WO1987006701A1 - Micro-electrode pour analyses electrochimiques - Google Patents

Description

明 細 書

電気化学分析用微小電極

技 術 分 野

この発明は、 流速感受性が小さく汚染を受けにくい改 良された溶存酸素測定用電極、 イオン濃度測定電極、 バ ィォセンサー用電極、 参照電極等の電気化学分析用微小 電極に開する。

背 景 技 術

従来、 酸素、 糖、 アミノ酸、 P Hなどの分析は、 各種 電極を用いる電気化学的手法により行なわれている。 し かしいずれの場合も、 電極汚染などの問題がある。 以下、 各種電極およびセンサーについての従来技術を述べる。 ① 溶存酸素測定用センサー

血液などの体液や発酵糟内の培養液中の溶存酸素を測 定することは重要である。 現在、 クラ一ク （ C l a r k ) 型酸素センサーが広く用いられている。 これはセンサ一 容器内を苛性アルカリ水溶液などの電解質で満し、 その ' 中に白金陰極および鉛などの陽極を設置し、 外部 （測定 液〉 とをポリテトラフルォロエチレンなどの酸素選択透 過膜で隔てた構造になっている。 酸素分子は測定しょう とする溶液から選択透過膜を通してセンサ一容器内部に 入り、 白金電極上で電気化学的に還元されるので、 この とき発生する電流を測定し、 溶存酸素量を知ることがで きる。 この方法の出現で容易に溶存酸素量の測定が可能 になったが、 滅菌するときの加圧に対して不安定である こと、 メインテナンスが面倒であること、 小型化しにく いこと、 実際の溶存酸素濃度ではなく酸素分圧しか測定 できないこと、 加圧下での発酵や海または湖の底におけ る溶存酸素が測定できないこと、 温度変化による電流値 の変化が大きいこと等、 多くの問題がある。

その他の酸素濃度測定用電極と して、 特に体液用のも のとして、 微細金属線電極表面を多層構造から多孔質膜 で被覆して、 電極表面と溶液との閭に安定接触状態を作 り出すという方法 （特開昭 5 7— 1 1 7 8 3 8号） ある いは、 細線状金属電極を先端が開口したチューブに該電 極先端が該チューブの開口先端から後退した位置になる ように挿入する方法 （特開昭 5 7— 1 9 5 4 3 6号〉 等 が提案されている。

しかしながら、 これらの方法は電極汚染とか多孔質膜 がはがれて医源病になる可能性がある等の欠点がある。 ② イオン濃度測定用センサ一

徒来、 水素イオン濃度を測定するための電極として ガラス電極が広く用いられている。 しかしながら、 ガラ ス膜が破損し、 あるいは汚染しやすい、 アルカリ溶液中 での使用に限界があるなどの問題がある。 さらにガラス 電極は内部基準液室を必要とし、 小型化が困難であると ともに、 内部基準液が流出する恐れがあるなどの問題が のる。

最近、 導電体基体の表面に電解重合法によって形成さ れた膜が、 水素イオンの付加 . 離脱によって電位変化す ることが見い出された [Wi lliam . Heineman, Anal.Ch em.52 345 (1980)] 。 また、 導電休基休の表面に形成さ れた可逆的酸化還元機能を有する膜が、 水素イオンの付 加 · 離脱を伴って酸化還元反応を起すことを利招した P Hセンサーが考案されている （特開 536 1 - 19434 3号〉 。 しかしながら、 こ lらの P Hセンサーは体液、 発酵液中で連続測定をすると、 汚染による電位ドリフ卜 が起る。

③ バイオセンサー

バイオセンサーは、 生化学反応に鬨与する物質が直接 電極反応して得られる電流値から生化学反応に関与する 着目基質濃度を求める方式と、 生化学反応に関与する電 極感応物質をそれらに選択的に応答する膜に生じる膜電 位から求める方式がある。 前者はアンべロメ トリ一方式 と呼ばれ、 酸素電極と過酸化水素電極が利用され、 後者 はポテンショメ トリ一方式であり、 水素ィオンなどのィ オン選択性電極やアンモニア、 炭酸ガス電極 （一種のガ ス透過膜と複合型 P H電極からなる〉 が利用されている。 生化学反応には酵素、 微生物や抗原抗体反応などがある。 バイォセンサ一の基本は酸素センサーおよび p H電極で あるので、 前記①および②項で述べた問題がある。

④ 参照 電極

従来利用されれている参照電極は、 飽和力ロメル電極、 銀 Z塩化銀電極などの内部液を含んだ電極であるため、 1〉 破損しやすい、 2〉 滅菌時の加圧に耐えられない等 新たな用 の欠点があった。

従って、 本発明は上記した従来技術の欠点を除き、 安 定して正確に溶存酸素、 糖、 アミノ酸、 P Hなどを測定 する各種電極および電極を利用したセンサーを提供する ことを目的とするものである。

発 明 の 開 示

本発明は、 非導電性樹脂によって覆われた炭素繊維束 から成り、 該繊維束の一端において炭素繊維の先端が後 退し外部に解放された微細孔を形成していることを特徴 とする電気化学分析用微小電極である。 このような構成 とすることによって、 流速感受性の小さい、 また電極汚 染を受けにくい微小電極が得られる。

図面の簡単な説明

1図は本発明の微小電極の概念図であり、 第 2図は 本発明の微小電極の 1つの具体例であるバイォセンサー 用電極の概念図である。 第 3図は実施例 4で行なった、 微細孔のある微小電極と微細孔のない微小電極の各々の 汚れの状態を示すものである。

発明を実施するための最良の形態 本発明の微小電極は、 概念的には第 1図に示すような ものである。 ここで複数本の炭素繊維 1が非導電性樹脂 2によって覆われ、 炭素繊維束を形成している。 同図に おいて炭素繊維 1の上端は、 非導電性樹脂 2の上端から 後退して外部に解放された微細孔 3を形成し、 この微細 孔の底面となる炭素繊維の先端面が電極面となる。 電極 面は必要により電気化学的触媒活性物質 4によって修飾 されていてもよい。 このように構成されてなる本発明の 電極を以下基本電極と呼ぶ。

基本電極を構成する炭素繊維には特に制限はないが、 ポリアクリロニトリル、 ピッチ、 レーヨン、 フエノール 樹脂などを原料とする炭素繊維や気相成長法で作製した 炭素繊維が好ましく用いられる。

非導電性物質としては、 特に制限はないが弗素樹脂、 ポリエステル樹脂、 エポキシ樹脂、 ポリフヱニレンォキ シド樹脂、 ポリフヱニレンスルフイ ド樹脂、 ウレタン樹 脂、 シリコン樹脂、 塩化ビニル樹脂、 フヱノール樹脂な どの高分子材料が好ましく用いられる。 本発明の微小電 極を生体内に挿入して用いるような場合には、 抗血栓性 のすぐれた樹脂を使用するのが好ましい。

複数本の炭素繊維は、 各々が非導電性樹脂によって覆 われ、 一体として固められ、 得られた複合体を繊維軸に 対して垂直な面で切った断面を見たときに非導電性樹脂 の海の中に、 それぞれの炭素繊維が島成分として存在す るように構成する。 すなわち、 炭素繊維同志は接触しな いように構成されている。 炭素繊維の本数は本発明の微 小電極の使用目的に応じて適宜決定されるが一般的には 5 0〜5 0， 0 0◦本である。 なお、 参照電極に使用す る場合は、 さらに多数本用いることがある。

前記の断面の面積中に占める炭素繊維断面積の割合は 通常 3〜 6 0 %程度である。 炭素繊維の直径は 2 0 " m 以下であり、 特に 1 O m以下とするのが好ましい。 炭 素繊維の径は微細孔の径でもあり、 その径が 2 0 m以 下になると、 いわゆるフィルタ一の効果を呈するように なる。

微細孔の深さは通常 0 . 5〜5 0 0 mであり、 特に 2 0〜4 0 0 mとするのが好ましい。 電極面は平面で ある必要はなく、 例えば鉛筆の芯のように尖っていても 逆に下に凸の形状になっていてもよいが、 その場合の微 細孔の深さは最も深い位置で定義するものとする。

電極面を必要により修飾する電気化学的触媒活性物質 は、 白金、 銀、 金、 イ リジウム、 フタロシアニン類など である。 この層を形成させることにより、 電極の酸素還 元活性などを高くすることができる。

本発明の基本電極は、 電極面上を選択透過性の膜で覆 うことにより、 電極面の汚染をより受けにくくするよう にすることができる。 この膜は電解酸化重合によづて形 成される電解酸化重合膜であることが望ましい。

