JP2007187491A - Electrode for electrochemical detection and method of manufacturing same - Google Patents
Electrode for electrochemical detection and method of manufacturing same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007187491A JP2007187491A JP2006004334A JP2006004334A JP2007187491A JP 2007187491 A JP2007187491 A JP 2007187491A JP 2006004334 A JP2006004334 A JP 2006004334A JP 2006004334 A JP2006004334 A JP 2006004334A JP 2007187491 A JP2007187491 A JP 2007187491A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- layer
- substrate
- nucleic acid
- electrochemical detection
- 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.)
- Withdrawn
Links
Landscapes
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
Description
本発明は、電極での酸化還元反応を利用して核酸のハイブリダイゼーションの有無を検出する電気化学検出チップに用いられる電気化学検出用電極およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to an electrode for electrochemical detection used for an electrochemical detection chip for detecting the presence or absence of hybridization of nucleic acids by utilizing an oxidation-reduction reaction at an electrode, and a method for producing the same.
生体内の遺伝情報はDNA塩基配列として保存されており、遺伝子の発現を解析することは各種疾病の予防、早期診断治療、オーダーメイド医療などに有効である。生物学、医学分野での遺伝子解析においては、特定の配列を有する核酸断片を検出する方法として、ハイブリダイゼーション法が広く用いられている。ハイブリダイゼーション法は、一本鎖の核酸同士の塩基配列が相補的である場合に相補性を持つ塩基対間の水素結合により二本鎖核酸を形成することを利用するものであり、この中でも特に、目的とする遺伝子を特異的に検出することができる方法として、サザンハイブリダイゼーション法が一般的に利用されている。 Genetic information in the living body is stored as a DNA base sequence, and analyzing gene expression is effective for prevention of various diseases, early diagnosis treatment, tailor-made medicine, and the like. In gene analysis in the fields of biology and medicine, a hybridization method is widely used as a method for detecting a nucleic acid fragment having a specific sequence. The hybridization method uses the formation of a double-stranded nucleic acid by hydrogen bonding between base pairs having complementarity when the base sequences of single-stranded nucleic acids are complementary. As a method capable of specifically detecting the target gene, the Southern hybridization method is generally used.
サザンハイブリダイゼーション法では、まず試料DNAを一種類以上の制限酵素でフラグメントとし、アガロースゲル電気泳動あるいはポリアクリルアミドゲル電気泳動にかけてその分子量サイズによって分画ごとに分離し、次いで、分離した試料DNA断片を一本鎖に変性した後、ナイロンフィルターまたはニトロセルロースペーパーに固定化する。そして、その試料DNA断片と、この試料DNA断片に相補性を有する放射性同位元素で標識された一本鎖DNA断片とをハイブリダイズさせた後、洗浄後のフィルターをオートラジオグラフィーにかけ現像することによって、相補性DNAとハイブリダイズする特定の塩基配列を有する試料DNA断片を検出することができる。 In Southern hybridization, sample DNA is first fragmented with one or more types of restriction enzymes, subjected to agarose gel electrophoresis or polyacrylamide gel electrophoresis, and separated into fractions according to their molecular weight sizes, and then the separated sample DNA fragments are separated. After denaturation to a single strand, it is immobilized on a nylon filter or nitrocellulose paper. Then, the sample DNA fragment is hybridized with a single-stranded DNA fragment labeled with a radioisotope that is complementary to the sample DNA fragment, and then the washed filter is subjected to autoradiography and developed. A sample DNA fragment having a specific base sequence that hybridizes with complementary DNA can be detected.
しかし、上記のサザンハイブリダイゼーション法を含めた方法は標識として放射性同位元素を用いるため、検出に長時間を要し、バンドが不明確となりやすく、また放射性物質の取り扱いやコストの点で問題がある。 However, since the method including the Southern hybridization method uses a radioisotope as a label, detection takes a long time, the band tends to be unclear, and there is a problem in terms of handling and cost of the radioactive material. .
