(57)【要約】【課題】作業性、取り扱い性等の実用性に優れ、錆の発生もなく、かつ強度および感度に優れた、カーボンナノチューブのような炭素材料を用いたセンサー用電極を提供する。【解決手段】導電性の基板上に、カーボンナノチューブ、ナノポーラスカーボン、グラフェン、カーボンナノホーン、カーボンナノコイル、フラーレンおよびこれらの誘導体から選択された少なくとも１種の炭素材料と核酸とを電着せしめてなるセンサー用電極。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の基板上に、カーボンナノチューブ、ナノポーラスカーボン、グラフェン、カーボンナノホーン、カーボンナノコイルおよびフラーレン並びにこれらの誘導体から選択された少なくとも１種の炭素材料と核酸とを電着せしめてなるセンサー用電極。
【請求項２】
前記導電性の基板と、前記炭素材料が前記核酸により分散されてなる水分散液とを接触させ、前記導電性の基板に電圧を印加し、前記導電性の基板上に前記炭素材料と前記核酸とを電着せしめてなる請求項１に記載のセンサー用電極。
【請求項３】
前記導電性の基板を陽極とし、前記陽極および対照陰極間に電圧を印加し、前記導電性の基板上に前記炭素材料と前記核酸とを電着せしめてなる請求項２に記載のセンサー用電極。
【請求項４】
前記水分散液において、前記炭素材料と前記核酸との質量比が、前者：後者として１：０．１〜１：１０である請求項２または３に記載のセンサー用電極。
【請求項５】
前記印加する電圧が０．５〜５Ｖである請求項２または３に記載のセンサー用電極。
【請求項６】
前記導電性の基板が貴金属からなる請求項１〜５のいずれか１項に記載のセンサー用電極。
【請求項７】
前記導電性の基板上に、前記炭素材料と前記核酸とを含む薄膜を２層以上形成してなる請求項１〜６のいずれか１項に記載のセンサー用電極。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のセンサー用電極を含むセンサー。
【請求項９】
導電性の基板上に、カーボンナノチューブ、ナノポーラスカーボン、グラフェン、カーボンナノホーン、カーボンナノコイルおよびフラーレン並びにこれらの誘導体から選択された少なくとも１種の炭素材料と核酸とを電着せしめる工程を含むセンサー用電極の製造方法。
【請求項１０】
前記炭素材料が前記核酸により分散されてなる水分散液を調製する工程と、
前記導電性の基板と前記水分散液とを接触させる工程と、
前記導電性の基板に電圧を印加し、前記導電性の基板上に前記炭素材料と前記核酸とを電着せしめる工程と
を含む請求項９に記載のセンサー用電極の製造方法。
【請求項１１】
前記導電性の基板を陽極とし、前記陽極および対照陰極間に電圧を印加し、前記導電性の基板上に前記炭素材料と前記核酸とを電着せしめる工程を含む請求項１０に記載のセンサー用電極の製造方法。
【請求項１２】
前記水分散液において、前記炭素材料と前記核酸との質量比が、前者：後者として１：０．１〜１：１０である請求項１０または１１に記載のセンサー用電極の製造方法。
【請求項１３】
前記印加する電圧が０．５〜５Ｖである請求項１０または１１に記載のセンサー用電極の製造方法。
【請求項１４】
前記導電性の基板が貴金属からなる請求項９〜１３のいずれか１項に記載のセンサー用電極の製造方法。
【請求項１５】
前記水分散液が、ｐＨ２〜１０のｐＨ緩衝水溶液中に前記核酸を溶解させた後、前記炭素材料を添加することにより調製される請求項１２に記載のセンサー用電極の製造方法。
【請求項１６】
前記導電性の基板上に、前記炭素材料と前記核酸とを含む薄膜を２層以上形成する工程をさらに含む請求項９〜１５のいずれか１項に記載のセンサー用電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサー用電極およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブを水溶液中で金属表面に電着（メッキ）する方法として、金属イオンとともに陰極（マイナス極）側の金属表面に電着する技術（複合メッキ）が知られている（非特許文献１）。この技術は、陰極に陽イオンである金属イオンが電着されるが、その際、近くにあるカーボンナノチューブを巻き込むかたちで電着する方法である。
【０００３】
