JP2005009885A - バイオセンサー装置用セル及びバイオセンサー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電極表面の洗浄性の向上と、測定対象物を直接電極に固定化する場合において、その固定化量の精度の向上とを図る。
【解決手段】結晶板の両面に電極が設けられた圧電素子を備えるバイオセンサー装置用セルであって、前記電極の周囲を撥水性としたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生化学、医療及び食品分野における化学反応の追跡や状態分析等に使用されるバイオセンサー装置用セル及びバイオセンサー装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、バイオセンサー装置は、試料溶液を保持するためのセルを備えている。
前記セルは、一般的には、円筒形状をしており、その底面に、結晶板の両面に電極を備えた水晶振動子や表面弾性波素子等の圧電素子が設けられている。そして、前記電極に対して、測定対象物を固定化するとともに振動を加えることにより生化学反応を生じさせ、結晶板の周波数変動等を測定するようにしている。
前記電極に対して測定対象物である蛋白等を固定化する方法としては、次の２通りの方法がある。即ち、測定対象物をＮａＣｌやＫＣｌ等を含有するバッファー液（生化学用緩衝液）により調製し、電極の一方の面が試料溶液に浸されるようにして固定化する方法と、測定対象物を純水等により調製し、電極表面に滴下するとともに直接固定化する方法とがある。
【０００３】
上記したいずれの固定化方法においても、前回固定化された測定対象物等の不純物が付着したままだと、次の測定の際に測定精度に影響を与えることになるので、前記電極表面を洗浄液により洗浄するようにしている。この洗浄の際に使用される洗浄液としては、ピランハ溶液（過酸化水素水と硫酸とを１対３の割合で調製したもの）等の強酸性の水溶液が使用されている。前記洗浄液は、強酸性であるために、セルの内表面を溶かすことがないように、電極上にのみ数μｌ滴下して使用される。
しかしながら、前記圧電素子の電極の周囲、即ち、結晶板の表面は、一般的には、石英等の親水性の材料で構成されていたために、前記洗浄液が電極からこぼれてしまい十分な洗浄を行うことができなかった。
【０００４】
また、測定対象物を電極表面に直接固定化する場合において、試料溶液が電極からこぼれてしまうと、測定対象物の固定化量を一定にすることが困難であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、電極表面の洗浄性の向上と、測定対象物を直接電極に固定化する場合において、その固定化量の精度の向上とを図ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明者等は鋭意検討の結果、圧電素子の電極の周囲を撥水性とすることにより、上記課題を解決すること見出した。
即ち、本発明のバイオセンサー装置用セルは、請求項１に記載の通り、結晶板の両面に電極が設けられた圧電素子を備えるバイオセンサー装置用セルであって、前記電極の周囲を撥水性としたことを特徴とする。
また、本発明のバイオセンサー装置は、請求項１に記載のバイオセンサー装置用セルを備えたことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明のバイオセンサー装置用セルは、両面に電極が設けられた圧電素子を備え、圧電素子の片面を試料溶液に浸して振動を加えることができるような構造のものであれば、セルの構造自体に特に制限するものではない。セルの構造として、具体的な例を挙げると、圧電素子を試料が保持可能なカップの底面に配置したものや、２枚の板材間に圧電素子を挟持して、一方の板材に圧電素子の電極の対応する位置に試料を注入可能な孔を設けたもの等が挙げられる。
前記圧電素子としては、例えば、水晶振動子、ＡＰＭ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｐｌａｔｅ Ｍｏｄｅ Ｓｅｎｓｏｒ）、ＦＰＷ（Ｆｌｅｘｕｒａｌ Ｐｌａｔｅ−Ｗａｖｅ Ｓｅｎｓｏｒ）、ＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ−Ｗａｖｅ Ｓｅｎｓｏｒ）等を使用することができる。
本発明では、前記電極の周囲を撥水性とすることにより、電極上に滴下された洗浄液や試料溶液を、電極上からこぼれにくくするものである。
前記電極の周囲を撥水性とするには、例えば、結晶板の表面にシロキサン等の撥水性の材料を塗布乃至蒸着することにより可能となる。尚、電極の周囲を撥水性とすることに関して、上記塗布乃至蒸着以外にも、結晶板を撥水性の材料で構成する等特に限定するものではない。
【０００８】
【実施例】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は、バイオセンサー装置用セルに使用される圧電素子の製造方法の一例を示すもので、図示されるように直径８．９ｍｍの石英板１を、容器２の底面に配置し、裏側にシリコーン系接着剤３（信越シリコーン社製の液状シリコーンゴム接着剤 商品名：ＫＥ４８０５）が塗布された蓋２ａをして密封する。
上記の状態で、１日程度放置して、シリコーン系接着剤３が硬化する際に発するシロキサンの蒸気により石英板１の表面にシロキサン４を付着させる。尚、シロキサン４の石英板１への付着させることについては、石英板１の表面を撥水性とするようにできるものであれば、石英板１の表面全部を被覆するように付着させること、或いは、分散して付着させることのいずれであってもよい。
次に、前記シロキサン４が付着した石英板１を容器２から取り出し、電極形状に対応させたマスク（図示せず）を用いて、真空蒸着法によりＡｕ電極を石英板１上に成膜し、図２に示される圧電素子５を得る。
【０００９】
得られた圧電素子５は、例えば、図３に一例として示すようなバイオセンサー装置用セル１０に備えられる。
図３に示すものでは、圧電素子５は、裏面側のＡｕ電極６を収容可能な程度に窪みが設けられた第１のアクリル樹脂板７と、表面側のＡｕ電極６の外径よりも大きな円形状の孔（直径４ｍｍ）が設けられている第２のアクリル樹脂板８とにより、挟持固定されている。尚、表面側のＡｕ電極６の外周と、第２のアクリル樹脂板８との間には、シール材９が設けられている。
【００１０】
上記のようにして得られたセル１０に備えられた圧電素子５のＡｕ電極６の周囲には、撥水性であるシロキサン４が付着しているために、Ａｕ電極６上に洗浄液を滴下しても、Ａｕ電極６から石英板１にこぼれ落ちることがない。また、蛋白等の試料を純水により調製してＡｕ電極６に直接固定化する場合において、試料溶液がＡｕ電極６から石英板１にこぼれ落ちることがなく、所望量を高い精度で固定化することができる。
【００１１】
尚、上記図２に示される電極は、外部からの電流を導くリード部６ｌも含まれるものであるが、本実施例では、このリード部６ｌの周囲も撥水性となっている。
【００１２】
また、上記実施例では、シリコーン接着剤の硬化時に発生するシロキサンを利用して石英板を撥水性とすることについて説明したが、石英板を撥水性の溶剤に浸漬し、乾燥させるようにして撥水性とすることもできる。
前記撥水性の溶剤としては、例えば、撥水処理用オイル（信越シリコーン社製商品名：ＫＦ９９）、フッ素シリコーンコーティング剤（同社製 商品名：ＫＰ８０１Ｍ）等やこれらに準ずるもの、或いは、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）をアルコール等の溶剤に溶解した溶液等を使用することができる。
【００１３】
また、上記の説明において、電極材料としてＡｕを使用したが、Ａｇ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｌ等の金属を使用することもできる。尚、電極の膜厚について特に制限するものではないが、一般的には、１００〜３００ｎｍ程度となる。
また、Ａｕ電極６の形成の際に真空蒸着法を使用しているが、電極形成方法については特に限定するものではなく、スパッタリング法等を使用してもよい。また、電極の形成時に、本実施例では、シロキサンの上に直接Ａｕ電極６を成膜するようにしているが、電極と結晶板との密着性を向上させるために、Ｃｒ又はＴｉの薄膜（１０ｎｍ未満）を介して電極を形成するようにしてもよい。
【００１４】
次に、本発明のバイオセンサー装置用セルの効果を確かめるべく、容積５００μｌの円筒の底部に水晶振動子を備えたセルにおいて、水晶振動子のＡｕ電極周囲にシロキサンを付着させて撥水性としたセルを実施例として、シロキサンを付着させないセルを比較例のセルとして以下の実験を行った。
【００１５】
まず、実施例及び比較例のセルをそれぞれ４個ずつ用意して、ピランハ液にて洗浄を行った。次に、それぞれのＡｕ電極上に、濃度１ｍｇ／ｍｌのＰｒｏｔｅｉｎ Ｇを２ｍｌ載置し自然乾燥させた。その後、純水によりセルを洗浄して、ＰＢＳバッファー液４００μｌをセル内に注入した。更に、セルにＰＢＳバッファー液により、１／４に濃度を希釈したブロックエースを１００μｌ注入し、Ａｕ電極表面を蛋白により被覆した。
そして、セルに注入された全ての溶液を排出してから、セル内にＰＢＳバッファー液５００μｌを注入し、更に、ＩｇＧ（Ｐｒｏｔｅｉｎ Ｇのみと結合する蛋白）０．２４ｍｇ／ｍｌを２μｌ滴下し、水晶振動子に振動を加えて、１時間経過した後の周波数変化（Ｈｚ）を以下の表１に示す。
【００１６】
【表１】

【００１７】
上記表１の実施例及び比較例の周波数変化から、それぞれの周波数変化の平均値と再現性（ｃｖ（％）＝標準偏差／平均×１００）を算出したところ、次の通りになった。
実施例：平均＝１１５５Ｈｚ ｃｖ（％）＝３％
比較例：平均＝ ５０４Ｈｚ ｃｖ（％）＝３５％
上記結果から、実施例のセルは、比較例のセルに比べて、Ａｕ電極への固定化量が大きく、セル間のばらつき（ｃｖ（％））が少ないことが分かった。
この結果の相違は、セルのＡｕ電極表面に蛋白を固定化する際に、実施例のセルでは、Ｐｒｏｔｅｉｎ Ｇが石英板表面にこぼれることなくＡｕ電極表面に均一に広がったことに対して、比較例のセルでは、石英板表面にＰｒｏｔｅｉｎ Ｇがこぼれ、Ａｕ電極表面に均一に広がらなかったことに起因するものと考えられる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、圧電素子の電極表面から洗浄液をこぼれにくくするようにしたことにより、電極表面の洗浄性を高めることができる。また、圧電素子の電極表面から試料溶液をこぼれにくくすることにより、測定対象物を電極表面に直接固定化する場合において、その固定化量の精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるバイオセンサー装置用セルの圧電素子の製造方法を説明するための説明図
【図２】同方法により製造された圧電素子の（ａ）平面図（ｂ）断面図
【図３】同実施例であるバイオセンサー装置用セルの断面図
【符号の説明】
１ 石英板
２ 蓋付容器
３ シリコーン系接着剤
４ シロキサン
５ 圧電素子
６ （Ａｕ）電極
６ｌ 電極のリード部
７ 第１のアクリル樹脂板
８ 第２のアクリル樹脂板
９ シール材
１０ セル

Claims (2)

1. 結晶板の両面に電極が設けられた圧電素子を備えるバイオセンサー装置用セルであって、前記電極の周囲を撥水性としたことを特徴とするバイオセンサー装置用セル。
2. 請求項１に記載のバイオセンサー装置用セルを備えたことを特徴とするバイオセンサー装置。

Images