放射性同位元素による標識の代わりに蛍光物質を標識として用いる方法も知られている。蛍光物質を標識として用いる方法は、安全性および迅速性において優れた方法である。例えば、スライドガラスやシリコンなどの基板上に非共有結合(静電結合)や共有結合で固定して高密度に整列化しているDNA断片に対して、蛍光物質で標識したDNA断片をハイブリダイゼーションさせ、そのハイブリダイゼーションを検出するDNAチップがすでに利用されている。しかし、励起光による褪色が起こること、測定には専用の蛍光測定装置が必要であることや蛍光の内部消光および凝集等のために一定量以上の蛍光物質を導入することは困難であること等の問題がある。 A method is also known in which a fluorescent substance is used as a label instead of labeling with a radioisotope. A method using a fluorescent substance as a label is an excellent method in terms of safety and speed. For example, a DNA fragment labeled with a fluorescent substance is hybridized to a DNA fragment that is fixed on a substrate such as a glass slide or silicon by non-covalent bonding (electrostatic bonding) or covalent bonding and aligned at high density. DNA chips for detecting the hybridization have already been used. However, fading due to excitation light occurs, a dedicated fluorescence measurement device is required for measurement, and it is difficult to introduce a certain amount of fluorescent material due to internal quenching and aggregation of fluorescence, etc. There is a problem.
一方、電極での酸化還元反応を利用して核酸のハイブリダイゼーションの有無を検出する電気化学検出チップによる方法も知られている。この方法は、出力端子を備えた電極にプローブDNA断片を固定し、ここに試料DNA断片および電気化学活性縫込み型インターカレーターを接触させると、電極上に固定されているプローブDNA断片と試料DNA断片との間に二本鎖DNAが形成され、この二本鎖DNAの内部にインターカレーターが結合するため、電極に電位を印加すると、別に設けた対極との間にインターカレーターを介して電流が流れるため、その電流量を測定することによってハイブリダイゼーションを検出することができるものである。 On the other hand, a method using an electrochemical detection chip that detects the presence or absence of nucleic acid hybridization using an oxidation-reduction reaction at an electrode is also known. In this method, when a probe DNA fragment is fixed to an electrode having an output terminal, and the sample DNA fragment and the electrochemically active threaded intercalator are brought into contact with the electrode, the probe DNA fragment and the sample DNA fixed on the electrode are contacted. A double-stranded DNA is formed between the fragment and an intercalator is bound inside the double-stranded DNA. Therefore, when a potential is applied to the electrode, a current is passed through the intercalator between the counter electrode provided separately. Since it flows, hybridization can be detected by measuring the amount of current.
しかし、電気化学チップによる方法では電極(一般的にはAu電極)へプローブDNAを固定する必要があるため、固定したDNA量に関する再現性、固定されたDNAの固定に対する安定性が低いため、最終的に得られた結果(データ)の信頼性が低いという問題がある。 However, since the method using an electrochemical chip requires the probe DNA to be fixed to an electrode (generally an Au electrode), the reproducibility regarding the amount of the fixed DNA and the stability to the fixation of the fixed DNA are low. There is a problem that the result (data) obtained by the process is low in reliability.
Au電極上へのDNAの固定方法としては、DNAの末端に修飾したチオール基とAu原子の結合を利用した固定方法、Au電極上に形成したSAM(自己組織化単一分子膜)を介してDNAを固定する方法等が代表的である。 As a method for immobilizing DNA on an Au electrode, the immobilization method utilizes a bond between a thiol group modified at the end of the DNA and an Au atom, or via a SAM (self-assembled monomolecular film) formed on the Au electrode. A typical method is DNA immobilization.
しかしこれらの固定方法はAu(111)面上においては再現性良く結合するが、異なる面方位や、結晶性の悪い表面では結合し難いという問題がある。また、Au(111)面を得るための基板はマイカ(雲母)のみで、基板として一般的なガラス等のアモルファス材料や異なる結晶構造の基板では、Au(111)面が得られず汎用性に乏しいという問題がある。 However, these fixing methods bond with good reproducibility on the Au (111) surface, but have a problem that they are difficult to bond with different surface orientations and surfaces with poor crystallinity. Further, the substrate for obtaining the Au (111) surface is only mica (mica), and the substrate is not versatile because the Au (111) surface cannot be obtained with an amorphous material such as glass or a substrate having a different crystal structure. There is a problem of being scarce.
固定に関する再現性の問題を解決する方法として、例えば、特許文献1には、下地基板と上板とを組み合わせることによりマイクロ流路が形成され、下地基板上にマイクロ流路内に露出した一対の電極が形成され、既知の塩基配列を有する核酸断片および試料核酸断片を含む混合溶液をインターカレーターと共にマイクロ流路内に導入し、一対の電極間に電位を印加して電極間に流れる電流を測定することにより混合溶液内のハイブリダイゼーションの有無を検出する電気化学検出チップが開示されている。
特許文献1に記載されている電気化学検出チップは、電極へプローブDNAを固定しないため、測定の再現性は向上されているものの、性能、生産性等の問題が解決されていないため、研究目的の使用にとまり汎用には至っていない。 The electrochemical detection chip described in Patent Document 1 does not fix the probe DNA to the electrode, and thus the reproducibility of the measurement is improved, but problems such as performance and productivity have not been solved. It is not used for general purpose.
