JPS59203951A - 生物電気化学センサ−の製造方法 - Google Patents
生物電気化学センサ−の製造方法Info
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- JPS59203951A JPS59203951A JP58079938A JP7993883A JPS59203951A JP S59203951 A JPS59203951 A JP S59203951A JP 58079938 A JP58079938 A JP 58079938A JP 7993883 A JP7993883 A JP 7993883A JP S59203951 A JPS59203951 A JP S59203951A
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- Japan
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- polymer film
- plasma
- high polymer
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/414—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS
- G01N27/4145—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS specially adapted for biomolecules, e.g. gate electrode with immobilised receptors
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- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は電界効果トランジスタ型イオンセンサーを用い
た生物電気化学センサーに関するものである。本発明の
生物電気化学センサーとは酵素、゛抗体、微生物等の優
れた物質識別機能を利用して、蛋白質、ホルモン、ウィ
ルス等の複雑な生体関連物質の濃度を電気的な量に変換
して出力するものである。
た生物電気化学センサーに関するものである。本発明の
生物電気化学センサーとは酵素、゛抗体、微生物等の優
れた物質識別機能を利用して、蛋白質、ホルモン、ウィ
ルス等の複雑な生体関連物質の濃度を電気的な量に変換
して出力するものである。
生体電気化学センサーの代表例である免疫センサーにつ
いて説明すると、該センサーは溶液中の抗原または抗体
濃度を免疫反応に基づき測定するもので、特に医学的分
野において、生体中の各種ホルモンや各種蛋白性物質を
正確かつ短時間で測定できる小型化された装置が要求さ
れている。
いて説明すると、該センサーは溶液中の抗原または抗体
濃度を免疫反応に基づき測定するもので、特に医学的分
野において、生体中の各種ホルモンや各種蛋白性物質を
正確かつ短時間で測定できる小型化された装置が要求さ
れている。
従来この種の測定法としてはラジオイムノアッセイ法、
エンザイムイムノアッセイ法、ケイ光波等が知られてい
る。しかしながらこれらの測定原理を利用したものは、
操作が煩雑である、試薬が高価である。高価な設備を必
要とするなどの問題点があシ、実用上大きな制限を受け
ていた。
エンザイムイムノアッセイ法、ケイ光波等が知られてい
る。しかしながらこれらの測定原理を利用したものは、
操作が煩雑である、試薬が高価である。高価な設備を必
要とするなどの問題点があシ、実用上大きな制限を受け
ていた。
上記問題点を解消する測定法として最近電界効果トラン
ジスタ型イオンセンサーを利用した免疫センサーが特開
昭５４−１６１９９２号に開示された。
ジスタ型イオンセンサーを利用した免疫センサーが特開
昭５４−１６１９９２号に開示された。
かかる免疫センサーはｌ５ＦＥＴのゲート面に絶縁性高
分子をコートしてから化学的に抗原、抗体等の化学物質
を固定化したセンサーである。該センサーに使用するｌ
５ＦＥＴの物質感応性の絶縁膜はその原理上膜−測定液
界面の電界が充分にチャネＩＬ／に届く程度に薄く、均
一にコートしなければならない。この厚さは通常数μと
いわれておシ、このような厚さで均一に高分子絶縁膜を
作製する方法として従来よシプラズマ重合法、スパッタ
リング法、紫外線重合法、パリレン蒸着法等が知られて
いる。しかし、上記方法で被覆された高分子薄膜は表面
がち密で、また架橋も多くあるため通常の化学反応では
抗原、抗体を固定化するためのＯＨ、Ｃ０ＯＨ、Ｎ、Ｈ
２等の官能基を高分子膜表面に高密度で導入することは
非常に難しく、高分子薄膜に固定化できる感応性物質の
量もかぎられる。そのため感度のよいセンサーを得るこ
とは非常に困難であった。本発明は従来法による上記欠
点を改良したものであって、感応性物質を固定化するた
めのＯＨ，Ｃ０ＯＨ，ＮＨ２基等の官能基を高分子薄膜
表面にプラズマ反応により高密度に生成させて該薄膜表
面に感応性物質を多量に固定化させることを特徴として
いる。
分子をコートしてから化学的に抗原、抗体等の化学物質
を固定化したセンサーである。該センサーに使用するｌ
５ＦＥＴの物質感応性の絶縁膜はその原理上膜−測定液
界面の電界が充分にチャネＩＬ／に届く程度に薄く、均
一にコートしなければならない。この厚さは通常数μと
いわれておシ、このような厚さで均一に高分子絶縁膜を
作製する方法として従来よシプラズマ重合法、スパッタ
リング法、紫外線重合法、パリレン蒸着法等が知られて
いる。しかし、上記方法で被覆された高分子薄膜は表面
がち密で、また架橋も多くあるため通常の化学反応では
抗原、抗体を固定化するためのＯＨ、Ｃ０ＯＨ、Ｎ、Ｈ
２等の官能基を高分子膜表面に高密度で導入することは
非常に難しく、高分子薄膜に固定化できる感応性物質の
量もかぎられる。そのため感度のよいセンサーを得るこ
とは非常に困難であった。本発明は従来法による上記欠
点を改良したものであって、感応性物質を固定化するた
めのＯＨ，Ｃ０ＯＨ，ＮＨ２基等の官能基を高分子薄膜
表面にプラズマ反応により高密度に生成させて該薄膜表
面に感応性物質を多量に固定化させることを特徴として
いる。
本発明に用いられるｌ８ＦＥＴは通常のＭＯＳＦＥＴの
ゲート金属電極をとり、直接電解液に接するようＫした
ものであシ、特開昭５４−６／＋１９４号に示されるよ
うなゲート周辺部が完全に絶縁されているものが望まし
い。このｌ８ＦＥＴのゲート部に被覆される高分子膜は
絶縁性のよいものが望ましく、ＮＨ２，０ＯＯＨ等の解
離基を含まないものが望ましい。これらの高分子膜は真
空蒸着法、スノ（ツタリング法、紫外線重合法、プラズ
マ重合法、グロー放電重合法、電子線重合法等でゲート
上に被覆される。とくに真空蒸着法によるポリバフキシ
リレン、及びその誘導体、スパッタリング法により作製
したポリテトラフルオロエチレン膜、紫外線重合法によ
るポリスチレン、ポリパラクロロスチレン、ポリパラク
ロロメチルスチレン、プラズマ重合法によるポリメタン
、ポリスチレン等が好ましい。中でもとくに紫外線重合
法によシ作製したポリパフクロロメチルスチレンが好ま
しい。膜の厚さは膜をへだてて電界効果が作用できる１
０μ以下が好ましく、通常１００人〜１μである。膜が
あマシ薄くなるとピンホール等の欠陥が多くなる。
ゲート金属電極をとり、直接電解液に接するようＫした
ものであシ、特開昭５４−６／＋１９４号に示されるよ
うなゲート周辺部が完全に絶縁されているものが望まし
い。このｌ８ＦＥＴのゲート部に被覆される高分子膜は
絶縁性のよいものが望ましく、ＮＨ２，０ＯＯＨ等の解
離基を含まないものが望ましい。これらの高分子膜は真
空蒸着法、スノ（ツタリング法、紫外線重合法、プラズ
マ重合法、グロー放電重合法、電子線重合法等でゲート
上に被覆される。とくに真空蒸着法によるポリバフキシ
リレン、及びその誘導体、スパッタリング法により作製
したポリテトラフルオロエチレン膜、紫外線重合法によ
るポリスチレン、ポリパラクロロスチレン、ポリパラク
ロロメチルスチレン、プラズマ重合法によるポリメタン
、ポリスチレン等が好ましい。中でもとくに紫外線重合
法によシ作製したポリパフクロロメチルスチレンが好ま
しい。膜の厚さは膜をへだてて電界効果が作用できる１
０μ以下が好ましく、通常１００人〜１μである。膜が
あマシ薄くなるとピンホール等の欠陥が多くなる。
またこのようにして作製した膜はＰＨ感度が低いものほ
ど好ましく、ＰＨｇ度は測定ＰＨ近辺で１０ｍＶ／ＰＨ
以下であることが望ましい。このようにして作製した高
分子薄膜はその表面のみをプラズマで処理し、表面にＮ
Ｈ２，ＯＨ，８Ｈ，０ＯＯＨ等の官能基が導入される。
ど好ましく、ＰＨｇ度は測定ＰＨ近辺で１０ｍＶ／ＰＨ
以下であることが望ましい。このようにして作製した高
分子薄膜はその表面のみをプラズマで処理し、表面にＮ
Ｈ２，ＯＨ，８Ｈ，０ＯＯＨ等の官能基が導入される。
このような基を導入するためのプラズマとは、酸素、窒
素、もしくは硫黄原子のうち少なくとも一つを含んだも
のでなければならない。通常窒素原子を含むガスが使用
される。
素、もしくは硫黄原子のうち少なくとも一つを含んだも
のでなければならない。通常窒素原子を含むガスが使用
される。
このような気体としては酸素、空気等の元素及びその混
合物、炭酸ガス、硫化水素、アンモニア、水、ヒドラジ
ンのような無機化合物、ピリジン、エチルアミン、ジエ
チルアミン、酢酸の如キ有機化合物等のプラズマをあげ
ることが出来る。またこれらの化合物とアルゴン等の不
活性ガスの混合気体をプラズマ化してもよい。
合物、炭酸ガス、硫化水素、アンモニア、水、ヒドラジ
ンのような無機化合物、ピリジン、エチルアミン、ジエ
チルアミン、酢酸の如キ有機化合物等のプラズマをあげ
ることが出来る。またこれらの化合物とアルゴン等の不
活性ガスの混合気体をプラズマ化してもよい。
プラズマ処理はゲート部に高分子薄膜を被覆したＩ Ｓ
ＦＥＴ ′（ｉ−真空系に入れ、これに前述のＯ，Ｎ
、８原子を含むガス（前記ガスとアルゴンガス等の不活
性ガスとの混合ガスでもよい） ｉ １０−’〜１ ｏ
ｘｔｍＨｇになるよう導入し、高周波もしくは交流、
あるいは直流を放電させてプラズマ化させることによシ
行なわれる。この時ｌ５ＦＥＴの電極部は放電によシ特
性が変化する恐れがあるので、絶縁性の樹脂もしくはガ
ラス板等によシ直接プラズマと触れないように覆うこと
が好ましい。またフ゛ラズマの荷電によシプラズマ処理
後のｌ５ＦＥＴは特性が少し変化することがある。この
特性をもとにもどすためにはセンサーをプラズマ処理後
熱処理することが効果的である。
ＦＥＴ ′（ｉ−真空系に入れ、これに前述のＯ，Ｎ
、８原子を含むガス（前記ガスとアルゴンガス等の不活
性ガスとの混合ガスでもよい） ｉ １０−’〜１ ｏ
ｘｔｍＨｇになるよう導入し、高周波もしくは交流、
あるいは直流を放電させてプラズマ化させることによシ
行なわれる。この時ｌ５ＦＥＴの電極部は放電によシ特
性が変化する恐れがあるので、絶縁性の樹脂もしくはガ
ラス板等によシ直接プラズマと触れないように覆うこと
が好ましい。またフ゛ラズマの荷電によシプラズマ処理
後のｌ５ＦＥＴは特性が少し変化することがある。この
特性をもとにもどすためにはセンサーをプラズマ処理後
熱処理することが効果的である。
このようＫして表面にＯＨ，ＳＨ，０ＯＯＨ，ＮＨ２基
等の官能基を導入した後、該高分子膜の表面に酵素、抗
体、抗原等の感応性物質が固定化される。
等の官能基を導入した後、該高分子膜の表面に酵素、抗
体、抗原等の感応性物質が固定化される。
かかる感応性物質の固定化方法としては多くの方法が知
られている。中でも、本発明の方法に適しているのは共
有結合法でアシ、とくにグルタルアルデヒドを用いる方
法及びマレイミドを用いる方法が優れている。またこれ
らの化合物を直接高分子表面の官能基と反応させず、適
当なヌベーサーをはさんで反応を行なうこともできる。
られている。中でも、本発明の方法に適しているのは共
有結合法でアシ、とくにグルタルアルデヒドを用いる方
法及びマレイミドを用いる方法が優れている。またこれ
らの化合物を直接高分子表面の官能基と反応させず、適
当なヌベーサーをはさんで反応を行なうこともできる。
高分子膜表面に固定化される感応性物質は特定の生物関
連物質に選択的に配位もしくは結合し、界面電位を変化
させるもので抗原、抗体、微生物菌体、レセプター等で
ある。
連物質に選択的に配位もしくは結合し、界面電位を変化
させるもので抗原、抗体、微生物菌体、レセプター等で
ある。
抗原としてはサイクログロブリン、シクロシーム、甲状
腺刺激ホルモン受容体、細胞核などの自己免疫疾患関連
抗原、αフェトプロティンのような癌特異性抗原、オー
ストラリア抗原のようなウィルスの凝似物質等がある。
腺刺激ホルモン受容体、細胞核などの自己免疫疾患関連
抗原、αフェトプロティンのような癌特異性抗原、オー
ストラリア抗原のようなウィルスの凝似物質等がある。
抗体としては抗アルブミン抗体、抗免疫グロブリン抗体
等のタンパクｆｌＫ対する抗体、インスリン、ＨＣＧ、
ステロイドホルモン等のホルモンに対する抗体、αフェ
トプロティン等の癌特異性抗原に対する抗体、オースト
ラリア抗原のような病原体に対する抗体等があげられる
。これらの抗体は測定しようとする生物関連物質に対し
特異的に結合する抗体を作ることが可能である。
等のタンパクｆｌＫ対する抗体、インスリン、ＨＣＧ、
ステロイドホルモン等のホルモンに対する抗体、αフェ
トプロティン等の癌特異性抗原に対する抗体、オースト
ラリア抗原のような病原体に対する抗体等があげられる
。これらの抗体は測定しようとする生物関連物質に対し
特異的に結合する抗体を作ることが可能である。
この池の固定化される感応性物質としては、甲状腺ホル
モン結合性蛋白、カルシューム結合性蛋白等各種のレセ
プターやオルガネフ、抗生物質、核酸、細胞、微生物、
医薬品などが挙げられる。
モン結合性蛋白、カルシューム結合性蛋白等各種のレセ
プターやオルガネフ、抗生物質、核酸、細胞、微生物、
医薬品などが挙げられる。
このようにしてゲート絶縁膜上に生体物質感応性の物質
を固定化されたｌ５ＦＥＴは従来の免疫センサーに比し
て高い選択性と感度を持つのである。
を固定化されたｌ５ＦＥＴは従来の免疫センサーに比し
て高い選択性と感度を持つのである。
以下実施例により本発明を具体的に説明する。
実施例１
特公昭５７−４３８６３号で開示されたＰＨ感応ｌ５Ｆ
ＥＴを、実開昭５４−７７０９１号に示すようにＵｉ
径１”のナイロンカテーテルの先端にゲート部が突出す
るように取着した後、ゲート部をＤＭＦ−メタノールで
洗滌し、次いでγアミノプロピルトリエトキシシランで
シフン処理をした。このｌ５ＦＥＴを石英セル中に入れ
、系を排気した後、該セル中にパフクロロメチルスチレ
ン蒸気（市販−級試薬）を導入した。その後ｌ５ＦＥＴ
を１００Ｗの高圧水銀灯にて１晩光照射を行なったとこ
ろ、ｌ５ＦＥＴのゲート部に約４０００人のポリパラク
ロロメチルスチレンの光重合膜が得られた。このセンサ
ーのＪＩＳ緩衝液ＰＨ９，１８及びＰＨ６，８６でのＶ
ｓ の値は２０ ｍＶ以下であった。次にこのセンサ
ーをハイレートスパッタリング装置（日本真空５ＢＨ−
１１０４ＲＥ ）忙てＮＨ３プラズマによる３分間のエ
ツチング処理を行なった。この時のＮＨ３圧は０．００
５ ｔｏｒｒ 、出力はｓｏＷであった。プラズマ処理
を行なったセンサーを５％グルタルアルデヒド水溶液に
１時間浸漬後水洗し、４°Ｃの抗人アルブミンうさぎ血
清に１晩浸漬し、センサー表面に抗人アルブミン抗体を
固定化した。このセンサーを種々のアルブミン濃度の液
に挿入してソース電位の測定を行なった結果を表−１に
示す。
ＥＴを、実開昭５４−７７０９１号に示すようにＵｉ
径１”のナイロンカテーテルの先端にゲート部が突出す
るように取着した後、ゲート部をＤＭＦ−メタノールで
洗滌し、次いでγアミノプロピルトリエトキシシランで
シフン処理をした。このｌ５ＦＥＴを石英セル中に入れ
、系を排気した後、該セル中にパフクロロメチルスチレ
ン蒸気（市販−級試薬）を導入した。その後ｌ５ＦＥＴ
を１００Ｗの高圧水銀灯にて１晩光照射を行なったとこ
ろ、ｌ５ＦＥＴのゲート部に約４０００人のポリパラク
ロロメチルスチレンの光重合膜が得られた。このセンサ
ーのＪＩＳ緩衝液ＰＨ９，１８及びＰＨ６，８６でのＶ
ｓ の値は２０ ｍＶ以下であった。次にこのセンサ
ーをハイレートスパッタリング装置（日本真空５ＢＨ−
１１０４ＲＥ ）忙てＮＨ３プラズマによる３分間のエ
ツチング処理を行なった。この時のＮＨ３圧は０．００
５ ｔｏｒｒ 、出力はｓｏＷであった。プラズマ処理
を行なったセンサーを５％グルタルアルデヒド水溶液に
１時間浸漬後水洗し、４°Ｃの抗人アルブミンうさぎ血
清に１晩浸漬し、センサー表面に抗人アルブミン抗体を
固定化した。このセンサーを種々のアルブミン濃度の液
に挿入してソース電位の測定を行なった結果を表−１に
示す。
表 −１（ＰＨ７，４１、！ｌｌｌん酸Ｂｕｆｆｅｒ）
実施例２．３及び比較例１〜４ 実施例１と同様に、ｌ８ＦＥＴのゲート部に種々の薄膜
を作製し、ＯＥＡ （癌胎児性抗原）抗体（うさぎ）を
固定化した。それらのＣ！ＥＡＫ対する感度を表−２に
示す。
実施例２．３及び比較例１〜４ 実施例１と同様に、ｌ８ＦＥＴのゲート部に種々の薄膜
を作製し、ＯＥＡ （癌胎児性抗原）抗体（うさぎ）を
固定化した。それらのＣ！ＥＡＫ対する感度を表−２に
示す。
表−２
＊ ＣＥＡ感度はＯｎｇ／、ゴ及び６０ｎｇ／ゴ標準
液（株式会社カイノスＩＲ−１５００ＣＥＡ測定セット
）におけるＶｓの差＊＊ＰＨ感度はＰＨ９，１８とＰＨ
６，８６のＪＩＳ緩衝液におけるＶｓ差 特許出願人 株式会社 り ラ し代 理 人
弁理土木 多 堅
液（株式会社カイノスＩＲ−１５００ＣＥＡ測定セット
）におけるＶｓの差＊＊ＰＨ感度はＰＨ９，１８とＰＨ
６，８６のＪＩＳ緩衝液におけるＶｓ差 特許出願人 株式会社 り ラ し代 理 人
弁理土木 多 堅
Claims (1)
- 電界効果トランジスタ型イオンセンサーのゲート絶縁膜
表面に電気絶縁性の高分子薄膜を被覆した後、真空下該
高分子薄膜を窒素、酸素、硫黄原子のうちの少くとも一
つの原子を含むガスのプラズマで処理して該高分子薄膜
に官能基を導入し、しかる後該何分子薄膜の表面に感応
性物質を固定化したことを特徴とする生物電気化学セン
サーの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58079938A JPS59203951A (ja) | 1983-05-06 | 1983-05-06 | 生物電気化学センサ−の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58079938A JPS59203951A (ja) | 1983-05-06 | 1983-05-06 | 生物電気化学センサ−の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59203951A true JPS59203951A (ja) | 1984-11-19 |
| JPH052940B2 JPH052940B2 (ja) | 1993-01-13 |
Family
ID=13704257
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58079938A Granted JPS59203951A (ja) | 1983-05-06 | 1983-05-06 | 生物電気化学センサ−の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59203951A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61176845A (ja) * | 1985-01-31 | 1986-08-08 | Nok Corp | 電界効果型トランジスター尿素センサー |
| JPS63171355A (ja) * | 1987-01-09 | 1988-07-15 | Seitai Kinou Riyou Kagakuhin Shinseizou Gijutsu Kenkyu Kumiai | 半導体化学センサ |
| JPS63208753A (ja) * | 1987-02-25 | 1988-08-30 | Teijin Ltd | 免疫センサ及び免疫検出方法 |
| JPS6446639A (en) * | 1987-08-17 | 1989-02-21 | Nok Corp | Mutagen sensor |
| EP0315788A2 (en) * | 1987-10-13 | 1989-05-17 | Taiyo Yuden Co., Ltd. | Ion sensor |
| WO2002083931A3 (de) * | 2001-04-14 | 2003-07-31 | Henkel Kgaa | Verfahren zur anbindung von biomolekülen an chemisch inerte oberflächen |
-
1983
- 1983-05-06 JP JP58079938A patent/JPS59203951A/ja active Granted
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61176845A (ja) * | 1985-01-31 | 1986-08-08 | Nok Corp | 電界効果型トランジスター尿素センサー |
| JPH0570103B2 (ja) * | 1985-01-31 | 1993-10-04 | Nok Corp | |
| JPS63171355A (ja) * | 1987-01-09 | 1988-07-15 | Seitai Kinou Riyou Kagakuhin Shinseizou Gijutsu Kenkyu Kumiai | 半導体化学センサ |
| JPS63208753A (ja) * | 1987-02-25 | 1988-08-30 | Teijin Ltd | 免疫センサ及び免疫検出方法 |
| JPS6446639A (en) * | 1987-08-17 | 1989-02-21 | Nok Corp | Mutagen sensor |
| EP0315788A2 (en) * | 1987-10-13 | 1989-05-17 | Taiyo Yuden Co., Ltd. | Ion sensor |
| WO2002083931A3 (de) * | 2001-04-14 | 2003-07-31 | Henkel Kgaa | Verfahren zur anbindung von biomolekülen an chemisch inerte oberflächen |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH052940B2 (ja) | 1993-01-13 |
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