JP6759881B2

JP6759881B2 - 生体分子検出装置および生体分子検出装置の製造方法

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Publication number: JP6759881B2
Application number: JP2016172865A
Authority: JP
Inventors: 栄造牛島; 岩田　裕司; 裕司岩田; 和郎中里; 葵一新津
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2016-09-05
Filing date: 2016-09-05
Publication date: 2020-09-23
Anticipated expiration: 2036-09-05
Also published as: JP2018040580A

Description

本発明は、生体分子を検出する生体分子検出装置および生体分子検出装置の製造方法に関する。

従来、検体溶液中の生体分子を検出する方法として、電気化学測定方法が用いられている（例えば、特許文献１〜２参照）。この電気化学測定方法として、特許文献１のように生体分子をセンシング部に接触させて電位変化を検出する方法や、特許文献２のように生体分子とプローブ分子との反応によって検体溶液に含まれる酸化還元物質を化学変化させて酸化還元電位を検出する方法が知られている。

特許文献１の生体分子検出装置は、イオン感応性電界効果トランジスタ（ＩＳＦＥＴ）のセンシング部（イオン感応膜）に凹部を形成すると共にＩＳＦＥＴの背面に磁石を配置し、抗体が表面に固定された磁性粒子を該凹部に吸引している。この状態でＩＳＦＥＴを検体溶液に浸漬して生体分子を抗体に結合させ、センシング部の電位変化を検出するものである。

特許文献２の生体分子検出装置は、各検知電極が格子状の隔壁で区画された相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）で構成される複数のセンサセルを備えている。このセンサセルに生体分子を含む検体溶液とプローブ分子（特定分子とのみ反応する分子）が表面に固定された磁性粒子とを導入し、生体分子とプローブ分子との酵素反応による酸化物と還元物との濃度比を表す酸化還元電位を検知電極で検知するものである。

特開２０１４−２３２０３２号公報特開２０１５−２１０２３３号公報

しかしながら、特許文献１の生体分子検出装置にあっては、磁性粒子を磁石で強制的に吸引する構成であるため、センシング部の凹部に磁性粒子が密集したり、磁性粒子が凹部からはみ出して無秩序に積層したりするおそれがある。その結果、生体分子が固定された磁性粒子がセンシング部に適切に接触できないおそれがあり、センシング部の検出精度が低下する。これを防止するため、凹部の上面をスクレイプするとの記載もあるが、検出方法が煩雑化してしまう。

特許文献２の生体分子検出装置は、検体溶液に含まれる酸化還元物質を化学変化させて酸化還元電位を検出するので、特許文献１のように生体分子とセンシング部とを接触させなくても良く、検出方法が簡便なものである。一方、格子状の隔壁で囲まれる反応空間に磁性粒子を収容して、生体分子とプローブ分子との酵素反応を行わせる構成上、該反応空間に磁性粒子を均一に収容することが重要となる。

しかしながら、特許文献２には磁性粒子を反応空間に収容する方法が開示されておらず、例えば特許文献１のように単に磁性粒子を磁石で吸引する構成を採用したとしても、上述した理由によって反応空間に磁性粒子を均一に収容することはできない。しかも、反応空間に収容される前に磁性粒子が凝集してしまい、反応空間よりも磁性粒子の凝集体の容積が大きくなって磁性粒子が収容されないおそれがある。その結果、生体分子検出装置の検出精度が低下してしまう。

そこで、プローブ分子が表面に固定された粒子を反応空間に均一に分布させて、生体分子の検出精度を高めることのできる生体分子検出装置および該生体分子検出装置の製造方法が望まれている。

生体分子検出装置の特徴構成は、生体分子を含む検体溶液とプローブ分子が表面に固定された反磁性粒子とを収容可能な収容部と、前記収容部の底部に配置され、前記生体分子と前記プローブ分子との反応によって発生した電気信号を検出する検出部と、前記検出部の背面に配置される磁石と、を備え、前記検出部は、前記電気信号を検知する電極と、当該電極の周囲に配置されて前記磁石からの磁束が流れる磁性体と、前記磁性体を覆う保護膜と、を有している点にある。