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、核酸を再現性、安定性よく固定させることが可能な、電気化学検出用電極およびその製造方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an electrode for electrochemical detection and a method for producing the same that can fix nucleic acids with good reproducibility and stability.
本発明の電気化学検出用電極は、基板上に形成された核酸を固定するための電極であって、該電極が、前記基板の直上に相対的に結晶性が低い第一Au層と、該第一Au層上に、相対的に結晶性が高く前記核酸を固定する面がAu(111)面からなる第二Au層との少なくとも2層からなることを特徴とするものである。 The electrode for electrochemical detection of the present invention is an electrode for immobilizing a nucleic acid formed on a substrate, the electrode comprising a first Au layer having relatively low crystallinity directly above the substrate, On the first Au layer, the surface having relatively high crystallinity and fixing the nucleic acid is composed of at least two layers including a second Au layer composed of an Au (111) surface.
前記第一Au層の(111)面存在率は30%未満であって、前記第二Au層の(111)面存在率は30%以上であることが好ましい。 Preferably, the (111) plane existence ratio of the first Au layer is less than 30%, and the (111) plane existence ratio of the second Au layer is 30% or more.
本発明の電気化学検出用電極の製造方法は、基板上に形成された核酸を固定するための電極の製造方法であって、前記基板上にスパッタによりAuを堆積させて第一Au層を形成し、次いで基板を300℃以上700℃未満に加熱してスパッタによりAuを堆積させて第二Au層を形成することを特徴とするものである。 The method for manufacturing an electrode for electrochemical detection of the present invention is a method for manufacturing an electrode for immobilizing a nucleic acid formed on a substrate, wherein Au is deposited on the substrate by sputtering to form a first Au layer. Then, the substrate is heated to 300 ° C. or higher and lower than 700 ° C., and Au is deposited by sputtering to form a second Au layer.
前記第一Au層の形成は、前記基板を300℃未満で加熱することが好ましく、より好ましくは50℃以上200℃未満、さらには50℃以上100℃以下に加熱することが好ましい。 In forming the first Au layer, the substrate is preferably heated at less than 300 ° C., more preferably from 50 ° C. to less than 200 ° C., and further preferably from 50 ° C. to 100 ° C.
本発明の電気化学検出チップは、電極での酸化還元反応を利用して核酸のハイブリダイゼーションの有無を検出する電気化学検出チップにおいて、前記電極が基板上に形成された核酸を固定するためのものであって、前記基板の直上に相対的に結晶性が低い第一Au層と、該第一Au層上に、相対的に結晶性が高く前記核酸を固定する面がAu(111)面からなる第二Au層との少なくとも2層からなることを特徴とするものである。 The electrochemical detection chip of the present invention is an electrochemical detection chip for detecting the presence or absence of nucleic acid hybridization using an oxidation-reduction reaction at an electrode, for fixing the nucleic acid formed on the substrate by the electrode. A first Au layer having relatively low crystallinity directly on the substrate, and a surface on which the nucleic acid is immobilized on the first Au layer having relatively high crystallinity from the Au (111) surface. It consists of at least two layers with the second Au layer.
本発明の電気化学検出用電極は、基板上に形成された核酸を固定するための電極であって、この電極が、基板の直上に相対的に結晶性が低い第一Au層と、この第一Au層上に、相対的に結晶性が高く核酸を固定する面がAu(111)面からなる第二Au層との少なくとも2層からなるので、核酸を固定する面はAu(111)面上となり、4個のAu原子によって規則正しい隙間が形成され、ここに核酸の末端に形成されるチオール基(SH基)が入るため、Au−Sの配位結合によりその結合を強固なものとすることができ、安定性よく核酸を固定することが可能である。 The electrode for electrochemical detection of the present invention is an electrode for immobilizing a nucleic acid formed on a substrate. The electrode comprises a first Au layer having relatively low crystallinity directly above the substrate, and the first Au layer. Since the surface having relatively high crystallinity and immobilizing nucleic acid on one Au layer is composed of at least two layers including the second Au layer composed of Au (111) surface, the surface immobilizing nucleic acid is Au (111) surface The regular gaps are formed by four Au atoms, and the thiol group (SH group) formed at the end of the nucleic acid enters here, so that the bond is strengthened by the coordination bond of Au-S. It is possible to fix the nucleic acid with high stability.
また、一般的にAuは酸化されやすく、他の物質との接触による影響を受けやすいため、チオール基の固定能の低下を生じやすいが、本発明の電気化学検出用電極は、核酸を固定する面がAu(111)面からなりAu原子が規則正しく配列しているので、安定して固定することが可能であり、また、Au原子が規則正しく配列しているのでC軸方向の剥離を抑制することができる。 In general, Au is easily oxidized and easily affected by contact with other substances, so that the ability to fix a thiol group is likely to deteriorate. However, the electrochemical detection electrode of the present invention fixes nucleic acids. Since the surface is made of Au (111) and Au atoms are regularly arranged, it can be fixed stably, and since Au atoms are regularly arranged, peeling in the C-axis direction is suppressed. Can do.
また、本発明の電気化学検出用電極の製造方法は、基板上にスパッタによりAuを堆積させて第一Au層を形成し、次いで基板を300℃以上700℃未満に加熱してスパッタによりAuを堆積させて第二Au層を形成するので、第一Au層の形成時には基板の凹凸を緩衝するように、基板近傍においてはAu(111)面の存在率が30%未満である相対的に結晶性の低いAu層が得られ、第二Au層の形成時には、基板の凹凸を緩衝した第一Au層上に、基板を300℃以上700℃未満に加熱することによって高いエネルギー状態でスパッタするので、Auが自己結晶化して、Au(111)面の存在率が30%以上である相対的に結晶性の高い第二Au層を形成することができる。 In the method for manufacturing an electrode for electrochemical detection according to the present invention, Au is deposited on a substrate by sputtering to form a first Au layer, and then the substrate is heated to 300 ° C. or more and less than 700 ° C., and Au is sputtered. Since the second Au layer is formed by deposition, a relative crystal having an Au (111) plane abundance of less than 30% in the vicinity of the substrate is used to buffer the unevenness of the substrate when the first Au layer is formed. When the second Au layer is formed, the substrate is sputtered in a high energy state by heating the substrate to 300 ° C. or higher and lower than 700 ° C. on the first Au layer buffering the unevenness of the substrate. , Au is self-crystallized, and a second Au layer having a relatively high crystallinity with an abundance of the Au (111) plane of 30% or more can be formed.
以下、本発明の電気化学検出用電極について図面を用いて説明する。図1は本発明の電気化学検出用電極の概略断面図である。図1に示すように、本発明の電気化学検出用電極10は、基板1の直上に相対的に結晶性が低い第一Au層2と、この第一Au層2上に、相対的に結晶性が高く核酸を固定する面がAu(111)面からなる第二Au層3との少なくとも2層からなることを特徴とする。 Hereinafter, the electrode for electrochemical detection of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view of an electrochemical detection electrode of the present invention. As shown in FIG. 1, the electrochemical detection electrode 10 of the present invention includes a first Au layer 2 having relatively low crystallinity directly above a substrate 1 and a relatively crystalline structure on the first Au layer 2. It is characterized in that the surface on which the nucleic acid is immobilized is composed of at least two layers including the second Au layer 3 composed of an Au (111) surface.
ここで、上記核酸とは、塩基、リン酸および糖からなるヌクレオチドを基本単位とし、このリン酸が各ヌクレオチド間で糖の3’と5’位炭素の間にジエステル結合を作ることにより重合した長い鎖状のポリヌクレオチドである。糖部分がリボースかデオキシリボースかによってRNAとDNAがある。核酸は電極に固定されるためにその末端にチオール基が形成されたものである。 Here, the nucleic acid is a base unit consisting of a nucleotide consisting of a base, phosphate and sugar, and this phosphate is polymerized by forming a diester bond between the 3 ′ and 5 ′ carbons of the sugar between each nucleotide. It is a long chain polynucleotide. There are RNA and DNA depending on whether the sugar moiety is ribose or deoxyribose. Since nucleic acids are immobilized on electrodes, thiol groups are formed at the ends.
上記基板としては、特に限定されるものではなく、汎用性の高いガラス等のアモルファス材料やSi等の半導体材料、セラミックスやアルミナ等の絶縁材料等があげられる。 The substrate is not particularly limited, and examples include highly versatile amorphous materials such as glass, semiconductor materials such as Si, and insulating materials such as ceramics and alumina.
