特開 2024-27660 バイオセンサ、バイオセンサ用電極、及び、バイオセンサ用電極の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024027660

(43)【公開日】2024-03-01

(54)【発明の名称】バイオセンサ、バイオセンサ用電極、及び、バイオセンサ用電極の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/30 20060101AFI20240222BHJP

   G01N 27/414 20060101ALI20240222BHJP

【ＦＩ】

G01N27/30 F

G01N27/414 301P

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022130628

(22)【出願日】2022-08-18

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り ｈｔｔｐｓ：／／ｃｏｎｆｉｔ．ａｔｌａｓ．ｊｐ／ｇｕｉｄｅ／ｅｖｅｎｔ／ｊｓａｐ２０２２ｓ／ｓｕｂｊｅｃｔ／２４ａ－Ｅ１０５－８／ａｄｖａｎｃｅｄ、令和４年２月２５日 第６９回応用物理学会春季学術講演会（２０２２年）、青山学院大学相模原キャンパス（神奈川県相模原市中央区淵野辺５－１０－１）、及びオンライン会場：Ｚｏｏｍ、令和４年３月２４日（開催期間：令和４年３月２２日～令和４年３月２６日） 国立大学法人東京大学マテリアル工学専攻大学院演習研究中間発表会（オンライン）、Ｚｏｏｍ会議室（ｈｔｔｐｓ：／／ｕ－ｔｏｋｙｏ－ａｃ－ｊｐ．ｚｏｏｍ．ｕｓ／ｊ／８１９７６２０２９４２？ｐｗｄ＝ＵｍｋｘＶｍＮｎＷＷ４４ＶｚＲｏＵＥｈｖＱＷ５ｈＷｊｇｙＺｚ０９）、令和４年７月２０日（開催期間：令和４年７月１９日～令和４年７月２０日）

(71)【出願人】

【識別番号】504137912

【氏名又は名称】国立大学法人 東京大学

(74)【代理人】

【識別番号】110002675

【氏名又は名称】弁理士法人ドライト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】坂田 利弥

(72)【発明者】

【氏名】野口 大河

(72)【発明者】

【氏名】西谷 象一

(57)【要約】

【課題】検出対象物質を従来よりも高感度で検出することができるバイオセンサ、バイオセンサ用電極、及び、バイオセンサ用電極の製造方法を提供する。
【解決手段】バイオセンサ１０では、試料２０ａ内に浸漬する電極をナノ多孔質構造からなるナノ多孔質電極１６とし、試料２０ａ内に含まれる検出対象物質がナノ多孔質電極１６に結合することにより生じるナノ多孔質電極１６の電荷密度の変化を検出する。バイオセンサ１０は、試料２０ａ内に浸漬させる電極をナノ多孔質電極１６とすることにより、試料２０ａ内に浸漬する電極表面において、試料２０ａ内に含まれる夾雑物の、ナノ多孔質電極１６に対する非特異吸着が抑制され、検出対象物質を従来よりも高感度で検出することができる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料内に浸漬される電極を備え、前記試料内に含まれる検出対象物質が前記電極に結合することにより生じる前記電極の電荷密度の変化を検出するバイオセンサであって、
前記電極は、ナノ多孔質構造を表面に有するナノ多孔質電極である、バイオセンサ。

【請求項2】

前記ナノ多孔質電極は、ナノ多孔質構造とすることにより、前記試料内に含まれる夾雑物の非特異吸着が抑制されている、
請求項１に記載のバイオセンサ。

【請求項3】

前記ナノ多孔質電極は、基板と、前記基板上に形成された平板状の電極層と、前記電極層上に導電性部材によって形成されたナノ多孔質層とで構成されている、
請求項１に記載のバイオセンサ。

【請求項4】

前記ナノ多孔質電極が電界効果トランジスタのゲート絶縁膜に接続されている、
請求項１に記載のバイオセンサ。

【請求項5】

前記ナノ多孔質電極は、超純水を５～１０［μＬ］滴下したときの超純水に対する前記表面の接触角が６０［°］未満である、
請求項１に記載のバイオセンサ。

【請求項6】

前記検出対象物質は、前記試料内に含まれる夾雑物と結合可能な物質であり、
前記検出対象物質を含有した前記試料内に前記夾雑物が添加された際に、前記試料内で前記夾雑物と結合していない前記検出対象物質が前記ナノ多孔質電極に結合することにより生じる前記ナノ多孔質電極の電荷密度の変化を測定する測定部を備え、
前記測定部は、
前記夾雑物の添加前後に測定した電荷密度の変化に基づいて、前記試料内の前記夾雑物の含有量を測定する、
請求項１に記載のバイオセンサ。

【請求項7】

前記夾雑物はアルブミンである、
請求項６に記載のバイオセンサ。

【請求項8】

試料内に浸漬され、前記試料内に含まれる検出対象物質が結合することにより生じる電荷密度の変化を検出するバイオセンサ用電極であって、
ナノ多孔質構造を表面に有するナノ多孔質電極である、バイオセンサ用電極。

【請求項9】

試料内に浸漬され、前記試料内に含まれる検出対象物質が結合することにより生じる電荷密度の変化を検出する、バイオセンサ用電極の製造方法であって、
基板上に導電性部材により平板状の電極層を形成する電極層形成工程と、
導電性部材によって、前記電極層上にナノ多孔質構造のナノ多孔質層を形成する多孔質層形成工程と、
を含み、ナノ多孔質構造を表面に有するナノ多孔質電極を製造する、バイオセンサ用電極の製造方法。

【請求項10】

前記多孔質層形成工程は、
合金部材により前記電極層に合金層を形成する合金層形成ステップと、
前記合金層に対して脱合金化処理を行い、前記電極層上に前記ナノ多孔質層を形成する脱合金化処理工程と、
を含む、請求項９に記載のバイオセンサ用電極の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バイオセンサ、バイオセンサ用電極、及び、バイオセンサ用電極の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ: Field Effect Transistor）を検出素子として用いるバイオセンサが知られている。このようなバイオセンサでは、検出対象物質と特異的に相互作用する部位を有するように基材表面を修飾することで、選択性を高める試みがなされている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５４４７７１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、検出対象物質との選択性を高めた構成を採用した場合であっても、夾雑物を多数含む試料を対象とした測定では、夾雑物由来の応答ノイズの影響が大きいという問題があった。そのため、バイオセンサでは、試料内に含まれる夾雑物から検出対象物質を選択的に認識して、検出対象物質を高感度で検出することが望まれている。

【0005】

本発明は、上記の点に鑑みて創作されたもので、検出対象物質を従来よりも高感度で検出することができるバイオセンサ、バイオセンサ用電極、及び、バイオセンサ用電極の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係るバイオセンサは、試料内に浸漬される電極を備え、前記試料内に含まれる検出対象物質が前記電極に結合することにより生じる前記電極の電荷密度の変化を検出するバイオセンサであって、前記電極は、ナノ多孔質構造を表面に有するナノ多孔質電極である。

【0007】

本発明に係るバイオセンサ用電極は、試料内に浸漬され、前記試料内に含まれる検出対象物質が結合することにより生じる電荷密度の変化を検出するバイオセンサ用電極であって、ナノ多孔質構造を表面に有するナノ多孔質電極である。

【0008】

本発明に係るバイオセンサ用電極の製造方法は、試料内に浸漬され、前記試料内に含まれる検出対象物質が結合することにより生じる電荷密度の変化を検出する、バイオセンサ用電極の製造方法であって、基板上に導電性部材により平板状の電極層を形成する電極層形成工程と、導電性部材によって、前記電極層上にナノ多孔質構造のナノ多孔質層を形成する多孔質層形成工程と、
を含み、ナノ多孔質構造を表面に有するナノ多孔質電極を製造する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、試料内に浸漬させる電極をナノ多孔質電極とすることにより、当該試料内に含まれる夾雑物の、ナノ多孔質電極に対する非特異吸着が抑制され、検出対象物質を従来よりも高感度で検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本実施形態に係るバイオセンサの構成を示す概略図である。

【図2】２Ａは、ナノ多孔質電極の断面構成を示す断面図であり、２Ｂは、ナノ多孔質電極の表面のＦＥ－ＳＥＭ画像である。

【図3】３Ａは、ナノ多孔質電極の製造に用いる積層基板の断面構成を示す断面図であり、３Ｂは、積層基板の合金層を脱合金化処理して形成されたナノ多孔質電極の断面構成を示す断面図である。

【図4】４Ａは、Ａｕ‐Ａｇ合金電極の表面のＦＥ－ＳＥＭ画像であり、４Ｂは、ナノ多孔質電極の表面のＦＥ－ＳＥＭ画像である。

【図5】５Ａは、平面金電極における電流－電位曲線と電極浸漬前後のＨＳＡの測定結果とを示すグラフであり、５Ｂは、Ａｕ－Ａｇ合金電極における電流－電位曲線と電極浸漬前後のＨＳＡの測定結果とを示すグラフであり、５Ｃは、ナノ多孔質金電極における電流－電位曲線と電極浸漬前後のＨＳＡの測定結果とを示すグラフである。

【図6】６Ａは、インピーダンスの虚数成分及び実数成分からプロットしたナイキスト線図を示すグラフであり、６Ｂは、平面金電極とナノ多孔質金電極とに関する電荷移動抵抗値Ｒｃｔの測定結果を示すグラフである。

【図7】７Ａは、平面金電極の表面のＦＥ－ＳＥＭ画像であり、７Ｂは、７Ａの平面金電極をアルブミン含有Ｆｅ（III）溶液に浸漬させる時間を変えて測定した、平面金電極の電流－電位曲線を示すグラフである。

【図8】８Ａは、Ａｕ‐Ａｇ合金電極を硝酸水溶液に５分間浸漬させて作製したナノ多孔質金電極の表面のＦＥ－ＳＥＭ画像であり、８Ｂは、８Ａのナノ多孔質金電極をアルブミン含有Ｆｅ（III）溶液に浸漬させる時間を変えて測定した、ナノ多孔質金電極の電流－電位曲線を示すグラフである。

【図9】９Ａは、Ａｕ‐Ａｇ合金電極を硝酸水溶液に１５分間浸漬させて作製したナノ多孔質金電極の表面のＦＥ－ＳＥＭ画像であり、９Ｂは、９Ａのナノ多孔質金電極をアルブミン含有Ｆｅ（III）溶液に浸漬させる時間を変えて測定した電流－電位曲線を示すグラフである。

【図10】１０Ａは、Ａｕ‐Ａｇ合金電極を硝酸水溶液に３０分間浸漬させて作製したナノ多孔質金電極の表面のＦＥ－ＳＥＭ画像であり、１０Ｂは、１０Ａのナノ多孔質金電極をアルブミン含有Ｆｅ（III）溶液に浸漬させる時間を変えて測定した電流－電位曲線を示すグラフである。

【図11】１１Ａは、Ａｕ‐Ａｇ合金電極を硝酸水溶液に６０分間浸漬させて作製したナノ多孔質金電極の表面のＦＥ－ＳＥＭ画像であり、１１Ｂは、１１Ａのナノ多孔質金電極をアルブミン含有Ｆｅ（III）溶液に浸漬させる時間を変えて測定した電流－電位曲線を示すグラフである。

【図12】Ａｕ‐Ａｇ合金電極の表面における接触角の測定結果と、５分間、１５分間、３０分間、６０分間、硝酸水溶液に浸漬させて作製した各ナノ多孔質金電極の表面における接触角の測定結果とを示すグラフである。

【図13】１３Ａは、ＩｇＧ含有Ｆｅ（III）溶液に浸漬させた平面金電極に関して、ＣＶ測定によって得られた電流－電位曲線を示すグラフであり、１３Ｂは、ＩｇＧ含有Ｆｅ（III）溶液に浸漬させたナノ多孔質金電極に関して、ＣＶ測定によって得られた電流－電位曲線を示すグラフである。

【図14】１４Ａは、ヘミン濃度を変えた溶液に浸漬させた平面金電極に関して電位と電流との関係を調べた結果を示すグラフであり、１４Ｂは、ヘミン濃度を変えた溶液に浸漬させたナノ多孔質金電極に関して電位と電流との関係を調べた結果を示すグラフである。

【図15】１５Ａは、ヘミンを含有させていない溶液に平面金電極を浸漬し、当該溶液のＨＳＡ濃度を変えたときの電位と電流との関係を調べた結果を示すグラフであり、１５Ｂは、ヘミンを含有させた溶液に平面金電極を浸漬し、当該溶液のＨＳＡ濃度を変えたときの電位と電流との関係を調べた結果を示すグラフである。

【図16】１６Ａは、ヘミンを含有させていない溶液にナノ多孔質金電極を浸漬し、当該溶液のＨＳＡ濃度を変えたときの電位と電流との関係を調べた結果を示すグラフであり、１６Ｂは、ヘミンを含有させた溶液にナノ多孔質金電極を浸漬し、当該溶液のＨＳＡ濃度を変えたときの電位と電流との関係を調べた結果を示すグラフである。

【図17】１７Ａは、ヘミンを含有させていない溶液に平面金電極を浸漬し、当該溶液のＩｇＧ濃度を変えたときの電位と電流との関係を調べた結果を示すグラフであり、１７Ｂは、ヘミンを含有させた溶液に平面金電極を浸漬し、当該溶液のＩｇＧ濃度を変えたときの電位と電流との関係を調べた結果を示すグラフである。

【図18】１８Ａは、ヘミンを含有させていない溶液にナノ多孔質金電極を浸漬し、当該溶液のＩｇＧ濃度を変えたときの電位と電流との関係を調べた結果を示すグラフであり、１８Ｂは、ヘミンを含有させた溶液にナノ多孔質金電極を浸漬し、当該溶液のＩｇＧ濃度を変えたときの電位と電流との関係を調べた結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下図面について本発明の一実施の形態を詳述する。以下の説明において、同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0012】

＜第１実施形態＞
＜バイオセンサの全体構成＞
図１に示すように、本実施形態に係るバイオセンサ１０は、識別部１２ａと、検出部としての電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Transistor）１４とを備える。バイオセンサ１０は、識別部１２ａにおいて試料２０ａ内に含まれる検出対象物質を識別し、識別された情報をＦＥＴ１４において電気的な信号に変換することにより、試料２０ａ内に含まれる検出対象物質を検出する。

【0013】

検出対象物質は、ナノ多孔質電極１６に結合してナノ多孔質電極１６の電荷密度の変化を起こさせる物質であれば特に限定されないが、セロトニン、アスコルビン酸、尿酸、塩化銅、ヘミン等が挙げられる。試料２０ａとしては、検出対象物質を含有する疑いのある試料であれば特に限定されず、汗、涙、唾液、血液等の生体サンプルが挙げられる。これら試料２０ａには、検出対象物質の他、非検出対象物質となる、例えば、アルブミン（例えば、ヒト血清アルブミン（ＨＳＡ）、ウシ血清アルブミン（ＢＳＡ））等のタンパク質が、夾雑物として含まれている。

【0014】

識別部１２ａには、ナノ多孔質構造でなるナノ多孔質電極１６が設けられており、ナノ多孔質電極１６を囲うようにして壁部を設けて容器１８が形成されている。識別部１２ａは、容器１８内に試料２０ａが貯留され、ナノ多孔質電極１６が当該試料２０ａに浸漬される。

【0015】

ＦＥＴ１４は、半導体基板２２の表面に形成されたソース２４及びドレイン２６と、ソース２４及びドレイン２６の間の半導体基板２２上に形成されたゲート絶縁膜２８と、を備える。ＦＥＴ１４は、ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴのいずれも使用することができる。ゲート絶縁膜２８上には、金属電極３０が形成されている。金属電極３０は、配線３１を介して、ナノ多孔質電極１６と電気的に接続されている。金属電極３０は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ等で形成することができる。

【0016】

半導体基板２２は、Ｓｉ、Ｇａ、Ａｓ、ＩＴＯ、ＩＧＺＯ、ＩＺＯ等で形成してもよく、また、有機半導体、炭素半導体（例えば、カーボンナノチューブ、グラフェン半導体、ダイヤモンド半導体等）等を用いてもよい。ゲート絶縁膜２８は、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４（ＳｉＮ_ｘ）、Ｔａ_２Ｏ_５、Ａｌ_２Ｏ_３等の酸化物又は窒化物で形成することができる。

【0017】

ソース２４及びドレイン２６は、電源３４及び電流計３６が電気的に接続されており、ソース２４からドレイン２６へ流れるドレイン電流を計測するように形成されている。ＦＥＴ１４は、ゲート絶縁膜２８上の電荷密度が変化すると、ドレイン電流の大きさが変化する。すなわち、ドレイン電流を一定に保つためには、ゲート絶縁膜２８上の電荷密度の変化に伴いゲート電圧を変化させる必要がある。ＦＥＴ１４は、このゲート電圧の変化を計測することにより、ゲート絶縁膜２８上の電荷密度の変化を電気的に計測する。

【0018】

この際、図１に示すように、参照電極３２を用いてもよい。参照電極３２は、ＦＥＴ１４における基準電位となるナノ多孔質電極１６と電気的に接続される。

【0019】

＜ナノ多孔質電極の構成＞
次に、バイオセンサ用電極としてのナノ多孔質電極１６の構成について説明する。図２に示すように、本実施形態に係るナノ多孔質電極１６は、表面に複数の微細な空孔２０が形成されたナノ多孔質構造を有しており、当該ナノ多孔質構造を有することにより、表面の電極面積が増加され、液体に対する親水性が向上され得るように形成されている。ナノ多孔質電極１６は、このようなナノ多孔質構造を有することで、試料２０ａ内に含まれる、ＨＳＡ等の夾雑物４０の、表面に対する非特異吸着（ファウリング）が抑制されている。このように、ナノ多孔質電極１６は、試料２０ａ内に含まれる夾雑物４０の表面に対する非特異吸着（ファウリング）が抑制されたアンチファウリング特性を有しており、その分、当該試料２０ａ内の検出対象物質４１が表面に結合し得、検出対象物質４１を高感度で検出し得る。

【0020】

本実施形態に係るナノ多孔質電極１６は、ガラス等でなる平板状の基板１６ａと、基板１６ａ上に形成された電極層１６ｂ，１６ｃと、電極層１６ｃ上に形成されたナノ多孔質層１６ｄとで構成されている。電極層１６ｂ，１６ｃは、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｃ等の導電性部材により基板１６ａの表面に沿って平板状に形成されている。

【0021】

なお、電極層１６ｂ，１６ｃは、異なる導電性部材により形成された複数の層が積層された積層構造であってもよく、１層構造であってもよい。本実施形態に係る電極層１６ｂは、例えば、Ｃｒ等の導電性部材により基板１６ａ上に形成され、電極層１６ｃは、例えば、第１層目の電極層１６ｂとは異なるＡｕ等の導電性材料により第１層目の電極層１６ｂ上に形成されている。

【0022】

ナノ多孔質層１６ｄは、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃ、Ａｌ、Ｔｉ等の導電性部材により電極層１６ｃの表面に沿って形成されており、表面に複数の微細な空孔２０が不規則に形成されたナノ多孔質構造を有している。本実施形態に係るナノ多孔質層１６ｄは、裏面が接する電極層１６ｃの導電性部材と同じ導電性部材により形成されている。

【0023】

図２の２Ａは、ナノ多孔質電極１６の表面のＦＥ－ＳＥＭ画像である。ナノ多孔質電極１６の表面のナノ多孔質層１６ｄには、ナノサイズ（１００ｎｍ以下）でなる大小複数の微細な空孔２０が不規則に形成されており、これら複数の空孔２０によって表面が凹凸状に形成されることにより、試料２０ａ内に露出する電極表面の電極面積が増加されている。

【0024】

＜本実施形態に係るナノ多孔質電極の製造方法＞
次に、上述したナノ多孔質電極の製造方法について説明する。図３の３Ａに示すように、ガラス等でなる平板状の基板１６ａの表面に、スパッタリングによって、Ｃｒ等を成膜して第１層目の電極層１６ｂを形成した後、同じくスパッタリングによって、第１層目の電極層１６ｂ上にＡｕ等を成膜して第２層目の電極層１６ｃを形成する。その後、Ａｕ－Ａｇ合金等でなる合金部材をスパッタリングによって電極層１６ｃの表面に成膜して合金層１６ｅを形成して、電極層１６ｂ，１６ｃ及び合金層１６ｅの順で基板１６ａ上に積層した積層基板１７を作製する。

【0025】

次いで、脱合金化処理として、積層基板１７を硝酸水溶液に所定時間浸漬することによって、例えば、Ａｕ－Ａｇ合金でなる合金層１６ｅにおいて、電極層１６ｃと同じ導電性部材であるＡｕを残存させてＡｇを腐食させることにより、図３の３Ｂに示すように、合金層１６ｅから、複数の微細な空孔２０が表面に形成されたナノ多孔質層１６ｄを形成する。次いで、ナノ多孔質層１６ｄを水酸化ナトリウム水溶液やエタノール等の洗浄液により洗浄する。このようにして、基板１６ａ、電極層１６ｂ，１６ｃ及びナノ多孔質層１６ｄが順次積層したナノ多孔質電極１６を積層基板１７から製造することができる。

【0026】

ここで、図４の４Ａは、Ａｕ－Ａｇ合金でなる合金層１６ｅに対して硝酸水溶液を用いて脱合金化処理を行う前の積層基板１７（Ａｕ－Ａｇ合金電極と称する）の表面のＦＥ－ＳＥＭ画像である。図４の４Ｂは、図４の４Ａに示したＡｕ－Ａｇ合金電極を硝酸水溶液内に１５分間浸漬させて製造したナノ多孔質電極１６（ナノ多孔質金電極とも称する）の表面のＦＥ－ＳＥＭ画像である。なお、図２の２Ｂに示すＦＥ－ＳＥＭ画像は、同じく図４の４Ａに示したＡｕ－Ａｇ合金電極を硝酸水溶液内に１５分間浸漬させて製造したナノ多孔質電極１６の表面であるが、図４の４Ａとは異なる長さの単位表示（スケールバー５００［ｎｍ］）のＦＥ－ＳＥＭ画像である。

【0027】

このように、脱合金化処理を行う前のＡｕ－Ａｇ合金電極は凹凸が抑制されて滑らかな表面を有しているが、Ａｕ－Ａｇ合金電極を硝酸水溶液内に浸漬させることにより表面に大小複数の微細な空孔２０が形成されて凹凸状を有したナノ多孔質構造となることが分かる。

【0028】

本実施形態では、Ａｕ－Ａｇ合金でなる合金層１６ｅを硝酸水溶液に浸漬する時間を調整することで、ナノ多孔質層１６ｄに形成される微細な空孔２０の平均径や個数を調整することができる。そして、ナノ多孔質電極１６は、ナノ多孔質層１６ｄの表面に形成される空孔２０の平均径や個数を調整することで表面の電極面積を調整することができる。

【0029】

＜ＣＶ測定によるナノ多孔質電極のアンチファウリング特性の評価実験＞
次に、上述した「＜本実施形態に係るナノ多孔質電極の製造方法＞」に示した手順に従ってナノ多孔質電極１６としてナノ多孔質金電極を製造し、得られたナノ多孔質金電極を実施例とし、平面金電極を比較例１とし、脱合金化処理前のＡｕ－Ａｇ合金電極を比較例２として、それぞれＣＶ測定を行い、アンチファウリング特性の評価実験を行った。その結果、図５の５Ａ、５Ｂ及び５Ｃに示すような結果が得られた。なお、ＣＶ測定は、電位を制御しながら電流を測定できるポテンショスタット装置に作用極、参照電極、対極を接続し、これら３つの電極を溶液に浸漬して一定の掃引速度で電位を増減させて電流値を測定するが、本実施形態では、作用電極として、ナノ多孔質金電極、平面金電極又はＡｕ－Ａｇ合金電極のいずれかを使用した。

【0030】

具体的には、本評価実験に用いたナノ多孔質金電極は以下のようにして製造した。始めに、基板１６ａとしてガラス基板を用意し、当該ガラス基板上にスパッタリングによってＣｒを１６０［ｎｍ］の厚さで成膜して電極層１６ｂを第１層目として形成した後、当該第１層目の電極層１６ｂ上にスパッタリングによってＡｕを８０［ｎｍ］の厚さで成膜して第２層目の電極層１６ｃを形成した。

【0031】

そして、電極層１６ｃ上にスパッタリングによってＡｕ－Ａｇ合金（Ａｕ ３６［ａｔ％］、Ａｇ ６４［ａｔ％］）を６００［ｎｍ］の厚さで成膜して合金層１６ｅを形成して積層基板１７となるＡｕ－Ａｇ合金電極を作製した。次いで、７０重量％の硝酸水溶液に、５５℃でＡｕ－Ａｇ合金電極を１５分間浸漬することで脱合金化処理を行い、Ａｕ－Ａｇ合金電極のＡｇのみを選択的に腐食させて、水酸化ナトリウム水溶液やエタノールに３０分間浸漬して表面を洗浄し、ナノ多孔質構造を有する実施例のナノ多孔質金電極を製造した。

【0032】

また、ガラス基板上にスパッタリングによってＣｒを１６０［ｎｍ］の厚さで成膜して電極層１６ｂを形成した後、当該電極層１６ｂ上にスパッタリングによってＡｕを８０［ｎｍ］の厚さで成膜してＡｕでなる電極層１６ｃを形成して、比較例１となる平板金電極を製造した。なお、上述したナノ多孔質金電極の製造過程で、脱合金化処理を行う前に得られたＡｕ－Ａｇ合金電極を比較例２とした。

【0033】

本評価実験では、ＣＶ測定に用いる試料として、１０［ｍＭ］のＦｅ（III）をリン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ：Phosphate buffered saline）に含有させた、ｐＨ７．４のＦｅ（III）溶液を用いた。

【0034】

そして、ＣＶ測定として、始めに、複数のＦｅ（III）溶液を用意し、Ｆｅ（III）溶液のそれぞれに、比較例１の平面金電極、比較例２のＡｕ－Ａｇ合金電極、又は、実施例のナノ多孔質金電極を別々に配し、これら電極（平面金電極、Ａｕ－Ａｇ合金電極及びナノ多孔質金電極を区別しない場合には単に電極と称する）に電位をくり返し掃引してその際に流れる電流を測定した。図５の５Ａ、５Ｂ及び５Ｃでは、その結果を「Ｆｅ（III）」として示す。

【0035】

その後、各電極を配したＦｅ（III）溶液に、それぞれ夾雑物として１０［ｍｇ／ｍｌ］のＨＳＡを添加してｐＨ７．４のアルブミン含有Ｆｅ（III）溶液とし、当該電極をアルブミン含有Ｆｅ（III）溶液内に３分間浸漬させた後に電極に電位をくり返し掃引してその際に流れる電流を測定した。図５の５Ａ、５Ｂ及び５Ｃでは、その結果を「Ｆｅ（III）＋ＨＳＡ」として示す。

【0036】

図５の５Ａは、ＣＶ測定によって得られた、比較例１の平板金電極の電流－電位曲線であり、図５の５Ｂは、ＣＶ測定によって得られた、比較例２のＡｕ－Ａｇ合金電極の電流－電位曲線であり、図５の５Ｃは、ＣＶ測定によって得られた、実施例のナノ多孔質金電極の電流－電位曲線である。図中のｎは、再現性を確認するために、同様に作製した異なる電極を用いて同様の実験を行った回数を示す。なお、図５の５Ａ、５Ｂ及び５Ｃに示したＣＶ測定の結果は、各電極をアルブミン含有Ｆｅ（III）溶液に浸漬した直後の測定結果である。

【0037】

また、図５の５Ａ、５Ｂ及び５Ｃの左上に示す「ＨＳＡ前」は、ｐＨ７．４のＦｅ（III）溶液に各電極を浸漬してＣＶ測定を行った測定結果を示し、「ＨＳＡ後」は、ｐＨ７．４のアルブミン含有Ｆｅ（III）溶液に各電極を浸漬してＣＶ測定を行った測定結果を示しており、いずれも縦軸はピーク電流値を示す。

【0038】

図５の５Ａ及び５Ｂから、比較例１，２では、Ｆｅ（III）溶液とアルブミン含有Ｆｅ（III）溶液とでピーク幅が変わり電流－電位曲線が大きく変化していることが確認できた。また、図５の５Ａ及び５Ｂの左上に示す「ＨＳＡ前」及び「ＨＳＡ後」から、ピーク電流値が大きく変化すること（０に近づくこと）が確認できた。以上から、平面金電極とＡｕ－Ａｇ合金電極では、表面にＨＳＡが非特異吸着（ファウリング）されてしまい、アンチファウリング特性を有していないことが確認できた。

【0039】

一方、図５の５Ｃから、実施例１では、Ｆｅ（III）溶液とアルブミン含有Ｆｅ（III）溶液とでピーク幅が変わらず電流－電位曲線に大きな変化が生じないことが確認できた。また、図５の５Ｃの左上に示す「ＨＳＡ前」及び「ＨＳＡ後」から、ピーク電流値に変化が見られないことが確認できた。以上から、ナノ多孔質電極１６では、表面に対するＨＳＡの非特異吸着（ファウリング）が抑制されており、アンチファウリング特性を有することが確認できた。

【0040】

次に、比較例１の平板金電極と、実施例のナノ多孔質金電極とを用いて、Ｆｅ（III）溶液に１０［ｍｇ／ｍｌ］のＨＳＡを添加する前後における電荷移動抵抗値（Ｒｃｔ）を調べたところ、図６の６Ｂに示すような結果が得られた。６Ｂの横軸は時間を示し、縦軸は電荷移動抵抗値（Ｒｃｔ）を示す。電荷移動抵抗値（Ｒｃｔ）は、図６の６Ａに示すように、各電極のインピーダンスを測定してインピーダンスの虚数成分及び実数成分からプロットしたナイキスト線図（６Ａ中、縦軸のＺ´´が虚数成分、横軸のＺ´が実数成分）を基に求めた。

【0041】

各電極のインピーダンスを測定する際の測定条件は、測定周波数を１～１０^６［Ｈｚ］、印加交流電圧を１０［ｍＶ］とした。

【0042】

図６の結果から、平面金電極では、Ｆｅ（III）溶液にＨＳＡを添加すると、電荷移動抵抗値Ｒｃｔが大きく上昇した後、さらに時間経過とともに次第に上昇してゆき、電荷移動抵抗値Ｒｃｔに大きな変化が生じることが確認できた。これは、ＨＳＡが添加されることにより、平面金電極にＨＳＡが吸着し、吸着したＨＳＡが電子のやり取りを阻害することにより、電荷移動抵抗値Ｒｃｔが増大したと考えられる。

【0043】

一方、ナノ多孔質金電極では、Ｆｅ（III）溶液にＨＳＡを添加しても、電荷移動抵抗値Ｒｃｔについて大きな変化はなかった。これは、ＨＳＡを添加しても、ナノ多孔質金電極にＨＳＡが吸着しないことから、ＨＳＡによる電子のやり取りの阻害がなく、電荷移動抵抗値Ｒｃｔに大きな変化がなかったと考えられる。よって、ナノ多孔質金電極では、ＨＳＡの非特異吸着（ファウリング）が抑制されており、アンチファウリング特性を有することが確認できた。

【0044】

＜作用及び効果＞
以上の構成において、バイオセンサ１０では、試料２０ａ内に浸漬する電極をナノ多孔質構造からなるナノ多孔質電極１６とし、試料２０ａ内に含まれる検出対象物質４１がナノ多孔質電極１６に結合することにより生じるナノ多孔質電極１６の電荷密度の変化を検出する。バイオセンサ１０は、試料２０ａ内に浸漬させる電極をナノ多孔質電極１６とすることにより、試料２０ａ内に浸漬する電極表面において、試料２０ａ内に含まれる夾雑物４０の、ナノ多孔質電極１６に対する非特異吸着が抑制され、検出対象物質４１を従来よりも高感度で検出することができる。

【0045】

＜ナノ多孔質電極のナノ多孔質構造について＞
次に、上述した「＜本実施形態に係るナノ多孔質電極の製造方法＞」に示した手順に従ってナノ多孔質電極１６を製造する際に、硝酸水溶液に浸漬する時間を変えて複数のナノ多孔質電極１６を製造し、各ナノ多孔質電極１６についてアンチファウリング特性の評価実験を行った。

【0046】

具体的には、上述した「＜本実施形態に係るナノ多孔質電極の製造方法＞」に示した手順に従って、基板１６ａとしてガラス基板を用意し、当該ガラス基板上に、スパッタリングによって、Ｃｒを１６０［ｎｍ］の厚さで成膜した後、Ａｕを８０［ｎｍ］の厚さで成膜してＡｕの電極層１６ｃを形成し、さらに、電極層１６ｃ上にスパッタリングによってＡｕ－Ａｇ合金（Ａｕ ３６［ａｔ％］、Ａｇ ６４［ａｔ％］）を６００［ｎｍ］の厚さで成膜して合金層１６ｅを形成して積層基板１７となるＡｕ－Ａｇ合金電極を作製した。

【0047】

次いで、Ａｕ－Ａｇ合金電極を７０重量％の硝酸水溶液に５５℃で浸漬する時間を、５分、１５分、３０分、６０分と変えてゆき、Ａｕ－Ａｇ合金電極を硝酸水溶液に浸漬して脱合金化処理を行い、Ａｕ－Ａｇ合金電極のＡｇのみを選択的に腐食させ、水酸化ナトリウム水溶液やエタノールに３０分間浸漬して洗浄し、ナノ多孔質構造を有するナノ多孔質金電極をそれぞれ製造した。

【0048】

そして、硝酸水溶液に浸漬する時間を変えて製造したナノ多孔質金電極について、それぞれＦＥ－ＳＥＭ画像によるナノ多孔質構造の解析と、ＣＶ測定によるアンチファウリング特性の評価とを行った。また、比較例として上述した平面金電極についてもＦＥ－ＳＥＭ画像による表面解析と、ＣＶ測定によるアンチファウリング特性の評価とを行った。

【0049】

なお、平面金電極とナノ多孔質金電極とをそれぞれＨＳＡに５分間浸漬したときのＣＶ測定について下記のようにして行った。始めに、１０［ｍＭ］のＦｅ（III）をリン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ：Phosphate buffered saline）に含有させたｐＨ７．０のＦｅ（III）溶液に、平面金電極又はナノ多孔質金電極を浸漬させてＣＶ測定を４サイクル行った後、Ｆｅ（III）溶液から平面金電極とナノ多孔質金電極を取り出した。次いで、Ｆｅ（III）溶液から取り出した平面金電極とナノ多孔質金電極を、１０［ｍｇ／ｍｌ］のＨＳＡを添加したｐＨ７．０のアルブミン含有Ｆｅ（III）溶液に、それぞれ５分間浸漬した後に取り出し、再びＦｅ（III）溶液に浸漬してＣＶ測定を４サイクル行い、そのときに得られる電流－電位曲線を、ＨＳＡに５分間浸漬したときのＣＶ測定の測定結果として測定した。

【0050】

また、平面金電極とナノ多孔質金電極とをそれぞれＨＳＡに１５分間浸漬したときのＣＶ測定については、上述したように、ＨＳＡに５分間浸漬したときのＣＶ測定の測定結果を調べた後に、再び、平面金電極とナノ多孔質金電極とをアルブミン含有Ｆｅ（III）溶液に、それぞれ１０分間浸漬して、既にＨＳＡに５分間浸漬したときと合わせて総合で１５分間浸漬させた後に取り出し、Ｆｅ（III）溶液に浸漬してＣＶ測定を４サイクル行い、そのときに得られる電流－電位曲線を、ＨＳＡに１５分間浸漬したときのＣＶ測定の測定結果として測定した。

【0051】

同様にして、平面金電極とナノ多孔質金電極とをさらにアルブミン含有Ｆｅ（III）溶液に浸漬させる時間を足してゆき、総合して３０分間、６０分間、アルブミン含有Ｆｅ（III）溶液に浸漬させた平面金電極とナノ多孔質金電極とについて、それぞれＦｅ（III）溶液に浸漬してＣＶ測定を４サイクル行い、そのときに得られる電流－電位曲線を、ＨＳＡに３０分間浸漬したときのＣＶ測定の測定結果、ＨＳＡに６０分間浸漬したときのＣＶ測定の測定結果として測定した。

【0052】

図７の７Ａは、比較例である平面金電極の表面のＦＥ－ＳＥＭ画像であり、図７の７Ｂは、当該７Ａに示した平面金電極について上述したＣＶ測定で４サイクル目に得られた電流－電位曲線を示す。図７の７Ａに示すように、表面に空孔がなく滑らかな表面を有する平面金電極は、図７の７Ｂに示すように、ＨＳＡが添加されたアルブミン含有Ｆｅ（III）溶液に５分間浸漬すると、ピーク電流値が大幅に小さくなり、ＨＳＡの非特異吸着（ファウリング）の影響を受けていることが確認できる。

【0053】

図８の８Ａは、Ａｕ－Ａｇ合金電極を硝酸水溶液に５分間浸漬させたときのナノ多孔質金電極の表面のＦＥ－ＳＥＭ画像であり、図８の８Ｂは、当該８Ａに示したナノ多孔質金電極について上述したＣＶ測定で４サイクル目に得られた電流－電位曲線を示す。また、図９の９Ａは、Ａｕ－Ａｇ合金電極を硝酸水溶液に１５分間浸漬させたときのナノ多孔質金電極の表面のＦＥ－ＳＥＭ画像であり、図９の９Ｂは、上記の９Ａに示したナノ多孔質金電極について上述したＣＶ測定で４サイクル目に得られた電流－電位曲線を示す。

【0054】

図１０の１０Ａは、Ａｕ－Ａｇ合金電極を硝酸水溶液に３０分間浸漬させたときのナノ多孔質金電極の表面のＦＥ－ＳＥＭ画像であり、図１０の１０Ｂは、当該１０Ａに示したナノ多孔質金電極について上述したＣＶ測定で４サイクル目に得られた電流－電位曲線を示す。図１１の１１Ａは、Ａｕ－Ａｇ合金電極を硝酸水溶液に６０分間浸漬させたときのナノ多孔質金電極の表面のＦＥ－ＳＥＭ画像であり、図１１の１１Ｂは、上記の１１Ａに示したナノ多孔質金電極について上述したＣＶ測定で４サイクル目に得られた電流－電位曲線を示す。

【0055】

図８の８Ａ、図９の９Ａ、図１０の１０Ａ及び図１１の１１ＡのＦＥ－ＳＥＭ画像から、Ａｕ－Ａｇ合金電極を硝酸水溶液内に浸漬させることにより表面に大小複数の微細な空孔２０が不規則に形成されて凹凸状を有したナノ多孔質構造となることが確認できた。また、Ａｕ－Ａｇ合金電極を硝酸水溶液内に浸漬させる時間を長くすることで、表面に形成される空孔２０の平均径が次第に大きくなり、空孔２０の数も次第に減ってゆくことが確認できた。

【0056】

さらに、図８の８Ｂ、図９の９Ｂ、図１０の１０Ｂ及び図１１の１１Ｂから、硝酸水溶液に浸漬させたときのナノ多孔質金電極では、アルブミン含有Ｆｅ（III）溶液に浸漬させる時間が長くなるにつれてピーク電流値が次第に小さくなってゆくものの、平面金電極のＣＶ測定の結果よりもピーク電流値の変化が小さいことが確認できた。このことは、平面金電極に比してナノ多孔質金電極は、平面金電極よりもＨＳＡの非特異吸着が抑制されており、アンチファウリング特性を有することが確認できた。特に、Ａｕ－Ａｇ合金電極を硝酸水溶液に５分超３０分未満の間浸漬させて製造したナノ多孔質金電極は、ピーク電流値が比較的維持されており、ナノ多孔質化による最適なアンチファウリング特性を有していることが分かった。

【0057】

＜ナノ多孔質電極の接触角＞
次に、Ａｕ－Ａｇ合金電極を７０重量％の硝酸水溶液に５５℃で浸漬する時間を、５分、１５分、３０分、６０分と変えて作製した各ナノ多孔質金電極について、それぞれ表面の接触角を測定した。また、比較例として、硝酸水溶液に浸漬していないＡｕ－Ａｇ合金電極（硝酸水溶液に浸漬する時間が０［ｍｉｎ］）についても表面の接触角を測定した。その結果、図１２に示すような結果が得られた。図１２では、Ａｕ－Ａｇ合金電極を硝酸水溶液に浸漬する時間を横軸（「Surface treatment time（min）」）に示し、表面での接触角を縦軸（「Contact angle(°)」）に示す。

【0058】

接触角は、接触角測定装置として、ＫＲＵＳＳ社製の製品名ＤＳＡ２５Ｓを使い、静的接触角を測定した。具体的には、上記の接触角測定装置ＤＳＡ２５Ｓを使用して、各電極の表面に対して、５～１０［μL］の超純水を滴下し、大気中常圧下（２５［℃］）における滴下後の静的接触角を測定した。

【0059】

図１２に示すように、硝酸水溶液に浸漬させなかった、ナノ多孔質構造を有しないＡｕ－Ａｇ合金電極では、超純水に対する表面の接触角が約６２［°］程度となった。また、図１２に示すように、Ａｕ－Ａｇ合金電極を硝酸水溶液に浸漬する時間を５分にすると、ナノ多孔質金電極の表面の接触角は約４５［°］となり、Ａｕ－Ａｇ合金電極を硝酸水溶液に浸漬する時間を１５分にすると、ナノ多孔質金電極の表面の接触角は約４０［°］となり最も小さくなった。そして、Ａｕ－Ａｇ合金電極を硝酸水溶液に浸漬する時間を３０分にすると、ナノ多孔質金電極の表面の接触角は約４５［°］になり再び大きくなることが確認できた。なお、Ａｕ－Ａｇ合金電極を硝酸水溶液に浸漬する時間を６０分にすると、ナノ多孔質金電極の表面の接触角は約５５［°］になることが確認できた。

【0060】

以上、図１２の結果から、ナノ多孔質金電極は、ナノ多孔質構造を有しないＡｕ－Ａｇ合金電極よりも接触角が小さくなることが確認できた。すなわち、ナノ多孔質金電極は、Ａｕ－Ａｇ合金電極よりも、単位面積当たりの表面自由エネルギーが小さくなることが確認できた。Ａｕ－Ａｇ合金電極の接触角が約６２［°］程度であったことから、ナノ多孔質金電極の表面の接触角は、６０［°］以下になっていることが好ましいことが確認できた。また、Ａｕ－Ａｇ合金電極を硝酸水溶液に浸漬する時間を５分超３０分未満にすることで、ナノ多孔質金電極の表面の接触角は４５［°］以下にできることが確認できた。

【0061】

以上より、ナノ多孔質電極１６は、Ａｕ－Ａｇ合金電極よりもアンチファウリング特性を有することを考慮すると、超純水に対する表面の接触角が、Ａｕ－Ａｇ合金電極の表面の接触角よりも小さい６０［°］以下にすることが望ましい。

【0062】

また、ナノ多孔質電極１６は、上述した図７から図１１の結果から製造時に硝酸水溶液に浸漬させる時間を５分超３０分未満にすると、アンチファウリング特性がより好ましいことを考慮すると、超純水に対する表面の接触角が５０［°］以下がより好ましく、さらには４５［°］以下にすることが最も好ましいことが確認できた。

【0063】

＜ナノ多孔質電極に形成される空孔の平均径及び平均個数＞
次にナノ多孔質電極に形成される空孔の平均径、平均個数について説明する。図８の８Ａ、図９の９Ａ、図１０の１０Ａ及び図１１の１１Ａの各ＦＥ－ＳＥＭ画像において、縦１５００［ｎｍ］、横２０００［ｎｍ］四方内に存在する空孔２０の平均径を、画像ソフトであるＩｍａｇｅ Ｊにより求めた。また、図８の８Ａ、図９の９Ａ、図１０の１０Ａ及び図１１の１１Ａの各ＦＥ－ＳＥＭ画像において、縦１５００［ｎｍ］、横２０００［ｎｍ］四方内に存在する空孔２０の平均個数を、画像ソフトであるＩｍａｇｅ Ｊにより求めた。その結果、表１に示すような結果が得られた。

【表1】

【0064】

上述したように、特に、Ａｕ－Ａｇ合金電極を硝酸水溶液に５分超３０分未満の間浸漬させて製造したナノ多孔質金電極がナノ多孔質化による最適なアンチファウリング特性を有していたことを考慮すると、表１から、ＦＥ－ＳＥＭ画像において、縦１５００［ｎｍ］、横２０００［ｎｍ］四方内に存在する空孔２０の平均径は１１．５［ｎｍ］超２９．２［ｎｍ］未満であることが望ましく、縦１５００［ｎｍ］、横２０００［ｎｍ］四方内に存在する空孔２０の平均個数は２２１個超３１７個未満であることが望ましいことが推測できた。

【0065】

＜ナノ多孔質電極の反応表面積＞
次にナノ多孔質電極の反応表面積について調べたところ、表２のような結果が得られた。なお、ここでは、ｐＨ７．４のＦｅ（III）溶液でのＣＶ測定における金の還元量を計算した。
Ａｕ_２Ｏ_３＋３Ｈ_２Ｏ＋６ｅ^－ → ２Ａｕ＋６ＯＨ^－

【0066】

計算式は下記の通りである。
・計算式：反応表面積（表２中、「面積」） ＝ (∫Ｉ dt )／測定面積 ［Ａ／ｃｍ^２］
・I：電流値（Ａ）
・dt ＝ ０.００１／０．０５ ＝ ０．０２ （Ｓ）
(スキャン速度：０．０５（Ｖ／ｓ）、サンプル間隔：０．００１（Ｖ）)
・測定面積：電極の測定溶液（Ｆｅ（III）溶液）に浸漬している面積（ｃｍ^２）
なお、還元の範囲についてはＣＶ測定の電流値が０以下の所とした。

【表2】

【0067】

以上より、ナノ多孔質電極１６は、Ａｕ－Ａｇ合金電極よりもアンチファウリング特性を有することを考慮すると、反応表面積がＡｕ－Ａｇ合金電極（表２中、時間０分）の反応表面積よりも大きい１０７０［μＡ／ｃｍ^２］超が好ましい。また、ナノ多孔質電極１６は、上述した図７から図１１の結果から製造時に硝酸水溶液に浸漬させる時間を５分超３０分未満にすると、アンチファウリング特性がより好ましいことを考慮すると、反応表面積が１１０００［μＡ／ｃｍ^２］以上がより好ましいことが確認できた。

【0068】

＜ＩｇＧのナノ多孔質電極に対するアンチファウリング特性について＞
次に、上述した「＜本実施形態に係るナノ多孔質電極の製造方法＞」に示した手順に従ってナノ多孔質電極１６として、７０重量％の硝酸水溶液に、５５℃でＡｕ－Ａｇ合金電極を１５分間浸漬することで脱合金化処理等を行ってナノ多孔質金電極を製造し、得られたナノ多孔質金電極を実施例とした。また、ここでは、上述した平面金電極を比較例とした。そして、各電極を、それぞれ異なるＦｅ（III）溶液に浸漬させた後に、それぞれの電極に電位をくり返し掃引してその際に流れる電流を測定した。

【0069】

さらに、各電極を配したＦｅ（III）溶液に、それぞれ夾雑物として０．１［ｍｇ／ｍｌ］のＩｇＧを添加してｐＨ７．４のＩｇＧ含有Ｆｅ（III）溶液とし、当該電極をＩｇＧ含有Ｆｅ（III）溶液内に３分間浸漬させた後に電極に電位をくり返し掃引してその際に流れる電流を測定した。

【0070】

その結果、図１３の１３Ａ及び１３Ｂに示すような結果が得られた。図１３の１３Ａは、ＣＶ測定によって得られた、比較例の平板金電極の電流－電位曲線であり、図１３の１３Ｂは、ＣＶ測定によって得られた、実施例のナノ多孔質金電極の電流－電位曲線である。なお、電極に電位をくり返し掃引して流れる電流を測定した回数は、４回である。

【0071】

図１３の１３Ａから、比較例の平板金電極では、ピーク電流値が大きく変化することが確認できた。このことから、平面金電極では、表面にＩｇＧが非特異吸着（ファウリング）されてしまい、アンチファウリング特性を有していないことが確認できた。一方、図１３の１３Ｂから、実施例のナノ多孔質金電極では、ピーク電流値に変化がほぼ見られないことが確認できた。以上から、ナノ多孔質金電極では、表面に対するＩｇＧの非特異吸着（ファウリング）が抑制されており、アンチファウリング特性を有することが確認できた。

【0072】

＜第２実施形態＞
＜試料内に含まれる夾雑物を測定可能なバイオセンサ＞
次に、上述したバイオセンサ１０を利用して、試料内に含有する夾雑物を測定する場合について以下説明する。夾雑物としては、例えば、タンパク質、ペプチド等を適用することができる。タンパク質としては、アルブミン、グリコアルブミン等を適用することができる。アルブミンとしては、ＨＳＡ（ヒト血清アルブミン）、ＢＳＡ（ウシ血清アルブミン）等を適用することができる。

【0073】

本実施形態では、一例として、試料２０ａ内に含有するＨＳＡを測定するバイオセンサ１０について以下説明する。なお本実施形態に係るバイオセンサ１０の構成としては、図１に示した構成において、電流計３６に替えて、ＨＳＡの含有量を測定可能な測定部を設ける点と、試料２０ａにはＨＳＡと結合可能なヘミンが添加されている点と、で相違しており、ここでは図１を用いて説明する。

【0074】

バイオセンサ１０によって試料２０ａ内のＨＳＡの含有量を測定する場合には、始めに、ＨＳＡ及びナノ多孔質電極１６の両方に結合可能なヘミンを検出対象物質として含有した試料２０ａを準備する。なお、この試料２０ａには、測定対象物であるＨＳＡが含有されていない。容器１８には、試料２０ａが貯留され、ナノ多孔質電極１６が当該試料２０ａに浸漬される。

【0075】

バイオセンサ１０は、試料２０ａ内のヘミンがナノ多孔質電極１６に結合することにより生じる、ナノ多孔質電極１６での電荷密度の変化を測定部によって測定する。

【0076】

次いで、容器１８に貯留した試料２０ａに、測定対象物質であるＨＳＡを含有した溶液を添加し、ＨＳＡを試料２０ａに含有させる。これにより、バイオセンサ１０は、試料２０ａ内に添加されたＨＳＡがヘミンと結合することにより試料２０ａ内でナノ多孔質電極１６と結合しているヘミンが減少し、その分、ナノ多孔質電極１６での電荷密度が変化する。測定部は、ＨＳＡの添加前後に生じたナノ多孔質電極１６での電荷密度の変化を測定する。これにより、測定部は、試料２０ａにＨＳＡを添加する前に測定した電荷密度と、試料２０ａにＨＳＡを添加した後に測定した電荷密度と、の変化に基づいて、試料２０ａ内のＨＳＡの含有量を測定することができる。

【0077】

なお、ＨＳＡの添加前後に測定部で測定した電荷密度の変化に基づいて試料２０ａ内のＨＳＡの含有量を測定する手法としては、例えば、電荷密度の変化とＨＳＡの含有量との関係を予め示した検量線などを用いることができる。

【0078】

なお、本実施形態では、ＨＳＡ及びナノ多孔質電極１６の両方に結合可能な検出対象物質としてヘミンを適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、ＨＳＡ及びナノ多孔質電極１６の両方に結合可能な検出対象物質であればその他（例えば、ヘマチン、アルカリヘマチン、塩化銅(CuCl₂)、銅塩(Cu(II))、メチレンブルー）の物質を適用してもよい。

【0079】

また、本実施形態では、バイオセンサ１０において検出対象物質に基づいてナノ多孔質電極の電荷密度の変化から試料２０ａ内の含有量を測定する測定対象物質としてＨＳＡを適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、ナノ多孔質電極１６に結合可能な検出対象物質と結合可能な物質であれば、例えば、ＢＳＡでもよく、また、その他のタンパク質や試料内の夾雑物を測定対象物質としてもよい。

【0080】

以上の構成において、バイオセンサ１０は、電極をナノ多孔質電極１６とすることで、試料２０ａ内に含まれる夾雑物としてのＨＳＡの、ナノ多孔質電極１６に対する非特異吸着が抑制され、検出対象物質であるヘミンを高感度で検出することができる。よって、バイオセンサ１０では、ＨＳＡのナノ多孔質電極１６に対する非特異吸着が抑制される分、検出対象物質であるヘミンとの結合が可能であり、当該ヘミンがナノ多孔質電極１６へ結合することにより生じるナノ多孔質電極１６での電荷密度の変化を測定することで、ＨＳＡの含有量を測定することができる。

【0081】

＜バイオセンサを用いたＨＳＡの測定に関する検証試験について＞
次に、平面金電極とナノ多孔質金電極とを用いて、それぞれＨＳＡを測定できるか否かについて検証試験を行った。ここでは、上述した「＜本実施形態に係るナノ多孔質電極の製造方法＞」に示した手順に従ってナノ多孔質電極１６として、７０重量％の硝酸水溶液に、５５℃でＡｕ－Ａｇ合金電極を１５分間浸漬することで脱合金化処理等を行ってナノ多孔質金電極を製造し、得られたナノ多孔質金電極を実施例とした。また、上述した平面金電極を比較例とした。

【0082】

まず初めに、ｐＨ７．４のリン酸緩衝溶液（以下、単に溶液と称する）を作成し、当該溶液にヘミンの含有量を変えてヘミンの濃度が異なる複数の溶液を作成した。次いで、上述した各電極を、これらへミンの濃度を変えた溶液に浸漬させたときの電位と電流との関係を調べたところ、図１４の１４Ａ及び１４Ｂに示すような結果が得られた。

【0083】

図１４から、例えば、－０．１［Ｖ］等の電位によっては、いずれの電極についても、ヘミンの濃度変化に応じて電流が変化しており、所定の電位に着目することで、ヘミンの濃度測定が可能であることが確認できた。

【0084】

次に、ヘミンを含有していない溶液に対して、ＨＳＡの含有量を変えて添加し、ＨＳＡの濃度が異なる溶液に、上述した比較例の平面金電極を浸漬したときの電位と電流との関係を調べたところ、図１５の１５Ａに示すような結果が得られた。１５Ａの結果から、比較例では、ＨＳＡの非特異吸着が強いこと、電流値が極端に小さくなってしまうことが確認できた。

【0085】

また、ヘミンを７００［ｎＭ］含有させた溶液に対して、ＨＳＡの含有量を変えて添加し、ＨＳＡの濃度が異なる溶液に、上述した比較例の平面金電極を浸漬したときの電位と電流との関係を調べたところ、図１５の１５Ｂに示すような結果が得られた。１５Ｂの結果から、比較例では、ＨＳＡの非特異吸着が強いことから、ＨＳＡの非特異吸着によりピーク電流値が小さくなってしまい、ＨＳＡの測定感度は低いことが確認できた。

【0086】

次に、ヘミンを含有していない溶液に対して、ＨＳＡの含有量を変えて添加し、ＨＳＡの濃度が異なる溶液に、上述した実施例のナノ多孔質金電極を浸漬したときの電位と電流との関係を調べたところ、図１６の１６Ａに示すような結果が得られた。なお、１６Ａのグラフは、上述した比較例の図１５のグラフとは電流値を示す縦軸のスケールが異なっている。１６Ａの結果から、実施例では、ＨＳＡの非特異吸着が抑制されているため、上述した比較例のように、ＨＳＡの非特異吸着による電流値の減少がほとんどないことが確認できた。但し、この検証試験では、溶液内にヘミンを含有させていないため、ピーク電流の明確な変化は確認できなかった。

【0087】

また、ヘミンを７００［ｎＭ］含有させた溶液に対して、ＨＳＡの含有量を変えて添加し、ＨＳＡの濃度が異なる溶液に、上述した実施例のナノ多孔質金電極を浸漬したときの電位と電流との関係を調べたところ、図１６の１６Ｂに示すような結果が得られた。なお、１６Ｂのグラフは、上述した比較例の図１５のグラフとは電流値を示す縦軸のスケールが異なっている。１６Ｂの結果から、実施例では、ＨＳＡの濃度に依存して発生するピーク電流値が、比較例よりも大きくなることが確認できた。このことから、実施例では、ＨＳＡの非特異吸着が抑制されている分、ＨＳＡがヘミンと反応し易くなり、ヘミンのピーク電流値がＨＳＡの濃度に依存して大きく変化することが確認でき、比較例よりもＨＳＡの測定感度が高くなることが確認できた。

【0088】

次に、ヘミンを含有していない溶液と、ヘミンを７００［ｎＭ］含有させた溶液とにそれぞれ比較例の平面金電極を浸漬し、それぞれの溶液に対して、ＩｇＧの含有量を変えて濃度を変化させていったときの、比較例の平面金電極で生じる電位と電流の変化を調べたところ、図１７の１７Ａ及び１７Ｂに示すような結果が得られた。

【0089】

また、ヘミンを含有していない溶液と、ヘミンを７００［ｎＭ］含有させた溶液とにそれぞれ実施例のナノ多孔質金電極を浸漬し、それぞれの溶液に対して、ＩｇＧの含有量を変えて濃度を変化させていったときの、実施例のナノ多孔質金電極で生じる電位と電流の変化を調べたところ、図１８の１８Ａ及び１８Ｂに示すような結果が得られた。

【0090】

図１７及び図１８の結果から、ＩｇＧはヘミンと反応しないことが確認でき、また、比較例及び実施例のいずれも、ＩｇＧ濃度が変化してもヘミンによるピーク電流値はほとんど変わっていないことから、ＩｇＧの濃度に依存してピーク電流値は変わらないことが確認できた。以上より、ＩｇＧ及びＨＳＡの両方を含む溶液に実施例のナノ多孔質金電極を浸漬しても、ＩｇＧの濃度に依存せずに、当該ナノ多孔質金電極により測定されたピーク電流値に基づいてＨＳＡの濃度測定を行えることが確認できた。

【0091】

以上、上述した検証試験の結果から、実施例のナノ多孔質金電極では、ＨＳＡと結合可能なヘミンを含有させた溶液内において、ＨＳＡの濃度変化に対してヘミン由来のピーク電流が変化したことから、当該電流値の変化に基づいて、ＨＳＡ濃度の測定が可能であることが確認できた。

【符号の説明】

【0092】

１０ バイオセンサ
１４ ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）
１６ ナノ多孔質電極（バイオセンサ用電極）
２０ａ 試料

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】