JP4863398B2

JP4863398B2 - カーボンナノチューブを用いたバイオセンサ

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Publication number: JP4863398B2
Application number: JP2007309018A
Authority: JP
Inventors: 史代来栖; 正男後藤; 征夫輕部; 春樹角田; 麻実齊藤; 俊明局; 浩山本; 琢哉門脇
Original assignee: Kyowa Medex Co Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Hitachi Chemical Diagnostics Systems Co Ltd; Minaris Medical Co Ltd
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Hitachi Chemical Diagnostics Systems Co Ltd; Minaris Medical Co Ltd
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2007-11-29
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2027-11-29
Also published as: WO2008066123A1; JP2008157930A

Description

本発明は、カーボンナノチューブを用いたバイオセンサに関する。更に詳しくは、触媒活性が高く、測定妨害物質に対する選択性にすぐれたバイオセンサなどとして好適に用いられるカーボンナノチューブを用いたバイオセンサに関する。

電気化学的検出手段によるバイオセンサを使用して血液や尿等の液体生体試料を測定するに際して、試料中に共存するアスコルビン酸、尿酸、アセトアミノフェン等の還元性の妨害物質が電気化学的あるいは化学的に与える妨害作用が常に問題となっている。かかる問題に対する回避策としては、(１)妨害物質透過制限膜法、(２)電解酸化法、(３)差分測定法などが挙げられ、バイオセンサを設計する上で、還元性の妨害物質の影響を除去する対策を講じることは極めて重要な課題である。

一方、近年の新たな対策法として、バイオセンサを構築する際の検出電極へのカーボンナノチューブ(ＣＮＴ)の利用が注目されている。ＣＮＴは、１９９１年に発見された新しいナノ材料であり、炭素原子が六角形に規則正しく並んだ六角網目状のグラフェンシートが円筒状に丸まったものである。グラフェンシートの筒が一重のものを単層ＣＮＴ、グラフェンシートの筒が円心状に幾重にも存在しているものを多層ＣＮＴと称している。

ＣＮＴに電界を加えると、管の端部などで電界集中が生じ、電子を外部に容易に引き出すことが可能である。引き出された電子を蛍光板に当てると発光するため、光源やディスプレイとして使用することができる。従来の電子放出源と比べると、ＣＮＴはその断面サイズが小さいため、電界集中が効果的に生じる。その結果、電子放出に必要とされる電圧が小さく、また、高真空環境が不要であるなど、電子放出装置の電子放出源として幅広く用いることができる。さらに、機械的強度、熱伝導性、柔軟性、熱安定性、化学的安定性などに優れており、コンポジット複合材料として幅広く用いることができる。

このことから、ＣＮＴはエレクトロニクスからエネルギーまでの広範な分野への応用が期待されており、ＣＮＴのバイオセンサの検出電極への応用もその中の一つであるといえる。

現在までのところ、ＣＮＴをバイオセンサの検出電極として利用することで、還元性の妨害物質の影響を受けない低い電位での被検物質の検出が可能であるという報告が多くなされてはいるものの、使用されているＣＮＴは単層ＣＮＴや多層ＣＮＴ、官能基が導入されたＣＮＴ、完全中空型(hollow-type)ＣＮＴ、竹型(bamboo-type)ＣＮＴ、窒素がドープされたＣＮＴなどであった。また、これらのＣＮＴをバイオセンサの検出電極として用いた場合であっても、例えばアスコルビン酸、尿酸、アセトアミノフェンの酸化反応が起こる電位よりも低い電位での検出感度は、未だ十分とはいえないものであったり、電極形成におけるＣＮＴ含量を増大させることが困難であるため、さらなる導電性の向上に課題を有しているものであった。
特開２００６−３１７３６０

本発明の目的は、試料中に含まれる被検物質を還元性の妨害物質を初めとする電気化学活性物質の影響を受けることなく検出し得るとともに、被検物質の検出感度を改善せしめ、その構成が簡素化されたバイオセンサを提供することにある。

かかる本発明の目的は、少なくとも検出電極および対極を有するバイオセンサにおいて、ホウ素を含有するカーボンナノチューブを用いて形成される検出電極を具備することを特徴とするバイオセンサによって達成される。

すなわち、本発明は、具体的には次の（１）〜（１３）構成からなる。
（１）
少なくとも検出電極および対極を有するバイオセンサにおいて、
ホウ素を含有するカーボンナノチューブを用いて形成される検出電極を具備することを特徴とするバイオセンサ。
（２）
カーボンナノチューブが直径100nm未満の多層カーボンナノチューブである（１）に記載のバイオセンサ。
（３）
ホウ素を含有するカーボンナノチューブがミネラルオイル、イオン性液体または高分子バインダー樹脂と混合され、ペースト状で用いられた（１）または（２）に記載のバイオセンサ。
（４）
ホウ素を含有するカーボンナノチューブが水または有機溶剤に分散された状態で用いられた（１）または（２）に記載のバイオセンサ。
（５）
検出電極がペースト状に調製されたカーボンナノチューブを筒状容器に充填した筒状電極である（３）に記載のバイオセンサ。
（６）
検出電極が絶縁性基板上にホウ素を含有するカーボンナノチューブを配置したものである（３）または（４）に記載のバイオセンサ。
（７）
検出電極がカーボン電極、白金電極、金電極または銀電極上にホウ素を含有するカーボンナノチューブを配置したものである（３）または（４）に記載のバイオセンサ。
（８）
ホウ素を含有するカーボンナノチューブがスクリーン印刷法により絶縁性基板上に配置されたカーボンナノチューブである（６）に記載のバイオセンサ。
（９）
検出電極が電極上に酵素が固定化されている電極である（１）〜（８）のいずれかに記載のバイオセンサ。
（１０）
検出電極がさらに電極上にメディエター分子が保持されている電極である（９）記載のバイオセンサ。
（１１）
メディエター分子がメディエター分子層を形成している（１０）記載のバイオセンサ。
（１２）
検出電極と対極との電極間電圧を特定電圧に設定することにより測定妨害物質の影響を避けることが可能となる、目的物質の選択的な測定に用いられる請求項１〜１１のいずれかに記載のバイオセンサ。
（１３）
（１）〜（１２）のいずれかに記載のバイオセンサを用いて試料中の被検物質を検出または定量する方法であって、検出電極に試料を接触させた後、検出電極と対極との電極間電圧を特定電圧に設定して印加することを特徴とする方法。

本発明により、構成が簡素化されたバイオセンサが提供され、かかるバイオセンサにより、試料中に含まれる特定物質を、還元性の妨害物質を始めとする電気化学活性物質の影響を受けることなく、正確に測定、検出することが可能となる。また、電極形成にあたって、ＣＮＴ含量を増大させることが可能であるため、従来のＣＮＴを用いたバイオセンサと比べてさらなる導電性の向上を図ることができるといったすぐれた効果を奏する。このようなバイオセンサは、医療診断用あるいは健康診断用バイオセンサ、特に糖尿病の指標となる血糖値および糖化タンパク質を測定するためのバイオセンサに効果的に用いることができる。

本発明におけるＣＮＴとしては、ホウ素を含有するＣＮＴ(以下、「ホウ素含有ＣＮＴ」とする。)が用いられる。ホウ素含有ＣＮＴとは、構成要素として炭素(C)の他にホウ素(B)を含むものをいう。例えば一部の炭素原子がホウ素原子に置換されたもののように、ＣＮＴを構成する骨格(ネットワーク)にホウ素原子が組み込まれたものが挙げられるが、これに限られず、例えばＣＮＴの空洞内および／または表面にホウ素が吸着されているものも包含され、ホウ素含有量が0.01〜10重量％、好ましくは0.1〜7重量％のものが用いられる。

また、ＣＮＴの形状は特に限定されず、単層または多層のいずれのものも用いられるが、好ましくは複数の筒状グラフェンが入れ子状になって構成された直径100nm未満の多層ＣＮＴが、具体的には直径が100nm未満、好ましくは5〜50nm、長さが0.1〜100μm、好ましくは1〜10μm、層数が2〜100層、好ましくは5〜20層のグラフェンシートが重なっているものが用いられる。

かかるホウ素含有ＣＮＴは、例えば下記特許文献２〜３に記載のホウ素含有ＣＮＴなど、公知のものを特に制限なく用いることができ、その製造方法も、
（１）ＣＮＴに酸化ホウ素、ホウ酸などのホウ素化合物を混合し、不活性ガス雰囲気中、高温下で加熱する
（２）上記ホウ素化合物のほか、ホウ素単体、炭化ホウ素、ホウ素と種々の金属との化合物などのホウ素成分を含む炭素質原料を水素ガス雰囲気中においてアーク放電法などにより合成する
など公知の方法を特に制限なく用いることができる。
特開２００６−２４０９３２特開２００６−１８８３８４

かかるホウ素含有ＣＮＴは溶剤等への分散性が高いため、ＣＮＴを溶液や樹脂等に混合した場合、均一に分散させることが可能となるといったすぐれた性質を有している。

そのため、本発明におけるホウ素含有ＣＮＴの検出電極形成時における状態は特に限定はされないものの、粉末状のＣＮＴを用いる場合であれば、電極に形成するためにミネラルオイル、イオン性液体あるいはテトラフルオロエチレン、ナフィオンなどの高分子のバインダー樹脂と適宜混合させてペースト状とするか、水や有機溶剤などの溶媒中に酸処理あるいは超音波処理などにより適宜分散させて使用することが好ましい。

本発明におけるホウ素含有ＣＮＴを用いた検出電極の作製法は特に限定されないが、例えば上記ペーストをプラスチックなどの非導電性物質あるいは導電性の金属などの筒状の容器に詰める方法、シリコンやポリエチレンテレフタレート(PET)などの絶縁性基板上に必要な大きさおよび形状にペーストあるいは分散溶液を配置させる方法、カーボン、白金、金、銀などの市販の電極表面にペーストまたは分散溶液を塗布して配置させる方法、あるいはペーストまたは分散溶液を用いてPETなどの絶縁性基板上にスクリーン印刷法により必要な大きさおよび形状の電極を形成させる方法などが挙げられる。分散溶液を用いてスクリーン印刷により絶縁基板上に検出電極を形成させる際には、分散溶液中にエチルセルロース等の樹脂を溶解させることが好ましい。

検出電極中に含まれるホウ素含有ＣＮＴの量は特に限定されないが、電極として使用するために必要な導電性および形状が確保され、かつＣＮＴの効果が発揮される含有量とするのが好ましく、分散媒体との合計量中、例えば過酸化水素を検出する場合にあっては、電極の導電性の維持、加工容易性等の観点から、10〜99重量％程度用いるのが好ましい。また、ミネラルオイルと混合することで作製されるペースト電極を用いて過酸化水素を検出する場合にあっては、40〜95重量％程度が望ましい。また、従来のホウ素を含有しない(ホウ素非含有)ＣＮＴ、例えば中空型ＣＮＴあるいは竹型ＣＮＴでは、含量を10重量％以上に増大させると検出電極として形状を保持することができないのに対して、本発明におけるホウ素含有ＣＮＴは従来のホウ素非含有ＣＮＴに比較して、検出電極形成において、含量を増大させることができ、導電性を向上させることができる。

検出電極の他に、対極および必要に応じて参照極が設けられることによってバイオセンサが構築される。

本願発明のバイオセンサは、試料中の被検物質の検出や定量に使用することができる。試料中の被検物質の検出は、検出電極に試料を接触させた後、検出電極と対極との電極間電圧を特定の電圧に設定して印加することにより行うことができる。本願発明のバイオセンサを用いることにより、測定妨害物質の影響を避け、被検物質を選択的に検出することができる。例えば、血液中、尿中の糖(グルコース)を検出する場合、従来の電極では電極への印加により、過酸化水素だけでなく、アスコルビン酸、尿酸、アセトアミノフェンなども電極反応してしまうが、ホウ素含有ＣＮＴを配合した電極は電圧を選択することにより(ここでは特定電圧という)、過酸化水素にのみ電極反応し、これらの夾雑物質の影響を受け難い状態を設定でき、選択性にすぐれたバイオセンサを形成できる。このような特定電圧は、被検物質によって異なるが、一般には銀／塩化銀電極を基準とした場合に約-0.5〜+0.1V程度である。

また、試料中の被検物質の定量も、被検物質の検出方法に準じて行うことができる。すなわち、検出電極に試料を接触させた後、検出電極と対極との電極間電圧を特定の電圧に設定して印加し、得られた情報量(例えば、電流値)を、予め作成した該被検物質と該情報量との関係を示す検量線に照らし合わせることにより、該試料中の該被検物質を定量することができる。

また、被検物質の検出または定量においては、該被検物質を、電極上で酸化または還元可能な物質に変換し得る酵素類や酵素の基質等や、該被検物質から、電極上で酸化または還元可能な物質を生じさせ得る酵素類や酵素の基質等が用いられる。ここで、電極上で酸化または還元可能な物質としては、例えば過酸化水素、フェリシアン化カリウム、フェロシアン化カリウム等が挙げられる。具体例を以下に示す。

被検物質がグルコースの場合、例えば試料中のグルコースにグルコースオキシダーゼを作用させ、生成した過酸化水素を電極上で還元あるいは酸化することで、グルコースを検出または定量することができる。

被検物質が糖化ヘモグロビンや糖化アルブミンなどの糖化タンパク質の場合、例えば試料中の糖化タンパク質にプロテアーゼを作用させて糖化ペプチドおよび／または糖化アミノ酸を遊離させた後、生成した糖化ペプチドおよび／または糖化アミノ酸に糖化ペプチドオキシダーゼおよび／または糖化アミノ酸オキシダーゼを作用させ、生成した過酸化水素を電極上で還元あるいは酸化することで、糖化タンパク質を検出または定量することができる。

被検物質が乳酸の場合、例えば試料中の乳酸に乳酸オキシダーゼを作用させ、生成した過酸化水素を電極上で還元あるいは酸化することで、乳酸を検出または定量することができる。

被検物質が尿酸の場合、例えば試料中の尿酸にウリカーゼを作用させ、生成した過酸化水素を電極上で還元あるいは酸化することで、尿酸を検出または定量することができる。

被検物質が尿素窒素の場合、例えば試料中の尿素にウレアーゼを作用させ、生じたアンモニアに、さらに、α-ケトグルタル酸、ＮＡＤＨ(還元型補酵素)およびフェリシアン化カリウム存在下でグルタミン酸脱水素酵素を作用させ、生成したフェロシアン化カリウムを電極上で酸化することで、尿素窒素を検出または定量することができる。

被検物質がクレアチニンの場合、例えば試料中のクレアチニンにクレアチニナーゼ、クレアチナーゼおよびザルコシンオキシダーゼを順次作用させ、生成した過酸化水素を電極上で還元あるいは酸化することで、クレアチニンを検出または定量することができる。

被検物質が硫酸抱合胆汁酸の場合、例えば試料中の硫酸抱合胆汁酸に胆汁酸硫酸スルファターゼ、β-ヒドロキシステロイドデヒドロゲナーゼをＮＡＤ⁺およびフェリシアン化カリウム存在下で順次作用させ、生成したフェロシアン化カリウムを電極上で酸化することで、硫酸抱合胆汁酸を検出または定量することができる。

被検物質がグルタミン酸オキサロ酢酸トランスアミナーゼの場合、例えば試料中のグルタミン酸オキサロ酢酸トランスアミナーゼにα-ケトグルタル酸とアスパラギン酸を作用させ、生成したグルタミン酸にさらにグルタミン酸オキシダーゼを作用させ、生成した過酸化水素を電極上で還元あるいは酸化することで、グルタミン酸オキサロ酢酸トランスアミナーゼを検出または定量することができる。

被検物質がグルタミン酸ピルビン酸トランスアミナーゼの場合、例えば試料中のグルタミン酸ピルビン酸トランスアミナーゼにα-ケトグルタル酸とアラニンを作用させ、生成したグルタミン酸に、さらにグルタミン酸オキシダーゼを作用させることにより生成した過酸化水素を電極上で還元あるいは酸化することで、グルタミン酸ピルビン酸トランスアミナーゼを検出または定量することができる。

被検物質がコレステロールの場合、例えば試料中のコレステロールにコレステロールオキシダーゼを作用させ、生成した過酸化水素を電極上で還元あるいは酸化することで、コレステロールを検出または定量することができる。

被検物質が中性脂肪の場合、例えば試料中の中性脂肪にリポプロテインリパーゼ、グリセロールキナーゼおよびグリセロ-3-リン酸オキシダーゼを作用させ、生成した過酸化水素を電極上で還元あるいは酸化することで、中性脂肪を検出または定量することができる。

被検物質が脂肪酸の場合、例えば試料中の脂肪酸に、アデノシン-5’-三リン酸(ＡＴＰ)およびコエンザイムＡ(ＣｏＡ)存在下、アシル-ＣｏＡシンターゼを作用させ、さらに、生成したアシル-ＣｏＡにアシルＣｏＡオキシダーゼを作用させ、生成した過酸化水素を電極上で還元あるいは酸化することで、脂肪酸を検出または定量することができる。

被検物質がアンモニアの場合、例えば試料中のアンモニアに、α-ケトグルタル酸、ＮＡＤＨおよびフェリシアン化カリウム存在下でグルタミン酸脱水素酵素を作用させ、生成したフェロシアン化カリウムを電極上で酸化することで、アンモニアを検出または定量することができる。

被検物質がビリルビンの場合、例えば試料中のビリルビンに、例えばフェリシアン化カリウム存在下でビリルビンオキシダーゼを作用させることにより生成したフェロシアン化カリウムを電極上で酸化することで、ビリルビンを検出または定量することができる。

以上の酵素類は、ホウ素含有ＣＮＴ中に混合されるか、検出電極上に固定化される。酵素類の検出電極上への固定化方法は特に限定されないが、例えば酵素類を溶解させた水や緩衝液等中に検出電極を浸漬あるいは電極上に酵素類を溶解させた水や緩衝液等を滴下することにより酵素などを物理的あるいは化学的に固定化する方法、酸処理などによりＣＮＴに例えばカルボキシル基やアミノ基などの官能基を導入した後に酵素などを反応させて固定化する方法、例えばグルタルアルデヒドのような架橋試薬あるいはさらに牛血清アルブミンを用いて酵素などを検出電極上に固定化する方法、親水性高分子などのゲル膜を検出電極上に形成させた後に膜中に酵素などを固定化する方法またはポリチオフェンなどの導電性高分子膜を検出電極上に形成させた後に膜中に酵素などを固定化する方法などが挙げられる。

被検物質の検出または定量においては必要に応じて、例えば反応が溶存酵素濃度に律速され、高濃度の試料しか測定できない場合、検出範囲の拡大を目的としてメディエター分子を利用することが有効である。メディエター分子を利用する場合においては、検出電極上に形成させた酵素類の生理活性物質の固定化膜中あるいはこれとは分けて、メディエター分子を検出電極上に保持させることが好ましい。メディエター分子の種類は特に限定されないが、例えばフェリシアン化カリウム、フェロシアン化カリウム、フェロセンおよびその誘導体、ビオローゲン類およびメチレンブルーなどの少なくとも一種が用いられる。

試料としては、疾病や健康状態を示す被検物質を含んでいれば特に限定されず、例えば血液、尿、唾液、汗、涙などが挙げられる。また試料中の被検物質の検出または定量において、試料は、採取したものそのものを用いても、水や緩衝溶液などで希釈したものを用いてもよい。

本発明のセンサを用いた測定法としては、酸化電流もしくは還元電流を測定するポテンシャルステップクロノアンペロメトリーまたはクーロメトリー、サイクリックボルタンメトリー法などが用いられる。測定方式としては、デスポーザブル(使い捨て)方式が望ましいが、他にFIA(Flow Injection Analysis)方式やバッチ方式でもよい。

次に実施例について本発明を説明する。

実施例１
中空炭素陽極と炭素陰極を対向配置させた状態で、アーク溶接電源より、両炭素電極間に電圧を印加させてアーク放電を行い、炭素陰極の放電発生部(中空炭素陽極中空孔の対面に当たる部分)にてＣＮＴを得た。次いで、得られたＣＮＴ200mgと酸化ホウ素(B₂O₃)5.0gとを、約2％の水素を含有した窒素雰囲気中にて約1000℃、数十秒間反応させてホウ素含有ＣＮＴを合成した。このホウ素含有ＣＮＴは、直径5〜35nm、長さ1μm以上の多層ＣＮＴであり、約5重量％程度のホウ素を含有していた。

このホウ素含有ＣＮＴ90mgおよびミネラルオイル(Aldrich社製品)10mgを乳鉢中で15分間混練した後、カーボンペースト電極(BAS社製品、直径3mm)中へ詰め込み、検出電極とした。対極としては白金線(BAS社製品)を、また参照極としては銀／塩化銀電極(BAS社製品)を用いた。過酸化水素を0 mmol/L、1 mmol/L、5 mmol/L、10 mmol/L、25 mmol/L、50 mmol/Lの濃度となるように溶解させた50 mmol/Lのリン酸緩衝液(pH 7.4)を測定サンプルとして用い、各測定サンプル中に検出電極、対極および参照極を浸した状態で-0.2Vを検出電極に対して印加して、90秒後に得られた電流値を過酸化水素濃度に対してプロットし検量線を作成した。

比較例１
実施例1において、ホウ素含有ＣＮＴの代わりに同量のグラファイトパウダーを用いて作製された検出電極が用いられた。

比較例２
実施例1において、ホウ素含有ＣＮＴの代わりに同量のグラッシーカーボンを用いて作製された検出電極が用いられた。

実施例1および比較例1〜2で得られた結果は、図１に示される。実施例１(―●―)では、アスコルビン酸、尿酸、アセトアミノフェンの酸化反応が起こる電位より低い電位で、相関係数が0.992の直線性の高い検量線を作成できることが示された。一方、比較例1のグラファイトペースト電極(―○―)では、実施例1のホウ素含有ＣＮＴを用いて作製された検出電極と比較して、1/30程度の電流値しか得られず、また、比較例2のグラッシーカーボン電極(―△―)では、実施例１のホウ素含有ＣＮＴを用いて作製された検出電極に比較して、1/50程度の電流値しか得られなかった。

以上の結果より、実施例1のホウ素含有ＣＮＴを用いて作製された検出電極では、グラファイトペースト電極またはグラッシーカーボン電極を用いた場合と比較して、より正確な測定が可能となることが示唆され、バイオセンサを構築するための検出電極の材料としてホウ素含有ＣＮＴを使用することが極めて有効であることが示された。

比較例３
実施例1において、ホウ素含有ＣＮＴの代わりに、酸化硼素(B₂O₃)を用いることなくアーク放電により合成したＣＮＴを同量用いて作製された検出電極が用いられた。

比較例3で得られた結果は、実施例1の測定結果とともに図２に示される。比較例3のホウ素を含有しないＣＮＴを用いた検出電極(―□―)では、実施例1のホウ素含有ＣＮＴを用いて作製された検出電極に比較して、1/30程度の電流値しか得られなかった。このことより、実施例1のホウ素含有ＣＮＴを用いて作製された検出電極では、ホウ素を含有しないＣＮＴを用いて作製されたペースト電極を用いた場合に比較して、より正確な測定が可能となることが示唆された。従って、バイオセンサを構築するための検出電極の材料としてホウ素含有ＣＮＴを使用することが極めて有効であることが示された。

実施例２
実施例1において、ホウ素含有ＣＮＴ量が60mgに、またミネラルオイル量が40mgにそれぞれ変更されて検出電極が作製された。

比較例４
実施例2において、ホウ素含有ＣＮＴの代わりに同量のグラファイトパウダーを用いて作製された検出電極が用いられた。

比較例５
実施例2において、ホウ素含有ＣＮＴの代わりに同量のグラッシーカーボンを用いて作製された検出電極が用いられた。

実施例2および比較例4〜5で得られた結果は、図３に示される。実施例2(―●―)では、アスコルビン酸、尿酸、アセトアミノフェンの酸化反応が起こる電位より低い電位で、相関係数が0.95の直線性の高い検量線を作成できることが示された。一方、比較例4のグラファイトペースト電極(―○―)あるいは比較例5のグラッシーカーボン電極(―△―)では、実施例2のホウ素含有ＣＮＴを用いて作製された検出電極と比較して、検量線の傾きが1/3程度であった。以上より、実施例2のホウ素含有ＣＮＴを用いて作製された検出電極では、グラファイトペースト電極またはグラッシーカーボン電極を用いた場合に比較して、より正確な測定が可能となることが示唆され、実施例1と同様にバイオセンサを構築するための検出電極の材料としてホウ素含有ＣＮＴを使用することが極めて有効であることが示された。

実施例３
実施例1において、検出電極、対極および参照極を50 mmol/Lのリン酸緩衝液(pH 7.4)中に浸した状態で-0.2Vを検出電極に対して印加し、300秒後に5 mmol/Lの濃度になるように過酸化水素を添加した。さらに480秒後にアスコルビン酸を、660秒後に尿酸を、840秒後にアセトアミノフェンをいずれも0.5 mmol/Lの濃度となるように添加し、その際の電流値変化を計測した。

