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化学バイオセンサおよびその製造方法 コモンズ

国内特許コード P110003342
整理番号 RJ007P52
掲載日 2011年6月20日
出願番号 特願2004-127340
公開番号 特開2005-283550
登録番号 特許第4328664号
出願日 平成16年3月27日(2004.3.27)
公開日 平成17年10月13日(2005.10.13)
登録日 平成21年6月19日(2009.6.19)
発明者
  • 本津 茂樹
  • 西川 博昭
  • 楠 正暢
出願人
  • 独立行政法人科学技術振興機構
発明の名称 化学バイオセンサおよびその製造方法 コモンズ
発明の概要

【課題】 種々の化学物質を検出可能で機械的強度が高く、実用的な化学バイオセンサおよびその製造方法が求められている。
【解決手段】 化学バイオセンサは、基板1上にハイドロキシアパタイトまたはハイドロキシアパタイト誘導体の薄膜2を形成し、薄膜2上に一対の電極3,3を離間して設けたものである。ハイドロキシアパタイト誘導体に適用されるキャリアドーピング用元素としては、例えば、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、マグネシウム(Mg)、ストロンチウム(Sr)などが挙げられる。薄膜2は薄膜形成工程においてレーザーアブレーション法により形成される。
【選択図】 図1

従来技術、競合技術の概要


従来知られた化学センサのうち、ガスセンサとしては、酸化物半導体センサ、熱式ガスセンサ、SAW(Surface Acoustic Wave)センサ、および水晶振動子(QCR:Quartz Crystal Resonator、特許文献1)センサなどがある。酸化物半導体センサは半導体表面でガスが吸着酸素による酸化反応を引き起こしこのとき電子が半導体に流れ込んで導電率が増加するので、これを電気抵抗の変化で測定しガスを検出するようになっている。熱式ガスセンサは検出対象としてLPガス、都市ガス、水素、メタン、一酸化炭素などの可燃性ガスの検出が主流である。SAWやQCRセンサは感度はあまり高くないが、有機材料を用いているために選択性の制御が容易である。QCRセンサの原理は、水晶振動子の両面の電極上にガス官能膜を形成し、特定のガスがガス官能膜に吸着すると質量が変化するため水晶振動子の共振周波数が下がる。この周波数変化は吸着ガスの質量に比例するので、周波数変化を測定して吸着ガス量を検出するようになっている。

【特許文献1】特開2003-121329



化学センサのうち、匂いセンサとしては、酸化物半導体(MOS)ガスセンサ(非特許文献1)、導電性高分子ガスセンサ(非特許文献2)、FETガスセンサ(非特許文献3)、SAWガスセンサ(非特許文献4)、水晶振動子ガスセンサ(非特許文献5)などがそれぞれの文献に報告されている。

【非特許文献1】K.Persaud and G.Dodd:Nature,299,352-354(1982)..

【非特許文献2】K.C.Persaud and P.Travers:Intelligent Insturuments & Computers,Elsevier Science Publishing,147-154(1991).

【非特許文献3】I.Lundstrom,R.Erlandssom and U.Frykman:Nature,352,47-50(1991).

【非特許文献4】A.Saitou,T.Nomura and T.Moriizumi:Mol.Cryst.Liq.Cryst.,267,387-392(1995).

【非特許文献5】K.Ema,M.Yokoyama,T.Nakamoto and T.Moriizumi:The 17th SensorSymposium,307-312(200).



上記した化学センサは、一般的に目的とする検出対象化学物質を捕捉・認識するためのレセプタ部を用意しなければならず、これと捕捉・認識を電気信号に変換するトランスデューサー(各種電極)からなっており、その構造は複雑であって微小化に難がある。また、バイオセンサでは目的の化学物質を捕捉するための特殊な酵素などの生物活性物質をレセプタに固定化する固定化膜が最重要であり、そのために高分子膜、生体膜等各種の固定化膜が提案されているが、これらの膜への生物活性物質の吸着を直接電気信号に変換するのは困難である。



一方、ハイドロキシアパタイトはカルシウムイオンCa2+やリン酸イオンPO43-を表面に持つため、各種ガス、イオン、アルコール、酵素、タンパク質、DNA等の化学物質を吸着することが知られている。そこで、かかる化学物質を検出する化学センサの材料にハイドロキシアパタイトの薄膜を利用することを考えた。ハイドロキシアパタイトの薄膜を形成する技術としては、例えば電気泳動法が知られている。この電気泳動法は、ハイドロキシアパタイトの原料粉末を液体中に分散させ,その液中に一対の電極を入れて直流電圧を印加して粉末を電気泳動により移動させ,最終的に到達した電極上にハイドロキシアパタイトを膜状に堆積させるものである。しかしながら、電気泳動法により形成されたハイドロキシアパタイト膜は成分中のCa:P比を所望の値に調整しにくいため、化学量論的組成の材料が得られないという問題や、膜の結晶性が悪いという問題がある。また、比較的厚い膜であるために膜のクラック発生や基板からの剥離という問題も生じる。

産業上の利用分野


この発明は、タンパク質を検出するセンサに係り、さらに詳しくは、タンパク質の吸着をインピーダンス、電気抵抗、電流、電圧、キャパシタンス等の電気特性の変化として直接検出する化学バイオセンサおよびその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
基板上にハイドロキシアパタイトの薄膜を形成し、該薄膜上に更に、電気抵抗測定用の一対の電極を離間して設けて成り、前記一対の電極間の電気抵抗によりタンパク質を検出する化学バイオセンサ。

【請求項2】
基板上に、ハイドロキシアパタイトを構成するカルシウムの一部をキャリアドーピング用元素で置き換えてなるハイドロキシアパタイト誘導体の薄膜を形成し、該薄膜上に更に、電気抵抗測定用の一対の電極を離間して設けて成り、前記一対の電極間の電気抵抗によりタンパク質を検出する化学バイオセンサ。

【請求項3】
請求項1または請求項2に記載の化学バイオセンサを製造するにあたり、ハイドロキシアパタイトの薄膜またはハイドロキシアパタイト誘導体の薄膜を基板上に形成する薄膜形成工程を含む製造方法であって、前記薄膜形成工程においてレーザーアブレーション法によりハイドロキシアパタイトの薄膜またはハイドロキシアパタイト誘導体の薄膜を形成することを特徴とする化学バイオセンサの製造方法。
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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JP2004127340thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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