JPS63111453A

JPS63111453A - 酵素電極

Info

Publication number: JPS63111453A
Application number: JP61257868A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Nakajima; 聡中嶋; Masato Arai; 真人荒井; Koichi Takizawa; 滝澤　耕一
Original assignee: Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1986-10-29
Filing date: 1986-10-29
Publication date: 1988-05-16

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】（イ）産業上の利用分野この発明は、量産化及び高性能化に適した酵素電極に関
する。

（ロ）従来の技術酵素電極は、被検査液中に浸漬され、酵素反応により、
被検査液中に含まれる当該酵素の基質たる特定化学物質
の濃度を電気的に測定することを可能とするものである
。

従来、酵素電極としては、第６図（ｅｌに示すものが知
られている。この従来の酵素電極を、その製造方法と共
に、第６図（ａｌ乃至第６図（ｅｌを参照しながら以下
に説明する。

第６図（ａｌは、作用電極２５及び対照電極２６にリー
ド線３０，３０を接続した状態を示している。

作用電極２５は、ビン状に成形された白金である。

一方、対照電極２６は、筒状に成形された銀である。

第６図（ｂｌは、前記作用電極２５及び対照電極２６を
、カップ状のケース２９に収納した状態を示している。

対照電極２６は、ケース２９の開口部２９ａより嵌込ま
れて収納される。一方、作用電極２５は、対照電極２６
の中空部２６ｂにサポート部材２７により、対照電極２
６に対して絶縁された状態で支持され、対照電極２６と
作用電極２５とが同軸構造とされる。前記リード′ｆＬ
ＩＡ３０．３０は、ケース２９底部の窓孔２９ｂより、
下方に引出される。

第６図（Ｃ）は、ケース２９内部をエポキシ樹脂で封止
した状態を示している。このエポキシ樹脂２８は、さら
にケース開口部２９ａ上に盛上り、前記作用電極２５及
び対照電極２６を完全に覆う。

第６図（ｄ）は、第６図（Ｃ）に示すものの上面を、ケ
ース２９ごと研削・研摩して球面に加工し、作用電極２
５及び対照電極２６に、それぞれ感応面２５ａ、２６ａ
を生成した状態を示している。感応面２５ａ、２６ａは
、所定面積比となるように、作用電極２５の径、対照電
極２６の内径及び外径が定められている。この状態のも
のは、下地電極３２と呼ばれる。

第６図（ｅｌは、第６図（ｄｉに示す下地電極３２に、
固定化酵素膜３６を装着し、酵素電極３１として完成し
た状態を示している。固定化酵素膜３６は、高分子膜に
検出すべき特定化学物質を基質とする酵素を固定化した
ものであり、下地電極３２とは別個に作製される。固定
化酵素膜３６は、感応面２５ａ、２６ａに密着するよう
に下地電極３２の研摩面３２ａを被覆し、周縁部３６ａ
をＯリング３７によりケース２９外周面に止められる。

なお、ケース２９外周面には、この０リング３７を固定
させるための？Ｉ２９ｃが設けられている。

（ハ）発明が解決しようとする問題点上記従来の酵素電極３１は、その製造工程において、手
作業により１つずつ生産、されており、大量生産が困難
である不都合があった。また、この手作業は、微細な作
業の連続であり、材料の損失、特に電極材料の損失が大
きく、酵素電極製造時の歩留まりが低下する不都合があ
った。さらに、加工費がかかり、製造コストが高くなる
不都合があった。ちなみに、この加工費は、製造コスト
の６０〜８０％を占めている。

加えて、使用する固定化酵素膜３６は、両電極の感応面
２５ａ、２６ａを一体に被覆するものであるから、大型
なため、固定化酵素膜自体の価格が高く、酵素電極の最
終的なコストが上昇する不都合があった。

一方、上記従来の酵素電極３１においては、使用時に、
以下の不都合もあった。先ず、研削・研摩による感応面
２５ａ、２６ａ生成時に、作用電極２５周囲のエポキシ
樹脂２８に亀裂・間隙が生じる。これは、エポキシ樹脂
２８、作用電極２５、対照電極２６の硬度の差異による
ものである。酵素電極３１使用時に、これら亀裂・間隙
に水やその他の液体が浸入すると、ノイズを発生し、測
定精度が低下する不都合があった。また、酵素電極３１
の出力は、感応面２５ａ、２６ａの面積により定まる。

しかし、感応面２５ａ、２６ａが手作業により生成され
るため、感応面２５ａ、２６ａの面積が酵素電極間で一
定にならず、その出力がばらつく不都合があった。さら
に、固定化酵素膜３６の装着不良により、出力の変化が
生じる不都合があった。

この発明は、上記不都合に漏みなされたもので、大量生
産可能でコストが低く、性能に優れた酵素電極を提供す
ることを目的としている。

（ニ）問題点を解決するための手段上記不都合を解消するための手段として、この発明の酵
素電極は、１対の絶縁基台それぞれの表面に、４体膜よ
りなる電極であって感応部及び接続部を有するものと、
この電極の感応部及び接続部以外の部分を被覆する絶縁
性保護膜とを設けてなると共に、前記絶縁基台のうち少
なくとも一方に、その表面に前記電極の感応部を被覆す
る固定化酵素膜を設けてなるものである。

（ホ）作用この発明の酵素電極は、１枚の絶縁平板上に複数の酵素
電極を一括して製造することができる。

また、電極形成には、スパッタリング、真空蒸着等が適
用でき、その自動化が容易となる。さらに、電極は、膜
状の導体であるから、電極材料の使用量及び製造工程中
における損失を少なくすることができる。加えて、固定
化酵素膜は電極感応部の１つのみを被覆すればよいため
、その小型化が可能となる。上記作用により、酵素電極
の量産化、歩留まりの向上及びコストダウンが可能とな
る。

一方、この発明の酵素電極においては、電極の研削・研
摩が不要なため、これに起因するノイズが防止される。

また、電極及び絶縁性保護膜の位置・形状が高い精度で
定まるため、感応部面積が均−化され、酵素電極間の出
力のばらつきが解消される。さらに、固定化酵素膜を絶
縁基台表面に一体に設けることができ、従来の固定化酵
素膜装着不良に起因する出力の変化が解消される。

（へ）実施例この発明の一実施例を、第１図（ａｌ乃至第１図ｆｃ）
、第２図（ａｌ乃至第２図（Ｑ）、第３図（８１乃至第
３図（Ｑ）、第４図、第５図（ａ）及び第５図（ｂ）に
基づいて以下に説明する。

この実施例に係る酵素電極１は、血液等に含まれるグル
コースの検出に適用されるものである。

この酵素電極１は、作用部１５及び対照部２１より構成
されている。以下、この作用部１５を、その製造工程を
追いながら説明する。

第２図（ａｌ及び第３図（ａ）は、絶縁平板２の表面２
ａに区画Ｈ３、・・・、３を形成し、区画４、・・・、
４に区画した状態を示す。この絶縁平板２は、後に分割
されて絶縁基板（絶縁基台）１０をなすものである。こ
の実施例では、絶縁平板２として大きさ５０Ｘ５０ｍｍ
、厚さ０．５＋＋ａ＋のアルミナセラミック板（アルミ
ナ９６％）で、表面が粗面のものを使用している。アル
ミナセラミック板の表面を粗面のものとしたのは、後述
の作用電極感応部５ａの有効面積を増大させるためであ
る。

区画線、３は、レーザ加工により、絶縁平板表面２ａに
形成される切れ目であり、その深さは絶縁平板２の厚さ
の約１７２とされる〔第３図（ａ）参照〕。

これら区画線３は、絶縁平板表面２ａを適切な大きさく
例えば２Ｘ１５１１ｍ）の区画４に区分している。

なお、絶縁平板２の材質・大きさ及び区画線３の形成方
法は、この実施例のものに限定されない。

絶縁平板表面２ａの各区画４には、作用電極５が形成さ
れる〔第２図（ｂｌ及び第３図（ｂ）参照〕。この作用
電極５は、スパッタリングにより形成される白金薄膜（
導体膜）よりなり、その形状は、例えばｌｘｌ１ｍｎ＋
の長矩形とされる。また、その−端には、接続部５ｂが
設けられている。

続いて、絶縁平板表面２ａの各区画４には、感光性ポリ
イミドよりなる絶縁性保護膜６が設けられる〔第２図（
Ｃ）及び第３図（Ｃ）参照〕。この絶縁性保護膜６の形
成は、絶縁平板表面２ａ全面に感光性ポリイミド膜を形
成し、これをフォトマスクを使用して感光させ、不要な
部分を除去することにより行われる。絶縁性保護膜６は
、前記作用電極５の接続部５ｂ以外の部分を被覆するが
、その適所に窓部６ａが設けられ、作用電極５の一部を
露出させて感応部５ａとする。この窓部６ａの形状は、
例えば０．２　Ｘ　０．２ｍｍの正方形とされるが、こ
形状はフォトマスクにより正確に定まり、各感応部５ａ
の面積は均一なものとなる。

次に、絶縁平板表面２ａには、アセチルセルロース膜８
及び酵素膜９が重層して形成される〔第２図（ｄ）及び
第３図（ｄ）参照〕。それには、先ず、絶縁平板表面２
ａの接続部５ｂのマスキングテープ７でマスクする。こ
のマスクされた絶縁平板２を回転器（スピナ：図示せず
）にセットし、絶縁平板表面２ａに５％アセチルセルロ
ース溶液（溶媒組成、アセトン：シクロへキサノン＝３
　：　１）を滴下し、２０００ｒｐｍで５秒間回転させ
ると、このアセチルセルロース溶液が絶縁平板表面２ａ
に均一に拡がり、アセチルセルロース膜８が形成される
。

さらに、このアセチルセルロース膜８上には酵素溶液が
滴下され、絶縁平板２を同様に回転させて、酵素膜９が
形成される。この酵素溶液の調製は、以下の手順で行わ
れる。先ず、グルコースオキシダーゼ（ＣＯＤ）１００
ｍｇを０．１Ｍリン酸緩衝液（ＰＨ６，０）５００μｌ
に溶解する。次に、同じリン酸緩衝液で調製した０、５
グルタルアルデヒド溶液５００μｌと混合し、酵素溶液
とする。

第２図（ｅ）及び第３図（ｅｌは、絶縁平板２を回転器
より取外し、マスキングテープ７を剥がして、作用電極
接続部５ｂを露出させた。後、区画線３に沿って個々の
絶縁基板１０に分割した状態を示す。

作用電極接続部５ｂには、リード線１１の先端が超音波
ボンディングにより結合される。この結合部分はエポキ
シ樹脂１２で封止され、保護される。

この絶縁基板１０は、２．５％アセチルセルロース溶液
（溶媒組成、アセトン：エタノール＝１：１）に浸漬（
ディップ）され、表面にアセチルセルロ−ス膜１３が形
成される〔第１図（ａｌ及び第１図（ｂｌ参照〕。この
アセチルセルロース膜１３は、酵素膜９を保護するため
のものである。前記アセチルセルロース膜８、酵素膜９
及びアセチルセルロース膜１３により、固定化酵素膜１
４が構成される。

一方、対照部２１　〔第１図（ａ）及び第１図（０）参
照〕も、略同様の工程により作製される。以下、これを
節単に説明すると、先ず、アルミナセラミックよりなる
絶縁平板の表面を区画線により区画し、各区画に真空蒸
着により銀薄膜を形成し、対照電極１６とする。対照電
極１６の形状は、３×１１ｍｍの長矩形とされ、その一
端部は接続部１６ｂとされる。この対照電極工６は、そ
の接続部１６ｂを除き、感光性ポリイミドよりなる絶縁
性保護膜１７で被覆される。この絶縁性保護膜１７の適
所には、先と同様に窓部（例えば０．５Ｘ　２．５ｍｍ
の長矩形）１７ａが設けられ、対照電極の一部が露出さ
れて感応部１６ａとされる。この感応部１６ａの面積も
、フォトマスクにより正確に定められ、前記感応部５ａ
と所定の面積比をなす。続いて、絶縁平板を分割し、個
々の絶縁基板（絶縁基台）１８とし、リード線１９を対
照電極接続部１５ｂに超音波ボンディングし、その結合
部をエポキシ樹脂２０で封止する。

次に、作用部１５より固定化酵素膜１４を取除いたもの
及び対照部２１によって構成される下地電極（図示せず
）の過酸化水素（ＨｚＯｚ）感応特性についての試験と
その結果を、第４図を参照しながら以下に説明する。酵
素電極１の特性は、下地電極のＨ２Ｏ□感応特性に左右
されるから、これを確認してお（のは、有意義なことで
ある。

第４図は、下地電極をＨ２Ｏ，を含むリン酸緩衝液（Ｐ
ＢＳ）に浸漬した時の、各Ｈ２０□濃度（０，１，５、
ＩＯＰＰＭ）に対する電極電圧（Ｖ）と電極出力（ｎ　
Ａ）との関係を示している。これより、下地電極は■］
２０□濃度によく応答していることが確認される。また
、電極電圧は０．６〜０６８■が適切な値であることが
示されている。・続いて、この実施例酵素電極１のグル
コース検出特性を第５図（ａ）及び第５図ｆｂ）を参照
しながら、以下に説明する。

第５図（ａ）は、酵素電極１の特性測定に使用された測
定系を示している。２２は恒温ブロックであり、対照部
２１が組込まれていると共に、内部にＰ　Ｈ７，０に調
製された０、１Ｍリン酸緩衝液Ｐが貯溜されている。こ
のリン酸緩衝液Ｐ内には、上方より作用部１５が浸漬さ
れる。また、このリン酸緩衝液Ｐは、恒温ブロック２２
に内蔵されたスター子２２ａによって攪拌される。２２
ｂは、スター子２２ａの回転子である。

酵素電極１のリード線１１．１９は、エレクトロンメー
タ２３に接続され、所定の電極電圧（この測定では０．
７Ｖ）が加えられる。エレクトロンメータ２３にはレコ
ーダ２４が接続され、酵素電極１の電極出力が記録され
る。

前記リン酸緩衝液Ｐには、マイクロピペット（図示せず
）により、所定量のグルコース溶液が滴下される。この
グルコース（Ｇｌｃ）は、作用部工５の固定化酵素膜１
４内で、以下の反応を生じさせる。

０ＤＧＩＣ＋ＯＺ　　□→グルコン酸素＋Ｈ２０２このＨｚ
　Ｏｚが作用電極感応部５ａを感応させ、作用電極５、
対照電極１６間にＨ、Ｏ□濃度に対応した電極出力が生
じる。第５図（ｂｌは、いくつかのグルコース濃度ｃ　
（ｍｇ／ｄ　ｌ　）に対して、電極出力（ｎ　Ａ）をプ
ロットしたものである。また、第５図（ｂｌに示される
曲線は、プロットされた点より近似される検量線である
。この検量線に基づいて、血液中のグルコース濃度を定
量することができる。

この実施例酵素電極１は、作用部１５の固定化酵素膜１
４が使用により劣化した場合には、作用部１５のみを交
換すればよく、経済的である。

なお、絶縁基板、電極等の形状・材質等は、上記実施例
のものに限定されず、適宜設計変更可能である。

また、上記実施例においては、酵素としてグルコースオ
キシダーゼを使用しているが、これに限定されるもので
はなく、適宜変更可能である。

（ト）発明の効果この発明の酵素電極は、１対の絶縁基台それぞれの表面
に、導体膜よりなる電極であって、感応部及び接続部を
存するものと、この電極の感応部及び接続部以外の部分
を被覆する絶縁性保護膜とを設けると共に、前記絶縁基
台のうち少なくとも一方には、その表面に前記電極の感
応部を被覆する固定化酵素膜を設けてなるものである。

従って、酵素電極の量産化が可能となり、その製造にお
ける歩留まりが向上すると共に、固定化酵素膜を小型化
でき、酵素電極のコストを従来の１７１０以下に低減で
きる利点を有している。また、酵素電極間の出力のばら
つきが解消され、酵素電極の出力が安定し、ノイズが少
なく測定精度を向上できる利点を有している。さらに、
固定化酵素膜が劣化した場合であっても、劣化した固定
化酵素膜の設けられている絶縁基台のみを交換すればよ
い利点をも有している。

【図面の簡単な説明】

第１図ｉａ＋は、この発明の一実施例に係る酵素電極の
外観斜視図、第１図（ｂ）は、第１図ｆａｌ中Ｉｂ−Ｉ
ｂ線における断面図、第１図ｔｃ＋は、第１図（ａｌ中
Ｉｃ−Ｉｃ線における断面図、第２図（ａ）、第２図（
ｂｌ、第２図（Ｃ）、第２図（ｄ）及び第２図（Ｇ）は
、同酵素電極の製造工程を説明する図、第３図（ａ）は
、第２図（ａ）中ＩＩ［ａ−Ｉ［１ａ線における要部拡
大断面図、第３図（′ｂ）は、第２図ｆｂ）中ｍｂ−ｍ
ｂ線における要部拡大断面図、第３図（Ｃ）は、第２図
（Ｃ１中１１１ｃｍＩＩＩｃ線における要部拡大断面図
、第３図Ｆｄｌは、第２図ｆｄｌ中１１１ｄ−１１１ｄ
線における要部拡大断面図、第３図（ｅ）は、第２図（
Ｑ）中Ｉ［Ｉｅ−Ｉ［Ｉｃ線における拡大断面図、第４
図は、同酵素電極を構成する下地電極の過酸化水素感応
特性を示す図、第５図（δ）は、同酵素電極の特性測定
に使用された測定系を示す図、第５図中）は、同酵素電
極の特性を示す図、第６図（ａｌ、第６図（ｂ）、第６
図（ｅ）、第６図（ｄｌ及び第６図ｔｅ＋は、従来の酵
素電極及びその製造方法を説明する図である。５：作用電極、　　　　５ａ・１６ａ：感応部、５ｂ・
１６ｂ；接続部、６・１７：絶縁性保護膜、１０・１８
：絶縁基板、１４：固定化酵素膜、１６：対照電極。第４図第５図＜ａ＞第５区（ｂ）ｑ′ルコース：、Ｕ”１．ｃ　Ｃｍｑｌｄｘ）第６図＜
ａ＞

Claims

【特許請求の範囲】

（１）１対の絶縁基台それぞれの表面に、導体膜よりな
る電極であって感応部及び接続部を有するものと、この
電極の感応部及び接続部以外の部分を被覆する絶縁性保
護膜とを設けると共に、前記絶縁基台のうち少なくとも
一方には、その表面に前記電極の感応部を被覆する固定
化酵素膜を設けてなることを特徴とする酵素電極。