JP3527185B2 - Electrochemical measurement method of living tissue - Google Patents
Electrochemical measurement method of living tissueInfo
- Publication number
- JP3527185B2 JP3527185B2 JP2000265484A JP2000265484A JP3527185B2 JP 3527185 B2 JP3527185 B2 JP 3527185B2 JP 2000265484 A JP2000265484 A JP 2000265484A JP 2000265484 A JP2000265484 A JP 2000265484A JP 3527185 B2 JP3527185 B2 JP 3527185B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- modified
- array
- electrodes
- enzyme
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、生体組織の電気化
学計測方法に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to electrification of living tissue.
Study method .
【0002】[0002]
【従来の技術】電気化学的手法による溶液中あるいは気
体中の特定の物質の検出は、装置が簡便かつ安価である
ため広く使用されている。特に、pH電極やイオン電極
のように汎用性の高い電極は、水質管理等の環境測定で
は不可欠である。2. Description of the Related Art Detection of a specific substance in a solution or gas by an electrochemical method is widely used because the device is simple and inexpensive. In particular, highly versatile electrodes such as pH electrodes and ion electrodes are indispensable for environmental measurement such as water quality control.
【0003】さらに、近年では電極の微小化に伴って
(例えば、M. Morita, O. Niwa, T. Horiuchi, Electro
chemical Acta, 42, 3177-3183, 1997)、極微小範囲に
おける時間分解能の高い「その場」測定を行うことがで
きるようになったため、電極は生体を対象にした測定に
も用いられるようになった(例えば、K. Torimitsu, O.
Niwa, Neuro Report, 8, 1353-1358, 1997)。電気化学
的な測定法では生体組織や細胞に対するダメージを軽減
することが可能であるため、同じ生体試料を長時間用い
ることができ、また繰り返し用いることが可能である。Furthermore, in recent years, along with the miniaturization of electrodes (for example, M. Morita, O. Niwa, T. Horiuchi, Electro
(Chemical Acta, 42, 3177-3183, 1997), it became possible to perform “in-situ” measurement with high time resolution in the extremely small range, so that the electrodes can also be used for measurements on living bodies. (For example, K. Torimitsu, O.
Niwa, Neuro Report, 8, 1353-1358, 1997). Since the electrochemical measurement method can reduce damage to living tissues and cells, the same biological sample can be used for a long time and can be used repeatedly.
【0004】さらに、微小電極を多数使用したアレイ型
電極を用いた、電気化学的手法による生体多点計測の試
みもなされている(N. Kasai, Y. Jimbo, O. Niwa, T.
Matsue, K. Torimitsu, Abstract for International M
eeting of ElectrochemicalSociety, 99-2, 1986, 199
9)。アレイ型電極を用いた測定法は、同時に複数の微
小領域における物質の濃度の変化を計測し、物質の分布
の動的変化を得るのに極めてすぐれた手法である。Furthermore, attempts have been made to measure biological multipoints by an electrochemical method using an array type electrode using a large number of microelectrodes (N. Kasai, Y. Jimbo, O. Niwa, T.
Matsue, K. Torimitsu, Abstract for International M
eeting of Electrochemical Society, 99-2, 1986, 199
9). The measurement method using an array-type electrode is an extremely excellent method for measuring changes in the concentration of a substance in a plurality of minute regions at the same time and obtaining a dynamic change in the distribution of the substance.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】電気化学的検出におい
て電極に特異性を与える際に頻繁に用いられる方法とし
て、電極上を修飾物により修飾する方法がある。修飾物
というのは、酵素、および酵素反応を効率よく検出する
ための電子移動メディエータの少なくとも一方である。As a method frequently used to give specificity to an electrode in electrochemical detection, there is a method of modifying the electrode with a modifier. The modified product is at least one of an enzyme and an electron transfer mediator for efficiently detecting an enzymatic reaction.
【0006】しかし、従来は、上記のような1つあるい
は複数の微小電極上を修飾物により修飾する場合、「酵
素、電子移動メディエータの少なくとも一方」(以下、
「酵素/メディエータ」と記す)を望む領域のみを修飾
することは困難であった。すなわち、酵素/メディエー
タを含む溶液を電極上のみに塗布することはできず、電
極およびその周辺部全体に塗布するという方法で行って
いた。However, conventionally, when one or more microelectrodes as described above are modified with a modifier, "at least one of an enzyme and an electron transfer mediator" (hereinafter,
It was difficult to modify only the regions where "enzymes / mediators") were desired. That is, the solution containing the enzyme / mediator cannot be applied only to the electrode, but is applied to the entire electrode and its peripheral portion.
【0007】しかし、この方法では、各微小電極上を修
飾する酵素/メディエータの量を制御したり、均一な修
飾を行うことは困難である。また、異なる酵素/メディ
エータを複数の電極のうちの任意の電極上に修飾するこ
とは不可能である。また、修飾された電気化学的に活性
な物質が電極間に位置している場合、条件によっては、
その物質を通して電流が流れるなど電極間の相互干渉が
発生する。さらに、修飾される酵素の絶対量が多いた
め、酵素によって測定溶液中の測定対象である基質が消
費されて、溶液の濃度が低くなり、測定そのものの信頼
性を損なうことがある。[0007] However, with this method, it is difficult to control the amount of enzyme / mediator that modifies each microelectrode and to perform uniform modification. Also, it is not possible to modify different enzymes / mediators on any of the electrodes. In addition, when the modified electrochemically active substance is located between the electrodes, depending on the conditions,
Mutual interference occurs between electrodes, such as current flowing through the substance. Further, since the absolute amount of the enzyme to be modified is large, the enzyme consumes the substrate to be measured in the measurement solution and the concentration of the solution becomes low, which may impair the reliability of the measurement itself.
【0008】そのため、単数あるいは複数の任意の電極
上のみに酵素/メディエータを修飾する技術が必要不可
欠の段階にきている。Therefore, the technique of modifying the enzyme / mediator only on one or more arbitrary electrodes is at an indispensable stage.
【0009】本発明の目的は、上述した従来技術におけ
る問題点を解消するものであって、例えばラット海馬内
の神経細胞間の情報伝達を担う代表的な神経伝達物質で
あるグルタミン酸のリアルタイム多点計測が可能とな
り、複数の細胞や生体組織を対象にした神経伝達物質の
分布のリアルタイムモニタリングが可能となる生体組織
の電気化学計測方法を提供することにある。The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in the prior art, for example, in the rat hippocampus.
Is a typical neurotransmitter responsible for information transmission between nerve cells of
Enables real-time multipoint measurement of certain glutamic acid
Of multiple neurotransmitters targeting multiple cells and biological tissues
Living tissue that enables real-time monitoring of distribution
The object of the present invention is to provide an electrochemical measurement method of.
【0010】[0010]
【0011】前記課題を解決するために、本発明の生体
組織の電気化学計測方法は、電極が基板上にアレイ状に
配列され、該電極部分のみが選択的に酵素または電子移
動メディエータの少なくとも一方を含む修飾物により修
飾されているアレイ状の作用極を用い、上記アレイ状の
作用極を生体組織切片に密着させて測定溶液に浸し、上
記測定溶液に対極および参照極を配置して上記アレイ状
の作用極の各電極の電流変化を計測することを特徴とす
る。また、上記生体組織切片として脳切片を用いること
を特徴とする。また、上記生体組織切片として海馬切片
を用いることを特徴とする。また、上記測定溶液として
HEPES緩衝溶液を用いることを特徴とする。また、
上記修飾物として少なくともグルタミン酸酸化酵素を含
む修飾物により修飾されているアレイ状の作用極を用い
ることを特徴とする。また、上記修飾物として少なくと
もペルオキシダーゼを含む修飾物により修飾されている
アレイ状の作用極を用いることを特徴とする。また、上
記修飾物として少なくともオスミウムビピリジンを含む
修飾物により修飾されているアレイ状の作用極を用いる
ことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the living body of the present invention
In the method of electrochemical measurement of tissue , electrodes are arranged in an array on a substrate, and only the electrode portions selectively undergo enzyme or electron transfer.
Using an array-shaped working electrode modified with a modified product containing at least one of the dynamic mediators ,
Place the working electrode in close contact with the biological tissue section and immerse it in the measurement solution.
