JP6205545B2 - 酵素電極 - Google Patents

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Description

本発明は、酵素電極に関する。
基材としての電極と、電極の表面に酵素及び導電性粒子を架橋剤やバインダを用いて固定化した検知層とを含む酵素電極がある。酵素電極は、酵素反応により生じた電子を電極から取り出す構造を有する。
特開昭63−222256号公報 特開平2−99849号公報 国際公開WO2007/055100号公報 国際公開WO2009/037838号公報 特開2004−317421号公報 特開2007−222786号公報 米国特許第6770729号公報
一般的に、検知層に含まれる酵素及び導電性粒子を適正に保持し、且つ検知層の基材に対する適正な密着性を確保するには、架橋剤やバインダの濃度を上げることが考えられる。しかしながら、単に架橋剤やバインダの濃度を上げると、検知層内における良好な電子伝達経路の形成が阻害され、酵素電極の応答感度が架橋剤やバインダの濃度に比例して低下する傾向があった。
また、近年では、酵素電極の小型化の傾向があり、少量のバインダで適正な基材に対する検知層の固定化状態を維持する一方で、良好な応答感度及び再現性を有する酵素電極が望まれている。
本発明の一態様は、上記した事情に鑑みなされたものであり、基材に対して適正に固定化される一方で、適正な応答感度を得ることが可能な検知層を有する酵素電極を提供することを目的とする。
本発明の一態様は、上述した目的を達成するために、以下の構成を採用する。すなわち、本発明の一態様は、電極と検知層とを含む酵素電極であって、上記検知層は、酵素,導電性粒子,及び非導電性高分子を有し、上記非導電性高分子は、窒素又は酸素を含む結合鎖により、上記酵素の少なくとも一部と、上記導電性粒子の少なくとも一部との、少なくとも一方と結合しており、上記非導電性高分子は、その添加濃度と、前記酵素電極の応答感度との間に、正の相関を含む領域を有する、酵素電極である。
上記一態様における、上記窒素(N)又は酸素(O)を含む結合鎖は、例えば共有結合である。また、共有結合は、例えば、アミドエステル結合である。また、上記結合鎖としては、アミドエステル結合の他に、ペプチド結合、カルボジイミドやシッフ塩基がある。また、上記一態様における、アミドエステル結合は、オキサゾリン基由来である、ように構成されていても良い。また、上記一態様における、上記オキサゾリン基は、上記非導電性高分子に対して、4.5mmol/g含有されている、ように構成されていても良い。
上記一態様において、上記導電性粒子は、炭素、金属の少なくとも1つから選択される、ことができる。また、上記導電性粒子の平均粒子径は、100nm以下である、ように構成されていても良い。或いは、上記導電性粒子の比表面積は、200m2/g以上である、ように構成されていても良い。また、上記導電性粒子は、カルボキシル基、アミノ基、アルデヒド基、ヒドロキシル基、及びフェニル基のうちの少なくとも1つを含む、構成を採用することができる。さらに、上記導電性粒子は、カーボンナノチューブ及びフラーレンから選択される微粒子の1種以上を含有する、ことができる。
また、上記の一態様において、上記酵素、上記導電性粒子、上記非導電性高分子の重量比率が、0.023〜2.0:0.1〜1.0:2.5〜10.0である、ように構成されていても良い。
また、本発明の他の態様の一つは、電極と検知層とを含む酵素電極を備えるバイオセンサであって、上記検知層は、酵素,導電性粒子,及び非導電性高分子を有し、上記非導電性高分子は、窒素又は酸素を含む結合鎖により、前記酵素の少なくとも一部と、前記導電性粒子の少なくとも一部との、少なくとも一方と結合しており、上記非導電性高分子は、その添加濃度と、前記酵素電極の応答感度との間に、正の相関を含む領域を有する。
また、本発明の他の態様の一つは、電極と検知層とを含む酵素電極を備える電子機器であって、上記検知層は、酵素,導電性粒子,及び非導電性高分子を有し、上記非導電性高分子は、窒素又は酸素を含む結合鎖により、前記酵素の少なくとも一部と、前記導電性粒子の少なくとも一部との、少なくとも一方と結合しており、上記非導電性高分子は、その添加濃度と、前記酵素電極の応答感度との間に、正の相関を含む領域を有する。
また、本発明の他の態様の一つは、電極と検知層とを含み、上記検知層は、酵素,導電性粒子,及び非導電性高分子を有し、上記非導電性高分子は、窒素又は酸素を含む結合鎖により、前記酵素の少なくとも一部と、前記導電性粒子の少なくとも一部との、少なくとも一方と結合しており、上記非導電性高分子は、その添加濃度と、前記酵素電極の応答感度との間に、正の相関を含む領域を有する酵素電極と、上記酵素電極に対する通電による酵素反応によって生じた電流を負荷に供給する供給部とを含む装置である。また、本発明の他の態様は、上記バイオセンサを含んだ電子機器、上記装置を含んだ電子機器を含むことができる。
また、本発明の他の態様の一つは、酵素,導電性粒子,及び高分子を含んだ試薬溶液を調製するステップと、上記試薬溶液を電極上に適用するステップと、適用した試薬溶液を乾燥させることによって、上記酵素,上記導電性粒子,及び上記高分子を有し、上記高分子が、窒素又は酸素を含む結合鎖により、上記酵素の少なくとも一部と、上記導電性粒子の少なくとも一部との、少なくとも一方と結合している検知層を上記電極上に形成するステップと、を含み、上記非導電性高分子は、その添加濃度と、前記酵素電極の応答感度との間に、正の相関を含む領域を有する、酵素電極の製造方法である。上記試薬溶液の調整時に添加される上記非導電性高分子の濃度は、例えば0.25%〜10%である。
また、本発明の他の態様の一つは、電極と検知層とを含み、上記検知層は、酵素,導電性粒子,及び上記酵素の少なくとも一部と上記導電性粒子の少なくとも一部との少なくとも一方とアミドエステル結合を形成する高分子を有する、酵素電極である。
本発明の一態様によれば、基材に対して適正に固定化される一方で、適正な感度を得ることが可能な検知層を有する酵素電極を提供することができる。
図1は、実施形態に係る酵素電極の側面又は断面を模式的に示す図である。 図2は、図1に示した検知層2内の状態を模式的に示す。 図3は、検知層の電極に対する密着性と応答感度との関係を示すグラフである。
以下、本発明の一実施形態としての酵素電極について図面を参照して説明する。以下に挙げる実施形態はそれぞれ例示であり、本発明は以下の実施形態の構成に限定されない。
〔酵素電極の構成〕
図1は、実施形態に係る酵素電極の側面又は断面を模式的に示した図である。図1において、酵素電極10は、電極(電極層)1と、電極1の表面(図1では上面)に形成された検知層2とを備える。
<電極>
電極1は、金(Au),白金(Pt),銀(Ag),パラジウムのような金属材料、或いはカーボンのような炭素材料を用いて形成される。電極1は、例えば、図1に示すような絶縁性基板3上に形成される。基板3は、ポリエーテルイミド(PEI),ポリエチレンテレフタレート(PET),ポリエチレン(PE)のような熱可塑性樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂のような各種の樹脂(プラスチック),ガラス,セラミック,紙のような絶縁性材料で形成される。電極1をなす電極材料,及び絶縁性基板3の材料は、公知のあらゆる材料を適用することができる。電極1及び絶縁性基板3の大きさ、厚さは適宜設定可能である。以下、絶縁性基板3と電極1との組合せを「基材」と呼ぶこともある。
<検知層>
図2は、図1に示した検知層2内の状態を模式的に示す。図2に示すように、検知層2は、酵素5と導電性粒子6とがオキサゾリン基を含むポリマーによって固定化される。具体的には、検知層2内は、酵素5と、導電性粒子6と、オキサゾリン基7と、アクリル/スチレン鎖8とが分布し、オキサゾリン基7の開環と酵素5又は導電性粒子6のカルボキシル基との反応により、アミドエステル結合を形成する。
