WO2022025266A1 - 対極の改質剤 - Google Patents

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WO2022025266A1
WO2022025266A1 PCT/JP2021/028370 JP2021028370W WO2022025266A1 WO 2022025266 A1 WO2022025266 A1 WO 2022025266A1 JP 2021028370 W JP2021028370 W JP 2021028370W WO 2022025266 A1 WO2022025266 A1 WO 2022025266A1
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WO
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counter electrode
modifier
tert
aromatic ring
nanocarbon
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PCT/JP2021/028370
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English (en)
French (fr)
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尚▲徳▼ 岩佐
勝巳 辻
圭三 米田
淳典 平塚
丈士 田中
仁志 六車
Original Assignee
東洋紡株式会社
国立研究開発法人産業技術総合研究所
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00—Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/0004—Oxidoreductases (1.)
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G—PHYSICS
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    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/327—Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements

Definitions

  • nanocarbon Since nanocarbon has high electrical conductivity, its application as a conductive material for electron transfer with other substances is progressing. For example, it has been proposed to mix nanocarbon with an ink composed of carbon, a resin and an organic solvent, print it on a substrate, and use it as an electrode for a biosensor (Patent Document 1).
  • carbon nanotubes which are a type of nanocarbon, are used for sensors that measure peroxides (Patent Document 2), or they are formed into a film together with enzymes and used as electrodes for sensors and fuel cells (Patent Document 2). Patent Document 3). It has also been reported that the use of single-walled carbon nanotubes causes electron transfer from the enzyme directly to the electrode (Non-Patent Document 1).
  • FADGDH flavin adenine dinucleotide-supplemented glucose dehydrogenase
  • One issue is to provide a modifier for the counter electrode to the working electrode containing nanocarbon and an enzyme to which a compound having an aromatic ring skeleton is attached or adjacent to the compound.
  • the counter electrode to the working electrode containing nanocarbon and enzyme to which the compound having an aromatic ring skeleton is attached or adjacent is modified to contain metal oxide and / or porous carbon. It was found that it can be modified with an agent. Further studies based on such findings have led to the completion of the inventions represented by the following.
  • Item 1 A modifier containing a metal oxide and / or a porous carbon, which is a modifier for the opposite electrode to a working electrode containing nanocarbon and an enzyme to which a compound having an aromatic ring skeleton is attached or adjacent to the enzyme.
  • Item 2. Item 2. The modifier according to Item 1, wherein the metal oxide is a metal oxide insoluble in water and an organic solvent.
  • Item 3. Item 2. The modifier according to Item 1 or 2, wherein the metal oxide is at least one selected from the group consisting of Cu 2 O, CuO, Ag 2 O, MnO 2 , BaMnO 4 , OsO 4 , and PbO 2 .
  • Item 5. The modifier according to any one of Items 1 to 4, wherein the porous carbon has a particle size of 200 ⁇ m or less.
  • Item 6. The modifier according to any one of Items 1 to 5, wherein the average particle size of the porous carbon is 150 ⁇ m or less.
  • Compounds with an aromatic ring skeleton include timol, phenol, bis (4-hydroxyphenyl) sulfone, tyrosine disodium hydrate, sodium salicylate, toluene, 5-hydroxyindole, aniline, leukokinizarin, carbachlor, 1,5-naphthalene.
  • Diol 4-isopropyl-3-methylphenol, 2-isopropylphenol, 4-isopropylphenol, 1-naphthol, 2-tert-butyl-5-methylphenol, 2,4,6-trimethylphenol, 2,6-diisopropyl Phenol, 2-tert-butyl-4-ethylphenol, 6-tert-butyl-2,4-xylenol, 2-tert-butyl-4-methylphenol, 2-tert-butyl-6-methylphenol, 2,4 -Di-tert-butylphenol, 2,4-di-tert-butyl-5-methylphenol, bis (p-hydroxyphenyl) methane, 3-tert-butylphenol, 2-isopropyl-5-methylanisole, o-cresol, Item 6.
  • Item 8. Item 6. The modifier according to any one of Items 1 to 7, wherein the nanocarbon is a carbon nanotube.
  • Item 9. Item 6.
  • Item 10. A counter electrode containing a modifier according to any one of Items 1 to 9, which is a counter electrode to a working electrode containing an enzyme and nanocarbon to which a compound having an aromatic ring skeleton is attached or adjacent.
  • Item 12. Item 12. The sensor according to Item 11, which does not include a reference electrode.
  • Item 13. Item 12. The sensor according to Item 11 or 12, wherein the surface area of the counter electrode is larger than the surface area of the working electrode.
  • the counter electrode to the working electrode containing the nanocarbon and the enzyme to which the compound having an aromatic ring skeleton is attached or adjacent is modified.
  • the structure of the electrode tip (working electrode tip) produced in the examples is shown.
  • “1” is a PET film
  • “2” is an adhesive sheet
  • "3” is a gold-deposited PET film
  • “4" is an electrode portion (working electrode portion).
  • the structure of the counter electrode chip produced in Example 1 is shown.
  • “5” is a PET film
  • “6” is an adhesive sheet
  • “7” is a gold-deposited PET film
  • “8” indicates a counter electrode portion.
  • the chronoamperogram measured by placing silver oxide on the counter electrode site is shown.
  • the chronoamperogram measured by placing manganese dioxide on the counter electrode site is shown.
  • the chronoamperogram measured by placing barium manganate on the counter electrode site is shown.
  • Comparative Example 1 the chronoamperogram measured by placing silver sulfide on the counter electrode site is shown. In Comparative Example 1, the chronoamperogram measured by placing only the carbon paste on the counter electrode portion is shown. In Comparative Example 1, the chronoamperogram measured without placing the compound and the carbon paste on the counter electrode site is shown. In Example 2, the chronoamperogram measured by placing activated carbon on the counter electrode site is shown. In Example 2, the chronoamperogram measured by placing Knobel TM on the counter electrode site is shown. In Example 2, the chronoamperogram measured without placing the porous carbon on the counter electrode site is shown.
  • the antipolar modifier is preferably a counterpolar modifier for the working electrode containing nanocarbon and an enzyme to which a compound having an aromatic ring skeleton is attached or adjacent.
  • the counter electrode is preferably the counter electrode described in 2 below, and the working electrode is preferably the working pole described in 3 below.
  • the modifier of the counter electrode preferably contains a metal oxide and / or a porous carbon.
  • the metal oxide is not particularly limited, and examples thereof include metal oxides that are insoluble in water and / or an organic solvent.
  • insoluble is used to include not only the case where it is not completely dissolved but also the case where it is slightly dissolved (for example, the solubility at room temperature is 0.0001 g / mL or less).
  • Examples of such metal oxides include copper oxides, silver oxides, manganese oxides, osmium oxides, and lead oxides.
  • Examples of the copper oxide include Cu 2 O and Cu O
  • examples of the silver oxide include Ag 2 O
  • examples of the manganese oxide include MnO 2 and BaMnO 4
  • examples of the oxide include OsO 4 .
  • Examples of the lead oxide include PbO 2 .
  • the metal oxide may be used alone or in combination of two or more.
  • As the metal oxide at least one selected from the group consisting of silver oxide and manganese oxide is preferable, and at least one selected from the group consisting of Ag 2O , MnO 2 and BaMnO 4 is more preferable.
  • the type of porous carbon is not particularly limited.
  • the porous carbon include activated carbon, carbon nanotubes, and porous carbon using an oxide as a template.
  • the carbon nanotubes may be single-walled carbon nanotubes, double-walled carbon nanotubes, or multi-walled carbon nanotubes.
  • Examples of the porous carbon using an oxide as a template include porous carbon using magnesium oxide as a template (for example, porous carbon manufactured by Toyo Carbon Co., Ltd., trade name: Knobel TM), and porous carbon using zeolite as a template. Examples thereof include quality carbon and porous carbon using alumina as a template.
  • the specific surface area of the porous carbon is not particularly limited.
  • the lower limit of the specific surface area is, for example, 500 m 2 / g, preferably 1000 m 2 / g.
  • the upper limit of the specific surface area is, for example, 5000 m 2 / g, preferably 4000 m 2 / g, and more preferably 3000 m 2 / g.
  • the lower limit and the upper limit can be arbitrarily combined.
  • the larger the specific surface area the more the reduction reaction that transfers electrons from the counter electrode to the substance on the counter electrode surface can be promoted.
  • the specific surface area can be determined, for example, from the adsorption isotherm of nitrogen molecules at a liquid nitrogen temperature (77K) by the method of Brunar-Emmett-Teller (BET).
  • the porous carbon is a powder or granular material.
  • the particle size or average particle size of the porous carbon is not particularly limited.
  • the upper limit of the particle size or the average particle size is, for example, 200 ⁇ m, preferably 180 ⁇ m, and more preferably 150 ⁇ m.
  • the upper limit of the average particle size is preferably 100 ⁇ m, 80 ⁇ m, 50 ⁇ m, 30 ⁇ m, or 10 ⁇ m.
  • the lower limit of the particle size or the average particle size is, for example, 10 nm, preferably 15 nm, and more preferably 20 nm. The lower limit and the upper limit can be arbitrarily combined.
  • the particle size or the average particle size can be measured by, for example, a mesh method or a laser diffraction / scattering method.
  • the counter electrode is preferably the counter electrode to the working electrode containing the enzyme and nanocarbon to which the compound having an aromatic ring skeleton is attached or adjacent.
  • the counter electrode preferably contains a modifier for the counter electrode, and the modifier for the counter electrode is preferably the modifier according to 1 above.
  • the working electrode is preferably the working pole described in 3 below.
  • the counter electrode may further contain a dispersant.
  • the dispersant is preferably combined with porous carbon, and the dispersant may be a substance capable of suppressing and dispersing the aggregation of the porous carbon.
  • the dispersant is not particularly limited, and examples thereof include sodium cholic acid, sodium deoxycholate, sodium dodecyl sulfate, sodium dodecylbenzene sulfonate, cetyltrimethylammonium bromide, and octylphenol ethoxylate.
  • the dispersant may be used alone or in combination of two or more. In one embodiment, preferred dispersants are sodium cholic acid, sodium deoxycholate.
  • the shape of the counter electrode is not particularly limited as long as it can be used as an electrode, and may be, for example, a linear shape, a coil shape, a net shape, a rod shape, a film shape, or a plate shape.