第一Au層の(111)面存在率は30%未満であって、第二Au層の(111)面存在率は30%以上であることが好ましく、より望ましくは第一Au層の(111)面存在率は50%未満であって、第二Au層の(111)面存在率は50%以上であることが好ましい。ここで、Au層の(111)面存在率は、任意の点でTEM像を撮影し、目視により結晶配列のそろっている領域をAu(111)面とみなし、TEM像で目視によりAu(111)面を測定することにより求めるものである。 The (111) plane abundance of the first Au layer is preferably less than 30%, and the (111) plane abundance of the second Au layer is preferably 30% or more, more desirably (111) of the first Au layer. ) The plane presence rate is preferably less than 50%, and the (111) plane presence rate of the second Au layer is preferably 50% or more. Here, the presence ratio of the (111) plane of the Au layer is determined by taking a TEM image at an arbitrary point, and visually observing a region where the crystal arrangement is aligned as the Au (111) plane, and visually checking the Au (111) ) Determined by measuring the surface.
上記のような電極を製造するためには、基板上にスパッタによりAuを堆積させて第一Au層を形成し、次いで基板を300℃以上700℃未満に加熱してスパッタによりAuを堆積させて第二Au層を形成する。 In order to manufacture the electrode as described above, Au is deposited on the substrate by sputtering to form a first Au layer, and then the substrate is heated to 300 ° C. or more and less than 700 ° C. to deposit Au by sputtering. A second Au layer is formed.
スパッタとしては、直流スパッタ(DC)、高周波(RF)スパッタ、マグネトロンスパッタ、イオンビームスパッタ等いずれでもよいが、電極膜の品質や汎用性の観点から高周波スパッタが好ましい。 Sputtering may be any of direct current sputtering (DC), radio frequency (RF) sputtering, magnetron sputtering, ion beam sputtering, etc., but high frequency sputtering is preferred from the viewpoint of electrode film quality and versatility.
スパッタ時の加熱温度は、第一Au層の形成時にあっては、基板を300℃未満で加熱することが好ましく、より好ましくは50℃以上200℃未満、さらには50℃以上100℃以下に加熱することが好ましい。第二Au層の形成時にあっては、基板を300℃以上700℃未満、より好ましくは500℃以上600℃以下で加熱することが好ましい。 When the first Au layer is formed, the heating temperature during sputtering is preferably heated to less than 300 ° C., more preferably from 50 ° C. to less than 200 ° C., and even more preferably from 50 ° C. to less than 100 ° C. It is preferable to do. When forming the second Au layer, it is preferable to heat the substrate at 300 ° C. or higher and lower than 700 ° C., more preferably 500 ° C. or higher and 600 ° C. or lower.
第一Au層および第二Au層の層厚は、スパッタ方法、スパッタ条件によるため一概には言えないが、第一Au層は30〜70nmが好ましく、第二Au層は100nm以上が好ましい。 The thicknesses of the first Au layer and the second Au layer cannot be generally specified because of the sputtering method and sputtering conditions, but the first Au layer is preferably 30 to 70 nm, and the second Au layer is preferably 100 nm or more.
なお、ここでは、スパッタによりAuを堆積させて第一Au層を形成し、次いで基板を300℃以上700℃未満に加熱してスパッタによりAuを堆積させて第二Au層を形成する場合について説明したが、基板上にAu層を形成する際に、最初に室温〜200℃未満でAuのスパッタを開始し、その後、徐々に加熱温度を上昇させて、最終的に300℃以上700℃未満でスパッタを行うこととしてもよい。 Here, a case where Au is deposited by sputtering to form a first Au layer, and then the substrate is heated to 300 ° C. or higher and lower than 700 ° C. and Au is deposited by sputtering to form a second Au layer is described. However, when forming the Au layer on the substrate, first, sputtering of Au is started at room temperature to less than 200 ° C., and then the heating temperature is gradually increased, and finally at 300 ° C. or more and less than 700 ° C. Sputtering may be performed.
図2は、第二Au層3の核酸が固定される最上層のAu(111)面の拡大模式図である。図2に示すように、第二Au層3の核酸が固定される最上層のAu(111)面は、4個のAu原子によって規則正しい隙間が形成され、ここに核酸の末端に形成されるチオール基が入るため、その結合を強固なものとすることができ、安定性よく核酸を固定することが可能である。 FIG. 2 is an enlarged schematic view of the uppermost Au (111) surface on which the nucleic acid of the second Au layer 3 is fixed. As shown in FIG. 2, the Au (111) surface of the uppermost layer on which the nucleic acid of the second Au layer 3 is fixed has regular gaps formed by four Au atoms, and the thiol formed at the end of the nucleic acid here Since the group is contained, the bond can be strengthened and the nucleic acid can be immobilized with good stability.
