JP2017514141A - 電子生体試料分析のためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

センサーに液圧で接続された生体試料送達システムを包囲するケージングを含む生体試料分析装置であって、センサーは、複数のグラフェントランジスタを含み、各トランジスタは、感染した生体試料内の対応する抗体に晒される場合に当該トランジスタの電気特性を測定できる程度に変化させるバイオマーカーと共有結合する。

Description

本開示は、電子生体試料分析に関する。

生体試料内のウイルス若しくは細菌感染、又は他の軽疾患の検出を対象とする診断技術は、概して、免疫反応が生じる前に感染因子、例えば、細菌、ウイルス、又は疾患組織（例えば、癌）等、の存在を直接検出する感度を有さない。従って、殆どの診断技術は、特定の状態に応じて患者の免疫システムによって作り出された抗体の検出を通じて、そのような感染又は軽疾患を検出する。例えば、これらの抗体検出技術は、現在、感染（例えば、ライム病）の最初の１ヶ月内においては多くの疾患を検出することができない。感染の初期段階においてマーカーを検出することができる、研究室スケールの分析技術及び試料処理技術が存在する。しかしながら、これらの研究室技術は、時間、専門知識、及び一般的臨床用途を妨げる材料を必要とする。これらの研究室スケールのセンサーの１つは、カーボンナノチューブデバイスを使用する直接検出に基づいている。そのようなセンサーは、世界中の学術研究所において開発されてきた。関連物質であるグラフェンは、あまり学術的開発を見ないが、同様の潜在的用途を有することが広く理解されている。しかしながら、これらの専門的なナノエレクトロニクスの研究室技術は、まだ、実用的診断システム又は方法へは転化されていない。

一般的に、抗体の存在を特定するための生体試料分析は、血液又は尿試料において実施され得る。現在の血液診断システムは、酵素結合イムノアッセイ（ＥＬＩＳＡ）、ゲル電気泳動、及び血液培養を含む技術に依拠している。これらは全て、実績のある成熟した技術である。これらの試験の３つ全ては、実施するために数時間から数日といったかなりの時間を必要とする。

ＥＬＩＳＡ及びゲル電気泳動試験は、一般的に、疾患それ自体の存在ではなく、疾患に対する免疫システムの応答（例えば、抗体の存在）を測定する。ＥＬＩＳＡ及びゲル電気泳動試験を含む殆どの診断試験は、レポーター分子又は分子標識の検出を必要とする。これらの試験では、測定可能な信号を発生させるために、レポーター又は増幅分子が必要である。

これらの試験の全ては、実行するのにかなりの専門知識又は非常に高価な自動化設備のいずれかを必要とする。これは、部分的には、多段階及び専門的試薬を必要とすることに起因する。例えば、ＥＬＩＳＡ試験は、特に複雑である。ＥＬＩＳＡ試験は、抗原として知られる感染因子によって作り出された化学マーカーの複製物で測定ウェル又は表面をコーティングする工程、生体試料（例えば、血液、血清、尿、又は脳脊髄液）をインキュベートする工程、及び当該測定ウェルを生体試料に晒して、抗体が存在する場合には抗原に結合させる工程を含む。結合工程は、確率の熱力学的法則に従い、完全ではないため、いくらかの抗体は、間違って結合するか又はそれらが結合すべき場所への結合に失敗するであろう。ＥＬＩＳＡ試験は更に、ウェルから患者の試料を洗浄する工程、ウェル壁に固定された抗体に結合することが意図されるレポーティング抗体を伴う溶液を加える工程、もう一度ウェルを濯ぐ工程、及びレポーティング染料の存在下において色が変わることを意図してレポーティング染料を加える工程を含む。これらの工程も、結合の効率及び精度におけるバラツキを受ける。

ゲル電気泳動試験も複雑である。多くの場合、コスト及び困難さのために、概してＥＬＩＳＡが好ましい。血液培養を用いることよって感染因子の全てを検出することができるわけではなく、例えば、ライム病（ボレリア・ブルグドルフェリ：Ｂｏｒｒｅｌｉａ ｂｕｒｇｄｏｒｆｅｒｉ）の感染は、一般的に、血液培養では識別されない。これらの試験の複雑さから、これらの試験は極めてオペレータ依存的であり、オペレータの経験及び技術に応じて試験結果の精度にバラツキの可能性を生じる。自動化は、精度を向上させ、試験のバラツキを減少させることができるであろうが、そのような自動化された解決策は、容易には利用できない。

別の生体試料分析技術は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）に基づいており、これは、標的となる、ＤＮＡの小さな断片をクローニングする。これは、高感度の技術であるが、適切に実行するにはかなりの専門知識か又は非常に高価な自動化設備のいずれかを必要とし、且つ各試験に対して数時間を要する。

これらの現在利用可能な試験の全ては、高価で、非常にオペレータ依存的であり、及び特に疾患の初期段階において多くの疾患（例えば、ライム病など）を正確に且つ信頼性高く検出するための感度・特異度を欠いている。

（実施形態の概要）
本開示は、電子生体試料分析のシステム及び方法を対象とする。特に、本開示は、試験装置の電子回路への抗体の直接的な結合を可能にすること、生体試料に試験装置を晒すこと、並びに電子回路−抗体システムの電気特性における変化を測定することによる、ナノエレクトロニクス回路を使用した疾患及び／又は感染の直接検出を対象とする。電気特性における変化を解析することにより、試料における感染の存在を特定する。この技術は、極めて高感度であり得、及び不適切な抗体結合の影響を大幅に最小化するように設計することができる。

本明細書において開示されるように、電子生体試料分析のための例示のシステムは、電子生体試料センサーシステムを含み、この場合、当該生体試料センサーシステムは、外部コネクタに電子的に接続されたセンサーチップを含み、当該センサーチップは、１又は複数のトランジスタを含み、各トランジスタは、１又は複数の散在部位を含み、各散在部位は、共有結合した１又は複数のバイオマーカーを含む。いくつかの実施形態において、当該トランジスタはグラフェンを含む。いくつかの実施例において、当該トランジスタは、ｓｐ^２混成炭素及びｓｐ^３混成炭素を含み、この場合、少なくともｓｐ^３混成炭素分子は、当該トランジスタがバイオマーカーに対応する感染又は疾患を有する患者に由来する生体試料に晒された場合に当、該トランジスタの電気特性が変化するようなバイオマーカー分子に共有結合する。

本開示のいくつかの実施形態は更に、液体ハンドリングシステムと、液密で、内部に位置された試料チャンバを形成するように形状化されたケージングと、を含む。当該電子生体試料センサーシステム及び液体ハンドリングシステムは、当該ケージング内に封入される。いくつかの実施形態において、液体送達システムは、試料チャンバ並びに当該試料チャンバに液圧で接続された１又は複数のフランジを含み、この場合、当該試料チャンバは、センサーチップに対する液密密封を形成する。

本明細書においても開示されるように、電子生体試料分析のための例示の方法は、生体試料を電子生体分析センサーに導入する工程、当該電子生体試料分析センサーに電圧を印加する工程、当該生体試料分析センサーからの電流を測定する工程、測定された電流をベースライン電流と比較する工程、及び電流の変化が所定の閾値を超える場合に「試験陽性」を返す工程を含む。例えば、生体試料は、尿、血液、血清、又は脳脊髄液試料であり得る。生体試料を導入する工程、電圧を印加する工程、及び電流を測定する工程は、繰り返してもよく、サイクルにおいて無菌溶液によって当該生体試料分析センサーを洗い流す工程と交換してもよい。これらの工程を繰り返すことにより、結果の統計的有意性を増加させ、サンプリングノイズを減少させる。

本開示は、１又は複数の様々な実施形態に従って、以下の図を参照しながら詳細に説明される。当該図は、例示目的だけのために提供されるのであって、単に本開示の典型的な又は例示の実施形態を表しているにすぎない。

