JPH02309244A

JPH02309244A - セロトニン検出センサ

Info

Publication number: JPH02309244A
Application number: JP1130825A
Authority: JP
Inventors: Hideo Okamoto; 岡本　英雄; Satoshi Sekido; 聰関戸
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-05-24
Filing date: 1989-05-24
Publication date: 1990-12-25

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、ドーパミン、ｒ　−アミノ
酪酸、グルタミン酸等の他の物質が混在してもセロトニ
ンのみに感じ、老人痴呆関連物質の一つとして注目され
、脳や松果体、腸基低顆粒細胞などの末端に存在してい
るセロトニンの濃度を検出するセロトニン検出センナに
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ているセロトニンの検出は
、従来、分離法として液体クロマトグラフィーを、定量
法として電気化学分析手法の一つであるアンベロメトリ
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
て流出する成力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
〜１．０ｖ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
はセロトニ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
ンを含有しないセロトニンモノアミンオキシダーゼの作
用により、セロトニンのみと反応して、その濃度に比例
する５−ヒドロキシインドール酢酸を形成せしめ、それ
によるｐＨ変化をポテンションメトリー法によシ測定し
、小型でかつ測定が簡単で、安価なセロトニン検出セン
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Ｃｉｎ　　ｖｉｖｏ　（生体内）〕においても測定
可能である。

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を含有しないセロトニンモノア
ミンオキシダーゼを固定化した膜で覆った測定ｐＨ−ｌ
５ＦＥＴ（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、純粋にセロト
ニンのみに感じて、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セロトニンの
みがフラビンを含有しないセロトニンモノアミンオキシ
ダーゼによって分解し、５−ヒドロキシインドール酢酸
を形成する。それによシ膜の内部では外部に存在するセ
ロトニンの濃度に応じて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シＢ＝　（ＲＴ／Ｆ　）　−１ｏｇｐＨここで、几は気体定数、Ｔは絶対温度、Ｆはファラデ一
定数のように変化し、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、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ｐＨ−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
補償して溶液中のセロトニ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（ａ）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１−１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Ａ７！端子である。７は
加熱酸化によって素子表面に形成した８ｉ０２被膜であ
る。８はＣＶＤ法により形成したＳｉ３Ｎ４　　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はセロトニンのみに反
応するフラビンヲ含有しないセロトニンモノアミンオ＋
Ｖダーゼ固定化膜である。

第２図は参照ｐＨ−ｌ５ＦＥＴ（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（ａ）の！−１′における断面図で
ある。参照ｐＨ−ｌ５ＦＥＴは第１図に示した測定ｐＨ
−Ｉ　５ＦＥＴとほぼ同一の構成をしておシ、ゲート部
に固定化膜が設けられていない点が異なるＯ次に、フラビンを含有しないセロトニンモノアミンオキ
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ＩＭＨ（Ｊ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Ｓｉ３Ｎ４　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２５０ｍｇ
をジクロメタン１０　ｍｌ　　に溶解し、さらに５０％
のグルタルアルデヒド１００μｌ　と４−アミノメチル
−１，８−オクタンジアミン５００μｊ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％のグルタルアルデヒド溶液と室温
で１μｊ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ｐＨ−ＦＥＴゲートを４℃のフラビンを含有し
ないセロトニ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
することによシ、フラビンを含有しないセロトニンモノ
アミンオキシダーゼを膜に固定する。

第３図は、セロトニン検出用ｐＨ−ｌ５ＦＥＴの測定回
路図で、定電流源２０によシ、測定ｐＨ−ＩＳＦＥＴＩ
Ｉに常に一定のドレイン電流Ｉｄが流れ、別の電流源８
により測定ｐＨ−ＩＳＦＥＴ　１１　　のソース、ドレ
イン間に一定電圧Ｖｄ　＝Ｒ１１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
−ｌ５ＦＥＴ　１１のＩｄ、Ｖｄ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、ＶｏｕＨ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−ｌ５ＦＥＴ　１２　ＫよるＶｏ
ｕ　ｔ　２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０．５μｊ）に取り出して
、フラビンを含有しないセロトニンモノアミンオキシダ
ーゼを固定化した測定ｐＨ−ＩＳＦｇＴ　１１　　と固
定化しない裸のｐＨ−Ｉ　５ＦＥＴ（参照ｌ５ＦＥＴ　
）　１２とＡｇの表面を塩化物化したＡｇ　／Ａｇ　Ｃ
６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ｌ５
ＦＥＴ１１．１２に常に１０仏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、ｌ５ＦＥＴの
原理により５ｉｎ２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、ドレイン電極が変化する。

そうすると差動回路により、測定浴液の温度変化やｐＨ
変化が補償されて、セロトニ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
フラビンを含有しないセロトニ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−ＩＳＦＥＴ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、セロトニンしか作用しない検
出センナ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（ｉｎ　ｖｉｖｏ　（生体内の局所情報を
その１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（ａ）は本発明の一実施例におけるアドレナリン
測定ｐＨ−Ｉ　８ＦＥＴの平面図、第１図（ｂ）は同図
（ａ）の１−１’面における断面図、第２図（ａ）は本
実施例における参照ｐＨ−ｌ８ＦＥＴの平面図、第２図
（ｂ）は同図（ａ）の１−１’面における断面図、第３
図は本実施例のセロトニン検出用ｐＨ−ｌ５Ｉｉ’ＥＴ
の測定回路図、第４図はセロトニンの濃度とソース・ド
レイン間の電流の関係図、第５図は従来法におけるセロ
トニ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ａ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−型のチャンネル、
４・・・チャンネルストッパー（Ｐ）、５・・・ソース
電極、５・・・ソース電極Ａｌ端子、６・・・ドレイン
電極、６′・・・ドレイン電極ＡＪ端子、７・・・５ｉ
０２．８・・・５ｉｓＮ４．９・・・エポキシとシジコ
ンの混合樹脂、１０・・・フラビンを含有しないセロト
ニンモノアミンオキシダーゼ固定化膜、１１・・・測定
ｐＨ−ＰＥＴ１１２・・・参照ｐＨ−ＦＢＴ、１３・・
・Ａｇ　／Ａｇ　Ｃ１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　　　　　　　　　′１・（ｂ）第２図（ｂ）第３図

Claims

【特許請求の範囲】

ｐＨ−電界効果トランジスタのゲート上にセロトニンと
反応してｐＨを変えるフラビンを含有しないセロトニン
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セロトニン
検出センサ。