JP2012073101A - バイオセンサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明によると、
透明基材と、前記透明基材上のゲート電極と、前記ゲート電極を覆っている半導体膜と、前記半導体膜にそれぞれオーミック接触して配置されたソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極及びドレイン電極をそれぞれ覆っている第1の絶縁膜と、前記ゲート電極上の前記半導体膜に配置され、被測定物が配置される第2の絶縁膜と、を備えるFETセンサを有することを特徴とするバイオセンサが提供される。
【選択図】図1
Description
まず、本発明の実施形態1に係るバイオセンサ100の構造について説明する。図1は本実施形態に係るバイオセンサ(FETセンサ)100の構造について説明する図であり、図1(a)はバイオセンサ100の回路図であり、図1(b)はバイオセンサ100の上面図であり、図1(c)は図1(b)のAA’におけるバイオセンサ100の断面図を示す。
本実施形態においては、活性層131の上部にフローティング電極217を配設したバイオセンサ(FETセンサ)200について説明する。図2は本発明の実施形態2に係るバイオセンサ200の構造について説明する図であり、図2(a)はバイオセンサ200の回路図であり、図2(b)はバイオセンサ200の上面図であり、図2(c)は図1(b)のAA’におけるバイオセンサ200の断面図を示す。
本実施形態においては、イオン感応膜151の上部に親和層455を配設したバイオセンサ(FETセンサ)400について説明する。図5は本発明の実施形態3に係るバイオセンサ400の構造について説明する図であり、図5(a)はバイオセンサ400の上面図であり、図5(b)は図5(b)のAA’におけるバイオセンサ400の断面図である。断面図である。
本実施形態においては、FETセンサ及びFETを併設したカレントミラー型のバイオセンサ500について説明する。図6は本発明の実施形態4に係るバイオセンサ500の構造について説明する図であり、図6(a)はバイオセンサ500の回路図であり、図6(b)はバイオセンサ500の上面図であり、図7は図6(b)のAA’におけるバイオセンサ500の断面図である。なお、図6(a)の左図と右図は、FETセンサ500aとFET500bとの配置を左右対称にした例である。
本実施形態においては、差動増幅回路の1つのFETをFETセンサに用いたバイオセンサ600について説明する。図8(a)は本発明の実施形態5に係るバイオセンサ600の回路図であり、図8(b)はFETセンサ600aによる出力電圧への影響を示す図である。
本実施形態においては、インバータ回路の1つのFETをFETセンサに用いたバイオセンサ700について説明する。図9は本発明の実施形態6に係るバイオセンサ700の回路図である。なお、図9の左図と右図は、FETセンサ700aとFET700bの配置を逆にした例である。
本実施形態においては、リングオシレータの各インバータ回路の1つのFETをFETセンサに用いたバイオセンサ800について説明する。図10は本発明の実施形態7に係るバイオセンサ800の回路図である。
実施例1として実施形態1で説明したバイオセンサ100を用いたシミュレーションを行った。図11はバイオセンサ100の特性を示す図であり、横軸は参照電極117の電圧を示し、横軸は出力される電流を示す。シミュレーションは、バイオセンサ100のゲート電極111、ドレイン電極113及びソース電極115に電圧を印加した回路特性、測定領域191内に試料としてpH3.3、pH6.7及びpH10の溶液を添加し、参照電極に電圧を印加した場合の特性について行った。
実施例2として実施形態4で説明したバイオセンサ500を用いたシミュレーションを行った。図12は、シミュレーションに用いた本発明に係るバイオセンサ500の回路図である。シミュレーションは、閾値電圧Vthを0.15V/pHとし、バイオセンサ500のゲート電極111、ドレイン電極113及びソース電極115に電圧を印加した回路特性、測定領域191内に試料としてpH3.3、pH6.7及びpH10の溶液を添加し、参照電極に電圧を印加した場合の特性について行なった。図13は、入力電流と出力電流のシミュレーション結果を示す図である。バイオセンサ500は、入力電流と出力電流とが正の相関を示し、試料のpHが高くなるに連れて、出力電流が低下することが分かる。
の実施例3として、実施形態7で説明したバイオセンサ800を用いたシミュレーションを行った。シミュレーションは、バイオセンサ800のゲート電極111、ドレイン電極113及びソース電極115に電圧を印加した回路特性、測定領域191内に試料としてpH2.5、pH5及びpH10の溶液を添加し、参照電極に電圧を印加した場合の特性について行った。図15(a)はシミュレーションに用いた本発明に係るバイオセンサ800の1つのインバータ回路を示す回路図であり、図15(b)は代表的なpHにおける周波数を示す表であり、図15(c)はpHとリングオシレータ周波数特性を示す図である。図15(c)において、横軸は試料のpHを示し、縦軸はリングオシレータ周波数を示す。また、図16は代表的なpHにおけるリングオシレータ周波数特性を示す図であり、横軸は経過時間(秒)を示し、縦軸は電圧を示す。
101 基材
111 ゲート電極
111a ゲート電極
111b ゲート電極
113 ドレイン電極
113a ドレイン電極
113b ドレイン電極
115 ソース電極
117 参照電極
121 ゲート絶縁膜
131 活性層
141 保護膜
151 イオン感応膜
161 隔壁
191 測定領域
193a 電源
193b 電源
193c 電源
193d 電源
195 電流計
200 バイオセンサ
217 フローティング電極
300 バイオセンサ
317 フローティング電極
400 バイオセンサ
455 親和層
500 バイオセンサ
500a FETセンサ
500b FET
600 バイオセンサ
600a FETセンサ
600b FET
600c FET
600d FET
600e FET
700 バイオセンサ
700a FETセンサ
700b FET
800 バイオセンサ
800a FETセンサ
800b FET
Claims (17)
- 透明基材と、
前記透明基材上のゲート電極と、
前記ゲート電極を覆っている半導体膜と、
前記半導体膜にそれぞれオーミック接触して配置されたソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極及びドレイン電極をそれぞれ覆っている第1の絶縁膜と、
前記ゲート電極上の前記半導体膜に配置され、被測定物が配置される第2の絶縁膜と、
を備えるFETセンサを有することを特徴とするバイオセンサ。 - 前記半導体膜上に、前記ソース電極及び前記ドレイン電極に対して第1の絶縁膜を介して配置された電極をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のバイオセンサ。
- 透明基材と、
前記透明基材上のゲート電極と、
前記ゲート電極を覆っている半導体膜と、
前記半導体膜にそれぞれオーミック接触して配置されたソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極及びドレイン電極をそれぞれ覆っている第1の絶縁膜と、
前記ゲート電極上の前記半導体膜から前記半導体膜の外側へ向けて引き出して配置された電極と、
前記電極上に配置され、被測定物が配置される第2の絶縁膜と、
を備えるFETセンサを有することを特徴とするバイオセンサ。 - 少なくとも前記第2の絶縁膜における前記被測定物が配置される周囲に配置された隔壁を備えることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一に記載のバイオセンサ。
- 前記ソース電極及びドレイン電極と絶縁され、且つ、前記被測定物に可変電圧を印加する参照電極を備えることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一に記載のバイオセンサ。
- 前記ゲート電極及び/または前記半導体膜は透明であることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一に記載のバイオセンサ。
- 前記第2の絶縁膜上に親水性を有する親水性領域を設けたことを特徴とする請求項1乃至6の何れか一に記載のバイオセンサ。
- 前記第2の絶縁膜は、イオン感応膜であることを特徴とする請求項1乃至7の何れか一に記載のバイオセンサ。
- 透明基材と、
前記透明基材を覆っている第1のゲート電極と、
前記第1のゲート電極上の第1の半導体膜と、
前記第1の半導体膜にそれぞれオーミック接触して配置された第1のソース電極及び第1のドレイン電極と、
前記第1のソース電極及び第2のドレイン電極をそれぞれ覆っている第1の絶縁膜と、
前記第1のゲート電極上の前記第1の半導体膜に配置され、被測定物が配置される第2の絶縁膜と、
を備えるFETセンサと、
前記透明基材上の第2のゲート電極と、
前記第2のゲート電極を覆っている第2の半導体膜と、
前記第2の半導体膜にそれぞれオーミック接触して配置された第2のソース電極及び第2のドレイン電極と、
を備えるFETと、
を有することを特徴とするバイオセンサ。 - 前記FETセンサ及び前記FETは、カレントミラー回路を構成することを特徴とする請求項9に記載のバイオセンサ。
- 前記FETセンサ及び前記FETは、インバータ回路を構成することを特徴とする請求項10に記載のバイオセンサ。
- 前記インバータ回路を複数有し、前記複数のインバータ回路を直列に接続することによりリングオシレータ回路を構成することを特徴とする請求項11に記載のバイオセンサ。
- 少なくとも前記第2の絶縁膜における前記生体関連物質が配置される周囲に配置された隔壁を備えることを特徴とする請求項9乃至12の何れか一に記載のバイオセンサ。
- 前記第1のソース電極及び第1のドレイン電極と絶縁され、且つ、前記被測定物に可変電圧を印加する参照電極を備えることを特徴とする請求項9乃至13の何れか一に記載のバイオセンサ。
- 前記第1のゲート電極及び/または前記第1の半導体膜は透明であることを特徴とする請求項9乃至14の何れか一に記載のバイオセンサ。
- 前記第2の絶縁膜上に親水性を有する親水性領域を設けたことを特徴とする請求項9乃至15の何れか一に記載のバイオセンサ。
- 前記第2の絶縁膜は、イオン感応膜であることを特徴とする請求項9乃至16の何れか一に記載のバイオセンサ。
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