JPS6366454A - 酵素センサ−およびその製造方法 - Google Patents
酵素センサ−およびその製造方法Info
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- JPS6366454A JPS6366454A JP61211205A JP21120586A JPS6366454A JP S6366454 A JPS6366454 A JP S6366454A JP 61211205 A JP61211205 A JP 61211205A JP 21120586 A JP21120586 A JP 21120586A JP S6366454 A JPS6366454 A JP S6366454A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、ＩＳＦＥＴ［イオン・センシティブ・フィー
ルド・イフエクト・トランジスタＣＩｏｎ ５ｅｎｓｉ
ｔｉｖｅ Ｆｉｅｌｄ ＥＪ’Ｔｅｃｔ Ｔｒａｒ＋５
ｉｓｔｏｒ）］を用いた酵素センサー、特に、ＩＳＦＥ
Ｔのイオン感応膜の上に直接酵素固定化膜を被着した酵
素センサーに関する。
ルド・イフエクト・トランジスタＣＩｏｎ ５ｅｎｓｉ
ｔｉｖｅ Ｆｉｅｌｄ ＥＪ’Ｔｅｃｔ Ｔｒａｒ＋５
ｉｓｔｏｒ）］を用いた酵素センサー、特に、ＩＳＦＥ
Ｔのイオン感応膜の上に直接酵素固定化膜を被着した酵
素センサーに関する。
［従来の技術］
近年、半導体技術およびこの技術を利用したＩＣ技術の
進歩と相俟って、ＩＳＦＥＴを利用した水素イオン、ナ
トリウムイオンの濃度測定用センサーがピー・ベルクフ
ェルト（Ｐ、Ｂｅｒｇｖｅｒｄ）、松尾、ケー・デーワ
イズ（Ｋ、Ｄ、Ｙｉｓｃ）によって報告されている。［
アイ・イー・イー・トランスアクションズ（ｉＥ、Ｅ、
Ｔｒａｎｓ、） ＢＦＭ−１９゜３４２（１９７２）；
同、ＢＥＭ−２１，４８５（１９７４）］Ｉ ５ＦＥＴ
は、一般に基板、バリヤー膜およびイオン感応膜から構
成され、イオン感応膜はゲート部に接続されている。そ
して、ＩＳＦＥＴを被検液に浸漬すると、イオン濃度に
応じてイオン感応膜の表面電位が変化し、この電位変化
を例えばソースとドレイン間の電流変化として測定し、
標準溶液での結果を参照することによってイオン濃度を
知ることができる。
進歩と相俟って、ＩＳＦＥＴを利用した水素イオン、ナ
トリウムイオンの濃度測定用センサーがピー・ベルクフ
ェルト（Ｐ、Ｂｅｒｇｖｅｒｄ）、松尾、ケー・デーワ
イズ（Ｋ、Ｄ、Ｙｉｓｃ）によって報告されている。［
アイ・イー・イー・トランスアクションズ（ｉＥ、Ｅ、
Ｔｒａｎｓ、） ＢＦＭ−１９゜３４２（１９７２）；
同、ＢＥＭ−２１，４８５（１９７４）］Ｉ ５ＦＥＴ
は、一般に基板、バリヤー膜およびイオン感応膜から構
成され、イオン感応膜はゲート部に接続されている。そ
して、ＩＳＦＥＴを被検液に浸漬すると、イオン濃度に
応じてイオン感応膜の表面電位が変化し、この電位変化
を例えばソースとドレイン間の電流変化として測定し、
標準溶液での結果を参照することによってイオン濃度を
知ることができる。
そして、上記ＩＳＦＥＴのイオン感応膜上に測定対象物
を分解して、プロトンを発生させる酵素を固定化するこ
とにより酵素センサーとなる・イオン感応膜上への酵素
の固定化方法として従来より用いられている方法として
、シランカブプリング剤の１種である３−アミノプロビ
ルトＩミ リエトキシシラン（ＡＰＴＥ）を蒸留水套混合し、この
混合溶液中にＩＳＦＥＴを浸漬し、反応させる。これに
よりイオン感応膜中にアミノ基が導入される。次に、ゲ
ルタールアルデヒドを主成分とする固定膜原液をディッ
プコーティング法などを用いてイオン感応膜上に塗布す
る。
を分解して、プロトンを発生させる酵素を固定化するこ
とにより酵素センサーとなる・イオン感応膜上への酵素
の固定化方法として従来より用いられている方法として
、シランカブプリング剤の１種である３−アミノプロビ
ルトＩミ リエトキシシラン（ＡＰＴＥ）を蒸留水套混合し、この
混合溶液中にＩＳＦＥＴを浸漬し、反応させる。これに
よりイオン感応膜中にアミノ基が導入される。次に、ゲ
ルタールアルデヒドを主成分とする固定膜原液をディッ
プコーティング法などを用いてイオン感応膜上に塗布す
る。
これによりアミノ基とアルデヒド基が−ＣＨ＝Ｎ−型の
結合をする。さらに、薄いゲルタールアルデヒド溶液に
浸漬し、固定膜にアルデヒド基を導入した後、酵素（例
えばウレアーゼ）溶液を塗布し、ウレアーゼのアミノ基
と固定膜表面のアルデヒド基との反応によりウレアーゼ
を固定膜上に固定する方法がある。（「バイオセンサー
」鈴木周−編、講談社すイエンティフィク） ［発明が解決しようとする問題点］ しかし、上記方法により得られる酵素センサーは、応答
速度が遅く、感度が悪いという問題点を存していた。そ
して、その原因は、イオン感応膜上に固定される酵素固
定化膜にあることを本発明者が見出し、本発明に至った
のである。
結合をする。さらに、薄いゲルタールアルデヒド溶液に
浸漬し、固定膜にアルデヒド基を導入した後、酵素（例
えばウレアーゼ）溶液を塗布し、ウレアーゼのアミノ基
と固定膜表面のアルデヒド基との反応によりウレアーゼ
を固定膜上に固定する方法がある。（「バイオセンサー
」鈴木周−編、講談社すイエンティフィク） ［発明が解決しようとする問題点］ しかし、上記方法により得られる酵素センサーは、応答
速度が遅く、感度が悪いという問題点を存していた。そ
して、その原因は、イオン感応膜上に固定される酵素固
定化膜にあることを本発明者が見出し、本発明に至った
のである。
本発明の目的は、酵素膜を改良することにより応答速度
が速く、感度の優れた酵素センサーおよびその製造方法
を提供するものである。
が速く、感度の優れた酵素センサーおよびその製造方法
を提供するものである。
［間頴点を解決するための手段］
上記問題点を解決するものは、ＩＳＦＥＴのイオン感応
膜の上に直接厚さ３〜２０μｍの酵素固定化膜を設けた
酵素センサーである。
膜の上に直接厚さ３〜２０μｍの酵素固定化膜を設けた
酵素センサーである。
さらに、前記ＩＳＦＥＴが、分離ゲート型ＩＳＦＥＴで
あることが好ましい。さらに、前記酵素がウレアーゼで
あることが好ましい。さらに、前記イオン感応膜が、酸
化イリジウムであることが好ましい。
あることが好ましい。さらに、前記酵素がウレアーゼで
あることが好ましい。さらに、前記イオン感応膜が、酸
化イリジウムであることが好ましい。
また、上記問題点を解決するものは、Ｉ Ｓ Ｆ ＥＴ
を作成し、該Ｉ ５ＰＥＴのイオン感応膜上に、酵素を
固定化した酵素固定化膜をスピンコート法により３〜２
０μ貫の厚さに被着する酵素センサーの製造方法である
。
を作成し、該Ｉ ５ＰＥＴのイオン感応膜上に、酵素を
固定化した酵素固定化膜をスピンコート法により３〜２
０μ貫の厚さに被着する酵素センサーの製造方法である
。
そこで、本発明の酵素センサーを第１図に示す実施例を
用いて説明する。
用いて説明する。
本発明の酵素センサーは、Ｐ型シリコン基板ｌ上にＰＥ
Ｔが形成され、このＰＥＴより少し離れた位置に酵素固
定化膜３を有するイオン感応膜２が絶縁材４の上に設け
られており、さらにＦＥＴは、ドレインＤ６とソースＳ
７とゲー）Ｇ５を有しており、ゲートはイオン感応膜２
と接続されている。第１図に示すものでは、Ｐ型シリコ
ン基板を用いているがこれに限らずサファイア基板を用
いたものでもよい。サフ・アイア基板は強度が高いため
、形成される酵素センサーの強度も高まる。また、第１
図に示すものでは、分離ゲート型ＩＳＦＥＴを用いてい
るが、これに限らずゲートの上にイオン感応膜を設けた
ものであってもよい。好ましくは、分離ゲート型である
。分離ゲート型Ｉ ５ＦＥＴであれば、イオン感応膜部
のみを被検液に浸漬すればよく、ＰＥＴゲート部および
ソース、ドレイン構成部分を浸漬する必要がなく、さら
にそれら部分は光や外界から遮断されているため応答の
安定化が図れるからである。
Ｔが形成され、このＰＥＴより少し離れた位置に酵素固
定化膜３を有するイオン感応膜２が絶縁材４の上に設け
られており、さらにＦＥＴは、ドレインＤ６とソースＳ
７とゲー）Ｇ５を有しており、ゲートはイオン感応膜２
と接続されている。第１図に示すものでは、Ｐ型シリコ
ン基板を用いているがこれに限らずサファイア基板を用
いたものでもよい。サフ・アイア基板は強度が高いため
、形成される酵素センサーの強度も高まる。また、第１
図に示すものでは、分離ゲート型ＩＳＦＥＴを用いてい
るが、これに限らずゲートの上にイオン感応膜を設けた
ものであってもよい。好ましくは、分離ゲート型である
。分離ゲート型Ｉ ５ＦＥＴであれば、イオン感応膜部
のみを被検液に浸漬すればよく、ＰＥＴゲート部および
ソース、ドレイン構成部分を浸漬する必要がなく、さら
にそれら部分は光や外界から遮断されているため応答の
安定化が図れるからである。
なお、分離ゲート型ＩＳＦＥＴとは、基板、バリヤー膜
およびゲート部がソースに接続した構造において、イオ
ン感応膜とゲート分離が同一、基板上に距離をおいて設
けられているものをいう。
およびゲート部がソースに接続した構造において、イオ
ン感応膜とゲート分離が同一、基板上に距離をおいて設
けられているものをいう。
ＰＥＴは、Ｐ型（あるいはＮ型）シリコン基板ｌ上に常
法により形成される。例えば、Ｐ型（あるいはＮ型）シ
リコン基板上にｎ型（あるいはｐ型）シリコンを、ソー
ス、ドレインとなる部分にフォトレジスト法、放電処理
法、熱拡散法等の公知の方法を用いて、またそれらを組
み合わせてＦＥＴを形成させる。
法により形成される。例えば、Ｐ型（あるいはＮ型）シ
リコン基板上にｎ型（あるいはｐ型）シリコンを、ソー
ス、ドレインとなる部分にフォトレジスト法、放電処理
法、熱拡散法等の公知の方法を用いて、またそれらを組
み合わせてＦＥＴを形成させる。
ＰＥＴの位置は、Ｐ型シリコン基板１上の端部付近に形
成することが好ましい。また、イオン感応膜２は、ＦＥ
Ｔのゲートと離れた他端部付近にもうけることが好まし
い。このようにすれば、Ｐ型シリコン基板の全体を有効
に利用でき、絶縁技術上も有利になるからである。
成することが好ましい。また、イオン感応膜２は、ＦＥ
Ｔのゲートと離れた他端部付近にもうけることが好まし
い。このようにすれば、Ｐ型シリコン基板の全体を有効
に利用でき、絶縁技術上も有利になるからである。
そして、Ｐ型シリコン基板ｌの上に絶縁材４をのせ、ゲ
ート５の上の絶縁材を薄く削り、その薄く削られた絶縁
材およびその部分より離間した部分の上にイオン感応膜
２が形成されている。絶縁材としては、酸化ケイ素（Ｓ
ｉｎ、）が好適に使用される。また、イオン感応′膜と
しては、酸化イリジウム（Ｉｒｅ−）、酸化パラジウム
（ＰｄＯ，）、窒化ケイ素（Ｓｊ３Ｎａ）、酸化アルミ
ニウム（Ａ＋ｙｏ３）、酸化タンタル（ｒａｔｏｓ）な
どが使用できる。好ましくは、酸化イリジウム、酸化パ
ラジウムであり、ｐＦＩ感度が優れているからである。
ート５の上の絶縁材を薄く削り、その薄く削られた絶縁
材およびその部分より離間した部分の上にイオン感応膜
２が形成されている。絶縁材としては、酸化ケイ素（Ｓ
ｉｎ、）が好適に使用される。また、イオン感応′膜と
しては、酸化イリジウム（Ｉｒｅ−）、酸化パラジウム
（ＰｄＯ，）、窒化ケイ素（Ｓｊ３Ｎａ）、酸化アルミ
ニウム（Ａ＋ｙｏ３）、酸化タンタル（ｒａｔｏｓ）な
どが使用できる。好ましくは、酸化イリジウム、酸化パ
ラジウムであり、ｐＦＩ感度が優れているからである。
特に好ましくは酸化イリジウムである。酸化イリジウム
は、イオン感応膜として雑音の少ない較であり、さらに
、導電体としても作用する。
は、イオン感応膜として雑音の少ない較であり、さらに
、導電体としても作用する。
イオン感応膜２は、上記材料を、反応性スパッタ法等を
用いて、Ｐ型シリコン基板ｌ上の絶縁材４の上に蒸着す
ることにより形成される。
用いて、Ｐ型シリコン基板ｌ上の絶縁材４の上に蒸着す
ることにより形成される。
そして、Ｐ型シリコン基板１上に形成された、Ｆ’ＥＴ
のゲート５とイオン感応膜２とは上記の通り、薄く削ら
れた絶縁材を介して接続されており、イオン感応膜２の
界面電位をゲート５に伝達できるようになっている。
のゲート５とイオン感応膜２とは上記の通り、薄く削ら
れた絶縁材を介して接続されており、イオン感応膜２の
界面電位をゲート５に伝達できるようになっている。
さらに、イオン感応膜２の上であり、ゲート５より離間
した位置に、厚さ３〜２０μｍの酵素固定化膜３が設け
られており、この厚さの酵素固定化膜を設けたことによ
り優れた応答速度と、高い感度を有するのである。酵素
固定化膜３は、酵素を含有するとともにその酵素をイオ
ン感応Ｓ 膜２上分支持する働きを有する。
した位置に、厚さ３〜２０μｍの酵素固定化膜３が設け
られており、この厚さの酵素固定化膜を設けたことによ
り優れた応答速度と、高い感度を有するのである。酵素
固定化膜３は、酵素を含有するとともにその酵素をイオ
ン感応Ｓ 膜２上分支持する働きを有する。
本発明に使用される酵素としては、測定対象物を分解し
てプロトンを発生させるものならば使用でき、例えばウ
レアーゼ（尿素検出用）、グルコースオキシターゼ（グ
ルコース検出用）、ベニンリナーゼ（ペニシリン検出用
）、トリプシン（ベプタイド検出用）、リパーゼ［脂肪
酸検出用、例えばホスホリパーゼ（アセチルコリン検出
用）］、ペプチターゼ（スレオニン検出用）等があげれ
る。
てプロトンを発生させるものならば使用でき、例えばウ
レアーゼ（尿素検出用）、グルコースオキシターゼ（グ
ルコース検出用）、ベニンリナーゼ（ペニシリン検出用
）、トリプシン（ベプタイド検出用）、リパーゼ［脂肪
酸検出用、例えばホスホリパーゼ（アセチルコリン検出
用）］、ペプチターゼ（スレオニン検出用）等があげれ
る。
そして、本発明におけるイオン感応膜２に酵素固定化膜
３を設ける方法としては、フォトレジストを用いたリフ
トオフ法により行うことが好ましく、例えば、ポジ型フ
ォトレジストをＰＥＴのイオン感応膜上に、スピンコー
トし、酵素固定化膜が形成される部分以外を露光し、現
像した後、イオン感応膜の酵素固定化膜が形成される部
分のフォトレジストを除去する。フォトレジストには、
公知のものが使用できたとえば、ポリビニルアルコール
の水溶液にＮ−メチル−Ｐ−ホルミルスチルピリジニウ
ムメトサルフェートを付加したもの（特開昭５６−５７
６１号公報）、ポリエチレングリコールメタクリレート
（増感剤として例えばベンゾインエチルエーテルを加え
たもの）、ポリビニルアルコール（架橋剤としてジアジ
ド化合物を混合したもの）、ポリビニルピロリドン（架
橋剤としてジアジド化合物を混合したもの）などがある
。
３を設ける方法としては、フォトレジストを用いたリフ
トオフ法により行うことが好ましく、例えば、ポジ型フ
ォトレジストをＰＥＴのイオン感応膜上に、スピンコー
トし、酵素固定化膜が形成される部分以外を露光し、現
像した後、イオン感応膜の酵素固定化膜が形成される部
分のフォトレジストを除去する。フォトレジストには、
公知のものが使用できたとえば、ポリビニルアルコール
の水溶液にＮ−メチル−Ｐ−ホルミルスチルピリジニウ
ムメトサルフェートを付加したもの（特開昭５６−５７
６１号公報）、ポリエチレングリコールメタクリレート
（増感剤として例えばベンゾインエチルエーテルを加え
たもの）、ポリビニルアルコール（架橋剤としてジアジ
ド化合物を混合したもの）、ポリビニルピロリドン（架
橋剤としてジアジド化合物を混合したもの）などがある
。
そして、イオン感応膜が露出した部分（酵素固定化膜が
形成される部分）および硬化したフォトレジストが形成
されているイオン感応膜にシランカップリング剤の溶液
（例えば、１ｗｔ％３−アミノプロピルトリエトキシシ
ラン溶液）をスピンコートし、加熱（例えば１１０℃、
５分間）して表面にアミノ基を導入し、さらに、これを
５ｗｔ％程度のグルタルアルデヒド溶液に浸漬（例えば
１５分間）した後、水洗、乾燥する。
形成される部分）および硬化したフォトレジストが形成
されているイオン感応膜にシランカップリング剤の溶液
（例えば、１ｗｔ％３−アミノプロピルトリエトキシシ
ラン溶液）をスピンコートし、加熱（例えば１１０℃、
５分間）して表面にアミノ基を導入し、さらに、これを
５ｗｔ％程度のグルタルアルデヒド溶液に浸漬（例えば
１５分間）した後、水洗、乾燥する。
その上から緩衝液［例えば、ＰＩＰＥＳ−ＮａＯＨ緩衝
液（０，１Ｍ、ｐＨ６，８）、ＨＥＰＥＳ緩衝液（０，
１Ｍ、ｐｌ−！７．５）、トリス−塩酸塩緩衝液］を溶
液とする牛血清アルブミン溶液（例えば、３００ｘ９／
ｍｌ）とウレアーゼ溶液（例えば、５０ｘ９／ａ＋１）
とグルタルアルデヒド溶液（例えば、２ｗｔ％）とを混
合した酵素溶液をスピンコートする。
液（０，１Ｍ、ｐＨ６，８）、ＨＥＰＥＳ緩衝液（０，
１Ｍ、ｐｌ−！７．５）、トリス−塩酸塩緩衝液］を溶
液とする牛血清アルブミン溶液（例えば、３００ｘ９／
ｍｌ）とウレアーゼ溶液（例えば、５０ｘ９／ａ＋１）
とグルタルアルデヒド溶液（例えば、２ｗｔ％）とを混
合した酵素溶液をスピンコートする。
スピンコートは、例えばミカサ株式会社製、ス例えば３
０００ｒｐｍ、１０分間、２５℃にて行うと１回の操作
で約１μｍの酵素固定化膜をイオン感応膜膜上に被若す
ることができる。
０００ｒｐｍ、１０分間、２５℃にて行うと１回の操作
で約１μｍの酵素固定化膜をイオン感応膜膜上に被若す
ることができる。
よって、任意の厚さの酵素固定化膜を形成するとにより
形成することができる。また、１回の操作により被着さ
れる酵素固定化膜の厚さは、酵素溶液の粘度を変化させ
ることにより変えることができる。そして、酵素溶液を
スピンコートした後、放置（例えば３０分以上）し、硬
化したフォトレジストを溶解しかつ酵素固定化膜を溶解
しない溶媒（例えば、アセトン）に浸漬しく好ましくは
、超音波を付与する）フォトレジストを除去する。これ
によりイオン感応膜上の一部に酵素固定化膜が形成され
る。
形成することができる。また、１回の操作により被着さ
れる酵素固定化膜の厚さは、酵素溶液の粘度を変化させ
ることにより変えることができる。そして、酵素溶液を
スピンコートした後、放置（例えば３０分以上）し、硬
化したフォトレジストを溶解しかつ酵素固定化膜を溶解
しない溶媒（例えば、アセトン）に浸漬しく好ましくは
、超音波を付与する）フォトレジストを除去する。これ
によりイオン感応膜上の一部に酵素固定化膜が形成され
る。
さらに、ＦＥＴを保護するために酵素固定化膜３、絶縁
材４を除く部分に保護膜１３を設けることが好ましい。
材４を除く部分に保護膜１３を設けることが好ましい。
上記巷の方法を用いることにより、酵素固定化膜３の厚
さを正確に制御でき、厚さ３〜２０μｍのものを確実か
つ容易に作成することができる。
さを正確に制御でき、厚さ３〜２０μｍのものを確実か
つ容易に作成することができる。
そして、Ｐ型シリコン基板ｌ上に、酵素固定化Ｉ０３を
有さない以外（よ、１−記した酵素センサーと同一の構
成を有する対照用電極を設けることが好ましい。対照用
電極は、ＦＥＴのドリフト等を見るためとしても作用す
る。対照用電極は、別の基板に設けてもよいが、同一基
板上に設けた方が測定するときに１つのセンサーを被検
液に浸漬するだけでずみ、さ４に、形成されるＰＥＴも
かなり均質なものを形成でき好ましい。そして、この対
照用電極のイオン感応膜上に、熱または酸等で失活させ
た酵素の固定化膜を設けることが好ましい。このように
すればよりドリフト等の影響を把握できるからである。
有さない以外（よ、１−記した酵素センサーと同一の構
成を有する対照用電極を設けることが好ましい。対照用
電極は、ＦＥＴのドリフト等を見るためとしても作用す
る。対照用電極は、別の基板に設けてもよいが、同一基
板上に設けた方が測定するときに１つのセンサーを被検
液に浸漬するだけでずみ、さ４に、形成されるＰＥＴも
かなり均質なものを形成でき好ましい。そして、この対
照用電極のイオン感応膜上に、熱または酸等で失活させ
た酵素の固定化膜を設けることが好ましい。このように
すればよりドリフト等の影響を把握できるからである。
次に、本発明の酵素センサーに使用される測定回路を説
明する。測定回路は第２図に示す通りであり、これは、
上記の対照用電極用の測定回路を含めたものである。こ
の測定回路は、被検液とイオン感応膜間の界面電位の変
化を直接測定するためのものである。また、被検液に対
する応答特性は、酵素固定化膜を有する酵素センサーと
、対照用として酵素固定化膜を有さないか失活させた酵
素の固定化膜を有するＦＥＴにて構成された対照用電極
との作動出力より測定する。
明する。測定回路は第２図に示す通りであり、これは、
上記の対照用電極用の測定回路を含めたものである。こ
の測定回路は、被検液とイオン感応膜間の界面電位の変
化を直接測定するためのものである。また、被検液に対
する応答特性は、酵素固定化膜を有する酵素センサーと
、対照用として酵素固定化膜を有さないか失活させた酵
素の固定化膜を有するＦＥＴにて構成された対照用電極
との作動出力より測定する。
測定回路を簡単に説明する。
オペアンプからなる帰還回路により酵素センサー８およ
び対照用電極１１には一定のドレイン電流が流れ、また
、ソース・ドレイン間には常に一定の電圧が加えられて
いる。溶液の電位はＡｇ／ＡｇＣｌ電極により一定に保
たれ、溶液のｐＨ変化によって生ずる溶液とイオン感応
膜界面の界面電位変化がＡ、Ｂ端子に現れる。この２つ
の出力を作動増幅器９に人力し、その差の出力がレコー
ダー１０に時間変化として記録される。
び対照用電極１１には一定のドレイン電流が流れ、また
、ソース・ドレイン間には常に一定の電圧が加えられて
いる。溶液の電位はＡｇ／ＡｇＣｌ電極により一定に保
たれ、溶液のｐＨ変化によって生ずる溶液とイオン感応
膜界面の界面電位変化がＡ、Ｂ端子に現れる。この２つ
の出力を作動増幅器９に人力し、その差の出力がレコー
ダー１０に時間変化として記録される。
次に、実施例を挙げて説明する。
実施例１〜４
下記方法に従って、′：ｊＳ１図に示す構造のＩｓＦＥ
Ｔを用いた酵素センサーを作成した。
Ｔを用いた酵素センサーを作成した。
（１）ＦＥＡＴの作成
Ｐ型シリコン基板を用い、フォトレジスト法、放電処理
法を組み合わせて基板の一部にＰＥＴを形成させた。
法を組み合わせて基板の一部にＰＥＴを形成させた。
（２） ＩＳＦＥＴの作成
上記ＦＥＴが形成された構造物を用い、ＦＥＴのゲート
部とは距離をおいた位置よりＦＥＴのゲート部の上にか
けて絶縁材（５ｉＯｘ）を設けた。さらに、ＦＥＴのゲ
ート部上の絶縁材を薄く削った。そして、ＦＥＴのゲー
ト部上およびゲート部とは距離をおいた位置の絶縁材の
上にイオン感応膜となる酸化イリジウム膜を、５ Ｘ
１０−３Ｔｏｒｒ真空化、純酸素中にて反応性スバブタ
法を用いて形成した。
部とは距離をおいた位置よりＦＥＴのゲート部の上にか
けて絶縁材（５ｉＯｘ）を設けた。さらに、ＦＥＴのゲ
ート部上の絶縁材を薄く削った。そして、ＦＥＴのゲー
ト部上およびゲート部とは距離をおいた位置の絶縁材の
上にイオン感応膜となる酸化イリジウム膜を、５ Ｘ
１０−３Ｔｏｒｒ真空化、純酸素中にて反応性スバブタ
法を用いて形成した。
膜厚は８００人であった。
また、ＰＥＴのソース部とドレイン部にはそれぞれ電極
を設けた。
を設けた。
（３）酵素センサーの作成
そして、ポジ型フォトレジストを、Ｆ ＥＴのイオン感
応膜上に、スピンコートし、酵素固定化膜が形成される
部分（１５０ｘ５００μｍ１）以外を露光し、現像した
後、イオン感応膜の酵素固定化膜が形成される部分のフ
ォトレジストを除去した。
応膜上に、スピンコートし、酵素固定化膜が形成される
部分（１５０ｘ５００μｍ１）以外を露光し、現像した
後、イオン感応膜の酵素固定化膜が形成される部分のフ
ォトレジストを除去した。
次に、イオン感応膜が露出した部分（酵素固定化膜が形
成される部分）および硬化したフォトレジストが形成さ
れているイオン感応膜にシランカップリング剤の溶液１
ｗｔ％３−アミノプロピルトリエトキシシラン溶液をス
ピンコートし、１１０℃、５分間加熱して表面にアミノ
基を導入し、さらに、これを５ｗｔ％のグルタルアルデ
ヒド溶液に１５分間浸漬した後、水洗、乾燥した。
成される部分）および硬化したフォトレジストが形成さ
れているイオン感応膜にシランカップリング剤の溶液１
ｗｔ％３−アミノプロピルトリエトキシシラン溶液をス
ピンコートし、１１０℃、５分間加熱して表面にアミノ
基を導入し、さらに、これを５ｗｔ％のグルタルアルデ
ヒド溶液に１５分間浸漬した後、水洗、乾燥した。
その上から、３００ ｘｖ／ｚＱ牛血清アルブミン溶液
［０，ＩＭ、ｐｉ−１７，５ＨＥＰＥＳ緩衝液］に、５
０ｘ９／峠のウレアーゼ溶液と２ｗｔ％グルタルアルデ
ヒド溶液とを混合した酵素溶液をスピンコートした。ス
ピンコートは、ミカサ株式会社製、スピンナーＩＨ−Ｄ
２型を用いて３０００ｒｐｍ、１０分間、２５℃にて行
い、この操作を繰り返すことにより、ウレアーゼ固定化
膜厚３μｍ（実施例１）、５μｍ（実施例２）、ｌＯμ
ｍ（実施例３）、２０μｍ（実施例４）のものを作成し
た。
［０，ＩＭ、ｐｉ−１７，５ＨＥＰＥＳ緩衝液］に、５
０ｘ９／峠のウレアーゼ溶液と２ｗｔ％グルタルアルデ
ヒド溶液とを混合した酵素溶液をスピンコートした。ス
ピンコートは、ミカサ株式会社製、スピンナーＩＨ−Ｄ
２型を用いて３０００ｒｐｍ、１０分間、２５℃にて行
い、この操作を繰り返すことにより、ウレアーゼ固定化
膜厚３μｍ（実施例１）、５μｍ（実施例２）、ｌＯμ
ｍ（実施例３）、２０μｍ（実施例４）のものを作成し
た。
そして、酵素溶液をスピンコートした後、３０分以上放
置し、硬化したフォトレジストを、アセトンに浸漬し超
音波を付与して除去し、ＦＥＴを保護するために酵素固
定化膜、絶縁材を除く部分に保護膜を設けた尿素センサ
ーを作成した。
置し、硬化したフォトレジストを、アセトンに浸漬し超
音波を付与して除去し、ＦＥＴを保護するために酵素固
定化膜、絶縁材を除く部分に保護膜を設けた尿素センサ
ーを作成した。
スピンコート法を用いることによりウレアーゼ固定化膜
の厚さを約ｌμｍの精度で制御できた。また、イオン感
応膜露出面と固定化膜との密着性は良好であった。
の厚さを約ｌμｍの精度で制御できた。また、イオン感
応膜露出面と固定化膜との密着性は良好であった。
比較例１
スピンコートを繰り返さなかった以外は、実施例１と同
じ方法を用いて、ウレアーゼ固定化膜厚Ｉμ厘の尿素セ
ンサーを作成した。
じ方法を用いて、ウレアーゼ固定化膜厚Ｉμ厘の尿素セ
ンサーを作成した。
比較例２
実施例１で用いたものと同じ、ＩＳＦＥＴのイオン感応
膜の上に、０．２Ｍトリス−塩酸塩緩衝液（ｐＨ８，５
）−１５％牛血清アルブミン溶液にウレアーゼを溶解さ
せた液５μＱをマイクロシリンジで採取し、塗布し、風
乾させた後、２５容積％のグルタルアルデヒド溶液０．
５μｅを滴下し、架橋反応によってウレアーゼ固定化膜
を成膜し、尿素センサーを作成した。この尿素センサー
のウレアーゼ固定化膜の厚さは約８０μｍであった。
膜の上に、０．２Ｍトリス−塩酸塩緩衝液（ｐＨ８，５
）−１５％牛血清アルブミン溶液にウレアーゼを溶解さ
せた液５μＱをマイクロシリンジで採取し、塗布し、風
乾させた後、２５容積％のグルタルアルデヒド溶液０．
５μｅを滴下し、架橋反応によってウレアーゼ固定化膜
を成膜し、尿素センサーを作成した。この尿素センサー
のウレアーゼ固定化膜の厚さは約８０μｍであった。
試験例
実施例１〜４、比較例１．２の尿素センサーの出力電圧
および応答速度を次の方法により測定した。
および応答速度を次の方法により測定した。
測定は、２０５Ｍ％ｐＨ７，５のＨＥ Ｐ Ｅ Ｓ ＄
１衝液中にて尿素濃度１０ Ｂ／ｄＬ Ｉ ＯＯＢ／
ｄＬ １０００ ｍ９／ ｄｉについて行い、Ａｇ／
ＡｇＣｌ電極によりゲートバイアスを調整しゲート表面
電位（出力電圧）の変化およびそのときの応答速度を測
定した。
１衝液中にて尿素濃度１０ Ｂ／ｄＬ Ｉ ＯＯＢ／
ｄＬ １０００ ｍ９／ ｄｉについて行い、Ａｇ／
ＡｇＣｌ電極によりゲートバイアスを調整しゲート表面
電位（出力電圧）の変化およびそのときの応答速度を測
定した。
第３図は、出力電圧についての結果を示すものであり、
縦軸が出力電圧であり、横軸は、酵素固定化膜の厚さで
ある。
縦軸が出力電圧であり、横軸は、酵素固定化膜の厚さで
ある。
第４図は、応答速度についての結果を示すものであり、
縦軸が応答時間であり、横軸は、酵素固定化膜の厚さで
ある。
縦軸が応答時間であり、横軸は、酵素固定化膜の厚さで
ある。
第３図には、酵素固定化膜厚がｌμｍから厚くなるに従
って出力電圧は急速に上昇し、ｌＯμｍ程度で飽和に達
し後は逆に減少する傾向があることが示されている。そ
して、酵素固定化膜厚３〜２０μ友である実施例１〜４
のものは、十分な出力電圧を有し、感度が高いことがわ
かった。
って出力電圧は急速に上昇し、ｌＯμｍ程度で飽和に達
し後は逆に減少する傾向があることが示されている。そ
して、酵素固定化膜厚３〜２０μ友である実施例１〜４
のものは、十分な出力電圧を有し、感度が高いことがわ
かった。
第４図には、酵素固定化膜が薄いほど応答速度が速いこ
とが示されている。また応答速度には基質（尿素）の濃
度依存性がみられた。そして、酵素固定化膜厚３〜２０
μｍである実施例１〜４ものは、十分な応答速度を有す
るものであることがわかった。特に、好ましくは、酵素
固定化膜厚３〜１０μまであることもわかった。
とが示されている。また応答速度には基質（尿素）の濃
度依存性がみられた。そして、酵素固定化膜厚３〜２０
μｍである実施例１〜４ものは、十分な応答速度を有す
るものであることがわかった。特に、好ましくは、酵素
固定化膜厚３〜１０μまであることもわかった。
［発明の効果］
本発明の酵素センサーは、ＩＳＦＥＴのイオン感応膜の
上に直接厚さ３〜２０μ貫の酵素固定化膜を設けたもの
であるので、応答速度が速くかつ十分な感度を有するの
で、被検液中の測定対象物質の儂度を速くかつ確実に測
定することができる。
上に直接厚さ３〜２０μ貫の酵素固定化膜を設けたもの
であるので、応答速度が速くかつ十分な感度を有するの
で、被検液中の測定対象物質の儂度を速くかつ確実に測
定することができる。
また、Ｉ ５ＦＥＴが、分離ゲート型ＩＳＦＥＴであれ
ば、イオン感応膜部のみを被検液に浸漬すればよく、Ｆ
ＥＴゲート部およびソース、ドレイン構成部分を浸漬す
る必要がなく、さらにそれら部分は光や外界から遮断さ
れているため応答の安定化が図れ好ましい。
ば、イオン感応膜部のみを被検液に浸漬すればよく、Ｆ
ＥＴゲート部およびソース、ドレイン構成部分を浸漬す
る必要がなく、さらにそれら部分は光や外界から遮断さ
れているため応答の安定化が図れ好ましい。
また、ＩＳＦＥＴを作成し、該ＩＳＦＥＴのイオン感応
膜上に、酵素を固定化した酵素固定化膜をスピンコート
法により３〜２０μｍの厚さに被着する本発明の酵素セ
ンサーの製造方法によれば、イオン感応膜上に形成され
る酵素固定化膜厚を正確に制御できるため上記酵素セン
サーを確実かつ容易に製造することができる。
膜上に、酵素を固定化した酵素固定化膜をスピンコート
法により３〜２０μｍの厚さに被着する本発明の酵素セ
ンサーの製造方法によれば、イオン感応膜上に形成され
る酵素固定化膜厚を正確に制御できるため上記酵素セン
サーを確実かつ容易に製造することができる。
第１図は、本発明の酵素センサーの構造の一例を示す図
面である。第２図は、本発明の酵素センサーの測定装置
の回路図を示す図面である。 第３図は、酵素固定化膜厚と出力電圧との関係を示す図
面である。第４図は、酵素固定化膜厚と応答時間との関
係を示す図面である。
面である。第２図は、本発明の酵素センサーの測定装置
の回路図を示す図面である。 第３図は、酵素固定化膜厚と出力電圧との関係を示す図
面である。第４図は、酵素固定化膜厚と応答時間との関
係を示す図面である。
Claims (7)
- （１）ＩＳＦＥＴのイオン感応膜の上に直接厚さ３〜２
０μｍの酵素固定化膿を設けたことを特徴とする酵素セ
ンサー。 - （２）前記ＩＳＦＥＴが、分離ゲート型ＩＳＦＥＴであ
る特許請求の範囲第１項に記載の酵素センサー。 - （３）前記酵素がウレアーゼである特許請求の範囲第１
項または第２項に記載の酵素センサー。 - （４）前記イオン感応膜が、酸化イリジウムである特許
請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の酵素
センサー。 - （５）ＩＳＦＥＴを作成し、該ＩＳＦＥＴのイオン感応
膜上に、酵素を固定化した酵素固定化膜をスピンコート
法により３〜２０μｍの厚さに被着することを特徴とす
る酵素センサーの製造方法。 - （６）前記ＩＳＦＥＴが、分離ゲート型ＩＳＦＥＴであ
る特許請求の範囲第５項に記載の酵素センサー。 - （７）前記酵素がウレアーゼである特許請求の範囲第５
項または第６項に記載の酵素センサー。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61211205A JPS6366454A (ja) | 1986-09-08 | 1986-09-08 | 酵素センサ−およびその製造方法 |
| DK064187A DK64187A (da) | 1986-02-10 | 1987-02-09 | Enzym-foeler og fremgangsmaade til fremstilling af en saadan |
| DE3750779T DE3750779T2 (de) | 1986-02-10 | 1987-02-10 | Enzym-Sensor und Verfahren zur Herstellung desselben. |
| KR1019870001087A KR900000578B1 (ko) | 1986-02-10 | 1987-02-10 | 효소 센서 및 그 제조방법 |
| EP87400297A EP0235024B1 (en) | 1986-02-10 | 1987-02-10 | Enzyme sensor and method of manufacture same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61211205A JPS6366454A (ja) | 1986-09-08 | 1986-09-08 | 酵素センサ−およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6366454A true JPS6366454A (ja) | 1988-03-25 |
Family
ID=16602088
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61211205A Pending JPS6366454A (ja) | 1986-02-10 | 1986-09-08 | 酵素センサ−およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6366454A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101430303B (zh) | 2007-11-07 | 2012-05-23 | 中国科学院电子学研究所 | 一种单层功能膜脲酶生物传感器芯片及制备方法 |
| JP2017531157A (ja) * | 2014-06-05 | 2017-10-19 | アヴェイルズ メディカル，インコーポレイテッド | 体液中の物質を検出するためのシステム及び方法 |
| US10883135B2 (en) | 2015-08-25 | 2021-01-05 | Avails Medical, Inc. | Devices, systems and methods for detecting viable infectious agents in a fluid sample |
| US11021732B2 (en) | 2016-05-31 | 2021-06-01 | Avails Medical, Inc. | Devices, systems and methods to detect viable infectious agents in a fluid sample and susceptibility of infectious agents to anti-infectives |
| US11385200B2 (en) | 2017-06-27 | 2022-07-12 | Avails Medical, Inc. | Apparatus, systems, and methods for determining susceptibility of microorganisms to anti-infectives |
| US11655494B2 (en) | 2017-10-03 | 2023-05-23 | Avails Medical, Inc. | Apparatus, systems, and methods for determining the concentration of microorganisms and the susceptibility of microorganisms to anti-infectives based on redox reactions |
| US12352714B2 (en) | 2016-12-13 | 2025-07-08 | Avails Medical, Inc. | Devices, systems and methods to detect the presence of ß-lactam antibiotic hydrolyzing bacteria in a sample |
| US12379373B2 (en) | 2018-12-03 | 2025-08-05 | Avails Medical, Inc. | Apparatus, systems, and methods for quantifying infectious agents |
| US12422343B2 (en) | 2017-12-05 | 2025-09-23 | Avails Medical, Inc. | Apparatus, systems, and methods for preparing an output sample comprising a defined concentration of an infectious agent for downstream testing |
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| JPS62185160A (ja) * | 1986-02-10 | 1987-08-13 | Terumo Corp | バイオセンサ− |
-
1986
- 1986-09-08 JP JP61211205A patent/JPS6366454A/ja active Pending
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| US11913058B2 (en) | 2016-05-31 | 2024-02-27 | Avails Medical, Inc. | Devices, systems and methods to detect viable infectious agents in a fluid sample and susceptibility of infectious agents to anti-infectives |
| US11021732B2 (en) | 2016-05-31 | 2021-06-01 | Avails Medical, Inc. | Devices, systems and methods to detect viable infectious agents in a fluid sample and susceptibility of infectious agents to anti-infectives |
| US12275982B2 (en) | 2016-05-31 | 2025-04-15 | Avails Medical, Inc. | Devices, systems and methods to detect viable infectious agents in a fluid sample and susceptibility of infectious agents to anti-infectives |
| US12352714B2 (en) | 2016-12-13 | 2025-07-08 | Avails Medical, Inc. | Devices, systems and methods to detect the presence of ß-lactam antibiotic hydrolyzing bacteria in a sample |
| US11385200B2 (en) | 2017-06-27 | 2022-07-12 | Avails Medical, Inc. | Apparatus, systems, and methods for determining susceptibility of microorganisms to anti-infectives |
| US12276634B2 (en) | 2017-06-27 | 2025-04-15 | Avails Medical, Inc. | Apparatus, systems, and methods for determining susceptibility of microorganisms to anti-infectives |
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