する酵素性グルコースバイオセンサーは、今まで広範囲に研究され、多様な形態で開発されてきた。しかし、前記酵素性グルコースバイオセンサーは、酵素の不安定性のために応用範囲が制限される。温度とｐＨは、酵素の活性に深刻な影響を与える。
グルコースを検出するための非酵素性バイオセンサーの研究が進められている（Ｖａｓｓｉｌｙｅｖ，Ｙ．Ｂ．，Ｋｈａｚｏｖａ，Ｏ．Ａ．，Ｎｉｋｏｌａｅｖａ，Ｎ．Ｎ．Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．１９８５、１９６、１０５；Ｂｅｄｅｎ，Ｂ．，Ｌａｒｇｅａｕｄ，Ｆ．，Ｋｏｋｏｈ，Ｋ．Ｂ．，Ｌａｍｙ，Ｃ．Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．１９９６、４１、７０１；Ｂａｅ，Ｉ．Ｔ．，Ｙｅａｇｅｒ，Ｅ．，Ｘｉｎｇ，Ｘ．，Ｌｉｕ，Ｃ．Ｃ．Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．１９９１、３０９、１３１；Ｓａｋａｍｏｔｏ，Ｍ．，Ｔａｋａｍｕｒａ，Ｋ．Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｂｉｏｅｎｅｒ．１９８２、９、５７１；Ｋｏｋｋｉｎｉｄｉｓ，Ｇ．，Ｘｏｎｏｇｌｏｕ，Ｎ．Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｂｉｏｅｎｅｒ．１９８５、１４、３７５；Ｗｉｔｔｓｔｏｃｋ，Ｇ．，Ｓｔｒｕｂｉｎｇ，Ａ．，Ｓｚａｒｇａｎ，Ｒ．，Ｗｅｒｎｅｒ，Ｇ．Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．１９９８、４４４、６１−７３；Ｚｈａｎｇ，Ｘ．，Ｃｈａｎ，Ｋ．−Ｙ．，Ｙｏｕ，Ｊ．−Ｋ．，Ｌｉｎ，Ｚ．−Ｇ．，Ｔｓｅｕｎｇ，Ａ．Ｃ．Ｃ．Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．１９９７、４３０、１４７−１５３；Ｓｕｎ，Ｙ．，Ｂｕｃｋ，Ｈ．，Ｍａｌｌｏｕｋ，Ｔ．Ｅ．Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．２００１、７３、１５９９−１６０４；Ｓｈｏｊｉ，Ｅ．，Ｆｒｅｕｎｄ，Ｍ．Ｓ．２００１、１２３、３３８３−３３８４）。しかし、研究された大部分の非酵素性グルコースセンサーは、重大な妨害化学種であるアスコルビン酸（ＡＡ）、尿酸、及び４−アセトアミドフェノール（ＡＰ）により妨害を受ける。
非酵素性グルコースバイオセンサーに対する研究の例としては、白金表面でグルコースを直接酸化させる方法（Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．２００１、７３、１５９９−１６０４）がある。白金電極での直接酸化において、グルコースの酸化速度は、妨害化学種の酸化速度に比べて非常に遅い。したがって、電極上に白金を使用する非酵素性の電流測定センサーを製作することは非常に難しい。
前記白金による問題点を緩和できる方案として、白金・鉛合金電極（Ｐｔ２Ｐｂ電極）を使用するものがある。純白金表面に比べると、グルコースはかなり陰性な電位でＰｔ２Ｐｂ表面で電気化学的に酸化し、Ｐｔ２ＰｂはＬ−アスコルビン酸（ＡＡ）、尿酸及び４−アセトアミドフェノール（ＡＰ）等の妨害化学種に比較的鈍感である。また、鉛の不溶性及び純粋な白金よりも高い反応性により、白金・鉛合金電極はより安定的に作動する。しかし、このような長所にもかかわらず、塩素イオンによる表面の被毒は相変わらず深刻な問題であり、０．０１Ｎ塩化ナトリウムの存在下で電流信号が早く減少して結局はほとんど消失するという問題点がある。
他の物質を使用した白金表面の改質が試みられてきた。Ｔｌ、Ｐｂ、ＢｉまたはＷＯ３により白金表面が改質されると、グルコースを酸化する酵素的活性を示すことが報告されているが、金属イオンの溶解と重金属元素の毒性によって、これらの方法は実際に常用化されずにいる。
一方、メソポーラス物質は、２〜５０ｎｍの孔径を有し、界面活性剤のミセル構造または液晶構造がメソポーラス物質の孔構造を誘導する。界面活性剤は、親水性の頭部と疏水性の尾部から構成され、多様な自己組織化ミセル構造または液晶構造が水溶液中で界面活性剤から構成される。ミセルまたは液晶構造の表面の親水性の基と無機物質との相互作用により、有機／無機ナノ複合体が形成され、界面活性剤の抽出によりメソポーラス物質が得られる。このような原理を通じて、メソポーラス白金が作製され、その特性に対する研究が続けられている（例えば、Ｇｏｌｌａｓ，Ｂ．，Ｅｌｌｉｏｔｔ，Ｊ．Ｍ．，Ｂａｒｔｌｅｔｔ，Ｐ．Ｎ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍｉｃａ Ａｃｔａ、２０００、４５、３７１１−３７２４；Ａｔｔａｒｄ，Ｇ．Ｓ．，Ｇｌｙｄｅ，Ｊ．Ｃ．，Ｇｏｅｌｔｎｅｒ，Ｃ．Ｇ．Ｎａｔｕｒｅ １９９５、３７８、３６６−３６８；Ａｔｔａｒｄ，Ｇ．Ｓ．，Ｇｏｅｌｔｎｅｒ，Ｃ．Ｇ．，Ｃｏｒｋｅｒ，Ｊ．Ｍ．，Ｈｅｎｋｅ，Ｓ．，Ｔｅｍｐｌｅｒ，Ｒ．Ｈ．Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．１９９７、３６、１３１５；Ｗｈｉｔｅｈｅａｄ，Ａ．Ｈ．；Ｅｌｌｉｏｔｔ，Ｊ．Ｍ．，Ｏｗｅｎ，Ｊ．Ｒ．，Ａｔｔａｒｄ，Ｇ．Ｓ．Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．１９９９、３３１−３３２；Ａｔｔａｒｄ，Ｇ．Ｓ．，Ｅｄｇａｒ，Ｍ．，Ｇｏｅｌｔｎｅｒ，Ｃ．Ｇ．Ａｃｔａ Ｍａｔｅｒ．１９９８、４６、７５１−７５８；Ｂｉｒｋｉｎ，Ｐ．Ｒ．，Ｅｌｌｉｏｔｔ，Ｊ．Ｍ．Ｗａｔｓｏｎ，Ｙ．Ｅ．Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．２０００、１６９３−１６９４；Ｅｌｌｉｏｔｔ，Ｊ．Ｍ．，Ｏｗｅｎ，Ｊ．Ｒ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．２０００、２、５６５３−５６５９）。非イオン性界面活性剤（オクタエチレングリコールモノヘキサデシルエーテル、Ｃ１６ＥＯ８）の六方晶（Ｈ１）の液晶相から、電気メッキによりメソポーラス白金フイルムが最初に製造された（例えば、Ａｔｔａｒｄ，Ｇ．Ｓ．；Ｂａｒｔｌｅｔｔ，Ｐ．Ｎ．，Ｃｏｌｅｍａｎ，Ｎ．Ｒ．Ｂ．，Ｅｌｌｉｏｔｔ，Ｊ．Ｍ．，Ｏｗｅｎ，Ｊ．Ｒ．；Ｗａｎｇ，Ｊ．Ｈ．Ｓｃｉｅｎｃｅ １９９７、２７８、８３８−８４０）。報告によると、六方配列の円筒形の孔（孔径２．５ｎｍ；孔−孔距離５．０ｎｍ）を有する電気メッキされた白金フイルムは、粘着性及び光沢がある。エバンス等（Ｅｖａｎｓ，Ｓ．Ａ．Ｇ．，Ｅｌｌｉｏｔｔ，Ｊ．Ｍ．，Ａｎｄｒｅｗｓ，Ｌ．Ｍ．，Ｂａｒｔｌｅｔｔ，Ｐ．Ｎ．，Ｄｏｙｌｅ，Ｐ．Ｊ．，Ｄｅｎｕａｕｌｔ，Ｇ．Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．２００２、７４、１３２２−１３２６）によると、微細電極上に電気メッキされたメソポーラス白金フイルム（Ｅｌｌｉｏｔｔ，Ｊ．Ｍ．，Ｂｉｒｋｉｎ，Ｐ．Ｒ．，Ｂａｒｔｌｅｔｔ，Ｐ．Ｎ．，Ａｔｔａｒｄ，Ｇ．Ｓ．Ｌａｎｇｍｕｉｒ １９９９、１５、７４１１−７４１５）は、むき出しの白金に比べて過酸化水素検出感度が非常に改善された。
発明の要約
従来技術の問題点を解決するために、本発明は非酵素的であり、重金属を用いないグルコースの検出方法を提供することを目的とする。
従来技術の問題点を解決するために、本発明は非酵素的であり、重金属を用いないグルコースの検出方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、メソポーラス白金を使用してグルコース酸化反応を選択的に検出する非酵素的な方法を提供することを他の目的とする。
前記目的を達成するために本発明は、メソポーラス白金層が表面を被覆してなる酵素によって修飾されていない電極を含むグルコースの検出用メソポーラス白金電極を提供する。
また、本発明は、（ａ）メソポーラス白金層が表面を被覆してなる電極を含む酵素によって修飾されていないメソポーラス白金電極を得る工程と、（ｂ）グルコースを含むことが予想されるサンプル溶液を前記メソポーラス白金電極と接触させる工程と、（ｃ）前記メソポーラス白金電極に電圧を印加して発生した応答電流を検出する工程を含む、グルコースの検出方法を提供する。
図面の簡単な説明
図１はグルコース、アスコルビン酸及びアセトアミドフェノンをそれぞれメソポーラス白金電極と接触させた時に発生した応答電流の強さを示すものであり、そして
図２はメソポーラス白金電極におけるグルコース濃度に対して発生した電流を示す検量線である。
図１はグルコース、アスコルビン酸及びアセトアミドフェノンをそれぞれメソポーラス白金電極と接触させた時に発生した応答電流の強さを示すものであり、そして
図２はメソポーラス白金電極におけるグルコース濃度に対して発生した電流を示す検量線である。
好ましい実施態様の詳細な説明
本発明は、非酵素性バイオセンサーを使用して生化学的基質を検出する方法に関するもので、より詳細には、メソポーラス白金電極によりグルコースの酸化をモニターして、グルコースの濃度を定量する方法に関するものである。生化学的基質の例として、グルコース、他の糖類（ガラクトース、フルクトース、ラクトース、マルトース、スクロース等）、電気化学的活性タンパク質（ヘミン、Ｃｕ（ＩＩ）、ＦｅＳ、フラビンモノヌクレオチド、フラビンアデニンジヌクレオチド及びジスルファイドのような酸化還元活性基を有する物質）、そしてアミノ酸（チロシン（Ｔｙｒ）及びトリプトファン（Ｔｒｐ）等）を挙げることができる。
本発明は、非酵素性バイオセンサーを使用して生化学的基質を検出する方法に関するもので、より詳細には、メソポーラス白金電極によりグルコースの酸化をモニターして、グルコースの濃度を定量する方法に関するものである。生化学的基質の例として、グルコース、他の糖類（ガラクトース、フルクトース、ラクトース、マルトース、スクロース等）、電気化学的活性タンパク質（ヘミン、Ｃｕ（ＩＩ）、ＦｅＳ、フラビンモノヌクレオチド、フラビンアデニンジヌクレオチド及びジスルファイドのような酸化還元活性基を有する物質）、そしてアミノ酸（チロシン（Ｔｙｒ）及びトリプトファン（Ｔｒｐ）等）を挙げることができる。
本発明のバイオセンサーは、メソポーラス白金層が表面を被覆してなる電極からなるメソポーラス白金電極を含む。前記バイオセンサーは、前記電極に電位を印加する手段、または電極の電流測定の応答を検出できる手段をさらに含むことができる。
前記電極は、炭素、白金、金、もしくは銀のような貴金属またはステンレススチールのような酸に対して耐性を有する金属を使用できる。
メソポーラス白金電極の粗さは、大部分の場合、定電位電解による拡散領域（ｃｈｒｏｎｏａｍｐｅｒｏｍｅｔｒｉｃ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｆｉｅｌｄ）の大きさより小さい。拡散層は、ミリ秒で電極表面から数マイクロメータに到達するので、メソ孔（直径２〜５０ｎｍ）は拡散−調節電気化学的システム（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ−ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）で消耗される。その結果、早い酸化性および／または還元性反応物質の場合、ファラデー電流は電位印加後メソ孔の粗さにもかかわらずミリ秒以内の電極の見かけの幾何学的な面積に正確に比例する。他方、反応速度−調節電気化学的事象（ｋｉｎｅｔｉｃ−ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｅｖｅｎｔｓ）と関連するファラデー電流は、幾何学的面積よりは電極のナノスケールの面積に影響をうけ易い。したがって、前記メソポーラス白金電極は、遅い反応からファラデー電流を選択的に強化するのに使用できる。
メソポーラス白金層は、公知のメソポーラス物質調製方法に従って様々な方法により製造でき、非イオン性界面活性剤（オクタエチレングリコールモノヘキサデシルエーテル、Ｃ１６ＥＯ８）で構成された六方晶の液晶相から電気メッキにより製造することが好ましい。電気メッキされたメソポーラス白金層は、金属電極に均一に形成される。
メソポーラス白金層は、２〜５０ｎｍの直径の孔を有している。粗さ係数（幾何学的面積に対する実際の表面積の比率）は、グルコースに対する選択性と感度とが増加するため、できる限り大きいほど好ましい。特に前記層の厚さは、２０〜５０００ｎｍである。前記厚みが２０ｎｍ未満だと、メソポーラス構造が充分に形成できず、グルコースの選択性が低くなってしまう。前記厚みが５０００ｎｍ超だと、メソポーラス白金の生成過程で孔が詰まる危険性がある。孔の大きさと孔間の壁の厚みは、疏水性鎖の長さと親水性鎖の長さとにより調節されるため、適切な界面活性剤を使用することが重要である。
本発明の生化学的基質の検出方法は、次の工程を含む：（ａ）メソポーラス白金層が表面を被覆してなる電極を含むメソポーラス白金電極を得る工程と、（ｂ）生化学的基質を含むことが予想されるサンプル溶液を前記メソポーラス白金電極と接触させる工程と、（ｃ）前記メソポーラス白金電極に電圧を印加して発生した応答電流を検出する工程である。
前記サンプル溶液として、ヒトまたは動物のあらゆる種類の体液が使用でき、さらにＮａＣｌを含むリン酸緩衝液（ｐＨ７．４）を含むことができる。生化学的基質は、水、血液、尿、血清またはＰＢＳ緩衝液で測定できる。
印加電圧の適切な範囲は基準電極に対して−０．１乃至０．５Ｖである。電圧が前記範囲から外れる場合、プロトンの吸着／脱着、酸化白金層の形成、及び酸素の還元等の他の電気化学的反応が著しく発生するため、グルコースの濃度を測定することを困難になり得る。基準電極としては、Ａｇ／ＡｇＣｌを使用することが好ましい。
発生した電流は、約０〜２００ｍＭの範囲で、サンプル中に存在する生化学的基質に比例する。
一実施形態では、本発明のメソポーラス白金電極は、グルコース濃度に線形応答を示し（図１及び図２）、妨害物質に対する感度は顕著に低い。すなわち、本メソポーラス白金電極はグルコース酸化反応を選択的に応答できる。
白金のメソポーラス表面は、従来の研究では明らかにされなかった幾つかの魅力的な特徴がある。第一に、前記メソポーラス白金電極は、代表的な妨害化学種より非酵素的選択性を示す。サン等（Ｓｕｎ，Ｙ．；Ｂｕｃｋ，Ｈ．；Ｍａｌｌｏｕｋ，Ｔ．Ｅ．Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．２００１、７３、１５９９−１６０４）は、Ｐｔ２Ｐｂ合金電極が妨害物質に鈍感であることを報告しているが、これは、単純に妨害物質が酸化されない範囲に電位を低くすることにより成就されたものである。ゆえに、本発明の前記メソポーラス白金電極は、妨害物質を酸化させる電位でグルコースの選択性を評価するので、より効果的である。グルコースの生理学的濃度（３〜８ｍＭ）と妨害物質の濃度（０．１ｍＭ）を考慮する時、メソポーラス白金電極は、酵素または追加的な外部膜が無くても臨床適用のための充分な選択性を持っている。
