JPH0126290B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は微小電極およびその製造方法に係る。

本発明における微小電極は直接生体内の深部に
植え込むことができるもので、生体信号のピツ
ク・アツプばかりではなく、外部から生体内に電
気エネルギーを供給し、内部で電気化学反応を起
させる能動的な機能をも果し得るものである。こ
のうち能動的機能を有するものは微小作用電極
（microworking electrode）と称しボルタンメト
リイ（ポーラログラフイ）法によつて生体内の物
質を分析したり、その現象を観察・測定するため
に有用なものである。このほか、液体クロマトグ
ラフイの流体流路内に設置することもでき、被検
流体中の微量物質の分析に活用することも可能で
ある。

この微小作用電極は、生体内のきわめて局限さ
れた特定の部位、たとえばラツトの脳神経細胞核
の付近に埋め込み固定する必要上、その支持構造
をも含む電極全体の構造に多くの制約を受ける。
先ず第一に、接触する部位の選択性を高くするた
め電極露出部分の寸法が小さいことである。導電
体細条として、これまで金属ワイヤが用いられた
ことがあつた。しかしながら、100μmより細い金
属はその強度が不充分である。しかも金属材質の
電気化学的特性により適用不能な場合がある。こ
のため近年、電極として炭素繊維（モノフイラメ
ントの場合直径約7μm）を使用することが提案さ
れ、その製作法・使用例についての報告がある
（たとえば、Jean―Luc Ponchonら、
ANALYTI―CAL CHEMISTRY、51（９）
1483〜1486参照）。

ところで炭素繊維は、機械的性質がすぐれてい
るが、微細なモノフイラメントを用いて上記の要
件を備えた微小電極を構成することは意外に困難
である。たとえば支持構造としてテーパ状ガラス
製キヤピラリー・チユーブを選び、該キヤピラリ
ー・チユーブの狭小径部に炭素繊維を挿し通す作
業は、予想以上に困難なものであり、簡単にでき
なかつた。

ちなみに、上記報告中の製作法によれば、先ず
ガラス製キヤピラリー・チユーブの小径部の内径
を炭素繊維モノフイラメントの外径（報告中では
8μm）より細くあるいは、ほとんど閉鎖状態にま
で引き伸して加工し、キヤピラリー・チユーブの
大径部よりもモノフイラメントを行き詰るところ
まで押し込む。次に、この行き詰り点で正確にキ
ヤピラリー・チユーブを切断し、モノフイラメン
トをキヤピラリー・チユーブ切断点より突出させ
る（これによつて、モノフイラメントとキヤピラ
リー・チユーブとの直径差を出来るだけ小さくす
る）。その後、キヤピラリー・チユーブを転倒さ
せて、その大径部より導電性ペースト（グラフア
イト粉を含む低粘度ポリエステル樹脂）を注入
し、ついでピストンを用いて樹脂を押し込む。そ
の結果として、先端部のみグラフアイト粉（約
1μmと記載されている）の入り込む余地のない絶
縁性樹脂のみの領域を形成させ、キヤピラリー内
洞部においては大径部より挿入した外部リード線
を炭素繊維モノフイラメントと共に導電性ペース
ト内に埋め込んで接続をはかるといつた複雑な作
業を必要としている。

上記したように炭素繊維、ことに外径7μm程度
といつた極細のモノフイラメントを、ほぼ同程度
の内径を有するキヤピラリー・チユーブの狭小径
部に貫通させる作業は容易でなく、仮に貫通させ
得たとしても、之に外部リード線を接続して接続
部をキヤピラリー・チユーブ内洞中に戻すこと
も、また困難な作業である。一方、あらかじめ外
部リード線と接続したモノフイラメントの先端を
キヤピラリー・チユーブ内洞中で正確に誘導する
こともさらに困難である。

このため、上記報告中の製作法では、外部リー
ド線との挿入作業前の直接接続という簡単で確実
な手法をとりえず、挿入・貫通後に注入する導電
性ペーストによつて接続をはかる方法を採用して
いる。さらに、キヤピラリー・チユーブ先端部に
おける絶縁を維持するために、モノフイラメント
外径とキヤピラリー・チユーブ狭小径端の内径と
の差を出来るだけ小さくするとともに、比較的大
きな、約1μm径程度のグラフアイト粉末を電気的
接続要素として使用している。こうした複雑で巧
妙な作業を要するにもかかわらず、得られた微小
作用電極は歩留りが悪く、また均質な性能を保証
し難いものであつた。

本発明者らは上記の難点を解消した簡単で信頼
性の高い微小電極の構造およびこうした電極を、
再現性の高い、容易かつ単純な作業によつて量産
するのに適した方法について種々検討した結果、
炭素繊維のキヤピラリー・チユーブ狭小径部への
挿入・貫通工程に際し、キヤピラリー・チユーブ
内洞部を易揮発性溶媒で充満させれば、該工程が
きわめて容易に実施しうること、また、こうする
ことによつて、該工程に先立つての外部リード線
との接続が可能であることを見出し、これにもと
づいて本発明を完成した。

すなわち、本発明によれば、大径端外径２mm以
下のテーパー状ガラス製キヤピラリー・チユー
ブ、外径50μm以下の導電性繊条、外部リード線
および該キヤピラリー・チユーブ内洞空間充填物
より構成される微小電極において、該導電性繊条
と外部リード線とが該チユーブ内洞において直接
接続されており、かつ該内洞空間充填物が絶縁性
樹脂であることを特徴とする微小電極が提供され
る。

ここで、導電性繊条は好ましくは炭素繊維であ
り、普通は１本にモノフイラメントが使用される
が、２本以上のモノフイラメントを束ねて使用す
れば、電極表面積の増大、感度向上を計ることも
できる。該繊条は、含炭素粉導電性樹脂（通常、
導電性塗料あるいは接着剤として市販されてい
る）を用いて外部リード線と直接接続される。繊
条として、このほか金属線を用いることが出来、
この場合は、ロウ付けなどの任意の手段でリード
線と接続できる。ただし、該金属線は同一の太さ
で炭素繊維と同等以上の抗折損強度を有するもの
（たとえば単結晶繊条など）であることが必要で
ある。

また本発明によれば、テーパー状ガラス製キヤ
ピラリー・チユーブの大径端から狭小径端へ向け
導電性繊条を挿し通し、小径端より突出させる工
程を含む微小電極の製造方法において、該挿し通
し工程に際し、キヤピラリー内洞部の少なくとも
一部を揮発性溶媒で充填させることを特徴とする
方法が提供される。通常炭素繊維である該導電性
繊条は、該挿し通し工程に先立つて、外部リード
線と導電性樹脂によつて直接接続されていること
が好ましい。しかしながら、こうした接続体と、
これを使用した極の構成は、前記方法の採用によ
つて実用上始めて可能とされるものである。

本発明の微小電極は、その導電性繊条と外部リ
ード線が直接に接続されているため、導電性の部
分が両者の接触領域に限られている。また、内洞
のその余の空間は通常、絶縁性樹脂で充填されて
いるため、導電性樹脂でこの空間を充填すること
によつて繊条とリード線との接続をはかつている
公知の構造にくらべ、接続が確実であるととも
に、先端部の絶縁性がよく、残余電流が少ない。

また、キヤピラリー・チユーブ狭小径端の内径
についての許容範囲も大きく（７〜100μm程度）
できるので歩留りでの面で生産性が高い。

上記製造方法において使用する揮発性溶媒はア
ルコール類（エタノール、メタノール）、ケトン
類（アセトン、メチルエチルケトン）、エーテル
類（ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン）、
エステル類（酢酸エチル）、炭化水素類（ベンゼ
ン、ヘキサン）から選ばれる。水もこの意味では
揮発性溶媒と見ることができ使用可能であるが作
業の容易性、安全性および所要乾燥時間の見地か
らアルコール類とくにエタノールが好適である。
キヤピラリー・チユーブの内洞中、狭小径部のみ
が満たされれば充分であるが、内洞全容積は僅小
であるので、通常全部が満たされる。

以下、添付図面に従つて本発明をより詳細に説
明する。

第１図は本発明の微小電極の完成状態の一部裁
断側面図であり、１はキヤピラリー・チユーブ、
２は絶縁被覆２２を有する外部リード線、３は炭
素繊維、４は含炭素粉導電性樹脂層、５は充填用
絶縁性樹脂層であり、また６は固着用絶縁性樹脂
層である。

炭素繊維モノフイラメント３は、その先端部３
１（約0.5mm程度）のみ、キヤピラリー・チユー
ブ１の狭小径先端部１１より突き出し露出してい
る。また根本部は絶縁被覆２２を有するリード線
２（外径約0.8mm）の絶縁被覆除去部（約５mm）
２１と含炭素粉導電性樹脂層４によつて接続され
ている。またリード線２の反対側は、外部機器と
の接続のため露出している。

このような電極の製造にあたつては、第２〜３
図に示すように、先ず炭素繊維モノフイラメント
３と、リード線２との上述の接続を行つて結合体
としておく。

一方、テーパー状キヤピラリー・チユーブ１は
通常マイクロピペツト（約100μ、外径約1.5mm、
内径約1.1mm）をピペツト・プーラーで引き伸し
小径部（内径約8μm〜200μm程度）とし、全長を
約15mmとなるように切断した状態に加工する。

この内洞部に易揮発性溶媒７（エタノール、約
10μ）を満たし、上記接合体を鎖線で示すよう
に誘導し、炭素繊維モノフイラメント３の先端部
３１をキヤピラリー・チユーブ１の狭小径部に挿
し通し、先端１１から僅かに突出させる。若しこ
の溶媒を使用せず、空にしておくと、モノフイラ
メント３先端３１の誘導はきわめて困難で、しば
しば折損し、事実上不可能な場合が多い。

この挿し通し工程後、炭素繊維モノフイラメン
ト３とリード線２との接続部は、キヤピラリー・
チユーブ１の内洞中に収容される（第３図の状
態）。短時間の乾燥で、内洞中の揮発性溶媒は完
全に除去されるので、大径部から絶縁性樹脂５を
シリンジで注入（矢印方向）すると、該樹脂は毛
管現象によつてキヤピラリー・チユーブ先端部１
１まで行きわたるがモノフイラメント３との隙間
から漏出する迄には至らない。使用する樹脂は、
上記毛管現象が充分に働くように、低い粘度を有
するものであることが好ましい。

その後、キヤピラリー・チユーブ１の大径部と
リード線２との間を絶縁性樹脂層６によつて保護
被覆する。注入に使用した樹脂と同一のものを使
用してもよいが、より完全な保護機能を有し、ま
た硬化時間の短いものを選ぶことが好ましい。

図示の実施例においては、炭素繊維として、東
レ社製TORAYCA T300またはM40を使用し、
接続用樹脂は藤倉化成社製ドータイトSH―3A
（エポキシ基剤）、注入用樹脂はチバガイギー社製
アラルダイドAY103／HY956、また保護被覆用
樹脂はセメダイン社製Hi―Superを使用した。

炭素繊維モノフイラメント先端部３１を0.5mm
残して切断し、導通試験および後処理を行つて得
られた微小電極の電気抵抗値は４〜5KΩ程度で
あり、その殆んどが炭素繊維モノフイラメントに
よるものであつた。また残余電流値はnA（ナノア
ンペア）のオーダーにあつた。

対照品として、上記と同じ構成で、注入用樹脂
にもドータイトSH―3Aを使用したものを作成し
た。これは含有溶媒の揮発のために収縮して固定
の目的を達成し得なかつたので、ドータイトSH
―3Aから溶媒をあらかじめ抽出したものを用い
たが、粘度が高過ぎて注入作業自体が困難であつ
たが、かろうじて得られたものは残余電流値が極
めて大きく（約100倍程度）精密な測定には使用
不能であつた。

また、上記のように、本電極の電気抵抗値はそ
の殆んどが炭素繊維モノフイラメント３によるも
のであるので、これを複数とすることによつて電
気抵抗値を下げることができる。これによつて測
定機器類との整合が容易となる。

さらに先端３１の長さをより短かく（0.1mm以
下）して、より高い部位の選択性を得ることもで
きる。より短かい場合は実効的にデイスク状の電
極となるが、このようなものの使用が好ましい場
合もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の微小電極の一部裁断側面図、
第２図ないし第３図は、その製造工程を示す図面
である。 １…キヤピラリー・チユーブ、２…リード線、
３…炭素繊維モノフイラメント、４…導電性樹脂
層、５，６…絶縁性樹脂層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 大径端外径２mm以下のテーパー状ガラス製キ
   ヤピラリー・チユーブ、外径50μm以下の導電性
   繊条、外部リード線および該キヤピラリー・チユ
   ーブ内洞空間充填物より構成される微小電極にお
   いて、該導電性繊条と外部リード線とが該チユー
   ブ内洞において直接接続されており、かつ該内洞
   空間充填物が絶縁性樹脂であることを特徴とする
   微小電極。 ２ 該導電性繊条が炭素繊維であり、該外部リー
   ド線と含炭素粉導電性樹脂によつて電気的に接続
   されていることを特徴とする特許請求の範囲１記
   載の微小電極。 ３ テーパー状ガラス製キヤピラリー・チユーブ
   の大径端から狭小径端へ向け導電性繊条を挿し通
   し、小径端より突出させる工程を含む微小電極の
   製造方法において、該挿し通し工程に際し、キヤ
   ピラリー内洞部のうち少なくとも狭小径部を揮発
   性溶媒で充填させることを特徴とする方法。 ４ 該導電性繊条が炭素繊維であることを特徴と
   する特許請求の範囲３記載の方法。 ５ 該挿し通し工程に先立つて、該導電性繊条
   を、その根本部において外部リード線と含炭素粉
   導電性樹脂を用いて接続することを特徴とする特
   許請求の範囲３記載の方法。