JPH0623719B2 - Method for manufacturing enzyme sensor - Google Patents
Method for manufacturing enzyme sensorInfo
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- JPH0623719B2 JPH0623719B2 JP61079268A JP7926886A JPH0623719B2 JP H0623719 B2 JPH0623719 B2 JP H0623719B2 JP 61079268 A JP61079268 A JP 61079268A JP 7926886 A JP7926886 A JP 7926886A JP H0623719 B2 JPH0623719 B2 JP H0623719B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、酵素センサーの製造方法に関する。更に詳し
くは、絶縁基板上に信頼性の高い過酸化水素電極を形成
せしめることのできる酵素センサーの製造方法に関す
る。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing an enzyme sensor. More specifically, it relates to a method for producing an enzyme sensor capable of forming a highly reliable hydrogen peroxide electrode on an insulating substrate.
最近、酵素反応や免疫反応などの生体反応を利用した種
々のバイオセンサーが開発されており、特に臨床分野で
は、更に小型、高性能で低価格なものが求められるよう
になってきている。酵素センサーは、こうしたバイオセ
ンサーの一種であり、例えばグルコースオキシダーゼの
触媒作用を利用したグルコースセンサーは、血液や尿中
のグルコース濃度を測定するのに用いられ、実用的には
糖尿病患者に対する臨床検査用として重要である。Recently, various biosensors utilizing biological reactions such as enzyme reactions and immunoreactions have been developed, and particularly in the clinical field, smaller, higher performance and lower cost sensors have been demanded. An enzyme sensor is one of such biosensors.For example, a glucose sensor that utilizes the catalytic action of glucose oxidase is used to measure the glucose concentration in blood or urine, and is practically used for clinical examinations in diabetic patients. As important as.
しかしながら、こういった酵素センサーで実用化され、
市販されているものの大半は、電極と酵素固定化膜とが
一体構造となっていないため、小型化の達成および大量
生産による低コスト化の妨げとなっている。However, it has been put to practical use with such enzyme sensors,
Most of the commercially available products do not have an integrated structure of the electrode and the enzyme-immobilized membrane, which hinders achievement of downsizing and cost reduction due to mass production.
こうした市販酵素センサーの問題点に鑑み、最近では電
極上に直接酵素を固定化させる研究が進められ、それに
伴ってかなり小型化されたものが開発されるようになっ
てきている。しかしながら、同一基板上に多数個のセン
サーを同時に形成させ、大量生産を可能とせんとする場
合には、例えば外部電極との接続部を露出させ、検出部
のみに酵素を固定化するというように、電極基板上の必
要な部分のみに酵素を固定化させる必要がある。In view of such problems of the commercially available enzyme sensor, studies have recently been conducted to immobilize the enzyme directly on the electrode, and accordingly, a considerably miniaturized one has been developed. However, when multiple sensors are simultaneously formed on the same substrate to enable mass production, for example, the connection part with the external electrode is exposed and the enzyme is immobilized only on the detection part. , It is necessary to immobilize the enzyme only on the necessary part on the electrode substrate.
本発明者らは、こうした課題を解決するために、光架橋
重合体を用いて酵素固定化膜を形成せしめることが有効
であることを見出し、絶縁基板上に形成させた金属薄膜
よりなるアノード電極およびカソード電極の少くとも前
者の電極に、光架橋重合体で固定化された酵素固定化膜
を設置した酵素センサーを先にまず提案している(特公
平5-39432号公報)。In order to solve these problems, the present inventors have found that it is effective to form an enzyme-immobilized film using a photocrosslinking polymer, and an anode electrode made of a metal thin film formed on an insulating substrate. Also, an enzyme sensor in which an enzyme-immobilized membrane immobilized with a photocrosslinking polymer is installed on at least the former electrode of the cathode electrode is first proposed (Japanese Patent Publication No. 5-39432).
このように構成された酵素センサーは、同一基板上に多
数個の微小なセンサーを同時に形成させることができ、
大量生産を可能とさせるが、形成された1個の組合せ電
極が過酸化水素電極を構成する場合には、この電極が過
酸化水素以外の還元性妨害物質にも感応してしまうとい
う問題のあることが見出された。The enzyme sensor thus configured can form a large number of minute sensors at the same time on the same substrate,
It enables mass production, but when one formed combination electrode constitutes a hydrogen peroxide electrode, there is a problem that this electrode is also sensitive to reductive interfering substances other than hydrogen peroxide. It was found.