すなわち、検知層2は、複数の酵素5と、複数の導電性粒子6と、複数の酵素5の少なくとも一部及び複数の導電性粒子6の少なくとも一部の少なくとも一方とアミドエステル結合を形成する複数の非導電性高分子(アミドエステル9)を含んでいる。
アミドエステル9が酵素5又は導電性粒子6と結合することで、検知層2内において、酵素5及び導電性粒子6が強固に保持又は担持された状態となる。また、アミドエステル結合によって、酵素5及び導電性粒子6は、検知層2内において一様に分布した状態となる。これによって、酵素反応により生じた電子が導電性粒子6を介して電極1に達する適度な数の電子伝達経路が形成された状態となる。よって、酵素電極の応答感度の向上が図られる。一方、検知層2は、電極1に対して適正な密着性を示す。
<<酵素>>
酵素5は、例えば、酸化還元酵素である。例えば、グルコースデヒドロゲナーゼ(GDH)である。GDHとしては、電子メディエータを必要としないフラビンアデニンジヌクレオチド依存性グルコースデヒドロゲナーゼ(FADGDH)を適用するのが好ましい。また、酵素5として、シトクロムを含む酸化還元酵素を適用できる。例えば、シトクロムを含むグルコースデヒドロゲナーゼ(Cy−GDH)、D-フルクトースデヒドロゲナーゼ、セロビオースデヒドロゲナーゼなどが挙げられる。
<<導電性粒子>>
導電性粒子6は、金、白金、銀、パラジウムのような金属製粒子、或いは、炭素を材料とした高次構造体を適用することができる。高次構造体は、例えば、導電性カーボンブラック,ケッチェンブラック(登録商標),カーボンナノチューブ(CNT),フラーレンから選択される微粒子(炭素微粒子)の1種以上を含有することができる。導電性粒子6は、上記のような金属及び炭素の一方を選択することができる。また、導電性粒子6は、架橋のための官能基として、カルボキシル基,アミノ基、アルデヒド基、ヒドロキシル基、フェニル基のうちの少なくとも1つを含むことができる。
なお、検知層2の表面は、セルロースアセテート(CA)のような外層膜によって被覆されても良い。
<<酵素、導電性粒子、バインダの重量比率等>>
検知層2を構成する酵素、導電性粒子、バインダの重量比率は、例えば、酵素:導電性粒子:バインダ=(0.023〜2.0):(0.1〜1.0):(2.5〜10.0)であるのが好ましい。また、導電性粒子の平均粒子径は、例えば100[nm]以下であり、比表面積は、例えば、200[m2/g]以上であるのが好ましい。
〔酵素電極の作製方法〕
以下、上記した酵素電極10は、例えば、以下のようにして作製される。すなわち、絶縁性基板3の片面に、電極1として機能する金属層を形成する。例えば、所定の厚さ(例えば100μm程度)のフィルム状の絶縁性基板3の片面に、金属材料を物理蒸着(PVD,例えばスパッタリング)、或いは化学蒸着(CVD)によって成膜することによって、所望の厚さ(例えば30nm程度)を有する金属層が形成される。金属層の代わりに、炭素材料で形成された電極層を形成することもできる。
次に、電極1上に検知層2が形成される。すなわち、導電性粒子6,酵素5,バインダとしてのオキサゾリン基を含有する非導電性高分子ポリマーを含む電極溶液が調整される。電極溶液は、電極1の表面に滴下される。電極溶液が電極1上で乾燥により固化することで、電極1上に検知層2が形成された酵素電極10を得ることができる。
〔実施例〕
以下、酵素電極の実施例について説明する。
<検知層の処方>
最初に、導電性粒子,酵素,及びバインダを夫々含む、実施例1、実施例2及び比較例に係る電極溶液(試薬溶液)を調製した。実施例1,実施例2及び比較例においては、それぞれ、導電性粒子としてケッチェンブラック(登録商標、以下“KJB”と表記)を用いるとともに、酵素として、Cy−GDHを用いた。
