WO2006025358A1 - 化学センサ装置用の検出子およびその利用 - Google Patents

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WO2006025358A1
WO2006025358A1 PCT/JP2005/015715 JP2005015715W WO2006025358A1 WO 2006025358 A1 WO2006025358 A1 WO 2006025358A1 JP 2005015715 W JP2005015715 W JP 2005015715W WO 2006025358 A1 WO2006025358 A1 WO 2006025358A1
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detector
adsorption layer
sensor device
chemical sensor
substance
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PCT/JP2005/015715
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Shigeki Hontsu
Masanobu Kusunoki
Hiroaki Nishikawa
Yoshiya Hashimoto
Izumi Yamada
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Japan Science And Technology Agency
Kinki University
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    • G01N21/55—Specular reflectivity
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    • G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
    • G01N2021/7769—Measurement method of reaction-produced change in sensor
    • G01N2021/7776—Index
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    • G01N2291/025—Change of phase or condition
    • G01N2291/0256—Adsorption, desorption, surface mass change, e.g. on biosensors

Definitions

  • the present invention relates to a detector for a chemical sensor device used for detecting a trace amount of a chemical substance or biomolecule and its use, in particular, using a hydroxyapatite and a derivative thereof,
  • the present invention relates to a detector for an energy sensor device with improved adsorption efficiency and its use.
  • the QCM method is a technique for detecting chemical substances and biological substances that apply the microbalance principle using a quartz resonator.
  • the changing force of the oscillation frequency of the quartz crystal in this type also detects and quantifies the adsorption / desorption of the sample components on the working electrode surface.
  • a crystal resonator 100 is formed by depositing metal electrodes 102 on the front and back surfaces of a thin crystal plate 101, and chemical substances and biomolecules are formed on the metal electrodes 102.
  • the weight of the deposit and the change in frequency are proportional.
  • the frequency corresponding to the weight per unit surface area of the substance existing on the surface of the metal electrode 102 is reduced. A shift will occur. By using this frequency shift phenomenon as an index, minute chemical substances and biomolecules contained in the medium can be detected.
  • the SPR method is a technique for detecting a trace chemical substance using an optical technique.
  • the metal thin film is irradiated with light and the reflected light is monitored, the change in the refractive index on the metal thin film caused by the chemical substance adhering to the metal thin film is detected, and trace chemical substances are detected.
  • Chemical sensor devices using the SPR method are applied in the bio, environmental, and industrial fields, and are used for interaction analysis of biomolecules immobilized on the surface, antigen-antibody reaction monitoring, sugar content monitoring, etc. (For example, see Patent Document 2).
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a detector for an energy sensor device with improved detection sensitivity and use thereof.
  • the present inventors coat the surface of a detector for a chemical sensor device with hydroxyapatite or element-replaced apatite in which a part of the constituent elements is substituted. As a result, it was found that the detection sensitivity of the detector can be remarkably improved, and the present invention has been completed. That is, the present invention includes the following inventions (1) to (15) as industrially useful substances.
  • a detector for a chemical sensor device that detects a measurement target substance by adsorbing the measurement target substance contained in a medium to the detection surface, wherein the detector is a measurement
  • a detector comprising an adsorption layer containing element-substituted apatite in which a part of elements in hydroxyapatite is substituted on the detection surface for detecting a target substance.
  • biocompatible element-substituted apatite is an element-substituted apatite in which a part of elements in the nodyl and adroxyapatite is substituted with Mg.
  • a non-adsorption layer is provided on the surface of the adsorption layer, and the non-adsorption layer has an opening for bringing the substance to be measured in the medium into contact with the adsorption layer.
  • the detector according to any one of (1) to (7).
  • the adsorption layer further includes a specific binding substance for selectively adsorbing the measurement target substance.
  • the adsorption layer is formed by a laser ablation method (1) to (9
  • a detector for a chemical sensor device that detects the measurement target substance by adsorbing the measurement target substance contained in the medium to the detection surface, wherein the detector is the measurement target substance.
  • the adsorption layer may be formed by heat treatment or sintering treatment during or after formation.
  • a chemical sensor device comprising the detector according to any one of (1) to (14).
  • the detector of the present invention since the detection surface of the detector is provided with hydroxyapatite or element-substituted apatite having excellent fine particle adsorptivity, the detector for a conventional chemical sensor device is provided. Compared with this, the detection sensitivity of the measurement target substance contained in the medium can be remarkably improved. Therefore, the measurement target substance contained in the medium and the interaction between the measurement target substances can be detected with high sensitivity. In other words, lower concentrations of chemical substances can be detected.
  • the use of the detector according to the present invention can provide an energy sensor device with improved detection sensitivity.
  • FIG. 1 (a) is a top view of the configuration of the detector according to the present embodiment as viewed from above
  • Fig. 1 (b) is a diagram.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a detector 1 (a).
  • FIG. 2 (a) is a top view of the configuration of the detector according to the present embodiment as viewed upward.
  • FIG. 2 (b) FIG. FIG.
  • FIG. 3 (a) is a top view of the configuration of another detector according to the present embodiment as viewed from above.
  • FIG. 3 (b) is a cross-sectional view of the detector of FIG. 3 (a).
  • FIG. 4 (a) is a top view of the configuration of another detector according to the present embodiment as viewed from above.
  • FIG. 4 (b) is a cross-sectional view of the detector of FIG. 4 (a).
  • FIG. 5 (a) is a top view of the configuration of another detector according to the present embodiment as viewed from above.
  • FIG. 5 (b) is a cross-sectional view of the detector of FIG. 5 (a).
  • FIG. 6 is a diagram showing the results of examining the detection sensitivity of the detector in this example.
  • FIG. 7 (a) is a top view of the structure of the detector used in the conventional QCM chemical sensor device as viewed from above.
  • FIG. 7 (b) is a cross-sectional view of the detector of FIG. 7 (a).
  • the present invention relates to a detector that can be used for a chemical sensor device using the QCM method or the SPR method, and the use thereof. For this reason, in the following embodiment, the detector according to the present invention will be described first, and then its usage will be described.
  • the detector according to the present invention is a detector for a chemical sensor device that detects the measurement target substance by adsorbing the measurement target substance contained in the medium to the detection surface, and the detector is a measurement target.
  • a specific configuration is sufficient if the detection surface for detecting a substance has an adsorption layer containing hydroxyapatite or element-substituted apatite in which some elements are substituted.
  • the size and shape) and the manufacturing method are not particularly limited.
  • the subject of the present invention is to provide an adsorption layer containing hydroxyapatite or the like having excellent adsorption ability for the measurement target substance on the detection surface where the detector for the chemical sensor device and the measurement target substance are in contact with each other. This is to improve the detection sensitivity of the detector, and does not exist in the individual structural features or manufacturing methods specifically described in the present specification. Therefore, it should be noted that configurations other than the structure and method of each embodiment described in this specification also belong to the scope of the present invention.
  • the term “medium” means any medium such as liquid or gas that can detect a substance using a conventionally known chemical sensor device.
  • the type is not particularly limited.
  • various buffer solutions that can stably hold biomolecules can be cited as shown in the examples described later.
  • the specific configuration of the "measurement target substance” is not particularly limited as long as it is a substance that can be detected by adsorbing to the surface of the detector. Examples include fine particle chemicals, ligands, nucleic acids (DNA, RNA, etc.), proteins, peptides, antibodies, signal transduction substances such as specific cell inducers and hormones, and environmental hormone substances.
  • the “detection surface” is a surface for detecting the measurement target substance by adsorbing the measurement target substance. When the measurement target substance is adsorbed on the detection surface of the detector, its characteristics change, and the measurement target substance can be detected.
  • detection surfaces include, for example, the electrode surface in a detector (quartz crystal) for a chemical sensor device using the QCM method and the surface of a metal thin film in the detector for a chemical sensor device using the SPR method. I can list them.
  • Adsorption refers to any specific, non-specific adsorption, attachment or binding that is physical, and also includes biological / immunological specific binding.
  • the "chemical sensor device” is not particularly limited as long as it is a chemical sensor device for detecting a small amount of chemical substances contained in a medium, but preferably, A chemical sensor device using the QCM method or the SPR method is suitable.
  • no, idroxyapatite as used herein is represented by Ca (PO) (OH).
  • 10 4 6 2 Refers to the substance, but also includes a mixture of calcium phosphate and hydroxyapatite from which water molecules have been released, which is obtained by subjecting powerful hydroxyapatite to a heat treatment such as sintering.
  • the "element-substituted apatite” is not particularly limited in terms of the type, amount, and the like of the substituted element as long as a part of the elements in the hydroxyapatite molecule is substituted.
  • a substitution element that enhances conductivity and a substitution element that enhances biocompatibility are particularly preferable.
  • Na can be cited as a substitution element that enhances electrical conductivity
  • Mg can be cited as a substitution element that enhances biocompatibility.
  • the substitution element is not limited to these substitution elements. In other words, it can be said that element-substituted apatite is a highly functionalized product with new properties added while maintaining the excellent adsorption performance of nodyl and hydroxyapatite.
  • the "adsorption layer" includes the above-mentioned no, idoxyapatite or element-substituted avatar.
  • Contains. Nodyl, idroxyapatite or element-substituted apatite is a substance having a phosphate group and a Ca ion and having excellent adsorptivity.
  • the content in the medium is more than that of the detector for the conventional chemical sensor device. It is possible to improve the detection sensitivity of the particles or the interaction between particles.
  • the "adsorption layer” may contain any other substance as long as it contains at least the hydroxyapatite or the element-substituted apatite.
  • the “adsorption layer” includes a specific binding substance (intermediate substance) for adjusting the adsorptive power and binding force between the substance to be measured and the adsorbing layer!
  • the “specific binding substance” is preferably a substance that specifically interacts with the substance to be measured, and examples thereof include ligands, antibodies, and specific cell inducers.
  • the formation method of the "adsorption layer" is not particularly limited as long as it is provided on the surface of the detector that can contact the substance to be measured.
  • a coating method a conventionally known dipping method, sputtering method, plasma spraying method, laser ablation method and the like can be mentioned.
  • the laser ablation method is preferable.
  • the adsorption layer can be formed into a thin film by forming the adsorption layer using the laser ablation method, and the detector can be obtained without impairing the high resolution characteristics inherent in the detector. This is because it is possible to improve the sensitivity by performing surface modification.
  • heat treatment or sintering treatment may be performed at a predetermined temperature for the purpose of improving crystallinity.
  • the "detector" in the present specification is detachable from the chemical sensor device main body and is attached to the chemical sensor device to detect a measurement target substance such as a trace amount of chemical substance.
  • Element sensor part
  • a change in the oscillation frequency (in the case of the QCM method) or a change in the refractive index of the light (in the case of the SPR method) caused by the target substance adhering to the surface of the detector is used as an index
  • it is an element for detecting and quantifying the adsorption / desorption of the measurement target substance.
  • crystal resonators for use in chemical sensor devices using the QCM method, elements for use in chemical sensor devices using the SPR method, etc. Can be mentioned.
  • FIG. 1 (a) is a top view of the configuration of the detector according to the present embodiment as viewed from above
  • FIG. 1 (b) is a cross-sectional view of the detector of FIG. 1 (a).
  • the detector 10 includes an adsorption layer 1, a quartz plate 11, and metal electrodes 12a′12b.
  • the metal electrodes 12a′12b are arranged so as to face both sides of the crystal plate 11 with the crystal plate 11 interposed therebetween.
  • the metal electrodes 12a '12b are formed smaller than the size of the quartz plate 11.
  • the surface 11a of the crystal plate 11 on which the metal electrode 12a is formed is a surface in contact with the sample (medium) containing the measurement target substance.
  • the adsorption layer 1 is formed so as to cover the entire surface 11a of the quartz plate 11 on which the metal electrode 12a is formed.
  • the detector 10 is formed on the surface of the conventional detector (for example, the detector 100 in FIGS. 7 (a) and 7 (b)) on which the metal electrode that contacts the measurement target substance is formed. Is provided on the entire surface.
  • the adsorption layer 1 including hydroxyapatite or the like having excellent adsorption ability is formed on the entire surface 11a of the quartz plate 11 including the metal electrode 12a. For this reason, adsorption in a wide area can be induced and sensitivity can be improved to the maximum.
  • the detector 10 can perform detection with high sensitivity exceeding the limit of detection sensitivity caused by the low adsorption capability of the metal electrode material in the conventional detector for chemical sensor devices. it can. In other words, the detector 10 can detect even a low-concentration chemical substance that cannot be detected by a conventional detector.
  • the adsorption layer 1 may contain bio-compatible element-substituted apatite.
  • tissue induction that is more likely to be adsorbed specifically to bio-compatible element-substituted apatite than other element-substituted apatite or stoichiometric composition apatite. It is possible to improve the effectiveness as a means for conducting molecular biological experiments regarding biocompatibility, such as the presence or absence of factors.
  • FIGS. 2 ( a ) and 2 (b) One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 2 ( a ) and 2 (b).
  • components having the same functions as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. That is, here, differences from the first embodiment will be described.
  • Fig. 2 (a) is a top view of the configuration of the detector according to the present embodiment as viewed from above
  • Fig. 2 (b) is a cross-sectional view of the detector of Fig. 2 (a).
  • the detector 20 according to the present embodiment includes an adsorption layer 21, a crystal plate 11, and a metal electrode 12b.
  • the adsorption layer 21 and the metal electrode 12b are arranged so as to face both sides of the crystal plate 11 with the crystal plate 11 interposed therebetween.
  • the adsorption layer 21 and the metal electrode 12b are formed smaller than the size of the quartz plate 11.
  • the surface 11a of the quartz plate 11 on which the adsorption layer 21 is formed is a surface that comes into contact with a sample (medium) containing the substance to be measured.
  • the adsorption layer 21 includes element-substituted apatite having conductivity, and the adsorption layer 21 itself has a conductivity.
  • the adsorption layer 21 is provided as an electrode.
  • the detector 20 is provided with the conductive adsorption layer 21 as a metal electrode in contact with the measurement target substance in the conventional detector (for example, the detector 100 in FIGS. 7 (a) and 7 (b)). It is the structure which was made.
  • the electrode of the detector which usually has a metal material force, is replaced with the adsorption layer 21 containing conductive element-substituted apatite, whereby an adsorption layer that also serves as an electrode can be formed. And the manufacturing process of the detector can be simplified.
  • the metal electrode 12b may be composed of an adsorption layer 21 containing conductive element-substituted apatite.
  • FIGS. 3 (a) and 3 (b) An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b).
  • constituent elements having the same functions as those in the first and second embodiments described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. That is, here Now, differences from the first and second embodiments will be described.
  • FIG. 3 (a) is a top view of the configuration of the detector according to the present embodiment as viewed from above
  • FIG. 3 (b) is a cross-sectional view of the detector of FIG. 3 (a).
  • the detector 30 according to the present embodiment includes an adsorption layer 31, a crystal plate 11, and metal electrodes 12a′12b.
  • the configurations of the crystal plate 11 and the metal electrodes 12a ′ 12b are the same as in the first embodiment, and the adsorption layer 31 is provided on the surface of the metal electrode 12a in a distributed manner at a plurality of locations.
  • the detector 30 is finely formed on the surface of the metal electrode in contact with the measurement target substance in the conventional detector (for example, the detector 100 in FIGS. 7A and 7B).
  • the adsorbed layer 31 is provided in a dispersed manner at a plurality of locations.
  • the detector 30 can be easily manufactured, for example, by etching a part of the adsorption layer 1 in the detector 10 of the first embodiment.
  • the adsorption layer 31 coated with hydroxyapatite or the like is provided by being dispersed at a part of the surface of the detector 30 or at a plurality of locations, thereby greatly affecting the adsorptivity.
  • the total adsorption area (surface area) of the layer 30 can be easily adjusted as intended, and the detection sensitivity can be controlled.
  • the size and shape of the adsorption layer 31 according to the type of the substance to be measured the type and direction of adsorption of the adsorbed substance can be controlled. Therefore, according to the detector 30 according to the present embodiment, it is possible to control the adsorption selectivity, adsorption orientation, adsorption efficiency, etc. of the measurement target substance, and it can be applied to the analysis of the adsorption mechanism. .
  • FIGS. 4 ( a ) and 4 (b) One embodiment of the present invention is described below with reference to FIGS. 4 ( a ) and 4 (b).
  • constituent elements having the same functions as those in the first to third embodiments described above are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted. That is, here, differences from Embodiments 1 to 3 described above will be described.
  • Fig. 4 (a) is a top view of the configuration of the detector according to the present embodiment as viewed from above
  • Fig. 4 (b) is a cross-sectional view of the detector of Fig. 4 (a).
  • the detector 40 according to the present embodiment includes an adsorption layer 1, a crystal plate 11, a metal electrode 12a′12b, and a non-adsorption layer 41. Yes.
  • the non-adsorbing layer 41 does not adsorb the measurement target substance in the sample (medium).
  • the force that can be suitably formed using a material such as silicone resin, tetrafluoroethylene resin, etc. is not limited to these.
  • the configurations of the adsorption layer 1, the quartz plate 11, and the metal electrodes 12a and 12b are the same as those in Embodiment 1.
  • the adsorption layer 1 is formed on the entire surface 11a of the quartz plate 11 including the metal electrode 12a. Have been.
  • the non-adsorbing layer 41 is formed so as to cover the surface of the adsorbing layer 1.
  • the non-adsorbing layer 41 is provided with openings 42 dispersed at a plurality of locations for bringing the measurement target substance in the sample (medium) into contact with the adsorbing layer 1.
  • the detector 40 adsorbs the measurement target substance at the portion of the adsorption layer 1 exposed from the finely formed opening 42. For this reason, by providing the non-adsorbing layer 41 and the opening 42 in a part of the surface of the detector 40 or in a plurality of locations, the total adsorption area (surface area) of the adsorption layer 1 that greatly affects the adsorptivity. ) Can be easily adjusted as intended, and the detection sensitivity can be controlled. Further, by appropriately adjusting the size and shape of the non-adsorbing layer 41 and the opening 42 according to the type of the substance to be measured, it is possible to control the type and direction of the adsorbing substance.
  • the adsorption selectivity, adsorption orientation, adsorption efficiency, etc. of the measurement target substance can be controlled as in the third embodiment, and the adsorption mechanism can be analyzed. It can be applied to.
  • the detector 40 can be easily manufactured by, for example, etching a part of the non-adsorbing layer 41.
  • FIGS. 5 (a) and 5 (b) An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 5 (a) and 5 (b).
  • constituent elements having the same functions as those in the first to fourth embodiments described above are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted. That is, here, differences from Embodiments 1 to 4 described above will be described.
  • FIG. 5 (a) is a top view of the configuration of the detector according to the present embodiment as viewed from above
  • FIG. 5 (b) is a cross-sectional view of the detector of FIG. 5 (a).
  • the detector 50 according to the present embodiment includes an adsorption layer 51, a quartz plate 11, and metal electrodes 12a′12b.
  • the configurations of the quartz plate 11 and the metal electrodes 12a '12b are the same as those in the first embodiment, and the adsorption layer 51 is formed on the entire surface 11a of the quartz plate 11 including the metal electrodes 12a.
  • the adsorption layer 51 contains a specific binding substance 52 in addition to hydroxyapatite or element-substituted apatite. That is, the adsorption layer 51 is configured to have selectivity for the measurement target substance due to the action of the specific binding substance 52.
  • the specific binding substance 52 may be already included when the adsorption layer 51 is formed by coating, but the adsorption layer 51 may be subjected to a heat treatment to improve crystallinity after coating. After the heat treatment, it is preferably applied to the surface of the adsorption layer 51 and included.
  • the detector 50 includes the adsorption layer 51 having the specific binding substance 52 (for example, a ligand, an antibody, a specific cell inducer, etc.), so It is possible to adjust the binding force between the substance to be measured and the adsorption layer 51 by providing selectivity.
  • the specific binding substance 52 for example, a ligand, an antibody, a specific cell inducer, etc.
  • the detector according to the present invention has an adsorption layer containing a substance having excellent adsorptivity such as hydroxyapatite, as described above. Therefore, a trace amount of chemical substance can be detected with high sensitivity by using the detector according to the present invention in the chemical sensor device.
  • the present invention includes a chemical sensor device including the above-described detector.
  • the other configuration of the chemical sensor device according to the present invention is not particularly limited as long as it includes the above-described detector.
  • the chemical sensor device here is not particularly limited as long as it is a chemical sensor device to which the above-described detector can be applied, but is particularly a chemical sensor device using the QCM method or the SPR method. I prefer to be there.
  • the detector according to the present invention or the chemical sensor device including the detector inclusions and fine particles (for example, biomolecules, ligands, proteins, etc.) in a medium such as liquid or gas.
  • Detection of chemical substances such as antibodies, specific cell inducers, environmental substances, etc., or interactions between particles in the same medium (protein-protein, antibody-antigen, hormone-receptor, protein-nucleic acid, substrate-enzyme, (Such as between complementary DNA pairs) can be detected with high sensitivity.
  • proteins-protein, antibody-antigen, hormone-receptor, protein-nucleic acid, substrate-enzyme, can be detected with high sensitivity.
  • by increasing the detection sensitivity of trace amounts of chemical substances it is possible to expand the measurement applicable range of, for example, genes, antigenic substances, odors, tastes, and environmental substances (environmental hormones).
  • a hyde mouth xiapatite or one of them is formed on the surface of the detector portion in a chemical sensor device for detecting a trace substance such as a quartz crystal microbalance method (QCM method), a surface plasmon resonance sensor, and the like.
  • QCM method quartz crystal microbalance method
  • a chemical sensor device in which the hydroxyapatite detector surface coating method is a laser ablation method is included in the present invention. Also included in the present invention is a detector for a magnetic sensor device that uses conductive element-substituted apatite for the electrode itself of the vibrator. In addition, a detector for a chemical sensor device using element-substituted apatite having biocompatibility for the adsorption layer is included in the present invention.
  • a chemical sensor device in which a hydroxyapatite coating film is coated on the entire surface of the detector is included. Also included is a digital sensor device coated with a structure in which a hydroxyapatite coating film is dispersed at multiple locations on the detector surface.
  • the present invention includes a detector for an energy sensor device obtained by covering a part of the adsorption layer with another material, a force for performing processing such as etching to achieve the vibrator.
  • the present invention includes a detector for a chemical sensor device in which an intermediate substance is added in advance to any force of the adsorption layer in order to adjust the binding force between the non-detection substance and the vibrator.
  • a QCM detector coated with hydroxyapatite was prepared by the following method, and the effect of improving the detection sensitivity of the adsorbed substance by the QC M method was confirmed.
  • Hydroxyapatite was deposited on the surface of a commercially available QCM detector (sensor chip for AFFINIXQ manufactured by i-Siam Co., Ltd.) using a laser ablation method. Then, heat treatment was applied to increase crystallinity, and a hydroxyapatite-coated QCM detector was fabricated. This is attached to the body of the QCM chemical sensor device (AFFINIXQ, manufactured by Y-Sham Co., Ltd.) as a detector (sensor), and the sushi derived sushi solution dripped in 8 mL (milliliter) of physiological saline (PBS) buffer solution. We detected and compared the sensitivity with the conventional sensor.
  • QCM chemical sensor device AFFINIXQ, manufactured by Y-Sham Co., Ltd.
  • the detection sensitivity can be remarkably improved as compared with the conventional detector and the chemical sensor device. Can do. For this reason, it is possible to measure a very small amount of chemical substances that could not be detected so far, so it has a wide range of industrial applicability including related industries such as chemicals, pharmaceuticals, and foods.

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Abstract

　本発明は、検出感度を向上させた化学センサ装置用の検出子およびその利用を提供する。媒質中に含まれる測定対象物質が、表面に吸着することによって、当該測定対象物質を検出する化学センサ装置用の検出子（１０）であって、測定対象物質を検出するための表面（１１ａ）に、ハイドロキシアパタイトまたはハイドロキシアパタイトにおける一部の元素が置換された元素置換アパタイトを含む吸着層（１）を備えている検出子（１０）によれば、検出感度を著しく向上させることができ、微量の化学物質を高感度に検出することができる。

Description

明 細 書
化学センサ装置用の検出子およびその利用
技術分野
[0001] 本発明は、微量の化学物質や生体分子を検出するために用いられる化学センサ装 置用検出子およびその利用に関するものであり、特に、ハイドロキシアパタイトおよび その誘導体を用いて、化学物質等の吸着効率を高めたィ匕学センサ装置用検出子お よびその利用に関するものである。
背景技術
[0002] 近年、液体や気体などの媒質中に含まれる微小な化学物質を検出したり、媒質中 に含まれる微粒子間の相互作用を高い感度で検出したりするための微量ィ匕学物質 検出技術が開発されている。このような微量ィ匕学物質検出技術として、例えば、水晶 振動子マイクロバランス法（QuartzCrystal Microbalance,以下「QCM法」と称する） や表面プラズモン共鳴法（Surface Plasmon Resonance,以下、「SPR法」と称する）が 知られている。
[0003] QCM法は、水晶振動子を用いてマイクロバランス原理を応用した化学物質や生体 物質を検出するための技術であり、水晶振動子の作用電極表面を試料ガスや試料 溶液に晒したときの水晶振動子の発振周波数の変化力も作用電極表面での試料成 分の吸脱着を検知 ·定量するものである。
[0004] 具体的には、水晶振動子 100は図 7に示すように、薄い水晶板 101の表面と裏面と に金属電極 102を蒸着したもので、この金属電極 102上に化学物質や生体分子が 付着した場合、付着物の重量と振動数変化が比例関係にある。すなわち、水晶振動 子 100の金属電極 102の表面に試料成分が成膜したり、あるいは物質の吸着が起き たりすると金属電極 102の表面に存在する物質の単位表面積当たりの重量に対応し た周波数のシフトが起きることになる。この周波数シフト現象を指標に、媒質中に含ま れる微小な化学物質や生体分子を検出することができる。
[0005] QCM法を用いた化学センサ装置は、水晶振動子は広い温度範囲において周波 数が安定しているため、安定した検出感度が期待でき、条件が揃えば 1〜： LOngの吸 着物質の検出がリアルタイムで可能である（例えば、特許文献 1参照)。
[0006] また、 SPR法は、光学的な手法を利用して微量化学物質を検出する技術である。
具体的には、金属薄膜に光を照射して反射光をモニターし、金属薄膜上に化学物質 が付着することにより生じる、金属薄膜上の屈折率の変化を検出し、微量化学物質を 検出する技術である。 SPR法を用いた化学センサ装置は、バイオ分野、環境分野、 工業分野へ応用されており、表面に固定化した生体分子の相互作用解析、抗原抗 体反応モニター、糖度モニターなどに用いられている（例えば、特許文献 2参照)。
[0007] 〔特許文献 1〕
特開 2001— 153777号公報 (公開日：平成 13年（2001) 6月 8日）
〔特許文献 2〕
特開 2004— 163259号公報 (公開日：平成 16 (2004)年 6月 10日）
発明の開示
[0008] しかしながら、 QCM法や SPR法を利用した化学センサ装置は、水晶振動子が有 する電極や金属薄膜等の検出子表面への化学物質の吸着作用を利用したものであ る。このため、化学センサ装置における検出感度は、電極材料や金属薄膜材料がも つ被吸着物質に対する吸着能力に依存することになり、検出濃度や検出感度の面 で限界があった。
[0009] このため、より検出感度を向上させ、極微量の化学物質や生体分子等を高感度に 検出可能な化学センサ装置用の検出子の開発が強く望まれていた。
[0010] 本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、検出感度を向 上させたィ匕学センサ装置用の検出子およびその利用を提供することにある。
[0011] 本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、化学センサ装置用 の検出子の表面にハイドロキシアパタイトまたは構成元素の一部を置換した元素置 換アパタイトをコーティングすることにより、検出子の検出感度を著しく向上させること ができることを見出し、本願発明を完成させるに至った。すなわち、本発明は、産業 上有用な物質としての以下の発明（1)〜（15)を包含する。
[0012] (1)媒質中に含まれる測定対象物質が検出表面に吸着することによって、当該測 定対象物質を検出する化学センサ装置用の検出子であって、上記検出子は、測定 対象物質を検出するための上記検出表面に、ハイドロキシアパタイトにおける一部の 元素が置換された元素置換アパタイトを含む吸着層を備えている検出子。
[0013] (2)上記吸着層は、上記検出表面の全面に設けられている（1)に記載の検出子。
[0014] (3)上記吸着層は、上記検出表面の複数箇所に分散して設けられている（1)に記 載の検出子。
[0015] (4)上記吸着層は、導電性のある元素置換アパタイトを含んでおり、上記吸着層が 電極として機能するものである（1)〜（3)の 、ずれかに記載の検出子。
[0016] (5)上記導電性のある元素置換アパタイトが、ノ、イドロキシアパタイトにおける一部 の元素が Naに置換された元素置換アパタイトである (4)に記載の検出子。
[0017] (6)上記吸着層は、生体親和性のある元素置換アパタイトを含んでいる（1)〜（3) の!、ずれかに記載の検出子。
[0018] (7)上記生体親和性のある元素置換アパタイトが、ノ、イドロキシアパタイトにおける 一部の元素が Mgに置換された元素置換アパタイトである（6)に記載の検出子。
[0019] (8)上記吸着層の表面上に、非吸着層が設けられており、上記非吸着層には、上 記媒質中の測定対象物質と吸着層とを接触させるための開口部が設けられている (1
)〜（7)の 、ずれかに記載の検出子。
[0020] (9)上記吸着層は、さらに、上記測定対象物質を選択的に吸着するための特異的 結合物質を含む（1)〜（8)の 、ずれかに記載の検出子。
[0021] (10)上記吸着層は、レーザーアブレーシヨン法にて形成されるものである（1)〜（9
)の 、ずれかに記載の検出子。
[0022] (11)上記吸着層は、形成中もしくは形成後、熱処理または焼結処理により、上記 元素置換アパタイトの結晶性が高められている（1)〜（10)のいずれかに記載の検出 子。
[0023] (12)媒質中に含まれる測定対象物質が検出表面に吸着することによって、当該測 定対象物質を検出する化学センサ装置用の検出子であって、上記検出子は、測定 対象物質を検出するための上記検出表面に、ハイドロキシアパタイトを含む吸着層を 備え、上記吸着層は、レーザーアブレーシヨン法にて形成されるものである検出子。
[0024] (13)上記吸着層は、形成中もしくは形成後、熱処理または焼結処理により、上記 元素置換アパタイトの結晶性が高められて 、る（ 12)に記載の検出子。
[0025] (14)上記化学センサ装置は、水晶振動子マイクロバランス法または表面ブラズモ ン共鳴法を用いた化学センサ装置である（1)〜（13)のいずれかに記載の検出子。
[0026] (15) (1)〜（14)のいずれかに記載の検出子を備える化学センサ装置。
[0027] 本発明に係る検出子によれば、検出子の検出表面に、微粒子の吸着性に優れた ハイドロキシアパタイトまたは元素置換アパタイトを備えて 、るため、従来の化学セン サ装置用の検出子に比べて、媒質中に含まれる測定対象物質の検出感度を著しく 向上させることができる。したがって、媒質中に含まれる測定対象物質や測定対象物 質間の相互作用を高感度で検出することができる。つまり、より低濃度の化学物質を 検出することができる。
[0028] さらに、本発明に係る検出子を用いることにより、検出感度が向上したィ匕学センサ 装置を提供することもできる。
[0029] 本発明の他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十分分か るであろう。また、本発明の利点は、添付図面を参照した次の説明で明白になるであ ろう。
図面の簡単な説明
[0030] [図 1(a)]図 1 (a)は、本実施の形態に係る検出子の構成を上方力 見た上面図である [図 1(b)]図 1 (b)は図 1 (a)の検出子の断面図である。
[図 2(a)]図 2 (a)は、本実施の形態に係る検出子の構成を上方力 見た上面図である [図 2(b)]図 2 (b)は図 2 (a)の検出子の断面図である。
[図 3(a)]図 3 (a)は、本実施の形態に係る他の検出子の構成を上方から見た上面図 である。
[図 3(b)]図 3 (b)は図 3 (a)の検出子の断面図である。
[図 4(a)]図 4 (a)は、本実施の形態に係る他の検出子の構成を上方から見た上面図 である。
[図 4(b)]図 4 (b)は図 4 (a)の検出子の断面図である。 [図 5(a)]図 5 (a)は、本実施の形態に係る他の検出子の構成を上方から見た上面図 である。
[図 5(b)]図 5 (b)は図 5 (a)の検出子の断面図である。
[図 6]図 6は、本実施例における検出子の検出感度を調べた結果を示す図である。
[図 7(a)]図 7 (a)は、従来の QCM化学センサ装置に用いられる検出子の構造を上方 から見た上面図である。
[図 7(b)]図 7 (b)は図 7 (a)の検出子の断面図である。
発明を実施するための最良の形態
[0031] 本発明は、 QCM法や SPR法を用いた化学センサ装置用に利用可能な検出子お よびその利用に関するものである。このため、以下の実施形態では、まず本発明に係 る検出子について説明し、次いでその利用法について記載することとする。
[0032] < 1.本発明に係る検出子 >
本発明に係る検出子は、媒質中に含まれる測定対象物質が検出表面に吸着する ことによって、当該測定対象物質を検出する化学センサ装置用の検出子であって、 上記検出子は、測定対象物質を検出するための上記検出表面に、ハイドロキシアバ タイトまたは一部の元素が置換された元素置換アパタイトを含む吸着層を備えている 構成であればよぐその具体的な構成 (厚み、材質、大きさ、形状)や製造方法等は、 特に限定されるものではない。
[0033] つまり、本発明の主題は、化学センサ装置用の検出子と測定対象物質とが接触す る検出表面に、測定対象物質に対する吸着能力が優れたハイドロキシアパタイト等を 含む吸着層を設け、検出子の検出感度を向上させることにあるのであって、本明細 書中に具体的に記載した個々の構造的特徴や製造方法等に存するのではない。し たがって、本明細書で説明する各実施形態の構造や方法以外の構成も本発明の範 囲に属することに留意しなければならない。
[0034] 本明細書で!/、う文言「媒質」とは、従来公知の化学センサ装置を用いて物質の検出 を行うことができる液体、気体等の媒質全般を意味し、その具体的な種類等は特に 限定されるものではない。例えば、河川や海の水、空気等の他、後述する実施例に 示すように、生体分子を安定に保持可能な各種緩衝液等を挙げることができる。 [0035] また「測定対象物質」は、検出子の表面に吸着することにより検出可能な物質であ ればよぐその具体的な構成は特に限定されるものではない。例えば、微粒子の化学 物質、リガンド、核酸 (DNA、 RNA等）、タンパク質、ペプチド、抗体、特定細胞誘導 因子やホルモン等のシグナル伝達物質、環境ホルモン物質等が挙げられる。
[0036] 「検出表面」とは、測定対象物質が吸着することによって当該測定対象物質を検出 するための表面のことである。検出子の検出表面に測定対象物質が吸着すると、そ の特性等が変化し、測定対象物質の検出を行うことができる。かかる検出表面として は、例えば、 QCM法を用いた化学センサ装置用の検出子 (水晶振動子）における電 極表面や SPR法を用いたィ匕学センサ装置用の検出子における金属薄膜の表面を挙 げることができる。
[0037] 「吸着」には、物理 'ィ匕学的な、あらゆる特異的，非特異的な吸着、付着、結合をい い、さらに、生物学的 ·免疫学的な特異結合も含む。
[0038] 「化学センサ装置」とは、媒質中に含まれる微量な化学物質を検出するための化学 センサ装置であればよぐ具体的な構成は特に限定されるものではないが、好ましく は、 QCM法または SPR法を用いたィ匕学センサ装置化学センサ装置が好適である。
[0039] 本明細書でいう文言「ノ、イドロキシアパタイト」には、 Ca (PO ) (OH)で表される
10 4 6 2 物質を指すが、さらに、力かるハイドロキシアパタイトに対して焼結等の熱処理を行う ことにより得られる、水分子が脱離したリン酸カルシウムとハイドロキシアパタイトとの 混合物も含まれる。
[0040] また「元素置換アパタイト」とは、上記ハイドロキシアパタイト分子における一部の元 素が置換されたものであればよぐ置換元素等の種類、量等は特に限定されるもので はない。置換元素としては、特に、導電性を高める置換元素、生体親和性を高める 置換元素が好ましい。例えば、導電性を高める置換元素としては Naを挙げることが でき、生体親和性を高める置換元素としては Mgを挙げることができる力 これらの置 換元素に限定されるものではない。つまり、元素置換アパタイトは、ノ、イドロキシァパ タイトの優れた吸着性能はそのままに、新たな性質を付加して高機能化したものであ ると換言できる。
[0041] 本発明に係る「吸着層」は、上述したノ、イドロキシアパタイトまたは元素置換アバタイ トを含んでいる。ノ、イドロキシアパタイトまたは元素置換アパタイトは、リン酸基、 Caィ オンを有し、吸着性の優れた物質である。この優れた吸着性を有する物質を含む吸 着層をィ匕学センサ装置用の検出子の表面に設けることにより、従来の化学センサ装 置用の検出子に比べて、より媒質中の含有物等の検出感度または粒子間相互作用 の検出感度を向上させることができる。
[0042] また、上記「吸着層」は、少なくとも上記ハイドロキシアパタイトまたは元素置換ァパ タイトを含むものであればよぐその他にどのような物質を含んでいても力まわない。 例えば、上記「吸着層」は、測定対象物質と吸着層との吸着力，結合力を調整するた めの特異的結合物質（中間物質)を含んで!/、てもよ!/、。「特異的結合物質」としては、 測定対象物質と特異的に相互作用する物質が好ましぐ例えば、リガンド、抗体、特 定細胞誘導因子等が挙げられる。このような特異的結合物質を含む吸着層を形成す ることにより、測定対象物質に対して選択性を持った検出子を作製することができる。
[0043] また、上記「吸着層」は、検出子において、測定対象物質と接触可能な表面に設け られていればよぐその形成方法は特に限定されるものではない。例えば、コーティン グ法として従来公知のディップ法、スパッタリング法、プラズマ溶射法、レーザーアブ レーシヨン法等が挙げられる力 特に、レーザーアブレーシヨン法が好ましい。後述す る実施例に示すように、レーザーアブレーシヨン法を用いて吸着層を形成することに より、吸着層を薄膜状に形成でき、検出子が本来有する高分解能特性を損ねること なく検出子の表面改質を行い、高感度化を図ることができるためである。なお、吸着 層を形成した後、例えば、後述する実施例に示すように、結晶性を高める目的で所 定の温度にて熱処理や焼結処理を行ってもょ 、。
[0044] また、本明細書でいう「検出子」とは、化学センサ装置本体に着脱可能なものであつ て、化学センサ装置に取り付けられ、微量な化学物質等の測定対象物質を検出する ための素子 (センサ部分)である。力かる検出子としては、例えば、測定対象物質が 当該検出子の表面に付着することにより生じる、発振周波数の変化 (QCM法の場合 )や光の屈折率の変化 (SPR法の場合)を指標に、当該測定対象物質の吸脱着を検 出 ·定量するための素子である。具体的には、 QCM法を用いたィ匕学センサ装置に 用いるための水晶振動子や SPR法を用いた化学センサ装置に用いるための素子等 を挙げることができる。
[0045] 以下、本発明に係る検出子の具体的な構成について、図面を用いて説明する。な お、本明細書では、説明の便宜のため QCM法を用いた化学センサ装置用の検出 子を例示挙げて説明するが、 SPR法を用いたィ匕学センサ装置用の検出子であって も当業者であれば、同様に作製し、適用できることを念のため付言する。
[0046] 〔実施の形態 1〕
本発明の一実施形態について図 1 (a)および図 1 (b)に基づいて説明すると以下の 通りである。図 1 (a)は、本実施の形態に係る検出子の構成を上方から見た上面図で あり、図 1 (b)は図 1 (a)の検出子の断面図である。
[0047] 図 1 (a)および図 1 (b)に示すように、本実施の形態に係る検出子 10は、吸着層 1、 水晶板 11、および金属電極 12a ' 12bを備えている。金属電極 12a ' 12bは、水晶板 11を挟んで、水晶板 11の両側に対向するように配置されている。金属電極 12a' 12 bは、水晶板 11の大きさより小さく形成されている。金属電極 12aが形成されている水 晶板 11の表面 11aは、測定対象物質を含む試料 (媒質)と接触する面である。
[0048] 吸着層 1は、この金属電極 12aが形成されている水晶板 11の表面 11aの全面を覆 うように形成されている。つまり、検出子 10は、従来の検出子 (例えば、図 7 (a)およ び図 7 (b)の検出子 100)における、測定対象物質と接触する金属電極が形成されて V、る表面の全面に設けられた構成である。
[0049] 上記の構成によれば、優れた吸着能力を有するハイドロキシアパタイト等を含む吸 着層 1が、金属電極 12aを含む水晶板 11の表面 11aの全面に形成されている。この ため、広い面積における吸着を誘発し、感度を最大限向上させることができる。
[0050] したがって、検出子 10は、従来の化学センサ装置用の検出子において、金属電極 の材料が有する吸着能力が低いことから生じる検出感度の限界を超えて、高感度の 検出を行うことができる。つまり、検出子 10は、従来の検出子では検出できな力つた ような、低濃度の化学物質でも検出することができる。
[0051] また、上記吸着層 1は、生体親和性のある元素置換アパタイトを含んでいてもよい。
上記構成とすれば、他の元素置換アパタイトまたは化学量論組成アパタイトと比較し て、生体親和性のある元素置換アパタイトに対して特異的に吸着しやすい組織誘導 因子等の存在の有無など、生体親和性に関しての分子生物学的な実験を行う手段 としての有効性を向上させることができる。
[0052] 〔実施の形態 2〕
本発明の一実施形態について図 2 (a)および図 2 (b)に基づいて説明すると以下の 通りである。なお、ここでは、上述の実施形態 1における構成要素と同一の機能を有 する構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。つまり、ここで は、上述の実施形態 1との相違点について説明するものとする。
[0053] 図 2 (a)は、本実施の形態に係る検出子の構成を上方力 見た上面図であり、図 2 ( b)は図 2 (a)の検出子の断面図である。図 2 (a)および図 2 (b)に示すように、本実施 の形態に係る検出子 20は、吸着層 21、水晶板 11、および金属電極 12bを備えてい る。吸着層 21および金属電極 12bは、水晶板 11を挟んで、水晶板 11の両側に対向 するように配置されている。吸着層 21および金属電極 12bは、水晶板 11の大きさより 小さく形成されている。吸着層 21が形成されている水晶板 11の表面 11aは、測定対 象物質を含む試料 (媒質)と接触する面である。
[0054] 吸着層 21は、導電性を有する元素置換アパタイトを含んでおり、吸着層 21自体が 導電性を有する構成である。本実施の形態では、この吸着層 21が電極として設けら れている。つまり、検出子 20は、従来の検出子 (例えば、図 7 (a)および図 7 (b)の検 出子 100)における、測定対象物質と接触する金属電極として導電性の吸着層 21が 設けられた構成である。
[0055] 上記の構成によれば、通常金属材料力もなる検出子の電極を、導電性のある元素 置換アパタイトを含む吸着層 21に置き換えることで、電極を兼ねた吸着層を形成す ることができ、検出子の製造工程を簡便にすることができる。
[0056] なお、上記金属電極 12bが、導電性の元素置換アパタイトを含む吸着層 21で構成 されていてもよい。
[0057] 〔実施の形態 3〕
本発明の一実施形態にっ 、て図 3 (a)および図 3 (b)に基づ 、て説明すると以下の 通りである。なお、ここでは、上述の実施形態 1、 2における構成要素と同一の機能を 有する構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。つまり、ここ では、上述の実施形態 1、 2との相違点について説明するものとする。
[0058] 図 3 (a)は、本実施の形態に係る検出子の構成を上方力 見た上面図であり、図 3 ( b)は図 3 (a)の検出子の断面図である。図 3 (a)および図 3 (b)に示すように、本実施 の形態に係る検出子 30は、吸着層 31、水晶板 11、および金属電極 12a ' 12bを備 えている。水晶板 11、および金属電極 12a' 12bの構成は、実施形態 1と同様であり 、吸着層 31は、金属電極 12aの表面に、複数箇所に分散して設けられている。
[0059] つまり、検出子 30は、従来の検出子 (例えば、図 7 (a)および図 7 (b)の検出子 100 )における、測定対象物質と接触する金属電極の表面に、微細に形成した吸着層 31 が複数箇所に分散して設けられた構成である。
[0060] なお、検出子 30は、例えば、実施形態 1の検出子 10における吸着層 1の一部をェ ツチング処理することにより、容易に作製することができる。
[0061] 上記の構成によれば、ハイドロキシアパタイト等をコーティングした吸着層 31を、検 出子 30の表面の一部、もしくは複数箇所に分散して設けることで、吸着性に大きく影 響する吸着層 30の総吸着面積 (表面積)を容易に意図した通りに調整することがで き、検出感度の制御を行うことができる。また、吸着層 31の大きさ、形状を測定対象 物質の種類に応じて、適宜調整することにより、吸着物質の種類や吸着方向などを 制御することができる。したがって、本実施の形態に係る検出子 30によれば、測定対 象物質の吸着選択性、吸着方位、吸着効率などを制御することができ、吸着メカ-ズ ムの解析に応用することができる。
[0062] 〔実施の形態 4〕
本発明の一実施形態について図 4 (a)および図 4 (b)に基づいて説明すると以下の 通りである。なお、ここでは、上述の実施形態 1〜3における構成要素と同一の機能を 有する構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。つまり、ここ では、上述の実施形態 1〜3との相違点について説明するものとする。
[0063] 図 4 (a)は、本実施の形態に係る検出子の構成を上方力 見た上面図であり、図 4 ( b)は図 4 (a)の検出子の断面図である。図 4 (a)および図 4 (b)に示すように、本実施 の形態に係る検出子 40は、吸着層 1、水晶板 11、金属電極 12a ' 12b、および非吸 着層 41を備えている。非吸着層 41は、試料 (媒質）中の測定対象物質を吸着しない 材料より構成されるものであり、例えば、シリコーン榭脂、 4フッ化工チレン榭脂等のよ うな材料を用いて好適に形成することができる力 これらに限定されるものではない。
[0064] 吸着層 1、水晶板 11、および金属電極 12a， 12bの構成は、実施形態 1と同様であ り、吸着層 1は、金属電極 12aを含む水晶板 11の表面 11aの全面に形成されている 。非吸着層 41は、その吸着層 1の表面を覆うように形成されている。そして、非吸着 層 41には、試料 (媒質）中の測定対象物質と吸着層 1とを接触させるための開口部 4 2が複数箇所に分散して設けられて 、る。
[0065] つまり、検出子 40は、微細に形成した開口部 42から露出した吸着層 1の部分で測 定対象物質を吸着することになる。このため、非吸着層 41と開口部 42とを、検出子 4 0の表面の一部、もしくは複数箇所に分散して設けることで、吸着性に大きく影響する 吸着層 1の総吸着面積 (表面積)を容易に意図した通りに調整することができ、検出 感度の制御を行うことができる。また、非吸着層 41や開口部 42の大きさ、形状を測定 対象物質の種類に応じて、適宜調整することにより、吸着物質の種類や吸着方向な どを制御することができる。したがって、本実施の形態に係る検出子 40によれば、上 記実施形態 3と同様に、測定対象物質の吸着選択性、吸着方位、吸着効率などを制 御することができ、吸着メカニズムの解析に応用することができる。
[0066] なお、検出子 40は、例えば、非吸着層 41の一部をエッチング処理することにより、 容易に作製することができる。
[0067] 〔実施の形態 5〕
本発明の一実施形態にっ 、て図 5 (a)および図 5 (b)に基づ 、て説明すると以下の 通りである。なお、ここでは、上述の実施形態 1〜4における構成要素と同一の機能を 有する構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。つまり、ここ では、上述の実施形態 1〜4との相違点について説明するものとする。
[0068] 図 5 (a)は、本実施の形態に係る検出子の構成を上方力 見た上面図であり、図 5 ( b)は図 5 (a)の検出子の断面図である。図 5 (a)および図 5 (b)に示すように、本実施 の形態に係る検出子 50は、吸着層 51、水晶板 11、および金属電極 12a ' 12bを備 えている。水晶板 11、および金属電極 12a' 12bの構成は、実施形態 1と同様であり 、吸着層 51は、金属電極 12aを含む水晶板 11の表面 11aの全面に形成されている [0069] この吸着層 51には、ハイドロキシアパタイトまたは元素置換アパタイトの他に、特異 的結合物質 52を含んでいる。つまり、吸着層 51は、特異的結合物質 52の作用によ つて、測定対象物質に対して選択性を有する構成である。
[0070] 特異的結合物質 52は、吸着層 51をコーティング形成する際に既に含めておいても よいが、吸着層 51は、コーティング後、結晶性を高めるために加熱処理する場合もあ るため、加熱処理した後、吸着層 51表面に塗布して含ませることが好ましい。
[0071] 上記の構成によれば、検出子 50は、特異的結合物質 52 (例えば、リガンド、抗体、 特定細胞誘導因子等)を有する吸着層 51を備えているため、測定対象物質に対す る選択性を持たせ、測定対象物質と吸着層 51との結合力を調整することができる。
[0072] < 2.検出子の利用 >
上述したように、本発明に係る検出子は、上述したように、ハイドロキシアパタイト等 の吸着性に優れた物質を含む吸着層を有している。このため、本発明に係る検出子 をィ匕学センサ装置に用いることにより、微量の化学物質を高感度で検出することがで きる。
[0073] すなわち、本発明には、上述した検出子を備える化学センサ装置が含まれる。本発 明に係る化学センサ装置は、上述の検出子を備えていればよぐその他の構成は特 に限定されるものではない。ここでいう化学センサ装置は、上述の検出子を適用でき る化学センサ装置であればよぐ特に限定されるものではないが、特に、 QCM法また は SPR法を用いたィ匕学センサ装置であることが好まし 、。
[0074] 以上のように、本発明に係る検出子または該検出子を備える化学センサ装置によ れば、液体、気体などの媒質中の含有物、微粒子 (例えば生体分子、リガンド、タン パク質、抗体、特定細胞誘導因子、環境物質など)の化学物質を検出、または同媒 質中の粒子間相互作用（タンパク質一タンパク質、抗体一抗原、ホルモン一受容体、 タンパク質一核酸、基質一酵素、 DNA相補対間など)を高い感度で検出することが できる。さらに、微量ィ匕学物質の検出感度を高めることにより、例えば、遺伝子、抗原 物質、におい、味、環境物質 (環境ホルモン)などの計測適応範囲を拡大することが できる。 [0075] なお、本発明には、水晶振動子マイクロバランス法 (QCM法）、表面プラズモン共 鳴センサ等の、微量物質検出用化学センサ装置における、検出子部表面にハイド口 キシアパタイトまたはその一部元素置換を施した材料 (元素置換アパタイト）をコーテ イングし、媒質中の混入物、含有物を検出または、粒子間相互作用を検出する方法 が含まれる。
さらに、ハイドロキシアパタイトの検出子部表面コーティング法がレーザーアブレーシ ヨン法である化学センサ装置が本発明に含まれる。また、振動子の電極自体に導電 性のある元素置換アパタイトを用いたィ匕学センサ装置用検出子が本発明に含まれる 。また、上記吸着層に生体親和性のある元素置換アパタイトを用いた化学センサ装 置用検出子が本発明に含まれる。
[0076] さらに、ハイドロキシアパタイトコーティング膜が検出子表面の全面にコーティングさ れたィ匕学センサ装置が含まれる。また、ハイドロキシアパタイトコーティング膜が検出 子表面の複数箇所に分散させた構造でコーティングされたィヒ学センサ装置が含まれ る。また、上記振動子を達成するためにエッチングのような加工を施す力、吸着層の 一部を他の材料で覆うことにより得られたィ匕学センサ装置用検出子が本発明に含ま れる。また、非検出物質と振動子の結合力を調整するために、上記吸着層のいずれ 力に予め中間物質を添加した化学センサ装置用検出子が本発明に含まれる。
[0077] 以下実施例を示し、本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん 、本発明は以下の実施例に限定されるものではなぐ細部については様々な態様が 可能であることはいうまでもない。さらに、本発明は上述した実施形態に限定されるも のではなぐ請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、それぞれ開示された 技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲 に含まれる。
[0078] 〔実施例〕
以下の方法によってハイドロキシアパタイトをコートした QCM検出子を作製し、 QC M法による、被吸着物質検出感度向上の効果を確認した。
[0079] 市販の QCM検出子（株式会社ィ-シアム製 AFFINIXQ用センサーチップ）の表面 にハイドロキシアパタイトをレーザーアブレーシヨン法により厚さ lOOnm堆積させたの ち、結晶性を高める目的で熱処理を施し、ハイドロキシアパタイトコート QCM検出子 を作製した。これを検出子 (センサ）として QCM化学センサ装置 (株式会社ィ -シァ ム製 AFFINIXQ)本体に取り付け、 8mL (ミリリットル）の生理食塩水（PBS)バッファー 溶液中に滴下されたゥシ由来の血清を検出し、従来のセンサを用いた場合との感度 の比較を行った。
[0080] 従来の検出子を用いた化学センサ装置の場合、血清の滴下量、 0. 5、 2、 4、 8 L
(マイクロリットル）に対し、図 7の点線で示すような周波数シフトを得たのに対し、ハイ ドロキシアパタイトコート QCM検出子を用いたィ匕学センサ装置の場合は、同量のバ ッファー溶液に対し、血清の滴下量、 0. 5、 2 1において図 7の実線で示すような周 波数シフトが観測され、大幅な検出感度の向上が確認された。
[0081] 発明を実施するための最良の形態の項においてなされた具体的な実施形態また は実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような 具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなぐ本発明の精神と次に記 載する特許請求事項の範囲内で、いろいろと変更して実施することができるものであ る。
産業上の利用の可能性
[0082] 以上のように、本発明に係る検出子および該検出子を用いたィ匕学センサ装置によ れば、従来の検出子および化学センサ装置に比べて、著しく検出感度を向上させる ことができる。このため、これまで検出できな力つた微量な化学物質を計測することが 可能となるため、化学品、医薬品、食品等の関連産業をはじめとした幅広い産業上 の利用可能性がある。

Claims

請求の範囲
[1] 媒質中に含まれる測定対象物質が検出表面に吸着することによって、当該測定対 象物質を検出する化学センサ装置用の検出子であって、
上記検出子は、測定対象物質を検出するための上記検出表面に、ハイド口キシァ ノタイトにおける一部の元素が置換された元素置換アパタイトを含む吸着層を備えて いることを特徴とする検出子。
[2] 上記吸着層は、上記検出表面の全面に設けられていることを特徴とする請求項 1に 記載の検出子。
[3] 上記吸着層は、上記検出表面の複数箇所に分散して設けられていることを特徴と する請求項 1に記載の検出子。
[4] 上記吸着層は、導電性のある元素置換アパタイトを含んでおり、
上記吸着層が電極として機能するものであることを特徴とする請求項 1〜3のいず れカ 1項に記載の検出子。
[5] 上記導電性のある元素置換アパタイトが、ノ、イドロキシアパタイトにおける一部の元 素が Naに置換された元素置換アパタイトであることを特徴とする請求項 4に記載の検 出子。
[6] 上記吸着層は、生体親和性のある元素置換アパタイトを含んで 、ることを特徴とす る請求項 1〜3のいずれ力 1項に記載の検出子。
[7] 上記生体親和性のある元素置換アパタイトが、ノ、イドロキシアパタイトにおける一部 の元素が Mgに置換された元素置換アパタイトであることを特徴とする請求項 6に記 載の検出子。
[8] 上記吸着層の表面上に、非吸着層が設けられており、
上記非吸着層には、上記媒質中の測定対象物質と吸着層とを接触させるための開 口部が設けられていることを特徴とする請求項 1〜7のいずれか 1項に記載の検出子 上記吸着層は、さらに、上記測定対象物質を選択的に吸着するための特異的結合 物質を含むことを特徴とする請求項 1〜8のいずれか 1項に記載の検出子。
上記吸着層は、レーザーアブレーシヨン法にて形成されるものであることを特徴とす る請求項 1〜9のいずれ力 1項に記載の検出子。
[11] 上記吸着層は、形成中もしくは形成後、熱処理または焼結処理により、上記元素置 換アパタイトの結晶性が高められていることを特徴とする請求項 1〜： LOのいずれか 1 項に記載の検出子。
[12] 媒質中に含まれる測定対象物質が検出表面に吸着することによって、当該測定対 象物質を検出する化学センサ装置用の検出子であって、
上記検出子は、測定対象物質を検出するための上記検出表面に、ハイド口キシァ ノ《タイトを含む吸着層を備え、
上記吸着層は、レーザーアブレーシヨン法にて形成されるものであることを特徴とす る検出子。
[13] 上記吸着層は、形成中もしくは形成後、熱処理または焼結処理により、上記ハイド ロキシアパタイトの結晶性が高められていることを特徴とする請求項 12に記載の検出 子。
[14] 上記化学センサ装置は、水晶振動子マイクロバランス法または表面プラズモン共鳴 法を用いたィ匕学センサ装置であることを特徴とする請求項 1〜13のいずれか 1項に 記載の検出子。
[15] 請求項 1〜14のいずれか 1項に記載の検出子を備えることを特徴とする化学セン サ装置。
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