Arrange the counter electrode and the reference electrode in the measurement solution and
It is characterized by measuring the current change of each electrode of the working electrode of . Also, use a brain slice as the living tissue slice.
Is characterized by. In addition, a hippocampal slice is used as the biological tissue slice.
Is used. Also, as the measurement solution
It is characterized by using a HEPES buffer solution. Also,
The modified product contains at least glutamate oxidase.
Using an array-shaped working electrode modified with
It is characterized by Also, at least the above-mentioned modified product
Is also modified with modified products including peroxidase
It is characterized by using an array of working electrodes. Also on
Includes at least osmium bipyridine as a modification
Use working electrodes in array form modified with modifiers
It is characterized by
【0012】[0012]
【0013】[0013]
【0014】[0014]
【0015】[0015]
【0016】[0016]
【0017】[0017]
【0018】[0018]
【0019】[0019]
【0020】[0020]
【発明の実施の形態】本発明は、電極に流れる電流を利
用して電極上のみに効率よく酵素/メディエータを修飾
することにポイントがある。つまり、電極に電位を印加
する、あるいは電流を流すという至極簡便な方法によ
り、電極表面で例えば高分子が電気化学的に、すなわ
ち、酸化あるいは還元されて堆積する際に、同時に酵素
/メディエータを電極上に固定する。高分子とは、分子
量が10000以上の分子で、主として共有結合で連な
り、ある構造単位が規則的に繰り返された構造になって
いる化合物である。なお、本発明では、酵素/メディエ
ータが結合しているような高分子を用いることも可能で
ある(例えば、後述のポリビニルビピリジンは、西洋ワ
サビペルオキシダーゼという酵素と、オスミウムビピリ
ジン([Os(bpy)2Cl]2+/3+)という電
子移動メディエータが共有結合で結合している)。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The point of the present invention is to efficiently modify an enzyme / mediator only on an electrode by using an electric current flowing through the electrode. That is, when a polymer, for example, is electrochemically deposited on the electrode surface electrochemically, that is, when it is oxidized or reduced, the enzyme / mediator is simultaneously applied to the electrode by an extremely simple method of applying a potential to the electrode or passing a current. fixed to the upper. A polymer is a compound having a molecular weight of 10,000 or more, which is mainly a covalent bond and has a structure in which a certain structural unit is regularly repeated. In the present invention, it is also possible to use a polymer having an enzyme / mediator bound thereto (for example, polyvinyl bipyridine described below includes an enzyme called horseradish peroxidase and osmium bipyridine ([Os (bpy) 2 Cl] 2 + / 3 + ) is an electron transfer mediator covalently bound).
【0021】あるいは、電極表面で単分子(高分子では
ない分子。低分子)が重合されて高分子になる際に同時
に酵素/メディエータを取り込み、膜として電極表面に
固定する。なお、本発明では、単分子あるいは高分子が
メディエータとしての役割を担う場合もある。例えば後
述のトルイジンブルーは単分子であるが、電子移動メデ
ィエータでもある。 Alternatively, when a single molecule (a molecule that is not a polymer; a low molecule) is polymerized on the surface of the electrode to form a polymer, the enzyme / mediator is simultaneously taken in and immobilized on the surface of the electrode as a film. In the present invention, a single molecule or a polymer may serve as a mediator. For example below toluidine blue is a single molecule, Ru mower an electron transfer mediator.
【0022】本発明では、同一の酵素/メディエータを
異なる電極上に修飾することにより、異なる領域におけ
る特定物質の分布の変化を観察することが可能である。
また、異なる酵素/メディエータを異なる電極上に修飾
することにより、同時に異なる物質を検出したり、濃度
変化を観察することが可能である。前者の場合は、生体
試料内の特定の物質の分布の変化に、後者の場合は、フ
ローインジェクション法や高速液体クロマトグラフィな
どと組み合わせ、均一の溶液中に含まれる複数の物質の
分析にも使用することが可能である。In the present invention, by modifying the same enzyme / mediator on different electrodes, it is possible to observe changes in the distribution of a specific substance in different regions.
In addition, by modifying different electrodes with different enzymes / mediators, it is possible to simultaneously detect different substances and observe changes in concentration. In the case of the former, it is used to change the distribution of a specific substance in a biological sample, and in the case of the latter, it is used in combination with flow injection method or high performance liquid chromatography to analyze multiple substances contained in a homogeneous solution. It is possible.
【0023】また、本発明では、電流量によって反応や
重合の程度を制御できると同時に、固定される酵素/メ
ディエータの量を制御することが可能である。また、電
流を流していない電極には、高分子の生成・析出や酵素
/メディエータの修飾も行われないため、酵素/メディ
エータを修飾させる電極を、非常に簡単な方法で任意に
選択することも可能である。さらに、ある酵素/メディ
エータを含む溶液中で所定の電極群に電流を流してこれ
らの電極上にその酵素/メディエータを修飾させた後
に、溶液を交換して別の酵素/メディエータを含む溶液
中で、任意に選択した別の電流群に電流を流して、別の
酵素/メディエータを修飾させることも可能である。ま
た、修飾された修飾物である電気化学的に活性な物質は
電極上にのみ存在するため、電極間の電流の相互干渉を
低減できる。さらに、修飾された酵素の絶対量を少なく
するように制御できるため、測定対象である基質の消費
を極力抑えることが可能で、基質の濃度が低くなるのを
抑制し、基質の濃度を正確に測定することができる。Further, in the present invention, it is possible to control the degree of reaction or polymerization by controlling the amount of electric current and at the same time control the amount of immobilized enzyme / mediator. In addition, since the generation / precipitation of the polymer and the modification of the enzyme / mediator are not performed on the electrode that does not pass the current, the electrode that modifies the enzyme / mediator can be arbitrarily selected by a very simple method. It is possible. Furthermore, after applying an electric current to a predetermined electrode group in a solution containing a certain enzyme / mediator to modify the enzyme / mediator on these electrodes, the solution is exchanged in a solution containing another enzyme / mediator. It is also possible to apply an electric current to another arbitrarily selected electric current group to modify another enzyme / mediator. In addition, since the electrochemically active substance that is the modified substance exists only on the electrodes, mutual interference of current between the electrodes can be reduced. Furthermore, since the absolute amount of modified enzyme can be controlled so as to be small, it is possible to minimize the consumption of the substrate to be measured, suppress the decrease in the concentration of the substrate, and accurately measure the concentration of the substrate. Can be measured.
【0024】本発明では、非常に微小な電極に対しても
任意の電極上のみに、酵素/メディエータを精度良く修
飾させることを可能にし、複数の物質を検出できる微小
なセンサとしても極めて有効であり、また、特定の物質
を異なる位置で同時に計測し、二次元あるいは三次元に
おける濃度分布の変化を求めることも可能である。In the present invention, it is possible to precisely modify the enzyme / mediator only on an arbitrary electrode even for an extremely minute electrode, and it is extremely effective as a minute sensor capable of detecting a plurality of substances. Alternatively, it is also possible to measure a specific substance at different positions at the same time and obtain a change in concentration distribution in two or three dimensions.
【0025】[0025]
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例について
詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機
能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明
は省略する。Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. In the drawings described below, components having the same function are designated by the same reference numeral, and repeated description thereof will be omitted.
【0026】参考例1
図1は、本参考例にかかる酵素/メディエータを修飾す
る際に使用した電極(作用極)を説明する上面図であ
る。 Reference Example 1 FIG. 1 is a top view illustrating an electrode (working electrode) used when modifying an enzyme / mediator according to this reference example.
【0027】1は基板、2は電極(作用極)、3はリー
ド部である。Reference numeral 1 is a substrate, 2 is an electrode (working electrode), and 3 is a lead portion.
