JP5089035B2

JP5089035B2 - Ｃｎｔ薄膜の製造方法およびこの薄膜を用いたバイオセンサ

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Publication number: JP5089035B2
Application number: JP2005337788A
Authority: JP
Inventors: 廣一大熊; 稔英佐藤
Original assignee: 学校法人東洋大学
Priority date: 2005-11-22
Filing date: 2005-11-22
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2025-11-22
Also published as: JP2007136645A

Description

本発明は、電子デバイスやマイクロデバイスなどの機能材料や構造材料として有用なカーボンナノチューブ（以下、ＣＮＴと呼ぶ）薄膜の製造方法と、この方法で得られたＣＮＴ薄膜を用いたバイオセンサセンサに関するものである。

ＣＮＴは、厚さ数原子層のグラファイト状炭素原子面を丸めた円筒が、複数個入れ子構造になったものであり、ｎｍオーダーの外径の極めて微小な物質であり、１９９１年に発見され（非特許文献１）、その化学的特性、電子的特性、力学的特性などにより大きな注目を集めた。特に、化学的安定性、金属的、半導体的な電気伝導性、高い電子放出能、高い機械的強度、高い熱伝導性など様々な物性が観測、および期待されている。現在、このような物性を利用すべく、電界放出型電子放出素子、ＳＰＭプローブ、触媒、構造強化材料、電池電極、バイオセンサ材料など各方面において応用の可能性が研究されている。これらの中で、特にバイオセンサ材料においては、デバイスの小型化に伴う応答の低下が問題となっており、それをＣＮＴの優れた電気伝導性とナノ構造体の微細構造に由来する生体分子との電子移動反応の促進作用からバイオセンサの高感度化における電極材料として期待されている。ただ、この際、ＣＮＴの分散およびＣＮＴのデバイス形成技術の確立が重要な課題である。

ＣＮＴの製造方法は、黒鉛などのアーク放電（非特許文献２および３）による方法、触媒を用いた熱分解法（非特許文献４）、レーザー蒸発法（非特許文献５）、ＣＶＤ法（非特許文献６）などが挙げられる。さらに、遠心分離法、ろ過法、酸化法、クロマトグラフ法等の種々の精製法が検討され、より高純度なＣＮＴが生成可能となってきた。

上記デバイス等への応用を考えた場合、ｎｍオーダーのＣＮＴ微粒子を集合体として取り扱う技術、たとえば、成膜、成型、配向技術が必要である。特に成膜に関しては重要で、ＣＮＴにおいても、蒸着法、ＣＶＤ法などの乾式成膜法（特許文献１、２）、塗布、印刷、電気泳動（非特許文献７）などの湿式成膜法の検討が行われている。

しかし、乾式成膜法は大規模な装置が必要であり、生産性が低いなどの問題がある。さらに、１μｍ以下の成膜は可能であるが、逆に１μｍ以上の成膜に時間がかかったり、成膜する部分にアルミナ、ポーラスＳｉ等のようなポーラス状の型が必要であるという難点がある。

また、塗布、印刷などの湿式成膜法は各種有機材料、顔料、ポリマー材料等では工業的には広く用いられているが、ＣＮＴへの具体的な応用例は少なく、また、ＣＮＴの分散性が悪いため、均一な薄膜が得られない。また、有機溶媒を分散媒体とすることが一般的であり、耐環境性の点で優れているとは言えない。さらに、塗布の場合、薄膜をパターン化する際、薄膜形成後にフォトリソグラフィーなどの方法により不用な部分を除去することとなり、貴重なＣＮＴ材料の成膜法としては効率的ではない。一方、電気泳動を用いた方法では、必要な部分のみに成膜することが可能であるが、高電位を必要とするため、それに伴い、副反応が生じたり、比較的低電位で分解の起こる水が使用できにくく、有機溶媒を分散媒体にしなければならず、塗布と同様、耐環境性において問題が残るのが現状である。
特開平６−１８４７３８号公報特開平１０−２６５２０８号公報 Nature, 354, p56, 1991 Nature, 354, p56, 1991 Nature, 358, p220, 1992 J．Phys．Chem．Solids, 54, p1841, 1993 Science, 273, p483, 1996 Science, 274, p1701, 1996 Jpn．J．Appl．Phys．Vol.35, L917, 1996

本発明の目的は、上記のように、ＣＮＴに期待される物性を有効に生かしたデバイスを得るために、生産性に優れ、低コストでＣＮＴ薄膜を作製できるＣＮＴ薄膜の製造方法、およびこの製造方法により作製したＣＮＴ薄膜を用いた高感度なバイオセンサを提供することにある。