通常、こうした問題の対策としては、酵素固定化膜と電
極面との間に過酸化水素選択透過膜を設置する方法がと
られているが、上記酵素センサーの場合には、電極面上
に直接酵素が固定化されているため選択透過膜の設置は
不可能である。Usually, as a countermeasure for such a problem, a method of installing a hydrogen peroxide selective permeable membrane between the enzyme-immobilized membrane and the electrode surface is taken, but in the case of the above enzyme sensor, it is directly attached on the electrode surface. Since the enzyme is immobilized, the permselective membrane cannot be installed.
そこで、本発明者らは、かかる課題の新たな解決方法を
求めて種々検討の結果、同一基板上に2組の組合せ電極
を形成させ、その内の1組について、少くともアノード
電極上に固定化された酵素固定化膜を形成させることに
より、上記課題が有効に解決されることを先に見出した
(特公平5-39433号公報)。Therefore, as a result of various investigations for a new solution to this problem, the present inventors formed two sets of combination electrodes on the same substrate, and fixed one set at least on the anode electrode. It was previously found that the above problems can be effectively solved by forming a modified enzyme-immobilized membrane.
(Japanese Patent Publication No. 5-39433).
ここに提案された酵素センサーは、同一絶縁基板上に形
成させた金属薄膜よりなるアノード電極およびカソード
電極の組合せ電極2組の内の1組について、少くともア
ノード電極上に固定化された酵素固定化膜を設置してい
る。1組の組合せ電極上への酵素固定化膜の固定化は、
一般に光架橋重合体によって行われ、その光架橋重合体
で固定化される酵素固定化膜の形成は、先の提案と同様
に、光架橋性重合体と酵素との水性混合物にフォトリソ
グラフ法を適用することによって行われる。The enzyme sensor proposed here is at least one of two sets of combined electrodes of an anode electrode and a cathode electrode made of a metal thin film formed on the same insulating substrate, which is at least immobilized on the anode electrode. A chemical film is installed. Immobilization of the enzyme-immobilized membrane on one set of combination electrodes
Generally, a photocrosslinking polymer is used, and the enzyme-immobilized membrane immobilized by the photocrosslinking polymer is formed by a photolithographic method on an aqueous mixture of the photocrosslinking polymer and the enzyme, as in the previous proposal. It is done by applying.
また、酵素固定化膜を設置しない他の1組の組合せ電極
は、少くともアノード電極上が光架橋重合体膜によって
被覆されて用いられるが、この場合の光架橋重合体膜の
形成も、光架橋性重合体を含有する水溶液にフォトリソ
グラフ法を適用することによって行われる。Further, the other set of combination electrodes not provided with the enzyme-immobilized membrane is used by covering at least the anode electrode with a photocrosslinking polymer film, but in this case, the formation of the photocrosslinking polymer film is also used. It is carried out by applying a photolithographic method to an aqueous solution containing a crosslinkable polymer.
これら2組の組合せ電極において、各組毎にアノード電
極およびカソード電極を形成させてもよいが、カソード
電極を2組の組合せ電極について共通して用いられる1
個のカソード電極とし、それを各組合せ電極毎に切換え
て用いるようにすることもできる。In these two sets of combination electrodes, an anode electrode and a cathode electrode may be formed for each set, but the cathode electrode is commonly used for the two sets of combination electrodes.
It is also possible to use one cathode electrode and switch it for each combination electrode.
酵素センサーの作製に際しては、まずガラス板、塩化ビ
ニル樹脂、ポリイミド樹脂などの硬質樹脂板、SiO2、Si
3N4などの絶縁被膜を表面に形成させたシリコンウェ
ハーなどの平らな絶縁基板上に、アノード電極およびカ
ソード電極の組合せ電極2組を形成させることが行われ
る。電極の形成は、金、白金(以上アノード電極用)また
は銀、金、白金(以上カソード電極用)などの金属材料を
用い、図面の第1図に示されるようなリフトオフ法、基
板上に蒸着された金属薄膜をエッチング除去してパター
ニングするフォトエッチング法、電極形状の窓が開いた
マスクを基板に重ね、マスクごしに電極形成物質を蒸着
させるマスク蒸着法、電極形成物質を導電材料とする導
電性塗料を電極形状に印刷するスクリーン印刷法あるい
は上記フォトエッチング法またはマスク蒸着法において
蒸着の代りに電極形成材料の無電解メッキを行なうメッ
キ法などによって行なうことができる。When manufacturing an enzyme sensor, first, a glass plate, a hard resin plate such as vinyl chloride resin or polyimide resin, SiO 2 , Si
Two sets of combination electrodes of an anode electrode and a cathode electrode are formed on a flat insulating substrate such as a silicon wafer having a surface coated with an insulating coating such as 3 N 4 . The electrodes are formed by using a metal material such as gold, platinum (for the anode electrode) or silver, gold, platinum (for the cathode electrode) or the like, a lift-off method as shown in FIG. Photoetching method for etching and patterning the thin metal film that has been removed, mask evaporation method for depositing an electrode-forming substance on the substrate by overlaying a mask with an electrode-shaped window on the substrate, and using the electrode-forming substance as a conductive material It can be carried out by a screen printing method of printing a conductive paint in the shape of an electrode, or a plating method of performing electroless plating of an electrode forming material instead of vapor deposition in the photo etching method or the mask vapor deposition method.
第1図に示された態様では、リフトオフ法が用いられて
いる。まず、清浄された平らな絶縁基板、例えばガラス
板1上に電極部が基板露出面2の範囲内に形成されるよ
うに、ポジ型フォトレジスト3をパターニングする(工
程a)。次いで、真空蒸着法により、この基板上にクロ
ム薄膜4(厚さ約500Å)および金または白金薄膜5(厚さ
約0.2μm)を順次形成させる。ここで、クロム薄膜は、
電極を形成する金または白金薄膜とガラス板基板との密
着性を高めるために設けられている(工程b)。その後、
全体をアセトンなどのレジスト剥離液中に浸漬してレジ
ストを除去し、基板露出面2に残存する蒸着薄膜5を電
極面とした(工程c)。In the embodiment shown in FIG. 1, the lift-off method is used. First, the positive photoresist 3 is patterned so that the electrode portion is formed within the area of the exposed surface 2 of the substrate on a cleaned flat insulating substrate, for example, the glass plate 1 (step a). Then, a chromium thin film 4 (thickness: about 500Å) and a gold or platinum thin film 5 (thickness: about 0.2 μm) are sequentially formed on this substrate by a vacuum evaporation method. Here, the chrome thin film is
It is provided in order to enhance the adhesion between the gold or platinum thin film forming the electrode and the glass plate substrate (step b). afterwards,
The whole was immersed in a resist stripping solution such as acetone to remove the resist, and the vapor-deposited thin film 5 remaining on the exposed surface 2 of the substrate was used as an electrode surface (step c).
このようにして絶縁基板上の所定の個所に、カソード電
極が1個共通して用いられる態様で、金属薄膜よりなる
アノード電極およびカソード電極となる3個の電極を形
成させたら、その内の少くともアノード電極となる1個
の電極に酵素固定化膜を設置させるが、その設置はフォ
トリソグラフ法を用いて、例えば第2図に示される如く
にして行なわれる。In this way, if one cathode electrode is commonly used at a predetermined position on the insulating substrate and three electrodes serving as an anode electrode and a cathode electrode made of a metal thin film are formed, only a few of them are formed. In both cases, the enzyme-immobilized membrane is installed on one electrode that serves as an anode electrode, and the installation is performed using a photolithographic method, for example, as shown in FIG.
まず、第1図に示された如くにして形成された絶縁基板
2上の電極面5に、光架橋性重合体と酵素との水性混合
物をスピンコート法、スプレー法などにより均一にコー
ティング6する(工程d)。光架橋性重合体としては、そ
れが酵素水溶液と共に水性混合物として分散されるため
の一般に水溶性重合体が用いられ、例えば分子中に光架
橋性基としてスチルバゾリウム基、ジアゾ基などの感光
性基、好ましくはスチルバゾリウム基を有するポリビニ
ルアルコールなどが水溶液として用いられる。水性混合
物は、上記光架橋性重合体水溶液(濃度8.5〜12重量%)
1gに対して、酵素3〜72mgを蒸留水0.8mlに溶解させた
酵素水溶液が添加され、それを数分間程度撹拌、混合し
てコーティングに用いられる。First, the electrode surface 5 on the insulating substrate 2 formed as shown in FIG. 1 is uniformly coated 6 with an aqueous mixture of a photocrosslinkable polymer and an enzyme by spin coating, spraying or the like. (Step d). As the photocrosslinkable polymer, a water-soluble polymer is generally used for dispersing it as an aqueous mixture together with an aqueous enzyme solution, and for example, a stilbazolium group as a photocrosslinkable group in the molecule, a photosensitive group such as a diazo group, Polyvinyl alcohol having a stilbazolium group is preferably used as an aqueous solution. The aqueous mixture is the photocrosslinkable polymer aqueous solution (concentration 8.5 to 12% by weight)
An enzyme aqueous solution prepared by dissolving 3 to 72 mg of enzyme in 0.8 ml of distilled water is added to 1 g, and the mixture is stirred for about several minutes and mixed to be used for coating.
コーティング液を絶縁基板上の電極面上にコーティング
し、それが自然乾燥したら、そこをネガまたはポジの画
像を有するフォトマスク7で覆い、紫外線照射して光架
橋性重合体を光架橋させ、未架橋部分を純水で溶去し
て、光架橋部分に光架橋重合体で固定化された酵素固定
化膜8を形成させる(工程e)。これを再度紫外線照射し
てから乾燥させた。ここで使用されるフォトマスクは、
2組の組合せ電極の内の1組のアノード電極11にのみ、
酵素固定化膜8が形成されるような画像を有するものが
用いられる。When the coating liquid is coated on the electrode surface on the insulating substrate and it is naturally dried, it is covered with a photomask 7 having a negative or positive image and irradiated with ultraviolet rays to photocrosslink the photocrosslinkable polymer. The cross-linked portion is removed with pure water to form the enzyme-immobilized membrane 8 fixed with the photo-crosslinked polymer on the photo-crosslinked portion (step e). This was irradiated again with ultraviolet rays and then dried. The photomask used here is
Only one set of the anode electrode 11 of the two sets of combination electrodes,
A film having an image on which the enzyme-immobilized film 8 is formed is used.
次に、還元性妨害物質に対する2組の組合せ電極の感応
特性を等しくするため、酵素固定化膜を設置しない他の
1組の組合せ電極のアノード電極12に、第2図と同様の
手法により、光架橋性重合体を含有する水溶液にフォト
リソグラフ法を適用し、そこに光架橋重合体膜9を被覆
させ、これを参照用電極とした(工程f)。Next, in order to equalize the sensitivity characteristics of the two sets of combination electrodes with respect to the reducing interfering substance, the anode electrode 12 of the other set of combination electrodes without the enzyme-immobilized membrane was treated by the same method as in FIG. A photolithographic method was applied to an aqueous solution containing a photocrosslinkable polymer, and the photocrosslinkable polymer film 9 was coated thereon, and this was used as a reference electrode (step f).
これを再度紫外線照射してから乾燥し、各素子毎に分割
して、その電極露出面5,5′,5′にリード線10,1
0′,10′を取り付ける。このようにして作製された酵
素センサーの一態様が、平面図として第3図に示されて
いる。また、第4〜5図には、他の態様の酵素センサー
の平面図が示されており、第4図の態様では、電極面
5′から2本のカソード電極13,13′を延長して形成さ
せ、各アノード-カソード間の電極間距離を短縮させる
と共に、これらの各組合せ電極がそれぞれ酵素固定化膜
8および光架橋重合体膜9で覆われており、また第5図
の態様では、カソード電極13の面積を電極11,12の面積
より広く設定することにより、アノードに対するカソー
ド電流を安定にし、また電極間距離を一定にしたまま両
電極間の対向幅を長くすることにより、電極の応答特性
の向上が図られている。This is irradiated with ultraviolet rays again, dried, and divided into each element, and the lead wires 10, 1 are attached to the electrode exposed surfaces 5, 5 ', 5'.
Install 0'and 10 '. One embodiment of the enzyme sensor thus produced is shown in FIG. 3 as a plan view. In addition, FIGS. 4 to 5 show plan views of other embodiments of the enzyme sensor. In the embodiment of FIG. 4, two cathode electrodes 13, 13 'are extended from the electrode surface 5'. In this embodiment, the electrode distance between the anode and the cathode is shortened, and the combined electrodes are covered with the enzyme-immobilized film 8 and the photocrosslinking polymer film 9, respectively, and in the embodiment of FIG. By setting the area of the cathode electrode 13 wider than the areas of the electrodes 11 and 12, the cathode current to the anode is stabilized, and by increasing the facing width between both electrodes while keeping the distance between the electrodes constant, The response characteristics are improved.
この酵素センサーによって検出可能な基質とこの基質に
対して反応する触媒としての酵素との組合せの例は次の
如くであり、これらの場合両電極は過酸化水素電極とし
て作用する。 被検出物質 酵 素 グルコース グルコースオキシダーゼ ガラクトース ガラクトースオキシダーゼ L-アミノ酸 L-アミノ酸オキダーゼ エタノール アルコールオキシダーゼ リン脂質 ホスホリパーゼ コリン コリンオキシダーゼ グリセリン グリセロキナーゼ (2種類の酵素 L-α-グリセロ-3-リン酸 を同時固定) オキシダーゼ このような酵素センサーをグルコースセンサーとして用
いた場合には、次のように作用する。まず、グルコース
センサーをグルコースを含まない緩衝液中に浸漬し、電
極面に、例えば金電極の場合0.8Vの電圧を印加してお
き、これにグルコースを添加すると、酵素が固定化され
た方の過酸化水素電極側で、グルコースがグルコースオ
キシダーゼ酵素固定化膜に拡散し、固定化酵素の触媒作
用により次のように反応する。An example of a combination of a substrate detectable by this enzyme sensor and an enzyme as a catalyst which reacts to this substrate is as follows, in which case both electrodes act as hydrogen peroxide electrodes. The substance to be detected enzyme glucose glucose oxidase galactose galactose oxidase L- amino L- amino Okidaze ethanol alcohol oxidase phospholipid phospholipase choline choline oxidase glycerol glycerol kinase (two enzymes L-alpha-glycero-3-simultaneously fix the phosphoric acid) oxidase When such an enzyme sensor is used as a glucose sensor, it acts as follows. First, a glucose sensor is immersed in a buffer solution containing no glucose, and a voltage of 0.8 V is applied to the electrode surface in the case of a gold electrode, for example. When glucose is added to this, the enzyme to which the enzyme is immobilized is At the hydrogen peroxide electrode side, glucose diffuses into the glucose oxidase enzyme-immobilized membrane and reacts as follows by the catalytic action of the immobilized enzyme.
