酶电极的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及酶电极。
【背景技术】
[0002] 已有包含作为基材的电极以及使用交联剂、粘合剂将酶和导电性颗粒固定在电极 的表面上而得到的检测层的酶电极。酶电极具有将通过酶反应生成的电子从电极中取出的 结构。
[0003] 现有技术文献
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献1 :日本特开昭63-222256号公报
[0006] 专利文献2 :日本特开平2-99849号公报
[0007] 专利文献3 :国际公开W02007/055100号公报
[0008] 专利文献4 :国际公开W02009/037838号公报
[0009] 专利文献5 :日本特开2004-317421号公报
[0010] 专利文献6 :日本特开2007-222786号公报
[0011] 专利文献7 :美国专利第6770729号公报
【发明内容】
[0012] 发明所要解决的问题
[0013] 一般而言，为了适当地保持检测层中含有的酶和导电性颗粒、并且确保检测层对 基材的适当的密合性，考虑提高交联剂、粘合剂的浓度。然而，单纯提高交联剂、粘合剂的浓 度时，会阻碍检测层内的良好的电子传递路径的形成，存在酶电极的应答灵敏度与交联剂、 粘合剂的浓度成比例地降低的倾向。
[0014] 另外，近年来，酶电极有小型化的倾向，一方面期望以少量的粘合剂维持检测层在 基材上适当的固定状态，另一方面期望酶电极具有良好的应答灵敏度及重现性。
[0015] 本发明的一个方式基于上述情况而完成，其目的在于提供一种酶电极，该酶电极 具有的检测层被适当地固定于基材上，另一方面该检测层能够得到适当的应答灵敏度。
[0016] 用于解决问题的手段
[0017] 为了实现上述目的，本发明的一个方式采用以下的构成。即，本发明的一个方式为 一种酶电极，其为包含电极和检测层的酶电极，其中，上述检测层含有酶、导电性颗粒和非 导电性高分子，上述非导电性高分子通过含有氮或氧的连接链与上述酶的至少一部分和上 述导电性颗粒的至少一部分中的至少之一连接，上述非导电性高分子具有在其添加浓度与 上述酶电极的应答灵敏度之间存在正相关的区域。
[0018] 上述一个方式中的上述含有氮（N)或氧（0)的连接链例如为共价键。另外，共价 键例如为酰胺酯键。另外，作为上述连接链，除了酰胺酯键以外，还有肽键、碳二亚胺、希夫 碱。另外，上述一个方式中，可以以酰胺酯键来自于噁唑啉基的方式构成。另外，上述一个 方式中，可以以相对于上述非导电性高分子含有4. 5mmol/g的上述噁唑啉基的方式构成。 [0019] 上述一个方式中，上述导电性颗粒可以选自碳、金属中的至少一种。另外，可以以 上述导电性颗粒的平均粒径为l〇〇nm以下的方式构成。或者，可以以上述导电性颗粒的比 表面积为200m2/g以上的方式构成。另外，可以采用上述导电性颗粒含有羧基、氨基、醛基、 羟基和苯基中的至少一种基团的构成。此外，上述导电性颗粒可以含有选自碳纳米管和富 勒烯中的一种以上的微粒。
[0020] 另外，上述的一个方式中，可以以上述酶、上述导电性颗粒、上述非导电性高分子 的重量比率为〇? 023?2. 0:0? 1?1. 0:2. 5?10. 0的方式构成。
[0021] 另外，本发明的其他方式之一为一种生物传感器，其为具备包含电极和检测层的 酶电极的生物传感器，其中，上述检测层含有酶、导电性颗粒和非导电性高分子，上述非导 电性高分子通过含有氮或氧的连接链与上述酶的至少一部分和上述导电性颗粒的至少一 部分中的至少之一连接，上述非导电性高分子具有在其添加浓度与上述酶电极的应答灵敏 度之间存在正相关的区域。
[0022] 另外，本发明的其他方式之一为一种电子设备，其为具备包含电极和检测层的酶 电极的电子设备，其中，上述检测层含有酶、导电性颗粒和非导电性高分子，上述非导电性 高分子通过含有氮或氧的连接链与上述酶的至少一部分和上述导电性颗粒的至少一部分 中的至少之一连接，上述非导电性高分子具有在其添加浓度与上述酶电极的应答灵敏度之 间存在正相关的区域。
[0023] 另外，本发明的其他方式之一为一种装置，其包含酶电极和供给部，上述酶电极包 含电极和检测层，上述检测层含有酶、导电性颗粒和非导电性高分子，上述非导电性高分子 通过含有氮或氧的连接链与上述酶的至少一部分和上述导电性颗粒的至少一部分中的至 少之一连接，上述非导电性高分子具有在其添加浓度与上述酶电极的应答灵敏度之间存在 正相关的区域；供给部将通过对上述酶电极通电而引起的酶反应产生的电流供给至负荷。 另外，本发明的其他方式可以包括包含上述生物传感器的电子设备、包含上述装置的电子 设备。
