JP2003322630A - バイオセンサ、バイオセンシングシステム、及びバイオセンシング方法 - Google Patents
バイオセンサ、バイオセンシングシステム、及びバイオセンシング方法Info
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- JP2003322630A JP2003322630A JP2002130153A JP2002130153A JP2003322630A JP 2003322630 A JP2003322630 A JP 2003322630A JP 2002130153 A JP2002130153 A JP 2002130153A JP 2002130153 A JP2002130153 A JP 2002130153A JP 2003322630 A JP2003322630 A JP 2003322630A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 反応ウェル内へのサンプル溶液の安定した吐
出制御を行う。 【解決手段】 インクジェットヘッド（４０）を用い
て、サンプル溶液を反応ウェル（１２）内へ吐出する。
バイオセンサ（１０）は反応ウェル（１２）内への液滴
の充填量を計測するセンサが設けられており、液滴の充
填量に関するセンサ信号をセンサ信号解析回路（２０）
に出力する。センサ信号解析回路（２０）は液滴の充填
量から、インクジェットヘッドの吐出回数、駆動電圧な
どを適宜調整するための制御信号を駆動制御回路（３
０）に出力する。駆動制御回路（３０）は当該制御信号
を基にインクジェット（４０）の駆動制御を行い、サン
プル溶液の安定した吐出制御を行う。
出制御を行う。 【解決手段】 インクジェットヘッド（４０）を用い
て、サンプル溶液を反応ウェル（１２）内へ吐出する。
バイオセンサ（１０）は反応ウェル（１２）内への液滴
の充填量を計測するセンサが設けられており、液滴の充
填量に関するセンサ信号をセンサ信号解析回路（２０）
に出力する。センサ信号解析回路（２０）は液滴の充填
量から、インクジェットヘッドの吐出回数、駆動電圧な
どを適宜調整するための制御信号を駆動制御回路（３
０）に出力する。駆動制御回路（３０）は当該制御信号
を基にインクジェット（４０）の駆動制御を行い、サン
プル溶液の安定した吐出制御を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は遺伝子解析、生体情
報解析等に用いられるバイオセンシング技術に関する。
報解析等に用いられるバイオセンシング技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ゲノムプロジェクトの進展によ
り、各生物の遺伝子構造が次々に明らかになってきてお
り、この成果を生命現象の解析に結び付けるためにもＤ
ＮＡの塩基配列の解読、及び遺伝子情報の機能解析が課
題となっている。細胞内における全ての遺伝子の発現量
を一度にモニタリングするためのシステムとして、ＤＮ
Ａマイクロアレイが利用されている。同アレイでは、細
胞や組織から抽出したｍＲＮＡやtransferＲＮＡから逆
転写反応を行い、プローブＤＮＡを調製し、反応ウェル
内に高密度にスポッティングした後、蛍光色素で標識さ
れたターゲットＤＮＡのうちプローブＤＮＡと相補的な
塩基配列を有するターゲットＤＮＡを、例えば、インク
ジェット方式等の手法で反応ウェル内に充填し、ターゲ
ットＤＮＡとプローブＤＮＡとをハイブリダイズさせ、
蛍光パターンを観察することにより、遺伝子発現量を評
価している。インクジェット方式によれば、微量なサン
プル溶液を微小スポットに対して正確かつ迅速に吐出制
御できるため、反応ウェルへのスポッティングに好適で
ある。
り、各生物の遺伝子構造が次々に明らかになってきてお
り、この成果を生命現象の解析に結び付けるためにもＤ
ＮＡの塩基配列の解読、及び遺伝子情報の機能解析が課
題となっている。細胞内における全ての遺伝子の発現量
を一度にモニタリングするためのシステムとして、ＤＮ
Ａマイクロアレイが利用されている。同アレイでは、細
胞や組織から抽出したｍＲＮＡやtransferＲＮＡから逆
転写反応を行い、プローブＤＮＡを調製し、反応ウェル
内に高密度にスポッティングした後、蛍光色素で標識さ
れたターゲットＤＮＡのうちプローブＤＮＡと相補的な
塩基配列を有するターゲットＤＮＡを、例えば、インク
ジェット方式等の手法で反応ウェル内に充填し、ターゲ
ットＤＮＡとプローブＤＮＡとをハイブリダイズさせ、
蛍光パターンを観察することにより、遺伝子発現量を評
価している。インクジェット方式によれば、微量なサン
プル溶液を微小スポットに対して正確かつ迅速に吐出制
御できるため、反応ウェルへのスポッティングに好適で
ある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、核酸や蛋白質
などの生体試料はその種類により粘性や表面張力などの
物性的特性が著しく異なるため、一定の電圧でインクジ
ェットヘッドの振動板を駆動し、加圧室に充填されたサ
ンプル溶液を吐出しても、サンプル溶液の吐出量は生体
試料の種類毎に大きく異なる上に、液滴の飛行軌跡も異
なるという性質がある。このように、１発あたりの吐出
量や液滴の飛行軌跡が生体試料毎に異なると、インクジ
ェットの安定した吐出制御が困難となる。
などの生体試料はその種類により粘性や表面張力などの
物性的特性が著しく異なるため、一定の電圧でインクジ
ェットヘッドの振動板を駆動し、加圧室に充填されたサ
ンプル溶液を吐出しても、サンプル溶液の吐出量は生体
試料の種類毎に大きく異なる上に、液滴の飛行軌跡も異
なるという性質がある。このように、１発あたりの吐出
量や液滴の飛行軌跡が生体試料毎に異なると、インクジ
ェットの安定した吐出制御が困難となる。
【０００４】そこで、本発明はサンプル溶液の安定した
吐出制御を可能にするバイオセンサ、バイオセンシング
システム、及びバイオセンシング方法を提案することを
課題とする。
吐出制御を可能にするバイオセンサ、バイオセンシング
システム、及びバイオセンシング方法を提案することを
課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明のバイオセンサは、生体分子を含有する溶液
を充填するための反応ウェルと、前記生体分子のうち特
定の生体分子と生体認識分子との間で特異的に生じる生
体反応を電気信号に変換して外部回路に出力するトラン
スデューサと、前記生体分子を含有する溶液の前記反応
ウェルへの充填量を電気信号として外部回路に出力する
充填量検出手段とを含む。
め、本発明のバイオセンサは、生体分子を含有する溶液
を充填するための反応ウェルと、前記生体分子のうち特
定の生体分子と生体認識分子との間で特異的に生じる生
体反応を電気信号に変換して外部回路に出力するトラン
スデューサと、前記生体分子を含有する溶液の前記反応
ウェルへの充填量を電気信号として外部回路に出力する
充填量検出手段とを含む。
【０００６】かかる構成により、反応ウェルへの液滴の
充填量をリアルタイムで計測できるため、物性的特性の
著しく異なる生体試料を含有する液滴を正確かつ確実に
反応ウェルへ吐出制御できる。
充填量をリアルタイムで計測できるため、物性的特性の
著しく異なる生体試料を含有する液滴を正確かつ確実に
反応ウェルへ吐出制御できる。
【０００７】本発明の他の形態におけるバイオセンサ
は、生体分子を含有する溶液を充填するための反応ウェ
ルと、前記生体分子のうち特定の生体分子と生体認識分
子との間で特異的に生じる生体反応を電気信号に変換し
て外部回路に出力するトランスデューサとを備え、前記
トランスデューサは、前記生体分子を含有する溶液の前
記反応ウェルへの充填量を電気信号として外部回路に出
力する充填量検出手段として機能する。
は、生体分子を含有する溶液を充填するための反応ウェ
ルと、前記生体分子のうち特定の生体分子と生体認識分
子との間で特異的に生じる生体反応を電気信号に変換し
て外部回路に出力するトランスデューサとを備え、前記
トランスデューサは、前記生体分子を含有する溶液の前
記反応ウェルへの充填量を電気信号として外部回路に出
力する充填量検出手段として機能する。
【０００８】かかる構成により、生体反応を電気信号に
変換するトランスデューサが、充填量検出手段としても
機能するため、センサの回路構成を簡略化できる。
変換するトランスデューサが、充填量検出手段としても
