JP2012211819A - Biosensor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a biosensor which has a compact structure so that a user can always carry the biosensor, can largely reduce probability that false positive occurs due to impurities, and can shorten inspection time when measurement of a low concentration sample is performed.SOLUTION: Fine particles 107 each having a capture carrier which is bonded to a surface of the particle and specifically adsorbs a specific target molecule are dispersed in a solution. There is formed, on a substrate, a concave groove having a fixed width, length, and depth where the solution is located on a surface. The capture carriers are bound to surfaces of at least a pair of facing electrodes exposed inside the concave groove. Molecule measurement means measures target molecular weight in a liquid sample according to the change of an electrical connection state of the pair of the electrodes.

Description

本発明は、特定の標的分子を特異的に吸着する性質を持った捕獲担体を用い、特定の標的分子を含む物質群の存在を検出することが可能なバイオセンサに関する。   The present invention relates to a biosensor capable of detecting the presence of a substance group containing a specific target molecule using a capture carrier having a property of specifically adsorbing the specific target molecule.

近年、爆発物や銃火器などの危険物を用いたテロ、覚醒剤、麻薬などの禁止薬物の流通、新型インフルエンザや未知の感染性病原体の発生、食品の汚染、大気汚染、水質汚染など、様々な脅威の存在が安全、安心な社会的生活を脅かしている。   In recent years, there have been various activities such as terrorism using explosives and firearms, distribution of prohibited drugs such as stimulants and narcotics, outbreaks of new influenza and unknown infectious agents, food contamination, air pollution, water pollution, etc. The existence of threats threatens safe and secure social life.

それらの脅威の根源となる物質・分子を対象とするセンシング技術は、安心・安全な社会形成不可欠なものである。特に、誰でも気軽に使えるような、安価で簡単な方式やセンシング装置の開発が希求されている。   Sensing technology targeting substances and molecules that are the source of these threats is indispensable for the formation of a safe and secure society. In particular, there is a demand for the development of inexpensive and simple methods and sensing devices that anyone can use easily.

現在、微量な物質を検査、検出する方法には、蛍光X線分析、質量分析器(MS:MASSSPECTROMETRY)、イオンモビリティスペクトロメトリ(IMS:IONMOBILITY SPECTROMETRY)、ガスクロマトグラフィ(GC:GASCHROMATOGRAPHY)、液体クロマトグラフィ(LC:LIQUIDCHROMATOGRAPHY)、焼結半導体式、定電位電解式、ガルバニ式、赤外線吸収式、などの各種ガスセンサーなどがある。   Currently, X-ray fluorescence analysis, mass spectrometer (MS: MASSSPECTROMETRY), ion mobility spectrometry (IMS: IONMOBILITY SPECTROMETRY), gas chromatography (GC: GASCHROMATOGRAPHY), liquid chromatography (GC) There are various gas sensors such as LC (LIQUIDCHROMATOGRAPHY), sintered semiconductor type, constant potential electrolytic type, galvanic type, infrared absorption type.

他にも、化学反応を用いた化学発光法、化学的染色法、また、抗体や酵素、アプタマーなどの生体反応物質を使った免疫クロマトグラフィ、酵素免疫測定(ELISA:ENZYME-LINKEDIMMUNOSORBENTASSAY)法、表面プラズモン共鳴(SPR:SURF ACEPLASMONRESONANCE)法、水晶振動子マイクロバランス(QCM:QUARTZCRYSTALM ICROBALANCE)法、表面弾性波(SAW:SURFACEACOUSTICWAVE)センサ、バイオ発光法など多種多様の方法が存在する。   In addition, chemiluminescence method using chemical reaction, chemical staining method, immunochromatography using bioreactive substances such as antibody, enzyme, aptamer, enzyme immunoassay (ELISA) method, surface plasmon There are various methods such as resonance (SPR: SURF ACEPLASMONRESONANCE) method, quartz crystal microbalance (QCM: QUARTZCRYSTALM ICROBALANCE) method, surface acoustic wave (SAW) sensor, and bioluminescence method.

従って、これらの中から目的の被検出物質に応じて、最も適した方法を採用することは難しくない。しかし、それをセンサとして用いる場合は、様々な応用局面に応じるために、常時持ち運びが可能な、できるだけコンパクトな装置でセンシングができる可搬性といった観点も非常に重要な要素となる。   Therefore, it is not difficult to adopt the most suitable method according to the target substance to be detected. However, when using it as a sensor, in order to respond to various application aspects, the viewpoint of portability that can be carried at all times and can be sensed by a device as compact as possible is also a very important factor.

その観点では、蛍光X線、MS、GC、LCなどの一般的に物理的な検出方法と呼ばれる手法は、総じて高い分子認識能と、高い感度を有している。しかし、装置は卓上サイズ程度で可搬性は低く、高価で、分析に時間がかかったりする点で、応用範囲は限られている。   From this point of view, techniques generally called physical detection methods such as X-ray fluorescence, MS, GC, and LC generally have high molecular recognition ability and high sensitivity. However, the range of applications is limited in that the apparatus is of a desktop size, has low portability, is expensive, and takes time for analysis.

一方で、各種のガスセンサー、免疫クロマトグラフィ、化学染色・発光法、バイオ発光法などは、可搬性が高いセンシング装置が作製可能であり、従来から様々な場所で用いられている。   On the other hand, various gas sensors, immunochromatography, chemical staining / luminescence methods, bioluminescence methods, and the like can produce highly portable sensing devices and have been used in various places.

例えば、種々のガスセンサーは、ガス漏れ検知器や、酸素濃度計など、広く一般に普及しているものがある。化学反応を用いた化学物質検出方法には、例えば、ルミノール反応など、特定の官能基に反応し光を発する薬剤を用いて標的分子物質を検出するメカニズムを使うため、装置の簡略化が可能である。また、ルシフェリンとルシフェラーゼの特異な反応を用いるバイオ発光メカニズムを用いる装置も、コンパクトで高い感度をもつものがある。   For example, various gas sensors, such as gas leak detectors and oxygen concentration meters, are widely used. In chemical substance detection methods using chemical reactions, for example, a mechanism that detects a target molecular substance using a drug that reacts with a specific functional group and emits light, such as a luminol reaction, can be used to simplify the apparatus. is there. Some devices using a bioluminescence mechanism using a specific reaction between luciferin and luciferase are compact and have high sensitivity.

免疫クロマトグラフィは、インフルエンザウィルスなど標的分子を特化し、それに対応した抗体に事前に検出用の標識を施す準備をしておくことで、非常に簡単な手順だけで目的の物質を検出することが可能である。   Immunochromatography can detect the target substance with a very simple procedure by specializing target molecules such as influenza virus and preparing the corresponding antibodies for detection in advance. It is.

具体的には、目的物質の抗体を二種類用意し、その一方を基板の特定の領域に固定し、もう一方には金微粒子などの発色標識を修飾しておく。そして、目的物質を含むと思われる試料の溶液と、金コロイド標識付きの抗体の混合溶液を基板上に展開すると、抗体を固定してある基板の特定領域に、目的物質をサンドイッチする形で、金コロイドが固定される。   Specifically, two types of target substance antibodies are prepared, one of which is fixed to a specific region of the substrate, and the other is modified with a coloring label such as gold fine particles. And when the mixed solution of the sample solution that seems to contain the target substance and the colloidal gold labeled antibody is spread on the substrate, the target substance is sandwiched in a specific area of the substrate on which the antibody is fixed, Gold colloid is fixed.