【0028】本参考例では、基板(例えばガラス基板)
1上に平板酸化インジウムスズ薄膜を形成した後、リソ
グラフィーにより一辺20μmの正方形の電極2からな
る微小平板電極アレイを作製して使用した。電極2のリ
ード部3は絶縁膜(図示省略)で完全に覆い、溶液とは
接触しないようにした。本参考例では電極2以外の基板
1上が覆われている。平板アレイ電極以外にも、一般的
に用いられている円盤電極、平板電極の他、微小針型電
極なども使用可能である。電極2の材料としては、酸化
インジウムスズ以外にも金、白金等の金属や金属酸化
物、炭素などを用いる場合もある。参照極あるいは対極
は、基板1上に作用極と同様に作製される場合もある。In this reference example, a substrate (for example, a glass substrate)
After forming a flat plate indium tin oxide thin film on 1, a fine flat plate electrode array composed of square electrodes 2 having a side of 20 μm was prepared by lithography and used. The lead portion 3 of the electrode 2 was completely covered with an insulating film (not shown) so as not to come into contact with the solution. In this reference example, the substrate 1 other than the electrodes 2 is covered. In addition to the flat plate array electrode, generally used disc electrodes, flat plate electrodes, and microneedle type electrodes can be used. In addition to indium tin oxide, a metal such as gold or platinum, a metal oxide, or carbon may be used as the material of the electrode 2. The reference electrode or the counter electrode may be formed on the substrate 1 in the same manner as the working electrode.
【0029】図2は、本参考例にかかる酵素/メディエ
ータを修飾する際に使用した装置の概略構成を示す図で
ある。FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of an apparatus used for modifying the enzyme / mediator according to this reference example.
【0030】4はマルチポテンシオスタット、5はパー
ソナルコンピュータ、1は基板、6は測定用セル(底の
ない円筒状のガラスと基板1とが一体化され形成されて
いる)、7は溶液、8は参照極、9は対極、10は倒立
顕微鏡、11はCCD(チャージ カプルド デバイ
ス)、12はシールドボックス、13はモニタ、14は
接地である。電極(作用極)2およびリード部3は拡大
して示した。Reference numeral 4 is a multipotentiostat, 5 is a personal computer, 1 is a substrate, 6 is a measuring cell (a cylindrical glass without a bottom and the substrate 1 are integrally formed), 7 is a solution, Reference numeral 8 is a reference electrode, 9 is a counter electrode, 10 is an inverted microscope, 11 is a CCD (charge coupled device), 12 is a shield box, 13 is a monitor, and 14 is a ground. The electrode (working electrode) 2 and the lead portion 3 are shown enlarged.
【0031】マルチポテンシオスタット4(北斗電工
製)を用いて、測定用セル6内に設置した複数の電極2
の電位をそれぞれ制御し、それぞれの電極2上を酵素/
メディエータを修飾した。各々の電極2の電位等の制
御、および電流値等のモニタリングは、パーソナルコン
ピュータ5によって行った。参照極8には銀/塩化銀電
極を、対極9には白金線を用いた。本参考例では、3電
極法(作用極、対極、参照極)を用い、作用極(電極
2)が複数の場合を示したが、電流値が極微量の場合
は、検出は2電極法(作用極と、対極を兼ねた参照極)
でも行うことができる。必要であれば、電極2とマルチ
ポテンシオスタット4との間に電流増幅器を用いる場合
もある。A plurality of electrodes 2 installed in a measuring cell 6 using a multipotentiostat 4 (manufactured by Hokuto Denko).
Of the enzyme /
Modified mediator. The control of the potential of each electrode 2 and the monitoring of the current value and the like were performed by the personal computer 5. A silver / silver chloride electrode was used for the reference electrode 8, and a platinum wire was used for the counter electrode 9. In the present reference example, the three-electrode method (working electrode, counter electrode, reference electrode) is used, and the case where there are a plurality of working electrodes (electrode 2) is shown. However, when the current value is extremely small, the detection is performed by the two-electrode method ( (Working electrode and reference electrode that also serves as the counter electrode)
But you can do it too. If necessary, a current amplifier may be used between the electrode 2 and the multipotentiostat 4.
【0032】西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼと[Os
(bpy)2Cl]2+/3+(オスミウムビピリジ
ン)を含有するポリビニルビピリジン溶液を含むリン酸
緩衝液(pH7.4)を図2のセル6の中に入れ、電極
2の電位を掃引して酵素(西洋ワサビ由来ペルオキシダ
ーゼ)および電子移動メディエータ([Os(bpy)
2Cl]2+/3+)を電極2上に修飾した。なお、高
分子であるポリビニルビピリジンは、西洋ワサビペルオ
キシダーゼという酵素と、[Os(bpy)2Cl]
2+/3+という電子移動メディエータが共有結合で結
合している。電極2の電位を掃引する以外にも、電極2
の電位を固定する、電極2に電位のステップを印加す
る、電極2に流れる電流を制御する、などの方法も有効
である。Peroxidase from horseradish and [Os
(Bpy)TwoCl]2 + / 3 +(Osmium bipyridi
Phosphoric acid containing polyvinylbipyridine solution containing
A buffer solution (pH 7.4) was placed in the cell 6 shown in FIG.
The electric potential of 2 is swept and the enzyme (peroxida derived from horseradish)
And an electron transfer mediator ([Os (bpy)
TwoCl]2 + / 3 +) Was modified on electrode 2. In addition, high
The molecule, polyvinylbipyridine, is
The enzyme called oxidase, [Os (bpy)TwoCl]
2 + / 3 +Electron transfer mediator
I am fit. Besides sweeping the potential of electrode 2,
Apply a potential step to electrode 2
It is also effective to control the current flowing through the electrode 2
Is.
【0033】次に、図2に示す装置と同様の装置を用
い、酵素/メディエータを修飾した電極2の過酸化水素
に対するセンシング特性を検討した。セル6中の修飾溶
液を測定溶液(pH7.4、HEPES緩衝液)に入れ
替え、各電極2の電位を−100mVに固定し、過酸化
水素を溶液に添加した際の各電極2における電流応答値
(還元電流値)を測定した。その結果を図3に示す。図
中の矢頭(黒色下向き三角)は、過酸化水素の添加を示
し、それぞれ最終濃度80、200、320、460、
580μモル/lを示す。Next, using a device similar to the device shown in FIG. 2, the sensing characteristics of hydrogen peroxide of the electrode 2 modified with the enzyme / mediator were examined. The modified solution in the cell 6 was replaced with a measurement solution (pH 7.4, HEPES buffer solution), the potential of each electrode 2 was fixed at −100 mV, and the current response value at each electrode 2 when hydrogen peroxide was added to the solution. (Reduction current value) was measured. The result is shown in FIG. Arrowheads (black downward triangles) in the figure indicate the addition of hydrogen peroxide, and the final concentrations are 80, 200, 320, 460, respectively.
It shows 580 μmol / l.
【0034】過酸化水素を溶液に添加すると、電極2上
に修飾された酵素の西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼの
酵素反応により、電極2はメディエータ[Os(bp
y)2Cl]3+)還元電流を検出することになる。つ
まり、過酸化水素が西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼに
より酸化されて水分子を生成し、同時にメディエータ
[Os(bpy)2Cl]2+が酸化されてメディエー
タ[Os(bpy)2Cl]3+を生成する。−100
mVはメディエータ[Os(bpy)2Cl]3+が十
分還元される電位であるため、電極2でその還元電流の
変化を測定することにより、過酸化水素の濃度を算出す
るというのが過酸化水素のセンシングの原理である。図
3では、過酸化水素に対して還元電流値の増加が観察さ
れた。電極2間の応答は互いに独立であることを確認
し、顕微鏡9およびモニタ12でも電極2上のみに酵素
が均一に修飾されていることを確認した。また、異なる
酵素を用いることにより、過酸化水素以外の物質も測定
することが可能である。When hydrogen peroxide is added to the solution, the electrode 2 is treated with a mediator [Os (bp) by the enzymatic reaction of the modified enzyme, horseradish peroxidase, on the electrode 2.
y) 2 Cl] 3+ ) The reduction current will be detected. That is, hydrogen peroxide is oxidized by horseradish-derived peroxidase to generate water molecules, and at the same time, the mediator [Os (bpy) 2 Cl] 2+ is oxidized to generate the mediator [Os (bpy) 2 Cl] 3+ . -100
Since mV is a potential at which the mediator [Os (bpy) 2 Cl] 3+ is sufficiently reduced, the concentration of hydrogen peroxide is calculated by measuring the change in the reduction current at the electrode 2. Is the principle of sensing. In FIG. 3, an increase in reduction current value was observed with respect to hydrogen peroxide. It was confirmed that the responses between the electrodes 2 were independent of each other, and it was also confirmed that the enzyme was uniformly modified only on the electrodes 2 in the microscope 9 and the monitor 12. Also, substances other than hydrogen peroxide can be measured by using different enzymes.