本発明の電気化学検出用電極は、酸化還元反応を利用して核酸のハイブリダイゼーションの有無を検出する電気化学検出チップに利用することができる。この電気化学検出チップは、一本鎖の核酸(例えばDNAプローブ)を電極表面に固定化し、溶液系でインターカレータの存在下、被験DNAとプローブDNAとの相補的二本鎖DNAを形成させ、形成された二本鎖DNAの検出を、電極の電流変化を電気化学的シグナルとして検出するものである。 The electrode for electrochemical detection of the present invention can be used in an electrochemical detection chip for detecting the presence or absence of nucleic acid hybridization using an oxidation-reduction reaction. In this electrochemical detection chip, a single-stranded nucleic acid (for example, a DNA probe) is immobilized on the electrode surface, and in the presence of an intercalator in a solution system, a complementary double-stranded DNA of a test DNA and a probe DNA is formed, Detection of the formed double-stranded DNA is performed by detecting a change in the current of the electrode as an electrochemical signal.
図3に作用極(WE)、対極(CE)、および参照極(RE)からなる三電極方式を用いて電気化学検出法を実施する電気化学測定の概念図を示す。出力端子を備えた作用極にプローブDNAを固定し、ここに被験DNA断片および電気化学活性縫込み型インターカレーターを接触させると、電極上に固定されているプローブDNA断片と被験DNA断片との間に二本鎖DNAが形成され、この二本鎖DNAの内部にインターカレーターが結合するため、電極に電位を印加すると、別に設けた対極との間にインターカレーターを介して電流が流れるため、その電流量を測定することによってハイブリダイゼーションを検出することができる。なお、参照極は作用極の電位を測定するためのものであり、参照極には事実上電流は流れない。 FIG. 3 shows a conceptual diagram of electrochemical measurement in which an electrochemical detection method is performed using a three-electrode system including a working electrode (WE), a counter electrode (CE), and a reference electrode (RE). When a probe DNA is fixed to a working electrode having an output terminal and a test DNA fragment and an electrochemically active threaded intercalator are brought into contact therewith, a space between the probe DNA fragment fixed on the electrode and the test DNA fragment is obtained. A double-stranded DNA is formed, and an intercalator binds to the inside of the double-stranded DNA. Therefore, when a potential is applied to the electrode, a current flows between the counter electrode provided separately via the intercalator. Hybridization can be detected by measuring the amount of current. Note that the reference electrode is for measuring the potential of the working electrode, and virtually no current flows through the reference electrode.
以下、本発明の電気化学検出用電極およびその製造方法を実施例によりさらに詳細に説明する。 Hereinafter, the electrode for electrochemical detection of the present invention and the production method thereof will be described in more detail with reference to examples.
(実施例1)
有機洗浄(アセトン及び超純水にて、5分間/2回超音波洗浄)を施したガラス基板上に、成膜速度100nm/min、パワー200Wの条件で高周波スパッタを行い、約50nmの膜厚の第一Au層を形成させた。次に、ガラス基板を500℃に加熱しながら、成膜速度100nm/min、パワー200Wの条件で高周波スパッタを行い、約150nmの膜厚の第二Au層を形成して電極を製造した。
Example 1
High frequency sputtering is performed on a glass substrate that has been subjected to organic cleaning (ultrasonic cleaning with acetone and ultrapure water for 5 minutes / 2 times) under conditions of a film formation rate of 100 nm / min and a power of 200 W. The first Au layer was formed. Next, while heating the glass substrate to 500 ° C., high-frequency sputtering was performed under the conditions of a film formation rate of 100 nm / min and a power of 200 W to form a second Au layer having a film thickness of about 150 nm to manufacture an electrode.
