(57)【要約】【課題】本発明の課題は、簡単にシグナルを検出できるラベルフリーセンサーを提供することにある。【解決手段】本発明は、ラベルフリーセンサーに関するものであり、基板と、基板上に相互に隔てて形成された第一電極と第二電極と、基板に、第一電極と第二電極とに接触するように形成された半導体層とより構成され、半導体層には、複数の官能化され半導体層に結合されたプローブグループを有し、これによりプローブグループに特異的結合する物質の測定に用いている。本発明のセンサーは、プローブグループを半導体層に結合させ、電流の変化により、プローブグループに結合する物質を測定するので、蛍光読取装置により蛍光シグナルを検出する必要がなく、迅速に、高感度で即時的測定を行うことができる。【選択図】図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に形成された第一電極と、
前記基板に前記第一電極と隔てて形成された第二電極と、
前記基板に前記第一電極と第二電極とに接触するように形成された半導体層とを備えてなるラベルフリーセンサーであって、
前記半導体層は、複数の官能化され前記半導体層に結合されたプローブグループ（ｐｒｏｂｅ  ｇｒｏｕｐｓ）を有し、前記プローブグループに特異的結合する物質の測定に使用されることを特徴とするラベルフリーセンサー。
【請求項２】
前記第一電極と第二電極は、前記半導体層に形成され、前記半導体層が前記基板と、前記第一電極及び第二電極との間に介在されることを特徴とする、請求項１に記載のセンサー。
【請求項３】
前記半導体層の一部は、前記第一電極と第二電極に形成され、前記第一電極と第二電極とが前記基板と前記半導体層との間に介在されることを特徴とする、請求項１に記載のセンサー。
【請求項４】
前記半導体層は、金属酸化物であることを特徴とする、請求項２又は３に記載のセンサー。
【請求項５】
前記金属酸化物は、酸化亜鉛、二酸化チタン、酸化インジウム又はその組み合わせからなる群より選択されることを特徴とする、請求項４に記載のセンサー。
【請求項６】
前記金属酸化物は、多孔性構造を有することを特徴とする、請求項４に記載のセンサー。
【請求項７】
前記半導体層は、有機重合体半導体であることを特徴とする、請求項２又は３に記載のセンサー。
【請求項８】
前記有機重合体半導体は、多孔性構造を有することを特徴とする、請求項７に記載のセンサー。
【請求項９】
前記多孔性構造は、前記有機重合体が繊維状に堆積されて形成されたことを特徴とする、請求項８に記載のセンサー。
【請求項１０】
前記プローブグループは、−ＯＨ、−ＣＨＯ、−ＣＯＯＨ、−ＳＯ３Ｈ、−ＣＮ、−ＮＨ２、−ＳＨ、−ＣＯＳＨ、−ＣＯＯＲ又はハライドからなる群より選択される一種又は多種の化学基を含むことを特徴とする、請求項２又は３のセンサー。
【請求項１１】
前記プローブグループは、核酸、抗体、抗原、炭水化物、タンパク質、アミノ酸及び酵素からなる群より選択される生体分子の一つであることを特徴とする、請求項２又は３に記載のセンサー。
【請求項１２】
前記第一電極は、前記半導体層を介して前記第二電極と隔てたことを特徴とする、請求項３に記載のセンサー。
【請求項１３】
請求項１に記載のセンサーの第一電極と第二電極にバイアス電圧を印加して電流を発生させるステップと、
試料を、前記センサーの半導体層に結合したプローブグループに接触させるステップと、
前記センサーにおける電気的変化を測定して、前記試料がプローブの特異的な受容体を有するか否かを判断するステップとを有することを特徴とする測定方法。
【請求項１４】
前記試料と前記センサーは、流体において接触することを特徴とする、請求項１３に記載の測定方法。
【請求項１５】
前記試料は、気体物質又は気体を発生する物質であることを特徴とする、請求項１３又は１４に記載の測定方法。
【請求項１６】
請求項１に記載のセンサーと、
前記センサーの電極に電気的に接続し、バイアス電圧を前記センサーに提供するための電圧提供装置と、
前記センサーに電気的に接続し、前記センサーの電気的変化を測定するための電気性検測装置とを備えてなることを特徴とする、測定システム。
【請求項１７】
前記電気的変化は、電流の変化であることを特徴とする、請求項１６に記載の測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサーに関するものであり、特に半導体バイオセンサーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
