JPH0244222B2 - - Google Patents
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- JPH0244222B2 JPH0244222B2 JP59155939A JP15593984A JPH0244222B2 JP H0244222 B2 JPH0244222 B2 JP H0244222B2 JP 59155939 A JP59155939 A JP 59155939A JP 15593984 A JP15593984 A JP 15593984A JP H0244222 B2 JPH0244222 B2 JP H0244222B2
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Landscapes
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(イ) 技術分野
本発明は炭素膜を被覆することにより優れた電
気絶縁性、耐水性、耐食性、および抗血栓性を有
しイオン選択性若しくは、かつ選択性を持つ電界
効果トランジスタ電極（以下FETと呼ぶ）より
なる生体用センサーに関する。
気絶縁性、耐水性、耐食性、および抗血栓性を有
しイオン選択性若しくは、かつ選択性を持つ電界
効果トランジスタ電極（以下FETと呼ぶ）より
なる生体用センサーに関する。
(ロ) 技術の背景
近年医療分野において生体内のPHやイオン濃度
を測定する技術は重要性を増しており、少型で生
体との反応の少ない生体内計測用電極が必要とさ
れている。
を測定する技術は重要性を増しており、少型で生
体との反応の少ない生体内計測用電極が必要とさ
れている。
例えば胃に潰瘍ができたとき、潰瘍部分の胃粘
膜から分泌される胃液のPHを測定することによ
り、その潰瘍がガン性のものか消化性のものかを
判定することができる。また血液中のPHやイオン
濃度を連続的に測定できれば、心不全や呼吸器疾
患などの循環器疾患の治療に役立つことになる。
従来、PH測定やイオン計測に用いられてきたガラ
ス電極やイオン選択性電極は小型化に適さず、電
極の内部抵抗が高いという欠点があつた。
膜から分泌される胃液のPHを測定することによ
り、その潰瘍がガン性のものか消化性のものかを
判定することができる。また血液中のPHやイオン
濃度を連続的に測定できれば、心不全や呼吸器疾
患などの循環器疾患の治療に役立つことになる。
従来、PH測定やイオン計測に用いられてきたガラ
ス電極やイオン選択性電極は小型化に適さず、電
極の内部抵抗が高いという欠点があつた。
近年、絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲ
ートに金属の代りに電解質溶液を接触させたもの
が上記のような用途に用いることができると報告
されている。例えば、T.Matsuo and K.D.
Wise，IEEE Trans.on BME，Vol.BME−21，
pp485−487，1974年がある。この場合電界質溶
液と絶縁膜表面の界面電位は特定のイオン活量又
はガス活量により変化するので、比較電極を用い
て電解液の電位を一定しておけば、この界面電位
の変化によつて、ゲート絶縁膜下の半導体表面の
導電性を変化させることができる。
ートに金属の代りに電解質溶液を接触させたもの
が上記のような用途に用いることができると報告
されている。例えば、T.Matsuo and K.D.
Wise，IEEE Trans.on BME，Vol.BME−21，
pp485−487，1974年がある。この場合電界質溶
液と絶縁膜表面の界面電位は特定のイオン活量又
はガス活量により変化するので、比較電極を用い
て電解液の電位を一定しておけば、この界面電位
の変化によつて、ゲート絶縁膜下の半導体表面の
導電性を変化させることができる。
このFETを用いた電極はISFET（Ion
Sensitive FET）と呼ばれ、内部抵抗が低い、集
積技術により小型化及び数種の電極の一体化が容
易、などの利点がある。このFETのゲート絶縁
膜には従来、SiO2，Si3N4，Al2O3，Ta2O5など
が用いられたが、これらの膜は長期的な耐水性、
耐食性に乏しく、血液中では血栓を形成するなど
の欠点があり人体等に長期間埋込み治療や状態の
観察をするには危険がある。
Sensitive FET）と呼ばれ、内部抵抗が低い、集
積技術により小型化及び数種の電極の一体化が容
易、などの利点がある。このFETのゲート絶縁
膜には従来、SiO2，Si3N4，Al2O3，Ta2O5など
が用いられたが、これらの膜は長期的な耐水性、
耐食性に乏しく、血液中では血栓を形成するなど
の欠点があり人体等に長期間埋込み治療や状態の
観察をするには危険がある。
(ハ) 発明の構成
発明者等は前述の如き欠点を克服する手段とし
て該絶縁膜をセンサーが使用される環境に適合す
る材料とすることを検討しダイヤモンドもしくは
ダイヤモンド状非晶質炭素膜が好適であることを
見い出した。
て該絶縁膜をセンサーが使用される環境に適合す
る材料とすることを検討しダイヤモンドもしくは
ダイヤモンド状非晶質炭素膜が好適であることを
見い出した。
本願の特徴は、最外層がダイヤモンド膜または
ダイヤモンド状非晶質炭素膜から構成されること
に最大の特徴がある。従つて本願ではFET電極
の表面に直接ダイヤモンド膜またはダイヤモンド
状非晶質炭素膜を形成することができる。しかし
ながら、センサーの材料によつては、最外層とセ
ンサーの間にSiO2，Si3N4，Al2O3，Ta2O5また
はその他の酸化物、窒化物または高分子からなる
群から選ばれた１種または２種以上で構成された
層を１層または２層以上積層することによつてセ
ンサーの物性と該ダイヤモンド膜またはダイヤモ
ンド状非晶質炭素膜との物性を調和することがで
きる。
ダイヤモンド状非晶質炭素膜から構成されること
に最大の特徴がある。従つて本願ではFET電極
の表面に直接ダイヤモンド膜またはダイヤモンド
状非晶質炭素膜を形成することができる。しかし
ながら、センサーの材料によつては、最外層とセ
ンサーの間にSiO2，Si3N4，Al2O3，Ta2O5また
はその他の酸化物、窒化物または高分子からなる
群から選ばれた１種または２種以上で構成された
層を１層または２層以上積層することによつてセ
ンサーの物性と該ダイヤモンド膜またはダイヤモ
ンド状非晶質炭素膜との物性を調和することがで
きる。
炭素材料は、その化学的安定性、生体親和性、
抗血栓性から生体材料としてすぐれた性質を有
し、人工心臓弁などとして実用化されている。し
かし通常の焼成炭素は多孔質であり生体との適合
性は不充分であるが熱分解炭素（パイロライトカ
ーボン）は緻密で上述の如き心臓弁として用いら
れている。しかし導電性を有す為に本用途では用
いることができない。
抗血栓性から生体材料としてすぐれた性質を有
し、人工心臓弁などとして実用化されている。し
かし通常の焼成炭素は多孔質であり生体との適合
性は不充分であるが熱分解炭素（パイロライトカ
ーボン）は緻密で上述の如き心臓弁として用いら
れている。しかし導電性を有す為に本用途では用
いることができない。
近年、プラズマ等を利用して気相からダイヤモ
ンド膜又はダイヤモンド状非晶質炭素膜を形成す
る技術が開発された。これらの技術によれば、金
属・高分子・無機材料の表面に絶縁性のダイヤモ
ンドもしくは非晶質炭素膜を形成することができ
る。
ンド膜又はダイヤモンド状非晶質炭素膜を形成す
る技術が開発された。これらの技術によれば、金
属・高分子・無機材料の表面に絶縁性のダイヤモ
ンドもしくは非晶質炭素膜を形成することができ
る。
非晶質炭素膜はその性質が硬く、透光性で、絶
縁膜であるところからダイヤモンドに類似した膜
ということでダイヤモンド状非晶質炭素膜（又
は、ｉ−Carbon）と呼ばれる。
縁膜であるところからダイヤモンドに類似した膜
ということでダイヤモンド状非晶質炭素膜（又
は、ｉ−Carbon）と呼ばれる。
この膜が生体に適合する物質であることは発明
者等の一部が既に提案している。（特願57−
192557）ダイヤモンド膜及びダイヤモンド状非晶
質炭素膜は高い絶縁性強・耐食性を有し、絶縁性
は106〜1013Ω・cmでほとんどの酸・アルカリ・
腐食性ガスにも変化しない。
者等の一部が既に提案している。（特願57−
192557）ダイヤモンド膜及びダイヤモンド状非晶
質炭素膜は高い絶縁性強・耐食性を有し、絶縁性
は106〜1013Ω・cmでほとんどの酸・アルカリ・
腐食性ガスにも変化しない。
該膜の表面はそのままでは周囲の零囲気によつ
て、界面特性の変化しないイオン不感応性膜であ
るが、酸化処理によつて容易に表面にCO，OH，
COOHなどの官能基を有するイオン感応性膜に
することができる。
て、界面特性の変化しないイオン不感応性膜であ
るが、酸化処理によつて容易に表面にCO，OH，
COOHなどの官能基を有するイオン感応性膜に
することができる。
もちろん表面に官能基を持たないイオン不感応
性膜は溶液のイオン濃度によつて界面電位の変化
しない比較電極として重要である。従つてこのダ
イヤモンド膜及びダイヤモンド状非晶質炭素膜を
用いればイオンセンサー部、比較電極部を一体化
するとは容易にできる。また、表面にOH，
COOH等の感能基を有する膜は化学修飾により
容易にグルコースオキシターゼのような酵素や、
クラウンエーテル・バリノマイシンなどのイオノ
フオア及び免疫センサー用の抗原または抗体を１
種類または複数固定することができる。このよう
な化学修飾によればグルコースのような特定の化
合物、Na+のようなイオン、及び抗原・抗体を検
知するセンサーを容易に作成することができる。
性膜は溶液のイオン濃度によつて界面電位の変化
しない比較電極として重要である。従つてこのダ
イヤモンド膜及びダイヤモンド状非晶質炭素膜を
用いればイオンセンサー部、比較電極部を一体化
するとは容易にできる。また、表面にOH，
COOH等の感能基を有する膜は化学修飾により
容易にグルコースオキシターゼのような酵素や、
クラウンエーテル・バリノマイシンなどのイオノ
フオア及び免疫センサー用の抗原または抗体を１
種類または複数固定することができる。このよう
な化学修飾によればグルコースのような特定の化
合物、Na+のようなイオン、及び抗原・抗体を検
知するセンサーを容易に作成することができる。
しかもダイヤモンド膜及びダイヤモンド状非晶
質炭素膜はこれらの化学修飾によつても、その絶
縁性、耐水、耐食性、抗血栓性などの特長を失な
わない。
質炭素膜はこれらの化学修飾によつても、その絶
縁性、耐水、耐食性、抗血栓性などの特長を失な
わない。
ダイヤモンド膜及びダイヤモンド状非晶質炭素
膜はCVD法、プラスマCVD法、イオンンビーム
蒸着法等の方法で形成できるがいづれにおいても
その効果は変わりない。センサーの材料が高温に
耐えられな場合においては低温で容易に被覆でき
るダイヤモンド状非晶質炭素膜が適する。
膜はCVD法、プラスマCVD法、イオンンビーム
蒸着法等の方法で形成できるがいづれにおいても
その効果は変わりない。センサーの材料が高温に
耐えられな場合においては低温で容易に被覆でき
るダイヤモンド状非晶質炭素膜が適する。
生体内に全体埋込む場合はセンサー全体がダイ
ヤモンドもしくはダイヤモンド状非晶質炭素膜で
覆われることも必要な要件である。
ヤモンドもしくはダイヤモンド状非晶質炭素膜で
覆われることも必要な要件である。
実施例 １
ダイヤモンド状炭素膜を被覆したPHセンサー用
FET電極を作成した。FET電極の構造は前記
Matsuo等の報告をもとに、ｐ型Siウエハー上に
拡散処理によつてソース、ドレインｎ型層を形成
し、その表面全体に熱酸化処理によつて1000Åの
SiO2層を形成した。このSiO2層の上に、水素ガ
スとCH4ガスを用いた高周波プラズマCVD法に
よりダイヤモンド状炭素膜を1000Åの厚さに形成
した。
FET電極を作成した。FET電極の構造は前記
Matsuo等の報告をもとに、ｐ型Siウエハー上に
拡散処理によつてソース、ドレインｎ型層を形成
し、その表面全体に熱酸化処理によつて1000Åの
SiO2層を形成した。このSiO2層の上に、水素ガ
スとCH4ガスを用いた高周波プラズマCVD法に
よりダイヤモンド状炭素膜を1000Åの厚さに形成
した。
この電極にPHに対す感度を測定するとPH１〜12
の範囲でゲート電圧の変化が3mv／PH以下とPH不
感応性を示した。同じ電極を酸素プラズマ中で酸
化処理するとPH１〜12の範囲でゲート電位は
58mv／PHでほぼ直線状に減少し、従来最も感度
が高いとされていたTa2O5の55mv／PHよりもよ
い値を示した。
の範囲でゲート電圧の変化が3mv／PH以下とPH不
感応性を示した。同じ電極を酸素プラズマ中で酸
化処理するとPH１〜12の範囲でゲート電位は
58mv／PHでほぼ直線状に減少し、従来最も感度
が高いとされていたTa2O5の55mv／PHよりもよ
い値を示した。
この電極の酸化処理を施さないものと、酸化処
理を施したものの双方を血液中に３時間浸漬した
ところいずれも血小板の粘着が認められなかつ
た。
理を施したものの双方を血液中に３時間浸漬した
ところいずれも血小板の粘着が認められなかつ
た。
第１図は本発明のPHセンサーFETの構造の断
面図、第２図は実施例におけるPH依存性を測定す
るための回路例を示す。 １：第１の絶縁層、２：ダイヤモンドまたはダ
イヤモンド状非晶質炭素膜、３：ゲート絶縁膜、
４：ソース、５：ドレイン、６：試料液、７：比
較電極、８：ISFET。
面図、第２図は実施例におけるPH依存性を測定す
るための回路例を示す。 １：第１の絶縁層、２：ダイヤモンドまたはダ
イヤモンド状非晶質炭素膜、３：ゲート絶縁膜、
４：ソース、５：ドレイン、６：試料液、７：比
較電極、８：ISFET。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ダイヤモンド膜またはダイヤモンド状非晶質
炭素膜をゲート絶縁膜として用いたイオン選択性
またはガス選択性電界効果トランジスタよりなる
ことを特徴とした生体用センサー。 ２ ゲート絶縁膜の最外層がダイヤモンド膜また
はダイヤモンド状非晶質炭素膜からなり、その内
層がSiO2，Si3N4，Al2O3，Ta2O5またはその他
の酸化物、窒化物または高分子からなる群から選
ばれた１種または２種以上で構成された層を１層
または２層以上積層してなることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の生体用センサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59155939A JPS6133645A (ja) | 1984-07-25 | 1984-07-25 | 生体用センサ− |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59155939A JPS6133645A (ja) | 1984-07-25 | 1984-07-25 | 生体用センサ− |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6133645A JPS6133645A (ja) | 1986-02-17 |
| JPH0244222B2 true JPH0244222B2 (ja) | 1990-10-03 |
Family
ID=15616821
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59155939A Granted JPS6133645A (ja) | 1984-07-25 | 1984-07-25 | 生体用センサ− |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6133645A (ja) |
Families Citing this family (7)
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-
1984
- 1984-07-25 JP JP59155939A patent/JPS6133645A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6133645A (ja) | 1986-02-17 |
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