JP4957336B2 - Biopolymer analyzer and biopolymer analysis method - Google Patents

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Description

本発明は、生体高分子分析装置及び生体高分子分析方法に関し、特に固体撮像デバイスを用いた生体高分子分析装置及び生体高分子分析方法に関する。   The present invention relates to a biopolymer analyzer and a biopolymer analysis method, and more particularly to a biopolymer analyzer and a biopolymer analysis method using a solid-state imaging device.

様々な生物種の遺伝子の発現解析を行うためにDNAマイクロアレイや抗体マイクロアレイ等の生体高分子分析マイクロアレイやその読取装置が開発されている。生体高分子分析マイクロアレイは、プローブとなる既知の塩基配列のcDNAや抗体をスライドガラス等の固体担体上にマトリックス状に整列固定させたものである。例えば、DNAマイクロアレイ及びその読取装置を用いた遺伝子の発現解析は次のようにして行う。   In order to analyze the expression of genes of various biological species, biopolymer analysis microarrays such as DNA microarrays and antibody microarrays and readers thereof have been developed. The biopolymer analysis microarray is obtained by aligning and fixing cDNA and antibodies having a known base sequence serving as a probe on a solid support such as a slide glass in a matrix. For example, gene expression analysis using a DNA microarray and its reader is performed as follows.

まず、既知の塩基配列を有した複数種類のcDNA(以下、プローブDNAという)をスライドガラス等の固体担体に整列固定させたDNAマイクロアレイを準備する。
次に、検体からmRNAを抽出し、逆転写酵素を用いてcDNAを合成し、標識物質で標識したものを用意する(以下、標識DNAという)。ここで、標識物質には蛍光体や化学発光基質、あるいは化学発光基質を発光させる酵素等を用いることができる。
次に、標識DNAをDNAマイクロアレイ上に添加すると、標識DNAが相補的なプローブDNAとハイブリダイズすることによりDNAマイクロアレイ上に固定される。
次に、DNAマイクロアレイを読取装置にセッティングし、読取装置(例えば、特許文献1参照)にて分析する。読取装置は、X方向及びそれ直交するY方向にDNAマイクロアレイを移動させながら、DNAマイクロアレイに励起光ビームを照射して標識物質から発した光を集光レンズでフォトマルチプライヤーに集光させ、光強度をフォトマルチプライヤーで計測することで、DNAマイクロアレイの面内の光強度分布を計測するものである。これにより、DNAマイクロアレイ上の光強度分布が二次元の画像として出力される。出力された画像内で光強度が大きい部分には、プローブDNAの塩基配列と相補的な塩基配列を有した標識DNAが含まれていることを表している。従って、二次元画像中のどの部分の蛍光強度が大きいかによって検体で発現しているmRNAを同定することができる。
特開2000−131237
First, a DNA microarray in which a plurality of types of cDNA having a known base sequence (hereinafter referred to as probe DNA) are aligned and fixed on a solid support such as a slide glass is prepared.
Next, mRNA is extracted from the specimen, cDNA is synthesized using reverse transcriptase, and prepared by labeling with a labeling substance (hereinafter referred to as labeled DNA). Here, as the labeling substance, a phosphor, a chemiluminescent substrate, an enzyme that emits light from the chemiluminescent substrate, or the like can be used.
Next, when the labeled DNA is added onto the DNA microarray, the labeled DNA is immobilized on the DNA microarray by hybridizing with the complementary probe DNA.
Next, the DNA microarray is set in the reader and analyzed by the reader (see, for example, Patent Document 1). The reading device irradiates the DNA microarray with an excitation light beam while moving the DNA microarray in the X direction and the Y direction orthogonal thereto, and condenses the light emitted from the labeling substance on the photomultiplier by the condensing lens. By measuring the intensity with a photomultiplier, the light intensity distribution in the surface of the DNA microarray is measured. Thereby, the light intensity distribution on the DNA microarray is output as a two-dimensional image. In the output image, the portion having a high light intensity indicates that a labeled DNA having a base sequence complementary to the base sequence of the probe DNA is included. Therefore, mRNA expressed in the specimen can be identified based on which part of the two-dimensional image has high fluorescence intensity.
JP2000-131237A

しかし、DNAマイクロアレイを用いてDNAを分析するには、少量なサンプルのDNAを効率よくDNAマイクロアレイのDNAに結合させなければならなかった。
そこで、本発明の課題は、サンプルの生体高分子を効率よく結合させることができる生体高分子分析装置及び生体高分子分析方法を提供することである。
However, in order to analyze DNA using a DNA microarray, a small amount of sample DNA must be efficiently bound to the DNA of the DNA microarray.
Thus, an object of the present invention is to provide a biopolymer analyzer and a biopolymer analysis method that can efficiently bind a biopolymer of a sample.

以上の課題を解決するために、請求項1に係る発明は、生体高分子分析装置において、
半導体膜、光透過性の第一ゲート電極を有するフォトセンサを備えた固体撮像デバイスにおいて、
前記第一ゲート電極は、センサ検出モードでは、前記半導体膜に入射した光量に応じて生じるキャリアを蓄積するために第一電圧を印加され、
ターゲット移動モードでは、負の電荷を帯電した生体高分子を誘引するために前記第一電圧に対して電位差が+30V未満の範囲で電位が変化し、且つ正の第二電圧を印加されること、
を特徴とする。
In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 is a biopolymer analyzer,
In a solid-state imaging device comprising a semiconductor film, a photosensor having a light-transmissive first gate electrode,
In the sensor detection mode, the first gate electrode is applied with a first voltage in order to accumulate carriers generated according to the amount of light incident on the semiconductor film,
In the target movement mode, the potential changes within a range where the potential difference is less than +30 V with respect to the first voltage and a positive second voltage is applied to attract the biopolymer charged with a negative charge.
It is characterized by.

請求項2に係る発明は、請求項1に記載の生体高分子分析装置において、
前記フォトセンサは第二ゲート電極を備え、
前記センサ検出モードにおいて、前記第一ゲート電極に前記第一電圧を印加したのち、所定時間を経て、前記キャリアの働きに伴った電流を流すために前記第二ゲート電極に第三電圧を印加することを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the biopolymer analyzer according to claim 1,
The photosensor includes a second gate electrode,
In the sensor detection mode, after applying the first voltage to the first gate electrode, a third voltage is applied to the second gate electrode in order to flow a current accompanying the action of the carrier after a predetermined time. It is characterized by that.

請求項3に係る発明は、請求項1または2に記載の生体高分子分析装置において、
前記固体撮像デバイスを加熱・冷却する加熱冷却素子を更に備え、
前記第一ゲート電極に前記第二電圧が印加される前に、前記加熱冷却素子が前記固体撮像デバイスを加熱し、
前記第一ゲート電極に前記第二電圧が印加されている時に、前記加熱冷却素子が前記固体撮像デバイスを冷却し、
前記第一ゲート電極に前記第二電圧が印加された後、前記加熱冷却素子が前記固体撮像デバイスを加熱することを特徴とする。
The invention according to claim 3 is the biopolymer analyzer according to claim 1 or 2,
A heating / cooling element for heating / cooling the solid-state imaging device;
Before the second voltage is applied to the first gate electrode, the heating and cooling element heats the solid-state imaging device,
When the second voltage is applied to the first gate electrode, the heating and cooling element cools the solid-state imaging device,
The heating / cooling element heats the solid-state imaging device after the second voltage is applied to the first gate electrode.

請求項4に係る発明は、請求項1から3の何れか一項に記載の生体高分子分析装置において、
前記第一ゲート電極に前記第二電圧が印加された後、前記加熱冷却素子が前記固体撮像デバイスを加熱する温度は、前記スポットの受光面上に固定されたプローブとミスハイブリダイズした生体高分子を解離する解離温度であることを特徴とする。
The invention according to claim 4 is the biopolymer analyzer according to any one of claims 1 to 3,
After the second voltage is applied to the first gate electrode, the temperature at which the heating / cooling element heats the solid-state imaging device is a biopolymer mishybridized with the probe fixed on the light receiving surface of the spot. It is the dissociation temperature which dissociates.

請求項5に係る発明は、生体高分子の分析方法であって、
半導体膜、光透過性の第一ゲート電極を有するフォトセンサを備えた固体撮像デバイスにおいて、
前記第一ゲート電極に、センサ検出モードでは、前記半導体膜に入射した光量に応じて生じるキャリアを蓄積するために第一電圧を印加し、
ターゲット移動モードでは、負の電荷を帯電した生体高分子を誘引するために前記第一電圧に対して電位差が+30V未満の範囲で電位が変化し、且つ正の第二電圧を印加すること、
を特徴とする。
The invention according to claim 5 is a method for analyzing a biopolymer,
In a solid-state imaging device comprising a semiconductor film, a photosensor having a light-transmissive first gate electrode,
In the sensor detection mode, a first voltage is applied to the first gate electrode in order to accumulate carriers generated according to the amount of light incident on the semiconductor film,
In the target movement mode, the potential changes within a range where the potential difference is less than +30 V with respect to the first voltage in order to attract the biopolymer charged with a negative charge , and a positive second voltage is applied.
It is characterized by.

本発明によれば、蛍光標識されたサンプルの生体高分子を含む溶液を固体撮像デバイスの保護絶縁膜上に散布し、トップゲートドライバによって正電圧が複数のトップゲートラインのうちの少なくとも1つに印加されると、溶液中のサンプルが移動する。従って、固体撮像デバイスの構成部材を利用して効率よく生体高分子をスポットに導くことができ、サンプルの生体高分子が保護絶縁膜上のスポットに濃縮される。そのため、サンプルの生体高分子をスポットの生体高分子に効率よく結合させることができる。
また、トップゲートラインに印加されている正電圧は任意に設定することができるので、トップゲートラインの電触を抑えることができる。
According to the present invention, a solution containing a biopolymer of a fluorescently labeled sample is dispersed on a protective insulating film of a solid-state imaging device, and a positive voltage is applied to at least one of a plurality of top gate lines by a top gate driver. When applied, the sample in solution moves. Therefore, the biopolymer can be efficiently guided to the spot using the constituent member of the solid-state imaging device, and the sample biopolymer is concentrated in the spot on the protective insulating film. Therefore, the sample biopolymer can be efficiently bound to the spot biopolymer.
Moreover, since the positive voltage applied to the top gate line can be set arbitrarily, the contact of the top gate line can be suppressed.

以下に、本発明を実施するための好ましい形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。   Hereinafter, preferred embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. However, although various technically preferable limitations for implementing the present invention are given to the embodiments described below, the scope of the invention is not limited to the following embodiments and illustrated examples.

〔1〕生体高分子分析チップの全体構成
図1は本発明の実施形態における生体高分子分析装置に用いられる生体高分子分析チップ1の概略斜視図であり、図2はこの生体高分子分析チップ1の概略平面図である。
図1、図2に示すように、生体高分子分析チップ1は、固体撮像デバイス10と、固体撮像デバイス10の受光面側に設けられた枠状の隔壁51と、固体撮像デバイス10の受光面において点在した複数のスポット60,60,…と、固体撮像デバイス10の受光面と反対側の面に設けられたペルチェ素子12と、を具備する。
[1] Overall Configuration of Biopolymer Analysis Chip FIG. 1 is a schematic perspective view of a biopolymer analysis chip 1 used in a biopolymer analysis apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is this biopolymer analysis chip. 1 is a schematic plan view of FIG.
As shown in FIGS. 1 and 2, the biopolymer analysis chip 1 includes a solid-state imaging device 10, a frame-shaped partition wall 51 provided on the light-receiving surface side of the solid-state imaging device 10, and a light-receiving surface of the solid-state imaging device 10. , And the Peltier element 12 provided on the surface opposite to the light receiving surface of the solid-state imaging device 10.