本明細書において開示される実施形態に合致する生体試料分析装置の上面図を示す。 本明細書において開示される実施形態に合致する生体試料分析装置の側面図を示す。 本明細書において開示される実施形態に合致する生体試料分析装置の背面図を示す。 本明細書において開示される実施形態に合致する例示の生体試料分析装置の写真。 本明細書において開示される実施形態に合致する例示の生体試料分析装置の電子生体試料センサーシステムの写真。 本明細書において開示される実施形態に合致する例示の生体試料分析装置の電子生体試料センサーシステムの上面図を示す。 本明細書において開示される実施形態に合致する例示の生体試料分析装置の電子生体試料センサーシステムの側面図を示す。 本明細書において開示される実施形態に合致する例示の生体試料分析装置の電子生体試料センサーシステムの背面図を示す。 本明細書において開示される実施形態に合致する例示の生体試料分析装置の下側カートリッジアセンブリの上面図を示す。 本明細書において開示される実施形態に合致する例示の生体試料分析装置の下側カートリッジアセンブリの側面図を示す。 本明細書において開示される実施形態に合致する例示の生体試料分析装置の下側カートリッジアセンブリの背面図を示す。 本明細書において開示される実施形態に合致する例示の生体試料分析装置の上側カートリッジアセンブリの上面図を示す。 本明細書において開示される実施形態に合致する例示の生体試料分析装置の上側カートリッジアセンブリの側面図を示す。 本明細書において開示される実施形態に合致する例示の生体試料分析装置の上側カートリッジアセンブリの背面図を示す。 本明細書において開示される実施形態に合致する例示の生体試料分析装置の試料チャンバの側面図を示す。 本明細書において開示される実施形態に合致する例示の生体試料分析装置の液体ハンドリングアセンブリの上面図を示す。 本明細書において開示される実施形態に合致する例示の生体試料分析装置の液体ハンドリングアセンブリの側面図を示す。 本明細書において開示される実施形態に合致する例示の生体試料分析装置の液体ハンドリングアセンブリの正面図を示す。 本明細書において開示される実施形態に合致するチップキャリアにワイヤボンディングされた例示の生体試料分析センサーチップの上面図を示す。 本明細書において開示される実施形態に合致する試料チャンバを形成するように形状化された成形プラスチックカバーによって覆われた例示の生体試料分析センサーチップの上面図を示す。 本明細書において開示される実施形態に合致する試料供給管に液圧で接続された試料チャンバによって覆われた例示の生体試料分析センサーチップの上面図を示す。 本明細書において開示される実施形態に合致する外部ケージングに収容された、試料チャンバによって覆われた例示の生体試料分析センサーチップの上面図を示す。 本明細書において開示される実施形態に合致する例示の生体試料分析センサーチップの上面図を示す。 本明細書において開示される実施形態に合致する生体試料を電子的に試験する方法を示すプロセス図。 本明細書において開示される実施形態に合致する電子生体試料分析の方法を示すプロセス図。 本明細書において開示されるシステム及び方法の様々な特徴を実践するために使用することができる例示のコンピューティングモジュールを示す。

当該図は、包括的であること又は開示される正確な形態に本開示を限定することを意図するものではない。本開示が変更及び交換により実践することができること、並びに本開示が特許請求項及びそれらの同等物によってのみ限定され得ることは、理解されるべきである。

（詳細な説明）
本開示の実施形態は、生体試料分析を実施するためのシステム及び方法を対象とする。いくつかの実施例において、生体試料分析のためのシステムは、外側ケージング、生体試料送達システム、及び電子生体試料センサーシステムを含む。当該生体試料送達システムは、生体試料分析システムの外部に位置された液体生体試料を、試料チャンバに接続された１又は複数の管を介して生体試料センサーシステムに送達するように構成され得、この場合、当該センサーチャンバの少なくとも１つの面は、電子生体試料センサーシステムのセンサーチップに晒される。いくつかの実施例において、当該電子生体試料センサーシステムは、センサーチップ及び当該センサーチップに電気的に接続された電子コネクタを含み、この場合、当該電子コネクタは、ソース−ドレイン電圧及びソース−ゲートバイアスをセンサーチップのトランジスタに送達するように、並びに生体試料内の特定の抗体（例えば、ライム病の抗体）の存在に対応する、トランジスタからの電流をモニターするように構成される。

図１は、例示の生体試料分析装置の上面図を示している。例示の生体試料分析装置１００の外側ケージングは、一緒に合わさることにより密封された筐体を形成するように構成された第一カートリッジ半体１４０及び第二カートリッジ半体１５０を含む。第一カートリッジ半体１４０及び第二カートリッジ半体１５０は、揃えられて、取り付け穴１５２に挿入されたネジ、ボルト、タブ、ダボ、又は他の留め具によって一緒に固定され得る。例えば、第一カートリッジ半体１４０の４つの取り付け穴１５２は、当該２つのカートリッジ半体を適切に揃えるために、第二カートリッジ半体１５０の４つの取り付け穴１５２に揃えることができ、次いで、留め具を当該穴に挿入することにより当該カートリッジ半体を一緒に固定することができる。

概して、生体試料分析装置１００の外部ケージングは、中に包囲された電子生体試料センサーシステムを封入するように構成される。いくつかの実施例において、生体試料分析装置１００の外部ケージングは、一体成形された構成要素である外側ケージングを含み得、この場合、当該成形された構成要素は、プラスチック、フォーム、ゴム、アクリル、又は十分に水密性である任意の他の成形可能材料を含む。他の実施例において、第一カートリッジ半体１４０は、第二カートリッジ半体１５０に蝶番で連結され得る。第一カートリッジ半体１４０は更に、２つのカートリッジ半体が一緒に単一のカートリッジを形成するように第二カートリッジ半体１５０に対して閉鎖位置に向けられた場合、所定の位置でスナップ嵌合、圧入嵌合、又はロックされ得る。いくつかの実施例において、第一カートリッジ半体１４０及び第二カートリッジ半体１５０は、第一又は第二カートリッジ半体のどちらかから突出する位置合わせピン又はダボを使用して揃えられ、当該位置合わせピンを他方のカートリッジ半体の位置合わせ穴１５２に挿入して揃えられる。そのような一実施例において、当該２つのカートリッジ半体は、スナップ嵌合、形状嵌合、又は圧入嵌合され得る。外部カートリッジケージングが少なくとも試料チャンバ１６０及びセンサーチップ１１０を包囲する限り、当技術分野において公知であるような、水密性外部カートリッジケージングを製造する他の方法も可能である。

図１を更に参照すると、第二カートリッジ半体１５０は更に、センサーチップ１１０、チップキャリア１１２、キャリアソケット１１４、回路基板１１６、及び外部コネクタ１８０も含み得る。例えば、回路基板１１６は、第二半ケージング１５０の内側に取り付けられ得るか又は形状嵌合され得、及び外部コネクタ１８０に電気的に接続され得る。回路基板１１６も、キャリアソケット１１４を支持し且つそれら電気的に接続し得、キャリアソケット１１４は、チップキャリア１１２を支持し且つそれらに電気的に接続し得る。チップキャリア１１２は、センサーチップ１１０を物理的に支持し且つそれらに電気的に接続するように構成され得る。

いくつかの実施例において、センサーチップ１１０は、本明細書において開示されるように、１又は複数のグラフェントランジスタを備えるグラフェンチップである。グラフェンチップは、グラフェンチップの上面に位置された複数の電子散在部位を含み得、この場合、各散在部位は、特定の感染又は疾患に反応して人体によって生成される特定の抗体に相関する、共有結合したバイオマーカー（例えば、ライム病に反応して人体によって生成される抗体に結合する傾向のために選択されたバイオマーカー）を含む。更に、各散在部位は、特定のグラフェントランジスタ上に位置される。当該散在部位は更に、当該散在部位が、特定の結合したバイオマーカーに相関する抗体に晒されたときに、特定のグラフェントランジスタの電気特性を変えるように構成される。従って、各トランジスタのソースとドレインとの間に電圧を印加し、ソース及びゲート電圧に適切にバイアスをかけることにより、各グラフェントランジスタは、グラフェントランジスタの散在部位に結合した特定のバイオマーカーに相関する抗体を含有する液体試料に晒されたときにスイッチがオンになるか、及び／又は電流が増加するように構成される。

センサーチップ１１０は、チップキャリア１１２に電気的に接続され得る。例えば、センサーチップ１１０は、チップキャリア１１２にワイヤボンディングされ得る。いくつかの実施形態において、チップキャリア１１２はさらに、センサーチップ１１０を支持し、適所に保持し得る。

チップキャリア１１２は、キャリアソケット１１４に電気的に接続され得る。いくつかの実施形態において、キャリアソケット１１４は、チップキャリア１１２を支持し、適所に保持する。チップキャリア１１２は更に、キャリアソケット１１４中に、スナップ嵌合、形状嵌合、又は圧入嵌合するように構成され得、それにより、チップキャリア１１２から延びる導線が、キャリアソケット１１４に機械的且つ電気的に接続するが、キャリアソケット１１４からは機械的に解放され得る。

