JP2011214860A - 被験物質センシング方法、センシング装置、および、センシングセット - Google Patents
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Abstract
【解決手段】被験物質107と結合する性能を有する第1の物質105、および、酸化剤110によりエッチングされる物質で構成されたモニタリング体103を有する基板の面上に、試料を供給した後、過酸化物109を還元し酸化剤110を生成する触媒108を担持し、被験物質107と結合する性能を有する第2の物質104を供給し、その後基板上を洗浄し、次いで、過酸化物109を供給し、その後、過酸化物109が触媒108により還元されることで生成した酸化剤110によりモニタリング体103がエッチングされることに起因する所定のデータ変化をモニタリングする被験物質センシング方法。
【選択図】図2
Description
「酵素免疫測定法」では、照射光光源、光学系、受光器等が必要であり、装置の小型化に限界がある。また測定のためのプロセス数が非常に多く、場合によっては数時間以上を要する。
上記[ラベリング法]で述べたように、アンペロメトリック手法やポテンシオメトリック手法では、感度の点で限界がある。
本発明の第1の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図1(a)に本発明のセンシング装置の第1の実施の形態を示す。図1(b)は、図1(a)に示すA−A´線における断面図、図1(c)は図1(a)に示すB−B´線における断面図である。
次に、具体的実施例を用いて本発明の第1の実施の形態の構成及び動作を説明する。シリコン基板としてホウ素が135cm−3程度の濃度を含有する(100)基板を用い、その上に、LPCVD法によりシリコン酸化膜を100nmの厚さに成長させた。この後、シリコン酸化膜の上に2ミクロン膜厚のフォトレジストを塗布し、紫外線露光機にてフォトレジストのパターンニングを行った。引き続き、レジストパターンの上から、真空蒸着法にて50nmの膜厚のゲルマニウムの成長を行った。この後、アセトンでレジストパターンの除去を行い、ゲルマニウムをリフトオフすることでモニタリング体の形成を行った。この後、窒素雰囲気中で500℃、2時間の加熱処理を行った。引き続き、シリコン酸化膜およびモニタリング体の上に、2ミクロン膜厚のフォトレジストを塗布し、紫外線露光機にてフォトレジストのパターンニングを行った。その後、レジストパターンの上から、100nmの金の蒸着を行った後、アセトンによるリフトオフで電極形成を行った。このような方法により、幅1ミクロン、長さ(金電極間距離)100ミクロンのモニタリング体を得た。この時の抵抗値は約10MΩであった。次に、APTESを用いてシリコン酸化膜表面にアミノ基を付加し、引き続きglutaraldehyde処理を行った後、第1の抗体として、抗PSA抗体の固定を行った。
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。
50nmの直径を有するアナターゼ型酸化チタンナノ粒子で第2の抗体104をラベリングした点以外は、第1の実施の形態で説明した実施例と同様にして図2(d)に示す状態を得た後、過酸化水素109を含有する反応液を滴下した。次いで、水銀ランプを用いてUV光を照射することにより、酸化剤の生成を行った。その結果、約1分40秒でモニタリング体103の電気的切断が確認された。
次に、本発明の第4の実施の形態について図面を用いて説明する。装置の構成は第1の実施の形態に準じるが、被験物質の検出手順を図5のようにすることもできる。まず、被験物質の一例であるPSA107と、銀ナノ粒子108でラベリングされた第2の抗体104を用意する。第2の抗体104はPSA107よりも過剰に存在するようにその濃度を調整する。次に、PSA107と第2の抗体104との混合を行い、PSA107−第2の抗体104−銀ナノ粒子108複合体を形成する(図5(a))。その後、本複合体溶液を、図1で示すセンシング装置に滴下する。その結果、複合体と第1の抗体105に結合が生じる(図5(b))。その後、未結合複合体は、第1の実施の形態と同様の洗浄工程により除去される(図5(c))。次に、過酸化水素109を含有する反応液を滴下すると、銀(銀ナノ粒子108)の触媒作用により過酸化水素109が還元され酸化剤110が生成される。酸化剤110は溶液中を拡散しゲルマニウム薄膜からなるモニタリング体103に到達し、モニタリング体103をエッチングする(図5(d))。
図6(a)に本発明のセンシング装置の第5の実施の形態を示す。図6(b)は、図6(a)における1セルの拡大図(図6(a)中、破線の円で表示)である。シリコン基板101上にX選択回路115、および、Y選択回路116が存在する。両選択回路とも半導体メモリで用いられるセル選択回路と同等のものであり、公知の技術により容易に作製可能である。X選択回路115には1つ以上のX線117、Y選択回路116には1つ以上のY線118が接続される。また、図示するように、各モニタリング体103の両端には、X線117とY線118が接続される。このような回路構成をとることで、半導体メモリの場合と同様、個々のモニタリング体の抵抗値を読み取ることができる。
本発明のセンシング装置の第6の実施の形態では、同一の電気特性を有す2つのモニタリング体103を用いる点以外は、第1の実施の形態と同様である。2つのモニタリング体103の一つは、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の酸化剤に対して化学的に安定した材料で被覆され、他の一つは、前述のような被覆を施さない。かかる場合、一方のモニタリング体103は酸化剤110によりエッチングされないが、他方は酸化剤110によりエッチングされることとなる。
図7(a)に本実施の形態のセンシング装置を示す。図7(b)は図7(a)におけるA−A´線断面図である。樹脂からなる支持基盤201上に、メンブレン膜からなる試料展開部202が配置され、該試料展開部202の一端側に試料調整部203が配置される。試料調整部203には、銀ナノ粒子でラベリングされた第2の抗体104が多量含まれる。また、試料展開部202の他端側には試料回収部204が配置される。試料調整部203と試料回収部204との間にある試料展開部202上には、第1〜6の実施の形態で記載されたセンシング装置が配置されセンシング部205を構成している。この場合、モニタリング体103と試料展開部202は対面するように配置される。
以下のようにして動作の確認を行った。第1の実施の形態で作製したセンシング装置を樹脂板に形成された溝に装着後、5mm×50mm裁断した厚さ0.2mmのニトロセルロースメンブレンを樹脂基板上に接着剤で接着し試料展開部とした。この際、センシング装置上には接着剤が付着しないよう留意しながら組み立てを行った。次に、銀ナノ粒子をラベリングした第2の抗体(抗PSA抗体)を含ませたグラスファイバーパッドをメンブレン膜の一端に貼付け試料調整部とし、未処理のグラスファイバーパッドを他端に貼付け試料回収部とした。用いた試料はPSAを1ng/mL含有したPBS緩衝液であり、これを試料調整部上に滴下した。滴下後10分経過してから、0.3%の過酸化水素を含有するPBS緩衝液をセンシング部位置のメンブレン膜上に滴下した。滴下後、約5分でモニタリング体の抵抗上昇を観測した。
本発明の第8の実施の形態について図8を参照して詳細に説明する。図8は第1の実施の形態と異なる測定データをモニタリングすることで、被験物質の検出を行う。以下、説明する。
図9(a)は、交流インピーダンス測定によるGe膜の膜圧変化の様子を調べた結果である。
本発明のセンシング装置の第9の実施の形態は、第8の実施の形態で説明したセンシング装置に、さらに測定側パッド部305に触媒効果を有する銀微粒子を付加する点が異なる。
図8の測定側パッド部305に電子ビーム蒸着装置を用いて膜圧2nmのAg膜を蒸着したものを作製した。このとき、Agは一様な膜とならずに、数nmの微粒子としてGe膜304上に点在する。図9(b)は、Ag微粒子を付加したセンサーを用いて過酸化水素の検出を行った結果である。
本発明のセンシング装置の第10の実施の形態を、図10を用いて説明する。
