JP2007315955A - Detection element, manufacturing method of the same, and target detector - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a detection element for accurately detecting various targets, such as proteins, its manufacturing method, and a target detector that uses the detection element. <P>SOLUTION: The target detector 10 comprises the detection element 20, an excitation light source 11, a light-detecting section 12, a data processing section 13, and a power supply 16. The detection element 20 comprises a substrate 21, a cover 22 attached to the substrate 21, a flow path 22a formed on a face of the cover 22 on the substrate 21 side and has a sample solution 29 flowing, and an Au electrode 25 and a Pt electrode 26 disposed on a surface of the substrate 21 and exposed to the flow path 22a. A target detecting body 30 for acquiring a target is bonded to a surface of the Au electrode 25. The Au electrode 25 is fixed to the substrate 21 via an electrode adhesive layer 24, comprising a material having molecules containing a thiol group. The substrate 21 and the cover 22 are attached via a substrate adhesion layer 23 that comprises molecules containing a silanol group and an amino group. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、タンパク質等の各種標的を高感度に検出可能な検出素子、その製造方法およびこの検出素子を用いた標的検出装置に関する。   The present invention relates to a detection element capable of detecting various targets such as proteins with high sensitivity, a manufacturing method thereof, and a target detection apparatus using the detection element.

近年、ヒトゲノム解析研究の急速な進展によって得られる塩基配列、遺伝子発現情報、およびたんぱく質などに関するゲノム情報を利用して、効率的に医薬品の開発を行う、いわゆるゲノム創薬が進められている。ゲノム創薬ではゲノム情報をもとに、病気に関係する遺伝子を探し出し、その解析から発病のメカニズムを解明すると共に、治療に最も有効なたんぱく質等の標的分子を決定する。そのうえで、この標的分子に対して薬効のある医薬品候補化合物の設計、合成等を行う。このようなプロセスにおいて、タンパク質等の標的分子を容易に検出可能な装置の重要性が高まっている。   2. Description of the Related Art In recent years, so-called genome drug discovery has been promoted in which drug development is efficiently performed using genome information related to nucleotide sequences, gene expression information, proteins, and the like obtained by rapid progress in human genome analysis research. In genomic drug discovery, genes related to diseases are searched based on genomic information, and the mechanism of pathogenesis is clarified from the analysis, and target molecules such as proteins most effective for treatment are determined. In addition, a drug candidate compound having a medicinal effect on the target molecule is designed and synthesized. In such a process, the importance of an apparatus capable of easily detecting a target molecule such as a protein is increasing.

一方、Au薄膜は、可視光領域においてエバネッセント光を発光させられること、およびその表面に種々の分子が自発的に高密度・高配向な分子膜が形成される自己組織化が生じ、いわゆる自己組織化単分子膜(Self−Assembled Monolayers:SAMs)が形成されることによって、タンパク質検出センサの機能を構築できる素材として注目を集めている(例えば特許文献1参照。)。Au薄膜は、ガラス基板表面に形成され、Au薄膜の表面には、ポリヌクレオチドの分子鎖に標的分子を捕捉する抗体等が結合した検出ユニットが自己組織的に結合されている。タンパク質検出センサは、検出ユニットが結合したAu薄膜を、標的分子を含む試料溶液に浸漬し、検出ユニットからの発光等により光学的あるいは電気化学的に標的分子の分子量分布や密度を検出可能である。
特開2003−202337号公報
On the other hand, the Au thin film emits evanescent light in the visible light region, and self-organization occurs in which various molecules spontaneously form high-density and highly-oriented molecular films on the surface. The formation of functionalized monolayers (SELF-Assembled Monolayers: SAMs) attracts attention as a material capable of constructing the function of a protein detection sensor (see, for example, Patent Document 1). The Au thin film is formed on the surface of the glass substrate, and a detection unit in which an antibody or the like for capturing a target molecule is bound to the molecular chain of the polynucleotide is self-organized on the surface of the Au thin film. The protein detection sensor can detect the molecular weight distribution and density of the target molecule optically or electrochemically by immersing the Au thin film to which the detection unit is bound in a sample solution containing the target molecule and emitting light from the detection unit. .
JP 2003-202337 A

ところで、タンパク質検出の効率化を図るためにはタンパク質検出センサの高感度化が望まれる。すなわち、少ない量の試料溶液で目的の標的分子を検出することが望まれる。そのため、微小な空間に高密度にAu薄膜および検出ユニットを配置することが必要となる。Au薄膜はガラス基板との接着性が弱いため、接着層としてCr膜やTi膜が用いられている。しかし、ガラス基板により微小な空間を形成するためには、ガラス基板同士の貼合が必要となり、そのため、加熱温度が1000℃以上の熱融着が用いられている。かかる高温に曝露すると、Cr膜やTi膜はAu薄膜中に拡散しAu膜の電気伝導度が低下し、さらには、検出ユニットのSAMsが安定して形成できないという問題を生じる。また、Cr膜やTi膜等の接着膜を用いずに、安定したSAMsの形成に必要なガラス基板表面の強酸、例えば、いわゆるピラニア溶液(硫酸:過酸化水素水=3:1)や、60%硝酸による前処理を用いた場合はAu薄膜を形成後、超音波洗浄を用いるとガラス基板からAu薄膜が剥離し易く、信頼性に劣るという問題がある。   By the way, in order to increase the efficiency of protein detection, it is desired to increase the sensitivity of the protein detection sensor. That is, it is desired to detect the target molecule of interest with a small amount of sample solution. Therefore, it is necessary to arrange the Au thin film and the detection unit in a minute space with high density. Since the Au thin film has poor adhesion to the glass substrate, a Cr film or a Ti film is used as the adhesive layer. However, in order to form a minute space with a glass substrate, it is necessary to bond the glass substrates together. For this reason, thermal fusion with a heating temperature of 1000 ° C. or higher is used. When exposed to such a high temperature, the Cr film and the Ti film diffuse into the Au thin film, the electrical conductivity of the Au film decreases, and further, the problem that the SAMs of the detection unit cannot be stably formed occurs. Further, a strong acid on the surface of the glass substrate necessary for the formation of stable SAMs without using an adhesive film such as a Cr film or a Ti film, such as a so-called piranha solution (sulfuric acid: hydrogen peroxide solution = 3: 1), 60 When the pretreatment with% nitric acid is used, there is a problem that if the ultrasonic thin film is used after the Au thin film is formed, the Au thin film is easily peeled off from the glass substrate, resulting in poor reliability.

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、タンパク質等の各種標的を高感度に検出可能な検出素子、その製造方法およびこの検出素子を用いた標的検出装置を提供することである。   Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a detection element capable of detecting various targets such as proteins with high sensitivity, a manufacturing method thereof, and a target detection apparatus using the detection element. Is to provide.

本発明の一観点によれば、第1の基板と、前記第1の基板に第1の接着層を介して貼合された第2の基板と、前記第1の基板および第2の基板のいずれか一方の、互いに貼合された面に形成された流路と、前記流路内に設けられた第1の電極および第2の電極と、
前記第1の電極に結合され、流路を流通する試料溶液中の標的を捕捉可能な標的検出体と、を備え、前記第1の接着層はシラノール基およびアミノ基を有する分子を含む材料からなり、前記第1の電極は、第1の基板の表面に第2の接着層を介して固着され、該第2の接着層がシラノール基およびチオール基を有する分子を含む材料からなる検出素子が提供される。
According to one aspect of the present invention, a first substrate, a second substrate bonded to the first substrate via a first adhesive layer, and the first substrate and the second substrate. Any one of the channels formed on the surfaces bonded to each other, the first electrode and the second electrode provided in the channel,
A target detector coupled to the first electrode and capable of capturing a target in the sample solution flowing through the flow path, wherein the first adhesive layer is made of a material containing molecules having a silanol group and an amino group. The first electrode is fixed to the surface of the first substrate via a second adhesive layer, and the second adhesive layer is a detection element made of a material containing a molecule having a silanol group and a thiol group. Provided.

本発明によれば、第1の基板と第2の基板とが貼合された構造を有し、その構造中に流路が形成されている。さらに流路内に標的を捕捉する標的検出体が結合したAu電極が設けられている。流路内にAu電極を高密度に配置できるので、検出素子は標的を高感度に検出可能である。また、検出素子は極めて小型化できる。   According to this invention, it has the structure where the 1st board | substrate and the 2nd board | substrate were bonded together, and the flow path is formed in the structure. Further, an Au electrode to which a target detector for capturing the target is bound is provided in the flow path. Since the Au electrodes can be arranged in the flow path with high density, the detection element can detect the target with high sensitivity. Further, the detection element can be extremely miniaturized.

本発明の他の観点によれば、工程基板上に第1の電極を選択的に形成する工程と、前記第1の電極の表面にシラノール基およびチオール基を有する分子を含む接着層を形成する工程と、前記第1の電極を接着層を介して第1の基板を接合する工程と、前記第1の電極から工程基板を除去する工程と、前記第1の基板の第1の電極側の表面にシラノール基およびアミノ基を有する分子を含む他の接着層を形成する工程と、前記第1の基板と、流路が形成された第2の基板とを他の接着層を介して貼合する工程と、前記流路内に第2の電極を形成する工程と、前記第1の電極に標的を捕捉可能な標的検出体を結合させる工程と、を含む検出素子の製造方法が提供される。   According to another aspect of the present invention, a step of selectively forming a first electrode on a process substrate and an adhesive layer including molecules having a silanol group and a thiol group are formed on the surface of the first electrode. A step of bonding the first substrate to the first electrode through an adhesive layer, a step of removing the step substrate from the first electrode, and a step of the first electrode side of the first substrate. Bonding the step of forming another adhesion layer containing molecules having silanol groups and amino groups on the surface, the first substrate and the second substrate on which the flow path is formed, via another adhesion layer And a step of forming a second electrode in the flow path, and a step of binding a target detector capable of capturing a target to the first electrode. .

本発明によれば、第1の基板と第2の基板とをシラノール基およびアミノ基を有する分子を含む他の接着層により貼合しているので、従来よりも低温で貼合でき、既に形成されているAu電極に悪影響を与えることがない。   According to the present invention, since the first substrate and the second substrate are bonded by another adhesive layer containing a molecule having a silanol group and an amino group, the first substrate and the second substrate can be bonded at a lower temperature than in the past and already formed. This does not adversely affect the Au electrode.

本発明のその他の観点によれば、請求項1または2記載の検出素子と、前記第1の電極と第2の電極との間に電圧を印加する電圧印加手段と、前記検出素子の第1の電極に向けて光を照射する光照射手段と、前記光照射手段から照射された光を受けて前記標的検出体が発光する光を検出する光検出手段と、を備える標的検出装置が提供される。   According to another aspect of the present invention, the detection element according to claim 1, a voltage applying unit that applies a voltage between the first electrode and the second electrode, and a first of the detection element. There is provided a target detection apparatus comprising: a light irradiation means for irradiating light toward the electrode; and a light detection means for detecting light emitted from the target detection body upon receiving the light emitted from the light irradiation means. The

本発明によれば、標的の検出感度が高感度な標的検出装置が実現できる。また、標的検出装置は小型化および集積化が可能である。   According to the present invention, a target detection apparatus with high target detection sensitivity can be realized. Further, the target detection device can be reduced in size and integrated.

本発明によれば、タンパク質等の各種標的を高感度に検出可能な検出素子、その製造方法およびこの検出素子を用いた標的検出装置を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the detection element which can detect various targets, such as protein, with high sensitivity, its manufacturing method, and the target detection apparatus using this detection element can be provided.

以下図面を参照しつつ実施の形態を説明する。   Embodiments will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施の形態に係る検出装置の概略構成図、図2は、検出装置を構成する本発明の実施の形態に係る検出素子の分解斜視図である。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a detection device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view of a detection element according to an embodiment of the present invention that constitutes the detection device.

図1および図2を参照するに、標的検出装置10は、検出素子20、励起光源11、光検出部12、データ処理部13、電源16等から構成される。   1 and 2, the target detection apparatus 10 includes a detection element 20, an excitation light source 11, a light detection unit 12, a data processing unit 13, a power source 16, and the like.

検出素子20は、基板21と、基板21に貼合されたカバー22と、カバー22の基板21側の面に形成され、試料溶液29が流通される流路22aと、基板21の表面に形成され、流路22aに露出するAu電極25およびPt電極26と、Au電極25およびPt電極26のそれぞれと配線パターン27a,27bにより接続されたパッド電極28a,28b等から構成される。さらに、Au電極25には標的を捕捉する標的検出体30が結合されている。Au電極25は電極接着層24を介して基板21に固着されている。さらに、基板21とカバー22とは基板接着層23を介して貼合されている。また、流路に露出するように参照電極38が設けられ、参照電極38は電圧計39を介してAu電極25に電気的に接続される。なお、電圧計39により測定された電圧と予め設定された電圧との電圧差に基づいて電圧計39から電源16に電圧差を低減あるいは零にするためのフィードバックをかけてもよい。   The detection element 20 is formed on the substrate 21, the cover 22 bonded to the substrate 21, the surface of the cover 22 on the substrate 21 side, the flow path 22 a through which the sample solution 29 circulates, and the surface of the substrate 21. The Au electrode 25 and the Pt electrode 26 exposed to the flow path 22a, and the pad electrodes 28a and 28b connected to the Au electrode 25 and the Pt electrode 26 by the wiring patterns 27a and 27b, respectively. Further, a target detector 30 that captures the target is coupled to the Au electrode 25. The Au electrode 25 is fixed to the substrate 21 through the electrode adhesive layer 24. Furthermore, the substrate 21 and the cover 22 are bonded via a substrate adhesive layer 23. Further, a reference electrode 38 is provided so as to be exposed to the flow path, and the reference electrode 38 is electrically connected to the Au electrode 25 via a voltmeter 39. Note that feedback for reducing or reducing the voltage difference from the voltmeter 39 to the power source 16 may be applied based on the voltage difference between the voltage measured by the voltmeter 39 and a preset voltage.

基板21は、例えば、ガラス基板(例えば強化ガラス基板や結晶化ガラス基板)、石英ガラス基板、シリコン基板等を用いることができる。励起光をカバー22を介してAu電極25に照射する場合は、基板21は不透明あるいは半透明基板でもよい。また、後述する基板接着層23の材料としてシランカップリング剤を用いる場合は、強固に貼合可能な点でガラス基板、および石英ガラスを用いることが好ましい。   As the substrate 21, for example, a glass substrate (for example, a tempered glass substrate or a crystallized glass substrate), a quartz glass substrate, a silicon substrate, or the like can be used. When the excitation light is applied to the Au electrode 25 through the cover 22, the substrate 21 may be an opaque or translucent substrate. Moreover, when using a silane coupling agent as a material of the board | substrate adhesion layer 23 mentioned later, it is preferable to use a glass substrate and quartz glass at the point which can be bonded firmly.

カバー22は、励起光を透過する透明基板からなり、ガラス基板(例えば強化ガラス基板や結晶化ガラス基板)、石英ガラス基板等を用いることができる。   The cover 22 is made of a transparent substrate that transmits excitation light, and a glass substrate (for example, a tempered glass substrate or a crystallized glass substrate), a quartz glass substrate, or the like can be used.

また、カバー22には、基板21側の表面に溝部が形成されている。溝部は、カバー22と基板21とが貼合されることで流路22aが形成される。図1では溝部の断面形状を矩形で示しているが、特に限定されない。また、カバー22の表面には溝部に連通する試料溶液供給口22bおよび試料溶液排出口22cが形成されている。試料溶液29は、ポンプ等により試料溶液供給口22bから供給され、流路22aを通過して標的検出体30、Au電極25、およびPt電極26に接触し、試料溶液排出口22cから排出される。   The cover 22 has a groove formed on the surface on the substrate 21 side. As for the groove part, the flow path 22a is formed when the cover 22 and the board | substrate 21 are bonded. In FIG. 1, the cross-sectional shape of the groove is indicated by a rectangle, but is not particularly limited. A sample solution supply port 22b and a sample solution discharge port 22c communicating with the groove are formed on the surface of the cover 22. The sample solution 29 is supplied from the sample solution supply port 22b by a pump or the like, passes through the flow path 22a, contacts the target detection body 30, the Au electrode 25, and the Pt electrode 26, and is discharged from the sample solution discharge port 22c. .

基板21とカバー22との間に基板接着層23が設けられている。基板接着層23には、アミノ基およびシラノール基を有する分子が含まれる材料を用いることが好ましく、アミノ基を有するシランカップリング剤を用いることが好ましい。これにより、基板21とカバー22とを強固に接着し、後ほど説明するように、接着の際に、従来よりも極めて低い加熱温度で接着可能になる。   A substrate adhesive layer 23 is provided between the substrate 21 and the cover 22. For the substrate adhesive layer 23, it is preferable to use a material containing a molecule having an amino group and a silanol group, and it is preferable to use a silane coupling agent having an amino group. Thereby, the board | substrate 21 and the cover 22 are adhere | attached firmly, and it becomes possible to adhere | attach at the heating temperature extremely lower than before in the case of adhesion | attachment so that it may demonstrate later.

