(57)【要約】 【課題】  一つの素子上に複数の電極を有するセンサーにおいて、機能の異なる電極を簡便に作製する方法が望まれている。また、検出部の電極周辺基板への非特異的な吸着も問題となる。非特異的吸着を防止するためには選択的に電極周辺基板表面に撥水、撥油処理処理等の表面処理を施す必要があるが、通常の方法では電極のマスキング、電極周辺基板表面に撥水、撥油処理処理等の表面処理、特定電極のマスク剥離と機能化、特定電極以外の電極のマスク剥離と機能化を繰り返す必要があり、工程が複雑で、かつ洗浄工程による電極上の機能膜、電極周辺の撥水、撥油膜が剥離、損傷するという問題があった。【解決手段】  素子検出部全体に撥水膜、撥油膜を形成した後に、素子の特定電極に負の電圧をかけ特定電極表面の被膜を除去し、機能化する工程を繰り返すことにより、複数の機能化電極を有し、電極周辺基板表面が選択的に表面処理されたセンサーチップを得る。【選択図】    図１
2006090824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電極を有する素子全体に撥水性被膜または撥油性被膜を形成した後に、該撥水性被膜または撥油性被膜を形成した素子を水溶液中に浸漬し、特定の電極に一定電圧を印加することにより、該特定の電極上の被膜を除去する工程と、被膜を除去した特定の電極を化学修飾する工程とを組み合わせて一つの素子上に複数の機能化された電極を形成するセンサーチップの製造方法。
【請求項２】
シリコン化合物を使用して前記撥水性被膜または撥油性被膜を形成することを特徴とする請求項１に記載のセンサーチップの製造方法。
【請求項３】
前記素子の電極以外に少なくとも一つの電極を設け、前記素子の電極に負の電圧を印加することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセンサーチップの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサーチップの製造方法に関し、特に複数の電極を有し、溶液試料に含まれる生体物質を認識、定量するセンサーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電極表面を化学修飾することにより、特定の測定対象物質を認識し特異的反応を生じる機能性膜を電極上に設け、得られた電気信号を処理することにより、測定対象物質の濃度等を測定する種々のセンサーが開発されている。
【０００３】
たとえば、反応生成物の酸化、還元反応による電流値を電気信号として検出する酵素センサーや、特定物質の吸着に伴う振動数変化を電気信号に変換する水晶振動子マイクロバランス（ＱＣＭ）センサーなどが存在する。
【０００４】
これらの電極を有するセンサーにおいて、例えば酵素センサーなどではセンサーチップの小型化が図られ、酵素を固定化した作用極と酵素を固定化していない対極とを一つの素子上に形成する必要がある。
【０００５】
また、ＱＣＭセンサーでは、電極表面に特定の抗原に対して反応する抗体などを固定化し、抗原抗体反応による振動数変化から溶液中の抗原濃度を測定するが、個々の水晶振動子自身の経時的振動数変化や、振動数の温度依存性が大きい場合は、特定の抗原抗体反応による振動数変化が正確に測定できないという問題があり、一つの水晶振動子上に複数の電極を設け、そのうちの一つをリファレンス電極とし個々の水晶振動子自身の経時的振動数変化や、振動数の温度依存性をキャンセルする必要がある。
【０００６】
更に、これらの電極を有するセンサーにおいて、測定対象物質が蛋白質等の吸着性の強い物質で、測定対象物質の濃度が低い試料を測定する場合、測定対象物質が選択的に検出部の電極に吸着、または電極上で反応する必要がある。しかし、多くの物質は非特異的な吸着を起こし、検出部全体に吸着し、得られる電気信号が微弱なものとなってしまうという問題がある。
【０００７】
そこで、非特異的吸着を防止するには選択的に電極周辺基板表面に撥水、撥油処理等の表面処理を施す必要がある。
【０００８】
選択的な電極周辺基板表面の撥水、撥油処理は、電極部分をあらかじめマスキングして試料溶液が接触する部分に撥水、撥油膜を設け、後に電極部分のマスクを取り除く方法がとられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−０２５５８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記の手段によるセンサーチップの製造方法では、電極表面をマスクする材料を完全に取り除くことが難しく、電極表面が汚染されてしまう問題がある。
【００１１】
また、マスクする材料を除去するために用いられる種々の界面活性剤や有機溶剤、あるいは超音波洗浄などの作業工程により、電極周辺に施された撥水、撥油膜が剥がれてしま
う問題がある。
【００１２】
更に、上記手段によるセンサーチップの製造方法は工程が複雑となる問題がある。
【００１３】
また、上記方法で一つの素子に複数の機能性の異なる電極を設ける事は困難であるとともに、何らかの工夫で特定電極表面のマスクを剥離し機能化した場合も、次の工程で特定電極以外のマスクを剥離する際に用いる種々の界面活性剤や有機溶剤、あるいは超音波洗浄などの作業工程により特定電極上に設けた機能性膜などが損傷、剥離されるという問題がある。
【００１４】
本発明は、検出部に機能性の異なる複数の電極を有し、更に電極周辺に撥水、撥油処理を施したセンサーチップの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のセンサーチップの製造方法は、複数の電極を有する素子全体に撥水性被膜または撥油性被膜を形成した後に、撥水性被膜または撥油性被膜を形成した素子を水溶液中に浸漬し、特定の電極に一定電圧を印加することにより、特定の電極上の被膜を除去する工程と、被膜を除去した特定の電極を化学修飾する工程とを組み合わせることによる一つの素子上に複数の機能化された電極を設けること特徴とするものである。
【００１６】
本発明のセンサーチップの製造方法において、シリコン化合物を使用して撥水処理または撥油処理を行うことが好ましい。
【００１７】
更に本発明のセンサーチップの製造方法は、素子の電極以外に少なくとも一つの電極を設け、検出素子の電極に負の電圧を印加することがより好ましい。
【００１８】
（作用）
本発明のセンサーチップの製造方法によると、あらかじめ複数の電極を有する検出部全体を撥水、撥油膜で覆い、その後特定の電極に負の電圧をかけることにより電圧をかけた電極表面の被膜のみが選択的に除去できる。この現象は、電極表面のシリル基が還元的に脱離したものと考えられる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、一つの素子に複数の電極が存在する場合、特定の電極に電圧をかけることにより電極表面の被膜を除去しその後、電極表面を化学修飾するため、表面状態や機能性の異なる複数の電極を有する素子を簡便に作製することが可能となる。
【００２０】
また、本発明によれば、被膜自身が撥水、撥油性を有するため、電極周辺基板表面への非特異的吸着を防ぐと共に、電極表面をあらかじめマスクする必要が無いことから、工程の簡略化が可能となると共に、マスク材料除去のための界面活性剤や有機溶剤を用いる必要が無い。
【００２１】
更に、本発明によれば、マスク材料除去のために特定の界面活性剤や有機溶剤を用いる必要が無い事から、製造時の環境負荷の低減化に役立つ。
【００２２】
また、本発明によれば電極に直接触れることが無いので電極表面の汚染や傷の発生を最小限にとどめることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を用いて本発明のセンサーチップの製造方法を実施するための構成を説明す
る。
【実施例１】
【００２４】
図１は、本発明のセンサーチップの製造方法における複数の電極を有する素子の形態の一例で、２個の電極を有する素子を示す。
基板１はガラス、シリコン、水晶、ガラスエポキシ、ポリエチレンテレフタレート等を用いることが可能である。
【００２５】
基板上の電極２、電極３は、化学的に安定な電極材料であれば用いることが可能であり、金、白金、パラジウム黒、白金黒、炭素電極、あるいはＩＴＯ等の無機酸化物電極などを用いることができ、これらの電極は基板１上にスクリーン印刷、メッキ、蒸着、スパッタ法などにより直接設けることも、電極を設けた水晶やガラス基板を基板１に接着し形成することが可能である。
【００２６】
素子には、あらかじめ電極で発生した電気信号を検出するために引き出し線４、５が設けられている。引き出し線４は電極２と、引き出し線５は電極３と導通している。必要に応じて引き出し線４、５表面に絶縁コート６を設ける。
【００２７】
まず、素子全体に撥水、撥油処理剤を用いて素子全体を図２に示すように被膜７で覆う。
【００２８】
被膜７を形成する撥水、撥油処理剤としてはポリジメチルシロキサン等のアルキル基を有するシロキサン、あるいはパーフルオロアルキル基を有するアルコキシシランやポリシラザン等を用いることができる。被膜７形成後の素子形態の一例を図２に示す。
【００２９】
次に被膜７を形成した基板１を水溶液８に浸漬し、電源９から引き出し線４を通して電極２に負の電圧を印加し電極２表面上の被膜７を除去する。図３に電極２表面上の被膜７を除去する工程の形態の一例を示す。
【００３０】
水溶液８中には素子の電極以外に対極１０を一つ、必要に応じて参照電極１１を設ける。
対極１０としては白金やカーボン等を用いることができる。参照電極１１としては銀／塩化銀などの一般的な参照電極を用いることができ、塩橋等を通して参照電極１１のみを異なる容器に設置してもかまわない。
【００３１】
水溶液８には硫酸ナトリウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、過塩素酸ナトリウム、リン酸塩などの電極材料に不活性で、水に良く溶けてイオン解離する種々の電解質を用いることができる。更に被膜７の特性によって種々のｐHを有するリン酸緩衝液や硼酸緩衝液を用いることができる。
【００３２】
電極に印加する負の電圧は電極の材質により異なるが、電極から水素発生をともなう負の電圧を印加した場合、ガラスや水晶等の基板上に形成した電極自身の剥離等を伴うため、電極に印加する負の電圧の大きさは水の電気分解により水素発生が生じない範囲とすることが必要であり、通常は−１Ｖ以下が好ましい。図４に電極２表面のみの被膜７が除去された素子形態の一例を示す。
【００３３】
次に、図１の基板１にガラス基板を、電極２、３と電極引き出し線４、５としてスパッタ法による金電極（厚さ２０００オングストロームで密着層として５００オングストロームのクロム層を設けた）を有する素子を作製した。なお、電極引き出し線上は一部スクリーン印刷で絶縁コート６を設けた。
【００３４】
次に、素子を、５ｍＭのフェリシアン化カリウムを溶解したｐＨ７．２のリン酸緩衝液と参照電極１１として銀／塩化銀電極を、対極１０として白金を入れたガラス容器に浸漬し、電極引き出し線４を通して−０．２Ｖから＋０．５Ｖの範囲での電極２のサイクリックボルタンメトリー（ＣＶ）測定をし、図６のグラフを得た。図６から、明瞭なフェリシアン化カリウムの酸化−還元電流が確認されることが判った。電極引き出し線５を通して電極３で同様のCV測定を行った場合も、図６と同様のグラフを得た。
【００３５】
次に、素子を純水で洗浄後、シリコンコーティング剤（岩城硝子製）の５０倍希釈水溶液中（７０℃）に１０秒間浸漬し、引き上げた後、純水で洗浄後２４時間室温放置し素子表面全体にポリジメチルシロキサンからなる被膜７を形成した。
【００３６】
被膜形成後、上記フェリシアン化カリウム溶液にて再び電極２、電極３に対してＣＶ測定をしたところ、図７が得られた。被膜形成前のＣＶ測定で得られたフェリシアン化カリウムの酸化−還元電流が見られず、また電流がほとんど流れていないことから、素子の電極２、３の表面が絶縁体である被膜７により覆われていることを確認した。
【００３７】
その後、素子を純水で洗浄後、溶液をｐＨ７．２のリン酸緩衝液である水溶液８に交換し、電極引き出し線４を通して電極２に−１Ｖの電圧を５分間印加した。
【００３８】
電圧印加後、再度フェリシアン化カリウム溶液にて引き出し線４を通して電極２のＣＶ測定をしたところ、図８が得られた。図８と図６は同様のＣＶ特性を示し、またフェリシアン化カリウムの酸化−還元ピーク電流値が同じことから、電極２表面の被膜７が完全に除去されている事を確認した。同時に引き出し線５を通して電極３のＣＶ測定をしたところ、図７と同様のグラフが得られ、電極３上の被膜７は除去されずに残っていることを確認した。
【００３９】
次に被膜を除去した電極２表面に酵素を溶解したグルタルアルデヒド水溶液を滴下し乾燥させた後に、素子をＴｒｉｓ−ＨＣｌ緩衝液（ｐＨ；８．０）中に浸漬し未反応のアルデヒド基をブロッキングし酵素固定化作用極１２とした。
【００４０】
その後、素子をリン酸緩衝液で洗浄後、ｐＨ７．２のリン酸緩衝液である水溶液８に浸漬し、引き出し線５を通して電極３に−１Ｖの電圧を５分間印加することにより電極３上の被膜を除去し、露出した電極を対極１３として、図５に示す酵素センサーチップを作製した。
【実施例２】
【００４１】
複数の電極を有する素子として、図９に示す水晶基板１４表面に２個の隣接する電極２、３（スパッタ法による金電極）を形成し、各電極の裏面に金からなる対向電極を形成した２チャンネル水晶振動子をガラスエポキシからなる基板１上にシリコーン樹脂にて封止し、金からなる電極２の引き出し線４、金からなる電極３の引き出し線５、金からなる電極２の対向電極の引き出し線１５、金からなる電極３の対向電極の引き出し線１６を基板１上に形成したＱＣＭ（水晶振動子マイクロバランス）素子を作製した。なお、引き出し線上は一部スクリーン印刷で絶縁コート６を設けた。
【００４２】
撥水、撥油処理剤としてヘプタデカフルオロデシルトリイソプロポキシシランを主成分とするフルオロシランコーティング剤（ＸＣ９８−Ｂ２４７２  東芝シリコーン製）を用い、ディップコート法により素子表面を被覆し室温で２時間放置することにより被膜７を得た。
【００４３】
その後、素子を純水で洗浄後、ｐＨ７．２のリン酸緩衝液である水溶液８に浸漬し、引き出し線４を通して電極２に−１Ｖの電圧を５分間印加することで、電極２表面の被膜７を除去した。
【００４４】
被膜形成後、並びに電圧印加後のフェリシアン化カリウム溶液中のCV測定結果は実施例１と同様の結果が得られた。
【００４５】
次に被膜を除去した電極２上にジチオプロピオン酸、１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミドを用いた自己集合単分子膜（ＳＡＭ）法により抗マウスＩｇＧ抗体を固定化し、１％ＢＳＡ（ウシ血清アルブミン）のリン酸緩衝液にてブロッキング処理を施し、抗体固定化電極１７とした。
【００４６】
その後、素子をｐＨ７．２のリン酸緩衝液である水溶液８に浸漬し、電極引き出し線５を通して電極３に−１Ｖの電圧を５分間印加することにより電極３上の被膜を除去し、１％ＢＳＡ（ウシ血清アルブミン）のリン酸緩衝液にてブロッキング処理を施しリファレンス電極１８とし、図１０に示すマウスＩｇＧのＱＣＭ免疫センサーチップを作製した。
【００４７】
以上、上記実施例で示したように、本発明によれば、一つの素子で機能の異なる複数の電極を簡便に製造する事が可能となり、更に電極周辺基板の選択的表面処理を施したセンサーチップの製造が可能となる。
【００４８】
また本発明により、電極上の被膜を除去させた際は、電極周辺部分は撥水、撥油性を持ち蛋白質等の吸着を防げることから、被膜除去後に電極表面のみに種々の機能膜を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明のセンサーチップの製造方法における素子の形態の一例を示す図である。
【図２】本発明のセンサーチップの製造方法における被膜形成後の素子の形態の一例を示す図である。
【図３】本発明のセンサーチップの製造方法における電極表面上の被膜を除去する工程の形態の一例を示す図である。
【図４】本発明のセンサーチップの製造方法における被膜除去後の素子の形態の一例を示す図である。
【図５】本発明のセンサーチップの製造方法により得られるセンサーチップの形態の一例を示す図である。
【図６】素子のＣＶ測定結果の図である。
【図７】被膜形成工程後の素子のＣＶ測定結果を示す図である。
【図８】被膜除去工程後のセンサーチップのＣＶ測定結果を示す図である。
【図９】本発明のセンサーチップの製造方法における素子の形態の一例を示す図である。
【図１０】本発明のセンサーチップの製造方法により得られるセンサーチップの形態の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１    基板
２、３    電極
４、５    引き出し線
６    絶縁コート
７    被膜
８    水溶液
９    電源
１０    対極
１１    参照電極
１２    酵素固定化作用極
１３    対極
１４    水晶基板
１５    引き出し線
１６    引き出し線
１７    抗体固定化電極
１８    リファレンス電極
【図１】
2006090824.tif 000003
【図２】
2006090824.tif 000004
【図３】
2006090824.tif 000005
【図４】
2006090824.tif 000006
【図５】
2006090824.tif 000007
【図６】
2006090824.tif 000008
【図７】
2006090824.tif 000009
【図８】
2006090824.tif 000010
【図９】
2006090824.tif 000011
【図１０】
2006090824.tif 000012