JP4978858B2 - Diamond electrode and sensor equipped with the same - Google Patents

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Description

本発明は、ダイヤモンド電極及びこれを用いたセンサに関し、より詳しくは、ダイヤモンド電極表面に、所定の組成物をラジカル反応させて形成された表面修飾層が設けられているダイヤモンド電極及びこれを備えるセンサに関する。   The present invention relates to a diamond electrode and a sensor using the same, and more specifically, a diamond electrode in which a surface modification layer formed by radical reaction of a predetermined composition is provided on the surface of the diamond electrode, and a sensor including the same. About.

導電性ダイヤモンドは、水系・非水系における電位窓が広く、バックグラウンド電流も小さいため、広い電位範囲で高感度な電気化学検出が可能な電極材料として知られている。通常の電極材料では、+1.0Vvs.Ag/AgCl以上の高電位領域では、水の電気分解による酸素発生電流によるバックグラウンドの上昇が観察される。一方、ダイヤモンド電極上ではこの反応が抑制されるため、このような高電位領域に酸化ピークを持つ物質の電気化学検出に特に適している。   Conductive diamond is known as an electrode material capable of high-sensitivity electrochemical detection in a wide potential range because it has a wide potential window in aqueous and non-aqueous systems and a small background current. With a normal electrode material, +1.0 Vvs. In the high potential region of Ag / AgCl or higher, an increase in background due to oxygen generation current due to electrolysis of water is observed. On the other hand, since this reaction is suppressed on the diamond electrode, it is particularly suitable for electrochemical detection of a substance having an oxidation peak in such a high potential region.

例えば、特許文献1には、イリジウム、ロジウム、ルテニウム、パラジウム、及び白金からなる群から選ばれる1種以上の触媒金属が担持されている導電性ダイヤモンド電極が開示されている。特許文献1によれば、ダイヤモンド電極を作用電極とすれば、過酸化水素と選択的に感応し、酸化還元電位より過酸化水素の存在量を高精度に検出することが可能となる。
また、特許文献2には、ルテニウム錯体を修飾させた導電性ダイヤモンド電極が開示されている。特許文献2によれば、ルテニウム錯体で修飾したことによってシュウ酸と選択的に感応することが可能となる。
特開2003−121410号公報 特開2006−17605号公報
For example, Patent Document 1 discloses a conductive diamond electrode on which one or more catalyst metals selected from the group consisting of iridium, rhodium, ruthenium, palladium, and platinum are supported. According to Patent Document 1, if a diamond electrode is used as a working electrode, it can selectively react with hydrogen peroxide, and the amount of hydrogen peroxide present can be detected with high accuracy from the oxidation-reduction potential.
Patent Document 2 discloses a conductive diamond electrode in which a ruthenium complex is modified. According to Patent Document 2, it is possible to selectively react with oxalic acid by modification with a ruthenium complex.
JP 2003-121410 A JP 2006-17605 A

このようなダイヤモンド電極を用いて検出する物質の中でも、酸化電位が高い物質は、検出することが困難である。そのため、使用する電極に高い感度が求められる。しかしながら、特許文献1,2に開示されているダイヤモンド電極は、いずれも特定の物質を選択的に検出することが可能であるものの、電極の安定性が低いため、実用的ではない。   Among substances to be detected using such a diamond electrode, a substance having a high oxidation potential is difficult to detect. Therefore, high sensitivity is required for the electrode to be used. However, although the diamond electrodes disclosed in Patent Documents 1 and 2 can both selectively detect a specific substance, they are not practical because the stability of the electrodes is low.

また、上記のダイヤモンド電極を用いてカテコール又はカテコール誘導体を検出する場合において、共存するアスコルビン酸がカテコール誘導体の電流ピークと重なり、カテコール誘導体を正確に定量することが困難である。   Further, when catechol or a catechol derivative is detected using the above diamond electrode, the coexisting ascorbic acid overlaps with the current peak of the catechol derivative, and it is difficult to accurately quantify the catechol derivative.

以上の課題に鑑み本発明は、シグナル安定性が高く、かつ、応答速度や感度が高いセンサを製造することが可能なダイヤモンド電極及びこのダイヤモンド電極を備えるセンサを提供することを目的とする。
また本発明は、カテコール又はカテコール誘導体の正確な定量を行うことが可能なダイヤモンド電極及びこのダイヤモンド電極を備えるセンサを提供することを目的とする。
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a diamond electrode capable of manufacturing a sensor with high signal stability and high response speed and sensitivity, and a sensor including the diamond electrode.
Another object of the present invention is to provide a diamond electrode capable of accurately quantifying catechol or a catechol derivative and a sensor including the diamond electrode.

本発明者らは、ダイヤモンド電極表面に形成された修飾層として、ビニル基を含有する化合物を用いることによりシグナル安定性を向上させることが可能であること、またカテコール等の正確な定量が可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。本発明は具体的には以下のものを提供する。   The present inventors can improve signal stability by using a compound containing a vinyl group as a modified layer formed on the surface of a diamond electrode, and can accurately determine catechol and the like. As a result, the present invention has been completed. Specifically, the present invention provides the following.

(1) 基板上に設けられた半導体又は導電体ダイヤモンドからなる薄膜上に、極性基とビニル基とを有するラジカル反応性化合物を含む修飾層形成用組成物をラジカル反応させて形成された修飾層が設けられているダイヤモンド電極。   (1) A modified layer formed by radically reacting a composition for forming a modified layer containing a radical reactive compound having a polar group and a vinyl group on a thin film made of a semiconductor or conductive diamond provided on a substrate Diamond electrode provided with.

(1)の発明によれば、ビニル基は光誘起ラジカル付加反応(以下ラジカル反応ともいう)をすることによって、ダイヤモンド表面に存在する水素原子と安定な共有結合を形成することが可能である。従って、ラジカル反応性化合物にビニル基を含有させたことによって、ダイヤモンド電極にシグナル安定性を付与することが可能な修飾層を形成することが可能となる。
また、極性基は、検出対象物質の電解反応の触媒物質となり得るため、検出対象物質と選択的に反応することが可能となる。従って、ラジカル反応性化合物に極性基を含有させたことによって、ダイヤモンド電極に高い応答速度や感度を付与することが可能となる。
According to the invention of (1), the vinyl group can form a stable covalent bond with a hydrogen atom present on the diamond surface by performing a photoinduced radical addition reaction (hereinafter also referred to as radical reaction). Therefore, by including a vinyl group in the radical reactive compound, a modified layer capable of imparting signal stability to the diamond electrode can be formed.
In addition, since the polar group can be a catalytic substance for the electrolytic reaction of the detection target substance, it can selectively react with the detection target substance. Therefore, by adding a polar group to the radical reactive compound, it is possible to impart high response speed and sensitivity to the diamond electrode.

なお、本発明における「基板上」「薄膜上」とは、表面に密着しているという意味である。即ち、基板の表面に半導体又は導電体ダイヤモンドからなる薄膜が設けられ、この薄膜の表面に修飾層が更に設けられているという意味である。   In the present invention, “on the substrate” and “on the thin film” mean that they are in close contact with the surface. That is, it means that a thin film made of semiconductor or conductive diamond is provided on the surface of the substrate, and a modification layer is further provided on the surface of the thin film.

本発明における「ビニル基」は、その末端が炭素数1から10の直鎖又は分岐状のアルキレン基と結合していることが好ましい。具体的には下記に示す構造を有していることが好ましい。このアルキレン基の炭素数は2から8であることがより好ましく、3から5であることが更に好ましい。炭素数が10を超えると修飾層の絶縁性が高くなる傾向にあるためである。

Figure 0004978858
[式中、Rは炭素1から10の直鎖又は分岐状のアルキレン基である。] The “vinyl group” in the present invention preferably has a terminal bonded to a linear or branched alkylene group having 1 to 10 carbon atoms. Specifically, it preferably has the structure shown below. The alkylene group preferably has 2 to 8 carbon atoms, more preferably 3 to 5 carbon atoms. This is because when the carbon number exceeds 10, the insulating property of the modification layer tends to be high.
Figure 0004978858
[Wherein, R represents a linear or branched alkylene group having 1 to 10 carbon atoms. ]

(2) 前記極性基は、カルボキシル基、アミノ基、ニトリル基、スルホ基、4級アンモニウム塩基、リン酸基、ハロゲン基、水酸基、ニトロ基、ジアゾ基、アジド基、カルボニル基、アルデヒド基、チオール基からなる群から選ばれるいずれか1種の基である(1)に記載のダイヤモンド電極。   (2) The polar group is a carboxyl group, amino group, nitrile group, sulfo group, quaternary ammonium base, phosphoric acid group, halogen group, hydroxyl group, nitro group, diazo group, azide group, carbonyl group, aldehyde group, thiol. The diamond electrode according to (1), which is any one group selected from the group consisting of groups.

(2)の発明によれば、極性基として、上記の群から選ばれるいずれか1種の基を用いたことによって、ダイヤモンド電極により高い応答速度や感度を付与することが可能な修飾層を形成することが可能となる。   According to the invention of (2), by using any one group selected from the above group as the polar group, a modified layer capable of imparting high response speed and sensitivity to the diamond electrode is formed. It becomes possible to do.

(3) 前記ラジカル反応性化合物は、下記の構造式(1)で示される(1)又は(2)に記載のダイヤモンド電極。

Figure 0004978858
(3) The said radical reactive compound is a diamond electrode as described in (1) or (2) shown by following Structural formula (1).
Figure 0004978858

(3)の発明によれば、上記化合物を用いたことによって、ダイヤモンド電極に、より高いシグナル安定性や応答速度、及び感度を付与することが可能な修飾層を形成することが可能となる。   According to the invention of (3), the use of the above compound makes it possible to form a modified layer capable of imparting higher signal stability, response speed, and sensitivity to the diamond electrode.

(4) 前記半導体又は導電体ダイヤモンドは、ホウ素がドーピングされたものである(1)から(3)いずれかに記載のダイヤモンド電極。   (4) The diamond electrode according to any one of (1) to (3), wherein the semiconductor or conductive diamond is doped with boron.

(4)の発明によれば、絶縁体であるダイヤモンドに導電性を付与することが可能な物質としては、III族及びV族の元素が挙げられる。このうち、ホウ素はより高い導電性を付与することが可能である。従って、ホウ素をドーピングさせたことによって半導体又は導電体ダイヤモンドに高い導電性を付与することができる。その結果、ダイヤモンド電極により高い応答速度や感度を付与することが可能となる。   According to the invention of (4), Group III and Group V elements can be cited as substances that can impart conductivity to diamond as an insulator. Among these, boron can impart higher conductivity. Therefore, high conductivity can be imparted to the semiconductor or the conductive diamond by doping with boron. As a result, high response speed and sensitivity can be imparted to the diamond electrode.

(5) (1)から(4)いずれかに記載のダイヤモンド電極と、このダイヤモンド電極に流れる電流値を計測する電流計測手段と、を備えるセンサ。   (5) A sensor comprising: the diamond electrode according to any one of (1) to (4); and a current measuring unit that measures a current value flowing through the diamond electrode.

(6) シュウ酸若しくは、カテコール又はカテコール誘導体検出用である(5)に記載のセンサ。   (6) The sensor according to (5), which is used for detecting oxalic acid or catechol or a catechol derivative.

(6)の発明によれば、酸化電位の高いシュウ酸や、正確な定量が困難なカテコールやカテコール誘導体であっても正確に定量することが可能となる。特に、カテコールやカテコール誘導体については、アスコルビン酸が共存する場合であっても、アスコルビン酸の電流ピークをカテコール等の電流ピークから分離することが可能となる。
また、カテコール等の定量において、アスコルビン酸が共存する場合、アスコルビン酸の存在によってカテコール等の電流ピークを増幅させることが可能となる。これによって、カテコール等の含有量が微量であっても正確な定量を行うことが可能となる。
According to the invention of (6), it is possible to accurately quantify oxalic acid having a high oxidation potential, or catechol or a catechol derivative that is difficult to accurately quantify. In particular, for catechol and catechol derivatives, even when ascorbic acid coexists, the ascorbic acid current peak can be separated from the catechol or other current peak.
In the determination of catechol or the like, when ascorbic acid coexists, the current peak of catechol or the like can be amplified by the presence of ascorbic acid. Thus, accurate quantification can be performed even if the content of catechol or the like is very small.

(7) 基板上に設けられた半導体又は導電体ダイヤモンドからなる薄膜上に、極性基と炭化水素基とを有するラジカル反応性化合物を含む修飾層形成用組成物を塗布して、ラジカル反応させて修飾層を形成する工程を有するダイヤモンド電極の製造方法。   (7) A modified layer forming composition containing a radical reactive compound having a polar group and a hydrocarbon group is applied onto a thin film made of a semiconductor or conductive diamond provided on a substrate to cause a radical reaction. A method for producing a diamond electrode comprising a step of forming a modification layer.

本発明によれば、ダイヤモンド電極表面に形成された修飾層として、ビニル基を含有するラジカル反応性化合物を用いることによりシグナル安定性を向上させることが可能となった。また、このラジカル反応性化合物に極性基を含有させたことによって、応答速度や感度を向上させることが可能となった。これによってシグナル安定性が高く、かつ、応答速度や感度が高いセンサを製造することが可能なダイヤモンド電極及びこのダイヤモンド電極を備えたセンサを提供することが可能となった。
また、本発明に係るセンサを用いることにより、シュウ酸やカテコール若しくはカテコール誘導体を正確に定量することが可能となる。
According to the present invention, signal stability can be improved by using a radical reactive compound containing a vinyl group as a modified layer formed on the surface of a diamond electrode. Moreover, it became possible to improve a response speed and a sensitivity by containing a polar group in this radical reactive compound. This makes it possible to provide a diamond electrode capable of producing a sensor with high signal stability and high response speed and sensitivity, and a sensor including the diamond electrode.
Further, by using the sensor according to the present invention, oxalic acid, catechol or catechol derivative can be accurately quantified.

以下、本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.

本発明に係るダイヤモンド電極は、基板と、この基板の上に設けられた半導体又は導電体ダイヤモンドからなる薄膜と、所定の組成物を含有した修飾層を有する。   The diamond electrode according to the present invention has a substrate, a thin film made of semiconductor or conductive diamond provided on the substrate, and a modification layer containing a predetermined composition.

[ダイヤモンド電極]
図1は本実施形態に係るダイヤモンド電極の断面を示した図である。このダイヤモンド電極1は、基板10の表面に、半導体又は導電体ダイヤモンドからなる薄膜20が設けられ、更にこの薄膜20の上に修飾層30が形成されているものである。
[Diamond electrode]
FIG. 1 is a view showing a cross section of a diamond electrode according to this embodiment. In the diamond electrode 1, a thin film 20 made of semiconductor or conductive diamond is provided on the surface of a substrate 10, and a modification layer 30 is further formed on the thin film 20.

