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発明の名称 弾性波センサ及びその製造方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−178167(P2007−178167A)
公開日 平成19年7月12日(2007.7.12)
出願番号 特願2005−374408(P2005−374408)
出願日 平成17年12月27日(2005.12.27)
代理人 【識別番号】100075258
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 研二
発明者 小貝 崇 / 奈良 誠 / 谷津田 博美 / 愛澤 秀信 / 黒澤 茂
要約 課題
圧電性基板上に抗体(又は抗原)溶液を導入する際に、非電極部に不安定な層が形成されるのが抑止され、基本的に電極部だけに抗体(又は抗原)層が形成された弾性波センサ及びその製造方法を実現する。

解決手段
まず、圧電性基板11の表面上に金属電極12a,12bを形成する。次に、圧電性基板11の表面上に抗体溶液を導入する前処理として、圧電性基板11上において金属電極12a,12bが形成されていない非電極部の表面上の全体又は一部に、抗体(又は抗原)溶液に対してブロッキング作用を有するブロック層14を形成する。そして、圧電性基板11の表面上に抗体(又は抗原)溶液を導入して抗体層13a,13bを形成する。このとき、ブロック層14のブロッキング作用によって、金属電極の表面上にだけ抗体層14が形成される。
特許請求の範囲
【請求項1】
抗原抗体反応により捕集された抗原(又は抗体)の量により弾性波の周波数特性が変化する弾性波センサの製造方法において、
圧電性基板の表面上に所定のパターンを有し前記弾性波の送受波を行う電極部を形成する電極部形成工程と、
前記圧電性基板上において前記電極部が形成されていない非電極部の表面上の全体又は一部に、抗体(又は抗原)溶液に対してブロッキング作用を有するブロック層を形成する前処理工程と、
前記圧電性基板の表面上に抗体(又は抗原)溶液を導入して抗体(又は抗原)層を形成する工程であって、前記ブロッキング作用によって、前記電極部の表面上に前記抗体(又は抗原)層が形成される抗体(又は抗原)層形成工程と、
を含むことを特徴とする弾性波センサの製造方法。
【請求項2】
請求項1に記載の弾性波センサの製造方法であって、
前記前処理工程は、
前記電極部上にレジスト層を形成するレジスト層形成工程と、
前記圧電性基板の表面上にその全体にわたってブロック層を形成する工程と、
前記電極部上に形成されたレジスト層を、前記レジスト層の表面上に形成されたブロック層とともに除去して非電極部の表面上に形成されたブロック層を残すレジスト除去工程と、
を含むことを特徴とする弾性波センサの製造方法。
【請求項3】
抗原抗体反応により捕集された抗原(又は抗体)の量により弾性波の周波数特性が変化する弾性波センサにおいて、
圧電性基板と、
前記圧電性基板の表面上に所定のパターンで形成され、前記弾性波の送受波を行う電極部と、
前記電極部の表面上に形成され、前記抗原(又は抗体)と抗原抗体反応をする抗体(又は抗原)層と、
前記圧電性基板上において前記電極部が形成されていない非電極部の表面上の全体又は一部に形成され、前記抗体(又は抗原)層を形成する際に導入される抗体(又は抗原)溶液に対してブロッキング作用を有するブロック層と、
を備えることを特徴とする弾性波センサ。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、抗原抗体反応により捕集された抗原(又は抗体)の量により弾性波の周波数特性が変化する弾性波センサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、抗原(又は抗体)の解析に弾性波センサが用いられている(特許文献1〜2)。弾性波センサは、水晶等の圧電性基板上の金属電極上に形成された抗体(又は抗原)層が、導入された溶液中の抗原(又は抗体)を抗原抗体反応により捕集し、捕集された抗原(又は抗体)の量に応じて弾性波の周波数特性が変化するセンサである。弾性波センサは、構造が簡単で小型化が可能であり、環境分析、食品分析、医療診断等の様々な分野でバイオセンサ素子として応用されている。
【0003】
【特許文献1】特開平11−201951号公報
【特許文献2】特開2004−347532号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
弾性波センサでは、金属電極上に形成された抗体(又は抗原)層が溶液の導入や洗浄により剥がれたりしないように、抗体(又は抗原)層が自己組織化膜を介して金属電極上に安定化されて形成されている。このような抗体(又は抗原)層は、金属電極上にシステアミンなどの自己組織化膜が形成された圧電性基板上に抗体溶液を導入することにより形成される。
【0005】
しかしながら、前述したような金属電極が形成された圧電性基板上に抗体(又は抗原)溶液を導入すると、金属電極が形成されていない領域(非電極部)にも抗体(又は抗原)溶液が付着し非特異的な物理吸着を発生してしまう。このような非電極部に付着した抗体(又は抗原)溶液は、洗浄操作等により付着した抗体が剥がれたりする不安定な抗体(又は抗原)の層を非電極部に形成してしまう。このような非電極部に形成された不安定な層は、弾性波センサにおける弾性波の伝搬に影響を与え、弾性波センサの精度を劣化させる(測定の再現性を低下させる)。本発明の目的は、抗体(又は抗原)溶液を導入する際に、非電極部に不安定な吸着層が形成されるのが抑止され、基本的に電極部だけに抗体(又は抗原)層が形成された弾性波センサ及びその製造方法を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、抗原抗体反応により捕集された抗原(又は抗体)の量により弾性波の周波数特性が変化する弾性波センサの製造方法において、圧電性基板の表面上に所定のパターンを有し前記弾性波の送受波を行う電極部を形成する電極部形成工程と、前記圧電性基板上において前記電極部が形成されていない非電極部の表面上の全体又は一部に、抗体(又は抗原)溶液に対してブロッキング作用を有するブロック層を形成する前処理工程と、前記圧電性基板の表面上に抗体(又は抗原)溶液を導入して抗体(又は抗原)層を形成する工程であって、前記ブロッキング作用によって、前記電極部の表面上に前記抗体(又は抗原)層が形成される抗体(又は抗原)層形成工程と、を含むことを特徴とする。
【0007】
このように、電極部が形成されていない圧電性基板上の非電極部に、抗体(又は抗原)溶液に対してブロッキング作用を有するブロック層を予め形成しておくことにより、電極部を有する圧電性基板に抗体(又は抗原)溶液を導入する際に、非電極部に不安定な非特異吸着層が形成されるのが抑止され、基本的に電極部だけに抗体(又は抗原)層が形成された弾性波センサを製造することができる。
【0008】
また、所定のパターンとは、電極部が弾性波の送受波を行うことができる形状であればどのような形状であっても良い。例えば、STW(Surface Transverse Wave)の送受波を行うために櫛歯状に形成された金属電極で形成しても良い。また、非電極部とは、圧電性基板の表面上の電極部以外の領域のことを言う。
【0009】
また、本発明は、前記前処理工程は、前記電極部上にレジスト層を形成するレジスト層形成工程と、前記圧電性基板の表面上にその全体にわたってブロック層を形成する工程と、前記電極部上に形成されたレジスト層を、前記レジスト層の表面上に形成されたブロック層とともに除去して非電極部の表面上に形成されたブロック層を残すレジスト除去工程と、を含むことが望ましい。
【0010】
このように電極上にレジスト層を形成することにより、電極部を有する圧電性基板にブロッキング材を導入してからレジスト層を除去するため、非電極部の表面上だけにブロック層を残すことができる。このように、レジスト層が除去された圧電性基板の表面上に抗体(又は抗原)溶液を導入することにより、非電極部に不安定な非特異吸着層が形成されるのが抑止され、基本的に電極部の表面上だけに抗体(又は抗原)層を形成することができる。
【0011】
他の本発明は、抗原抗体反応により捕集された抗原(又は抗体)の量により弾性波の周波数特性が変化する弾性波センサにおいて、圧電性基板と、前記圧電性基板の表面上に所定のパターンで形成され、前記弾性波の送受波を行う電極部と、前記電極部の表面上に形成され、前記抗原(又は抗体)と抗原抗体反応をする抗体(又は抗原)層と、前記圧電性基板上において前記電極部が形成されていない非電極部の表面上の全体又は一部に形成され、前記抗体(又は抗原)層を形成する際に導入される抗体(又は抗原)溶液に対してブロッキング作用を有するブロック層と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、抗体(又は抗原)溶液を導入する際に、非電極部に不安定な層が形成されるのが抑止され、基本的に電極部だけに抗体(又は抗原)層が形成された弾性波センサ及びその製造方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
本実施形態に係る弾性波センサ及びその製造方法について、図面を用いて、以下に詳細に説明する。なお、本実施形態では、抗体層に(抗原抗体反応により)捕集された抗原の量により弾性波の周波数特性が変化する弾性波センサについて説明する。図1は、本実施形態に係る製造方法により製造された弾性波センサの構成を示す図である。図1において、弾性波センサ1は、圧電性基板11と、金属電極12a,12bと、抗体層13a,13bと、ブロック層14と、を備えている。圧電性基板11は、例えば水晶等の圧電性材料により構成されている。金属電極12a,12bは、圧電性基板11の表面上に櫛歯形状で形成されており、弾性波(STW)の送受波を行う。なお、金属電極12a,12bは、いずれか一方が送信用電極であり、他方が受信用電極である。なお、弾性波センサ1は送受波特性に可逆性を有しているため、いずれを送信用電極(又は受信用電極)にしても良い。
【0014】
抗体層13a,13bは、抗原(例えば、C反応性タンパク質)と抗原抗体反応をする抗体によって、金属電極12a,12bの表面上に(後述する自己組織化膜15を介して)形成された層である。なお、ここで言う抗原抗体反応とは、抗体が抗原を(又は抗原が抗体を)認識して選択的に捕集することを言う。
【0015】
ブロック層14は、抗体溶液に対してブロッキング作用を有するブロッキング材料によって、圧電性基板11の表面上の非電極部に形成された層である。このブロック層14は、圧電性基板11の表面上で金属電極12a,12bが形成されていない領域全てに形成してもよいが、所望の検出精度を確保できるのであれば、圧電性基板11上で弾性波が伝搬する領域だけに形成してもよい。また、ブロッキング材料としては、例えば、C反応性タンパク質の抗体を含む抗体溶液をブロックするのであれば、ブロックエース等がある。
【0016】
次に、図1に示す弾性波センサ1を用いた抗原検出の原理について説明する。図1に示す弾性波センサ1に抗原を含む抗原溶液を導入することにより、抗体層13a,13bが抗原溶液中の抗原を抗原抗体反応により捕集する。弾性波センサ1は、捕集された抗原の量に応じて金属電極12aから12bへの弾性波の周波数特性が、抗原溶液が導入される前に比べて変化する。
【0017】
したがって、抗原溶液が導入される前の弾性波センサ1の周波数特性と、抗原溶液が導入された後の弾性波センサ1の周波数特性と、を比較する(差分を検出する)ことにより、抗原溶液中の抗原の量を検出することができる。また、このような金属電極12aから12bへの弾性波の周波数特性は、例えば、ネットワークアナライザ等により電極間の伝送周波数特性(例えば共振周波数)を測定してもよい。
【0018】
次に、図2を用いて本実施形態に示す弾性波センサの製造方法について説明する。図2は、本実施形態に係る弾性波センサの製造方法を主に示す図である。図2に示すように、本実施形態に係る弾性波センサの製造方法は、(a)金属電極形成工程と、(b)前処理工程と、(c)抗体層形成工程と、を含んでいる。なお、後述するが、(b)前処理工程は、(b1)レジスト形成工程と、(b2)ブロック材料設定工程と、(b3)レジスト除去工程と、を含んでいる。また、本実施形態に係る製造方法により製造された弾性波センサは、図2の(d)抗原捕集工程により抗原を捕集することができる。
【0019】
(a)金属電極形成工程
