JP3243937B2 - Biomimetic sensor - Google Patents

Biomimetic sensor

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JP3243937B2
JP3243937B2 JP14371394A JP14371394A JP3243937B2 JP 3243937 B2 JP3243937 B2 JP 3243937B2 JP 14371394 A JP14371394 A JP 14371394A JP 14371394 A JP14371394 A JP 14371394A JP 3243937 B2 JP3243937 B2 JP 3243937B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、食品,医薬,化学工
業,環境測定などの分野における化学物質の計測・識別
を行なうバイオミメテイックセンサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a biomimetic sensor for measuring and identifying chemical substances in the fields of food, medicine, chemical industry, environmental measurement and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、人間の持つ五感のうち味覚や臭覚
のような化学量について、これらのメカニズムを模擬し
た化学センサの研究開発が進められ、一部商品化された
ものも出るようになった。例えば、水晶振動子または表
面弾性波(SAW)素子の電極表面に、感応膜として脂
質2分子膜を形成したものが、ある種のにおい物質の計
測・識別を目的とするセンサとして知られており、水晶
振動子の電極上に形成した感応膜に吸着するにおい分子
の質量増加に比例して、その共振周波数が変化すること
を利用している。
2. Description of the Related Art In recent years, research and development of chemical sensors that simulate the stoichiometry of human senses such as taste and smell have been promoted, and some of them have been commercialized. Was. For example, a sensor in which a lipid bimolecular membrane is formed as a sensitive membrane on an electrode surface of a quartz oscillator or a surface acoustic wave (SAW) element is known as a sensor for measuring and identifying a certain kind of odorant. Utilizing the fact that the resonance frequency changes in proportion to the increase in the mass of odor molecules adsorbed on the sensitive film formed on the electrode of the quartz oscillator.

【0003】これらセンサは、発振回路に接続され、そ
の周波数変化を周波数カウンタで測定して、データをコ
ンピュータに転送し、センサの応答パターンをパターン
認識することにより、においを識別することができ、安
価な市販の水晶振動子を用いて、感応膜の種類によって
様々な特性を持つガスセンサが得られ、しかも取り扱い
も簡単であるなどの特徴を有する。
[0003] These sensors are connected to an oscillating circuit, the frequency change of which is measured by a frequency counter, the data is transferred to a computer, and the response pattern of the sensor is recognized to identify the odor. Using an inexpensive commercially available quartz oscillator, a gas sensor having various characteristics depending on the type of the sensitive film can be obtained, and further, it is easy to handle.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述のセンサは有用な
ものであるが、なお次のような問題がある。即ち、 異なる感応膜を塗布した複数センサシステムは、と
くににおい物質について、未だ選択性が十分でない。 においは極めて濃度が低いため検出感度が低い。
Although the above-mentioned sensor is useful, it still has the following problems. That is, a multiple sensor system coated with different sensitive membranes still has insufficient selectivity, especially for odorous substances. Since the concentration of odor is extremely low, the detection sensitivity is low.

【0005】本発明はこれらの点を解決するためになさ
れたものであり、その目的は、標的とする化学物質、と
くににおい物質を高感度に検出することができ、検出物
質の選択性を高めるバイオミメテイック(生体機能模
倣)センサを提供することにある。
The present invention has been made to solve these problems, and an object of the present invention is to detect a target chemical substance, particularly an odor substance, with high sensitivity, and to enhance the selectivity of the detection substance. An object of the present invention is to provide a biomimetic (biological function imitation) sensor.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明のバイオミメテイックセンサは、標的化学
物質の存在の下に重合反応させて、標的化学物質の立体
的分子構造を記憶する有機重合体から、標的化学物質を
抽出した生体の抗体と似た分子認識機能を有する薄膜を
各種トランスデューサ、例えば水晶振動子または表面弾
性波(以下、SAWとする)素子、または表面プラズモ
ン(以下、SPRとする)素子の表面に固定して、周波
数変化や光の共鳴角変化により、標的化学物質の分子の
検出可能なセンサとしたものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the biomimetic sensor of the present invention performs a polymerization reaction in the presence of a target chemical substance to change the three-dimensional molecular structure of the target chemical substance. A thin film having a molecular recognition function similar to an antibody of a living body, in which a target chemical substance is extracted from an organic polymer to be stored, is converted into various transducers, for example, a quartz oscillator or a surface acoustic wave (hereinafter, referred to as SAW) element, or a surface plasmon ( The sensor is fixed to the surface of an element, and can detect molecules of a target chemical substance by a change in frequency or a change in resonance angle of light.