機能するため、センサの回路構成を簡略化できる。
【０００９】好ましくは、前記トランスデューサは、生
体認識分子を電極表面に固定する容量素子と、前記容量
素子の容量変化に対応してゲート電位が変動するトラン
ジスタとを含む。
体認識分子を電極表面に固定する容量素子と、前記容量
素子の容量変化に対応してゲート電位が変動するトラン
ジスタとを含む。
【００１０】かかる構成により、特定の生体分子と生体
認識分子との特異的な反応はトランジスタのドレイン電
流の変化として検出できる。
認識分子との特異的な反応はトランジスタのドレイン電
流の変化として検出できる。
【００１１】好ましくは、前記反応ウェル内の水素イオ
ン濃度を計測するｐＨセンサ、前記反応ウェル内の温度
を検出する温度センサ、若しくは前記反応ウェルの温度
調整を行う温度調整手段のうち少なくとも何れかを含
む。
ン濃度を計測するｐＨセンサ、前記反応ウェル内の温度
を検出する温度センサ、若しくは前記反応ウェルの温度
調整を行う温度調整手段のうち少なくとも何れかを含
む。
【００１２】かかる構成により、マルチセンサアレイを
実現できる。
実現できる。
【００１３】好ましくは、前記特定の生体分子はターゲ
ットＤＮＡであり、前記生体認識分子はプローブＤＮＡ
である。
ットＤＮＡであり、前記生体認識分子はプローブＤＮＡ
である。
【００１４】かかる構成により、大量の遺伝子解析を簡
易かつ迅速にコンピュータ処理できる。
易かつ迅速にコンピュータ処理できる。
【００１５】本発明のバイオセンシングシステムは、本
発明のバイオセンサと、生体分子を含有する液滴を前記
反応ウェルに吐出するための液滴吐出手段と、前記充填
量検出手段からの出力信号に基づいて、前記液滴吐出手
段を駆動制御することにより、前記反応ウェルへの液滴
の充填量を調整する制御手段とを備える。
発明のバイオセンサと、生体分子を含有する液滴を前記
反応ウェルに吐出するための液滴吐出手段と、前記充填
量検出手段からの出力信号に基づいて、前記液滴吐出手
段を駆動制御することにより、前記反応ウェルへの液滴
の充填量を調整する制御手段とを備える。
【００１６】かかる構成により、反応ウェルへの液滴の
充填量を基に液滴吐出手段の駆動制御を行えるため、反
応ウェルへの液滴の充填を正確かつ迅速に行える。
充填量を基に液滴吐出手段の駆動制御を行えるため、反
応ウェルへの液滴の充填を正確かつ迅速に行える。
【００１７】好ましくは、前記バイオセンサは、標準液
を試験的に吐出するための標準液吐出用ウェルをさらに
備え、前記制御手段は、標準液吐出用ウェルへ標準液を
試験的に吐出することにより、生体分子を含有する液滴
を前記反応ウェルへ吐出する際の液滴吐出手段の駆動制
御を調整する。
を試験的に吐出するための標準液吐出用ウェルをさらに
備え、前記制御手段は、標準液吐出用ウェルへ標準液を
試験的に吐出することにより、生体分子を含有する液滴
を前記反応ウェルへ吐出する際の液滴吐出手段の駆動制
御を調整する。
【００１８】かかる構成により、液滴吐出手段の駆動制
御を最適に補正できる。
御を最適に補正できる。
【００１９】好ましくは、前記制御手段は、液滴吐出手
段の液滴吐出力、若しくは液滴の吐出回数を調整する。
段の液滴吐出力、若しくは液滴の吐出回数を調整する。
【００２０】「液滴吐出力」とは、液滴を吐出するため
の液滴吐出手段の駆動力を意味し、液滴吐出手段が、例
えば、ピエゾジェット方式であれば、ピエゾ素子の駆動
電圧の大きさ、若しくは振動板の変位による加圧室内の
圧力に相当し、サーマルジェット方式／バブルジェット
（登録商標）方式であれば、発熱抵抗体に投入された電
気エネルギーの大きさ、若しくは気泡の発生による液滴
内部の圧力に相当し、静電駆動方式であれば、電極間の
印加電圧の大きさ、若しくは振動板の変位による加圧室
内の圧力に相当する。
の液滴吐出手段の駆動力を意味し、液滴吐出手段が、例
えば、ピエゾジェット方式であれば、ピエゾ素子の駆動
電圧の大きさ、若しくは振動板の変位による加圧室内の
圧力に相当し、サーマルジェット方式／バブルジェット
（登録商標）方式であれば、発熱抵抗体に投入された電
気エネルギーの大きさ、若しくは気泡の発生による液滴
内部の圧力に相当し、静電駆動方式であれば、電極間の
印加電圧の大きさ、若しくは振動板の変位による加圧室
内の圧力に相当する。
【００２１】好ましくは、前記液滴吐出手段は、インク
ジェットヘッドである。
ジェットヘッドである。
【００２２】インクジェットヘッドを用いることによ
り、数ピコリットル程度の微小な液滴吐出を可能にでき
る。
り、数ピコリットル程度の微小な液滴吐出を可能にでき
る。
【００２３】本発明のバイオセンシング方法は、特定の
生体分子と生体認識分子との間で生じる特異的な反応を
検出するための反応ウェルへ液滴吐出手段を用いて前記
特定の生体分子を含有する液滴を吐出するステップと、
前記反応ウェルへの液滴の充填量を計測するステップ
と、前記反反応ウェルへの液滴の充填量を基に、前記液
滴吐出手段による液滴の吐出制御を調整するステップと
を含む。
生体分子と生体認識分子との間で生じる特異的な反応を
検出するための反応ウェルへ液滴吐出手段を用いて前記
特定の生体分子を含有する液滴を吐出するステップと、
前記反応ウェルへの液滴の充填量を計測するステップ
と、前記反反応ウェルへの液滴の充填量を基に、前記液
滴吐出手段による液滴の吐出制御を調整するステップと
を含む。
【００２４】好ましくは、標準液吐出用ウェルへ標準液
を試験的に吐出することにより、生体分子を含有する液
滴を前記反応ウェルへ吐出する際の液滴吐出手段の駆動
制御を調整するステップをさらに含む。
を試験的に吐出することにより、生体分子を含有する液
滴を前記反応ウェルへ吐出する際の液滴吐出手段の駆動
制御を調整するステップをさらに含む。
【００２５】好ましくは、前記液滴吐出手段の駆動制御
を調整する際に、液滴吐出手段の液滴吐出力、若しくは
液滴の吐出回数を調整する。
を調整する際に、液滴吐出手段の液滴吐出力、若しくは
液滴の吐出回数を調整する。
【００２６】好ましくは、前記反応ウェル内に設けられ
た容量素子の液滴充填に伴う静電容量変化を基に前記液
滴の充填量を計測する。
た容量素子の液滴充填に伴う静電容量変化を基に前記液
滴の充填量を計測する。
【００２７】好ましくは、前記特定の生体分子と生体認
識分子との間で生じる特異的な反応を検出するステップ
をさらに含む。
識分子との間で生じる特異的な反応を検出するステップ
をさらに含む。
【００２８】好ましくは、前記特定の生体分子はターゲ
ットＤＮＡであり、前記生体認識分子はプローブＤＮＡ
である。
ットＤＮＡであり、前記生体認識分子はプローブＤＮＡ
である。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、各図を参照して本実施形態
について説明する。
について説明する。
【００３０】図１は本実施形態に係わるバイオセンシン
グシステムの構成図である。同システムはＤＮＡハイブ
リダイゼーションを電気信号として検出するための装置
であり、バイオセンサ１０、センサ信号解析回路２０、
駆動制御回路３０、及びインクジェットヘッド４０を備
えて構成されている。バイオセンサ１０は基板１１上に
おいて１行Ｎ列のアレイ状に配列された反応ウェル１２
を含んで構成されており、個々の反応ウェル１２にはプ
ローブＤＮＡが高密度にスポッティングされている。本
実施形態においては、説明の便宜上、１行Ｎ列のアレイ
構成を例示するが、これに限られるものではなく、反応
ウェル１２をＭ行Ｎ列のマトリクス状に配列することも
可能である。個々の反応ウェル１２内にはターゲットＤ
ＮＡを含むサンプル溶液の滴下量と、ウェル内でのＤＮ
Ａハイブリダイゼーションを検出するための容量型セン
サが設けられている。当該容量型センサは、サンプル溶
液の滴下量とＤＮＡハイブリダイゼーションの各々を電
気信号に変換するトランスデューサ（信号変換素子）と
して機能する。
グシステムの構成図である。同システムはＤＮＡハイブ
リダイゼーションを電気信号として検出するための装置
であり、バイオセンサ１０、センサ信号解析回路２０、
駆動制御回路３０、及びインクジェットヘッド４０を備
えて構成されている。バイオセンサ１０は基板１１上に
おいて１行Ｎ列のアレイ状に配列された反応ウェル１２
を含んで構成されており、個々の反応ウェル１２にはプ
ローブＤＮＡが高密度にスポッティングされている。本
実施形態においては、説明の便宜上、１行Ｎ列のアレイ
構成を例示するが、これに限られるものではなく、反応
ウェル１２をＭ行Ｎ列のマトリクス状に配列することも
可能である。個々の反応ウェル１２内にはターゲットＤ
ＮＡを含むサンプル溶液の滴下量と、ウェル内でのＤＮ
Ａハイブリダイゼーションを検出するための容量型セン
サが設けられている。当該容量型センサは、サンプル溶
液の滴下量とＤＮＡハイブリダイゼーションの各々を電
気信号に変換するトランスデューサ（信号変換素子）と
して機能する。
【００３１】同センサ１０から出力されるセンサ信号に
はサンプル溶液の滴下量に関する信号と、ＤＮＡハイブ
リダイゼーションに関する信号の２種類含まれており、
同センサ１０はこれら２種類の信号を信号出力端子１４
を介してセンサ信号解析回路２０に出力する。同回路２
０は、同センサ１０から出力される信号がサンプル溶液
の滴下量に関するセンサ信号である場合には、同回路２
０は当該信号から反応ウェル１２内におけるサンプル溶
液の充填量を計測し、１発あたりの吐出量を概算し、反
応ウェル１２内に必要かつ十分なサンプル溶液を充填す
るために必要な吐出回数を割り出し、インクジェットヘ
ッド４０を駆動するための制御信号を駆動制御回路３０
に出力する。吐出回数の調整に替えて、若しくはこれと
併用して、１発あたりの駆動エネルギーを調整すること
により、液滴の吐出制御を行ってもよい。同回路３０は
当該制御信号からインクジェットヘッド４０の駆動に必
要な駆動信号を生成し、同ヘッド４０を駆動する。
はサンプル溶液の滴下量に関する信号と、ＤＮＡハイブ
リダイゼーションに関する信号の２種類含まれており、
同センサ１０はこれら２種類の信号を信号出力端子１４
を介してセンサ信号解析回路２０に出力する。同回路２
０は、同センサ１０から出力される信号がサンプル溶液
の滴下量に関するセンサ信号である場合には、同回路２
０は当該信号から反応ウェル１２内におけるサンプル溶
液の充填量を計測し、１発あたりの吐出量を概算し、反
応ウェル１２内に必要かつ十分なサンプル溶液を充填す
るために必要な吐出回数を割り出し、インクジェットヘ
ッド４０を駆動するための制御信号を駆動制御回路３０
に出力する。吐出回数の調整に替えて、若しくはこれと
併用して、１発あたりの駆動エネルギーを調整すること
により、液滴の吐出制御を行ってもよい。同回路３０は
当該制御信号からインクジェットヘッド４０の駆動に必
要な駆動信号を生成し、同ヘッド４０を駆動する。
【００３２】一方、同センサ１０から出力される信号が
ＤＮＡハイブリダイゼーションに関するセンサ信号であ
る場合には、同回路２０は当該センサ信号を取り込み、
数値化してデータ解析することにより、遺伝子解析を行
う。通常、ハイブリダイゼーションは塩基配列が完全に
一致していなくても生じ得るため、ターゲットＤＮＡは
複数の個々の反応ウェル１２に対してある程度の分布を
もって相補結合する。このため、隣接する反応ウェル１
２にはわずかに塩基配列が異なるプローブＤＮＡが予め
スポッティングされている。同回路２０はセンサ信号を
解析することにより、センサ反応が一番大きい反応ウェ
ル１２に固定されているプローブＤＮＡがターゲットＤ
ＮＡとの相同性（遺伝的な類似性）が一番高いと予測で
きる。容量型センサを用いたＤＮＡハイブリダイズの検
出手法は、シグナル検出の即時性に優れているため、蛍
光反応を利用して検出する従来の検出手法に比べて利便
性の点において格段に優れており、また、大量の遺伝子
解析にも好適である。本実施形態のバイオセンサを利用
した遺伝子解析技術は、遺伝子疾患の検査や、法医学的
な鑑定などに応用できる。
ＤＮＡハイブリダイゼーションに関するセンサ信号であ
る場合には、同回路２０は当該センサ信号を取り込み、
数値化してデータ解析することにより、遺伝子解析を行
う。通常、ハイブリダイゼーションは塩基配列が完全に
一致していなくても生じ得るため、ターゲットＤＮＡは
複数の個々の反応ウェル１２に対してある程度の分布を
もって相補結合する。このため、隣接する反応ウェル１
２にはわずかに塩基配列が異なるプローブＤＮＡが予め
スポッティングされている。同回路２０はセンサ信号を
解析することにより、センサ反応が一番大きい反応ウェ
ル１２に固定されているプローブＤＮＡがターゲットＤ
ＮＡとの相同性（遺伝的な類似性）が一番高いと予測で
きる。容量型センサを用いたＤＮＡハイブリダイズの検
出手法は、シグナル検出の即時性に優れているため、蛍
光反応を利用して検出する従来の検出手法に比べて利便
性の点において格段に優れており、また、大量の遺伝子
解析にも好適である。本実施形態のバイオセンサを利用
した遺伝子解析技術は、遺伝子疾患の検査や、法医学的
な鑑定などに応用できる。
【００３３】尚、バイオセンサ１０には、標準液を吐出
するための標準溶液吐出用ウェル１３が設けられてい
る。標準液とは、インクジェットヘッド４０による安定
的な液滴吐出特性を実現するための適度な粘性や表面張
力などの物性的特性を有する溶液であれば特に限定され
るものではないが、粘度１ｃＰｓ〜２０ｃＰｓ、表面張
力３０ｍＮ／ｍ〜５０ｍＮ／ｍ程度に調整され、核酸や
蛋白質などの生体試料を含有しないものが望ましい。標
準溶液吐出用ウェル１３の役割については後述する。
するための標準溶液吐出用ウェル１３が設けられてい
る。標準液とは、インクジェットヘッド４０による安定
的な液滴吐出特性を実現するための適度な粘性や表面張
力などの物性的特性を有する溶液であれば特に限定され
るものではないが、粘度１ｃＰｓ〜２０ｃＰｓ、表面張
力３０ｍＮ／ｍ〜５０ｍＮ／ｍ程度に調整され、核酸や
蛋白質などの生体試料を含有しないものが望ましい。標
準溶液吐出用ウェル１３の役割については後述する。
【００３４】また、反応ウェル１２に生体材料を含有す
る微小液滴を吐出するためのインクジェットヘッド４０
としては、発熱抵抗体に投入された電気エネルギーを熱
エネルギーに変換して瞬発的に気泡を発生させ、液滴を
吐出するサーマルジェット方式／バブルジェット（登録
商標）方式や、ピエゾ素子等の電気機械変換素子に電気
エネルギーを投入して機械エネルギーに変換し、加圧室
内の圧力変動で液滴を吐出するピエゾジェット方式や、
シリコン基板からなる加圧室基板と電極との間に静電気
を発生させ、静電力により振動板を弾性変位させ、加圧
室内の圧力変動で液滴を吐出する静電駆動方式の何れで
もよいが、液滴の吐出に発熱を併有しないピエゾジェッ
ト方式若しくは静電駆動方式が望ましい。
る微小液滴を吐出するためのインクジェットヘッド４０
としては、発熱抵抗体に投入された電気エネルギーを熱
エネルギーに変換して瞬発的に気泡を発生させ、液滴を
吐出するサーマルジェット方式／バブルジェット（登録
商標）方式や、ピエゾ素子等の電気機械変換素子に電気
エネルギーを投入して機械エネルギーに変換し、加圧室
内の圧力変動で液滴を吐出するピエゾジェット方式や、
シリコン基板からなる加圧室基板と電極との間に静電気
を発生させ、静電力により振動板を弾性変位させ、加圧
室内の圧力変動で液滴を吐出する静電駆動方式の何れで
もよいが、液滴の吐出に発熱を併有しないピエゾジェッ
ト方式若しくは静電駆動方式が望ましい。
【００３５】図２はバイオセンサ１０の回路構成図であ
る。同センサ１０は、１行Ｎ列のアレイ状に配列され、
センサセルアレイを構成する反応ウェル１２と、当該セ
ンサセルアレイの列方向に並ぶ反応ウェル１２を選択
し、反応ウェル１２におけるセンシング機能をスイッチ
ング制御するための列選択線Ｘ1，Ｘ2，…，ＸNを駆動
する列ドライバ１５と、各々の反応ウェル１２における
センサ信号を電流信号として検出する電流検出回路１６
とを備えて構成されている。各々の反応ウェル１２には
ｎチャネルＦＥＴからなるスイッチングトランジスタＴ
ｒ１が配設されており、列ドライバ１５から列選択線Ｘ
1，Ｘ2，…，ＸNを介して供給されるＨレベルのオン信
号によりアクティブとなり、定電圧源ＶHから出力され
る電圧を各反応ウェル１２に電源供給する。反応ウェル
１２は半導体製造プロセス等を用いて基板１１上に形成
されたマイクロウェルであり、一対の電極からなるキャ
パシタＣｓと、ｎチャネルＦＥＴから構成され、センサ
信号を出力するためのセンサ素子として機能するトラン
ジスタＴｒ２とからなる容量型センサを含んで構成され
ている。キャパシタＣｓの一方の電極はトランジスタＴ
ｒ２のゲート端子に接続し、他方の電極は参照電圧源Ｖ
refに接続している。参照電圧源Ｖrefは一定電圧を出力
する定電圧源である。トランジスタＴｒ２のドレイン端
子はスイッチングトランジスタＴｒ１のソース端子に接
続されており、定電圧源ＶHから出力される電圧をトラ
ンジスタＴｒ２に供給することにより、トランジスタＴ
ｒ２がピンチオフ領域で動作できるように構成されてい
る。トランジスタＴｒ２はピンチオフ領域で動作するこ
とによって、電源電圧ＶHの変動や温度変化に対して非
常に安定したドレイン電流を出力するため、定電流源と
電気的に等価になる。当該定電流源から出力される電流
値はトランジスタＴｒ２のゲート電圧によって一意に定
まる。
る。同センサ１０は、１行Ｎ列のアレイ状に配列され、
センサセルアレイを構成する反応ウェル１２と、当該セ
ンサセルアレイの列方向に並ぶ反応ウェル１２を選択
し、反応ウェル１２におけるセンシング機能をスイッチ
ング制御するための列選択線Ｘ1，Ｘ2，…，ＸNを駆動
する列ドライバ１５と、各々の反応ウェル１２における
センサ信号を電流信号として検出する電流検出回路１６
とを備えて構成されている。各々の反応ウェル１２には
ｎチャネルＦＥＴからなるスイッチングトランジスタＴ
ｒ１が配設されており、列ドライバ１５から列選択線Ｘ
1，Ｘ2，…，ＸNを介して供給されるＨレベルのオン信
号によりアクティブとなり、定電圧源ＶHから出力され
る電圧を各反応ウェル１２に電源供給する。反応ウェル
１２は半導体製造プロセス等を用いて基板１１上に形成
されたマイクロウェルであり、一対の電極からなるキャ
パシタＣｓと、ｎチャネルＦＥＴから構成され、センサ
信号を出力するためのセンサ素子として機能するトラン
ジスタＴｒ２とからなる容量型センサを含んで構成され
ている。キャパシタＣｓの一方の電極はトランジスタＴ
ｒ２のゲート端子に接続し、他方の電極は参照電圧源Ｖ
refに接続している。参照電圧源Ｖrefは一定電圧を出力
する定電圧源である。トランジスタＴｒ２のドレイン端
子はスイッチングトランジスタＴｒ１のソース端子に接
続されており、定電圧源ＶHから出力される電圧をトラ
ンジスタＴｒ２に供給することにより、トランジスタＴ
ｒ２がピンチオフ領域で動作できるように構成されてい
る。トランジスタＴｒ２はピンチオフ領域で動作するこ
とによって、電源電圧ＶHの変動や温度変化に対して非
常に安定したドレイン電流を出力するため、定電流源と
電気的に等価になる。当該定電流源から出力される電流
値はトランジスタＴｒ２のゲート電圧によって一意に定
まる。
【００３６】キャパシタＣｓを構成する一方の電極に
は、遺伝子解析用のプローブＤＮＡが固定されている。
プローブＤＮＡとなるＤＮＡ鎖としては、ターゲットＤ
ＮＡと相補的な塩基配列を有するもの、例えば、生体試
料から抽出したＤＮＡ鎖を制限酵素で切断し、電気泳動
による分解などで精製した一本鎖ＤＮＡ若しくは生化学
的に合成したオリゴヌクレオチド、ＰＣＲ（ポリメラー
ゼ連鎖反応）産物、cＤＮＡなどを用いることができ
る。一方、ターゲットＤＮＡとしては、生物材料から抽
出したＤＮＡ鎖を遺伝子分解酵素若しくは超音波処理で
分解したもの、又は特定のＤＮＡ鎖からＰＣＲによって
増幅させた一本鎖ＤＮＡ等を用いることができる。
は、遺伝子解析用のプローブＤＮＡが固定されている。
プローブＤＮＡとなるＤＮＡ鎖としては、ターゲットＤ
ＮＡと相補的な塩基配列を有するもの、例えば、生体試
料から抽出したＤＮＡ鎖を制限酵素で切断し、電気泳動
による分解などで精製した一本鎖ＤＮＡ若しくは生化学
的に合成したオリゴヌクレオチド、ＰＣＲ（ポリメラー
ゼ連鎖反応）産物、cＤＮＡなどを用いることができ
る。一方、ターゲットＤＮＡとしては、生物材料から抽
出したＤＮＡ鎖を遺伝子分解酵素若しくは超音波処理で
分解したもの、又は特定のＤＮＡ鎖からＰＣＲによって
増幅させた一本鎖ＤＮＡ等を用いることができる。
【００３７】ターゲットＤＮＡとプローブＤＮＡとがハ
イブリダイズすることにより、キャパシタＣｓの誘電率
が変化し、さらにはその静電容量が変動する。トランジ
スタＴｒ２のゲート端子にはキャパシタＣｓを介して参
照電圧源Ｖrefからの出力電圧がバイアスされているた
め、キャパシタＣｓの静電容量の変動はトランジスタＴ
ｒ２のチャネルを流れるドレイン電流の変化量として検
出できる。ドレイン電流の変化は電流検出回路１６によ
って計測される。また、キャパシタＣｓの静電容量はＤ
ＮＡハイブリダイゼーションだけでなく、サンプル溶液
の吐出量に対応して変動するため、ウェル内の液滴の充
填量を計測するための充填量検出手段としても機能す
る。液滴の充填量を計測する際の詳細については後述す
る。
イブリダイズすることにより、キャパシタＣｓの誘電率
が変化し、さらにはその静電容量が変動する。トランジ
スタＴｒ２のゲート端子にはキャパシタＣｓを介して参
照電圧源Ｖrefからの出力電圧がバイアスされているた
め、キャパシタＣｓの静電容量の変動はトランジスタＴ
ｒ２のチャネルを流れるドレイン電流の変化量として検
出できる。ドレイン電流の変化は電流検出回路１６によ
って計測される。また、キャパシタＣｓの静電容量はＤ
ＮＡハイブリダイゼーションだけでなく、サンプル溶液
の吐出量に対応して変動するため、ウェル内の液滴の充
填量を計測するための充填量検出手段としても機能す
る。液滴の充填量を計測する際の詳細については後述す
る。
【００３８】反応ウェル１２には上記の構成に加えて、
さらに、ウェル内の温度変化を順電圧の変化として検出
する機能を備えたＰＮ接合ダイオードからなる温度セン
サＳ１と、ゲート絶縁膜上に被覆された水素イオン透過
膜を透過した水素イオンによって変動するゲート電位を
ドレイン電流の変化として検出する機能を備えたＩＳＦ
ＥＴからなるｐＨセンサＳ２と、ウェル内の温度調整手
段として機能するＭＯＳトランジスタからなるヒータＳ
３とを含んで構成されている。これら各種センサから出
力されるセンサ信号はセンサ信号解析回路２０へ出力さ
れ、各反応ウェル１２のｐＨ、温度などをリアルタイム
で観測できるように構成されている。このように、反応
ウェル１２には各種のセンサが内臓されているため、マ
ルチセンサセル、或いは単にセンサセルと称することが
できる。また、本実施形態のバイオセンサはバイオチッ
プ、ＤＮＡチップ、ＤＮＡマイクロアレイ、反応場アレ
イ、マイクロチャンバアレイ、或いは単にセンサアレイ
と称することもできる。
さらに、ウェル内の温度変化を順電圧の変化として検出
する機能を備えたＰＮ接合ダイオードからなる温度セン
サＳ１と、ゲート絶縁膜上に被覆された水素イオン透過
膜を透過した水素イオンによって変動するゲート電位を
ドレイン電流の変化として検出する機能を備えたＩＳＦ
ＥＴからなるｐＨセンサＳ２と、ウェル内の温度調整手
段として機能するＭＯＳトランジスタからなるヒータＳ
３とを含んで構成されている。これら各種センサから出
力されるセンサ信号はセンサ信号解析回路２０へ出力さ
れ、各反応ウェル１２のｐＨ、温度などをリアルタイム
で観測できるように構成されている。このように、反応
ウェル１２には各種のセンサが内臓されているため、マ
ルチセンサセル、或いは単にセンサセルと称することが
できる。また、本実施形態のバイオセンサはバイオチッ
プ、ＤＮＡチップ、ＤＮＡマイクロアレイ、反応場アレ
イ、マイクロチャンバアレイ、或いは単にセンサアレイ
と称することもできる。
【００３９】図４はインクジェットヘッド４０から吐出
される液滴の粘度と、１発あたりの吐出重量との関係を
グラフに表したものである。同図に示すように、粘度１
０ｃＰｓでは１発あたりの吐出重量が約１００ｎｇであ
るのに対し、粘度３０ｃＰｓでは１発あたりの吐出重量
が約３０ｎｇであることが実験により確認できている。
プローブＤＮＡや各種蛋白質を含む溶液においては、核
酸や蛋白質の種類に応じて粘度が著しく相違するため、
生体試料の物性的特性に応じた吐出制御を行う必要があ
る。このため、本発明では反応ウェル内へのサンプル溶
液の充填量をリアルタイムに計測し、検定に必要な所要
量のサンプル溶液がウェル内に充填されたことを確認し
てから検定を行う。
される液滴の粘度と、１発あたりの吐出重量との関係を
グラフに表したものである。同図に示すように、粘度１
０ｃＰｓでは１発あたりの吐出重量が約１００ｎｇであ
るのに対し、粘度３０ｃＰｓでは１発あたりの吐出重量
が約３０ｎｇであることが実験により確認できている。
プローブＤＮＡや各種蛋白質を含む溶液においては、核
酸や蛋白質の種類に応じて粘度が著しく相違するため、
生体試料の物性的特性に応じた吐出制御を行う必要があ
る。このため、本発明では反応ウェル内へのサンプル溶
液の充填量をリアルタイムに計測し、検定に必要な所要
量のサンプル溶液がウェル内に充填されたことを確認し
てから検定を行う。
【００４０】図３は反応ウェル１２の構成を示す説明図
であり、同図（Ａ）はその平面図、同図（Ｂ）はその断
面図である。同図（Ａ）に示すように、キャパシタＣｓ
は一対の電極５１，５２から構成されており、何れか一
方の電極にはプローブＤＮＡが固定されている。プロー
ブＤＮＡを固定する手法として、各種の手法を用いるこ
とができるが、キャパシタＣｓの電極として金電極を用
いる場合には、プローブＤＮＡの末端に導入されたチオ
ール基との金−硫黄配位結合を介して固定することがで
きる。オリゴヌクレオチドにチオール基を導入する手法
は、ChemistryLetters 1805-1808 (1994)又はNucleic A
cids Res.,13,4484(1985)にて詳細に開示さている。同
図（Ａ）に示すように、電極５１，５２は微小間隔をお
いて対向配置される円弧状の電極部を複数備えており、
これらの電極部がプラス／マイナスとして極性を交互に
反転させて配置されることにより、並列接続された多数
の微小キャパシタを形成している。これらの微小キャパ
シタの静電容量の変化の総和がキャパシタＣｓの静電容
量の変化として、トランジスタＴｒ２を通じて電気的に
検出される。
であり、同図（Ａ）はその平面図、同図（Ｂ）はその断
面図である。同図（Ａ）に示すように、キャパシタＣｓ
は一対の電極５１，５２から構成されており、何れか一
方の電極にはプローブＤＮＡが固定されている。プロー
ブＤＮＡを固定する手法として、各種の手法を用いるこ
とができるが、キャパシタＣｓの電極として金電極を用
いる場合には、プローブＤＮＡの末端に導入されたチオ
ール基との金−硫黄配位結合を介して固定することがで
きる。オリゴヌクレオチドにチオール基を導入する手法
は、ChemistryLetters 1805-1808 (1994)又はNucleic A
cids Res.,13,4484(1985)にて詳細に開示さている。同
図（Ａ）に示すように、電極５１，５２は微小間隔をお
いて対向配置される円弧状の電極部を複数備えており、
これらの電極部がプラス／マイナスとして極性を交互に
反転させて配置されることにより、並列接続された多数
の微小キャパシタを形成している。これらの微小キャパ
シタの静電容量の変化の総和がキャパシタＣｓの静電容
量の変化として、トランジスタＴｒ２を通じて電気的に
検出される。
【００４１】同図（Ｂ）に示すように、基板１１上に
は、ソース領域７１、チャネル領域７２、ドレイン領域
７３、及びゲート電極７４を含んで構成されるトランジ
スタＴｒ２と、Ｐ型ポリシリコン層７５、及びＮ型ポリ
シリコン層７６を含んで構成されるダイオードからなる
温度センサＳ１が形成されている。ここでは、説明の便
宜上、上記２種類の半導体素子についてのみ図示してい
る。基板１１上にはこれらの素子を被覆し、サンプル溶
液が侵水しないように保護するため、プラズマＣＶＤな
どで成膜された窒化シリコン膜などから成るパッシベー
ション膜１７が積層されている。パッシベーション膜１
７上には反応ウェル１２を凹陥状にスポット形成するた
めの絶縁膜１８が積層されている。絶縁膜１８として
は、樹脂、プラスチック、シリコン酸化膜などの各種絶
縁膜を利用できる。また、基板１１としては、ガラス基
板、プラスチック基板、シリコン基板など任意の基板を
用いることができる。
は、ソース領域７１、チャネル領域７２、ドレイン領域
７３、及びゲート電極７４を含んで構成されるトランジ
スタＴｒ２と、Ｐ型ポリシリコン層７５、及びＮ型ポリ
シリコン層７６を含んで構成されるダイオードからなる
温度センサＳ１が形成されている。ここでは、説明の便
宜上、上記２種類の半導体素子についてのみ図示してい
る。基板１１上にはこれらの素子を被覆し、サンプル溶
液が侵水しないように保護するため、プラズマＣＶＤな
どで成膜された窒化シリコン膜などから成るパッシベー
ション膜１７が積層されている。パッシベーション膜１
７上には反応ウェル１２を凹陥状にスポット形成するた
めの絶縁膜１８が積層されている。絶縁膜１８として
は、樹脂、プラスチック、シリコン酸化膜などの各種絶
縁膜を利用できる。また、基板１１としては、ガラス基
板、プラスチック基板、シリコン基板など任意の基板を
用いることができる。
【００４２】上記のバイオセンサ１０を製造するには各
種の製造方法が利用できるが、薄膜素子の剥離転写技術
を利用すると、低コストで同センサ１０を製造できるメ
リットがあるため、特に好ましい。この剥離転写技術と
は、剥離層を介して転写元基板上に形成された半導体素
子（例えば、トランジスタＴｒ２、温度センサＳ１な
ど）を転写先基板（例えば、基板１１）に接着し、剥離
層にレーザ光を照射することで、アブレーションによる
層内剥離若しくは界面剥離を誘起し、上記半導体素子を
転写元基板に転写する技術である。同技術の詳細につい
ては、“Suftra :Surface Free Technology by Laser A
blation,T.Shimada et al ,Techn. Dig.IEDM1999. 289,
S. Utsunomiya ,et al, Dig Tech. Pap. SID 2000,91
6,T.Shimada Proc.Asia Display/IDW 01,327,S Utsunom
iya,et al,Proc Asia Display / IDW ’01.339”にて詳
述されている。同技術によれば、転写元基板として各種
半導体素子の製造に好適な材料を用いることができるの
で、高駆動能力、高信頼性の半導体素子を製造すること
ができる。また、転写先基板として、適度な強度を有す
る基板であれば、特定の材料に限定されることなく自由
に選択可能であるため、製造コストを下げることができ
る。
種の製造方法が利用できるが、薄膜素子の剥離転写技術
を利用すると、低コストで同センサ１０を製造できるメ
リットがあるため、特に好ましい。この剥離転写技術と
は、剥離層を介して転写元基板上に形成された半導体素
子（例えば、トランジスタＴｒ２、温度センサＳ１な
ど）を転写先基板（例えば、基板１１）に接着し、剥離
層にレーザ光を照射することで、アブレーションによる
層内剥離若しくは界面剥離を誘起し、上記半導体素子を
転写元基板に転写する技術である。同技術の詳細につい
ては、“Suftra :Surface Free Technology by Laser A
blation,T.Shimada et al ,Techn. Dig.IEDM1999. 289,
S. Utsunomiya ,et al, Dig Tech. Pap. SID 2000,91
6,T.Shimada Proc.Asia Display/IDW 01,327,S Utsunom
iya,et al,Proc Asia Display / IDW ’01.339”にて詳
述されている。同技術によれば、転写元基板として各種
半導体素子の製造に好適な材料を用いることができるの
で、高駆動能力、高信頼性の半導体素子を製造すること
ができる。また、転写先基板として、適度な強度を有す
る基板であれば、特定の材料に限定されることなく自由
に選択可能であるため、製造コストを下げることができ
る。
【００４３】上記の構成において、トランジスタＴｒ２
のゲート電極７４は、図示しない位置において、電極５
１とコンタクトされており、参照電圧源Ｖrefは、同じ
く図示しない位置において、電極５２とコンタクトされ
ている。かかる構成により、キャパシタＣｓの静電容量
の変化をトランジスタＴｒ２に伝達できる。同図に示す
ように、反応ウェル１２内に数ピコリットル程度のドッ
ト状の微小液滴６０が吐出され、電極５１，５２によっ
て形成される微小キャパシタ上に着弾すると、液滴６０
の誘電率によって、着弾した部分の微小キャパシタの静
電容量或いは導電率が変化するため、この静電容量或い
は導電率の変化を検出することで、液滴６０の充填量を
検出できる。つまり、液滴６０を吐出する前のキャパシ
タＣｓの誘電率は空気の誘電率と等しいが、液滴６０が
充填されるに従い、キャパシタＣｓの誘電率が徐々に増
加し、反応ウェル１２の底部の一面が液滴６０でほぼ満
たされると、キャパシタＣｓの誘電率は液滴６０の誘電
率とほぼ等しくなる。このとき、スイッチングトランジ
スタＴｒ１を介して電源電圧ＶHからトランジスタＴｒ
２に所定の電源電圧が供給されているものとすると、液
滴６０の充填量が増加するに従い、トランジスタＴｒ２
から出力されるドレイン電流も同様に増加する。
