JPH0481739B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0481739B2 JPH0481739B2 JP61070149A JP7014986A JPH0481739B2 JP H0481739 B2 JPH0481739 B2 JP H0481739B2 JP 61070149 A JP61070149 A JP 61070149A JP 7014986 A JP7014986 A JP 7014986A JP H0481739 B2 JPH0481739 B2 JP H0481739B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- enzyme
- immobilized
- film
- semiconductor
- ion sensor
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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- Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は半導体電界効果型イオンセンサの表面
に酵素固定化膜が設けられてなる集積化された半
導体バイオセンサにおける酵素固定化膜の形成方
法に関するものである。
に酵素固定化膜が設けられてなる集積化された半
導体バイオセンサにおける酵素固定化膜の形成方
法に関するものである。
（従来の技術）
従来、溶液中の特定の有機物の濃度を測定する
半導体バイオセンサーの一種に半導体電界効果型
イオンセンサ（以下「ISFET」という）の表面
に酵素を固定化した膜が設けられたものが知られ
ている。このバイオセンサは、溶液中の特定の有
機物が酵素固定化膜で酵素の触媒作用により化学
反応をした時に生じる水素イオン濃度の変化を
ISFETで検出することにより、特定の有機物の
濃度を測定するものである。この選択性をもつ酵
素固定化膜の例として、尿素検出用としてウレア
ーゼ固定化膜、グルコース検出用としてグルコー
スオキシダーゼ膜などが知られている（センサー
ズ・アンド・アクチユエイターズ（Sensors and
Actu−ators）第７巻１頁〜10頁（1985））。ま
た、サフアイア基板上に設けられた島状シリコン
を用いて酵素固定化膜が設けられたISFETと失
活した酵素固定化膜が設けられたISFETを同一
チツプ上に形成し、裏面に参照電極として金電極
を設けることにより、ワンチツプ化されたバイオ
センサも開発されている（第16回、1984インタナ
シヨナル・カンフアレンス・オン・ソリツド・ス
テート・デバイシズ・アンド・マテイアルズ、レ
イト・ニユーズ・アブストラクツ
（1984International Conference on Solid State
Devices and Materials，Late News
Abstracts）66頁〜67頁（1984））。この様なバイ
オセンサを製造するにあたり、所定のISFET上
に酵素固定化膜を形成する必要がある。酸素固定
化膜の形成法にはいくつかの方法が知られている
が、ウエハの段階で酵素固定化膜を形成できバイ
オセンサの大量生産を可能ならしめるものとして
は、例えば前記引用文献のように三酢酸セルロー
スを担体とした酵素固定化膜をウエハ全面に形成
した後ホトマスクを介して紫外線を照射、所定の
ISFET上以外の酵素固定化膜中の酵素を失活さ
せるという方法がある。
半導体バイオセンサーの一種に半導体電界効果型
イオンセンサ（以下「ISFET」という）の表面
に酵素を固定化した膜が設けられたものが知られ
ている。このバイオセンサは、溶液中の特定の有
機物が酵素固定化膜で酵素の触媒作用により化学
反応をした時に生じる水素イオン濃度の変化を
ISFETで検出することにより、特定の有機物の
濃度を測定するものである。この選択性をもつ酵
素固定化膜の例として、尿素検出用としてウレア
ーゼ固定化膜、グルコース検出用としてグルコー
スオキシダーゼ膜などが知られている（センサー
ズ・アンド・アクチユエイターズ（Sensors and
Actu−ators）第７巻１頁〜10頁（1985））。ま