【0007】[0007]

【作用】検出対象である標的化学物質の存在の下に、例
えば、メタクリル酸(機能性モノマー)とエチレングリ
コールジメチルアクリレート(架橋モノマー)を重合反
応させると、標的化学物質の立体的分子構造を記憶した
ポリマーが生成される。このポリマーは、標的化学物質
の立体的分子構造と殆ど同じ形状の部位を持つので、生
物の抗体と類似した分子認識機能を有する選択的なレセ
プターとして利用することができる。したがって、水晶
振動子またはSAW素子の表面に、上記のポリマーの薄
膜を形成することにより、標的化学物質の分子の選択的
な吸着で起きる重量変化を周波数シフトに変換し、もし
くは、SPR素子表面での標的化学物質と、ポリマー薄
膜との選択的吸着によって生ずる光の共鳴角変化に変換
して、高感度に標的化学物質の検出可能なセンサとして
用いることができる。
[Function] When, for example, methacrylic acid (functional monomer) and ethylene glycol dimethyl acrylate (crosslinking monomer) undergo a polymerization reaction in the presence of a target chemical substance to be detected, the three-dimensional molecular structure of the target chemical substance is stored. The resulting polymer is produced. Since this polymer has a site having almost the same shape as the three-dimensional molecular structure of the target chemical substance, it can be used as a selective receptor having a molecular recognition function similar to that of a biological antibody. Therefore, by forming a thin film of the above-mentioned polymer on the surface of the quartz oscillator or SAW element, the weight change caused by the selective adsorption of the molecule of the target chemical substance is converted into a frequency shift, or the SPR element surface It can be used as a sensor that can detect the target chemical substance with high sensitivity by converting it into a change in the resonance angle of light caused by the selective adsorption of the target chemical substance and the polymer thin film.

【0008】[0008]

【実施例】以下、本発明を実施例に基づき説明する。本
発明の主眼は 標的化学物質の立体的分子構造を認識す
ることができるポリマー(Molecular Inp
rinting Polymer,以下、MIPとす
る)を得ることにあり、例えば、メタクリル酸(以下、
MAAとする)とエチレングリコールジメチルアクリレ
ート(以下、EDMAとする)を使い、例えば、かび臭
物質であるジェオスミンや2−メチルイソボルネオール
(以下、2−MIBとする)分子の周りに集めたモノマ
ー(MAAとEDMA)をそのまま一挙に重合させて、
ジェオスミンや2−MIBの立体的分子構造を記憶させ
たMIP膜を作製することができる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below based on embodiments. An object of the present invention is to provide a polymer capable of recognizing a three-dimensional molecular structure of a target chemical substance (Molecular Inp.).
printing polymer (hereinafter referred to as MIP), for example, methacrylic acid (hereinafter, referred to as MIP).
MAA) and ethylene glycol dimethyl acrylate (hereinafter referred to as EDMA), for example, a monomer (MAA) collected around molecules such as geosmin or 2-methylisoborneol (hereinafter referred to as 2-MIB) which is a musty substance. And EDMA) are polymerized at once,
An MIP film in which a three-dimensional molecular structure of geosmin or 2-MIB is stored can be produced.

【0009】実施例1.図1は水晶振動子を用いた本発
明のバイオミメテイックセンサ1aの要部構成を示す模
式平面図である。このセンサ1aは、水晶振動子1の表
裏両面に形成した金電極2と、さらにその上に形成した
MIP薄膜3と、金電極2から支持台4を通るリード5
により構成されており、その作製の要点は以下の通りで
ある。
Embodiment 1 FIG. 1 is a schematic plan view showing a configuration of a main part of a biomimetic sensor 1a of the present invention using a quartz oscillator. The sensor 1a includes a gold electrode 2 formed on both front and back surfaces of a crystal unit 1, a MIP thin film 3 formed thereon, and a lead 5 passing from the gold electrode 2 through a support 4.
The main points of the fabrication are as follows.

