(57)【要約】  電気化学センサとして使用し得る二酸化チタンを基礎としたハイブリッド材料について開示し、これは、特に神経伝達物質として機能する化学物質及び生物学的物質を検知するのに特に感度を有する。この材料は、ＴｉＣｘＯｙＨｚの式を有し、０．１＜ｘ＜０．６、２．０＜ｙ＜３．０、０．１＜ｚ＜０．９のもので示されるものであってもよく、いわゆるポリマー前駆体ルート及びＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）の２つの方法を用いて基板上に堆積して製造されてもよい。【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の式
ＴｉＣｘＯｙＨｚ
であって、０．１≦ｘ≦０．６、２．０≦ｙ≦３．０、及び０．１≦ｚ≦０．９で示されることを特徴とする二酸化チタンを基礎としたハイブリッド材料。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッド材料の取得方法であって、
チタンを含有するポリマー前駆体を調製するステップと、
次に、３００℃以上の温度に耐性を有する特定の基板又は支持体上に、スピンコーティング法により、前記の前駆体を堆積するステップと、
を有し、
当該方法は、
（ｉ）アルコール溶液中で、チタンの金属有機前駆体を有機酸とルームＴで約１時間反応して、有機酸−チタンアルコキシド複合体を形成するステージであって、前記有機酸は、クエン酸などの、２つの−ＣＯＯＨ基を有する脂肪酸であってもよく、前記金属有機前駆体は、ブチルオルトチタネート、若しくはチタンイソプロポキシド、又は一般式Ｔｉ（ＯＲ）４であってＲが一般式ＣｎＨ２ｎ＋１でありｎが好ましくは１〜４である、種々のチタンアルコキシドから選択される、ステージと；
（ｉｉ）１００〜１２０℃の温度で、約１０〜１５分間、エチレングリコールなどの多官能基性アルコール、及び過剰の有機酸の存在下で、ポリエステル化反応によって前記の複合体を安定化するステージと；
（ｉｉｉ）前記基板又は支持体上に、スピンコーティング法を用いて、前記のチタンのポリマー前駆体を堆積するステージと；
を有することを特徴とする方法。
【請求項３】
前記のスピンコーティングは、２０００〜９０００ｒｐｍの可変速度で３０〜９０秒間回転する基板又は支持体上に前記のポリマー前駆体を適用するステージを有し、
このようにして適用された層を、３００〜４００℃の温度で約１０〜１５分間熱処理することを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
請求項１に記載のハイブリッド材料の取得方法であって、
３００℃以上の温度に耐性を有する基板又は支持体上に堆積された非揮発性固形物を製造するように、堆積されるべき揮発性化合物の材料のガス相において、他のガスと反応するステップであって、
前記揮発性化合物は、チタンイソプロポキシド、又は一般式Ｔｉ（ＯＲ）４であってＲが一般式ＣｎＨ２ｎ＋１でありｎが好ましくは１〜４である、種々のチタンアルコキシドなどのチタンの金属有機前駆体であってもよい、ステップ；
を有し、
前記の堆積は、不活性なキャリアガスによって、前記揮発性化合物を、処理されるべき基板又は支持体上に、２〜１０立方センチメートル毎分の異なる流率で流入される、高真空チャンバーに導入することで、行われ、
５〜３０分間、３００〜６００℃に加熱され、
加熱された支持体と接触することで、前記のチタンの前駆体の部分的な分解が起こり、且つ請求項１のハイブリッド材料を形成することを特徴とする方法。
【請求項５】
前記支持体は、白金、金、シリコン、パラジウム、鉄鋼から選択された金属支持体であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記支持体は、アルミナ、テフロン（登録商標）及びその他のプラスチック材料から選択された非金属支持体であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
電気化学センサを製造するための、請求項１に記載の材料の使用。
【請求項８】
バイオセンサを製造するための、請求項１に記載の材料の使用。
【請求項９】
電流測定センサを製造するための、請求項１に記載の材料の使用。
【請求項１０】
神経伝達物質を検知するセンサを製造するための、請求項１に記載の材料の使用。
【請求項１１】