た、サフアイア基板上に設けられた島状シリコン
を用いて酵素固定化膜が設けられたISFETと失
活した酵素固定化膜が設けられたISFETを同一
チツプ上に形成し、裏面に参照電極として金電極
を設けることにより、ワンチツプ化されたバイオ
センサも開発されている（第16回、1984インタナ
シヨナル・カンフアレンス・オン・ソリツド・ス
テート・デバイシズ・アンド・マテイアルズ、レ
イト・ニユーズ・アブストラクツ
（1984International Conference on Solid State
Devices and Materials，Late News
Abstracts）66頁〜67頁（1984））。この様なバイ
オセンサを製造するにあたり、所定のISFET上
に酵素固定化膜を形成する必要がある。酸素固定
化膜の形成法にはいくつかの方法が知られている
が、ウエハの段階で酵素固定化膜を形成できバイ
オセンサの大量生産を可能ならしめるものとして
は、例えば前記引用文献のように三酢酸セルロー
スを担体とした酵素固定化膜をウエハ全面に形成
した後ホトマスクを介して紫外線を照射、所定の
ISFET上以外の酵素固定化膜中の酵素を失活さ
せるという方法がある。
（発明が解決しようとする問題点）
しかし、上記の方法は酵素固定化を形成するの
に１日以上を要する上、酵素固定化膜の性状、例
えば厚さ、酵素含有量などバイオセンサの出力に
重大な影響を及ぼす要因の変更が難しいという問
題点を有していた。これに対し、短時間で酵素固
定化膜を得られ酵素固定化膜中の酵素含有量の変
更も容易であるリフトオフ法が提案されている
（特願昭59−209165）。しかし、このリフトオフ法
では、酵素固定化膜が有機溶剤と接触するため、
有機溶剤で失活を受けやすい酵素を利用した半導
体バイオセンサ酵素固定化膜の形成にはリフトオ
フ法を採用することができなかつた。
に１日以上を要する上、酵素固定化膜の性状、例
えば厚さ、酵素含有量などバイオセンサの出力に
重大な影響を及ぼす要因の変更が難しいという問
題点を有していた。これに対し、短時間で酵素固
定化膜を得られ酵素固定化膜中の酵素含有量の変
更も容易であるリフトオフ法が提案されている
（特願昭59−209165）。しかし、このリフトオフ法
では、酵素固定化膜が有機溶剤と接触するため、
有機溶剤で失活を受けやすい酵素を利用した半導
体バイオセンサ酵素固定化膜の形成にはリフトオ
フ法を採用することができなかつた。
（問題点を解決するための手段）
本発明は半導体電界効果型イオンセンサの表面
に酵素固定化膜が設けられてなる半導体バイオセ
ンサの酵素固定化膜形成方法において、 (a) 半導体電界効果型イオンセンサが形成された
半導体ウエハ上にフオトレジストを塗布した
後、フオトリンググラフイー法により酵素固定
化膜が設けられるべき所定の半導体電界効果型
イオンセンサの表面のフオトレジストを除く工
程と、 (b) 前記半導体ウエハ表面に、親水性プライマ溶
液をスピン塗布し、前記所定の半導体電界効果
型イオンセンサの表面を親水性プライマ処理す
る工程と、 (c) 前記工程を経た半導体ウエハ上に残つたフオ
トレジストを剥離する工程と、 (d) さらに前記工程を経た半導体ウエハ表面に酵
素と架橋剤を含む蛋白質溶液をスピン塗布して
前記半導体ウエハ表面上に酵素固定化膜を型成
した後、該半導体ウエハを所定のPH範囲の水溶
液に浸漬し、超音波処理を行なうことにより、
前記所定の半導体電界効果型イオンセンサの表
面以外に存在する酵素固定化膜を除去し、前記
所定の半導体電界効果型イオンセンサの表面に
酵素固定化膜を形成することを特徴とする半導
体バイオセンサ酵素固定化膜の形成方法であ
る。
に酵素固定化膜が設けられてなる半導体バイオセ
ンサの酵素固定化膜形成方法において、 (a) 半導体電界効果型イオンセンサが形成された
半導体ウエハ上にフオトレジストを塗布した
後、フオトリンググラフイー法により酵素固定
化膜が設けられるべき所定の半導体電界効果型
イオンセンサの表面のフオトレジストを除く工
程と、 (b) 前記半導体ウエハ表面に、親水性プライマ溶
液をスピン塗布し、前記所定の半導体電界効果
型イオンセンサの表面を親水性プライマ処理す
る工程と、 (c) 前記工程を経た半導体ウエハ上に残つたフオ
