(57)【要約】【課題】ヒスタミン等の生体物質を簡便に検出することができ、かつ、装置を容易に作製することができるトランジスタ型アミンセンサを提供する。【解決手段】検出部位に静電相互作用・水素結合が用いられ、前記検出部位は、下記のいずれかの化学式で表されるカルボン酸誘導体がスルフィド基で延長ゲート金属表面に固定された構成を有し、該カルボン酸誘導体に、アミン類が結合して生じるしきい値電圧又はドレイン電流値の変化を計測することにより、前記アミン類等を検出するトランジスタ型アミンセンサを構成する。2016045064.tif 000009（式中、ｍ、ｎは０又は１以上の整数である。）【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出部位に静電相互作用・水素結合が用いられていることを特徴とするトランジスタ型アミンセンサ。
【請求項２】
前記検出部位は、ゲート電極上に自己組織化単分子膜が用いられているものであることを特徴とするトランジスタ型アミンセンサ。
【請求項３】
前記検出部位は、下記（化１）で表されるカルボン酸誘導体がスルフィド基で延長ゲート金属表面に固定された構成を有していることを特徴とする請求項１記載のトランジスタ型アミンセンサ。
【化１】
2016045064.tif 000006
（式中、ｍ、ｎは１以上の整数である。）
【請求項４】
前記検出部位は、下記（化２）で表されるカルボン酸誘導体がスルフィド基で延長ゲート金属表面に固定された構成を有していることを特徴とする請求項１記載のトランジスタ型アミンセンサ。
【化２】
2016045064.tif 000007
（式中、ｍは１以上の整数，ｎは０又は１以上の整数である。）
【請求項５】
前記検出部位は、下記（化３）で表される安息香酸誘導体がスルフィド基で延長ゲート金属表面に固定された構成を有していることを特徴とする請求項１記載のトランジスタ型アミンセンサ。
【化３】
2016045064.tif 000008
（式中、ｎは０又は１以上の整数である。）
【請求項６】
前記カルボン酸誘導体又は安息香誘導体に、アミン類が結合して生じるしきい値電圧又はドレイン電流値の変化を計測することにより、前記アミン類を検出することを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載のトランジスタ型アミンセンサ。
【請求項７】
銀／塩化銀電極、自己組織化単分子膜処理した金電極、又は、高分子で被覆された金属を参照電極とすることを特徴とする請求項６記載のトランジスタ型アミンセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電相互作用・水素結合を利用して生体物質を検出するセンサであり、特に、食品衛生管理分野に好適に適用することができるトランジスタ型アミンセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒスタミンは、下記（化１）に示す化合物であり、動物組織に広く分布するアミンの一種で、必須アミノ酸であるヒスチジンにバクテリア等が作用することにより生成される。ヒスタミンは血圧降下作用を有する物質であるが、アレルギー症状を引き起こすこともある。特に、鮮度に劣る魚類等に多く含まれ、食中毒の原因にもなる。
【０００３】
【化１】
2016045064.tif 000002
【０００４】
したがって、食品衛生管理の観点から、食品中に含まれるヒスタミンを検出し、ヒスタミン濃度を定量することは重要である（非特許文献１参照）。
従来の検出方法は、食品からヒスタミンを抽出し、次いで、高速液体クロマトグラフ質量分析や色素反応等により行われている（非特許文献２参照）。
また、揮発性のアミンガスを検出する方法も知られており、導電性高分子（特許文献１）や無機半導体材料（特許文献２，３）を用いるものであり、いずれの方法も、アミンガスを曝露して、それに伴う電気抵抗の変化を通じて検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００２−５２６７６９号公報
【特許文献２】特表２００５−５１０７１１号公報
【特許文献３】特表２００８−５１６１９８号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】I.Al Bulushi, et al., Critical Reviews in Food Science and Nutrition,49, pp.369-377 (2009)
【非特許文献２】A.L. Cinquina, et al., Journal of Chromatography A, 1032, pp.79-85(2004)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のような高速液体クロマトグラフ質量分析や色素反応等の従来のヒスタミンの検出方法は、簡便に定量することができる方法であるとは言い難い。
