JP4092990B2 - 生体および化学試料検査装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はDNA配列、一塩基変異、遺伝子発現など核酸に関する計測やタイピング、あるいはタンパク質やATPなどの生体物質の検出、あるいは温度、圧力、光などの計測に係わる装置システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヒトゲノム配列解析がほぼ完了し、遺伝子情報を診断など医療分野に活用しようとする動きが活発化している。ゲノム配列解析に続いて注目されているのは遺伝子発現プロフィール分析や遺伝子中の１塩基置換（SNPs：single nucleotide polymorphisms）の分析である。種々条件下で発現している遺伝子や、種々個体の遺伝子変異を検査することで遺伝子の機能や遺伝子と病気あるいは医薬品感受性との関連が調べられている。また、これらの蓄積された遺伝子に関する知識を用いて病気の診断などが行われつつある。
病気の診断では未知遺伝子の探索と異なり、既に知られた遺伝子やその変異の有無をタイピングすることが検査の対象となる。これは安いコストで実施できることが望ましく、種々の方法が発達してきている。今後は、単一の遺伝子による病気の診断から種々遺伝子と環境が影響して起こる病気や医薬品に対する感受性に関連した複数の遺伝子の検査などの重要性が増してくると考えられる。此処では一つの遺伝子や変異を検査するのでなく、何種類もの遺伝子を同時に検査できることが望ましい。さらに遺伝子の検査部位の増幅プロセスを含めて安価にSNPsなどを測定するシステムが求められている。SNPs分析や遺伝子検査に使用できるシステムとしては、Invader assay(Science 260, ７７８(1993)), Taqman assay（Ｊ.Ｃｌｉｎ.Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ.34, 2933（1996））, DNA マイクロアレイ（Nature Gent. 18, 91(1998), pyrosequencing（Science281, 363(1998)） などが報告されている。中でも多くの部位を検査できるＤＮＡマイクロアレイは将来の遺伝子解析方法として注目されている。
マイクロアレイではスライドグラス上に多種のオリゴDNAあるいはcDNAをpoly-L-lysineでコーティングされたスライドグラス上にスポッティングする。スポッティングは100-500μｍの間隔で数十から200μｍの径を有するスポットを形成できるスポッター（あるいはアレイヤー）と呼ばれる装置によって行なう。スポッティングを終えたら後処理し、室温乾燥して保管する。ターゲット試料については試料細胞からＲＮＡを抽出し、Cyanine3 、Cyanine5 等の蛍光色素で標識したcDNAを調製する。ターゲット試料溶液を上記マイクロアレイに滴下して、モイスチャーチャンバー内で６５℃、で約１０時間インキュベートする。ハイブリダイゼーションが終了したら0.1%SDS溶液で洗浄した後、室温で乾燥させる。マイクロアレイの評価にはスキャナが用いられる。励起光源には例えばアルゴンイオンレーザー、発光の検出器には例えば光電子増倍管が利用される。共焦点光学系により合焦位置以外からの背景光の影響を排除し、S/N比を向上する。多数のスポットの蛍光評価をするために、読取り光学系に対してマイクロアレイを高精度で位置決めすることが必要になる。そこでスキャナには１０μｍ以下の誤差で移動できるｘ−ｙステージが組み込まれている。
センサーと無線通信部を集積化、小型化して低コストの計測を実現する手法も提案されている（Bult, K., et al.,: Proceedings of International Symoposium on Low Power Electronics and Design, IEEE (1996), p17-22, あるいは Asada, G., et al.,: Proceedings of the European Solid-State Circuit Conference ESSCIRC'98 p9-16）。集積化されたセンサー及び信号処理回路で要する電力をRF(radio frequency)（Huang, Q., Oberle, M.,: IEEE Journal of Solid-State Circuits vol.33 (1998) p937-946あるいはNeukomm, P., Rencoroni, I. and Quick, H.,: 15th International Symposium in Biotelemetry (1999) p609-617）や赤外線(US patent 5981166)によって供給する方法も提案されている。これらの従来例ではセンサーチップは基本的に一つの試料などの測定対象内に一つのセンサーを設けたり、あるいは一つの測定項目を対象にした測定装置を対象にしている。またこれらの従来例においては、センサーによる検出結果情報を無線通信部によって無線通信しているが、測定対象特定のための情報通信については記載がなく、測定対象を特定して、複数の測定対象について各々センサーを設けたり、複数の測定項目を対象にした測定装置を対象とすることはできない。
【０００３】
また、生体分子の存在及び濃度を決定するために微小粒子を用いる方法も報告されている（US patent 6051377）。この方法では、粒子にインデックス番号を割り当てる。生体分子の存在及び濃度を蛍光、発色、放射能等により検出する一方、これと独立してインデックス番号を解読するというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
医療向けの遺伝子やタンパク質検査あるいは食品、環境計測システム、さらには化学プラントにおけるプロセス管理等に広く応用できる生体および化学試料向けの計測システムを実現するには、（１）計測システムが小型であること、（２）同一反応槽内で多数の項目を同時に測定できること、（３）検査に要する時間が短いこと、（４）核酸、タンパク質等の生体物質のほか、温度、圧力、pH、イオン濃度などを識別検出できること、（５）試料が少量で済むこと、が必要である。
マイクロアレイはスライドガラス上にプローブDNAが数十μｍから数百μｍの直径で多数スポッティングされている。スポットの形成はスポッターと呼ばれる装置によって種々のプローブを含む溶液をスポッティングする。マイクロアレイでは少量の試料で多数のプローブと反応させるために高密度でスポットを形成する必要があり、上記形状のスポットは数十μmから数百μｍの間隔でスポッティングされている。したがってスポッターには誤差１０μｍ以下の位置精度でスポットを形成できる性能が求められる。さらにスポッティングした溶液の量や形状は、評価の際に蛍光強度の測定値ばらつきにつながるため、高い均一性でスポットを形成する性能も重要である。そこでスポッターの製品化におけるこうした困難を回避して、均一にプローブを固定でき、測定のための種々のプローブを容易に選択できる計測手段の開発が強く求められていた。
信号の検出手段についてみるとマイクロアレイは前記のように蛍光による検出が用いられる。ここでは励起光源としてのレーザー、共焦点光学系、光電子増倍管、さらに高精度のｘｙ移動ステージが必要である。したがって小型化、低コスト化が難しく、低コストで簡便な検出手段が必要とされていた。また、マイクロアレイは複数項目の同時計測という点において有力な手法であるが、一般に基板に固定されたプローブに対する標的DNAのハイブリダイゼーション反応の速度は遅く、１０時間程度を要することもあり、高スループット化が難しかった。そこで簡便で高速な検査方法の実現が求められていた。
核酸、タンパク質などの生体物質ばかりでなく、温度、圧力、イオン濃度などの物理および化学的な計測においては、センサー信号を取り出すためのリード線が必要であり、特に多数の項目について測定を行う場合にリード線の敷設、結線および信号処理についてコストと作業スペースが必要であった。そこで、リード線が不要、すなわち検出部と測定部とが非接触であって、複数の測定項目についても簡便に対応できる測定システムの開発が待たれていた。また、前記の生体あるいは化学物質をターゲットとしたセンサーを備えた計測装置と物理・化学量を計測するセンサーを同一の反応槽に同時に投入し、同時に計測できるような技術も必要とされている。
さらに、前述のUS patent6051377においては、微小粒子上で起きた生体分子の補足について、個々の微小粒子ごとに検出されるため、検出に時間を要すると共に、生体分子についての検出機構とインデックス番号の検出機構との各々を要した。そこで、粒子上の生体分子の補足を、インデックス番号の検出と同じ機構によって検出する測定システムが求められた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
これらの課題を解決する手段として、１．計測装置を収める反応容器と外部制御装置とを有し、前記計測装置は1種のプローブとセンサと情報通信手段と担体認識情報を記録する情報記憶手段とを具備し、前記外部制御装置は前記計測装置の前記情報通信手段と電気的信号を送受信することにより情報の送受信を非接触で行うことを特徴とする計測システムが提供される。また、２．複数の計測装置を収める反応容器と外部制御装置とを有し、前記計測装置は1種のプローブとセンサと情報通信手段と担体認識情報を記録する情報記憶手段とを具備し、前記情報通信手段が、前記担体認識情報を前記外部制御装置に特定され、前記センサによる前記プローブにおける特異的結合の検出を、前記外部制御装置へ電気的信号として通信することを特徴とする計測システムが提供される。さらに、３．計測を行うキットであって、前記キットは計測装置と、前記計測装置に搭載されたセンサと、前記計測装置に搭載され外部からの情報を受信する受信手段と、前記計測装置に搭載され前記センサが検出した情報を送信する送信手段と、前記計測装置に搭載され担体認識情報を記録した情報記憶手段とを具備し、前記計測装置は1種のプローブを固定化するための表面修飾がなされたことを特徴とする計測キットが提供される。
【０００６】
上記手段として具体的には、検出対象に応じたプローブが固定され、プローブに捕獲されたターゲットを検出するセンサー、センシング情報を処理・外部制御器との通信制御・認証番号の格納と照合・電源の発生と制御の各機能を有する回路ブロック、外部制御器との通信を行うアンテナ、の各機能ブロックを備えた計測装置を用いる。
該計測装置は試料溶液が入った反応槽に投入され、計測装置に固定されたプローブに補足されたターゲットの有無あるいは量を検出し、検出信号をディジタル電気信号に変換する。一方、外部の制御装置からは複数の計測装置の中から特定の計測装置を特定するための認識番号を電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれかを伝達手段として送信する。この電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれかは試料容器内の複数の計測装置に到達し、各計測装置に形成されたアンテナに受信され、整流検波、復調回路を経て計測装置内にあらかじめ書き込まれた各計測装置に固有の認証番号と照合される。照合は各計測装置の照合回路において行われる。外部制御装置から送信された認識番号との照合の結果、書き込まれた認識番号の一致が確認された計測装置から、計測された信号が通信制御、信号処理回路ブロック、変調回路ブロックを経て、アンテナから電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれかによって送信され、外部制御装置に読み込まれる。制御回路ブロックやセンサーで消費される電力は、計測装置の外部から送られる電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれかを装置上のアンテナによって受信し、制御回路ブロック内の整流回路と平滑回路、電圧レギュレータによって構成される直流電源から供給される。
計測装置に固定するプローブとしては、DNA、タンパク質、ペプチド、低分子化合物等を用いる。またプローブを用いずに温度、圧力、イオン濃度を直接測定するセンサーを用いてもよい。プローブを用いる場合、ターゲット結合の度合いを測るセンシング信号は該計測装置の中で電気信号に変換される必要があり、そのためにプローブを用いたセンシングでは、プローブとターゲットの結合をFETのチャネル伝導度、電極間インピーダンス、酸化還元電流、光電流など、電気信号として読み取れる形態の出力が得られるセンサーを用いる。試料溶液の温度、圧力、pHなど、プローブを用いずに物理・化学量をモニターするセンサーについても測定対象のセンシング結果を電気信号に変化した後、ＤＮＡセンシングの場合と同様のセンシング信号処理手段を使うことができる。したがって多様な計測項目について、外部制御機構や外部アンテナは共通として反応槽に投入する計測装置を設計、製作、供給することが容易にすることができる。これにより、ユーザーは検査対象に応じた適宜計測装置を選択して必要かつ十分な測定項目を備えた測定システムを簡単に構築できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本説明では、核酸あるいはタンパク質などの生体物質に対するプローブを、センサー、認証番号、無線送受信機能を有する機能ブロックが形成されたチップ上に固定し、該プローブに捕捉されたターゲットの有無を該センサーによって検出し、そのセンシング結果を該無線送受信機能によって外部制御機器に伝達する高感度、小型の計測装置の構成を開示する。さらに該計測装置を用いた計測における、電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれかを用いた認証番号およびセンシング信号の読取りの手段について開示する。
（実施例１）
図１（ａ）は本発明による生体および化学物質計測装置１００を用いた化学計測システムを示す。計測装置１００には、検出対象に応じたプローブ１２０が固定され、プローブに捕獲されたターゲットを検出するセンサー１１０、センシング情報を処理・外部制御器200との通信制御・認証番号の格納と照合・電源の発生と制御の各機能を有する回路ブロック１０２、外部制御器との通信を行うアンテナ１０１、が同一基板１１１上に形成されている。図１（ｂ）は該計測装置１００の機能ブロック図を示す。計測装置１００は試料溶液３０１が入った試料容器３００に入れられる。計測装置１００にはセンサー１１０が形成され、計測装置１００表面の一部または全部に固定されたプローブ１２０に補足されたターゲットの有無あるいは量を検出する。図１ではプローブはセンサー領域１１０だけに固定化されている様に描いたが、実際にはセンサー領域の他、計測装置１００の表裏面および側面の一部または全面に固定されていてもよい。計測装置１００の表面はセンサー領域１１０を除いて保護膜が形成されており、保護膜上に固定されたプローブは計測装置の動作に有意な影響を与えないからである。センサーによって検出された信号はＡＤ変換器（ＡＤＣ）１０７によりディジタル電気信号に変換する。このとき、ＡＤＣの分解能は１ビット（２値）から８ビット（２５６値）の間に設定することが、集積化された計測装置の設計上妥当である。１ビットとした場合、構成はコンパレータと同等になり消費電力、チップ面積の点で有利となる。ビット数を増加することにより高分解能でセンサー出力を取得できるが、増加する消費電力や占有面積を考慮しなければならない。一方、外部制御装置２００からは複数の計測装置１００の中から特定の計測装置を特定するための認識番号(0)を電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれか２０２にのせて送信する。これは試料容器３００内の複数の計測装置１００に到達し、各計測装置１００に形成されたアンテナ１０１に受信され、整流検波、復調回路を経て計測装置１００内にあらかじめ書き込まれた各計測装置に固有の認証番号（１）１０５と照合される。照合は各計測装置の制御回路ブロック１０２内の照合回路において行われる。外部制御装置殻送信された認識番号との照合の結果、書き込まれた認識番号の一致が確認された計測装置から、計測された信号が通信制御、信号処理回路ブロック１０４、変調回路ブロック１０３を経て、アンテナ１０１から電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれかによって送信され２０３、外部制御装置に読み込まれる。制御回路ブロック１０２やセンサーで消費される電力は、計測装置１００の外部から送られる電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれかを装置上のアンテナ１０１によって受信し、制御回路ブロック内の整流回路と平滑回路、電圧レギュレータによって構成される直流電源から供給される。
（実施例２）
図２により計測装置１００に固定するプローブの態様について説明する。図２(a)は プローブとして核酸の断片を用いたものである。核酸として、合成されたオリゴＤＮＡ、cDNAを用いることができる。図２(b)はタンパク質あるいは抗体をプローブとして用いた例である。 図２（ｃ）はプローブとして抗原を用いた例を示す。
（実施例３）
計測装置１００に形成するセンサーは図１のようにプローブを用いて、プローブと試料溶液中のターゲットの親和性による結合を計測するものではなく、図 3 に示すように計測装置１００が置かれた場所における物理・化学量を直接計測するものでもよい。たとえば、温度、圧力、光量、pH、イオン濃度あるいは糖を計測するセンサーを利用することができる。
温度の計測では半導体の比抵抗の温度依存性あるいはダイオード電圧−電圧特性の温度依存性を用いることができる。圧力についてはピエゾ素子あるいはMEMS(micro electro-mechanical systems)技術による微小ダイアフラム構造を用いたセンサーが利用できる。光量についてはフォトダイオードや光励起キャリアによる半導体の伝導度変化を利用したフォトセンサを用いることができる。pHやイオン濃度については特定イオンを取り込んで起電力が変化するイオン感応膜を利用することができる。
上記のセンサーにより測定された物理あるいは化学量は実施例１で説明した方式と同様な手段により電気信号に変換された後、ディジタル化され、外部制御器からの認証番号に応じて、変調されて計測装置１００から送信される。
（実施例４）
計測装置１００に用いる基板について実施例を説明する。該計測装置１００はセンサー、アンテナ、検波、整流、変・復調、通信やデータ処理・記憶を制御する回路などの機能ブロックから構成される。これらの機能ブロックをひとつのチップ上に集積することにより、プロセスコスト、組立コストを低く抑えながら小型、軽量の計測装置を実現することができる。もちろん各機能ブロックの一部が分離したチップ上に形成され、これらのチップがプリント基板上に集積されることによって上記の機能を実現することが可能である。
上記各機能ブロックを同一基板上に形成するとき、基板としてシリコンを用いることができる。図４（ａ）に示すように、シリコンを基板として用いることにより、従来一般に利用されている技術によって先に記載した各機能ブロックを構成する素子あるは構造を形成することができる。整流、復・変調、データ処理、記憶などの機能はCMOSトランジスタによる集積回路技術によって実現することができる。
図４（ｂ）は、ガラス、石英あるいはセラミックスなどの絶縁性基板１１４を用いその上にシリコンの薄膜を形成した基板である。たとえばサファイア基板上に、CVD(chemical vapor deposition) により多結晶シリコン薄膜を形成し、これをゾーンメルト法によって再成長することによって薄膜の単結晶シリコンを得ることができる。
図４（ｃ）は、シリコン薄膜と基板との間に中間層を形成したものである。基板には単結晶シリコン、セラミックなどを用いることができる。たとえば基板として単結晶シリコンを用い、中間層としてSiO2膜を用いたSOI(Silicon on insulator)構造を採用することによりMOSトランジスタのソース、ゲート及び配線における寄生容量が減少し、低消費電力化が可能となる。その結果、外部制御器からの供給する電力はわずかで済むことになり、計測装置１００に載せるアンテナのサイズを抑制することができる。
ここで計測装置１００の大きさは最長の辺の長さが3mmを超えないようにすることがのぞましい。こうしたサイズにすることにより、標準の９６穴のタイターープレートや、100μｌのチューブに投下することができる。
（実施例５）
計測計測装置１００に形成するセンサーの態様について説明する。
図５（ａ）は電界効果型トランジスタ（FET）によるセンサーを用いた例を示す。シリコン基板１１１にMOS構造のFETを形成する。すなわち、ソース領域１３３とドレイン領域１３４がゲート領域によって分離され、ゲートは導電材料からなるゲート電極１３１とゲート絶縁膜１３２からなる。ゲート電極上にはプローブ１２０が固定されている。ターゲットがＤＮＡの断片とすると、プローブ１２０にターゲット３０２がハイブリダイズしてトラップされた場合、DNAは負の電荷をもっているためゲート電極の電位が変化し、その結果としてＦＥＴのチャネル領域１３６の伝導度が変化する。実施例としてSouteyrand, E., et al.,: Journal of Physical Chemistry B vol.101(1997) p.2980-2985に記載された方法によって少なくともゲートを含む領域にプローブを固定し、これを試料溶液中に投入してハイブリダイゼーションさせた後、ソース１３３とドレイン１３４の間の伝導度を測定することによりプローブ１２０へのターゲットの結合の有無あるいは結合した量を知ることができる。