【0035】参考例2
本参考例では、図1で示した電極2と材料および寸法が
同じ平板アレイ電極と、図2に示した装置を使用し、複
数の電極2上に2種類の酵素を修飾した例を示す。 Reference Example 2 In this Reference Example, a flat plate array electrode having the same material and size as those of the electrode 2 shown in FIG. 1 and the apparatus shown in FIG. Here is a modified example.
【0036】本参考例では、基板(ガラス基板)1上に
平板酸化インジウムスズ薄膜を形成した後、リソグラフ
ィーにより一辺20μmの正方形の電極2からなる微小
平板電極アレイを作製して使用した。電極2のリード部
3は絶縁膜(図示省略)で完全に覆い、溶液とは接触し
ないようにした。平板アレイ電極以外にも、一般的に用
いられている円盤電極、平板電極の他、微小針型電極な
ども使用可能である。電極2の材料としては、酸化イン
ジウムスズ以外にも金属や金属酸化物、炭素などを用い
る場合もある。参照極8には銀/塩化銀電極を、対極9
には白金線を用いたが、参照極8あるいは対極9は、基
板1上に作用極(電極2)と同様に作製される場合もあ
る。また、本参考例では、3電極法で作用極(電極2)
が複数の場合を示したが、電流値が極微量の場合は、検
出は2電極法でも行うことができる。必要であれば、電
流増幅器を用いる場合もある。In this reference example, a flat indium tin oxide thin film was formed on a substrate (glass substrate) 1 and then a fine flat plate electrode array consisting of square electrodes 2 having a side of 20 μm was prepared by lithography and used. The lead portion 3 of the electrode 2 was completely covered with an insulating film (not shown) so as not to come into contact with the solution. In addition to the flat plate array electrode, generally used disc electrodes, flat plate electrodes, and microneedle type electrodes can be used. In addition to indium tin oxide, a metal, a metal oxide, carbon, or the like may be used as the material of the electrode 2. The reference electrode 8 is a silver / silver chloride electrode, and the counter electrode 9
Although a platinum wire was used for the reference electrode 8, the reference electrode 8 or the counter electrode 9 may be formed on the substrate 1 in the same manner as the working electrode (electrode 2). In addition, in this reference example, the working electrode (electrode 2) is formed by the three-electrode method.
In the above, there are a plurality of cases, but when the current value is extremely small, the detection can also be performed by the two-electrode method. If necessary, a current amplifier may be used.
【0037】電極2への酵素/メディエータの修飾方法
は、以下の通りである。西洋ワサビ由来ペルオキシダー
ゼと[Os(bpy)2Cl]2+/3+を含有するポ
リビニルビピリジン溶液と、グルタミン酸オキシダーゼ
を含むリン酸緩衝液(pH7.4)を図2のセル6中に
入れ、電極2の電位を掃引して酵素(西洋ワサビ由来ペ
ルオキシダーゼとグルタミン酸オキシダーゼ)および電
子移動メディエータ([Os(bpy)2Cl]
2+/3+)を電極2上に修飾した。The method of modifying the electrode 2 with the enzyme / mediator is as follows. A polyvinylbipyridine solution containing horseradish-derived peroxidase and [Os (bpy) 2 Cl] 2 + / 3 + , and a phosphate buffer solution (pH 7.4) containing glutamate oxidase were placed in the cell 6 of FIG. The potential is swept to generate enzymes (horseradish peroxidase and glutamate oxidase) and electron transfer mediators ([Os (bpy) 2 Cl]).
2 + / 3 + ) was modified on electrode 2.
【0038】次に、セル6中の修飾溶液を測定溶液(p
H7.4、HEPES緩衝液)に入れ替え、各電極2の
電位を−100mVに固定し、グルタミン酸を溶液に添
加した際の各電極2における電流応答値(還元電流値)
を測定した。その結果を図4に示す。図中の黒い矢頭
(黒色下向き三角)は、グルタミン酸の添加を示し、そ
れぞれ最終濃度17、29、38、47μモル/lを示
し、白い矢頭(白色下向き三角)は、最終濃度27μM
のアスコルビン酸の添加を示す。Next, the modified solution in the cell 6 is measured with a measuring solution (p
H7.4, HEPES buffer solution), the electric potential of each electrode 2 was fixed at -100 mV, and the current response value (reduction current value) at each electrode 2 when glutamic acid was added to the solution
Was measured. The result is shown in FIG. The black arrowheads (black downward triangles) in the figure indicate the addition of glutamic acid, showing final concentrations of 17, 29, 38, and 47 μmol / l, and the white arrowheads (white downward triangles) indicate the final concentration of 27 μM.
3 shows the addition of ascorbic acid.
【0039】グルタミン酸の添加により、電極2はメデ
ィエータ[Os(bpy)2Cl] 3+の還元電流を検
出する。つまり、グルタミン酸がグルタミン酸オキシダ
ーゼにより酸化されて過酸化水素を生成し、その過酸化
水素が西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼにより還元さ
れ、同時にメディエータ[Os(bpy)2Cl]2+
が酸化される。メディエータ[Os(bpy)2Cl]
3+の還元電流の変化を測定することにより、グルタミ
ン酸の濃度を算出できる。この結果から、グルタミン酸
の濃度の増加に応じた還元電流の増加が観測されること
が分かった。妨害物質の1つであるアスコルビン酸に対
する応答は小さく、また、アスコルビン酸存在下でもグ
ルタミン酸の濃度変化を検出できることが確認された。
各々の電極2間の応答は互いに独立であることを確認
し、顕微鏡10およびモニタ13でも電極2上のみに酵
素が均一に修飾されていることを確認した。By adding glutamic acid, the electrode 2 is
Eta [Os (bpy)TwoCl] 3+The reduction current of
Put out. In other words, glutamic acid is converted to glutamate oxida.
Oxidation produces hydrogen peroxide and its peroxidation
Hydrogen was reduced by horseradish peroxidase.
At the same time, the mediator [Os (bpy)TwoCl]2+
Is oxidized. Mediator [Os (bpy)TwoCl]
3+Glutamic acid by measuring the change in reduction current of
The concentration of acid can be calculated. From this result, glutamate
That the reduction current increases with increasing concentration
I understood. For ascorbic acid, one of the interfering substances
Response is small, and even in the presence of ascorbic acid,
It was confirmed that a change in the concentration of lutamic acid could be detected.
Confirm that the response between each electrode 2 is independent of each other
However, even with the microscope 10 and the monitor 13, the fermentation is performed only on the electrode 2.
It was confirmed that the element was uniformly modified.
【0040】実施例
本実施例では、参考例2の方法により、複数の電極2上
に酵素/メディエータを修飾し、それを生体試料測定に
用いた例を示す。 Example In this example, an enzyme / mediator is modified on a plurality of electrodes 2 by the method of Reference Example 2 and used for measuring a biological sample.
【0041】図1で示した電極2と材料および寸法が同
じ平板アレイ電極と、図2の装置を使用した。基板(ガ
ラス基板)1上に平板酸化インジウムスズ薄膜を形成し
た後、リソグラフィーにより一辺20μmの正方形の電
極2からなる微小平板電極アレイを作製して使用した。
電極2のリード部3は絶縁膜(図示省略)で完全に覆
い、溶液とは接触しないようにした。平板アレイ電極以
外にも、一般的に用いられている円盤電極、平板電極の
他、微小針型電極なども使用可能である。電極2の材料
としては、酸化インジウムスズ以外にも金属や金属酸化
物、炭素などを用いる場合もある。参照極8には銀/塩
化銀電極を、対極9には白金線を用いたが、参照極8あ
るいは対極9は、基板1上に作用極(電極2)と同様に
作製される場合もある。また、本実施例では、3電極法
で作用極(電極2)が複数の場合を示したが、電流値が
極微量の場合は、検出は2電極法でも行うことができ
る。必要であれば、電流増幅器を用いる場合もある。A flat plate array electrode having the same material and size as those of the electrode 2 shown in FIG. 1 and the apparatus of FIG. 2 were used. After forming a flat plate indium tin oxide thin film on a substrate (glass substrate) 1, a fine flat plate electrode array composed of square electrodes 2 having a side of 20 μm was prepared by lithography and used.
