JP2020165790A - Charge detection semiconductor sensor - Google Patents

Abstract

To provide a charge detection semiconductor sensor which can safely and rapidly detect a small amount of substances related to a living body without using a solution pool or without waiting for a diffusion time for a detection target material to reach a sensitive part.SOLUTION: The charge detection semiconductor sensor includes a substrate, a first electrode, a second electrode, and a third electrode. A semiconductor layer is provided between the first electrode and the second electrode to be in contact with a hydrogel layer. The surface resistance of the hydrogel layer is 102 to 103 Ω per square order.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、検出対象物質を安定して検出可能な電荷検出型半導体センサに関する。本発明はまた、この電荷検出型半導体センサの製造方法と使用方法に関する。 The present invention relates to a charge detection type semiconductor sensor capable of stably detecting a substance to be detected. The present invention also relates to a method for manufacturing and a method for using this charge detection type semiconductor sensor.

従来から核酸、ペプチド、タンパク質といった生体関連物質などの検出対象物質を標的化合物として、微量の検出対象物質を高感度に検出可能な様々なデバイスが開発されている。これらのデバイスでは、検出対象物質に特異的な捕捉体を基板等に固定化し、その捕捉体固定化基板に検体を供することにより、検体中の検出対象物質を化学的又は電気的手段により検出して定量化する。 Conventionally, various devices have been developed that can detect a small amount of a substance to be detected with high sensitivity by using a substance to be detected such as a biological substance such as a nucleic acid, a peptide, or a protein as a target compound. In these devices, a trapped substance specific to the substance to be detected is immobilized on a substrate or the like, and the sample is provided on the captured substance-immobilized substrate to detect the substance to be detected in the sample by chemical or electrical means. Quantify.

一方、前記特異的な捕捉体として、グラフェンを使用する試みも行われている（非特許文献１）。例えば、シリコン基板上にグラフェンを配置し、グラフェンを取り囲むようにゴム状のプールを配置したデバイス（グラフェンＦＥＴ構造）が開発されている（非特許文献１）。
このデバイスでは、必要に応じて検体を捕捉するための捕捉体で修飾されたグラフェンが、シリコン基板表面に転写されている。また、プール内に緩衝液が満たされ（以下、「溶液プール」と称す）、そこに検体が滴下されると、検出対象物質がその捕捉体に特異的に捕捉される。次いで、グラフェン近傍の電気二重層内から効率的にグラフェンへ電荷がドーピングされ、目的の検出対象物質を認識する特異的な電気的検出を可能としている。 On the other hand, attempts have been made to use graphene as the specific trap (Non-Patent Document 1). For example, a device (graphene FET structure) in which graphene is arranged on a silicon substrate and a rubber-like pool is arranged so as to surround the graphene has been developed (Non-Patent Document 1).
In this device, graphene modified with a trap for capturing a sample, if necessary, is transferred to the surface of a silicon substrate. Further, when the pool is filled with a buffer solution (hereinafter referred to as "solution pool") and a sample is dropped therein, the substance to be detected is specifically captured by the trap. Next, charges are efficiently doped into graphene from within the electric double layer near graphene, enabling specific electrical detection that recognizes the target substance to be detected.

Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ １３２，ｐ．１８０１２−１８０１３（２０１０）Journal of Chemical Society 132, p. 18012-18013 (2010)

しかしながら、前記溶液プールに検体を供して検出対象物質を検出する方法では、開放系での検出の場合、液面での乾燥による検体濃度の変化や、外部環境からの汚染等が懸念される。このような懸念は検出の信頼性に問題を生じる。また、微量の検体を検出する場合、感応部（グラフェン表面）に接触させる必要があるため、長時間、検体を保持しなければ十分な拡散は得られず、安定的な検出には時間を要す。また、前記溶液プールに検体を保持する方式では、検出対象物質の捕捉体は水溶性のため、通常、プール内は１種類の検出対象物質用の捕捉体しか施せず、複数の検出対象物質を検出することが難しい。そのため、捕捉体毎に複数の溶液プールを準備し、さらに複数の流路を形成するといった、複雑なデバイスが必要となる。 However, in the method of detecting a substance to be detected by providing a sample in the solution pool, there is a concern that the sample concentration may change due to drying on the liquid surface or contamination from the external environment in the case of detection in an open system. Such concerns raise problems with the reliability of detection. In addition, when detecting a small amount of sample, it is necessary to contact the sensitive part (graphene surface), so sufficient diffusion cannot be obtained unless the sample is held for a long time, and stable detection takes time. S. Further, in the method of holding the sample in the solution pool, since the trapped substance of the detection target substance is water-soluble, normally, only one type of trapping body for the detection target substance is applied in the pool, and a plurality of detection target substances are used. Difficult to detect. Therefore, a complicated device such as preparing a plurality of solution pools for each trap and further forming a plurality of flow paths is required.

本発明は、上記溶液プールを用いた従来のデバイスの課題を解決する電荷検出型半導体センサを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a charge detection type semiconductor sensor that solves the problems of a conventional device using the solution pool.

本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意検討を行った結果、検体を保持する場として、ある範囲の抵抗値を持ったハイドロゲルをセンサに組み込むことにより、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、以下を特徴とする。 As a result of diligent studies in view of the above problems, the present inventors have found that the above problems can be solved by incorporating a hydrogel having a resistance value in a certain range into a sensor as a place for holding a sample. Completed the invention.
That is, the present invention is characterized by the following.

［１］ 少なくとも、基板、第一の電極、第二の電極及び第三の電極を有するセンサであって、該第一の電極と該第二の電極の間に半導体層が設けられ、該半導体層にハイドロゲル層が接触し、該ハイドロゲル層の表面抵抗が１０^２〜１０^３Ω／□オーダーであることを特徴とする電荷検出型半導体センサ。 [1] A sensor having at least a substrate, a first electrode, a second electrode, and a third electrode, wherein a semiconductor layer is provided between the first electrode and the second electrode, and the semiconductor is provided. charge detection type semiconductor sensor, wherein the hydrogel layer is in contact with the layer, the surface resistivity of the hydrogel layer is 10 ² ~10 ³ Ω / □ order.

［２］ 前記ハイドロゲル層が、光硬化性樹脂組成物で形成される［１］に記載の電荷検出型半導体センサ。 [2] The charge detection type semiconductor sensor according to [1], wherein the hydrogel layer is formed of a photocurable resin composition.

［３］ 前記半導体層に検出対象物質の捕捉体が保持されている［１］又は［２］に記載の電荷検出型半導体センサ。 [3] The charge detection type semiconductor sensor according to [1] or [2], wherein a trap for a substance to be detected is held in the semiconductor layer.

［４］ 前記半導体層がグラフェンを含む［１］〜［３］のいずれかの電荷検出型半導体センサ。 [4] The charge detection type semiconductor sensor according to any one of [1] to [3], wherein the semiconductor layer contains graphene.

［５］ 以下の工程（１）〜（３）をこの順で含む、電荷検出型半導体センサの製造方法。
（１） 基板、第一の電極、第二の電極及び第三の電極を含み、該第一の電極と該第二の電極の間に半導体層が設けられた半導体センサ本体を準備する工程
（２） 該半導体層に検体を供する工程
（３） ハイドロゲル層を該半導体層上に積層する工程 [5] A method for manufacturing a charge detection type semiconductor sensor, which comprises the following steps (1) to (3) in this order.
(1) A step of preparing a semiconductor sensor main body including a substrate, a first electrode, a second electrode, and a third electrode, and a semiconductor layer is provided between the first electrode and the second electrode (1). 2) Step of applying a sample to the semiconductor layer (3) Step of laminating a hydrogel layer on the semiconductor layer

［６］ 以下の工程（Ｉ），（II）を含む、半導体センサの使用方法。
（Ｉ） 請求項１〜４のいずれかに記載の電荷検出型半導体センサを準備する工程
（II） 前記ハイドロゲル層に検体を供し、前記半導体層に検体を接触させる工程 [6] A method of using a semiconductor sensor, which comprises the following steps (I) and (II).
(I) A step of preparing the charge detection type semiconductor sensor according to any one of claims 1 to 4 (II) A step of applying a sample to the hydrogel layer and bringing the sample into contact with the semiconductor layer.

本発明によれば、従来の溶液プールを使用することなく、また、検出対象物質が感応部に到達するまでの拡散時間を待たず、安定かつ迅速に、微量の生体関連物質を検出することが可能となる。また、複数の検出対象物質を安定して、簡便に検出することが可能となる。 According to the present invention, a trace amount of a bio-related substance can be detected stably and quickly without using a conventional solution pool and without waiting for a diffusion time until the substance to be detected reaches the sensitive part. It will be possible. In addition, a plurality of substances to be detected can be stably and easily detected.

本発明の電荷検出型半導体センサの実施の形態の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of embodiment of the charge detection type semiconductor sensor of this invention. 本発明の電荷検出型半導体センサにおける検体の供給方法の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the sample supply method in the charge detection type semiconductor sensor of this invention. 本発明の電荷検出型半導体センサにおける検体の供給方法の他の例を示す概略図である。It is the schematic which shows another example of the sample supply method in the charge detection type semiconductor sensor of this invention. 本発明の電荷検出型半導体センサにおける検体の供給方法の別の例を示す概略図である。It is the schematic which shows another example of the sample supply method in the charge detection type semiconductor sensor of this invention. 本発明の電荷検出型半導体センサにおける検体の供給方法の更に別の例を示す概略図である。It is the schematic which shows still another example of the sample supply method in the charge detection type semiconductor sensor of this invention.

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described in detail below.

［電荷検出型半導体センサ］
本発明の電荷検出型半導体センサは、基板、第一の電極、第二の電極及び第三の電極を有するセンサであって、該第一の電極と該第二の電極の間に半導体層が設けられ、該半導体層にハイドロゲル層が接触し、該ハイドロゲル層の表面抵抗が１０^２〜１０^３Ω／□オーダーであることを特徴とする。
なお、本発明において、「１０^２〜１０^３Ω／□オーダー」とは、１００Ω／□以上、１００００Ω／□未満の範囲を意味し、１００Ω／□未満又は１００００Ω／□以上となるものは排除される。 [Charge detection type semiconductor sensor]
The charge detection type semiconductor sensor of the present invention is a sensor having a substrate, a first electrode, a second electrode, and a third electrode, and a semiconductor layer is formed between the first electrode and the second electrode. provided, the hydrogel layer is in contact with the semiconductor layer, the surface resistivity of the hydrogel layer is characterized by a 10 ² ~10 ³ Ω / □ order.
In the present invention, "10 ² to 10 ³ Ω / □ order" means a range of 100 Ω / □ or more and less than 10000 Ω / □, and those having less than 100 Ω / □ or 10000 Ω / □ or more are excluded. To.

本発明におけるハイドロゲル層は、検体を効率よく拡散する目的で設置される。特定の表面抵抗を示すハイドロゲル層を設けることにより、測定部の簡易化、検体量の低減を図ることができ、従来の課題を解決することができる。 The hydrogel layer in the present invention is installed for the purpose of efficiently diffusing a sample. By providing the hydrogel layer exhibiting a specific surface resistance, it is possible to simplify the measuring unit and reduce the amount of sample, and it is possible to solve the conventional problems.

グラフェンのような高移動度で超高感度な材料を半導体層に使用すると、従来のような溶液プールに検体を滴下する方式では、液面のわずかな位置のゆらぎや蒸散、振動、測定時の音による揺れ、濡れ性などにより、検出部が敏感に応答するため、出力信号が変動し、安定しないおそれがあった。
しかし、本発明では検体供試の際にハイドロゲルを使用することにより、グラフェンのような高移動度で超高感度な材料を半導体層に使用した場合であっても、出力信号が安定し、迅速且つ安定な測定が可能となる。
さらに、複数のハイドロゲルを使用することにより、検体毎に、各対のＳＤ（ソース・ドレイン）電極間の半導体層上に形成される個々の検出部位に振り分けることもできる。これにより、一度に複数の検出対象物質の検出を、互いに影響を及ぼすことなく安定して行うことが可能となる。また、ハイドロゲルには、検出対象物質の検出を妨げる夾雑物などを分離除去する機能、例えば、アフィニティクロマトグラフィや分子篩としての機能も付帯され、より高感度な検出を実現することが可能となる。 When a high-mobility, ultra-sensitive material such as graphene is used for the semiconductor layer, the conventional method of dropping a sample into a solution pool causes slight fluctuations in the liquid level, evaporation, vibration, and measurement. Since the detection unit responds sensitively due to shaking due to sound, wettability, etc., the output signal may fluctuate and become unstable.
However, in the present invention, by using a hydrogel in the sample test, the output signal is stable even when a material having high mobility and ultra-high sensitivity such as graphene is used for the semiconductor layer. Rapid and stable measurement is possible.
Furthermore, by using a plurality of hydrogels, each sample can be distributed to individual detection sites formed on the semiconductor layer between each pair of SD (source / drain) electrodes. As a result, it is possible to stably detect a plurality of substances to be detected at one time without affecting each other. In addition, the hydrogel also has a function of separating and removing impurities and the like that hinder the detection of the substance to be detected, for example, a function as affinity chromatography and a molecular sieve, which makes it possible to realize more sensitive detection.