本発明は遺伝子などの生体物質検査システムに関するものであり、これを利用するにあたっては試料調製のプロセスが必要である。試料ＤＮＡは例えば血液からゲノムを抽出して、検査対象である複数のターゲット領域をPCR増幅するプロセスによって得ることができる。プロセスは特願2002-138729に詳細が記載されており、これを用いることができる。もちろん試料調整方法は此処で開示した限りではない。
プローブの固定は以下の様にして行う。該計測装置１００の表面はSiO2の保護膜で覆われており、既存のシランカップリング反応で表面にグリシドキシプロピル基を導入する。計測装置１００を１M NaOHに浸し，30分間超音波洗浄する。超純水で流水洗浄した後，110℃15分間ベークする。3-グリシドキシプロピルトリメトキシシランの原液に5分間浸淅した後，50％のエタノール溶媒に溶解した4％の3-グリシドキシプロピルトリメトキシシランの溶液に30分間浸し，時々撹拌する。110℃で30分間ベークし，シランカップリング試薬で表面にグリシドキシ基を導入した計測装置１００を得る。検出対象に応じた種々のプローブ１２０（20ｐmol／μｌ）1μｌを0.5 Mの炭酸水素ナトリウム緩衝液（pH9.5）に溶解し，１pmol/μlとする。このプローブDNA溶液にグリシドキシ基を導入した計測装置1００を浸漬する。乾燥しないように飽和水蒸気下で50℃30分間加熱する。DNA溶液から引き上げて0.1M Lysの0.5 Mの炭酸水素ナトリウム緩衝液（pH9.5）に浸し，残存するグリシドキシ基をブロックする。20mM のTris-HCl（pH7.5）で洗浄する。
以上の操作で数百bpのプローブ１２０が５'末端のアミノ基とグリシドキシ基との反応で固定される。プローブとしてはたとえば、以下のような合成オリゴDNAを用いる。
[ｐ53exon8-wild type]
5'-CAG GACAG GCACA AACAC GCACC TCAAA G -3'(配列番号１)
上記プローブのターゲットとして次のオリゴDNAを用いる。
5'-AACAGCTTTGAGGTGCGTGTTTGTGCCTGTCCTGGGGAGAGACCGGCGCACA-3'(配列番号２)
このとき、計測装置へのプローブの固定は、プローブの種類ごとに複数の計測装置に対して一括して行う。
（実施例６）
図５（ｂ）は交互に隣り合う様（interdigitated）に配置された一対の電極間のインピーダンスを測定することによりターゲットの捕捉の有無あるいはターゲットの量を測定する手段を示す。上記形状の電極を用いた測定はVan Gerwen, P., et al.,: Sensors and Actuators B49(1998) p.73-80に示されている。実施例５と同様の方法により計測装置１００の上にプローブ１２０を固定する。これをターゲットの入った試料溶液に浸漬し、プローブへのターゲットとのハイブリダイゼーション反応を行なう。プローブの固定とハイブリダイゼーション反応は前記と同様の方法によって行なう。ターゲットがプローブに結合することにより電極の表面修飾が変化し、電極間のインピーダンスが変化する。このインピーダンスを測定することによりターゲットの有無を判定する。
（実施例７）
図５（ｃ）は電気化学的な反応による検出の実施例である。電気化学的な反応による検出法として、例えばHashimoto, K., Ito, K., and Ishimori, Y.,:Analytical Chemistry, vol.66, No.21 (1994) p.3830-3833に示された手法を用いることができる。電極１４３上に固定されたプローブ１２０として一本鎖のＤＮＡを用いる。プローブの固定は実施例５と同様にして行なうことができる。試料溶液中にはターゲットとなるDNA断片とともに２本鎖部分に選択的に取り込まれるインタカレータ３０９を試料溶液中に添加する。プローブ１２０とターゲット３０２がハイブリダイズして２本鎖が形成されると、該インタカレータ３０９はその２本鎖に取り込まれて酸化還元反応の中心となり、プローブが固定された電極にはインタカレータの酸化還元に起因する交流電場に対する電流の変化が観測される。
（実施例８）
図６は図５（ａ）に示したＦＥＴを用いたセンサーを電気信号に変換する回路構成の実施例である。図６（ａ）はｎチャネルＦＥＴ型のセンサーにおいてドレイン電極を電源Vdd １５２に接続し、ソース電極を電流源１５３に接続する。プローブ１２０にターゲットが捕獲されると基板１１１に対するゲート電極１３１の電位が変化し、ゲート絶縁膜１３２をはさんでゲート電極下の半導体基板１１１表面のチャネル１３６の伝導度が変化することにより、端子１６４の電位が変化する。これをMOSFET １５１と電流源１５４で構成されるソースフォロワ回路を経て端子１５５から次の信号処理回路に伝達する。図６（ｂ）は目的とするターゲットにマッチするプローブ１２０ａが固定されたFETと目的ターゲットとミスマッチのプローブ１２０ｂが固定されたFETを同一の基板上に形成し、各々の各信号を差動増幅器の差動対を構成するMOSFET １５８および１５９のゲートにそれぞれ入力した例である。ハイブリダイゼーションによる検出では非特異的結合によるバックグラウンドの信号の影響が大きく、これをキャンセルすることが必要である。図６（ｂ）のように差動増幅器の差動対ＦＥＴに２つの入力の一方に目的ターゲットにマッチするプローブ１２０ａを固定したセンサーＦＥＴのソース１６５、他方にミスマッチのプローブ１２０ｂを固定したセンサーＦＥＴのソース１６６のソースを接続して、両者の差動出力を端子１６３に出力するものである。この構成により、試料溶液の夾雑物の影響を抑制してプローブへのターゲットの選択的結合による信号を高いS/N比で得ることができる。
（実施例９）
本発明による計測装置におけるセンサー-にフォトダイオードを用いることにより、BAMPER法によるSNPs測定（特願2002-138729）を行なうことができる。以下、その実施例について説明する。BAMPER法ではプライマーの３'末端が変位を検出しようとする位置にくる様に設計し、相補鎖合成を行うことに特徴がある。プライマーの相補鎖伸長は３'末端がターゲットにマッチしているか否かにより大きく左右される。マッチしていると相補鎖伸長は起きるが、マッチしていないと相補鎖伸長は殆ど起きない。これを利用すればSNPsの識別ができる。しかし、末端塩基がミスマッチの状態でも相補鎖合成が進行する場合があり、これを防止するためにプライマーの３'末端近傍に人工的にミスマッチ塩基を入れる。この場合、プライマー末端にミスマッチがあるとプライマー末端領域に２つのミスマッチがあることになり、このプライマーの相補鎖伸長は殆ど起こらない。一方、３'末端がマッチしている場合には人工的なミスマッチが末端近傍にあっても相補鎖合成は起こり、ピロリン酸が放出される。人工的なミスマッチをプライマーの３'末端近傍に入れることにより、プライマー末端のマッチ、ミスマッチによる相補鎖合成の制御を精度良く行うことができる。反応式を以下、式１に示す。
【０００８】
【式１】
DNAポリメラーゼ存在下での反応基質dNTP（デオキシヌクレオチド３リン酸）のDNA相補鎖合成によって副産物としてピロリン酸（PPi; inorganic pyrophosphate）ができる。これをAPS (adenosine5 - phosphosulfate)とATP sulfurylaseの存在下で反応させるとATPが生成される。ATPはルシフェリンとルシフェラーゼ存在下で反応して光を発し、これを測定することで相補鎖伸長を検出する。発光反応ではPPiが生成するので発光はAPSを消費して持続する。
本発明からなる計測装置１００をBAMPER法に適用した実施例を図７に示す。相補鎖伸長に伴う発光をフォトダイオードで検出し、目的とするサイトにおけるSNPsのタイピングを行なうことができる。フォトダイオードによる発光量計測については特願2002-138729に記述された方法と同様であるが、以下簡単に測定手順を示す。図８はフォトダイオード１７０の信号を読み出すための回路の構成例である。計測を開始前にリセット信号入力端子１７２の信号を立ち上げてMOSFET１７１をオン状態にし、フォトダイオードに逆バイアスを印加して初期化電圧Vpdまで充電する。充電後、MOSFET １７１をオフにすることにより信号検出モードとなる。光がフォトダイオードに照射されるとフォトダイオード端子間電圧は放電により減少し、電圧をモニターすることにより光量を知ることができる。フォトダイオードの電圧はソースフォロワ回路を経て信号処理回路に送られる。ここで異なるプローブが固定された本発明による計測装置が複数個、同一の反応槽に投入されている場合、特定の計測装置に固定されたプローブからの伸長反応に由来する光が他の計測装置のセンサーに計測されるクロストークが問題となり得る。図９は光源からの距離に対する受光効率を説明する図である。図９（ａ）は光源Ｓ１８１に対して、距離ｈの位置にある長方形（大きさ：2ax2b）の受光面の張る立体角を示している。立体角は次式の式２で表される。(LICHT UND BELEUCHTUNG:Theorie und Praxis der Lichttechnik 4th Edition by Hans-Jurgen Hentschel, 1994 Huthig Buch Verlag, Heidelberg)
【０００９】
【式２】
図９（ｂ）は式２を用いて光源直下においた一辺2mmの正方形受光部の張る立体角Ω0および3mm周期で配置された隣の受光部（一辺2mm正方形）の張る立体角Ω1を計算し、受光効率と距離hとの関係をプロットしたグラフである。ここでは光源Sを受光部対角線の交点の真上に置き、対称性からｘｙ平面の一象限に張る角度Ω0/4を計算してこれを４倍している。距離が1.5mmを越えると、光源に密着した場合のフォトダイオードの直上に固定されたプローブに由来する光の20%以下、3mm以上では10%以下になる。さらに実際には計測装置１００の傾きが加わるため、さらに立体角は小さくなり、クロストークはターゲット捕捉の有無を判定する上で十分に小さくなる。ここで、特定の計測装置に捉えられたDNA伸長によるPPiが他の計測装置近傍まで拡散する効果については、PPi発生源から離れると濃度が低下して発光は減衰すること、拡散する前に発光の計測を打ち切ることによって拡散の効果を減衰できること、からターゲット捕捉の検出に影響を与えるものではない。
計測装置へのプローブの固定は、SiO2で覆われた計測装置の表面処理については実施例５で述べた手順によりシランカップリング反応で表面にグリシドキシプロピル基を導入する。ここに一実施例として上記のプローブ（ゲノムタイピング用プライマー）を固定する。固定の方法は実施例５に記載したものと同様である。SNPsのタイピングの場合には後述する3’端の１塩基が置換されたwild typeとmutant型の両方のプローブが固定された計測装置を用いる。ここではp53exon8に存在するSNPsを検出するプローブを用いたが、他のサイトのSNPを検出するための塩基配列をもつプライマーがプローブとして固定された計測装置１００を同時に選択して反応槽に投入してもよい。
次に本法で使用する試薬とその組成の一例を以下に示す。
(i)反応溶液
0.1M Tris-acetate buffer, pH7.75
0.5 mM EDTA
5 mM magnesium acetate
0.1% bovine serum albumin
1 mM dithiothreitol
0.2 mg/mL polyvinylpyrrolidone
0.2 U/μL DNA polymerase I, Exo-klenow Fragment
1.0 U/mL ATP sulfurylase
2 mg/mL luciferase
(ii) 基質溶液Ａ
10 mM Tris-acetate buffer, pH7.75
25 μM dNTPs
1.0 μM APS
(iii) 基質溶液Ｂ
10 mM Tris-acetate buffer, pH7.75
20mM D-luciferin
DNA試料として合成オリゴ(p53と同一配列)を使用したBAMPER測定の手順を説明する。p53配列中の変異部位は下線で示している。実施例として用いたDNAサンプル及びゲノムタイピング用プライマーを以下に示す（いずれもAmersham Pharmacia Biotech）。尚，ゲノムタイピング用プライマーは人工ミスマッチプライマーを使用した。
[ｐ53exon8-wild type]
5'-CTTTC TTGCG GAGAT TCTCT TCCTC TGTGC GCCGG TCTCT CCCAG GACAG GCACA AACAC GCACC TCAAA GCTGT TCCGT CCCAG TAGAT TACCA-3'(配列番号3)
[ｐ53exon8-mutant type]
5'-CTTTC TTGCG GAGAT TCTCT TCCTC TGTGC GCCGG TCTCT CCCAG GACAG GCACT AACAC GCACC TCAAA GCTGT TCCGT CCCAG TAGAT TACCA-3'(配列番号4)
[ゲノムタイピング用プライマー(wild type用)]
5'-AACAGCTTTGAGGTGCGTGATT-3'(配列番号5)
[ゲノムタイピング用プライマー(mutant用)]
5'-AACAGCTTTGAGGTGCGTGATA-3'(配列番号6)
ターゲットとなるDNA断片 (10-100fmol/μl)と計測装置に固定されたゲノムタイピング用プローブ（プライマー）１２０をアニーリングバッファー中(10 mM Tris-acetate buffer, pH7.75, 2 mM magnesium acetate)でハイブリダイズさせ(94℃，20s → 65℃，120s → 室温)、ＤＮＡサンプル溶液を得る。BAMPER法によってSNPsを検出する際の反応を図７（ｂ）に示す。
ターゲットとなるDNA断片を含む試料溶液 (10-100fmol/μl)に計測装置を投入してアニーリングバッファー中(10 mM Tris-acetate buffer, pH7.75, 2 mM magnesium acetate)で計測装置に固定したプローブ（ゲノムタイピング用プライマー）にハイブリダイズさせる(94℃，20s → 65℃，120s → 室温)。試料DNAとハイブリダイズしたプローブが固定された計測装置を上記反応溶液(40μl)中に投入し、ここに基質溶液Ａ(１0μl)とを加えて塩基伸長反応を行なう。ここでは反応槽３３０内に投入された複数の計測装置には異なるプローブ１２０ｃ、１２０ｄなど、が固定されている。塩基伸長反応を開始してから約2秒後にディスペンサーを用いて基質溶液Ｂ(1μｌ)３０６を加えて化学発光反応を開始させる。
図１０（ａ）は上記反応を行なうための反応槽３３０とディスペンサー３０７の構成図である。ディスペンサーにはキャピラリーチューブ３０８を用いた。内径は25μｍ、キャピラリー長は21mmとした。圧力と加圧時間を変化することにより高い精度で添加する基質溶液の量を制御できる。0.1μｌの場合、圧力0.2MPa、加圧時間1.1sとした。プライマー末端のマッチあるいはミスマッチにより伸長反応が制御され、反応槽３３０において発光が観測され、この反応槽中のプライマーに対応する配列がターゲットDNA上にあることがわかった。発光は測定装置１００上のフォトダイオードで検出され、電気信号に変換された後、電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれかによって送信さる。計測装置１００から送信された信号は、外部アンテナ３３３で受信され、外部制御装置に取り込まれる。図１０（a）(b)に示すように外部アンテナは反応槽３３０の外側にできるだけ計測装置１００の近傍におくことによって電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれかによる信号の減衰を避けることができる。
（実施例１０）
実施例９で化学発光によってSNPsを計測する方法を開示した。ここではluciferaseの濃度依存性の実測データを示しながら説明する。実施例９で示した式において発光は次の反応式で示される様にルシフェリンがATPとルシフェラーゼの存在下で酸化される反応によって起こる。
【００１０】
【式３】
測定装置のセットアップは基本的に図１０に示した構成を用いたが、計測装置は反応槽の外に置いて反応槽直下に密着させて配置し、リード線接続によって信号を読み取った。
具体的には緩衝液（10 mM Tris-acetate buffer, pH7.75）中にルシフェリン（0.1μg/μl）とルシフェラーゼ（0.2, 0.5, 1.0, 2.0および 5.0 μg/μl）が溶解された基質溶液として、ここにATP溶液(2x10-7M, 0.05μl)を添加した。信号蓄積時間Tssを１秒として発光の経時変化を観測することにより、ルシフェラーゼの濃度依存性を得ることができた。図１１に測定結果を示す。ルシフェラーゼの濃度が高くなると、反応の時定数は短くなり、ピーク強度が増大することがわかる。フォトダイオードの出力の変化分は最大で1.4mVが得られており、増幅してアナログ／ディジタル変換は容易に行うことができる。
溶液中からの無線通信機能については上記の緩衝液（10mM Tris-acetate buffer) を用い、13.56MHzの周波数によって認証番号の読み取りに問題がないことを確認した。計測装置はSiO2膜あるいはSi3N4膜等の保護膜で覆われており、計測装置内の通信機能ブロックは溶液中においても正常に動作する。また、緩衝液にいれた場合の通信距離は大気中の場合の70-80%であった。
（実施例１１）
図１２は本計測装置による酵素免疫測定（EIA）の実施例である。基本的なプロトコールはShort Protocols in Molecular Biology 3rd edition edited by F. M. Ausubel, R. Brent, R. B. Kingston, D. D. Moore, J. G. Seidman, J. A. Smith, and K. Struhl, John Wiley & Sons 1995を参考にし、酵素活性の測定手段としては化学・生物発光を用いている。EIAでは吸光度や蛍光が多く利用されるが、発光を用いることにより高感度化が可能となり高い精度で抗体あるいは抗原の定量を行うことができる（Arakawa, H., Maeda, M., and Tsuji, A., :Anal. Biochem., 97, p248 1979あるいはPuget, K., Michelson, A.M. and Thore, A.: Anal. Biochem., 79. p447,1977)。ここではルミノールとH2O2を基質としたペルオキシダーゼによる発光（hν=425nm）を測定する実施例について述べる。計測装置100を0.05%(w/v) NaN3を含むPBSにより0.2-10μg/mlに希釈した抗原溶液に浸漬し、３７℃で2時間インキュベートし、抗原321をコートする。水洗（2回）の後、ブロッキングバッファーたとえばborateで緩衝化した生理食塩水に1mＭ EDTA、0.25%(w/v) BSA（bovine serum albumin)、0.05%(w/v) NaN3、に室温で30分間浸漬した後、水洗（3回）する。分析対象となる試料から得た一次抗体（分析対象物）320を上記ブロッキングバッファーで希釈して50μlとし、ここに計測装置100を浸漬して室温で2時間インキュベートして一次抗体と抗原を反応させる。次に反応装置１００を３回水洗し、ブロッキングバッファーで室温、１０分間処理、３回の水洗を行ってから水を切る。次に二次抗体322−酵素323のコンジュゲートとして例えばペルオキシダーゼで標識されたヤギ-抗−ウサギIgG （Olsson T., Brunius, G., Carlsson, H.E., and Thore, A. : J. Immunol. Methods, 25, p127 1979)の希釈溶液に計測装置１００を浸漬して室温で2時間以上インキュベートした後、水洗を３度繰り返す。
基質324の溶液はルミノールを0.1N NaOHに溶かして0.05M溶液とし、0.2M Tris緩衝液で希釈して0.01Mとする。反応槽および分注器としては、例えば図１０の構成を用いることができる。0.2M Tris緩衝液(pH8.5)、0.01M H2O2溶液を等量ずつ反応槽に入れる。ここに上記の計測装置１００を反応槽に投入し、上記ルミノール希釈液を滴下する。発光は図８に示したフォトダイオードにより検知する。このとき、異なるサンプルから得た一次抗体の溶液（一次抗体の試料が異なる）に浸漬した計測装置１００も同時に反応槽に投入して計測することにより同時に多数のサンプルを同じ条件で評価することができる。
（実施例１２）
