(57)【要約】  本発明は、検出層と導電性素子を接触させるカーボンナノチューブの変換器層を含んでなる、全固体接点ＩＳＥを提供する。本発明は、全固体接点ＩＳＥの製造方法及びＩＳＥの、被分析物の定性的、定量的または半定量的分析への使用も提供する。全固体接点ＩＳＥにより、非常に多様な化学種を信頼性及び再現性のある方法で検出または定量することができ、さらに、その簡潔性及び低製造コストの優位性も得られる。
2010531434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出層と導電性素子とを接触させるカーボンナノチューブの変換器層を含んでなることを特徴とする、全固体接点ＩＳＥ。
【請求項２】
前記カーボンナノチューブの変換器層が、一種以上のカーボンナノチューブにより形成される、請求項１に記載の電極。
【請求項３】
前記カーボンナノチューブが、単層カーボンナノチューブ及び多層カーボンナノチューブから選択される、請求項２に記載の電極。
【請求項４】
前記カーボンナノチューブの変換器層の厚さが１．５ｎｍ〜５０μｍである、請求項１に記載の電極。
【請求項５】
前記カーボンナノチューブの変換器層の厚さが１μｍ〜３０μｍである、請求項４に記載の電極。
【請求項６】
前記カーボンナノチューブの変換器層の厚さが１５μｍである、請求項５に記載の電極。
【請求項７】
前記検出層が、イオン選択性メンブラン、被分析物認識要素がマトリックス中に捕獲されているゲル、被分析物がカプセル封入されている半透過性メンブラン、前記カーボンナノチューブ上に吸着された被分析物認識要素の層、前記カーボンナノチューブに共有結合された被分析物認識要素の層、及び挿入されたメンブランを通して前記カーボンナノチューブと接触している被分析物認識要素の層、から選択される、請求項１に記載の電極。
【請求項８】
前記検出層がイオン選択性メンブランである、請求項７に記載の電極。
【請求項９】
前記検出層がカリウムイオン選択性メンブランである、請求項８に記載の電極。
【請求項１０】
前記検出層の厚さが０．１〜１０００μｍである、請求項１に記載の電極。
【請求項１１】
前記検出層の厚さが１〜１００μｍである、請求項１０に記載の電極。
【請求項１２】
前記検出層の厚さが５０μｍである、請求項１１に記載の電極。
【請求項１３】
基材を含んでなる、請求項１に記載の電極。
【請求項１４】
前記基材が導電性基材である、請求項１３記載の電極。
【請求項１５】
前記基材が非導電性基材である、請求項１３記載の電極。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の全固体接点ＩＳＥの製造方法であって、
（ａ）カーボンナノチューブの変換器層を製造する工程、及び
（ｂ）工程（ａ）で製造した前記変換器層を前記検出層と接触させる工程、
を含んでなることを特徴とする、方法。
【請求項１７】
前記工程（ａ）において、前記基材にカーボンナノチューブの懸濁液を、エーロゾルスプレー、液滴の堆積、浸漬または含浸により、塗布することにより、変換器層を製造する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記工程（ａ）において、前記カーボンナノチューブの粉末圧縮により前記変換器層を製造する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の全固体接点ＩＳＥの、被分析物の定性的、定量的または半定量的分析への使用。
【請求項２０】
前記被分析物がイオンである、請求項１９に記載の使用。
【請求項２１】
前記被分析物がカリウムイオンである、請求項２０に記載の使用。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、電気化学の分野、とりわけ、全固体接点イオン選択性電極による電気化学的センサー、に関する。具体的には、本発明は、カーボンナノチューブを基材とする全固体接点イオン選択性電極に関する。本電極により、非常に広範囲な被分析物の定性的、定量的または半定量的分析を、良好な再現性及び信頼性で行うことができる。
【発明の背景】
【０００２】
現状技術水準では、イオン選択性電極またはＩＳＥが、最初は溶液中のイオン濃度の分析に使用されたが、様々な被分析物の定性的及び定量的分析に使用されている。伝統的な形態は、イオン流を電気流に変換することができる、イオン選択性メンブランと、発生する電気信号の導電性素子との間の内部変換器溶液を包含する（Ｅｒｉｃ  Ｂａｋｋｅｒ，  Ｅｒｎｏｅ  Ｐｒｅｔｓｃｈ，  Ｔｒｅｎｄｓ  ｉｎ  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２４（２００５）１９９−２０７「痕跡レベル分析用の電位差測定センサー（Ｐｏｔｅｎｔｉｏｍｅｔｒｉｃ  ｓｅｎｓｏｒｓ  ｆｏｒ  ｔｒａｃｅ−ｌｅｖｅｌ  ａｎａｌｙｓｉｓ」）。しかし、この形態は、特定の用途、特に小型化された電極、には不適当であり、この理由から、内部溶液が固体接点に置き換えられ、全固体接点ＩＳＥまたは全固体ＩＳＥが開発されている。
【０００３】
その結果、恐らく新世代のイオン選択性電極は、固体内部接点を使用して構築されるであろう。これは、内部溶液を含む電極に対して、これらの全固体接点電位差測定電極により得られる、遙かに簡単な小型化及び構造の可能性における、明らかな優位性によるものである（Ｐｒｅｔｓｃｈ  Ｅ．，ＴｒＡＣ  ２６（２００７）４６−５１，「イオン選択性電極の新しい波（Ｔｈｅ  ｎｅｗ  ｗａｖｅ  ｏｆ  ｉｏｎ−ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ）」）。
【０００４】