  • the counter electrode preferably has a substrate suitable for an electrode, and the substrate is preferably one in which a metal film (for example, a metal thin film) is formed on an insulating substrate.
  • a metal film for example, a metal thin film
  • the insulating substrate for example, a glass substrate or a plastic substrate (for example, a PET substrate) can be used.
  • the type of metal forming the metal film is not particularly limited as long as it is used for the electrode, and examples thereof include gold, platinum, and titanium.
  • the counter electrode is formed with a carbon film (for example, a carbon film made of carbon paste, preferably a carbon thin film) formed in place of the metal film or at least a part thereof on the metal film.
  • a carbon film for example, a carbon film made of carbon paste, preferably a carbon thin film
  • the carbon paste preferably contains a counter electrode modifier (eg, metal oxide) in addition to the components used for the electrodes, preferably a carbon, a binder, and a counter electrode modifier (eg, metal oxide). Is preferably contained.
  • Examples of carbon include graphite and carbon black.
  • Examples of the binder include a hydrocarbon binder, an alcohol binder, and an ester binder.
  • Examples of the hydrocarbon binder include heptane, octane, nonane, decane, undecane, dodecane, tridecane, liquid paraffin, and squalane.
  • Examples of the alcohol binder include oleyl alcohol and stearyl alcohol.
  • Examples of the ester binder include phthalates such as dioctyl phthalate. The carbon and the binder may be used alone or in combination of two or more.
  • the content of the binder in the carbon paste is not particularly limited.
  • the lower limit of the content is, for example, 1 part by mass, preferably 5 parts by mass, more preferably 10 parts by mass, and further preferably 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of carbon.
  • the upper limit of the content is, for example, 1000 parts by mass, preferably 500 parts by mass, and more preferably 200 parts by mass with respect to 100 parts by mass of carbon. The lower limit and the upper limit can be arbitrarily combined.
  • the content of the counter electrode modifier in the carbon paste is also not particularly limited.
  • the lower limit of the content is, for example, 1 part by mass, preferably 5 parts by mass, more preferably 10 parts by mass, and further preferably 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of carbon.
  • the upper limit of the content is, for example, 1000 parts by mass, preferably 500 parts by mass, and more preferably 200 parts by mass with respect to 100 parts by mass of carbon. The lower limit and the upper limit can be arbitrarily combined.
  • the content (or loading capacity) of the counter electrode modifier per 100 parts by mass of carbon in the counter electrode may be selected from the same range as the content of the counter electrode modifier per 100 parts by mass of carbon in the carbon paste. can.
  • the counter electrode is a substrate on which a modifier for the counter electrode (for example, porous carbon) is loaded.
  • a modifier for the counter electrode for example, porous carbon
  • the load capacity of the modifier of the counter electrode is not particularly limited.
  • the loading method of the modifier of the opposite electrode is not particularly limited.
  • a solution in which a modifier for counter electrode (for example, porous carbon) is dispersed or dissolved is prepared and a predetermined portion on the substrate (the substrate is a metal thin film formed on an insulating substrate), It can be loaded by dropping it on a place where a metal thin film is formed) and drying it.
  • the dispersion medium or solvent is not particularly limited, and examples thereof include water, an alcohol-based solvent (for example, ethanol), a ketone-based solvent (for example, acetone), and a combination thereof.
  • the dispersant it is preferable to add the dispersant to the dispersion liquid in which the modifier of the opposite electrode (for example, porous carbon) is dispersed.
  • the mixing ratio of the dispersant is arbitrary, but for example, it is preferably 0.2 to 2% (w / v).
  • the mixing ratio of the porous carbon is also arbitrary, but it is preferable to add 0.05 to 0.5% (w / v), for example.
  • the counter electrode modifier (eg, porous carbon) may be immobilized on the substrate. Immobilization can be carried out by appropriately selecting a known method. For example, a liquid in which a substance suitable for immobilization such as a tetrafluoroethylene / perfluoro [2- (fluorosulfonylethoxy) polyvinyl ether] copolymer (eg, Nafion TM) and carboxylmethyl cellulose is dissolved is placed on the substrate. It can be immobilized by dropping the modifier of the opposite electrode on the loaded portion and drying it. In one embodiment, it is preferable that the modifier for the counter electrode is loaded on the substrate and then treated with a polymer substance such as carboxylmethyl cellulose so as to cover these substances.
  • a substance suitable for immobilization such as a tetrafluoroethylene / perfluoro [2- (fluorosulfonylethoxy) polyvinyl ether] copolymer (eg, Nafion TM) and carb
  • the surface area of the counter electrode is not particularly limited. In one embodiment, the surface area of the counter electrode is preferably larger than the surface area of the working electrode from the viewpoint of amplifying the current value due to electron transfer between the enzyme and the working electrode by nanocarbon.
  • the lower limit of the surface area of the counter electrode is preferably 1.5 times, 2 times, 2.5 times, or 3 times the surface area of the working electrode.
  • the upper limit of the surface area of the counter electrode is not particularly limited, but is, for example, 200 times, 150 times, or 100 times the surface area of the working electrode. The lower limit and the upper limit can be arbitrarily combined.
  • the senor preferably comprises a working electrode containing an enzyme and a nanocarbon to which a compound having an aromatic ring skeleton is attached or adjacent to the sensor, and a counter electrode.
  • the counter electrode is preferably the counter electrode according to 2 above.
  • the enzyme preferably releases electrons by a catalytic reaction.
  • enzymes include redox enzymes.
  • the oxidoreductase include glucose dehydrogenase, glucose oxidase, lactic acid oxidase, cholesterol oxidase, alcohol oxidase, sarcosine oxidase, fructosylamine oxidase, pyruvate oxidase, lactic acid dehydrogenase, alcohol dehydrogenase, glycerol oxidase, and glycerol-3-lin.
  • acid oxidase uricase, choline oxidase, xanthin oxidase, and hydroxybutyric acid dehydrogenase.
  • the enzyme is preferably glucose dehydrogenase, preferably flavin-bound glucose dehydrogenase, and preferably glucose dehydrogenase (also referred to as "FADGDH") with flavin adenine dinucleotide (FAD) as a coenzyme. .. Since FADGDH holds FAD in the depression of the three-dimensional structure formed by the polypeptide, a substance called a mediator is conventionally required to transfer the electrons generated there to the working electrode. On the other hand, by using nanocarbon, it is possible to transfer electrons to the working electrode without using a mediator. Further, by using a compound having an aromatic ring skeleton, electron transfer via nanocarbon can be performed remarkably efficiently (or strongly).
  • FADGDH The type of FADGDH is not limited, and any one can be used. Specific examples of FADGDH include those derived from one of the following organisms: Aspergillus teres, Aspergillus oryzae, Alpergillus niger, Aspergillus foetidas, Alpergillus aureus, Aspergillus bargecolor, Aspergillus.
  • Preferred FADGDHs in one embodiment are FADGDH from Aspergillus oryzae, FADGDH from Mucor Hiemaris, FADGDH from Mucor subtilisimas, FADGDH from silcinella simplex, FADGDH from Metallydium sp. Yes, preferably it has 80% or more identity with the amino acid sequences of SEQ ID NOs: 1-6, more preferably 90% or more identity with the amino acid sequences of SEQ ID NOs: 1-6, and even more preferably. , which has 95% or more identity with the amino acid sequences of SEQ ID NOs: 1 to 6 and has glucose dehydrogenating activity.
  • the identity of the amino acid sequence can be calculated using commercially available or available analysis tools over the telecommunications line (Internet), for example, the National Center for Biotechnology Information (NCBI) homology algorithm BLAST (Basic local alignmentment). searchtool) It can be calculated using the default (initial setting) parameters at http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/.
  • the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is that of FADGDH derived from Aspergillus oryzae
  • the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 is that of FADGDH derived from Mucor Hiemaris
  • the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3 is that of Mucor.
  • the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4 is that of FADGDH derived from silcinella simplex
  • the amino acid sequence of SEQ ID NO: 5 is that of FADGDH derived from Metallydium SP.
  • the amino acid sequence of is that of FADGDH derived from collettricham SP.
  • Nanocarbon is not particularly limited as long as it has an electron transfer function and is recognized as nanocarbon.
  • Such substances mean carbon materials composed primarily of carbon, including, for example, carbon nanotubes, carbon nanohorns, carbon nanotwists, cocoons, carbon nanocoils, graphene, fullerenes and the like.
  • the carbon nanotubes may be single-walled carbon nanotubes, double-walled carbon nanotubes, or multi-walled carbon nanotubes.
  • the nanocarbon is preferably a carbon nanotube, preferably a single-walled carbon nanotube.
  • the compound having an aromatic ring skeleton attached to or adjacent to the nanocarbon is not particularly limited as long as it is an electron transfer promoter that promotes electron transfer between the enzyme and the working electrode by the nanocarbon.
  • the number of ring-constituting atoms in the aromatic ring skeleton is, for example, 5 to 18, preferably 5 to 16, and more preferably 5 to 14.
  • Aromatic ring skeletons include a skeleton consisting of one benzene ring, a skeleton consisting of two or more (for example, 2 to 4) benzene rings (naphthalene skeleton, anthracene skeleton, etc.), a benzene ring and another aromatic ring (nitrogen-containing aromatic ring).
  • Oxygen-containing aromatic ring, sulfur-containing aromatic ring, etc. and skeleton phenanthroline skeleton, benzofuran skeleton, benzoimidazole skeleton, carbazole skeleton, etc.), carbon and other elements (nitrogen, oxygen, sulfur, etc.)
  • skeleton consisting of an aromatic ring (triazine skeleton, triazole skeleton, pyridine skeleton, etc.) are included.
  • the compound having an aromatic ring skeleton is preferably a compound which does not have a function as a mediator by itself.
  • it does not function as a mediator by itself means that electron transfer is performed independently between an electrode and an enzyme or between an electrode and a substrate, such as benzoquinone and 1-methoxyphenazinemethsulfate. Means not have.
  • the compound having an aromatic ring skeleton preferably has an electron donating substituent.
  • the electron-donating substituent is a hydroxy group, an amino group, a methyl group, or the like.
  • a preferred electron donating substituent is a hydroxy group.
  • Examples of the compound having an electron-donating substituent and an aromatic ring skeleton include a compound having a benzene ring substituted with a hydroxy group (eg, timol, phenol, bis (4-hydroxyphenyl) sulfone, tyrosine disodium hydrate, etc.
  • thymol phenol and carvacrol are preferable.
  • the means for adhering or bringing the compound having an aromatic ring skeleton to or close to the nanocarbon is not particularly limited.
  • it can be carried out by mixing the nanocarbon and the compound having an aromatic ring skeleton (including mixing in a solution), or by arranging the compound having an aromatic ring skeleton on the nanocarbon.
  • the compound having an aromatic ring skeleton arranged in close proximity to or attached to the nanocarbon may or may not be fixed. Immobilization is not limited as long as it does not inhibit the functions of the compound having a nanocarbon and an aromatic ring skeleton, and can be appropriately selected from known means and used.
  • the amount of the compound having an aromatic ring skeleton attached to or close to the nanocarbon in order to promote electron transfer is not particularly limited.
  • the amount of the compound having an aromatic ring skeleton is not particularly limited.
  • the amount of the compound having an aromatic ring skeleton is, for example, 0.001 part by mass or more, preferably 0.01 part by mass or more, and more preferably 0.1 part by mass or more with respect to 100 parts by mass of nanocarbon.
  • the amount of the compound having an aromatic ring skeleton is, for example, 100,000 parts by mass or less, preferably 10,000 parts by mass or less, and more preferably 1000 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of nanocarbon.
  • the lower limit and the upper limit can be arbitrarily combined.
  • the amount of the compound having an aromatic ring skeleton is, for example, 0.001 part by mass or more, preferably 0.01 part by mass or more, and more preferably 0.1 part by mass or more with respect to 100 parts by mass of the enzyme.
  • the amount of the compound having an aromatic ring skeleton is, for example, 1,000,000 parts by mass or less, preferably 100,000 parts by mass or less, and more preferably 10,000 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the enzyme.
  • the lower limit and the upper limit can be arbitrarily combined.
  • the working electrode may further contain a dispersant.
  • the dispersant is not particularly limited as long as it is a substance capable of suppressing the aggregation of nanocarbons and dispersing them.
  • examples of the dispersant include sodium cholic acid, sodium deoxycholate, sodium dodecylsulfate, sodium dodecylbenzenesulfonate, cetyltrimethylammonium bromide, octylphenol ethoxylate and the like.
  • the dispersant may be used alone or in combination of two or more.
  • preferred dispersants are sodium cholic acid, sodium deoxycholate.
  • the shape of the working electrode is not particularly limited as long as it can be used as an electrode, and may be, for example, a linear shape, a coil shape, a net shape, a rod shape, a film shape, or a plate shape.
  • the working electrode preferably has a substrate suitable for an electrode on which an enzyme used in a biosensor is immobilized, and the substrate has a metal film (for example, a metal thin film) formed on an insulating substrate.
  • the product is a product.
  • the insulating substrate for example, a glass substrate or a plastic substrate (for example, a PET substrate) can be used.
  • the type of metal forming the metal film is not particularly limited as long as it is used for the electrode, and examples thereof include gold, platinum, and titanium.
  • the substrate may be one in which a carbon film (for example, a carbon thin film made of carbon paste) is formed on the insulating substrate instead of the metal film.
  • the working electrode is preferably one in which nanocarbon, a compound having an aromatic ring skeleton, and an enzyme are loaded on a substrate.
  • the loading method of these substances is not particularly limited.
  • a solution in which each of these substances was dispersed or dissolved was prepared, and a metal thin film was sequentially formed at a predetermined portion on the substrate (when the substrate was a metal thin film formed on an insulating substrate). It can be loaded by repeating the operation of dropping it on a place) and drying it.
  • these can be mixed, dropped onto a predetermined portion on the substrate, and dried to be loaded.
  • the dispersion medium or solvent is not particularly limited, and examples thereof include water, an alcohol-based solvent (for example, ethanol), a ketone-based solvent (for example, acetone), and a combination thereof.
  • a dispersant to the dispersion liquid in which nanocarbon is dispersed.
  • the mixing ratio of the dispersant is arbitrary, but for example, it is preferably 0.2 to 2% (w / v).
  • the blending ratio of nanocarbon is also arbitrary, but it is preferable to blend 0.05 to 0.5% (w / v), for example.
  • the loading order is arbitrary, but in one embodiment, it is preferable to load in the order of nanocarbon ⁇ enzyme ⁇ compound having an aromatic ring skeleton or nanocarbon ⁇ compound having an aromatic ring skeleton ⁇ enzyme, and these are loaded at the same time. It is also preferable to load it.
  • the amount of nanocarbon, a compound having an aromatic ring skeleton, and an enzyme is not particularly limited.
  • the nanocarbon, the compound having an aromatic ring skeleton, and the enzyme may be immobilized on the substrate. Immobilization can be carried out by appropriately selecting a known method. For example, a liquid in which a substance suitable for immobilization such as a tetrafluoroethylene / perfluoro [2- (fluorosulfonylethoxy) polyvinyl ether] copolymer (eg, Nafion TM) and carboxylmethyl cellulose is dissolved is placed on the substrate.
  • a substance suitable for immobilization such as a tetrafluoroethylene / perfluoro [2- (fluorosulfonylethoxy) polyvinyl ether] copolymer (eg, Nafion TM) and carboxylmethyl cellulose is dissolved is placed on the substrate.
  • a substance suitable for immobilization such as a tetrafluoroethylene / perfluoro [2- (fluorosulfonylethoxy) polyvinyl
  • the senor further contains a solvent for immersing the working electrode and the counter electrode.
  • the working electrode is a substrate on which nanocarbon and an enzyme are loaded
  • the solvent (including the substance or substrate to be measured) in which the working electrode is immersed may contain a compound having an aromatic ring skeleton.
  • the solvent include a buffer solution, and examples thereof include an acetate buffer solution, a citrate buffer solution, a phosphate buffer solution, and a borolate buffer solution.
  • the concentration of the substance or substrate to be measured in the solvent is not particularly limited and can be set to any concentration required for measurement.
  • the concentration of the compound having an aromatic ring skeleton in the solvent is not particularly limited.
  • the lower limit of the concentration is, for example, 0.000001% (w / v), preferably 0.000005% (w / v), more preferably 0.00001% (w / v), and more preferably 0.00005%.
  • the upper limit of the concentration is, for example, 2% (w / v), preferably 1.5% (w / v), and more preferably 1% (w / v). The lower limit and the upper limit can be arbitrarily combined.
  • the sensor may include a reference electrode, but even if the sensor does not include a reference electrode, electron transfer can be detected or measured by the two electrodes of the working electrode and the counter electrode. It is preferable that the reference electrode is not included.
  • the sensor can further be equipped with a configuration normally provided by a biosensor such as a potentiometer and a current detection circuit.
  • a biosensor such as a potentiometer and a current detection circuit.
  • the specific configuration of the counter electrode, potentiometer, current detection circuit, etc. is arbitrary as long as the desired measurement can be performed by the sensor, and it is possible to appropriately select and design from means known in the art. can.
  • Example 1 Using a sheet in which gold was vapor-deposited on a PET substrate, an electrode chip having an electrode portion (working electrode portion) of 2.25 mm 2 was produced (FIG. 1).
  • FIG. 1 “1" is a PET film
  • “2” is an adhesive sheet
  • "3” is a gold-deposited PET film
  • "4" is an electrode portion (working electrode portion).
  • FIG. 2 Using a sheet in which gold was vapor-deposited on a PET substrate, an electrode chip having a counter electrode portion of 9 mm 2 was produced (FIG. 2).
  • "5" is a PET film
  • "6” is an adhesive sheet
  • "7” is a gold-deposited PET film
  • "8” is a counter electrode portion.
  • Graphite powder and liquid paraffin were mixed at a mass ratio of 1: 1 to prepare a carbon paste.
  • the prepared carbon paste and the following compounds (1) to (3) were mixed at a mass ratio of 2: 1 to prepare a counter electrode tip coated on the counter electrode site.
  • Silver oxide (2)
  • Manganese dioxide (3) Barium manganate
  • the working electrode tip and the counter electrode tip prepared above were set on the working electrode and the counter electrode of the electrochemical analyzer (ALS / CHI 660B, BAS Co., Ltd.), respectively. These two electrodes were immersed in 40 mM sodium phosphate buffer (pH 7.4). When glucose was not added (0 mM) to this buffer solution, or when glucose was added to 5 mM or 14 mM, measurement was performed by chronoamperometry, and an overvoltage of + 0.4 V was applied between the two electrodes. The current value was measured.
  • FIGS. 3 Chronoamperograms measured at glucose concentrations of 0 mM, 5 mM, and 14 mM are shown in FIGS. 3 (silver oxide), 4 (manganese dioxide), and 5 (barium manganate), respectively.
  • the current values 5 seconds after the start of measurement are as shown in Table 1 below.
  • FIGS. 6 Chronoamperograms measured at glucose concentrations of 0 mM, 5 mM, and 14 mM are shown in FIGS. 6 (silver sulfide), 7 (carbon paste only), and 8 (no carbon paste), respectively.
  • FIGS. 6 to 8 the current values 5 seconds after the start of measurement are shown in Table 2 below.
  • Example 1 From the results of Example 1 and Comparative Example 1, even under the condition that the glucose response current cannot be measured only by applying the carbon paste to the counter electrode portion, the glucose response current can be increased by adding silver oxide, manganese dioxide, or barium manganate. It turned out to be measured. On the other hand, it was found that the glucose response current was not measured when silver sulfide was added.
  • Example 2 Similar to Example 1, an electrode chip having an electrode portion of 2.25 mm 2 was produced using a sheet in which gold was vapor-deposited on a PET substrate (FIG. 1).
  • aqueous dispersion containing 15% (w / v) of the following porous carbon of (1) and an aqueous dispersion containing 1.5% (w / v) of the following porous carbon of (2) were prepared. .. (1) Activated carbon powder (Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 031-18103, particle size 100 mesh passing) (2) Knobel TM powder (Toyo Tanso Co., Ltd., MJ (4) 010, specific surface area 1100 m 2 / g, particle size 100 mesh passage)
  • the working electrode tip and the counter electrode tip prepared above were set on the working electrode and the counter electrode of the electrochemical analyzer (ALS / CHI 660B, BAS Co., Ltd.), respectively. These two electrodes were immersed in 40 mM sodium phosphate buffer (pH 7.4). When glucose was not added (0 mM) to this buffer solution, or when glucose was added to 5 mM or 14 mM, measurement was performed by chronoamperometry, and an overvoltage of + 0.4 V was applied between the two electrodes. The current value was measured.
  • FIG. 9 activated carbon
  • FIG. 10 Kerbel TM
  • FIG. 11 without porous carbon
  • Example 3 Examples of the case where activated carbon powders having different particle sizes are used are shown below. 37.5 ⁇ L of aqueous dispersion containing 2% (w / v) sodium cholic acid and 0.15% (w / v) single-walled carbon nanotubes (SuperPureTubes, NanoIntegras, outer diameter 1.1-1.7 nm). And 5.4 ⁇ L of FADGDH (having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2; 60 U / ⁇ L) dissolved in ultrapure water was mixed.
  • a 1% (w / v) Timor solution dissolved in 50% (v / v) ethanol was diluted 10-fold with ultrapure water to prepare a 0.1% (w / v) Timor solution, and 32.4 ⁇ L of the solution was prepared.
  • 0.6 ⁇ L of the mixed solution was dropped onto the 2.25 mm 2 electrode site (working electrode site) shown in FIG. 1 and dried. After drying, 0.6 ⁇ L of 1% (w / v) Nafion solution was added dropwise and dried to prepare a working electrode chip on which carbon nanotubes, FADGDH, and thymol were immobilized.
  • An aqueous dispersion containing 10% (w / v) of the following activated carbon powders (1), (3) and (4) having different particle sizes was prepared, and an electrode portion (counter electrode portion) of 2.25 mm 2 shown in FIG. 1 was prepared. ) was dropped with 1.0 ⁇ L and dried. After drying, 0.6 ⁇ L of 1% (w / v) Nafion solution was added dropwise and dried to prepare a counter electrode tip in which activated carbon powder was immobilized on an electrode site.
  • the working electrode tip and the counter electrode tip prepared above were set on the working electrode and the counter electrode of the electrochemical analyzer (ALS / CHI 660B, BAS Co., Ltd.), respectively. These two electrodes were immersed in 40 mM sodium phosphate buffer (pH 7.4). Measurement by chronoamperometry was performed when glucose was not added (0 mM) or glucose was added to 14 mM in this buffer solution, and the current value when an overvoltage of + 0.4 V was applied between the two electrodes. Was measured.

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Abstract

対極の改質剤を提供する。 芳香環骨格を有する化合物が付着又は近接するナノカーボンと酵素とを含む作用極に対する対極の改質剤として、金属酸化物及び／又は多孔質炭素を含む改質剤を用いる。

Description

対極の改質剤
　対極の改質剤に関する技術が開示される。
　ナノカーボンは電気の伝導率が高いことから他の物質との電子伝達を行う導電材料としての応用が進んでいる。例えばナノカーボンをカーボン、樹脂及び有機溶剤からなるインクに混合し基板上に印刷してバイオセンサ用の電極として用いることが提案されている（特許文献１）。また、ナノカーボンの一種であるカーボンナノチューブは過酸化物を測定するセンサに用いられたり（特許文献２）、酵素とともにフィルム状に成形し、センサや燃料電池の電極として用いられたりしている（特許文献３）。さらに単層カーボンナノチューブを用いることで酵素から直接電子移動で電極への電子伝達を行うことも報告されている（非特許文献１）。これは従来メディエーターが必須であった、フラビンアデニンジヌクレオチドを補酵素とするグルコースデヒドロゲナーゼ（ＦＡＤＧＤＨ）をメディエーターなしでグルコースセンサーに用いることを可能にする。また、ナノーカーボンの電子伝達作用促進剤として、芳香環骨格を有する化合物を用いることも提案されている（特許文献４）。
WO2005088288 WO2011007582 WO2012002290 WO2019189808
　ナノカーボンによる酵素と作用極との間の電子伝達は、ナノカーボンに芳香環骨格を有する化合物を付着又は近接させることにより増強し得るものの、当該電子伝達による電流値を、従来の対極を用いて測定する技術には改善の余地があることを見出した。
　芳香環骨格を有する化合物が付着又は近接するナノカーボンと酵素とを含む作用極に対する対極の改質剤の提供が１つの課題である。
　かかる課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、芳香環骨格を有する化合物が付着又は近接するナノカーボンと酵素とを含む作用極に対する対極を、金属酸化物及び／又は多孔質炭素を含む改質剤により改質できることを見出した。かかる知見を基にさらに検討を重ねることにより、下記に代表される発明を完成するに至った。
項１．
　芳香環骨格を有する化合物が付着又は近接するナノカーボンと酵素とを含む作用極に対する対極の改質剤であって、金属酸化物及び／又は多孔質炭素を含む改質剤。
項２．
　金属酸化物が水及び有機溶媒に不溶な金属酸化物である、項１に記載の改質剤。
項３．
　金属酸化物が、Cu２O、CuO、Ag２O、MnO２、BaMnO４、OsO４、及びPbO２からなる群より選択される少なくとも一種である、項１又は２に記載の改質剤。
項４．
　多孔質炭素の比表面積が５００ｍ２／ｇ以上である、項１～３のいずれかに記載の改質剤。
項５．
　多孔質炭素の粒径が２００μｍ以下である、項１～４のいずれかに記載の改質剤。
項６．
　多孔質炭素の平均粒径が１５０μｍ以下である、項１～５のいずれかに記載の改質剤。
項７．
　芳香環骨格を有する化合物が、チモール、フェノール、ビス（４－ヒドロキシフェニル）スルホン、チロシン二ナトリウム水和物、サリチル酸ナトリウム、トルエン、５－ヒドロキシインドール、アニリン、ロイコキニザリン、カルバクロール、１，５－ナフタレンジオール、４－イソプロピル－３－メチルフェノール、２－イソプロピルフェノール、４－イソプロピルフェノール、１－ナフトール、２－ｔｅｒｔ－ブチル－５－メチルフェノール、２，４，６－トリメチルフェノール、２，６－ジイソプロピルフェノール、２－ｔｅｒｔ－ブチル－４－エチルフェノール、６－ｔｅｒｔ－ブチル－２，４－キシレノール、２－ｔｅｒｔ－ブチル－４－メチルフェノール、２－ｔｅｒｔ－ブチル－６－メチルフェノール、２，４－ジ－ｔｅｒｔ－ブチルフェノール、２，４－ジ－ｔｅｒｔ－ブチル－５－メチルフェノール、ビス（ｐ－ヒドロキシフェニル）メタン、３－ｔｅｒｔ－ブチルフェノール、２－イソプロピル－５－メチルアニソール、ｏ－クレゾール、ｍ－クレゾール、及びｐ－クレゾールからなる群より選択される、項１～６のいずれかに記載の改質剤。
項８．
　ナノカーボンがカーボンナノチューブである、項１～７のいずれかに記載の改質剤。
項９．
　酵素がフラビン結合型グルコースデヒドロゲナーゼである、項１～８のいずれかに記載の改質剤。
項１０．
　芳香環骨格を有する化合物が付着又は近接するナノカーボンと酵素とを含む作用極に対する対極であって、項１～９のいずれかに記載の改質剤を含む対極。
項１１．
　芳香環骨格を有する化合物が付着又は近接するナノカーボンと酵素とを含む作用極、及び項１０に記載の対極を含むセンサ。
項１２．
　参照極を含まない、項１１に記載のセンサ。
項１３．
　対極の表面積が作用極の表面積よりも大きい、項１１又は１２に記載のセンサ。
　芳香環骨格を有する化合物が付着又は近接するナノカーボンと酵素とを含む作用極に対する対極が改質される。
実施例で作製した電極チップ（作用極チップ）の構造を示す。「１」はＰＥＴフィルムであり、「２」は粘着シートであり、「３」は金蒸着ＰＥＴフィルムであり、「４」は電極部位（作用極部位）を示す。 実施例１で作製した対極チップの構造を示す。「５」はＰＥＴフィルムであり、「６」は粘着シートであり、「７」は金蒸着ＰＥＴフィルムであり、「８」は対極部位を示す。 実施例１において、対極部位に酸化銀を載置して測定したクロノアンペログラムを示す。 実施例１において、対極部位に二酸化マンガンを載置して測定したクロノアンペログラムを示す。 実施例１において、対極部位にマンガン酸バリウムを載置して測定したクロノアンペログラムを示す。 比較例１において、対極部位に硫化銀を載置して測定したクロノアンペログラムを示す。 比較例１において、対極部位にカーボンペーストのみを載置して測定したクロノアンペログラムを示す。 比較例１において、対極部位に化合物及びカーボンペーストを載置することなく測定したクロノアンペログラムを示す。 実施例２において、対極部位に活性炭を載置して測定したクロノアンペログラムを示す。 実施例２において、対極部位にクノーベル（商標）を載置して測定したクロノアンペログラムを示す。 実施例２において、対極部位に多孔質炭素を載置することなく測定したクロノアンペログラムを示す。
１．対極の改質剤
　一実施形態において、対極の改質剤は、芳香環骨格を有する化合物が付着又は近接するナノカーボンと酵素とを含む作用極に対する対極の改質剤であることが好ましい。当該実施形態において、対極は下記２に記載の対極であることが好ましく、作用極は下記３に記載の作用極であることが好ましい。また、当該実施形態において、対極の改質剤は、金属酸化物及び／又は多孔質炭素を含むことが好ましい。
　金属酸化物としては、特に制限はなく、例えば、水及び／又は有機溶媒に不溶な金属酸化物が挙げられる。ここで、「不溶」とは、完全に溶解しない場合のみならず、僅かに溶解する（例えば、室温での溶解度が０．０００１ｇ／ｍＬ以下である）場合も含む意味で用いる。
　このような金属酸化物としては、例えば、銅酸化物、銀酸化物、マンガン酸化物、オスミウム酸化物、鉛酸化物が挙げられる。銅酸化物としては、例えば、Cu２O、CuOが挙げられ、銀酸化物としては、例えば、Ag２Oが挙げられ、マンガン酸化物としては、例えば、MnO２、BaMnO４が挙げられ、オスミウム酸化物としては、例えば、OsO４が挙げられる。鉛酸化物としては、例えば、PbO２が挙げられる。
　金属酸化物は１種単独であっても２種以上の組み合わせであってもよい。金属酸化物としては、銀酸化物及びマンガン酸化物からなる群より選択される少なくとも一種が好ましく、Ag２O、MnO２、及びBaMnO４からなる群より選択される少なくとも一種がより好ましい。
　多孔質炭素の種類は、特に制限されない。多孔質炭素としては、例えば、活性炭、カーボンナノチューブ、酸化物を鋳型とする多孔質炭素が挙げられる。カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブであっても、二層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブであってもよい。酸化物を鋳型とする多孔質炭素としては、例えば、酸化マグネシウムを鋳型とする多孔質炭素（例えば、東洋炭素株式会社製多孔質炭素、商品名：クノーベル（商標））、ゼオライトを鋳型とする多孔質炭素、アルミナを鋳型とする多孔質炭素が挙げられる。
　多孔質炭素の比表面積は、特に制限されない。前記比表面積の下限は、例えば５００ｍ２／ｇ、好ましくは１０００ｍ２／ｇである。前記比表面積の上限は、例えば５０００ｍ２／ｇ、好ましくは４０００ｍ２／ｇ、さらに好ましくは３０００ｍ２／ｇである。前記下限及び上限は任意に組み合わせることができる。前記比表面積が大きいほど、対極から対極表面の物質へ電子を受け渡す還元反応を促進することができる。前記比表面積は、例えば、液体窒素温度（７７Ｋ）での窒素分子の吸着等温線からＢｒｕｎａｕｅｒ―Ｅｍｍｅｔｔ―Ｔｅｌｌｅｒ（ＢＥＴ）の方法により求めることができる。
　多孔質炭素は粉粒体であることが好ましい。多孔質炭素の粒径又は平均粒径は、特に制限されない。前記粒径又は平均粒径の上限は、例えば、２００μｍ、好ましくは１８０μｍ、さらに好ましくは１５０μｍである。前記平均粒径の上限は、１００μｍ、８０μｍ、５０μｍ、３０μｍ、又は１０μｍであることも好ましい。前記粒径又は平均粒径の下限は、例えば１０ｎｍ、好ましくは１５ｎｍ、さらに好ましくは２０ｎｍである。前記下限及び上限は任意に組み合わせることができる。前記粒径又は平均粒径は小さいほど、溶液中での分散性が高く、マイクロピペット、ディスペンサーなどによるハンドリングの際に目詰まりすることを防止でき、ハンドリングの正確性を向上することができる。前記粒径又は平均粒径は、例えば、メッシュ法又はレーザー回折散乱法により測定することができる。
２．対極
　一実施形態において、対極は、芳香環骨格を有する化合物が付着又は近接するナノカーボンと酵素とを含む作用極に対する対極であることが好ましい。当該実施形態において、対極は、対極の改質剤を含むことが好ましく、対極の改質剤は、上記１に記載の改質剤であることが好ましい。作用極は、下記３に記載の作用極であることが好ましい。
　対極は、さらに分散剤を含んでいてもよい。分散剤は、多孔質炭素と組み合わせることが好ましく、当該分散剤は、多孔質炭素の凝集を抑制し、分散させることが可能な物質であってもよい。分散剤としては、特に制限されないが、例えば、コール酸ナトリウム、デオキシコール酸ナトリウム、ドデシル硫酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、セチルトリメチルアンモニウムブロミド、オクチルフェノールエトキシレート等を挙げることができる。分散剤は１種単独であっても２種以上の組み合わせであってもよい。一実施形態において、好ましい分散剤は、コール酸ナトリウム、デオキシコール酸ナトリウムである。
　対極の形状は、電極として使用し得る形状であれば特に制限されず、例えば、線状、コイル状、網状、棒状、フィルム状、又は板状であってもよい。一実施形態において、対極は、電極に適した基板を有することが好ましく、基板は、絶縁性基板上に金属膜（例えば、金属薄膜）が形成されたものであることが好ましい。絶縁性基板は、例えば、ガラス基板又はプラスチック基板（例えば、ＰＥＴ基板）を用いることができる。金属膜を形成する金属の種類は、電極に使用されるものであれば特に制限されず、例えば、金、白金、及びチタン等を挙げることができる。
　一実施形態において、対極は、前記金属膜の代わりに、又は、前記金属膜上の少なくとも一部に、炭素膜（例えば、カーボンペーストによる炭素膜、好ましくは炭素薄膜）が形成されたものであることが好ましい。カーボンペーストは、電極に使用される成分に加えて、対極の改質剤（例えば、金属酸化物）を含有することが好ましく、カーボン、バインダー、及び対極の改質剤（例えば、金属酸化物）を含有することが好ましい。
　カーボンとしては、例えば、グラファイト、カーボンブラックが挙げられる。バインダーとしては、例えば、炭化水素バインダー、アルコールバインダー、エステルバインダーが挙げられる。炭化水素バインダーとしては、例えば、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン、流動パラフィン、スクワランが挙げられる。アルコールバインダーとしては、例えば、オレイルアルコール、ステアリルアルコールが挙げられる。エステルバインダーとしては、例えば、フタル酸ジオクチルなどのフタル酸エステルが挙げられる。カーボン及びバインダーは、それぞれ、１種単独であってもよく２種以上の組み合わせであってもよい。
　カーボンペーストにおけるバインダーの含有量は、特に制限されない。前記含有量の下限は、カーボン１００質量部に対して、例えば、１質量部、好ましくは５質量部、より好ましくは１０質量部、さらに好ましくは２０質量部である。前記含有量の上限は、カーボン１００質量部に対して、例えば、１０００質量部、好ましくは５００質量部、さらに好ましくは２００質量部である。前記下限及び上限は任意に組み合わせることができる。
　カーボンペーストにおける対極の改質剤の含有量も特に制限されない。前記含有量の下限は、カーボン１００質量部に対して、例えば、１質量部、好ましくは５質量部、より好ましくは１０質量部、さらに好ましくは２０質量部である。前記含有量の上限は、カーボン１００質量部に対して、例えば、１０００質量部、好ましくは５００質量部、さらに好ましくは２００質量部である。前記下限及び上限は任意に組み合わせることができる。
　対極における、カーボン１００質量部当たりの対極の改質剤の含有量（又は積載量）は、カーボンペーストにおける、カーボン１００質量部当たりの対極の改質剤の含有量と同じ範囲から選択することができる。
　一実施形態において、対極は、基板に対極の改質剤（例えば、多孔質炭素）が積載されたものであることが好ましい。対極の改質剤の積載量は、特に制限されない。
　対極の改質剤の積載方法は、特に制限されない。例えば、対極の改質剤（例えば、多孔質炭素）を分散又は溶解させた溶液を調製し、基板上の所定部位（基板が、絶縁性基板上に金属薄膜が形成されたものである場合、金属薄膜が形成された場所）に滴下し、乾燥させることにより、積載することができる。分散媒又は溶媒としては、特に制限されず、水、アルコール系溶媒（例えば、エタノール）、ケトン系溶媒（例えば、アセトン）、これらの組み合わせが挙げられる。
　一実施形態において、対極の改質剤（例えば、多孔質炭素）を分散させた分散液に分散剤を配合することが好ましい。分散剤の配合割合は任意であるが、例えば、０．２～２％（ｗ／ｖ）配合することが好ましい。なお、多孔質炭素の配合割合も任意であるが、例えば、０．０５～０．５％（ｗ／ｖ）配合することが好ましい。
　一実施形態において、対極の改質剤（例えば、多孔質炭素）は、基板に固定化されていてもよい。固定化は、公知の方法を適宜選択して実施することができる。例えば、テトラフルオロエチレン/パーフルオロ[2－(フルオロスルホニルエトキシ)ポリビニルエーテル]共重合体（例：ナフィオン（商標））及びカルボキシルメチルセルロース等の固定化に適した物質を溶解させた液体を、基板上の対極の改質剤を積載した部位に滴下し、乾燥させることによって、固定化することができる。一実施形態において、対極の改質剤を基板に積載したのち、これらの物質を覆うようにカルボキシルメチルセルロース等のポリマー物質で処理することが好ましい。
　対極の表面積は、特に制限されない。一実施形態において、ナノカーボンによる酵素と作用極との間の電子伝達による電流値を増幅する点から、対極の表面積は、作用極の表面積よりも大きいことが好ましい。対極の表面積の下限は、作用極の表面積の１．５倍、２倍、２．５倍、又は３倍であることが好ましい。対極の表面積の上限は、特に制限されないが、例えば、作用極の表面積の２００倍、１５０倍、又は１００倍である。前記下限及び上限は任意に組み合わせることができる。
３．センサ
　一実施形態において、センサは、芳香環骨格を有する化合物が付着又は近接するナノカーボンと酵素とを含む作用極、及び、対極を含むことが好ましい。当該実施形態において、対極は、上記２に記載の対極であることが好ましい。
　酵素は、触媒反応に伴って電子を遊離するものが好ましい。そのような酵素としては、例えば、酸化還元酵素を挙げることができる。酸化還元酵素としては、例えば、グルコースデヒドロゲナーゼ、グルコースオキシダーゼ、乳酸オキシダーゼ、コレステロールオキシダーゼ、アルコールオキシダーゼ、ザルコシンオキシダーゼ、フルクトシルアミンオキシダーゼ、ピルビン酸オキシダーゼ、乳酸デヒドロゲナーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼ、グリセロールオキシダーゼ、グリセロール－３－リン酸オキシダーゼ、ウリカーゼ、コリンオキシダーゼ、キサンチンオキシダーゼ、及びヒドロキシ酪酸デヒドロゲナーゼ等を挙げることができる。
　一実施形態において、酵素は、グルコースデヒドロゲナーゼであることが好ましく、フラビン結合型グルコースデヒドロゲナーゼであることが好ましく、フラビンアデニンジヌクレオチド（ＦＡＤ）を補酵素とするグルコースデヒドロゲナーゼ（「ＦＡＤＧＤＨ」とも称する）が好ましい。ＦＡＤＧＤＨは、ポリペプチドで形成される３次元構造のくぼみにＦＡＤを保持するため、そこで生成された電子を作用極に伝達するためには、従来、メディエーターと呼ばれる物質を要した。これに対し、ナノカーボンを用いることにより、メディエーターを利用しなくても、電子を作用極に伝達することが可能となる。また、芳香環骨格を有する化合物を利用することにより、ナノカーボンを介した電子伝達を格段に効率的に（又は強力に）行うことが可能となる。
　ＦＡＤＧＤＨの種類は制限されず、任意のものを使用することができる。ＦＡＤＧＤＨの具体例としては、次の生物のいずれかに由来するものを挙げることができる：アスペルギルス・テレウス、アスペルギルス・オリゼ、アルペルギルス・ニガー、アスペルギルス・フォエチダス、アルペルギルス・アウレウス、アスペルギルス・バージカラー、アスペルギルス・カワチ、アルペルギルス・アワモリ、アグロバクテリウム・ツメファシエンス、サイトファーガ・マリノフラバ、アガリカス・ビスポラス、マクロレピオタ・ラコデス、ブルクホルデリア・セパシア、ムコール・サブチリシマス、ムコール・ギリエルモンディ、ムコール・プライニ、ムコール・ジャバニカス、ムコール・シルシネロイデス、ムコール・シルシネロイデス・エフ・シルシネロイデス、ムコール・ヒエマリス、ムコール・ヒエマリス・エフ・シルバチカス、ムコール・ダイモルフォスポラス、アブシジア・シリンドロスポラ、アブシジア・ヒアロスポラ、アクチノムコール・エレガンス、シルシネラ・シンプレックス、シルシネラ・アンガレンシス、シルシネラ・シネンシス、シルシネラ・ラクリミスポラ、シルシネラ・マイナー、シルシネラ・ムコロイデス、シルシネラ・リジダ、シルシネラ・アンベラータ、シルシネラ・ムスカエ、メタリジウム・エスピー及びコレトトリカム・エスピー。
　一実施形態において好ましいＦＡＤＧＤＨは、アスペルギルス・オリゼ由来のＦＡＤＧＤＨ、ムコール・ヒエマリス由来のＦＡＤＧＤＨ、ムコール・サブチリシマス由来のＦＡＤＧＤＨ、シルシネラ・シンプレックス由来のＦＡＤＧＤＨ、メタリジウム・エスピー由来のＦＡＤＧＤＨ又はコレトトリカム・エスピー由来のＦＡＤＧＤＨであり、好ましくは、配列番号１～６のアミノ酸配列と８０％以上の同一性を有し、より好ましくは、配列番号１～６のアミノ酸配列と９０％以上の同一性を有し、さらに好ましくは、配列番号１～６のアミノ酸配列と９５％以上の同一性を有し、グルコース脱水素活性を有するものを挙げることができる。アミノ酸配列の同一性は、市販の又は電気通信回線（インターネット）を通じて利用可能な解析ツールを用いて算出することができ、例えば、全米バイオテクノロジー情報センター（ＮＣＢＩ）の相同性アルゴリズムＢＬＡＳＴ（Basic local alignment search tool）http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/ においてデフォルト（初期設定）のパラメータを用いて、算出することができる。なお、配列番号１のアミノ酸配列は、アスペルギルス・オリゼ由来のＦＡＤＧＤＨのものであり、配列番号２のアミノ酸配列は、ムコール・ヒエマリス由来のＦＡＤＧＤＨのものであり、配列番号３のアミノ酸配列は、ムコール・サブチリシマス由来のＦＡＤＧＤＨのものであり、配列番号４のアミノ酸配列は、シルシネラ・シンプレックス由来のＦＡＤＧＤＨのものであり、配列番号５のアミノ酸配列は、メタリジウム・エスピー由来のＦＡＤＧＤＨのものであり、配列番号６のアミノ酸配列は、コレトトリカム・エスピー由来のＦＡＤＧＤＨのものである。
　ナノカーボンは、電子伝達機能を有する、ナノカーボンとして認識される物質であれば特に制限されない。そのような物質としては、例えば、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノツイスト、コクーン、カーボンナノコイル、グラフェン、フラーレンなどを含む、主に炭素により構成されている炭素材料を意味する。カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブであっても、二層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブであってもよい。一実施形態において、ナノカーボンは、カーボンナノチューブであることが好ましく、単層カーボンナノチューブであることが好ましい。
　ナノカーボンに付着又は近接する芳香環骨格を有する化合物は、ナノカーボンによる酵素と作用極との間の電子伝達を促進させる電子伝達促進剤である限り、特に制限されない。芳香環骨格の環構成原子の数は、例えば、５～１８、好ましくは５～１６、さらに好ましくは５～１４である。芳香環骨格には、１つのベンゼン環からなる骨格、２以上（例えば、２～４）のベンゼン環からなる骨格（ナフタレン骨格、アントラセン骨格など）、ベンゼン環と他の芳香環（含窒素芳香環、含酸素芳香環、含硫黄芳香環など）との縮合環からなる骨格（フェナントロリン骨格、ベンゾフラン骨格、ベンゾイミダゾール骨格、カルバゾール骨格など）、炭素と他の元素（窒素、酸素、硫黄など）により構成される芳香環からなる骨格（トリアジン骨格、トリアゾール骨格、ピリジン骨格など）を有するものが包含される。芳香環骨格を有する化合物は、単独ではメディエーターとしての機能を有しない化合物であることが好ましい。ここで、「単独ではメディエーターとしての機能を有しない」とは、ベンゾキノンや１－メトキシフェナジンメトサルフェートのように電極と酵素との間あるいは電極と基質との間で電子伝達を単独で行うという機能を持たないことを意味する。
　一実施形態において、芳香環骨格を有する化合物は、電子供与性の置換基を有することが好ましい。電子供与性の置換基とは、ヒドロキシ基、アミノ基、及びメチル基等のことである。好ましい電子供与性の置換基は、ヒドロキシ基である。電子供与性の置換基及び芳香環骨格を有する化合物としては、ヒドロキシ基が置換されたベンゼン環を有する化合物（例えば、チモール、フェノール、ビス（４－ヒドロキシフェニル）スルホン、チロシン二ナトリウム水和物、サリチル酸ナトリウム、５－ヒドロキシインドール、ロイコキニザリン、カルバクロール、１，５－ナフタレンジオール、４－イソプロピル－３－メチルフェノール、２－イソプロピルフェノール、４－イソプロピルフェノール、１－ナフトール、２－ｔｅｒｔ－ブチル－５－メチルフェノール、２，４，６－トリメチルフェノール、２，６－ジイソプロピルフェノール、２－ｔｅｒｔ－ブチル－４－エチルフェノール、６－ｔｅｒｔ－ブチル－２，４－キシレノール、２－ｔｅｒｔ－ブチル－４－メチルフェノール、２－ｔｅｒｔ－ブチル－６－メチルフェノール、２，４－ジ－ｔｅｒｔ－ブチルフェノール、および２，４－ジ－ｔｅｒｔ－ブチル－５－メチルフェノール、ビス（ｐ－ヒドロキシフェニル）メタン、３－ｔｅｒｔ－ブチルフェノール、ｏ－クレゾール、ｍ－クレゾール、ｐ－クレゾール）、アミノ基が置換されたベンゼン環を有する化合物（例えば、アニリン）、メチル基が置換されたベンゼン環を有する化合物（例えば、トルエン、２－イソプロピル－５－メチルアニソール）を挙げることができる。
　上記化合物の中でも、チモール、フェノールおよびカルバクロールが好ましい。
　芳香環骨格を有する化合物をナノカーボンに付着又は近接させることによって、ナノカーボンによる酵素と作用極との間の電子伝達を促進させることができる。芳香環骨格を有する化合物とナノカーボンとは、分子間相互作用によって付着又は近接していることが好ましい。
　芳香環骨格を有する化合物をナノカーボンに付着又は近接させる手段は特に制限されない。例えば、ナノカーボンと芳香環骨格を有する化合物とを混合すること（溶液中での混合を含む）、又はナノカーボン上に芳香環骨格を有する化合物を配置することによって実施することができる。ナノカーボンに近接又は付着して配置された芳香環骨格を有する化合物は、固定されていても、固定されていなくてもよい。固定は、ナノカーボン及び芳香環骨格を有する化合物の機能を阻害しない限り制限されず、公知の手段から適宜選択して使用することができる。
　電子伝達を促進させるためにナノカーボンに付着又は近接させる芳香環骨格を有する化合物の量は特に制限されない。芳香環骨格を有する化合物の量は、特に制限されない。芳香環骨格を有する化合物の量は、ナノカーボン１００質量部に対して、例えば、０．００１質量部以上、好ましくは０．０１質量部以上、さらに好ましくは０．１質量部以上である。また、芳香環骨格を有する化合物の量は、ナノカーボン１００質量部に対して、例えば、１０００００質量部以下、好ましくは１００００質量部以下、さらに好ましくは１０００質量部以下である。前記下限及び上限は任意に組み合わせることができる。また、芳香環骨格を有する化合物の量は、酵素１００質量部に対して、例えば、０．００１質量部以上、好ましくは０．０１質量部以上、さらに好ましくは０．１質量部以上である。また、芳香環骨格を有する化合物の量は、酵素１００質量部に対して、例えば、１００００００質量部以下、好ましくは１０００００質量部以下、さらに好ましくは１００００質量部以下である。前記下限及び上限は任意に組み合わせることができる。
