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物質分布計測装置 コモンズ 新技術説明会 外国出願あり

国内特許コード P08A014189
整理番号 OP399
掲載日 2009年1月9日
出願番号 特願2007-268413
登録番号 特許第4183735号
出願日 平成19年10月15日(2007.10.15)
登録日 平成20年9月12日(2008.9.12)
発明者
  • 紀和 利彦
  • 塚田 啓二
出願人
  • 岡山大学
発明の名称 物質分布計測装置 コモンズ 新技術説明会 外国出願あり
発明の概要 【課題】溶液の化学反応を行うマイクロ流路内の物質の反応分布もしくは物質の濃度分布を検出する装置を提供する。
【解決手段】溶液中の物質の反応分布もしくは濃度分布を計測する物質分布計測装置1であって、半導体23上に作製される絶縁体22上に物質感応膜21を作製した物質検出プレート5と、該物質検出プレート5上に溶液の流路12を形成する流路形成部6と、前記溶液の電位を安定させる手段と、前記半導体23側から流路12側にパルスレーザー光9を照射する手段と、前記パルスレーザー光9を物質検出プレート5に対して2次元的に走査させる手段と、パルスレーザー光9を物質検出プレート5に照射することで発生するパルス電磁波の振幅強度を計測する手段と、前記振幅強度より、被検出物質を定性的もしくは定量的に計測して流路内の溶液中の物質の反応分布もしくは濃度分布を得る手段を備え、物質感応膜21が流路12の内壁面の一部を構成した。
【選択図】図4
従来技術、競合技術の概要 【背景技術】従来、溶液中の物質を検出する装置として電界効果トランジスタを用いたセンサがある。電界効果トランジスタを用いたセンサは、一般的に、1)電界効果トランジスタのゲート電極上に作製された感応膜と、2)ドレイン電極及びソース電極より信号を読み出すセンサ読み出し回路と、3)センサを駆動させる電源と、4)溶液の電位を安定させる参照電極とを備えている。以上のように構成する電界効果トランジスタを用いたセンサにおいては、溶液に含まれる被検出物質が前記感応膜に接触すると、感応膜の触媒作用により被検出物質が分解され、溶液のpHが変化することになる。そして、このpHの変化により変化する電界効果トランジスタ内の半導体の局所電界の電流を前記ドレイン電極、及び、前記ソース電極より信号として検出することとしている。このような電界効果トランジスタを用いたセンサ(センサ素子)を同一基板上にアレイ化し、複数の物質を検出する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1には、フォトレジストを用いたパターニングにより、50mm×60mmの基板上に、100組のセンサ素子を作製する方法について記されている。特許文献2においては、酵素をFETチャンネル表面(ダイヤモンド表面)に直接固定することにより、酵素の感応性を向上させることができるpチャンネル電界効果トランジスタ及びそれを用いたセンサについて記されている。また、特許文献3においては、パルスレーザー光を用いて、チップ(半導体デバイス)にバイアス電圧を印加することなく、無バイアス下で故障診断を行うことができる半導体デバイスの故障診断方法と装置について記されている。さらに、レーザー光を用いた物質検出装置として、LAPS(Light-Addressable Portentiometric Sensor)が知られている(例えば、非特許文献1参照。)。このLAPSは、半導体シリコン基板、及びその上に形成された酸化膜及び窒化膜からなるセンサ基板を備え、例えば、このセンサ基板の上に接触させた溶液のpHを測定するセンサとして用いられる。そして、前記半導体シリコン基板と前記センサ基板との界面ではエネルギーバンドに曲がりが生じているが、この曲がりは、前記センサ基板に接している溶液のpHにも依存する。その結果、前記半導体シリコン基板と前記センサ基板との界面に存在する空乏層の幅が変化し、レーザー光を照射したときに流れる電流(光電流)も変化する。以上のように、レーザー光を照射したときに流れる電流(光電流)は、光を照射した場所の空乏層の幅の変化を反映するものである。また、マイクロ流路内の物質を検出する検出装置や検出手法については従来から幾つか検討されている。例えば表面プラズモンを用いた物質の検出装置として、SPR(表面プラズモン)センサによる検出装置が知られている。このSPRセンサは、光を一定角度で流路床面に照射し、全反射した光のスペクトルにより分析を行う手法を用いたものである。
【特許文献1】特開2002-350383号公報
【特許文献2】特開2004-294087号公報
【特許文献3】特開2006-24774号公報
【非特許文献1】T.Yoshinobu他、Electrochimica Acta、第47巻(2001年)pp.259-263
産業上の利用分野 本発明は、半導体と物質感応膜を備える物質分布計測装置において、パルスレーザー光を照射し、該半導体において発生する電磁波を検出することで、溶液中の被検出物質の有無を判別する装置に関するものである。詳しくは、溶液の化学反応を行うマイクロ流路内の物質の反応分布もしくは物質の濃度分布を検出する装置に関するものである。
特許請求の範囲 【請求項1】 溶液中の物質の反応分布もしくは濃度分布を計測する物質分布計測装置であって、 絶縁体と光吸収係数の逆数である光侵入長と同等の厚さを有する半導体とを備えた物質検出プレートと、 該物質検出プレート上に溶液の流路を形成する流路形成部と、 前記溶液の電位を安定させる手段と、 前記流路の一側にフェムト秒レーザー光を照射する手段と、 前記フェムト秒レーザー光を物質検出プレートに対して2次元的に走査させる手段と、 該2次元的に走査させる手段により、前記フェムト秒レーザー光を前記物質検出プレートに照射することで発生するパルス電磁波の振幅強度を直接計測する手段と、 前記振幅強度より、被検出物質を定性的もしくは定量的、かつ、連続的に計測して前記流路内の溶液中の物質の反応分布もしくは濃度分布を二次元マッピングとして得る手段を備え、 物質感応膜が前記流路の内壁面の一部を構成したことを特徴とする物質分布計測装置。
【請求項2】 溶液中の物質の反応分布もしくは濃度分布を計測する物質分布計測装置であって、 絶縁体と光吸収係数の逆数である光侵入長と同等の厚さを有する半導体を備えるとともに、 該半導体上に作製される前記絶縁体上に物質感応膜を作製した物質検出プレートと、 該物質検出プレート上に溶液の流路を形成する流路形成部と、 前記溶液の電位を安定させる手段と、 前記半導体側から前記流路側にフェムト秒レーザー光を照射する手段と、 前記フェムト秒レーザー光を物質検出プレートに対して2次元的に走査させる手段と、 該2次元的に走査させる手段により、前記フェムト秒レーザー光を前記物質検出プレートに照射することで発生するパルス電磁波の振幅強度を直接計測する手段と、 前記振幅強度より、被検出物質を定性的もしくは定量的、かつ、連続的に計測して前記流路内の溶液中の物質の反応分布もしくは濃度分布を二次元マッピングとして得る手段を備え、 前記物質感応膜が前記流路の内壁面の一部を構成したことを特徴とする物質分布計測装置。
産業区分
  • 試験、検査
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 権利存続中
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