JPS63229358A - 固定化酵素膜及びその製法 - Google Patents
固定化酵素膜及びその製法Info
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- JPS63229358A JPS63229358A JP62062413A JP6241387A JPS63229358A JP S63229358 A JPS63229358 A JP S63229358A JP 62062413 A JP62062413 A JP 62062413A JP 6241387 A JP6241387 A JP 6241387A JP S63229358 A JPS63229358 A JP S63229358A
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Landscapes
- Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (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。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔概 要〕
本発明による固定化酵素膜は、半導体バイオセンサの分
子識別部として使用するためのものであって、表面が不
溶化せしめられた酵素含有ポリビニルアルコール膜から
なる。この固定化酵素膜は、半導体バイオセンサの水溶
液中での使用を可能にするとともに、その簡便かつ確実
な製造を可能にする。
子識別部として使用するためのものであって、表面が不
溶化せしめられた酵素含有ポリビニルアルコール膜から
なる。この固定化酵素膜は、半導体バイオセンサの水溶
液中での使用を可能にするとともに、その簡便かつ確実
な製造を可能にする。
本発明は固定化酵素膜に関する。本発明は、さらに詳し
く述べると、例えばｌ５ＦＥＴ （イオン感応性電界効
果型トランジスタ）のような半琢体素子を信号変換部（
トランスデユーサ）として使用した半導体バイオセンサ
において分子識別部（レセプタ）として使用するための
固定化酵素膜、そしてその製法に関する。本発明の固定
化酵素膜は、医療２発酵工業、生化学の研究等の分野に
おいて、酵素学的に特定の物質や化学種を検出するため
の、いわゆるバイオセンサに有利に使用することができ
る。
く述べると、例えばｌ５ＦＥＴ （イオン感応性電界効
果型トランジスタ）のような半琢体素子を信号変換部（
トランスデユーサ）として使用した半導体バイオセンサ
において分子識別部（レセプタ）として使用するための
固定化酵素膜、そしてその製法に関する。本発明の固定
化酵素膜は、医療２発酵工業、生化学の研究等の分野に
おいて、酵素学的に特定の物質や化学種を検出するため
の、いわゆるバイオセンサに有利に使用することができ
る。
周知の通り、信号変換部としてｌ５ＦＥＴを使用したバ
イオセンサの開発が、小型化、集積化。
イオセンサの開発が、小型化、集積化。
微量測定可能等の利点から進んでおり、また、同時に、
かかる半導体バイオセンサにおいて分子識別部として使
用する固定化酵素膜の開発も活発化している。
かかる半導体バイオセンサにおいて分子識別部として使
用する固定化酵素膜の開発も活発化している。
従来の半導体バイオセンサにおいて、ｌ５ＦＥＴ 表面
に固定化酵素膜を形成するためにいろいろな方法が用い
られている。例えば、光架橋性ポリビニルアルコール包
括法が公知である。この方法は、高分子ポリビニルアル
コール内の空間に酵素を包括するもので、酵素液を含む
光架橋性ポリビニルアルコールを分子識別部形成部位に
適用し、次いでこれに紫外線のような光を照射してポリ
ビニルアルコールの架橋とそれによる硬化をひきおこす
ことからなっている。別法として、ウシ血清アルブミン
（ＢＳＡ）−グルタルアルデヒド架橋法も公知である。
に固定化酵素膜を形成するためにいろいろな方法が用い
られている。例えば、光架橋性ポリビニルアルコール包
括法が公知である。この方法は、高分子ポリビニルアル
コール内の空間に酵素を包括するもので、酵素液を含む
光架橋性ポリビニルアルコールを分子識別部形成部位に
適用し、次いでこれに紫外線のような光を照射してポリ
ビニルアルコールの架橋とそれによる硬化をひきおこす
ことからなっている。別法として、ウシ血清アルブミン
（ＢＳＡ）−グルタルアルデヒド架橋法も公知である。
この方法は、化学的結合によって酵素を固定化するもの
で、例えば、ウシ面端アルブミン、グルタルアルデヒド
及び酵素の混合ｍ？＆を分子識別部形成部位にスピンコ
ードし、乾燥することによって行うことができる。アル
ブミン及び酵素中のＮ８２基とグルタルアルデヒドのＣ
ＨＯ基とが反応して架橋し、また、アルブミンは天然高
分子なので、かなり均質な固定化酵素膜が形成される。
で、例えば、ウシ面端アルブミン、グルタルアルデヒド
及び酵素の混合ｍ？＆を分子識別部形成部位にスピンコ
ードし、乾燥することによって行うことができる。アル
ブミン及び酵素中のＮ８２基とグルタルアルデヒドのＣ
ＨＯ基とが反応して架橋し、また、アルブミンは天然高
分子なので、かなり均質な固定化酵素膜が形成される。
半導体バイオセンサを製作するに当って、酵素の固定化
法は非常に重要である。ＩＣ製造プロセスに適合した酵
素画定化法の研究が進められているものの、従来の酵素
固定化法には問題がある。
法は非常に重要である。ＩＣ製造プロセスに適合した酵
素画定化法の研究が進められているものの、従来の酵素
固定化法には問題がある。
例えば、先に述べた光架橋性ポリビニルアルコール包括
法であるが、この方法は、光照射が必須であり、製造工
程が複雑となっている。同様に、アルブミン−グルタル
アルデヒド架橋法は、ＴＳＦＥＴ表面の絶縁膜と形成さ
れる固定化酵素膜との結合を確実にするために、絶縁膜
を予め表面活性化処理することが必要である。表面活性
化処理は、通常、ｌ５ＦＥＴの絶縁膜である窒化珪素（
Ｓｉ３ Ｎ４ ）の表面をγ−アミノプロピルトリエト
キシシラン（γ−ＡＰＴＥＳ）で化学修飾して、官能基
を導入することによって行われている。加えて、この方
法は、グルタルアルデヒドの架橋中に酵素の反応が進行
する傾向にある。したがって、半導体バイオセンサの分
野では、上記のような欠点をもたない固定化酵素膜をよ
り簡便かつ確実に作製することが望まれている。
法であるが、この方法は、光照射が必須であり、製造工
程が複雑となっている。同様に、アルブミン−グルタル
アルデヒド架橋法は、ＴＳＦＥＴ表面の絶縁膜と形成さ
れる固定化酵素膜との結合を確実にするために、絶縁膜
を予め表面活性化処理することが必要である。表面活性
化処理は、通常、ｌ５ＦＥＴの絶縁膜である窒化珪素（
Ｓｉ３ Ｎ４ ）の表面をγ−アミノプロピルトリエト
キシシラン（γ−ＡＰＴＥＳ）で化学修飾して、官能基
を導入することによって行われている。加えて、この方
法は、グルタルアルデヒドの架橋中に酵素の反応が進行
する傾向にある。したがって、半導体バイオセンサの分
野では、上記のような欠点をもたない固定化酵素膜をよ
り簡便かつ確実に作製することが望まれている。
本発明者らは、表面が不溶化せしめられた酵素含有ポリ
ビニルアルコール膜からなる固定化酵素膜によって、上
述の問題点を解決し得るということを見い出した。
ビニルアルコール膜からなる固定化酵素膜によって、上
述の問題点を解決し得るということを見い出した。
本発明において用いられるポリビニルアルコールは、粘
着性をもった高分子マトリクスであるので、ｌ５ＦＥＴ
表面の絶縁膜に良好に付着可能であり、また、親水性を
有しているので、それに取り込まれるべき酵素との相性
も良好である。なお、上記のような特性を有する限り、
ポリビニルアルコール以外のポリマーもまた使用するこ
とができる。
着性をもった高分子マトリクスであるので、ｌ５ＦＥＴ
表面の絶縁膜に良好に付着可能であり、また、親水性を
有しているので、それに取り込まれるべき酵素との相性
も良好である。なお、上記のような特性を有する限り、
ポリビニルアルコール以外のポリマーもまた使用するこ
とができる。
本発明の酵素含有ポリビニルアルコール膜は、さらに、
その表面が不溶化せしめられていることに特徴がある。
その表面が不溶化せしめられていることに特徴がある。
したがって、ポリビニルアルコール等の親水性ポリマー
は概して水に易溶であり、水中あるいは水溶液中での使
用を前提とする半導体バイオセンサのマトリクスとして
は適用が難しいにもかかわらず、本発明のポリビニルア
ルコール膜にはそのような不都合が存在しない。
は概して水に易溶であり、水中あるいは水溶液中での使
用を前提とする半導体バイオセンサのマトリクスとして
は適用が難しいにもかかわらず、本発明のポリビニルア
ルコール膜にはそのような不都合が存在しない。
酵素含有ポリビニルアルコール膜の表面の不溶化は、本
発明に従い簡便かつ容易に行うことができる。好ましく
は、かかる酵素膜の不溶化に、アセタール化反応による
架橋構造の形成を利用することができる。
発明に従い簡便かつ容易に行うことができる。好ましく
は、かかる酵素膜の不溶化に、アセタール化反応による
架橋構造の形成を利用することができる。
半導体バイオセンサの分子識別部として使用する固定化
酵素膜を製造する方法は、本発明によれば、すでに形成
されている信号変換部のゲート絶縁膜上に酵素含有ポリ
ビニルアルコール溶液を注加し、そのまま放置すること
によって酵素含有ポリビニルアルコール膜を形成させ、
次いでこのポリビニルアルコール膜をアセタール化処理
して膜の表面を不溶化せしめることによって行うことが
できる。アセタール化処理は、有利には、酵素膜をポリ
ビニルアルコール膜を所定量の硫酸、硫酸ナトリウム及
びホルムアルデヒドを含有する処理溶液中に浸漬するこ
とによって行うことができる。
酵素膜を製造する方法は、本発明によれば、すでに形成
されている信号変換部のゲート絶縁膜上に酵素含有ポリ
ビニルアルコール溶液を注加し、そのまま放置すること
によって酵素含有ポリビニルアルコール膜を形成させ、
次いでこのポリビニルアルコール膜をアセタール化処理
して膜の表面を不溶化せしめることによって行うことが
できる。アセタール化処理は、有利には、酵素膜をポリ
ビニルアルコール膜を所定量の硫酸、硫酸ナトリウム及
びホルムアルデヒドを含有する処理溶液中に浸漬するこ
とによって行うことができる。
本発明では、ポリビニルアルコールをアセタール化処理
することによって、ポリビニルアルコールのＯＨ基とア
ルデヒドのＣＨＯ基とが反応して分子内及び分子間架橋
が形成される。これらの架橋が酵素含有ポリビニルアル
コール膜の表面に存在することの結果として、得られる
半導体バイオセンサを水中あるいは水溶液中で使用する
ことができる。
することによって、ポリビニルアルコールのＯＨ基とア
ルデヒドのＣＨＯ基とが反応して分子内及び分子間架橋
が形成される。これらの架橋が酵素含有ポリビニルアル
コール膜の表面に存在することの結果として、得られる
半導体バイオセンサを水中あるいは水溶液中で使用する
ことができる。
本発明において半導体バイオセンサの作製に用いられる
ｌ５ＦＥＴは、例えば、第１図（Ａ）に断面で示される
構造を有することができる。図示のｌ５ＦＥＴＩは、水
溶液中の水素イオン濃度（ｐＨ）を測定するために開発
されたもので、ｐ型シリコン２上にその熱酸化によって
形成された酸化珪素（ＳｉＯ２）膜５、そして窒化珪素
（Ｓｉ３ Ｎ４ ）膜６を有している。５ｉ０２膜５と
Ｓｉ３Ｎ４膜６は絶縁膜として機能する。シリコン基板
２にはソース領域３及びドレイン領域４が設けられてい
る。
ｌ５ＦＥＴは、例えば、第１図（Ａ）に断面で示される
構造を有することができる。図示のｌ５ＦＥＴＩは、水
溶液中の水素イオン濃度（ｐＨ）を測定するために開発
されたもので、ｐ型シリコン２上にその熱酸化によって
形成された酸化珪素（ＳｉＯ２）膜５、そして窒化珪素
（Ｓｉ３ Ｎ４ ）膜６を有している。５ｉ０２膜５と
Ｓｉ３Ｎ４膜６は絶縁膜として機能する。シリコン基板
２にはソース領域３及びドレイン領域４が設けられてい
る。
図示の構造をもったｌ５ＦＥＴに本発明の固定化酵素膜
を組み合わせることによって、いろいろなタイプの半導
体バイオセンサを製作することができる。例えば、ウレ
アーゼ（尿素分解酵素）を酵素として利用することによ
って尿素センサをを製作することができる。すなわち、
ウレアーゼを固定化すると、ウレアーゼが尿素を加水分
解してＮＨ３を生成し、これが水に溶解してＮＨ３→Ｎ
Ｈ４＋Ｑ）（の如く反応し、ｐＨが上昇するからである
。この製作例を以下に示す： 最初に、５０曙のウレアーゼ及び１００■のポリビニル
アルコールを０．１Ｍ１−リスＨ（Ｊ緩衝液（ｐＨ８，
２）に溶解する。得られたポリビニルアルコール溶液を
第１図（Ａ）に示すように適当な滴下容器７に入れ、ｌ
５ＦＥＴＩのゲート絶縁膜上に流延する。流延後、その
ままで数時間放置して風乾により水分を蒸発させると、
第１図（Ｂ）に示されるようにウレアーゼ溶解ポリビニ
ルアルコール膜９が形成される。引き続いて、このポリ
ビニルアルコール膜９を２５０ｇ／βのＨ２ＳＯ４，３
００ｇ／ ＥのＮａ２５０４及び４０ｇ／ １のホルム
アルデヒド（ＨＣＨＯ）からなる処理溶液中に３０秒間
にわたって浸漬したところ、ポリビニルアルコール膜９
のアセタール化が進行し、膜の外層１０が不溶化した（
第１図（Ｃ））。このようにして尿素センサを製作し得
たわけであるが、要した工程数は従来のそれの半分以下
であった。
を組み合わせることによって、いろいろなタイプの半導
体バイオセンサを製作することができる。例えば、ウレ
アーゼ（尿素分解酵素）を酵素として利用することによ
って尿素センサをを製作することができる。すなわち、
ウレアーゼを固定化すると、ウレアーゼが尿素を加水分
解してＮＨ３を生成し、これが水に溶解してＮＨ３→Ｎ
Ｈ４＋Ｑ）（の如く反応し、ｐＨが上昇するからである
。この製作例を以下に示す： 最初に、５０曙のウレアーゼ及び１００■のポリビニル
アルコールを０．１Ｍ１−リスＨ（Ｊ緩衝液（ｐＨ８，
２）に溶解する。得られたポリビニルアルコール溶液を
第１図（Ａ）に示すように適当な滴下容器７に入れ、ｌ
５ＦＥＴＩのゲート絶縁膜上に流延する。流延後、その
ままで数時間放置して風乾により水分を蒸発させると、
第１図（Ｂ）に示されるようにウレアーゼ溶解ポリビニ
ルアルコール膜９が形成される。引き続いて、このポリ
ビニルアルコール膜９を２５０ｇ／βのＨ２ＳＯ４，３
００ｇ／ ＥのＮａ２５０４及び４０ｇ／ １のホルム
アルデヒド（ＨＣＨＯ）からなる処理溶液中に３０秒間
にわたって浸漬したところ、ポリビニルアルコール膜９
のアセタール化が進行し、膜の外層１０が不溶化した（
第１図（Ｃ））。このようにして尿素センサを製作し得
たわけであるが、要した工程数は従来のそれの半分以下
であった。
上記のように製作した尿素センサの性能を評価するため
、種々の濃度の尿素溶液を使用して、出力電圧（ｍＶ）
と尿素濃度（モル／１２）との関係を調べた。第２図に
示されるような検量線が得られた。
、種々の濃度の尿素溶液を使用して、出力電圧（ｍＶ）
と尿素濃度（モル／１２）との関係を調べた。第２図に
示されるような検量線が得られた。
この検量線は、得られた尿素センサの性能は従来のもの
と同等であることを示している。
と同等であることを示している。
本発明により、半導体バイオセンサ用の固定化酵素膜を
非常に少ない工程で製造することができる。固定化の段
階においては、従来の工程の約半分以下の工程とするこ
とが可能である。簡便かつ確実な製造が可能になるとい
うものの、センサの性能は従来のものと同等である。
非常に少ない工程で製造することができる。固定化の段
階においては、従来の工程の約半分以下の工程とするこ
とが可能である。簡便かつ確実な製造が可能になるとい
うものの、センサの性能は従来のものと同等である。
第１図は、本発明による固定化酵素膜の製造工程を順を
追って示した断面図、そして 第２図は、本発明の固定化酵素膜を使用した尿素センサ
の特性を示す検量線である。 図中、１はｌ５ＦＥＴ、８は酵素含有ＰＶＡ溶液、９は
酵素含有ＰＶＡ膜、そして１０は不溶化酵素含有ＰＶＡ
膜である。
追って示した断面図、そして 第２図は、本発明の固定化酵素膜を使用した尿素センサ
の特性を示す検量線である。 図中、１はｌ５ＦＥＴ、８は酵素含有ＰＶＡ溶液、９は
酵素含有ＰＶＡ膜、そして１０は不溶化酵素含有ＰＶＡ
膜である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、半導体バイオセンサの分子識別部として使用する固
定化酵素膜であって、当該酵素がポリビニルアルコール
マトリクス内に取り込まれておりかつ該膜の表面が不溶
化せしめられていることを特徴とする固定化酵素膜。 ２、膜の表面がアセタール化処理によって不溶化せしめ
られている、特許請求の範囲第１項に記載の固定化酵素
膜。 ３、半導体バイオセンサの分子識別部として使用する固
定化酵素膜を製造する方法であって、すでに形成されて
いる信号変換部のゲート絶縁膜上に酵素含有ポリビニル
アルコール溶液を注加し、そのまま放置することによっ
て酵素含有ポリビニルアルコール膜を形成させ、次いで
このポリビニルアルコール膜をアセタール化処理して膜
の表面を不溶化せしめることを特徴とする固定化酵素膜
の製法。 ４、酵素含有ポリビニルアルコール膜を所定量の硫酸、
硫酸ナトリウム及びホルムアルデヒドを含有する処理溶
液中に浸漬することによってアセタール化処理を行う、
特許請求の範囲第３項に記載の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62062413A JPS63229358A (ja) | 1987-03-19 | 1987-03-19 | 固定化酵素膜及びその製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62062413A JPS63229358A (ja) | 1987-03-19 | 1987-03-19 | 固定化酵素膜及びその製法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63229358A true JPS63229358A (ja) | 1988-09-26 |
Family
ID=13199439
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62062413A Pending JPS63229358A (ja) | 1987-03-19 | 1987-03-19 | 固定化酵素膜及びその製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63229358A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0368855A (ja) * | 1989-08-09 | 1991-03-25 | Nikkiso Co Ltd | 酵素センサー |
| JPH03158750A (ja) * | 1989-11-15 | 1991-07-08 | Nikkiso Co Ltd | 酵素センサー |
-
1987
- 1987-03-19 JP JP62062413A patent/JPS63229358A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0368855A (ja) * | 1989-08-09 | 1991-03-25 | Nikkiso Co Ltd | 酵素センサー |
| JPH03158750A (ja) * | 1989-11-15 | 1991-07-08 | Nikkiso Co Ltd | 酵素センサー |
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