(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一体化微量分析装置用のシリコンをベースとする担体マトリックスであって、単結晶シリコン基体と、前記単結晶シリコン基体の上に前記単結晶シリコン基体の一部から形成された少なくとも１層のミクロポーラスシリコン層とを備え、
前記ミクロポーラスシリコン層は、前記単結晶シリコン基体の滑らかな表面に比べて表面積と体積との比が少なくとも３０倍以上であると共に、流体を導入するセルを囲む壁面の少なくとも一部を成すことを特徴とするシリコンをベースとする担体マトリックス。
【請求項２】
一体化微量分析装置用のシリコンをベースとする担体マトリックスであって、単結晶シリコン基体と、前記単結晶シリコン基体の上に前記単結晶シリコン基体の一部から形成された少なくとも１層のミクロポーラスシリコン層とを備え、
前記ミクロポーラスシリコン層は、前記単結晶シリコン基体の滑らかな表面に比べて表面積と体積との比が少なくとも３０倍以上であると共に、流体を導入する溝を囲む壁面の少なくとも一部を成すことを特徴とするシリコンをベースとする担体マトリックス。
【請求項３】
前記溝が、前記単結晶シリコン基体に形成された互いに略平行な垂直溝であることを特徴とする請求項２に記載のシリコンをベースとする担体マトリックス。
【請求項４】
上記ミクロポーラスシリコンが上記単結晶シリコン基体の所定の領域内に位置することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシリコンをベースとする担体マトリックス。
【請求項５】
上記所定の領域が、リアクター容積を構成することを特徴とする請求項４に記載のシリコンをベースとする担体マトリックス。
【請求項６】
単結晶シリコンの電気化学エッチングによって製造されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のシリコンをベースとする担体マトリックス。
【請求項７】
上記ミクロポーラスシリコンの孔表面上に化学試薬を固定するために適合化されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のシリコンをベースとする担体マトリックス。
【請求項８】
上記ミクロポーラスシリコンの孔表面上に酵素を固定するために適合化されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のシリコンをベースとする担体マトリックス。
【請求項９】
機械的エネルギーの供給により分析基質を局所的に攪拌するために適合化されたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のシリコンをベースとする担体マトリックス。
【請求項１０】
超音波を供給するように適合化されたことを特徴とする請求項９に記載のシリコンをベースとする担体マトリックス。
【請求項１１】
化学的センサーとして使用されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のシリコンをベースとする担体マトリックス。
【請求項１２】
上記化学的センサーが生化学的センサーである、請求項１１に記載のシリコンをベースとする担体マトリックス。
【請求項１３】
上記化学センサーが酵素リアクターである、請求項１１または１２に記載のシリコンをベースとする担体マトリックス。
【請求項１４】
一体化微量分析装置用のシリコンをベースとする担体マトリックスの製造法であって、
単結晶シリコン基体の電気化学エッチングにより該基体上に少なくとも１つのミクロポーラスシリコン層を形成する工程を含み、
その工程は、単結晶シリコン基体を異なるエッチング条件下、２工程でエッチングすることからなり、ここで第一の異方性エッチング工程では、該基体に互いに平行な垂直溝を含む表面マクロ組織を形成し、第二の電気化学エッチング工程では、上記垂直溝を取り囲む単結晶シリコン基体に少なくとも１つのミクロポーラスシリコン層を形成することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
本発明は、一体化微量分析装置用の担体マトリックス、その製造法およびその使用に関する。