本発明は、前記の課題を解決するものとして、以下のとおりの特徴を有するものである。
＜１＞電気化学的に酸化および還元が可能、または、酸化もしくは還元が可能な界面活性剤と高分子電解質溶液との混合物によりカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）粒子をミセル化して分散または可溶化した水性媒体と、酵素と、を含む混合液の前記界面活性剤を陽極近傍で酸化および陰極近傍で還元、または、陽極近傍で酸化もしくは陰極近傍で還元することでミセルを分解してミセル内のＣＮＴ粒子と前記酵素とを電極上に堆積させ、前記高分子電解質溶液により形成される高分子電解質膜によって前記酵素を有した前記ＣＮＴ粒子をＣＮＴ薄膜として固定化することを特徴とするＣＮＴ薄膜の製造方法。
＜２＞電気化学的に酸化および還元が可能、または、酸化もしくは還元が可能な界面活性剤と高分子電解質溶液との混合物によりカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）粒子をミセル化して分散または可溶化した水性媒体と、酵素と、を含む混合液に、表面に前記界面活性剤の酸化電位よりも貴な金属化合物を付着させた電極を浸漬することによりミセルを分解してミセル内のＣＮＴ粒子と前記酵素とを陽極上に堆積させ、前記高分子電解質溶液により形成される高分子電解質膜によって前記酵素を有した前記ＣＮＴ粒子をＣＮＴ薄膜として固定化することを特徴とするＣＮＴ薄膜の製造方法。
＜３＞前記界面活性剤がフェロセン誘導体からなるミセル化剤であり、前記高分子電解質溶液が薄膜固定化可能なミセル化剤であることを特徴とする上記第１または上記第２のＣＮＴ薄膜の製造方法。
＜４＞前記高分子電解質溶液は、ポリビニルアルコール、ジェランガム、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）、カラギーナン、ポリグルタミン酸、ポリアスパラギン酸、キトサン、ポリリシン、ポリアルギニン、ポリアクリル酸、アルギン酸およびポリオルニテンのうちの少なくともいずれか１つであることを特徴とする上記第１から第３のいずれかのＣＮＴ薄膜の製造方法。
＜５＞前記高分子電解質溶液の濃度は、３０から８０％の範囲にあることを特徴とする上記第１から第４のいずれかのＣＮＴ薄膜の製造方法。
＜６＞前記ＣＮＴ薄膜の上に、さらに機能性膜を成膜することを特徴とする上記第１から第５のいずれかのＣＮＴ薄膜の製造方法。
＜７＞前記機能性膜が、電解析出法によって形成したプルシアンブルーの膜であることを特徴とする上記第６のＣＮＴ薄膜の製造方法。
＜８＞上記第１から第５のいずれかに記載の方法で得られたＣＮＴ薄膜を用いたバイオセンサであって、少なくとも電極と、電極を支持する支持体と、を備え、前記電極上には前記ＣＮＴ薄膜が被覆されていることを特徴とするバイオセンサ。
＜９＞前記ＣＮＴ薄膜の上に、さらに機能性膜が積層されていることを特徴とする上記第８のバイオセンサ。
＜１０＞前記機能性膜が、プルシアンブルーの膜であることを特徴とする上記第９のバイオセンサ。

本発明においては、ＣＮＴに期待される物性を有効に生かしたデバイスを得るために、生産性に優れ、低コストでＣＮＴ薄膜を作製することができる。

そして、上記のＣＮＴ薄膜を用いることで、高感度、かつ、低電圧で動作可能とすることをもできる、バイオセンサを得ることができる。

本発明者らは、ＣＮＴを電気化学的に、酸化および還元が可能、または、酸化もしくは還元が可能な界面活性剤および高分子電解質溶液によりミセル化して水性媒体中に分散または可溶化し、前記界面活性剤を電気化学的に酸化および還元、または、酸化もしくは還元することにより、低コストで生産性が優れた高純度で均一なＣＮＴ薄膜を形成し、また、高分子電解質溶液を添加することによりＣＮＴ薄膜を強固に固定化する本発明に到達することができた。

ここで、本発明におけるＣＮＴは、形状等に特に限定されるものではなく、例えば、ＣＮＴそのものでもよいし、また、修飾体としてもよく、さらに、ＣＮＴの一部または全部が中実体等としてもよい。