以下、図１〜５を参照して、本発明の電荷検出型半導体センサ及びその製造方法と使用方法の実施の形態を説明する。なお、図１〜５において、同一機能を奏する部材には同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the charge detection type semiconductor sensor of the present invention and its manufacturing method and usage method will be described with reference to FIGS. 1 to 5. In FIGS. 1 to 5, members having the same function are designated by the same reference numerals.

図１の電荷検出型半導体センサは、基板１上に、第一の電極２、半導体層５及び第二の電極３が並列配置で形成され、第二の電極３に離隔して第三の電極４が形成されており、これら第一の電極２、第二の電極３、半導体層５、及び第三の電極４上にハイドロゲル層６が構成されたものである。 In the charge detection type semiconductor sensor of FIG. 1, the first electrode 2, the semiconductor layer 5, and the second electrode 3 are formed in parallel on the substrate 1, and the third electrode is separated from the second electrode 3. 4 is formed, and the hydrogel layer 6 is formed on the first electrode 2, the second electrode 3, the semiconductor layer 5, and the third electrode 4.

［基板１］
基板１は、絶縁性を有する基板であれば任意の素材で形成された基板を用いることができる。通常は、絶縁性基板又は絶縁された半導体基板を用いる。なお、本発明において絶縁性という場合には、特に断らない限り電気絶縁性のことを指し、絶縁体という場合には、特に断らない限り電気絶縁体のことを指す。また、センサとして用いる場合、感度を高めるためには、絶縁性基板、又は絶縁性基板を構成する素材（即ち、絶縁体）で表面を被覆することにより絶縁化した半導体基板であることが好ましい。 [Board 1]
As the substrate 1, a substrate made of any material can be used as long as it has an insulating property. Usually, an insulating substrate or an insulated semiconductor substrate is used. In the present invention, the term "insulating property" refers to electrical insulation unless otherwise specified, and the term "insulator" refers to electrical insulation unless otherwise specified. Further, when used as a sensor, in order to increase the sensitivity, it is preferable that the insulating substrate or the semiconductor substrate is insulated by covering the surface with a material (that is, an insulator) constituting the insulating substrate.

絶縁性基板を形成する絶縁体材料としては、無機材料、有機材料のいずれでも構わない。無機材料としては、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、弗化カルシウム等が挙げられる。有機材料としては、脂肪族ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリパラキシレン、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリシロキサン、ポリビニルフェノール、ポリアラミド等が挙げられる。これらの絶縁体材料は、１種を単独で用いても良く、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。 The insulator material that forms the insulating substrate may be either an inorganic material or an organic material. Examples of the inorganic material include silicon oxide, silicon nitride, aluminum oxide, titanium oxide, calcium fluoride and the like. Organic materials include aliphatic polyester, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polycarbonate, polysulfone, polyethersulfone, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyphenylene sulfide, polyparaxylene, polyimide, polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride, polyvinylidene fluoride, Examples thereof include polysiloxane, polyvinylphenol, and polyaramid. One of these insulator materials may be used alone, or two or more of them may be used in any combination and ratio.

半導体基板は半導体で形成された基板である。半導体基板を形成する半導体の具体例としては、シリコン、ガリウム砒素、窒化ガリウム、酸化亜鉛、インジウム燐、炭化シリコン等が挙げられる。これらの半導体は１種を単独で用いても良く、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。 A semiconductor substrate is a substrate made of a semiconductor. Specific examples of the semiconductor forming the semiconductor substrate include silicon, gallium arsenide, gallium nitride, zinc oxide, indium phosphide, and silicon carbide. One of these semiconductors may be used alone, or two or more of these semiconductors may be used in any combination and ratio.

半導体基板を絶縁する方法は任意であるが、通常は、上記のような絶縁体で表面を被覆して絶縁することが望ましい。半導体基板の上に絶縁膜を形成して絶縁する場合、被覆に用いる絶縁体の具体例としては、上記の絶縁性基板を形成する絶縁体材料と同様のものが挙げられる。 The method of insulating the semiconductor substrate is arbitrary, but it is usually desirable to cover the surface with an insulator as described above to insulate the semiconductor substrate. When an insulating film is formed on a semiconductor substrate to insulate it, specific examples of the insulator used for coating include the same materials as the insulator material for forming the above-mentioned insulating substrate.

［第一、第二、第三の電極］
本発明では第一の電極２、第二の電極３はそれぞれソース電極とドレイン電極であり、第三の電極４はゲート電極として機能する。 [First, second, third electrodes]
In the present invention, the first electrode 2 and the second electrode 3 are a source electrode and a drain electrode, respectively, and the third electrode 4 functions as a gate electrode.

第一の電極２、第二の電極３及び第三の電極４に用いられる材料としては、例えば、酸化錫、酸化インジウム、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）などの導電性金属酸化物；白金、金、銀、銅、鉄、錫、亜鉛、アルミニウム、インジウム、クロム、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、カルシウム、マグネシウム、パラジウム、モリブデンなどの金属やこれらの合金；ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質；ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸との錯体などの有機導電性物質；カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェンなどのナノカーボン材料；導電性カーボンブラックなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの材料は単独で用いてもよいし、これらのうち複数の材料を積層または混合して用いてもよい。 Materials used for the first electrode 2, the second electrode 3, and the third electrode 4 include, for example, conductive metal oxides such as tin oxide, indium oxide, and indium tin oxide (ITO); platinum, gold, and the like. Metals such as silver, copper, iron, tin, zinc, aluminum, indium, chromium, lithium, sodium, potassium, cesium, calcium, magnesium, palladium and molybdenum and their alloys; inorganic conductivity such as copper iodide and copper sulfide Substances: Organic conductive substances such as polythiophene, polypyrrole, polyaniline, complex of polyethylenedioxythiophene and polystyrene sulfonic acid; nanocarbon materials such as carbon nanotubes (CNT) and graphene; conductive carbon black and the like. It is not limited to. These materials may be used alone, or a plurality of these materials may be laminated or mixed.

半導体センサにおける電極として用いる場合、接触する水溶液などへの安定性の観点から、第一の電極２、第二の電極３および第三の電極４の材料は、金、銀、白金、パラジウム、有機導電性物質、およびナノカーボン材料から選ばれることが好ましい。 When used as an electrode in a semiconductor sensor, the materials of the first electrode 2, the second electrode 3, and the third electrode 4 are gold, silver, platinum, palladium, and organic from the viewpoint of stability to contacting aqueous solutions. It is preferably selected from conductive materials and nanocarbon materials.

各電極の幅や厚み、配置間隔等は任意に設計可能である。電極の幅は、一般的には、１μｍ以上、１ｍｍ以下である。電極の厚みは、通常１ｎｍ以上、１０ｍｍ以下である。第一の電極２と第二の電極３との間隔は、半導体の構造や移動度に応じて適宜、設計されうるが、通常１ｎｍ以上、１０ｍｍ以下である。
第三の電極４と半導体層５とは、非接触の状態で配置されている。その距離は、積層するハイドロゲル層の面積と表面抵抗に応じた長さに設計される必要があるが、通常１μｍ以上、通常４００μｍ以下である。 The width and thickness of each electrode, the arrangement interval, and the like can be arbitrarily designed. The width of the electrode is generally 1 μm or more and 1 mm or less. The thickness of the electrode is usually 1 nm or more and 10 mm or less. The distance between the first electrode 2 and the second electrode 3 can be appropriately designed according to the structure and mobility of the semiconductor, but is usually 1 nm or more and 10 mm or less.
The third electrode 4 and the semiconductor layer 5 are arranged in a non-contact state. The distance needs to be designed to be a length corresponding to the area and surface resistance of the hydrogel layer to be laminated, but is usually 1 μm or more and usually 400 μm or less.

［半導体層］
半導体層５は、単体半導体、化合物半導体、有機半導体、ナノカーボン材料等の半導体成分から形成される。 [Semiconductor layer]
The semiconductor layer 5 is formed of semiconductor components such as a single semiconductor, a compound semiconductor, an organic semiconductor, and a nanocarbon material.

単体半導体としては、シリコン、ゲルマニウムなどの短期型周期表のＩＶ族元素が用いられる。
シリコンを用いる場合は、アモルファスシリコン、ポリシリコン（多結晶シリコン）、単結晶シリコンなどが挙げられる。 As the elemental semiconductor, Group IV elements of the short-term periodic table such as silicon and germanium are used.
When silicon is used, amorphous silicon, polysilicon (polycrystalline silicon), single crystal silicon and the like can be mentioned.

化合物半導体は、さらに、短期型周期表のＩＩ−ＶＩ族半導体、ＩＩＩ−Ｖ族半導体、ＩＶ族化合物半導体、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体、ＩＩ−ＩＶ−Ｖ族半導体などに分類することができる。ＩＩ−ＶＩ族半導体としては、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＯなどが挙げられる。ＩＩＩ−Ｖ族半導体としては、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮなどが挙げられる。ＩＶ族化合物半導体としては、ＳｉＣ、ＳｉＧｅなどが挙げられる。Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体としては、ＣｕＩｎＳｅ_２、ＡｇＧａＴｅ_２などが挙げられる。ＩＩ−ＩＶ−Ｖ族半導体としては、ＺｎＳｉＡｓ_２、ＣｄＧｅＡｓ_２などが挙げられる。 Compound semiconductors can be further classified into group II-VI semiconductors, group III-V semiconductors, group IV compound semiconductors, group I-III-VI semiconductors, group II-IV-V semiconductors and the like in the short-term periodic table. .. Examples of the II-VI group semiconductor include ZnSe, CdS, and ZnO. Examples of the III-V group semiconductor include GaAs, InP, and GaN. Examples of the Group IV compound semiconductor include SiC and SiCe. Examples of I-III-VI group semiconductors include CuInSe ₂ and AgGaTe ₂ . Examples of the II-IV-V group semiconductor include ZnSiAs ₂ and CdGeAs ₂ .

有機半導体としては、ペンタセン、アントラセン、ルブレン、ペリレン、コロネン、フタロシアニンなどの多環芳香族炭化水素や、ポリチオフェン、ポリパラフェニレンビニレン、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリンなどのポリマーなどが挙げられる。 Examples of the organic semiconductor include polycyclic aromatic hydrocarbons such as pentacene, anthracene, rubrene, perylene, coronene and phthalocyanine, and polymers such as polythiophene, polyparaphenylene vinylene, polyacetylene, polypyrrole and polyaniline.

ナノカーボン材料としては、フラーレン、グラフェン、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、カーボンナノホーンなどが挙げられる。 Examples of the nanocarbon material include fullerenes, graphene, carbon nanotubes (CNT), carbon nanohorns and the like.

フラーレンは、炭素原子どうしがｓｐ^２混成軌道間相互作用によって結合している多面体構造をした化合物である。該多面体は、五員環と六員環とから構成される。多面体を構成する炭素数としては、６０、７０、７４、７６、７８などがある。フラーレンは１分子で用いても良いし、複数のフラーレン分子が集合したフラーレンナノウィスカーや、フラーレンナノウィスカーが中空構造を形成したフラーレンナノファイバーの形態で用いても良い。 Fullerenes are compounds with a polyhedral structure in which carbon atoms are bonded to each other by sp ² hybrid orbital interaction. The polyhedron is composed of a five-membered ring and a six-membered ring. The number of carbon atoms constituting the polyhedron includes 60, 70, 74, 76, 78 and the like. The fullerene may be used as a single molecule, or may be used in the form of a fullerene nanowhisker in which a plurality of fullerene molecules are aggregated, or a fullerene nanofiber in which the fullerene nanowhisker forms a hollow structure.

