JP2002181775A - マルチチャンネルisfet - Google Patents

マルチチャンネルisfet

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JP2002181775A
JP2002181775A JP2000378835A JP2000378835A JP2002181775A JP 2002181775 A JP2002181775 A JP 2002181775A JP 2000378835 A JP2000378835 A JP 2000378835A JP 2000378835 A JP2000378835 A JP 2000378835A JP 2002181775 A JP2002181775 A JP 2002181775A
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isfet
holder
channel
microplate
sensor unit
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Shinichi Tashiro
眞一 田代
Shuji Takamatsu
修司 高松
Takeshi Nakanishi
剛 中西
Satoshi Nomura
聡 野村
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Horiba Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 マイクロプレート等のような多数の試料
の測定時間の短縮を図ることができるマルチチャンネル
ISFETを提供する。 【解決手段】 先端部にISFET12の感応部11を
有すると共にこの先端部がマイクロプレート6の孔7に
挿入可能な直径を有する複数のISFETセンサ部4
と、この複数のISFETセンサ部4をマイクロプレー
ト6の孔7の間隔に合わせて配列した等間隔で着脱自在
に保持するホルダ2とを有し、このホルダ2が前記IS
FETセンサ部4を取り付けた状態でその感応部11と
電気的に接続されてイオン濃度の測定値を求める演算処
理部23を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、マイクロプレー
ト等の孔にセットされた複数の試料を一度に測定するた
めのマルチチャンネルISFET(Ion-sensitive field
-effect transistor:イオン感応電界効果トランジス
タ)に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、例えば細胞の組織培養時の培
養条件を適切に保つことや、プレート内で培養されてい
る細胞に対する薬液感受性を評価すること等のために、
溶媒液のイオン濃度測定が広く行われている。さらに、
近年は培養条件を多種多様に変化させることや、多種多
様の薬液に対する感受性評価のために、細胞を多数の孔
(ウェル)からなるマイクロプレート内で培養させ、多
種多様の条件で評価を行うことが頻繁に行われている。
このような背景から、マイクロプレートのうちの個々の
溶液のイオン濃度を迅速に測定する要求が増えている。
【0003】マイクロプレートのうちの個々の溶液のイ
オン濃度は、例えばイオン濃度感受性色素を溶媒液に添
加して、その色の変化から求める方法が一般的である。
しかしながら、この方法では色素自体が細胞に与える影
響やイオン濃度の変化域に応じた色素の選択が必要であ
るなどの欠点があった。
【0004】そこで、従来よりイオン濃度の測定をガラ
ス電極を初めとするイオン電極(以下、単に電極とい
う)を用いて行うこともあった。また、電極の中にはマ
イクロプレートを用いて複数の孔に入れられた測定対象
試料のイオン濃度を測定するために、先端部分の形状を
マイクロプレートの孔に合わせて細くしたものもある。
このような特殊な形状の電極を用いることにより、試料
をマイクロプレートに載せた状態で即イオン濃度を測定
することが可能となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記電
極を用いた従来のイオン濃度計では、試料が入れられた
マイクロプレートの数だけ測定動作を繰り返す必要があ
って煩わしかった。そこで、前記電極を試料の数だけ並
べて、複数の試料を一度に測定することが考えられる
が、電極はその先端部を細くすることはできるものの、
基端部を細く形成することは難しく、これをマイクロプ
レートの孔の間隔に合わせて並べることは難しかった。
【0006】さらに、被検体となる試料の中には酵素や
試薬に加えて血液、細胞、尿などを測定する場合があ
り、試料の混合や汚染を避けるために毎回の測定におい
てガラス電極を丁寧に洗浄する必要があった。そして、
この洗浄工程は作業効率を著しく低下させるものとなっ
ていた。加えて、ガラス電極はその形状が特殊であるこ
とから高価にならざるをえず、また破損しやすいことか
ら、前記洗浄工程は極めて困難なものとなり、複数のガ
ラス電極を用いたイオン濃度計を形成することは現実的
ではなかった。
【0007】この発明は、上述の事柄を考慮に入れてな
されたものであって、その目的は、マイクロプレート等
のような多数の試料の測定時間の短縮を図ることができ
るマルチチャンネルISFETを提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のマルチチャンネルISFETは、先端部に
ISFETの感応部を有すると共にこの先端部がマイク
ロプレートの孔に挿入可能な直径を有する複数のISF
ETセンサ部と、この複数のISFETセンサ部をマイ
クロプレートの孔の間隔に合わせて配列した等間隔で着
脱自在に保持するホルダとを有し、このホルダが前記I
SFETセンサ部を取り付けた状態でその感応部と電気
的に接続されてイオン濃度の測定値を求める演算処理部
を有することを特徴としている。
【0009】ISFETはICの製造工程を用いてシリ
コンウェハ上に一度に大量に製造できるだけでなく、小
型化を達成できマイクロプレートの孔に挿入可能な間隔
で複数のISFETセンサ部を並べることができる。し
たがって、複数の試料を同時に測定することが可能とな
る。つまり、各孔に入った試料を一つずつ測定する場合
に比べてはるかに測定時間が短くなり、測定の迅速化を
図ることができる。
【0010】さらに、比較電極として固体参照電極(特
開平11−258198号)を採用すれば、従来の電極
よりも小型で安価な測定部を実現できるという利点もあ
る。また、安価にすることによって使い捨てとして使用
することが可能となる。加えて、ISFETと固体参照
電極を用いることで従来の電極のように内部液の補充を
する必要がなくなる。このことにより、特にマイクロプ
レートを用いて行われる組織培養など、外部からの汚染
物質の混入を防ぐことが必要な実験では、内部液の漏れ
出しによる汚染のリスクも除去することができる。さら
に、ISFETと固体参照電極はガラス電極のように容
易に破損することがないので、取り扱いの煩わしさも除
くことができる。
【0011】前記感応部を構成するISFETと、この
ISFETに接続されて出力信号のみをホルダへ出力す
るアンプ回路とを一つのシリコンウェハ上に形成した場
合には、ISFETセンサ部の小型化と測定値の安定化
を両立することができる。
【0012】前記ホルダが各ISFETセンサ部によっ
て測定されたイオン濃度をそれぞれ表示する表示部を有
する場合には、測定時にすぐに複数の試料のイオン濃度
を確認することができる。
【0013】前記ホルダの演算処理部が外部の情報処理
装置と通信可能とする通信ポートを有する場合には、測
定値を外部のコンピュータなどに記録することが可能と
なり、使用者はイオン濃度の測定値を記録用紙にメモす
る必要がなく、それだけ作業効率を向上できる。
【0014】前記ホルダが一度の操作でISFETセン
サ部を交換可能とする操作ノブを有する場合には、複数
のISFETセンサ部を迅速に交換でき、それだけ作業
効率を向上できる。
【0015】前記ホルダがISFETセンサ部を一直線
上に配置した状態で保持するものである場合には、各I
SFETセンサ部を容易にマイクロプレートの孔に合わ
せて挿入することができると共に、複数の試料を同時に
測定できる。
【0016】前記ホルダの厚みをマイクロプレートの孔
の間隔と同じとし、複数のホルダをその厚さ方向に重ね
合わせた状態で連結することにより、二次元的に配列さ
れたマイクロプレートの孔にそれぞれ対応するISFE
Tセンサ部を挿入可能とした場合には、二次元的に配列
されたマイクロプレートの全ての孔に入れられた試料を
同時に測定することも可能となり、作業効率を可及的に
向上できる。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図面を参
照しながら説明する。まず、図1は本発明のマルチチャ
ンネルISFET1の全体構成を示す図であり、図1
(A)は正面図、図1(B)は側面図である。図1にお
いて、2はマルチチャンネルISFET1の本体(ホル
ダ)、3はこのホルダ2に取り付けられた把手、4はホ
ルダ2に対して一直線上かつ等間隔に取り付けられる複
数のISFETセンサ部、5はマイクロプレート、7は
マイクロプレート5の孔である。なお、本発明において
試料が注入されるのはマイクロプレート5に限定するも
のではなく、このマイクロプレート5の孔7に類似の形
の容器を並べてもよい。
【0018】前記ISFETセンサ部4は孔7のピッチ
dに合わせて前記ホルダ2に取付けられている。また、
8は前記ホルダ2のISFETセンサ部の取付け部分の
上部に取付けられた測定結果の表示部(測定値表示
窓)、9は前記把手3の側面に設けられた操作ノブであ
り、この操作ノブ9の操作によって前記ISFETセン
サ部4は一度に脱着できる。さらに、前記前記把手3の
上部には外部の処理装置との通信用の通信ポート(IT
機器接続用コネクタ)10を形成している。
【0019】図2はISFETセンサ部4の一部を拡大
して示す一部破断斜視図である。図2において、11は
前記ISFETセンサ部4の感応部であり、12は感応
部11の要部を構成するISFET、13はこのISF
ET12に電気的に接続されて増幅し、出力信号のみを
ホルダ2側へ出力するアンプ回路、14はISFET1
2とアンプ回路13を同一シリコンウェハ上に形成して
なるICチップ、15は固体参照電極(以下、参照電極
という)、16はこの参照電極15を形成する共に前記
ICチップ14を貼り付けた支持基板である。
【0020】17は前記支持基板16の先端部に形成さ
れたISFET12および参照電極15を露出した状態
でアンプ回路13等を外部と水密状態にするためのモー
ルド、18は外部と遮断された前記支持基板16上にパ
ターン形成された配線、19はこの配線18をICチッ
プ14に接続される接続部、20は前記モールド17に
よって仕切られたISFETセンサ部4の先端部分を外
部に露出するために形成された開孔である。なお、接続
部19はICチップ14と配線18をワイヤーボンディ
ングもしくはバンプ等によって接続してなる。
【0021】すなわち、前記ISFET12のゲート部
と参照電極15は開孔20によって外部に露出してお
り、この部分がISFETセンサ部4の感応部11を形
成しているが、それ以外の部分はプラスチックなどから
なるISFETセンサ部4のケース内にモールドされ、
絶縁及び耐水性を持たされるようにしてある。
【0022】なお、図2にはISFETセンサ部4とホ
ルダ2との接続部の図示を省略しているが、配線が正確
に接続できるように形状を工夫している。具体的には、
例えばISFETセンサ部4のプラスチックケースの形
状を非対称にしたり、支持基板とホルダ2のコネクタの
接続部が正確にかみ合うような切欠き等を設けたりして
いる。
【0023】また、ホルダ2に対するISFETセンサ
部4の着脱は図1に示す操作ノブ9によってワンタッチ
操作で行うことができる。すなわち、作業者は本例のマ
ルチチャンネルISFET1を用いるときに、一列に並
べて配置されているISFETセンサ部4を一度に装着
して、複数の孔7中のイオン濃度を測定可能であり、か
つ、測定後に操作ノブ9を操作することによって全ての
ISFETセンサ部4を一度に取り外すことができるよ
うに構成している。
【0024】本発明のようにISFET12を用いた感
応部11を形成する場合には、ICチップ14および比
較電極15が入る程度であれば、ISFETセンサ部4
の太さを自由に設定可能であり、従来の電極の場合のよ
うに大きさに制限がないので、比較的ピッチdの細かい
(マイクロプレート5の7mmピッチよりも細かい)孔
7に合わせてISFETセンサ部4を並べることが可能
となる。また、ガラスのような破損しやすい材料を用い
ないので、取扱いが容易となる。
【0025】さらに、ISFET12を用いたISFE
Tセンサ部4はガラス電極に比べてはるかに安価に作成
でき、これを使い捨てとして使用することも可能とな
る。つまり、一回の測定でISFETセンサ部4を交換
することにより、センサ部を洗浄する手間を省略でき、
それだけ作業効率を向上できる。さらには、ISFET
センサ部4を使い捨てとすることにより、測定対象試料
が他の試料によって汚染することを確実に防止すること
ができる。
【0026】図3はマルチチャンネルISFET1の回
路構成例を示す概略図である。図3において、21はホ
ルダ2の内部に設けられ、12個のISFETセンサ部
4からのアナログ出力信号O1 〜O12のうち一つを選択
するマルチプレクサ、22はこのマルチプレクサ21に
よって選択されたアナログ値の出力信号Oを16ビット
のデジタル値の出力信号Odに変換するADコンバー
タ、23はADコンバータ22によってデジタル値に変
換された出力信号Odを取り込んで校正係数と比較演算
し、イオン濃度に変換して表示部8に送りだす演算処理
部である。
【0027】また、表示部8では各ISFETセンサ部
4に対応する各孔7のイオン濃度を数字で対応付けて表
示させる。一方、演算処理部23では、通信ポート10
を介して図外のIT機器に接続することにより、上位演
算処理装置と交信して出力信号Odを上位装置の指示に
従って送り出したりする。なお、この出力信号Odの送
り出しはイオン濃度の測定動作に伴って順次行ってもよ
い。すなわち、前記ホルダ2の任意の位置に設けられた
測定ボタンの操作によって、前記イオン濃度の測定動作
と通信ポート10を介する出力信号Odの送信を行って
もよい。
【0028】前記ホルダ2の厚みを孔7の間隔と同じと
し、その厚さ方向に複数重ねられるように構成してもよ
い。このように構成することにより、行列方向(二次元
方向)において一度に複数の孔7に対してISFETセ
ンサ部4を挿入可能であり、それだけ測定にかかる手間
を少なくすることができる。
【0029】なお、前述のようにホルダ2を重ねる場
合、演算処理部23には重ねられた別のホルダ2の演算
処理部23と図外の別途通信ポートによって通信し、全
てのホルダ2に接続された各ISFETセンサ部4から
の出力信号Oを前記通信ポート10から一括して送信で
きることが望ましい。さらに、ホルダ2を多段重ねる場
合は、最前面のもの以外の表示部8は隠れて見えないの
で、最前面のもの以外の表示部8を省略し、全ての出力
信号Oを最前面のものに表示させる。これによりコスト
ダウンをはかることができる。
【0030】また、ホルダ2をロボットに取り付けて、
測定の自動化を図ることも可能である。具体的にはX−
Y−Zステージにホルダ2を取り付けて、測定位置へ上
位の演算処理装置で移動させて測定し、その結果を上位
演算処理装置で演算処理し、その結果を表示するように
してもよい。また、センサ部の自動洗浄やチップの自動
交換の機能を付けることも可能である。
【0031】なお、上述した例では一つのICチップ1
4にISFET12だけでなくアンプ回路13を設けて
いるので、大量生産できてコスト安に形成できると共
に、ノイズの影響を最小限に抑えることも可能となり、
より正確な測定をおこなうことができる。しかしなが
ら、ISFETセンサ部4が単純なISFET13と参
照電極15のみで形成され、ホルダ2内部の回路でそれ
ぞれのISFET13についての演算増幅を行うように
してもよい。
【0032】さらには、前記マイクロプレート5にIS
FETセンサ部4の位置決め用治具を取り付けて、測定
の位置が狂わないようにすることができる。これによっ
て、ホルダ2を手に持って測定するときの手ぶれによる
測定誤差を防止することができる。
【0033】また、上述の例では8個(図1参照)また
は12個(図3参照)のISFETセンサ部4を一つの
ホルダ2に取付け可能とする例を示している。これは、
大多数のマイクロプレート5が8行12列の孔7を有し
ている現状を考慮に入れて例示している。すなわち、一
行ずつまたは一列ずつ順番に測定を行うことができるよ
うに構成している。これによって、孔7を一つずつ測定
する場合に比べてはるかに測定時間が少なく、測定の迅
速化と効率化が図れる。
【0034】しかしながら、本発明は一つのホルダ2に
取付け可能とするISFETセンサ部4の数を限定する
ものではない。例えば12列用のホルダで4列分を外し
て、8行分の測定に用いることもできる。また、8×1
2のマイクロプレート5に限らず、他の孔数のマイクロ
プレート5等にも測定ピッチdを合わせるようにホルダ
2やISFETセンサ部4を作り変えて対応すればよい
ことである。
【0035】さらに、前記ホルダ2はISFETセンサ
部4に加えてピペットなどを取付け可能とし、試料の採
取を行うときに使用可能としてもよいことはいうまでも
ない。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、マイ
クロプレートのように多数の試料が短いピッチで並べら
れた場合であっても、複数の試料のイオン濃度の測定を
短時間で一度に行うことができ、測定時間の短縮を図る
ことができる。また、ISFETはガラス電極等を使う
イオン電極に比べて安価にて形成できるので、センサ部
を使い捨てとすることができ、測定対象試料を他の試料
によって汚染するおそれをなくす事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のマルチチャンネルISFETの全体構
成を示す図である。
【図2】前記マルチチャンネルISFETの要部を拡大
して示す図である。
【図3】前記マルチチャンネルISFETを構成する電
気回路の概略図である。
【符号の説明】
1…マルチチャンネルISFET、2…ホルダ、4…I
SFETセンサ部、5…マイクロプレート、7…孔、8
…表示部、9…操作ノブ、10…通信ポート、11…感
応部、12…ISFET、13…アンプ回路、14…I
Cチップ(シリコンウェハ)、23…演算処理部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中西 剛 京都府京都市南区吉祥院宮の東町2番地 株式会社堀場製作所内 (72)発明者 野村 聡 京都府京都市南区吉祥院宮の東町2番地 株式会社堀場製作所内 Fターム(参考) 2G058 CC01 GA11 GD07

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 先端部にISFETの感応部を有すると
    共にこの先端部がマイクロプレートの孔に挿入可能な直
    径を有する複数のISFETセンサ部と、この複数のI
    SFETセンサ部をマイクロプレートの孔の間隔に合わ
    せて配列した等間隔で着脱自在に保持するホルダとを有
    し、このホルダが前記ISFETセンサ部を取り付けた
    状態でその感応部と電気的に接続されてイオン濃度の測
    定値を求める演算処理部を有することを特徴とするマル
    チチャンネルISFET。
  2. 【請求項2】 前記感応部を構成するISFETと、こ
    のISFETに接続されて出力信号のみをホルダへ出力
    するアンプ回路とを一つのシリコンウェハ上に形成した
    請求項1に記載のマルチチャンネルISFET。
  3. 【請求項3】 前記ホルダが各ISFETセンサ部によ
    って測定されたイオン濃度をそれぞれ表示する表示部を
    有する請求項1または2に記載のマルチチャンネルIS
    FET。
  4. 【請求項4】 前記ホルダの演算処理部が外部の情報処
    理装置と通信可能とする通信ポートを有する請求項1〜
    3の何れかに記載のマルチチャンネルISFET。
  5. 【請求項5】 前記ホルダが一度の操作でISFETセ
    ンサ部を交換可能とする操作ノブを有する請求項1〜4
    の何れかに記載のマルチチャンネルISFET。
  6. 【請求項6】 前記ホルダがISFETセンサ部を一直
    線上に配置した状態で保持するものである請求項1〜5
    の何れかに記載のマルチチャンネルISFET。
  7. 【請求項7】 前記ホルダの厚みをマイクロプレートの
    孔の間隔と同じとし、複数のホルダをその厚さ方向に重
    ね合わせた状態で連結することにより、二次元的に配列
    されたマイクロプレートの孔にそれぞれ対応するISF
    ETセンサ部を挿入可能とした請求項6に記載のマルチ
    チャンネルISFET。
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