專利名稱：光學(xué)式生物傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測定溶解在生物體內(nèi)的體液中的物質(zhì)的量的傳感器，特別涉 及用光波導(dǎo)現(xiàn)象的光學(xué)式生物傳感器。
背景技術(shù)：
作為測量溶解于生物體內(nèi)的體液中的物質(zhì)的量的傳感器，已知有利用光 波導(dǎo)現(xiàn)象的平面光波導(dǎo)型測定傳感器。該平面光波導(dǎo)型測定傳感器，如圖7 所示，具有如下所述的構(gòu)造，即在來自光源6的光入射的基板1上的位置 上形成入射側(cè)光柵3,在從基板1向受光元件出射光的位置上形成出射側(cè)光 柵4，再在基板1表面上形成使光透射的單一光波導(dǎo)層2，在該光波導(dǎo)層2 上形成具有分子識別功能和信息變換功能的膜、例如葡萄糖氧化酶(GOD) 固定化膜5。該平面光波導(dǎo)型側(cè)定傳感器在葡萄糖氧化酶(GOD)固定化 膜5上滴下用注射器等從生物體抽出的血液等的狀態(tài)下，使激光通過入射 側(cè)光柵3入射到光波導(dǎo)層2，發(fā)生易消失(evanescent)波，由光波導(dǎo)層2 上的膜產(chǎn)生的，與血液等所含的生物分子的反應(yīng)引起的易消失波的變化量， 利用接收從出射側(cè)光柵4射出的光線的受光元件7檢測，對血液等所含的 生物體分子進行分析(參照例如專利文獻1:日本特開平9-61346號公報)。
但是，為了在基板1上形成光波導(dǎo)層2，以便利用平面光波導(dǎo)型測定傳感 器能高精度地測定易消失波的變化量，要使光一邊有所希望的折射一邊透 過光波導(dǎo)層2，因此精密的制造裝置與高度的技術(shù)是必要的。
本發(fā)明的目的是，利用簡單的制作方法提供能高精度地測定易消失波的 變化量的光學(xué)式生物傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的光學(xué)式生物傳感器，具備發(fā)光元件；使從所述發(fā)光元件出 射的光衍射的入射側(cè)光柵；全反射層，該全反射層使在所述入射側(cè)光柵衍 射的光在波導(dǎo)層內(nèi)一邊全反射一邊透過，該波導(dǎo)層由玻璃層和形成于所述 玻璃層表面的二氧化硅層構(gòu)成；使透過所述全反射層的光衍射、并出射至 所述全反射層外的出射側(cè)光柵；接收所述出射側(cè)光柵所衍射的光的受光元 件；以及與所述二氧化硅層相接地設(shè)置于所述入射側(cè)光柵和所述出射側(cè)光 柵之間的含有酶與發(fā)色試劑的感測膜，所述入射側(cè)光柵和所述出射側(cè)光柵 與所述全反射層相接，并互相隔開設(shè)置。


圖1為本發(fā)明的實施形態(tài)的光學(xué)式生物傳感器的頂視圖。
圖2為本發(fā)明的實施形態(tài)的光學(xué)式生物傳感器的圖1的I-I剖面圖。
圖3為本發(fā)明的第1變形例的光學(xué)式生物傳感器的剖面圖。
圖4為玻璃層的X射線光電子分光分析(XPS)的結(jié)果。
圖5為二氧化硅層的X射線光電子分光分析(XPS)的結(jié)果。
圖6為本發(fā)明的第2變形例的光學(xué)式生物傳感器的剖面圖。
圖7為已有的平面光波導(dǎo)型測定傳感器的剖面圖。
具體實施例方式
以下參照

本發(fā)明的實施形態(tài)。以下的附圖的記載中，對相同或 類似的部分標(biāo)注相同或類似的符號。應(yīng)注意附圖是示意圖。
本發(fā)明實施形態(tài)的光學(xué)式生物傳感器，如圖2所示，包含入射光一邊 在層內(nèi)全反射一邊透過的全反射層10，與全反射層10的一方的表面相接， 相互保持距離地設(shè)置的入射側(cè)光柵lla和出射側(cè)光側(cè)llb，與全反射層10 的一方的表面相接地設(shè)置于入射側(cè)光柵lla和出射側(cè)光柵lib之間的含有 酶與發(fā)色試劑的感測膜12。又如圖1所示，還包含一面與全反射層10的一 方表面相接且一邊包圍感測膜12， 一邊介于入射側(cè)光柵lla與出射側(cè)光柵 llb的光柵之間，且將其覆蓋的保護膜13。
下面接著說明各部分的材料和形成方法。
(A) 全反射層IO是將石英(二氧化硅)成型為平板形狀形成的；
(B) 入射側(cè)光柵lla和出射側(cè)光柵llb，利用化學(xué)蒸鍍法(CVD)等將 折射率比全反射層IO更高的材料，例如氧化鈦、氧化鋅、鈮酸鋰、砷化鉀、 銦錫氧化物、聚酰亞胺、氧化鉭等沉積到全反射層10上，通過用光刻技術(shù) 與干蝕刻技術(shù)構(gòu)圖形成。
(C)感測膜12,利用纖維素衍生物等將酶與發(fā)色試劑固定成膠狀形成。例 如在測定的體液中的物質(zhì)為葡萄糖時，用GOD、過氧化物酶(POD)以及 mutarose(厶夕口 一七)等作為酶。用3， 3， ， 5， 5，-四甲基聯(lián)苯胺等作為 發(fā)色試劑。感測膜利用葡萄糖發(fā)色的化學(xué)反應(yīng)式如(1) (3)所示。其右邊只 記述為理解本反應(yīng)所必要的事項，未記入所生成的物質(zhì)等的全部。 葡萄糖<formula>formula see original document page 7</formula><formula>formula see original document page 7</formula>
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(D)保護膜13，用折射率比氟系樹脂那樣的入射側(cè)光柵lla和出射側(cè) 光柵llb更低的，且與試劑等不起反應(yīng)的，疏液性的材料涂布而成。
如圖2所示，從發(fā)光元件21入射的光，由入射側(cè)光柵lla衍射，在全反 射層10內(nèi)一邊全反射一邊透過。在全反射層10與感測膜12的邊界面上折 射之際，易消失波由感測膜12的發(fā)色所吸收。因而，是與感測膜12的發(fā) 色程度、即要測定的物質(zhì)的量成比例地吸收光線。最終到達(dá)出射側(cè)光柵lib 的光，從全反射層10向著受光元件22出射。然后，根據(jù)從發(fā)光元件21發(fā) 射的光量與受光元件22接收到的光量之差便可算出要想測定的物質(zhì)的量。 采用本發(fā)明的實施形態(tài)，可利用簡單的技術(shù)制作構(gòu)造簡單的光學(xué)式生物 傳感器。 第1變形例
本發(fā)明實施形態(tài)的第1變形例的光學(xué)式生物傳感器，如圖3所示，全反 射層10由玻璃層10a與形成于玻璃層10a表面上的二氧化硅層10b構(gòu)成。 其余的構(gòu)成與上述的光學(xué)式生物傳感器相同。這是由于用石英形成全反射 層10則材料價格高，光學(xué)式生物傳感器也成高價，故想用廉價的材料來制作。
下面說明各部分的材料和形成方法
(A) 玻璃層10a，將無堿玻璃成型為板狀而成。
(B) 二氧化硅層10b用CVD或濺射法等方法，將二氧化硅沉積于玻璃 層10a上而成。
設(shè)置二氧化硅層10b的理由在于，由于存在于玻璃層10a的表面的金屬 不均勻，故當(dāng)將感測膜12設(shè)置于玻璃層10a上時，對于使用的每一種無堿 玻璃材料在測定上有影響。如圖4所示，從X射線光電子分光分析(XPS) 的結(jié)果可知，玻璃層10a的表面上，除了硅(Si)以外，存在鋁(Al)、鋇 (Ba)、鈣(Ca)、鍶(Sr)。將二氧化硅層10b設(shè)于玻璃層10a的表面 時，如圖5的XPS的結(jié)果所示，可將感測膜12設(shè)置于僅存在硅的表面上。 而且可消除對測定的影響。因此，第1變形例可以以低價格得到本發(fā)明實 施形態(tài)中所述的效果。 第2變形例
本發(fā)明實施形態(tài)的第2變形例的光學(xué)式生物傳感器，如圖6所示，全反 射層10由玻璃層10a與形成于玻璃層10a表面上的氧化鈦層10c構(gòu)成。此 外的構(gòu)成與本發(fā)明的實施形態(tài)中所述的光學(xué)式傳感器相同。這與第1變形 例一樣，由于用石英形成全反射層IO時材料價高，光學(xué)式生物傳感器也成 了高價品，故想用廉價的材料來制作。
下面說明各部分的材料和形成方法
(A) 玻璃層10a，將無堿玻璃成型為板狀而成。
(B) 氧化鈦層10c，用CVD或濺射法等方法將氧化鈦沉積于玻璃層10a 上而成。由于使在與感測膜12的邊界面的光吸收為極大，氧化鈦層10c的 厚度在180nm 200nm間為好，最好是采用200nm厚度。
該形成方法時，可采用光刻技術(shù)與干蝕刻技術(shù)從氧化鈦層10c上構(gòu)成圖 案來形成入射側(cè)光柵lla和出射側(cè)光柵llb，制作容易。
又，用玻璃層10a與折射率比玻璃層10a更高的氧化鈦層10c構(gòu)成全反 射層10，從而使與感測膜12的邊界面的易消失波的電場強度增大。
因此，在第2變形例中能以低價格得到本發(fā)明的實施形態(tài)中所述的效果， 同時制作步驟容易。 其他實施形態(tài)
為說明本發(fā)明的實施形態(tài)，各圖中所示的各部位的厚度和位置關(guān)系始終 是例示性的，并不限定于實現(xiàn)本發(fā)明的功能。因而，在可能實現(xiàn)本發(fā)明的 功能的范圍中，不用說當(dāng)然可以考慮各部位的厚度和位置關(guān)系。
本發(fā)明理所當(dāng)然地包含這里未述及的各種實施形態(tài)。本發(fā)明的技術(shù)范圍 根據(jù)上述說明僅由與適當(dāng)?shù)膶＠蠓秶嘘P(guān)的發(fā)明特定事頂所確定。 發(fā)明的效果
采用本發(fā)明，可用簡單的制作方法提供能高精度地測定易消失波的變化 量的光學(xué)式生物傳感器。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)式生物傳感器，其特征在于，具備發(fā)光元件；使從所述發(fā)光元件出射的光衍射的入射側(cè)光柵；全反射層，該全反射層使在所述入射側(cè)光柵衍射的光在波導(dǎo)層內(nèi)一邊全反射一邊透過，該波導(dǎo)層由玻璃層和形成于所述玻璃層表面的二氧化硅層構(gòu)成；使透過所述全反射層的光衍射、并出射至所述全反射層外的出射側(cè)光柵；接收所述出射側(cè)光柵所衍射的光的受光元件；以及與所述二氧化硅層相接地設(shè)置于所述入射側(cè)光柵和所述出射側(cè)光柵之間的含有酶與發(fā)色試劑的感測膜，所述入射側(cè)光柵和所述出射側(cè)光柵與所述全反射層相接，并互相隔開設(shè)置。
2、 一種光學(xué)式生物傳感器，其特征在于，具備 發(fā)光元件；使從所述發(fā)光元件出射的光衍射的入射側(cè)光柵；全反射層，該全反射層使在所述入射側(cè)光柵衍射的光在波導(dǎo)層內(nèi)一邊全 反射一邊透過，該波導(dǎo)層由玻璃層和形成于所述玻璃層表面的氧化鈦層構(gòu) 成；使透過所述全反射層的光衍射、并出射至所述全反射層外的出射側(cè)光柵； 接收所述出射側(cè)光柵所衍射的光的受光元件；以及與所述氧化鈦層相接地設(shè)置于所述入射側(cè)光柵和所述出射側(cè)光柵之間的 含有酶與發(fā)色試劑的感測膜，所述入射側(cè)光柵和所述出射側(cè)光柵與所述全反射層相接，并互相隔開設(shè) 置。
3、 一種光學(xué)式生物傳感器，其特征在于，具備 發(fā)光元件； 使從所述發(fā)光元件出射的光衍射的入射側(cè)光柵；全反射層，該全反射層使在所述入射側(cè)光柵衍射的光在波導(dǎo)層內(nèi)一邊全 反射一邊透過，該波導(dǎo)層由玻璃層和形成于所述玻璃層表面的二氧化硅層 構(gòu)成；使透過所述全反射層的光衍射、并出射至所述全反射層外的出射側(cè)光柵； 接收所述出射側(cè)光柵所衍射的光的受光元件；以及與所述二氧化硅層相接地設(shè)置于所述入射側(cè)光柵和所述出射側(cè)光柵之間 的含有酶與發(fā)色試劑的感測膜，所述入射側(cè)光柵和所述出射側(cè)光柵設(shè)置為與所述全反射層的一方的主面 相接，所述發(fā)光元件與所述受光元件在所述全反射層的另一方的主面?zhèn)取?br> 4、 一種光學(xué)式生物傳感器，其特征在于，具備 發(fā)光元件；使從所述發(fā)光元件出射的光衍射的入射側(cè)光柵；全反射層，該全反射層使在所述入射側(cè)光柵衍射的光在波導(dǎo)層內(nèi)一邊全 反射一邊透過，該波導(dǎo)層由玻璃層和形成于所述玻璃層表面的氧化鈦層構(gòu) 成；使透過所述全反射層的光衍射、并出射至所述全反射層外的出射側(cè)光柵； 接收所述出射側(cè)光柵所衍射的光的受光元件；以及與所述氧化鈦層相接地設(shè)置于所述入射側(cè)光柵和所述出射側(cè)光柵之間的 含有酶與發(fā)色試劑的感測膜，所述入射側(cè)光柵和所述出射側(cè)光柵設(shè)置為與所述全反射層的一方的主面 相接，所述發(fā)光元件與所述受光元件在所述全反射層的另一方的主面?zhèn)取?br> 5、 如權(quán)利要求1至4中任一項所述的光學(xué)式生物傳感器，其特征在于， 所述入射側(cè)光柵和所述出射側(cè)光柵由折射率比所述全反射層更高的材料構(gòu) 成。
6、 如權(quán)利要求1至5中任一項所述的光學(xué)式生物傳感器，其特征在于，還有包含覆蓋所述入射側(cè)光柵和所述出射側(cè)光柵的保護膜。
7、 如權(quán)利要求1至6中任一項所述的光學(xué)式生物傳感器，其特征在于， 所述酶是葡萄糖氧化酶、過氧化物酶以及mutarose中的至少一種。
8、 如權(quán)利要求1至7中任一項所述的光學(xué)式生物傳感器，其特征在于， 所述發(fā)色試劑是3， 3' ， 5， 5'-四甲基聯(lián)苯胺。
9、 如權(quán)利要求1至8中任一項所述的光學(xué)式生物傳感器，其特征在于， 所述感測膜含有纖維素衍生物。
全文摘要
本發(fā)明提供能高精度地測定易消失(evanescent)波的變化量的光學(xué)式生物傳感器。該傳感器包含使入射光在層內(nèi)一邊全反射一邊透過的全反射層(10)、與所述全反射層(10)相接，并互相隔開設(shè)置的入射側(cè)光柵(11a)和出射側(cè)光柵(11b)、含有與所述全反射層(10)相接地設(shè)置于所述入射側(cè)光柵(11a)和出射側(cè)光柵(11b)之間的酶與發(fā)色試劑的感測膜(12)。
文檔編號G01N21/41GK101368912SQ200810110398
公開日2009年2月18日 申請日期2004年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月30日
發(fā)明者東野一郎, 大宮可容子, 植松育生, 江藤英雄 申請人:株式會社東芝