本発明の基本電極は例えば次のようにして製造される。 まず炭素繊維束を硬化剤を含んだ非導電性樹脂中に通 し、 ついで加熱処理等を施すことにより樹脂を硬化させ、 非導電性樹脂によって覆われた針金状の炭素繊維束を得 る。 これを所望の電極の長さに切断し、 一方の断面を研 磨し、 他端には銀べ一ストを用いてリード線を接着する。 研磨した側の炭素繊維は以下に述べる電解酸化法により 削り込むことによって微細孔を形成させる。 電解酸化液としては、 酸性あるいはアル力リ性水溶液、 塩類を溶解した水溶液およびメタノ一ルなどのアルコー ル類が用いられる。 炭素繊維を陽極へ接続し、 対極に金 属電極を用いて陽極酸化する。 酸化の際の電圧は 1〜 1 0 0ボル卜の範囲が好ましい。 また酸化と還元を繰り返 し行なう方法も好ましい方法の一つである。

電極面を前記の電気化学的触媒活性物質で修飾する場 合には、 メツキ、 真空蒸着、 スパッタリングなどの方法 によって行なうことができる。

以上の基本電極を含め、 以下に示す電極の微細孔部分 にゲル状の物質を充填してもよい。 ゲル状の物質として 例えば寒天やゼラチン、 ポリァクリルアミ ドゲル等があ げられる。

次に、 本発明の上記基本電極を用いた種々の電極につ き、 より具体的に説明する。

① 溶存酸素測定用電極

溶 酸素測定用電極としては、 基本電極をそのまま使 用することもできるが、 基本電極の電極面上に電解重合 法により選択透過膜を形成させると、 より好ましい結果 が得られる。 電解重合はァセトニトリル等の有機溶媒ま たは水中に支持電解質、 例えば過塩素酸ナトリウムまた は硫酸ナトリウムを加え、 これに電解重合すべき単量体 化合物を加え 1〜1 . 5ボルトで定電位電解することに よって最も好都合に行なえる。 ここで用いられる単量体 化合物はレドックス応答がなく、 電極の汚れを防止する - δ

選択透過膜が得られるものであれば特に制限はない。 単 量体化合物としては、 窒素含有芳香族化合物またはヒド ロキシ芳香族化合物があげられ、 例えば 4， 4 ' —ジァ ミノジフエニルエーテル、 4， 4 ' —ジアミノジフエ二 ルスルフィ ド、 フエノール、 ァニリンあるいはフエノー ル誘導体、 ァニリン誘導体である。 ここで重合条件によ つてレドックス応答を示す膜が生じることもある。 例え ば単量体としてァニリンを用いる場合、 中性もしくはァ ルカリ性下で重合しないとレドックス応答を示す膜が生 じる。 さらに、 重合方法として繰り返し重合を行なうこ とが、 より膜の被覆を完全にし選択透過性を高める。

この電極を用いて酸素センサーを作製するとき、 例え ば対極として銀 Ζ塩化銀を組み合わせる。 この電極は選 択透過膜の選択透過性を変更させることにより、 溶存酸 素以外の溶存する電気化学反応物質の測定にも使用でき る。

② イオン電極

イオン電極は基本電極の電極表面上に水素イオンに応 答する電解重合膜が覆われた電極である。 水素イオン応 答性の膜として、 冽えば 2， 6—ジメチルフヱノール、 4， 4 ' —ビフエノール、 1， 2—ジァミノベンゼン、 1—アミノピレン、 1， 8—ジァミノナフタレン、 1 ， 5—ジァミノナフタレンなどの電解酸化重合膜があげら れる。

このイオン電極を用いて水溶液中の水素イオン濃度を 測定するためには、 このイオン電極を飽和カロメル電極 のような基準電極とともに測定液中に浸漬して、 それら らの電極間の電圧を読みとる。

③ バイオセンサー

バイオセンサーの電極は、 第 2図に示すように酵素あ るいは微生物 5を非導電性物質 2からなる細孔の厠面に 何らかの方法で固定化した、 あるいは細孔の上に酵素あ るいは微生物を固定した膜 6を覆った電極である。