得られた電極表面をTEM像撮影したところ、実施例1の電極の第二Au層では、Au(111)面存在率が50%以上である、相対的に結晶性の高い表面が得られており、一方第二Au層を削り取り、さらに第一Au層の表層を削り取って基板近傍について再度TEM像撮影をしたところ、Au(111)面存在率が25%である、相対的に結晶性の低い面が得られていた。 As a result of taking a TEM image of the obtained electrode surface, it was found that the second Au layer of the electrode of Example 1 had a surface with a relatively high crystallinity with an Au (111) plane existence ratio of 50% or more. On the other hand, when the second Au layer was scraped off, and the surface layer of the first Au layer was scraped off and TEM image was taken again in the vicinity of the substrate, the presence ratio of Au (111) plane was 25%, which was relatively crystalline. The low side was obtained.
(比較例1)
実施例1と同様に下処理したガラス基板上に、10−3Pa以下の真空度中で、蒸着により200nmの厚みでAuを堆積させて電極を製造した。
(Comparative Example 1)
An electrode was manufactured by depositing Au with a thickness of 200 nm by vapor deposition on a glass substrate prepared in the same manner as in Example 1 in a vacuum of 10 −3 Pa or less.
(比較例2)
実施例1と同様に下処理したガラス基板上に、100nm/minの成膜速度で200Wのパワーで250nmの膜厚のAuを堆積させて電極を製造した。
(Comparative Example 2)
An electrode was manufactured by depositing Au having a thickness of 250 nm at a power of 200 W at a deposition rate of 100 nm / min on a glass substrate that had been pretreated in the same manner as in Example 1.
(比較例3)
比較例2で得られた電極を電気炉に入れ、空気中530℃で7時間アニールして電極を製造した。
(Comparative Example 3)
The electrode obtained in Comparative Example 2 was placed in an electric furnace and annealed in air at 530 ° C. for 7 hours to produce an electrode.
図4〜図7に実施例1、比較例1〜3で得られた電極のRHEED(反射高速電子線回折)のパターンを示す。RHEEDのパターンから明らかなように、実施例1で製造した電極のみでAu(111)面が得られていた。 4 to 7 show RHEED (reflection high-energy electron diffraction) patterns of the electrodes obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 to 3. FIG. As apparent from the RHEED pattern, the Au (111) surface was obtained only with the electrode manufactured in Example 1.
また、実施例1および比較例1〜3で得られたAu電極に、末端をチオール基で修飾したDNAプローブを固定し、応答曲線(DPV)を調べた結果を図8〜図11に示す。DPVグラフは、DNAを固定した場合の応答曲線を丸繋線で、何も固定していない場合の応答曲線を四角繋線で示した。実施例1の電極の場合には固定されたDNA量が比較例1〜3の電極に比べて大幅に向上していることがわかる。これは、比較例1〜3で製造された電極の場合には、Au層が非晶質で単結晶化されていない状態であるために、DNA末端のチオール基との結合が充分に得られないが、実施例1で製造した電極は表面がAu(111)面となっており、この(111)面上の4個のAu原子の間にチオール基が確実に結合されたためと考えられる。このように確実に結合される部分が形成されているために、再現性が向上できるものと考えられる。 Moreover, the result of having investigated the response curve (DPV) which fixed the DNA probe which modified the terminal with the thiol group to Au electrode obtained in Example 1 and Comparative Examples 1-3 is shown in FIGS. In the DPV graph, the response curve when DNA is fixed is indicated by a circular connecting line, and the response curve when nothing is fixed is indicated by a square connecting line. In the case of the electrode of Example 1, it can be seen that the amount of immobilized DNA is greatly improved as compared with the electrodes of Comparative Examples 1 to 3. This is because, in the case of the electrodes manufactured in Comparative Examples 1 to 3, since the Au layer is amorphous and not single-crystallized, a sufficient bond with the thiol group at the end of the DNA is obtained. However, the surface of the electrode manufactured in Example 1 has an Au (111) surface, and it is considered that a thiol group was reliably bonded between four Au atoms on the (111) surface. It is considered that the reproducibility can be improved because the portion to be securely bonded is formed.
以上のように、本発明の電気化学検出用電極は、基板の直上に相対的に結晶性が低い第一Au層と、この第一Au層上に、相対的に結晶性が高く核酸を固定する面がAu(111)面からなる第二Au層との少なくとも2層からなるので、核酸を固定する面はAu(111)面上となり、4個のAu原子によって規則正しい隙間が形成され、ここに核酸の末端に形成されるチオール基が入るため、Au−Sの配位結合によりその結合を強固なものとすることができ、安定性よく核酸を固定することが可能である。 As described above, the electrochemical detection electrode of the present invention has a first Au layer with relatively low crystallinity directly above a substrate, and a nucleic acid is immobilized on the first Au layer with relatively high crystallinity. The surface to be fixed is composed of at least two layers including a second Au layer composed of an Au (111) surface, and the surface on which the nucleic acid is immobilized is on the Au (111) surface, and regular gaps are formed by four Au atoms. Since a thiol group formed at the end of the nucleic acid is contained in the structure, the bond can be strengthened by the coordination bond of Au—S, and the nucleic acid can be immobilized with good stability.