本構成のように、電極の周囲に磁性体を配置し、検出部の背面に磁石を配置すれば、磁石から発生する磁束は磁性体が配置される電極の周囲に流れ、収容部に収容された検体溶液の中で、電極の中央部に磁束密度の低い領域が形成される。

その結果、反磁性粒子は、この磁束の流れに反発するように流動し、次第に電極に接近することとなる。本構成では、従来のように磁石で磁性粒子を強制的に吸引するものではなく、磁束の流れに沿って次第に反磁性粒子を反発移動させるので、電極に対向する位置に反磁性粒子を均一に移動させることができる。その結果、生体分子と反磁性粒子に固定されたプローブ分子とが適正に反応するので、検出部によって電気信号を確実に検出することができる。

しかも、磁性体を保護する保護膜を設けることで、磁性体のイオンが検出溶液に溶出して生体分子の検出精度を低下させることもない。よって、プローブ分子が表面に固定された反磁性粒子を反応空間に均一に分布させて、生体分子の検出精度を高めることのできる生体分子検出装置を提供できた。

他の特徴構成は、前記検出部は、前記保護膜が前記磁性体の内周側を覆う状態で配置されており、前記保護膜と前記電極とで囲まれる領域に溝部が形成されている点にある。

本構成のように、保護膜と電極とで囲まれる領域に溝部を形成すれば、電極の周囲にある磁性体に磁束が集中し、この溝部には磁束密度が極めて低い空間が形成される。その結果、反磁性粒子を電極により接近させることが可能となるので、生体分子の検出精度を高めることができる。

他の特徴構成は、前記磁性体の間隔は、前記反磁性粒子の粒径以下に設定されている点にある。

本構成のように、磁性体の間隔を反磁性粒子の粒径以下に設定すれば、磁束密度の低い空間が適正なものとなり、複数の反磁性粒子が凝集して電極に接近することが防止される。その結果、反磁性粒子を均一に分布させて生体分子の検出精度をより高めることができる。

生体分子検出装置の製造方法の特徴構成は、電気信号を検知する電極の上に酸化膜を成膜する工程と、前記酸化膜の上に磁性体を成膜する工程と、前記電極の周囲を前記酸化膜および前記磁性体が覆うと共に前記電極の表面の一部が露出するように、前記酸化膜および前記磁性体をパターニング加工する工程と、前記磁性体および前記電極の上に前記保護膜を成膜し、前記磁性体の内周側を覆うと共に前記電極の表面の一部が露出するように、前記保護膜をパターニング加工する工程と、を備えた点にある。

本構成のように、生体分子検出装置を製造すれば、磁性体が薄膜状に形成される。その結果、装置のコンパクト化を図りながら、反磁性粒子を反応空間に均一に分布させることができる。しかも、露出した電極の一部を検出部として機能させながら、酸化膜および磁性体のイオンが溶出しないように保護膜で保護しているので、生体分子の検出精度を低下させることもない。

生体分子検出装置の概略平面図である。生体分子検出装置のセンサセルの概略断面図である。センサセルでの磁束の流れを示す概略説明図である。本実施例におけるセンサセルの概略断面図である。本実施例における反磁性粒子の配列状態を示す拡大写真である。比較例における反磁性粒子の配列状態を示す拡大写真である。本実施例において電極の検出径を変化させた比較拡大写真である。

以下に、本発明に係る生体分子検出装置および生体分子検出装置の製造方法の実施形態について、図面に基づいて説明する。本実施形態では、プローブ分子２１が固定された反磁性粒子２２を用いた酸化還元電位検出型ＣＭＯＳセンサアレイによって生体分子を検出する一例を説明する。ただし、以下の実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。

［生体分子検出装置］
図１には、本実施形態に係る生体分子検出装置Ｘの概略平面図が示される。また、図２には、生体分子検出装置ＸのセンサセルＣＥの概略断面図が示される。図１に示すように、ＣＭＯＳ集積回路基板１０には、制御信号線である複数本のワード線Ｗおよびビット線Ｂの各交点に配置された複数のセンサセルＣＥが、マトリックス状に配置されている。本実施形態のＣＭＯＳ集積回路基板１０は、６４×６４のセンサセルＣＥで構成されている。

