JPH0469564A - 酵素電極及びその製造方法 - Google Patents
酵素電極及びその製造方法Info
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- JPH0469564A JPH0469564A JP2182963A JP18296390A JPH0469564A JP H0469564 A JPH0469564 A JP H0469564A JP 2182963 A JP2182963 A JP 2182963A JP 18296390 A JP18296390 A JP 18296390A JP H0469564 A JPH0469564 A JP H0469564A
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- Japan
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- enzyme
- platinum
- immobilized
- enzyme electrode
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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。
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、被測定検体中の生化学物ｉｉｍ度を酵素反
応を利用して電気化学的に測定する酵素電極に間し、詳
しく言えばきわめて低い酸素濃度溶液中でも測定可能な
酵素電極に関するものである。
応を利用して電気化学的に測定する酵素電極に間し、詳
しく言えばきわめて低い酸素濃度溶液中でも測定可能な
酵素電極に関するものである。
（ロ）従来の技術
従来の酵素電極は、作用電極として白金電極、対照電極
として銀からなる下地電極の電極面近傍に薄膜状の固定
化酵素膜を形成あるいは装着してなるものである。例え
ばグルコースを測定するためには、酵素としてグルコー
スオキシダーゼ（ＣＯＤ）が、固定化酵素化膜に固定さ
れる。ＣＯＤは、固定化酵素膜内で以下の（１）弐〇こ
示される反応を生ぜしめる。
として銀からなる下地電極の電極面近傍に薄膜状の固定
化酵素膜を形成あるいは装着してなるものである。例え
ばグルコースを測定するためには、酵素としてグルコー
スオキシダーゼ（ＣＯＤ）が、固定化酵素化膜に固定さ
れる。ＣＯＤは、固定化酵素膜内で以下の（１）弐〇こ
示される反応を生ぜしめる。
・・・（１）
この（１）弐の生成物である過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）は
、作用電極である白金上で以下の（２）式のように酸化
される。
、作用電極である白金上で以下の（２）式のように酸化
される。
Ｈｚ Ｏｚ→Ｏｚ＋２Ｈ”＋２６− −−（２）この
時の酸化電流の変化を計測することにより、過酸化水素
（Ｈ２０□）、さらにはグルコースの濃度を知ることが
できる。
時の酸化電流の変化を計測することにより、過酸化水素
（Ｈ２０□）、さらにはグルコースの濃度を知ることが
できる。
（ハ）発明が解決しようとする課題
上記従来の酵素電極では、（１）弐に示すように酸素（
０□）が不可欠である。従って、被測定検体中の溶存酸
素の影響を大きく受け、低酸素状態では、酵素電極の出
力が極めて小さく、また応答が遅くなり、加えて再現性
が劣化して測定可能な濃度範囲が非常に狭くなる問題が
あった。
０□）が不可欠である。従って、被測定検体中の溶存酸
素の影響を大きく受け、低酸素状態では、酵素電極の出
力が極めて小さく、また応答が遅くなり、加えて再現性
が劣化して測定可能な濃度範囲が非常に狭くなる問題が
あった。
例えば、血液のグルコース濃度の測定において、生体よ
り採血して血液を固定化酵素膜上に付着させる場合には
、血液が空気に触れるため、溶存酸素濃度が極端に低く
なるようなことはなく、計測に支障が生じることは少な
い。これに対して、酵素電極を生体中において、血液の
グルコース濃度を測定する場合には、血液中の溶存酸素
レベルの変動の影響を受け、正確な計測は不可能であっ
た。
り採血して血液を固定化酵素膜上に付着させる場合には
、血液が空気に触れるため、溶存酸素濃度が極端に低く
なるようなことはなく、計測に支障が生じることは少な
い。これに対して、酵素電極を生体中において、血液の
グルコース濃度を測定する場合には、血液中の溶存酸素
レベルの変動の影響を受け、正確な計測は不可能であっ
た。
この発明は、上記に鑑みなされたもので、低酸素条件下
でも、計測が行なえる酵素電極及びその製造方法の提供
を目的としている。
でも、計測が行なえる酵素電極及びその製造方法の提供
を目的としている。
（ニ）課題を解決するための手段及び作用上記課題を解
決するため、第１請求項の酵素電極は、電極感応面に酵
素を固定化してなるものにおいて、前記電極感応面を白
金黒で覆い、この白金黒に酵素を固定化してなることを
特徴とするものである。
決するため、第１請求項の酵素電極は、電極感応面に酵
素を固定化してなるものにおいて、前記電極感応面を白
金黒で覆い、この白金黒に酵素を固定化してなることを
特徴とするものである。
この酵素電極では、電極反応による酸素の自己供給量が
大きい〔上記（２）式の反応の亢進〕ため、低酸素条件
下でも電極出力が大きく、その反応速度の劣化を防止し
、広範な濃度範囲で測定が可能となる。そして、このよ
うに酸素依存性が回避できたので、検体中の溶存酸素レ
ベル変動の影響を受けず、正確な計測が可能となる。
大きい〔上記（２）式の反応の亢進〕ため、低酸素条件
下でも電極出力が大きく、その反応速度の劣化を防止し
、広範な濃度範囲で測定が可能となる。そして、このよ
うに酸素依存性が回避できたので、検体中の溶存酸素レ
ベル変動の影響を受けず、正確な計測が可能となる。
また、第２請求項の酵素電極の製造方法は、プラチナイ
ズドカーボンペーバ上の白金を電解処理により白金黒化
し、この白金黒に酵素を固定化するものであり、上記酵
素電極を容易にかつ低価格で量産することを可能とする
。
ズドカーボンペーバ上の白金を電解処理により白金黒化
し、この白金黒に酵素を固定化するものであり、上記酵
素電極を容易にかつ低価格で量産することを可能とする
。
（ホ）実施例
この発明の一実施例を第１図乃至第６図に基づいて以下
に説明する。
に説明する。
第１図及び第２図は、それぞれ実施例酵素電極１の外観
斜視図及び断面図を示している。この実施例ではプラチ
ナイズドカーボンペーパ（以下ＰＣＰと略称する）２を
用いており、その作用電極感応面２ａを除いて、エポキ
シ樹脂３でコーティングされている０作用電極感応面２
ａでは白金は白金黒化されており、グルコースオキシダ
ーゼが固定化されている。４は、接続用のリード線であ
る。
斜視図及び断面図を示している。この実施例ではプラチ
ナイズドカーボンペーパ（以下ＰＣＰと略称する）２を
用いており、その作用電極感応面２ａを除いて、エポキ
シ樹脂３でコーティングされている０作用電極感応面２
ａでは白金は白金黒化されており、グルコースオキシダ
ーゼが固定化されている。４は、接続用のリード線であ
る。
次に、この酵素電極１の製造工程を説明する。
まず、ｐｃｐ （米国Ｐｒｏ ｔｅｃｈ社製）を作業上
適切な大きさ（この実施例では５ＩＩＩ１１×１３ｆｆ
ｉＩ１１）に切断し、リード［４を例えば銀ペーストを
用いて接続する。そして、作用電極感応面２ａを除いて
ＰＧＥ１をエポキシ樹脂３でコーティングする。作用電
極感応面２ａの大きさは、例えば５■×５−とされる。
適切な大きさ（この実施例では５ＩＩＩ１１×１３ｆｆ
ｉＩ１１）に切断し、リード［４を例えば銀ペーストを
用いて接続する。そして、作用電極感応面２ａを除いて
ＰＧＥ１をエポキシ樹脂３でコーティングする。作用電
極感応面２ａの大きさは、例えば５■×５−とされる。
次に白金黒の形成が、以下に説明する定電流電解で行わ
れる。電解液として酢酸鉛（ＣＨ，Ｃ００Ｐｂ）を１０
■を３０ｄの水に溶解した水溶液を、塩化白金Ｍ Ｄｔ
ｚ ｐ ｔ Ｃｊ！＊ ） カ６ Ｘ １０−’Ｍの濃
度になるように調整する。この電解液中に上記電極工を
浸漬し、＋７．５＊Ａで１０分間、−７゜５＊Ａで２分
間、そして再び＋７．５■＾で１０分間の定電流電解を
行う。
れる。電解液として酢酸鉛（ＣＨ，Ｃ００Ｐｂ）を１０
■を３０ｄの水に溶解した水溶液を、塩化白金Ｍ Ｄｔ
ｚ ｐ ｔ Ｃｊ！＊ ） カ６ Ｘ １０−’Ｍの濃
度になるように調整する。この電解液中に上記電極工を
浸漬し、＋７．５＊Ａで１０分間、−７゜５＊Ａで２分
間、そして再び＋７．５■＾で１０分間の定電流電解を
行う。
定電流電解の終了した電極は、さらに０．２ Ｎの硫酸
（Ｈ，Ｓｏ、）中に浸漬し、同様に＋７．５＊Ａで１０
分間、−７，５＊Ａで２分間、再び＋７．５ｇｎＡで１
０分間電解研磨を行う。
（Ｈ，Ｓｏ、）中に浸漬し、同様に＋７．５＊Ａで１０
分間、−７，５＊Ａで２分間、再び＋７．５ｇｎＡで１
０分間電解研磨を行う。
このようにして白金黒化した作用電極感応面２ａには、
ＣＯＤが固定化される。
ＣＯＤが固定化される。
まず、作用電極感応面２ａを、エチルアルコール水溶液
で５分間洗浄する。次に、電極をカルボジイミド試薬溶
液に浸漬する。この実施例では、カルボジイミド試薬と
して、■−シクロヘキシルー３−（２−モルホリノエチ
ル）カルボジイミドメト−Ｐ−）ルエンスルホネート（
１−Ｃｙｃｌｏｈｐｘｙｌ−３−（２−ｗｏｒｐｈｏｌ
ｉｎｏｅｔｈｙ）ｃａｒｂｏｄｉｉｓ＋ｉｄｅ Ｍｅ
ｔｈ。
で５分間洗浄する。次に、電極をカルボジイミド試薬溶
液に浸漬する。この実施例では、カルボジイミド試薬と
して、■−シクロヘキシルー３−（２−モルホリノエチ
ル）カルボジイミドメト−Ｐ−）ルエンスルホネート（
１−Ｃｙｃｌｏｈｐｘｙｌ−３−（２−ｗｏｒｐｈｏｌ
ｉｎｏｅｔｈｙ）ｃａｒｂｏｄｉｉｓ＋ｉｄｅ Ｍｅ
ｔｈ。
−ｐ −ｔｏｌｕｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ、略称Ｍｏ
ｒｐｈｏ −ＣＤ Ｉ ）を選定した。このＭｏｒｐｈ
ｏ−ＣＤ Ｉ ０． １３ ｇを、ｐＨ４，５の酢酸
緩衝液２ｍに溶解し、当該電極をこの溶液に９０分間浸
漬する。
ｒｐｈｏ −ＣＤ Ｉ ）を選定した。このＭｏｒｐｈ
ｏ−ＣＤ Ｉ ０． １３ ｇを、ｐＨ４，５の酢酸
緩衝液２ｍに溶解し、当該電極をこの溶液に９０分間浸
漬する。
次に、ＧＯＤＩＯ■をｐＪ（５，６の酢酸緩衝液２Ｍ１
溶解した酵素液に、上記電極ｌを９０分浸漬し、白金黒
にＣＯＤを固定化する。
溶解した酵素液に、上記電極ｌを９０分浸漬し、白金黒
にＣＯＤを固定化する。
このようにして製造された酵素電極１は、使用されるま
で、０．１Ｍの塩化カリウム（ＫＣｊｌりが含まれるｐ
Ｈ７，０のリン酸緩衝液中に浸漬し、４℃で使用するま
で保存される。
で、０．１Ｍの塩化カリウム（ＫＣｊｌりが含まれるｐ
Ｈ７，０のリン酸緩衝液中に浸漬し、４℃で使用するま
で保存される。
第３図は、実施例酵素電極Ｉの使用例を説明する図であ
る。１０は恒温槽であり、その内部には０゜ＩＭＫＣｆ
が含まれるｐＨ７，０のリン酸緩衝液１１が貯溜され、
一定温度（この実施例では２５℃）に保持される。また
、恒温槽１０の内部には、回転子１２が設けられ、恒温
槽１０の下方にあるスターク１３により、この回転子１
２が回転駆動され、緩衝液１１が撹拌される。
る。１０は恒温槽であり、その内部には０゜ＩＭＫＣｆ
が含まれるｐＨ７，０のリン酸緩衝液１１が貯溜され、
一定温度（この実施例では２５℃）に保持される。また
、恒温槽１０の内部には、回転子１２が設けられ、恒温
槽１０の下方にあるスターク１３により、この回転子１
２が回転駆動され、緩衝液１１が撹拌される。
前記酵素電極１は、対照電極８と共に測定電極７を構成
し、上記緩衝液１１中に浸漬される。この実施例では、
対照電極８として銀塩化銀（Ａｇ／ＡｇＣｆ）電極を使
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。
し、上記緩衝液１１中に浸漬される。この実施例では、
対照電極８として銀塩化銀（Ａｇ／ＡｇＣｆ）電極を使
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。
酵素電極１及び対照電極８の各々のリード線４．９は、
エレクトロメータ１４に接続され、また、このエレクト
ロメータ１４はレコーダ１５に連結され、電極出力が記
録される。
エレクトロメータ１４に接続され、また、このエレクト
ロメータ１４はレコーダ１５に連結され、電極出力が記
録される。
第４図は、第３図の測定系を用いてレコーダ１５に記録
された電極出力を示している。すなわち、前記緩衝液１
１中にグルコースを含む被測定検体が、マイクロピペッ
ト（図示せず）により所定量に計量されて注入された時
の電極出力を示している（酸素濃度約８．３■／ｌ）。
された電極出力を示している。すなわち、前記緩衝液１
１中にグルコースを含む被測定検体が、マイクロピペッ
ト（図示せず）により所定量に計量されて注入された時
の電極出力を示している（酸素濃度約８．３■／ｌ）。
９５％の応答を得るのに５秒以内と非常に速い応答であ
ることが確認できる。
ることが確認できる。
第５図は、酵素電極１と対照電極８との間に印加される
電圧（対照電極８に対する酵素電極１の電位）と、電極
出力のグルコース濃度に対する直線濃度範囲（リニアレ
ンジ）との関係を図示したものである。この第５図より
、印加電圧０．７５Ｖが最もリニアレンジが広く、最適
であることが確認できる。
電圧（対照電極８に対する酵素電極１の電位）と、電極
出力のグルコース濃度に対する直線濃度範囲（リニアレ
ンジ）との関係を図示したものである。この第５図より
、印加電圧０．７５Ｖが最もリニアレンジが広く、最適
であることが確認できる。
第６図は、溶存酸素が極めて低濃度（１，８ｍｇ／ｌ）
の時の実施例酵素電極１の異なるグルコース濃度に対す
る電極出力を図示したもので（を掻出力は、電流密度ｓ
Ａ／ｃｍ”の形で示している）、図中の白丸（０）はこ
の実施例の電極出力を（印加電圧０．７５Ｖ）、図中黒
丸（・）は比較例の電極出力をそれぞれ示している。こ
の比較例はＰＣＰを白金黒化せずに、ＣＯＤを固定化し
たものであり、印加電圧が０．６５Ｖである点を除いて
は、実施例酵素電極１と同じである。
の時の実施例酵素電極１の異なるグルコース濃度に対す
る電極出力を図示したもので（を掻出力は、電流密度ｓ
Ａ／ｃｍ”の形で示している）、図中の白丸（０）はこ
の実施例の電極出力を（印加電圧０．７５Ｖ）、図中黒
丸（・）は比較例の電極出力をそれぞれ示している。こ
の比較例はＰＣＰを白金黒化せずに、ＣＯＤを固定化し
たものであり、印加電圧が０．６５Ｖである点を除いて
は、実施例酵素電極１と同じである。
実施例酵素電極！ （０）と比較例（・）とを比べてみ
ると、実施例の電極出力の大きさと、測定可能な濃度範
囲の広さを確認することができる。
ると、実施例の電極出力の大きさと、測定可能な濃度範
囲の広さを確認することができる。
なお、上記実施例には、酵素としてＣＯＤを用い、カル
ボジイミド試薬を用いて固定化する方法を説明している
が、これに限定されるものではなく、適宜設計変更可能
である。
ボジイミド試薬を用いて固定化する方法を説明している
が、これに限定されるものではなく、適宜設計変更可能
である。
また、この実施例ではＰＣＰを用いているが、例えば、
白金をスパッタもしくは真空蒸着したセラミック板もく
しはプラスチックフィルム、さらには白金をめっきした
金属板等、適宜設計変更可能である。
白金をスパッタもしくは真空蒸着したセラミック板もく
しはプラスチックフィルム、さらには白金をめっきした
金属板等、適宜設計変更可能である。
（べ）発明の詳細
な説明したように、第１請求項の酵素電極は、電極感応
面を白金黒で覆い、゛この白金黒に酵素を固定化してな
ることを特徴とするものであるから、以下に列挙する効
果を有する。
面を白金黒で覆い、゛この白金黒に酵素を固定化してな
ることを特徴とするものであるから、以下に列挙する効
果を有する。
ｉ：電極反応による酸素の自己供給能が大きし・ため、
低酸素条件下でも電極出力が大きく、応答速度も劣化せ
ず、また広範な濃度範囲での測定が可能となる。
低酸素条件下でも電極出力が大きく、応答速度も劣化せ
ず、また広範な濃度範囲での測定が可能となる。
ｉｉ：上述のように酸素依存性を回避することができた
ので、検体中の溶存酸素レベル変動の影響を受けずに、
正確な計測を行うことができる。
ので、検体中の溶存酸素レベル変動の影響を受けずに、
正確な計測を行うことができる。
ｉｉｉ二表二接面積きな白金黒に酵素を固定化している
ため、感度（測定分解能）が優れている。
ため、感度（測定分解能）が優れている。
ｉＶ＝使用耐久性、保存性が良好である。
一方、第２請求項の酵素電極の製造方法は、プラチナイ
ズドカーボンペーバ上の白金を電解処理により白金黒化
し、この白金黒に酵素を固定化するものであるから以下
の効果を有している。
ズドカーボンペーバ上の白金を電解処理により白金黒化
し、この白金黒に酵素を固定化するものであるから以下
の効果を有している。
Ｖ：加工しやすいプラチナイズドカーボンペーバを用い
ているため、構造及び製造工程が簡単となり、量産化、
低価格化が容易である。
ているため、構造及び製造工程が簡単となり、量産化、
低価格化が容易である。
ｉ■：いわゆるペーパ状電極のため、任意の電極形態に
製造することができる。
製造することができる。
第１図は、この発明の一実施例に係る酵素電極の外観斜
視図、第２図は、同酵素電極の第１回中ｕ−ｎ線におけ
る断面図、第３図は、同酵素電極に通用される測定系の