これに対し、実施例1では、バインダとして、窒素(N)又は酸素(O)を含む共有結合鎖であるオキサゾリン基を含有する高分子ポリマーの1つであるエポクロス(EPOCROS(登録商標)、以下“EPC”と表記)を用いた。実施例2では、バインダとして、窒素(N)又は酸素(O)を含む共有結合鎖であるオキサゾリン基を含有する高分子ポリマーの1つであるPoly-(2-Ethyl-2-Oxazoline) (ポリ(2エチル2オキサゾリン)、以下“PEO”と表記)を用いた。また、比較例では、バインダとして、バイロナール(登録商標)を用いた。実施例1、実施例2及び比較例における電極溶液の最終濃度は以下の通りである。窒素(N)又は酸素(O)を含む共有結合鎖であるオキサゾリン基を含有する高分子ポリマーは、「非導電性高分子」の一例である。
<<実施例1の処方>>
・KJB:0.4wt%
・酵素(Cy−GDH):3.5mg/mL
・リン酸Na緩衝液:10mM pH7
・EPC(EPOCROS WS-700、分子量4万 DOW CHEMICAL COMPANY(日本触媒)製)
実施例1として、EPCの濃度が、それぞれ0.25[wt%],0.5[wt%] ,1.0[wt%] ,3.0[wt%] である4種類の電極溶液(試料)を調製した。
<<実施例2の処方>>
・KJB:0.4wt%
・酵素(Cy−GDH):3.5mg/mL
・リン酸Na緩衝液:10mM pH7
・PEO(分子量5万 オキサゾリン含有ポリマー、Sigma-Aldrich製)
実施例2として、PEOの濃度が、それぞれ0.25[wt%],0.5[wt%] ,1.0[wt%] ,3.0[wt%] である4種類の電極溶液(試料)を調製した。
<<比較例の処方>>
・KJB:0.4wt%
・酵素(Cy−GDH):3.5mg/mL
・リン酸Na緩衝液:10mM pH7
・バイロナール(登録商標)MD-1200 (東洋紡 水分散型高分子量共重合ポリエステル樹脂 以下“MD-1200”と表記)
比較例として、MD-1200の濃度が0.25[wt%],0.5[wt%] ,1.0[wt%] ,3.0[wt%] である4種類の電極溶液(試料)を用意した。
なお、実施例1,実施例2,及び比較例で用いたKJBの平均粒子径は、100[nm]以下であり、比表面積は、200[m2/g]以上であった。また、実施例1のオキサゾリン基の分子中の比率は、4.5[mmol/g]であった。
<A.応答感度試験>
<<酵素電極の作製>>
絶縁性基板としてのポリエーテルイミド(PEI)表面にスパッタによって金(Au)の金属層(電極)が形成された基材を用意し、電極表面上に、電極の単位面積(cm2)当たり、10.0μL/cm2の条件で電極溶液(試料、試薬溶液)を滴下した。その後、23℃、40%RHの雰囲気で自然乾燥させた。このようにして、電極表面に酵素及び導電性粒子が上記各バインダで固定化された検知層が形成された酵素電極を得た。検知層は、窒素(N)又は酸素(O)を含む共有結合鎖を持った非導電性高分子を含んでいる。
<<応答感度の測定方法>>
次に、酵素電極を用いたグルコース濃度の測定方法の例について説明する。測定方法として、400mVの電位差を電極系に印加するクロノアンペロメトリー法により、グルコースに対する応答感度を測定した。
最初に、測定液としての0.1Mリン酸緩衝液(pH7.0)を用意し、37℃に保った。次に、対極に白金電極を用い、参照極にAg/AgCl電極を用いた酵素電極をポテンショスタットに電気的に接続するとともに、0.1Mリン酸緩衝液中に浸漬した。そして、作用極に定電圧(400mV vs Ag/AgCl)を印加した。
グルコース濃度の測定については、まずグルコース終濃度が0mg/dLの電流値(nA)を測定し、その後、2Mのグルコース溶液を滴下し続けながら、連続して25mg/dL、50mg/dL、150mg/dL、250mg/dLのときの電流値を測定した。電流値が応答感度に相当する。
<<試験結果>>
実施例1、実施例2及び比較例に係るグルコース濃度の測定結果は、以下の表1、表2、表3に示す通りである。各表中の値は、応答感度(nA)を示す。
Figure 0006205545


Figure 0006205545


Figure 0006205545