ＣＭＯＳ集積回路基板１０には、電源装置から夫々のセンサセルＣＥに送信されるパルス信号を制御する制御部１１と、センサセルＣＥから出力される酸化還元電位を演算する演算部１２とが接続されている。これら制御部１１や演算部１２は、各種処理を実行するＣＰＵやメモリを中核としたハードウェア、ソフトウェア、又はハードウェアとソフトウェアとの協働により構成されている。

制御部１１は、一定周波数のクロック信号を発生するクロック回路、クロック信号に同期して所定のパルス信号を発生させるパルス信号発生器、および夫々のワード線Ｗに選択的にパルス信号を出力するデコーダを有している。演算部１２は、センサセルＣＥのビット線Ｂから出力されたデジタル信号のパルス幅に基づいて酸化還元電位を換算し、検体溶液Ｋに含まれる生体分子Ｓの量を演算する。

図１〜図２に示すように、生体分子検出装置Ｘは、収容部２と、収容部２の底部に配置される検出部１と、検出部１の背面に配置される磁石３とを備えている。

収容部２は、生体分子Ｓを含む検体溶液Ｋとプローブ分子２１が表面に固定された反磁性粒子２２とを収容可能に構成されている。この収容部２は、検出部１を囲む側壁部２３と蓋部材２４とを備えており、これら検出部１、側壁部２３および蓋部材２４で区画される空間に検体溶液Ｋおよび反磁性粒子２２が収容される。側壁部２３や蓋部材２４は、例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などが加硫されたシリコンゴムで構成されている。また、本実施形態の収容部２は、夫々のセンサセルＣＥを区画するように所定の間隔を保った隔壁２５を有している。隔壁２５は、エポキシ樹脂であるＳＵ−８などのネガティブフォトレジストで構成されている。なお、隔壁２５を省略しても良い。

蓋部材２４には、反磁性粒子２２を混合した検体溶液Ｋがシリンジ（不図示）などを用いて収容部２の収容空間に注液される注液口２６と、測定後の検体溶液Ｋを排出させる排出口２７とが設けられている。検出部１で生体分子Ｓの量を検出する直前に注液口２６から反磁性粒子２２を混合した検体溶液Ｋを注液し、検出部１で生体分子Ｓの量を検出する際は注液を停止する。そして、生体分子Ｓの検出が終了すると、検体溶液Ｋを排出口２７から排出させ、生体分子Ｓが固定された反磁性粒子２２を回収して再利用する。

生体分子Ｓは、糖、ウイルス、ＤＮＡ、タンパク質などで構成されている。プローブ分子２１は、酸化還元反応を触媒する分子であり、特定の生体分子Ｓと反応する酵素、ペプチド、抗体などで構成されている。検体溶液Ｋは、特定の生体分子Ｓとプローブ分子２１との反応に応じて電子の移動等が行われる酸化還元物質を含む溶液で構成されている。なお、反磁性粒子２２は、磁束密度の低い部分に吸着されるビーズであれば特に限定されず、例えばポリスチレン粒子で構成されている。

例えば、プローブ分子２１としてＨＫ（ヘキソキナーゼ）、Ｇ６ＰＤＨ（グルコース６リン酸デヒドロゲナーゼ）、Ｄｉａｐｈоｒａｓｅ（ディアフォラーゼ）の３種類の酵素を用い、酸化還元物質としてへキサシアノ鉄（III）酸イオンを含む検体溶液Ｋ（フェリシアン化カリウムをＰＢＳ（リン酸緩衝生理食塩水）に溶解させた溶液）に生体分子Ｓとしてのグルコースを混合させた場合、ヘキソキナーゼ法（ＨＫ法）の反応系によって、へキサシアノ鉄（III）酸イオンがへキサシアノ鉄（II）酸イオンに還元される。つまり、検体溶液Ｋに含まれる生体分子Ｓとプローブ分子２１との反応によって、酸化物と還元物との濃度比を得ることができる。

