JPS62132160A - 分離ゲ−ト型isfetを用いたバイオセンサ− - Google Patents
分離ゲ−ト型isfetを用いたバイオセンサ−Info
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- JPS62132160A JPS62132160A JP60272840A JP27284085A JPS62132160A JP S62132160 A JPS62132160 A JP S62132160A JP 60272840 A JP60272840 A JP 60272840A JP 27284085 A JP27284085 A JP 27284085A JP S62132160 A JPS62132160 A JP S62132160A
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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。
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〕
本発明は分離ゲート型ISFET(イオン・センシティ
ブ・フィールド・イフエクト・トランジスター(工on
3ensitive Field Effect T
ransistor ) )を用いたバイオセンサー
、更に詳細には、分離ゲート型ISF’ETのイオン感
応膜に酸化イリジウムを用い、このイオン感応膜の上に
直接酵素固定化膜を被着させたバイオセンサーに関する
つなお、本発明において、「分離ゲート型ISFETJ
とは、基板、バリヤー膜及びゲート部がソースに接続し
た構造において、イオン感応膜とゲート部が同一基板上
に距離をおいて形設された構造のFETfcいう。
ブ・フィールド・イフエクト・トランジスター(工on
3ensitive Field Effect T
ransistor ) )を用いたバイオセンサー
、更に詳細には、分離ゲート型ISF’ETのイオン感
応膜に酸化イリジウムを用い、このイオン感応膜の上に
直接酵素固定化膜を被着させたバイオセンサーに関する
つなお、本発明において、「分離ゲート型ISFETJ
とは、基板、バリヤー膜及びゲート部がソースに接続し
た構造において、イオン感応膜とゲート部が同一基板上
に距離をおいて形設された構造のFETfcいう。
近年、半纏体技術及びこの技術を利用したIC技術の進
歩と相俟って、ISFETt利用した水素イオン、ナト
リウムイオンの濃度測定用センサーがビー・ペルクフエ
ルトCP、 Bergverd )、松属、ケー・デー
・ワイズ(K、 1)、Wise )によって報告され
ている〔アイ・イー・イー・イー・トランスアクショ7
ズ(1,E、E、E、Trans、 ) B EM −
19゜342(1972):同、BEM−21,485
(1974))。
歩と相俟って、ISFETt利用した水素イオン、ナト
リウムイオンの濃度測定用センサーがビー・ペルクフエ
ルトCP、 Bergverd )、松属、ケー・デー
・ワイズ(K、 1)、Wise )によって報告され
ている〔アイ・イー・イー・イー・トランスアクショ7
ズ(1,E、E、E、Trans、 ) B EM −
19゜342(1972):同、BEM−21,485
(1974))。
ISFETは、一般に基板、バリヤー膜及びイオン感応
膜から構成され、イオン感応膜はゲート部の上に形設さ
れている。そして、このような構成を有するため、IS
FETを被検液に浸漬すると、イオン濃度に応じてイオ
ン感応膜の表面電位が変化し、この電位変化を例えばソ
ースとドレイン間の電流変化として測定し、標準溶液で
の結果を参照することによってイオン濃度を知ることが
できる。このイオン感応膜としては、従来より、窒化シ
リコーン膜、この膜の上に酸化アルミニウムあるいは酸
化タンタル膜を重ねた膜等(以下、ゲート基材という)
が知られており、これらは主として基板のMOS(金属
酸化物シリコーン)の上に重ねた構造で使用されている
。
膜から構成され、イオン感応膜はゲート部の上に形設さ
れている。そして、このような構成を有するため、IS
FETを被検液に浸漬すると、イオン濃度に応じてイオ
ン感応膜の表面電位が変化し、この電位変化を例えばソ
ースとドレイン間の電流変化として測定し、標準溶液で
の結果を参照することによってイオン濃度を知ることが
できる。このイオン感応膜としては、従来より、窒化シ