バイオテクノロジーと医療分野における技術の急速な発展にともない、生物の性質を利用した生体分子検出技術が次第に研究開発の重点になりつつある。生体分子検出は、特定の分子標識（ｍａｒｋｅｒ）または特定の分子の特異性を利用して、異なる分子を区別し、選択的測定を行うものであり、特に、生体内や環境中に微量に存在するタンパク質、核酸、化合物などを特異的に高感度で検出する生体分子測定が、医学、生命科学、食品検疫、環境衛生など異なる分野において重要視され、例えば、疾病の早期診断、環境因子（例えば、ホルモン）の測定に利用されている。その内、高感度で、即時に、迅速に、正確かつ大量選別の可能な検出方法が、今日の主要な課題となっている。
【０００３】
又、現在すでに開発されている或いは開発中の技術を如何にして有効利用し、新たな検出方法を開発することも、学際的な研究開発における重要な課題となっている。近年、多くのバイオセンサー装置や検出方法に関する研究が発表されているが、これらは二種類に大別できよう。すなわち、蛍光又は発光を利用して標的物質に標識して検出する方法と、高感度で物質の結合ボンドを検出する表面プラズモン共鳴法（ＳＰＲ，ｓｕｒｆａｃｅ  ｐｌａｓｍｏｎ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）、水晶発振子マイクロバランス法（ＱＣＭ，ｑｕａｒｔｚ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ，ｆｉｅｌｄ  ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を基本構成としたカーボンナノチューブ電界効果トランジスタ（ＣＮＴ  ＦＥＴ）とナノワイヤー電界効果トランジスタ（ｎａｎｏｗｉｒｅ  ＥＦＴ）である。前記の検出方法又は検出装置によりｎｇ〜ｐｇ単位で物質の測定が可能である。
【０００４】
現在、ナノサイズのバイオセンサーは、その大半がシリコンナノワイヤ、又はカーボンナノチューブを用いて製造されている。
【０００５】
シリコンナノワイヤに関しては、シリコンの表面に自然に酸化属が形成されやすいため、例えば、タンパク質などの荷電分子を検出しやすく、それらの測定に利用される。しかし、その製造が難しく、かつ高価な装置を必要とする。非特許文献１において、シリコンナノワイヤのセンサーが開示されている。又、特許文献１及び特許文献２においても、それぞれシリコンナノワイヤを電界効果トランジスタとしたセンサーが開示されており、シリコンナノワイヤ上に検出分子が結合されて特定の選択的検出に用いられている。然し、前記の文献において開示されているセンサーは、そのシリコンナノワイヤの構造により、比較的短い時間での検出が提供されるも、その製造工程が非常に繁雑で、しかも素子の歩留りが５０％に満たないなどの欠点が問題となっている。
【０００６】
又、カーボンナノチューブに関しては、現在の技術では、カーボンナノチューブの大量製作が可能ではあるが、半導体的性質を十分に有するカーボンナノチューブを精製するのは難しく、かつ、化学専攻でない研究者にとっては、カーボンナノチューブを官能化させることは相当困難である。特許文献３において、カーボンナノチューブを電界効果トランジスタとしたセンサーマアレイが開示されており、そのカーボンナノチューブ上に検出分子が結合され、特定の選択的検出の用途に提供されているが、その製造方法によると、その検出分子が容易にナノカーボンナノチューブから脱離しやすいという欠点がある。又、非特許文献２においてもナノカーボンナノチューブセンサーが開示されており、同様にカーボンナノチューブセンサーについて、非特許文献３にも掲載されている。
【０００７】
又、非特許文献４には、カーボンナノチューブを利用したラベルフリーのＤＮＡ  ヘテロ接合検出技術が開示されているが、依然として特定の蛍光読取装置により蛍光シグナルを検出する必要があり、検出操作を複雑化させている。
【０００８】
そのため、分子シグナルを簡単に検出し、かつ、前記ナノセンサーの欠点を改善することが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第７１２９５５４号
【特許文献２】米国特許第６８７０２３５号
【特許文献３】米国特許第７３１８９０８号
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ｏ．Ｋｕｚｍｙｃｈ  ら、Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、１８，３７５５０２（２００７）
【非特許文献２】Ｙ．Ｃｈｉ  ら、Ｓｃｉｅｎｃｅ，２９３，１２８９（２００１）
【非特許文献３】Ｎ．Ｗ．Ｓ．Ｋａｍ  ら、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２６，６８５０−６８５１（２００４）
【非特許文献４】Ａ．Ｓｔａｒ  ら、Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ  Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ１０３，９２１（２００６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、前記の従来技術における欠点に鑑み、本発明の課題の一つは、簡単にシグナルを検出できるラベルフリーセンサーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の課題とその他の課題を解決する方法として、本発明はラベルフリーセンサーを提供する。このセンサーは、基板と、前記基板に形成された第一電極と、前記基板に前記第一電極と隔てて形成された第二電極と、前記基板に前記第一電極と第二電極とに接触するように形成された半導体層とを備えてなるラベルフリーセンサーであって、前記半導体層は、複数の官能化され前記半導体層に結合されたプローブグループ（ｐｒｏｂｅ  ｇｒｏｕｐｓ）を有し、前記プローブグループに特異的結合する物質の測定に使用されることを特徴とするラベルフリーセンサーである。
【００１３】
具体的に述べると、本発明に係るセンサーの半導体層は、前記基板と前記第一電極及び第二電極との間に介在する。即ち、前記第一電極及び第二電極が前記半導体層に形成され、前記基板と前記第一電極及び第二電極との間に前記半導体層が挟み込まれるか、又は、第一電極と第二電極が直接基板に形成されて基板に接触し、かつ、前記半導体層の一部が前記第一電極及び第二電極に形成され、前記第一電極と第二電極が前記基板と前記半導体層との間に挟み込まれ、前記第一電極が前記半導体層を介して前記第二電極と隔てられる。
【００１４】
本発明の一つの形態として、前記半導体層は多孔性の金属酸化物より構成される。より好ましくは、前記多孔性金属酸化物は酸化亜鉛（ＺｎＯｘ）、二酸化チタン（ＴｉＯｘ）、酸化インジウム（ＩｎＯｘ）又はその組み合わせから選択される。
【００１５】
本発明の別の一つの形態において、前記半導体層は有機高分子半導体からなり、例えば、下式の有機高分子が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００１６】
【化１】
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【００１７】
より好ましくは、前記半導体層は多孔性構造を有する有機高分子半導体である。又、前記有機重合体は繊維状に製作され、例えば、電界紡糸法により製作され、その繊維状の有機重合体をさらに堆積させ、多孔状の構造を形成して多孔性半導体とする。
【００１８】
前記半導体層は、化学基または生体分子により官能化されることでプローブグループを有する。これらプローブの実例としては、例えば、−ＯＨ、−ＣＨＯ、−ＣＯＯＨ、−ＳＯ３Ｈ、−ＣＮ、−ＮＨ２、−ＳＨ、−ＣＯＳＨ、−ＣＯＯＲ又はハライドからなる群より選択された一種又は多種の化学基であり、又、別の一つの形態としては、前記プローブグループは、核酸、抗体、抗原、炭水化物、タンパク質、アミノ酸及び酵素からなる群より選択される生体分子の一つであり、例えば、ビオチン（ｂｉｏｔｉｎ）が用いられる。
【００１９】
さらに、別の一つの形態においては、前記生体分子はプローブを前記多孔性半導体に緊密に結合させるか、又は前記生体分子自体がプロープであり、特定の分子と特異的に結合する。より好ましい実例においては、前記生体分子は核酸、抗体、抗原、炭水化物、タンパク質、アミノ酸と酵素からなる群より一つ選択される。
【００２０】
ビオチンを例にした場合、ビオチンはその受容体、例えば、アビジン（ａｖｉｄｉｎ）と特異的結合を形成するので、本発明に係るセンサーは試料中のアビジンを検出し測定することができるが、その他のビオチンと結合できない物質は前記特異的結合が形成されないので、本発明のセンサーでは検出反応が発生せず、特異的（ｓｐｅｃｉｆｉｃ）検出の目的を達成することができる。
【００２１】
又、一つの実施例においては、本発明に係るセンサーは、基板と、二つの金属電極と、多孔性半導体層とより構成され、電極を有する基板に多孔性半導体層を製作し（ボトムコンタクト構造と称する）、又は、基板に予め多孔性半導体層を製作した後、金属電極を製作する（トップコンタクト構造と称する）こともできる。
【００２２】
又、実施例においては、本発明に係るセンサーに含有される多孔性有機重合体半導体としては、先に有機重合体を官能化させてプローブ（例えば、ビオチン）をもたせた後、次に、例えば、電界紡糸法により繊維状に堆積された多孔性構造を形成することで、多孔性有機重合体半導体層を製作するか、又は、先に有機重合体を繊維状に堆積させた構造を製作した後、次に官能化によりプローブを結合しても良い。
【００２３】
本発明は更に測定方法を提供する。この方法は、本発明に係るセンサーの第一電極と第二電極にバイアス電圧を印加して電流を発生させるステップと、試料を前記センサーの多孔性半導体層に結合したプローブグループに接触させるステップと、その電気的変化を測定することで試料中にプローブの特異的な受容体が存在するか否かを判断するステップとを含む。
【００２４】
又、具体的な一つの実施例において、本発明の半導体層は金属酸化物或いは有機重合体より構成される。前記半導体層としては、多孔性金属酸化物或いは多孔性有機高分子半導体であることが好ましい。更に、前記多孔性の半導体は化学基又は生体分子により官能化される。
【００２５】
又、実施例において、前記試料と前記センサーとは、例えば、ＰＢＳバッファー溶液の流体において接触する。前記センサーを流体に放置し、外からバイアス電圧を印加して電流を発生させ、電流が安定してから試料を加える。加えられた試料によって、センサーの電流に電気的変化が発生した場合、その試料に前記プローブの特異的な受容体が存在するものと判断する。
【００２６】
本発明の一つの実施例において、前記試料は気相物質又は気体を発生する物質であってよい。例えば、前記センサーに外からバイアス電圧を加えて電流を発生させ、電流が安定してから、気相物質の試料を通じ、試料を気体の状態で直接センサーと接触させて、その電気的変化を測定する。加えられた試料によって、センサーの電流に電気的変化が発生した場合、前記試料中に前記プローブの特異的な受容体が存在するものと判断する。
【００２７】
更に、本発明は測定システムを提供する。このシステムは、本発明に係るセンサーと、バイアス電圧を前記センサーに提供し、かつ、前記センサーの電極に電気的に接続される電圧提供装置と、前記センサーに電気的に接続され、前記センサーの電気的変化の測定に用いられる電気性検測装置とを備えてなる。
【００２８】
より好ましい実施例において、前記電気的変化としては、電流の変化が挙げられる。本発明に係るセンサーは、即時に、迅速に、そして高感度で測定できる利点を有し、かつ、試料を標識する必要がなく、従来の周知のセンサーが必要とする操作工程を改善することが可能である。又、本発明に係るセンサーは、電流の変化を読み取ることで、直ちに測定できるので、大型で高価な検出測定装置を必要とせず、検出測定コストを低減し、大量選別の目的を達成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１Ａ】金属酸化物半導体の構造を説明するための模式図である。
【図１Ｂ】金属酸化物半導体の構造を説明するための模式図である
【図２Ａ】官能化された金属酸化物半導体の構造を説明するための模式図である。
【図２Ｂ】官能化された金属酸化物半導体の構造を説明するための模式図である。
【図３Ａ】多孔性金属酸化物半導体層の製作工程を説明するための模式図である。
【図３Ｂ】官能化された多孔性金属酸化物半導体層を説明するための模式図である。
【図４Ａ】多孔性有機高分子半導体層の製作を説明するための模式図である。
【図４Ｂ】官能化された多孔性有機高分子半導体層の構造を説明するための構造模式図である。
【図４Ｃ】電界紡糸法による多孔性構造を説明するための走査型電子顕微鏡写真図である。
【図５】ビオチン−酸化亜鉛測定装置の電流変化を示す図である。
【図６】アミノ安息香酸−酸化亜鉛測定装置の電流変化を示す図である。
【図７】ヘミン−酸化亜鉛測定装置の吸収スペクトル図であり、図中、四角形で表された点はヘミンで官能化された酸化亜鉛を示し、丸で表された点は対照群（官能化されなかった酸化亜鉛）を示し、又、ヘミンのＤＭＳＯ溶液における吸収スペクトル図をも示す。
【図８Ａ】ヘミンで官能化されなかった酸化亜鉛半導体装置の電流変化を示す図である。
【図８Ｂ】本発明に係るヘミン−酸化亜鉛測定装置の電流変化を示す図である。
【図９】（ａ）と（ｂ）は、それぞれ酸化亜鉛と多孔性酸化亜鉛の表面を示す走査型電子顕微鏡写真図であり、（ｃ）は、ヘミン−多孔性酸化亜鉛測定装置の電流変化を示す図である。
【図１０】ヘミン−多孔性酸化亜鉛測定装置の異なるガスに対する電流変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、特定の具体的実施例により本発明の実施方式を説明するが、本領域の技術を熟知する者は、本明細書に掲示する内容より本発明のその他の利点と効果とを理解できることは言うまでもない。
【００３１】
〈製作例１  半導体装置の製作〉
（１）金属酸化物半導体装置の製作
２−プロパノール又は無水エタノールを溶剤として、濃度０．５〜１Ｍの酢酸亜鉛（シグマアルドリッチより購入）溶液を調製し、次に酢酸亜鉛とエタノールアミンとのモル比約１：１でエタノールアミンを加え、当該溶液に、硝酸アルミニウムを酢酸亜鉛とのモル比約１：９９〜５：９５で混入するか、又は混入せずに、当該酢酸亜鉛溶液（或いは酸化亜鉛前駆体と称する）をスピンコーティングによりガラス基板に塗布し、２００℃の温度で焙焼して溶剤を除去、次に炉管に送りこみ４００〜６００℃の温度下でアニールするが、そのアニール温度は基板の耐熱性により調整され、酸化亜鉛半導体層を形成する。
【００３２】
金属マスクを用いて、前記酸化亜鉛半導体層に金属電極を蒸着する。当該金属電極としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）又はチタン（Ｔｉ）を用い、図１Ａに示すようなトップコンタクト構造の金属酸化物半導体装置が形成され、ガラス基板（１１）と、ガラス基板（１１）に形成される半導体層（１２）と、第一電極（１３）と第二電極（１３‘）とにより構成される。
【００３３】
前記の方法と同様にして、但し、酢酸亜鉛溶液を塗布する前に、先に、フォトリソグラフィ又は金属マスクによって、ガラス基板に金属電極を製作し、それ以外は前記同様の工程で、ガラス基板（２１）と、半導体層（２２）と、第一電極（２３）と第二電極（２３‘）とを備えた図１Ｂに示されるボトムコンタクト構造の金属酸化物半導体装置が形成された。
【００３４】
（２）多孔性金属酸化物半導体装置の製作
２−プロパノール又は無水エタノールを溶剤として、濃度０．５〜１Ｍの酢酸亜鉛（シグマアルドリッチ社より購入）溶液を調製し、次に、酢酸亜鉛とエタノールアミンのモル比約１：１でエタノールアミンを加え、当該溶液中に硝酸アルミニウムと酢酸亜鉛とのモル比約１：９９〜５：９５で硝酸アルミニウムを混入しても良く、又は混入せずとも良い。
【００３５】
図３Ａに示すように、ガラス基板（３１）にスピンコーティングでポリスチレンボール（フルーカ社より購入）を塗布し、１１５℃で５分間焙焼すると、当該ポリスチレンボール（３２ａ）は自然に基板に堆積される。次に、前記酢酸亜鉛溶液（或いは酸化亜鉛前駆体と称する）をスピンコーティングにより、ポリスチレンボールを十分塗布したガラス基板に塗布して、酸化亜鉛前駆体層（３２ｂ）を形成し、次に２００℃で焙焼して溶剤を除去した後、炉管に送りこみ４００〜６００℃の温度でアニーリング処理するが、アニール温度は基板の耐熱性により調整される。この高温下では、酸化亜鉛前駆体は酸化亜鉛となり、ポリスチレンボールは気化して、酸化亜鉛半導体層内に空洞が発生し、これにより多孔性酸化亜鉛半導体層（３２ｂ’）が形成される。
【００３６】
金属マスクを用い、前記酸化亜鉛半導体層に金属電極を蒸着し、トップコンタクト構造の多孔性金属酸化物半導体装置を製作する。当該金属電極としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）或いはチタン（Ｔｉ）が用いられる。
【００３７】
又、前記の方法により、但し、先にフォトリソグラフィ又は金属マスクによってガラス基板に金属電極を製作し、次いで多孔性酸化亜鉛半導体層の製造ステップを行い、それ以外は前記同様の工程により、ボトムコンタクト構造の多孔性金属酸化物半導体装置を製作することができる。
【００３８】
（３）有機高分子半導体装置の製作
濃度０．０５１Ｍのポリ〔３−（カリウム−６−ヘキサノエート）チオフェン−２，５−ジイル〕（Ｐｏｌｙ［３−（ｐｏｔａｓｓｉｕｍ  −６−ｈｅｘａｎｏａｔｅ）ｔｈｉｏｐｈｅｎｅ−２，５−ｄｉｙｌ］；リイクメタル（Ｒｉｅｋｅ  Ｍｅｔａｌｓ）社より購入）の有機重合体溶液を調製する。スピンコーティングにより、当該有機重合体溶液をガラス基板上に塗布し、２００℃で焙焼して溶剤を除去し、有機高分子半導体層を形成する。
【００３９】
次に、金属マスクを用い、前記有機高分子半導体層に金属電極を蒸着し、トップコンタクト構造を有する有機高分子半導体装置を製作する。当該金属電極としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）又はチタン（Ｔｉ）が用いられる。
【００４０】
又、前記の方法により、但し、先にフォトリソグラフィ又は金属マスクによってガラス基板に金属電極を製作し、次いで有機高分子溶液を塗布する工程を行い、それ以外は前記同様の工程により、ボトムコンタクト構造を有する有機高分子半導体装置を製作することができる。
【００４１】
（４）多孔性有機高分子半導体装置の製作
図４に示すように、この製作工程では、電界紡糸法により多孔性有機高分子を製作する。
【００４２】
ポリ〔３−（カリウム−６−ヘキサノエート）チオフェン−２，５−ジイル〕溶液を注射器（４５）に入れ、金属製注射針（４６）より当該溶液を噴出させ、当該金属製注射針（４６）と基板（４１）との間に、高圧電流装置（４７）により高圧電流（１０〜２０ＫＶ）を印加すると、噴出した有機重合体溶液（４２‘）は、金属電極（４３）を設置したガラス基板（４１）に繊維状に沈積し、図４Ｂに示すような多孔性有機高分子半導体層（４２）を形成する。その内、図４Ｃに示すように、この多孔性構造は、有機高分子繊維と繊維の堆積により生じた空隙とによって形成されたものである。
【００４３】
〈製作例２  官能化処理〉
（１）ヘミン（ｈｅｍｉｎ）による半導体の官能化処理
ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）を溶剤として濃度０．０５〜１ｍＭのヘミン（ジグマアルドリッチ社より購入）溶液を調製し、前記製作例１で製作した半導体装置を当該ヘミン溶液中に少なくとも５〜６０分間浸漬し、次に、ＤＭＳＯで表面を洗浄して前記半導体層と結合しなかったヘミンを除去して、ヘミンにより官能化された測定装置を得る。この装置は一酸化窒素（ＮＯ）の存在を検出測定するのに使用される。
【００４４】
（２）ビオチン（ｂｉｏｔｉｎ）による半導体の官能化処理
ｐＨ約７．０で濃度０．０１Ｍのリン酸塩バッファー食塩水（ＰＢＳ）を溶剤として、濃度２ｍＭのビオチン（シグマアルドリッチ社より購入）溶液を調製する。次に、前記製作例１で得た半導体装置を当該ビオチン溶液中に一晩浸漬し、次に、ＰＢＳで表面を洗浄して前記半導体層に結合しなかったビオチンを除去して、ビオチンにより官能化された測定装置を得る。この装置はアビジン（Ａｖｉｄｉｎ）の存在を検出測定するのに使用される。
【００４５】
この外、有機高分子半導体のビオチンによる官能化としては、例えば、ｐＨ約７．０で濃度０．０１Ｍのリン酸塩バッファー食塩水（ＰＢＳ）を溶剤として、濃度１ｍＭのアミノ−ＰＥＯ２−ビオチン（Ａｍｉｎｅ−ＰＥＯ２−ｂｉｏｔｉｎ；ピアスバイオテクノロジー（Ｐｉｅｒｃｅ  Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）社より購入）溶液を調製し、次に製作例１で得た有機高分子半導体装置を当該ビオチン溶液中に浸漬して、有機高分子末端に含まれる−ＣＯＯＨ基と、アミノ−ＰＥＯ２−ビオチンのアミノ基とを化学反応させることにより共有結合を形成させる。前記半導体装置を一晩浸漬した後、次に、ＰＢＳで表面を洗浄して前記半導体層に結合しなかったビオチンを除去して、ビオチンにより官能化された測定装置を得る。この装置はアビジン（Ａｖｉｄｉｎ）の存在を検出測定するのに使用される。
【００４６】
（３）３，４−ジアミノ安息香酸（３，４−ｄｉａｍｉｎｏｂｅｎｚｏｉｃ  ａｃｉｄ）による半導体の官能化
ｐＨ約７．０で濃度０．０１Ｍのリン酸塩バッファー食塩水（ＰＢＳ）を溶剤として濃度２ｍＭの３，４−ジアミノ安息香酸（ジグマアルドリッチ社より購入）溶液を調製する。次に、前記製作例１で得た半導体装置をその３，４−ジアミノ安息香酸溶液中に一晩浸漬し、次に、ＰＢＳで表面を洗浄して前記半導体層に結合しなかった３，４−ジアミノ安息香酸を除去して、当該３，４―ジアミノ安息香酸により官能化された測定装置を得る。この装置は一酸化窒素（ＮＯ）の存在を検出測定するのに使用される。
【００４７】
官能化された半導体装置の構造を図２Ａ、図２Ｂ、図３Ｂ及び図４Ｂに示す。図面において、符号１４、２４、３４、及び４４は、半導体層に官能化されたプローブ基を示す。
【００４８】
（実施例１）
製作例１（１）により得られた半導体装置に対し、製作例２（２）と同様の工程で官能化し、ビオチンにより官能化された酸化亜鉛半導体測定装置（以下、ビオチン−酸化亜鉛測定装置と略称する）を得る。
【００４９】
電圧を前記ビオチン−酸化亜鉛測定装置に提供し、それをｐＨ７．０で濃度０．０１ＭのＰＢＳバッファー溶液中に放置する。図５に示すように、当該ビオチン−酸化亜鉛測定装置が５００μｌのＰＢＳバッファー溶液に接触すると、電流値は急激にある程度低下する。更に２００μｌのＰＢＳバッファー溶液を加えると、液体を加えることにより発生する電流の変化は起こらなくなるため、続いて加えた液体により発生する電流の変化は、バッファー溶液自体により発生するものではないことが判る。
【００５０】
次に、特異的な受容体である濃度０．１ｍｇ／ｍｌのアビジン（シグマアルドリッチ社より購入）２００μｌを前記ビオチン−酸化亜鉛測定装置の存在するバッファー溶液中に加えると、直ちに明らかな電流の変化が発生する。これは、アビジンと半導体層に官能化されたビオチンが特異的結合を発生させたことにより、アビジンが電荷を有し、前記酸化亜鉛半導体層中のキャリヤーの輸送に影響を及ぼし、ひいては電流に影響を及ぼすことによって変化が生じたものである。これにより、本発明に係るセンサーが、受容体に標識せずとも、電流の変化により特定物質の存在を測定可能であることが証明される。
【００５１】
（実施例２）
製作例１（１）により得られた半導体装置に対し、整作例２（３）と同様な工程で官能化し、３，４―ジアミノ安息香酸により官能化された酸化亜鉛半導体測定装置（以下、アミノ安息香酸―酸化亜鉛測定装置と略称する）を得る。
【００５２】
電圧を前記アミノ安息香酸―酸化亜鉛測定装置に提供し、それをｐＨ７．０で濃度０．０１ＭのＰＢＳバッファー溶液中に放置する。図６に示すように、当該アミノ安息香酸―酸化亜鉛測定装置が５００μｌのＰＢＳバッファー溶液に接触すると、電流値は急激にある程度低下する。更に２００μｌのＰＢＳバッファー溶液を加えると、液体を加えることにより発生する電流の変化は起こらなくなるため、続いて加えた液体により発生する電流の変化は、バッファー溶液自体により発生するものではないことが判る。
【００５３】
次に、液体中で一酸化窒素を発生する一酸化窒素供与体（ＮＯ  ｄｏｎａｒ）として、ＳＮＡＰ（Ｓ―ニトロソーＮ−アセチルーＤＬーペニシルアミン；シグマアルドリッチ社より購入、濃度０．５Ｍ）を１６滴、前記アミノ安息香酸−酸化亜鉛測定装置が放置されているバッファー溶液中に加える。ＳＮＡＰは−３，４ジアミノ安息香酸の受容体の供与体であり、アミノ安息香酸―酸化亜鉛測定装置において、直ちに明らかな電流の変化が発生し、これにより本発明に係るセンサーが、受容体に標識せずとも、電流の変化により特定物質の存在を測定可能であることが証明される。
【００５４】
（実施例３）
製作例１（１）により得られた半導体装置を、製作例２（１）と同様の工程で官能化して、ヘミンにより官能化された酸化亜鉛半導体測定装置（以下、ヘミン−酸化亜鉛測定装置と略称する）を得る。
【００５５】
前記の方法により製作されたヘミン−酸化亜鉛測定装置の吸収スペクトルを測定し、精製したヘミンをＤＭＳＯ溶液に溶解させた溶液と、官能化されなかった酸化亜鉛半導体装置とを対照群とする。その結果は、図７に示すように、波長４００〜６００ｎｍの可視光域範囲で、前記ヘミン−酸化亜鉛測定装置において吸収スペクトルが発生し、かつヘミンのＤＭＳＯ溶液における吸収スペクトルと一致するため、本発明に係る測定装置が、確実に酸化亜鉛の上にヘミンが官能化されたものであることが証明される。
【００５６】
次に、官能化されなかった酸化亜鉛半導体装置と、本発明に係るヘミン−酸化亜鉛測定装置とを、それぞれ窒素が充満した環境中に放置し、電圧を当該装置に提供し、続いて一酸化窒素ガスを前記窒素ガスが充満した環境中に注入して、一酸化窒素ガスの濃度変化の調節及び注入口の開閉をおこなう。その結果生じる測定装置の電流の変化を図８に示す。
【００５７】
図８Ａは、官能化されなかった酸化亜鉛半導体装置の電流の変化を示し、官能化されなかった酸化亜鉛半導体装置が、一酸化窒素ガスの導入に対して、明らかに安定した電流値を有せず、一酸化窒素濃度の変化と電流の変化とは相関性がなく、環境中の一酸化窒素ガス濃度を検出することができないことを示している。
【００５８】
図８Ｂは、本発明に係るヘミン−酸化亜鉛測定装置の電流の変化を示し、ヘミンで官能化された酸化亜鉛フイルムの電流の変化が、明らかに一酸化窒素ガス濃度の変化と相関性があり、かつ、一酸化窒素ガス濃度の即時的変化に対して高感度で反応し、一酸化窒素ガスを遮断すると電流は直ちに上昇したことを示しており、この測定装置が、一酸化窒素ガスの吸着／脱離に対して可逆性を有し、そのため、この実施例のヘミン−酸化亜鉛測定装置が、一酸化窒素の測定装置として確実に利用できることが判る。
【００５９】
（実施例４）
製作例１（２）により得られた多孔性酸化亜鉛半導体装置を、製作例２（１）と同様の工程で官能化を行ない、ヘミン官能化の多孔性酸化亜鉛半導体測定装置（以下、ヘミン−多孔性酸化亜鉛測定装置と略称する）を得る。
【００６０】
図９（ａ）は、対照群（多孔化処理を行っていない酸化亜鉛半導体）の表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真図を示し、図９（ｂ）は、多孔性酸化亜鉛表面のＳＥＭ図を示すが、この二つの図面により、多孔性酸化亜鉛はより大きな表面積を有してヘミンを官能化できることが判る。
【００６１】
次に、前記ヘミン−多孔性酸化亜鉛測定装置を窒素ガスが充満した環境中に放置し、電圧を当該装置に提供し、続いて一酸化窒素ガスを前記窒素ガスが充満した雰囲気中に注入し、一酸化窒素ガス濃度の調節及び注入口の開閉を行う。その結果生じる測定装置の電流の変化を図９（Ｃ）に示す。この図から、ヘミン−多孔性酸化亜鉛測定装置が、安定した電流によってより迅速に一酸化窒素ガス濃度の即時的変化に反応を示し、又、一酸化窒素ガスを遮断すると、電流の上昇が、多孔化処理されなかった酸化亜鉛フィルム（実施例３、図８Ｂに示す）に比べて非常に早いことが判り、これによって、ヘミン−多孔性酸化亜鉛測定装置が、一酸化窒素ガスに対する反応における安定度と感度を増大させていることが証明される。
【００６２】
（実施例５）
実施例４におけるヘミン−多孔性酸化亜鉛測定装置を窒素ガスが充満した環境中に放置し、電圧を当該装置に提供し、次に、一酸化窒素ガスを前記窒素ガスが充満した環境中に注入し、一酸化窒素ガス濃度の変化の調節、注入口の開閉をおこない、続いて酸素（Ｏ２）と炭酸ガス（ＣＯ２）を含む異なるガスを注入して、前記測定装置の特異性（ｓｐｅｃｉｆｉｃｉｔｙ）を調べた。その結果における電流の変化を図１０に示す。
【００６３】
図１０から分かるように、３０ｐｐｍの一酸化窒素ガスを注入した時、この測定装置には明らかに著しい電流の変化が生じるが、３００ｐｐｍの酸素ガス或いは３００ｐｐｍの炭酸ガスを注入した場合、電流値はそれに対応した変化をみせない。これにより、本発明に係る測定装置が、測定しようとする標的物質に対して優れた特異性を有することが証明される。
【００６４】
前記の実施例は、本発明の組成物と製作方法について例示的に説明するものに過ぎず、本発明を限定するものではない。これら技術分野を熟知する者にとっては、本発明の趣旨と範囲を逸脱しない限り、前記の実施例について修飾又は変更を行うことが可能であり、下記の特許請求の範囲に記載された本発明の基本概念を応用した当業者によるいかなる修正や変更も本発明の権利範囲に含まれるものとなる。
【符号の説明】
【００６５】
１１、２１、３１、４１  基板
１２、２２  半導体層
１３、２３  第一電極
１３’、２３’  第二電極
４３  電極
１４、２４、３４、４４  プローブ（即ち、官能基）
３２ａ  ポリスチレンボール
３２ｂ  酸化亜鉛前駆体層
３２ｂ’、４２  多孔性半導体層
４２’  有機高分子繊維
４５  注射器
４６  注射針
４７  高圧電源
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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