JPH0643131A - バイオセンサ、バイオセンサ集合体、及び、その製造方法 - Google Patents
バイオセンサ、バイオセンサ集合体、及び、その製造方法Info
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- JPH0643131A JPH0643131A JP4195578A JP19557892A JPH0643131A JP H0643131 A JPH0643131 A JP H0643131A JP 4195578 A JP4195578 A JP 4195578A JP 19557892 A JP19557892 A JP 19557892A JP H0643131 A JPH0643131 A JP H0643131A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 小型で、取り扱いが容易であり、特性がすぐ
れており、ガス透過膜が強靭であり、電解液中に気泡が
混入しない等の利益を有する、酸素電極を使用するバイ
オセンサを提供することを目的とする。 【構成】 長方形の基板例えばシリコン基板の１面に絶
縁膜に覆われている凹部が形成され、この凹部の底部
に、２または３の電極が相互に離隔して形成され、凹部
に電解液が充填され、凹部を覆って、ガス透過膜が形成
され、ガス透過膜上に、酵素または微生物が固定された
酵素または微生物固定膜が形成されているバイオセンサ
である。
れており、ガス透過膜が強靭であり、電解液中に気泡が
混入しない等の利益を有する、酸素電極を使用するバイ
オセンサを提供することを目的とする。 【構成】 長方形の基板例えばシリコン基板の１面に絶
縁膜に覆われている凹部が形成され、この凹部の底部
に、２または３の電極が相互に離隔して形成され、凹部
に電解液が充填され、凹部を覆って、ガス透過膜が形成
され、ガス透過膜上に、酵素または微生物が固定された
酵素または微生物固定膜が形成されているバイオセンサ
である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、酸素電極を使用したバ
イオセンサとバイオセンサ集合体とを小型化する改良
と、これらの小型のバイオセンサとバイオセンサ集合体
との製造方法とに関する。
イオセンサとバイオセンサ集合体とを小型化する改良
と、これらの小型のバイオセンサとバイオセンサ集合体
との製造方法とに関する。
【０００２】
【従来の技術】酸素電極を使用したバイオセンサは、図
７に示すように、負電極である作用極11と正電極である
対極12とが水酸化カリウム等の電解液13中に入れられ、
ガス透過膜14を介して、酵素または微生物15が固定され
ている酵素または微生物固定膜16が設けられている。被
試験体が、酵素または微生物固定膜16を貫いて酵素また
は微生物15に接触すると、酵素または微生物15に特有の
反応が進行し、それと同時に酸素が消費される。そこ
で、ガス透過膜14を介して電解液13中に溶け込む気体酸
素の量が減少し、作用極（負電極）11において発生する
水酸イオン生成反応（水と酸素と電子との結合）が減速
され、対極（正電極）と作用極（負電極）との間に流れ
る電流が減少して、被試験体に含まれる酸素濃度を測定
することができる。
７に示すように、負電極である作用極11と正電極である
対極12とが水酸化カリウム等の電解液13中に入れられ、
ガス透過膜14を介して、酵素または微生物15が固定され
ている酵素または微生物固定膜16が設けられている。被
試験体が、酵素または微生物固定膜16を貫いて酵素また
は微生物15に接触すると、酵素または微生物15に特有の
反応が進行し、それと同時に酸素が消費される。そこ
で、ガス透過膜14を介して電解液13中に溶け込む気体酸
素の量が減少し、作用極（負電極）11において発生する
水酸イオン生成反応（水と酸素と電子との結合）が減速
され、対極（正電極）と作用極（負電極）との間に流れ
る電流が減少して、被試験体に含まれる酸素濃度を測定
することができる。
【０００３】使用される酵素または微生物としては、炭
酸ガスを資化する独立栄養細菌や、グルコースを酸化し
てグルコノラクトンに変化するグルコースオキシダーゼ
や、アルギニンを分解してアグマチンと炭酸ガスに変化
するＬ−アルギニンデカルボキシラーゼや、リジンを分
解してカダベリンと炭酸ガスに変化するＬ−リジンデカ
ルボキシラーゼや、ヒスチジンを分解してヒスタミンと
炭酸ガスに変化するＬ−ヒスチジンデカルボキシラーゼ
や、グルタミン酸を分解して酸素を消費するＬ−グルタ
ミン酸オキシダーゼ等が使用される。
酸ガスを資化する独立栄養細菌や、グルコースを酸化し
てグルコノラクトンに変化するグルコースオキシダーゼ
や、アルギニンを分解してアグマチンと炭酸ガスに変化
するＬ−アルギニンデカルボキシラーゼや、リジンを分
解してカダベリンと炭酸ガスに変化するＬ−リジンデカ
ルボキシラーゼや、ヒスチジンを分解してヒスタミンと
炭酸ガスに変化するＬ−ヒスチジンデカルボキシラーゼ
や、グルタミン酸を分解して酸素を消費するＬ−グルタ
ミン酸オキシダーゼ等が使用される。
【０００４】そして、このようなバイオセンサは、環境
計測・醗酵工業・臨床医療等の分野で実用されている。
計測・醗酵工業・臨床医療等の分野で実用されている。
【０００５】たゞ、上記の図７に示す構造のバイオセン
サは大型であり、取り扱いが困難であり、大量生産にも
適さないので、本発明の発明者は、フォトリソグラフィ
ー技術と異方性エッチング技術を使用して製造される小
型バイオセンサを開発して特許出願をなしている（特願
昭６２−７１７３９号）。これは、シリコン基板に凹部
を形成してこの凹部内に２個の電極を形成し、この凹部
中に電解液を充填し、凹部をガス透過膜をもって覆い、
その上に酵素または微生物を固定したものである。この
バイオセンサは、小型で取り扱いが容易であり、大量生
産にも適し、価格的にもかなり満足すべきものである
が、さらに、改良の余地を残している。
サは大型であり、取り扱いが困難であり、大量生産にも
適さないので、本発明の発明者は、フォトリソグラフィ
ー技術と異方性エッチング技術を使用して製造される小
型バイオセンサを開発して特許出願をなしている（特願
昭６２−７１７３９号）。これは、シリコン基板に凹部
を形成してこの凹部内に２個の電極を形成し、この凹部
中に電解液を充填し、凹部をガス透過膜をもって覆い、
その上に酵素または微生物を固定したものである。この
バイオセンサは、小型で取り扱いが容易であり、大量生
産にも適し、価格的にもかなり満足すべきものである
が、さらに、改良の余地を残している。
【０００６】さらに、陽極接合法を使用した型式のバイ
オセンサも開発して、特許出願をなしている（特願平２
−２４３８４９号）。
オセンサも開発して、特許出願をなしている（特願平２
−２４３８４９号）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記の改良されたバイ
オセンサのなかには、電解液をゲルに滲み込ませ、ガス
透過膜はディップコーティング法やスピンコーティング
法を使用して形成する型式の物があるが、このようにし
て形成されるガス透過膜は強靭であるとは云えない。こ
の欠点は、酵素や微生物をガス透過膜の内側に固定する
場合に特に顕著である。
オセンサのなかには、電解液をゲルに滲み込ませ、ガス
透過膜はディップコーティング法やスピンコーティング
法を使用して形成する型式の物があるが、このようにし
て形成されるガス透過膜は強靭であるとは云えない。こ
の欠点は、酵素や微生物をガス透過膜の内側に固定する
場合に特に顕著である。
【０００８】また、ガス透過膜により電解液が閉じ込め
られているバイオセンサでは、酸素等の気泡が電極近傍
に蓄積される場合があるが、この場合気泡の除去が困難
であり、使用に耐えなくなる。
られているバイオセンサでは、酸素等の気泡が電極近傍
に蓄積される場合があるが、この場合気泡の除去が困難
であり、使用に耐えなくなる。
【０００９】本発明の目的は、これらの欠点を解消する
ことにあり、さらに小型で取り扱いが容易であり、ガス
透過膜が強靭であり、電解液中に気泡が残留していない
等の利益を有する、酸素電極を使用したバイオセンサと
バイオセンサ集合体とそれらの製造方法とを提供するこ
とにある。
ことにあり、さらに小型で取り扱いが容易であり、ガス
透過膜が強靭であり、電解液中に気泡が残留していない
等の利益を有する、酸素電極を使用したバイオセンサと
バイオセンサ集合体とそれらの製造方法とを提供するこ
とにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の目的のうち、第１
の目的（上記の利益を有する酸素電極を使用したバイオ
センサの提供）は、長方形の基板（１）の１面に絶縁膜
に覆われている凹部（５）が形成され、この凹部（５）
の底部には、２または３の電極（２）が相互に離隔して
形成され、前記の凹部（５）には電解液（６）が充填さ
れ、前記の凹部（５）を覆って、ガス透過膜（７）が形
成され、このガス透過膜（７）上に、酵素または微生物
が固定された酵素または微生物固定膜（８）が形成され
ているバイオセンサによって達成される。
の目的（上記の利益を有する酸素電極を使用したバイオ
センサの提供）は、長方形の基板（１）の１面に絶縁膜
に覆われている凹部（５）が形成され、この凹部（５）
の底部には、２または３の電極（２）が相互に離隔して
形成され、前記の凹部（５）には電解液（６）が充填さ
れ、前記の凹部（５）を覆って、ガス透過膜（７）が形
成され、このガス透過膜（７）上に、酵素または微生物
