JP2015210233A - Massively parallel biomolecule detection method and apparatus - Google Patents

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和郎 中里
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葵一 新津
慎志 瀧日
Shinji Takibi
慎志 瀧日
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a massively parallel biomolecule detector capable of measuring an amount of biomolecules in specimen solution at high speed and in simultaneously parallel.SOLUTION: According to a massively parallel biomolecule detector 10, when specimen solution is introduced into a plurality of sensor cells CE, a current pulse signal CP which changes pulse width corresponding to electric potential generated by a reaction between biomolecules in the specimen solution and probe molecule is created in a detection circuit (current pulse signal creating part), and an amount of biomolecules is detected based on the current pulse signal CP. Thus, even if the current pulse signal CP having a short signal width required for high-speed measurement is used, the apparatus is not affected by the number of the sensor cells CE and stray capacitance which increases by making a semiconductor integrated circuit substrate 12 larger, and highly accurate detection accuracy is obtained.

Description

本発明は、病気の診断、体質および個の同定などを行なうために検体中の生体分子の量を超並列的に検出する超並列的生体分子検出方法および装置に関し、特に、大規模な数のセンサにおいて検体に含まれる多種類の生体分子の検出を同時並行的に行なうことを可能とする技術に関するものである。   The present invention relates to a massively parallel biomolecule detection method and apparatus for detecting the amount of biomolecules in a specimen in a massively parallel manner for diagnosing diseases, identifying constitutions, identifying individuals, and the like. The present invention relates to a technique that enables a sensor to simultaneously detect many types of biomolecules contained in a specimen.

病気の診断、偽装食品や食中毒の検査、感染症の水際阻止、スポーツや投薬の効果の追跡、体質にあった薬や化粧品の提供、DNA鑑定などに、体内や摂取物にどのような生体分子がどの程度含まれているかを調べるために、採取された血液、汗、尿、唾液、食品などの検体に含まれる糖、ウイルス、DNA、蛋白質などの多種類の生体分子をプローブと反応させることにより、検体中に含まれる特定の生体分子の量を検出することが行なわれている。   What biomolecules in the body and ingestions, such as disease diagnosis, fraudulent food and food poisoning testing, borderline prevention of infections, tracking the effects of sports and medications, providing medicines and cosmetics suitable for the constitution, DNA testing, etc. In order to examine how much is contained, react various types of biomolecules such as sugars, viruses, DNA, and proteins contained in collected samples such as blood, sweat, urine, saliva, and food with the probe. Thus, the amount of a specific biomolecule contained in the specimen is detected.

このため、特定の分子とのみ反応する分子、たとえば酵素、特定の配列を持ったDNA一本鎖、特定の蛋白質と反応するペプチド、抗体などのプローブが用いられる。特定の病気の診断、たとえば糖尿病における血糖値の測定のように検出対象物質すなわち生体分子が明らかである場合は、その生体分子のみと反応する特定のプローブを用いればよい。しかし、予防診断のように、検体にどのような生体分子が含まれているかが不明である場合には、可能性のあるすべてのプローブを用いる必要がある。このため、膨大な種類数のプローブを有する検出装置が必要となる。たとえば、DNAの塩基はA、T、C、Gの4種類からなり、10塩基で100万種類の配列となる。また、蛋白質の構成分子であるアミノ酸は20種類あり、5アミノ酸で320万種類の配列となる。このため、このようなDNAや蛋白質の検出では、種類が莫大となるため、同時並行して物質を検出する装置が望まれる。さらに、遺伝子情報の役割がより明確となれば、たとえばヒトでは30億種類の塩基であるDNAの塩基配列をすべて読むDNAシーケンサがあれば予防医学の1つの有効なツールとなる。   For this reason, a probe that reacts only with a specific molecule, such as an enzyme, a single-stranded DNA having a specific sequence, a peptide that reacts with a specific protein, or an antibody is used. When a substance to be detected, i.e., a biomolecule, is clear as in the diagnosis of a specific disease, for example, measurement of blood glucose level in diabetes, a specific probe that reacts only with the biomolecule may be used. However, when it is unclear what kind of biomolecule is contained in the specimen as in preventive diagnosis, it is necessary to use all possible probes. For this reason, a detection apparatus having an enormous number of types of probes is required. For example, DNA bases are composed of 4 types of A, T, C, and G, and 10 bases form 1 million types of sequences. In addition, there are 20 types of amino acids that are constituent molecules of proteins, and 5 amino acids form 3.2 million types of sequences. For this reason, since the kinds of DNA and protein detection are enormous, an apparatus for detecting substances in parallel is desired. Furthermore, if the role of genetic information becomes clearer, a DNA sequencer that reads all the base sequences of DNA, which is 3 billion types of bases in humans, will be an effective tool for preventive medicine.

従来、バイオセンサアレイでは、検体に蛍光体を修飾し、プローブとの結合の有無を光学的に検出する方法などが用いられてきたが、蛍光体を修飾するのに専門性が求められ、装置が大型化するという欠点があった。これに対して、非特許文献1に示されるように、半導体集積回路を用いたバイオセンサが提案されている。このバイオセンサによれば、検体に蛍光体を修飾する必要がなく、取り扱いの簡便さ、小型、安価、超並列検出、情報処理が可能となるという利点がある。非特許文献1では、1cmの面積内に1000万個のセンサを集積したDNAシーケンサが製品化されている。 Conventionally, in biosensor arrays, a method has been used in which a sample is modified with a phosphor and the presence or absence of binding to the probe is detected optically. However, there was a drawback that the size of the device increased. On the other hand, as shown in Non-Patent Document 1, a biosensor using a semiconductor integrated circuit has been proposed. According to this biosensor, there is an advantage that it is not necessary to modify the fluorescent substance on the specimen, and it is easy to handle, small in size, inexpensive, super parallel detection, and information processing is possible. In Non-Patent Document 1, a DNA sequencer in which 10 million sensors are integrated within an area of 1 cm 2 has been commercialized.

また、非特許文献2に示されるように、分子認識部と信号変換部とから成る電気化学計測型バイオセンサが提案されている。この分子認識部は、複数種類のプローブをそれぞれ検体と接触させたときに所定のプローブとの分子反応の特異性を利用する。信号変換部は、分子認識部の分子反応の特異性を表す結果を、電位、電流、インピーダンスなどの電気信号の変化に変換して信号処理する。   Further, as shown in Non-Patent Document 2, an electrochemical measurement type biosensor including a molecule recognition unit and a signal conversion unit has been proposed. This molecular recognition unit utilizes the specificity of a molecular reaction with a predetermined probe when a plurality of types of probes are brought into contact with a specimen, respectively. The signal conversion unit converts the result representing the specificity of the molecular reaction of the molecule recognition unit into a change in an electrical signal such as potential, current, impedance, etc., and performs signal processing.

特許第4883812号公報Japanese Patent No. 4883812 特開2012−047536号公報JP 2012-047536 A

Rothenberg et al, “An integrated semiconductor device enabling non-optical genome sequencing”Nature 475、pp.348-352、July 2011Rothenberg et al, “An integrated semiconductor device enabling non-optical genome sequencing” Nature 475, pp.348-352, July 2011 K. Nakazato, “Potentiometric, Amperometric, and Impedimetric CMOS Biosensor Array ”, in State of the Art in Biosensors/Book 1, ISBN 980-953-307-695-5, ed. By T. Rinken, In Tech, pp.163-178、(2012)K. Nakazato, “Potentiometric, Amperometric, and Impedimetric CMOS Biosensor Array”, in State of the Art in Biosensors / Book 1, ISBN 980-953-307-695-5, ed. By T. Rinken, In Tech, pp. 163-178, (2012) Y. Liao, H. Yao, B. Parviz, and B. Otis, “A 3-uW Wireless Powered CMOS Glucose Sensor for Active Contact Lens”in Proc. IEEE International Solid-State Circuits Conference (14/18) (ISSCC 2011), Feb. 2011, pp. 38-39Y. Liao, H. Yao, B. Parviz, and B. Otis, “A 3-uW Wireless Powered CMOS Glucose Sensor for Active Contact Lens” in Proc. IEEE International Solid-State Circuits Conference (14/18) (ISSCC 2011 ), Feb. 2011, pp. 38-39 Y. Liao, H. Yao, A. Lingley, B. Otis, “A 3-uW CMOS Glucose Sensor for Wireless Contact-Lens Tear Glucose Monitoring,” IEEE J. Solid-State Circuits 47(1) pp. 335-333, 2012Y. Liao, H. Yao, A. Lingley, B. Otis, “A 3-uW CMOS Glucose Sensor for Wireless Contact-Lens Tear Glucose Monitoring,” IEEE J. Solid-State Circuits 47 (1) pp. 335-333 , 2012 Y. Liu, A. Al-Ahdal, P. Georgiou, “Minimal readout scheme for ISFET sensing arrays based on pulse width modulation,”Electronic Letters, vol. 48, no. 10, pp. 548-549, 2012Y. Liu, A. Al-Ahdal, P. Georgiou, “Minimal readout scheme for ISFET sensing arrays based on pulse width modulation,” Electronic Letters, vol. 48, no. 10, pp. 548-549, 2012 K. Wang, Y. Liu, C. Toumazou, P. Georgiou, “A TDC Based ISFET Readout for Large-Scale Chemical Sensing Systems”, Biomedical Circuit and Systems Conference (BioCAS), 2012 IEEE, pp. 176-179K. Wang, Y. Liu, C. Toumazou, P. Georgiou, “A TDC Based ISFET Readout for Large-Scale Chemical Sensing Systems”, Biomedical Circuit and Systems Conference (BioCAS), 2012 IEEE, pp. 176-179 N. T. Trung and P. Hafliger, “Time domain ADC for blood glucose implant,” Electronics Letters, vol. 47, no. 26, pp. S18-S20, 2011N. T. Trung and P. Hafliger, “Time domain ADC for blood glucose implant,” Electronics Letters, vol. 47, no. 26, pp. S18-S20, 2011 N. T. Trung and P. Hafliger, “Inverter Based Readout Circuit for Implanted Glucose Sensor”, Biomedical Circuit and Systems Conference (BioCAS), 2012 IEEE, pp. 252-255N. T. Trung and P. Hafliger, “Inverter Based Readout Circuit for Implanted Glucose Sensor”, Biomedical Circuit and Systems Conference (BioCAS), 2012 IEEE, pp. 252-255 B. Kim, and K. Nakazato, “Dual Data Pulse Width Modulator for Radio Frequency Identification Biosensor Signal Modulation”, Jpn. J. Appl. Phys. 2013, 52, 04CE12B. Kim, and K. Nakazato, “Dual Data Pulse Width Modulator for Radio Frequency Identification Biosensor Signal Modulation”, Jpn. J. Appl. Phys. 2013, 52, 04CE12

従来の電気化学計測型バイオセンサは、特許文献1および特許文献2に示すように、検出信号を電圧や電流の振幅として出力する方法が採用されていた。しかし、この方法では、電圧或いは電流のアナログ信号を扱うものであるため、ノイズ耐性が十分に得られず、小さな検出信号が埋没して検出精度が得られないという欠点があった。   As shown in Patent Literature 1 and Patent Literature 2, a conventional electrochemical measurement biosensor employs a method of outputting a detection signal as a voltage or current amplitude. However, since this method handles voltage or current analog signals, it has a drawback that noise resistance cannot be sufficiently obtained, and a small detection signal is buried and detection accuracy cannot be obtained.

これに対して、一般に、電圧、電流の振幅値をアナログ量として取り扱うよりも時間ドメインの信号を取り扱うことで、ノイズ耐性を高めることができる。また、CMOS集積回路技術の進歩によりスルーレート(応答速度)が向上している。非特許文献3乃至9では、それらの点から時間ドメインの信号を用いて生体分子量を検出することで、低消費電力であり且つ高精度化された多数のセンサセルを有する集積回路から成るバイオセンサが提案されている。   On the other hand, in general, it is possible to increase noise resistance by handling time domain signals rather than treating voltage and current amplitude values as analog quantities. Further, the slew rate (response speed) has been improved by the advancement of CMOS integrated circuit technology. In Non-Patent Documents 3 to 9, a biosensor composed of an integrated circuit having a large number of sensor cells with low power consumption and high accuracy is obtained by detecting the amount of biomolecules using time domain signals from these points. Proposed.

しかしながら、センサセルが大規模な数となるほど信号伝達線に付加される浮遊容量が大きくなって帯電量が多くなることから、電圧パルスを用いたのではパルス幅の下限(すなわち信号周波数の上限)に大きな制約が生じ、たとえば100ns以上の電圧パルスに制限されるので、実情では、時間ドメインの電圧パルス信号を用いて生体分子量を高速で同時並行的に測定する、多数のセンサセルを有する集積回路から成るバイオセンサの実現が困難であった。   However, as the number of sensor cells increases, the stray capacitance added to the signal transmission line increases and the amount of charge increases. Therefore, if voltage pulses are used, the lower limit of the pulse width (that is, the upper limit of the signal frequency) is used. Since there are significant restrictions, for example, limited to voltage pulses of 100 ns or more, the actual situation consists of an integrated circuit having a large number of sensor cells that simultaneously measure the biomolecular weight at high speed using voltage pulse signals in the time domain. It was difficult to realize a biosensor.

本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、検体溶液中の生体分子量を高速で同時並行的に測定することができる超並列的生体分子検出方法および装置を提供することにある。   The present invention has been made against the background of the above circumstances, and its object is to provide a massively parallel biomolecule detection method and apparatus capable of simultaneously measuring the amount of biomolecules in a sample solution at high speed. Is to provide.

本発明者等は、以上の事情を背景として種々検討を重ねるうち、大規模な数のセンサセルを有するバイオセンサにおいて、電流パルスの時間幅で生体分子量を表す信号を取り扱うようにすると、高速測定のために必要とされる短い信号幅のパルス信号を用いても、センサ数および集積回路を大規模化することで増加する浮遊容量の影響を受けず、高精度の検出精度が得られるということを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて為されたものである。   In the biosensor having a large number of sensor cells as the background of the above circumstances, the present inventors have conducted a high-speed measurement when dealing with a signal representing a biomolecular weight in the time width of a current pulse. Even if a pulse signal with a short signal width required for this purpose is used, high detection accuracy can be obtained without being affected by the increase in the number of sensors and the stray capacitance that is increased by increasing the number of integrated circuits. I found it. The present invention has been made based on such knowledge.

すなわち、前記目的を達成するための第1発明の要旨とするところは、複数種類のプローブ分子のうちの1種をそれぞれ収容し、検体溶液が導入される複数のセンサセルとを備え、該検体中の生体分子の量を同時並行的に測定する超並列的生体分子検出方法であって、前記検体溶液中の生体分子と前記プローブ分子との反応により発生した電位変化に応じてパルス幅を変化させる電流パルス信号を生成し、該電流パルス信号に基づいて前記生体分子の量を検出することにある。   That is, the gist of the first invention for achieving the above object is to provide a plurality of sensor cells each containing one of a plurality of types of probe molecules and into which a sample solution is introduced. A method for detecting a biomolecule in parallel, wherein the amount of the biomolecule is measured in parallel, and the pulse width is changed in accordance with a potential change generated by a reaction between the biomolecule in the sample solution and the probe molecule A current pulse signal is generated, and the amount of the biomolecule is detected based on the current pulse signal.

また、第1発明の方法を好適に実施することができる装置である第2発明の要旨とするところは、複数種類のプローブ分子のうちの1種をそれぞれ収容し、検体溶液が導入される複数のセンサセルとを備え、該検体溶液中の生体分子の量を同時並行的に測定する超並列的生体分子検出装置であって、前記検体溶液中の生体分子と前記プローブ分子との反応により発生した電位変化に応じたパルス幅を変化させる電流パルス信号を生成する電流パルス信号生成部と、予め定められた関係から前記電流パルス信号のパルス幅に基づいて前記生体分子の量を算出する生体分子量算出部とを、含むことにある。   Further, the gist of the second invention, which is an apparatus that can suitably carry out the method of the first invention, is that a plurality of probe molecules are accommodated and a plurality of specimen solutions are introduced. And a super-parallel biomolecule detection apparatus that simultaneously measures the amount of biomolecules in the sample solution, which is generated by a reaction between the biomolecules in the sample solution and the probe molecules. A current pulse signal generation unit that generates a current pulse signal that changes a pulse width according to a potential change, and a biomolecule amount calculation that calculates the amount of the biomolecule based on a pulse width of the current pulse signal from a predetermined relationship Part.

第1発明および第2発明によれば、複数のセンサセルに検体溶液が導入されると、その検体溶液中の生体分子と前記プローブ分子との反応により発生した電位変化に応じてパルス幅を変化させる電流パルス信号が生成され、その電流パルス信号に基づいて前記生体分子の量が検出される。これにより、高速測定のために必要とされる短い信号幅のパルス信号を用いても、センサ数および集積回路を大規模化することで増加する浮遊容量の影響を受けず、高精度の検出精度が得られる。   According to the first and second inventions, when a sample solution is introduced into a plurality of sensor cells, the pulse width is changed according to a potential change generated by a reaction between a biomolecule in the sample solution and the probe molecule. A current pulse signal is generated, and the amount of the biomolecule is detected based on the current pulse signal. As a result, even if a pulse signal with a short signal width required for high-speed measurement is used, it is not affected by the stray capacitance that increases due to the increase in the number of sensors and the number of integrated circuits. Is obtained.

ここで、好適には、前記複数のセンサセルは、半導体集積回路基板において、複数本のワード線と、該複数本のワード線と交差する複数本のビット線との交点に、マトリックス状に配置されることにセンサマトリックス(センサアレイ回路)を構成している。このようにすれば、半導体集積回路基板において微小なセンサセルを多数配置できるので、検体溶液中の多種類の生体分子の量を同時並行的に能率よく検出できる。   Preferably, the plurality of sensor cells are arranged in a matrix at intersections of the plurality of word lines and the plurality of bit lines intersecting the plurality of word lines in the semiconductor integrated circuit substrate. In addition, a sensor matrix (sensor array circuit) is configured. In this way, since a large number of minute sensor cells can be arranged on the semiconductor integrated circuit substrate, the amount of many kinds of biomolecules in the sample solution can be detected simultaneously and efficiently.

また、好適には、前記複数のセンサセルには、前記半導体集積回路基板に固定されて該複数のセンサセル内にそれぞれ露出し、フェロセン誘導体により覆われた状態で前記検体溶液に接触する複数の検知電極と、前記プローブ分子が表面に固定された状態で該検体溶液に浮遊するプローブ担体粒子とが設けられている。このようにすれば、センサセル内に導入された検体溶液中の生体分子の検出が電気的に行なわれ、生体分子の検出が容易となる。   Preferably, the plurality of sensor cells include a plurality of detection electrodes fixed to the semiconductor integrated circuit substrate, exposed in the plurality of sensor cells, and in contact with the sample solution in a state of being covered with a ferrocene derivative. And probe carrier particles suspended in the sample solution in a state where the probe molecules are fixed on the surface. In this way, the biomolecules in the sample solution introduced into the sensor cell are electrically detected, and the biomolecules can be easily detected.

また、好適には、前記複数のセンサセルには、前記半導体集積回路基板に固定されて該複数のセンサセル内に設けられる複数の検知電極と、検知電極の近傍に設けられ前記検体溶液に接触するイオン感応性膜と、前記プローブ分子が表面に固定された状態で該検体溶液に浮遊するプローブ担体粒子とが設けられている。このようにすれば、センサセル内に導入された検体溶液中の生体分子の検出が電気的に行なわれ、生体分子の検出が容易となる。   Preferably, the plurality of sensor cells include a plurality of detection electrodes fixed to the semiconductor integrated circuit substrate and provided in the plurality of sensor cells, and ions that are provided in the vicinity of the detection electrodes and contact the sample solution. A sensitive membrane and probe carrier particles floating in the sample solution with the probe molecules fixed on the surface are provided. In this way, the biomolecules in the sample solution introduced into the sensor cell are electrically detected, and the biomolecules can be easily detected.

また、好適には、前記電流パルス信号生成部は、前記複数の検知電極と前記複数本のワード線およびビット線との間にそれぞれ設けられて該複数の検知電極で検知された前記電位変化に応じたパルス幅の電流パルス信号を出力する複数の検知回路から構成されている。このようにすれば、複数のセンサセル内にそれぞれ配置された複数の検知電極で検知された電位変化に応じたパルス幅の電流パルス信号が出力されるので、高速測定のために必要とされる短い信号幅のパルス信号を用いても、センサ数および集積回路を大規模化することで増加する浮遊容量の影響を受けず、高精度の検出精度が得られる。   Preferably, the current pulse signal generation unit is provided between the plurality of detection electrodes and the plurality of word lines and bit lines, and detects the potential change detected by the plurality of detection electrodes. It consists of a plurality of detection circuits that output current pulse signals with corresponding pulse widths. In this way, a current pulse signal having a pulse width corresponding to the potential change detected by the plurality of detection electrodes respectively disposed in the plurality of sensor cells is output, so that it is a short necessary for high-speed measurement. Even when a pulse signal having a signal width is used, high detection accuracy can be obtained without being affected by the number of sensors and the stray capacitance that is increased by increasing the scale of the integrated circuit.

また、好適には、前記複数本のビット線から順次選択されたビット線で伝送された前記電流パルス信号を電圧パルス信号に変換する電流電圧パルス変換回路と、電圧パルス信号の時間幅を表すビット列から成るデジタル信号に変換する時間デジタル信号変換回路とを、含み、前記生体分子量算出部は、予め記憶された関係から前記デジタル信号により表された実際の電位変化に基づいて前記セル内のプローブ分子と反応した生体分子の量を算出するものであるので、多種類の生体分子量が同時並行的に検出される利点がある。   Preferably, a current / voltage pulse conversion circuit for converting the current pulse signal transmitted through the bit line sequentially selected from the plurality of bit lines into a voltage pulse signal, and a bit string representing a time width of the voltage pulse signal A time-to-digital signal conversion circuit for converting to a digital signal comprising: the biomolecule amount calculation unit, based on an actual potential change represented by the digital signal from a previously stored relationship, a probe molecule in the cell Therefore, there is an advantage that many kinds of biomolecule amounts are detected in parallel.

また、好適には、前記複数本のワード線には、前記電流パルス信号出力回路から電流パルス信号を出力させるための短電圧パルスを出力する短パルス信号発生器がそれぞれ接続されている。この短パルス信号発生器から出力される短電圧パルスに応答して電流パルス信号出力回路から電流パルス信号が出力されるので、多種類の生体分子量が同時並行的に検出される利点がある。   Preferably, a short pulse signal generator for outputting a short voltage pulse for outputting a current pulse signal from the current pulse signal output circuit is connected to each of the plurality of word lines. Since the current pulse signal is output from the current pulse signal output circuit in response to the short voltage pulse output from the short pulse signal generator, there is an advantage that many kinds of biomolecular weights can be detected simultaneously.

また、好適には、前記電流パルス信号出力回路は、前記検知電極に接続されたゲートを有する検出トランジスタと、該検出トランジスタのドレインを前記ワード線の短パルス信号に応じて第1電源に接続する選択トランジスタと、前記ビット線に接続されたドレインを有し、前記検出トランジスタのドレイン電圧によりスイッチするスイッチトランジスタと、該スイッチトランジスタのソースと前記第1電源よりも低い第2電源との間に接続されたダイオードとを、備える。このようにすれば、複数のセンサセル内にそれぞれ配置された複数の検知電極で検知された電位変化に応じたパルス幅の電流パルス信号が出力される。   Preferably, the current pulse signal output circuit connects a detection transistor having a gate connected to the detection electrode, and a drain of the detection transistor to a first power supply according to a short pulse signal of the word line. Connected between a selection transistor, a switch transistor having a drain connected to the bit line and switching according to a drain voltage of the detection transistor, and a source of the switch transistor and a second power source lower than the first power source A diode. In this way, a current pulse signal having a pulse width corresponding to the potential change detected by the plurality of detection electrodes respectively disposed in the plurality of sensor cells is output.

本発明の一例が適用される超並列的生体分子検出装置の構成を説明する要部回路図であって、マトリックス状に複数のセンサセルが配置されたセンサアレイが集積回路基板に設けられた状態を示している。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a principal part circuit diagram explaining the structure of the massively parallel biomolecule detection apparatus to which an example of this invention is applied, Comprising: The state by which the sensor array by which the several sensor cell was arrange | positioned in the matrix form was provided in the integrated circuit board is shown. Show. 図1のセンサマトリックスの電気的構成を説明する部分回路図である。It is a partial circuit diagram explaining the electrical constitution of the sensor matrix of FIG. 図1のセンサセルの要部構成を説明するためにその断面を拡大して示す模式図であるIt is a schematic diagram which expands and shows the cross section in order to demonstrate the principal part structure of the sensor cell of FIG. センサセルにおいて、電位Vgと還元物の濃度[Red]および酸化物の濃度[Ox]の濃度比[Red]/[Ox]との関係を示す図である。In a sensor cell, it is a figure which shows the relationship between the density | concentration ratio [Red] / [Ox] of the electric potential Vg, the density | concentration [Red] of a reduced product, and the density | concentration [Ox] of an oxide. 3種類の酵素、HK(ヘクソキナーゼ)、G6PDH(glucose-6-phosphade dehydrogenase)、Diaphoraseをプローブ分子として表面に固定したビーズを収容したセンサセルCEを用いて、グルコース、それに類似の分子構造を持つマルトース、ガラクトースを含む検体溶液K中から、3種類の酵素反応によりグルコースをそれぞれ検出する試験結果を説明する図である。Using sensor cell CE containing beads immobilized on the surface with three kinds of enzymes, HK (hexokinase), G6PDH (glucose-6-phosphade dehydrogenase), and Diaphorase as a probe molecule, glucose, maltose with a similar molecular structure, It is a figure explaining the test result which each detects glucose from the sample solution K containing galactose by three types of enzyme reactions. 図1の半導体集積回路基板においてセンサセル毎に設けられた検知回路の構成例を説明する回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a detection circuit provided for each sensor cell in the semiconductor integrated circuit substrate of FIG. 1. 図6の検知回路の作動を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining the action | operation of the detection circuit of FIG. 図1の電流電圧パルス変換回路の回路構成例を説明する図である。It is a figure explaining the circuit structural example of the current-voltage pulse conversion circuit of FIG. 図8の電流電圧パルス変換回路内の差動増幅器の作動を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining the action | operation of the differential amplifier in the current voltage pulse conversion circuit of FIG. 図8の電流電圧パルス変換回路内の差動増幅器の回路構成例を示す図である。It is a figure which shows the circuit structural example of the differential amplifier in the current voltage pulse conversion circuit of FIG. 最小線幅0.6μmのプロセスを用いて、128×128センサマトリックス、短パルス発生器、デコーダ、電流・電圧パルス変換回路、TDCを含む半導体集積回路をSi基板に作成したチップの顕微鏡写真である。This is a micrograph of a chip in which a semiconductor integrated circuit including a 128 × 128 sensor matrix, a short pulse generator, a decoder, a current / voltage pulse conversion circuit, and a TDC is formed on a Si substrate by using a process having a minimum line width of 0.6 μm. . 図11の短パルス発生器、デコーダおよびセンサマトリックスの一部を含む(a)の部分を拡大した顕微鏡写真である。It is the microscope picture which expanded the part of (a) containing a part of short pulse generator of FIG. 11, a decoder, and a sensor matrix. 図11のTDC、センサマトリックスおよび電流・電圧パルス発生回路の一部を含む(b)の部分を拡大した顕微鏡写真である。12 is an enlarged micrograph of a part (b) including a part of the TDC, sensor matrix, and current / voltage pulse generation circuit of FIG. 図11の回路において、図9に示された動作波形をオシロスコープで実際に測定した図である。In the circuit of FIG. 11, it is the figure which actually measured the operation | movement waveform shown in FIG. 9 with the oscilloscope. 図11の128×128センサマトリックスSMでの検知電極による検知電位Vgとパルス幅CPWとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the detection electric potential Vg by the detection electrode and pulse width CPW in 128 * 128 sensor matrix SM of FIG. 図11に示す半導体集積回路において、ビット線Bの静電容量CBと電流パルス信号CPのパルス幅CPWとの関係を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the electrostatic capacitance CB of the bit line B and the pulse width CPW of the current pulse signal CP in the semiconductor integrated circuit shown in FIG. 図1に示す半導体集積回路基板において、電圧パルス信号を用いた場合と電流パルス信号CPを用いた場合とにおけるパルス幅下限値および1パルス当たりの消費エネルギーを対比して示す図表である。2 is a chart showing a comparison between a pulse width lower limit value and energy consumption per pulse when a voltage pulse signal is used and when a current pulse signal CP is used in the semiconductor integrated circuit substrate shown in FIG. 図15の強反転領域における動作でのセンサセルCEの面積を、電圧パルス信号を用いた場合と電流パスル信号を用いた場合とで比較する図表である。16 is a chart for comparing the area of the sensor cell CE in the operation in the strong inversion region of FIG. 15 between the case where the voltage pulse signal is used and the case where the current pulse signal is used. 図11に示す半導体集積回路上に、図3の検知電極、基台樹脂、隔壁を設けたセンサマトリックス部の顕微鏡写真である。12 is a photomicrograph of a sensor matrix portion in which the detection electrode, base resin, and partition walls shown in FIG. 3 are provided on the semiconductor integrated circuit shown in FIG. 図19に示す半導体集積回路上に、溶液の供給・排出部を装着し、演算回路と接続した写真である。FIG. 20 is a photograph in which a solution supply / discharge unit is mounted on the semiconductor integrated circuit shown in FIG. 19 and connected to an arithmetic circuit. 本発明の他の実施例の検知回路の要部を説明する回路図であって、図6に相当する図である。FIG. 7 is a circuit diagram for explaining a main part of a detection circuit according to another embodiment of the present invention, corresponding to FIG. 6. 本発明の他の実施例の検知回路の要部を説明する回路図であって、図6に相当する図である。FIG. 7 is a circuit diagram for explaining a main part of a detection circuit according to another embodiment of the present invention, corresponding to FIG. 6. 本発明の他の実施例の検知回路の要部を説明する回路図であって、図6に相当する図である。FIG. 7 is a circuit diagram for explaining a main part of a detection circuit according to another embodiment of the present invention, corresponding to FIG. 6. 本発明の他の実施例の検知回路の要部を説明する回路図であって、図6に相当する図である。FIG. 7 is a circuit diagram for explaining a main part of a detection circuit according to another embodiment of the present invention, corresponding to FIG. 6. 本発明の他の実施例の検知回路の要部を説明する回路図であって、図6に相当する図である。FIG. 7 is a circuit diagram for explaining a main part of a detection circuit according to another embodiment of the present invention, corresponding to FIG. 6. 本発明の他のセンサセルの断面を示す模式図であって、図3に相当する図である。It is a schematic diagram which shows the cross section of the other sensor cell of this invention, Comprising: It is a figure equivalent to FIG.

以下に、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明が適用される超並列的生体分子検出装置10の一例の構成を説明する要部回路図であり、図2はセンサマトリックスSMの電気的構成を説明する図である。図1および図2において、たとえばCMOS集積回路基板などの半導体集積回路基板12には、複数本のワード線W1、W2、・・・Wmと、それら複数本のワード線W1、W2、・・・Wmと立体交差する複数本のビット線B1、B2、・・・Bnとの交点付近にそれぞれ位置する複数個のセンサセルCE11、CE12、・・・CEmnが、マトリックス状に配置されている。すなわち、ワード線W1、W2、・・・Wmと、ビット線B1、B2、・・・Bnと、センサセルCE11、CE12、・・・CEmnとが、センサマトリックスSMを構成している。   FIG. 1 is a principal circuit diagram illustrating an example of a configuration of a massively parallel biomolecule detection apparatus 10 to which the present invention is applied, and FIG. 2 is a diagram illustrating an electrical configuration of a sensor matrix SM. 1 and 2, a semiconductor integrated circuit substrate 12, such as a CMOS integrated circuit substrate, has a plurality of word lines W1, W2,... Wm and a plurality of word lines W1, W2,. A plurality of sensor cells CE11, CE12,... CEmn located in the vicinity of intersections with a plurality of bit lines B1, B2,. That is, the word lines W1, W2,... Wm, the bit lines B1, B2,... Bn, and the sensor cells CE11, CE12,.

クロック回路14から出力される一定周波数のクロック信号CLは、短パルス信号発生器16およびデコーダ18へ供給される。短パルス信号発生器16は、クロック信号CLの周波数またはそれの逓減周波数に同期して予め設定されたパルス幅の短パルス信号TPをデコーダ18へ出力する。デコーダ18には、複数本のワード線W1、W2、・・・Wmが接続されており、デコーダ18は、上記短パルス信号TPを出力する先を複数本のワード線W1、W2、・・・Wmから1つを選択し、上記クロッック信号CLを受ける毎に、その短パルス信号TPの出力先のワード線Wmを順に切り換える。   A constant frequency clock signal CL output from the clock circuit 14 is supplied to the short pulse signal generator 16 and the decoder 18. The short pulse signal generator 16 outputs a short pulse signal TP having a preset pulse width to the decoder 18 in synchronization with the frequency of the clock signal CL or its decreasing frequency. A plurality of word lines W1, W2,... Wm are connected to the decoder 18, and the decoder 18 outputs a plurality of word lines W1, W2,. When one is selected from Wm and the clock signal CL is received, the word line Wm to which the short pulse signal TP is output is sequentially switched.

電流電圧パルス変換回路20は、上記複数本のワード線W1、W2、・・・Wmの択一的な切り換えに応答してビット線B1、B2、・・・Bnを通して、選択されたセンサセルCEから出力された電流パルス信号CPを電圧パルス信号VPに変換して順次時間デジタル変換回路22へ出力する。時間デジタル変換回路22は、電流電圧パルス変換回路20から受けた電圧パルス信号VPを、その時間幅を表すビット信号から成るデジタル信号DCSに変換して演算回路24へ順次出力する。なお、図1では上下に電流・電圧パルス変換回路を設けているが、上側もしくは下側のいずれかに集約してもよい。   The current-voltage pulse conversion circuit 20 responds to the selective switching of the plurality of word lines W1, W2,... Wm from the selected sensor cell CE through the bit lines B1, B2,. The output current pulse signal CP is converted into a voltage pulse signal VP and sequentially output to the time digital conversion circuit 22. The time digital conversion circuit 22 converts the voltage pulse signal VP received from the current-voltage pulse conversion circuit 20 into a digital signal DCS composed of a bit signal representing the time width, and sequentially outputs it to the arithmetic circuit 24. In FIG. 1, the current / voltage pulse conversion circuits are provided on the upper and lower sides, but they may be collected on either the upper side or the lower side.

演算回路24は、たとえばマイクロコンピュータから構成されたものであり、時間デジタル変換回路22からセンサセルCE毎に入力されたデジタル信号DCSが表す電流パルス信号CPのパルス幅CPWに基づいて、そのデジタル信号DCSが対応するセンサセルCE内のプローブ分子50が反応する検体溶液K中の生体分子Mの量を算出する。   The arithmetic circuit 24 is constituted by a microcomputer, for example, and based on the pulse width CPW of the current pulse signal CP represented by the digital signal DCS input from the time digital conversion circuit 22 for each sensor cell CE, the digital signal DCS The amount of the biomolecule M in the sample solution K to which the probe molecule 50 in the corresponding sensor cell CE reacts is calculated.

図3は、半導体集積回路基板12上のセンサマトリックスSMのうちの1つのセンサセルCEについて構成を説明するための断面を示す模式図である。図3において、半導体集積回路基板12上には一定間隔のスペースを有する格子状の隔壁30がたとえばポリイミド樹脂などの基台樹脂32を介して立設されており、その隔壁30の上部に配設された平坦な覆蓋板34によって隔壁30の開口が覆われている。これにより、半導体集積回路基板12の表面には、基板12、隔壁30、および覆蓋板34によって囲まれたセンサセルCEの空間が形成されている。隔壁30の先端縁と覆蓋板34の裏面との間には、検体溶液Kを各センサセルCEの空間内に導入するための検体溶液通路PKが設けられている。上記隔壁30は、たとえば感光性エポキシ樹脂などの感光性樹脂からホトリソグラフィー技術を用いて形成される。また、上記覆蓋板34は、たとえばポリジメチルシロキサン(PDMS)などが加硫されて成るシリコーンゴムから構成される。   FIG. 3 is a schematic diagram showing a cross-section for explaining the configuration of one sensor cell CE in the sensor matrix SM on the semiconductor integrated circuit substrate 12. In FIG. 3, a grid-like partition wall 30 having a space of a predetermined interval is erected on a semiconductor integrated circuit substrate 12 via a base resin 32 such as a polyimide resin, and is disposed above the partition wall 30. The opening of the partition wall 30 is covered by the flat cover plate 34 thus formed. As a result, a space of the sensor cell CE surrounded by the substrate 12, the partition wall 30, and the cover plate 34 is formed on the surface of the semiconductor integrated circuit substrate 12. A sample solution passage PK for introducing the sample solution K into the space of each sensor cell CE is provided between the leading edge of the partition wall 30 and the back surface of the cover plate 34. The partition wall 30 is formed from a photosensitive resin such as a photosensitive epoxy resin by using a photolithography technique. The cover plate 34 is made of silicone rubber obtained by vulcanizing, for example, polydimethylsiloxane (PDMS).

半導体集積回路基板12は、良く知られた標準的CMOS集積回路プロセスを経て後述の図6の回路を含む図8に示す回路がSi基板40の上に構成された後、CrおよびAuが順に蒸着され、ホトリソグラフィーおよびエッチングによるパターニングにより形成された複数の検知電極(金電極)42を、各センサセルCE内の空間にそれぞれ1つずつ露出する状態で備えている。配線層44で用いているAlは溶液と反応しやすく、溶液との接触を防止しなければならない。Al配線層の開口部の段差は1.5μmで、検知電極42の厚さ0.15μmで完全に覆うことができない。基台樹脂32は、検知電極42の周縁部を覆うことで、Al配線層44が溶液と接触するのを防止するとともに、隔壁30を構成する感光性樹脂と検知電極42との間の密着性を向上させるための中間層としても機能している。   After the circuit shown in FIG. 8 including the circuit of FIG. 6 to be described later is formed on the Si substrate 40 through a well-known standard CMOS integrated circuit process, Cr and Au are sequentially deposited on the semiconductor integrated circuit substrate 12. A plurality of detection electrodes (gold electrodes) 42 formed by patterning by photolithography and etching are provided in a state of being exposed one by one in the space in each sensor cell CE. Al used in the wiring layer 44 easily reacts with the solution, and contact with the solution must be prevented. The step of the opening of the Al wiring layer is 1.5 μm, and the thickness of the detection electrode 42 cannot be completely covered by 0.15 μm. The base resin 32 covers the peripheral edge of the detection electrode 42 to prevent the Al wiring layer 44 from coming into contact with the solution, and the adhesion between the photosensitive resin constituting the partition wall 30 and the detection electrode 42. It also functions as an intermediate layer for improving.

検知電極42は、たとえば11−Ferrocenyl−1−Undercanethiol(11−FUT)などのフェロセン誘導体を含むエタノール中に一定時間浸漬され、その表面にフェロセン誘導体の自己組織化単層膜46で被覆(修飾)されている。フェロセン誘導体は電子の安定なメディエ−タであるとともに、検知電極42の金の保護と検出範囲の向上に寄与している。   The detection electrode 42 is immersed for a certain time in ethanol containing a ferrocene derivative such as 11-Ferrocenyl-1-Undercanethiol (11-FUT), and the surface thereof is coated (modified) with a self-assembled monolayer film 46 of the ferrocene derivative. Has been. The ferrocene derivative is a stable electron mediator and contributes to the protection of the detection electrode 42 and the detection range.

好適には磁気ビーズから成るビーズ48の表面には、プロ−ブ(探査)として機能するプローブ分子50が固定されている。検体溶液K中に糖、ウイルス、DNA、蛋白質などの被検出生体分子Mが含まれており、上記プローブ分子50は、検体溶液K中の生体分子のうちの特定の生体分子とのみ反応する生体分子、たとえば、酵素、特定の配列を有するDNA一本鎖、特定の蛋白質と反応するペプチド、抗体などである。各センサセルCE内のビーズ48の表面には、相互に異なるプローブ分子50がそれぞれ固定されている。好適には、センサセルCEの個数は、そのプローブ分子50の種類数に対応する数とされる。あるいは、同じ種類のプローブ分子を固定したビーズを複数のセンサセルに設けて、冗長性を持たせ統計処理による精度向上を図っても良い。各センサセルCE内のビーズ48は、生体分子認識部として機能している。   Probe molecules 50 functioning as probes (probing) are fixed on the surface of beads 48 preferably made of magnetic beads. The sample solution K contains a detected biomolecule M such as sugar, virus, DNA, protein, etc., and the probe molecule 50 reacts only with a specific biomolecule among the biomolecules in the sample solution K. A molecule such as an enzyme, a single-stranded DNA having a specific sequence, a peptide that reacts with a specific protein, an antibody, and the like. Different probe molecules 50 are immobilized on the surface of the bead 48 in each sensor cell CE. Preferably, the number of sensor cells CE is a number corresponding to the number of types of probe molecules 50. Alternatively, beads with the same type of probe molecule fixed may be provided in a plurality of sensor cells to provide redundancy and improve accuracy by statistical processing. The beads 48 in each sensor cell CE function as a biomolecule recognition unit.

センサセルCE内では、検体溶液K中の被検出生体分子Mとプローブ分子50との酵素反応により酸化物と還元物の濃度比を表す電位Vgが生成されるので、その電位Vgがフェロセン誘導体の自己組織化単層膜46で被覆(修飾)された検知電極42により検知されるようになっている。電位Vgと、還元物の濃度[Red]および酸化物の濃度[Ox]の濃度比[Red]/[Ox]との関係は、次式(1)に示すネルンストの式で与えられるとともに、図4は実験的に求められた関係を示している。   In the sensor cell CE, the potential Vg representing the concentration ratio of the oxide and the reduced product is generated by the enzyme reaction between the biomolecule M to be detected and the probe molecule 50 in the sample solution K. Therefore, the potential Vg is the self of the ferrocene derivative. Detection is performed by the detection electrode 42 covered (modified) with the organized monolayer film 46. The relationship between the potential Vg and the concentration ratio [Red] / [Ox] of the reduced product concentration [Red] and the oxide concentration [Ox] is given by the Nernst equation shown in the following equation (1). Reference numeral 4 indicates an experimentally obtained relationship.

図4は、50nmのCrと100nmのAuが順次蒸着され11−FUTが修飾された検知電極42が用いられ、還元物として[Fe(CN)]−4、酸化物として[Fe(CN)]−3を用いて求められた関係を○印にて示している。また、△印は、上記検知電極42が11−FUTにて修飾されない場合を関係を示している。○印で示す関係および△印で示す関係は、10−2〜10までの濃度比[Red]/[Ox]の範囲において、勾配が58mV/decadeの良好な直線性を示す。 FIG. 4 shows a detection electrode 42 in which 50 nm of Cr and 100 nm of Au are sequentially deposited and 11-FUT is modified, and [Fe (CN) 6 ] −4 as a reduction product and [Fe (CN) as an oxide. 6 ] The relationship obtained using -3 is indicated by a circle. Further, the Δ mark indicates the relationship when the detection electrode 42 is not modified with 11-FUT. The relationship indicated by ◯ and the relationship indicated by △ indicate good linearity with a slope of 58 mV / decade in the range of the concentration ratio [Red] / [Ox] from 10 −2 to 10 1 .

Vg=Vg−(kT/q)ln([Red]/[Ox])・・・(1)
但し、kはボルツマン定数、Tは絶対温度、qは素電荷量である。
Vg = Vg O - (k B T / q) ln ([Red] / [Ox]) ··· (1)
However, k B is the Boltzmann constant, T is the absolute temperature, q is the elementary charge quantity.

ここで、本発明者等が、3種類の酵素、HK(ヘクソキナーゼ)、G6PDH(glucose-6-phosphade dehydrogenase)、Diaphoraseをプローブ分子50として表面に固定したビーズ48を収容したセンサセルCEを用いて、グルコース、それに類似の分子構造を持つマルトース、ガラクトースを含む検体溶液K中から、式(2)、式(3)、式(4)に示す、3種類の酵素反応によりグルコースをそれぞれ検出する試験例を、以下に説明する。   Here, the present inventors used a sensor cell CE containing beads 48 immobilized on the surface with three types of enzymes, HK (hexokinase), G6PDH (glucose-6-phosphade dehydrogenase), and Diaphorase as probe molecules 50, Test example in which glucose is detected by three kinds of enzyme reactions shown in Formula (2), Formula (3), and Formula (4) from a sample solution K containing glucose, maltose and galactose having a similar molecular structure. Is described below.

Glucose+ATP → (HK) → glucose-6-phosphade+ADP・・・(2)
Glucose-6-phosphade+NAD → (G6PDH) → glucose-6-phosphade+NADH・・・(3)
2[Fe(CN)6]-3+NADH→(Diaphorase) 2[Fe(CN)6]-4・・・(4)
Glucose + ATP → (HK) → glucose-6-phosphade + ADP (2)
Glucose-6-phosphade + NAD → (G6PDH) → glucose-6-phosphade + NADH (3)
2 [Fe (CN) 6 ] -3 + NADH → (Diaphorase) 2 [Fe (CN) 6 ] -4 (4)

図5に示すように、グルコースのみの信号がそれぞれ検知され、グルコースに類似の分子構造を持つマルトース、ガラクトースにはそれぞれ反応しないという特異性が示された。これにより、検体溶液K中のグルコースのみが測定されることが明らかとなった。この例では、グルコースの検出を例に述べたが、ビーズ48に固定するプローブ分子50の種類を変えることにより、他の生体分子を検出することができる。このようなセンサセルCEを1つのチップ(半導体集積回路基板12)の上にマトリックス状に配列したセンサマトリックスSMにおいて、それぞれのセンサセルCEに異なるプローブ分子50を固定したビーズ48をそれぞれ設けることで、同時並列的な検出が可能となる。   As shown in FIG. 5, a glucose-only signal was detected, indicating the specificity of not reacting with maltose and galactose each having a molecular structure similar to glucose. This revealed that only glucose in the sample solution K was measured. In this example, the detection of glucose is described as an example, but other biomolecules can be detected by changing the type of the probe molecule 50 immobilized on the bead 48. In the sensor matrix SM in which such sensor cells CE are arranged in a matrix on one chip (semiconductor integrated circuit substrate 12), by providing beads 48 each having a different probe molecule 50 fixed to each sensor cell CE, Parallel detection is possible.

図6は、各センサセルCE毎に設けられた、電流パルス信号生成部として機能する検知回路DCの基本構成を説明する図である。図6において、正電源電圧VDD、負電源電圧VSS、およびビット線Bの電圧Vは一定値に維持される。生体分子の検知信号は電流源Iから出力される電流Iにより表される。ノード点nは、静電容量Cを持っている。定電流源CSからは一定の電流Iが出力される。図7は、検知回路DCの作動を説明するタイムチャートである。図7に示すように、後述の短パルス発生器TGから短パルス信号TPがワード線Wに加えられないワード線Wの非選択区間では、ワード線Wの電圧Vは正電源電圧VDDに維持され、PMOSFET Pはオフ状態に、ノード点nは負電源電圧VSSとされ、NMOSFET Nはオフ状態になり、ビット線Bに電流は流れない。しかし、短パルスがワード線Wに加えられた選択時には、ワード線電圧Vが短時間負電源電圧VSSまで引き下げられた後、正電源電圧VDDに戻される。この間で、ワード線電圧Vが負電源電圧VSSまで引き下げられるとPMOSFET Pはオン状態となり、ノード点電圧Vが電源電圧VDDまで上昇する。ワード線Wの電圧Vが正電源電圧VDDに戻るとPMOSFET Pはオフ状態となり、ノード点電圧Vが静電容量Cにより保持されるが、電流Iにより徐々に低下する。ノード点電圧Vが正電源電圧VDDと閾値電圧Vthとの間にあるとき、NMOSFET Nはオン状態になりビット線Bに電流−Iが流れる。閾値電圧Vthは、NMOSFET Nをオン状態へスイッチングするための電圧である。このNMOSFET Nがオン状態とされている間に定電流源CSから出力される電流パルスの幅CPWは、次式(5)により与えられる。 FIG. 6 is a diagram illustrating a basic configuration of a detection circuit DC that functions as a current pulse signal generation unit provided for each sensor cell CE. In FIG. 6, the positive power supply voltage V DD , the negative power supply voltage V SS , and the voltage V B of the bit line B are maintained at constant values. The detection signal of the biomolecule is represented by the current I output from the current source I. The node point n has a capacitance C. From the constant current source CS constant current I S is outputted. FIG. 7 is a time chart for explaining the operation of the detection circuit DC. As shown in FIG. 7, in the non-selection period of the word line W in which the short pulse signal TP is not applied to the word line W from the short pulse generator TG, which will be described later, the voltage V W of the word line W becomes the positive power supply voltage V DD . The PMOSFET P 1 is maintained in the off state, the node point n is set to the negative power supply voltage V SS , the NMOSFET N 1 is in the off state, and no current flows through the bit line B. However, short pulses at selected applied to the word line W, after the word line voltage V W is pulled up to a short time the negative supply voltage V SS, and returned to the positive supply voltage V DD. During this time, when the word line voltage V W is lowered to the negative supply voltage V SS PMOSFET P 1 is turned on, the node point voltage V n is increased to the power supply voltage V DD. PMOSFET P 1 when the voltage V W of the word line W is returned to a positive supply voltage V DD is turned off, but the node point voltage V n is held by the electrostatic capacitance C, gradually decreases by the current I. When a node point voltage V n is between the positive power supply voltage V DD and the threshold voltage V th, NMOSFET N 1 flows a current -I S to the bit line B turned on. The threshold voltage V th is a voltage for switching the NMOSFET N 1 to the ON state. The width CPW of the current pulse output from the constant current source CS while the NMOSFET N 1 is in the on state is given by the following equation (5).

CPW=C(VDD−Vth)/I ・・・(5)
但し、Iは生体分子に関する情報を有する信号であるので、パルス幅として生体分子の情報を伝えることができる。
CPW = C (V DD −V th ) / I (5)
However, since I is a signal having information on biomolecules, information on biomolecules can be transmitted as a pulse width.

図8は、センサセルCE毎に設けられた検知回路DCと、ビット線B毎に設けられた電流電圧パルス変換回路20を説明する回路図である。図8の検知回路DCでは、図6の検知回路DCの電流源IはNMOSFET Nにより構成され、定電流源IsはNMOSFET Nにより構成されている。電流が流されたときに同じドレイン電圧とするためにNMOSFET NおよびNMOSFET Nは同一サイズ(同一特性)のNMOSFETから構成され、共通のゲート電流に対して同じドレイン電流を流すためにPMOSFET PおよびPMOSFET Pは同一サイズ(同一特性)のPMOSFETから構成され、定電流源ISSで定まる同じドレイン電流を流す定電流源として機能させるためにNMOSFET N乃至NMOSFET Nは同一サイズ(同一特性)のNMOSFETから構成されている。 FIG. 8 is a circuit diagram illustrating a detection circuit DC provided for each sensor cell CE and a current-voltage pulse conversion circuit 20 provided for each bit line B. In the detection circuit DC of FIG. 8, the current source I of the detection circuit DC of FIG. 6 is configured by an NMOSFET N 2 , and the constant current source Is is configured by an NMOSFET N 3 . NMOSFET N 3 and NMOSFET N 4 are composed of NMOSFETs of the same size (same characteristics) in order to obtain the same drain voltage when a current is passed, and PMOSFET P is used to pass the same drain current with respect to a common gate current. 2 and PMOSFET P 3 are composed of PMOSFETs of the same size (same characteristics), and NMOSFETs N 6 to NMOSFET N 9 have the same size (same characteristics) in order to function as constant current sources for supplying the same drain current determined by the constant current source ISS. ) NMOSFET.

図8において、短パルス発生器TGは入力されたクロック信号Φの立ち上がりに応答して短パルス信号TPを出力する。短パルス信号TPがワード線Wに加えられないワード線Wの非選択区間では、ワード線Wの電圧Vは正電源電圧VDDに維持され、PMOSFET Pはオフ状態に、ノード点nは負電源電圧VSSとされ、NMOSFET Nはオフ状態になり、ビット線Bに電流は流れないが、短パルスがワード線Wに加えられた選択時には、前述のように、ノード点電圧Vが正電源電圧VDDと閾値電圧Vthとの間にあるとき、NMOSFET Nはオン状態になり、ビット線Bに電流−Iが流れ、検知電極42により検出された電位Vgに対応する長さのパルス幅CPWを有する電流パルスCPが出力される。図8の差動増幅器daは、ソースフォロワとして働くNMOSFET Nのゲインブーストとして働き、ビット線Bの電位を一定に保つ役割をする。電流パルス信号CPのパルス幅の期間、すなわちNMOSFET Nがオン状態である区間において、(5)式で示されるパルス幅CPWを有する電流パルス信号CPがビット線Bに発生させられると、電流パルス信号CPと同じパルス幅を有する電圧パルス信号VPが出力端子Outから出力される。図9のタイムチャートはこのような作動を示している。また、図10は、上記差動増幅器daの回路構成例を示している。 In FIG. 8, the short pulse generator TG outputs a short pulse signal TP in response to the rising of the input clock signal Φ. In the non-selected period of the word line W in which the short pulse signal TP is not applied to the word line W, the voltage V W of the word line W is maintained at the positive power supply voltage V DD , the PMOSFET P 1 is turned off, and the node point n is The negative power supply voltage V SS is set, the NMOSFET N 1 is turned off, and no current flows through the bit line B. However, when a short pulse is applied to the word line W, the node point voltage V n is selected as described above. when there is between the positive supply voltage V DD and the threshold voltage V th, NMOSFET N 1 is turned on, a current -I S flows in the bit line B, and corresponds to a potential Vg that has been detected by the sensing electrodes 42 A current pulse CP having a length pulse width CPW is output. The differential amplifier da of FIG. 8 functions as a gain boost of the NMOSFET N 5 that functions as a source follower, and serves to keep the potential of the bit line B constant. Period of the pulse width of the current pulse signal CP, i.e. in the section NMOSFET N 1 is in the ON state, a current pulse signal CP is generated in the bit line B having a pulse width CPW represented by equation (5), a current pulse A voltage pulse signal VP having the same pulse width as the signal CP is output from the output terminal Out. The time chart of FIG. 9 shows such an operation. FIG. 10 shows a circuit configuration example of the differential amplifier da.

図11は、最小線幅0.6μmのプロセスを用いて、Si基板40に、128×128センサマトリックスSM、短パルス発生器16、デコーダ18、電流・電圧パルス変換回路20、時間デジタル変換器TDC(time to digital converter)22を含む半導体集積回路を作成したチップの顕微鏡写真である。図12および図13は図11の(a)、(b)の部分を拡大した顕微鏡写真である。図14はこのチップを用いて、図9の動作に対応する波形をオシロスコープで測定した図である。図15は検知電極42による検知電位(NMOSFET Nのゲート電圧)であるVgとパルス幅CPWとの関係を示している。NMOSFET Nのゲート電圧Vgが相対的に低いサブスレッショルド領域では、パルス幅CPWはゲート電圧Vgに対して非線型(対数軸で線型)に変化する。このサブスレッショルド領域では、パルス幅が6桁近く変化するので、検知信号(検知電位)の識別には有効であるが、パルス幅CPWをデジタルのビット列信号DCSに変換する時間デジタル変換器TDCの実現が困難である。これに対して、ゲート電圧Vgが相対的に高い強反転領域では、パルス幅が4nsと短くなるが時間デジタル変換器TDCの実現が容易となる。このため、本実施例において、検知情報(ゲート電圧Vg)を電流パルス信号CPのパルス幅CPWに信号変換する場合は、上記の強反転領域を用いている。 FIG. 11 shows a process using a minimum line width of 0.6 μm, a Si substrate 40, a 128 × 128 sensor matrix SM, a short pulse generator 16, a decoder 18, a current / voltage pulse conversion circuit 20, a time digital converter TDC. 5 is a micrograph of a chip on which a semiconductor integrated circuit including (time to digital converter) 22 is created. 12 and 13 are enlarged micrographs of parts (a) and (b) of FIG. FIG. 14 is a diagram in which a waveform corresponding to the operation of FIG. 9 is measured with an oscilloscope using this chip. Figure 15 shows the relationship between Vg and the pulse width CPW is a predetermined potential by the detection electrode 42 (the gate voltage of the NMOSFET N 2). In the subthreshold region where the gate voltage Vg of the NMOSFET N 2 is relatively low, the pulse width CPW changes nonlinearly (linearly with a logarithmic axis) with respect to the gate voltage Vg. In this subthreshold region, the pulse width changes by almost 6 digits, which is effective for identifying the detection signal (detection potential), but realization of a time digital converter TDC that converts the pulse width CPW into a digital bit string signal DCS. Is difficult. On the other hand, in the strong inversion region where the gate voltage Vg is relatively high, the pulse width is as short as 4 ns, but the realization of the time digital converter TDC becomes easy. For this reason, in this embodiment, when the detection information (gate voltage Vg) is converted into the pulse width CPW of the current pulse signal CP, the above strong inversion region is used.

本実施例の電流パルス信号CPを用いて検知情報(ゲート電圧Vg)を伝達する技術的意義を、以下に説明する。一般に、センサセルCEが多数個となってセンサマトリックスSMが大規模な数となるほど、ビット線の配線容量およびビット線に繋がるトランジスタの数が増大するため、ビット線の静電容量が大きくなって帯電量が多くなる。このため、上記検知情報を伝達するために電圧パルスを用いたのでは、パルス幅の下限(すなわち信号周波数の上限)に大きな制約が生じて、そのパルス幅はたとえば100ns以上に制限されるので、図10の強反転領域での検出を行なうことができない。また、その強反転領域を用いようとすると10pF以上の静電容量Cをセンサセル内に設ける必要があるが、この場合には、センサセルCEはキャパシタのみで100μm×100μm以上(0.6μmのプロセスを用いた多結晶シリコン2層キャパシタの場合)の面積を占有し、センサセルCEの面積は2桁大きくなる。これに対して、本実施例の電流パルス信号CPを用いる場合は、静電容量Cはトランジスタの寄生容量程度で実現できるため、積極的にキャパシタを設ける必要がなく、同じチップサイズの半導体集積回路基板12で、100倍の数のセンサセルを設けることができるとともに、多種類の生体分子量を高速で同時並行的に測定することができる。大規模なセンサマトリックスSMが搭載された半導体集積回路基板12は、超並列的生体分子検出装置10として機能できる。   The technical significance of transmitting detection information (gate voltage Vg) using the current pulse signal CP of the present embodiment will be described below. In general, the larger the number of sensor cells CE and the larger the number of sensor matrix SM, the greater the bit line capacitance and the number of transistors connected to the bit line. The amount increases. For this reason, if a voltage pulse is used to transmit the detection information, a large restriction occurs in the lower limit of the pulse width (that is, the upper limit of the signal frequency), and the pulse width is limited to, for example, 100 ns or more. Detection cannot be performed in the strong inversion region of FIG. In order to use the strong inversion region, it is necessary to provide a capacitance C of 10 pF or more in the sensor cell. In this case, the sensor cell CE has a capacitor of 100 μm × 100 μm or more (0.6 μm process). (In the case of the used polycrystalline silicon two-layer capacitor), the area of the sensor cell CE is increased by two orders of magnitude. On the other hand, when the current pulse signal CP of this embodiment is used, the capacitance C can be realized by the parasitic capacitance of the transistor, so that it is not necessary to actively provide a capacitor, and a semiconductor integrated circuit having the same chip size. The substrate 12 can be provided with 100 times the number of sensor cells, and various types of biomolecules can be simultaneously measured at high speed. The semiconductor integrated circuit board 12 on which the large-scale sensor matrix SM is mounted can function as the massively parallel biomolecule detection apparatus 10.

図16は、ビット線Bの静電容量CBと電流パルス信号CPのパルス幅CPWとの関係を示している。この関係によれば、ビット線Bの静電容量CBが15pFまで大きくなっても、4ns程度のパルス幅CPW電流パルス信号CPを用いて検知情報を伝導することが十分に可能であることが示されている。   FIG. 16 shows the relationship between the capacitance CB of the bit line B and the pulse width CPW of the current pulse signal CP. According to this relationship, it is shown that even if the capacitance CB of the bit line B increases to 15 pF, it is possible to sufficiently conduct detection information using a pulse width CPW current pulse signal CP of about 4 ns. Has been.

次に、電圧パルス信号を用いた場合と電流パルス信号CPを用いた場合とにおけるパルス幅下限値および1パルス当たりの消費エネルギーを説明する。実際の半導体集積回路基板12では、NMOSFET Nのドレイン容量および配線容量を考慮すると、各ビット線Bの静電容量はたとえば10pF程度となる。ドレイン電流100μAで駆動した場合、振幅1Vの電圧パルスで検知情報を伝達しようとすると、その伝達パルスの幅の下限値は充放電時間10pF×1V/100μA=100nsとなり、1パルス当たりのエネルギーは10pF×1V×1V=10pJとなる。これに対して、電流パルス信号CPを用いた場合には、パルス幅CPWの下限値は4ns、1パルス当たりのエネルギーは、4ns×100μA×1V=0.4pJとなる。図17は、これらの値を対比して示す図表である。 Next, the lower limit of the pulse width and the energy consumption per pulse when the voltage pulse signal is used and when the current pulse signal CP is used will be described. In actual semiconductor integrated circuit substrate 12, considering the drain capacitance and the wiring capacitance of the NMOSFET N 1, the capacitance of each bit line B is for example of the order of 10 pF. When driving at a drain current of 100 μA, when trying to transmit detection information with a voltage pulse with an amplitude of 1 V, the lower limit value of the width of the transmission pulse is 10 pF × 1 V / 100 μA = 100 ns, and the energy per pulse is 10 pF. * 1V * 1V = 10 pJ. On the other hand, when the current pulse signal CP is used, the lower limit value of the pulse width CPW is 4 ns, and the energy per pulse is 4 ns × 100 μA × 1 V = 0.4 pJ. FIG. 17 is a chart showing these values in comparison.

次いで、図15の強反転領域で動作させたときのセンサセルCEの面積について比較する。ゲート電圧Vgとパルス幅CPWとの間の線型性を重視した場合は、検出トランジスタ(NMOSFET N)を上記強反転領域で動作させる必要がある。最小トランジスタを用いた場合、強反転領域で動作させるためのドレイン電流はおおよそ0.5〜100μAである。この領域をパルス幅下限値以上のパルス幅に変換するには、センサセルCEの検知回路DCでのノード点nの静電容量は、電圧パルス信号で100μA×100ns/1V=10pF、電流パルス信号で100μA×4ns/1V=0.4pFが必要になる。0.6μmのアナログデジタル混載プロセスで単位面積あたり最も大きな静電容量が得られるのは、多結晶シリコンキャパシタで、0.0009pF/μmである。従って、電圧パルス信号を用いる場合のキャパシタ領域は、100μm×100μmの領域が必要であるのに対して、電流パルス信号を用いる場合のキャパシタ領域は、20μm×20μmの領域が必要である。また、ノード点nに付帯する寄生容量はおよそ0.02pFであるため、電流パルスを用いる場合には、意図的にキャパシタを形成しなくても、0.5〜5μAの強反転領域をカバーすることができる。図18は、この強反転領域動作でのセンサセルCEの面積を比較する図表である。 Next, the area of the sensor cell CE when operated in the strong inversion region of FIG. 15 will be compared. When importance is attached to the linearity between the gate voltage Vg and the pulse width CPW, it is necessary to operate the detection transistor (NMOSFET N 2 ) in the strong inversion region. When the minimum transistor is used, the drain current for operating in the strong inversion region is approximately 0.5 to 100 μA. In order to convert this region into a pulse width equal to or greater than the pulse width lower limit value, the capacitance of the node point n in the detection circuit DC of the sensor cell CE is 100 μA × 100 ns / 1 V = 10 pF in the voltage pulse signal, and in the current pulse signal. 100 μA × 4 ns / 1 V = 0.4 pF is required. The largest capacitance per unit area obtained by the analog / digital mixed process of 0.6 μm is a polycrystalline silicon capacitor of 0.0009 pF / μm 2 . Therefore, the capacitor region in the case of using the voltage pulse signal needs a region of 100 μm × 100 μm, whereas the capacitor region in the case of using the current pulse signal needs a region of 20 μm × 20 μm. Further, since the parasitic capacitance associated with the node point n is approximately 0.02 pF, when a current pulse is used, a strong inversion region of 0.5 to 5 μA is covered without intentionally forming a capacitor. be able to. FIG. 18 is a chart for comparing the areas of the sensor cells CE in this strong inversion region operation.

図19は半導体集積回路上に、図3の検知電極42、基台樹脂32、隔壁30を設けたセンサマトリックス部の顕微鏡写真である。ビーズ48により検知電極が覆われないように、検知電極は隔壁開口部の中心からずらして開口している。図20は半導体集積回路上に、溶液の供給・排出部を装着し、演算回路24と接続した写真である。演算回路はマイクロコントローラユニット、メモリ、デジタル入出力回路、液晶ディスプレイなどで構成されている。上述のように、本実施例の超並列的生体分子検出装置10によれば、複数のセンサセルCEに検体溶液Kが導入されると、検知回路(電流パルス信号生成部)DCにおいてその検体溶液K中の生体分子Mとプローブ分子50との反応により発生した電位Vgに応じてパルス幅CPWを変化させる電流パルス信号CPが生成され、その電流パルス信号CPに基づいて生体分子Mの量が検出される。これにより、高速測定のために必要とされる短い信号幅の電流パルス信号CPを用いても、センサセルCEの数および半導体集積回路基板12を大規模化することで増加する浮遊容量の影響を受けず、高精度の検出精度が得られる。   FIG. 19 is a photomicrograph of a sensor matrix portion in which the detection electrodes 42, the base resin 32, and the partition walls 30 of FIG. 3 are provided on a semiconductor integrated circuit. The detection electrode is shifted from the center of the partition opening so that the detection electrode is not covered by the beads 48. FIG. 20 is a photograph in which the solution supply / discharge unit is mounted on the semiconductor integrated circuit and connected to the arithmetic circuit 24. The arithmetic circuit includes a microcontroller unit, a memory, a digital input / output circuit, a liquid crystal display, and the like. As described above, according to the massively parallel biomolecule detection apparatus 10 of the present embodiment, when the sample solution K is introduced into the plurality of sensor cells CE, the sample solution K is detected in the detection circuit (current pulse signal generation unit) DC. A current pulse signal CP that changes the pulse width CPW according to the potential Vg generated by the reaction between the biomolecule M in the probe and the probe molecule 50 is generated, and the amount of the biomolecule M is detected based on the current pulse signal CP. The As a result, even if a current pulse signal CP having a short signal width required for high-speed measurement is used, it is affected by the number of sensor cells CE and the stray capacitance that is increased by increasing the size of the semiconductor integrated circuit board 12. Therefore, high detection accuracy can be obtained.

また、本実施例の超並列的生体分子検出装置10によれば、複数のセンサセルCEは、半導体集積回路基板12において、複数本のワード線Wと、複数本のワード線Wと交差する複数本のビット線Bとの交点近傍にマトリックス状に配置されることによりセンサマトリックスSM(センサアレイ回路)を構成している。これにより、半導体集積回路基板12において微小なセンサセルCEを多数配置できるので、検体溶液K中の多種類の生体分子Mの量を同時並行的に能率よく検出できる。   In addition, according to the massively parallel biomolecule detection apparatus 10 of the present embodiment, the plurality of sensor cells CE include the plurality of word lines W and the plurality of word lines W intersecting the plurality of word lines W in the semiconductor integrated circuit substrate 12. The sensor matrix SM (sensor array circuit) is configured by being arranged in a matrix in the vicinity of the intersection with the bit line B. Thereby, since a large number of minute sensor cells CE can be arranged on the semiconductor integrated circuit substrate 12, the amount of many types of biomolecules M in the sample solution K can be detected simultaneously and efficiently.

また、本実施例の超並列的生体分子検出装置10によれば、複数のセンサセルCEには、半導体集積回路基板12に固定されてその複数のセンサセルCE内にそれぞれ露出し、自己組織化単層膜(フェロセン誘導体)46により覆われた状態で検体溶液Kに接触する複数の検知電極42と、プローブ分子50が表面に固定された状態で検体溶液Kに浮遊するビーズ(プローブ担体粒子)48とが設けられている。このため、センサセルCE内に導入された検体溶液K中の生体分子Mの検出が電気的に行なわれ、生体分子Mの検出が容易となる。   Further, according to the massively parallel biomolecule detection apparatus 10 of the present embodiment, the plurality of sensor cells CE are fixed to the semiconductor integrated circuit substrate 12 and exposed to the plurality of sensor cells CE, respectively, and are self-assembled monolayers. A plurality of detection electrodes 42 that are in contact with the sample solution K in a state of being covered with a membrane (ferrocene derivative) 46, and beads (probe carrier particles) 48 that are suspended in the sample solution K in a state where the probe molecules 50 are fixed on the surface. Is provided. For this reason, the biomolecule M in the sample solution K introduced into the sensor cell CE is electrically detected, and the biomolecule M can be easily detected.

また、本実施例の超並列的生体分子検出装置10によれば、検知回路(電流パルス信号生成部)DCは、センサセルCE毎に設けられ、複数の検知電極42と複数本のワード線Wおよびビット線Bとの間にそれぞれ設けられて複数の検知電極42で検知された電位Vgに応じたパルス幅CPWの電流パルス信号CPを出力するように構成されている。このため、複数のセンサセルCE内にそれぞれ配置された複数の検知電極42で検知された電位に応じたパルス幅CPWの電流パルス信号CPが出力されるので、高速測定のために必要とされる短い信号幅の電流パルス信号CPを用いても、センサ数および集積回路を大規模化することで増加する浮遊容量の影響を受けず、高精度の検出精度が得られる。   In addition, according to the massively parallel biomolecule detection apparatus 10 of the present embodiment, a detection circuit (current pulse signal generation unit) DC is provided for each sensor cell CE, and a plurality of detection electrodes 42 and a plurality of word lines W and A current pulse signal CP having a pulse width CPW corresponding to the potential Vg provided between the bit lines B and detected by the plurality of detection electrodes 42 is output. For this reason, since the current pulse signal CP having the pulse width CPW corresponding to the potential detected by the plurality of detection electrodes 42 respectively disposed in the plurality of sensor cells CE is output, it is a short necessary for high-speed measurement. Even when the current pulse signal CP having the signal width is used, high detection accuracy can be obtained without being affected by the number of sensors and the stray capacitance that is increased by increasing the scale of the integrated circuit.

また、本実施例の超並列的生体分子検出装置10によれば、複数本のビット線Bから順次選択されたビット線Bで伝送された電流パルス信号CPを電圧パルス信号VPに変換する電流電圧パルス変換回路20と、電圧パルス信号VPの時間幅を表すビット列から成るデジタル信号DCSに変換する時間デジタル信号変換回路TDCとを、含み、演算回路(生体分子量算出部)24は、予め記憶された関係からデジタル信号DCSにより表された実際の電位Vgに基づいてセンサセルCE内のプローブ分子50と反応した生体分子Mの量を算出するものである。このため、多種類の生体分子Mの量が同時並行的に検出される利点がある。   Further, according to the massively parallel biomolecule detection apparatus 10 of the present embodiment, the current voltage for converting the current pulse signal CP transmitted through the bit lines B sequentially selected from the plurality of bit lines B into the voltage pulse signal VP. The calculation circuit (biomolecular weight calculation unit) 24 includes a pulse conversion circuit 20 and a time digital signal conversion circuit TDC that converts a digital signal DCS composed of a bit string representing the time width of the voltage pulse signal VP. From the relationship, the amount of the biomolecule M that has reacted with the probe molecule 50 in the sensor cell CE is calculated based on the actual potential Vg represented by the digital signal DCS. For this reason, there exists an advantage by which the quantity of many types of biomolecule M is detected simultaneously.

また、本実施例の超並列的生体分子検出装置10によれば、複数本のワード線Wには、検知回路(電流パルス信号生成部)DCから電流パルス信号CPを出力させるための短パルス信号TPを出力する短パルス信号発生器16がそれぞれ接続されている。この短パルス信号発生器16から出力される短パルス信号TPに応答して検知回路(電流パルス信号生成部)DCから電流パルス信号CPが出力されるので、多種類の生体分子Mの量が同時並行的に検出される利点がある。   Further, according to the massively parallel biomolecule detection apparatus 10 of the present embodiment, a short pulse signal for outputting the current pulse signal CP from the detection circuit (current pulse signal generation unit) DC to the plurality of word lines W. Short pulse signal generators 16 for outputting TP are connected to each other. In response to the short pulse signal TP output from the short pulse signal generator 16, the current pulse signal CP is output from the detection circuit (current pulse signal generation unit) DC. There is an advantage of being detected in parallel.

また、本実施例の超並列的生体分子検出装置10によれば、検知回路(電流パルス信号生成部)DCは、検知電極42に接続されたゲートを有するNMOSFET N(検出トランジスタ)と、その検出トランジスタのドレインをワード線Wの短パルス信号TPに応じて第1電源VDDに接続するPMOSFET P(選択トランジスタ)と、ビット線Bに接続されたドレインを有し、検出トランジスタのドレイン電圧によりスイッチするNMOSFET N(スイッチトランジスタ)と、そのスイッチトランジスタのソースと第1電源VDDよりも低い第2電源VSSとの間に接続されたNMOSFET N(ダイオード)とを、備える。このようにすれば、複数のセンサセルCE内にそれぞれ配置された複数の検知電極42で検知された電位Vgに応じたパルス幅CPWの電流パルス信号CPが出力される。 Further, according to the massively parallel biomolecule detection device 10 of the present embodiment, the detection circuit (current pulse signal generation unit) DC includes an NMOSFET N 2 (detection transistor) having a gate connected to the detection electrode 42, and PMOSFET P 1 (selection transistor) that connects the drain of the detection transistor to the first power supply V DD according to the short pulse signal TP of the word line W and the drain connected to the bit line B, the drain voltage of the detection transistor the NMOSFET N 1 to switch the (switch transistor), and a NMOSFET N 3 is connected between the source and lower than the first power supply V DD second power supply V SS of the switch transistor (diode) provided. In this way, a current pulse signal CP having a pulse width CPW corresponding to the potential Vg detected by the plurality of detection electrodes 42 respectively disposed in the plurality of sensor cells CE is output.

図21は、検知回路DCの他の構成例を示している。図21に示す検知回路DCでは、図8の検知回路DCに対して、ノード点nと第2電源VSSとの間に、キャパシタC1が設けられている点で相違し、他の構成は同様である。この図21の検知回路DCでは、ノード点nの寄生容量に加えてキャパシタC1の静電容量が加えられているので、動作が安定化する利点がある。電流パルスを出力している状態ではノード点nはNMOSFETの閾値よりも大きな電圧であるため、C1にはNMOSFETを用いたキャパシタを用いることができる。 FIG. 21 shows another configuration example of the detection circuit DC. The detection circuit DC shown in FIG. 21, with respect to the detection circuit DC of FIG. 8, between the node point n and the second power supply V SS, and differs in that a capacitor C1 is provided, other configurations are similar It is. In the detection circuit DC of FIG. 21, since the capacitance of the capacitor C1 is added in addition to the parasitic capacitance of the node point n, there is an advantage that the operation is stabilized. In a state where a current pulse is being output, the node point n is a voltage higher than the threshold value of the NMOSFET, and therefore a capacitor using an NMOSFET can be used for C1.

図22も、検知回路DCの他の構成例を示している。図22に示す検知回路DCでは、図6、図8の検知回路DCに対して、ノード点nとワード線Wとの間に、キャパシタC2が設けられている点で相違し、他の構成は同様である。この図22の検知回路DCでは、ノード点nの寄生容量に加えてキャパシタC2の静電容量が加えられているので、動作が安定化する利点がある。ワード線Wの電圧がVSSからVDD戻るときにノード点nの電圧が昇圧されるので電流パルスの時間を長くして精度向上をはかることができる。 FIG. 22 also shows another configuration example of the detection circuit DC. The detection circuit DC shown in FIG. 22 differs from the detection circuit DC shown in FIGS. 6 and 8 in that a capacitor C2 is provided between the node point n and the word line W. It is the same. In the detection circuit DC of FIG. 22, since the capacitance of the capacitor C2 is added in addition to the parasitic capacitance of the node point n, there is an advantage that the operation is stabilized. Since the voltage at the node point n is boosted when the voltage of the word line W returns from V SS to V DD, the current pulse time can be lengthened to improve accuracy.

図23も、検知回路DCの他の構成例を示している。図23に示す検知回路DCでは、図6、図8の検知回路DCに対して、検出トランジスタとして機能するNMOSFET Nのソースと第2電源VSSとの間にとの間に、抵抗Rが介挿されている点で相違し、他の構成は同様である。この図23の検知回路DCでは、電位Vgと電流パルス信号CPのパルス幅CPWとの間の線型性が向上させられる利点がある。なお、抵抗Rの代わりにダイオード接続(ゲートとドレインを短絡させた)MOSFETを用いてもよい。 FIG. 23 also shows another configuration example of the detection circuit DC. In the detection circuit DC shown in FIG. 23, a resistor R S is provided between the source of the NMOSFET N 2 functioning as a detection transistor and the second power supply V SS with respect to the detection circuit DC shown in FIGS. Is different, and the other configurations are the same. The detection circuit DC of FIG. 23 has an advantage that the linearity between the potential Vg and the pulse width CPW of the current pulse signal CP is improved. A diode-connected MOSFET (with the gate and drain short-circuited) may be used instead of the resistor RS .

図24も、検知回路DCの他の構成例を示している。図24に示す検知回路DCでは、図6、図8の検知回路DCに対して、NMOSFET Nに替えて、バイポーラpnダイオードが設けられている点で相違し、他の構成は同様である。この図24の検知回路DCでは、バイポーラpnダイオード両端の電圧が0.6V程度に低く設定され、電源電圧を小さくできる利点がある。 FIG. 24 also shows another configuration example of the detection circuit DC. The detection circuit DC shown in FIG. 24, FIG. 6, with respect to the detection circuit DC of Fig. 8, instead of the NMOSFET N 3, and differs in that a bipolar pn diode are provided, other configurations are similar. In the detection circuit DC of FIG. 24, the voltage across the bipolar pn diode is set as low as about 0.6 V, and there is an advantage that the power supply voltage can be reduced.

図25も、検知回路DCの他の構成例を示している。図25に示す検知回路DCでは、図6、図8の検知回路DCに対して、NMOSFET N10とPOSFET P10が設けられている点で相違し、他の構成は同様である。ノード点nの充電時間を長くすることができるため、選択トランジスタであるPOSFET Pを最小トランジスタで構成でき、センサセルの面積を小さくすることができる。 FIG. 25 also shows another configuration example of the detection circuit DC. The detection circuit DC shown in FIG. 25 is different from the detection circuit DC shown in FIGS. 6 and 8 in that an NMOSFET N 10 and a POSFET P 10 are provided, and the other configurations are the same. It is possible to increase the charging time of the node point n, the POSFET P 1 is a select transistor can be configured with a minimum transistor, it is possible to reduce the area of the sensor cell.

上記実施例ではフェロセン誘導体で被覆された金電極により電位を検出しているが、検知電極近傍の電荷を検出する方法を用いてもよい。図26に示すセンサセルの断面を示す模式図では、図3の模式図に対して、検知電極上にイオン感応性膜60を設け、界面電荷量の変化を電位変化として検出している点で相違し、他の構成は同様である。例えば、分子反応に伴うpHの変化をプロトン感応性膜である窒化シリコン膜やタンタルオキサイドにおける界面電荷量の変化として検出する。この場合には検知電極は溶液から絶縁され、検知電極と溶液との間に電子のやりとりが行われない。   In the above embodiment, the potential is detected by the gold electrode coated with the ferrocene derivative. However, a method of detecting the electric charge in the vicinity of the detection electrode may be used. The schematic diagram showing the cross section of the sensor cell shown in FIG. 26 is different from the schematic diagram of FIG. 3 in that an ion sensitive film 60 is provided on the detection electrode and a change in the amount of interfacial charge is detected as a potential change. However, other configurations are the same. For example, a change in pH due to a molecular reaction is detected as a change in the amount of interfacial charge in a silicon nitride film or tantalum oxide that is a proton sensitive film. In this case, the detection electrode is insulated from the solution, and no electrons are exchanged between the detection electrode and the solution.

以上、本発明の一実施例を図面に基づいて説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。   As mentioned above, although one Example of this invention was described based on drawing, this invention is applied also in another aspect.

たとえば、前述の実施例では、縦横に整列したセンサセルCEから成るセンサマトリックスSMを搭載した半導体集積回路基板12を含む超並列的生体分子検出装置10が用いられていたが、必ずしも縦横に整列したセンサセルCEから成るセンサマトリックスSMが用いられていなくてもよく、また、センサマトリックスSMは一平面内に設けられていなくてもよい。   For example, in the above-described embodiment, the massively parallel biomolecule detection apparatus 10 including the semiconductor integrated circuit board 12 on which the sensor matrix SM composed of the sensor cells CE arranged vertically and horizontally is used. However, the sensor cells are not necessarily aligned vertically and horizontally. The sensor matrix SM made of CE may not be used, and the sensor matrix SM may not be provided in one plane.

また、前述の実施例の半導体集積回路基板12においては、128×128個の検知回路DC、128本ずつのワード線Wおよびビット線B、および、128×128個のセンサセルCEが形成されていたが、それに加えて、デコーダ18、128個の電流電圧パルス変換回路20、時間デジタル変換回路22の一部又は全部が設けられても差し支えない。   In the semiconductor integrated circuit substrate 12 of the above-described embodiment, 128 × 128 detection circuits DC, 128 word lines W and bit lines B, and 128 × 128 sensor cells CE are formed. In addition to that, a part or all of the decoder 18, the 128 current-voltage pulse conversion circuits 20, and the time digital conversion circuit 22 may be provided.

その他、一々例示はしないが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものである。   In addition, although not illustrated one by one, the present invention can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.

10:超並列的生体分子検出装置
12:半導体集積回路基板
14:クロック回路
16:短パルス信号発生器
18:デコーダ
20:電流電圧パルス変換回路
DC:検知回路(電流パルス信号生成部)
CE:センサセル
22:時間デジタル変換回路
24:演算回路
42:検知電極(電流パルス信号出力回路)
46:自己組織化単層膜
48:ビーズ(プローブ担体粒子)
50:プローブ分子
60:イオン感応性膜
W:ワード線
B:ビット線
TP:短パルス信号
DCS:デジタル信号
CP:電流パルス信号
CPW:パルス幅
CL:クロック信号
SM:センサマトリックス
Vg:検出電位(ゲート電圧)
M:生体分子
K:検体溶液
:PMOSFET(選択トランジスタ)
1:NMOSFET(スイッチトランジスタ)
:NMOSFET(検出トランジスタ)
3:NMOSFET(ダイオード)
10: Massively parallel biomolecule detection device 12: Semiconductor integrated circuit board 14: Clock circuit 16: Short pulse signal generator 18: Decoder 20: Current / voltage pulse conversion circuit DC: Detection circuit (current pulse signal generator)
CE: sensor cell 22: time digital conversion circuit 24: arithmetic circuit 42: detection electrode (current pulse signal output circuit)
46: Self-assembled monolayer film 48: Beads (probe carrier particles)
50: Probe molecule 60: Ion sensitive film W: Word line B: Bit line TP: Short pulse signal DCS: Digital signal CP: Current pulse signal CPW: Pulse width CL: Clock signal SM: Sensor matrix Vg: Detection potential (gate Voltage)
M: Biomolecule K: Sample solution P 1 : PMOSFET (selection transistor)
N 1: NMOSFET (switch transistor)
N 2 : NMOSFET (detection transistor)
N 3: NMOSFET (diode)

Claims (9)

複数種類のプローブ分子のうちの1種をそれぞれ収容し、検体溶液が導入される複数のセンサセルを備え、該検体中の生体分子の量を同時並行的に測定する超並列的生体分子検出方法であって、
前記検体溶液中の生体分子と前記プローブ分子との反応により発生した電位変化に応じてパルス幅を変化させる電流パルス信号を生成し、該電流パルス信号に基づいて前記生体分子の量を検出することを特徴とする超並列的生体分子検出方法。
In a massively parallel biomolecule detection method comprising a plurality of sensor cells each containing one of a plurality of types of probe molecules and having a plurality of sensor cells into which a sample solution is introduced, and simultaneously measuring the amount of biomolecules in the sample There,
Generating a current pulse signal that changes a pulse width in accordance with a potential change generated by a reaction between a biomolecule in the sample solution and the probe molecule, and detecting the amount of the biomolecule based on the current pulse signal; A method for detecting biomolecules in parallel.
複数種類のプローブ分子のうちの1種をそれぞれ収容し、検体溶液が導入される複数のセンサセルを備え、該検体溶液中の生体分子の量を同時並行的に測定する超並列的生体分子検出装置であって、
前記検体溶液中の生体分子と前記プローブ分子との反応により発生した電位変化に応じたパルス幅を変化させる電流パルス信号を生成する電流パルス信号生成部と、
予め定められた関係から前記電流パルス信号のパルス幅に基づいて前記生体分子の量を算出する生体分子量算出部と
を、含むことを特徴とする超並列的生体分子検出装置。
A massively parallel biomolecule detection apparatus that includes a plurality of sensor cells each containing one of a plurality of types of probe molecules and into which a sample solution is introduced, and that simultaneously measures the amount of biomolecules in the sample solution Because
A current pulse signal generation unit that generates a current pulse signal that changes a pulse width according to a potential change generated by a reaction between the biomolecule in the sample solution and the probe molecule;
A massively parallel biomolecule detection device comprising: a biomolecule amount calculation unit that calculates the amount of the biomolecule based on a pulse width of the current pulse signal from a predetermined relationship.
前記複数のセンサセルは、半導体集積回路基板において、複数本のワード線と、該複数本のワード線と交差する複数本のビット線との交点に、マトリックス状に配置されることによりセンサマトリックスを構成している
ことを特徴とする請求項2記載の超並列的生体分子検出装置。
The plurality of sensor cells are arranged in a matrix at intersections of a plurality of word lines and a plurality of bit lines intersecting with the plurality of word lines on a semiconductor integrated circuit substrate to form a sensor matrix. The massively parallel biomolecule detection apparatus according to claim 2, wherein:
前記複数のセンサセルには、前記半導体集積回路基板に固定されて該複数のセンサセル内にそれぞれ露出し、フェロセン誘導体により覆われた状態で前記検体溶液に接触する複数の検知電極と、前記プローブ分子が表面に固定された状態で該検体溶液に浮遊するプローブ担体粒子とが設けられている
ことを特徴とする請求項3記載の超並列的生体分子検出装置。
The plurality of sensor cells include a plurality of detection electrodes fixed to the semiconductor integrated circuit substrate and exposed in the plurality of sensor cells, respectively, and in contact with the analyte solution in a state of being covered with a ferrocene derivative, and the probe molecules. The massively parallel biomolecule detection device according to claim 3, wherein probe carrier particles are provided that float on the sample solution in a state of being fixed to the surface.
前記複数のセンサセルには、前記半導体集積回路基板に固定されて該複数のセンサセル内に設けられる複数の検知電極と、検知電極の近傍に設けられ前記検体溶液に接触するイオン感応性膜と、前記プローブ分子が表面に固定された状態で該検体溶液に浮遊するプローブ担体粒子とが設けられている
ことを特徴とする請求項3記載の超並列的生体分子検出装置。
In the plurality of sensor cells, a plurality of detection electrodes fixed to the semiconductor integrated circuit substrate and provided in the plurality of sensor cells, an ion sensitive film provided in the vicinity of the detection electrodes and in contact with the analyte solution, The massively parallel biomolecule detection device according to claim 3, wherein probe carrier particles are provided that float on the sample solution in a state in which the probe molecules are fixed on the surface.
前記電流パルス信号生成部は、前記複数の検知電極と前記複数本のワード線およびビット線との間にそれぞれ設けられて該複数の検知電極で検知された前記電位に応じたパルス幅の電流パルス信号を出力する複数の検知回路から構成されている
ことを特徴とする請求項4または5記載の超並列的生体分子検出装置。
The current pulse signal generation unit is provided between the plurality of detection electrodes and the plurality of word lines and bit lines, and has a pulse width corresponding to the potential detected by the plurality of detection electrodes. The massively parallel biomolecule detection device according to claim 4 or 5, comprising a plurality of detection circuits for outputting signals.
前記複数本のビット線から順次選択されたビット線で伝送された前記電流パルス信号を電圧パルス信号に変換する電流電圧パルス変換回路と、電圧パルス信号の時間幅を表すビット列から成るデジタル信号に変換する時間デジタル信号変換回路とを、含み、
前記生体分子量算出部は、予め記憶された関係から前記デジタル信号により表された実際の電位に基づいて前記セル内のプローブと反応した生体分子の量を算出するものである
ことを特徴とする請求項6記載の超並列的生体分子検出装置。
A current-voltage pulse conversion circuit that converts the current pulse signal transmitted from the plurality of bit lines sequentially on the bit line selected to a voltage pulse signal, and a digital signal composed of a bit string representing the time width of the voltage pulse signal Including a time digital signal conversion circuit,
The biomolecular weight calculating unit calculates the amount of biomolecules that have reacted with the probe in the cell based on an actual potential represented by the digital signal from a previously stored relationship. Item 7. The massively parallel biomolecule detection device according to Item 6.
前記複数本のワード線には、前記電流パルス信号出力回路から電流パルス信号を出力させるための短電圧パルスを出力する短パルス信号発生器がそれぞれ接続されている
ことを特徴とする請求項6または7記載の超並列的生体分子検出装置。
The short pulse signal generator for outputting a short voltage pulse for outputting a current pulse signal from the current pulse signal output circuit is connected to each of the plurality of word lines. 8. The massively parallel biomolecule detection device according to 7.
前記電流パルス信号出力回路は、
前記検知電極に接続されたゲートを有する検出トランジスタと、
該検出トランジスタのドレインを前記ワード線の短パルス信号に応じて第1電源に接続する選択トランジスタと、
前記ビット線に接続されたドレインを有し、前記検出トランジスタのドレイン電圧によりスイッチするスイッチトランジスタと、
該スイッチトランジスタのソースと前記第1電源よりも低い第2電源との間に接続されたダイオードと
を、備えることを特徴とする請求項8記載の超並列的生体分子検出装置。
The current pulse signal output circuit is
A detection transistor having a gate connected to the detection electrode;
A selection transistor for connecting a drain of the detection transistor to a first power supply in response to a short pulse signal of the word line;
A switch transistor having a drain connected to the bit line and switching according to a drain voltage of the detection transistor;
The massively parallel biomolecule detection device according to claim 8, further comprising: a diode connected between a source of the switch transistor and a second power source lower than the first power source.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018040580A (en) * 2016-09-05 2018-03-15 アイシン精機株式会社 Biomolecule detector and manufacturing method thereof
JP2019504324A (en) * 2016-01-28 2019-02-14 ロズウェル バイオテクノロジーズ,インコーポレイテッド Method and apparatus for measuring an analyte using a large scale molecular electronics sensor array
US10837953B2 (en) 2016-06-16 2020-11-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Sensor
JP2020186971A (en) * 2019-05-13 2020-11-19 アイシン精機株式会社 Method of detecting minute substance
WO2022050118A1 (en) * 2020-09-07 2022-03-10 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Potential measurement device

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003004697A (en) * 2000-12-22 2003-01-08 Seiko Epson Corp Sensor cell
JP2004117100A (en) * 2002-09-25 2004-04-15 Hitachi Ltd Semiconductor testing device
WO2008007716A1 (en) * 2006-07-13 2008-01-17 National University Corporation Nagoya University Material detection device
WO2010125717A1 (en) * 2009-04-27 2010-11-04 シャープ株式会社 Chemical sensor
JP2012047536A (en) * 2010-08-25 2012-03-08 Nagoya Univ Current detection device
US20130240746A1 (en) * 2010-06-03 2013-09-19 Atsuhito Murai Ion sensor and display device

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003004697A (en) * 2000-12-22 2003-01-08 Seiko Epson Corp Sensor cell
JP2004117100A (en) * 2002-09-25 2004-04-15 Hitachi Ltd Semiconductor testing device
WO2008007716A1 (en) * 2006-07-13 2008-01-17 National University Corporation Nagoya University Material detection device
WO2010125717A1 (en) * 2009-04-27 2010-11-04 シャープ株式会社 Chemical sensor
US20130240746A1 (en) * 2010-06-03 2013-09-19 Atsuhito Murai Ion sensor and display device
JP2012047536A (en) * 2010-08-25 2012-03-08 Nagoya Univ Current detection device

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019504324A (en) * 2016-01-28 2019-02-14 ロズウェル バイオテクノロジーズ,インコーポレイテッド Method and apparatus for measuring an analyte using a large scale molecular electronics sensor array
JP7280590B2 (en) 2016-01-28 2023-05-24 ロズウェル バイオテクノロジーズ,インコーポレイテッド Methods and apparatus for measuring analytes using large-scale molecular electronics sensor arrays
US10837953B2 (en) 2016-06-16 2020-11-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Sensor
JP2018040580A (en) * 2016-09-05 2018-03-15 アイシン精機株式会社 Biomolecule detector and manufacturing method thereof
JP2020186971A (en) * 2019-05-13 2020-11-19 アイシン精機株式会社 Method of detecting minute substance
WO2022050118A1 (en) * 2020-09-07 2022-03-10 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Potential measurement device

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