微量化学技術およびセンサー構成の分野では、現在、小型化した化学分析装置が急速に発展している。その目的は、分析装置を全体的に微量分析のスケールで一体化することである。「全体的な一体化」は、本明細書では、ポンプ、フローダクト、流動バルブ、物理的および化学的センサー、検出器などが、基底構造上に微量分析スケールで、または異なる材料でできたいくつかの微小要素から成る複合ユニットとして与えられることを意味する。
マイクロ総合分析装置（μＴＡＳ）の製造に必要な部品のいくつかは、現在、容易に入手できる。液体用のシリコン−一体化マイクロポンプは、多数の製造者から得ることができる（例えば、Bustgens B., Bacher W., Ehnes R., Maas D., Ruprecht R., Schomburg W. K., Keydel L., Micromenbrane Pump Manufactrued by Molding（成形により製造されるマイクロメンブランポンプ），Proceedings of the 4th International Conference on New Actuators（新規作動装置に関する第４回国際会議議事録），Actuator '94,ブレーメン，1994, 86-90,およびvan der Schoot B. H., Jeanneret S., van den Berg A. and de Rooij N. F., Microsystems for Flow Injection Analysis, Analytical Methods and Instrumentation（流動注入分析用マイクロ装置、分析方法および機器の使用），1993, 1 No. 1（1993）38-42参照）し、シリコン−一体化マイクロバルブの場合も同様である（例えば、Shoji S., van der Schoot B., de Rooij N.およびEsashi M., Sanllest Dead Volume Microvalves for Integrated Chemical Analyzing Systems., Proceedings, Transducers 1991, San Fransisco, USA, 1991, 1052-1055,ならびにFahrenberg J., Maas D., Menz W., Schomburg W. K., Active Microvalve System Manufactured by the LIGA Process.（ＬＩＧＡプロセスにより製造される能動的マイクロバルブ装置），proceedings of the 4th International Conference on New Actuators（新規作動装置に関する第４回国際会議議事録），Actuator '94,ブレーメン，1994, 71-74参照）。
微量分析装置の化学センサー要素は重要な要素であり、依然としてこれらの装置の発達を妨げる要因となっている。
一体化分析装置で調べられる最も一般的なパラメーターは、ｐＨ値ならびにＯ2およびＣＯ2などの溶解した気体（Arquint P., Integrated Blood Gas Sensor for pO2, pCO2 and pH based on the Silicon Technology（シリコン技術に基づくｐＯ2、ｐＣＯ2およびｐＨに対する一体化した血液気体センサー），PhD Thesis, 1994）である。より複雑な化合物を調べようとする場合は、選択的検出を行うために、酵素的検出をセンサーに含めるか、センサーに結合させなければならないが、それは、装置の複雑性を増すことになる。
酵素リアクター（ＥＲ）は、生物学的な系での分析において、複雑な分析物の検出装置としてよく使用される。その理由の一つは、酵素が過剰に存在することにより、長期安定性が得られるからである。リアクターに連結したセンサーでは、通常、基本的パラメーターが測定される。そのようなセンサーの例としては、Clark電極およびｐＨ電極がある。該センサーはまた、酵素触媒反応によってもたらされる他のパラメーターを測定することもできる。
前記したように、化学的センサー要素は、微量分析装置の発達を妨げる一因である。流体中での迅速かつ再現性のある分析を可能にするために、化学的センサー用の担体マトリックスは、表面積と体積との比が高くなければならない。
シリコンは、微小構造技術で最も一般的に使用される材料である。また、シリコンは、一体化酵素リアクターにおいて有利に使用することができる。なぜならば、化学試薬（例えば、酵素）を二酸化ケイ素ゲルに結合させることにより固定化するための標準的方法が存在するからである。
