JP4490718B2 - センサーチップの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、センサーチップの製造方法に関し、特に溶液試料に含まれる生体物質をセンシングする検出部の電極周辺基板の選択的表面処理を施したセンサーチップに関するものである。

測定対象物質を認識して、前記測定対象物質に特異的な反応を電気信号に変え、得られた電気信号を処理することにより、測定対象物質の濃度を測定する種々のセンサーが開発されている。

たとえば、反応生成物の酸化、還元反応による電流値を電気信号として検出する酵素センサーや、特定物質の吸着に伴う振動数変化を電気信号に変換する水晶センサーなどが存在する。

これらの電極を有するセンサーにおいて、きわめて測定対象物質の濃度が低い試料を測定する場合、前記測定対象物質が選択的に検出部の電極に吸着、または電極上で反応する必要がある。しかし、多くの物質は非特異的な吸着を起こし、検出部全体に吸着し、得られる電気信号が微弱なものとなってしまうという問題がある。

そこで、前記非特異的吸着を防止するには選択的に電極周辺基板表面に撥水処理やブロッキング処理等の表面処理を施す必要がある。

選択的な電極周辺基板表面の撥水処理やブロッキング処理は、電極部分をあらかじめマスキングして試料溶液が接触する部分に撥水膜やブロッキング膜を設け、後に電極部分のマスクを取り除く方法がとられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−２５５８３号公報

上記の手段によるセンサーチップの製造方法では、電極表面をマスクする材料を完全に取り除くことが難しく、電極表面が汚染されてしまう問題がある。

また、マスクする材料を除去するために用いられる種々の界面活性剤や有機溶剤、あるいは超音波洗浄などの作業工程により、電極周辺に施された撥水膜やブロッキング膜が剥がれてしまう問題がある。

更に、上記手段によるセンサーチップの製造方法は工程が複雑となる問題がある。

本発明は、検出部の電極周辺基板を簡便に選択的表面処理するセンサーチップの製造方法を提供することを目的とする。

本発明のセンサーチップの製造方法は、検出部に電極を有する素子にシリコン化合物を使用した撥水処理、あるいはシリコン化合物または安定化タンパク質を使用したブロッキング処理を施して被膜を形成する工程と、素子を水溶液中に浸漬し、電極に水の電気分解により水素発生が生じない負の電圧を印加することにより、電極上の被膜を除去する工程とを有することを特徴とするものである。

（作用）
本発明のセンサーチップの製造方法によると、あらかじめ検出部全体を撥水膜、またはブロッキング膜で覆い、その後電極に負の電圧をかけることにより電極表面の被膜のみが選択的に除去できる。この現象は、電極表面のシリル基やチオール基が還元的に脱離したものと考えられる。

本発明によれば、電極をあらかじめマスクすることなく、電極周辺基板表面を選択的に表面処理することが可能であり、工程の簡略化が可能となると共に、マスク材料除去のための界面活性剤や有機溶剤を用いる必要が無い。

更に、本発明によれば、マスク材料除去のために特定の界面活性剤や有機溶剤を用いる必要が無い事から、製造時の環境負荷の低減化に役立つ。

また、本発明によれば電極に直接触れることが無いので電極表面の汚染や傷の発生を最小限にとどめることが可能となる。

以下、図面を用いて本発明を実施するための構成を説明する。

（実施例１）
図１は、本発明の、素子の形態の一例を示す。
素子検出部の基板１はガラス、シリコン、水晶、ガラスエポキシ、ポリエチレンテレフタレート等を用いることが可能で、単独、あるいは電極を設けたガラス基板をガラスエポキシ基板に積層するなど、複数同時に用いることもできる。

基板上の電極２は、化学的に安定な電極材料であれば用いることが可能であり、金、白金、パラジウム黒、白金黒、炭素電極、あるいはＩＴＯ等の無機酸化物電極などを用いることができる。

素子検出部には、あらかじめ電極で発生した電気信号を検出するために電極引き出し線３が設けられている。必要に応じて電極引き出し線３表面に絶縁コート４を設ける。

まず、検出部全体に撥水処理やブロッキング処理剤を用いて検出部全体を被膜５で覆う。

被膜５を形成する撥水処理剤としてはポリジメチルシロキサン等のアルキル基を有するシロキサン、あるいはパーフルオロアルキル基を有するアルコキシシランやポリシラザン等を用いることができる。

また、被膜５を形成するブロッキング処理剤としては上記撥水処理剤をブロッキング剤として用いることができ、それ以外にアルブミン、ブロックエース等の安定化タンパク質を用いることができる。被膜５形成後の素子形態の一例を図２に示す。

次に被膜５を形成した基板１を水溶液６に浸漬し、電源７から電極引き出し線３を通して電極２に負の電圧を印加し電極表面上の被膜５を除去する。図３に電極表面上の被膜５を除去する工程の形態の一例を示す。

水溶液６中には素子の電極以外に対極８を一つ、必要に応じて参照電極９を設ける。
対極８としては白金やカーボン等を用いることができる。参照電極９としては銀／塩化銀などの一般的な参照電極を用いることができ、塩橋等を通して参照電極９のみを異なる容器に設置してもかまわない。

水溶液６には硫酸ナトリウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、過塩素酸ナトリウム、リン酸塩などの電極材料に不活性で、水に良く溶けてイオン解離する種々の電解質を用いることができる。更に被膜５の特性によって種々のｐHを有するリン酸緩衝液や硼酸緩衝液を用いることができる。

電極に印加する負の電圧は電極の材質により異なるが、電極から水素発生をともなう負の電圧を印加した場合、ガラスや水晶等の基板上に形成した電極自身の剥離等を伴うため、電極に印加する負の電圧の大きさは水の電気分解により水素発生が生じない範囲とすることが必要であり、通常は−１Ｖ以下が好ましい。図４に電極表面のみの被膜５が除去された本発明のセンサーチップの形態の一例を示す。

次に、図１の基板１にガラス基板を、電極２と電極引き出し線３としてスパッタ法による金電極（厚さ２０００オングストロームで密着層として５００オングストロームのクロム層を設けた）を有する素子を作製した。なお、電極引き出し線上は一部スクリーン印刷で絶縁コート４を設けた。

次に、素子を、５ｍＭのフェリシアン化カリウムを溶解したｐＨ７．０のリン酸緩衝液と参照電極９として銀／塩化銀電極を、対極８として白金を入れたガラス容器に浸漬し、電極引き出し線３を通して−０．２Ｖから＋０．５Ｖの範囲でのサイクリックボルタンメトリー（ＣＶ）測定をし、図５のグラフを得た。図５から、明瞭なフェリシアン化カリウムの酸化−還元電流が確認されることが判った。

次に、素子を純水で洗浄後、シリコンコーティング剤（岩城硝子製）の５０倍希釈水溶液中（７０℃）に１０秒間浸漬し、引き上げた後、純水で洗浄後２４時間室温放置し素子表面全体にポリジメチルシロキサン被膜５を形成した。

被膜形成後、上記フェリシアン化カリウム溶液にてＣＶ測定をしたところ、図６が得られた。被膜形成前のＣＶ測定で得られたフェリシアン化カリウムの酸化−還元電流が見られず、また電流がほとんど流れていないことから、素子の電極表面が絶縁体である被膜５により覆われていることを確認した。

その後、素子を純水で洗浄後、溶液をｐＨ７．０のリン酸緩衝液６に交換し、素子に−１Ｖの電圧を５分間印加した。

電圧印加後、再度フェリシアン化カリウム溶液にてＣＶ測定をしたところ、図７が得られた。図７と図５は同様のＣＶ特性を示し、またフェリシアン化カリウムの酸化−還元ピ
ーク電流値が同じことから、電極表面の被膜５が完全に除去されたセンサーチップが形成されていることを確認した。

（実施例２）
パーフルオロアルキル基を有するポリシラザン（ＦＤ８２０ 東燃製）の２重量％ジブチルエーテル溶液を用いディップコート法により素子表面を被覆し１２０℃で５分間、その後９０℃８０％ＲＨで３０分間硬化することにより得られた撥水被膜を被膜５とし、被膜除去の際の水溶液６をｐＨ８．５の硼酸緩衝液とした他は、実施例１と同様の反応を行った。被膜形成後のＣＶ測定結果を図８に示す。被膜除去後のＣＶ測定結果は図７と同様の結果が得られた。

（実施例３）
ブロックエース（大日本製薬製）の８重量％ＰＢＳ（リン酸バッファ塩）溶液を用い、素子を３７℃で３時間浸漬し、その後純水で洗浄し室温で２４時間乾燥することにより得られたブロッキング膜を被膜５とした他は、実施例２と同様の反応を行った。

被膜形成後、並びに電圧印加後のＣＶ測定結果は実施例２と同様の結果が得られた。

以上、上記実施例で示したように、本発明によれば、簡便に検出部の電極周辺基板の選択的表面処理を施したセンサーチップの製造が可能となる。

また本発明により、電極上の被膜を除去させた際は、電極周辺部分は撥水性やブロッキング特性を持ち、電極表面が清浄化されることから、被膜除去後に電極表面に種々の機能膜を形成することが可能となる。

本発明のセンサーチップの製造方法における素子の形態の一例を示す図 である。 本発明のセンサーチップの製造方法における被膜形成後の素子の形態の 一例を示す図である。 本発明のセンサーチップの製造方法における電極表面上の被膜を除去す る工程の形態の一例を示す図である。 本発明のセンサーチップの製造方法により得られるセンサーチップの形 態の一例を示す図である。 素子のＣＶ測定結果の図である。 被膜形成工程後の素子のＣＶ測定結果を示す図である。 被膜除去工程後のセンサーチップのＣＶ測定結果を示す図である。 被膜形成工程後のセンサーチップのＣＶ測定結果を示す図である。

符号の説明

１ 基板
２ 電極
３ 電極引き出し線
４ 絶縁コート
５ 被膜
６ 水溶液

Claims (1)

1. 検出部に電極を有する素子にシリコン化合物を使用した撥水処理あるいはシリコン化合物または安定化タンパク質を使用したブロッキング処理を施して前記素子上に被膜を形成する工程と、前記素子を水溶液中に浸漬し、前記電極に水の電気分解により水素発生が生じない負の電圧を印加することにより、前記電極上の被膜を除去する工程とを有するセンサーチップの製造方法。

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