(57)【要約】本発明の目的は、測定対象物の計測における干渉物質の影響を抑制する新規な自己組織化単分子膜を用いることにより、計測精度を向上可能な電極、およびこの電極を用いたセンサーを提供することにある。センサーは、修飾電極１２と、対向電極とを有する。修飾電極１２は、電極基材としての金電極１６と、金電極１６を被覆するＨＳ（ＣＨ２）ｎＣＯＯＨ（ｎ＝５〜９）の化学構造式で示されるカルボキシアルカンチオールからなる自己組織化単分子膜１８と、自己組織化単分子膜１８上に固定化された酵素１９とを有する。フルクトースを計測する場合には、酵素１９として、ＦＤＨを用いる。７−ｃａｒｂｏｘｙ−１−ｈｅｐｔａｎｅｔｉｏｌにより作製した場合、自己組織化単分子膜１８は、メディエータとしてのＣｏ（ｐｈｅｎ）３２＋を選択的に通過させる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極基材と、
前記電極基材を被覆する、ＨＳ（ＣＨ２）ｎＣＯＯＨ（ｎ＝５〜９）の化学構造式で示される自己組織化単分子膜と
を有する電極。
【請求項２】
前記自己組織化単分子膜上に、測定対象物を酸化還元反応させる酵素が固定化された
請求項１に記載の電極。
【請求項３】
測定対象物が溶解した試料溶液を収容する容器と、
前記試料溶液中に浸漬される修飾電極および対向電極とを有し、
前記修飾電極は、
電極基材と、
前記電極基材を被覆する、ＨＳ（ＣＨ２）ｎＣＯＯＨ（ｎ＝５〜９）の化学構造式で示される自己組織化単分子膜と
を有するセンサー。
【請求項４】
前記試料溶液中に、前記測定対象物の酸化還元反応に応じて、前記電極基材との間で電荷の授受を行うメディエータが添加された
請求項３に記載のセンサー。
【請求項５】
前記試料溶液中に、疎水性の前記メディエータが添加された
請求項４に記載のセンサー。
【請求項６】
前記自己組織化単分子膜上に、前記測定対象物を酸化還元反応させる酵素が固定化された
請求項３〜５のいずれかに記載のセンサー。
【請求項７】
前記修飾電極に電極反応電位を印加する電位印加手段と、
前記修飾電極と前記対向電極との間に流れる電流に応じて前記測定対象物の濃度を算出する演算手段と
をさらに有する請求項３に記載のセンサー。
【請求項８】
参照電極をさらに有し、
前記電位印加手段は、前記参照電極の電位に対して所定の電位を前記修飾電極に印加する
請求項７に記載のセンサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、電気化学的反応により測定対象物を計測するセンサー、およびこのセンサーに用いられる電極に関する。
【背景技術】  電気化学的反応を利用して試料中の測定対象物を計測する化学センサー、バイオセンサーが種々知られている。これらのセンサーの一種として、測定対象物と電極とを反応させるための物質を自己組織化単分子膜によって電極に固定したセンサーが知られている。
センサーが測定する試料中には、測定対象物以外の夾雑物として、測定対象物と電極との電気化学的反応に干渉する干渉物質が含まれている場合がある。そしてこの干渉物質が測定対象物の測定結果に影響を与えていることが指摘されている。測定結果に影響を与える干渉物質として、たとえば、アスコルビン酸や尿酸が知られている。
たとえば、フルクトース（果糖）の計測において試料中にアスコルビン酸が含まれていると、フルクトースの酸化反応に起因する電流とアスコルビン酸の酸化反応に起因する電流の両方が電極に流れるため、フルクトースの濃度を正確に計測することが困難となる。
ところで、生体試料中に比較的多量に存在する、アスコルビン酸や尿酸等の夾雑物質による電気化学的反応を防止するため、自己組織化単分子膜として１０−ｃａｒｂｏｘｙ−１−ｄｅｃａｎｅｔｉｏｌを採用した技術が開示されている（篠原寛明，「電極界面分子集積膜の設計による生体重要物質の高選択センシング」，構造規制機能界面の構築と電極反応  平成１０年度成果報告書，１９９９年，ｐ．１４５−１４６参照）。
【発明の開示】