その結果、金コロイドの光吸収により基板には色の変化が蓄積し、その変化量をもって、目的物質の含有量を推定する。また、用いる抗体を変えることで、様々な標的分子に対応できる優位性がある。   As a result, a change in color accumulates on the substrate due to the light absorption of the colloidal gold, and the content of the target substance is estimated based on the change. In addition, by changing the antibody used, there is an advantage that it can cope with various target molecules.

また、電極構造を用いた巨大生体高分子の検出方法の提案もある。その技術では、第一および第二電極を有する電極構造を備えており、電極において第一電気的測定が実施される。   There is also a proposal of a method for detecting a giant biopolymer using an electrode structure. The technique includes an electrode structure having first and second electrodes, and a first electrical measurement is performed at the electrodes.

他の工程では、調査対象の溶液を電極構造に接触させる。このとき、溶液は、検出対象の巨大生体高分子を含んでいてもよい。さらに他の工程では、調査する溶液中に含まれる検出対象の巨大生体高分子が、第一および第二電極上の捕捉分子に結合し、電極構造は、巨大生体高分子に結合するとともにそれに電気的伝導性を付与する巨大生体高分子の伝導性を高めるための試薬に、接触する。その後、電極において第二電気的測定を実施し、電極において二つの電気的測定の結果を比較することによって、巨大生体高分子を検出する(特許文献1)。   In other steps, the solution to be investigated is brought into contact with the electrode structure. At this time, the solution may contain a giant biopolymer to be detected. In yet another step, the macrobiopolymer to be detected contained in the solution under investigation binds to the capture molecules on the first and second electrodes, and the electrode structure binds to the macrobiopolymer and A reagent for increasing the conductivity of a macromolecular biomolecule that imparts mechanical conductivity is contacted. Thereafter, the second electrical measurement is performed on the electrode, and the result of the two electrical measurements is compared on the electrode to detect the giant biopolymer (Patent Document 1).

また、各々のバイオセンサセルが感知ゾーンを備えるバイオセンサセルおよび複数のバイオセンサセルを備えるバイオセンサアレイの提案もある。その技術では、第一の感知電極、第二の感知電極、および感知電極を隔てるギャップが、感知ゾーン内に配列される。   There is also a proposal of a biosensor cell in which each biosensor cell includes a sensing zone and a biosensor array including a plurality of biosensor cells. In that technique, a first sensing electrode, a second sensing electrode, and a gap separating the sensing electrodes are arranged in the sensing zone.

第一の感知電極は、ギャップを使って第二の感知電極から電気的に絶縁される。捕捉分子は、感知ゾーン内に固定化され、電界効果トランジスタは、ゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極を有し、第一の感知電極は、電界効果トランジスタのゲート電極に電気的に接続され、第二の感知電極は、ゲート電圧に電気的に接続可能である(特許文献2)。   The first sensing electrode is electrically isolated from the second sensing electrode using a gap. The capture molecule is immobilized within the sensing zone, the field effect transistor has a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode, the first sensing electrode is electrically connected to the gate electrode of the field effect transistor, The second sensing electrode can be electrically connected to the gate voltage (Patent Document 2).

特表2004−524534号公報JP-T-2004-524534 特表2009−524046号公報Special table 2009-524046 gazette

免疫クロマトグラフィには、可搬性が高く、様々な標的分子に対応できるセンシング手法という観点で大きな利点があるが、一方で、ELISAやSPR法と比較すると感度や定量性の点で劣ること、高い検出感度を得るための手法も存在するが、検査時間や操作手順が増えてしまうこと、限られた目的物質以外については何も分からないことなどの課題がある。   Immunochromatography is highly portable and has great advantages in terms of sensing methods that can handle a variety of target molecules, but on the other hand, it is inferior in terms of sensitivity and quantitativeness compared to ELISA and SPR methods, and has high detection. There are methods for obtaining sensitivity, but there are problems such as an increase in inspection time and operation procedures, and a lack of knowledge other than limited target substances.

また、検査時間に関しては、ELISAなどと比較すると十分短く、免疫クロマトグラフィの優位性の一つではあるが、さらに短時間での検出が要求される場合もあることから、この点に関しても課題が残されていると言える。   In addition, the test time is sufficiently short compared to ELISA and the like, which is one of the advantages of immunochromatography, but detection in a shorter time may be required, so there are still problems in this respect. It can be said that.

個々の課題について詳しく述べると、まず感度に関しては、通常金コロイドによる発色(光J吸収)を目視で観察するため、信号の増幅機能があるELISAや、共鳴効果を用いるSPRと比較して、劣る。また、定量性についても、目視観察では限界がある。   To describe each problem in detail, the sensitivity is usually inferior to that of an ELISA having a signal amplification function and an SPR using a resonance effect because the color development (light J absorption) by a gold colloid is usually observed visually. . Further, there is a limit to the quantitativeness in visual observation.

そのため、感度を向上させるための方法として、金属コロイドを触媒にして、増感剤を反応させることで、感度を向上する方法が提案されている。また、レーザーなどを用いて光学的に吸着した金コロイドの量を定量する方法も提案されている。   Therefore, as a method for improving the sensitivity, a method for improving the sensitivity by reacting a sensitizer with a metal colloid as a catalyst has been proposed. A method for quantifying the amount of colloidal gold adsorbed optically using a laser or the like has also been proposed.

しかし、実際は何れの方法においても、従来の免疫クロマトグラフィによる測定キットに加えて、操作手順とともに誤差要因が増えたり、測定器を新たに設ける必要があったりするなどの点で、免疫クロマトグラフィに要求される簡便さの利点が大きく損なわれてしまうために、広く普及していない。   However, in any method, in addition to the conventional immunochromatography measurement kit, in addition to the operation procedure, an error factor increases and a new measuring instrument is required. Since the advantage of simplicity is greatly impaired, it is not widely used.

次に、測定時感に関しては、免疫クロマトグラフィでは、通常基板として横幅5MM程度の短冊形の繊維質材料を用い、液体のサンプルは繊維質材料の内部の隙間を毛細管現象を使って輸送するため、少なくとも5分程度の時間を要することや、検査対象が陰性なのか、低濃度だから陽性なのかといった、実際の運用上で重要な判定を下す局面では、さらに長い15分から30分の時間を要する。   Next, regarding the feeling at the time of measurement, in immunochromatography, a strip-shaped fibrous material having a width of about 5 MM is usually used as a substrate, and a liquid sample is transported through the gap inside the fibrous material using capillary action. It takes a longer period of 15 to 30 minutes to make an important decision in actual operations, such as whether it takes at least about 5 minutes, or whether the test object is negative or positive because of its low concentration.

この検査時間をさらに短くすることが、免疫クロマトグラフィの大きな課題の一つである。測定感度、測定時間を改善する方法として、電気的検出方法を用いた免疫クロマトグラフィが検討されている。   One of the major problems of immunochromatography is to further shorten the examination time. As a method for improving measurement sensitivity and measurement time, immunochromatography using an electrical detection method has been studied.