リコーン膜、この膜の上に酸化アルミニウムあるいは酸
化タンタル膜を重ねた膜等(以下、ゲート基材という)
が知られており、これらは主として基板のMOS(金属
酸化物シリコーン)の上に重ねた構造で使用されている
。
而して、このような構造を有するISFETをトランス
デユーサ−として用いたバイオセンサーは、 ■ ガラス電極並の感度がある ■ 応答速度が速い ■ 出力インピーダンスが低く、低雑音である■ 熱不
導体材料を一部に用いる設計そあるため、温度制御が容
易である ■ IC技術を使用できるので大量生産、小型化が容易
である 等の利点を有する。
デユーサ−として用いたバイオセンサーは、 ■ ガラス電極並の感度がある ■ 応答速度が速い ■ 出力インピーダンスが低く、低雑音である■ 熱不
導体材料を一部に用いる設計そあるため、温度制御が容
易である ■ IC技術を使用できるので大量生産、小型化が容易
である 等の利点を有する。
しかしながら、MO8基板ベースのMOSFETをもと
に作成される従来のバイオセンサーは、ゲート部の上に
直接酵素固定化膜を被着した構造であるため、センサー
を被検液中に浸漬するとゲート部分に液が浸み込んだり
、ゲート部分が光に感受したりしてドリフトが発生し易
い等の問題点があった。また、従来のバイオセンサーに
使用されている前記ゲート基材では、その上に固定化酵
素膜を被着するには、基材表面にシランカップリング剤
処理を必要とするため、センサーの製作工程が複雑であ
るという欠点があった。
に作成される従来のバイオセンサーは、ゲート部の上に
直接酵素固定化膜を被着した構造であるため、センサー
を被検液中に浸漬するとゲート部分に液が浸み込んだり
、ゲート部分が光に感受したりしてドリフトが発生し易
い等の問題点があった。また、従来のバイオセンサーに
使用されている前記ゲート基材では、その上に固定化酵
素膜を被着するには、基材表面にシランカップリング剤
処理を必要とするため、センサーの製作工程が複雑であ
るという欠点があった。
このような問題点を解決し、ISFETの応答の安定化
を図る方法として、最近、分離ゲート型ISFETの検
討が進められている。分離ゲート型ISFETでは、イ
オン感応換部のみを被検液に浸漬すればよ<、FETゲ
ート部はソース、ドレイン構成部分と同様に光や外界か
ら遮断された構造であるため、応答の安定化が図れると
考えられている。
を図る方法として、最近、分離ゲート型ISFETの検
討が進められている。分離ゲート型ISFETでは、イ
オン感応換部のみを被検液に浸漬すればよ<、FETゲ
ート部はソース、ドレイン構成部分と同様に光や外界か
ら遮断された構造であるため、応答の安定化が図れると
考えられている。
ところが、イオン感応膜として従来のゲート基材の如く
絶縁物を使用している限シにおいては、分離ゲート型構
造とすることは困難であった。
絶縁物を使用している限シにおいては、分離ゲート型構
造とすることは困難であった。
斯かる実状において、本発明者は、先にイオン感応膜と
して電子伝導性の酸化イリジウム膜を使用すれば分離ゲ
ート型I 5FETの製作が可能なこと、酸化イリジウ
ムはバリヤー膜とのなじみが良好なこと、そして酸化イ
リジウム膜はpt”を感度がよく優れた一センサーとし
て機能しうろことを見出した〔膨部(T、 Katsu
be ) ; l 984インターナシヨナル・コンフ
エランス・オン・インダストリアル・エレクトロニクス
・コントロール・アンド中インストルメンテーショy
(InternationalConference
on Industrial glectronics
、 Control andInstrumenta
tion )オクト−バー(Qctober ) 2
2−26.1984)。
して電子伝導性の酸化イリジウム膜を使用すれば分離ゲ
ート型I 5FETの製作が可能なこと、酸化イリジウ
ムはバリヤー膜とのなじみが良好なこと、そして酸化イ
リジウム膜はpt”を感度がよく優れた一センサーとし
て機能しうろことを見出した〔膨部(T、 Katsu
be ) ; l 984インターナシヨナル・コンフ
エランス・オン・インダストリアル・エレクトロニクス
・コントロール・アンド中インストルメンテーショy
(InternationalConference
on Industrial glectronics
、 Control andInstrumenta
tion )オクト−バー(Qctober ) 2
2−26.1984)。
本発明者は、通常のISFETタイプのバイオセンサー
の有する上記欠点を克服すべく鋭意検討の結果、イオン
感応膜に酸化イリジウム膜を用いた分離ゲート型ISF
ETの酸化イリジウム膜は水溶液で処理すれば容易に酵
素の固定化が行なえること、そして酵素固定化膜を有す
る上記分離ゲート型ISFETが優れたセンサー特性を
有することを見出し、本発明を完成した。
の有する上記欠点を克服すべく鋭意検討の結果、イオン
感応膜に酸化イリジウム膜を用いた分離ゲート型ISF
ETの酸化イリジウム膜は水溶液で処理すれば容易に酵
素の固定化が行なえること、そして酵素固定化膜を有す
る上記分離ゲート型ISFETが優れたセンサー特性を
有することを見出し、本発明を完成した。
すなわち本発明は、分離ゲート型I 5FETのイオン
感応膜に酸化イリジウムを用い、このイオン感応膜の上
に直接酵素固定化膜を被着させたバイオセンサーを提供
するものである。
感応膜に酸化イリジウムを用い、このイオン感応膜の上
に直接酵素固定化膜を被着させたバイオセンサーを提供
するものである。
本発明に使用される酵素としては、基’1ft−分解し
てプロトンを発生させるものならば使用でき゛、例えば
ウレアーゼ(尿素検出用)、グルコースオキシダーゼ(
グルコース検出用)、ペニンIJす一部(ペニシリン検
出用)、ト、リプシン(ベプタイド検出用)、リパーゼ
〔脂肪酸検出用、例えばホスホリパーゼ(アセチルコリ
ン検出用)〕、ペプチダーゼ(スレオニン検出用)等が
挙げられる。
てプロトンを発生させるものならば使用でき゛、例えば
ウレアーゼ(尿素検出用)、グルコースオキシダーゼ(
グルコース検出用)、ペニンIJす一部(ペニシリン検
出用)、ト、リプシン(ベプタイド検出用)、リパーゼ
〔脂肪酸検出用、例えばホスホリパーゼ(アセチルコリ
ン検出用)〕、ペプチダーゼ(スレオニン検出用)等が
挙げられる。
また、酵素固定化膜を酸化イリジウムイオン感応膜上に
被着するには、通常の酵素固定化法が使用でき、例えば
牛血清アルブミンを加えたトリス−塩酸緩衝液に酵素を
溶かし、これを酸化イリジウム膜上に塗布、乾燥させた
後、グルタルアルデヒド溶液を滴下して架橋反応により
固定化する方法が挙げられる。斯くして得られた固定化
膜と酸化イリジウム膜との密着性は極めて良好である。
被着するには、通常の酵素固定化法が使用でき、例えば
牛血清アルブミンを加えたトリス−塩酸緩衝液に酵素を
溶かし、これを酸化イリジウム膜上に塗布、乾燥させた
後、グルタルアルデヒド溶液を滴下して架橋反応により
固定化する方法が挙げられる。斯くして得られた固定化
膜と酸化イリジウム膜との密着性は極めて良好である。
膜厚は、特に制限はないが、通常400〜roooAと
なるように被着される。また、酵素の固定化膜の厚さと
しては、50〜l OOpm程度に設定するのが好まし
い。
なるように被着される。また、酵素の固定化膜の厚さと
しては、50〜l OOpm程度に設定するのが好まし
い。
本発明のバイオセンサーは、これを被検液に浸漬すると
酵素固定化膜において酵素と基質が反応してPH変化を
生ずる。この−変化が酸化イリジウム換で電位変化とし
て検出され、更にFETを通じて出力される。
酵素固定化膜において酵素と基質が反応してPH変化を
生ずる。この−変化が酸化イリジウム換で電位変化とし
て検出され、更にFETを通じて出力される。
本発明のバイオセンサーは、膜上の如く構成されるもの
であるため、分離ゲート型l8FETの安定性等の優れ
た特性を鏝持し、同時に酵素センサーであるため、選択
性よく基質の濃度を測定することかできる。
であるため、分離ゲート型l8FETの安定性等の優れ
た特性を鏝持し、同時に酵素センサーであるため、選択
性よく基質の濃度を測定することかできる。
更に、分離ゲート構造であるため、イオン感応膜の面積
や形態、厚さ等に比較的自由度が大さく実用土有利に使
用することができる。
や形態、厚さ等に比較的自由度が大さく実用土有利に使
用することができる。
次に実施例を挙げて説明する。
実施汐りl
下記方法に従って、第1図に示す構造の分離ゲート型I
SFETt−用めたバイオセンサーき作製した。
SFETt−用めたバイオセンサーき作製した。
(1)FETの作製
p型シリコーンを基板として用い、ホトレジスト法、放
電処理法、熱拡散法を組み合せて常法により基板の一部
にFET’e形成させた。
電処理法、熱拡散法を組み合せて常法により基板の一部
にFET’e形成させた。
(2)分離ゲート型ISFET+7)作製上記FETの
露出した基板上に、FE’l[’ゲート部とは距離をお
いてイオン感応腰部を形成した0まずS n型シリコー
ン基材を熱酸化し、厚さ5oooAの酸化シリコーン膜
を成膜し、その上に反応性スパッタ法により純酸素中、
真空下5 X l O−” Torrで酸化イリジウム
イオン感応膜t−膜厚800λに成膜した。次いで、F
ETゲート部とこのイオン感応膜の間を短かい導線によ
り結合した。更に、イオン感応膜表面とゲート部との周
囲を絶縁体(例えばチッ化ケイ素、その他フォトレジス
トフィルム等)により絶縁した後、絶縁膜の一部を除去
して4.25 X 1.3皿のイオン感応膜露出面を設
けた。この露出面に下記方法により酵素膜を成膜した。
露出した基板上に、FE’l[’ゲート部とは距離をお
いてイオン感応腰部を形成した0まずS n型シリコー
ン基材を熱酸化し、厚さ5oooAの酸化シリコーン膜
を成膜し、その上に反応性スパッタ法により純酸素中、
真空下5 X l O−” Torrで酸化イリジウム
イオン感応膜t−膜厚800λに成膜した。次いで、F
ETゲート部とこのイオン感応膜の間を短かい導線によ
り結合した。更に、イオン感応膜表面とゲート部との周
囲を絶縁体(例えばチッ化ケイ素、その他フォトレジス
トフィルム等)により絶縁した後、絶縁膜の一部を除去
して4.25 X 1.3皿のイオン感応膜露出面を設
けた。この露出面に下記方法により酵素膜を成膜した。
(3) バイオセンサーの作製
■ ウレアーゼセンサー
0、2 M ) IJ X−塩[1衝fi(pH8,5
)−15チ牛血清アルブミン痔液〔半回化学薬品(株)
社製〕にウレアーゼ〔東洋紡績(休)社製〕を溶解させ
た液5μt2マイクロシリンジで採取し、イオン感応膜
露出面の上に塗布、風乾させた後、25容槓チのグルタ
ルアルデヒド溶液0.5μを滴下し、架橋反応によって
ウレアーゼ固定化膜を成膜し尿素センサーを作製した。
)−15チ牛血清アルブミン痔液〔半回化学薬品(株)
社製〕にウレアーゼ〔東洋紡績(休)社製〕を溶解させ
た液5μt2マイクロシリンジで採取し、イオン感応膜
露出面の上に塗布、風乾させた後、25容槓チのグルタ
ルアルデヒド溶液0.5μを滴下し、架橋反応によって
ウレアーゼ固定化膜を成膜し尿素センサーを作製した。
■ グルコースセンサー
ウレアーゼの代りにグルコースオキシダーゼ〔ナガセ生
化学工業(株)社製〕を用いた以外は、上記ウレアーゼ
固定化膿の場合と同様にしてグルコースセンサー金作製
した。
化学工業(株)社製〕を用いた以外は、上記ウレアーゼ
固定化膿の場合と同様にしてグルコースセンサー金作製
した。
このようにして被着したウレアーゼ又はグルコースオキ
シダーゼの固定化膜と酸化イリジウム膜との密着性は良
好で、3週間程度の測定を繰り返した耐久性試験の結果
では、劣化やセンサー特性の低下はみられなかった。
シダーゼの固定化膜と酸化イリジウム膜との密着性は良
好で、3週間程度の測定を繰り返した耐久性試験の結果
では、劣化やセンサー特性の低下はみられなかった。
以上のようにして作製した酵素固定化膜を被覆した分離
ゲート型ISFET、あるいは酸化イリジウム膜を直接
ゲート部まで延長した以外はこれと同様の構成を有する
分離ゲート型ISFET(第2図)を用いて以下の試験
を行なった。
ゲート型ISFET、あるいは酸化イリジウム膜を直接
ゲート部まで延長した以外はこれと同様の構成を有する
分離ゲート型ISFET(第2図)を用いて以下の試験
を行なった。
試験例1
実施例1で作製した尿素センサーの出力応答特性を次の
方法により調べた。すなわち0.01Mトリス−塩酸塩
緩衝液(…7.O)中に尿素を20”’釉又は50m9
/dtとなるように添加したときの出力電圧の時間変化
を調べた。なお、測定は30℃で行ない、電位はAi/
All ”電極に対して測定し九。
方法により調べた。すなわち0.01Mトリス−塩酸塩
緩衝液(…7.O)中に尿素を20”’釉又は50m9
/dtとなるように添加したときの出力電圧の時間変化
を調べた。なお、測定は30℃で行ない、電位はAi/
All ”電極に対して測定し九。
結果を第3図に示す。
第3図に示す9口<、出力電圧には緩やかではあるが大
きな変化が見られ九。また、応答速度は通常のISFE
Tと同程度であった。
きな変化が見られ九。また、応答速度は通常のISFE
Tと同程度であった。
試験例2
実施例1で作製した尿素センサーの尿素に対する検量線
を作成した。試験は、尿素濃度を5〜1000m9/a
tの旬囲で変えた以外は試験例1と同様にして行なった
。尿素添加後5分後の出力電圧をもとに作成した検量線
を第4図に示す。
を作成した。試験は、尿素濃度を5〜1000m9/a
tの旬囲で変えた以外は試験例1と同様にして行なった
。尿素添加後5分後の出力電圧をもとに作成した検量線
を第4図に示す。
第4図に示す如く、尿素濃度10〜1o o my/d
tの範囲で出力電圧に約15mVの変化が見られた。
tの範囲で出力電圧に約15mVの変化が見られた。
このことから、本発明の尿素センサーが実用に供しうる
ものであることが分った。
ものであることが分った。
試験1’Ij 3
実施i+tt tで作製したグルコースセンサーの出力
応答特性を試験例1と同様にして調べた。結果を第5図
に示す。
応答特性を試験例1と同様にして調べた。結果を第5図
に示す。
試験例4
実施例1で作製したグルコースセンサーのグルコースに
対する検量線を作成した。結果を第6図に示す。
対する検量線を作成した。結果を第6図に示す。
第6図に示す如く、グルコース濃度10〜lo。
m9/atの範囲で出力電圧に約11mVの変化が見ら
れた。従って、本発明のグルコースセンサーも尿素セン
サー同様実用に供しうるものであることが分った。
れた。従って、本発明のグルコースセンサーも尿素セン
サー同様実用に供しうるものであることが分った。
第1図及び第2図は本発明のバイオセンサーの構造の一
例を示す図面であって、第1図はFETゲート部と酸化
イリジウム展、ヲ導線で結線したもの、第2図は酸化イ
リジウム膜を直接ゲート部まで延長した構造を有するも
のの概略縦断説明図を示す。第3図はウレアーゼセンサ
ーの出力電圧の時間変化を示す図面である。第4図は則
センサーの尿素に対する検量線である。第5図はグルコ
ースセンブーの出力電圧の時間変化を示す図面である。 第6図は同センサーのグルコースに対スる検量線である
。 以上
例を示す図面であって、第1図はFETゲート部と酸化
イリジウム展、ヲ導線で結線したもの、第2図は酸化イ
リジウム膜を直接ゲート部まで延長した構造を有するも
のの概略縦断説明図を示す。第3図はウレアーゼセンサ
ーの出力電圧の時間変化を示す図面である。第4図は則
センサーの尿素に対する検量線である。第5図はグルコ
ースセンブーの出力電圧の時間変化を示す図面である。 第6図は同センサーのグルコースに対スる検量線である
。 以上
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、分離ゲート型ISFETのイオン感応膜に酸化イリ
ジウムを用い、このイオン感応膜の上に直接酵素固定化
膜を被着させたバイオセンサー。 2、酵素がウレアーゼである特許請求の範囲第1項記載
のバイオセンサー。 3、酵素がグルコースオキシダーゼである特許請求の範
囲第1項記載のバイオセンサー。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60272840A JPS62132160A (ja) | 1985-12-04 | 1985-12-04 | 分離ゲ−ト型isfetを用いたバイオセンサ− |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60272840A JPS62132160A (ja) | 1985-12-04 | 1985-12-04 | 分離ゲ−ト型isfetを用いたバイオセンサ− |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62132160A true JPS62132160A (ja) | 1987-06-15 |
Family
ID=17519503
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60272840A Pending JPS62132160A (ja) | 1985-12-04 | 1985-12-04 | 分離ゲ−ト型isfetを用いたバイオセンサ− |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62132160A (ja) |
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- 1985-12-04 JP JP60272840A patent/JPS62132160A/ja active Pending
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