一例を説明する図、第４図は、同酵素電極の電極出力と
時間との関係を説明する図、第５図は、同酵素電極の印
加電圧とリニアレンジとの関係を説明する図、第６図は
、同酵素電極の電極出力とグルコース濃度との関係を説
明する図である。 １；酵素電極、 ２ ： ＰＣＰ、２ａ：作用電
極感応面。 特許出願人 オムロン株式会社代理人
弁理士 中 村 茂 信第 図 第 図 時ｒｉ’ｌ ｆが゛） １：酵木電棒 ２：ＰＣＰ
視図、第２図は、同酵素電極の第１回中ｕ−ｎ線におけ
る断面図、第３図は、同酵素電極に通用される測定系の
一例を説明する図、第４図は、同酵素電極の電極出力と
時間との関係を説明する図、第５図は、同酵素電極の印
加電圧とリニアレンジとの関係を説明する図、第６図は
、同酵素電極の電極出力とグルコース濃度との関係を説
明する図である。 １；酵素電極、 ２ ： ＰＣＰ、２ａ：作用電
極感応面。 特許出願人 オムロン株式会社代理人
弁理士 中 村 茂 信第 図 第 図 時ｒｉ’ｌ ｆが゛） １：酵木電棒 ２：ＰＣＰ
Claims (2)
- （１）電極感応面に酵素を固定化してなる酵素電極にお
いて、 前記電極感応面を白金黒で覆い、この白金黒に酵素を固
定化してなることを特徴とする酵素電極。 - （２）プラチナイズドカーボンペーパ上の白金を電解処
理により白金黒化し、この白金黒に酵素を固定化する酵
素電極の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2182963A JPH0469564A (ja) | 1990-07-10 | 1990-07-10 | 酵素電極及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2182963A JPH0469564A (ja) | 1990-07-10 | 1990-07-10 | 酵素電極及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0469564A true JPH0469564A (ja) | 1992-03-04 |
Family
ID=16127391
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2182963A Pending JPH0469564A (ja) | 1990-07-10 | 1990-07-10 | 酵素電極及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0469564A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001079706A3 (en) * | 2000-04-13 | 2002-05-30 | Elan Pharma Int Ltd | Electrolytic cell |
| JP2003082727A (ja) * | 2001-09-10 | 2003-03-19 | Takara Standard Co Ltd | 防水パン |
| JP2005241622A (ja) * | 2004-01-28 | 2005-09-08 | Dkk Toa Corp | 電気化学式センサ及び電気伝導率セル |
-
1990
- 1990-07-10 JP JP2182963A patent/JPH0469564A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001079706A3 (en) * | 2000-04-13 | 2002-05-30 | Elan Pharma Int Ltd | Electrolytic cell |
| JP2004538360A (ja) * | 2000-04-13 | 2004-12-24 | エラン・フアルマ・インターナシヨナル・リミテツド | 改善された電解槽 |
| JP2003082727A (ja) * | 2001-09-10 | 2003-03-19 | Takara Standard Co Ltd | 防水パン |
| JP2005241622A (ja) * | 2004-01-28 | 2005-09-08 | Dkk Toa Corp | 電気化学式センサ及び電気伝導率セル |
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