JPH02309245A - アセチルコリン検出センサ - Google Patents

アセチルコリン検出センサ

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JPH02309245A
JPH02309245A JP1130830A JP13083089A JPH02309245A JP H02309245 A JPH02309245 A JP H02309245A JP 1130830 A JP1130830 A JP 1130830A JP 13083089 A JP13083089 A JP 13083089A JP H02309245 A JPH02309245 A JP H02309245A
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JP
Japan
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acetylcholine
electrode
drain
film
source
Prior art date
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Pending
Application number
JP1130830A
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English (en)
Inventor
Hideo Okamoto
岡本 英雄
Satoshi Sekido
聰 関戸
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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、ドーパミンやセロトニン、γ−アミノ酪酸、
グルタミン酸等の他の神経伝達関連物質が混在してもア
セチルコリンのみに感じ、老人痴呆関連物質の一つとし
て注目され、神経末端においてコリンとアセチルコリン
ザイムAとからコリンアセチルトランフェラーゼの作用
により生合成され、大脳深部やを髄の骨格筋の神経筋接
合部や副交感神経の筋後繊維の支配器官(心筋、平滑筋
、外分泌腺)に存在し、アルツハイマー病患者では少す
くなっているアセチルコリンの濃度を検出するアセチル
コリ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
ヒトの脳からを髄液を取り出し、アルツハイマー病患者
においてこの物質が少なくなっているこトカ見い出され
ているアセチルコリンの検出は、従来、分離法として液
体クロマトグラフィーを用い、物質の種類によるカラム
からの排出の時間差を生ぜしめ、カラム末端に固定した
酵素の作用によりアセチルコリンを電気化学的酸化還元
の可能な物質(H,O,)に変え、その量を電気化学分
析手法の一つであるアンベロメトリー法を使うことによ
り還元電流の大きさで定量することに行なわれていた。
すなわち、この方法は液体クロマトグラフィー〇カラム
中の吸着剤の出口部分にアセチルコリンエステラーゼと
コリンオキシダーゼを吸着させ、 アセチルコリンエステラーゼ (CH,)、NCHICHtCOOCH,+H!O−+
(アセチルコリン) (CH,)、NCH,CH,OH+CH,C00H(コ
リン)     (酢酸) コリンオキシダーゼ (CH,)sNCH*CH*OH+201+H*O→(
コリン) (CH,)、NCH1COOH+2HtOm(ベタイン
酸) の反応により出来たH、 O,を電気化学的に還元し、
その還元電流によって、電極をカソードとして、基準電
極に対して750mVを印加し、流れる電流のピークを
とって定量するものである。
発明が解決しようとする課題 しかし、この方法では生体から髄液を取り出して、試験
装置へかける方法が取られており、その局所情報を取っ
ているのではないこと、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10.04℃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
繁雑であること、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、アセチ
ルコリンエステラーゼの作用により、アセチルコリンの
みと反応して、その濃度に比例する酢酸を形成せしめ、
それによるpH変化をポテンションメトリー法により測
定し、逆にアセチルコリン濃度を測定する小型でかつ測
定が簡単で、安価なアセチルコリン検出センサを提供す
るものである。なお、このセンサは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、
一つの基板上にアセチルコリンエステラーゼを固定化し
た膜で覆った測定pH−l5FET(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−I
 5FETの2つを用意し、環境温度やpHを補償する
ことによって、純粋にアセチルコリンのみに感じて、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アセチルコリ
ンのみがアセチルコリンエステラーゼによって加水分解
し、 (CH,)、NCHICHtCOOCH,+H霊0→(
アセチルコリン) (CH,)、NCH,CH,OH+CH,C00H(コ
リン)      (酢酸) となり、酢酸を形成する。それにより膜の内部では外部
に存在するアセチルコリンの濃度に応じて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)・lOgpH (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
。この電流は電解液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ブツシュフル差動回
路によってそれを補償して溶液中のアセチルコリンのみ
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−I 5FET N 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[al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+ つ素を拡散したP のチャンネルストッパである。
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、ンース電極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SiO
2被膜である。8はCVD法により形成した5iiNa
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はアセチルコリンのみに反応するアセチルコリンエ
ステラ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(alは平面図
、第2図(b)は同図1a)のI−I’における断面図
である。参照pH−I 5FET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、アセチルコリンエステラーゼを膜に固定化する方
法を述べる。
(3−7ミノプロビル)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−) 250mg
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4−7ミノメチルー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、
I)H7のリン酸緩衝液で充分洗浄してからpH−FE
Tゲートを4℃のアセチルコリンエステラーゼを分散さ
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、アセチルコリンエステラーゼを
膜に固定する。
第3図は、アセチルコリン検出用pH−l5FETの測
定回路で、定電流源20により、測定pH−l5FET
IIに常に一定のドレイン電流)dが流れ、別の電流源
18により測定pH−I 5FET11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−I 5FETIIのIb、■d
が変化できないため、ソース、ドレインの電位が共に界
面電位変化分だけ変わり、Vout 1にその変化が出
力される。溶液の温度変化や均一な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−l5
FET12によるVout *を出力させる。24はそ
の差を取るだ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0.5μl)に取り出して
、アセチルコリンエステラーゼを固定化した測定pH−
I 5FETIIと固定化しない裸のpH−I 5FE
T (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によっ一’C両I S
 F ETII、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(1〜2
V)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l) H変化が補
償されてアセチルコリンの一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
アセチルコリンエステラーゼを固定化した膜で覆った測
定pH−I 5FETと固定化膜をつけない参照pH−
I 5FET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
、アセチルコリ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(in
 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
測測定回である。
【図面の簡単な説明】
第1図(alは本発明の一実施例におけるアセチルコリ
ン測定pH−l5FETの平面図、第1図(b)は同図
1a)のI−I’面における断面図、第2図(alは本
実施例における参照pH−l5FETの平面図第2図(
b)は同図(a)のI−I’面における断面図、第3図
は本実施例のアセチルコリン検出用pH−l5FETの
測定回路図、第4図はアセチルコリンの濃度とソース・
ドレイン間の電流の関係図である。 1・・・Pf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・・・チャンネルストツバ−(P )、5・・・ド
レイン電極、5′・・・ドレイ/電極At端子、6・・
・ソース電極、6′・・・ソース電極At端子、7・・
・5ins、8・・・51sNa、9・・・エポキシと
シリコンの混合樹脂、10・・・アセチルコリンエステ
ラーゼ固定化膜、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 10□ヒ戊 第2図 (I2) (b) 第3図 PH−陀1jご

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アセチルコリ
    ンと反応してpHを変えるアセチルコリンエステラーゼ
    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、両者の補償した出力によってアセチルコリンの濃
    度を知ることを特徴とするアセチルコリン検出センサ。
JP1130830A 1989-05-24 1989-05-24 アセチルコリン検出センサ Pending JPH02309245A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002097417A1 (fr) * 2001-06-01 2002-12-05 Ecole Centrale De Lyon Procede electro-enzymatique par inhibition pour la detection de glycoalcaloïdes steroïdiques
JP2010534326A (ja) * 2007-07-24 2010-11-04 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング 物質を検出する装置および方法
JP2022048731A (ja) * 2020-09-15 2022-03-28 株式会社東芝 センサ及び検出方法、試薬及びキット

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