(57)【要約】      （修正有）【課題】薄くて柔軟な基板に印刷で形成可能なため身体への装着に優れる有機トランジスタを用いて、かつ電子伝達メディエータが可逆な酸化、あるいは還元反応をし、生体反応のモニタリングに好適な、生体物質を酵素反応により電極の電圧変化で検出するトランジスタ型酵素センサを提供する。【解決手段】少なくとも参照電極４と作用電極２と有機半導体層１０とを備え、参照電極と作用電極とは酸化還元物質および／または酵素を含む測定溶液３に接し、測定溶液中の特定物質を酵素反応により電極で検出する場合において、参照電極と作用電極との間に外部抵抗５を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化還元物質および／または酵素を含む測定溶液と接する参照電極と、
前記測定溶液の酸化還元物質および／または酵素と反応する作用電極と、
前記参照電極と前記作用電極との間に設けられる外部抵抗と、
前記作用電極の電圧の変化を入力するゲート電極、半導体層が有機半導体層、ソース電極およびドレイン電極を有する有機トランジスタと、
から構成され、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の電流の変化を検出するトランジスタ型酵素センサ。
【請求項２】
前記参照電極と前記作用電極との間に外部コンデンサがさらに設けられることを特徴とする請求項１に記載のトランジスタ型酵素センサ。
【請求項３】
前記作用電極が前記ゲート電極と一体に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のトランジスタ型酵素センサ。
【請求項４】
前記酸化還元物質がプルシアンブルーであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のトランジスタ型酵素センサ。
【請求項５】
前記参照電極が銀／塩化銀で形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のトランジスタ型酵素センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランジスタ型酵素センサ、特に生体物質を酵素反応により電極で検出する場合において、可逆的な応答を示すため生体反応のモニタリングに好適なトランジスタ型酵素センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
生体由来材料を素子としたバイオセンサは、その高い選択性を活かし、夾雑物を多く含む生体液（血液、尿、涙液、唾液、汗など）中の特定物質の濃度測定などに応用されてきた。バイオセンサの一つである酵素センサは、生体物質を酵素反応により電極で検出可能な生成物を生じさせ、それを電極から電流または電圧信号として検出するセンサである。例えば血糖値計測に用いられるグルコースセンサは、酵素グルコースオキシダーゼによるグルコースの酸化反応に伴い還元された酸素または酸化還元物質、あるいは生成した過酸化水素を電極で検出する。
【０００３】
ところで、トランジスタ型酵素センサは、参照電極と、酵素と反応する作用電極とを浸漬した測定溶液を介してゲート電圧を印加することで、ソース電極とドレイン電極間の電流を制御する構成を有している。そのため、酵素反応の進行に伴い作用電極に生じる電圧が変化すると、トランジスタに印加されるゲート電圧が変化する。この時のトランジスタの閾値電圧の変化、あるいはソース電極とドレイン電極との間の電流の変化を計測し、測定対象を検出する。
【０００４】
例えば、図１０に示す酸化酵素を用いるトランジスタ型酵素センサが、特許文献１に開示されている。ここで用いるトランジスタは公知のトランジスタ構造により構成することができ、無機トランジスタでも、有機トランジスタであってもよい。そして、酵素と生体物質との反応に伴い電子伝達メディエータと呼ばれる酸化還元物質が酸化、あるいは還元され、ネルンスト式に従う作用電極での電圧変化をトランジスタで検出するものである。
【０００５】
ここで、トランジスタ型酵素センサは、電子伝達メディエータが可逆な酸化、あるいは還元反応をすれば、作用電極の電圧が可逆な反応に応じた変化を示すため生体反応のモニタリングができることになる。
そして、電子伝達メディエータの可逆な酸化、あるいは還元反応をもたらす方法が、特許文献２から４および非特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−１８７６００号公報
【特許文献２】特開２０１５−１８７５９３号公報
【特許文献３】特開昭６４−０２１３４７号公報
【特許文献４】特開２００７−２５５９０６号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】ＡＣＳ  Ｓｅｎｓ．２０１８、３、４４−５３．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１において、トランジスタ型酵素センサに有機トランジスタを用いると、トランジスタが高抵抗なために電子伝達メディエータと作用電極との定常的な反応が進まず、参照電極と作用電極との間に定常的な電流が発生しないため、不可逆的に酸化型、あるいは還元型メディエータが蓄積する。ここで、トランジスタ型酵素センサに無機トランジスタを用いると硬い基板上に形成されるために、身体への装着に不都合な課題がある。このように有機トランジスタを用いるトランジスタ型酵素センサで生体反応のモニタリングをするには、電子伝達メディエータと作用電極との反応の不可逆性の課題がある。このために、生体反応の経時的変化をモニタリングすることができない。
【０００９】
特許文献２では、電子伝達メディエータの反応を可逆にするため、酸化または還元剤を測定溶液に添加する方法は開示されているが、添加剤が必要なセンサは測定溶液が生体液の場合には添加するのが難しく、さらに安定的な添加剤の添加が必要となり手間もかかる。
【００１０】
特許文献３では、可逆応答を示すｐＨセンサに酵素を搭載したセンサ（酵素反応に伴うｐＨ変化を検出）が開示されているが、ｐＨ緩衝能を有する生体液では感度が不足する。
【００１１】
特許文献４では、電圧を印加し電気化学的に電子伝達メディエータを再生する方法が提案されているが、全ての酸化還元体を効率良く電気化学的に再生することは困難であり、電圧解除後に溶存酸素との反応などで電位がドリフトするため、定量性が課題である。
【００１２】
非特許文献１では、酵素反応で生じる起電力をセンサ出力とする酵素電池型センサが開示されている。アノードとカソードを抵抗で短絡することで酸化還元物質、あるいは酵素の自発的なレドックスサイクルを誘発する。しかし、酵素反応の進行に伴う作用電極の電圧の変化を、トランジスタの閾値電圧の変化、あるいはソース電極とドレイン電極との間の電流の変化として検出するセンサではない。
【００１３】
本発明の目的は、上記の課題を解決し、薄くて柔軟な基板に印刷で形成可能なため身体への装着に優れる有機トランジスタを用いて、かつ電子伝達メディエータが可逆な酸化、あるいは還元反応をし、生体反応のモニタリングに好適な、生体物質を酵素反応により電極の電圧変化で検出するトランジスタ型酵素センサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、トランジスタ型酵素センサであって、酸化還元物質および／または酵素を含む測定溶液と接する参照電極と、測定溶液の酸化還元物質および／または酵素と反応する作用電極と、参照電極と作用電極との間に設けられる外部抵抗と、反応電極の電圧の変化を入力するゲート電極、半導体層が有機半導体層、ソース電極およびドレイン電極を有する有機トランジスタと、から構成され、ソース電極とドレイン電極との間の電流の変化を検出することを特徴とする。
【００１５】
本トランジスタ型酵素センサにあっては、有機トランジスタを用いて、酵素反応の進行に伴う作用電極の電圧の変化をトランジスタの閾値電圧の変化、あるいはソース電極とドレイン電極との間の電流の変化として検出するので、微弱な電圧変化を増幅でき高感度な検出を実現することができる。
【００１６】
さらに、本トランジスタ型酵素センサにあっては、参照電極と作用電極との間に外部抵抗を設けることにより、参照電極と作用電極の標準酸化還元電位の差に基づく電子伝達メディエータの自発的な酸化、あるいは還元反応を促し、参照電極と作用電極との間に定常的な電流が発生し、作用電極の反応を可逆にするため、生体反応の経時的変化をモニタリングすることができる。
【００１７】
本発明は、トランジスタ型酵素センサであって、参照電極と作用電極との間に外部コンデンサがさらに設けられることを特徴とする。
本トランジスタ型酵素センサにあっては、参照電極と作用電極との間に外部コンデンサをさらに設けられることにより、コンデンサの直流電流は通さないが高い周波数の交流電流ほど通しやすいという基本性質を利用し、参照電極と作用電極との間に発生するノイズを除去することで、さらに高精度な検出を実現することができる。
本発明は、トランジスタ型酵素センサであって、作用電極がゲート電極と一体に形成されていることを特徴とする。
本トランジスタ型酵素センサにあっては、作用電極がゲート電極と一体に形成されることにより、延長ゲート電極の構造となり、作用電極だけを測定溶液に浸漬することで安定した計測ができるので好ましい。
【００１８】
本発明は、トランジスタ型酵素センサであって、酸化還元物質がプルシアンブルーであることを特徴とする。
本トランジスタ型酵素センサにあっては、酸化還元物質がプルシアンブルーであることにより、その卑な標準酸化還元電位のために夾雑物の酸化を避けながらプルシアンブルーを選択的に酸化できるので好ましい。
本発明は、トランジスタ型酵素センサであって、参照電極が銀（Ａｇ）／塩化銀（ＡｇＣｌ）で形成されていることを特徴とする。
本トランジスタ型酵素センサにあっては、参照電極が、プルシアンブルーより卑な標準酸化還元電位を有し、かつ溶液との界面で可逆的な酸化還元反応を示す銀（Ａｇ）／塩化銀（ＡｇＣｌ）で形成されていることにより、酸化型プルシアンブルーの自発的な還元反応を誘起できるので好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明におけるトランジスタ型酵素センサにあっては、高抵抗の有機トランジスタであっても、参照電極と作用電極の標準酸化還元電位の差を利用した電子伝達メディエータの自発的な可逆反応を誘起できるため、参照電極と作用電極との間に定常的な電流が発生し、生体反応の経時的変化をモニタリングすることができる。さらに有機トランジスタは薄くて柔軟な基板に印刷で形成可能なため身体への装着に優れ、非常に小型で作用電極の近傍に配置できるため、微弱な電圧変化を有機トランジスタで増幅でき、高感度な計測ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明にかかるトランジスタ型酵素センサの実施例１の構成を説明するための断面図
【図２】本発明にかかるトランジスタ型酵素センサの実施例１の他の構成を説明するための断面図
【図３】本発明にかかるトランジスタ型酵素センサの実施例１の他の構成を説明するための断面図
【図４】本発明にかかるトランジスタ型酵素センサの実施例１の他の構成を説明するための断面図
【図５】本発明にかかるトランジスタ型酵素センサの実施例１の他の構成を説明するための断面図
【図６】実施例１のトランジスタ型酵素センサのゲート電極に印加される電圧の時間変化を示す図。
【図７】比較例として従来のトランジスタ型酵素センサのゲート電極に印加される電圧の時間変化を示す図。
【図８】本発明にかかるトランジスタ型酵素センサの実施例２の構成を説明するための断面図
【図９】実施例２と実施例１のトランジスタ型酵素センサのゲート電極に印加される電圧の時間変化を比較して示す図。
【図１０】従来のトランジスタ型酵素センサの構成を説明するための断面図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について説明する。本発明にかかるトランジスタ型酵素センサは、酸化還元物質および／または酵素を含む測定溶液と接する参照電極と、測定溶液の酸化還元物質および／または酵素と反応する作用電極と、参照電極と作用電極との間に設けられる外部抵抗と、反応電極の電圧の変化を入力するゲート電極、半導体層が有機半導体層、ソース電極およびドレイン電極を有する有機トランジスタと、から構成され、ソース電極とドレイン電極との間の電流の変化を検出する。
【００２２】
図１に、本発明にかかるトランジスタ型酵素センサの基本的な構成を例示する。基板１の表面に作用電極２が形成され、作用電極２は測定溶液３と接し、および測定溶液３に接する状態として参照電極４が設けられている。作用電極２と参照電極４とは、外部抵抗５を介して導通されるとともに、作用電極２は有機トランジスタのゲート電極６と接続される。ゲート電極６の上に、ゲート絶縁膜７、次に、ソース電極８およびドレイン電極９、最後に、有機半導体層１０を形成することで、有機トランジスタを構成している。必要に応じて保護層１１が形成される。
【００２３】
参照電極４は基準電位点（グランド）に接続され、測定溶液３を介して作用電極２が接続するゲート電極６にゲート電圧Ｖｇが印加される。酵素反応の進行に伴い作用電極２の電位が変化すると、実効的にゲート電極６に印可される電圧が変化する。ソース電極８は基準電位点（グランド）に接続され、ドレイン電極９には動作電圧Ｖｓｄが供給される。これにより、トランジスタのゲート電極６に供給される電圧Ｖｇに対して、ソース電極８とドレイン電極９との間の電流の変化を、動作電圧Ｖｓｄに応じてダイナミックレンジを大きくして検出することが可能となる。
【００２４】
基板１の材料としては、例えば、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリイミド、ポリパラキシリレン（パリレン（登録商標））等の樹脂や紙等を用いることができる。
ゲート電極６の材料としては、例えば、アルミニウム、銀、金、銅、白金、チタン、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、ｐｏｌｙ（３，４−ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）  ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ  ｓｕｌｆｏｎａｔｅ（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）等を用いることができる。
【００２５】
ゲート絶縁膜７の構成材料としては、例えば、シリカ、アルミナ、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）、ポリスチレン、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ポリメチルメタクリレート、ポリジメチルシロキサン、ポリシルセスキオキサン、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標）ＡＦ）、サイトップ（登録商標）等を用いることができる。
ソース電極８およびドレイン電極９の材料としては、アルミニウム、銀、金、銅、白金、チタン、ＩＴＯ、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ等の導電性高分子等を用いることができる。
【００２６】
有機半導体１０の構成材料としては、Ｐ型の場合は、ペンタセン、ジナフトチエノチオフェン、ベンゾチエノベンゾチオフェン（Ｃｎ−ＢＴＢＴ）、ＴＩＰＳペンタセン、ＴＥＳ−ＡＤＴ、ルブレン、Ｐ３ＨＴ、ＰＢＴＴＴ等を用いることができ、Ｎ型の場合は、フラーレン等を用いることができる。
保護層１１の構成材料としては、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標）ＡＦ）、サイトップ（登録商標）、ポリパラキシリレン（パリレン（登録商標））等を用いることができる。
【００２７】
トランジスタの製造方法は、蒸着法、スパッタリング法等のドライプロセスでも、スピンコート、バーコート、スプレーコート等による塗布、スクリーン印刷、グラビアオフセット印刷、凸版反転印刷、インクジェット印刷等の各種印刷機による印刷でもよい。印刷によれば、より効率的に低コストで製造することができる。
ゲート電極６と作用電極２とは一体に作製された延長ゲートの構成を示しているが、ゲート電極６と作用電極２は別体で作製されこれらを連結する構成としてもよい。一体に形成しない場合には、作用電極２の材料は限定されず、例えば、アルミニウム、銀、金、銅、白金、カーボン、チタン、ＩＴＯ、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ等を任意に選択して用いることができる。
【００２８】
酸化還元物質１４としては、例えば、プルシアンブルー、フェロシアン化カリウム、フェリシアン化カリウム、フェロセン、フェロセン誘導体、キノン類、オスミウム錯体、ルテニウム錯体、フェノチアジン誘導体、フェナジンメトサルフェート誘導体、ｐ−アミノフェノール、メルドラブルー、２，６−ジクロロフェノールインドフェノール、酸化型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（ＮＡＤ+）、酸化型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸（ＮＡＤＰ+）等を単独、あるいは複数の組み合わせで用いることができる。あるいは、図２のように、酵素１３自身の活性中心に有する酸化還元物質が作用電極２と直接反応してもよい。
参照電極４には、上記酸化還元物質１４が酵素反応の過程で酸化される場合は、その酸化還元物質１４より卑な標準酸化還元電位を持つ電極を用いることができる。例えば、プルシアンブルーに対しては銀／塩化銀電極を用いることができる。一方、酸化還元物質１４が酵素反応の過程で還元される場合は、その酸化還元物質１４より貴な標準酸化還元電位を持つ電極を用いることができる。これらの酸化還元物質１４は、上述の酸化還元物質１４から任意の組み合わせで選ぶことができる。
【００２９】
酵素１３、および酸化還元物質１４は、図１、図２のように測定溶液３中に溶解していてもよく、図３、図４のように作用電極２上に固定されていてもよい。また、酵素１３と酸化還元物質１４は、作用電極２上に層状に固定されていても（図３）、混合層１３，１４として固定されていてもよい（図４）。
トランジスタの構造は、図１のボトムゲート構造に限らず、図５に示すトップゲート構造も用いることができる。この場合、ゲート電極６と作用電極２は同じ電極が担う。ゲート電極６表面の構造は、図１から図４に示したものと同様の構造を採用できる。
以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。
【実施例１】
【００３０】
図１は本発明にかかるトランジスタ型酵素センサの第一の実施例を説明するための断面図である。図２は本発明にかかるトランジスタ型酵素センサの第一の他の構成例を説明するための断面図である。まず構成について詳細に説明するが、図１と図２とで共通な構成は繰り返しの説明を省略する。
【００３１】
まず、図１に示すトランジスタ型酵素センサについて説明する。本トランジスタ型酵素センサにあっては、トランジスタ部位と検出部位である延長ゲートから構成されている。
【００３２】
基板１のＰＥＮフィルム（厚さ１２５μｍ、テオネックス、帝人社製）上に、蒸着装置（クライオバック社製）を用い、メタルマスク（東京プロセスサービス社製）を介して金（厚さ５０ｎｍ）を蒸着することで作用電極２のパターンを作製した。その作用電極２の上にプルシンブルー（ＰＢ）含有カーボン（Ｃ２０７０４２４Ｐ２、Ｇｗｅｎｔ社製）を塗布し６０℃で３０分焼成することでＰＢ電極膜を形成した。ＰＢ電極膜以外はテフロン（登録商標、５ｗｔ％、ＡＦ１６００、三井・デュポンフロロケミカル社製）を塗布し、６０℃で３０分ベークすることで絶縁膜を得た。１．４μＬの１０ｕｎｉｔ／μＬのグルコースオキシダーゼ（和光純薬社製）を含むリン酸緩衝溶液（ｐＨ７．４）と、１０μＬの０．１ｗｔ％キトサン（Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ社製）を含む塩酸溶液（ｐＨ５．４ ， ０．１ｗｔ％）を混合し、その混合溶液全量をＰＢ電極膜表面に滴下し、３０℃で１時間乾燥することで酵素修飾電極を得た。
【００３３】
本トランジスタ型酵素センサにあっては、酸化還元物質がプルシアンブルーであることにより、夾雑物存在下でもプルシアンブルーが選択的に酸化されるので好ましい。
参照電極４は銀（Ａｇ）／塩化銀（ＡｇＣｌ）（ＢＡＳ社製）で形成した。本トランジスタ型酵素センサにあっては、参照電極４が、プルシアンブルーより卑な標準酸化還元電位を有する銀（Ａｇ）／塩化銀（ＡｇＣｌ）で形成されていることにより、外部抵抗で作用極と参照電極間を短絡させた際に自発的にプルシアンブルーの還元反応が進行するので好ましい。
【００３４】
ソース電極８およびドレイン電極９の構造は、ボトムゲートコンタクト構造を採用している。トランジスタ部位は、例えば以下のような工程で作製できる。
基板１にゲート電極６（Ａｌ、３０ｎｍ）を形成し、その表面に反応性イオンエッチング処理によりＡｌＯｘ膜を形成した。この基板１をテトラデシルホスホン酸溶液に浸漬し、ゲート絶縁膜７を形成した。次に、ソース・ドレイン電極８，９（Ａｌ、３０ｎｍ）のパターンを形成した。その後、ディスペンサ装置を用いて撥液性バンク（ＡＦ１６００、三井・デュポンフロロケミカル社製）を形成し、半導体溶液（ｐＢＴＴＴ−Ｃ１６、Ｍｅｒｋ  ＫＧａＡ）をドロップキャスト法で有機半導体層１０を形成した。基板１上に、保護層１１（ＣＴＬ−８０９Ｍ、ＡＧＣ旭硝子社製）をスピンコートし、トランジスタ部位を作製した。電界効果有機トランジスタは、その延長ゲート電極に作用電極２、参照電極４にＡｇ／ＡｇＣｌ電極が形成された構成になる。
【００３５】
図２に示すトランジスタ型酵素センサは、図１に示すトランジスタ型酵素センサとは作用電極２表面での反応が異なり、酵素１３が作用電極２と直接反応する。酵素１３は、測定溶液３に懸濁していても、作用電極２表面に固定化されていてもよい。酵素の固定化には、物理吸着法や化学結合法などを用いることができる。
【００３６】
図５に示すトランジスタ型酵素センサは、トランジスタ部位のゲート電極６が作用電極２を兼ねて構成されている。トップゲート型トランジスタの構成で、図１に示すボトムゲート型トランジスタと同じ材料で工程の順序が異なる。ゲート電極６の上には保護層１１が設けられず、プルシンブルー（ＰＢ）含有カーボン（Ｃ２０７０４２４Ｐ２、Ｇｗｅｎｔ社製）を塗布し６０℃で３０分焼成することでＰＢ電極膜を形成した。ＰＢ電極膜以外はテフロン（５ｗｔ％、ＡＦ１６００、三井・デュポンフロロケミカル社製）を塗布し、６０℃で３０分ベークすることで絶縁膜を得た。１．４μＬの１０ｕｎｉｔ／μＬのグルコースオキシダーゼ（和光純薬社製）を含むリン酸緩衝溶液（ｐＨ７．４）と、１０μＬの０．１ｗｔ％キトサン（Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ社製）を含む塩酸溶液（ｐＨ５．４ ， ０．１ｗｔ％）を混合し、その混合溶液全量をＰＢ電極膜表面に滴下し、３０℃で１時間乾燥することで酵素修飾電極を得た。
【００３７】
トランジスタ型酵素センサにあっては、図１から図４に示す延長ゲート電極の構造とすることで、作用電極２だけが測定溶液３に接触する構造になり安定した動作ができるので好ましい。
参照電極４と作用電極２とを、例えば１００ＫΩ、２２０ＫΩ、４７０ＫΩ、１ＭΩの外部抵抗で接続した。
【００３８】
次に、本発明のトランジスタ型センサを用いた検出方法を詳細に説明する。
作用電極２とＡｇ／ＡｇＣｌ参照電極４をダルベッコＰＢＳ溶液（測定溶液３、Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ）に浸漬した。ソース電極８とドレイン電極９との間の電圧と作用電極２の電圧の制御、及びソース電極８とドレイン電極９の間電流とゲート電極６の電圧の計測は、ソースメータ（Ｋｅｙｔｈｌｅｙ社製）を用いて行った。４００ｒｐｍで撹拌された測定溶液へ１ＭのＤ−グルコース（和光純薬）を含むダルベッコＰＢＳを添加し、終濃度を０．８ｍＭから１０２．４ｍＭまで段階的に増加させながら開回路電位を計測した。
【００３９】
図６は実施例１のトランジスタ型酵素センサの作用電極２で生じる電圧の時間変化である。図７は比較例として、参照電極４と作用電極２とを抵抗を介して接続させていない従来のトランジスタ型酵素センサの、作用電極２で生じる電圧の時間変化である。図６と図７について詳細に説明する。
図７に示す比較例の従来のトランジスタ型酵素センサの作用電極２の電圧は、グルコース添加後、電位は増加し続けた。これは、過酸化水素によるプルシアンブルーの酸化反応が一方向に進行したことで電位が増加し続けたことを表す。
【００４０】
図６に示す実施例１のトランジスタ型酵素センサの作用電極２の電圧は、２２０ｋΩの抵抗で作用電極２と参照電極４とを接続していて過酸化水素添加後、電位は増加し、定常電位を得た。これは過酸化水素によるプルシアンブルーの酸化反応速度と、作用電極２によるプルシアンブルーの還元反応速度が釣り合ったことで定常電位に達したことを表す。グルコース濃度の増加と共に定常電位は増加した。その後、グルコース濃度をゼロに戻すと、定常電位も実験開始時の電位に戻った。以上よりセンサ応答の可逆性を示すことができた。
【００４１】
図６と図７に示す、トランジスタ型酵素センサの作用電極２で生じる電圧の時間変化から、酸化還元物質１４と酵素１３を含む測定溶液３に浸漬した、互いに異なる標準酸化還元電位を有する参照電極４と作用電極２とを外部抵抗５で接続することで、電子伝達メディエータの自発的な再生反応を促し可逆的な応答を示すことが確認された。
【実施例２】
【００４２】
図８は本発明にかかるトランジスタ型酵素センサの第二の実施例を説明するための断面図である。
【００４３】
図１から図５に示すトランジスタ型酵素センサの第一の実施例との違いは、参照電極４と作用電極２との間に接続した外部抵抗５と並列に、外部コンデンサ１２を設けることにある。参照電極４と作用電極２とを、例えば０．０４７μＦ、１μＦの外部コンデンサ１２で接続した。
【００４４】
図９は、実施例２のトランジスタ型酵素センサの作用電極２で生じる電圧の時間変化を、外部コンデンサ１２の有無で比較した結果である。外部抵抗５は１８０ｋΩに設定した。１０ｍＭのＤ−グルコースを含むダルベッコＰＢＳ（測定溶液３）に作用電極２と参照電極４を浸漬し、その時の電圧変化を計測した。図９の最初の１００秒間は外部コンデンサ１２を繋がず、後半１００秒間で１μＦの外部コンデンサ１２を接続した。
参照電極４と作用電極２との間に外部コンデンサ１２を設けることにより、コンデンサの直流電流は通さないが高い周波数の交流電流ほど通しやすいという基本性質を利用し、作用電極２の電圧に重畳する高周波成分のノイズが低減しているのが認められる。
【００４５】
以上、説明したトランジスタ型酵素センサは、可撓性の基板上に形成することができるので、例えば人体の一部に貼り付けて生体反応の経時的変化を高感度にモニタリングすることができる。更には、本センサは環境モニタリングや食品管理等へも応用できる。
【符号の説明】
【００４６】
１      基板
２      作用電極
３      測定溶液
４      参照電極
５      外部抵抗
６      ゲート電極
７      ゲート絶縁膜
８      ソース電極
９      ドレイン電極
１０    有機半導体層
１１    保護層
１２    外部コンデンサ
１３    酵素
１４    酸化還元物質
【図１】
2019158650.tif 000003
【図２】
2019158650.tif 000004
【図３】
2019158650.tif 000005
【図４】
2019158650.tif 000006
【図５】
2019158650.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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