JP2023518451A - センサの電気的特性を感知するための測定システムおよび関連技術 - Google Patents

センサの電気的特性を感知するための測定システムおよび関連技術 Download PDF

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Abstract

センサの電気的特性を感知するシステム、装置、および方法が一般に提供される。本明細書に記載される測定装置は、センサの電気的特性を感知する際に感度を向上させるための技術を採用する。いくつかの態様において、本明細書に記載の測定装置は、センサの電気的特性を感知するときに測定システムのコンポーネントにおいて発生する電流ノイズの影響を低減するように構成され得る。本明細書に記載される技法により、測定装置に大型のセンス抵抗器を設けることが容易になり、これにより、システムの感度を向上させることができる。いくつかの態様において、そのような技術はまた、電気的特性を感知するときに測定装置と接地との間のセンサの接続を容易にして、静電気放電（ＥＳＤ）のような過電圧事象に対する保護を改善することができる。

Description

（関連出願）
本出願は、２０２０年３月１８日に出願され、「Measurement Systems and Associated Techniques for Sensing Electrical Characteristics of a Sensor」と題された米国仮出願第６２／９９１，５１５号の３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ． §１１９（ｅ）に基づく優先権を主張するものであり、この出願の内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、一般に、１つ以上のセンサの電気的特性を感知するためのシステム、装置、および方法に関し、より詳細には、体液の特徴を検出するための電気的特性を感知するのに適したシステム、装置、および方法に関する。
センサは、体液の１つ以上の特徴を検出するために用いられ得る。特徴を検出する１つの方法は、センサに接続され、センサの電気的特性を感知することができる測定回路を使用することである。しかし、いくつかのセンサは、対象の分析物に対して望ましくないほど低い感度を有する。その結果、測定回路に供給される信号が弱すぎて、特徴の検出に訳に立たない場合がある。したがって、測定回路の改善が必要である。
センサ、関連するコンポーネント、および関連する方法について一般的に説明する。
本開示のいくつかの実施形態は、センサの電気的特性を感知するための装置に関するものである。この装置は、前記センサに接続するように構成されたセンス抵抗器と、第１の入力部、第２の入力部、および出力部を有する第１増幅器であって、前記第２の入力部と前記出力部との間に前記センス抵抗器が接続されている、第１増幅器と、第２増幅器と、を備えてもよく、前記第２増幅器は、前記第１増幅器の前記出力部に接続された第１の入力部と、前記第１増幅器の前記第１の入力部に接続された第２の入力部と、前記センサの前記電気的特性を示す電圧を供給するように構成された出力部と、を有してもよい。
いくつかの実施形態において、前記電気的特性は、前記センサのコンダクタンスを含んでもよい。
いくつかの実施形態において、前記センサは、ナノワイヤセンサを含んでもよい。
いくつかの実施形態において、前記装置は、ナノワイヤセンサをさらに備えてもよく、前記ナノワイヤセンサは、前記コンダクタンスが前記ナノワイヤセンサの表面における１つ以上の分析物の存在を示すように構成されていてもよい。
いくつかの実施形態において、前記ナノワイヤセンサの表面は、脳損傷のバイオマーカーに対する結合エンティティを有してもよい。
いくつかの実施形態において、前記ナノワイヤセンサの表面は、バイオマーカーに対する結合エンティティを有し、前記バイオマーカーは、ＧＦＡＰ、ＵＣＨ－Ｌ１、Ｓ１００β、ＩＣＨ、およびＮＦＬ－１からなる群から選択されてもよい。
いくつかの実施形態において、前記ナノワイヤセンサの表面は、１つ以上の感染症病原体のバイオマーカーに対する結合エンティティを有してもよい。
いくつかの実施形態において、前記ナノワイヤセンサの表面は、敗血症のバイオマーカーに対する結合エンティティを有してもよい。
いくつかの実施形態において、前記装置は、前記センス抵抗器および前記第１増幅器を備えるトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）をさらに備えてもよく、前記ＴＩＡは、前記センサを流れる電流を示すセンス電圧を生成するように構成されていてもよい。
いくつかの実施形態において、前記第２増幅器は、計装用増幅器（instrumentation amplifier）、差動増幅器（difference amplifier）、および演算増幅器（operational amplifier）からなる群の少なくとも１つの部材を備えてもよい。
いくつかの実施形態において、前記ＴＩＡは、単一の集積回路パッケージに含まれてもよい。
いくつかの実施形態において、前記ＴＩＡが複数のディスクリートコンポーネント（discrete components）を有してもよい。
いくつかの実施形態において、前記複数のディスクリートコンポーネントは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含んでもよい。
本開示のいくつかの実施形態は、プリント回路基板（ＰＣＢ）を備えるシステムに関する。前記プリント回路基板は、上記の装置と、前記装置の上に実装された少なくとも１つの電気コネクタと、を有し、前記電気コネクタは、前記装置を前記センサに電気的に接続するように構成されていてもよい。
いくつかの実施形態において、前記電気コネクタが、前記装置を前記センサに取り外し可能に接続するように構成されていてもよい。
本開示のいくつかの実施形態は、センサの電気的特性を感知するための装置に関する。この装置は、第１の入力部と出力部とを有するセンス増幅器であって、前記出力部において前記電気的特性を示す電圧を生成するように構成されたセンス増幅器と、トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）と、を備えてもよく、前記ＴＩＡは、前記センス増幅器の前記第１の入力部に接続された第１の入力部と、前記センサと接続するように構成された第２の入力部と、を有してもよい。
いくつかの実施形態において、前記電気的特性は、前記センサのコンダクタンスを含んでもよい。
いくつかの実施形態において、前記センサは、ナノワイヤセンサを含んでもよい。
いくつかの実施形態において、前記装置は、ナノワイヤセンサをさらに備えてもよく、前記ナノワイヤセンサは、前記コンダクタンスが前記ナノワイヤセンサの表面における１つ以上の分析物の存在を示すように構成されていてもよい。
いくつかの実施形態において、前記ナノワイヤセンサの表面は、バイオマーカーに対する結合エンティティを有してもよい。
いくつかの実施形態において、前記バイオマーカーは、脳損傷のバイオマーカーであってもよい。
いくつかの実施形態において、前記ナノワイヤセンサの表面は、バイオマーカーに対する結合エンティティを有し、前記バイオマーカーは、ＧＦＡＰ、ＵＣＨ－Ｌ１、Ｓ１００β、ＩＣＨ、およびＮＦＬ－１からなる群から選択されてもよい。
いくつかの実施形態において、前記バイオマーカーは、１つ以上の感染症病原体のバイオマーカーであってもよい。
いくつかの実施形態において、前記バイオマーカーは、敗血症のバイオマーカーであってもよい。
いくつかの実施形態において、前記ＴＩＡは、前記センス増幅器の第２の入力部と電気的に接続された出力部を有してもよく、前記ＴＩＡは、前記ＴＩＡの前記出力部において、前記センサを通る電流を示すセンス電圧を生成するように構成されていてもよい。
いくつかの実施形態において、前記ＴＩＡは、前記ＴＩＡの前記第１の入力部において入力電圧信号を受信し、前記ＴＩＡの前記第２の入力部を介して前記センサに前記入力電圧信号を印加するようにさらに構成されていてもよい。
いくつかの実施形態において、前記ＴＩＡは、前記ＴＩＡの前記第１の入力部と前記ＴＩＡの前記出力部との間に電気的に接続されたセンス抵抗器をさらに備え、前記電流が前記センス抵抗器を通って流れるときに前記センス電圧を生成するように構成されていてもよい。
いくつかの実施形態において、前記センス増幅器は、計装用増幅器、差動増幅器、および演算増幅器からなる群の少なくとも１つの部材を備えてもよい。
本開示のいくつかの実施形態は、プリント回路基板（ＰＣＢ）を備えるシステムに関する。前記プリント回路基板は、上記の装置と、前記プリント回路基板の上に実装された少なくとも１つの電気コネクタと、を有し、前記電気コネクタは、前記センサと電気的に接続するように構成されていてもよい。
いくつかの実施形態において、前記電気コネクタが、前記センサに取り外し可能に接続するように構成されていてもよい。
本開示のいくつかの実施形態は、センサの電気的特性を感知するシステムに関する。このシステムは、前記センサに交流（ＡＣ）電圧を供給するように構成されたトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）と、前記センサと接地との間を流れる電流を検出することに応答して、前記電気的特性を示す電圧を生成するように構成されたセンス増幅器と、を備えてもよい。
いくつかの実施形態において、前記ＴＩＡは、０．１Ｈｚと１ｋＨｚとの間の周波数を有するＡＣ電圧源から前記ＡＣ電圧を受信するように構成されていてもよい。
いくつかの実施形態において、前記ＴＩＡは、５００Ｈｚから７００Ｈｚの間の周波数を有するＡＣ電圧源から前記ＡＣ電圧を受信するように構成されていてもよい。
いくつかの実施形態において、前記ＴＩＡは、６００Ｈｚの周波数を有するＡＣ電圧源から前記ＡＣ電圧を受信するように構成されていてもよい。
いくつかの実施形態において、前記電気的特性は、前記センサのコンダクタンスを含んでもよい。
いくつかの実施形態において、前記センサは、ナノワイヤセンサを含んでもよい。
いくつかの実施形態において、ナノワイヤセンサをさらに備えてもよく、前記ナノワイヤセンサは、前記コンダクタンスが前記ナノワイヤセンサの表面における１つ以上の分析物の存在を示すように構成されていてもよい。
いくつかの実施形態において、前記ナノワイヤセンサは、少なくともいくつかの分析物が前記ナノワイヤセンサの表面に配置されるとき、０．５ＭΩより大きいインピーダンスを生成するように構成されていてもよい。
いくつかの実施形態において、前記ナノワイヤセンサは、少なくともいくつかの分析物が前記ナノワイヤセンサの表面に配置されるとき、５０ＭΩより大きいインピーダンスを生成するように構成されていてもよい。
いくつかの実施形態において、前記ナノワイヤセンサが、少なくともいくつかの分析物が前記ナノワイヤセンサの表面に配置されるとき、７５ＭΩより大きいインピーダンスを生成するように構成されていてもよい。
いくつかの実施形態において、前記ナノワイヤセンサは、少なくともいくつかの分析物が前記ナノワイヤセンサの表面に配置されるとき、１００ＭΩより大きいインピーダンスを生成するように構成されていてもよい。
いくつかの実施形態において、前記ナノワイヤセンサの表面は、バイオマーカーに対する結合エンティティを有してもよい。
いくつかの実施形態において、前記バイオマーカーは、脳損傷のバイオマーカーであってもよい。
いくつかの実施形態において、前記ナノワイヤセンサの表面は、バイオマーカーに対する結合エンティティを有してもよく、前記バイオマーカーは、ＧＦＡＰ、ＵＣＨ－Ｌ１、Ｓ１００β、ＩＣＨ、およびＮＦＬ－１からなる群から選択されてもよい。
いくつかの実施形態において、前記バイオマーカーは、１つ以上の感染症病原体のバイオマーカーであってもよい。
いくつかの実施形態において、前記バイオマーカーは、敗血症のバイオマーカーであってもよい。
いくつかの実施形態において、前記ＴＩＡの入力部は、前記電流を受信するように構成されてもよく、前記ＴＩＡの出力部は、前記センス増幅器にセンス電圧を供給するように構成されていてもよい。
いくつかの実施形態において、前記ＴＩＡは、前記電流がセンス抵抗器を通って流れるときに前記センス電圧を生成するように構成されたセンス抵抗器をさらに備えてもよい。
いくつかの実施形態において、前記センス増幅器は、計装用増幅器、差動増幅器、および演算増幅器からなる群の少なくとも１つの部材を備えてもよい。
いくつかの実施形態において、前記システムは、プリント回路基板（ＰＣＢ）をさらに備えてもよく、前記プリント回路基板は、前記ＴＩＡと、センス増幅器と、前記プリント回路基板の上に実装された少なくとも１つの電気コネクタと、を有し、前記電気コネクタは、前記センサと電気的に接続するように構成されていてもよい。
本願の他の利点及び特徴は、添付の図と合わせて考慮すると、本願の様々な非限定的な実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。本願と、参照により組み込まれる文献とが、矛盾する及び／又は整合しない開示を含む場合、本願が支配的であるものとする。参照により組み込まれる２つ以上の文献が、互いに関して矛盾する及び／又は整合しない開示を含む場合、より遅い発効日を有する文献が支配的であるものとする。
本発明の非限定的な実施形態は、添付の図を参照して例示的に説明されるが、これらは概略的なものであり、縮尺通りに描かれることを意図していない。これらの図において、図示された同一またはほぼ同一の構成要素のそれぞれは、典型的には、単一の数字によって表される。明確にするために、すべての図においてすべての構成要素が符号付け（ラベリング）されているわけではなく、また、当業者が本発明を理解するために図示が必要でない場合には、本発明の各実施形態のすべての構成要素が示されているわけでもない。
いくつかの実施形態による、センサの電気的特性を感知するための例示的なシステムを示す図である。 いくつかの実施形態による、図１のシステムに備えられ得る例示的なセンサを示す図である。 いくつかの実施形態による、図１のシステムに備えられ得る例示的なコントローラを示す。 いくつかの実施形態による、図１のシステムが備えられ得る例示的な測定装置を示す。 いくつかの実施形態による、図４の測定装置の例示的なコンポーネントの回路図である。 いくつかの実施形態による、１対の電極の各電極の一部上に配置されたワイヤボンディング組成物を備えるセンサの一例を示す図である。 いくつかの実施形態による、１対の電極を電気的に連通させるナノワイヤの上方に配置されるが、センサの他の部分には存在しないブロッキング層を備えるセンサの一例を示す図である。 いくつかの実施形態による、１対の電極を備え、バックゲート電極、ウォーターゲート電極、および接地電極をさらに備えるセンサの非限定的な一実施形態を示す図である。 いくつかの実施形態による、測定装置によってセンサの両端に印加される電圧に対する、測定装置の出力部における電圧の信号対ノイズ比（ＳＮＲ）のグラフを示す図である。
センサの電気的特性を感知するシステム、装置、および方法が一般に提供される。本明細書に記載される測定装置は、センサの電気的特性を感知する際の感度を向上させるように構成され得る。
いくつかの態様において、本明細書に記載のセンサは、バイアス信号（例えば、電圧）がセンサに印加されると、センサの環境を示す信号を生成するように構成されてもよい。例えば、信号は、センサの電気的特性を示してもよい。一例として、ナノワイヤセンサは、バイアス電圧がナノワイヤセンサに印加されたときに電流を生成し、その電流が、ナノワイヤセンサの環境に従って変化し得るナノワイヤセンサのインピーダンスを示すようにしてもよい。このようなセンサが体液に近接して配置されると、センサのインピーダンスは、センサに近接する体液中の１つまたは複数の分析物の存在を示すことができる。本明細書に記載のセンシングシステムの例示的な用途には、外傷性脳損傷などの疾患、病状、又は傷害のバイオマーカーを検出することが含まれる。例えば、ナノワイヤセンサの１つ以上の表面は、以下でより詳細に説明するように、その表面上にバイオマーカーに対する結合エンティティ（binding entity）を有してもよい。結合エンティティは、例えば、共有結合、非共有結合、及び／又は同様の結合などによって、ナノワイヤセンサの表面に結びついている。
しかし、このようなセンサからの信号は、典型的には非常に小さく（例えば、１０ピコアンペア（ｐＡ）と１マイクロアンペア（μＡ）との間）、センサからのデータを使用できるようにするためには、非常に感度の高い測定システムが必要とされる。例えば、システムの感知された信号に対する感度が不十分である場合、ノイズ、歪み、および／または他の要因による干渉が感知された信号を打ち消し、干渉に打ち勝って信号を識別することができなくなる可能性がある。したがって、そのような測定システムの感度を高めて、非常に小さな信号であっても検出することが望まれる。
測定システムの感度を向上させるには、課題がある。例えば、非常に小さな電流を感知する場合、システム内の測定装置の感度を高める方法の１つは、大きなセンス抵抗器（sense resistor）を使用し、感知された電流を示す大きなセンス電圧を生成することである。しかし、大きなセンス抵抗器は、システム内で発生する電流ノイズがセンス経路に入り込んで感知した電流に加算された場合でも電圧を発生する。その結果、センス抵抗器で発生するセンス電圧の多くは、信号ではなく、ノイズに対応する。用途によっては、ノイズが加わることで、大きなセンス抵抗器による感度の向上が損なわれてしまう。同様の課題が、センサが交流（ＡＣ）信号を用いてバイアスされる場合に生じる。測定システムの寄生容量がセンス経路に非線形インピーダンスを生成し、電気的特性を決定するシステムの能力に影響を与えるセンス電圧に歪みを加えるからである。
本明細書に記載されるいくつかの態様において、本発明者らは、センサの電気的特性を感知する際に測定システムのコンポーネントによって発生する電流ノイズおよび歪みの影響を低減する測定装置を実現するための技術を開発した。いくつかの実施形態において、センサの電気的特性を感知するための装置は、第１増幅器および第２増幅器を備えてもよい。第２増幅器は、第１増幅器の入力部および出力部にそれぞれ接続された(複数の）入力部を有する。センス抵抗器は、第１増幅器の第２の入力部と第１増幅器の出力部との間に接続されてもよく、第２増幅器の出力部は、センサの電気的特性を示す電圧を提供（出力）するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、センサの電気的特性を感知するための装置は、その出力部において電気的特性を示す電圧を生成するように構成されたセンス増幅器と、センス増幅器の入力部に接続された第１の入力部およびセンサに接続するように構成された第２の入力部を有するトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）とを備えてもよい。本発明者らは、このような増幅器相互接続構成によって、センス経路がさらされる電流ノイズの量を制限することなどにより、システムにおける電流ノイズの影響が低減されることを見出した。また、このような構成は、測定装置がより大きなセンス抵抗器を備えることを容易にし、これにより、システムの感度が高められる。
本明細書に記載された技術によると、ＡＣ信号に対する歪みの影響が低減されるので、感知（センシング）のための交流（ＡＣ）バイアス信号の使用を容易にすることもできる。いくつかの実施形態では、センサの電気的特性を感知するためのシステムは、交流（ＡＣ）電圧をセンサに供給するように構成されたＴＩＡと、センサと接地（ground）との間を流れる電流を検出することに応答して電気的特性を示す電圧を生成するように構成されたセンス増幅器とを備えることができる。さらに、本明細書に記載の技術は、測定装置と接地との間にセンサを接続することを容易にして、静電気放電（ＥＳＤ）などの過電圧事象に対する保護を改善することもできる。センサがＥＳＤエネルギーを接地へ逃がし、ＥＳＤ事象の影響を制限するように構成され得るからである。
図を参照すると、図１は、いくつかの実施形態による、センサの電気的特性を感知するための例示的なシステム１００を示す。図１において、システム１００は、コントローラ１０２、測定装置１０４、及びセンサ１０６を備え、これらは、電気的に相互接続されていることが示されている。いくつかの実施形態では、センサ１０６は、１つ以上の体液の近傍に配置されてもよく、センサ１０６の電気的特性は、体液の１つ以上の特徴に応じて変化してもよい。例えば、電気的特性は、センサ１０６のインピーダンス（及び／又はアドミタンス、コンダクタンス等）を含んでもよい。一例では、センサ１０６のインピーダンスは、センサ１０６に近接する１つ以上の分析物の存在を示すことができる。例えば、センサ１０６は、その上にバイオマーカーに対する結合エンティティを有するナノワイヤセンサを有してもよい。測定装置１０４は、センサ１０６の電気的特性を感知し、電気的特性の表示をコントローラ１０２に提供するように構成されてもよい。上記の例では、コントローラ１０２は、電気的特性を分析して分析物（１つまたは複数）の存在を決定するように構成されてもよい。
いくつかの実施形態において、コントローラ１０２は、測定装置１０４に１つ以上のバイアス信号（例えば、電圧及び／又は電流）を提供する（送る）ように構成されたバイアス回路を有してもよい。測定装置１０４は、バイアス信号（１つまたは複数）を（例えば、直接的又は間接的に）センサ１０６に印加し、センサ１０６にバイアス信号を印加することに応答してセンサ１０６の電気的特性を感知するように構成されてもよい。例えば、センサ１０６のインピーダンスを決定するために、測定装置１０４は、センサ１０６の両端に（across sensor）電圧を印加し、センサ１０６を通過する電流を感知してもよい。測定装置１０４は、感知された電気的特性の表示を、分析のためにコントローラ１０２に提供するようにさらに構成されてもよい。例えば、測定装置１０４は、センサ１０６を通過する電流を表す信号をコントローラ１０２に提供してもよい。この信号は、センサ１０６のインピーダンスを示している。この例では、コントローラ１０２は、オームの法則を用いてセンサ１０６のインピーダンスを決定してもよい。コントローラ１０２は、インピーダンスに基づいて、センサ１０６に近接している分析物があるかどうか、又はセンサ１０６に近接している分析物がいくつあるかについても決定してもよい。
いくつかの実施形態において、測定装置１０４は、コントローラ１０２からのバイアス信号（１つまたは複数）に基づいて電圧および／または電流を生成し、バイアス信号（１つまたは複数）ではなく、生成された電圧および／または電流をセンサ１０６に供給するように構成され得ることを理解されたい。さらに、いくつかの実施形態において、システム１００は、バイアス信号（１つまたは複数）を提供するように構成された第１のコントローラと、測定装置１０４から感知された電気的特性の表示を受信し処理するように構成された第２のコントローラを備えてもよいことを理解されたい。
いくつかの実施形態において、コントローラ１０２、測定装置１０４、及びセンサ１０６は、同じ回路基板（例えば、プリント回路基板）上及び／又は同じハウジング内に配置されるなど、一緒にパッケージ化されてもよい。あるいは、いくつかの実施形態では、コントローラ１０２及び／又は測定装置１０４は、センサ１０６とは別個にパッケージングされてもよい。例えば、コントローラ１０２及び測定装置１０４は、第１の回路基板上に配置され、及び／又は第１の集積回路パッケージ内に収容されてもよく、センサ１０６は、第２の回路基板上に配置され、及び／又は第２の集積回路パッケージ内に収容されてもよい。例えば、この例では、コントローラ１０２及び測定装置１０４をその上に有する回路基板は、測定装置１０４及び／又はコントローラ１０２をセンサ１０６に電気的に接続するための相補的な電気コネクタを受け入れるように構成された電気コネクタを有してもよい。
図２は、いくつかの実施形態による、システム１００に備えられ得る例示的なナノワイヤセンサ２０６を示す。ナノワイヤ２２０の端子に接続された電極２１０、２３０を有するセンサ２０６が示されている。したがって、電圧が電極２１０、２３０に印加されると、電圧はナノワイヤ２２０の端子間に印加される。例えば、電圧は、図１に関連して説明した方法で、測定装置１０４によって供給されてもよい。様々な実施形態によれば、印加される信号は、ＤＣ電圧及び／又は電流、並びにＡＣ電圧及び／又は電流を含んでもよい。
いくつかの実施形態において、センサ２０６の端子のうちの１つは、ＤＣ電圧及び／又はＡＣ電圧が参照されるＤＣ接地基準、及び／又は他方の端子に印加されるＡＣ信号が動作するＤＣ電圧基準などの接地に接続されてもよい。本発明者らは、センサ２０６の端子を接地することで、ＥＳＤ事象などの過電圧事象に対する保護が改善されることを見出した。例えば、センサ２０６の端子を接地することによって、ＥＳＤ電荷を逃がす（散逸させる）経路がもたらされる。これにより、高電圧（例えば、キロボルト（ｋＶ）のオーダー）の蓄積を防止し、ＥＳＤ事象の影響を低減することができる。
いくつかの実施形態では、センサ２０６のナノワイヤ２２０は、１つ又は複数の体液の近傍に配置され、それによって体液（１つまたは複数）中の分析物の有無がナノワイヤ２２０のインピーダンスに影響を与えるようにしてもよい。例えば、分析物が存在すると、ナノワイヤ２２０のインピーダンスを低下させ得る。その結果、ナノワイヤ２２０は、より多くの分析物がナノワイヤ２２０に近接している場合、より少ない分析物が存在する場合よりも、電極２１０、２３０間により高い電流を流すことができる。いくつかの実施形態では、ナノワイヤセンサ２０６は、少なくともいくつかの分析物がナノワイヤセンサ２０６の表面に配置される場合、０．５ＭΩより大きいインピーダンスを生成するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、ナノワイヤセンサ２０６は、少なくともいくつかの分析物がナノワイヤセンサ２０６の表面に配置される場合、５０ＭΩより大きいインピーダンスを生成するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、ナノワイヤセンサ２０６は、少なくともいくつかの分析物がナノワイヤセンサ２０６の表面に配置される場合、７５ＭΩより大きいインピーダンスを生成するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、ナノワイヤセンサ２０６は、少なくともいくつかの分析物がナノワイヤセンサ２０６の表面に配置される場合、１００ＭΩより大きいインピーダンスを生成するように構成されてもよい。
いくつかの実施形態では、ナノワイヤ２２０の１つ以上の表面は、バイオマーカーに対する結合エンティティを有してもよい。例えば、結合エンティティは、共有結合によってナノワイヤ２２０の表面に結びついていてもよい。あるいは、結合エンティティは、非共有結合（例えば、吸着による）などの、非共有結合及び／又は親和性によって表面に結びついていてもよい。いくつかの用途において、バイオマーカーは、外傷性脳損傷に関連してもよい。いくつかのそのような実施形態では、ナノワイヤは、脳損傷のバイオマーカーに対する結合エンティティを有してもよい。様々な実施形態によれば、バイオマーカーは、グリア線維性酸性タンパク質（ＧＦＡＰ）、ＵＣＨ－Ｌ１、Ｓ１００β、ＩＣＨ、又はＮＦＬ－１、小分子及び／又は脂質であってもよい。したがって、ＧＦＡＰ、ＵＣＨ－Ｌ１、Ｓ１００β、ＩＣＨ、ＮＦＬ－１及び／又は他の適切なバイオマーカーのうちの１つ以上に対する１つ以上の結合エンティティが、ナノワイヤの表面に存在してもよい。いくつかの実施形態では、１つ以上のバイオマーカーに対する複数の結合エンティティが、ナノワイヤ２２０の１つ以上の表面、及び／又は測定システムにおける同一又は複数のセンサの複数のナノワイヤの表面に結合されてもよい。例えば、一組の実施形態では、第１のナノワイヤ又は第１のナノワイヤのセットは、ＧＦＡＰ、ＵＣＨ－Ｌ１、Ｓ１００β、ＩＣＨ、およびＮＦＬ－１の１つに対する第１の結合エンティティを有し、第２のナノワイヤ又は第２のナノワイヤのセットは、ＧＦＡＰ、ＵＣＨ－Ｌ１、Ｓ１００β、ＩＣＨ、ＮＦＬ－１の１つに対する第２の結合エンティティを有している。いくつかの実施形態では、第１の結合エンティティと第２の結合エンティティとは異なり、異なるバイオマーカーに結合し得る。他の構成も可能である。結合、結合エンティティ、バイオマーカー、および他の構成要素の例は、「Sensor System and Methods」と題された２０１９年１２月２３日出願の米国出願第６２／９５３，１４０号に記載されており、その全体がすべての目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載のセンサ及び／又はナノワイヤは、脳損傷に関連するバイオマーカー以外のバイオマーカーに対する１つ以上の結合エンティティを有してもよい。例えば、そのような結合エンティティ及び／又はバイオマーカーは、感染症剤に関連するバイオマーカー、敗血症のバイオマーカー、又は他の任意の適切なバイオマーカーを含んでもよい。
本明細書に記載されるセンサは、様々な流体中の様々な分析物を感知するのに適している場合がある。いくつかの実施形態では、流体は体液である。センサは、ヒトの体液中及び／又はヒト以外の、動物の体液中の分析物を感知するのに適していてもよい。好適な体液の非限定的な種類として、血液の種類（例えば、静脈全血、毛細血管全血）、血液の成分（例えば、血漿、血清）、尿、唾液、涙、及び／又は脳脊髄液が挙げられる。体液は、例えば、指刺し（finger stick）によって得ることができる。いくつかの実施形態では、体液は、少なくとも一部の咽頭又は鼻の粘液が緩衝液に移され、緩衝液中で培養された咽頭又は鼻の拭い液を含んでもよい。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるセンサは、静電相互作用を介して流体中の分析物を検知することができる。例として、帯電した分析物は、ナノワイヤおよび／またはその上に配置されたブロッキング層に静電吸着（electrostatic attraction）され得る。この静電吸着により、分析物は、ナノワイヤおよび／またはブロッキング層上に堆積され得る。いくつかの実施形態では、分析物は、荷電生体高分子および／または荷電生体小分子（small molecule）などの荷電分子（帯電した分子）（charged molecule）である。好適な分析物（例えば、荷電分析物）の非限定的な例としては、タンパク質（例えば、ＧＦＡＰ、ＵＣＨ－Ｌ１、Ｓ１００β、ＩＣＨ、ＮＦＬ－１）、ペプチド、核酸（例えば、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ＰＮＡ）、脂質、炭水化物、小分子および上記の誘導体などが挙げられる。
センサの電気的特性が感知されると、電極２１０、２３０の間に一定の電圧が（例えば、測定装置１０４によって）印加されてもよい。これにより、ナノワイヤ２２０を通る電流の変化は、主に、ナノワイヤ２２０に近接する分析物の有無または分析物の数に依存する。測定装置１０４は、図１に関連して説明したように、ナノワイヤ２２０を通る電流を感知し、コントローラ１０２に電流の表示を提供するように構成されてもよい。
センサのさらなる例を図６－図８に示す。例えば、図６は、基板９２２の表面層２０２２上に配置された電極１２２及びナノワイヤ２２２を備えるナノワイヤセンサ６０６の一例を示している。センサ６０６は、絶縁層５０２２（例えば、電気絶縁層）及びワイヤボンディング組成物６０２２をさらに備える。絶縁層５０２２は、周囲環境から電極１２２を絶縁させるように構成されてもよい。ワイヤボンディング組成物６０２２は、一対の電極１２２の各電極の一部上に配置されるように図示されている。ワイヤボンディング組成物６０２２は、電極１２２と測定装置１０４との間の電気的接続を容易にするように構成されてもよい。
図６に示すように、ワイヤボンディング組成物６０２２は、電極１２２における電極材料上に直接配置されてもよい。また、ワイヤボンディング組成物と電極材料との間に１つ以上の介在成分が存在するように、ワイヤボンディング組成物を電極上に配置することも可能である。例えば、電極材料とワイヤボンディング組成物との間の接続を容易にする導電性材料など、電極材料上に配置された導電性材料上にワイヤボンディング組成物が配置されてもよい。この目的に適した導電性材料の一例としては、チタンと金との合金が挙げられる。電極における電極材料の一部上にワイヤボンディング組成物が直接配置され、電極材料の異なる部分上には、パッシベーション層が直接配置されている場合、電極における電極材料は、電極材料上に配置されているパッシベーション層の一部を除去することによって、ワイヤボンディング組成物と接触するために露出され得る。これは、例えば、本明細書の他の箇所に記載されるフォトリソグラフィ技術を用いることによって達成され得る。
いくつかの実施形態では、センサ６０６の１つ以上のコンポーネントの表面化学は、対象とする１つ以上の分析物との望ましい相互作用を促進するように変更され得る。例えば、１種類以上の分子が、ナノワイヤ２２２の表面に結合されてもよい。そのような分子は、対象とする分析物と結合するように構成されたものを含んでもよい（例えば、対象となる抗原に対する抗体を含んでいてもよい）。対象分子は、共有結合によってナノワイヤに結合されてもよい。いくつかの実施形態では、ナノワイヤへの対象分子の共有結合は、シラン誘導体の使用によって促進されてもよい。対象分子と結合するのに適した官能基（例えば、一級アミノ基などのアミノ基、アルデヒド基、エポキシ基）を含むシラン誘導体を、ナノワイヤに共有結合させてもよい。次に、対象分子は、シラン誘導体との結合を促進するために任意に活性化された後、シラン誘導体と反応してそれと共有結合を形成することができる。いくつかの実施形態では、センサ製造時の後の方で行われるステップの１つとして、及び／又は対象分子が分解され得るステップの後（例えば、任意のフォトリソグラフィーステップの後、任意のエッチングステップの後）に、複数のナノワイヤの表面化学を変更することが有利であり得る。
いくつかの実施形態では、ブロッキング層は、センサ６０６の１つ以上のコンポーネント上に形成されてもよい。ブロッキング層は、これらのコンポーネントとセンサの外部の環境との間に位置してもよい。いくつかの実施形態では、ブロッキング層は、センサの外部の環境の１つ以上の成分（例えば、分析される１つ以上の試料および／またはその中の１つ以上の分析物などの１つ以上の成分）との相互作用を媒介する。例えば、ブロッキング層は、試料および／またはその中の成分とセンサの1つ以上のコンポーネント（例えば、その中の複数のナノワイヤ）との非特異的相互作用を低減することができる。この目的に適したブロッキング層は、対象分析物以外のサンプル成分（例えば、タンパク質）と容易に結合しない材料から形成され、および／または、そのような材料を含んでもよい。別の例として、ブロッキング層は、センサの１つ以上のコンポーネント（例えば、その中の複数のナノワイヤ）を用いて分析される試料による静電遮蔽（electrostatic charge screening）を低減してもよい。
ブロッキング層は、様々な好適なプロセスによってセンサに導入され得る。好適なプロセスの一例は、ブロッキング層の成分を含む溶液をセンサおよび／またはその１つ以上のコンポーネント上に分散させ、次いで、溶液が配置されたセンサを培養（incubate）してブロッキング層の成分とセンサおよび／またはセンサのコンポーネントとの間の結合を可能にすることを含む。
ブロッキング層が存在する場合、ブロッキング層は、センサの１つ以上の離散的な部分上に配置されてもよく、またはセンサのかなりの部分を覆うコーティングを形成してもよい（例えば、ブロッキング層は、外部の環境と電気的に連通していないセンサの部分のすべて、または大部分を覆ってもよい）。図７は、ブロッキング層７０２４をさらに備えるセンサ７０６の一例を示している。ブロッキング層７０２４は、電極１２４を電気的に連通させるナノワイヤ２２４の上方に配置されるが、センサの他の部分には存在しない。
いくつかの実施形態では、電極は、図６－７に関連して本明細書の他の箇所で説明されるように、センサの他の場所に配置されてもよい。例として、センサは、バックゲート電極、ウォーターゲート電極（water gate electrode）、および／または接地電極をさらに備えてもよい。これらの電極が存在する場合、これらの電極は、（例えば、本明細書の他の箇所で説明されるような）フォトリソグラフィプロセスによって形成されてもよい。これらは、単一の工程で実行されてもよいし、別々の工程によって製造されてもよい。これらの電極（１つまたは複数）を形成するために採用される工程は、任意の適切な時点に実行されてもよい。いくつかの実施形態では、これらの電極の1つ以上は、１対または複数対の電極の形成と同時に形成されてもよい。例えば、本明細書の他の箇所に記載されるような１対の電極を形成するために採用されるフォトリソグラフィプロセスは、１対の電極が形成されるべき位置からのフォトレジストの除去と同時にこれらの電極が形成されるべき位置からフォトレジストを除去することも含み、１対の電極の形成材料の堆積と同時にこのプロセスによって露出した基板の部分にこれらの電極の形成材料を堆積することも含むことによって、１以上のさらなる電極を形成することを含んでもよい。
図８は、バックゲート電極８０２６、ウォーターゲート電極９０２６、及び接地電極１００２６と同様に電極１２６を含むセンサ８０６の非限定的な一実施形態を示している。そのような追加の電極が存在する場合、そのような電極は、センサの外部の環境に直接さらされてもよく、および／または、そのような電極の上にパッシベーション層および／または電気絶縁層が配置されていなくてもよい。他の実施形態では、１つ以上のパッシベーション層および／または電気絶縁層が、これらの電極の１つ以上とその外部の環境との間に位置してもよい。
いくつかの実施形態では、バックゲート電極、ウォーターゲート電極、および／または接地電極は、（例えば、表面層の代わりに）基板のバルクを形成する材料と直接接触するように、基板（例えば、基板９２６）上に配置されてもよい。例として、いくつかの実施形態では、電極（例えば、バックゲート電極）は、基板のうち表面層がエッチングされた部分上に堆積される。特定の理論に拘束されることを望まないが、バックゲート電極が、基板のバルクを形成する材料と直接接触するように基板上に配置されることは有利であると考えられる。この配置は、バックゲート電極によって提供されるゲーティングの一貫性を高め、複数のナノワイヤのドライゲーティング（dry gating）を可能にし、および／またはバルク基板を接地するための容易な方法を提供することができると考えられる。
システム１００に戻ると、図３は、いくつかの実施形態によれば、システム１００に備えられ得る例示的なコントローラ３０２を示す。コントローラ３０２は、バイアス回路３１０および処理回路３２０を備えるように示されている。バイアス回路３１０は、センサの電気的特性を感知するために、測定装置１０４に１つ以上のバイアス信号を提供するように構成されてもよい。処理回路３２０は、電気的特性を示す測定装置１０４からの信号を受信し、受信した信号から電気的特性を決定するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、処理回路３２０は、バイアス回路３１０によって生成されるべきバイアス信号（１つまたは複数）を示す制御信号をバイアス回路３１０に提供することなどにより、バイアス回路３１０が提供するよう構成されるバイアス信号（１つまたは複数）を設定するよう構成されてもよい。いくつかの実施形態では、処理回路３２０は、測定装置１０４及び／又はバイアス回路３１０を介して受信されたフィードバックを用いて、バイアス回路３１０によって生成されるべきバイアス信号（１つまたは複数）を調整するように構成されてもよい。
いくつかの実施形態では、バイアス回路３１０は、バイアス信号（１つまたは複数）を生成するように構成された１つ以上の交流（ＡＣ）及び／又は直流（ＤＣ）電圧源を備えてもよい。いくつかの実施形態では、バイアス回路３１０は、バイアス信号としてＤＣ電圧を生成するように構成されたバッテリ及び／又は電圧レギュレータを備えてもよい。例えば、バイアス回路３１０は、ＤＣ電圧を測定装置１０４に直接供給してもよい。代替的または追加的に、バイアス回路３１０は、矩形波および／またはランプ波などのＤＣ電圧を使用してＡＣ波形を生成するように構成された変調回路を有してもよい。いくつかの実施形態では、バイアス回路は、バイアス信号としてＡＣ波形を生成するように構成された局部発振器などのＡＣ電圧源を有してもよい。例えば、ＡＣ波形は、局部発振器の出力から直接生成されてもよいし、局部発振器の出力を混合、フィルタリング、積分、又は他の方法で調整することによって生成されてもよい。いくつかの実施形態では、バイアス回路３１０は、０．１Ｈｚと１ｋＨｚとの間の周波数を有するＡＣ信号を生成するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、バイアス回路３１０は、５００Ｈｚと７００Ｈｚとの間の周波数を有するＡＣ信号を生成するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、バイアス回路３１０は、６００Ｈｚの周波数を有するＡＣ信号を生成するように構成されてもよい。
いくつかの実施形態では、バイアス回路３１０は、デジタル―アナログ変換（ＤＡＣ）回路及び／又は増幅回路を含んでもよい。例えば、バイアス回路３１０は、デジタルＡＣ波形（例えば、方形波など）を生成し、ＡＣ波形をアナログＡＣ波形（例えば、正弦波および／または三角波など）として測定装置１０４に提供するように構成されてもよい。代替的または追加的に、バイアス回路３１０は、低電圧レベル（例えば、ミリボルトオーダー）でバイアス信号を生成し、バイアス信号を増幅してから、増幅されたバイアス信号を測定装置１０４に提供するように構成されてもよい。
いくつかの実施形態において、処理回路３２０は、測定装置１０４から受信した信号に基づいてセンサの電気的特性を決定するように構成されてもよい。例えば、信号は、センサを通過する電流を示すものであってもよく、処理回路３２０は、センサを通過する電流のレベルを決定するように構成されてもよい。代替的または追加的に、処理回路３２０は、決められた電流のレベルを使用するなどして、センサのインピーダンスを決定するように構成されてもよい。例えば、センサに印加された電圧を決定された電流のレベルで割る（除算する）ように構成されてもよい。例えば、処理回路３２０は、センサに印加される電圧の値を（例えば、メモリ、レジスタなどに）記憶するように構成されてもよく、及び／又は、バイアス信号（１つまたは複数）を生成するためにバイアス回路３１０に提供される設定を用いて値を算出してもよい。いくつかの実施形態では、処理回路３２０は、メモリ、レジスタ、ラッチ、フリップフロップ、及び／又は他の記憶媒体における記憶された命令及び／又は他の値を使用するなど、電気的特性を決定するように構成された１以上のプロセッサ（例えば、マイクロプロセッサ、縮小命令セットプロセッサなど）及び／又はデジタル論理回路（例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ、特定用途向け集積回路など）を含んでもよい。
いくつかの実施形態では、処理回路３２０は、アナログ／デジタル変換（ＡＤＣ）回路及び／又は増幅回路を有し得る。例えば、処理回路３２０は、測定装置１０４から電気的特性を示す信号をアナログ信号として受信するように構成されてもよく、一方、処理回路３２０は、処理回路３２０のプロセッサ（１つまたは複数）及び／又はデジタル論理回路を用いるなど、デジタルドメインにおいて電気的特性を決定するように構成されてもよい。代替的または追加的に、処理回路３２０の増幅回路は、測定装置１０４から受信した信号を、電気的特性を決定するのに適した電圧レベルまで増幅するように構成されてもよい。
複数のコントローラを有するいくつかの実施形態では、第１のコントローラは、バイアス回路３１０を有してもよく、第２のコントローラは、処理回路３２０を有してもよい。第１のコントローラは、バイアス回路３１０によって生成されるべきバイアス信号（１つまたは複数）を設定するためなどの、いくつかの処理回路も含んでもよい。いくつかの実施形態では、バイアス回路３１０は、第１の集積回路パッケージに含まれてもよく、処理回路３２０は、第２の集積回路パッケージに含まれてもよい。例えば、これらの２つの集積回路パッケージは、同じＰＣＢ上に配置される。いくつかの実施形態では、バイアス回路３１０及び処理回路３２０は、単一の集積回路パッケージに含まれてもよい。
本発明者らは、センサを介して受信された信号における少なくとも一部の電磁ノイズの影響を低減および／または緩和するように構成された測定装置を開発した。これにより、センサの電気的特性を感知するように構成されたシステムの感度を向上させることができる。いくつかの態様において、本発明者らは、測定装置の感度が、センサ内、測定装置に接続されたシステムのコンポーネント内、さらには測定装置自体の内部などの、システム内で発生する電磁ノイズによって低下する可能性があることを見出した。一例では、センサに接続するように構成された測定装置の増幅器は、センサを介して受信された信号に重畳され得る電流ノイズなどの入力参照ノイズを発生し得る。その結果、センサからの信号は、増幅器によって生じたノイズを克服するのに十分な信号電力を有する必要があった。したがって、センサの電気的特性を感知する測定装置の能力に影響を与え、それによってシステムの感度を低下させる。増幅器で発生するノイズのレベルは、いくつかの用途、例えば比較的低いインピーダンス（例えば、１Ω）としての電流検出経路および感知されるべき信号が比較的大きい（例えば、μＡのオーダーなど）用途には、許容可能なレベルである。
同様に、電流検出経路のインピーダンスが静電容量を含む場合、センサがＤＣ信号でバイアスされ、電気的特性を示すセンサからの信号が少なくとも実質的にＤＣであるとき、静電容量はほとんど影響を及ぼさない。しかし、電流検出経路のインピーダンスが比較的高い場合（例えば、０．５ＭΩ、５０ＭΩ、７５ＭΩ、１００ＭΩ、またはそれよりも高い場合）、および／または検出される信号が非常に小さい場合（例えば、ｐＡのオーダー）、これ以外の点では許容可能なレベルのノイズがはるかに高い影響を与える。同様に、ＡＣ信号がセンサにバイアスをかけ、電気的特性を示すセンサからの信号がそれに対応してＡＣである場合、比較的小さな寄生容量（たとえばｐＦのオーダー）であっても、その影響で感知した信号のノイズレベルが増加することがある。
本明細書に記載される測定装置は、測定装置のコンポーネント、センサ、及び／又は他のシステムのコンポーネントによって発生する電磁ノイズの影響を低減及び／又は緩和するように、測定装置のコンポーネントを配置及び／又は相互接続することによって、少なくとも部分的に上記問題に対処し得る。
図４は、いくつかの実施形態によれば、システム１００に備えられ得る例示的な測定装置４０４を示す。測定装置４０４は、トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）４１０およびセンス増幅器４３０を備えるように示されている。ＴＩＡ４１０の第１の入力部は、コントローラ１０２の出力部に接続されるとともに、センス増幅器４３０の第１の入力部にも接続される。ＴＩＡ４１０の第２の入力部は、ＴＩＡ４１０の出力部、センサ１０６、およびセンス増幅器４３０の第２の入力部に接続される。センス増幅器４３０の出力部は、コントローラ１０２に接続される。いくつかの実施形態において、ＴＩＡ４１０は、コントローラ１０２のバイアス回路から１つ以上のバイアス信号を受信し、バイアス信号を用いてセンサ１０６にバイアス電圧及び／又は電流を印加するように構成されてもよい。センス増幅器４３０は、ＴＩＡ４１０およびセンサ１０６を介して信号を受信し、コントローラ１０２に接続された出力部においてセンサ１０６の電気的特性を示す信号を生成するように構成されてもよい。
本発明者らは、センス増幅器で発生する電流ノイズや歪みなどの干渉が、センサから受信した信号に干渉する可能性があることを見出した。例えば、センス増幅器の入力端子が、センサから電流を受け取るセンス抵抗器の両端に接続される場合、センス増幅器で発生する電流ノイズが、センサからの電流にノイズとして加わる可能性がある。さらに、システムのコンポーネントの寄生容量が、受信信号を歪ませるセンス経路に非線形インピーダンスを付加することがある。この問題に対処するために発明者らが開発した１つの技術は、センス増幅器４３０からの電流ノイズがその入力部の間のループで流れないように、センス増幅器４３０の入力部をＴＩＡ４１０の入力部に接続させることである。さらに、センス増幅器４３０の寄生容量がセンス経路から分離され、センシングされた信号に加えられる歪みの量を制限している。その結果、測定装置４０４の構成は、センス増幅器４３０で発生する電流ノイズがセンサ１０６から受信した信号に与える影響を低減させる。いくつかの実施形態では、寄生容量からの歪みの影響が大きく緩和されるため、測定装置４０４は、センサ１０６にＡＣ電圧を与えるように構成されてもよい。図示された構成はまた、センサ１０６の端子を接地することを容易にし、したがって、本明細書で説明するように、過電圧事象に対する保護を改善することができる。
増幅器４１０及び／又は４３０は、増幅器４１０及び／又は４３０が差動信号を生成及び出力するように構成されている実施形態のように、複数の出力部を含んでもよいことを理解されたい。また、いくつかの実施形態において、測定装置４０４は、センサ１０６に差動信号を印加するように構成された実施形態、及び／又はセンサ１０６をバイアスすることに加えてセンサ１０６に接地基準を印加するように構成された実施形態において、センサ１０６の複数の端子に接続されてもよいことを理解されたい。
いくつかの実施形態において、ＴＩＡ４１０は、単一の集積回路パッケージに含まれ得る。代替的に又は追加的に、いくつかの実施形態では、センス増幅器４３０は、単一の集積回路パッケージに含まれてもよい。いくつかの実施形態において、ＴＩＡ４１０及びセンス増幅器４３０をそれぞれ含む集積回路パッケージは、同じＰＣＢ上に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、ＴＩＡ４１０およびセンス増幅器４３０は、同じ集積回路パッケージに含まれてもよい。いくつかの実施形態では、ＴＩＡ４１０及び／又はセンス増幅器４３０のコンポーネントは、ディスクリート電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）などのディスクリートコンポーネントであってよい。
図５は、いくつかの実施形態による、測定装置４０４に備えられ得る例示的なＴＩＡ５１０及びセンス増幅器５３０の回路図である。ＴＩＡ５１０は、増幅器５１２およびセンサ素子（sensing element）５２０を備えるように示され、センス増幅器５３０は、増幅器５３２を備えるように示されている。ＴＩＡ５１０の増幅器５１２は、第１の入力部５１４、第２の入力部５１６、および出力部５１８を有する。センス増幅器５３０の増幅器５３２は、増幅器５１２の出力部５１８に接続された第１の入力部５３４、増幅器５１２の第１の入力部５１４に接続された第２の入力部５３６、および出力部５３８を有する。センサ素子５２０は、増幅器５１２の第２の入力部５１６と出力部５１８との間に接続されたセンス抵抗器５２２およびセンスコンデンサ５２４を含む。いくつかの実施形態では、増幅器５１２の入力部５１４および／または増幅器５３２の出力部５３８は、コントローラ１０２に接続するように構成され得る。例えば、いくつかの実施形態では、ＴＩＡ５１０、センス増幅器５３０、およびコントローラ１０２の少なくとも一部は、単一のＰＣＢ上に配置されてもよく、これによって、ＰＣＢ上の導電性トレースがＴＩＡ５１０および／またはセンス増幅器５３０をコントローラ１０２に接続してもよい。増幅器５１２の第２の入力部５１６は、センサ１０６に接続するように構成されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、増幅器５１２の第２の入力部５１６は、センサ１０６の相補的な電気コネクタに取り外し可能に接続するために構成された電気コネクタに接続されてもよい。一例では、電気コネクタは、互いに繰り返し及び／又は非永久的に、接続及び分離するように構成されてもよい。
ＴＩＡ５１０の増幅器５１２は、センサ１０６にバイアスをかけるように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、増幅器５１２は、集積回路（例えばそれ自身の集積回路パッケージ内に配置された集積回路など）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、センサ素子５２０は、増幅器５１２と同じ集積回路パッケージ内に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、増幅器５１２のコンポーネントは、１つ以上のディスクリートＦＥＴを含むなど、ディスクリートであってもよい。増幅器５１２の第１の入力部５１４は、コントローラ１０２からバイアス信号を受信するように構成されてもよい。第２の入力部５１６は、バイアス信号を用いてセンサ１０６にバイアスをかけるように構成されてもよい。例えば、図示のように、増幅器５１２の出力部５１８は、センサ素子５２０を介して第２の入力部５１６に接続され、これによって、増幅器５１２は、第２の入力部５１６における電圧を第１の入力部５１４における電圧に引き込む（pull）ように構成されてもよい。その結果、増幅器５１２は、受信したバイアス信号の電圧に実質的に等しい電圧をセンサ１０６に印加することができる。
センサ素子５２０は、第２の入力部５１６を介してセンサ１０６から信号を受信し、センス電圧を生成するように構成されてもよい。例えば、第２の入力部５１６は、センサ１０６に印加されるバイアス電圧に応答してセンサ１０６を流れる電流を受信してもよい。受信した電流は、センサ素子５２０の両端にセンス電圧を生じ得る。したがって、増幅器５１２の第２の入力部５１６は、センサを通る電流を示すセンス電圧を生成するように構成されたＴＩＡ５１０の出力部として機能することができる。
いくつかの実施形態において、センサ素子５２０は、ＤＣ及び／又は印加されたバイアス信号の周波数（例えば、０．１Ｈｚと１ｋＨｚとの間、５００Ｈｚと７００Ｈｚとの間、６００Ｈｚ等）において、少なくとも１μＶ／ｐＡ、例えば５μＶ／ｐＡ以上のトランスインピーダンス利得を提供するように構成されてもよい。様々な実施形態によれば、センス抵抗器５２２は、０．１ＭΩと７５ＭΩとの間、例えば０．２５ＭΩと５０ＭΩとの間、１ＭΩと２５ＭΩとの間、２５ＭΩと５０ＭΩとの間などの抵抗を有してもよい。センス抵抗器５２２及び／又はセンスコンデンサ５２４の代わりに、他のインピーダンス要素が設けられ及び／又は使用されてもよいことを理解されたい。
センス増幅器５３０の増幅器５３２は、ＴＩＡ４１０及びセンサ１０６を介してセンス電圧を受信するように構成されてもよい。いくつかの実施形態において、センス増幅器５３０は、演算増幅器、計装用増幅器、及び／又は差動増幅器などの増幅器を含んでもよい。いくつかの実施形態では、増幅器５３２のコンポーネントは、ディスクリートＦＥＴを含むなど、ディスクリートであってもよい。増幅器５３２の第１の入力部５３４及び第２の入力部５３６は、センサ１０６からの電流の受信に応答してセンサ素子５２０によって生成されたセンス電圧を受信するように構成されてもよい。例えば、第１の入力部５３４は、増幅器５１２の出力部５１８及びセンサ素子５２０に接続され、第２の入力部５３６は、増幅器５１２の入力部５１４に接続される。図５に示すように、第２の入力部５１６は、第１の入力部５１４でコントローラ１０２から受信した電圧と実質的に同じ電圧をセンサ１０６に与えるように構成される。したがって、増幅器５３２の第２の入力部５３６は、あたかも第２の入力部５３６が第２の入力部５１６およびセンサ素子５２０に接続されたかのように、実質的に同じ電圧を受ける。さらに、第２の入力部５３６が第１の入力部５１４に接続されているので、本明細書に記載されるように、増幅器５３２において発生する電流ノイズ（例えば、入力バイアス電流）が、センサ１０６を介して受信される信号に及ぼす影響を緩和することができる。増幅器５３０は、コントローラ１０２に提供するために、出力部５３８において電気的特性を示す信号を生成するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、増幅器５３２は、入力部５３４、５３６で受信された信号を設定された利得パラメータによって増幅し、出力部５３８において増幅された信号を生成するように構成されてもよい。例えば、図５に示すように、増幅器５３２の利得（gain）は、利得設定入力ＲＧの間に抵抗を接続することによって設定されてもよい。
いくつかの実施形態において、ＴＩＡ５１０は、コントローラ１０２から受信した同じバイアス信号をセンサの端子に印加するように構成されてもよいことを理解されたい。あるいは、バイアス信号の電圧とは異なる電圧がセンサに印加され得るように、分圧器および／またはダイオードが、第２の入力部５１６と出力部５１８との間に接続されてもよい。例えば、印加される電圧は、電圧のオフセットを有してもよく、及び／又はバイアス信号の電圧に比例してもよい。
いくつかの実施形態において、ＴＩＡ５１０および／またはセンス増幅器５３０とコントローラ１０２とは、異なるＰＣＢ上および／または異なる筐体内に配置されてもよいことを理解されたい。代替的にまたは追加的に、いくつかの実施形態では、ＴＩＡ５１０および／またはセンス増幅器５３０は、１つ以上の電気コネクタを使用してコントローラ１０２に接続されてもよい。代替的にまたは追加的に、いくつかの実施形態では、第２の入力部５１６は、１つ以上のＰＣＢ上の導電性トレースなどの他の手段によってセンサ１０６に接続されてもよい。
図９は、いくつかの実施形態による、測定装置の出力における電圧のＳＮＲと、測定装置がセンサの両端に印加される電圧ＶＡＰＰＬとのグラフ９００である。測定装置は、図５に関連して本明細書で説明した方法で構成されたコンポーネントを有する。測定装置は、図２に関連してセンサ２０６について本明細書で説明した方法で構成されたセンサを備えるシステム内に配置された。測定システムに内在するノイズを評価するために、センサ２０６のナノワイヤ２２０は、指示されている抵抗値を有する薄膜抵抗器によってモデル化された。
図９に示すように、測定装置は、１０ｍＶＲＭＳと１００ｍＶＲＭＳとの間の電圧ＶＡＰＰＬを（ＴＩＡ５１０の入力部５１６を介して）センサ２０６に印加した。センサ２０６への電圧ＶＡＰＰＬの印加に応答して、測定装置は、（センス増幅器５３０の出力部５３８において）出力電圧を生成した。出力電圧は、センサ２０６の検知された抵抗に対応し、信号内容およびノイズ内容を含有していた。信号内容は、センサの抵抗によって引き起こされる電圧を含み、ノイズ内容は、システム内のノイズによって引き起こされる電圧を含む。
出力電圧を２４ビットＡＤＣ回路でデジタル信号に変換し、そのデジタル信号に対してプロセッサでロックインアンプ処理を実行して出力電圧の振幅を算出することによって、出力電圧における信号内容とノイズ内容との比が決定された。出力電圧の振幅が算出されたら、信号の標準偏差を算出することで、出力電圧に含まれるノイズ内容が決定された。信号内容は、信号の平均値として計算された。図９に円形のドット（●）でラベル付けされた第１の測定セットにおいて、センサ２０６のナノワイヤ２２０は１０ＭΩの指示抵抗（indicated resistance）を有していた。図９において三角形（▲）でラベル付けされた第２の測定セットにおいて、ナノワイヤ２２０は、１ＭΩの指示抵抗を有していた。
図９に示すように、測定装置は、１ＭΩの抵抗を有するセンサ２０６に印加される１０ｍＶＲＭＳと１００ｍＶＲＭＳとの間の電圧ＶＡＰＰＬに対して２０，０００を超えるＳＮＲを達成した。測定装置は、１０ＭΩの抵抗を有するセンサ２０６に印加された１０ｍＶＲＭＳと１００ｍＶＲＭＳとの間の電圧ＶＡＰＰＬに対して５，０００を超えるＳＮＲを達成した。これには、３０ｍＶＲＭＳと１００ｍＶＲＭＳとの間の電圧ＶＡＰＰＬに対して１万を超えるＳＮＲと、１００ｍＶＲＭＳの電圧ＶＡＰＰＬに対して２万を超えるＳＮＲとが含まれていた。
本技術のいくつかの実施形態が本明細書で説明および図示されたが、当業者であれば、本明細書に記載された機能および／または結果および／または１つ以上の利点を実行するための様々な他の手段および／または構造を容易に予想し、そのような変形および／または修正の各々は、本願の範囲内にあるとみなされる。
例えば、アナログコンポーネントを有する測定装置が本明細書に記載されてきたが、デジタルコンポーネントが本明細書に記載される測定装置の代替または追加の部品として使用され得ることが理解されるべきである。また、本明細書では、増幅器のディスクリートＦＥＴコンポーネントについて説明したが、そのようなディスクリートコンポーネントは、様々な実施形態によれば、代替的に又は追加的に、バイポーラ型のコンポーネント及び／又は高電子移動度トランジスタを含むことができる。また、本明細書に記載された技術に従って使用され得るセンサの一例としてナノワイヤセンサが記載されたが、ナノチューブセンサなどの他のセンサが使用されてもよい。
例えば、一般に、複数のナノワイヤは、望ましい化学成分を有するナノワイヤを含む。一例として、ナノワイヤは、対象となる１つ以上の化学物質（例えば、対象分析物と望ましい相互作用を有する１つ以上の化学物質、および／または対象分析物と望ましい相互作用を有する分子とさらに反応できる化学物質）で官能化（functionalized）され得る材料から形成されてもよく、および／または、そのような材料を含んでもよい。別の例として、ナノワイヤは、望ましい電気伝導率および／または等価表面電位（equivalent surface potential）を有する材料から（例えば、半導体から、対象分析物に曝露されると電気伝導率が変化する材料から、および／または対象分析物に曝露されると等価表面電位が変化する材料から）形成されてもよく、および／または、そのような材料を含んでもよい。この特性を有する材料の非限定的な例としては、選択された元素（例えば、シリコン）、セラミック（例えば、窒化ガリウム、ヒ化ガリウム、酸化インジウム、リン化インジウム、二硫化モリブデン、二硫化タングステン）、ポリマー（例えば、半導体ポリマー）、一次元材料（例えば、カーボンナノチューブ、上記材料の１つ以上を含む一次元材料）、および二次元材料（例えば、グラフェン、上記材料の１つ以上を含む二次元材料）が挙げられる。いくつかの実施形態では、ナノワイヤは、単結晶の形態の上記材料のうちの１つ以上（例えば、単結晶シリコン）から形成され、および／またはそのような材料を含む。ナノワイヤおよびセンサのさらなる特徴は、「Sensor System and Methods」と題された２０１９年１２月２３日出願の米国出願第６２／９５３，１４０号に記載されており、その全体がすべての目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
より一般的には、当業者は、本明細書に記載された全てのパラメータ、寸法、材料、および構成が例示的であることを意味し、実際のパラメータ、寸法、材料、および／または構成が、特定の用途、または本開示の教示が用いられる用途に依存することを容易に理解するであろう。当業者は、本明細書に記載される技術の特定の実施形態に対する多くの等価物を認識するか、または日常的な実験以上のことを用いずに確認することができるであろう。したがって、前述の実施形態は例示としてのみ提示され、添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲内で、技術の態様は具体的に説明され、特許請求の範囲に記載されたものとは別の方法で実施され得ることが理解されるであろう。本出願は、本明細書に記載された個々の特徴、システム、物品、材料、キット、および／または方法に関する。さらに、そのような特徴、システム、物品、材料、キット、および／または方法が相互に矛盾しない場合、２つ以上のそのような特徴、システム、物品、材料、キット、および／または方法の任意の組み合わせが、本出願の範囲内に含まれる。
本明細書で定義され使用されるすべての定義は、辞書の定義、参照により組み込まれる文書における定義、および／または定義された用語の通常の意味よりも支配的である（control over）と理解されるべきである。
本明細書および特許請求の範囲で使用される不定冠詞「ａ」および「ａｎ」（１つの）は、明確に反対の指示がない限り、「少なくとも１つ」を意味すると理解されるべきである。
本明細書および特許請求の範囲で使用される「および／または」という文言は、そのように等位接続された要素の「いずれかまたは両方」、すなわち、ある場合には合接して（conjunctively）存在し、他の場合には離接して（disjunctively）存在する要素を意味すると理解されるべきである。「および／または」で列挙された複数の要素は、同様に、すなわち、そのように等位接続された要素の「１つ以上」を指すと解釈されるべきである。「および／または」節によって具体的に特定された要素以外に、具体的に特定された要素に関連するか否かにかかわらず、他の要素が任意に存在することができる。したがって、非限定的な例として、「Ａおよび／またはＢ」という表現は、「含む、備える、有する（comprising）」などのオープンエンドの言語と組み合わせて使用される場合、ある実施形態では、Ａのみ（任意にＢ以外の要素を含む）、別の実施形態では、Ｂのみ（任意にＡ以外の要素を含む）、さらに別の実施形態では、ＡおよびＢの両方（任意に他の要素を含む）などを指すことができる。
本明細書および特許請求の範囲で使用されているように、「または」は、上記で定義された「および／または」と同じ意味を有すると理解されるべきである。例えば、リスト内の項目を区切る場合、「または」または「および／または」は、包括的であること、すなわち、複数の要素または要素のリストのうちの少なくとも１つの要素を含むが、１つよりも多い要素も含み、任意に、リストにない追加の項目も含むと解釈される。「の１つのみ」または「のまさに１つ」のような明確に反対を示す用語、または、特許請求の範囲で使用される場合の「からなる（consisting of）」は、複数の要素または要素のリストのうちのまさに１つの要素を含むことを指す。一般に、本明細書で使用される用語「または」は、「どちらか」、「の１つ」、「の１つのみ」、または「のまさに１つ」などの排他性の用語に先行される場合にのみ、排他的選択肢（すなわち「一方または他方であって両方ではない」）を示すものと解釈される。特許請求の範囲において使用される場合の「本質的にからなる」は、特許法の分野で使用される通常の意味を有する。
本明細書および特許請求の範囲で使用されるように、１つ以上の要素のリストに関して、「少なくとも１つ」という文言は、要素のリスト内の任意の１つ以上の要素から選択される少なくとも１つの要素を意味すると理解すべきであるが、必ずしも要素のリスト内に具体的にリストされた各々および全ての要素の少なくとも１つを含む必要はなく、要素のリスト内の任意の要素の組み合わせを除外しないものと理解すべきである。また、この定義では、「少なくとも１つ」という文言が言及する要素のリスト内で具体的に特定された要素以外の要素が、具体的に特定された要素に関連するか否かにかかわらず、任意に存在することができる。したがって、非限定的な例として、「ＡおよびＢの少なくとも１つ」（または、同義的に、「ＡまたはＢの少なくとも１つ」、または、同義的に「Ａおよび／またはＢの少なくとも１つ」）は、ある実施形態において、Ｂが存在しない（および、任意にＢ以外の要素を含む）場合の、少なくとも１つの（任意に複数の）Ａを指し、別の実施形態では、Ａが存在しない（および任意にＡ以外の要素を含む）場合の、少なくとも１つの（任意に複数の）Ｂを指し、さらに別の実施形態では、少なくとも１つの（任意に複数の）Ａおよび少なくとも１つ（任意に複数の）Ｂ（および任意に他の要素を含む）を指すことなどが可能である。
また、明確に反対の指示がない限り、複数の工程または行為を含む本明細書で特許請求の範囲に記載の任意の方法において、方法の工程または行為の順序は、記載された方法の工程または行為の順序に必ずしも限定されないことが理解されるべきである。
特許請求の範囲において、上記明細書と同様に、「含む（備える、有する）(comprising)」、「含む（including）」、「運ぶ（carrying）」、「有する（having）」、「含む（containing）」、「含む（involving）」、「保持する（holding）」、「からなる（composed of）」等のすべての移行句は、オープンエンド、すなわち、包含するがこれに限定されないという意味に理解される。移行句「からなる（consisting of）」および「から本質的になる(consisting essentially of)」のみは、米国特許庁特許審査手続要覧のセクション２１１１．０３に記載されているように、それぞれクローズドまたはセミクローズドの移行句である。

Claims (50)

  1. センサの電気的特性を感知する装置であって、前記装置は、
    前記センサに接続するように構成されたセンス抵抗器と、
    第１の入力部、第２の入力部、および出力部を有する第１増幅器であって、前記第２の入力部と前記出力部との間に前記センス抵抗器が接続されている、第１増幅器と、
    第２増幅器と、を備え、
    前記第２増幅器は、
    前記第１増幅器の前記出力部に接続された第１の入力部と、
    前記第１増幅器の前記第１の入力部に接続された第２の入力部と、
    前記センサの前記電気的特性を示す電圧を供給するように構成された出力部と、を有する、装置。
  2. 前記電気的特性は、前記センサのコンダクタンスを含む、請求項１に記載の装置。
  3. 前記センサは、ナノワイヤセンサを含む、請求項２に記載の装置。
  4. ナノワイヤセンサをさらに備え、
    前記ナノワイヤセンサは、前記コンダクタンスが前記ナノワイヤセンサの表面における１つ以上の分析物の存在を示すように構成されている、請求項３に記載の装置。
  5. 前記ナノワイヤセンサの表面は、脳損傷のバイオマーカーに対する結合エンティティを有する、請求項４に記載の装置。
  6. 前記ナノワイヤセンサの表面は、バイオマーカーに対する結合エンティティを有し、
    前記バイオマーカーは、ＧＦＡＰ、ＵＣＨ－Ｌ１、Ｓ１００β、ＩＣＨ、およびＮＦＬ－１からなる群から選択される、請求項４記載の装置。
  7. 前記ナノワイヤセンサの表面は、１つ以上の感染症病原体のバイオマーカーに対する結合エンティティを有する、請求項４に記載の装置。
  8. 前記ナノワイヤセンサの表面は、敗血症のバイオマーカーに対する結合エンティティを有する、請求項４に記載の装置。
  9. 前記センス抵抗器および前記第１増幅器を備えるトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）をさらに備え、前記ＴＩＡは、前記センサを流れる電流を示すセンス電圧を生成するように構成されている、請求項１に記載の装置。
  10. 前記第２増幅器は、計装用増幅器、差動増幅器、および演算増幅器からなる群の少なくとも１つの部材を備える、請求項１に記載の装置。
  11. 前記ＴＩＡは、単一の集積回路パッケージに含まれる、請求項１に記載の装置。
  12. 前記ＴＩＡが複数のディスクリートコンポーネントを有する、請求項１に記載の装置。
  13. 前記複数のディスクリートコンポーネントは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含む、請求項１２に記載の装置。
  14. プリント回路基板（ＰＣＢ）を備え、前記プリント回路基板は、
    請求項１に記載の装置と、
    前記プリント回路基板の上に実装された少なくとも１つの電気コネクタと、を有し、
    前記電気コネクタは、前記装置を前記センサに電気的に接続するように構成されている、システム。
  15. 前記電気コネクタが、前記装置を前記センサに取り外し可能に接続するように構成されている、請求項１４に記載のシステム。
  16. センサの電気的特性を感知するための装置であって、前記装置は、
    第１の入力部と出力部とを有するセンス増幅器であって、前記出力部において前記電気的特性を示す電圧を生成するように構成されたセンス増幅器と、
    トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）と、を備え、
    前記ＴＩＡは、
    前記センス増幅器の前記第１の入力部に接続された第１の入力部と、
    前記センサと接続するように構成された第２の入力部と、を有する、装置。
  17. 前記電気的特性は、前記センサのコンダクタンスを含む、請求項１６に記載の装置。
  18. 前記センサは、ナノワイヤセンサを含む、請求項１７に記載の装置。
  19. ナノワイヤセンサをさらに備え、
    前記ナノワイヤセンサは、前記コンダクタンスが前記ナノワイヤセンサの表面における１つ以上の分析物の存在を示すように構成されている、請求項１８に記載の装置。
  20. 前記ナノワイヤセンサの表面は、バイオマーカーに対する結合エンティティを有する、請求項１９に記載の装置。
  21. 前記バイオマーカーは、脳損傷のバイオマーカーである、請求項２０に記載の装置。
  22. 前記ナノワイヤセンサの表面は、バイオマーカーに対する結合エンティティを有し、
    前記バイオマーカーは、ＧＦＡＰ、ＵＣＨ－Ｌ１、Ｓ１００β、ＩＣＨ、およびＮＦＬ－１からなる群から選択される、請求項１９記載の装置。
  23. 前記バイオマーカーは、１つ以上の感染症病原体のバイオマーカーである、請求項２０に記載の装置。
  24. 前記バイオマーカーは、敗血症のバイオマーカーである、請求項２０に記載の装置。
  25. 前記ＴＩＡは、前記センス増幅器の第２の入力部と電気的に結合された出力部を有し、
    前記ＴＩＡは、前記ＴＩＡの前記出力部において、前記センサを通る電流を示すセンス電圧を生成するように構成されている、請求項１６に記載の装置。
  26. 前記ＴＩＡは、前記ＴＩＡの前記第１の入力部において入力電圧信号を受信し、前記ＴＩＡの前記第２の入力部を介して前記センサに前記入力電圧信号を印加するようにさらに構成されている、請求項２５に記載の装置。
  27. 前記ＴＩＡは、前記ＴＩＡの前記第１の入力部と前記ＴＩＡの前記出力部との間に電気的に接続されたセンス抵抗器をさらに備え、電流が前記センス抵抗器を通って流れるときにセンス電圧を生成するように構成されている、請求項１６に記載の装置。
  28. 前記センス増幅器は、計装用増幅器、差動増幅器、および演算増幅器からなる群の少なくとも１つの部材を備える、請求項１６に記載の装置。
  29. プリント回路基板（ＰＣＢ）を備え、前記プリント回路基板は、
    請求項１６に記載の装置と、
    前記プリント回路基板の上に実装された少なくとも１つの電気コネクタと、
    を有し、
    前記電気コネクタは、前記センサと電気的に接続するように構成されている、システム。
  30. 前記電気コネクタが、前記センサに取り外し可能に接続するように構成されている、請求項２９に記載のシステム。
  31. センサの電気的特性を感知するシステムであって、前記システムは、
    前記センサに交流（ＡＣ）電圧を供給するように構成されたトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）と、
    前記センサと接地との間を流れる電流を検出することに応答して、前記電気的特性を示す電圧を生成するように構成されたセンス増幅器と、
    を備える、システム。
  32. 前記ＴＩＡは、０．１Ｈｚと１ｋＨｚとの間の周波数を有するＡＣ電圧源から前記ＡＣ電圧を受信するように構成されている、請求項３１に記載のシステム。
  33. 前記ＴＩＡは、５００Ｈｚから７００Ｈｚの間の周波数を有するＡＣ電圧源から前記ＡＣ電圧を受信するように構成される、請求項３１に記載のシステム。
  34. 前記ＴＩＡは、６００Ｈｚの周波数を有するＡＣ電圧源から前記ＡＣ電圧を受信するように構成されている、請求項３１に記載のシステム。
  35. 前記電気的特性は、前記センサのコンダクタンスを含む、請求項３１に記載のシステム。
  36. 前記センサは、ナノワイヤセンサを含む、請求項３５に記載のシステム。
  37. ナノワイヤセンサをさらに備え、
    前記ナノワイヤセンサは、前記コンダクタンスが前記ナノワイヤセンサの表面における１つ以上の分析物の存在を示すように構成されている、請求項３６に記載のシステム。
  38. 前記ナノワイヤセンサは、少なくともいくつかの分析物が前記ナノワイヤセンサの表面に配置されるとき、０．５ＭΩより大きいインピーダンスを生成するように構成されている、請求項３７に記載のシステム。
  39. 前記ナノワイヤセンサは、少なくともいくつかの分析物が前記ナノワイヤセンサの表面に配置されるとき、５０ＭΩより大きいインピーダンスを生成するように構成されている、請求項３７に記載のシステム。
  40. 前記ナノワイヤセンサが、少なくともいくつかの分析物が前記ナノワイヤセンサの表面に配置されるとき、７５ＭΩより大きいインピーダンスを生成するように構成されている、請求項３７に記載のシステム。
  41. 前記ナノワイヤセンサは、少なくともいくつかの分析物が前記ナノワイヤセンサの表面に配置されるとき、１００ＭΩより大きいインピーダンスを生成するように構成されている、請求項３７に記載のシステム。
  42. 前記ナノワイヤセンサの表面は、バイオマーカーに対する結合エンティティを有する、請求項３７に記載のシステム。
  43. 前記バイオマーカーは、脳損傷のバイオマーカーである、請求項４２に記載のシステム。
  44. 前記ナノワイヤセンサの表面は、バイオマーカーに対する結合エンティティを有し、
    前記バイオマーカーは、ＧＦＡＰ、ＵＣＨ－Ｌ１、Ｓ１００β、ＩＣＨ、およびＮＦＬ－１からなる群から選択される、請求項３７記載のシステム。
  45. 前記バイオマーカーは、１つ以上の感染症病原体のバイオマーカーである、請求項４２に記載のシステム。
  46. 前記バイオマーカーは、敗血症のバイオマーカーである、請求項４２に記載のシステム。
  47. 前記ＴＩＡの入力部は、前記電流を受信するように構成され、
    前記ＴＩＡの出力部は、前記センス増幅器にセンス電圧を供給するように構成されている、請求項３１に記載のシステム。
  48. 前記ＴＩＡは、前記電流がセンス抵抗器を通って流れるときに前記センス電圧を生成するように構成されたセンス抵抗器をさらに備える、請求項４７に記載のシステム。
  49. 前記センス増幅器は、計装用増幅器、差動増幅器、および演算増幅器からなる群の少なくとも１つの部材を備える、請求項３１に記載のシステム。
  50. プリント回路基板（ＰＣＢ）をさらに備え、
    前記プリント回路基板は、前記ＴＩＡと、センス増幅器と、前記プリント回路基板の上に実装された少なくとも１つの電気コネクタと、を有し、
    前記電気コネクタは、前記センサと電気的に接続するように構成されている、請求項３１に記載のシステム。
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