グラフェンは、グラフェン・シートとも呼ばれ、理想的には全ての炭素原子どうしがｓｐ^２混成軌道間相互作用で結合し、六角形格子構造をとっている。グラフェンが多数積層されると、グラファイトとなる。グラフェンは、バンドギャップが存在しない特殊な半導体である。グラフェンは非常に高い電子移動度を示すため、半導体層中の半導体成分として有望である。
通常、炭素の層を数原子層まで重ねたものも含めてグラフェンと呼ばれる。本発明で用いられるグラフェンは、炭素の層が１０原子層以下であることが好ましく、３原子層以下であることがより好ましく、単原子層であることが特に好ましい。 Graphene is also referred to as a graphene sheet, ideally all carbon atoms each other are bonded with sp ² hybrid orbital interactions, taking a hexagonal lattice structure. When a large number of graphenes are laminated, it becomes graphite. Graphene is a special semiconductor with no bandgap. Graphene is promising as a semiconductor component in a semiconductor layer because it exhibits extremely high electron mobility.
Usually, it is called graphene including the one in which carbon layers are stacked up to several atomic layers. The graphene used in the present invention preferably has a carbon layer of 10 atomic layers or less, more preferably a triatomic layer or less, and particularly preferably a monoatomic layer.

グラフェンの合成方法は、特に限定されないが、例えば機械剥離法、化学剥離法、炭化ケイ素加熱法（以下、ＳｉＣ加熱法）、または熱化学気相成長法（以下、熱ＣＶＤ法）などが挙げられる。 The method for synthesizing graphene is not particularly limited, and examples thereof include a mechanical stripping method, a chemical stripping method, a silicon carbide heating method (hereinafter, SiC heating method), and a thermochemical vapor deposition method (hereinafter, thermal CVD method). ..

グラフェンが基板上に存在することは、光学顕微鏡によって確認することができる。詳細な分析にはラマン分光法が用いられる。 The presence of graphene on the substrate can be confirmed by light microscopy. Raman spectroscopy is used for detailed analysis.

ＣＮＴとしては、１枚の炭素膜（グラフェン・シート）が円筒状に巻かれた単層ＣＮＴ、２枚のグラフェン・シートが同心円状に巻かれた２層ＣＮＴ、複数のグラフェン・シートが同心円状に巻かれた多層ＣＮＴなどが挙げられる。ＣＮＴは、アーク放電法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、レーザー・アブレーション法等により得ることができる。 The CNTs are a single-walled CNT in which one carbon film (graphene sheet) is wound in a cylindrical shape, a two-walled CNT in which two graphene sheets are wound concentrically, and a plurality of graphene sheets are concentric. Examples include multi-walled CNTs wrapped around. CNTs can be obtained by an arc discharge method, a chemical vapor deposition method (CVD method), a laser ablation method, or the like.

カーボンナノホーンは、グラフェンを円錐形に丸めた構造をしている。カーボンナノホーンは、室温下、アルゴンガス雰囲気中で、グラファイトに二酸化炭素レーザーを照射することで合成することができる。 Carbon nanohorns have a structure in which graphene is rolled into a cone. Carbon nanohorns can be synthesized by irradiating graphite with a carbon dioxide laser at room temperature in an argon gas atmosphere.

本発明の実施形態によるセンサにおいて、半導体成分としては、グラフェンであることが好ましい。 In the sensor according to the embodiment of the present invention, graphene is preferably used as the semiconductor component.

半導体層５の膜厚は、特に制限はないが、通常１ｎｍ以上、１００ｎｍ以下が好ましい。この範囲内にあることで、ターゲット認識分子とターゲット物質との相互作用による電気特性の変化を、十分に電気信号として取り出すことが可能となる。半導体層の膜厚は、より好ましくは１ｎｍ以上、５０ｎｍ以下であり、さらに好ましくは１ｎｍ以上、２０ｎｍ以下である。当該膜厚は、グラフェンの単層から４層の膜厚に相当する。 The film thickness of the semiconductor layer 5 is not particularly limited, but is usually preferably 1 nm or more and 100 nm or less. Within this range, changes in electrical characteristics due to the interaction between the target recognition molecule and the target substance can be sufficiently extracted as an electrical signal. The film thickness of the semiconductor layer is more preferably 1 nm or more and 50 nm or less, and further preferably 1 nm or more and 20 nm or less. The film thickness corresponds to the film thickness of a single layer to four layers of graphene.

半導体層の膜厚は、公知の手法、例えば、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）やＡＦＭなどによって、測定することができる。 The film thickness of the semiconductor layer can be measured by a known method such as secondary ion mass spectrometry (SIMS) or AFM.

半導体層の形成方法としては、抵抗加熱蒸着、電子線ビーム、スパッタリング、ＣＶＤ、他の基板からの転写など、乾式の方法を用いることも可能であるが、製造コストや大面積への適合の観点から、塗布法などの湿式法を用いることが好ましい。塗布法は、半導体成分を塗布することにより半導体層を形成する工程を含む。塗布法としては具体的に、スピンコート法、ブレードコート法、スリットダイコート法、スクリーン印刷法、バーコーター法、鋳型法、印刷転写法、浸漬引き上げ法、またはインクジェット法などが挙げられる。これらの方法から、塗膜厚みの制御や配向制御など、得ようとする塗膜の特性に応じて好ましい方法を選択できる。なお、形成した塗膜に対して、大気下、減圧下、または窒素（Ｎ_２）やアルゴン（Ａｒ）などの不活性ガス雰囲気下において、アニーリング処理を行ってもよい。 As a method for forming the semiconductor layer, a dry method such as resistance heating vapor deposition, electron beam, sputtering, CVD, transfer from another substrate, etc. can be used, but from the viewpoint of manufacturing cost and compatibility with a large area. Therefore, it is preferable to use a wet method such as a coating method. The coating method includes a step of forming a semiconductor layer by coating a semiconductor component. Specific examples of the coating method include a spin coating method, a blade coating method, a slit die coating method, a screen printing method, a bar coater method, a molding method, a printing transfer method, a dipping pulling method, and an inkjet method. From these methods, a preferable method can be selected according to the characteristics of the coating film to be obtained, such as control of the coating film thickness and orientation control. The formed coating film may be annealed in the atmosphere, under reduced pressure, or in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen (N ₂ ) or argon (Ar).

半導体層には、別途、捕捉体が保持されていることが好ましい。ここで捕捉体とは、検出対象となる検出対象物質を特異的に捕捉可能な物質のことを指す。捕捉体は、疎水結合により半導体層に保持することができる。この場合、捕捉体にリンカーとして、例えば芳香環等を導入することもできる。それにより上述の疎水結合に加えて、Π―Π電子相互作用により捕捉体を保持することも可能となる。
さらに捕捉体として、リンカーにさらにアプタマやフラグメント抗体やペプチドなど、検体を特異的に補足する機能分子を必要に応じて結合することも可能である。 It is preferable that a trap is separately held in the semiconductor layer. Here, the trapping body refers to a substance that can specifically capture the substance to be detected to be detected. The trap can be retained in the semiconductor layer by a hydrophobic bond. In this case, for example, an aromatic ring or the like can be introduced into the trap as a linker. As a result, in addition to the above-mentioned hydrophobic bond, it is possible to retain the trap by the Π-Π electron interaction.
Furthermore, as a trap, it is also possible to further bind a functional molecule that specifically captures the sample, such as an aptamer, a fragment antibody, or a peptide, to the linker, if necessary.

［ハイドロゲル層］
本発明におけるハイドロゲル層（ハイドロゲルブロック又はハイドロゲルシートと称す場合がある）６とは、ハイドロゲルにより構成された層である。また、そのハイドロゲル層の表面抵抗は、１０^２〜１０^３Ω／□オーダーである。ハイドロゲル層の表面抵抗が上記範囲の下限よりも低いと安定した表面抵抗の測定が難しく、上限よりも高いと安定かつ十分な電圧印加が行えなず、検出が困難になる恐れがある。ハイドロゲル層の表面抵抗は後述の実施例の項に記載の方法で測定される。なお、ハイドロゲル層の表面抵抗は、測定時にある程度幅を持った値で測定されるが、本発明において、ハイドロゲル層の表面抵抗は、常に１０^２〜１０^３Ω／□オーダーの範囲内であることを必須の要件とする。
ハイドロゲル層の厚みには特に制限はないが、ハンドリングの良さとハイドロゲルの安定性の観点から０．１ｍｍ以上であることが好ましく、検体を半導体に効率的に供給する観点から５ｍｍ以下が好ましい。 [Hydrogel layer]
The hydrogel layer (sometimes referred to as a hydrogel block or a hydrogel sheet) 6 in the present invention is a layer composed of a hydrogel. The surface resistivity of the hydrogel layer ^is 10 2 ~10 ³ Ω / □ order. If the surface resistance of the hydrogel layer is lower than the lower limit of the above range, it is difficult to measure the stable surface resistance, and if it is higher than the upper limit, stable and sufficient voltage cannot be applied, which may make detection difficult. The surface resistance of the hydrogel layer is measured by the method described in the section of Examples described later. The surface resistance of the hydrogel layer is measured with a value having a certain width at the time of measurement, but in the present invention, the surface resistance of the hydrogel layer is always within the range of 10 ² to 10 ³ Ω / □ order. It is an essential requirement to be there.
The thickness of the hydrogel layer is not particularly limited, but is preferably 0.1 mm or more from the viewpoint of good handling and stability of the hydrogel, and preferably 5 mm or less from the viewpoint of efficiently supplying the sample to the semiconductor. ..

ここでいうハイドロゲルとは、ポリマーで構成された網目の内部に、後述する極性溶媒を含んでいるものを意味する。本発明に係るハイドロゲルに含まれる極性溶媒の量は特に限定されない。このようなハイドロゲルは、光硬化性樹脂組成物、熱硬化性樹脂組成物等から調製することができる。取扱いやすさの観点で、光硬化性樹脂組成物から調製されたものが好ましい。 The term "hydrogel" as used herein means a gel containing a polar solvent, which will be described later, inside a network made of a polymer. The amount of the polar solvent contained in the hydrogel according to the present invention is not particularly limited. Such a hydrogel can be prepared from a photocurable resin composition, a thermosetting resin composition and the like. From the viewpoint of ease of handling, those prepared from a photocurable resin composition are preferable.

該光硬化性樹脂組成物には、重合性モノマー、光重合開始剤が含まれている。必要に応じて、増粘成分、架橋剤、極性溶媒、その他の成分をさらに含んでいてもよい。
以下にこの光硬化性樹脂組成物（以下、「本組成物」と称す場合がある。）について説明する。 The photocurable resin composition contains a polymerizable monomer and a photopolymerization initiator. If necessary, a thickening component, a cross-linking agent, a polar solvent, and other components may be further contained.
Hereinafter, this photocurable resin composition (hereinafter, may be referred to as “the present composition”) will be described.

（重合性モノマー）
重合性モノマーは、本組成物に光が照射されたときに、光重合開始剤の作用によって重合し、ポリマーを形成するものである。重合性モノマーとしては、前記光重合開始剤を用いて重合可能な化合物であればよく、例えば以下の化合物が挙げられる。 (Polymerizable monomer)
When the present composition is irradiated with light, the polymerizable monomer is polymerized by the action of a photopolymerization initiator to form a polymer. The polymerizable monomer may be any compound that can be polymerized using the photopolymerization initiator, and examples thereof include the following compounds.

２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）及びその塩、スチレンスルホン酸（ＳＳ）及びその塩、アクリル酸（ＡＡ）及びその塩、メタクリル酸及びその塩、ビニルピリジン、酢酸ビニル、スチレン（Ｓｔ）、アクリルアミド（ＡＡｍ）、モノ（又はジ）アルキルアクリルアミド（例えば、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド（ＤＭＡＡｍ））、ヒドロキシエチルアクリレート、２−（ジメチルアミノ）エチルメタクリレート、メチルメタクリレート（ＭＭＡ）、ラウリルアクリレート（ＬＡ）、ステアリルアクリレート（ＳＡ）、トリフルオロエチルアクリレート（ＴＦＥ）、２，２，２−トリフルオロエチルメチルアクリレート、２，２，３，３，３−ペンタフルオロプロピルメタクリレート、３−（ペルフルオロブチル）−２−ヒドロキシプロピルメタクリレート、１Ｈ，１Ｈ，９Ｈ−ヘキサデカフルオロノニメタクリレート、２，２，２−トリフルオロエチルアクリレート、２，３，４，５，６−ペンタフルオロスチレン、及びフッ化ビニリデン等。
これらの重合性モノマーにおける塩としては、ナトリウム等のアルカリ金属塩、カルシウム等のアルカリ土類金属塩、亜鉛等の金属塩等が挙げられる。 2-acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid (AMPS) and its salts, styrenesulfonic acid (SS) and its salts, acrylic acid (AA) and its salts, methacrylic acid and its salts, vinylpyridine, vinyl acetate, styrene ( St), acrylamide (AAm), mono (or di) alkylacrylamide (eg, N-isopropylacrylamide, N, N-dimethylacrylamide (DMAAm)), hydroxyethyl acrylate, 2- (dimethylamino) ethyl methacrylate, methyl methacrylate (eg, N-isopropylacrylamide, N, N-dimethylacrylamide (DMAAm)) MMA), lauryl acrylate (LA), stearyl acrylate (SA), trifluoroethyl acrylate (TFE), 2,2,2-trifluoroethylmethyl acrylate, 2,2,3,3,3-pentafluoropropyl methacrylate, 3- (Perfluorobutyl) -2-hydroxypropyl methacrylate, 1H, 1H, 9H-hexadecafluorononi methacrylate, 2,2,2-trifluoroethyl acrylate, 2,3,4,5,6-pentafluorostyrene, And vinylidene fluoride, etc.
Examples of the salt in these polymerizable monomers include alkali metal salts such as sodium, alkaline earth metal salts such as calcium, and metal salts such as zinc.

重合性モノマーは１種を単独で用いてもよく２種以上を組み合わせて用いてもよい。すなわち、重合性モノマーから形成されるポリマー（以下、「第２のポリマー」と称す場合がある。）はホモポリマーであってもよくコポリマーであってもよい。 One type of polymerizable monomer may be used alone, or two or more types may be used in combination. That is, the polymer formed from the polymerizable monomer (hereinafter, may be referred to as "second polymer") may be a homopolymer or a copolymer.

本組成物の重合性モノマーから形成されるポリマーは、網目構造を有するポリマーであってもよく、網目構造を有しないポリマー（例えば直鎖状ポリマー）であってもよい。形成されるゲルの機械的強度がより優れる点では、網目構造を有することが好ましい。 The polymer formed from the polymerizable monomer of the present composition may be a polymer having a network structure or a polymer having no network structure (for example, a linear polymer). It is preferable to have a network structure in that the mechanical strength of the gel to be formed is more excellent.

重合性モノマーから形成されるポリマーを、網目構造を有するポリマーとする方法としては、本組成物に架橋剤を含有させる方法が挙げられる。この場合、重合性モノマーが光重合開始剤及び架橋剤の存在下に重合し、網目構造を有するポリマーが生成する。 Examples of a method for forming a polymer formed from a polymerizable monomer into a polymer having a network structure include a method in which the present composition contains a cross-linking agent. In this case, the polymerizable monomer is polymerized in the presence of the photopolymerization initiator and the cross-linking agent to produce a polymer having a network structure.

重合性モノマーから形成されるポリマーを直鎖状ポリマーとする場合は、本組成物に架橋剤を含有させず、重合性モノマーを光重合開始剤の存在下、かつ架橋剤の不在下に重合させる。 When the polymer formed from the polymerizable monomer is a linear polymer, the present composition is not contained with a cross-linking agent, and the polymerizable monomer is polymerized in the presence of a photopolymerization initiator and in the absence of a cross-linking agent. ..

（光重合開始剤）
光重合開始剤としては、光ラジカル重合開始剤、光カチオン重合開始剤、光アニオン重合開始剤、レドックス系光重合開始剤等が挙げられる。取り扱いやすさの点で、光ラジカル重合開始剤が好ましい。光ラジカル重合開始剤は、光（活性エネルギー線）が照射されたときに、重合反応の起点となるラジカルを発生して重合を開始させる。光としては、可視光、紫外線、電子線等が挙げられる。 (Photopolymerization initiator)
Examples of the photopolymerization initiator include a photoradical polymerization initiator, a photocationic polymerization initiator, a photoanionic polymerization initiator, and a redox-based photopolymerization initiator. A photoradical polymerization initiator is preferable in terms of ease of handling. When the photoradical polymerization initiator is irradiated with light (active energy rays), it generates a radical that is the starting point of the polymerization reaction to initiate polymerization. Examples of light include visible light, ultraviolet rays, and electron beams.

光重合開始剤は、公知の光重合開始剤を使用できる。例えば可視光域に吸収を有する光ラジカル重合開始剤として、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルホリノフェニル）ブタン−１−オン、２−（４−メチルベンジル）−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルホリノフェニル）ブタン−１−オン、ビス（η５−２，４−シクロペンタジエン−１−イル）−ビス（２，６−ジフルオロ−３−（１Ｈ−ピロール−１−イル）フェニル）チタニウム、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキシド、２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、（２，４，６−トリメチルベンゾイル）エトキシフェニルホスフィンオキシド、ビス（２，６−ジメトキシベンゾイル）２，４，４−トリメチルペンチルホスフィンオキシド、チオキサントン、２−クロロチオキサントン、３−メチルチオキサントン、２，４−ジメチルチオキサントン、アントラキノン、２−メチルアントラキノン、２−エチルアントラキノン、２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラキノン、２−アミノアントラキノン、１，２−オクタンジオン，１−（４−（フェニルチオ），２−（ｏ−ベンゾイルオキシム））、１−［９−エチル−６−（２−メチルベンゾイル）−９Ｈ−カルバゾール−３−イル］−エタノン１−（Ｏ−アセチルオキシム）、カンファーキノン、トリアジン系光重合開始剤、フェニル（２，４，６−トリメチルベンゾイル）ホスフィン酸塩、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）ホスフィン酸塩が挙げられる。これらの光ラジカル重合開始剤はいずれか１種を単独で用いてもよく２種以上を組み合わせて用いてもよい。 As the photopolymerization initiator, a known photopolymerization initiator can be used. For example, 2-benzyl-2-dimethylamino-1- (4-morpholinophenyl) butane-1-one, 2- (4-methylbenzyl) -2-dimethyl as photoradical polymerization initiators that have absorption in the visible light region. Amino-1- (4-morpholinophenyl) butane-1-one, bis (η5-2,4-cyclopentadiene-1-yl) -bis (2,6-difluoro-3- (1H-pyrrole-1-yl) ) Phenyl) Titanium, bis (2,4,6-trimethylbenzoyl) phenylphosphine oxide, 2,4,6-trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide, (2,4,6-trimethylbenzoyl) ethoxyphenylphosphine oxide, bis (2) , 6-Dimethoxybenzoyl) 2,4,4-trimethylpentylphosphine oxide, thioxanthone, 2-chlorothioxanthone, 3-methylthioxanthone, 2,4-dimethylthioxanthone, anthraquinone, 2-methylanthraquinone, 2-ethylanthraquinone, 2- tert-butyl anthraquinone, 2-aminoanthraquinone, 1,2-octanedione, 1- (4- (phenylthio), 2- (o-benzoyloxime)), 1- [9-ethyl-6- (2-methylbenzoyl)) ) -9H-Carbazole-3-yl] -Etanone 1- (O-acetyloxime), camphorquinone, triazine photopolymerization initiator, phenyl (2,4,6-trimethylbenzoyl) phosphinate, bis (2,2) 4,6-trimethylbenzoyl) phosphinate. Any one of these photoradical polymerization initiators may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.

（増粘成分）
増粘成分は、重合性モノマーや極性溶媒との相互作用によって、本組成物全体の粘度を高め、流動性を低下させる成分である。
増粘成分は、例えば、ハイドロゲルの機械物性の向上や、機能性の付与、ハイドロゲルの溶媒成分の乾燥抑制等の目的で用いられる。 (Thickening component)
The thickening component is a component that increases the viscosity of the entire composition and lowers the fluidity by interacting with a polymerizable monomer or a polar solvent.
The thickening component is used, for example, for the purpose of improving the mechanical properties of the hydrogel, imparting functionality, suppressing the drying of the solvent component of the hydrogel, and the like.

増粘成分としては、例えば、ポリマー粒子、無機粘土鉱物（モンモリロナイト、ヘクトライト等）、増粘剤（多糖類、カルボキシメチルセルロース等）等が挙げられる。 Examples of the thickening component include polymer particles, inorganic clay minerals (montmorillonite, hectorite, etc.), thickeners (polysaccharides, carboxymethyl cellulose, etc.) and the like.

これらのうち、増粘成分としてはポリマー粒子が好ましい。ポリマー粒子を含むことによって、本組成物から形成されるハイドロゲルは、本組成物中の重合性モノマーから形成されたポリマーからなる連続相中にポリマー粒子が分散して存在している構成を有するものとなる。かかるハイドロゲルは、ポリマー粒子を含まない場合に比べて、機械物性に優れる。 Of these, polymer particles are preferable as the thickening component. The hydrogel formed from the present composition by containing the polymer particles has a structure in which the polymer particles are dispersed and present in a continuous phase composed of the polymer formed from the polymerizable monomer in the present composition. It becomes a thing. Such a hydrogel is superior in mechanical properties as compared with the case where it does not contain polymer particles.

ポリマー粒子のポリマーとしては、重合性モノマーを重合したポリマー、多糖類（ジェラン、ヒアルロン酸、カラギーナン、キチン、アルギン酸等）、タンパク質（ゼラチン、コラーゲン等）が挙げられる。
このポリマー粒子を構成するポリマー（以下「第１のポリマー」と称す場合がある。）は、網目構造を有するポリマーであってもよく、網目構造を有しないポリマー（例えば直鎖状ポリマー）であってもよい。形成されるゲルの機械的強度がより優れる点では、網目構造を有するポリマーであることが好ましい。
第１のポリマーが網目構造を有すると、形成されるハイドロゲルは、第１のポリマーの網目構造に、第２のポリマーが侵入した構造を有するため、第１のポリマーが網目構造を有しない場合に比べて、機械的強度が優れる。
特に、第１のポリマー及び第２のポリマーが共に網目構造を有すると、形成されるハイドロゲルは、第１のポリマーと第２のポリマーとが相互に侵入する網目構造を有するため、機械的強度がより優れる。 Examples of the polymer of the polymer particles include polymers obtained by polymerizing a polymerizable monomer, polysaccharides (gellan, hyaluronic acid, carrageenan, chitin, alginic acid, etc.), and proteins (gelatin, collagen, etc.).
The polymer constituting the polymer particles (hereinafter, may be referred to as “first polymer”) may be a polymer having a network structure, or a polymer having no network structure (for example, a linear polymer). You may. A polymer having a network structure is preferable in that the mechanical strength of the gel to be formed is more excellent.
When the first polymer has a network structure, the hydrogel formed has a structure in which the second polymer has penetrated into the network structure of the first polymer, so that the first polymer does not have a network structure. Compared to, the mechanical strength is excellent.
In particular, when both the first polymer and the second polymer have a network structure, the formed hydrogel has a network structure in which the first polymer and the second polymer penetrate each other, and thus has mechanical strength. Is better.

ポリマー粒子の平均粒子径は、乾燥状態で、０．１〜１００００μｍが好ましく、０．１〜１０００μｍがより好ましく、０．１〜１００μｍが特に好ましい。平均粒子径が前記範囲の下限値以上であると、取り扱い性がより優れる。平均粒子径が前記範囲の上限値以下であると、機械的強度がより優れる。
ポリマー粒子の平均粒子径は、走査型電子顕微鏡により絶乾状態でのポリマー粒子１００個を観察し、各ポリマー粒子の最大径を求め、それらの平均値を算出することにより求められる。 The average particle size of the polymer particles in a dry state is preferably 0.1 to 10000 μm, more preferably 0.1 to 1000 μm, and particularly preferably 0.1 to 100 μm. When the average particle size is at least the lower limit of the above range, the handleability is more excellent. When the average particle size is not more than the upper limit of the above range, the mechanical strength is more excellent.
The average particle size of the polymer particles is obtained by observing 100 polymer particles in an absolutely dry state with a scanning electron microscope, determining the maximum diameter of each polymer particle, and calculating the average value thereof.