酵素としては、 ポテンショメ トリー方式の電極に対し ては、 ゥレアーゼ、 ぺニシリナ一ゼ、 グルコースォキシ ターゼ、 リパーゼなどが用いられ、 アンぺロメ トリー方 式の電極に対してはグルコースォキシターゼ、 乳酸ォキ シタ一ゼ、 L—アミノ酸ォキシタ一ゼ、 キサンチオンォ キシターゼ、 尿酸ォキシターゼ、 ピルべ一卜ォキシター ゼ、 ラクテートォキシターゼ等の各種ォキシターゼ系酵 素を用いることができる。

固定化膜 6と しては、 ポリ塩化ビニル、 ポリァクリル アミ ド、 ァセチルセルロース、 三酢酸セルロース、 架橋 したポリビニルアルコール等があげられる。 膜でなくて ナイロン織維またはそのメッシュ等の織維が集まってい るものでもよい。

酵素または微生物は、 固定化膜に吸着または包括され て固定化されたり、 固定化膜共有結合したり、 グルタル アルデヒ ドで架橋したり して固定化される。

非導電性物質の細孔の側面に酵素または微生物を固定 新たな用羝 するには、 例えば非導電性物質としてエポキシ樹脂を用 いてその樹脂の官能基と酵素とを直接に結合させたり、 アミノ基を有する物質を細孔側面に結合させて、 その上 に酵素を結合させる。

バイオセンサーにするには、 例えば酵素固定化電極と 銀 Z塩化銀の対極を組み合わせる。

④ 参照電極

参照電極は、 銀とハロゲン化銀が基本電極の電極上に 結合している。 ハロゲンとしては塩素および臭素が望ま しい。 微細孔には先に述べたようにゲル状の物質がつま つている方が望ましく、 ゲル状の物質にはハロゲンィォ ンを含んだ塩が含まれている方が特に望ましい。

以下に実施例をあげて、 本発明をより具体的に説明す る。

実施例 1 、 2、 3および比較例 1

炭素繊維 1 0 0 0本の束 （ "トレ力 T一 3 0 0 1 K " 、 直径 7 x m ) を硬化剤を含んだエポキシ樹脂中をはしら せ樹脂を含浸させた。 つぎに、 この含浸した繊維束を引 張ったまま加熱して硬化させ、 直径約 0 . 3 mtnの針金状 の複合材料を得た。 これらの側面をエポキシ樹脂で完全 に絶縁したのち切断し、 一方の断面を常法で研磨し、 他 方の端に銀ペーストを用いてリード線を接着して電極を 作製した。

研磨した部分を 2ミリモルの硫酸水溶液につけ対極に 白金線を用い後述する条件で陽極酸化を行なった。 得ら れたセンサーを用いて液の流動が酸素還元に基づく電流 に及ぼす影響を調べた。 即ち、 マグネチックスターラー を装着したフラスコに生理食塩水を入れ、 作動極として 上述のセンサ一を、 また対極に銀 Z塩化銀電極を装着し、 室温で空気と触れさせ酸素を飽和させた。

作動極に 0 . 6ボルトの負電圧をかけ、 流れる還元電 流を測定した。 マグネチックスターラ一をできるだけ速 く回転させた場合と、 静置時に流れる電流をそれぞれ測 定しその比を求めた。

実施例 1は 1 . 7 5ボルトで 1 5分酸化し引きつづき 一 1 . 2ボルトで 1分還元する操作を 3 5回繰り返した。 実施例 2では 0 . 0 3ミ リアンペアの電流を 8 0分流し て酸化したのち生理食塩水中一 0 . 7ボルトで 1 0分間 as元した。

また実施例 3では 0 . 5ミリアンペアで 9分閭電解酸 化を行なったのち生理食塩水中— 0 . 6ボルトで 1 0分 間還元を行なった。 各々の電極の微細孔の深さは、 実施 例 1は 1 2◦ m、 実施例 2は 1 5 0 m、 実施例 3は 2 4 0 mだった。

比較例として酸化エッチング処理を行なう前の電極を 用いた測定値を示した。

結果を表 1に示す。 流動時に流れる電流を静置時に

流れる電流で割った値

実施例 1 1 . 4 0

実施例 2 1 . 3 6

実施 例 3 1 . 2 3

比較例 1 6. 0 2

実施 例 4

炭素繊維 （ "トレ力 T— 3 0 0 " 、 直径 7 m ) 1 0 0 0本の束を用い、 実施例 1と同様にして直径約 0. 3 隱の針金状の複合材料を得た。

これを切断し一方の断面を常法で研磨し、 他方の端に 銀ペーストを用いてリード線と接着して電極を作製した, 研磨した部分を、 2ミリモルの硫酸水溶液につけ、 対極 に白金線を用い、 0. 5ミ リアンペアで 9分間電解酸化 を行なったのち、 0. 6ボルトで 2 0分閎電解還元を行 なった。

電子顕微鏡での観察では、 炭素繊維の削れた微細孔部 分の深さは約 1 0 O ^a mであり、 電極表面は鉛筆の芯を 削ったときのように先端が尖った形状をしていた。

上記に得られた微細孔電極上に、 次に説明する方法で 白金の薄膜を生成せしめた。 即ち塩化白金酸 0. 0 3 7 モル 、 リン酸アンモニゥム 0. 1 34モル 、 リ ン酸ナトリウム 0. 7 04モル を含む水溶液に上記 微細孔電極を浸漬し、 白金を対極として 8ミ リク一ロン の電流を流した。 得られた電極を水でよく洗浄した。 電 子顕微鏡の観察では、 約 0 . 6 mの白金薄膜が電極上 に均一に付着していた。

第 3図に、 白金メッキを行なう前の電極 （図では炭素 と呼称） および白金メツキした後の電極 （図では白金と 呼称） を L B培地組成中 ( 3 7 °C ) に放置したときの電 極汚れの進行を示した。 炭素電極は点線で、 また白金電 極は実線で示した。 それぞれ 2本の線があるのは、 低い 方の線は微細孔があいてない場合の値であり、 高い方の 線は約 1 0 0 mの微細孔が空いている場合の値である。 何れの場合も微細孔のある方が酸素還元電流降下率が低 い （微細孔効果〉 。 これは微細孔が電極汚染物質を通し にくくするフィルターの効果を持っためと考えられる。

前述の白金メッキを行なった電極では、 2 4時間後ま でに、 約 5 %の酸素還元電流の降下があり、 その後は一 定であった。

上記の白金メッキを行なった電極上に、 下記に詳述す る方法で電解酸化重合法を用いてポリァニリンの薄膜を 形成せしめた。

即ち、 白金メッキした微細孔電極を、 ァニリン 0 . 〇'

1モル 、 過塩素酸ソーダ 0 . 1モル/ ϋ 、 ピリジン 0 . 0 2モル Ζϋ を含むァセトニトリル溶液に浸濱し、

1 . 2ボルトの正電位を与えて電流が流れなくなるまで 重合を行なった。 電子顕微鏡による観察で白金上に重合 体薄膜の生成が認められた。 o

得らたれ電極を滅菌処理 （ 1 2 0 C、 2 0分） したの ち L B培地組成中、 3 7でに 1 0日間放置したところ、 酸素還元電流値の低下は全く認められなかった。 また滅 菌処理を 1 0回繰り返しても異常は認められなかった。 実施例 5

炭素繊維の直径が 5 mであること以外は、 実施例 1 と同様にして電極を作製した。

研磨した部分を 2ミリモルの硫酸水溶液につけ、 対極 に白金線を用い、 電流 0 . 2ミリアンペアで電解酸化を0 行なって炭素繊維を約 1 0 0 X m削り込んだ。 その後一 0 . 7ボルトで 2 0分閭電解還元を行なった。

同様にして、 直径 2 0 mおよび 3 0 ct mの炭素繊維 それぞれ 1 0 0本の束を用いて炭素繊維が約 1 0 0 m 削り込んだ電極を作製した。

5 L B培地組成溶液中にて対極と して銀 Z塩化銀電極を 用いて、 これらの電極に— 0 . 7ボルトの電圧をかけた 2 4時間後の酸素還元電流値の降下率を求めた。 結果を 表 2に示す。 細孔が小さい方が酸素還元電流の降下率が 小さくなつている。

表 2

炭素繊維の単糸径 （ m ) 電流降下率 （％)

5 .. 1 0

7 1 5

2 0 3 5

5 3 0 5 0 実施例 6

ァニリンのかわりに、 フエノール、 2， 5—ジメチル フエノール、 4 , 4 ' —ジアミノージフヱニルエーテル を用いた以外は実施例 4と同様にして電極を作製した。 L B培地組成中 3 7 Cに 1 0日間放置しても酸素還元電 流値の低下は認められなかった。