比較例６
実施例3において、検出電極に対して+0.6Vを印加したときの電流値変化を計測した。

実施例3および比較例6で得られた結果は、図４に示される。実施例3(実線)ではアスコルビン酸、尿酸、アセトアミノフェンの酸化反応が起こる電位より低い電位を印加することで、過酸化水素の電極上での還元反応に基づく大きな電流値変化が優先的に観測された。一方、比較例6の+0.6Vを印加した場合(点線)では、目的とする過酸化水素の電極上での酸化反応に基づく電流値変化よりも、妨害物質であるアスコルビン酸、尿酸、アセトアミノフェンの酸化反応に基づく電流値変化の方が顕著に観測された。

このことは、適切な電位を選択して印加するだけで、妨害物質の影響を避け、被検物質を選択的に測定できるバイオセンサを構築するための検出電極の材料としてホウ素含有ＣＮＴを使用することが極めて有効であることが示している。

本発明のバイオセンサは、従来のバイオセンサと比較して、試料中に含まれる被検物質を還元性の妨害物質を初めとする電気化学活性物質の影響を受けることなく検出または定量することができ、検出感度にも優れているため、医療診断用あるいは健康診断用バイオセンサとして用いることができる。

ホウ素含有ＣＮＴ、グラファイトパウダーまたはグラッシーカーボンを使用した検出電極を用いて、過酸化水素試料に対する応答性を測定したグラフである。ホウ素含有ＣＮＴ、ホウ素を含まないＣＮＴを使用した検出電極を用いて、過酸化水素試料に対する応答性を測定したグラフである。ホウ素含有ＣＮＴ、グラファイトパウダーまたはグラッシーカーボンを使用した検出電極を用いて、過酸化水素試料に対する応答性を測定した他のグラフである。ホウ素含有ＣＮＴを使用した検出電極を用い、-0.2 Vおよび+0.6 Vを印加した場合の、過酸化水素、アスコルビン酸、尿酸、アセトアミノフェン試料に対する応答性を測定したグラフである。

Claims

少なくとも検出電極および対極を有するバイオセンサにおいて、
ホウ素を含有するカーボンナノチューブを用いて形成される検出電極を具備することを特徴とするバイオセンサ。
カーボンナノチューブが直径100nm未満の多層カーボンナノチューブである請求項１に記載のバイオセンサ。
ホウ素を含有するカーボンナノチューブがミネラルオイル、イオン性液体または高分子バインダー樹脂と混合され、ペースト状で用いられた請求項１または２に記載のバイオセンサ。
ホウ素を含有するカーボンナノチューブが水または有機溶剤に分散された状態で用いられた請求項１または２に記載のバイオセンサ。
検出電極がペースト状に調製されたカーボンナノチューブを筒状容器に充填した筒状電極である請求項３に記載のバイオセンサ。
検出電極が絶縁性基板上にホウ素を含有するカーボンナノチューブを配置したものである請求項３または４に記載のバイオセンサ。
検出電極がカーボン電極、白金電極、金電極または銀電極上にホウ素を含有するカーボンナノチューブを配置したものである請求項３または４に記載のバイオセンサ。
ホウ素を含有するカーボンナノチューブがスクリーン印刷法により絶縁性基板上に配置されたカーボンナノチューブである請求項６に記載のバイオセンサ。
検出電極が電極上に酵素が固定化されている電極である請求項１〜８のいずれかに記載のバイオセンサ。
検出電極がさらに電極上にメディエター分子が保持されている電極である請求項９記載のバイオセンサ。
メディエター分子がメディエター分子層を形成している請求項１０記載のバイオセンサ。
検出電極と対極との電極間電圧を特定電圧に設定することにより測定妨害物質の影響を避けることが可能となる、目的物質の選択的な測定に用いられる請求項１〜１１のいずれかに記載のバイオセンサ。
請求項１〜１２のいずれかに記載のバイオセンサを用いて試料中の被検物質を検出または定量する方法であって、検出電極に試料を接触させた後、検出電極と対極との電極間電圧を特定電圧に設定して印加することを特徴とする方法。