專利名稱：化學傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及對氣體中的氣體成分或病毒、過敏原等被測物質進行檢測的化學傳感器。
背景技術：
以往，已知有以血液等體液、發酵物或天然物為試樣并對使該試樣與試劑發生酶反應而產生的電荷進行檢測的電化學生物傳感器試驗片(參考專利文獻I)。該電化學生物傳感器試驗片具備利用毛細作用來導入試樣的毛細管空隙，由此，即使是少量的試樣，也能夠準確地進行與試劑的酶反應和電荷的測定。現有技術文獻專利文獻專利文獻I :日本特表2002-541453號公報
發明內容
發明所要解決的問題上述的電化學生物傳感器試驗片中，由于反應上的限制，需要試樣為液體。因此，不能對氣體中的氣體成分或病毒、過敏原等被測物質進行檢測。為了檢測氣體中的氣體成分或病毒、過敏原等被測物質，需要進行將被測物質溶解在液體中的預處理。該預處理是使用大型裝置進行的處理或通過手動操作進行的處理等繁雜處理。本發明是鑒于上述問題而完成的，其目的在于提供能夠通過簡便的方法使氣體中的被測物質溶解在液體中的化學傳感器。用于解決問題的手段本發明的特征所涉及的化學傳感器具備傳感器保持部、注入含有被測物質的氣體的氣體注入孔、采集由氣體注入孔注入的氣體中所含的被測物質的試樣采集部、將由試樣采集部采集到的被測物質輸送到試樣反應部的試樣輸送部、具有與由試樣輸送部輸送來的被測物質發生規定反應的反應物質的試樣反應部和對在試樣反應部中與反應物質反應了的被測物質進行檢測的檢測部。試樣采集部具有使由氣體注入孔注入的氣體中所含的水蒸氣液化的珀爾帖元件。根據本發明的特征，通過利用珀爾帖元件的珀爾帖冷卻效果使由氣體注入孔注入的氣體中所含的水蒸氣液化，能夠制成含有被測物質的溶液。由此，試樣采集部能夠從由氣體注入孔注入的氣體中采集含有被測物質的溶液。本發明的特征中，優選上述氣體注入孔、上述試樣采集部、上述試樣輸送部、上述試樣反應部和上述檢測部一體化地形成于上述傳感器保持部。由此，能夠實現小型輕量化，而且能夠以低成本進行檢測。本發明的特征中，試樣輸送部可以具有毛細管結構，該毛細管結構的一端可以靠近珀爾帖元件。由此，能夠在不使用特殊結構的情況下利用毛細管結構的毛細現象將被珀爾帖元件液化得到的溶液輸送到試樣反應部。另外，試樣反應部可以具有特異性地與由試樣輸送部輸送來的被測物質反應的抗體、酶、受體和蛋白質中的至少任意ー種。由此，通過與被測物質的抗原抗體反應，能夠特異性地檢測被測物質。另外，試樣反應部可以具備對由試樣輸送部輸送來的被測物質進行加熱的加熱部和對被測物質的溫度進行測定的溫度測定部。通過使被測物質產生特定的溫度循環，能夠實施對被測物質的DNA進行擴增的PCR法，因此，能夠高靈敏度地檢測被測物質。另外，檢測部可以具備與同反應物質反應了的被測物質結合的抗體和擔載該抗體的電極，且該電極可以具有多孔結構。由此，能夠增大抗體的固定化面積，從而能夠提高檢測靈敏度。 另外，化學傳感器可以包含一體化地形成于ー個傳感器保持部的多個單元傳感器,各單元傳感器可以由氣體注入孔、試樣采集部、試樣輸送部、試樣反應部和檢測部構成。通過使多個單元傳感器一體化地形成于ー個傳感器保持部，能夠抑制傳感器的一次性使用。發明效果如上所述，根據本發明的化學傳感器，通過珀爾帖元件的珀爾帖冷卻效果，能夠用簡便的方法使氣體中的被測物質溶解在液體中。
