JPS6371649A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 本発明は、バイオセンサにトランスデユーサとして用い
られるガスセンサにおいて、１つのガスセンサ上に複数
の作用電極を構成することにより、小型化と、多成分の
同時測定を可能にしたものである。

〔産業上の利用分野〕

最近盛んに研究されているバイオセンサは、分子識別素
子としての生体関連物質を有Ｊ３膜に固定化した分子識
別部（レセプタ）と信号変換部（トランスデユーサ）を
組み合わせた構造を有している。トランスデユーサは、
レセプタにおいて発生する物理的あるいは化学的変化、
具体的には被測定物質とレセプタ上の生体関連物質とが
反応し、複合体を形成する結果として発生する変化、を
電気出力に変換する能力を有している。本発明は、この
バイオセンサのトランスデユーサとしての利用が進んで
いる、酸素センサを代表とするガスセンサの改良に係る
。

〔従来の技術〕

従来のガスセンサは、−１１Ｑに、第４図に略示される
ように、作用電極ｌ、対極２、電解液３、そしてガス透
過膜４を含んで構成されている。被測定ガスは、ガス透
過膜４を通り、作用電極ｌ上で酸化、または還元される
。このとき作用電極１及び対極２間に流れる電流を測定
することにより、ガス４度を知ることができる。

ガスセンサの一例として、アンベロメトリーによる酵素
センサの一例としてのグルコース電極に使用した酸素セ
ンサについて述べると、次の通りである（鈴木周−編、
「イオン電極と酵素電極」、講談社を参照）二本例のグ
ルコース電極は、グルコースオキシダーゼ固定化膜と酸
素センサとから構成される。ここで用いる酸素センサは
、溶存酸素計として知られているタイプのもので、対極
（ここではアノード）として鉛電極、作用電極（ここで
はカソード）として白金電極が用いられる。電解液とし
て例えば３０％ＮａＯＨ又はＫＯＨのような高濃度のア
ルカリ液を使用し、白金電極は酸素ガスの透過性薄膜、
例えばテフロン（商品名）膜で被覆されている。この酸
素センサは、溶存酸素濃度が酸素分圧に比例することに
着目して作られたもので、これを溶液中に挿入すると溶
液中の溶存酸素がガス透過膜を透過して白金電極上に到
達し、ここで還元されるために電流が得られる。

この電流値は、溶存酸素２３度に比例する。この酸素セ
ンサのガス透過膜上にグルコースオキシダーゼ固定化膜
（たとえばコラーゲン膜中に包括法で固定化する）を密
着させてＯリングで固定すると、グルコース電極が製作
される。このグルコース電極を緩衝液中に挿入すると、
定常電流が得られる。

この場合、試料液中にはグルコースが存在していないの
で、試料中の溶存酸素レベルに相当する電流値が得られ
る。次に、この試料液中に所定量のグルコースを添加す
ると、グルコースが酵素膜に拡散し、ここでグルコース
オキシダーゼの作用を受けて酸化され、グルコノラクト
ンが生成する。

この反応で酸素が消費されて過酸化水素が生成し、グル
コースオキシダーゼ膜近傍の酸素濃度が減少する。した
がって、溶液中から酸素センサへ拡散する酸素の一部が
酵素反応で消費されるため、センサへ到達する酸素量が
減少することになる。明らかなように、酸素センサに到
達する酸素濃度が減少すると、電流値が次第に低下する
。しかし、溶液からグルコースオキシダーゼ膜に拡散す
るグルコースおよび酸素は定常になるので、膜で消費さ
れる酸素量と溶液から拡散してくる酸素量の間に平衡が
成立し、定常電流値が得られる。この定常電流値は試料
液中のグルコース濃度に依存する。

したがって、既知濃度のグルコースについてそれぞれ電
流値を測定し、検量線を作成しておけば、この検量線を
用いて試料液中の未知濃度のグルコースを酸素センサで
測定することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

バイオセンサでは、それを小型化し、多成分の同時測定
等を可能にすること、すなわち、多機能化することが究
極的な目的である。しかし、現実には、そのトランスデ
ユーサとして使用するガスセンサでは、１つのセンサ内
に１つの作用電極しかないため、単一物質の測定しかで
きないという欠点があり、また、このため、多成分の同
時測定をするためには、複数のガスセンサを使用しなけ
ればならず、小型化も達成できなかった。本発明は、こ
れらの問題点を解決しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記した問題点は、本発明によれば、ガス４度を電極反
応を利用して測定する電気化学式ガスセンサであって、
１対の対極及び電解液に対して２個もしくはそれ以上の
作用電極が組み合わさっていることを特徴とするガスセ
ンサによって解決することができる。

本発明によるガスセンサは、それを原理的に図示すると
、第１図のようになる。すなわち、本発明のガスセンサ
は、対極２及び電解液３の対に対して、異なる作用電極
１ａ、ｌｂ及びＩＣを互いに独立に組み合わせたところ
に特徴がある。ガス透過膜４ａ　、４ｂ及び４Ｃは、同
一もしくは異なるガス透過性の薄膜、例えばテフロン（
商品名）及びＦＥＰ　（弗素化エチレンプロピレン）な
どのような弗素樹脂のフィルム、シリコーンゴムなどか
らなる。ガス透過膜は、それぞれ、その上方に分子識別
部（レセプタ）を有することが可能であり、これは常法
により適用することができる。なお、図示の例の場合、
３個の作用電極を使用しているけれども、測定しようと
しているガス成分の数に応じて２個の作用電極を使用し
ても、あるいは４個もしくはそれ以上の作用電極を使用
してもよい。

本発明は、電気化学式ガスセンサに広く適用することが
でき、具体的には、代表的な酸素（０２）センサのほか
、ＣＯセンサ、３０ｗセンサ、ＮＯ□センサ、Ｎｏセン
サなどをあげることができる。

なお、本願明細書では、これらの被測定ガスの種類に応
じてカソード及びアノードが変更する場合もあり得るの
で、上記したように作用電極及び対極なる語を使用して
いる。

〔作　用〕

本発明のガスセンサの複数の作用電極は、それぞれ独立
したガス透過膜を持っているため、各作用電極は隣とは
独立に作動させることができる。

それぞれのガス透過膜には、被測定ガスに適当なレセプ
タを組み合わせることができる。

〔実施例〕

次いで、本発明の一実施例としての酸素センサを例にと
って、第２図及び第３図（Ａ＞及び（Ｂ）を参照しなが
ら本発明を説明する。

今ここで例示する酸素センサにおいて作用電極は金また
は白金のカソード、対極は銀のアノード、電解液は１モ
ルの塩化カリウム水溶液、そしてガス透過膜はＦＥＰフ
ィルムが用いられる。図中、５ａ、５ｂ及び５ＣはＦＥ
Ｐフィルムで覆われた金のカソードであり、ＦＥＰフィ
ルムはそれぞれコの字形をした酸素透過膜押えｌｌａ、
ｌｌｂ及び１１ｃでカソード上に固定されている。１５
ａ、１５ｂ及び１５ｃは、それぞれ、カソード５ａ、５
ｂ及び５Ｃに接続した、それぞれのカソードに配線を接
続するためのカソード取り出し部である。また、１６は
、アノード（図示せず）に配線を接続するためのアノー
ド取り出し部である。本体７、底板９、そして配線絶縁
膜１０は、それぞれ、旭化成（株）製の感光性樹脂“Ａ
ＰＲ”　　（商品名）で製作されていて、小型（約１０
ｕａｘ約２５ｍｍ）、Ｌかも精密である。なお、金のカ
ソードを被覆したＦＥＰフィルムのそれぞれには、図示
しないけれども、レセプタ、例えば酸素固定化膜、微生
物固定化膜等が施される。

第２図に示した酸素センサの組立ては、そのセンサの分
解図である第３図（Ａ）及び（Ｂ）から容易に理解され
るであろう。図（Ｂ）に示す、銀のアノード６が薄膜と
して被覆された底板８を用意する。この底板８に、図（
Ａ）に示す、塩化カリウム電極液が貯えられるようにな
っている電解液溜め９を有する本体７を反転して接着し
、カソードを取り付け、電解液を注入し、そして酸素透
過膜の装着を行なう。このようにして、第２図に図示の
酸素センサが完成する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、１つのガスセンサ内に複数の作用電極
が存在することから、容易に多機能型バイオセンサの作
製ができる。また、対極および電解液を共通にしている
ため、センサのサイズを小型化することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のガスセンサの原理を説明する図、第２
図は本発明の一実施例を示す斜視図、第３図は第２図の
実施例の分解図、そして第４図は従来例のガスセンサの
原理図である。図において、ｌａ、ｌｂ及びＩＣは作用
電極、２は対極、３は電解液、そして４ａ　、４ｂ及び
４Ｃはガス透過膜である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ガス濃度を電極反応を利用して測定する電気化学式
   ガスセンサであって、１対の対極（２）及び電解液（３
   ）に対して２個もしくはそれ以上の作用電極（１ａ、１
   ｂ、・・・）が組み合わさっていることを特徴とするガ
   スセンサ。