図3は、基板接着層の一例を示す説明図である。図3を参照するに、基板接着層23はシラノール基が基板21に結合し、アミノ基がカバー22に強固に結合し、基板21とカバー22とを強固に接着する。基板接着層23に好適なシランカップリング剤としては、例えば、下記の一般式を有する材料が挙げられる。   FIG. 3 is an explanatory view showing an example of a substrate adhesive layer. Referring to FIG. 3, in the substrate adhesive layer 23, silanol groups are bonded to the substrate 21, amino groups are bonded firmly to the cover 22, and the substrate 21 and the cover 22 are bonded firmly. Examples of the silane coupling agent suitable for the substrate adhesive layer 23 include materials having the following general formula.

NH2(CH2)x[(CH2)l(CHR)m(CH2)n]y(CH2)zSiOH … (1)
但し、上記(1)式中のx,y,l,m,nはそれぞれ0〜18の整数、zは1〜18の整数である。RはHまたはフェニル基である。例えばmが0で、xおよびyが1以上の場合、上記(1)式で表される分子は、直鎖状のアルキル基が一方向延びた構造を有する。この場合、分子同士が束状となり易くなるのでシラノール基およびアミノ基がそれぞれ局在する。そのため、シラノール基が基板21に強固に結合する。一方、アミノ基は、その分極δとカバー22の表面のOH基の分極δとの静電気力により強固に結合する。
NH 2 (CH 2 ) x [(CH 2 ) l (CHR) m (CH 2 ) n ] y (CH 2 ) z SiOH (1)
In the above formula (1), x, y, 1, m, and n are each an integer of 0 to 18, and z is an integer of 1 to 18. R is H or a phenyl group. For example, when m is 0 and x and y are 1 or more, the molecule represented by the above formula (1) has a structure in which a linear alkyl group extends in one direction. In this case, since the molecules tend to be bundled, silanol groups and amino groups are localized. Therefore, the silanol group is firmly bonded to the substrate 21. On the other hand, the amino group is strongly bonded by the electrostatic force between the polarization δ + and the polarization δ of the OH group on the surface of the cover 22.

また、例えばmが1で、Rがフェニル基の場合は、各々の分子のフェニル基が他の分子のフェニル基と疎水相互作用や分子間力の引力を互いに及ぼし合って分子同士が束状となり易くなり、上記と同様の効果が得られる。   For example, when m is 1 and R is a phenyl group, the phenyl groups of each molecule exert a hydrophobic interaction with each other and the attractive force of the intermolecular force with each other to form a bundle of molecules. It becomes easy and the effect similar to the above is acquired.

標的検出体30は、相互作用部31と、発光部32と、結合部33とを有してなり、さらに必要に応じて適宜選択したその他の部(不図示)を有してなる。   The target detection body 30 includes an interaction unit 31, a light emitting unit 32, and a coupling unit 33, and further includes other units (not shown) appropriately selected as necessary.

相互作用部31は、Au電極25と電気的な相互作用が可能な領域を含み、かつ一端がAu電極25と結合可能な領域を含む限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できる。相互作用部31の具体的な例としては、電気的な相互作用が可能な点で、イオン性ポリマーが挙げられる。イオン性ポリマーは、正に帯電したイオンポリマー(正イオンポリマー)および負に帯電したイオンポリマー(負イオンポリマー)から選択されるのが好ましい。正イオンポリマーとしては、例えば、ペプチド核酸(PNA)、グアニジンDNA、ポリアミン等が挙げられ、負イオンポリマーとしては、例えば、ポリヌクレオチド、ポリリン酸等が挙げられる。これらの負イオンポリマーは、負電荷が分子中に一定間隔で存在する点でAu電極25との電気的な相互作用を制御し易い点で好ましい。ポリヌクレオチドでは、DNA(デオキシリボ核酸)やRNA(リボ核酸)を適宜選択可能である。なお、図1および後ほど説明する図5および図6においては、2本鎖のDNAを一例として示しており、相互作用部31は負に帯電している。なお、ポリヌクレオチドを作成する方法としては特に制限はなく、公知の方法(例えば、DNA自動合成機を用いる方法)から適宜選択すればよい。   The interaction unit 31 is not particularly limited as long as it includes a region capable of electrical interaction with the Au electrode 25 and one end includes a region capable of being coupled to the Au electrode 25, and can be appropriately selected depending on the purpose. A specific example of the interaction part 31 is an ionic polymer in that an electrical interaction is possible. The ionic polymer is preferably selected from positively charged ionic polymers (positive ionic polymers) and negatively charged ionic polymers (negative ionic polymers). Examples of the positive ion polymer include peptide nucleic acid (PNA), guanidine DNA, polyamine, and the like. Examples of the negative ion polymer include polynucleotide, polyphosphate, and the like. These negative ionic polymers are preferable in terms of easy control of electrical interaction with the Au electrode 25 in that negative charges are present in the molecule at regular intervals. As the polynucleotide, DNA (deoxyribonucleic acid) or RNA (ribonucleic acid) can be appropriately selected. In FIG. 1 and FIGS. 5 and 6 described later, double-stranded DNA is shown as an example, and the interaction part 31 is negatively charged. In addition, there is no restriction | limiting in particular as a method of producing polynucleotide, What is necessary is just to select suitably from a well-known method (for example, method using a DNA automatic synthesizer).

相互作用部31は、その一端にAu電極25と結合する部位を有する。この部位として例えばチオール基(−S−)が好適に挙げられる。チオール基はAu電極25(あるいはAu電極25の代替としてのAl電極や、TiO2電極、Ag電極)に強固に結合する。このため、Au電極25に交番するパルス電圧を印加した場合に標的検出体30がAu電極25と吸着・反発を繰り返したときでも結合が切れ難い点で好ましい。また、チオール基に限定されず、他の基を適宜選択してもよい。 The interaction part 31 has a site | part couple | bonded with the Au electrode 25 in the end. A suitable example of this site is a thiol group (—S—). The thiol group is firmly bonded to the Au electrode 25 (or an Al electrode, a TiO 2 electrode, or an Ag electrode as an alternative to the Au electrode 25). For this reason, when the pulse voltage which alternates to Au electrode 25 is applied, even when target detection body 30 repeats adsorption | suction and repulsion with Au electrode 25, it is preferable at the point that a coupling | bonding is hard to cut | disconnect. Moreover, it is not limited to a thiol group, You may select another group suitably.

発光部32は、相互作用部31の所定の位置、例えば一端に結合してなる。発光部32は、励起光が照射されている場合で、相互作用部31がAu電極25と相互作用を及ぼし合っていないときは発光し、相互作用部31がAu電極25と相互作用を及ぼし合っているときは発光が弱まるか発光しない限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択可能である。このような発光部32としては、蛍光色素、金属等が挙げられる。ここでは一例として、発光部32が蛍光色素のシアニン系のCy3(商標)として説明する。   The light emitting unit 32 is coupled to a predetermined position, for example, one end of the interaction unit 31. The light emitting part 32 emits light when the excitation light is irradiated and the interaction part 31 does not interact with the Au electrode 25, and the interaction part 31 interacts with the Au electrode 25. When light is emitted, there is no particular limitation as long as light emission is weakened or light is not emitted, and can be appropriately selected according to the purpose. Examples of the light emitting unit 32 include fluorescent dyes and metals. Here, as an example, the light emitting section 32 will be described as cyanine-based Cy3 (trademark) as a fluorescent dye.

蛍光色素は、Au電極25と近接して相互作用している間は吸収可能な波長の光が照射されても発光が弱まるか発光しない。また、蛍光色素は、Au電極25と離隔されて相互作用しなくなったときには励起光により発光可能である。   While the fluorescent dye is interacting close to the Au electrode 25, the light emission is weakened or does not emit light even when irradiated with light having an absorbable wavelength. The fluorescent dye can emit light by excitation light when it is separated from the Au electrode 25 and does not interact.

結合部33は、標的を捕捉可能である限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。捕捉の態様としては特に制限はなく、吸着、化学結合等が挙げられる。結合部33としては、例えば、標的に対する抗体、抗原、酵素、補酵素等が挙げられる。また、標的としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。標的としては、例えば、タンパク質、リポ蛋白、糖蛋白、ポリペプチド、脂質、多糖類、リポ多糖類、核酸、薬物等の有機分子が挙げられる。   The binding portion 33 is not particularly limited as long as the target can be captured, and can be appropriately selected according to the purpose. There is no restriction | limiting in particular as a capture | acquisition aspect, Adsorption, a chemical bond etc. are mentioned. Examples of the binding portion 33 include an antibody against a target, an antigen, an enzyme, a coenzyme, and the like. Moreover, there is no restriction | limiting in particular as a target, According to the objective, it can select suitably. Examples of the target include organic molecules such as proteins, lipoproteins, glycoproteins, polypeptides, lipids, polysaccharides, lipopolysaccharides, nucleic acids, and drugs.

なお、上記標的を含む試料溶液29としては、例えば、細菌、ウイルス等の病原体、生体から分離された細胞液や、リンパ液、血液等が挙げられ、直接、又は必要に応じて濃縮した後細胞破壊処理を予め施したものを使用することができる。   Examples of the sample solution 29 containing the target include pathogens such as bacteria and viruses, cell fluids separated from living bodies, lymph fluid, blood, and the like, and cell destruction after concentration directly or as necessary. The thing which gave the process previously can be used.

Au電極25は、基板21上に電極接着層24を介して形成されてなり、例えば厚さが100nmである。Au電極25はその表面が流路22aに露出している。Au電極25は、例えば厚さ100nmであり、上述した標的検出体30を結合させてなると共に、標的検出体30に電界を印加する一方の電極としての機能を有する。Au電極25は、その代わりに導電性材料を用いることができ、例えば、Al電極や、TiO2電極、Ag電極を用いてもよい。 The Au electrode 25 is formed on the substrate 21 via the electrode adhesive layer 24, and has a thickness of, for example, 100 nm. The surface of the Au electrode 25 is exposed to the flow path 22a. The Au electrode 25 has a thickness of, for example, 100 nm, is combined with the target detection body 30 described above, and functions as one electrode that applies an electric field to the target detection body 30. Instead, a conductive material can be used for the Au electrode 25. For example, an Al electrode, a TiO 2 electrode, or an Ag electrode may be used.

電極接着層24は、基板21の表面とAu電極25とを固着している。電極接着層24としては、シラノール基およびチオール基を有する分子を含む材料を用いることが好ましい。電極接着層24のシラノール基が基板21に結合し、チオール基にAuが強固に結合する。電極接着層24として、例えば、チオール基を有するシランカップリング剤を用いることができる。   The electrode adhesive layer 24 adheres the surface of the substrate 21 and the Au electrode 25. As the electrode adhesive layer 24, it is preferable to use a material including a molecule having a silanol group and a thiol group. The silanol group of the electrode adhesive layer 24 is bonded to the substrate 21, and Au is firmly bonded to the thiol group. As the electrode adhesive layer 24, for example, a silane coupling agent having a thiol group can be used.

図4は、電極接着層の一例を示す説明図である。図4を参照するに、基板21が特にガラス基板や石英基板の場合に、電極接着層24は、シラノール基が基板21に極めて強固に結合するので、基板21とAu電極25とが強固に固着される。ここで、シラノール基とチオール基とは直鎖によって接続されているが、これに限定されない。例えば、電極接着層24に好適なシランカップリング剤としては、下記の一般式を有する材料が挙げられる。   FIG. 4 is an explanatory view showing an example of an electrode adhesive layer. Referring to FIG. 4, when the substrate 21 is a glass substrate or a quartz substrate, the electrode adhesive layer 24 has an extremely strong silanol group bonded to the substrate 21, so that the substrate 21 and the Au electrode 25 are firmly fixed. Is done. Here, the silanol group and the thiol group are connected by a straight chain, but are not limited thereto. For example, a silane coupling agent suitable for the electrode adhesive layer 24 includes a material having the following general formula.

HS(CH2)x[(CH2)l(CHR)m(CH2)n]y(CH2)zSiOH … (2)
但し、上記(2)式中のx,y,l,m,nはそれぞれ0〜18の整数、zは1〜18の整数である。RはHまたはフェニル基である。例えばmが0で、xおよびyが1以上の場合、上記(2)式で表される分子は、直鎖状のアルキル基が一方向延びた構造を有する。この場合、分子同士が束状となり易くなるのでシラノール基およびチオール基がそれぞれ局在する。そのため、シラノール基が基板21に強固に結合する。一方、チオール基がAu電極25に強固に結合する。
HS (CH 2 ) x [(CH 2 ) l (CHR) m (CH 2 ) n ] y (CH 2 ) z SiOH (2)
In the above formula (2), x, y, 1, m, and n are each an integer of 0 to 18, and z is an integer of 1 to 18. R is H or a phenyl group. For example, when m is 0 and x and y are 1 or more, the molecule represented by the above formula (2) has a structure in which a linear alkyl group extends in one direction. In this case, since the molecules tend to be bundled, silanol groups and thiol groups are localized. Therefore, the silanol group is firmly bonded to the substrate 21. On the other hand, the thiol group is firmly bonded to the Au electrode 25.

また、例えばmが1で、Rがフェニル基の場合は、各々の分子のフェニル基が他の分子のフェニル基と疎水相互作用や分子間力の引力を互いに及ぼし合って分子同士が束状となり易くなり、上記と同様の効果が得られる。   For example, when m is 1 and R is a phenyl group, the phenyl groups of each molecule exert a hydrophobic interaction with each other and the attractive force of the intermolecular force with each other to form a bundle of molecules. It becomes easy and the effect similar to the above is acquired.

図1および図2に戻り、Au電極25は配線パターン27aを介して電極パッド28aに引き出されるが、配線パターン27aおよびパッド電極28aもAuにより形成してもよい。   Returning to FIG. 1 and FIG. 2, the Au electrode 25 is drawn out to the electrode pad 28a through the wiring pattern 27a, but the wiring pattern 27a and the pad electrode 28a may also be formed of Au.

Pt電極26は、基板21上に直接形成されており、例えば厚さが80nmである。Pt電極26はその表面が流路22aに露出し、Au電極25から所定の距離を離隔して形成される。Pt電極26は対向電極として、標的検出体30に電界を印加する一方の電極としての機能を有する。また、Pt電極26は基板21との接着性が良好であるので電極接着層24を形成する必要はない。   The Pt electrode 26 is directly formed on the substrate 21 and has a thickness of, for example, 80 nm. The surface of the Pt electrode 26 is exposed to the flow path 22 a and is formed at a predetermined distance from the Au electrode 25. The Pt electrode 26 functions as one electrode that applies an electric field to the target detection body 30 as a counter electrode. Further, since the Pt electrode 26 has good adhesion to the substrate 21, it is not necessary to form the electrode adhesive layer 24.

参照電極38は、Au電極25へ印加される電圧を電圧計39により測定する際の、基準電位となる。参照電極38として、例えば、Ag/AgCl/3M KClや飽和カルメロ電極が挙げられる。   The reference electrode 38 becomes a reference potential when the voltage applied to the Au electrode 25 is measured by the voltmeter 39. Examples of the reference electrode 38 include an Ag / AgCl / 3M KCl and a saturated carmello electrode.

励起光源11は、Au電極25に向けて光を照射できる限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できる。励起光源11は、例えば可視光を発光する光源が好ましく、例えばキセノンランプ、レーザ等を用いることができる。さらに、各々のAu電極25に選択的に励起光を照射するための光学系、例えば光ファイバ等を用いてもよい。励起光源11から出射された光は,透明材料からなるカバー22を透過し、Au電極25および標的検出体30に照射される。   The excitation light source 11 is not particularly limited as long as it can irradiate light toward the Au electrode 25 and can be appropriately selected according to the purpose. The excitation light source 11 is preferably a light source that emits visible light, for example, a xenon lamp, a laser, or the like. Furthermore, an optical system for selectively irradiating each Au electrode 25 with excitation light, such as an optical fiber, may be used. The light emitted from the excitation light source 11 passes through the cover 22 made of a transparent material, and is irradiated to the Au electrode 25 and the target detection body 30.

光検出部12は、励起光源11から照射された光を受けた標的検出体30が発光する光を検出することができる限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できる。光検出部12は例えば受光センサ、CCDカメラ、フォトマル、フォトダイオード(例えばアバランシェ・フォトダイオード(APD))を用いることができる。   The light detection unit 12 is not particularly limited as long as it can detect light emitted from the target detection body 30 that has received light emitted from the excitation light source 11, and can be appropriately selected according to the purpose. For example, a light receiving sensor, a CCD camera, a photomultiplier, or a photodiode (for example, an avalanche photodiode (APD)) can be used as the light detection unit 12.

データ処理部13は,光検出部12からの光強度変化のデータおよび印加電圧の時間変化に基づいて、結合部33に捕捉された標的の重量等を解析し、その結果を入出力部14のモニタやプリンタに出力し、あるいは記憶装置15に記録する。   The data processing unit 13 analyzes the weight of the target captured by the coupling unit 33 based on the data of the light intensity change from the light detection unit 12 and the time change of the applied voltage, and the result is input to the input / output unit 14. The data is output to a monitor or a printer or recorded in the storage device 15.

電源16は、例えばパルス電源が用いられる。電源16は、図2に示すパッド電極28a,28bおよび配線パターンを介してAu電極25とPt電極26との間に正負の電圧が交番するパルス電圧を印加して、標的検出体30に電界を印加する。   As the power source 16, for example, a pulse power source is used. The power supply 16 applies a pulse voltage in which positive and negative voltages alternate between the Au electrode 25 and the Pt electrode 26 via the pad electrodes 28a and 28b and the wiring pattern shown in FIG. Apply.

次に、標的検出装置10の動作を説明する。   Next, the operation of the target detection apparatus 10 will be described.

図5は標的を検出する説明図であり、(A)はPt電極26に対してAu電極25に負電圧を印加した場合、および(B)は正電圧を印加した場合である。また、図6は、印加電圧と蛍光強度との関係図であり、図6(A)の縦軸は、図5(A)および(B)に示す電圧計により測定した印加電圧を示す。印加電圧は参照電極38に対するAu電極25の電圧を示している。印加電圧は、参照電極の平衡電極電位VEだけずれて示されているが、実質的には正負のそれぞれに対して同等の電圧が印加されている。また、図6(B)の縦軸は蛍光強度を示す。 5A and 5B are explanatory diagrams for detecting a target. FIG. 5A shows a case where a negative voltage is applied to the Au electrode 25 with respect to the Pt electrode 26, and FIG. 5B shows a case where a positive voltage is applied. 6 is a relationship diagram between the applied voltage and the fluorescence intensity, and the vertical axis of FIG. 6 (A) indicates the applied voltage measured by the voltmeter shown in FIGS. 5 (A) and 5 (B). The applied voltage indicates the voltage of the Au electrode 25 with respect to the reference electrode 38. The applied voltage is shown shifted by the balanced electrode potential V E of the reference electrode, but substantially the same voltage is applied to each of positive and negative. In addition, the vertical axis in FIG. 6B indicates the fluorescence intensity.

図5および図6を図1と共に参照するに、励起光をAu電極25に照射しながら、図6(A)に示すパルス電圧をPt電極26とAu電極25との間に印加する。図5(A)に示すように、Au電極25に負電圧が印加されている場合は、相互作用部31は負に帯電しているためAu電極25から離れるように略直立する。このときは、発光部32はAu電極25から離隔されているので、励起光のエネルギーにより発光する。   5 and 6 together with FIG. 1, the pulse voltage shown in FIG. 6A is applied between the Pt electrode 26 and the Au electrode 25 while irradiating the Au electrode 25 with excitation light. As shown in FIG. 5A, when a negative voltage is applied to the Au electrode 25, the interaction unit 31 is negatively charged, and thus is substantially upright so as to be separated from the Au electrode 25. At this time, since the light emitting portion 32 is separated from the Au electrode 25, the light emitting portion 32 emits light by the energy of excitation light.

次いで、図5(B)に示すように、Au電極25に正電圧が印加されている場合は、相互作用部31は負に帯電しているためAu電極25に近接する。このときは、発光部32 はAu電極25に近接しているので、発光が弱まりあるいは発光しなくなる。   Next, as illustrated in FIG. 5B, when a positive voltage is applied to the Au electrode 25, the interaction unit 31 is negatively charged and thus is close to the Au electrode 25. At this time, since the light emitting portion 32 is close to the Au electrode 25, the light emission is weakened or does not emit light.

これらのように、パルス電圧を交番して印加することで、光検出部12には図6(B)に示す蛍光強度の変化が得られる。蛍光強度は、最も強い蛍光強度I1(図5(A)の状態における蛍光強度)から減少して最も弱い蛍光強度I2(図5(B)の状態における蛍光強度)に変化する。このときの蛍光強度の変化は、捕捉された標的の分子量に依存する。すなわち、標的の分子量が大きいほど変化の速度が遅くなる。この蛍光強度の変化をデータ処理部13により解析し、捕捉された標的の分子量や捕捉された数等の解析結果が得られる。以上のようにして、標的検出装置10は試料溶液29中の標的を検出して分析が可能となる。 As described above, by applying the pulse voltage alternately, the change in the fluorescence intensity shown in FIG. The fluorescence intensity decreases from the strongest fluorescence intensity I 1 (fluorescence intensity in the state of FIG. 5A) and changes to the weakest fluorescence intensity I 2 (fluorescence intensity in the state of FIG. 5B). The change in fluorescence intensity at this time depends on the molecular weight of the captured target. That is, the larger the target molecular weight, the slower the rate of change. The change in the fluorescence intensity is analyzed by the data processing unit 13, and an analysis result such as the molecular weight of the captured target and the number of captured targets is obtained. As described above, the target detection apparatus 10 can detect and analyze the target in the sample solution 29.

本実施の形態に係る検出素子20は、基板21およびカバー22が貼合された構造を有し、その構造中に微細な流路22a(例えば幅および高さが100μm)が形成されている。さらに流路22a内に標的を捕捉する標的検出体30が結合したAu電極25(例えば一辺が50μm)が設けられている。流路22aにAu電極25を高密度に配置できるので、検出素子20は標的を高感度に検出可能である。また、検出素子20は極めて小型化可能である。   The detection element 20 according to the present embodiment has a structure in which a substrate 21 and a cover 22 are bonded, and a fine flow path 22a (for example, a width and a height of 100 μm) is formed in the structure. Further, an Au electrode 25 (for example, 50 μm on one side) to which a target detection body 30 that captures the target is coupled is provided in the flow path 22a. Since the Au electrodes 25 can be arranged at high density in the flow path 22a, the detection element 20 can detect the target with high sensitivity. Further, the detection element 20 can be extremely miniaturized.

また、Au電極25は電極接着層24により基板21に強固に接着されているので、Au電極25の基板21からの剥離が生じ難い。したがって、検出素子20は信頼性および耐久性に優れる。そのため、検出素子20を繰り返し使用可能となるため、コストが低減される。   Further, since the Au electrode 25 is firmly bonded to the substrate 21 by the electrode adhesive layer 24, the Au electrode 25 is hardly peeled off from the substrate 21. Therefore, the detection element 20 is excellent in reliability and durability. Therefore, since the detection element 20 can be used repeatedly, cost is reduced.

なお、上記の説明では、Au電極25を基板21表面に形成し、流路22aとなる溝部をカバー22に形成したが、基板21表面に流路22aとなる溝部を形成し、溝部の底にAu電極25を形成してもよい。   In the above description, the Au electrode 25 is formed on the surface of the substrate 21 and the groove portion that becomes the flow path 22a is formed on the cover 22. However, the groove portion that becomes the flow path 22a is formed on the surface of the substrate 21, and the bottom of the groove portion is formed. The Au electrode 25 may be formed.

また、本実施の形態に係る標的検出装置10は標的の検出感度が高感度な装置が実現できる。また、標的検出装置10の小型化が可能である。   Moreover, the target detection apparatus 10 according to the present embodiment can realize an apparatus with high target detection sensitivity. Further, the target detection device 10 can be downsized.

次に、実施の形態に係る検出素子の製造方法を図7および図8を参照しつつ説明する。 図7および図8は検出素子の製造工程図である。なお、説明の便宜のため、図8(A)〜(C)は、図7(A)〜(D)に対して上下を入れ換えて示している。   Next, a method for manufacturing the detection element according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 7 and 8 are manufacturing process diagrams of the detection element. For convenience of explanation, FIGS. 8A to 8C are shown by replacing the top and bottom with respect to FIGS. 7A to 7D.

図7(A)の工程では、工程基板41上に、スピンコート法、スプレー法、真空蒸着法、スパッタ法、CVD法等により犠牲膜42を形成する。犠牲膜42は、Au電極25とエッチング選択性を有する材料でかつ互いに固溶しない材料であれば特に制限はないが例えばメチルシロキサン膜や酸化シリコン膜を用いることができる。絶縁膜の膜厚は次の工程で形成するAu電極25と同等かそれよりも薄く設定する。   7A, a sacrificial film 42 is formed on the process substrate 41 by a spin coating method, a spray method, a vacuum deposition method, a sputtering method, a CVD method, or the like. The sacrificial film 42 is not particularly limited as long as it is a material that has etching selectivity with the Au electrode 25 and does not dissolve in each other. For example, a methylsiloxane film or a silicon oxide film can be used. The thickness of the insulating film is set to be equal to or thinner than the Au electrode 25 formed in the next step.

図7(A)の工程ではさらに、犠牲膜42上にレジスト膜43を形成する。次いでレジスト膜43をフォトリソグラフィ法によりパターニングして、Au電極25を形成する位置に開口部を形成する。なお、図2に示したAu電極25と接続される配線パターンおよびパッド電極を形成する開口部も形成する。配線パターンおよびパッド電極は次の工程においてAu電極25と同様に形成されるので、特に断らない限りAu電極25は配線パターンおよびパッド電極を含むとする。さらに、開口部が形成されたレジスト膜43をマスクとして犠牲膜42をエッチングし、開口部を形成する。このエッチングは、犠牲膜42をエッチング可能な方法であれば特に制限はなく、例えばウエットエッチング法を用いる。   In the step of FIG. 7A, a resist film 43 is further formed on the sacrificial film. Next, the resist film 43 is patterned by photolithography to form an opening at a position where the Au electrode 25 is to be formed. An opening for forming a wiring pattern and a pad electrode connected to the Au electrode 25 shown in FIG. 2 is also formed. Since the wiring pattern and the pad electrode are formed in the same manner as the Au electrode 25 in the next step, the Au electrode 25 includes the wiring pattern and the pad electrode unless otherwise specified. Further, the sacrificial film 42 is etched using the resist film 43 in which the opening is formed as a mask to form the opening. This etching is not particularly limited as long as the sacrificial film 42 can be etched. For example, a wet etching method is used.

