JPS63101743A - 機能性電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は、酵素電極などの機能性電極に関する。

〔背景技術〕

酵素の優れた性質を利用した分析法が、しｎ床分析化学
、食品製造、環境化学等の分野で近年急速に発展した。

特に、有機物質を、酵素を用いて、定量する試みが盛ん
に行われるようになった。この定量は、たとえば、被測
定物質を酵素で反応させ、生成または消費される物質を
電気的または発色剤を用いて光学的にモニターすること
により行っている。

酵素を試薬として溶液状態で分析に使用した場合には、
酵素活性を残しているにもかかわらず、酵素を使い捨て
にしなければならないという欠点があった。この欠点を
補うものとして考え出されたものが、固定化酵素の概念
である。固定化酵素は、酵素の活性を維持したまま、酵
素を不活性の担体等に吸着または化学結合により固定化
したものである。このため、固定化酵素は、分析操作に
おいて反応終了後、容易に回収することが可能となり、
酵素を繰り返し使用できるという長所を持つ。固定化酵
素については、論文、総説などで数多く報告されており
、これらをまとめた底置も出版されている（たとえば、
「固定化酵素」講談社すイエンティフィク、１９７５年
）。

固定化酵素を用いた分析法の中では、電気化学的に検出
を行う方法の代表的なものとして、酵素電極がある。こ
れは、近年著しく発展し、すでに一部の分野においては
実用化されている。

この酵素電極は、電極と酵素固定膜とから構成されるも
ので、試料溶液中の基質が膜中の酵素と反応した結果、
生成または消費される過酸化水素、酸素等の電極活性な
物質を電極でモニターすることにより測定を行う。特に
、酵素反応において、酸素を消費し、過酸化水素を生成
する酵素が数多く用いられている。

たとえば、グルコースの定量には酵素としてグルコース
オキシダーゼが一般に用いられ、消費される酸素量また
は生成する過酸化水素を電気的にモニターすることでグ
ルコース濃度を測定している。過酸化水素を電気的にモ
ニターする方法としては、−ｉに電極として炭素電極ま
たは白金電極などが用いられ、一定電圧下で酸化するこ
とにより得られる酸化電流を計測することにより行われ
る。上記のような原理に基づく酵素電極に関する底置も
すでに出版されている（たとえば、「イオン電極と酵素
電極」講談社すイエンティフィク、１９８１年）。

上記のように過酸化水素を電気的にモニターする場合、
試料溶液中に過酸化水素と同様の電位で酸化される物質
（たとえば、アスコルビン酸のような還元性物質）が存
在すると、正の誤差となる。そこで、この誤差を取り除
くために種々の方法が開発されている。たとえば、酵素
を固定化していない白金電極を補償極として、酵素電極
との両者で生じる電流の差引を求める方法がある。しか
し、この方法は、補償極を必要とすることや、電流差引
のためにマイコン回路が複雑になる欠点がある。

このため、酵素電極に用いる酵素固定膜に、酵素反応で
生成または消費され、しかも、電気化学的に検知可能な
物質を透過させるとともに、血液等の試料中に含まれる
電極活性な干渉物質を透過させないという機能を持たせ
ることが測定精度を高めるうえで必要である。このよう
に、測定で妨害となる物質だけを透過させないような機
能を酵素固定膜に保持させた酵素電極は、たとえば、特
公昭６１−８９４３号公報に示されている。この公報に
開示されている酵素固定膜は、アセチルセルロース非対
称膜をＴ−アミノピロピルトリエトキシシランで処理し
て酵素を固定しており、アセチルセルロースの非対称膜
の緻密性を利用して選択的透過性を得ている。しかし、
この公報では、種々の測定妨害物質に対する影響に関す
るデータが例示されておらず、どの程度の濃度まで妨害
を与えないのかについては未知である。

また、特開昭５３−１４００９２号公報および特開昭４
６−１８３７号公報などは、選択透過性を有する酵素電
極に関するものであるが、選択性に優れた酵素固定膜を
作製するに至っていない。

〔発明の目的〕

この発明は、以上のことに鑑みて、生体触媒が関与する
反応で生成または消費され、しかも、電気化学的に検知
可能な物質だけを選択的に透過させて測定を行うことに
より、高精度に測定が行える機能性電極を提供すること
を目的とする。

〔発明の開示〕

この発明は、上記の目的を達成するために、生体触媒が
固定された膜が電極材料表面に設けられている機能性電
極において、前記膜は、少なくとも内側では、前記生体
触媒が関与する反応で生成または消費される電気化学的
に検知可能な物質が選択的に透過可能な高分子膜であり
、表面側に生体触媒が固定されていることを特徴とする
機能性電極を要旨とする。

以下に、この発明の詳細な説明する。

生体触媒が関与する反応で生成または消費され、しかも
、電気化学的に検知可能な物質を選択的に透過させる高
分子膜としては、特に限定されないが、たとえば、第一
アミノ基を有する高分子に架橋剤を処理して得られた膜
が挙げられる。この高分子膜は、作製する際または作製
後に、種々の化合物を添加されていてもよい。

第一アミノ基を有する高分子としては、たとえば、ポリ
アリルアミン ポリビニルアミン ポリアクリルアミド、および、ポリアミノスチレなどが
挙げられ、このほかに、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル
、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコールなど
と、前記第一アミノ基を有する高分子化合物との共重合
体などでもよ（、特に限定はない。

これらのアミノ基含有高分子の架橋剤としては、特に限
定されないが、ハロゲン基、アルデヒド基、エポキシ基
、酸無水物基、酸ハライド基、Ｎ−クロロホルミル基、
クロロホーメイト基、イミドエーテル基、アミジニル基
、シソシアナート基などの官能基を２個以上有する化合
物が挙げられる。これらの内の代表的なものを例示する
と、次式で示されるものなどが挙げられる。

ｌ 第一アミノ基含有高分子とこれらの架橋剤により膜を形
成するためには、高分子の重合度は数万（または数千）
〜数十万程度のものを用いることが望ましい。

上記選択性を有する高分子膜は、第一アミノ基含有高分
子と架橋剤を溶解することのできろ水または有機溶剤で
希釈した混合液をガラス基板上あるいは電極材料上など
にコーティングし、室温で放置するかまたは３０〜６０
℃の熱処理を行うことにより得ることができる。

つぎに、このように作製した膜をそのまま生体触媒溶液
に浸したあと４〜１０℃で放置するか、または、膜表面
に生体触媒溶液を所定量塗布して４〜ｌＯ℃で風乾する
ことによって生体触媒の固定を行う。処理する生体触媒
溶液としては、目的とする生体触媒だけを含む緩衝液、
または、目的とする生体触媒のほかにアルブミンやグル
タルアルデヒドのような架橋剤を含む液であって、この
ものだけで製膜が可能なものであってもよい。また、上
記選択透過性を有する膜にアルデヒド基、アミノ基、ジ
アゾ基などを導入し、酵素の固定をより容易に行うよう
な操作および処理をしてもかまわない。

電極材料表面に設けられている膜は、全体的に上記選択
透過性を有する膜であって、その表面側に生体触媒が固
定されていてもよく、２重構造になっていて、内側が上
記選択透過性を有する膜で、表面側が生体触媒を固定し
ていても良（、特に限定はない、少なくとも内側では上
記選択透過性を有する膜とし、表面側に生体触媒を固定
するのは、被測定物質が生体触媒に接する前に、被測定
物質が上記選択透過性を有する膜で除去されないように
するためである。

この発明で使用できる生体触媒は、これが関与する反応
によって酸素、過酸化水素等の電極活性な物質を直接ま
たは間接的に生成または消費するものであればよく、た
とえば、グルコースオキシダーゼ、ウリカーゼ、カタラ
ーゼ、コレステロールオキシダーゼ、コリンオキシダー
ゼ、アミノ酸オキシダーゼ、アスコルビン酸オキシダー
ゼ、乳酸オキシダーゼ、アルコールオキシダーゼ、ピル
ビン酸オキシダーゼなどの酵素が挙げられるが、これら
に限定されない。また、生体触媒としては、これらの酵
素を含んだり産生したりする微生物やオルガネラ等も使
用して良く、２種類以上の生体触媒（２種類以上の酵素
を含む）を同時に固定化しても差し支えない。

上記のようにして得られた生体触媒固定膜は、ガラス基
板上などで作製した場合は、電極材料に０リング等を用
いて装着する必要がある。また、作製した膜をガラス基
板などからはがす必要上、膜にある程度の強度が必要に
なり、このために、膜厚が大きくなり感度低下や応答速
度が遅くなることがある。このようなことを避けるため
に、生体触媒固定膜は、電極材料表面で作製する方が望
ましい。

この発明で使用できる電極材料は、酸化電圧下など使用
される条件下で使用可能なものであれば良く、たとえば
、白金、炭素、チタン、金などが挙げられるが、これら
に限定されない。膜を装着する方法を用いる場合には、
市販のクラーク型酸素電極や各種イオン電極も可能とな
る。また、電極材料表面に膜を直接形成させる方法にお
いては、両者の密着性を向上させるために、電極材料を
酸、アルカリ等で表面処理することや、電極材料表面に
密着性の優れた有機薄膜を形成させてもかまわない。

この発明の機能性電極は、たとえば、血液等を試料とし
た場合、高い基質選択性を有するため、前処理をするこ
となく簡易に短時間で目的成分を分析することができる
。　・ たとえば、血液中のグルコース濃度を測定したい場合に
は、次の２通りの方法が考えられる。１つは、酵素反応
式（ｉ）により消費される酸素を測定する方法、もう１
つは、生成する過酸化水素を測定する方法である。

グルコン酸十Ｈ２Ｏ□・・・（ｉ） 前者の方法は、一般に他の共存物質の影響を受けにくい
方法であるが、検出感度が小さいという欠点がある。後
者の方法は、一般に検出感度は大きいが、過酸化水素と
同電位で電解酸化を受ける、尿酸、アスコルビン酸、ビ
リルビン等の還元性物質に大きく影響され、正の誤差と
なってあられれる。この発明にかかる機能性電極は、特
定の酵素を固定しておけば、過酸化水素だけを選択的に
透過させる膜を持つため、これら還元性物質の影響がな
く、グルコースだけを前処理なしに選択的に測定するこ
とができる。

また、血液中の尿酸濃度を測定したい場合、選択的透過
能を持たない従来型の酵素電極を用いれば、下記の酵素
反応式（ｉｉ）で示す過酸化水素の酸化電流の測定は、
尿酸自身の酸化電流と重なり合うため不可能であった。

アラントイ７　＋　Ｈ、Ｏ！　＋　ＣＯ，−（ｉｉ　）
この場合、生体触媒固定膜で尿酸全部をアラントインに
変換できる高活性の生体触媒固定膜を作れば良いが、こ
のような膜は現実には簡単に作れない。そこで、この発
明にかかる機能性電極を用いれば、尿酸は膜を透過せず
、過酸化水素だけを透過させるため、尿酸自身による妨
害は受けずに測定可能となる。

したがって、この発明にかかる機能性電極は、固定する
生体触媒を特定のものにしておけば、試料を血液とした
場合においても、アスコルビン酸およびビリルビン等の
還元性物質には一切応答しないため、なんの前処理もな
く、選択的に尿酸だけを測定することができる。

