JP2005345468A - インダクタンス素子を用いたバイオ結合検出装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明のバイオ結合検出方法は、少なくとも1つのインダクタンス素子で信号変換部を形成する段階、基板(Substrate)に、プローブ(capturing probe)生分子(biomolecules)付きのバイオチップを前記信号変換部の所定領域に配置させ、前記信号変換部の電気的な特性を測定する段階、バイオチップと分析したい試料(DAN、RNA、Protein、Biomolecules)とを結合反応させる段階、及び、結合反応後、信号変換部の電気的な特性を測定する段階を含む。従って、バイオ結合の検出結果を電気的な信号で得られるため、従来に比べてバイオ結合反応に対する検出力が向上する。
【選択図】 図2b
Description
バイオチップ上には、試料に含まれた特定の遺伝情報の探索が可能なプローブ(capturing probe)の役割を果たす物質らをチップの表面に固定させる。
バイオチップに係る技術としては、プローブの付着及び固定技術、信号検出技術及び情報処理技術などが挙げられる。
質量検出法は、プローブと試料との相互反応を電気信号化して検出するものである。その代表例としては、高周波数で振動する水晶上に固定されたプローブの重さに応じて、振動数の変化を測定するEQCM (electrochemical quartz crystal microbalance)検出法がある。
一方、図1a及び図1bは、従来のキャパシタンス素子を用いたバイオ結合検出装置を示す図である。
キャパシタンス素子の特性変化を用いる場合、小型のキャパシタンス素子を形成するのに問題点がある。キャパシタンスは断面積に比例し厚さに反比例するため、断面積を広げながらバイオ処理が容易であるように設計するのは、非常に難しい。
図1bは、平面において櫛状でキャパシタンス素子を形成したキャパシターを用いたバイオ結合検出装置であって、金属膜の厚さが非常に薄くて少量のキャパシタンス素子が形成され、実際にバイオ結合検出感度が良くないという問題点がある。
本願第3発明は、第1発明において、前記電気的な特性は、前記信号変換部の周波数特性、位相特性、インピーダンス特性、損失特性、電流特性、電圧特性の何れか1つであることを特徴とする、請求項1に記載のインダクタンス素子を用いたバイオ結合検出装置。
また、信号変換部は、インダクタンス素子だけでなく、寄生的に発生するインダクタンス成分を持つ素子を用いることができる。
本願第7発明は、第5発明において、前記バイオチップと前記試料との結合反応の前後において、電気的な特性が変化する場合、バイオ結合があると判断する段階をさらに含むバイオ結合検出方法を提供する。
本願第9発明は、第5発明において、前記バイオチップが配置される前記信号変換部の所定領域は、前記インダクタンス素子の巻線間、及び、前記インダクタンス素子の上部の少なくとも1つである。
図2a及び図2bは、本発明の一実施の形態に係るインダクタンス素子を用いたバイオ結合検出装置を示す断面図である。
同図に示すように、1つのインダクタンス素子110で信号変換部160を形成する。信号変換部160は、バイオ結合の有無によってその電気的な特性が変化して、バイオ結合を検出する手段である。ここで、電気的な特性は、信号変換部160の周波数特性、位相特性、インピーダンス特性、損失特性、電流特性、電圧特性などを言う。信号変換部160は、少なくとも1つのインダクタンス素子110が直列又は並列に連結して形成されるが、図2a及び図2bでは、1つのインダクタンス素子110のみで信号変換部160を形成した。このようなインダクタンス素子110は、同図に示すように、立体の巻線構造で形成されるが、環形や線形でも形成されることができる。
図3a及び図3bは、本発明の一実施の形態に係るインダクタンス素子を用いたバイオ結合装置の信号変換部を示す図である。
図3bは、図3aに示した信号変換部のインダクタンス素子110の捲線間の間隔を2μmとし、巻線の幅を15μmとし、巻線の厚さを2μmとして構成した。
まず、試料に含まれている特定の情報を探索できるプローブ(capturing probe)の役割を果たす物質を、基板(SubStrate)の表面に付着してバイオチップ120を形成する。続いて、インダクタンス素子110で信号変換部160を形成する(S310)。ここで、信号変換部160は、少なくとも1つのインダクタンス素子110が直列又は並列に連結して形成される。
次に、バイオチップ120が配置された信号変換部160の電気的な特性を測定する。つまり、バイオチップ120が分析したい試料との反応前、即ちバイオ結合前の信号変換部160の周波数特性、位相特性、インピーダンス特性、損失特性、電流特性、電圧特性などの電気的な特性を測定する(S330)。これは、バイオ結合後の信号変換部160の電気的な特性と比較して、バイオ結合の有無及び量を検出するためである。
バイオチップ120が試料と結合反応すれば、信号変換部160の電気的な特性が変化するので、結合反応の前後の信号変換部160の電気的な特性の測定値を比較して、バイオ結合の有無及び量を検出する(S370)。
図5a及び図5dはバイオ結合前の信号変換部160を示す図である。同図に示すように、1つのインダクタンス素子110で信号変換部160が形成され、バイオチップ120はインダクタンス素子110の巻線間に形成される。バイオチップ120を信号変換部160に配置させた後、入力ポート140から高周波の信号を入力して、バイオ結合前の信号変換部160の電気的な特性を測定する。
