JPS6391548A

JPS6391548A - 酵素電極

Info

Publication number: JPS6391548A
Application number: JP61237298A
Authority: JP
Inventors: Koichi Takizawa; 滝澤　耕一; Masato Arai; 真人荒井; Satoshi Nakajima; 聡中嶋
Original assignee: Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1986-10-06
Filing date: 1986-10-06
Publication date: 1988-04-22

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（ｅ）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（ａ）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、ピン状に成形された白金である。

一方、対照電極２６は、筒状に成形された恨である。

第６図（ｂ）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が同軸構造とされる。前記リード線３０．
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（（１）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
２５及び対照電極２６に、それぞれ感応面２５ａ、２６
ａを生成した状態を示している。感応部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（８）は、第６図（ｄ）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とは別個に作成される。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
させるための溝２９ｃ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
６　　・０〜８０％を占めている。

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。

また、酵素電極３１は円柱状であり、形状の自由度がな
く、この酵素電極３１を使用する臨床検査機器等の設計
が制約を受ける等、いわば使い勝手が悪い不都合があっ
た。

この発明は、上記不都合に鑑みなされたもので、大量生
産可能でコストが低く、性能及び使い勝手に優れた酵素
電極の提供を目的としている。

（ニ）問題点を解決するための手段上記不都合を解決するための手段として、この発明の酵
素電極は、可撓性を有する絶縁基板表面に１対の導体パ
ターンを形成し、これら導体パターン上に１又は２以上
のめっき層を重層して電極とし、これら電極のそれぞれ
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
及び前記感応部の少なくとも１つを被覆する固定化酵素
膜を前記絶縁基板表面に設けてなるものである。

（ホ）作用この発明の酵素電極は、可撓性を有する絶縁基板上に作
用電極、対照電極を設けるものであり、大きなフレキシ
ブル基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、電極は導体パターン及びめっき層よりな
るものであるから、これらの形成（例えば導体パターン
はフォトエツチングにより、めっき層は絶縁基板を電解
めっきにより形成）は、容易に自動化して行うことがで
きる。また、材料の使用量及びその製造工程中における
損失、特に電極材料の使用量及び損失が少なくなる。以
上３つの作用により、酵素電極の量産化、コストの低減
及び製造工程における歩留まりの向上が可能となる。

一方、この発明の酵素電極においては、製造工程中に電
極の研削・研摩が含まれないため、電極感応部周辺に亀
裂・間隙が生じず、これに起因するノイズが防止される
。また、電極感応部の面積は、導体パターンがフォトエ
ツチング等により形成されるものであるから、高い精度
のものとすることができ、各酵素電極の感応部面積が均
一化され、出力のばらつきが解消される。さらに、固定
化酵素膜は、絶縁基板表面に一体に設けられるものであ
るから、従来の固定化酵素膜装着不良に起因していた出
力の変化が解消される。

また、絶縁基板が可撓性を有しているため、使用するス
ペースに合わせて酵素電極を変形させて装着することが
でき、使い勝手に優れたものとできる。

（へ）実施例この発明の一実施例を、第１図（ａｌ、第１図（ｂｌ、
第２図（ａ）乃至第２図（ｅ）、第３図（ａ）乃至第３
図（ｄ）、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
コース濃度の検出に適用されるものである。以下、この
酵素電極１を、その製造工程を追いながら説明する。

第２図（ａ）及び第３図（ａ）は、フッ素樹脂よりなる
フレキシブル基板（商品名：カプトン）２である。

このフレキシブル基板２は、後に切断されて酵素電極１
の絶縁基板１２を構成するものであり、適切な大きさく
例えば７ｃｍＸ　１０ｃｍ）のものが使用される。フレ
キシブル基板２表面２ａには銅箔３が設けられている。

なお、フレキシブル基板反２の材質は、これに限定され
るものではない。

第２図（′ｂ）及び第３図（ｂｌは、プラズマエツチン
グにより銅箔３の不要な部分を除去し、導体パターン４
を形成した状態を示している。導体パターン４の形状は
、プラズマエツチングの際使用されるフォトマスクによ
り正確に定められる。導体パターン４の４ａ部分及び４
ｂ部分は、それぞれ後述の作用電極８及び対照電極９に
対応している。こられの部分４ａ、４ｂは、それぞれ帯
状の共通部分４Ｃにつながっている。この共通部分４Ｃ
は、次の工程の電解めっきにおいて、導体パターン４の
各部分４ａ、４ｂに電流を流すためのものである。

次に、導体パターン４上には、電解めっきにより３つの
めっき層が重ねて形成される。先ず、ニッケルめっき層
５が導体パターン４上に形成される。このニッケルめっ
き層５の厚さは、約１μｍ程度とされる。ニッケルめっ
き層５上には、金めつき層６が形成される。この金めつ
き層６の厚さも、約１μｍ程度である。金めつきＮ６上
には、白金めっき層７が形成される〔第２図（１１，１
及び第３図（Ｃ１参照〕。このように、３つのめっき層
５．６．７を重ねるのは、銅よりなる写体パターン４上
に直接白金をめっきすることができないからである。

続いて、フレキシブル基板２は切断され、個々の絶縁基
板１２とされる〔第２図（ｄ）参照〕。この絶縁基板１
２の表面１２ａには、前記めっき層５．６．７の形成さ
れた黒体パターン４の部分４　ａ　％４ｂが、共通部分
４Ｃより分離された状態で独立に存在し、それぞれ作用
電極８、対照電極９を構成する。

作用電極８は、感応部８ａ、リード部８ｂ及び接続部８
Ｃよりなる。この実施例では、感応部８ａの大きさは１
×１１、リード部８ｂの幅は０．５１１Ｉｎ＋、接続部
８Ｃの大きさは２Ｘ７ｍｍとされているが、これに限定
されるものではない。前記導体パターン４の形状面積が
正確に定まっているので、この作用電極８、特に感応部
８ａの形状・面積も正確に定まる。

一方、対照電極９も、感応部９ａ、リード部９ｂ及び接
続部９Ｃよりなる。感応部９ａは略し字状をしており、
その幅は３ｍｍである。リード部９ｂ及び接続部９Ｃの
大きさは、前記作用電極８のリード部８ｂ及び接続部８
Ｃと同じである。この対照電極感応部９ａの面積も高い
精度で定められ、前記作用電極接続部８ａの面積と所定
の比をなす。

絶縁基板１２の表面１２ａには、絶縁性フィルム（絶縁
性保護膜）１０が接着され、作用電極リード部８ｂ及び
対照電極リード部９ｂが絶縁保護される。一方、作用電
極接続部８Ｃ及び対照電極接続部９Ｃには、リード線１
７．１７の先端がそれぞれはんだ付けされている。この
状態のものは、通常、下地電極１１と呼ばれる。

この下地電極１１には、固定化酵素膜１６が形成されて
酵素電極１となる。それには、先ず、絶縁基板表面１２
ａにアセチルセルロース膜１３を形成し、前記感応部８
ａ、９ａを一体に被覆する〔第２図ｔｅ＋及び第３図（
ｄ）参照〕。

このアセチルセルロース膜１３を形成するには、下地電
極１１をスピナ（回転器、図示せず）に装着し、絶縁基
板表面１２ａに５％アセチルセルロース溶液（溶媒組成
、アセトン：シクロヘキサノン＝３７１）を滴下し、約
２００Ｏｒｐｍで５秒間、下地電極１１を回転させる。

上記アセチルセルロース膜１３上には、酵素溶液１４が
一様に薄（塗布される〔第１図（ｂ）参照〕。

この酵素溶液１４の調製は、次の手順で行われる。

先ず、グルコースオキシダーゼ゛（ＣＯＤ）２０ｍｇを
Ｐ　Ｈ６，０に調製された０、１Ｍリン酸緩衝液１００
μｌに溶解する。次に、これを同じリン酸緩衝液で調製
された０、５％グルタルアルデヒド溶液１００ｐｌと混
合して酵素溶液１４とする。

酵素溶液１４の塗布されたアセチルセルロース膜１３上
にはさらに別のアセチルセルロース膜１５が形成される
。このアセチルセルロース膜１５は、酵素溶液１４を保
護するためのものであり、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）を
塗布することにより形成される。上記２つのアセチルセ
ルロース膜１３．１５及び酵素溶液１４により、固定化
酵素膜１６が形成される〔第１図（ａ）及び第１図（ｂ
）参照〕。

次に、第２図（ｄｌに示す下地電極１１の特性について
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の性能は、下地電極１１の特性に左右
されるから、これを確認しておくことは有意義なことで
ある。

第４図は、下地電極１１をＨｚ　Ｏｚを含むリン酸緩衝
液（Ｐ　Ｂ　Ｓ）に浸漬した時の、各Ｈ２０□濃度（０
，２，４，６ＰＰＭ）に対する印加電圧（Ｖ）と電極電
流（μＡ）との関係を示している。この第４図より、下
地電極１１はＨｚＯｚ？Ｗ度によく応答していることが
確認される。また、印加電圧は０．６〜０．８ｖが適当
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（ｂ）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１８を示している。１９は、恒温ブロックであり、
内部にＰＨ７，０に調製された０、１ＭＩＪン酸緩衝液
２０が貯溜されている。このリン酸緩衝液２０には、酵
素電極１が浸漬される。また、このリン酸緩衝液２０は
、恒温プロ・ツク１９に内蔵されたスター子１９ａによ
って攪拌される。１９ｂは、スター子１９ａの回転子で
ある。

酵素電極１のリード線１７は、エレクトロンメータ２１
に接続され、所定の印加電圧（この測定では０．７Ｖ”
）が加えられる。エレクトロンメータ２１にはレコーダ
２２が接続され、酵素電極１の電極出力（電流）が記録
される。

前記リン酸緩衝液２０には、マイクロピベ・ノド（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（Ｇ４ｃ）は、酵素電極１の固定化酵素
膜１６内で、以下の反応を生このＨ，Ｏ，が作用電極感
応部８ａ及び対照電極感応部９ａを感応させ、両電極８
．９間にＨ２０□濃度に対応した電極出力が生じる。第
５図（ｂ）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）を白丸でプロ
ットしたものである。また、第５図＜ｂｌ中に示す曲線
は、プロットされた点をつないだ検量線である。この検
量線に基づいて、任意の検体、例えば血液中のグルコー
ス濃度を定量することができる。

なお、上記実施例においては、固定化酵素膜１６に、酵
素としてグルコースオキシダーゼを固定化しているが、
酵素はこれに限定さるものではなく、適宜変更可能であ
る。

また、絶縁基板の大きさ・形状、あるいは電極、絶縁性
保護膜の形状・配置等は、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。

（ト）発明の効果この発明の酵素電極は、可撓性を有する絶縁基板表面に
１対の導体パターンを形成し、これら導体パターン上に
１又は２以上のめっき層を重層して電極とし、これら電
極のそれぞれの感応部及び接続部以外の部分を被覆する
絶縁性保護膜及び前記感応部の少なくとも１つを被覆す
る固定化酵素膜を前記基板表面に設けてなるものである
。従って、酵素電極の量産化を可能とし、その製造にお
ける歩留まりを向上させ、酵素電極のコストの低減を可
能とする利点を有している。また、ノイズが低減され、
出力が安定化すると共に、酵素電極間の出力のばらつき
が解消される利点を有する。

さらに、酵素電極自体が可撓性を有し、その使い勝手が
向上する利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、この発明の一実施例に係る酵素電極の
平面図、第１図（ｂ）は、第１図（ａ）中１ｂ−１ｂ線
における断面図、第２図（ａ）、第２図（ｂ）、第２図
（Ｃ）、第２図（ｄ）及び第２図（ｅ）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１１ａ−ｍａ線における要部拡大断面図、第３図（
ｂｌは、第２図（ｂ）中ｍｂ−ｍｂ線における要部拡大
断面図、第３図（Ｃ）は、第２図（Ｃ）中ｎ［ｃ−ｍｃ
線における要部拡大断面図、第３図Ｆｄｌは、第２図（
ｅ）中ｍａ−ｍｄ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特性を示す図、第５図（
ａ）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（１））は、同酵素電極の特性を示す図、
第６図（ａｌ、第６図（ｂ）、第６図［Ｃ）、第６図（
ｄｌ及び第６図（ｅ）は、従来の酵素電極及びその製造
工程を説明する図である。４：導体パターン、　　　５：ニソケルめっき層、６：
金めつき層、　　　　７：白金めっき層、８；作用電極
、　　　　９：対照電極、３ａ−９ａ：感応部、　８Ｃ
・９Ｃ：接続部、１０：絶縁性保護膜、　１６：固定化
酵素膜、１２：絶縁基板、特許出願人　　　　　　　　立石電機株式会社代理人　
　　　　弁理士　　中　村　茂　信第２図（Ｇ）４Ｄ第２図（。）　　　　　　　　　　第３図（Ｃ）第２図
Ｃｄ）第３図Ｃｄ）第４図第５図＜ａ＞第５図（ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）可撓性を有する絶縁基板表面に１対の導体パター
ンを形成し、これら導体パターン上に１又は２以上のめ
っき層を重層して電極とし、これら電極のそれぞれの感
応部及び接続部以外の部分を被覆する絶縁性保護膜及び
前記感応部の少なくとも１つを被覆する固定化酵素膜と
を前記基板表面に設けてなることを特徴とする酵素電極
。