JP2019184390A - 電気化学センサ用電極チップ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記電極チップは絶縁性を有する支持体と、作用電極を含む1以上の電極を備え、
前記1以上の電極は、前記支持体から突出しており、且つ導電性を有する表面からなる基体からなり、前記基体の表面の少なくとも一部は炭素膜からなる保護層により被覆され、前記保護層は厚さが1μm以上であり、
前記保護層の表面の少なくとも一部には、触媒が付与されている、
ことを特徴とする電極チップとしたものである。
前記1以上の電極は、前記試料室内で前記支持体から突出している、
ことを特徴とする、請求項1に記載の電極チップとしたものである。
それぞれの組の電極は前記基体と前記保護層と前記触媒とを備え、
前記触媒は、前記複数の組毎に異なる触媒である、
ことを特徴とする、請求項1、または2に記載の電極チップとしたものである。
図面を用いて説明する。同一の構成要素については便宜上の理由がない限り同一の符号を付ける。各図面において、見易さのため構成要素の厚さや比率は誇張されていることがあり、構成要素の数も減らして図示していることがある。また、本発明はその主旨を逸脱しない範囲で、以下の実施形態に限定されるものではない。
図1(a)は、本発明の電極チップの実施形態を例示する模式斜視図であり、図1(b)は、図1(a)をA−A’ラインで切断した面の模式断面図である。電極チップ100は、絶縁体からなる支持体1を枠体とし、支持体1は中央部が凹んだ形状をしており、この凹みに被測定試料を導入することで試料室10とするものである。導入された試料は支持体1によって固定された電極2を通じて電圧、または電流が印加され、その応答が計測される。
を備え、複数の組毎に異なる触媒であるようにすることにより、複数の化学物質の測定を可能とする。
本発明の電極チップは、例えば以下の工程を順次実施することで製造することができる。
図2(a)は、電極2及び引き出し電極13(いずれも図1参照)を得るために、金属からなる素材をエッチングすることにより、基体となる部分3’及び引き出し電極となる部分13’を形成したものである。
図2(b)は、電極2及び引き出し電極13を形成するために、図2(a)に示す形態の一単位を切り出したものである。その一部である基体3に炭素めっきを行い、図2(c)に示すように、保護層4を形成した部分と引き出し電極13からなる形態413となる。
続いて図2(c)に示す形態413を、図3(a)のように、支持体1に固定する。支持体1の材料となる有機樹脂を高温で加熱し流動性をもたせた後、形態413を金型に固定して、金型内に有機樹脂を射出し充填する。樹脂が冷えて固まった後に金型を取り外すことで、形態413が支持体1によって支持された形態を得ることができる。
次に、図示しないが、保護層4表面の清浄化と親水化処理を行う。支持体1に設けられた試料室となる凹みの中に酸化性を有する液体を導入し、保護層4表面を浸漬させ洗浄する。この方法では、保護層4表面に付着した異物を酸化させ除去する。酸化性を有する液体としては、過酸化水素、硝酸、などが挙げられる。
保護層4表面に触媒を付与する方法としては種々あり、例えば白金を付与するために塩化白金酸を溶解した電解液を用いて、保護層4を陰極として電解処理を行うことで白金触媒を析出させる方法や、酵素を担持させることで触媒を付与する方法などがあり、これらの前に自己組織化単分子膜を形成する方法を組合せて採用することもできる。
図6は本発明の電極チップを用いた電気化学センサの全体像を示すものである。電気化学センサ500においては、電極チップ100は、その引き出し電極13が計測部200に設けられた引き込み電極23と電気的に接続するように設置され、電極チップ100からの電気信号が入力され、計測部200で計測と分析を行うことにより電極チップ100の試料室内の試料の解析を行う。電極チップ100は計測部200から容易に取り外すことができ、自由に交換することができる。すなわち、電極チップ100を「試料部」として使い捨てにすることもできる。
厚さ0.3mmのステンレス(SUS304)板を加工して、図2(a)に示すような金属からなる加工形状を得た。この加工は、具体的には、以下の方法により行った。先ず、ステンレス板の両面へ感光性エッチングレジストを塗布した。これらのレジスト層をパターン露光し、現像することにより、ステンレス板の両面にレジストパターンを形成した。次いで、これらレジストパターンをエッチングマスクとして用いてステンレスをエッチングした。エッチング液としては、塩化第2鉄溶液を使用した。その後、レジストパターンを剥離することにより、図2(a)の加工形状を得た。次に、図2(a)の加工形状を切断し図2(b)に示すような一単位ごとに切り出した。
次に、図2(b)の基体3の部分に、めっき法により、炭素からなる厚さ3μmの連続膜を保護層4として形成し、図2(c)に示す形態413とした。具体的には、保護層4は、カルシウムカーバイドを含む溶融塩(LiCl−KCl−CaCl2:500℃)に基体3の部分を浸漬させ、アノード分極することによって形成した。
次に、図示しない金型のキャビティ内に、基体3の部分に保護層4を形成した図2(c)の形態413を複数配置した。このとき保護層4によって被覆されていない領域は支持体1によって覆われ、保護層4で被覆された領域や引き出し電極13上には支持体1が付着しないよう金型の外部に配置して、図3(a)に示す断面形状とした。尚、簡略化のため、形態413は1個のみ図示している。さらに、支持部16をレーザービームを照射して切断し、図3(b)の断面形状を得た。
次に、支持体1の試料室に電解液として2mol/Lの硫酸を導入し、白金からなる対向電極を作用電極に接触しないよう挿入し、さらに引き出し電極13を定電位電源装置に接続した後、作用電極に1.6V vs Ag/AgClの電位をかけて1分間放置した。これにより、保護層4上の異物を除去し水弾きがなくなったことで清浄化と親水化処理が完了した。
次に、支持体1の試料室に0.1g/Lの塩化白金酸水溶液を導入し、白金からなる電極を陽極とし、作用電極を陰極として、1A/cm2で10秒間処理を行った。この処理により、白金触媒を付与した本発明の電極チップを作製した。
1・・・・・支持体
2・・・・・電極
3・・・・・基体
3’・・・・・基体となる部分
4・・・・・保護層
4a、4b、4c、4d・・・保護層
5’・・・・・触媒
5・・・・・触媒
7a、7b、7c、7d・・・電解液セル
10・・・・試料室
13・・・・引き出し電極
13’・・・・引き出し電極となる部分
16・・・・支持部
16’・・・・支持部となる部分
413・・・電極作製途中の一形態
23・・・・引き込み電極
200・・・計測部
500・・・電気化学センサ
Claims (9)
- 電気化学センサ用電極チップであり、
前記電極チップは絶縁性を有する支持体と、作用電極を含む1以上の電極を備え、
前記1以上の電極は、前記支持体から突出しており、且つ導電性を有する表面からなる基体からなり、前記基体の表面の少なくとも一部は炭素膜からなる保護層により被覆され、前記保護層は厚さが1μm以上であり、
前記保護層の表面の少なくとも一部には、触媒が付与されている、
ことを特徴とする電極チップ。 - 前記支持体は、被測定試料を保持する試料室を備え、
前記1以上の電極は、前記試料室内で前記支持体から突出している、
ことを特徴とする、請求項1に記載の電極チップ。 - 前記1以上の電極を複数の組備え、
それぞれの組の電極は前記基体と前記保護層と前記触媒とを備え、
前記触媒は、前記複数の組毎に異なる触媒である、
ことを特徴とする、請求項1、または2に記載の電極チップ。 - 前記保護層により被覆する方法は、めっき法である、ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の電極チップの製造方法。
- 前記保護層に前記触媒を付与するに先立ち、酸化性を有する薬液により前記保護層表面を処理し、前記保護層表面の異物除去と親水性処理を行う、ことを特徴とする請求項4に記載の電極チップの製造方法。
- 前記保護層に前記触媒を付与するに先立ち、電解処理により前記保護層表面の異物除去と親水性処理を行う、ことを特徴とする請求項4に記載の電極チップの製造方法。
- 前記保護層表面の異物除去と親水性処理を行った後に、前記保護層表面上に自己組織化単分子膜を形成する、ことを特徴とする請求項5または6に記載の電極チップの製造方法。
- 前記触媒を付与する方法は、貴金属を含む溶液に前記保護層を接触させ、電解処理により前記保護層上へ前記貴金属を析出させることによる、ことを特徴とする請求項4〜7のいずれか一項に記載の電極チップの製造方法。
- 前記触媒を付与する方法は、前記保護層に親水性高分子を塗布、乾燥した上に酵素を付与することによる、ことを特徴する請求項4〜7のいずれか一項に記載の電極チップの製造方法。
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