次いで、図7(B)の工程では、図7(A)に示す構造体の表面に真空蒸着法、スパッタ法等により例えば厚さ100nmのAu膜を形成する。さらに、レジスト膜43上に形成された余分なAu膜をレジスト膜43とともにリフトオフする。このようにして、犠牲膜42に選択的に形成されたAu電極25が形成される。   7B, an Au film having a thickness of, for example, 100 nm is formed on the surface of the structure shown in FIG. 7A by a vacuum evaporation method, a sputtering method, or the like. Further, the excess Au film formed on the resist film 43 is lifted off together with the resist film 43. In this way, the Au electrode 25 selectively formed on the sacrificial film 42 is formed.

次いで、図7(C)の工程では、犠牲膜42およびAu電極25の表面に電極接着層24を形成する。具体的には、犠牲膜42およびAu電極25の表面にシラノール基およびチオール基を有する分子を含む材料、例えば、チオール基を有するシランカップリング剤を有機溶媒に希釈しスピンコート法、スプレー法等により塗布する。さらに乾燥させて有機溶媒を除去する。   Next, in the step of FIG. 7C, the electrode adhesive layer 24 is formed on the surface of the sacrificial film 42 and the Au electrode 25. Specifically, a material containing a molecule having a silanol group and a thiol group on the surface of the sacrificial film 42 and the Au electrode 25, for example, a silane coupling agent having a thiol group is diluted in an organic solvent, spin coating method, spraying method, etc. Apply by. Further drying is performed to remove the organic solvent.

図7(C)の工程ではさらに、基板21を工程基板41と位置合わせを行う。さらに、基板を電極接着層24を介して工程基板41に押圧して、基板21と工程基板41とを接合する。この際、加熱は必要ない。電極接着層24のシラノール基と基板21とが強く結合する。なお、基板21の表面にPt電極26、およびPt電極26に接続される配線パターンおよび電極パッド(図2示す。)を前もって形成しておいてもよい。Pt電極26は基板21、特にガラス基板との接着性が良好であるため、例えばスパッタ法によって形成できる。   In the step of FIG. 7C, the substrate 21 is further aligned with the process substrate 41. Further, the substrate is pressed against the process substrate 41 through the electrode adhesive layer 24 to bond the substrate 21 and the process substrate 41 together. At this time, heating is not necessary. The silanol group of the electrode adhesive layer 24 and the substrate 21 are strongly bonded. Note that a Pt electrode 26 and a wiring pattern and electrode pads (shown in FIG. 2) connected to the Pt electrode 26 may be formed in advance on the surface of the substrate 21. Since the Pt electrode 26 has good adhesion to the substrate 21, particularly a glass substrate, it can be formed, for example, by sputtering.

次いで、図7(D)の工程では、ウエットエッチングにより犠牲膜42を溶解し、Au電極25、電極接着層24、および基板21の構造体から工程基板41を剥離させる。ウエットエッチング液は、例えば犠牲膜42がメチルシロキサン膜や酸化シリコンの場合、フッ酸を用いることができる。   7D, the sacrificial film 42 is dissolved by wet etching, and the process substrate 41 is peeled from the Au electrode 25, the electrode adhesive layer 24, and the substrate 21 structure. As the wet etching solution, for example, when the sacrificial film 42 is a methylsiloxane film or silicon oxide, hydrofluoric acid can be used.

次いで、図8(A)の工程では、図7(D)の構造体の電極接着層24のうち、Au電極25を接着している部分以外をアッシングにより除去する。   Next, in the step of FIG. 8A, the portion other than the portion to which the Au electrode 25 is bonded is removed from the electrode bonding layer 24 of the structure of FIG. 7D by ashing.

図8(A)の工程ではさらに、基板21の表面に基板接着層23を形成する。具体的には、基板21の表面に、シラノール基およびアミノ基を有する分子を含む材料、例えば、アミノ基を有するシランカップリング剤を有機溶媒に希釈しスピンコート法、スプレー法等により塗布する。さらに乾燥させて有機溶媒を除去する。   In the step of FIG. 8A, a substrate adhesive layer 23 is further formed on the surface of the substrate 21. Specifically, a material containing a molecule having a silanol group and an amino group, for example, a silane coupling agent having an amino group is diluted in an organic solvent and applied to the surface of the substrate 21 by a spin coating method, a spray method, or the like. Further drying is performed to remove the organic solvent.

次いで、図8(B)の工程では、カバー22を図8(A)の構造体に対して位置決めを行う。カバー22には図2に示す流路となる溝部22a、試料溶液供給口22bおよび試料溶液排出口22cを予め形成しておく。カバー22の位置決め後、カバー22を基板21に貼合する。この貼合は、基板接着層23を介してカバー22を基板21に押圧すると共に150℃〜450℃(好ましくは150℃〜250℃)の範囲の温度に設定して加熱する。これにより、基板21とカバー22とが基板接着層23を介して強固に接着される。基板接着層23はアミノ基がカバー22の表面のOH基と脱水反応を起こして、例えばカバー22がガラス基板の場合はガラス基板のシリコン原子と結合する。これにより流路22a内にAu電極25およびPt電極26が配置されると共に流路22aが形成される。   Next, in the step of FIG. 8B, the cover 22 is positioned with respect to the structure of FIG. A groove 22a, a sample solution supply port 22b, and a sample solution discharge port 22c are formed in advance in the cover 22 as a flow path shown in FIG. After positioning the cover 22, the cover 22 is bonded to the substrate 21. In this bonding, the cover 22 is pressed against the substrate 21 through the substrate adhesive layer 23 and is heated to a temperature in the range of 150 ° C. to 450 ° C. (preferably 150 ° C. to 250 ° C.). Thereby, the substrate 21 and the cover 22 are firmly bonded via the substrate bonding layer 23. In the substrate adhesive layer 23, an amino group causes a dehydration reaction with an OH group on the surface of the cover 22, and, for example, when the cover 22 is a glass substrate, it bonds to silicon atoms of the glass substrate. As a result, the Au electrode 25 and the Pt electrode 26 are disposed in the flow path 22a, and the flow path 22a is formed.

次いで、図8(C)の工程では、流路22a内に緩衝液(例えば、Tris−HCl(pH7.5))を流し、さらに、予め合成した標的検出体30を緩衝液に混合して流路22aに注入し、180分程度静置する。これにより、標的検出体30のチオール基がAu電極25の表面に強固に結合する。さらに、緩衝液を流路22aに注入して、流路22a内の余分な標的検出体30を除去する。以上により、検出素子が形成される。   Next, in the step of FIG. 8C, a buffer solution (for example, Tris-HCl (pH 7.5)) is flowed into the flow path 22a, and the target detection body 30 synthesized in advance is mixed with the buffer solution to flow. Pour into channel 22a and let stand for about 180 minutes. As a result, the thiol group of the target detector 30 is firmly bonded to the surface of the Au electrode 25. Further, a buffer solution is injected into the flow path 22a to remove the excess target detection body 30 in the flow path 22a. Thus, a detection element is formed.

この製造方法では、基板21とカバー22とを基板接着層23により貼合しているので、既に形成されているAu電極25に悪影響を与えることがない。特に、基板接着層23にアミノ基を有するシランカップリング剤を用いることで、従来よりも低い温度範囲(150℃〜450℃)で基板21とカバー22との貼合が可能となり、Au電極25への熱による悪影響、例えば、Au電極25の表面に標的検出体30が結合し難くなったり、結合が不安定になる等して標的検出体30の集合体の形成が困難になるという障害を回避できる。   In this manufacturing method, since the substrate 21 and the cover 22 are bonded by the substrate adhesive layer 23, the Au electrode 25 already formed is not adversely affected. In particular, by using a silane coupling agent having an amino group for the substrate adhesive layer 23, the substrate 21 and the cover 22 can be bonded in a lower temperature range (150 ° C. to 450 ° C.) than before, and the Au electrode 25 For example, the target detector 30 is difficult to bind to the surface of the Au electrode 25, or the binding becomes unstable, which makes it difficult to form an aggregate of the target detector 30. Can be avoided.

なお、Pt電極26およびその配線パターンおよびパッド電極を図8(A)の工程の電極接着層24を除去した後に真空蒸着法、スパッタ法、CVD法により基板21表面に形成してもよい。この場合、例えば、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングしたレジスト膜や、金属マスクを用いて選択的に形成する。   The Pt electrode 26 and its wiring pattern and pad electrode may be formed on the surface of the substrate 21 by vacuum deposition, sputtering, or CVD after removing the electrode adhesive layer 24 in the step of FIG. In this case, for example, it is selectively formed using a resist film patterned using a photolithography method or a metal mask.