図10(a)および(b)は第8の実施の形態で説明したセンシング装置(図8参照)の測定用パッド部305の断面図に相当する。図10(a)は基板301上に金電極311と、それを覆うGe膜304とを作製したものを電解質310に浸漬している状態を模式的に示した図である。
本発明のセンシング装置の第11の実施の形態を、図11を用いて説明する。
図11は、過酸化水素の有無を光学的に簡単に検出する方法を開示するものである。基板320として、光(特に白光や日光)を透過するガラス基板やプラスチック基板を使う。ここでは、厚さ500μmのガラス基板を用いた。
次に、本発明の第12の実施の形態を、図12を参照して説明する。
まず、平均粒径10nm以上20nm以下の酸化チタンナノ粒子330を合成し、大気中450度で一昼夜焼成し、表面の有機物層を除去する。次に、1%のポリエチレングリコール(PEG300)、10%エタノールを含む水溶液に、酸化チタンナノ粒子を0.1重量%添加し、冷暗所に置き攪拌子で激しく攪拌する。ここに酸化チタンとモル等倍量になるように数mol/l程度の濃い硝酸銀水溶液を加え、弱い紫外線を照射しながら、一晩反応させることで、酸化チタンの一部に銀皮膜331が析出した複合ナノ微粒子を作製した。
102 シリコン酸化膜
103 モニタリング体
104 第2の抗体
105 第1の抗体
106 電極
107 PSA
108 銀ナノ粒子
109 過酸化水素
110 酸化剤
111 ガラス
112 ゲルマニウム薄膜
113 過酸化水素含有PBS緩衝液
114 銀ボール
115 X選択回路
116 Y選択回路
117 X線
118 Y線
119 第1のシリコン酸化膜
120 プラグ
121 第2のシリコン酸化膜
201 支持基盤
202 試料展開部
203 試料調整部
204 試料回収部
205 センシング部
206 電極
301 基板
302 電極
303 コンタクト側パッド
304 Ge(ゲルマニウム)膜
305 測定用パッド部
306 パシベーション膜
310 電解質
311 金電極
313 電極露出領域
320 ガラス基板
321 Geグレーティング膜
330 酸化チタンナノ微粒子
331 銀被膜
332 チオール膜
333 抗PSA抗体
Claims (37)
- 第1の基板の第1の面上に、被験物質と結合する性能を有する第1の物質を有する第1のセンシング装置を準備するセンシング装置準備工程と、
前記第1のセンシング装置準備工程の後に、前記第1の面上に、試料を供給する試料供給工程と、
前記試料供給工程の後に、前記第1の面上に、過酸化物を還元し酸化剤を生成する触媒を担持し、前記被験物質と結合する性能を有する第2の物質を供給する第2の物質供給工程と、
前記第2の物質供給工程の後に、前記第1の面を洗浄することで、前記第2の物質を洗い流す第2の物質洗い流し工程と、
前記第2の物質洗い流し工程の後に、前記第1の面上に、過酸化物を供給する過酸化物供給工程と、
前記過酸化物供給工程の後に、第2の基板の第2の面上に酸化剤によりエッチングされる物質で構成されたモニタリング体を有する第2のセンシング装置の前記第2の面上に、前記第1の面上の溶液を供給する試験溶液供給工程と、
前記試験溶液供給工程の後に、前記モニタリング体のエッチングに起因する所定のデータ変化をモニタリングするモニタリング工程と、を有する被験物質センシング方法。 - 請求項1に記載の被験物質センシング方法において、
前記試料中に前記被験物質が含まれている場合、
前記試料供給工程では、前記第1の物質と前記被験物質とが結合し、
前記第2の物質供給工程では、前記第1の物質に結合している前記被験物質と、前記第2の物質とが結合し、
前記第2の物質洗い流し工程では、前記第1の物質に結合している前記被験物質、および、この被験物質に結合している前記第2の物質は洗い流されず残存し、
前記過酸化物供給工程では、前記被験物質に結合している前記第2の物質が担持している前記触媒により前記過酸化物が還元されることで酸化剤が生成され、
前記試験溶液供給工程では、前記酸化剤により、前記モニタリング体がエッチングされる被験物質センシング方法。 - 第1の基板の第1の面上に、被験物質と結合する性能を有する第1の物質を有する第1のセンシング装置を準備するセンシング装置準備工程と、
