JP5023326B2 - 検出装置および検出方法 - Google Patents
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[1]基板、前記基板上に配置されたソース電極およびドレイン電極、前記ソース電極とドレイン電極とを電気的に接続する超微細繊維体を含むチャネル、ならびに前記チャネルを流れる電流を制御するゲート電極を有する電界効果トランジスタと;前記電界効果トランジスタに結合された酵素と、を含む酵素に対応する基質の検出装置。
[2]基板、前記基板上に配置されたソース電極およびドレイン電極、前記ソース電極とドレイン電極とを電気的に接続する超微細繊維体を含むチャネル、ならびに前記チャネルを流れる電流を制御するゲート電極を有する電界効果トランジスタと;前記電界効果トランジスタに結合された、酵素に対応する基質と、を含む基質に対応する酵素の検出装置。
[3]前記酵素に対応する基質が低分子化合物である、[1]または[2]に記載の検出装置。
[4]前記酵素に対応する基質が有機リン化合物である、[1]または[2]に記載の検出装置。
[5]前記酵素は、前記電界効果トランジスタの基板、ゲート電極または超微細繊維体に結合されている、[1]に記載の検出装置。
[6]前記酵素は、NTA−Ni錯体を介して前記電界効果トランジスタに結合されている、[1]に記載の検出装置。
[7]前記超微細繊維体はカーボンナノチューブである、[1]〜[6]のいずれかに記載の検出装置。
[8]前記ゲート電極は、前記基板に自由電子の移動による分極を生じさせる、[1]〜[7]のいずれかに記載の検出装置。
[9]前記基板は、半導体または金属からなる支持基板、前記支持基板の第一の面に形成された第一の絶縁膜、および前記支持基板の第二の面に形成された第二の絶縁膜を有し;前記ソース電極、ドレイン電極およびチャネルは、前記第一の絶縁膜上に配置され;前記ゲート電極は、前記第二の絶縁膜上に配置されており;かつ前記酵素は、前記第二の絶縁膜またはゲート電極に結合されている、[1]に記載の検出装置。
[10]前記基板は、半導体または金属からなる支持基板、および前記支持基板の第一の面に形成された第一の絶縁膜を有し;前記ソース電極、ドレイン電極、チャネルおよびゲート電極は、前記第一の絶縁膜上に配置され;かつ前記酵素は、前記第一の絶縁膜またはゲート電極に結合されている、[1]に記載の検出装置。
[11]前記ゲート電極と前記超微細繊維体との間隔が10μm以上である、[10]に記載の検出装置。
[12]前記電界効果トランジスタは、前記基板に電気的に接続されている第二の基板をさらに含み;前記基板は、半導体または金属からなる支持基板、および前記支持基板の第一の面に形成された第一の絶縁膜を有し;前記ソース電極、ドレイン電極およびチャネルは、前記第一の絶縁膜上に配置され;前記ゲート電極は、前記第二の基板の第一の面上に配置されており;かつ前記酵素は、前記第二の基板の第一の面またはゲート電極に結合されている、[1]に記載の検出装置。
[13]前記酵素に対応する基質の濃度を検出するための、[1]に記載の検出装置。
[14]前記酵素に対応する基質をスクリーニングするための、[1]に記載の検出装置。
[15]前記基質に対応する酵素の活性を検出するための、[2]に記載の検出装置。
[16]前記基質に対応する酵素をスクリーニングするための、[2]に記載の検出装置。
[17][1]に記載の検出装置に含まれる酵素に、前記酵素に対応する基質を含むサンプルを接触させるステップと;前記接触後の電界効果トランジスタのソース−ドレイン電流またはソース−ドレイン電圧を測定するステップと、を含む酵素に対応する基質を検出する方法。
[18]前記酵素に対応する基質をスクリーニングするための、[17]に記載の方法。
[19][2]に記載の検出装置に含まれる酵素に対応する基質に、前記酵素を含むサンプルを接触させるステップと;前記接触後の電界効果トランジスタのソース−ドレイン電流またはソース−ドレイン電圧を測定するステップと、を含む酵素を検出する方法。
本発明の検出装置は、電界効果トランジスタ(FET)と、前記FETに結合された酵素または基質とを含む。
検出装置に含まれるFETは、基板と、基板上に配置されたソース電極およびドレイン電極と、ソース電極およびドレイン電極を電気的に接続するチャネルと、チャネルを流れる電流を制御するゲート電極と、を含む。