〔2〕固体撮像デバイス
ここで、図2、図3を用いて固体撮像デバイス10について説明する。図3は、図2に示された沿った断面を展開して示した概略断面図である。
図2、図3に示すように、固体撮像デバイス10は、絶縁基板17と、ボトムゲート絶縁膜22と、トップゲート絶縁膜29と、保護絶縁膜32と、励起光吸収層33と、スポット固定層35とを積層してなる。これらの層間に、複数のボトムゲートライン41、ソースライン42、ドレインライン43、トップゲートライン44、ボトムゲート電極21、半導体膜23、チャネル保護膜24、不純物半導体膜25,26、ソース電極27、ドレイン電極28及びトップゲート電極31(第一ゲート電極)が設けられている。なお、詳細には後述するが、ボトムゲート電極21(第二ゲート電極)、半導体膜23、チャネル保護膜24、不純物半導体膜25,26、ソース電極27、ドレイン電極28及びトップゲート電極31によってダブルゲート型電界効果薄膜トランジスタ20が構成される。
[2] Solid-State Imaging Device Here, the solid-state imaging device 10 will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a developed cross-section along the line shown in FIG.
2 and 3, the solid-state imaging device 10 includes an insulating substrate 17, a bottom gate insulating film 22, a top gate insulating film 29, a protective insulating film 32, an excitation light absorbing layer 33, and spot fixing. The layer 35 is laminated. Between these layers, a plurality of bottom gate lines 41, source lines 42, drain lines 43, top gate lines 44, bottom gate electrodes 21, semiconductor films 23, channel protective films 24, impurity semiconductor films 25 and 26, source electrodes 27, A drain electrode 28 and a top gate electrode 31 (first gate electrode) are provided. Although details will be described later, the bottom gate electrode 21 (second gate electrode), the semiconductor film 23, the channel protective film 24, the impurity semiconductor films 25 and 26, the source electrode 27, the drain electrode 28, and the top gate electrode 31 are doubled. A gate type field effect thin film transistor 20 is formed.

絶縁基板17は、後述する蛍光体が発する光(主に可視光)を透過する性質(以下、光透過性という。)を有するとともに絶縁性を有し、石英ガラス等といったガラス基板又はポリカーボネート、PMMA等といったプラスチック基板である。つまり、絶縁基板17は透明基板である。   The insulating substrate 17 has a property of transmitting light (mainly visible light) emitted from a phosphor to be described later (hereinafter referred to as light transmitting property) and has an insulating property, and is a glass substrate such as quartz glass, polycarbonate, PMMA, or the like. It is a plastic substrate such as. That is, the insulating substrate 17 is a transparent substrate.

この固体撮像デバイス10においては、光電変換素子としてダブルゲート型電界効果薄膜トランジスタ(以下、フォトセンサという。)20が利用され、複数のフォトセンサ20,20,…が絶縁基板17上において二次元アレイ状に特にマトリクス状に配列され、これらフォトセンサ20,20,…がシリコン窒化物(Si3N4、SiN)又はシリコン酸化物(SiO2)等の保護絶縁膜32によってまとめて被覆されている。
なお、図2では8行×8列のマトリクス状の二次元アレイを示すが、さらに多くの行及び列を有していてもよい。
In this solid-state imaging device 10, a double gate type field effect thin film transistor (hereinafter referred to as a photosensor) 20 is used as a photoelectric conversion element, and a plurality of photosensors 20, 20. The photosensors 20, 20,... Are collectively covered with a protective insulating film 32 such as silicon nitride (Si 3 N 4 , SiN) or silicon oxide (SiO 2 ).
Although FIG. 2 shows a matrix-like two-dimensional array of 8 rows × 8 columns, it may have more rows and columns.

図4はフォトセンサ20を示す平面図であり、図5は図4のV−V矢視断面図である。図4、図5に示すように、フォトセンサ20は、受光部である半導体膜23と、半導体膜23上に形成されたチャネル保護膜24と、ボトムゲート絶縁膜22を挟んで半導体膜23の下に形成されたボトムゲート電極21と、トップゲート絶縁膜29を挟んで半導体膜23の上に形成されたトップゲート電極31と、半導体膜23の一部に重なるよう形成された不純物半導体膜25と、半導体膜23の別の部分に重なるよう形成された不純物半導体膜26と、不純物半導体膜25に重なったソース電極27と、不純物半導体膜26に重なったドレイン電極28と、を備え、半導体膜23において受光した光量に従ったレベルの電気信号を出力するものである。   4 is a plan view showing the photosensor 20, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line V-V in FIG. As shown in FIGS. 4 and 5, the photosensor 20 includes a semiconductor film 23 that is a light receiving portion, a channel protective film 24 formed on the semiconductor film 23, and a bottom gate insulating film 22. The bottom gate electrode 21 formed below, the top gate electrode 31 formed on the semiconductor film 23 with the top gate insulating film 29 interposed therebetween, and the impurity semiconductor film 25 formed so as to overlap a part of the semiconductor film 23 An impurity semiconductor film 26 formed so as to overlap another part of the semiconductor film 23, a source electrode 27 overlapped with the impurity semiconductor film 25, and a drain electrode 28 overlapped with the impurity semiconductor film 26. 23 outputs an electric signal of a level according to the amount of light received.

ボトムゲート電極21は、フォトセンサ20ごとに絶縁基板17上に形成されている。また、絶縁基板17上には横方向に延在する複数本のボトムゲートライン41,41,…が形成されており、横方向に配列された同一の行のフォトセンサ20,20,…のそれぞれのボトムゲート電極21が共通のボトムゲートライン41と一体となって形成されている。ボトムゲート電極21及びボトムゲートライン41は、導電性及び遮光性を有し、例えばクロム、クロム合金、アルミ若しくはアルミ合金又はこれらの合金からなる。   The bottom gate electrode 21 is formed on the insulating substrate 17 for each photosensor 20. Further, a plurality of bottom gate lines 41, 41,... Extending in the horizontal direction are formed on the insulating substrate 17, and each of the photosensors 20, 20,. These bottom gate electrodes 21 are formed integrally with a common bottom gate line 41. The bottom gate electrode 21 and the bottom gate line 41 have conductivity and light shielding properties, and are made of, for example, chromium, a chromium alloy, aluminum, an aluminum alloy, or an alloy thereof.

フォトセンサ20,20,…のボトムゲート電極21及びボトムゲートライン41,41,…はボトムゲート絶縁膜22によってまとめて被覆されている。すなわち、ボトムゲート絶縁膜22は全てのフォトセンサ20,20,…に共通して形成された膜である。ボトムゲート絶縁膜22は、絶縁性及び光透過性を有し、例えば窒化シリコン(Si3N4、SiN)又は酸化シリコン(SiO4)からなる。 The bottom gate electrode 21 and the bottom gate lines 41, 41,... Of the photosensors 20, 20,. That is, the bottom gate insulating film 22 is a film formed in common to all the photosensors 20, 20,. The bottom gate insulating film 22 has insulating properties and light transmissive properties, and is made of, for example, silicon nitride (Si 3 N 4 , SiN) or silicon oxide (SiO 4 ).

ボトムゲート絶縁膜22上には、複数の半導体膜23がマトリクス状に配列するよう形成されている。半導体膜23は、フォトセンサ20ごとに独立して形成されている。それぞれのフォトセンサ20において、半導体膜23がボトムゲート電極21に対して対向配置され、半導体膜23とボトムゲート電極21との間にボトムゲート絶縁膜22が挟まれている。半導体膜23は、平面視して略矩形状を呈しており、受光した蛍光の光量に応じた量の電子−正孔対を生成するアモルファスシリコン又はポリシリコンで形成された層である。   A plurality of semiconductor films 23 are formed on the bottom gate insulating film 22 so as to be arranged in a matrix. The semiconductor film 23 is formed independently for each photosensor 20. In each photosensor 20, the semiconductor film 23 is disposed to face the bottom gate electrode 21, and the bottom gate insulating film 22 is sandwiched between the semiconductor film 23 and the bottom gate electrode 21. The semiconductor film 23 has a substantially rectangular shape in plan view, and is a layer formed of amorphous silicon or polysilicon that generates electron-hole pairs in an amount corresponding to the amount of received fluorescence.

半導体膜23上には、チャネル保護膜24が形成されている。チャネル保護膜24は、フォトセンサ20ごとに独立してパターニングされており、それぞれのフォトセンサ20において半導体膜23の中央部上に形成されている。チャネル保護膜24は、絶縁性及び光透過性を有し、例えば窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。チャネル保護膜24は、パターニングに用いられるエッチャントから半導体膜23の界面を保護するものである。半導体膜23に光が入射すると、入射した光量に従った量の電子−正孔対がチャネル保護膜24と半導体膜23との界面付近を中心に発生するようになっている。この場合、半導体膜23側にはキャリアとして正孔が発生し、チャネル保護膜24側には電子が発生する。   A channel protective film 24 is formed on the semiconductor film 23. The channel protective film 24 is patterned independently for each photosensor 20, and is formed on the central portion of the semiconductor film 23 in each photosensor 20. The channel protective film 24 has insulating properties and light transmissive properties, and is made of, for example, silicon nitride or silicon oxide. The channel protective film 24 protects the interface of the semiconductor film 23 from an etchant used for patterning. When light enters the semiconductor film 23, an amount of electron-hole pairs according to the amount of incident light is generated around the interface between the channel protective film 24 and the semiconductor film 23. In this case, holes are generated as carriers on the semiconductor film 23 side, and electrons are generated on the channel protective film 24 side.

半導体膜23の一端部上には、不純物半導体膜25が一部、チャネル保護膜24に重なるようにして形成されており、半導体膜23の他端部上には、不純物半導体膜26が一部、チャネル保護膜24に重なるようにして形成されている。不純物半導体膜25,26は、フォトセンサ20ごとに独立してパターニングされている。不純物半導体膜25,26は、n型の不純物イオンを含むアモルファスシリコン(n+シリコン)からなる。 An impurity semiconductor film 25 is partially formed on one end portion of the semiconductor film 23 so as to overlap the channel protection film 24, and an impurity semiconductor film 26 is partially formed on the other end portion of the semiconductor film 23. The channel protective film 24 is formed so as to overlap. The impurity semiconductor films 25 and 26 are patterned independently for each photosensor 20. The impurity semiconductor films 25 and 26 are made of amorphous silicon (n + silicon) containing n-type impurity ions.

