JPS63128253A - 半導体化学センサ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体化学センサ、特に溶液中の特定化学物質
濃度を測定するために用いられる電界効果型トランジス
タ利用の化学センサの構造に関する。

〔従来の技術〕

従来の半導体を利用した化学センサは、例えば生体中の
無機イオン濃度をモニターするために用いられ、　ＭＯ
ＳＦＥＴのゲート金属の代りに特定のイオンに選択性を
もつイオン感応膜をつけ、ゲートを直接試料に接する構
造としたものである。通常。

これらはイオン選択性ＦＥＴ　（、ｌ５ＦＥＴ）と称さ
れ、試料中の被測定イオンのイオン活量によって変化す
る試料−イオン感応膜間の界面電位を、ゲート絶縁膜下
のＳｉ表面に誘起される導電率の変化として検出するこ
とにより、イオン濃度を定量する。

ところで、従来の半導体化学センサとしては、電子通信
学会論文誌１９８５／　８Ｖｏｕ、Ｊ　６８−ＣＮａ３
に発表されている「生体用マイクロＩ　Ｓ　ＦＥＴの試
作」　（庄子習−その他）や、アナリテカルーケミ力、
アクタ１５９　（１９８４年）４７〜６２頁にてＡ、シ
ツバルドその他が発表したものが知られててる。前者は
化学センサの微小化を目的としたものであり、後者は多
種類の化学センサの集積化を目的としたものであった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来では化学センサを使用した全体の測
定システムの小型化についてや、血液等を測定した際の
汚染の問題について配慮がされていなかった。例えば、
前者の微小センサでは、センサと対にして使用する参照
電極について触れておらず、試料溶液を微量化するため
には参照電極の微小化のための工夫を要する欠点があっ
た。また、後者の化学センサはフローセルに実装してお
り、試料溶液を流す流路系や、センサ特性の経時変化を
補正するための補正機構が必要となり、分析装置が複雑
化する問題があった。

本発明の目的は、上記従来の問題点に着目し、試料溶液
の微量化とセンサ特性の補正なしに使用できる、いわゆ
る使い捨て型の半導体化学センサを提供することにある
。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明に係る半導体化学セ
ンサは、電界効果型トランジスタのゲート絶縁膜上にイ
オン感応膜を付した一対のセンサ部を同一基板上に形成
し、各センサ部のゲート部分に対応してフレームにより
液滴収容用の凹溝を形成するとともに各凹溝間を連絡す
るイオン流動用のブリッジ溝を形成し、一方の凹溝の内
壁には外部端子と接続される電極を設けた構成とした。

〔作用〕

上記構成によれば、センサ表面上のフレームによって形
成された一方の凹溝内に微量の試料溶液が保持できる。

また、他方の電極を具備した凹溝内には飽和ＫＣＱ溶液
等の参照用溶液を収容保持できる。参照用凹溝のｌ５Ｆ
ＥＴに電極を通じて基準電位が与えられると、試料用凹
溝のｌ５ＦＥＴには溶液間で自由なイオン移動ができる
ブリッジ溝を通じて電位が与えられ、両ｌ５ＦＥＴ間の
差動をとることより、多数個作ったセンサ間の特性バラ
ツキを補正することが不要となる。

〔実施例〕

以下に、本発明に係る半導体化学センサの実施例を図面
を参照して詳細に説明する。

第１図に実施例に係るセンサの全体斜視図を示すが、こ
のセンサは同一のプリント基板ｌ上に２つのに＋ｌ５Ｆ
ＥＴからなるセンサ部２を形成している。

このプリント基板１は各センサ部２のゲート部を除いて
フレーム３により覆われている。フレーム３は絶縁性重
合体物質であるポリスチレン、その他の絶縁性高分子材
料から形成され、各センサ部２の一方のゲート部分に対
応して被測定溶液４を収容できる試料用凹溝５を、他方
のゲート部分に対応して参照溶液６を収容できる参照用
凹溝７を形成している。もちろん、各凹溝５，７の底面
はイオン感応膜８の塗布面とされる。この場合、参照溶
液６は飽和ＫＣΩ溶液とされ、イオン感応膜８はに＋の
感応膜としている。