第二に、メソポーラス表面の機能は、０．１５Ｍのリン酸緩衝食塩水（ＰＢＳ）下においても、塩素イオンの存在下で、ほとんど悪化しない。大部分の非酵素性グルコース検出用貴金属系電気化学的センサーは、ブロッキング物質、特に塩素イオンによる被毒によってほとんど失活する。生理的溶液内に塩素イオンが高い濃度でも存在することを考慮すると、この簡単なシステムの優れた性能は、無酵素化学センサーに対する新しい方向を提示するものである。 最後に、メソポーラス白金電極は、機械的及び化学的に安定で、その表面を電気化学的洗浄によって簡単に再生することができる。前記メソポーラス白金電極は、ミクロ流体工学を組み合わせるために、精巧に製作されたチップのマイクロチャンネルの内部に埋め込むことができるものと予想される。
以下、本発明の実施例を記載する。下記実施例は本発明を例示するためだけのもので、本発明が下記の実施例に限定されるものではない。
実施例１：メソポーラス白金電極の製造
Ｃ１６ＥＯ８（０．４２ｇ）、蒸留水（０．２９ｇ）及び水素ヘキサクロロ白金水和物（０．２９ｇ）を混合して、混合物が透明になり均質化されるまで温度を８０℃に上昇させた。白金電極を均質混合物に挿入し、温度を常温（約２３〜２６℃）に下げた。この工程で、前記混合物は高い粘性を持った液晶相になった。白金蒸着は、一定の電位（Ａｇ／ＡｇＣｌに対して−０．０６Ｖ）で、研磨された白金棒電極の表面で実施された。得られたメソポーラス白金電極を蒸留水に１時間おいて、Ｃ１６ＥＯ８を抽出した。前記抽出を３〜４回反復して実施した後、再生可能な方法で同一のサイクリックボルタモグラムが得られるまで、０．５Ｎ硫酸溶液でＡｇ／ＡｇＣｌに対する＋１乃至０．４５Ｖの循環電位を使用して、電気化学的洗浄を行った。
Ｃ１６ＥＯ８（０．４２ｇ）、蒸留水（０．２９ｇ）及び水素ヘキサクロロ白金水和物（０．２９ｇ）を混合して、混合物が透明になり均質化されるまで温度を８０℃に上昇させた。白金電極を均質混合物に挿入し、温度を常温（約２３〜２６℃）に下げた。この工程で、前記混合物は高い粘性を持った液晶相になった。白金蒸着は、一定の電位（Ａｇ／ＡｇＣｌに対して−０．０６Ｖ）で、研磨された白金棒電極の表面で実施された。得られたメソポーラス白金電極を蒸留水に１時間おいて、Ｃ１６ＥＯ８を抽出した。前記抽出を３〜４回反復して実施した後、再生可能な方法で同一のサイクリックボルタモグラムが得られるまで、０．５Ｎ硫酸溶液でＡｇ／ＡｇＣｌに対する＋１乃至０．４５Ｖの循環電位を使用して、電気化学的洗浄を行った。
製造したメソポーラス白金電極は、直径２．５ｎｍ、壁の厚み２．５ｎｍを持つ六方状に配置された孔構造を有していた。メソポーラス白金の特性を下記に示す。
粗さ因子：７２．５
粗さ因子７２での比表面積は３７ｍ２／ｇ、これから電気メッキ過程でのファラデー効率は約３０％、厚さ３００ｎｍのフイルムの１ｍｍ２面積で、２０±５ｎｍと報告された、優秀な平坦度に帰する鏡のような表面
孔と孔の間隔６．１ｎｍに相応する１．６８Å（２θ）の単一Ｘ線回折ピーク
よく研磨された白金（Ｐｔ−ｓ）表面と同一な拡散性。
粗さ因子７２での比表面積は３７ｍ２／ｇ、これから電気メッキ過程でのファラデー効率は約３０％、厚さ３００ｎｍのフイルムの１ｍｍ２面積で、２０±５ｎｍと報告された、優秀な平坦度に帰する鏡のような表面
孔と孔の間隔６．１ｎｍに相応する１．６８Å（２θ）の単一Ｘ線回折ピーク
よく研磨された白金（Ｐｔ−ｓ）表面と同一な拡散性。
実施例２：メソポーラス白金を使用したグルコース濃度の定量化
メソポーラス白金電極をグルコース、アスコルビン酸及び、アセトアミドフェノールが各々添加されたリン酸緩衝食塩水（０．１Ｍリン酸塩、０．１５Ｍ ＮａＣｌ、ｐＨ７．４、３７．２±０．２℃）に浸漬して、Ａｇ／ＡｇＣｌに対して０．４Ｖで電流を測定した。同一な測定を研磨された平滑な表面を有する白金をコントロールとして使用して行った。