不純物半導体膜25上には、ソース電極27が形成され、不純物半導体膜26上には、ドレイン電極28が形成されている。ソース電極27及びドレイン電極28はフォトセンサ20ごとに形成されている。縦方向に延在する複数本のソースライン42,42,…及びドレインライン43,43,…がボトムゲート絶縁膜22上に形成されている。縦方向に配列された同一の列のフォトセンサ20,20,…のソース電極27は共通のソースライン42と一体に形成されており、縦方向に配列された同一の列のフォトセンサ20,20,…のドレイン電極28は共通のドレインライン43と一体に形成されている。ソース電極27、ドレイン電極28、ソースライン42及びドレインライン43は、導電性及び遮光性を有しており、例えばクロム、クロム合金、アルミ若しくはアルミ合金又はこれらの合金からなる。   A source electrode 27 is formed on the impurity semiconductor film 25, and a drain electrode 28 is formed on the impurity semiconductor film 26. The source electrode 27 and the drain electrode 28 are formed for each photosensor 20. A plurality of source lines 42, 42,... And drain lines 43, 43,... Extending in the vertical direction are formed on the bottom gate insulating film 22. The source electrodes 27 of the photosensors 20, 20,... In the same row arranged in the vertical direction are formed integrally with the common source line 42, and the photosensors 20, 20 in the same row arranged in the vertical direction. ,... Are formed integrally with a common drain line 43. The source electrode 27, the drain electrode 28, the source line 42, and the drain line 43 have conductivity and light shielding properties, and are made of, for example, chromium, a chromium alloy, aluminum, an aluminum alloy, or an alloy thereof.

フォトセンサ20,20,…のソース電極27及びドレイン電極28並びにソースライン42,42,…及びドレインライン43,43,…は、トップゲート絶縁膜29によってまとめて被覆されている。トップゲート絶縁膜29は全てのフォトセンサ20,20,…に共通して形成された膜である。トップゲート絶縁膜29は、絶縁性及び光透過性を有し、例えば窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。   The source electrode 27 and the drain electrode 28 and the source lines 42, 42,... And the drain lines 43, 43,. The top gate insulating film 29 is a film formed in common to all the photosensors 20, 20,. The top gate insulating film 29 has insulating properties and light transmissive properties, and is made of, for example, silicon nitride or silicon oxide.

トップゲート絶縁膜29上には、トップゲート電極31がフォトセンサ20ごとに形成されている。それぞれのフォトセンサ20において、トップゲート電極31が半導体膜23に対して対向配置され、トップゲート電極31と半導体膜23との間にトップゲート絶縁膜29及びチャネル保護膜24が挟まれている。また、トップゲート絶縁膜29上には横方向に延在する複数本のトップゲートライン44,44,…が形成されており、横方向に配列された同一の行のフォトセンサ20,20,…のトップゲート電極31が共通のトップゲートライン44と一体に形成されている。トップゲート電極31及びトップゲートライン44は、導電性及び光透過性を有し、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛若しくは酸化スズ又はこれらのうちの少なくとも一つを含む混合物(例えば、錫ドープ酸化インジウム(ITO)、亜鉛ドープ酸化インジウム)で形成されている。   A top gate electrode 31 is formed for each photosensor 20 on the top gate insulating film 29. In each photosensor 20, the top gate electrode 31 is disposed to face the semiconductor film 23, and the top gate insulating film 29 and the channel protective film 24 are sandwiched between the top gate electrode 31 and the semiconductor film 23. Further, a plurality of top gate lines 44, 44,... Extending in the horizontal direction are formed on the top gate insulating film 29, and the photosensors 20, 20,. These top gate electrodes 31 are formed integrally with a common top gate line 44. The top gate electrode 31 and the top gate line 44 are conductive and light transmissive, for example, indium oxide, zinc oxide, tin oxide, or a mixture containing at least one of them (for example, tin-doped indium oxide ( ITO) and zinc-doped indium oxide).

フォトセンサ20,20,…のトップゲート電極31及びトップゲートライン44,44,…は保護絶縁膜32によってまとめて被覆され、保護絶縁膜32は全てのフォトセンサ20,20,…に共通して形成された膜である。保護絶縁膜32は、絶縁性及び光透過性を有し、窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。   The top gate electrode 31 and the top gate lines 44, 44,... Of the photosensors 20, 20,... Are collectively covered with the protective insulating film 32, and the protective insulating film 32 is common to all the photosensors 20, 20,. It is a formed film. The protective insulating film 32 has insulating properties and light transmittance, and is made of silicon nitride or silicon oxide.

保護絶縁膜32の上面には、後述する蛍光体64(図10〜図13に図示)の励起光を吸収する励起光吸収層33が設けられている。励起光吸収層33は、蛍光体64から発する蛍光に対して高い透過性を示すものが好ましい。   An excitation light absorption layer 33 that absorbs excitation light of a phosphor 64 (shown in FIGS. 10 to 13) to be described later is provided on the upper surface of the protective insulating film 32. The excitation light absorbing layer 33 is preferably one that exhibits high transparency to the fluorescence emitted from the phosphor 64.

励起光吸収層33の上面には、スポット固定層35が設けられている。スポット固定層35は、スポット60となる後述するプローブと共有結合または静電結合することで、スポット60を固定するものである。スポット固定層35が設けられた側の面が、固体撮像デバイスの受光面となる。   A spot fixing layer 35 is provided on the upper surface of the excitation light absorbing layer 33. The spot fixing layer 35 fixes the spot 60 by covalent bonding or electrostatic coupling with a probe, which will be described later, which becomes the spot 60. The surface on which the spot fixing layer 35 is provided is a light receiving surface of the solid-state imaging device.

以上のように構成された固体撮像デバイス10は、スポット固定層35の表面を受光面としており、各フォトセンサ20の半導体膜23において受光した光量を電気信号に変換するように設けられている。   The solid-state imaging device 10 configured as described above uses the surface of the spot fixing layer 35 as a light receiving surface, and is provided so as to convert the amount of light received by the semiconductor film 23 of each photosensor 20 into an electrical signal.

〔3〕スポット
図2、図3に示すように、固体撮像デバイス10の受光面にはスポットが形成されている。各スポット60は、プローブとなる既知の塩基配列のcDNA(プローブDNA61)や抗体等の溶液をスポット固定層35上に滴下し、乾燥して形成される。以下ではプローブとして既知の塩基配列のcDNAを用いた場合について説明する。
[3] Spot As shown in FIGS. 2 and 3, a spot is formed on the light receiving surface of the solid-state imaging device 10. Each spot 60 is formed by dropping a solution of cDNA (probe DNA 61) having a known base sequence serving as a probe or an antibody onto the spot fixing layer 35 and drying it. Hereinafter, a case where cDNA having a known base sequence is used as a probe will be described.

1つのスポット60では同じ塩基配列の一本鎖のプローブDNA61が多数集まった群集が固体撮像デバイス10の受光面に固定化され、スポット60ごとにプローブDNA61は異なる塩基配列となっている。プローブDNA61としては、既知のmRNAの塩基配列のDNA又はその一部と同一の若しくは相補的な塩基配列のDNAが用いられる。具体的には、例えば、後述する蛍光標識DNA62で用いるのと同じ細胞検体から作成したcDNAライブラリを用いることができる。   In one spot 60, a crowd of a large number of single-stranded probe DNAs 61 having the same base sequence is immobilized on the light receiving surface of the solid-state imaging device 10, and the probe DNA 61 has a different base sequence for each spot 60. As the probe DNA 61, a DNA having a known mRNA base sequence or a DNA having the same or complementary base sequence as a part thereof is used. Specifically, for example, a cDNA library prepared from the same cell specimen as used in the fluorescently labeled DNA 62 described later can be used.

1つのスポット60はフォトセンサ20上に重なるように形成されている。なお、1つのスポット60に重なったフォトセンサ20の数は異なっていてもよい。また、図1では2×2のスポット60が形成されているが、スポット60の数は固体撮像デバイス10の大きさに合わせた任意の数にすることができる。   One spot 60 is formed so as to overlap the photosensor 20. Note that the number of photosensors 20 that overlap one spot 60 may be different. In FIG. 1, 2 × 2 spots 60 are formed, but the number of spots 60 can be set to an arbitrary number according to the size of the solid-state imaging device 10.

〔4〕隔壁
図1、図2に示すように、隔壁51は固体撮像デバイス10の縁に沿ってスポット固定層35の上に密着されている。隔壁51が枠状に設けられることで、隔壁51によって囲まれた内側の部分がウェル52となり、ウェル52内において固体撮像デバイス10の受光面が露出して複数のスポット60,60,…が点在している。
[4] Partition Wall As shown in FIGS. 1 and 2, the partition wall 51 is in close contact with the spot fixing layer 35 along the edge of the solid-state imaging device 10. By providing the partition wall 51 in a frame shape, the inner part surrounded by the partition wall 51 becomes the well 52, and the light receiving surface of the solid-state imaging device 10 is exposed in the well 52, and a plurality of spots 60, 60,. Exist.

〔5〕ペルチェ素子
ペルチェ素子12は、固体撮像デバイス10の受光面とは反対側の面に貼着されている。ペルチェ素子12は、固体撮像デバイス10を加熱したり、冷却したりするものである。ペルチェ素子12の加熱又は冷却によって、ウェル52内に存するものも加熱されたり、冷却されたりする。なお、ウェル52の内側を加熱・冷却できるのであれば、ペルチェ素子12の設ける位置は固体撮像デバイス10の受光面の反対面でなくても良く、例えば隔壁51に設けられていても良い。また、加熱と冷却を電気的に行えるものであれば、加熱冷却素子はペルチェ素子12でなくても良く、例えばヒータとクーラの組み合わせであっても良い。
[5] Peltier element The Peltier element 12 is attached to a surface opposite to the light receiving surface of the solid-state imaging device 10. The Peltier element 12 heats or cools the solid-state imaging device 10. By heating or cooling the Peltier element 12, what is in the well 52 is also heated or cooled. As long as the inside of the well 52 can be heated and cooled, the position where the Peltier element 12 is provided may not be the opposite surface of the light receiving surface of the solid-state imaging device 10, and may be provided, for example, in the partition wall 51. Further, as long as heating and cooling can be performed electrically, the heating / cooling element may not be the Peltier element 12, and may be, for example, a combination of a heater and a cooler.

〔7〕生体高分子分析装置
生体高分子分析チップ1を生体高分子分析装置70にセッティングして生体高分子分析チップ1を用いるので、生体高分子分析装置70について説明する。図6は、生体高分子分析装置70の構成を示すブロック図であり、図7は、セッティングされた生体高分子分析チップ1及びその周辺回路を示した回路図である。
[7] Biopolymer Analysis Device Since the biopolymer analysis chip 1 is used by setting the biopolymer analysis chip 1 to the biopolymer analysis device 70, the biopolymer analysis device 70 will be described. FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the biopolymer analyzer 70, and FIG. 7 is a circuit diagram showing the set biopolymer analysis chip 1 and its peripheral circuits.

図6、図7に示すように、生体高分子分析装置70は、着脱可能な生体高分子分析チップ1と、装着された生体高分子分析チップ1の固体撮像デバイス10を駆動するトップゲートドライバ74、ボトムゲートドライバ75、ドレインドライバ76と、これらを制御するコントローラ71と、コントローラ71から出力された信号により出力(表示又はプリント)を行う出力装置72と、コントローラ71により制御されて、励起光(主に紫外線)を生体高分子分析チップ1に照射する励起光照射装置73と、を備える。   As shown in FIGS. 6 and 7, the biopolymer analyzer 70 includes a detachable biopolymer analysis chip 1 and a top gate driver 74 that drives the solid-state imaging device 10 of the attached biopolymer analysis chip 1. The bottom gate driver 75, the drain driver 76, the controller 71 that controls these, the output device 72 that outputs (displays or prints) the signal output from the controller 71, and the excitation light ( An excitation light irradiation device 73 that irradiates the biopolymer analysis chip 1 mainly with ultraviolet rays.