本実施形態において、基板10には大きさ35mm×35mm×0.625mmのシリコン基板を用いた。この基板10は、固体の平板であれば特に限定されるものではない。具体的には、SiO等のガラス基板や石英基板、Al等のセラミックス基板、ダイヤモンド基板、イオンをドープしていない絶縁基板としてのSi基板等の絶縁材料、チタン、モリブデン、ニオブ等の金属基板、ガラス状炭素等の炭素材料基板、ドープされた低抵抗Si基板等の導電性材料、を用いることができる。
基板10の大きさは特に限定されるものではないが、10μm×10μm×10μmから20mm×20mm×1mmであることが好ましい。
In the present embodiment, a silicon substrate having a size of 35 mm × 35 mm × 0.625 mm was used as the substrate 10. The substrate 10 is not particularly limited as long as it is a solid flat plate. Specifically, insulating materials such as glass substrates such as SiO 2 , quartz substrates, ceramic substrates such as Al 2 O 3 , diamond substrates, Si substrates as insulating substrates not doped with ions, titanium, molybdenum, niobium, etc. Metal substrates, carbon material substrates such as glassy carbon, and conductive materials such as doped low-resistance Si substrates can be used.
The size of the substrate 10 is not particularly limited, but is preferably 10 μm × 10 μm × 10 μm to 20 mm × 20 mm × 1 mm.

また、本実施形態において、薄膜20はホウ素がドーピングされている半導体又は導電体ダイヤモンドである。
この半導体又は導電体ダイヤモンドは、窒素やホウ素等III族やV族の元素をドーピングさせることにより、導電性が付与されているダイヤモンドであれば特に限定されるものではない。例えば、導電性ダイヤモンド、導電性ダイヤモンドライクカーボン、グラッシーカーボン、及び導電性アモルファスカーボンのいずれか1種を用いることが好ましい。ダイヤモンドへの導電性の程度は、ドープされるIII族やV族の元素の濃度によって異なり、低濃度であれば半導体となり、高濃度であれば導電体となる。これらは使用目的によって適宜選択することが可能である。
なお、この薄膜20の形成方法は後述の通りである。
In the present embodiment, the thin film 20 is a semiconductor or conductor diamond doped with boron.
The semiconductor or conductor diamond is not particularly limited as long as it is a diamond imparted with conductivity by doping a group III or group V element such as nitrogen or boron. For example, it is preferable to use any one of conductive diamond, conductive diamond-like carbon, glassy carbon, and conductive amorphous carbon. The degree of conductivity to diamond varies depending on the concentration of the group III or V element to be doped, and if it is low, it becomes a semiconductor, and if it is high, it becomes a conductor. These can be appropriately selected depending on the purpose of use.
The method for forming the thin film 20 is as described later.

薄膜20の厚さは、100nmから0.1mmであることが好ましく、10μmから100μmであることがより好ましい。   The thickness of the thin film 20 is preferably 100 nm to 0.1 mm, and more preferably 10 μm to 100 μm.

また、本実施形態において、修飾層30は、アリルトリエチルアンモニウムブロマイド(allyltriethylammoniumbromide:以下、ATABとする)の単分子膜である。この修飾層30を形成するための修飾層形成用組成物は、後述する組成を有するものである。
なお、修飾層30の厚さは、0.1nmから2.0nmであることが好ましく、0.3nmから1.0nmであることがより好ましい。
In the present embodiment, the modification layer 30 is a monomolecular film of allyltriethylammonium bromide (hereinafter referred to as ATAB). The composition for forming a modification layer for forming the modification layer 30 has a composition to be described later.
Note that the thickness of the modification layer 30 is preferably 0.1 nm to 2.0 nm, and more preferably 0.3 nm to 1.0 nm.

[ダイヤモンド電極の製造]
本発明に係るダイヤモンド電極は、基板に半導体又は導電体ダイヤモンドからなる薄膜を形成する工程と、極性基と炭化水素基とを有するラジカル反応性化合物を含む修飾層形成用組成物を塗布して、ラジカル反応させて修飾層を形成する工程と、を有する。
[Production of diamond electrodes]
The diamond electrode according to the present invention comprises a step of forming a thin film made of semiconductor or conductor diamond on a substrate, and a modified layer forming composition containing a radical reactive compound having a polar group and a hydrocarbon group, And a step of forming a modified layer by radical reaction.

<薄膜の形成方法>
半導体又は導電体ダイヤモンドからなる薄膜は、公知の方法により形成される。具体的には化学気相成長法により好ましく製造される。ここで、化学気相成長法とは、気相中で気体原料を化学反応させて物質を合成する方法であり、一般に化学気相合成法(以下、CVD法)と呼ばれるものである。この方法は、半導体製造プロセスにおいて広く利用されており、本発明に係るダイヤモンド電極の製造にも、合目的な改変のもと利用可能である。
<Method for forming thin film>
A thin film made of semiconductor or conductive diamond is formed by a known method. Specifically, it is preferably produced by chemical vapor deposition. Here, the chemical vapor deposition method is a method of synthesizing substances by chemically reacting gas raw materials in the gas phase, and is generally called a chemical vapor synthesis method (hereinafter referred to as CVD method). This method is widely used in the semiconductor manufacturing process, and can also be used for manufacturing the diamond electrode according to the present invention under appropriate modifications.

ダイヤモンドの化学気相合成は、メタン等の含炭素気体と水素を混合したものを原料気体として、それを励起源により励起させ、基板上に供給して堆積させることにより行われる。
励起源としては、熱フィラメント、マイクロ波、高周波、直流グロー放電、直流アーク放電、燃焼炎等が挙げられる。また、これらを複数組み合わせて核生成密度を調整したり、大面積化や均一化を図ったりすることも可能である。
原料としては、炭素が含まれている多くの種類の、励起源により分解、励起されて、C、C等の活性な炭素、及びCH、CH、CH、C等の炭化水素ラジカルを生じさせる化合物を利用することが可能である。具体的には、気体としてメタン、エタン、デカン、一酸化炭素、テトラフルオロメタン、液体としてメタノール、エタノール、アセトン、固体として黒鉛、フラーレン等が挙げられる。
The chemical vapor synthesis of diamond is performed by using a mixture of a carbon-containing gas such as methane and hydrogen as a source gas, exciting it with an excitation source, supplying it on a substrate, and depositing it.
Examples of the excitation source include a hot filament, microwave, high frequency, direct current glow discharge, direct current arc discharge, and combustion flame. It is also possible to adjust the nucleation density by combining a plurality of these, and to increase the area and make it uniform.
As raw materials, many kinds of carbon containing carbon are decomposed and excited by an excitation source, and active carbon such as C and C 2 and carbonization such as CH, CH 2 , CH 3 , and C 2 H 2 are used. It is possible to use compounds that generate hydrogen radicals. Specifically, methane, ethane, decane, carbon monoxide, tetrafluoromethane as gas, methanol, ethanol, acetone as liquid, graphite, fullerene, etc. as solid.

気相合成法にあって、ダイヤモンドに導電性を付与する物質の添加は、例えば添加物質のディスクを系内に置き、炭素源原料と同様に励起させ、炭素気相に添加物質を導入する方法、炭素源に予め添加物質を添加し、系内に炭素源と共に導入し、励起源により励起し、炭素気相に添加物質を導入する方法等により行うことができる。   In the gas phase synthesis method, for example, a method for adding a substance that imparts conductivity to diamond is a method of introducing an additive substance into a carbon gas phase by, for example, placing a disk of the additive substance in the system and exciting the same as the carbon source material. Alternatively, an additive substance may be added to the carbon source in advance, introduced into the system together with the carbon source, excited by the excitation source, and introduced into the carbon gas phase.