一定のギャップを隔てた二つの電極の間を、DNAなどの生体巨大分子を用いて架橋することで生じる電極間の導電率変化によって、分子を検出する方法も提案されている。また、対向する二つの櫛形電極を用意し、その間の導電性変化を測定することで、目的分子の定量を行う方法も提案されている。   There has also been proposed a method for detecting a molecule by a change in conductivity between electrodes caused by crosslinking between two electrodes separated by a certain gap using a biological macromolecule such as DNA. There has also been proposed a method of quantifying target molecules by preparing two comb electrodes facing each other and measuring a change in conductivity therebetween.

これらの電極を用いる方法の利点は、定量性の向上にある。感度は、原理的に従来の免疫クロマトグラフィと同等であるが、定量性が向上することによって、実質的な最低検出限界が下がる、つまり感度が向上することが期待できる。   An advantage of the method using these electrodes is an improvement in quantitativeness. The sensitivity is basically the same as that of conventional immunochromatography, but it can be expected that the substantial minimum detection limit is lowered, that is, the sensitivity is improved by improving the quantitativeness.

しかし、これらの方法には解決すべき課題の一つとして、夾雑物の影響を受け易い問題がある。上述の二つの方法とも、電極間の距離が短く、かつ表面が露出しているため、試料溶液に含まれる非常に小さな1UM程度の粒子によっても、電極間が短絡し、容易に擬陽性が生じてしまう。そのため、結果として実用的な検査の局面では全く信頼性が得られない。   However, one of the problems to be solved in these methods is that they are easily affected by impurities. In both of the above methods, the distance between the electrodes is short and the surface is exposed, so even a very small particle of about 1 UM contained in the sample solution can cause a short circuit between the electrodes and easily cause false positives. End up. Therefore, as a result, no reliability can be obtained at the practical inspection stage.

もう一つの課題として、センサーチップの小型化、測定時間の問題がある。電気的に評価する免疫クロマトグラフィでは、通常電極をパターニングした平坦な基板を用いるが、キットとして実装したときの基板の体積辺りの表面積という観点では、目視で評価する従来法で用いる繊維状基板と比較して大きく劣る。   Another problem is the problem of downsizing the sensor chip and measuring time. In electrochromatography, which is electrically evaluated, a flat substrate with patterned electrodes is usually used, but in terms of surface area around the volume of the substrate when mounted as a kit, it is compared with the fibrous substrate used in the conventional method for visual evaluation. And greatly inferior.

そのため、免疫アッセイを行うために同等の表面積を用意しようとすると、平坦基板の大きさは、非常に大きくなってしまう。もし、基板の大きさに制限がある場合は、感度と測定時間を犠牲にしなければならない。   Therefore, when an equivalent surface area is prepared for performing an immunoassay, the size of the flat substrate becomes very large. If the size of the substrate is limited, sensitivity and measurement time must be sacrificed.

本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、常時持ち運びができるようなコンパクトな構造で、夾雑物による擬陽性が生じる確率を大きく低減することができ、低濃度サンプル測定時の検査時間を短縮することができるバイオセンサを提供するものである。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and has a compact structure that can be carried at all times, can greatly reduce the probability of false positives caused by contaminants, and can be used for low-concentration sample measurement. A biosensor capable of reducing time is provided.

本発明のバイオセンサは、特定の標的分子を特異的に吸着する捕獲担体を表面に結合した微粒子が分散されている溶液と、溶液が表面に位置する一定の横幅と奥行きと深さとの凹溝が形成されている基体と、凹溝の内部に露出していて捕獲担体が表面に結合されている少なくとも一対の対向する電極と、一対の電極の電気的な結合状態の変化に応じて液体試料中の標的分子量を測定する分子測定手段と、を有する。   The biosensor of the present invention includes a solution in which fine particles in which a capture carrier that specifically adsorbs a specific target molecule is bound to a surface are dispersed, and a groove having a certain width, depth, and depth at which the solution is located on the surface. A liquid sample in accordance with a change in the electrical coupling state of the pair of electrodes, a base that is formed inside the groove, at least a pair of opposing electrodes that are exposed inside the concave groove and the capture carrier is coupled to the surface And a molecular measuring means for measuring the target molecular weight in the medium.

本発明のバイオセンサでは、特定の標的分子を特異的に吸着する捕獲担体を表面に結合した微粒子が溶液に分散されている。溶液が表面に位置する一定の横幅と奥行きと深さとの凹溝が基体に形成されている。凹溝の内部に露出している少なくとも一対の対向する電極の表面に捕獲担体が結合されている。一対の電極の電気的な結合状態の変化に応じて液体試料中の標的分子量を分子測定手段が測定する。このため、常時持ち運びができるようなコンパクトな構造で、夾雑物による擬陽性が生じる確率を大きく低減することができ、低濃度サンプル測定時の検査時間を短縮することができる。   In the biosensor of the present invention, fine particles in which a capture carrier that specifically adsorbs a specific target molecule is bound to the surface are dispersed in a solution. A concave groove having a certain width, depth and depth at which the solution is located on the surface is formed in the substrate. A capture carrier is coupled to the surfaces of at least a pair of opposing electrodes exposed inside the concave groove. The molecular measurement means measures the target molecular weight in the liquid sample according to the change in the electrical binding state of the pair of electrodes. For this reason, with a compact structure that can be carried at all times, the probability of false positives due to contaminants can be greatly reduced, and the inspection time when measuring a low-concentration sample can be shortened.

本発明の実施の第一の形態のバイオセンサの製造工程の一部を示し、(A)は模式的な正面図、(B)は模式的な平面図、である。FIG. 2 shows a part of the manufacturing process of the biosensor according to the first embodiment of the present invention, in which (A) is a schematic front view and (B) is a schematic plan view. バイオセンサの製造工程の一部を示し、(A)は模式的な正面図、(B)は模式的な平面図、である。A part of manufacturing process of a biosensor is shown, (A) is a schematic front view, and (B) is a schematic plan view. 完成したバイオセンサの構造を示し、(A)は模式的な正面図、(B)は模式的な平面図、である。The structure of the completed biosensor is shown, (A) is a schematic front view, and (B) is a schematic plan view. バイオセンサにより標的分子を吸着する状態を示す模式的な正面図である。It is a typical front view which shows the state which adsorb | sucks a target molecule with a biosensor. バイオセンサにより標的分子を吸着する微視的な状態を示す模式的な正面図である。It is a typical front view which shows the microscopic state which adsorb | sucks a target molecule with a biosensor. 本発明の実施の第二の形態のバイオセンサの構造を示す模式的な平面図である。It is a typical top view which shows the structure of the biosensor of the 2nd form of implementation of this invention. 本発明の実施の第二の形態のバイオセンサの実装方法を示す模式的な平面図である。It is a typical top view which shows the mounting method of the biosensor of the 2nd form of implementation of this invention.

本発明の実施の一形態を図面を参照して以下に説明する。本実施の形態のバイオセンサは、図3および図4に示すように、特定の標的分子を特異的に吸着する捕獲担体を表面に結合した微粒子107が分散されている溶液(図示せず)と、一定の横幅と奥行きと深さとの凹溝を構成する基体102〜104と、凹溝の内部に露出していて捕獲担体が表面に結合されている少なくとも一対の対向する櫛型パターン電極101と、一対の櫛型パターン電極101の電気的な結合状態の変化に応じて液体試料中の標的分子量を測定する分子測定手段と、を有する。   An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. As shown in FIGS. 3 and 4, the biosensor of the present embodiment includes a solution (not shown) in which fine particles 107 having a capture carrier that specifically adsorbs a specific target molecule bound to the surface are dispersed. A substrate 102 to 104 forming a groove having a constant width, depth and depth, and at least a pair of opposing comb pattern electrodes 101 exposed inside the groove and having a capture carrier bonded to the surface thereof. And a molecular measuring means for measuring the target molecular weight in the liquid sample in accordance with a change in the electrical coupling state of the pair of comb pattern electrodes 101.