表1,表2,表3に示す測定結果によれば、実施例1、実施例2については、一部測定データのばらつきが認められるが、測定データを全体として捉えれば、実施例は正の相関が認められ、バインダの添加量の増加に対し、応答感度の維持又は向上が認められる領域があることが明らかとなった。すなわち、実施例1、実施例2は、バインダ(非導電性高分子)の添加濃度と酵素電極の応答感度との間に正の相関を含む領域を有する。これに対し、比較例については、一部データのばらつきが認められるが、測定データを全体として捉えれば、負の相関が認められ、バインダの添加量の増加に対し、応答感度が低下する傾向が認められた。比較例のように、通常、非導電性高分子を酵素電極に添加した場合には、応答感度が低下する傾向があるが、実施例1,実施例2では、非導電性高分子を添加すると、応答感度の向上が認められた。実施例1、実施例2より、オキサゾリン基を含有する高分子ポリマーをバインダとして用いれば、その添加量の増加に拘らず、応答感度をの向上を獲得し得ることが分かる。
<B.密着力(または強度)試験方法>
次に、実施例1,実施例2,比較例に係る各電極溶液を用いて作製した酵素電極について、電極に対する検知層の密着力(検知層の強度)に対する試験を行った。
<<酵素電極の作製>>
応答感度試験で用いた基材(絶縁性基板上に電極が形成された基材)と同様のものを用意し、実施例1,実施例2,比較例に係る各電極溶液を、電極表面上に、電極の単位面積(cm2)当たり、10.0μL/cm2の条件で滴下(適用)した。その後、23℃、40%RHの雰囲気で自然乾燥させた。このようにして、密着力(または強度)試験に用いる、電極上に形成された検知層(酵素電極)を作製した。
<<密着力(または強度)試験>>
JISK5600-5-6 付着性(クロスカット法)に従って、電極に対する検知層の密着力の試験を実施した。
<<試験結果>>
クロスカット法による試験結果を、以下の表4に示す。試験結果は、0〜5に分類され、0が最も良好な密着力を示し、5が最も悪い密着力を示す。
Figure 0006205545
上記試験結果より、実施例1、実施例2については、バインダ(オキサゾリン基を含有する高分子ポリマー)の添加量増加に伴い、密着力の向上が認められた。一方、比較例については、バインダの添加量と密着力との関係は認められず、全体として密着力は悪い傾向が認められた。
<C.応答感度試験結果と、密着力(または強度)との関係>
図3は、A.応答感度試験で得た結果と、B.密着力(または強度)試験で得た結果との関係を示すグラフである。図3において、白丸のプロットは、実施例1(EPC)を示し、プロット近傍のローマ文字A〜Dは、EPCの濃度(添加量)を示す。すなわち、A=0.25%,B=0.50%,C=1%,D=3%である。
また、図3における黒丸のプロットは、実施例2(PEO)を示し、プロット近傍のローマ文字A〜Fは、PEOの濃度(添加量)を示す。すなわち、A=0.25%,B=0.50%,C=1%,D=3%,E=5%,F=10%である。
また、図3における三角のプロットは、比較例(MD-1200)を示し、プロット近傍のローマ文字A〜Fは、MD−1200の濃度(添加量)を示す。すなわち、A=0.25%,B=0.50%,C=1%,D=3%,E=5%,F=7%である。
グラフの縦軸は、電流値(応答感度)(nA)であり、グルコース濃度が150mg/dLのときの試験結果を表す。一方、グラフの横軸は、密着力(または強度)を示す。但し、表4に示したクロスカット法で用いた分類用の数値とは逆を示す。すなわち、5が最も密着力が良く、0が最も密着力が悪いことを示す。
図3に示すように、比較例においては、密着力を高めるためにバインダの濃度を上げても、感度は殆ど変わらない、或いは若干低下する傾向が認められた。これに対して、実施例1,実施例2(バインダに窒素(N)又は酸素(O)を含む共有結合鎖であるオキサゾリン基を含有する高分子を適用した実施例)においては、比較例と比べて応答感度は高く、またバインダ濃度の上昇による感度の低下傾向は認められず、比較例より高い応答感度を維持可能であることが分かった。
このように、窒素(N)又は酸素(O)を含む共有結合鎖であるオキサゾリン基を含有する高分子を含む検知層を作製することで、既存の架橋剤やバインダの使用では達成できなかった、基材(電極)に対する高い密着性と高い応答感度を有する酵素電極を作製することができる。上記実施例より、非導電性高分子の濃度は、例えば0.25%〜10%であり、好ましくは、0.5%〜5%であり、さらに好ましくは、1%〜3%である。
〔実施形態の作用効果〕
上述した酵素電極10によれば、適正な酵素5及び導電性粒子6の固定化により良好な応答感度を得ることができる一方で、基材に対して適正な密着性を有することができる。特に、既存のバインダに比べて、適正な固定化に要求される濃度又は量を減らすことができるので、酵素電極10の小型化に寄与することが考えられる。
なお、酵素電極10は、例えば、上記したようなグルコース測定に適用されるバイオセンサや電子機器(例えば、測定装置)に適用することができる。或いは、酵素反応により生じた応答電流(電極へ伝達された電子による電流)を、電極と負荷とを結ぶ供給部を介し、負荷に電力として供給する電源装置の一部としての適用も考えられる。電子機器は、実施形態に係る酵素電極が適用されたバイオセンサを含んだ電子機器、実施形態に係る酵素電極が適用された上記装置(電源装置)を含んだ電子機器を含むことができる。
1・・・基材(電極)
2・・・検知層
3・・・絶縁性基板
5・・・酵素
6・・・導電性粒子
7・・・オキサゾリン基
8・・・アクリル/スチレン鎖
9・・・アミドエステル

Claims (15)

  1. 電極と検知層とを含む酵素電極であって、
    前記検知層は、酵素,導電性粒子,及び非導電性高分子を有し、
    前記非導電性高分子は、窒素又は酸素を含む結合鎖により、前記酵素の少なくとも一部と、前記導電性粒子の少なくとも一部との、少なくとも一方と結合しており、
    前記結合鎖は、オキサゾリン基由来のアミドエステル結合であり、前記非導電性高分子は、その添加濃度と、前記酵素電極の応答感度との間に、正の相関を含む領域を有する
    酵素電極。
  2. 前記オキサゾリン基は、前記高分子に対して、4.5mmol/g含有されている、
    請求項に記載の酵素電極。
  3. 前記導電性粒子は、炭素、金属の少なくとも1つから選択される
    請求項1又は2に記載の酵素電極。
  4. 前記導電性粒子の平均粒子径は、100nm以下である
    請求項1からの何れか1項に記載の酵素電極。
  5. 前記導電性粒子の比表面積は、200m2/g以上である
    請求項1からのいずれか1項に記載の酵素電極。
  6. 前記導電性粒子は、カルボキシル基、アミノ基、アルデヒド基、ヒドロキシル基、及びフェニル基のうちの少なくとも1つを含む
    請求項1からの何れか1項に記載の酵素電極。
  7. 前記導電性粒子は、カーボンナノチューブ及びフラーレンから選択される微粒子の1種以上を含有する
    請求項1からのいずれか1項に記載の酵素電極。
  8. 前記酵素、前記導電性粒子、前記非導電性高分子の重量比率が、0.023〜2.0:0.1〜1.0:2.5〜10.0である
    請求項1からの何れか1項に記載の酵素電極。
  9. 電極と検知層とを含む酵素電極を備えるバイオセンサであって、
    前記検知層は、酵素,導電性粒子,及び非導電性高分子を有し、
    前記非導電性高分子は、窒素又は酸素を含む結合鎖により、前記酵素の少なくとも一部と、前記導電性粒子の少なくとも一部との、少なくとも一方と結合しており、
    前記結合鎖は、オキサゾリン基由来のアミドエステル結合であり、前記非導電性高分子は、その添加濃度と、前記酵素電極の応答感度との間に、正の相関を含む領域を有する
    バイオセンサ。
  10. 請求項に記載のバイオセンサを含んだ電子機器。
  11. 電極と検知層とを含み、前記検知層は、酵素,導電性粒子,及び非導電性高分子を有し、前記非導電性高分子は、窒素又は酸素を含む結合鎖により、前記酵素の少なくとも一部と、前記導電性粒子の少なくとも一部との、少なくとも一方と結合しており、前記結合鎖は、オキサゾリン基由来のアミドエステル結合であり、前記非導電性高分子は、その添加濃度と、前記酵素電極の応答感度との間に、正の相関を含む領域を有する酵素電極と、