本発明による計測装置を用いることにより、実施例８で述べたように一つの反応槽に複数の計測装置１００を投入して、ゲノム上の複数サイトのSNPsや種類の異なるタンパク質など、複数の測定項目について同時に測定することが可能である。このとき、複数の計測装置で検出された信号を、どの計測装置における検出信号かを識別して外部制御装置に読み取らせねばならない。実施例１において外部制御器からの認証番号２０７の発信と計測装置１００がこれを受信し、装置１００に格納された認証番号との照合結果に基づいてセンシング情報を発信する方式ついて説明した。以下、信号授受のフローについて実施例を説明する。
図１３（ａ）は外部制御器２０６から注目する計測装置１００の認証番号を送信する場合について信号授受を行なうためのフローである。反応槽３３０に投入された複数の計測装置１００に向けて、外部制御器２０６から注目する計測装置の１００の認証番号が送信される。各計測装置は受信した認証番号と各装置内に格納された固有の認証番号との照合を行う。不一致であれば、その計測装置１００はそこで信号の送信を停止する。一致であればセンシング情報を送信する。ここで信号伝送がシリアルに送信される場合、外部制御装置２０６から計測装置１００に向けて1ビットずつ送信される認証番号を順次計測装置側の認証番号とビット単位で受信、照合して認証番号のビットに不一致が確認された時点でその計測装置１００はその認証番号の照合作業を停止する。一方、順次送られてくる認証番号の各ビットが各装置に書き込まれた認証番号のビットと一致する限り、各装置は照合作業を継続し、認証番号各ビットの一致がすべて確認されたら、センシング情報を順次送信する。
図１３（ｂ）は外部制御器２０６から特定の信号レベルを送信し、該当する信号レベルに対応するセンシング情報を有している計測装置１００から認証番号が外部制御装置２０６に送信される場合の実施例である。
（実施例１３）
図１４はアナログ−ディジタル変換器（ＡＤＣ）１０７でディジタル信号に変換したセンシング情報をメモリ１９０に格納し、適宜、信号処理/通信制御ブロックを経て送信される構成の実施例を示す。ここで、センシング情報としてはある時刻でのセンシングデータがひとつの数値でも、複数の時刻に対応する複数の数値データでもよい。メモリの所定の番地には別に装置固有の認証番号を格納することができる。
こうしたセンシング情報一時格納用のメモリを設けることで、上記のように複数時刻の複数データを記憶して一括して送信することが可能となる。また、外部制御器２０６との交信を常時あるいは頻繁に行なわなくても、所定の測定期間のなかでの最大値、あるいは最小値あるいは平均値を記録して出力することが可能になる。
（実施例１４）
図１５（ａ）は計測装置１００の機能ブロック構成に関する他の実施例を示す図である。ここでは認証番号を記録する手段としてシフトレジスタを用いている。認証番号が10ビット前後以下である場合には、番号の記録と認証のための回路構成がメモリの場合より簡単にできる。
図１５（ｂ）はクロック・データ分離回路を組み込んだ実施例である。計測装置１００上の回路ブロック１０２においては回路を駆動するためのクロックが必要となる。計測装置１００の回路ブロック１０２で必要となる電力は外部から電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれかによって供給し、低消費電力化のために回路を単純化することが望ましい。そのために、クロックを外部制御器２０６で生成し、搬送波に載せて計測装置に送る構成をとることができる。回路機能ブロック１９２では送信されたクロックとデータ信号を分離し、得られたクロック信号を各回路ブロックの駆動に用いる。
（実施例１５）
図１６（ａ）はクロックを計測装置100上で生成するものである。計測装置１００上のアンテナで受信した電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれかからクロックを生成するものである。これにより計測装置ごとに最適のクロックを発生することができる。また、装置内の回路ブロックに応じたクロックを生成することができる。
図１６（ｂ）は計測装置１００上に生成したクロックの一部をセンサーの駆動に用いるものである。実施例６で説明した微細電極間のインピーダンスを測定するときには交流電源あるいはパルス電源が必要となる。ここではアンテナ１０１で受信した電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれかからクロックを発生する回路１９３を付加し、ここで生成したクロックを用いてインピーダンスの計測を行う。受信する電磁波は一般に1ＭHz以上であるから、クロックはこれを分周することによって得ることができる。あるいは、実施例１で述べた直流電流源から発信器によって生成することも可能である。
（実施例１６）
図１７は計測装置１００を作成するための素子形成プロセスフローを示す。装置に搭載する回路はCMOSを用いることにより、高集積、低消費電力が実現できるため、CMOSの形成プロセスが基本となる。図１５は実施例８で説明したセンサーとしてフォトダイオードを形成した場合の実施例における計測装置の作成プロセスの一例である。シリコン基板上に素子分離領域を形成し、フォトダイオード、MOSFETを形成した後、配線、最後に保護膜を形成する。
実施例６で説明したFET構造のセンサーを用いる場合は、回路を構成する一般のMOSFETのゲート電極部分をプローブ固定に適した材料とし、この部分がターゲットを含む溶液に接するように保護膜を除去した構造を形成する。
アンテナ１０１の形成は工程番号8の2層目、3層目の配線形成工程で行う。MOSFET回路の形成上２−３層あるいはそれ以上の配線層数が必要であれば、アンテナはこれらの配線の上に別途工程を付加して形成する。計測装置１００上の素子形成部や、配線部のような導電層は磁力線が貫通しない。したがってアンテナの形成にあたっては、層間絶縁膜をとおして計測装置１００外に磁力線が抜けるように層間絶縁膜の厚さを制御する。
（実施例１７）
図１８は同時に多数の試料を測定するための試料・試薬分注機構と外部アンテナの構成を示すものである。本発明は小型の検査装置を実現する上で有効な特徴を生かした実施例を説明してきたが、多数の試料を処理するシステムの構築する大規模システムにも容易に適用することができる。標準フォーマットのタイタープレート３３４上の各反応槽に複数の試料とともに本発明による計測装置をセットし、ここに試薬を滴下することによってハイブリダイゼーション反応、親和性結合反応、あるいは発光反応を行わせる。これらの反応を計測装置のセンサーによって検出し、反応槽毎に設けた外部アンテナでセンシング情報を読み取る。
（実施例１８）
図１９(a)は複数のチューブ３３４に入れた試料を測定するシステムの実施例である。計測の手法は実施例１４と同様である。外部のアンテナの配置例について説明する。図１９（ｂ）は複数のアンテナを同じ方向に重ねて設定設けた例である。これによりチューブ縦方向の異なる場所に位置する計測装置１００との通信効率を向上できる。図１９（ｃ）は複数のアンテの向きを変えてチューブの周囲に配置したものである。これにより、チューブ３３４の溶液３０５中に様々な方向を向いている計測装置１００との通信効率を向上することができる。たとえば外部アンテナを互いに直交する3つの方向に向けて配置すれば溶液３０５中で計測装置１００が様々な方向をとっても外部アンテナとの通信効率を維持できる。
（実施例１９）
溶液中の計測装置１００は様々な方向をとり、外部アンテナとのカップリングが損なわれて通信可能な距離が低下する。そこで通信安定性の確保を目的とした実施例を示す。図２０（ａ）および（ｂ）に示すように反応層３３０の底面は平坦で、投入した複数の測定装置１００同士が重なることなく、底面に分布できる面積を持つようにし、外部アンテナ反応槽底面の下部に反応槽底面と平行な平面内に設置する。ここで、外部アンテナが設けられた基板に機械的な振動を与える装置３４２を設ける。図２０（ａ）は振動装置を反応容器の下部に、図２０（ｂ）は反応容器底面と同じ面に設けた例である。反応容器に振動を与えることにより、計測装置１００が互いに重なることなく、反応槽底面に計測装置のチップ面を向けることができ、反応槽に投入されたすべての計測装置と安定した送受信をすることができる。
さらに計測装置１００のセンサー、回路、アンテナが形成された素子形成面が正方形として、素子形成面の一辺の寸法と厚さのアスペクト比が5以上（たとえば５００μｍ ｘ ５００μｍ、厚さが100μｍ以下）とすることによりチップが側面を下にして静止する確率を大幅に低減することができる。
上記振動を与える装置の付加による他の効果として反応装置上に固定してプローブとターゲットの反応の促進がある。振動による攪拌あるいは分子移動速度の増加により、より短い時間内に反応を終了することができる。
（実施例２０）
本発明による検査システムの構成例について述べる。図２１（ａ）はシステムの外観、図２１（ｂ）はシールドボックス３５０に収められた試薬分注器３３７、試料溶液と計測装置が入れられた反応槽（タイタープレート）３４０、集積された外部アンテナ３３６の構成を示す。外部制御器と計測装置１００との間の情報伝達と電力伝達のために電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれかが用いられるが、電磁波の周囲への拡散を防止する必要がある。そこで電磁波の拡散源となる部分をシールドボックス内に収納する。この構成により電磁波のシステム周囲への漏洩が無くなるため外部アンテナから反応槽内の計測装置１００に十分な電力を供給し、安定して通信するに足る強度の電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれかを発生させることが可能になる。
以上の実施例により、計測システムを小型化し、少量の試料で短時間のうちに計測を行うことができる。すなわち、簡便で高速な測定システムが提供される。また、計測装置にプローブを固定する場合には、均一にプローブを固定でき、測定のための種々のプローブを容易に選択することができる。また、１つの反応槽内で複数のターゲット物質について同時に計測することができる。さらに、計測装置におけるセンシング情報及び計測装置の認識番号が、計測装置と外部制御器との間で、各々が接触することなく、送受信される。
以上、本発明の実施例について記載したが、本発明は、さらに以下を特徴とするものである。
（１）生体および化学試料を対象とした計測装置であって、前記装置が形成された基板上にプローブを固定化するための表面修飾がなされ、その基板上に特定のプローブが固定され、該プローブによって捕捉されたターゲットを検出するセンサーが搭載され、これ信号を数により捕捉されたターゲットの有無あるいはターゲットの量を計測し、計測値化して電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれかによって外部に伝達する機構を備え、個々の計測装置および前記プローブ種を特定できる認識番号が各装置内に書き込まれていることを特徴とする生体および化学試料計測装置。
（２）前記プローブは抗原又は抗体、核酸、タンパク質のいずれかであることを特徴とし、抗原又は抗体、核酸、タンパク質のいずれかをターゲットとして検出することを目的とする（１）に記載の生体および化学試料計測装置。 （３）生体および化学試料を対象とした計測装置であって、前記装置には温度、圧力、イオン濃度、糖のいずれかを検出するセンサーが搭載され、該センサーによる計測信号を数値化して電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれかによって外部に伝達する機構を具備し、各装置には前記センサーを個々に特定できる認識番号が書き込まれていることを特徴とする生体および化学試料計測装置。
（４）（１）あるいは（３）に記載の生体および化学試料を対象とした計測装置において、センシング、センシング信号処理、認識番号の記録、外部との信号・エネルギー授受のための電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれかを送受信、検出、送受信制御、を行なう機能ブロックが同一の半導体基板上に形成されていることを特徴とする生体および化学試料計測装置。
（５）（１）あるいは（３）に記載の生体および化学試料を対象とした計測装置において、電磁波の送受信を行なうためのアンテナが請求項４に記載のセンシング、センシング信号処理、認識番号の記録、外部との信号・エネルギー授受のための電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれかによって送受信、送受信制御を行なう機能ブロックと同一の半導体基板上に形成され、アンテナを含めた装置の形状において装置上の最も離れた２点間の距離が3.0mmを超えないことを特徴とする生体および化学試料計測装置。
（６）（１）あるいは（３）に記載の生体および化学試料を対象とした計測装置において、（４）に記載のセンシング、センシング信号処理、認識番号の記録、外部との信号・エネルギー授受のための電磁波、磁場変化あるいは電場変化を送受信、送受信制御を行なう機能ブロックにおいて必要な電力が、装置外部より電磁波、磁場変化あるいは電場変化よって供給され（５）に記載のアンテナに受け取られることを特徴とする生体および化学試料計測装置。
（６）（１）あるいは（３）に記載の生体および化学試料を対象とした計測装置において、（４）に記載の各機のブロックを搭載する基板の材料として、半導体あるいはガラス、あるいはセラミック基板を用いたことを特徴とする生体および化学試料計測装置。
（７）（１）あるいは（３）に記載の生体および化学試料を対象とした計測装置において、電界効果型のトランジスタが形成され、前記特異的結合の有無の検出は、前記電界効果型トランジスタのゲート部にプローブを固定し、本プローブへのターゲットの結合あるいは非結合により前記トランジスタのソース、ドレイン間の導電率の変化を検出することによって行われることを特徴とする（２）に記載の生体および化学試料計測装置。
（９）前記特異的結合の有無の検出は、試料溶液中に設けた独立の電極を設け、電極にプローブを固定し、本プローブへのターゲットの結合あるいは非結合により該電極間のインピーダンスが変化することを観測することによってターゲットの有無あるいは量を同定することを特徴とする生体および化学試料計測装置。
（１０）前記反応容器に、前記プローブと特異的結合をする物質を含む試料および特異的結合部分にのみ選択的に結合する酸化、還元反応の中心となる分子を供給することにより、前記センサーが、前記特異的結合の有無を電気化学的に検出し、前記チップ上の情報通信手段により、検出データを外部制御装置へ電気的信号として送信することを特徴とする（２）に記載の生体および化学試料計測装置。
（１１）前記センサーとしてフォトダイオードを有し、前記特異的結合の有無の検出は、前記フォトダイオードで行われることを特徴とする（２）に記載の生体および化学試料計測システム。
（１２）（１）あるいは（３）に記載の生体および化学試料を対象とした計測装置において、前記数値化された計測信号を一時的に格納するメモリ領域を有し、前記信号データを読み出してこれを外部に伝達することを特徴とする生体および化学試料計測装置。
（１３）前記半導体装置に搭載されたセンサーにより計測されたアナログ信号を、特定の参照信号を参照するコンパレータあるいはアナログ・ディジタル変換器によって数値データに変換した後、前記一時記憶用のメモリ領域に書きこみ、該メモリ領域を参照して外部に伝達することを特徴とする（１）あるいは（３）に記載の生体および化学試料計測装置。
（１４）（１）あるいは（３）に記載の生体および化学試料を対象とした計測装置を用いた生体および化学計測を行なうキットであって、該キットは複数の前記生体および化学計測装置を含み、プローブを固定化するための表面修飾がなされ、計測装置毎に異なる複数種のプローブが固定され、各計測装置には固有の認識番号が書き込まれており、これによって固定されたプローブ種および個々の計測装置を特定することを特徴とする生体および化学試料計測キット。
（１５）（１４）に記載した生体および化学計測キットにおいて、抗原又は抗体、核酸、タンパク質、をプローブとして固定した前記計測装置のいずれかと、ここに温度、圧力、イオン濃度、糖をセンシングするセンサーを搭載する前記計測装置いずれかを組み合わせたことを特徴とする（１）および（３）に記載の生体および化学試料計測用キット。
（１６）生体および化学試料を対象とした計測装置を用いたシステムにおいて複数の生体および化学試料計測装置と、該計測装置とともに試料を収める反応容器と、外部制御装置とを有し、前記生体および化学物質計測装置は特定のプローブとセンサーと情報伝達手段とプローブ種を特定できる認識番号を記録する手段とを具備し、前記複数の計測装置は各々異なるプローブが固定されており、前記反応容器に、試料溶液を供給することにより、前記センサーが前記特異的結合の有無を電気的に検出し、前記外部制御装置は、電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれかを用いて前記検出装置との間で前記情報伝達手段を介して情報通信を行なうことを特徴とする生体および化学試料計測システム。
（１７）（１６）に記載の生体および化学試料を対象とした計測装置を、生体あるいは化学試料が収納される反応槽に投入した状態で、前記ターゲットの捕獲、捕獲信号の計測および計測信号の外部制御装置への伝達、を行なうこと特徴とする生体および化学試料計測システム。
（１８）前記試料溶液を入れた反応槽に（１）あるいは（３）に記載の計測装置が複数投入された計測システムにおいて、外部装置から特定の第１の認証番号を送信、前記計測装置でこれを受信して内部に記録された自身の認証番号と照合して第１の認証番号に一致することが確認されたら、一致が確認された前記装置上のセンサーによる計測結果を外部送受信器に伝達：、次に外部送受信器から第２の認証番号を送信、認証番号の一致が確認された計測装置から計測結果を外部送受信器に伝達：、以下同様にして複数の計測装置の計測結果を外部送受信器に伝達することを特徴とする生体および化学試料計測システム。
（１９）前記試料溶液を入れた反応槽に（１）あるいは（３）に記載の計測装置が複数投入された計測システムにおいて、外部制御装置から特定の信号レベルを指定する信号を送信、前記計測装置でこれを受信し、該計測装置内のセンサーの信号レベルと照合して一致が確認されたら、一致が確認された前記装置の認証番号を外部送受信器に伝達する：、あるいは信号レベルが複数にわたる場合には外部制御器から順次、異なる信号レベルに対応する信号を送信、これに対応するセンサー検出信号を有する計測装置から認証番号を外部制御器に伝達する：、ことを特徴とする生体および化学試料計測システム。
（２０）（１）あるいは（３）に記載の計測装置と外部送受信器との間で信号の伝達を行なう計測システムにおいて、外部送受信器においてクロック信号を発生し、該クロックで伝送される信号によって認識番号の各ビットを送信することを特徴とする生体および化学試料計測システム。
（２１）（１）あるいは（３）に記載の生体および化学計測装置が投入される反応容器と前記外部制御装置とを有し、外部制御装置に接続された前記装置と情報の送受を行なうためのアンテナが前記反応装置と同一筐体内に収容され、前記筐体が電磁的遮蔽機能を有することを特徴とする生体および化学試料計測システム。
（２２）（２１）に記載の筐体において電磁的遮蔽機能が前記外部制御装置に接続されたアンテナから放射される電磁波を筐体外において1/1000以下に減ずることができる筐体を備えた特徴とした生体および化学試料計測システム。
（２３）（１）あるいは（３）に記載の生体および化学計測体装置が投入される反応容器を複数個収容し、外部送受信器に接続された同一のアンテナ、あるいは各反応容器に一対一に対応する複数のアンテナによって、複数個の反応容器に投入された前記装置との情報伝達をおこなうことを特徴とする生体および化学試料計測システム。
（２４）（１５）に記載の生体および化学計測用キットを用い、前記筐体内に温度調整用ヒータおよびピエゾ素子あるいはイオン濃度調整用ディスペンサーを具備した化学計測システムにおいて、前記反応槽に投入した請求項3に記載の生体および化学計測装置によって温度、ｐＨ、イオン濃度のいずれかを一定時間間隔でモニターし、試料を至適温度、あるいは至適イオン濃度に維持するため、前記温度調整用ヒータ、ピエゾ素子あるいはイオン濃度調整用ディスペンサーを制御する機構を具備することを特徴とする生体および化学試料計測システム。
【００１１】
【発明の効果】
本発明により、計測装置を簡略化し小型化することができる。計測装置に固定するプローブについては、固定の均一化が図れると共に、測定に用いるプローブの選択が容易になる。また、計測装置が小型化することにより、測定に要する時間が短縮化されると共に、少量の試料で測定を行うことができる。さらに、計測装置の認証番号と、計測装置に含まれたセンサーによる検出情報とについて、非接触で外部制御器と通信することができる。
【配列表】
【図面の簡単な説明】
【図１】(ａ)本発明の実施例１における生体および化学物質計測装置１００を用いた化学計測システムを示す図、(ｂ)本発明の実施例１生体および化学物質計測装置１００を用いた化学計測システムにおける機能ブロック図を示す図。
【図２】本発明の実施例２において各種プローブを用いた計測装置の構成例を示す図。
【図３】本発明の実施例３においてセンサーとしてプローブを用いることなく、物理化学的な量を計測する計測システムの構成例を示す図。