本実施の形態のバイオセンサは、特定の標的分子を特異的に吸着する性質(抗原特異性)を持った捕獲担体となる分子(捕獲分子)、特にタンパクや、ハプテン、核酸アプタマ、受容体などの生体由来の捕獲分子を用いる。   The biosensor of the present embodiment is a molecule (capture molecule) serving as a capture carrier having a property of specifically adsorbing a specific target molecule (antigen specificity), particularly a protein, hapten, nucleic acid aptamer, receptor, etc. The biologically derived capture molecule is used.

特に溶液中に分散した、捕獲分子を表面に結合した微粒子107と、同じく捕獲分子を表面に結合させた対向する二つの対向する櫛型パターン電極101を用いて、液体試料中の標的分子の存在の有無や含有量などを、二つの対向する櫛型パターン電極101の間の電気的な結合状態の変化により検出する。   In particular, the presence of target molecules in a liquid sample using fine particles 107 dispersed in a solution with capture molecules bound to the surface and two opposed comb-shaped pattern electrodes 101 with capture molecules bound to the surface. The presence / absence, content, and the like are detected by a change in the electrical coupling state between the two opposing comb pattern electrodes 101.

捕獲分子には、生体内で行われている遺伝子情報伝達、細胞内外の信号伝達、神経情報伝達、免疫システムなどで用いられる分子認識機能を持つ分子を応用することができる。例えば、Gタンパク共役受容体や免疫グロブリンを用いることができ、必要に応じて分子認識部位などのアミノ酸配列を改変することも可能である。   As the capture molecule, a molecule having a molecular recognition function that is used in gene information transmission performed inside a living body, signal transmission inside and outside a cell, nerve information transmission, immune system, and the like can be applied. For example, a G protein-coupled receptor or an immunoglobulin can be used, and an amino acid sequence such as a molecular recognition site can be modified as necessary.

また、核酸やペプチドの中から、特定の分子に特異的に吸着する性質を持つ分子だけを抽出する既存の方法を用い、特別に選んだ捕獲分子を用いることも可能である。これらの捕獲分子には、櫛型パターン電極101の表面や微粒子107の表面へ効果的に吸着、または結合させる目的の官能基やアミノ酸配列、塩基配列などを追加で修飾することが可能である。   It is also possible to use a specially selected capture molecule by using an existing method for extracting only molecules having a property of specifically adsorbing to a specific molecule from nucleic acids and peptides. These capture molecules can be additionally modified with a functional group, amino acid sequence, base sequence, or the like for the purpose of effectively adsorbing or binding to the surface of the comb pattern electrode 101 or the surface of the fine particle 107.

櫛型パターン電極101の材料には、金属を用いることができる。好ましくは、金、白金、銀、パラジウムなどの貴金属を用いることができる。特に、捕獲分子の固定を容易にするために用いるチオール分子との親和性を高めるために、これらの貴金属のうち、少なくとも一つを含む合金を用いることができる。   The material of the comb pattern electrode 101 can be a metal. Preferably, noble metals such as gold, platinum, silver, and palladium can be used. In particular, an alloy containing at least one of these noble metals can be used in order to increase the affinity with the thiol molecule used to facilitate the fixation of the capture molecule.

また、櫛型パターン電極101の材料に金属ではなく、有機物を用いることで櫛型パターン電極101の構造の製造コストを低減することが可能である。櫛型パターン電極101の材料には、カーボンナノチューブや、ポリアセチレン、ポリチオフェンなどのパイ共役電子ネットワークが伝導を担う高分子導電材料などを用いることが可能である。さらに、有機物からなる櫛型パターン電極101の表面へは、捕獲分子の固定を容易にするために用いる官能基を修飾しておくことが好ましい。   In addition, it is possible to reduce the manufacturing cost of the structure of the comb pattern electrode 101 by using an organic material instead of a metal as the material of the comb pattern electrode 101. As the material of the comb pattern electrode 101, it is possible to use a carbon conductive material such as a carbon nanotube, polyacetylene, polythiophene, or the like that conducts conduction by a pi-conjugated electron network. Furthermore, it is preferable that the surface of the comb pattern electrode 101 made of an organic material is modified with a functional group used for facilitating fixation of the capture molecule.

各櫛型パターン電極101には、夾雑物が非特異的に接触し短絡することにより生じる夾雑物電流を防ぐため、櫛型パターン電極101の一部分を覆うように、絶縁材料による被覆層を設ける。絶縁材料には、シリコン酸化膜などの酸化絶縁膜、ポリイミド、パリレンなどの有機絶縁膜や、絶縁性の自己配向膜などを用いることができる。   Each comb pattern electrode 101 is provided with a coating layer made of an insulating material so as to cover a part of the comb pattern electrode 101 in order to prevent a contaminant current caused by non-specific contact and short-circuiting of the impurities. As the insulating material, an oxide insulating film such as a silicon oxide film, an organic insulating film such as polyimide or parylene, an insulating self-alignment film, or the like can be used.

対向する櫛型パターン電極101の間には、少なくとも電極層の厚みと、被覆層の厚みとを合わせた深さの凹溝が生じる。凹溝の横幅は、以下で説明する捕獲分子を表面に結合した微粒子107の直径以上の大きさとする、さらにその中から最適な微粒子107の吸着効率と、最適な夾雑物電流の抑制効果が得られる大きさを選ぶことができる。   Between the comb-shaped pattern electrodes 101 facing each other, a groove having a depth obtained by combining at least the thickness of the electrode layer and the thickness of the coating layer is generated. The lateral width of the concave groove is set to be equal to or larger than the diameter of the fine particles 107 having capture molecules bound to the surface, which will be described below. Further, the optimum adsorption efficiency of the fine particles 107 and the optimum effect of suppressing the contaminant current are obtained. You can choose the size you want.

凹溝の深さは、少なくとも凹溝の横幅の等倍以上であり、好ましくは二倍以上とする。凹溝を深くするために、基板をエッチングすることも可能である。その結果、ギャップのサイズ以上に大きな粒子は、対向する櫛型パターン電極101の間の凹溝には物理的に入り込むことができなくなる。   The depth of the groove is at least equal to the lateral width of the groove, preferably twice or more. It is also possible to etch the substrate in order to deepen the groove. As a result, particles larger than the gap size cannot physically enter the concave grooves between the opposing comb pattern electrodes 101.

そのため、結果として夾雑物電流を抑制することができ、擬陽性が生じる確率を大きく低減することができる。上記の櫛型パターン電極101の構造を加工するためには、半導体リソグラフィを用いることができる。一方、微粒子107にも、捕獲分子を結合させて使用する。   Therefore, as a result, the contaminant current can be suppressed, and the probability that a false positive occurs can be greatly reduced. In order to process the structure of the comb pattern electrode 101, semiconductor lithography can be used. On the other hand, the fine particles 107 are also used by binding capture molecules.