The lead portion 3 of the electrode 2 was completely covered with an insulating film (not shown) so as not to come into contact with the solution. In addition to the flat plate array electrode, generally used disc electrodes, flat plate electrodes, and microneedle type electrodes can be used. In addition to indium tin oxide, a metal, a metal oxide, carbon, or the like may be used as the material of the electrode 2. Although a silver / silver chloride electrode was used for the reference electrode 8 and a platinum wire was used for the counter electrode 9, the reference electrode 8 or the counter electrode 9 may be formed on the substrate 1 in the same manner as the working electrode (electrode 2). . Further, in the present embodiment, the case where there are a plurality of working electrodes (electrodes 2) is shown by the three-electrode method, but when the current value is extremely small, the detection can also be performed by the two-electrode method. If necessary, a current amplifier may be used.
【0042】図2のセル6中に、西洋ワサビ由来ペルオ
キシダーゼと[Os(bpy)2Cl]2+/3+を含
有するポリビニルビピリジン溶液と、グルタミン酸オキ
シダーゼを含むリン酸緩衝液(pH7.4)を入れ、電
極2の電位を掃引することにより酵素の西洋ワサビ由来
ペルオキシダーゼとグルタミン酸オキシダーゼ、および
電子移動メディエータ[Os(bpy)2Cl]
2+/3+を電極2上に修飾した。A polyvinylbipyridine solution containing horseradish peroxidase and [Os (bpy) 2 Cl] 2 + / 3 + , and a phosphate buffer solution (pH 7.4) containing glutamate oxidase were placed in cell 6 of FIG. , The enzymes horseradish peroxidase and glutamate oxidase by sweeping the potential of the electrode 2, and the electron transfer mediator [Os (bpy) 2 Cl].
2 + / 3 + were modified on electrode 2.
【0043】図5は、生体試料を測定する際に使用した
装置の概略構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a schematic structure of an apparatus used for measuring a biological sample.
【0044】15は海馬切片(スライス)、16はナイ
ロンメッシュ、17はテフロン(登録商標)チューブで
ある。Reference numeral 15 is a hippocampal slice (slice), 16 is a nylon mesh, and 17 is a Teflon (registered trademark) tube.
【0045】生後2日目のウィスタ(Wistar)系ラット
の海馬切片15(400μm厚)を、電極2からなる電
極アレイ上に静置し、ナイロンメッシュ16を用いて密
着させた。測定は、HEPES緩衝溶液(pH7.4)
中で行い、マルチポテンシオスタット4により電極2の
電位−100mVで電流変化を観察した。グルタミン酸
を放出させる刺激にはミューシモル(Muscimol)を用
い、インジェクションポンプによりテフロンチューブ1
7から測定溶液中に注入した。A hippocampal slice 15 (400 μm thick) of a 2 day-old Wistar rat was placed on the electrode array consisting of the electrodes 2 and adhered thereto using a nylon mesh 16. Measurement is HEPES buffer solution (pH 7.4)
And the change in current was observed at a potential of the electrode 2 of −100 mV by the multipotentiostat 4. For stimulation to release glutamate, Muscimol was used, and Teflon tube 1 was used by injection pump.
It was injected into the measurement solution from 7.
【0046】その結果、ミューシモル添加に対して、同
一切片15内でも部位により異なるグルタミン酸の濃度
変化を示すことが観察された。つまり、本実施例による
電極2により、ラット海馬内の神経細胞間の情報伝達を
担う代表的な神経伝達物質であるグルタミン酸のリアル
タイム多点計測が可能となった。これにより、脳におけ
る記憶のメカニズムのみならず、グルタミン酸の生体内
での作用に関する知見を得ることが可能となる。As a result, it was observed that, with respect to the addition of musimol, the concentration of glutamic acid varied depending on the site even within the same section 15. That is, the electrode 2 according to the present example enables real-time multipoint measurement of glutamic acid, which is a typical neurotransmitter responsible for information transmission between nerve cells in rat hippocampus. This makes it possible to obtain not only the mechanism of memory in the brain but also the knowledge of the action of glutamate in vivo.
【0047】参考例3
本参考例では、酵素であるグルコースオキシダーゼおよ
び高分子であるポリビニルフェロセンを修飾した例を示
す。 Reference Example 3 This Reference Example shows an example in which glucose oxidase which is an enzyme and polyvinyl ferrocene which is a polymer are modified.
【0048】図1で示した電極2と材料および寸法が同
じ平板アレイ電極と、図2の装置を使用した。基板(ガ
ラス基板)1上に平板酸化インジウムスズ薄膜を形成し
た後、リソグラフィーにより一辺20μmの正方形の電
極2からなる微小平板電極アレイを作製して使用した。
電極2のリード部3は絶縁膜(図示省略)で完全に覆
い、溶液とは接触しないようにした。平板アレイ電極以
外にも、一般的に用いられている円盤電極、平板電極の
他、微小針型電極なども使用可能である。電極2の材料
としては、酸化インジウムスズ以外にも金属や金属酸化
物、炭素などを用いる場合もある。参照極8には銀/塩
化銀電極を、対極9には白金線を用いたが、参照極8あ
るいは対極9は、基板1上に作用極(電極2)と同様に
作製される場合もある。また、本参考例では、3電極法
で作用極(電極2)が複数の場合を示したが、電流値が
極微量の場合は、検出は2電極法でも行うことができ
る。必要であれば、電流増幅器を用いる場合もある。A flat plate array electrode having the same material and size as those of the electrode 2 shown in FIG. 1 and the apparatus of FIG. 2 were used. After forming a flat plate indium tin oxide thin film on a substrate (glass substrate) 1, a fine flat plate electrode array composed of square electrodes 2 having a side of 20 μm was prepared by lithography and used.
The lead portion 3 of the electrode 2 was completely covered with an insulating film (not shown) so as not to come into contact with the solution. In addition to the flat plate array electrode, generally used disc electrodes, flat plate electrodes, and microneedle type electrodes can be used. In addition to indium tin oxide, a metal, a metal oxide, carbon, or the like may be used as the material of the electrode 2. Although a silver / silver chloride electrode was used for the reference electrode 8 and a platinum wire was used for the counter electrode 9, the reference electrode 8 or the counter electrode 9 may be formed on the substrate 1 in the same manner as the working electrode (electrode 2). . Further, in this reference example, the case where the working electrode (electrode 2) is plural by the three-electrode method is shown, but when the current value is extremely small, the detection can also be performed by the two-electrode method. If necessary, a current amplifier may be used.
【0049】ポリビニルフェロセンおよびグルコースオ
キシダーゼを含むHEPES緩衝溶液(pH7.4)を
図2のセル6内に入れ、複数の電極2の電位を掃引する
ことにより、複数の電極2上にポリビニルフェロセンお
よびグルコースオキシダーゼを修飾した。その後、セル
6内の溶液をHEPES緩衝溶液(pH7.4)に交換
し、電極2の電位を500mVに固定してグルコースの
添加に対する各電極2の電流応答値(酸化電流値)を調
べた。その結果を図6に示す。図中の矢頭(黒色下向き
三角)は、グルコースの添加を示し、それぞれ最終濃度
12、35、75、110μモル/lを示す。A HEPES buffer solution (pH 7.4) containing polyvinyl ferrocene and glucose oxidase was placed in the cell 6 of FIG. 2 and the potentials of the plurality of electrodes 2 were swept to obtain polyvinyl ferrocene and glucose on the plurality of electrodes 2. The oxidase was modified. Then, the solution in the cell 6 was replaced with a HEPES buffer solution (pH 7.4), the potential of the electrode 2 was fixed at 500 mV, and the current response value (oxidation current value) of each electrode 2 with respect to the addition of glucose was examined. The result is shown in FIG. Arrowheads (black downward triangles) in the figure indicate addition of glucose, and show final concentrations of 12, 35, 75, and 110 μmol / l, respectively.