図5c及び図5fはバイオ結合反応後を示す図であって、バイオチップ120と結合しない試料130の生分子と、バイオチップ120と結合する試料130の生分子の中の余分の生分子とを除去した後を示す図である。バイオ結合後に入力ポート140から信号を入力して、信号変換部160の電気的な特性を測定する。結合反応の有無は、結合反応の前後の出力ポート150からの出力値を互いに比較して検出する。
図6から、インダクタンス素子110の巻線間にバイオチップ120を形成し、巻線間の誘電率を、空気中と仮定したとき、バイオ結合反応後にその誘電率が4に変化し、結合反応の前後の差を電気的な信号に変換できることが分かる。また、誘電率の変化は、バイオ試料の種類に応じて変化することができ、特に、バイオ試料の誘電率の変化だけでなく、インピーダンス変化も信号変換に影響を与える。
図7aは、金属薄膜が誘電物質内に存在する場合、自由空間での波長に比べて波長が変化することを誘電率の観点で示す図である。同図に示すように、金属薄膜の周囲に誘電物質があり、誘電率が変化すれば、波長が変化し、周波数特性が変化する。このような誘電率の変化による波長の変化は、次の式による。
図7bはインダクタンス素子の構造を示す図であって、上下部層の誘電率の変化はインダクタンス素子の特性変化に影響を与えるが、特に、Q(quality factor)値の変化に影響を与えて、インダクタンス素子の周波数及び入出力特性を変化させる。特に、高周波領域では、誘電率の変化に応じてインダクタンス素子の特性変化が敏感なので、バイオ結合後のインダクタンス素子の特性を測定して、バイオ結合の有無を容易に検出することができる。
本発明の詳細な説明では具体的な実施の形態に関し説明したが、これに限定されるものではなく、本発明の技術的史上から逸脱しない範囲内で多様に変形・実施可能であることは言うまでもない。
120 バイオチップ
130 試料
140 入力ポート
150 出力ポート
160 信号変換部
170 特徴量検出部
Claims (10)
- 少なくとも1つのインダクタンス素子で形成された信号変換部
前記信号変換部の所定領域に配置されるバイオチップ;
前記信号変換部の一端と連結しており、前記信号変換部の電気的な特性を測定するための信号が入力される入力ポート;
前記信号変換部の他端と連結しており、前記信号変換部の信号が出力される出力ポート;及び、
前記出力ポートと連結しており、前記信号変換部の電気的な特性を測定する特徴量検出部;を含むことを特徴とする、インダクタンス素子を用いたバイオ結合検出装置。 - 前記バイオチップが配置される前記信号変換部の所定領域は、前記インダクタンス素子の巻線間、及び、前記インダクタンス素子の上部の少なくとも1つであることを特徴とする、請求項1に記載のインダクタンス素子を用いたバイオ結合検出装置。
- 前記電気的な特性は、前記信号変換部の周波数特性、位相特性、インピーダンス特性、損失特性、電流特性、電圧特性の何れか1つであることを特徴とする、請求項1に記載のインダクタンス素子を用いたバイオ結合検出装置。
- 前記特徴量検出部は、周波数特性検出器、位相特性検出器、インピーダンス特性検出器、損失特性検出器、電流特性検出器、電圧特性検出器の何れか1つにより動作することを特徴とする、請求項1に記載のインダクタンス素子を用いたバイオ結合検出装置。
- 少なくとも1つのインダクタンス素子で信号変換部を形成する段階;
基板(Substrate)に、プローブ(capturing probe)生分子(biomolecules)付きのバイオチップを前記信号変換部の所定領域に配置させ、前記信号変換部の電気的な特性を測定する段階;
前記バイオチップと分析したい試料(Sample)とを結合反応させる段階;及び、
前記結合反応後、前記信号変換部の電気的な特性を測定する段階;を含むことを特徴とする、インダクタンス素子を用いたバイオ結合検出方法。 - 前記バイオチップと前記試料とのバイオ結合後、前記バイオチップと結合しない試料の生分子と、前記バイオチップと結合する試料の生分子の中の余分の生分子とを除去する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項5に記載のインダクタンス素子を用いたバイオ結合検出方法。
- 前記バイオチップと前記試料との結合反応の前後において、電気的な特性が変化する場合、バイオ結合があると判断する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項5に記載のインダクタンス素子を用いたバイオ結合検出方法。
- 前記電気的な特性は、前記信号変換部の周波数特性、位相特性、インピーダンス特性、損失特性、電流特性、電圧特性の何れか1つであることを特徴とする、請求項5に記載のインダクタンス素子を用いたバイオ結合検出方法。
- 前記バイオチップが配置される前記信号変換部の所定領域は、前記インダクタンス素子の巻線間、及び、前記インダクタンス素子の上部の少なくとも1つであることを特徴とする、請求項5に記載のインダクタンス素子を用いたバイオ結合検出方法。
- 前記特徴量検出部は、周波数特性検出器、位相特性検出器、インピーダンス特性検出器、損失特性検出器、電流特性検出器、電圧特性検出器の何れか1つにより動作することを特徴とする、請求項5に記載のインダクタンス素子を用いたバイオ結合検出方法。
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