　作用極は、さらに分散剤を含んでいてもよい。分散剤は、ナノカーボンの凝集を抑制し、分散させることが可能な物質であれば、特に制限されない。分散剤としては、例えば、コール酸ナトリウム、デオキシコール酸ナトリウム、ドデシル硫酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、セチルトリメチルアンモニウムブロミド、オクチルフェノールエトキシレート等を挙げることができる。分散剤は１種単独であっても２種以上の組み合わせであってもよい。一実施形態において、好ましい分散剤は、コール酸ナトリウム、デオキシコール酸ナトリウムである。
　作用極の形状は、電極として使用し得る形状であれば特に制限されず、例えば、線状、コイル状、網状、棒状、フィルム状、又は板状であってもよい。一実施形態において、作用極は、バイオセンサに利用される酵素を固定させた電極に適した基板を有することが好ましく、基板は、絶縁性基板上に金属膜（例えば、金属薄膜）が形成されたものであることが好ましい。絶縁性基板は、例えば、ガラス基板又はプラスチック基板（例えば、ＰＥＴ基板）を用いることができる。金属膜を形成する金属の種類は、電極に使用されるものであれば特に制限されず、例えば、金、白金、及びチタン等を挙げることができる。また、基板は、絶縁性基板上に金属膜の代わりに炭素膜（例えば、カーボンペーストによる炭素薄膜）が形成されたものであってもよい。
　一実施形態において、作用極は、ナノカーボン、芳香環骨格を有する化合物、及び酵素が基板に積載されたものであることが好ましい。これらの物質の積載方法は、特に制限されない。例えば、これらの物質の各々を分散又は溶解させた溶液を調製し、順次基板上の所定部位（基板が、絶縁性基板上に金属薄膜が形成されたものである場合、金属薄膜が形成された場所）に滴下し、乾燥させるという操作を繰り返すことにより、積載することができる。又は、これらの物質の各々を分散又は溶解させた溶液を調製した後、これらを１つに混合し、基板上の所定部位に滴下し、乾燥させることにより、積載することができる。分散媒又は溶媒としては、特に制限されず、水、アルコール系溶媒（例えば、エタノール）、ケトン系溶媒（例えば、アセトン）、これらの組み合わせが挙げられる。
　一実施形態において、ナノカーボンを分散させた分散液に分散剤を配合することが好ましい。分散剤の配合割合は任意であるが、例えば、０．２～２％（ｗ／ｖ）配合することが好ましい。なお、ナノカーボンの配合割合も任意であるが、例えば、０．０５～０．５％（ｗ／ｖ）配合することが好ましい。
　積載する順序は任意であるが、一実施形態において、ナノカーボン→酵素→芳香環骨格を有する化合物、又はナノカーボン→芳香環骨格を有する化合物→酵素の順で積載することが好ましく、これらを同時に積載することも好ましい。
　ナノカーボン、芳香環骨格を有する化合物、及び酵素の使用量は特に制限されない。
　一実施形態において、ナノカーボン、芳香環骨格を有する化合物、及び、酵素は、基板に固定化されていてもよい。固定化は、公知の方法を適宜選択して実施することができる。例えば、テトラフルオロエチレン/パーフルオロ[2－(フルオロスルホニルエトキシ)ポリビニルエーテル]共重合体（例：ナフィオン（商標））及びカルボキシルメチルセルロース等の固定化に適した物質を溶解させた液体を、基板上の上記各物質を積載した部位に滴下し、乾燥させることによって、固定化することができる。一実施形態において、ナノカーボン、芳香環骨格を有する化合物、及び酵素を基板に積載したのち、これらの物質を覆うようにカルボキシルメチルセルロース等のポリマー物質で処理することが好ましい。
　一実施形態において、センサは、さらに作用極及び対極を浸漬する溶媒を含むことが好ましい。当該実施形態において、作用極はナノカーボン及び酵素が基板に積載されたものであり、作用極を浸漬する溶媒（測定対象物質又は基質を含むもの）に芳香環骨格を有する化合物を含有させることが好ましい。溶媒としては、典型的には、緩衝液が挙げられ、その例としては、酢酸塩緩衝液、クエン酸塩緩衝液、リン酸塩緩衝液、硼酸塩緩衝液などが挙げられる。
　溶媒中の測定対象物質又は基質の濃度は、特に限定されず、測定に必要な任意の濃度に設定できる。
　溶媒中の芳香環骨格を有する化合物の濃度は、特に限定されない。前記濃度の下限は、例えば、０．０００００１％（ｗ／ｖ）、好ましくは０．０００００５％（ｗ／ｖ）、より好ましくは０．００００１％（ｗ／ｖ）、より好ましくは０．００００５％（ｗ／ｖ）、より好ましくは０．０００１％（ｗ／ｖ）、より好ましくは０．０００５％（ｗ／ｖ）、より好ましくは０．００１％（ｗ／ｖ）、より好ましくは０．００５％（ｗ／ｖ）、より好ましくは０．０１％（ｗ／ｖ）である。前記濃度の上限は、例えば、２％（ｗ／ｖ）、好ましくは１．５％（ｗ／ｖ）、より好ましくは１％（ｗ／ｖ）である。前記下限及び上限は任意に組み合わせることができる。
　センサは、参照極を含んでいてもよいが、参照極を含んでいなくても、作用極及び対極の２電極により、電子伝達を検出又は測定することができるため、構成の簡略化から、参照極を含まないことが好ましい。
　センサは、さらにポテンションスタット及び電流検出回路等のバイオセンサが通常備える構成を備えることができる。カウンター電極、ポテンションスタット、及び電流検出回路等の具体的な構成は、センサが目的とする測定が可能である限り任意であり、当該技術分野に公知の手段から適宜選択して設計することができる。
　これらのセンサを用いて目的物の検出・測定が可能である。
　以下、実施例により本発明についてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに制限されるものではない。
［実施例１］
　ＰＥＴ基板に金を蒸着したシートを用いて、２．２５ｍｍ２の電極部位（作用極部位）を持つ電極チップを作製した（図１）。図１において、「１」はＰＥＴフィルムであり、「２」は粘着シートであり、「３」は金蒸着ＰＥＴフィルムであり、「４」は電極部位（作用極部位）である。この作用極部位に２％（ｗ／ｖ）のコール酸ナトリウム及び０．１５％（ｗ／ｖ）の単層カーボンナノチューブ（ＳｕｐｅｒＰｕｒｅＴｕｂｅｓ、ＮａｎｏＩｎｔｅｇｒｉｓ社、外径１．１～１．７ｎｍ）を含む水分散液を０．６μＬ滴下し乾燥させた。カーボンナノチューブ分散液の乾燥後、作用極部位に超純水に溶解したＦＡＤＧＤＨ（配列番号２のアミノ酸配列を有する；８．６Ｕ／μＬ）を０．６μＬ滴下し乾燥させた。ＦＡＤＧＤＨ液の乾燥後、作用極部位に２％（ｗ／ｖ）チモール溶液（５０％（ｖ／ｖ）エタノールに溶解）を０．３μＬ滴下し乾燥させた。化合物液の乾燥後、作用極部位に３％（ｗ／ｖ）ナフィオン液を０．６μＬ滴下し、乾燥させ、カーボンナノチューブ、ＦＡＤＧＤＨ、及びチモールを作用極部位に固定化した作用極チップを作製した。
　ＰＥＴ基板に金を蒸着したシートを用いて、９ｍｍ２の対極部位を持つ電極チップを作製した（図２）。図２において、「５」はＰＥＴフィルムであり、「６」は粘着シートであり、「７」は金蒸着ＰＥＴフィルムであり、「８」は対極部位である。グラファイト粉末と流動パラフィンを質量比１：１で混合しカーボンペーストを調製した。調製したカーボンペーストと以下の（１）～（３）の化合物を質量比２：１で混合し、対極部位に塗布した対極チップを作製した。
（１）酸化銀
（２）二酸化マンガン
（３）マンガン酸バリウム
　電気化学アナライザー（ＡＬＳ／ＣＨＩ　６６０Ｂ、ビー・エー・エス社）の作用極及び対極に、それぞれ、上記で作製した作用極チップ及び対極チップをセットした。これら２つの電極を４０ｍＭリン酸ナトリウム緩衝液（ｐＨ７．４）に浸漬した。この緩衝液にグルコースを添加しない（０ｍＭ）、或いはグルコースを５ｍＭ又は１４ｍＭとなるように添加する場合においてクロノアンペロメトリーによる測定を実施し、２電極間に＋０．４Ｖの過電圧を印加した際の電流値を測定した。
　グルコース濃度０ｍＭ、５ｍＭ、及び１４ｍＭで測定したクロノアンペログラムを図３（酸化銀）、図４（二酸化マンガン）、及び図５（マンガン酸バリウム）にそれぞれ示す。図３～図５に示すクロノアンペログラムにおいて、測定開始から５秒後の電流値は下記表１の通りであった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
［比較例１］
　実施例１の対極チップの作製工程において、化合物（１）～（３）を化合物（４）硫化銀に変更するか、カーボンペーストを化合物（１）～（３）と混合せずに用いるか、カーボンペーストを用いない以外は、実施例１と同様にしてクロノアンペログラムを得た。
　グルコース濃度０ｍＭ、５ｍＭ、及び１４ｍＭで測定したクロノアンペログラムを図６（硫化銀）、図７（カーボンペーストのみ）、及び図８（カーボンペーストなし）にそれぞれ示す。図６～図８に示すクロノアンペログラムにおいて測定開始から５秒後の電流値は下記表２の通りであった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　実施例１及び比較例１の結果から、対極部位にカーボンペーストのみを塗布しただけではグルコース応答電流が測定されない条件でも、酸化銀、二酸化マンガン、又はマンガン酸バリウムを添加することによりグルコース応答電流が測定されることが判明した。一方、硫化銀を添加した場合にはグルコース応答電流は測定されないことが判明した。
［実施例２］
　実施例１と同様に、ＰＥＴ基板に金を蒸着したシートを用いて、２．２５ｍｍ２の電極部位を持つ電極チップを作製した（図１）。
　図１の電極部位（作用極部位）に２％（ｗ／ｖ）のコール酸ナトリウム及び０．１５％（ｗ／ｖ）の単層カーボンナノチューブ（ＳｕｐｅｒＰｕｒｅＴｕｂｅｓ、ＮａｎｏＩｎｔｅｇｒｉｓ社、外径１．１～１．７ｎｍ）を含む水分散液を０．６μＬ滴下し乾燥させた。カーボンナノチューブ分散液の乾燥後、作用極部位に超純水に溶解したＦＡＤＧＤＨ（配列番号２のアミノ酸配列を有する；８．６Ｕ／μＬ）を０．６μＬ滴下し乾燥させた。ＦＡＤＧＤＨ液の乾燥後、作用極部位に２％（ｗ／ｖ）チモール溶液（５０％（ｖ／ｖ）エタノールに溶解）を０．３μＬ滴下し乾燥させた。化合物液の乾燥後、作用極部位に３％（ｗ／ｖ）ナフィオン液を０．６μＬ滴下し、乾燥させ、カーボンナノチューブ、ＦＡＤＧＤＨ、及びチモールを作用極部位に固定化した作用極チップを作製した。
　以下の（１）の多孔質炭素を１５％（ｗ／ｖ）含む水分散液、及び、以下の（２）の多孔質炭素を１．５％（ｗ／ｖ）含む水分散液を調製した。
（１）活性炭粉末（富士フイルム和光純薬社、０３１－１８１０３、粒径１００メッシュ通過分）
（２）クノーベル（商標）粉末（東洋炭素社、ＭＪ（４）０１０、比表面積１１００ｍ２／ｇ、粒径１００メッシュ通過分）