【0050】図6に示すように、グルコースの添加に対
して酸化電流の増加が観察された。グルコースは、グル
コースオキシダーゼにより酸化され、同時にポリビニル
フェロセン中のフェロセンが還元される。観測された電
流は、還元体のフェロセンを各電極2上で酸化するため
に観察される酸化電流である。この結果から、各電極に
高分子であるポリビニルフェロセンとグルコースオキシ
ダーゼが修飾されたことが確認できた。As shown in FIG. 6, an increase in the oxidation current was observed with the addition of glucose. Glucose is oxidized by glucose oxidase, and at the same time, ferrocene in polyvinylferrocene is reduced. The observed current is the oxidation current observed to oxidize the reductant ferrocene on each electrode 2. From these results, it was confirmed that each electrode was modified with the polymers polyvinylferrocene and glucose oxidase.
【0051】参考例4
本参考例では、アレイ中の異なる電極2上に異なる酵素
を修飾した例を示す。 Reference Example 4 This reference example shows an example in which different electrodes 2 in the array were modified with different enzymes.
【0052】図1で示した電極2と材料および寸法が同
じ平板アレイ電極と、図2の装置を使用した。基板(ガ
ラス基板)1上にリソグラフィーにより作製した一辺2
0μmの正方形の金の電極2からなる微小平板電極アレ
イを使用した。電極2のリード部3は絶縁膜(図示省
略)で完全に覆い、溶液とは接触しないようにした。平
板アレイ電極以外にも、一般的に用いられている円盤電
極、平板電極の他、微小針型電極なども使用可能であ
る。電極2の材料としては、金以外の金属や金属酸化
物、炭素などを用いる場合もある。参照極8には銀/塩
化銀電極を、対極9には白金線を用いたが、参照極8あ
るいは対極9は、基板1上に作用極(電極2)と同様に
作製される場合もある。また、本参考例では、3電極法
で作用極(電極2)が複数の場合を示したが、電流値が
極微量の場合は、検出は2電極法でも行うことができ
る。必要であれば、電流増幅器を用いる場合もある。A flat plate array electrode having the same material and size as the electrode 2 shown in FIG. 1 and the apparatus shown in FIG. 2 were used. One side 2 produced by lithography on a substrate (glass substrate) 1
A microplate electrode array consisting of 0 μm square gold electrodes 2 was used. The lead portion 3 of the electrode 2 was completely covered with an insulating film (not shown) so as not to come into contact with the solution. In addition to the flat plate array electrode, generally used disc electrodes, flat plate electrodes, and microneedle type electrodes can be used. As the material of the electrode 2, a metal other than gold, a metal oxide, carbon, or the like may be used. Although a silver / silver chloride electrode was used for the reference electrode 8 and a platinum wire was used for the counter electrode 9, the reference electrode 8 or the counter electrode 9 may be formed on the substrate 1 in the same manner as the working electrode (electrode 2). . Further, in this reference example, the case where the working electrode (electrode 2) is plural by the three-electrode method is shown, but when the current value is extremely small, the detection can also be performed by the two-electrode method. If necessary, a current amplifier may be used.
【0053】単分子であるトルイジンブルーおよびグル
コースオキシダーゼを含むHEPES緩衝溶液(pH
7.4)を図2のセル6内に入れ、複数の電極2の電位
を掃引し、その後さらにこれらの電極2の電位を1.2
Vに固定することにより、複数の電極2(A群)上にグ
ルコースオキシダーゼを修飾した。HEPES buffer solution (pH containing single molecule toluidine blue and glucose oxidase)
7.4) is placed in the cell 6 of FIG. 2, the potentials of the plurality of electrodes 2 are swept, and then the potentials of these electrodes 2 are further adjusted to 1.2.
By fixing to V, glucose oxidase was modified on the plurality of electrodes 2 (group A).
【0054】続いて、セル6内の溶液をトルイジンブル
ーおよび西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼを含むHEP
ES緩衝溶液(pH7.4)に交換し、A群の電極2と
は異なる複数の電極2(B群)の電位を掃引し、さらに
これらの電極2の電位を1.2Vに固定することによ
り、複数の電極2(B群)上に西洋ワサビ由来ペルオキ
シダーゼを修飾した。Subsequently, the solution in the cell 6 was treated with HEP containing toluidine blue and horseradish-derived peroxidase.
By exchanging with an ES buffer solution (pH 7.4), sweeping the potentials of a plurality of electrodes 2 (group B) different from the electrodes 2 of group A, and further fixing the potentials of these electrodes 2 to 1.2V. , A plurality of electrodes 2 (group B) were modified with horseradish-derived peroxidase.
【0055】その後、セル6内の溶液をHEPES緩衝
溶液(pH7.4)に交換し、電極2(A群及びB群)
の電位を500mVに固定してグルコースおよび過酸化
水素の添加に対する各電極2の電流応答値(酸化電流
値)を調べた。その結果を図7に示す。図中の黒い矢頭
(黒色下向き三角)は、グルコースの添加を示し、それ
ぞれ最終濃度0.1、0.4、0.8ミリモル/lを示
し、白い矢頭(白色下向き三角)は、過酸化水素の添加
を示し、それぞれ最終濃度0.1、0.2、0.5ミリ
モル/lを示す。After that, the solution in the cell 6 was replaced with a HEPES buffer solution (pH 7.4), and the electrode 2 (group A and group B) was replaced.
The potential of was fixed at 500 mV and the current response value (oxidation current value) of each electrode 2 to the addition of glucose and hydrogen peroxide was examined. The result is shown in FIG. 7. In the figure, black arrowheads (black downward triangles) indicate addition of glucose, final concentrations of 0.1, 0.4, and 0.8 mmol / l, respectively, and white arrowheads (white downward triangles) indicate hydrogen peroxide. Of the final concentration of 0.1, 0.2 and 0.5 mmol / l, respectively.
【0056】グルコースの添加に対してA群の電極2に
おいて酸化電流の増加が観察されたが、B群の電極2で
はほとんど電流値に変化が見られなかった。一方、過酸
化水素を溶液中に添加した場合は、B群の電極2におい
て酸化電流の増加が観察されたが、A群の電極2ではほ
とんど電流値に変化が見られなかった。このとき、グル
コースはグルコースオキシダーゼにより酸化され、同時
にトルイジンブルー分子が電子移動メディエータとなっ
てグルコースオキシダーゼにより還元され、電極2上で
酸化されるため、酸化電流が観察される。また、過酸化
水素は西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼにより酸化さ
れ、同時にトルイジンブルー分子が電子移動メディエー
タとなって西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼにより還元
され、電極2上で酸化されるため、酸化電流が観察され
る。An increase in oxidation current was observed at the electrode 2 of the group A with respect to the addition of glucose, but almost no change was observed in the current value at the electrode 2 of the group B. On the other hand, when hydrogen peroxide was added to the solution, an increase in oxidation current was observed at the electrode 2 of the group B, but almost no change in the current value was observed at the electrode 2 of the group A. At this time, glucose is oxidized by glucose oxidase, and at the same time, the toluidine blue molecule serves as an electron transfer mediator, is reduced by glucose oxidase, and is oxidized on the electrode 2. Therefore, an oxidation current is observed. Further, hydrogen peroxide is oxidized by horseradish-derived peroxidase, and at the same time, the toluidine blue molecule serves as an electron transfer mediator, is reduced by horseradish-derived peroxidase, and is oxidized on the electrode 2. Therefore, an oxidation current is observed.
【0057】この結果から、A群、B群の電極2とも、
電極2の電位を変化させることによって、電極2上にト
ルイジンブルーが析出したと同時にそれぞれの酵素を電
極2上に修飾することができた。From these results, the electrodes 2 of the groups A and B are
By changing the potential of the electrode 2, toluidine blue was deposited on the electrode 2 and at the same time, each enzyme could be modified on the electrode 2.
【0058】上記実施例における酵素/メディエータに
より修飾した電気化学計測用電極は、微小電極の持つ優
れた特性を生かしながら、酵素が有する特異性を有効に
活用でき、さらに多点計測をも可能にする優れた手法で
ある。微小電極上に酵素/メディエータを修飾した場
合、任意の微小領域における特定物質の濃度変化を、濃
度の増加、減少ともに感度良く検出することができる。[0058] Electrochemical measuring electrodes modified by the enzyme / mediator in the above you施例while taking advantage of excellent properties possessed by the microelectrodes can effectively utilize the specificity with the enzyme, even further multi-point measurement It's a great way to make it possible. When the enzyme / mediator is modified on the microelectrode, a change in the concentration of the specific substance in an arbitrary microregion can be detected with high sensitivity both when the concentration increases and when the concentration decreases.