検出部１は、生体分子Ｓとプローブ分子２１との反応によって発生した電気信号を検出する。本実施形態では、上述した酵素反応による酸化物と還元物との濃度比を、ネルンストの式を用いて酸化還元電位として検出する。

図２〜図３に示すように、検出部１は、ＣＭＯＳ集積回路基板１０と、ＣＭＯＳ集積回路基板１０上に成膜された検知電極１３（電極の一例）と、検知電極１３の周囲に配置されて磁石３からの磁束が流れる磁性体１４と、磁性体１４を保護する保護膜１５とを備えている。また、本実施形態における検出部１は、ＣＭＯＳ集積回路基板１０と磁性体１４との間に酸化膜１６を備えている。

ＣＭＯＳ集積回路基板１０は公知であるので詳細な説明は省略するが、ＮＭＯＳＦＥＴおよびＰＭＯＳＦＥＴで構成され、制御部１１によってパルス信号がセンサセルＣＥに加えられ、ＮＭＯＳＦＥＴがオン状態となったときにデジタル信号が出力される。このセンサセルＣＥから出力されたデジタル信号のパルス幅に基づいて、検体溶液Ｋに含まれる生体分子Ｓの量を検出するものである。

ＣＭＯＳ集積回路基板１０の配線１７はアルミニウムで構成されており、イオン化傾向が大きいため検体溶液Ｋに露出させると腐食してしまう。そこで、本実施形態では、配線１７に接続される検知電極１３として、イオン化傾向の小さな金属（例えば、金や白金）を用いている。また、ＣＭＯＳ集積回路基板１０の配線１７や絶縁層と金で構成される検知電極１３との密着性を確保するため、ＣＭＯＳ集積回路基板１０と検知電極１３との間にクロムなどの金属を介在させている。

ところで、酸化還元反応に起因する検体溶液Ｋと検知電極１３との間でリーク電流が流れたり、チオール基を有する生体分子Ｓであれば検知電極１３に化学吸着されて再利用できないおそれがある。そこで、本実施形態では、露出した検知電極１３を保護する自己組織化単分子膜１８として、１１−ＦＥＴ（１１−Ｆｅｒｒоｃｅｎｙｌ−１−Ｕｎｄｅｃａｎｅｔｈｉоｌ）などのフェロセン誘導体を検知電極１３の表面に被覆（修飾）している。これによって、繰り返し検出部１を使用した場合でも、安定して酸化還元電位を検出することができる。

磁性体１４は、鉄、コバルト、ニッケルやガドリニウムなどの強磁性体材料を含んでいる。また、ＣＭＯＳ集積回路基板１０と磁性体１４との間に配置される酸化膜１６は、検知電極１３と磁性体１４とを絶縁する二酸化ケイ素などの絶縁膜で構成されている。本実施形態では、磁性体１４と酸化膜１６との間に密着性を促進させるためにチタンなどの密着促進材料１９を配置している（図３参照）。詳細は後述するが、ＣＭＯＳ集積回路基板１０の上に検知電極１３を成膜してパターニング加工した後、酸化膜１６、密着促進材料１９、磁性体１４の順番で成膜した後にパターニング加工を施している。その結果、検知電極１３の中央が露出されると共に、検知電極１３の周囲が酸化膜１６、密着促進材料１９、磁性体１４の順番で覆われることとなる。このとき、磁性体１４の間隔Ｌは、反磁性粒子２２の粒径Ｄ（例えば３０μｍ）以下に設定されるのが好ましい（図３参照）。ここで、磁性体１４の間隔Ｌとは、磁性体１４の中央に孔部が形成されるようにパターニング加工した場合における該孔部の直径のことである。

保護膜１５は、磁性体１４のイオンが検体溶液Ｋに溶出しないように保護する樹脂などで構成されている。本実施形態では、保護膜１５をポリイミド樹脂で構成しているが、酸化還元反応に悪影響を及ぼさない保護材料であれば特に限定されない。詳細は後述するが、磁性体１４および検知電極１３の上に保護膜１５を成膜し、パターニング加工を施している。その結果、検知電極１３の中央が露出されると共に、磁性体１４の上面および内周側が保護膜１５で覆われることとなる。これによって、保護膜１５と検知電極１３とで囲まれる領域に溝部２０が形成されることとなる。この溝部２０の深さは、反磁性粒子２２の粒径Ｄ（例えば３０μｍ程度）に比べて十分に小さい、例えば所定値（例えば５μｍ程度）に設定されている。なお、溝部２０の深さは、反磁性粒子２２と検知電極１３との距離が、生体分子Ｓやプローブ分子２１の種類に応じて予め定められた一定値となるように設定されるのが好ましい。