    前記酵素電極に対する通電による酵素反応によって生じた電流を負荷に供給する供給部と
    を含む装置。
  12. 請求項11に記載の装置を含んだ電子機器。
  13. 酵素,導電性粒子,及び非導電性高分子を含んだ試薬溶液を調製するステップと、
    前記試薬溶液を電極上に適用するステップと、
    適用した試薬溶液を乾燥させることによって、前記酵素,前記導電性粒子,及び前記非導電性高分子を有し、前記非導電性高分子が、窒素又は酸素を含む結合鎖により、前記酵素の少なくとも一部と、前記導電性粒子の少なくとも一部との、少なくとも一方と結合している検知層を前記電極上に形成するステップと、
    を含み、
    前記結合鎖は、オキサゾリン基由来のアミドエステル結合であり、前記非導電性高分子は、その添加濃度と、前記酵素電極の応答感度との間に、正の相関を含む領域を有する
    酵素電極の製造方法。
  14. 前記試薬溶液の調製時に添加される前記非導電性高分子の濃度が0.25%〜10%である
    請求項13に記載の酵素電極の製造方法。
  15. 電極と検知層とを含み、
    前記検知層は、酵素,導電性粒子,及び上記酵素の少なくとも一部と上記導電性粒子の少なくとも一部との少なくとも一方とオキサゾリン基由来のアミドエステル結合を形成する高分子を有する、
    酵素電極。
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6435264B2 (ja) * 2013-08-07 2018-12-05 アークレイ株式会社 電気化学式バイオセンサを用いた物質の測定方法及び測定装置
US10834922B2 (en) 2014-11-26 2020-11-17 Microban Products Company Surface disinfectant with residual biocidal property
US10842147B2 (en) 2014-11-26 2020-11-24 Microban Products Company Surface disinfectant with residual biocidal property
JP6773406B2 (ja) * 2014-12-24 2020-10-21 アークレイ株式会社 酵素電極
EP3156791A1 (en) * 2015-10-15 2017-04-19 ARKRAY, Inc. Enzyme electrode
WO2017091251A1 (en) 2015-11-23 2017-06-01 Microban Products Company Surface disinfectant with residual biocidal property
US11280757B2 (en) * 2016-02-23 2022-03-22 Fred Bergman Healthcare Pty Ltd Faecal detection sensor
EP3249050B1 (en) * 2016-05-23 2019-01-23 ARKRAY, Inc. Enzyme electrode and biosensor using the same
JP6901717B2 (ja) 2016-08-29 2021-07-14 国立研究開発法人産業技術総合研究所 グルコースセンサ用試薬、グルコースセンサ、グルコースセンサの製造方法、および、グルコース測定装置
JP6891372B2 (ja) * 2019-06-28 2021-06-18 東洋紡株式会社 酵素−電極間電子伝達増強作用の有無の予測方法
CH718835A1 (de) 2021-07-16 2023-01-31 Arthur Flury Ag Kufe für einen Streckentrenner.