【0059】また、実施例のように、生体試料等を対象
にした場合は、測定時に生体試料に悪影響を与えること
も少ないため、長時間の測定あるいは連続測定が可能で
ある。複数の電極に修飾して計測した場合、特定の物質
の分布や、刺激に対する分布の変化を把握することで、
生体におけるその物質の作用やメカニズムを解明するこ
とが可能である。When a biological sample or the like is used as in the embodiment, the biological sample is less likely to be adversely affected at the time of measurement, so that long-time measurement or continuous measurement is possible. When measuring by modifying multiple electrodes, by grasping the distribution of specific substances and changes in distribution due to stimulation,
It is possible to elucidate the action and mechanism of the substance in the living body.
【0060】また、参考例4のように、複数の微小電極
上にそれぞれ異なる酵素/メディエータを修飾した場合
は、電極という簡便な手法によるマルチセンシングが可
能となり、例えば、フローインジェクションや高速液体
クロマトグラフィの検出器として複数の物質を同時に電
気化学検出することが可能である。Further, when different enzymes / mediators are modified on a plurality of microelectrodes as in Reference Example 4 , multisensing by a simple method of electrodes becomes possible. For example, in flow injection or high performance liquid chromatography, It is possible to electrochemically detect a plurality of substances simultaneously as a detector.
【0061】さらに、修飾された酵素の絶対量が少ない
ため、目的物質である基質の消費が抑えられ、正確な測
定が可能となる。Furthermore, since the absolute amount of the modified enzyme is small, the consumption of the target substance, the substrate, is suppressed, and accurate measurement becomes possible.
【0062】このように、上記実施例においては、既存
の微小電極アレイの電極のみに酵素/メディエータを修
飾することで、簡便な方法で高性能な「その場」測定が
でき、近年社会的に注目されている水質分析などの環境
分野などでのリアルタイムマルチセンシングや、複数の
細胞や生体組織を対象にした神経伝達物質の分布のリア
ルタイムモニタリングなどにきわめて有効であり、利用
範囲が広い。As described above, in the above-mentioned embodiment, by modifying the enzyme / mediator only on the electrodes of the existing microelectrode array, high-performance “in-situ” measurement can be performed by a simple method, and socially recently. It is extremely effective for real-time multi-sensing in environmental fields such as water quality analysis, and for real-time monitoring of the distribution of neurotransmitters in multiple cells and biological tissues.
【0063】以上本発明を実施例に基づいて具体的に説
明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能で
あることは勿論である。例えば、実施例では、高分子が
電気化学的に、すなわち、酸化あるいは還元されて堆積
する際に、同時に修飾物である酵素/メディエータを電
極上に修飾したが、参考例4のように、単分子(高分子
ではない分子。低分子)を用いて修飾してもよい。具体
的には、トルイジンブルー以外にもピロールやアニリン
などの単分子を電気化学的に電極表面に重合させるとき
に同時に酵素/メディエータを取り込むことが可能であ
る。この場合、単分子はいわゆるバインダー(架橋剤、
固定化剤、担体)的な役割を果たすこともあるし、さら
にメディエータとして働く場合もある。単分子がメディ
エータとして働く場合は、メディエータとなる分子の修
飾は不要である。Although the present invention has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the scope of the invention. . For example, in the example, when the polymer is deposited electrochemically, that is, when it is oxidized or reduced, the modifier enzyme / mediator is simultaneously modified on the electrode, but as in Reference Example 4 , It may be modified with a single molecule (a molecule that is not a polymer; a low molecule). Specifically, in addition to toluidine blue, it is possible to incorporate the enzyme / mediator at the same time when a single molecule such as pyrrole or aniline is electrochemically polymerized on the electrode surface. In this case, the single molecule is a so-called binder (crosslinking agent,
It may function as an immobilizing agent or carrier and may also act as a mediator. When a single molecule acts as a mediator, modification of the molecule serving as a mediator is unnecessary.
【0064】[0064]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、例
えばラット海馬内の神経細胞間の情報伝達を担う代表的
な神経伝達物質であるグルタミン酸のリアルタイム多点
計測が可能となり、複数の細胞や生体組織を対象にした
神経伝達物質の分布のリアルタイムモニタリングが可能
となる。 According to the present invention as described above, according to the present invention, examples
For example, it is a typical one responsible for information transmission between nerve cells in rat hippocampus
Real-time multipoint of glutamate, a novel neurotransmitter
Measurement is possible, enabling real-time monitoring of the distribution of neurotransmitters that targets multiple cells or living tissue
Becomes
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図1】修飾物により修飾する電極アレイの上面図であ
る。FIG. 1 is a top view of an electrode array modified with a modifier.
【図2】電極上に修飾物を修飾する装置の概略構成図で
ある。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an apparatus for modifying a modification on an electrode.
【図3】参考例1において、酵素の西洋ワサビ由来ペル
オキシダーゼとメディエータ[Os(bpy)2Cl]
2+/3+で修飾した電極アレイを用い、溶液中に過酸
化水素を添加した際の各電極の電流応答を示す図であ
る。FIG. 3 In Reference Example 1, the enzymes horseradish peroxidase and mediator [Os (bpy) 2 Cl]
It is a figure which shows the current response of each electrode at the time of adding hydrogen peroxide in a solution using the electrode array modified by 2 + / 3 + .
【図4】参考例2において、酵素の西洋ワサビ由来ペル
オキシダーゼおよびグルタミン酸オキシダーゼと、メデ
ィエータ[Os(bpy)2Cl]2+/3+で修飾し
た電極アレイを用い、溶液中にグルタミン酸・アスコル
ビン酸を添加した際の各電極の電流応答を示す図であ
る。FIG. 4 In Reference Example 2, the enzymes horseradish-derived peroxidase and glutamate oxidase and the electrode array modified with the mediator [Os (bpy) 2 Cl] 2 + / 3 + were used, and glutamic acid / ascorbic acid was added to the solution. It is a figure which shows the current response of each electrode at the time.
【図5】実施例において、図2の装置を用いて作製した
酵素/メディエータ修飾電極アレイを用いて、生体試料
計測を行う場合の装置の概略構成図である。[5] Oite Example, using an enzyme / mediator modified electrode array fabricated using the apparatus of FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a device for performing biological sample measurement.
【図6】参考例3において、酵素のポリビニルフェロセ
ンとグルコースオキシダーゼで修飾した電極アレイを用
い、溶液中にグルコースを添加した際の各電極の電流応
答を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a current response of each electrode when glucose is added to a solution using an electrode array modified with polyvinyl ferrocene as an enzyme and glucose oxidase in Reference Example 3 .
【図7】参考例4において、グルコースオキシダーゼで
修飾した電極(A群)と西洋ワサビ由来ペルオキシダー
ゼで修飾した電極(B群)を有する電極アレイを用い、
溶液中にグルコースおよび過酸化水素を添加した際の各
電極の電流応答を示す図である。[Fig. 7] Fig. 7 shows an electrode array having the electrode modified with glucose oxidase (Group A) and the electrode modified with horseradish-derived peroxidase (Group B) in Reference Example 4 ,
It is a figure which shows the current response of each electrode at the time of adding glucose and hydrogen peroxide in a solution.