　図１の電極部位（対極部位）に、（１）の多孔質炭素を含む水分散液１．３μＬ、又は（２）の多孔質炭素を含む水分散液３．８μＬを滴下し、乾燥させた。乾燥後、３％（ｗ／ｖ）ナフィオン液を１．３μＬ滴下し、乾燥させ、多孔質炭素を対極部位に固定化した対極チップを作製した。
　電気化学アナライザー（ＡＬＳ／ＣＨＩ　６６０Ｂ、ビー・エー・エス社）の作用極及び対極に、それぞれ、上記で作製した作用極チップ及び対極チップをセットした。これら２つの電極を４０ｍＭリン酸ナトリウム緩衝液（ｐＨ７．４）に浸漬した。この緩衝液にグルコースを添加しない（０ｍＭ）、或いはグルコースを５ｍＭ又は１４ｍＭとなるように添加する場合においてクロノアンペロメトリーによる測定を実施し、２電極間に＋０．４Ｖの過電圧を印加した際の電流値を測定した。
　グルコース濃度０ｍＭ、５ｍＭ、及び１４ｍＭで測定したクロノアンペログラムを図９（活性炭）、図１０（クノーベル（商標））、及び図１１（多孔質炭素なし）にそれぞれ示す。図９～図１１に示すクロノアンペログラムにおいて、測定開始から５秒後の電流値は下記表３の通りであった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　実施例２の結果から、多孔質炭素を固定化していない対極の場合ではグルコース応答電流が測定されない条件でも、多孔質炭素として活性炭又はクノーベル（商標）を対極上に固定化することによりグルコース応答電流が測定されることが判明した。
［実施例３］
　粒径の異なる活性炭粉末を用いた場合の実施例を以下に示す。２％（ｗ／ｖ）のコール酸ナトリウム及び０．１５％（ｗ／ｖ）の単層カーボンナノチューブ（ＳｕｐｅｒＰｕｒｅＴｕｂｅｓ、ＮａｎｏＩｎｔｅｇｒｉｓ社、外径１．１～１．７ｎｍ）を含む水分散液３７．５μＬと、超純水に溶解したＦＡＤＧＤＨ（配列番号２のアミノ酸配列を有する；６０Ｕ／μＬ）５．４μＬとを混合した。５０％（ｖ／ｖ）エタノールに溶解させた１％（ｗ／ｖ）チモール溶液を超純水により１０倍希釈し０．１％（ｗ／ｖ）チモール溶液を調製し、当該溶液３２．４μＬを前記単層カーボンナノチューブ及びＦＡＤＧＤＨを含む溶液に添加混合した。当該混合液を図１に示す２．２５ｍｍ２の電極部位（作用極部位）に０．６μＬ滴下し乾燥させた。乾燥後、１％（ｗ／ｖ）ナフィオン液を０．６μＬ滴下し、乾燥させ、カーボンナノチューブ、ＦＡＤＧＤＨ、及びチモールを固定化した作用極チップを作製した。
　粒径の異なる以下の（１）、（３）及び（４）の活性炭粉末を１０％（ｗ／ｖ）含む水分散液を調製し、図１に示す２．２５ｍｍ２の電極部位（対極部位）に１．０μＬを滴下し、乾燥させた。乾燥後、１％（ｗ／ｖ）ナフィオン液を０．６μＬ滴下し、乾燥させ、活性炭粉末を電極部位に固定化した対極チップを作製した。
（１）１５０μｍ（富士フイルム和光純薬社、０３１－１８１０３、１００メッシュ通過分）
（３）６μｍ（ユー・イー・エス社、ＫＤ－ＰＷＳＰ、レーザー回折散乱法により測定された平均粒径６μｍ、比表面積１３２４ｍ２／ｇ）
（４）０．３μｍ（ユー・イー・エス社、ＵＮＰ、レーザー回折散乱法により測定された平均粒径０．３μｍ、比表面積１３５５ｍ２／ｇ）
　電気化学アナライザー（ＡＬＳ／ＣＨＩ　６６０Ｂ、ビー・エー・エス社）の作用極及び対極に、それぞれ、上記で作製した作用極チップ及び対極チップをセットした。これら２つの電極を４０ｍＭリン酸ナトリウム緩衝液（ｐＨ７．４）に浸漬した。この緩衝液にグルコースを添加しない（０ｍＭ）、或いはグルコースを１４ｍＭとなるように添加する場合においてクロノアンペロメトリーによる測定を実施し、２電極間に＋０．４Ｖの過電圧を印加した際の電流値を測定した。
　グルコース濃度０ｍＭ及び１４ｍＭで測定したクロノアンペログラムにおいて、測定開始から５秒後の電流値は下記表４の通りであった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　実施例３の結果から、粒径の異なる活性炭粉末を対極上に固定化することでもグルコース応答電流が測定されることが判明した。

Claims (13)

  1. 　芳香環骨格を有する化合物が付着又は近接するナノカーボンと酵素とを含む作用極に対する対極の改質剤であって、金属酸化物及び／又は多孔質炭素を含む改質剤。
  2. 　金属酸化物が水及び有機溶媒に不溶な金属酸化物である、請求項１に記載の改質剤。
  3. 　金属酸化物が、Cu２O、CuO、Ag２O、MnO２、BaMnO４、OsO４、及びPbO２からなる群より選択される少なくとも一種である、請求項１又は２に記載の改質剤。
  4. 　多孔質炭素の比表面積が５００ｍ２／ｇ以上である、請求項１～３のいずれかに記載の改質剤。
  5. 　多孔質炭素の粒径が２００μｍ以下である、請求項１～４のいずれかに記載の改質剤。
  6. 　多孔質炭素の平均粒径が１５０μｍ以下である、請求項１～５のいずれかに記載の改質剤。
  7. 　芳香環骨格を有する化合物が、チモール、フェノール、ビス（４－ヒドロキシフェニル）スルホン、チロシン二ナトリウム水和物、サリチル酸ナトリウム、トルエン、５－ヒドロキシインドール、アニリン、ロイコキニザリン、カルバクロール、１，５－ナフタレンジオール、４－イソプロピル－３－メチルフェノール、２－イソプロピルフェノール、４－イソプロピルフェノール、１－ナフトール、２－ｔｅｒｔ－ブチル－５－メチルフェノール、２，４，６－トリメチルフェノール、２，６－ジイソプロピルフェノール、２－ｔｅｒｔ－ブチル－４－エチルフェノール、６－ｔｅｒｔ－ブチル－２，４－キシレノール、２－ｔｅｒｔ－ブチル－４－メチルフェノール、２－ｔｅｒｔ－ブチル－６－メチルフェノール、２，４－ジ－ｔｅｒｔ－ブチルフェノール、２，４－ジ－ｔｅｒｔ－ブチル－５－メチルフェノール、ビス（ｐ－ヒドロキシフェニル）メタン、３－ｔｅｒｔ－ブチルフェノール、２－イソプロピル－５－メチルアニソール、ｏ－クレゾール、ｍ－クレゾール、及びｐ－クレゾールからなる群より選択される、請求項１～６のいずれかに記載の改質剤。
  8. 　ナノカーボンがカーボンナノチューブである、請求項１～７のいずれかに記載の改質剤。
  9. 　酵素がフラビン結合型グルコースデヒドロゲナーゼである、請求項１～８のいずれかに記載の改質剤。
  10. 　芳香環骨格を有する化合物が付着又は近接するナノカーボンと酵素とを含む作用極に対する対極であって、請求項１～９のいずれかに記載の改質剤を含む対極。
  11. 　芳香環骨格を有する化合物が付着又は近接するナノカーボンと酵素とを含む作用極、及び請求項１０に記載の対極を含むセンサ。
  12. 　参照極を含まない、請求項１１に記載のセンサ。
  13. 　対極の表面積が作用極の表面積よりも大きい、請求項１１又は１２に記載のセンサ。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024101215A1 (ja) * 2022-11-11 2024-05-16 東洋紡株式会社 試料中の基質の測定方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001318071A (ja) * 2000-03-02 2001-11-16 Fumiyo Kusunoki 潰瘍性大腸疾患測定電極、潰瘍性大腸疾患測定装置及び潰瘍性大腸疾患判定方法
WO2005088288A1 (ja) * 2004-03-10 2005-09-22 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology カーボンナノチューブバイオセンサ
JP2013011495A (ja) * 2011-06-28 2013-01-17 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 生化学反応用炭素電極
JP2013190212A (ja) * 2012-03-12 2013-09-26 Dainippon Printing Co Ltd バイオセンサ及びその製造方法
JP2016188794A (ja) * 2015-03-30 2016-11-04 シーシーアイ株式会社 バイオセンサ
WO2018088391A1 (ja) * 2016-11-08 2018-05-17 Jsr株式会社 酵素センサ及び酵素センサシステム
JP2019138718A (ja) * 2018-02-08 2019-08-22 日東電工株式会社 センサ用電極材、センサ用電極、センサ、及びバイオセンサ

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001318071A (ja) * 2000-03-02 2001-11-16 Fumiyo Kusunoki 潰瘍性大腸疾患測定電極、潰瘍性大腸疾患測定装置及び潰瘍性大腸疾患判定方法
WO2005088288A1 (ja) * 2004-03-10 2005-09-22 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology カーボンナノチューブバイオセンサ
JP2013011495A (ja) * 2011-06-28 2013-01-17 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 生化学反応用炭素電極
JP2013190212A (ja) * 2012-03-12 2013-09-26 Dainippon Printing Co Ltd バイオセンサ及びその製造方法
JP2016188794A (ja) * 2015-03-30 2016-11-04 シーシーアイ株式会社 バイオセンサ
WO2018088391A1 (ja) * 2016-11-08 2018-05-17 Jsr株式会社 酵素センサ及び酵素センサシステム
JP2019138718A (ja) * 2018-02-08 2019-08-22 日東電工株式会社 センサ用電極材、センサ用電極、センサ、及びバイオセンサ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024101215A1 (ja) * 2022-11-11 2024-05-16 東洋紡株式会社 試料中の基質の測定方法

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