具体的には、例えば、ＣＮＴは、単層のＣＮＴや多層のＣＮＴであってもよく、さらにはバッキーオニオン（bucky-onion）構造を有していてもよい。また、溶媒や高分子への可溶化や親和性の改善、ＣＮＴにおける配列や配向を制御するため、ＣＮＴは、上記のとおり置換基の導入等により修飾してもよい。修飾方法および置換基の種類は、特に限定されない。修飾方法としては、例えば、公知の各種の修飾方法を利用することができるし、また置換基の種類としては、例えば、メチル基、ｔ−ブチル基等のＣ_１−１０アルキル基等のアルキル基、フェニル基等のアリール基、ベンジル基等のアラルキル基、ジオキソラン単位、ハロゲンまたは酸素原子等、さらに液晶ポリマー、色素類、ポリエチレンオキシド等の導入により修飾してもよい。さらに、ＣＮＴには、金属をドープして内包してもよい。さらにまた、ＣＮＴは、例えば、断面形状が円形や楕円形、あるいは、その他の形状を含めた湾曲状、もしくは、ｎ個の角部を持つ多角形状であって、その両端あるいは片端が開口したものでもよいし、例えば、両端が閉じたものでもよい。

本発明の成膜に用いる電気化学的に酸化および還元、または、酸化もしくは還元する方法としては、（Ａ）いわゆるミセル電解法と呼ばれる方法（特許第１８１２０５７号など）、（Ｂ）電解以外の酸化還元反応を用いる方法（特開平３−２３２２７号公報など）、（Ｃ）その他の電解方法（特開平２−１６４４３５号公報）などが挙げられるが、本発明で使用する酸化および／または還元方法は、本発明の目的を達成し得るものであれば良く、前記の方法に限定されるものではない。

本発明の電解重合膜に用いる方法としては、（Ａ）主成分としてポリピロールを用いる方法（特開２００４−３０４００１号公報など）、（Ｂ）主成分としてオクテルチオフエンを用いる方法（特開平７−１３３３４１号公報など）、（Ｃ）主成分としてポリアニリンを含むモノマーを用いる方法（特開平５−２８８２３号公報など）が挙げられるが、本発明で使用する電解重合膜は、本発明の目的を達成し得るものであれば良く、前記の方法に限定されるものではない。

特に、本発明のＣＮＴ薄膜の形成方法としては、以下に記載するものが好ましい。（１）電気化学的に酸化および還元が可能、または、酸化もしくは還元が可能な界面活性剤および高分子電解質溶液によりＣＮＴ粒子をミセル化して、水性媒体に分散または可溶化したミセルを電解することにより、電気化学的に酸化および還元が可能、または、酸化もしくは還元が可能な界面活性剤を電気化学的に酸化および還元、または、酸化もしくは還元してミセルを分解させ該ミセル内のＣＮＴ分散粒子を薄膜化し強固に固定化する方法、（２）電気化学的に酸化可能な界面活性剤および高分子電解質溶液によりＣＮＴ粒子をミセル化して水性媒体に分散、または可溶化した水性媒体中に、表面に界面活性剤の酸化電位よりも貴な金属化合物を付着させた電極を浸漬することにより前記ミセルを分解し、前記ミセル内のＣＮＴ分散粒子を陽極上に堆積させ、薄膜化し強固に固定化する方法。

以下、本発明をさらに具体的に説明する。前記（１）のミセル電解法では、ＣＮＴを電気化学的に酸化および還元が可能、または、酸化もしくは還元が可能な界面活性剤によりミセル化して水性媒体に分散、または可溶化して、この水性媒体に必要に応じて支持塩を添加して電解すると、界面活性剤が陽極近傍で酸化、また陰極近傍で還元されることによりミセルが分解し、ミセル内のＣＮＴの分散粒子が陽極および陰極それぞれの上、または、陽極もしくは陰極のどちらかの上に堆積し、また、共存する高分子電解質溶液により形成される高分子電解質膜により電極上へＣＮＴを強固に固定化するものである。

このミセル電解法に使用する界面活性剤としては、フェロセン誘導体が好ましく、これらＣＮＴをミセル化する際に用いるフェロセン誘導体界面活性剤は、電解反応に必要なフェロセン部位と非イオン性、カチオン性、アニオン性の界面活性部位を合わせ持ち、例えば、特開昭６３−２４３２９８号公報、特開平１−２に６８９４号公報、特開平１−４５３７０号公報、特開平２−８８３８７号公報、特開平２−９６５８５号公報、特開平２−２５０８９２号公報等に開示されているが、これらに限定されるものではない。

フェロセン誘導体以外の界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルなどの非イオン性の界面活性剤が用いられ、陽極と陰極間を、例えば、３．０〜５．０Ｖに設定し、電流密度１０〜１００ｍＡ／ｃｍ^２として行なう。

このミセル電解法に使用する高分子電解質溶液としては、例えば、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）、ポリビニルアルコール、ジエランガム、カラギーナン、ポリグルタミン酸、ポリアスパラギン酸、キトサン、ポリリシン、ポリアルギニン、ポリアクリル酸、アルギン酸、ポリオルニテン等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

ミセル電解液の水性媒体としては、水、および水溶性溶媒、例えばアルコール、アセトンなどを必要に応じて混合して用いる。また、ミセル電解液中には、水性媒体の電気伝導度を調節するために、必要に応じて支持電解質を添加する。この支持電解質としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、などの硫酸塩、ハロゲン化物、酢酸塩、水溶性酸化物など、一般に広く用いられているものが用いられる。

上記各材料を用いて、ミセル電解液を調製するには、上記水性媒体中にＣＮＴ、酸化還元可能な界面活性剤、必要に応じて、支持電解質などを入れて、ホモジナイサー、三本ロールミル、サンドミル、パールミル、スターラー、超音波などの分散方法で、均一に分散、あるいは可溶化する。界面活性剤濃度は０．０２〜１．０ｍｏｌ／Ｌが好ましく、ＣＮＴ粒子濃度は１〜５００ｇ／Ｌが好ましい。

また、ＣＮＴは通常、外径１〜数十ｎｍ程度で、長さが数μｍ以上の高アスペクト比の繊維状粒子が束状になっており、水性媒体中に分散、または可溶化するには、必要に応じて超音波等を用いてこれらの束をほぐしたり、アスペクト比のあまりに大きいものは粉砕することによって安定に分散、または可溶化することができる。

このようにして調製したミセル電解液を用いて薄膜を作製するには、電極基板を電解液中に浸漬し通電処理するが、この時の電解条件としては、用いる界面活性剤の酸化還元電位以上で、水素発生電位以下の電圧で行なう。具体的には、０．１〜１．５Ｖ、電流密度は１ｍＡ／ｃｍ^２以下が好ましく、定電位、定電流などの電解方法にて行なう。このような条件で電解するとミセル電解法の原理に従って、所望の薄膜が形成する。

前記（２）の電解以外の酸化還元反応を用いる方法では、ミセル化までは（１）と同様であるが、薄膜を形成する電極上に使用する界面活性剤の酸化電位、例えばフェロセン誘導体の酸化電位よりも貴な金層化合物を付着させたものを用いてミセル分散液中で半電池電極を形成させると、ミセル分散液中に浸漬するだけで、例えばフェロセン誘導体の場合、金属化合物中の金属イオンが還元され、フェロセン誘導体のFeが酸化されるため、ミセルが分解して、分散粒子のＣＮＴが陽極上に堆積する。ここで用いるフェロセン誘導体は、（１）と同様なものが用いられる。ただし、この方法における場合も界面活性剤はフェロセン誘導体に限定されるものではなく、基準となる酸化還元電位は、使用する界面活性剤の酸化還元電位となる。

前記（１）で界面活性剤としてフェロセン化合物を使用する場合には、フェロセン化合物の酸化電位よりも貴な導電体、たとえば、金、銀、白金、カーボン、ＩＴＯなどの導電性金属酸化物、導電性高分子などが挙げられる。これらは、単体で用いても、各種金属、セラミックス、ガラス、ポリマーフイルム等の支持体基板上にスパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法等の物理的方法、印刷法、塗布法、化学蒸着法などの化学的方法などにより形成して用いてもよい。

前記（１）で界面活性剤としてフェロセン化合物以外の界面活性剤を使用する場合には、前記で挙げたもの以外に、アルミニウム、鉄、亜鉛、錫、ニッケルなどの金属、合金、結晶シリコン、アモルファスシリコンなどの半導体などを用いることができる。

前記（２）の場合には、各種金属、カーボン、導電性金属酸化物、導電性高分子などの上に、フェロセン化合物の酸化電位よりも貴な金属化合物を付着させたものを用いる。金属化合物としてはＰｂＯ、ＭｎＯ_２、ＣｕＯ_２、ＷＯ、ＺｎＯ_２、Ｃｕ_２Ｓ、ＨｇＳ、Ａｇ_２Ｓ等が挙げられ、スパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法等の物理的方法、印刷法、塗布法、化学蒸着法などの化学的方法などによって付着させることができる。また、鉛、マンガン、アルミニウム、亜鉛などの金属単体を酸化して使用することもできる。

電極基板の疎水化処理によってＣＮＴ薄膜の接着牲を向上できる。ここで、電極基板の疎水化処理は種々の方法で行なうことができるが、例えば、カップリング剤を使用した処理などが挙げられる。この際使用されるカップリング剤は一般的に使用されているものでよく、たとえば、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、ジルコニウムカップリング剤、アクリレート系カップリング剤、メタクリレート系カップリング剤などである。これらのカップリング剤を溶剤中に溶解し、被処理電極基板を浸漬し加熱還流し乾燥したり、直接カップリング剤を塗布乾燥したりしてもよく、これらのプロセスには限定されない。

ＣＮＴ薄膜を作製する際に用いる電気化学的に酸化および／または還元可能な界面活性剤および高分子電解質溶液混合液中に酵素を添加することにより、電極上にＣＮＴ薄膜形成時に酵素も固定化することができ、バイオセンサとしての使用が可能となる。また、ＣＮＴ薄膜形成後にＣＮＴ薄膜上に酵素を固定化することによりバイオセンサとしての使用が可能となる。このとき、酵素の固定化には、例えば、（Ａ）グルタルアルデヒド等による化学的結合法、（Ｂ）ＣＭＣやキトサンビーズ等吸着担体への物理的吸着固定法等が挙げられるが、これらのプロセスには限定されない。

ここで、本発明における酵素は、測定対象物（測定目的）に応じて、適宜に採択することができ、特に限定されるものではない。例えば、アルコールオキシダーゼやグルコースオキシダーゼ、ガラクトースオキシダーゼ等が使用できる。

本発明では、このようにして作製したＣＮＴ薄膜をバイオセンサに応用した。図１に、ＣＮＴ薄膜を用いたバイオセンサの電極構成例を例示した。ただし、本発明のＣＮＴ薄膜を用いたバイオセンサは、このような構成に限定されるものではなく、例えば、参照電極を陰極として使用した２電極構成でもよい。

本発明のバイオセンサの配置パターンと構成パターンについてさらに説明すると、本発明のバイオセンサは作用極、対極、参照極の３電極構成、作用極および対極の２電極構成での電気化学測定器であれば、ＣＮＴ薄膜の作成ならびにバイオセンサの作製が可能であり、配置パターンで定義されるものはない。

また、構成パターンは上記のとおり、通常の電気化学測定器であれば可能であることを考えると、電極の構成パターンで薄膜形成が変化することもない。さらに、本発明のＣＮＴ薄膜の作製方法は、界面活性剤のミセル分解を電気化学的に行うものであることから、電極間距離および電極板の厚み、電極サイズには依存せず、ある一定電圧を界面活性剤に印加できるものであればどのような条件でも成膜可能である。

図１中、１は陽極（カーボン電極）で、前述の電気化学的手法により、ＣＮＴ薄膜を構成できるものを用い、電極材料自体が支持基板を構成しても、別の支持基板上に電極を構成してもよい。なお、２は陰極、３は参照電極、５は銀リードをそれぞれ示している。また、図には示していないが、本発明においては、例えば、参照電極を陰極として使用する２電極式の構成でもよい。

また、ＣＮＴ薄膜を用いたバイオセンサの断面模式図を図２に例示した。陽極１上には、電気化学的手法により作製したＣＮＴ薄膜６と高分子電解質膜７がある。図２に例示した第一の実施形態例のバイオセンサは、陽極１を含む支持体４の表面に、ＣＮＴ薄膜６および高分子電解質膜７が順に積層されている。ＣＮＴ薄膜６は作用極の表面のみを被覆し、高分子電解質膜７はＣＮＴ薄膜６を完全に被覆するように形成されている。また、周辺領域の大きさの上限は特に限定されないが、バイオセンサ製造のしやすさやコストなどの状況を勘案して適宜決定される。

また、図３に、本発明によるバイオセンサの第二の実施形態例として、高分子電解質膜（電解重合膜）７の上に、さらに機能性膜８を設けた例を示す。

また、図３に示される機能性膜８には、電解重合法による成膜、無電解析出法による成膜、電解析出法による成膜あるいはディップコート法、キャスト法による成膜等が挙げられるが、これらのプロセスには限定されない。