本発明の目的は、測定対象物の計測における干渉物質の影響を抑制する新規な自己組織化単分子膜を用いることにより、計測精度を向上可能な電極、およびこの電極を用いたセンサーを提供することにある。
上記の目的を達成するため、本発明の電極は、電極基材と、前記電極基材を被覆する、ＨＳ（ＣＨ２）ｎＣＯＯＨ（ｎ＝５〜９）の化学構造式で示される自己組織化単分子膜とを有する。
上記の目的を達成するため、本発明のセンサーは、測定対象物が溶解した試料溶液を収容する容器と、前記試料溶液中に浸漬される修飾電極および対向電極とを有し、前記修飾電極は、電極基材と、前記電極基材を被覆する、ＨＳ（ＣＨ２）ｎＣＯＯＨ（ｎ＝５〜９）の化学構造式で示される自己組織化単分子膜とを有する。
【図面の簡単な説明】  図１は、本実施形態に係るセンサーの概略構成図である。
図２Ａは本実施形態に係る修飾電極の構成を示す平面図であり、図２Ｂは図２Ａにおける断面Ｉ−Ｉから見た断面図である。
図３は、フルクトースセンサーの構成を示す図である。
図４は、自己組織化単分子膜の選択性の確認実験において用いる修飾電極の断面図である。
図５は、自己組織化単分子膜の選択性の確認実験において得られた、アスコルビン酸に対するサイクリックボルタモグラムである。
図６は、自己組織化単分子膜の選択性の確認実験において得られた、Ｃｏ（ｐｈｅｎ）３２＋に対するサイクリックボルタモグラムである。
図７は、グルコースセンサーの構成を示す図である。
図８は、Ｃｏ（ｐｈｅｎ）３２＋をメディエータとして用いたグルコースセンサーによる、グルコースの濃度測定結果を示す図である。
図９は、カテコールアミンセンサーの構成を示す図である。
図１０は、カテコールアミンセンサーによって、ドーパミンとアスコルビン酸の反応を測定した測定結果を示す図である。
図１１は、カテコールアミンセンサーによるドーパミンの検量線を示す図である。
図１２は、自己組織化単分子膜を形成する脂質のアルキル鎖長とドーパミン選択性の関係を示す図である
図１３は、本発明の実施の形態の変形例に係るセンサーモジュールの平面図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について述べる。
（装置構成）
図１は、本発明に係るセンサーの一実施の形態の概略構成図である。
図１に示すセンサー１０は、濃度が測定される測定対象物が溶解している試料溶液５を入れる容器（バイアル）３と、白金（Ｐｔ）線からなる対向電極１１と、修飾電極（作用電極）１２と、銀／塩化銀（Ａｇ／ＡｇＣｌ）電極からなる参照電極１３と、電位印加手段としてのポテンショ・ガルバノスタット（ｐｏｔｅｎｔｉｏ  ｇａｌｖａｎｏｓｔａｔ）装置７と、演算処理手段としてのコンピュータ９とを有する。
対向電極１１、修飾電極１２、および参照電極１３は、たとえば、図示しない上蓋に固定されて、容器３内の試料溶液５に浸漬される。対向電極１１としては、白金線以外にも、たとえば銀／塩化銀（Ａｇ／ＡｇＣｌ）電極を用いることができる。また、参照電極１３としては、銀／塩化銀電極以外に、たとえば飽和カロメル電極を用いることもできる。
ポテンショ・ガルバノスタット装置７は、電線Ｗ０，Ｗ１，Ｗ２を介して修飾電極１２に接続され、電線Ｗ３を介して対向電極１１と接続され、電線Ｗ４を介して参照電極１３に接続されている。
ポテンショ・ガルバノスタット装置７は、修飾電極１２の電位をある範囲内に制御するポテンショスタットとしての機能と、修飾電極１２と対向電極１１との間に流れる電流を検出するガルバノスタットとしての機能を併せ持つ装置であり、一般的に、電気化学測定に用いられている。検出された電流値は、コンピュータ９に送られる。
ポテンショ・ガルバノスタット装置７は、修飾電極１２に所定の電位を印加して電極反応を修飾電極１２で起こさせる。修飾電極１２において、電子が溶液中の物質に与えられる反応が起きた場合、その反対の反応（溶液中の物質から電子を渡す反応）を別の電極である対向電極１１で起こさせることにより回路に電流が流れるという原理で電気化学的反応を測定する。