上記のような選択性が得られる原因としては、１つは、
物理的要因によると考えられる。白金電極３１表面に設
けられたポリアリルアミンの架橋膜３２が緻密な膜構造
であるため、第１図にみるように、分子サイズの大きな
ものＣを透過せず、小さなものＢ（たとえば、Ｈ，０，
など）だけを透過させるいわゆる分子ふるいとなるから
と考えられる。この分子サイズの小さなものＢは、分子
サイズの大きなものＡ（たとえば、グルコース、尿酸、
コレステロールなど）から生体触媒固定膜３３での生体
触媒の関与する反応により生成したものである。また、
もう１つの原因としては、化学的要因によるものとして
、膜中のポリアリルアミンナトのアミノ基残基によって
アスコルビン酸等の陰イオン物質がキレート結合される
こと（イオン交換機能）、また、膜中のアルデヒド残基
による還元性物質の酸化が考えられる。さらに、膜中の
ポリアリルアミンなどのアミノ基残基を利用して４級ア
ンモニウム塩としたり、あるいは、カルボキシル基など
の配位子を導入してイオン交換機能を高めたりすること
も可能である。

電極材料表面に、ポリアリルアミンをアルデヒド基を少
な（とも２個以上有する化合物で架橋して得た膜を備え
る電極とすると、高選択性および高感度であり、迅速応
答の過酸化水素検知用電極とすることができる。

この場合、ポリアリルアミンは、上記の構造式を有する
ものであり、分子量は数千〜数十万程度のものが望まし
い。市販されているポリアリルアミンは、塩酸塩である
ため、イオン交換樹脂などにより脱塩酸処理を行うこと
が望ましい。

少なくとも２個以上のアルデヒド基を有する化合物とし
ては、１分子内に２個のアルデヒド基を持つジアルデヒ
ド化合物が一般的であり、グリオキザール、マロンジア
ルデヒド、スクシンジアルデヒド、グルタルアルデヒド
、アジピンジアルデヒド、マレインジアルデヒド、フタ
ルジアルデヒド、イソフタルジアルデヒド、テレフタル
ジアルデヒドなどが挙げられるが、１分子内に２個のア
ルデヒド基をもつということを特に限定せず、２個以上
であれば良い。これらのジアルデヒド化合物は溶解性を
考えると、水溶液系ではグルタルアルデヒド、アルコー
ル溶媒系ではテレフタルジアルデヒドが扱いやすい。

ポリアリルアミンとジアルデヒド化合物の架橋膜は、た
とえば、次のようにして作られる。１〜１０％ポリアリ
ルアミン溶液と０．１〜１０％ジアルデヒド化合物溶液
を目的に応じて任意の割合で混合した溶液をガラス基板
または電極材料表面上に塗布したのち乾燥する。架橋反
応は、ポリアリルアミンの第一アミンとジアルデヒド化
合物のアルデヒド基との反応によりシッフ塩基が生成し
てポリアリルアミン分子が橋かけされて膜を形成する。

溶媒は、両者とも互いに溶は合うものであれば、特に限
定しない、ガラス基板上で作製したｎりは、これをはが
して電極上に装着する必要があるため、ある程度の強度
をもつ必要がある。また、膜の物理的強度を上げるため
に、アルブミンなど補強剤を添加しても良い。

電極材料表面上で膜を形成させる場合、これをはがして
使う必要がないため、膜の物理的強度はあまり重要視さ
れない。

上記のようにして得られた電極を作用極として、たとえ
ば、０．７Ｖ（対Ａ　ｇ　／　Ａ　ｇ　Ｃｌ電極）の電
圧下で用いれば、過酸化水素は電解酸化されて電流が検
出されるが、アスコルビン酸のような還元性の物質は、
ポリアリルアミンの膜を透過することができず、電極表
面で酸化されない。