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   The preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, but the present invention is not limited to the specific embodiment, and various modifications can be made within the scope of the present invention described in the claims.・ Change is possible.

なお、以上の説明に関してさらに以下の付記を開示する。
(付記1) 第1の基板と、
前記第1の基板に第1の接着層を介して貼合された第2の基板と、
前記第1の基板および第2の基板のいずれか一方の、互いに貼合された面に形成された流路と、
前記流路内に設けられた第1の電極および第2の電極と、
前記第1の電極に結合され、流路を流通する試料溶液中の標的を捕捉可能な標的検出体と、を備え、
前記第1の接着層はシラノール基およびアミノ基を有する分子を含む材料からなり、
前記第1の電極は、第1の基板の表面に第2の接着層を介して固着され、該第2の接着層がシラノール基およびチオール基を有する分子を含む材料からなる検出素子。
(付記2) 前記第1の接着層は末端基としてシラノール基およびアミノ基を有する分子を含む材料からなることを特徴とする付記1記載の検出素子。
(付記3) 前記第1の接着層は、下記一般式(1)で示されることを特徴とする付記1記載の検出素子。
In addition, the following additional notes are disclosed regarding the above description.
(Appendix 1) a first substrate;
A second substrate bonded to the first substrate via a first adhesive layer;
A flow path formed on the surface of one of the first substrate and the second substrate bonded to each other;
A first electrode and a second electrode provided in the flow path;
A target detector coupled to the first electrode and capable of capturing a target in the sample solution flowing through the flow path,
The first adhesive layer is made of a material containing a molecule having a silanol group and an amino group,
The detection element, wherein the first electrode is fixed to the surface of the first substrate via a second adhesive layer, and the second adhesive layer is made of a material containing a molecule having a silanol group and a thiol group.
(Additional remark 2) The said 1st contact bonding layer consists of material containing the molecule | numerator which has a silanol group and an amino group as a terminal group, The detection element of Additional remark 1 characterized by the above-mentioned.
(Additional remark 3) The said 1st contact bonding layer is shown by following General formula (1), The detection element of Additional remark 1 characterized by the above-mentioned.

NH2(CH2)x[(CH2)l(CHR)m(CH2)n]y(CH2)zSiOH … (1)
(但し、x,y,l,m,nはそれぞれ0〜18の整数、zは1〜18の整数である。RはHまたはフェニル基である。)。
(付記4)前記第2の接着層は末端基としてシラノール基およびチオール基を有する分子を含む材料からなる特徴とする付記1記載の検出素子。
(付記5) 前記第2の接着層は、下記一般式(2)で示されることを特徴とする付記1記載の検出素子。
NH 2 (CH 2 ) x [(CH 2 ) l (CHR) m (CH 2 ) n ] y (CH 2 ) z SiOH (1)
(However, x, y, l, m, and n are each an integer of 0 to 18, and z is an integer of 1 to 18. R is H or a phenyl group.)
(Additional remark 4) The said 2nd contact bonding layer consists of material containing the molecule | numerator which has a silanol group and a thiol group as a terminal group, The detection element of Additional remark 1 characterized by the above-mentioned.
(Additional remark 5) The said 2nd contact bonding layer is shown by following General formula (2), The detection element of Additional remark 1 characterized by the above-mentioned.

HS(CH2)x[(CH2)l(CHR)m(CH2)n]y(CH2)zSiOH … (2)
(但し、x,y,l,m,nはそれぞれ0〜18の整数、zは1〜18の整数である。RはHまたはフェニル基である。)。
(付記6) 前記第1の基板および第2の基板のうち、いずれか一方が透明基板材料からなることを特徴とする付記1記載の検出素子。
(付記7) 前記第2の基板は透明基板材料からなり、前記流路が第2の基板に形成された溝部と第1の基板の表面に画成されてなり、
前記第2の電極は第1に基板の表面に第1の電極から離隔して形成されてなることを特徴とする付記1記載の検出素子。
(付記8) 前記標的検出体は、第1の電極と相互作用可能な相互作用部と、該相互作用部が第1の電極と相互作用していない場合に光の照射を受けると発光可能な発光部と、標的を捕捉可能な検出部からなることを特徴とする付記1記載の検出素子。
(付記9) 前記相互作用部がイオン性ポリマーであることを特徴とする付記8記載の検出素子。
(付記10) 前記発光部が蛍光色素であることを特徴とする付記8記載の検出素子。
(付記11) 工程基板上に第1の電極を選択的に形成する工程と、
前記第1の電極の表面にシラノール基およびチオール基を有する分子を含む接着層を形成する工程と、
前記第1の電極を接着層を介して第1の基板を接合する工程と、
前記第1の電極から工程基板を除去する工程と、
前記第1の基板の第1の電極側の表面にシラノール基およびアミノ基を有する分子を含む他の接着層を形成する工程と、
前記第1の基板と、流路が形成された第2の基板とを他の接着層を介して貼合する工程と、
前記流路内に第2の電極を形成する工程と、
前記第1の電極に標的を捕捉可能な標的検出体を結合させる工程と、を含む検出素子の製造方法。
(付記12) 前記接着層を形成する工程は、チオール基を含むシランカップリング剤を第1の電極の表面に塗布することを特徴する付記11記載の検出素子の製造方法。
(付記13) 前記他の接着層を形成する工程は、アミノ基を含むシランカップリング剤を第1の基板の第1の電極側の表面に塗布することを特徴する付記11記載の検出素子の製造方法。
(付記14) 前記1の基板と第2の基板との貼合工程は、150℃〜450℃の範囲に設定して貼合することを特徴とする付記11記載の検出素子の製造方法。
(付記15) 前記工程基板上に第1の電極を選択的に形成する工程は、
前記工程基板に犠牲膜を形成する処理と、
前記犠牲膜の表面に選択的に開口部を形成する処理と、
前記開口部に第1の電極材料を充填する処理と、を含み、
前記接着層を形成する工程は、前記犠牲膜および第1の電極材料の表面を覆うように形成することを特徴とする付記11記載の検出素子の製造方法。
(付記16) 付記1記載の検出素子と、
前記第1の電極と第2の電極との間に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記検出素子の第1の電極に向けて光を照射する光照射手段と、
前記光照射手段から照射された光を受けて前記標的検出体が発光する光を検出する光検出手段と、を備える標的検出装置。
HS (CH 2 ) x [(CH 2 ) l (CHR) m (CH 2 ) n ] y (CH 2 ) z SiOH (2)
(However, x, y, l, m, and n are each an integer of 0 to 18, and z is an integer of 1 to 18. R is H or a phenyl group.)
(Supplementary note 6) The detection element according to supplementary note 1, wherein one of the first substrate and the second substrate is made of a transparent substrate material.
(Appendix 7) The second substrate is made of a transparent substrate material, and the flow path is defined on a groove formed in the second substrate and a surface of the first substrate,
The detecting element according to claim 1, wherein the second electrode is formed on the surface of the substrate at a distance from the first electrode.
(Additional remark 8) The said target detection body can be light-emitted when irradiated with light, when the interaction part which can interact with a 1st electrode, and this interaction part is not interacting with a 1st electrode The detection element according to appendix 1, wherein the detection element includes a light emitting unit and a detection unit capable of capturing a target.
(Additional remark 9) The said interaction part is an ionic polymer, The detection element of Additional remark 8 characterized by the above-mentioned.
(Additional remark 10) The said light emission part is a fluorescent dye, The detection element of Additional remark 8 characterized by the above-mentioned.
(Appendix 11) A step of selectively forming a first electrode on a process substrate;
Forming an adhesive layer including a molecule having a silanol group and a thiol group on the surface of the first electrode;
Bonding the first substrate to the first substrate through an adhesive layer;
Removing a process substrate from the first electrode;
Forming another adhesive layer containing molecules having a silanol group and an amino group on the surface of the first substrate on the first electrode side;
Bonding the first substrate and the second substrate on which the flow path is formed via another adhesive layer;
Forming a second electrode in the flow path;
And a step of binding a target detection body capable of capturing a target to the first electrode.
(Additional remark 12) The process of forming the said contact bonding layer apply | coats the silane coupling agent containing a thiol group to the surface of a 1st electrode, The manufacturing method of the detection element of Additional remark 11 characterized by the above-mentioned.
(Additional remark 13) The process of forming the said other contact bonding layer apply | coats the silane coupling agent containing an amino group to the surface by the side of the 1st electrode of a 1st board | substrate of the additional remark 11 characterized by the above-mentioned. Production method.
(Additional remark 14) The bonding process of said 1 board | substrate and a 2nd board | substrate sets to the range of 150 to 450 degreeC, and is bonded, The manufacturing method of the detection element of Additional remark 11 characterized by the above-mentioned.
(Supplementary Note 15) The step of selectively forming the first electrode on the process substrate includes:
A process of forming a sacrificial film on the process substrate;
A process of selectively forming openings in the surface of the sacrificial film;
Filling the opening with a first electrode material,
12. The method of manufacturing a detection element according to appendix 11, wherein the step of forming the adhesive layer covers the sacrificial film and the surface of the first electrode material.
(Supplementary Note 16) The detection element according to Supplementary Note 1,
Voltage applying means for applying a voltage between the first electrode and the second electrode;
Light irradiation means for irradiating light toward the first electrode of the detection element;
A light detection means for detecting light emitted from the target detection body in response to light emitted from the light irradiation means;

(付記17) 前記第2の基板は透明基板材料からなり、
前記光照射手段あるいは光検出手段は、第2の基板を介して光を照射あるいは検出することを特徴とする付記16記載の標的検出装置。
(Supplementary Note 17) The second substrate is made of a transparent substrate material,
The target detection apparatus according to appendix 16, wherein the light irradiation means or the light detection means irradiates or detects light through a second substrate.

(付記18) 前記第2の電極は第1の基板の表面に、第1の電極から離隔して形成されてなることを特徴とする付記17記載の標的検出装置。   (Supplementary note 18) The target detection device according to supplementary note 17, wherein the second electrode is formed on the surface of the first substrate so as to be separated from the first electrode.

(付記19) 第1の基板と、
前記第1の基板に第1の接着層を介して貼合された第2の基板と、
前記第1の基板および第2の基板のいずれか一方の、互いに貼合された面に形成され流路と、
前記流路内に設けられ、標的を捕捉可能な標的検出体が結合可能な第1の電極と第2の電極と、を備え、
前記第1の接着層はシラノール基およびアミノ基を含む分子を有する材料からなり、
前記第1の電極は、前記第1の基板の表面に第2の接着層を介して固着され、該第2の接着層がシラノール基およびチオール基を含む分子を有する材料からなる構造体。
(Supplementary note 19) a first substrate;
A second substrate bonded to the first substrate via a first adhesive layer;
A flow path formed on a surface of one of the first substrate and the second substrate bonded to each other;
A first electrode and a second electrode provided in the flow path and capable of binding a target detector capable of capturing a target; and
The first adhesive layer is made of a material having molecules containing a silanol group and an amino group,
The first electrode is a structure that is fixed to the surface of the first substrate via a second adhesive layer, and the second adhesive layer is made of a material having molecules including a silanol group and a thiol group.

本発明の実施の形態に係る検出装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the detection apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る検出素子の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the detection element which concerns on embodiment of this invention. 基板接着層の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of a board | substrate adhesion layer. 電極接着層の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of an electrode contact bonding layer. (A)および(B)は標的を検出する説明図である。(A) And (B) is explanatory drawing which detects a target. 印加電圧と蛍光強度との関係図である。FIG. 5 is a relationship diagram between applied voltage and fluorescence intensity. (A)〜(D)は検出素子の製造工程図(その1)である。(A)-(D) are manufacturing process drawings (the 1) of a detection element. (A)〜(C)は検出素子の製造工程図(その2)である。(A)-(C) are manufacturing process drawings (the 2) of a detection element.

符号の説明Explanation of symbols

10 標的検出装置
11 励起光源
12 光検出部
13 データ処理部
14 入出力部
15 記憶装置
16 電源
20 検出素子
21 基板
22 カバー
22a 流路(溝部)
22b 試料溶液供給口
22c 試料溶液排出口
23 基板接着層
24 電極接着層
25 Au電極
26 Pt電極
27a,27b 配線パターン
28a,28b パッド電極
29 試料溶液
30 標的検出体
31 相互作用部
32 発光部
33 結合部
36 標的
41 工程基板
42 犠牲膜
43 レジスト膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Target detection apparatus 11 Excitation light source 12 Optical detection part 13 Data processing part 14 Input / output part 15 Memory | storage device 16 Power supply 20 Detection element 21 Board | substrate 22 Cover 22a Flow path (groove part)
22b Sample solution supply port 22c Sample solution discharge port 23 Substrate adhesive layer 24 Electrode adhesive layer 25 Au electrode 26 Pt electrode 27a, 27b Wiring pattern 28a, 28b Pad electrode 29 Sample solution 30 Target detector 31 Interaction unit 32 Light emitting unit 33 Coupling Part 36 Target 41 Process substrate 42 Sacrificial film 43 Resist film

Claims (5)

第1の基板と、
前記第1の基板に第1の接着層を介して貼合された第2の基板と、
前記第1の基板および第2の基板のいずれか一方の、互いに貼合された面に形成された流路と、
前記流路内に設けられた第1の電極および第2の電極と、
前記第1の電極に結合され、流路を流通する試料溶液中の標的を捕捉可能な標的検出体と、を備え、
前記第1の接着層はシラノール基およびアミノ基を有する分子を含む材料からなり、
前記第1の電極は、第1の基板の表面に第2の接着層を介して固着され、該第2の接着層がシラノール基およびチオール基を有する分子を含む材料からなる検出素子。
A first substrate;
A second substrate bonded to the first substrate via a first adhesive layer;
A flow path formed on the surface of one of the first substrate and the second substrate bonded to each other;
A first electrode and a second electrode provided in the flow path;
A target detector coupled to the first electrode and capable of capturing a target in the sample solution flowing through the flow path,
The first adhesive layer is made of a material containing a molecule having a silanol group and an amino group,
The detection element, wherein the first electrode is fixed to the surface of the first substrate via a second adhesive layer, and the second adhesive layer is made of a material containing a molecule having a silanol group and a thiol group.
前記第2の基板は透明基板材料からなり、前記流路が第2の基板に形成された溝部と第1の基板の表面に画成されてなり、
前記第2の電極は第1に基板の表面に第1の電極から離隔して形成されてなることを特徴とすることを特徴とする請求項1記載の検出素子。
The second substrate is made of a transparent substrate material, and the flow path is defined by a groove formed in the second substrate and a surface of the first substrate,
2. The detection element according to claim 1, wherein the second electrode is formed on the surface of the substrate at a distance from the first electrode.
工程基板上に第1の電極を選択的に形成する工程と、
前記第1の電極の表面にシラノール基およびチオール基を有する分子を含む接着層を形成する工程と、
前記第1の電極を接着層を介して第1の基板を接合する工程と、
前記第1の電極から工程基板を除去する工程と、
前記第1の基板の第1の電極側の表面にシラノール基およびアミノ基を有する分子を含む他の接着層を形成する工程と、
前記第1の基板と、流路が形成された第2の基板とを他の接着層を介して貼合する工程と、
前記流路内に第2の電極を形成する工程と、
前記第1の電極に標的を捕捉可能な標的検出体を結合させる工程と、を含む検出素子の製造方法。
Selectively forming a first electrode on a process substrate;
Forming an adhesive layer including a molecule having a silanol group and a thiol group on the surface of the first electrode;
Bonding the first substrate to the first substrate through an adhesive layer;
Removing a process substrate from the first electrode;
Forming another adhesive layer containing molecules having a silanol group and an amino group on the surface of the first substrate on the first electrode side;
Bonding the first substrate and the second substrate on which the flow path is formed via another adhesive layer;
Forming a second electrode in the flow path;
And a step of binding a target detection body capable of capturing a target to the first electrode.
前記工程基板上に第1の電極を選択的に形成する工程は、
前記工程基板に犠牲膜を形成する処理と、
前記犠牲膜の表面に選択的に開口部を形成する処理と、
前記開口部に第1の電極材料を充填する処理と、を含み、
前記接着層を形成する工程は、前記犠牲膜および第1の電極材料の表面を覆うように形成することを特徴とする請求項3記載の検出素子の製造方法。
The step of selectively forming the first electrode on the process substrate includes:
A process of forming a sacrificial film on the process substrate;
A process of selectively forming openings in the surface of the sacrificial film;
Filling the opening with a first electrode material,
The method for manufacturing a detection element according to claim 3, wherein the step of forming the adhesive layer is formed so as to cover surfaces of the sacrificial film and the first electrode material.
請求項1または2記載の検出素子と、
前記第1の電極と第2の電極との間に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記検出素子の第1の電極に向けて光を照射する光照射手段と、
前記光照射手段から照射された光を受けて前記標的検出体が発光する光を検出する光検出手段と、を備える標的検出装置。
The detection element according to claim 1 or 2,
Voltage applying means for applying a voltage between the first electrode and the second electrode;
Light irradiation means for irradiating light toward the first electrode of the detection element;
A light detection means for detecting light emitted from the target detection body in response to light emitted from the light irradiation means;
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