化学的センサー要素を微量分析装置に一体化させることにより、リアクター構造における大量の試薬がセンサーの寿命を長くすることが期待されるが、保護膜を有する積層試薬をベースとするマイクロバイオセンサーは、化学的活性、例えば酵素活性が徐々に低下するために寿命が限られる場合が多い。
測定用の一体化マイクロリアクターにおいて十分な酵素活性を達成するために成された今までの努力は、かなり簡単なフローセルに基づくものであった。シリコン−一体化酵素リアクターにおける担体マトリックスとしては、異方的にエッチングされたリアクター組織が使用されており、それらは、一つの長いＶ−形の溝（Murakami Y., Tohifumi T., Yokoyama K., Tamiya E., Karube I.およびSuda M., Integration of Enzyme-Immobilized Column with Electrochemical Flow Cell Using Micromachining Techniques for a Glucose Detection System（グルコース検出装置に対する、ミクロ機械加工を使用した、酵素固定化カラムと電気化学フローセルとの一体化），Anal. Chem., 65, 1993, 2731-2735）、いくつかの平行なＶ−形の溝（Bin Xie, Bengt Danielsson, Petronella Norberg, Fredrik WinquistおよびIngemar Lundstrom, Development of a Thermal Micro-Biosensor Fabricated on a Silicon Chip.（シリコンチップ上で組み立てられる熱的ミクロバイオセンサーの開発），Sensors and Actuators B, 6, 1992, 127-130）またはいくつかの平行な、深くて垂直な溝（Laurell T., Rosengren L.およびDrott J., Silicon Wafer Integrated Enzyme Reactors.（シリコンウェーハー一体化酵素リアクター），Biosensors & Bioelectronics, 1995,印刷中）として設計されている。〈110〉方向のシリコンに深く垂直な溝のエッチングを行うことを含む後者の方法は、シリコンウェーハー上の利用できる表面を、滑らかなシリコン表面に対して少なくとも５倍だけ増加させる。
一体化微量分析装置における要素をより小さくする方向に急速に開発していった結果、現在は、そのような一体化微量分析装置で使用するための担体マトリックスにおける表面積と体積との比をさらに増加させるための要求がかなりある。これにより、より小さい装置が可能になるであろうし、同時に、化学試薬の収容力が高いために、長い間、活性のままであろう。
多孔質（ポーラス）シリコンは、半導体技術における電気絶縁体材料として、または光電子工学研究での冷光材料として長く使用されている周知の物質である。多孔質シリコンはまた、ミクロ機械処理でのエッチング工程における電気防食用材料として、ミクロ機械学でも使用されている。
分析クロマトグラフィーでは、二酸化ケイ素をベースとするミクロポーラス粉末マトリックス（例えば、制御多孔質ガラス、ＣＰＧ）が、分離用カラムの担体材料として通常使用される。担体材料（マトリックス）が、分離のための化学的に活性な表面を有していてもよいし、ミクロポーラス組織自体が分子分離媒体を構成してもよい。
ミクロポーラスの粉末二酸化ケイ素は、酵素リアクターおよび種々のクロマトグラフィーの系での担体マトリックスとしてかなり使用されており、多量の活性化学成分をかなり小さい担体に結合させるために、マトリックスの表面拡大能力が使用される（Unger, Klaus K., 1979, Porous Silica, its Properties and Use as Support in column Liquid Chromatography（多孔質シリカ、その性質およびカラム液体クロマトグラフィーの支持体としての使用），Journal of Chromatography Library - Volume 16, ISBNO-44-41683-8,Elsevier Scientific Publishing Company,オランダ）。
そのようなミクロポーラスの粉末マトリックスにおける微小孔の大きさは、担体マトリックスの性質にとってきわめて重要である。マトリックスの微小孔の大きさをチェックすることにより、容量、分離能、表面拡大、触媒作用などに関して十分特徴的な性質を有する規定の担体が得られる。