【図４】本発明の実施例４において機能ブロックを同一基板上に形成する計測装置の基板の構造を示す図。
【図５】本発明の実施例５−７において適用したセンシングの方式を示す図。（ａ）実施例５におけるMOSFET構造を用いる方式の図、（ｂ）実施例６における交互に隣り合う様（interdigitated）に配置された一対の電極間のインピーダンス測定によりターゲット捕捉の有無を測定する方式の図、（ｃ）実施例７におけるインタカレータを用いた電気化学的な反応による方式の図。
【図６】本発明の実施例８において図５（ａ）に示したＦＥＴを用いたセンサーを電気信号に変換する回路構成を示す図。
【図７】本発明の実施例９においてセンサーにフォトダイオードを用い、SNPsをタイピングする手順を示す図。
【図８】本発明の実施例９においてフォトダイオードの信号を読み出すための回路の構成例を示す図。
【図９】本発明の実施例９においてフォトダイオードの光源からの距離に対する受光効率を説明する図。
【図１０】本発明の実施例９においてSNPs計測のための反応を行なうための反応槽とディスペンサーの構成を説明する図。
【図１１】本発明の実施例９において化学発光の検出結果を示す図。
【図１２】本発明の実施例１１において本発明による計測装置を用いた酵素免疫測定（EIA）を説明する図。
【図１３】本発明の実施例１２において外部制御器と注目する計測装置とのあいだで信号授受をするためのフローを示す図。
【図１４】本発明の実施例１３においてアナログ−ディジタル変換器（ＡＤＣ）でディジタル信号に変換したセンシング情報をメモリに格納し、適宜、信号処理/通信制御ブロックを経て送信するための構成例を示す図。
【図１５】本発明の実施例１４において機能ブロック構成に関する実施例を示す図。（ａ）認証番号を記録する手段としてシフトレジスタを用いている実施例を示す図、（ｂ）クロック・データ分離回路を組み込んだ実施例を示す図。
【図１６】本発明の実施例１５において機能ブロック構成に関する実施例を示す図。（ａ）クロックを生成する回路ブロックを具備した実施例を示す図、（ｂ）は生成したクロックの一部をセンサーの駆動に用いる実施例を示す図。
【図１７】本発明の実施例１６において計測装置を作成するための素子形成プロセスフローを説明する図。
【図１８】本発明の実施例１７において同時に多数の試料を測定するための試料・試薬分注機構と外部アンテナの構成を示す図。
【図１９】本発明の実施例１８における複数のチューブに入れた試料を測定するシステムの実施例を示す図。
【図２０】本発明の実施例１９における外部アンテナが設けられた基板に機械的な振動を与える装置を設けた実施例を示す図。
【図２１】本発明の実施例２０における本発明による検査システムの構成例を示す図。
【符号の説明】
１００：生体および化学物質計測装置、１０１：生体および化学物質計測装置１００の装置上に形成されたアンテナ、１０２：生体および化学物質計測装置１００上に形成された装置駆動用の電子回路、１０３：整流、検波、変調、復調を行う電子回路、１０４：通信制御信号処理を行う電子回路ブロック、１０５：認証番号（ＩＤ）を格納する電子回路ブロック、１０６：装置１００に必要な電源を供給するブロック、１０７：生体および化学物質計測装置１００上のセンサーで検知した信号をディジタル信号に変換する回路ブロック、１１０：分子プローブを用いるセンサー、１１０ａ：物理あるいは化学量を計測するセンサー、１１１：生体および化学物質計測装置１００が形成される基板、１１２：生体および化学物質計測装置１００が形成された半導体基板、１１３：異種材料基板の上に形成された生体および化学物質計測装置１００を構成する素子が形成される半導体層、１１４：半導体層１１３が形成された基板、１１５：半導体層１１３が形成された基板、１１６：バッファ層、１２０：オリゴＤＮＡプローブあるいはcDNAプローブ、１２０ａ：オリゴＤＮＡプローブあるいはcDNAプローブ、１２０ｂ：１２０ａとは異なる種類のオリゴＤＮＡプローブあるいはcDNAプローブ、１２０ｃ、ｄ:ゲノムタイピング用プローブ（プライマー）、１２１：たんぱく質プローブあるいは抗体プローブ、１２２：分子プローブあるいは抗原プローブ、１３１：プローブを固定する膜、１３２：ゲート絶縁膜、１３３：MOSトランジスタのソース、１３４：MOSトランジスタのドレイン、１３５：素子分離領域、１３６：ＦＥＴチャネル、１４０-１４２：電極、１４３：電極、１４４：酸化・還元電流、１５０：センサーを構成するMOSFET、１５１：ソースフォロワ回路を構成するMOSFET、１５２：回路駆動用電源、１５３：MOSFET１５０駆動用電流源、１５４：ソースフォロワ回路駆動用電流源、１５５：出力端子、１５６：差動増幅回路に接続されたイオン感受性のMOSFET、１５７：レファレンス用のセンサーを構成するMOSFET、１５８、１５９：差動増幅器を構成するMOSFET、１６０−１６２：電流源、１６３：差動増幅器の出力端子、１６４、１６５：センサーを構成するMOSFETのソース端子、１６６：目的ターゲットにマッチするプローブが固定されたFET、１６７：目的ターゲットにミスマッチのプローブが固定されたFET、１７０：フォトダイオードを構成する不純物拡散層、１７１：リセットMOSFET、１７２：リセットMOSFETを駆動するリセット信号入力端子、１７３：電源入力端子、１７４：ソースフォロワ回路を構成するMOSFET、１７５：ソースフォロワ回路を構成する電流源、１７６：ソースフォロワ回路の出力端子、１７７：フォトダイオードを構成する不純物拡散層、１７８：フォトダイオードの電源、１７９：フォトダイオード表面の保護膜、１８０：入射光側にプローブを固定したフォトダイオード構造の一部、１８１：光源Ｓの位置、１８２：受光部の形状、１９０：ＩＤの格納あるいはセンシング情報を一時記録するメモリ、１９１：認証番号を格納するシフトレジスタ、１９２：クロックとデータを分離する回路ブロック、１９３：分周によりクロック信号を発生する電子回路ブロック、２００：外部制御装置、２０１：外部制御装置２００と生体および化学物質計測装置100との間で信号を送受信するための外部アンテナ、２０２：外部制御装置２００から生体および化学物質計測装置１００に向けて信号を伝達する電磁波、２０３：生体および化学物質計測装置１００から外部制御装置２００に信号を伝達する電磁波、２０４：外部制御装置２００から生体および化学物質計測装置１００に伝達されるＩＤデータ信号、２０５：生体および化学物質計測装置１００から外部制御装置２００に伝達されるセンシングデータ信号、２０６：アンテナを含む外部制御器、２０７：外部制御器から計測装置に伝達される各計測装置の認識番号（ＩＤ）、２０８：計測装置から外部制御装置に伝達されるセンシング信号、２０９：外部制御器から計測装置に伝達される各計測装置の信号レベル、２１０：計測装置から外部制御装置に伝達される計測装置のＩＤ、３００：試料容器、３０１：試料を含む溶液、３０２：ターゲットDNA、３０３：ターゲット分子、３０４：ターゲットたんぱく質、３０５：試料を含む溶液、３０６：試薬、３０７：試薬容器、３０８：キャリピラリ、３０９：酸化還元反応中心となるインタカレータ、３１０：ターゲットDNA鎖、３１１：ターゲットDNA鎖、3１２：伸長したＤＮＡ、３２０：一次抗体（分析対象物）、３２１：抗原、３２２：二次抗体、３２３：二次抗体を修飾する酵素、３２４：基質、３２５：生成物、３３０：試料容器、３３１：保護コーティング剤、３３２：外部アンテナを保持する基板、３３３：外部アンテナ、３３５：複数の外部アンテナ、３３６：分注器、３３７：試薬溜め、３３８：試薬の注入口、３３９：外部アンテナ、３４０：複数のアンテナを組み合わせた外部アンテナ、３４１：アンテナ面を貫く磁力線の向きが互いに異なるように複数のアンテナ配置した外部アンテナ、３４２、３４３：振動発生器、３４６：集積された外部アンテナ、３４７：分注システム、３４８：分注器加圧用配管、３４９：分注器移動機構、３５０：装置を光学的、電磁的に遮蔽するシールドボックス、３６０：複数の試料を保持する試料プレート、３６１：測定を待つ試料プレート。
【発明の属する技術分野】
本発明はDNA配列、一塩基変異、遺伝子発現など核酸に関する計測やタイピング、あるいはタンパク質やATPなどの生体物質の検出、あるいは温度、圧力、光などの計測に係わる装置システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヒトゲノム配列解析がほぼ完了し、遺伝子情報を診断など医療分野に活用しようとする動きが活発化している。ゲノム配列解析に続いて注目されているのは遺伝子発現プロフィール分析や遺伝子中の１塩基置換（SNPs：single nucleotide polymorphisms）の分析である。種々条件下で発現している遺伝子や、種々個体の遺伝子変異を検査することで遺伝子の機能や遺伝子と病気あるいは医薬品感受性との関連が調べられている。また、これらの蓄積された遺伝子に関する知識を用いて病気の診断などが行われつつある。
病気の診断では未知遺伝子の探索と異なり、既に知られた遺伝子やその変異の有無をタイピングすることが検査の対象となる。これは安いコストで実施できることが望ましく、種々の方法が発達してきている。今後は、単一の遺伝子による病気の診断から種々遺伝子と環境が影響して起こる病気や医薬品に対する感受性に関連した複数の遺伝子の検査などの重要性が増してくると考えられる。此処では一つの遺伝子や変異を検査するのでなく、何種類もの遺伝子を同時に検査できることが望ましい。さらに遺伝子の検査部位の増幅プロセスを含めて安価にSNPsなどを測定するシステムが求められている。SNPs分析や遺伝子検査に使用できるシステムとしては、Invader assay(Science 260, ７７８(1993)), Taqman assay（Ｊ.Ｃｌｉｎ.Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ.34, 2933（1996））, DNA マイクロアレイ（Nature Gent. 18, 91(1998), pyrosequencing（Science281, 363(1998)） などが報告されている。中でも多くの部位を検査できるＤＮＡマイクロアレイは将来の遺伝子解析方法として注目されている。
マイクロアレイではスライドグラス上に多種のオリゴDNAあるいはcDNAをpoly-L-lysineでコーティングされたスライドグラス上にスポッティングする。スポッティングは100-500μｍの間隔で数十から200μｍの径を有するスポットを形成できるスポッター（あるいはアレイヤー）と呼ばれる装置によって行なう。スポッティングを終えたら後処理し、室温乾燥して保管する。ターゲット試料については試料細胞からＲＮＡを抽出し、Cyanine3 、Cyanine5 等の蛍光色素で標識したcDNAを調製する。ターゲット試料溶液を上記マイクロアレイに滴下して、モイスチャーチャンバー内で６５℃、で約１０時間インキュベートする。ハイブリダイゼーションが終了したら0.1%SDS溶液で洗浄した後、室温で乾燥させる。マイクロアレイの評価にはスキャナが用いられる。励起光源には例えばアルゴンイオンレーザー、発光の検出器には例えば光電子増倍管が利用される。共焦点光学系により合焦位置以外からの背景光の影響を排除し、S/N比を向上する。多数のスポットの蛍光評価をするために、読取り光学系に対してマイクロアレイを高精度で位置決めすることが必要になる。そこでスキャナには１０μｍ以下の誤差で移動できるｘ−ｙステージが組み込まれている。
センサーと無線通信部を集積化、小型化して低コストの計測を実現する手法も提案されている（Bult, K., et al.,: Proceedings of International Symoposium on Low Power Electronics and Design, IEEE (1996), p17-22, あるいは Asada, G., et al.,: Proceedings of the European Solid-State Circuit Conference ESSCIRC'98 p9-16）。集積化されたセンサー及び信号処理回路で要する電力をRF(radio frequency)（Huang, Q., Oberle, M.,: IEEE Journal of Solid-State Circuits vol.33 (1998) p937-946あるいはNeukomm, P., Rencoroni, I. and Quick, H.,: 15th International Symposium in Biotelemetry (1999) p609-617）や赤外線(US patent 5981166)によって供給する方法も提案されている。これらの従来例ではセンサーチップは基本的に一つの試料などの測定対象内に一つのセンサーを設けたり、あるいは一つの測定項目を対象にした測定装置を対象にしている。またこれらの従来例においては、センサーによる検出結果情報を無線通信部によって無線通信しているが、測定対象特定のための情報通信については記載がなく、測定対象を特定して、複数の測定対象について各々センサーを設けたり、複数の測定項目を対象にした測定装置を対象とすることはできない。
【０００３】
また、生体分子の存在及び濃度を決定するために微小粒子を用いる方法も報告されている（US patent 6051377）。この方法では、粒子にインデックス番号を割り当てる。生体分子の存在及び濃度を蛍光、発色、放射能等により検出する一方、これと独立してインデックス番号を解読するというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
医療向けの遺伝子やタンパク質検査あるいは食品、環境計測システム、さらには化学プラントにおけるプロセス管理等に広く応用できる生体および化学試料向けの計測システムを実現するには、（１）計測システムが小型であること、（２）同一反応槽内で多数の項目を同時に測定できること、（３）検査に要する時間が短いこと、（４）核酸、タンパク質等の生体物質のほか、温度、圧力、pH、イオン濃度などを識別検出できること、（５）試料が少量で済むこと、が必要である。
マイクロアレイはスライドガラス上にプローブDNAが数十μｍから数百μｍの直径で多数スポッティングされている。スポットの形成はスポッターと呼ばれる装置によって種々のプローブを含む溶液をスポッティングする。マイクロアレイでは少量の試料で多数のプローブと反応させるために高密度でスポットを形成する必要があり、上記形状のスポットは数十μmから数百μｍの間隔でスポッティングされている。したがってスポッターには誤差１０μｍ以下の位置精度でスポットを形成できる性能が求められる。さらにスポッティングした溶液の量や形状は、評価の際に蛍光強度の測定値ばらつきにつながるため、高い均一性でスポットを形成する性能も重要である。そこでスポッターの製品化におけるこうした困難を回避して、均一にプローブを固定でき、測定のための種々のプローブを容易に選択できる計測手段の開発が強く求められていた。
信号の検出手段についてみるとマイクロアレイは前記のように蛍光による検出が用いられる。ここでは励起光源としてのレーザー、共焦点光学系、光電子増倍管、さらに高精度のｘｙ移動ステージが必要である。したがって小型化、低コスト化が難しく、低コストで簡便な検出手段が必要とされていた。また、マイクロアレイは複数項目の同時計測という点において有力な手法であるが、一般に基板に固定されたプローブに対する標的DNAのハイブリダイゼーション反応の速度は遅く、１０時間程度を要することもあり、高スループット化が難しかった。そこで簡便で高速な検査方法の実現が求められていた。
核酸、タンパク質などの生体物質ばかりでなく、温度、圧力、イオン濃度などの物理および化学的な計測においては、センサー信号を取り出すためのリード線が必要であり、特に多数の項目について測定を行う場合にリード線の敷設、結線および信号処理についてコストと作業スペースが必要であった。そこで、リード線が不要、すなわち検出部と測定部とが非接触であって、複数の測定項目についても簡便に対応できる測定システムの開発が待たれていた。また、前記の生体あるいは化学物質をターゲットとしたセンサーを備えた計測装置と物理・化学量を計測するセンサーを同一の反応槽に同時に投入し、同時に計測できるような技術も必要とされている。
さらに、前述のUS patent6051377においては、微小粒子上で起きた生体分子の補足について、個々の微小粒子ごとに検出されるため、検出に時間を要すると共に、生体分子についての検出機構とインデックス番号の検出機構との各々を要した。そこで、粒子上の生体分子の補足を、インデックス番号の検出と同じ機構によって検出する測定システムが求められた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
これらの課題を解決する手段として、１．計測装置を収める反応容器と外部制御装置とを有し、前記計測装置は1種のプローブとセンサと情報通信手段と担体認識情報を記録する情報記憶手段とを具備し、前記外部制御装置は前記計測装置の前記情報通信手段と電気的信号を送受信することにより情報の送受信を非接触で行うことを特徴とする計測システムが提供される。また、２．複数の計測装置を収める反応容器と外部制御装置とを有し、前記計測装置は1種のプローブとセンサと情報通信手段と担体認識情報を記録する情報記憶手段とを具備し、前記情報通信手段が、前記担体認識情報を前記外部制御装置に特定され、前記センサによる前記プローブにおける特異的結合の検出を、前記外部制御装置へ電気的信号として通信することを特徴とする計測システムが提供される。さらに、３．計測を行うキットであって、前記キットは計測装置と、前記計測装置に搭載されたセンサと、前記計測装置に搭載され外部からの情報を受信する受信手段と、前記計測装置に搭載され前記センサが検出した情報を送信する送信手段と、前記計測装置に搭載され担体認識情報を記録した情報記憶手段とを具備し、前記計測装置は1種のプローブを固定化するための表面修飾がなされたことを特徴とする計測キットが提供される。
【０００６】
上記手段として具体的には、検出対象に応じたプローブが固定され、プローブに捕獲されたターゲットを検出するセンサー、センシング情報を処理・外部制御器との通信制御・認証番号の格納と照合・電源の発生と制御の各機能を有する回路ブロック、外部制御器との通信を行うアンテナ、の各機能ブロックを備えた計測装置を用いる。
該計測装置は試料溶液が入った反応槽に投入され、計測装置に固定されたプローブに補足されたターゲットの有無あるいは量を検出し、検出信号をディジタル電気信号に変換する。一方、外部の制御装置からは複数の計測装置の中から特定の計測装置を特定するための認識番号を電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれかを伝達手段として送信する。この電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれかは試料容器内の複数の計測装置に到達し、各計測装置に形成されたアンテナに受信され、整流検波、復調回路を経て計測装置内にあらかじめ書き込まれた各計測装置に固有の認証番号と照合される。照合は各計測装置の照合回路において行われる。外部制御装置から送信された認識番号との照合の結果、書き込まれた認識番号の一致が確認された計測装置から、計測された信号が通信制御、信号処理回路ブロック、変調回路ブロックを経て、アンテナから電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれかによって送信され、外部制御装置に読み込まれる。制御回路ブロックやセンサーで消費される電力は、計測装置の外部から送られる電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれかを装置上のアンテナによって受信し、制御回路ブロック内の整流回路と平滑回路、電圧レギュレータによって構成される直流電源から供給される。
計測装置に固定するプローブとしては、DNA、タンパク質、ペプチド、低分子化合物等を用いる。またプローブを用いずに温度、圧力、イオン濃度を直接測定するセンサーを用いてもよい。プローブを用いる場合、ターゲット結合の度合いを測るセンシング信号は該計測装置の中で電気信号に変換される必要があり、そのためにプローブを用いたセンシングでは、プローブとターゲットの結合をFETのチャネル伝導度、電極間インピーダンス、酸化還元電流、光電流など、電気信号として読み取れる形態の出力が得られるセンサーを用いる。試料溶液の温度、圧力、pHなど、プローブを用いずに物理・化学量をモニターするセンサーについても測定対象のセンシング結果を電気信号に変化した後、ＤＮＡセンシングの場合と同様のセンシング信号処理手段を使うことができる。したがって多様な計測項目について、外部制御機構や外部アンテナは共通として反応槽に投入する計測装置を設計、製作、供給することが容易にすることができる。これにより、ユーザーは検査対象に応じた適宜計測装置を選択して必要かつ十分な測定項目を備えた測定システムを簡単に構築できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本説明では、核酸あるいはタンパク質などの生体物質に対するプローブを、センサー、認証番号、無線送受信機能を有する機能ブロックが形成されたチップ上に固定し、該プローブに捕捉されたターゲットの有無を該センサーによって検出し、そのセンシング結果を該無線送受信機能によって外部制御機器に伝達する高感度、小型の計測装置の構成を開示する。さらに該計測装置を用いた計測における、電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれかを用いた認証番号およびセンシング信号の読取りの手段について開示する。