（極性溶媒）
極性溶媒は、比誘電率が１０以上の、常温で液状の化合物である。極性溶媒は、ポリマーによって構成された網目構造中に取り込まれてハイドロゲルを構成する。
ここで比誘電率は、液体用誘電率測定キット（ＩＴＡＣＡ製）を用いて、２ＧＨｚの周波数、２５℃の条件で測定される値である。 (Polar solvent)
The polar solvent is a compound having a relative permittivity of 10 or more and being liquid at room temperature. The polar solvent is incorporated into the network structure composed of the polymer to form a hydrogel.
Here, the relative permittivity is a value measured under the conditions of a frequency of 2 GHz and 25 ° C. using a dielectric constant measurement kit for liquids (manufactured by ITACA).

極性溶媒としては、水、極性有機溶剤、水と極性有機溶剤との混合物等が挙げられる。極性有機溶剤の例としては、エチレングリコール、エタノール等のアルコール、アセトン等のケトン、イオン液体等が挙げられる。極性溶媒としては、扱いやすさや安全性の観点から水、アルコールが好ましく、入手の容易さや環境調和性の点で、水が特に好ましい。タンパク質等の生体関連物質を検出対象物質に含む検体を使用する場合には、安定に電荷形成させ、かつ、検出感度を確保するために、検出対象物質のｐＫａに鑑みた適正なｐＨ緩衝液、たとえば、ＰＢＳ（ｐｈｏｓｐｈａｔｅ−ｂｕｆｆｅｒｄ ｓａｌｉｎｅ）やＴｒｉｓ−ＨＣｌ（Ｔｒｉｓ（ｈｙｄｒｏｘｙｍｅｔｈｙｌ）ａｍｉｎｏｍｅｔｈａｎｅ）−ＨＣｌ等を使用することが好ましい。 Examples of the polar solvent include water, a polar organic solvent, a mixture of water and a polar organic solvent, and the like. Examples of the polar organic solvent include ethylene glycol, alcohols such as ethanol, ketones such as acetone, and ionic liquids. As the polar solvent, water and alcohol are preferable from the viewpoint of ease of handling and safety, and water is particularly preferable from the viewpoint of easy availability and environmental friendliness. When using a sample containing a bio-related substance such as a protein in the detection target substance, an appropriate pH buffer solution in consideration of the pKa of the detection target substance in order to stably form a charge and secure the detection sensitivity. For example, it is preferable to use PBS (phosphorate-buffered saline), Tris-HCl (Tris (hydroxymethyl) aminomethane) -HCl, and the like.

（架橋剤）
架橋剤としては、特に限定されず、重合性モノマーの種類に応じて公知のものを適宜用いることができる。 (Crosslinking agent)
The cross-linking agent is not particularly limited, and known ones can be appropriately used depending on the type of the polymerizable monomer.

架橋剤としては、例えば、ラジカル重合性の不飽和基を２個以上有する多官能ビニル化合物が挙げられる。多官能ビニル化合物としては、形成されるゲルの機械的強度の点で、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド（ＭＢＡＡ）、エチレングリコールジメタクリレート（ＥＤＭＡ）、Ｎ，Ｎ’−ジエチレングリコールジメタクリレート（ＤＥＧＤＭＡ）等のジビニル化合物が好ましい。 Examples of the cross-linking agent include a polyfunctional vinyl compound having two or more radically polymerizable unsaturated groups. The polyfunctional vinyl compounds include N, N'-methylenebisacrylamide (MBAA), ethylene glycol dimethacrylate (EDM), and N, N'-diethylene glycol dimethacrylate (DEDMA) in terms of the mechanical strength of the gel formed. Divinyl compounds such as, etc. are preferable.

（その他の成分）
他の成分としては、例えば、光吸収剤、界面活性剤、シランカップリング剤、酸化防止剤、光安定化剤、金属不活性化剤、防錆剤、老化防止剤、吸湿剤、加水分解防止剤、重合禁止剤、レベリング剤等が挙げられる。これらの添加剤はいずれか１種を単独で用いてもよく２種以上を組み合わせて用いてもよい。 (Other ingredients)
Other components include, for example, light absorbers, surfactants, silane coupling agents, antioxidants, light stabilizers, metal deactivators, rust inhibitors, anti-aging agents, hygroscopic agents, anti-hydrolysis agents. Examples thereof include agents, polymerization inhibitors, leveling agents and the like. Any one of these additives may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.

（ハイドロゲル層の作成）
本組成物を用いてハイドロゲル層を作成するには、本組成物を所定の厚さに湿式成膜し、形成された膜に、前述の可視光、紫外線、電子線等の光を照射して硬化させればよい。 (Creation of hydrogel layer)
To prepare a hydrogel layer using this composition, the composition is wet-deposited to a predetermined thickness, and the formed film is irradiated with light such as visible light, ultraviolet rays, and electron beams as described above. And cure.

［検体］
本発明に係る検体とは、検出対象物質を含むものである。
検出対象物質としては、例えばタンパク質（酵素、抗原／抗体、レクチン等）、ペプチド、脂質、ホルモン（アミン・アミノ酸誘導体・ペプチド・タンパク質等からなる含窒素ホルモン、及び、ステロイドホルモン）、核酸、糖、オリゴ糖、多糖等の糖鎖、色素、低分子化合物、有機物質、無機物質、ｐＨ、イオン（Ｎａ^＋，Ｋ^＋，Ｃｌ⁻等）若しくはこれらの融合体、又は、ウイルス若しくは細胞を構成する分子、血球などが挙げられる。 [Sample]
The sample according to the present invention includes a substance to be detected.
Examples of substances to be detected include proteins (enzymes, antigens / antibodies, lectins, etc.), peptides, lipids, hormones (nitrogen-containing hormones composed of amines, amino acid derivatives, peptides, proteins, etc., and steroid hormones), nucleic acids, sugars, and the like. Sugar chains such as oligosaccharides and polysaccharides, pigments, low molecular weight compounds, organic substances, inorganic substances, pH, ions (Na ⁺ , K ⁺ , Cl ^−, etc.) or fusions thereof, or molecules constituting viruses or cells. , Blood cells, etc.

また、これらの検出対象物質は、血液（全血、血漿、血清）、リンパ液、唾液、尿、大便、汗、粘液、涙、随液、鼻汁、頸部又は膣の分泌液、***、胸膜液、羊水、腹水、中耳液、関節液、胃吸引液、組織・細胞等の抽出液や破砕液等の生体液を含むほとんど全ての液体試料中に含まれる成分として検出される。 In addition, these detection target substances are blood (whole blood, plasma, serum), lymph, saliva, urine, stool, sweat, mucus, tears, amniotic fluid, nasal juice, cervical or vaginal secretions, semen, pleural fluid. , Amniotic fluid, ascites, middle ear fluid, joint fluid, gastric saliva, extracts of tissues / cells, and biological fluids such as crushed fluid are detected as components contained in almost all liquid samples.

タンパク質としては、本発明においてはタンパク質の全長は好ましくなく、結合活性部位を含む部分ペプチドや、アミノ酸配列、及び分子量が数十万程度までであり、その機能が既知のタンパク質でも、未知のタンパク質でもよい。これらは、合成されたペプチド鎖、生体より精製されたタンパク質、又はｃＤＮＡライブラリー等から適当な翻訳系を用いて翻訳し、精製したタンパク質等でも標的分子として用いることができる。合成されたペプチド鎖は、これに糖鎖が結合した糖タンパク質であってもよい。
これらのうち好ましくは、アミノ酸配列が既知の精製されたタンパク質か、又はｃＤＮＡライブラリー等から適当な方法を用いて翻訳、精製されたタンパク質を用いることができる。 As the protein, the total length of the protein is not preferable in the present invention, and the partial peptide containing the binding active site, the amino acid sequence, and the molecular weight are up to about several hundred thousand, and the protein may be a protein whose function is known or unknown. Good. These can be translated from a synthesized peptide chain, a protein purified from a living body, a cDNA library, or the like using an appropriate translation system, and the purified protein or the like can also be used as a target molecule. The synthesized peptide chain may be a glycoprotein to which a sugar chain is bound.
Of these, a purified protein having a known amino acid sequence or a protein translated and purified from a cDNA library or the like by an appropriate method can be used.

脂質としては、特に制限はない。例えば脂質及びタンパク質と脂質との複合体、糖と脂質との複合体等が挙げられ、具体例を挙げると、総コレステロール、ＬＤＬ−コレステロール、ＨＤＬ−コレステロール、リポタンパク、アポリポタンパク、トリグリセライド等が挙げられる。 The lipid is not particularly limited. For example, a complex of lipid and protein and lipid, a complex of sugar and lipid, and the like can be mentioned. Specific examples include total cholesterol, LDL-cholesterol, HDL-cholesterol, lipoprotein, apolypoprotein, triglyceride and the like. Be done.

核酸としては、特に制限はなく、ＤＮＡ又はＲＮＡも用いることができる。また、塩基配列又は機能が既知の核酸でも、未知の核酸でもよい。好ましくは、タンパク質に結合能力を有する核酸としての機能、及び塩基配列が既知のものか、又はゲノムライブラリー等から制限酵素等を用いて切断単離してきたものを用いることができる。 The nucleic acid is not particularly limited, and DNA or RNA can also be used. Further, a nucleic acid having a known base sequence or function or a nucleic acid having an unknown function may be used. Preferably, one having a known function as a nucleic acid having a binding ability to a protein and a base sequence, or one that has been cleaved and isolated from a genomic library or the like using a restriction enzyme or the like can be used.

糖鎖としては、その糖配列又は機能が、既知の糖鎖でも未知の糖鎖でもよい。好ましくは、既に分離解析され、糖配列又は機能が既知の糖鎖が用いられる。 As the sugar chain, the sugar sequence or function may be a known sugar chain or an unknown sugar chain. Preferably, a sugar chain that has already been separated and analyzed and whose sugar sequence or function is known is used.

低分子化合物としては、相互作用する能力を有する限り、特に制限はない。機能が未知のものでも、又はタンパク質と結合もしくは反応する能力が既に知られているものでも用いることができる。 The low molecular weight compound is not particularly limited as long as it has the ability to interact. Those of unknown function or those whose ability to bind or react with proteins are already known can be used.

［検出］
本発明においては、検出対象物質と捕捉体とが相互作用することにより生じる電気的変化を検出する。捕捉体としては、ターゲットとする検出対象物質が捕捉可能なものであればいずれでも構わない。 [detection]
In the present invention, the electrical change caused by the interaction between the substance to be detected and the trap is detected. The catcher may be any substance as long as it can catch the target substance to be detected.

相互作用とは、例えば、抗原と抗体との間の結合及び解離、タンパク質レセプタとリガンドとの間の結合及び解離、接着分子と相手方分子との間の結合及び解離、酵素と基質との間の結合及び解離、アポ酵素と補酵素との間の結合及び解離、核酸とそれに結合するタンパク質との間の結合及び解離、核酸と核酸との間の結合及び解離、情報伝達系におけるタンパク質同士の間の結合と解離、糖タンパク質とタンパク質との間の結合及び解離、あるいは糖鎖とタンパク質との間の結合及び解離、細胞及び生体組織と蛋白質との間の結合及び解離、細胞及び生体組織と低分子化合物との間の結合及び解離、イオンとイオン感応性物質との間の相互作用等が挙げられる。 Interactions include, for example, binding and dissociation between an antigen and an antibody, binding and dissociation between a protein receptacle and a ligand, binding and dissociation between an adhesive molecule and a partner molecule, and between an enzyme and a substrate. Binding and dissociation, binding and dissociation between apoenzymes and coenzymes, binding and dissociation between nucleic acids and proteins that bind to them, binding and dissociation between nucleic acids and nucleic acids, between proteins in signal transduction systems Binding and dissociation, binding and dissociation between glycoproteins and proteins, or binding and dissociation between sugar chains and proteins, binding and dissociation between cells and living tissues and proteins, low between cells and living tissues Examples include binding and dissociation with molecular compounds, and interactions between ions and ion-sensitive substances.