トップゲートドライバ74はトップゲートライン44,44,…に接続され、ボトムゲートドライバ75はボトムゲートライン41,41,…に接続されている。ドレインドライバ76はコラムスイッチ81と、プリチャージスイッチ82と、アンプ83とから構成され、コラムスイッチ81がドレインライン43,43,…に接続されている。   The top gate driver 74 is connected to the top gate lines 44, 44,..., And the bottom gate driver 75 is connected to the bottom gate lines 41, 41,. The drain driver 76 includes a column switch 81, a precharge switch 82, and an amplifier 83. The column switch 81 is connected to the drain lines 43, 43,.

トップゲートドライバ74、ボトムゲートドライバ75及びドレインドライバ76に対して、固体撮像デバイス10が着脱可能に設けられている。固体撮像デバイス10がトップゲートドライバ74、ボトムゲートドライバ75及びドレインドライバ76に取り付けられた場合、ソースライン42,42,…が一定電圧源Vssに接続され、具体的にはソースライン42,42,…が±0〔V〕の接地に接続される。   The solid-state imaging device 10 is detachably provided to the top gate driver 74, the bottom gate driver 75, and the drain driver 76. When the solid-state imaging device 10 is attached to the top gate driver 74, the bottom gate driver 75, and the drain driver 76, the source lines 42, 42,... Are connected to the constant voltage source Vss, specifically, the source lines 42, 42,. Are connected to the ground of ± 0 [V].

また、トップゲートドライバ74、ボトムゲートドライバ75及びドレインドライバ76は、コントローラ71によって制御される。ここで、図8は、トップゲートドライバ74、ボトムゲートドライバ75及びコントローラ71から出力される信号のタイミングチャートである。   The top gate driver 74, the bottom gate driver 75, and the drain driver 76 are controlled by the controller 71. Here, FIG. 8 is a timing chart of signals output from the top gate driver 74, the bottom gate driver 75, and the controller 71.

図6〜図8に示すように、コントローラ71は、制御信号φchm、制御信号φtg及び制御信号φbgを出力する。制御信号φchmは、コントローラ71からトップゲートドライバ74及びボトムゲートドライバ75に出力される信号であり、制御信号φtgは、コントローラ71からトップゲートドライバ74に出力される信号であり、制御信号φbgは、コントローラ71からボトムゲートドライバ75に出力される信号であり、制御信号φpgは、コントローラ71からドレインドライバ76のプリチャージスイッチ82に出力される信号である。   As shown in FIGS. 6 to 8, the controller 71 outputs a control signal φchm, a control signal φtg, and a control signal φbg. The control signal φchm is a signal output from the controller 71 to the top gate driver 74 and the bottom gate driver 75, the control signal φtg is a signal output from the controller 71 to the top gate driver 74, and the control signal φbg is The control signal φpg is a signal output from the controller 71 to the bottom gate driver 75, and the control signal φpg is a signal output from the controller 71 to the precharge switch 82 of the drain driver 76.

コントローラ71から出力される制御信号φchmはゲート信号である。つまり、コントローラ71は制御信号φchmをトップゲートドライバ74及びボトムゲートドライバ75に出力することによってトップゲートドライバ74及びボトムゲートドライバ75をターゲット移動モードM1又はセンサ検出モードM2の何れかで動作させる。具体的には、制御信号φchmがハイレベルの場合、トップゲートドライバ74及びボトムゲートドライバ75がターゲット移動モードM1で動作し、制御信号φchmがローレベルの場合、トップゲートドライバ74及びボトムゲートドライバ75がセンサ検出モードM2で動作する。   A control signal φchm output from the controller 71 is a gate signal. That is, the controller 71 outputs the control signal φchm to the top gate driver 74 and the bottom gate driver 75, thereby operating the top gate driver 74 and the bottom gate driver 75 in either the target movement mode M1 or the sensor detection mode M2. Specifically, when the control signal φchm is at a high level, the top gate driver 74 and the bottom gate driver 75 operate in the target movement mode M1, and when the control signal φchm is at a low level, the top gate driver 74 and the bottom gate driver 75 are operated. Operates in the sensor detection mode M2.

コントローラ71は、制御信号φtgをトップゲートドライバ74に出力することによってトップゲートドライバ74を動作させる。また、コントローラ71は、制御信号φbgをボトムゲートドライバ75に出力することによってボトムゲートドライバ75を動作させる。   The controller 71 operates the top gate driver 74 by outputting a control signal φtg to the top gate driver 74. Further, the controller 71 operates the bottom gate driver 75 by outputting a control signal φbg to the bottom gate driver 75.

図7、図8において、信号φT1〜φTnは、トップゲートドライバ74によって各トップゲートライン44に出力される信号である。信号φT1〜φTnに付された数字1〜nは、トップゲートライン44の行番号を表す。つまり、例えば第1行のトップゲートライン44への出力電圧は信号φT1となり、第2行のトップゲートライン44への出力電圧は信号φT2となる。信号φB1〜φBnは、ボトムゲートドライバ75によって各ボトムゲートライン41に出力される信号である。信号φB1〜φBnに付された数字1〜nは、ボトムゲートライン41の行番号を表す。また、図2に示すように、全体の行数が8行の場合、n=8である。なお、図7、図8に示された各信号は、電圧のレベルで表されたものである。   7 and 8, signals φT1 to φTn are signals output to the top gate lines 44 by the top gate driver 74. Numbers 1 to n attached to the signals φT1 to φTn represent row numbers of the top gate lines 44. That is, for example, the output voltage to the top gate line 44 in the first row is the signal φT1, and the output voltage to the top gate line 44 in the second row is the signal φT2. The signals φB1 to φBn are signals output to the bottom gate lines 41 by the bottom gate driver 75. Numbers 1 to n attached to the signals φB1 to φBn represent row numbers of the bottom gate line 41. Further, as shown in FIG. 2, when the total number of rows is 8, n = 8. Each signal shown in FIGS. 7 and 8 is represented by a voltage level.

トップゲートドライバ74は、制御信号φchm及び制御信号φtgに従って動作する。ここで、制御信号φchmがハイレベルの場合、つまり、ターゲット移動モードM1の場合、トップゲートドライバ74は制御信号φtgに従って、トップゲートライン44,44,…のうちの少なくとも一本(図8では、1行目、4行目及び5行目)に対してローレベルの一定電圧(図8では、−15V)を印加した状態を維持する。そのターゲット移動モードM1において、トップゲートドライバ74は、制御信号φtgに従って、他のトップゲートライン44(図8では、2行目及び3行目)に対してはローレベルよりも高い電圧(第二電圧)を印加して、その電圧のレベルを変化させる。   The top gate driver 74 operates according to the control signal φchm and the control signal φtg. Here, when the control signal φchm is at a high level, that is, in the target movement mode M1, the top gate driver 74 uses at least one of the top gate lines 44, 44,... According to the control signal φtg (in FIG. A state in which a low level constant voltage (-15 V in FIG. 8) is applied to the first row, the fourth row, and the fifth row is maintained. In the target movement mode M1, the top gate driver 74 applies a voltage higher than the low level (second line) to the other top gate lines 44 (second and third rows in FIG. 8) according to the control signal φtg. Voltage) is applied to change the voltage level.

一方、制御信号φchmがローレベルの場合、つまり、センサ検出モードM2の場合、トップゲートドライバ74は制御信号φtgに従って、±0〔V〕を越えたハイレベルのパルス電圧(第一電圧)(図8では、一例として+15〔V〕である。)をトップゲートライン44,44,…に順次印加する。トップゲートドライバ74がパルス電圧を印加しない時には、つまり信号φT1〜φTnがローレベルの時には、負電圧(図8では、一例として−15〔V〕である。)がトップゲートドライバ74によってトップゲートライン44,44,…に印加される。   On the other hand, when the control signal φchm is at a low level, that is, in the sensor detection mode M2, the top gate driver 74 follows the control signal φtg to a high level pulse voltage (first voltage) exceeding ± 0 [V] (FIG. 8 is +15 [V] as an example.) Are sequentially applied to the top gate lines 44, 44,. When the top gate driver 74 does not apply a pulse voltage, that is, when the signals φT1 to φTn are at a low level, a negative voltage (as an example, −15 [V] in FIG. 8) is applied by the top gate driver 74 to the top gate line. 44, 44,...

ボトムゲートドライバ75は、制御信号φchm及び制御信号φbgに従って動作する。ここで、制御信号φchmがハイレベルの場合、つまり、ターゲット移動モードM1の場合、ボトムゲートドライバ75はボトムゲートライン41,41,…の何れにも電圧を印加せず、信号φB1〜φBnは何れもローレベル(図8では、±0〔V〕)である。   The bottom gate driver 75 operates according to the control signal φchm and the control signal φbg. Here, when the control signal φchm is at a high level, that is, in the target movement mode M1, the bottom gate driver 75 does not apply a voltage to any of the bottom gate lines 41, 41,. Is also at a low level (± 0 [V] in FIG. 8).

一方、制御信号φchmがローレベルの場合、つまり、センサ検出モードM2の場合、ボトムゲートドライバ75は制御信号φbgに従って、ハイレベルのパルス電圧(第三電圧)(図8では、一例として+15〔V〕である。)をボトムゲートライン41,41,…に順次印加する。ボトムゲートドライバ75がパルス電圧を印加しない時には、つまり信号φB1〜φBnがローレベルの時には、ボトムゲートライン41,41,…の電圧は±0〔V〕である。   On the other hand, when the control signal φchm is at a low level, that is, in the sensor detection mode M2, the bottom gate driver 75 follows the control signal φbg to generate a high level pulse voltage (third voltage) (in FIG. 8, as an example +15 [V Are sequentially applied to the bottom gate lines 41, 41,. When the bottom gate driver 75 does not apply a pulse voltage, that is, when the signals φB1 to φBn are at a low level, the voltages of the bottom gate lines 41, 41,... Are ± 0 [V].

センサ検出モードM2においてトップゲートドライバ74及びボトムゲートドライバ75によって印加されるパルス電圧のタイミングについて図8及び図9を用いて説明する。ここで、図9は、センサ検出モードM2において、トップゲートドライバ74がi行目のトップゲートライン44にハイレベルのパルス電圧を印加してからボトムゲートドライバ75が(i+1)行目のボトムゲートライン41にハイレベルのリードパルスを印加するまでの間のトップゲートドライバ74、ボトムゲートドライバ75及びドレインドライバ76によって出力される信号のタイミングチャートである。なお、iとは、1〜nのうちの任意の数であり、i行目が最終行目の場合には(i+1)行目は1行目である。   The timing of the pulse voltage applied by the top gate driver 74 and the bottom gate driver 75 in the sensor detection mode M2 will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 9 shows that in the sensor detection mode M2, the top gate driver 74 applies a high-level pulse voltage to the top gate line 44 in the i-th row, and then the bottom gate driver 75 applies the bottom gate in the (i + 1) -th row. 4 is a timing chart of signals output by a top gate driver 74, a bottom gate driver 75, and a drain driver 76 until a high level read pulse is applied to a line 41; Note that i is an arbitrary number from 1 to n. When the i-th row is the last row, the (i + 1) -th row is the first row.

