JPS6135786A - 固定化酵素膜の部分的失活方法 - Google Patents

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】 （発明の利用分野） 本発明は固定化酵素膜の部分的失活方法に関し、詳しく
はイオン選択性電界効果型トランジスタ（以下ｒ　ｌ５
ＦＥＴＪという。）のゲート部、貴金属を用いたポーラ
ログラフイー電極などに酵素を固定化した固定化酵素電
極の調整法に関する。酵素電極の簡単な調整法を提供す
るものである。

（従来技術） ＩＳＦＥＴを用いた酵素電極としては、例えば嶋田らに
よる特開昭５３−１４９３９７号公報記載の発明のよう
にゲート部に酵素膜を形成したものがその典型である。

上記公報記載の発明では電極によって微小な酵素電極が
実現出来るが、使用に当って溶液の基準電位を与える参
照電極が必要である。現在微小で安定な参照電極は実用
化しておらず、従って微小酵素電極も単独では用途を限
られている。

極として使用する方法である。例えば特開昭５５−１２
４８０号公報において矢野らは、ｌ５ＦＥＴのゲート部
をジエン重合体で覆らた参照電極を提案している。この
方式による参照電極は水素イオン選択性を持つＳｔ、Ｎ
、層“をポリジエン層で遮断するためｌ５ＦＥＴ出力の
水素イオン濃度値存分を消去した出力を持つ可能性があ
シ、通常ｌ５ＦＥ’ｆ’とこの参照電極の差動出力をと
って≠メータとして使用する場合には一定の効果がある
と考えられる。

しかしながら以下の理由によって酵素電極用の参照電極
には不向きである。

すなわち、酵素反応のトランスデユーサとしてｌ５ＦＥ
Ｔを用いる場合、固定化酵素が基質に作用した結果生じ
る回定化以外の一炭化が溶液中であった場合基質濃度の
変化と区別がつかず誤差を生じる。また溶液−を安定さ
せるためイオン強度の高いバッファ中などで計測すれば
溶液自体の一炭化に起因する誤差は大幅に改善されるが
、今度は逆に酵素反応の結果生じるイオン感受性膜近傍
の一炭化もバッファーによって阻害され一炭化として検
出する事が困難となる。

上記の欠点を改良し血液などバッファー効果の低いサン
プルに対する測定法として開発されたものとして、前記
ｌ５ＦＥＴを２本用意し、一方に固定化酵素膜をつけ他
方は無処理の一センサとして差動出力をとる方法が考案
された。この場合２本のｌ５ＦＥＴの差動をとるため参
照電極としては相対電位を与えるもので十分であシ、Ａ
ｕ、Ｐｔなど成形の容易で小型化あるいは半導体面への
形成可能なものが使用出来る。

この様な、複合型酵素電極の例としてエポキシ積層板裏
面のゲート部にグルコースオキシデーゼ固定化膜を持つ
もの、ウレアーゼ固定化膜をもつもの（この様に差動型
で固定化酵素活性を持つものを以下単に「活性電極」と
呼ぶ）、無処理のもの（以下差動型で比較に使われるも
のを単に「不活性電極」と呼ぶ）計３本をエポキシ樹脂
でかため、他面に白金線を備えたものが発表されている
。

花屋らによって「第４４回応用物理学会予稿集Ｐ６０６
」に述べられているこの方法は、ワンチップ上に多数の
イオン感応部を持つマルチセンサの概念を提供するもの
であると同時に、マルチイオンセンサ化に当って以下の
欠陥を有してｂる。すなわちエポキシ基板の上などに複
数の電極をとシつける方法ではある程度以上の集積化は
困難である。

又、バルクシリコンを成形して成るこのｌ５ＦＥ↑の場
合立体的加工を伴なうため酵素膜の形成は１チツプ毎に
分離された後行なわれるのであるが。

仮に複数のイオン感応部を有するチップが供給されても
酵素膜をつけたものとつけないものに塗シわけることは
徽少なセンサーの場合困難を伴ない、工業的大量供給は
不可能で、品質管理も困難と思われる。

（発明の目的） 本発明の目的は微少な部分に能率的に固定化酵素膜及び
失活した固定化酵素膜を形成する方法を提供するもので
ある。例えばサファイアなどの絶縁基板上に多数形成さ
れた複数のイオン感知部を持つチップ内のイオン感知部
を簡単に活性電極と不活性電極とに区分けする方法を提
供するものである。

（発明の構成） 本発明は固定化酵素膜の所定の部分に電磁波を照射し、
この部分の酵素を不活性化せしめることを特徴とする固
定化酵素膜の部分的失活方法である。

（構成の詳細な説明） 酵素膜が形成されるウェハの１チツプ内に含まれる回路
は最小限２つのイオン感応部であり、ｌ５ＦＥＴが代衣
的であるが、ポーラロ電極、半導体ガスセンサなどを使
用する事も可能である。マスクは光源の種類に規定され
るが、光源として紫外線を使用する場合石英ガラス表面
に光を当てない部分をクロームなどでパターン化した半
導体製造に通常使用するもので良い。

光源は、マスクの遮光部を透過せず酵素を失活させる波
長の光線であれば良いがマスクと半導体ウェーハを精度
良く合わせるためには光源として低圧水銀ランプもしく
は、Ｘｅ−Ｈｇランプを用いるマスクアライナ−を用い
る方が有利である。

しかしながら一般にｌ５ＦＥＴゲ一ト部は通常１０μｍ
〜１００μｍ角位の大きさは持つため、半導体の中では
パターンの大きい方であシ、必ずしもマスクアライナ−
を使う必要はなく、マスクを直接顕微鏡などで観察しな
がらマスク上に固定した後適当な光源を照射すれば良い
。この場合も光源は、低圧水銀う／グ、　Ｘｅ　−Ｈｇ
ランプなどの紫外線ランプを用いる事が望ましい。

失活に用いる光源として紫外線に限定する必要はなく、
Ｘ線遮蔽マスクによるＸ線失活、赤外マスクによる赤外
失活、マイクロ波失活等も本発明の延長上で実現可能で
ある。他には中性子線失活なども効果的である。

以上は物理的失活方法であるが化学的失活方法も同様処
して実現可能であシ、失活させるべき部位のみに穴のあ
いたマスクを使用し例えば０．ＩＮ程度の塩酸などを付
着せしめ、化学的に失活させる方法も採用出来る。この
場合酵素活性に影響を与えても酵素膜自体に損傷を与え
なし薬剤の使用が好ましい。

なお本発明を図面を用いて説明する。

第２図に示すのは特願昭５６−０７６９５９本発明に用
いたｌ５ＦＥＴチツプの平面図でら）、サファイア基板
１上に、一端にイオン感応膜で覆われたセンサ部２２金
持ち、該半導体シリコン領域からトン電極２６で覆われ
、ソース領域２４とアース領域２５が互いにソース電極
２７と短絡されて成るｌ５ＦＥＴを２つ有している。

ここに示す一方の電極のセンサ部を失活、他方は失活し
ないことで差動型センサとすることが可能となる。

この場合、２１に示す点線で囲んだ部分が光を当てず失
活させない領域に相当している。

第１図は酵素固定膜を有するｌ５ＦＥＴへフォトマスク
を介して紫外線を露光している様子を、第２図のａ−ａ
’断面で示したものである。

ここに１はサファイア基板、２はｐ形シリコンゲート層
、３はｎ形シリコンソース層、４はｎ形シリコンドレイ
ン層、５はｐ形アース層、６は熱酸化膜、７はイオン感
光膜、８は酵素を固定化した膜である。該膜はたとえば
三酢酸セルロースをペースとした膜に酵素としてウレア
ーゼを固定化したものが考えられる。９はフォトマスク
用石英ガラス板であシ、１０はそこに形成されたクロム
による遮光用のパターン、１１は酵素失活に使う平行紫
外線である。

可能にする効果がある。例えば、ＩＳＦｇＴ、ボーラロ
電極などのイオン感受部を少なくとも２個以上持つチッ
プ多数を形成せしめたウェハ上に酵素膜を形成マスクを
介して紫外線などを照射し不活性電極に相当する部分の
酵素を失活する方法である。本発明を実施例に則して説
明する。第２図に示すのは、等価な５Ｏ８ＦＥＴを２つ
有するチップであ９１幅１ｍ長さ５ｆｆｌ＋であ９２イ
ンチ直径のウェハから２５０位作成出来る。ここに用い
るウェハは、各チップ単独に切断したあと酵素を失活せ
しめる様な過激な反応を行なわない５Ｏ８ＦＥＴなどの
絶縁基板上に設けられた回路を持っている方が好ましい
。紫外線照射に際してはウェハｌ上の全面もしくは、少
なくとも将来活性電極、不活性電極として用いる部分に
固定化酵素膜を形成しておく。形成法としては回路を形
成した面のみに限った方が良くスピナによって酵素含有
膜をひく、あるいは酵素固定化の可能な膜をひくのが一
般的であるが、ウェハを膜中に浸漬、ひき上げる事で膜
を形成する事も可能である。酵素固定化の可能な膜の場
合ひき続いて酵素を固定化する。ここにｂう酵素固定膜
とは、半導体表面に直接固定化された様なものも含む広
い意味のものである。以上の様にして得られた固定化酵
素膜を有するウェハに紫外などをマスクを介して照射す
る。光源が紫外線の場合石英ガラス表面にクロムなどで
バターニングした通常のマスクで良く、光を透過しない
部分には少なくとも活性電極として使用する部分を含み
、元を透過失活される部分には少なくとも不活性電極側
を含んでいる必要がある。なお残部に関してはどちらで
も構わなｔｎ、なお失活に関しては完全に失活させ石必
要はなく、差動出力として信号がとシだせる穆度であれ
ば良い。おおむね５０％以上の失活があれば良い。

ここで使用する光源に関しては紫外線の場合低圧水銀ラ
ンプ、水銀−キセノンランプ等が標準的なものであるが
１，５ｏｏｏｉ以下の波長を十分含む光源であれば良い
。強度と照射時間に関しては、固定化酵素膜の厚さ、使
用する酵素、又は膜の素材等により大きく影響をうける
が、照射時間が短かい程酵素屯極部が影響をうけにくい
ため照射時間が３０分以内ですむような強い光源が有利
である。

又光源の熱の影響をさけるためあらかじめ長波長をカッ
トするフィルターを使用することも望ましい。

例えば実施列の場合の低圧水銀ランプでは４ｍＷ／ｃＪ
　（波長ｚ５ｏｏｉ）の強度を２０分照射して良好な結
果をえた。

このあとは切シわけてから端子部に場合によっては表面
の膜を除去したのちアルミ線などでボンディングし実用
性のある電極とする。差動をとる差動型酵素電極として
使用出来る。

（実施例） 本発明の一実施例について以下に説明する。

本発明を構成するｌ５ＦＥＴを第２図に示す。これは、
特願昭５６−０７６９５９によるセンサ′（ｉｌ−２つ
で１チツプにしたもので２インチウニノー当シ約２５０
個回収出来る。表面への酵素固定化膜の形成に関しては
、ウェノ・表面をシラン化剤で処理、ジクロルメタン中
に１．８−ジアミノ−４−アミノメチルオクタンと、ゲ
ルタールアルデヒド、トリアセチルセルロールを含有し
たものをスピナーで一様に塗付＋　　４０℃中に１昼夜
放置したものを用いた。

これを純水で洗浄後酵素としてウレアーゼを含有する水
中に浸、水洗浄後、アセトン置換しすみやかに乾燥した
ものを酵素固定化ウェノ・とじた。紫外以外の失活を極
力防ぐため露光操作はすみやかに行なっ念。

光源はＸｅ　−Ｈｇランプを用い２５０ｎｍを良好に透
過するフィルター透過光を用いた。２５０ｎｍにおける
強度は４ｍＷ／ｃａで、照射時間は２０分であった。照
射後リード線取シつけ部の膜を除去、外部回路と接続、
各種濃度の尿素による特性を計った。電位は電極浸漬後
１分値を採用、バッファし２） −はｐ）Ｉ７．リン酸バッファで温度は３７℃であった
。第３図に尿素濃度と差動出力の関係を示すが、１０ｍ
９７ｄｉ−１００％’／＃の範囲で良好な結果が得られ
た。

ここに示した様に本発明になる方法を用いて調整した電
極は、差動出力として安定な出力を得る事に成功した。

従来、例えば前記花屋らの例では不活性磁極としては、
裸の電極を用いていたが、拳法では不活性側も酵素活性
がないだけで活性電極と同等の膜を表面に持っておシ、
差動型としては、よシ理想的な形をとっている。

（発明の効果） 以上述べてきた様に本発明による酵素失活方法を用いる
事によシ２つのｌ５ＦＥＴを用いた差動型酵素電極が非
常に簡単な工程によって提供出来ることが判明した。

又これに限らず本発明は全面に酵素活性をＭする膜にお
いて一定部分以外を失活させる方法全般にわたって使用
可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す図、第２図はここに用い
た半導体素子の平面図、第３図は実際に得られた差動出
力を示す図。 図中、 １・・・サファイア基板、２・・・ｐ形シリコンゲート
層、３・・・ｎ形シリコンンース層、４・・・ｎ形シ１
ノコンドレイン層、５・・・ｐ形シリコンアース層、６
・・・絶縁膜、７・・・イオン感応膜、８・酵素固定イ
ヒ膜。 ９・・・フォトマスク用石英ガラス、１０・・フォトマ
スク上の遮光バタン、１１・・平行紫外線光、２１・・
・マスクによって光をシャヘイ６れる部分、２２・・・
センサ部、２３・・・ドレイン領域、２４・・・　ソー
ス領域、２５・・・アース領域、２６・・ドレイン電極
。 ２７・・・ソース主極。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）固定化酵素膜の所定の部分に電磁波を照射し、こ
   の部分の酵素を不活性化せしめることを特徴とする固定
   化酵素膜の部分的失活方法。
2. （２）固定化酵素膜は複数のイオン感応部を有する素子
   上に形成されている特許請求の範囲第１項記載の固定化
   酵素膜の部分的失活方法。