JP4321599B2 - 検出素子 - Google Patents
検出素子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4321599B2 JP4321599B2 JP2007027361A JP2007027361A JP4321599B2 JP 4321599 B2 JP4321599 B2 JP 4321599B2 JP 2007027361 A JP2007027361 A JP 2007027361A JP 2007027361 A JP2007027361 A JP 2007027361A JP 4321599 B2 JP4321599 B2 JP 4321599B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ion
- detection element
- ions
- detection
- reaction layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/28—Electrolytic cell components
- G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
- G01N27/333—Ion-selective electrodes or membranes
- G01N27/3335—Ion-selective electrodes or membranes the membrane containing at least one organic component
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Description
このような機能膜をイオン感応膜として備えるイオンセンサ(検出素子)が開発されている(例えば、特許文献1参照。)。このイオンセンサでは、イオン感応膜は、目的イオンを選択的に捕捉可能なイオノフォアを、可塑剤により熱可塑性樹脂中に分散させてなる。
また、試料溶液の浸透によりイオン感応膜が部分的に破壊されたり、イオンセンサから剥離したり等する可能性があり、長期間安定して使用することができない。
このように、特許文献1に記載のイオンセンサは、イオン感応膜の構成上、高感度、寿命安定性等において何らかの問題を有する。
本発明の検出素子は、被検体中の塩またはイオンを検出可能な検出部を有する検出素子であって、
前記検出部は、基部と、該基部上に設けられた反応層とを有し、
前記反応層は、前記基部に一端部が連結する主鎖と、該主鎖から分岐し、前記塩を構成するイオンまたは前記イオンを捕捉可能なイオン捕捉部を含む側鎖と、前記主鎖から分岐し、電子の移動を補助する電子移動補助部を含む側鎖とを有する重合物を備え、
前記重合物が前記イオンを前記イオン捕捉部に捕捉していない非捕捉状態と、前記イオンを前記イオン捕捉部に捕捉した捕捉状態との違いを、前記反応層の電気的な特性の変化に基づいて検出するよう構成されていることを特徴とする。
これにより、塩またはイオンの検出を精度よく行うことができる。また、重合物の側鎖に、イオン捕捉部が結合していることにより、イオン捕捉部の反応層からの逸脱を確実に防止することができる。このため、検出素子が経時的に劣化(検出感度の低下)するのを好適に防止することができる。
また、前記重合物が前記イオンを前記イオン捕捉部に捕捉していない非捕捉状態と、前記イオンを前記イオン捕捉部に捕捉した捕捉状態との違いを、前記反応層の電気的な特性の変化に基づいて検出するよう構成したことにより、簡単な構成で塩またはイオンの検出を精度よく行うことができる。
さらに、重合物が電子の移動を補助する電子移動補助部を有することにより、重合物の主鎖に沿った電子移動が円滑になされる。その結果、取り出される電流量のさらなる増大を図ること、すなわち、検出素子の検出感度の向上を図ることができる。
また、前記重合物は、前記電子移動補助部を前記主鎖から分岐する側鎖に有することにより、電子移動補助部が、酸素原子や窒素原子を含む側鎖を介して主鎖に連結すると、イオン捕捉部に捕捉されたイオンに配位することができる。これにより、イオン捕捉部にイオンをさらに確実に保持することができるという効果が得られる。
イオン捕捉部が環状構造(イオノフォア)を有することにより、各種イオンをより確実に捕捉し、保持することができる。その結果、検出素子による検出感度の向上を図ることができる。
かかる環状構造は、イオン捕捉能が極めて高い構造であることから好ましい。また、環(内側空間)の大きさや、環の柔軟性を調整し易く、かかる環状構造の合成を比較的容易に行うことができるという利点もある。
これにより、環状構造内に捕捉されたイオンに対して、配位構造が配位することにより、イオンが蓋をされたような状態となり、環状構造内へ捕捉したイオンをより確実に保持することができる。
これにより、イオンを捕捉した状態の環状構造が主鎖側に、折り畳まれて配位構造に配位する。すなわち、主鎖の近傍に、主鎖に沿ってイオンが捕捉された状態となる。このため、捕捉状態と非捕捉状態とを電気的に検出する場合には、主鎖に沿った電子移動が円滑に行われ、取り出される電流量の増大、すなわち、検出素子の検出感度の増大(向上)を図ることができる。
これにより、同時に複数の塩またはイオンを検出することができる。
本発明の検出素子では、前記イオン検出部を複数有し、
複数の前記イオン検出部は、異なる種類の前記環状構造を備えることが好ましい。
これにより、一般的なイオン捕捉部を用いつつも、被検体中の単一の塩またはイオンの量を検出することができる。
<第1実施形態>
まず、本発明の検出素子の第1実施形態について説明する。