図8及び図9に示すように、トップゲートドライバ74が何れかの行のトップゲートライン44にハイレベルのパルス電圧を印加した後に所定時間を経てボトムゲートドライバ75が同じ行のボトムゲートライン41にハイレベルのパルス電圧を印加するように、トップゲートドライバ74及びボトムゲートドライバ75が出力信号をシフトする。つまり、同じ行では、ボトムゲートライン41にパルス電圧が印加されるタイミングは、トップゲートライン44にパルス電圧が印加されるタイミングより遅れている。   As shown in FIGS. 8 and 9, the bottom gate driver 75 applies the bottom gate line 41 of the same row after a predetermined time after the top gate driver 74 applies a high-level pulse voltage to the top gate line 44 of any row. The top gate driver 74 and the bottom gate driver 75 shift the output signal so that a high level pulse voltage is applied to the output signal. That is, in the same row, the timing at which the pulse voltage is applied to the bottom gate line 41 is delayed from the timing at which the pulse voltage is applied to the top gate line 44.

図9において、リセット時間Tresetは、トップゲートライン44にパルス電圧が印加されている時間であり、読み出し時間Treadは、ボトムゲートライン41にパルス電圧が印加されている時間であり、蓄電時間Teは、トップゲートライン44へのパルス電圧の印加停止時からボトムゲートライン41へのパルス電圧の印加開始時までの時間である。   In FIG. 9, the reset time Treset is the time during which the pulse voltage is applied to the top gate line 44, the read time Tread is the time during which the pulse voltage is applied to the bottom gate line 41, and the storage time Te is The time from when the application of the pulse voltage to the top gate line 44 is stopped to when the application of the pulse voltage to the bottom gate line 41 is started.

図9に示すように、制御信号φpgは、センサ検出モードM2において何れの行の蓄電時間Teの間においてハイレベルになる振幅信号である。制御信号φpgがハイレベルになることによってプリチャージスイッチ82がオンになり、プリチャージ電圧Vpgが全てのドレインライン43,43,…に印加される。制御信号φpgがローレベルの場合には、プリチャージスイッチ82がオフであるから、何れのドレインライン43,43,…にもプリチャージ電圧Vpgが印加されない。図9において、プリチャージ時間Tprchは、制御信号φpgがハイレベルになっている時間である。   As shown in FIG. 9, the control signal φpg is an amplitude signal that becomes a high level during the storage time Te of any row in the sensor detection mode M2. When the control signal φpg becomes high level, the precharge switch 82 is turned on, and the precharge voltage Vpg is applied to all the drain lines 43, 43,. When the control signal φpg is at a low level, the precharge switch 82 is off, so that the precharge voltage Vpg is not applied to any of the drain lines 43, 43,. In FIG. 9, a precharge time Tprch is a time during which the control signal φpg is at a high level.

コラムスイッチ81はプリチャージ電圧Vpgの印加後にドレインライン43,43,…の電圧を列順次にアンプ83に出力する。アンプによって増幅された電圧がA/Dコンバータ78によってデジタルの画像信号に変換され、そのA/D変換された画像信号がコントローラ71に入力される。   The column switch 81 outputs the voltages of the drain lines 43, 43,... To the amplifier 83 in the column order after the application of the precharge voltage Vpg. The voltage amplified by the amplifier is converted into a digital image signal by the A / D converter 78, and the A / D converted image signal is input to the controller 71.

コントローラ71は励起光照射装置73を点灯させる機能を有する。励起光照射装置73は、後述する蛍光体を励起する励起光を生体高分子分析チップ1に照射するものである。
コントローラ71は入力した二次元の画像データに従った画像を出力装置72に出力させる機能を有する。出力装置72はプロッタ、プリンタ又はディスプレイである。
コントローラ71がペルチェ素子12をコントロールすることによって、ペルチェ素子12を加熱状態にしたり冷却状態にしたり、ペルチェ素子12の加熱又は冷却を停止したりする。
The controller 71 has a function of turning on the excitation light irradiation device 73. The excitation light irradiation device 73 irradiates the biopolymer analysis chip 1 with excitation light that excites a phosphor to be described later.
The controller 71 has a function of causing the output device 72 to output an image according to the input two-dimensional image data. The output device 72 is a plotter, a printer, or a display.
When the controller 71 controls the Peltier element 12, the Peltier element 12 is heated or cooled, or heating or cooling of the Peltier element 12 is stopped.

〔8〕生体高分子分析方法、生体高分子分析チップの制御方法、分析装置の動作
次に、生体高分子分析装置70を用いて試料を分析する方法について説明する。
[8] Biopolymer Analysis Method, Biopolymer Analysis Chip Control Method, and Analytical Device Operation Next, a method for analyzing a sample using the biopolymer analyzer 70 will be described.

上記生体高分子分析チップ1で分析する試料としては、DNAを用いることができる。試料となるDNAとしては、細胞検体内で発現しているmRNAを抽出し、逆転写酵素を用いるRT−PCR反応により得られたcDNAを用いることができる。cDNAは蛍光体で標識する。蛍光体は、分析装置の励起光照射装置から出射される励起光で励起されるものであってその励起光によって蛍光を発するものを選択するが、蛍光体としては、例えばCyDyeのCy2(アマシャム社製)がある。   As a sample to be analyzed by the biopolymer analysis chip 1, DNA can be used. As a sample DNA, mRNA obtained by extracting mRNA expressed in a cell sample and performing RT-PCR reaction using reverse transcriptase can be used. The cDNA is labeled with a fluorophore. As the phosphor, one that is excited by excitation light emitted from the excitation light irradiation device of the analyzer and emits fluorescence by the excitation light is selected. As the phosphor, for example, CyDye Cy2 (Amersham) Made).

cDNAを蛍光体で標識するには、例えば、蛍光体で標識されたオリゴdTプライマや、標識されたdNTPミックスを用いてRT−PCR反応を実施すればよい。以下では、この標識されたcDNAを蛍光標識DNAという。   In order to label cDNA with a phosphor, for example, an RT-PCR reaction may be performed using an oligo dT primer labeled with a phosphor or a labeled dNTP mix. Hereinafter, this labeled cDNA is referred to as fluorescently labeled DNA.

次に、生体高分子分析チップ1をセッティングし、固体撮像デバイス10をトップゲートドライバ74、ボトムゲートドライバ75及びドレインドライバ76に接続し、ペルチェ素子12をコントローラ71に接続し、励起光照射装置73を固体撮像デバイス10の受光面に対向させる。   Next, the biopolymer analysis chip 1 is set, the solid-state imaging device 10 is connected to the top gate driver 74, the bottom gate driver 75, and the drain driver 76, the Peltier element 12 is connected to the controller 71, and the excitation light irradiation device 73 is connected. Is opposed to the light receiving surface of the solid-state imaging device 10.

次に、図10に示すように、コントローラ71がペルチェ素子12を発熱させて、ペルチェ素子12により固体撮像デバイス10が加熱される。
その加熱状態で、作業者が、蛍光体64で標識した蛍光標識DNA62を含有した溶液(以下、蛍光標識DNA溶液という)をウェル52内に注入する。ウェル52に注入された蛍光標識DNA溶液が、ペルチェ素子12によって75℃程度に加熱されていることが好ましい。蛍光標識DNA溶液が常温より高く加熱されると、蛍光標識DNA62及びプローブDNA61が一本鎖となる。
Next, as illustrated in FIG. 10, the controller 71 causes the Peltier element 12 to generate heat, and the solid-state imaging device 10 is heated by the Peltier element 12.
In this heated state, the operator injects a solution containing the fluorescently labeled DNA 62 labeled with the phosphor 64 (hereinafter referred to as a fluorescently labeled DNA solution) into the well 52. The fluorescently labeled DNA solution injected into the well 52 is preferably heated to about 75 ° C. by the Peltier element 12. When the fluorescently labeled DNA solution is heated above room temperature, the fluorescently labeled DNA 62 and the probe DNA 61 become single stranded.

次に、コントローラ71がトップゲートドライバ74及びボトムゲートドライバ75に制御信号φchmを出力され、その制御信号φchmがハイレベルになる。すると、トップゲートドライバ74及びボトムゲートドライバ75がターゲット移動モードM1で動作する。即ち、図8に示すように、制御信号φchmがハイレベルである間、トップゲートドライバ74が正の電圧をトップゲートライン44,44,…のうちの少なくとも一本に対して所定時間だけ印加し、その電圧のレベルを変化させる。   Next, the controller 71 outputs the control signal φchm to the top gate driver 74 and the bottom gate driver 75, and the control signal φchm becomes high level. Then, the top gate driver 74 and the bottom gate driver 75 operate in the target movement mode M1. That is, as shown in FIG. 8, while the control signal φchm is at a high level, the top gate driver 74 applies a positive voltage to at least one of the top gate lines 44, 44,. , Change its voltage level.

ターゲット移動モードM1における蛍光標識DNA62の動きを図10〜図11の模式図を用いて説明する。図10に示すように、トップゲートライン44,44,…に正電圧が印加されていない場合には、蛍光標識DNA62が固体撮像デバイス10の受光面上の溶液中において浮遊している。その後、図11に示すように、制御信号φchmがハイレベルになって、トップゲートライン44,44,…のうち正電圧が印加された行に負電荷を帯電している蛍光標識DNA62が誘引される。正電圧が印加された行にはスポット60があり、そのスポット60の周辺では、蛍光標識DNA62の濃度が濃縮する。そのため、蛍光標識DNA62がそのスポット60のプローブDNA61に短時間でハイブリダイゼーションしやすくなる。   The movement of the fluorescently labeled DNA 62 in the target movement mode M1 will be described with reference to the schematic diagrams of FIGS. As shown in FIG. 10, when a positive voltage is not applied to the top gate lines 44, 44,..., The fluorescently labeled DNA 62 is floating in the solution on the light receiving surface of the solid-state imaging device 10. After that, as shown in FIG. 11, the control signal φchm becomes a high level, and the fluorescently labeled DNA 62 charged with a negative charge is attracted to the row of the top gate lines 44, 44,. The There is a spot 60 in a row to which a positive voltage is applied, and the concentration of the fluorescently labeled DNA 62 is concentrated around the spot 60. Therefore, the fluorescently labeled DNA 62 is easily hybridized to the probe DNA 61 of the spot 60 in a short time.

また、コントローラ71がハイレベルの制御信号φchmを出力している時に、つまり、ターゲット移動モードM1の間に、コントローラ71がペルチェ素子12の電圧の極性を変えてペルチェ素子12に吸熱させる。これにより、固体撮像デバイス10及び蛍光標識DNA溶液が冷却される。ウェル52に注入された蛍光標識DNA溶液が、ペルチェ素子12によって25℃程度に冷却されることが好ましい。蛍光標識DNA溶液が常温まで冷却されると、ハイブリダイゼーションしやすくなり、電極上で二本鎖となる。   Further, when the controller 71 outputs the high-level control signal φchm, that is, during the target movement mode M1, the controller 71 changes the voltage polarity of the Peltier element 12 to cause the Peltier element 12 to absorb heat. Thereby, the solid-state imaging device 10 and the fluorescence labeled DNA solution are cooled. It is preferable that the fluorescently labeled DNA solution injected into the well 52 is cooled to about 25 ° C. by the Peltier element 12. When the fluorescently labeled DNA solution is cooled to room temperature, it becomes easy to hybridize and becomes double-stranded on the electrode.