（実施例１）
図１（ａ）は本発明による生体および化学物質計測装置１００を用いた化学計測システムを示す。計測装置１００には、検出対象に応じたプローブ１２０が固定され、プローブに捕獲されたターゲットを検出するセンサー１１０、センシング情報を処理・外部制御器200との通信制御・認証番号の格納と照合・電源の発生と制御の各機能を有する回路ブロック１０２、外部制御器との通信を行うアンテナ１０１、が同一基板１１１上に形成されている。図１（ｂ）は該計測装置１００の機能ブロック図を示す。計測装置１００は試料溶液３０１が入った試料容器３００に入れられる。計測装置１００にはセンサー１１０が形成され、計測装置１００表面の一部または全部に固定されたプローブ１２０に補足されたターゲットの有無あるいは量を検出する。図１ではプローブはセンサー領域１１０だけに固定化されている様に描いたが、実際にはセンサー領域の他、計測装置１００の表裏面および側面の一部または全面に固定されていてもよい。計測装置１００の表面はセンサー領域１１０を除いて保護膜が形成されており、保護膜上に固定されたプローブは計測装置の動作に有意な影響を与えないからである。センサーによって検出された信号はＡＤ変換器（ＡＤＣ）１０７によりディジタル電気信号に変換する。このとき、ＡＤＣの分解能は１ビット（２値）から８ビット（２５６値）の間に設定することが、集積化された計測装置の設計上妥当である。１ビットとした場合、構成はコンパレータと同等になり消費電力、チップ面積の点で有利となる。ビット数を増加することにより高分解能でセンサー出力を取得できるが、増加する消費電力や占有面積を考慮しなければならない。一方、外部制御装置２００からは複数の計測装置１００の中から特定の計測装置を特定するための認識番号(0)を電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれか２０２にのせて送信する。これは試料容器３００内の複数の計測装置１００に到達し、各計測装置１００に形成されたアンテナ１０１に受信され、整流検波、復調回路を経て計測装置１００内にあらかじめ書き込まれた各計測装置に固有の認証番号（１）１０５と照合される。照合は各計測装置の制御回路ブロック１０２内の照合回路において行われる。外部制御装置殻送信された認識番号との照合の結果、書き込まれた認識番号の一致が確認された計測装置から、計測された信号が通信制御、信号処理回路ブロック１０４、変調回路ブロック１０３を経て、アンテナ１０１から電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれかによって送信され２０３、外部制御装置に読み込まれる。制御回路ブロック１０２やセンサーで消費される電力は、計測装置１００の外部から送られる電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれかを装置上のアンテナ１０１によって受信し、制御回路ブロック内の整流回路と平滑回路、電圧レギュレータによって構成される直流電源から供給される。
（実施例２）
図２により計測装置１００に固定するプローブの態様について説明する。図２(a)は プローブとして核酸の断片を用いたものである。核酸として、合成されたオリゴＤＮＡ、cDNAを用いることができる。図２(b)はタンパク質あるいは抗体をプローブとして用いた例である。 図２（ｃ）はプローブとして抗原を用いた例を示す。
（実施例３）
計測装置１００に形成するセンサーは図１のようにプローブを用いて、プローブと試料溶液中のターゲットの親和性による結合を計測するものではなく、図 3 に示すように計測装置１００が置かれた場所における物理・化学量を直接計測するものでもよい。たとえば、温度、圧力、光量、pH、イオン濃度あるいは糖を計測するセンサーを利用することができる。
温度の計測では半導体の比抵抗の温度依存性あるいはダイオード電圧−電圧特性の温度依存性を用いることができる。圧力についてはピエゾ素子あるいはMEMS(micro electro-mechanical systems)技術による微小ダイアフラム構造を用いたセンサーが利用できる。光量についてはフォトダイオードや光励起キャリアによる半導体の伝導度変化を利用したフォトセンサを用いることができる。pHやイオン濃度については特定イオンを取り込んで起電力が変化するイオン感応膜を利用することができる。
上記のセンサーにより測定された物理あるいは化学量は実施例１で説明した方式と同様な手段により電気信号に変換された後、ディジタル化され、外部制御器からの認証番号に応じて、変調されて計測装置１００から送信される。
（実施例４）
計測装置１００に用いる基板について実施例を説明する。該計測装置１００はセンサー、アンテナ、検波、整流、変・復調、通信やデータ処理・記憶を制御する回路などの機能ブロックから構成される。これらの機能ブロックをひとつのチップ上に集積することにより、プロセスコスト、組立コストを低く抑えながら小型、軽量の計測装置を実現することができる。もちろん各機能ブロックの一部が分離したチップ上に形成され、これらのチップがプリント基板上に集積されることによって上記の機能を実現することが可能である。
上記各機能ブロックを同一基板上に形成するとき、基板としてシリコンを用いることができる。図４（ａ）に示すように、シリコンを基板として用いることにより、従来一般に利用されている技術によって先に記載した各機能ブロックを構成する素子あるは構造を形成することができる。整流、復・変調、データ処理、記憶などの機能はCMOSトランジスタによる集積回路技術によって実現することができる。
図４（ｂ）は、ガラス、石英あるいはセラミックスなどの絶縁性基板１１４を用いその上にシリコンの薄膜を形成した基板である。たとえばサファイア基板上に、CVD(chemical vapor deposition) により多結晶シリコン薄膜を形成し、これをゾーンメルト法によって再成長することによって薄膜の単結晶シリコンを得ることができる。
図４（ｃ）は、シリコン薄膜と基板との間に中間層を形成したものである。基板には単結晶シリコン、セラミックなどを用いることができる。たとえば基板として単結晶シリコンを用い、中間層としてSiO2膜を用いたSOI(Silicon on insulator)構造を採用することによりMOSトランジスタのソース、ゲート及び配線における寄生容量が減少し、低消費電力化が可能となる。その結果、外部制御器からの供給する電力はわずかで済むことになり、計測装置１００に載せるアンテナのサイズを抑制することができる。
ここで計測装置１００の大きさは最長の辺の長さが3mmを超えないようにすることがのぞましい。こうしたサイズにすることにより、標準の９６穴のタイターープレートや、100μｌのチューブに投下することができる。
（実施例５）
計測計測装置１００に形成するセンサーの態様について説明する。
図５（ａ）は電界効果型トランジスタ（FET）によるセンサーを用いた例を示す。シリコン基板１１１にMOS構造のFETを形成する。すなわち、ソース領域１３３とドレイン領域１３４がゲート領域によって分離され、ゲートは導電材料からなるゲート電極１３１とゲート絶縁膜１３２からなる。ゲート電極上にはプローブ１２０が固定されている。ターゲットがＤＮＡの断片とすると、プローブ１２０にターゲット３０２がハイブリダイズしてトラップされた場合、DNAは負の電荷をもっているためゲート電極の電位が変化し、その結果としてＦＥＴのチャネル領域１３６の伝導度が変化する。実施例としてSouteyrand, E., et al.,: Journal of Physical Chemistry B vol.101(1997) p.2980-2985に記載された方法によって少なくともゲートを含む領域にプローブを固定し、これを試料溶液中に投入してハイブリダイゼーションさせた後、ソース１３３とドレイン１３４の間の伝導度を測定することによりプローブ１２０へのターゲットの結合の有無あるいは結合した量を知ることができる。
本発明は遺伝子などの生体物質検査システムに関するものであり、これを利用するにあたっては試料調製のプロセスが必要である。試料ＤＮＡは例えば血液からゲノムを抽出して、検査対象である複数のターゲット領域をPCR増幅するプロセスによって得ることができる。プロセスは特願2002-138729に詳細が記載されており、これを用いることができる。もちろん試料調整方法は此処で開示した限りではない。
プローブの固定は以下の様にして行う。該計測装置１００の表面はSiO2の保護膜で覆われており、既存のシランカップリング反応で表面にグリシドキシプロピル基を導入する。計測装置１００を１M NaOHに浸し，30分間超音波洗浄する。超純水で流水洗浄した後，110℃15分間ベークする。3-グリシドキシプロピルトリメトキシシランの原液に5分間浸淅した後，50％のエタノール溶媒に溶解した4％の3-グリシドキシプロピルトリメトキシシランの溶液に30分間浸し，時々撹拌する。110℃で30分間ベークし，シランカップリング試薬で表面にグリシドキシ基を導入した計測装置１００を得る。検出対象に応じた種々のプローブ１２０（20ｐmol／μｌ）1μｌを0.5 Mの炭酸水素ナトリウム緩衝液（pH9.5）に溶解し，１pmol/μlとする。このプローブDNA溶液にグリシドキシ基を導入した計測装置1００を浸漬する。乾燥しないように飽和水蒸気下で50℃30分間加熱する。DNA溶液から引き上げて0.1M Lysの0.5 Mの炭酸水素ナトリウム緩衝液（pH9.5）に浸し，残存するグリシドキシ基をブロックする。20mM のTris-HCl（pH7.5）で洗浄する。
以上の操作で数百bpのプローブ１２０が５'末端のアミノ基とグリシドキシ基との反応で固定される。プローブとしてはたとえば、以下のような合成オリゴDNAを用いる。
[ｐ53exon8-wild type]
5'-CAG GACAG GCACA AACAC GCACC TCAAA G -3'(配列番号１)
上記プローブのターゲットとして次のオリゴDNAを用いる。
5'-AACAGCTTTGAGGTGCGTGTTTGTGCCTGTCCTGGGGAGAGACCGGCGCACA-3'(配列番号２)
このとき、計測装置へのプローブの固定は、プローブの種類ごとに複数の計測装置に対して一括して行う。
（実施例６）
図５（ｂ）は交互に隣り合う様（interdigitated）に配置された一対の電極間のインピーダンスを測定することによりターゲットの捕捉の有無あるいはターゲットの量を測定する手段を示す。上記形状の電極を用いた測定はVan Gerwen, P., et al.,: Sensors and Actuators B49(1998) p.73-80に示されている。実施例５と同様の方法により計測装置１００の上にプローブ１２０を固定する。これをターゲットの入った試料溶液に浸漬し、プローブへのターゲットとのハイブリダイゼーション反応を行なう。プローブの固定とハイブリダイゼーション反応は前記と同様の方法によって行なう。ターゲットがプローブに結合することにより電極の表面修飾が変化し、電極間のインピーダンスが変化する。このインピーダンスを測定することによりターゲットの有無を判定する。
（実施例７）
図５（ｃ）は電気化学的な反応による検出の実施例である。電気化学的な反応による検出法として、例えばHashimoto, K., Ito, K., and Ishimori, Y.,:Analytical Chemistry, vol.66, No.21 (1994) p.3830-3833に示された手法を用いることができる。電極１４３上に固定されたプローブ１２０として一本鎖のＤＮＡを用いる。プローブの固定は実施例５と同様にして行なうことができる。試料溶液中にはターゲットとなるDNA断片とともに２本鎖部分に選択的に取り込まれるインタカレータ３０９を試料溶液中に添加する。プローブ１２０とターゲット３０２がハイブリダイズして２本鎖が形成されると、該インタカレータ３０９はその２本鎖に取り込まれて酸化還元反応の中心となり、プローブが固定された電極にはインタカレータの酸化還元に起因する交流電場に対する電流の変化が観測される。
（実施例８）
図６は図５（ａ）に示したＦＥＴを用いたセンサーを電気信号に変換する回路構成の実施例である。図６（ａ）はｎチャネルＦＥＴ型のセンサーにおいてドレイン電極を電源Vdd １５２に接続し、ソース電極を電流源１５３に接続する。プローブ１２０にターゲットが捕獲されると基板１１１に対するゲート電極１３１の電位が変化し、ゲート絶縁膜１３２をはさんでゲート電極下の半導体基板１１１表面のチャネル１３６の伝導度が変化することにより、端子１６４の電位が変化する。これをMOSFET １５１と電流源１５４で構成されるソースフォロワ回路を経て端子１５５から次の信号処理回路に伝達する。図６（ｂ）は目的とするターゲットにマッチするプローブ１２０ａが固定されたFETと目的ターゲットとミスマッチのプローブ１２０ｂが固定されたFETを同一の基板上に形成し、各々の各信号を差動増幅器の差動対を構成するMOSFET １５８および１５９のゲートにそれぞれ入力した例である。ハイブリダイゼーションによる検出では非特異的結合によるバックグラウンドの信号の影響が大きく、これをキャンセルすることが必要である。図６（ｂ）のように差動増幅器の差動対ＦＥＴに２つの入力の一方に目的ターゲットにマッチするプローブ１２０ａを固定したセンサーＦＥＴのソース１６５、他方にミスマッチのプローブ１２０ｂを固定したセンサーＦＥＴのソース１６６のソースを接続して、両者の差動出力を端子１６３に出力するものである。この構成により、試料溶液の夾雑物の影響を抑制してプローブへのターゲットの選択的結合による信号を高いS/N比で得ることができる。
（実施例９）
本発明による計測装置におけるセンサー-にフォトダイオードを用いることにより、BAMPER法によるSNPs測定（特願2002-138729）を行なうことができる。以下、その実施例について説明する。BAMPER法ではプライマーの３'末端が変位を検出しようとする位置にくる様に設計し、相補鎖合成を行うことに特徴がある。プライマーの相補鎖伸長は３'末端がターゲットにマッチしているか否かにより大きく左右される。マッチしていると相補鎖伸長は起きるが、マッチしていないと相補鎖伸長は殆ど起きない。これを利用すればSNPsの識別ができる。しかし、末端塩基がミスマッチの状態でも相補鎖合成が進行する場合があり、これを防止するためにプライマーの３'末端近傍に人工的にミスマッチ塩基を入れる。この場合、プライマー末端にミスマッチがあるとプライマー末端領域に２つのミスマッチがあることになり、このプライマーの相補鎖伸長は殆ど起こらない。一方、３'末端がマッチしている場合には人工的なミスマッチが末端近傍にあっても相補鎖合成は起こり、ピロリン酸が放出される。人工的なミスマッチをプライマーの３'末端近傍に入れることにより、プライマー末端のマッチ、ミスマッチによる相補鎖合成の制御を精度良く行うことができる。反応式を以下、式１に示す。
【０００８】
【式１】
本発明からなる計測装置１００をBAMPER法に適用した実施例を図７に示す。相補鎖伸長に伴う発光をフォトダイオードで検出し、目的とするサイトにおけるSNPsのタイピングを行なうことができる。フォトダイオードによる発光量計測については特願2002-138729に記述された方法と同様であるが、以下簡単に測定手順を示す。図８はフォトダイオード１７０の信号を読み出すための回路の構成例である。計測を開始前にリセット信号入力端子１７２の信号を立ち上げてMOSFET１７１をオン状態にし、フォトダイオードに逆バイアスを印加して初期化電圧Vpdまで充電する。充電後、MOSFET １７１をオフにすることにより信号検出モードとなる。光がフォトダイオードに照射されるとフォトダイオード端子間電圧は放電により減少し、電圧をモニターすることにより光量を知ることができる。フォトダイオードの電圧はソースフォロワ回路を経て信号処理回路に送られる。ここで異なるプローブが固定された本発明による計測装置が複数個、同一の反応槽に投入されている場合、特定の計測装置に固定されたプローブからの伸長反応に由来する光が他の計測装置のセンサーに計測されるクロストークが問題となり得る。図９は光源からの距離に対する受光効率を説明する図である。図９（ａ）は光源Ｓ１８１に対して、距離ｈの位置にある長方形（大きさ：2ax2b）の受光面の張る立体角を示している。立体角は次式の式２で表される。(LICHT UND BELEUCHTUNG:Theorie und Praxis der Lichttechnik 4th Edition by Hans-Jurgen Hentschel, 1994 Huthig Buch Verlag, Heidelberg)
【０００９】
【式２】
計測装置へのプローブの固定は、SiO2で覆われた計測装置の表面処理については実施例５で述べた手順によりシランカップリング反応で表面にグリシドキシプロピル基を導入する。ここに一実施例として上記のプローブ（ゲノムタイピング用プライマー）を固定する。固定の方法は実施例５に記載したものと同様である。SNPsのタイピングの場合には後述する3’端の１塩基が置換されたwild typeとmutant型の両方のプローブが固定された計測装置を用いる。ここではp53exon8に存在するSNPsを検出するプローブを用いたが、他のサイトのSNPを検出するための塩基配列をもつプライマーがプローブとして固定された計測装置１００を同時に選択して反応槽に投入してもよい。
次に本法で使用する試薬とその組成の一例を以下に示す。
(i)反応溶液
0.1M Tris-acetate buffer, pH7.75
0.5 mM EDTA
5 mM magnesium acetate
0.1% bovine serum albumin
1 mM dithiothreitol
0.2 mg/mL polyvinylpyrrolidone
0.2 U/μL DNA polymerase I, Exo-klenow Fragment
1.0 U/mL ATP sulfurylase
2 mg/mL luciferase
(ii) 基質溶液Ａ
10 mM Tris-acetate buffer, pH7.75
25 μM dNTPs
1.0 μM APS
(iii) 基質溶液Ｂ
10 mM Tris-acetate buffer, pH7.75
20mM D-luciferin
DNA試料として合成オリゴ(p53と同一配列)を使用したBAMPER測定の手順を説明する。p53配列中の変異部位は下線で示している。実施例として用いたDNAサンプル及びゲノムタイピング用プライマーを以下に示す（いずれもAmersham Pharmacia Biotech）。尚，ゲノムタイピング用プライマーは人工ミスマッチプライマーを使用した。
[ｐ53exon8-wild type]
5'-CTTTC TTGCG GAGAT TCTCT TCCTC TGTGC GCCGG TCTCT CCCAG GACAG GCACA AACAC GCACC TCAAA GCTGT TCCGT CCCAG TAGAT TACCA-3'(配列番号3)
[ｐ53exon8-mutant type]
5'-CTTTC TTGCG GAGAT TCTCT TCCTC TGTGC GCCGG TCTCT CCCAG GACAG GCACT AACAC GCACC TCAAA GCTGT TCCGT CCCAG TAGAT TACCA-3'(配列番号4)
[ゲノムタイピング用プライマー(wild type用)]
5'-AACAGCTTTGAGGTGCGTGATT-3'(配列番号5)
[ゲノムタイピング用プライマー(mutant用)]
5'-AACAGCTTTGAGGTGCGTGATA-3'(配列番号6)
ターゲットとなるDNA断片 (10-100fmol/μl)と計測装置に固定されたゲノムタイピング用プローブ（プライマー）１２０をアニーリングバッファー中(10 mM Tris-acetate buffer, pH7.75, 2 mM magnesium acetate)でハイブリダイズさせ(94℃，20s → 65℃，120s → 室温)、ＤＮＡサンプル溶液を得る。BAMPER法によってSNPsを検出する際の反応を図７（ｂ）に示す。
ターゲットとなるDNA断片を含む試料溶液 (10-100fmol/μl)に計測装置を投入してアニーリングバッファー中(10 mM Tris-acetate buffer, pH7.75, 2 mM magnesium acetate)で計測装置に固定したプローブ（ゲノムタイピング用プライマー）にハイブリダイズさせる(94℃，20s → 65℃，120s → 室温)。試料DNAとハイブリダイズしたプローブが固定された計測装置を上記反応溶液(40μl)中に投入し、ここに基質溶液Ａ(１0μl)とを加えて塩基伸長反応を行なう。ここでは反応槽３３０内に投入された複数の計測装置には異なるプローブ１２０ｃ、１２０ｄなど、が固定されている。塩基伸長反応を開始してから約2秒後にディスペンサーを用いて基質溶液Ｂ(1μｌ)３０６を加えて化学発光反応を開始させる。
図１０（ａ）は上記反応を行なうための反応槽３３０とディスペンサー３０７の構成図である。ディスペンサーにはキャピラリーチューブ３０８を用いた。内径は25μｍ、キャピラリー長は21mmとした。圧力と加圧時間を変化することにより高い精度で添加する基質溶液の量を制御できる。0.1μｌの場合、圧力0.2MPa、加圧時間1.1sとした。プライマー末端のマッチあるいはミスマッチにより伸長反応が制御され、反応槽３３０において発光が観測され、この反応槽中のプライマーに対応する配列がターゲットDNA上にあることがわかった。発光は測定装置１００上のフォトダイオードで検出され、電気信号に変換された後、電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれかによって送信さる。計測装置１００から送信された信号は、外部アンテナ３３３で受信され、外部制御装置に取り込まれる。図１０（a）(b)に示すように外部アンテナは反応槽３３０の外側にできるだけ計測装置１００の近傍におくことによって電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれかによる信号の減衰を避けることができる。
（実施例１０）
実施例９で化学発光によってSNPsを計測する方法を開示した。ここではluciferaseの濃度依存性の実測データを示しながら説明する。実施例９で示した式において発光は次の反応式で示される様にルシフェリンがATPとルシフェラーゼの存在下で酸化される反応によって起こる。
【００１０】
【式３】
具体的には緩衝液（10 mM Tris-acetate buffer, pH7.75）中にルシフェリン（0.1μg/μl）とルシフェラーゼ（0.2, 0.5, 1.0, 2.0および 5.0 μg/μl）が溶解された基質溶液として、ここにATP溶液(2x10-7M, 0.05μl)を添加した。信号蓄積時間Tssを１秒として発光の経時変化を観測することにより、ルシフェラーゼの濃度依存性を得ることができた。図１１に測定結果を示す。ルシフェラーゼの濃度が高くなると、反応の時定数は短くなり、ピーク強度が増大することがわかる。フォトダイオードの出力の変化分は最大で1.4mVが得られており、増幅してアナログ／ディジタル変換は容易に行うことができる。
溶液中からの無線通信機能については上記の緩衝液（10mM Tris-acetate buffer) を用い、13.56MHzの周波数によって認証番号の読み取りに問題がないことを確認した。計測装置はSiO2膜あるいはSi3N4膜等の保護膜で覆われており、計測装置内の通信機能ブロックは溶液中においても正常に動作する。また、緩衝液にいれた場合の通信距離は大気中の場合の70-80%であった。
（実施例１１）
図１２は本計測装置による酵素免疫測定（EIA）の実施例である。基本的なプロトコールはShort Protocols in Molecular Biology 3rd edition edited by F. M. Ausubel, R. Brent, R. B. Kingston, D. D. Moore, J. G. Seidman, J. A. Smith, and K. Struhl, John Wiley & Sons 1995を参考にし、酵素活性の測定手段としては化学・生物発光を用いている。EIAでは吸光度や蛍光が多く利用されるが、発光を用いることにより高感度化が可能となり高い精度で抗体あるいは抗原の定量を行うことができる（Arakawa, H., Maeda, M., and Tsuji, A., :Anal. Biochem., 97, p248 1979あるいはPuget, K., Michelson, A.M. and Thore, A.: Anal. Biochem., 79. p447,1977)。ここではルミノールとH2O2を基質としたペルオキシダーゼによる発光（hν=425nm）を測定する実施例について述べる。計測装置100を0.05%(w/v) NaN3を含むPBSにより0.2-10μg/mlに希釈した抗原溶液に浸漬し、３７℃で2時間インキュベートし、抗原321をコートする。水洗（2回）の後、ブロッキングバッファーたとえばborateで緩衝化した生理食塩水に1mＭ EDTA、0.25%(w/v) BSA（bovine serum albumin)、0.05%(w/v) NaN3、に室温で30分間浸漬した後、水洗（3回）する。分析対象となる試料から得た一次抗体（分析対象物）320を上記ブロッキングバッファーで希釈して50μlとし、ここに計測装置100を浸漬して室温で2時間インキュベートして一次抗体と抗原を反応させる。次に反応装置１００を３回水洗し、ブロッキングバッファーで室温、１０分間処理、３回の水洗を行ってから水を切る。次に二次抗体322−酵素323のコンジュゲートとして例えばペルオキシダーゼで標識されたヤギ-抗−ウサギIgG （Olsson T., Brunius, G., Carlsson, H.E., and Thore, A. : J. Immunol. Methods, 25, p127 1979)の希釈溶液に計測装置１００を浸漬して室温で2時間以上インキュベートした後、水洗を３度繰り返す。
基質324の溶液はルミノールを0.1N NaOHに溶かして0.05M溶液とし、0.2M Tris緩衝液で希釈して0.01Mとする。反応槽および分注器としては、例えば図１０の構成を用いることができる。0.2M Tris緩衝液(pH8.5)、0.01M H2O2溶液を等量ずつ反応槽に入れる。ここに上記の計測装置１００を反応槽に投入し、上記ルミノール希釈液を滴下する。発光は図８に示したフォトダイオードにより検知する。このとき、異なるサンプルから得た一次抗体の溶液（一次抗体の試料が異なる）に浸漬した計測装置１００も同時に反応槽に投入して計測することにより同時に多数のサンプルを同じ条件で評価することができる。
（実施例１２）
本発明による計測装置を用いることにより、実施例８で述べたように一つの反応槽に複数の計測装置１００を投入して、ゲノム上の複数サイトのSNPsや種類の異なるタンパク質など、複数の測定項目について同時に測定することが可能である。このとき、複数の計測装置で検出された信号を、どの計測装置における検出信号かを識別して外部制御装置に読み取らせねばならない。実施例１において外部制御器からの認証番号２０７の発信と計測装置１００がこれを受信し、装置１００に格納された認証番号との照合結果に基づいてセンシング情報を発信する方式ついて説明した。以下、信号授受のフローについて実施例を説明する。
図１３（ａ）は外部制御器２０６から注目する計測装置１００の認証番号を送信する場合について信号授受を行なうためのフローである。反応槽３３０に投入された複数の計測装置１００に向けて、外部制御器２０６から注目する計測装置の１００の認証番号が送信される。各計測装置は受信した認証番号と各装置内に格納された固有の認証番号との照合を行う。不一致であれば、その計測装置１００はそこで信号の送信を停止する。一致であればセンシング情報を送信する。ここで信号伝送がシリアルに送信される場合、外部制御装置２０６から計測装置１００に向けて1ビットずつ送信される認証番号を順次計測装置側の認証番号とビット単位で受信、照合して認証番号のビットに不一致が確認された時点でその計測装置１００はその認証番号の照合作業を停止する。一方、順次送られてくる認証番号の各ビットが各装置に書き込まれた認証番号のビットと一致する限り、各装置は照合作業を継続し、認証番号各ビットの一致がすべて確認されたら、センシング情報を順次送信する。
図１３（ｂ）は外部制御器２０６から特定の信号レベルを送信し、該当する信号レベルに対応するセンシング情報を有している計測装置１００から認証番号が外部制御装置２０６に送信される場合の実施例である。
（実施例１３）
図１４はアナログ−ディジタル変換器（ＡＤＣ）１０７でディジタル信号に変換したセンシング情報をメモリ１９０に格納し、適宜、信号処理/通信制御ブロックを経て送信される構成の実施例を示す。ここで、センシング情報としてはある時刻でのセンシングデータがひとつの数値でも、複数の時刻に対応する複数の数値データでもよい。メモリの所定の番地には別に装置固有の認証番号を格納することができる。
こうしたセンシング情報一時格納用のメモリを設けることで、上記のように複数時刻の複数データを記憶して一括して送信することが可能となる。また、外部制御器２０６との交信を常時あるいは頻繁に行なわなくても、所定の測定期間のなかでの最大値、あるいは最小値あるいは平均値を記録して出力することが可能になる。
（実施例１４）
図１５（ａ）は計測装置１００の機能ブロック構成に関する他の実施例を示す図である。ここでは認証番号を記録する手段としてシフトレジスタを用いている。認証番号が10ビット前後以下である場合には、番号の記録と認証のための回路構成がメモリの場合より簡単にできる。
図１５（ｂ）はクロック・データ分離回路を組み込んだ実施例である。計測装置１００上の回路ブロック１０２においては回路を駆動するためのクロックが必要となる。計測装置１００の回路ブロック１０２で必要となる電力は外部から電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれかによって供給し、低消費電力化のために回路を単純化することが望ましい。そのために、クロックを外部制御器２０６で生成し、搬送波に載せて計測装置に送る構成をとることができる。回路機能ブロック１９２では送信されたクロックとデータ信号を分離し、得られたクロック信号を各回路ブロックの駆動に用いる。
（実施例１５）
図１６（ａ）はクロックを計測装置100上で生成するものである。計測装置１００上のアンテナで受信した電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれかからクロックを生成するものである。これにより計測装置ごとに最適のクロックを発生することができる。また、装置内の回路ブロックに応じたクロックを生成することができる。
図１６（ｂ）は計測装置１００上に生成したクロックの一部をセンサーの駆動に用いるものである。実施例６で説明した微細電極間のインピーダンスを測定するときには交流電源あるいはパルス電源が必要となる。ここではアンテナ１０１で受信した電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれかからクロックを発生する回路１９３を付加し、ここで生成したクロックを用いてインピーダンスの計測を行う。受信する電磁波は一般に1ＭHz以上であるから、クロックはこれを分周することによって得ることができる。あるいは、実施例１で述べた直流電流源から発信器によって生成することも可能である。
（実施例１６）
図１７は計測装置１００を作成するための素子形成プロセスフローを示す。装置に搭載する回路はCMOSを用いることにより、高集積、低消費電力が実現できるため、CMOSの形成プロセスが基本となる。図１５は実施例８で説明したセンサーとしてフォトダイオードを形成した場合の実施例における計測装置の作成プロセスの一例である。シリコン基板上に素子分離領域を形成し、フォトダイオード、MOSFETを形成した後、配線、最後に保護膜を形成する。
実施例６で説明したFET構造のセンサーを用いる場合は、回路を構成する一般のMOSFETのゲート電極部分をプローブ固定に適した材料とし、この部分がターゲットを含む溶液に接するように保護膜を除去した構造を形成する。
アンテナ１０１の形成は工程番号8の2層目、3層目の配線形成工程で行う。MOSFET回路の形成上２−３層あるいはそれ以上の配線層数が必要であれば、アンテナはこれらの配線の上に別途工程を付加して形成する。計測装置１００上の素子形成部や、配線部のような導電層は磁力線が貫通しない。したがってアンテナの形成にあたっては、層間絶縁膜をとおして計測装置１００外に磁力線が抜けるように層間絶縁膜の厚さを制御する。
（実施例１７）
図１８は同時に多数の試料を測定するための試料・試薬分注機構と外部アンテナの構成を示すものである。本発明は小型の検査装置を実現する上で有効な特徴を生かした実施例を説明してきたが、多数の試料を処理するシステムの構築する大規模システムにも容易に適用することができる。標準フォーマットのタイタープレート３３４上の各反応槽に複数の試料とともに本発明による計測装置をセットし、ここに試薬を滴下することによってハイブリダイゼーション反応、親和性結合反応、あるいは発光反応を行わせる。これらの反応を計測装置のセンサーによって検出し、反応槽毎に設けた外部アンテナでセンシング情報を読み取る。
（実施例１８）
図１９(a)は複数のチューブ３３４に入れた試料を測定するシステムの実施例である。計測の手法は実施例１４と同様である。外部のアンテナの配置例について説明する。図１９（ｂ）は複数のアンテナを同じ方向に重ねて設定設けた例である。これによりチューブ縦方向の異なる場所に位置する計測装置１００との通信効率を向上できる。図１９（ｃ）は複数のアンテの向きを変えてチューブの周囲に配置したものである。これにより、チューブ３３４の溶液３０５中に様々な方向を向いている計測装置１００との通信効率を向上することができる。たとえば外部アンテナを互いに直交する3つの方向に向けて配置すれば溶液３０５中で計測装置１００が様々な方向をとっても外部アンテナとの通信効率を維持できる。
（実施例１９）
溶液中の計測装置１００は様々な方向をとり、外部アンテナとのカップリングが損なわれて通信可能な距離が低下する。そこで通信安定性の確保を目的とした実施例を示す。図２０（ａ）および（ｂ）に示すように反応層３３０の底面は平坦で、投入した複数の測定装置１００同士が重なることなく、底面に分布できる面積を持つようにし、外部アンテナ反応槽底面の下部に反応槽底面と平行な平面内に設置する。ここで、外部アンテナが設けられた基板に機械的な振動を与える装置３４２を設ける。図２０（ａ）は振動装置を反応容器の下部に、図２０（ｂ）は反応容器底面と同じ面に設けた例である。反応容器に振動を与えることにより、計測装置１００が互いに重なることなく、反応槽底面に計測装置のチップ面を向けることができ、反応槽に投入されたすべての計測装置と安定した送受信をすることができる。
さらに計測装置１００のセンサー、回路、アンテナが形成された素子形成面が正方形として、素子形成面の一辺の寸法と厚さのアスペクト比が5以上（たとえば５００μｍ ｘ ５００μｍ、厚さが100μｍ以下）とすることによりチップが側面を下にして静止する確率を大幅に低減することができる。
上記振動を与える装置の付加による他の効果として反応装置上に固定してプローブとターゲットの反応の促進がある。振動による攪拌あるいは分子移動速度の増加により、より短い時間内に反応を終了することができる。
（実施例２０）
本発明による検査システムの構成例について述べる。図２１（ａ）はシステムの外観、図２１（ｂ）はシールドボックス３５０に収められた試薬分注器３３７、試料溶液と計測装置が入れられた反応槽（タイタープレート）３４０、集積された外部アンテナ３３６の構成を示す。外部制御器と計測装置１００との間の情報伝達と電力伝達のために電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれかが用いられるが、電磁波の周囲への拡散を防止する必要がある。そこで電磁波の拡散源となる部分をシールドボックス内に収納する。この構成により電磁波のシステム周囲への漏洩が無くなるため外部アンテナから反応槽内の計測装置１００に十分な電力を供給し、安定して通信するに足る強度の電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれかを発生させることが可能になる。
以上の実施例により、計測システムを小型化し、少量の試料で短時間のうちに計測を行うことができる。すなわち、簡便で高速な測定システムが提供される。また、計測装置にプローブを固定する場合には、均一にプローブを固定でき、測定のための種々のプローブを容易に選択することができる。また、１つの反応槽内で複数のターゲット物質について同時に計測することができる。さらに、計測装置におけるセンシング情報及び計測装置の認識番号が、計測装置と外部制御器との間で、各々が接触することなく、送受信される。
以上、本発明の実施例について記載したが、本発明は、さらに以下を特徴とするものである。
（１）生体および化学試料を対象とした計測装置であって、前記装置が形成された基板上にプローブを固定化するための表面修飾がなされ、その基板上に特定のプローブが固定され、該プローブによって捕捉されたターゲットを検出するセンサーが搭載され、これ信号を数により捕捉されたターゲットの有無あるいはターゲットの量を計測し、計測値化して電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれかによって外部に伝達する機構を備え、個々の計測装置および前記プローブ種を特定できる認識番号が各装置内に書き込まれていることを特徴とする生体および化学試料計測装置。
（２）前記プローブは抗原又は抗体、核酸、タンパク質のいずれかであることを特徴とし、抗原又は抗体、核酸、タンパク質のいずれかをターゲットとして検出することを目的とする（１）に記載の生体および化学試料計測装置。 （３）生体および化学試料を対象とした計測装置であって、前記装置には温度、圧力、イオン濃度、糖のいずれかを検出するセンサーが搭載され、該センサーによる計測信号を数値化して電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれかによって外部に伝達する機構を具備し、各装置には前記センサーを個々に特定できる認識番号が書き込まれていることを特徴とする生体および化学試料計測装置。
（４）（１）あるいは（３）に記載の生体および化学試料を対象とした計測装置において、センシング、センシング信号処理、認識番号の記録、外部との信号・エネルギー授受のための電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれかを送受信、検出、送受信制御、を行なう機能ブロックが同一の半導体基板上に形成されていることを特徴とする生体および化学試料計測装置。
（５）（１）あるいは（３）に記載の生体および化学試料を対象とした計測装置において、電磁波の送受信を行なうためのアンテナが請求項４に記載のセンシング、センシング信号処理、認識番号の記録、外部との信号・エネルギー授受のための電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれかによって送受信、送受信制御を行なう機能ブロックと同一の半導体基板上に形成され、アンテナを含めた装置の形状において装置上の最も離れた２点間の距離が3.0mmを超えないことを特徴とする生体および化学試料計測装置。
（６）（１）あるいは（３）に記載の生体および化学試料を対象とした計測装置において、（４）に記載のセンシング、センシング信号処理、認識番号の記録、外部との信号・エネルギー授受のための電磁波、磁場変化あるいは電場変化を送受信、送受信制御を行なう機能ブロックにおいて必要な電力が、装置外部より電磁波、磁場変化あるいは電場変化よって供給され（５）に記載のアンテナに受け取られることを特徴とする生体および化学試料計測装置。
（６）（１）あるいは（３）に記載の生体および化学試料を対象とした計測装置において、（４）に記載の各機のブロックを搭載する基板の材料として、半導体あるいはガラス、あるいはセラミック基板を用いたことを特徴とする生体および化学試料計測装置。
（７）（１）あるいは（３）に記載の生体および化学試料を対象とした計測装置において、電界効果型のトランジスタが形成され、前記特異的結合の有無の検出は、前記電界効果型トランジスタのゲート部にプローブを固定し、本プローブへのターゲットの結合あるいは非結合により前記トランジスタのソース、ドレイン間の導電率の変化を検出することによって行われることを特徴とする（２）に記載の生体および化学試料計測装置。
（９）前記特異的結合の有無の検出は、試料溶液中に設けた独立の電極を設け、電極にプローブを固定し、本プローブへのターゲットの結合あるいは非結合により該電極間のインピーダンスが変化することを観測することによってターゲットの有無あるいは量を同定することを特徴とする生体および化学試料計測装置。
（１０）前記反応容器に、前記プローブと特異的結合をする物質を含む試料および特異的結合部分にのみ選択的に結合する酸化、還元反応の中心となる分子を供給することにより、前記センサーが、前記特異的結合の有無を電気化学的に検出し、前記チップ上の情報通信手段により、検出データを外部制御装置へ電気的信号として送信することを特徴とする（２）に記載の生体および化学試料計測装置。
（１１）前記センサーとしてフォトダイオードを有し、前記特異的結合の有無の検出は、前記フォトダイオードで行われることを特徴とする（２）に記載の生体および化学試料計測システム。
（１２）（１）あるいは（３）に記載の生体および化学試料を対象とした計測装置において、前記数値化された計測信号を一時的に格納するメモリ領域を有し、前記信号データを読み出してこれを外部に伝達することを特徴とする生体および化学試料計測装置。
（１３）前記半導体装置に搭載されたセンサーにより計測されたアナログ信号を、特定の参照信号を参照するコンパレータあるいはアナログ・ディジタル変換器によって数値データに変換した後、前記一時記憶用のメモリ領域に書きこみ、該メモリ領域を参照して外部に伝達することを特徴とする（１）あるいは（３）に記載の生体および化学試料計測装置。
（１４）（１）あるいは（３）に記載の生体および化学試料を対象とした計測装置を用いた生体および化学計測を行なうキットであって、該キットは複数の前記生体および化学計測装置を含み、プローブを固定化するための表面修飾がなされ、計測装置毎に異なる複数種のプローブが固定され、各計測装置には固有の認識番号が書き込まれており、これによって固定されたプローブ種および個々の計測装置を特定することを特徴とする生体および化学試料計測キット。
（１５）（１４）に記載した生体および化学計測キットにおいて、抗原又は抗体、核酸、タンパク質、をプローブとして固定した前記計測装置のいずれかと、ここに温度、圧力、イオン濃度、糖をセンシングするセンサーを搭載する前記計測装置いずれかを組み合わせたことを特徴とする（１）および（３）に記載の生体および化学試料計測用キット。
（１６）生体および化学試料を対象とした計測装置を用いたシステムにおいて複数の生体および化学試料計測装置と、該計測装置とともに試料を収める反応容器と、外部制御装置とを有し、前記生体および化学物質計測装置は特定のプローブとセンサーと情報伝達手段とプローブ種を特定できる認識番号を記録する手段とを具備し、前記複数の計測装置は各々異なるプローブが固定されており、前記反応容器に、試料溶液を供給することにより、前記センサーが前記特異的結合の有無を電気的に検出し、前記外部制御装置は、電磁波、磁場変化あるいは電場変化のいずれかを用いて前記検出装置との間で前記情報伝達手段を介して情報通信を行なうことを特徴とする生体および化学試料計測システム。
（１７）（１６）に記載の生体および化学試料を対象とした計測装置を、生体あるいは化学試料が収納される反応槽に投入した状態で、前記ターゲットの捕獲、捕獲信号の計測および計測信号の外部制御装置への伝達、を行なうこと特徴とする生体および化学試料計測システム。
（１８）前記試料溶液を入れた反応槽に（１）あるいは（３）に記載の計測装置が複数投入された計測システムにおいて、外部装置から特定の第１の認証番号を送信、前記計測装置でこれを受信して内部に記録された自身の認証番号と照合して第１の認証番号に一致することが確認されたら、一致が確認された前記装置上のセンサーによる計測結果を外部送受信器に伝達：、次に外部送受信器から第２の認証番号を送信、認証番号の一致が確認された計測装置から計測結果を外部送受信器に伝達：、以下同様にして複数の計測装置の計測結果を外部送受信器に伝達することを特徴とする生体および化学試料計測システム。
（１９）前記試料溶液を入れた反応槽に（１）あるいは（３）に記載の計測装置が複数投入された計測システムにおいて、外部制御装置から特定の信号レベルを指定する信号を送信、前記計測装置でこれを受信し、該計測装置内のセンサーの信号レベルと照合して一致が確認されたら、一致が確認された前記装置の認証番号を外部送受信器に伝達する：、あるいは信号レベルが複数にわたる場合には外部制御器から順次、異なる信号レベルに対応する信号を送信、これに対応するセンサー検出信号を有する計測装置から認証番号を外部制御器に伝達する：、ことを特徴とする生体および化学試料計測システム。
（２０）（１）あるいは（３）に記載の計測装置と外部送受信器との間で信号の伝達を行なう計測システムにおいて、外部送受信器においてクロック信号を発生し、該クロックで伝送される信号によって認識番号の各ビットを送信することを特徴とする生体および化学試料計測システム。
（２１）（１）あるいは（３）に記載の生体および化学計測装置が投入される反応容器と前記外部制御装置とを有し、外部制御装置に接続された前記装置と情報の送受を行なうためのアンテナが前記反応装置と同一筐体内に収容され、前記筐体が電磁的遮蔽機能を有することを特徴とする生体および化学試料計測システム。
（２２）（２１）に記載の筐体において電磁的遮蔽機能が前記外部制御装置に接続されたアンテナから放射される電磁波を筐体外において1/1000以下に減ずることができる筐体を備えた特徴とした生体および化学試料計測システム。
（２３）（１）あるいは（３）に記載の生体および化学計測体装置が投入される反応容器を複数個収容し、外部送受信器に接続された同一のアンテナ、あるいは各反応容器に一対一に対応する複数のアンテナによって、複数個の反応容器に投入された前記装置との情報伝達をおこなうことを特徴とする生体および化学試料計測システム。
（２４）（１５）に記載の生体および化学計測用キットを用い、前記筐体内に温度調整用ヒータおよびピエゾ素子あるいはイオン濃度調整用ディスペンサーを具備した化学計測システムにおいて、前記反応槽に投入した請求項3に記載の生体および化学計測装置によって温度、ｐＨ、イオン濃度のいずれかを一定時間間隔でモニターし、試料を至適温度、あるいは至適イオン濃度に維持するため、前記温度調整用ヒータ、ピエゾ素子あるいはイオン濃度調整用ディスペンサーを制御する機構を具備することを特徴とする生体および化学試料計測システム。
【００１１】
【発明の効果】
本発明により、計測装置を簡略化し小型化することができる。計測装置に固定するプローブについては、固定の均一化が図れると共に、測定に用いるプローブの選択が容易になる。また、計測装置が小型化することにより、測定に要する時間が短縮化されると共に、少量の試料で測定を行うことができる。さらに、計測装置の認証番号と、計測装置に含まれたセンサーによる検出情報とについて、非接触で外部制御器と通信することができる。
【配列表】
【図面の簡単な説明】
【図１】(ａ)本発明の実施例１における生体および化学物質計測装置１００を用いた化学計測システムを示す図、(ｂ)本発明の実施例１生体および化学物質計測装置１００を用いた化学計測システムにおける機能ブロック図を示す図。
【図２】本発明の実施例２において各種プローブを用いた計測装置の構成例を示す図。
【図３】本発明の実施例３においてセンサーとしてプローブを用いることなく、物理化学的な量を計測する計測システムの構成例を示す図。
【図４】本発明の実施例４において機能ブロックを同一基板上に形成する計測装置の基板の構造を示す図。
【図５】本発明の実施例５−７において適用したセンシングの方式を示す図。（ａ）実施例５におけるMOSFET構造を用いる方式の図、（ｂ）実施例６における交互に隣り合う様（interdigitated）に配置された一対の電極間のインピーダンス測定によりターゲット捕捉の有無を測定する方式の図、（ｃ）実施例７におけるインタカレータを用いた電気化学的な反応による方式の図。
【図６】本発明の実施例８において図５（ａ）に示したＦＥＴを用いたセンサーを電気信号に変換する回路構成を示す図。
【図７】本発明の実施例９においてセンサーにフォトダイオードを用い、SNPsをタイピングする手順を示す図。
【図８】本発明の実施例９においてフォトダイオードの信号を読み出すための回路の構成例を示す図。
【図９】本発明の実施例９においてフォトダイオードの光源からの距離に対する受光効率を説明する図。
【図１０】本発明の実施例９においてSNPs計測のための反応を行なうための反応槽とディスペンサーの構成を説明する図。
【図１１】本発明の実施例９において化学発光の検出結果を示す図。
【図１２】本発明の実施例１１において本発明による計測装置を用いた酵素免疫測定（EIA）を説明する図。
【図１３】本発明の実施例１２において外部制御器と注目する計測装置とのあいだで信号授受をするためのフローを示す図。
【図１４】本発明の実施例１３においてアナログ−ディジタル変換器（ＡＤＣ）でディジタル信号に変換したセンシング情報をメモリに格納し、適宜、信号処理/通信制御ブロックを経て送信するための構成例を示す図。
【図１５】本発明の実施例１４において機能ブロック構成に関する実施例を示す図。（ａ）認証番号を記録する手段としてシフトレジスタを用いている実施例を示す図、（ｂ）クロック・データ分離回路を組み込んだ実施例を示す図。
【図１６】本発明の実施例１５において機能ブロック構成に関する実施例を示す図。（ａ）クロックを生成する回路ブロックを具備した実施例を示す図、（ｂ）は生成したクロックの一部をセンサーの駆動に用いる実施例を示す図。
【図１７】本発明の実施例１６において計測装置を作成するための素子形成プロセスフローを説明する図。
【図１８】本発明の実施例１７において同時に多数の試料を測定するための試料・試薬分注機構と外部アンテナの構成を示す図。
【図１９】本発明の実施例１８における複数のチューブに入れた試料を測定するシステムの実施例を示す図。
【図２０】本発明の実施例１９における外部アンテナが設けられた基板に機械的な振動を与える装置を設けた実施例を示す図。
【図２１】本発明の実施例２０における本発明による検査システムの構成例を示す図。
【符号の説明】
１００：生体および化学物質計測装置、１０１：生体および化学物質計測装置１００の装置上に形成されたアンテナ、１０２：生体および化学物質計測装置１００上に形成された装置駆動用の電子回路、１０３：整流、検波、変調、復調を行う電子回路、１０４：通信制御信号処理を行う電子回路ブロック、１０５：認証番号（ＩＤ）を格納する電子回路ブロック、１０６：装置１００に必要な電源を供給するブロック、１０７：生体および化学物質計測装置１００上のセンサーで検知した信号をディジタル信号に変換する回路ブロック、１１０：分子プローブを用いるセンサー、１１０ａ：物理あるいは化学量を計測するセンサー、１１１：生体および化学物質計測装置１００が形成される基板、１１２：生体および化学物質計測装置１００が形成された半導体基板、１１３：異種材料基板の上に形成された生体および化学物質計測装置１００を構成する素子が形成される半導体層、１１４：半導体層１１３が形成された基板、１１５：半導体層１１３が形成された基板、１１６：バッファ層、１２０：オリゴＤＮＡプローブあるいはcDNAプローブ、１２０ａ：オリゴＤＮＡプローブあるいはcDNAプローブ、１２０ｂ：１２０ａとは異なる種類のオリゴＤＮＡプローブあるいはcDNAプローブ、１２０ｃ、ｄ:ゲノムタイピング用プローブ（プライマー）、１２１：たんぱく質プローブあるいは抗体プローブ、１２２：分子プローブあるいは抗原プローブ、１３１：プローブを固定する膜、１３２：ゲート絶縁膜、１３３：MOSトランジスタのソース、１３４：MOSトランジスタのドレイン、１３５：素子分離領域、１３６：ＦＥＴチャネル、１４０-１４２：電極、１４３：電極、１４４：酸化・還元電流、１５０：センサーを構成するMOSFET、１５１：ソースフォロワ回路を構成するMOSFET、１５２：回路駆動用電源、１５３：MOSFET１５０駆動用電流源、１５４：ソースフォロワ回路駆動用電流源、１５５：出力端子、１５６：差動増幅回路に接続されたイオン感受性のMOSFET、１５７：レファレンス用のセンサーを構成するMOSFET、１５８、１５９：差動増幅器を構成するMOSFET、１６０−１６２：電流源、１６３：差動増幅器の出力端子、１６４、１６５：センサーを構成するMOSFETのソース端子、１６６：目的ターゲットにマッチするプローブが固定されたFET、１６７：目的ターゲットにミスマッチのプローブが固定されたFET、１７０：フォトダイオードを構成する不純物拡散層、１７１：リセットMOSFET、１７２：リセットMOSFETを駆動するリセット信号入力端子、１７３：電源入力端子、１７４：ソースフォロワ回路を構成するMOSFET、１７５：ソースフォロワ回路を構成する電流源、１７６：ソースフォロワ回路の出力端子、１７７：フォトダイオードを構成する不純物拡散層、１７８：フォトダイオードの電源、１７９：フォトダイオード表面の保護膜、１８０：入射光側にプローブを固定したフォトダイオード構造の一部、１８１：光源Ｓの位置、１８２：受光部の形状、１９０：ＩＤの格納あるいはセンシング情報を一時記録するメモリ、１９１：認証番号を格納するシフトレジスタ、１９２：クロックとデータを分離する回路ブロック、１９３：分周によりクロック信号を発生する電子回路ブロック、２００：外部制御装置、２０１：外部制御装置２００と生体および化学物質計測装置100との間で信号を送受信するための外部アンテナ、２０２：外部制御装置２００から生体および化学物質計測装置１００に向けて信号を伝達する電磁波、２０３：生体および化学物質計測装置１００から外部制御装置２００に信号を伝達する電磁波、２０４：外部制御装置２００から生体および化学物質計測装置１００に伝達されるＩＤデータ信号、２０５：生体および化学物質計測装置１００から外部制御装置２００に伝達されるセンシングデータ信号、２０６：アンテナを含む外部制御器、２０７：外部制御器から計測装置に伝達される各計測装置の認識番号（ＩＤ）、２０８：計測装置から外部制御装置に伝達されるセンシング信号、２０９：外部制御器から計測装置に伝達される各計測装置の信号レベル、２１０：計測装置から外部制御装置に伝達される計測装置のＩＤ、３００：試料容器、３０１：試料を含む溶液、３０２：ターゲットDNA、３０３：ターゲット分子、３０４：ターゲットたんぱく質、３０５：試料を含む溶液、３０６：試薬、３０７：試薬容器、３０８：キャリピラリ、３０９：酸化還元反応中心となるインタカレータ、３１０：ターゲットDNA鎖、３１１：ターゲットDNA鎖、3１２：伸長したＤＮＡ、３２０：一次抗体（分析対象物）、３２１：抗原、３２２：二次抗体、３２３：二次抗体を修飾する酵素、３２４：基質、３２５：生成物、３３０：試料容器、３３１：保護コーティング剤、３３２：外部アンテナを保持する基板、３３３：外部アンテナ、３３５：複数の外部アンテナ、３３６：分注器、３３７：試薬溜め、３３８：試薬の注入口、３３９：外部アンテナ、３４０：複数のアンテナを組み合わせた外部アンテナ、３４１：アンテナ面を貫く磁力線の向きが互いに異なるように複数のアンテナ配置した外部アンテナ、３４２、３４３：振動発生器、３４６：集積された外部アンテナ、３４７：分注システム、３４８：分注器加圧用配管、３４９：分注器移動機構、３５０：装置を光学的、電磁的に遮蔽するシールドボックス、３６０：複数の試料を保持する試料プレート、３６１：測定を待つ試料プレート。
Claims (11)
- 複数のチップと、前記複数のチップを収める反応容器と、一の外部制御装置とを有する計測システムであって、
前記チップは、1種のプローブと、センサと、情報通信手段と、前記チップの各々に対応した担体認識情報を記録する情報記憶手段と、前記センサの駆動に用いるクロックを発生させるクロック回路とを具備し、
前記外部制御装置は、同時に分析対象とされる複数の前記チップの各々に対応する複数の担体認識情報を非接触的に送信し、かつ前記複数の担体認識情報に対応する前記チップから、前記センサの検出結果を非接触的に受信し、
同時に分析対象とされる複数の前記チップの各々の前記クロック回路は、同時に分析対象とされる複数の前記チップの各々に対応する複数の担体認識情報を前記外部制御器が送信するときに、駆動されるものであり、
同時に分析対象とされる複数の前記チップの各々の前記センサは、同時に分析対象とされる複数の前記チップの各々に対応する複数の担体認識情報を前記外部制御器が送信するときに、前記クロック回路によって駆動されることを特徴とする計測システム。 - 複数の前記チップは各々異なる前記プローブが固定され、かつ、前記情報記憶手段は各々異なる前記担体認識情報を記録することを特徴とする請求項１に記載の計測システム。
- 前記反応容器は、前記プローブと特異的結合をする物質を含む試料を供給されるものであり、前記センサは、前記特異的結合を電気的に検出することを特徴とする請求項１に記載の計測システム。
- 前記センサは電界効果型トランジスタを具備し、前記プローブは前記トランジスタの表面に固定され、前記特異的結合は、前記トランジスタ内部の導電率の変化によって検出されることを特徴とする請求項３に記載の計測システム。
- 前記センサは電極を具備し、前記プローブは前記電極の表面に固定され、前記特異的結合は、前記電極間のインピーダンスの変化によって検出されることを特徴とする請求項３に記載の計測システム。
- 前記センサは電極を具備し、前記プローブは前記電極の表面に固定され、前記特異的結合は、電気化学的反応により生じる電流変化によって検出されることを特徴とする請求項３に記載の計測システム。
- 前記センサはフォトダイオードを具備し、前記プローブは前記フォトダイオードの表面に固定され、
前記特異的結合は、前記フォトダイオードが検出する発光反応で生じる光により検出されることを特徴とする請求項３に記載の計測システム。 - 特定の生体物質と特異的結合をするプローブと複数のチップとを収める反応容器と、一の外部制御器とを有する計測システムであって、
前記チップは、前記特異的結合について検出するためのセンサと、情報通信手段と、前記チップの各々に対応した担体認識情報を記録する情報記憶手段と、前記センサの駆動に用いるクロックを発生させるクロック回路とを具備し、
前記外部制御装置は、同時に分析対象とされる複数の前記チップの各々に対応する複数の担体認識情報を非接触的に送信し、かつ前記複数の担体認識情報に対応する前記チップから、前記センサの検出結果を非接触的に受信し、
同時に分析対象とされる複数の前記チップの各々の前記クロック回路は、同時に分析対象とされる複数の前記チップの各々に対応する複数の担体認識情報を前記外部制御器が送信するときに、駆動されるものであり、
同時に分析対象とされる複数の前記チップの各々の前記センサは、同時に分析対象とされる複数の前記チップの各々に対応する複数の担体認識情報を前記外部制御器が送信するときに、前記クロック回路によって駆動されることを特徴とする計測システム。 - 前記チップはシリコン基板を含むことを特徴とする請求項1又は請求項８に記載の計測システム。
- 前記チップの各々は、前記情報記憶手段に記録された担体認識情報と、前記外部制御器から送信される担体認識情報とを照合する照合回路をさらに有することを特徴とする請求項３又は請求項８に記載の計測システム。
- 前記外部制御器は特定レベルの信号を送信し、前記チップは前記特定レベルの信号に対応する検出信号を有するときに前記外部制御器に応答することを特徴とする請求項３又は請求項８に記載の計測システム。
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| WO2006041224A1 (en) * | 2004-10-14 | 2006-04-20 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Fet-based nucleic acid detecting sensor |
| JP2006133080A (ja) * | 2004-11-05 | 2006-05-25 | Toshiba Corp | Ｄｎａチップ及びそのｄｎａチップを用いた検査装置 |
| US20070159325A1 (en) * | 2004-11-16 | 2007-07-12 | Biowam Llc | Methodology and Apparatus for the Detection of Biological Substances |
| US7925445B2 (en) * | 2004-12-03 | 2011-04-12 | Alverix, Inc. | Read-write assay system |
| WO2006080552A1 (en) * | 2005-01-31 | 2006-08-03 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device, and method for manufacturing thereof |
| CN101943667B (zh) * | 2005-02-10 | 2013-06-19 | 株式会社半导体能源研究所 | 半导体器件 |
| JP4081477B2 (ja) * | 2005-03-29 | 2008-04-23 | 株式会社日立製作所 | 生体分子検出装置及びそれを用いた生体分子検出方法 |
| JP4631027B2 (ja) * | 2005-03-29 | 2011-02-16 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Ｉｃタグ搭載型バイオセンサーおよびその包装体 |
| CA2604471A1 (en) * | 2005-04-12 | 2007-08-23 | The Trustees Of Boston College | Method for electrocatalytic protein detection |
| CN101287986B (zh) | 2005-06-14 | 2012-01-18 | 三美电机株式会社 | 场效应晶体管、具备该场效应晶体管的生物传感器及检测方法 |
| CN100575954C (zh) * | 2005-06-23 | 2009-12-30 | 中国科学院生态环境研究中心 | 一种光电化学检测核酸的方法 |
| JP4873219B2 (ja) * | 2005-09-22 | 2012-02-08 | Ｔｏｔｏ株式会社 | 増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出に用いられる電極ユニット、ならびにそれを用いたセンサセルおよび測定装置 |
| US20070090926A1 (en) * | 2005-10-26 | 2007-04-26 | General Electric Company | Chemical and biological sensors, systems and methods based on radio frequency identification |