キャリアソケット１１４は、回路基板１１６に電気的に接続され得る。いくつかの実施形態において、回路基板１１６は、キャリアソケット１１４を支持し、適所に保持する。次いで、回路基板１１６は、電気コネクタ１８０に電気的に接続され得る。回路基板１１６に対してセンサーチップ１１０の他の電気的及び機械的方向付けも可能である。例えば、センサーチップ１１０は、ワイヤボンディング、はんだ付け、フリップチップハンダボール、又は当技術分野において公知の他のタイプの電気−機械的接着によって、回路基板１１６に直接接着してもよい。いくつかの実施形態において、ワイヤーハーネス又は他の電気的接続メカニズムは、電気コネクタ１８０によるセンサーチップ１１０の電気的接続を容易にし得、その場合、回路基板１１６は必要とされない。

図１を更に参照すると、生体試料送達システムは、センサーチップ１１０を生体試料に晒すように構成され得る。当該生体試料送達システムは、１又は複数の管１７６、１又は複数のフランジ１７２及び１７４、並びに試料チャンバ１６０を含み得る。フランジ１７４及び１７２は、１又は複数の管１７６によって試料チャンバ１６０に液圧で接続され得、それにより、生体試料がフランジ１７２又は１７４のいずれかによって導入される場合には、当該生体試料は、管１７６を通って試料チャンバ１６０へと流入するであろうし、次いで、フランジ１７２又は１７４の一方によって連続的な圧力が維持される場合には、当該生体試料は、試料チャンバ１６０及び他方のフランジ１７４又は１７２の外へと強制的に押し出され得る。例えば、フランジ１７４が注入フランジの場合、フランジ１７２は、排出フランジとして機能し得る。フランジ１７４の一方は、洗浄液によって生体試料送達システム全体を洗い流すために使用され得る。管１７６は、接合部１７６によって液圧で接続され得る。

いくつかの実施例において、センサーチップ１１０は、試料チャンバ１６０と共に液密密封を形成する。例えば、Ｏリング１６２は、試料チャンバ１６０の外側リム上においてＯリング溝１６４内に嵌合し得、それにより、センサーチップ１１０が試料チャンバ１６０に対して押し上げられる場合（例えば、ケージング半体１４０及び１５０が一緒に閉じられる場合）、Ｏリング１６２は、Ｏリング溝１６４の内側において試料チャンバ１６０及びセンサーチップ１１０の両方に対して圧迫され、それにより液密密封を生じる。

図２は、生体試料分析装置１００の側面図を示している。図２によって示される非限定的な実施形態において、ケージング半体１４０は、ケージングシステムの上半分であり、ケージング半体１５０は、ケージングシステムの下半分である。当該２つの半体が図２に示されるような閉鎖状態に構成される場合、試料チャンバ１６０は、上側ケージング半体１４０から下側ケージング半体１５０中へと下方に突出する。更に、試料チャンバ１６０は、センサーチップ１１０により底面において密封され、それにより、生体試料がフランジ１７２及び／又は１７４を通って導入される場合に、それらが管１７６を通って試料チャンバ１６０内へと流入し、センサーチップ１１０に接触する。

図３は、生体試料分析装置１００の背面図を示している。図３に示される非限定的な例示の実施形態において、３つの試料送達フランジが、ケージングの外面上に位置されており、外部の試料送達システムに液圧で接続するように構成されている。いくつかの実施例において、フランジ１７４は、注入フランジであり得、フランジ１７２は、排出フランジであり得る。例えば、フランジ１７４の一方は、生体試料の注入フランジであってもよく、及びフランジ１７４の一方は、洗浄液の注入フランジであってもよい。他の実施例において、２つのフランジのみが使用され得、その一方で、いくつかの実施例において、３つを超えるフランジが使用され得る。生体試料をセンサーチップに送達するための他のメカニズムも使用することができる。例えば、センサーチップ１１０を、試験管、デュワー、カップ、カテーテルバッグ、又は他の容器に貯蔵された生体試料に浸漬してもよい。あるいは、センサーチップ１１０を、生体試料を輸送するように設計された管内に位置してもよく、又は、試験片若しくは試験カード上に構成して、生体試料中を直接通過させてもよい（例えば、妊娠試験片のように）。

図４は、例示の生体試料分析装置の写真である。図４に示されているように、当該ケージングシステムは、アクリルケージング又はプラスチックケージングであり得る。他の実施形態において、当該ケージングシステムは、複合材料、金属、ゴム、シリコーン、ガラス、樹脂、又は当技術分野において公知の他の液密材料を含み得る。

図５は、例示の生体試料分析装置の電子生体試料センサーシステムの写真である。図５によって示されるように、センサーチップは、チップキャリアにワイヤボンディングされ得、当該チップキャリアは、キャリアソケットに接続され得、及び当該キャリアソケットは、回路基板（例えば、実験用回路基板）上に取り付けられ得る。そして、当該回路基板は、電子コネクタに接続され得る。いくつかの実施形態において、当該チップキャリアは、４４ピンのチップキャリアである。当該回路基板は、チップキャリアのピンを当該コネクタに電気的に接続するように特別注文により作製され得る。多くの実施形態において、当該電子生体試料センサーシステムは、センサーチップの各トランジスタが、チップキャリア、キャリアソケット、回路基板、及び／又は電気コネクタによって電気回路を完成させるように組み立てられる。例えば、当該電気コネクタは、センサーチップ上のトランジスタのそれぞれにドレイン−ソース電圧及びゲート−ソースバイアスを供給するために、Ｖ_ＤＳ及びＶ_ＧＳの両方のためのコネクタリードを含み得る。当該電気コネクタは更に、各トランジスタに流れる電流を独立してモニター及び／又は測定するために複数のチャンネルリードを含み得、それにより、各チャンネルは、異なるトランジスタをモニターする。いくつかの実施例において、当該コネクタはＤ−ｓｕｂコネクタである。

図６は、例示の生体試料分析装置の電子生体試料センサーシステムの上面図を示している。示されているように、例示の電子生体試料センサーシステム６００は、センサーチップ６１０、チップキャリア６１２、キャリアソケット６１４、回路基板６１６、及び電気コネクタ６８０を含み得る。代替の実施形態は、センサーチップ６１０及び電気コネクタ６８０だけを含み得る。いくつかの実施形態において、電子生体試料センサーシステムは、１又は複数のグラフェントランジスタを含む単一の集積回路であり、この場合、各トランジスタは、グラフェントランジスタゲートを外部環境に（例えば、グラフェントランジスタの上面に位置された液体試料に）晒すように構成される。当該電子生体試料センサーシステムは更に、各トランジスタにドレイン−ソース電圧及びゲート−ソースバイアスを供給するためのＶ_ＤＳ及びＶ_ＧＳ回路接続、並びに各トランジスタを流れる電流をモニター及び／又は測定するための少なくとも１つの電気チャンネルも含み得る。

図７は、図６に示された装置に類似する例示の生体試料分析装置のエレクトロニクスアセンブリの側面図を示している。図７を参照すると、回路基板６１６は、電気コネクタ６８０とセンサーチップ６１０との間に、チップキャリア６１２及びキャリアソケット６１４を介した電気接続を提供し得、並びにセンサーチップ６１０、チップキャリア６１２、及び／又はキャリアソケット６１４に対して構造的支持も提供し得る。例えば、センサーチップ６１０がチップキャリア６１２に接着され、チップキャリア６１２がソケット６１４に挿入される場合、回路基板６１６とキャリアソケット６１４との間の構造的接着は、チップキャリア６１２及びセンサーチップ６１０の構造的位置のための剛体基礎を提供し、それらを維持する。

図８は、図６及び図７に示される装置に類似する例示の生体試料分析装置のエレクトロニクスアセンブリの背面図を示している。図８を参照すると、センサーチップ６１０は、回路基板６１６、キャリアソケット６１４、及び／又はチップキャリア６１２に対して中央に位置され得る。

図９は、例示の生体試料分析装置の下側カートリッジアセンブリの上面図を示している。下側カートリッジケージング９５０は、成形又は機械加工されたプラスチック、アクリル、ガラス、セラミック、複合材料、ゴム、金属、又は液密であり且つ生体試料に対して無菌環境を提供するであろう他の材料を含み得る。いくつかの実施例において、下側カートリッジケージング９５０は、エポキシ、ポリエステル、又はポルウレタン等の熱硬化性プラスチック、あるいはアクリル、塩化ポリビニル、又はポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））等の熱可塑性プラスチックに由来するものを含む。取り付け構造体９５２は、上側カートリッジアセンブリを取り付けるため及びそれに揃えるための、ケージングから突出するピンであり得、あるいは二者択一的に、上側カートリッジアセンブリのアライメントピン及び／若しくは取り付けピン、ポスト、又はネジを受け入れるための穴であり得る。上側カートリッジアセンブリを下側カートリッジアセンブリに揃えて固定するために、他のアライメントメカニズム及び／又は締結メカニズムを使用してもよい。