1 基板
2 第一Au層
3 第二Au層
10 電極
1 Substrate 2 First Au layer 3 Second Au layer 10 Electrode
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006004334A JP2007187491A (en) | 2006-01-12 | 2006-01-12 | Electrode for electrochemical detection and method of manufacturing same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006004334A JP2007187491A (en) | 2006-01-12 | 2006-01-12 | Electrode for electrochemical detection and method of manufacturing same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007187491A true JP2007187491A (en) | 2007-07-26 |
Family
ID=38342766
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006004334A Withdrawn JP2007187491A (en) | 2006-01-12 | 2006-01-12 | Electrode for electrochemical detection and method of manufacturing same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007187491A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111638256A (en) * | 2020-07-20 | 2020-09-08 | 王龙喜 | Electrochemical sensor for detecting blood enzyme |
-
2006
- 2006-01-12 JP JP2006004334A patent/JP2007187491A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111638256A (en) * | 2020-07-20 | 2020-09-08 | 王龙喜 | Electrochemical sensor for detecting blood enzyme |
CN111638256B (en) * | 2020-07-20 | 2022-09-02 | 王龙喜 | Electrochemical sensor for detecting blood enzyme |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Lucarelli et al. | Carbon and gold electrodes as electrochemical transducers for DNA hybridisation sensors | |
CA2616259C (en) | Electrocatalytic nucleic acid hybridization detection | |
CA2671864C (en) | Detection and quantification of biomolecules using mass spectrometry | |
US20100184028A1 (en) | Method and system for real time quantification and monitoring of nucleic acid amplification using electroconductive or electrochemically active labels | |
US20130092541A1 (en) | High-Resolution Analysis Devices and Related Methods | |
JP2002522748A (en) | Detection of targets in samples | |
CA2198489A1 (en) | Biosensor for and method of electrogenerated chemiluminescent detection of nucleic acid adsorbed to a solid surface | |
CN111175365A (en) | Electrochemical sensor for detecting exosome miRNA (micro ribonucleic acid), and preparation and application thereof | |
KR20220044681A (en) | Kits for detecting one or more target nucleic acid analytes in a sample, and methods of making and using the same | |
US20120058547A1 (en) | Method and system for nucleic acid detection using electroconductive or electrochemically active labels | |
Deshmukh et al. | A capacitive DNA sensor for sensitive detection of Escherichia coli O157: H7 in potable water based on the z3276 genetic marker: Fabrication and analytical performance | |
US20140155289A1 (en) | Nucleic acid analysis method | |
JP2004132954A (en) | Method and detector for detecting one or plurality of analytes, and use of detector | |
Tabata et al. | Liquid biopsy in combination with solid-state electrochemical sensors and nucleic acid amplification | |
Lin et al. | Electrochemical biosensor based on nanogold-modified poly-eriochrome black T film for BCR/ABL fusion gene assay by using hairpin LNA probe | |
JP2023539360A (en) | Kits and methods of making and using the same for detecting one or more target analytes in a sample | |
JPH10146183A (en) | Electrode, detection device and sensor | |
EP1848823A2 (en) | Methods for separating short single-stranded nucleic acid from long single- and double-stranded nucleic acid, and associated biomolecular assays | |
CA2510721C (en) | Method and device for pcr amplification and detection of nucleotide sequences | |
JP2004020386A (en) | Hybridization method and hybridization apparatus for selectively coupling substance, and base for immobilizing the selectively coupling substance | |
KR100482718B1 (en) | Nucleic Acid Probe-Immobilized Substrate and Method of Detecting the Presence of Target Nucleic Acid by Using the Same | |
US8975025B2 (en) | Method and system for nucleic acid detection using electroconductive or electrochemically active labels | |
JP2007187491A (en) | Electrode for electrochemical detection and method of manufacturing same | |
JP2003202343A (en) | Method for hybridizing selective bonding substance, hybridization apparatus, and substrate for arranging selective bonding substance | |
Ho et al. | Analysis of the evolution of the detection limits of electrochemical nucleic acid biosensors II |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20090407 |