以上のように、スポット60に蛍光標識DNA62が密集し、蛍光標識DNA溶液が冷却されると、蛍光標識DNA62がそのスポット60のプローブDNA61と相補的であれば、蛍光標識DNA62がそのプローブDNA61にハイブリダイゼーションし、ハイブリダイゼーションの効率が良くなる。一方、プローブDNA61と相補的ではない蛍光標識DNA62は、そのスポット60には結合しない。   As described above, when the fluorescently labeled DNA 62 is concentrated in the spot 60 and the fluorescently labeled DNA solution is cooled, if the fluorescently labeled DNA 62 is complementary to the probe DNA 61 of the spot 60, the fluorescently labeled DNA 62 is attached to the probe DNA 61. Hybridization improves the efficiency of hybridization. On the other hand, the fluorescently labeled DNA 62 that is not complementary to the probe DNA 61 does not bind to the spot 60.

また、ターゲット移動モードM1の間においてトップゲートライン44に印加された正電圧を任意に設定することができるので、そのトップゲートライン44の電触を抑えることができる。つまり、トップゲートライン44にローレベル時とハイレベル時で+30V以上の差がある正の高電圧が印加され続けると、表面に存する蛍光標識DNA溶液等が保護絶縁膜32のスルーホールを通じてトップゲートライン44に浸透し、トップゲートライン44が電触する恐れがあるが、本実施形態においてはトップゲートライン44の正電圧をローレベル時とハイレベル時の電位差が+30V未満の範囲で可変であるように設定することで、そのトップゲートライン44の電触を抑えることができる。特にトップゲートライン44の正電圧を1V以上3V以下(ローレベル時との電位差が+16V以上+18V以下)に設定することが好ましい。また、電圧の上げ下げを急激に行わず段階的に行うことによって、ターゲットの移動を妨げることなく電触を抑制することができる。例えば本実施形態では1段階目を−1.5V、2段階目を1.5Vに設定している。   In addition, since the positive voltage applied to the top gate line 44 can be arbitrarily set during the target movement mode M1, electric contact of the top gate line 44 can be suppressed. That is, if a positive high voltage having a difference of +30 V or more between the low level and the high level is continuously applied to the top gate line 44, the fluorescently labeled DNA solution or the like existing on the surface passes through the through hole of the protective insulating film 32. There is a possibility that the top gate line 44 may come into contact with the line 44, but in this embodiment, the positive voltage of the top gate line 44 is variable in a range where the potential difference between the low level and the high level is less than + 30V. By setting as described above, electric contact of the top gate line 44 can be suppressed. In particular, the positive voltage of the top gate line 44 is preferably set to 1 V or more and 3 V or less (the potential difference from the low level is +16 V or more and +18 V or less). Further, by performing stepwise without increasing or decreasing the voltage, electric contact can be suppressed without hindering movement of the target. For example, in this embodiment, the first stage is set to -1.5V, and the second stage is set to 1.5V.

次に、コントローラ71が制御信号φchmをローレベルにしてトップゲートライン44の正電圧印加を止めるとともに、ペルチェ素子12を発熱させる。これにより、図12に示すように、プローブDNA61に結合していない蛍光標識DNA62が溶液中に浮遊する。この時、ウェル52に注入された蛍光標識DNA溶液が、ペルチェ素子12によってプローブDNA61の解離温度まで加熱することが好ましい。ここでいうプローブDNA61の解離温度とは、ミスハイブリダイズしており不安定である二本鎖は切れて一本鎖になり、ハイブリダイズが正しく行われており安定である二本鎖は二本鎖のままでいられる温度をさす。解離温度はDNA塩基配列特有であるが、25℃以上75℃未満の範囲であり、同定するDNA塩基配列によって任意に設定することができる。   Next, the controller 71 sets the control signal φchm to a low level to stop the application of the positive voltage to the top gate line 44 and to cause the Peltier element 12 to generate heat. As a result, as shown in FIG. 12, the fluorescence-labeled DNA 62 not bound to the probe DNA 61 floats in the solution. At this time, the fluorescently labeled DNA solution injected into the well 52 is preferably heated to the dissociation temperature of the probe DNA 61 by the Peltier element 12. The dissociation temperature of the probe DNA 61 here means that the double strand that is mishybridized and unstable is cut into single strand, and the double strand that is correctly hybridized and stable is double. The temperature at which the chain can remain. The dissociation temperature is specific to the DNA base sequence, but is in the range of 25 ° C. or higher and lower than 75 ° C., and can be arbitrarily set depending on the DNA base sequence to be identified.

以上のように、制御信号φchmをローレベルにしてトップゲートライン44の正電圧印加を止め、蛍光標識DNA62が解離温度まで加熱されると、正常な二本鎖を形成したもの以外のDNAを電極周辺から分離、移動させることができる。   As described above, when the control signal φchm is set to the low level to stop applying the positive voltage to the top gate line 44 and the fluorescently labeled DNA 62 is heated to the dissociation temperature, the DNA other than the one that has formed a normal double strand is used as an electrode. It can be separated from the surroundings and moved.

その後、ウェル52内の蛍光標識DNA溶液を洗浄用バッファー溶液で洗い流し、プローブDNA61とハイブリダイズしなかった蛍光標識DNA62をウェル52内から除去する。一方、プローブDNA61とハイブリダイズした蛍光標識DNA62は、そのプローブDNA61に結合した状態でウェル52内に残存する。   Thereafter, the fluorescently labeled DNA solution in the well 52 is washed away with a washing buffer solution, and the fluorescently labeled DNA 62 that has not hybridized with the probe DNA 61 is removed from the well 52. On the other hand, the fluorescently labeled DNA 62 hybridized with the probe DNA 61 remains in the well 52 while being bound to the probe DNA 61.

その後、コントローラ71が励起光照射装置73を制御して励起光照射装置73を点灯させると、励起光照射装置73から固体撮像デバイス10の受光面に向けて励起光が出射する。   Thereafter, when the controller 71 controls the excitation light irradiation device 73 to turn on the excitation light irradiation device 73, excitation light is emitted from the excitation light irradiation device 73 toward the light receiving surface of the solid-state imaging device 10.

スポット60,60,…のうち蛍光標識DNA62とハイブリダイゼーションしたスポット60からは蛍光(主に可視光波長域)が発し、蛍光標識DNA62と結合しなかったスポット60からは蛍光が発しない。そのため、蛍光標識DNA62と結合したスポット60に対応したフォトセンサ20には高強度の蛍光が入射し、蛍光標識DNA62と結合していないスポット60に対応したフォトセンサ20には殆ど蛍光が入射しない。また、スポット60に対応していないフォトセンサ20にも蛍光が入射しない。固体撮像デバイス10の受光面にスポット60,60,…が固定されているため、蛍光標識DNA62と結合したスポット60から発した蛍光はあまり減衰せずに、そのスポット60に対応したフォトセンサ20に入射して電子−正孔対を発生させる。従って、フォトセンサ20の感度が低くても、十分に強度を検知することができる。   Among the spots 60, 60,..., Fluorescence (mainly in the visible light wavelength region) is emitted from the spot 60 hybridized with the fluorescently labeled DNA 62, and no fluorescence is emitted from the spot 60 that is not bound to the fluorescently labeled DNA 62. Therefore, high-intensity fluorescence is incident on the photosensor 20 corresponding to the spot 60 bonded to the fluorescently labeled DNA 62, and almost no fluorescence is incident on the photosensor 20 corresponding to the spot 60 not bonded to the fluorescently labeled DNA 62. Further, the fluorescence does not enter the photosensor 20 that does not correspond to the spot 60. Because the spots 60, 60,... Are fixed on the light receiving surface of the solid-state imaging device 10, the fluorescence emitted from the spot 60 combined with the fluorescently labeled DNA 62 is not attenuated so much and is applied to the photosensor 20 corresponding to the spot 60. Incident light generates electron-hole pairs. Therefore, even if the sensitivity of the photosensor 20 is low, the intensity can be sufficiently detected.

励起光照射装置73が点灯した状態で、コントローラ71がトップゲートドライバ74、ボトムゲートドライバ75、ドレインドライバ76に制御信号φtg、制御信号φbg、制御信号φpgをそれぞれ出力することによって、トップゲートドライバ74、ボトムゲートドライバ75、ドレインドライバ76が固体撮像デバイス10を駆動する。このとき、制御信号φchmがローレベルであるので、センサ検出モードM2である。   The controller 71 outputs the control signal φtg, the control signal φbg, and the control signal φpg to the top gate driver 74, the bottom gate driver 75, and the drain driver 76 in a state where the excitation light irradiation device 73 is turned on. The bottom gate driver 75 and the drain driver 76 drive the solid-state imaging device 10. At this time, since the control signal φchm is at a low level, the sensor detection mode M2 is set.

センサ検出モードM2においては、図8に示すように、トップゲートドライバ74が1行目のトップゲートライン44から行順次にトップゲートライン44,44,…に対してパルス電圧を印加する。また、ボトムゲートドライバ75が1行目のボトムゲートライン41から行順次にボトムゲートライン41,41,41,…に対してパルス電圧を印加する。   In the sensor detection mode M2, as shown in FIG. 8, the top gate driver 74 applies a pulse voltage to the top gate lines 44, 44,... Sequentially from the top gate line 44 of the first row. Further, the bottom gate driver 75 applies a pulse voltage to the bottom gate lines 41, 41, 41,... Sequentially from the bottom gate line 41 of the first row.

各行のプリチャージ時間Tprch中においては、ドレインドライバ76のプリチャージスイッチ82に入力される制御信号φpgがハイレベルになるので、各行のプリチャージ時間Tprch中には、プリチャージ電圧Vpgが全てのドレインライン43,43,…に印加される。   During the precharge time Tprch of each row, the control signal φpg input to the precharge switch 82 of the drain driver 76 is at a high level, so that the precharge voltage Vpg is all drained during the precharge time Tprch of each row. Applied to the lines 43, 43,.

i行目の各フォトセンサ20の動作について詳細に説明する。図9に示すように、トップゲートドライバ74がi行目のトップゲートライン44にパルス電圧を印加する。そのi行目のリセット時間Tresetにおいては、i行目の各フォトセンサ20の半導体膜23内や半導体膜23とチャネル保護膜24との界面近傍に蓄積されたキャリア(ここでは、正孔である。)が、トップゲート電極31の電圧により反発して吐出される。   The operation of each i-th photo sensor 20 will be described in detail. As shown in FIG. 9, the top gate driver 74 applies a pulse voltage to the i-th top gate line 44. In the reset time Treset of the i-th row, carriers (here, holes) accumulated in the semiconductor film 23 of each photosensor 20 in the i-th row and in the vicinity of the interface between the semiconductor film 23 and the channel protective film 24. ) Is repelled and discharged by the voltage of the top gate electrode 31.

i行目のトップゲートライン44に対するパルス電圧の印加が終了してから、i行目のボトムゲートライン41にパルス電圧が印加されるまでの蓄電時間Teでは、入射光の光量に従った量の電子−正孔対が半導体膜23内で生成されるが、そのうちの正孔がトップゲート電極31の電界により半導体膜23内や半導体膜23とチャネル保護膜24との界面近傍に蓄積される。   In the storage time Te from the end of the application of the pulse voltage to the i-th top gate line 44 to the application of the pulse voltage to the i-th bottom gate line 41, an amount according to the amount of incident light. Electron-hole pairs are generated in the semiconductor film 23, of which holes are accumulated in the semiconductor film 23 or in the vicinity of the interface between the semiconductor film 23 and the channel protective film 24 by the electric field of the top gate electrode 31.