検出部１の背面に配置される磁石３は、外部に磁場を形成するものであれば特に限定されず、永久磁石、電磁石、超電導磁石などで構成されている。図３の一点鎖線で示すように、磁石３から発生する磁束は磁性体１４が配置される検知電極１３の周囲に流れ、収容部２に収容された検体溶液Ｋの中で、検知電極１３の露出した部位に磁束密度の低い領域を形成するように磁束の流れが形成される。その結果、反磁性粒子２２は、この磁束の流れに反発するように流動し、次第に検知電極１３に接近することとなる。このように、磁石３で磁性ビーズを強制的に吸引するものではなく、磁束の流れに沿って次第に反磁性粒子２２を反発移動させるので、検知電極１３に対向する位置に反磁性粒子２２を均一に移動させることができる。その結果、生体分子Ｓと反磁性粒子２２に固定されたプローブ分子２１とが適正に反応するので、検出部１によって電気信号を確実に検出することができる。

また、上述したように保護膜１５と検知電極１３とで囲まれる領域に溝部２０を形成しているので、検知電極１３の周囲にある磁性体１４に磁束が集中し、溝部２０には磁束密度が極めて低い空間が形成される。その結果、反磁性粒子２２を検知電極１３により接近させることが可能となるので、生体分子Ｓの検出精度を高めることができる。

しかも、磁性体１４の間隔Ｌを反磁性粒子２２の粒径Ｄ以下に設定すれば、複数の反磁性粒子２２が凝集して検知電極１３に接近することが防止される。その結果、反磁性粒子２２を均一に分布させて生体分子Ｓの検出精度をより高めることができる。

［生体分子検出装置の製造方法］
図２に示すように、本実施形態における生体分子検出装置Ｘの製造方法は、ＣＭＯＳ集積回路基板１０の上に検知電極１３を成膜してパターニング加工する工程と、検知電極１３の上に酸化膜１６を成膜する工程と、酸化膜１６の上に磁性体１４を成膜する工程と、酸化膜１６および磁性体１４をパターニング加工する工程と、磁性体１４および検知電極１３の上に保護膜１５を成膜してパターニング加工する工程と、を備えている。

ＣＭＯＳ集積回路基板１０の上に検知電極１３を成膜する工程は、スパッタリングや蒸着等によってクロム（例えば膜厚５０ｎｍ），金（例えば膜厚３５０ｎｍ）の順に成膜する。次いで、検知電極１３をパターニング加工する工程では、例えば感光性エポキシ樹脂などのレジストを塗布して光を照射するフォトリソグラフィ技術を用いて所定のパターンが形成し、不要な部分をイオンミリング法などによってエッチング処理する。

次に、検知電極１３の上に酸化膜１６を成膜する工程は、スパッタリングや蒸着等によって、酸化膜１６としての二酸化ケイ素（例えば膜厚１μｍ）を金で構成される検知電極１３の上に成膜する。同様に、酸化膜１６の上に磁性体１４を成膜する工程は、スパッタリングや蒸着等によって、密着促進材料１９としてのチタン（例えば膜厚５０ｎｍ），磁性体１４としての鉄（例えば膜厚０．５μｍ）の順に二酸化ケイ素で構成される酸化膜１６の上に成膜する。次いで、酸化膜１６および磁性体１４をパターニング加工する工程では、上述したフォトリソグラフィ技術を用いて、検知電極１３の周囲を酸化膜１６および磁性体１４が覆うと共に検知電極１３の中央が露出するようにパターンが形成され、不要な部分をイオンミリング法などによってエッチング処理する。

