JP4418030B2 - 電気化学測定装置を用いて目的物質を検出または定量する方法、電気化学測定装置、および電気化学測定用電極板 - Google Patents

電気化学測定装置を用いて目的物質を検出または定量する方法、電気化学測定装置、および電気化学測定用電極板 Download PDF

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Description

本発明は試料液に含まれる目的物質、特に生体内に微量に含まれる物質を、検出または定量する方法、電気化学測定装置、および電気化学測定用電極板に関するものである。
近年、酵素が有する特異的触媒作用と電極反応活性を有する電子メディエータとを組み合わせ、血液中に含まれるスクロース、グルコースなどの糖類を定量する電気化学測定用電極板が開発されている。このような電気化学測定用電極板では、糖類と酵素との間で反応させた後、電子メディエータを電気化学的に測定することによって、電子メディエータを介して間接的に試料液中に含まれる糖類を定量する。
その一例として、電気化学測定用電極板は、生体に含まれる微量溶液サンプルの分析に適している。そのため、電気化学測定用電極板は、様々な有機材料または無機材料と組み合わせてセンサなどへの応用が試みられている。
この方法は糖類に対する特異性が高く、操作時の温度の影響が小さく、定量装置の機構も簡便であるため、この方法を用いることにより、一般の人々が家庭などで簡易に血糖値を定量することができる。
電気化学測定用電極板の電極応答速度は、電気化学測定用電極板が有する微小電極の面積が減少するにしたがって高くなるため、様々な電極形状、電極の微細化が検討されている。しかし、電極面積の減少に伴い、得られる電流値は減少する。例えば、電極面積を数百μｍ２程度まで微細化すると、検出できる電流値は数十〜数ｎＡオーダーまで低下する。そのため、測定時にノイズ応答の増加や感度低下が発生する。そこで、これらの不具合を解消するため、複数の微小電極を集積した電気化学測定用電極板が特許文献１〜４で検討されている。
特許文献１〜４では、隣接する微小電極との間の距離を一定に保つ微小電極を、多量に再現性良く基板上に作製する方法が提案されている。
図１８は、特許文献１に記載された従来の電気化学測定用電極板の構成の全体図（図１８（ａ））および部分拡大図（図１８（ｂ））を示している。この電気化学測定用電極板２００は、絶縁性の基板２０１／酸化電極として機能する下部電極体２０２／絶縁層２０３／還元電極として機能する表面電極２０４が積層されてなる。表面電極２０４の表面には円筒形の多数の微細孔２０５が形成されており、この微細孔２０５には下部電極体２０２の膜面が露出している。
絶縁性の基板２０１は、例えばシリコン基板２０１ａの主表面に酸化膜２０１ｂが被着された、いわゆる酸化膜付きシリコン基板から成る。下部電極体２０２は、基板２０１上の酸化膜２０１ｂの表面（すなわち、絶縁体の表面）に金属、半金属、炭素材、または半導体で形成された酸化電極である。表面電極２０４は、絶縁層２０３上に、下部電極体２０２と同様、金属、半金属、または半導体から形成された還元電極である。
下部電極体２０２の微細孔２０５からの露出部（以下、酸化電極２０２ａとする）と表面電極２０４とから、酸化電極と還元電極とを対とする作用電極対が構成されている。すなわち、酸化電極２０２ａおよび表面電極２０４はいずれも作用電極として機能し、より詳細には、上述したように、下部電極体２０２の露出部は酸化電極として、表面電極２０４は還元電極として機能する。なお、図１８において、２０６は下部電極体２０２の一端部に外部リードを接続するために開口された電極引出し用の開口部である。ここで微細孔２０５とは絶縁層２０３と表面電極２０４を完全に貫通し、下部電極体２０２の表面に到達する孔のことを指す。
上記のような電気化学測定用電極板を用いた電気化学測定装置においては、電流応答を得るために、下部電極体２０２と表面電極２０４に電位を印加する。電気化学測定装置が酸化電極２０２ａ、表面電極２０４、対極（図示せず）の３つの電極で構成される場合、対極が試料溶液中で示す電位をゼロとして、酸化電極体２０２ａ−対極間、表面電極２０４−対極間に電位を印加する。
また、電気化学測定装置が酸化電極体２０２ａ、表面電極２０４、参照電極（図示せず）、補助電極（図示せず）の４個の電極で構成される場合、参照電極が試料液中で示す電位をゼロとして、酸化電極２０２ａ−参照電極間、表面電極２０４−参照電極間に電位を印加する。
特許文献４および非特許文献１においては、円筒形の微細孔２０５の間隔を、その径にして大きく取った電気化学測定用電極板が提案され、それを用いた電気化学測定結果が報告されている。これらの文献においては、マクロ電極である表面電極２０４は、微小電極の集合体である下部電極よりも大きな面積を有する。測定時には、酸化電極２０２ａ上で酸化反応を、そして表面電極２０４上で還元反応を起こしうる電位をそれぞれ印加する。これにより、酸化電極２０２ａと表面電極２０４との間で自己誘発レドックスサイクルが発現し、見かけ上高い電流応答を得ることができると報告されている。
このようにして、試料液に存在する電子メディエータを介して、糖類などの目的物質を定量する。なお、酸化電極２０２ａに還元反応が起こる電位を印加し、表面電極２０４に酸化反応が起こる電位を印加しても、同様の自己誘発レドックスサイクルが発現する。
ここで、特許文献４、非特許文献１及び２に記載されている自己誘発レドックスサイクルを、図１９を用いて説明する。
図１９における自己誘発レドックスサイクルはふたつの作用電極、すなわち微小電極２２１およびマクロ電極２２２上で進行する。微小電極２２１の表面では、還元体２２４の酸化反応が生じて酸化体２２５が生成することにより、微小電極２２１に酸化電流が流れる。マクロ電極２２２のうち微小電極２２１に近い部分２２２ａの表面では、酸化体２２５が還元されて還元体２２６となることにより、マクロ電極２２２に還元電流が流れる。さらに還元体２２５が拡散して微小電極２２１の表面に到達することにより、還元体２２４から酸化体２２５への酸化反応が再び起こり、微小電極２２１に酸化電流が流れる。
結果的にマクロ電極２２２ａの表面では微小電極２２１から生成した酸化体２２５を還元して還元体２２６とすることにより、微小電極２２１表面に還元体２２４を供給することができる。これにより、微小電極２２１とマクロ電極２２２ａとの間で酸化反応と還元反応が循環するいわゆるレドックスサイクル反応が生じる結果、微小電極２２１に定常的に電流が流れて、試料液中に微量に含まれる目的物質の検出および定量を行うことができる。そして高感度測定の有効性を高めるために、微小電極２２１を基板上により多数形成してレドックスサイクルが進行する酸化電極と還元電極とからなる電極対を、できる限り多く形成する。
特許第２５５６９９３号公報（第６頁、第１図） 特許第２５６４０３０号公報（第７頁、第２図） 特開２００６−７８４０４号公報（第２５頁、図１） 特許第３２８９０５９号公報（第１６頁、図５） 特開２００７−０１０４２９号公報（図３、図４）
Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１３８巻，１２号， ３５５１頁 青木幸一ら著 「微小電極を用いる電気化学測定法」（社）電子情報通信学会編 平成１０年２月１０日発行 ４８−４９，７０−７１頁
図１８に示されるように、還元電極として機能する表面電極２０４の面積が、酸化電極２０２ａの面積よりもずっと大きいと、次のような問題が生じる。
マクロ電極２２２ａ上で生成した還元体２２６は拡散するが、それは微小電極２２１（図１８における酸化電極２０２ａに相当）に到達するだけでなく、図１９の右側に示すように、その一部はマクロ電極２２２（図１８における表面電極２０４に相当）のうち微小電極２２１から遠い部分２２２ｂ上にも到達する。このような還元体２２７は酸化反応により酸化体２２８となる。すなわち、マクロ電極２２２上では酸化反応も起こる（特開平３−２４６４６０号公報の第４図も参照）。
次に、この酸化体２２８は拡散し、マクロ電極２２２のうち微小電極２２１に近い部分２２２ａ上に到達する。そこで還元反応により、還元体２２６となる。還元体２２６は拡散して微小電極２２１表面に到達し再び酸化されて酸化体２２５となる（あるいは、再度、マクロ電極２２２のうち微小電極２２１から遠い部分２２２ｂに到達する）。
すなわち、図１８の表面電極２０４上では酸化反応と還元反応が同時に起こることとなる。その結果、酸化電極２０２ａで検出したい還元体の酸化反応が表面電極２０４の上でも同時に起こってしまう。そのため、表面電極２０４で発生した還元体が効率的に酸化電極２０２ａ上で酸化せず、高感度化に課題を生じている。この他、表面電極２０４はマクロ電極として作用するため電位印加時の充電電流が大きい。そのため、微小電極である酸化電極２０２ａに比べて反応が定常状態に達する時間が長くなるという課題も生じていた。
本発明は上記課題の解決するためになされたものであり、試料液中に含まれる糖類等の目的物質の濃度を、迅速に高感度で定量する方法および電気化学測定装置、さらには前記方法および装置に使用することができる電気化学測定用電極板を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、参照電極、補助電極、および電気化学測定用電極板、または対極および電気化学測定用電極板からなる電気化学測定装置により、試料液に含まれる目的物質を検出または定量する方法であって、詳細は以下の通りである。
前記試料液は、電子メディエータを含有し、前記電気化学測定用電極板は第１電極板または第２電極板からなる。第１電極板および第２電極板は、絶縁体からなる基板と、前記基板の上面に設けられた絶縁体からなる上層と、前記基板の下面に設けられた絶縁体からなる下層と、前記基板の上面と前記上層の間に挟まれている第１電極体と、前記基板の下面と前記下層の間に挟まれている第２電極体と、を備える。
前記上層は、前記上層の上面から下面まで貫通する複数の上層貫通孔を有する。前記第１電極体は、前記上層貫通孔を介して前記上層の上面から露出する部分からなる複数の第１電極を有する。前記基板は、前記基板の上面から下面まで貫通する複数の基板貫通孔を有し、前記第２電極体は、前記上層貫通孔および前記基板貫通孔を介して前記上層の上面から露出する部分からなる複数の第２電極を有する。
第１電極板は、平面視において、前記複数の基板貫通孔が、いずれも前記第１電極とは重なり合わず、前記各第１電極の周囲には、前記第１電極との中心間距離が等しい４個以上の実質的に同一面積の第２電極が配置されており、前記各第２電極の周囲には、前記第２電極との中心間距離が等しい２個の実質的に同一面積の第１電極が配置されており、前記各第１電極の面積とその周囲の前記第２電極の総和面積とは実質的に同一である。
第２電極板は、平面視において、前記複数の基板貫通孔が、いずれも前記第１電極とは重なり合わず、前記各第２電極の周囲には、前記第２電極との中心間距離が等しい４個以上の実質的に同一面積の第１電極が配置されており、前記各第１電極の周囲には、前記第１電極との中心間距離が等しい２個の実質的に同一面積の第２電極が配置されており、前記各第２電極の面積とその周囲の前記第１電極の総和面積のとは実質的に同一である。
前記方法は、以下の工程を包含する。前記参照電極、前記補助電極、および前記電気化学測定用電極板、または前記対極および前記電気化学測定用電極板を前記試料液に接触させる接触工程、前記第１電極体および前記第２電極体の一方に正電位を掃引し、他方に負電位を印加する、あるいは前記第１電極体および前記第２電極体の一方に正電位を印加し、他方に負電位を掃引し、前記第１電極体および前記第２電極体の間に流れる電流値を測定する電流測定工程、前記電流測定工程において得られた電流値から前記目的物質を検出する、あるいは前記目的物質の量を算出する算出工程。
また、本発明は、上述の電気化学測定装置、第１電極板、または第２電極板である。
第１電極板は、前記第１電極体上に、前記上層の上面から露出する部分の面積を調整する複数の被覆絶縁体が設けられている構成としてもよい。この場合、前記各第１電極上に前記被覆絶縁体が設けられ、平面視において、前記各第１電極と前記各第１電極上に設けられた前記被覆絶縁体とが中心点を共有し、その外縁が相似形状であるように構成することができる。
第１の電極板において、第１電極の形状は、平面視において、正四角形または正六角形であることが好ましい。
第２電極板は、前記第２電極体上に、前記上層の上面から露出する部分の面積を調整する複数の被覆絶縁体が設けられている構成としてもよい。この場合、前記各第２電極上に前記被覆絶縁体が設けられ、平面視において、前記各第２電極と前記各第２電極上に設けられた前記被覆絶縁体とが中心点を共有し、その外縁が相似形状であるように構成することができる。
第２電極板において、第２電極の形状は、平面視において、正四角形または正六角形であることが好ましい。
第１電極板または第２電極板において、前記第１電極体は、前記複数の第１電極を全て包含する金属板からなるように構成することができる。また、前記第２電極体は、前記複数の第１電極を全て包含する金属板からなるように構成することができる。
なお、本明細書において電極の面積とは、電極の表面積のことをいう。
本発明の上記目的、他の目的、特徴および利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
本発明にかかる試料液に含まれる目的物質を検出または定量する方法によると、目的物質を迅速かつ高感度で検出することができる。また、本発明の電気化学測定用電極板によると、複数の電極上における反応生成物の量を等しく保つことが可能となり、またノイズとなる反応を抑制することができる。したがって、これを用いることにより、試料液に含まれる目的物質を、迅速に、感度良く、かつ精度良く検出または定量することができる。
実施の形態１の電気化学測定用電極板を模式的に示す斜視図である。 実施の形態１の電気化学測定用電極板を模式的に示す分解斜視図である。 実施の形態１にかかる電気化学測定用電極板を有する電気化学測定装置の概略図である。 実施の形態１にかかる電気化学測定装置により、試料液に含まれる目的物質の濃度を算出する方法の工程フロー図である。 検量線作成方法の一例を示す図である。 実施の形態１の電気化学測定用電極板に参照電極および補助電極を形成した電極板を模式的に示す斜視図である。 実施の形態２の電気化学測定用電極板を模式的に示す分解斜視図である。 実施の形態３の電気化学測定用電極板を模式的に示す斜視図である。 実施の形態３の電気化学測定用電極板を模式的に示す分解斜視図である。 実施の形態４の電気化学測定用電極板を模式的に示す分解斜視図である。 実施の形態３の電気化学測定用電極板に参照電極および補助電極を形成した電極板を模式的に示す斜視図である。 実施の形態１の電気化学測定用電極板の上層貫通孔の配列を模式的に示す平面図である。 実施の形態３の電気化学測定用電極板の上層貫通孔の配列を模式的に示す平面図である。 実施の形態４の電気化学測定用電極板の上層貫通孔の配列を模式的に示す平面図である。 実施例１および３の電気化学測定用電極板の製造工程を示す断面図である。 比較例１の電気化学測定用電極板の製造工程を示す断面図である。 実施例２の電気化学測定用電極板の製造工程を示す断面図である。 従来の電気化学測定用電極板の構成を示す斜視図である。 従来の電気化学測定用電極板の電極上で生じる酸化還元反応を模式的に示す図である。 実施の形態５における、電気化学測定用電極板の斜視図である。 実施の形態５における、電気化学測定用電極板の分解斜視図である。 実施の形態５における、電気化学測定用電極板の上層貫通孔および被覆絶縁体の配列を模式的に示す平面図である。 実施の形態６における、電気化学測定用電極板の上層貫通孔および被覆絶縁体の配列を模式的に示す平面図である。 実施例４の電気化学測定用電極板の製造工程を示す断面図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１の電気化学測定用電極板１を模式的に示す斜視図である。電気化学測定用電極板１は、下側から順に、下層１１、基板３１、上層４０が順に積層され、下層１１と基板３１との間に第２電極体１２が挟まれ、基板３１と上層４０との間に第１電極体３２が挟まれている構成である。
上層４０には、複数の上層貫通孔４１ａと４１ｂがマトリックス状に形成されている。用語を厳密に区別する必要がある場合には、上層貫通孔４１ａは第１上層貫通孔と呼ばれる。同様に、上層貫通孔４１ｂは第２上層貫通孔４１ｂと呼ばれる。
図１で横方向を行方向、縦方向を列方向と定義すると、上層貫通孔４１が形成されている行方向の位置を順にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、・・・、Ｍとし、列方向の位置を順にａ、ｂ、ｃ、ｄ、・・・ｇとする。そして上層貫通孔４１（Ｘ、ｘ）は、行方向の位置がＸ（Ｘ＝Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、・・・、Ｍ）、列方向の位置がｘ（ｘ＝ａ、ｂ、ｃ、ｄ、・・・ｇ）にある上層貫通孔４１を表す。
上層貫通孔４１の内、大きい方の上層貫通孔４１ｂは、行方向に６個ずつ、列方向に３個ずつ合計１８個形成されている。また、行方向に長辺を持つ小さい方の上層貫通孔４１ａは、行方向に６個ずつ、列方向に４個ずつ合計２４個形成され、列方向に長辺を持つ小さい方の上層貫通孔４１ａは、行方向に７個ずつ、列方向に３個ずつ合計２１個形成されている。平面視において、各上層貫通孔４１ｂの形状は正四角形であり、各上層貫通孔４１ａの形状は、上層貫通孔４１ｂの辺の長さと実質的に同じ長さの長辺を有する長方形である。
電気化学測定用電極板１の上面に第１電極体３２を露出させる上層貫通孔４１ｂと、電気化学測定用電極板１の上面に第２電極体１２を露出させる上層貫通孔４１ａとが交互に等間隔で配置されている。上層貫通孔４１ａは、図１には示されない基板３１上の基板貫通孔を介して電気化学測定用電極板１の上面に第２電極体１２を露出させる。電気化学測定用電極板１は、第２電極体１２に設けられている第２電極リード１２ｃが端部近傍で露出するように形成されている切り欠き部３と、第１電極体３２に設けられている第１電極リード３２ｃが端部近傍で露出するように形成されている切り欠き部４とを有する。
図２は、図１に示す電気化学測定用電極板１の分解斜視図である。図２に示されるように、実施の形態１にかかる電気化学測定用電極板１は、下側から順に、第２電極体設置層１０、第１電極体設置層３０、および上層４０が積層されている。
第２電極体設置層１０は、下層１１および下層１１の上面に設けられた第２電極体１２からなる。第１電極体設置層３０は、基板３１および基板３１の上面に設けられた第１電極体３２からなる。下層１１、基板３１、上層４０はいずれも絶縁体である。第２電極体１２は、図２に示すように下層１１と基板３１との間に挟まれている。同様に、第１電極体３２は、基板３１と上層４０との間に挟まれている。上層４０は、複数の上層貫通孔４１を有している。
図２では、図１と同様の配置で上層貫通孔４１が設けられている。これらの上層貫通孔４１の内、左上の上層貫通孔４１ｂ（Ｂ、ｂ）およびこの上層貫通孔４１ｂを基点に行方向（Ｄ、ｂ）、（Ｆ、ｂ）、・・・および列方向（Ｂ、ｄ）、（Ｂ、ｆ）に配置された上層貫通孔４１ｂからは、第１電極体３２の一部分が露出している。第１電極体３２のうち、各上層貫通孔４１ｂから露出している部分、すなわち、図２において、第１電極体３２において灰色で塗りつぶされている部分が、試料液と接し、第１電極３２ｄとして機能する。
図２では、１８個の第１電極３２ｄが設けられている。第１電極体３２のうち、上層４０が形成されている部分、すなわち、図２において第１電極体３２において灰色で塗りつぶされておらず、白く表されている部分は、試料液と接することがない。よって、この部分は、第１電極としては機能しない。第１電極体３２は、上層貫通孔４１ｂから露出する部分と、上層４０によって被覆されて試料液と接することがない電子信号伝達部３２ａと全ての電子信号伝達部３２ａが接続される幹部３２ｂとからなる。また、第１電極体３２は、その幹部３２ｂの一端に第１電極リード３２ｃを有している。
基板３１は、複数の基板貫通孔３３を有している。図２では、４５個の基板貫通孔３３が設けられている。４５個の基板貫通孔３３は、上層貫通孔４１のうち、第１電極体３２の一部分を露出させない４５個の上層貫通孔４１ａと位置及び形状が一致し重なるように設けられている。上層貫通孔４１のうち、第１電極体３２の一部分を露出させない４５個の上層貫通孔４１ａからは、基板貫通孔３３を介して第２電極体１２の一部分が露出している。すなわち、図２において、第２電極体１２において灰色で塗りつぶされた部分が、試料液と接し、第２電極１２ｄとして機能する。
図２では、４５個の第２電極１２ｄが設けられている。第２電極体１２のうち、基板３１が形成されている部分、すなわち、図２において、第２電極体１２上で灰色に塗りつぶされておらず、白く表されている部分は、試料液と接することがない。よって、この部分は、第２電極としては機能しない。第２電極体１２は、上層貫通孔４１ａから基板貫通孔３３を介して露出する部分と、基板３０によって被覆されて試料液と接することがない電子信号伝達部１２ａと全ての電子信号伝達部１２ａが接続される幹部１２ｂとからなる。また、第２電極体１２は、その幹部１２ｂの一端に第２電極リード１２ｃを有している。
次に上層貫通孔４１と基板貫通孔３３について説明する。上層貫通孔４１ａと基板貫通孔３３とはいずれも鉛直方向に貫通され、平面視において、実質的に一定の断面形状及び一定の面積を有する。各上層貫通孔４１ａの面積と各基板貫通孔３３の面積とは実質的に同一である。第１電極３２ｄの面積は上層貫通孔４１ｂの面積と同じであり、第２電極１２ｄの面積は基板貫通孔３３の面積と同じである。その形状は正四角形または長方形であり、その面積は、例えば１０μｍ２〜１００００μｍ２である。１００００μｍ２を超えると、図１９の右側で示されるような望ましくない反応が生じてしまい、結果的に、高感度化に課題を生じる。なお、全ての第１電極３２ｄの面積は実質的に同一であることが好ましく、また全ての第２電極１２ｄの面積は実質的に同一であることが好ましい。
下層１１の厚みは１００μｍ以上であることが、電極の強度を保つ上で好ましい。また、基板３１、および上層４０の厚みはそれぞれ０．０５μｍ以上５０μｍ以下が好ましい。基板３１および上層４０の厚みが０．５μｍ未満の場合、ピンホールの発生等によって、第１電極体３２と第２電極体１２とがショートする恐れがある。また、ピンホールの発生は第１電極３２ｄや第２電極１２ｄ以外の電極体部分が試料液に接触して、試料液に含まれる目的物質を検出または定量する際に、本発明の電気化学測定用電極板が有する機能を発揮できない恐れもある。また、厚みが５０μｍより大きい場合、基板貫通孔３３と上層貫通孔４１の形成の際に、形成のための時間を長く要することや、微細な貫通孔を形成できなくなると言った不具合が生じる。また、第１電極３２ｄと第２電極１２ｄとの間隔が開いてしまい、結果電極上で反応した酸化体と還元体の拡散長が長くなり、充分なレドックスサイクル効果が期待できなくなる。
次に上層貫通孔４１ａ、上層貫通孔４１ｂの配置関係と面積について説明する。図１２は、上層４０における上層貫通孔４１ａ，４１ｂの配列の一部を示す上面図である。図１２においては、便宜上、上層貫通孔４１ｂのみ灰色に塗りつぶして、上層貫通孔４１ａと区別している。また、いくつかの上層貫通孔４１ｂに最近接する上層貫通孔４１ａとの間に直線を付し、最近接する上層貫通孔４１との位置関係を確認しやすいようにしている。
上層貫通孔４１ｂは、行方向の一つの位置（Ｂ，Ｄ・・・）おきに、そして列方向の一つの位置（ｂ，ｄ・・・）おきに配列されている。したがって、上層貫通孔４１ｂが存在しない行方向の位置、すなわち列（Ａ，Ｃ，Ｅ，Ｇ，Ｉ，Ｋ，Ｍ）が存在する。また、上層貫通孔４１ｂが存在しない列方向の位置、すなわち行（ａ，ｃ，ｅ，ｇ）が存在する。これら、列（Ａ，Ｃ，Ｅ，Ｇ，Ｉ，Ｋ，Ｍ）および行（ａ，ｃ，ｅ，ｇ）においては、一つの位置おきに上層貫通孔４１ａが存在する。各上層貫通孔４１ｂの周囲を取り巻くように４つの上層貫通孔４１ａが配置されている。
上層貫通孔４１ｂの中心と、これら４個の各上層貫通孔４１ａの中心との間の距離は等しい。
例えば、１つの上層貫通孔４１ｂ（Ｂ，ｂ）に着目すると、周囲には４個の上層貫通孔４１ａ（Ｂ，ａ）、（Ｃ，ｂ）、（Ｂ，ｃ）、（Ａ，ｂ）が同一の中心間距離で近接するように配置されている。その間隔は１〜２０μｍであることが好ましい。１μｍ未満の場合、電極板の製造工程における位置合わせが困難となり、不良品発生の原因となる。また、２０μｍより大きい場合、図１９で示した酸化体と還元体が第１電極３２ｄと第２電極１２ｄ、すなわち酸化電極と還元電極との間の拡散長が長くなり、充分なレドックスサイクル効果が期待できなくなる。
１つの上層貫通孔４１ｂと行方向または列方向に配置された隣り合う上層貫通孔４１ａの中心間距離はすべて実質的に等しい。また、灰色で示した上層貫通孔４１ｂの面積は第１電極３２ｄの面積に等しい。この第１電極３２ｄの面積は、行方向と列方向の４方で隣り合う４個の上層貫通孔４１ａの総和の面積と実質的に等しい。すなわち、１つの第１電極３２ｄの面積は、隣り合う４個の第２電極１２ｄの総和の面積と等しい。
図２に戻る。第１電極体３２と第２電極体１２にはそれぞれ独立して電位を印加することができ、それぞれの電極上で目的物質の電気化学反応、より具体的には酸化反応と還元反応とを進行させることができる。一般的に、酸化反応が進行する電極を酸化電極、還元反応が進行する電極を還元電極と呼ぶ。
第２電極１２ｄ上における電気化学反応によって発生した電気信号は第２電極体１２を伝わり、第２電極リード１２ｃを介してガルバノメーター等の計測器で定量することができる。同様に第１電極３２ｄ上における電気化学反応によって発生した電気信号は第１電極体３２を伝わり、第１電極リード３２ｃを介してガルバノメーター等の計測器で定量することができる。
列方向の長辺を有する第２電極１２ｄは、平面視において、行方向の２方向に中心間距離が同じである２個の第１電極３２ｄと隣接する。行方向に長辺を有する第２電極１２ｄは、平面視において、列方向の２方向に中心間距離が同じである２個の第１電極３２ｄと隣接する。各第１電極３２ｄは、平面視において、行方向および列方向の４方向に中心間距離が同じである４個の第２電極１２ｄと隣接する。すなわち、各電極３２ｄ、１２ｄは、電気化学的に対となって作用し得る１つの第１電極３２ｄと４個の第２電極１２ｄが隣接し、隣接した第１電極３２ｄの面積と、その第１電極３２ｄに隣接した第２電極１２ｄの面積の総和を等しく形成することにより、効率的なレドックスサイクルが進行する。
また、第１電極３２ｄと第２電極１２ｄをそれぞれ微細に形成することにより、電極上の機能を迅速に定常状態に到達させることができる。また、第１電極３２ｄと第２電極１２ｄとの間隔を等しく形成することにより、電極板上での反応速度を揃えて、電極反応速度の違いによる濃度勾配が発生することを防止する。このことにより、電極板上の反応は定常状態を保つことができる。本実施の形態の電気化学測定用電極板１を用いて試料溶液中の酸化還元物質を電気化学法により定量する際は効率的なレドックスサイクルにより前記酸化還元物質を迅速に感度良く検出することができる。
第１電極３２ｄとその４方に配置された第２電極１２ｄとのセットは、なるべく多数配置することが好ましい。第１電極３２ｄと第２電極１２ｄとのセットを多数配置することにより、前記試料液に接触する電極面積が大きくなる。即ち、試料液中に含まれる目的物質と前記電極の界面の面積が大きくなり、電極表面の電気化学反応に伴う反応電流が多く得られることとなる。これら第１電極３２ｄまたは第２電極１２ｄ電極の表面積はその投影面積に比べて表面粗さが大きいほど大きい。例えば、導電性粒子を印刷等の手法により形成した電極は、表面粗さが大きく、電極面積を大きくすることができる。
次に本実施の形態の電気化学測定用電極板１を構成する部材の材料について具体的に述べる。下層１１として、表面或いは全体が絶縁性を有する基板を用いる。例えば、シリコン基板の表面に絶縁層としてのＳｉＯ２膜が被覆された酸化膜付きシリコン基板、石英ガラス板、酸化アルミニウム基板、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリイミドフィルム等の樹脂材料等からなる基板を用いることができる。
第１電極体３２及び第２電極体１２は金属、金属酸化物、半導体等の電気伝導性を有する材料で形成されている。電気伝導性を有する材料として、金、白金、パラジウム、銀、クロム、チタン、ニッケル等の金属、ｐ及びｎ型シリコン、ｐ及びｎ型ゲルマニウム、硫化カドミウム、二酸化チタン、酸化亜鉛、ガリウム燐、ガリウム砒素、インジウム燐、カドミウムセレン、カドミウムテルル、二砒化モリブデン、セレン化タングステン、二酸化銅、酸化スズ、酸化インジウム、インジウムスズ酸化物等の半導体、その他ケッシェンブラック等の導電性カーボンを用いることができる。電極材料として安定である金、白金、パラジウムを用いることが好ましい。
基板３１及び上層４０は、ＳｉＯ2に代表されるシリコン酸化物または窒化シリコンを用いて、常圧ＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、スパッタ等の方法により形成することができる。また、スピンオングラス（東京応化工業株式会社）、エラストジル（旭化成ワッカーシリコーン株式会社製）等のシリコーン樹脂、カプトン（東レ・デュポン株式会社製）等のポリイミド及びその誘導体、ジェイイーアール（ジャパンエポキシレジン株式会社製）等のエポキシ樹脂、スミコン（住友ベークライト株式会社製）等の熱硬化性樹脂、ピーエムイーアール（東京応化工業株式会社製）やエスユーエイト（化薬マイクロケム株式会社製）等のフォトレジスト材または感光性樹脂等の樹脂材料をスピンコート等により塗布し、ベーキング、電子線や紫外線による露光、現像工程等を組み合わせた手法により作製することができる。後述する孔形成工程における加工の容易さから、シリコン酸化物や窒化シリコン、フォトレジスト材または感光性樹脂を用いることが好ましい。
また、電気化学測定用電極板１を製造する際には、下層１１の上面に第２電極体１２を、基板３１の上面に第１電極体３２を形成すべく、導電性材料のパターニングを行う。電極のパターニングには蒸着、スパッタ等の成膜手法とエッチング手法を組み合わせた方法、成膜手法とメタルマスクを組み合わせて行う手法、フォトレジストを用いて行うリフトオフ法、スクリーンを用いたスクリーン印刷、マスクを用いたレーザアブレーション法、またはインクジェットプリント法による直接描画手法を用いることができる。
下層１１上に順次積層し、第１電極体３２を形成した後、フォトレジストまたは感光性樹脂材料を材料として上層４０の形成を行う場合について説明する。フォトレジストの前駆体材料を第１電極体３２が形成されている基板３１上に塗布し、ベーキング工程を行う。そこに正四角形、または長方形を有する複数の孔が横方向及び縦方向において所定の中心間距離で配列されているパターンを有する画像マスクを重ね、電子線、紫外線等によりマスクパターンを露光し、現像してパターンを基板上のフォトレジスト或いは感光性樹脂材料に転写した後、エッチングを行うことにより基板貫通孔３３を形成する。これにマスクと感光性樹脂材料を用いて、上層貫通孔４１を有する上層４０を形成することができる。もしくはリフトオフ法により、基板貫通孔３３と上層貫通孔４１を形成しても良い。
第１電極体３２および第２電極体１２は同一の方法によって、形成することが好ましい。例えば、第２電極体１２を成膜法によって形成する場合は、第１電極体３２も成膜法によって形成することが好ましい。また、第２電極体１２をペースト材料の印刷手法により形成する場合は、第１電極体３２も同様の手法と材料で形成することが好ましい。これは第１電極体３２と第２電極体１２とを比較してその表面粗さが極端に違うとき、第１電極３２ｄおよび第２電極１２ｄの表面積を揃えて形成することは困難となることによる。
以上の製造方法によれば、先に述べた形状、面積、および配置を有する上層貫通孔４１ａと４１ｂ、基板貫通孔３３を容易に形成することができ、これにより第１電極３２ｄと第２電極１２ｄのそれぞれからの反応生成物濃度を揃えることが容易となる。また、第１電極３２ｄと第２電極１２ｄとからなる電極対の中心間距離を一定に揃えることで正確に各々の電極対間で進行するレドックスサイクル反応の速度を等しくすることができる。そして、これらの作用により、第１電極３２ｄ上および第２電極１２ｄ上で電気化学反応が素早く定常状態に達することが可能となる。結果、試料液中に含まれる目的物質を迅速に感度良く検出または定量することができる。
本実施の形態の電気化学測定用電極板１では、上層貫通孔４１、基板貫通孔３３が試料液の通り道となるため、試料液が水溶液である場合には、上層貫通孔４１、基板貫通孔３３の内壁が親水性であることが望ましい。そのため、上層４０および基板３１としては、シリコン基板、ガラス基板などの親水性表面を有する基板か、または親水性のポリエチレンテレフタレートあるいはポリエチレンナフタレート基板などのポリエステル材からなる基板を選択することが望ましい。疎水性を有する基板を使用する際には、エタノール、イソプロピルアルコールなどによって上層貫通孔４１または基板貫通孔３３の内壁に親水化処理を施すことが望ましい。また、ＵＶオゾン処理、酸素プラズマ処理による親水化処理を施すことも望ましい。
［電気化学測定装置の説明］
図３は、実施の形態１に係る電気化学測定用電極板を有する電気化学測定装置（以下、単に「測定装置」という）を示している。
図３に示すように、測定装置２７において、電気化学測定用電極板１、参照電極２２、および補助電極２３が試料容器２４に満たされた試料液に浸されている。これにより、これらの電極が試料液に接触する。また、電気化学測定用電極板１の表面には、第１電極３２ｄおよび第２電極１２ｄが行方向および列方向に複数個形成されて、電極の集合体２１を形成している。
参照電極２２は電気化学測定用電極板１に印加する電位の基準となる電極である。参照電極２２が試料液中で示す電位をゼロとして第１電極３２ｄ、第２電極１２ｄそれぞれに電位を印加する。補助電極２３は、測定装置２７においてアンペアの法則を成り立たせるために、電流を補償するための電極である。制御装置２５は、第１電極リード３２ｃおよび第２電極リード１２ｃを介して電気化学測定用電極板１と電気的に接続されており、同様に参照電極２２、補助電極２３ともに電気的に接続されている。レコーダー２６により、制御装置２５から出力された電流応答が記録される。
［電気化学測定方法の説明］
次に、図３を用いて試料液に含まれる電子メディエータの定量方法を説明する。
サイクリックボルタンメトリー等の手法により、電子メディエータの酸化反応が進行する電位と還元反応が進行する電位を予め調べておいて、後に説明する酸化電極の電位の値と還元電極の電位の値に用いる。なお、電位の基準は参照電極２２が試料液中で示す平衡電位である。すなわち、第２電極１２ｄおよび第１電極３２ｄにそれぞれ印加される電位は、参照電極２２を０Ｖとした場合における相対的な電位である。第２電極１２ｄと第１電極３２ｄの電位を制御装置２５に入力したのち、測定を開始する。後述する実施例では詳細に説明するが、ここでは一例として、第１電極３２ｄを酸化電極、第２電極１２ｄを還元電極として用いる場合を述べる。すなわち、本実施の形態では第１電極３２ｄ上では酸化反応が、第２電極１２ｄ上では還元反応が進行する。
具体的な方法を説明する。まず、第１電極３２ｄに０Ｖから正電圧をゆっくりと印加する。後述する実施例では、第１電極３２ｄに印加される電圧を０Ｖから＋０．７Ｖにゆっくりと変化させて、酸化電極として用いている。なお、これを「掃引」と呼ぶ。すなわち、本明細書において用いられる用語「掃引」とは、連続的に電位を変化させることを意味している。これとは対照的に、本明細書において用いられる用語「印加」とは、あらかじめ定められた電位に急激に変化させることを意味している。
このとき、還元電極にはあらかじめ調べておいた電子メディエータの還元反応が進行する電位（例えばフェリシアン化カリウムの場合、銀塩化銀電極に対して０Ｖ）を印加し続けることが好ましい。第１電極３２ｄに電圧を掃引する速度（以下、「掃引速度」ということがある）は、一般的に５ｍＶ／秒以上５００ｍＶ／秒以下である。後述する実施例では、１００ｍＶ／秒である。
なお、上記の説明では、第１電極３２ｄに正電位を掃引し、第２電極１２ｄに負電位を印加している。しかし、第１電極３２ｄに正電位を印加し、第２電極１２ｄに負電位を掃引してもよい。
第１電極３２ｄにおける酸化反応で得られた電流は第１電極リード３２ｃを介して制御装置２５によって検出される。同様に第２電極１２ｄにおける還元反応で得られた電流は第２電極リード１２ｃを介して制御装置２５によって検出される。検出された電流はレコーダー２６に出力され、記録された酸化電流値を標準試料の酸化電流測定結果（後述する検量線）と比較して、試料液中の検出対象物質を定量することができる。レコーダー２６に記録された還元電流値を標準試料の還元電流測定結果と比較して試料液中の検出対象物質を定量することもできる。このためには、予め本実施の形態の検出装置を用いて標準試料の検量線を作成しておくことが望ましい。
なお、還元反応で得られた電流を、第２電極リード１２ｃを介して制御装置２５によって検出することにより、検出対象物質の定量を目的としない検出が可能となる。
ここで、検量線を用いた、試料液中の検出対象物質を定量する方法、すなわち、試料液中の検出対象物質の濃度を算出する方法について説明する。図４に試料液中に含まれる目的物質の濃度を算出する方法の工程フロー図を示す。本方法は図に示したように、参照電極、補助電極、電気化学測定電極板を試料液に接触させる接触工程（ｓｔ１）、各電極体に電位を掃引または印加して電流値を測定する電流測定工程（ｓｔ２）、前記電流値から試料液中に含まれる目的物質の濃度を算出する算出工程（ｓｔ３）とからなる。
本方法においては、まず標準試料を用いて検量線を作成する。この標準試料には、濃度既知の還元型電子メディエータ（ここでは、フェロシアン化カリウムと仮定する）が含まれている。この電子メディエータ濃度が既知の標準試料を試料液として用いて、図３に示すような電気化学測定装置を用いて、図４に示した工程フローにより、還元型電子メディエータの濃度と、電気化学測定装置により測定された反応電流値との間の関係をグラフ化する。このグラフの一例を図５に示す。
図５に示されるように、ここでは、還元型の電子メディエータの濃度が１００μＭである場合には、反応電流値は１０μＡ、還元型の電子メディエータの濃度が３００μＭである場合には、反応電流値は３０μＡ、還元型の電子メディエータの濃度が５００μＭである場合には、反応電流値は５０μＡ、であったと仮定する。これらをグラフ上にプロットして、検量線を引く。このようにして、濃度既知の標準試料から、検量線を得る。
次に、濃度未知の試料液と、図３に示したような電気化学測定装置を用いて、図４に示した工程フローにより反応電流値を得る。ここで得られた反応電流値が２０μＡであった場合、検量線から、試料液に含まれる還元型の電子メディエータの濃度を知ることができる。この還元型の電子メディエータの濃度から、試料液に含まれる（あるいは、含まれていた）目的物質の量を算出する。
なお、実際には、検量線の作成や目的物質の量の算出などは、すべてコンピュータ上で行われることは言うまでもないであろう。
［参照電極、補助電極に関する説明］
図３に戻る。図３で示した参照電極２２と補助電極２３の二つの電極の代わりに、対極一つを用いて測定を行うことも可能である。しかし参照電極２２と補助電極２３は独立して設けることが好ましい。なぜなら、電位の基準となる参照電極もしくは対極に電流が流れる間には、その表面で電極の反応が進行しており、反応進行に伴う電子メディエータの濃度変化が大きくなると本実施の形態の検出装置の基準としている電位が変動して正確な測定を行うことができないためである。
よって、参照電極２２には電流が流れ込まないように入力インピーダンスを極力大きく設定することが望ましい。望ましくは、インピーダンスの値が１０の６乗オーム以上となるようにする。参照電極２２には、銀塩化銀電極、飽和カロメル電極等を用いることができる。
補助電極２３の表面積は大きいことが望ましい。補助電極２３の好ましい表面積は電極の集合体２１の１０倍以上である。その理由は、補助電極２３の電極表面積が小さくて十分な電流を流せない場合、電気化学測定用電極板１で得られる電流が制御装置２５に十分流れ込まなくなり、正確な電流値を得られないことや、電流を流すために補助電極２３の電位が大きく変動して水の電気分解等望ましくない反応が進行する場合があるためである。
補助電極２３としては、電極自体の酸化還元反応や腐食反応が起こりにいくい貴金属電極を使用することが望ましい。例えば、白金線に白金黒を析出させて大きな電極面積を持たせた白金電極が好ましい。
図６に、図３に示す電気化学測定装置とは異なる測定装置を構成する電極板を示す。図６に示す電気化学測定用電極板６０は、実施の形態１の電気化学測定用電極板１に、一体的に参照電極６１及び補助電極６２が形成されている。参照電極６１及び補助電極６２は、上層４０上に形成されている。すなわち、実施の形態１の電気化学測定用電極板１の表面にレジストを塗布し、そこに参照電極及び対極のパターンを有する画像マスクを重ねた後、紫外線或いは電子線によりパターンを露光し、現像してパターンを基板上のレジストに転写する。その後、スパッタ、蒸着、CVD、スクリーン印刷、インクプリント等の手法により電極層を形成し、その後レジストを剥離するリフトオフ法により参照電極６１、補助電極６２を作製して作用電極体（一般には酸化電極体と還元電極体、ここでは第１電極体３２と第２電極体１２を合わせてこう呼称する）である第２電極体１２及び第１電極体３２、参照電極６１、補助電極６２が一体化された電極板６０を得ることができる。または、メタルマスクを用いて参照電極６１、補助電極６２を形成しても良い。この場合、参照電極６１を作製するためには、作用電極体以外の電極を１本選択し、その上に指示物質となる金属、有機酸化還元性高分子をめっき、電解重合法、印刷法により形成して作製する。また、参照電極６１上の指示物質としては銀、塩化銀、ポリビニルフェロセン等を挙げることができる。
電気化学測定用電極板６０によると、作用電極体、参照電極、対極の３電極（体）が平板状の同一の電気化学測定用電極板６０内に形成されているため、これを用いて構成した電気化学測定用装置は、少量の試料や微量濃度領域の測定に適しており、生体試料の分析に好適である。
（実施の形態２）
図７は、実施の形態２の電気化学測定用電極板７０を模式的に示す分解斜視図である。本実施の形態の電気化学測定用電極板７０は斜視図においては、図１に示した実施の形態１のそれと同一であるが、第２電極１２ｄの形状と配置、第１電極３２ｄの形状と配置が異なる。以下、実施の形態１と異なる点のみ述べる。
図２に示した実施の形態１の電気化学測定用電極板１０においては、上層４０中、第２電極１２ｄを露出させる上層貫通孔４１ａは長方形で第１電極３２ｄを露出させる正四角形の上層貫通孔４１ｂより小さい構成であったが、本実施形態では逆である。すなわち、本実施形態において、第２電極１２ｄを露出させる上層貫通孔４１ａは正四角形で第１電極３２ｄを露出させる長方形の上層貫通孔４１ｂより大きい構成である。また、配置において実施の形態１では図１２に示したように一つの上層貫通孔４１ｂの周囲に４個の上層貫通孔４１ａが配置されているが、本実施の形態においては一つの上層貫通孔４１ａの周囲に４個の上層貫通孔４１ｂが配置されている。
図７において、第１電極３２ｄおよび第２電極１２ｄは灰色で塗りつぶして示してある。以上のように、本実施の形態では、平面視において実施の形態１とは第１電極３２ｄと第２電極１２ｄの配置および形状が入れ替わっている。
本実施の形態の電気化学測定用電極板７０は上記構成を有することにより、各第２電極１２ｄの露出面積と、その周囲の第１電極３２ｄの総和面積が等しくなることで、実施の形態１の電気化学測定用電極板１と同等の効果が得られ、本実施の形態の電気化学測定用電極板７０を用いて試料溶液中の電子メディエータ濃度を電気化学法により定量する際は効率的なレドックスサイクルにより電子メディエータ濃度を精度良く定量することができる。
（実施の形態３）
図８は、実施の形態３の電気化学測定用電極板８０を模式的に示す斜視図であり、図９はそれの分解斜視図である。本実施の形態の電気化学測定用電極板８０は、実施の形態１の電気化学測定用電極板１とは、各上層貫通孔４１ａが、３分割されており、これにあわせて基板貫通孔３３、第２電極１２ｄがそれぞれ３分割されている点が異なる。なお、本明細書においては、上層貫通孔４１ａ、基板貫通孔３３、第２電極１２ｄそれぞれについて、３分割された各部分を合わせて一つの上層貫通孔４１ａ、基板貫通孔３３、第２電極１２ｄとする。
図１３は本実施の形態の上層４０における上層貫通孔４１ａ，４１ｂの配列の一部を示す上面図である。図１３においては、便宜上、上層貫通孔４１ｂのみを灰色で示して、上層貫通孔４１ａと区別している。また、上層貫通孔４１ｂに最近接する上層貫通孔４１ａとの間に直線を付し、上層貫通孔４１ｂと上層貫通孔４１ａとの位置関係を確認しやすいようにしている。本実施の形態においては、一つの上層貫通孔４１ｂの周囲に、それぞれが３分割された４個の上層貫通孔４１ａが配置されている。本実施の形態においても、一つの上層貫通孔４１ｂの面積と、その周囲の上層貫通孔４１ａの面積の総和は実質的に同一である。
図９に戻る。上層貫通孔４１ｂは第１電極３２ｄを上層４０より露出し、上層貫通孔４１ａは、それと同形状の基板貫通孔３３と共に、第２電極１２ｄを上層４０より露出する。すなわち、本実施の形態においても、第１電極３２ｄと最近接する第２電極１２ｄとで電極面積が等しい電極対を形成することができる。よって、本実施の形態の電気化学測定板８０においても、実施の形態１の電気化学測定用電極板１と同等の効果が得られ、本実施の形態の電気化学測定用電極板８０を用いて試料溶液中の電子メディエータ濃度を電気化学法により定量する際は効率的なレドックスサイクルにより電子メディエータ濃度を精度良く定量することができる。
実施の形態１と２の関係と同様に、本実施の形態においても、図１０に示すように、第１電極３２ｂおよび第２電極１２ｂの形状および配置が入れ替わり、これにともない、上層貫通孔４１ａおよび４１ｂ、基板貫通孔３３の形状が異なる電気化学測定用電極板８１を作製してもよい。
また、図１１に示す電気化学測定用電極板８２は、電気化学測定用電極板８０に、一体的に参照電極６１及び補助電極６２が形成されている。これを用いて構成した電気化学測定用装置は、少量の試料や微量濃度領域の測定に適しており、生体試料の分析に好適である。
（実施の形態４）
実施の形態４においては第１の電気化学測定用電極板１とは上層貫通孔４１ａ、４１ｂの形状および配置が異なる。図１４（ａ）は本実施の形態の電気化学測定用電極板（図示せず）の上層の一部分を模式的に示した図である。本実施の形態の電気化学測定用電極板は、実施の形態１の電気化学測定用電極板１とは、上層４０に形成される上層貫通孔４１ｂの形状が正四角形ではなく正六角形である点で異なる。また、上層貫通孔４１ａの一辺の長さは上層貫通孔４１ｂの一辺の長さと実質的に同一の長方形であり、各上層貫通孔４１ｂの周辺に６個の上層貫通孔４１ａが等間隔に配置されている。
図１４（ｂ）に一つの上層貫通孔４１ｂおよび６個の上層貫通孔４１ａとからなる電極対を記載する。上層貫通孔４１ｂの周囲には等間隔に、６個の上層貫通孔４１１ａ、４１２ａ、４１３ａ、４１４ａ、４１５ａ、４１６ａが配置されている。また、各上層貫通孔４１ｂの面積は、周囲に配置された６個の上層貫通孔４１ａの面積の総和と同一である。つまり、１個の第１電極の面積と、その周囲に配置した６個の第２電極の面積の総和が等しくなる。なお、全ての第１電極の面積は実質的に同一であることが好ましく、また全ての第２電極の面積は実質的に同一であることが好ましい。
本実施の形態においても、実施の形態１と同様の効果がある。いうまでもなく、本実施の形態は実施の形態１乃至３の電気化学測定用電極板の作製方法を用いて、電極配置をアレンジすることにより、作製することができる。
以下の実施の形態は、酸化電極と還元電極の関係を調整するために有用な、被覆絶縁体を第１電極体上または第２電極体上に形成する実施の形態である。
（実施の形態５）
図２０は本実施の形態の電気化学測定用電極板９０の斜視図である。実施の形態１の電気化学測定板と異なる点は、上層貫通孔４１ｂ内の第１電極体３２上に、被覆絶縁体４２が形成されている点である。図２１は本実施の形態の電気化学測定板の分解斜視図である。上層４０に形成した被覆絶縁体４２は、第１電極体３２の上層貫通孔４１ｂより露出された領域の一部を被覆する。被覆絶縁体４２によって被覆された部分は、試料液と接することが無く、電気信号伝達部３２ａとなって、第１電極体３２ｄにおける反応電流を幹部３２ｂへ伝達する。
次に、上層貫通孔４１ａ，４１ｂおよび被覆絶縁体４２の形状と面積、配置関係について説明する。
図２２は本実施の形態の上層４０の一部分における上層貫通孔４１ａ，４１ｂおよび被覆絶縁体４２の配列を示す上面図である。図２２においては、便宜上、第１電極３２ｄが露出する部分のみ灰色に塗りつぶしている。上層貫通孔４１ｂの外縁と被覆絶縁体４２の外縁とは互いに相似の形状関係にあり、さらに中心点を共有する。上層貫通孔４１ｂ内で、被覆絶縁体４２によって被覆されていない部分は、第１電極３２ｄを露出させる。また、上層貫通孔４１ａは、第２電極体を露出させる。ここでも、実施の形態１と同様に、上層４０より露出した第１電極３２ｄの面積とその周辺の第２電極１２ｄの面積の総和が等しくなる。被覆絶縁体４２は、第１電極３２ｄの面積を調節するために、その大きさを調節したものが第１電極３２上に形成される。被覆絶縁体４２を形成する効果は、電極対の関係にある第１電極３２ｄとその周囲の４個の第２電極１２ｄの面積の総和をそろえるためのパターン設計が容易になるという利点がある。本実施の形態においても、実施の形態１と同様の効果を有する。
（実施の形態６）
図２３は、本実施の形態の上層４０の一部分における上層貫通孔４１ａ，４１ｂおよび被覆絶縁体４２の配列を示す上面図である。本実施の形態の電気化学測定用電極板は、実施の形態４の電気化学測定用電極板とは、上層貫通孔４１ｂの内側の、第１電極上に絶縁被覆体４２が形成されている点のみ異なる。本実施の形態のよると、面積の制御が困難な正六角形等の多角形において、絶縁被覆体の大きさを調節することにより、実施の形態４の効果に加えて、容易に第１電極とその周囲の第２電極の面積の総和をそろえるためのパターン設計が容易になるという利点がある。
以上の実施の形態では作用電極として２個の作用電極（一般的には酸化電極と還元電極、ここでは第１電極と第２電極）が形成されている場合について示したが、本発明はこれに限らず、さらに他の電極が形成されており、作用電極を２個以上任意に組み合わせて使用するような構成であってもよい。このような構成を有する電気化学測定用電極板を用いて２つの電極間でレドックスサイクル反応を進行し、その他の電極を用いて試料液中に含まれる妨害物質の除去反応を進行することもできる。このような構成を有する電気化学測定用電極板は妨害物質の電流応答を除外することができ、さまざまな成分からなる試料液の分析に適することから、種々の成分から構成される生体試料の分析に好適である。
なお、以上の実施の形態と同様の構成の電気化学測定用電極板を用いて、第１電極体３２を酸化電極体として、第２電極体１２を還元電極体として使用する方法と、第２電極体１２を酸化電極体として、第１電極体３２を還元電極体として使用する方法がある。
また、以上の実施の形態では、上層貫通孔４１ｂの形状が正四角形で、その周囲に配置した長方形の上層貫通孔４１ａの個数が４個の場合（実施の形態１）、上層貫通孔４１ａの形状が正四角形で、その周囲に配置した長方形の上層貫通孔４１ｂの個数が４個の場合（実施の形態２）、上層貫通孔４１ｂの形状が正四角形で、その周囲に配置した３分割されている上層貫通孔４１ａの個数が４個の場合（実施の形態３）、上層貫通孔４１ｂの形状が正六角形でその周囲に配置した長方形の上層貫通孔４１ａの個数が６個の場合（実施の形態４）、上層貫通孔４１ｂの形状が正四角形で、外縁が相似形状の被覆絶縁体４２を内包し、その周囲に配置した長方形の上層貫通孔４１ａの個数が４個の場合（実施の形態５）、および上層貫通孔４１ｂの形状が正六角形で、外縁が相似形状の被覆絶縁体４２を内包し、その周囲に配置した長方形の上層貫通孔４１ａの個数が６個の場合（実施の形態６）のみについて示したが、本発明はこれに限定されず、各第１電極の面積とその周囲に配置した複数の第２電極の面積の総和が同一であって、近接している辺の距離がどれも一定であれば、長方形、または他の多角形であっても良い。ただし、辺の数が過度に多いと、周囲に配置する電極の数も増大するため好ましくない。よって、正四角形または正六角形が好ましい。当然前記構成は第１電極と第２電極が入れ替わっても良い。また、被覆絶縁層を用いて電極面積を調節すると、第１電極と第２電極の面積の調節が容易となる。
本発明の電気化学測定用基板は、第１電極３２ｄおよび第２電極１２ｄを、基質を酸化若しくは還元する酵素等の酸化還元剤、及び電子メディエータを含む試料液に接触させ、第１電極３２ｄと第２電極１２ｄに電圧を印加し、第１電極体３２または第２電極体１２に流れる電流を測定することにより、基質を検出することができ、またその電流値が基質の濃度に依存することを利用して、基質濃度を定量測定することができる。
以下、実施例及び比較例の電気化学測定用電極板を製造し、試料液に含まれる酸化還元物質の電気化学測定を行った。
（実施例１）
（実施例１の電極体）
実施例１として、実施の形態１の電気化学測定用電極板１を製造した。なお、図１に示す電気化学測定用電極板１とは、上層貫通孔４１の個数が異なる。図１５は、その製造工程を示す断面図である。まず、厚さ１μｍのＳｉＯ２ 膜を表面に形成した厚さ０．５ｍｍのシリコン基板（信越化学工業株式会社製）を下層１１用の基板として用い（図１５（ａ））、第２電極体１２のパターンを有するメタルマスクとともにスパッタ装置（株式会社 アルバック製）内の所定位置に取り付け、クロム、及び金を順次成膜した。
圧力１．３Ｐａ，アルゴン雰囲気で、クロムを１０秒間，金を５０秒間スパッタし全体で１３０ｎｍの膜厚とし第２電極体１２を得た。次に第２電極体１２の上面にプラズマＣＶＤ装置(株式会社 アルバック製)を用いてＳｉＯ２の堆積を行った。成膜条件として、シランガス流量１０ｓｃｃｍ、Ｎ２Ｏガス流量２００ｓｃｃｍ、圧力８０Ｐａ，パワー５０Ｗ、基板温度３００℃で５分間堆積を行った結果、４３０ｎｍのＳｉＯ２膜が形成され、絶縁層である基板３１を得、その上に第２電極体１２のパターンの形成と同様の工程を経て、第１電極体３２を得た（図１５（ｂ））。
次に基板３１とレジスト材との密着性を高めるために前処理材料（マイクロケム株式会社製：ＭＣＣ ＰＲＩＭＥＲ ８０／２０）をスピンコート法により塗布し、１１０℃で１８０秒間ベーキングを行った。その上にレジスト材（東京応化工業株式会社製:ＴＳＭＲ−８９００ＬＢ）を２〜３μｍの厚みに塗布した。このレジスト塗布成膜済基板をオーブン中に入れプレベーキング工程を１００℃, ３０分、ポストベーキング工程を１２０℃, ３０分の条件にて行った。
その後、基板貫通孔３３のパターンを有するクロムマスクを用いて、マスクアライナー（ミカサ株式会社製）により６０秒間密着露光した。次に現像液中にて２５℃１２０秒間現像を行い、水洗、乾燥してマスクパターンをレジストに転写した。次に、その基板をアルゴンミリング装置（株式会社 日立ハイテクノロジーズ：Ｅ−３５００）にて、アルゴンガス流量１２５ｓｃｃｍ、圧力０．０３Ｐａ、ビーム電流９０ｍＡにて、金次いでクロムのエッチングを行った。続いて反応性イオンエッチング装置中にてＣ２Ｆ６ガスの流量を２５ｓｃｃｍ、圧力０．２５Ｐａ、１５０Ｗの条件で１５分間SiO2のエッチングを行い、基板３１における基板貫通孔３３のパターンを形成した（図１５(ｃ)）。
次に、レジストを除去した後、基板貫通孔３３を形成した第１電極体３２の表面にスピンコート法により感光性樹脂材料（化薬マイクロケム株式会社製：ＳＵ−８ ２０００）を厚みが１μｍとなるように塗布、７０℃３０分間ベーキングした後、上層貫通孔４１ａ、および４１ｂの配列パターンを有するクロムマスクを用いて６０秒間密着露光することにより、マスクパターンを樹脂材料に転写した。
転写した後、現像液中にて２０℃、３００秒間現像を行い、水洗、乾燥して第１電極３２ｄを露出させる上層貫通孔４１ｂのパターン（４０×４０μｍ、２０００個）及び第２電極１２ｄを露出させる上層貫通孔４１ａのパターン（４０×１０μｍ、４０９０個）を絶縁層である上層４０に形成した（図１５（ｄ））。なお、最近接する上層貫通孔４１ａと４１ｂの間隔（最近接する辺の間隔）は５μｍとした。最後に電気化学測定用電極板はＵＶアッシャー装置を用いて、樹脂材料の残渣を除去した。
この結果、複数の第１電極３２ｄと複数の第２電極１２ｄを有する本実施例の電気化学測定用電極板１を得た。電気化学測定用電極板１上において、第１電極３２ｄの面積の総和は３．２ｍｍ２であった。
（比較例１）
(比較例１の電極体)
比較例１として、図１８に示す従来の構造を有する電気化学測定用電極板を製造した。図１６は、比較例１の電気化学測定用電極板の製造工程を示す断面図である。図１６（ａ）に示す基板２０１として１μｍのＳｉＯ２膜を表面に形成した厚さ０．５ｍｍのシリコン基板（信越化学工業株式会社製）を用いた。それを実施例１で用いたスパッタ装置内の所定位置に取り付け、メタルマスクをセットした後クロム、及び金を順次成膜した。圧力１．３Ｐａ，アルゴン雰囲気で、クロムを１０秒間，金を５０秒間スパッタし、全体で１３０ｎｍの膜厚とすることにより、下部電極体２０２を得た（図１６（ｂ））。
次にメタルマスクを外して下部電極体２０２の上層に実施例１で用いたプラズマＣＶＤ装置を用いて絶縁膜としてのＳｉＯ２を堆積した。成膜条件として、シランガス流量１０ｓｃｃｍ、Ｎ２Ｏガス流量２００ｓｃｃｍ、圧力８０Ｐａ，パワー５０Ｗ、基板温度３００℃として、５分間堆積を行った。その結果、４３０ｎｍのＳｉＯ２膜を形成し、絶縁層２０７を得た（図１６（ｃ））。その上に別のメタルマスクを装着し、下部電極体２０２の形成と同様の条件を用いてクロム―白金を１３０ｎｍ成膜した。それにより、表面電極２０４を形成した（図１６（ｄ））。
次にその基板上に実施例１で用いたレジスト材を２〜３μｍの厚みに塗布した。このレジスト塗布成膜済基板をオーブン中に入れプレベーキング工程を１００℃, ３０分で行った。その後、クロムマスクを用いて、実施例１で用いたマスクアライナーにより６０秒間密着露光した。次に現像液中にて２５℃１２０秒間現像を行い、水洗、乾燥してマスクパターンをレジスト２０８に転写した（図１５（ｅ））。ポストベーキング工程を１２０℃, ３０分の条件にて行った。
先ほど作製したマスクパターンを転写したレジスト２０８を有する基板は実施例１で用いたアルゴンミリング装置に入れ、アルゴンガスの流量１２ｓｃｃｍ、圧力０．０３Ｐａ、ビーム電流９０ｍＡの条件で金、クロムを順次エッチングしたのち、反応性イオンエッチング装置に入れ、Ｃ２Ｆ６ガスの流量を２５ｓｃｃｍ、圧力０．２５Ｐａ、１５０Ｗの条件で１５分間ＳｉＯ２のエッチングを行った。その結果、下部電極体２０２の一部（以下、酸化電極２０２ａ）が底面において露出された多数の微細孔２０５を持つ電極板を得た。
形成した微細孔２０５は直径２０μｍ、形成した数は１００００個、中心間の距離は１１０μｍ、表面電極２０４の形成面積は１６９ｍｍ２であった。そのうち、下部電極２０２ａの面積の総和が３．１ｍｍ２であり、それを差し引いた１６５．９ｍｍ２が、表面電極２０４で電極反応が起こる部位となり、表面電極２０４の面積は、下部電極２０２ａのそれに比べて５３倍以上大きくなった。以上の工程により、比較例１の電気化学測定用電極板を得た。
〈実施例１及び比較例１の電気化学測定用電極板を用いた電気化学測定〉
実施例１で作製した電気化学測定用電極板と比較例１で作製した電気化学測定用電極板とを用いた電気化学測定装置を構成し、電子メディエータの応答電流を測定した。
かかる電気化学測定装置において、第１電極３２ｄと第２電極１２ｄ（比較例１においては、酸化電極２０２ａと表面電極２０４）は、試料液に露出されるように構成されている。本実施例においては、第１電極３２ｄを酸化電極、第２電極１２ｄを還元電極として用いた。
試料液はフェロシアン化カリウムを１ｍｍｏｌ／ｌ、フェリシアン化カリウムを１ｍｍｏｌ／ｌの合計２ｍｍｏｌ／ｌを電子メディエータとし、５０ｍｍｏｌ／ｌの支持電解質（塩化カリウム）に溶解した水溶液を用いた。参照電極は銀／塩化銀電極（ＢＡＳ株式会社製）を用いた。補助電極には白金線を用いた。
実施例１の電気化学測定用電極板をバイポテンシオスタット（ＣＨ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製：ＡＬＳ７４０Ａ）にリード線を介して接続し、第１電極３２ｄの電位を参照電極に対し０から＋０．７Ｖ、第２電極１２ｄの電位を０Ｖに、電位の掃引速度を１００ｍＶ／ｓに設定してサイクリックボルタンメトリー法により第１電極３２ｄに流れる反応電流を計測した。
また比較例１の電気化学測定用電極板を同じくバイポテンシオスタットにリード線を介して接続し、酸化電極２０２ａの電位を参照電極として用いた銀／塩化銀電極に対して０から+０．７Ｖまで掃引速度１００ｍＶ／ｓで掃引した。このとき、表面電極２０４の電位は参照電極に対して０Ｖに設定した。その結果、比較例１の電気化学測定用電極板において、酸化電極２０２ａの電位が＋０．６から＋０．７Ｖにかけてフェロシアン化カリウムの酸化反応に伴う定常電流が観測され、＋０．７Ｖにおける値は表１に示すように２２．５μＡであった。下記式１にフェロシアン化カリウムの酸化反応式を示す。
[ Ｆｅ（ＣＮ）６ ]−４ → [ Ｆｅ（ＣＮ）６ ]−３＋ｅ− （式１）
一方、実施例１の電気化学測定用電極板においても第１電極３２ｄの電位が＋０．６から＋０．７Ｖにかけてフェロシアン化カリウムの酸化反応に伴う定常電流が観測された。＋０．７Ｖにおける値は表１に示すように３２．３μＡであった。
Figure 0004418030
比較例１の電気化学測定用電極板における値よりも大きな電流値が観測されたのは、図１９の自己誘発レドックスサイクルの説明図に当てはめて考えてみると、比較例１においては表面電極２０４（マクロ電極２２２）で酸化されていたフェロシアン化カリウムが、実施例１においては第１電極３２ｄ（微小電極２２１）上で効率的に酸化されたため、酸化反応の電流値が増加したものと考えられる。このように、本実施例の電気化学測定用電極板においては同一面積を有する微小電極対が基板上に多数配列されていることにより、それぞれの電極対同士で反応面積が揃い、両極間で効率的なレドックスサイクル反応が進行していると考えられる。
また、比較例１の酸化電極２０２ａおよび実施例１の第１電極３２ｄに対して、自然電位＋０．４Ｖまで電位を急速に掃引して得られる酸化電流の時間依存性を評価した。そのとき、比較例１の表面電極２０４及び実施例１の第２電極１２ｄの電位は０Ｖに保った。その結果、比較例１の酸化電極２０２ａの電流が定常状態に達するのに表２に示すように２６秒を要したのに対し、実施例１の第１電極３２ｄは表２に示すように６秒で定常状態に達した。このことは、比較例１の酸化電極２０２ａは表面電極２０４が定常状態に達する時間が必要であったのに対し、実施例１の第１電極３２ｄは最近接の４個の第２電極１２ｄとの間で即座に定常状態に達したことによると考えられる。
Figure 0004418030
以上の結果から、実施例１の電気化学測定用電極板においては、試料液中の目的物質を迅速に感度良く検出することが可能であることがわかった。また、事前に検量線を作成しておくことにより、試料液中の目的物質濃度を定量することも可能である。
（実施例２）
（実施例２の電気化学測定用電極板）
実施例２では、実施の形態２で示した電気化学測定用電極板７０を作製した。図１７に実施例２の電気化学測定用電極板の製造工程を示す断面図を示した。図１５で示した実施例１の電気化学測定用電極板の製造工程との違いは、図１７(ｃ)の工程において、基板貫通孔３３の形状が異なることにより、用いるマスクのパターンが異なる点のみである。
図１７(ｃ)の工程において、基板貫通孔３３の配列パターン（４０×４０μｍ、２０００個）を形成し、図１７(ｄ)の工程において、上層貫通孔４１ａの配列パターン（４０×４０μｍ、２０００個）、および４１ｂの配列パターン（４０×１０μｍ、４０９０個）を上層４０に形成した。第２電極１２ｄを露出させる上層貫通孔４１ａのパターン（４０×４０μｍ、２０００個）及び第１電極３２ｄを露出させる上層貫通孔４１ｂのパターンを絶縁層である上層４０に形成した。上層貫通孔４１ａと４１ｂの間隔は５μｍとした。本実施例において、第２電極１２ｄの面積の総和は３．２ｍｍ２であった。以上の工程により、実施例２の電気化学測定用電極板を得た。
（実施例３）
（実施例３の電気化学測定用電極板）
実施例３では、実施の形態３で示した電気化学測定用電極板８０を作製した。製造工程は図１５に示した、実施例１のそれとほぼ同様である。本実施例と実施例１とは、製造に用いたマスクの配列パターンが異なる。図１５(ｃ)の工程において用いたマスクは基板貫通孔３３（８×８μｍ、２１３０個）の配列パターンを有し、図１５(ｄ)の工程において用いたマスクは上層貫通孔４１ａ（８×８μｍ、２１３０個）および４１ｂ（９６×９６μｍ、３００個）の配列パターンを有する。それらのマスクのパターンは図８で示したような、一つの上層貫通孔４１ｂの一辺に３分割された上層貫通孔４１ａが配置され、一つの上層貫通孔４１ｂの周囲には、それぞれが３分割された４個の上層貫通孔４１ａが配置されている。また、上層貫通孔４１ａと４１ｂの間隔は１０μｍ、最近接する上層貫通孔４１ｂ同士の間隔は５μｍとした。本実施例において、第１電極３２ｄの面積の総和は、２．８ｍｍ２であった。以上の工程により、実施例３の電気化学測定用電極板を得た。
（比較例２）
（比較例２の電気化学測定用電極板）
比較例２では、各第１電極３２ｄの面積が１００００μｍ２を大きく超える電極板を作製した。本比較例の各第１電極３２ｄの面積は、５７６００μｍ２であった。図１５に実施例３の電気化学測定用電極板の製造工程を示す断面図を示した。本実施例の製造工程は実施例３のそれと同様であり、図１５(ｃ)の工程で用いた、基板貫通孔３３（２０×２０μｍ、２１３０個）の配列パターンを有するマスクと、図１５(ｄ)の工程における上層貫通孔４１ａ（２０×２０μｍ、２１３０個）および４１ｂ（２４０×２４０μｍ、５０個）の配列パターンを有するマスクを用いた点が異なる。それらのマスクのパターンは図８で示したような、ひとつの上層貫通孔４１ｂの一辺に３分割された上層貫通孔４１ｂが配置され、一つの上層貫通孔４１ｂの周囲には、それぞれが３分割された４個の上層貫通孔４１ａが配置されている。また、上層貫通孔４１ａと４１ｂの間隔は１０μｍ、最近接する上層貫通孔４１ｂ同士の間隔は５μｍとした。本比較例において、第１電極３２ｄの形成面積は、２．９ｍｍ２であった。以上の工程により、比較例２の電気化学測定用電極板を得た。
（実施例４）
（実施例４の電気化学測定用電極板）
実施例４において、実施の形態６の電気化学測定用電極板を製造した。その特徴は平面視において、上層貫通孔４１ｂの形状が正六角形で、その内側に外縁が相似形状の被覆絶縁体を有することである。
図２４は本実施例の電気化学測定用電極板の製造工程を示す断面図である。本実施例の製造工程が、実施例1のそれと異なる点は、図２４（ｄ）に示した上層４０の形成工程において、上層貫通孔４１ａ，４１ｂおよび被覆絶縁体４２のパターンを有するクロムマスクを用いて、そのパターンを感光性樹脂材料に転写したことである。また、製造方法について、実施例１において基板３１の形成にプラズマＣＶＤ法を用いたが、それに代えてスパッタ法により形成した点のみ実施例１の製造方法と異なる。以下に実施例1の製造工程と異なる点のみ説明する。
第２電極体１２を形成した基板をスパッタ装置（株式会社 アルバック製）内の所定位置に取り付け、酸素ガス流量５ｓｃｃｍ、アルゴンガス流量５ｓｃｃｍ、圧力０．３Ｐａ、パワー５００Ｗ、陽極電流０．３５Ａ、陽極電圧２．２１ｋＶ、ターゲットと基板間の距離を５０ｍｍとし、２５分間堆積を行い、基板３１を形成した。それ以降は実施例１と同様の工程を経て感光性樹脂材料を第１電極体３２を形成した基板表面に塗布した。
次に図２３で示したような上層貫通孔４１および被覆絶縁体４２のパターンを感光性樹脂材料に転写し、上層貫通孔４１および被覆絶縁体４２を形成する工程を経て、本実施例の電気化学測定用電極板を得た。
上層４０に形成したパターンは上層貫通孔４１ｂ（正六角形の一辺４０μｍ、１２００個）、上層貫通孔４１ａ（４０×１０μｍ、３０４１個）及び被覆絶縁体４２のパターン（正六角形の一辺３０μｍ、１２００個）とした。上層貫通孔４１ｂは６つの上層貫通孔４１ａと最近接するように形成し、その最近接する辺の間隔は５μｍとした。本実施例において、第１電極３２ｄの面積の総和は２．９ｍｍ２であった。
以上の工程により、実施例４の電気化学測定用電極板を得た。
〈実施例２乃至４および比較例２の電気化学測定用電極板を用いた電気化学測定〉
次に実施例１の測定と同様の条件で実施例２乃至４および比較例２の電気化学測定用電極板を用いた電気化学測定装置を構成し、フェロシアン化カリウムの酸化電流の測定を行った。その結果、実施例１の測定方法と同じ条件で、表３に示した定常状態電流が、電気化学測定装置において観測された。
Figure 0004418030
実施例２乃至４の電気化学測定装置で観測されたフェロシアン化カリウムの酸化反応の定常電流は、比較例２のそれよりも大きな値であった。
また表４に示したように、実施例２乃至４の第１電極３２ｄ上での反応が定常状態に達する時間は、比較例２のそれよりも短かった。このことは、第１電極３２ｄの面積が大きくなったため、第２電極１２ｄから遠い部分で期待しない反応が進行したことが推測された。
Figure 0004418030
以上の結果から、実施例２乃至４の電気化学測定用電極板においても、実施例１の電気化学測定用電極板と同じく、試料液中の目的物質を迅速に感度良く検出することが可能であることがわかった。また、事前に検量線を作成しておくことにより、試料液中の目的物質濃度を定量することも可能である。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施の形態が明らかである。したがって、上記説明は例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造および／または機能の詳細を実質的に変更できる。
本発明にかかる試料液に含まれる目的物質を検出または定量する方法は、スクロース、グルコース等生体試料中に微量に含まれる物質を定量する方法に利用することができる。また、飲料水等に微量に含まれる有害成分濃度を定量する方法に利用することができる。
また、本発明にかかる電気化学測定用電極板は、電気化学センサ、液体クロマトグラムの検出器を構成する電気化学測定装置に利用することもできる。
１，６０，７０，８０，８１，８２，９０，２００ 電気化学測定用電極板
３，４ 切り欠き部
１０ 第２電極体設置層
１２ 第２電極体
１２ａ 第２電極体の電気信号伝達部
１２ｂ 第２電極体の幹部
１２ｃ 第２電極リード
１２ｄ 第２電極
２１ 電極の集合体
２２ 参照電極
２３ 補助電極
２４ 試料液容器
２５ 制御装置
２６ レコーダー
２７ 電気化学測定装置
３０ 第１電極体設置層
３１，２０１ 基板
３２ 第１電極体
３２ａ 第１電極体の電気信号伝達部
３２ｂ 第１電極体の幹部
３２ｃ 第１電極体リード
３２ｄ 第１電極
３３ 基板貫通孔
３４ 被覆絶縁体（基板部分）
４０ 上層
４１ 上層貫通孔
４１ａ 第２電極を露出させる上層貫通孔
４１ｂ 第１電極を露出させる上層貫通孔
４２ 被覆絶縁体（上層部分）
６１ 参照電極
６２ 補助電極
２０１ａ シリコン基板
２０１ｂ 酸化膜
２０２ 下部電極体
２０２ａ 酸化電極
２０３，２０７ 絶縁層
２０４ 表面電極
２０５ 微細孔
２０６ 開口部
２０８ レジスト
２２１ 微小電極
２２２ マクロ電極
２２２ａ，２２２ｂ マクロ電極の一部分
２２４，２２６，２２７ 還元体
２２５，２２８ 酸化体

Claims (22)

  1. 参照電極、補助電極、および電気化学測定用電極板、または対極および電気化学測定用電極板を具備する電気化学測定装置により、試料液に含まれる目的物質を検出または定量する方法であって、
    前記試料液は、電子メディエータを含有し、
    前記電気化学測定用電極板は第１電極板または第２電極板からなり、
    ここで、前記第１電極板は、
    絶縁体からなる基板と、
    前記基板の上面に設けられた絶縁体からなる上層と、
    前記基板の下面に設けられた絶縁体からなる下層と、
    前記基板の上面と前記上層の間に挟まれている第１電極体と、
    前記基板の下面と前記下層の間に挟まれている第２電極体と、を備え、
    前記基板は、複数の基板貫通孔を有し、
    前記上層は、複数の上層貫通孔を有し、
    前記第１電極体は、前記上層貫通孔を介して前記上層の上面から露出する部分からなる複数の第１電極を有し、
    前記第２電極体は、前記上層貫通孔および前記基板貫通孔を介して前記上層の上面から露出する部分からなる複数の第２電極を有し、
    平面視において、
    前記複数の基板貫通孔が、いずれも前記第１電極とは重なり合わず、
    前記各第１電極の周囲には、前記第１電極との中心間距離が等しい４個以上の実質的に同一面積の第２電極が配置されており、
    前記各第２電極の周囲には、前記第２電極との中心間距離が等しい２個の実質的に同一面積の第１電極が配置されており、
    前記各第１電極の面積とその周囲の前記第２電極の総和面積とは実質的に同一であり、
    ここで、前記第２電極板は、
    絶縁体からなる基板と、
    前記基板の上面に設けられた絶縁体からなる上層と、
    前記基板の下面に設けられた絶縁体からなる下層と、
    前記基板の上面と前記上層の間に挟まれている第１電極体と、
    前記基板の下面と前記下層の間に挟まれている第２電極体と、を備え、
    前記基板は、前記基板の上面から下面まで貫通する複数の基板貫通孔を有し、
    前記上層は、前記上層の上面から下面まで貫通する複数の上層貫通孔を有し、
    前記第１電極体は、前記上層貫通孔を介して前記上層の上面から露出する部分からなる複数の第１電極を有し、
    前記第２電極体は、前記上層貫通孔および前記基板貫通孔を介して前記上層の上面から露出する部分からなる複数の第２電極を有し、
    平面視において、
    前記複数の基板貫通孔が、いずれも前記第１電極とは重なり合わず、
    前記各第２電極の周囲には、前記第２電極との中心間距離が等しい４個以上の実質的に同一面積の第１電極が配置されており、
    前記各第１電極の周囲には、前記第１電極との中心間距離が等しい２個の実質的に同一面積の第２電極が配置されており、
    前記各第２電極の面積とその周囲の前記第１電極の総和面積とは実質的に同一であって、
    前記方法は、以下の工程：
    前記参照電極、前記補助電極、および前記電気化学測定用電極板、または前記対極および前記電気化学測定用電極板を前記試料液に接触させる接触工程、
    前記第１電極体および前記第２電極体の一方に正電位を掃引し、他方に負電位を印加する、あるいは前記第１電極体および前記第２電極体の一方に正電位を印加し、他方に負電位を掃引し、前記第１電極体および前記第２電極体の間に流れる電流値を測定する電流測定工程、
    前記電流測定工程において得られた電流値から前記目的物質を検出する、あるいは前記目的物質の量を算出する算出工程、
    を含む目的物質を検出または定量する方法。
  2. 前記第１電極体上には、前記上層の上面から露出する部分の面積を調整する複数の被覆絶縁体が設けられている、請求項１に記載の試料液に含まれる目的物質を検出または定量する方法。
  3. 前記各第１電極上に前記被覆絶縁体が設けられ、
    平面視において、
    前記各第１電極とその上に設けられた前記被覆絶縁体とが中心点を共有し、その外縁が相似形状である請求項１に記載の試料液に含まれる目的物質を検出または定量する方法。
  4. 平面視において、
    前記各第１電極の形状は正四角形である、請求項１に記載の試料液に含まれる目的物質を検出または定量する方法。
  5. 平面視において、
    前記各第１電極の形状は正六角形である、請求項１に記載の試料液に含まれる目的物質を検出または定量する方法。
  6. 前記第１電極体は、前記複数の第１電極を全て包含する金属板からなる、請求項１に記載の試料液に含まれる目的物質を検出または定量する方法。
  7. 前記第２電極体は、前記複数の第２電極を全て包含する金属板からなる、請求項１に記載の試料液に含まれる目的物質を検出または定量する方法。
  8. 参照電極、補助電極、および電気化学測定用電極板、または対極および電気化学測定用電極板を具備する電気化学測定装置であって、
    前記電気化学測定用電極板は第１電極板または第２電極板からなり、
    ここで、前記第１電極板は、
    絶縁体からなる基板と、
    前記基板の上面に設けられた絶縁体からなる上層と、
    前記基板の下面に設けられた絶縁体からなる下層と、
    前記基板の上面と前記上層の間に挟まれている第１電極体と、
    前記基板の下面と前記下層の間に挟まれている第２電極体と、を備え、
    前記基板は、前記基板の上面から下面まで貫通する複数の基板貫通孔を有し、
    前記上層は、前記上層の上面から下面まで貫通する複数の上層貫通孔を有し、
    前記第１電極体は、前記上層貫通孔を介して前記上層の上面から露出する部分からなる複数の第１電極を有し、
    前記第２電極体は、前記上層貫通孔および前記基板貫通孔を介して前記上層の上面から露出する部分からなる複数の第２電極を有し、
    平面視において、
    前記複数の基板貫通孔が、いずれも前記第１電極とは重なり合わず、
    前記各第１電極の周囲には、前記第１電極との中心間距離が等しい４個以上の実質的に同一面積の第２電極が配置されており、
    前記各第２電極の周囲には、前記第２電極との中心間距離が等しい２個の実質的に同一面積の第１電極が配置されており、
    前記各第１電極の面積とその周囲の前記第２電極の総和面積とは実質的に同一であり、
    ここで、前記第２電極板は、
    絶縁体からなる基板と、
    前記基板の上面に設けられた絶縁体からなる上層と、
    前記基板の下面に設けられた絶縁体からなる下層と、
    前記基板の上面と前記上層の間に挟まれている第１電極体と、
    前記基板の下面と前記下層の間に挟まれている第２電極体と、を備え、
    前記基板は、複数の基板貫通孔を有し、
    前記上層は、複数の上層貫通孔を有し、
    平面視において、
    前記複数の基板貫通孔が、いずれも前記第１電極とは重なり合わず、
    前記各第２電極の周囲には、前記第２電極との中心間距離が等しい４個以上の実質的に同一面積の第１電極が配置されており、
    前記各第１電極の周囲には、前記第１電極との中心間距離が等しい２個の実質的に同一面積の第２電極が配置されており、
    前記各第２電極の面積とその周囲の前記第１電極の総和面積とは実質的に同一である、電気化学測定装置。
  9. 絶縁体からなる基板と、
    前記基板の上面に設けられた絶縁体からなる上層と、
    前記基板の下面に設けられた絶縁体からなる下層と、
    前記基板の上面と前記上層の間に挟まれている第１電極体と、
    前記基板の下面と前記下層の間に挟まれている第２電極体と、を備え、
    前記基板は、前記基板の上面から下面まで貫通する複数の基板貫通孔を有し、
    前記上層は、前記上層の上面から下面まで貫通する複数の上層貫通孔を有し、
    前記第１電極体は、前記上層貫通孔を介して前記上層の上面から露出する部分からなる複数の第１電極を有し、
    前記第２電極体は、前記上層貫通孔および前記基板貫通孔を介して前記上層の上面から露出する部分からなる複数の第２電極を有し、
    平面視において、
    前記複数の基板貫通孔が、いずれも前記第１電極とは重なり合わず、
    前記各第１電極の周囲には、前記第１電極との中心間距離が等しい４個以上の実質的に同一面積の第２電極が配置されており、
    前記各第２電極の周囲には、前記第２電極との中心間距離が等しい２個の実質的に同一面積の第１電極が配置されており、
    前記各第１電極の面積とその周囲の前記第２電極の総和面積とは実質的に同一である、電気化学測定用電極板。
  10. 前記第１電極体上には、前記上層の上面から露出する部分の面積を調整する複数の被覆絶縁体が設けられている、請求項９に記載の電気化学測定用電極板。
  11. 前記各第１電極上に前記被覆絶縁体が設けられ、
    平面視において、
    前記各第１電極とその上に設けられた前記被覆絶縁体とが中心点を共有し、その外縁が相似形状である請求項１０に記載の電気化学測定用電極板。
  12. 平面視において、
    前記各第１電極の形状は正四角形である、請求項９に記載の電気化学測定用電極板。
  13. 平面視において、
    前記各第１電極の形状は正六角形である、請求項９に記載の電気化学測定用電極板。
  14. 前記第１電極体は、前記複数の第１電極を全て包含する金属板からなる、請求項９に記載の電気化学測定用電極板。
  15. 前記第２電極体は、前記複数の第２電極を全て包含する金属板からなる、請求項９に記載の電気化学測定用電極板。
  16. 絶縁体からなる基板と、
    前記基板の上面に設けられた絶縁体からなる上層と、
    前記基板の下面に設けられた絶縁体からなる下層と、
    前記基板の上面と前記上層の間に挟まれている第１電極体と、
    前記基板の下面と前記下層の間に挟まれている第２電極体と、を備え、
    前記基板は、前記基板の上面から下面まで貫通する複数の基板貫通孔を有し、
    前記上層は、前記上層の上面から下面まで貫通する複数の上層貫通孔を有し、
    前記第１電極体は、前記上層貫通孔を介して前記上層の上面から露出する部分からなる複数の第１電極を有し、
    前記第２電極体は、前記上層貫通孔および前記基板貫通孔を介して前記上層の上面から露出する部分からなる複数の第２電極を有し、
    平面視において、
    前記複数の基板貫通孔が、いずれも前記第１電極とは重なり合わず、
    前記各第２電極の周囲には、前記第２電極との中心間距離が等しい４個以上の実質的に同一面積の第１電極が配置されており、
    前記各第１電極の周囲には、前記第１電極との中心間距離が等しい２個の実質的に同一面積の第２電極が配置されており、
    前記各第２電極の面積とその周囲の前記第１電極の総和面積とは実質的に同一である、電気化学測定用電極板。
  17. 前記第２電極体上には、前記上層の上面から露出する部分の面積を調整する複数の被覆絶縁体が設けられている、請求項１６に記載の電気化学測定用電極板。
  18. 前記各第２電極上に前記被覆絶縁体が設けられ、
    平面視において、
    前記各第２電極とその上に設けられた前記被覆絶縁体とが中心点を共有し、その外縁が相似形状である請求項１６に記載の電気化学測定用電極板。
  19. 平面視において、
    前記各第２電極の形状は正四角形である、請求項１６に記載の電気化学測定用電極板。
  20. 平面視において、
    前記各第２電極の形状は正六角形である、請求項１６に記載の電気化学測定用電極板。
  21. 前記第１電極体は、前記複数の第１電極を全て包含する金属板からなる、請求項１６に記載の電気化学測定用電極板。
  22. 前記第２電極体は、前記複数の第２電極を全て包含する金属板からなる、請求項１６に記載の電気化学測定用電極板。
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