JPS61245051A - 半導体マルチバイオセンサの製造方法 - Google Patents
半導体マルチバイオセンサの製造方法Info
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- JPS61245051A JPS61245051A JP60086924A JP8692485A JPS61245051A JP S61245051 A JPS61245051 A JP S61245051A JP 60086924 A JP60086924 A JP 60086924A JP 8692485 A JP8692485 A JP 8692485A JP S61245051 A JPS61245051 A JP S61245051A
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体マルチバイオセンサの製造方法に関し、
特に表面に酵素固定化膜が設けられた半導体電界効果型
イオンセンサを集積化して々る半導体マルチバイオセン
サの製造方法に関するものである。
特に表面に酵素固定化膜が設けられた半導体電界効果型
イオンセンサを集積化して々る半導体マルチバイオセン
サの製造方法に関するものである。
従来、溶液中の特定の有機物の濃度を測定する半導体バ
イオセンサの一種に半導体電界効果型イオンセンサ（Ｉ
ｏｎ旦ｅｎａｉｔｉｖｅ Ｆｌ＠ｌｄ ＥｆｆｅｃｔＴ
ｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下ｌ５ＦＥＴと略す）の表面に
酵素を固定化した膜が設けられたものが知られている。
イオセンサの一種に半導体電界効果型イオンセンサ（Ｉ
ｏｎ旦ｅｎａｉｔｉｖｅ Ｆｌ＠ｌｄ ＥｆｆｅｃｔＴ
ｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下ｌ５ＦＥＴと略す）の表面に
酵素を固定化した膜が設けられたものが知られている。
（宮原裕二、塩用祥子、森泉豊栄、松岡英明、軽部征夫
、鈴木周−二「半導体技術を用いたバイオセンサ」、電
子通信学会、電子部品・材料研究会資料ＣＰＭ ８１−
９３ 、６１（１９８１）） 、とのＩ ８ＦＥＴバイ
オセンサは溶液中の特定の有機物が酵素固定化膜中で酵
素の触媒作用によシ分解された時に生ずる膜中の水素イ
オン濃度の変化をｌ８ＦＥＴで検出することにより、特
定の有機物の濃度を測定するものである。この選択性を
もつ酵素固定化膜の例として、たとえば尿素検出用とし
てウレアーゼ固定化膜、グルコース検出用としてグルコ
ースオキシダーゼ固定化膜などが知られている。また、
酵素固定化膜が設けられたｌ５ＦＥＴと設けられていな
いｌ５ＦＥＴの出力の差を測定することにより、溶液の
電位変化の影響を打ち消すことができ、プラチナや金な
どの金属電極を参照電極に使用することが近年報告され
ている。（Ｙ、 Ｈａｎａｚａｔｏ Ａｎｄ Ｓ、 ８
ｈｌｏｎｏ：Ｂｌｏｅｌ＠ｃｔｒｏｄｓ Ｕｓｉｎｇ
Ｔｖｒｏ Ｈｙｄｒｏｇ＠ｎ Ｉｏｎ ５ｅｌｓｌｔｌ
ｖｅＴｒａｎｓ１＠ｔｏｒｓ ａｎｄ ａ Ｐｌａｔｉ
ｎｕｍ Ｗｉｒ＠Ｐｓ＠ｕｄ。
、鈴木周−二「半導体技術を用いたバイオセンサ」、電
子通信学会、電子部品・材料研究会資料ＣＰＭ ８１−
９３ 、６１（１９８１）） 、とのＩ ８ＦＥＴバイ
オセンサは溶液中の特定の有機物が酵素固定化膜中で酵
素の触媒作用によシ分解された時に生ずる膜中の水素イ
オン濃度の変化をｌ８ＦＥＴで検出することにより、特
定の有機物の濃度を測定するものである。この選択性を
もつ酵素固定化膜の例として、たとえば尿素検出用とし
てウレアーゼ固定化膜、グルコース検出用としてグルコ
ースオキシダーゼ固定化膜などが知られている。また、
酵素固定化膜が設けられたｌ５ＦＥＴと設けられていな
いｌ５ＦＥＴの出力の差を測定することにより、溶液の
電位変化の影響を打ち消すことができ、プラチナや金な
どの金属電極を参照電極に使用することが近年報告され
ている。（Ｙ、 Ｈａｎａｚａｔｏ Ａｎｄ Ｓ、 ８
ｈｌｏｎｏ：Ｂｌｏｅｌ＠ｃｔｒｏｄｓ Ｕｓｉｎｇ
Ｔｖｒｏ Ｈｙｄｒｏｇ＠ｎ Ｉｏｎ ５ｅｌｓｌｔｌ
ｖｅＴｒａｎｓ１＠ｔｏｒｓ ａｎｄ ａ Ｐｌａｔｉ
ｎｕｍ Ｗｉｒ＠Ｐｓ＠ｕｄ。
Ｒｅｆ＠ｒｅｎｃｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ、 Ｐｒｏｃ
、 ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｍｅｅ
ｔｉｎｇ ｏｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ５ｅｎｓｏｒｓ、
Ｐ、 ５１３ （１９８３） ）〔発明が解決しよう
とする問題点〕 しかしながら、溶液中の多成分の有機物を同時に測定で
きるマルチバイオセンサを実現するためには複数の酵素
固定化膜をそれぞれ所定のｌ５ＦＥＴ表面に設けること
が必要となるが、従来は１つの半導体チップ上で行うこ
とができず、酵素固定化膜をもつ個々のｌ５ＦＥＴを基
板にはシっけることによシマルチ化が行なわれた。（花
屋、中子、塩野。
、 ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｍｅｅ
ｔｉｎｇ ｏｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ５ｅｎｓｏｒｓ、
Ｐ、 ５１３ （１９８３） ）〔発明が解決しよう
とする問題点〕 しかしながら、溶液中の多成分の有機物を同時に測定で
きるマルチバイオセンサを実現するためには複数の酵素
固定化膜をそれぞれ所定のｌ５ＦＥＴ表面に設けること
が必要となるが、従来は１つの半導体チップ上で行うこ
とができず、酵素固定化膜をもつ個々のｌ５ＦＥＴを基
板にはシっけることによシマルチ化が行なわれた。（花
屋、中子、塩野。
「複合型酵素センサーの試作、第４４回応用物理学会講
演予稿集Ｐ、６０６ 、 （１９８３））そのため、ｌ
５ＦＩｉｌ：Ｔの特徴であるＩＣ製造技術が適用できず
、大量生産化や微小化が困難であるという欠点があった
。
演予稿集Ｐ、６０６ 、 （１９８３））そのため、ｌ
５ＦＩｉｌ：Ｔの特徴であるＩＣ製造技術が適用できず
、大量生産化や微小化が困難であるという欠点があった
。
本発明の目的は、この様な従来の欠点を除去し、互いに
異なる酵素固定化膜を同一チップ上につくられたＩ ５
ＦＥＴのそれぞれの表面の所定の位置にウェーハの段階
で形成することＫよって大量生産に適し、かつ一チップ
化された微小なマルチバイオセンサの製造方法を提供す
ることにある。
異なる酵素固定化膜を同一チップ上につくられたＩ ５
ＦＥＴのそれぞれの表面の所定の位置にウェーハの段階
で形成することＫよって大量生産に適し、かつ一チップ
化された微小なマルチバイオセンサの製造方法を提供す
ることにある。
本発明は複数個の異々る酵素固定化膜を表面に持つ半導
体電界効果型イオンセンサを集積化する半導体マルチバ
イオセンサの製造方法において、半導体電界効果型イオ
ンセンサが形成された半導体ウェーハ上の酵素固定化膜
が設けられるセンサ部を除いた領域に非水溶性の高分子
膜を設ける工程と、上記の非水溶性高分子膜が設けら匹
ていない所定のセンサ部の表面に千阿−乎千木キノズル
から噴出させた所定の酵素を含む高分子溶液を付着させ
ることＫよシ酵素膜を形成する工程と、該酵素膜に架橋
剤を添加したりあるいは光架橋することにより酵素を固
定化する工程とを行い、複数個の異なる酵素固定化膜を
所定のセンサ部の表面に設けることを特命とする半導体
マルチバイオセンサの製造方法である。
体電界効果型イオンセンサを集積化する半導体マルチバ
イオセンサの製造方法において、半導体電界効果型イオ
ンセンサが形成された半導体ウェーハ上の酵素固定化膜
が設けられるセンサ部を除いた領域に非水溶性の高分子
膜を設ける工程と、上記の非水溶性高分子膜が設けら匹
ていない所定のセンサ部の表面に千阿−乎千木キノズル
から噴出させた所定の酵素を含む高分子溶液を付着させ
ることＫよシ酵素膜を形成する工程と、該酵素膜に架橋
剤を添加したりあるいは光架橋することにより酵素を固
定化する工程とを行い、複数個の異なる酵素固定化膜を
所定のセンサ部の表面に設けることを特命とする半導体
マルチバイオセンサの製造方法である。
以下本発明の一実施例について図面を参照して詳細に説
明する。第１図及び第２図は本発明による半導体マルチ
バイオセンサの製造方法の一実施例を説明するためのも
ので、第１図は半導体電界効果型イオンセンサが形成さ
れた半導体ウェーハに酸素固定化膜が形成される工程の
一部を、第２図は非水溶性高分子膜が設けられた半導体
ウェーハを示す。尿素を検出するために半導体電界効果
型イオンセンサ１のセンサ部にウレアーゼ固定化膜を形
成する場合を例にとると、ウレアーゼと牛血清アルブミ
ンをトリス塩酸緩衝液に溶かした溶液をインクジェット
のインク容器２に入れ、インクジェットノズル２ａの圧
電体に約１００ｖの電圧パルスを加えることによシイン
クジェ、トのノズル２ａからウレアーゼを含む液滴ｄｋ
ｌ！Ｘ射させる。液滴ｄの大きさはノズル２＆の大きさ
によシ容易に定めることができ、本実施例では直径２０
μｍ〜１００μｍの液滴を用いた。またウレアーゼと牛
血清アルブミンの溶液は粘度が１０・ｃｐ程度よシ低く
なるようトリス塩酸緩衝液（ＰＨ８，５）で薄めた。ま
た、半導体ウスーハ３上に形成する非水溶性高分子膜４
として、約３７μｍの厚さを持つフィルムレジスト（Ｄ
ｙｎａｃｈｅｍ社製、 Ｌａｍ１ｎａｒ＠ＡＸ ）を用
いこれを半導体ウェーハ上３に熱圧着した後、フォトマ
スクを用いて露光、現像、ベークの工程を行い、第２図
に示すような半導体電界効果型イオンセンサ１のセンサ
部１ａ及びＦＥＴの電極部を残して非水溶性高分子膜４
が形成された半導体ウェーハ３が得られた。インクジェ
ットのノズル２ａから噴射されたウレアーゼを含む液滴
ｄは、インクジェットのノズル２ａと半導体ウェーハ３
の位置を適当に設定することにより所定の半導体電界効
果型イオンセンサ１のセンサ部１１に付着させることが
できた。さらにこの半導体ウェーノ・３に付着したウレ
アーゼを含む液滴ｄは半導体ウェーハ３上に広がるが上
記の非水溶性高分子Ｍ４の壁にさえぎられる九め所定の
センサ部１ａだけに設けられる。また、ウレアーゼの固
定化量も、液滴の数を電圧／臂ルスによシコントロール
することにより正確に定めることができた。
明する。第１図及び第２図は本発明による半導体マルチ
バイオセンサの製造方法の一実施例を説明するためのも
ので、第１図は半導体電界効果型イオンセンサが形成さ
れた半導体ウェーハに酸素固定化膜が形成される工程の
一部を、第２図は非水溶性高分子膜が設けられた半導体
ウェーハを示す。尿素を検出するために半導体電界効果
型イオンセンサ１のセンサ部にウレアーゼ固定化膜を形
成する場合を例にとると、ウレアーゼと牛血清アルブミ
ンをトリス塩酸緩衝液に溶かした溶液をインクジェット
のインク容器２に入れ、インクジェットノズル２ａの圧
電体に約１００ｖの電圧パルスを加えることによシイン
クジェ、トのノズル２ａからウレアーゼを含む液滴ｄｋ
ｌ！Ｘ射させる。液滴ｄの大きさはノズル２＆の大きさ
によシ容易に定めることができ、本実施例では直径２０
μｍ〜１００μｍの液滴を用いた。またウレアーゼと牛
血清アルブミンの溶液は粘度が１０・ｃｐ程度よシ低く
なるようトリス塩酸緩衝液（ＰＨ８，５）で薄めた。ま
た、半導体ウスーハ３上に形成する非水溶性高分子膜４
として、約３７μｍの厚さを持つフィルムレジスト（Ｄ
ｙｎａｃｈｅｍ社製、 Ｌａｍ１ｎａｒ＠ＡＸ ）を用
いこれを半導体ウェーハ上３に熱圧着した後、フォトマ
スクを用いて露光、現像、ベークの工程を行い、第２図
に示すような半導体電界効果型イオンセンサ１のセンサ
部１ａ及びＦＥＴの電極部を残して非水溶性高分子膜４
が形成された半導体ウェーハ３が得られた。インクジェ
ットのノズル２ａから噴射されたウレアーゼを含む液滴
ｄは、インクジェットのノズル２ａと半導体ウェーハ３
の位置を適当に設定することにより所定の半導体電界効
果型イオンセンサ１のセンサ部１１に付着させることが
できた。さらにこの半導体ウェーノ・３に付着したウレ
アーゼを含む液滴ｄは半導体ウェーハ３上に広がるが上
記の非水溶性高分子Ｍ４の壁にさえぎられる九め所定の
センサ部１ａだけに設けられる。また、ウレアーゼの固
定化量も、液滴の数を電圧／臂ルスによシコントロール
することにより正確に定めることができた。
次に、上記のウレアーゼを含む溶液の場合と同様に架橋
剤を含む溶液をインクシェツト法により液滴として上記
のセンサ部に噴射し、ウレアーゼ溶液と混ぜあわせるこ
とによシウレアーゼ固定化膜を所定の半導体電界効果型
イオンセンサｌのセンサ部に形成することができ几。酵
素の固定化のために、最初に酵素を光架橋性高分子に溶
かした溶液を用いることも可能で、酵素膜を形成した後
、光を照射することにより固定化できた。上記の工程を
酵素の種類をかえて繰シ返すことによシ、複数個の異な
る酵素固定化膜を表面に持つ半導体電界効果型イオンセ
ンサが集積化されてなる半導体マルチバイオセンサが形
成され九〇 第３図は本発明をサファイア基板上に設けられた島状シ
リコン層を用いて形成される半導体マルチバイオセンサ
に適用した一実施例の断面図である。第３図において、
１１はサファイア基板、１２は半導体電界効果型イオン
センサ、１３は非水溶性高分子膜、１４は酵素固定化膜
、１５は金属参照電極である。一つのチップ上に複数種
類の酵素固定化膜が形成されており、このセンサを用い
ることにより試料中の複数の基質を同時に検出すること
が可能となる。
剤を含む溶液をインクシェツト法により液滴として上記
のセンサ部に噴射し、ウレアーゼ溶液と混ぜあわせるこ
とによシウレアーゼ固定化膜を所定の半導体電界効果型
イオンセンサｌのセンサ部に形成することができ几。酵
素の固定化のために、最初に酵素を光架橋性高分子に溶
かした溶液を用いることも可能で、酵素膜を形成した後
、光を照射することにより固定化できた。上記の工程を
酵素の種類をかえて繰シ返すことによシ、複数個の異な
る酵素固定化膜を表面に持つ半導体電界効果型イオンセ
ンサが集積化されてなる半導体マルチバイオセンサが形
成され九〇 第３図は本発明をサファイア基板上に設けられた島状シ
リコン層を用いて形成される半導体マルチバイオセンサ
に適用した一実施例の断面図である。第３図において、
１１はサファイア基板、１２は半導体電界効果型イオン
センサ、１３は非水溶性高分子膜、１４は酵素固定化膜
、１５は金属参照電極である。一つのチップ上に複数種
類の酵素固定化膜が形成されており、このセンサを用い
ることにより試料中の複数の基質を同時に検出すること
が可能となる。
本発明によれば電気パルスの数によシ半導体つェーへ表
面に付着する酵素の量を精度良くコントロールすること
ができ、また酵素固定化膜が設けられる領域が非水溶性
高分子膜によシ規定されるため酵素固定化膜の面積と厚
さも精度良くコントロールすることができるため、特性
のそろったセンサを得ることができる。例えば半導体ウ
ェーハ（直径３インチ）内に約５００個設けられたマル
チバイオセンサの感度バラツキはウレアーゼ固定化膜を
用いた尿素センサグルコースオキシダーゼ固定化１［を
用いたグルコースセンサにおいて１０チ以内であった。
面に付着する酵素の量を精度良くコントロールすること
ができ、また酵素固定化膜が設けられる領域が非水溶性
高分子膜によシ規定されるため酵素固定化膜の面積と厚
さも精度良くコントロールすることができるため、特性
のそろったセンサを得ることができる。例えば半導体ウ
ェーハ（直径３インチ）内に約５００個設けられたマル
チバイオセンサの感度バラツキはウレアーゼ固定化膜を
用いた尿素センサグルコースオキシダーゼ固定化１［を
用いたグルコースセンサにおいて１０チ以内であった。
第１図は本発明による半導体マルチバイオセンサの製造
方法の一実施例における酸素固定膜形成工程を示す図、
第２図は非水溶性高分子膜を設けた半導体ウェーノ・の
平面図、第３図は、本発明方法によシサファイア基板を
用いて形成された半導体マルチバイオセンサの断面図で
ある。 １・・・電界効果型イオンセンサ、 ｌａ・・・センサ
部、３・・・半導体ウェーノ・、４・・・非水溶性分子
膜、１１・・・サファイア基板、１２・・・半導体電界
効果型イオンセンサ、１３・・・非水溶性高分子膜、１
４・・・酸素固定化膜、１５・・・金属参照電極。 第１図 第２図
方法の一実施例における酸素固定膜形成工程を示す図、
第２図は非水溶性高分子膜を設けた半導体ウェーノ・の
平面図、第３図は、本発明方法によシサファイア基板を
用いて形成された半導体マルチバイオセンサの断面図で
ある。 １・・・電界効果型イオンセンサ、 ｌａ・・・センサ
部、３・・・半導体ウェーノ・、４・・・非水溶性分子
膜、１１・・・サファイア基板、１２・・・半導体電界
効果型イオンセンサ、１３・・・非水溶性高分子膜、１
４・・・酸素固定化膜、１５・・・金属参照電極。 第１図 第２図
Claims (1)
- （１）複数個の、異なる酵素固定化膜を表面に持つ半導
体電界効果型イオンセンサを集積化する半導体マルチバ
イオセンサの製造方法において、半導体電界効果型イオ
ンセンサが形成された半導体ウェーハ上の酵素固定化膜
が設けられるセンサ部を除いた領域に非水溶性の高分子
膜を設ける工程と、上記の非水溶性高分子膜が設けられ
ていない所定のセンサ部の表面に、ノズ ルから噴出させた所定の酵素を含む高分子溶液を付着さ
せることにより酵素膜を形成する工程と、該酵素膜に架
橋剤を添加したりあるいは光架橋することにより酵素を
固定化する工程とを行い、複数個の異なる酵素固定化膜
を所定のセンサ部の表面に設けることを特徴とする半導
体マルチバイオセンサの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60086924A JPS61245051A (ja) | 1985-04-23 | 1985-04-23 | 半導体マルチバイオセンサの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60086924A JPS61245051A (ja) | 1985-04-23 | 1985-04-23 | 半導体マルチバイオセンサの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61245051A true JPS61245051A (ja) | 1986-10-31 |
Family
ID=13900408
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60086924A Pending JPS61245051A (ja) | 1985-04-23 | 1985-04-23 | 半導体マルチバイオセンサの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61245051A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5242793A (en) * | 1989-03-08 | 1993-09-07 | Kanzaki Paper Manufacturing Co., Ltd. | Selective permeable membrane and electrode using the same |
| JP2007187582A (ja) * | 2006-01-13 | 2007-07-26 | Seiko Epson Corp | バイオチップ、バイオセンサ、及び検査システム |
| JP2007256260A (ja) * | 2006-02-22 | 2007-10-04 | Seiko Epson Corp | 膜形成方法、膜付基板、センサおよび液状組成物 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6186644A (ja) * | 1984-10-04 | 1986-05-02 | Nec Corp | バイオセンサの製造方法 |
-
1985
- 1985-04-23 JP JP60086924A patent/JPS61245051A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6186644A (ja) * | 1984-10-04 | 1986-05-02 | Nec Corp | バイオセンサの製造方法 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5242793A (en) * | 1989-03-08 | 1993-09-07 | Kanzaki Paper Manufacturing Co., Ltd. | Selective permeable membrane and electrode using the same |
| JP2007187582A (ja) * | 2006-01-13 | 2007-07-26 | Seiko Epson Corp | バイオチップ、バイオセンサ、及び検査システム |
| US7833396B2 (en) | 2006-01-13 | 2010-11-16 | Seiko Epson Corporation | Biochip, biosensor and inspection system |
| JP4735833B2 (ja) * | 2006-01-13 | 2011-07-27 | セイコーエプソン株式会社 | バイオチップ及びバイオセンサ |
| JP2007256260A (ja) * | 2006-02-22 | 2007-10-04 | Seiko Epson Corp | 膜形成方法、膜付基板、センサおよび液状組成物 |
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