のゲート電極７４は、図示しない位置において、電極５
１とコンタクトされており、参照電圧源Ｖrefは、同じ
く図示しない位置において、電極５２とコンタクトされ
ている。かかる構成により、キャパシタＣｓの静電容量
の変化をトランジスタＴｒ２に伝達できる。同図に示す
ように、反応ウェル１２内に数ピコリットル程度のドッ
ト状の微小液滴６０が吐出され、電極５１，５２によっ
て形成される微小キャパシタ上に着弾すると、液滴６０
の誘電率によって、着弾した部分の微小キャパシタの静
電容量或いは導電率が変化するため、この静電容量或い
は導電率の変化を検出することで、液滴６０の充填量を
検出できる。つまり、液滴６０を吐出する前のキャパシ
タＣｓの誘電率は空気の誘電率と等しいが、液滴６０が
充填されるに従い、キャパシタＣｓの誘電率が徐々に増
加し、反応ウェル１２の底部の一面が液滴６０でほぼ満
たされると、キャパシタＣｓの誘電率は液滴６０の誘電
率とほぼ等しくなる。このとき、スイッチングトランジ
スタＴｒ１を介して電源電圧ＶHからトランジスタＴｒ
２に所定の電源電圧が供給されているものとすると、液
滴６０の充填量が増加するに従い、トランジスタＴｒ２
から出力されるドレイン電流も同様に増加する。
【００４４】図５は液滴６０の充填時における、トラン
ジスタＴｒ２から出力される過渡的なドレイン電流の変
化を示すグラフであり、液滴６０の充填量の増加に対応
してドレイン電流が初期値Ｉdから単調増加する様子が
確認できる。この初期値Ｉdは液滴６０が吐出される前
のドレイン電流の値である。反応ウェル１２の底部が液
滴６０によって満たされると、電極５１，５２間の誘電
率は一定となるため、ドレイン電流の変化量は０とな
る。このドレイン電流の変化量、つまり、液滴６０の滴
下量に関するセンサ信号はセンサ信号解析回路２０に出
力され、同回路２０においてインクジェットヘッド４０
の吐出回数、駆動エネルギーなどを調整するための制御
信号が生成される。駆動制御回路３０が当該制御信号に
基づいてインクジェットヘッド４０を駆動制御する点に
ついては前述した通りである。
ジスタＴｒ２から出力される過渡的なドレイン電流の変
化を示すグラフであり、液滴６０の充填量の増加に対応
してドレイン電流が初期値Ｉdから単調増加する様子が
確認できる。この初期値Ｉdは液滴６０が吐出される前
のドレイン電流の値である。反応ウェル１２の底部が液
滴６０によって満たされると、電極５１，５２間の誘電
率は一定となるため、ドレイン電流の変化量は０とな
る。このドレイン電流の変化量、つまり、液滴６０の滴
下量に関するセンサ信号はセンサ信号解析回路２０に出
力され、同回路２０においてインクジェットヘッド４０
の吐出回数、駆動エネルギーなどを調整するための制御
信号が生成される。駆動制御回路３０が当該制御信号に
基づいてインクジェットヘッド４０を駆動制御する点に
ついては前述した通りである。
【００４５】反応ウェル１２内への液滴６０の充填が完
了し、トランジスタＴｒ２からのドレイン電流の出力が
定常状態に落ち着くと、今度は、液滴６０に含まれるタ
ーゲットＤＮＡと電極５１若しくは５２に固定されたプ
ローブＤＮＡとのハイブリダイズに起因してキャパシタ
Ｃｓの誘電率が再び変化し、これに伴い、トランジスタ
Ｔｒ２から出力されるドレイン電流も変化する。このド
レイン電流の変化はＤＮＡハイブリダイゼーションを表
すセンサ信号としてセンサ信号解析回路２０へ出力さ
れ、コンピュータ処理による遺伝子解析が行われる。
了し、トランジスタＴｒ２からのドレイン電流の出力が
定常状態に落ち着くと、今度は、液滴６０に含まれるタ
ーゲットＤＮＡと電極５１若しくは５２に固定されたプ
ローブＤＮＡとのハイブリダイズに起因してキャパシタ
Ｃｓの誘電率が再び変化し、これに伴い、トランジスタ
Ｔｒ２から出力されるドレイン電流も変化する。このド
レイン電流の変化はＤＮＡハイブリダイゼーションを表
すセンサ信号としてセンサ信号解析回路２０へ出力さ
れ、コンピュータ処理による遺伝子解析が行われる。
【００４６】本実施形態によれば、反応ウェル１２内へ
のサンプル溶液の滴下量をリアルタイムで計測しつつ、
液滴の吐出回数などを適宜調整しながら、各反応ウェル
１２へのサンプル溶液の充填を制御できるため、反応ウ
ェル１２内への液滴充填を確実に行える。また、各種生
体試料を含有するサンプル溶液を反応ウェル１２内に吐
出する前準備として、インクジェットヘッド４０を用い
て標準液を標準溶液吐出用ウェル１３へ吐出、充填する
ことにより、標準液の粘性、表面張力、ノズル面に対す
る接触角などの各種物性的特性から、標準液を吐出する
際のインクジェットヘッド４０を駆動するための最適な
駆動電圧、吐出回数などを予め計測しておくことで、サ
ンプル溶液を吐出する際のインクジェットヘッド４０の
駆動電圧、吐出回数などを補正することも可能である。
また、トランジスタＴｒ２の特性のバラツキによって、
各反応ウェル１２からのセンサ信号に誤差が含まれてい
ても、標準液吐出用ウェル１３を利用することで、その
バラツキを補正することも可能となる。
のサンプル溶液の滴下量をリアルタイムで計測しつつ、
液滴の吐出回数などを適宜調整しながら、各反応ウェル
１２へのサンプル溶液の充填を制御できるため、反応ウ
ェル１２内への液滴充填を確実に行える。また、各種生
体試料を含有するサンプル溶液を反応ウェル１２内に吐
出する前準備として、インクジェットヘッド４０を用い
て標準液を標準溶液吐出用ウェル１３へ吐出、充填する
ことにより、標準液の粘性、表面張力、ノズル面に対す
る接触角などの各種物性的特性から、標準液を吐出する
際のインクジェットヘッド４０を駆動するための最適な
駆動電圧、吐出回数などを予め計測しておくことで、サ
ンプル溶液を吐出する際のインクジェットヘッド４０の
駆動電圧、吐出回数などを補正することも可能である。
また、トランジスタＴｒ２の特性のバラツキによって、
各反応ウェル１２からのセンサ信号に誤差が含まれてい
ても、標準液吐出用ウェル１３を利用することで、その
バラツキを補正することも可能となる。
【００４７】尚、上記の説明では、キャパシタＣｓとト
ランジスタＴｒ２からなる容量型センサによって、ＤＮ
Ａハイブリダイゼーションの検出と、液滴６０の滴下量
の計測を行っていたが、本発明はこれに限られるもので
はなく、液滴６０の滴下量を計測するための検出手段を
キャパシタＣｓとは別に設けてもよい。また、上記の説
明においては、バイオセンサの受容体としてプローブＤ
ＮＡを用いることにより遺伝子解析を行う場合を例示し
たが、本発明はこれに限られず、例えば、抗原を受容体
とすることで抗原抗体反応を検出したり、酵素を受容体
とすることで酵素基質反応を検出することもできる。つ
まり、受容体の種類によって、酵素センサ、免疫セン
サ、微生物センサ、オルガネラセンサ、組織センサ、レ
セプタセンサなどに分類し、用途別に使い分けることが
できる。このように、バイオセンサの用途に応じて分子
認識作用のある生体分子を受容体として適宜選択するこ
とにより、各種の生化学物質のセンシングを行うことが
できる。このようなバイオセンサは医療現場や個人で用
いられるポイントオブケアデバイスや、ヘルスケアデバ
イスに応用することが可能である。
ランジスタＴｒ２からなる容量型センサによって、ＤＮ
Ａハイブリダイゼーションの検出と、液滴６０の滴下量
の計測を行っていたが、本発明はこれに限られるもので
はなく、液滴６０の滴下量を計測するための検出手段を
キャパシタＣｓとは別に設けてもよい。また、上記の説
明においては、バイオセンサの受容体としてプローブＤ
ＮＡを用いることにより遺伝子解析を行う場合を例示し
たが、本発明はこれに限られず、例えば、抗原を受容体
とすることで抗原抗体反応を検出したり、酵素を受容体
とすることで酵素基質反応を検出することもできる。つ
まり、受容体の種類によって、酵素センサ、免疫セン
サ、微生物センサ、オルガネラセンサ、組織センサ、レ
セプタセンサなどに分類し、用途別に使い分けることが
できる。このように、バイオセンサの用途に応じて分子
認識作用のある生体分子を受容体として適宜選択するこ
とにより、各種の生化学物質のセンシングを行うことが
できる。このようなバイオセンサは医療現場や個人で用
いられるポイントオブケアデバイスや、ヘルスケアデバ
イスに応用することが可能である。
【００４８】
【発明の効果】本発明によれば、生体試料を含む液滴の
反応ウェル内への充填量を基に液滴の吐出制御を行える
ため、粘性や表面張力などが著しく異なる生体試料であ
っても、安定した液滴吐出制御を行うことができ、高信
頼性のバイオセンシングを可能にできる。
反応ウェル内への充填量を基に液滴の吐出制御を行える
ため、粘性や表面張力などが著しく異なる生体試料であ
っても、安定した液滴吐出制御を行うことができ、高信
頼性のバイオセンシングを可能にできる。
【図１】バイオセンシングシステムの構成図である。
【図２】バイオセンサの回路構成図である。
【図３】反応ウェルの平面図（Ａ）と断面図（Ｂ）であ
る。
る。
【図４】液滴の粘度と吐出重量の関係を示すグラフであ
る。
る。
【図５】液滴の充填量を計測するセンサ出力である。
１０…バイオセンサ
１１…基板
１２…反応ウェル
１３…標準液吐出用ウェル
１４…信号出力端子
１５…列ドライバ
１６…電流検出回路
１７…パッシベーション膜
１８…絶縁膜
２０…センサ信号解析回路
３０…駆動制御回路
４０…インクジェットヘッド
５１，５２…電極
６０…液滴
Ｃｓ…キャパシタ
Ｔｒ１，Ｔｒ２…トランジスタ
Ｓ１…温度センサ
Ｓ２…ｐＨセンサ
Ｓ３…ヒータ
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フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｇ０１Ｎ 27/416 Ｇ０１Ｎ 27/46 ３５３Ｆ
Ｃ１２Ｎ 15/00 Ａ
Ｆターム(参考） 2G060 AA06 AC10 AD06 AE17 AF03
AF08 AF10 AG10 FA01 FB02
HA02 HC07 HC13 HC19 HE03
KA05
4B024 AA11 AA19 CA01 CA09 CA11
HA13 HA14
4B029 AA07 AA08 AA23 BB20 CC01
CC02 CC03 CC08 FA12 FA15
GA08 GB10
4B063 QA01 QQ42 QQ52 QR32 QR35
QR38 QR55 QR84 QS34 QS39
QX04
Claims (15)
- 【請求項１】 生体分子を含有する溶液を充填するため
の反応ウェルと、 前記生体分子のうち特定の生体分子と生体認識分子との
間で特異的に生じる生体反応を電気信号に変換して外部
回路に出力するトランスデューサと、 前記生体分子を含有する溶液の前記反応ウェルへの充填
量を電気信号として外部回路に出力する充填量検出手段
とを含む、バイオセンサ。 - 【請求項２】 生体分子を含有する溶液を充填するため
の反応ウェルと、 前記生体分子のうち特定の生体分子と生体認識分子との
間で特異的に生じる生体反応を電気信号に変換して外部
回路に出力するトランスデューサとを備え、 前記トランスデューサは、前記生体分子を含有する溶液
の前記反応ウェルへの充填量を電気信号として外部回路
に出力する充填量検出手段として機能する、バイオセン
サ。 - 【請求項３】 前記トランスデューサは、生体認識分子
を電極表面に固定する容量素子と、前記容量素子の容量
変化に対応してゲート電位が変動するトランジスタとを
含む、請求項１又は請求項２に記載のバイオセンサ。 - 【請求項４】 前記反応ウェル内の水素イオン濃度を計
測するｐＨセンサ、前記反応ウェル内の温度を検出する
温度センサ、若しくは前記反応ウェルの温度調整を行う
温度調整手段のうち少なくとも何れかを含む、請求項１
乃至請求項３のうち何れか１項に記載のバイオセンサ。 - 【請求項５】 前記特定の生体分子はターゲットＤＮＡ
であり、前記生体認識分子はプローブＤＮＡである、請
求項１乃至請求項４のうち何れか１項に記載のバイオセ
ンサ。 - 【請求項６】 請求項１乃至請求項５のうち何れか１項
に記載のバイオセンサと、 生体分子を含有する液滴を前記反応ウェルに吐出するた
めの液滴吐出手段と、 前記充填量検出手段からの出力信号に基づいて、前記液
滴吐出手段を駆動制御することにより、前記反応ウェル
への液滴の充填量を調整する制御手段とを備える、バイ
オセンシングシステム。 - 【請求項７】 前記バイオセンサは、標準液を試験的に
吐出するための標準液吐出用ウェルをさらに備え、 前記制御手段は、標準液吐出用ウェルへ標準液を試験的
に吐出することにより、生体分子を含有する液滴を前記
反応ウェルへ吐出する際の液滴吐出手段の駆動制御を調
整する、請求項６に記載のバイオセンシングシステム。 - 【請求項８】 前記制御手段は、液滴吐出手段の液滴吐
出力、若しくは液滴の吐出回数を調整する、請求項７に
記載のバイオセンシングシステム。 - 【請求項９】 前記液滴吐出手段は、インクジェットヘ
ッドである、請求項６乃至請求項８のうち何れか１項に
記載のバイオセンシングシステム。 - 【請求項１０】 特定の生体分子と生体認識分子との間
で生じる特異的な反応を検出するための反応ウェルへ液
滴吐出手段を用いて前記特定の生体分子を含有する液滴
を吐出するステップと、 前記反応ウェルへの液滴の充填量を計測するステップ
と、 前記反反応ウェルへの液滴の充填量を基に、前記液滴吐
出手段による液滴の吐出制御を調整するステップとを含
む、バイオセンシング方法。 - 【請求項１１】 標準液吐出用ウェルへ標準液を試験的
に吐出することにより、生体分子を含有する液滴を前記
反応ウェルへ吐出する際の液滴吐出手段の駆動制御を調
整するステップをさらに含む、請求項１０に記載のバイ
オセンシング方法。 - 【請求項１２】 前記液滴吐出手段の駆動制御を調整す
る際に、液滴吐出手段の液滴吐出力、若しくは液滴の吐
出回数を調整する、請求項１０又は請求項１１に記載の
バイオセンシング方法。 - 【請求項１３】 前記反応ウェル内に設けられた容量素
子の液滴充填に伴う静電容量変化を基に前記液滴の充填
量を計測する、請求項１０乃至請求項１２のうち何れか
１項に記載のバイオセンシング方法。 - 【請求項１４】 前記特定の生体分子と生体認識分子と
の間で生じる特異的な反応を検出するステップをさらに
含む、請求項１０乃至請求項１３のうち何れか１項に記
載のバイオセンシング方法。 - 【請求項１５】 前記特定の生体分子はターゲットＤＮ
Ａであり、前記生体認識分子はプローブＤＮＡである、
請求項１０乃至請求項１４のうち何れか１項に記載のバ
イオセンシング方法。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2002130153A JP2003322630A (ja) | 2002-05-01 | 2002-05-01 | バイオセンサ、バイオセンシングシステム、及びバイオセンシング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003322630A true JP2003322630A (ja) | 2003-11-14 |
Family
ID=29543342
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002130153A Pending JP2003322630A (ja) | 2002-05-01 | 2002-05-01 | バイオセンサ、バイオセンシングシステム、及びバイオセンシング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005059092A1 (en) * | 2003-12-16 | 2005-06-30 | Canon Kabushiki Kaisha | Substrate for cell culture, producing method thereof and screening method for cell culture conditions utilizing the same |
| KR100650603B1 (ko) * | 2005-10-12 | 2006-11-29 | 주식회사 포스코 | 응축방울 검지센서 |
| JP2007163438A (ja) * | 2005-12-16 | 2007-06-28 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ｐＨ電極 |
| JP2007187582A (ja) * | 2006-01-13 | 2007-07-26 | Seiko Epson Corp | バイオチップ、バイオセンサ、及び検査システム |
| JP2007322270A (ja) * | 2006-06-01 | 2007-12-13 | Casio Comput Co Ltd | 半導体センサ及び同定方法 |