【0010】まず、クロロホルム50ml中に、例えば
ジェオスミン0.9g、メタクリル酸(MAA)1.8
g、エチレングリコールジメチルアクリレート(EDM
A)18.7gに、重合開始剤2,2′−アゾビス(2
−メチルプロピオニトリル)(AIBN)を0.24g
加える。この混合溶液に超音波を照射しながら真空中で
脱泡した後、5分間窒素ガスで置換する。
First, for example, 0.9 g of geosmin, 1.8 methacrylic acid (MAA) in 50 ml of chloroform.
g, ethylene glycol dimethyl acrylate (EDM
A) 18.7 g of a polymerization initiator 2,2'-azobis (2
0.24 g of -methylpropionitrile) (AIBN)
Add. After defoaming in a vacuum while irradiating the mixed solution with ultrasonic waves, the mixed solution is replaced with nitrogen gas for 5 minutes.

【0011】次に、発振周波数10MHZ ,ATカット
の水晶振動子1の表裏両面に、直径5mmの金電極2を
蒸着し、これに上記の溶液を塗布した後、60℃で窒素
ガス雰囲気中で10時間放置し、MAAとEDMAを重
合させ、MIP薄膜3を形成する。次いで、これを酢酸
−メタノール混合溶液中で洗浄し、MIP薄膜3中のジ
ェオスミンを抽出した後乾燥して、本発明のバイオミメ
テイックセンサ1aを得ることができる。
[0011] Then, the oscillation frequency 10 MHz Z, on both sides of the crystal resonator 1 of the AT-cut, by depositing a gold electrode 2 having a diameter of 5 mm, after applying the solution to this, a nitrogen gas atmosphere at 60 ° C. For 10 hours to polymerize MAA and EDMA to form a MIP thin film 3. Next, this is washed in an acetic acid-methanol mixed solution, and the geosmin in the MIP thin film 3 is extracted and then dried to obtain the biomimetic sensor 1a of the present invention.

【0012】図2(a)〜(c)は、疑似抗体となるM
IP膜3の作製過程を示す模式図であり、(a)はジェ
オスミン分子6の周りにMAA7とEDMA8が共存し
ている状態、(b)は、MAA7とEDMA8を重合さ
せた状態、(c)は、ジェオスミン分子6を抽出し、M
IP9が得られることを、それぞれ表わしたものであ
る。
FIGS. 2 (a) to 2 (c) show that M is a pseudo antibody.
It is a schematic diagram which shows the preparation process of the IP film 3, (a) the state where MAA7 and EDMA8 coexist around the geosmin molecule 6, (b) the state which polymerized MAA7 and EDMA8, (c) Extracts the geosmin molecule 6,
This shows that IP9 is obtained.

【0013】図3(a),(b)は、MIP膜3にジェ
オスミン分子6が吸着する前後の状態を示す模式図であ
り、(a)は水晶振動子1上の金電極2の近傍に、ジェ
オスミン分子6を含むその他のにおい分子10,11が
浮遊している状態、(b)は、MIP膜3にジェオスミ
ン分子6のみが吸着した状態を、それぞれ表わしたもの
である。
FIGS. 3A and 3B are schematic diagrams showing states before and after the geosmin molecule 6 is adsorbed on the MIP film 3, and FIG. 3A shows a state near the gold electrode 2 on the crystal unit 1. And (b) show a state in which only the geosmin molecule 6 is adsorbed on the MIP film 3, respectively.

【0014】図4は、本発明のセンサ1aを用いた測定
装置の要部構成を示す模式図である。図4において、こ
の装置は、蒸留水または測定試料液12を入れる約10
0mlのガラス容器13内にセンサ1aを配置し、これ
をガラス容器13外部の共振周波数測定装置14と記録
計15に接続したものである。測定は、はじめ10ml
の蒸留水を入れた容器を用いて共振周波数を測定した
後、試料液12を10ml入れたガラス容器13と交換
して10分間測定し、再び蒸留水の容器に戻して測定す
ることを交互に行なう。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a main configuration of a measuring apparatus using the sensor 1a of the present invention. In FIG. 4, the apparatus is configured to receive distilled water or a measurement sample solution 12 for about 10 minutes.
The sensor 1 a is arranged in a 0 ml glass container 13 and connected to a resonance frequency measuring device 14 and a recorder 15 outside the glass container 13. Measurement is 10ml first
After measuring the resonance frequency using a container containing distilled water, the sample solution 12 was replaced with a glass container 13 containing 10 ml, and the measurement was performed for 10 minutes. Do.

