分析化学

電気化学センサー・バイオセンサー

電気化学センサー・バイオセンサーの原理を理解し、定量分析に応用する。

直観直観：測定の考え方

バイオセンサーは選択的な生体認識を電気信号に変換する。電極は反応を見るだけでなく、生物層が選択性を与える。

対話型の分析信号で電気化学センサー・バイオセンサーの測定原理を確認する。

バイオセンサーは酵素などの認識層、電極、信号経路を組み合わせる。アンペロメトリック型は一定電位で電流を、ポテンシオメトリック型は電圧を測る。

定義:

まず測定対象量を定め、それに応答する信号を選び、校正標準または妥当性確認済みのモデルと試料を比較する。

i=nFAJ,\qquad J\propto C_{analyte}

例: 計算例

示した測定値と方法式から分析対象量を求める。

解答

第1世代センサーではグルコースオキシダーゼが酸素依存的に H₂O₂ を生成する。メディエーター型はより低い電位で電子を移動し、妨害を抑えられる。

選択性は認識層から、信号は変換器から来る。酵素電極は H₂O₂ などの生成物を検出する、低電位でメディエーターにより電子を移す、または固定化構造による直接電子移動を目指す。

校正、選択性、試料前処理、不確かさは方法そのものの一部であり、後付けではない。単位、条件、校正範囲を報告する。

i=nFAJ,\qquad J\propto C_{analyte}

バイオセンサー性能は酵素量、電子移動経路、膜輸送、表面汚染に依存する。ナノ材料、レドックスポリマー、工学的固定化はより速く低電位で選択的な電子移動を目指す。

直接電子移動、ウェアラブル・低侵襲センサー、無酵素やアプタマー型、耐汚染界面、校正不要の連続モニタリングが研究対象である。

Electrochemical glucose biosensors · Joseph Wang, 2008
Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications, 2nd ed. · Allen J. Bard and Larry R. Faulkner, 2001