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物質検出装置及び物質検出方法 コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P110005327
掲載日 2011年8月18日
出願番号 特願2007-005137
公開番号 特開2008-170353
登録番号 特許第4360687号
出願日 平成19年1月12日(2007.1.12)
公開日 平成20年7月24日(2008.7.24)
登録日 平成21年8月21日(2009.8.21)
発明者
  • 紀和 利彦
  • 塚田 啓二
  • 川山 巌
  • 斗内 政吉
出願人
  • 国立大学法人 岡山大学
発明の名称 物質検出装置及び物質検出方法 コモンズ 新技術説明会
発明の概要

【課題】構造の非常に簡単な物質検出プレートを使用し、かつ信号の校正をする必要なしに、溶液中の複数の被検出物質の有無を検出、かつ定量的に評価する装置を提供する。
【解決手段】本発明の物質検出装置では、半導体上に物質感応膜を作製した物質検出プレートと、被検出物質を含む溶液を前記物質感応膜の表面へ接触させる手段と、溶液の電位を安定させる手段と、前記物質検出プレートにパルスレーザー光を照射することで、照射位置における被検出物質の量に依存する振幅強度を持ったパルス電磁波を発生させる手段と、前記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、被検出物質の有無を判定する手段を備える。
【選択図】図1

従来技術、競合技術の概要


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。



一方、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。

【特許文献1】特開2002-350383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検出装置において、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、前記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。

特許請求の範囲 【請求項1】

半導体上に作製される絶縁体上に物質感応膜を作製した物質検出プレートと、
被検出物質を含む溶液を前記物質感応膜の表面へ接触させる手段と、
前記溶液の電位を安定させる手段と、
前記物質検出プレートにパルスレーザー光を照射することで、照射位置における被検出
物質の量に依存する振幅強度を持ったパルス電磁波を発生させる手段と、
前記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、被検出物質の有無を判定する手段を備えることを特徴とする物質検
出装置。

【請求項2】
前記パルスレーザー光を前記物質検出プレートの前記物質感応膜が作製される面の反対
側から照射することを特徴とする請求項1に記載の物質検出装置。

【請求項3】
前記パルス電磁波の振幅強度より被検出物質の量を定量的に計測する手段を備えること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の物質検出装置。

【請求項4】
前記半導体の厚さは、前記パルスレーザー光の照射する位置で該パルスレーザーの波長
と該半導体の種類によって決定される光侵入長と同等の大きさとすることを特徴とする請
求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の物質検出装置。

【請求項5】
前記被検出物質を含む溶液の電位を安定させる手段として、溶液中に銀/塩化銀参照電
極を設置することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の物質検出装
置。

【請求項6】
前記銀/塩化銀参照電極と前記半導体の間に電圧を印加することで、被検出物質の前記
物質感応膜との反応に対する前記パルス電磁波の振幅強度の変化率を増加させることを特
徴とする請求項5に記載の物質検出装置。

【請求項7】
前記物質検出プレートの前記半導体上に作製される絶縁体上に複数の物質感応膜がアレ
イ状に作製されるとともに、
前記パルスレーザー光を2次元的に走査して照射する手段を備え、
前記パルスレーザー光を2次元的に走査して照射する手段によって、順次、前記パルス
レーザー光を前記物質感応膜の各配置箇所に対して照射し、
前記照射によって発生されるパルス電磁波の振幅強度を、順次、計測する、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の物質検出装置。

【請求項8】
前記パルスレーザー光の波長は、300ナノメートル以上、2ミクロン以下の範囲に含
まれることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の物質検出装置。

【請求項9】
前記パルス電磁波に含まれる周波数の成分は、10ギガヘルツから100テラヘルツま
での範囲に含まれることを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の物質
検出装置。

【請求項10】
前記物質感応膜として、酵素を固定化した膜を備えることを特徴とした請求項1乃至請
求項9のいずれか一項に記載の物質検出装置。

【請求項11】
前記物質感応膜として、抗原を固定化した膜を備えることを特徴とした請求項1乃至請
求項9のいずれか一項に記載の物質検出装置。

【請求項12】
前記半導体として、前記パルスレーザー光を透過する絶縁体基板上に、半導体薄膜を作
製したものを使用することを特徴とする請求項1乃至請求項11のいずれか一項に記載の
物質検出装置。

【請求項13】
半導体と、
前記半導体上に作製される絶縁体と、
前記絶縁体上に作製される複数の物質感応膜と、
から構成される物質検出プレートと、
前記物質検出プレートに装着されて、溶液を前記物質感応膜と接触させるための溶液セ
ルと、
から測定セルを構成し、
前記溶液セルに溶液を注入し、
前記半導体における、前記絶縁体とは反対側であって、かつ、前記物質感応膜に対応す
る位置に、パルスレーザー光を照射し、
前記パルスレーザー光の照射によって発生するパルス電磁波の振幅強度を測定する、
物質検出方法。
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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JP2007005137thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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