[发明专利]电化学测定用电极板、具有该电极板的电化学测定装置、和使用该电极板对目标物质进行定量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及以良好的灵敏度检测和定量微量地含有在生物体内的物质的电化学测定用电极板。 

背景技术

近年来，正在开发将具有酶所具有的特异的催化作用与具有电极反应活性的电子介体组合，对生物体中的血液中所含的蔗糖(sucrose)、葡萄糖等糖类的浓度进行定量的电化学测定用电极板。 

在这样的电化学测定用电极板中，利用糖类和酶的反应，采用电化学方法对糖类的浓度进行定量。首先，在血液样本中混合酶和电子介体制成试样液后，使糖类和酶之间发生酶反应，然后，采用电化学方法测定其中共存的电子介体，由此通过电子介体间接地对试样液中所含的糖类进行定量。 

在该方法中，酶的反应对糖类的特异性高，操作时温度的影响小，定量装置的结构也简便，因此通过使用该方法，普通人在家庭等中就能够简易地对自己血液中的糖类的浓度进行定量。 

电化学测定用电极板适于生物体中所含的微量溶液样本的分析。因此，尝试着将电化学测定用电极板与各种各样的有机材料或者无机材料组合应用于传感器等。由于电化学测定用电极板的电极应答速度随着电化学测定用电极板具有的微小电极的面积的减小而增高，所以研讨各种各样的电极形状、电极的细微化。 

但是，随着电极面积的减小，得到的电流值减少。例如，如果将电极面积细微化至几百μm²左右，则能够检测的电流值降低至几十～几nA数量级。所以，在测定时发生噪声应答的增加和灵敏度降低。因此，为了消除这样的不良状况，在专利文献1～4中对聚集多个微小电极的电化学测定用电极板进行研究。 

在专利文献1～4中，提出了大量且再现性良好地在基板上制作与邻接的微小电极之间的距离保持一定的微小电极。 

图1表示专利文献1中记载的现有的电化学测定用电极板的结构。 

该电化学测定用电极板10层叠绝缘性的基板1/作为氧化电极发挥功能的下部电极2/绝缘层3/作为还原电极发挥功能的表面电极4而成。在表面电极4的表面形成有圆筒形的多个细微孔5，下部电极2的表面在该细微孔5露出。 

绝缘性的基板1由例如在硅基板1a的主表面覆盖有氧化膜1b的所谓带有氧化膜的硅基板构成。下部电极2是由金属、准金属、碳材料、或半导体在基板1上的氧化膜1b的表面(即，绝缘体的表面)上形成的氧化电极。表面电极4是在绝缘层3上，与下部电极2同样，由金属、准金属或者半导体形成的还原电极。由下部电极2和表面电极4构成作用电极对。即，下部电极2和表面电极4均作为作用电极发挥功能，进一步详细而言，如上所述，下部电极2作为氧化电极发挥功能，表面电极4作为还原电极发挥功能。其中，在图1中，7是用于使外部引线与下部电极2的一端部连接而开口的电极引出用的开口部。这里所谓的细微孔，是指完全贯通绝缘层3和表面电极4、到达下部电极2的表面的孔。 

在使用如上所述的电化学测定用电极板的电化学测定装置中，为了获得电流应答，在下部电极2和表面电极4之间施加电位。在电化学测定装置由下部电极2、表面电极4、对电极(未图示)三个电极构成的情况下，使对电极在试样用液中显示的电位为零，在下部电极2-对电极之间、表面电极4-对电极之间施加电位。此外，在电化学测定装置由下部电极2、表面电极4、参考电极(未图示)和辅助电极(未图示)四个电极构成的情况下，使参考电极在试样液中显示的电位为零，在下部电极2-参考电极之间、表面电极4-参考电极之间施加电位。 

在专利文献4和非专利文献1中，提出了使圆筒形的细微孔5的间隔大于其直径的电化学测定用电极板，并报告了使用该电极板的电化学测定结果。在这些文献中，作为大电极的表面电极4具有比作为微小电极的集合体的下部电极2大的面积。在测定时，分别施加在下 部电极2上能够引起氧化反应、并且在表面电极4上能够引起还原反应的电位。由此，在下部电极2和表面电极4之间发生自引发氧化还原循环，得到表观上高的电流应答。 

这样一来，通过试样液中存在的电子介体，对糖类等目标物质进行定量。 

此外，对下部电极2施加引起还原反应的电位，对上部电极4施加引起氧化反应的电位，也能够发现同样的自引发氧化还原循环。 

这里，使用图2说明专利文献4、非专利文献1和2中记载的自引发氧化还原循环。 

图2的自引发氧化还原循环在两个作用电极，即在微小电极21和大电极22上进行。 

在微小电极21的表面，发生还原体23的氧化反应，生成氧化体24，由此在微小电极21中流通氧化电流。