広義の捕捉体としては、半導体層も含まれうる。例えば、半導体層はその表面に検出対象物質が接触することによる電気的変化を検出することが可能である。また、半導体層とは別に捕捉体を準備し、この捕捉体を半導体層に固定し、検出対象物質と捕捉体との相互作用を検出することも可能である。
その場合、その捕捉体により検出対象物質は電気二重層の領域（デバイ長）内等、半導体面上の適切な距離に捕捉されることが検出感度を確保するために好ましい。電荷を発生させる機能を構築する場合には、その限りではない。そうすることにより、本発明では、生体内の低分子物質だけでなく、ウイルス、タンパク質等の巨大標的物質でも検出することを可能にする。 The capture body in a broad sense may also include a semiconductor layer. For example, the semiconductor layer can detect an electrical change due to contact with a substance to be detected on its surface. It is also possible to prepare a catcher separately from the semiconductor layer, fix the catcher to the semiconductor layer, and detect the interaction between the substance to be detected and the catcher.
In that case, it is preferable that the substance to be detected is captured by the trapping object at an appropriate distance on the semiconductor surface, such as within the region (Debye length) of the electric double layer, in order to ensure the detection sensitivity. This is not the case when building a function that generates an electric charge. By doing so, the present invention makes it possible to detect not only low molecular weight substances in the living body but also large target substances such as viruses and proteins.

本発明では、電気的変化に関わるパラメータ量と検出対象物質の濃度や重量との作成済みの相関データとを比較することにより標的物質を定量することが可能である。また、校正用の基準物質をあらかじめ測定してから、標的物質を測定することも可能である。
電気的測定は通常の半導体の伝達特性測定に準ずるものであるが、ゲート電圧は溶液の電気分解のおそれがない電圧範囲で行うことが好ましい。尚、本発明では第一、第二電極はそれぞれソース電極とドレイン電極であり、第三電極はゲート電極として使用している。 In the present invention, it is possible to quantify the target substance by comparing the amount of parameters involved in the electrical change with the prepared correlation data between the concentration and weight of the substance to be detected. It is also possible to measure the target substance after measuring the reference substance for calibration in advance.
The electrical measurement is similar to the measurement of the transfer characteristics of a normal semiconductor, but the gate voltage is preferably performed in a voltage range where there is no risk of electrolysis of the solution. In the present invention, the first and second electrodes are the source electrode and the drain electrode, respectively, and the third electrode is used as the gate electrode.

［電荷検出型半導体センサの製造方法及び使用方法］
図１に示す電荷検出型半導体センサをを作成するには、第一の電極２、半導体層５、第二の電極３、及び第三の電極４が形成された基板１と、ハイドロゲルを準備し、半導体層５と電極２〜４を覆うように、ハイドロゲル層６を設ければよい。
また、後述する検体の供試方法によって、例えば図４，５のように基板１、半導体層５、電極２〜４からなるセンサ本体を準備し、検体７を供する際にハイドロゲルを適用する実施形態とすることも可能である。
即ち、本発明の電荷検出型半導体センサは、以下の工程（１）〜（３）から製造することもできる。
（１） 基板、第一の電極、第二の電極及び第三の電極を含み、該第一の電極と該第二の電極の間に半導体層が設けられた半導体センサ本体を準備する工程
（２） 該半導体層に検体を供する工程
（３）ハイドロゲル層を該半導体層上に積層する工程 [Manufacturing method and usage method of charge detection type semiconductor sensor]
In order to prepare the charge detection type semiconductor sensor shown in FIG. 1, a substrate 1 on which the first electrode 2, the semiconductor layer 5, the second electrode 3, and the third electrode 4 are formed, and a hydrogel are prepared. Then, the hydrogel layer 6 may be provided so as to cover the semiconductor layer 5 and the electrodes 2 to 4.
Further, according to the sample test method described later, for example, as shown in FIGS. 4 and 5, a sensor main body composed of a substrate 1, a semiconductor layer 5, and electrodes 2 to 4 is prepared, and a hydrogel is applied when the sample 7 is served. It can also be in the form.
That is, the charge detection type semiconductor sensor of the present invention can also be manufactured from the following steps (1) to (3).
(1) A step of preparing a semiconductor sensor main body including a substrate, a first electrode, a second electrode, and a third electrode, and a semiconductor layer is provided between the first electrode and the second electrode (1). 2) Step of applying a sample to the semiconductor layer (3) Step of laminating a hydrogel layer on the semiconductor layer

以下に図２〜５を参照して本発明の電荷検出型半導体センサにおける検体の供給方法について説明する。 The method of supplying a sample in the charge detection type semiconductor sensor of the present invention will be described below with reference to FIGS. 2 to 5.

図２は、半導体層１５に接触して設けられたハイドロゲル層６に検体７を供する態様を示すものであり、検体７はシリンジ８等を用いて、ハイドロゲル層６中に注入される。注入位置はいずれでも構わないが、検出対象物質の安定かつ迅速な供給の観点から、半導体層５の近傍に注入することが好ましい。このようにして注入された検体７は、ハイドロゲル中に拡散、浸潤する。このような状態で、検体７中の検出対象物質が、半導体層５又は捕捉体との相互作用により捕捉される。 FIG. 2 shows an embodiment in which the sample 7 is provided to the hydrogel layer 6 provided in contact with the semiconductor layer 15, and the sample 7 is injected into the hydrogel layer 6 using a syringe 8 or the like. The injection position may be any, but from the viewpoint of stable and rapid supply of the substance to be detected, it is preferable to inject the substance in the vicinity of the semiconductor layer 5. The sample 7 injected in this way diffuses and infiltrates into the hydrogel. In such a state, the substance to be detected in the sample 7 is captured by the interaction with the semiconductor layer 5 or the trap.

図３は、ハイドロゲル層６を検体７を供した後に設ける形態を示すものであり、この形態では、半導体層５上に検体７を供試し、その後、ハイドロゲル層６を覆いかぶせる。それによって、検体７は、ハイドロゲル中に拡散、浸潤する。 FIG. 3 shows a form in which the hydrogel layer 6 is provided after the sample 7 is provided. In this form, the sample 7 is applied on the semiconductor layer 5, and then the hydrogel layer 6 is covered. As a result, the sample 7 diffuses and infiltrates into the hydrogel.

図４は、ハイドロゲル層６側に検体７を供し、その後、半導体層５と接触させるスタンプ方式に係る形態を示すものであり、ハイドロゲル層６に検体７を供する際は、スタンプする際に半導体層５と一致する場所に検体７を供することが好ましい。このような状態で、検体中の検出対象物質が、半導体層５又は捕捉体との相互作用により捕捉される。 FIG. 4 shows a form according to a stamping method in which the sample 7 is provided on the hydrogel layer 6 side and then brought into contact with the semiconductor layer 5. When the sample 7 is provided on the hydrogel layer 6, the sample 7 is stamped. It is preferable to provide the sample 7 at a place corresponding to the semiconductor layer 5. In such a state, the substance to be detected in the sample is captured by the interaction with the semiconductor layer 5 or the capture body.

図５は、予め検体を拡散、浸潤させたハイドロゲル層９を半導体層５と接触させる形態を示すものである。 FIG. 5 shows a form in which the hydrogel layer 9 in which the sample is diffused and infiltrated in advance is brought into contact with the semiconductor layer 5.

いずれの実施形態であっても、本発明の電荷検出型半導体センサにおけるハイドロゲル層に検体を供すると共に半導体層にこの検体を接触させることで、迅速かつ安定に、高感度で検出対象物質の検出を行うことができる。 In any of the embodiments, by providing a sample to the hydrogel layer in the charge detection type semiconductor sensor of the present invention and bringing this sample into contact with the semiconductor layer, the substance to be detected can be detected quickly, stably and with high sensitivity. It can be performed.

以下に実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail with reference to Examples below, but the present invention is not limited to the following Examples as long as the gist of the present invention is not exceeded.

＜ハイドロゲル用の光硬化性樹脂組成物の調製＞
以下の手順でポリマー粒子と重合性モノマー、光重合開始剤及び溶媒を含むハイドロゲル用の光硬化性樹脂組成物を調製した。 <Preparation of photocurable resin composition for hydrogel>
A photocurable resin composition for a hydrogel containing polymer particles, a polymerizable monomer, a photopolymerization initiator and a solvent was prepared by the following procedure.

（ポリマー粒子の作製）
２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸ナトリウム塩（ＮａＡＭＰＳ）の５０質量％水溶液の９１．７ｇ（０．２００モル）に、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド（ＭＢＡＡｍ）の１．２３ｇ（０．００８００ミリモル）と、光重合開始剤であるＩｒｇａｃｕｒｅ１１７３（ＢＡＳＦ社製、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−プロパン−１−オン）の０．０３２ｇ（０．０００２２モル）と、純水９１．７ｇを加えて第１の溶液を調製した。
第１の溶液を、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム上に枠状のシリコーンゴムシート（厚さ２ｍｍ）を置いた型に流し込み、その上を別のＰＥＴフィルムで覆い、さらに上下をガラス板で挟んでサンプルを作製した。このサンプルに、光ベルト方式の紫外線照射装置を用いて紫外線を照射することにより、サンプル内の第１の溶液をゲル化した。得られたゲルを乾燥機で一晩以上乾燥させ、乾燥後のゲルを粉砕し、１００μｍの篩を通過する乾燥ゲル粒子を回収し、ポリマー粒子（粒子径１００μｍ以下）とした。 (Preparation of polymer particles)
To 91.7 g (0.200 mol) of a 50 mass% aqueous solution of 2-acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid sodium salt (NaAMPS), 1.23 g (0.) of N, N'-methylenebisacrylamide (MBAAm). 00800 mmol), 0.032 g (0.00022 mol) of Irgacure 1173 (manufactured by BASF, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propane-1-one), which is a photopolymerization initiator, and pure water 91. .7 g was added to prepare the first solution.
The first solution is poured into a mold in which a frame-shaped silicone rubber sheet (thickness 2 mm) is placed on a polyethylene terephthalate (PET) film, covered with another PET film, and further sandwiched between glass plates on the top and bottom. A sample was prepared. The first solution in the sample was gelled by irradiating this sample with ultraviolet rays using an optical belt type ultraviolet irradiation device. The obtained gel was dried in a dryer overnight or more, the dried gel was crushed, and dried gel particles that passed through a 100 μm sieve were collected and used as polymer particles (particle size 100 μm or less).

（ハイドロゲル用光硬化性樹脂組成物の調製）
Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド（ＤＭＡＡｍ）の１９．８ｇ（０．２００モル）と、ＭＢＡＡｍの０．１５４ｇ（０．０００９９９モル）と、リチウムフェニル（２，４，６−トリメチルベンゾイル）ホスフィネート（Ｌｉ−ＴＰＯ）の０．０５９ｇ（０．０００２０モル）と、リン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）５６．８ｇとを混合し、第２の溶液を得た。 (Preparation of photocurable resin composition for hydrogel)
19.8 g (0.200 mol) of N, N-dimethylacrylamide (DMAAm), 0.154 g (0.009999 mol) of MBAAm, and lithium phenyl (2,4,6-trimethylbenzoyl) phosphinate (Li-). 0.059 g (0.00020 mol) of TPO) and 56.8 g of phosphate buffered saline (PBS) were mixed to obtain a second solution.

前記作製したポリマー粒子と第２の溶液とを、ポリマー粒子の質量／第２の溶液の質量で表される比（以下、「１ｓｔ／２ｎｄ」ともいう。）が１／３０となるように混合し、ポリマー粒子を均一に分散、膨潤させ、ハイドロゲル用液Ｓ１を得た。 The prepared polymer particles and the second solution are mixed so that the ratio represented by the mass of the polymer particles / the mass of the second solution (hereinafter, also referred to as “1st / 2nd”) is 1/30. Then, the polymer particles were uniformly dispersed and swollen to obtain a hydrogel solution S1.

１ｓｔ／２ｎｄを１／２０に変更した以外は上記と同様の手順でハイドロゲル用液Ｓ２を、また、ＰＢＳを純水に変更した以外は上記と同様の手順でハイドロゲル用液Ｓ３を得た。
各ハイドロゲル用液の組成は以下の通りである。 The hydrogel solution S2 was obtained in the same procedure as above except that the 1st / 2nd was changed to 1/20, and the hydrogel solution S3 was obtained in the same procedure as above except that PBS was changed to pure water. ..
The composition of each hydrogel solution is as follows.

＜樹脂組成等＞
Ｓ１：ＰＢＳ分散液、１ｓｔ／２ｎｄ＝１／３０
Ｓ２：ＰＢＳ分散液、１ｓｔ／２ｎｄ＝１／２０
Ｓ３：純水分散液、１ｓｔ／２ｎｄ＝１／３０ <Resin composition, etc.>
S1: PBS dispersion, 1st / 2nd = 1/30
S2: PBS dispersion, 1st / 2nd = 1/20
S3: Pure water dispersion, 1st / 2nd = 1/30

また、ハイドロゲル用液Ｓ３、ハイドロゲル用液Ｓ１にそれぞれイオン液体（1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate（東京化成））をそれぞれハイドロゲル用液Ｓ３の等重量、ハイドロゲル用液Ｓ１の等重量混合してハイドロゲル用液Ｓ４、Ｓ５を得た。 Further, ionic liquid (1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (Tokyo Kasei)) is added to the hydrogel liquid S3 and the hydrogel liquid S1, respectively, with the same weight of the hydrogel liquid S3 and the equal weight of the hydrogel liquid S1, respectively. The mixture was mixed to obtain liquids S4 and S5 for hydrogel.

［参考例１〜５：表面抵抗測定用のハイドロゲルシートの作製及び表面抵抗の測定方法］
厚さ３ｍｍのシリコンゴムシートを３．５ｃｍ×３．５ｃｍに切り出し、さらに中央部分から２．５ｃｍ×２．５ｃｍをくり抜いて型を作製した。ポリスチレン製シャーレの蓋の上でその型にハイドロゲル用液Ｓ１〜Ｓ５をそれぞれ流し込み、上部から高圧水銀ランプ（ウシオ電機社製）を用いて、約１０Ｗで表１に示す時間、紫外線を照射してハイドロゲルを硬化させた。硬化後、型から抜き出しハイドロゲルシートを得た。ハイドロゲルシートは、厚さ約２ｍｍで、２ｃｍ×２ｃｍのシートであった。 [Reference Examples 1 to 5: Preparation of Hydrogel Sheet for Surface Resistance Measurement and Method for Measuring Surface Resistance]
A silicon rubber sheet having a thickness of 3 mm was cut out to a size of 3.5 cm × 3.5 cm, and 2.5 cm × 2.5 cm was further hollowed out from the central portion to prepare a mold. Hydrogel liquids S1 to S5 are poured into the mold on a polystyrene petri dish lid, and ultraviolet rays are irradiated from above at about 10 W for the time shown in Table 1 using a high-pressure mercury lamp (manufactured by Ushio, Inc.). The hydrogel was cured. After curing, it was extracted from the mold to obtain a hydrogel sheet. The hydrogel sheet had a thickness of about 2 mm and was a 2 cm × 2 cm sheet.

上記で得られたハイドロゲルシートの表面抵抗を低抵抗率計（三菱化学社製 ロレスター−ＧＰ ＭＣＰ−Ｔ６００）でＰＳＰプローブモードと測定形を選択し、測定に供するハイドロゲルシートの面積（この場合は２ｃｍ×２ｃｍ）を入力し、ハイドロゲルシートの表面に短針をしっかり押し付けてそれらの表面抵抗値を測定した。なお、表面抵抗値は、ゲルサンプル作成時から８分前後の経過後の測定値とした。結果は表１に示す。ゲルサンプル作成時から８分前後の経過後の表面抵抗値は、安定した計測を可能とする観点からは、その変化が小さいものが好ましい。 Select the PSP probe mode and measurement type with a low resistivity meter (Lorester-GP MCP-T600 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) for the surface resistance of the hydrogel sheet obtained above, and measure the area of the hydrogel sheet (2 cm in this case). (× 2 cm) was input, and the short hands were firmly pressed against the surface of the hydrogel sheet to measure their surface resistivity values. The surface resistance value was measured about 8 minutes after the gel sample was prepared. The results are shown in Table 1. From the viewpoint of enabling stable measurement, the surface resistance value after about 8 minutes from the preparation of the gel sample is preferably small in change.

参考例１〜５のうち、参考例１，２，４，５は本発明の表面抵抗の規定を満たすが、参考例３は２．０×１０^３〜１２×１０^３Ω／□であり、１０^３Ω／□オーダー以下を満たさない。 Of Reference Examples 1 to 5, Reference Examples 1, 2, 4, and 5 satisfy the provisions of the surface resistance of the present invention, but Reference Example 3 is 2.0 × 10 ^{3 to} 12 × 10 ³ Ω / □. Does not meet the order of 10 ³ Ω / □ or less.

［実施例１〜５］
１．ハイドロゲルブロックの調製（表２中、ゲル形状「Ｂ」と記載）
７．５ｍｍ×１８ｍｍのシリコンゴムシートを準備し、そこから６．５ｍｍ×１７ｍｍを切り出し、型枠を作成した。なお、この型枠は、バッファー溶液（１０ｍＭ ＰＢＳ：リン酸緩衝生理食塩水）を保持するためのシリコンゴムプールとしても使用した。その型にハイドロゲル用液を流し込み、上部から高圧水銀ランプ（ウシオ電機社製）を用いて、約１０Ｗで所定時間（この照射時間はハイドロゲル用液毎に、表１に示す照射時間である。）照射してハイドロゲルを硬化させた。硬化後、型から抜き出しハイドロゲルブロックを得た。ハイドロゲルブロックは、厚さ約５ｍｍで、約５ｍｍ×１０ｍｍのブロックであった。 [Examples 1 to 5]
1. 1. Preparation of hydrogel block (indicated as gel shape "B" in Table 2)
A 7.5 mm × 18 mm silicon rubber sheet was prepared, and 6.5 mm × 17 mm was cut out from the silicon rubber sheet to prepare a mold. This mold was also used as a silicone rubber pool for holding a buffer solution (10 mM PBS: phosphate buffered saline). A hydrogel solution is poured into the mold, and a high-pressure mercury lamp (manufactured by Ushio, Inc.) is used from above for a predetermined time at about 10 W (this irradiation time is the irradiation time shown in Table 1 for each hydrogel solution. .) Irradiation was performed to cure the hydrogel. After curing, it was extracted from the mold to obtain a hydrogel block. The hydrogel block had a thickness of about 5 mm and was a block of about 5 mm × 10 mm.

２．ハイドロゲルシートの調製（表２中、ゲル形状「Ｓ」と記載）
シャーレを準備し、シャーレの蓋の上にハイドロゲル用液を載せ、シャーレの底部で押した状態で、上から紫外線を照射した。紫外線照射は上述に準じて実施した。調製したハイドロゲルシートは、厚さ約２ｍｍであった。 2. Preparation of hydrogel sheet (indicated as gel shape "S" in Table 2)
A petri dish was prepared, a hydrogel solution was placed on the lid of the petri dish, and the petri dish was pressed by the bottom and irradiated with ultraviolet rays from above. Ultraviolet irradiation was carried out according to the above. The prepared hydrogel sheet had a thickness of about 2 mm.

＜ハイドロゲル用の樹脂組成物＞
上記ハイドロゲル用液と同様のものを用いた。尚、表２中の「サンプル」で、実施例１の「Ｓ３−ｐＨ４」なる記載は、ハイドロゲル用液Ｓ３に、ｐＨ４の標準液を、ハイドロゲル用液Ｓ３の重量と等重量分混合した組成を用いたハイドロゲルであることを意味する。実施例２も同様である。同様に、実施例４の「Ｓ２−イオン１／２」は、ハイドロゲル用液Ｓ２に、その重量の１／２重量分のイオン液体を混合した組成を用いたハイドロゲルを示す。また、実施例３の「Ｓ１−ｐＨ９スタンプ」は、ハイドロゲル用液Ｓ１からなるハイドロゲルシートに、ｐＨ９の標準液を滴下したことを意味する。実施例５の「Ｓ２−イオン１／２−ｐＨ９スタンプ」は、実施例４に更にｐＨ９の標準液を滴下したことを意味する。 <Resin composition for hydrogel>
The same solution as the above hydrogel solution was used. In addition, in the "sample" in Table 2, the description of "S3-pH4" in Example 1 is that the standard solution of pH 4 is mixed with the solution S3 for hydrogel by the same weight as the weight of the solution S3 for hydrogel. It means that it is a hydrogel using the composition. The same applies to Example 2. Similarly, “S2-ion 1/2” in Example 4 indicates a hydrogel using a composition in which a hydrogel liquid S2 is mixed with an ionic liquid equivalent to 1/2 weight by weight thereof. Further, "S1-pH9 stamp" of Example 3 means that a standard solution of pH 9 was added dropwise to the hydrogel sheet composed of the solution S1 for hydrogel. The "S2-ion 1 / 2-pH9 stamp" of Example 5 means that a standard solution of pH9 was further added dropwise to Example 4.

＜グラフェンセンサの作製＞
まず、２８５ｎｍの厚さに酸化シリコン膜が付され、さらに、あらかじめ蒸着法で成膜したＮｉ／Ａｕ電極（４０ｎｍ）をフォトリソグラフィ法でパターニングした、シリコンウェハを準備した。そのシリコンウェハ上に、銅箔上にＣＶＤ法で合成したグラフェン単層結晶膜を転写した。さらにグラフェンを、フォトリソグラフィ法でパターニングした。第一電極と第二電極のギャップは約５μｍ、ギャップ部の電極の幅は約１０μｍ、電極の長さは約５ｍｍ、第三電極との間隔は約５０μｍであった。その後、Ａｒ／Ｈ_２雰囲気下に３００℃で１時間アニールした。 <Manufacturing of graphene sensor>
First, a silicon wafer was prepared in which a silicon oxide film was attached to a thickness of 285 nm, and a Ni / Au electrode (40 nm) previously formed by a vapor deposition method was patterned by a photolithography method. A graphene single-layer crystal film synthesized by the CVD method was transferred onto the copper foil on the silicon wafer. Further, graphene was patterned by a photolithography method. The gap between the first electrode and the second electrode was about 5 μm, the width of the electrode in the gap was about 10 μm, the length of the electrode was about 5 mm, and the distance from the third electrode was about 50 μm. Then, it was annealed at 300 ° C. for 1 hour under an Ar / H ₂ atmosphere.

＜検出＞
上述したハイドロゲルシートをグラフェンセンサの上に配置し、第三電極をゲート電極として使用し、−０．１Ｖ〜０．１Ｖまで掃引し、Ｉ−Ｖカーブを測定した。測定結果を表２に示す。なおゲートは、第一電極、第二電極に近接して設けられた電極である。なお、表２中の比較例は、ハイドロゲルを使用しない実施形態である。実施例における、印加前のΔＩ（第一電極と第二電極の間に発生した電流値の最大−大小の電流差）の測定値は、比較例と同等の電流値を得ることが好ましい。尚、表２中の「印加前」、「印加後」は、シリコンウェハの底面に−１０Ｖ〜１０Ｖのゲート電圧（ボトムゲート）を掃引し、グラフェン半導体に、ハイドロゲルと反対の面から印加する工程を意味する。この工程の前後にそれぞれ、第三電極（トップゲート）に−０．１Ｖ〜０．１Ｖを掃引し、Ｉ−Ｖカーブを測定した結果を意味する。 <Detection>
The hydrogel sheet described above was placed on the graphene sensor, the third electrode was used as a gate electrode, swept from −0.1V to 0.1V, and the IV curve was measured. The measurement results are shown in Table 2. The gate is an electrode provided close to the first electrode and the second electrode. The comparative example in Table 2 is an embodiment in which hydrogel is not used. It is preferable that the measured value of ΔI (maximum-large and small current difference of the current value generated between the first electrode and the second electrode) before application in the examples is the same as that of the comparative example. For "before application" and "after application" in Table 2, a gate voltage (bottom gate) of -10V to 10V is swept on the bottom surface of the silicon wafer and applied to the graphene semiconductor from the surface opposite to the hydrogel. Means a process. It means the result of measuring the IV curve by sweeping −0.1V to 0.1V to the third electrode (top gate) before and after this step.

本実施例で示すとおり、電圧を印加することによりノイズが低減し、ΔＩが向上する結果が得られた。このような効果は、ハイドロゲル内のイオンが電圧印加の電場により移動し、ハイドロゲルとグラフェンの接触（電気的な密着性）が十分に得られたものと考えられる。尚、第一電極と第二電極（ＳＤ電極）間の印加電圧は０．１Ｖである。 As shown in this example, it was obtained that the noise was reduced and ΔI was improved by applying the voltage. It is considered that such an effect is due to the fact that the ions in the hydrogel are moved by the electric field of voltage application, and the contact (electrical adhesion) between the hydrogel and graphene is sufficiently obtained. The applied voltage between the first electrode and the second electrode (SD electrode) is 0.1 V.

［比較例１］
ハイドロゲルブロックを作製する際に用いるシリコンゴムプールと同様にシリコンゴムプールを用意し、グラフェンセンサを覆うように圧着し、溶液プールを設けた。溶液プールを１５０μｌのＰＢＳ−生理食塩水で満たし、測定したい１つのセットのＳＤ電極の直上の溶液水面下に、Ａｇ／ＡｇＣｌ標準電極を挿入した。前記参照電極のそばにマイクロピペットでｐＨ４の標準液を３０μｌ静かに滴下した。瞬時にＳＤ電極間に流れる、検出ＳＤ電流が大きく変化し、安定するまでに５分かかった。
５分後に、参照電極に−０．１Ｖ〜０．１Ｖのゲート電圧を掃引し、ＳＤ電極間に流れる電流を計測したところ、６８．２μＡから６６．６μＡに変化し、伝達特性（Ｉ−Ｖカーブ）が測定できた。 [Comparative Example 1]
A silicon rubber pool was prepared in the same manner as the silicon rubber pool used when producing the hydrogel block, and crimped so as to cover the graphene sensor to provide a solution pool. The solution pool was filled with 150 μl of PBS-phosphate, and the Ag / AgCl standard electrode was inserted beneath the surface of the solution directly above the SD electrode of one set to be measured. 30 μl of a pH 4 standard solution was gently added dropwise near the reference electrode with a micropipette. The detected SD current that instantly flows between the SD electrodes changed significantly, and it took 5 minutes to stabilize.
After 5 minutes, a gate voltage of -0.1V to 0.1V was swept over the reference electrode, and the current flowing between the SD electrodes was measured. As a result, the voltage changed from 68.2 μA to 66.6 μA, and the transmission characteristics (IV). The curve) could be measured.

［比較例２］
参考例３のハイドロゲル用液Ｓ３のみからなるハイドロゲルブロックを作製し、実施例１〜実施例５と同様にして測定した第一電極と第二電極間の電流値は、−１０Ｖ〜１０Ｖ印加前後でともに数十ピコアンペアのノイズのみで、求める半導体特性によるマイクロアンペアオーダーの電流は観測できなかった。
この結果は、ハイドロゲル用液Ｓ３の樹脂組成では、乾燥などにより、ハイドロゲルの抵抗が大きすぎ好ましくないことを意味する。 [Comparative Example 2]
A hydrogel block composed of only the hydrogel solution S3 of Reference Example 3 was prepared, and the current value between the first electrode and the second electrode measured in the same manner as in Examples 1 to 5 was -10V to 10V applied. It was not possible to observe a current on the order of microampere due to the desired semiconductor characteristics, with only a few tens of picoampere noise before and after.
This result means that the resin composition of the hydrogel liquid S3 is not preferable because the resistance of the hydrogel is too large due to drying or the like.

［実施例６］
市販の２液混合型のハイドロゲル用樹脂アクアジョイント（日産化学））のＢ液を１０ｃｃのサンプル瓶に１．８ｃｃ入れ、さらに１．８ｃｃのＰＢＳと混合し、気泡が発生しないように静かに撹拌した。そこに１．８ｃｃのＡ液を混合し、静かに撹拌し、ハイドロゲルを得た。さらに前記ハイドロゲルに２．５ｃｃのＰＢＳを加え、８か月保管し、膨潤させた。その結果、スポイトで吸い取り、滴下した状態で垂直においても、液滴状態を保持する状態のハイドロゲルを得ることができた。 [Example 6]
Put 1.8cc of solution B of a commercially available two-component mixed type resin aqua joint for hydrogel (Nissan Chemical Industries, Ltd.) in a 10cc sample bottle, mix it with 1.8cc of PBS, and gently so that bubbles do not occur. Stirred. 1.8 cc of solution A was mixed therewith and gently stirred to obtain a hydrogel. Further, 2.5 cc of PBS was added to the hydrogel, and the mixture was stored for 8 months and swollen. As a result, it was possible to obtain a hydrogel in a state where the droplet state was maintained even when the gel was sucked up with a dropper and dropped vertically.

＜グラフェンセンサの作製＞で記載した、Ａｒ／Ｈ_２アニールした前述のグラフェンを、１０ｍＭのピレン−スクシンイミジルエステル（リンカー）（1-Pyrenebutyric acid N-hydroxysuccinimide ether）で処理し、さらに、ＩｇＥ（グロブリンＥ抗体）の捕獲体であるＩｇＥアプタマで修飾し、未修飾のリンカーをエタノールアミンでマスキングした。
前述のハイドロゲルをグラフェン上に３０μｌ滴下し、図５に示すようなハイドロゲル層をグラフェン上に設けた。そのハイドロゲル層の上から、図２のように１０ｎＭのＩｇＥを５μｌ滴下したところ、第三電極に−０．１Ｖ〜０．２Ｖゲート電圧を掃引し、良好なＩ−Ｖカーブのプラス側へのシフトが計測された。このＩ−Ｖカーブのシフトの大きさは、ＩｇＥ捕獲体であるＩｇＥアプタマにＩｇＥ抗体が捕獲され、その電荷をグラフェンが感知し、その電荷を中和するグラフェンの電位変化であり、ＩｇＥの濃度と、そのＩ−Ｖカーブのシフトと相関する。次いで７００ｎ ＭのＩｇＥを同様に滴下したところ、同様にＩ−Ｖカーブのシフトが計測された。いずれも、ＳＤ電極間の電流は２５０μＡと十分良い感度を示した。
尚、前述のハイドロゲルを樹脂製シャーレの上に、２０ｍｍφで厚み約５ｍｍの円形になるように滴下し、低抵抗率計（三菱化学社製 ロレスター−ＧＰ ＭＣＰ−Ｔ６００）でＰＳＰプローブモードと測定形を選択し、測定に供するゲルの面積（この場合は２０ｍｍ）を入力し、ハイドロゲルシートの表面に短針をさしこみ、それらの抵抗値を測定したところ、８．２×１０^３Ω／□であった。 The above-mentioned graphene annealed with Ar / H ₂ described in <Preparation of Graphene Sensor> was treated with 10 mM pyrene-succinimide ether (1-Pyrenebutyric acid N-hydroxysuccinimide ether), and further treated with IgE (1-Pyrenebutyric acid N-hydroxysuccinimide ether). It was modified with IgE aptama, which is a catch of (globulin E antibody), and the unmodified linker was masked with ethanolamine.
30 μl of the above-mentioned hydrogel was dropped onto graphene, and a hydrogel layer as shown in FIG. 5 was provided on graphene. When 5 μl of 10 nM IgE was dropped from the top of the hydrogel layer as shown in FIG. 2, a gate voltage of −0.1 V to 0.2 V was swept to the third electrode to the positive side of a good IV curve. Shift was measured. The magnitude of the shift of this IV curve is the potential change of graphene in which an IgE antibody is captured by IgE aptama, which is an IgE trap, the charge is sensed by graphene, and the charge is neutralized, and the concentration of IgE. Correlates with the shift of the IV curve. Then, when 700 nM IgE was dropped in the same manner, the shift of the IV curve was measured in the same manner. In each case, the current between the SD electrodes was 250 μA, which was a sufficiently good sensitivity.
In addition, the above-mentioned hydrogel is dropped onto a resin petri dish so as to form a circle having a thickness of about 5 mm at 20 mmφ, and measured in PSP probe mode with a low resistivity meter (Lorester-GP MCP-T600 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation). The shape was selected, the area of the gel to be measured (20 mm in this case) was input, the short hand was inserted into the surface of the hydrogel sheet, and the resistance values were measured. As a result, it was 8.2 × 10 ³ Ω / □. It was.

［実施例７］
実施例６と同様にしてＩｇＥアプタマ修飾したところに、参考例１のハイドロゲルシートを４ｍｍ×４ｍｍに切り出し図１のように設置した。ハイドロゲルの中心底面近傍に、１０ｎＭのＩｇＥを５μｌマイクロピペットで注入し、さらに７００ｎＭのＩｇＥを５μｌマイクロピペットで注入したところ、それぞれにおいて、良好なＩ−Ｖカーブのシフトが計測され、ＩｇＥが良好に検出された。 [Example 7]
The hydrogel sheet of Reference Example 1 was cut out to 4 mm × 4 mm and installed as shown in FIG. 1 where the IgE aptamer was modified in the same manner as in Example 6. When 10 nM IgE was injected with a 5 μl micropipette and 700 nM IgE was further injected with a 5 μl micropipette near the bottom surface of the center of the hydrogel, a good IV curve shift was measured and the IgE was good. Was detected in.

［比較例３］
実施例６と同様にしてＩｇＥアプタマ修飾したところに、直接ＩｇＥを１０μｌ滴下したところ、第三電極（ゲート電極）にゲート電圧を−０．１Ｖ〜０．２Ｖまで掃引したが、ＳＤ電極間の電流が安定せず、測定ができなかった。 [Comparative Example 3]
When 10 μl of IgE was directly added dropwise to the IgE aptama-modified portion in the same manner as in Example 6, the gate voltage was swept to the third electrode (gate electrode) from −0.1 V to 0.2 V, but between the SD electrodes. The current was not stable and measurement was not possible.

１ 基板
２ 第一の電極
３ 第二の電極
４ 第三の電極
５ 半導体層
６ ハイドロゲル層
７ 検体
８ シリンジ
９ 検体を核酸、湿潤させたハイドロゲル層 1 Substrate 2 1st electrode 3 2nd electrode 4 3rd electrode 5 Semiconductor layer 6 Hydrogel layer 7 Specimen 8 Syringe 9 Hydrogel layer in which a sample is wetted with nucleic acid

Claims (6)

少なくとも、基板、第一の電極、第二の電極及び第三の電極を有するセンサであって、該第一の電極と該第二の電極の間に半導体層が設けられ、該半導体層にハイドロゲル層が接触し、該ハイドロゲル層の表面抵抗が１０^２〜１０^３Ω／□オーダーであることを特徴とする電荷検出型半導体センサ。 A sensor having at least a substrate, a first electrode, a second electrode, and a third electrode, in which a semiconductor layer is provided between the first electrode and the second electrode, and the semiconductor layer is hydrolyzed. A charge detection type semiconductor sensor characterized in that the gel layers are in contact with each other and the surface resistance of the hydrogel layer is on the order of 10 ² to 10 ³ Ω / □. 前記ハイドロゲル層が、光硬化性樹脂組成物で形成される、請求項１に記載の電荷検出型半導体センサ。 The charge detection type semiconductor sensor according to claim 1, wherein the hydrogel layer is formed of a photocurable resin composition. 前記半導体層に検出対象物質の捕捉体が保持されている、請求項１又は２に記載の電荷検出型半導体センサ。 The charge detection type semiconductor sensor according to claim 1 or 2, wherein a trap for the substance to be detected is held in the semiconductor layer. 前記半導体層がグラフェンを含む、請求項１〜３のいずれかに記載の電荷検出型半導体センサ。 The charge detection type semiconductor sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the semiconductor layer contains graphene. 以下の工程（１）〜（３）をこの順で含む、電荷検出型半導体センサの製造方法。
（１） 基板、第一の電極、第二の電極及び第三の電極を含み、該第一の電極と該第二の電極の間に半導体層が設けられた半導体センサ本体を準備する工程
（２） 該半導体層に検体を供する工程
（３） ハイドロゲル層を該半導体層上に積層する工程 A method for manufacturing a charge detection type semiconductor sensor, which comprises the following steps (1) to (3) in this order.
(1) A step of preparing a semiconductor sensor main body including a substrate, a first electrode, a second electrode, and a third electrode, and a semiconductor layer is provided between the first electrode and the second electrode (1). 2) Step of applying a sample to the semiconductor layer (3) Step of laminating a hydrogel layer on the semiconductor layer 以下の工程（Ｉ），（II）を含む、半導体センサの使用方法。
（Ｉ） 請求項１〜４のいずれかに記載の電荷検出型半導体センサを準備する工程
（II） 前記ハイドロゲル層に検体を供し、前記半導体層に検体を接触させる工程 A method of using a semiconductor sensor, which comprises the following steps (I) and (II).
(I) A step of preparing the charge detection type semiconductor sensor according to any one of claims 1 to 4 (II) A step of applying a sample to the hydrogel layer and bringing the sample into contact with the semiconductor layer.

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