実 施例 7

炭素繊維 3 0 0 0本の束 （ "トレ力 T— 3 0 0 " 、 直 径 7〃 m ) を長さ 3 5 cmのポリエチレンチュ一ブ （内径 2 醒 〉 に挿入し、 炭素繊維の一方の端をチューブの外で 固定した。 炭素繊維を固定している口から、 硬化剤を含 んだエポキシ樹脂 （東レハイソール製〉 をゆつく り注入 した。 これを約 6 0 °Cで 1時間 3 0分ポストキュアをし、 硬化した炭素繊維複合材料をチューブから取り出し、 長 さ 1 ◦ cmに切断した。 次に電気炉で熱処理を行なった。 この炭素繊維複合材料の一方の端に銀ペーストでリード 線を接続し、 これの側面をエポキシ樹脂で完全に絶縁し たのち、 他方の端を常法で研磨した。 この電極を 2 Π1Μ硫 酸中で対極として白金板を用いて陽極酸化して炭素繊維 の一部を取り除いた。 陽極酸化は定電流 1 ミ リアンペア で 1 0分および 2 0分各々行なった。 陽極酸化を 1 0分 行なったものの微細孔の深さは 9 0 Ai m、 2 0分行なつ たものは 1 4 0 mだった。 この電極に生理食塩水中で 対極として銀 Z塩化銀を用いて一 0 . 6 V電圧をかけて 溶存酸素還元電流値を測定し、 溶液を撹拌した時に流れ る電流を静置時に流れる電流で割った値を求めた。 1 0 分間および 2 0分間陽極酸化したときの値はそれぞれ 1 . 5 7、 1 . 3 4であった。

実施 例 8

炭素繊維の本数が 3 0 0 0本であること以外は、 実施 例 1と同様に、 炭素繊維とエポキシ樹脂の複合材料を作 製した。 この炭素繊維複合材料を 2ミ リモル硫酸水溶液 中で対極として白金板を用い、 定電流 （ 1 mA ) で陽極酸 化をして炭素繊維を約 2 0 0 削り込ませた。 次に炭 素繊維の上に実施例 4に示すように 1 2ミリクーロンの 電気量を流し白金メッキを行なった。 この電極は、 酸素 還元電流値の温度依存性を調べたところ、 0 . 8 %Zで 以下であった。 クラ一ク電極タイプの酸素センサーの温 度変化率 4〜5 %Z^eC ( 「発酵プロセスの最適計測 · 制 御」 サンエンスフォーラム p. 2 1 4 ) に比べ小さい値 となった。

この電極の先端をポリ塩化ビニル （鬨東化学製） 8 wt %溶液 （ジメチルホルムアミ ド〉 中につけてから、 メタ ノール中に 3時閩浸しておいた。 その後イオン交換水で よく洗浄した後に 5 mgグルコースォキシターゼ 〈ナガセ） を含む 2 0 CCりん酸緩衝液 （ 0 . 0 6 6 M ) 中に 1 0時 閭浸した。 イオン交換水でよく洗浄した後に、 りん酸緩 雷液 （ 0 . 0 6 6 M ) 中にて参照極と して飽和カロメル 電極を、 対極として白金線を用いて、 この電極に一 0 . 6 V ( V s . S C E ) の電位をかけた。 このときのダル コース漶度と酸素還元電流値の滅少量との鬨係を求める とよい直線鬨係を示した。 定常値になるまでの時間は約

60秒であった。 溶液の温度変化による電流減少量の変 化率を調べたところ、 1. 4%Z であった。

この酵素電極にかける電位を + 0. 6V ( v s . SC

E ) にし、 グルコース濃度と酸化電流値 （過酸化水素酸 化電流値） との鬨係を求めるとよい直線鬨係を示した。 実施 例 9

実施例 8と同様にして炭素繊維複合材料を作製し、 炭素 繊維を約 2 0 0 削り込ませた。 すぐにこれを 1 Omff グルコースォキシターゼを含む 2 0CCりん酸緩衝液 （ 0.