本発明は、このようにして作製したＣＮＴ薄膜をセンサデバイス１０とし、表示装置９と組み合わせて使用することができる。なお、図４は、本発明によるセンサデバイスの一実施形態を例示している。

以下、本発明の実施例を示す。もちろん、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

＜実施例１＞
ＣＮＴ１ｇ、フェロセン誘導体としてＦＴＭＡ（同仁化学製）３０ｍｍｏｌ／Ｌ、高分子電解質溶液として５％Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）を、０．１ＭのＭＯＰＳ緩衝液に加えて３０分間超音波分散して、成膜用の分散液を作製した。この分散液を用いて、陽極にカーボン電極を配したポリエチレンテレフタレート基板、陰極にカーボン電極、参照電極に銀／塩化銀電極（Ａｇ／ＡｇＣｌ）として、２５℃、０．３Ｖ（ｖｓ．参照電極）の定電位電解を２時間行ない、陽極上に２３．７４μｍの均一なＣＮＴ薄膜が形成できた。
＜実施例２＞
（１）ＣＮＴ１ｇ、フェロセン誘導体としてＦＴＭＡ（同仁化学製）３０ｍｍｏｌ／Ｌ、５％Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）を０．１ＭのＭＯＰＳ緩衝液に加えて３０分間超音波分散して、成膜用の分散液を作製した。この分散液に酵素としてグルコースオキシダーゼを２０００Ｕ添加し、陽極にカーボン電極を配したポリエチレンテレフタレート基板、陰極にカーボン電極、参照電極に銀／塩化銀電極（Ａｇ／ＡｇＣｌ）として、２５℃、０．３Ｖ（ｖｓ．参照電極）の定電位電解を２時間行ない、陽極上にＣＮＴ薄膜を用いたバイオセンサを形成できた。該バイオセンサを用い、印加電圧０．４Ｖ（ｖｓ．参照電極）にてグルコース測定を行った結果を図５（ａ）に示す。
（２）また、実施例２の比較例１も行った。比較例１の実施条件と結果は、次のとおりであった。

グラファイト粉末１ｇ、フェロセン誘導体としてＦＴＭＡ（同仁化学製）３０ｍｍｏｌ／Ｌ、５％Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）を、０．１ＭのＭＯＰＳ緩衝液に加えて３０分間超音波分散して、成膜用の分散液を作製した。この分散液に酵素としてグルコースオキシダーゼを２０００Ｕ添加し、陽極にカーボン電極を配したポリエチレンテレフタレート基板、陰極にカーボン電極、参照電極に銀／塩化銀電極（Ａｇ／ＡｇＣｌ）として、２５℃、０．３Ｖ（ｖｓ．参照電極）の定電位電解を２時間行ない、グラファイト薄膜を用いたバイオセンサを形成し、実施例２で作製したバイオセンサとの比較を行ったところ（図５（ｂ））、ＣＮＴ薄膜を形成させたバイオセンサよりも応答電流値が低かった。
＜実施例３＞
ＣＮＴ１ｇ、フェロセン誘導体としてＦＴＭＡ（同仁化学製）３０ｍｍｏｌ／Ｌ、５％Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）を、０．１ＭのＭＯＰＳ緩衝液に加えて３０分間超音波分散して、成膜用の分散液を作製した。この分散液に酵素としてグルコースオキシダーゼを２０００Ｕ添加し、陽極にカーボン電極を配したポリエチレンテレフタレート基板、陰極にカーボン電極、参照電極に銀／塩化銀電極（Ａｇ／ＡｇＣｌ）として、２５℃、０．３Ｖ（ｖｓ．参照電極）の定電位電解を2時間行ない、陽極上に酵素担持ＣＮＴ薄膜を形成し、さらに１００ｍｍｏｌ／Ｌフェリシアン化カリウムと、１００ｍｍｏｌ／ＬのＦｅＣｌ_３を溶解した水溶液中に浸漬後、電流密度４０μＡ／ｃｍ^２で通電し、電極上に電解析出法によりプルシアンブルーの機能性膜を成膜させ、バイオセンサを作製した。該バイオセンサを用い、２５℃、−０．２Ｖ（ｖｓ．参照電極）にてグルコース測定を行った結果（図６）、基質との良好な反応性を示した。
＜実施例４＞
（１）ＣＮＴ１ｇ、フェロセン誘導体としてＦＴＭＡ(同仁化学製)を３０ｍｍｏｌ／Ｌ、５％Ｎａｆｉｏｎを、０．１ＭのＭＯＰＳ緩衝液に加えて３０分間超音波分散して、成膜用の分散液を作製した。この分散液に酵素としてラクテートオキシダーゼを２０００Ｕ添加し、陽極にカーボン電極を配したポリエチレンテレフタレート基板、陰極にカーボン電極、参照電極に銀/塩化銀電極(Ａｇ／ＡｇＣｌ)として、２５℃、０．３Ｖ(ｖｓ．参照電極)の定電位電解を２時間行ない、ＣＮＴ薄膜を用いたバイオセンサを形成できた。該バイオセンサを用い、印加電圧０．４Ｖ(ｖｓ.参照電極)にて乳酸測定を行った結果を図７(ａ)に示す。
（２）この実施例４の比較例２も行った。比較例２の実施条件と結果は、次のとおりであった。