このような過酸化水素の選択性が得られる原因としては
、１つは、物理的要因によるものとして、第２図にみる
ように、白金電極３１表面に設けられたポリアリルアミ
ンの架橋膜３２が緻密な膜構造であるため、分子サイズ
の大きなものＣを透過せず、小さなものＢ（たとえば、
Ｈ２ｏｚなど）だけを透過させるいわゆる分子ふるいと
なるからと考えられる。また、もう１つの原因としては
、化学的要因によるものとして、膜中のポリアリルアミ
ンのアミノ基残基によってアスコルビン酸等の陰イオン
物質がキレート結合されること（イオン交換機能）、ま
た、膜中のアルデヒド残基による還元性物質の酸化が考
えられる。さらに、膜中のポリアリルアミンのアミノ基
残基を利用して４級アンモニウム塩としたり、あるいは
、カルボキシル基などの配位子を導入してイオン交換機
能を高めたりすることも可能である。

また、ポリアリルアミン濃度、ジアルデヒド濃度、膜厚
によって過酸化水素および他の還元性物質の応答感度を
かえることができる。

こうして得た過酸化水素検知用電極は、そのまま測定に
用いたり、あるいは、適当な表面処理を施して用いても
良い。上記のようにして、生体触媒を固定化してもよい
。たとえば、電極表面の選択透過性膜の上に、コレステ
ロールオキシダーゼ等の酵素を含む生体触媒固定化用溶
液を処理することによってコレステロール電極などとす
ることができる。生体触媒固定化用溶液は、酵素などの
生体触媒だけでなく、アルブミンなどの固定膜としての
基材、あるいは、膜を形成させるための架橋剤としてグ
ルタルアルデヒドなどを含んでもかまわない。

以下、実施例および比較例を示すが、この発明は実施例
に限らない。

（実施例１） 白金板（２５＋ａｍ”）をアセトンで洗浄した後、５％
ポリアリルアミン水溶液（分子量６万）と３％グルタル
アルデヒド水溶液の等量混合液２μｌを塗布して、３０
℃で２時間放置して乾燥させ、白金電極表面に選択透過
性を有する膜を形成させた。

つぎに、この膜に、４％グルコースオキシダーゼ水溶液
、１５％アルブミン水溶液、１％グルタルアルデヒド水
溶液の等量混合液３μｌを塗布し、４℃で２時間放置し
て酵素電極（酵素固定電極）を得た。

この酵素電極２を作用極とし、第３図に示したようなバ
ッチ法によって感度測定を行った。対極に恨−塩化銀電
極３を用いた。酵素電極２と銀−塩化銀電極３とを試料
を含む緩衝液５中に入れ、これら両電極２．３の間に定
電圧源１を直列につないだ、緩衝液５は、攪拌機６によ
り回転する攪拌子４で撹拌した。加電圧を０．７Ｖとし
て、１゜Ｏ■／ｄ１クルコース溶Ｈ１１０■／ｄ１アス
コルビン酸溶液、１０■／ｄ！尿酸溶液および２■／ｄ
１ビリルビン溶液の各試料についてそれぞれ応答感度を
調べた。

試料量は１０μ！、緩衝液はｐ　Ｈ７，５のリン酸緩衝
液４　ｍ　ｌとして測定した。測定結果を第１表に示し
た。

（実施例２） 実施例１で得た酵素電極を第４図（ａｌ、　（ｂ）に示
すようなフローシステムに組み込み、実施例１で示した
同様の試料についてその応答感度を調べた。

緩衝液７をポンプ９で汲み上げて試料注入器１゜へ流す
。緩衝液７へ、試料注入器（サンプルインジェクター）
１０で注射器（マイクロシリンジ）１１により試料を加
え、混合コイル（ミキシングコイル）１２を通す間に混
合し、フローセル１３へ送る。フローセル１３は、酵素
電極２と恨−塩化銀電極（対極）３とで構成されており
、酵素電極２と恨−塩化銀電極３とスペーサ２３を介し
て対向しており、これら両電極２．３の間には定電圧源
（ポテンショスタット）１４が直列に接続されている。

８．２２はテフロン管などで構成された流路、１５は記
録計、１６は廃液だめである。

両電極間の加電圧を実施例１と同じにし、実施例１と同
じ各試料について、実施例１と同じ緩衝液（キャリヤー
液）を用い、キャリヤー液の流速を３　ｍ　ｌ　／ｍｉ
ｎ　、注入試料量を１０μｌとして測定を行った。結果
を第１表に示した。

（実施例３） メタノールを？容媒として、５％ポリアリルアミン溶液
、３％フタルジアルデヒド溶液をそれぞれ調製した。

実施例１において、アセトンで洗浄した白金板（２５ｍ
ｍ”）に、５％ポリアリルアミン水溶液（分子量６万）
と３％グルタルアルデヒド水溶液の等量混合液２μβを
塗布するかわりに、メタノールを溶媒とする、前記５％
ポリアリルアミン溶液と３％フタルジアルデヒド溶液と
の等ｆｌ　？ｎ合液２μβを塗布した以外は、実施例１
と同様にして酵素電極を得た。

得られた酵素電極を用いて、実施例１と同様にして、同
様の試料について応答感度を測定した。

結果を第１表に示した。

（実施例４） 実施例３で得た酵素電極を、実施例２と同様に第４図（
ａ）、　（ｂ）に示すようなフローシステムに組み込み
、実施例１で示した同様の試料について、実施例２と同
様にして、その応答感度を調べた。結果を第１表に示し
た。

（比較例１） 実施例１において、アセトンで洗浄した白金板（２５０
”）の表面に選択透過性を有する膜を形成させることを
行わず、直接４％グルコースオキシダーゼ水溶液、１５
％アルブミン水溶液および１％グルタルアルデヒド水溶
液の等量混合液３μａを塗布し、４℃で２時間放置して
酵素電極を得た。

得られた酵素電極を用いて、実施例１と同様にして、同
様の試料について応答感度を測定した。

結果を第１表に示した。

第１表にみるように、実施例１〜４の酵素電極は、グル
コースについては、酵素反応によって生成した過酸化水
素の酸化電流が得られているが、他のアスコルビン酸な
どの還元性物質については全く応答を示していない。比
較例１の酵素電極は、グルコースおよび他の還元性物質
のいずれについても、応答を示している。この表から明
らかなように、ポリアリルアミンを架橋させてなる膜を
形成させたものは、グルコース以外の還元性物質（電極
活性な物質）にはほとんど応答を示さない選択性に優れ
た酵素電極である。

（実施例５） 実施例１において、白金電極表面に選択透過性を持つ膜
を形成させた後、４％グルコースオキシダーゼ水溶液、
１５％アルブミン水溶液および１％グルタルアルデヒド
水溶液の等量混合液３μｌを塗布するかわりに、２０％
ウリカーゼ水溶液、３％アルブミン水溶液および０．６
％グルタルアルデヒド水溶液の等量混合液４μｌを塗布
し、４℃で２時間放置して酵素電極を得た。

得られた酵素電極２を作用極とし、実施例１と同様のバ
ッチ法によって感度測定を行、った。ただし、試料は、
ｌＯｍ／ｄｊ尿酸、１０ｍｇ／ｄＩアスコルビン酸溶液
および２■／ｄ！ビリルビン溶液をそれぞれ用いた。結
果を第２表に示した。

（実施例６） 実施例５で得た酵素電極を第４図（ａｌ、　（ｂ）に示
すようなフローシステムに組み込み、実施例５で示した
同様の試料について、実施例２と同様にして感度測定を
行った。結果を第２表に示した。

（比較例２） 実施例１において、白金電極表面に選択通過性を持つ膜
を形成させた後、酵素を固定せず電極とした。

この電極を作用極とし、実施例１と同様のバッチ法によ
って感度測定を行った。ただし、試料は、実施例５で示
した同様のものを用いた。結果を第２表に示した。

第　　　２　　　表 （注）（■）・・・１０■／ａ尿酸 （Ｉ［）・・・１０■／ｄ１アスコルビン酸（Ｉ［［）
・・・２■／ｄ１ビリルビン実施例５および６の酵素電
極は、尿酸以外のアスコルビン酸とビリルビンについて
は全＜応答セず、高い選択性を持つことを示している。

比較例２の電極は、尿酸をはじめ、アスコルビン酸、ビ
リルビンについて全く応答を示していないことから、実
施例５および６の酵素電極で得られている尿酸測定の電
流値は、まさしく酵素反応の結果得られた過酸化水素の
電流値であることを裏付けている。

つぎに、上述の過酸化水素検知用電極の例を示す。

（比較例３〜８） 第３表に示した溶媒を用いて、同表に示すような濃度の
、ポリアリルアミン（分子量約６万）溶液、および、ジ
アルデヒド化合物の溶液をそれぞれ調製し、それぞれ、
混合して混合液とした。ジアルデヒド化合物としてグル
タルアルデヒドまたはテレフタルジアルデヒドを用いた
。

比較例３〜６は６０ｍ＋＊”の白金電極材料に前記混合
液をそれぞれ３μｌ塗布したのち、５時間風乾して架橋
膜を作製した。比較例７は前記混合液を２０Ｘ２０ｍｍ
”のガラス基板上に、３０μβ塗布して５時間風乾した
のち、得られた架橋膜をはがして使用した。

測定には、第４図（ａ）、　（ｂ）に示したようなフロ
ーセルおよびフローシステムを用いた。印加電圧は０、
７　Ｖ　ｖ　ｓ　Ａ　ｇ　／　Ａ　ｇ　Ｃｌ、キャリヤ
ー液はｐＨ７，５リン酸緩衝液、流速は３ｍＪ／ｍｉ口
で行い、試料溶液として、０．２ｍＭ過酸化水素溶液と
、０゜５ｍＭアスコルビン酸溶液を１０μｌ注入し、そ
の時に得られる応答感度、応答速度を第３表に示した。

また、比較例８として未処理の白金電極の場合について
第３表に示した。

第３表にみるように、選択透過性を有する膜を形成した
比較例３〜７は、過酸化水素には応答しているが、アス
コルビン酸には応答していない。

これに対し、比較例８では、過酸化水素およびアスコル
ビン酸のいずれにも応答している。

キャリヤー液の中に、たとえば、グルコースオキシダー
ゼのような酵素反応により過酸化水素を生成する酵素を
用いれば、グルコース濃度などの基質を選択的に検出す
ることも可能である。

比Ｍ例３〜７については、フローシステムで使用した場
合について示したが、この電極はバッチ式センサとして
も使用可能である。バッチ式で得られる定常状態応答は
３〜５秒とかなりはやい。

（実施例７〜１２および比較例９） 第４表にみるような濃度のグルタルアルデヒド水溶液お
よびポリアリルアミン水溶液を等量混合した液を１μｌ
とり、６０１ｍ２の白金電極材料上に塗布して、２時間
室温で乾燥させ、過酸化水素検知用電極を作製した。

つぎに、実施例７．９および１１では、作製した過酸化
水素検知用電極に、１０％コレステロールオキシダーゼ
だけを含む溶液（Ａ型）を各々３μｍ塗布し、５℃中で
２時間放置して、酵素を固定化した酵素電極を得た。実
施例８，１０および１２では、１０％コレステロールオ
キシダーゼ、０．３％グルタルアルデヒドおよび１％ア
ルブミンを含む溶液（Ｂ型）を各々３μ！！塗布し、５
℃中で２時間放置して、酵素を固定化した酵素電極を得
た。Ａ型の固定化酵素電極は、過酸化水素選択性電極上
の膜表面に存在するアルデヒド基と、酵素分子のアミノ
基との共有結合により固定化したものである。Ｂ型は過
酸化水素選択性電極表面に、アルブミンを基材とし、グ
ルタルアルデヒドを架橋剤とした酵素架橋膜を形成させ
、固定化したものである。

電圧０．７　Ｖ　ｖ　ｓ　Ａ　ｇ　／　Ａ　ｇ　Ｃ＆、
サンプルとして５０■／ｄ！コレステロール溶液および
ｌＯ■／〃尿酸を用い、キャリヤー流速３ｍ１１分のフ
ローシステムにこの電極を設置して得られる電流値およ
び応答速度を第４表に示した。

比較例９として、白金電極上にＢ型の固定化方法を用い
て作製した電極の場合について、実施例７〜１２と同様
に測定して結果を示した。

第４表にみるように、コレステロール溶液に対する応答
感度は、過酸化水素選択性電極を用いた実施例７〜１２
の場合、白金板の場合（比較例９）と比較して小さいが
、尿酸等の還元性物質に対する応答は、相対的にみてか
なり小さくなっている。

現状況では、実施例７〜１２について、尿酸に対する応
答感度は若干検出されるが（５％程度）、固定化酵素活
性が固定化方法の改良などによって向上すれば、コレス
テロールの検出感度が大きくなり、妨害はほとんど相対
的に無視できる程度になる。グルコースオキシダーゼな
どを固定化した場合では、固定化時の酵素活性が大きい
ため、尿酸等の妨害は現実に現れない。ここでは、フロ
一式測定法について示したが、バッチ式の電極としても
利用できる。アセチルセルロース膜等の過酸化水素選択
透過膜を用いた場合には、定常状態応答に達するには２
０秒程度必要であり、フロ一式の電極として用いる場合
には適さないが、この発明にかかる機能性電極の応答性
は３〜５秒とはやいため、フロ一式の電極として採用で
きる。

また、コレステロールオキシダーゼとともにコレステロ
ールエステラーゼを同時に固定すれば、遊離コレステロ
ールだけでなく、トータルコレステロール濃度が測定可
能である。

〔発明の効果〕

この発明にかかる機能性電極は、以上にみてきたように
、電極材料表面に設けられている膜が、少なくとも内側
では、前記生体触媒が関与する反応で生成または消費さ
れる電気化学的に検知可能な物質が選択的に透過可能な
高分子膜であり、表面側に生体触媒が固定されているの
で、被測定物を選択的に高精度で測定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかる機能性電極の１実施例をあら
れす部分断面図、第２図は酵素を固定化しない過酸化水
素検知用電極の１例をあられす部分断面図、第３図は実
施例および比較例でバッチ式の測定に用いた装置の模式
図、第４図（ａ）は実施例および比較例でフロ一式の測
定に用いた装置の模式図、第４図（ｂ）はそのフローセ
ルの分解断面図である。 ２・・・酵素電極　３１・・・電極材料たる白金電極３
２・・・選択透過性を有する膜たるポリアリルアミンの
架橋膜　３３・・・生体触媒固定膜代理人　弁理士　　
松　本　武　音 用１図 ３】 ＠２図 第３図 第４図（ａ） ＠４図（ｂ）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）生体触媒が固定された膜が電極材料表面に設けら
   れている機能性電極において、前記膜は、少なくとも内
   側では、前記生体触媒が関与する反応で生成または消費
   される電気化学的に検知可能な物質が選択的に透過可能
   な高分子膜であり、表面側に生体触媒が固定されている
   ことを特徴とする機能性電極。
2. （２）膜が２重構造になっていて、内側が高分子膜であ
   り、表面側が生体触媒を固定している特許請求の範囲第
   １項記載の機能性電極。
3. （３）高分子膜が、第一アミノ基を有する高分子を架橋
   剤を用いて架橋させて得た膜である特許請求の範囲第１
   項または第２項記載の機能性電極。
4. （４）架橋剤がジアルデヒド化合物である特許請求の範
   囲第３項記載の機能性電極。
5. （５）高分子膜が、ポリアリルアミンを、少なくとも２
   個以上のアルデヒド基を有する化合物で架橋して得た膜
   である特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに
   記載の機能性電極。