メソポーラス白金電極をグルコース、アスコルビン酸及び、アセトアミドフェノールが各々添加されたリン酸緩衝食塩水（０．１Ｍリン酸塩、０．１５Ｍ ＮａＣｌ、ｐＨ７．４、３７．２±０．２℃）に浸漬して、Ａｇ／ＡｇＣｌに対して０．４Ｖで電流を測定した。同一な測定を研磨された平滑な表面を有する白金をコントロールとして使用して行った。
図１は、曝気したリン酸緩衝食塩水（ｐＨ７．４、３７．２±０．２℃）中でＡｇ／ＡｇＣｌに対して＋０．４Ｖの電位を印加した際の、グルコース、アスコルビン酸（ＡＡ）及びアセトアミドフェノール（ＡＰ）に対する（ａ）メソポーラス白金電極（粗さ因子、７２）および、（ｂ）Ｐｔ−ｓ（粗さ因子、２．６）の応答の時間に対する電流密度曲線を示したものである。グルコース、アスコルビン酸及びアセトアミドフェノールは、矢印で表示した時点で示された濃度で添加された。
０．１Ｍリン酸塩と０．１５Ｍ ＮａＣｌを含むリン酸緩衝食塩水（ＰＢＳ）（ｐＨ７．４、３７．２±０．２℃）で行われたグルコース、アスコルビン酸及びアセトアミドフェノールに対するメソポーラス白金電極の電流測定による応答では、メソポーラス白金電極はグルコースに選択的に反応するが、Ｐｔ−ｓ電極は、１−２０ｍＭの範囲で信号がほとんど検出されなかった。そして、メソポーラス白金は、アスコルビン酸及びアセトアミドフェノールのような妨害物質ではなく、グルコースを選択的に検出した。他方では、平滑な表面を有する白金では、妨害化学種に比べてグルコース感受性が非常に低かった。
図２は、メソポーラス白金電極のグルコース濃度に対する応答を示す検量線である。前記信号は、撹拌中の溶液にグルコースを添加してから１００秒後の静止した溶液で測定した。
表１は、メソポーラス白金電極及び平滑な表面を有する白金電極のグルコース及び妨害物質に対する応答を示したものである。
ａ：グルコースに対する感度（μＡｃｍ−２ｍＭ−１）
ｂ：０．１ｍＭに対するシグナル（μＡｃｍ−２）
図２及び表１で、メソポーラス白金電極は０乃至１０ｍＭのグルコース濃度範囲で９．６μＡｃｍ−２ｍＭ−１の感度を示し、平滑な表面を有する白金電極は０．０３９μＡｃｍ−２ｍＭ−１の感度を示す。即ち、メソポーラス白金電極は、平滑な表面を有する白金電極に比べてグルコース感度が約２５０倍高い。サンプル内グルコース濃度は図２の検量線を使用して計算できる。
ｂ：０．１ｍＭに対するシグナル（μＡｃｍ−２）
図２及び表１で、メソポーラス白金電極は０乃至１０ｍＭのグルコース濃度範囲で９．６μＡｃｍ−２ｍＭ−１の感度を示し、平滑な表面を有する白金電極は０．０３９μＡｃｍ−２ｍＭ−１の感度を示す。即ち、メソポーラス白金電極は、平滑な表面を有する白金電極に比べてグルコース感度が約２５０倍高い。サンプル内グルコース濃度は図２の検量線を使用して計算できる。
上述したように、メソポーラス白金層が表面を被覆してなる電極を有する本発明のメソポーラス白金電極は、グルコース濃度を定量的に測定でき、メソポーラス白金は妨害物質による干渉を排除するのでグルコースの選択的検出が実現できる。また、前記メソポーラス白金電極の非酵素性グルコースセンサーとしての応用は、従来のグルコースセンサーに対して選択性、感度及び安定度を大きく向上させる。
Claims (3)
- メソポーラス白金層が表面を被覆してなる電極を含む、グルコースを検出するための酵素によって修飾されていないメソポーラス白金電極。
- 前記電極が、貴金属または酸耐性金属である、請求項１に記載のメソポーラス白金電極。
- メソポーラス白金層が表面を被覆してなる電極を含む酵素によって修飾されていないメソポーラス白金電極を得る工程と、
グルコースを含むと予想されるサンプル溶液を前記メソポーラス白金電極と接触させる工程と、
前記メソポーラス白金電極に電圧を印加して発生した応答電流を検出する工程を含む、グルコースの検出方法。
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