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8612861D0 (en) * 1986-05-27 1986-07-02 Cambridge Life Sciences Immobilised enzyme biosensors
JP2569404B2 (ja) 1987-03-12 1997-01-08 国立身体障害者リハビリテ−シヨンセンタ− 生体機能物質の固定化法及びそれを用いた電極
GB8817997D0 (en) * 1988-07-28 1988-09-01 Cambridge Life Sciences Enzyme electrodes & improvements in manufacture thereof
US5755953A (en) * 1995-12-18 1998-05-26 Abbott Laboratories Interference free biosensor
US6764581B1 (en) * 1997-09-05 2004-07-20 Abbott Laboratories Electrode with thin working layer
CO5040209A1 (es) * 1997-10-16 2001-05-29 Abbott Lab Electrodos biosensores mediadores de la regeneracion de cofactores
US6770729B2 (en) 2002-09-30 2004-08-03 Medtronic Minimed, Inc. Polymer compositions containing bioactive agents and methods for their use
JP3954522B2 (ja) 2003-04-18 2007-08-08 日清紡績株式会社 生物学的活性物質を固定化した素子
US20080248354A1 (en) * 2004-07-23 2008-10-09 Canon Kabushiki Kaisha Enzyme Electrode, and Device, Sensor, Fuel Cell and Electrochemical Reactor Employing the Enzyme Electrode
WO2007055100A1 (ja) 2005-11-08 2007-05-18 Ultizyme International Ltd. 酵素電極
WO2007084516A2 (en) * 2006-01-18 2007-07-26 Dexcom, Inc. Membranes for an analyte sensor
JP2007222786A (ja) 2006-02-23 2007-09-06 Pilot Corporation マイクロカプセルおよびその製造法ならびにマイクロカプセルを具備してなる表示媒体
EP2017350A1 (de) * 2007-07-19 2009-01-21 F. Hoffmann-La Roche AG Elektrochemischer Sensor mit kovalent gebundenem Enzym
JPWO2009031484A1 (ja) * 2007-09-07 2010-12-16 東レ株式会社 液体展開用シート
ES2555295T3 (es) * 2007-09-18 2015-12-30 Ultizyme International Ltd. Electrodo enzimático
JP5670194B2 (ja) * 2007-10-09 2015-02-18 ユニヴァーシティー オブ ノートル ダム デュ ラック 多種類の標的を検出するためのマイクロ流体プラットフォーム
US20110174614A1 (en) * 2008-06-16 2011-07-21 Itamar Willner Electrode, method and system for determining an analyte in a liquid medium
CN101650331B (zh) * 2009-08-27 2012-09-05 无锡爱康生物科技有限公司 一种酶生物电化学传感芯片及其制备方法
CN102724913A (zh) * 2009-09-30 2012-10-10 德克斯康公司 经皮分析物传感器
US20120122197A1 (en) * 2010-11-12 2012-05-17 Abner David Jospeh Inkjet reagent deposition for biosensor manufacturing

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