この反応に伴って発生する過酸化水素は、アノード電極
上で次のように酸化され、発生した過酸化水素量に比例
した電流、即ちグルコース濃度に比例した電流が流れ
る。 Hydrogen peroxide generated by this reaction is oxidized on the anode electrode as follows, and a current proportional to the amount of hydrogen peroxide generated, that is, a current proportional to glucose concentration flows.
H2O2 → 2H-+O2+2e- このとき、参照側電極には酵素が固定化されていないた
め、酵素反応による電流は流れないので、酵素固定化側
と参照側との差動出力を検出しても、酵素固定化側の電
流のみを検出することができる。この場合に、試料液中
にL-アスコルビン酸などの還元性妨害物質が含まれてい
ても、妨害物質は固定化酵素の有無によらず、両方の組
合せ電極で等しく酸化されるので、このときにこれら両
電極を流れる電流の差動出力を検出すれば、妨害物質に
起因する電流値分が相殺され、酵素反応に起因する電流
値のみを検出することができ、例えばL-アスコルビン酸
の場合、その濃度が0.5〜4mg/dlの範囲内では、両電極
で発生する妨害物質に起因する電流を3%以下に軽減で
きることが確認された。H 2 O 2 → 2H − + O 2 + 2e − At this time, since the enzyme is not immobilized on the reference electrode, the current due to the enzyme reaction does not flow, so the differential output between the enzyme-immobilized side and the reference side is Even if it is detected, only the current on the enzyme-immobilized side can be detected. In this case, even if the sample solution contains a reducing interfering substance such as L-ascorbic acid, the interfering substance is oxidized equally by both combination electrodes regardless of the presence or absence of immobilized enzyme. By detecting the differential output of the current flowing through both electrodes, the current value due to the interfering substance is canceled out, and only the current value due to the enzyme reaction can be detected.For example, in the case of L-ascorbic acid It was confirmed that, when the concentration was within the range of 0.5 to 4 mg / dl, the electric current due to the interfering substances generated at both electrodes could be reduced to 3% or less.
しかるに、酵素固定化膜と参照側となる光架橋重合体膜
とを光学顕微鏡で観察すると、光架橋重合体膜が透明で
かつ均質な膜状体を形成しているのに対し、酵素固定化
膜の方が白色で、その表面に微小な凹凸が無数に形成さ
れていることが判明した。However, when the enzyme-immobilized film and the photocrosslinking polymer film on the reference side are observed with an optical microscope, the photocrosslinking polymer film forms a transparent and homogeneous film, while the enzyme-immobilized film is immobilized. It was found that the film was whiter and innumerable minute irregularities were formed on the surface.
そこで、これら両者の膜状体をなるべく同等なものと
し、これによって差動出力をより正確に検出する手段を
求めて更に検討した結果、参照側となる膜状体にも失活
酵素を固定化せしめる方法がきわめて有効であることを
見出した(特開昭62-75346号公報)。Therefore, the two membranes were made as equivalent as possible, and as a result of further investigation to find a means for more accurately detecting the differential output, immobilization enzyme was also immobilized on the membrane on the reference side. It has been found that the method of buffing is extremely effective (JP-A-62-75346).
この酵素センサーは、同一絶縁基板上に金属薄膜よりな
るアノード電極およびカソード電極の組合せ電極を2組
形成させ、その1組には少くともアノード電極上に固定
化された酵素固定化膜を、他の1組には少くともアノー
ド電極上に固定化された失活酵素固定化膜をそれぞれ設
置して構成されている。In this enzyme sensor, two sets of combination electrodes of an anode electrode and a cathode electrode made of a metal thin film are formed on the same insulating substrate, and one set has at least an enzyme-immobilized film immobilized on the anode electrode, In each set, at least an inactivated enzyme-immobilized membrane immobilized on the anode electrode is installed.
かかる酵素センサーの作製は、上記で図面の第1〜2図
を用いて説明した方法において、工程(d)で用いられた
光架橋性重合体含有酵素水溶液をオーブン中で酵素の種
類に応じて約80〜100℃で約5〜10分間程度加熱し、酵
素を失活させた水溶液が工程(f)で用いられる以外は、
同様の方法によって行われる。そして、例えば第3〜5
図に示される態様において、符号8側に酵素固定化膜
が、また符号9側に失活酵素固定化膜がそれぞれ固定化
された酵素センサーが得られる。The production of such an enzyme sensor is carried out according to the method described above with reference to FIGS. 1 and 2 of the drawings, in which the aqueous solution of the photocrosslinkable polymer-containing enzyme used in step (d) is used in an oven depending on the type of enzyme. Except that an aqueous solution in which the enzyme is inactivated is used in step (f) by heating at about 80 to 100 ° C for about 5 to 10 minutes,
The same method is used. And, for example, the third to fifth
In the embodiment shown in the figure, an enzyme sensor having an enzyme-immobilized membrane immobilized on the code 8 side and an inactivated enzyme-immobilized membrane immobilized on the code 9 side can be obtained.
このようにして行なわれる酵素センサーの作製では、他
の1組の組合せ電極の少なくともアノード電極上に固定
化せしめる失活酵素固定化膜の形成が、上述の如く光架
橋性重合体含有酵素水溶液を加熱処理し、酵素を失活さ
せた水溶液として用いることにより行なわれている。In the production of the enzyme sensor thus performed, the formation of the inactivated enzyme-immobilized film to be immobilized on at least the anode electrode of another set of combination electrodes is carried out by using the photocrosslinkable polymer-containing enzyme aqueous solution as described above. It is carried out by heat treatment and use as an aqueous solution in which the enzyme is inactivated.
作製された酵素センサーは、参照側にも失活酵素を固定
化させることにより、参照側電極の膜質を酵素側電極の
膜質と等しくさせ、これによって2組の組合せ電極間の
妨害物質に対する応答特性を等しくし、妨害物質信号の
差動除去特性を一層改善させる。具体的には、L-アスコ
ルビン酸を用いた妨害物質信号の差動除去特性の測定で
は、その濃度が1〜100mg/dlの範囲内で、両電極で発生
する妨害物質に起因する電流を2%以下に軽減すること
ができ、この前の提案の0.5〜4mg/dlの範囲内で3%以
下という濃度範囲おび電流値と比較して、妨害物質信号
の差動除去特性のなお一層の改善を達成させる。また、
このような特性は、妨害物質がL-アスコルビン酸の場合
だけではなく、尿酸などの場合にも同様に有効に発揮さ
れる。The prepared enzyme sensor immobilizes the deactivating enzyme on the reference side as well, so that the membrane quality of the reference side electrode is made equal to that of the enzyme side electrode. Are made equal to each other to further improve the differential elimination characteristic of the interfering substance signal. Specifically, in the measurement of the differential elimination characteristics of the interfering substance signal using L-ascorbic acid, when the concentration was within the range of 1 to 100 mg / dl, the current caused by the interfering substance at both electrodes was 2%. % Compared to the previously proposed concentration range of 0.5% to 4 mg / dl within the range of 3% or less and the current value, further improving the differential elimination characteristics of interfering substance signals. To achieve. Also,
Such characteristics are effectively exhibited not only when the interfering substance is L-ascorbic acid but also when it is uric acid or the like.
このように、この酵素センサーは効果上では十分に所期
の目的が達せされるものの、酵素固定化膜および失活酵
素固定化膜をそれぞれ別個に形成させるために、2回の
フォトリソグラフ法を適用しなければならず、しかも酵
素固定化膜の形成に必要な量と同量の酵素を失活酵素固
定化膜の形成時にも用いなければならないという製造上
の無駄がみられる。Thus, although this enzyme sensor achieves its intended purpose in terms of effect, two photolithographic methods are required to form the enzyme-immobilized membrane and the inactivated enzyme-immobilized membrane separately. There is a waste in production in that the enzyme must be applied and the same amount of enzyme as that required for forming the enzyme-immobilized membrane must be used also when forming the inactivated enzyme-immobilized membrane.
本発明は、かかる無駄を省いた酵素センサーの製造方法
を提供せんとするものである。The present invention is intended to provide a method for producing an enzyme sensor that eliminates such waste.
従って、本発明は酵素センサーの製造方法に係り、酵素
センサーの製造は、同一絶縁基板上に金属膜よりなるア
ノード電極およびカソード電極の組合せ電極を2組形成
させ、各組合せ電極において少なくともアノード電極上
に酵素固定化膜を固定化させた後、参照側電極を形成す
る電極上の酵素固定化膜に紫外線を照射し、失活酵素固
定化膜を形成させることにより行なわれる。Therefore, the present invention relates to a method for manufacturing an enzyme sensor, and in manufacturing an enzyme sensor, two sets of combination electrodes of an anode electrode and a cathode electrode made of a metal film are formed on the same insulating substrate, and at least the anode electrode is formed on each combination electrode. After immobilizing the enzyme-immobilized membrane on the substrate, the enzyme-immobilized membrane on the electrode forming the reference electrode is irradiated with ultraviolet rays to form a deactivated enzyme-immobilized membrane.
2組の組合せ電極の少なくともアノード電極上に酵素固
定化膜を形成させることは、上記で図面の第1〜2図を
用いて説明した方法において、工程(e)において画像を
有するフォトマスクを用いることなく、あるいは2組の
アノード電極が露光されるような画像パターンを有する
フォトマスクを用いて、紫外線照射することにより行な
われる。この紫外線照射に用いられる紫外線は、水銀ラ
ンプから発せられるような比較的長波長のものであり、
これを約30秒間程度照射した場合には、光架橋性重合体
の光架橋は行なわれるものの、酵素への影響は殆んどみ
られない。Forming the enzyme-immobilized film on at least the anode electrode of the two sets of combination electrodes uses the photomask having an image in step (e) in the method described above with reference to FIGS. Without irradiation, or by using a photomask having an image pattern in which two sets of anode electrodes are exposed, and irradiating with ultraviolet rays. The ultraviolet light used for this ultraviolet irradiation is of a relatively long wavelength, such as that emitted from a mercury lamp,
When this is irradiated for about 30 seconds, the photocrosslinking polymer is photocrosslinked, but the effect on the enzyme is hardly observed.
その後、参照側電極となる方の組合せ電極上の酵素固定
化膜のみにフォトマスクを用いて紫外線を照射し、一旦
固定化させた酵素を失活させる。この場合の紫外線照射
条件は、一般的に次の如くである。After that, only the enzyme-immobilized film on the combination electrode serving as the reference electrode is irradiated with ultraviolet rays using a photomask to inactivate the enzyme once immobilized. The ultraviolet irradiation conditions in this case are generally as follows.
光源:短波長用紫外線ランプ 波長:約2000〜3000Å 出力:約10〜20W/cm2 距離:約1〜5cm 時間:約1〜5分間 〔発明の効果〕 本発明方法により、次のような効果が奏せされる。Light source: UV lamp for short wavelength Wavelength: Approx. 2000 to 3000Å Output: Approx. 10 to 20 W / cm 2 Distance: Approx. 1 to 5 cm Time: Approx. 1 to 5 minutes [Effect of the invention] The following effects are obtained by the method of the present invention. Is played.
(1)酵素センサーの電極上に酵素固定化膜および失活酵
素固定化膜を形成させるためのフォトリソグラフ法の適
用が一回で行なわれる。(1) The photolithography method for forming the enzyme-immobilized film and the inactivated enzyme-immobilized film on the electrode of the enzyme sensor is applied once.
(2)これに関連して、これら両固定化膜の膜厚、膜質な
どが同等のものとなるため、妨害物質に対する差動除去
特性が向上する。(2) In this regard, since the film thickness and film quality of both of these immobilization films are the same, the differential removal characteristic with respect to the interfering substance is improved.
(3)使用される酵素量が熱失活法の半分で済む。(3) The amount of enzyme used is half that of the heat inactivation method.
次に、実施例について本発明を説明する。 Next, the present invention will be described with reference to examples.
実施例 光架橋性ポリビニルアルコール(光架橋性スチルバゾリ
ウム基含有量1.4モル%、けん化度88%、重合度1400)の
11.7重量%水溶液0.5gに、グルコースオキシダーゼ酵
素30mgを溶解させた蒸留水0.4mlを添加し、数分間程度
撹拌、混合してコーティング液を調製する。このコーテ
ィング液を、ガラス板上に形成させた2組の過酸化水素
電極の上に、4000rpm、20秒間の条件下でスピンコート
する。コーティング液が自然乾燥したら、2組の過酸化
水素電極の内、それぞれアノード電極部分のみを紫外線
照射できるようなネガの画像を有するフォトマスクで覆
い、紫外線照射(出力250W)を15秒間行ない、その後純
水による洗浄によって現像し、再び紫外線照射して乾燥
させた。Examples of photocrosslinkable polyvinyl alcohol (photocrosslinkable stilbazolium group content 1.4 mol%, saponification degree 88%, polymerization degree 1400)
0.4 ml of distilled water in which 30 mg of glucose oxidase enzyme is dissolved is added to 0.5 g of a 11.7% by weight aqueous solution, and the mixture is stirred and mixed for about several minutes to prepare a coating solution. This coating solution is spin-coated on two sets of hydrogen peroxide electrodes formed on a glass plate under the conditions of 4000 rpm and 20 seconds. After the coating liquid has dried naturally, cover the anode electrode part of each of the two sets of hydrogen peroxide electrodes with a photomask that has a negative image so that it can be irradiated with ultraviolet light, and perform ultraviolet irradiation (output 250 W) for 15 seconds, and then It was developed by washing with pure water, and again irradiated with ultraviolet rays to be dried.
次に、参照側電極のアノード電極部分にのみ紫外線が照
射されるようなネガ画像を有する石英製フォトマスクで
覆い、殺菌用紫外線ランプ(波長2537Å)を用いて、照射
距離2cm、照射時間2分間の条件下で紫外線照射を行な
い、このアノード電極上の固定化膜に固定されている酵
素を失活させた。Next, cover with a quartz photomask having a negative image such that only the anode electrode portion of the reference electrode is irradiated with ultraviolet rays, using a sterilizing ultraviolet lamp (wavelength 2537Å), irradiation distance 2 cm, irradiation time 2 minutes UV irradiation was carried out under the conditions described above to deactivate the enzyme immobilized on the immobilization film on the anode electrode.
第1図は、絶縁基板上に電極を形成させる工程を順次示
した断面図である。第2図は先に提案された方法を示し
ており、絶縁基板上に形成させた2個のアノード電極の
上に、それぞれ光架橋重合体で固定化された酵素固定化
膜および光架橋重合体膜(または失活酵素固定化膜)を設
置させる工程を順次示した断面図であり、第3図はこの
ようにして作製された酵素センサーの一態様の平面図で
ある。第4〜5図は、酵素センサーの他の態様の平面図
である。 (符号の説明) 1……絶縁基板 2……基板露出面 5……電極 6……光架橋性重合体含有酵素水溶液 7……画像を有するフォトマスク 8……酵素固定化膜 9……光架橋重合体膜(または失活酵素固定化膜) 11……酵素固定化膜側アノード電極 12……参照側アノード電極 13……カソード電極FIG. 1 is a sectional view sequentially showing a process of forming electrodes on an insulating substrate. FIG. 2 shows the previously proposed method, in which an enzyme-immobilized membrane and a photocrosslinking polymer immobilized by a photocrosslinking polymer on two anode electrodes formed on an insulating substrate, respectively. It is sectional drawing which showed the process of installing a membrane | membrane (or inactivated enzyme immobilization membrane) one by one, and FIG. 3 is a top view of one aspect of the enzyme sensor produced in this way. 4 to 5 are plan views of other embodiments of the enzyme sensor. (Explanation of symbols) 1 ... Insulating substrate 2 ... Exposed substrate 5 ... Electrode 6 ... Enzyme aqueous solution containing photo-crosslinkable polymer 7 ... Photomask with image 8 ... Enzyme-immobilized film 9 ... Light Crosslinked polymer membrane (or inactivated enzyme immobilization membrane) 11 …… Enzyme immobilization membrane side anode electrode 12 …… Reference side anode electrode 13 …… Cathode electrode
Claims (4)
ド電極およびカソード電極の組合せ電極を2組形成さ
せ、各組合せ電極において少なくともアノード電極上に
酵素固定化膜を固定化させた後、参照側電極を形成する
電極上の酸素固定化膜に紫外線を照射し、失活酵素固定
化膜を形成させることを特徴とする酵素センサーの製造
方法。1. A combination of an anode electrode and a cathode electrode composed of a metal thin film is formed on the same insulating substrate, and an enzyme immobilization film is immobilized on at least the anode electrode in each combination electrode, and then the reference side is formed. A method for producing an enzyme sensor, comprising irradiating an oxygen-immobilized film on an electrode forming an electrode with ultraviolet rays to form an inactivated enzyme-immobilized film.
許請求の範囲第1項記載の酵素センサーの製造方法。2. The method for producing an enzyme sensor according to claim 1, wherein the immobilization is performed by a photocrosslinking polymer.
通して用いられる特許請求の範囲第1項記載の酵素セン
サーの製造方法。3. The method for producing an enzyme sensor according to claim 1, wherein one cathode electrode is commonly used for two sets of combination electrodes.
許請求の範囲第1項記載の酵素センサーの製造方法。4. The method for producing an enzyme sensor according to claim 1, wherein the combination electrode constitutes a hydrogen peroxide electrode.
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-
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- 1986-04-08 JP JP61079268A patent/JPH0623719B2/en not_active Expired - Fee Related
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JPS6275346A (en) * | 1985-09-30 | 1987-04-07 | Nok Corp | Enzyme sensor |
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JPS62237348A (en) | 1987-10-17 |
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