FETは、基板を有し、基板上にはソース電極およびドレイン電極ならびにチャネルが配置されている。基板の構造および材質は、ゲート電極(後述)に電圧を印加することにより、基板に自由電子の移動による分極(後述)が生じるのであれば特に限定されない。通常、基板は、半導体または金属からなる支持基板と;支持基板と、ソース電極、ドレイン電極およびチャネルとを電気的に絶縁する絶縁膜と;を有する。図1に基板の例が示される。図1(A)は、支持基板200および第一の絶縁膜202を含む基板である。図1(B)は、支持基板200、第一の絶縁膜202および第二の絶縁膜204を含む基板である。
チャネルは、半導体特性を示す超微細繊維体を含むことが好ましい。超微細繊維体とは、電気伝導性を示す、直径が数nmの繊維体である。超微細繊維体の例には、カーボンナノチューブ(CNT)、DNA、導電性高分子、シリコン繊維、シリコンウイスカー、グラフェンなどが含まれる。この中ではCNTが好ましい。チャネルに含まれる超微細繊維体の数は、1本でも複数本でもよい。超微細繊維体の数は、AFMによって確認されうる。また、超微細繊維体と基板との間には空隙があってもよい。
ソース電極およびドレイン電極は、基板の第一の絶縁膜上に配置される。ソース電極およびドレイン電極の材質は、例えば、金や白金、チタンなどの金属である。ソース電極およびドレイン電極は、二種以上の金属で多層構造にされていてもよい。例えば、チタンの層に金の層を重ねてもよい。ソース電極およびドレイン電極は、これらの金属を第一の絶縁膜上に蒸着することにより形成される。金属を蒸着するときは、リソグラフィを用いてパターンを転写しておくことが好ましい。
ゲート電極は、電圧を印加されることで、ソース電極およびドレイン電極が配置されている基板に自由電子の移動による分極を生じさせる。「自由電子の移動による分極」とは、自由電子が基板内を移動することにより、プラスの電荷に偏った領域およびマイナスの電荷に偏った領域がそれぞれ基板内に形成されることをいう。半導体または金属から成る支持基板と絶縁膜とから成る基板の場合、自由電子の移動による分極は、電気伝導性を有する支持基板において生じる。基板が分極しているか否かは、基板両面の電位差の測定などによって確認されうる。
バックゲート電極は、基板の第二の絶縁膜上に配置されている。この電極は、ソース電極、ドレイン電極およびチャネルに対して基板の裏面に配置されているので、バックゲート電極と称される。バックゲート電極は、(a)第二の絶縁膜に直接接触して配置されていてもよく、(b)第二の絶縁膜から物理的に離されて配置されていてもよい。(a)の態様の例が図2に示される。
サイドゲート電極は、基板の第一の絶縁膜上に配置されている。この電極は、ソース電極、ドレイン電極およびチャネルが配置された面と同一の面に配置されているので、サイドゲート電極と称される。サイドゲート電極は、(a)第一の絶縁膜に直接接触して配置されていてもよく、(b)第一の絶縁膜から物理的に離されて配置されていてもよい。(a)の態様の例が図3に示される。
分離ゲート電極は、ソース電極、ドレイン電極およびチャネルが配置された基板とは分離されているが、電気的に接続されている第二の基板上に配置されている。第二の基板は、半導体または金属からなる支持基板と、支持基板の少なくとも一方の面に形成された絶縁膜とを有する基板、または絶縁体からなる基板でありうるが、好ましくは前者の基板である。
前述の通り、本発明の検出装置は、電界効果トランジスタ(FET)に結合された酵素を含みうる。酵素は、検出しようとする基質に応じて選択すればよい。例えば、有機リン系やカーバメート系の残留農薬を検出する場合には、アセチルコリンエステラーゼを選択すればよい。また、特定の酵素を結合させ、その酵素に対応する基質をスクリーニングすることもできる。
本発明の検出装置において、酵素または酵素に対応する基質は、FETに結合されていればよい。その結合部位は特に制限されないが、基板やゲート電極、チャネルに含まれる超微細繊維体(超微細繊維体を保護する膜を含む)などが含まれる。以下、酵素または酵素に対応する基質をFETに結合させる例を、図面を参照して説明する。図6〜図21においては、酵素を結合させた例が示されているが、同様の態様で酵素に対応する基質を結合させてもよい。
酵素または酵素に対応する基質をFETに結合させる方法は、特に限定されないが、例えばNTA−Ni錯体を介して結合させる方法がある。
FETに酵素または酵素に対応する基質を結合させるときに用いる酵素溶液または基質溶液の濃度は、適切な結果を得られる範囲内であれば特に限定されない。例えば、A(濃い)〜E(薄い)の5段階の濃度の酵素溶液または基質溶液を用いて酵素または基質をFETに結合し、得られた各FETについて酵素−基質反応を検出する予備実験を行った結果、A〜Cの濃度の溶液により酵素または基質を結合したFETはほぼ同様に酵素−基質反応を検出できた場合、酵素または基質をFETに結合させる際に用いる溶液の濃度はA〜Cのいずれかであればよいが、経費削減の観点からCの濃度の溶液を用いることが好ましい。
本発明の検出装置は、酵素−基質反応により引き起こされるFETの電気特性の変化を観察することにより、酵素に対する基質または基質に対する酵素の検出または濃度の測定をすることができる。FETの電気特性の例には、ソース−ドレイン電流とゲート電圧の関係;およびソース−ドレイン電流とソース−ドレイン電圧の関係が含まれる。したがって本発明の検出装置は、FETの電気信号を測定する部材、好ましくはFETのソース−ドレイン電流またはソースドレイン電圧を測定する部材を有することが好ましい。FETのソース−ドレイン電流を測定する部材には、通常の半導体パラメータアナライザを適宜に適用することができる。これらの部材により、電気的特性の変化を観察すればよい。
本発明の検出装置は、酵素に対応する基質または酵素を検出することができる。本明細書において「酵素に対応する基質」とは、酵素の作用を受けて反応を起こす物質だけではなく、酵素と複合体を形成することで阻害剤として機能しうる物質(自殺基質)も含む。また、「基質を検出する」とは、サンプルに含まれる基質の濃度を測定すること、およびサンプルに含まれる基質の酵素に対する相互作用(親和性など)を測定することを含む。同様に、「酵素を検出する」とは、サンプルに含まれる酵素の活性あるいは濃度を測定すること、およびサンプルに含まれる酵素の基質に対する相互作用(親和性など)を測定することを含む。本発明の検出装置は、酵素と基質とが酵素−基質反応(結合を含む)することにより生じるソース−ドレイン電流またはソース−ドレイン電圧の変化を観察することにより、基質または酵素を検出する。
ショウジョウバエ(Drosophila melanogaster)成体由来のポリ(A)+RNAから、RT−PCR法によりAChE遺伝子の部分cDNAを取得した。取得したcDNAをクローニングベクターpBAD/gIII(インビトロジェン社)にサブクローニングして、カルボキシル末端にヒスチジンタグを有する組換えAChEcDNAとした。得られた組換えAChEcDNAをベクターpFastBac(インビトロジェン社)に再クローニングしてバキュロウイルス発現ベクターを構築し、構築したベクターをSf9細胞に導入した。ベクターを導入した細胞を28℃で培養し、培養上清を回収した。回収した培養上清からNTA−Niカラムを用いてアセチルコリンエステラーゼを精製した。
本実施例では、有機リン系農薬の「アセフェート」および「フェニトロチオン」を検出対象とした(下記構造式参照)。また、対照として、非有機リン系農薬「プレチラクロール」の検出も行った(下記構造式参照)。各農薬の100ppmアセトン溶液を原液として、PBSで希釈系列を作製して、各種濃度のサンプルを得た。
本実施例では、(1)で調製したアセチルコリンエステラーゼを図8(A)に示されるバックゲート型のCNT−FETに結合させた。バックゲート型のCNT−FETは、支持基板は厚さ550μmのシリコン基板、第一の絶縁膜および第二の絶縁膜は厚さ300nmの酸化シリコン膜、基板の面積は1cm2(1cm×1cm)、超微細繊維体は単層CNT、ソース電極とドレイン電極の間隔は5μmとし、ゲート電極は第二の絶縁膜に接触させた。
(2)で得られた各サンプル(50μl)を、アセチルコリンエステラーゼを結合させた基板の第二の面に滴下して、室温で10分間反応させた。その後、基板の第二の面をPBSで3回洗浄し、窒素ガスで水分を除去した。乾燥後、I−Vg特性(ソース−ドレイン電流とゲート電圧との関係)を測定して、有機リン系農薬の検出を行った。測定時のゲート電圧は5.08Vとした。
図22は、各サンプルにおけるI−Vg特性の測定結果を示すグラフである。図22(A)は、アセフェートの濃度(横軸:対数表示)とソース−ドレイン電流(縦軸)との関係を示すグラフであり、図22(B)はフェニトロチオンの濃度(横軸:対数表示)とソース−ドレイン電流(縦軸)との関係を示すグラフであり、図22(C)はプレチラクロールの濃度(横軸:対数表示)とソース−ドレイン電流(縦軸)との関係を示すグラフである。