| JP2008039523A (ja) * | 2006-08-03 | 2008-02-21 | Toyohashi Univ Of Technology | ｐＨ検出装置 |
| JP2010519914A (ja) * | 2007-03-02 | 2010-06-10 | ディ・エヌ・エイ・エレクトロニクス・リミテッド | 固相ｐＨ検出を用いたｑＰＣＲ |
| JP2015059929A (ja) * | 2013-09-20 | 2015-03-30 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 生体分子計測装置 |
| WO2016143320A1 (ja) * | 2015-03-07 | 2016-09-15 | 国立大学法人名古屋大学 | 半導体集積回路 |
| KR101789716B1 (ko) * | 2016-06-29 | 2017-10-25 | 서울대학교산학협력단 | 바이오 센싱 장치 |
| CN107478689A (zh) * | 2016-06-08 | 2017-12-15 | 立锜科技股份有限公司 | 生医检测装置以及生医检测装置的制造方法 |
| WO2018004191A1 (ko) * | 2016-06-29 | 2018-01-04 | 서울대학교 산학협력단 | 바이오 센싱 장치 및 약물 전달 장치 |
| EP3378561A1 (en) * | 2017-03-24 | 2018-09-26 | Toshiba TEC Kabushiki Kaisha | Droplet dispensing apparatus |
| CN108621560A (zh) * | 2017-03-24 | 2018-10-09 | 东芝泰格有限公司 | 液滴分配装置 |
-
2002
- 2002-05-01 JP JP2002130153A patent/JP2003322630A/ja active Pending
Cited By (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8148153B2 (en) | 2003-12-16 | 2012-04-03 | Canon Kabushiki Kaisha | Substrate for cell culture, producing method thereof and screening method for cell culture conditions utilizing the same |
| JP2005176630A (ja) * | 2003-12-16 | 2005-07-07 | Canon Inc | 細胞培養用基板、その製造方法、それを用いた細胞スクリーニング法 |
| WO2005059092A1 (en) * | 2003-12-16 | 2005-06-30 | Canon Kabushiki Kaisha | Substrate for cell culture, producing method thereof and screening method for cell culture conditions utilizing the same |
| US8323973B2 (en) | 2003-12-16 | 2012-12-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Substrate for cell culture, producing method thereof and screening method for cell culture conditions utilizing the same |
| JP4632400B2 (ja) * | 2003-12-16 | 2011-02-16 | キヤノン株式会社 | 細胞培養用基板、その製造方法、それを用いた細胞スクリーニング法 |
| KR100650603B1 (ko) * | 2005-10-12 | 2006-11-29 | 주식회사 포스코 | 응축방울 검지센서 |
| JP2007163438A (ja) * | 2005-12-16 | 2007-06-28 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ｐＨ電極 |
| JP2007187582A (ja) * | 2006-01-13 | 2007-07-26 | Seiko Epson Corp | バイオチップ、バイオセンサ、及び検査システム |
| US7833396B2 (en) | 2006-01-13 | 2010-11-16 | Seiko Epson Corporation | Biochip, biosensor and inspection system |
| JP4735833B2 (ja) * | 2006-01-13 | 2011-07-27 | セイコーエプソン株式会社 | バイオチップ及びバイオセンサ |
| JP2007322270A (ja) * | 2006-06-01 | 2007-12-13 | Casio Comput Co Ltd | 半導体センサ及び同定方法 |
| JP2008039523A (ja) * | 2006-08-03 | 2008-02-21 | Toyohashi Univ Of Technology | ｐＨ検出装置 |
| JP2010519914A (ja) * | 2007-03-02 | 2010-06-10 | ディ・エヌ・エイ・エレクトロニクス・リミテッド | 固相ｐＨ検出を用いたｑＰＣＲ |
| JP2015059929A (ja) * | 2013-09-20 | 2015-03-30 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 生体分子計測装置 |
| WO2016143320A1 (ja) * | 2015-03-07 | 2016-09-15 | 国立大学法人名古屋大学 | 半導体集積回路 |
| CN107478689A (zh) * | 2016-06-08 | 2017-12-15 | 立锜科技股份有限公司 | 生医检测装置以及生医检测装置的制造方法 |
| KR101789716B1 (ko) * | 2016-06-29 | 2017-10-25 | 서울대학교산학협력단 | 바이오 센싱 장치 |
| WO2018004191A1 (ko) * | 2016-06-29 | 2018-01-04 | 서울대학교 산학협력단 | 바이오 센싱 장치 및 약물 전달 장치 |
| EP3378561A1 (en) * | 2017-03-24 | 2018-09-26 | Toshiba TEC Kabushiki Kaisha | Droplet dispensing apparatus |
| CN108620145A (zh) * | 2017-03-24 | 2018-10-09 | 东芝泰格有限公司 | 液滴分注装置以及液滴分注方法 |
| CN108621560A (zh) * | 2017-03-24 | 2018-10-09 | 东芝泰格有限公司 | 液滴分配装置 |
| EP3378563A3 (en) * | 2017-03-24 | 2018-10-17 | Toshiba TEC Kabushiki Kaisha | Droplet dispensing apparatus |
| JP2018161616A (ja) * | 2017-03-24 | 2018-10-18 | 東芝テック株式会社 | 液滴分注装置 |
| JP2018163016A (ja) * | 2017-03-24 | 2018-10-18 | 東芝テック株式会社 | 液滴分注装置 |
| CN108620145B (zh) * | 2017-03-24 | 2021-03-19 | 东芝泰格有限公司 | 液滴分注装置以及液滴分注方法 |
| US11213813B2 (en) | 2017-03-24 | 2022-01-04 | Toshiba Tec Kabushiki Kaisha | Droplet dispensing apparatus |
| JP7019303B2 (ja) | 2017-03-24 | 2022-02-15 | 東芝テック株式会社 | 液滴分注装置 |
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