(57)【要約】【課題】高感度かつ選択的な測定が可能な、電極集積化マイクロチップにおける電気化学反応の測定方法を提供する。【解決手段】マイクロチャネルが形成されかつ微小電極が集積化された電極集積化マイクロチップ（５）において電気化学反応を行い、熱レンズ顕微鏡（１１）によりその電気化学反応の熱レンズ信号を測定する。【選択図】          図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロチャネルが形成されかつ微小電極が集積化された電極集積化マイクロチップ内で電気化学反応を行い、熱レンズ顕微鏡によりその電気化学反応の熱レンズ信号を測定することを特徴とする電極集積化マイクロチップにおける電気化学反応の測定方法。
【請求項２】
マイクロチャネルの深さｄが５μｍ以上１００μｍ以下、電気化学反応を測定する電極から熱レンズ顕微鏡の形成する励起光焦点までの距離が２μｍ以上１００μｍ以下、励起光の焦点位置がマイクロチャネルの底面より２μｍ以上１／２ｄ（ｄはマイクロチャネルの深さ）以下の距離であることを特徴とする請求項１記載の電極集積化マイクロチップにおける電気化学反応の測定方法。
【請求項３】
マイクロチャネルの深さｄが１０μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする請求項２記載の電極集積化マイクロチップにおける電気化学反応の測定方法。
【請求項４】
電極集積化マイクロチップのマイクロチャネル上に参照電極、作用電極、対向電極の３電極が配置されていることを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載の電極集積化マイクロチップにおける電気化学反応の測定方法。
【請求項５】
熱レンズ顕微鏡による電気化学反応の測定と同時に電流応答により電気化学反応を測定することを特徴とする請求項１ないし４いずれかに記載の電極集積化マイクロチップにおける電気化学反応の測定方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の電極集積化マイクロチップにおける電気化学反応の測定方法において、還元発色試薬もしくは酸化発色試薬をマイクロチャネルに流しながら電気化学反応を行い、その電気化学反応を測定することを特徴とする電極集積化マイクロチップにおける電気化学反応の測定方法。
【請求項７】
マイクロチャネルが形成されかつ微小電極が集積化された電極集積化マイクロチップ内で電気化学反応を行い、電位変調と熱レンズ顕微鏡による熱レンズ効果の同期検出を行うことを特徴とする電極集積化マイクロチップにおける電気化学反応の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、電極集積化マイクロチップにおける電気化学反応の測定方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は高感度かつ選択的な測定が可能な、電極集積化マイクロチップにおける電気化学反応の測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来より、たとえば一枚のガラスチップ上にμｍオーダのチャンネル（マイクロチャネル）を形成し、他の一枚のガラスチップと接合するなどにより作製されるマイクロチップは、物質の分析や合成など種々の研究に用いられており、発明者等もマイクロチップを使用し様々な化学プロセスを集積化したマイクロ化学システムを報告してきている。
【０００３】
これまでに発明者等は微小電極を集積化した電極集積化マイクロチップを作製しており（特許文献１）、その電極集積化マイクロチップ内で行う電気化学反応については電流応答による測定を行っているが、電流応答による測定では測定感度に限界があることから、より高感度で精密な測定方法が求められていた。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３２４４７１