| GB2432217A (en) * | 2005-11-09 | 2007-05-16 | Seiko Epson Corp | Application of biosensor chips |
| KR100772517B1 (ko) | 2005-12-08 | 2007-11-01 | 한국전자통신연구원 | 생체분자 검출용 장치, 생체분자 검출용 휴대폰 및생체분자 검출 방법 |
| US7828949B2 (en) | 2005-12-08 | 2010-11-09 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Biomolecule detection device, mobile phone for biomolecule detection, and biomolecule detection method |
| JP4857820B2 (ja) * | 2006-03-03 | 2012-01-18 | 学校法人早稲田大学 | Ｄｎａセンシング方法 |
| JP5041714B2 (ja) * | 2006-03-13 | 2012-10-03 | 信越化学工業株式会社 | マイクロチップ及びマイクロチップ製造用ｓｏｉ基板 |
| CN101449133B (zh) | 2006-05-26 | 2014-06-25 | 通用电气医疗集团生物科学公司 | 监测容器中参数的系统和方法 |
| JP4695025B2 (ja) * | 2006-06-19 | 2011-06-08 | 株式会社日立製作所 | 生体及び化学反応分析キット |
| US20070298487A1 (en) * | 2006-06-23 | 2007-12-27 | Becton, Dickinson And Company | Radio Frequency Transponder Assay |
| US20080108164A1 (en) * | 2006-11-06 | 2008-05-08 | Oleynik Vladislav A | Sensor System and Method |
| JP2010510523A (ja) * | 2006-11-21 | 2010-04-02 | ジーイー・ヘルスケア・バイオサイエンス・コーポレイション | コンテナにおけるセンサ組み立ておよび利用システム |
| DE102006055990A1 (de) * | 2006-11-24 | 2008-05-29 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Vorrichtung und Verfahren zur Messung biologischer und elektronischer Eigenschaften einer Probe |
| US8262900B2 (en) | 2006-12-14 | 2012-09-11 | Life Technologies Corporation | Methods and apparatus for measuring analytes using large scale FET arrays |
| US8349167B2 (en) | 2006-12-14 | 2013-01-08 | Life Technologies Corporation | Methods and apparatus for detecting molecular interactions using FET arrays |
| US11339430B2 (en) | 2007-07-10 | 2022-05-24 | Life Technologies Corporation | Methods and apparatus for measuring analytes using large scale FET arrays |
| EP4134667A1 (en) | 2006-12-14 | 2023-02-15 | Life Technologies Corporation | Apparatus for measuring analytes using fet arrays |
| JP4988433B2 (ja) * | 2007-05-28 | 2012-08-01 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 生体および化学反応分析キット |
| JP4876031B2 (ja) * | 2007-06-22 | 2012-02-15 | 株式会社日立製作所 | 分析装置 |
| CA2692477A1 (en) * | 2007-07-03 | 2009-01-08 | Smiths Detection Inc. | Portable detection system and method |
| KR101465961B1 (ko) * | 2007-10-09 | 2014-12-01 | 삼성전자주식회사 | 유전자 검출 방법 및 장치 |
| JP5308658B2 (ja) * | 2007-12-13 | 2013-10-09 | 株式会社日立超エル・エス・アイ・システムズ | 半導体集積回路の識別情報生成方法 |
| JP4731544B2 (ja) * | 2007-12-17 | 2011-07-27 | 株式会社日立製作所 | 生体分子検出装置及びそれを用いた生体分子検出方法 |
| US8159347B2 (en) * | 2008-09-25 | 2012-04-17 | General Electric Company | Sensors having gap based sensing devices and methods of making and using the same |
| US20100301398A1 (en) | 2009-05-29 | 2010-12-02 | Ion Torrent Systems Incorporated | Methods and apparatus for measuring analytes |
| US20100137143A1 (en) | 2008-10-22 | 2010-06-03 | Ion Torrent Systems Incorporated | Methods and apparatus for measuring analytes |
| US20120261274A1 (en) | 2009-05-29 | 2012-10-18 | Life Technologies Corporation | Methods and apparatus for measuring analytes |
| US8776573B2 (en) | 2009-05-29 | 2014-07-15 | Life Technologies Corporation | Methods and apparatus for measuring analytes |
| WO2010150680A1 (ja) * | 2009-06-24 | 2010-12-29 | 株式会社日立製作所 | 試料分析チップ、及びそれを用いた計測システム |
| JP2011102729A (ja) * | 2009-11-10 | 2011-05-26 | Sharp Corp | 分析チップ装置、分析チップ装置に用いる化学センサチップ収納アダプター及び分析装置ならびに分析チップ装置を用いた分析方法 |
| JP5952813B2 (ja) | 2010-06-30 | 2016-07-13 | ライフ テクノロジーズ コーポレーション | Ｉｓｆｅｔアレイをテストする方法及び装置 |
| EP2588851B1 (en) | 2010-06-30 | 2016-12-21 | Life Technologies Corporation | Ion-sensing charge-accumulation circuit and method |
| CN109449171A (zh) | 2010-06-30 | 2019-03-08 | 生命科技公司 | 用于检测和测量化学反应和化合物的晶体管电路 |
| US11307166B2 (en) | 2010-07-01 | 2022-04-19 | Life Technologies Corporation | Column ADC |
| WO2012006222A1 (en) | 2010-07-03 | 2012-01-12 | Life Technologies Corporation | Chemically sensitive sensor with lightly doped drains |
| JP5557960B2 (ja) * | 2010-08-06 | 2014-07-23 | ディ・エヌ・エイ・エレクトロニクス・リミテッド | 無線で接続されたチップ上の流体センサ |
| EP2617061B1 (en) | 2010-09-15 | 2021-06-30 | Life Technologies Corporation | Methods and apparatus for measuring analytes |
| EP2619564B1 (en) | 2010-09-24 | 2016-03-16 | Life Technologies Corporation | Matched pair transistor circuits |
| US8409866B2 (en) * | 2010-10-21 | 2013-04-02 | Nokia Corporation | Apparatus and associated methods |
| US9970984B2 (en) | 2011-12-01 | 2018-05-15 | Life Technologies Corporation | Method and apparatus for identifying defects in a chemical sensor array |
| US8786331B2 (en) | 2012-05-29 | 2014-07-22 | Life Technologies Corporation | System for reducing noise in a chemical sensor array |
| US9080968B2 (en) | 2013-01-04 | 2015-07-14 | Life Technologies Corporation | Methods and systems for point of use removal of sacrificial material |
| US9841398B2 (en) | 2013-01-08 | 2017-12-12 | Life Technologies Corporation | Methods for manufacturing well structures for low-noise chemical sensors |
| US8963216B2 (en) | 2013-03-13 | 2015-02-24 | Life Technologies Corporation | Chemical sensor with sidewall spacer sensor surface |
| CN105051525B (zh) | 2013-03-15 | 2019-07-26 | 生命科技公司 | 具有薄导电元件的化学设备 |
| US20140264472A1 (en) | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Life Technologies Corporation | Chemical sensor with consistent sensor surface areas |
| US9835585B2 (en) | 2013-03-15 | 2017-12-05 | Life Technologies Corporation | Chemical sensor with protruded sensor surface |
| US20140336063A1 (en) | 2013-05-09 | 2014-11-13 | Life Technologies Corporation | Windowed Sequencing |
| US10458942B2 (en) | 2013-06-10 | 2019-10-29 | Life Technologies Corporation | Chemical sensor array having multiple sensors per well |
| US9310332B2 (en) * | 2013-11-14 | 2016-04-12 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited | Semiconductor device and selective heating thereof |
| CN104062503B (zh) * | 2013-12-09 | 2018-09-18 | 思澜科技（成都）有限公司 | 用于离体生物组织电阻抗测量的数据采集装置 |
| US9921182B2 (en) | 2014-10-06 | 2018-03-20 | ALVEO Technologies Inc. | System and method for detection of mercury |
| US10196678B2 (en) | 2014-10-06 | 2019-02-05 | ALVEO Technologies Inc. | System and method for detection of nucleic acids |
| US9506908B2 (en) | 2014-10-06 | 2016-11-29 | Alveo Technologies, Inc. | System for detection of analytes |
| US10352899B2 (en) | 2014-10-06 | 2019-07-16 | ALVEO Technologies Inc. | System and method for detection of silver |
| US10627358B2 (en) | 2014-10-06 | 2020-04-21 | Alveo Technologies, Inc. | Method for detection of analytes |
| KR20170097712A (ko) | 2014-12-18 | 2017-08-28 | 라이프 테크놀로지스 코포레이션 | 대형 fet 어레이를 사용한 분석물 측정을 위한 방법과 장치 |
| TWI794007B (zh) | 2014-12-18 | 2023-02-21 | 美商生命技術公司 | 積體電路裝置、感測器裝置及積體電路 |
| US10077472B2 (en) | 2014-12-18 | 2018-09-18 | Life Technologies Corporation | High data rate integrated circuit with power management |
| CN109996888A (zh) | 2016-09-23 | 2019-07-09 | 阿尔韦奥科技公司 | 用于检测分析物的方法和组合物 |
| CN111289819B (zh) * | 2020-04-09 | 2022-04-12 | 中山大学 | 心肌细胞电穿孔测量胞内电信号的一体化记录调控系统 |
| CN113736860A (zh) * | 2021-09-10 | 2021-12-03 | 常州先趋医疗科技有限公司 | 基因快速筛查方法和装置 |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3513168A1 (de) * | 1985-04-12 | 1986-10-16 | Thomas 8000 München Dandekar | Biosensor bestehend aus einem halbleiter auf silizium oder kohlenstoffbasis (elektronischer teil) und nukleinbasen (od. anderen biol. monomeren) |
| US5120421A (en) * | 1990-08-31 | 1992-06-09 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Electrochemical sensor/detector system and method |
| US5849486A (en) | 1993-11-01 | 1998-12-15 | Nanogen, Inc. | Methods for hybridization analysis utilizing electrically controlled hybridization |
| US5965452A (en) | 1996-07-09 | 1999-10-12 | Nanogen, Inc. | Multiplexed active biologic array |
| US5871918A (en) * | 1996-06-20 | 1999-02-16 | The University Of North Carolina At Chapel Hill | Electrochemical detection of nucleic acid hybridization |
| US6051377A (en) | 1995-11-30 | 2000-04-18 | Pharmaseq, Inc. | Multiplex assay for nucleic acids employing transponders |
| US5641634A (en) * | 1995-11-30 | 1997-06-24 | Mandecki; Wlodek | Electronically-indexed solid-phase assay for biomolecules |
| JP2943700B2 (ja) * | 1996-07-10 | 1999-08-30 | 日本電気株式会社 | バイオセンサ |
| WO1998026277A2 (en) * | 1996-12-12 | 1998-06-18 | Prolume, Ltd. | Apparatus and method for detecting and identifying infectious agents |
| US5981166A (en) | 1997-04-23 | 1999-11-09 | Pharmaseq, Inc. | Screening of soluble chemical compounds for their pharmacological properties utilizing transponders |
| US6117643A (en) * | 1997-11-25 | 2000-09-12 | Ut Battelle, Llc | Bioluminescent bioreporter integrated circuit |
| US6485905B2 (en) * | 1998-02-02 | 2002-11-26 | Signature Bioscience, Inc. | Bio-assay device |
| AU7077500A (en) | 1999-08-27 | 2001-03-26 | Pljvita Corporation | System and method for genomic and proteomic animal disease assessment via expression profile comparison |
| JP4505776B2 (ja) * | 2001-01-19 | 2010-07-21 | 凸版印刷株式会社 | 遺伝子検出システム、これを備えた遺伝子検出装置、検出方法、並びに遺伝子検出用チップ |
| US6587617B2 (en) * | 2001-02-22 | 2003-07-01 | Maven Technologies, Llc | Micro lens array for bioassay |
| US6756223B2 (en) * | 2001-12-18 | 2004-06-29 | Motorola, Inc. | Electro-chemical analysis device with integrated thermal sensor and method for monitoring a sample using the device |
-
2002
- 2002-09-06 JP JP2002260769A patent/JP4092990B2/ja not_active Expired - Fee Related
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