図１０は、図９に示す装置に類似する、例示の生体試料分析装置の下側カートリッジアセンブリの側面図を示している。図１０を参照すると、例示の取り付け穴９５２が、下側カートリッジアセンブリを通って垂直に延在し得る。

図１１は、図９に示す装置に類似する、例示の生体試料分析装置の下側カートリッジアセンブリの背面図を示している。図１１を参照すると、ケージング９５０の開口部は、図６〜８において説明される電子生体試料センサーシステムを受け入れるように位置され構成され得る。

図１２は、例示の生体試料分析装置の上側カートリッジアセンブリの上面図を示している。上側カートリッジケージング１２４０は、成形又は機械加工されたプラスチック、アクリル、ガラス、セラミック、複合材料、ゴム、金属、又は水密であり且つ生体試料に対して無菌環境を提供するであろう他の材料を含み得る。いくつかの実施例において、上側カートリッジケージング９５０は、エポキシ、ポリエステル、又はポルウレタン等の熱硬化性プラスチック、あるいはアクリル、塩化ポリビニル、又はポリテトラフルオロエチレン（「テフロン（登録商標）」）等の熱可塑性プラスチックに由来するものを含む。取り付け構造体１２５２は、下側カートリッジアセンブリを取り付けるため及びそれに揃えるための、当該ケージングから突出するピンであり得、あるいは二者択一的に、下側カートリッジアセンブリからのアライメントピン及び／若しくは取り付けピン、ポスト、又はネジを受け入れるための穴であり得る。上側カートリッジアセンブリを下側カートリッジアセンブリに揃えて固定するために、他のアライメントメカニズム及び／又は締結メカニズムを使用することもできる。

図１２を更に参照すると、上側カートリッジアセンブリは更に、生体試料チャンバ１２６０、Ｏリング溝１２６２、Ｏリング１２６４、及び／又はカートリッジ本体のアライメントタブ１２６６も含み得る。例えば、試料チャンバ１２６０は、電子生体センサーシステムのセンサーチップによって底面において密封される場合、液体生体試料を保持するように構成され得る。Ｏリング１２６４は、Ｏリング溝１２６２の内側に位置され得、上側及び下側カートリッジアセンブリが一緒に固定される場合に試料チャンバ１２６０とセンサーチップとの間に密封を形成するように構成され得る。カートリッジ本体のアライメントタブ１２６６は、上側及び下側カートリッジアセンブリを位置合わせするために、下側カートリッジアセンブリに同様の形状に形成されたソケットの内側に嵌合するように形状化される。

図１３Ａは、図１２に示す装置に類似する例示の生体試料分析装置の上側カートリッジアセンブリの側面図を示している。図１３Ａを参照すると、試料チャンバ１２６０及びカートリッジ本体のアライメントタブ１２６６は，上側カートリッジアセンブリから下方に突出し得る。

図１３Ｂは、図１２及び１３Ａに示す装置に類似する例示の生体試料分析装置の上部カートリッジアセンブリの背面図を示している。図１３Ｂを参照すると、試料チャンバ１２６０及びカートリッジ本体のアライメントタブ１２６６は、上側カートリッジアセンブリ内の中央に位置され得る。

図１４は、例示の生体試料分析装置のセンサーチップに締め付け固定された例示の生体試料分析装置のチップキャリア上に、エポキシ樹脂で固定されるか又は成形された試料チャンバの側面図を示す。図１４を参照すると、試料チャンバ１４００は、液体生体試料を保持するように構成された、成形された固体材料（例えば、成形されたプラスチック）１４９０を含む。センサーチップ１４１０は、密封を完成させるために試料チャンバ１４００の下側に位置され、それにより、液体生体試料が試料チャンバ内に位置された場合に、重力によって液体生体試料がセンサーチップ１４１０の上面に接触する。センサーチップ１４１０は、エポキシ、成形されたプラスチック、又はセンサーチップ１４１０と共に液密で無菌な密封を形成するように構成され得る別の成形可能若しくは形成可能な固体材料を用いて、試料チャンバ１４００内に固定され得る。センサーチップ１４１０は更に、液密で無菌な密封を形成するために、Ｏリング１４６４に押し当てられるか又は締め付け固定され得る。図１４によって示されているように、管１４７６は、液体生体試料を試料チャンバ１４００に送達するように構成され得る。

図１５は、例示の生体試料分析装置の液体ハンドリングアセンブリの上面図を示す。液体ハンドリングアセンブリ１５００は、１又は複数の管１５７６並びに１又は複数のフランジ１５７２及び１５７４を含み得る。フランジ１５７２及び１５７４は、液体ハンドリングアセンブリ１５００を外部液体源に液圧で接続するように構成される。例えば、フランジ１５７４は、洗浄液（例えば、塩水）によって液体ハンドリングシステムを洗い流すことを可能にするために、液体生体試料源及び／又は洗浄液源からの注入を受け入れ得る。フランジ１５７２は、液体ハンドリングシステム１５００が液体試料又は洗浄液を排出できるようにするための液体排出フランジであり得る。フランジ１５７２及び１５７４は、例えば、ルアーフィッティングであり得る。管１５７６は、１又は複数の接合コネクタ１５７８と液圧で接続され得る。液体ハンドリングアセンブリ１５００及び図１２〜１４に示されている生体試料チャンバ１２６０は、洗浄液及び／又は蒸気若しくは化学殺菌（例えば、漂白剤、オゾン、又は過酸化水素）によって清浄化され得る。

図１６Ａは、図１５に示す液体ハンドリングアセンブリに類似する例示の生体試料分析装置の例示の生体試料分析装置の液体ハンドリングアセンブリの側面図を示し、図１６Ｂはその正面図を示す。示されているように、管１５７６は、バリ又は形状嵌合接続等の液密接続メカニズムによってフランジ１５７４及び１５７２に接続され得る。管１５７６は更に、液体生体試料を試料チャンバ内へと送達するために下方に湾曲している。

図１７Ａは、電子生体試料センサーシステムのチップキャリアにワイヤボンディングされた例示の生体試料分析センサーチップの上面図を示す。センサーチップ１７１０は、複数のグラフェントランジスタを備えるグラフェンチップであり得、この場合、各トランジスタは、ワイヤリードによってチップキャリア１７１４に電気的に接続される。図１７Ｂは、図１４に示す試料チャンバ１４００に類似する試料チャンバを形成するように形状化された成形プラスチックカバーで覆われているセンサーチップ１７１０の上面図を示している。従って、液体生体試料が試料チャンバ内に導入される場合、重力により、生体試料はセンサーチップ１７１０に接触するであろう。図１７Ｃは、試料チャンバによって覆われ、液体生体試料を試料チャンバ１４００内へと送達するように構成された管１７７６に液圧で接続された、センサーチップ１７１０の上面図を示す。図１７Ｄは、試料チャンバによって覆われ、図１〜４及び６〜１４において開示される外部ケージングに類似する外部ケージングに収容されたセンサーチップ１７１０の上面図を示す。

図１８は、電子生体試料センサーシステムで使用される例示の生体試料分析センサーチップの上面図を示す。例えば、生体試料分析センサーチップ１８００は、１又は複数のトランジスタ１８１０を含み得る。各トランジスタ１８１０は、グラフェンを含み得る。例えば、各トランジスタ１８１０は、単原子層厚であるか又はちょうど数原子層厚である、ｓｐ^２混成炭素（Ｃｓｐ^２）を含み得る。各グラフェントランジスタ１８１０は更に、１又は複数の電子散在部位を含み得、この場合、各電子散在部位は、ｓｐ^３混成の炭素を含む。ｓｐ^３混成炭素は、Ｃｓｐ^３軌道でのバイオ分子との共有結合を可能にする。当該共有結合した分子は、バイオマーカーとして機能し得、この場合、所定のバイオマーカーは更に、特定のウイルス、細菌、疾患、又は病気に反応して生物（例えば、ヒト又は哺乳類）によって生成される所定の抗体に結合するであろう。例えば、グラフェンチップは、化学的機能化のために、ジアゾニウム塩、硫酸酸、過マンガン酸カリウム、又は過酸化水素を用いた化学酸化によって調製され得る。抗体付着は、１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド（ＥＤＣ）及びＮ−ヒドロキシスクシンイミド（ＮＨＳ）を使用して、グラフェンのカルボン酸基を抗体又はリンカーのアミン基に結合させることよって開始され得る。リンカー分子は、抗体への直接付着が不可能な場合に使用され得る。一実施例において、ビオチニル化されたタンパク質に結合させるためにストレプトアビジンが使用されるか、あるいは、Ｈｉｓでタグ付けされたタンパク質に結合させるためにニトロトリ酢酸が使用される。トランジスタの群の上部への小滴で十分な反応体積に制限することによって、複数の抗体を単一のチップに付着させることができる。