そこで、この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を解消し、高感度かつ選択的な測定が可能な、電極集積化マイクロチップにおける電気化学反応の測定方法を提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、まず第１には、マイクロチャネルが形成されかつ微小電極が集積化された電極集積化マイクロチップ内で電気化学反応を行い、熱レンズ顕微鏡によりその電気化学反応の熱レンズ信号を測定することを特徴とする電極集積化マイクロチップにおける電気化学反応の測定方法を提供する。
【０００６】
第２には、第１の発明において、マイクロチャネルの深さｄが５μｍ以上１００μｍ以下、電気化学反応を測定する電極から熱レンズ顕微鏡の形成する励起光焦点までの距離が２μｍ以上１００μｍ以下、励起光の焦点位置がマイクロチャネルの底面より２μｍ以上１／２ｄ（ｄはマイクロチャネルの深さ）以下の距離であることを特徴とする電極集積化マイクロチップにおける電気化学反応の測定方法を提供する。
【０００７】
第３には、第２の発明において、マイクロチャネルの深さが１０μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする請求項２記載の電極集積化マイクロチップにおける電気化学反応の測定方法を提供する。
【０００８】
第４には、第１ないし３いずれかの発明において、電極集積化マイクロチップのマイクロチャネル上に参照電極、作用電極、対向電極の３電極が配置されていることを特徴とする電極集積化マイクロチップにおける電気化学反応の測定方法を提供する。
【０００９】
第５には、この出願の発明は、第１ないし４いずれかの発明の熱レンズ顕微鏡による電気化学反応の測定と同時に電流応答により電気化学反応を測定することを特徴とする電極集積化マイクロチップにおける電気化学反応の測定方法を提供する。
【００１０】
さらに、第６には、第１ないし５いずれかの発明の電極集積化マイクロチップにおける電気化学反応の測定方法において、還元発色試薬もしくは酸化発色試薬をマイクロチャネルに流しながら電気化学反応を行い、その電気化学反応を測定することを特徴とする電極集積化マイクロチップにおける電気化学反応の測定方法を提供する。
【００１１】
また、第７には、マイクロチャネルが形成されかつ微小電極が集積化された電極集積化マイクロチップ内で電気化学反応を行い、電位変調と熱レンズ顕微鏡による熱レンズ効果の同期検出を行うことを特徴とする電極集積化マイクロチップにおける電気化学反応の測定方法をも提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
【００１３】
この出願の発明の電極集積化マイクロチップにおける電気化学反応の測定方法は、マイクロチャネルが形成されかつ微小電極が集積化された電極集積化マイクロチップ内で電気化学反応を行い、熱レンズ顕微鏡によりその電気化学反応の熱レンズ信号を測定することを大きな特徴としている。
【００１４】
なお、この出願の発明の電極集積化マイクロチップにおける電気化学反応の測定方法においては、好適には、図１に示すように電極集積化マイクロチップにおけるマイクロチャネル（１）の深さｄを５μｍ以上１００μｍ以下とし、電気化学反応を測定する電極（２）から熱レンズ顕微鏡の励起光焦点（３）までの距離ｌを２μｍ以上１００μｍ以下（電極の幅ｗが５０μｍ以下の場合には２ｗ以下）とし、熱レンズ顕微鏡の励起光焦点（３）の位置ｄｅｘをマイクロチャネルの底面（４）より２μｍ以上１／２ｄ（ｄはマイクロチャネルの深さ）以下の距離とすることにより、良好な熱レンズ信号の測定を行うことができる。さらに、マイクロチャネルの深さを１０μｍ以上２０μｍ以下とすることでより良好な熱レンズ信号の測定を行うことができる。その理由は以下に挙げられる。
【００１５】
マイクロチャネル（１）の深さｄが小さいほど電極反応効率が大きくなり熱レンズ信号は大きいが、ｄ＜５μｍの場合ＳＮが悪くなる。より好適にはｄは１０μｍ以上２０μｍが望ましい。また電極（２）から励起光焦点（３）までの距離ｌは小さいほど熱レンズ信号が大きくなることから電極の幅ｗが５０μｍ以下である場合には２ｗ以下とし、電極の幅が５０μｍ以上である場合には１００μｍ以下とするのがよいが、ｌ＜２μｍとなる場合、熱レンズ顕微鏡の励起光・プローブ光と電極（２）が重なるためＳＮが悪くなる。
【００１６】
また励起光焦点（３）の位置のマイクロチャネル底面（４）からの距離ｄｅｘは励起光焦点（３）がマイクロチャネル底面（４）に近いほど熱レンズ信号が大きくなるが、近すぎるとマイクロチャネル底面（４）の光学的影響で信号が減少し、ＳＮ低下が生じてしまうため、２μｍ以上１／２ｄ（ｄはマイクロチャネルの深さ）以下の距離が好ましい。
【００１７】
またこの出願の発明の電極集積化マイクロチップにおける電気化学反応の測定方法において用いられる、微小電極が集積化された電極集積化マイクロチップとしては電気化学反応を行うために２つ以上の電極をマイクロチャネル上に配置させたものとし、好ましくはマイクロチャネル上に参照電極、作用電極、対向電極の３電極を配置させたものとする。そしてその電極集積化マイクロチップのマイクロチャネル内において様々な物質の電気化学反応を行い、熱レンズ顕微鏡を用いてその電気化学反応の熱レンズ信号を測定する。
【００１８】
熱レンズ顕微鏡（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｌｅｎｓ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＴＬＭ）についてはこれまで発明者等が様々な研究を重ねており（たとえば特開２００２−８２０７８）、熱レンズ顕微鏡においては、測定試料の吸収波長に合わせた波長の励起光と、試料が吸収を持たないプローブの２本のレーザ光を用いる。測定試料により吸収された励起光のエネルギーが熱として放出されると、レーザの強度分布および熱拡散により焦点付近に光軸に垂直な温度勾配を生成し温度変化が微小な場合には屈折率変化が温度変化に比例するため、屈折率分布が生じ、この屈折率分布が過渡的な光学レンズとして作用し、この効果を熱レンズ効果と呼んでいる。この熱レンズ効果により電極集積化マイクロチップにおけるマイクロチャネル内の電極反応などの電気化学反応の熱レンズ信号の測定を良好に行うことができ、これまで電流応答では得られなかった低濃度溶液での熱レンズ信号を検出することが可能となるのである。
【００１９】
また、さらにこの熱レンズ顕微鏡による電気化学反応の測定と同時に電流応答により電気化学反応を測定することも可能であり、電流応答および熱レンズ顕微鏡の２方法で電気化学反応を同時に検出することによって高感度かつ選択的な測定が可能となるのである。
【００２０】
なお、この出願の発明の電極集積化マイクロチップにおける電気化学反応の測定方法においては、ＩＮＴ（２−（４−Ｉｏｄｏｐｈｅｎｙｌ）−３−（４−ｎｉｔｒｏｐｈｅｎｙｌ）−５−ｐｈｅｎｙｌ−２Ｈｔｅｔｒａｚｏｌｉｕｍｃｈｌｏｒｉｄｅ）エタノール溶液などの還元発色試薬、あるいは酸化発色試薬をマイクロチャネルに流しながら電気化学反応（電極反応）を行い、熱レンズ顕微鏡を用いてその電気化学反応の熱レンズ信号を良好に測定することができ、さらには電流応答および熱レンズ顕微鏡の２方法で電気化学反応の検出も可能となる。
【００２１】
また、この出願の発明の電極集積化マイクロチップにおける電気化学反応の測定方法においては、マイクロチャネルが形成されかつ微小電極が集積化された電極集積化マイクロチップ内で電気化学反応を行い、その電気化学反応の電位変調と熱レンズ効果の同期検出を行うことも可能である。つまり、電気化学反応を行う際に電位を変調させることで、それに同期した熱レンズ効果の熱レンズ信号を得ることができるのである。
【００２２】
以下、添付した図面に沿って実施例を示し、この出願の発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、この発明は以下の例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。
【００２３】
【実施例】
＜実施例１＞
この出願の発明の電極集積化マイクロチップにおける電気化学反応の測定方法の一例により、微小電極が設けられた電極集積化マイクロチップにおけるマイクロチャネル幅の中の電気化学反応を測定した。
【００２４】
なおこの例においては、図２に示すように電極集積化マイクロチップ（５）は、チャネル幅１８０μｍ、チャネル深さ４０μｍのマイクロチャネル（１）を作製した上板（６）およびクロム−金薄膜を真空蒸着させフォトリソグラフィーにより作製した下板（７）により構成されている。下板（７）には電極幅２０μｍ、電極間隔２０μｍであって３本の電極、微小Ａｕ電極（作用電極）（８）、Ａｇ電極（参照電極）（９）、対向電極（１０）が配列されており、上板（６）と下板（７）とが水ガラス（４０％珪酸ナトリウム水溶液）により接合されて電極集積化マイクロチップ（５）が形成されている。
【００２５】
この作製された電極集積化マイクロチップ（５）に、図３（ａ）に示すような還元発色試薬であるＩＮＴ（２−（４−ｉｏｄｏｐｈｅｎｙｌ）−３−（４−ｎｉｔｒｏｐｈｅｎｙｌ）−５−ｐｈｅｎｙｌ−２Ｈｔｅｔｒａｚｏｌｉｕｍｃｈｌｏｒｉｄｅ）エタノール溶液（１０−３Ｍ）を線速度２ｍｍ／ｓで流しながら電極反応を行い、図４に示すような構成を有する熱レンズ顕微鏡（ＴＬＭ）（１１）を用いて測定した。なお図４において（１２）は励起光源であり、（１３）はプローブ光源であり、また電気化学アナライザ（１４）に微小Ａｕ電極（作用電極）（８）、Ａｇ電極（参照電極）（９）、対向電極（１０）が配線接続された電極集積化マイクロチップ（５）の上に対物レンズ（１５）、下に集光レンズ（１６）が配置されており、励起光源（１２）から発振される励起光はビームエキスパンダー（１７）およびダイクロイックミラー（１８）を通って対物レンズ（１５）に入射し、プローブ光源（１３）から発振されるプローブ光はミラー（１９）およびダイクロイックミラー（１８）を通って対物レンズ（１５）に入射する。そして得られた熱レンズ信号は集光レンズ（１６）、ロングパスフィルター（２０）を通ってフォトダイオード（２１）で受光され、ロックインアンプ（２２）にて検出される。熱レンズ顕微鏡（１１）の励起光はアルゴンイオンレーザであって波長４８８ｎｍであり、プローブ光は半導体レーザであって波長は６３５ｎｍであった。なお、熱レンズ顕微鏡（１１）による測定と同時に電流応答による測定も行った。その結果を図５に示す。ＩＮＴは可視域に吸収を持たないが、還元すると図３（ａ）に示す赤紫色のホルマザン（ＩＮＦ：２−ｐ−ｉｏｄｏｐｈｅｎｙｌ−３−ｐ−ｎｉｔｒｏｐｈｅｎｙｌ−５−ｐｈｅｎｙｌｔｅｔｒａｚｏｌｉｕｍ  ｆｏｒｍａｚａｎ）（λｍａｘ＝４９０ｎｍ）（図３（ｂ）参照）となる。図５より明らかなように、フロー下でのＩＮＴエタノール溶液を用いたサイクリックボルタンメトリー（Ｃｙｃｌｉｃ  Ｖｏｌｔａｍｍｅｔｒｙ：ＣＶ）では還元による吸収変化を熱レンズ信号として捉えることができ、電流応答とほぼ一致するＣＶ−ＴＬＭ曲線を得ることができた。
【００２６】
また、さらに低濃度溶液（１０−５Ｍ）（線速度０．６ｍｍ／ｓ）で同様の測定を行ったところ、図６に示すように電流応答では捉えることができなかった低濃度の溶液においても電気化学反応を熱レンズ信号で捉えることができた。
＜実施例２＞
次に、この出願の発明の電極集積化マイクロチップにおける電気化学反応の測定方法の一例により、マイクロチャネルが形成されかつ微小電極が集積化された電極集積化マイクロチップ内で１０−３Ｍ  ｏ−ｔｏｌｉｄｉｎｅ＋１０−４Ｍ  ｓｕｎｓｅｔ  ｙｅｌｌｏｗ  （０．１Ｍ酢酸）を線速度２ｍｍ／ｓで流し電気化学反応を行い、その電気化学反応の電位変調とその熱レンズ効果の同期検出を行った。そして図７に示すようにパルス電圧を印加することによって、印加電圧に同期したｏ−ｔｏｌｉｄｉｎｅに由来する熱レンズ信号のみを選択的に検出した。またこの熱レンズ信号は周波数を変化させた場合、図８に示すように周波数が小さい場合に大きな信号が得られるが、周波数を大きくしていくと熱レンズ信号が小さくなることが分かった。また、熱レンズ信号とＳ／Ｎ比の周波数依存性を１０−３Ｍ  ｏ−ｔｏｌｉｄｉｎｅ＋１０−４Ｍ  ｓｕｎｓｅｔ  ｙｅｌｌｏｗ（０．１Ｍ酢酸）の線速度４ｍｍ／ｓ、２ｍｍ／ｓ、１ｍｍ／ｓで測定したところ、図９に示しているように周波数を大きくしていくと熱レンズ信号が小さくなり、またＳ／Ｎは１０Ｈｚ辺りで最大になり、さらに周波数を大きくするにしたがってＳ／Ｎは小さくなった。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、高感度かつ選択的な測定が可能な、熱レンズ顕微鏡を用いた電極集積化マイクロチップにおける電気化学反応の測定方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の発明の電極集積化マイクロチップにおける電気化学反応の測定方法の一実施形態を示した概念図である。
【図２】この出願の発明の電極集積化マイクロチップにおける電気化学反応の測定方法の一実施形態に用いられる電極集積化マイクロチップを例示した図である。
【図３】この出願の発明の電極集積化マイクロチップにおける電気化学反応の測定方法の一実施形態により測定される還元発色試薬であるＩＮＴとＩＮＦの化学式およびそれらの吸光度のグラフである。
【図４】この出願の発明の電極集積化マイクロチップにおける電気化学反応の測定方法の一実施形態に用いられる熱レンズ顕微鏡を例示した図である。
【図５】この出願の発明の電極集積化マイクロチップにおける電気化学反応の測定方法の実施例におけるＩＮＴの変化の様子と、熱レンズ信号および電流応答の測定結果を示すグラフである。
【図６】この出願の発明の電極集積化マイクロチップにおける電気化学反応の測定方法の実施例におけるＩＮＴ低濃度溶液の変化の様子と、熱レンズ信号および電流応答の測定結果を示すグラフである。
【図７】この出願の発明の電極集積化マイクロチップにおける電気化学反応の測定方法の実施例における電位変調と熱レンズ効果の同期検出の様子を示す概念図およびグラフである。
【図８】この出願の発明の電極集積化マイクロチップにおける電気化学反応の測定方法の実施例における電位変調と熱レンズ効果の同期検出を行った際の熱レンズ信号の周波数依存性を示すグラフである。
【図９】この出願の発明の電極集積化マイクロチップにおける電気化学反応の測定方法の実施例における電位変調と熱レンズ効果の同期検出を行った際の熱レンズ信号およびＳ／Ｎの周波数依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
１  マイクロチャネル
２  電極
３  励起光焦点
４  マイクロチャネル底面
５  電極集積化マイクロチップ
６  上板
７  下板
８  微小Ａｕ電極
９  対向電極
１０  Ａｇ電極（参照電極）
１１  熱レンズ顕微鏡
１２  励起光源
１３  プローブ光源
１４  電気化学アナライザ
１５  対物レンズ
１６  集光レンズ
１７  ビームエキスパンダー
１８  ダイクロイックミラー
１９  ミラー
２０  ロングパスフィルター
２１  フォトダイオード
２２  ロックインアンプ
【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】
2004239781.tif 000009
【図８】
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【図９】
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