トレジストを剥離する工程と、 (d) さらに前記工程を経た半導体ウエハ表面に酵
素と架橋剤を含む蛋白質溶液をスピン塗布して
前記半導体ウエハ表面上に酵素固定化膜を型成
した後、該半導体ウエハを所定のPH範囲の水溶
液に浸漬し、超音波処理を行なうことにより、
前記所定の半導体電界効果型イオンセンサの表
面以外に存在する酵素固定化膜を除去し、前記
所定の半導体電界効果型イオンセンサの表面に
酵素固定化膜を形成することを特徴とする半導
体バイオセンサ酵素固定化膜の形成方法であ
る。
（作用）
本発明の方法によれば、半導体ウエハ上にフオ
トレジストを塗布した後、フオトリングラフイー
法により酵素固定化膜が設けられるべき所定の
ISFETの表面のフオトレジストを除き、次にフ
オトレジストが除かれたISFETの表面を親水性
プライマで処理するため、親水性プライマをスピ
ン塗布する。この工程により所定のISFETの表
面に親水性プライマの反応基が導入され、蛋白質
溶液中に含まれる架橋剤との反応に供される。親
水性プライマ処理工程を経た半導体ウエハ上に残
存するフオトレジストは有機溶剤などで剥離す
る。フオトレジスト剥離に使用する薬品は親水性
プライマの反応基を損うものであつてはならな
い。以上の工程を経た半導体ウエハ上に酵素と架
橋剤を含む蛋白質溶液をスピン塗布する。架橋剤
による架橋反応が完了した後、この半導体ウエハ
を所定のPH以上の水溶液に浸漬する。所定のPH以
上の水溶液中では酵素固定化膜、半導体ウエハ双
方とも負の電荷を帯び、電気的反撥力により親水
性プライマの反応基との化学結合によつて保持さ
れている所定のISFET表面上の酵素固定化膜以
外は、半導体ウエハ表面から浮き上がり、この状
態で超音波を作用させると、浮き上がつた酵素固
定化膜は力学的に除去され、所定のISFET表面
上にのみ酵素固定化膜が形成される。酵素固定化
膜の材質や他の条件にもよるが望ましくはPH８以
上の水溶液がよい。
トレジストを塗布した後、フオトリングラフイー
法により酵素固定化膜が設けられるべき所定の
ISFETの表面のフオトレジストを除き、次にフ
オトレジストが除かれたISFETの表面を親水性
プライマで処理するため、親水性プライマをスピ
ン塗布する。この工程により所定のISFETの表
面に親水性プライマの反応基が導入され、蛋白質
溶液中に含まれる架橋剤との反応に供される。親
水性プライマ処理工程を経た半導体ウエハ上に残
存するフオトレジストは有機溶剤などで剥離す
る。フオトレジスト剥離に使用する薬品は親水性
プライマの反応基を損うものであつてはならな
い。以上の工程を経た半導体ウエハ上に酵素と架
橋剤を含む蛋白質溶液をスピン塗布する。架橋剤
による架橋反応が完了した後、この半導体ウエハ
を所定のPH以上の水溶液に浸漬する。所定のPH以
上の水溶液中では酵素固定化膜、半導体ウエハ双
方とも負の電荷を帯び、電気的反撥力により親水
性プライマの反応基との化学結合によつて保持さ
れている所定のISFET表面上の酵素固定化膜以
外は、半導体ウエハ表面から浮き上がり、この状
態で超音波を作用させると、浮き上がつた酵素固
定化膜は力学的に除去され、所定のISFET表面
上にのみ酵素固定化膜が形成される。酵素固定化
膜の材質や他の条件にもよるが望ましくはPH８以
上の水溶液がよい。
（実施例）
以下本発明の実施例について図面を参照して説
明する。
明する。
第１図は本発明による半導体バイオセンサ酵素
固定化膜の形成方法の一実施例の工程説明図で、
サフアイア基板上に形成された２つ１組の
ISFETの一方にのみ酵素固定化膜を形成する場
合について示してある。第１図ａ〜ｅにおいて、
１はサフアイア基板、２は高不純物濃度ｎ形シリ
コン領域、３はｐ形シリコン領域、４は酸化シリ
コン膜、５は窒素シリコン膜、６はフオトレジス
ト膜、７は金電極である。次に形成工程を順を追
つて説明する。サフアイア基板１の表面の島状シ
リコン層を用いてISFETを形成し、サフアイア
基板１の裏面の島状シリコン層を用いてISFET
を形成し、サフアイア裏面に金７を蒸着したウエ
ハ表面にフオトレジスト膜６、例えばシツプレー
社製マイクロポジツト1300−27をスピン塗布する
（第１図ａ）。次に、フオトマスクを用い露光、現
像により酵素固定化膜が設けられるISFETの表
面８のフオトレジスト膜を除去する（第１図ｂ）。
その後親水性プライマ、例えばγ−アミノプロピ
ルトリエトキシシランの１％水溶液をウエハ上に
スピン塗布し、110℃で５分間熱処理を行ない、
酵素固定化膜が設けられるISFETの表面にγ−
アミノプロピルトリエトキシシランを結合させ
る。このウエハを５％グルタルアルデヒド水溶液
に15分間浸漬し、ISFETの表面上に結合してい
るγ−アミノプロピルトリエトキシシランのアミ
ノ基とグルタルアルデヒドのアルデヒド基を反応
させ、酵素固定化膜が設けられるISFETの表面
をアルデヒド基で修飾する。次にこの半導体ウエ
ハをアセトン中に浸漬してフオトレジストを除去
する（第１図ｃ）。水洗、乾燥の後、酵素と架橋
剤を含む蛋白質溶液、例えば300mg牛血清アルブ
ミンを含む0.1Mピペラジン−Ｎ，N′−ビス（２
−エタンスルフオン酸）−水酸化ナトリウム（PH
6.8）２体積部に50mg／mlのウレアーゼ（マイル
スラボラトリーズ製）水溶液１体積部を加え、さ
らに２重量％グルタルアルデヒド水溶液１体積部
を加えた後よく混合した溶液900μをスピン塗
布する。１時間常温で放置してグルタルアルデヒ
ドによる架橋反応を完了させて酵素固定化膜を形
成する（第１図ｄ）。このようにして酵素固定化
膜９が形成された半導体ウエハをPH８以上の水溶
液、例えば0.1Mトリス（ヒドロシキメチル）ア
ミノメタン−塩酸緩衝液に浸漬し、親水性プライ
マ処理したISFET上以外の酵素固定化膜が半導
体ウエハ表面から浮き上がるのをまつて超音波処
理を行ない、浮き上がつた酵素固定化膜を除去す
る（第１図ｅ）。
固定化膜の形成方法の一実施例の工程説明図で、
サフアイア基板上に形成された２つ１組の
ISFETの一方にのみ酵素固定化膜を形成する場
合について示してある。第１図ａ〜ｅにおいて、
１はサフアイア基板、２は高不純物濃度ｎ形シリ
コン領域、３はｐ形シリコン領域、４は酸化シリ
コン膜、５は窒素シリコン膜、６はフオトレジス
ト膜、７は金電極である。次に形成工程を順を追
つて説明する。サフアイア基板１の表面の島状シ
リコン層を用いてISFETを形成し、サフアイア
基板１の裏面の島状シリコン層を用いてISFET
を形成し、サフアイア裏面に金７を蒸着したウエ
ハ表面にフオトレジスト膜６、例えばシツプレー
社製マイクロポジツト1300−27をスピン塗布する
（第１図ａ）。次に、フオトマスクを用い露光、現
像により酵素固定化膜が設けられるISFETの表
面８のフオトレジスト膜を除去する（第１図ｂ）。
その後親水性プライマ、例えばγ−アミノプロピ
ルトリエトキシシランの１％水溶液をウエハ上に
スピン塗布し、110℃で５分間熱処理を行ない、
酵素固定化膜が設けられるISFETの表面にγ−
アミノプロピルトリエトキシシランを結合させ
る。このウエハを５％グルタルアルデヒド水溶液
に15分間浸漬し、ISFETの表面上に結合してい
るγ−アミノプロピルトリエトキシシランのアミ
ノ基とグルタルアルデヒドのアルデヒド基を反応
させ、酵素固定化膜が設けられるISFETの表面
をアルデヒド基で修飾する。次にこの半導体ウエ
ハをアセトン中に浸漬してフオトレジストを除去
する（第１図ｃ）。水洗、乾燥の後、酵素と架橋
剤を含む蛋白質溶液、例えば300mg牛血清アルブ
ミンを含む0.1Mピペラジン−Ｎ，N′−ビス（２
−エタンスルフオン酸）−水酸化ナトリウム（PH
6.8）２体積部に50mg／mlのウレアーゼ（マイル
スラボラトリーズ製）水溶液１体積部を加え、さ
らに２重量％グルタルアルデヒド水溶液１体積部
を加えた後よく混合した溶液900μをスピン塗
布する。１時間常温で放置してグルタルアルデヒ
ドによる架橋反応を完了させて酵素固定化膜を形
成する（第１図ｄ）。このようにして酵素固定化
膜９が形成された半導体ウエハをPH８以上の水溶
液、例えば0.1Mトリス（ヒドロシキメチル）ア
ミノメタン−塩酸緩衝液に浸漬し、親水性プライ
マ処理したISFET上以外の酵素固定化膜が半導
体ウエハ表面から浮き上がるのをまつて超音波処
理を行ない、浮き上がつた酵素固定化膜を除去す
る（第１図ｅ）。
以上の工程により所定のISFETの表面にだけ
酵素固定化膜を形成することができた。
酵素固定化膜を形成することができた。
（発明の効果）
本発明の方法によれば、酵素工程化膜は蛋白質
溶液をスピン塗布するために、酵素固定化膜の厚
さはウエハ上の各ISFET上で均一であり、形成
の各工程は酵素活性に影響を与える要因を含ま
ず、ISFETを用いたバイオセンサの大量生産が
可能である。
溶液をスピン塗布するために、酵素固定化膜の厚
さはウエハ上の各ISFET上で均一であり、形成
の各工程は酵素活性に影響を与える要因を含ま
ず、ISFETを用いたバイオセンサの大量生産が
可能である。
第１図ａ〜ｅは本発明の方法を半導体バイオセ
ンサの製造工程に適用した際の工程説明図。 図において、１はサフアイア基板、２は高不純
物濃度ｎ形シリコン領域、３はｐ形シリコン領
域、４は酸化シリコン膜、５は窒素シリコン膜、
６はフオトレジスト膜、７は金電極、８は酵素固
定化膜が設けられるISFET表面、９は酵素固定
化膜。
ンサの製造工程に適用した際の工程説明図。 図において、１はサフアイア基板、２は高不純
物濃度ｎ形シリコン領域、３はｐ形シリコン領
域、４は酸化シリコン膜、５は窒素シリコン膜、
６はフオトレジスト膜、７は金電極、８は酵素固
定化膜が設けられるISFET表面、９は酵素固定
化膜。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 半導体電界効果型イオンセンサの表面に酵素
固定化膜が設けられてなる半導体バイオセンサの
酵素固定化膜形成方法において、 (a) 半導体電界効果型イオンセンサが形成された
半導体ウエハ上にフオトレジストを塗布した
後、フオトリソグラフイー法により酵素固定化
膜が設けられるべき所定の半導体電界効果型イ
オンセンサの表面のフオトレジストを除く工程
と、 (b) 前記半導体ウエハ表面に、親水性プライマ溶
液をスピン塗布し、前記所定の半導体電界効果
型イオンセンサの表面を親水性プライマ処理す
る工程と、 (c) 前記工程を経た半導体ウエハ上に残つたフオ
トレジストを剥離する工程と、 (d) さらに前記工程を経た半導体ウエハ表面に酵
素と架橋剤を含む蛋白質溶液をスピン塗布して
前記半導体ウエハ表面上に酵素固定化膜を型成
した後、該半導体ウエハを所定のPH範囲の水溶
液に浸漬し、超音波処理を行なうことにより、
前記所定の半導体電界効果型イオンセンサの表
面以外に存在する酵素固定化膜を除去し、前記
所定の半導体電界効果型イオンセンサの表面に
酵素固定化膜を形成することを特徴とする半導
体バイオセンサ酵素固定化膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61070149A JPS62225941A (ja) | 1986-03-27 | 1986-03-27 | 半導体バイオセンサ酵素固定化膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61070149A JPS62225941A (ja) | 1986-03-27 | 1986-03-27 | 半導体バイオセンサ酵素固定化膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62225941A JPS62225941A (ja) | 1987-10-03 |
| JPH0481739B2 true JPH0481739B2 (ja) | 1992-12-24 |
Family
ID=13423228
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61070149A Granted JPS62225941A (ja) | 1986-03-27 | 1986-03-27 | 半導体バイオセンサ酵素固定化膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62225941A (ja) |
-
1986
- 1986-03-27 JP JP61070149A patent/JPS62225941A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62225941A (ja) | 1987-10-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |