[go: up one dir, main page]

JP2019158650A - Transistor type enzyme sensor - Google Patents

Transistor type enzyme sensor Download PDF

Info

Publication number
JP2019158650A
JP2019158650A JP2018046775A JP2018046775A JP2019158650A JP 2019158650 A JP2019158650 A JP 2019158650A JP 2018046775 A JP2018046775 A JP 2018046775A JP 2018046775 A JP2018046775 A JP 2018046775A JP 2019158650 A JP2019158650 A JP 2019158650A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
transistor
working electrode
type enzyme
enzyme sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2018046775A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
邦明 長峯
Kuniaki Nagamine
邦明 長峯
松井 弘之
Hiroyuki Matsui
弘之 松井
時任 静士
Shizuo Tokito
静士 時任
泰誠 眞野
Yasumasa Mano
泰誠 眞野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yamagata University NUC
Original Assignee
Yamagata University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yamagata University NUC filed Critical Yamagata University NUC
Priority to JP2018046775A priority Critical patent/JP2019158650A/en
Publication of JP2019158650A publication Critical patent/JP2019158650A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Electroluminescent Light Sources (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

【課題】薄くて柔軟な基板に印刷で形成可能なため身体への装着に優れる有機トランジスタを用いて、かつ電子伝達メディエータが可逆な酸化、あるいは還元反応をし、生体反応のモニタリングに好適な、生体物質を酵素反応により電極の電圧変化で検出するトランジスタ型酵素センサを提供する。【解決手段】少なくとも参照電極4と作用電極2と有機半導体層10とを備え、参照電極と作用電極とは酸化還元物質および/または酵素を含む測定溶液3に接し、測定溶液中の特定物質を酵素反応により電極で検出する場合において、参照電極と作用電極との間に外部抵抗5を設ける。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To use an organic transistor which can be formed on a thin and flexible substrate by printing and is excellent in mounting on a body, and an electron transfer mediator undergoes a reversible oxidation or reduction reaction, which is suitable for monitoring a biological reaction. Provided is a transistor type enzyme sensor that detects a biological substance by a voltage change of an electrode by an enzyme reaction. SOLUTION: The reference electrode 4 and the working electrode 2 and the organic semiconductor layer 10 are provided, and the reference electrode and the working electrode are in contact with a measurement solution 3 containing an oxidation-reducing substance and / or an enzyme, and a specific substance in the measurement solution is brought into contact with the measurement solution 3. When detecting with an electrode by an enzymatic reaction, an external resistance 5 is provided between the reference electrode and the working electrode. [Selection diagram] Fig. 1

Description

本発明は、トランジスタ型酵素センサ、特に生体物質を酵素反応により電極で検出する場合において、可逆的な応答を示すため生体反応のモニタリングに好適なトランジスタ型酵素センサに関する。   The present invention relates to a transistor-type enzyme sensor, and more particularly to a transistor-type enzyme sensor suitable for monitoring a biological reaction since it shows a reversible response when a biological substance is detected by an electrode by an enzyme reaction.

生体由来材料を素子としたバイオセンサは、その高い選択性を活かし、夾雑物を多く含む生体液(血液、尿、涙液、唾液、汗など)中の特定物質の濃度測定などに応用されてきた。バイオセンサの一つである酵素センサは、生体物質を酵素反応により電極で検出可能な生成物を生じさせ、それを電極から電流または電圧信号として検出するセンサである。例えば血糖値計測に用いられるグルコースセンサは、酵素グルコースオキシダーゼによるグルコースの酸化反応に伴い還元された酸素または酸化還元物質、あるいは生成した過酸化水素を電極で検出する。   Biosensors using bio-derived materials as elements have been applied to the measurement of the concentration of specific substances in biological fluids (blood, urine, tears, saliva, sweat, etc.) that contain a lot of contaminants, taking advantage of their high selectivity. It was. An enzyme sensor, which is one of biosensors, is a sensor that generates a product capable of being detected by an electrode by an enzymatic reaction, and detects the product as an electric current or a voltage signal from the electrode. For example, a glucose sensor used for blood glucose level measurement detects, with an electrode, oxygen or a redox substance that has been reduced in association with an oxidation reaction of glucose by the enzyme glucose oxidase, or generated hydrogen peroxide.

ところで、トランジスタ型酵素センサは、参照電極と、酵素と反応する作用電極とを浸漬した測定溶液を介してゲート電圧を印加することで、ソース電極とドレイン電極間の電流を制御する構成を有している。そのため、酵素反応の進行に伴い作用電極に生じる電圧が変化すると、トランジスタに印加されるゲート電圧が変化する。この時のトランジスタの閾値電圧の変化、あるいはソース電極とドレイン電極との間の電流の変化を計測し、測定対象を検出する。   By the way, the transistor-type enzyme sensor has a configuration in which a current between the source electrode and the drain electrode is controlled by applying a gate voltage through a measurement solution in which a reference electrode and a working electrode that reacts with an enzyme are immersed. ing. Therefore, when the voltage generated at the working electrode changes as the enzyme reaction proceeds, the gate voltage applied to the transistor changes. At this time, a change in the threshold voltage of the transistor or a change in current between the source electrode and the drain electrode is measured to detect a measurement target.

例えば、図10に示す酸化酵素を用いるトランジスタ型酵素センサが、特許文献1に開示されている。ここで用いるトランジスタは公知のトランジスタ構造により構成することができ、無機トランジスタでも、有機トランジスタであってもよい。そして、酵素と生体物質との反応に伴い電子伝達メディエータと呼ばれる酸化還元物質が酸化、あるいは還元され、ネルンスト式に従う作用電極での電圧変化をトランジスタで検出するものである。   For example, Patent Document 1 discloses a transistor-type enzyme sensor using the oxidase shown in FIG. The transistor used here can be constituted by a known transistor structure, and may be an inorganic transistor or an organic transistor. A redox substance called an electron transfer mediator is oxidized or reduced in accordance with the reaction between the enzyme and the biological substance, and the voltage change at the working electrode according to the Nernst equation is detected by the transistor.

ここで、トランジスタ型酵素センサは、電子伝達メディエータが可逆な酸化、あるいは還元反応をすれば、作用電極の電圧が可逆な反応に応じた変化を示すため生体反応のモニタリングができることになる。
そして、電子伝達メディエータの可逆な酸化、あるいは還元反応をもたらす方法が、特許文献2から4および非特許文献1に開示されている。
Here, in the transistor-type enzyme sensor, when the electron transfer mediator undergoes reversible oxidation or reduction reaction, the voltage of the working electrode shows a change corresponding to the reversible reaction, so that the biological reaction can be monitored.
Patent Documents 2 to 4 and Non-Patent Document 1 disclose methods for causing reversible oxidation or reduction reaction of electron transfer mediators.

特開2015−187600号公報JP 2015-187600 A 特開2015−187593号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-187593 特開昭64−021347号公報JP-A-64-021347 特開2007−255906号公報JP 2007-255906 A

ACS Sens.2018、3、44−53.ACS Sens. 2018, 3, 44-53.

特許文献1において、トランジスタ型酵素センサに有機トランジスタを用いると、トランジスタが高抵抗なために電子伝達メディエータと作用電極との定常的な反応が進まず、参照電極と作用電極との間に定常的な電流が発生しないため、不可逆的に酸化型、あるいは還元型メディエータが蓄積する。ここで、トランジスタ型酵素センサに無機トランジスタを用いると硬い基板上に形成されるために、身体への装着に不都合な課題がある。このように有機トランジスタを用いるトランジスタ型酵素センサで生体反応のモニタリングをするには、電子伝達メディエータと作用電極との反応の不可逆性の課題がある。このために、生体反応の経時的変化をモニタリングすることができない。   In Patent Document 1, when an organic transistor is used as a transistor-type enzyme sensor, a steady reaction between the electron transfer mediator and the working electrode does not proceed due to the high resistance of the transistor, and the stationary reaction is caused between the reference electrode and the working electrode. Since no current is generated, oxidized or reduced mediator accumulates irreversibly. Here, when an inorganic transistor is used for the transistor-type enzyme sensor, it is formed on a hard substrate, and thus there is a problem that is inconvenient for wearing on the body. Thus, in order to monitor a biological reaction with a transistor-type enzyme sensor using an organic transistor, there is a problem of irreversibility of the reaction between the electron transfer mediator and the working electrode. For this reason, it is not possible to monitor changes over time in biological reactions.

特許文献2では、電子伝達メディエータの反応を可逆にするため、酸化または還元剤を測定溶液に添加する方法は開示されているが、添加剤が必要なセンサは測定溶液が生体液の場合には添加するのが難しく、さらに安定的な添加剤の添加が必要となり手間もかかる。   Patent Document 2 discloses a method of adding an oxidizing or reducing agent to a measurement solution in order to make the reaction of the electron transfer mediator reversible, but a sensor that requires an additive is used when the measurement solution is a biological fluid. It is difficult to add, and it is necessary to add a stable additive.

特許文献3では、可逆応答を示すpHセンサに酵素を搭載したセンサ(酵素反応に伴うpH変化を検出)が開示されているが、pH緩衝能を有する生体液では感度が不足する。   Patent Document 3 discloses a sensor in which an enzyme is mounted on a pH sensor that exhibits a reversible response (detects a pH change associated with an enzyme reaction), but sensitivity is insufficient in a biological fluid having a pH buffering ability.

特許文献4では、電圧を印加し電気化学的に電子伝達メディエータを再生する方法が提案されているが、全ての酸化還元体を効率良く電気化学的に再生することは困難であり、電圧解除後に溶存酸素との反応などで電位がドリフトするため、定量性が課題である。   Patent Document 4 proposes a method of electrochemically regenerating an electron transfer mediator by applying a voltage, but it is difficult to efficiently regenerate all the redox substances electrochemically, and after voltage release Quantitativeness is a problem because the potential drifts due to reaction with dissolved oxygen.

非特許文献1では、酵素反応で生じる起電力をセンサ出力とする酵素電池型センサが開示されている。アノードとカソードを抵抗で短絡することで酸化還元物質、あるいは酵素の自発的なレドックスサイクルを誘発する。しかし、酵素反応の進行に伴う作用電極の電圧の変化を、トランジスタの閾値電圧の変化、あるいはソース電極とドレイン電極との間の電流の変化として検出するセンサではない。   Non-Patent Document 1 discloses an enzyme battery type sensor that uses an electromotive force generated by an enzyme reaction as a sensor output. Short-circuiting the anode and cathode with a resistance induces a redox cycle of a redox substance or enzyme. However, it is not a sensor that detects a change in the voltage of the working electrode accompanying the progress of the enzyme reaction as a change in the threshold voltage of the transistor or a change in the current between the source electrode and the drain electrode.

本発明の目的は、上記の課題を解決し、薄くて柔軟な基板に印刷で形成可能なため身体への装着に優れる有機トランジスタを用いて、かつ電子伝達メディエータが可逆な酸化、あるいは還元反応をし、生体反応のモニタリングに好適な、生体物質を酵素反応により電極の電圧変化で検出するトランジスタ型酵素センサを提供する。   The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, use an organic transistor excellent in wearing on the body because it can be formed on a thin and flexible substrate, and the electron transfer mediator performs reversible oxidation or reduction reaction. A transistor-type enzyme sensor suitable for monitoring a biological reaction and detecting a biological substance by a voltage change of an electrode by an enzyme reaction is provided.

本発明は、トランジスタ型酵素センサであって、酸化還元物質および/または酵素を含む測定溶液と接する参照電極と、測定溶液の酸化還元物質および/または酵素と反応する作用電極と、参照電極と作用電極との間に設けられる外部抵抗と、反応電極の電圧の変化を入力するゲート電極、半導体層が有機半導体層、ソース電極およびドレイン電極を有する有機トランジスタと、から構成され、ソース電極とドレイン電極との間の電流の変化を検出することを特徴とする。   The present invention relates to a transistor-type enzyme sensor, which is a reference electrode in contact with a measurement solution containing a redox substance and / or an enzyme, a working electrode that reacts with the redox substance and / or enzyme of the measurement solution, a reference electrode, and an action An external resistance provided between the electrode, a gate electrode for inputting a change in voltage of the reaction electrode, an organic transistor having a semiconductor layer having an organic semiconductor layer, a source electrode, and a drain electrode, and the source electrode and the drain electrode It is characterized by detecting a change in current between the two.

本トランジスタ型酵素センサにあっては、有機トランジスタを用いて、酵素反応の進行に伴う作用電極の電圧の変化をトランジスタの閾値電圧の変化、あるいはソース電極とドレイン電極との間の電流の変化として検出するので、微弱な電圧変化を増幅でき高感度な検出を実現することができる。   In this transistor type enzyme sensor, using an organic transistor, the change in the voltage of the working electrode as the enzyme reaction proceeds is changed as the change in the threshold voltage of the transistor or the change in the current between the source electrode and the drain electrode. Since the detection is performed, it is possible to amplify a weak voltage change and realize a highly sensitive detection.

さらに、本トランジスタ型酵素センサにあっては、参照電極と作用電極との間に外部抵抗を設けることにより、参照電極と作用電極の標準酸化還元電位の差に基づく電子伝達メディエータの自発的な酸化、あるいは還元反応を促し、参照電極と作用電極との間に定常的な電流が発生し、作用電極の反応を可逆にするため、生体反応の経時的変化をモニタリングすることができる。   Furthermore, in this transistor-type enzyme sensor, by providing an external resistance between the reference electrode and the working electrode, spontaneous oxidation of the electron transfer mediator based on the difference in standard redox potential between the reference electrode and the working electrode is achieved. Alternatively, a reduction reaction is promoted, a steady current is generated between the reference electrode and the working electrode, and the reaction of the working electrode is made reversible, so that changes in biological reactions over time can be monitored.

本発明は、トランジスタ型酵素センサであって、参照電極と作用電極との間に外部コンデンサがさらに設けられることを特徴とする。
本トランジスタ型酵素センサにあっては、参照電極と作用電極との間に外部コンデンサをさらに設けられることにより、コンデンサの直流電流は通さないが高い周波数の交流電流ほど通しやすいという基本性質を利用し、参照電極と作用電極との間に発生するノイズを除去することで、さらに高精度な検出を実現することができる。
本発明は、トランジスタ型酵素センサであって、作用電極がゲート電極と一体に形成されていることを特徴とする。
本トランジスタ型酵素センサにあっては、作用電極がゲート電極と一体に形成されることにより、延長ゲート電極の構造となり、作用電極だけを測定溶液に浸漬することで安定した計測ができるので好ましい。
The present invention is a transistor-type enzyme sensor, wherein an external capacitor is further provided between the reference electrode and the working electrode.
This transistor-type enzyme sensor uses the basic property that an external capacitor is further provided between the reference electrode and the working electrode, so that the DC current of the capacitor does not pass but the higher frequency AC current is easier to pass. Further, by removing noise generated between the reference electrode and the working electrode, it is possible to realize detection with higher accuracy.
The present invention is a transistor-type enzyme sensor, wherein a working electrode is formed integrally with a gate electrode.
In this transistor type enzyme sensor, the working electrode is formed integrally with the gate electrode, so that an extended gate electrode structure is formed, and only the working electrode is immersed in the measurement solution, which is preferable.

本発明は、トランジスタ型酵素センサであって、酸化還元物質がプルシアンブルーであることを特徴とする。
本トランジスタ型酵素センサにあっては、酸化還元物質がプルシアンブルーであることにより、その卑な標準酸化還元電位のために夾雑物の酸化を避けながらプルシアンブルーを選択的に酸化できるので好ましい。
本発明は、トランジスタ型酵素センサであって、参照電極が銀(Ag)/塩化銀(AgCl)で形成されていることを特徴とする。
本トランジスタ型酵素センサにあっては、参照電極が、プルシアンブルーより卑な標準酸化還元電位を有し、かつ溶液との界面で可逆的な酸化還元反応を示す銀(Ag)/塩化銀(AgCl)で形成されていることにより、酸化型プルシアンブルーの自発的な還元反応を誘起できるので好ましい。
The present invention is a transistor-type enzyme sensor, wherein the redox material is Prussian blue.
In this transistor-type enzyme sensor, it is preferable that the redox substance is Prussian blue because Prussian blue can be selectively oxidized while avoiding oxidation of impurities because of its base standard redox potential.
The present invention is a transistor-type enzyme sensor, wherein the reference electrode is formed of silver (Ag) / silver chloride (AgCl).
In this transistor-type enzyme sensor, the reference electrode has a standard oxidation-reduction potential that is lower than that of Prussian blue, and exhibits a reversible oxidation-reduction reaction at the interface with the solution (Ag) / silver chloride (AgCl). ) Is preferable because a spontaneous reduction reaction of oxidized Prussian blue can be induced.

以上のように、本発明におけるトランジスタ型酵素センサにあっては、高抵抗の有機トランジスタであっても、参照電極と作用電極の標準酸化還元電位の差を利用した電子伝達メディエータの自発的な可逆反応を誘起できるため、参照電極と作用電極との間に定常的な電流が発生し、生体反応の経時的変化をモニタリングすることができる。さらに有機トランジスタは薄くて柔軟な基板に印刷で形成可能なため身体への装着に優れ、非常に小型で作用電極の近傍に配置できるため、微弱な電圧変化を有機トランジスタで増幅でき、高感度な計測ができる。   As described above, in the transistor-type enzyme sensor according to the present invention, even in the case of a high-resistance organic transistor, the spontaneous reversal of the electron transfer mediator using the difference in standard redox potential between the reference electrode and the working electrode Since the reaction can be induced, a steady current is generated between the reference electrode and the working electrode, and a change with time of the biological reaction can be monitored. In addition, the organic transistor can be formed on a thin and flexible substrate by printing, so it is easy to wear on the body, and it is very small and can be placed near the working electrode. Can measure.

本発明にかかるトランジスタ型酵素センサの実施例1の構成を説明するための断面図Sectional drawing for demonstrating the structure of Example 1 of the transistor-type enzyme sensor concerning this invention. 本発明にかかるトランジスタ型酵素センサの実施例1の他の構成を説明するための断面図Sectional drawing for demonstrating the other structure of Example 1 of the transistor-type enzyme sensor concerning this invention. 本発明にかかるトランジスタ型酵素センサの実施例1の他の構成を説明するための断面図Sectional drawing for demonstrating the other structure of Example 1 of the transistor-type enzyme sensor concerning this invention. 本発明にかかるトランジスタ型酵素センサの実施例1の他の構成を説明するための断面図Sectional drawing for demonstrating the other structure of Example 1 of the transistor-type enzyme sensor concerning this invention. 本発明にかかるトランジスタ型酵素センサの実施例1の他の構成を説明するための断面図Sectional drawing for demonstrating the other structure of Example 1 of the transistor-type enzyme sensor concerning this invention. 実施例1のトランジスタ型酵素センサのゲート電極に印加される電圧の時間変化を示す図。The figure which shows the time change of the voltage applied to the gate electrode of the transistor-type enzyme sensor of Example 1. FIG. 比較例として従来のトランジスタ型酵素センサのゲート電極に印加される電圧の時間変化を示す図。The figure which shows the time change of the voltage applied to the gate electrode of the conventional transistor-type enzyme sensor as a comparative example. 本発明にかかるトランジスタ型酵素センサの実施例2の構成を説明するための断面図Sectional drawing for demonstrating the structure of Example 2 of the transistor-type enzyme sensor concerning this invention. 実施例2と実施例1のトランジスタ型酵素センサのゲート電極に印加される電圧の時間変化を比較して示す図。The figure which compares and shows the time change of the voltage applied to the gate electrode of the transistor type enzyme sensor of Example 2 and Example 1. FIG. 従来のトランジスタ型酵素センサの構成を説明するための断面図Sectional drawing for demonstrating the structure of the conventional transistor-type enzyme sensor

以下、本発明の実施の形態について説明する。本発明にかかるトランジスタ型酵素センサは、酸化還元物質および/または酵素を含む測定溶液と接する参照電極と、測定溶液の酸化還元物質および/または酵素と反応する作用電極と、参照電極と作用電極との間に設けられる外部抵抗と、反応電極の電圧の変化を入力するゲート電極、半導体層が有機半導体層、ソース電極およびドレイン電極を有する有機トランジスタと、から構成され、ソース電極とドレイン電極との間の電流の変化を検出する。   Embodiments of the present invention will be described below. A transistor-type enzyme sensor according to the present invention includes a reference electrode in contact with a measurement solution containing a redox substance and / or an enzyme, a working electrode that reacts with the redox substance and / or enzyme in the measurement solution, a reference electrode, and a working electrode. And an organic transistor having a semiconductor layer having an organic semiconductor layer, a source electrode, and a drain electrode, and an external resistance provided between the gate electrode for inputting a change in voltage of the reaction electrode, and an organic transistor having a source electrode and a drain electrode. Detect the change in current between.

図1に、本発明にかかるトランジスタ型酵素センサの基本的な構成を例示する。基板1の表面に作用電極2が形成され、作用電極2は測定溶液3と接し、および測定溶液3に接する状態として参照電極4が設けられている。作用電極2と参照電極4とは、外部抵抗5を介して導通されるとともに、作用電極2は有機トランジスタのゲート電極6と接続される。ゲート電極6の上に、ゲート絶縁膜7、次に、ソース電極8およびドレイン電極9、最後に、有機半導体層10を形成することで、有機トランジスタを構成している。必要に応じて保護層11が形成される。   FIG. 1 illustrates a basic configuration of a transistor-type enzyme sensor according to the present invention. A working electrode 2 is formed on the surface of the substrate 1, the working electrode 2 is in contact with the measurement solution 3, and a reference electrode 4 is provided in contact with the measurement solution 3. The working electrode 2 and the reference electrode 4 are conducted through an external resistor 5 and the working electrode 2 is connected to the gate electrode 6 of the organic transistor. An organic transistor is formed by forming a gate insulating film 7 on the gate electrode 6, then a source electrode 8 and a drain electrode 9, and finally an organic semiconductor layer 10. A protective layer 11 is formed as necessary.

参照電極4は基準電位点(グランド)に接続され、測定溶液3を介して作用電極2が接続するゲート電極6にゲート電圧Vgが印加される。酵素反応の進行に伴い作用電極2の電位が変化すると、実効的にゲート電極6に印可される電圧が変化する。ソース電極8は基準電位点(グランド)に接続され、ドレイン電極9には動作電圧Vsdが供給される。これにより、トランジスタのゲート電極6に供給される電圧Vgに対して、ソース電極8とドレイン電極9との間の電流の変化を、動作電圧Vsdに応じてダイナミックレンジを大きくして検出することが可能となる。   The reference electrode 4 is connected to a reference potential point (ground), and a gate voltage Vg is applied to the gate electrode 6 to which the working electrode 2 is connected via the measurement solution 3. When the potential of the working electrode 2 changes as the enzyme reaction proceeds, the voltage that is effectively applied to the gate electrode 6 changes. The source electrode 8 is connected to a reference potential point (ground), and the operating voltage Vsd is supplied to the drain electrode 9. Thereby, a change in current between the source electrode 8 and the drain electrode 9 with respect to the voltage Vg supplied to the gate electrode 6 of the transistor can be detected by increasing the dynamic range according to the operating voltage Vsd. It becomes possible.

基板1の材料としては、例えば、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリイミド、ポリパラキシリレン(パリレン(登録商標))等の樹脂や紙等を用いることができる。
ゲート電極6の材料としては、例えば、アルミニウム、銀、金、銅、白金、チタン、酸化インジウム錫(ITO)、poly(3,4−ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate(PEDOT:PSS)等を用いることができる。
As a material of the substrate 1, for example, a resin such as polyethylene naphthalate, polyethylene terephthalate, polyethylene, polyimide, polyparaxylylene (Parylene (registered trademark)), paper, or the like can be used.
As a material of the gate electrode 6, for example, aluminum, silver, gold, copper, platinum, titanium, indium tin oxide (ITO), poly (3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfate (PEDOT: PSS), or the like can be used. .

ゲート絶縁膜7の構成材料としては、例えば、シリカ、アルミナ、自己組織化単分子膜(SAM)、ポリスチレン、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ポリメチルメタクリレート、ポリジメチルシロキサン、ポリシルセスキオキサン、ポリテトラフルオロエチレン(テフロン(登録商標)AF)、サイトップ(登録商標)等を用いることができる。
ソース電極8およびドレイン電極9の材料としては、アルミニウム、銀、金、銅、白金、チタン、ITO、PEDOT:PSS等の導電性高分子等を用いることができる。
Examples of the constituent material of the gate insulating film 7 include silica, alumina, self-assembled monolayer (SAM), polystyrene, polyvinylphenol, polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate, polydimethylsiloxane, polysilsesquioxane, polytetra Fluoroethylene (Teflon (registered trademark) AF), Cytop (registered trademark), or the like can be used.
As a material of the source electrode 8 and the drain electrode 9, a conductive polymer such as aluminum, silver, gold, copper, platinum, titanium, ITO, PEDOT: PSS, or the like can be used.

有機半導体10の構成材料としては、P型の場合は、ペンタセン、ジナフトチエノチオフェン、ベンゾチエノベンゾチオフェン(Cn−BTBT)、TIPSペンタセン、TES−ADT、ルブレン、P3HT、PBTTT等を用いることができ、N型の場合は、フラーレン等を用いることができる。
保護層11の構成材料としては、ポリテトラフルオロエチレン(テフロン(登録商標)AF)、サイトップ(登録商標)、ポリパラキシリレン(パリレン(登録商標))等を用いることができる。
As a constituent material of the organic semiconductor 10, in the case of P type, pentacene, dinaphthothienothiophene, benzothienobenzothiophene (Cn-BTBT), TIPS pentacene, TES-ADT, rubrene, P3HT, PBTT, etc. can be used. In the case of N type, fullerene or the like can be used.
As a constituent material of the protective layer 11, polytetrafluoroethylene (Teflon (registered trademark) AF), Cytop (registered trademark), polyparaxylylene (parylene (registered trademark)), or the like can be used.

トランジスタの製造方法は、蒸着法、スパッタリング法等のドライプロセスでも、スピンコート、バーコート、スプレーコート等による塗布、スクリーン印刷、グラビアオフセット印刷、凸版反転印刷、インクジェット印刷等の各種印刷機による印刷でもよい。印刷によれば、より効率的に低コストで製造することができる。
ゲート電極6と作用電極2とは一体に作製された延長ゲートの構成を示しているが、ゲート電極6と作用電極2は別体で作製されこれらを連結する構成としてもよい。一体に形成しない場合には、作用電極2の材料は限定されず、例えば、アルミニウム、銀、金、銅、白金、カーボン、チタン、ITO、PEDOT:PSS等を任意に選択して用いることができる。
The transistor manufacturing method may be a dry process such as a vapor deposition method or a sputtering method, or may be applied by spin coating, bar coating, spray coating, etc., screen printing, gravure offset printing, letterpress reverse printing, inkjet printing, or other printing machines. Good. According to printing, it can manufacture more efficiently and at low cost.
Although the gate electrode 6 and the working electrode 2 show a configuration of an extension gate that is manufactured integrally, the gate electrode 6 and the working electrode 2 may be manufactured separately and connected to each other. When not integrally formed, the material of the working electrode 2 is not limited. For example, aluminum, silver, gold, copper, platinum, carbon, titanium, ITO, PEDOT: PSS or the like can be arbitrarily selected and used. .

酸化還元物質14としては、例えば、プルシアンブルー、フェロシアン化カリウム、フェリシアン化カリウム、フェロセン、フェロセン誘導体、キノン類、オスミウム錯体、ルテニウム錯体、フェノチアジン誘導体、フェナジンメトサルフェート誘導体、p−アミノフェノール、メルドラブルー、2,6−ジクロロフェノールインドフェノール、酸化型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD+)、酸化型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸(NADP+)等を単独、あるいは複数の組み合わせで用いることができる。あるいは、図2のように、酵素13自身の活性中心に有する酸化還元物質が作用電極2と直接反応してもよい。
参照電極4には、上記酸化還元物質14が酵素反応の過程で酸化される場合は、その酸化還元物質14より卑な標準酸化還元電位を持つ電極を用いることができる。例えば、プルシアンブルーに対しては銀/塩化銀電極を用いることができる。一方、酸化還元物質14が酵素反応の過程で還元される場合は、その酸化還元物質14より貴な標準酸化還元電位を持つ電極を用いることができる。これらの酸化還元物質14は、上述の酸化還元物質14から任意の組み合わせで選ぶことができる。
Examples of the redox substance 14 include Prussian blue, potassium ferrocyanide, potassium ferricyanide, ferrocene, ferrocene derivatives, quinones, osmium complexes, ruthenium complexes, phenothiazine derivatives, phenazine methosulphate derivatives, p-aminophenol, meldra blue, 2 1,6-dichlorophenolindophenol, oxidized nicotinamide adenine dinucleotide (NAD +), oxidized nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADP +), and the like can be used alone or in combination. Alternatively, as shown in FIG. 2, a redox substance possessed at the active center of the enzyme 13 itself may directly react with the working electrode 2.
As the reference electrode 4, when the redox substance 14 is oxidized in the course of the enzyme reaction, an electrode having a standard redox potential lower than that of the redox substance 14 can be used. For example, a silver / silver chloride electrode can be used for Prussian blue. On the other hand, when the redox substance 14 is reduced during the enzymatic reaction, an electrode having a standard redox potential nobler than that of the redox substance 14 can be used. These redox substances 14 can be selected from the above-described redox substances 14 in any combination.

酵素13、および酸化還元物質14は、図1、図2のように測定溶液3中に溶解していてもよく、図3、図4のように作用電極2上に固定されていてもよい。また、酵素13と酸化還元物質14は、作用電極2上に層状に固定されていても(図3)、混合層13,14として固定されていてもよい(図4)。
トランジスタの構造は、図1のボトムゲート構造に限らず、図5に示すトップゲート構造も用いることができる。この場合、ゲート電極6と作用電極2は同じ電極が担う。ゲート電極6表面の構造は、図1から図4に示したものと同様の構造を採用できる。
以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。
The enzyme 13 and the redox substance 14 may be dissolved in the measurement solution 3 as shown in FIGS. 1 and 2, or may be fixed on the working electrode 2 as shown in FIGS. The enzyme 13 and the redox substance 14 may be fixed in layers on the working electrode 2 (FIG. 3), or may be fixed as the mixed layers 13 and 14 (FIG. 4).
The structure of the transistor is not limited to the bottom gate structure shown in FIG. 1, and a top gate structure shown in FIG. 5 can also be used. In this case, the gate electrode 6 and the working electrode 2 are the same electrode. The structure of the surface of the gate electrode 6 can be the same as that shown in FIGS.
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example, this invention is not restrict | limited by the following Example.

図1は本発明にかかるトランジスタ型酵素センサの第一の実施例を説明するための断面図である。図2は本発明にかかるトランジスタ型酵素センサの第一の他の構成例を説明するための断面図である。まず構成について詳細に説明するが、図1と図2とで共通な構成は繰り返しの説明を省略する。   FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a first embodiment of a transistor-type enzyme sensor according to the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a first other configuration example of the transistor-type enzyme sensor according to the present invention. First, the configuration will be described in detail, but repeated description of the configuration common to FIGS. 1 and 2 is omitted.

まず、図1に示すトランジスタ型酵素センサについて説明する。本トランジスタ型酵素センサにあっては、トランジスタ部位と検出部位である延長ゲートから構成されている。   First, the transistor-type enzyme sensor shown in FIG. 1 will be described. This transistor type enzyme sensor is composed of a transistor part and an extension gate which is a detection part.

基板1のPENフィルム(厚さ125μm、テオネックス、帝人社製)上に、蒸着装置(クライオバック社製)を用い、メタルマスク(東京プロセスサービス社製)を介して金(厚さ50nm)を蒸着することで作用電極2のパターンを作製した。その作用電極2の上にプルシンブルー(PB)含有カーボン(C2070424P2、Gwent社製)を塗布し60℃で30分焼成することでPB電極膜を形成した。PB電極膜以外はテフロン(登録商標、5wt%、AF1600、三井・デュポンフロロケミカル社製)を塗布し、60℃で30分ベークすることで絶縁膜を得た。1.4μLの10unit/μLのグルコースオキシダーゼ(和光純薬社製)を含むリン酸緩衝溶液(pH7.4)と、10μLの0.1wt%キトサン(Sigma Aldrich社製)を含む塩酸溶液(pH5.4 , 0.1wt%)を混合し、その混合溶液全量をPB電極膜表面に滴下し、30℃で1時間乾燥することで酵素修飾電極を得た。   Gold (thickness: 50 nm) is vapor-deposited on a PEN film (thickness 125 μm, Teonex, manufactured by Teijin Ltd.) on a substrate 1 through a metal mask (manufactured by Tokyo Process Service Co., Ltd.) using a vapor deposition device (produced by Cryoback). By doing so, the pattern of the working electrode 2 was produced. A PB electrode film was formed on the working electrode 2 by applying carbon containing Prussian blue (PB) (C20704424P2, manufactured by Gwent) and baking at 60 ° C. for 30 minutes. Except for the PB electrode film, Teflon (registered trademark, 5 wt%, AF1600, manufactured by Mitsui DuPont Fluorochemical Co., Ltd.) was applied and baked at 60 ° C. for 30 minutes to obtain an insulating film. A phosphate buffer solution (pH 7.4) containing 1.4 μL of 10 unit / μL glucose oxidase (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and a hydrochloric acid solution (pH 5.) containing 10 μL of 0.1 wt% chitosan (manufactured by Sigma Aldrich). 4, 0.1 wt%) was mixed, and the total amount of the mixed solution was dropped onto the surface of the PB electrode film and dried at 30 ° C. for 1 hour to obtain an enzyme-modified electrode.

本トランジスタ型酵素センサにあっては、酸化還元物質がプルシアンブルーであることにより、夾雑物存在下でもプルシアンブルーが選択的に酸化されるので好ましい。
参照電極4は銀(Ag)/塩化銀(AgCl)(BAS社製)で形成した。本トランジスタ型酵素センサにあっては、参照電極4が、プルシアンブルーより卑な標準酸化還元電位を有する銀(Ag)/塩化銀(AgCl)で形成されていることにより、外部抵抗で作用極と参照電極間を短絡させた際に自発的にプルシアンブルーの還元反応が進行するので好ましい。
In this transistor-type enzyme sensor, it is preferable that Prussian blue is selectively oxidized even in the presence of impurities when the redox material is Prussian blue.
The reference electrode 4 was formed of silver (Ag) / silver chloride (AgCl) (manufactured by BAS). In this transistor-type enzyme sensor, the reference electrode 4 is formed of silver (Ag) / silver chloride (AgCl) having a standard oxidation-reduction potential that is lower than that of Prussian blue, so that the working electrode can be formed with an external resistance. This is preferable because the Prussian blue reduction reaction proceeds spontaneously when the reference electrodes are short-circuited.

ソース電極8およびドレイン電極9の構造は、ボトムゲートコンタクト構造を採用している。トランジスタ部位は、例えば以下のような工程で作製できる。
基板1にゲート電極6(Al、30nm)を形成し、その表面に反応性イオンエッチング処理によりAlOx膜を形成した。この基板1をテトラデシルホスホン酸溶液に浸漬し、ゲート絶縁膜7を形成した。次に、ソース・ドレイン電極8,9(Al、30nm)のパターンを形成した。その後、ディスペンサ装置を用いて撥液性バンク(AF1600、三井・デュポンフロロケミカル社製)を形成し、半導体溶液(pBTTT−C16、Merk KGaA)をドロップキャスト法で有機半導体層10を形成した。基板1上に、保護層11(CTL−809M、AGC旭硝子社製)をスピンコートし、トランジスタ部位を作製した。電界効果有機トランジスタは、その延長ゲート電極に作用電極2、参照電極4にAg/AgCl電極が形成された構成になる。
The structure of the source electrode 8 and the drain electrode 9 adopts a bottom gate contact structure. The transistor part can be manufactured by the following processes, for example.
A gate electrode 6 (Al, 30 nm) was formed on the substrate 1, and an AlOx film was formed on the surface by reactive ion etching. The substrate 1 was immersed in a tetradecylphosphonic acid solution to form a gate insulating film 7. Next, a pattern of source / drain electrodes 8 and 9 (Al, 30 nm) was formed. Thereafter, a liquid repellent bank (AF1600, manufactured by Mitsui DuPont Fluorochemical Co., Ltd.) was formed using a dispenser device, and an organic semiconductor layer 10 was formed using a semiconductor solution (pBTTT-C16, Merck KGaA) by a drop casting method. A protective layer 11 (CTL-809M, manufactured by AGC Asahi Glass Co., Ltd.) was spin-coated on the substrate 1 to produce a transistor portion. The field effect organic transistor has a configuration in which a working electrode 2 is formed on the extended gate electrode and an Ag / AgCl electrode is formed on the reference electrode 4.

図2に示すトランジスタ型酵素センサは、図1に示すトランジスタ型酵素センサとは作用電極2表面での反応が異なり、酵素13が作用電極2と直接反応する。酵素13は、測定溶液3に懸濁していても、作用電極2表面に固定化されていてもよい。酵素の固定化には、物理吸着法や化学結合法などを用いることができる。   The transistor-type enzyme sensor shown in FIG. 2 differs from the transistor-type enzyme sensor shown in FIG. 1 on the surface of the working electrode 2, and the enzyme 13 reacts directly with the working electrode 2. The enzyme 13 may be suspended in the measurement solution 3 or may be immobilized on the surface of the working electrode 2. For the immobilization of the enzyme, a physical adsorption method or a chemical bonding method can be used.

図5に示すトランジスタ型酵素センサは、トランジスタ部位のゲート電極6が作用電極2を兼ねて構成されている。トップゲート型トランジスタの構成で、図1に示すボトムゲート型トランジスタと同じ材料で工程の順序が異なる。ゲート電極6の上には保護層11が設けられず、プルシンブルー(PB)含有カーボン(C2070424P2、Gwent社製)を塗布し60℃で30分焼成することでPB電極膜を形成した。PB電極膜以外はテフロン(5wt%、AF1600、三井・デュポンフロロケミカル社製)を塗布し、60℃で30分ベークすることで絶縁膜を得た。1.4μLの10unit/μLのグルコースオキシダーゼ(和光純薬社製)を含むリン酸緩衝溶液(pH7.4)と、10μLの0.1wt%キトサン(Sigma Aldrich社製)を含む塩酸溶液(pH5.4 , 0.1wt%)を混合し、その混合溶液全量をPB電極膜表面に滴下し、30℃で1時間乾燥することで酵素修飾電極を得た。   In the transistor-type enzyme sensor shown in FIG. 5, the gate electrode 6 at the transistor site also serves as the working electrode 2. The structure of the top gate transistor is different from the bottom gate transistor shown in FIG. The protective layer 11 was not provided on the gate electrode 6, and a PB electrode film was formed by applying carbon containing Prussin Blue (PB) (C20704424P2, manufactured by Gwent) and baking at 60 ° C. for 30 minutes. Except for the PB electrode film, Teflon (5 wt%, AF1600, manufactured by Mitsui DuPont Fluorochemical Co., Ltd.) was applied and baked at 60 ° C. for 30 minutes to obtain an insulating film. A phosphate buffer solution (pH 7.4) containing 1.4 μL of 10 unit / μL glucose oxidase (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and a hydrochloric acid solution (pH 5.) containing 10 μL of 0.1 wt% chitosan (manufactured by Sigma Aldrich). 4, 0.1 wt%) was mixed, and the total amount of the mixed solution was dropped onto the surface of the PB electrode film and dried at 30 ° C. for 1 hour to obtain an enzyme-modified electrode.

トランジスタ型酵素センサにあっては、図1から図4に示す延長ゲート電極の構造とすることで、作用電極2だけが測定溶液3に接触する構造になり安定した動作ができるので好ましい。
参照電極4と作用電極2とを、例えば100KΩ、220KΩ、470KΩ、1MΩの外部抵抗で接続した。
In the transistor type enzyme sensor, the extended gate electrode structure shown in FIGS. 1 to 4 is preferable because only the working electrode 2 is in contact with the measurement solution 3 and can operate stably.
The reference electrode 4 and the working electrode 2 were connected with an external resistance of, for example, 100 KΩ, 220 KΩ, 470 KΩ, and 1 MΩ.

次に、本発明のトランジスタ型センサを用いた検出方法を詳細に説明する。
作用電極2とAg/AgCl参照電極4をダルベッコPBS溶液(測定溶液3、Sigma Aldrich)に浸漬した。ソース電極8とドレイン電極9との間の電圧と作用電極2の電圧の制御、及びソース電極8とドレイン電極9の間電流とゲート電極6の電圧の計測は、ソースメータ(Keythley社製)を用いて行った。400rpmで撹拌された測定溶液へ1MのD−グルコース(和光純薬)を含むダルベッコPBSを添加し、終濃度を0.8mMから102.4mMまで段階的に増加させながら開回路電位を計測した。
Next, a detection method using the transistor type sensor of the present invention will be described in detail.
The working electrode 2 and the Ag / AgCl reference electrode 4 were immersed in Dulbecco's PBS solution (measuring solution 3, Sigma Aldrich). Control of the voltage between the source electrode 8 and the drain electrode 9 and the voltage of the working electrode 2 and the measurement of the current between the source electrode 8 and the drain electrode 9 and the voltage of the gate electrode 6 are performed using a source meter (manufactured by Keythley). Used. Dulbecco's PBS containing 1M D-glucose (Wako Pure Chemical Industries) was added to the measurement solution stirred at 400 rpm, and the open circuit potential was measured while gradually increasing the final concentration from 0.8 mM to 102.4 mM.

図6は実施例1のトランジスタ型酵素センサの作用電極2で生じる電圧の時間変化である。図7は比較例として、参照電極4と作用電極2とを抵抗を介して接続させていない従来のトランジスタ型酵素センサの、作用電極2で生じる電圧の時間変化である。図6と図7について詳細に説明する。
図7に示す比較例の従来のトランジスタ型酵素センサの作用電極2の電圧は、グルコース添加後、電位は増加し続けた。これは、過酸化水素によるプルシアンブルーの酸化反応が一方向に進行したことで電位が増加し続けたことを表す。
FIG. 6 shows the time change of the voltage generated at the working electrode 2 of the transistor-type enzyme sensor of Example 1. FIG. 7 shows, as a comparative example, time change of voltage generated at the working electrode 2 of a conventional transistor-type enzyme sensor in which the reference electrode 4 and the working electrode 2 are not connected via a resistor. 6 and 7 will be described in detail.
The voltage of the working electrode 2 of the conventional transistor-type enzyme sensor of the comparative example shown in FIG. 7 continued to increase after the addition of glucose. This means that the potential continued to increase as the Prussian blue oxidation reaction with hydrogen peroxide progressed in one direction.

図6に示す実施例1のトランジスタ型酵素センサの作用電極2の電圧は、220kΩの抵抗で作用電極2と参照電極4とを接続していて過酸化水素添加後、電位は増加し、定常電位を得た。これは過酸化水素によるプルシアンブルーの酸化反応速度と、作用電極2によるプルシアンブルーの還元反応速度が釣り合ったことで定常電位に達したことを表す。グルコース濃度の増加と共に定常電位は増加した。その後、グルコース濃度をゼロに戻すと、定常電位も実験開始時の電位に戻った。以上よりセンサ応答の可逆性を示すことができた。   The voltage of the working electrode 2 of the transistor-type enzyme sensor of Example 1 shown in FIG. 6 is connected to the working electrode 2 and the reference electrode 4 with a resistance of 220 kΩ. Got. This indicates that the steady potential was reached by the balance between the Prussian blue oxidation reaction rate by hydrogen peroxide and the Prussian blue reduction reaction rate by the working electrode 2. The steady-state potential increased with increasing glucose concentration. Thereafter, when the glucose concentration was returned to zero, the steady potential also returned to the potential at the start of the experiment. From the above, the reversibility of the sensor response could be shown.

図6と図7に示す、トランジスタ型酵素センサの作用電極2で生じる電圧の時間変化から、酸化還元物質14と酵素13を含む測定溶液3に浸漬した、互いに異なる標準酸化還元電位を有する参照電極4と作用電極2とを外部抵抗5で接続することで、電子伝達メディエータの自発的な再生反応を促し可逆的な応答を示すことが確認された。   Reference electrodes having different standard oxidation-reduction potentials immersed in the measurement solution 3 containing the oxidation-reduction substance 14 and the enzyme 13 from the time change of the voltage generated at the working electrode 2 of the transistor-type enzyme sensor shown in FIGS. 4 and the working electrode 2 were connected by an external resistor 5 to promote a spontaneous regeneration reaction of the electron transfer mediator and to show a reversible response.

図8は本発明にかかるトランジスタ型酵素センサの第二の実施例を説明するための断面図である。   FIG. 8 is a sectional view for explaining a second embodiment of the transistor-type enzyme sensor according to the present invention.

図1から図5に示すトランジスタ型酵素センサの第一の実施例との違いは、参照電極4と作用電極2との間に接続した外部抵抗5と並列に、外部コンデンサ12を設けることにある。参照電極4と作用電極2とを、例えば0.047μF、1μFの外部コンデンサ12で接続した。   The difference from the first embodiment of the transistor-type enzyme sensor shown in FIGS. 1 to 5 is that an external capacitor 12 is provided in parallel with the external resistor 5 connected between the reference electrode 4 and the working electrode 2. . The reference electrode 4 and the working electrode 2 were connected by an external capacitor 12 of, for example, 0.047 μF and 1 μF.

図9は、実施例2のトランジスタ型酵素センサの作用電極2で生じる電圧の時間変化を、外部コンデンサ12の有無で比較した結果である。外部抵抗5は180kΩに設定した。10mMのD−グルコースを含むダルベッコPBS(測定溶液3)に作用電極2と参照電極4を浸漬し、その時の電圧変化を計測した。図9の最初の100秒間は外部コンデンサ12を繋がず、後半100秒間で1μFの外部コンデンサ12を接続した。
参照電極4と作用電極2との間に外部コンデンサ12を設けることにより、コンデンサの直流電流は通さないが高い周波数の交流電流ほど通しやすいという基本性質を利用し、作用電極2の電圧に重畳する高周波成分のノイズが低減しているのが認められる。
FIG. 9 is a result of comparing the time change of the voltage generated at the working electrode 2 of the transistor-type enzyme sensor of Example 2 with and without the external capacitor 12. The external resistance 5 was set to 180 kΩ. The working electrode 2 and the reference electrode 4 were immersed in Dulbecco's PBS (measuring solution 3) containing 10 mM D-glucose, and the voltage change at that time was measured. The external capacitor 12 was not connected for the first 100 seconds of FIG. 9, and the 1 μF external capacitor 12 was connected for the second 100 seconds.
By providing the external capacitor 12 between the reference electrode 4 and the working electrode 2, the basic property that a higher frequency alternating current is easier to pass through is not superimposed on the voltage of the working electrode 2. It can be seen that the noise of the high frequency component is reduced.

以上、説明したトランジスタ型酵素センサは、可撓性の基板上に形成することができるので、例えば人体の一部に貼り付けて生体反応の経時的変化を高感度にモニタリングすることができる。更には、本センサは環境モニタリングや食品管理等へも応用できる。   As described above, since the transistor-type enzyme sensor described above can be formed on a flexible substrate, for example, it can be attached to a part of a human body to monitor a change in biological reaction over time with high sensitivity. Furthermore, this sensor can be applied to environmental monitoring and food management.

1 基板
2 作用電極
3 測定溶液
4 参照電極
5 外部抵抗
6 ゲート電極
7 ゲート絶縁膜
8 ソース電極
9 ドレイン電極
10 有機半導体層
11 保護層
12 外部コンデンサ
13 酵素
14 酸化還元物質
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Working electrode 3 Measurement solution 4 Reference electrode 5 External resistance 6 Gate electrode 7 Gate insulating film 8 Source electrode 9 Drain electrode 10 Organic semiconductor layer 11 Protective layer 12 External capacitor 13 Enzyme 14 Redox substance

Claims (5)

酸化還元物質および/または酵素を含む測定溶液と接する参照電極と、
前記測定溶液の酸化還元物質および/または酵素と反応する作用電極と、
前記参照電極と前記作用電極との間に設けられる外部抵抗と、
前記作用電極の電圧の変化を入力するゲート電極、半導体層が有機半導体層、ソース電極およびドレイン電極を有する有機トランジスタと、
から構成され、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の電流の変化を検出するトランジスタ型酵素センサ。
A reference electrode in contact with a measurement solution containing a redox substance and / or an enzyme;
A working electrode that reacts with the redox material and / or enzyme of the measurement solution;
An external resistor provided between the reference electrode and the working electrode;
A gate electrode for inputting a change in voltage of the working electrode, an organic transistor having a semiconductor layer having an organic semiconductor layer, a source electrode, and a drain electrode;
Consisting of
A transistor-type enzyme sensor that detects a change in current between the source electrode and the drain electrode.
前記参照電極と前記作用電極との間に外部コンデンサがさらに設けられることを特徴とする請求項1に記載のトランジスタ型酵素センサ。   The transistor-type enzyme sensor according to claim 1, further comprising an external capacitor between the reference electrode and the working electrode. 前記作用電極が前記ゲート電極と一体に形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載のトランジスタ型酵素センサ。   3. The transistor-type enzyme sensor according to claim 1, wherein the working electrode is formed integrally with the gate electrode. 前記酸化還元物質がプルシアンブルーであることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のトランジスタ型酵素センサ。   4. The transistor-type enzyme sensor according to claim 1, wherein the redox substance is Prussian blue. 前記参照電極が銀/塩化銀で形成されていることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のトランジスタ型酵素センサ。   5. The transistor-type enzyme sensor according to claim 1, wherein the reference electrode is made of silver / silver chloride.
JP2018046775A 2018-03-14 2018-03-14 Transistor type enzyme sensor Pending JP2019158650A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018046775A JP2019158650A (en) 2018-03-14 2018-03-14 Transistor type enzyme sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018046775A JP2019158650A (en) 2018-03-14 2018-03-14 Transistor type enzyme sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2019158650A true JP2019158650A (en) 2019-09-19

Family

ID=67996779

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018046775A Pending JP2019158650A (en) 2018-03-14 2018-03-14 Transistor type enzyme sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2019158650A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114062465A (en) * 2021-11-12 2022-02-18 福州大学 A device for rapid, high-sensitivity and high-throughput detection of organophosphorus and carbamate pesticide residues and a method for using the same
JP2023518143A (en) * 2019-10-18 2023-04-28 イヴジェネヴィチ クズネツォフ,アレクサンダー Systems and methods for dynamically measuring redox potentials during chemical reactions
WO2023074348A1 (en) * 2021-10-28 2023-05-04 国立大学法人静岡大学 Ion concentration measurement device
WO2024242007A1 (en) 2023-05-19 2024-11-28 花王株式会社 Enzyme sensor

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6421347A (en) * 1987-07-16 1989-01-24 Terumo Corp Enzyme sensor and manufacture thereof
JP2009039526A (en) * 2007-07-25 2009-02-26 Lifescan Inc Open circuit delay devices, systems, and methods for analyte measurement
JP2010218690A (en) * 2009-03-12 2010-09-30 Japan Science & Technology Agency Microorganism fuel cell
US20130057251A1 (en) * 2010-03-31 2013-03-07 Jin Hong Ahn Reference potential adjustment device and a measuring device equipped with the same
JP2015187593A (en) * 2014-03-14 2015-10-29 国立大学法人山形大学 Stress measurement transistor type sensor and stress measurement method using the same
JP2015187600A (en) * 2014-03-14 2015-10-29 国立大学法人山形大学 Transistor-type biosensor

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6421347A (en) * 1987-07-16 1989-01-24 Terumo Corp Enzyme sensor and manufacture thereof
JP2009039526A (en) * 2007-07-25 2009-02-26 Lifescan Inc Open circuit delay devices, systems, and methods for analyte measurement
JP2010218690A (en) * 2009-03-12 2010-09-30 Japan Science & Technology Agency Microorganism fuel cell
US20130057251A1 (en) * 2010-03-31 2013-03-07 Jin Hong Ahn Reference potential adjustment device and a measuring device equipped with the same
JP2015187593A (en) * 2014-03-14 2015-10-29 国立大学法人山形大学 Stress measurement transistor type sensor and stress measurement method using the same
JP2015187600A (en) * 2014-03-14 2015-10-29 国立大学法人山形大学 Transistor-type biosensor

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GRATTIERI MATTEO AND MINTEER SHELLEY D.: "Self-Powered Biosensors", ACS SENSORS, vol. 3, JPN6021048248, 21 November 2017 (2017-11-21), pages 44 - 53, ISSN: 0004656157 *
TOKITO SHIZUO: "Flexible and Printed Organic Electronics based on Organic Thin-Film Transistor Device", 日本画像学会誌, vol. 56, no. 6, JPN6021048249, 10 December 2017 (2017-12-10), pages 579 - 588, ISSN: 0004785713 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023518143A (en) * 2019-10-18 2023-04-28 イヴジェネヴィチ クズネツォフ,アレクサンダー Systems and methods for dynamically measuring redox potentials during chemical reactions
JP7405997B2 (en) 2019-10-18 2023-12-26 イヴジェネヴィチ クズネツォフ,アレクサンダー System and method for dynamically measuring redox potential during chemical reactions
WO2023074348A1 (en) * 2021-10-28 2023-05-04 国立大学法人静岡大学 Ion concentration measurement device
EP4421485A4 (en) * 2021-10-28 2025-09-10 Univ Shizuoka Nat Univ Corp ION CONCENTRATION MEASURING DEVICE
CN114062465A (en) * 2021-11-12 2022-02-18 福州大学 A device for rapid, high-sensitivity and high-throughput detection of organophosphorus and carbamate pesticide residues and a method for using the same
CN114062465B (en) * 2021-11-12 2023-11-14 福州大学 A device for rapid, highly sensitive and high-throughput detection of organophosphorus and carbamate pesticide residues and its use method
WO2024242007A1 (en) 2023-05-19 2024-11-28 花王株式会社 Enzyme sensor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ohayon et al. Biofuel powered glucose detection in bodily fluids with an n-type conjugated polymer
Strakosas et al. A non-enzymatic glucose sensor enabled by bioelectronic pH control
Popa et al. Selective voltammetric and amperometric detection of uric acid with oxidized diamond film electrodes
Amirzadeh et al. Non-enzymatic glucose sensor based on copper oxide and multi-wall carbon nanotubes using PEDOT: PSS matrix
Unnikrishnan et al. Electrochemically synthesized Pt–MnO2 composite particles for simultaneous determination of catechol and hydroquinone
da Silva et al. A new electrochemical sensor based on oxidized capsaicin/multi-walled carbon nanotubes/glassy carbon electrode for the quantification of dopamine, epinephrine, and xanthurenic, ascorbic and uric acids
Fanjul-Bolado et al. Manufacture and evaluation of carbon nanotube modified screen-printed electrodes as electrochemical tools
Kahlouche et al. Controlled modification of electrochemical microsystems with polyethylenimine/reduced graphene oxide using electrophoretic deposition: Sensing of dopamine levels in meat samples
JP2019158650A (en) Transistor type enzyme sensor
Wu et al. Electrocatalytic detection of dopamine in the presence of ascorbic acid and uric acid at silicon carbide coated electrodes
Mukdasai et al. A highly sensitive electrochemical determination of norepinephrine using l-cysteine self-assembled monolayers over gold nanoparticles/multi-walled carbon nanotubes electrode in the presence of sodium dodecyl sulfate
dos Santos Silva et al. Poly-xanthurenic acid modified electrodes: An amperometric sensor for the simultaneous determination of ascorbic and uric acids
JP2010528297A (en) System and method for integrated electrochemical detection and electrical detection
Goyal et al. Effect of surface modification of indium tin oxide by nanoparticles on the electrochemical determination of tryptophan
Şen et al. Non-toxic flexible screen-printed MWCNT-based electrodes for non-invasive biomedical applications
Ekabutr et al. Modification of disposable screen‐printed carbon electrode surfaces with conductive electrospun nanofibers for biosensor applications
Song et al. Electrochemical serotonin monitoring of poly (ethylenedioxythiophene): poly (sodium 4-styrenesulfonate)-modified fluorine-doped tin oxide by predeposition of self-assembled 4-pyridylporphyrin
Garcia-Gonzalez et al. Enhanced detection of the potential electroactive label methylene blue by electrode nanostructuration with carbon nanotubes
Qiang et al. Highly sensitive and reusable Pt-black microfluidic electrodes for long-term electrochemical sensing
Ma et al. A review of electrochemical electrodes and readout interface designs for biosensors
Zhang et al. Electrode surface roughness greatly enhances the sensitivity of electrochemical non-enzymatic glucose sensors
Lee et al. Rapid and highly sensitive MnOx nanorods array platform for a glucose analysis
Tseng et al. Research of sensing characteristic and dynamic measurement of graphene oxides modified flexible arrayed RuO2 chlorine ion sensor
Taei et al. A voltammetric sensor based on multiwalled carbon nanotubes and a new azoferrocene derivative for determination of glutathione
TWI569007B (en) Resistive cholesterol sensor based on conductivity change of conductive polymer and measuring method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210125

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20211116

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20211207

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20220202

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20220531