JPH037066B2 - - Google Patents
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- JPH037066B2 JPH037066B2 JP57066981A JP6698182A JPH037066B2 JP H037066 B2 JPH037066 B2 JP H037066B2 JP 57066981 A JP57066981 A JP 57066981A JP 6698182 A JP6698182 A JP 6698182A JP H037066 B2 JPH037066 B2 JP H037066B2
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- immobilized
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/414—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS
- G01N27/4145—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS specially adapted for biomolecules, e.g. gate electrode with immobilised receptors
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、イオン感応膜を備えた電界効果型
トランジスタに生化学物質を固定化して成る生化
学センサ及び該生化学センサを用いた化合物濃度
の測定方法に関する。
トランジスタに生化学物質を固定化して成る生化
学センサ及び該生化学センサを用いた化合物濃度
の測定方法に関する。
先行技術として、電界効果型トランジスタ（以
下ISFETという）より成り、溶液中のイオン濃
度を測定できる小形センサが特開昭52−26292号
で提案された。第１図はこの小型センサの断面図
を示したもので、図中、１はｐ型シリコン基板、
２，３は前記ｐ型シリコン基板１にｎ型不純物の
拡散で形成されたソース及びドレイン、４はゲー
ト、５は熱酸化シリコン膜、６は窒化シリコン膜
である。この窒化シリコン膜６をイオン感応膜と
すると、これは水素イオンに感応する水素イオン
感応膜となり、そこで前記小形センサは水溶液中
の水素イオン濃度に感応するセンサになるが、さ
らにこの上に適当なイオン感応膜７を形成すると
種々のイオンに感応するセンサを形成することが
可能である。
下ISFETという）より成り、溶液中のイオン濃
度を測定できる小形センサが特開昭52−26292号
で提案された。第１図はこの小型センサの断面図
を示したもので、図中、１はｐ型シリコン基板、
２，３は前記ｐ型シリコン基板１にｎ型不純物の
拡散で形成されたソース及びドレイン、４はゲー
ト、５は熱酸化シリコン膜、６は窒化シリコン膜
である。この窒化シリコン膜６をイオン感応膜と
すると、これは水素イオンに感応する水素イオン
感応膜となり、そこで前記小形センサは水溶液中
の水素イオン濃度に感応するセンサになるが、さ
らにこの上に適当なイオン感応膜７を形成すると
種々のイオンに感応するセンサを形成することが
可能である。
第２図は前記小形センサを用いたイオン濃度の
測定装置の一例を示すもので、図中、８は被測定
溶液、９はISFET、１０は比較電極である。
測定装置の一例を示すもので、図中、８は被測定
溶液、９はISFET、１０は比較電極である。
次に動作について説明する。このイオン濃度測
定装置は、被測定溶液８にISFET９と比較電極
１０を浸し、ドレイン電流一定の下で、ISFET
９のソース電位をソースフオロア回路によつて直
接読取るものである。
定装置は、被測定溶液８にISFET９と比較電極
１０を浸し、ドレイン電流一定の下で、ISFET
９のソース電位をソースフオロア回路によつて直
接読取るものである。
すなわち、前記被測定溶液８中のイオン濃度の
変化により、前記イオン感応膜６，７とこの被測
定溶液８との間に生じる界面電位が変化し、これ
がソース２電圧の変化として検出されるため、イ
オン濃度を測定できるものである。
変化により、前記イオン感応膜６，７とこの被測
定溶液８との間に生じる界面電位が変化し、これ
がソース２電圧の変化として検出されるため、イ
オン濃度を測定できるものである。
なお、ここで用いられる前記比較電極１０は前
記被測定溶液８の種類に係わらず一定の電位を示
すもので、よく用いられるものに銀−塩化銀電
極、カロメル電極などがある。
記被測定溶液８の種類に係わらず一定の電位を示
すもので、よく用いられるものに銀−塩化銀電
極、カロメル電極などがある。
また、前記ISFET９は広く知られている半導
体製造技術で製作されるため微小化は容易である
が、前記比較電極１０は小形化が困難である。そ
れは該比較電極１０では液絡部にて内部液を被側
定溶液中に安定に流出させるようになつており、
この部分がある程度の大きさを必要とするからで
ある。このため、従来の測定装置では、前記比較
電極１０を用いるため、センサ自体を小形化でき
ないことや、内部液の補充が必要であるなどの欠
点があつた。
体製造技術で製作されるため微小化は容易である
が、前記比較電極１０は小形化が困難である。そ
れは該比較電極１０では液絡部にて内部液を被側
定溶液中に安定に流出させるようになつており、
この部分がある程度の大きさを必要とするからで
ある。このため、従来の測定装置では、前記比較
電極１０を用いるため、センサ自体を小形化でき
ないことや、内部液の補充が必要であるなどの欠
点があつた。
この発明は、上記の欠点を解消するために成さ
れたもので、比較電極を用いないで被測定溶液の
化合物濃度を測定できる生化学センサ及びこの生
化学センサを用いた測定方法を提供することを目
的とするものである。
れたもので、比較電極を用いないで被測定溶液の
化合物濃度を測定できる生化学センサ及びこの生
化学センサを用いた測定方法を提供することを目
的とするものである。
以下、この発明の一実施例をグルコースセンサ
を例にとり図面と共に説明する。
を例にとり図面と共に説明する。
まず、生化学センサは、上述の先行技術である
第１図に示す如きISFET９と酵素や微生物等の
生化学物質を固定化した固定化ISFETと疑似電
極とから構成されている。この固定化ISFETは
生化学物質としてグルコースオキシダーゼを用
い、酵素固定化法としてよく用いられるグルタル
アルデヒドによる架橋反応により前記ISFET９
の第１図に示す如き水素イオン感応膜６上に該生
化学物質を固定化したものである。
第１図に示す如きISFET９と酵素や微生物等の
生化学物質を固定化した固定化ISFETと疑似電
極とから構成されている。この固定化ISFETは
生化学物質としてグルコースオキシダーゼを用
い、酵素固定化法としてよく用いられるグルタル
アルデヒドによる架橋反応により前記ISFET９
の第１図に示す如き水素イオン感応膜６上に該生
化学物質を固定化したものである。
次に、上述の生化学センサを用いた化合物濃度
の測定方法を第３図と共に説明する。
の測定方法を第３図と共に説明する。
図中、２はソース、３はドレイン、８は被測定
溶液、１１は水素イオンに感応するISFET（以下
PH−ISFETという）、１２はグルコースオキシダ
ーゼ固定化PH−ISFET（以下GOD固定化ISFET
という）で水素イオン感応膜６の上にグルコース
オキシダーゼ固定化膜１２ａを備える。１３は被
測定溶液の電位を一定にするための疑似電極、１
４，１５は前記PH−ISFET１１及びGOD固定化
ISFET１２各々のドレイン電流を一定にする定
電流電源、１６は差動増幅器で、前記PH−
ISFET１１及びGOD固定化ISFET１２各々の出
力電圧の差を出力する。１７は恒温水、１８は恒
温水槽である。
溶液、１１は水素イオンに感応するISFET（以下
PH−ISFETという）、１２はグルコースオキシダ
ーゼ固定化PH−ISFET（以下GOD固定化ISFET
という）で水素イオン感応膜６の上にグルコース
オキシダーゼ固定化膜１２ａを備える。１３は被
測定溶液の電位を一定にするための疑似電極、１
４，１５は前記PH−ISFET１１及びGOD固定化
ISFET１２各々のドレイン電流を一定にする定
電流電源、１６は差動増幅器で、前記PH−
ISFET１１及びGOD固定化ISFET１２各々の出
力電圧の差を出力する。１７は恒温水、１８は恒
温水槽である。
さて、本発明による生化学センサを用いた測定
方法の作用は、被測定溶液８の中に前記GOD固
定化ISFET１２を保持すると、該GOD固定化
ISFET１２のグルコースオキシダーゼの作用で、
グルコースオキシダーゼを固定化した膜１２ａ中
の水素イオン濃度（以下PHという）が変化する
が、この変化量をこのGOD固定化ISFET１２と
前記PH−ISFET１１との各出力電圧の差として
検知し、被測定溶液中の化合物濃度を測定するこ
とである。
方法の作用は、被測定溶液８の中に前記GOD固
定化ISFET１２を保持すると、該GOD固定化
ISFET１２のグルコースオキシダーゼの作用で、
グルコースオキシダーゼを固定化した膜１２ａ中
の水素イオン濃度（以下PHという）が変化する
が、この変化量をこのGOD固定化ISFET１２と
前記PH−ISFET１１との各出力電圧の差として
検知し、被測定溶液中の化合物濃度を測定するこ
とである。
この測定方法においては、被測定溶液８は前記
GOD固定化ISFET１２に固定化されたグルコー
スオキシダーゼ１２ａに最適なPHを持つ緩衝液と
最適な温度に調整された。また、PH−ISFET１
１及びGOD固定化ISFET１２はISFETの飽和領
域で作動するようにドレイン３に定電圧を印加す
るように構成された。なお、疑似電極１３には白
金線が用いられた。
GOD固定化ISFET１２に固定化されたグルコー
スオキシダーゼ１２ａに最適なPHを持つ緩衝液と
最適な温度に調整された。また、PH−ISFET１
１及びGOD固定化ISFET１２はISFETの飽和領
域で作動するようにドレイン３に定電圧を印加す
るように構成された。なお、疑似電極１３には白
金線が用いられた。
まず、初期の出力電圧が安定するまでは被測定
溶液８としてグルコースを含まない酢酸緩衝液を
流しておき、電圧が安定したらグルコースを含ん
だ酢酸緩衝溶液を流した。すると、グルコースオ
キシダーゼを固定化した膜１２ａ中でゴルコン酸
が生成され、その結果、GOD固定化ISFET１２
の前記固定化膜１２ａ中のPHが低下するが、PH−
ISFET１１ではPHの変化はない。
溶液８としてグルコースを含まない酢酸緩衝液を
流しておき、電圧が安定したらグルコースを含ん
だ酢酸緩衝溶液を流した。すると、グルコースオ
キシダーゼを固定化した膜１２ａ中でゴルコン酸
が生成され、その結果、GOD固定化ISFET１２
の前記固定化膜１２ａ中のPHが低下するが、PH−
ISFET１１ではPHの変化はない。
そこで、このPHの変化量を利用して、これを前
記PH−ISFET１１及びGOD固定化ISFET１２の
各出力電圧の差として差動増幅器１６の出力電圧
を得ることができた。
記PH−ISFET１１及びGOD固定化ISFET１２の
各出力電圧の差として差動増幅器１６の出力電圧
を得ることができた。
ところで、第４図はグルコースを含まない緩衝
溶液とグルコースを含んだ緩衝溶液をサンプルチ
エンジヤーにて交互に流した時のグルコース濃度
Ｍに対するPH−ISFET１１とGOD固定化ISFET
１２との出力電圧差ΔVsの時間的変化を示すも
のである。但し、この場合、グルコース溶液は５
分間流した。
溶液とグルコースを含んだ緩衝溶液をサンプルチ
エンジヤーにて交互に流した時のグルコース濃度
Ｍに対するPH−ISFET１１とGOD固定化ISFET
１２との出力電圧差ΔVsの時間的変化を示すも
のである。但し、この場合、グルコース溶液は５
分間流した。
この第４図の結果から、第５図に示すように前
記出力電圧差ΔVsのピーク値とグルコース濃度
との間の関係特性曲線が得られた。従つて、この
第５図の特性曲線を用いることにより、前記出力
電圧差ΔVsから被測定溶液８中のグルコース濃
度Ｍが与えられる。
記出力電圧差ΔVsのピーク値とグルコース濃度
との間の関係特性曲線が得られた。従つて、この
第５図の特性曲線を用いることにより、前記出力
電圧差ΔVsから被測定溶液８中のグルコース濃
度Ｍが与えられる。
なお上記実施例では、固定化ISFETを１個、
ISFETを１個用いたが、違つた種類の固定化
ISFETを２個以上用いることも可能である。
ISFETを１個用いたが、違つた種類の固定化
ISFETを２個以上用いることも可能である。
以上のように、この発明は、イオン感応膜を有
するISFETに生化学物質を固定化して成る固定
化ISFETとISFETと疑似電極と差動増幅器とを
設けることにより、従来の比較電極を用いないで
被溶液中の化合物濃度を測定することができ、そ
の結果、測定装置を小形化し、しかも安価に作る
ことができ、さらに前記比較電極の内部液補充の
手間がいらないため操作を簡便にできるという顕
著な効果を奏するものである。
するISFETに生化学物質を固定化して成る固定
化ISFETとISFETと疑似電極と差動増幅器とを
設けることにより、従来の比較電極を用いないで
被溶液中の化合物濃度を測定することができ、そ
の結果、測定装置を小形化し、しかも安価に作る
ことができ、さらに前記比較電極の内部液補充の
手間がいらないため操作を簡便にできるという顕
著な効果を奏するものである。
第１図はISFETの断面図、第２図は従来の測
定装置を示す断面図、第３図はこの発明の一実施
例を示す第２図相当図、第４図は第３図の測定装
置で得られたISFETの出力電圧の時間的変化を
示す測定データ図、第５図はグルコース濃度と出
力電圧差の関係を示す特性図である。 １……ｐ型シリコン基板、２……ソース、３…
…ドレイン、４……ゲート、５……熱酸化シリコ
ン膜、６……窒化シリコン膜、７……イオン感応
膜、８……被測定溶液、９，１１……ISFET、
１０……比較電極、１２……固定化ISFET、１
２ａ……固定化膜、１３……疑似電極、１６……
差動増幅器。なお、図中、同一符号は同一部分、
又は相当部分を示す。
定装置を示す断面図、第３図はこの発明の一実施
例を示す第２図相当図、第４図は第３図の測定装
置で得られたISFETの出力電圧の時間的変化を
示す測定データ図、第５図はグルコース濃度と出
力電圧差の関係を示す特性図である。 １……ｐ型シリコン基板、２……ソース、３…
…ドレイン、４……ゲート、５……熱酸化シリコ
ン膜、６……窒化シリコン膜、７……イオン感応
膜、８……被測定溶液、９，１１……ISFET、
１０……比較電極、１２……固定化ISFET、１
２ａ……固定化膜、１３……疑似電極、１６……
差動増幅器。なお、図中、同一符号は同一部分、
又は相当部分を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ イオン感応膜を形成したISFET（イオン感応
性電界効果型トランジスタ）と、これと別に設け
た酵素や微生物等の生化学物質を前記ISFETの
イオン感応膜上に固定化した固定化ISFETと、
疑似参照電極とから成ることを特徴とする生化学
センサ。 ２ 生化学センサと、差動増幅器とを備え、前記
生化学センサの疑似参照電極に電圧を印加し、生
化学センサの構成要素であるISFET、及び酵素
や微生物を固定化したISFETを動作させ、これ
らの酵素や微生物と特異的に反応してイオン濃度
の変化を引き起こす化合物を作用させた際に、上
記イオン濃度の変化の起きない前記ISFETの出
力と、上記酵素及び微生物固定化膜内にイオン濃
度の変化が生じる前記固定化ISFETの出力の差
を前記差動増幅器により測定することにより、前
記化合物の濃度を検出することを特徴とする生化
学センサを用いた化合物濃度の測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57066981A JPS58184540A (ja) | 1982-04-21 | 1982-04-21 | 生化学センサ及び生化学センサを用いた化合物濃度の測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57066981A JPS58184540A (ja) | 1982-04-21 | 1982-04-21 | 生化学センサ及び生化学センサを用いた化合物濃度の測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58184540A JPS58184540A (ja) | 1983-10-28 |
| JPH037066B2 true JPH037066B2 (ja) | 1991-01-31 |
Family
ID=13331699
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57066981A Granted JPS58184540A (ja) | 1982-04-21 | 1982-04-21 | 生化学センサ及び生化学センサを用いた化合物濃度の測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58184540A (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6029657A (ja) * | 1983-07-28 | 1985-02-15 | Mitsubishi Electric Corp | グルコースセンサの製造方法 |
| US4713347A (en) * | 1985-01-14 | 1987-12-15 | Sensor Diagnostics, Inc. | Measurement of ligand/anti-ligand interactions using bulk conductance |
| US4716121A (en) * | 1985-09-09 | 1987-12-29 | Ord, Inc. | Fluorescent assays, including immunoassays, with feature of flowing sample |
| GB8528794D0 (en) * | 1985-11-22 | 1985-12-24 | Emi Plc Thorn | Buffer compensation in enzyme |
| JPS63111454A (ja) * | 1986-10-29 | 1988-05-16 | Nec Corp | 固定化酵素膜の製造方法 |
| JPH02280047A (ja) * | 1989-04-21 | 1990-11-16 | Nec Corp | １チップ半導体バイオセンサ |
| KR930002824B1 (ko) * | 1990-08-21 | 1993-04-10 | 손병기 | 감이온 전계효과 트랜지스터를 이용한 바이오 센서용 측정회로 |
| WO2002086162A1 (en) * | 2001-04-23 | 2002-10-31 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Molecular detection chip including mosfet, molecular detection device employing the chip, and molecular detection method using the device |
| JP6360294B2 (ja) * | 2013-11-19 | 2018-07-18 | 大日本印刷株式会社 | 溶液内蔵バイオセンサ |
-
1982
- 1982-04-21 JP JP57066981A patent/JPS58184540A/ja active Granted
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ANALYTICAL CHEMISTRY=1980 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58184540A (ja) | 1983-10-28 |
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