いくつかの実施形態において、該グラフェンセンサーチップは、金属接触リードに接続されたグラフェントランジスタを形成するために、フォトリソグラフィ製作プロセスを使用して構築され得る。例えば、当該グラフェンは、プラスチックフィルム上のＣＶＤグラフェンであり得、これは、グラフェンをウェハ（例えば、シリコンウェハ）上に配置し、溶媒（例えば、アセトン）に晒してプラスチックを溶解させることにより、ウェハ上にグラフェンを残している。該グラフェンは、次いで、（例えば、イソプロピルアルコール、メタノール、及び／又は水によって）濯がれ、残留物を除去するために加熱され得る。いくつかの実施例において、グラフェン層を備えるウェハは、３０分から４時間の間に加熱される。より短い時間が使用される場合、グラフェン層を備えるウェハは、１５０℃から３００℃の間の熱に晒され、一方、より長い加熱時間が選択される場合、グラフェン層を備えるウェハは、室温において空気に晒され得る。当技術分野において公知であろう標準的材料被着プロセスを含めて、ウェハ上にグラフェンを被着する他の方法も可能である。

グラフェンセンサーチップを構築するための例示の方法の１つは、フォトリソグラフィを用いてウェハ上にアライメントマーク及びいくつかの配線を被着する工程、グラフェン層を被着する工程、次いでフォトリソグラフィを用いて最終的な配線を被着する工程を含む。グラフェンセンサーチップを構築するための別の例示の方法は、グラフェンを被着する工程及び全ての配線を一段階で被着する工程を含む。説明される工程は非限定的であり、任意の順序で実施できる。グラフェン及び配線の被着の後、多くの実施例は、当該ウェハをチップへと切断する工程、チップをチップキャリア内に接着する工程、及び当該チップを回路基板上に搭載する工程を含む。いくつかの実施例は更に、チップのためのソケットを外部電気コネクタに電気的に接続する工程を含む。いくつかの実施例において、チップキャリアへのチップの接着は、ワイヤボンディングプロセスである。いくつかの実施例において、チップキャリアは、４４ピンのセラミック又はプラスチックチップキャリアであるが、当技術分野において公知であろう他のチップキャリア形式も可能である。

いくつかの実施例において、回路基板は、少なくとも２つのピンが電圧入力部であって残りのピンが測定チャンネルであるように構成される。例えば、一方の電圧入力部は、グラフェントランジスタにドレイン−ソースバイアス（Ｖ_ＤＳ）を設定するために使用され得、及び他方の電圧入力部は、グラフェントランジスタにゲート−ソースバイアス（Ｖ_ＧＳ）を設定するために使用され得る。Ｖ_ＤＳリードは、各グラフェンレジスタ上のドレイン電極に電気的に接続され得、Ｖ_ＧＳリードは、各グラフェンレジスタ上のゲート及び／又はソース電極に電気的に接続され得、並びにゲート／ソースバイアスを設定するために使用され得る。そして、測定チャンネルリードは、グラフェントランジスタが液体試料に晒された時の電流を測定するために、個別のグラフェントランジスタに電気的に接続され得る。例えば、グラフェントランジスタにバイオマーカーが結合する場合、特定の抗体による結合特性に対して、ゲートが選択される。特定のバイオマーカーが特定の抗体と結合すると、グラフェンの導電特性が変化し、それにより、特定のトランジスタのスイッチがオンになり、これが、トランジスタのソース及びそれぞれの測定チャンネルに電流が流れるのを可能にする。任意の所定のセンサーチップ上のグラフェントランジスタは、同一の抗体（例えば、ライム病に対する抗体）と結合するように設計された同一のバイオマーカーを有するように構成され得るか、あるいは、単一のセンサーチップが単一の液体試料中に存在する複数の抗体を検出できるように、異なるグラフェントランジスタに対して複数のバイオマーカーが使用され得る。

特定の抗体に結合することが知られている任意のバイオマーカーは、その抗体の存在を検出するためにセンサーチップにおいて使用することができる。以下の非限定的な一覧は、抗体−バイオマーカーの対応関係が公知であるいくつかの例示の疾患及び感染を含む。
自己免疫疾患
・橋本甲状腺炎
・甲状腺機能亢進症
・多発性硬化症．
・リウマチ性関節炎
細菌感染
・炭疽菌（バチルス・アンスラシス：Ｂａｃｉｌｌｕｓ ａｎｔｈｒａｃｉｓ）（炭疽病）
大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ）（食中毒）
・インフルエンザ菌（ヘモフィルス・インフルエンザ：Ｈａｅｍｏｐｈｉｌｕｓ ｉｎｆｌｕｅｎｚａｅ）（細菌性インフルエンザ）
・淋菌（ナイセリア・ゴノレエ：Ｎｅｉｓｓｅｒｉａ ｇｏｎｏｒｒｈｏｅａｅ）（淋病）
・髄膜炎菌（ナイセリア・メニンギティディス：Ｎｅｉｓｓｅｒｉａ ｍｅｎｉｎｇｉｔｉｄｅｓ）（髄膜炎）
・マラリア原虫（プラスモディウム：Ｐｌａｓｍｏｄｉｕｍ）（マラリア）
・発疹チフスリケッチア（リケッチア・プロワツェキイ：Ｒｉｃｋｅｔｔｓｉａ ｐｒｏｗａｚｅｋｉｉ）（発疹チフス）
・サルモネラ菌（サルモネラ・エンテリカ：Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ ｅｎｔｅｒｉｃａ）（食中毒、腸チフス）
・ブドウ球菌（スタフィロコッカス：Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ）（食中毒、ｓｔａｐｈ）
・肺炎連鎖球菌（ストレプトコッカス・ニューモニエ：Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ ｐｎｅｕｍｏｎｉａ）（肺炎）
・梅毒トレポネーマ（トレポネーマ・パリダム：Ｔｒｅｐｏｎｅｍａ ｐａｌｌｉｄｕｍ）（梅毒）
ウイルス感染症
・エボラ
・エプスタイン・バーウイルス
・Ａ型、Ｂ型、Ｃ型、Ｄ型、Ｅ型肝炎
・単純ヘルペスウイルス（口唇ヘルペス、ヘルペス）
・帯状疱疹（水痘、帯状疱疹）
・ＨＩＶ
・ヒトコロナウイルス（風邪）
・インフルエンザ（風邪）
・ノロウイルス
・ライノウイルス（風邪）
・ロタウイルス
・ＳＡＲＳコロナウイルス
・天然痘ウイルス（痘瘡）
癌マーカー
・αフェトプロテイン
・β−２−ミクログロブリン
・β−ヒト絨毛性ゴナドトロピン
・カルシトニン
・癌抗原１２３
・癌抗原１２５
・癌抗原１５−３
・癌抗原１９−９
・癌抗原２７．２９
・癌胎児抗原
・クロモグラニンＡ
・サイトケラチン
・ヒト絨毛性ゴナドトロピン
・オステオポンチン
・前立腺特異的抗原

図１８をさらに参照すると、トランジスタ１８１０は、トランジスタ上に生体試料を集中させるために、ウェル１８６８内において編成及び／又は位置され得る。ウェル１８６８は、プラスチック、ゴム、複合材料、シリコン、又は当技術分野において公知の他の構造材料によるキャピラリー管を含み得るウェル構造体１８６６によって形成され得る。各ウェル１８６８は、１又は複数のトランジスタ１８１０を含み得、及び各センサーチップ１８００は、１又は複数のウェル１８６８を含み得、この場合、各ウェルは、特定の抗体の検出のために同種のバイオ分子を含み得る。いくつかの実施例において、複数の抗体を検出するように単一のセンサーチップを構成できるように、同じセンサーチップ上のウェルが、異なるバイオ分子を含んでもよい。全てのトランジスタ１８１０及びウェル１８６８は、センサーチップ１８００上に抗体検出面を作り出す。図１８に示すように、抗体検出面は、Ｏリング１８６４内に囲まれ得、及び液密密封によって試料チャンバ内に密封されるように構成され得る。接着パッド又はリード１８１２が、トランジスタに電気的に接続され、センサーチップをチップキャリア、キャリアソケット、回路基板、及び／又は外部電気コネクタに電気的に接続することを可能にする。

図１９は、（例えば、生体試料分析装置を使用して）生体試料を電子的に試験する方法を示すプロセス図である。生体試料を電子的に試験する方法１９００は、ステップ１９１０において試料チャンバ内に生体試料を導入する工程を含み得る。例えば、生体試料は、尿又は血液であり得、試料チャンバは、図１〜１８において開示される実施形態に類似する生体試料チャンバ及びセンサーチップであり得る。方法１９００は更に、工程１９２０においてセンサーチップに電圧を印加するステップを含み得る。例えば、電圧は、ドレイン−ソース電圧及びゲート−ソースバイアスを供給するために、センサーチップ内のトランジスタに電気的に接続されたコネクタリードに印加され得る。方法１９００は更に、ステップ１９３０においてセンサー測定チャンネルの電流を測定するステップを含み得る。例えば、各センサー測定チャンネルは、対応するトランジスタに電気的に接続されたコネクタリードを通じてモニターされ得る。方法１９００は更に、ステップ１９４０において時間経過における電流の変化をモニターする工程、並びに工程１９５０においてベースライン測定（例えば、センサーチップが塩水若しくは別の対照液体のみに晒される場合に得られる電流測定）と当該電流の変化とを比較する工程を含み得る。方法１９００は更に、ベースラインを超える電流の変化が閾値に達する場合に、工程１９６０において、「試験陽性」信号を返すステップを含み得、これは、図１８において開示されるような１又は複数の散在部位での抗体−バイオ分子結合の存在を示す。

センサー測定チャンネルの電流を測定するステップ１９３０、時間経過における電流の変化をモニターするステップ１９４０、ベースライン測定と当該変化とを比較するステップ１９５０、及び「試験陽性」信号を返す工程は、電子生体試料試験モジュールによって実施され得る。例えば、生体試料試験モジュールは、本明細書において開示される工程を実施するように構成された１又は複数のコンピュータプログラムによってプログラムされたプロセッサを含む、図２１で開示されるようなコンピュータモジュールであり得る。方法１９００の他の工程は、コンピュータモジュールによって同様に実施され得る。

図２０は、電子生体試料分析の方法を示したプロセス図である。電子生体試料分析の方法２０００は、工程２０１０において清浄な緩衝液で試料チャンバを洗い流す工程を含む。例えば、試料チャンバは、本明細書で開示される実施形態に類似する生体試料チャンバであり得、当該清浄な緩衝液は、塩水溶液又は当技術分野で公知の他の無菌溶液であり得る。方法２０００は更に、工程２０２０において電子生体試料センサーシステムに電圧を印加する工程を含む。例えば、電圧は、センサーチップにおけるトランジスタのソースとドレインとの間及びソースとゲートとの間に印加され得る。方法２０００は更に、ステップ２０３０において試料を試料チャンバに導入する工程、工程２０３０においてセンサーに電圧を印加して電流変化をモニターする工程を含む。印加された電圧は、生体試料が、センサーチップトランジスタの散在部位に結合したバイオ分子に対応する抗体を含む場合には、電流をベースラインから変化させるであろう。測定の統計的有意性を増加させるために工程２０４５において、工程１９１０から１９４０までが複数回繰り返され得る。方法２０００は更に、ベースラインからの平均電流変化が所定の閾値のレベルを超える場合に、工程２０５０において「試験陽性」信号を返すステップを含み得る。方法２０００で開示される工程は、電子生体試料試験モジュールによって実施され得る。例えば、生体試料試験モジュールは、本明細書において開示されるステップを実施するように構成された１又は複数のコンピュータプログラムによってプログラムされたプロセッサを含む、図２１で開示されるようなコンピュータモジュールであり得る。

いくつかの実施例において、印加される電圧及び測定される電圧は全て、共通のグラウンドを基準にとる。単一の装置測定は、全てのグラフェントランジスタのドレインに電圧（Ｖ_ＤＳ）を印加する工程（例えば、０．１Ｖから１Ｖの間）及びセンシングチャンバの液体に電圧（Ｖ_ＧＳ）を印加する工程（例えば、−１Ｖから１Ｖの間）を含み得る。結果として得られる液体電位（Ｖ_ＲＥＦ）は、参照電極によってモニターすることができる。チップにおける各センサーの電気的ベースラインは、Ｖ_ＲＥＦが０Ｖの場合の全てのセンサー測定チャンネルにおいて、電流を記録することによって測定することができる。Ｖ_ＧＳは、Ｖ_ＲＥＦが上又は下に変化しても（例えば、−１Ｖから１Ｖの範囲において）Ｖ_ＤＳを一定に保つように制御され得る。電流は、全てのセンサー測定チャンネルにおいて測定され得る。各測定チャンネルに対し、結果として得られるデータは、Ｙ軸を電流、Ｘ軸をＶ_ＲＥＦにみなす場合、直線で近似され得る。当該直線の傾き及びＸ軸切片は、ベースライン電流、当該近似線の傾き及び切片が、装置測定において各センサーに対する測定ベクトルにおいて３つのデータ点を形成するところで計算され得る。統計的有意性を高めるために、装置測定を複数回（例えば、３から５回）繰り返すことにより、各センサーの測定ベクトルに対して平均値及び統計的分散を得ることができる。このプロセスは、本明細書で開示されるようなコンピュータモジュールを使用して自動化することができる。

いくつかの実施例において、電子生体試料分析の方法は、電子生体試料分析のためのシステムを電気システムに接続する工程、電子生体試料分析のための当該システムを清浄な血清又は緩衝液で洗い流す工程、及び測定ベクトルのベースラインセットを得るためにベースライン装置測定を計測する工程を含む。当該方法はさらに、生体試料を当該システムに注入する工程及びインキュベート期間に一定の間隔（例えば、１０分、２０分、又は３０分毎に）で装置測定を計測する工程を含み得る。当該方法は更に、当該システムを清浄な血清又は緩衝液で洗い流す工程及び一定の間隔（例えば、１分、５分、又は１０分毎に）に装置測定を計測する工程を含み得る。当該システムは、次いで、清浄な血清又は緩衝液で再び洗い流され得、一定間隔で装置測定を繰り返し計測し得る。当該方法は更に、当該システムを生体試料に晒す前、晒している間、及び晒した後の測定ベクトルを比較する工程及び結合イベント（これは、陽性判定として報告され得る）を示す、多くの同様に機能化されたセンサーに対する測定ベクトルにおける有意な変化に対して日付を分析する工程を含み得る。

図２１は、本明細書で開示されるシステム及び方法の様々な特徴を実践するために使用することができる例示のコンピューティングモジュールを示す。一実施形態において、当該コンピューティングモジュールは、プロセッサ及び当該プロセッサ上に常駐するコンピュータプログラムのセットを含む。当該コンピュータプログラムのセットは、その上に具現化されたコンピュータ実行可能プログラムコードを有する、非一時的なコンピュータ可読媒体に保存され得る。当該コンピュータ実行可能コードは、図１９で開示される、生体試料を電子的に試験するための方法１９００の１又は複数の工程、及び／又は図２０において開示される電子生体試料分析のための方法２０００の１又は複数の工程を実施するように構成され得る。

本明細書で使用される場合、モジュールなる用語は、本出願の１又は複数の実施形態に従って実施され得る機能性の所定の単位を説明し得る。本明細書で使用される場合、モジュールは、任意の形態のハードウェア、ソフトウェア、又はそれらの組み合わせを利用して実践され得る。例えば、１若しくは複数のプロセッサ、コントローラ、ＡＳＩＣ、ＰＬＡ、ＰＡＬ、ＣＰＬＤ、ＦＰＧＡ、論理コンポーネント、ソフトウェアルーチン、又は他のメカニズムが、モジュールを作り上げるために実装され得る。実践形態において、本明細書で説明される様々なモジュールは、別々のモジュールとして実践され得るか、又は説明される機能性及び特徴は、１又は複数のモジュールにおいて、部分的に又は全体的に共有することができる。換言すれば、この説明を読めば当業者には明らかとなるであろうように、本明細書で説明される様々な特徴及び機能性は、任意の所定のアプリケーションにおいて実践することができ、並びに様々な組み合わせ及び順序において、１又は複数の別々モジュール又は共有されるモジュールにおいて実践することもできる。例え、様々な特徴又は機能性の要素が、個別に説明され、別々のモジュールとして権利請求され得ても、これらの特徴及び機能性は、１又は複数の共通のソフトウェア及びハードウェア要素の間で共有することができ、そのような説明は、そのような特徴又は機能性を実践するために別々のハードウェア又はソフトウェアコンポーネントを使用することを必要としないか又は意図しないことを、当業者は理解するであろう。

アプリケーションのコンポーネント又はモジュールが、全体的に又は部分的に、ソフトウェアを使用して実践される場合、一実施形態において、これらのソフトウェア要素は、それらに関連して説明される機能性を実行することができるコンピューティングモジュール若しくは処理モジュールで動作するように実装することができる。そのような例示のコンピューティングモジュールの１つを図２１に示す。様々な実施形態が、この例示のコンピューティングモジュール２１００に関して説明される。この説明を読めば、他のコンピューティングモジュール又はアーキテクチャを用いて当該アプリケーションを実装する方法が、当業者には明らかとなるであろう。

ここで図２１を参照すると、コンピューティングモジュール２１００は、例えば、デスクトップ、ラップトップ、ノートブック、及びタブレットコンピュータ；携帯型コンピューティングデバイス（タブレット、ＰＤＡ、スマートフォン、携帯電話、パームトップ、スマートウォッチ、スマートグラス等）；メインフレーム、スーパーコンピュータ、ワークステーション、又はサーバ；あるいは、所定のアプリケーション又は環境にとって望ましいか又は適切であり得るような任意の他のタイプの専用若しくは汎用コンピューティングデバイス、の内に見出せる計算能力又は処理能力を表し得る。コンピューティングモジュール２１００は更に、所定の装置内に内蔵されるかそうでなければ利用可能である、コンピュータ能力も表し得る。例えば、コンピューティングモジュールは、他の電子デバイス、例えば、デジタルカメラ、ナビゲーションシステム、携帯電話、ポータブルコンピューティングデバイス、モデム、ルータ、ＷＡＰ、端末、及びいくつかの形態の処理能力を含み得る他の電子デバイスなど、に見出され得る。

コンピューティングモジュール２１００は、例えば、１又は複数のプロセッサ、コントローラ、制御モジュール、又は他の処理装置、例えば、プロセッサ２１０４等、を含み得る。プロセッサ２１０４は、汎用又は専用処理エンジン、例えば、マイクロプロセッサ、コントローラ、若しくは他の制御ロジック等、を使用して実装され得る。示された実施例において、プロセッサ２１０４はバス２１０２に接続されているが、コンピューティングモジュール２１００の他のコンポーネントとの相互作用を容易にするために、又は外部と通信するために、任意の通信媒体を使用することができる。

コンピューティングモジュール２１００は更に、本明細書で単にメインメモリ２１０８と呼ばれる、１又は複数のメモリモジュールも含み得る。例えば、好ましくは、プロセッサ２１０４によって実行される情報及び命令を格納するために、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）又は他のダイナミックメモリが使用され得る。メインメモリ２１０８は、プロセッサ２１０４によって実行される命令の実行の間に、一時的な変数又は他の中間情報を保存するためにも使用され得る。同様に、コンピューティングモジュール２１００は、プロセッサ２１０４のための静的な情報又は命令を保存するために、バス２１０２に接続された読み取り専用メモリ（「ＲＯＭ」）又は他の静的記憶装置を含み得る。

コンピューティングモジュール２１００は更に、１又は複数の様々な形態の情報記憶メカニズム２１１０も含み得、これらは、例えば、メディアドライブ２１１２及び記憶ユニットインタフェース２１２０を含み得る。メディアドライブ２１１２は、ドライブ又は、固定された若しくは取り外し可能な記憶媒体２１１４をサポートするための他のメカニズムを含み得る。例えば、ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ、磁気テープドライブ、光ディスクドライブ、ＣＤ若しくはＤＶＤドライブ（Ｒ又はＲＷ）、又は他の取り外し可能な若しくは固定されたメディアドライブが提供され得る。従って、記憶媒体２１１４は、例えば、ハードディスク、ソリッドステートドライブ、磁気テープ、カートリッジ、光ディスク、ＣＤ若しくはＤＶＤ、又はメディアドライブ２１１２によって読み込み、書き込み、又はアクセスされる他の固定された若しくは取り外し可能な媒体等を含み得る。これらの実施例が示すように、記憶媒体２１１４は、その中に保存されたコンピュータソフトウェア又はデータを有する、コンピュータ使用可能記憶媒体を含み得る。

代替の実施形態において、情報記憶メカニズム２１１０は、コンピュータプログラム又は他の命令若しくはデータをコンピューティングモジュール２１００にロードすることを可能にする他の同様の手段を含み得る。そのような手段は、例えば、固定された若しくは取り外し可能な記憶ユニット２１２２及び記憶インタフェース２１２０を含み得る。そのような記憶ユニット２１２２及び記憶インタフェース２１２０の例は、プログラムカートリッジ及びカートリッジインタフェース、取り外し可能なメモリ（例えば、フラッシュメモリ又は他の取り外し可能なメモリモジュール）及びメモリスロット、ＰＣＭＣＩＡスロット及びカード、並びに記憶ユニット２１２２からコンピューティングモジュール２１００へのソフトウェア及びデータの転送を可能にする他の固定された若しくは取り外し可能な記憶ユニット２１２２及び記憶インタフェース２１２０を含み得る。

コンピューティングモジュール２１００は更に、通信インタフェース２１２４も含み得る。通信インタフェース２１２４は、コンピューティングモジュール２１００と外部デバイスとの間でのソフトウェア及びデータの転送を可能にするために使用され得る。通信インタフェース２１２４の例は、モデム又はソフトモデム、ネットワークインタフェース（例えば、イーサネット（登録商標）、ネットワークインタフェースカード、ＷｉＭｅｄｉａ、ＩＥＥＥ ８０２．ＸＸ、又は他のインタフェース等）、通信ポート（例えば、ＵＳＢポート、ＩＲポート、ＲＳ２３２ポートＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）インタフェース、又は他のポート等）、又は他の通信インタフェースを含み得る。通信インタフェース２１２４を介して転送されるソフトウェア及びデータは、典型的には、信号において送ることができ、この場合、当該信号は、所定の通信インタフェース２１２４によって交換することができる、電子信号、電磁気信号（光学を含む）、又は他の信号であり得る。これらの信号は、チャンネル２１２８を介して通信インタフェース２１２４に提供され得る。このチャンネル２１２８は、信号を送ることができ、並びに有線若しくは無線通信媒体を用いて実装され得る。チャンネルのいくつかの例は、電話回線、セルラーリンク、ＲＦリンク、光リンク、ネットワークインタフェース、ローカルエリアネットワーク若しくは広域ネットワーク、及び他の有線若しくは無線通信チャンネルを含み得る。

本明細書において、用語「コンピュータプログラム媒体」及び「コンピュータ使用可能媒体」は、概して、一時的又は非一時的媒体、例えば、メモリ２１０８、記憶ユニット２１２０、媒体２１１４、及びチャンネル２１２８を意味するために使用される。これら及び他の様々な形態のコンピュータプログラム媒体又はコンピュータ使用可能媒体は、１又は複数の命令の１又は複数のシーケンスを実行するために処理装置へと送ることに関与し得る。当該媒体上に具現化されるそのような命令は、一般的に、「コンピュータプログラムコード」又は「コンピュータプログラム製造物」と呼ばれる（これらは、コンピュータプログラムの形態又は他のグルーピングにおいてグループ分けされ得る）。実行される場合、そのような命令は、コンピューティングモジュール２１００が、本明細書において説明されるような本アプリケーションの特徴又は機能性を実施するのを可能にし得る。

いくつかの例において、「１又は複数」、「少なくとも」、「これらに限定されるわけではないが」、又は他の同様な句等の拡大語句の存在は、そのような句が存在し得ない例ではより狭い事例を意図するか又は必要とする、という意味に読むべきではない。用語「モジュール」の使用は、モジュールの一部として説明又は権利請求されるコンポーネント又は機能性全てが共通のパッケージ内に構成されることを意味するわけではない。実際に、モジュールの様々なコンポーネントのいずれか又は全ては、制御ロジック又は他のコンポ−ネントに関係なく、単一のパッケージにおいて組み合わせることも、又は別々に維持することもでき、更に、複数のグルーピング若しくはパッケージにおいて、又は複数の場所にわたって分散させることもできる。

更に、本明細書で詳しく説明される様々な実施形態は、例示的ブロックダイアグラム、フローチャート、又は他の図に関して説明される。この文書を読めば当業者には明らかとなるであろうように、示される実施形態及びそれらの様々な代替物は、示される実施例に束縛されることなく実践することができる。例えば、ブロックダイアグラム及びそれらに付随する説明は、特定のアーキテクチャ又は構成を強制するものと解釈すべきではない。

本開示の様々な実施形態について上記で説明してきたが、それらは、単に例示のために示されるであって限定ではないことは理解されるべきである。同様に、様々なダイアグラムは、本開示に含まれ得る特徴及び機能性を理解するのに役立つようになされる、本開示のための例示のアーキテクチャ又は他の構成を表し得る。本開示は、図示される例示のアーキテクチャ又は構成に制限されず、所望の特徴は、様々な代替のアーキテクチャ及び構成を使用して実践することができる。実際に、本開示の所望の特徴を実践するために代替の機能的、論理的、又は物理的区分化及び構成をどのように実践することができるかが、当業者に明らかとなるであろう。更に、本明細書で表されるもの以外の多数の異なる構成モジュール名を、様々な区分化に対して適用することができる。あるいは、フローダイアグラム、操作記述、及び方法クレームに関し、本明細書で表される工程の順序は、特に明示されない限り、列挙された機能性を実施するために様々な実施形態を同じ順序において実践することを強制しない。

様々な例示的実施形態及び実践形態に関して、上記において本開示が説明されているが、個々の実施形態のうちの１又は複数において説明される様々な特徴、態様、及び機能性は、それらの適用性を説明する特定の実施形態に対するそれらの適用性に限定されず、むしろ、そのような実施形態が説明されるか否かに関係無く、並びにそのような特徴が説明される実施形態の一部として表されているか否かに関係無く、本開示の他の実施形態のうちの１又は複数に対して、単独で又は様々な組み合わせにおいて、適用することができることは理解されるべきである。従って、本開示の広さ及び範囲は、上記において説明した例示的実施形態のいずれかによって限定されるべきではない。

１００；生体試料分析装置、１１０；センサーチップ、１１２；チップキャリア、１１４；キャリアソケット、１１６；回路基板、１４０；第一カートリッジ半体、１５０；第二カートリッジ半体、１５２；取り付け穴、１６０；試料チャンバ、１６２；Ｏリング、１６４；Ｏリング溝、１７２；フランジ、１７４；フランジ、１７６；管、１８０；外部コネクタ、６００；電子生体試料センサーシステム、６１０；センサーチップ、６１２；チップキャリア、６１４；キャリアソケット、６１６；回路基板、６８０；電気コネクタ、９５０；下側カートリッジケージング、９５２；取り付け構造体、１２４０；上側カートリッジケージング、１２６０；生体試料チャンバ、１２６２；Ｏリング溝、１２６４；Ｏリング、１２６６；カートリッジ本体アライメントタブ、１４００；試料チャンバ、１４１０；センサーチップ、１４６４；Ｏリング、１４７６；管、１４９０；固体材料、１５００；液体ハンドリングアセンブリ、１５７２；フランジ、１５７４；フランジ、１５７６；管、１５７８；接合コネクタ、１７１０；センサーチップ、１７１４；チップキャリア、１７７６；管、１８００；生体試料分析センサーチップ、１８１０；トランジスタ、１８１２；リード、１８６４；Ｏリング、１８６６；ウェル構造体、１８６８；ウェル、２１００；コンピューティングモジュール、２１０２；バス、２１０４；プロセッサ、２１０８；メインメモリ、２１１０；情報記憶メカニズム、２１１２；メディアドライブ、２１１４；記憶媒体、２１２０；記憶ユニットインタフェース、２１２２；記憶ユニット、２１２０；記憶インタフェース、２１２４；通信インタフェース、２１２８；チャンネル。

Claims (20)

1. 生体試料センサーを含む電子生体試料分析のためのシステムであって、
   該生体試料センサーが複数のトランジスタを含み；
   該トランジスタの１又は複数が散在部位を含み；及び
   該散在部位が、バイオマーカーに対する共有結合を含み、それにより、該トランジスタに電圧をかけつつ、該バイオマーカーが感染した生体試料に晒された場合に、該トランジスタのコンダクタンスが変化する、システム。
2. 前記バイオマーカーが抗体である、請求項１に記載のシステム。
3. 前記抗体が、ライム病抗体、癌抗体、ＨＩＶ抗体、肝炎抗体、または炭疽菌抗体である、請求項２に記載のシステム。
4. 各トランジスタがグラフェンを含む、請求項１に記載のシステム。
5. 各トランジスタが更にｓｐ^２混成炭素を含み、及び前記散在部位がｓｐ^３混成炭素を含む、請求項４に記載のシステム。
6. 各トランジスタが、ソースリード、ゲートリード、及びドレインリードを含み、
   該ソースリード、ゲートリード、及びドレインリードのそれぞれが、外部コネクタに電気的に接続され、
   該外部コネクタが、ドレイン−ソース電圧を供給するように、ゲート−ソースバイアスを供給するように、及びソース電流を測定するように構成される、請求項１に記載のシステム。
7. 更に液体送達システムを含み、
   該液体送達システムは試料チャンバを含み、該試料チャンバの下方を向いた面が開口部を形成し、該開口部が、前記生体試料センサーに接触してそれらと共に液密密封を形成し、それにより、生体試料が該試料チャンバに導入されたときに、該生体試料が前記生体試料センサーの上面に接触する、請求項１に記載のシステム。
8. 更にケージングを含み、
   該ケージングが、前記試料チャンバ及び前記電子生体試料センサーを包み込み、且つ該ケージングが１又は複数のフランジを含み、各フランジが前記試料チャンバに液圧で接続されている、請求項７に記載のシステム。
9. 前記ケージングがプラスチックを含む、請求項８に記載のシステム。
10. 前記ケージングが、第一半体及び第二半体を含み、
    前記試料チャンバが、前記第一半体に位置され、前記電子生体試料センサーが前記第二半体に位置され、
    前記第一半体が前記第二半体上に閉鎖位置において取り付けられる場合に、前記電子生体試料センサーが、前記試料チャンバと共に液密密封を形成する、請求項８に記載のシステム。
11. 生体試料を試料チャンバに導入する工程であって、該試料チャンバが、無菌液体に晒された場合には第一電流範囲を、所定の抗体に晒された場合には第二電流範囲を出力するように構成されたセンサーを含む、工程；
    前記センサーに電圧を印加する工程；
    前記センサーからの電流出力を測定する工程；及び
    前記電流出力が該第一電流範囲内か又は第二電流範囲内かを特定する工程；
    を含む、電子生体試料分析方法。
12. 前記センサーが、１又は複数のグラフェントランジスタを含み、
    前記センサーに電圧を印加する工程が、ドレイン−ソース電圧およびゲート−ソースバイアスを印加する工程を含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記生体試料が、血液、血清、尿、または脳脊髄液である、請求項１１に記載の方法。
14. 前記センサーからの前記電流出力を測定する工程が、一定間隔において実施される、請求項１１に記載の方法。
15. 更に、時間経過における前記電流出力をプロットする工程及び傾向を分析する工程を含む、請求項１３に記載の方法。
16. 更に、無菌溶液によって前記試料チャンバから前記生体試料を洗い流す工程を含む、請求項１１に記載の方法。
17. 更に、前記試料チャンバに前記生体試料を再導入する工程を含む、請求項１６に記載の方法。
18. 更に、無菌溶液によって前記試料チャンバから前記生体試料を洗い流す工程及び前記試料チャンバに前記生体試料を再導入する工程及び該生体試料が該試料チャンバ内に存在するときに統計的平均電流出力を算出する工程を、複数のサイクルに対して繰り返す工程を含む、請求項１７に記載の方法。
19. 更に、前記電流出力が前記第二電流範囲内にある場合に「試験陽性」信号を返す工程を含む、請求項１１に記載の方法。
20. プロセッサ；及び
    該プロセッサ上に常駐する少なくとも１つのコンピュータプログラム；
    を含み、
    前記コンピュータプログラムが、そこに具現化されたコンピュータ実行可能プログラムコードを有する非一時的なコンピュータ可読媒体上に格納され、
    前記コンピュータ実行可能プログラムコードが、
    生体分析センサーが無菌液体に晒されている場合は第一電流範囲を、該センサーが所定の抗体に晒されている場合は第二電流範囲を出力するように構成された該試料センサーに生体試料が晒されている間、該センサーに電圧を印加し；
    規定時間に該センサーからの電流出力を測定し；
    電流出力の傾向を算出し；
    該電流出力傾向が、所定の統計的閾値内において十分に該第二電流範囲内であるかどうかを特定するように構成される、生体試料を電子的に分析するシステム。