このような導電性を付与するために添加される物質としては、上記の通りIII族及びV族の元素が挙げられる。このうちホウ素、窒素、リン等を用いることが好ましく、ホウ素又は窒素を用いることは最も好ましい。
この導電性を付与するために添加される物質の添加量は、ダイヤモンドに導電性を付与できる範囲で適宜決定されるが、10ppmから12,000ppm程度であり、また1,000ppmから10,000ppm程度が好ましい。物質の添加量は、導電性ダイヤモンドの製造工程における添加量により制御されることが一般的である。
Examples of the substance added for imparting such conductivity include Group III and Group V elements as described above. Of these, boron, nitrogen, phosphorus and the like are preferably used, and boron or nitrogen is most preferably used.
The amount of the substance added for imparting conductivity is appropriately determined within a range in which conductivity can be imparted to diamond, but is about 10 ppm to 12,000 ppm, and about 1,000 ppm to 10,000 ppm. Is preferred. In general, the amount of substance added is controlled by the amount added in the manufacturing process of conductive diamond.

また、CVD法の中でもマイクロ波プラズマ化学気相合成法(以下、プラズマCVD法)を用いることがより好ましい。このプラズマCVD法は、化学反応を引き起こす活性化エネルギーが大きく、反応が速い。そのためプラズマCVD法を用いることにより、熱力学的に高温でなければ存在しない化学種を生成して、低い温度での反応が可能となる。プラズマCVD法による薄膜の形成は、公知の方法により行うことが可能である。   Further, among the CVD methods, it is more preferable to use a microwave plasma chemical vapor synthesis method (hereinafter referred to as a plasma CVD method). In this plasma CVD method, the activation energy causing a chemical reaction is large and the reaction is fast. Therefore, by using the plasma CVD method, a chemical species that does not exist unless it is thermodynamically high is generated, and a reaction at a low temperature becomes possible. A thin film can be formed by a plasma CVD method by a known method.

<修飾層の形成>
修飾層は、ラジカル反応性化合物を含む修飾層形成用組成物を塗布して、ラジカル反応させることにより得られる。
<Formation of modified layer>
The modification layer is obtained by applying a composition for forming a modification layer containing a radical reactive compound and causing a radical reaction.

ここで、ラジカル反応性化合物としては、極性基とビニル基とを有する化合物が挙げられる。極性基としては、カルボキシル基、アミノ基、ニトリル基、スルホ基、4級アンモニウム塩基、リン酸基、ハロゲン基、水酸基、ニトロ基、ジアゾ基、アジド基、カルボニル基、アルデヒド基、チオール基からなる群から選ばれるいずれか1種の基が挙げられる。このうちカルボキシル基、アミノ基、ニトリル基等のイオン性基であることが好ましい。
また、ビニル基としては下記の一般式で示されるものであり、その末端が炭素数1から10の直鎖又は分岐状のアルキレン基と結合していることが好ましい。具体的には下記に示す構造を有していることが好ましい。このアルキレン基の炭素数は2から8であることがより好ましく、3から5であることが更に好ましい。

Figure 0004978858
[式中、Rは炭素1から10の直鎖又は分岐状のアルキレン基である。] Here, the radical reactive compound includes a compound having a polar group and a vinyl group. The polar group consists of carboxyl group, amino group, nitrile group, sulfo group, quaternary ammonium base, phosphoric acid group, halogen group, hydroxyl group, nitro group, diazo group, azide group, carbonyl group, aldehyde group, thiol group Any one group selected from the group can be mentioned. Of these, ionic groups such as a carboxyl group, an amino group, and a nitrile group are preferable.
Moreover, as a vinyl group, it is shown by the following general formula and it is preferable that the terminal has couple | bonded with the C1-C10 linear or branched alkylene group. Specifically, it preferably has the structure shown below. The alkylene group preferably has 2 to 8 carbon atoms, more preferably 3 to 5 carbon atoms.
Figure 0004978858
[Wherein, R represents a linear or branched alkylene group having 1 to 10 carbon atoms. ]

具体的には、下記の構造式(1)又は(2)で示されるラジカル反応性化合物であることが好ましい。この場合、Rはメチレン基である。

Figure 0004978858
Figure 0004978858
Specifically, a radical reactive compound represented by the following structural formula (1) or (2) is preferable. In this case, R is a methylene group.
Figure 0004978858
Figure 0004978858

このような構造を有する化合物としては、アリルトリエチルアンモニウムブロマイド、4−ペンテン酸、4−ビニル安息香酸、4−ペンテンニトリル、4−ペンテン−1−オール、4−ペンテンチオール、アリル尿素、アリルスルホン酸ナトリウム、アリルメルカプタン、アリルマロン酸、アリルトリフェニルホスホニウムブロマイド、アリルグリシン、ビニルフェロセン、ビニルリン酸、ビニルグリシン、プロペンチオール等が挙げられる。   Compounds having such a structure include allyltriethylammonium bromide, 4-pentenoic acid, 4-vinylbenzoic acid, 4-pentenenitrile, 4-penten-1-ol, 4-pentenethiol, allylurea, allylsulfonic acid. Examples include sodium, allyl mercaptan, allyl malonic acid, allyl triphenylphosphonium bromide, allyl glycine, vinyl ferrocene, vinyl phosphoric acid, vinyl glycine, propene thiol and the like.

修飾層形成用組成物は、このラジカル反応性化合物を有機溶剤に溶解したものである。有機溶剤としては、公知の有機溶剤が挙げられる。具体的には、メタノール、エタノール等のアルコール類、又はアセトン等のケトン類、又はこれらの混合溶剤を用いることが好ましい。
修飾層形成用組成物中のラジカル反応性化合物の含有量としては、0.01モル%から10モル%であることが好ましく、0.1モル%から1モル%であることがより好ましい。
The composition for forming a modified layer is obtained by dissolving this radical reactive compound in an organic solvent. Examples of the organic solvent include known organic solvents. Specifically, it is preferable to use alcohols such as methanol and ethanol, ketones such as acetone, or a mixed solvent thereof.
The content of the radical reactive compound in the modified layer forming composition is preferably from 0.01 mol% to 10 mol%, and more preferably from 0.1 mol% to 1 mol%.

修飾層は、基板に塗布された修飾層形成用組成物に、所定時間紫外光を照射してラジカル反応させることにより形成する。紫外光の光源としては、発光ダイオード、レーザー、キセノンランプ、水銀ランプ、ブラックライト等公知の光源を用いることが可能である。照射時間は60分から360分であることが好ましく、180分から300分であることがより好ましい。
なお、ラジカル反応は上記のような光照射による光反応以外に、公知の有機溶剤中(ベンゼン・トルエン等、一般的なもの)での加熱還流(100℃から150℃)や、ラジカル開始剤(例えば過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル等)を含む有機溶媒中での加温攪拌により行うことが可能である。
The modifying layer is formed by irradiating the modifying layer forming composition applied to the substrate with ultraviolet light for a predetermined time to cause a radical reaction. As the ultraviolet light source, a known light source such as a light emitting diode, a laser, a xenon lamp, a mercury lamp, or a black light can be used. The irradiation time is preferably 60 minutes to 360 minutes, and more preferably 180 minutes to 300 minutes.
In addition to the photoreaction by light irradiation as described above, the radical reaction may be performed by heating and refluxing (100 ° C. to 150 ° C.) in a known organic solvent (such as benzene / toluene) or a radical initiator ( For example, it can be carried out by heating and stirring in an organic solvent containing benzoyl peroxide, lauroyl peroxide).