次に、蓄電時間Teの後半のプリチャージ時間Tprch中に、ドレインドライバ76が全てのドレインライン43,43,…にプリチャージ電圧Vpgを印加する。プリチャージ時間Tprchでは、i行目の各フォトセンサ20のトップゲート電極31の電圧が負電圧(−15〔V〕)であり、ボトムゲート電極21の電圧が±0〔V〕であるため、半導体膜23内や半導体膜23とチャネル保護膜24との界面近傍に蓄積された正孔の電荷だけではゲート−ソース間電圧が低いので半導体膜23にはチャネルが形成されず、ドレイン電極28とソース電極27との間に電流は流れない。プリチャージ時間Tprchにおいてドレイン電極28とソース電極27との間に電流が流れないため、ドレインライン43,43,…に印加されたプリチャージ電圧Vpgによってi行目の各フォトセンサ20のドレイン電極28に電荷がチャージされる。   Next, during the precharge time Tprch in the second half of the storage time Te, the drain driver 76 applies the precharge voltage Vpg to all the drain lines 43, 43,. In the precharge time Tprch, the voltage of the top gate electrode 31 of each photosensor 20 in the i-th row is a negative voltage (−15 [V]), and the voltage of the bottom gate electrode 21 is ± 0 [V]. The channel between the semiconductor film 23 and the drain electrode 28 is not formed because the gate-source voltage is low only by the charge of the holes accumulated in the semiconductor film 23 or in the vicinity of the interface between the semiconductor film 23 and the channel protective film 24. No current flows between the source electrode 27. Since no current flows between the drain electrode 28 and the source electrode 27 during the precharge time Tprch, the drain electrode 28 of each photosensor 20 in the i-th row is applied by the precharge voltage Vpg applied to the drain lines 43, 43,. Is charged.

次に、ドレインドライバ76によるプリチャージ電圧Vpgの印加が終了し、ボトムゲートドライバ75がi行目のボトムゲートライン41にパルス電圧を印加する。ボトムゲートドライバ75がi行目のボトムゲートライン41にパルス電圧を印加している読み出し時間Treadでは、i行目の各フォトセンサ20のボトムゲート電極21の電圧が正電圧(+10〔V〕)であるため、i行目の各フォトセンサ20がオン状態になる。   Next, the application of the precharge voltage Vpg by the drain driver 76 is finished, and the bottom gate driver 75 applies a pulse voltage to the bottom gate line 41 of the i-th row. In the read time Tread in which the bottom gate driver 75 applies a pulse voltage to the i-th bottom gate line 41, the voltage of the bottom gate electrode 21 of each photosensor 20 in the i-th row is a positive voltage (+10 [V]). Therefore, each photosensor 20 in the i-th row is turned on.

読み出し時間Treadにおいては、蓄電時間Teにおいて蓄積されたキャリアがトップゲート電極31の負電界を緩和するように働くため、ボトムゲート電極21の正電界により半導体膜23にnチャネルが形成されて、ドレイン電極28からソース電極27にキャリアの働きに伴った電流が流れるようになる。従って、読み出し時間Treadでは、ドレインライン43,43,…の電圧は、ドレイン−ソース間電流によって時間の経過とともに徐々に低下する傾向を示す。   In the read time Tread, the carriers accumulated in the storage time Te work so as to alleviate the negative electric field of the top gate electrode 31, so that an n channel is formed in the semiconductor film 23 by the positive electric field of the bottom gate electrode 21, and the drain A current accompanying the action of carriers flows from the electrode 28 to the source electrode 27. Therefore, at the read time Tread, the voltages of the drain lines 43, 43,... Tend to gradually decrease with time due to the drain-source current.

ここで、蓄電時間Teにおいて半導体膜23に入射した光量が多くなるにつれて、半導体膜23に入射した光量に応じて生じ、蓄積されるキャリアも多くなり、蓄積されるキャリアが多くなるにつれて、読み出し時間Treadにおいてドレイン電極28からソース電極27に流れる電流も大きくなる。従って、読み出し時間Treadにおけるドレインライン43,43,…の電圧の変化傾向は、蓄電時間Teで半導体膜23に入射した光量に依存する。即ち、蓄電時間Teにおいて半導体膜23に入射した光量が多くなるにつれて、読み出し時間Treadにおけるドレインライン43,43,…の電圧の変化速度が大きくなる。そのため、i行目の読み出し時間Treadから次の(i+1)行目のプリチャージ時間Tprchまでの間に、コラムスイッチ81、読み出し時間Treadが開始してから所定の時間経過後におけるドレインライン43,43,…の電圧がコラムスイッチ81によって列順次にアンプ83に出力されて、アンプ83によって増幅され、更にA/Dコンバータ78によってA/D変換される。これにより、光の強度に換算される。なお、i行目の読み出し時間Treadから次の(i+1)行目のプリチャージ時間Tprchまでの間に、コラムスイッチ81を介して、所定の閾値電圧に至るまでの時間を検出しても良い。この場合でも、光の強度に換算される。   Here, as the amount of light incident on the semiconductor film 23 increases during the storage time Te, the number of carriers that are generated and accumulated according to the amount of light incident on the semiconductor film 23 increases, and as the number of accumulated carriers increases, the readout time increases. In Tread, the current flowing from the drain electrode 28 to the source electrode 27 also increases. Therefore, the change tendency of the voltage of the drain lines 43, 43,... During the read time Tread depends on the amount of light incident on the semiconductor film 23 during the storage time Te. That is, as the amount of light incident on the semiconductor film 23 increases during the storage time Te, the voltage change rate of the drain lines 43, 43,. Therefore, the drain line 43, 43 after the elapse of a predetermined time from the start of the column switch 81 and the read time Tread between the read time Tread of the i-th row and the precharge time Tprch of the next (i + 1) -th row. ,... Are sequentially output to the amplifier 83 by the column switch 81, amplified by the amplifier 83, and further A / D converted by the A / D converter 78. Thereby, it converts into the intensity | strength of light. Note that the time until the predetermined threshold voltage is reached may be detected via the column switch 81 between the read time Tread of the i-th row and the precharge time Tprch of the next (i + 1) -th row. Even in this case, the light intensity is converted.

上述した一連の画像読み取り動作を1サイクルとして、全ての行の各フォトセンサ20にも同等の処理手順を繰り返すことにより、固体撮像デバイス10がフォトセンサ20,20,…のそれぞれで光量を検知し、受光面に沿った光強度分布を二次元の画像として取得する。コントローラ71は、固体撮像デバイス10で取得された画像を入力し、その画像を出力装置72に出力する。そして、コントローラ71の処理が終了する。   The above-described series of image reading operations is set as one cycle, and the same processing procedure is repeated for each photosensor 20 in all rows, so that the solid-state imaging device 10 detects the light amount by each of the photosensors 20, 20,. The light intensity distribution along the light receiving surface is acquired as a two-dimensional image. The controller 71 inputs an image acquired by the solid-state imaging device 10 and outputs the image to the output device 72. And the process of the controller 71 is complete | finished.

作業者は、出力装置72により出力された画像からハイブリダイゼーションの有無を確認し、ハイブリダイゼーションが起きていれば蛍光標識DNAの塩基配列を特定する。即ち、蛍光標識DNAの塩基配列は、画像の中でハイブリダイゼーションによって蛍光を発した画素に重なったスポット60と相補的な配列であるので、出力された画像データ中のどの部分が蛍光を発したかによって蛍光標識DNAの塩基配列を特定することができる。   The operator confirms the presence or absence of hybridization from the image output by the output device 72, and if hybridization has occurred, specifies the base sequence of the fluorescently labeled DNA. That is, since the base sequence of the fluorescence-labeled DNA is a sequence complementary to the spot 60 that overlaps the pixel that emitted fluorescence by hybridization in the image, which part of the output image data emitted fluorescence. Thus, the base sequence of the fluorescently labeled DNA can be specified.

以上のように、本実施形態によれば、ターゲット移動モードM1において、トップゲートライン44,44,…に正電圧を印加するだけで、蛍光標識DNAが固体撮像デバイス10の表面の各スポット60に移動して濃縮するから、蛍光標識DNAを移動させるための電極を固体撮像デバイス10に別途設けなくても済む。   As described above, according to the present embodiment, in the target movement mode M1, the fluorescently labeled DNA is applied to each spot 60 on the surface of the solid-state imaging device 10 only by applying a positive voltage to the top gate lines 44, 44,. Since it moves and concentrates, it is not necessary to separately provide the solid-state imaging device 10 with an electrode for moving the fluorescently labeled DNA.

また、固体撮像デバイス10の受光面上にスポット60,60,…が点在しているから、固体撮像デバイス10で撮像を行うだけで二次元の画像が得られる。更に、生体高分子分析装置70にレンズを設けなくとも、固体撮像デバイス10で鮮明な像を得ることができるので、生体高分子分析装置70をシンプルな構造にすることができる。更に、スポット60から発した光が殆ど減衰せずに固体撮像デバイス10の受光面に入射するので、固体撮像デバイス10の感度が高くなくても済む。   Further, since the spots 60, 60,... Are scattered on the light receiving surface of the solid-state imaging device 10, a two-dimensional image can be obtained simply by imaging with the solid-state imaging device 10. Furthermore, since a clear image can be obtained by the solid-state imaging device 10 without providing a lens in the biopolymer analyzer 70, the biopolymer analyzer 70 can have a simple structure. Furthermore, since the light emitted from the spot 60 is incident on the light receiving surface of the solid-state imaging device 10 without being attenuated, the sensitivity of the solid-state imaging device 10 may not be high.

<変形例1>
図14に示すように、隔壁51のうち対向する部分にそれぞれ電極151,152を設け、電極151,152を対向させても良い。この場合、ターゲット移動モードM1において、電極151の電圧を電極152の電圧よりも高くし、蛍光標識DNA溶液に電界を発生させると、蛍光標識DNA溶液中の蛍光標識DNA62が電極152に向かって泳動する。
<Modification 1>
As shown in FIG. 14, electrodes 151 and 152 may be provided in opposing portions of the partition wall 51, and the electrodes 151 and 152 may be opposed to each other. In this case, in the target movement mode M1, when the voltage of the electrode 151 is made higher than the voltage of the electrode 152 and an electric field is generated in the fluorescently labeled DNA solution, the fluorescently labeled DNA 62 in the fluorescently labeled DNA solution migrates toward the electrode 152. To do.

<変形例2>
図15に示すように、固体撮像デバイス10の受光面に対向させるように補助電極153を設けても良い。この場合、センサ検出用としての印加電圧値、電圧印加時間の制限を課すことなく、より高速な蛍光標識DNA62の移動を行える。例えば、センサ検出モードM2において補助電極153に電圧を印加することによって、センサ検出モードM2においても蛍光標識DNA62の移動を行える。
<Modification 2>
As shown in FIG. 15, an auxiliary electrode 153 may be provided so as to face the light receiving surface of the solid-state imaging device 10. In this case, the fluorescently labeled DNA 62 can be moved at higher speed without imposing restrictions on the applied voltage value and voltage application time for sensor detection. For example, the fluorescence-labeled DNA 62 can be moved also in the sensor detection mode M2 by applying a voltage to the auxiliary electrode 153 in the sensor detection mode M2.

<変形例3>
図16に示すように、平面視してトップゲートライン44と直交する複数の補助電極154を保護絶縁膜32と励起光吸収層33との間に設けても良い。ターゲット移動モードM1においてこれらの補助電極154に対して選択的に正電圧を印加することによって、蛍光標識DNA62をトップゲートライン44の方向にもトップゲートライン44の垂直方向にも移動させることができる。
<Modification 3>
As shown in FIG. 16, a plurality of auxiliary electrodes 154 orthogonal to the top gate line 44 in plan view may be provided between the protective insulating film 32 and the excitation light absorbing layer 33. By selectively applying a positive voltage to these auxiliary electrodes 154 in the target movement mode M1, the fluorescently labeled DNA 62 can be moved both in the direction of the top gate line 44 and in the direction perpendicular to the top gate line 44. .

<変形例4>
スポット60は、プローブDNA61からなるものであったが、プローブ抗体からなるものでも良い。プローブ抗体としては、検出する既知のタンパク質や糖鎖等の抗原と結合する抗体(以下、プローブ抗体という)を用い、例えばモノクローナル抗体を用いることができる。
なお、スポット60のプローブとして、その他の既知の生体高分子や低分子等を用いてもよい。例えば、抗原となるペプチドやタンパク、糖鎖、低分子リガンド、既知の細胞等を用いてもよい。
<Modification 4>
The spot 60 is composed of the probe DNA 61, but may be composed of a probe antibody. As the probe antibody, an antibody that binds to an antigen such as a known protein or sugar chain to be detected (hereinafter referred to as a probe antibody), for example, a monoclonal antibody can be used.
As the probe of the spot 60, other known biopolymers or low molecules may be used. For example, a peptide or protein serving as an antigen, a sugar chain, a low molecular ligand, a known cell, or the like may be used.

図1は、本発明の実施形態における生体高分子分析装置に用いられる生体高分子分析チップを示した斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a biopolymer analysis chip used in a biopolymer analyzer according to an embodiment of the present invention. 図2は、上記生体高分子分析チップを示した平面図である。FIG. 2 is a plan view showing the biopolymer analysis chip. 図3は、III−IIIに沿った面の概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the surface along III-III. 図4は、上記生体高分子分析チップにおける1画素の光電変換素子を示した平面図である。FIG. 4 is a plan view showing a one-pixel photoelectric conversion element in the biopolymer analysis chip. 図5は、図4のV−V矢視断面図である。5 is a cross-sectional view taken along the line V-V in FIG. 図6は、上記生体高分子分析チップを用いた生体高分子分析装置の構成を示したブロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a biopolymer analyzer using the biopolymer analysis chip. 図7は、上記生体高分子分析チップ及びその周辺回路を示した図面である。FIG. 7 shows the biopolymer analysis chip and its peripheral circuits. 図8は、上記生体高分子分析チップを駆動するための信号の推移のタイミングチャートである。FIG. 8 is a timing chart of signal transition for driving the biopolymer analysis chip. 図9は、ある行における信号の電圧の推移を示したタイミングチャートである。FIG. 9 is a timing chart showing the transition of the signal voltage in a certain row. 図10は、蛍光標識DNAとプローブDNAをハイブリダイゼーションさせる方法についての説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram of a method for hybridizing fluorescently labeled DNA and probe DNA. 図11は、蛍光標識DNAとプローブDNAをハイブリダイゼーションさせる方法についての説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram of a method for hybridizing fluorescently labeled DNA and probe DNA. 図12は、蛍光標識DNAとプローブDNAをハイブリダイゼーションさせる方法についての説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram of a method for hybridizing fluorescently labeled DNA and probe DNA. 図13は、上記生体高分子分析チップに励起光を照射した状態における説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram in a state in which the biopolymer analysis chip is irradiated with excitation light. 図14は、変形例における生体高分子分析チップを示した断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view showing a biopolymer analysis chip in a modified example. 図15は、変形例における生体高分子分析チップを示した断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view showing a biopolymer analysis chip in a modified example. 図16は、変形例における生体高分子分析チップを示した断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view showing a biopolymer analysis chip in a modified example.

符号の説明Explanation of symbols

10 固体撮像デバイス
12 ペルチェ素子
17 絶縁基板
23 半導体膜
32 保護絶縁膜
41 ボトムゲートライン
44 トップゲートライン
60 スポット
70 生体高分子分析装置
74 トップゲートドライバ
75 ボトムゲートドライバ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Solid-state imaging device 12 Peltier device 17 Insulating substrate 23 Semiconductor film 32 Protective insulating film 41 Bottom gate line 44 Top gate line 60 Spot 70 Biopolymer analyzer 74 Top gate driver 75 Bottom gate driver

Claims (5)

半導体膜、光透過性の第一ゲート電極を有するフォトセンサを備えた固体撮像デバイスにおいて、
前記第一ゲート電極は、センサ検出モードでは、前記半導体膜に入射した光量に応じて生じるキャリアを蓄積するために第一電圧を印加され、
ターゲット移動モードでは、負の電荷を帯電した生体高分子を誘引するために前記第一電圧に対して電位差が+30V未満の範囲で電位が変化し、且つ正の第二電圧を印加されること、
を特徴とする生体高分子分析装置。
In a solid-state imaging device comprising a semiconductor film, a photosensor having a light-transmissive first gate electrode,
In the sensor detection mode, the first gate electrode is applied with a first voltage in order to accumulate carriers generated according to the amount of light incident on the semiconductor film,
In the target movement mode, the potential changes within a range where the potential difference is less than +30 V with respect to the first voltage and a positive second voltage is applied to attract the biopolymer charged with a negative charge.
A biopolymer analyzer characterized by the above.
前記フォトセンサは第二ゲート電極を備え、
前記センサ検出モードにおいて、前記第一ゲート電極に前記第一電圧を印加したのち、所定時間を経て、前記キャリアの働きに伴った電流を流すために前記第二ゲート電極に第三電圧を印加することを特徴とする請求項1に記載の生体高分子分析装置。
The photosensor includes a second gate electrode,
In the sensor detection mode, after applying the first voltage to the first gate electrode, a third voltage is applied to the second gate electrode in order to flow a current accompanying the action of the carrier after a predetermined time. The biopolymer analyzer according to claim 1.
前記固体撮像デバイスを加熱・冷却する加熱冷却素子を更に備え、
前記第一ゲート電極に前記第二電圧が印加される前に、前記加熱冷却素子が前記固体撮像デバイスを加熱し、
前記第一ゲート電極に前記第二電圧が印加されている時に、前記加熱冷却素子が前記固体撮像デバイスを冷却し、
前記第一ゲート電極に前記第二電圧が印加された後、前記加熱冷却素子が前記固体撮像デバイスを加熱することを特徴とする請求項1または2に記載の生体高分子分析装置。
A heating / cooling element for heating / cooling the solid-state imaging device;
Before the second voltage is applied to the first gate electrode, the heating and cooling element heats the solid-state imaging device,
When the second voltage is applied to the first gate electrode, the heating and cooling element cools the solid-state imaging device,
The biopolymer analyzer according to claim 1 or 2, wherein the heating / cooling element heats the solid-state imaging device after the second voltage is applied to the first gate electrode.
前記第一ゲート電極に前記第二電圧が印加された後、前記加熱冷却素子が前記固体撮像デバイスを加熱する温度は、前記スポットの受光面上に固定されたプローブとミスハイブリダイズした生体高分子を解離する解離温度であることを特徴とする請求項1から3の何れか一項に記載の生体高分子分析装置。   After the second voltage is applied to the first gate electrode, the temperature at which the heating / cooling element heats the solid-state imaging device is a biopolymer mishybridized with the probe fixed on the light receiving surface of the spot. The biopolymer analyzer according to any one of claims 1 to 3, wherein the biopolymer analyzer is a dissociation temperature for dissociating. 半導体膜、光透過性の第一ゲート電極を有するフォトセンサを備えた固体撮像デバイスにおいて、
前記第一ゲート電極に、センサ検出モードでは、前記半導体膜に入射した光量に応じて生じるキャリアを蓄積するために第一電圧を印加し、
ターゲット移動モードでは、負の電荷を帯電した生体高分子を誘引するために前記第一電圧に対して電位差が+30V未満の範囲で電位が変化し、且つ正の第二電圧を印加すること、
を特徴とする生体高分子分析方法。
In a solid-state imaging device comprising a semiconductor film, a photosensor having a light-transmissive first gate electrode,
In the sensor detection mode, a first voltage is applied to the first gate electrode in order to accumulate carriers generated according to the amount of light incident on the semiconductor film,
In the target movement mode, the potential changes within a range where the potential difference is less than +30 V with respect to the first voltage in order to attract the biopolymer charged with a negative charge , and a positive second voltage is applied.
A biopolymer analysis method characterized by the above.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4998083B2 (en) * 2007-05-18 2012-08-15 カシオ計算機株式会社 Imaging device and biopolymer analysis chip
KR100997205B1 (en) 2008-10-31 2010-11-29 한국과학기술원 Biosensor and Method of Manufacturing Thereof
JP5172614B2 (en) * 2008-11-11 2013-03-27 シャープ株式会社 Electrophoresis device and components thereof
WO2016142692A1 (en) 2015-03-06 2016-09-15 Micromass Uk Limited Spectrometric analysis
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EP4365928A2 (en) 2015-03-06 2024-05-08 Micromass UK Limited Spectrometric analysis of microbes
GB201517195D0 (en) * 2015-09-29 2015-11-11 Micromass Ltd Capacitively coupled reims technique and optically transparent counter electrode
US11454611B2 (en) 2016-04-14 2022-09-27 Micromass Uk Limited Spectrometric analysis of plants
TWI676787B (en) * 2018-04-26 2019-11-11 友達光電股份有限公司 Sensing apparatus

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004028694A (en) * 2002-06-24 2004-01-29 Canon Inc Temperature control device for nucleic acid probe array substrate, and gene detection method using the same
JP4103581B2 (en) * 2002-12-25 2008-06-18 カシオ計算機株式会社 DNA reader and DNA identification method
JP4337369B2 (en) * 2003-03-10 2009-09-30 カシオ計算機株式会社 DNA analyzer and DNA analysis method
JP4179169B2 (en) * 2004-01-08 2008-11-12 カシオ計算機株式会社 Analysis equipment
JP4576557B2 (en) * 2004-09-01 2010-11-10 カシオ計算機株式会社 Biopolymer analysis chip and analysis support device
JP4395616B2 (en) * 2004-09-29 2010-01-13 カシオ計算機株式会社 Biopolymer analysis support apparatus and control method thereof
JP4569346B2 (en) * 2005-03-29 2010-10-27 カシオ計算機株式会社 Biopolymer analysis method

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