このたび、多孔質シリコンが、表面積と体積との比を高くすることを目指す一体化微量分析装置用担体マトリックスとしての使用に優れた材料であることが分かった。
従って、本発明の一つの目的は、一体化微量分析装置用の、表面積と体積との比が高い、シリコンをベースとする担体マトリックスを提供することであり、該マトリックスは、単結晶のシリコン本体上に少なくとも１つのミクロポーラスシリコン層を含むことを特徴とする。
本発明の別の目的は、一体化微量分析装置用の、表面積と体積との比が高い、シリコンをベースとする担体マトリックスの製造法を提供することであり、該方法は、単結晶のシリコン本体を電気化学的にエッチングして、その上に少なくとも１つのミクロポーラスシリコン層を形成することを特徴とする。
本発明のさらに別の目的は、一体化微量分析装置での化学的センサー、特に生化学的センサーに対して、および特定的には酵素リアクターでのマトリックス担体として、該担体マトリックスを使用することである。
本発明のさらに他の目的は、該担体マトリックスのクロマトグラフィー、例えば高性能液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）、アフィニティークロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、疎水性相互作用クロマトグラフィー、流体力学クロマトグラフィーまたは立体排除クロマトグラフィーなどでの使用に関する。
本発明に係る担体マトリックスは、滑らかなシリコン表面と比較して、表面積と体積との比を少なくとも30倍増加させることができる。
多孔質シリコンは、単結晶シリコンの電気化学的処理により製造される。電気化学的パラメーターを適切に選択することにより、最初は均一であるシリコン材料を、明らかにスポンジ状の構造にすることができる。多孔質シリコンの製造は、シリコン−一体化装置／要素の製造と両立するので、一体化微量分析装置のユニークな設計の可能性が得られる。多孔質シリコンは、他のシリコン−一体化要素を作る材料の決まった領域内で製造することができるので、製造の両立ができない材料は、担体マトリックスの製造には供すべきではない。
すなわち、多孔質シリコンは、有効な表面積に関して、および製造の観点からの両方で非常に多くの利点を付与する材料である。
多孔質シリコンにおける孔の大きさは、変えることができ、製造における電気化学的条件により十分制御することができる。
本発明によれば、担体マトリックスは、少なくとも１つの多孔質シリコン層を含む。細かい孔を有するかなり薄い層の方が、大きい孔を有する厚い層よりも効果があることが分かっている。層の厚さは、広い範囲、例えば1〜200μmの範囲で変えることができ、マトリックス本体の厚さによってのみ制限される。
本発明の一つの態様では、単結晶シリコン本体に深くて平行な垂直の溝のある表面マクロ組織を有する担体マトリックスが達成され、溝を取り囲む本体の表面層は、多孔質シリコンから成る。この種の担体マトリックスは、単結晶シリコン本体に異なるエッチング条件下で２段階の電気化学エッチングを施すことにより製造し、ここで該本体の深くて平行な垂直の溝のある表面マクロ組織は、第一の異方性エッチング段階で形成され、ミクロポーラスシリコン層は、第二の電気化学エッチング段階で形成される。
前記したように、深くて平行な垂直の溝は、〈110〉方向にエッチングされる。こうして形成された層状構造の壁は、〈111〉面によって規定される。〈111〉面のミクロポーラス表面をエッチングすると、層状の（ラメラ）マクロ表面が増加し、微小孔組織の表面が増大するため、相乗効果が得られる。
本発明の一つの態様では、ミクロポーラスシリコンの孔の表面上に化学試薬、好ましくは酵素が固定化されるように、担体マトリックスを適合化する。
本発明の別の態様では、クロマトグラフィー、例えば高性能液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）、アフィニティークロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、疎水性相互作用クロマトグラフィー、流体力学クロマトグラフィーおよび立体排除クロマトグラフィーなどで使用されるように、担体マトリックスを適合化する。