修飾電極１２に所定の電位を印加する際に、本実施の形態においては、ポテンショ・ガルバノスタット装置７は修飾電極１２および対向電極１１とは別の参照電極１３に所定の電位を与えておく。そして、参照電極１３への印加電位を基準として、修飾電極１２に所定の電位を印加する。
コンピュータ９は、たとえばメモリに事前に記憶されている測定対象物の濃度と電流との関係式を意味する検量線に基づいて、容器３内の試料溶液５の測定電流値から測定対象物の濃度を決定する。コンピュータ９は、算出した測定対象物の濃度を、たとえばその表示器に表示出力する。
図２は、本実施の形態に係る修飾電極１２の一実施形態の構成図である。図２Ａは修飾電極１２の平面図であり、図２Ｂは図２Ａにおける断面Ｉ−Ｉから見た断面図である。
修飾電極１２は、たとえば、ガラスやプラスチック製の基板１５に固着された金電極（電極基材）１６と、金電極１６の表面を覆う自己組織化単分子膜１８と、自己組織化単分子膜１８上に固定化した酵素１９とを有する。金電極１６には、電位の印加および電流の測定のための電線Ｗ０が接続されている。
測定対象物としては、例えば、フルクトース、グルコース、カテコールアミン、キノン、セロトニン、疎水性のアミノ酸等の生体物質および化学物質が挙げられる。
自己組織化単分子膜１８は、ＨＳ（ＣＨ２）ｎＣＯＯＨ（ｎ＝５〜９）の化学構造式で示されるカルボキシアルカンチオールにより構成される。例えば、ｎ＝５の５−ｃａｒｂｏｘｙ−１−ｐｅｎｔａｎｅｔｉｏｌ、ｎ＝６の６−ｃａｒｂｏｘｙ−１−ｈｅｘａｎｅｔｉｏｌ、ｎ＝７の７−ｃａｒｂｏｘｙ−１−ｈｅｐｔａｎｅｔｉｏｌ、ｎ＝８の８−ｃａｒｂｏｘｙ−１−ｏｃｔａｎｅｔｉｏｌ、ｎ＝９の９−ｃａｒｂｏｘｙ−１−ｎｏｎａｎｅｔｉｏｌの何れかにより構成される。
チオール化合物は金表面と反応して金−システアミン（Ａｕ−Ｓ）結合を形成する。なかでも、アルカンチオール化合物を用いると、Ａｕ−Ｓ結合に加えてアルキル鎖同士のファンデルワールス（Ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｗａａｌｓ）相互作用も働くため、高い配向性を有する欠陥のない単分子膜を作製可能である。このような単分子膜を自己組織化単分子膜という。自己組織化単分子膜１８による金電極１６の修飾は、チオール化合物の溶液中に金電極１６を浸漬するだけで可能である。
本実施形態に係る自己組織化単分子膜１８は、そのカルボキシル基によりアスコルビン酸や尿酸等の水溶性で電気化学的に活性な干渉物質を反発させて退け、金電極１６への到達を阻む。
酵素１９は、例えば測定対象物に応じて選定される。測定対象物がフルクトースであれば、酵素１９として、例えば、フルクトース・デヒドロゲナーゼ（ＦＤＨ：ｆｒｕｃｔｏｓｅ  ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ）を用いる。測定対象物がグルコースであれば、酵素１９として、グルコースの酸化酵素であるグルコースオキシダーゼ（ＧＯＤ：ｇｌｕｃｏｓｅ  ｏｘｉｄａｓｅ）を用いる。
本実施の形態においては、酵素１９による測定対象物の酸化反応を、メディエータ（調停手段または電気化学活性種）を用いて仲介することによって金電極１６における電気信号に変換する。この電気信号を検出することによって、測定対象物の存在を検知することができる。
メディエークとしては、疎水性のものが好ましい。このようなメディエータとし、たとえば、コバルトフェナントロリン錯体（フェナントロリンコバルト錯体）［Ｃｏ（ｐｈｅｎ）３２＋］（ｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎｅ  ｃｏｂａｌｔ（ＩＩ）  ｃｏｍｐｌｅｘ）や、フェロセン錯体を用いる。Ｃｏ（ｐｈｅｎ）３２＋は、調整が容易であり、可逆的な酸化還元が可能であり、酸化還元電位が比較的低電位でフェナントロリンを配位子とする他の金属錯体の中で最も低いという利点を有する。Ｃｏ（ｐｈｅｎ）３２＋は、たとえば、溶液として試料溶液５に混入しておく。
