JP2014035229A - 生体分子検出方法、生体分子検出装置、および分析用デバイス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、検出対象の生体分子に電荷保持体を特異的に結合させ、その複合体が微小なポアを通過する際に生じる電流変化を計測し、検出対象の生体分子を一分子ずつ検出する。検出部をアレイ化することにより、高スループットに生体分子試料を検出することが可能となる。
【選択図】図1
Description
また、非特許文献5に開示された方法では、ある程度の並列処理は可能であるが、一度の検出で検知可能な分子数は、光ファイバーの数、つまりアレイ状の微小な穴の数によって制限される。そのため、試料濃度が低い場合には、濃縮が必要であり、逆に、濃度が高い場合には希釈する必要があるなど、検出前の濃度調整が必要になるという、実用上、処理が煩雑になるという問題点が残されていた。
ΔVth=ΔQ/C1 ・・・式(1)
プロセス2:N型のポリシリコン211を堆積し、コントロールゲート、バックゲート、ソース、ドレイン領域をパターニングする。たとえばN型のポリシリコンの堆積膜厚は100 nmとする。(図6)
プロセス3:ノンドープの薄膜ポリシリコン層212を形成する。形成方法は例えば、アモルファスシリコンを堆積した後、アニ−ルすることで結晶化して形成する方法や、アモルファスシリコンもしくはポリシリコンを堆積した後、酸化することで薄膜を形成する方法がある。これらの方法で、5 nm以下の薄膜シリコンチャネルを形成することが出来る。(図7)
プロセス4:SiO2膜210を堆積する。例えば膜厚は10 nmとする。(図8)
プロセス5:ドライエッチにより、SiO2膜とノンドープポリシリコンをパターニングし、チャネルを形成する。またゲート、ソース、ドレイン領域にかぶさったノンドープシリコン層も図9のように加工する。(図9)
プロセス6:層間膜として、SiO2膜210、SiN膜209、SiO2膜210、SiN膜209を順に堆積する。例えば膜厚は、下からSiO2/SiN/SiO2/SiN = 20 nm/10 nm/150 nm/ 200 nmとする。(図10)
プロセス7:コントロールゲート、バックゲート、ソース、ドレインのコンタクトを形成する。配線207の材料は、例えばAlを用いる。(図11)
プロセス8:配線上の層間膜としてSiN膜209を形成し、その後、配線へコンタクトするためのパッド215を形成する。堆積膜厚は例えば200 nmとする。(図12)
プロセス9:チャネル上および近傍213をドライエッチングにより掘り込む。(図13)
プロセス10: Siウエハ裏面をKOHやTMAH液を用いて異方性エッチングし、薄膜領域を形成する。エッチング時のマスクは例えばSiN膜を用いるのがよい。(図14)
プロセス11:先に述べたとおりの領域(コントロールゲートとチャネル側部の間およびチャネル側部の擬1次元的な最細の電流パスが形成される領域)にポア214を形成する。ポアの形成は、例えばTEMビームによるポアあけにより50 nm以下の微細なポアが形成できる。またドライエッチでポアを形成することで、ポアの径を50-1000nmで任意の大きさに成形することが出来る(図15)。望ましいポアの直径としては、分析に使用する電荷保持体の大きさに依存するが、電荷保持体が通過できるよう電荷保持体の直径よりも大きく形成する必要がある。また、一度に2つ以上の電荷保持体がポアを通過できてしまうと計測誤差が生じる可能性があるため、ポアの直径は電荷保持体の直径の2倍よりも小さいことが望ましい。
200:絶縁膜、201:チャネル、202:コントロールゲート、203:ソース、204:ドレイン、205:バックゲート、206:ポア、207:コンタクト、配線、208:Si基板、209:シリコン窒化膜、210:シリコン窒化膜、211:ポリシリコン、212:ポリシリコン、214:ポア、215:パッド
300:ポア配置領域
600:半導体基板チップ、601:PC、602:ボード、603:ポア付きセンサの単体もしくはアレイ部分と周辺回路の一部を形成したチップ、604:ADCやその他信号処理回路、605:ポア付きFETの単品もしくは少数のアレイと、ADCやその他信号処理回路を形成したチップ、606:ポア付きFETの単品もしくは少数のアレイが主であるチップ、607:ADCや周辺信号処理回路部、608:ADCや周辺信号処理回路部
701:核酸分子、702:第一の官能基、703:第二の官能基、704:電荷保持体、705:電荷保持体複合体、706:核酸プローブ分子、707:二量体、708:電荷保持体、
801:第一のタンパク質、802:第二のタンパク質、803:第二の官能基、804:電荷保持体、805:第一の官能基、806:第一のタンパク複合体、807:第二のタンパク複合体、808:二量体
901:第一溶液槽、902:第二溶液槽、903:支持体、904:接合部、905:電極、906:送液口、907:廃液口、908:バルブ、909:送液ユニット、910:洗浄液ユニット、911:PC、
912:制御装置、913:電圧印可装置、914:配線、915:配線、916:配線
917:ポアを有する薄膜、918:電流計、919:配線
Claims (15)
- 検出対象の生体分子と、前記生体分子に対する第一の抗体を表面に有する電荷保持体および、前記生体分子に対する第二の抗体を表面に有する電荷保持体を前記生体分子と反応させて、前記電荷保持体を含む複合体を形成し、
前記生体分子と複合体を生成した電荷保持体の電荷量を測定することで、前記複合体を検出することを特徴とする、生体分子検出方法。
- 請求項1に記載の生体分子検出方法において、
対向する二つの電極を第一の平面上に有し、前記第一の平面から他の平面へと貫通するポアを有する基板を用いて、
前記複合体を含む反応液を前記基板のポアを通して前記第一の平面と前記他の平面の間で移動させ、
その際に前記電極間の電流を測定して前記電荷保持体の複合体を検出することを特徴とする、生体分子検出方法。
- 請求項2に記載の生体分子検出方法において、
前記基板は、第一の平面上に、絶縁膜、コントロールゲート、ソース、ドレイン、チャネル、および、当該第一の平面側から他の平面側へ貫通したポアを有し、前記コントロールゲートにより前記チャネルに電界効果を及ぼす電界効果トランジスタであって、
前記ポアは、前記コントロールゲートのうち前記チャネルに面した側の側面と、前記チャネルのうち前記コントロールゲートに面した側の側面近傍の間に配置されており、
前記ポアに前記反応液を通過させ、
前記ソースから前記ドレインに流れる電流の変化を計測することで、前記電荷保持体の複合体を検出し、前記生体分子の存在量を評価することを特徴とする、生体分子検出方法。
- 第1の溶液槽と第2の溶液槽との間に配置され、基板上にソース、ドレイン、チャネル、コントロールゲート、およびポアを有するデバイスを用いた生体分子検出方法であって、
検出対象の生体分子と、前記生体分子に対する第一の抗体を表面に有する電荷保持体および、前記生体分子に対する第二の抗体を表面に有する電荷保持体を反応させて得られる複合体を含む試料溶液を前記第1の溶液槽に導入し、
前記ポアを複合体が通過することにより生じる電気信号の変化を検出し、
検出した電気信号変化から複合体を検出して前記生体分子の存在量を評価することを特徴とする、生体分子検出方法。
- 請求項4記載の生体分子検出方法において、
前記ポアの直径が前記電荷保持体の直径よりも大きく、かつ、当該電荷保持体の直径の2倍以下であり、
前記仕切りの厚みが前記電荷保持体の直径の2倍以下であることを特徴とする、生体分子検出方法。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の生体分子検出方法において、
前記電荷保持体が、磁気微粒子、高分子微粒子、タンパク質、核酸の少なくともいずれかであることを特徴とする、生体分子検出方法。
- 検出対象の生体分子と、前記生体分子に対する第一の抗体を表面に有する電荷保持体および前記生体分子に対する第二の抗体を表面に有する電荷保持体を反応させて生成した複合体の電荷量を1つずつ測定する測定手段として、電界効果トランジスタと貫通したポアを具備したデバイスを備えたことを特徴とする、生体分子検出装置。
- 請求項7に記載の生体分子検出装置において、
前記電界効果トランジスタは基板上にソース、ドレイン、チャネル、およびコントロールゲートを備え、
前記ポアは前記電界効果トランジスタのコントロールゲートとチャネルの間に配置されることを特徴とする、生体分子検出装置。
- 検出対象の生体分子と、前記生体分子に対する第一の抗体を表面に有する電荷保持体および前記生体分子に対する第二の抗体を表面に有する電荷保持体を反応させた複合体を検出する生体分子検出装置であって、
第1の溶液槽と、
第2の溶液槽と、
前記第1の溶液槽と前記第2の溶液槽との仕切りと、
前記仕切りに設けられた貫通孔と、
試料溶液を、前記貫通孔を介して前記第一の溶液槽から前記第二の溶液槽に移送する移送手段と、
前記第一の溶液槽から前記第二の溶液槽に電荷保持体が移動することにより生じる電気信号の変化を検出する検出手段を具備することを特徴とする、生体分子検出装置。
- 請求項9記載の生体分子検出装置であって、
前記検出手段は、基板の上に形成されたソース、ドレイン、チャネル、およびコントロールゲートを備え、
前記貫通孔と前記ポアが同じ位置に配置するよう構成したことを特徴とする生体分子検出装置。
- 請求項10に記載の生体分子検出装置において、
前記ポアの直径が前記電荷保持体の直径よりも大きく、かつ、当該電荷保持体の直径の2倍以下であり、
前記仕切りの厚みが前記電荷保持体の直径の2倍以下であることを特徴とする、生体分子検出装置。
- 請求項9記載の生体分子検出装置において、
試料の生体分子と電荷保持体を混合して、前記複合体を含む試料溶液を作成する機構と、
当該機構から試料溶液を前記第一の溶液槽に導入する試料溶液導入手段と、
前記第一の溶液槽から前記第二の溶液槽に試料溶液中の複合体を移動させる移動手段と、
を備えたことを特徴とする生体分子検出装置。
- 請求項12記載の生体分子検出装置において、
前記第二の溶液槽に洗浄液を導入する洗浄液導入手段と、
前記第二の溶液槽から廃液を外部に排出する排出手段と、を備えたことを特徴とする生体分子検出装置。
- 請求項10記載の生体分子検出装置において、
前記移動手段は前記第一の溶液槽および前記第二の溶液槽に電界をかける電極であることを特徴とする生体分子検出装置。
- 電荷保持体に標的分子を保持させた複合体の存在量を測定する分析用デバイスであって、
基板上に生成されたコントロールゲート、ソース、ドレイン、およびチャンネルと、
基板を貫通するように形成されたポアを有し、
前記ポアの直径は、前記電荷保持体の直径よりも大きく、当該電荷保持体の直径の2倍よりも小さいことを特徴とする分析用デバイス。
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