が固定された酵素または微生物固定膜（８）が形成され
ているバイオセンサによって達成される。
【００１１】基板の材料には、シリコン基板・ガラス基
板・セラミック基板等が使用可能であるが、製造上の理
由からシリコン基板が特に有利である。
板・セラミック基板等が使用可能であるが、製造上の理
由からシリコン基板が特に有利である。
【００１２】絶縁物の材料は、基板がシリコンの場合は
二酸化シリコンが好適である。
二酸化シリコンが好適である。
【００１３】電極の材料としては、ポーラロ型（定電圧
印加型）の場合は、作用極（負電極）も対極（正電極）
も金銀または白金が好ましい。一方、ガルバニ型（電池
型）の場合は、作用極（負電極）には金または白金を、
対極（正電極）には鉛・銀等が好ましい。また、三極構
成にする場合には、作用極（負電極）・対極（正電極）
には金または白金を、参照極（正電極）には銀／塩化銀
を使用することが好ましい。
印加型）の場合は、作用極（負電極）も対極（正電極）
も金銀または白金が好ましい。一方、ガルバニ型（電池
型）の場合は、作用極（負電極）には金または白金を、
対極（正電極）には鉛・銀等が好ましい。また、三極構
成にする場合には、作用極（負電極）・対極（正電極）
には金または白金を、参照極（正電極）には銀／塩化銀
を使用することが好ましい。
【００１４】電解液には、塩化カリウム・硫酸ナトリウ
ム等を使用しうるが、ポーラロ型の場合は０．１Ｍ塩化
カリウム水溶液等の中性水溶液が、ガルバニ型の場合は
１Ｍ水酸化カリウム水溶液等のアルカリ性水溶液が好ま
しい。
ム等を使用しうるが、ポーラロ型の場合は０．１Ｍ塩化
カリウム水溶液等の中性水溶液が、ガルバニ型の場合は
１Ｍ水酸化カリウム水溶液等のアルカリ性水溶液が好ま
しい。
【００１５】ガス透過膜の材料にはフッ素化エチレンプ
ロピレンが好適である。
ロピレンが好適である。
【００１６】上記の構成において、酵素または微生物が
固定された酵素または微生物固定膜（８）は、ガス透過
膜（７）の下面または上・下面に設けてもよい。
固定された酵素または微生物固定膜（８）は、ガス透過
膜（７）の下面または上・下面に設けてもよい。
【００１７】上記の目的のうち、第２の目的（上記の利
益を有するバイオセンサ集合体の提供）は、上記のバイ
オセンサの複数個を単一基体上に集積するか、上記のバ
イオセンサの２個を相互に背中合わせに貼り合わせるこ
とによって達成される。
益を有するバイオセンサ集合体の提供）は、上記のバイ
オセンサの複数個を単一基体上に集積するか、上記のバ
イオセンサの２個を相互に背中合わせに貼り合わせるこ
とによって達成される。
【００１８】上記の目的のうち、第３の目的（上記の利
益を有するバイオセンサ・バイオセンサ集合体の製造方
法の提供）は、酵素または微生物固定膜（８）をガス透
過膜（７）の下面に形成するにあたり、凹部（５）内部
を脱気し、塩化カルシウム水溶液を導入し、ベーキング
して前記の塩化カルシウムを前記の凹部（５）内面に折
出させ、少なくとも酵素または微生物を含むアルギン酸
ナトリウム溶液を、脱気操作を使用して、前記の凹部
（５）内に導入して、酵素または微生物固定膜（８）を
形成することによって達成される。
益を有するバイオセンサ・バイオセンサ集合体の製造方
法の提供）は、酵素または微生物固定膜（８）をガス透
過膜（７）の下面に形成するにあたり、凹部（５）内部
を脱気し、塩化カルシウム水溶液を導入し、ベーキング
して前記の塩化カルシウムを前記の凹部（５）内面に折
出させ、少なくとも酵素または微生物を含むアルギン酸
ナトリウム溶液を、脱気操作を使用して、前記の凹部
（５）内に導入して、酵素または微生物固定膜（８）を
形成することによって達成される。
【００１９】さらに、凹部（５）中に残留した気体を除
去するには脱気操作を使用して、前記の凹部（５）中に
アルギン酸ナトリウム溶液を導入した後、遠心分離法を
使用して、残留気泡を除去することことによって達成さ
れる。
去するには脱気操作を使用して、前記の凹部（５）中に
アルギン酸ナトリウム溶液を導入した後、遠心分離法を
使用して、残留気泡を除去することことによって達成さ
れる。
【００２０】
【作用】本発明に係るバイオセンサは、半導体製造技術
において広く使用されているフォトリソグラフィー技術
と異方性エッチング技術とが巧みに使用されているの
で、極めて小型で、しかも、取り扱いが容易であり、し
かも、特性がすぐれている。また、ガス透過膜は強靭で
あり、電解液内部に気泡が残留することもない。
において広く使用されているフォトリソグラフィー技術
と異方性エッチング技術とが巧みに使用されているの
で、極めて小型で、しかも、取り扱いが容易であり、し
かも、特性がすぐれている。また、ガス透過膜は強靭で
あり、電解液内部に気泡が残留することもない。
【００２１】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例に係
るバイオセンサとバイオセンサ集合体についてさらに説
明する。
るバイオセンサとバイオセンサ集合体についてさらに説
明する。
【００２２】第１実施例（Ｌ−グルタミン酸センサ） 図１参照 図は、本発明の一実施例に係る、Ｌ−グルタミン酸用バ
イオセンサの平面図である。１５ｍｍ×２ｍｍ×０．４
ｍｍの長方形のシリコン板状体よりなる基板１の１面
に、やはり長方形の凹部５が形成されており、基板１も
凹部５の表面も絶縁膜１ａによって覆われている。その
上に、２または３の電極２が形成されている。本例にお
いては、銀よりなる作用極21と、金よりなる対極22と銀
／塩化銀よりなる参照極23とよりなる。凹部５と電極２
の要部とを、フッ素化エチレンプロピレンよりなるガス
透過膜７が覆っており、凹部５中には０．１ＭＫＣｌよ
りなる電解液６が充填されている。21ａ・22ａ・23ａ
は、それぞれ、作用極21、対極22、参照極23の接続パッ
ドである。７ａは凹部５内に電解液６を充填するための
開口であり、８はＬ−グルタミン酸が固定されている酵
素または微生物固定膜である。
イオセンサの平面図である。１５ｍｍ×２ｍｍ×０．４
ｍｍの長方形のシリコン板状体よりなる基板１の１面
に、やはり長方形の凹部５が形成されており、基板１も
凹部５の表面も絶縁膜１ａによって覆われている。その
上に、２または３の電極２が形成されている。本例にお
いては、銀よりなる作用極21と、金よりなる対極22と銀
／塩化銀よりなる参照極23とよりなる。凹部５と電極２
の要部とを、フッ素化エチレンプロピレンよりなるガス
透過膜７が覆っており、凹部５中には０．１ＭＫＣｌよ
りなる電解液６が充填されている。21ａ・22ａ・23ａ
は、それぞれ、作用極21、対極22、参照極23の接続パッ
ドである。７ａは凹部５内に電解液６を充填するための
開口であり、８はＬ−グルタミン酸が固定されている酵
素または微生物固定膜である。
【００２３】図２（ａ）（ｂ）（ｃ）参照 図２（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ、図１に示す平面
図のＡ−Ａ断面図（参照極23に対応する側断面図）、Ｂ
−Ｂ断面図（作用極21に対応する側断面図）、Ｃ−Ｃ断
面図（対極22に対応する側断面図）である。作用極21に
対応する凹部５のみが浅くされている理由は、作用極21
・対極22の他に参照極23を有する場合、対極22で発生し
た生成物が参照極23側に流れ込むことを防止することが
でき（その逆もまた真である。）、特性上好ましいから
である。
図のＡ−Ａ断面図（参照極23に対応する側断面図）、Ｂ
−Ｂ断面図（作用極21に対応する側断面図）、Ｃ−Ｃ断
面図（対極22に対応する側断面図）である。作用極21に
対応する凹部５のみが浅くされている理由は、作用極21
・対極22の他に参照極23を有する場合、対極22で発生し
た生成物が参照極23側に流れ込むことを防止することが
でき（その逆もまた真である。）、特性上好ましいから
である。
【００２４】次に、製造工程を説明する。
【００２５】図３（ａ）参照 ａ．シリコン基板１を、過酸化水素水とアンモニヤ水と
の混合水溶液をもって洗浄した後、濃硝酸をもって洗浄
する。
の混合水溶液をもって洗浄した後、濃硝酸をもって洗浄
する。
【００２６】ｂ．ウェット酸化し、全面に厚さ１．０μ
ｍの二酸化シリコン膜１ａを形成する。
ｍの二酸化シリコン膜１ａを形成する。
【００２７】ｃ．ネガ型フォトレジスト（東京応化製Ｏ
ＭＲ−８３（商品名））をスピンコートし、凹部５の形
状を有するマスク（図示せず。）を使用して露光した後
現像して、凹部形成用のレジストマスク（図示せず。）
を形成する。
ＭＲ−８３（商品名））をスピンコートし、凹部５の形
状を有するマスク（図示せず。）を使用して露光した後
現像して、凹部形成用のレジストマスク（図示せず。）
を形成する。
【００２８】ｄ．このレジストマスク（図示せず。）を
使用し、エッチャントにはフッ化水素酸とフッ化アンモ
ニウムとの混合水溶液を使用して、二酸化シリコン膜１
ａをエッチングする。
使用し、エッチャントにはフッ化水素酸とフッ化アンモ
ニウムとの混合水溶液を使用して、二酸化シリコン膜１
ａをエッチングする。
【００２９】ｅ．エッチングされた二酸化シリコン膜１
ａをマスクとし、水酸化カリウム水溶液をエッチャント
として、シリコン基板１を異方性エッチングして凹部５
を形成する。
ａをマスクとし、水酸化カリウム水溶液をエッチャント
として、シリコン基板１を異方性エッチングして凹部５
を形成する。
【００３０】ｆ．異方性エッチングされた凹部５の内面
に厚さ１μｍの二酸化シリコン膜１ｂを形成する。この
工程は酸化により容易に実行できる。
に厚さ１μｍの二酸化シリコン膜１ｂを形成する。この
工程は酸化により容易に実行できる。
【００３１】図３（ｂ）参照 ｇ．厚さ４００Åのクロム膜（図示せず。）と厚さ４０
００Åの金膜（図示せず。）とを形成する。
００Åの金膜（図示せず。）とを形成する。
【００３２】ｈ．ポジ型レジスト（東京応化製ＯＦＰＲ
−５０００（商品名））をスピンコートして、対極形成
予定領域上のみに残留して、対極形成用レジストマスク
（図示せず。）を形成する。
−５０００（商品名））をスピンコートして、対極形成
予定領域上のみに残留して、対極形成用レジストマスク
（図示せず。）を形成する。
【００３３】ｉ．金エッチング液（ヨー化カリウム４ｇ
とヨー素１ｇとを４０ｍｌの水に溶解した水溶液）とク
ロムエッチング液（水酸化ナトリウム０．５ｇとフェリ
シアン化カリウム１ｇとを４ｍｌの水に溶解した水溶
液）とを使用して、対極22を形成する。
とヨー素１ｇとを４０ｍｌの水に溶解した水溶液）とク
ロムエッチング液（水酸化ナトリウム０．５ｇとフェリ
シアン化カリウム１ｇとを４ｍｌの水に溶解した水溶
液）とを使用して、対極22を形成する。
【００３４】ｊ．対極22はフォトレジストをもって覆っ
て、４０００Åの銀膜（図示せず。）を形成し、作用極
形成予定領域と参照極形成予定領域との上にポジ型レジ
ストよりなるレジストマスク（図示せず。）を形成す
る。
て、４０００Åの銀膜（図示せず。）を形成し、作用極
形成予定領域と参照極形成予定領域との上にポジ型レジ
ストよりなるレジストマスク（図示せず。）を形成す
る。
【００３５】ｋ．銀エッチング液（２９％アンモニヤ水
と３１％の水との水溶液）を使用して、作用極21と参照
極23とを形成する。
と３１％の水との水溶液）を使用して、作用極21と参照
極23とを形成する。
【００３６】ｌ．凹部５と各電極のパッド21ａ・22ａ・
23ａ上を除いて、ネガ型フォトレジスト膜１ｃを形成す
る。
23ａ上を除いて、ネガ型フォトレジスト膜１ｃを形成す
る。
【００３７】図３（ｃ）参照 ｍ．フッ素化エチレンプロピレンを厚さ１２μｍになる
ように熱融着して、ガス透過膜７を形成する。
ように熱融着して、ガス透過膜７を形成する。
【００３８】図４（ａ）参照 ｎ．上記のようにして製造した酸素電極を、０．１Ｍの
塩化カリウム水溶液中に浸漬し、この塩化カリウム水溶
液を減圧して凹部５中の空気と塩化カリウム液とを交換
して、凹部５中に電解液を充填する。
塩化カリウム水溶液中に浸漬し、この塩化カリウム水溶
液を減圧して凹部５中の空気と塩化カリウム液とを交換
して、凹部５中に電解液を充填する。
【００３９】なお、電極間の電気化学的クロストークを
抑制し、より良好な特性を得るには、電解液をゲルに滲
み込ませることがよいが、これにはアルギン酸カルシウ
ムゲルが好適である。このゲル層を凹部５中に作るに
は、脱気操作して塩化カルシウム水溶液を凹部５中に導
入し、ベーキングして塩化カルシウムを凹部５中に付着
させた後、再び脱気操作をなしてアルギン酸ナトリウム
を含む電解液を凹部５中に導入すればよい。この工程に
より、塩化カルシウムがアルギン酸ナトリウム中に溶出
してゲル化する。
抑制し、より良好な特性を得るには、電解液をゲルに滲
み込ませることがよいが、これにはアルギン酸カルシウ
ムゲルが好適である。このゲル層を凹部５中に作るに
は、脱気操作して塩化カルシウム水溶液を凹部５中に導
入し、ベーキングして塩化カルシウムを凹部５中に付着
させた後、再び脱気操作をなしてアルギン酸ナトリウム
を含む電解液を凹部５中に導入すればよい。この工程に
より、塩化カルシウムがアルギン酸ナトリウム中に溶出
してゲル化する。
【００４０】図４（ｂ）参照 ｏ．ヤマサ醤油製のＬ−グルタミン酸オキシダーゼの１
ｍｇを、１０％牛血清アルブミンと１０％グルタルアル
デヒドを含む混合液と混合して、ガス透過膜７上に塗布
して、酵素または微生物固定膜８を形成する。
ｍｇを、１０％牛血清アルブミンと１０％グルタルアル
デヒドを含む混合液と混合して、ガス透過膜７上に塗布
して、酵素または微生物固定膜８を形成する。
【００４１】第２実施例（Ｌ−リジンセンサ） 第１実施例と全く同様にして、図３（ｃ）を参照して説
明した酸素電極を製造する。
明した酸素電極を製造する。
【００４２】ｐ．脱気操作をなして、０．１Ｍの塩化カ
ルシウム水溶液を凹部５中に導入し、自然乾燥して、塩
化カルシウムを凹部５中に付着させる。
ルシウム水溶液を凹部５中に導入し、自然乾燥して、塩
化カルシウムを凹部５中に付着させる。
【００４３】ｑ．再び脱気操作をなして、０．１Ｍの塩
化カリウムと炭酸ガスを資化する独立栄養細菌（１．５
×１０8 ｍｌ-1）とを含むアルギン酸ナトリウム水溶液
を、凹部５中に導入する。
化カリウムと炭酸ガスを資化する独立栄養細菌（１．５
×１０8 ｍｌ-1）とを含むアルギン酸ナトリウム水溶液
を、凹部５中に導入する。
【００４４】ｒ．遠心分離法を使用して、電解液と同時
に凹部５内に入れられた気泡を除去する。
に凹部５内に入れられた気泡を除去する。
【００４５】ｓ．ガス透過膜７上に、Ｌ−リジンデカル
ボキシラーゼ（ＳＩＧＭＡ社製）の２ｍｇと、１０％の
牛血清アルブミンと１０％のグルタルアルデヒドを含む
混合液との混合液を塗布して固定する。
ボキシラーゼ（ＳＩＧＭＡ社製）の２ｍｇと、１０％の
牛血清アルブミンと１０％のグルタルアルデヒドを含む
混合液との混合液を塗布して固定する。
【００４６】このようにして製造したＬ−リジンセンサ
は、以下のように作用して、Ｌ−リジンの濃度を検出す
る。まづ、緩衝液に浸漬した状態でＬ−リジンを添加す
ると、Ｌ−リジンは酵素により分解されて炭酸ガスを解
離するが、炭酸ガスを資化する独立栄養細菌が、これを
資化し、同時に酸素を消費して、結局酸素量が変化する
ので、Ｌ−リジンの濃度を検出することができる。
は、以下のように作用して、Ｌ−リジンの濃度を検出す
る。まづ、緩衝液に浸漬した状態でＬ−リジンを添加す
ると、Ｌ−リジンは酵素により分解されて炭酸ガスを解
離するが、炭酸ガスを資化する独立栄養細菌が、これを
資化し、同時に酸素を消費して、結局酸素量が変化する
ので、Ｌ−リジンの濃度を検出することができる。
【００４７】第３実施例（２種類アミノ酸濃度検出用バ
イオセンサ集合体） 上記と同様の酸素電極を相互に背中合わせに貼り合わ
せ、それぞれの凹部中に独立栄養細菌を固定し、また、
ガス透過膜７上に、例えば、Ｌ−アルギニンデカルボキ
シラーゼとＬ−リジンデカルボキシラーゼとＬ−ヒスチ
ジンデカルボキシラーゼから選択された２種の酵素を導
入しておけば、単一のバイオセンサで、２種類のアミノ
酸の濃度を検出することができる。
イオセンサ集合体） 上記と同様の酸素電極を相互に背中合わせに貼り合わ
せ、それぞれの凹部中に独立栄養細菌を固定し、また、
ガス透過膜７上に、例えば、Ｌ−アルギニンデカルボキ
シラーゼとＬ−リジンデカルボキシラーゼとＬ−ヒスチ
ジンデカルボキシラーゼから選択された２種の酵素を導
入しておけば、単一のバイオセンサで、２種類のアミノ
酸の濃度を検出することができる。
【００４８】第４実施例（多種類アミノ酸濃度検出用バ
イオセンサ集合体） 上記と同様の酸素電極の複数個を、単一の基板に集積し
ておき、それぞれの凹部中に独立栄養細菌を固定し、ま
た、ガス透過膜７上に、例えば、Ｌ−アルギニンデカル
ボキシラーゼとＬ−リジンデカルボキシラーゼとＬ−ヒ
スチジンデカルボキシラーゼを固定しておくか、または
微生物を固定せずにガス透過膜７上にＬ−グルタミン酸
オキシダーゼを固定しておくかしておけば、単一のバイ
オセンサで、複数種類のアミノ酸の濃度を検出すること
ができる。
イオセンサ集合体） 上記と同様の酸素電極の複数個を、単一の基板に集積し
ておき、それぞれの凹部中に独立栄養細菌を固定し、ま
た、ガス透過膜７上に、例えば、Ｌ−アルギニンデカル
ボキシラーゼとＬ−リジンデカルボキシラーゼとＬ−ヒ
スチジンデカルボキシラーゼを固定しておくか、または
微生物を固定せずにガス透過膜７上にＬ−グルタミン酸
オキシダーゼを固定しておくかしておけば、単一のバイ
オセンサで、複数種類のアミノ酸の濃度を検出すること
ができる。
【００４９】上記のようにして製造したバイオセンサの
効果確認試験の結果を、下記する。
効果確認試験の結果を、下記する。
【００５０】図５参照 図において、折線Ｄはグルタミン酸濃度とバイオセンサ
の検出電流との関係を示し、折線Ｅはリジン濃度とバイ
オセンサの検出電流との関係を示す。
の検出電流との関係を示し、折線Ｅはリジン濃度とバイ
オセンサの検出電流との関係を示す。
【００５１】図６参照 図において、折線Ｆはヒスチジン濃度とバイオセンサの
検出電流との関係を示し、折線Ｇはアルギニン濃度とバ
イオセンサの検出電流との関係を示す。
検出電流との関係を示し、折線Ｇはアルギニン濃度とバ
イオセンサの検出電流との関係を示す。
【００５２】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明に係るバイ
オセンサは、半導体製造技術において広く使用されてい
るフォトリソグラフィー技術と異方性エッチング技術と
が巧みに使用されているので、極めて小型で、しかも、
取り扱いが容易であり、しかも、特性がすぐれている。
また、ガス透過膜は、フッ素化エチレンプロピレンを熱
融着して形成されているので、強靭であり、さらに、電
解液中に混入している気泡は遠心分離法で除去されるの
で、製造歩留りもよい。
オセンサは、半導体製造技術において広く使用されてい
るフォトリソグラフィー技術と異方性エッチング技術と
が巧みに使用されているので、極めて小型で、しかも、
取り扱いが容易であり、しかも、特性がすぐれている。
また、ガス透過膜は、フッ素化エチレンプロピレンを熱
融着して形成されているので、強靭であり、さらに、電
解液中に混入している気泡は遠心分離法で除去されるの
で、製造歩留りもよい。
【図１】本発明の一実施例に係る、Ｌ−グルタミン酸用
バイオセンサの平面図である。
バイオセンサの平面図である。
【図２】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、図１に示すＬ−グルタ
ミン酸用バイオセンサのＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図、
Ｃ−Ｃ断面図である。
ミン酸用バイオセンサのＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図、
Ｃ−Ｃ断面図である。
【図３】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の一実施例に係
るグルタミン酸用バイオセンサの製造方法の前段工程
（酸素電極の製造工程）の製造工程図である。
るグルタミン酸用バイオセンサの製造方法の前段工程
（酸素電極の製造工程）の製造工程図である。
【図４】（ａ）（ｂ）は、本発明の一実施例に係るグル
タミン酸用バイオセンサの製造方法の後段工程（酵素ま
たは微生物固定膜の製造工程）の製造工程図である。
タミン酸用バイオセンサの製造方法の後段工程（酵素ま
たは微生物固定膜の製造工程）の製造工程図である。
【図５】グルタミン酸用バイオセンサとリジン用バイオ
センサの効果確認試験の結果である。
センサの効果確認試験の結果である。
【図６】ヒスチジン用バイオセンサとアルギニン用バイ
オセンサの効果確認試験の結果である。
オセンサの効果確認試験の結果である。
【図７】従来技術に係る、酸素電極を使用したバイオセ
ンサの概念的構成図である。
ンサの概念的構成図である。
１ 基板（シリコン基板） １ａ・１ｂ 絶縁膜（二酸化シリコン膜） ２ 電極 21 作用極 22 対極 23 参照極 21ａ 作用極の接続パッド 22ａ 対極の接続パッド 23ａ 参照極の接続パッド ５ 凹部 ６ 電解液 ７ ガス透過膜 ７ａ 電解液充填用開口 ８ 酵素または微生物固定膜 ９ フォトレジスト膜 11 作用極 12 対極 13 電解液 14 ガス透過膜 15 酵素または微生物 16 酵素または微生物固定膜
Claims (9)
- 【請求項１】 長方形の基板（１）の１面に絶縁膜によ
って覆われてなる凹部（５）が形成され、 該凹部（５）の底部には、２または３の電極（２）が相
互に離隔して形成され、 前記凹部（５）には電解液（６）が充填され、 前記凹部（５）を覆って、ガス透過膜（７）が形成さ
れ、 該ガス透過膜（７）上に、酵素または微生物が固定され
た酵素または微生物固定膜（８）が形成されてなること
を特徴とするバイオセンサ。 - 【請求項２】 長方形の基板（１）の１面に絶縁膜によ
って覆われてなる凹部（５）が形成され、 該凹部（５）の底部には、２または３の電極（２）が相
互に離隔して形成され、 前記凹部（５）には電解液（６）が充填され、 前記凹部（５）を覆って、ガス透過膜（７）が形成さ
れ、 該ガス透過膜（７）の下面に、酵素または微生物が固定
された酵素または微生物固定膜（８）が形成されてなる
ことを特徴とするバイオセンサ。 - 【請求項３】 長方形の基板（１）の１面に絶縁膜によ
って覆われてなる凹部（５）が形成され、 該凹部（５）の底部には、２または３の電極（２）が相
互に離隔して形成され、 前記凹部（５）には電解液（６）が充填され、 前記凹部（５）を覆って、ガス透過膜（７）が形成さ
れ、 該ガス透過膜（７）の上面と下面とに、酵素または微生
物が固定された酵素または微生物固定膜（８）が形成さ
れてなることを特徴とするバイオセンサ。 - 【請求項４】 請求項１、２、または、３記載のバイオ
センサが複数個集積されてなることを特徴とするバイオ
センサ集合体。 - 【請求項５】 請求項１、２、または、３記載のバイオ
センサの２個が、相互に背中合わせに貼り合わされてな
ることを特徴とするバイオセンサ集合体。 - 【請求項６】 請求項２または３記載のバイオセンサの
製造方法において、 前記ガス透過膜（７）の下面に酵素または微生物を固定
して酵素または微生物固定膜（８）を形成するにあた
り、 前記凹部（５）内部を脱気し、 塩化カルシウム水溶液を導入し、 ベーキングして前記塩化カルシウムを前記凹部（５）内
面に折出させ、 少なくとも酵素または微生物を含むアルギン酸ナトリウ
ム溶液を、脱気操作を使用して、前記凹部（５）内に導
入して、酵素または微生物固定膜（８）を形成すること
を特徴とするバイオセンサの製造方法。 - 【請求項７】 請求項６記載のバイオセンサの製造方法
において、脱気操作を使用して、前記凹部（５）中にア
ルギン酸ナトリウム溶液を導入した後、遠心分離法を使
用して、残留気泡を除去することを特徴とするバイオセ
ンサの製造方法。 - 【請求項８】 請求項４または５記載のバイオセンサ集
合体の製造方法において、 前記ガス透過膜（７）の下面に酵素または微生物を固定
して酵素または微生物固定膜（８）を形成するにあた
り、 前記凹部（５）内部を脱気し、 塩化カルシウム水溶液を導入し、 ベーキングして前記塩化カルシウムを前記凹部（５）内
面に折出させ、 少なくとも酵素または微生物を含むアルギン酸ナトリウ
ム溶液を、脱気操作を使用して、前記凹部（５）内に導
入して、酵素または微生物固定膜（８）を形成すること
を特徴とするバイオセンサ集合体の製造方法。 - 【請求項９】 請求項８記載のバイオセンサ集合体の製
造方法において、脱気操作を使用して、前記凹部（５）
中にアルギン酸ナトリウム溶液を導入した後、遠心分離
法を使用して、残留気泡を除去することを特徴とするバ
イオセンサ集合体の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4195578A JPH0643131A (ja) | 1992-07-22 | 1992-07-22 | バイオセンサ、バイオセンサ集合体、及び、その製造方法 |
| US07/993,486 US5358619A (en) | 1990-09-17 | 1992-12-17 | Oxygen electrode |
| US08/153,144 US5431806A (en) | 1990-09-17 | 1993-11-17 | Oxygen electrode and temperature sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4195578A JPH0643131A (ja) | 1992-07-22 | 1992-07-22 | バイオセンサ、バイオセンサ集合体、及び、その製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0643131A true JPH0643131A (ja) | 1994-02-18 |
Family
ID=16343470
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4195578A Pending JPH0643131A (ja) | 1990-09-17 | 1992-07-22 | バイオセンサ、バイオセンサ集合体、及び、その製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0643131A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009133983A1 (en) * | 2008-04-28 | 2009-11-05 | Keum Pil Lee | Biosensor |
| KR100956058B1 (ko) * | 2008-04-25 | 2010-05-07 | 한국표준과학연구원 | 자기조립 단분자막의 무(無) 매트릭스 레이저 광탈착이온화 질량 분석 방법 |
| JP2018046814A (ja) * | 2016-09-14 | 2018-03-29 | 味の素株式会社 | ヒスチジンの測定方法 |
| CN111343919A (zh) * | 2017-11-21 | 2020-06-26 | Bbb有限公司 | 生物传感器 |
-
1992
- 1992-07-22 JP JP4195578A patent/JPH0643131A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100956058B1 (ko) * | 2008-04-25 | 2010-05-07 | 한국표준과학연구원 | 자기조립 단분자막의 무(無) 매트릭스 레이저 광탈착이온화 질량 분석 방법 |
| WO2009133983A1 (en) * | 2008-04-28 | 2009-11-05 | Keum Pil Lee | Biosensor |
| JP2018046814A (ja) * | 2016-09-14 | 2018-03-29 | 味の素株式会社 | ヒスチジンの測定方法 |
| CN111343919A (zh) * | 2017-11-21 | 2020-06-26 | Bbb有限公司 | 生物传感器 |
| CN111343919B (zh) * | 2017-11-21 | 2023-10-10 | Bbb有限公司 | 生物传感器 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20000530 |