現時点で最も優れているメディエータは、コバルトフェナントロリン錯体である。コバルトフェナントロリン錯体は、酸化電位が約２００ｍＶとフェロセンの酸化電位と比較して低い。このように、低い電位で反応させられることから、アスコルビン酸等の物質の影響を受けにくいからである。
上記の化学構造式をもつ自己組織化単分子膜１８は、金電極１６における測定対象物の計測のための電気化学的反応を発生させる物質のみを通過させる。すなわち、Ｃｏ（ｐｈｅｎ）３２＋等のメディエータは通過させて、試料溶液５中のアスコルビン酸や尿酸などの夾雑物は通過させずに金電極１６から退けさせる。アスコルビン酸や尿酸は、測定対象物が含まれている野菜や果実、血液や尿中に比較的多量に含有されており、金電極１６において酸化反応を生じる。下記式は、アスコルビン酸の酸化還元反応を示す式である。
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アスコルビン酸は、モノアスコルビン酸アニオン、モノデヒドロアスコルビン酸を経る酸化反応において水素２原子を失い、デヒドロアスコルビン酸となる。その際に、モノデヒドロアスコルビン酸に係る反応において電流が流れる。
このように、金電極１６近傍にアスコルビン酸が存在すると、金電極１６に電極反応電位が印加された場合にアスコルビン酸自体が酸化して電流が流れる。このため、試料溶液５中にアスコルビン酸が含まれていると、測定対象物と金電極１６における電極反応に干渉する干渉物質として振る舞い、センサー１０による測定対象物の濃度の測定精度を低下させる。尿酸についても同様にそれ自体が酸化して干渉物質として振る舞う。
しかしながら、本実施の形態においては自己組織化単分子膜１８が、アスコルビン酸や尿酸などの夾雑物を退けて金電極１６への到達を阻み、測定対象物の計測のための電気化学的反応を発生させる物質を選択的に通過させる。
以上のような構成のセンサー１０を用いて試料溶液５中の測定対象物の濃度を測定する場合には、ポテンショ・ガルバノスタット装置７が参照電極１３に電線Ｗ４を介して所定の電位を正確に印加する。
さらに、ポテンショ・ガルバノスタット装置７は、参照電極１３への印加電位を基準として、修飾電極１２に接続されている電線Ｗ１およびＷ２を介して、修飾電極１２に所定の電位を印加する。修飾電極１２に印加する電位は、たとえば、Ｃｏ（ｐｈｅｎ）３２＋と金電極１６との後述する電極反応が発生する電位である。
電気化学的反応が生じないため値が変動することの無い参照電極１３の電位を基準として修飾電極１２に電位を印加することにより、修飾電極１２の電位を保ち電極反応の進行に伴う電位の変動を無くすことができる。
上述した本発明の一実施の形態に係るセンサー１０においては、修飾電極１２の金電極１６を、自己組織化単分子膜１８によって修飾し、さらに酵素１９を固定している。このように、測定のための電気化学的反応以外の反応を発生させる干渉物質の金電極１６への到達を防ぐことができる。その結果、修飾電極１２の選択性が向上し、センサー１０による測定対象物の測定精度が向上する。
自己組織化単分子膜１８はチオール化合物の溶液中に金電極を浸漬するだけで作製できるため、修飾電極１２およびセンサー１０を低価格で簡便に製造することが可能になる。
また、酸化還元滴定法やガスクロマトグラフィー法のように装置や測定方法が複雑ではなく、簡便に測定対象物を測定することができる。また、ブドウ糖に反応することがないため、ブドウ糖の影響を取り除くための労力を必要とせず、簡便かつ高精度にフルクトース等の測定対象物の濃度を測定することができる。
さらに、本実施の形態においては、修飾電極１２、対向電極１１、および参照電極１３の三つの電極を用い、参照電極１３に印加した電位を基準として修飾電極１２に電極反応電位を印加する三電極系によって測定を行なう。このため、電極反応に伴う修飾電極１２の電位の変動を抑制し、高精度な測定が可能となる。
（フルクトースセンサの実施例）
まず、測定対象物としてフルクトースの濃度を測定するフルクトースセンサの実施例について述べる。本実施例においては、図３に示すように、自己組織化単分子膜１８を利用して、酵素１９としてＦＤＨを金電極１６に固定化する。