被覆ワイヤ電極（Ｃｏａｔｅｄ−Ｗｉｒｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）またはＣＷＥの場合のように、イオン選択性メンブランを導電性素子の上に直接堆積させる場合もあるが、応答は幾分不安定であり、金属に対するメンブランの密着性が低い。イオン選択性メンブランを、導電性重合体（Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  Ｐｏｌｙｍｅｒ）またはＣＰ層を介して、導電性素子と接触して配置する場合もある。この重合体層は、内部変換器として作用し、イオン流を電気流に変換する。とりわけ、ポリピロール、ポリチオフェンまたはポリアニリンが導電性重合体として使用され、例えば塩化物陰イオンでドーピングされたポリピロール、またはフェロシアン化物陰イオンでドーピングされたポリピロールのように、適宜、ドーピングされている（Ａｇａｔａ  Ｊ．  Ｍｉｃｈａｌｓｋａ，  Ｃｈａｒｌｅｓ  Ａｐｐａｉｈ−Ｋｕｓｉ，  Ｌｅｅ  Ｙｏｏｋ  Ｈｅｎｇ，  Ｓｅｂａｓｔｉａｎ  Ｗａｌｋｉｅｗｉｃｚ及びＥｌｉｚａｂｅｔｈ  Ａ．Ｈ．  Ｈａｌｌ，  Ａｎａｌ．  Ｃｈｅｍ．  ７６  （２００４）  ２０３１−２０３９，「イオン選択性Ｋ＋電極用の、安定した応答及び良好な動的領域を有するメンブラン材料及び内側被覆層の実験研究（Ａｎ  Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ  Ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  Ｉｎｎｅｒ  Ｃｏｎｔａｃｔｉｎｇ  Ｌａｙｅｒｓ  ｆｏｒ  Ｉｏｎ−Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｋ＋  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ  ｗｉｔｈ  ａ  Ｓｔａｂｌｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ  ａｎｄ  Ｇｏｏｄ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｇｅ）」）。
【０００５】
イオン選択性外部メンブランと、発生した電気信号の導電性素子との間の変換器として使用する導電性重合体が、全固体接点電極の安定性を改良することにも関わらず、各個別用途には、イオン流の電気流への変換を最大限にするために、導電性重合体のドーピングを最適化する処理が尚必要である（Ｂｏｂａｃｋａ，Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏａｎａｌｙｓｉｓ  １８（２００６）  ７−１８，「導電性重合体を基材とする固体状態イオン選択性電極（Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ｐｏｌｙｍｅｒ−ｂａｓｅｄ  ｓｏｌｉｄ−ｓｔａｔｅ  ｉｏｎ  ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ）」、Ｍｉｃｈａｌｓｋａ，Ａ．，Ａｎａｌ．Ｂｉｏａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．３８４（２００６）３９１−４０６，「導電性重合体を基材とするイオン−電子変換器による分析性能及び構造ＩＳＥの最適化（Ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ  ｔｈｅ  ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ａｎｄ  ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ＩＳＥｓ  ｗｉｔｈ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ｐｏｌｙｍｅｒ−ｂａｓｅｄ  ｉｏｎ−ｔｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ）」）。
【０００６】
現状技術水準では、現状技術水準の欠点を克服する新規な固体接点ＩＳＥが依然として求められている。
【０００７】
本発明者らは、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を基材とする層を、検出層（イオン選択性メンブラン等）を導電性素子と接触させる内部変換器として使用することにより、低検出レベル、短い応答時間、かつ高い選択性で、言い換えれば良好な信頼性及び再現性で、非常に広範囲な化学種の定性的または定量的分析に効果的に使用できる優れた全固体接点ＩＳＥが得られることを見出した。これらの新規な全固体接点ＩＳＥは、製造が非常に簡単であり、従って、それらのコストが非常に妥当でもある。
【０００８】
現状技術水準では、カーボンナノチューブは、それらの化学構造に由来する卓越した特性を有することが知られている。電気化学的センサーの分野に関して、それらの最も重要な特性としては、表面と体積との間の比が非常に高いこと、及びそれらの、不均質相間で電荷の移動を促進する容量が大きいことである（Ｄａｖｉｓら，Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．１９９７，４４０，２７９−２８２、Ｌｕｏら，Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．  ２００１，７３，９１５−９２０、Ｂｒｉｔｔｏら，ＡｄＶ．Ｍａｔｅｒ．１９９９，１１（２），  １５４−１５７）。これらの特性を利用し、ＣＮＴは、フィールド効果トランジスタ（ＦＥＴ）  （Ｐｏｓｔｍａ  ＨＷＣｈ，  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２９３  （２００１）  ７６−７９，「室温におけるＣＮＴ単一電子トランジスタ（ＣＮＴ  ｓｉｎｇｌｅ−ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ  ａｔ  ｒｏｏｍ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）」）、キャパシタ（Ｓｎｏｗ  ＥＳ，Ｓｃｉｅｎｃｅ，３０７（２００５）１９４２−５，「単一壁カーボンナノチューブキャパシタによる化学的検出（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  ａ  ｓｉｎｇｌｅ−ｗａｌｌｅｄ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ  ｃａｐａｃｉｔｏｒ）」及びボルタンモメトリー分析に使用されている一連のナノ電極（Ｔｕ  Ｙ，Ｅｌｅｃｔｒｏａｎａｌｙｓｉｓ，１７（２００５）７９−８４，「カーボンナノチューブ系ナノ電極、配列製造（Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ  Ｂａｓｅｄ  Ｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｄｅ．Ａｒｒａｙｓ  Ｆａｂｒｉｃｔｉｏｎ）」として使用されている。さらに、米国特許出願第２００６／０２０００４４号は、グルコースレベルを測定するための非電位差測定技術におけるカーボンナノチューブマイクロ電極を記載しており、米国特許出願第２００４／０１４６８６３号では、カーボンナノチューブが、電位差測定技術を使用する被分析物の検出および定量に使用する従来のバイオセンサー電極用の導電性材料として使用されている。