066 M ) 中に 10時間浸した。 これをイオン交換水で よく洗浄し、 実施例 6と同様にしてグルコース漶度と酸 素還元電流値の減少量との鬨係を求めると原点を通る直 線となった。 溶液温度に対する電流減少量の変化率は 1

%ZCであった。

実施例 10

炭素繊維 1000本の束 （ "卜レ力 T一 300 " 、 直 径 7 m ) を用いて実施例 1と同様にして炭素繊維複合 材料を作製した。

この複合材料を 2 硫酸中で定電流 （ 0. 34mA〉 電 解酸化して、 約 200 mエッチングした。 これを 2 , 6―ジメチルフヱノール （ 2 0 mH) を過塩素酸ナトリウ ム （ 0. 2M) を含むァセトニトリル溶液中で対極と し て白金線、 参照極と して飽和カロメル電極を用いて、 鼋 位 1. 5V ( v s . SCE〉 で 10分間電解酸化した。 この電極を用いて種々の P H溶液中での電位を調べたと ころ、 一 56mVZpHの傾きをもつ、 よい直線鬨係が得ら · れた。 P H 2の溶液から p H 10の溶液へ移したとき、 1分以内で応答した。

比 較例 2

エッチングされていない点を除き、 実施例 10と同様 にして作製した P H電極と、 実施例 1◦で作製した P H 電極を、 酵母エキス （ 0. 5wt%〉 とパクトトリアトン ( 0. 3\Vt% ) を舍むりん酸緩衝溶液中にて電位の経時 変化を調べた。 エッチングされた電極は、 安定した電位 を与えたのに対して、 エッチングされていない電極は 5 〇mV電位がずれた。

実施例 1 1

エッチング深さ 100 m以外は実施例 10と同様に して削り込まれた電極を作製した。 これに実施例 4に示 すように 4ミ リクーロンの電気量を流して白金メツキを した。

この電極に 1， 2—ジァミノベンゼン （ 20mH〉 を含 む 0. 2Mりん酸緩衝液 〈 p H= 7 ) 中で対極として白 ' 金線、 参照極として飽和カロメル電極を用いて電位 1.

0 V ( v s . SCE ) で 1 0分閩電解酸化した。 この電 極を用いて種々の P H溶液中での電位を調べたところ、 P H4から p H 9までの間、 一 53 mVZpHの傾きをもつ よい直線関係が得られた。 産業上の利用可能性

本発明の微小電極は、 電気化学分析用の各種電極とし て有用であり、 特に溶存酸素測定用電極、 イオン濃度測 定電極、 バイオセンサー用電極、 参照電極とて適してい る。

Claims

請 求 の 範 囲-

1 . 非導電性樹脂によって覆われた炭素繊維束から成り、 該繊維束の一端において炭素繊維の先端が後退し、 外 部に解放された微細孔を形成していることを特徴とす る電気化学分析用微小電極。

2 . 炭素繊維の直径が 2 0 m以下である請求の範囲第

1項記載の微小電極。

3 . 微細孔の深さが 0 . 5〜5 0 0 mである請求の範 囲第 1項記載の微小電極。

4 . 非導電性樹脂が弗素樹脂、 ポリエステル樹脂、 ェポ キシ樹脂、 ポリフヱニレンォキシド樹脂、 ポリフエ二 レンスルフイ ド樹脂、 ウレタン樹脂、 シリコン樹脂、 塩化ビニル樹脂およびフエノ一ル樹脂からなる群から 選ばれる高分子材料である請求の範囲第 1項記載の微 小電極。

5 . 後退した炭素繊維先端の表面が選択透過性の膜で覆 われた請求の範囲第 1項記載の微小電極。

6 . 選択透過性の膜が電解酸化重合膜である請求の範囲 第 5項記載の微小電極。

7 . 電解酸化重合膜がレドッダス応答のないものである 溶存酸素測定用の請求の範囲第 6項記載の微小電極。

8 . 電解酸化重合膜が水素イオンに応答するものである イオン濃度測定用の請求の範囲第 6項記載の微小電極。 - 後退した炭素繊維先端の近傍に酵素または微生物が 固定化された請求の範囲第 1項、 第 2項、 第 3項、 第

.4項、 第 5項、 第 6項、 第 7項または第 8項記載の微 小電極

0 . 後退した炭素繊維先端の表面が銀で覆われ、 さら にその上がハロゲン化銀で覆われてなる参照電極用の 請求の範囲第 1項記載の微小電極。