図1は、第1実施形態の検出素子を測定装置に装着した状態を示す模式図(斜視図)、図2は、図1に示す検出素子の一部を拡大して示す平面図、図3は、図2に示す検出素子のA−A線断面図、図4は、図3に示すA−A線断面図の部分拡大図である。なお、以下の説明では、図2中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」と言う。また、図3および図4中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
検出素子100は、図2および図3に示すように、基板120上に、作用電極121、対向電極122および参照電極123を備える検出部110を複数有している。
各電極121、122、123は、それぞれ独立して、配線130、コネクタ131および配線132を介して、処理回路200と電気的に接続されている。また、検出素子100は、コネクタ131に着脱自在に接続可能となっている。
基板120の構成材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PES)、ポリイミド(PI)等の各種樹脂材料、石英ガラスのような各種ガラス材料、アルミナ、ジルコニアのような各種セラミックス材料等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
また、各電極121、122および123の構成材料としては、それぞれ、例えば、金、銀、銅、白金またはこれらを含む合金のような金属材料、ITOのような金属酸化物系材料、グラファイトのような炭素系材料等が挙げられる。
また、作用電極121上には、後述する反応層(イオン感応層)140が設けられており、各開口部165の内側の部分が、検出部110を構成している。
この反応層140の電気的な特性の変化としては、例えば、作用電極121から取り出すことができる電流量が変化や、反応層140の抵抗値の変化等が挙げられる。
液体の被検体としては、例えば、血液、尿、汗、リンパ液、髄液、胆汁、唾液等の体液や、生活排水、工業排水等の排水、プールの水、貯水タンク内の水等の貯留水、または、これらの液体に各種処理を施した処理済み液等が挙げられる。
抽出溶媒としては、水、メタノール(MeOH)、エタノール(EtOH)、イソプロピルアルコール(IPA)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、アセトニトリル(MeCN)、炭酸プロピレン(PC)およびそれらの混合溶液等が挙げられる。
このようなターゲット(捕捉対象物)4としては、例えば、例えば、Na、Kのようなアルカリ金属、Mg、Caのようなアルカリ土類金属等の金属イオン、または、無機塩および4級アンモニウム塩のような有機塩等を構成する前記金属イオンが挙げられる。
このような主鎖31としては、特に限定されないが、リビング重合による合成し易さを考慮した場合、その主骨格が、炭化水素鎖(特に、飽和炭化水素鎖)で構成されるものが好適に用いられる。
イオン捕捉部322としては、例えば、前記イオンの種類および/またはイオン径の違いに基づいて、内側空間に前記イオンを捕捉する環状構造(イオノフォア)、前記イオンと電気的に結合するSO3 −基、CO2 −基、PO4H−基、NH3 +基のようなイオン性基等を有するものが挙げられるが、特に、イオノフォアを有するものが好ましい。イオン捕捉部322としてイオノフォアを有するものを用いることにより、各種イオンを、その種類および/またはイオン径の違いに基づいて、より確実に捕捉し、保持することができる。その結果、検出素子100による検出感度の向上を図ることができる。
このようなヘテロ原子を含むイオノフォアとしては、例えば、下記化1で表されるクラウンエーテル系、下記化2で表されるプロピレングリコール系、下記化3で表されるアザクラウン系、下記化4で表されるスルフィド系(チオエーテル系)等のものが挙げられる。
具体的には、例えば、nが3の上記化1(a)で表されるイオノフォアは、被検体液151中に含まれる溶媒(以下、「測定溶媒」という。)がMeCNの場合、Liイオン、Naイオンを、測定溶媒がPCの場合、Naイオンを、測定溶媒がMeOHの場合、Naイオン、Kイオンを選択的に捕捉する。また、nが3の上記化1(b)で表されるイオノフォアは、測定溶媒がMeCNの場合、Naイオンを、測定溶媒がPCの場合、Naイオン、Kイオンを、測定溶媒がMeOHの場合、Naイオンを選択的に捕捉する。また、n、mがそれぞれ1の上記化1(c)で表されるイオノフォアは、測定溶媒がMeCNの場合、Kイオンを、測定溶媒がPCの場合、Naイオン、Kイオンを、測定溶媒がMeOHの場合、Kイオン、Rbイオンを、測定溶媒が水の場合は、Kイオンを選択的に捕捉する。
また、環状構造と配位構造とにより、より大きいサイズの空間を確保することができる。このため、環状構造のサイズを大きくすることなく、イオン捕捉部322において、より大きいサイズのイオンが捕捉可能となる。
かかる配位構造を有するイオン捕捉部322の具体例としては、例えば、下記化5、化6等が挙げられる。なお、これは、一例であり、配位構造部分に含まれる酸素原子を、例えば、窒素原子、リン原子等の他の非共有電子対を有する原子に変更してもよい。
一方、電子移動補助部342は、作用電極121から電流を取り出す際に、反応層140における電子の移動を補助する機能を有する。このため、重合物3が電子移動補助部342を有することにより、反応層140における電子移動が円滑になされる。その結果、作用電極121から取り出される電流量のさらなる増大を図ること、すなわち、検出素子100の検出感度の向上を図ることができる。
この電子移動補助部342としては、例えば、フェロセン、ポルフィリン、フタロシアニン、メチレンブルー等が挙げられる。
この第2の連結体341としては、例えば、−(CH2)nNH−、−(CH2)nO−、−(OC2H4)NH−、−(OC2H4)O−、−(CH2)mO(CH2)nNH−、−(CH2)mO(CH2)nO−等が挙げられる。これらの第2の連結体341は、酸素原子や窒素原子を含むため、前記イオン捕捉部322に捕捉されたイオンに配位することができる。これにより、イオン捕捉部322にイオンをさらに確実に保持させることができる。なお、前記mおよびnは、それぞれ1以上の任意の整数を示す。
なお、電子移動捕捉部342は、必要に応じて設けるようにすればよく、省略することができる。
このような第1の側鎖323および第2の側鎖343において、第1の連結体321および第2の連結体341は、これらを構成する原子のうち、直鎖状に連結する炭素原子の個数、すなわちイオン捕捉部322および電子移動補助部342と主鎖31との間に存在する炭素数が、それぞれ、2〜20程度であるのが好ましく、5〜10程度であるのがより好ましい。これにより、主鎖31とイオン捕捉部322および電子移動補助部342との間の離間距離を、それぞれ、適度に維持した状態で、イオン捕捉部322および電子移動補助部342を主鎖31に連結することができる。
このように作用電極121に結合する重合物3の側鎖に、イオン捕捉部322が結合していると、イオン捕捉部322の反応層140からの逸脱を確実に防止することができる。このため、検出素子100の経時的な劣化(検出感度の低下)を好適に防止することができる。
このような検出素子100では、例えば、図4(a)に示すように、重合物3の周囲に、ターゲット4が存在しない場合には、イオン捕捉部322同士、電子移動補助部342同士またはイオン捕捉部322と電子移動補助部342との相互作用によって、重合物3(主鎖31)が収縮した状態となっている。
なお、本実施形態では、ターゲット4を捕捉した捕捉状態と、捕捉していない非捕捉状態において作用電極121から取り出される電流値の違いを検出するが、捕捉状態および非捕捉状態では、反応層140の質量(重量)、層厚(膜厚)が変化するため、これを検出するようにしてもよい。後者のように構成された検出素子については、後の実施形態(第3および第4実施形態)において説明する。
また、以上のような重合物3の製造方法(合成方法)については、後に詳述する。
また、対向電極122の面積は、作用電極121の1.5倍以上であるのが好ましく、10倍以上であるのがより好ましい。これにより、より高い精度で電流値を測定することができる。
また、前述の作用電極121、対向電極122、参照電極123、および配線130は、導電性材料粉末の集合体で構成されているのが好ましい。これにより、これらの電極および配線を、各種印刷法を用いて容易に形成することができる。その結果、検出素子100の製造工程を大幅に簡素化することができ、検出素子100の低コスト化を図ることができる。
この絶縁膜160の平均厚さは、特に限定されないが、10〜5000nm程度であるのが好ましく、50〜1000nm程度であるのがより好ましい。絶縁膜160の厚さを前記範囲とすることにより、各電極121、122、123同士および配線130同士を、確実に絶縁することができる。
図5は、図1に示す検出素子の製造方法を説明するための図(縦断面図)である。なお、以下の説明では、図5中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
これらの電極および配線は、次のようにして形成することができる。
まず、基板120上に金属膜(金属層)を形成する。
これは、例えば、プラズマCVD、熱CVD、レーザーCVDのような化学蒸着法(CVD)、真空蒸着、スパッタリング(低温スパッタリング)、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電解メッキ、浸漬メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射法、ゾル・ゲル法、MOD法、金属箔の接合等により形成することができる。
この金属膜の除去には、例えば、プラズマエッチング、リアクティブイオンエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチング等の物理的エッチング法、ウェットエッチング等の化学的エッチング法等のうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
なお、これらの電極および配線は、それぞれ、例えば、導電性粒子を含有するコロイド液(分散液)、導電性ポリマーを含有する液体(溶液または分散液)等の液状材料を基板50上に供給して被膜を形成した後、必要に応じて、この被膜に対して後処理(例えば加熱、赤外線の照射、超音波の付与等)を施すことにより形成することもできる。
これらの中でも、特に、インクジェット法(液滴吐出法)を用いるのが好ましい。インクジェット法(液滴吐出法)によれば、目的とする電極および配線を、容易かつ寸法精度よく形成することができる。
この絶縁膜160は、例えば、有機絶縁性材料(例えばフォトポリマー)を用いて、フォトリソグラフィー法により形成することができる。また、有機絶縁性材料を液滴吐出法により、目的とする絶縁膜160のパターンで吐出して形成するようにしてもよい。
なお、絶縁膜160は、無機絶縁性材料を用いて、前記電極および配線と同様にして形成することもできる。
図7〜図9は、それぞれ、反応層(重合物)の形成を説明するための模式図である。なお、以下の説明では、図7〜図9中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
一方、作用電極121が酸化物材料で構成される場合、結合性基Xには、例えば、シラノール基を生成する加水分解基であるアルコキシシリル基、ハロゲノシリル基等が選択される。
これは、例えば、上記化合物(A)で表される重合開始剤37を含む溶液を、作用電極121の上面に選択的に接触させること等により行うことができる。なお、この溶液を作用電極121の上面に選択的に接触させる方法には、各種液相成膜法が用いられるが、中でも液滴吐出法が好適に用いられる。
このような工程により、図7に示すように、重合開始剤37が、作用電極121の上面に固定化(固相化)される。
この第1のモノマーが有する重合基としては、例えば、(メタ)アクリロイル基、ビニル基、スチリル基のような炭素−炭素2重結合を含むもの、ノルボルニル基、エポキシ基、オキセタニル基等の開環反応を生起するもの等が挙げられるが、比較的重合活性が高く、安価という点等では、(メタ)アクリロイル基を含むモノマーを用いることが好ましい。
この第1のモノマーの具体例としては、例えば、下記化学式(B)で表される化合物等が挙げられる。
まず、ジクロロメタン(DCM)中にイオン捕捉部322(イオノフォア)を溶解した後、Na2Fe(CO)4を添加して混合した後、酸素ガスを供給することにより、イオン捕捉部322の一部に水酸基を導入する。
このとき、イオン捕捉部322に水酸基を導入する際の反応条件としては、反応温度を0℃とし、反応時間を30分間とする。
以上のようにして、イオン捕捉部322を含む前記化学式(B)で表される化合物(第1のモノマー)が得られる。
この第2のモノマーが有する重合基としては、前記第1のモノマーと同様の理由から、(メタ)アクリロイル基を含むものが好ましい。
この第3のモノマーの具体例としては、例えば、下記化学式(C)で表される化合物等が挙げられる。
このリビング重合は、触媒を含む溶液を、例えば、開口部165内に供給した後、この溶液に、第1のモノマーおよび第2のモノマーを同時にまたは順次に添加すること等により行うことができる。
また、遷移金属としては、例えば、Cu、Fe、Au、Ag、Hg、Pd、Pt、Co、Mn、Ru、Mo、NbおよびZn等が挙げられる。
重合開始剤37および触媒の存在下で、第1のモノマーを作用させることにより、まず重合開始剤37に含まれる結合が触媒により活性化され、第1のモノマーと化合し、重合開始剤37の、触媒により活性化された結合に含まれる原子が第1のモノマー側に移動し、触媒により活性化される結合が生長末端として再生する。
また、前記溶液に第2のモノマーを添加すると、前述したのと同様にして、第1のモノマーに第2のモノマーが化合する。
例えば、第2のモノマーとして前記化学式(C)で表される化合物を用いることにより、図9に示すように、第1のモノマーに第2のモノマーが化合するとともに、先端部(上端部)に生長末端が形成される。
したがって、反応系に供給するモノマーの量を変化させることによって、重合部3中のイオン捕捉部322と電子移動補助部342との数を精度よく制御することができる。これにより、所望の分子構造を有する重合物3を作用電極121の上面に、簡単な工程で形成することができる。また、得られる重合物3同士の間における特性のバラツキを抑えることができる。
また、重合反応に際して、上記の溶液の温度を所定の温度(各モノマーおよび触媒が活性化する温度)まで加熱(加温)することにより、各モノマーの重合反応をより迅速かつ確実に行うことができる。
以上の工程により、図1に示す検出素子100が得られる。
<I> まず、評価に供する被検体液151、すなわち、ターゲット4を含有する被検体液151を調製する。
各検出部110内に被検体液151を供給すると、被検体液151中にターゲット(イオン)4が含まれている場合には、図4(b)に示すように、このターゲット4がイオン捕捉部322に捕捉される。
また、各イオン捕捉部322は、一般的に、単一のイオンを特異的に捕捉するものは極めて少ない。そこで、一般的なイオン捕捉部322を用いつつも、次のような手法により、被検体液151中の単一のイオンの量を検出することができる。
また、図10に示す例では、右に向かって順に環状構造の内側空間が大きくなり、下に向かって順に環状構造の柔軟性が低下するように、各検出部110a〜110iにおいて、反応層140が備えるイオン捕捉部322(イオノフォア)の種類が異なっている。
また、Aイオン、Bイオン、Cイオンのうちの少なくとも1つを含むサンプルを用いると、図10(b)〜図10(h)に示すように、特定の検出部が「○」となる。
例えば、Aイオンのみ含むサンプルを用いると、検出部110a〜110dおよび110fにおいて「○」となる。
次に、検出素子の第2実施形態について説明する。
以下、第2実施形態の検出素子について説明するが、前記第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図11は、第2実施形態の検出素子が有する検出部を示す縦断面図である。なお、以下では、図11中の上側を「上」、下側を「下」として説明する。
また、半導体基板120Aの一方の面には、トレンチ素子分離構造111Aの内側に、互いに離間したソース領域131Aおよびドレイン領域132Aとが設けられている。
ソース領域131Aに接触するように、ソース電極141Aが、ドレイン領域132Aに接触するように、ドレイン電極142Aがそれぞれ設けられている。
そして、ソース電極141A、ドレイン電極142Aおよびゲート絶縁膜133Aを覆うように、絶縁膜150Aが設けられている。
また、ゲート絶縁膜133Aに対応する開口部165Aを有する絶縁膜160Aが設けられている。
そして、開口部165A内の絶縁膜(基部)150Aの上面には、反応層140Aが設けられている。
ソース電極141Aおよびドレイン電極142Aは、それぞれ、例えば、Al、Ni、Cu、Pd、Au、Ptのような金属またはこれらを含む合金等の導電性材料で構成されている。
また、ゲート絶縁膜133Aおよび絶縁膜150Aは、それぞれ、例えば、SiO2、Si3N4等の絶縁材料で構成されている。
ここで、絶縁膜150AをSi3N4で構成する場合、その上面には、酸化処理を施すようにする。これにより、絶縁膜150Aの上面をSiO2とすることができる。このため、結合性基Xとしてシラノール基が生成する加水分解基等を有する重合開始剤37を用いることにより、絶縁膜150Aの上面に結合した重合物3を形成(合成)することができる。
次に、検出素子の第3実施形態について説明する。
以下、第3実施形態の検出素子について説明するが、前記第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図12は、第3実施形態の検出素子が有する検出部の平面図、図13は、図12中のB−B線断面図である。なお、以下では、図12中の上側を「上」、下側を「下」として説明する。
すなわち、図12および図13に示す検出素子100Bは、各検出部110Bに圧電素子130Bが設けられている。
また、基板120Bには、凹部121Bが設けられている。この凹部121Bに下電極133B(および上電極132B)が対応するように、圧電体131Bの縁部が基板120Bに固定(固着)されている。
圧電体131Bの材料としては、例えば、水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムおよびホウ酸リチウム等の圧電材料を用いることができる。なお、これらの材料は、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて(例えば、積層体として)用いることができる。
そして、上電極132Bの上面には、反応層140Bが設けられている。
絶縁膜160Bおよび反応層140Bは、それぞれ、前記第1実施形態の絶縁膜160および反応層140と同様の構成とすることができ、前記第1実施形態と同様にして形成することができる。
次に、検出素子の第4実施形態について説明する。
以下、第4実施形態の検出素子について説明するが、前記第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図14は、第4実施形態の検出素子が有する検出部を示す縦断面図、図15は、図14に示す検出素子が適用される測定装置の構成を示す模式図(斜視図)である。なお、以下では、図14および図15中の上側を「上」、下側を「下」として説明する。
すなわち、図14に示す検出素子100Cは、金属基板120Cと、開口部165Cを有する絶縁膜160Cと、金属基板120Cの絶縁膜160C(開口部165C)から露出する上面に設けられた反応層140Cとを有している。そして、反応層140Cの膜厚(重合物3の長さ)が変化することに起因する反応層140Cの変化に基づいて、被検体(被検体液151)中のターゲット4の量を検出し得るよう構成されている。
金属基板120Cの構成材料としては、前記作用電極121と同様の材料を用いることができる。
絶縁膜160Cおよび反応層140Cは、それぞれ、前記第1実施形態の絶縁膜160および反応層140と同様の構成とすることができ、前記第1実施形態と同様にして形成することができる。
一方、受光手段105Cは、配線132を介して演算装置210に接続されたCCDカメラ1051と、検出素子100Cからの光をCCDカメラ1051に導くための導光手段(レンズ系)1052と、導光手段1052のCCDカメラ1051と反対側に設けられた干渉フィルタ1053とを有している。
このような検出素子100Cおよび測定装置101Cでは、表面プラズモン共鳴(Surface Plasmon Resonance:SPR)を利用して、被検体液151中のターゲット4の量を検出(測定)することができる。これは、次のような原理に基づくものである。
kev=kp・np・sinθ
ここで、kpは入射光の波数、npはプリズム103Cの屈折率、θは入射角である。
一方、金属基板120Cの表面(反応層140Cとの界面)では、表面プラズモン波が生じ、その波数は次式により定義される。
ksp=(c/ω)・√(εn2/(ε+n2))
ここで、cは光速、ωは角振動数、εは金属基板120Cの誘電率、nは反応層140Cの屈折率である。
SPR現象は、プリズム103Cおよび金属基板120Cに接した反応層140Cの屈折率に依存する。このため、例えば、反応層140Cの膜厚変化に基づく、反応層140Cの屈折率変化を測定することにより、反応層140C(重合物3)に捕捉されたターゲット4の検出(例えば定量)を行うことができる。
また、測定装置101Cを、図15に示すような構成とすることにより、複数の検出部110Cを一括して検出することができる。
例えば、本発明の検出素子では、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
Claims (7)
- 被検体中の塩またはイオンを検出可能な検出部を有する検出素子であって、
前記検出部は、基部と、該基部上に設けられた反応層とを有し、
前記反応層は、前記基部に一端部が連結する主鎖と、該主鎖から分岐し、前記塩を構成するイオンまたは前記イオンを捕捉可能なイオン捕捉部を含む側鎖と、前記主鎖から分岐し、電子の移動を補助する電子移動補助部を含む側鎖とを有する重合物を備え、
前記重合物が前記イオンを前記イオン捕捉部に捕捉していない非捕捉状態と、前記イオンを前記イオン捕捉部に捕捉した捕捉状態との違いを、前記反応層の電気的な特性の変化に基づいて検出するよう構成されていることを特徴とする検出素子。 - 前記イオン捕捉部は、環状構造を有し、前記イオンの種類および/またはイオン径の違いに基づいて、前記環状構造内に前記イオンを捕捉する機能を有する請求項1に記載の検出素子。
- 前記環状構造は、酸素原子、窒素原子および硫黄原子のうちの少なくとも1種を含む請求項2に記載の検出素子。
- 前記イオン捕捉部は、さらに、前記環状構造内に捕捉された前記イオンに配位する配位構造を有する請求項2または3に記載の検出素子。
- 前記配位構造は、前記環状構造と前記主鎖との間に位置する請求項4に記載の検出素子。
- 前記イオン検出部を複数有する請求項1ないし5のいずれかに記載の検出素子。
- 前記イオン検出部を複数有し、
複数の前記イオン検出部は、異なる種類の前記環状構造を備える請求項2ないし5のいずれかに記載の検出素子。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007027361A JP4321599B2 (ja) | 2007-02-06 | 2007-02-06 | 検出素子 |
US12/026,215 US20080185288A1 (en) | 2007-02-06 | 2008-02-05 | Detection element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007027361A JP4321599B2 (ja) | 2007-02-06 | 2007-02-06 | 検出素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008191058A JP2008191058A (ja) | 2008-08-21 |
JP4321599B2 true JP4321599B2 (ja) | 2009-08-26 |
Family
ID=39675238
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007027361A Expired - Fee Related JP4321599B2 (ja) | 2007-02-06 | 2007-02-06 | 検出素子 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20080185288A1 (ja) |
JP (1) | JP4321599B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4922816B2 (ja) * | 2007-04-27 | 2012-04-25 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | イオン濃度測定装置 |
US9679779B2 (en) | 2011-03-30 | 2017-06-13 | The Aerospace Corporation | Systems and methods for depositing materials on either side of a freestanding film using selective thermally-assisted chemical vapor deposition (STA-CVD), and structures formed using same |
US9583354B2 (en) * | 2011-03-30 | 2017-02-28 | The Aerospace Corporation | Systems and methods for depositing materials on either side of a freestanding film using laser-assisted chemical vapor deposition (LA-CVD), and structures formed using same |
JP6196635B2 (ja) * | 2013-01-08 | 2017-09-13 | 富士フイルム株式会社 | 支持体上でのリビング重合体の製造方法、ブロック共重合体、それを用いたミクロ相分離構造膜およびその製造方法 |
US10359391B2 (en) | 2016-07-07 | 2019-07-23 | e-SENS, Inc. | Sensor with a membrane having full circumferential adhesion |
JP7403100B2 (ja) | 2020-05-25 | 2023-12-22 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | イオン感応物質およびそれを用いたイオン感応膜、ならびにそのイオン感応物質の製造方法 |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB8916633D0 (en) * | 1989-07-20 | 1989-09-06 | Health Lab Service Board | Electrochemical cell and reference electrode |
US7381525B1 (en) * | 1997-03-07 | 2008-06-03 | Clinical Micro Sensors, Inc. | AC/DC voltage apparatus for detection of nucleic acids |
US7014992B1 (en) * | 1996-11-05 | 2006-03-21 | Clinical Micro Sensors, Inc. | Conductive oligomers attached to electrodes and nucleoside analogs |
US7045285B1 (en) * | 1996-11-05 | 2006-05-16 | Clinical Micro Sensors, Inc. | Electronic transfer moieties attached to peptide nucleic acids |
US7393645B2 (en) * | 1996-11-05 | 2008-07-01 | Clinical Micro Sensors, Inc. | Compositions for the electronic detection of analytes utilizing monolayers |
US6096273A (en) * | 1996-11-05 | 2000-08-01 | Clinical Micro Sensors | Electrodes linked via conductive oligomers to nucleic acids |
US7160678B1 (en) * | 1996-11-05 | 2007-01-09 | Clinical Micro Sensors, Inc. | Compositions for the electronic detection of analytes utilizing monolayers |
CA2293744A1 (en) * | 1997-06-12 | 1998-12-17 | Clinical Micro Sensors, Inc. | Electronic methods for the detection of analytes |
US6013459A (en) * | 1997-06-12 | 2000-01-11 | Clinical Micro Sensors, Inc. | Detection of analytes using reorganization energy |
US6506706B1 (en) * | 1999-09-27 | 2003-01-14 | Ibc Advanced Technologies, Inc. | Polyamide-containing ligating agents bonded to inorganic and organic polymeric supports and methods of using the same for removing and concentrating desired metal ions from solutions |
US20020115224A1 (en) * | 2001-02-16 | 2002-08-22 | Ulrich Rudel | Method for the preparation of optical (bio)chemical sensor devices |
-
2007
- 2007-02-06 JP JP2007027361A patent/JP4321599B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2008
- 2008-02-05 US US12/026,215 patent/US20080185288A1/en not_active Abandoned
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20080185288A1 (en) | 2008-08-07 |
JP2008191058A (ja) | 2008-08-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4321599B2 (ja) | 検出素子 | |
Seenivasan et al. | Highly sensitive detection and removal of lead ions in water using cysteine-functionalized graphene oxide/polypyrrole nanocomposite film electrode | |
Baracu et al. | Recent advances in microfabrication, design and applications of amperometric sensors and biosensors | |
Sharifuzzaman et al. | An Electrodeposited MXene‐Ti3C2Tx Nanosheets Functionalized by Task‐Specific Ionic Liquid for Simultaneous and Multiplexed Detection of Bladder Cancer Biomarkers | |
Sun et al. | Porous polycarbene-bearing membrane actuator for ultrasensitive weak-acid detection and real-time chemical reaction monitoring | |
Zhu et al. | Assembly of dithiocarbamate-anchored monolayers on gold surfaces in aqueous solutions | |
US20100116682A1 (en) | Electrochemical sensor with interdigitated microelectrodes and conducted polymer | |
Mohammed et al. | Use of a Schiff base-modified conducting polymer electrode for electrochemical assay of Cd (II) and Pb (II) ions by square wave voltammetry | |
Brondani et al. | A label-free electrochemical immunosensor based on an ionic organic molecule and chitosan-stabilized gold nanoparticles for the detection of cardiac troponin T | |
JP2009533674A (ja) | 導電性ポリマー材料を含むセンサー | |
Buica et al. | Azulene-ethylenediaminetetraacetic acid: A versatile molecule for colorimetric and electrochemical sensors for metal ions | |
Ali et al. | Cesium-induced ionic conduction through a single nanofluidic pore modified with calixcrown moieties | |
Liu et al. | Covalently grafting first-generation PAMAM dendrimers onto MXenes with self-adsorbed AuNPs for use as a functional nanoplatform for highly sensitive electrochemical biosensing of cTnT | |
Lihter et al. | Electrochemical functionalization of selectively addressed MoS2 nanoribbons for sensor device fabrication | |
Kamalabadi et al. | Design and fabrication of a gas sensor based on a polypyrrole/silver nanoparticle film for the detection of ammonia in exhaled breath of COVID-19 patients suffering from acute kidney injury | |
Peng et al. | In situ spectroscopic investigations of electrochemical oxygen reduction and evolution reactions in cyclic carbonate electrolyte solutions | |
Buica et al. | Modified Electrodes Based on Poly [(2E)‐2‐(Azulen‐1‐ylmethylidene) hydrazinecarbothioamide] for Heavy Metal Ions Complexation | |
Hua et al. | A sensitive and selective electroanalysis strategy for histidine using the wettable well electrodes modified with graphene quantum dot-scaffolded melamine and copper nanocomposites | |
Luo et al. | Cation-induced pesticide binding and release by a functionalized calix [4] arene molecular host | |
JP2013246060A (ja) | 生体分子検出装置、及び、生体分子検出方法 | |
KR101070617B1 (ko) | 구리 이온 선택성을 갖는 로다민 유도체, 이를 이용한 구리이온 검출 방법 및 화학센서 | |
Jain et al. | Zinc oxide nanoflowers based graphene nanocomposite platform for catalytic studies of febuxostat | |
Qiao et al. | Potentiometric detection of chromium (III) on the carbon fiber electrode modified by n-hexyl calix [4] resorcinarene | |
Shaban et al. | A Mini-review on the Application of Chemically Modified Sensing Platforms for the Detection of Heavy Metal Ions in Water | |
Kamal et al. | Interactions of Hg (II) with oligonucleotides having thymine–thymine mispairs. Optimization of an impedimetric Hg (II) sensor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20081119 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090203 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090402 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090512 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090525 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4321599 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120612 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130612 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130612 Year of fee payment: 4 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |