JP2007271619A - イオン物質のサイズ及び濃度を同時に検出する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】イオン物質のサイズ及び濃度を同時に検出する方法及び装置を提供する。
【解決手段】異なる電気的特性を有するイオン物質検出用の２以上の電界効果トランジスタ基盤のセンサーをそれぞれ利用して、サイズ及び濃度が既知の３種類以上のイオン物質の電圧降下値を測定する段階と、前記異なる電気的特性を有するイオン物質検出用の２以上の電界効果トランジスタ基盤のセンサーのそれぞれに対して、前記３種類以上のイオン物質についての既知のサイズ、濃度、及び測定された前記電圧降下値から、サイズ、濃度及び電圧降下値を含む３次元プロット中に３点以上を決定する段階と、決定された前記３点以上を単一の平面に近似する段階と、未知のイオン物質の前記電圧降下値を利用して、前記平面上に存在する等電圧線を決定する段階と、決定された２以上の前記等電圧線の間の交差点を決定する段階と、を含む、イオン物質のサイズ及び濃度の検出方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、イオン物質のサイズ及び濃度を同時に検出する方法、並びにイオン物質のサイズ及び濃度を同時に検出する装置に関する。

電気的な信号を利用してイオン物質、特に生分子を検出するセンサーのうち、トランジスタを含む構造を有するトランジスタ基盤のバイオセンサーがある。これは、半導体工程を利用して製造されるものであって、電気的な信号の転換が速いという長所があるため、これまで上記バイオセンサーについて多くの研究が行われてきた。

電界効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｔｏｒ：以下、ＦＥＴと称する）を使用して、生物学的な反応を測定する最初の特許文献として、特許文献１がある。これは、抗原−抗体反応について表面電荷密度の変化に起因する半導体反転層の変化を電流で測定するバイオセンサーに係り、生分子のうち蛋白質に関する。

このようなＦＥＴをバイオセンサーとして使用する場合には、従来の方式に比べてコスト及び時間があまりかからず、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）／ＭＥＭＳ工程との組み合わせが容易であるという点で大きな長所を有している。

前記ＦＥＴ基盤のバイオセンサーのゲート電極の表面に、プローブ生分子が固定されていても固定されていなくてもよい。ＦＥＴ基盤のバイオセンサーを利用した生分子の検出方法は、前記プローブ生分子が固定されているか、または固定されていないゲート電極の表面に標的生分子が結合することによる電流または電圧の変化の測定によって行われうる。他の方法として、プローブ生分子が固定されていないゲート電極の一定距離内に標的生分子が存在することによる電流または電圧の変化の測定によって行われてもよい。
米国特許第４，２３８，７５７号明細書

しかし、従来のＦＥＴ基盤のバイオセンサーを利用して標的イオン物質を検出しようとする場合、電圧または電流の変化による不特定イオン物質の濃度は分かるが、前記電圧または電流の変化が前記標的イオン物質に起因するものか否かは不明であるという問題点がある。

例えば、理想的に言えば、予め特定のＰＣＲが行われるように、プライマーを適切に選定し、かつアッセイ条件を的確に設定すれば、バンドの有無のみで標的核酸の有無を高い信頼度で確認できる。しかし、実際に未知のサンプルを利用してＰＣＲを行う場合、前記のような最適ではない次善の条件下で得られる反応物（副産物）が検出されて、エラーが頻発する。

従って、前記のようなエラーの有無を判断するためには、イオン物質の濃度と同時にイオン物質のサイズ、例えば核酸の長さを測定する必要がある。

前記問題点を解決するために、本発明の目的は、イオン物質のサイズ及び濃度を同時に検出できる方法を提供することである。

本発明の他の目的は、イオン物質のサイズ及び濃度を同時に検出できる装置を提供することである。

本発明の目的を解決するために、本発明は、異なる電気的特性を有するイオン物質検出用の２以上の電界効果トランジスタ基盤のセンサーをそれぞれ利用して、サイズ及び濃度が既知の３種類以上のイオン物質の電圧降下値を測定する段階と、前記異なる電気的特性を有するイオン物質検出用の２以上の電界効果トランジスタ基盤のセンサーのそれぞれに対して、前記３種類以上のイオン物質についての既知のサイズ、濃度、及び測定された前記電圧降下値から、サイズ、濃度及び電圧降下値を含む３次元プロット中に３点以上を決定する段階と、前記異なる電気的特性を有するイオン物質検出用の２以上の電界効果トランジスタ基盤のセンサーのそれぞれに対して、決定された前記３点以上を単一の平面に近似する段階と、前記異なる電気的特性を有するイオン物質検出用の２以上の電界効果トランジスタ基盤のセンサーのそれぞれを利用して、サイズ及び濃度が未知のイオン物質の電圧降下値を測定する段階と、前記異なる電気的特性を有するイオン物質検出用の２以上の電界効果トランジスタ基盤のセンサーのそれぞれに対して、未知のイオン物質の前記電圧降下値を利用して、前記平面上に存在する等電圧線を決定する段階と、決定された２以上の前記等電圧線の間の交差点を決定する段階と、を含む、イオン物質のサイズ及び濃度の検出方法を提供する。

本発明の他の目的を解決するために、本発明は、異なる電気的特性を有するイオン物質検出用の２以上の電界効果トランジスタ基盤のセンサーを備える、電圧降下測定部と、イオン物質についての既知のサイズ、濃度、及び前記電圧降下測定部で測定された電圧降下値から、サイズ、濃度及び電圧降下を含む３次元プロット中で点を決定する、点決定部と、前記点決定部で決定された３点以上を単一の平面に近似する、平面近似化部と、サイズ及び濃度が未知のイオン物質について、前記電圧降下測定部で測定された電圧降下値を利用して、前記平面近似化部で近似される平面上に存在する等電圧線を決定する等電圧線決定部と、前記等電圧線決定部で決定された２以上の前記等電圧線の間の交差点を決定する交差点決定部と、を備える、イオン物質のサイズ及び濃度の検出装置を提供する。

本発明によれば、核酸などのイオン物質の濃度とサイズとを同時に測定できる。従って、ＦＥＴ基盤のバイオセンサーを利用して標的イオン物質を検出しようとする場合、電圧または電流の変化によるイオン物質の濃度が分かるだけでなく、電圧または電流の変化が前記標的イオン物質に起因することについての信頼性が高くなる。

以下、添付した図面を参照しつつ、本発明を更に詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る、イオン物質のサイズ及び濃度の検出方法を示すフローチャートである。

図１に示すように、まず、異なる電気的特性を有するイオン物質検出用の２以上のＦＥＴ基盤のセンサーをそれぞれ利用して、サイズ及び濃度が既知の３種類以上のイオン物質の電圧降下値を測定する（段階１１）。

前記電圧降下値の測定（段階１１）は、前記異なる電気的特性を有するイオン物質検出用の２以上のＦＥＴ基盤のセンサーを備えるチャンバに、前記３種類以上のイオン物質を含有する溶液を流入させることによって行われうる。

前記イオン物質検出用の２以上のＦＥＴ基盤のセンサーの異なる電気的特性は、センサーの表面物質、センサーの構造またはセンサーのサイズの差異により得られうる。前記センサーの構造の差異は、同じセンサーを製造する工程上発生する微細な構造の差異でありうる。

また、前記イオン物質検出用の２以上のＦＥＴ基盤のセンサーは、それぞれ同じ電気的特性を有する複数のＦＥＴ基盤のセンサーを含んでもよい。この場合、前記電圧降下値の測定は、前記同じ電気的特性を有する複数のＦＥＴ基盤のセンサーを利用して測定した電圧降下値を平均化することによって行われうる。

上記のＦＥＴは、従来のバイオセンサーまたはＣＭＯＳ素子に使用されている任意のＦＥＴであってもよく、ｎ−ＭＯＳ及びｐ−ＭＯＳのどちらも可能である。例えば、前記基板がｎ型にドーピングされた場合、前記ソース及びドレインは、それぞれｐ型にドーピングされ、逆に、前記基板がｐ型にドーピングされた場合、前記ソース及びドレインは、それぞれｎ型にドーピングされうる。

本発明において、前記イオン物質は、特に限定されることはなく、例えば、イオン原子、イオン分子であり、前記イオン分子の例として、生分子などが挙げられる。イオン性モノマーからなる生体高分子、特にＤＮＡ及びＲＮＡのような核酸が、そのサイズ、長さ及び質量に比例した負の電荷を有するという理由から、前記イオン物質は生分子であることが好ましい。前記生分子は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ＰＮＡ、ＬＮＡ及びその混成体からなる群から選択される核酸であるか、または酵素、基質、抗原、抗体、リガンド、アプタマー及び受容体からなる群から選択される蛋白質でありうる。

前記イオン物質のサイズは、前記イオン物質の電荷または長さでありうる。具体的には、前記イオン物質がイオン原子である場合、前記イオン物質のサイズは前記イオン原子の電荷とみなされ、また、前記イオン物質が核酸である場合、前記イオン物質のサイズは前記核酸の長さとみなされる。

次いで、図１に示すように、前記異なる電気的特性を有するイオン物質検出用の２以上のＦＥＴ基盤のセンサーのそれぞれに対して、前記３種類以上のイオン物質についての既知のサイズ、濃度、及び測定された前記電圧降下値から、サイズ、濃度及び電圧降下値を含む３次元プロット中に３点以上を決定する（段階１２）。

前記３次元プロットは、例えば、サイズをｘ軸とし、濃度をｙ軸とし、及び電圧降下をｚ軸として構成されうる。前記３点以上を決定する段階（段階１２）は、まず、サイズ及び濃度が既知の１種類のイオン物質を利用して電圧降下値を測定し、前記サイズ、濃度及び電圧降下値を前記３次元プロット中に表示する。次いで、前記方法と同様に、残りの２種類以上のイオン物質についての点も前記３次元プロット中に表示する。

次いで、前記異なる電気的特性を有するイオン物質検出用の２以上のＦＥＴ基盤のセンサーのそれぞれに対して、決定された前記３点以上を単一の平面に近似する（段階１３）。

上記の平面近似段階（段階１３）は、当業界で知られているあらゆる平面近似に関する統計方法を含み、特定の方法に限定されるものではない。

例えば、３点を利用して単一の平面に近似する場合、前記平面近似段階は、下記の数式１の定数ａ、ｂ及びｃを求めることを含みうる。すなわち、ｘ、ｙ及びｚの３つの変数から構成される数式１が得られる。

前記数式１で、ｘはイオン物質のサイズ（単位：ｍ）、ｙは濃度値（単位：Ｍ）、及びｚは電圧降下値（単位：Ｖ）を表す。

次いで、前記異なる電気的特性を有するイオン物質検出用の２以上のＦＥＴ基盤のセンサーのそれぞれを利用して、サイズ及び濃度が未知のイオン物質の電圧降下値を測定する（段階１４）。

前記イオン物質の電圧降下値の測定（段階１４）は、前記異なる電気的特性を有するイオン物質検出用の２以上のＦＥＴ基盤のセンサーを備えるチャンバに、前記イオン物質を含有する溶液を流入させることによって行われうる。

また、前記イオン物質検出用の２以上のＦＥＴ基盤のセンサーは、それぞれ同じ電気的特性を有する複数のＦＥＴ基盤のセンサーを含んでもよい。この場合、前記イオン物質の電圧降下値の測定は、前記同じ電気的特性を有する複数のＦＥＴ基盤のセンサーを利用して測定した電圧降下値を平均化することによって行われうる。

次いで、前記異なる電気的特性を有するイオン物質検出用の２以上のＦＥＴ基盤のセンサーのそれぞれに対して、未知のイオン物質の前記電圧降下値を利用して、前記平面上に存在する等電圧線を決定する（段階１５）。

例えば、上記で３点を利用して単一の平面に近似する場合、前記等電圧線の決定段階（段階１５）は、ｚ、すなわち測定された前記未知のイオン物質の電圧降下値を前記数式１に代入することによって行われうる。これにより、ｘ及びｙの二つの変数から構成される数式が得られる。

次いで、決定された２以上の前記等電圧線の間の交差点を決定する（段階１６）。

図２は、前記等電圧線同士の間の交差点を決定する過程を概念的に示すグラフである。

図２に示すように、ＤＮＡのサイズ（ｂｐ）を示すｘ軸及びＤＮＡの濃度を示すｙ軸からなる２次元平面上に等電圧線が示される。ＦＥＴ Ａの場合、１５、２０、２５、３０及び３５ｍＶの等電圧線が示されており、ＦＥＴ Ｂの場合、１２、１４、１６、１８、２０及び２２ｍＶの等電圧線が示されている。もし、それぞれ異なる電気的特性を有するイオン物質検出用のＦＥＴ Ａ及びＦＥＴ Ｂについて、長さ及び濃度が未知のＤＮＡの電圧降下値がそれぞれ３０ｍＶ及び１８ｍＶであるならば、前記結果を利用して２本の等電圧線が得られ、それらの交差点が決定する。前記交差点のｘ値及びｙ値が、それぞれ前記未知のＤＮＡの長さ（ｂｐ）及び濃度である。

前記等電圧線同士の間の交差点の決定段階（段階１６）は、３本以上の等電圧線が存在する場合、前記３本以上の等電圧線のうち２本ずつ、等電圧線間の交差点をそれぞれ求め、前記交差点の平均値（平均の点）を求めることによって行われうる。

図３は、本発明の他の実施形態に係るイオン物質のサイズ及び濃度の検出装置の構成を概略的に示すブロック図である。

図３に示すように、本発明に係る装置は、電圧降下測定部３１、点決定部３２、平面近似化部３３、等電圧線決定部３４及び交差点決定部３５を備える。

前記電圧降下測定部３１は、異なる電気的特性を有するイオン物質検出用の２以上のＦＥＴ基盤のセンサーを備え、イオン物質の電圧降下値を測定する。

また、前記電圧降下測定部３１は、異なる電気的特性を有するイオン物質検出用の２以上のＦＥＴ基盤のセンサーを単一のチャンバ内に備えうる。

前記イオン物質検出用の２以上のＦＥＴ基盤のセンサーの異なる電気的特性は、センサーの表面物質、センサーの構造またはセンサーのサイズの差異により得られる。前記センサーの構造の差は、同じセンサーを製造する工程上発生する微細な構造の差異でありうる。

また、前記イオン物質検出用の２以上のＦＥＴ基盤のセンサーは、それぞれ同じ電気的特性を有する複数のＦＥＴ基盤のセンサーを含んでもよい。

前記ＦＥＴは、従来のバイオセンサーまたはＣＭＯＳ素子に使用されている任意のＦＥＴであり、ｎ−ＭＯＳ及びｐ−ＭＯＳのどちらも可能である。例えば、前記基板がｎ型にドーピングされた場合、前記ソース及びドレインは、それぞれｐ型にドーピングされ、逆に、前記基板がｐ型にドーピングされた場合、前記ソース及びドレインは、それぞれｎ型にドーピングされうる。

前記各ＦＥＴは、基板、前記基板の両側に形成されて前記基板と反対の極性にそれぞれドーピングされたソース及びドレイン、並びに基板上に形成されて前記ソース及びドレインと接触しするゲートを備えうる。前記ソースは、キャリア、例えば自由電子または正孔を供給し、前記ドレインは、前記ソースから供給されたキャリアが到達する部位であり、前記ゲートは、前記ソースとドレインとの間のキャリアの流れを制御する役割を行う。前記ＦＥＴは、電解質内で生分子のようなイオン物質の検出時に最も好まれるセンサー形態であって、前記イオン物質の有無を標識することなく（ｌａｂｅｌ−ｆｒｅｅ）検出できる。

前記ＦＥＴを備えるチャンバは、溶液が流入及び流出される流入口及び流出口を更に備えてもよく、溶液を流入及び流出させるためのマイクロポンプを更に備えてもよい。

本発明において、前記イオン物質は、特に限定されることはなく、例えば、イオン原子、イオン分子でありうる。前記イオン分子の例として、生分子などが挙げられる。イオン性モノマーからなる生体高分子、特にＤＮＡ及びＲＮＡのような核酸が、そのサイズ、長さ及び質量に比例した負の電荷を有するという理由から、前記イオン物質は生分子であることが好ましい。前記生分子は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ＰＮＡ、ＬＮＡ及びその混成体からなる群から選択される核酸であるか、または酵素、基質、抗原、抗体、リガンド、アプタマー及び受容体からなる群から選択される蛋白質でありうる。

前記イオン物質のサイズは、前記イオン物質の電荷または長さでありうる。具体的には、前記イオン物質がイオン原子である場合、前記イオン物質のサイズは前記イオン原子の電荷とみなされ、また、前記イオン物質が核酸である場合、前記イオン物質のサイズは前記核酸の長さとみなされる。

図４は、図３の電圧降下測定部に備えられたＦＥＴ基盤のセンサーの一実施形態を概略的に示す側方断面図である。図４に示すように、異なる電気的特性を有するイオン物質検出用の２つのＦＥＴ基盤のセンサー４２、４３が、単一のチャンバ４１内に備えられている。イオン物質を含有するサンプル溶液は、矢印方向に流動しうる。

図５は、図３の電圧降下測定部に備えられたＦＥＴ基盤のセンサーの他の実施形態を概略的に示す側方断面図である。図５に示すように、異なる電気的特性を有するイオン物質検出用の３つのＦＥＴ基盤のセンサー５２、５３、５４が、単一のチャンバ５１内に備えられている。

図６は、図３の電圧降下測定部に備えられたＦＥＴ基盤のセンサーの他の実施形態を概略的に示す、上方から見た平面図である。図６に示すように、複数のＦＥＴ基盤のセンサーＡグループ（Ａ１、Ａ２、Ａ３、・・・、Ａｍ）、Ｂグループ（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、・・・、Ｂｍ）、Ｃグループ（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、・・・、Ｃｍ）などが単一のチャンバ６１内に備えられている。前記各グループのＦＥＴは、同じグループ間のＦＥＴ同士では同じ電気的特性を表すが、他のグループのＦＥＴとは異なる電気的特性を表す。

図３における前記点決定部３２は、イオン物質についての既知のサイズ、濃度、及び前記電圧降下測定部で測定された電圧降下値から、サイズ、濃度及び電圧降下を含む３次元プロット中で点を決定する。

図３における前記平面近似化部３３は、前記点決定部で決定された３点以上を単一の平面に近似する。

前記平面近似化部３３は、３点を利用して下記の数式１の定数ａ、ｂ及びｃを求める過程を行える。

前記数式１で、ｘはイオン物質のサイズ（単位：ｍ）、ｙは濃度（単位：Ｍ）、及びｚは電圧降下値（単位：Ｖ）を表す。

前記等電圧線決定部３４は、サイズ及び濃度が未知のイオン物質について、前記電圧降下測定部３１で測定された電圧降下値を利用して、前記平面近似化部３３で近似される平面上に存在する等電圧線を決定することができる。

図３における前記等電圧線決定部３４は、測定された前記未知のイオン物質の電圧降下値を前記数式１に代入する過程を行える。

前記交差点決定部３５は、前記等電圧線決定部で決定された２つ以上の等電圧線間の交差点を決定することができる。

前記交差点決定部３５は、３本以上の等電圧線が存在する場合、測定された前記３本以上の等電圧線のうち２本ずつの等電圧線の間の交差点をそれぞれ求め、前記交差点等の平均値（平均の点）を求めることができる。

以下、本発明に関して、実施例を通じて更に詳細に説明する。しかし、これらの実施例は、本発明を例示的に説明するためのものであって、本発明の技術的範囲がこれらの実施例に限定されるものではない。

＜ＦＥＴ基盤のバイオセンサーの製造＞
後述の実施例で使用するＦＥＴ素子は、Ｘ−ＦＡＢ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｏｕｎｄｒｉｅｓ（ドイツ）社製であり、以下のＦＥＴ素子名は一般名ではなくモデル名である。前記製品は、構造及び電気的特性が互いに同じになるように設計された、４８個（４×１２）のＦＬ ＦＥＴが配列されているアレイ、及び構造及び電気的特性が互いに同じになるように設計された、１９２個（１２×１６）のＮＭＯＳ ＦＥＴが配列されているアレイである。しかし、前記ＮＭＯＳ ＦＥＴの構造及び電気的特性は、前記ＦＬ ＦＥＴのものとは異なる。前記製品は、Ｘ−ＦＡＢ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｏｕｎｄｒｉｅｓ社の設備を利用して製造し、前記メーカーに固有のＣＭＯＳ工程を使用した。ＣＭＯＳ標準工程は、メーカーによって若干の差があるが、その差は、ＦＥＴ素子特性に大きな影響を及ぼす因子ではなく、前記メーカーの標準工程は、本発明にも何ら影響しないので省略した。

前記アレイの各ＦＥＴのパッシベーション層及びゲート電極層を除去して、ポリシリコン層を外部に露出させた。次いで、露出したポリシリコン層を備えるＦＥＴの表面を注意深く洗浄した。洗浄は、純粋アセトン及び水を利用して行い、洗浄後に乾燥した。前記基板洗浄の過程は、半導体製造工程で利用されるウェットステーションを利用した。洗浄終了後、スピンドライを利用して乾燥した。

前記アレイ基板上にチャンバ側壁を設置し、基準電極として白金がコーティングされた上部基板を設置して、１２個のＦＬ ＦＥＴ及び３６個のＮＭＯＳ ＦＥＴを備えるチャンバＡ、１２個のＦＬ ＦＥＴを備えるチャンバＢ、並びに３６個のＮＭＯＳ ＦＥＴを備えるチャンバＣをそれぞれ製造した。

＜本発明に係る方法を利用したＤＮＡの長さ及び濃度の検出＞
前記ＦＥＴ基盤のバイオセンサーの製造段階で製造したチャンバＡ、チャンバＢ及びチャンバＣをそれぞれ利用して、任意の標的ＤＮＡの長さ及び濃度を的確に測定できるか否かを確認した。

前記標的ＤＮＡとして、１２ｎｇ／μｌの濃度及び２４９ｂｐの長さを有するＤＮＡを使用した。

＜実施例１：２つの異なるＦＥＴグループの利用＞
チャンバＡに備えられた１２個のＦＬ ＦＥＴを一つのグループとして、及び３６個のＮＭＯＳ ＦＥＴを他の一つのグループとして、図１に示す方法を行った。

すなわち、前記各グループに対して、既に長さ及び濃度が既知の３種類のＤＮＡの電圧降下値を測定した。次いで、１２個のＦＬ ＦＥＴグループについて測定した各ＤＮＡの電圧降下値を平均化し、３６個のＮＭＯＳ ＦＥＴグループについて測定した各ＤＮＡの電圧降下値を平均化した。

その後、前記ＦＬ ＦＥＴグループに対して、長さ（ｘ）、濃度（ｙ）及び電圧降下（ｚ）からなる３次元プロット中に３点を決定し、それから単一の平面に近似した。具体的には、前記３種類のＤＮＡの既知の長さ及び濃度がそれぞれｘ１及びｙ１、ｘ２及びｙ２、並びにｘ３及びｙ３であり、測定された電圧降下値がそれぞれｚ１、ｚ２及びｚ３である場合、３つの数式、すなわち、

を連立して解いて前記ａ、ｂ及びｃを決定し、平面式（ｐｌａｎｅ ｅｑｕａｔｉｏｎ）：

を得た。

同様に、前記ＮＭＯＳ ＦＥＴグループに対しても同じ方法により、他の平面式：

を得た。

以後、前記各グループに対して、長さ及び濃度を検出しようとする標的ＤＮＡの電圧降下値を測定及び平均化することによりｚ４及びｚ５を得て、それを前記平面式に代入して２つの等電圧線式：

を得た。これらを連立して解いて、１の交差点のｘ値及びｙ値を得て、標的ＤＮＡの長さ及び濃度を求めた。

前記結果を表１に表した。

＜実施例２：１２個のＦＥＴの利用＞
チャンバＢに備えられた１２個のＦＬ ＦＥＴが、それぞれ製造工程に由来する微細な電気的特性の差異を有すると推定し、それぞれを異なるＦＥＴとしたことを除いては、前記実施例１と同様の方法で行った。

その結果、１２個の等電圧線及び１２×１１個の交差点を得たので、前記交差点のｘ値及びｙ値をそれぞれ平均して標的ＤＮＡの長さ及び濃度を求めた。前記結果を表１に表した。

＜実施例３：３６個のＦＥＴの利用＞
チャンバＣに備えられた３６個のＮＭＯＳ ＦＥＴが、それぞれ製造工程に由来する微細な電気的特性の差異を有すると推定し、それぞれを異なるＦＥＴとしたことを除いては、前記実施例１と同様の方法で行った。

その結果、３６個の等電圧線及び３６×３５個の交差点を得たので、前記交差点のｘ値及びｙ値をそれぞれ平均して標的ＤＮＡの長さ及び濃度を求めた。前記結果を表１に表した。

＜実施例４：４８個のＦＥＴの利用＞
チャンバＡに備えられた１２個のＦＬ ＦＥＴ及び３６個のＮＭＯＳ ＦＥＴが、それぞれ製造工程に由来する微細な電気的特性の差異を有すると推定し、それぞれを異なるＦＥＴとしたことを除いては、前記実施例１と同様の方法で行った。

その結果、４８個の等電圧線及び４８×４７個の交差点を得たので、前記交差点のｘ値及びｙ値をそれぞれ平均して標的ＤＮＡの長さ及び濃度を求めた。前記結果を表１に表した。

表１に表すように、同じ電気的特性を有するＦＥＴを製造する工程上、微細な電気的特性の差異があると推定して本発明を行う場合、結果が比較的良好ではなかった。一方、電気的特性の異なるＦＥＴを利用して本発明を行う場合、比較的良好な結果が得られた。そして、電気的特性の異なるＦＥＴを利用するとともに、微細な電気的特性の差異があると推定して本発明を行った場合に（実施例４）、最も良好な結果が得られた。このようにして、本発明の方法の正確性は、特定の条件（使用するＦＥＴの種類や数など）によって変化しうるものである。

本発明の方法の全体または一部を、コンピューターで読み取り可能な記録媒体にコンピューターで読み取り可能なコードとして使用することが可能である。コンピューターで読み取り可能な記録媒体は、コンピュータシステムによって読み取られたデータが保存されるあらゆる種類の記録装置を含む。コンピューターで読み取り可能な記録媒体の例としては、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、フレキシブルディスク及び光データ記録装置などがあり、またキャリアウエーブ（例えば、インターネットを介した伝送）の形態で使用されるものも含む。

以上、本発明について幾つかの実施例を中心に説明した。当業者は、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で変形した形態を実施できるということが理解できるであろう。したがって、開示された実施例は、限定的な観点ではなく、例示的な観点で考慮されねばならない。本発明の技術的範囲は、明細書ではなく、特許請求の範囲にのみ示されており、それと均等な範囲内にあるあらゆる差異点は、本発明に含まれるものと解釈されねばならない。

本発明は、イオン物質を検出する技術分野に好適に使用されうる。

本発明の一実施形態に係る、イオン物質のサイズ及び濃度の検出方法を示すフローチャートである。 図１の等電圧線同士の間の交差点を決定する過程を概念的に示すグラフである。 本発明の他の実施形態に係るイオン物質のサイズ及び濃度の検出装置の構成を概略的に示すブロック図である。 図３の電圧降下測定部に備えられたＦＥＴ基盤のセンサーの一実施形態を概略的に示す側方断面図である。 図３の電圧降下測定部に備えられたＦＥＴ基盤のセンサーの他の実施形態を概略的に示す側方断面図である。 図３の電圧降下測定部に備えられたＦＥＴ基盤のセンサーの他の実施形態を概略的に示す、上方から見た平面図である。

符号の説明

１１ 電圧降下値の測定段階、
１２ ３次元プロット中に３点以上を決定する段階、
１３ 平面近似段階、
１４ イオン物質の電圧降下値の測定段階、
１５ 等電圧線の決定段階、
１６ 等電圧線同士の間の交差点の決定段階、
３１ 電圧降下測定部、
３２ 点決定部、
３３ 平面近似化部、
３４ 等電圧線決定部、
３５ 交差点決定部、
４１、５１、６１ チャンバ、
４２、４３、５２、５３、５４ イオン物質検出用のＦＥＴ基盤のセンサー。

Claims (20)

1. 異なる電気的特性を有するイオン物質検出用の２以上の電界効果トランジスタ基盤のセンサーをそれぞれ利用して、サイズ及び濃度が既知の３種類以上のイオン物質の電圧降下値を測定する段階と、
   前記異なる電気的特性を有するイオン物質検出用の２以上の電界効果トランジスタ基盤のセンサーのそれぞれに対して、前記３種類以上のイオン物質についての既知のサイズ、濃度、及び測定された前記電圧降下値から、サイズ、濃度及び電圧降下値を含む３次元プロット中に３点以上を決定する段階と、
   前記異なる電気的特性を有するイオン物質検出用の２以上の電界効果トランジスタ基盤のセンサーのそれぞれに対して、決定された前記３点以上を単一の平面に近似する段階と、
   前記異なる電気的特性を有するイオン物質検出用の２以上の電界効果トランジスタ基盤のセンサーのそれぞれを利用して、サイズ及び濃度が未知のイオン物質の電圧降下値を測定する段階と、
   前記異なる電気的特性を有するイオン物質検出用の２以上の電界効果トランジスタ基盤のセンサーのそれぞれに対して、未知のイオン物質の前記電圧降下値を利用して、前記平面上に存在する等電圧線を決定する段階と、
   決定された２以上の前記等電圧線の間の交差点を決定する段階と、
   を含む、イオン物質のサイズ及び濃度の検出方法。
2. 前記電圧降下値の測定は、前記異なる電気的特性を有するイオン物質検出用の２以上の電界効果トランジスタ基盤のセンサーを備えるチャンバに、前記３種類以上のイオン物質を含有する溶液を流入させることによって行われる、請求項１に記載の方法。
3. 前記イオン物質検出用の２以上の電界効果トランジスタ基盤のセンサーの異なる電気的特性は、センサーの表面物質、センサーの構造またはセンサーのサイズの差異により得られる、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記イオン物質検出用の２以上の電界効果トランジスタ基盤のセンサーが、それぞれ同じ電気的特性を有する複数の電界効果トランジスタ基盤のセンサーを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記電圧降下値の測定は、前記同じ電気的特性を有する複数の電界効果トランジスタ基盤のセンサーを利用して測定した電圧降下値を平均化することを含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記イオン物質のサイズは、前記イオン物質の電荷または長さである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記単一の平面に近似する段階は、３つの点を利用して下記の数式１の定数ａ、ｂ及びｃを求めることを含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法：
   

   

   前記数式１で、ｘはイオン物質のサイズ（ｍ）、ｙは濃度値（Ｍ）、及びｚは電圧降下値（Ｖ）を表す。
8. 前記等電圧線を決定する段階は、測定された前記未知のイオン物質の電圧降下値を前記数式１に代入することを含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記等電圧線の間の交差点を決定する段階は、３本以上の前記等電圧線のうち２本ずつの等電圧線の間の交差点をそれぞれ求め、前記交差点の平均値を求める、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記イオン物質は、生分子である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記生分子は、核酸または蛋白質である、請求項１０に記載の方法。
12. 異なる電気的特性を有するイオン物質検出用の２以上の電界効果トランジスタ基盤のセンサーを備える、電圧降下測定部と、
    イオン物質についての既知のサイズ、濃度、及び前記電圧降下測定部で測定された電圧降下値から、サイズ、濃度及び電圧降下を含む３次元プロット中で点を決定する、点決定部と、
    前記点決定部で決定された３点以上を単一の平面に近似する、平面近似化部と、
    サイズ及び濃度が未知のイオン物質について、前記電圧降下測定部で測定された電圧降下値を利用して、前記平面近似化部で近似される平面上に存在する等電圧線を決定する等電圧線決定部と、
    前記等電圧線決定部で決定された２以上の前記等電圧線の間の交差点を決定する交差点決定部と、を備える、イオン物質のサイズ及び濃度の検出装置。
13. 前記電圧降下測定部は、異なる電気的特性を有するイオン物質検出用の２以上の電界効果トランジスタ基盤のセンサーを単一のチャンバ内に備える、請求項１２に記載の装置。
14. 前記イオン物質検出用の２以上の電界効果トランジスタ基盤のセンサーの異なる電気的特性は、センサーの表面物質、センサーの構造またはセンサーのサイズの差異により得られる、請求項１２または１３に記載の装置。
15. 前記イオン物質検出用の２以上の電界効果トランジスタ基盤のセンサーが、それぞれ同じ電気的特性を有する複数の電界効果トランジスタ基盤のセンサーを含む、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の装置。
16. 前記イオン物質のサイズは、イオン物質の電荷または長さである、請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の装置。
17. 前記平面近似化部は、３点を利用して下記の数式１の定数ａ、ｂ及びｃを求める、請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の装置：
    

    

    前記数式１で、ｘはイオン物質のサイズ（ｍ）、ｙは濃度（Ｍ）、及びｚは電圧降下値（Ｖ）を表す。
18. 前記等電圧線決定部は、測定された前記未知のイオン物質の電圧降下値を前記数式１に代入する、請求項１７に記載の装置。
19. 前記交差点決定部は、３本以上の等電圧線が存在する場合、測定された前記３本以上の等電圧線のうち２本ずつの等電圧線の間の交差点をそれぞれ求め、前記交差点の平均値を求める、請求項１２〜１８のいずれか１項に記載の装置。
20. 前記イオン物質は、生分子である、請求項１２〜１９のいずれか１項に記載の装置。

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