過酸化物を還元し酸化剤を生成する触媒を担持し、前記被験物質と結合する性能を有する第2の物質と、試料とを混合した混合物を製造する混合物製造工程と、
前記混合物製造工程の後に、前記第1の面上に、前記混合物を供給する混合物供給工程と、
前記混合物供給工程の後に、前記第1の面を洗浄することで、前記混合物を洗い流す混合物洗い流し工程と、
前記混合物洗い流し工程の後に、前記第1の面上に、過酸化物を供給する過酸化物供給工程と、
前記過酸化物供給工程の後に、第2の基板の第2の面上に酸化剤によりエッチングされる物質で構成されたモニタリング体を有する第2のセンシング装置の前記第2の面上に、前記第1の面上の溶液を供給する試験溶液供給工程と、
前記試験溶液供給工程の後に、前記モニタリング体のエッチングに起因する所定のデータ変化をモニタリングするモニタリング工程と、を有する被験物質センシング方法。 - 請求項3に記載の被験物質センシング方法において、
前記試料中に前記被験物質が含まれている場合、
前記混合物製造工程では、前記第2の物質と前記被験物質とが結合し、
前記混合物供給工程では、前記第1の物質と前記被験物質とが結合し、
前記混合物洗い流し工程では、前記第1の物質に結合している前記被験物質、および、この被験物質に結合している前記第2の物質は洗い流されず残存し、
前記過酸化物供給工程では、前記被験物質に結合している前記第2の物質が担持している前記触媒により前記過酸化物が還元されることで酸化剤が生成され、
前記試験溶液供給工程では、前記酸化剤により、前記モニタリング体がエッチングされる被験物質センシング方法。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載の被験物質センシング方法において、
前記第2のセンシング装置は前記第1のセンシング装置であり、前記第2の基板の前記第2の面は、前記第1の基板の前記第1の面である被験物質センシング方法。 - 請求項3または4に従属する請求項5に記載の被験物質センシング方法において、
前記センシング装置準備工程では、
前記触媒を担持した前記第2の物質を保持し、前記試料が注入される試料調整部と、
前記試料調整部と接続し、液体の流路となる試料展開部と、
前記流路の途中に設けられ、前記第1の物質および前記モニタリング体が設けられている前記第1の基板の前記第1の面が、前記流路の内壁の一部を構成している試料検出部と、を有するセンシング装置を準備する被験物質センシング方法。 - 請求項6に記載の被験物質センシング方法において、
前記混合物製造工程は、前記試料を前記試料調整部に注入することで行われ、
前記混合物供給工程は、前記混合物が、メンブレンで構成された前記試料展開部を浸透力により移動していくことで実現され、
前記混合物洗い流し工程は、前記混合物が、メンブレンで構成された前記試料展開部を浸透力により、前記試料検出部を超えて移動していくことで実現され、
前記過酸化物供給工程は、前記試料検出部に過酸化物を注入することで行われる被験物質センシング方法。 - 請求項1から7のいずれか1項に記載の被験物質センシング方法において、
前記第2の基板の前記第2の面上に、同等の特性を有する前記モニタリング体を2つ以上有し、
第1の前記モニタリング体は、表面が、酸化剤によりエッチングされない材料で被覆され、第2の前記モニタリング体は、表面が露出しており、
前記モニタリング工程では、前記第1のモニタリング体および前記第2のモニタリング体それぞれのエッチングに起因する所定のデータ変化の差異をセンシングする被験物質センシング方法。 - 請求項8に記載の被験物質センシング方法において、
前記第2のセンシング装置は、
前記第1のモニタリング体および前記第2のモニタリング体の各々と接続し、前記2つのモニタリング体から出力された信号の差をセンシングする差動増幅回路をさらに有し、
前記モニタリング工程では、前記差動増幅回路を用いて、前記第1のモニタリング体および前記第2のモニタリング体から出力された信号の差をセンシングする被験物質センシング方法。 - 請求項1から8のいずれか1項に記載の被験物質センシング方法において、
前記モニタリング工程では、前記モニタリング体の電気的特性の変化、質量の変化、または、形状の変化をモニタリングする被験物質センシング方法。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載の被験物質センシング方法において、
前記第2のセンシング装置は、
前記第2の基板の前記第2の面上に設けられた導電性の電極と、
酸化剤によりエッチングされる物質であって、前記電極よりも導電性の劣る物質で構成され、前記電極の表面を覆うように設けられた前記モニタリング体と、を有し、
前記モニタリング工程では、
前記モニタリング体を介してコンタクトし、測定される前記電極の電気的特性の変化をモニタリングする被験物質センシング方法。 - 請求項1から11のいずれか1項に記載の被験物質センシング方法において、
前記過酸化物供給工程、前記試験溶液供給工程、および、前記モニタリング工程の中のいずれか1つ以上の工程は、
前記モニタリング体に定電圧を印加した状態で行われる被験物質センシング方法。 - 請求項1から12のいずれか1項に記載の被験物質センシング方法において、
前記過酸化物は、過酸化水素、ハイドロぺルオキシド、および、ペルオキシカルボン酸の中のいずれか1つ以上を含む被験物質センシング方法。 - 請求項1から13のいずれか1項に記載の被験物質センシング方法において、
前記触媒は、銀、白金、パラジウム、鉄、銅、コバルト、マンガンからなる第1群の中のいずれか1つ以上、前記第1群の中のいずれか1つ以上を含む合金もしくは酸化物、カタラーゼ、および、ペルオキジダーゼのいずれか1つ以上を含む被験物質センシング方法。 - 請求項1から14のいずれか1項に記載の被験物質センシング方法において、
前記触媒は、光触媒を含む被験物質センシング方法。 - 請求項15に記載の被験物質センシング方法において、
前記触媒は、酸化チタン、酸化亜鉛、および、酸化チタンもしくは酸化亜鉛の合金の中のいずれか1つ以上を含む被験物質センシング方法。 - 請求項15または16に記載の被験物質センシング方法において、
前記触媒は、
酸化チタン、酸化亜鉛、および、これらの合金の中のいずれか1つ以上と、
銀、白金、パラジウム、鉄、銅、コバルト、マンガンからなる第1群の中のいずれか1つ以上、前記第1群の中のいずれか1つ以上を含む合金もしくは酸化物、カタラーゼ、および、ペルオキジダーゼの中のいずれか1つ以上と、を含む被験物質センシング方法。 - 請求項1から17のいずれか1項に記載の被験物質センシング方法において、
前記モニタリング体を構成する物質は、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金、および、ゲルマニウムもしくはゲルマニウム合金に不純物を注入したものの中のいずれか1つ以上を含む被験物質センシング方法。 - 請求項1から18のいずれか1項に記載の被験物質センシング方法において、
前記第1の物質および前記第2の物質は、抗体、レクチン、酵素、および、アプタマーの中のいずれか1つ以上を含む被験物質センシング方法。 - 試料中に含まれている可能性がある被験物質をセンシングするための装置であって、
基板と、
前記基板の前記第1の面上に設けられた、酸化剤によりエッチングされる物質で構成されたモニタリング体、および、被験物質と結合する性能を有する第1の物質と、を有するセンシング装置。 - 請求項20に記載のセンシング装置において、
前記モニタリング体は、アレイ状に配置されているセンシング装置。 - 請求項20または21に記載のセンシング装置において、
前記モニタリング体は、幅100μm以下、長さ100μm以下、かつ、厚さ1μm以下の形状であるセンシング装置。 - 試料中に含まれている可能性がある被験物質をセンシングするための装置であって、
過酸化物を還元し酸化剤を生成する触媒を担持し、被験物質と結合する性能を有する第2の物質を保持するとともに、前記試料を注入される試料調整部と、
前記試料調整部と接続し、液体の流路となる試料展開部と、
前記流路の途中に請求項20から22のいずれか1項に記載のセンシング装置を備え、前記基板の前記第1の面が、前記流路の内壁の一部を構成している試料検出部と、を有するセンシング装置。 - 請求項23に記載のセンシング装置において、
前記試料展開部は、メンブレンで構成されているセンシング装置。 - 請求項20から24のいずれか1項に記載のセンシング装置において、
前記基板の前記第1の面上に、同等の特性を有する前記モニタリング体を2つ以上有し、
第1の前記モニタリング体は、表面が、酸化剤によりエッチングされない材料で被覆され、第2の前記モニタリング体は、表面が露出しているセンシング装置。 - 請求項25に記載のセンシング装置において、
前記第1のモニタリング体および前記第2のモニタリング体の各々と接続し、前記2つのモニタリング体から出力された信号の差をセンシングする差動増幅回路をさらに有するセンシング装置。 - 試料中に含まれている可能性がある被験物質をセンシングするための装置であって、
基板と、
前記基板上に設けられた導電性の電極と、
酸化剤によりエッチングされる物質であって、前記電極よりも導電性の劣る物質で構成され、前記電極の表面を覆うように設けられたモニタリング体と、
を有するセンシング装置。 - 請求項27に記載のセンシング装置において、
前記基板上に、さらに、被験物質と結合する性能を有する第1の物質を有するセンシング装置。 - 請求項20から28のいずれか1項に記載のセンシング装置において、
前記モニタリング体を構成する物質は、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金、および、ゲルマニウムもしくはゲルマニウム合金に不純物を注入したものの中のいずれか1つ以上を含むセンシング装置。 - 請求項20から29のいずれか1項に記載のセンシング装置において、
前記第1の物質は、抗体、レクチン、酵素、および、アプタマーの中のいずれか1つ以上を含むセンシング装置。 - 請求項20から30のいずれか1項に記載のセンシング装置と、
過酸化物を還元し酸化剤を生成する触媒を担持し、前記被験物質と結合する性能を有する第2の物質と、を有するセンシングセット。 - 請求項31に記載のセンシングセットにおいて、
前記第2の物質は、抗体、レクチン、酵素、および、アプタマーの中のいずれか1つ以上を含むセンシングセット。 - 請求項31または32に記載のセンシングセットにおいて、
前記触媒は、銀、白金、パラジウム、鉄、銅、コバルト、マンガンからなる第1群の中のいずれか1つ以上、前記第1群の中のいずれか1つ以上を含む合金もしくは酸化物、カタラーゼ、および、ペルオキジダーゼのいずれか1つ以上を含むセンシングセット。 - 請求項31から33のいずれか1項に記載のセンシングセットにおいて、
前記触媒は、光触媒を含むセンシングセット。 - 請求項34に記載のセンシングセットにおいて、
前記触媒は、酸化チタン、酸化亜鉛、および、酸化チタンもしくは酸化亜鉛の合金の中のいずれか1つ以上を含むセンシングセット。 - 請求項34または35に記載のセンシングセットにおいて、
前記触媒は、
酸化チタン、酸化亜鉛、および、これらの合金の中のいずれか1つ以上と、
銀、白金、パラジウム、鉄、銅、コバルト、マンガンからなる第1群の中のいずれか1つ以上、前記第1群の中のいずれか1つ以上を含む合金もしくは酸化物、カタラーゼ、および、ペルオキジダーゼの中のいずれか1つ以上と、を含むセンシングセット。 - 第1の基板の第1の面上に、過酸化物によりエッチングされる物質で構成されたモニタリング体を有するセンシング装置を準備するセンシング装置準備工程と、
前記センシング装置準備工程の後に、前記第1の面上に、試料を供給する試料供給工程と、
前記試料供給工程の後に、前記モニタリング体のエッチングに起因する所定のデータ変化をモニタリングするモニタリング工程と、を有する被験物質センシング方法。
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- 2010-03-31 JP JP2010080600A patent/JP5652853B2/ja not_active Expired - Fee Related
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