2 基板
3 ソース電極
4 ドレイン電極
5 ゲート電極
6 CNT
100〜126 本発明のバックゲート型FET
140〜154 本発明のサイドゲート型FET
160〜170 本発明の分離ゲート型FET
200 支持基板
202 第一の絶縁膜
204 第二の絶縁膜
206 ソース電極
208 ドレイン電極
210 超微細繊維体
212 バックゲート電極
214 サイドゲート電極
216 第二の支持基板
218 第三の絶縁膜
220 第四の絶縁膜
222 分離ゲート電極
224 導電性基板
226 第一の導電性基板
228 第二の導電性基板
230 導電性部材
232 絶縁性保護膜
234 凹部側壁
240〜250 超微細繊維体素子部
260〜280 ゲート素子部
300 酵素
400 試料溶液
Claims (8)
- アセチルコリンエステラーゼの基質となる有機リン化合物の検出装置であって、
基板、前記基板上に配置されたソース電極およびドレイン電極、前記ソース電極とドレイン電極とを電気的に接続する超微細繊維体を含むチャネル、ならびに前記チャネルを流れる電流を制御するゲート電極を有する電界効果トランジスタと、
前記電界効果トランジスタに結合されたアセチルコリンエステラーゼと、を含み、
前記基板は、半導体または金属からなる支持基板、前記支持基板の第一の面に形成された第一の絶縁膜、および前記支持基板の第二の面に形成された第二の絶縁膜を有し、
前記ソース電極、ドレイン電極およびチャネルは、前記第一の絶縁膜上に配置されており、
前記ゲート電極は、前記第二の絶縁膜上に配置されており、
前記アセチルコリンエステラーゼは、前記第二の絶縁膜またはゲート電極に結合されている、
有機リン化合物の検出装置。 - 前記アセチルコリンエステラーゼは、NTA−Ni錯体を介して前記第二の絶縁膜またはゲート電極に結合されている、請求項1記載の検出装置。
- 前記超微細繊維体はカーボンナノチューブである、請求項1記載の検出装置。
- 前記ゲート電極は、前記基板に自由電子の移動による分極を生じさせる、請求項1記載の検出装置。
- 前記有機リン化合物の濃度を検出するための、請求項1記載の検出装置。
- 前記有機リン化合物をスクリーニングするための、請求項1記載の検出装置。
- 請求項1に記載の検出装置を使用して、アセチルコリンエステラーゼの基質となる有機リン化合物を検出する方法であって、
請求項1に記載の検出装置に含まれるアセチルコリンエステラーゼに、前記有機リン化合物を含むサンプルを接触させるステップと、
前記接触後の電界効果トランジスタのソース−ドレイン電流またはソース−ドレイン電圧を測定するステップと、
を含む、有機リン化合物の検出方法。 - 前記有機リン化合物をスクリーニングするための、請求項7記載の有機リン化合物の検出方法。
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SE431688B (sv) * | 1981-07-30 | 1984-02-20 | Leif Lundblad | Anordning for utmatning av blad |
JPH01203959A (ja) * | 1988-02-10 | 1989-08-16 | Fuji Photo Film Co Ltd | 酵素固定化fetセンサー |
FR2778918B1 (fr) * | 1998-05-25 | 2000-07-21 | Commissariat Energie Atomique | Baton moleculaire et ses applications |
CA2372175C (en) * | 1999-04-26 | 2010-07-13 | Richard K. Gordon | Immobilized enzymes as biosensors for chemical toxins |
KR20030055346A (ko) * | 2000-12-11 | 2003-07-02 | 프레지던트 앤드 펠로우즈 오브 하버드 칼리지 | 나노센서 |
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