(57)【要約】      （修正有）【課題】センサー装置表面への生体分子の固定化を強化する表面改質方法の提供。【解決手段】以下の工程を含むセンサー装置の表面改質方法。複数のカルボキシル基を有する表面改質層をイソプロピルアルコールプラズマによってセンサー装置の金属フィルム上に形成すること；及びポリアクリル酸層のアクリル酸が表面改質層のカルボキシル基にグラフトされているポリアクリル酸層を、表面改質層上に形成すること。表面改質されたセンサー装置も開示される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程を含むセンサー装置の表面改質方法であって：
センサー装置の表面が金属フィルムを有するセンサー装置を提供する；
複数のカルボキシル基有する表面改質層をイソプロピルアルコールプラズマによってセンサー装置の金属フィルム上に形成する；及び
ポリアクリル酸層のアクリル酸が表面改質層のカルボキシル基にグラフトされるポリアクリル酸層を、表面改質層上に形成する；
工程を含むセンサー装置の表面改質方法。
【請求項２】
生体分子層の生体分子がポリアクリル酸層のポリアクリル酸のカルボキシル基に結合されている、ポリアクリル酸層上に生体分子層を形成する工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
生体分子が蛋白質Ａ又は血清アルブミンである、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
生体分子層の生体分子が、カップリング活性剤の存在下でポリアクリル酸層に結合されている、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
金属層が金又は銀の層である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
表面改質層のカルボキシル基にグラフトされるポリアクリル酸層がＵＶ照射の下でアクリル酸の重合によって形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
以下を含む表面改質されたセンサー装置であって：
その上に金属フィルムが配置されているセンサー装置；
表面改質層がイソプロピルアルコールプラズマによって形成されている、センサー装置の金属フィルム上に複数のカルボキシル基を有する表面改質層；及び
ポリアクリル酸層のポリアクリル酸が表面改質層のカルボキシル基にグラフトされている、表面改質層上のポリアクリル酸層、
を含む表面改質されたセンサー装置。
【請求項８】
生体分子層の生体分子がポリアクリル酸層のポリアクリル酸のカルボキシル基に結合されている、ポリアクリル酸層上に位置する生体分子層を更に含む、請求項７に記載の表面改質されたセンサー装置。
【請求項９】
生体分子が蛋白質Ａ又は血清アルブミンである、請求項８に記載の表面改質されたセンサー装置。
【請求項１０】
生体分子層の生体分子が、カップリング活性剤の存在下でポリアクリル酸に結合されている、請求項８に記載の表面改質されたセンサー装置。
【請求項１１】
金属層が金又は銀の層である、請求項７に記載のセンサー装置。
【請求項１２】
表面改質層のカルボキシル基にグラフトされているポリアクリル酸層が、ＵＶ照射の下でアクリル酸の重合によって形成される、請求項７に記載の表面改質されたセンサー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面改質されたセンサー装置及びセンサー装置の表面改質方法に関し、より詳細には、結合分子の密度及び均一性が増大した表面改質されたセンサー装置、及びセンサー装置の表面改質方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、光センサーの応用が医療診断及びフィルム厚み測定のための生体分子検出における主要なトレンドになってきている。生体分子検出において、試験試料の種と量を決定するための信号変化を提供するために、生体分子はセンサー装置上に固定化され、そして次に試験試料と反応することが求められる。
【０００３】
もし、生体分子が光センサーの金属被覆上に固定化されることが求められるならば、先ず、金属被覆が改質される必要がある。生体分子の従来の表面改質においては、１１−メルカプトウンデカン酸（ＭＵＡ）溶液中に光センサーが浸漬される。浸漬を経て、ＭＵＡ中の硫黄の孤立電子対が金属原子の外側の空の軌道を占めて、それらの間で安定な配位結合を形成するであろうことが予測される。従って、カルボキシル基（ＣＯＯＨ）が金属被覆上に形成されてその改質を達成する。続いて表面改質層のカルボキシル基は、カップリング活性剤、１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド（ＥＤＣ）／Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド（ＮＨＳ）の存在下で生体分子に結合され、生体分子の固定化が実現される。
【０００４】
それにも拘わらず、ＭＵＡ中への浸漬のような化学的改質は著しく長い反応時間を伴い、かつ金属被覆が不均一な表面親水性を有する原因となり、改質の望ましくない結果に繋がる。従って、この改質は期待されたレベルを達成することができず、そして長い待ち時間、実験的な不安定性の増大及び均一性の低下のような欠点を有する。
【０００５】
従って、センサー装置の検出性、感度等が改善することができて、生体分子検出の正確性に寄与するように、センサー装置の金属被覆に均一な表面親水性を与えるセンサー装置の表面改質方法を提供することが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、センサー装置の表面改質方法を提供することである。本方法によってセンサー装置の表面のカルボキシル基の数及び親水性を増加させることができ、そのことによって生体分子の固定化を強化（ｅｎｈａｎｃｉｎｇ）させる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するために、本発明の一つの態様は以下の工程を含むセンサー装置の表面改質方法を提供する： センサー装置の表面が金属フィルムを有するセンサー装置を提供すること；複数のカルボキシル基を有する表面改質層をイソプロピルアルコールプラズマによってセンサー装置の金属フィルム上に形成すること；及びポリアクリル酸層のアクリル酸が表面改質層のカルボキシル基にグラフトされている表面改質層上にポリアクリル酸層を形成すること。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の上記方法において、イソプロピルアルコールプラズマの処理後、カルボキシル基（ＣＯＯＨ）がセンサー装置の金属フィルム上に形成され、そして続いてポリアクリル酸層をセンサー装置上に形成することができるように、重合によってアクリル酸とグラフトされることができる。一方、プラズマ改質を実施するための時間は１〜３０分、又は５〜１５分の範囲内であり得る。プラズマ改質の実施中、ワット又は圧力の強度はプラズマの種類、実施時間等によって定めることができる。
【０００９】
イソプロピルアルコールプラズマのみを用いて改質されたセンサー装置に比べて、イソプロピルアルコールプラズマ改質、及び生体分子の引き続く固定化に役立つためのアクリル酸重合の組合せを用いて処理される本発明のセンサー装置においては、はるかに多くのカルボキシル基、より均一なカルボキシル基の分布、及びよりよい親水性が導入されるため、それはセンサー装置の感度及び検出性の改善に繋がる。
【００１０】
センサー装置の表面改質のための上述の方法において、センサー装置の種類は制限されず、それは、例えば、光ファイバーセンサー装置であり得る。また、センサー装置上の金属フィルムの種類も制限されない。しかしながら、光センサー装置に好ましい反応を与えるために、金属フィルムは金又は銀のフィルムであり得る。一般に、金フィルムが金属フィルムとして使用される。フィルムの厚みは制限されないが、好ましくは２０ナノメーター〜８０ナノメーターの範囲内、例えば、４０±５ナノメーターである。フィルムの形成も制限されず、それは本発明の当業者によって使用される如何なる方法、例えば、フィルムを形成するための電気メッキ又は金属ナノボールの配置（ａｒｒａｎｇｉｎｇ）であってもよい。
【００１１】
従って、もし、光ファイバーセンサー装置の感知領域上の金属フィルムが本発明の方法を用いて処理され、次いで生体分子がその上に固定化されるならば、この装置は表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）に従って試料を検出するために使用することができる。
【００１２】
センサー装置の表面改質のための上述の方法は以下の工程を更に含む：ポリアクリル酸層上に生体分子層を形成すること、ここで生体分子層の生体分子がポリアクリル酸層のポリアクリル酸のカルボキシル基に結合される。
【００１３】
前記の生体分子は、抗体、抗原、酵素、組織の一部又は単一細胞であり得る。例えば、蛋白質Ａ又は血清アルブミンは抗体のＦｃ領域に結合できるので、薄い金属フィルム上に固定化された蛋白質Ａ又は血清アルブミン（生体分子として働く）に結合された抗体によって、抗原を具体的に認識することができる。従って、上記方法において改質された光センサーは、蛋白質Ａ又は血清アルブミンに結合された抗体によって認識される抗原を特異的に検出することができ、そのようにして抗原及びその濃度を同定することができる。
【００１４】
本発明のセンサー装置を表面改質するための上記方法において、生体分子層の生体分子はカップリング活性剤の存在下でポリアクリル酸に結合されている。カップリング活性剤は、１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド（ＥＤＣ）、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド（ＮＨＳ）及びその組合せから成るグループから選択することができる。
【００１５】
センサー装置を表面改質するための上記方法において、カルボキシル基にグラフトされる前記ポリアクリル酸をＵＶ照射の下でアクリル酸の重合によって形成することができる。言い換えれば、ＵＶ照射下で、アクリル酸のグラフト重合が実施され、ポリアクリル酸が表面改質層のカルボキシル基にグラフトされる。従って、より多くのそして均一なカルボキシル基をセンサー装置上に形成することができる。
【００１６】
本発明の別の目的は、生体分子検出の正確性を促進するように、よりよい検出性、感度などを与えるための表面改質されたセンサー装置を提供することである。
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明の別の態様は以下を含む表面改質されたセンサー装置を提供する：その上に金属フィルムが配置されるセンサー装置；表面改質層がイソプロピルアルコールプラズマによって形成されている、センサー装置の金属フィルム上に複数のカルボキシル基を有する表面改質層；及びポリアクリル酸層のポリアクリル酸が表面改質層のカルボキシル基にグラフトされている、表面改質層上のポリアクリル酸層。
【００１８】
上述の本発明の表面改質されたセンサー装置は以下を更に含み得る：生体分子層の生体分子がポリアクリル酸層のポリアクリル酸のカルボキシル基に結合されている、ポリアクリル酸層上に位置する生体分子層。特に、生体分子は制限されず、それらは蛋白質Ａ又は血清アルブミンであり得る。また、生体分子層の生体分子は、カップリング活性剤の存在下でポリアクリル酸に結合することができる。
【００１９】
本発明の表面改質されたセンサー装置において、金属層は金又は銀の層であり得て、そしてポリアクリル酸層をＵＶ照射の下でアクリル酸の重合によって形成することができる。
【００２０】
結論として、本発明は、製造の安定性を促進し、かつ結合分子の密度を効率的に制御するために、イソプロピルアルコールプラズマの表面改質及びアクリル酸のグラフト重合を組合せている。また、イソプロピルアルコールプラズマによって形成される表面改質は多くのかつ均一に分布しているカルボキシル基及び低い多孔性を有し、従ってセンサー装置の金属フィルムに対する良好な被覆及び接着を示す。更に、表面改質層上にポリアクリル酸層を形成し、センサー装置上に均一に分布しているより多くのカルボキシル基を導入するために、アクリル酸のグラフト重合が実施される。従って、センサー装置の表面親水性が著しく向上される。また、カルボキシル基の数が増えることは、センサー装置の検出性及び正確性を改善するように、続く生体分子の固定化に役立つことができる。
【００２１】
本発明の他の目的、利点及び新規特徴は、添付図面と関連させた以下の詳細な記述からより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ】本発明の実施例１のセンサー装置の表面改質方法のフローチャートを示す。
【図１Ｂ】本発明の実施例１のセンサー装置の表面改質方法のフローチャートを示す。
【図１Ｃ】本発明の実施例１のセンサー装置の表面改質方法のフローチャートを示す。
【図１Ｄ】本発明の実施例１のセンサー装置の表面改質方法のフローチャートを示す。
【図１Ｅ】本発明の実施例２のセンサー装置の斜視図を示す。
【図２Ａ】本発明の試験実施例にける比較例１のセンサー装置のＦＴＩＰ（フーリエ変換赤外分光法）スペクトルである。
【図２Ｂ】本発明の試験実施例における実施例１のセンサー装置のＦＴＩＰスペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の実施を説明する具体的な実施態様の故に、その中に開示された内容を通して、当業者は本発明のその他の利点及び性能を容易に理解することができる。本発明は他の種々の実施態様によっても実施され又は応用され得る。異なる見解及び応用に基づく、本明細書における如何なる詳細部分の多くの他の可能な修正及び変更も、本発明の精神を逸脱することなく行うことができる。
【００２４】
本発明における実施態様の図は全て単純化されたチャート又は図であり、そして本発明に関する要素を単に示すものである。図において示された要素は必ずしも実施の態様ではなく、そしてその量及び形は任意に設計されている。更に、要素の設計態様はもっと複雑なものでもあり得る。
【実施例１】
【００２５】
図１Ａ〜１Ｄを参照すると、本発明のセンサー装置を表面改質する方法のフローチャートがある。
【００２６】
最初に、図１Ａにおいて示される通り、センサー装置２０が供され、そしてそれはその表面上に配置された金属フィルム２１を有する。本実施例において、センサー装置２０は側面が研磨された光ファイバーセンサー装置のような光ファイバーセンサー装置であり、その表面は感知領域を有する。感知領域の表面上に、スパッタリングのような、金属フィルムを付着する方法によって金フィルムが形成され、そして金属フィルム２１として働く。
【００２７】
続いて、図１Ｂにおいて示される通り、多数のカルボキシル基を有する表面改質層２３がイソプロピルアルコールプラズマによってセンサー装置２０の金属フィルム２１上に形成される。本実施例においては、イソプロピルアルコールプラズマは以下のようして実施される。イソプロピルアルコールは材料ガスとして使用され、そして真空放電管中に導入される。放電によってイソプロピルアルコールはイオン化され、そして次に種々の化学活性種が生み出される。複雑な化学反応の後、生成物はセンサー装置２０の金属フィルム２１上に付着して、複数のカルボキシル基を有する表面改質層２３が形成される。従って、センサー装置２０の金属フィルム２１は改質され、その上に多くののカルボキシル基が得られる。そのようにして形成された表面改質層２３は薄肉で低い多孔性を有し、そしてセンサー装置２０の金属フィルム２１の表面を均一に覆う。
【００２８】
次いで、図１Ｃ及び１Ｄにおいて示される通り、アクリル酸が単量体として使用され、そしてそのグラフト重合がＵＶ照射下で実施される。従って、アクリル酸単量体は表面改質層２３上のカルボキシル基にグラフトされてポリアクリル酸層２４を形成する。
【実施例２】
【００２９】
最初に、実施例１において述べられた通り、センサー装置２０の表面が改質され、センサー装置２０の金属フィルム２１上に表面改質層２３及びポリアクリル酸層２４が形成される。
【００３０】
続いて、図１Ｅにおいて示される通り、ポリアクリル酸層２４のカルボキシル基がカップリング活性剤によって活性化される。複数の生体分子２５が供され、そしてそれらのアミノ基がポリアクリル酸層２４のカルボキシル基に結合されて生体分子層を形成する。本発明においては、１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミドがカップリング活性剤として使用される。
【比較例１】
【００３１】
実施例１において記述されたものと同様にして、センサー装置２０の金属フィルム２１が表面改質される。しかしながら、表面改質にはイソプロピルアルコールプラズマのみが用いられる。
【試験例】
【００３２】
実施例１及び比較例１において作られたセンサー装置を試験するために、フーリエ変換赤外分光法解析（ＦＴＩＰ解析）が実施され、そしてそれらの結果が各々図２Ａ及び２Ｂに示される。図２Ａは比較例１（イソプロピルアルコールプラズマのみによって表面改質された）のセンサー装置のＦＴＩＰスペクトルを示す。図２Ｂは、実施例１（イソプロピルアルコールプラズマ及びアクリル酸のグラフト重合によって表面改質された）のセンサー装置のＦＴＩＰスペクトルを示す。
【００３３】
これらのＦＴＩＰスペクトルによると、実施例１（イソプロピルアルコールプラズマ及びアクリル酸のグラフト重合によって表面改質された）のセンサー装置は、比較例１（イソプロピルアルコールプラズマのみによって表面改質された）のそれよりも多くのカルボキシル基及びヒドロキシル基のような親水性官能基を有する。
【００３４】
結論として、もし金属フィルムがスパッタリングによってセンサー装置の表面上に均一に形成されるならば、その上にＳＰＲ応答が生じ得る。イソプロピルアルコールプラズマによってカルボキシル基を有する表面改質層が金属層上に形成され、そして単量体として使用されるアクリル酸がＵＶ照射下でカルボキシル基にグラフトされ、次いで重合されてポリアクリル酸層が形成されると、センサー装置の金属フィルムの官能基を、本発明の化学フィルムの上記混合物によって改質することができる。表面上のカルボキシル基数が増すと、生体分子の引き続く固定化を強化でき、かつまたセンサー装置の表面の親水性も向上させることができる。更に、生体分子の固定化が強化されるので、検出効率を改善することができて、かつ検出の正確性及び反応速度の両者を向上することができる。
【００３５】
本発明がその好ましい実施態様に関して説明されたが、以下に特許請求の範囲に記載された通りの本発明の範囲を逸脱することなく多くの他の可能な修正及び変更を行うことができると理解されるべきである。
【図１Ａ】
2012145560.tif 000002
【図１Ｂ】
2012145560.tif 000003
【図１Ｃ】
2012145560.tif 000004
【図１Ｄ】
2012145560.tif 000005
【図１Ｅ】
2012145560.tif 000006
【図２Ａ】
2012145560.tif 000007
【図２Ｂ】
2012145560.tif 000008