[センサの製造]
次いで、上記実施形態に係るダイヤモンド電極を用いたセンサの製造について説明する。本発明に係るセンサは、上記のダイヤモンド電極と、このダイヤモンド電極の電位を制御する電圧制御手段と、ダイヤモンド電極に流れる電流値の変化を計測する電流計測手段と、を備える。
[Manufacture of sensors]
Next, manufacture of the sensor using the diamond electrode according to the above embodiment will be described. A sensor according to the present invention includes the above diamond electrode, voltage control means for controlling the potential of the diamond electrode, and current measurement means for measuring a change in a current value flowing through the diamond electrode.

ダイヤモンド電極には、作用電極用の電圧リード線・電流リード線が接続されており、電圧制御手段により電位を制御しながら電流値を計測する。そして参照電極及び対電極と共に、ダイヤモンド電極を、検出対象試料を含む電解質溶液に接触させ、電圧を印加する。これによってダイヤモンド電極上で検出対象試料の電気分解による酸化又は還元反応が生じる。この際反応に伴う電流値は、試料の濃度と相関関係を有するため、電流計測手段により計測された電流値から検出対象試料の濃度を算出する。
電圧制御手段としては、ポテンショスタット、定電位電源装置、等が挙げられる。電流計測手段としては、電流計、検流器、等が挙げられる。
The diamond electrode is connected to a voltage lead wire / current lead wire for the working electrode, and measures the current value while controlling the potential by the voltage control means. Then, together with the reference electrode and the counter electrode, the diamond electrode is brought into contact with the electrolyte solution containing the sample to be detected, and a voltage is applied. This causes an oxidation or reduction reaction by electrolysis of the sample to be detected on the diamond electrode. At this time, since the current value associated with the reaction has a correlation with the concentration of the sample, the concentration of the detection target sample is calculated from the current value measured by the current measuring means.
Examples of the voltage control means include a potentiostat and a constant potential power supply device. Examples of the current measuring means include an ammeter and a galvanometer.

検出対象試料は、ダイヤモンド電極上で電解反応する物質である。具体的には、グルコース、シュウ酸、カテコール誘導体、カテコール、L−アミノ酸、コリン、アミン、アルコール、コレステロール、アスコルビン酸、サルコシン、ラクテート、グルタメート、クレアチニン等が挙げられる。
中でも、シュウ酸、カテコール誘導体及びカテコールの検出に適している。カテコール誘導体としては、ドーパミン、ノルアドレナリン、アドレナリン、カフェ酸等が挙げられる。
The sample to be detected is a substance that undergoes an electrolytic reaction on the diamond electrode. Specific examples include glucose, oxalic acid, catechol derivatives, catechol, L-amino acids, choline, amine, alcohol, cholesterol, ascorbic acid, sarcosine, lactate, glutamate, creatinine and the like.
Among them, it is suitable for detecting oxalic acid, catechol derivatives and catechol. Catechol derivatives include dopamine, noradrenaline, adrenaline, caffeic acid and the like.

検出対象試料は、上記化合物が含まれていると考えられる生体由来の血液、体液等、又は食品若しくは食品の希釈溶液又は懸濁液であってよい。例えば、尿を検出対象試料とし、尿中のシュウ酸濃度を知ることによって尿管結石の診断に用いることが可能となる。   The detection target sample may be blood, body fluid, or the like derived from a living body considered to contain the above compound, or food or a diluted solution or suspension of food. For example, using urine as a detection target sample and knowing the oxalic acid concentration in urine, it can be used for diagnosis of ureteral stones.

なお、検出対象試料の酸化又は還元により、ダイヤモンド電極と対電極との間に生じる電流値又は電気量は、系内の被検化合物の濃度に正比例することを利用して、センサを製造することも可能である。
即ち、ダイヤモンド電極を作用電極とし、対電極と共に検出対象試料に接触させ、これらの2つの電極間に、ダイヤモンド電極上での検出対象試料の酸化反応又は還元反応の生じる電圧を印加し、この電圧下における電流値又は電気量を検出して測定することにより、被検化合物を検出する。
A sensor is manufactured by utilizing that the current value or quantity of electricity generated between the diamond electrode and the counter electrode due to oxidation or reduction of the detection target sample is directly proportional to the concentration of the test compound in the system. Is also possible.
That is, a diamond electrode is used as a working electrode, and a sample to be detected is brought into contact with the counter electrode, and a voltage causing an oxidation reaction or a reduction reaction of the sample to be detected on the diamond electrode is applied between these two electrodes. A test compound is detected by detecting and measuring the current value or quantity of electricity below.

従って、一旦ある電圧値における電流値又は電気量と被検化合物の濃度との関係を求めておけば、その関係から、得られた電流値に対応する検出対象試料中の被検化合物の濃度を容易に知ることができる。即ち、本発明の好ましい態様にあっては、被検化合物の濃度と電流値又は電気量との検量線を予め作成しておき、この検量線と、得られた電流値又は電気量とを対比することにより、被検化合物の濃度を知ることができる。   Therefore, once the relationship between the current value or quantity of electricity at a certain voltage value and the concentration of the test compound is obtained, the concentration of the test compound in the detection target sample corresponding to the obtained current value is determined from the relationship. It is easy to know. That is, in a preferred embodiment of the present invention, a calibration curve between the concentration of the test compound and the current value or quantity of electricity is prepared in advance, and the calibration curve is compared with the obtained current value or quantity of electricity. By doing so, the concentration of the test compound can be known.

対電極としては、白金、炭素、ステンレス、金、ダイヤモンド、SnO等であることが好ましい。 The counter electrode is preferably platinum, carbon, stainless steel, gold, diamond, SnO 2 or the like.

本発明において、作用電極であるダイヤモンド電極と、対電極との間に印加される電圧は、ダイヤモンド電極上で検出対象試料の酸化反応あるいは還元反応が生じるものであれば特に限定されないが、測定効率及び精度の観点から、この印加電圧は、検出対象試料の酸化又は還元のピーク電流を与える電圧であることが好ましい。
ピーク電流は、例えばサイクリックボルタンメトリー又は微分パルスボルタンメトリーにより、最大電流値を与える電圧として求めることができる。ただし、ピーク電流付近でバックグランド電流が著しく増大してしまう場合においては、バックグランド電流が測定に悪影響を及ぼさない程度に低い範囲内で最もピーク電流に近い電圧、例えばバックグラウンド電流と酸化反応により生じる電流との差が最も大きくなる電圧、を選択するのが、安定かつ高感度の測定を行える点で好ましい。さらに、最大電流値を与える電圧は、回転電極法又はマイクロ電極法により求めることができる。回転電極法又はマイクロ電極法によれば、測定条件等による測定誤差の可能性をより排除できる点で有利である。
In the present invention, the voltage applied between the diamond electrode as the working electrode and the counter electrode is not particularly limited as long as an oxidation reaction or a reduction reaction of the sample to be detected occurs on the diamond electrode. From the viewpoint of accuracy, the applied voltage is preferably a voltage that gives a peak current for oxidation or reduction of the sample to be detected.
The peak current can be obtained as a voltage giving the maximum current value by, for example, cyclic voltammetry or differential pulse voltammetry. However, if the background current increases significantly in the vicinity of the peak current, the voltage that is closest to the peak current within a low range that does not adversely affect the measurement, such as the background current and the oxidation reaction. It is preferable to select a voltage having the largest difference from the generated current in terms of performing stable and highly sensitive measurement. Furthermore, the voltage that gives the maximum current value can be determined by the rotating electrode method or the microelectrode method. The rotating electrode method or the microelectrode method is advantageous in that the possibility of measurement errors due to measurement conditions and the like can be further eliminated.

測定対象試料がカテコール又はカテコール誘導体の場合には微分パルスボルタンメトリーを用いることが好ましい。   When the sample to be measured is catechol or a catechol derivative, it is preferable to use differential pulse voltammetry.

さらに、参照電極を検出対象試料中に接触させ、ダイヤモンド電極と、対電極との間に、ダイヤモンド電極上で酸化反応又は還元反応の生じる電圧の絶対値を制御することが、測定精度の観点から好ましい。参照電極は公知のものを利用することが出来、飽和カロメル電極(SCE)、標準水素電極、銀塩化銀電極、水銀塩化水銀電極、水素パラジウム電極等が利用可能である。   Furthermore, from the viewpoint of measurement accuracy, the reference electrode is brought into contact with the sample to be detected, and the absolute value of the voltage at which the oxidation reaction or reduction reaction occurs on the diamond electrode between the diamond electrode and the counter electrode is controlled. preferable. A known electrode can be used as the reference electrode, and a saturated calomel electrode (SCE), a standard hydrogen electrode, a silver-silver chloride electrode, a mercury mercury chloride electrode, a hydrogen palladium electrode, and the like can be used.

また電気化学的系は、ダイヤモンド電極を作用電極とした以外は、一般的な電気化学的な系であることができるが、本発明の好ましい態様によれば、所定の溶液を一定流速でキャリアとして系内を流し、そのキャリア溶液中に検出対象試料を注入して測定を行う、フローセルを用いたフローインジェクション法による測定が好ましい。   The electrochemical system can be a general electrochemical system except that the diamond electrode is a working electrode. According to a preferred embodiment of the present invention, a predetermined solution is used as a carrier at a constant flow rate. Measurement by a flow injection method using a flow cell, in which the measurement is performed by flowing through the system and injecting the sample to be detected into the carrier solution, is preferable.

[測定方法]
上記の手順によって製造されたセンサを用い、通常の手順に従って測定を行う。なお、カテコール、カテコール誘導体を測定する際には、例えば微分パルスボルタンメトリーのように、入力電位に電位パルスを利用する方法を用いることが好ましい。
[Measuring method]
Measurement is performed according to a normal procedure using the sensor manufactured by the above procedure. When measuring catechol or a catechol derivative, it is preferable to use a method that utilizes a potential pulse as an input potential, such as differential pulse voltammetry.

以下、本発明について実施例を用いて更に詳細に説明するが、本発明はこの実施例になんら限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail using an Example, this invention is not limited to this Example at all.

[実施例1]
<ダイヤモンド電極の作製>
ダイヤモンド電極は、公知の方法に従い、マイクロ波プラズマCVD法により導電性シリコン基板上へダイヤモンド薄膜を製膜することにより作製した。このときダイヤモンドの原料となるアセトン・メタノール溶液中に酸化ボロン(B)を溶解させておくことでホウ素ドーピングを行い、導電性が付与された薄膜を形成した。なお、このときの膜厚は20μmであった。
[Example 1]
<Production of diamond electrode>
The diamond electrode was produced by forming a diamond thin film on a conductive silicon substrate by a microwave plasma CVD method according to a known method. At this time, boron doping was performed by dissolving boron oxide (B 2 O 3 ) in an acetone / methanol solution as a raw material of diamond to form a thin film with conductivity. The film thickness at this time was 20 μm.

〔ATABによる表面修飾〕
ダイヤモンド薄膜の表面修飾には、ビニル誘導体分子を用いる光化学修飾法を採用した。窒素雰囲気下において水素終端ダイヤモンド電極を10mMのアリルトリエチルアンモニウムブロマイド(ATAB)のアセトニトリル溶液に浸漬させた。次いでテフロン(登録商標)製反応容器の石英窓を介してダイヤモンド表面に低圧水銀灯からの紫外光(254nm)を一定時間照射して、光化学的に分子修飾を行った。ATABによる修飾表面は、X線光電子分光法(XPS)による表面N原子の検出及び水滴の接触角による親水化評価により確認した。
これにより得られたダイヤモンド電極をATAB修飾電極(以下、実施例1ともいう)とした。
[Surface modification with ATAB]
For the surface modification of the diamond thin film, a photochemical modification method using vinyl derivative molecules was adopted. Under a nitrogen atmosphere, the hydrogen-terminated diamond electrode was immersed in a 10 mM allyltriethylammonium bromide (ATAB) acetonitrile solution. Next, the surface of the diamond was irradiated with ultraviolet light (254 nm) from a low-pressure mercury lamp through a quartz window of a Teflon (registered trademark) reaction vessel for a certain period of time to perform molecular modification photochemically. The modified surface by ATAB was confirmed by detection of surface N atoms by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and hydrophilization evaluation by contact angle of water droplets.
The diamond electrode thus obtained was used as an ATAB-modified electrode (hereinafter also referred to as Example 1).

<物性の評価>
〔シュウ酸の電気化学検出〕
1mMシュウ酸を含有する0.1Mリン酸緩衝溶液(PBS、pH7)中でのサイクリックボルタンメトリーの測定を行った。その結果を図2に示す。また、比較として、ATABによる表面修飾を行わないダイヤモンド電極(以下、比較例1とする)のサイクリックボルタモグラム(以下CVとする)も併せて示す。
これより実施例1に係るATAB修飾電極、及び比較例1に係る水素終端電極のどちらを用いた場合であっても+1.5Vvs.Ag/AgCl付近にシュウ酸の酸化ピークが観察された。ピーク電流値は実施例1の方が2倍程大きくなっており、こちらの電極の方がよりシュウ酸検出の感度が高いことが示された。
<Evaluation of physical properties>
[Electrochemical detection of oxalic acid]
Cyclic voltammetry was measured in a 0.1 M phosphate buffer solution (PBS, pH 7) containing 1 mM oxalic acid. The result is shown in FIG. For comparison, a cyclic voltammogram (hereinafter referred to as CV) of a diamond electrode (hereinafter referred to as Comparative Example 1) that is not subjected to surface modification with ATAB is also shown.
Thus, even when using either the ATAB-modified electrode according to Example 1 or the hydrogen-terminated electrode according to Comparative Example 1, +1.5 Vvs. An oxidation peak of oxalic acid was observed in the vicinity of Ag / AgCl. The peak current value is about twice as large in Example 1, indicating that this electrode has higher sensitivity for oxalic acid detection.

〔フロー系での評価〕
次いでシュウ酸検出特性について詳しく評価するために、電気化学フローインジェクション分析(以下、FIAとする)による評価を行った。
ダイヤモンド電極を液体クロマトグラフ用電気化学検出器(商品名ED703pulse、ジーエルサイエンス社製)の電解セルの作用電極として組み込み、電解セルの試料液導入部を送液ポンプ(PU712i、ジーエルサイエンス社製)及びインジェクター(9725i、ジーエルサイエンス社製)とチューブで接続した。キャリア溶液として0.1Mリン酸緩衝溶液を送液ポンプにより流速1mL/分で流路に流し、作用電極の電位を一定に保った。
この状態で試料溶液(100μMシュウ酸を含むリン酸緩衝溶液)20μLを、インジェクターを介して流路に注入した。試料がキャリア溶液と共に流路中を移動し、電解セルに到達すると同時に酸化反応が起こるので、その電解電流のピーク値を記録した。ピーク電流値からバックグラウンド電流を差し引いた値をシグナル電流とし、シグナル電流値とバックグラウンド電流値の比(S/B比)を検出電位に対して表したものが図3である。
[Evaluation in the flow system]
Subsequently, in order to evaluate in detail about the oxalic acid detection characteristic, evaluation by electrochemical flow injection analysis (hereinafter referred to as FIA) was performed.
A diamond electrode is incorporated as a working electrode of an electrolysis cell of an electrochemical detector for liquid chromatography (trade name ED703pulse, manufactured by GL Science), and a sample solution introduction part of the electrolytic cell is a liquid feed pump (PU712i, manufactured by GL Science) An injector (9725i, manufactured by GL Sciences Inc.) was connected with a tube. A 0.1 M phosphate buffer solution as a carrier solution was caused to flow through the flow path at a flow rate of 1 mL / min by a liquid feed pump to keep the potential of the working electrode constant.
In this state, 20 μL of the sample solution (phosphate buffer solution containing 100 μM oxalic acid) was injected into the flow path via the injector. Since the sample moved in the flow path together with the carrier solution and reached the electrolytic cell, an oxidation reaction occurred at the same time, and the peak value of the electrolytic current was recorded. FIG. 3 shows the signal current obtained by subtracting the background current from the peak current value, and the ratio of the signal current value to the background current value (S / B ratio) with respect to the detected potential.

電解電流は電位が高電位になるにつれて増加するが、バックグラウンド電流(主に水分解による酸素発生電流)も同様に増加するため、結果としてS/B比は所定の電位で最大値をとることが示された。検出電極として実施例1及び比較例1のいずれの電極を使用した場合でも、1150mVvs.Ag/AgCl付近でS/B比が最大となった。しかし、S/B比の最大値は実施例1において3倍ほど向上していることがわかった。   Although the electrolysis current increases as the potential becomes higher, the background current (mainly the oxygen generation current due to water splitting) also increases, and as a result, the S / B ratio takes the maximum value at a given potential. It has been shown. Even when any of the electrodes of Example 1 and Comparative Example 1 is used as the detection electrode, 1150 mV vs. 1 is used. The S / B ratio was maximized in the vicinity of Ag / AgCl. However, it was found that the maximum value of the S / B ratio was improved about 3 times in Example 1.

次に試料溶液のシュウ酸濃度を変化させてFIAによる評価を行った。その結果、実施例1を検出電極とした場合、0.2μMから80μMの範囲でシュウ酸濃度とシグナル電流の間に良好な直線性が得られた(図4参照)。このとき、シグナル/ノイズ比(S/N)=3で定義される理論検出限界は8nMであった。この値は表1に示すように、比較例1を用いた場合の15分の1以下であった。

Figure 0004978858
Next, evaluation by FIA was performed by changing the oxalic acid concentration of the sample solution. As a result, when Example 1 was used as the detection electrode, good linearity was obtained between the oxalic acid concentration and the signal current in the range of 0.2 μM to 80 μM (see FIG. 4). At this time, the theoretical detection limit defined by the signal / noise ratio (S / N) = 3 was 8 nM. As shown in Table 1, this value was 1/15 or less when Comparative Example 1 was used.
Figure 0004978858

さらにFIAによるシグナル安定性の評価を行った。図5、6に電極電位1150mVvs.Ag/AgClにおける連続試料注入(10μMシュウ酸)に対するアンペログラム(電流−時間曲線)を示す。2分間隔で40回連続検出を行った後のシグナル電流を比較すると、水素終端表面では初期電流値に対し50%程度減少したのに対し、実施例1では18%の減少に留まった。   Furthermore, the signal stability by FIA was evaluated. 5 and 6, the electrode potential is 1150 mV vs. Shows amperogram (current-time curve) for continuous sample injection (10 μM oxalic acid) in Ag / AgCl. Comparing the signal current after 40 continuous detections at 2-minute intervals, the hydrogen termination surface decreased by about 50% with respect to the initial current value, whereas in Example 1, it decreased only by 18%.

[実施例2]
〔4−ペンテン酸修飾電極〕
実施例1のATAB修飾電極の作製方法と同様の手法により、4−ペンテン酸(以下、PAとする)で修飾されたダイヤモンド電極(以下、実施例2とする)を作製した。修飾の確認は、末端カルボン酸基に由来する電気化学特性のpH依存性が発現したことから評価した。
また、比較として、PAによる表面修飾を行わないダイヤモンド電極(以下、比較例2とする)を作成した。
[Example 2]
[4-pentenoic acid modified electrode]
A diamond electrode (hereinafter referred to as Example 2) modified with 4-pentenoic acid (hereinafter referred to as PA) was prepared by the same method as the method for preparing the ATAB-modified electrode of Example 1. The confirmation of the modification was evaluated because the pH dependence of the electrochemical characteristics derived from the terminal carboxylic acid group was expressed.
For comparison, a diamond electrode (hereinafter, referred to as Comparative Example 2) without surface modification with PA was prepared.

<物性の評価>
〔シュウ酸の電気化学検出〕
PA修飾の実施例2の電極においてもシュウ酸のCV酸化ピークが見られ、そのピーク電位及び電流値共に、おおむね比較例2の場合と同等であった。一方、繰り返し測定に対する安定性は実施例2の方が優れていることが分かった(図7,8参照)。実施例1と比較して感度の点で劣ると思われるが、安定性については優れている可能性があり、この電極を用いることにより信頼性の高い検出が期待できる。この点を考慮すると、実施例2に係るPA修飾ダイヤモンド電極は、より実用的なシュウ酸検出用電極材料になりうると考えられる。
<Evaluation of physical properties>
[Electrochemical detection of oxalic acid]
The CV oxidation peak of oxalic acid was also observed in the PA-modified Example 2 electrode, and both the peak potential and current value were substantially the same as in Comparative Example 2. On the other hand, it was found that the stability in repeated measurement was superior in Example 2 (see FIGS. 7 and 8). Although it seems that it is inferior in a sensitivity point compared with Example 1, it may be excellent in stability, and by using this electrode, highly reliable detection can be expected. Considering this point, it is considered that the PA-modified diamond electrode according to Example 2 can be a more practical oxalic acid detection electrode material.

[実施例3]
実施例2で作製したPA修飾電極を用いてドーパミンの定量を行った。このときの電極を実施例3とする。同様に比較として、PAによる表面修飾を行わない水素終端電極(以下、比較例3とする)を用いてドーパミンの定量を行った。
[Example 3]
Using the PA-modified electrode prepared in Example 2, dopamine was quantified. The electrode at this time is referred to as Example 3. Similarly, for comparison, dopamine was quantified using a hydrogen-terminated electrode (hereinafter referred to as Comparative Example 3) that was not subjected to surface modification with PA.

<物性の評価>
〔ドーパミンの電気化学検出〕
試料溶液として、表2に示すように所定の濃度比(モル比)に調製したドーパミンとアスコルビン酸の混合溶液を添加した0.1Mリン酸緩衝溶液(PBS、pH7)を用いた。この試料溶液中での微分パルスボルタンメトリーの測定を行った。その結果を図9(a)及び(b)に示す。図9(a)は、実施例3に係る電極を用いたときの結果を示し、図9(b)は、比較例3に係る電極を用いたときの結果を示す図である。

Figure 0004978858
<Evaluation of physical properties>
[Electrochemical detection of dopamine]
As a sample solution, a 0.1 M phosphate buffer solution (PBS, pH 7) to which a mixed solution of dopamine and ascorbic acid prepared at a predetermined concentration ratio (molar ratio) as shown in Table 2 was added was used. Differential pulse voltammetry was measured in this sample solution. The results are shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b). FIG. 9A shows a result when the electrode according to Example 3 is used, and FIG. 9B shows a result when the electrode according to Comparative Example 3 is used.
Figure 0004978858

比較例3に係る電極を用いた場合、図9(b)に示すように0.5Vvs.Ag/AgCl付近にアスコルビン酸のピークが見られ、ドーパミンの濃度を増加させると共にピーク電流値が増加したことが確認された。一方、実施例3におけるアスコルビン酸の電流ピークは図9(a)に示すように、0.6Vvs.Ag/AgClに、ドーパミンの電流ピークは0.4Vvs.Ag/AgClに見られ、両者のピークが分離されていることが確認できた。さらにドーパミンの濃度の増加に伴い大幅なピーク電流値の増加と、アスコルビン酸のピーク電流値の減少が確認できた。   When the electrode according to Comparative Example 3 is used, as shown in FIG. Ascorbic acid peak was observed in the vicinity of Ag / AgCl, and it was confirmed that the peak current value increased with increasing dopamine concentration. On the other hand, the current peak of ascorbic acid in Example 3 was 0.6 Vvs. In Ag / AgCl, the dopamine current peak is 0.4 Vvs. As seen in Ag / AgCl, it was confirmed that the peaks of both were separated. Furthermore, a significant increase in the peak current value and a decrease in the peak current value of ascorbic acid were confirmed as the dopamine concentration increased.

図10(a)は、上記各測定試料におけるピーク電流値と、ドーパミン濃度との関係を示した図である。ピーク電流値は、濃度の増加と共に直線的に増加していることが示された。また、これらの直線の傾きは、実施例3で0.87μA/μMであり、比較例3で0.088μA/μMであったことから本発明に係るPA修飾電極は、感度を約10倍向上させることが可能であることがわかった。   FIG. 10A is a diagram showing the relationship between the peak current value and the dopamine concentration in each measurement sample. The peak current value was shown to increase linearly with increasing concentration. In addition, since the slope of these straight lines was 0.87 μA / μM in Example 3 and 0.088 μA / μM in Comparative Example 3, the PA-modified electrode according to the present invention improved the sensitivity by about 10 times. It was found that it was possible to

また、図10(b)は、実施例3の電極を用い、添加するアスコルビン酸濃度を100,200,500μMと変化させた場合のピーク電流値と、ドーパミン濃度との関係を示した図である。アスコルビン酸濃度の上昇に伴い、直線の傾きの増加が確認された。これより、本発明に係るPA修飾電極のドーパミン検出感度は、アスコルビン酸の添加量によって任意に制御可能であることが示された。   FIG. 10B is a graph showing the relationship between the peak current value and the dopamine concentration when the concentration of ascorbic acid to be added is changed to 100, 200, 500 μM using the electrode of Example 3. . As the ascorbic acid concentration increased, an increase in the slope of the straight line was confirmed. From this, it was shown that the dopamine detection sensitivity of the PA-modified electrode according to the present invention can be arbitrarily controlled by the amount of ascorbic acid added.

本発明に係るダイヤモンド電極の断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the diamond electrode which concerns on this invention. シュウ酸のサイクリックボルタモグラムを示す図である。It is a figure which shows the cyclic voltammogram of an oxalic acid. FIAによるシュウ酸電解のシグナル電流とバックグラウンド電流の比(S/B比)の電解電位依存性を示す図である。It is a figure which shows the electrolytic potential dependence of the ratio (S / B ratio) of the signal current of oxalic acid electrolysis by FIA and background current. 校正曲線(応答電流vs.シュウ酸濃度)の比較を示す図である。It is a figure which shows the comparison of a calibration curve (response electric current vs. oxalic acid concentration). シグナル安定性評価の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of signal stability evaluation. シグナル安定性評価の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of signal stability evaluation. シュウ酸のサイクリックボルタモグラムを示す図である。It is a figure which shows the cyclic voltammogram of an oxalic acid. シュウ酸のサイクリックボルタモグラムを示す図である。It is a figure which shows the cyclic voltammogram of an oxalic acid. 実施例3及び比較例3の微分パルスボルタンメトリーの測定を行った結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having performed the measurement of the differential pulse voltammetry of Example 3 and Comparative Example 3. 実施例3の電極を用い、アスコルビン酸濃度を変化させた場合のピーク電流値と、ドーパミン濃度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the peak electric current value at the time of changing the ascorbic acid density | concentration using the electrode of Example 3, and a dopamine density | concentration.

符号の説明Explanation of symbols

1 ダイヤモンド電極
10 基板
20 薄膜
30 修飾層
1 Diamond electrode 10 Substrate 20 Thin film 30 Modification layer

Claims (6)

基板上に設けられた半導体又は導電体ダイヤモンドからなる薄膜上に、極性基とビニル基とを有するラジカル反応性化合物を含む修飾層形成用組成物をラジカル反応させて形成された修飾層が設けられているダイヤモンド電極であって、前記極性基は、カルボキシル基、ニトリル基、スルホ基、4級アンモニウム塩基、リン酸基、ハロゲン基、水酸基、ニトロ基、ジアゾ基、アジド基、カルボニル基、アルデヒド基、チオール基からなる群から選ばれるいずれか1種の基であるダイヤモンド電極A modification layer formed by radical reaction of a composition for forming a modification layer containing a radical reactive compound having a polar group and a vinyl group is provided on a thin film made of a semiconductor or conductive diamond provided on a substrate. And the polar group includes a carboxyl group, a nitrile group, a sulfo group, a quaternary ammonium base, a phosphoric acid group, a halogen group, a hydroxyl group, a nitro group, a diazo group, an azide group, a carbonyl group, and an aldehyde group. A diamond electrode which is any one group selected from the group consisting of thiol groups . 前記ラジカル反応性化合物は、下記の構造式(1)で示される化合物又は4−ペンテン酸である請求項1に記載のダイヤモンド電極。
Figure 0004978858
The diamond electrode according to claim 1, wherein the radical reactive compound is a compound represented by the following structural formula (1) or 4-pentenoic acid .
Figure 0004978858
前記半導体又は導電体ダイヤモンドは、ホウ素がドーピングされたものである請求項1又は2に記載のダイヤモンド電極。 The diamond electrode according to claim 1 or 2 , wherein the semiconductor or conductive diamond is doped with boron. 請求項1からいずれかに記載のダイヤモンド電極と、
このダイヤモンド電極に流れる電流値を計測する電流計測手段と、を備えるセンサ。
A diamond electrode according to any one of claims 1 to 3 ,
A current measuring means for measuring a current value flowing through the diamond electrode.
シュウ酸若しくは、カテコール又はカテコール誘導体検出用である請求項に記載のセンサ。 The sensor according to claim 4 , which is used for detecting oxalic acid or catechol or a catechol derivative. 基板上に設けられた半導体又は導電体ダイヤモンドからなる薄膜上に、極性基と炭化水素基とを有するラジカル反応性化合物を含む修飾層形成用組成物を塗布して、ラジカル反応させて修飾層を形成する工程を有するダイヤモンド電極の製造方法であって、前記極性基は、カルボキシル基、ニトリル基、スルホ基、4級アンモニウム塩基、リン酸基、ハロゲン基、水酸基、ニトロ基、ジアゾ基、アジド基、カルボニル基、アルデヒド基、チオール基からなる群から選ばれるいずれか1種の基であるダイヤモンド電極の製造方法
A modified layer forming composition containing a radical reactive compound having a polar group and a hydrocarbon group is applied onto a thin film made of a semiconductor or conductive diamond provided on a substrate, and a radical reaction is performed to form a modified layer. A method for producing a diamond electrode having a step of forming , wherein the polar group is a carboxyl group, a nitrile group, a sulfo group, a quaternary ammonium base, a phosphate group, a halogen group, a hydroxyl group, a nitro group, a diazo group, an azide group , A carbonyl group, an aldehyde group, a method for producing a diamond electrode which is any one group selected from the group consisting of thiol groups .
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