【0015】測定結果を図5に示す。図5は蒸留水で調
製したジェオスミン標準溶液に対する本発明のセンサの
応答の関係を示す線図であり、横軸は時間、縦軸は周波
数シフトを表わし、蒸留水と試料液12の切り替え時点
を矢印で併記してある。図4から、この線図は蒸留水か
らジェオスミン溶液に変わると周波数変化が大きくなる
という繰り返しであり、標的におい物質であるジェオス
ミンの高感度の測定が可能であることがわかる。
FIG. 5 shows the measurement results. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the response of the sensor of the present invention to the geosmin standard solution prepared with distilled water, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents frequency shift. They are also indicated by arrows. From FIG. 4, it can be seen that this diagram is a repetition in which the frequency change increases when distilled water is changed to a geosmin solution, and it is possible to measure geosmin, which is a target odor substance, with high sensitivity.

【0016】なお、本発明のセンサ1aを得る方法は、
上記の他に、上記の混合液をそのまま60℃で窒素ガス
雰囲気中に10時間放置し、重合反応させて得られたポ
リマーを、数μmから数十μmの粒子に粉砕した後、酢
酸−メタノール混合溶液中で粒子中のジェオスミンを抽
出し、乾燥させたものを金電極2の表面上に塗布、また
はPVC(塩化ビニール)などの膜材料の中に粒子を入
れて包括するとともに膜形成を行なうようにしてもよ
く、得られるセンサ1aは前述と同様の効果が得られ
る。
The method for obtaining the sensor 1a of the present invention is as follows.
In addition to the above, the above mixture was allowed to stand at 60 ° C. in a nitrogen gas atmosphere for 10 hours, and the polymer obtained by the polymerization reaction was pulverized into particles of several μm to several tens μm, and then acetic acid-methanol was added. The geosmin in the particles is extracted in the mixed solution, and the dried one is applied on the surface of the gold electrode 2, or the particles are put into a film material such as PVC (vinyl chloride) to cover and form the film. Alternatively, the obtained sensor 1a can obtain the same effect as described above.

【0017】実施例2.次に、SAW素子を用いた本発
明のバイオミメティックセンサ1bについて述べる。図
6はその要部構成を示す模式平面図であり、図6におい
て、このセンサ1bは、STカットの水晶製の共振周波
数90MHZ を持つSAW素子に、金電極2aとその両
端に櫛型電極(IDT)16、および点線で示した表面
波伝播領域17にMIP膜3aを形成してあり、各ID
T16から高周波増幅器18を経て周波数カウンター1
9に接続される。
Embodiment 2 FIG. Next, the biomimetic sensor 1b of the present invention using a SAW element will be described. Figure 6 is a schematic plan view showing the main configuration, in FIG. 6, the sensor 1b is a SAW device having a resonance frequency 90MH Z made quartz ST-cut, gold electrodes 2a and the comb electrodes on both ends The MIP film 3a is formed in the (IDT) 16 and the surface wave propagation region 17 indicated by the dotted line,
Frequency counter 1 from T16 through high frequency amplifier 18
9 is connected.

【0018】このセンサ1bのMIP膜3aは次のよう
にして作製される。まず、クロロホルム40ml中に、
例えば2−メチルイソボルネオール(2−MIB)1.
2g,MAA2.3g,EDMA26g,AIBN0.
5gを加えて混合し、超音波を印加しながら真空中で脱
泡した後、5分間窒素ガスで置換する。次に、この混合
溶液を図6に示すSAW素子の表面波伝播領域17に塗
布し、波長366nmの紫外線を5℃で5時間照射し
て、MAAとEDMAを重合させ、MIP薄膜3aを形
成する。そして、これを酢酸−メタノール混合溶液中で
洗浄し、MIP薄膜3a中の2−MIB抽出、乾燥して
本発明のバイオミメテイックセンサ1bを得ることがで
きる。また、重合反応させたポリマーを、粒子状として
用いてもよいことは、実施例1.で述べたのと同じであ
る。
The MIP film 3a of the sensor 1b is manufactured as follows. First, in 40 ml of chloroform,
For example, 2-methylisoborneol (2-MIB) 1.
2 g, 2.3 g of MAA, 26 g of EDMA, AIBN 0.
5 g was added and mixed, and the mixture was degassed in vacuum while applying ultrasonic waves, and then replaced with nitrogen gas for 5 minutes. Next, this mixed solution is applied to the surface wave propagation region 17 of the SAW element shown in FIG. 6 and irradiated with ultraviolet light having a wavelength of 366 nm at 5 ° C. for 5 hours to polymerize MAA and EDMA to form the MIP thin film 3a. . Then, this is washed in an acetic acid-methanol mixed solution, 2-MIB extraction in the MIP thin film 3a is dried, and the biomimetic sensor 1b of the present invention can be obtained. In Example 1 , the polymer obtained by the polymerization reaction may be used in the form of particles. It is the same as described above.

【0019】図7は、SAW素子を用いた本発明のバイ
オミメティックセンサ1bの測定装置の要部構成を示す
模式図である。図7において、この装置は、温度調節器
20により40℃程度とした恒温水槽21中に設置した
フローセル22内の上部にセンサ1bを固定し、蒸留水
と測定試料液12との切り替え可能なように、これらの
液を熱交換器23で加温しながらフローセル22を通過
させ、蒸留水と試料液12を10分間隔で交互に送り、
各々の周波数(f1 ,f)を周波数カウンター19によ
り測定を行ない、センサの応答を周波数シフト(f1
2 )として取り出すものである。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a main configuration of a measuring device of the biomimetic sensor 1b of the present invention using a SAW element. In FIG. 7, this device fixes a sensor 1 b at an upper part in a flow cell 22 installed in a constant temperature water tank 21 at a temperature of about 40 ° C. by a temperature controller 20, and can switch between distilled water and a measurement sample solution 12. Then, these liquids are passed through the flow cell 22 while being heated by the heat exchanger 23, and the distilled water and the sample liquid 12 are alternately sent at an interval of 10 minutes.
Each of the frequency (f 1, f) performs measurements by the frequency counter 19, frequency shift the response of the sensor (f 1 -
f 2 ).

【0020】測定結果を図8に示す。図8は蒸留水で調
製した2−MIB標準溶液に対する本発明のセンサ1b
の応答の関係を示す線図であり、図5の場合と同様に横
軸は時間、縦軸は周波数シフトを表わし、蒸留水と試料
液の切り替え時点を矢印で併記してある。図8から、図
5に示す線図と同じく、この場合の標的におい物質であ
る2−MIBが高感度に測定可能であることがわかる。
FIG. 8 shows the measurement results. FIG. 8 shows a sensor 1b of the present invention for a 2-MIB standard solution prepared with distilled water.
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the responses of FIG. 5A and FIG. 5B. As in FIG. 5, the horizontal axis represents time, the vertical axis represents frequency shift, and the switching points between distilled water and the sample liquid are indicated by arrows. FIG. 8 shows that, similarly to the diagram shown in FIG. 5, 2-MIB, which is the target odor substance in this case, can be measured with high sensitivity.

【0021】実施例3.次に、SPR素子を用いた本発
明のバイオミメティックセンサ1cについて述べる。図
9はその要部構成を示す模式平面図であり、図9におい
て、このセンサ1cは、屈折率1.5243を有するB
Kプリズム24の底面に50μmの金電極2bと、その
上にMIP膜3bを形成してあり、入射方向を矢印で示
したレーザ光25の照射に対して変化する共鳴角度θの
変化を検出するものである。
Embodiment 3 FIG. Next, the biomimetic sensor 1c of the present invention using an SPR element will be described. FIG. 9 is a schematic plan view showing the configuration of the main part. In FIG. 9, the sensor 1c has a refractive index 1.5243.
A 50 μm gold electrode 2 b is formed on the bottom surface of the K prism 24, and a MIP film 3 b is formed on the gold electrode 2 b. The change in the resonance angle θ that changes with the irradiation of the laser beam 25 whose incidence direction is indicated by an arrow is detected. Things.

【0022】このセンサのMIP膜3bの作製は、前述
と基本的に同じであり、まず、クロロホルム40ml中
に、例えば2−MIB1.2g,MAA2.3g,ED
MA26g,AIBN0.5gを加えて混合し、超音波
を印加しながら真空中で脱泡した後、5分間窒素ガスで
置換する。次に、この混合溶液を図9に示すSPR素子
のプリズム24の底面の蒸着した金電極2bの表面に塗
布し、波長366nmの紫外線を5℃で5時間照射し
て、MAAとEDMAを重合させ、MIP薄膜3bを形
成する。次いで、これを酢酸−メタノール混合溶液中で
洗浄し、MIP薄膜3b中の2−MIB抽出、乾燥して
本発明のバイオミメテイックセンサ1cを得ることがで
きる。この場合も、実施例1実施例2で述べたよう
に、重合反応させたポリマーを、粒子状として用いても
よい。
The production of the MIP film 3b of this sensor is basically the same as described above. First, for example, 1.2 g of 2-MIB, 2.3 g of MAA, and ED in 40 ml of chloroform.
After adding 26 g of MA and 0.5 g of AIBN, mixing and degassing in vacuum while applying ultrasonic waves, the atmosphere is replaced with nitrogen gas for 5 minutes. Next, this mixed solution is applied to the surface of the deposited gold electrode 2b on the bottom surface of the prism 24 of the SPR element shown in FIG. 9 and irradiated with ultraviolet light having a wavelength of 366 nm at 5 ° C. for 5 hours to polymerize MAA and EDMA. , The MIP thin film 3b is formed. Next, this is washed in an acetic acid-methanol mixed solution, 2-MIB extracted in the MIP thin film 3b, and dried to obtain the biomimetic sensor 1c of the present invention. Also in this case, as described in Example 1 and Example 2 , the polymer obtained by the polymerization reaction may be used in the form of particles.

【0023】図10は、SPR素子を用いた本発明のバ
イオミメティックセンサ1cの測定装置の要部構成を示
す模式図である。図10において、この装置では、蒸留
水で濃度を調製した2−MIB測定試料液26を、第1
のフローセル27の一方から流し他方から排出するとと
もに、別にこの第1のフローセル27に空気28を送
り、2−MIBを含むガスを、センサ1cの固定された
第2のフローセル29に運び、一方から通し他方から排
気する。同時にレーザ発振器30から出射するHe−N
eレーザ光25をセンサ1cに照射するが、このときレ
ーザ光25は偏光子31を通した後、ビームスプリッタ
32により分岐し、一方はセンサ1cに入射した後、第
1のフォトダイオード(シグナルディテクター)33を
経由して、信号が演算回路34に送られ、他方は第2の
フォトダイオード(リファレンスディテクター)35を
経て、信号が演算回路34に入る。演算回路34で処理
されたデータは図示してない記録計に送られる。図10
における、試料液26,空気28,レーザ光25の進行
方向、および各フォトダイオード33,35からの信号
経路はいずれも矢印により示している。
FIG. 10 is a schematic diagram showing a main configuration of a measuring device of the biomimetic sensor 1c of the present invention using an SPR element. In FIG. 10, in this apparatus, a 2-MIB measurement sample solution 26 having a concentration adjusted with distilled water
Flow from one side of the flow cell 27 and discharge it from the other, and separately send air 28 to the first flow cell 27 to carry gas containing 2-MIB to the second flow cell 29 to which the sensor 1c is fixed, And exhaust from the other side. He-N emitted from the laser oscillator 30 at the same time
The sensor 1c is irradiated with the e-laser light 25. At this time, the laser light 25 passes through a polarizer 31 and is branched by a beam splitter 32. One of the laser light 25 is incident on the sensor 1c , and then a first photodiode (signal detector) ) 33, the signal is sent to the arithmetic circuit 34, and the other signal enters the arithmetic circuit 34 via the second photodiode (reference detector) 35. The data processed by the arithmetic circuit 34 is sent to a recorder (not shown). FIG.
, The traveling directions of the sample liquid 26, the air 28, and the laser beam 25, and the signal paths from the photodiodes 33 and 35 are all indicated by arrows.

【0024】測定結果を図11に示す。蒸留水と2−M
IB試料液を10分間隔で交互に測定し、その変化を測
定することは、前述の場合と同じであるが、ここでは、
2−MIBの濃度を変えて蒸留水で調製した試料液を用
いており、図11は、各濃度の2−MIB試料液に対し
て、本発明センサ1cにおける共鳴角の変化を示す線図
である。図11中の点線は未測定範囲である。図11の
線図から、2−MIB濃度の増加とともに、共鳴角度θ
は直線的に大きくなり、標的とするかび臭物質2−MI
Bを高感度で測定可能であることがわかる。
FIG. 11 shows the measurement results. Distilled water and 2-M
The measurement of the IB sample solution alternately at 10 minute intervals and the measurement of the change are the same as in the case described above.
FIG. 11 is a diagram showing the change in the resonance angle of the sensor 1c of the present invention with respect to the 2-MIB sample solution of each concentration, while using the sample solution prepared with distilled water while changing the concentration of 2-MIB. is there. The dotted line in FIG. 11 is an unmeasured range. From the diagram of FIG. 11, it can be seen that as the 2-MIB concentration increases, the resonance angle θ
Increases linearly, and the target musty odor substance 2-MI
It can be seen that B can be measured with high sensitivity.

【0025】[0025]

【発明の効果】以上述べてきたように、本発明のバイオ
ミメティックセンサは、化学物質、とくにかび臭物質に
対して、生体内の抗体に類似した機能を有するポリマー
を有機合成によって作製することができるので、これを
薄膜化して各種トランスデューサの表面上に形成、また
は微粒子として各種トランスデューサの表面上に固定す
ることにより、標的化学物質を高感度に検出することが
でき、センサによる検出の精度と選択性を高め、浄水場
などに適用して大きな効果をあげることができる。
As described above, the biomimetic sensor of the present invention can produce, by organic synthesis, a polymer having a function similar to an antibody in a living body against chemical substances, especially musty odor substances. Therefore, target chemical substances can be detected with high sensitivity by thinning it and forming it on the surface of various transducers or fixing it as fine particles on the surface of various transducers, and the accuracy and selectivity of detection by sensors It can be applied to water purification plants, etc. to achieve great effects.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】水晶振動子を用いた本発明のバイオミメテイッ
クセンサの要部構成を示す模式平面図
FIG. 1 is a schematic plan view showing a configuration of a main part of a biomimetic sensor of the present invention using a quartz oscillator.

【図2】MIP膜の作製過程を示し、(a)はジェオス
ミン分子、MAA分子、EDMA分子が共存している状
態,(b)はMAAとEDMAを重合させた状態、
(c)はジェオスミン分子を抽出し、MIPが得られる
ことをそれぞれ表わす模式図
2A and 2B show a process for producing a MIP film, wherein FIG. 2A shows a state in which geosmin molecules, MAA molecules, and EDMA molecules coexist; FIG. 2B shows a state in which MAA and EDMA are polymerized;
(C) is a schematic diagram showing that a geosmin molecule is extracted and MIP is obtained, respectively.

【図3】MIP膜にジェオスミン分子が吸着する前後の
状態を示し、(a)は金電極の近傍にジェオスミン分子
を含む他のにおい分子が浮遊している状態、(b)はM
IP膜にジェオスミン分子のみが吸着した状態を、それ
ぞれ表わす模式図
3A and 3B show states before and after a geosmin molecule is adsorbed on a MIP film, wherein FIG. 3A shows a state in which another smell molecule including a geosmin molecule is floating near a gold electrode, and FIG.
Schematic diagrams showing the state where only the geosmin molecule is adsorbed on the IP membrane, respectively.

【図4】図1の本発明のセンサを用いた測定装置の要部
構成を示す模式図
FIG. 4 is a schematic view showing a main configuration of a measuring apparatus using the sensor of the present invention shown in FIG. 1;

【図5】図4の装置により測定した本発明のセンサの応
答の関係を示す線図
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the response of the sensor of the present invention measured by the apparatus of FIG. 4;

【図6】SAW素子を用いた本発明のバイオミメティッ
クセンサの要部構成を示す模式平面図
FIG. 6 is a schematic plan view showing a main configuration of a biomimetic sensor of the present invention using a SAW element.

【図7】図6の本発明のセンサを用いた測定装置の要部
構成を示す模式図
FIG. 7 is a schematic diagram showing a main configuration of a measuring device using the sensor of the present invention in FIG. 6;

【図8】図7の装置により測定した本発明のセンサの応
答の関係を示す線図
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the response of the sensor of the present invention measured by the apparatus of FIG. 7;

【図9】SPR素子を用いた本発明のバイオミメティッ
クセンサの要部構成を示す模式平面図
FIG. 9 is a schematic plan view showing a main configuration of a biomimetic sensor of the present invention using an SPR element.

【図10】図9の本発明のセンサを用いた測定装置の要
部構成を示す模式図
FIG. 10 is a schematic diagram showing a main configuration of a measuring device using the sensor of the present invention in FIG. 9;

【図11】図10の装置により測定した本発明センサの
応答の関係を示す線図
11 is a diagram showing the relationship between the response of the sensor of the present invention measured by the apparatus of FIG. 10;

【符号の説明】1a 水晶振動子センサ1b SAW素子センサ1c SPR素子センサ 1 水晶振動子 2 金電極 2a 金電極 2b 金電極 3 MIP薄膜 3a MIP薄膜 3b MIP薄膜 4 支持台 5 リード 6 ジェオスミン分子 7 MAA 8 EDMA 9 MIP 10 他のにおい分子 11 他のにおい分子 12 試料液 13 ガラス容器 14 共振周波数測定装置 15 記録計 16 IDT 17 表面波伝播領域 18 高周波増幅器 19 周波数カウンター 20 温度調節器 21 恒温水槽 22 フローセル 23 熱交換器 24 プリズム 25 レーザ光 26 試料液 27 第1のフローセル 28 空気 29 第2のフローセルレーザ光 30 レーザ発振器 31 偏光子 32 ビームスプリッタ 33 第1のフォトダイオード 34 演算回路 35 第2のフォトダイオード[Description of Signs] 1a Quartz Crystal Resonator Sensor 1b SAW Element Sensor 1c SPR Element Sensor 1 Quartz Crystal Unit 2 Gold Electrode 2a Gold Electrode 2b Gold Electrode 3 MIP Thin Film 3a MIP Thin Film 3b MIP Thin Film 4 Support 5 Lead 6 Geosmin Molecule 7 MAA Reference Signs List 8 EDMA 9 MIP 10 Other odor molecules 11 Other odor molecules 12 Sample liquid 13 Glass container 14 Resonance frequency measuring device 15 Recorder 16 IDT 17 Surface wave propagation area 18 High frequency amplifier 19 Frequency counter 20 Temperature controller 21 Constant temperature water bath 22 Flow cell Reference Signs List 23 heat exchanger 24 prism 25 laser light 26 sample liquid 27 first flow cell 28 air 29 second flow cell laser light 30 laser oscillator 31 polarizer 32 beam splitter 33 first photodiode 34 arithmetic circuit 35 second photo Diode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 21/75 - 21/83 G01N 33/48 - 33/98 H03H 9/02 CA(STN) JICSTファイル(JOIS)────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01N 21/75-21/83 G01N 33/48-33/98 H03H 9/02 CA (STN) JICST file ( JOIS)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】標的とする化学物質の存在下で重合させた
前記標的化学物質の立体的分子構造を有する有機重合体
から、前記標的化学物質を抽出して得られる薄膜と、こ
の薄膜が取り付けられ、前記有機重合体と前記標的化学
物質との脱吸着反応を周波数変化または光の共鳴角変化
に変換可能な素子とからなることを特徴とするバイオミ
メティックセンサ。
1. A thin film obtained by extracting said target chemical substance from an organic polymer having a three-dimensional molecular structure of said target chemical substance polymerized in the presence of a target chemical substance, and said thin film is attached And a device capable of converting a desorption reaction between the organic polymer and the target chemical substance into a change in frequency or a change in resonance angle of light.
【請求項2】請求項1記載のセンサにおいて、標的化学
物質はジェオスミンまたは2−メチルイソボルネオール
(2−MIB)であることを特徴とするバイオミメティ
ックセンサ。
2. The biomimetic sensor according to claim 1, wherein the target chemical is geosmin or 2-methylisoborneol (2-MIB).
【請求項3】請求項1記載のセンサにおいて、有機重合
体はメタクリル酸(MAA)とエチレングリコールジメ
チルアクリレート(EDMA)からなることを特徴とす
るバイオミメティックセンサ。
3. The biomimetic sensor according to claim 1, wherein the organic polymer comprises methacrylic acid (MAA) and ethylene glycol dimethyl acrylate (EDMA).
【請求項4】請求項1記載のセンサにおいて、有機重合
体を微粒子として用いることを特徴とするバイオミメテ
ィックセンサ。
4. The biomimetic sensor according to claim 1, wherein the organic polymer is used as fine particles.
【請求項5】請求項1記載のセンサにおいて、周波数変
化に変換可能な素子は、水晶振動子または表面弾性波
(SAW)素子であることを特徴とするバイオミメティ
ックセンサ。
5. The biomimetic sensor according to claim 1, wherein the element capable of converting to a frequency change is a quartz oscillator or a surface acoustic wave (SAW) element.
【請求項6】請求項1記載のセンサにおいて、光の共鳴
角変化に変換可能な素子は、表面プラズモン(SPR)
素子であることを特徴とするバイオミメティックセン
サ。
6. The sensor according to claim 1, wherein the element capable of converting a change in resonance angle of light is a surface plasmon (SPR).
A biomimetic sensor, which is an element.
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