次に、磁性体１４および検知電極１３の上に保護膜１５を成膜してパターニング加工する工程は、ポリイミド樹脂（例えば膜厚３μｍ）を鉄で構成される磁性体１４と金で構成される検知電極１３との上に塗布して成膜し、不要な部分をイオンミリング法などによってエッチング処理する。その結果、保護膜１５は、磁性体１４の内周側を覆うと共に検知電極１３の中央が露出することとなり、保護膜１５と検知電極１３とで囲まれる領域に溝部２０が形成される。そして、この保護膜１５の上に、例えばＳＵ−８などのネガティブフォトレジストを塗布し、光を照射するフォトリソグラフィ技術を用いて隔壁２５（例えば５０μｍ）を形成する。その結果、プローブ分子２１が表面に固定された反磁性粒子２２が、隔壁２５、保護膜１５、および検知電極１３で囲まれた収容部２に収容可能となる。そして、１１−ＦＥＴのフェロセン誘導体をエタノールに溶解させた溶液を検知電極１３の上に滴下して固定化させた後に洗浄して、検知電極１３の上に１１−ＦＥＴを修飾させる。

［実施例］
続いて、図４〜図７を用いて、上述したように、検出部１の背面に磁石３を配置すると共に検知電極１３の周囲に磁性体１４を配置することで、反磁性粒子２２が均一に分散するか否かを検証する。

本実施例では、図４に示すようにケイ素の基板１０ａに二酸化ケイ素の酸化膜１６を１μｍの膜厚で成膜し、その酸化膜１６の上に膜厚５０ｎｍのチタン（密着促進材料１９）、膜厚０．５μｍの鉄（磁性体１４）の順でスパッタリングによって成膜した。そして、フォトリソグラフィ技術によって、密着促進材料１９および磁性体１４の層に間隔Ｌの直径を有するホール部分２８が構築される所定のパターンを形成し、イオンミリング法によってエッチング処理した後にレジストを除去した。次いで、ポリイミド樹脂で構成される膜厚３μｍの保護膜１５を、磁性体１４および酸化膜１６の上に塗布し、平面視において、磁性体１４が存在しないホール部分２８を形成した。この状態で、収容部２に、検体溶液Ｋと反磁性粒子２２とを収容した。本実施例では、検体溶液Ｋとしてフェリシアン化カリウムをＰＢＳ（リン酸緩衝生理食塩水）に溶解させた溶液を用い、反磁性粒子２２としてポリスチレン粒子を用いた。また、ケイ素基板１０ａの背面に、磁場強度０．４７８Ｔの永久磁石で構成される磁石３を配置した。

図５には本実施例における反磁性粒子２２の分布状況が示され、図６には、磁石３を配置せずに磁場強度をゼロにした比較例が示される。図５に示される本実施例では、ホール部分２８に単一の反磁性粒子２２が均一に分散していた。一方、図６に示される比較例では、ほとんどの反磁性粒子２２がホール部分２８に分布せずに、特定の領域に凝集し、一部積層していた。これらから、本実施例では、磁束の流れに沿って次第に反磁性粒子２２が反発移動するので、ホール部分２８（上述の実施形態における露出した検知電極１３に対向する位置）に反磁性粒子２２が均一に移動することが検証された。

図７には、図４〜図５に示す本実施例において、ホール径としての磁性体１４の間隔Ｌを１０μｍ、３０μｍ、５０μｍと粒径Ｄ＝３０μｍに対して変化させた場合の反磁性粒子２２の分布状況を比較した図が順に（ａ）、（ｂ）、（ｃ）として示されている。図７の（ｂ）に示すように、磁性体１４の間隔Ｌが反磁性粒子２２の粒径Ｄと等しい場合、単一の反磁性粒子２２が均一に分散していることが理解できる。一方、図７の（ａ）に示すように、磁性体１４の間隔Ｌが反磁性粒子２２の粒径Ｄの３分の１の場合、磁性体１４の間隔Ｌが小さすぎて反磁性粒子２２が磁束密度の低い空間に吸着され難いことが分かる。また、図７の（ｃ）に示すように、磁性体１４の間隔Ｌが反磁性粒子２２の粒径Ｄに対して約２倍と大きい場合、ホール中心と反磁性粒子２２の中心とが位置ずれしていることが分かる。この場合、検知電極１３に対向する位置に反磁性粒子２２を確実に位置させることが難しいので、生体分子Ｓの検出精度が低下してしまう。

以上より、磁性体１４の間隔Ｌは、反磁性粒子２２の粒径Ｄの３分の１以上、且つ反磁性粒子２２の粒径Ｄの２倍以下に設定されることが好ましい。より好ましい磁性体１４の間隔Ｌは、反磁性粒子２２の粒径Ｄの２分の１以上、且つ反磁性粒子２２の粒径Ｄ以下である。特に、磁性体１４の間隔Ｌを反磁性粒子２２の粒径Ｄと等しく設定すると、単一の反磁性粒子２２が均一に分散させながら、ホール中心と反磁性粒子２２の中心とを確実に一致させることができる。

［その他の実施形態］
（１）上述した実施形態では、検知電極１３の中央を露出させたが、検知電極１３の中央から端部に向かって偏倚した表面の一部を露出させても良い。また、保護膜１５と検知電極１３とで囲まれる領域に溝部２０を形成せずに、例えば図４に示すように、検知電極１３の中央を露出させずに保護膜１５で覆ってホール部分２８を形成しても良い。
（２）上述した実施形態では、酵素反応による酸化物と還元物との濃度比を酸化還元電位として検出したが、例えば、検知電極１３の上にイオン感応膜を修飾させ、界面電荷量の変化を電位変化として検出しても良い。この場合、生体分子Ｓとイオン感応膜との反応による検体溶液ＫのｐＨ変化量を界面電荷量の変化として検出する。また、検知電極１３に生体分子Ｓを直接付着させて電荷を検出しても良い。これらの場合でも、本実施形態のように、検知電極１３の周囲に磁石３からの磁束が流れる磁性体１４を配置し、生体分子Ｓを補足する抗体などが表面に固定された反磁性粒子２２を用いれば、検知電極１３に対向する位置に反磁性粒子２２が均一に移動するので、生体分子Ｓの検出精度を高めることができる。
（３）センサセルＣＥは整列させずに不規則に配置しても良いし、センサセルＣＥを６４×６４ではなく、１２８×１２８で配列するなど、検出対象に応じて形状、配置を変更しても良い。

本発明は、生体分子を検出する生体分子検出装置および生体分子検出装置の製造方法に利用可能である。

１検出部
２収容部
３磁石
１３検知電極（電極）
１４磁性体
１５保護膜
１６酸化膜
２０溝部
２１プローブ分子
２２反磁性粒子
Ｄ粒径
Ｌ磁性体の間隔
Ｋ検体溶液
Ｓ生体分子

Claims

生体分子を含む検体溶液とプローブ分子が表面に固定された反磁性粒子とを収容可能な収容部と、
前記収容部の底部に配置され、前記生体分子と前記プローブ分子との反応によって発生した電気信号を検出する検出部と、
前記検出部の背面に配置される磁石と、を備え、
前記検出部は、前記電気信号を検知する電極と、当該電極の周囲に配置されて前記磁石からの磁束が流れる磁性体と、前記磁性体を覆う保護膜と、を有している生体分子検出装置。
前記検出部は、前記保護膜が前記磁性体の内周側を覆う状態で配置されており、前記保護膜と前記電極とで囲まれる領域に溝部が形成されている請求項１に記載の生体分子検出装置。
前記磁性体の間隔は、前記反磁性粒子の粒径以下に設定されている請求項１又は２に記載の生体分子検出装置。
電気信号を検知する電極の上に酸化膜を成膜する工程と、
前記酸化膜の上に前記磁性体を成膜する工程と、
前記電極の周囲を前記酸化膜および前記磁性体が覆うと共に前記電極の表面の一部が露出するように、前記酸化膜および前記磁性体をパターニング加工する工程と、
前記磁性体および前記電極の上に前記保護膜を成膜し、前記磁性体の内周側を覆うと共に前記電極の表面の一部が露出するように、前記保護膜をパターニング加工する工程と、
を備えた請求項１から３のいずれか一項に記載の生体分子検出装置の製造方法。