多孔質シリコンの孔の大きさは、十分制御することができる（Herino R., Bomchil G., Barla K., Bertrand C.およびGinoux J. L., Porosity and Pore Size Distributions of Porous Silicon Layers（多孔質シリコン層の多孔性および孔の大きさの分布），J. Electrochem. Soc.: Solid State Science and Technology, Aug. 1987, 1994-2000, Yon J. J., Barla K., Herino R.およびBomchil, The Kinetics and Mechanism of Oxide Layer Formation from Porous Silicon Formed on p-Si Substrates.（ｐ−Ｓｉ基板上に形成される多孔質シリコンからの酸化物層形成の動力学および機構），J. Appl. Phys., 63(3) (1987)ならびにBomchil G., Herino R., Barla K.およびPfister J. C., Pore Size Distributions in Porous Silicon Studied by Adsorption Isotherms.（吸着等温式により研究した、多孔質シリコンの孔の大きさの分布），J. Electrochem. Soc., Vol 130, No. 7, 1983, 1611-1614）ので、多孔質シリコンを、クロマトグラフィーでの使用を目的とする担体マトリックスの製造に使用することができる。かなり厚いウェーハーは、ウェーハー全体をエッチングして多孔質にすることができる（Searsonら、米国特許明細書5,139,624を参照）。このようにエッチングしたウェーハーを砕くと、微小孔特性が極めて明瞭なシリコン粉末が得られる。こうして、粉末粒子のサイジングを行った後、シリコンをベースとする多孔質性のマトリックスが得られる。多孔質性は、電気化学エッチングによって規定される。クロマトグラフィー用途で使用する場合は、担体マトリックスを通常の方法でカラムに充填する。
毛細管クロマトグラフィーは、化学的微量分析装置に関して急速に拡大している分野である。すなわち、多孔質シリコンは、この分野でも使用することができる。微量分析装置の発達は、シリコン上で一体化される装置に向かう傾向が強い。シリコンウェーハーのはっきり規定された部分をエッチングすることにより、多孔質毛細管、カラム、リアクター容積などを形成することができ、それらは、微量分析スケールでのクロマトグラフィー担体マトリックスとして使用できる。これらの担体マトリックスを他の微量分析要素とともに組み合わせると、完全に一体化されたクロマトグラフィーマイクロ装置が形成される。前記したように、担体マトリックスの性質は、電気化学パラメーターを適切に選択することによって規定することができる。
種々の化学的に活性な成分を適切な表面化学を使用して担体マトリックスと結合させることにより、マトリックスを、イオン交換カラム、サイジングカラム、アフィニティーカラムまたは酵素リアクターとして使用することができる。
多孔質シリコンは、水−／エタノール−含有フッ化水素酸中で単結晶シリコンを電気化学的にエッチングした結果として得られる。しかし、多孔質シリコンの生成を支配するメカニズムは、まだ完全には説明されていない。Zhangら（X. G. Zhang, S. D. CollinsおよびR. L. Smith. Porous Silicon Formation and Electro-polishing of Silicon By Anodic Polarization in HF Solution（ＨＦ溶液中での陽極分極による多孔質シリコンの形成およびシリコンの電解研磨）．J. Electrochem. Soc. 136(5)(1989), 1561-1565）は、低い電流密度およびＨＦの高い濃度が、高いドーピングレベル（S. Barret, F. Gaspard, R. Herino, M. Ligeon, F. MullerおよびI. Ronga, Porous Silicon as a Material in Microsensor Technology（マイクロセンサー技術における材料としての多孔質シリコン），Sensors and Actuators A, 33 (1992) 19-24）と同様に、多孔質シリコンの生成を促進すると報告している。Herinoら（P. Herino, G. Bromchil, K. Barla, C. BertrandおよびJ. L. Ginoux, Porosity and Pore Size Distributions of Porous Silicon Layers（多孔質シリコン層の多孔性および孔の大きさの分布），J. Electrochem. Soc.: Solid State Science and Technology, Aug. 1987, 1994-2000）は、多孔質シリコンの孔の半径を、電流密度によってどのように調整することができるかを記載している。すなわち、電流密度の増加により、孔の半径が増大する。
一体化マイクロバイオリアクターにおける担体マトリックスとして使用すると、多孔質シリコンは、滑らかなシリコン表面と比較して、酵素活性を少なくとも30倍高めることができる。
最も高い活性利得を示す本発明に係る担体マトリックスの活性利得は、担体マトリックスとして役立つ鏡面シリコン表面の場合と違って、流速に依存する。この流速依存性に対する一つの説明は、基質輸送が、鏡面処理した表面の場合よりも多孔質表面の場合の方においてより限定的要因となるということである。多孔質の全領域にわたって、例えば酵素または他の化学的に活性な成分の最適な利用を可能にするためには、バルク基質の濃度を、多孔質層の周辺で維持しなければならない。
微量流動システムの寸法を有する装置は、層流状態によって大きく左右される。このことは、混合物の主要因子が拡散工程によって制御され、従って、酵素または化学的に活性な成分の利用度が拡散界面によって決定されることを意味する。鏡面処理したシリコン表面の場合は、酵素または化学的に活性な成分が基質界面を結合させる単層を構成し、従って、多孔質構造の場合よりも基質による飽和が容易であり、このことは、流速依存性がより低いことを説明するものである。多孔質構造では、酵素または化学的に活性な成分が孔の奥深くに位置し、より深い多孔質部分に頼る前に、外側の被覆された多孔質部分が基質によって飽和されるに違いない。
実際の多くの使用では、担体マトリックスを通過する流速は遅い。微量分析装置における遅い流速は、層流状態によって支配される。化学的に活性な成分に対する担体マトリックスとして役立つ微量分析マトリックスは、その担体マトリックスが結合した成分が高い化学活性を有するならば、強い流速依存性を示す傾向にある。層流速プロフィルのために、活性表面への基質輸送は、拡散によって制限される。この拡散に対する依存性は、種々の方法で減少させることができる。化学的に活性な層に近い不動の層流拡散領域は、流速を増大させることにより減少する。その結果得られる基質輸送速度の増加は、示したように、より高い化学活性をもたらす。
また、層流は、目的に応じ乱すことができ、そうすることにより、基質の局部的攪拌を生じ、本発明に係る担体マトリックスの微量分析装置におけるより有効な利用を可能にする。これは、例えば超音波の形態で機械的エネルギーを供給することにより達成することができる。
これは、実際には、本発明に係る多孔質シリコン層を有するシリコンウェーハーの裏側に超音波結晶を取り付けることにより達成できる。超音波結晶は、ドライブエレクトロニクスにより供され、従って、基質での微小攪拌により、より高い化学収量を与える担体マトリックスの流動溝に超音波を伝達することができる。
次に、本発明を、添付する図面を参照してさらに詳細に説明する。
図１は、10mA/cm2で製造したウェーハーの多孔質部分の断面図である。
図２は、３種類の多孔質ウェーハーおよび１つの鏡面シリコンウェハーに対する流速の関数としてのグルコース変換速度を示す（流速依存性は、より低い電流密度でエッチングを行ったウェーハーに対して、より著しかった）。
図３は、各シリコンウェーハーおよび鏡面ウェーハーに対するグルコース濃度の関数としてのグルコース変換速度を示す（流速依存性は、より細かい孔構造を有するウェーハーに対してより著しかった）。
実施例
担体マトリックスの製造
多孔質シリコン層を有する３個のウェーハーを、ＨＦ（40%）およびエタノール（96%）の７：１の溶液中、１〜６ΩcmのＮ型の〈111〉配向シリコンを電気化学的にエッチングすることにより製造した。エッチング操作中、溶液は、超音波によって攪拌した。エッチングは、室温、暗所で、各ウェーハーに対して異なる電流密度で行った。50分間、各ウェハーに10mA/cm2、50mA/cm2または100mA/cm2の一定電流密度を使用した。電流密度が低いほど、得られる表面の表面構造は細かくなる。各ウェーハーに対する多孔質部分の深さを下記表１に示す。多孔質部分の真の深さを示すために、各ウェハーを粉々にして、断面を調べた。すなわち、図１は、10mA/cm2で製造したウェハーの断面を示し、多孔質部分の深さは下記表１に示す。
0003766851.tif 000002
酵素の固定化
多孔質シリコンを有する３個のウェハーおよび比較のために入れた鏡面シリコンのウェハーを、9mlの水に３−アミノプロピルトリエトキシシラン（Sigma Chemical Co. St Louis, US）および1gのＡＰＴＥＳを含み、ｐＨ値を6MのＨＣｌで3.5に調整したカップでシラン化した。シラン化は、75℃の湯浴中で３時間行い、次いで、30分間、水で十分洗浄した。固定化工程の各段階で攪拌を注意深く行った。次いで、ウェハーを0.1Mのリン酸緩衝液（ＰＢＳ）における2.5％のグルタルアルデヒド（ＧＡ）（II級、Sigma Chemical Co, St Louis,米国）溶液に２時間入れた。ＧＡ活性化の後、30分間ＰＢＳで洗浄した。最後に、2mlのＰＢＳにおける10mgのグルコースオキシダーゼで一夜（８時間）処理し、次いでＰＢＳで１時間洗浄した結果、グルコースオキシダーゼ（ＧＯＤ）がウェーハーに結合した。
酵素活性の測定
種々のシリコンウェーハーの酵素活性を、フロースルーセルに記録した。ウェーハーをフロースルーセルに取り付け、シーリング環が測定を受けるウェーハーの環状面積（48mm２）を定めるようにした。0.4、2、5および10mMの濃度のグルコースならびにペルオキシダーゼ（E.C.1.11.1.7、VI型、Sigma Chemical, St Louis,米国）を含むTrinder試薬（von Gallati H., Aktivitatsbestimmung von Peroxidase mit Hilfe des Trinder-Reagens, J. Clin. Chem. Clin. biochem., 15 November 12, 1977, 699-703）をセルに注入した。流速は、ステップモーターによって制御される注入ポンプによってセットした。ＨＰＬＣ吸光度検出器（Waters 486回転式吸光度検出器（Millipore Corp., Milford, MA,米国）によって、グルコシダーゼがグルコースをグルコン酸および過酸化水素に変換するときの492nmでの着色化合物の発生を記録した。一方、Trinder試薬は、生じる過酸化水素の量に基づいて着色化合物を生成した。酵素活性の測定中は、着色試薬をリアクターに注入し、または通して、シリコンウェーハーによって生じる吸光度の変化が示されるようにした。グルコース変換の度合いは、吸光度の測定に基づいて測定した。
多孔質ウェーハーの試験により、これらは流速依存性を示すが、鏡面ウェーハーは、試験した流速領域ではそのような依存性を示さないことが分かった。すなわち、図２は、グルコース変換の度合いを、シリコンウェーハーの各々の流速の関数として示す。測定は、変換の度合いが安定になるなるまで、増大する流速で行った。
さらに、各ウェーハーの変換の最大の度合いは、グルコース濃度の関数として作成した。図３は、ミクロポーラスシリコン表面が、鏡面シリコン表面と比較して、酵素活性に対して改善効果を有することを示す。
各ウェーハーに対して記録した最も高い変換率を下記表２に示す。これには、鏡面ウェーハーに対する活性利得も示す。
0003766851.tif 000003
２週間後、10mA/cm2で製造したウェーハーを、固定化酵素の安定性を調べるために試験した。ウェーハーを、その間、ＰＢＳ（ｐＨ７）中、冷却条件下で保存した。5mMのグルコースを含むTrinder試薬を、ウェーハーが取り付けてある、前に使用したリアクターに、種々の流速で注入した。酵素活性の低下は、多孔質表面では認められなかった。
結果
多孔質シリコンは、一体化マイクロバイオリアクターにおいて酵素活性を高める役割をし得ることが明らかである。表２に見られるように、孔の大きいウェーハー（100mA/cm2で製造）の場合の酵素活性は、鏡面ウェーハーの場合よりほんの３倍だけ高かったが、細かい孔のウェーハー（10mA/cm2で製造）の場合の酵素活性は、鏡面ウェーハーの場合の30倍よりもさらに高かった。
図２に見られるように、最も高い活性利得を示すウェーハーは流動依存性を有するが、鏡面ウェーハーの場合は、そのような依存性は認められなかった。
【図１】
0003766851.tif 000004
【図２】
0003766851.tif 000005
【図３】
0003766851.tif 000006