【０００９】
しかしながら、今日まで、ＣＮＴを電位差測定分析における変換器として使用する者は存在していない。
【００１０】
Ｋａｅｍｐｇｅｎら（  Ｋａｅｍｐｇｅｎ  Ｍ．，Ｒｏｔｈ  Ｓ．，Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏａｎａｌ．Ｃｈｅｍ  ５８６（２００６）７２−７６，「透明で可撓性のカーボンナノチューブ／ポリアニリンｐＨセンサー（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  ａｎｄ  ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ／ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ  ｐＨ  ｓｅｎｓｏｒｓ）」は、ＣＮＴをｐＨ電極の成分として包含しているが、著者自身が明らかに示唆しているように、カーボンナノチューブは、導電性重合体層（ポリアニリン）の支持体構造として使用されており、オキソニウムイオンがポリアニリンのアミノ基と相互作用するとの仮定のもと、この導電性重合体層（ポリアニリン）は、検出層として、及びその導電性重合体としての特性により変換器層としても、同時に作用するものである。従って、ＣＮＴを、検出層（検出または定量すべき被分析物に従って様々な特性を有する）から発生する化学的信号を測定可能な電気信号に効率的に変換することができる、非常に広範囲な全固体接点ＩＳＥにおける内部変換器層として使用することは、予想できないことであろう。
【００１１】
しかしながら、本発明者らは、ＣＮＴが、カーボンナノチューブを基材とする中間層を包含することにより、対応する検出層から導電性素子への化学的信号の変換（ｔｒａｎｓｄｕｃｔｉｏｎ）が達成されることを特徴とする、広範囲な全固体接点ＩＳＥにおける非常に能動的な変換器として作用し得ることを始めて立証した。
【００１２】
従って、本発明は、非常に広範囲な化学種を信頼性及び再現性良く検出または定量することができ、その簡潔性及び低製造コストの優位性をさらに有する、全固体接点ＩＳＥを提供する。
【発明の目的】
【００１３】
従って、本発明の目的は、検出層と導電性素子を接触させるカーボンナノチューブの変換器層を含んでなる、全固体接点ＩＳＥを提供することである。
【００１４】
本発明の別の目的は、この全固体接点ＩＳＥの製造方法を提供することである。
【００１５】
本発明の最後の目的は、この全固体接点ＩＳＥの、被分析物の定性的、定量的または半定量的分析への使用を提供することである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１ａは、「芝生」または「スパゲッティ」型網目の形態にある幾つかのカーボンナノチューブから製造された本発明の全固体接点ＩＳＥの変換器層を示し、図１ｂは、「ブラシ」型直角網目の形態にある幾つかのカーボンナノチューブから製造された本発明の全固体接点ＩＳＥの変換器層を示す。
【図２】本発明の全固体接点ＩＳＥの変換器層を形成することができる、単層カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）及び多層カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ）  を示す。
【図３】本発明の全固体接点ＩＳＥにおける変換器層として使用するナノチューブ網目のＡＦＭ（原子間力顕微鏡）画像を示す。
【図４】様々な基材を包含する本発明の全固体接点ＩＳＥの、３種類の可能な構造を示す。
【図５】図５は、本発明の全固体接点ＩＳＥの電位差測定応答（起電力、ＥＭＦ＝ゼロ電流における電圧）と、カリウムイオン活性の対数との関係を示し、図５ｂｉｓは、本発明の全固体接点ＩＳＥの電位差測定応答（起電力、ＥＭＦ＝ゼロ電流における電圧）と、カリウムイオン活性範囲（−４．５〜−１．５）におけるカリウムイオン活性の対数との関係を示す。
【図６】本発明の全固体接点ＩＳＥの電位差測定応答（起電力、ＥＭＦ＝ゼロ電流における電圧）と時間との関係を示す。
【図７】様々な活性のＫ＋に対する本発明の全固体接点ＩＳＥの電位差測定応答（起電力、ＥＭＦ＝ゼロ電流における電圧）と時間との関係を示す。
【図８】本発明の全固体接点ＩＳＥの検出層に使用するα−トロンビン１５−ｍｅｒアプタマーを示す。
【図９】本発明の全固体接点ＩＳＥの、カルボキシル基で官能化し、ＥＤＣ（１−エチル−３−［３−ジメチルアミノプロピル］カルボジイミドヒドロクロリド）で活性化した単層カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）を示す。
【図１０】本発明の全固体接点ＩＳＥの、（α−トロンビン）に対する選択性アプタマーに共有結合した単層カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）を示す。
【図１１】様々な濃度のトロンビンに対する本発明の全固体接点ＩＳＥの電位差測定応答（起電力、ＥＭＦ＝ゼロ電流における電圧）と時間との関係を示す。
【発明の詳細な説明】
【００１７】
本発明は、検出層と導電性素子を接触させるカーボンナノチューブの変換器層を含んでなる、全固体接点ＩＳＥ、以下、「本発明の電極」と呼ぶ、を提供する。
【００１８】
上記のように、イオン選択性またはＩＳＥの用語は、歴史的な理由から、初期の電極が、電荷が介在することを特徴とする力の介在により、イオンを認識する容量しか持たないとの仮定のもと、確立されている。しかしながら、今日では、そのような装置は、より多くのイオンや分子を認識する（例えば、Ｂａｋｋｅｒ  Ｅら，Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．９７（１９９７）３０８３参照）。
【００１９】
従って、本発明においては、用語「全固体接点イオン選択性電極」は、様々な被分析物、例えば無機陽イオン（アルカリ金属、アルカリ土類元素、遷移金属、等）、無機陰イオン（炭酸塩、チオシアン酸塩、亜硝酸塩、ヒドロキシル、リン酸塩、硫酸塩、亜硫酸塩、塩化物、等）、有機陽イオン（フェニルエチルアミン、ナフチルエチルアミン、エフェドリン、アンフェタミン、プロパノロール、等）、有機陰イオン（サリチレート、フタレート、マレエート、等）、中性被分析物（二酸化炭素、アンモニア、等）、低分子量有機分子（殺虫剤、殺真菌剤、糖、ビタミン、核酸の断片、等）、高分子量有機分子（タンパク質、多糖、酵素、抗体、等）または細胞（ウイルス、細菌、菌類、等）、に対して選択性のある全固体接点電極を意味する。
【００２０】
上記のように、カーボンナノチューブが信号変換を引き起こす。従って、カーボンナノチューブが、検出層中で起こる化学的認識を電気信号に変換し、この電気信号が導電性素子を経由して外部の装置に伝達される。導電性素子は、導電率が非常に高いことを特徴とする固体材料から製造される。最も典型的な例は、金属性導体（銅、白金または他の金属から製造されたワイヤまたはケーブル）であるが、有機導体、例えばグラファイトまたは導電性重合体も使用される。この導電性素子は、ナノチューブの変換器層に、直接接触により、または複合材料導体（Ａｇ／ＡｇＣｌ、その他）として接着性素子（やはり導体）により、接合する。従って、発生した電気信号は、起電力（ＥＭＦ）、つまり重大な電流の非存在下で、高い内部インピーダンスを有する電位計で（別の基準電極と比較して）測定される電位である。
【００２１】
本発明の電極の特別な実施態様では、カーボンナノチューブの変換器層が、一種以上のカーボンナノチューブにより形成される。変換器層が幾つかのカーボンナノチューブにより形成される場合、これらのカーボンナノチューブは、「芝生」または「スパゲッティ」網目（図１ａ）、または直角の「ブラシ」網目（図１ｂ）の形態、もしくは他の配置をとることができる。
【００２２】
その上、カーボンナノチューブは、様々な長さ及び直径を有することができる。さらに、カーボンナノチューブのキラリティーは変化し、非導電性、半導体または金属性ナノチューブを形成することができる。また、カーボンナノチューブは、他の原子、分子、ナノ粒子または他の成分で官能化しても、しなくてもよい。
【００２３】
本発明の電極の別の特別な実施態様では、変換器層のカーボンナノチューブを、単層カーボンナノチューブ及び多層カーボンナノチューブから選択する。
【００２４】
単層カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）は、直径が１ｎｍ未満〜３ｎｍで、長さが数マイクロメートルの巻き上げた単層グラファイトからなる円筒である。多層カーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）は、幾つかの同心円状単層カーボンナノチューブにより形成され、直径は様々である。図２は、そのような単層及び多層ナノチューブの代表例を示す。
【００２５】
本発明の電極は、他の構造的特徴を有するカーボンナノチューブ、例えば竹型カーボンナノチューブ、も使用できる。
【００２６】
本発明の電極の特別な実施態様では、カーボンナノチューブの変換器層の厚さが１．５ｎｍ〜５０μｍである。好ましい実施態様では、カーボンナノチューブの変換器層の厚さが１μｍ〜３０μｍである。より好ましい実施態様では、カーボンナノチューブの変換器層の厚さが１５μｍである。
【００２７】
さらに、本発明の電極の検出層は、様々な構成部品により形成することができ、所望の用途に応じて専門家により選択される。従って、検出層は、イオンまたは他の被分析物に対して選択性がある、固体結晶または重合体状のメンブランを使用することができ、このメンブランが、変換器層を被覆し、被分析物を認識できる化学種（場合により、イオノホアまたはイオンキャリヤーとも呼ばれる）を中に含む。化学種の対により形成される数多くの例、すなわち認識分子−分析すべき分子またはイオンが、文献中に記載されており、この分野の専門家は、それぞれの用途に好適なイオノホアを選択することができる。最も一般的な種類は、カリウムを分析するのに使用されるイオノホア、例えばバリノマイシン、を含む種類であるが、これは、この分子が、カリウムイオンと選択性複合体を形成できるためである。イオン選択性メンブランのマトリックスに関して、これはポリ（塩化ビニル）（ＰＶＣ）、またはアクリル酸の誘導体、例えばｎ−ブチルアクリレート（ｎ−ＢＡ）またはメチルメタクリレート−ジメチルメタクリレート（ＭＭＡ−ＤＭＡ）、でよい。
【００２８】
検出層は、ゲルにより形成することもでき、これらのゲルは、それらの構造中に、「捕獲（ｅｎｔｒａｐｍｅｎｔ）」と呼ばれる方法によりそれらのマトリックス中に捕獲された、所望の被分析物を認識できる化学種を包含する。多種類のゲルが使用されるが、最も一般的なゲルは、水と混合した時に、金属系アルコキシド（Ｓｉ−ＯＲ）の加水分解により形成される。この過程は、下記の反応：
【００２９】
【化１】
2010531434.tif 000003
により説明される。工程１では、アルコキシドが水と反応（加水分解）し、Ｓｉ原子に結合したアルコール基（シラノール）及び塩基（ＲＯＨ）を形成する。工程２ａでは、隣接するシラノール基が縮合し、−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−の構造単位を含む重合体（ゲル）を形成する。工程２ｂでは、シラノール基が最初のアルコキシドとも反応し、工程２でゲルを形成する。
【００３０】
ゼラチンの外観を有するマトリックスが多孔質であるとして、「捕獲された」センサー化学種は、到達可能の状態にあり、試験試料中の分析すべき化学種と相互作用することができる。例えば、カルバメートの認識要素として酵素アセチルコリンエステラーゼを使用することにより、カルバメートを分析することができる（Ｂｕｃｕｒ  Ｂ．ら，Ａｎａｌ．Ｃｈｉｍ．Ａｃｔａ  ５６２（２００６）１１５−１２１「強化カルバメート殺虫剤検出用の高感度アセチルコリンエステラーゼを基剤とするバイオセンサー（Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｈｉｇｈｌｙ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ａｃｅｔｙｌｃｈｏｌｉｎｅｓｔｅｒａｓｅｓ  ｆｏｒ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｃａｒｂａｍａｔｅ  ｉｎｓｅｃｔｉｃｉｄｅｓ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）」）。
【００３１】
同様に、検出層は、被分析物認識化学種を収容またはカプセル封入する、つまり認識化学種をそれらのコアには含まないが、単に化学種を包み込むだけの半透過性メンブラン、により形成することができる。そのような半透過性メンブランは、例えば透析に使用される種類（酢酸セルロース）またはテフロン（特定の化学種に対して選択性）、Ｎａｆｉｏｎ、ポリウレタンまたはポリカーボネートを使用して製造された種類である。これは本来、酸素電極上に堆積させたカプセル封入メンブランを含む最初のグルコースバイオセンサーの開発に使用された技術である。
【００３２】
検出層は、ファンデルワールスまたは他の種類（疎水性力、水素結合、等）の弱い化学結合により、カーボンナノチューブの上に、直接的または間接的に吸着された（カーボンナノチューブの上に吸着された他の化合物に結合した）、化学的被分析物認識要素から製造することもできる。非常に一般的な例は、免疫グロブリン、つまり抗体として作用し、カーボンナノチューブの表面上に強く吸着するタンパク質である。吸着した後、これらの物質は、別のタンパク質、最近、ウイルス、等でよい所望の被分析物（生物化学的用語では抗原）を、対応する抗原−抗体の認識反応により、認識することができる。
【００３３】
あるいは、検出層は、カーボンナノチューブ自体に共有結合により、直接的に、または間接的に共有結合またはいわゆる「架橋剤」を通して、結合した化学的被分析物認識要素から製造することができる。この一例は、酸素化（ｏｘｉｄｉｓａｔｉｏｎ）を経由するカルボキシル基、検出分子と共有結合を形成するまで他の分子と化学的に反応し得る基、例えば被分析物に対して選択性があるアプタマー、によるナノチューブの官能化である。アプタマーは、ＲＮＡまたはＤＮＡの、通常１００個未満の塩基を含む小さなオリゴヌクレオチドである。オリゴヌクレオチドの鎖における塩基単位（リン酸塩−糖−プリンまたはピリミジン塩基）の非常に多様な可能な配列と共に、それらが取り得る多数の三次元的形態が、アプタマーを、イオン及び小分子からタンパク質または全細胞までの、分析すべき様々な被分析物に対して非常に選択的に結合させる特徴である。
【００３４】
さらに、カルボキシルで官能化したナノチューブは、他の分子と、センサー分子、例えばチオール基（−ＳＨ）を含む被分析物または他の種類の、問題とする被分析物を認識することができるナノ粒子、と共有結合を形成するまで化学的に反応することができる（Ｋａｔｚ，ＣｈｅｍＰｈｙｓＣｈｅｍ，２００４，５，１０８４−５，１０８４−１１０４，  「バイオ分子で官能化されたＣＮＴ（Ｂｉｏｍｏｌｅｃｕｌｅ−ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄ  ＣＮＴｓ）」）。
【００３５】
【化２】
2010531434.tif 000004
【００３６】
最後に、問題とする被分析物を認識でき、カーボンナノチューブと直接的または間接的（例えば間に配置されたメンブランを通して）に接触している化学的物質、例えば分子インプリントポリマ（ＭＩＰｓ）、アプタマー、ＤＮＡまたはＲＮＡの断片、その他、により形成された検出層を使用することができる。これらの認識要素が、挿入されたメンブランを介して、カーボンナノチューブに非常に近接して配置される場合、ＣＮＴは、非常に薄い重合体メンブラン（例えばＰａｒｙｌｅｎｅ）で被覆され、このメンブランは、官能基を有し、これらの官能基を通して、例えばＭＩＰまたはＤＮＡの断片に結合する。
【００３７】
従って、本発明の電極の特別な実施態様では、検出層が、イオン選択性メンブラン、被分析物認識要素がマトリックス中に捕獲されているゲル、被分析物がカプセル封入されている半透過性メンブラン、カーボンナノチューブ上に吸着された被分析物認識要素の層、カーボンナノチューブに共有結合された被分析物認識要素の層、及び挿入されたメンブランを通してカーボンナノチューブと接触している被分析物認識要素の層から選択される。好ましい実施態様では、検出層は、イオノホアを含むイオン選択性メンブランである。より好ましい実施態様では、検出層は、イオノホアとしてバリノマイシンを含むカリウムイオン選択性メンブランである。
【００３８】
いずれの場合も、本発明の電極の検出層は、Ｋａｅｍｐｇｅｎのポリアニリン層（上記のＫａｅｍｐｇｅｎ  ２００６）のように同時に検出層及び変換器にはならない。
【００３９】
本発明の電極の特別な実施態様においては、検出層の厚さは０．１〜１０００μｍである。好ましい実施態様では、検出層の厚さが１〜１００μｍである。より好ましい実施態様では、検出層の厚さが５０μｍである。
【００４０】
特別な実施態様においては、本発明の電極は基材も含んでなり、その基材の上にカーボンナノチューブの層を堆積させるか、その基材が、または絶縁チューブの様式で、その末端に、カーボンナノチューブの変換器層の上に堆積させた検出層を含む。この基材は、導体であっても、なくても、例えばＰＶＣまたはＳｉＯ２基材でよいか、またはガラス化した炭素または他の導電性材料の基材でよい。これらの基材は、様々な幾何学的形態を有することができる。従って、これらの基材は、ワイヤまたはケーブル、チューブ、フィンまたは厚い層として形成するか、または他のデザインを採ることもできる。この基材は、カーボンナノチューブ自体が、それだけで、または複合材料の一部を形成することにより、基材として作用し得る場合もあるので、所望により使用する。
【００４１】
本発明の全固体接点選択性電極の全体的なサイズは、巨視的サイズ（ｃｍまたはｍｍで測定）から、単一カーボンナノチューブまたは数個のナノチューブから形成されるナノ尺度サイズ（ｎｍで測定）まで、及びそれらの間の微視的サイズ（μｍで測定）を含めて、様々である。いずれの場合も、カーボンナノチューブの変換器層、検出層及び使用する場合には基材の測定に摘要される。
【００４２】
図４は、本発明の電極の、基材を含む３種類の可能な配置を示す。図４ａ）は、円筒型の非導電性基材を示し、その上にカーボンナノチューブの変換器層が堆積しており、この上に検出層がさらに堆積している。図４ｂ）は、絶縁チューブの形態にある非導電性基材を示し、その末端で、カーボンナノチューブの変換器層の上に検出層が堆積している。図４ｃ）は、シート型非導電性基材を示し、その上にカーボンナノチューブの変換器層が堆積しており、その上に検出層がさらに堆積している。
【００４３】
本発明の別の態様では、上記の全固体接点ＩＳＥの製造方法であって、
（ａ）カーボンナノチューブの変換器層を製造する工程、及び
（ｂ）工程（ａ）で製造した該変換器層を検出層と接触させる工程
を含んでなる、方法を提供する。
【００４４】
特別な実施態様においては、手順の工程（ａ）で、カーボンナノチューブの粉末圧縮により変換器層を製造する。
【００４５】
本発明の電極が、チューブ型基材を含んでなり、前記チューブ型基材が、その末端で、カーボンナノチューブの変換器層の上に検出層が堆積している場合、これは、導電性素子を構成するチューブの末端に固体ディスクを先ず取り付けることにより、製造される。電極を、「頭を下にして」配置し、適切な溶剤（例えば、単層カーボンナノチューブはジメチルホルムアミド中に分散させることができる）中に分散させたカーボンナノチューブを、このディスク上に堆積させる。溶剤が蒸発すると、変換器層を構成する架橋したナノチューブの層が残る。最後に、この変換器層を検出層と接触させて配置するが、検出層は、変換器層の上に、配置されることを特徴とする溶液の滴を載せることにより、堆積させる。検出層の溶液が蒸発すると、ナノチューブが他の電極設計で塗布されるのと類似の方法によって検出層が変換器層全体を被覆する。
【００４６】
本発明の電極が基材を含んでなり、その上にカーボンナノチューブの変換器層を堆積させる場合、この層は、いずれかの好適な堆積方法により、基材上に堆積させることができる。
【００４７】
従って、特別な実施態様では、手順の工程（ａ）で、基材にカーボンナノチューブの懸濁液を、エーロゾルスプレー、液滴の堆積、浸漬または含浸により、塗布することにより、変換器層を製造する。
【００４８】
懸濁液は、例えば、界面活性剤（例えばドデシル硫酸ナトリウムＳＤＳ）を含む極性溶剤（例えば水またはエタノール）中にカーボンナノチューブ粉末を分散させることにより、製造する。これによって界面活性剤が個々のナノチューブを取り囲み、溶剤の極性媒体中にナノチューブが確実に、良く分散する。他の分散方法は、極性が低い溶剤、例えばキシレンまたはクロロベンゼン（ｂｅｎｃｅｎｓ）、を使用する。これらの後者の溶剤で良好な分散を確保するには、本来凝集する傾向があるナノチューブが適切に分散するように、音波処理、すなわち高周波振動、が必要である。
【００４９】
カーボンナノチューブ粉末は、市場で入手することができ、例としては、Ｃａｒｂｏｎ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ，Ｉｎｃ．、ＨＥＬＩＸ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  ＳｏｌｕｔｉｏｎｓまたはＮＴＰにより市販されている種類があり、あるいは、触媒として例えば二酸化ケイ素チップの存在下で、メタンから温度９００℃で化学蒸着（ＣＶＤ）により製造することができる。
【００５０】
手順の工程（ｂ）では、製造された変換器層を検出層と接触させて配置する。例えば、イオン選択性メンブランを、含浸により、すなわちカーボンナノチューブの構造、またはカーボンナノチューブの層で被覆された基材を、適切な溶剤に溶解させたメンブランを含む濃厚な溶液中に浸漬する方法、により、ナノチューブ層と接触させる。次いで、基材を取り出し、基材に付着したメンブランを放置して乾燥させる。メンブランを含む濃厚な溶液の滴をナノチューブ層の上に堆積させることを特徴とする堆積技術も使用できる。
【００５１】
マトリックス中に捕獲された被分析物認識要素を含むゲルの場合、これらのゲルは、「その場で」合成される。従って、ゲルは、そのモノマー成分が、上記のように含浸により、変換器層の上に堆積した後、生じる。
【００５２】
カーボンナノチューブの変換器層上に、被分析物認識要素を含む溶液の滴を堆積させることにより、溶液の滴がナノチューブ上に吸着され、被分析物認識要素がカプセル封入されている半透過性メンブランが、カーボンナノチューブの変換器層と接触して配置され、続いて、前に調製された半透過性メンブランで全体を被覆することにより、全体が密封される。
【００５３】
カーボンナノチューブ構造、またはカーボンナノチューブの層で被覆された基材を、例えば認識要素としてタンパク質を含む溶液中に浸漬することにより、カーボンナノチューブ上に吸着された認識要素が、カーボンナノチューブと単純に接触して配置される。弱い相互作用の力、例えばファンデルワールス、その他、の力により、タンパク質はカーボンナノチューブの表面上に確実に吸着される。
【００５４】
被分析物認識要素は、ナノチューブ中に含まれる官能基と化学反応する時に、カーボンナノチューブと共有結合する。例えば、−ＣＯＯＨ基で官能化されたカーボンナノチューブの構造、または−ＣＯＯＨで官能化されたカーボンナノチューブの層で被覆された基材を、アミノ基を有する認識分子を含む溶液中に浸漬する。これによって、アミドが化学的に形成され、そのアミドにより、認識分子がカーボンナノチューブに安定した方式で結合される。
【００５５】
被分析物認識要素の層が、挿入されたメンブランを介してカーボンナノチューブと接触する場合、該メンブランは、モノマーの「その場における」重合によりカーボンナノチューブの上に堆積し、続いてメンブランの官能基と認識分子の共有反応が、前の項で記載した様式と類似の様式で起こる。
【００５６】
本発明の別の態様では、上記の全固体接点ＩＳＥの、被分析物の定性的、定量的または半定量的分析への使用を提供する。上記のように、そのような被分析物は、無機陽イオンまたは陰イオン、有機陽イオンまたは陰イオン、中性被分析物、低分子量の有機分子、高分子量の有機分子、または細胞でよい。
【００５７】
特別な実施態様において、被分析物はイオンである。例えば、分析は、検定された条件下でイオン系化学種に対して行う（例えば、アンフェタミンは、約９．９の限定されたｐＨからはイオンだけである）。好ましい実施態様においては、被分析物はカリウムイオンである。
【実施例】
【００５８】
下記の例は、本発明を例示するが、本発明の範囲を制限するものではない。
【００５９】
例１（単層カーボンナノチューブ及びカリウムイオン選択性メンブランの変換器層でカリウムを分析するための全固体接点ＩＳＥの製造）
検出層に、イオノホアとしてバリノマイシンを含むカリウムイオン選択性メンブランを使用した。使用したカリウム選択性メンブランは、科学文献（Ｌ  Ｙ  Ｈｅｎｇ及びＥ  Ａ．Ｈ．Ｈａｌｌ，ＡＣＡ  ４０３（２０００）７７−８９，「イオン選択性メンブランにおけるメタクリル−アクリル重合体、適正重合体処方の達成（Ｍｅｔｈａｃｒｙｌｉｃ−ａｃｒｙｌｉｃ  ｐｏｌｙｍｅｒｓ  ｉｎ  ｉｏｎ−ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｍｅｍｂｒａｎｅｓ：  ａｃｈｉｅｖｉｎｇ  ｔｈｅ  ｒｉｇｈｔ  ｐｏｌｙｍｅｒ  ｒｅｃｉｐｅ）」）に記載されている手順により構築し、バリノマイシン１．６重量％（２０．１ｍｍｏｌ  ｋｇ−１）、親油性陰イオン（カリウムテトラキス（４−クロロフェニル）ボレート）（ＫＴＣＩＰＢ）０．５重量％（５．１ｍｍｏｌ  ｋｇ−１）及びメチルメタクリレート−ジメチルメタクリレート、ＭＭＡ−ＤＭＡのモノマー９７．９重量％を含んでいた。この混合物２００ｍｇをジクロロメタン２ｍｌ中に溶解させた。電極を調製するために、単層カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）１重量％のドデシル硫酸塩懸濁液をエーロゾルの形態（Ｆｕｒｔａｄｏら，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．２００４，１２６，６０９５−６１０５．  「単層カーボンナノチューブの、アミド溶剤へのデバンドリング（ｄｅｂｕｎｄｌｉｎｇ）及び溶解」）で、機械的基材（Ｋａｅｍｐｇｅｎ  ２００６、上記）として作用するＰＶＣ絶縁ケーブル上にスプレーした。十分な量の水で洗浄し、乾燥させた後、我々は、厚さ約１５μｍのナノチューブの網目により形成された変換器層を得た。図３は、調製したナノチューブ網目のＡＦＭ  （原子間力顕微鏡）画像を示す。ナノチューブ層で被覆したＰＶＣケーブルを上記のジクロロメタン溶液中に浸漬することにより、選択性メンブラン（厚さ約５０μｍ）をナノチューブ網目の上に堆積させた。図４ａ）は、製造した本発明の電極の構造を示す。同じ方法を採用し、単層カーボンナノチューブの変換器層を含まない電極を比較用電極として製造した。
【００６０】
例２（例１で製造した全固体接点ＩＳＥを使用するカリウムイオン濃度の分析）
連続的に攪拌しながら、電位を室温（２２℃）で測定した。使用した基準電極は、食塩水ブリッジとしてＬｉＡｃＯ  １Ｍの溶液を含むＡｇ／ＡｇＣｌ／３Ｍ  ＫＣｌのダブル−ジャンクション電極（Ｍｅｔｈｒｏｍ  ＡＧ  ｍｏｄｅｌ  ６．０７２９．１００）であった。実験は、ＨＮＯ３の１０−４Ｍ溶液で一晩前処理した１００  ｍｌのガラスビーカー中で行った。測定した全起電力（ＥＭＦ）値を、Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎ等式により測定した液体ジャンクション電位の値に対して補正した。活性係数は、Ｄｅｂｙｅ−Ｈｕｃｋｅｌ近似法を使用して計算した。高インピーダンス入力の電位計（Ｋｅｉｔｈｌｅｙ  ６５１４）を使用して起電力を測定した。
【００６１】
＜結果及び考察＞
検出限界
例１で調製した全固体接点ＩＳＥの起電力またはＥＭＦ（ゼロ電流における電圧）を、様々なカリウムイオン濃度で測定した。イオンＫ＋の活性における一連の増加から得た校正曲線（ＥＭＦ対活性の対数）を図５及び５ｂｉｓに示す。
【００６２】
図５は、例１の電極のＫ＋イオンの活性対数に対する電位測定応答を示す。電極は、０．０１  Ｍ  ＫＣｌ中で１時間調整し、各使用間で同じ溶液中に保存した。得られた検出限界またはＬＯＤは、１０−５．５Ｍである。比較用電極（単層カーボンナノチューブまたはＳＷＣＮＴの変換器層を含まない全固体接点ＩＳＥ）を使用した時は、信号が得られなかった。
【００６３】
検出限界（ＬＯＤ）は、問題とする被分析物の、電極により信頼性良く検出できる最小量または濃度を表す。ＬＯＤが低い程、その信頼性が高い。ＬＯＤは、描いた直線部分の交差点を使用して計算する。例１で調製した電極は、イオンＫ＋の最小濃度１０−５．５Ｍを検出できる、すなわちＫ＋イオン濃度を、導電性重合体を基剤とする内部変換器層を含む全固体接点ＩＳＥにより検出される濃度に匹敵する、１リットルあたり１０分の１マイクロモルのオーダーまで検出できる。
【００６４】
図５ｂｉｓは、例１の電極の、カリウム活性の一つの対数範囲（−４．５〜−１．５の）における、Ｋ＋イオン活性の対数に対する電位計応答を示す。得られた勾配は（５８．１±０．４）ｍＶ／１０活性であり、これは、Ｎｅｒｎｓｔｉａｎ応答を表す。従って、この電極は、正の原子価１を有するイオン、例えばＫ＋イオン、の検出で得られるべき理論的な応答（５９．１６  ｍＶ／１０活性）に非常に類似した応答を与える、つまりこの電極は良好な信頼性を与えることが立証される。
【００６５】
選択性
電位差選択性係数ＫＪＫｐｏｔを測定したが、そこでは、Ｋは問題とするイオン（カリウム）であり、Ｊはやはり検出可能なイオンであり、記録し測定における干渉を引き起こす。該係数は、電極が、問題とする被分析物以外の他の化学種と相互作用する選択性または能力を定量的に反映する。
【００６６】
表１は、例１で調製した全固体接点ＩＳＥ及び他の、類似しているが、導電性重合体またはＣＰ変換器層（Ｍｉｃｈａｌｓｋａ，Ａ．，Ａｎａｌ  Ｂｉｏａｎａｌ  Ｃｈｅｍ  ３８４（２００６）３９１−４０６，「導電性重合体を基剤とするイオン−対−電子変換器を含むＩＳＥの分析性能及び構造の最適化（Ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ  ｔｈｅ  ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ａｎｄ  ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ＩＳＥｓ  ｗｉｔｈ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ｐｏｌｙｍｅｒ−ｂａｓｅｄ  ｉｏｎ−ｔｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ）」）を含む電極で得た選択性係数を示す。
【００６７】
【表１】
2010531434.tif 000005
【００６８】
約１０−２．５（ｌｏｇＫＪＫｐｏｔ＜２．５）より低い選択性係数は、電極の応答が、明らかな他のイオン濃度により変化しないことを示している。従って、例１の全固体接点ＩＳＥは、導電性重合体変換器層を含む現状技術水準電極と類似した、カリウムイオンに対して良好な選択性を示す。
【００６９】
応答時間
被分析物の導入から、例１の全固体接点ＩＳＥから安定した応答が得られるまでの時間として理解されている応答時間を測定した。結果を、例１の全固体接点ＩＳＥから得られる電位差測定応答（起電力、ＥＭＦ＝ゼロ電流における電圧）を表す表６に示す。挿入されたグラフは、選択された測定範囲の拡大図である。
【００７０】
図６で観察されるように、低濃度の被分析物（１０−９〜１０−８）では、応答時間が１分間であった。しかし、高濃度（１０−６〜１０−５）では、応答時間が、ほとんど即時で、５秒間未満であった。従って、例１で調製した電極の応答は、非常に速く、内部溶液を含む現状技術水準電極の応答と類似している。
【００７１】
応答安定性
例１で調製した全固体接点ＩＳＥの起電力またはＥＭＦ（ゼロ電流における電圧）を様々な濃度のカリウムイオンで経時的に測定した。結果を図７に示す。これらの電極は、０．０１  Ｍ  ＫＣｌ中で１時間調整し、各使用間で同じ溶液中に保存した。
【００７２】
図７は、本発明の電極の応答安定性と時間の関係を示し、同じ溶液を何日間かにわたって測定した時、電極の応答は、非常に低い濃度を測定した時に、僅かに変化した。しかし、１０−５  Ｍ以上のカリウム濃度では、得られた応答は２２日後でも同じであった。従って、例１の電極は、経時的に高い応答安定性を示す。
【００７３】
従って、例１で調製した全固体接点ＩＳＥは、１０−５．５ＭＫＣｌを超える濃度で信頼性及び再現性がある、と結論付けることができる。
【００７４】
例３（単層カーボンナノチューブの変換器層及びナノチューブに共有結合したアプタマーにより形成された検出層でトロンビンを分析するための全固体接点ＩＳＥの調製）
検出層には、変換器層のカーボンナノチューブに共有結合したアプタマーを使用した。具体的には、我々は、図８に示すα−トロンビン用の１５塩基（ＧＧＴＴＧＧＴＧＴＧＧＴＴＧＧ）の選択性アプタマーを使用した。図８で、塩基単位の配列及び空間的配置の両方、及びアプタマーが単層カーボンナノチューブに共有結合している地点を観察することができる。
【００７５】
この電極を製造するために、下記の手順を採用した。
（１）Ｆｕｒｔａｄｏら（  Ｆｕｒｔａｄｏら，２００４，上記）の手順に従い、２．６ＭＨＮＯ３で４時間還流させる処理によるＳＷＣＮＴの精製
（２）円筒型非導電性ＰＶＣ基材上にあるカーボンナノチューブ（−ＣＯＯＨ基が工程１で酸処理により入っている）の層（４ａの構造）。堆積は、学術文献（Ｋ．Ｍａｅｈａｓｈｉ，  Ｔ．Ｋａｔｓｕｒａ，Ｋ．Ｋｅｒｍａｎ，Ｙ．Ｔａｋａｍｕｒａ，Ｋ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ及びＥ．Ｔａｍｉｙａ，Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．７９（２００７）７８２−７８７「アプタマー変性したカーボンナノチューブフィールド効果トランジスタを基材とする、標識が無いタンパク質バイオセンサー（Ｌａｂｅｌ−Ｆｒｅｅ  Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ａｐｔａｍｅｒ−Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｕｂｅ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｅｒｓ）」）ドデシル硫酸ナトリウムを含む水溶液中に分散させたナノチューブのスプレーにより行った。ナノチューブを洗浄し、乾燥させ、ＰＶＣ基材に接着した。
（３）カルボキシル基をα−トロンビン（認識分子）用の１５塩基アプタマーと共有結合させるために、カルボキシル基を活性化させた。活性化させるために、カルボジイミド型化合物、例えばＥＤＣ（１−エチル−３−［３−ジメチルアミノプロピル］カルボジイミドヒドロクロリド）、を使用した。これを行うために、カルボキシル化したナノチューブを含むＰＶＣ基材をＥＤＣの水溶液中に入れ、図９に示す官能化し、活性化した単層カーボンナノチューブを得た。
（４）ＥＤＣで活性化したナノチューブを、水溶液中（溶液中に、活性化したナノチューブの層を上に含むＰＶＣ基材を導入）でトロンビン選択性アプタマーのアミノ基と室温で、文献（Ｈｙｅ−Ｍｉ  Ｓｏ，Ｊｅｏｎｇ−Ｏ  Ｌｅｅら，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２７（２００５）１１９０６−１１９０７「分子状認識要素としてアプタマーを使用する単層カーボンナノチューブバイオセンサー（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｗａｌｌｅｄ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｕｂｅ  Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ａｐｔａｍｅｒｓ  ａｓ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ  Ｅｌｅｍｅｎｔｓ）」）に示されている図に従って、反応させ、図１０に示す、トロンビンアプタマー（認識分子）に共有結合したナノチューブを得た。
【００７６】
例３で製造した全固体接点ＩＳＥを使用するα−トロンビン濃度の分析
連続的に攪拌しながら、電位を室温（２２℃）で測定した。使用した基準電極は、食塩水ブリッジとしてＬｉＡｃＯ  １Ｍの溶液を含むＡｇ／ＡｇＣｌ／３Ｍ  ＫＣｌのダブル−ジャンクション電極（Ｍｅｔｈｒｏｍ  ＡＧ  ｍｏｄｅｌ  ６．０７２９．１００）であった。実験は、ＨＮＯ３の１０−４Ｍ溶液で一晩前処理した１００ｍｌのガラスビーカー中で行った。測定した全起電力（ＥＭＦ）値を、Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎ等式により測定した液体ジャンクション電位の値に対して補正した。活性係数は、Ｄｅｂｙｅ−Ｈｕｃｋｅｌ近似法を使用して計算した。高インピーダンス入力の電位計（Ｋｅｉｔｈｌｅｙ  ６５１４）を使用して起電力を測定した。
【００７７】
＜結果及び考察＞
例３で調製した全固体接点ＩＳＥの起電力またはＥＭＦ（ゼロ電流における電圧）を、様々なα−トロンビン濃度で測定した。結果を図１１に示す。これを行うために、先ず電極を生理学的ｐＨ（ｐＨ＝７．４）に相当するリン酸塩緩衝溶液中に浸漬し、構築した電極により与えられた起電力が一定であることを観察した。９分後、我々は、この溶液に、リン酸塩緩衝液中に溶解させたα−トロンビンの溶液を加え、溶液の総濃度を８ｎＭにした。応答の顕著な変化が観察されたが、これは１分間未満で安定化した。この操作をα−トロンビン濃度１６、２４及び３２ｎＭで繰り返した。図１１で、電極が、選択した様々な濃度の被分析物に、アプタマーがトロンビンと反応し、電極が飽和されるまで、正しく応答していることが観察できる。従って、例３の電極は、トロンビンの濃度を、血液中に見られる濃度と同じ等級で計算するのに有用である。
【図１ａ】
2010531434.tif 000006
【図１ｂ】
2010531434.tif 000007
【図２】
2010531434.tif 000008
【図３】
2010531434.tif 000009
【図４】
2010531434.tif 000010
【図５】
2010531434.tif 000011
【図５ｂｉｓ】
2010531434.tif 000012
【図６】
2010531434.tif 000013
【図７】
2010531434.tif 000014
【図８】
2010531434.tif 000015
【図９】
2010531434.tif 000016
【図１０】
2010531434.tif 000017
【図１１】
2010531434.tif 000018
【国際調査報告】
2010531434.tif 000019
2010531434.tif 000020
2010531434.tif 000021
2010531434.tif 000022
2010531434.tif 000023