1…基板、2…電極、3…リード部、4…マルチポテン
シオスタット、5…パーソナルコンピュータ、6…測定
用セル、7…溶液、8…参照極、9…対極、10…倒立
顕微鏡、11…CCD、12…シールドボックス、13
…モニタ、14…接地、15…海馬切片、16…ナイロ
ンメッシュ、17…テフロンチューブ。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate, 2 ... Electrode, 3 ... Lead part, 4 ... Multipotentiostat, 5 ... Personal computer, 6 ... Measurement cell, 7 ... Solution, 8 ... Reference electrode, 9 ... Counter electrode, 10 ... Inverted microscope, 11 ... CCD, 12 ... Shield box, 13
... monitor, 14 ... grounding, 15 ... hippocampal slice, 16 ... nylon mesh, 17 ... Teflon tube.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI G01N 27/30 353R 27/46 336G (72)発明者 丹羽 修 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 林 勝義 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平10−177004(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/333 G01N 27/327 G01N 27/416 G01N 27/30 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI G01N 27/30 353R 27/46 336G (72) Inventor Osamu Niwa 2-3-1, Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Stock In-company (72) Inventor Katsuyoshi Hayashi 2-3-1 Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Nippon Telegraph and Telephone Corporation (56) Reference JP-A-10-177004 (JP, A) (58) Fields investigated ( Int.Cl. 7 , DB name) G01N 27/333 G01N 27/327 G01N 27/416 G01N 27/30
Claims (7)
選択的に酵素または電子移動メディエータの少なくとも
一方を含む修飾物により修飾されているアレイ状の作用
極を用い、上記アレイ状の作用極を生体組織切片に密着
させて測定溶液に浸し、上記測定溶液に対極および参照
極を配置して上記アレイ状の作用極の各電極の電流変化
を計測することを特徴とする生体組織の電気化学計測方
法。1. A method for electrochemically measuring a biological tissue , wherein electrodes are arranged in an array on a substrate, and only the electrode portions are selectively made of at least an enzyme or an electron transfer mediator.
Array-like effect modified by a modifier containing one
Using a pole, adhere the above-mentioned working electrode array to a tissue section
And soak it in the measurement solution.
By arranging the electrodes, the current change of each electrode of the working electrode in the array above
Electrochemical measurement direction of the living tissue, characterized by measuring the
Law .
とを特徴とする請求項1記載の生体組織の電気化学計測
方法。2. The electrochemical measurement of a living tissue according to claim 1, wherein the this <br/> using brain slices as the tissue section
Way .
ことを特徴とする請求項1記載の生体組織の電気化学計
測方法。3. The electrochemical meter body tissue according to claim 1 Symbol mounting, characterized in <br/> using hippocampal slices as the tissue section
Measuring method .
用いることを特徴とする請求項1乃至3記載の生体組織
の電気化学計測方法。4. A HEPES buffer solution as the measurement solution
The living tissue according to claim 1, which is used.
Electrochemical measurement method .
酸化酵素を含む修飾物により修飾されているアレイ状の
作用極を用いることを特徴とする請求項1乃至4記載の
生体組織の電気化学計測方法。5. At least glutamic acid as the modified product
Array-shaped that has been modified by a modified product containing oxidase
5. The working electrode according to claim 1 , wherein a working electrode is used.
Electrochemical measurement method for biological tissues .
ーゼを含む修飾物により修飾されているアレイ状の作用
極を用いることを特徴とする請求項1乃至4記載の生体
組織の電気化学計測方法。6. At least peroxida as the modified product.
Array-like action modified by a modified product containing a protease
A living body according to any one of claims 1 to 4, wherein a pole is used.
Electrochemical measurement method of tissue .
ピリジンを含む修飾物により修飾されているアレイ状の
作用極を用いることを特徴とする請求項1乃至4記載の
生体組織の電気化学計測方法。7. At least osmium vinyl chloride as the modified product.
Array-shaped modified with pyridine-containing modifiers
5. The working electrode according to claim 1 , wherein a working electrode is used.
Electrochemical measurement method for biological tissues .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000265484A JP3527185B2 (en) | 2000-09-01 | 2000-09-01 | Electrochemical measurement method of living tissue |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000265484A JP3527185B2 (en) | 2000-09-01 | 2000-09-01 | Electrochemical measurement method of living tissue |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002071620A JP2002071620A (en) | 2002-03-12 |
JP3527185B2 true JP3527185B2 (en) | 2004-05-17 |
Family
ID=18752741
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000265484A Expired - Fee Related JP3527185B2 (en) | 2000-09-01 | 2000-09-01 | Electrochemical measurement method of living tissue |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3527185B2 (en) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7399400B2 (en) | 2003-09-30 | 2008-07-15 | Nano-Proprietary, Inc. | Nanobiosensor and carbon nanotube thin film transistors |
US20050244811A1 (en) * | 2003-12-15 | 2005-11-03 | Nano-Proprietary, Inc. | Matrix array nanobiosensor |
JP3991034B2 (en) | 2004-01-23 | 2007-10-17 | キヤノン株式会社 | Detection method |
JP4654411B2 (en) * | 2005-03-25 | 2011-03-23 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Hydrogen peroxide concentration measurement method, enzyme activity measurement method and immunochemical measurement method |
JP4722551B2 (en) * | 2005-05-16 | 2011-07-13 | 日本電信電話株式会社 | Solution discharge amount evaluation apparatus and method |
JP5127783B2 (en) * | 2009-06-29 | 2013-01-23 | 日本電信電話株式会社 | Odor sensor and odor detection method |
WO2014034690A1 (en) * | 2012-08-31 | 2014-03-06 | 国立大学法人豊橋技術科学大学 | Object to be examined retention device in biological/chemical/physical phenomenon detection device, and examination device using same |
-
2000
- 2000-09-01 JP JP2000265484A patent/JP3527185B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2002071620A (en) | 2002-03-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ahmad et al. | Wide linear-range detecting high sensitivity cholesterol biosensors based on aspect-ratio controlled ZnO nanorods grown on silver electrodes | |
Sun et al. | Electrochemical dopamine sensor based on superionic conducting potassium ferrite | |
Pundir et al. | Biosensing methods for determination of triglycerides: A review | |
Abbaspour et al. | A cyclodextrin host–guest recognition approach to an electrochemical sensor for simultaneous quantification of serotonin and dopamine | |
Meibodi et al. | Amperometric urea biosensor based on covalently immobilized urease on an electrochemically polymerized film of polyaniline containing MWCNTs | |
Niwa | Electroanalysis with interdigitated array microelectrodes | |
CN100430721C (en) | Methods for producing highly sensitive potentiometric sensors | |
Baluta et al. | Differential pulse voltammetry and chronoamperometry as analytical tools for epinephrine detection using a tyrosinase-based electrochemical biosensor | |
Hasanzadeh et al. | Poly-dopamine-beta-cyclodextrin: a novel nanobiopolymer towards sensing of some amino acids at physiological pH | |
Elewi et al. | Hydrogen peroxide biosensor based on hemoglobin-modified gold nanoparticles–screen printed carbon electrode | |
Xu et al. | Amperometric glucose sensor based on glucose oxidase immobilized in electrochemically generated poly (ethacridine) | |
Ağın | Electrochemical determination of amoxicillin on a poly (acridine orange) modified glassy carbon electrode | |
Gokoglan et al. | Selenium containing conducting polymer based pyranose oxidase biosensor for glucose detection | |
Belay et al. | Redox hydrogel based bienzyme electrode for L-glutamate monitoring | |
Wang et al. | Enzymeless voltammetric hydrogen peroxide sensor based on the use of PEDOT doped with Prussian Blue nanoparticles | |
Aziz et al. | Nanomolar amperometric sensing of hydrogen peroxide using a graphite pencil electrode modified with palladium nanoparticles | |
Lupu et al. | In situ electrodeposition of biocomposite materials by sinusoidal voltages on microelectrodes array for tyrosinase based amperometric biosensor development | |
Prasad et al. | Mediatorless catalytic oxidation of NADH at a disposable electrochemical sensor | |
Wang et al. | Biocomposite of cobalt phthalocyanine and lactate oxidase for lactate biosensing with MnO2 nanoparticles as an eliminator of ascorbic acid interference | |
Wang et al. | Glassy carbon electrode modified with poly (dibromofluorescein) for the selective determination of dopamine and uric acid in the presence of ascorbic acid | |
Hernández‐Jiménez et al. | Voltammetric Determination of Metronidazole Using a Sensor Based on Electropolymerization of α‐Cyclodextrin over a Carbon Paste Electrode | |
Shams et al. | Voltammetric determination of dopamine at a zirconium phosphated silica gel modified carbon paste electrode | |
Fei et al. | Glucose nanosensors based on redox polymer/glucose oxidase modified carbon fiber nanoelectrodes | |
Mohammadizadeh et al. | Carbon paste electrode modified with ZrO 2 nanoparticles and ionic liquid for sensing of dopamine in the presence of uric acid | |
JP3527185B2 (en) | Electrochemical measurement method of living tissue |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040114 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040217 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040218 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080227 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090227 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090227 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100227 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110227 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110227 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120227 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130227 Year of fee payment: 9 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |