電気化学熱レンズ顕微鏡の開発

 

1.はじめに

本研究室ではこれまで、数cm角のガラス基板上に作製したmmオーダーの微細な流路（マイクロチャネル）を利用し、様々な化学プロセスのミクロ集積化を実現してきた。このマイクロチャネル内に微小電極を集積化する事により、電極反応を利用した検出器として利用できると考えられる。しかしマイクロチャネル内での電流検出は、試料が微少量であり電極面積も小さい事から、感度が低いという問題がある。そこで本研究では、まず微小電極を集積化したマイクロチップを作製し、さらにマイクロチャネル内電気化学反応を熱レンズ顕微鏡で検出することにより高感度測定への展開を図ることを目的とした。

2.原理

図１に電気化学熱レンズ顕微鏡の原理図を示す。試料はマイクロチャネル内に作製した微小電極で電気化学反応を受けた後、熱レンズ顕微鏡により検出される。これにより電極反応の高感度検出が可能になるほか、熱レンズ検出に選択性を付与する事も可能となる。

図1 電気化学熱レンズ顕微鏡の原理

3.電極集積化マイクロ化学チップの作製

本研究ではガラス基板を用い電極を集積化したマイクロチップを作製した。図2に作製した電極集積化マイクロ化学チップ(EMC)を示す。EMCは、上板にマイクロチャネルをフォトリソグラフィ及びウェットエッチングにより作製し、下板に白金電極をフォトリソグラフィ及びリフトオフにより作製し、これらを熱融着により接合して作製した。作製したEMCは溶液静止下でのサイクリックボルタンメトリー、及び溶液フロー下での定電位電解により正しく動作する事を確認した。

図2 白金電極集積化マイクロ化学チップ

4.電気化学反応の熱レンズ検出

酸化発色試薬o-tolidineを用い、チャネル内電気化学反応の熱レンズ検出を行った。10^-4 M o-tolidine 水溶液(支持塩 0.1 M 酢酸)を用い、溶液フロー下でサイクリックボルタンメトリーを行い、同時に試料の酸化に伴う吸収変化を熱レンズ検出した結果、電流応答に対応する熱レンズ信号を検出できた。更に低濃度の10^-6 M o-tolidine 水溶液(支持塩 0.1 M 酢酸)を用いた結果、電流応答はノイズに埋もれているのに対し熱レンズ信号ではS/N比6で検出でき、感度は少なくとも2桁向上した。以上の結果から本手法によりマイクロチャネル内電気化学反応の高感度測定が可能であることが示された。

【関連文献】

1. Spectroelectrochemical detection using thermal lens microscopy with a glass-substrate microelectrode-microchannel chip
   Haeng-Boo Kim, Tomokazu Hagino, Naoki Sasaki, Noriyuki Watanabe, Takehiko Kitamori
   Journal of Electroanalytical Chemistry, 577(1), 47-53 (2005)
2. Ultrasensitive detection of Electrochemical Reactions by Thermal Lens Microscopy for Microchip Chemistry
   Haeng-Boo Kim, Tomokazu Hagino, Naoki Sasaki, Takehiko Kitamori
   Proceedings of Micro Total Analysis Systems 2003, p. 817-820 (2003)