図2の(a)に示すように、本実施形態に係る弾性波センサの製造方法では、以下のように、まず、圧電性基板11の表面上に金属電極12a,12bを形成する。(a)金属電極形成工程では、まず、圧電性基板11にレジスト液を導入する。これにより圧電性基板11上にレジスト膜(感光膜)が形成される。
【0020】
次に、レジスト膜(感光膜)が形成された圧電性基板11を、金属電極12a,12bのパターン(のネガ)が形成されたフォトマスクを介して露光する。これにより、圧電性基板11の金属電極12a,12bのパターン以外の領域(非電極部)にレジストが固化される。そして、露光された圧電性基板11を洗浄することにより固化されていない(金属電極12a,12bが形成される)領域のレジスト液が除去される。
【0021】
このようにレジストが固化された圧電性基板11に電極となる金属(例えば、金(Au))を蒸着させる。そして、(金属電極12a,12bが形成される領域に金属が蒸着された)圧電性基板11のレジストを除去することにより、圧電性基板11の表面上に、金属電極12a,12bのパターンが形成される。
【0022】
次に、圧電性基板11の表面上に形成された金属電極12a,12b上に自己組織化膜15を形成する。自己組織化膜15としては、例えばC反応性タンパク質の抗体で抗体層13a,13bを形成する場合、図2の(a)における金属電極12a,12bと自己組織化膜15との拡大図21に示すように、システアミン151及びグルタルアルデヒド153が用いられる。このような自己組織化膜15は、金属電極12a,12b上にシステアミン151を含む溶液を導入し、次に、グルタルアルデヒド153を含む溶液を導入することにより形成することができる。なお、自己組織化膜15の形成は後述するレジスト除去工程(b3)の後であっても良い。
【0023】
(b)前処理工程
次に、圧電性基板11の表面上にブロック層14を形成する(b)前処理工程について説明する。後述するが、圧電性基板11の金属電極12a,12b上に抗体層13a,13bを形成する前に、非電極部にブロック層14を形成しておくことにより、非電極部に抗体層13a,13bが形成されず、金属電極12a,12b上に抗体層が形成される。また、(b)前処理工程は、(b1)レジスト形成工程と、(b2)ブロック材料設定工程と、(b3)レジスト除去工程と、を含む。以下、各工程について説明する。
【0024】
(b1)レジスト形成工程
図2の(b1)に示すように、前処理工程(b)では、まず、前述した金属電極12a,12b上(の自己組織化膜15上)にレジスト16を以下のように形成する。まず、金属電極12a,12bが形成された圧電性基板11にレジスト液を導入する。これにより圧電性基板11上に(電極の有無に係らず)レジスト膜(感光膜)が形成される。
【0025】
次に、レジスト膜(感光膜)が形成された圧電性基板11を、金属電極12a,12b以外の領域(のネガ)が形成されたフォトマスクを介して露光する。これにより、図2の(b1)に示すように、圧電性基板11の金属電極12a,12b上にレジスト16が形成される(なお、固化されていないレジスト液は洗浄により除去される)。
【0026】
(b2)ブロック材料設定工程
次に、(b)前処理工程では、図2の(b2)に示すように、金属電極12a,12b上にレジスト16が形成された圧電性基板11の表面上に(電極の有無に係らず)その全体にわたってブロック層14を形成する。
【0027】
前述したように、ブロック層14は、圧電性基板11上で金属電極12a,12bが形成されていない領域全てに形成しても良いが、所望の検出精度を確保できるのであれば、圧電性基板11上で弾性波が伝搬する領域だけに形成しても良い。また、ブロック層14は、後述する(b3)レジスト除去工程で剥がれないよう、レジスト除去液(アセトン等)に耐性があるものが望ましい。
【0028】
(b3)レジスト除去工程
そして、(b)前処理工程では、図2の(b3)に示すように、金属電極12a,12b上に形成されたレジスト16を除去する。レジスト16の除去は、金属電極12a,12b上に形成されたレジスト16にレジスト除去液を導入することにより行う。これにより、圧電性基板11の非電極部にのみブロック層14が残留する。
【0029】
(c)抗体層形成工程
次に、ブロック層が形成された圧電性基板11に抗体131を含む抗体溶液を導入する。前述したように、金属電極12a,12b上には抗体を付着させるための自己組織化膜15が形成されている。このため、圧電性基板11上に形成された金属電極12a,12bの表面上に(自己組織化膜15を介して)抗体層13a,13bが形成される。これを、図2の(c)における金属電極12a,12bと自己組織化膜15と抗体層13a,13bの拡大図23に示す。一方、前述したように圧電性基板11上の非電極部には、ブロック層14が形成されている。このため、ブロック層14のブロッキング作用によって、ブロック層14の表面上に抗体が付着されるのが阻害され不安定な層が形成されるのが抑止される。
【0030】
なお、抗体溶液には前述した拡大図23に示すようにグリシン133(又はエタノールアシン等)を添加しておいても良い。これにより、グルタルアルデヒド153の未反応のアルデヒドがこれらの添加物と反応して全ての未反応物が消失して抗体以外の生体分子と結合するのを防止することができる。また、圧電性基板11上にどのように抗体層13a,13bが形成されたかを確認するために、発色性の酵素を抗体に酵素気質反応により結合させて、色素強度を蛍光分光高光度計により測定する酵素免疫測定法により抗体層13a,13bの形成具合を測定しても良い。
【0031】
以上のような工程を経て、本実施形態に係る弾性波センサ1が形成される。なお、前述したように、ブロック層14は、抗体溶液を導入する際に、非電極部に抗体による不安定な層が形成されるのを防止するために形成しているため、抗体層13a,13bを形成したのちに除去しても良い。
【0032】
(d)抗原捕集工程
このように抗体層13a,13bが形成された弾性波センサ1に、抗原を含む抗原溶液を導入することにより、抗体層13a,13bが抗原溶液中の抗原を抗原抗体反応により捕集することができる。これを、図2の(d)における金属電極12a,12bと自己組織化膜15と抗体層13a,13bと抗原18との拡大図25に示す。また、ブロック層14により、非電極部に抗体溶液が付着し不安定な層が形成されるのが抑止されているため、弾性波センサ1の精度を劣化させる(測定の再現性を低下させる)ことなく抗原の検出を行うことができる。
【0033】
以上説明したように、本実施形態に係る弾性波センサ及びその製造方法は、圧電性基板の表面上に抗体溶液を導入する前に、圧電性基板上において非電極部の表面上に、抗体に対してブロッキング作用を有するブロック層を形成しておくことにより、圧電性基板の表面上に抗体溶液を導入した際に、非電極部に不安定な層が形成されるのが抑止され、基本的に電極部だけに抗体層が形成されるため、弾性波センサの精度を劣化させる(測定の再現性を低下させることなく)抗原の検出を行うことができる。また、本実施形態では、抗体層に(抗原抗体反応により)捕集された抗原の量により弾性波の周波数特性が変化する弾性波センサに適用した場合について説明したが、抗原層に捕集された抗体の量により弾性波の周波数特性が変化する弾性波センサに適用しても良いことは言うまでも無い。なお、前述したように、ブロック層は、抗体(又は抗原)溶液を導入する際に、非電極部に抗体による不安定な層が形成されるのを防止するために形成しているため、抗体(又は抗原)層を形成したのちに除去しても良い。また、本実施形態では抗体としてC反応性タンパク抗体を抗原としてC反応性タンパク質を用いて説明したが、本発明がその他の抗体や抗原においても適用できるのは言うまでも無い。
【図面の簡単な説明】
【0034】
【図1】本実施形態に係る製造方法により製造された弾性波センサの構成を示す図である。
【図2】本実施形態に係る弾性波センサの製造方法を主に示す図である。
【符号の説明】
【0035】
1 弾性波センサ、11 圧電性基板、12a,12b 金属電極、13a,13b 抗体層、14 ブロック層、15 自己組織化膜、16 レジスト、18 抗原、21,23,25 拡大図、131 抗体、133 グリシン、151 システアミン、153 グルタルアルデヒド。




 

 


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