また、一対の凹溝５，７を形成するフレーム３には、両
凹溝５，７間を連絡し、充填された被測定溶液４と参照
溶液６との間で自由なイオン移動できるようにしたブリ
ッジ溝９が形成されている。

各凹溝５，７部分の断面図を示した第２〜３図から明ら
かなように、センサ部の出力はボンディングワイヤ１０
によりプリント基板１上の外部出力端子１１からとり出
さ九る。また、特に参照用凹溝７には、当該凹溝７の内
壁面に、この凹溝７に対応するＦＥＴ外部出力端子１１
と接続される電極１２が形成されている。この電極１２
は塩化銀を被覆した銀電極であり、参照用凹溝７にある
センサ部に基準電位を与えるようにしている。

このように構成された半導体化学センサでは。

測定に際して、試料用凹溝５内に被測定用溶液４を滴下
し、同時に参照用凹溝７内には飽和ＫＣＱ溶液からなる
参照溶液６を滴下する。そして、銀／塩化銀電極１２に
より参照用凹溝７にあるに＋ｌ５ＦＥＴに基準電位を与
える。このとき、試料用凹溝５のに＋ｌ５ＦＥＴにはブ
リッジ溝９により電位が与えられる。試料用凹溝５にあ
るに＋ｌ５ＦＥＴの出力を参照用凹溝７のに＋ｌ５ＦＥ
Ｔの出力との差動としてとり出すのである。

このようなことから、実施例の半導体化学センサでは、
ワンチップ上のセンサ部間で差動をとることにより、多
数作ったセンサ間の特性のバラツキを補正する必要がな
くなり、使い捨てセンサとして使用することが可能とな
った。

また、第４図に実施例センサによる測定結果をイオン選
択性電極による測定結果の相関図を示す。

これによれば、相関係数γ＝０．９９３　　となり、実
施例センサが充分実用可能であることが判明した、次に
、試料用凹溝５のに＋ｌ５ＦＥＴと参照用凹溝７のに÷
ｌ５ＦＥＴの差動をとらずに、試料用凹溝５のに＋ｌ５
ＦＥＴの出力でけで測定した場合の相関図を第５図に示
す。これでは相関係数γ＝０．９６０　　となり実施例
センサによる測定精度が高いことが理解できる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、半導体化学センサと参
照電極、および測定試料の保持容器とを一体化でき、試
料溶液の微量化が可能となり、同時に個々のセンサ特性
の補正が不要となるため、使い捨て使用が可能となって
、分析装置の血液等による汚染の問題がなくなる効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例センサの斜視図、第２図は同センサの試
料用凹溝の断面図、第３図は同センサの参照用凹溝の断
面図、第４図は実施例センサとイオン選択性電極法によ
る測定結果の相関図、第５図は実施例センサの差動をと
らずに測定した結果とイオン選択性電極法による測定結
果の相関図である。 １・・・プリント基板、２・・・センサ部、３・・・フ
レーム、４・・・被測定溶液、５・・・試料用凹溝、６
・・・参照溶液、７・・・参照用凹溝、８・・・イオン
感応膜、９・・・ブリッジ溝、１１・・・外部端子、１
２・・・銀／塩化銀電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、電界効果型トランジスタのゲート絶縁膜上にイオン
   感応膜を付した一対のセンサ部を同一基板上に形成し、
   各センサ部のゲート部分に対応してフレームにより液滴
   収容用の凹溝を形成するとともに各凹溝間を連絡するイ
   オン流動用のブリッジ溝を形成し、一方の凹溝の内壁に
   は外部端子と接続される電極を設けたことを特徴とする
   半導体化学センサ。