しかし非特許文献１に記載の技術では、カーボンナノチューブの単独メッキは期待できず、金属との複合メッキとなる。また電着後、金属イオンの種類にもよるが、残存する金属イオンの影響で錆が発生する可能性がある。
【０００４】
また、特許文献１には、カーボンナノチューブの特性に金、プラチナ、その他の貴金属の特性を付与した複合めっきが提案されている。特許文献１に示される金めっきはカーボンナノチューブをめっき中に取り込むためにめっき厚みに数μｍを要している。すなわちめっき厚みが５μｍ以上でないとカーボンナノチューブを十分に取り込めないことを意味している。
【０００５】
また、特許文献２には、基板との結合を強固にするために、まずカーボンナノチューブをニッケルとともに基板上に露出した状態で複合めっきし、更にその上に金、プラチナ等、貴金属の薄いめっきを施してカーボンナノチューブを露出させ、カーボンナノチューブと貴金属の両者の機能を付与するという技術も報告されている。しかし、特許文献２に記載の技術はあまりに煩雑であり、実用には向かないという問題点がある。
【０００６】
また、特許文献３には、センサーへの応用として、カーボンナノチューブを金属表面上に形成し、これをバイオセンサーとして利用することが提案されている。特許文献３に示される電極は、その表面積を増大させるために、白金電極上に単層カーボンナノチューブを形成したもので、数桁もの感度上昇が得られるとしている。しかしながら、特許文献３に示される電極では、カーボンナノチューブを白金電極上に固定する方法として化学気相成長法を使用しているので、煩雑であるとともに特殊な装置を必要とする。また電極とカーボンナノチューブの結合強度に問題がある。
【０００７】
また、透明導電性基板としては、ガラス板などの透明基材の表面に、透明導電膜を設けたものが広く使用されている。透明導電膜としては、スズ添加酸化インジウム（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム添加酸化亜鉛（ＩＺＯ）などがある。下記特許文献４には、透明導電膜への配線としてカーボンナノチューブを電着する技術が開示されている。
【０００８】
しかし、特許文献４に記載された技術は用途が配線であり、電気化学的反応面としての電極への応用は開示されていない。また有機溶剤を使用してカーボンナノチューブを分散させる工程が必要であり、作業性や取り扱い性に問題点がある。
【０００９】
また、非特許文献２には、無水有機溶媒中で陽極（プラス極）とした金属表面に、酸処理して表面に負電荷を帯びさせた官能基を修飾したカーボンナノチューブを電着させる方法が記載されている。
【００１０】
しかし非特許文献２に記載の方法では、カーボンナノチューブの硫酸、硝酸などによる前処理、無水ジメチルホルムアミドなどの特殊な溶媒を必要とし、水分の制御が困難で実用には不向きである。
【００１１】
また、特許文献５には、カーボンナノチューブを含む溶液を調製し、該溶液にレーザー光を照射した後、基板上に該カーボンナノチューブを固定することで、所望の単一のカイラリティを有するカーボンナノチューブ組成物を有するアレイが開示されている。
【００１２】
しかし特許文献５に記載の技術では、レーザー光の照射が必要なために装置が大掛かりとなるとともに、操作が煩雑であるという問題点がある。また、バイオセンサーとして利用した場合に、十分な感度が得られないという問題点もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００６−２４９４８４号公報
【特許文献２】特開２０１２−２１２２０号公報
【特許文献３】特開２００８−６４７２４号公報
【特許文献４】特開２００９−２１１２９号公報
【特許文献５】国際公開第２００６／１２１１５５号
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】Ｓ．Ａｒａｉ，Ｍ．Ｅｎｄｏ，Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．，５，７９７（２００３）．
【非特許文献２】Ｙ．Ａｂｅ，Ｒ．Ｔｏｍｕｒｏ，Ｍ．Ｓａｎｏ，Ａｄｖ．，Ｍａｔｅｒ．，１７，２１９２（２００５）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、作業性および取り扱い性等の実用性に優れ、錆の発生もなく、かつ強度および感度に優れた、カーボンナノチューブのような炭素材料を用いたセンサー用電極を提供することを目的とする。
【００１６】
また本発明は、大掛かりな装置を必要とせず、簡便な手段により前記センサー用電極を製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者は鋭意検討を重ねた結果、導電性の基板上に炭素材料および核酸を電着させるという簡単な手段により、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成することができた。
【００１８】
すなわち本発明は以下の通りである。
１．導電性の基板上に、カーボンナノチューブ、ナノポーラスカーボン、グラフェン、カーボンナノホーン、カーボンナノコイルおよびフラーレン並びにこれらの誘導体から選択された少なくとも１種の炭素材料と核酸とを電着せしめてなるセンサー用電極。
２．前記導電性の基板と、前記炭素材料が前記核酸により分散されてなる水分散液とを接触させ、前記導電性の基板に電圧を印加し、前記導電性の基板上に前記炭素材料と前記核酸とを電着せしめてなる前記１に記載のセンサー用電極。
３．前記導電性の基板を陽極とし、前記陽極および対照陰極間に電圧を印加し、前記導電性の基板上に前記炭素材料と前記核酸とを電着せしめてなる前記２に記載のセンサー用電極。
４．前記水分散液において、前記炭素材料と前記核酸との質量比が、前者：後者として１：０．１〜１：１０である前記２または３に記載のセンサー用電極。
５．前記印加する電圧が０．５〜５Ｖである前記２または３に記載のセンサー用電極。
６．前記導電性の基板が貴金属からなる前記１〜５のいずれか１に記載のセンサー用電極。
７．前記導電性の基板上に、前記炭素材料と前記核酸とを含む薄膜を２層以上形成してなる前記１〜６のいずれか１に記載のセンサー用電極。
８．前記１〜７のいずれか１に記載のセンサー用電極を含むセンサー。
９．導電性の基板上に、カーボンナノチューブ、ナノポーラスカーボン、グラフェン、カーボンナノホーン、カーボンナノコイルおよびフラーレン並びにこれらの誘導体から選択された少なくとも１種の炭素材料と核酸とを電着せしめる工程を含むセンサー用電極の製造方法。
１０．前記炭素材料が前記核酸により分散されてなる水分散液を調製する工程と、
前記導電性の基板と前記水分散液とを接触させる工程と、
前記導電性の基板に電圧を印加し、前記導電性の基板上に前記炭素材料と前記核酸とを電着せしめる工程と
を含む前記９に記載のセンサー用電極の製造方法。
１１．前記導電性の基板を陽極とし、前記陽極および対照陰極間に電圧を印加し、前記導電性の基板上に前記炭素材料と前記核酸とを電着せしめる工程を含む前記１０に記載のセンサー用電極の製造方法。
１２．前記水分散液において、前記炭素材料と前記核酸との質量比が、前者：後者として１：０．１〜１：１０である前記１０または１１に記載のセンサー用電極の製造方法。
１３．前記印加する電圧が０．５〜５Ｖである前記１０または１１に記載のセンサー用電極の製造方法。
１４．前記導電性の基板が貴金属からなる前記９〜１３のいずれか１に記載のセンサー用電極の製造方法。
１５．前記水分散液が、ｐＨ２〜１０のｐＨ緩衝水溶液中に前記核酸を溶解させた後、前記炭素材料を添加することにより調製される前記１２に記載のセンサー用電極の製造方法。
１６．前記導電性の基板上に、前記炭素材料と前記核酸とを含む薄膜を２層以上形成する工程をさらに含む前記９〜１５のいずれか１に記載のセンサー用電極の製造方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のセンサー用電極は、従来技術のような化学気相成長法またはレーザー照射を行なう必要がないので、作業性、取り扱い性等の実用性に優れる。また、カーボンナノチューブのような炭素材料と核酸を導電性基板上に電着させた本発明のセンサー用電極は、導電性基板および炭素材料間の結合強度に優れる。さらに錆の発生の心配も無い。
【００２０】
また本発明のセンサー用電極を製造する際には、前記のような化学気相成長法またはレーザー照射等の煩雑な手段を必要としないため、大掛かりな装置を準備することなく、簡単にセンサー用電極を製造することができる。
【００２１】
また本発明のセンサー用電極を含むセンサーは、感度に優れているため、例えばドーパミンなどの神経伝達物質を測定するためのバイオセンサー等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施例で用いた多層中空型カーボンナノチューブの透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真である。
【図２】実施例で用いた多層竹型カーボンナノチューブの透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真である。
【図３】実施例１における９０分分散後の分散液の１ヵ月後の写真である。
【図４】実施例１において、カーボンナノチューブが陽極表面に電着された状態を示す写真である。
【図５】実施例１において、カーボンナノチューブが陽極表面に電着された状態を示す写真である。
【図６】実施例１において、カーボンナノチューブが陽極表面に電着された状態を示す写真である。
【図７】実施例７において調製された分散液の１ヶ月後の状態を示す写真である。
【図８】実施例８において調製された分散液の１ヶ月後の状態を示す写真である。
【図９】実施例９において調製された分散液の１ヶ月後の状態を示す写真である。
【図１０】実施例１０において調製された分散液の１ヶ月後の状態を示す写真である。
【図１１】実施例１１において調製された分散液の１ヶ月後の状態を示す写真である。
【図１２】実施例１２において調製された分散液の１ヶ月後の状態を示す写真である。
【図１３】実施例１３において調製された分散液の１ヶ月後の状態を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
（導電性の基板）
本発明で使用される導電性の基板としては、例えば、ＩＴＯ（インジウム・チン・オキサイド）および真鍮（銅・亜鉛）等の合金；鉄、ニッケル、銅、金、白金、銀、パラジウムおよびチタン等の金属；その他、グラファイト、グラッシーカーボンおよびカーボン繊維等の材料を用いた基板が挙げられる。中でも、貴金属からなる基板を採用することにより、耐腐食性、高導電性という効果が奏され、好ましい。
【００２４】
前記基板の形状としては特に制限されず、例えば、板状、棒状および網状等が挙げられる。また、例えば、樹脂の内部に基板が埋め込まれ、基板材の表面が露出した形状（鉛筆の断面における木の部分が樹脂で、真ん中の鉛筆の芯が基板となるような形状）、および典型的には板状のガラス、セラミックまたは水晶などの表面に、基板が形成された形状が挙げられる。
【００２５】
（炭素材料）
本発明で使用される炭素材料は、カーボンナノチューブ、ナノポーラスカーボン、グラフェン、カーボンナノホーン、カーボンナノコイルおよびフラーレン並びにこれらの誘導体から選択された少なくとも１種である。
【００２６】
カーボンナノチューブ、ナノポーラスカーボン、グラフェン、カーボンナノホーン、カーボンナノコイルおよびフラーレン並びにこれらの誘導体のいわゆるナノカーボンは、グラファイトやダイヤモンド等と同様に炭素の同素体であり、いずれも公知である。
【００２７】
この内、カーボンナノチューブはアーク放電法、化学的気相成長法またはレーザー蒸発法等により製造されたものが用いられ、構造的には多層または単層のいずれのものも用いられる。なお本発明では、上記の炭素材料は、２種以上を併用することもできる。
【００２８】
（核酸）
本発明で使用される核酸としては、特に制限されず、高分子としてポリデオキシリボヌクレオチド（ＤＮＡ）の１本鎖、２本鎖、あるいは１本鎖と２本鎖の複合体、ポリリボヌクレオチド（ＲＮＡ）の１本鎖、単量体としてデオキシアデノシン５’−リン酸、デオキシグアノシン５’−リン酸、デオキシシチジン５’−リン酸、デオキシチミジン５’−リン酸などのデオキシリボヌクレオチド、アデノシン５’−リン酸、グアノシン５’−リン酸、シチジン５’−リン酸、ウリジン５’−リン酸などのリボヌクレオチド、デオキシリボヌクレオチド、リボヌクレオチドのリン酸部位に更にリン酸が結合した核酸（例えば、ＡＤＰまたはＡＴＰ等）が挙げられる。
【００２９】
本発明のセンサー用電極は、導電性の基板上に前記のような炭素材料と核酸とを電着せしめて形成される。電着方法としては、まず、核酸を分散剤として炭素材料を水中に分散させた水分散液を調製し、導電性の基板と該水分散液とを接触させ、該基板に電圧を印加し、該基板上に炭素材料と核酸とを電着せしめる方法がある。なお、導電性の基板と水分散液との接触は、例えば、該基板を水分散液中に浸漬する等の方法がある。
【００３０】
核酸は基本的に水溶液中で負電荷を帯びており、炭素材料の良好な分散剤となり得る。この理由は、核酸と炭素材料のπ−π相互作用およびエンベロープ（巻き付き）効果に起因すると推定される。すなわち核酸と炭素材料とは親和性がある。導電性の基板に適当な電圧をかけることにより、炭素材料および核酸は陽極側に引き寄せられ該基板表面に電着される。
【００３１】
なお、炭素材料の分散は、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）のような公知のアニオン性の界面活性剤でも可能であるが、例えばＳＤＳは単分子のため、カーボンナノチューブのような炭素材料の表面を高い被覆率で覆うことになる。すると、該炭素材料の本来有する表面機能（導電性など）が損なわれる可能性がある。
【００３２】
これに対し、核酸は高分子のため、ゆるく該炭素材料を巻くような形か、塩基の一部がスポット的に炭素材料と結合し、他はフリーのような結合状態として存在すると推測される。このため、炭素材料の本来有する表面機能を損なう恐れがないものと考えられる。
【００３３】
水分散液は、炭素材料と核酸との質量比が、前者：後者として１：０．１〜１：１０、好ましくは１：０．５〜１：３となるように調製するのがよい。この比を採用することにより、電着に適した液中での良分散性という効果が奏される。また、電着時に適度な量の核酸が介在することで炭素材料が均一に整列して電着されるという効果も得られる。具体的に水分散液は、例えばｐＨ２〜１０、好ましくは６〜８のｐＨ緩衝水溶液中に核酸を溶解させた後、炭素材料を添加することにより調製される。なお、緩衝液の組成には特に制限されない。
【００３４】
また前述のように、導電性の基板を陽極とし、これと対照陰極間に電圧を印加すれば、水中で負電荷を帯びた核酸は陽極側に移動し、該基板上に炭素材料と核酸とを電着せしめることができ好ましい。このときの電圧は、例えば０．５〜５Ｖであり、具体的には１〜４Ｖである。印加時間は採用した電圧に応じて適宜決定すればよい。このようにして製造される本発明のセンサー用電極は、導電性基板および炭素材料間の結合強度に優れる。
【００３５】
また、本発明によれば、導電性の基板を複数準備し、これらを前記の水分散液と一括して接触させ、電着を行い、複数のセンサー用電極を同時に製造することもできる。
【００３６】
これとは別に、一つの導電性の基板上に複数回電着を行ない、炭素材料と核酸とを含む薄膜を２層以上形成してもよい。この形態によれば、センサーとしての感度向上という効果が奏される。
【００３７】
本発明のセンサー用電極から核酸を除去したい場合は、該電極を焼成する等の方法を採用することができる。
【００３８】
このように本発明のセンサー用電極を製造する際は、化学気相成長法またはレーザー照射等の煩雑な手段を必要としないため、大掛かりな装置の準備を必要としない。したがって、作業性および取り扱い性等の実用性に優れ、簡単にセンサー用電極を製造することが可能となる。
【００３９】
本発明のセンサー用電極を含むセンサーは、セロトニン、ドーパミン、アスコルビン酸、尿酸、過酸化水素などの酸化還元物質を感度良く測定することが可能となる。測定に際しては、酸化電流もしくは還元電流を測定するクロノアンペロメトリー法、クーロメトリー法、サイクリックボルタンメトリー法等、公知の測定方法を採用することができる。
【００４０】
また、特にドーパミンなどの神経伝達物質の測定は、ｉＰＳ細胞の応用（ドーパミン産生細胞の産生、パーキンソン病の治療）に有用である。すなわち、ｉＰＳ細胞を培養する際、ドーパミンが実際に産生されているかどうかの品質管理用センサーとして期待できる。
【実施例】
【００４１】
以下、本発明を実施例および比較例によりさらに説明するが、本発明は下記例に制限されるものではない。
【００４２】
なお、以下の例において実験材料としては、次のものを用いた。
単層型カーボンナノチューブ：ＳＩＧＭＡ−ＡＬＤＲＩＣＨ製、Ｎｏ．７０４１４８、直径０．７〜０．９ｎｍ、長さ数μｍ、純度ｃａｒｂｏｎ＞９０％を用いた。
多層中空型カーボンナノチューブ：図１は当該カーボンナノチューブの透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真である。直径１０〜２０ｎｍ、長さ数μｍを用いた。
多層竹型カーボンナノチューブ：図２は当該カーボンナノチューブの透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真である。直径１０〜２０ｎｍ、長さ数μｍを用いた。
グラフェン：ＸＧ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ社製、ｘＧｒＰ、厚さ６〜８ｎｍ、縦横約２５μｍを用いた。
ナノポーラスカーボン：Ｅａｓｙ−Ｎ社製、粒径２０〜５０ｎｍ、内部中空、表面に無数の細孔を持ち純度９９％以上を用いた。
フラーレン（Ｃ６０）：ＳＥＳ社製、純度９９．５％を用いた。
ＤＮＡ：ＤＮＡ含量８６．３％、蛋白質含量０．６％、ＤＮＡ二本鎖率６６．８％、３００ｂｐ、融点約７０℃、純度（Ａ２６０／Ａ２８０）＝１．８６、（株）マルハニチロホールディングス製、サケ由来を用いた。
緩衝液：シュウ酸塩ｐＨ標準液（ｐＨは１．６８）、リン酸塩ｐＨ標準液（ｐＨは７．４１）、炭酸塩ｐＨ標準液（ｐＨは１０．０１）、いずれも和光純薬工業（株）製の水溶液を用いた。
実験機器：定電圧・定電流装置（パワーサプライ）、ケンウッド製、ＰＡ３６−２８、超音波洗浄機、東京硝子器械製、ＦＵ−３Ｈ、１００Ｗ、３８ｋＨｚ、室温、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、電気化学アナライザー、エー・エル・エス社製、１１４０Ａを用いた。
【００４３】
実施例１
多層竹型カーボンナノチューブ１ｍｇとサケ由来のＤＮＡ  ２ｍｇを１ｍＬのリン酸緩衝液（ｐＨ７．４１）に混合し、超音波にて、３０，６０または９０分間分散した。９０分間にて良好な分散を示した。
【００４４】
図３は９０分間分散後の分散液の１ヵ月後の写真である。図３に示すように、分散液は目視観察で良好な分散状態を保持していた。図３の左側がＤＮＡを添加した試料、右側がＤＮＡを添加していない試料（コントロール、比較例）である。この分散液にガラス板上にＩＴＯを形成した導電性基板（陽極）を接触させ、陰極としては白金極を用い、両極間に４Ｖの電圧を１０分間印加した。
【００４５】
図４に示すようにカーボンナノチューブがＩＴＯ陽極表面に電着された。この電極を超音波処理しても、カーボンナノチューブは電極から剥離せず、電極表面に強固に電着されていることが確認された。
【００４６】
次いで同一条件でＩＴＯを水晶表面に形成した水晶振動子を陽極として電着を行ったところ、図５に示すようにＩＴＯ陽極上にカーボンナノチューブが電着された。この電極を超音波処理しても、カーボンナノチューブは電極表面から剥離しなかった。
【００４７】
更に同一条件で、スパッタ法で形成された金を陽極として電着を行ったところ、図６に示すように金陽極表面にカーボンナノチューブが電着された。
【００４８】
実施例２
核酸による炭素材料の分散に対する水溶液のｐＨの影響を検討した。カーボンナノチューブ１ｍｇとサケ由来のＤＮＡ  １ｍｇを１ｍＬの緩衝液（ｐＨは７．４１または１０．０１）に混合し、超音波にて、９０分間分散した。カーボンナノチューブは、単層型、多層中空型を用いた。緩衝液としては、リン酸塩ｐＨ標準液（ｐＨは７．４１）、炭酸塩ｐＨ標準液（ｐＨは１０．０１）を用いた。単層型はｐＨ７．４１で最も良好な分散を示し、次にｐＨ１０．０１が良好であった。多層中空型はｐＨ７．４１で最も良好な分散を示し、次にｐＨ１０．０１が良好であった。ｐＨの影響に関してはいずれのカーボンナノチューブもほぼ同様の結果を示した。
【００４９】
実施例３
電着に対する電圧と時間との関係を検討した。陰極としては白金、陽極としてはＩＴＯを用いた。電着液としては、実施例１の分散液を用いた。両極間に３．０Ｖを印加した結果、２，３，４および５分間のいずれにおいても陽極のＩＴＯ表面に電着が生じた。４．５Ｖの場合には、１，２，３，４および５分間のいずれにおいても陽極のＩＴＯ表面に電着が生じた。
【００５０】
実施例４
マルチ電極への電着を行った。２０μｍ×２０μｍのマイクロ電極１６個を共通の配線でつなぎ、陰極に対して、３．３Ｖ，４５分間電圧を印加した。電着液としては、実施例１の分散液を用いた。１６個の電極すべてにカーボンナノチューブが電着された。
【００５１】
実施例５
電極上への電着の多層化を検討した。上記実施例４で作成された１６個の電極に、更に３．３，３．５，４．０または４．３Ｖの電圧を印加した。電着液としては、実施例１の分散液を用いた。走査型電子顕微鏡で観察したところ、電圧が高いほど濃色となり、多層化されていることが確認された。
【００５２】
実施例６
他の電極材料、鉄、ニッケル、パラジウム、チタン、銅、銀、白金電極及び合金である真鍮電極を用いて検討した。陰極としては白金、電着液としては、実施例１の分散液を用いた。両極間に３．５Ｖを１０分間印加した場合に、いずれの金属でも電極表面に電着が生じた。
【００５３】
実施例７
カーボンの種類の分散への影響について検討した。多層竹型カーボンナノチューブ１ｍｇとサケ由来のＤＮＡ  ２ｍｇを１ｍＬのリン酸緩衝液（ｐＨ７．４１）に混合し、超音波にて、３０，６０または９０分間分散した。３０，６０および９０分間のいずれにおいても良好な分散を示した。６０および９０分間のものは、１０日静置後も、目視観察で沈殿せず、再凝集も見られなかった。なおこの９０分間の分散液は１月後では、図７に示すように目視観察で若干の沈殿が見られた。図７の左側がＤＮＡを添加した試料、右側がＤＮＡを添加していない試料（コントロール、比較例）である。
【００５４】
実施例８
単層型カーボンナノチューブ１ｍｇとサケ由来のＤＮＡ  ２ｍｇを１ｍＬのリン酸緩衝液（ｐＨ７．４１）に混合し、超音波にて、３０，６０または９０分間分散した。３０，６０および９０分間のいずれにおいても目視観察で良好な分散を示した。６０，９０分間のものは、２４時間静置後も、目視観察で沈殿せず、再凝集も見られなかった。
【００５５】
この９０分間の分散液は１ヶ月でも、図８に示すように目視観察で良好な分散状態を保持していた。図８の左側がＤＮＡを添加した試料、右側がＤＮＡを添加していない試料（コントロール、比較例）である。
【００５６】
実施例９
グラフェン１ｍｇとサケ由来のＤＮＡ  ２ｍｇを１ｍＬのリン酸緩衝液（ｐＨ７．４１）に混合し、超音波にて、３０，６０または９０分間分散した。この９０分間の分散液は１ヶ月後でも、図９に示すように目視観察で良好な分散状態を保持していた。図９の左側がＤＮＡを添加した試料、右側がＤＮＡを添加していない試料（コントロール、比較例）である。なお、ＤＮＡを添加しない場合、９０分間分散しても１０日後にグラフェンの沈殿が確認された。
【００５７】
実施例１０
ナノポーラスカーボン１ｍｇとサケ由来のＤＮＡ  ２ｍｇを１ｍＬのリン酸緩衝液（ｐＨ７．４１）に混合し、超音波にて、３０，６０または９０分間分散した。この９０分間の分散液は１ヶ月でも、図１０に示すように目視観察で良好な分散状態を保持していた。図１０の左側がＤＮＡを添加した試料、右側がＤＮＡを添加していない試料（コントロール、比較例）である。
【００５８】
実施例１１
フラーレン１ｍｇとサケ由来のＤＮＡ  ２ｍｇを１ｍＬのリン酸緩衝液（ｐＨ７．４１）に混合し、超音波にて、３０，６０または９０分間分散した。この９０分間の分散液は１ヶ月後でも、図１１に示すように目視観察で良好な分散状態を保持していた。図１１の左側がＤＮＡを添加した試料、右側がＤＮＡを添加していない試料（コントロール、比較例）である。なお、ＤＮＡを添加しない場合、９０分間分散しても１日後にフラーレンの沈殿が確認された。
【００５９】
実施例１２
グラフェン１ｍｇとナノポーラスカーボン１ｍｇとサケ由来のＤＮＡ  ２ｍｇを１ｍＬのリン酸緩衝液（ｐＨ７．４１）に混合し、超音波にて、３０，６０または９０分間分散した。３０，６０および９０分間のいずれにおいても良好な分散を示した。この９０分間の分散液は１ヶ月でも、図１２に示すように目視観察で良好な分散状態を保持していた。図１２の左側がＤＮＡを添加した試料、右側がＤＮＡを添加していない試料（コントロール、比較例）である。
【００６０】
実施例１３
フラーレン１ｍｇとナノポーラスカーボン１ｍｇとサケ由来のＤＮＡ  ２ｍｇを１ｍＬのリン酸緩衝液（ｐＨ７．４１）に混合し、超音波にて、３０，６０または９０分間分散した。３０，６０および９０分間のいずれにおいても良好な分散を示した。この９０分間の分散液は１ヶ月でも、図１３に示すように目視観察で良好な分散状態を保持していた。図１３の左側がＤＮＡを添加した試料、右側がＤＮＡを添加していない試料（コントロール、比較例）である。
【００６１】
実施例１４
実施例１、図４に示す電極を用いて、神経伝達物質の測定を行った。この電極はＩＴＯ電極上に多層竹型カーボンナノチューブをＤＮＡとともに電着した電気化学式センサーである。
【００６２】
このセンサーを作用極とし、対極に白金ワイヤー、参照極に銀塩化銀電極を使用して、測定を行った。神経伝達物質としては、ドーパミンを用いた。ｐＨ７．４緩衝液中に、作用極、対極、参照極を浸漬し、無攪拌、室温にて、ドーパミンを注入して測定を行った。最終濃度はドーパミン１０ｎＭである。測定法はサイクリックボルタモグラフィー法である。０．５Ｖ付近で約１１ｎＡの酸化ピーク電流を示した。
【００６３】
比較例１
ドーパミンなどの神経伝達物質の計測には良く白金黒電極が用いられる。そこでＩＴＯ電極上に白金黒を電着法にて形成し、これを作用極として実施例１４と同等の実験を行った。結果として、この電極はドーパミンに応答を示さず、実施例１４の電極が感度に優れていることがわかった。
【００６４】
実施例１５
実施例１４のセンサーを用いて、ドーパミン、セロトニンに対して、クロノアンペロメトリー法による実験を行った。ｐＨは７．４、室温である。それぞれ１０ｎＭから１ｍＭまで直線の検量線が得られた。
【００６５】
実施例１６
実施例１、図６に示した、スパッタ法で形成された金電極表面上に多層竹型カーボンナノチューブを電着した電極を用いた。このセンサー（電極）を作用極とし、対極に白金ワイヤー、参照極に銀塩化銀電極を使用して、測定を行った。測定物質としては、フェロシアン化カリウムを用いた。ｐＨ７．４緩衝液中に、作用極、対極、参照極を浸漬し、無攪拌、室温にて、フェロシアン化カリウムを注入して測定を行った。最終濃度はフェロシアン化カリウム０，１，２．５，５，１０ｍＭとした。測定法はサイクリックボルタモグラフィー法を用いた。０．３６Ｖ付近でフェロシアン化カリウム、１０ｍＭに対して約３００μＡの酸化ピーク電流を示した。酸化ピーク電流には濃度依存性があり、０から１０ｍＭまで直線の検量線が得られた。
【００６６】
比較例２
実施例１で用いたスパッタ法で形成された金電極を用いた（カーボンナノチューブは電着していない）。このセンサーを作用極とし、対極に白金ワイヤー、参照極に銀塩化銀電極を使用して、測定を行った。測定物質としては、フェロシアン化カリウムを用いた。ｐＨ７．４緩衝液中に、作用極、対極、参照極を浸漬し、無攪拌、室温にて、フェロシアン化カリウムを注入して測定を行った。最終濃度はフェロシアン化カリウム０，１，２．５，５，１０ｍＭとした。測定法はサイクリックボルタモグラフィー法を用いた。０．４６Ｖ付近でフェロシアン化カリウム、１０ｍＭに対して約１００μＡの酸化ピーク電流を示した。フェロシアン化カリウムに対する感度は実施例１４に比べ、３分の１程度であった。またピーク電圧が実施例１４と比較して約０．１Ｖ大きくなり、電極活性が実施例と比較して低いことが明らかになった。酸化ピーク電流には濃度依存性があり、０から１０ｍＭまで直線の検量線が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明のセンサー用電極は、高導電性、高比表面積、多孔性、高強度、高アスペクト比、熱伝導性などに優れたカーボンナノチューブ等の炭素材料を導電性基板上に電着してなるため、新たな電極材料の開発、高感度センサー、高強度材料などへの応用が期待できる。
【００６８】
本発明のセンサー用電極を含むセンサーは、セロトニン、ドーパミン、アスコルビン酸、尿酸または過酸化水素などの酸化還元物質を感度良く測定することが可能となる。特にドーパミンなどの神経伝達物質の測定は、ｉＰＳ細胞の応用（ドーパミン産生細胞の産生、パーキンソン病の治療）に有用である。すなわち、ｉＰＳ細胞を培養する際、ドーパミンが実際に産生されているかどうかの品質管理用センサーとして期待できる。
【００６９】
また酵素や抗体などの生体物質、メデイエーター（電子伝達体）などを上記センサーに固定化すれば、いわゆるバイオセンサーとしての応用も期待できる。例えばグルコースオキシダーゼを固定化すれば、グルコースセンサーとして機能することが可能と考えられる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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