グラファイト粉末１ｇ、フェロセン誘導体としてＦＴＭＡ（同仁化学製）３０ｍｍｏｌ／Ｌ、５％Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）を、０．１ＭのＭＯＰＳ緩衝液に加えて３０分間超音波分散して、成膜用の分散液を作製した。この分散液に酵素としてラクテートオキシダーゼを２０００Ｕ添加し、陽極にカーボン電極を配したポリエチレンテレフタレート基板、陰極にカーボン電極、参照電極に銀／塩化銀電極（Ａｇ／ＡｇＣｌ）として、２５℃、０．３Ｖ（ｖｓ．参照電極）の定電位電解を２時間行ない、グラファイト薄膜を用いたバイオセンサを形成し、実施例４で作製したバイオセンサとの比較を行ったところ（図７（ｂ））、ＣＮＴ薄膜を形成させたバイオセンサよりも応答電流値が低かった。
＜実施例５＞
（１）ＣＮＴ１ｇ、フェロセン誘導体としてＦＴＭＡ(同仁化学製)を３０ｍｍｏｌ／Ｌ、５％Ｎａｆｉｏｎを、０．１ＭのＭＯＰＳ緩衝液に加えて３０分間超音波分散して、成膜用の分散液を作製した。この分散液に酵素としてプトレシンオキシダーゼを２０００Ｕ添加し、陽極にカーボン電極を配したポリエチレンテレフタレート基板、陰極にカーボン電極、参照電極に銀/塩化銀電極(Ａｇ／ＡｇＣｌ)として、２５℃、０．３Ｖ(ｖｓ．参照電極)の定電位電解を２時間行ない、ＣＮＴ薄膜を用いたバイオセンサを形成できた。該バイオセンサを用い、印加電圧０．４Ｖ(ｖｓ.参照電極)にてプトレシン測定を行った結果を図８(ａ)に示す。
（２）この実施例５の比較例３も行った。比較例３の実施条件と結果は、次のとおりであった。

グラファイト粉末１ｇ、フェロセン誘導体としてＦＴＭＡ（同仁化学製）３０ｍｍｏｌ／Ｌ、５％Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）を、０．１ＭのＭＯＰＳ緩衝液に加えて３０分間超音波分散して、成膜用の分散液を作製した。この分散液に酵素としてプトレシンオキシダーゼを２０００Ｕ添加し、陽極にカーボン電極を配したポリエチレンテレフタレート基板、陰極にカーボン電極、参照電極に銀／塩化銀電極（Ａｇ／ＡｇＣｌ）として、２５℃、０．３Ｖ（ｖｓ．参照電極）の定電位電解を２時間行ない、グラファイト薄膜を用いたバイオセンサを形成し、実施例５で作製したバイオセンサとの比較を行ったところ（図８（ｂ））、ＣＮＴ薄膜を形成させたバイオセンサよりも応答電流値が低かった。
＜実施例６＞
ＣＮＴ１ｇ、フェロセン誘導体としてＦＴＭＡ(同仁化学製)を３０ｍｍｏｌ／Ｌ、高分子電解質溶液として５％ポリビニルアルコールを、０．１ＭのＭＯＰＳ緩衝液に加えて３０分間超音波分散して、成膜用の分散液を作製した。この分散液に酵素としてグルコースオキシダーゼを２０００Ｕ添加し、陽極にカーボン電極を配したポリエチレンテレフタレート基板、陰極にカーボン電極、参照電極に銀/塩化銀電極(Ａｇ／ＡｇＣｌ)として、２５℃、０．３Ｖ(ｖｓ．参照電極)の定電位電解を２時間行ない、ＣＮＴ薄膜を用いたバイオセンサを形成できた。このバイオセンサを用い、印加電圧０．４Ｖ(ｖｓ.参照電極)にてグルコース測定を行った結果を図９に示す。