圖1(a)是表示本發明的第一實施方式的化學傳感器的整體構成的截面圖，圖1(b)是表示圖1(a)的試樣采集部13所具備的珀爾帖元件的示意圖。圖2(a)和圖2(b)是表示圖I (a)的試樣反應部15和檢測部16的具體構成例的示意圖。圖3(a)和圖3(b)是表示圖1(a)的檢測部16的具體構成例的示意圖。圖4(a)和圖4(b)是表示本發明的第二實施方式的試樣反應部15的具體構成例的示意圖。圖5是表示本發明的第三實施方式的化學傳感器的整體構成的概念圖。
具體實施例方式以下，參考附圖對本發明的實施方式進行說明。附圖的記載中對同一部分標注同
一符號。(第一實施方式)參考圖I (a)，對本發明的第一實施方式的化學傳感器的整體構成進行說明。第一實施方式的化學傳感器具備具有作為支撐整個化學傳感器的基板的功能的傳感器保持部
11、注入含有被測物質的空氣等氣體的氣體注入孔12、采集由氣體注入孔12注入的氣體中所含的被測物質的試樣采集部13、將由試樣采集部13采集的被測物質輸送到試樣反應部15的試樣輸送部14、具有與由試樣輸送部14輸送來的被測物質發生規定反應的反應物質的試樣反應部15和對在試樣反應部15中與反應物質反應了的被測物質進行檢測的檢測部16。傳感器保持部11為基本上平坦的基板，由例如容易進行微細加工的半導體(Si、SiC等)基板或玻璃基板等形成。傳感器保持部11和后述的保護構件可以通過微細加工來制造。在傳感器保持部11的ー個主表面上依次并列配置有試樣采集部13、試樣輸送部14、試樣反應部15和檢測部16。而且，以蓋住試樣采集部13、試樣輸送部14、試樣反應部15和檢測部16的方式在傳感器保持部11的主表面的上方配置保護構件，并且在保護構件的至少兩個部位開有孔。該至少兩個部位的孔是用于導入和排出含有被測物質的氣體的孔，為了能夠經由兩個部位的孔有效地進行氣體的導入和排出，優選通過能夠保持氣密性的接合方法將保護構件與傳感器保持部11接合。該至少兩個部位中的ー個部 位例如設置在試樣采集部13的前方，從該至少ー個孔將氣體導入到保護構件的內部，并從另一個孔導出。將用于將氣體導入到內部的一側的孔稱為氣體注入孔12。這樣，在通過用設置有氣體注入孔12的保護構件覆蓋傳感器保持部11的上方而形成的檢測空間內，一體化地形成有將氣體中所含的被測物質采集到溶液中的試樣采集部13、試樣輸送部14、試樣反應部15和檢測部16。試樣采集部13靠近氣體注入孔12而配置，以容易采集由氣體注入孔12注入的氣體中所含的被測物質。在此，作為“氣體中所含的被測物質”的例子，可以列舉氣體中的氣體成分或病毒、過敏原等。需要說明的是，圖I (a)中示出了將氣體注入孔12設置在試樣采集部13的上游的前方的例子，但如上所述，本發明中試樣采集部13只要靠近氣體注入孔12而配置即可，例如可以將氣體注入孔12設置在試樣采集部13的上方。另外，如圖1(b)所示，試樣采集部13具有將由氣體注入孔12注入的氣體中所含的水蒸氣液化的珀爾帖元件131。通過使構成珀爾帖元件131的兩種金屬的接合部中流過電流，珀爾帖元件131中的ー種金屬會從周圍的氣體吸收熱。該圖1(b)為從上方觀察圖I (a)所示的試樣采集部13時的俯視圖，圖1(b)的下側為圖1(a)中的氣體注入孔12側，圖1(b)的上側為圖1(a)中的試樣輸送部14側。該圖1(b)中示出了低溫側(吸熱側)的金屬，在相對設置的尖鋭的部分形成由氣體液化而成的溶液Lqd，并滴加到設置在正下方的傳感器保持部11的凹部中。該構成試樣采集部13的珀爾帖元件131例如在兩端以不妨礙冷卻功能的方式由傳感器保持部11支撐，并且經由例如形成在該支撐結構體中的布線向兩種金屬的接合部注入電流。作為珀爾帖材料，從小型化的觀點出發，優選例如氧化銅、多晶硅薄膜等。這樣，本發明中，能夠利用珀爾帖元件的珀爾帖冷卻效果將由氣體注入孔注入的氣體中所含的水蒸氣液化。液化后的水蒸氣中溶解有被測物質，因此，能夠制成含有被測物質的溶液Lqd。由此,試樣采集部13能夠從由氣體注入孔12注入的氣體中自動采集含有被測物質的溶液Lqd0試樣輸送部14具有寬度和深度約為IOOiim的毛細管結構，并且毛細管結構的ー端靠近試樣采集部13的珀爾帖元件。能夠將由珀爾帖元件采集到的含有被測物質的溶液Lqd導入到毛細管結構中。導入到毛細管結構的溶液Lqd利用毛細現象被輸送到試樣反應部15。這樣，試樣輸送部14能夠在不使用特殊結構的情況下利用毛細管結構的毛細現象將被珀爾帖元件液化得到的溶液輸送到試樣反應部15。需要說明的是，寬度t約為100 u m的毛細管結構可以通過微細加工來制造。為了使溶液Lqd易于移動，優選對毛細管表面進行了親水處理。例如，可以通過在表面上形成ニ氧化硅膜的方法、利用聚こニ醇等水溶性高分子覆蓋表面的方法來容易地制作。參考圖2 (a)和圖2 (b)對圖I (a)的試樣反應部15和檢測部16的具體構成例進行說明。試樣反應部15具有抗體、酶、受體和蛋白質中的至少任意一種作為特異性地與由試樣輸送部14輸送來的被測物質反應的反應物質。在第一實施方式中，作為特異性地與病毒、過敏原等被測物質反應的抗體的ー個例子，對具有酶固定化抗體的情況進行說明。酶固定化抗體與病毒、過敏原特異性地結合而形成復合物。該復合物被輸送到檢測部16。酶固定化抗體包括例如抗HA抗體、ALP酶。檢測部16具有由金、鉬等金屬薄膜形成的電極，捕獲部位擔載有作為與上述復合 物結合的抗體的一個例子的底物固定化抗體。底物固定化抗體有例如抗HA抗體，底物例如有作為特異性地與ALP酶反應的底物的對氨基苯磷酸鹽(pAPP)。底物固定化抗體能夠捕獲與酶固定化抗體結合的病毒或過敏原。由此，在捕獲部位，使底物固定化抗體的底物與酶固定化抗體的酶靠近，從而在此發生酶底物反應。在酶為ALP酶、底物為pAPP的情況下，通過反應生成對氨基苯酚(PAP)。生成的pAP能夠在電極上氧化成對醌亞胺(pQI)。利用電極測定因該氧化反應而遷移的電子，由此檢測部16能夠對被測物質進行檢測。由于該pAP與PQI的氧化還原反應是可逆的，因此，形成與電極相対的梳齒型，一面將PAP氧化，另一面將PQI還原，由此能夠形成氧化還原循環，井能夠增大所得到的電流值。由此，能夠進行高靈敏度的檢測。參考圖3 (a)和圖3 (b)對圖I (a)的檢測部16的具體構成例進行說明。檢測部16具備與同反應物質(酶固定化抗體)反應了的被測物質(病毒、過敏原)結合的抗體(底物固定化抗體)163、擔載抗體163的電極162和陽極ニ氧化硅161。陽極ニ氧化硅161的主表面上形成有多個凹部。電極162由沿著該陽極ニ氧化硅161的主表面的凹凸形狀以一致的厚度成膜的金(Au)薄膜形成。這樣，電極162具有多孔結構。電極162的表面上擔載有抗體163。凹部中也擔載有抗體163，因此，檢測部16能夠擔載大量的抗體163。通過使電極162具有多孔結構，能夠增大抗體163的固定化面積，因此，能夠提高檢測靈敏度。作為抗體163的固定方法，使用例如借助巰基與金表面結合的自組裝單分子膜(SAM)等方法即可。如上所述，根據本發明的第一實施方式，能夠得到以下的作用效果。如圖I所示，通過利用珀爾帖元件的珀爾帖冷卻效果將由氣體注入孔12注入的氣體中所含的水蒸氣液化，能夠制成含有被測物質(病毒、過敏原)的溶液。由此,試樣采集部13能夠從由氣體注入孔12注入的氣體中采集被測物質。另外，本發明的化學傳感器中，在通過用保護構件覆蓋傳感器保持部11的上方而形成的狹小的檢測空間內包含試樣采集部13，并以集成的方式一體化地形成有試樣輸送部
14、試樣反應部15和檢測部16，因此，能夠實現小型輕量化，而且，能夠用較少的抗體或酶等反應物質檢測較少的樣品，所以，能夠減小高價的反應物質的使用量，從而能夠以低成本進行檢測。
試樣輸送部14具有毛細管結構，且毛細管結構的一端靠近珀爾帖元件。由此，能夠在不使用特殊結構的情況下利用毛細管結構的毛細現象將被珀爾帖元件液化得到的溶液輸送到試樣反應部15。如圖2(b)所示，試樣反應部15具有特異性地與由試樣輸送部14輸送來的被測物質反應的抗體(酶固定化抗體)。通過酶固定化抗體與被測物質的抗原抗體反應，能夠特異性地檢測被測物質。如圖3(b)所示，檢測部16具備與同反應物質(酶固定化抗體)反應了的被測物質結合的抗體163 (底物固定化抗體)和擔載抗體163的電極162，且電極162具有多孔結構。通過使電極162具有多孔結構，能夠增大抗體163的固定化面積，因此，能夠提高檢測
靈敏度。(第二實施方式) 參考圖4(a)和圖4(b)對第二實施方式的試樣反應部15的具體構成例進行說明。第二實施方式的化學傳感器的除試樣反應部15以外的其他構成與第一實施方式相同，因此省略了圖示和說明。圖4(b)為試樣反應部15和檢測部16的立體分解圖。試樣反應部15具備對由試樣輸送部14輸送來的含有病毒的溶液進行加熱的加熱部(例如加熱器151)和對含有病毒的溶液的溫度進行測定的溫度測定部(例如溫度傳感器152)。本實施方式中，示出了加熱器151和溫度傳感器152形成在構成保護構件的上部基板的下表面并且設置在與傳感器保持部之間的檢測空間內(試樣反應部15)的例子。此外，雖然省略了圖示，但試樣反應部15還具備基于溫度傳感器152所測定的溶液的溫度對加熱器151中流過的電流值等進行控制的控制部。加熱器151和溫度傳感器152分別準備多個，并分別分散配置于試樣反應部15內。而且，在上部基板的下表面形成有構成檢測部的一部分的電極16a。另外，在試樣反應部15中，通過使引物、DNA聚合酶、作為DNA合成的原材料(底物)的脫氧核苷三磷酸(dNTP)和緩沖溶液干燥而進行配置。控制部對加熱器151進行控制，從而實施PCR (聚合酶鏈式反應)法。在此，示出其ー個例子。使輸送到試樣反應部15的含有病毒的溶液在試樣反應部保持于例如約90°C 約98°C的高溫，提取出病毒中的DNA。然后，對提取出的DNA反復施加約20 50次的約90°C 約98°C的高溫和約50°C 約65°C的低溫。由此，使被測物質的DNA能夠在試樣反應部15進行擴増。含有擴增得到的DNA的溶液被輸送到檢測部，通過電極上的氧化還原反應能夠測定初始溶液中病毒的有無。通過該PCR法，能夠擴增微量的被測物質，從而能夠高靈敏度地檢測被測物質。這次，作為檢測方法，示出了使用電極的方法，但只要是利用擴增得到的DNA所發出的熒光進行測定的方法則均能夠進行同樣的檢測。如圖4(b)所示，試樣反應部15具備對由試樣輸送部14輸送來的被測物質進行加熱的加熱部(加熱器151)和對被測物質的溫度進行測定的溫度測定部(溫度傳感器152)。通過使用加熱器151產生特定的溫度循環，能夠實施對被測物質的DNA進行擴增的PCR法，因此，能夠高靈敏度地檢測被測物質。(第三實施方式)參考圖5對本發明的第三實施方式的化學傳感器的整體構成進行說明。第二實施方式的化學傳感器包含陣列狀配列的多個單兀傳感器CSf CS4、…。該各個單兀傳感器CS由圖1(a)所示的氣體注入孔12、試樣采集部13、試樣輸送部14、試樣反應部15和檢測部16構成。多個單兀傳感器CS —體化地形成于ー個傳感器保持部11上。通過使多個單元傳感器CS陣列狀排列在一個傳感器保持部11上，能夠在必要的情況下僅使用必要的芯片(単元傳感器CS)，從而能夠減少傳感器的更換次數，另外，能夠抑制芯片的一次性使用。如上所述，本發明通過三個實施方式進行了記載，但不應當理解為構成該公開內容的一部分的論述和附圖是用于限定本發明的。對于本領域技術人員來說，基于該公開內容可以明確地得到各種替代實施方式、實施例和運用技木。作為本發明的實施方式的化學傳感器的用途例，可以列舉附加有上述化學傳感器的功能的空氣凈化機、空調等家電產品；將上述化學傳感器形成使用者能夠攜帯的大小 而得到的便攜型病毒傳感器；附加有上述化學傳感器的功能的手機等便攜設備等。符號說明11傳感器保持部12氣體注入孔13試樣采集部14試樣輸送部15試樣反應部16檢測部131珀爾帖元件151加熱器(加熱部)152溫度傳感器(溫度測定部)162 電極163 抗體CS單元傳感器
權利要求
1.ー種化學傳感器，其特征在于，具備 傳感器保持部、 注入含有被測物質的氣體的氣體注入孔、 采集由所述氣體注入孔注入的氣體中所含的被測物質的試樣采集部、 將由所述試樣采集部采集到的被測物質輸送到試樣反應部的試樣輸送部、 具有與由所述試樣輸送部輸送來的被測物質發生規定反應的反應物質的試樣反應部、和 對在所述試樣反應部中與所述反應物質反應了的被測物質進行檢測的檢測部，并且所述試樣采集部具有使由所述氣體注入孔注入的氣體中所含的水蒸氣液化的珀爾帖元件。
2.如權利要求I所述的化學傳感器，其中，所述氣體注入孔、所述試樣采集部、所述試樣輸送部、所述試樣反應部和所述檢測部一體化地形成于所述傳感器保持部。
3.如權利要求I或2所述的化學傳感器，其特征在干，所述試樣輸送部具有毛細管結構，該毛細管結構的一端靠近所述珀爾帖元件。
4.如權利要求r3中任一項所述的化學傳感器，其特征在于，所述試樣反應部具有特異性地與由所述試樣輸送部輸送來的被測物質反應的抗體、酶、受體和蛋白質中的至少任意ー種。
5.如權利要求1 4中任一項所述的化學傳感器,其特征在于， 所述試樣反應部具備 對由所述試樣輸送部輸送來的所述被測物質進行加熱的加熱部、和 對所述被測物質的溫度進行測定的溫度測定部。
6.如權利要求I、中任一項所述的化學傳感器,其特征在于， 所述檢測部具備與同所述反應物質反應了的被測物質結合的抗體和擔載該抗體的電扱， 且該電極具有多孔結構。
7.如權利要求re中任一項所述的化學傳感器，其特征在于，所述氣體注入孔、所述試樣采集部、所述試樣輸送部、所述試樣反應部和所述檢測部構成ー個單元傳感器，多個所述単元傳感器一體化地形成于ー個所述傳感器保持部。
全文摘要
本發明的化學傳感器能夠通過簡便的方法使氣體中的被測物質溶解在液體中。該化學傳感器具備傳感器保持部(11)、注入含有被測物質的氣體的氣體注入孔(12)、采集由氣體注入孔(12)注入的氣體中所含的被測物質的試樣采集部(13)、將由試樣采集部(13)采集到的被測物質輸送到試樣反應部(15)的試樣輸送部(14)、具有與由試樣輸送部(14)輸送來的被測物質發生規定反應的反應物質的試樣反應部(15)和對在試樣反應部(15)中與反應物質反應了的被測物質進行檢測的檢測部(16)。試樣采集部(13)具有使由氣體注入孔(12)注入的氣體中所含的水蒸氣液化的珀爾帖元件。
文檔編號G01N1/28GK102869974SQ20118002133
公開日2013年1月9日 申請日期2011年4月28日 優先權日2010年4月28日
發明者橘宏明, 辻幸司 申請人:松下電器產業株式會社