前記神経伝達物質は、ドパミン、エピネフリン及びノルエピネフリンから選択されることを特徴とする請求項１０に記載の使用。
【請求項１２】
神経細胞の活性をモニターするのに適合された移植可能装置を製造するための、請求項１に記載の材料の使用。
【請求項１３】
マイクロエレクトロニクスへの請求項１に記載の材料の使用。
【請求項１４】
触媒セクターへの請求項１に記載の材料の使用。
【請求項１５】
３００℃以上の温度に耐性を有する導電性、非導電性及び半導電性支持体から選択された少なくとも１つの支持体材料を有し、請求項１に記載のハイブリッド材料の少なくとも１層を支持することを特徴とする複合材料。
【請求項１６】
前記支持体材料は、白金、金、シリコン、パラジウム、鉄鋼から選択された金属支持体であることを特徴とする請求項１５に記載の複合体。
【請求項１７】
前記支持体材料は、アルミナ、テフロン（登録商標）及びその他のプラスチック材料から選択された非金属支持体であることを特徴とする請求項１５に記載の複合体。
【請求項１８】
前記ハイブリッド材料は、２０〜３００ｎｍの厚さを有する薄膜の形態であることを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか一項に記載の複合体。
【請求項１９】
前記ハイブリッド材料は、５０〜２５０ｎｍの厚さを有する薄膜の形態であることを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか一項に記載の複合体。
【請求項２０】
前記ハイブリッド材料は、２０〜５０ｎｍの平均粒径と、０．２〜２ｎｍの平均粗さとを有する微細な粒状のマイクロ構造を特徴とする層の形態であることを特徴とする請求項１５乃至１９のいずれか一項に記載の複合体。
【請求項２１】
請求項１に記載のハイブリッド材料の１つ以上の層を有することを特徴とする製造品目。
【請求項２２】
請求項１５乃至２０のいずれか一項に記載の少なくとも１つの複合体を有することを特徴とする製造品目。
【請求項２３】
請求項１に記載の材料を有することを特徴とするバイオセンサ。
【請求項２４】
神経伝達物質を検知する、請求項１に記載の材料を有することを特徴とするセンサ。
【請求項２５】
前記神経伝達物質は、ドパミン、エピネフリン及びノルエピネフリンから選択されることを特徴とする請求項２４に記載のセンサ。
【請求項２６】
神経伝達物質をｉｎ  ｖｉｖｏで同定するための電流測定センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化チタンを基礎としたハイブリッド材料、並びに関連する調製方法及びその使用に係り、特に、バイオセンサ及び電気化学センサとしてのものである。このハイブリッド材料は、以下、ＴｉＣＯＨＭ（チタンカーボニウムオキサイドハイブリッド材料）とも称する。
【背景技術】
【０００２】
十数年間、薄膜の形態の先進的な材料は、特にマイクロエレクトロニクスやセンサ装置などの分野において意図的な研究の対象とされてきており、これらは、装置の小型化のたっての要求を満たす必要があるものである。さらに、種々の合成方法の開発は、バルクの材料と比較してユニークな特性を有する異なる化学組成及び構造を有する種々の薄膜の発展に寄与してきた。さらに、その表面の主要な目的、並びにその特性を制御及び調節の可能性によって、薄膜の適用分野が拡大される。特に、近年、バイオマテリアル（身体の種々の組織、臓器又は機能にアクセスし、増加し、置き換えるように、生物系と連動すべく設計された材料）、並びにセンサ、燃料電池及び集積回路の分野に適用される材料の開発に大きな関心が払われてきた。特に、生物学的物質及び非生物学的物質用の選択的な電流測定センサを製造するのに適した材料の開発は、未だ非常に活発であって、診断、環境分析、及び法医学的分析に現在適用される装置としては、選択性及び感度の点で、未だ満足のいくものではない。事実、脳における神経伝達物質（脳の代謝において重要な物質）のレベルをｉｎ  ｖｉｖｏでモニタリングし得る材料の発見は、パーキンソン病やアルツハイマー病などの特定の変性疾患における脳の機能の変化について基礎的データの取得を可能とする。斯かる適用のため、二酸化チタンを基礎とした異なるハイブリッド材料が開発され検討されている。しかしながら、これらの材料は、酵素及び／又はメタロプロテインをガラス性の炭素電極（セクターの検知参照材料を代表するもの）上に固定化するメンブレンとして適用されるのみである一方で、この材料は、酵素や神経伝達物質などの化学的及び生物学的物質の存在を直接検知し得ないものであって、これは、これらの物質に対して直接的な電気化学的活性を示さないためである（非特許文献１乃至３）。
【非特許文献１】Ｚｈａｎｇ  Ｙ．ら著、Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍｉｃａ  Ａｃｔａ、２００４年、４９巻、ｐ．１９８１
【非特許文献２】Ｊｉｕｈｏｎｇ  Ｙ．ら著、Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、２００２年、７４巻、ｐ．３５７９
【非特許文献３】Ｃｈｅｎ  Ｘ．ら著、Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、２００３年、１８巻、ｐ．９９９
【非特許文献４】Ｋａｋｉｈａｎａ  Ｍ．ら著、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｏｌ−Ｇｅｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、１９９６年、６巻、ｐ．７
【非特許文献５】Ｍ．ｄｅ  Ｋｅｉｊｓｅｒら著、Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍｓ：  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ａｎｄ  Ｂａｓｉｃ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ、Ｃ．  Ｐａｚ  ｄｅ  Ａｒｕｊｏ、Ｊ．  Ｆ  Ｓｃｏｔｔ及びＧ．Ｗ．  Ｔａｙｌｏｒ編
【非特許文献６】Ｄ．Ｅ．Ｂｏｍｓｉｄｅら著、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、１９８７年、１３巻、ｐ．１２２
【非特許文献７】Ｐａｄａｌｌｅｔｔｉら著、２００２年、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ａ
【非特許文献８】Ｍａｎｏｗｉｔｚ  Ｐ．ら著、Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ  ＆  Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、１９９５年、１０巻、ｐ．３５９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
酵素、抗体又はメタロプロテインなどの生物学的材料を、上記の材料の表面上に機能化し、固定化することは、重要な態様である。今日、表面上に物理的吸着、化学的結合、イオン的吸着、及び自己集合型分子の形成などの種々の種類の固定化方法が使用されている。表面に対するこれらの種類の固定化及び機能化方法は、異なる利点及び欠点を示し、他のものとは異なる特定の種類の固定化方法を選択することは、適用上、重要な意味を有する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
二酸化チタンを基礎としたハイブリッド材料（ＴｉＣＯＨＭ）を見出し、これが、本発明の目的である。この材料は、化学物質及び生物学的物質、特に神経伝達物質として機能する物質を選択的に検知するための電気化学センサとして、有利に使用され得る；このハイブリッド材料は、グルコースオキシダーゼや西洋ワサビのペルオキシダーゼなどの酵素を固定化し、且つ幅広い適用スペクトル用の表面を機能化するのに、有利に使用され得る。この材料は、ＴｉＣｘＯｙＨｚの一般式を有し、０．１≦ｘ≦０．６、２．０≦ｙ≦３．０及び０．１≦ｚ≦０．９のもので示されるものであってもよい。
【０００５】
本発明の他の目的は、ＴｉＣＯＨＭを、いわゆるポリマー前駆体ルート及びＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）の２つの方法で得る方法である。
【０００６】
本発明のさらに他の目的は、化学センサ、バイオセンサ、神経伝達物質用センサ、マイクロエレクトロニクス及びバイオマテリアルの分野で適用し得る表面層の形態のＴｉＣＯＨＭを有する製品の製造方法である。ＴｉＣＯＨＭは、例えば、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｓｉなどの導電性、非導電性及び半導電性ものや、テフロン（登録商標）、焼成アルミなどの不活性な非金属材料（つまり、コーティングの堆積中、試薬と反応しないもの）、特に３００℃以上の温度に耐性を有するプラスティック材料などの支持体上にコーティングされてもよい。
【０００７】
本発明の別の目的は、本発明のハイブリッド材料の少なくとも１層でコートされた、３００℃以上の温度に耐性を有する導電性、非導電性及び半導電性の材料から選択された少なくとも１つの支持体材料を有する複合材料である。
【０００８】
本発明のさらなる目的は、本発明によるハイブリッド材料の１つ以上の層を有する製品である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
他の目的については、本発明の詳細な説明で明らかになるであろう。
【００１０】
ハイブリッド材料（以下、良好に説明するため、本発明による用語「ハイブリッド」は、無機部分及び有機部分からなる材料を意味するものとする）を製造するため、２つの異なる合成方法を使用し、一つは、有機溶液中で行いポリマー前駆体経路を基礎とした化学合成方法であり（非特許文献４）、一つは、金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）を基礎としたガス相合成方法（非特許文献５）である。
【００１１】
ポリマー前駆体経路：
この方法は、チタンを含有するポリマー前駆体を調製するステップと、続いて、この前駆体を、特定の支持体上にスピンコート法を用いて堆積するステップとを有する。下記の全ての化学反応及び本発明の好適な例に関連するものに示すように、この合成方法は、以下のステージを有する：（ｉ）ルーム（ｒｏｏｍ）Ｔにおいて、アルコール溶液中で、好ましくはエチレングリコール中で、チタンの金属有機前駆体を、有機物、好ましくは２つの−ＣＯＯＨ基を有する脂肪酸、特に好ましくはクエン酸と約１時間反応することにより、有機酸−チタンアルコキシド複合体を形成するステージである。この金属有機前駆体は、ブチルオルトチタネート、若しくはチタンイソプロポキシド、又はＴｉ（ＯＲ）４の一般式を有する種々のチタンアルコキシドであってもよく、ここで、Ｒは、ＣｎＨ２ｎ＋１の一般式を有し、ｎは、好ましくは、１〜４であるアルキルラジカルである。（ｉｉ）上記の複合体は、多官能基性アルコール、好ましくはエチレングリコール、及び過剰な有機酸、好ましくは過剰なクエン酸の存在下で、約１００℃〜１２０℃の温度（約１０〜１５分間）とする、ポリエステル化反応により、続いて安定化される。
【００１２】
【化１】
2008512665.tif 000002
【００１３】
（ｉｉｉ）このようにして得たチタンのポリマー前駆体は、スピンコーティング法を用いて、基板又は支持体（金属又は非金属、堆積に用いられる温度に耐性を有するもの）上に堆積される（非特許文献６）。この方法は、種々の速度（２０００〜９０００ｒｐｍ）及び時間（３０〜９０秒）で回転する支持体上にポリマー前駆体を適用することからなる。これにより、支持体上に均一に分布された層が得られ、その後、約１０〜１５分間、３００〜４００℃で熱処理される。二酸化チタンを基礎としたハイブリッド材料（ＴｉＣＯＨＭ）は、このようにして、支持体に完全に接着する薄層の形態（５０〜２５０ｎｍの厚み）で得られる。この材料は、上記のポリマー前駆体の不完全な熱分解によって得られる無機部分と有機部分とを特徴とすることから、ハイブリッドと規定される。
【００１４】
金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）：
この技術は、堆積されるべき材料の揮発化合物のガス相中で、他のガスと反応して、基板又は支持体（金属又は非金属、堆積に用いられる温度に耐性を有するもの）上に堆積された非揮発性の固形物を製造する工程を有する（非特許文献７）。本発明において、この揮発性化合物は、一般的にチタンの金属有機前駆体（例えば、チタンイソプロポキシドや、一般式Ｔｉ（ＯＲ）４を有する種々のチタンアルコキシドであって、Ｒが、ＣｎＨ２ｎ＋１の一般式を有しｎが好ましくは１〜４のもの（極値を含む）のアルキルラジカルであるもの）であって、不活性なキャリアガス（一般的に窒素やアルゴン）によって、高真空チャンバー中に導入され、ここで、処理される支持体上に、異なる流率（２〜１０立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ））で流入され、３００〜６００℃の温度で５〜３０分間加熱される。加熱された支持体との接触により、上記のチタン前駆体の部分的な分解が起こり、ハイブリッド材料が形成され、これは、支持体に対して均一に接着した薄膜（２０〜３００ｎｍ）となる。
【００１５】
ＭＯＣＶＤ及びポリマー前駆体経路法により、金属支持体（白金、金、シリコン、パラジウム、鋼鉄）、不活性な非金属支持体（アルミナ、テフロン（登録商標））、及び少なくとも３００℃以上の耐熱性を有するプラスチック材料上に、ＴｉＣＯＨＭコーティングを得ることが可能となる。
【００１６】
上記の両方法によって得られた堆積されたハイブリッド材料は、ＴｉＣｘＯｙＨｚの一般式であって、０．１≦ｘ≦０．６、２．０≦ｙ≦３．０、及び０．１≦ｚ≦０．９のものと示されるものである。これは、ナノ構造の二酸化チタンを基礎としたハイブリッド材料（つまり、有機部分と無機部分とからなり、ナノメートルの単位で測定された厚み、粒径などの構造的な特徴を有するもの）であるが、表面上のチタンに他の官能基を有する構造であってもよく、主として、材料の活性部分であるＯＨ基、及びＯＲの有機基に結合されるものであって、Ｒは、一般的に、ＣｎＨ２ｎ＋１の一般式であって、１≦ｎ≦４を有する直鎖のアルキル鎖である。
【００１７】
上記の２つの堆積法で得られたＴｉＣＯＨＭ膜は、高い均一性を有することを特徴とする。この膜の表面は、微細な粒状マイクロ構造（平均粒径が好ましくは２０〜５０ｎｍであるもの）を特徴とし、低い粗さ（使用する支持体に依存して、平均粗さが０．２〜２ｎｍ）を特徴とする。
【００１８】
いわゆるチタンカーボニウムオキサイドハイブリッド材料（ＴｉＣＯＨＭ）と称される上記の材料は、有機物質及び無機物質の電気化学的センサとして、バイオセンサとして、又は干渉作用を有する神経伝達物質を検知する電流測定センサとしてのいずれかとして機能し得る機能化された表面を有し、有機プローブ及び無機プローブ（コーヒー酸並びに［Ｆｅ（ＣＮ）６］３−、Ｎａ３ＩｒＣｌ６・Ｈ２Ｏ及び［Ｒｕ（ＮＨ３）６］３＋の系を含む、センサを試験するのに使用される物質）に対して優れた電気化学的活性を示す。さらに、グルコースオキシダーゼや西洋ワサビのペルオキシダーゼなどのセンサとして一般的に使用される酵素の表面上に固定化された後、バイオセンサとして活性を有することが証明されている。最後に、ＴｉＣＯＨＭは、この表面を前処理することなく、生理的な濃度のアスコルビン酸（例えば、５×１０−５〜３×１０−４モル／Ｌ）の存在下、脳液（ｃｅｒｅｂｒａｌ  ｌｉｑｕｉｄ）中の神経伝達物質を同定可能であるので、製造されたセンサ（ＴｉＣＯＨＭを試験するこのセンサは、シリンダー状の容器中にこのＴｉＣＯＨＭを挿入し、信号伝送を測定するための適当な、コンピュータ化された電気化学的測定器（例えば、ＡＭＥＬ  ４３３）などの器具に電気的に接続されてもよい。）によって驚くべき性能を有する、安定性、感度及び生物学的適合性の点で、完全に先進的な材料である。ＴｉＣＯＨＭの構造を分析する上で、この材料を用いて、神経伝達物質の濃度に比較して、３倍以上の濃度のクエン酸の存在下で、選択的に、１０μＭ以下の非常に低い濃度の最も重要な神経伝達物質を同定することが可能であることを見出した。ＴｉＣＯＨＭを使用することで、負の電荷を有する電気活性イオン（本質的にアスコルビン酸イオン及び尿酸イオン）の干渉がなくなり、神経伝達物質を選択的に同定する点で、有意に進歩可能となる。検知され得る神経伝達物質は、例えば、ドパミン、エピネフリン及びノルエピネフリンである。本発明の材料により示される選択性及び生物学的適合性の組み合わせは、長期に移植可能な装置の設計、及び神経細胞の活性をモニタリングするのに、本質的に必要な要件である。従って、本発明の材料を有する実用的で感度を有する電気化学システムでリアルタイムに測定することは、神経伝達物質に関連した疾病の原因論及び治療に非常に有用であり得る。
【００１９】
ＴｉＣＯＨＭは、センサの分野に適用される優れた特性を有する。特に、化学センサ、メンブレンの補助なく上記の材料上に酵素が直接固定化された第三世代のセンサ、及び神経伝達物質を同定するセンサに、ＴｉＣＯＨＭ膜を使用することで、優れた結果が得られる。この最後の適用例は、本発明によって得られるＴｉＣＯＨＭ膜が、アスコルビン酸などの高い濃度の妨害種の存在下で、例えばドパミンなどの神経伝達物質の濃度を同定するのに特に適した材料であるので、特に興味深い。この特性により、本発明による材料は、パーキンソン病やアルツハイマー病などの病態の検討において重要な神経伝達物質をｉｎ  ｖｉｖｏで同定するための電流測定センサとして即座に適用可能である。
【００２０】
ＴｉＣＯＨＭは、高い誘電定数を有する材料として、マイクロエレクトロニクスにも適用可能であって、触媒部分において、高いナノ構造を有し且つＴｉＣＯＨＭ膜が高い表面領域を有するものと考えられる。
【実施例】
【００２１】
以下の例は、本発明を示すものであるが、本発明の範囲を限定するものと考慮されるべきものではない。
【００２２】
（例１  ＴｉＣＯＨＭの合成）
下記の２つの異なる合成方法によって、ＴｉＣＯＨＭの薄膜を製造した。
【００２３】
１）ポリマー前駆体経路
チタンのポリマー前駆体を合成し、スピンコート法を用いて、異なる形状及び寸法（最小１×１ｃｍ２〜最大５×５ｃｍ２）のｐ−シリコン基板上に続いて堆積することによって、ＴｉＣＯＨＭ膜を得た。
【００２４】
このチタンのポリマー前駆体は、以下の合成方法を用いて、得た。１６．８ｇのテトラブチルオルトチタネート（Ｆｌｕｋａ社製、９７％以上）を取り、容器に導入し、ここで、３０ｍＬのエチレングリコール（Ｃａｒｌｏ  Ｅｒｂａ社製、９５％）（ＥＧ）を添加し、澄明な溶液となるまで、攪拌した。その後、２０ｇのクエン酸（ＡＣ）を添加し、約３０分間、この溶液を攪拌した。むぎわら色の溶液が得られ、その後、チタンのポリマー前駆体を構成する粘性のゲルを得る方法で、１５分間、１１０〜１２０℃で熱アニーリングを行った。上記の化学反応のセットで示すように、この合成方法は、クエン酸−金属有機前駆体複合体の形成、及びクエン酸−金属有機前駆体複合体とエチレングリコールとを１１０〜１２０℃で反応することによるポリマー前駆体の形成を包含するものである。このように調製したポリマー前駆体を、１：１の比率で、イソプロピルアルコールで希釈し、スピンコーティング（Ｓｐｉｎ  Ｃｏａｔｅｒ  ＳＣＳ  ｍｏｄｅｌ  Ｐ６７０８）により、室温で、異なる形状及び寸法の（１００）ｐ−Ｓｉ基板（Ｌｕｃｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ−Ｗａｃｋｅｒ  Ｓｉｌｔｒｏｎｉｃ社製）上に、ｒｐｍ＝６５００、加速度＝３０００、ｔ＝９０秒の実験条件で堆積した。このように堆積した各層に、３００〜３５０℃でアニーリングを施し、ポリマー前駆体の熱分解を行った。５０〜２００ｎｍの異なる厚みを有する膜を得るため、多層を堆積した。
【００２５】
２）有機化学蒸着
また、他の堆積法、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いて、ＴｉＣＯＨＭ膜を得た。ＴｉＣＯＨＭ膜の堆積は、前堆積相において約１０−９Ｔｏｒｒの真空度を達成し得るステンレス製の円筒反応チャンバーを有するＭＯＣＶＤ装置で行った。ＴｉＣＯＨＭ膜の堆積は、Ｔｉの前駆体として、チタン（ＩＶ）イソプロポキシド（Ｃｈｅｍａｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製、９７％）、並びに反応性ガス及びキャリアガスとして、酸素（Ｏ２）及び窒素（Ｎ２）をそれぞれ用いて、行った。Ｔｉ（ＩＶ）イソプロポキシドの蒸気を、キャリアガスを介して反応チャンバーに導入して、作製した。堆積中、チャンバーに動的に酸素を導入（つまり、酸素を連続的に流入させることにより）する一方、ｐ−Ｓｉ（１００）（Ｌｕｃｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ−Ｗａｃｋｅｒ  Ｓｉｌｔｒｏｎｉｃ社製）の基板の温度を、Ｔｓ＝６００℃と、一定に保持した。ＴｉＣＯＨＭ膜の堆積条件を、表１にまとめた。
【００２６】
【表１】
2008512665.tif 000003
【００２７】
（例２  ＴｉＣＯＨＭの化学的及び物理的特性）
異なる特徴付けの方法を用いて、ＴｉＣＯＨＭの化学的及び物理的特性を分析した。原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて、ＴｉＣＯＨＭ膜の形態及びマイクロ構造を分析した。空気中で、デジタル装置顕微鏡であるモデルＤｉｍｅｎｓｉｏｎ３１００を用いて、ＡＦＭ分析を行った。５００×５００ｎｍ２〜１０×１０μｍ２の異なる寸法の領域を分析して、局所画像を得た。この表面は、以下のパラメーターを用いて、特徴付けた：Ｚｒ＝分析した表面の分画上の最も高い位置と最も低い位置との間に垂直軌跡（ｖｅｒｔｉｃａｌ  ｅｘｃｕｒｓｉｏｎ）、Ｒａ＝画像上の中央平面を参照した平均粗さ、Ｒｒｍｓ＝分析した領域におけるＺの値の標準誤差。
【００２８】
ＭＯＣＶＤ及びポリマー前駆体経路で得たＴｉＣＯＨＭ膜について行ったＡＦＭ分析により、シリコン基板を均一に覆う、ナノ構造の膜に成長したことが明らかとなった。この膜の表面は、表２に示すように、微細な粒状のマイクロ構造（２０〜３０ｎｍの平均粒径）、及びシリコン基板と同様の低い粗さを特徴とするものである。
【００２９】
【表２】
2008512665.tif 000004
【００３０】
Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）により、ＴｉＣＯＨＭ膜の化学組成を分析した。この測定は、ＡｌＫα（１４８６．６ｅＶ）の非単色性光源を用いて、ＶＧ  Ｅｓｃａｌａｂ  ＭＫＩＩスペクトルメーターにより、行った。存在する化学種を同定するため、このＸＰＳスペクトルを０〜６００ｅＶの結合エネルギー（Ｂ．Ｅ．）の間隔で登録した。位置１）における本発明による方法で製造したサンプルについて実行したＸＰＳ分析により示すように、この膜の表面上及び内部におけるＴｉ、Ｃ及びＯは、Ｔｉ  ２ｐ（４５９ｅＶ）、Ｃ  １ｓ（２８５ｅＶ）及びＯ  １ｓ（５３１ｅＶ）のシグナルが存在した。さらに、Ｃ  １ｓ及びＯ  １ｓのシグナルの解析から、表面上に種々の官能基が存在することが観察された。特に、ＴｉＣＯＨＭ膜で観察されたＣ  １ｓのシグナルは、３つの異なる成分からなる。最も高いエネルギーを有するピーク、つまり、Ｃ１（２８６．５ｅＶ）及びＣ２（２８９．０ｅＶ）は、ＦＴ−ＩＲスペクトルから観察され得るように、それぞれ酸素を介して（ＳｉＯ２／Ｔｉ）−Ｏ−ＣのようにＴｉ−Ｓｉネットワークにそれぞれ結合する炭素原子が存在することに由来し、且つ、膜の表面上に吸収されたＣＯ２の存在におそらく由来する酸素との２重結合を形成する炭素原子が存在することに由来する。２８４．９ｅＶにおけるピークは、サンプルと外部環境との接触の後の汚染物に部分的に由来し、ポリマー前駆体の不完全な熱分解に起因する膜の脂肪族鎖の存在に部分的に由来する、脂肪族炭素が存在することを示す。
【００３１】
Ｏ  １ｓのスペクトルは、Ｃ  １ｓのスペクトルと良好に関連する。Ｏ  １ｓのスペクトルにおいて、２つの成分が示されている：一つは、酸化物であるＴｉＯ２を形成するＴｉに結合した酸素原子に対応する５３０．６ｅＶにおけるＯ１なるより低いエネルギーの成分と、Ｔｉ、及びエチレングリコールに由来するＣ−Ｏの有機結合に結合された表面上のＯＨ基の存在に由来する５３２．２ｅＶにおけるピークとである。
【００３２】
ＭＯＣＶＤで得たＴｉＣＯＨＭ膜は、ポリマー前駆体経路で得たものと同様の特性を示す。これらの膜において、両者ともに、表面上に、両性の有機基及びＯＨ基が存在することが観察された。Ｏ  １ｓのシグナルは、３つの成分からなるものであって、最もエネルギーの高いものは、表面に吸着されたＣＯ２及びＨ２Ｏの存在に貢献するかもしれない。
【００３３】
Ｃ  １ｓ、Ｔｉ  ２ｐ、及びＯ  １ｓのシグナルの領域を積分して得た化学組成（原子百分率で表記）は、ＸＰＳ分析の実験誤差は、約１０％であることを考慮すると、２つの異なる方法で得たＴｉＣＯＨＭ膜について、実質的に再現性のあるものである可能性がある。
【００３４】
【表３】
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【００３５】
（例３  電気化学的試験）
生物学的対象の物質を同定する場合の特に感受的なインパルスにより、サイクリック・ボルタンメトリー及び異なるボルタンメトリー法を用いて、電気化学的試験を行った。
【００３６】
このシステムは、Ａｇ／ＡｇＣｌの参照電極を用いて、−４００ｅＶ〜＋６００ｍＶの範囲の電位で検討し、全ての測定は、コンピュータ化された電気化学的測定システムであるＡＭＥＬ４３３を用いて行った。
【００３７】
化学センサとしてＴｉＣＯＨＭを使用する限り、市販のガラス性の炭素電極との挙動を比較することで、この新規の材料を特徴付けた。［Ｆｅ（ＣＮ）６］３−、Ｎａ３ＩｒＣｌ６・Ｈ２Ｏ及び［Ｒｕ（ＮＨ３）６］３＋の従来の電気化学的参照システムを用いて、ＴｉＣＯＨＭの電気活性を検討した。図１に観察されるように、上記の無機プローブで行ったボルタモグラム（ｖｏｌｔａｍｍｏｇｒａｍ）は、２つの異なるピークを特徴としており、可逆的な電極挙動を示し、電極上に化学物質の吸着がないことを示す。表４に示すように、陽極電位（Ｅｐａ）及び陰極電位（Ｅｐｃ）の値は、市販のガラス性炭素電極で得たものと同様である一方、陽極ピーク（Ｉｐａ）及び陰極ピーク（Ｉｐｃ）の強度は、ＴｉＣＯＨＭを使用した場合、かなり高く、これは、より高いセンサ感度を有することを示す。
【００３８】
【表４】
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【００３９】
実施した電気化学的試験により、ドパミン、エピネフリン及びノルエピネフリンなどの神経伝達物質などの生物学的対象の特定の物質を検知するのに、ＴｉＣＯＨＭは、良好な反応性を有することが明らかとなった。特に、ＴｉＣＯＨＭは、アスコルビン酸中のドパミンの検出を可能にすることから、特に先進的な材料であることが証明された。非常に低い濃度で存在する物質を検知するため、サイクリック・ボルタンメトリー、及びインパルスの異なるボルタンメトリーにより、測定を行った。図２に示すように、ＴｉＣＯＨＭを用いることにより、異なる濃度のアスコルビン酸中に存在する０．０１μＭの濃度のドパミンを選択的に検知することが可能となる。＋０．１００ｍＶ〜＋４００ｍＶの電位範囲のインパルスの差動電圧により、この検知を行った。アスコルビン酸の電位は、＋３８０ｍＶであり、ドパミンの電位は、＋２８０ｍＶである。青色の線は、０．０１μＭのアスコルビン酸存在下での０．０１μＭのドパミンの同定を示し、一方、赤色の曲線は、アスコルビン酸の存在下における同様の濃度のドパミンの同定を示す。
【００４０】
さらに、電気化学的試験、及び神経伝達物質の同定の両方において、ＴｉＣＯＨＭの高い安定性が見出された。表５のデータに示すように、７０日以上の後、この検知系は、機能しており、その電気化学的シグナルは、たった４０％低下したのみである。この結果は、存在する神経伝達物質を同定するのに現在使用される材料が同様の特性で最大で７日間の動作安定性を有することを考慮すると、ＴｉＣＯＨＭの信頼性及び耐性の点で、非常に重要である。
【００４１】
他の神経伝達物質の場合、得られた検知の限界は、エピネフリン及びノルエピネフリンで、両者とも、０．２μＭであった。
【００４２】
【表５】
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【００４３】
最後に、バイオセンサとして、ＴｉＣＯＨＭ膜の適用可能性について、検討した。特に、２つの酵素、つまり、グルコースオキシダーゼ及び西洋ワサビのペルオキシダーゼを、ＴｉＣＯＨＭ膜上に固定化し、その電気化学的挙動を、常に生物学的ｐＨの条件において、エレクトロニクス材料と比較して、検討した。酵素の固定化法は、伝統的なものを用い（非特許文献８）、これは、ホモジナイズ系としてＢＳＡ（ウシ血清アルブミン）とともに架橋系としてグルタルアルデヒドを使用するものである：酵素は、ＢＳＡに起因して、生物学的に取り囲むグルタルアルデヒドの「メッシュ」にトラップされる。
【００４４】
得た結果は、非常に興味深いものであって、ＴｉＣＯＨＭと酵素の活性部位とが直接連絡することが観察された。これにより、ペルオキシダーゼ及びグルコースオキシダーゼの両方の場合で満足のゆく結果が得られたように、第三世代のバイオセンサの製造が可能である初期的な測定結果が得られた。その理由は、グルコース及びＨ２Ｏ２の較正を、約２０μＭの検知限界で、グルタルアルデヒド及びＢＳＡで固定化した酵素に関して安定性を有するように行うことが可能であるためである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】ｐＨ７．０（曲線１）及びｐＨ２．０（曲線２）のリン酸緩衝液における［Ｆｅ（ＣＮ）６］３−のサイクリックボルタメトリーであって、ａ）ポリマー前駆体経路、及びｂ）ＭＯＣＶＤにより得たＴｉＣＯＨＭ電極で実行したものである。ｐＨ１１において、平坦な曲線となった。
【図２】アスコルビン酸存在下でのドパミンのＤＰＶにより同定であって、青色の曲線（曲線１）は、０．０１μＭのアスコルビン酸の存在下における０．０１μＭのドパミンを示し；赤色の曲線（曲線２）は、０．０１ｍＭのアスコルビン酸の存在下における０．０１μＭのドパミンを示す。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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