図９に示したとおり、前記バイオセンサはグルコースと反応し応答電流値を高め、グルコースを測定することができた。

本発明のバイオセンサにおける電極構成の一例を示した平面模式図である。本発明のバイオセンサにおける電極構成の一例を示した断面模式図である。本発明のバイオセンサにおける電極構成の別の例を示した断面模式図である。本発明によるセンサデバイスの一実施形態を例示した模式図である。本発明のバイオセンサによるグルコース測定の結果を示した図であり、（ａ）は本発明のバイオセンサ（ＣＮＴ薄膜）を使用した場合、（ｂ）は比較例としてグラファイト薄膜を使用した場合を示している。本発明のバイオセンサによる別の条件でのグルコース測定の結果を示した図である。本発明のバイオセンサによる乳酸測定の結果を示した図であり、（ａ）は本発明のバイオセンサ（ＣＮＴ薄膜）を使用した場合、（ｂ）は比較例としてグラファイト薄膜を使用した場合を示している。本発明のバイオセンサによるプトレシン測定の結果を示した図であり、（ａ）は本発明のバイオセンサ（ＣＮＴ薄膜）を使用した場合、（ｂ）は比較例としてグラファイト薄膜を使用した場合を示している。本発明のバイオセンサによるグルコース測定の結果を示した図であり、高分子電解質溶液としてポリビニルアルコールを使用している。

符号の説明

１陽極
２陰極
３参照電極
４支持体
５銀リード
６ＣＮＴ薄膜
７高分子電解質膜
８機能性膜
９表示装置
１０センサデバイス

Claims

電気化学的に酸化および還元が可能、または、酸化もしくは還元が可能な界面活性剤と高分子電解質溶液との混合物によりカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）粒子をミセル化して分散または可溶化した水性媒体と、酵素と、を含む混合液の前記界面活性剤を陽極近傍で酸化および陰極近傍で還元、または、陽極近傍で酸化もしくは陰極近傍で還元することでミセルを分解してミセル内のＣＮＴ粒子と前記酵素とを電極上に堆積させ、前記高分子電解質溶液により形成される高分子電解質膜によって前記酵素を有した前記ＣＮＴ粒子をＣＮＴ薄膜として固定化することを特徴とするＣＮＴ薄膜の製造方法。
電気化学的に酸化および還元が可能、または、酸化もしくは還元が可能な界面活性剤と高分子電解質溶液との混合物によりカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）粒子をミセル化して分散または可溶化した水性媒体と、酵素と、を含む混合液に、表面に前記界面活性剤の酸化電位よりも貴な金属化合物を付着させた電極を浸漬することによりミセルを分解してミセル内のＣＮＴ粒子と前記酵素とを陽極上に堆積させ、前記高分子電解質溶液により形成される高分子電解質膜によって前記酵素を有した前記ＣＮＴ粒子をＣＮＴ薄膜として固定化することを特徴とするＣＮＴ薄膜の製造方法。
前記界面活性剤がフェロセン誘導体からなるミセル化剤であり、前記高分子電解質溶液が薄膜固定化可能なミセル化剤であることを特徴とする請求項１または２に記載のＣＮＴ薄膜の製造方法。
前記高分子電解質溶液は、ポリビニルアルコール、ジェランガム、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）、カラギーナン、ポリグルタミン酸、ポリアスパラギン酸、キトサン、ポリリシン、ポリアルギニン、ポリアクリル酸、アルギン酸およびポリオルニテンのうちの少なくともいずれか１つであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のＣＮＴ薄膜の製造方法。
前記高分子電解質溶液の濃度は、３０から８０％の範囲にあることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のＣＮＴ薄膜の製造方法。
前記ＣＮＴ薄膜の上に、さらに機能性膜を成膜することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のＣＮＴ薄膜の製造方法。
前記機能性膜が、電解析出法によって形成したプルシアンブルーの膜であることを特徴とする請求項６に記載のＣＮＴ薄膜の製造方法。
請求項１から５のいずれかに記載の方法で得られたＣＮＴ薄膜を用いたバイオセンサであって、少なくとも電極と、電極を支持する支持体と、を備え、前記電極上には前記ＣＮＴ薄膜が被覆されていることを特徴とするバイオセンサ。
前記ＣＮＴ薄膜の上に、さらに機能性膜が積層されていることを特徴とする請求項８に記載のバイオセンサ。
前記機能性膜が、プルシアンブルーの膜であることを特徴とする請求項９に記載のバイオセンサ。