本実施例においては、たとえば、７−ｃａｒｂｏｘｙ−１−ｈｅｐｔａｎｔｈｉｏｌ（７Ｃ）により自己組織化単分子膜１８を形成する。７Ｃは、図３に示すように、Ａｕ−Ｓ結合に加えてアルキル鎖２０同士のファンデルワールス（Ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｗａａｌｓ）相互作用も働くため、高い配向性を有する欠陥のない単分子膜を作製可能である。本実施例においては、ＦＤＨは７Ｃによる自己組織化単分子膜１８のアルキル鎖２０に結合する。これにより、ＦＤＨは金電極１６に固定される。
ＦＤＨは、３つのサブユニットからなる分子量１４０，０００Ｄａの膜結合のｐｙｒｒｏｌｏｑｕｉｎｏｌｉｎｅ  ｑｕｉｎｏｎｅ（ＰＱＱ）依存オキシレダトクターゼである。ＦＤＨはＰＱＱと強く結合している。ＦＤＨはＤ−フルクトースを５−ケト（ｋｅｔｏ）−フルクトース（ｆｒｕｃｔｏｓｅ）に酸化し、ＰＱＱはＰＱＱＨ２に還元される。
本実施例では、ＦＤＨによるフルクトースの酸化反応を、Ｃｏ（ｐｈｅｎ）３２＋からなるメディエータを用いて仲介することによって金電極１６における電気信号に変換する。フルクトースの検出原理を以下に示す。
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試料溶液５中のフルクトースをＦＤＨが酸化することによって、還元型のコバルトフェナントロリン錯体が生じる。この還元型のコバルトフェナントロリン錯体が自己組織化単分子膜１８を通過して金電極１６表面において酸化することによって、金電極１６に電気信号が発生する。
また、容器３の試料溶液５中にアスコルビン酸や尿酸等の夾雑物が存在したとしても、夾雑物は自己組織化単分子膜１８によって金電極１６への到達を阻まれる。
上記したように、７Ｃからなる自己組織化単分子膜１８は、そのカルボキシル基によりアスコルビン酸や尿酸等の水溶性で電気化学的に活性な干渉物質を反発させて退け、金電極１６への到達を阻む。
以下では、７Ｃを用いて形成した自己組織化単分子膜１８が、アスコルビン酸を退かせるという選択性を有することを確認するための実験の一例について述べる。
アスコルビン酸は、上述のようにそれ自体が金電極１６の表面において酸化することによって金電極１６における電極反応に干渉する。このため、フルクトースの測定のための電気化学的反応におけるアスコルビン酸の影響を調べるにあたりフルクトースを酸化させるためのＦＤＨは必要ない。したがって、７Ｃにより形成した自己組織化単分子膜１８のみを修飾した修飾電極を用いてアスコルビン酸による電気化学反応を計測する。
図４は、本実験において用いる修飾電極の断面図である。図４に示す修飾電極３０は、図２Ｂに示す修飾電極１２から酵素１９を取り除いたものである。このため、同一構成要素には同一符号を付し、詳細な記述は省略する。
図４に示す修飾電極３０においても、修飾電極１２と同様に、Ａｕ−Ｓ結合により金電極１６に７Ｃを直接修飾して自己組織化単分子膜１８を形成している。
図１に示す三電極系のセンサー１０において修飾電極１２の代わりに上記の修飾電極３０を用いて、印加電位と電極反応との関係を調べるサイクリックボルタンメトリー（Ｃｙｃｌｉｃ  Ｖｏｌｔａｍｍｅｔｒｙ：ＣＶ）測定をアスコルビン酸に対して行なった。
容器３には、試料溶液５として０．６ｍＭ（Ｍ＝ｍｏｌ／ｌ）のアスコルビン酸溶液を入れた。試料溶液５中には、窒素ガスを継続的に注入した。
以上の条件のもとで、修飾電極３０に印加する電位を、掃引速度１０ｍＶ／ｓｅｃで増加させた後に減少させて掃引し、修飾電極３０と対向電極１１との間に流れた電流を検出することによりサイクリックボルタモグラムを得た。
比較のために、ＦＤＨ、Ｇｌｕｔａｍａｔｅ、および（Ｎ−５−Ａｍｉｎｏ−１−Ｃａｒｂｏｘｙｐｅｎｔｙｌ）ｉｍｉｎｏ  ｄｉａｃｅｔｉｃ  ａｃｉｄ（ＡＢ−ＮＴＡ）によって金電極１６を修飾した修飾電極をそれぞれ作製し、７Ｃを修飾した修飾を用いた場合と同様のＣＶ測定を行なった。
