JPH063316A - 修飾電極およびその修飾方法 - Google Patents

修飾電極およびその修飾方法

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JPH063316A
JPH063316A JP4160789A JP16078992A JPH063316A JP H063316 A JPH063316 A JP H063316A JP 4160789 A JP4160789 A JP 4160789A JP 16078992 A JP16078992 A JP 16078992A JP H063316 A JPH063316 A JP H063316A
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JP
Japan
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electrode
ferrocene
solution
medium compound
modifying
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JP4160789A
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English (en)
Inventor
Yuichi Iritani
有一 入谷
Akira Miyazaki
明 宮崎
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Nikkiso Co Ltd
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Nikkiso Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 疎水性酸化還元物質の媒体化合物例えばフェ
ロセンと、親水性の酵素例えばグルコースオキシダーゼ
を、導電性電極上に均一に分布する様に修飾して、安定
した高性能のセンサ電極例えばグルコースセンサ電極を
提供する。 【構成】 電解槽中の作用極上に、有機溶媒中に溶解し
たフェロセンを塗布し、リン酸緩衝液中で電解処理して
フェロセンをイオン化する。このフェリシニウムイオン
溶液を、グルコースオキシダーゼ溶液と共に、または別
々に導電性電極表面上に塗布または電着もしくは電気吸
収により修飾して、安定した効率的なグルコースセンサ
電極を作成する。化学工業、特に食品工業および動物も
しくはヒトの医学分野で、体液中のグルコースの測定お
よび監視に利用することが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、混合物中の特定化合物
を測定および監視する修飾電極およびその修飾方法と利
用方法に関するものである。
【0002】本発明は、化学工業、特に複雑な混合物を
取り扱う食品工業に有用であるが、動物またはヒトの医
学の分野においても体液中の特定成分の測定に有用であ
る。その一例として、グルコースセンサ電極について説
明するが、これによつて他の広い範囲の目的が排除され
るものではない。
【0003】
【従来の技術】グルコースセンサ電極については、すで
に数多く提案されている。例えば、酸素電極上でグルコ
ースオキシダーゼを用いる方法が記載されているが、グ
ルコース測定において溶存酸素の影響を受けやすく、ま
たグルコースの検出感度も充分でないなどの問題があ
る。
【0004】特開昭58−99746号公報には、触媒
反応中の酵素から出る電子を媒体化合物を用いて直接に
電極に移動させる方法を使用して、酵素と、酵素から出
る電子を電極に移動させる媒体化合物との組み合わせを
導電性電極の表面上に備えるグルコースセンサ電極につ
いて記載している。
【0005】しかしながら、このグルコースセンサ電極
は、媒体化合物例えばフェロセンを有機溶媒に溶解し、
それを電極表面に付着し、その後グルコースオキシダー
ゼのリン酸緩衝液溶液を付着して作成したものである。
この様な修飾法で作成されたグルコースセンサ電極で
は、フェロセンが均一に微細粒子となつて分布していな
いので、グルコースオキシダーゼと均一に混合していな
い。さらに、フェロセンが疎水性であるために、特に大
きな塊となつてしまうと、グルコースオキシダーゼ水溶
液もはじかれて塊となり、グルコースオキシダーゼも電
極表面上に均一に分布していない。この様なグルコース
センサ電極は、グルコース測定のとき、溶存酸素の影響
を受けやすく、また経時的に出力電流が減少する様な欠
点をもつていて、実用上に問題がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、疎水
性酸化還元物質の媒体化合物例えばフェロセンと、親水
性の酵素例えばグルコースオキシダーゼを、導電性電極
上に均一に分布する様に修飾して、良好な電子移動系を
形成させて、安定した高性能のセンサ電極例えばグルコ
ースセンサ電極を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は、疎水性酸化
還元物質の媒体化合物を導電性電極上に均一に分布する
ように修飾する方法について、広くかつ詳細に検討した
結果、疎水性酸化還元物質の媒体化合物をイオン化し
て、このイオン化媒体化合物水溶液と親水性の酵素と
を、共にまたは別々に導電性電極表面上に修飾すること
により、安定した高性能のセンサ電極が得られることを
知見し、本発明を完成させた。
【0008】本発明者は、親水性の酵素と疎水性酸化還
元物質の媒体化合物との組み合わせを、導電性の電極の
表面に備える修飾電極において、疎水性酸化還元物質の
媒体化合物を水溶液中でイオン化し、このイオン化媒体
化合物溶液と親水性酵素とを導電性電極表面上に修飾す
ることを特徴とする修飾電極を提供する。
【0009】疎水性酸化還元物質の媒体化合物として、
フェロセン、キノンまたはそれらの誘導体が使用でき
る。好適には、フェロセンである。
【0010】親水性の酵素は好適にはグルコースオキシ
ダーゼである。
【0011】導電性電極は、好適には炭素電極または白
金電極である。
【0012】疎水性酸化還元物質の媒体化合物のイオン
化は、好適には電解方法が用いられる。電解装置中の作
用極上に、有機溶媒中に溶解したフェロセン溶液を塗布
し、リン酸緩衝液中で電解してフェロセンをイオン化す
る。イオン化したフェロセンは、フェリシニウムイオン
として溶出し、この溶出したフェロセンを補うために、
再びフェロセン溶液を作用極上に塗布し同様に電解を繰
り返した。その結果青色のフェリシウムイオンリン酸緩
衝溶液を得ることが出来る。
【0013】このフェリシウムイオンリン酸緩衝溶液を
導電性電極に塗布し、次いでグルコースオキシダーゼリ
ン酸緩衝溶液を塗布する。
【0014】好適には、フェロセンの導電性電極表面上
への修飾は、電着法が用いられる。電解装置中の作用極
として、修飾すべき導電性電極を装着し、フェリシウム
イオンリン酸緩衝溶液を入れて通電して、導電性電極上
にフェロセンを均一に電着させ、直ちに電極表面がまだ
濡れている間にグルコースオキシダーゼ緩衝溶液を塗布
する。
【0015】また、フェリシニウムイオンリン酸緩衝溶
液にグルコースオキシダーゼを添加して、フェロセンと
共に塗布法または電着法もしくは電気吸収法により導電
性電極表面上に修飾することが出来る。
【0016】先の様に、フェロセンをイオン化した後
に、導電性電極表面上に修飾した場合、フェロセンは微
細粒子となつて電極表面上に均一に分布する。さらに、
グルコースオキシダーゼ溶液を修飾する場合も、電極表
面上が濡れやすくグルコースオキシダーゼ溶液が電極表
面を完全に被覆して、均一に分布することが出来る。こ
のために、フェロセンとグルコースオキシダーゼが均一
に混合し、かつ均一に分布して、フェロセンとグルコー
スオキシダーゼとの機能が効率良く発揮される。
【0017】
【作用】この様に、フェロセンをイオン化処理した後に
電極表面に修飾した場合、フェロセンは微細粒子となつ
て電極表面に均一に分布する。グルコースオキシダーゼ
溶液を塗布する場合でも、電極表面が濡れやすいため、
グルコースオキシダーゼが電極表面を均一に完全に被覆
することが出来る。これにより、フェロセンとグルコー
スオキシダーゼが均一に分散されて存在しているため、
フェロセンの機能が効率良く発揮され、安定した効率的
なセンサ電極を得ることが出来る。
【0018】
【実施例】次に、本発明を実施例について説明する。
【0019】実施例1 フェロセンのイオン化 フェロセンのイオン化は、図1に示す電解装置を用いて
実施した。フェロセンをトルエンに溶解し、このフェロ
セン溶液を作用極上に塗布した。電解槽にリン酸緩衝液
をいれて、Ag/AgCl参照極に対して+1.0Vで
10−15分間電解を行つた。フェロセンはイオン化し
て、フェリシニウムとして溶出した。溶出したフェロセ
ンを補うため、再び作用極上にフェロセン溶液を塗布し
同様に電解を繰り返した。これを数回繰り返して、青色
のフェリシニウムイオン溶液(フェロセンとして約3m
M)を得た。
【0020】フェロセンの電極への修飾 フェロセンの電極への修飾は、図1に示すフェロセンの
イオン化と同様の装置を用いて行つた。作用極にはフェ
ロセンを修飾する炭素電極を装着して、電解槽には上記
の3mMフェリシニウムイオンリン酸緩衝溶液を入れ
た。Ag/AgCl参照極に対して−0.2Vで15−
20時間通電して、炭素電極上にフェロセンを電着させ
た。
【0021】グルコースオキシダーゼの電極への修飾 グルコースオキシダーゼは、シグマ(Sigma)タイ
プIIを使用した。フェロセン電着した直後の電極に、グ
ルコースオキシダーゼ緩衝溶液を塗布して、グルコース
センサ電極を作成した。
【0022】比較例 フェロセンをトルエンに溶解して、フェロセン溶液を調
製し、これを炭素電極表面上に滴下し、被覆させて乾燥
した。次いで、グルコースオキシダーゼ緩衝溶液を塗布
して、グルコースセンサ電極を作成した。
【0023】実施例2 実施例1のグルコースセンサ電極と、比較例のグルコー
スセンサ電極を比較するため、グルコース濃度200m
g/dlのリン酸緩衝溶液中で、溶存酸素を0.2mg
/lから7mg/lまで増加させた場合のグルコースセ
ンサ電極の出力電流を測定した。結果を図2に示す。比
較例のグルコースセンサ電極では、溶存酸素が増加する
につれて出力電流は2分の1に低下して、溶存酸素の影
響が極めて強く現れた。実施例のグルコースセンサ電極
では、溶存酸素の濃度の全範囲にわたつて出力電流は一
定であり、溶存酸素の影響は見られなかつた。
【0024】次に、グルコース濃度300mg/dlの
リン酸緩衝溶液中で、グルコースセンサ電極の出力電流
の経時変化を測定した。その結果を図3に示す。比較例
のグルコースセンサ電極では、2−3時間後から出力電
流が低下し始め、最終的には0になつて、経時的に極め
て不安定であつた。実施例のグルコースセンサ電極で
は、約60時間を経過しても出力電流が一定で、本発明
のグルコースセンサ電極の性能の安定性を示した。
【0025】
【発明の効果】フェロセンをイオン化処理した後に、導
電性電極に修飾することにより、フェロセンを微細粒子
として電極表面上に均一に分布させることが出来る。次
いで、この様なフェロセン層上にグルコースオキシダー
ゼを修飾した場合、グルコースオキシダーゼは電極表面
上を均一にかつ完全に被覆することが出来る。このこと
により、フェロセンとグルコースオキシダーゼが均一に
混合し、電極表面上に分散した状態で存在することが出
来る。触媒反応中に酵素から出る電子は、酸化還元物質
の媒体化合物のフェロセンに良好に移動し、さらにその
電子は導電性電極に良好に移動して、酵素、酸化還元物
質の媒体化合物および導電性電極の組み合わせの機能が
効率良く発揮されて、安定した効率的なグルコースセン
サ電極を得ることが出来る。
【0026】本発明の修飾電極は、混合物中のグルコー
スを特異的に測定し、また溶存酸素の影響も受けず安定
した測定を行うことが出来る特徴を有する。
【0027】本発明の修飾電極は、制御装置および信号
装置と組み合わせて、グルコース自動分析システムを構
成し、化学工業特に食品工業に応用することが出来る。
また、動物またはヒトの医学の分野で、体液中のグルコ
ースの測定および監視に応用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る修飾電極を作製する実施例1で使
用する電解槽であって、疎水性酸化還元物質の媒体化合
物のイオン化およびイオン化溶液の導電性電極への修飾
に使用する電解槽の縦断面説明図である。
【図2】本発明の実施例2における結果を示すもので、
試料中の溶存酸素の電極出力電流に及ぼす影響を示すグ
ラフである。
【図3】本発明の実施例2における結果を示すもので、
電極の出力電流の経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
1 作用極:白金板 2 カウンタ:白金線 3 参照極:Ag/AgCl電極 4 ポテンシオスタット 5 電解液:リン酸緩衝液 6 電解槽
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C25D 13/04 7235−2J G01N 27/46 G

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 親水性の酵素と疎水性酸化還元物質の媒
    体化合物との組み合わせを、導電性の電極の表面に備え
    る修飾電極において、疎水性酸化還元物質の媒体化合物
    を水溶液中でイオン化し、このイオン化媒体化合物溶液
    と親水性酵素とを導電性電極表面上に修飾することを特
    徴とする修飾電極。
  2. 【請求項2】 疎水性酸化還元物質の媒体化合物はフェ
    ロセン、キノンおよびその誘導体からなる群から選択さ
    れた化合物である請求項1記載の修飾電極。
  3. 【請求項3】 親水性の酵素はグルコースオキシダーゼ
    である請求項1記載の修飾電極。
  4. 【請求項4】 親水性の酵素と疎水性酸化還元物質の媒
    体化合物との組み合わせを、導電性の電極の表面に修飾
    する方法において、疎水性酸化還元物質の媒体化合物を
    水溶液中でイオン化し、このイオン溶液と親水性酵素と
    を導電性電極表面上に修飾することを特徴とする電極修
    飾方法。
  5. 【請求項5】 疎水性酸化還元物質の媒体化合物を、電
    解装置中の作用極表面上に有機溶媒の溶液として塗布し
    て、緩衝液中で電解してイオン化し、これを繰り返して
    得られたイオン化媒体化合物溶液を使用する請求項4の
    電極修飾方法。
  6. 【請求項6】 前記イオン化媒体化合物溶液を導電性電
    極表面上に塗布する請求項4または請求項5に記載の電
    極修飾方法。
  7. 【請求項7】 前記イオン化媒体化合物溶液を、導電性
    電極を作用極として通電処理して、媒体化合物を導電性
    電極表面上に電着する請求項4または請求項5に記載の
    電極修飾方法。
  8. 【請求項8】 親水性の酵素を、前記媒体化合物層上に
    塗布する請求項4−6のいずれか一項に記載の電極修飾
    方法。
  9. 【請求項9】 親水性の酵素を、前記イオン化媒体化合
    物溶液中に添加して導電電極表面上に修飾する請求項4
    −7のいずれか一項に記載の電極修飾方法。
  10. 【請求項10】 制御装置および信号装置と組み合せた
    請求項1−3のいずれか一項に記載の修飾電極。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0795748A1 (en) * 1996-03-12 1997-09-17 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Biosensor and method for quantitating biochemical substrate using the same
CN110646479A (zh) * 2019-06-27 2020-01-03 吉林化工学院 一种比率电化学传感器用于检测对乙酰氨基苯酚

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