微粒子107に結合させる捕獲分子は、櫛型パターン電極101に結合させた捕獲分子と、測定の対照となる特定の物質や分子に特異的に結合する点で同様の性質を持つものを利用する。つまり、全く同じ捕獲分子を使用することもできるし、測定対象の分子の異なる部位に特異的な結合力を持つ全く異なる二種類の捕獲分子を使用することも可能である。   As the capture molecules to be bound to the fine particles 107, those having the same properties as the capture molecules bound to the comb pattern electrode 101 and the specific substances and molecules to be measured are used. That is, the same capture molecule can be used, or two completely different types of capture molecules having specific binding forces at different sites of the molecule to be measured can be used.

捕獲分子を結合させた微粒子107は、溶液中に最適な濃度に調整し分散させて使用する。測定に際しては、まず測定以前に対向する櫛型パターン電極101が電気的に短絡していないことを確認し、測定用の標準溶液に浸漬する。その状態で、まず対向する櫛型パターン電極101の間に一定電圧VDCを印加し、電流の初期値IDC1を記録する。   The fine particles 107 to which the capture molecules are bound are used after being adjusted to an optimum concentration and dispersed in the solution. At the time of measurement, first, it is confirmed that the comb-shaped pattern electrodes 101 facing each other are not electrically short-circuited before measurement, and are immersed in a standard solution for measurement. In this state, first, a constant voltage VDC is applied between the opposing comb pattern electrodes 101, and the initial value IDC1 of the current is recorded.

次に、標準溶液に、実際に測定を行う試料、微粒子107が分散した溶液を加えて、吸着反応を行う。吸着反応中は適宜、攪拌を行うことが可能である。場合によっては、対向する櫛型パターン電極101の両方に定電位を印加したり、対向する櫛型パターン電極101の間に数百KHZ以上の高周波を印加したりして、吸着反応を促進することが可能である。   Next, the sample to be actually measured and the solution in which the fine particles 107 are dispersed are added to the standard solution, and an adsorption reaction is performed. Stirring can be appropriately performed during the adsorption reaction. In some cases, a constant potential is applied to both of the opposing comb pattern electrodes 101 or a high frequency of several hundred KHZ or more is applied between the opposing comb pattern electrodes 101 to promote the adsorption reaction. Is possible.

また、逆に微粒子107の吸着を抑制したり、特異的吸着を示さない微粒子107を櫛型パターン電極101から遠ざけたりすることも可能である。そして、対向する櫛型パターン電極101の間に改めて一定電圧VDCを印加し、処理後の電流値IDC2を記録することで、優位に抗原抗体反応による結合が生じれば、電流変化率(IDC2−IDC1)/IDC1として、優位に大きな値を得ることができる。   Conversely, the adsorption of the fine particles 107 can be suppressed, or the fine particles 107 that do not exhibit specific adsorption can be moved away from the comb pattern electrode 101. Then, by applying a constant voltage VDC again between the opposing comb-shaped pattern electrodes 101 and recording the current value IDC2 after processing, if the binding due to the antigen-antibody reaction occurs preferentially, the current change rate (IDC2− As IDC1) / IDC1, a significantly large value can be obtained.

また、電圧の印加、電流計測はこの方法には限らず、交流電圧、パルス電圧。周波数スイープなど様々な計測方法を用いることができる。   In addition, voltage application and current measurement are not limited to this method, but AC voltage and pulse voltage. Various measurement methods such as frequency sweep can be used.

次に、本発明を実施するための最良の形態について図1ないし図4を参照して詳細に説明する。図1ないし図3は、本実施形態で用いる尿中のヒト絨毛性ゴナドトロピン(HCG)検査用センサの基本構成となる櫛型パターン電極101の作製プロセスを説明する模式図である。   Next, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 1 to FIG. 3 are schematic diagrams for explaining a manufacturing process of the comb-shaped pattern electrode 101 which is a basic configuration of a sensor for testing human chorionic gonadotropin (HCG) in urine used in the present embodiment.

図1は、まずリフトオフプロセスまたはレジストパターンをマスクにしたミリングプロセスにより櫛型パターン電極101を作製した状態の基板の断面図と、上面図を模式的に示したものである。基板の断面図は、上面図にA−Bで記した部分の断面に対応する。   FIG. 1 schematically shows a cross-sectional view and a top view of a substrate in which a comb-shaped pattern electrode 101 is first prepared by a lift-off process or a milling process using a resist pattern as a mask. The cross-sectional view of the substrate corresponds to the cross section of the portion indicated by AB in the top view.

また基板には、表面に厚さ20NMの酸化シリコン層102、その下に厚さ300NMのシリコン層103、さらにその下には厚さ50NMの埋め込み酸化シリコン層104を有するSOI(SILICON ON INSULATOR)基板を用いた。   The substrate is an SOI (SILICON ON INSULATOR) substrate having a silicon oxide layer 102 with a thickness of 20 NM on the surface, a silicon layer 103 with a thickness of 300 NM below it, and a buried silicon oxide layer 104 with a thickness of 50 NM below it. Was used.

櫛型パターン電極101は、電子ビーム蒸着法により作製した厚さ20NMの金を、レジストパターンをマスクにしてミリングによりパターニングしたもので、横幅は80NM、電極間のギャップは内幅80NMである。   The comb pattern electrode 101 is obtained by patterning gold having a thickness of 20 NM produced by an electron beam evaporation method by milling using a resist pattern as a mask. The lateral width is 80 NM and the gap between the electrodes is 80 NM.

さらに電極には、ポジ型のレジストを用いて、上面図に記した櫛型パターン電極上の領域105を露光、現像し、窓開けする。続いて、異方性の反応性イオンエッチングを用いて、領域105で規定したレジストで覆われていない領域の酸化シリコン層102を除去し、さらにその後レジストを除去する。   Further, a positive resist is used for the electrode, and the region 105 on the comb pattern electrode shown in the top view is exposed and developed to open a window. Subsequently, the silicon oxide layer 102 in a region not covered with the resist defined in the region 105 is removed by using anisotropic reactive ion etching, and then the resist is removed.

そして、櫛型パターン電極101と酸化シリコン層102をマスクとして、さらに異方性の反応性イオンエッチングを用いて、露出しているシリコン層を除去した結果、図2に示す構造を得る。   Then, using the comb pattern electrode 101 and the silicon oxide layer 102 as a mask, the exposed silicon layer is removed using anisotropic reactive ion etching, resulting in the structure shown in FIG.

最後に、櫛型パターン電極101のコンタクト部分を残して、被覆膜として50NMの酸化シリコン層106をスパッタ蒸着した結果、図3に示すようなギャップ中に露出する埋め込み電極構造を得る。   Finally, a 50 NM silicon oxide layer 106 is sputter-deposited as a coating film, leaving the contact portion of the comb-shaped pattern electrode 101, thereby obtaining a buried electrode structure exposed in the gap as shown in FIG.

この電極構造では、複数の対向する櫛型パターン電極101が並列に配置する構造をとり、各対向する櫛型パターン電極101の一方は各々が電気的に接続していて、接地している。各対向する櫛型パターン電極101のもう一方は、電気的に独立していて、信号の合成、差分などの演算処理を行う回路に接続する構造を持つ。   In this electrode structure, a plurality of opposing comb pattern electrodes 101 are arranged in parallel, and one of the opposing comb pattern electrodes 101 is electrically connected and grounded. The other of the opposing comb pattern electrodes 101 is electrically independent and has a structure connected to a circuit that performs arithmetic processing such as signal synthesis and difference.

次に、櫛型パターン電極101の表面への捕獲分子の固定方法を説明する。まず、櫛型パターン電極表面に対し、酸素プラズマ処理による清浄化処理を施したあと、エタノールを溶媒にした1MMのカルボキシデカンチオールに1時間浸漬し、さらに1MMのヒドロキシウンデカンチオールに1時間浸漬することで、櫛型パターン電極101の表面をカルボキシル基で終端する。   Next, a method for immobilizing capture molecules on the surface of the comb pattern electrode 101 will be described. First, the comb-shaped electrode surface is cleaned by oxygen plasma treatment, then immersed in 1MM carboxydecanethiol using ethanol as a solvent for 1 hour, and further immersed in 1MM hydroxyundecanethiol for 1 hour. Thus, the surface of the comb pattern electrode 101 is terminated with a carboxyl group.

次に、0.1MのN−ヒドロキシコハク酸水溶液で15分処理した後、10MM PH7のリン酸緩衝生理食塩水中(PBS)に10UG/MLの濃度となるよう調整した抗HCG−Α−マウスIGGを1時間処理することで、櫛型パターン電極101の表面に、抗HCG−Α抗体を固定した。抗体を固定した結果、抗体などを含む膜の厚さは約10NMであったため、電極間のギャップは80NMから20NM狭まり、60NMになった。   Next, after treatment with 0.1 M N-hydroxysuccinic acid aqueous solution for 15 minutes, anti-HCG-Α-mouse IGG adjusted to a concentration of 10 UG / ML in 10MM PH7 phosphate buffered saline (PBS) Was treated for 1 hour to immobilize anti-HCG-IV antibody on the surface of the comb pattern electrode 101. As a result of immobilizing the antibody, the thickness of the film containing the antibody or the like was about 10 NM, so that the gap between the electrodes was reduced from 80 NM to 20 NM to 60 NM.

一方、捕獲分子付き微粒子107には、平均粒径40NMの金コロイドに、同様に表面に抗HCG−Β抗体を固定してある市販品を用い、同じく10MM PH7のPBS、非イオン性界面活性剤を0.05重量%添加したものにOD520が0.1となるように調整した。   On the other hand, as the fine particles 107 with a capture molecule, a commercially available product in which an anti-HCG-IV antibody is similarly immobilized on a gold colloid having an average particle size of 40 NM is used. Similarly, a 10 MM PH7 PBS, a nonionic surfactant Was adjusted so that OD520 would be 0.1.

このとき、金コロイド表面の抗体などを含む膜の厚さは約10NMであったため、捕獲分子付き微粒子107の平均の大きさは、約60NMであった。この大きさは、実効的な電極間のギャップ60NMとちょうど同じ大きさであるが、実際の捕獲分子膜の構造は流動的であるため、標的分子として4NM程度の大きさを持つタンパクであるHCGは、問題なくその隙間に固定される。   At this time, since the thickness of the film containing the antibody on the gold colloid surface was about 10 NM, the average size of the fine particles 107 with a capture molecule was about 60 NM. This size is exactly the same as the effective gap 60 NM between electrodes, but since the actual structure of the capture molecule film is fluid, HCG is a protein having a size of about 4 NM as a target molecule. Is fixed in the gap without any problem.

また、捕獲分子付き微粒子107の大きさをD、微粒子表面の捕獲分子膜109の厚さをD1、電極表面の捕獲分子膜110の厚さをD2、標的分子111の大きさをA、櫛型パターン電極101の電極間距離をLとしたとき、ほぼL=2×(D1+D2+A)+Dの関係が成り立つように、各構成要素の大きさを調整すると、図5のように微粒子107が、対向する両電極表面に2箇所で固定される状況を実現することができる。   In addition, the size of the trapped molecule-attached fine particle 107 is D, the thickness of the capture molecule film 109 on the fine particle surface is D1, the thickness of the capture molecule film 110 on the electrode surface is D2, the size of the target molecule 111 is A, a comb shape When the distance between the electrodes of the pattern electrode 101 is L, when the size of each component is adjusted so that the relationship of L = 2 × (D1 + D2 + A) + D is established, the fine particles 107 face each other as shown in FIG. It is possible to realize a situation where the two electrode surfaces are fixed at two locations.

このような条件が成り立つとき、電極と微粒子の乖離乗数を定義すると、一箇所で固定が起きる場合の乖離乗数、つまり標的分子に対する捕獲分子の乖離乗数よりも実効的に小さくなる。従って、同じ濃度の場合、一箇所で固定するよりも、より多くの微粒子が固定され、大きなシグナルを得ることができる。   When such a condition is satisfied, if the divergence multiplier between the electrode and the fine particle is defined, it is effectively smaller than the divergence multiplier when the fixation occurs at one place, that is, the divergence multiplier of the capture molecule with respect to the target molecule. Therefore, in the case of the same concentration, more fine particles are fixed and a large signal can be obtained rather than fixing at one place.

本実施の形態のバイオセンサは、上述のように特定の標的分子を特異的に吸着する捕獲担体を表面に結合した微粒子107が溶液に分散されている。溶液が表面に位置する一定の横幅と奥行きと深さとの凹溝が基体102〜104により形成されている。   In the biosensor of this embodiment, as described above, fine particles 107 in which a capture carrier that specifically adsorbs a specific target molecule is bound to the surface are dispersed in a solution. Concave grooves having a certain width, depth and depth at which the solution is located on the surface are formed by the substrates 102 to 104.

凹溝の内部に露出している少なくとも一対の対向する電極の表面に捕獲担体が結合されている。液体試料中に標的分子が存在する場合、この一対の電極の電気的な結合状態の変化が生じ、その変化量や応答時間に応じて液体試料中の標的分子量を分子測定手段が測定する。もしくは、電気的な結合状態の変化が生じる電極の数の変化や応答時間に応じて、液体試料中の標的分子量を分子測定手段が測定する。   A capture carrier is coupled to the surfaces of at least a pair of opposing electrodes exposed inside the concave groove. When a target molecule is present in the liquid sample, a change in the electrical binding state of the pair of electrodes occurs, and the molecular measurement means measures the target molecular weight in the liquid sample according to the amount of change and the response time. Alternatively, the molecular measurement means measures the target molecular weight in the liquid sample in accordance with the change in the number of electrodes in which a change in the electrical coupling state occurs or the response time.

このため、常時持ち運びができるようなコンパクトな構造で、夾雑物による擬陽性が生じる確率を大きく低減することができ、低濃度サンプル測定時の検査時間を短縮することができる。   For this reason, with a compact structure that can be carried at all times, the probability of false positives due to contaminants can be greatly reduced, and the inspection time when measuring a low-concentration sample can be shortened.

続いて、本発明の実施の第二の形態のバイオセンサを図6を参照して以下に説明する。本実施の形態のバイオセンサでは、図示するように、HCG検査用の櫛型パターン電極101を、二セット用いる。   Subsequently, a biosensor according to a second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. In the biosensor of the present embodiment, two sets of comb pattern electrodes 101 for HCG inspection are used as shown in the figure.

一方は、先述した方法により、抗HCG−Α抗体を櫛型パターン電極101の表面に固定した評価用の電極セット201で、もう一方は、同じく先述した方法により牛血清アルブミン(BSA)を固定した基準用の電極セット202である。   One is an electrode set for evaluation 201 in which the anti-HCG-IV antibody is immobilized on the surface of the comb-shaped pattern electrode 101 by the above-described method, and the other is the bovine serum albumin (BSA) immobilized by the same method as described above. This is a reference electrode set 202.

各電極セットとも、対向する櫛型パターン電極101の一方は全てが接地され、もう一方の櫛型パターン電極101は各々が独立して信号選択回路203,204に接続されている。信号選択回路203,204では、各電極セットに測定溶液を滴下する以前に、まず接地側との抵抗が一定の基準以下となっている櫛型パターン電極101を選び、それらの櫛型パターン電極101に対しては不良ラインと判断し、信号選択回路203、204を用いて電気的接続を遮断する。   In each electrode set, one of the opposing comb pattern electrodes 101 is all grounded, and the other comb pattern electrode 101 is independently connected to the signal selection circuits 203 and 204. In the signal selection circuits 203 and 204, before the measurement solution is dropped onto each electrode set, first, the comb pattern electrodes 101 whose resistance to the ground side is equal to or less than a certain standard are selected, and the comb pattern electrodes 101 are selected. Is judged as a defective line, and the electrical connection is cut off using the signal selection circuits 203 and 204.

次に、電極セット201,202に、測定溶液として、先述の抗HCG−Β抗体付きの金コロイド溶液1ULを、各々の電極セットに滴下する。さらに、溶液を滴下した状態で、再度各櫛型パターン電極101の接地抵抗を10秒ごとに評価し、基準データとして演算記録回路205に記録しておく。   Next, the gold colloid solution 1UL with the anti-HCG-HC antibody described above is dropped onto each of the electrode sets 201 and 202 as a measurement solution. Further, with the solution dropped, the ground resistance of each comb pattern electrode 101 is evaluated again every 10 seconds and recorded in the arithmetic recording circuit 205 as reference data.

続いて、標準試料として濃度10NG/MLのHCGを含む10MM PH7のPBSを1UL添加する。その結果、櫛型パターン電極101上の抗体と、金コロイド上の抗体により、HCGが挟み込むように固定される。   Subsequently, 1 UL of PBS of 10MM PH7 containing HCG at a concentration of 10NG / ML is added as a standard sample. As a result, the HCG is fixed so as to be sandwiched between the antibody on the comb pattern electrode 101 and the antibody on the gold colloid.

このとき、図6に示す櫛型パターン電極101の断面図のように、80NMの櫛型パターン電極101間のギャップよりも大きい108のような伝導性の物質が測定溶液中に混入していても、物理的に櫛型パターン電極101間には入り込めないため、夾雑物の影響は大きく低減される。   At this time, as shown in the cross-sectional view of the comb pattern electrode 101 shown in FIG. 6, even if a conductive substance such as 108 larger than the gap between the 80 NM comb pattern electrodes 101 is mixed in the measurement solution. Since it cannot physically enter between the comb-shaped pattern electrodes 101, the influence of impurities is greatly reduced.

一方、コロイド追加して、溶液を添加すると、電極セット上の測定溶液全体のPHや電解質濃度が変化するため、評価用の電極セット201、基準用の電極セット202の各櫛型パターン電極101全体について、接地抵抗が一様に変化する。この添加によるショックを、測定試料の添加タイミングと判断する回路を備えておき、それ以降は2分間に渡って1秒おきに各櫛型パターン電極101の接地抵抗を測定する。   On the other hand, when the colloid is added and the solution is added, the pH and electrolyte concentration of the entire measurement solution on the electrode set change, so that the entire comb pattern electrode 101 of the electrode set 201 for evaluation and the electrode set 202 for reference The ground resistance varies uniformly. A circuit for judging the shock due to the addition as the addition timing of the measurement sample is provided, and thereafter, the ground resistance of each comb pattern electrode 101 is measured every second for 2 minutes.

各櫛型パターン電極101について、添加前後の接地抵抗の変化率で評価を行うと、接地抵抗が一定基準以下で、添加タイミングで変化率がゼロに近いものと、添加前は接地抵抗が一定基準以上で、添加タイミング後に変化率の絶対値が徐々に大きくなっていくものの、おおよそ二つのグループに分類できる。   When each comb-shaped pattern electrode 101 is evaluated with the change rate of the ground resistance before and after the addition, the ground resistance is less than a certain standard, the change rate is close to zero at the addition timing, and the ground resistance is a constant reference before the addition. As described above, although the absolute value of the rate of change gradually increases after the addition timing, it can be roughly classified into two groups.

演算記録回路205では、評価用の電極セット201と、基準用の電極セット202から、それぞれ低変化率グループ、高変化率グループの4グループのデータを得ることができるが、これら全てのデータを用いて評価用の電極セット201からの信号で、高変化率グループに入るものの数や、変化率について、有意性があるかどうかを判断し、平均変化率から試料濃度の推定を行う。推定は、事前に測定しておいた校正用のデータに照らし合わせて行う。   The arithmetic recording circuit 205 can obtain four groups of data, a low change rate group and a high change rate group, from the evaluation electrode set 201 and the reference electrode set 202, respectively. Thus, it is determined whether or not the number of signals from the electrode set 201 for evaluation that belong to the high change rate group and the change rate are significant, and the sample concentration is estimated from the average change rate. The estimation is performed in light of calibration data that has been measured in advance.

図7は、本発明の実施の第二の形態のバイオセンサを液体試料測定用のチップに実装した状態の断面を図示したものである。   FIG. 7 illustrates a cross section of the biosensor according to the second embodiment of the present invention mounted on a liquid sample measurement chip.

第二の形態の電極セットを作成した基板301は、ダイシング、基板の洗浄、電極への抗体の修飾を行ったあと、電気的入出力を行うためのコネクタ302を実装した。   The substrate 301 on which the electrode set of the second form was created was equipped with a connector 302 for electrical input / output after dicing, substrate cleaning, and antibody modification to the electrode.

また、一端がテーパー状に薄くなるように加工された試料導入側の親水性不織布303と、試料リザーバー側の親水性不織布304を準備し、試料導入側の不織布303には305に図示する位置に、本発明の実施の第二の形態で用いたのと同じ、捕獲分子付き微粒子を滴下し乾燥させたプローブ固定領域305を作成した。   Further, a hydrophilic nonwoven fabric 303 on the sample introduction side and a hydrophilic nonwoven fabric 304 on the sample reservoir side processed so that one end is tapered and thinned are prepared, and the nonwoven fabric 303 on the sample introduction side is provided at the position illustrated in 305. The same probe fixing region 305 was prepared by dropping and drying the fine particles with capture molecules, which was the same as that used in the second embodiment of the present invention.

作成したコネクタ付き電極セット301は、図7のように不織布302と303とを挟み込むようにすることで樹脂パッケージ306との間に約15ΜMの空隙ができるように、かつ空隙側に電極を作成した面が向くように固定した。   The created electrode set 301 with a connector was formed with electrodes on the gap side so that a gap of about 15 mm was formed between the resin package 306 by sandwiching the nonwoven fabrics 302 and 303 as shown in FIG. It was fixed so that the surface was facing.

さらに、電極セット301の凹溝の長手方向が、試料溶液の流れに沿う方向に略平行となるように配置することで、電極表面と標的分子の接触頻度を高めることができる。また、同様にの凹溝の長手方向を、溶液の流れの方向に対して45度以下の角度を付けて配置することによって、さらに電極表面と標的分子の接触頻度を高めることができる。   Furthermore, by arranging the longitudinal direction of the groove of the electrode set 301 so as to be substantially parallel to the direction along the flow of the sample solution, the contact frequency between the electrode surface and the target molecule can be increased. Similarly, the frequency of contact between the electrode surface and the target molecule can be further increased by arranging the longitudinal direction of the concave groove at an angle of 45 degrees or less with respect to the direction of the solution flow.

測定に際しては、作成した液体試料測定用のチップを測定用の電気回路に接続し、本発明の実施の第二の形態と同様に、不良ラインの遮断を行った後、樹脂パッケージ306にある開口部307から、約30ΜLの液体試料を導入した。   At the time of measurement, the prepared liquid sample measuring chip is connected to an electric circuit for measurement, and in the same manner as in the second embodiment of the present invention, after the defective line is cut off, the opening in the resin package 306 is opened. From the part 307, a liquid sample of about 30 L was introduced.

導入した液体試料は、毛細管現象により導入側不織布303内を伝い、途中でプローブ固定位置305を通り、捕獲分子付き微粒子を液中に浮遊させた状態で、基板301に到達した。液体試料は、さらに空隙部へも毛細管現象により導入され、最終的には約3分で、リザーバー側不織布304に到達した。   The introduced liquid sample traveled through the introduction-side nonwoven fabric 303 by a capillary phenomenon, passed through the probe fixing position 305 on the way, and reached the substrate 301 in a state where the fine particles with capture molecules were suspended in the liquid. The liquid sample was further introduced into the void portion by capillary action, and finally reached the reservoir-side nonwoven fabric 304 in about 3 minutes.

試料導入から3分経過した後、再度接続してあった測定用の電気回路を介して抵抗変化率を調べ、本発明の実施の第二の形態と同様に解析を行った結果、効果的に液体試料中のHCG濃度を調べることができた。   After 3 minutes from the introduction of the sample, the resistance change rate was investigated through the measurement electric circuit that was reconnected, and the analysis was performed in the same manner as in the second embodiment of the present invention. The HCG concentration in the liquid sample could be examined.

なお、本発明は本実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許容する。また、上述した実施の形態では、各部の構造などを具体的に説明したが、その構造などは本願発明を満足する範囲で各種に変更することができる。   The present invention is not limited to the present embodiment, and various modifications are allowed without departing from the scope of the present invention. In the above-described embodiment, the structure of each part has been specifically described. However, the structure and the like can be variously changed within a range that satisfies the present invention.

101 櫛型パターン電極
102 酸化シリコン層
103 シリコン層
104 酸化シリコン層
105 領域
106 酸化シリコン層
107 微粒子
108 夾雑物
109 捕獲分子膜
110 捕獲分子膜
111 標的分子
201 電極セット
202 電極セット
203,204 信号選択回路
205 演算記録回路
301 電極セット
302 コネクタ
303 試料導入側不織布
304 リザーバー側不織布
305 プローブ固定領域
306 樹脂パッケージ
307 開口部
101 Comb pattern electrode 102 Silicon oxide layer 103 Silicon layer 104 Silicon oxide layer 105 Region 106 Silicon oxide layer 107 Fine particles 108 Contaminant 109 Capture molecule film 110 Capture molecule film 111 Target molecule 201 Electrode set 202 Electrode set 203, 204 Signal selection circuit 205 Operation Recording Circuit 301 Electrode Set 302 Connector 303 Sample Introduction Side Nonwoven Fabric 304 Reservoir Side Nonwoven Fabric 305 Probe Fixing Area 306 Resin Package 307 Opening

Claims (9)

特定の標的分子を特異的に吸着する捕獲担体を表面に結合した微粒子が分散されている溶液と、
前記溶液が表面に位置する一定の横幅と奥行きと深さとの凹溝が形成されている基体と、
前記凹溝の内部に露出していて前記捕獲担体が表面に結合されている少なくとも一対の対向する電極と、
一対の前記電極の電気的な結合状態の変化に応じて液体試料中の標的分子量を測定する分子測定手段と、
を有するバイオセンサ。
A solution in which microparticles bound to the surface of a capture carrier that specifically adsorbs a specific target molecule are dispersed;
A substrate on which concave grooves of a certain width, depth and depth at which the solution is located are formed;
At least a pair of opposing electrodes that are exposed inside the concave groove and the capture carrier is bonded to the surface;
A molecular measuring means for measuring a target molecular weight in the liquid sample in accordance with a change in an electrical binding state of the pair of electrodes;
A biosensor.
前記捕獲担体を表面に結合した微粒子が、対向する前記電極の両者それぞれに、少なくとも一つずつの前記標的分子を介して捕獲されるように前記微粒子の平均粒径を調整してあることを特徴とする請求項1に記載のバイオセンサ。   The average particle diameter of the fine particles is adjusted so that the fine particles having the capture carrier bound to the surface are captured by at least one target molecule on each of the opposing electrodes. The biosensor according to claim 1. 前記捕獲担体を表面に結合した微粒子の平均粒径は、前記対向する電極の間の長さと同等の大きさを持つことを特徴とする請求項1に記載のバイオセンサ。   2. The biosensor according to claim 1, wherein an average particle diameter of the fine particles having the capture carrier bound to the surface thereof is equal to a length between the opposing electrodes. 前記電極の表面に前記溶液および前記液体試料が混合する溶液の層流を生じさせて、液体試料中の標的分子量を測定することを特徴とする請求項1ないし3の何れか一項に記載のバイオセンサ。   The target molecular weight in the liquid sample is measured by generating a laminar flow of the solution mixed with the solution and the liquid sample on the surface of the electrode. Biosensor. 前記凹溝の一定の横幅と奥行きのうち、より長手の軸が、前記層流を生じさせる方向に略平行であることを特徴とする請求項4に記載のバイオセンサ。   5. The biosensor according to claim 4, wherein a longer axis among the constant lateral width and depth of the concave groove is substantially parallel to a direction in which the laminar flow is generated. 前記凹溝の一定の横幅と奥行きのうち、より長手の軸が、前記層流を生じさせる方向に対して45度以下の角度に接することを特徴とする請求項4に記載のバイオセンサ。   5. The biosensor according to claim 4, wherein a longer axis among the constant lateral width and depth of the concave groove is in contact with an angle of 45 degrees or less with respect to a direction in which the laminar flow is generated. 電気的に独立な一対以上の前記電極を有する請求項1ないし6の何れか一項に記載のバイオセンサ。   The biosensor according to any one of claims 1 to 6, comprising a pair of electrically independent electrodes. 電気的に独立な複数の前記電極の各々と前記分子測定手段との導通を個々に切断する導通切断手段を、さらに有する請求項7に記載のバイオセンサ。   The biosensor according to claim 7, further comprising conduction disconnecting means for individually disconnecting conduction between each of the plurality of electrically independent electrodes and the molecular measurement means. 相違する前記標的分子を吸着する複数種類の前記捕獲担体を電気的に独立な前記電極ごとに有する請求項7に記載のバイオセンサ。   The biosensor according to claim 7, wherein each of the electrically independent electrodes has a plurality of types of capture carriers that adsorb different target molecules.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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