[0024] 另外，本发明的其他方式之一是一种酶电极的制造方法，其包括：制备含有酶、导 电性颗粒和高分子的试剂溶液的步骤、将上述试剂溶液应用于电极上的步骤、和通过使所 应用的试剂溶液干燥而在上述电极上形成含有上述酶、上述导电性颗粒和上述高分子且上 述高分子通过含有氮或氧的连接链与上述酶的至少一部分和上述导电性颗粒的至少一部 分中的至少之一连接的检测层的步骤，上述非导电性高分子具有在其添加浓度与上述酶电 极的应答灵敏度之间存在正相关的区域。上述试剂溶液的制备时添加的上述非导电性高分 子的浓度例如为〇. 25%?10%。
[0025] 另外，本发明的其他方式之一为一种酶电极，其包括电极和检测层，上述检测层含 有酶、导电性颗粒以及与上述酶的至少一部分和上述导电性颗粒的至少一部分中的至少之 一形成酰胺酯键的高分子。
[0026] 发明效果
[0027] 根据本发明的一个方式，可以提供一种具有检测层的酶电极，检测层被适当地固 定于基材上，并且能够得到适当的灵敏度。
【附图说明】
[0028] 图1是示意性地表示实施方式的酶电极的侧面或截面的图。
[0029] 图2示意性地示出图1所示的检测层2内的状态。
[0030] 图3是表示检测层对电极的密合性与应答灵敏度的关系的图。
【具体实施方式】
[0031] 以下，参照附图对作为本发明的一个实施方式的酶电极进行说明。以下举出的实 施方式各自为例示，本发明不限定于以下的实施方式的构成。
[0032] [酶电极的构成]
[0033] 图1是示意性地表示实施方式的酶电极的侧面或截面的图。图1中，酶电极10具 备电极（电极层）1和形成在电极1的表面（图1中为上面）上的检测层2。
[0034] 〈电极〉
[0035]电极1使用金（Au)、铂（Pt)、银（Ag)、钯这样的金属材料、或者碳这样的碳材料来 形成。电极1例如形成在图1所示的绝缘性基板3上。基板3由聚醚酰亚胺（PEI)、聚对 苯二甲酸乙二醇酯（PET)、聚乙烯（PE)等热塑性树脂、聚酰亚胺树脂、环氧树脂等各种树脂 (塑料）、玻璃、陶瓷、纸等绝缘性材料形成。形成电极1的电极材料及绝缘性基板3的材料 可以采用公知的任意材料。电极1及绝缘性基板3的大小、厚度可以适当设定。以下，也有 时将绝缘性基板3与电极1的组合称为"基材"。
[0036] 〈检测层〉
[0037] 图2示意性地示出图1所示的检测层2内的状态。如图2所示，检测层2中，酶5 和导电性颗粒6通过含有噁唑啉基的聚合物被固定化。具体而言，在检测层2内，分布有酶 5、导电性颗粒6、噁唑啉基7和丙烯酸/苯乙烯链8,通过噁唑啉基7的开环与酶5或导电 性颗粒6的羧基的反应，形成酰胺酯键。
[0038] S卩，检测层2含有2个以上的酶5、2个以上的导电性颗粒6以及与2个以上的酶 5的至少一部分和2个以上的导电性颗粒6的至少一部分中的至少之一形成酰胺酯键的2 个以上的非导电性高分子（酰胺酯9)。
[0039] 通过酰胺酯9与酶5或导电性颗粒6连接，在检测层2内的状态成为酶5和导电 性颗粒6被牢固地保持或负载。另外，通过酰胺酯键，酶5和导电性颗粒6在检测层2内成 为均匀分布的状态。由此，成为形成了数量适度的使通过酶反应生成的电子经由导电性颗 粒6到达电极1的电子传递路径的状态。因此，实现了酶电极的应答灵敏度的提高。另一 方面，检测层2对电极1显示出适当的密合性。
[0040] 〈〈酶〉〉
[0041] 酶5例如为氧化还原酶。例如为葡萄糖脱氢酶（GDH)。作为GDH，优选采用不需要 电子介质的黄素腺嘌呤二核苷酸依赖性葡萄糖脱氢酶（FADGDH)。另外，作为酶5,可以采 用包含细胞色素的氧化还原酶。例如，可以举出包含细胞色素的葡萄糖脱氢酶（Cy-GDH)、 D_果糖脱氢酶、纤维二糖脱氢酶等。
[0042] 〈〈导电性颗粒〉〉
[0043] 导电性颗粒6可以采用金、铂、银、钯这样的金属制颗粒或者以碳作为材料的高级 结构体。高级结构体例如可以含有选自导电性炭黑、科琴黑（注册商标）、碳纳米管（CNT)、 富勒烯中的一种以上的微粒（碳微粒）。导电性颗粒6可以选择如上所述的金属和碳中的 之一。另外，导电性颗粒6可以含有羧基、氨基、醛基、羟基、苯基中的至少一种作为用于交 联的官能团。
[0044] 需要说明的是，检测层2的表面可以由醋酸纤维素（CA)这样的外层膜覆盖。
[0045] 〈〈酶、导电性颗粒、粘合剂的重量比率等〉〉
[0046] 构成检测层2的酶、导电性颗粒、粘合剂的重量比率例如优选为酶：导电性颗粒： 粘合剂=(〇. 023?2. 0) : (0. 1?1. 0) : (2. 5?10. 0)。另外，导电性颗粒的平均粒径例如 优选为l〇〇[nm]以下，比表面积例如优选为200[m2/g]以上。
[0047] [酶电极的制作方法]
[0048] 以下，上述的酶电极10例如以如下方式制作。即，在绝缘性基板3的单面上形成 作为电极1发挥功能的金属层。例如，在预定的厚度（例如约