WO2018079314A1 - 半導体センサおよびその製造方法、ならびに複合センサ - Google Patents

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孝二郎 内藤
和真 長尾
村瀬　清一郎
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Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor sensor in which a target recognition molecule is immobilized, a manufacturing method thereof, and a composite sensor.
  • a biological substance that selectively interacts with the target substance is disposed in the detection unit of the sensor.
  • proteins such as immunoglobulins (also called “antibodies”) and enzymes, nucleic acids (also called “polynucleotides”), aptamers, sugar chains, and the like are used.
  • the immunoglobulin partial structure for example, Fab
  • the binding sites for capturing the target substance are arranged closer to the semiconductor component at a higher density. It is attracting attention in that it can be performed (for example, see Non-Patent Document 1).
  • There are various methods for applying an immunoglobulin or a partial structure thereof to a biosensor and examples thereof include fluid pressure sensors, photochemical reaction sensors, and electrochemical reaction sensors using immunoglobulins (for example, patents). Reference 1).
  • a field effect transistor (FET) type sensor is a sensor that has attracted particular attention (for example, Patent Document 2). 3).
  • the FET type sensor is a sensor that detects a target material by a change in a current flowing in a semiconductor or a voltage applied to the semiconductor. In this detection method, labeling of the target substance with a phosphor or the like is not necessary. In addition, there is an advantage that electrical signals can be quickly converted and connection with an integrated circuit is easy.
  • the conventional FET type biosensor has insufficient detection sensitivity and detection selectivity, and has not been put into practical use.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a semiconductor sensor excellent in detection sensitivity and detection selectivity, a manufacturing method thereof, and a composite sensor.
  • a semiconductor sensor includes a substrate, a first electrode, a second electrode, the first electrode, and the second electrode.
  • a semiconductor sensor includes a substrate, a first electrode, a second electrode, and a semiconductor layer provided between the first electrode and the second electrode.
  • a sensor wherein the semiconductor layer has a semiconductor component target recognition molecules are coupled or attached, the target recognition molecule, at least, has a target capturing body X and the linking groups L 2, the target capturing body X is the molecular weight of 20000 to 200,000, a protein or nucleic acid, of the linking group L 2, are bonded to the group that attached the atom is bonded to the semiconductor component or the semiconductor component
  • the number N of atoms from the atom to the atom bonded to the atom derived from the target capturing body X is 5 or more and 30 or less.
  • the semiconductor sensor, the manufacturing method thereof, and the composite sensor of the present invention a semiconductor sensor exhibiting high detection selectivity and high detection sensitivity can be obtained. Moreover, according to the semiconductor sensor, the manufacturing method thereof, and the composite sensor of the present invention, it is possible to suppress the performance variation between the semiconductor sensors and improve the long-term storage stability of the semiconductor sensor.
  • FIG. 1A is a schematic plan view showing a semiconductor sensor which is one embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor sensor which is one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a schematic plan view showing a semiconductor sensor which is one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2B is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor sensor which is one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic plan view showing a semiconductor sensor which is one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A is a schematic plan view showing a semiconductor sensor which is one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4B is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor sensor which is one embodiment of the present invention.
  • FIG. 5A is a schematic plan view showing a semiconductor sensor which is one embodiment of the present invention.
  • FIG. 5B is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor sensor which is one embodiment of the present invention.
  • FIG. 6A is a schematic plan view showing a semiconductor sensor which is one embodiment of the present invention.
  • FIG. 6B is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor sensor which is one embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A is a schematic diagram showing the structure of an immunoglobulin.
  • FIG. 7B is a schematic diagram showing the structure of an immunoglobulin.
  • FIG. 7C is a schematic diagram showing the structure of an immunoglobulin.
  • FIG. 8A is a schematic diagram showing a partial structure of an immunoglobulin.
  • FIG. 8A is a schematic diagram showing a partial structure of an immunoglobulin.
  • FIG. 8B is a schematic view showing a partial structure of an immunoglobulin.
  • FIG. 9A is a schematic diagram showing an example of a state in which a precursor of a target recognition molecule is attached on a semiconductor component.
  • FIG. 9B is a schematic diagram illustrating an example of a state in which target recognition molecules are attached on a semiconductor component.
  • a semiconductor sensor according to an embodiment of the first invention group of the present invention includes a substrate, a first electrode, a second electrode, and a semiconductor layer provided between the first electrode and the second electrode.
  • the semiconductor layer includes a semiconductor component and an immunoglobulin partial structure.
  • the immunoglobulin partial structure is bonded or attached to the semiconductor component via the linking group L 1 in the hinge region of the heavy chain.
  • a semiconductor sensor includes a substrate, a first electrode, a second electrode, and a semiconductor layer provided between the first electrode and the second electrode.
  • the semiconductor layer has a semiconductor component to which a target recognition molecule is bonded or attached.
  • the target recognition molecule has at least a target capturing body X and a linking group L 2 , and the target capturing body X is a protein or nucleic acid having a molecular weight of 20000 or more and 200000 or less, and is a semiconductor component of the linking group L 2.
  • the number of atoms N from the atom bonded to the atom or the atom bonded to the group attached to the semiconductor component to the atom bonded to the atom derived from the target trap X is 5 or more and 30 or less. It is.
  • the semiconductor sensor preferably further includes a third electrode. That is, the semiconductor sensor includes a substrate, a first electrode, a second electrode, a third electrode, and a semiconductor layer provided between the first electrode and the second electrode.
  • the semiconductor layer has a semiconductor component and an immunoglobulin partial structure, and the immunoglobulin partial structure passes through the linking group L 1 in the hinge region of the heavy chain. Are bonded or adhered to the semiconductor component.
  • the semiconductor layer has a semiconductor component target recognition molecules are coupled or attached, target recognition molecules have at least the target capturing body X and the linking groups L 2 , target acquisition member X has a molecular weight of 20000 to 200,000, a protein or nucleic acid, of the linking group L 2, attached from atoms bonded to the semiconductor component, or the aforementioned semiconductor component groups
  • the number N of atoms from the atom bonded to the atom to the atom bonded to the atom derived from the target trap X is 5 or more and 30 or less.
  • any of the semiconductor sensors by applying a voltage to the semiconductor layer via the third electrode, it is possible to change the electrical characteristics of the semiconductor layer and further improve the detection sensitivity.
  • 1A, 2A, and 3 are schematic plan views showing semiconductor sensors according to the first, second, and third embodiments of the present invention, respectively.
  • 1B and 2B are schematic cross-sectional views taken along the line AA 'of FIG. 1A and the line BB' of FIG. 2A, respectively.
  • a first electrode 2 and a second electrode 3 are provided on a substrate 1, and the first electrode 2 and the second electrode 3 are A semiconductor layer 4 connected to the first electrode 2 and the second electrode 3 is disposed therebetween.
  • the third electrode 5 and the insulating layer 6 are provided on the substrate 1, and the first electrode 2 and the insulating layer 6 are provided on the insulating layer 6.
  • a second electrode 3 is provided.
  • a semiconductor layer 4 is disposed between the first electrode 2 and the second electrode 3 so as to be connected to the first electrode 2 and the second electrode 3.
  • the first electrode 2, the second electrode 3, and the third electrode 5 correspond to the source electrode, the drain electrode, and the gate electrode, respectively, and the insulating layer 6 serves as the gate insulating layer.
  • FET field effect transistor
  • a first electrode 2 and a second electrode 3 are provided on a substrate 1.
  • a semiconductor layer 4 is provided between the first electrode 2 and the second electrode 3 so as to be connected to the first electrode 2 and the second electrode 3, and is separated from the first electrode 2 and the second electrode 3 on the substrate 1.
  • the 3rd electrode 7 is arrange
  • the current flowing between the source electrode and the drain electrode can be controlled by changing the gate voltage applied to the gate electrode.
  • the mobility of the FET can be calculated using the following equation (a).
  • Id is a source electrode - current between the drain electrode
  • Vsd is the source electrode - the voltage between the drain electrode
  • Vg is a gate voltage
  • D is the thickness of the insulating layer
  • L is the channel length
  • W is the channel width
  • epsilon r is the gate
  • ⁇ is the vacuum dielectric constant (8.85 ⁇ 10 ⁇ 12 F / m)
  • ⁇ is the amount of change in the corresponding physical quantity.
  • the on / off ratio can be obtained from the ratio between the maximum value of Id and the minimum value of Id, that is, the ratio of the maximum value of Id to the minimum value of Id.
  • the principle of the FET type sensor will be described below. That is, when the target material to be detected is captured by the target recognition molecule, the electric field in the semiconductor layer 4 of the FET changes due to the charge of the captured target material. By capturing the change, the target substance can be detected.
  • the “target substance” refers to a substance to be captured by target recognition molecules contained in the sensor.
  • the semiconductor sensor according to the first embodiment shown in FIGS. 1A and 1B when a target material or a solution, gas, or solid containing the target material is disposed in the vicinity of the semiconductor layer 4, A current value or an electric resistance value flowing in the semiconductor layer 4 between the second electrode 3 changes. By measuring the change, the target substance can be detected.
  • the gate electrode does not exist, but the change in potential in the semiconductor layer 4 due to the electric field generated from the charge of the target material can be regarded as ⁇ Vg, and thus the first shown in FIGS. 1A and 1B.
  • the semiconductor sensor according to the embodiment is also classified as an FET type sensor.
  • the semiconductor sensor according to the second embodiment shown in FIGS. 2A and 2B also has the first electrode 2 when the target material or a solution, gas, or solid containing the target material is disposed in the vicinity of the semiconductor layer 4.
  • the current value flowing in the semiconductor layer 4 between the first electrode 3 and the second electrode 3 changes. By measuring the change, the target substance can be detected.
  • the value of the current flowing through the semiconductor layer 4 can be controlled by the potential of the third electrode 7. Accordingly, when the value of the current flowing between the first electrode 2 and the second electrode 3 (current Id between the source electrode and the drain electrode) when the potential of the third electrode 7 (gate voltage Vg) is changed is measured. A two-dimensional graph (Vg-Id graph) is obtained.
  • characteristic values such as Vg-direction shift, Id-direction shift, and subthreshold coefficient of the Vg-Id graph can be read.
  • the target material may be detected using a part or all of these characteristic values, or the target material may be detected using a ratio of the maximum value to the minimum value of Id, that is, an on / off ratio.
  • known electrical characteristics obtained from a semiconductor element such as resistance value, threshold voltage change, impedance, mutual conductance, and capacitance may be used.
  • the target substance may be used alone, or may be mixed with other substances or solvents.
  • the measurement target is a solution containing the target material
  • the electric field change is transmitted to the semiconductor layer 4 through the solution due to the charge of the target material captured by the target recognition molecule.
  • the principle that information on the charge of the target substance is transmitted through the solution will be described below.
  • a substance having a charge is present in the solution, an electric double layer is formed around the substance, and an electric field around the semiconductor layer 4 is changed through the electric double layer.
  • the target recognition molecule preferably has a size of several nanometers or less.
  • the material used for the substrate is not particularly limited.
  • inorganic materials such as silicon wafer, glass, and alumina sintered body, aliphatic polyester, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polycarbonate, polysulfone, polyethersulfone, polyethylene,
  • organic materials such as polypropylene, polystyrene, polyphenylene sulfide, polyparaxylene, polyimide, polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride, polyvinylidene fluoride, polysiloxane, polyvinylphenol, and polyaramid, or a mixture of inorganic material powder and organic material. These materials may be used alone, or a plurality of these materials may be laminated or mixed.
  • the surface of the substrate 1 may be processed.
  • the semiconductor sensor according to the embodiment of the present invention is used for detection of a target substance in a solution
  • the target substance such as protein or other substances in the measurement sample solution is processed by the surface of the substrate 1 being processed. 1 can be suppressed.
  • the concentration of the target material in the solution is lowered, so that a correct measurement value cannot be obtained.
  • the measurement value is disturbed by the charge of the substance, and a correct measurement value cannot be obtained.
  • processing methods include hydrophilic groups having no charge such as oligoethylene glycol chains and oligo (3,4-dihydroxyphenylalanine), and hydrophilic groups having both positive and negative charges such as phosphorylcholine groups. Is preferably applied to the surface of the substrate 1.
  • Examples of materials used for the first electrode 2, the second electrode 3, and the third electrodes 5 and 7 include conductive metal oxides such as tin oxide, indium oxide, and indium tin oxide (ITO); platinum, gold, Silver, copper, iron, tin, zinc, aluminum, indium, chromium, lithium, sodium, potassium, cesium, calcium, magnesium, palladium, molybdenum and other metals and their alloys; inorganic conductivity such as copper iodide and copper sulfide Materials: Organic conductive materials such as polythiophene, polypyrrole, polyaniline, complexes of polyethylenedioxythiophene and polystyrene sulfonic acid; nanocarbon materials such as carbon nanotubes (CNT) and graphene; conductive carbon black, etc. It is not limited to. In the 1st electrode 2, the 2nd electrode 3, and the 3rd electrodes 5 and 7, these materials may be used independently and a plurality of these materials may be laminated or mixed
  • the first electrode 2 and the second electrode 3 are selected from gold, silver, platinum, palladium, an organic conductive material, and a nanocarbon material from the viewpoint of stability to an aqueous solution that comes into contact. It is preferable that
  • the first electrode 2, the second electrode 3, and the third electrodes 5, 7 may be in direct contact with the substrate 1, or an adhesive layer may be interposed between them.
  • an adhesive layer may be interposed between them.
  • the adhesive layer also serves as the insulating layer 6, a metallic or semiconducting substance can be used as the substrate 1.
  • the width, thickness, interval, and arrangement of the first electrode 2, the second electrode 3, and the third electrodes 5 and 7 can be arbitrarily designed.
  • the width of each electrode 2, 3, 5, 7 is preferably 1 ⁇ m or more and 1 mm or less, and the thickness of each electrode 2, 3, 5, 7 is preferably 1 nm or more and 1 ⁇ m or less.
  • the distance between the first electrode 2 and the second electrode 3 is preferably 1 ⁇ m or more and 10 mm or less.
  • the planar shape of each of the electrodes 2, 3, 5, and 7 is not limited to a rectangle, and may include a curve or a comb shape.
  • the widths and thicknesses of the electrodes 2, 3, 5, and 7 may not be the same.
  • the third electrode 7 may be arranged so as to be on the same plane as the first electrode 2, the second electrode 3, and the semiconductor layer 4.
  • the third electrode 7 is arranged in parallel with the second electrode 3, but may be arranged vertically or at any other angle.
  • the 3rd electrode 7 may exist in the position away from the field in which the 1st electrode 2, the 2nd electrode 3, and the semiconductor layer 4 exist.
  • the solution in contact with the semiconductor layer 4 may be in contact with the third electrodes 5 and 7.
  • the third electrodes 5 and 7 may be used as electrodes for applying a voltage to the semiconductor layer 4 through the solution, or define the potential difference between the first electrode 2 and the solution or between the second electrode 3 and the solution. You may use as a reference electrode for doing.
  • a gas layer is formed between the first electrode 2 and the third electrodes 5 and 7, between the second electrode 3 and the third electrodes 5 and 7, or between the semiconductor layer 4 and the third electrodes 5 and 7.
  • Any of a liquid layer, a solid layer, or a combination thereof may be present, and may be a vacuum.
  • the material used for the insulating layer 6 is not particularly limited, and examples thereof include inorganic materials such as glass, silicon oxide, and alumina, polyimide, polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride, polyethylene terephthalate, polyvinylidene fluoride, polysiloxane, and polyvinylphenol. Or a mixture of an inorganic material powder and an organic polymer material.
  • the film thickness of the insulating layer 6 is preferably 10 nm or more, more preferably 50 nm or more, and further preferably 100 nm or more. Moreover, 5 micrometers or less are preferable, 3 micrometers or less are more preferable, and 1 micrometer or less are further more preferable.
  • the film thickness of the insulating layer 6 can be measured by an atomic force microscope (AFM) or an ellipsometry method.
  • FIG. 5A is a schematic plan view showing a second modification of the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 5B is a schematic cross-sectional view taken along the line DD ′ in FIG. 5A.
  • the semiconductor sensor according to the second modification example of the third embodiment is provided with a covering member 8 that forms an internal space 9 surrounding the semiconductor layer 4 on the substrate 1. Yes.
  • the semiconductor layer 4 and the liquid containing the target material can be efficiently contacted.
  • FIG. 6A is a schematic plan view showing a third modification of the third embodiment of the present invention.
  • 6B is a schematic cross-sectional view taken along the line EE ′ of FIG. 6A.
  • the first electrode 2 and the second electrode 3 are provided on the substrate 1, and between the first electrode 2 and the second electrode 3.
  • a semiconductor layer 4 connected to the first electrode 2 and the second electrode 3 is disposed.
  • the first electrode 2, the second electrode 3, and the semiconductor layer 4 disposed on the substrate 1 and the covering member 8 are disposed on the same side.
  • the third electrode 7 is disposed in a portion of the covering member 8 that faces the semiconductor layer 4.
  • the arrangement of the third electrode 7 on the covering member 8 is not limited to the position immediately above the semiconductor layer 4, and may be an oblique upper side. Further, the covering member 8 is not limited to the upper surface portion as viewed from the semiconductor layer 4 and may be disposed on the side surface.
  • the broken lines p and q in the covering member 8 shown in FIG. 6A indicate the boundary between the covering member 8 and the internal space 9, and the internal space 9 is provided on the side of the substrate 1 between the broken lines p and q in FIG. 6A. It is done.
  • any one of a gas layer, a liquid layer, a solid layer, or a combination of these layers is provided in the internal space 9 between the first electrode 2, the second electrode 3, the semiconductor layer 4, and the third electrode 7, any one of a gas layer, a liquid layer, a solid layer, or a combination of these layers is provided. It may be present or a vacuum.
  • Examples of the material of the cover member 8 include inorganic materials such as silicon wafer, silicon rubber, glass, and alumina sintered body, polyimide, polyester, polycarbonate, polysulfone, polyethersulfone, polyethylene, polyphenylene sulfide, and polyparaxylene.
  • inorganic materials such as silicon wafer, silicon rubber, glass, and alumina sintered body, polyimide, polyester, polycarbonate, polysulfone, polyethersulfone, polyethylene, polyphenylene sulfide, and polyparaxylene.
  • organic material is mentioned.
  • the thickness of the semiconductor layer 4 is not particularly limited, but is preferably 1 nm or more and 100 nm or less. By being within this range, it is possible to sufficiently extract the change in electric characteristics due to the interaction between the target recognition molecule and the target substance as an electric signal.
  • the film thickness of the semiconductor layer 4 is more preferably 1 nm or more and 50 nm or less, and further preferably 1 nm or more and 20 nm or less.
  • the coating method includes a step of forming the semiconductor layer 4 by coating a semiconductor component.
  • Specific examples of the coating method include a spin coating method, a blade coating method, a slit die coating method, a screen printing method, a bar coater method, a mold method, a printing transfer method, a dip pulling method, and an ink jet method.
  • a preferable method can be selected according to the properties of the coating film to be obtained, such as control of coating thickness and orientation control.
  • the formed coating film may be annealed in the air, under reduced pressure, or in an inert gas atmosphere such as nitrogen (N 2 ) or argon (Ar).
  • the target recognition molecule used in the present invention is bonded or attached to a semiconductor component in the semiconductor layer 4.
  • bond when a target recognition molecule is bonded to a semiconductor component is a bond formed by two atoms sharing an electron pair and being energetically stabilized, a so-called “bond”. “Covalent bond”.
  • attachment when a target recognition molecule is attached to a semiconductor component means that different substances come into contact with each other and cannot be easily separated by intermolecular interaction. Such intermolecular interactions include hydrophobic interactions, ⁇ - ⁇ electron interactions, cation- ⁇ interactions, multiple electrostatic interactions, or multiple hydrogen bonds.
  • the target capturing body X is a protein or a nucleic acid, and recognizes and captures the shape of the target substance and the three-dimensional arrangement of the charged group.
  • the target capturing body X needs to have a certain size or more. From such a viewpoint, the molecular weight of the target capturing body X is 20000 or more.
  • the molecular weight of the target capturing body X is 200,000 or less.
  • proteins include immunoglobulins, receptors, enzymes, structural proteins, transport proteins, storage proteins, and motor proteins.
  • the protein is preferably an immunoglobulin, an immunoglobulin partial structure, and an enzyme because of its high target recognition ability and versatility, more preferably an immunoglobulin and an immunoglobulin partial structure, and further detection sensitivity.
  • the partial structure of immunoglobulin is particularly preferable.
  • a partial structure including an immunoglobulin target binding site is taken out.
  • the target substance is a substance that is detected by selective interaction with the target recognition molecule
  • the semiconductor layer 4 may be exposed to a solution in which the target recognition molecule is dissolved to immobilize the target recognition molecule on the sensitive part of the sensor.
  • the surface of the substrate 1 is preferably processed appropriately. Thereby, it can suppress that the said target recognition molecule adheres to other than a sensitive part, and a target recognition molecule is selectively fixed to a sensitive part. In this way, the target substance is suppressed from being captured by the target recognition molecule at a place other than the sensitive part, and can be selectively detected at the sensitive part, and the detection sensitivity can be improved.
  • linking group L In the first invention group, the immunoglobulin partial structure is bonded or attached to the semiconductor component via the linking group L 1 .
  • the target recognition molecule has the target capturing body X and the linking group L 2 described above.
  • the linking groups L 1 and / or L 2 in the target recognition molecule are the binding part or attachment part between the target recognition molecule and the semiconductor component, the immunoglobulin partial structure in the first invention group, or the second invention group. This is a group connecting the target capturing body X.
  • the length of the linking groups L 1 and / or L 2 is preferably long enough to allow the target recognition molecule to be anchored near the semiconductor component while ensuring mobility.
  • the mobility of the target recognition molecule is impaired, the original function of the target recognition molecule to capture the target substance is lost.
  • the linking group is too long, the distance between the target material and the semiconductor component when the target material is trapped by the target recognition molecule becomes too long.
  • the electric field generated by the charge of the target material is attenuated before reaching the semiconductor component, and a change in the current value in the semiconductor component caused by the trapping of the target material on the semiconductor layer 4 occurs. Get smaller. That is, the detection sensitivity is lowered.
  • the target capturing body X in particular, from the atom bonded to the semiconductor component or from the atom bonded to the group attached to the semiconductor component, the target capturing body X, in particular
  • the number N of atoms up to atoms bonded to atoms derived from the immunoglobulin partial structure is 5 or more and 30 or less.
  • the number N of atoms is more preferably 8 or more, and still more preferably 9 or more.
  • 16 or less is more preferable and 13 or less is further more preferable.
  • the mobility of the target capturing body X, particularly the immunoglobulin partial structure is sufficiently improved, and the target capturing body X can capture the target substance closer to the semiconductor component.
  • Such an effect is observed in a protein or nucleic acid having a molecular weight of 10,000 or more and generally called a high molecular weight substance, and particularly remarkable in a target capturing body having a molecular weight of 20,000 or more.
  • the linking group L 1 and / or L 2 contains a bond having a high affinity for water.
  • a bond include an ether bond, a thioether bond, an ester bond, an amide bond, a thioester bond, a dithioester bond, an acid anhydride bond, an imide bond, a urea bond, and a urethane bond.
  • the linking group L 1 and / or L 2 is selected from the group consisting of an ether bond, an ester bond, an amide bond, an imide bond, a urea bond, and a urethane bond. It preferably includes at least one of the structures, and particularly preferably includes at least one of the structures selected from the group consisting of an ether bond, an amide bond and an imide bond.
  • the linking group L 1 and / or L 2 preferably includes a five-membered ring structure.
  • a five-membered ring structure include the following structures.
  • the target recognition molecule contains the above-described linking group, it is possible to suppress deterioration of the sensor function when the sensor is stored for a long period of time. If a molecule having a large molecular weight, such as a protein or nucleic acid, is left for a long time in a state where it is immobilized by a short linking group, there is no escape point for thermal energy, so that the protein or nucleic acid is gradually denatured. As a result, the function of the sensor also deteriorates.
  • the linking group described above the mobility of the protein or nucleic acid is maintained, so that heat energy is released as the movement of the linking group, and the denaturation rate of the protein or nucleic acid is reduced.
  • examples of the group attached to the semiconductor component include an aromatic heterocyclic group and an aromatic hydrocarbon group described later. Further, for example, a group in which a plurality of aromatic hydrocarbon groups or aromatic heterocyclic groups are linked, such as a pyrenylphenyl group.
  • the hinge region of the immunoglobulin partial structure described above contains a sulfur atom, and this sulfur atom forms a bond with the above-described linking group L 1 .
  • the bond in the hinge region via this sulfur atom it is particularly preferable that the linking group L 1 described above and the hinge region of the immunoglobulin partial structure described above form a thioether bond.
  • the immunoglobulin partial structure in the first invention group or the target capture in the second invention group when an immunoglobulin partial structure is used as the target capture body X, the immunoglobulin partial structure in the first invention group or the target capture in the second invention group
  • the bond between the X body and the linking group L 1 and / or L 2 include a thioester bond, a dithioester bond, a sulfonate bond, a disulfide bond, or a thioether bond.
  • a disulfide bond or a thioether bond is preferable, and a thioether bond is particularly preferable. That is, the linking group preferably contains a thioether bond.
  • the target capturing body X is an immunoglobulin substructures, the immunoglobulin moiety structures form a bond with the linking group L 2 in the hinge region of the heavy chain It is preferable.
  • the binding site 13 for binding to the target molecule can be oriented so as to be in contact with the target substance.
  • the target recognition molecule has the following general formula ( The compound represented by 1) or a polymer compound having a structure represented by the general formula (2) as a repeating unit is preferable.
  • the number N of atoms ranges from an atom bonded to the semiconductor component or an atom bonded to a group attached to the semiconductor component to an atom bonded to an atom derived from the target trap X. , Counting along the shortest path.
  • counting the number of atoms from an atom bonded to a semiconductor component or an atom bonded to a group attached to the semiconductor component to an atom bonded to an atom derived from the target trap X When a ring structure is present in the shortest path, the number of atoms in the ring structure portion is counted along the shortest path in the ring.
  • the number of atoms N 1 and N 2 corresponds to the number of atoms N, and the counting method and preferred range thereof are the same as those of the number of atoms N.
  • the number of atoms N 1 and / or N 2 is particularly preferably 8 or more and 16 or less.
  • Ar 1 and X are connected as Ar 1 —C—C—C—C—C—C—C—C—C—X. Yes. Therefore, (here, the carbon atom adjacent to the Ar 1) atoms bonded to atoms derived from the Ar 1 from atoms bonded to atoms derived from X (here, the carbon atom next to the X) The number of atoms until is 8.
  • the following structural formula is an example of a target recognition molecule in which Ar 1 is pyrene. This molecule is believed to bind or adhere to the semiconductor component with multiple pyrene rings. In this case, as described above, the number of atoms from X to the bonding point or attachment point that can be reached in the shortest time is counted. That is, in the following structural formula, the number of atoms from the atom bonded to the atom derived from Ar 1 to the atom bonded to the atom derived from X is 2.
  • Linking group L 2 has a role of tether target capturing body X to the semiconductor component. Since the target capturing body X is generally highly water-soluble, it needs to be tethered by the linking group L 2 so that it does not diffuse into the solution.
  • the target capturing body X has Ar 1 or R 1 via a linking group L 2. It is preferably immobilized on Ar 2 .
  • a method is also known in which target recognition molecules are immobilized on an insulating layer 6 on a semiconductor layer 4, for example, a silicon dioxide (SiO 2 ) layer on a silicon (Si) semiconductor layer.
  • a semiconductor layer 4 for example, a silicon dioxide (SiO 2 ) layer on a silicon (Si) semiconductor layer.
  • SiO 2 silicon dioxide
  • Si silicon
  • Ar 1 and Ar 2 in the target recognition molecule can hydrophobically interact with the semiconductor component and adhere to the semiconductor component.
  • the semiconductor component is a nanocarbon material
  • a ⁇ - ⁇ electron interaction is added in addition to the hydrophobic interaction, so that it is particularly strong and can be adhered stably.
  • the ⁇ - ⁇ electron interaction in this case is presumed to be an interaction caused by the overlap of the ⁇ electron cloud of the aromatic heterocyclic group or aromatic hydrocarbon group and the ⁇ electron cloud of the nanocarbon material.
  • aromatic heterocyclic groups include furanyl, benzofuranyl, dibenzofuranyl, thiophenyl, benzothiophenyl, dibenzothiophenyl, isothiazolyl, thiadiazolyl, thiazolyl, pyridinyl, quinolinyl, pyrimidinyl Group, pyrazinyl group, triazinyl group, quinoxalinyl group, quinazolinyl group, indolyl group, porphyrinyl group and the like.
  • a thiophenyl group, an isothiazolyl group, a thiadiazolyl group, or a thiazolyl group is preferable, and a thiophenyl group or a thiadiazolyl group is particularly preferable from the viewpoint that the interaction with the semiconductor component is particularly strong and can be stably attached.
  • aromatic hydrocarbon groups include fluorenyl, phenanthrenyl, anthracenyl, pyrenyl, triphenyl, para-terphenyl, benzo [a] anthracenyl, fluoranthenyl, dibenzo [a, h] Anthracenyl group, dibenzo [a, h] pyrenyl group, 3,4-benzopyrenyl group, chrycenyl group, naphthacenyl group, pentacenyl group, naphtho [2,3-a] pyrenyl group, corannulenyl group, coronenyl group and the like can be mentioned.
  • a group based on a pyrenyl group, a triphenylenyl group or a fluoranthenyl group is more preferable, and a pyrenyl group is particularly preferable from the viewpoint that the interaction with the semiconductor component is particularly strong and can be stably attached.
  • Ar 1 , Ar 2 , and the linking group L 2 may further have a substituent.
  • substituents include an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkenyl group, a cycloalkenyl group, an alkynyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, an aryl ether group, an aryl thioether group, a halogen atom, a cyano group, and an amino group.
  • Ar 1 , Ar 2 , and the linking group L 2 may further have a substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic group or an aromatic hydrocarbon group, and a substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic group and You may have both of aromatic hydrocarbon groups.
  • the aromatic heterocyclic group or the aromatic hydrocarbon group has a substituent, the substituent is preferably selected from the group consisting of the above-described substituents.
  • Examples of the polymer compound having the structure represented by the general formula (2) as a repeating unit include polyphenylene and polyphenylene vinylene from the viewpoint of hydrophobic interaction with a semiconductor component in an aqueous solution and maintaining a stable bonding or adhesion state.
  • Polythiophene, polyfluorene, polythiadiazole and polybenzothiadiazole are preferred, and polythiophene, polyfluorene and polybenzothiadiazole are particularly preferred.
  • the target recognition molecule is a compound represented by the above general formula (1), and Ar 1 is a substituted or unsubstituted aromatic
  • the aromatic hydrocarbon group that is a hydrocarbon group and does not include a substituent preferably has 14 to 22 carbon atoms. More specifically, Ar 1 is particularly preferably a pyrenyl group.
  • k is an integer of 1 to 24, and m is an integer of 1 to 9.
  • Immunoglobulins are also commonly called antibodies.
  • the immunoglobulins that can be used in the present invention include any type, class, and subclass.
  • Such immunoglobulins include, for example, IgG, IgE, IgM, IgD, IgA, IgY, IgG1, IgG2, IgG3, IgG4, IgA1, IgA2, and the like.
  • IgG, IgE, and IgD that are present as monomers and are easy to handle are preferable, and IgG that is easily available is particularly preferable.
  • IgG may be derived from any animal. Examples include IgG derived from crocodiles, ducks, humans, monkeys, goats, rabbits, sheep, cows, horses, dogs, cats, pigs, rats, mice, dolphins and the like. Among these, goat, rabbit, sheep, and mouse-derived IgG are more preferable because of their high immune system and availability.
  • antibodies when describing antibodies, they are expressed in the order of derived animal and target substance. Specifically, for example, a goat-derived antibody that selectively interacts with human hemoglobin is referred to as “goat anti-human hemoglobin antibody”.
  • the IgG used in the present invention may bind to IgG from an animal different from the origin animal.
  • examples of such include goat anti-rabbit IgG antibody, rabbit anti-sheep IgG antibody, goat anti-mouse IgG antibody, mouse anti-goat IgG antibody, goat anti-human IgG antibody, rabbit anti-human IgG antibody, sheep anti-human IgG antibody, or mouse Examples include anti-human IgG antibodies.
  • IgA can be regarded as an IgG dimer
  • IgM can be regarded as an IgG pentamer
  • the immunoglobulin 10 is composed of two polypeptide chains called heavy chains 11 and two polypeptide chains called light chains 12 linked by disulfide bonds to form one large molecule. Forming.
  • immunoglobulin 10 has a region called Fab region 15 and a region called Fc region 16.
  • a binding site 13 for binding to the target molecule exists at the tip of the Fab region 15.
  • hinge region 14 is a flexible amino acid sequence that exists between the Fab region 15 and the Fc region 16. In the present specification, even when the heavy chains 11 are separated from each other so that they are no longer the hinge region 14, the region that has formed the hinge region 14 is referred to as a hinge region for convenience.
  • Fc region 16 When a proteolytic enzyme is allowed to act on the immunoglobulin 10, the Fc region 16 is decomposed and a partial structure consisting of the hinge region 14 and the Fab region 15 remains. This partial structure is called F (ab ′) 2 .
  • Pepsin is generally used for this degradation reaction, but other proteolytic enzymes can be used if the reaction conditions are fully examined.
  • a reducing agent having an appropriate reducing power When a reducing agent having an appropriate reducing power is allowed to act on F (ab ′) 2 , the disulfide bond connecting the heavy chains 11 is cleaved. As a result, as shown in FIG. 8A, a partial structure 17 composed of one light chain 12 and a portion included in Fab region 15 and hinge region 14 of one heavy chain 11 is generated. .
  • the partial structure 17 is called Fab ′.
  • the reducing agent alkylthiol, 2-mercaptoethylamine, or the like is used.
  • Fab ′ is allowed to act on a functional group capable of reacting with a mercapto group, a bond can be formed between Fab ′ and the functional group.
  • Fab ' is bonded or attached to the semiconductor component via a linking group, and this reaction can be used for this purpose.
  • the disulfide bond connecting heavy chains 11 is cleaved.
  • a partial structure 18 composed of one light chain 12 and one heavy chain 11 and having a mercapto group in the hinge region 14 is generated.
  • This partial structure 18 is referred to herein as “reduced immunoglobulin half-mer”.
  • the reduced immunoglobulin half-mer can also form a bond with the functional group by acting on the functional group capable of reacting with the mercapto group.
  • the method for obtaining the partial structure by processing the natural immunoglobulin 10 has been described, but the method for obtaining the partial structure of the immunoglobulin in the present invention is not limited thereto. Other methods may be used provided that substantially the same is obtained. Other methods include, for example, a method in which a vector encoding Fab ′ or a reduced immunoglobulin half-mer is introduced into E. coli and obtained.
  • the immunoglobulin 10 can be reduced in size by the above processing. As a result, the electric field generated by the charge of the target material can be effectively transmitted to the semiconductor layer 4 and the detection sensitivity is improved.
  • the starting material for the partial structure of immunoglobulin 10 may be either a monoclonal antibody or a polyclonal antibody. Monoclonal antibodies are preferred from the viewpoint of reducing characteristic variations between sensors. Even when a polyclonal antibody is used as a starting material, a specific antibody can be obtained by a so-called absorption method including a step of binding an antibody to an affinity column to which a purified polypeptide is bound.
  • a chimeric antibody eg, a human antibody having a variable region of a mouse monoclonal antibody
  • a humanized antibody eg, a human antibody having a complementarity determining region of a mouse monoclonal antibody
  • transduced the mutation into a part of immunoglobulin intentionally using the well-known genetic engineering method and protein engineering method may be sufficient.
  • the molecular weight of the immunoglobulin partial structure used also affects the performance of the sensor. As the molecular weight of the partial structure is smaller, there are advantages that the target material can be captured in the vicinity of the semiconductor layer 4 and that a larger number of partial structures can be introduced into the semiconductor layer 4. On the other hand, the ability to preserve the three-dimensional structure of the original immunoglobulin as much as possible maintains the ability to bind to the target substance. From the balance between these two effects, the molecular weight of the immunoglobulin partial structure used as the target capturing body X is preferably 20000 or more, more preferably 30000 or more, and particularly preferably 35000 or more. The molecular weight of the immunoglobulin partial structure is preferably 120,000 or less, more preferably 100,000 or less, and particularly preferably 58,000 or less.
  • the molecular weight of the immunoglobulin partial structure in the present invention is a value determined by analyzing a sample by matrix-assisted laser desorption / ionization-time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOFMS).
  • semiconductor component examples include a single semiconductor, a compound semiconductor, an organic semiconductor, and a nanocarbon material.
  • Group IV elements such as silicon and germanium are used as the single semiconductor.
  • silicon examples include amorphous silicon, polysilicon (polycrystalline silicon), single crystal silicon, and the like.
  • silicon semiconductor When a silicon semiconductor is used, it may be used in the form of a plate or in the form of silicon nanowires.
  • the silicon nanowire is a fibrous silicon semiconductor having a diameter of 1 nm or more and 999 nm or less. The smaller the diameter, the more sensitive the environment, so the sensitivity is better. Therefore, when silicon nanowires are used, those having a diameter of 1 nm to 100 nm are preferable.
  • Examples of methods for producing silicon nanowires include a solid phase method, a liquid phase method, a vapor phase method, a chemical vapor deposition method (CVD method), a VLS (Vapor-Liquid-Solid) method, and a method by etching a substrate.
  • CVD method chemical vapor deposition method
  • VLS Vapor-Liquid-Solid
  • Compound semiconductors can be further classified into Group II-VI semiconductors, Group III-V semiconductors, Group IV compound semiconductors, Group I-III-VI semiconductors, Group II-IV-V semiconductors, and the like.
  • Examples of the II-VI group semiconductor include ZnSe, CdS, and ZnO.
  • Examples of group III-V semiconductors include GaAs, InP, and GaN.
  • Examples of the group IV compound semiconductor include SiC and SiGe.
  • Examples of the I-III-VI group semiconductor include CuInSe 2 and AgGaTe 2 .
  • Examples of the II-IV-V semiconductor include ZnSiAs 2 and CdGeAs 2 .
  • organic semiconductors include polycyclic aromatic hydrocarbons such as pentacene, anthracene, rubrene, perylene, coronene, and phthalocyanine, and polymers such as polythiophene, polyparaphenylene vinylene, polyacetylene, polypyrrole, and polyaniline.
  • polycyclic aromatic hydrocarbons such as pentacene, anthracene, rubrene, perylene, coronene, and phthalocyanine
  • polymers such as polythiophene, polyparaphenylene vinylene, polyacetylene, polypyrrole, and polyaniline.
  • Nanocarbon materials include fullerene, CNT, graphene, carbon nanohorn, etc., which will be described below.
  • nanocarbon materials may be used in combination.
  • An example is a peapod in which fullerene is encapsulated inside a CNT.
  • Fullerene is a compound having a polyhedral structure in which carbon atoms are bonded by an interaction between sp 2 hybrid orbitals.
  • the polyhedron is composed of a five-membered ring and a six-membered ring. Examples of the carbon number constituting the polyhedron include 60, 70, 74, 76, and 78.
  • the fullerene may be used as one molecule, or may be used in the form of fullerene nanowhiskers in which a plurality of fullerene molecules are aggregated or fullerene nanofibers in which fullerene nanowhiskers form a hollow structure.
  • the graphene used in the present invention preferably has a carbon layer of 10 atomic layers or less, more preferably 3 atomic layers or less, and particularly preferably a monoatomic layer.
  • CNT a single-layer CNT in which one carbon film (graphene sheet) is wound in a cylindrical shape, a two-layer CNT in which two graphene sheets are wound in a concentric shape, and a plurality of graphene sheets are concentric in shape And multi-walled CNT wound around.
  • any of these may be used, but single-walled CNTs are preferably used in order to obtain high semiconductor characteristics.
  • CNT can be obtained by an arc discharge method, a chemical vapor deposition method (CVD method), a laser ablation method, or the like.
  • the CNT contains 80% by weight or more of semiconductor-type CNT. More preferably, it contains 95% by weight or more of semiconductor-type CNT.
  • a known method can be used as a method for obtaining CNT having a semiconductor type of 80% by weight or more. For example, a method of ultracentrifugation in the presence of a density gradient agent, a method of selectively attaching a specific compound to the surface of a semiconductor-type or metal-type CNT, and separating using a difference in solubility, a difference in electrical properties And a method of separation by electrophoresis or the like.
  • the content of the semiconductor CNT in the present invention is a value calculated from the ratio between the peak area of the metal CNT and the peak area of the semiconductor CNT in the Raman spectrum.
  • CNTs have a distribution in length and may contain CNTs longer than the distance between the electrodes. Therefore, it is preferable to add a step of making the CNTs shorter than the distance between the electrodes. For example, a method of cutting into short fibers by acid treatment with nitric acid, sulfuric acid or the like, ultrasonic treatment, or freeze pulverization is effective. Further, it is more preferable to use separation by a filter in view of improving purity.
  • the diameter of the CNT is not particularly limited, but is preferably 1 nm or more and 100 nm or less, more preferably 1 nm or more and 50 nm or less.
  • a step of uniformly dispersing CNT in a solvent and filtering the dispersion with a filter By obtaining CNT smaller than the filter pore diameter from the filtrate, CNT shorter than the distance between the electrodes can be obtained efficiently.
  • a membrane filter is preferably used as the filter.
  • the pore diameter of the filter used for the filtration may be smaller than the channel length, and is preferably 0.5 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • Other methods for shortening the length of CNT include acid treatment, freeze pulverization treatment, and the like.
  • the semiconductor component is preferably at least one selected from the group consisting of fullerene, CNT, graphene, and carbon nanohorn, from the viewpoint of high mobility and large specific surface area.
  • CNT is particularly preferable from the viewpoint of production tact.
  • the semiconductor component in the semiconductor layer 4 may be covered with an extremely thin film whose surface does not exhibit semiconductor characteristics. This is because when the semiconductor component is directly exposed to the solution, an unexpected change in electrical characteristics may occur.
  • a conjugated organic compound may be attached on an extremely thin film covering the semiconductor component.
  • the thickness of the film covering the semiconductor component is preferably a film thickness that does not hinder the electrical detection when the semiconductor element of the present invention is used as a sensor. Specifically, 300 nm or less is preferable, 200 nm or less is more preferable, and 100 nm or less is particularly preferable.
  • a dispersant When a nanocarbon material composite is used as the semiconductor component, it is preferable to attach a dispersant to at least a part of the surface of the nanocarbon material. Thereby, it becomes possible to disperse
  • a uniformly dispersed nanocarbon material film can be formed from a solution in which the nanocarbon material is uniformly dispersed by a coating method. Thereby, a high semiconductor characteristic is realizable.
  • the method for attaching the dispersant to the nanocarbon material is as follows: (I) a method in which the nanocarbon material is added and mixed in the molten dispersant, and (II) the dispersant is dissolved in a solvent, and the nanocarbon material is dissolved therein. (III) A method in which the nanocarbon material is predispersed in advance with ultrasonic waves and the like, and a dispersant is added and mixed therewith. (IV) The dispersant and the nanocarbon material are mixed in the solvent. And mixing the mixture system by irradiating ultrasonic waves. In the present invention, any method may be used, and any method may be combined.
  • the dispersant is not particularly limited. Specifically, celluloses such as polyvinyl alcohol and carboxymethyl cellulose, polyalkylene glycols such as polyethylene glycol, acrylic resins such as polyhydroxymethyl methacrylate, Examples thereof include conjugated polymers such as -3-hexylthiophene, polycyclic aromatic compounds such as anthracene derivatives and pyrene derivatives, and long-chain alkyl organic salts such as sodium dodecyl sulfate and sodium cholate. From the viewpoint of interaction with the nanocarbon material, those having a hydrophobic group such as an alkyl group or an aromatic hydrocarbon group or those having a conjugated structure are preferred, and a conjugated polymer is particularly preferred. If it is a conjugated polymer, the effect of uniformly dispersing the nanocarbon material in the solution without impairing the high electrical properties possessed by the nanocarbon material and the effect of high semiconductor properties are further improved.
  • the conjugated polymer is preferably attached to at least a part of the semiconductor component.
  • “attachment” means the same phenomenon as the case where the target recognition molecule adheres to the semiconductor layer 4.
  • the conjugated polymer is a polymer in which a conjugated system of multiple bonds between atoms is connected in a monomer unit or in a monomer unit and between adjacent monomer units.
  • the conjugated polymer prevents an unexpected change in electrical characteristics from directly contacting the sample solution with the semiconductor component, and also plays a role of assisting the electron transfer of the semiconductor component by the conjugated system.
  • conjugated polymer examples include a polythiophene polymer, a polypyrrole polymer, a polyaniline polymer, a polyacetylene polymer, a poly-p-phenylene polymer, and a poly-p-phenylene vinylene polymer.
  • a polythiophene polymer examples include a polythiophene polymer, a polypyrrole polymer, a polyaniline polymer, a polyacetylene polymer, a poly-p-phenylene polymer, and a poly-p-phenylene vinylene polymer.
  • a conjugated polymer in which a heterocyclic ring containing a sulfur atom is present in a repeating unit is preferable from the viewpoint of a large conjugated electron orbital and a large interaction with a semiconductor component.
  • thiophene-based polymers, thiadiazole-based polymers, and benzothiadiazole-based polymers that have strong adhesion to semiconductor components and have a high electron conduction assist effect are particularly preferable.
  • the preferred molecular weight of the conjugated polymer is 800 to 100,000 in terms of number average molecular weight.
  • the polymer mentioned above does not necessarily need to be high molecular weight, and the oligomer which consists of a linear conjugated system may be sufficient.
  • the side chain refers to a molecular chain containing at least one carbon atom connected by substitution with an atom constituting the main chain of the conjugated polymer.
  • a functional group in a side chain means including the functional group mentioned above in the terminal of a side chain, or containing the functional group branched from a side chain and mentioned above.
  • a chain is a chain in which two or more atoms are connected in series. At this time, one of the atoms included in the functional group described above can be included in the atoms constituting the molecular chain.
  • a group represented by CH 2 —COOH is linked to the main chain, this is a side chain containing a carboxy group.
  • This side chain preferably contains an alkylene group in at least a part of the molecular chain. Moreover, it is preferable that the side chain of a conjugated polymer contains the functional group mentioned above through the alkylene group.
  • the alkylene group may be directly bonded to an atom constituting the conjugated polymer that is the main chain, or may be bonded via an ether bond, an ester bond, or the like.
  • alkylene group examples include 2 groups such as a methylene group, an ethylene group, an n-propylene group, an isopropylene group, an n-butylene group, a sec-butylene group, a tert-butylene group, a cyclopropylene group, a cyclohexylene group, and a norbornylene group.
  • the alkylene group may or may not have a substituent.
  • the additional substituent is not particularly limited, and examples thereof include an alkyl group and an alkoxy group such as a methoxy group and an ethoxy group.
  • carbon number of an alkylene group is not specifically limited, 1 or more and 20 or less are preferable from the point of availability or cost, More preferably, it is 1 or more and 8 or less.
  • conjugated polymer having the above-described structure examples include the following structures.
  • n in each structure shows the number of repetitions, and is the range of 2 or more and 1000 or less.
  • the conjugated polymer may be a single polymer of each structure or a copolymer.
  • the copolymer of each structure and the structure which does not have a side chain may be sufficient.
  • the conjugated polymer used in the present invention can be synthesized by a known method.
  • a method of coupling thiophene and a thiophene derivative into which an alkyl group having a carboxy group at the terminal is introduced may be mentioned.
  • Specific examples thereof include a method of coupling a halogenated thiophene derivative and thiophene boronic acid or a thiophene boronic acid ester under a palladium catalyst, a halogenated thiophene derivative and a thiophene Grignard reagent under a nickel or palladium catalyst. And the like.
  • a polythiophene polymer into which an alkyl chain having a carboxy group at the end as a side chain is introduced can be obtained.
  • a monomer unit can be obtained by coupling a conjugated unit other than thiophene and thiophene by the same method. It is possible to obtain a conjugated polymer containing a conjugated unit other than thiophene by introducing a polymerizable substituent at the end of the monomer unit thus obtained and allowing the polymerization to proceed under a palladium catalyst or a nickel catalyst. it can.
  • the method for example, silica gel column chromatography method, Soxhlet extraction method, filtration method, ion exchange method, chelate method and the like can be used. Two or more of these methods may be combined.
  • the semiconductor component may be treated with a reagent (referred to as “protective agent”) for preventing the proximity and adhesion of substances other than the target substance. Thereby, the target material can be detected more selectively.
  • the protective agent may be physically attached to the semiconductor component or may be introduced through a bond somewhere in the semiconductor component.
  • a method for adhering a protective agent to a semiconductor component As a method for adhering a protective agent to a semiconductor component, (I) a method in which a semiconductor component is preliminarily dispersed with ultrasonic waves or the like, and a protective agent is added thereto and mixed; (II) a protective agent and a semiconductor in a solvent; Method of putting components and irradiating this mixed system with ultrasonic waves, (III) Method of immersing semiconductor component coated on substrate 1 in molten protective agent, (IV) Dissolving protective agent in solvent And a method of immersing the semiconductor component coated on the substrate 1 in this.
  • any method may be used, and any method may be combined. From the viewpoint of detection sensitivity, a method of attaching a protective agent to a semiconductor component using a solid-liquid reaction such as (III) or (IV) is preferable.
  • the conjugated polymer and the protective agent may be the same compound or different compounds, but are preferably different compounds from the viewpoint of detection sensitivity.
  • protective agents include proteins such as bovine serum albumin, casein, skim milk, polysaccharides such as amylose, cellulose, dextran, carboxymethylcellulose, polyalkylene glycols such as polyethylene glycol, low molecular organics such as ethanolamine and mercaptoethanol.
  • synthetic polymers such as compounds, polyvinyl alcohol, polyoxyethylene polyoxytetramethylene monomethacrylate, and poly (2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine).
  • the order of the step of attaching the conjugated polymer to the semiconductor component and the step of modifying the semiconductor component with the protective agent is not particularly limited, but the modification with the protective agent is performed after the conjugated polymer is attached. The order in which they are performed is preferred.
  • the target substance in the semiconductor sensor according to the embodiment of the present invention is not particularly limited.
  • saccharides such as sugars and polysaccharides, low molecular compounds, inorganic substances and complexes thereof, viruses, bacteria, cells, living tissues, and substances constituting these.
  • a low molecular compound can also be detected by the semiconductor sensor according to the embodiment of the present invention.
  • solid compounds such as a gaseous compound emitted from a biological body at normal temperature and normal pressure, such as ammonia and methane, and uric acid are mentioned.
  • the semiconductor sensor according to the embodiment of the present invention uses a protein or a nucleic acid as the target capturing body X, it is compatible with a substance derived from a living body. Therefore, the semiconductor sensor according to the embodiment of the present invention is preferably a semiconductor sensor whose target is a biological material. Here, viruses are also treated as biologically derived substances.
  • the target capturing body X / target substance combination includes, for example, T-PSA-mAb (monoclonal antibody for prostate specific antigen) / PSA (prostate specific antigen), anti-hCG- mAb (anti-human chorionic gonadotropin antibody) / hCG (human chorionic gonadotropin), anti-AFP polyclonal antibody (human tissue immunostaining antibody) / ⁇ -fetoprotein, anti-troponin T (anti-troponin T antibody) / troponin T, anti- CK-MB (anti-creatinine kinase MB antibody) / CK-MB (creatinine kinase MB), anti-PIVKA-II (anti-protein induced by vitamin K absence or antagonist (PIVKA) II antibody) / PIVKA-II, anti-CA15-3 (breast cancer C tumor marker) antibody / CA15-3, anti-CEA (anti-
  • the semiconductor sensor according to the embodiment of the present invention can be used for various sensors such as a gas sensor, an ion sensor, a myocardial marker sensor, a tumor marker sensor, a hemoglobin sensor, and a glycated hemoglobin sensor.
  • the target substances that are unlikely to cause measurement errors over a wide concentration range are hemoglobin and glycated hemoglobin, and it is particularly preferable to use a semiconductor sensor that detects them. That is, the target capturing body X is preferably an immunoglobulin partial structure that selectively interacts with at least one of hemoglobin or glycated hemoglobin.
  • a composite sensor may be configured including the semiconductor sensor and a sensor for detecting glucose.
  • the glycated hemoglobin that is one of the target substances is particularly preferably hemoglobin A1c (hereinafter abbreviated as HbA1c).
  • HbA1c hemoglobin A1c
  • Diabetes pathology can be effectively monitored by a sensor that measures the concentration of a plurality of substances that are indicators of diabetes, such as glucose and HbA1c, in a biological fluid.
  • the semiconductor sensor according to the embodiment of the present invention can be used for the purpose of detecting a substance in a biological fluid.
  • a biological fluid is a liquid that an organism has in the body of the organism in some form. Any fluid collected from the organism, such as blood, tissue fluid, body fluid, digestive fluid, urine, saliva, sweat, tears, runny nose, semen, lymph fluid, vaginal fluid, amniotic fluid, milk, spinal fluid, synovial fluid, and cell suspension A turbid liquid etc. can be used as it is. Moreover, the sample which crushed or removed the cell component etc. previously from the biological sample may be sufficient.
  • blood, saliva, sweat, tears, urine, and the like are preferable as samples for use in the semiconductor sensor according to the embodiment of the present invention, and blood is more preferable because it contains a lot of biological information.
  • the first electrode 2 and the second electrode 3 are formed on the substrate 1.
  • the forming method include known methods such as metal deposition, spin coating method, blade coating method, slit die coating method, screen printing method, bar coater method, mold method, print transfer method, immersion pulling method, or ink jet method. It is done.
  • a pattern may be directly formed using a mask or the like. It is also possible to pattern the electrodes by applying a resist on the substrate 1, exposing and developing the resist film into a desired pattern, and then etching.
  • a method for bonding or adhering a target recognition molecule precursor to a semiconductor component a method of depositing a target recognition molecule precursor in a vacuum, or a layer containing a semiconductor component in a solution in which the target recognition molecule precursor is dissolved.
  • a method of causing the target trapping body X to collide with a layer containing a semiconductor component in a vacuum to cause a reaction, and a layer including a semiconductor component examples include a method of immersing in a solution in which the target capturing body X is dissolved, and a method in which a solution in which the target capturing body X is dissolved is applied to a layer containing a semiconductor component.
  • a bond is formed between the target recognition molecule precursor and the target capturing body X to obtain a target recognition molecule using a specific example.
  • a substrate in which CNT is disposed as a semiconductor component between two electrodes is manufactured.
  • a precursor of a target recognition molecule having a pyrenyl group and a maleimide group is dissolved in an organic solvent such as acetonitrile.
  • the substrate prepared as described above is immersed in the solution.
  • the precursor of the target recognition molecule adheres on the CNT 19 by the ⁇ - ⁇ electron interaction between the CNT 19 and the pyrene ring.
  • L ′ in the figure is a structure in which the maleimide group portion is excluded from the structure that becomes the linking group L after the reaction.
  • the substrate on which the precursor of the target recognition molecule is immobilized on the CNT 19 is then immersed in an aqueous solution in which Fab ′, which is a partial structure 20 of immunoglobulin, is dissolved as the target capturing body X. Then, the sulfur atom 21 in the Fab ′ hinge region reacts with the maleimide group of the precursor of the target recognition molecule to form a bond, thereby obtaining the target recognition molecule. That is, as a result of this reaction, as shown in FIG. 9B, the target recognition molecule is immobilized on the CNT 19.
  • the placement of the semiconductor component on the substrate 1 and the immobilization of the target recognition molecule may be performed separately or collectively.
  • a method of forming a semiconductor layer using a semiconductor component to which a target recognition molecule is bonded or attached in advance can be used.
  • the semiconductor sensor manufacturing method according to the second embodiment includes a step of first forming the third electrode 5 and the insulating layer 6 on the substrate 1 as compared with the semiconductor sensor manufacturing method according to the first embodiment. It has been added.
  • o-DCB ortho-dichlorobenzene
  • PBS phosphate buffered saline
  • BSA bovine serum albumin
  • EDTA ethylenediaminetetraacetic acid
  • P3HT poly-3-hexylthiophene
  • DMF dimethylformamide
  • HRG histidine rich glycoprotein
  • NMP N-methylpyrrolidone
  • EDC ethyl (dimethylaminopropyl) carbodiimide NHS: N-hydroxysuccinimide
  • PBSE pyrenebutyric acid succinimide ester.
  • a semiconductor component solution A for forming a semiconductor layer was prepared.
  • the above-mentioned CNT dispersion A was filtered using a membrane filter (pore size: 10 ⁇ m, diameter: 25 mm, Omnipore membrane manufactured by Millipore) to remove a CNT composite having a length of 10 ⁇ m or more.
  • 21 mL of o-DCB was added to 5 mL of the obtained filtrate to obtain a semiconductor component solution A (CNT complex concentration 0.01 g / L with respect to the solvent).
  • mouse anti-human HbA1c antibody manufactured by BBI Solutions
  • 40 ⁇ L of mouse anti-human HbA1c antibody manufactured by BBI Solutions
  • 269 ⁇ L of 0.1 M sodium citrate buffer (pH 3.5) to give 1 mg / mL.
  • 3 ⁇ L of pepsin solution was added to 300 ⁇ L of the obtained solution, and left at 37 ° C. for 1 hour. Thereafter, 100 ⁇ L of 1M trishydroxymethylaminomethane-hydrochloric acid buffer (pH 8.0) was added and neutralized to stop the reaction.
  • 1M trishydroxymethylaminomethane-hydrochloric acid buffer pH 8.0
  • the electrophoresis buffer was a protein migration buffer (trade name, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.).
  • the current passed through the electrophoresis tank using the power supply device was a constant voltage of 20 mA, and electrophoresis was performed for 70 minutes.
  • Quick CBB Plus trade name, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.
  • the buffer solution of 300 ⁇ L of the F (ab ′) 2 solution was replaced with a 0.1 M sodium phosphate buffer solution containing 5 mM EDTA. Thereafter, the F (ab ′) 2 solution was concentrated using Amicon Ultra 0.5, 10K (trade name, manufactured by Merck Millipore). It was 2.0 mg / mL when the density
  • 2-Aminoethanethiol hydrochloride (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was dissolved in 0.1 M sodium phosphate buffer containing 5 mM EDTA to a concentration of 0.1 M, and 10 ⁇ L of the prepared solution was added to the F (ab ') Two solutions were added to 100 ⁇ L. It was set as Fab 'by leaving still at 37 degreeC for 90 minute (s), and advancing a reduction reaction. The obtained solution was passed through a PD MiniTrap G-25 column using a 0.1 M sodium phosphate buffer containing 5 mM EDTA as an eluent to remove low molecular components.
  • a semiconductor element was prepared for use in the semiconductor sensor according to the third embodiment.
  • Gold was vacuum-deposited on a glass substrate 1 (thickness 0.7 mm) so as to have a film thickness of 50 nm.
  • a photoresist (trade name “LC100-10cP”, manufactured by Rohm and Haas) was spin-coated thereon (1000 rpm ⁇ 20 seconds) and dried by heating at 100 ° C. for 10 minutes.
  • the produced photoresist film was subjected to pattern exposure through a mask using a parallel light mask aligner (manufactured by Canon, PLA-501F). Thereafter, using an automatic developing apparatus (manufactured by Takizawa Sangyo Co., Ltd., AD-2000), shower development is performed for 70 seconds by ELM-D (trade name, manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Company), which is a 2.38 wt% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution. And then washed with water for 30 seconds. Thereafter, etching was performed for 5 minutes with AURUM-302 (trade name, manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.), and then washed with water for 30 seconds.
  • ELM-D trade name, manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Company
  • the resist was peeled off by immersion in AZ remover 100 (trade name, manufactured by AZ Electronic Materials) for 5 minutes, and washed with water for 30 seconds. Then, the 1st electrode 2, the 2nd electrode 3, and the 3rd electrode 7 which consist of gold
  • AZ remover 100 trade name, manufactured by AZ Electronic Materials
  • each of the first electrode 2 and the second electrode 3 was 300 ⁇ m, and the distance (channel length) between the first electrode 2 and the second electrode 3 was 20 ⁇ m.
  • the third electrode 7 was arranged in parallel with the second electrode 3, and the distance between the third electrode 7 and the second electrode 3 was 5 mm.
  • the semiconductor component solution A prepared by the method described in (1) described above is dropped using an inkjet apparatus (manufactured by Cluster Technology).
  • the semiconductor layer 4 was formed, and heat treatment was performed at 150 ° C. for 30 minutes under a nitrogen stream on a hot plate to obtain a semiconductor element A.
  • a voltage (Vsd) characteristic between 3 and 3 was measured. The measurement was performed using a semiconductor characteristic evaluation system 4200-SCS type (manufactured by Keithley Instruments) under 100 ⁇ L of 0.01 M PBS (pH 7.4, manufactured by Sigma-Aldrich) (room temperature at measurement: 25 ° C., humidity: 45). %).
  • Vg was changed from 0 to ⁇ 1 V
  • the minimum value of the drain current Id was 5 ⁇ 10 ⁇ 11 A
  • the maximum value was 2 ⁇ 10 ⁇ 7 A.
  • the on / off ratio which is the ratio of the maximum value of Id to the minimum value of Id, was 4 ⁇ 10 3 .
  • the Fab ′ solution of the mouse anti-human HbA1c antibody prepared in (2) was diluted with PBS so as to be 0.10 mg / mL, and the semiconductor layer 4 was added to the diluted Fab ′ solution at 18 ° C. at 18 ° C. Soaked in time.
  • the mercapto group in the hinge region of Fab ′ reacts with the maleimide group of the precursor [A] of the target recognition molecule, and Fab ′ is immobilized on the semiconductor layer 4.
  • a semiconductor layer 4 having a CNT complex to which target recognition molecules having Fab ′ of a mouse anti-human HbA1c antibody having a molecular weight of 48550 as a target capturing body X was attached was obtained.
  • Table 1 and Table 2 show the fabrication conditions and measurement results of the semiconductor sensor for quantitatively evaluating the performance as a semiconductor sensor.
  • Table 1 shows examples as specific examples of the above-described embodiment, and Table 2 shows comparative examples and reference examples for comparison with the examples.
  • Id before addition of the sample solution and Id after addition of the sample solution are read to calculate the absolute value of the current value change rate [%] to obtain the signal intensity. That is, the calculation formula of the signal intensity [%] is as follows.
  • Example 2 (1) Preparation of semiconductor component solution B 1.5 mg of CNT (manufactured by CNI, single-walled CNT, containing 95% by weight of semiconducting CNT) and 1.5 mg of P3HT are added to 15 mL of chloroform, and cooled with ice. While using an ultrasonic homogenizer (VCX-500, manufactured by Tokyo Rika Kikai Co., Ltd.), the mixture was ultrasonically stirred for 30 minutes at an output of 250 W, and CNT composite dispersion B (CNT composite concentration 0.1 g / L with respect to the solvent) was added. Obtained.
  • CNT composite dispersion B CNT composite concentration 0.1 g / L with respect to the solvent
  • a semiconductor component solution B for forming the semiconductor layer 4 was prepared.
  • the above-mentioned CNT dispersion B was filtered using a membrane filter (pore size 10 ⁇ m, diameter 25 mm, Omnipore membrane manufactured by Millipore) to remove a CNT composite having a length of 10 ⁇ m or more.
  • 45 mL of o-DCB was added to 5 mL of the obtained filtrate to obtain a semiconductor component solution B (CNT complex concentration 0.01 g / L with respect to the solvent).
  • the first electrode was formed by the same method as in Example 1 (3) except that the semiconductor component solution B prepared in (1) was used instead of using the semiconductor component solution A. 2, the 2nd electrode 3, the 3rd electrode 7, and the semiconductor layer 4 were formed, and the semiconductor element B was obtained.
  • the on / off ratio when Vg was changed from 0 to ⁇ 1 V was 6 ⁇ 10 3 .
  • the number of atoms from the atom to the atom bonded to the atom derived from Fab ′ of the mouse anti-human HbA1c antibody that is the target capturing body is 8. Furthermore, surface protection by BSA was performed in the same manner as in Example 1 (5) to obtain a semiconductor sensor.
  • Example 1 (6) Evaluation as a semiconductor sensor was performed by the same method as in Example 1 (6).
  • the current Id at the start of measurement was 4.10 ⁇ A, and the current value increased by 0.81 ⁇ A only when human HbA1c was added. From this, it was confirmed that this semiconductor sensor selectively detects human HbA1c.
  • the signal intensity was 19.8%.
  • Example 3 (1) Synthesis of precursor [C] of target recognition molecule 1-aminopyrene (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) 54.83 mg and N-succinimidyl maleimide acetate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) 63.54 mg It melt
  • JMS-Q1000TD manufactured by JEOL Ltd. JMS-Q1000TD manufactured by JEOL
  • the number of atoms from the atom to the atom bonded to the atom derived from Fab ′ of the mouse anti-human HbA1c antibody that is the target capturing body is 6. Furthermore, surface protection by BSA was performed in the same manner as in Example 1 (5) to obtain a semiconductor sensor.
  • Example 4 Production of mouse anti-human HRG Fab ′ A mouse anti-human HRG Fab ′ solution is obtained by carrying out the same treatment as in Example 1 (2) on mouse anti-human HRG antibody (USCN). It was. It was 0.32 mg / mL when the density
  • Electrophoresis was performed on 10 ⁇ L of the resulting solution by the same method as performed on F (ab ′) 2 in Example 1 (2). Further, after staining the gel and mouse anti-human HRG Fab ′ with Quick CBB Plus (trade name, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), the gel was decolorized with pure water, and the band and molecular weight marker of the mouse anti-human HRG Fab ′ that appeared. And compared. As a result, the mouse anti-human HRG Fab ′ band was present in the region between the molecular weight marker 37000 and 50000 bands. Moreover, it was confirmed that there was no problem such as smiley in electrophoresis.
  • Quick CBB Plus trade name, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.
  • Example 2 (2) Manufacture of a semiconductor sensor
  • the semiconductor element B manufactured in Example 2 (2) is subjected to the same method as in Example 1 (5), with the target recognition molecule precursor [A] being a CNT composite that is a semiconductor component. Attached to the body.
  • Fab ′ was immobilized on the semiconductor layer by the same method as in Example 1 (5) except that anti-human HRG Fab ′ was used instead of anti-human HbA1c Fab ′.
  • surface protection by BSA was performed in the same manner as in Example 1 (5) to obtain a semiconductor sensor.
  • Example 5 (1) Production of Semiconductor Sensor An electrode was formed by the same method as in Example 1 (3) except that the third electrode 7 was not formed. Further, a semiconductor layer was formed by the same method as in Example 1 (3) except that the semiconductor component solution B prepared in Example 2 (1) was used instead of using the semiconductor component solution A. Next, the target recognition molecule precursor [A] is attached to the CNT complex as the semiconductor component by the same method as in Example 1 (5). Further, by the same method as in Example 1 (5), Mouse anti-human HbA1c Fab ′ was immobilized on the semiconductor layer. Furthermore, surface protection by BSA was performed in the same manner as in Example 1 (5) to obtain a semiconductor sensor.
  • Example 6 (1) Synthesis of Conjugated Polymer [B] 10 mg of poly [3- (5-carboxypentyl) thiophene-2,5-diyl] (Rieke Metals Inc.) adjusted to pH 4.5 with 10 mM acetate buffer Dissolved in 10 mL (manufactured by GE Healthcare). Thereto, 1 mL of a 75 mg / mL EDC (manufactured by GE Healthcare) aqueous solution and 1 mL of an 11.5 mg / mL NHS (manufactured by GE Healthcare) aqueous solution were added and stirred at room temperature for 1 hour.
  • EDC manufactured by GE Healthcare
  • 11.5 mg / mL NHS manufactured by GE Healthcare
  • the first electrode was prepared in the same manner as in Example 1 (3) except that the semiconductor component solution C prepared in (1) was used instead of using the semiconductor component solution A. 2, the 2nd electrode 3, the 3rd electrode 7, and the semiconductor layer 4 were formed, and the semiconductor element C was obtained.
  • the on / off ratio when the gate voltage Vg of the third electrode 7 was changed from 0 to ⁇ 1 V was 5 ⁇ 10 3 .
  • the linking group L is derived from the Fab ′ of the mouse anti-human HbA1c antibody, which is the target capturing body, from the atom bonded to the atom derived from Ar 2.
  • the number of atoms up to the atom bonded to the atom is 12.
  • surface protection by BSA was performed in the same manner as in Example 1 (5) to obtain a semiconductor sensor.
  • Example 1 (6) Evaluation as a semiconductor sensor was performed in the same manner as in Example 1 (6).
  • the current Id at the start of measurement was 3.60 ⁇ A, and the current value increased by 0.53 ⁇ A only when human HbA1c was added. From this, it was confirmed that this semiconductor sensor selectively detects human HbA1c.
  • the signal intensity was 14.7%.
  • Example 1 (3) Formation of electrode and semiconductor layer Example 1 (3), except that 2 ⁇ L of the semiconductor component solution D was dropped onto the channel portion using a pipetman instead of dropping the semiconductor component solution A using an inkjet device. An electrode and a semiconductor layer were formed by the same method as described above to obtain a semiconductor element D. Under the same conditions as in Example 1 (3), the current (Id) between the first electrode 2 and the second electrode 3 when the voltage (Vg) of the third electrode 7 of the semiconductor element D is changed—the second A voltage (Vsd) characteristic between the first electrode 2 and the second electrode 3 was measured. The on / off ratio was 1 ⁇ 10 3 when Vg was changed from 0 to ⁇ 1V.
  • Example 3 (3) Production of Semiconductor Sensor A target recognition molecule precursor [A] was attached to CNT, which is a semiconductor component, on the semiconductor element D by the same method as in Example 1 (5). Furthermore, anti-human HbA1c Fab ′ was immobilized on the semiconductor layer by the same method as in Example 1 (5). Furthermore, surface protection by BSA was performed in the same manner as in Example 1 (5) to obtain a semiconductor sensor.
  • Example 1 (6) Evaluation as a semiconductor sensor was performed in the same manner as in Example 1 (6).
  • the current Id at the start of measurement was 3.61 ⁇ A, and the current value increased by 0.55 ⁇ A only when human HbA1c was added. From this, it was confirmed that this semiconductor sensor selectively detects human HbA1c.
  • the signal intensity was 15.3%.
  • Example 8 (1) Synthesis of precursor [D] of target recognition molecule 50 mg of 1-aminomethylpyrene hydrochloride (Funakoshi) and N- (4-maleimidobutyryloxy) succinimide (Donjin Chemical Laboratories) 57 mg was dissolved in 93.4 mL of DMF, 55.46 mg of sodium bicarbonate was added, and the mixture was stirred for 6 hours. Thereafter, 408 mL of 1M hydrochloric acid was added dropwise, and the resulting white precipitate was collected by filtration with a Kiriyama funnel and washed with a saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution and pure water, respectively. Drying under reduced pressure gave 53.31 mg of a white solid. When the mass spectrum of the obtained white solid (JMS-Q1000TD manufactured by JEOL Ltd.) was measured, M + 1 was 397, and it was confirmed to be a precursor [D] of the following target recognition molecule.
  • JMS-Q1000TD manufactured by JEOL Ltd. JMS-Q
  • Example 2 Fabrication of semiconductor sensor Target recognition molecule in the same manner as in Example 2 (4) except that the target recognition molecule precursor [D] was used instead of the target recognition molecule precursor [A].
  • the precursor [D] was attached to a CNT composite as a semiconductor component.
  • Fab ′ of the mouse anti-human HbA1c antibody prepared in Example 1 (2) was immobilized on the semiconductor layer in the same manner as in Example 1 (5).
  • the pyrene ring of the precursor [D] of the target recognition molecule is attached to the CNT, it is bonded to the group attached to the semiconductor component among the linking groups L of the target recognition molecule that is the final product.
  • the number of atoms from the atom to the atom bonded to the atom derived from Fab ′ of the mouse anti-human HbA1c antibody that is the target capturing body is 9. Furthermore, surface protection by BSA was performed in the same manner as in Example 1 (5) to obtain a semiconductor sensor.
  • Example 9 Fabrication of semiconductor sensor Target recognition molecule in the same manner as in Example 2 (4) except that target recognition molecule precursor [A] was used instead of target recognition molecule precursor [B].
  • the precursor [A] was attached to a CNT composite as a semiconductor component.
  • Fab ′ of the mouse anti-human HbA1c antibody prepared in Example 1 (2) was immobilized on the semiconductor layer in the same manner as in Example 1 (5).
  • the pyrene ring of the precursor [A] of the target recognition molecule is attached to the CNT, it is bonded to the group attached to the semiconductor component among the linking groups L of the target recognition molecule that is the final product.
  • the number of atoms from the atom to the atom bonded to the atom derived from Fab ′ of the mouse anti-human HbA1c antibody that is the target capturing body is 13. Furthermore, surface protection by BSA was performed in the same manner as in Example 1 (5) to obtain a semiconductor sensor.
  • Example 10 (1) Fabrication of Semiconductor Sensor A target recognition molecule precursor [A] was attached to CNT, which is a semiconductor component, by the same method as in Example 1 (5) for the semiconductor element C fabricated in Example 6. . Furthermore, mouse anti-human HbA1c Fab ′ was immobilized on the semiconductor layer by the same method as in Example 1 (5). Furthermore, surface protection by BSA was performed in the same manner as in Example 1 (5) to obtain a semiconductor sensor.
  • Example 11 (1) Synthesis of Target Recognition Molecule Precursor [E] 50 mg of 1-aminomethylpyrene hydrochloride (Funakoshi) and N- (11-maleimidoundecanoyloxy) succinimide (Dojindo Laboratories) 78 .56 mg was dissolved in 93.4 mL of DMF, 48.33 mg of sodium bicarbonate was added, and the mixture was stirred for 6 hours. Thereafter, 250 mL of 1M hydrochloric acid was added dropwise, and the resulting white precipitate was collected by filtration with a Kiriyama funnel and washed with a saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution and pure water, respectively. Drying under reduced pressure gave 76.14 mg of white solid. When the mass spectrum of the obtained white solid (JMS-Q1000TD manufactured by JEOL Ltd.) was measured, M + 1 was 495, and it was confirmed to be a precursor [E] of the following target recognition molecule.
  • the target recognition molecule was prepared in the same manner as in Example 2 (4) except that the target recognition molecule precursor [E] was used instead of the target recognition molecule precursor [B].
  • the precursor [E] was attached to a CNT composite as a semiconductor component.
  • Fab ′ of the mouse anti-human HbA1c antibody prepared in Example 1 (2) was immobilized on the semiconductor layer by the same method as in Example 1 (5).
  • the pyrene ring of the precursor [E] of the target recognition molecule is attached to the CNT, it is bonded to the group attached to the semiconductor component among the linking groups L of the target recognition molecule that is the final product.
  • the number of atoms from the atom to the atom bonded to the atom derived from Fab ′ of the mouse anti-human HbA1c antibody that is the target capturing body is 16. Furthermore, surface protection by BSA was performed in the same manner as in Example 1 (5) to obtain a semiconductor sensor.
  • Example 12 (1) Synthesis of precursor [F] of target recognition molecule 1.01 g of 2- (4-bromophenyl) ethylamine (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and 497.6 mg of maleic anhydride (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) , Dissolved in 500 mL of diethyl ether and stirred for 24 hours. The precipitated solid was collected by filtration with a Kiriyama funnel and dried under reduced pressure, to find 867.8 mg.
  • the atom that is bonded to the atom derived from Ar 1 is bonded to the atom that is derived from Fab ′ of the mouse anti-human HbA1c antibody that is the target capturing body.
  • the number of atoms N 1 up to the number of atoms is 5. Furthermore, surface protection by BSA was performed in the same manner as in Example 1 (5) to obtain a semiconductor sensor.
  • the silicon wafer was immersed in a single-layer graphene oxide aqueous dispersion (made by Graphene Laboratories Inc.) for 1 hour, washed with pure water, and dried by nitrogen blowing to obtain a graphene oxide film.
  • the silicon wafer was put into a tube furnace (manufactured by Koyo Thermo System Co., Ltd.) and treated at 1100 ° C. for 60 minutes in a mixed gas containing 97% argon and 3% hydrogen.
  • the first electrode 2 and the second electrode 3 were formed on the obtained silicon wafer having the reduced graphene formed on the surface by the same photolithography method as in Example 1 (3), and the semiconductor element E was manufactured. .
  • Example 14 (1) Synthesis of Target Recognition Molecule Precursor [G] 1-Aminomethylpyrene Hydrochloride (Funakoshi) 26.78 mg and Sulfo-AC 5 -SPDP (Trade Name, Dojindo Laboratories) 59.58 mg Were dissolved in 100 mL of PBS (pH 7.4) and stirred for 4 hours. Thereafter, the reaction vessel was ice-cooled, and the white precipitate was collected by filtration with a Kiriyama funnel and washed with pure water. Drying under reduced pressure gave 43.30 mg of white solid. When the mass spectrum of the obtained white solid (JMS-Q1000TD manufactured by JEOL Ltd.) was measured, M + 1 was 556, and it was confirmed to be a precursor [G] of the following target recognition molecule.
  • JMS-Q1000TD manufactured by JEOL Ltd.
  • the number of atoms from the existing atom to the atom bonded to the atom derived from Fab ′ of the mouse anti-human HbA1c antibody that is the target capturing body is 26. Furthermore, surface protection by BSA was performed in the same manner as in Example 1 (5) to obtain a semiconductor sensor.
  • the number of atoms from the existing atom to the atom bonded to the atom derived from Fab ′ of the mouse anti-human HbA1c antibody that is the target capturing body is 30. Furthermore, surface protection by BSA was performed in the same manner as in Example 1 (5) to obtain a semiconductor sensor.
  • Example 17 (1) Synthesis of Target Recognition Molecule Precursor [J] 500 mL of a mixed solvent in which water and tert-butyl alcohol (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) were mixed at a volume ratio of 1: 2 was prepared.
  • the reaction solution was ice-cooled to precipitate a solid, which was collected by filtration with a Kiriyama funnel, washed with pure water, and dried under reduced pressure.
  • recrystallization was performed using heptane, 48.78 mg of a solid was obtained.
  • M + 1 was 525, and it was confirmed to be a precursor [J] of the following target recognition molecule.
  • the number of atoms from the existing atom to the atom bonded to the atom derived from Fab ′ of the mouse anti-human HbA1c antibody which is the target capturing body is 17. Furthermore, surface protection by BSA was performed in the same manner as in Example 1 (5) to obtain a semiconductor sensor.
  • Comparative Example 1 Fabrication of semiconductor sensor
  • the semiconductor layer of the semiconductor element B fabricated in Example 2 (2) is 0.10 mg / mL of the Fab ′ solution of the mouse anti-human HbA1c antibody prepared in Example 1 (2). Soaked in a solution diluted with PBS at 4 ° C. for 18 hours. By doing so, the mouse anti-human HbA1c Fab ′ is physically adsorbed to the CNT complex, which is a semiconductor component, without using a linking group. Furthermore, surface protection by BSA was performed in the same manner as in Example 1 (5) to obtain a semiconductor sensor.
  • Comparative Example 1 The initial current value of Comparative Example 1 was not significantly different from Examples 2, 3, 8, 9, 11, and 12. This is considered to be because there is no significant difference in conductivity because CNTs with P3HT adhered, which is the same semiconductor component as in these examples, are used.
  • Comparative Example 2 (1) Fabrication of semiconductor sensor Semiconductor of semiconductor element B was produced in the same manner as in Example 2 (4) except that PBSE (manufactured by Sigma Aldrich) was used instead of target recognition molecule precursor [B]. PBSE was adhered to the component CNT complex. Furthermore, Fab ′ of the mouse anti-human HbA1c antibody prepared in Example 1 (2) was immobilized by the same method as in Example 1 (5). In this case, in the linking group L, the number of atoms from the atom bonded to the atom derived from Ar to the atom bonded to the atom derived from X is 4.
  • the signal intensity was larger than that in Comparative Example 1. This is because, in Comparative Example 1, the target capturing body that has lost its target capturing ability by being physically adsorbed and deformed by CNT is immobilized through PBSE in Comparative Example 2. This is thought to be because the target capture ability was acquired. However, the signal intensity is still small compared to Examples 2, 3, 8, 9, 11 and 12. This is because when the number of atoms from the atom bonded to the group attached to the CNT to the atom bonded to the atom derived from the target capturing body is 4, the target capturing body sufficiently exhibits the target capturing ability. This is considered to be insufficient.
  • the signal intensity of Comparative Example 3 was smaller than that of Comparative Example 2. This is considered to be because the whole antibody having a large molecular weight was used as the target capturing body without downsizing by Fab ′ treatment. That is, it is considered that when the target capturing body captures the target, the distance from the CNT to the target material becomes longer than when Fab ′ is used, and the electric field affected by the CNT is weakened. .
  • Comparative Example 6 (1) Synthesis of 1-pyrenepropylamine After replacing the atmosphere in the reaction vessel with nitrogen, 2.20 g of 1-pyrenebutyric acid (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was dissolved in a mixed solvent consisting of 70 mL of dichloromethane and 100 ⁇ L of DMF. . Next, 750 ⁇ L of oxalyl chloride (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added dropwise with stirring, and the mixture was stirred at room temperature for 40 minutes. Thereafter, the solvent of the reaction solution was distilled off and vacuum-dried.
  • 1-pyrenebutyric acid manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.
  • the obtained solid was dissolved in 10 mL of acetone and added dropwise to 2 mL of a 0.3 g / mL aqueous sodium azide solution stirred at 0 ° C. After completion of the dropwise addition, the temperature of the reaction solution was gradually raised to room temperature and stirred for 1 hour at room temperature. Thereafter, the reaction solution was poured into 30 mL of pure water, and the resulting precipitate was collected by filtration with a Kiriyama funnel, washed with pure water, and vacuum-dried. The obtained solid was suspended in 10 mL of benzene, heated to 80 ° C. with stirring, and stirred as it was for 90 minutes.
  • the reaction solution was cooled to room temperature, evaporated, and vacuum dried.
  • the obtained oily substance was dissolved in 10 mL of tetrahydrofuran, and then heated to 60 ° C., and concentrated hydrochloric acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added dropwise with stirring until no gas was generated. After stirring for another 30 minutes, a 10% aqueous sodium hydroxide solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added until the solution became basic.
  • Example 1 (6) Evaluation as a semiconductor sensor was performed under the same measurement conditions as in Example 1 (6). That is, the semiconductor layer of the manufactured semiconductor sensor was immersed in 100 ⁇ L of 0.01 M PBS solution, and the current value (Id) flowing between the first electrode 2 and the second electrode 3 was measured. At this time, the voltage (Vsd) between the first electrode 2 and the second electrode 3 is -0.2V, and the voltage (Vg) between the first electrode 2 and the third electrode 7 is -0.6V. It was. The current Id (initial current value) at the start of measurement was 4.01 ⁇ A.
  • the current value increases when detecting human HbA1c, whereas the current value decreases when detecting avidin is attributed to the isoelectric point of each target substance. That is, since the isoelectric point of human HbA1c is on the acidic side, human HbA1c is negatively charged in a neutral PBS solution, whereas the isoelectric point of avidin is on the basic side. Is positively charged in the PBS solution. Therefore, the increase / decrease in the current value when these are detected by the semiconductor sensor is reversed.
  • the pyrene ring of N- (1-pyrenyl) maleimide is attached to the CNT, it is bonded to a group attached to the semiconductor component in the linking group L 2 of the target recognition molecule that is the final product.
  • the number of atoms from the atom to the atom bonded to the atom derived from Fab ′ of the mouse anti-human HbA1c antibody that is the target capturing body is 4. Furthermore, surface protection by BSA was performed in the same manner as in Example 1 (5) to obtain a semiconductor sensor.

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Abstract

半導体センサにおいてターゲット物質を選択的かつ高感度に検出するために、基板と、第１電極と、第２電極と、第１電極と第２電極との間に設けられた半導体層と、を有する半導体センサであって、半導体層は、半導体成分と、免疫グロブリンの部分構造体とを含み、免疫グロブリンの部分構造体が、重鎖のヒンジ領域において、連結基Ｌ１を介して半導体成分に結合または付着している。　さらに、半導体センサの製造方法であって、半導体層を形成する工程が、第１電極と第２電極の間に半導体成分を塗布する工程を含む。

Description

半導体センサおよびその製造方法、ならびに複合センサ
　本発明は、ターゲット認識分子を固定化した半導体センサおよびその製造方法、ならびに複合センサに関する。
　近年、生体物質を高感度に検出するセンサによって、病気の早期発見や治療効果の確認へ繋げたいというニーズがますます強まっている。このニーズを満たすべく、生体物質を検出するバイオセンサの開発が盛んに行われてきた。
　バイオセンサの開発においては、ターゲット物質を選択的に検出するために、一般的に、センサの検出部にターゲット物質と選択的に相互作用する生体物質が配置される。このような生体物質としては、免疫グロブリン（「抗体」とも呼ばれる）や酵素といったタンパク質、核酸（「ポリヌクレオチド」とも呼ばれる）、アプタマー、または糖鎖などが用いられる。ターゲット物質と選択的に相互作用する種々の物質の中でも、免疫グロブリンの部分構造体（例えばＦａｂ）は、小型であり、ターゲット物質を捕捉する結合部位を、半導体成分のより近くにより高密度に配置することができる点で注目されている（例えば、非特許文献１参照）。免疫グロブリン、またはその部分構造体のバイオセンサへの応用方法は、種々のものが存在し、免疫グロブリンを利用した流体圧力センサ、光化学反応センサ、および電気化学反応センサなどが挙げられる（例えば、特許文献１参照）。
　また、ターゲット物質と選択的に相互作用する生体物質を用いたセンサの中でも、特に注目されているセンサとして、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field　Effect　Transistor）型のセンサがある（例えば、特許文献２，３参照）。ＦＥＴ型センサは、半導体中を流れる電流や半導体に印加される電圧の変化によって、ターゲット物質の検出を行うセンサである。この検出方式においては、蛍光体等によるターゲット物質の標識化が不要である。また、電気的な信号の転換が速く、集積回路との接続が容易であるという利点もある。
特表平２－５０１８６０号公報 特開２０１７－９６１２号公報 国際公開第２００６／１０３８７２号
"Japanese　Journal　of　Applied　Physics"，（日本国），２０１２年，５１巻，p.06FD08-1-06FD08-4
　しかしながら、従来のＦＥＴ型バイオセンサにおいては、検出感度や検出選択性が不十分であって、実用化に至っていない。
　本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、検出感度や検出選択性に優れた半導体センサおよびその製造方法、ならびに複合センサを提供することにある。
　上述した課題を解決し、上記目的を達成するために、第１の発明群の一態様に係る半導体センサは、基板と、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に形成されてなる半導体層と、を有する半導体センサであって、前記半導体層が、半導体成分と、免疫グロブリンの部分構造体とを含み、前記免疫グロブリンの部分構造体が、重鎖のヒンジ領域において、連結基Ｌ１を介して前記半導体成分に結合または付着している。
　第２の発明群の一態様に係る半導体センサは、基板と、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に設けられた半導体層と、を有する半導体センサであって、前記半導体層は、ターゲット認識分子が結合または付着した半導体成分を有し、前記ターゲット認識分子は、少なくとも、ターゲット捕捉体Ｘおよび連結基Ｌ２を有し、前記ターゲット捕捉体Ｘは、分子量が２００００以上２０００００以下の、タンパク質または核酸であり、前記連結基Ｌ２のうち、前記半導体成分に結合している原子から、または前記半導体成分に付着している基に結合している原子から、前記ターゲット捕捉体Ｘに由来する原子と結合している原子までの原子数Ｎが、５以上３０以下である。
　本発明の半導体センサおよびその製造方法、ならびに複合センサによれば、高い検出選択性と高い検出感度を示す半導体センサを得ることができる。また、本発明の半導体センサおよびその製造方法、ならびに複合センサによれば、半導体センサ間の性能ばらつきを抑制するとともに、半導体センサの長期保存安定性を向上させることができる。
図１Ａは、本発明の実施形態の一つである半導体センサを示す模式平面図である。 図１Ｂは、本発明の実施形態の一つである半導体センサを示す模式断面図である。 図２Ａは、本発明の実施形態の一つである半導体センサを示す模式平面図である。 図２Ｂは、本発明の実施形態の一つである半導体センサを示す模式断面図である。 図３は、本発明の実施形態の一つである半導体センサを示す模式平面図である。 図４Ａは、本発明の実施形態の一つである半導体センサを示す模式平面図である。 図４Ｂは、本発明の実施形態の一つである半導体センサを示す模式断面図である。 図５Ａは、本発明の実施形態の一つである半導体センサを示す模式平面図である。 図５Ｂは、本発明の実施形態の一つである半導体センサを示す模式断面図である。 図６Ａは、本発明の実施形態の一つである半導体センサを示す模式平面図である。 ６Ｂは、本発明の実施形態の一つである半導体センサを示す模式断面図である。 図７Ａは、免疫グロブリンの構造を示した模式図である。 図７Ｂは、免疫グロブリンの構造を示した模式図である。 図７Ｃは、免疫グロブリンの構造を示した模式図である。 図８Ａは、免疫グロブリンの部分構造体を示した模式図である。 図８Ｂは、免疫グロブリンの部分構造体を示した模式図である。 図９Ａは、半導体成分上にターゲット認識分子の前駆体が付着した状態の一例を示した模式図である。 図９Ｂは、半導体成分上にターゲット認識分子が付着した状態の一例を示した模式図である。
　以下に本発明に係る半導体センサおよびその製造方法、ならびに半導体センサを用いた複合センサの好適な実施の形態について詳細に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定して解釈されるものではなく、発明の目的を達成できて、かつ発明の要旨を逸脱しない範囲内において、目的や用途に応じて種々に変更して実施することができる。
　＜半導体センサ＞
　本発明の第１の発明群に係る実施の形態による半導体センサは、基板と、第１電極と、第２電極と、第１電極と第２電極との間に設けられた半導体層と、を有する半導体センサであって、半導体層は、半導体成分と免疫グロブリンの部分構造体とを含む。免疫グロブリンの部分構造体は、重鎖のヒンジ領域において、連結基Ｌ１を介して半導体成分に結合または付着している。
　本発明の第２の発明群に係る実施の形態による半導体センサは、基板と、第１電極と、第２電極と、第１電極と第２電極との間に設けられた半導体層と、を有する半導体センサであって、半導体層は、ターゲット認識分子が結合または付着した半導体成分を有する。ターゲット認識分子は、少なくとも、ターゲット捕捉体Ｘおよび連結基Ｌ２を有し、ターゲット捕捉体Ｘは、分子量が２００００以上２０００００以下の、タンパク質または核酸であり、連結基Ｌ２のうちの、半導体成分に結合している原子から、または半導体成分に付着している基に結合している原子から、ターゲット捕捉体Ｘに由来する原子と結合している原子までの原子数Ｎが、５以上３０以下である。
　本発明の実施形態による半導体センサの変形例としては、半導体センサはさらに第３電極を有することが好ましい。すなわち、基板と、第１電極と、第２電極と、第３電極と、第１電極と第２電極との間に設けられた半導体層と、を有する半導体センサである。第１の発明群に係る半導体センサにおいては、半導体層は、半導体成分および免疫グロブリンの部分構造体を有し、免疫グロブリンの部分構造体は、重鎖のヒンジ領域において、連結基Ｌ１を介して半導体成分に結合または付着している。または、第２の発明群に係る半導体センサにおいては、半導体層は、ターゲット認識分子が結合または付着した半導体成分を有し、ターゲット認識分子は、少なくともターゲット捕捉体Ｘおよび連結基Ｌ２を有し、ターゲット捕捉体Ｘは、分子量が２００００以上２０００００以下の、タンパク質または核酸であり、連結基Ｌ２のうちの、半導体成分に結合している原子から、または上述した半導体成分に付着している基に結合している原子から、ターゲット捕捉体Ｘに由来する原子と結合している原子までの原子数Ｎは、５以上３０以下である。
　いずれの半導体センサにおいても、第３電極を介して半導体層に電圧を印加することにより、半導体層の電気的特性を変化させて、検出感度をより向上させることが可能となる。
　図１Ａ、図２Ａ、および図３はそれぞれ、本発明の第１、第２、および第３の実施形態による半導体センサを示す模式平面図である。図１Ｂおよび図２Ｂはそれぞれ、図１ＡのＡＡ’線および図２ＡのＢＢ’線に沿った模式断面図である。
　図１Ａおよび図１Ｂに示すように、第１の実施形態による半導体センサにおいては、基板１上に、第１電極２および第２電極３が設けられ、第１電極２と第２電極３との間に、第１電極２および第２電極３と接続した半導体層４が配置されている。
　図２Ａおよび図２Ｂに示すように、第２の実施形態による半導体センサにおいては、基板１上に、第３電極５と絶縁層６とが設けられ、絶縁層６上に、第１電極２および第２電極３が設けられている。第１電極２と第２電極３との間には、第１電極２および第２電極３に接続して半導体層４が配置されている。図２Ａおよび図２Ｂに示す半導体センサは、第１電極２、第２電極３、および第３電極５がそれぞれ、ソース電極、ドレイン電極、およびゲート電極に相当し、絶縁層６がゲート絶縁層に相当して、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）としての機能を有する。
　図３に示すように、第３の実施形態による半導体センサにおいては、基板１上に第１電極２および第２電極３が設けられている。第１電極２と第２電極３との間に、第１電極２および第２電極３と接続して半導体層４が設けられ、基板１上において、第１電極２および第２電極３と離間して、第３電極７が配置されている。
　さて、一般的なＦＥＴにおいては、ゲート電極に印加するゲート電圧を変化させることによって、ソース電極とドレイン電極との間に流れる電流を制御できる。ＦＥＴの移動度は、以下の（ａ）式を用いて算出できる。
　μ＝（δＩｄ／δＶｇ）Ｌ・Ｄ／（Ｗ・εｒ・ε・Ｖｓｄ）…（ａ）
　なお、Ｉｄはソース電極－ドレイン電極間の電流、Ｖｓｄはソース電極－ドレイン電極間の電圧、Ｖｇはゲート電圧、Ｄは絶縁層の厚み、Ｌはチャネル長、Ｗはチャネル幅、εｒはゲート絶縁層の比誘電率、εは真空の誘電率（８．８５×１０－１２Ｆ／ｍ）、δは該当の物理量の変化量を示す。また、オンオフ比は、Ｉｄの最大値とＩｄの最小値との比、すなわち、Ｉｄの最大値のＩｄの最小値に対する比から求めることができる。
　ＦＥＴ型センサの原理を以下に説明する。すなわち、検出対象とするターゲット物質がターゲット認識分子によって捕捉されると、捕捉されたターゲット物質の電荷によって、ＦＥＴの半導体層４における電界が変化する。その変化を捉えることによって、ターゲット物質を検出できる。なお、本明細書において「ターゲット物質」とは、センサに含まれるターゲット認識分子により捕捉される対象の物質のことをいう。
　図１Ａおよび図１Ｂに示す第１の実施形態による半導体センサにおいては、ターゲット物質、またはそれを含む溶液、気体、もしくは固体が、半導体層４の近傍に配置されたときに、第１電極２と第２電極３との間の半導体層４に流れる電流値または電気抵抗値が変化する。その変化を測定することによって、ターゲット物質の検出を行うことができる。第１の実施形態においては、ゲート電極は存在しないが、ターゲット物質の電荷から発せられた電界による半導体層４における電位の変化をδＶｇとみなすことができるため、図１Ａおよび図１Ｂに示す第１の実施形態による半導体センサもＦＥＴ型センサに分類される。
　また、図２Ａおよび図２Ｂに示す第２の実施形態による半導体センサも、ターゲット物質、またはそれを含む溶液、気体、もしくは固体が、半導体層４の近傍に配置されたときに、第１電極２と第２電極３との間の半導体層４に流れる電流値が変化する。その変化を測定することによって、ターゲット物質の検出を行うことができる。
　また、図３に示す第３の実施形態による半導体センサにおいては、第３電極７の電位によって半導体層４に流れる電流値を制御できる。従って、第３電極７の電位（ゲート電圧Ｖｇ）を変化させた際の、第１電極２と第２電極３との間に流れる電流値（ソース電極－ドレイン電極間の電流Ｉｄ）を測定すると、２次元のグラフ（Ｖｇ－Ｉｄグラフ）が得られる。
　Ｖｇ－Ｉｄグラフからは、Ｖｇ－ＩｄグラフのＶｇ方向シフト、Ｉｄ方向シフト、サブスレッショルド係数などの特性値を読み取ることができる。これらの特性値のうちの一部または全部を用いてターゲット物質の検出を行ってもよいし、Ｉｄの最小値に対する最大値の比、すなわちオンオフ比を用いてターゲット物質の検出を行ってもよい。さらに、抵抗値、閾値電圧変化、インピーダンス、相互コンダクタンス、キャパシンタンス等、半導体素子から得られる既知の電気特性を用いても構わない。
　ターゲット物質は、単独で用いてもよく、他の物質や溶媒と混合されていてもよい。測定対象がターゲット物質を含む溶液である場合、ターゲット認識分子によって捕捉されたターゲット物質の電荷によって、電界の変化が溶液を介して半導体層４に伝えられる。ターゲット物質の電荷の情報が溶液を介して伝えられる原理について、以下に説明する。電荷を有する物質が溶液中に存在すると、その周辺に電気二重層が形成され、その電気二重層を介して半導体層４周辺の電界が変化する。一般的に、電気二重層の厚さは数ｎｍ程度であるため、ターゲット認識分子も数ｎｍ以下の大きさであることが好ましい。
　（基板）
　基板に用いられる材料としては、特に制限はなく、例えば、シリコンウエハ、ガラス、アルミナ焼結体等の無機材料、脂肪族ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリパラキシレン、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリシロキサン、ポリビニルフェノール、ポリアラミド等の有機材料、または無機材料粉末と有機材料の混合物等が挙げられる。これらの材料は単独で用いてもよく、これらのうちの複数の材料を積層または混合して用いてもよい。
　基板１の表面は、加工されていてもよい。本発明の実施形態による半導体センサを、溶液中のターゲット物質の検出に用いる場合、基板１の表面が加工されていることによって、測定試料溶液中の例えばタンパク質などのターゲット物質や他の物質が基板１に付着することを抑制できる。ターゲット物質が検出部ではなく基板１に付着すると、溶液中のターゲット物質の濃度が低下するため、正しい測定値が得られない。また、ターゲット物質以外の物質が検出部付近の基板１上に付着すると、その物質の電荷によって測定値が乱されてしまい、正しい測定値が得られない。
　加工方法としては、例えば、オリゴエチレングリコール鎖やオリゴ（３，４－ジヒドロキシフェニルアラニン）のような電荷を持たない親水性基や、ホスホリルコリン基のような正電荷と負電荷の両方を有する親水性基を、基板１表面に付与する方法が好ましい。
　（電極）
　第１電極２、第２電極３、および第３電極５，７に用いられる材料としては、例えば、酸化錫、酸化インジウム、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）などの導電性金属酸化物；白金、金、銀、銅、鉄、錫、亜鉛、アルミニウム、インジウム、クロム、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、カルシウム、マグネシウム、パラジウム、モリブデンなどの金属やこれらの合金；ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質；ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸との錯体などの有機導電性物質；カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェンなどのナノカーボン材料；導電性カーボンブラックなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。第１電極２、第２電極３、および第３電極５，７においては、これらの材料を単独で用いてもよいし、これらのうち複数の材料を積層または混合して用いてもよい。
　半導体センサにおける電極として用いる場合、接触する水溶液などへの安定性の観点から、第１電極２および第２電極３は、金、銀、白金、パラジウム、有機導電性物質、およびナノカーボン材料から選ばれることが好ましい。
　第１電極２、第２電極３、および第３電極５，７はそれぞれ、基板１に直接密着していても良いし、基板１との間に接着層を介していても良い。接着層が絶縁層６の役割を兼ねている場合は、金属性や半導体性の物質を基板１として用いることもできる。
　第１電極２、第２電極３、および第３電極５，７の幅、厚み、間隔、および配置は、任意に設計できる。各電極２，３，５，７の幅は、１μｍ以上１ｍｍ以下が好ましく、各電極２，３，５，７の厚みは、１ｎｍ以上１μｍ以下が好ましい。第１電極２と第２電極３との間隔は、１μｍ以上１０ｍｍ以下が好ましい。各電極２，３，５，７の平面形状は矩形に限定されるものではなく、曲線が含まれていても、櫛形などになっていてもよい。また、各電極２，３，５，７の幅、厚みは同一でなくてもよい。
　第３電極５，７と半導体層４との距離は、１００ｎｍ以上１０ｃｍ以下が好ましい。第３電極５，７の配置は基板１の直上に限られず、基板１上に配置された別の部材の上層であってもよい。例えば、幅が１００μｍで厚みが５００ｎｍの第３電極５，７を半導体層４から２ｍｍの距離を隔てて配置する構成などが挙げられるが、これに限定されない。図２Ａに示すように、第３電極５を、第１電極２、第２電極３、および半導体層４と、第３電極５との間に絶縁層６が存在するように配置していてもよい。また、図３に示すように、第３電極７を、第１電極２、第２電極３、および半導体層４と同一平面上に存在するように配置してもよい。図３に示す半導体センサにおいては、第３電極７は、第２電極３と平行に配置されているが、垂直またはそれ以外の任意の角度に配置されてもよい。さらに別の形態として、第３電極７が、第１電極２、第２電極３、および半導体層４が存在する面から離れた位置に存在していてもよい。
　測定対象が溶液である場合、半導体層４が接触している溶液と第３電極５，７とが接触してもよい。この場合、第３電極５，７は溶液を介して半導体層４に電圧を印加する電極として用いてもよいし、第１電極２と溶液、または第２電極３と溶液の間の電位差を規定するための参照電極として用いてもよい。
　また、第１電極２と第３電極５，７との間、第２電極３と第３電極５，７との間、または半導体層４と第３電極５，７との間には気体層、液体層、固体層のいずれか、またはこれらの組み合わせが存在していてもよく、真空であってもよい。
　（絶縁層）
　絶縁層６に用いられる材料としては、特に制限はなく、例えば、ガラス、酸化シリコン、アルミナ等の無機材料、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリシロキサン、ポリビニルフェノール等の有機高分子材料、あるいは無機材料粉末と有機高分子材料の混合物などが挙げられる。
　絶縁層６の膜厚は、１０ｎｍ以上が好ましく、５０ｎｍ以上がより好ましく、１００ｎｍ以上がさらに好ましい。また、５μｍ以下が好ましく、３μｍ以下がより好ましく、１μｍ以下がさらに好ましい。絶縁層６の膜厚は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）やエリプソメトリ法などにより測定できる。
　（覆い部材）
　本発明の実施形態による半導体センサにおいては、基板１上に、基板１の少なくとも一部を覆う覆い部材８が設けられていても良い。図４Ａは、本発明の第３の実施形態の第１変形例を示す模式平面図である。図４Ｂは、図４ＡのＣＣ’線に沿った断面図である。図４Ａおよび図４Ｂに示すように、第３の実施形態の第１変形例による半導体センサは、基板１上に覆い部材８を備えることが好ましい。覆い部材８は、基板１との間に内部空間９を形成する。図４Ａに示すように、覆い部材８における破線ｉ，ｊは、覆い部材８と内部空間９との境界を示し、破線ｉ，ｊに挟まれた部分の基板１側に、内部空間９が設けられる。
　図５Ａは、本発明の第３の実施形態の第２変形例を示す模式平面図である。図５Ｂは、図５ＡのＤＤ’線に沿った模式断面図である。図５Ａおよび図５Ｂに示すように、第３の実施形態による第２変形例による半導体センサは、基板１上に、半導体層４を取り囲むような内部空間９を形成する覆い部材８が設けられている。第２変形例による半導体センサにおいては、半導体層４とターゲット物質を含む液体とを、効率的に接触させることが可能になる。
　図６Ａは、本発明の第３の実施形態の第３変形例を示す模式平面図である。図６Ｂは、図６ＡのＥＥ’線に沿った模式断面図である。図６Ａおよび図６Ｂに示すように、第３変形例による半導体センサにおいては、基板１上に、第１電極２および第２電極３が設けられ、第１電極２と第２電極３との間に、第１電極２および第２電極３に接続された半導体層４が配置されている。第３変形例による半導体センサにおいては、基板１上に配置された第１電極２、第２電極３、および半導体層４と、覆い部材８とが同じ側に配置されている。第３電極７は、覆い部材８における半導体層４と対向する部分に配置されている。覆い部材８上の第３電極７の配置は、半導体層４の直上に限られず、斜め上側などでもよい。また、覆い部材８のうち半導体層４から見て上面の部分には限られず、側面上に配置されてもよい。図６Ａに示す覆い部材８中の破線ｐ，ｑは、覆い部材８と内部空間９との境界を示し、図６Ａにおいて破線ｐ，ｑに挟まれた部分の基板１側に内部空間９が設けられる。第１電極２、第２電極３、および半導体層４と、第３電極７との間の内部空間９には、気体層、液体層、および固体層のいずれか、またはこれらを組み合わせた層が存在していてもよく、真空でもよい。
　覆い部材８の材料としては、例えば、シリコンウエハ、シリコンゴム、ガラス、およびアルミナ焼結体等の無機材料、ポリイミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエチレン、ポリフェニレンスルフィド、およびポリパラキシレン等の有機材料が挙げられる。
　（半導体層）
　半導体層４の膜厚は、特に制限はないが、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましい。この範囲内にあることで、ターゲット認識分子とターゲット物質との相互作用による電気特性の変化を、十分に電気信号として取り出すことが可能となる。半導体層４の膜厚は、より好ましくは１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、さらに好ましくは１ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。
　半導体層４の膜厚は、公知の手法、例えば、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）やＡＦＭなどによって、測定することができる。半導体層４の厚さが均一でない場合、例えば、半導体層４として後述のナノカーボン材料のような半導体成分を用い、その半導体成分にターゲット認識分子が付着した状態でまばらに存在している場合は、そのターゲット認識分子が付着したナノカーボン材料の厚さが半導体層４の厚さであると考えられる。
　半導体層４の形成方法としては、抵抗加熱蒸着、電子線ビーム、スパッタリング、ＣＶＤ、他の基板からの転写など、乾式の方法を用いることも可能であるが、製造コストや大面積への適合の観点から、塗布法などの湿式法を用いることが好ましい。塗布法は、半導体成分を塗布することにより半導体層４を形成する工程を含む。塗布法としては具体的に、スピンコート法、ブレードコート法、スリットダイコート法、スクリーン印刷法、バーコーター法、鋳型法、印刷転写法、浸漬引き上げ法、またはインクジェット法などが挙げられる。これらの方法から、塗膜厚みの制御や配向制御など、得ようとする塗膜の特性に応じて好ましい方法を選択できる。なお、形成した塗膜に対して、大気下、減圧下、または窒素（Ｎ2）やアルゴン（Ａｒ）などの不活性ガス雰囲気下において、アニーリング処理を行ってもよい。
　（ターゲット認識分子）
　本発明において用いられるターゲット認識分子は、半導体層４において、半導体成分に結合または付着している。本明細書において、ターゲット認識分子が半導体成分に結合しているというときの「結合」とは、２つの原子が電子対を共有し、エネルギー的に安定化することによって形成された結合、いわゆる「共有結合」を指す。また、ターゲット認識分子が半導体成分に付着しているというときの「付着」とは、異種の物質が互いに接触し、分子間相互作用によって容易に離れなくなることを指す。このような分子間相互作用としては、疎水性相互作用、π－π電子相互作用、カチオン－π相互作用、複数の静電相互作用、または複数の水素結合などが挙げられる。
　（ターゲット捕捉体Ｘ）
　ターゲット認識分子のうち、ターゲット捕捉体Ｘは、タンパク質または核酸であり、ターゲット物質の形や荷電性基の立体的配置を認識して捕捉する。ターゲット物質を認識するため、ターゲット捕捉体Ｘにはある程度以上の大きさが必要である。このような観点から、ターゲット捕捉体Ｘの分子量は、２００００以上である。また、ＦＥＴ型センサにおいては、半導体層４とターゲット認識分子に捕捉されたターゲット物質との間の距離が大きくなるに従って、ターゲット物質の電荷による電界の変化が減少する。そのため、有効な検出感度を得る観点から、ターゲット捕捉体Ｘの分子量は、２０００００以下である。
　タンパク質としては、免疫グロブリン、受容体、酵素、構造タンパク質、輸送タンパク質、貯蔵タンパク質、またはモータータンパク質などが挙げられる。タンパク質としては、ターゲット認識能力の高さおよび汎用性の高さから、免疫グロブリン、免疫グロブリンの部分構造体、および酵素が好ましく、免疫グロブリンおよび免疫グロブリンの部分構造体がより好ましく、さらに検出感度の高さから、免疫グロブリンの部分構造体が特に好ましい。免疫グロブリンの部分構造体としては、好ましくは、免疫グロブリンのターゲット結合部位を含む部分構造を取り出したものが挙げられる。
　ターゲット物質が、ターゲット認識分子との選択的な相互作用により検出される物質である場合、センサの感応部に当該ターゲット認識分子を修飾して、ターゲット物質を検出することが好ましい。そのため、センサを製造する際、半導体層４をターゲット認識分子が溶解した溶液に曝して、センサの感応部にターゲット認識分子を固定化する場合がある。この場合、上述したように、基板１の表面を適切に加工しておくことが好ましい。これにより、当該ターゲット認識分子が感応部以外に付着することを抑制でき、ターゲット認識分子が感応部に選択的に固定される。このように、ターゲット物質が感応部以外の箇所においてターゲット認識分子に捕捉されることが抑制され、感応部において選択的に検出でき、検出感度を向上できる。
　（連結基Ｌ）
　第１の発明群において、免疫グロブリンの部分構造体は、連結基Ｌ１を介して半導体成分に結合または付着している。また、第２の発明群において、ターゲット認識分子は、上述したターゲット捕捉体Ｘおよび連結基Ｌ２を有する。ターゲット認識分子における連結基Ｌ１および／またはＬ２とは、ターゲット認識分子と半導体成分との結合部または付着部と、第１の発明群における免疫グロブリンの部分構造体または第２の発明群におけるターゲット捕捉体Ｘとの間をつなぐ基である。連結基Ｌ１および／またはＬ２の長さは、ターゲット認識分子が可動性を確保しながら、半導体成分の近くに繋ぎ留められる程度の長さであることが好ましい。ターゲット認識分子の可動性が損なわれてしまうと、ターゲット物質を捕捉するという、ターゲット認識分子本来の機能が失われてしまう。また、連結基が長すぎると、ターゲット物質がターゲット認識分子に捕捉された際の、ターゲット物質と半導体成分との距離が長くなり過ぎる。その結果、ターゲット物質の電荷によって発生する電界が、半導体成分へ到達するまでの間に減衰してしまい、半導体層４上にターゲット物質が捕捉されたことによって引き起こされる半導体成分中の電流値変化が小さくなる。すなわち、検出感度が低下してしまう。
　具体的には、連結基Ｌ１および／またはＬ２のうち、半導体成分に結合している原子から、または半導体成分に付着している基に結合している原子から、ターゲット捕捉体Ｘ、特に免疫グロブリンの部分構造体に由来する原子と結合している原子までの原子数Ｎが、５以上３０以下である。この原子数Ｎは、８以上がより好ましく、９以上が更に好ましい。また、１６以下がより好ましく、１３以下がさらに好ましい。この範囲において、ターゲット捕捉体Ｘ、特に免疫グロブリンの部分構造体の可動性が十分に向上し、かつ、ターゲット捕捉体Ｘが半導体成分のより近くでターゲット物質を捕捉することができる。これらの作用により、感度が向上する。
　このような効果は、分子量１００００以上の、一般的に高分子量体と呼ばれる大きさのタンパク質または核酸において認められ、分子量２００００以上のターゲット捕捉体において特に顕著に認められる。
　試料溶液中での連結基の可動性を向上するために、連結基Ｌ１および／またはＬ２中に、水との親和性が大きい結合が含まれていることが好ましい。そのような結合として、例えば、エーテル結合、チオエーテル結合、エステル結合、アミド結合、チオエステル結合、ジチオエステル結合、酸無水物結合、イミド結合、ウレア結合、ウレタン結合などが挙げられる。これらの中でも、安定性や水との親和性の観点から、連結基Ｌ１および／またはＬ２が、エーテル結合、エステル結合、アミド結合、イミド結合、ウレア結合およびウレタン結合からなる群より選ばれる構造の少なくとも一つを含むことが好ましく、エーテル結合、アミド結合およびイミド結合からなる群より選ばれる構造の少なくとも一つを含むことが、特に好ましい。
　また、連結基の過度な折れ曲がりを防ぐために、連結基Ｌ１および／またはＬ２が五員環構造を含むことが好ましい。そのような五員環構造の例としては下記の構造のようなものが挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
　さらに、ターゲット認識分子が上述した連結基を含むことにより、センサを長期間保管した時の、センサの機能低下を抑制することができる。タンパク質や核酸といった、分子量が大きな分子を、短い連結基によって固定化した状態で長期間放置すると、熱エネルギーの逃げ場が無いため、タンパク質や核酸は徐々に変性する。結果として、センサの機能も低下してしまう。上述した連結基であれば、タンパク質や核酸の可動性が維持されているため、熱エネルギーが連結基の運動として発散し、タンパク質や核酸の変性速度が低下する。
　半導体成分に付着する基を特定する方法としては、等温滴定型カロリメトリ法（ＩＴＣ、Isothermal　Titration　Calorimetry）がある。注目する基に相当する化合物と半導体成分とを混合した時のエンタルピー変化とエントロピー変化とを測定することによって、注目する基に相当する化合物と半導体成分とが単に混合状態にあるのか、付着した状態にあるのかを判別できる。本明細書において、ＩＴＣによって半導体成分に付着することが明らかになった基を「半導体成分に付着している基」とする。また、その基に結合しており、かつ単独では半導体成分に付着しない基のうちの「半導体成分に付着している基」に結合している原子を、「半導体成分に付着している基に結合している原子」とする。
　半導体成分が後述するナノカーボン材料である場合、半導体成分に付着する基としては、後述する芳香族複素環基および芳香族炭化水素基などが挙げられる。また、例えばピレニルフェニル基のように、複数の芳香族炭化水素基または芳香族複素環基が連結した基も挙げられる。
　第１の発明群においては、上述した連結基Ｌ１は、置換もしくは無置換の、芳香族炭化水素基および／または芳香族複素環基を有していることが好ましい。上述した連結基Ｌ１は、置換または無置換の芳香族炭化水素基を有し、置換基を含めない芳香族炭化水素基の炭素原子数は、１４以上２２以下であることが特に好ましい。
　第１の発明群においては、上述した免疫グロブリンの部分構造体のヒンジ領域が硫黄原子を含み、この硫黄原子が上述した連結基Ｌ１と結合を形成していることが好ましい。この硫黄原子を介して、ヒンジ領域における結合は、上述した連結基Ｌ１と上述した免疫グロブリンの部分構造体のヒンジ領域とがチオエーテル結合を形成していることが特に好ましい。
　第１の発明群または第２の発明群において、ターゲット捕捉体Ｘとして免疫グロブリンの部分構造体を用いる場合、第１の発明群における免疫グロブリンの部分構造体、または第２の発明群におけるターゲット捕捉体Ｘと連結基Ｌ１および／またはＬ２との間の結合としては、チオエステル結合、ジチオエステル結合、スルホン酸エステル結合、ジスルフィド結合、またはチオエーテル結合などがあり、結合形成の容易さ、および結合の安定性などから、ジスルフィド結合、またはチオエーテル結合が好ましく、チオエーテル結合が特に好ましい。すなわち、連結基はチオエーテル結合を含むことが好ましい。
　第２の発明群においても同様に、ターゲット捕捉体Ｘが免疫グロブリンの部分構造体であり、この免疫グロブリンの部分構造体が、重鎖のヒンジ領域において連結基Ｌ２と結合を形成していることが好ましい。この結合様式によって、ターゲット分子と結合するための結合部位１３がターゲット物質と接しやすいように配向させることができる。
　（ターゲット認識分子の例）
　種々のターゲット認識分子の中でも、半導体成分への結合または付着を容易に行うことができ、かつ、環の共役系によって半導体特性が補助されるという観点から、ターゲット認識分子は、以下の一般式（１）によって表される化合物、または一般式（２）によって表される構造を繰り返し単位として有する高分子化合物であることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
　一般式（１）において、Ａｒ１は、置換もしくは無置換の芳香族複素環基、または置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基である。Ｌ２は上述した連結基であって、Ａｒ１に由来する原子に結合している原子から、Ｘに由来する原子に結合している原子までの原子数Ｎ１が、５以上３０以下である。Ｘは上述したターゲット捕捉体であり、分子量が２００００以上２０００００以下の、タンパク質または核酸からなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
　一般式（２）において、Ａｒ２は、置換もしくは無置換の芳香族複素環基、または置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基である。Ｌ２は上述した連結基であって、Ａｒ２に由来する原子に結合している原子から、Ｘに由来する原子に結合している原子までの原子数Ｎ２が、５以上３０以下である。Ｘは上述したターゲット捕捉体であり、分子量が２００００以上２０００００以下の、タンパク質または核酸である。
　なお、原子数Ｎは、半導体成分に結合している原子から、または半導体成分に付着している基に結合している原子から、ターゲット捕捉体Ｘに由来する原子と結合している原子までを、最短経路に沿って数えるものとする。半導体成分に結合している原子から、または半導体成分に付着している基に結合している原子から、ターゲット捕捉体Ｘに由来する原子と結合している原子までの原子数を数える際に、最短経路中に環構造が存在する場合は、環構造部分の原子数はその環中の最短経路に沿って数えるものとする。また、ターゲット認識分子が半導体成分に結合または付着する点を複数有している場合は、それらのうち、ターゲット捕捉体Ｘにたどりつくまでの最短経路に沿って数えるものとする。なお、原子数Ｎ１およびＮ２は、原子数Ｎに相当し、それらの数え方や好ましい範囲についても原子数Ｎと同様である。原子数Ｎ１および／またはＮ２は、８以上１６以下であることが特に好ましい。
　例えば、以下の構造式によって表されるターゲット認識分子において、Ａｒ１とＸとの間は、Ａｒ１－Ｃ－Ｃ－Ｃ－Ｎ－Ｃ－Ｃ－Ｃ－Ｃ－Ｘのように繋がれている。そのため、Ａｒ１に由来する原子に結合している原子（ここでは、Ａｒ１の隣の炭素原子）から、Ｘに由来する原子に結合している原子（ここでは、Ｘの隣の炭素原子）までの原子数は、８である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
　また、以下の構造式のように、Ａｒ１とＸの間の連結基に環構造が含まれている場合についても、Ａｒ１とＸとの間を最短経路に沿って数えると、Ａｒ１に由来する原子に結合している原子から、Ｘに由来する原子に結合している原子までの原子数は、７である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
　また、以下の構造式は、Ａｒ１がピレンであるターゲット認識分子の一例である。この分子は、複数のピレン環で半導体成分に結合または付着するものと考えられる。この場合、上述したように、Ｘから最短でたどり着ける結合点または付着点までの原子数を数える。すなわち、以下の構造式においては、Ａｒ１に由来する原子に結合している原子から、Ｘに由来する原子に結合している原子までの原子数は、２である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
　連結基Ｌ２は、ターゲット捕捉体Ｘを半導体成分に繋ぎ留める役割を担っている。ターゲット捕捉体Ｘは、一般的に、水溶性が高いため、溶液中へ拡散していってしまわないように、連結基Ｌ２による繋ぎ留めが必要となる。
　一般式（１）によって表される化合物、または上述した一般式（２）によって表される構造を繰り返し単位として有する高分子化合物において、ターゲット捕捉体Ｘは、連結基Ｌ２を介してＡｒ１またはＡｒ２に固定化されていることが好ましい。
　一般に、ターゲット認識分子を半導体層４上の絶縁層６、例えば、シリコン（Ｓｉ）半導体層上の二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）層に固定化する方法も知られている。しかしながら、この固定化方法では、ターゲット認識分子によって生じた電界が絶縁層６によって遮られることにより、検出感度が低下する。そのため、ターゲット捕捉体Ｘは半導体成分に繋ぎ留められていることが好ましい。
　さらに、半導体成分の導電性を阻害しないように、ターゲット認識分子は付着によって半導体成分に繋ぎとめられていることが好ましい。
　ターゲット認識分子中のＡｒ１およびＡｒ２は、半導体成分と疎水性相互作用し、半導体成分に付着することができる。半導体成分がナノカーボン材料である場合、疎水性相互作用に加えてπ－π電子相互作用も加わるため、特に強く、安定に付着できる。この場合のπ－π電子相互作用は、芳香族複素環基または芳香族炭化水素基のπ電子雲と、ナノカーボン材料のπ電子雲との重なりによる相互作用であると推測される。
　芳香族複素環基の例としては、フラニル基、ベンゾフラニル基、ジベンゾフラニル基、チオフェニル基、ベンゾチオフェニル基、ジベンゾチオフェニル基、イソチアゾリル基、チアジアゾリル基、チアゾリル基、ピリジニル基、キノリニル基、ピリミジニル基、ピラジニル基、トリアジニル基、キノキサリニル基、キナゾリニル基、インドリル基、ポルフィリニル基などが挙げられる。半導体成分との相互作用が特に強く、安定に付着できる観点から、チオフェニル基、イソチアゾリル基、チアジアゾリル基またはチアゾリル基が好ましく、チオフェニル基またはチアジアゾリル基が特に好ましい。
　芳香族炭化水素基の例としては、フルオレニル基、フェナントレニル基、アントラセニル基、ピレニル基、トリフェニル基、パラ－ターフェニル基、ベンゾ［ａ］アントラセニル基、フルオランテニル基、ジベンゾ［ａ，ｈ］アントラセニル基、ジベンゾ［ａ，ｈ］ピレニル基、３，４－ベンゾピレニル基、クリセニル基、ナフタセニル基、ペンタセニル基、ナフト［２，３－ａ］ピレニル基、コランヌレニル基、コロネニル基などが挙げられる。これらの中でも、扱いやすさの観点から、フェナントレニル基、アントラセニル基、ピレニル基、トリフェニレニル基、パラ－ターフェニル基、ベンゾ［ａ］アントラセニル基、フルオランテニル基、ジベンゾ［ａ，ｈ］アントラセニル基、３，４－ベンゾピレニル基、クリセニル基、ナフタセニル基、ペンタセニル基またはコランヌレニル基が好ましい。それらの中でも、半導体成分との相互作用が特に強く、安定に付着できる観点から、ピレニル基、トリフェニレニル基またはフルオランテニル基に基づく基がより好ましく、ピレニル基が特に好ましい。
　Ａｒ１、Ａｒ２、および連結基Ｌ２は、さらに置換基を有していてもよい。置換基を有する場合の置換基としては、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、ハロゲン原子、シアノ基、アミノ基、メルカプト基、カルボニル基、カルボキシ基、およびオキシカルボニル基からなる群より選ばれることが好ましい。なお、Ａｒ１、Ａｒ２、および連結基Ｌ２は、さらに置換または無置換の芳香族複素環基または芳香族炭化水素基を有してもよく、置換または無置換の芳香族複素環基および芳香族炭化水素基の両方を有してもよい。芳香族複素環基または芳香族炭化水素基が置換基を有している場合の置換基は、上述した置換基からなる群より選ばれることが好ましい。
　一般式（２）によって表される構造を繰り返し単位として有する高分子化合物としては、水溶液中で半導体成分と疎水性相互作用し、安定に結合または付着した状態を保つという観点から、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリチオフェン、ポリフルオレン、ポリチアジアゾール、ポリベンゾチアジアゾールが好ましく、ポリチオフェン、ポリフルオレン、ポリベンゾチアジアゾールが特に好ましい。
　化合物の安定性、相互作用の強さ、扱いやすさなどの観点から、ターゲット認識分子が、上述した一般式（１）によって表される化合物であり、Ａｒ１が、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基であり、置換基を含めない芳香族炭化水素基の炭素原子数が１４以上２２以下であることが好ましい。より具体的には、Ａｒ１がピレニル基であることが特に好ましい。
　ターゲット認識分子の好ましい構造の具体例としては、以下のようなものが挙げられる。式中、ｋは１以上２４以下の整数、ｍは１以上９以下の整数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
　（免疫グロブリン）
　免疫グロブリンは一般に抗体とも呼ばれる。本発明で使用することのできる免疫グロブリンには、いずれのタイプ、クラス、サブクラスも含まれる。そのような免疫グロブリンには、例えば、ＩｇＧ、ＩｇＥ、ＩｇＭ、ＩｇＤ、ＩｇＡ、ＩｇＹ、ＩｇＧ１、ＩｇＧ２、ＩｇＧ３、ＩｇＧ４、ＩｇＡ１、ＩｇＡ２などが含まれる。これらの中でも、単量体として存在し、扱いが容易な、ＩｇＧ、ＩｇＥ、ＩｇＤが好ましく、入手が容易なＩｇＧが特に好ましい。
　ＩｇＧとしては、どのような動物由来のものを用いてもよい。例えば、ワニ、アヒル、ヒト、サル、ヤギ、ウサギ、ヒツジ、ウシ、ウマ、イヌ、ネコ、ブタ、ラット、マウス、イルカなどに由来するＩｇＧが挙げられる。これらの中でも、免疫系の高等さと入手の容易さから、ヤギ、ウサギ、ヒツジ、マウス由来のＩｇＧがより好ましい。
　本明細書において、抗体を表記する際、由来動物、ターゲット物質の順に表記する。具体的に例えば、ヒトのヘモグロビンと選択的に相互作用するヤギ由来の抗体である場合、「ヤギ抗ヒトヘモグロビン抗体」と表記する。
　本発明で用いられるＩｇＧは、由来動物と異なる動物のＩｇＧと結合するものであってもよい。そのような例として、ヤギ抗ウサギＩｇＧ抗体、ウサギ抗ヒツジＩｇＧ抗体、ヤギ抗マウスＩｇＧ抗体、マウス抗ヤギＩｇＧ抗体、ヤギ抗ヒトＩｇＧ抗体、ウサギ抗ヒトＩｇＧ抗体、ヒツジ抗ヒトＩｇＧ抗体、またはマウス抗ヒトＩｇＧ抗体などが挙げられる。
　免疫グロブリンの構造について、単量体であるＩｇＧを用いて説明する。ＩｇＡはＩｇＧの二量体、ＩｇＭはＩｇＧの五量体とみなすことができる。
　図７Ａに示すように、免疫グロブリン１０は、２本の重鎖１１と呼ばれるポリペプチド鎖と２本の軽鎖１２と呼ばれるポリペプチド鎖とが、ジスルフィド結合によって連結され、一つの巨大な分子を形成している。
　図７Ｂに示すように、免疫グロブリン１０には、Ｆａｂ領域１５と呼ばれる領域とＦｃ領域１６と呼ばれる領域とが存在する。Ｆａｂ領域１５の先端には、ターゲット分子と結合するための結合部位１３が存在する。
　図７Ｂおよび図７Ｃに示すように、Ｆａｂ領域１５とＦｃ領域１６との境界領域において、２本の重鎖１１どうしが２つのジスルフィド結合によって連結されている。この領域をヒンジ領域１４と呼ぶ。ヒンジ領域１４は、Ｆａｂ領域１５とＦｃ領域１６との間に存在する柔軟なアミノ酸配列である。本明細書において、重鎖１１どうしを切り離してヒンジ領域１４でなくなった場合も、ヒンジ領域１４を形成していた領域を、便宜的にヒンジ領域と呼ぶ。
　免疫グロブリン１０にタンパク質分解酵素を作用させると、Ｆｃ領域１６が分解され、ヒンジ領域１４とＦａｂ領域１５とからなる部分構造体が残る。この部分構造体は、Ｆ（ａｂ’）２と呼ばれる。この分解反応には一般的にペプシンが使用されるが、反応条件を十分に検討すれば、他のタンパク質分解酵素を使用することも可能である。
　Ｆ（ａｂ’）２に対し、適切な還元力を有する還元剤を作用させると、重鎖１１どうしを連結していたジスルフィド結合が切断される。これにより、図８Ａに示すように、１本の軽鎖１２と１本の重鎖１１のうちのＦａｂ領域１５およびヒンジ領域１４に含まれていた部分とからなる部分構造体１７が生成される。部分構造体１７は、Ｆａｂ’と呼ばれる。還元剤としては、アルキルチオール、または２－メルカプトエチルアミンなどが用いられる。
　Ｆａｂ’を、メルカプト基と反応しうる官能基に作用させれば、Ｆａｂ’と当該官能基との間で結合を形成させることができる。本発明の実施形態による半導体センサにおいて、Ｆａｂ’は連結基を介して半導体成分に結合または付着しているが、そのためにこの反応を利用することができる。
　他の例として、免疫グロブリン１０に還元剤を作用させると、図８Ｂに示すように、重鎖１１どうしを連結していたジスルフィド結合が切断される。これにより、１本の軽鎖１２と１本の重鎖１１とからなり、ヒンジ領域１４にメルカプト基を有する部分構造体１８が生成され。この部分構造体１８を、本明細書において、「還元型免疫グロブリン半量体」と呼ぶ。還元型免疫グロブリン半量体も、メルカプト基と反応しうる官能基に作用させることによって、当該官能基との間で結合を形成させることができる。
　なお、ここでは、天然型の免疫グロブリン１０を処理して、その部分構造体を取得する方法について説明したが、本発明における免疫グロブリンの部分構造体の取得方法はこれらに限定されない。実質的に同じものが得られるのならば、他の方法を用いてもよい。他の方法としては、例えば、Ｆａｂ’や還元型免疫グロブリン半量体をコードしたベクターを大腸菌に導入して取得する方法などが挙げられる。
　以上の処理によって免疫グロブリン１０を小型化できる。その結果、ターゲット物質の電荷により生じる電界を半導体層４に効果的に伝えることができ、検出感度が向上する。
　免疫グロブリン１０の部分構造体の出発物質としては、モノクローナル抗体およびポリクローナル抗体のいずれであってもよい。センサ間の特性ばらつき低減の観点からは、モノクローナル抗体が好ましい。ポリクローナル抗体を出発物質とする場合であっても、精製ポリペプチドを結合したアフィニティーカラムに抗体を結合させる工程を含む、いわゆる吸収法によって、特異抗体を得ることができる。
　モノクローナル抗体を出発物質として用いる場合、その抗体として、キメラ抗体（例えば、マウスモノクローナル抗体の可変領域を有するヒト抗体）、ヒト化抗体（例えば、マウスモノクローナル抗体の相補性決定領域を有するヒト抗体）を用いることもできる。また、公知の、遺伝子工学的手法やタンパク質工学的手法を利用して、免疫グロブリンの一部に意図的に変異を導入した抗体であってもよい。
　用いる免疫グロブリンの部分構造体の分子量も、センサの性能に影響を与える。部分構造体の分子量が小さいほど、半導体層４近傍でターゲット物質を捕捉することができるという利点や、半導体層４により多くの数の部分構造体を導入することができるという利点がある。一方、もとの免疫グロブリンの立体構造をできる限り温存した方が、ターゲット物質に対する結合能力が維持される。これらの二つの効果のバランスから、ターゲット捕捉体Ｘとして用いる、免疫グロブリンの部分構造体の分子量は、２００００以上が好ましく、３００００以上がより好ましく、３５０００以上が特に好ましい。また、免疫グロブリンの部分構造体の分子量は、１２００００以下が好ましく、１０００００以下がより好ましく、５８０００以下が特に好ましい。
　本発明における免疫グロブリンの部分構造体の分子量は、試料をマトリックス支援レーザー脱離イオン化法－飛行時間型質量分析法（ＭＡＬＤＩ－ＴＯＦＭＳ）によって分析することで決定される値である。
　（半導体成分）
　本発明で用いることのできる半導体成分としては、単体半導体、化合物半導体、有機半導体、ナノカーボン材料などがある。
　単体半導体としては、シリコン、ゲルマニウムなどのＩＶ族元素が用いられる。シリコンを用いる場合の形態としては、アモルファスシリコン、ポリシリコン（多結晶シリコン）、単結晶シリコンなどが挙げられる。シリコン半導体を用いる場合は、板状で用いてもよいし、シリコンナノワイヤの形状で用いてもよい。シリコンナノワイヤとは、直径が１ｎｍ以上９９９ｎｍ以下の繊維状のシリコン半導体のことである。直径が細いほど、環境を敏感に感じ取れるため、感度が良い。そのため、シリコンナノワイヤを用いる場合は、直径１ｎｍ以上１００ｎｍ以下のものが好ましい。
　シリコンナノワイヤの作製方法としては、固相法、液相法、気相法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、ＶＬＳ（Ｖａｐｏｒ－Ｌｉｑｕｉｄ－Ｓｏｌｉｄ）法、基板のエッチングによる方法などが挙げられる。
　化合物半導体は、さらに、ＩＩ－ＶＩ族半導体、ＩＩＩ－Ｖ族半導体、ＩＶ族化合物半導体、Ｉ－ＩＩＩ－ＶＩ族半導体、ＩＩ－ＩＶ－Ｖ族半導体などに分類することができる。ＩＩ－ＶＩ族半導体としては、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＯなどが挙げられる。ＩＩＩ－Ｖ族半導体としては、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮなどが挙げられる。ＩＶ族化合物半導体としては、ＳｉＣ、ＳｉＧｅなどが挙げられる。Ｉ－ＩＩＩ－ＶＩ族半導体としては、ＣｕＩｎＳｅ２、ＡｇＧａＴｅ２などが挙げられる。ＩＩ－ＩＶ－Ｖ族半導体としては、ＺｎＳｉＡｓ２、ＣｄＧｅＡｓ２などが挙げられる。
　有機半導体としては、ペンタセン、アントラセン、ルブレン、ペリレン、コロネン、フタロシアニンなどの多環芳香族炭化水素や、ポリチオフェン、ポリパラフェニレンビニレン、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリンなどのポリマーなどが挙げられる。
　ナノカーボン材料としては、フラーレン、ＣＮＴ、グラフェン、カーボンナノホーンなどがあり、それぞれについて以下に述べる。本発明においては、ナノカーボン材料どうしを組み合わせて用いてもよい。例として、ＣＮＴの内側にフラーレンが内包された、ピーポッドが挙げられる。
　フラーレンは、炭素原子どうしがｓｐ２混成軌道間相互作用によって結合している、多面体構造をした化合物である。多面体は、五員環と六員環とから構成される。多面体を構成する炭素数としては、６０、７０、７４、７６、７８などがある。フラーレンは１分子で用いても良いし、複数のフラーレン分子が集合したフラーレンナノウィスカーや、フラーレンナノウィスカーが中空構造を形成したフラーレンナノファイバーの形態で用いても良い。
　グラフェンは、グラフェン・シートとも呼ばれ、理想的には全ての炭素原子どうしがｓｐ２混成軌道間相互作用で結合し、六角形格子構造をとっている。グラフェンが多数積層されると、グラファイトとなる。グラフェンは、バンドギャップが存在しない特殊な半導体である。グラフェンは非常に高い電子移動度を示すため、半導体層４中の半導体成分として有望である。
　炭素の層を数原子層まで重ねたものも含めてグラフェンと呼ばれる。本発明で用いられるグラフェンは、炭素の層が１０原子層以下であることが好ましく、３原子層以下であることがより好ましく、単原子層であることが特に好ましい。
　グラフェンの合成方法は、特に限定されないが、例えば機械剥離法、化学剥離法、炭化ケイ素加熱法（以下、ＳｉＣ加熱法）、または熱化学気相成長法（以下、熱ＣＶＤ法）などが挙げられる。
　グラフェンが基板１上に存在することは、簡易的に光学顕微鏡によって確認することができる。光学顕微鏡による観察は簡便な方法ではあるが、注意深く観察することで、単層、２層、３層のグラフェンを見分けることも可能である。より詳細な分析にはラマン分光法が用いられる。
　ＣＮＴとしては、１枚の炭素膜（グラフェン・シート）が円筒状に巻かれた単層ＣＮＴ、２枚のグラフェン・シートが同心円状に巻かれた２層ＣＮＴ、複数のグラフェン・シートが同心円状に巻かれた多層ＣＮＴなどが挙げられる。本発明においては、これらのいずれを用いてもよいが、高い半導体特性を得るためには、単層ＣＮＴを用いるのが好ましい。ＣＮＴは、アーク放電法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、レーザー・アブレーション法等により得ることができる。
　ＣＮＴは、半導体型ＣＮＴを８０重量％以上含むことがより好ましい。さらに好ましくは、半導体型ＣＮＴを９５重量％以上含むことである。半導体型が８０重量％以上のＣＮＴを得る方法としては、既知の方法を用いることができる。例えば、密度勾配剤の共存下で超遠心する方法、特定の化合物を選択的に半導体型もしくは金属型ＣＮＴの表面に付着させ、溶解性の差を利用して分離する方法、電気的性質の差を利用し電気泳動等により分離する方法などが挙げられる。本発明における半導体型ＣＮＴの含有率は、ラマンスペクトルにおいて、金属型ＣＮＴのピーク面積と半導体型ＣＮＴのピーク面積との比から算出される値である。
　本発明において、ＣＮＴの長さは、適用されるセンサにおける、第１電極２と第２電極３との間の距離よりも短いことが好ましい。具体的には、ＣＮＴの平均長さは、チャネル長によるが、好ましくは２μｍ以下、より好ましくは１μｍ以下である。ＣＮＴの平均長さとは、ランダムに選択した２０本のＣＮＴの長さの平均値を言う。ＣＮＴ平均長さの測定方法としては、原子間力顕微鏡、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡等で得た画像の中から、２０本のＣＮＴをランダムに選択し、それらの長さの平均値を得る方法が挙げられる。
　一般に市販されているＣＮＴは長さに分布があり、電極間距離よりも長いＣＮＴが含まれることがあるため、ＣＮＴを電極間距離よりも短くする工程を加えることが好ましい。例えば、硝酸、硫酸などによる酸処理、超音波処理、または凍結粉砕法などにより短繊維状にカットする方法が有効である。またフィルターによる分離を併用することは、純度を向上させる点でさらに好ましい。
　また、ＣＮＴの直径は特に限定されないが、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましく、より好ましくは１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。
　本発明では、ＣＮＴを溶媒中に均一分散させ、分散液をフィルターによってろ過する工程を設けることが好ましい。フィルター孔径よりも小さいＣＮＴを濾液から得ることで、電極間距離よりも短いＣＮＴを効率よく得られる。この場合、フィルターとしてはメンブレンフィルターが好ましく用いられる。ろ過に用いるフィルターの孔径は、チャネル長よりも小さければよく、０．５μｍ以上１０μｍ以下が好ましい。他にＣＮＴの長さを短くする方法として、酸処理、凍結粉砕処理などが挙げられる。
　カーボンナノホーンは、グラフェンを円錐形に丸めた構造をしている。カーボンナノホーンは、室温下、アルゴンガス雰囲気中で、グラファイトに二酸化炭素レーザーを照射することで合成することができる。カーボンナノホーンの直径は、２ｎｍ以上５ｎｍ以下程度のものが好ましい。カーボンナノホーンは、分離工程を施さない場合は集合体を形成している。本発明では、集合体のまま用いてもよいし、一つ一つを分離して用いてもよい。
　本発明の実施形態によるセンサにおいて、半導体成分としては、移動度が大きく、比表面積が大きい観点から、フラーレン、ＣＮＴ、グラフェンおよびカーボンナノホーンからなる群より選ばれる少なくとも一種であることが好ましく、さらにこれらの中でも、生産タクトの観点から、ＣＮＴが特に好ましい。
　本発明の実施形態によるセンサにおいて、半導体層４中の半導体成分は、その表面が半導体特性を示さない極薄い膜で覆われていてもよい。これは、半導体成分が直接溶液にさらされると、予期せぬ電気特性変化を招く場合があるためである。半導体成分を覆っている極薄い膜の上に共役系有機化合物が付着していてもよい。但し、半導体成分を被覆している膜の厚さは、本発明の半導体素子をセンサとして使用した際に、その電気的な検出を阻害しない程度の膜厚であることが好ましい。具体的には、３００ｎｍ以下が好ましく、２００ｎｍ以下がより好ましく、１００ｎｍ以下が特に好ましい。
　（分散剤）
　半導体成分としてナノカーボン材料複合体を用いた場合、ナノカーボン材料表面の少なくとも一部に分散剤を付着させることが好ましい。これにより、ナノカーボン材料の保有する高い電気的特性を損なうことなく、ナノカーボン材料を溶液中に均一に分散することが可能になる。また、ナノカーボン材料が均一に分散した溶液から、塗布法により、均一に分散したナノカーボン材料膜を形成することが可能になる。これにより、高い半導体特性を実現できる。
　ナノカーボン材料に分散剤を付着させる方法は、（Ｉ）溶融した分散剤中にナノカーボン材料を添加して混合する方法、（ＩＩ）分散剤を溶媒中に溶解させ、この中にナノカーボン材料を添加して混合する方法、（ＩＩＩ）ナノカーボン材料をあらかじめ超音波等で予備分散させておき、そこへ分散剤を添加し混合する方法、（ＩＶ）溶媒中に分散剤とナノカーボン材料を入れ、この混合系へ超音波を照射して混合する方法などが挙げられる。本発明では、いずれの方法を用いてもよく、いずれかの方法を組み合わせてもよい。
　分散剤としては、特に限定されるものではないが、具体的には、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロールなどのセルロース類、ポリエチレングリコールなどのポリアルキレングリコール類、ポリヒドロキシメチルメタクリレートなどのアクリル樹脂、ポリ－３－ヘキシルチオフェンなどの共役系重合体、アントラセン誘導体、ピレン誘導体などの多環芳香族化合物、ドデシル硫酸ナトリウム、コール酸ナトリウムなどの長鎖アルキル有機塩などが挙げられる。ナノカーボン材料との相互作用の観点から、アルキル基、芳香族炭化水素基などの疎水基を有するものや共役構造を有するものが好ましく、共役系重合体が特に好ましい。共役系重合体であれば、ナノカーボン材料の保有する高い電気的特性を損なうことなくナノカーボン材料を溶液中に均一に分散する効果や高い半導体特性といった効果がより向上する。
　（共役系重合体）
　本発明の実施形態によるセンサにおいて、半導体成分の少なくとも一部に共役系重合体が付着していることが好ましい。ここで言う「付着」とは、ターゲット認識分子が半導体層４に付着する場合と同じ現象を意味する。共役系重合体とは、モノマーユニット内において、またはモノマーユニット内および隣接するモノマーユニット間において、原子間の多重結合の共役系が連なっている重合体のことである。共役系重合体は、半導体成分が直接、試料溶液に触れることによって予期せぬ電気特性変化が起こることを防ぐとともに、共役系によって半導体成分の電子伝達を補助する役割も担う。
　共役系重合体としては、ポリチオフェン系重合体、ポリピロール系重合体、ポリアニリン系重合体、ポリアセチレン系重合体、ポリ－ｐ－フェニレン系重合体、ポリ－ｐ－フェニレンビニレン系重合体などが挙げられるが、特に限定されない。上述した重合体は単一のモノマーユニットが並んだものが好ましく用いられるが、異なるモノマーユニットをブロック共重合したもの、ランダム共重合したもの、グラフト共重合したものも用いられる。
　上述した重合体の中でも、共役系の電子軌道が大きく、半導体成分との相互作用が大きくなる観点から、繰り返し単位中に硫黄原子を含む複素環が存在する共役系重合体が好ましい。その中でも、半導体成分への付着が強固であり、電子伝導補助効果の高い、チオフェン系重合体、チアジアゾール系重合体、ベンゾチアジアゾール系重合体が、特に好ましい。
　共役系重合体の好ましい分子量は、数平均分子量で８００以上１０００００以下である。また、上述した重合体は必ずしも高分子量である必要はなく、直鎖状共役系からなるオリゴマーであってもよい。
　また、共役系重合体が側鎖を含有し、その側鎖の少なくとも一部にヒドロキシ基、カルボキシ基、アミノ基、メルカプト基、スルホ基、ホスホン酸基、それらの有機塩または無機塩、ホルミル基、マレイミド基、およびスクシンイミド基からなる群より選ばれる少なくとも一つの官能基を含有することが好ましく、アミド基、エステル基およびイミド基からなる群より選ばれる少なくとも一つの官能基を含有することが特に好ましい。これらの官能基どうしが結合して環を形成していてもよい。
　本明細書において、側鎖とは、共役系重合体の主鎖を構成する原子に置換して連結された、少なくとも一つの炭素原子を含む分子鎖を指す。また、側鎖に官能基を含むとは、側鎖の末端に上述した官能基を含むことや、側鎖から枝分かれして上述した官能基を含むことをいう。そして、鎖とは、２つ以上の原子が直列して連結したものをいう。このとき、上述した官能基に含まれる原子の１つを、分子鎖を構成する原子に含めることができる。したがって、例えば、主鎖にＣＨ２－ＣＯＯＨによって表される基が連結している場合、これはカルボキシ基を含有する側鎖である。
　この側鎖は、アルキレン基を分子鎖の少なくとも一部に含有することが好ましい。また、共役系重合体の側鎖が、アルキレン基を介して上述した官能基を含有することが好ましい。アルキレン基は、主鎖である共役系重合体を構成する原子に直接結合していてもよいし、エーテル結合、エステル結合などを介して結合していてもよい。
　アルキレン基とは、例えば、メチレン基、エチレン基、ｎ－プロピレン基、イソプロピレン基、ｎ－ブチレン基、ｓｅｃ－ブチレン基、ｔｅｒｔ－ブチレン基、シクロプロピレン基、シクロヘキシレン基、ノルボルニレン基などの２価の飽和脂肪族炭化水素基を示す。アルキレン基は置換基を有していても有していなくてもよい。置換基を有している場合の追加の置換基には特に制限はなく、例えば、アルキル基や、メトキシ基、エトキシ基などのアルコキシ基などを挙げることができる。また、アルキレン基の炭素数は、特に限定されないが、入手の容易性やコストの点から、１以上２０以下が好ましく、より好ましくは１以上８以下である。
　上述した構造を有する共役系重合体として、具体的には下記のような構造が挙げられる。なお、各構造中のｎは繰り返し数を示し、２以上１０００以下の範囲である。また、共役系重合体は各構造の単一の重合体でもよく、共重合体でもよい。また、各構造と、その構造で側鎖を有しないものとの共重合体であってもよい。
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Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
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　本発明で用いられる共役系重合体は、公知の方法により合成することができる。モノマーを合成するには、例えば、チオフェンと、カルボキシ基を末端に有するアルキル基を導入したチオフェン誘導体とをカップリングする方法が挙げられる。その具体例として、ハロゲン化したチオフェン誘導体と、チオフェンボロン酸またはチオフェンボロン酸エステルとを、パラジウム触媒下でカップリングする方法、ハロゲン化したチオフェン誘導体と、チオフェングリニャール試薬とを、ニッケルまたはパラジウム触媒下でカップリングする方法などが挙げられる。このようなモノマーを用いて重合反応を行うことによって、側鎖としてカルボキシ基を末端に有するアルキル鎖を導入したポリチオフェン系重合体が得られる。また、チオフェン以外の共役系ユニットとチオフェンとを同様の方法によってカップリングさせたものをモノマーユニットとすることもできる。そのようにして得られたモノマーユニットの末端に重合性置換基を導入し、パラジウム触媒やニッケル触媒下で重合を進行させることで、チオフェン以外の共役系ユニットを含む共役系重合体を得ることができる。
　本発明で用いられる共役系重合体からは、合成過程で使用した原料や副生成物などの不純物を除去することが好ましい。その方法として、例えば、シリカゲルカラムグラフィー法、ソックスレー抽出法、濾過法、イオン交換法、キレート法などを用いることができる。これらの方法を２種以上組み合わせてもよい。
　（保護剤）
　本発明の実施形態による半導体センサにおいて、半導体成分に、ターゲット物質以外の物質の接近、付着を妨げるための試薬（「保護剤」という）による処理を施してもよい。これにより、ターゲット物質をより選択的に検出できるようになる。保護剤は、半導体成分に物理的に付着させてもよいし、半導体成分中のどこかに結合を介して導入してもよい。
　半導体成分に保護剤を付着させる方法としては、（Ｉ）半導体成分をあらかじめ超音波等で予備分散させておき、そこへ保護剤を添加し混合する方法、（ＩＩ）溶媒中に保護剤と半導体成分を入れ、この混合系へ超音波を照射して混合する方法、（ＩＩＩ）溶融した保護剤に、基板１上に塗布した半導体成分を浸漬する方法、（ＩＶ）保護剤を溶媒中に溶解させ、この中に基板１上に塗布した半導体成分を浸漬する方法などが挙げられる。本発明では、いずれの方法を用いてもよく、いずれかの方法を組み合わせてもよい。検出感度の観点から、（ＩＩＩ）や（ＩＶ）といった、固液反応を利用して半導体成分に保護剤を付着させる方法が好ましい。
　共役系重合体と保護剤は、同一の化合物でも異なる化合物でもかまわないが、検出感度の観点から、異なる化合物であることが好ましい。保護剤の例としては、ウシ血清アルブミン、カゼイン、スキムミルクなどのタンパク質、アミロース、セルロース、デキストラン、カルボキシメチルセルロースなどの多糖類、ポリエチレングリコールなどのポリアルキレングリコール類、エタノールアミン、メルカプトエタノールなどの低分子有機化合物、ポリビニルアルコール、ポリオキシエチレンポリオキシテトラメチレンモノメタクリレート、ポリ（２－メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン）などの合成高分子などが挙げられる。
　共役系重合体を半導体成分に付着させる工程と、半導体成分を保護剤で修飾する工程との順序は、特に限定されるものではないが、共役系重合体を付着させた後に保護剤による修飾を行う順序が好ましい。
　（ターゲット物質）
　本発明の実施形態による半導体センサにおけるターゲット物質としては、特に限定されないが、例えば、酵素、抗原、抗体、ハプテン、ペプチド、オリゴペプチド、ポリペプチド（タンパク質）、ホルモン、核酸、オリゴヌクレオチド、糖、オリゴ糖、多糖などの糖類、低分子化合物、無機物質およびこれらの複合体、ウイルス、細菌、細胞、生体組織およびこれらを構成する物質などが挙げられる。これらは、ターゲット認識分子との相互作用により、本発明の実施形態による半導体センサにおける半導体層の電気特性に変化をもたらす。
　本発明の実施形態による半導体センサによって、低分子化合物も検出することができる。低分子化合物としては、特に限定されるものではないが、例えば、生体から発せられる、アンモニアやメタンなどの常温常圧で気体の化合物や、尿酸などの固体化合物が挙げられる。
　本発明の実施形態による半導体センサは、ターゲット捕捉体Ｘとしてタンパク質または核酸を利用しているため、生体由来の物質との相性が良い。よって、本発明の実施形態による半導体センサは、生体由来の物質を検出対象とする半導体センサであることが好ましい。なお、ここではウイルスも生体由来の物質として扱う。
　本発明の実施形態による半導体センサにおける、ターゲット捕捉体Ｘ／ターゲット物質の組み合わせとしては、例えば、Ｔ－ＰＳＡ－ｍＡｂ（前立腺特異抗原用のモノクローナル抗体）／ＰＳＡ（前立腺特異抗原）、ａｎｔｉ－ｈＣＧ－ｍＡｂ（抗ヒト絨毛性ゴナドトロピン抗体）／ｈＣＧ（ヒト絨毛性ゴナドトロピン）、抗ＡＦＰポリクローナル抗体（ヒト組織免疫染色用抗体）／αフェトプロテイン、ａｎｔｉ－トロポニンＴ（抗トロポニンＴ抗体）／トロポニンＴ、ａｎｔｉ－ＣＫ－ＭＢ（抗クレアチニンキナーゼＭＢ抗体）／ＣＫ－ＭＢ（クレアチニンキナーゼＭＢ）、ａｎｔｉ－ＰＩＶＫＡ－ＩＩ（抗ｐｒｏｔｅｉｎ　ｉｎｄｕｃｅｄ　ｂｙ　ｖｉｔａｍｉｎ　Ｋ　ａｂｓｅｎｃｅ　ｏｒ　ａｎｔａｇｏｎｉｓｔ（ＰＩＶＫＡ）－ＩＩ抗体）／ＰＩＶＫＡ－ＩＩ、ａｎｔｉ－ＣＡ１５－３（乳癌Ｃ腫瘍マーカー）抗体／ＣＡ１５－３、ａｎｔｉ－ＣＥＡ（抗癌胎児性抗原抗体）／ＣＥＡ（癌胎児性抗原）、ａｎｔｉ－ＣＹＦＲＡ（抗サイトケラチン１９フラグメント抗体）／ＣＹＦＲＡ（サイトケラチン１９フラグメント）、ａｎｔｉ－ｐ５３（抗ｐ５３タンパク質抗体）／ｐ５３（ｐ５３タンパク質）、抗ヘモグロビン抗体／ヘモグロビン、抗糖化ヘモグロビン抗体／糖化ヘモグロビン、抗ナトリウム利尿ペプチド（ＢＮＰ）抗体／ＢＮＰ、グルコースデヒドロゲナーゼ（ＧＤＨ）／グルコース、グルコースオキシダーゼ／グルコース、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）／リボ核酸（ＲＮＡ）等が挙げられる。本発明の実施形態による半導体センサは、ガスセンサ、イオンセンサ、心筋マーカーセンサ、腫瘍マーカーセンサ、ヘモグロビンセンサ、糖化ヘモグロビンセンサなどの各種センサに利用できる。
　本発明の実施形態による半導体センサにおいて、広い濃度範囲に亘って測定誤差を生じにくいターゲット物質は、ヘモグロビンおよび糖化ヘモグロビンであり、これらを検出対象とした半導体センサとすることが特に好ましい。すなわち、ターゲット捕捉体Ｘが、ヘモグロビンまたは糖化ヘモグロビンの少なくとも一方と選択的に相互作用する免疫グロブリンの部分構造体であることが好ましい。
　また、本発明の実施形態による半導体センサは、ヘモグロビンおよび糖化ヘモグロビンの検出に適していることから、半導体センサと、グルコースを検出するセンサとを含んで複合センサを構成しても良い。複合センサにおいて、ターゲット物質の１つである糖化ヘモグロビンは、ヘモグロビンＡ１ｃ（以下、ＨｂＡ１ｃと略記）が特に好ましい。グルコースとＨｂＡ１ｃという、糖尿病の指標となる複数の物質の生体液中濃度を測定するセンサによって、糖尿病の病状監視を効果的に行うことができる。
　（生体液）
　本発明の実施形態による半導体センサは、生体液中の物質を検出する目的でも使用することができる。生体液とは、生物がなんらかの形で生物の体内に持っている液体である。生体から採取されるあらゆる液体、例えば、血液、組織液、体腔液、消化液、尿、唾液、汗、涙、鼻水、精液、リンパ液、膣液、羊水、乳汁、髄液、滑液、および細胞懸濁液などをそのまま用いることができる。また、生体試料中から細胞成分等を予め破砕または除去した試料であってもよい。本発明の実施形態による半導体センサに供する試料としては、生体液の中でも、血液、唾液、汗、涙、尿などが入手の容易性で好ましく、中でも血液が、生体情報を数多く含むためより好ましい。
　（半導体センサの製造方法）
　本発明の実施形態による半導体センサの製造方法として、第１の実施形態に係る半導体センサの製造方法を例にして説明する。この半導体センサの製造方法は、半導体成分を基板１上に塗布および乾燥して半導体層を形成する工程を含む。なお、製造方法は下記に限定されるものではない。
　まず、基板１上に第１電極２および第２電極３を形成する。形成方法は、例えば、金属蒸着、スピンコート法、ブレードコート法、スリットダイコート法、スクリーン印刷法、バーコーター法、鋳型法、印刷転写法、浸漬引き上げ法、またはインクジェット法などの公知の方法が挙げられる。それぞれの電極２，３をパターン状に形成するには、マスクなどを用いて直接パターンを形成してもよい。また、基板１上にレジストを塗布し、露光および現像してレジスト膜を所望のパターンに加工してから、エッチングすることにより、電極をパターニングすることも可能である。
　次に半導体層４を形成する。その方法は、基板１上に半導体成分を塗布する工程と、ターゲット認識分子の前駆体をこの半導体成分に結合または付着させる工程と、このターゲット認識分子の前駆体とターゲット捕捉体Ｘとの間で結合を形成させる工程と、を含む製造方法が好ましい。ここで、「ターゲット認識分子の前駆体」とは、ターゲット認識分子のうち、ターゲット捕捉体Ｘを除いた部分のことをいう。ターゲット認識分子の前駆体とターゲット捕捉体Ｘとの間で結合を形成させると、本発明に用いられるターゲット認識分子となる。
　半導体成分にターゲット認識分子の前駆体を結合または付着させる方法としては、真空中でターゲット認識分子の前駆体を蒸着する方法、ターゲット認識分子の前駆体が溶解した溶液に、半導体成分を含む層を浸漬する方法、半導体層にターゲット捕捉体Ｘ以外の部分からなるターゲット認識分子の前駆体を塗布する方法、または半導体成分を含む層に、ターゲット認識分子の前駆体が溶解した溶液を塗布する方法などが挙げられる。
　ターゲット認識分子の前駆体とターゲット捕捉体Ｘとの間に結合を形成させる方法としては、真空中で半導体成分を含む層にターゲット捕捉体Ｘを衝突させて反応させる方法、半導体成分を含む層をターゲット捕捉体Ｘが溶解した溶液に浸漬する方法、半導体成分を含む層にターゲット捕捉体Ｘが溶解した溶液を塗布する方法などが挙げられる。
　以下、ターゲット認識分子の前駆体を半導体成分に付着させた後、ターゲット認識分子の前駆体とターゲット捕捉体Ｘとの間で結合を形成させ、ターゲット認識分子とする反応について、具体例を用いて説明する。まず、２つの電極の間に、半導体成分としてＣＮＴを配置した基板を作製する。次に、ピレニル基とマレイミド基とを有する、ターゲット認識分子の前駆体を、アセトニトリルなどの有機溶媒に溶解させる。その溶液へ、上述したように作製しておいた基板を浸漬させる。すると、図９Ａに示したように、ＣＮＴ１９とピレン環とのπ－π電子相互作用によって、ターゲット認識分子の前駆体がＣＮＴ１９上に付着する。但し、図中のＬ’は、反応後連結基Ｌとなる構造のうち、マレイミド基部分を除いた構造である。
　このようにして、ＣＮＴ１９上にターゲット認識分子の前駆体を固定化した基板を、次に、ターゲット捕捉体Ｘとして免疫グロブリンの部分構造体２０である、Ｆａｂ’を溶解した水溶液に浸漬させる。すると、Ｆａｂ’のヒンジ領域の硫黄原子２１が、ターゲット認識分子の前駆体のマレイミド基と反応して結合を形成し、ターゲット認識分子が得られる。つまり、この反応の結果、図９Ｂに示したように、ＣＮＴ１９上にターゲット認識分子が固定化された状態となる。
　半導体成分の基板１上への配置とターゲット認識分子の固定化とは、別々に行ってもよいし、一括して行ってもよい。一括して行うには、例えば、あらかじめターゲット認識分子が結合または付着している半導体成分を用いて半導体層を形成する方法が挙げられる。
　他の実施形態に係る半導体センサの製造方法にも、上述した方法を準用することができる。例えば、第２の実施形態による半導体センサの製造方法は、第１の実施形態による半導体センサの製造方法に対し、基板１上に、先に第３電極５と絶縁層６とを形成する工程が加わったものである。
　（実施例および比較例）
　以下、本発明の実施形態による具体的な実施例について説明する。なお、本発明は、後述する実施例に限定されるものではない。なお、用いた化合物のうちの略語で表したものを以下に示す。
ｏ－ＤＣＢ：オルト－ジクロロベンゼン
ＰＢＳ：リン酸緩衝生理食塩水
ＢＳＡ：ウシ血清アルブミン
ＥＤＴＡ：エチレンジアミン四酢酸
Ｐ３ＨＴ：ポリ－３－ヘキシルチオフェン
ＤＭＦ：ジメチルホルムアミド
ＨＲＧ：ヒスチジンリッチグリコプロテイン
ＮＭＰ：Ｎ－メチルピロリドン
ＥＤＣ：エチル（ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド
ＮＨＳ：Ｎ－ヒドロキシスクシンイミド
ＰＢＳＥ：ピレン酪酸スクシンイミドエステル。
　実施例１
　（１）半導体成分溶液Ａの調製
　ＣＮＴ（ＣＮＩ社製、単層ＣＮＴ、半導体型ＣＮＴを９５重量％含有）を１．５ｍｇと、硫黄原子が含まれていない共役系重合体である、下記構造の、ポリ［（ｍ－フェニレンビニレン）－ｃｏ－（２，５－ジオクトキシ－ｐ－フェニレンビニレン）］（Ｓｉｇｍａ　Ａｌｄｒｉｃｈ社製、以下共役系重合体［Ａ］と呼ぶ）１．５ｍｇとを、１５ｍＬのクロロホルム中に加え、氷冷しながら、超音波ホモジナイザー（東京理化器械社製ＶＣＸ－５００）を用いて、出力２５０Ｗで３０分間超音波撹拌し、ＣＮＴ複合体分散液Ａ（溶媒に対するＣＮＴ複合体濃度０．０６ｇ／Ｌ）を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
　次に、半導体層を形成するための半導体成分溶液Ａの作製を行った。上述したＣＮＴ分散液Ａを、メンブレンフィルター（孔径１０μｍ、直径２５ｍｍ、ミリポア社製オムニポアメンブレン）を用いて濾過を行い、長さ１０μｍ以上のＣＮＴ複合体を除去した。得られた濾液５ｍＬに、ｏ－ＤＣＢ２１ｍＬを加え、半導体成分溶液Ａ（溶媒に対するＣＮＴ複合体濃度０．０１ｇ／Ｌ）とした。
　（２）マウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ　Ｆａｂ’の作製
　クエン酸一水和物（関東化学社製）と１０Ｎ水酸化ナトリウム水溶液（和光純薬工業社製）とを用いて、０．１Ｍクエン酸ナトリウム緩衝液（ｐＨ３．５）を調製した。その緩衝液に、１ｍｇ／ｍＬの濃度となるようにペプシン（和光純薬工業社製）を溶解してペプシン溶液とした。別途、濃度７．７ｍｇ／ｍＬのマウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ抗体（ＢＢＩ　Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ社製）４０μＬを、０．１Ｍクエン酸ナトリウム緩衝液（ｐＨ３．５）２６９μＬで希釈し、１ｍｇ／ｍＬとした。得られた溶液３００μＬに対し、ペプシン溶液３μＬを添加し、３７℃で１時間静置した。その後、１Ｍトリスヒドロキシメチルアミノメタン－塩酸緩衝液（ｐＨ８．０）１００μＬを添加し、中和することで反応を停止した。
　得られた溶液１０μＬと、純水５μＬと、ＮｕＰＡＧＥ　ＬＤＳ　Ｓａｍｐｌｅ　Ｂｕｆｆｅｒ（商品名、インビトロジェン社製）５μＬとを混合し、９５℃で５分間加熱した。その後、分子量マーカーである、プレシジョンＰｌｕｓプロテイン２色スタンダード（商品名、バイオ・ラッド社製）とともに、ポリアクリルアミドゲル電気泳動法（ＳＤＳ－ＰＡＧＥ）を実施した。その際用いた電気泳動槽はイージーセパレーター（商品名、和光純薬工業社製）であり、電源装置はマイパワーＩＩ５００（商品名、アトー社製）であり、ゲルはスーパーセップエース、５－２０％（商品名、和光純薬工業社製）であり、泳動緩衝液はタンパク質泳動バッファー（商品名、和光純薬工業社製）であった。電源装置を用いて電気泳動槽に流す電流は２０ｍＡの一定電圧とし、７０分間電気泳動を実施した。クイックＣＢＢプラス（商品名、和光純薬工業社製）によってゲルおよび抗体消化生成物を染色後、純水でゲルを脱色し、現れた抗体消化生成物のバンドと分子量マーカーとを比較することによって、Ｆｃ領域１６が切断されてＦ（ａｂ’）２が生成されたことが確認された。
　次に、ＰＤ　ＭｉｎｉＴｒａｐ　Ｇ－２５カラムを用いて、Ｆ（ａｂ’）２溶液３００μＬの緩衝液を、５ｍＭ　ＥＤＴＡ含有０．１Ｍリン酸ナトリウム緩衝液に置換した。その後、Ａｍｉｃｏｎ　Ｕｌｔｒａ　０．５，１０Ｋ（商品名、メルクミリポア社製）を用いて、Ｆ（ａｂ’）２溶液を濃縮した。濃縮後にＮａｎｏＤｒｏｐ２０００（商品名、Ｔｈｅｒｍｏ　Ｆｉｓｈｅｒ　Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製）を用いて濃度を測定したところ、２．０ｍｇ／ｍＬであった。２－アミノエタンチオール塩酸塩（和光純薬工業社製）を、０．１Ｍになるように５ｍＭ　ＥＤＴＡ含有０．１Ｍリン酸ナトリウム緩衝液に溶解し、調製した溶液１０μＬを、前述のＦ（ａｂ’）２溶液１００μＬに添加した。３７℃で９０分間静置し、還元反応を進行させることにより、Ｆａｂ’とした。得られた溶液を、５ｍＭ　ＥＤＴＡ含有０．１Ｍリン酸ナトリウム緩衝液を溶出液とし、ＰＤ　ＭｉｎｉＴｒａｐ　Ｇ－２５カラムに通し、低分子成分を除去した。得られた溶液の濃度をＮａｎｏＤｒｏｐ２０００によって測定したところ、０．３３ｍｇ／ｍＬであった。また、作製したＦａｂ’の分子量をＭＡＬＤＩ－ＴＯＦ－ＭＳ（Ｂｒｕｋｅｒ社製、ａｕｔｏｆｌｅｘ　ｓｐｅｅｄ）によって測定したところ、４８５５０であった。
　（３）電極および半導体層の形成
　第３の実施形態による半導体センサの用途に供するための半導体素子を作製した。ガラス製の基板１（厚さ０．７ｍｍ）上に、金を膜厚５０ｎｍになるように真空蒸着した。その上にフォトレジスト（商品名「ＬＣ１００－１０ｃＰ」、ローム・アンド・ハース社製）をスピンコート塗布（１０００ｒｐｍ×２０秒）し、１００℃で１０分加熱乾燥した。
　作製したフォトレジスト膜を、パラレルライトマスクアライナー（キヤノン社製、ＰＬＡ－５０１Ｆ）を用いて、マスクを介してパターン露光した。その後、自動現像装置（滝沢産業社製、ＡＤ－２０００）を用いて、２．３８重量％水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液であるＥＬＭ－Ｄ（商品名、三菱ガス化学社製）によって７０秒間シャワー現像し、次いで水で３０秒間洗浄した。その後、ＡＵＲＵＭ－３０２（商品名、関東化学社製）によってエッチング処理を５分間行った後、水で３０秒間洗浄した。ＡＺリムーバ１００（商品名、ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製）に５分間浸漬してレジストを剥離し、水で３０秒間洗浄した。その後、１２０℃で２０分間加熱乾燥することで、金からなる第１電極２、第２電極３および第３電極７を形成した。
　第１電極２および第２電極３の幅（チャネル幅）はそれぞれ３００μｍとし、第１電極２と第２電極３との間隔（チャネル長）は２０μｍとした。第３電極７は第２電極３と平行に配置し、第３電極７と第２電極３との間隔は５ｍｍとした。
　第１電極２および第２電極３が形成された基板１上に、上述した（１）に記載の方法によって作製した半導体成分溶液Ａを、インクジェット装置（クラスターテクノロジー社製）を用いて６００ｐｌ滴下して半導体層４を形成し、ホットプレート上で窒素気流下、１５０℃で３０分の熱処理を行い、半導体素子Ａを得た。
　次に、上述した半導体素子Ａの第３電極７の電圧（Ｖｇ）を変えたときの、第１電極２と第２電極３との間の電流（Ｉｄ）－第１電極２と第２電極３との間の電圧（Ｖｓｄ）特性を測定した。測定には半導体特性評価システム４２００－ＳＣＳ型（ケースレーインスツルメンツ社製）を用い、０．０１Ｍ　ＰＢＳ（ｐＨ７．４、シグマ・アルドリッチ社製）１００μＬ下で測定した（測定時の室温２５℃、湿度４５％）。Ｖｇを０～－１Ｖに変化させたときのドレイン電流Ｉｄの最小値は５×１０－１１Ａ、最大値は２×１０－７Ａであった。Ｉｄの最小値に対するＩｄの最大値の比である、オンオフ比を求めると、４×１０３であった。
　（４）ターゲット認識分子の前駆体［Ａ］の合成
　１－アミノメチルピレン塩酸塩（フナコシ社製）３８．３２ｍｇと、Ｎ－（８－マレイミドカプリルオキシ）スクシンイミド（同仁化学研究所社製）５１．０９ｍｇとを、ＤＭＦ１４３ｍＬに溶解し、炭酸水素ナトリウム４６．４８ｍｇを加え、７時間攪拌した。その後、１Ｍ塩酸３１２ｍＬを滴下し、生じた白色沈殿を桐山ロートで濾取し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液および純水で、それぞれ洗浄を行った。減圧乾燥し、白色固体６０．０８ｍｇを得た。得られた白色固体のマススペクトル（日本電子社製ＪＭＳ－Ｑ１０００ＴＤ）を測定したところ、Ｍ＋１が４５３であり、以下のターゲット認識分子の前駆体［Ａ］であることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
　（５）半導体成分へのターゲット認識分子の前駆体［Ａ］の付着とＦａｂ’の固定化
　次に、（４）で合成したターゲット認識分子の前駆体［Ａ］１０ｍｇをアセトニトリル（和光純薬工業社製）１０ｍＬに溶解し、そこへ（３）で形成した半導体層４を４時間浸して、ターゲット認識分子の前駆体［Ａ］を半導体成分であるＣＮＴ複合体に付着させた。その後、半導体層４をアセトニトリルおよび０．０１Ｍ　ＰＢＳで十分にすすいだ。
　次に、（２）で作製したマウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ抗体のＦａｂ’溶液を、０．１０ｍｇ／ｍＬとなるようにＰＢＳで希釈し、希釈されたＦａｂ’溶液に半導体層４を、４℃で１８時間浸した。これにより、Ｆａｂ’のヒンジ領域のメルカプト基と、ターゲット認識分子の前駆体［Ａ］のマレイミド基とが反応し、Ｆａｂ’が半導体層４に固定化される。こうして、分子量４８５５０のマウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ抗体のＦａｂ’をターゲット捕捉体Ｘとするターゲット認識分子が付着したＣＮＴ複合体を有する半導体層４が得られた。この場合、ターゲット認識分子の前駆体［Ａ］のピレン環がＣＮＴに付着するため、最終生成物であるターゲット認識分子の連結基Ｌのうち、半導体成分に付着している基に結合している原子からターゲット捕捉体であるマウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ抗体のＦａｂ’に由来する原子に結合している原子までの原子数は１３となる。
　さらに、保護剤による保護を行った。すなわち、ＢＳＡ（和光純薬工業社製）を、１０ｍｇ／ｍＬとなるように０．０１Ｍ　ＰＢＳに溶解し、そこへ、半導体層４を、４℃で３時間浸した。その後、半導体層４を０．０１Ｍ　ＰＢＳで十分にすすいだ。これによって、Ｆａｂ’間の隙間部分の半導体層４の表面がＢＳＡによって被覆され、非選択的なタンパク質の付着から表面を保護した半導体センサを得た。
　（６）半導体センサとしての評価
　作製した半導体センサの半導体層４を０．０１Ｍ　ＰＢＳ溶液１００μＬに浸し、第１電極２と第２電極３との間に流れる電流値（Ｉｄ）を測定した。このとき、第１電極２と第２電極３との間の電圧（Ｖｓｄ）が－０．２Ｖ、第１電極２と第３電極７との間の電圧（Ｖｇ）が－０．６Ｖの条件とした。測定開始時の電流Ｉｄ（初期電流値）は、３．７４μＡであった。
　測定開始から３分後に、０．０１Ｍ　ＰＢＳ溶液に１００μＬ／ｍＬとなるようにＢＳＡを溶解した溶液２０μＬを、測定開始６分後に、０．０１Ｍ　ＰＢＳ溶液に１００μＬ／ｍＬとなるようにアビジン（和光純薬工業社製）を溶解した溶液２０μＬを、測定開始９分後に、０．０１Ｍ　ＰＢＳ溶液に１００μＬ／ｍＬとなるようにヒトＨｂＡ１ｃ（ＢＢＩ　Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ社製）を溶解した溶液２０μＬをそれぞれ、半導体層４が浸っている０．０１Ｍ　ＰＢＳ溶液に添加した。この場合、ヒトＨｂＡ１ｃを含む溶液を添加した時のみ、電流値が０．６３μＡ増加した。このことから、この半導体センサがヒトＨｂＡ１ｃを選択的に検出していることが確認された。
　半導体センサとしての性能を定量的に評価するための、半導体センサの作製条件および測定結果を表１および表２に示す。表１は上述した実施形態の具体例としての実施例を示し、表２は実施例と比較するための比較例および参考例を示す。ここで、ターゲット物質が溶解した試料溶液を添加した際に電流値の変化割合が大きい方が、半導体センサとして性能が良い。そこで、試料溶液添加前のＩｄと試料溶液添加後のＩｄとを読み取って電流値変化割合［％］の絶対値を算出することによって、シグナル強度とした。すなわち、シグナル強度［％］の算出式は以下の通りである。
　シグナル強度［％］＝１００×｜（ターゲット物質添加後Ｉｄ）－（ターゲット物質添加前Ｉｄ）｜／（ターゲット物質添加前Ｉｄ）
　シグナル強度は、１６．８％であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000019
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000020
　実施例２
　（１）半導体成分溶液Ｂの調製
　ＣＮＴ（ＣＮＩ社製、単層ＣＮＴ、半導体型ＣＮＴを９５重量％含有）を１．５ｍｇと、Ｐ３ＨＴ１．５ｍｇとを、１５ｍＬのクロロホルム中に加え、氷冷しながら、超音波ホモジナイザー（東京理化器械社製、ＶＣＸ－５００）を用いて、出力２５０Ｗで３０分間超音波撹拌し、ＣＮＴ複合体分散液Ｂ（溶媒に対するＣＮＴ複合体濃度０．１ｇ／Ｌ）を得た。
　次に、半導体層４を形成するための半導体成分溶液Ｂの作製を行った。上述したＣＮＴ分散液Ｂを、メンブレンフィルター（孔径１０μｍ、直径２５ｍｍ、ミリポア社製オムニポアメンブレン）を用いて濾過を行い、長さ１０μｍ以上のＣＮＴ複合体を除去した。得られた濾液５ｍＬに、ｏ－ＤＣＢ４５ｍＬを加え、半導体成分溶液Ｂ（溶媒に対するＣＮＴ複合体濃度０．０１ｇ／Ｌ）とした。
　（２）電極と半導体層の形成
　半導体成分溶液Ａを用いる代わりに、（１）で調製した半導体成分溶液Ｂを用いたこと以外は、実施例１（３）と同様の方法によって、第１電極２、第２電極３、第３電極７，および半導体層４を形成し、半導体素子Ｂを得た。実施例１（３）と同じ条件下で、半導体素子Ｂの第３電極７の電圧（Ｖｇ）を変えたときの、第１電極２と第２電極３との間の電流（Ｉｄ）－第１電極２と第２電極３との間の電圧（Ｖｓｄ）特性を測定した。Ｖｇを０～－１Ｖに変化させたときのオンオフ比は６×１０３であった。
　（３）ターゲット認識分子の前駆体［Ｂ］の合成
　１－アミノピレン（東京化成工業社製）４０．６５ｍｇと、Ｎ－（４－マレイミドブチリルオキシ）スクシンイミド（同仁化学研究所社製）５７．５４ｍｇとを、ＤＭＦ１１１０ｍＬに溶解し、７時間攪拌した。その後、１Ｍ塩酸４００ｍＬを滴下し、生じた白色沈殿を桐山ロートで濾取し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液および純水で、それぞれ洗浄を行った。減圧乾燥し、白色固体４８．６９ｍｇを得た。得られた白色固体のマススペクトル（日本電子社製ＪＭＳ－Ｑ１０００ＴＤ）を測定したところ、Ｍ＋１が３８３であり、以下のターゲット認識分子の前駆体［Ｂ］であることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000021
　（４）半導体成分へのターゲット認識分子の前駆体［Ｂ］の付着とＦａｂ’の固定化
　ターゲット認識分子の前駆体［Ａ］の代わりにターゲット認識分子の前駆体［Ｂ］を用いたこと以外は、実施例１（５）と同様の方法によって、ターゲット認識分子の前駆体［Ｂ］を半導体成分であるＣＮＴ複合体に付着させた。さらに、実施例１（５）と同様の方法によって、実施例１（２）で作製したマウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ抗体のＦａｂ’を半導体層に固定化させた。この場合、ターゲット認識分子の前駆体［Ｂ］のピレン環がＣＮＴに付着するため、最終生成物であるターゲット認識分子の連結基Ｌのうち、半導体成分に付着している基に結合している原子からターゲット捕捉体であるマウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ抗体のＦａｂ’に由来する原子に結合している原子までの原子数は８となる。さらに、実施例１（５）と同様の方法によってＢＳＡによる表面保護を行い、半導体センサを得た。
　（５）半導体センサとしての評価
　実施例１（６）と同様の方法によって半導体センサとしての評価を行った。測定開始時の電流Ｉｄは、４．１０μＡであり、ヒトＨｂＡ１ｃ添加時のみ電流値が０．８１μＡ増加した。このことから、この半導体センサがヒトＨｂＡ１ｃを選択的に検出していることが確認された。シグナル強度は１９．８％であった。
　実施例３
　（１）ターゲット認識分子の前駆体［Ｃ］の合成
　１－アミノピレン（東京化成工業社製）５４．８３ｍｇと、Ｎ－スクシンイミジルマレイミドアセテート（東京化成工業社製）６３．５４ｍｇとを、ＤＭＦ１００ｍＬに溶解し、７時間攪拌した。その後、１Ｍ塩酸５００ｍＬを滴下し、生じた白色沈殿を桐山ロートで濾取し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液および純水で、それぞれ洗浄を行った。減圧乾燥し、白色固体２１．３３ｍｇを得た。得られた白色固体のマススペクトル（日本電子社製ＪＭＳ－Ｑ１０００ＴＤ）を測定したところ、Ｍ＋１が３５５であり、以下のターゲット認識分子の前駆体［Ｃ］であることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000022
　（２）半導体成分へのターゲット認識分子の前駆体［Ｃ］の付着とＦａｂ’の固定化
　ターゲット認識分子の前駆体［Ａ］の代わりにターゲット認識分子の前駆体［Ｃ］を用いたこと以外は、実施例１（５）と同様の方法によって、ターゲット認識分子の前駆体［Ｃ］を半導体成分であるＣＮＴ複合体に付着させた。さらに、実施例１（５）と同様の方法によって、実施例１（２）で作製したマウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ抗体のＦａｂ’を半導体層に固定化させた。この場合、ターゲット認識分子の前駆体［Ｃ］のピレン環がＣＮＴに付着するため、最終生成物であるターゲット認識分子の連結基Ｌのうち、半導体成分に付着している基に結合している原子からターゲット捕捉体であるマウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ抗体のＦａｂ’に由来する原子に結合している原子までの原子数は６となる。さらに、実施例１（５）と同様の方法によってＢＳＡによる表面保護を行い、半導体センサを得た。
　（３）半導体センサとしての評価
　実施例１（６）と同様の方法によって半導体センサとしての評価を行った。測定開始時の電流Ｉｄは、４．０８μＡであり、ヒトＨｂＡ１ｃ添加時のみ電流値が０．４３μＡ増加した。このことから、この半導体センサがヒトＨｂＡ１ｃを選択的に検出していることが確認された。シグナル強度は１０．６％であった。
　実施例４
　（１）マウス抗ヒトＨＲＧ　Ｆａｂ’の作製
　実施例１（２）と同様の処理を、マウス抗ヒトＨＲＧ抗体（ＵＳＣＮ社製）に対して実施することによって、マウス抗ヒトＨＲＧ　Ｆａｂ’溶液を得た。得られた溶液の濃度をＮａｎｏＤｒｏｐ２０００によって測定したところ、０．３２ｍｇ／ｍＬであった。
　得られた溶液１０μＬに対して、実施例１（２）でＦ（ａｂ’）２に対して実施したのと同様の方法によって、電気泳動を実施した。さらに、クイックＣＢＢプラス（商品名、和光純薬工業社製）によってゲルおよびマウス抗ヒトＨＲＧ　Ｆａｂ’を染色後、純水でゲルを脱色し、現れたマウス抗ヒトＨＲＧ　Ｆａｂ’のバンドと分子量マーカーとを比較した。その結果、マウス抗ヒトＨＲＧ　Ｆａｂ’のバンドは分子量マーカーの３７０００のバンドと５００００のバンドの間の領域に存在した。また、電気泳動におけるスマイリングなどの不具合も無いことが確認された。このような場合は、電気泳動において見積もられた分子量とＭＡＬＤＩ－ＴＯＦ－ＭＳの測定によって決定される分子量との間には良い相関が見られることが知られている。よって、得られたマウス抗ヒトＨＲＧ　Ｆａｂ’の分子量はＭＡＬＤＩ－ＴＯＦ－ＭＳを用いて決定した場合でも、３７０００から５００００までの間のいずれかの値が得られると考えられる。
　（２）半導体センサの作製
　実施例２（２）で作製した半導体素子Ｂに対し、実施例１（５）と同様の方法によって、ターゲット認識分子の前駆体［Ａ］を半導体成分であるＣＮＴ複合体に付着させた。次に、抗ヒトＨｂＡ１ｃ　Ｆａｂ’を用いる代わりに抗ヒトＨＲＧ　Ｆａｂ’を用いたこと以外は、実施例１（５）と同様の方法によって、Ｆａｂ’を半導体層に固定化した。さらに、実施例１（５）と同様の方法によってＢＳＡによる表面保護を行い、半導体センサを得た。
　（３）半導体センサとしての評価
　ヒトＨｂＡ１ｃの代わりにヒトＨＲＧ（ＰＥＰＲＯＴＥＣＨ社製）を用いた以外は、実施例１（６）と同様の方法によって、半導体センサとしての評価を行った。測定開始時の電流Ｉｄは、４．１２μＡであり、ヒトＨＲＧ添加時のみ電流値が０．７９μＡ増加した。このことから、この半導体センサがヒトＨＲＧを選択的に検出していることが確認された。シグナル強度は１９．２％であった。
　実施例５
　（１）半導体センサの作製
　第３電極７を形成しなかったこと以外は、実施例１（３）と同様の方法によって電極を形成した。また、半導体成分溶液Ａを用いる代わりに、実施例２（１）で調製した半導体成分溶液Ｂを用いたこと以外は、実施例１（３）と同様の方法によって、半導体層を形成した。次に、実施例１（５）と同様の方法によって、ターゲット認識分子の前駆体［Ａ］を半導体成分であるＣＮＴ複合体に付着させ、さらに、実施例１（５）と同様の方法によって、マウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ　Ｆａｂ’を半導体層に固定化した。さらに、実施例１（５）と同様の方法によってＢＳＡによる表面保護を行い、半導体センサを得た。
　（２）半導体センサとしての評価
　実施例１（６）と同様の方法によって半導体センサとしての評価を行った。測定開始時の電流Ｉｄは、１．４６μＡであり、ヒトＨｂＡ１ｃ添加時のみ電流値が０．２７μＡ増加した。このことから、この半導体センサがヒトＨｂＡ１ｃを選択的に検出していることが確認された。シグナル強度は１８．５％であった。
　実施例６
　（１）共役系重合体［Ｂ］の合成
　ポリ［３－（５－カルボキシペンチル）チオフェン－２，５－ジイル］（Ｒｉｅｋｅ　Ｍｅｔａｌｓ　Ｉｎｃ．製）１０ｍｇを、ｐＨ４．５に調整した１０ｍＭ酢酸緩衝液（ＧＥ　Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ社製）１０ｍＬに溶解した。そこへ、７５ｍｇ／ｍＬ　ＥＤＣ（ＧＥ　Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ社製）水溶液１ｍＬと、１１．５ｍｇ／ｍＬ　ＮＨＳ（ＧＥ　Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ社製）水溶液１ｍＬとを加え、室温下で１時間攪拌した。そこへ、Ｎ－（２－アミノエチル）マレイミド塩酸塩（東京化成工業社製）１７．８ｍｇを加え、さらに１時間攪拌した。氷冷して析出した固体を桐山ロートで濾取し、減圧乾燥することによって、共役系重合体［Ｂ］０．５４ｍｇを得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000023
　（２）半導体成分溶液Ｃの調製
　ＣＮＴ（ＣＮＩ社製、単層ＣＮＴ、半導体型ＣＮＴを９５重量％含有）を１．５ｍｇと、（１）で作製した共役系重合体［Ｂ］１．５ｍｇとを、１５ｍＬのクロロホルム中に加えた。その混合物を、氷冷しながら、超音波ホモジナイザー（東京理化器械社製、ＶＣＸ－５００）を用いて、出力２５０Ｗで３０分間超音波撹拌し、ＣＮＴ複合体分散液Ｃ（溶媒に対するＣＮＴ複合体濃度０．０８ｇ／Ｌ）を得た。
　次に、半導体層を形成するための半導体成分溶液の作製を行った。上述したＣＮＴ分散液Ｃを、メンブレンフィルター（孔径１０μｍ、直径２５ｍｍ、ミリポア社製、オムニポアメンブレン）を用いて濾過を行い、長さ１０μｍ以上のＣＮＴ複合体を除去した。得られた濾液５ｍＬに、ｏ－ＤＣＢ２７ｍＬを加え、半導体成分溶液Ｃ（溶媒に対するＣＮＴ複合体濃度０．０１ｇ／Ｌ）とした。
　（３）電極と半導体層の形成
　半導体成分溶液Ａを用いる代わりに、（１）で調製した半導体成分溶液Ｃを用いたこと以外は、実施例１（３）と同様の方法によって、第１電極２、第２電極３、第３電極７、および半導体層４を形成し、半導体素子Ｃを得た。実施例１（３）と同じ条件下で、半導体素子Ｃの第３電極７の電圧（Ｖｇ）を変えたときの、第１電極２と第２電極３との間の電流（Ｉｄ）－第１電極２と第２電極３との間の電圧（Ｖｓｄ）特性を測定した。第３電極７のゲート電圧Ｖｇを０～－１Ｖに変化させたときのオンオフ比は５×１０３であった。
　（４）Ｆａｂ’の固定化と表面保護処理
　実施例１（２）で作製したマウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ抗体のＦａｂ’溶液を、０．１０ｍｇ／ｍＬとなるようにＰＢＳで希釈し、そこへ、半導体素子Ｃの半導体層を、４℃で１８時間浸した。このようにすることで、Ｆａｂ’のヒンジ領域のメルカプト基と、共役系重合体［Ｂ］のマレイミド基とが反応し、Ｆａｂ’が半導体層に固定化される。この場合、ターゲット認識分子のチオフェン環がＣＮＴに付着するため、連結基Ｌにおいて、Ａｒ２に由来する原子に結合している原子からターゲット捕捉体であるマウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ抗体のＦａｂ’に由来する原子に結合している原子までの原子数は１２となる。さらに、実施例１（５）と同様の方法でＢＳＡによる表面保護を行い、半導体センサを得た。
　（５）半導体センサとしての評価
　実施例１（６）と同様の方法で半導体センサとしての評価を行った。測定開始時の電流Ｉｄは、３．６０μＡであり、ヒトＨｂＡ１ｃ添加時のみ電流値が０．５３μＡ増加した。このことから、この半導体センサがヒトＨｂＡ１ｃを選択的に検出していることが確認された。シグナル強度は１４．７％であった。
　実施例７
　（１）半導体成分溶液Ｄの調製
　ＣＮＴ（ＣＮＩ社製、単層ＣＮＴ、半導体型ＣＮＴを９５重量％含有）１．５ｍｇをＮＭＰ１５ｍＬ中に加え、氷冷しながら、超音波ホモジナイザーを用いて出力２５０Ｗで１時間超音波撹拌し、半導体成分溶液Ｄとした。
　（２）電極と半導体層の形成
　インクジェット装置を用いて半導体成分溶液Ａを滴下する代わりに、ピペットマンを用いて半導体成分溶液Ｄを２μＬ、チャネル部分に滴下したこと以外は、実施例１（３）と同様の方法で電極と半導体層を形成し、半導体素子Ｄを得た。実施例１（３）と同じ条件下で、半導体素子Ｄの第３電極７の電圧（Ｖｇ）を変えたときの、第１電極２と第２電極３との間の電流（Ｉｄ）－第１電極２と第２電極３との間の電圧（Ｖｓｄ）特性を測定した。Ｖｇを０～－１Ｖに変化させたときのオンオフ比は１×１０３であった。
　（３）半導体センサの作製
　半導体素子Ｄに対し、実施例１（５）と同様の方法で、ターゲット認識分子の前駆体［Ａ］を半導体成分であるＣＮＴに付着させた。さらに、実施例１（５）と同様の方法で、抗ヒトＨｂＡ１ｃ　Ｆａｂ’を半導体層に固定化した。さらに、実施例１（５）と同様の方法でＢＳＡによる表面保護を行い、半導体センサを得た。
　（４）半導体センサとしての評価
　実施例１（６）と同様の方法で半導体センサとしての評価を行った。測定開始時の電流Ｉｄは、３．６１μＡであり、ヒトＨｂＡ１ｃ添加時のみ電流値が０．５５μＡ増加した。このことから、この半導体センサがヒトＨｂＡ１ｃを選択的に検出していることが確認された。シグナル強度は１５．３％であった。
　実施例８
　（１）ターゲット認識分子の前駆体［Ｄ］の合成
　１－アミノメチルピレン塩酸塩（フナコシ社製）５０ｍｇと、Ｎ－（４－マレイミドブチリルオキシ）スクシンイミド（同仁化学研究所社製）５７．５７ｍｇとを、ＤＭＦ９３．４ｍＬに溶解し、炭酸水素ナトリウム５５．４６ｍｇを加え、６時間攪拌した。その後、１Ｍ塩酸４０８ｍＬを滴下し、生じた白色沈殿を桐山ロートで濾取し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液および純水で、それぞれ洗浄を行った。減圧乾燥し、白色固体５３．３１ｍｇを得た。得られた白色固体のマススペクトル（日本電子社製ＪＭＳ－Ｑ１０００ＴＤ）を測定したところ、Ｍ＋１が３９７であり、以下のターゲット認識分子の前駆体［Ｄ］であることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000024
　（２）半導体センサの作製
　ターゲット認識分子の前駆体［Ａ］の代わりにターゲット認識分子の前駆体［Ｄ］を用いたこと以外は、実施例２（４）と同様の方法で、ターゲット認識分子の前駆体［Ｄ］を半導体成分であるＣＮＴ複合体に付着させた。さらに、実施例１（５）と同様の方法で、実施例１（２）で作製したマウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ抗体のＦａｂ’を半導体層に固定化させた。この場合、ターゲット認識分子の前駆体［Ｄ］のピレン環がＣＮＴに付着するため、最終生成物であるターゲット認識分子の連結基Ｌのうち、半導体成分に付着している基に結合している原子から、ターゲット捕捉体であるマウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ抗体のＦａｂ’に由来する原子に結合している原子までの原子数は９となる。さらに、実施例１（５）と同様の方法でＢＳＡによる表面保護を行い、半導体センサを得た。
　（３）半導体センサとしての評価
　実施例１（６）と同様の方法で半導体センサとしての評価を行った。測定開始時の電流Ｉｄは、４．１３μＡであり、ヒトＨｂＡ１ｃ添加時のみ電流値が０．８５μＡ増加した。このことから、この半導体センサがヒトＨｂＡ１ｃを選択的に検出していることが確認された。シグナル強度は２０．６％であった。
　実施例９
　（１）半導体センサの作製
　ターゲット認識分子の前駆体［Ｂ］の代わりにターゲット認識分子の前駆体［Ａ］を用いたこと以外は、実施例２（４）と同様の方法で、ターゲット認識分子の前駆体［Ａ］を半導体成分であるＣＮＴ複合体に付着させた。さらに、実施例１（５）と同様の方法で、実施例１（２）で作製したマウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ抗体のＦａｂ’を半導体層に固定化させた。この場合、ターゲット認識分子の前駆体［Ａ］のピレン環がＣＮＴに付着するため、最終生成物であるターゲット認識分子の連結基Ｌのうち、半導体成分に付着している基に結合している原子から、ターゲット捕捉体であるマウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ抗体のＦａｂ’に由来する原子と結合している原子までの原子数は１３となる。さらに、実施例１（５）と同様の方法でＢＳＡによる表面保護を行い、半導体センサを得た。
　（２）半導体センサとしての評価
　実施例１（６）と同様の方法によって半導体センサとしての評価を行った。測定開始時の電流Ｉｄは、４．１５μＡであり、ヒトＨｂＡ１ｃ添加時のみ電流値が０．８７μＡ増加した。このことから、この半導体センサがヒトＨｂＡ１ｃを選択的に検出していることが確認された。シグナル強度は２１．０％であった。
　実施例１０
　（１）半導体センサの作製
　実施例６で作製した半導体素子Ｃに対し、実施例１（５）と同様の方法によって、ターゲット認識分子の前駆体［Ａ］を半導体成分であるＣＮＴに付着させた。さらに、実施例１（５）と同様の方法によって、マウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ　Ｆａｂ’を半導体層に固定化した。さらに、実施例１（５）と同様の方法によってＢＳＡによる表面保護を行い、半導体センサを得た。
　（２）半導体センサとしての評価
　実施例１（６）と同様の方法によって半導体センサとしての評価を行った。測定開始時の電流Ｉｄは、４．１７μＡであり、ヒトＨｂＡ１ｃ添加時のみ電流値が０．８８μＡ増加した。このことから、この半導体センサがヒトＨｂＡ１ｃを選択的に検出していることが確認された。シグナル強度は２１．２％であった。
　実施例１１
　（１）ターゲット認識分子の前駆体［Ｅ］の合成
　１－アミノメチルピレン塩酸塩（フナコシ社製）５０ｍｇと、Ｎ－（１１－マレイミドウンデカノイルオキシ）スクシンイミド（同仁化学研究所社製）７８．５６ｍｇとを、ＤＭＦ９３．４ｍＬに溶解し、炭酸水素ナトリウム４８．３３ｍｇを加え、６時間攪拌した。その後、１Ｍ塩酸２５０ｍＬを滴下し、生じた白色沈殿を桐山ロートで濾取し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液および純水で、それぞれ洗浄を行った。減圧乾燥し、白色固体７６．１４ｍｇを得た。得られた白色固体のマススペクトル（日本電子社製ＪＭＳ－Ｑ１０００ＴＤ）を測定したところ、Ｍ＋１が４９５であり、以下のターゲット認識分子の前駆体［Ｅ］であることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000025
　（２）半導体センサの作製
　ターゲット認識分子の前駆体［Ｂ］の代わりにターゲット認識分子の前駆体［Ｅ］を用いたこと以外は、実施例２（４）と同様の方法によって、ターゲット認識分子の前駆体［Ｅ］を半導体成分であるＣＮＴ複合体に付着させた。さらに、実施例１（５）と同様の方法によって、実施例１（２）で作製したマウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ抗体のＦａｂ’を半導体層に固定化させた。この場合、ターゲット認識分子の前駆体［Ｅ］のピレン環がＣＮＴに付着するため、最終生成物であるターゲット認識分子の連結基Ｌのうち、半導体成分に付着している基に結合している原子からターゲット捕捉体であるマウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ抗体のＦａｂ’に由来する原子に結合している原子までの原子数は１６となる。さらに、実施例１（５）と同様の方法によってＢＳＡによる表面保護を行い、半導体センサを得た。
　（３）半導体センサとしての評価
　実施例１（６）と同様の方法によって半導体センサとしての評価を行った。測定開始時の電流Ｉｄは、４．１５μＡであり、ヒトＨｂＡ１ｃ添加時のみ電流値が０．８５μＡ増加した。このことから、この半導体センサがヒトＨｂＡ１ｃを選択的に検出していることが確認された。シグナル強度は２０．４％であった。
　実施例１２
　（１）ターゲット認識分子の前駆体［Ｆ］の合成
　２－（４－ブロモフェニル）エチルアミン（東京化成工業社製）１．０１ｇと、無水マレイン酸（東京化成工業社製）４９７．６ｍｇとを、ジエチルエーテル５００ｍＬに溶解させ、２４時間攪拌した。析出した固体を桐山ロートで濾取し、減圧乾燥したところ、８６７．８ｍｇであった。得られた固体と、酢酸ナトリウム（和光純薬工業社製）２８３．４ｍｇとを、無水酢酸（和光純薬工業社製）３５０ｍＬへ入れ、８０℃で１時間攪拌した。反応液を氷冷し、固体を析出させた後、桐山ロートで濾取し、純水で洗浄し、減圧乾燥を行った。ヘプタンを用いて再結晶を行ったところ、固体３９２．７ｍｇが得られた。得られた固体のマススペクトル（日本電子社製ＪＭＳ－Ｑ１０００ＴＤ）を測定したところ、Ｍ＋１が２８０と２８２が約１：１であり、Ｎ－［２－（４－ブロモフェニル）エチル］マレイミドであることが確認された。
　次に、１００ｍｌ三つ口フラスコに、得られた固体３５０．８ｍｇと、１－ピレンボロン酸（東京化成工業社製）３３８．４ｍｇと、ｔｅｒｔ－ブトキシナトリウム１６８．６ｍｇを入れ、ｏ－キシレン１５ｍｌとを加え、容器内を窒素で置換した。この混合液に、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（０）１４．６ｍｇを加え、９０℃のオイルバスで３時間加熱還流した。反応終了後、氷冷し、析出した固体を桐山ロートで濾取し、純水で洗浄し、減圧乾燥を行った。ヘプタンを用いて再結晶を行ったところ、固体３０９．６ｍｇが得られた。得られた固体のマススペクトル（日本電子社製ＪＭＳ－Ｑ１０００ＴＤ）を測定したところ、Ｍ＋１が４０２であり、ターゲット認識分子の前駆体［Ｆ］であることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000026
　（２）半導体成分へのターゲット認識分子の前駆体［Ｆ］の付着とＦａｂ’の固定化
　ターゲット認識分子の前駆体［Ａ］の代わりにターゲット認識分子の前駆体［Ｆ］を用いたこと以外は、実施例１（５）と同様の方法によって、ターゲット認識分子の前駆体［Ｆ］を半導体成分であるＣＮＴ複合体に付着させた。さらに、実施例１（５）と同様の方法によって、実施例１（２）において作製したマウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ抗体のＦａｂ’を半導体層４に固定化させた。この場合、ターゲット認識分子の前駆体［Ｆ］のベンゼン環とピレン環との共役系は繋がっているため、このピレニルフェニル基を、ＣＮＴに付着しているＡｒ１とみなすことができる。そのため、最終生成物であるターゲット認識分子の連結基Ｌのうち、Ａｒ１に由来する原子に結合している原子から、ターゲット捕捉体であるマウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ抗体のＦａｂ’に由来する原子に結合している原子までの原子数Ｎ１は５となる。さらに、実施例１（５）と同様の方法によってＢＳＡによる表面保護を行い、半導体センサを得た。
　（３）半導体センサとしての評価
　実施例１（６）と同様の方法によって半導体センサとしての評価を行った。測定開始時の電流Ｉｄは、４．０９μＡであり、ヒトＨｂＡ１ｃ添加時のみ電流値が０．４２μＡ増加した。このことから、この半導体センサがヒトＨｂＡ１ｃを選択的に検出していることが確認された。シグナル強度は１０．２％であった。
　実施例１３
　（１）半導体センサの作製
　表面に酸化膜が形成されたシリコンウエハ（シリコンテクノロジー社製）表面を、ＵＶ－オゾン発生装置（セン特殊光源社製）によって３０分間処理した。その後、３－アミノプロピルトリエトキシシラン（和光純薬工業社製）をエタノールで１０倍に希釈したものに、シリコンウエハを１時間浸漬した。そのシリコンウエハをエタノールで洗浄した後、１２０℃で３０分加熱した。
　次に、そのシリコンウエハを、単層酸化グラフェン水分散液（Ｇｒａｐｈｅｎｅ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ　Ｉｎｃ．製）に１時間浸漬した後、純水で洗浄し、窒素ブローによって乾燥し、酸化グラフェン膜を得た。得られた酸化グラフェン膜を還元するために、シリコンウエハをチューブ炉（光洋サーモシステム社製）へ入れ、アルゴン９７％、水素３％を含む混合ガス中で、１１００℃で６０分間処理した。得られた、還元グラフェンが表面に形成されたシリコンウエハに対し、実施例１（３）と同様のフォトリソグラフィー法によって第１電極２および第２電極３を形成して、半導体素子Ｅを作製した。
　作製した半導体素子Ｅの電極間部分を１００μＬの０．０１ＭのＰＢＳ溶液に浸し、さらにそのＰＢＳ溶液にＡｇ／ＡｇＣｌ電極を挿し込み、第３電極７とした。作製した半導体素子Ｅの第３電極７の電圧（Ｖｇ）を変えたときの、第１電極２と第２電極３との間の電流（Ｉｄ）－第１電極２と第２電極３との間の電圧（Ｖｓｄ）特性を測定した。Ｖｇを０～－１Ｖに変化させたときのオンオフ比は３．８×１０３であった。
　（２）マウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ　Ｆａｂ’の固定化
　実施例１（５）と同様の方法によって、ターゲット認識分子の前駆体［Ａ］を半導体成分であるグラフェンに付着させた。さらに、実施例１（５）と同様の方法によって、Ｆａｂ’を半導体層に固定化した。さらに、実施例１（５）と同様の方法によってＢＳＡによる表面保護を行い、半導体センサを得た。
　（３）半導体センサとしての評価
　実施例１（６）と同様の方法によって半導体センサとしての評価を行った。測定開始時の電流Ｉｄは、６．２９μＡであり、ヒトＨｂＡ１ｃ添加時のみ電流値が０．７１μＡ増加した。このことから、この半導体センサがヒトＨｂＡ１ｃを選択的に検出していることが確認された。シグナル強度は１１．３％であった。
　実施例１４
　（１）ターゲット認識分子の前駆体［Ｇ］の合成
　１－アミノメチルピレン塩酸塩（フナコシ社製）２６．７８ｍｇとＳｕｌｆｏ－ＡＣ５－ＳＰＤＰ（商品名、同仁化学研究所社製）５９．５８ｍｇとを、ＰＢＳ（ｐＨ７．４）１００ｍＬに溶解し、４時間攪拌した。その後、反応容器を氷冷した後、白色沈殿を桐山ロートで濾取し、純水で洗浄を行った。減圧乾燥し、白色固体４３．３０ｍｇを得た。得られた白色固体のマススペクトル（日本電子社製ＪＭＳ－Ｑ１０００ＴＤ）を測定したところ、Ｍ＋１が５５６であり、以下のターゲット認識分子の前駆体［Ｇ］であることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000027
　（２）半導体成分へのターゲット認識分子の前駆体［Ｇ］の付着とＦａｂ’の固定化
　ターゲット認識分子の前駆体［Ａ］の代わりにターゲット認識分子の前駆体［Ｇ］を用いたこと以外は、実施例１（５）と同様の方法によって、ターゲット認識分子の前駆体［Ｇ］を半導体成分であるＣＮＴ複合体に付着させた。さらに、実施例１（５）と同様の方法によって、実施例１（２）で作製したマウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ抗体のＦａｂ’を半導体層に固定化させた。このようにすることで、Ｆａｂ’のヒンジ領域のメルカプト基と、ターゲット認識分子の前駆体［Ｇ］のピリジルジスルフィド基とが反応し、ピリジン－２（１Ｈ）－チオンが脱離すると同時に、Ｆａｂ’が半導体層に固定化される。この場合、ターゲット認識分子の前駆体［Ｇ］のピレン環がＣＮＴに付着するため、最終生成物であるターゲット認識分子の連結基Ｌ２のうち、半導体成分に付着している基に結合している原子からターゲット捕捉体であるマウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ抗体のＦａｂ’に由来する原子に結合している原子までの原子数は１４となる。さらに、実施例１（５）と同様の方法によってＢＳＡによる表面保護を行い、半導体センサを得た。
　（３）半導体センサとしての評価
　実施例１（６）と同様の方法によって半導体センサとしての評価を行った。測定開始時の電流Ｉｄは、４．１３μＡであり、ヒトＨｂＡ１ｃ添加時のみ電流値が０．８３μＡ増加した。このことから、この半導体センサがヒトＨｂＡ１ｃを選択的に検出していることが確認された。シグナル強度は２０．２％であった。
　実施例１５
　（１）ターゲット認識分子の前駆体［Ｈ］の合成
　１－アミノメチルピレン塩酸塩（フナコシ社製）２６．７８ｍｇと、ジチオビス（スクシンイミジルオクタノエート）（同仁化学研究所社製）５４．４７ｍｇとを、ＤＭＦ１００ｍＬに溶解し、炭酸水素ナトリウム３９．５０ｍｇを加え、６時間攪拌した。その後、１Ｍ塩酸５００ｍＬを滴下し、生じた白色沈殿を桐山ロートで濾取し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液および純水で、それぞれ洗浄を行った。減圧乾燥し、白色固体５１．５５ｍｇを得た。得られた白色固体のマススペクトル（日本電子社製ＪＭＳ－Ｑ１０００ＴＤ）を測定したところ、Ｍ＋１が６６１であり、以下の中間体［Ａ］であることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000028
　次に、得られた固体４９．５７ｍｇと、Ｎ－（２－アミノエチル）マレイミド塩酸塩（東京化成工業社製）１３６．０２ｍｇをＤＭＦ７０ｍＬに溶解し、炭酸水素ナトリウム２７．６６ｍｇを加え、６時間攪拌した。その後、１Ｍ塩酸３５０ｍＬを滴下し、生じた白色沈殿を桐山ロートで濾取し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液および純水で、それぞれ洗浄を行った。減圧乾燥し、白色固体３８．４３ｍｇを得た。得られた白色固体のマススペクトル（日本電子社製ＪＭＳ－Ｑ１０００ＴＤ）を測定したところ、Ｍ＋１が６８６であり、以下のターゲット認識分子の前駆体［Ｈ］であることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000029
　（２）半導体成分へのターゲット認識分子の前駆体［Ｈ］の付着とＦａｂ’の固定化
　ターゲット認識分子の前駆体［Ａ］の代わりにターゲット認識分子の前駆体［Ｈ］を用いたこと以外は、実施例１（５）と同様の方法によって、ターゲット認識分子の前駆体［Ｈ］を半導体成分であるＣＮＴ複合体に付着させた。さらに、実施例１（５）と同様の方法によって、実施例１（２）で作製したマウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ抗体のＦａｂ’を半導体層に固定化させた。この場合、ターゲット認識分子の前駆体［Ｈ］のピレン環がＣＮＴに付着するため、最終生成物であるターゲット認識分子の連結基Ｌ２のうち、半導体成分に付着している基に結合している原子からターゲット捕捉体であるマウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ抗体のＦａｂ’に由来する原子に結合している原子までの原子数は２６となる。さらに、実施例１（５）と同様の方法によってＢＳＡによる表面保護を行い、半導体センサを得た。
　（３）半導体センサとしての評価
　実施例１（６）と同様の方法によって半導体センサとしての評価を行った。測定開始時の電流Ｉｄは、４．１０μＡであり、ヒトＨｂＡ１ｃ添加時のみ電流値が０．４５μＡ増加した。このことから、この半導体センサがヒトＨｂＡ１ｃを選択的に検出していることが確認された。シグナル強度は１０．９％であった。
　実施例１６
　（１）ターゲット認識分子の前駆体［Ｉ］の合成
　実施例１５（１）の方法によって得られた中間体［Ａ］６６．０３ｍｇと、Ｎ－（６－アミノヘキシル）マレイミド塩酸塩（Carbosynth　Ltd.社製）２５．６１ｍｇをＤＭＦ１００ｍＬに溶解し、炭酸水素ナトリウム３９．５１ｍｇを加え、６時間攪拌した。その後、１Ｍ塩酸５００ｍＬを滴下し、生じた白色沈殿を桐山ロートで濾取し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液および純水で、それぞれ洗浄を行った。減圧乾燥し、白色固体５６．３８ｍｇを得た。得られた白色固体のマススペクトル（日本電子社製ＪＭＳ－Ｑ１０００ＴＤ）を測定したところ、Ｍ＋１が７４２であり、以下のターゲット認識分子の前駆体［Ｉ］であることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000030
　（２）半導体成分へのターゲット認識分子の前駆体［Ｉ］の付着とＦａｂ’の固定化
　ターゲット認識分子の前駆体［Ａ］の代わりにターゲット認識分子の前駆体［Ｉ］を用いたこと以外は、実施例１（５）と同様の方法によって、ターゲット認識分子の前駆体［Ｉ］を半導体成分であるＣＮＴ複合体に付着させた。さらに、実施例１（５）と同様の方法によって、実施例１（２）で作製したマウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ抗体のＦａｂ’を半導体層に固定化させた。この場合、ターゲット認識分子の前駆体［Ｉ］のピレン環がＣＮＴに付着するため、最終生成物であるターゲット認識分子の連結基Ｌ２のうち、半導体成分に付着している基に結合している原子からターゲット捕捉体であるマウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ抗体のＦａｂ’に由来する原子に結合している原子までの原子数は３０となる。さらに、実施例１（５）と同様の方法によってＢＳＡによる表面保護を行い、半導体センサを得た。
　（３）半導体センサとしての評価
　実施例１（６）と同様の方法によって半導体センサとしての評価を行った。測定開始時の電流Ｉｄは、４．０９μＡであり、ヒトＨｂＡ１ｃ添加時のみ電流値が０．４３μＡ増加した。このことから、この半導体センサがヒトＨｂＡ１ｃを選択的に検出していることが確認された。シグナル強度は１０．４％であった。
　実施例１７
　（１）ターゲット認識分子の前駆体［Ｊ］の合成
　水とｔｅｒｔ－ブチルアルコール（東京化成工業社製）とを、体積比１：２の割合で混合した混合溶媒５００ｍＬを調製し、そこへ１－エチニルピレン（東京化成工業社製）１１３．２０ｍｇ、１１－アジド－３，６，９－トリオキサウンデカン－１－アミン（東京化成工業社製）１０９．１３ｍｇ、硫酸銅（ＩＩ）五水和物（和光純薬工業製）１．２７ｍｇ、Ｌ－アスコルビン酸ナトリウム（東京化成工業社製）９．９２ｍｇを加え、室温で１８時間攪拌した。その後、反応容器を１時間氷冷し、白色沈殿を十分に生じさせた後、桐山ロートで濾取した。減圧乾燥し、白色固体１９０．９８ｍｇを得た。得られた白色固体のマススペクトル（日本電子社製ＪＭＳ－Ｑ１０００ＴＤ）を測定したところ、Ｍ＋１が４４５であった。銅触媒を用いた本反応においては、可能性のある２種の位置異性体のうち、一方の異性体が選択的に生成する。よって、得られた固体は以下の中間体［Ｂ］であることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000031
　得られた中間体［Ｂ］１１１．１０ｍｇと無水マレイン酸（東京化成工業社製）２４．５２ｍｇとを、ジエチルエーテル５０ｍＬに溶解させ、２４時間攪拌した。析出した固体を桐山ロートで濾取し、減圧乾燥したところ、１１８．５２ｍｇであった。得られた固体と酢酸ナトリウム（和光純薬工業社製）１５．１６ｍｇを無水酢酸（和光純薬工業社製）２０ｍＬへ入れ、８０℃で１時間攪拌した。反応液を氷冷し、固体を析出させた後、桐山ロートで濾取し、純水洗浄、減圧乾燥を行った。ヘプタンを用いて再結晶を行ったところ、固体４８．７８ｍｇが得られた。得られた固体のマススペクトル（日本電子社製ＪＭＳ－Ｑ１０００ＴＤ）を測定したところ、Ｍ＋１が５２５であり、以下のターゲット認識分子の前駆体［Ｊ］であることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000032
　（２）半導体成分へのターゲット認識分子の前駆体［Ｊ］の付着とＦａｂ’の固定化
　ターゲット認識分子の前駆体［Ａ］の代わりにターゲット認識分子の前駆体［Ｊ］を用いたこと以外は、実施例１（５）と同様の方法によって、ターゲット認識分子の前駆体［Ｊ］を半導体成分であるＣＮＴ複合体に付着させた。さらに、実施例１（５）と同様の方法によって、実施例１（２）で作製したマウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ抗体のＦａｂ’を半導体層に固定化させた。この場合、ターゲット認識分子の前駆体［Ｊ］のピレン環がＣＮＴに付着するため、最終生成物であるターゲット認識分子の連結基Ｌ２のうち、半導体成分に付着している基に結合している原子からターゲット捕捉体であるマウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ抗体のＦａｂ’に由来する原子に結合している原子までの原子数は１７となる。さらに、実施例１（５）と同様の方法によってＢＳＡによる表面保護を行い、半導体センサを得た。
　（３）半導体センサとしての評価
　実施例１（６）と同様の方法によって半導体センサとしての評価を行った。測定開始時の電流Ｉｄは、４．１１μＡであり、ヒトＨｂＡ１ｃ添加時のみ電流値が０．６５μＡ増加した。このことから、この半導体センサがヒトＨｂＡ１ｃを選択的に検出していることが確認された。シグナル強度は１５．８％であった。
　比較例１
　（１）半導体センサの作製
　実施例２（２）で作製した半導体素子Ｂの半導体層を、実施例１（２）で作製したマウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ抗体のＦａｂ’溶液を０．１０ｍｇ／ｍＬとなるようにＰＢＳで希釈した溶液に、４℃で１８時間浸した。こうすることで、半導体成分であるＣＮＴ複合体に、マウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ　Ｆａｂ’が、連結基を介さずに物理的に吸着する。さらに、実施例１（５）と同様の方法によってＢＳＡによる表面保護を行い、半導体センサを得た。
　（２）半導体センサとしての評価
　実施例１（６）と同様の方法によって半導体センサとしての評価を行った。測定開始時の電流Ｉｄは、４．０３μＡであり、ヒトＨｂＡ１ｃ添加時のみ電流値が０．１６μＡ増加した。シグナル強度は４．０％であった。
　実施例２、３、８、９、１１および１２のシグナル強度と比較して、比較例１のシグナル強度が小さい理由は、（Ｉ）ターゲット捕捉体をＣＮＴ上に物理的に吸着させた際に、ＣＮＴとの相互作用によってターゲット捕捉体の形が変形し、ターゲット捕捉能力を失ってしまったこと、および（ＩＩ）ターゲット捕捉能力が残っていても、ターゲット捕捉体の可動性が無いためにターゲットを捕捉できないターゲット捕捉体が多いことが考えられる。捕捉するターゲットの数が減少すると、それに伴ってシグナル強度も低下する。
　比較例１の初期電流値は、実施例２、３、８、９、１１および１２と比較して大きな差は認められなかった。これは、これらの実施例と同じ半導体成分である、Ｐ３ＨＴが付着したＣＮＴを用いているため、導電性には大きな差が生じないからであると考えられる。
　比較例２
　（１）半導体センサの作製
　ターゲット認識分子の前駆体［Ｂ］の代わりにＰＢＳＥ（Ｓｉｇｍａ　Ａｌｄｒｉｃｈ社製）を用いたこと以外は、実施例２（４）と同様の方法によって、半導体素子Ｂの半導体成分であるＣＮＴ複合体にＰＢＳＥを付着させた。さらに、実施例１（５）と同様の方法によって、実施例１（２）で作製したマウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ抗体のＦａｂ’を固定化させた。この場合、連結基Ｌにおいて、Ａｒに由来する原子に結合している原子から、Ｘに由来する原子に結合している原子までの原子数は４となる。
　さらに、実施例１（５）と同様の方法によってＢＳＡによる表面保護を行い、半導体センサを得た。
　（２）半導体センサとしての評価
　実施例１（６）と同様の方法によって半導体センサとしての評価を行った。測定開始時の電流Ｉｄは、４．０６μＡであり、ヒトＨｂＡ１ｃ添加時のみ電流値が０．１７μＡ増加した。シグナル強度は４．３％であった。
　シグナル強度は比較例１と比較して大きくなった。これは、比較例１においては、ＣＮＴに物理的に吸着して変形することでターゲット捕捉能力を失ってしまっていたターゲット捕捉体が、比較例２においてはＰＢＳＥを介した固定化をすることによって、ターゲット捕捉能力を獲得したからであると考えられる。しかし、依然として実施例２、３、８、９、１１および１２と比較するとシグナル強度は小さい。これは、ＣＮＴに付着している基に結合している原子から、ターゲット捕捉体に由来する原子と結合している原子までの原子数が４では、ターゲット捕捉体がターゲット捕捉能力を十分に発揮するには不十分だからであると考えられる。
　比較例３
　（１）半導体センサの作製
　抗ＨｂＡ１ｃ　Ｆａｂ’を用いる替わりに、Ｆａｂ’化処理をしていない、マウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ全抗体を用いた以外は、比較例２と同様の方法によって、抗体を半導体層に固定化した。さらに、実施例１（５）と同様の方法によってＢＳＡによる表面保護を行い、半導体センサを得た。
　（２）半導体センサとしての評価
　実施例１（６）と同様の方法によって半導体センサとしての評価を行った。測定開始時の電流Ｉｄは、４．０４μＡであり、ヒトＨｂＡ１ｃ添加時のみ電流値が０．１１μＡ増加した。シグナル強度は２．７％であった。
　比較例３のシグナル強度は比較例２と比較して小さくなった。これは、ターゲット捕捉体として、Ｆａｂ’化処理による小型化をせず、分子量が大きいままの全抗体を用いたためであると考えられる。つまり、ターゲット捕捉体がターゲットを捕捉した際に、ＣＮＴからターゲット物質までの距離が、Ｆａｂ’を用いた場合と比較して遠くなり、ＣＮＴが影響を受ける電界が弱くなったからであると考えられる。
　比較例４
　（１）半導体センサの作製
　ターゲット認識分子の前駆体［Ａ］の替わりにＰＢＳＥを用いたこと以外は、実施例１３と同様の方法によって半導体センサを作製した。
　（２）半導体センサとしての評価
　実施例１（６）と同様の方法によって半導体センサとしての評価を行った。測定開始時の電流Ｉｄは、５．３２μＡであり、ヒトＨｂＡ１ｃ添加時のみ電流値が０．２２μＡ増加した。シグナル強度は４．１％であった。
　実施例１３の結果と比較して、比較例４の測定結果において、シグナル強度が小さくなった。この理由は、比較例１のシグナル強度が実施例２、３、８、９、１１および１２と比較して小さかった理由と同じであると考えられる。
　比較例５
　（１）ターゲット認識分子の前駆体［Ｋ］の合成
　ジチオビス（スクシンイミジルウンデカノエート）（同仁化学研究所社製）６２．８８ｍｇと２－アミノエタンチオール（東京化成工業社製）７．７２ｍｇとを、ＤＭＦ１００ｍＬに溶解し、４時間攪拌した。その後、純水５００ｍＬを滴下し、生じた白色沈殿を桐山ロートで濾取し、純水で洗浄した。減圧乾燥し、白色固体５３．７７ｍｇを得た。次に、得られた白色固体４４．３２ｍｇとＮ－（１－ピレニル）マレイミド（東京化成工業社製）２２．３０ｍｇとを、ＤＭＦ７５ｍＬに溶解し、８時間攪拌した。反応溶液の溶媒を留去し濃縮した後、トルエンを展開溶媒としたシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより、反応生成物と、未反応物および不純物を分離した。反応生成物を含む分画の溶媒を留去し、真空乾燥することにより、白色固体４７．８２ｍｇを得た。得られた白色固体のマススペクトル（日本電子社製ＪＭＳ－Ｑ１０００ＴＤ）を測定したところ、Ｍ＋１が８８８であり、以下のターゲット認識分子の前駆体［Ｋ］であることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000033
　（２）半導体成分へのターゲット認識分子の前駆体［Ｋ］の付着とＦａｂ’の固定化
　ターゲット認識分子の前駆体［Ａ］の代わりにターゲット認識分子の前駆体［Ｋ］を用いたこと以外は、実施例１（５）と同様の方法によって、ターゲット認識分子の前駆体［Ｋ］を半導体成分であるＣＮＴ複合体に付着させた。さらに、実施例１（５）と同様の方法によって、実施例１（２）で作製したマウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ抗体のＦａｂ’を半導体層に固定化させた。この場合、マウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ抗体のＦａｂ’はそのヒンジ領域ではなく、マウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ抗体のＦａｂ’が有する複数のアミノ基とランダムに反応する。ターゲット認識分子の前駆体［Ｋ］のピレン環がＣＮＴに付着するため、最終生成物であるターゲット認識分子の連結基のうち、半導体成分に付着している基に結合している原子からターゲット捕捉体であるマウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ抗体のＦａｂ’に由来する原子に結合している原子までの原子数は３１となる。さらに、実施例１（５）と同様の方法によってＢＳＡによる表面保護を行い、半導体センサを得た。
　（３）半導体センサとしての評価
　実施例１（６）と同様の方法によって半導体センサとしての評価を行った。測定開始時の電流Ｉｄは、４．０５μＡであり、ヒトＨｂＡ１ｃ添加時のみ電流値が０．１７μＡ増加した。このことから、この半導体センサがヒトＨｂＡ１ｃを選択的に検出していることが確認された。シグナル強度は４．２％であった。
　比較例６
　（１）１－ピレンプロピルアミンの合成
　反応容器内の雰囲気を窒素に置換した後、ジクロロメタン７０ｍＬ、ＤＭＦ１００μＬからなる混合溶媒に、１－ピレン酪酸（東京化成工業社製）２．２０ｇを溶解させた。次に、攪拌しながら塩化オキサリル（東京化成工業社製）７５０μＬを滴下し、そのまま室温で４０分間攪拌した。その後、反応溶液の溶媒を留去し、真空乾燥した。得られた固体をアセトン１０ｍＬに溶解させ、０℃で攪拌している０．３ｇ／ｍＬアジ化ナトリウム水溶液２ｍＬへ滴下した。滴下終了後、反応溶液の温度を徐々に室温まで上昇させ、そのまま室温中で１時間攪拌した。その後、反応溶液を純水３０ｍＬへ注ぎ込み、生じた沈殿を桐山ロートで濾取し、純水で洗浄し、真空乾燥した。得られた固体をベンゼン１０ｍＬへ懸濁し、攪拌しながら８０℃へ昇温し、そのまま９０分間攪拌した。気体が止まったことを確認した後、反応溶液を室温まで冷却し、溶媒留去、真空乾燥を行った。次に、得られたオイル状のものをテトラヒドロフラン１０ｍＬへ溶解した後、６０℃へ加熱し、攪拌しながら、気体が発生しなくなるまで濃塩酸（和光純薬工業社製）を滴下した。さらに３０分攪拌した後、溶液が塩基性になるまで１０％水酸化ナトリウム水溶液（和光純薬工業社製）を加えた。分液ロートを用いて、クロロホルムで抽出し、得られたクロロホルム溶液を無水硫酸マグネシウム（和光純薬工業社製）で乾燥後、溶媒留去、真空乾燥をした。得られた固体のマススペクトル（日本電子社製ＪＭＳ－Ｑ１０００ＴＤ）を測定したところ、Ｍ＋１が２６０であり、１－ピレンプロピルアミンであることが確認された。
　（２）ターゲット認識分子［Ｌ］の合成
　ターゲット認識分子［Ｌ］においては、ビオチンがターゲット捕捉体である。ビオチンは、下記のような構造の、分子量２４４．３１の化合物である。タンパク質であるアビジンはビオチンの構造を認識して結合する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000034
　比較例６（１）の方法によって合成した１－ピレンプロピルアミン２５．９２ｍｇと、Ｂｉｏｔｉｎ－ＯＳｕ（商品名、同仁化学研究所社製）３４．１４ｍｇとを、ＤＭＦ１００ｍＬに溶解し、炭酸水素ナトリウム３９．５０ｍｇを加え、６時間攪拌した。その後、１Ｍ塩酸５００ｍＬを滴下し、生じた白色沈殿を桐山ロートで濾取し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液および純水で、それぞれ洗浄を行った。減圧乾燥し、白色固体４０．５７ｍｇを得た。得られた白色固体のマススペクトル（日本電子社製、ＪＭＳ－Ｑ１０００ＴＤ）を測定したところ、Ｍ＋１が４８６であり、以下のターゲット認識分子［Ｌ］であることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000035
　（３）半導体成分へのターゲット認識分子［Ｌ］の固定化
　次に、（２）で合成したターゲット認識分子［Ｌ］１０ｍｇをアセトニトリル（和光純薬工業社製）１０ｍＬに溶解し、そこへ実施例２（２）で形成した半導体素子Ｂの半導体層を４時間浸して、ターゲット認識分子［Ｌ］を半導体成分であるＣＮＴ複合体に付着させた。その後、半導体層をアセトニトリルおよび０．０１Ｍ　ＰＢＳで十分にすすいだ。
　こうして、カルボニル基までのアルキル基部分を有する、分子量２２７のビオチン構造をターゲット捕捉体とするターゲット認識分子が付着したＣＮＴ複合体を有する半導体層が得られた。この場合、ターゲット認識分子［Ｌ］のピレン環がＣＮＴに付着するため、ターゲット認識分子［Ｌ］の連結基Ｌのうち、半導体成分に付着している基に結合している原子からターゲット捕捉体であるビオチンに由来する原子に結合している原子までの原子数は４となる。さらに、実施例１（５）と同様の方法によってＢＳＡによる表面保護を行い、半導体センサを得た。
　（４）半導体センサとしての評価
　実施例１（６）と同様の測定条件で半導体センサとしての評価を行った。すなわち、作製した半導体センサの半導体層を０．０１Ｍ　ＰＢＳ溶液１００μＬに浸し、第１電極２と第２電極３との間に流れる電流値（Ｉｄ）を測定した。このとき、第１電極２と第２電極３との間の電圧（Ｖｓｄ）が－０．２Ｖ、第１電極２と第３電極７との間の電圧（Ｖｇ）が－０．６Ｖの条件とした。測定開始時の電流Ｉｄ（初期電流値）は、４．０１μＡであった。
　測定開始から３分後に、０．０１Ｍ　ＰＢＳ溶液に１００μＬ／ｍＬとなるようにＢＳＡを溶解した溶液２０μＬを、測定開始６分後に、０．０１Ｍ　ＰＢＳ溶液に１００μＬ／ｍＬとなるようにヒトＨｂＡ１ｃ（ＢＢＩ　Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ社製）を溶解した溶液２０μＬを、測定開始９分後に、０．０１Ｍ　ＰＢＳ溶液に１００μＬ／ｍＬとなるようにアビジン（和光純薬工業社製）を溶解した溶液２０μＬを、それぞれ、半導体層が浸っている０．０１Ｍ　ＰＢＳ溶液に添加した。すると、アビジンを含む溶液を添加した時のみ、電流値が０．１４μＡ減少した。このことから、この半導体センサがアビジンを選択的に検出していることが確認された。シグナル強度は３．４％であった。
　なお、ヒトＨｂＡ１ｃを検出する際は電流値が増加するのに対し、アビジンを検出する際は電流値が減少することは、ターゲット物質それぞれの等電点に起因する。すなわち、ヒトＨｂＡ１ｃの等電点は酸性側にあるため、中性のＰＢＳ溶液中ではヒトＨｂＡ１ｃは負に帯電しているのに対し、アビジンの等電点は塩基性側にあるため、中性のＰＢＳ溶液中では正に帯電している。そのため、これらを半導体センサで検出した際の電流値の増減は逆になる。
　比較例７
　（１）ターゲット認識分子［Ｍ］の合成
　１－ピレンブチルアミン（ＳＡＮＴＡ　ＣＲＵＺ　ＢＩＯＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ，Ｉｎｃ．社製）２７．３４ｍｇと、Ｂｉｏｔｉｎ－ＯＳｕ（商品名、同仁化学研究所社製）３４．１４ｍｇとを、ＤＭＦ１００ｍＬに溶解し、炭酸水素ナトリウム３９．５２ｍｇを加え、６時間攪拌した。その後、１Ｍ塩酸５００ｍＬを滴下し、生じた白色沈殿を桐山ロートで濾取し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液および純水で、それぞれ洗浄を行った。減圧乾燥し、白色固体４２．０４ｍｇを得た。得られた白色固体のマススペクトル（日本電子社製ＪＭＳ－Ｑ１０００ＴＤ）を測定したところ、Ｍ＋１が５００であり、以下のターゲット認識分子［Ｍ］であることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000036
　（２）半導体成分へのターゲット認識分子［Ｍ］の固定化
　ターゲット認識分子［Ｌ］の代わりにターゲット認識分子［Ｍ］を用いたこと以外は、比較例６（３）と同様の方法によって、ターゲット認識分子［Ｍ］を半導体成分であるＣＮＴ複合体に付着させた。この場合、ターゲット認識分子［Ｍ］のピレン環がＣＮＴに付着するため、ターゲット認識分子の連結基のうち、半導体成分に付着している基に結合している原子からターゲット捕捉体であるビオチンに由来する原子に結合している原子までの原子数は５となる。さらに、実施例１（５）と同様の方法によってＢＳＡによる表面保護を行い、半導体センサを得た。
　（３）半導体センサとしての評価
　比較例６（４）と同様の方法によって半導体センサとしての評価を行った。測定開始時の電流Ｉｄは、４．０３μＡであり、アビジン添加時のみ電流値が０．１５μＡ減少した。このことから、この半導体センサがアビジンを選択的に検出していることが確認された。シグナル強度は３．６％であった。
　比較例８
　（１）ターゲット認識分子［Ｎ］の合成
　１－ピレンブチルアミン（ＳＡＮＴＡ　ＣＲＵＺ　ＢＩＯＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ，Ｉｎｃ．社製）２７．３４ｍｇと、Ｂｉｏｔｉｎ－ＳＳ－Ｓｕｌｆｏ－ＯＳｕ（商品名、同仁化学研究所社製）６０．６７ｍｇとを、ＤＭＦ１００ｍＬに溶解し、炭酸水素ナトリウム３９．５３ｍｇを加え、６時間攪拌した。その後、１Ｍ塩酸５００ｍＬを滴下し、生じた白色沈殿を桐山ロートで濾取し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液および純水で、それぞれ洗浄を行った。減圧乾燥し、白色固体５６．９６ｍｇを得た。得られた白色固体のマススペクトル（日本電子社製ＪＭＳ－Ｑ１０００ＴＤ）を測定したところ、Ｍ＋１が６６３であり、以下のターゲット認識分子［Ｎ］であることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000037
　（２）半導体成分へのターゲット認識分子［Ｎ］の固定化
　ターゲット認識分子［Ｌ］の代わりにターゲット認識分子［Ｎ］を用いたこと以外は、比較例６（３）と同様の方法によって、ターゲット認識分子［Ｎ］を半導体成分であるＣＮＴ複合体に付着させた。この場合、ターゲット認識分子［Ｎ］のピレン環がＣＮＴに付着するため、ターゲット認識分子の連結基のうち、半導体成分に付着している基に結合している原子からターゲット捕捉体であるビオチンに由来する原子に結合している原子までの原子数は１３となる。さらに、実施例１（５）と同様の方法によってＢＳＡによる表面保護を行い、半導体センサを得た。
　（３）半導体センサとしての評価
　比較例６（４）と同様の方法によって半導体センサとしての評価を行った。測定開始時の電流Ｉｄは、４．０２μＡであり、アビジン添加時のみ電流値が０．１４μＡ減少した。このことから、この半導体センサがアビジンを選択的に検出していることが確認された。シグナル強度は３．５％であった。
　比較例９
　（１）中間体［Ｃ］の合成
　Ｎ－（１－ピレニル）マレイミド（東京化成工業社製）２９．７３ｍｇと、１１－アミノ－１－ウンデカンチオール塩酸塩（同仁化学研究所社製）２６．３８ｍｇとを、ＤＭＦ１００ｍＬに溶解し、氷冷しながら１２時間攪拌した。その後、反応溶液の溶媒を留去し濃縮した後、トルエンを展開溶媒としたシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより、反応生成物と、未反応物および不純物を分離した。反応生成物を含む分画の溶媒を留去し、真空乾燥することにより、白色固体３３．７９ｍｇを得た。得られた白色固体のマススペクトル（日本電子社製、ＪＭＳ－Ｑ１０００ＴＤ）を測定したところ、Ｍ＋１が５０１であり、以下の中間体［Ｃ］であることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000038
　（２）ターゲット認識分子［Ｏ］の合成
　上述した（１）で合成した中間体［Ｃ］２５．０１ｍｇと、Ｂｉｏｔｉｎ－（ＡＣ５）２－ＯＳｕ（商品名、同仁化学研究所社製）２８．３９ｍｇとを、ＤＭＦ５０ｍＬに溶解し、炭酸水素ナトリウム１９．９６ｍｇを加え、６時間攪拌した。その後、１Ｍ塩酸２５０ｍＬを滴下し、生じた白色沈殿を桐山ロートで濾取し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液および純水で、それぞれ洗浄を行った。減圧乾燥し、白色固体４１．９０ｍｇを得た。得られた白色固体のマススペクトル（日本電子社製ＪＭＳ－Ｑ１０００ＴＤ）を測定したところ、Ｍ＋１が９５３であり、以下のターゲット認識分子［Ｏ］であることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000039
　（３）半導体成分へのターゲット認識分子［Ｏ］の固定化
　ターゲット認識分子［Ｌ］の代わりにターゲット認識分子［Ｏ］を用いたこと以外は、比較例６（３）と同様の方法によって、ターゲット認識分子［Ｏ］を半導体成分であるＣＮＴ複合体に付着させた。この場合、ターゲット認識分子［Ｏ］のピレン環がＣＮＴに付着するため、ターゲット認識分子の連結基のうち、半導体成分に付着している基に結合している原子からターゲット捕捉体であるビオチンに由来する原子に結合している原子までの原子数は３０となる。さらに、実施例１（５）と同様の方法によってＢＳＡによる表面保護を行い、半導体センサを得た。
　（４）半導体センサとしての評価
　比較例６（４）と同様の方法によって半導体センサとしての評価を行った。測定開始時の電流Ｉｄは、４．０２μＡであり、アビジン添加時のみ電流値が０．１４μＡ減少した。このことから、この半導体センサがアビジンを選択的に検出していることが確認された。シグナル強度は３．５％であった。
　比較例１０
　（１）中間体［Ｄ］の合成
　Ｎ－（１－ピレニル）マレイミド（東京化成工業社製）２９．７３ｍｇと、１１－アミノ－１－ドデカンチオール（ＭＯＬＢＡＳＥ社製）２３．９２ｍｇとを、ＤＭＦ１００ｍＬに溶解し、氷冷しながら１２時間攪拌した。その後、反応溶液の溶媒を留去し濃縮した後、トルエンを展開溶媒としたシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより、反応生成物と、未反応物および不純物を分離した。反応生成物を含む分画の溶媒を留去し、真空乾燥することにより、白色固体３４．７６ｍｇを得た。得られた白色固体のマススペクトル（日本電子社製ＪＭＳ－Ｑ１０００ＴＤ）を測定したところ、Ｍ＋１が５１５であり、以下の中間体［Ｄ］であることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000040
　（２）ターゲット認識分子［Ｐ］の合成
　上述した比較例１０（１）で合成した中間体［Ｄ］２５．７１ｍｇと、Ｂｉｏｔｉｎ－（ＡＣ５）２－ＯＳｕ（商品名、同仁化学研究所社製）２８．３９ｍｇとを、ＤＭＦ５０ｍＬに溶解し、炭酸水素ナトリウム１９．９５ｍｇを加え、６時間攪拌した。その後、１Ｍ塩酸２５０ｍＬを滴下し、生じた白色沈殿を桐山ロートで濾取し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液および純水で、それぞれ洗浄を行った。減圧乾燥し、白色固体４２．５２ｍｇを得た。得られた白色固体のマススペクトル（日本電子社製ＪＭＳ－Ｑ１０００ＴＤ）を測定したところ、Ｍ＋１が９６７であり、以下のターゲット認識分子［Ｐ］であることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000041
　（３）半導体成分へのターゲット認識分子［Ｐ］の固定化
　ターゲット認識分子［Ｌ］の代わりにターゲット認識分子［Ｐ］を用いたこと以外は、比較例６（３）と同様の方法によって、ターゲット認識分子［Ｐ］を半導体成分であるＣＮＴ複合体に付着させた。この場合、ターゲット認識分子［Ｐ］のピレン環がＣＮＴに付着するため、ターゲット認識分子の連結基のうち、半導体成分に付着している基に結合している原子からターゲット捕捉体であるビオチンに由来する原子に結合している原子までの原子数は３１となる。さらに、実施例１（５）と同様の方法によってＢＳＡによる表面保護を行い、半導体センサを得た。
　（４）半導体センサとしての評価
　比較例６（４）と同様の方法によって半導体センサとしての評価を行った。測定開始時の電流Ｉｄは、４．０３μＡであり、アビジン添加時のみ電流値が０．１５μＡ減少した。このことから、この半導体センサがアビジンを選択的に検出していることが確認された。シグナル強度は３．６％であった。
　比較例６～１０から、固定化するターゲット認識分子がビオチンのような低分子の場合は、本発明のような連結基の原子数Ｎに起因する感度向上の効果は認められないことが分かる。
　参考例１
　（１）半導体成分へのＮ－（１－ピレニル）マレイミドの付着とＦａｂ’の固定化
　ターゲット認識分子の前駆体［Ａ］の代わりにＮ－（１－ピレニル）マレイミド（東京化成工業社製）を用いたこと以外は、実施例１（５）と同様の方法によって、ターゲット認識分子の前駆体であるＮ－（１－ピレニル）マレイミドを、半導体成分であるＣＮＴ複合体に付着させた。さらに、実施例１（５）と同様の方法によって、実施例１（２）で作製したマウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ抗体のＦａｂ’を半導体層に固定化させた。この場合、Ｎ－（１－ピレニル）マレイミドのピレン環がＣＮＴに付着するため、最終生成物であるターゲット認識分子の連結基Ｌ２のうち、半導体成分に付着している基に結合している原子からターゲット捕捉体であるマウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ抗体のＦａｂ’に由来する原子に結合している原子までの原子数は４となる。さらに、実施例１（５）と同様の方法によってＢＳＡによる表面保護を行い、半導体センサを得た。
　（２）半導体センサとしての評価
　実施例１（６）と同様の方法によって半導体センサとしての評価を行った。測定開始時の電流Ｉｄは、４．０８μＡであり、ヒトＨｂＡ１ｃ添加時のみ電流値が０．３１μＡ増加した。このことから、この半導体センサがヒトＨｂＡ１ｃを選択的に検出していることが確認された。シグナル強度は７．６％であった。
　参考例２
　（１）中間体［Ｅ］の合成
　１－アミノピレン（東京化成工業社製）２１．７３ｍｇと、ジチオビス（スクシンイミジルウンデカノエート）（同仁化学研究所社製）６２．８８ｍｇとを、ＰＢＳ（ｐＨ７．４）１００ｍＬに溶解し、６時間攪拌した。その後、反応容器を氷冷した後、白色沈殿を桐山ロートで濾取し、純水で洗浄を行った。減圧乾燥し、白色固体５９８．８７ｍｇを得た。得られた白色固体のマススペクトル（日本電子社製ＪＭＳ－Ｑ１０００ＴＤ）を測定したところ、Ｍ＋１が７３１であり、以下の中間体［Ｅ］であることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000042
　（２）ターゲット認識分子の前駆体［Ｑ］の合成
　参考例２（１）の方法によって合成した中間体［Ｅ］３６．５２ｍｇと、Ｎ－（２－アミノエチル）マレイミド塩酸塩（東京化成工業社製）８．８３ｍｇとを、ＤＭＦ５０ｍＬに溶解し、炭酸水素ナトリウム１９．９６ｍｇを加え、６時間攪拌した。その後、１Ｍ塩酸２５０ｍＬを滴下し、生じた白色沈殿を桐山ロートで濾取し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液および純水によって、それぞれ洗浄を行った。減圧乾燥し、白色固体３２．７３ｍｇを得た。得られた白色固体のマススペクトル（日本電子社製ＪＭＳ－Ｑ１０００ＴＤ）を測定したところ、Ｍ＋１が７５６であり、以下のターゲット認識分子［Ｑ］であることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000043
　（３）半導体成分へのターゲット認識分子の前駆体［Ｑ］の付着とＦａｂ’の固定化
　ターゲット認識分子の前駆体［Ａ］の代わりにターゲット認識分子の前駆体［Ｑ］を用いたこと以外は、実施例１（５）と同様の方法によって、ターゲット認識分子の前駆体［Ｑ］を半導体成分であるＣＮＴ複合体に付着させた。さらに、実施例１（５）と同様の方法によって、実施例１（２）で作製したマウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ抗体のＦａｂ’を半導体層に固定化させた。この場合、ターゲット認識分子の前駆体［Ｑ］のピレン環がＣＮＴに付着するため、最終生成物であるターゲット認識分子の連結基Ｌ２のうち、半導体成分に付着している基に結合している原子からターゲット捕捉体であるマウス抗ヒトＨｂＡ１ｃ抗体のＦａｂ’に由来する原子に結合している原子までの原子数は３１となる。さらに、実施例１（５）と同様の方法によってＢＳＡによる表面保護を行い、半導体センサを得た。
　（４）半導体センサとしての評価
　実施例１（６）と同様の方法によって半導体センサとしての評価を行った。測定開始時の電流Ｉｄは、４．０８μＡであり、ヒトＨｂＡ１ｃ添加時のみ電流値が０．３０μＡ増加した。このことから、この半導体センサがヒトＨｂＡ１ｃを選択的に検出していることが確認された。シグナル強度は７．３％であった。
　以上のように、本発明に係る半導体センサおよびその製造方法、ならびに複合センサは、高い検出選択性と高い検出感度を示す、ガスセンサ、イオンセンサ、心筋マーカーセンサ、腫瘍マーカーセンサ、ヘモグロビンセンサ、または糖化ヘモグロビンセンサなどの各種センサに適する。
１　基板
２　第１電極
３　第２電極
４　半導体層
５，７　第３電極
６　絶縁層
８　覆い部材
９　内部空間
１０　免疫グロブリン
１１　重鎖
１２　軽鎖
１３　結合部位
１４　ヒンジ領域
１５　Ｆａｂ領域
１６　Ｆｃ領域
１７　部分構造体（Ｆａｂ’）
１８　部分構造体（還元型免疫グロブリン半量体）
１９　ＣＮＴ
２０　免疫グロブリンの部分構造体
２１　免疫グロブリンの部分構造体のヒンジ領域の硫黄原子
 

Claims (23)

  1. 　基板と、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に設けられた半導体層と、を有する半導体センサであって、
    　前記半導体層が、半導体成分と、免疫グロブリンの部分構造体とを含み、
    　前記免疫グロブリンの部分構造体が、重鎖のヒンジ領域において、連結基Ｌ１を介して前記半導体成分に結合または付着している
    　半導体センサ。
  2. 　前記免疫グロブリンの部分構造体のヒンジ領域が硫黄原子を含み、前記硫黄原子が前記連結基Ｌ１と結合を形成している請求項１に記載の半導体センサ。
  3. 　前記連結基Ｌ１と前記免疫グロブリンの部分構造体のヒンジ領域とが、前記硫黄原子を介してチオエーテル結合を形成している請求項２に記載の半導体センサ。
  4. 　前記連結基Ｌ１が、置換もしくは無置換の、芳香族炭化水素基および／または芳香族複素環基を有している請求項１～３のいずれか１項に記載の半導体センサ。
  5. 　前記連結基Ｌ１が、置換または無置換の芳香族炭化水素基を有し、置換基を含めない前記芳香族炭化水素基の炭素原子数が１４以上２２以下である請求項１～４のいずれか１項に記載の半導体センサ。
  6. 　基板と、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に設けられた半導体層と、を有する半導体センサであって、
    　前記半導体層は、ターゲット認識分子が結合または付着した半導体成分を有し、
    　前記ターゲット認識分子は、少なくともターゲット捕捉体Ｘおよび連結基Ｌ２を有し、
    　前記ターゲット捕捉体Ｘは、分子量が２００００以上２０００００以下の、タンパク質または核酸であり、
    　前記連結基Ｌ２のうちの、前記半導体成分に結合している原子から、または前記半導体成分に付着している基に結合している原子から、前記ターゲット捕捉体Ｘに由来する原子と結合している原子までの原子数Ｎが、５以上３０以下である
    　半導体センサ。
  7. 　前記ターゲット認識分子が、下記一般式（１）によって表される化合物、または下記一般式（２）によって表される構造を繰り返し単位として有する高分子化合物である請求項６に記載の半導体センサ。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
     （一般式（１）において、Ａｒ１は、置換もしくは無置換の芳香族複素環基、または置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基である。
    　Ｌ２は前記連結基Ｌ２であり、Ａｒ１に由来する原子に結合している原子から、Ｘに由来する原子に結合している原子までの原子数Ｎ１が、５以上３０以下である。
    　Ｘは前記ターゲット捕捉体Ｘであり、分子量が２００００以上２０００００以下の、タンパク質または核酸である。）
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
     （一般式（２）において、Ａｒ２は、置換もしくは無置換の芳香族複素環基、または置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基である。
    　Ｌ２は前記連結基Ｌ２であり、Ａｒ２に由来する原子に結合している原子から、Ｘに由来する原子に結合している原子までの原子数Ｎ２が５以上３０以下である、連結基である。
    　Ｘは前記ターゲット捕捉体Ｘであり、分子量が２００００以上２０００００以下の、タンパク質または核酸である。）
  8. 　前記ターゲット認識分子が、前記一般式（１）によって表される化合物であり、前記一般式（１）において、Ａｒ１が、前記置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基であり、置換基を含めない前記芳香族炭化水素基の炭素原子数が１４以上２２以下である請求項７に記載の半導体センサ。
  9. 　前記原子数Ｎが、８以上１６以下である請求項６に記載の半導体センサ。
  10. 　前記原子数Ｎ１および／またはＮ２が、８以上１６以下である請求項７または８に記載の半導体センサ。
  11. 　前記ターゲット捕捉体Ｘが免疫グロブリン、または免疫グロブリンの部分構造体である請求項６～１０のいずれか１項に記載の半導体センサ。
  12. 　前記ターゲット捕捉体Ｘが免疫グロブリンの部分構造体である請求項６～１１のいずれか１項に記載の半導体センサ。
  13. 　前記免疫グロブリンの部分構造体が、重鎖のヒンジ領域において、連結基Ｌ２と結合を形成している請求項６～１２のいずれか１項に記載の半導体センサ。
  14. 　前記免疫グロブリンの部分構造体が、ヘモグロビンまたは糖化ヘモグロビンの少なくとも一方と選択的に相互作用する免疫グロブリンの部分構造体である請求項１～５，１２，１３のいずれか１項に記載の半導体センサ。
  15. 　前記免疫グロブリンの部分構造体の分子量が、２００００以上１２００００以下である請求項１～５，１２～１４のいずれか１項に記載の半導体センサ。
  16. 　前記連結基Ｌ１および／またはＬ２が、エーテル結合、アミド結合、およびイミド結合からなる群より選ばれる構造の少なくとも一つを含む請求項１～１５のいずれか１項に記載の半導体センサ。
  17. 　前記連結基Ｌ１および／またはＬ２が五員環構造を含む請求項１～１６のいずれか１項に記載の半導体センサ。
  18. 　前記半導体成分が、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラフェン、およびカーボンナノホーンからなる群より選ばれる少なくとも一種である請求項１～１７のいずれか１項に記載の半導体センサ。
  19. 　前記半導体成分の少なくとも一部に共役系重合体が付着している請求項１～１８のいずれか１項に記載の半導体センサ。
  20. 　さらに第３電極が設けられた請求項１～１９のいずれか１項に記載の半導体センサ。
  21. 　生体由来の物質を検出対象とする請求項１～２０のいずれか１項に記載の半導体センサ。
  22. 　請求項１～２１のいずれか１項に記載の半導体センサとグルコースを検出するセンサとを含む複合センサ。
  23. 　基板と、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に設けられた半導体層と、を有する半導体センサの製造方法であって、
    　前記半導体層を形成する工程が、前記第１電極と前記第２電極の間に半導体成分を塗布する工程を含む
    　半導体センサの製造方法。
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