また、食中毒の原因となるヒスタミンは不揮発性（沸点２１０℃）であるため、特許文献１〜３に記載のガスセンサによる検出はできず、水溶液中での検出が必須となる。
【０００８】
したがって、食品鮮度のモニタリング等を簡便に行うために、高速液体クロマトグラフ質量分析等の大型の分析装置やガスセンサによらずに、食品品質検査等において生体物質を容易に検出することができる手段が求められている。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ヒスタミン等の生体物質を簡便に電気的に検出することができ、かつ、装置を容易に作製することができるトランジスタ型センサを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るトランジスタ型センサは、カルボン酸誘導体を電極上に修飾していることを特徴とする。カルボキシル誘導体とヒスタミン等のアミンとの間で生じる静電相互作用・水素結合によりアミンを捕捉し、それに伴うトランジスタ特性の変化から、ヒスタミン等の様々な生体物質を検出することができる。
静電相互作用・水素結合という非共有結合を用いるので、洗浄操作によって繰り返し利用可能なトランジスタ型センサを構成することができる。
【００１１】
前記トランジスタ型センサの検出部位は、下記（化２）で表されるカルボン酸誘導体がスルフィド基で延長ゲート金属表面に固定された構成を有していることが好ましい。
【００１２】
【化２】
2016045064.tif 000003
【００１３】
（化２）において、ｍ、ｎは１以上の整数である。
【００１４】
あるいはまた、前記検出部位は、下記（化３）で表されるカルボン酸誘導体がスルフィド基で延長ゲート金属表面に固定された構成を有していることが好ましい。
【００１５】
【化３】
2016045064.tif 000004
【００１６】
（化３）において、ｍは１以上の整数、ｎは０又は１以上の整数である。
【００１７】
あるいはまた、前記検出部位は、下記（化４）で表される安息香酸誘導体がスルフィド基で延長ゲート金属表面に固定された構成を有していることが好ましい。
【００１８】
【化４】
2016045064.tif 000005
【００１９】
（化４）において、ｍ、ｎは０又は１以上の整数である。
【００２０】
上記のようなカルボン酸誘導体又は安息香酸誘導体は、ヒスタミン等のアミン類と静電相互作用・水素結合を構成する上で好適な化合物である。
【００２１】
また、前記トランジスタ型センサは、前記カルボン酸誘導体又は安息香酸誘導体に、アミン類が結合して生じるしきい値電圧又はドレイン電流値の変化を計測することにより、アミン類を検出するものであることが好ましい。
このようなセンサによれば、安定的かつ簡便に検出対象物質のモニタリングを行うことができる。
【００２２】
前記トランジスタ型センサにおいては、銀／塩化銀電極、自己組織化単分子膜処理（ＳＡＭ処理）した金電極、又は、高分子で被覆された金属を参照電極とすることが好ましい。ここで、自己組織化単分子膜とは、分子間力に基づいて自律的に秩序を持って均一に形成された薄膜のこと示す。
このような参照電極を設定することにより、検出対象物質の絶対評価が可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、標的物質である生体物質を簡便に検出することができ、簡便な操作で繰り返し利用可能なトランジスタ型センサが提供される。
したがって、本発明に係るトランジスタ型アミンセンサは、食品中の有害成分のモニタリングにも好適に適用することができ、特に、食品安全管理分野等において有用である。
また、本発明に係るトランジスタ型センサは、化学的安定性及び熱的安定性にも優れており、安定的に繰り返し利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係るトランジスタ型センサの一例の概略断面図である。
【図２】図１のトランジスタ型センサの検出部位（延長ゲート）の概略及を示した模式図である。
【図３】実施例におけるゲート電圧とドレイン電流の絶対値との関係、及び、ゲート電圧とドレイン電流の絶対値の平方根との関係を示したグラフである。縦軸左は実線のグラフ、縦軸右は破線のグラフに対応する。
【図４】実施例におけるしきい値電圧の変化量とヒスタミン又はヒスチジンのモル濃度の関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明について、図面を参照して、より詳細に説明する。
本発明に係るトランジスタ型センサは、検出部位にカルボン酸又は安息香酸による水素結合・静電相互作用が用いられていることを特徴とするものである。
本発明は、このような非共有結合的な水素結合・静電相互作用を用いることにより、繰り返し利用可能なトランジスタ型センサを構成することを可能としたものである。
【００２６】
具体的には、前記トランジスタ型センサの検出部位は、上記（化２）〜（化４）で表されるカルボン酸誘導体が、スルフィド基で延長ゲート金属表面に固定されている構成からなるものを好適に用いることができる。
すなわち、本発明に係るセンサは、トランジスタのゲート電極に連結された検出部位である延長ゲートの金属表面に所定のカルボン酸誘導体が固定されているものである。
【００２７】
前記カルボン酸誘導体は、このように、スルフィド基を介して、延長ゲート金属表面に化学吸着又は物理吸着により固定された状態となっている。例えば、延長ゲート金属表面をチオール化させたカルボン酸誘導体を用いてＳＡＭ処理することにより、延長ゲート金属表面にカルボン酸誘導体を固定させた状態とすることができる。
このようなカルボン酸誘導体は、ヒスタミン等のアミン類と結合しやすい。また、延長ゲート金属表面に固定されたカルボン酸誘導体は、化学的にも熱的にも安定である。
【００２８】
したがって、前記センサは、前記カルボン酸誘導体に、アミン類が結合して生じるしきい値電圧又はドレイン電流値の変化を計測することにより、ヒスタミン等を検出するのに好適に用いることができる。
すなわち、本発明に係るトランジスタ型センサは、トランジスタの延長ゲート上に集積させた前記カルボン酸誘導体とヒスタミン等の検出対象物質との静電相互作用・水素結合に基づいて、アミン類等の検出を行うデバイスである。
このようなセンサによれば、トランジスタの特性変化によって安定的かつ簡便に検出対象物質のモニタリングを行うことができる。
【００２９】
前記カルボン酸誘導体と好適な静電相互作用・水素結合を構築する検出対象物質としては、アミン類が挙げられ、具体的には、ヒスタミン、カダベリン、プトレシン等の検出を好適に行うことができる。
一方で、前記カルボン酸誘導体は、アミノ酸とは反応しない。このため、本発明に係るセンサは、例えば、食品鮮度の管理に好適に適用することができる。
【００３０】
上述したように、本発明に係るセンサは、非共有結合的な静電相互作用・水素結合によるものであるため、前記カルボン酸誘導体に結合した検出対象物質を容易に除去することが可能である。
例えば、炭酸水素ナトリウム水溶液による洗浄操作で、検出対象物質を容易に除去することができる。前記カルボン酸誘導体の前記延長ゲート金属表面への固定状態は安定であるため、炭酸水素ナトリウム水溶液による洗浄程度では容易に外れることはなく、前記カルボン酸誘導体と検出対象物質との結合のみが容易に切断される。
したがって、検出操作終了後、その度に洗浄操作を行うことにより、検出部位を繰り返し利用することが可能である。
【００３１】
なお、前記トランジスタ型センサにおいては、必ずしも、特定の参照電極を設ける必要はなく、この場合には、複数の計測値や経時的な計測値等から、検出対象物質の相対的な変化量（差分）を把握することが可能である。
また、参照電極を設ける場合には、例えば、銀／塩化銀電極、自己組織化単分子膜処理（ＳＡＭ処理）した金電極又は高分子で被覆された金属等を用いることが好ましい。このような参照電極を設定すれば、検出対象物質の絶対評価が可能となる。
【００３２】
本発明に係るトランジスタ型センサのトランジスタ部位は、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。
中でも、小型で簡易的に用いることができる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が好ましく、この場合、基板としては、ガラス、セラミックス、金属等の無機材料の他、樹脂、紙等の有機材料等を適用することにより、フレキシブルな形態のセンサを構成することができる。
【００３３】
有機ＴＦＴの場合は、基板としては、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、紙等を用いることができる。
ゲート電極材料としては、例えば、アルミニウム、銀、金、銅、チタン、ＩＴＯ、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ等が、ソース・ドレイン電極材料としては、金、銀、銅、白金、アルミニウム、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ等の導電性高分子が挙げられる。
ゲート絶縁膜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、イオン液体、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））等が挙げられる。
有機半導体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。
封止膜（保護膜）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））等が挙げられる。
【００３４】
また、ＴＦＴの作製方法は、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作製することができる。
【００３５】
また、トランジスタ部位と検出部位である延長ゲートが別個に作製され、使用時にこれらを連結する構成とすることにより、試料と直接接触する延長ゲートのみを寿命に応じて容易に交換して取り付けることができる。これにより、トランジスタ部位は安定した状態での計測が可能である。また、センサ全体を交換する必要がなく、しかも、検出部位は洗浄操作を行うことにより繰り返し利用可能であるため、経済的であるという利点も有している。
【００３６】
図１に、本発明に係るトランジスタ型センサの具体的な構成例を示す。図１に示すトランジスタ型センサは、ヒスタミン検出を行うためのセンサを代表例として示したものである。ただし、本発明は該構成例に限定されるものではない。
図１に示すトランジスタ型センサは、トランジスタ部位１と検出部位２である延長ゲートとから構成されている。トランジスタ部位１は、例えば、以下のような工程で作製することができる。
まず、ガラス基板１１上にゲート電極１２（Ａｌ、３０ｎｍ）を形成し、その表面に、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）処理によりＡｌＯx膜を形成する。この基板をテトラデシルホスホン酸溶液に浸漬させ、ゲート絶縁膜１３を形成する。次に、ソース・ドレイン電極１４，１５（Ａｕ、３０ｎｍ）をパターニング形成する。その後、ディスペンサ装置を用いて撥液性バンク１６（テフロン（登録商標）ＡＦ１６００）を形成し、高分子半導体層１７（ｐＢＴＴＴ−Ｃ16）をドロップキャスト法で形成する。基板上に、封止膜１８（サイトップ（登録商標）ＣＴＬ−８０９Ｍ）をスピンコート法により形成し、トランジスタ部位１を作製する。
【００３７】
図２に、図１のトランジスタ型センサの検出部位２である延長ゲートの構成及び機構を示す。具体的には、ガラス基板２１上の金薄膜を５−カルボキシ−１−ペンタンチオールを用いてＳＡＭ処理し、これをトランジスタ部位１と連結する。なお、Ａｇ／ＡｇＣｌ電極を参照電極２２とする。
この延長ゲート上に、ヒスタミンを含む液体試料３を滴下すると、ヒスタミンとカルボン酸とにより静電相互作用・水素結合が構築される。
したがって、このような静電相互作用・水素結合に伴って変化するトランジスタのしきい値電圧又はドレイン電流値の変化を計測することによって、液体試料中のヒスタミン濃度をモニタリングすることができる。
また、この静電相互作用・水素結合は、非共有結合であるため、炭酸水素ナトリウム水溶液等の弱塩基による洗浄操作によって、結合したヒスタミンは容易に除去することができる。したがって、検出部位２２は、洗浄後、再び使用することが可能である。
【実施例】
【００３８】
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。
【００３９】
上述した図１，２に示すような構成からなるトランジスタ型センサを用いて、ヒスタミン検出試験を行った。液体試料には、ｐＨ５．５のＭＥＳ緩衝液中にヒスタミン（０−９ｍＭ）を添加したものを用いた。
【００４０】
図３に、ヒスタミンの添加に伴うゲート電圧（VGS）とドレイン電流の絶対値（|IDS|）との関係（実線；縦軸左に対応）、及び、ゲート電圧（VGS）とドレイン電流の絶対値の平方根（|IDS|1/2）との関係（破線；縦軸右に対応）のグラフを示す。なお、グラフ中、有：ヒスタミン添加有、無：ヒスタミン添加無をそれぞれ表している。
図３に示したグラフから、ヒスタミン添加に伴うしきい値電圧の変化を確認することができ、ヒスタミン検出を行うことができることが認められた。また、応答は５分程度で飽和に達し、その後の応答は安定していることが確認された。
【００４１】
また、上述した図１，２に示すような構成からなるトランジスタ型センサを用いて、ヒスタミン又はヒスチジンを添加した際の応答差試験を行った。液体試料には、ｐＨ５．５のＭＥＳ緩衝液中にヒスタミン（０−９ｍＭ）又はヒスチジン（０−９ｍＭ）を添加したものを用いた。
【００４２】
図４に、しきい値電圧の変化量とヒスタミン又はヒスチジンのモル濃度の関係を示したグラフを示す。
図４に示したグラフから、ヒスタミン添加に伴うしきい値電圧の変化を確認することができた。一方、アミノ酸であるヒスチジンには応答しないことが認められ、選択的にヒスタミン検出を行うことができることが認められた。
【符号の説明】
【００４３】
１          トランジスタ部位
２          検出部位
３          試料液滴
１１，２１  ガラス基板
１２        ゲート電極
１３        ゲート絶縁膜
１４        ソース電極
１５        ドレイン電極
１６        撥液性バンク
１７        高分子半導体層
１８        封止膜
２２        参照電極
【図１】
2016045064.tif 000010
【図２】
2016045064.tif 000011
【図３】
2016045064.tif 000012
【図４】
2016045064.tif 000013