JPH0827251B2

JPH0827251B2 - 酵素電極の製造方法

Info

Publication number: JPH0827251B2
Application number: JP62216072A
Authority: JP
Inventors: 耕一滝澤; 聡中嶋; 真人荒井
Original assignee: Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1986-09-12
Filing date: 1987-08-28
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2011-03-21
Also published as: JPS63184051A

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の
製造方法に関する。

（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（ｅ）を参照しながら、
以下に説明する。

第６図（ａ）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、
筒状に成形された銀である。

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内
に、サポート部材27により、対照電極26に対して絶縁さ
れた状態で支持され、この作用電極25と対照電極26とが
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の内部を、エポキシ樹脂28
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上に盛り上がり、前記作用電極2
5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・研磨して球面に加工し、作用電極25
及び対照電極26に、それぞれ感応部25a、26a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（ｅ）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、感応部25a、26aに密着するように、下地電極32の
研磨面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Ｏ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
60〜80％を占めていた。

一方、上記従来の酵素電極においては、使用時に、以
下の不都合もあった。

先ず、研削・研磨による感応部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侵入すると、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、感応部25a、26aの面積により定ま
るが、感応部25a、26aが手作業により生成されるため、
感応部25a、26aの面積が酵素電極間で一定とならず、個
々の酵素電極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、出力変化が生じ
る不都合があった。

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、性能に優れた酵素電極の製造
方法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決するために、この発明の酵素電極の
製造方法は、次の（イ）〜（ホ）の工程により、酵素電
極を製造することを特徴とするものである。

（イ）絶縁平板表面を区画する工程。

（ロ）区画された前記表面のそれぞれに２以上の電極
を形成する工程。

（ハ）前記２以上の電極のそれぞれの一部である感応
部を除いて前記２以上の電極を絶縁性保護膜で被覆する
工程。

（ニ）前記絶縁性保護膜を形成した前記絶縁平板表面
の区画に従って前記絶縁平板を分割して複数の分割片に
する工程。

（ホ）分割された個々の分割片の前記感応部を固定化
酵素膜で被覆する工程。

（ホ）作用上記酵素電極の製造方法においては、１枚の絶縁平板
上に複数の酵素電極を一括して製造できる。また、電
極、絶縁性保護膜の形成は、自動化が容易である。さら
に、各工程における材料の損失、特に電極材料の損失が
少なくなる。従って、酵素電極の大量生産化、コストダ
ウン及び歩留まりの向上が可能となる。

一方、各電極の感応部の面積が、例えばホトリソグラ
フィーにより高い精度で定まり、そのばらつきが小さく
なるため、酵素電極間の出力が均一化される。また、固
定化酵素膜が絶縁基板表面に一体に形成されているた
め、従来のように、固定化酵素膜の装着の良否に起因す
る出力変化が少ない。さらに、製造工程中に電極の研削
・研磨が含まれないため、絶縁基板表面に液体の侵入す
る亀裂や間隙が生じず、ノイズの発生が防止される。

（ヘ）実施例この発明の一実施例を、第１図（ａ）乃至第１図
（ｈ）、第２図（ａ）乃至第２図（ｈ）、第３図乃至第
５図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の製造工程を、順を追って説明する。

第１図（ａ）は、絶縁平板２の表面2aに区画線３、
…、３を形成し、個々の区画４、‥‥、４区画した状態
を示す。絶縁平板２は、適切な大きさ（例えば５×5c
m、厚さ0.5mm）のアルミナセラミック板（アルミナ96
％）を使用している。区画線３は、レーザ加工により形
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1/2とされる〔第２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（例えば４×15m
m）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、上記のものに限定
されない。

上記絶縁平板表面2aの各区画４には、作用電極５及び
対照電極６を形成する〔第１図（ｂ）参照〕。作用電極
５及び対照電極６は、白金よりなる金属薄膜であり、そ
れぞれ作用電極感応部5a、対照電極感応部6aを有してい
る。作用電極感応部5aと対照電極感応部6aとの面積比
は、1:20以上とされる。

作用電極５及び対照電極６の形式には、ホトレジスト
法が適用され、ホトマスクにより、これらの形状、特に
作用電極感応部5aと対照電極感応部6aの形状が、高い精
度で決定される。白金薄膜は、スパッタ又は蒸着により
形成され、各区画４に作用電極５及び対照電極６が、一
括して形成されることとなる。

作用電極５及び対照電極６の形成された絶縁平板表面
2aは、感光性ポリイミド膜（感光性樹脂膜）７で被覆さ
れる〔第１図（ｃ）及び第２図（ｃ）参照〕。なお、感
光性樹脂は感光性ポリイミドに限定されるものではな
く、適宜変更可能である。

感光性ポリイミド膜７は、ホトマスクを使用して露光
後、現像・リンスされ、不要な部分を除去されて、絶縁
性保護膜８、‥‥、８となる〔第１図（ｄ）及び第２図
（ｄ）参照〕。絶縁性保護膜８は、各区画４内に１つ設
けられ、作用電極５の感応部5a以外の部分及び対照電極
６の感応部6a以外の部分を保護・絶縁する。なお、絶縁
性保護膜８には、窓部8a、8aが開設され、作用電極５及
び対照電極６の一部を露出させて、それぞれ接続部5b、
6bとしている。

次いで、絶縁平板２は、区画線３によって個々の区画
に分割され、絶縁基板９となる〔第１図（ｅ）及び第２
図（ｅ）参照〕。絶縁基板９の接続部5b、6bには、リー
ド線10、10の先端がはんだ付けされる。さらに、接続部
5b、6b上には、エポキシ樹脂11が付着され、リード線10
のはんだ付け部分が封止・保護される。この第１図
（ｅ）に示すものは、下地電極12と呼ばれる。

次に、下地電極12には、アセチルセルロース膜13が形
成される〔第１図（ｆ）及び第２図（ｆ）参照〕。それ
には、下地電極12をスピナ（回転器）に装着し、５％ア
セチルセルロース溶液（アセトン：シクロヘキサノン＝
3:1）を絶縁基板表面9aに滴下する。そして、下地電極1
2を2000〜3000rpmの回転数で、約５秒間回転させる。

このアセチルセルロース膜13上には、酵素溶液14が滴
下され、さらに第２のアセチルセルロース膜15が形成さ
れて、酵素電極１が完成する〔第１図（ｇ）及び第２図
（ｇ）参照〕。酵素溶液14は、次の手順で調製される。

先ず、グルコースオキシダーゼ（GOD）20mgを0.1Mリ
ン酸緩衝液（pH6.0）100μｌに溶解する。さらに同じリ
ン酸緩衝液で調製した0.5％グルタルアルデヒド溶液100
μｌと混合し、酵素溶液とする。

第２のアセチルセルロース膜15は、絶縁基板９を、４
％アセチルセルロース溶液（アセトン：エタノール4:
1）にディップして形成される。第２のアセチルセルロ
ース膜15は、被検査液中に含まれるタンパク質等の高分
子が、酵素溶液14内に侵入するのを防止する。この第２
のアセチルセルロース膜15と、アセチルセルロース膜1
3、酵素溶液14とにより、固定化酵素膜16が構成され
る。

なお、第２のアセチルセルロース膜15に代えて、ポリ
カーボネイト膜15′も使用することができる〔第１図
（ｈ）及び第２図（ｈ）参照〕。ポリカーボネイト膜1
5′は、市販のものを所定の大きさに切って使用し、酵
素溶液14上に載置される。

次に、第１図（ｅ）に示す下地電極12の特性について
の試験と、その結果を、第３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12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３図は、下地電極12をH₂O₂を含むリン酸緩衝液に浸
漬した時の、各H₂O₂濃度（０、１、２、３、4ppm）に対
する、印加電圧（Ｖ）と電極電流（nA）との関係を示し
ている。これにより、下地電極12は、H₂O₂濃度によく応
答していることが確認される。また、印加電圧は、0.4
〜0.6V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４図及び第５図を参照しながら以下に説明する。

第４図は、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は恒温槽であり、内部にpH7.0に調
製された0.1Mリン酸緩衝液20が貯溜されている。このリ
ン酸緩衝液20中に、酵素電極１が浸漬される。また、こ
のリン酸緩衝液20は、スターラ21によって攪拌される。
22は、スターラ21の回転子である。

酵素電極１のリード線10は、エレクトロン・メータ23
に接続され、所定の印加電圧（この測定では0.5V）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（電流）が記録され
る。

前記リン酸緩衝液20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、酵素電極１の固定化酵素膜16
内で、以下の反応を生じさせる。

このH₂O₂が作用電極感応部5a及び対照電極感応部6aを
感応させ、両電極５、６間にH₂O₂濃度に対応した電極出
力が生じる。第５図は、いくつかのグルコース濃度ｃ
（mg/dl）に対して、電極出力（nA）を白丸でプロット
したものである。また、第５図中に示す曲線は、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れるものではなく、適宜変更可能で
ある。

また、絶縁基板、作用電極、対照電極の形状・大きさ
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の製造方法は、次の（イ）〜
（ホ）の工程により、酵素電極を製造することを特徴と
するものである。

（イ）絶縁平板表面を区画する工程。

従って、感応部を固定化酵素膜で被覆する前に絶縁平
板を分割するので、複数の酵素電極を一括して速やかに
製造でき、大量生産化が容易である利点のみならず、固
定化酵素膜での電極構造の固定化を確実に行い、安定し
た酵素電極を得ることができる利点を有している。ま
た、製造工程中に電極の研削・研磨が含まれないため、
材料、特に電極材料の加工中の損失が少なく、歩留りが
向上できる利点を有している。更には、各工程が容易に
自動化されるため、加工費が低減され、酵素電極のコス
トが低くなる利点をも有している。

一方、この発明の製造方法により得られた酵素電極の
測定性能においては、電極の周囲に亀裂・間隙がないた
め、これに起因するノイズがなくなり、高い測定精度が
達成できる利点を有している。また、電極感応部の面積
が高精度で定まるため、酵素電極間の出力が均一化され
る利点を有している。さらには、固定化酵素膜が絶縁基
板表面に一体に設けられるから、酵素電極の出力が安定
する利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、第１図（ｂ）、第１図（ｃ）、第１図
（ｄ）、第１図（ｅ）、第１図（ｆ）及び第１図（ｇ）
は、この発明の一実施例に係る酵素電極及びその製造方
法を説明する図、第１図（ｈ）は、同酵素電極の変形を
示す外観斜視図、第２図（ａ）は、第１図（ａ）中IIa-
IIa線における要部拡大断面図、第２図（ｂ）は、第１
図（ｂ）中IIb-IIb線における要部拡大断面図、第２図
（ｃ）は、第１図（ｃ）中IIc-IIc線における要部拡大
断面図、第２図（ｄ）は、第１図（ｄ）中IId-IId線に
おける要部拡大断面図、第２図（ｅ）は、第１図（ｅ）
中IIe-IIe線における断面図、第２図（ｆ）は、第１図
（ｆ）中IIf-IIf線における断面図、第２図（ｇ）は、
第１図（ｇ）中IIg-IIg線における断面図、第２図
（ｈ）は、第１図（ｈ）中IIh-IIh線における断面図、
第３図は、前記酵素電極を構成する下地電極の特性を示
す図、第４図は、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図は、同酵素電極の特性を示す図、
第６図（ａ）、第６図（ｂ）、第６図（ｃ）、第６図
（ｄ）及び第６図（ｅ）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。 2:絶縁平板、2a:絶縁平板表面、４、‥‥、4:区画、5:
作用電極、5a:作用電極感応部、6:対照電極、6a:対照電
極感応部、7:感光性ポリイミド膜、8:絶縁性保護膜、9:
絶縁基板、16:固定化酵素膜。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】次の（イ）〜（ホ）の工程により、酵素電
極を製造する酵素電極の製造方法。（イ）絶縁平板表面を区画する工程。（ロ）区画された前記表面のそれぞれに２以上の電極を
形成する工程。（ハ）前記２以上の電極のそれぞれの一部である感応部
を除いて前記２以上の電極を絶縁性保護膜で被覆する工
程。（ニ）前記絶縁性保護膜を形成した前記絶縁平板表面の
区画に従って前記絶縁平板を分割して複数の分割片にす
る工程。（ホ）分割された個々の分割片の前記感応部を固定化酵
素膜で被覆する工程。
【請求項２】前記（ハ）の工程は、前記２以上の電極を
絶縁性保護膜で被覆した後、前記絶縁性保護膜の一部を
除くことにより前記感応部を露出することを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の酵素電極の製造方法。