JPH02309243A - ドーパミン検出センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、アセチルコリンやセロトニン、ｒ−アミノ酪
酸、グルタミン酸等の他の物質が混在してもドーパミン
のみに感じ、老人痴呆関連物質の一つとして注目され、
脳、副腎髄質および交感神経などに存在するドーパミン
の濃度を検出するドーパミン検出センサに関するもので
ある。

従来の技術 老人痴呆関連物質の一つとして注目されており、現在は
ヒトの脳を髄液から取り出し、パーキンソン病患者にお
いてこの物質が減少していることが見い出されているド
ーパミンの検出は、従来、分離法として液体クロマトグ
ラフィーな、定量法として電気化学分析手法の一つであ
るアンペロメトリー法とを使い、これらを併用していた
。液体クロマトグラフィーはカラム中の吸着剤によって
吸着力の差によって流出する成分の時間差を利用して分
離を行なうもので、分離されたものを電気化学検出器に
導かれた０、６５〜１．Ｏｖ程度の直流電圧を動作極を
アノードとして印加すると、流れる電流は第５図のよう
になり、この電流はドーパミンを含むカテコールアミン
およびその代謝物の酸化によるもので、そのピークがそ
れぞれの濃度に比例することを利用して定量を行なうも
のである。

発明が解決しようとする課題 従来の方法は前述したように生体から髄液を取り出して
分離・定量するものであり、体内の局所情報を直接計測
したものではない。もし、この方法で体内情報を得るよ
うにするためには装置を小型化しなければならないし、
それは事実上不可能である。また、検体に直接電流を流
すことは、人体にとって安全であるという保障はない。

また、液体クロマトグラフィー／電気化学分析法による
検出装置が大型であること、外的温度変化を防ぐために
、アンペロメトリー検出器を恒温室内に入れ、検出器の
予備ヒーターを±０．０４℃以下の厳密な温度安定性に
しなければならないため、温度制御が繁雑であり、した
がってコストが高いという問題があった。

本発明は従来法に述べた欠点を解消するために、フラビ
ン含有のドーパミンモノアミンオキシダーゼの作用によ
り、ドーパミンのみと反応して、その濃度に比例するＬ
−３−４−ジヒドロキシフェニールプロピル酸を形成せ
しめ、それによるｐＨ変化をボテンションメ）　ＩＪ−
法により測定し、小型でかつ測定が簡単で、安価なドー
パミン検出センサを提供するものである。なお、この検
出センサはインビボ（ｆｎ　ｖｉｖｏ　（生体内）〕に
おいても測測定能である。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するため、本発明の技術的解決手段は、
一つの基板上にフラビン含有のドーパミンモノアミンオ
キシダーゼを固定化した膜で覆った測定ｐＨ−ｌ５ＦＥ
Ｔ（イオン感応性電界効果トランジスタ）と固定化膜を
つけない参照ｐＨ−ｌ５ＦＥＴの２つを用意し、環境温
度やｐＨを補償することによって、純粋にドーパミンの
みに感じて、その濃度を指示するようにしたものである
。

作用 本発明はいろいろな物質が共存していてもドーパミンの
みがフラビン含有のドーパミンモノアミンオキシダーゼ
によって分解し、Ｌ−３−４−ジヒドロキシフェニール
プロピル酸を形成する。それにより膜の内部では外部に
存在するドーパミンの濃度に応じてｐＨが変化する。そ
うするとゲート電圧は、ネルンストの式により Ｅ＝　（ＲＴ／Ｆ）１ｏｇｐＨ （ここで、Ｒは気体定数、Ｔは絶対温度、Ｆはファラデ
一定数） のように変化し、その変化に応じてＦＥＴのチャンネル
に電子が誘起され、ソース・ドレイン間に電流が流れる
。この電流は外部溶液ｐＨが変わっても温度が変わって
も変化を受けるので、電解液ｐＨと温度のみに感じるｐ
Ｈ−ＦＥＴを並列に設けることによりプッシュプル差動
回路によってそれを補償して溶液中のドーパミンのみの
濃度を検出するものである。

実施例 以下に本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

第１図（ａｌは測定ｐＨ−ｌ５ＦＥＴ　（イオン感応性
電界効果トランジスタ）を上から見た図で、同図（ｂ）
は（ａ）のＩ−Ｉ’における断面図である。１はＰ″″
型シリコン基板である。２．２′はそれにリンを拡散に
よりドープして作ったドレイン、ソースｎ＋領域である
。３はＰ″″型のチャンネル部分である。

４は先端のゲート部分以外の表面に形成されたホウ素を
拡散したＰ　のチャンネルストッパーである。５はドレ
イン電極でＡｕ−Ｃｒを蒸着したものである。６はソー
ス電極でＡｕ　−Ｃｒを蒸着したものである。５′、６
′はそれぞれドレイン、ソース電極Ａｔ端子である。７
は加熱酸化によって素子表面に形成した５ｉｎｔ被膜で
ある。８はＣＶＤ法により形成した５１ｍＮａ被膜であ
る。９はゲート部分以外をモールド化したエポキシとシ
リコンの混合樹脂である。１０はドーパミンのみに反応
するフラビン含有のドーパミンモノアミンオキシダーゼ
固定化膜である。

第２図は参照ｐＨ−ｆｓＦＥＴ（イオン感応性電界効果
トランジスタ）の構成を示し、第２図（ａ）′は平面図
、第２図（ｂ）は同図（ａｔのＩ−Ｉ’における断面図
である。参照ｐＨ−ｌ５ＦＥＴは第１図に示した測定ｐ
Ｈ−ｌ５ＦＥＴとほぼ同一の構成をしており、ゲート部
に固定化膜が設けられていない点で異なる。

次に、フラビン含有のドーパミンモノアミンオキシダー
ゼを膜に固定化する方法を述べる。

（３−アミノプロピル）トリエトキシシランと水との１
０：１溶液にＩＭＨＣｌを加えてｐＨ７に調整し、水浴
上で５０℃に加熱した浴中にゲート電極部分を２ｈｒ浸
漬反応させて５ｉｓＮａを化学修飾する。化学修飾させ
たゲート電極をセルローズトリアセテート２５０　ｍｇ
をジクロメタン１０ｍｔに溶解し、さらに５０チのグル
タルアルデヒド１００μｔと４−アミノメチル−１，８
−オクタンジアミン５００μｔを加えた溶液に浸漬して
後、デシケータ中で１日保存して架橋反応を進行させる
。さらに１チのグルタルアルデヒド溶液と室温で１　ｈ
ｒ反応させて有機皮膜の表面にアルデヒド基を導入し、
ｐＨ７のリン酸緩衝液で充分洗浄してからサファイア基
板１）Ｈ−ＦＥＴゲートを４℃のフラビン含有のドーパ
ミンモノアミンオキシダーゼを分散させた飽和溶液の中
に浸漬して、アミノ基とアルデヒド基を置換することに
より、フラビン含有のドーパミンモノアミンオキシダー
ゼを膜に固定する。

第３図は、ドーパミン検出用ｐＨ−ｌ５ＦＥＴの測定回
路図で、定電流源２０により、測定ｐＨ−ｌ５ＦＥＴＩ
Ｉに常に一定のドレイン電流■ｄが流れ、別の電流源１
８により測定ｐＨ−Ｉ　５ＦＥＴＩＩのソース、ドレイ
ン間に一定電圧Ｖｄ＝ＲＩ、が印加されている。溶液中
のｐＨ変化により界面電位が変化しても、測定ｐＨ−ｌ
５ＦＥＴＩＩのＩｄ、■ｄが変化できないため、ソース
、ドレイン間の電位が共に界面電位変化分だけ変わり、
Ｖｏｕｔ　ｔにその変化が出力される。溶液の濃度変化
や均一なｐＨ変化に対する応答特性をよくするために、
同様にして参照ｐＨ−ｌ５ＦＥＴ１２によるＶｏｕｔ　
ｔ　、を出力させる。２４はその差を取るための差動増
幅器である。

測定方法は、まず微小なマイクロシリンジをセットし、
この中に体液をわずか（量は０．５μｔ）に取り出して
、フラビン含有のドーパミンモノアミンオキシダーゼを
固定化した測定ｐＨ−ｌ５ＦＥＴｌｌと固定化しない裸
のｐＨ−ｌ５ＦＥＴ　（参照ｌ５ＦＥＴ）１２とＡｇの
表面を塩化物化したＡｇ／ＡｇＣ１基準極１３の３電極
を液絡させる。オペアンプ１４．１５．１６．１７によ
って両ｌ５ＦＥＴＩＩ、１２に常に１０μＡのドレイン
電流を流し、ソース・ドレイン間に電流源１８．１９．
２０．２１及び抵抗２２．２３により一定の直流電圧（
１〜２Ｖ）がかかるようにする。そうすると、それぞれ
のｐＨ−ｌ５ＦＥＴ検出センサのゲート絶縁部は、ｌ５
ＦＥＴの原理により５ｉｎｓ絶縁層と電解液の境界面で
、イオン濃度による界面電位が発生し、これがシリコン
表面に印加され、ドレイン電流が変化する。そうすると
差動測定回路により、測定溶液の温度変化やｐＨ変化が
補償されてドーパミンの濃度のみに依存する出力が差動
増幅器２４により得られ、第４図のような出力結果が得
られる。

発明の効果 以上のように、本発明の効果としては、一つの基板上に
フラビン含有のドーパミンモノアミンオキシダーゼを固
定化した膜で覆った測定ｐＨ−ｌ５ＦＥＴと固定化膜を
つけない参照ｐＨ−ｌ５ＦＥＴの２つを用意し、従来で
は得られなかった、小型でかつ測定が簡単で、安価で溶
液の温度やｐＨ変化に影響されず、温度補償が不要で、
いろいろな種類の物質が共存していても、この酵素には
選択性があるので、ドーパミンしか作用しない検出セン
サを提供することができる。なお、この検出センサはイ
ンビボ［ｔｎ　ｖｉｖｏ　（生体内の局所情報をそのま
まソース・ドレイン間の電流で計測することができる）
］においても測定可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｔは本発明の一実施例におけるドーパミン測
定ｐＨ−Ｉ　５ＦＥＴの平面図、第１図（ｂｌは同図（
ａ）のＩ−Ｉ’面における断面図、第２図（ａ）は本実
施例における参照ｐＨ−ｌ５ＦＥＴの平面図、第２図（
ｂｌは同図（ａ）の１〜１７面における断面図、第３図
は本実施例のドーパミン検出用ｐＨ−ｌ５ＦＥＴの測定
回路図、第４図はドーパミンの濃度とソース・ドレイン
間の電流の関係図、第５図は従来法におけるドーパミン
を含むカテコールアミンおよび代謝物の酸化による電流
値と濃度との関係図である。 １・・・Ｐ″″型シリコン、２・・・ドレインｎ　領域
、２′・・・ソースｎ　領域、３・・・Ｐ−型のチャン
ネノベ４・・・チャンネルストツバ−（Ｐ）、５・・・
ドレイン電極、５′・・・ドレイン電極Ａｔ端子、６・
・・ソース電極、６′・・・ソース電極Ａｔ端子、？・
・・ＳｉＯ＊、　８・、・５ｔｓＮｉ、　９・・・エポ
キシとシリコンの混合樹脂、１０・・・フラビン含有ド
ーパミンモノアミンオキシダーゼ固定化膜、１１・・・
測定ｐＨ−ＦＥＴ、１２・・・参照ｐＨ−ＦＥＴ、１３
・・・Ａｇ／　ＡｇＣを基準極、２４・・・差動増幅器
。 代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝ほか１名第１図 （Ｑ） ＩＯ西だし朕 第２図 （ζ） 第３図 ／Ａ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ｐＨ−電界効果トランジスタのゲート上にドーパミンと
   反応してｐＨを変えるフラビン含有のドーパミンモノア
   ミンオキシダーゼを固定化した膜で被覆した測定ｐＨ−
   電界効果トランジスタと被覆しない参照ｐＨ−電界効果
   トランジスタを用意し、両者のｐＨ−電界効果トランジ
   スタの差分を取る差動手段とを設けたドーパミン検出セ
   ンサ。