JPH11148911A - 電極などの支持体あるいは構造体 - Google Patents

電極などの支持体あるいは構造体

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JPH11148911A
JPH11148911A JP10174087A JP17408798A JPH11148911A JP H11148911 A JPH11148911 A JP H11148911A JP 10174087 A JP10174087 A JP 10174087A JP 17408798 A JP17408798 A JP 17408798A JP H11148911 A JPH11148911 A JP H11148911A
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JP
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electrode
wavelength
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fluorescent
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JP10174087A
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Patrice Caillat
パトリース カーラ
Thierry Livache
ティエリ リヴァシュ
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Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54366—Apparatus specially adapted for solid-phase testing
    • G01N33/54373—Apparatus specially adapted for solid-phase testing involving physiochemical end-point determination, e.g. wave-guides, FETS, gratings
    • G01N33/5438—Electrodes

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板の固有の蛍光を除去することにより、計
測精度を向上させ、計測時に良好な信号対雑音比を得
る。 【解決手段】 基板２２，７２と前記基板上に形成され
た電極群２４，７４を備え、前記電極群の少なくとも１
個の電極を囲む領域の少なくとも一部が、蛍光波長たる
所定の波長に対し、前記第１の波長とは異なる、励起波
長たる第２の波長の光が当てられたとき、非蛍光性であ
るように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気化学的な被着
（デポジット）により覆われた少なくとも一つの電極を
含む電極などの支持体あるいは構造体で、前記支持体を
読み取るためのシステムも含むことができるものに関す
る。
【０００２】また本発明は試薬のための支持体が形成さ
れた基板に関する。この基板は電気接続部も備えること
ができる。
【０００３】本発明は、多数の電極またはサイト（領
域）を含むチップが中に作られる、センサあるいはその
他の小型感知素子の製造に、特に適用可能である。
【０００４】センサあるいは感知素子の検出動作のた
め、前記電極またはサイトは、適当な材料で被覆されな
ければならない。
【０００５】例えば、本発明はいわゆる”バイオチッ
プ”、即ち、電極領域のような基板上に構成された電気
回路からなる区画と、チップの表面に構成された有機区
画とを含む、あるいは含まないチップのような小型素子
の生産に応用することができる。
【０００６】その場合、有機成分に適合する化学物質が
電極またはサイトに選択的に被着されなければならな
い。
【０００７】一般的に、標準的なマイクロエレクトロニ
クス素子は、極めて複雑な、いくつかの機能が集積され
たシステムにおけるリンクとして作動するように要求さ
れる。このようなシステムまたはマイクロシステムは、
物理センサから、”有機”チップと言われる最新のチッ
プまでにわたる分野に応用される。
【０００８】ある応用分野においては、例えば自動車の
エアバッグシステムのように、物理現象を計測できる感
知セルが、データを処理し、実行する集積回路に結合さ
れる。
【０００９】他の応用分野においては、例えばグルコー
ス計測システムや血圧センサのように、有機媒体内で使
用できるように集積回路が構成される。
【００１０】
【従来の技術】生物試験システムにおいては、ゾーンま
たは試薬を、分析しようとする溶液に接触させる。
【００１１】例えば、以下のような手法のうちの一つを
利用することにより、反応性のレベルが計測される。即
ち、 −インピーダンスメータ(impedometer) を使用した電気
的計測、 −微量天秤、 −屈折率の変動を利用した光学的計測 −放射性マーキング、 −蛍光、である。
【００１２】これらの手法の中の最後の蛍光は、比較的
利用が簡単で良好なレベルの感度が得られるので、ます
ます利用されつつある。
【００１３】概説すると、蛍光発光法は、通常は液体で
ある試験しようとする被検体の中に蛍光性物質を混入す
ることからなる。被検体は、マイクロシステム上に局部
的に固定された試薬に接触させられる。いずれかのタイ
プの反応マッチングが生ずると、蛍光性物質を担持する
被検体の一部に結びついた試薬の一部が試験ゾーンに残
留する。洗浄の後、蛍光を計測することで、どのキャリ
アサイトにマッチングしているかを決定することができ
る。
【００１４】この種のシステムの従来技術を、図１から
図２を参照して説明する。
【００１５】この従来技術は、患者の体内の抗体−抗原
認識、あるいはＤＮＡ−ＤＮＡセンサに関する。
【００１６】図１は従来技術に係る電極などの支持体あ
るいは構造体の概略斜視図であり、そこに、例えばシリ
コン製である基板２が示される。
【００１７】センサ分子は、基板２の表面に結合されて
動作するように構成される。基板２の表面は、複数の独
立した電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３およびＥ４の中から選択さ
れた電極をアドレス指定することにより、選択可能に動
作するようになっている。例えば、電極Ｅ２が選択され
ると、他の全ては無視される。
【００１８】いずれかの電極が選択されると、センサ分
子が浸されている浴（図示せず）の基準電圧とは異なる
電圧がそれに印加される。
【００１９】基準電圧とは異なる電圧は、ポリピロール
(polypyrrole) またはポリアニリン(polyaniline) タイ
プの導電ポリマが使用される場合には電着を、あるいは
共有結合(covalent grafting) 反応が生じる場合には非
可逆電荷移動を生じさせるのに十分な高さである。
【００２０】このアドレス指定は、電極を支える基板２
の表面上に制御回路４を構成することにより得られる。
【００２１】図１に示した従来技術においては、制御回
路４は、信号線６および８を通じて高低レベルのデータ
を受信し、４個のトランジスタＴ１，Ｔ２，Ｔ３および
Ｔ４を介して４個の独立した電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３およ
びＥ４をそれぞれ制御するマルチプレクサである。
【００２２】また図１には、マルチプレクサ４の出力ト
ランジスタのソース端子に電圧Ｖを印加するために使用
される線９が示される。
【００２３】この印加電圧Ｖは、マルチプレクサ４を使
用して選択された電極を分極するように働く。
【００２４】電極の反応、あるいはより正確には、それ
らの間に生ずるマッチングは、例えば、図２に概略的に
示される光学システムを利用して光学的に読み取られ
る。
【００２５】図２は従来技術に係る電極などの支持体あ
るいは構造体で電位検出手段を備えたものの説明側面断
面図であり、電極Ｅ１からＥ４のうちの２個のみ、より
具体的には電極Ｅ１およびＥ２が示される。
【００２６】前記電極Ｅ１からＥ４は、全てセンサ分子
１０を担持する。
【００２７】これらセンサ分子のうちのあるものは、例
えば電極Ｅ２のものは、ＤＮＡブランチ１２に混成され
やすいが、他のものはそうではない。
【００２８】これらのＤＮＡブランチ１２は、蛍光マー
カにより標識付けされているので、光源（図示せず）か
ら波長λ１の光が当てられると、標識付けされたブラン
チは異なる波長λ２の光を出力する。
【００２９】波長λ１の光は遮断するが波長λ２の光を
通過させる能力を持つ、光フィルタ１６でフィルタされ
たレンズ１４は、基板２の上方に、電極に対向して配置
される。
【００３０】検出手段１８は例えば電荷結合素子を含
み、前記レンズ１４の上方に配置され、よって前記レン
ズ１４は、検出手段１８と基板２の面の間に位置する。
【００３１】前記検出手段１８は、電荷結合素子に焦点
を合わされた波長λ２の光を検出するのに使用される。
【００３２】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来技術にお
いて、特に支持する基板が複合的で、マイクロエレクト
ロニクス技術を利用して構成されている場合、計測感度
に限界がある。
【００３３】この限界は、試薬と蛍光標識が付けられた
被検体が相互に接触させられた後の計測過程でバックグ
ラウンドノイズを発生する、基板固有の蛍光性に起因す
る。
【００３４】例えば、リンがドープされた受光層は、標
準的なマイクロエレクトロニクス技術において利用する
ために、トランジスタの製造に使用されることが多い。
照明時に、この層が、不可避的に結果の分析を妨害する
固有の蛍光を有する。
【００３５】従って、本発明の目的は、基板の蛍光を除
去することで計測感度の限界を上げて信号体雑音比を向
上させるようにした電極支持体を提供することにある。
【００３６】本発明の第２の目的は、基板の蛍光を除去
することで計測感度の限界を上げて信号体雑音比を向上
させるようにしたセンサ構造体を提供することにある。
【００３７】本発明の第３の目的は、基板の蛍光を除去
することで計測感度の限界を上げて信号体雑音比を向上
させるようにした試薬支持体を提供することにある。
【００３８】
【課題を解決するための手段】このような不都合を解消
するために、本発明に係る電極支持体は、基板と前記基
板上に形成された電極群を備え、前記電極群の少なくと
も１個の電極を囲む領域の少なくとも一部が、蛍光波長
たる所定の波長に対し、前記第１の波長とは異なる、励
起波長たる第２の波長の光が当てられたとき、非蛍光性
である如く構成される。非蛍光性の領域は、励起波長を
受けても蛍光を発することができない領域であり、ある
いは励起波長を吸収または反射することのできる領域で
ある。
【００３９】また、励起波長または蛍光波長は、波長ス
ペクトラムの特定の区分である。
【００４０】この１個あるいは複数の電極群は、励起波
長の光に感応し、励起波長の光によりエネルギーが与え
られた場合に蛍光波長の光を発する、目標分子を同定あ
るいは検知して捕捉できる電気化学的な被着（デポジッ
ト）により被覆されるように構成される。
【００４１】換言すると、励起波長および蛍光波長の関
係は、電極もしくは複数の電極を覆う電気化学的な被着
により捕捉される目標分子に特有なように決定される。
【００４２】本発明によれば、試薬を保持する基板の自
由面は、少なくともある所定の励起波長に対して非蛍光
性であるように構成される。
【００４３】これは、非蛍光性の材料を使用することに
より、あるいは、蛍光波長または励起波長のいずれかに
ついて不透明な材料の層を付加して全ての望ましくない
蛍光を除去することにより、あるいはさらに表面の層に
不透明にする処理を施すことで達成される。
【００４４】例えばポリイミド樹脂、ベンゾシクロブテ
ンまたは樹脂が使用でき、その後、着色または不透明化
する適当な処理が施される。
【００４５】医療試験の分野や薬理分析のための新しい
分子の使用においては、計測感度を改善することが望ま
れている。利用される蛍光性物質の放出特性はますます
高くなっており、試験される被検体にそれを固定するた
めに使われる方法は、制約されつつある。
【００４６】これらの進歩は、基板の蛍光性が遮蔽され
ない限り、何の価値も持たない。このことは、特に、例
えば、マイクロシステムがアドレス指定論理機能を集積
してなり、そこで、マイクロエレクトロニクス生産方法
が基板支持体の構成を必要としている場合に妥当する。
本発明は、生産プロトコルの修正を必要とすることな
く、全てのマイクロエレクトロニクス集積技術の完全利
用を可能にする。
【００４７】このように、本発明は、例えば電気化学セ
ンサのようなセンサが表面に形成された基板を備え、前
記センサが基板の自由面により囲まれ、前記自由面は励
起波長が当てらたとき蛍光波長に対して不透明で非蛍光
性であるセンサ構造体に関する。
【００４８】さらに、前記センサは、励起波長の光に感
応し、目標分子が励起波長の光により励起されたときに
蛍光波長の光を放出する目標分子を同定（あるいは検
知）し、捕捉することができる。
【００４９】前記基板の表面は、非蛍光性材料で、ある
いは全ての望ましくない蛍光を除去するために使用され
るその波長について不透過性の非けい光性材料の層を付
加することで、あるいは表面の層を不透明にする処理を
施すことで、非蛍光性に構成される。
【００５０】基板上の凹部のような単純なサイトのみか
らなるより単純なシステムにも本発明は応用可能であ
り、基板材料の非常に幅広い選択が得られる。この場
合、材料は非蛍光性である必要はなく、これにより相当
のコストが節約できる。
【００５１】このように、本発明は、試薬を保持するよ
うに設計された少なくとも一つのサイトが規定された基
板を備え、前記サイトの回りの領域の少なくとも一部
は、励起波長たる波長の光が基板に向けられたときに蛍
光波長たる所定の波長に対して非蛍光性である試薬支持
体にも関する。
【００５２】この使用可能な非蛍光性の不透明な材料
は、電極支持体のためのものと同様である。
【００５３】さらにまた、蛍光放出分子の存在を同定あ
るいは検知する光学試験を、良好な信号対雑音比（ＳＮ
比）で行うことができる。
【００５４】
【発明の実施の形態】本発明の特徴および利点は、添付
図面を参照した以下の説明から良く理解されよう。ただ
し、以下の説明は、実施の形態を限定するものではな
い。
【００５５】図３は、この発明の第１の実施の形態に係
る電極などの支持体あるいは構造体の概略斜視図で、セ
ンサあるいは電極支持体２４で、電気化学的なセンサま
たは電極群のマトリクスを支持し、基板２０の表面に形
成されているものを示す。
【００５６】各センサまたは電極２４は、より単純に
「センサ」と呼ばれる、センサ分子からなる電気化学的
な被着により覆われる。
【００５７】これらのセンサ群は、波長λ１（励起波
長）の光に感応する目標分子を同定（検知）して捕捉す
る。
【００５８】図４に示す如く、それらの表面にセンサ２
６を支持するセンサまたは電極支持体群２４のうち、あ
るものは目標分子を捕捉し、他のものはしない。
【００５９】それらセンサ群は波長λ１の光が当てられ
ると、目標分子を捕捉したセンサは、λ１とは異なる、
検出用波長λ２の光を放出する（後述）。
【００６０】図３に示す第１の実施の形態において、本
発明に係るセンサまたは電極支持体は、図示を省略する
が、電気化学的なセンサまたは電極２４を支持する基板
２２上に、集積されたエレクトロニクス手段を備える。
【００６１】前記エレクトロニクス手段は、センサまた
は電極支持体をアドレス指定して動作、即ち、センサを
結合させる回路からなる。
【００６２】前記したアドレス指定回路は、センサまた
は電極のマトリクスの複合度によって、マルチプレクサ
回路から構成する。
【００６３】また本発明に係るセンサまたは電極支持体
の構造は、基板２２の表面の領域上に形成された電気絶
縁体３０を含む。前記領域は電極２４の間に位置する。
【００６４】金属層３２が、前記絶縁体３０の上に形成
される。この金属層は、基板に波長λ１の放射が加えら
れたとき、波長λ１の光に対して、それを遮断するか、
あるいは蛍光、特に波長λ２の蛍光を放出しない程度に
不透明である。
【００６５】金属層３２はセンサまたは電極２４の区域
における電位を制御するために利用される。これらは、
例えば対向電極である。
【００６６】この層はまたセンサまたは電極支持体の構
造の非感応区域の光学的マスクとしても作用する。
【００６７】このマスキングにより、マトリクスを光学
的に読み取るときに良好な信号対雑音比を得ることがで
きる。
【００６８】図４は、図３の電極などの支持体あるいは
構造体、より具体的にはセンサまたは電極支持体の構造
の説明断面図である。
【００６９】図３に示したタイプのセンサ群または電極
群への電気化学的な被着のときのアドレス指定について
以下説明する。
【００７０】図５は６個のセンサ群または電極群のマト
リクスを示し、マトリクスの第１行としてＥ１１，Ｅ１
２，Ｅ１３、マトリクスの第２行としてＥ２１，Ｅ２
２，Ｅ２３の数字を付す。
【００７１】また図５はセンサ群または電極群を制御す
るエレクトロニクス回路３４を示す。
【００７２】このエレクトロニクス回路は、シフトレジ
スタ３６と第２のシフトレジスタ３８とからなる。
【００７３】シフトレジスタ３８は、利得１のバッファ
タイプの増幅段３７に結合されたラッチタイプの並列転
送レジスタに連結されている。段３７，レジスタ３８お
よびレジスタ３９から構成される構成部品全体を、総称
的に参照符号４０で示す。
【００７４】各センサまたは電極Ｅｉｊはトランジスタ
Ｔｉｊに連結されており、添字ｉは１または２いずれか
の値を有し、添字ｊは１，２または３の値を有する。
【００７５】レジスタ３６および３８はクロック４２に
より制御される。
【００７６】レジスタ３６は２つの出力端子を有し、そ
の一方は信号Ｓ１を、他方は信号Ｓ２を、レジスタに連
結されたトランジスタを介してマトリクスの２つの行
に、送る。
【００７７】より正確には、トランジスタＴｉｊは、電
界効果トランジスタである。
【００７８】各トランジスタのドレイン端子は、対応す
る電極またはセンサに接続される。
【００７９】マトリクスの第１行に連結されたトランジ
スタ群のグリッド（ゲート）端子群は、全てレジスタ３
６の第１の出力端子に接続され、信号Ｓ１を入力する。
【００８０】マトリクスの第２行に連結されたトランジ
スタ群のグリッド（ゲート）端子群は、全てレジスタ３
６の第２の出力端子に接続され、信号Ｓ２を入力する。
【００８１】センサ群または電極群のマトリクスの第１
列に連結された２個のトランジスタ群のソース端子群
は、共に増幅段３７の第１の出力端子に接続され、制御
基準電圧Ｖ１を受ける。
【００８２】センサ群または電極群のマトリクスの第２
列に連結された２個のトランジスタ群のソース端子群
は、共に増幅段３７の第２の出力端子に接続され、制御
基準電圧Ｖ１を受ける。
【００８３】センサ群または電極群のマトリクスの第３
列に連結された２個のトランジスタ群のソース端子群
は、共に増幅段３７の第３の出力端子に接続され、制御
基準電圧Ｖ３（前記Ｖ１，Ｖ２とは異なる）を受ける。
【００８４】図５においてＶｃｃおよびＶｄｄは、レジ
スタ３６および３８の電源電圧を表す。
【００８５】かくして、センサ群または電極群は、セン
サ群または電極群のマトリクス構造を介して１行ずつ順
次アドレス指定される。
【００８６】各電圧Ｖ１，Ｖ２およびＶ３は、センサま
たは電極が選択されない場合には選択用のしきい電圧Ｖ
ｓよりも小さい値を有し、センサまたは電極が選択され
る場合には大きい値を有する。
【００８７】電荷移動は、選択信号Ｓ１，Ｓ２がトラン
ジスタ群のしきい値より大きい場合、即ち、トランジス
タ群が導通状態になる場合にのみ生じる。
【００８８】例えば、信号Ｓ１がオンであっても、Ｖ１
がしきい電圧Ｖｓより小さければ、トランジスタＴ１１
は選択されず、対応する電極またはセンサに被着が生じ
ない。
【００８９】またＶ１がＶｓより大きくても、Ｓ１がオ
フならば、即ち、トランジスタしきい値よりも小さけれ
ば、トランジスタＴ１１は、同様に選択されない。
【００９０】Ｓ１がオンであると同時にＶ１がＶｓより
も大きい場合、Ｔ１１に対応するセンサまたは電極Ｅ１
１に被着が生じる。
【００９１】この選択モードにより、図３から図５に示
す、バイオチップを構成する基板２２のような基板の表
面に形成されたセンサ群または電極群を選択的に動作さ
せることが可能になる。
【００９２】信号Ｓ１，Ｓ２，Ｖ１，Ｖ２およびＶ３の
生成について以下説明する。
【００９３】これらの信号は、公知の読み出し技術を利
用して以下に説明されるように得られる。
【００９４】信号Ｓ１およびＳ２は図５のシフトレジス
タ３６により生成される。
【００９５】電圧信号Ｖ１，Ｖ２およびＶ３は、構成部
品４０を介して電源電圧ＶｃｃおよびＶｄｄによって生
成され、同時にシフトレジスタ３６と並列転送レジスタ
３９との間にデータ転送が行われる。
【００９６】これらの機能は、 −外部エレクトロニクス（可動）接続（センサ群または
電極群への可動接続）により、 −あるいは、センサ群または電極群を支持する基板２２
の表面にエレクトロニクス回路を構成することにより、
開始される。
【００９７】後者の場合、製造過程は、センサ群または
電極群マトリクスに対応するトランジスタ群と同一にな
る。
【００９８】被着モードについて以下説明する。
【００９９】図６は、基板２２、センサ群または電極群
２４および対向電極３２群からなるセンサまたは電極支
持体の構造を示す。
【０１００】この支持体または構造体は、例えばレセプ
タクルに収容されたポリピロール浴のような浴５８中に
浸される。
【０１０１】センサ群または電極群２４および３２はポ
テンシオスタット（図示せず）に接続され、センサ群ま
たは電極群２４を選択的に被着させるように構成され
る。
【０１０２】センサまたは電極支持体の構造の読み取り
（検出）装置を、図７を参照して説明する。同図は、セ
ンサ群または電極群を支持する基板２２の断面図であ
る。センサ群または電極群は、それぞれセンサ分子群２
６に対応させられ、分子群のあるものは目標分子２７を
支持し、他のものは支持しない。
【０１０３】センサまたは電極支持体２４を読み取るの
に使用される読み取りシステムは、波長λ１の光を発生
する光源６０からなる。
【０１０４】前記光源６０は、図７に示す如く、基板２
２に対して位置決めされる。
【０１０５】標識付けされた、より正確には標識付けさ
れた目標分子を支持するセンサ分子群は、波長λ１の光
を受け、波長λ２の光を放出する。
【０１０６】読み取りシステムはまた、波長λ２の光を
検出する手段６２からなる。
【０１０７】前記検出手段６２は、例えば電荷結合素子
（ＣＣＤ）のような適宜な光検出器のマトリクス６４か
らなる。
【０１０８】この光検出器のマトリクス６４は、適宜な
基板６６上に形成される。
【０１０９】検出手段６２はまた、図７に示すように、
ＣＣＤ検出器に対面して配置され、よって前記光検出器
と、センサ群または電極群２４との間に位置する選択フ
ィルタからなる。
【０１１０】ＣＭＯＳタイプの光子検出マトリクスを、
ＣＣＤ検出マトリクスの代わりに使用することもでき
る。
【０１１１】光検出器のマトリクス６４のピッチは、セ
ンサ群または電極群のマトリクスのピッチと同一にして
も良い。
【０１１２】あるいは、光検出器のマトリクスのピッチ
は、センサ群または電極群のピッチより小さく、従って
センサ分子群のピッチよりも小さくしても良い。それに
より、センサ分子に対して光検出器を正確に位置決めを
不要にすることができる。
【０１１３】選択フィルタ６８は、例えば、薄いフィル
ム、異なる反射率を有する酸化シリコンとチタンの多層
などとしても良い。
【０１１４】選択フィルタ６８は、波長λ２の光の通過
を許すが、波長λ１の光を吸収または反射する。
【０１１５】本発明において、電気絶縁層３０上に形成
された不透明な、あるいは波長λ１に対して非けい光性
の金属層群３２を用いることで、検出時の信号対雑音比
を改善することができる。
【０１１６】さらに、基板２２の自由面の全てまたは一
部、即ち、電極群またはセンサ群を囲む領域を、不透明
または非蛍光性に形成しても良い。
【０１１７】図８は本発明の第２の実施の形態に係る電
極などの支持体あるいは構造体、より具体的にはセンサ
または電極支持体の説明断面図である。第２の実施の形
態においては、以下の構成部材が、基板７２の表面上に
構成される。 −電気化学的に被着にされ、個々にアドレス指定可能な
センサ群または電極群７４ −対向電極群７６のネットワーク
【０１１８】多数のセンサ群または電極群が必要な場
合、能動的なマルチプレクサ（多重送信）基板を使用し
ても良い。
【０１１９】参照符号７５は、マルチプレクサ（多重送
信）チップの一連の入力／出力端子群を示す。
【０１２０】図３および図４について前記した構成は、
金属層が波長λ１に不透過性である絶縁被着が、センサ
群または電極群７４の間に形成されるようなものに関す
る。
【０１２１】センサ群または電極群７４に適用された被
着、あるいは対向電極群のネットワークによって被覆さ
れていない領域の蛍光を除去するため、電極支持体は、
種々な態様に構成することができる。
【０１２２】例えば、図９の９Ａから９Ｃの電極支持体
の製造工程を表す図に示すように、不透明ポリマーの被
着を、電極および対向電極を構成する金属の水平面（例
えば金やプラチナのような生体互換性金属(biocompatib
le metal) ）の前に適用しても良い。
【０１２３】以下説明すると、第１段階（９Ａ）におい
て、基板７２が被着され、次いで着色した樹脂または炭
素をドープしたポリイミドのような、本来的に不透明な
ポリマーの層８０がエッチングされる。
【０１２４】次の段階（９Ｂ）において、センサ群また
は電極群７４および対向電極群７６構成する金属が蒸着
され、エッチングされる。
【０１２５】最後の段階に（９Ｃ）において、試薬８２
が電気化学的に被着される。
【０１２６】ポリマーは望ましくは、部分的に除去され
る前に、フィルム８０として被覆される。これは、かか
るフィルムが用いられる印刷回路技術に類似する技術を
利用することができる。
【０１２７】尚、ポリマー層はその後の分析時に基板の
蛍光を全て除去する。
【０１２８】また、不透明ではないポリマーを適用し、
その後、不透明になるように処理しても良い。これは、
例えばマイクロエレクトロニクスにおいて利用される感
光性ポリイミドや樹脂を使用する場合である。処理とし
ては、制御された雰囲気下における高温アニーリング、
ポリマーの表面を変性させる化学処理、あるいはポリマ
ーの表面を変性させるレーザー処理である。この第２の
手法の有利な点は、マイクロエレクトロニクスの技術を
利用できることであり、センサ群または電極群の集積度
の増加を可能にすることである。
【０１２９】さらに、マスキング金属層を、少なくとも
センサまたは電極領域７４から離れた基板の区域に蒸着
しても良い。この層は、例えば、電極を構成するのに使
用される金属（金またはプラチナ）の適宜に形成された
層である。この層は、対向電極機能を保持し、基板の大
部分を含む。この対向電極機能が必須のものではない場
合、この領域はマスキングのためにのみ利用される。
【０１３０】いずれの場合でも、金属で被覆されない領
域のみが残り、基板の望ましくない蛍光が制限される。
【０１３１】第２の実施の形態においても、図５から図
７を参照して述べた第１の実施の形態の構成は全て妥当
する。
【０１３２】図１０の１０Ａから１０Ｃは、本発明の第
３の実施の形態に係る電極などの支持体あるいは構造体
の製造工程を示す図である。この支持体あるいは構造体
は、試薬支持体として使用できるが、その場合、アドレ
ス指定は必ずしも必須ではない。
【０１３３】１０Ａを参照して説明すると、基板９０に
は凹部９２からなるサイトが穿設される。凹部９２は、
例えばエッチングで穿設され、そこに電気化学的ではな
くピペットで試薬が供給されて収納される。
【０１３４】１０Ｂに示す如く、次いで、全面にわたっ
て不透明な金属層あるいはポリマー層９４が形成され
る。次いで１０Ｃに示す如く、試薬９６，９８，１００
が凹部９２に付着される。
【０１３５】この層９４を構成する非蛍光性の素材とし
て、下記を挙げることができる。−絶縁材料（基板に電
気配線をすると否とに関わらず）。この材料はポリアミ
ドのようなエポキシポリマーであり、ＢＣＢ（ベンゾシ
クロブテン）も使用できる。この種の素材を、蛍光波長
に対して不透明な着色剤と共に浸漬するか、あるいは熱
処理を加えて不透明にする。−可視スペクトラムに不透
明な金属材料。この種の材料は、層９４が電気伝導領域
に接触しない場合のみ適当である。
【０１３６】かく得られた支持体は、試薬９６，９８お
よび１００での局所的な反応を生じさせるのに使用され
る。この反応は、図７に関して上述した装置（波長λ１
の発光手段および波長λ２の検出手段）で検知すること
ができる。自由面（試薬が供給されない）が蛍光性では
ないことから、信号対雑音比を改良することができる。
【０１３７】上記の如く、非蛍光性材料は蛍光波長に対
して不透過性であり、望ましくは、下位層あるいは蛍光
性基板の蛍光を遮蔽する。下位層は、例えば窒化層ある
いはガラス層（２２，７２）ある。
【０１３８】能動基板、即ち、集積ＣＭＯＳ回路基板が
使用される場合、窒化層の幾つかは、本来的に蛍光性で
ある。
【０１３９】不透明層は、例えば樹脂、ポリイミドある
いは着色感光性樹脂から構成される。
【０１４０】ここに、蛍光性分子およびその吸収波長な
らびに蛍光波長を例を挙げる。 −フィコエリトリンは４６６から５５５nmの間（即ち、
青−緑スペクトラム）で励起され、５８０nmの付近で放
射する。 −フルオレセインは４５０から４９０nmの間で励起さ
れ、５３０nmの付近で放射する。 −テキサスレッド(Texas red) は５２５から５５５nmの
間で励起され、６００nmの付近で放射する。
【０１４１】図１１に、バイオ技術分野で使用される主
要な蛍光性物質およびそれらの励起波長（実線）と蛍光
波長（破線）を示す。
【０１４２】
【発明の効果】請求項１項ないし１３項記載の発明は上
記の如く構成したので、基板の蛍光を除去することで計
測感度の限界を上げて信号体雑音比を向上させることが
できる。
【０１４３】請求項１４項および１９項記載の発明は上
記の如く構成したので、基板の蛍光を除去することで計
測感度の限界を上げて信号体雑音比を向上させることが
できる。
【０１４４】請求項１５項ないし１８項記載の発明は上
記の如く構成したので、基板の蛍光を除去することで計
測感度の限界を上げて信号体雑音比を向上させることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術に係る電極などの支持体あるいは構造
体の概略斜視図である。
【図２】従来技術に係る電極などの支持体あるいは構造
体で、電位検出手段を備えたものの説明側面断面図であ
る。
【図３】本発明に係る電極などの支持体あるいは構造体
の概略斜視図である。
【図４】図３に示す電極などの支持体あるいは構造体の
説明断面図である。
【図５】本発明に係る電極などの支持体あるいは構造体
における電極のアドレス指定を概略的に示す説明図であ
る。
【図６】本発明に係る電極などの支持体あるいは構造体
の電極への電気化学的なデポジットを概略的に示す説明
断面図である。
【図７】本発明に係る電極などの支持体あるいは構造体
における検出装置を示す説明断面図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る電極などの支
持体あるいは構造体の説明平面図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る電極などの支
持体あるいは構造体の製造工程を示す説明図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係る電極などの
支持体あるいは構造体の製造工程を示す説明図である。
【図１１】バイオ技術分野で使用される主要な蛍光性物
質およびそれらの励起波長と蛍光波長を示す図である。
【符号の説明】
２２，７２，９０ 基板 ２４，７４ センサ群または電極群（センサまた電極支
持体） ２６ センサ ３０ 絶縁体 ３２ 金属層 ６０ 光源 ６２ 検出手段 ８２ 試薬

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板と前記基板上に形成された電極群を
    備え、前記電極群の少なくとも１個の電極を囲む領域の
    少なくとも一部が、蛍光波長たる所定の波長に対し、前
    記第１の波長とは異なる、励起波長たる第２の波長の光
    が当てられたとき、非蛍光性であることを特徴とする電
    極支持体。
  2. 【請求項２】 前記電極を囲む全部の領域が前記蛍光波
    長に対して非蛍光性であることを特徴とする請求項１項
    記載の電極支持体。
  3. 【請求項３】 前記電極群を囲む自由領域の全てが、前
    記蛍光波長に対して非蛍光性であることを特徴とする請
    求項１項記載の電極支持体。
  4. 【請求項４】 前記電極を囲む全部または一部の領域、
    あるいは前記電極群を囲む自由領域の全てが、前記励起
    波長の光を当てられたとき、前記蛍光波長に対して非蛍
    光性であり、かつ前記蛍光波長および／または励起波長
    に対して不透明な非蛍光材で覆われていることを特徴と
    する請求項１項記載の電極支持体。
  5. 【請求項５】 前記非蛍光材が、不透明絶縁材であるこ
    とを特徴とする請求項４項記載の電極支持体。
  6. 【請求項６】 前記非蛍光材が、少なくとも１個の電極
    の下に延びることを特徴とする請求項４項記載の電極支
    持体。
  7. 【請求項７】 前記非蛍光材が、不透明ポリイミド材あ
    るいは感光性樹脂からなることを特徴とする請求項４項
    記載の電極支持体。
  8. 【請求項８】 前記電極を囲む領域の全てあるいは一
    部、あるいは前記電極群を囲む自由領域の全てが、前記
    電極あるいは電極群から電気的に絶縁されている導電性
    の遮蔽層で被覆されることを特徴とする請求項１項記載
    の電極支持体。
  9. 【請求項９】 前記遮蔽層が、金またはプラチナの層で
    あることを特徴とする請求項８項記載の電極支持体。
  10. 【請求項１０】 前記不透明絶縁材上に、電位制御手段
    が設けられていることを特徴とする請求項５項記載の電
    極支持体。
  11. 【請求項１１】 前記不透明絶縁材が、前記電位制御手
    段を構成することを特徴とする請求項８項記載の電極支
    持体。
  12. 【請求項１２】 さらに、前記基板上に集積され、前記
    電極群を制御するアドレス指定手段を備えることを特徴
    とする請求項１項記載の電極支持体。
  13. 【請求項１３】 さらに、前記基板上に集積され、前記
    電極群をアドレス指定する信号を多重送信するマルチプ
    レクサ回路を備えることを特徴とする請求項１項記載の
    電極支持体。
  14. 【請求項１４】 その表面に電気化学的なセンサ群が形
    成されてなる基板を備えると共に、前記センサ群が、前
    記基板の自由面により囲まれ、前記自由面の少なくとも
    一部が、蛍光波長たる所定の波長に対し、前記第１の波
    長より低い、励起波長たる第２の波長の光が当てられた
    とき、非蛍光性であることを特徴とするセンサ構造体。
  15. 【請求項１５】 試薬を保持する少なくとも１つのサイ
    トが規定されてなる基板を備えると共に、前記サイトの
    回りの領域の少なくとも一部が、蛍光波長たる所定の波
    長λ２に対し、励起波長たる第２の波長λ１の光が当て
    られたとき、非蛍光性であることを特徴とする試薬支持
    体。
  16. 【請求項１６】 前記サイトが、凹部であることを特徴
    とする請求項１５項記載の試薬支持体。
  17. 【請求項１７】 前記サイトの回りの領域の全てまたは
    一部が、前記蛍光波長に対して非蛍光性材で覆われてい
    ることを特徴とする請求項１５項記載の試薬支持体。
  18. 【請求項１８】 前記非蛍光性材が、絶縁体あるいは導
    電体であることを特徴とする請求項１７項記載の試薬支
    持体。
  19. 【請求項１９】 請求項１記載の電極支持体または請求
    項１５記載の試薬支持体からなることを特徴とするセン
    サ構造体。
JP10174087A 1997-06-06 1998-06-05 電極などの支持体あるいは構造体 Withdrawn JPH11148911A (ja)

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