ＦＤＨ修飾電極は、金電極１６に０．５ｍｇ／ｍｌ  Ｃｙｓｔａｍｉｎｅ、５％  Ｇｌｕｔａｒａｌｄｅｈｙｄｅを修飾し、アルデヒド基を導入した後に、０．５ｍｇ／ｍｌ  ＦＤＨを固定して作製した。Ｇｌｕｔａｍａｔｅ修飾電極およびＡＢ−ＮＴＡ修飾電極は、上述のＦＤＨ修飾と同様にＧｌｕｔａｒａｌｄｅｈｙｄｅを固定した後に、ＧｌｕｔａｍａｔｅおよびＡＢ−ＮＴＡのみをそれぞれ修飾して作製した。なお、Ｇｌｕｔａｍａｔｅ分子はアルキル鎖を持たないが、カルボキシル基を２個有する。また、ＡＢ−ＮＴＡは１本のアルキル鎖につき３個のカルボキシル基を有する。
上記４つの修飾電極のそれぞれに対するサイクリックボルタモグラムを図５に示す。
図５において、横軸は修飾電極に印加した電位［ｍＶ］であり、縦軸はポテンショ・ガルバノスタット装置７が検出した電流［Ａ］である。
また、△印がＡＢ−ＮＴＡ修飾電極を用いた場合の結果であり、□印がＧｌｕｔａｍａｔｅ修飾電極を用いた場合の結果である。×印はＦＤＨ修飾電極を用いた場合の結果を示しており、○印は７Ｃ修飾電極を用いた場合の結果を示している。
電位を増加させた後に減少させて掃引するため、１つの電位について２つの電流の値がプロットされている。
図５において、電流の値が大きいほど、金電極１６においてアスコルビン酸の酸化反応が起きていることを表わしている。
図５に示すように、ＦＤＨ修飾電極の結果を基準としてみると、Ｇｌｕｔａｍａｔｅ修飾電極およびＡＢ−ＮＴＡ修飾電極を用いた場合には、ピーク電流はほとんど変わらないか、むしろ大きくなっている。この結果から、ＧｌｕｔａｍａｔｅおよびＡＢ−ＮＴＡによる修飾では、金電極１６におけるアスコルビン酸の酸化反応の防止において良い効果を得ることができないことが分かる。
一方、７Ｃ修飾電極を用いた場合には、図５から明らかなようにアスコルビン酸の酸化反応がほとんど見られなくなった。このことから、７Ｃ修飾電極は、アスコルビン酸の酸化反応の防止のために非常に効果的であると言える。
前述の実験から、７Ｃ修飾電極はアスコルビン酸の酸化反応の防止に効果的であることは分かった。しかし、フルクトースセンサーとして用いるためには、７Ｃ修飾電極がメディエータに対して電極反応を発生することが必要である。これを確かめるために、メディエータとして１ｍＭのＣｏ（ｐｈｅｎ）３２＋溶液を容器３に入れ、７Ｃ修飾電極を用いたセンサー１０によってＣＶ測定を行なった。その結果を図６に示す。
図６に示すサイクリックボルタモグラムの横軸および縦軸は、図５と同様に修飾電極に印加した電位［ｍＶ］およびポテンショ・ガルバノスタット装置７が検出した電流［Ａ］をそれぞれ表わしている。
図６に示すように、約２００［ｍＶ］において酸化電流のピークが見られ、約１００［ｍＶ］において還元電流のピークが見られた。以上のことから、７Ｃ修飾電極によってＣｏ（ｐｈｅｎ）３２＋の酸化還元反応が生じることが確認できた。
上述のＣｏ（ｐｈｅｎ）３２＋に対するＣＶ測定は、７Ｃの濃度を０．０５〜０．２ｍｇ／ｍｌの範囲において変化させて自己組織化単分子膜１８を形成した７Ｃ修飾電極をそれぞれ用いて複数回行なった。その結果、７Ｃ濃度が０．１５ｍｇ／ｍｌの時に、Ｃｏ（ｐｈｅｎ）３２＋の酸化電流ピーク値が、それと同じ電圧でのアスコルビン酸電流値に比べ約１２５７倍と比較的高く、Ｃｏ（ｐｈｅｎ）３２＋の酸化反応に対する、アスコルビン酸の干渉が最小であった。
この結果から、７Ｃを用いた自己組織化単分子膜１８はＣｏ（ｐｈｅｎ）３２＋を選択的に通過させ、７Ｃ修飾電極はフルクトース測定のための選択性を有すると言える。
７Ｃ修飾電極が実際にフルクトースセンサーとして機能するかどうかの確認実験を行なった。修飾濃度０．１５ｍｇ／ｍｌの電極で、Ｃｏ（ｐｈｅｎ）３２＋液中にＦＤＨ濃度３ｍｇ／ｍｌになるようにＦＤＨを溶かしてＣＶ測定を行なった後に、フルクトースを滴下して１ｍＭとなるようにし、ＣＶ測定を行なった。
その結果、フルクトースを加えなかった時に比べ、加えた時は酸化電流値が約１．２８倍に増大した。すなわち、ＦＤＨによるフルクトースの酸化反応が、Ｃｏ（ｐｈｅｎ）３２＋より金電極１６での酸化電流として計測された。
以上により、７Ｃ修飾電極を有するセンサーがフルクトースセンサーとして実用的に使用可能であることが言える。７Ｃ修飾電極を有するフルクトースセンサーは、アスコルビン酸の干渉を抑制することができるため、フルクトースに対する選択性が高く、測定精度が従来よりも高い。
（グルコースセンサーの実施例）
図７は、グルコースセンサーの構成を示す図である。７Ｃからなる自己組織化単分子膜１８上に酵素１９としてグルコースの酸化酵素であるグルコースオキシダーゼ（ＧＯＤ：  ｇｌｕｃｏｓｅ  ｏｘｉｄａｓｅ）を固定化することにより、グルコースセンサを作製した。
ＧＯＤの固定化は、カルボキシル基を利用したカルボジイミド法で直接７Ｃに結合させても、７Ｃと結合はさせずにＧＯＤ単独の層を設けてもよい。グルコースの測定に際しては、７Ｃからなる自己組織化単分子膜１８を通して、ＧＯＤとの間で電荷移動をさせうるものであればよく、Ｃｏ（ｐｈｅｎ）３２＋、Ｆｅ（ｐｈｅｎ）３２＋などのメディエータが使用できるが、これらに制限されるものではない。
図８に、Ｃｏ（ｐｈｅｎ）３２＋をメディエータとして用いて測定した場合の測定結果を示す。図８に示すように、検出される電流は、グルコース濃度に依存しており、グルコースの選択的な計測に利用できることがわかる。なお、７Ｃ修飾電極が金電極１６におけるアスコルビン酸の酸化反応を防止する点については図５に示す実施例で確認済みであり、７Ｃ修飾電極がＣｏ（ｐｈｅｎ）３２＋からなるメディエータに対して電極反応を発生させる点については図６で確認済みである。
以上により、７Ｃ修飾電極を有するセンサーがグルコースセンサーとして実用的に使用可能であることが言える。７Ｃ修飾電極を有するグルコースセンサーは、アスコルビン酸の干渉を抑制することができるため、グルコースに対する選択性が高く、測定精度が従来よりも高い。
（カテコールアミンセンサーの実施例）
自己組織化単分子膜１８で修飾した修飾電極を、カテコールアミンのひとつであり、神経伝達物質であるドーパミンの計測に利用した実施例について述べる。
図９は、カテコールアミンセンサーの構成を示す図である。
金電極１６の表面を、０．１５ｍｇ／ｍｌの７Ｃに１時間浸漬し、図９に示すような修飾電極を作製した。そして、当該修飾電極を用いて、ポテンショ・ガルバノスタット装置７により、所定の電位を印加して電極反応を起こさせた。
当該修飾電極により、ドーパミン（ＤＰ）とアスコルビン酸（ＡＳｃ）の反応を測定したＣＶ測定の結果を図１０に示す。図１０に示すサイクリックボルタモグラムの横軸は、修飾電極に印加した電圧［ｍＶ］であり、縦軸はポテンショ・ガルバノスタット装置７が検出した電流［Ａ  ］である。
図１０からわかるように、ドーパミンでは未修飾の電極と変わらない反応が見られるのに対して、アスコルビン酸では反応がほとんどみられない。図１１に、自己組織化単分子膜により修飾した修飾電極によるドーパミンの検量線を示す。図１１に示すように、ドーパミンの電流はドーパミン濃度に依存しており、ドーパミンの選択的な計測に利用できることがわかる。
以上により、７Ｃ修飾電極を有するセンサーがドーパミンを含むカテコールアミンセンサーとして実用的に使用可能であることが言える。７Ｃ修飾電極を有するカテコールアミンセンサーは、アスコルビン酸の干渉を抑制することができるため、カテコールアミンに対する選択性が高く、測定精度が従来よりも高い。
（ＨＳ（ＣＨ２）ｎＣＯＯＨ（ｎ＝５〜９）により構成したグルコースセンサの実施例）
本実施例では、金電極１６上に、アルキル鎖長の異なる５−ｃａｒｂｏｘｙ−１−ｐｅｎｔａｎｅｔｉｏｌ（５Ｃ）と、７−ｃａｒｂｏｘｙ−１−ｈｅｐｔａｎｅｔｉｏｌ（７Ｃ）と、１０−ｃａｒｂｏｘｙ−１−ｄｅｃａｎｅｔｉｏｌ（１０Ｃ）により自己組織化単分子膜１８を形成し、それぞれの膜での、アスコルビン酸のピーク電流に対するドーパミンの電流の比（ドーパミン／アスコルビン酸）を比較した。
図１２は、上記の測定により得られた、自己組織化単分子膜を形成する脂質のアルキル鎖長とドーパミン選択性の比較を示す図である。
図１２に示すように、ドーパミンに対する選択性は、７Ｃが最も優れているとがわかる。今回の測定では７Ｃには劣るが、５Ｃもドーパミンに対する選択性を有していることがわかる。なお、図１２に示す結果から、アルキル鎖が５Ｃと７Ｃの間の６−ｃａｒｂｏｘｙ−１−ｈｅｘａｎｅｔｉｏｌ（６Ｃ）、７Ｃと１０Ｃの間の、８−ｃａｒｂｏｘｙ−１−ｏｃｔａｎｅｔｉｏｌ（８Ｃ）および９−ｃａｒｂｏｘｙ−１−ｎｏｎａｎｅｔｉｏｌ（９Ｃ）にも、ドーパミンに対する選択性があることが容易に予想される。
また、今回の実施例では、７Ｃが最も優れているとの知見が得られたが、測定対象物質が異なれば５Ｃ、あるいは６Ｃ，８Ｃ，９Ｃも７Ｃ同様に測定対象物質に対する優れた選択性があるといえる。
（装置構成の変形例）
図１３は、本発明の実施の形態の変形例に係るセンサーモジュールの平面図である。
図１３に示すセンサーモジュール１００は、修飾電極１２０と、対向電極（ＣＥ）１１０を、ガラスやプラスチック等の基板１５０に対向させて一体的に設置したものである。
修飾電極１２０は、図２に示す修飾電極１２と同様に、金電極の表面に自己組織化単分子膜を形成して酵素を固定したものである。修飾電極１２０は電線Ｗ０を介して、対向電極１１０は電線Ｗ３を介して、それぞれポテンショ・ガルバノスタット装置７に接続される。
以上の構成により、図１に示す修飾電極１２と対向電極１１とをモジュール化したセンサーが得られる。本変形形態によれば、電極をモジュール化することにより、小型で取り扱いの簡便なセンサーを作製することができる。
以上、本発明の実施の形態について述べたが、本発明は上記の実施の形態に限定されない。
たとえば、本実施形態に係る自己組織化単分子膜１８は、アスコルビン酸だけでなく、尿酸等の水溶性で電気化学的に活性な他の物質も退けて電極基材に近づけないようにすることができる。
本発明のセンターは、実施の形態において述べたフルクトースセンサー、グルコースセンサー、カテコールアミンセンサーだけでなく、種々のバイオセンサーや化学センサーに適用可能である。
自己組織化単分子膜１８が直接的に通過させるような測定対象物であれば、酵素１９やメディエータ等の他の構成要素を用いる必要はない。
さらに、三電極系ほどの測定精度は得られない可能性はあるが、参照電極１３を除いた二電極系によってセンサーを構成してもよい。二電極系にすることにより、センサーのさらなる小型化、低価格化が可能になる。
なお、センサーに用いる対向電極には、用途に応じて白金メッシュ、白金板等の種々の形態の電極を用いることができる。また、自己組織化単分子膜により修飾する電極基材についても、金以外の他の金属を用いることが可能であり、板状、線状等の様々な形状にすることが可能である。ただし、センサー用の電極基材としては、金が最も優れている。
以上のように、本発明によれば、自己組織化単分子膜を用いて測定対象物の計測における干渉物質の影響を抑制し、計測精度を向上可能な電極、およびこの電極を用いたセンサーを提供することができる。
【産業上の利用可能性】  本発明に係る電極およびそれを用いたセンサーは、測定対象物に応じて、食品工学、臨床学、工学、化学等の種々の分野に適用することができる。
【符号の説明】
３…容器
５…試料溶液
７…ポテンショ・ガルバノスタット装置
９…コンピュータ
１０…センサー
１１…対向電極
１２，１２０…修飾電極
１３…参照電極
１５，１５０…基板
１６…金電極
１８…自己組織化単分子膜
１００…センサーモジュール
１１０…白金電極
Ｗ０〜Ｗ４…電線
【図１】
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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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【国際調査報告】
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