JP5157523B2 - Biopolymer analysis chip - Google Patents

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Description

本発明は、生体高分子分析チップに関する。   The present invention relates to a biopolymer analysis chip.

遺伝子の発現解析や一塩基多型の診断を行うためにDNAチップ等の生体高分子分析チップやその読取装置が開発されている。生体高分子分析チップは、プローブとなる既知の塩基配列のcDNA等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チップ及びその読取装置を用いた遺伝子の解析は次のようにして行う。   In order to analyze gene expression and diagnose single nucleotide polymorphisms, biopolymer analysis chips such as DNA chips and readers thereof have been developed. The biopolymer analysis chip is obtained by aligning and fixing cDNA having a known base sequence serving as a probe on a solid support such as a slide glass in a matrix. For example, gene analysis using a DNA chip 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チップを準備する。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、標識物質には蛍光物質や化学発光基質、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チップ上に添加すると、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チップ上に固定される。
First, a DNA chip is prepared in which a plurality of types of cDNAs having known base sequences (hereinafter referred to as probe DNA) are aligned and fixed on a solid support such as a slide glass. 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 fluorescent substance, 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 chip, the labeled DNA is immobilized on the DNA chip by hybridizing with the complementary probe DNA.

次いで、DNAチップを読取装置にセッティングし、読取装置にて分析する。読取装置は、DNAチップに対して二次元的に移動する集光レンズ及びフォトマルチプライヤーによってDNAチップを走査する標識物質により発した光を集光レンズで集光させ、光強度をフォトマルチプライヤーで計測することで、DNAチップの面内の光強度分布を計測し、これにより、DNAチップ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。   Next, the DNA chip is set in a reader and analyzed by the reader. The reader condenses the light emitted by the labeling substance that scans the DNA chip with a condensing lens and a photomultiplier that moves two-dimensionally with respect to the DNA chip, and condenses the light intensity with the photomultiplier. By measuring the light intensity distribution in the surface of the DNA chip, the light intensity distribution on the DNA chip 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.

また、DNAチップに滴下されるDNAの種類、濃度、反応時間等を表す解析情報を表示するバーコードシールをDNAチップに貼り付けて、識別する発明も提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2001―133464号公報
Further, an invention has also been proposed in which a barcode seal that displays analysis information indicating the type, concentration, reaction time, and the like of DNA dropped on the DNA chip is attached to the DNA chip for identification (see, for example, Patent Document 1). ).
JP 2001-133464 A

しかし、従来のDNAチップにバーコードシールを貼る方法では、DNAをスポットする工程とは別に、バーコードを配置する工程が必要となり、製造工程が煩雑になるという問題があった。   However, the conventional method of attaching a barcode seal to a DNA chip has a problem in that a manufacturing process is complicated since a process of placing a barcode is required in addition to the process of spotting DNA.

本発明は、上記の問題を解決し、簡易に製造できかつ被験者の識別が可能な生体高分子分析チップを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a biopolymer analysis chip that solves the above-described problems and can be easily manufactured and can identify a subject.

以上の課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、生体高分子分析チップであって、複数の受光素子がそれぞれ形成された第1の撮像装置及び第2の撮像装置と、前記第1の撮像装置及び前記第2の撮像装置により撮像された画像データを記憶する記憶装置と、を備え、前記第1の撮像装置の前記受光素子及び前記第2の撮像装置の前記受光素子は同一構造であり、前記第1の撮像装置の受光面には特定の生体高分子と結合するプローブが設けられており、前記第2の撮像装置の受光面には静電保護層が設けられていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the invention described in claim 1 is a biopolymer analysis chip, wherein the first imaging device and the second imaging device each having a plurality of light receiving elements formed thereon, A storage device for storing image data captured by the first imaging device and the second imaging device, wherein the light receiving element of the first imaging device and the light receiving element of the second imaging device are have the same structure, said light-receiving surface of the first imaging device is provided with a probe to bind to particular biopolymers, wherein the light receiving surface of the second imaging device an electrostatic protective layer is provided It is characterized by being.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の生体高分子分析チップであって、前記プローブは既知の塩基配列の一本鎖DNAであることを特徴とする。   The invention according to claim 2 is the biopolymer analysis chip according to claim 1, characterized in that the probe is a single-stranded DNA of a known base sequence.

請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の生体高分子分析チップであって、前記第1の撮像装置はDNAの検出に用いられることを特徴とする。   A third aspect of the present invention is the biopolymer analysis chip according to the first or second aspect, wherein the first imaging device is used for DNA detection.

請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の生体高分子分析チップであって、前記第2の撮像装置はDNA以外の生体認証に用いられることを特徴とする。   The invention according to claim 4 is the biopolymer analysis chip according to claim 3, wherein the second imaging device is used for biometric authentication other than DNA.

請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の生体高分子分析チップであって、前記記憶装置には、センサー値を補正するためのデータが記憶されることを特徴とする。   The invention according to claim 5 is the biopolymer analysis chip according to any one of claims 1 to 4, wherein the storage device stores data for correcting the sensor value. It is characterized by.

本発明によれば、簡易に製造できかつ被験者の識別が可能な生体高分子分析チップを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the biopolymer analysis chip which can be manufactured simply and can identify a test subject can be provided.

以下に、本発明を実施するための最良の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。   The best mode for carrying out the present invention will be described below 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.

[第1実施形態]
〔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係る生体高分子分析チップ1の概略平面図である。この生体高分子分析チップ1は、DNAを検出するDNAチップであり、DNA検出領域2と、生体認証領域3と、内蔵記憶装置4とを備える。DNA検出領域2及び生体認証領域3は、それぞれ固体撮像デバイス10,110の受光面である。
[First Embodiment]
[1] Overall Configuration of Biopolymer Analysis Chip FIG. 1 is a schematic plan view of a biopolymer analysis chip 1 according to an embodiment of the present invention. The biopolymer analysis chip 1 is a DNA chip that detects DNA, and includes a DNA detection region 2, a biometric authentication region 3, and a built-in storage device 4. The DNA detection region 2 and the biometric authentication region 3 are light receiving surfaces of the solid-state imaging devices 10 and 110, respectively.

〔2〕DNA検出領域
DNA検出領域2には、複数のスポット60が形成されている。
図2は、図1における1つのスポット60を拡大した図である。固体撮像デバイス10には、光電変換素子として複数のダブルゲート型磁界効果トランジスタ等のフォトセンサ(以下、フォトセンサという。)20が縦横に配列されている。なお、図2では、スポット60の大きさは直径0.5mmであり、縦横50μmピッチでフォトセンサ20が配列されている。
[2] DNA detection region In the DNA detection region 2, a plurality of spots 60 are formed.
FIG. 2 is an enlarged view of one spot 60 in FIG. In the solid-state imaging device 10, a plurality of photosensors (hereinafter referred to as photosensors) 20 such as double gate type magnetic field effect transistors are arranged vertically and horizontally as photoelectric conversion elements. In FIG. 2, the spot 60 has a diameter of 0.5 mm, and the photosensors 20 are arranged at a pitch of 50 μm vertically and horizontally.

ここで、図2〜図4を用いて固体撮像デバイス10について説明する。図3は1つのフォトセンサ20を示す平面図であり、図4は図3のIV−IV矢視断面図である。   Here, the solid-state imaging device 10 will be described with reference to FIGS. 3 is a plan view showing one photosensor 20, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along arrows IV-IV in FIG.

〔2−1〕固体撮像デバイス
図4に示すように、固体撮像デバイス10は、透明基板11と、ボトムゲート絶縁膜13と、トップゲート絶縁膜21と、保護絶縁膜23と、光学フィルター24と、スポット固定層25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12a、ソースライン18a、ドレインライン19a、トップゲートライン22a、及び、フォトセンサ20を形成するボトムゲート電極12、半導体膜14、チャネル保護膜15、不純物半導体膜16,17、ソース電極18、ドレイン電極19、トップゲート電極22、が設けられている。
[2-1] Solid-State Imaging Device As shown in FIG. 4, the solid-state imaging device 10 includes a transparent substrate 11, a bottom gate insulating film 13, a top gate insulating film 21, a protective insulating film 23, and an optical filter 24. The spot fixing layer 25 is laminated. Between these layers, a plurality of bottom gate lines 12a, source lines 18a, drain lines 19a, top gate lines 22a, a bottom gate electrode 12 forming a photosensor 20, a semiconductor film 14, a channel protective film 15, an impurity semiconductor film 16, 17, source electrode 18, drain electrode 19, and top gate electrode 22 are provided.

透明基板11は、後述する蛍光体が発する光を透過する性質(以下、光透過性という。)を有するとともに絶縁性を有し、例えば、石英ガラス等といったガラス基板、ポリカーボネート、PMMA等といったプラスチック基板等である。   The transparent substrate 11 has a property of transmitting light emitted from a phosphor to be described later (hereinafter referred to as “light transmitting property”) and has an insulating property, for example, a glass substrate such as quartz glass, and a plastic substrate such as polycarbonate and PMMA. Etc.

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フォトセンサ20が利用され、複数のフォトセンサ20,20,…が透明基板11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,…が窒化シリコン(SiN)等の保護絶縁膜23によってまとめて被覆されている。
なお、図2では10行×10列の100個のフォトセンサ20,20,…が示されている。
In this solid-state imaging device 10, a photosensor 20 is used as a photoelectric conversion element, and a plurality of photosensors 20, 20,... Are arranged on a transparent substrate 11 in a two-dimensional array, particularly in a matrix, and these photosensors 20. , 20,... Are collectively covered with a protective insulating film 23 such as silicon nitride (SiN).
2 shows 100 photosensors 20, 20,... In 10 rows × 10 columns.

図3、図4に示すように、フォトセンサ20,20,…は何れも、受光部である半導体膜14と、半導体膜14上に形成されたチャネル保護膜15と、ボトムゲート絶縁膜13を挟んで半導体膜14の下に形成されたボトムゲート電極12と、トップゲート絶縁膜21を挟んで半導体膜14の上に形成されたトップゲート電極22と、半導体膜14の一部に重なるよう形成された不純物半導体膜16と、半導体膜14の別の部分に重なるよう形成された不純物半導体膜17と、不純物半導体膜16に重なったソース電極18と、不純物半導体膜17に重なったドレイン電極19と、を備え、半導体膜14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。   As shown in FIGS. 3 and 4, each of the photosensors 20, 20,... Includes a semiconductor film 14 that is a light receiving portion, a channel protective film 15 formed on the semiconductor film 14, and a bottom gate insulating film 13. A bottom gate electrode 12 formed under the semiconductor film 14 with a sandwich, a top gate electrode 22 formed on the semiconductor film 14 with a top gate insulating film 21 in between, and a part of the semiconductor film 14 are formed. An impurity semiconductor film 16, an impurity semiconductor film 17 formed so as to overlap another part of the semiconductor film 14, a source electrode 18 overlapped with the impurity semiconductor film 16, and a drain electrode 19 overlapped with the impurity semiconductor film 17. , And outputs an electrical signal at a level according to the amount of light received by the semiconductor film 14.

ボトムゲート電極12は、フォトセンサ20ごとに透明基板11上に形成されている。また、透明基板11上には横方向に延在する複数本のボトムゲートライン12a,12a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12が共通のボトムゲートライン12aと一体となって形成されている。ボトムゲート電極12及びボトムゲートライン12a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 12 is formed on the transparent substrate 11 for each photosensor 20. Further, a plurality of bottom gate lines 12a, 12a extending in the horizontal direction are formed on the transparent substrate 11, and the bottoms of the photosensors 20, 20,... In the same row arranged in the horizontal direction are formed. The gate electrode 12 is formed integrally with a common bottom gate line 12a. The bottom gate electrode 12 and the bottom gate line 12a 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12及びボトムゲートライン12a,12a,…はボトムゲート絶縁膜13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13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13は、絶縁性及び光透過性を有し、例えば窒化シリコン(SiN)又は酸化シリコン(SiO2)からなる。 The bottom gate electrode 12 and the bottom gate lines 12a, 12a,... Of the photosensors 20, 20,. That is, the bottom gate insulating film 13 is a film formed in common to all the photosensors 20, 20,. The bottom gate insulating film 13 has insulating properties and light transmittance, and is made of, for example, silicon nitride (SiN) or silicon oxide (SiO 2 ).

ボトムゲート絶縁膜13上には、複数の半導体膜14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14は、フォトセンサ20ごとに独立して形成されており、それぞれのフォトセンサ20においてボトムゲート電極12に対して対向配置され、ボトムゲート電極12との間にボトムゲート絶縁膜13を挟んでいる。半導体膜14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 14 are formed on the bottom gate insulating film 13 so as to be arranged in a matrix. The semiconductor film 14 is formed independently for each photosensor 20, is disposed to face the bottom gate electrode 12 in each photosensor 20, and sandwiches the bottom gate insulating film 13 between the bottom gate electrode 12. It is out. The semiconductor film 14 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14上には、チャネル保護膜15が形成されている。チャネル保護膜15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14の中央部上に形成されている。チャネル保護膜15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15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14の界面を保護するものである。半導体膜14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15と半導体膜14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14側にはキャリアとして正孔が発生し、チャネル保護膜15側には電子が発生する。   A channel protective film 15 is formed on the semiconductor film 14. The channel protective film 15 is patterned independently for each photosensor 20, and is formed on the central portion of the semiconductor film 14 in each photosensor 20. The channel protective film 15 has insulating properties and light transmittance, and is made of, for example, silicon nitride or silicon oxide. The channel protective film 15 protects the interface of the semiconductor film 14 from an etchant used for patterning. When light enters the semiconductor film 14, an amount of electron-hole pairs according to the amount of incident light is generated around the interface between the channel protective film 15 and the semiconductor film 14. In this case, holes are generated as carriers on the semiconductor film 14 side, and electrons are generated on the channel protective film 15 side.

半導体膜14の一端部上には、不純物半導体膜16が一部、チャネル保護膜15に重なるようにして形成されており、半導体膜14の他端部上には、不純物半導体膜17が一部、チャネル保護膜15に重なるようにして形成されている。不純物半導体膜16,17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16,17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 16 is partially formed on one end portion of the semiconductor film 14 so as to overlap the channel protective film 15, and an impurity semiconductor film 17 is partially formed on the other end portion of the semiconductor film 14. The channel protective film 15 is formed so as to overlap. The impurity semiconductor films 16 and 17 are patterned independently for each photosensor 20. The impurity semiconductor films 16 and 17 are made of amorphous silicon (n + silicon) containing n-type impurity ions.

不純物半導体膜16上には、ソース電極18が形成され、不純物半導体膜17上には、ドレイン電極19が形成されている。ソース電極18及びドレイン電極19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18a,18a及びドレインライン19a,19aがボトムゲート絶縁膜13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18は共通のソースライン18a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19は共通のドレインライン19aと一体に形成されている。ソース電極18、ドレイン電極19、ソースライン18a及びドレインライン19a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 18 is formed on the impurity semiconductor film 16, and a drain electrode 19 is formed on the impurity semiconductor film 17. The source electrode 18 and the drain electrode 19 are formed for each photosensor 20. A plurality of source lines 18 a and 18 a and drain lines 19 a and 19 a extending in the vertical direction are formed on the bottom gate insulating film 13. The source electrodes 18 of the photosensors 20, 20,... In the same row arranged in the vertical direction are formed integrally with the common source line 18a, and the photosensors 20, 20 in the same row arranged in the vertical direction. ,... Are formed integrally with a common drain line 19a. The source electrode 18, the drain electrode 19, the source line 18a, and the drain line 19a 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18及びドレイン電極19並びにソースライン18a,18a及びドレインライン19a,19aは、トップゲート絶縁膜21によってまとめて被覆されている。トップゲート絶縁膜21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21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 18 and the drain electrode 19 of the photosensors 20, 20,... And the source lines 18a, 18a and the drain lines 19a, 19a are collectively covered with a top gate insulating film 21. The top gate insulating film 21 is a film formed in common to all the photosensors 20, 20,. The top gate insulating film 21 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21上には、複数のトップゲート電極22がフォトセンサ20ごとに形成されている。トップゲート電極22は、それぞれのフォトセンサ20において半導体膜14に対して対向配置され、半導体膜14との間にトップゲート絶縁膜21及びチャネル保護膜15を挟んでいる。また、トップゲート絶縁膜21上には横方向に延在する複数本のトップゲートライン22a,22a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22が共通のトップゲートライン22aと一体に形成されている。トップゲート電極22及びトップゲートライン22a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 plurality of top gate electrodes 22 are formed for each photosensor 20 on the top gate insulating film 21. The top gate electrode 22 is disposed to face the semiconductor film 14 in each photosensor 20, and the top gate insulating film 21 and the channel protective film 15 are sandwiched between the top gate electrode 22 and the semiconductor film 14. A plurality of top gate lines 22a and 22a extending in the horizontal direction are formed on the top gate insulating film 21, and the top gate electrodes of the photosensors 20 and 20 in the same row arranged in the horizontal direction are formed. 22 is formed integrally with a common top gate line 22a. The top gate electrode 22 and the top gate line 22a 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22及びトップゲートライン22a,22aは保護絶縁膜23によってまとめて被覆され、保護絶縁膜23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23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 22 and the top gate lines 22a, 22a of the photosensors 20, 20,... Are collectively covered with a protective insulating film 23, and the protective insulating film 23 is formed in common to all the photosensors 20, 20,. Film. The protective insulating film 23 has insulating properties and light transmittance, and is made of silicon nitride or silicon oxide.

DNA検出領域2においては、保護絶縁膜23の上面に、励起光フィルター24が設けられている。励起光フィルター24は後述する蛍光体から放射される蛍光波長を透過させるが、励起光波長を透過させないローパスフィルターまたはバンドパスフィルターである。   In the DNA detection region 2, an excitation light filter 24 is provided on the upper surface of the protective insulating film 23. The excitation light filter 24 is a low-pass filter or a band-pass filter that transmits a fluorescence wavelength emitted from a phosphor described later but does not transmit the excitation light wavelength.

このような励起光フィルターは、例えば、蒸着法、スパッタ法、PVD法、CVD法等の気相堆積法により保護絶縁膜23の表面に誘電体多層膜を市松模様状にパターニングすることで作成することができる。   Such an excitation light filter is formed by patterning a dielectric multilayer film on the surface of the protective insulating film 23 in a checkered pattern by, for example, vapor deposition such as vapor deposition, sputtering, PVD, or CVD. be able to.

励起光フィルター24の表面には、スポット固定層25が設けられている。スポット固定層25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、スポットを固定する。   A spot fixing layer 25 is provided on the surface of the excitation light filter 24. The spot fixing layer 25 fixes the spot by covalent bonding or electrostatic coupling with a probe to be described later that becomes the spot 60.

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25の表面を受光面としており、フォトセンサ20の半導体膜14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 has the surface of the spot fixing layer 25 as a light receiving surface, and is provided so as to convert the amount of light received by the semiconductor film 14 of the photosensor 20 into an electric signal.

〔2−2〕スポット
図1、図2に示すように、固体撮像デバイス10の撮像面にはスポット60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)の溶液をDNA検出領域2に滴下し、乾燥して形成される。
[2-2] Spot As shown in FIGS. 1 and 2, a spot 60 is formed on the imaging 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 onto the DNA detection region 2 and drying it.

図5は図2のV−V矢視断面図である。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、またはその一部と同一の、あるい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DNA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。
図2に示すように、1つのスポット60は複数のフォトセンサ20上に重なるように形成されている。
5 is a cross-sectional view taken along the line V-V in FIG. In one spot 60, a crowd of many single-stranded probe DNAs 61 having the same base sequence is immobilized, and the probe DNA 61 has a different base sequence for each spot 60. As the probe DNA 61, a DNA having a nucleotide sequence identical to or complementary to a known mRNA nucleotide sequence or a part thereof is used. Specifically, for example, a cDNA library prepared from the same cell specimen as that used for fluorescently labeled DNA described later can be used.
As shown in FIG. 2, one spot 60 is formed so as to overlap a plurality of photosensors 20.

〔3〕生体認証領域
図6は生体認証領域3における固体撮像デバイス110を示す断面図である。固体撮像デバイス110は、励起光フィルター24及びスポット固定層25の代わりに、静電保護層26が設けられている点が固体撮像デバイス10と異なるが、透明基板11、ボトムゲート絶縁膜13、トップゲート絶縁膜21、保護絶縁膜23、フォトセンサ20については、固体撮像デバイス10と同じ基板に同時に作ることもできるため、製造プロセスを容易にすることができる。なお、固体撮像デバイス110の静電保護層26以外の構成については固体撮像デバイス10と同様であるので説明を割愛する。
[3] Biometric Authentication Area FIG. 6 is a cross-sectional view showing the solid-state imaging device 110 in the biometric authentication area 3. The solid-state imaging device 110 is different from the solid-state imaging device 10 in that an electrostatic protection layer 26 is provided instead of the excitation light filter 24 and the spot fixing layer 25, but the transparent substrate 11, the bottom gate insulating film 13, and the top. Since the gate insulating film 21, the protective insulating film 23, and the photosensor 20 can be simultaneously formed on the same substrate as the solid-state imaging device 10, the manufacturing process can be facilitated. Note that the configuration of the solid-state imaging device 110 other than the electrostatic protection layer 26 is the same as that of the solid-state imaging device 10, and thus the description thereof is omitted.

静電保護層26は、保護絶縁膜21を覆うように形成されており、フォトセンサ3を静電気から保護する。静電保護層26は、透光性を有した金属酸化物等といった透明導電体であり、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。
固体撮像デバイス10,110は、ソースライン18a、ドレインライン19aを共通としてもよい。あるいは、ボトムゲートライン12a、トップゲートライン22aを共通としてもよい。
The electrostatic protection layer 26 is formed so as to cover the protective insulating film 21 and protects the photosensor 3 from static electricity. The electrostatic protective layer 26 is a transparent conductor such as a light-transmitting metal oxide, for example, indium oxide, zinc oxide, tin oxide, or a mixture containing at least one of these (for example, tin-doped Indium oxide (ITO), zinc-doped indium oxide) is used.
The solid-state imaging devices 10 and 110 may share the source line 18a and the drain line 19a. Alternatively, the bottom gate line 12a and the top gate line 22a may be shared.

〔4〕ドライバ
生体高分子分析チップ1は、さらに、固体撮像デバイス10,110を駆動するトップゲートドライバ41、ボトムゲートドライバ42、ドレインドライバ43を備える。図7は生体高分子分析チップ1が接続された分析装置70(後述)の構成を示すブロック図である。
トップゲートドライバ41、ボトムゲートドライバ42及びドレインドライバ43は、協同して固体撮像デバイス10を駆動するものである。固体撮像デバイス10,110のトップゲートライン22a,22a,…がトップゲートドライバ41の端子に、ボトムゲートライン12a,12a,…がボトムゲートドライバ42の端子に、ドレインライン19a,19a,…がドレインドライバ43の端子に、それぞれ接続されている。
トップゲートドライバ41、ボトムゲートドライバ42、ドレインドライバ43は後述する分析装置70に接続されたときにコンピュータ71の信号線に接続されるようになっている。
なお、固体撮像デバイス10,110のソースライン18a,18a,…は、後述する分析装置70に接続されたときに一定電圧源に接続されるようになっている。
[4] Driver The biopolymer analysis chip 1 further includes a top gate driver 41, a bottom gate driver 42, and a drain driver 43 that drive the solid-state imaging devices 10 and 110. FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of an analyzer 70 (described later) to which the biopolymer analysis chip 1 is connected.
The top gate driver 41, the bottom gate driver 42, and the drain driver 43 cooperate to drive the solid-state imaging device 10. Are the terminals of the top gate driver 41, the bottom gate lines 12a, 12a,... Are the terminals of the bottom gate driver 42, and the drain lines 19a, 19a,. The driver 43 is connected to each terminal.
The top gate driver 41, the bottom gate driver 42, and the drain driver 43 are connected to a signal line of the computer 71 when connected to an analyzer 70 described later.
Note that the source lines 18a, 18a,... Of the solid-state imaging devices 10 and 110 are connected to a constant voltage source when connected to an analyzer 70 described later.

〔5〕内蔵記憶装置
内蔵記憶装置4には、内部にフラッシュメモリー等のメモリーセル51や、メモリー制御回路52が設けられている。メモリーセル51やメモリー制御回路52は固体撮像デバイス10,100と同時に形成することができる。
[5] Internal Storage Device The internal storage device 4 includes a memory cell 51 such as a flash memory and a memory control circuit 52 inside. The memory cell 51 and the memory control circuit 52 can be formed simultaneously with the solid-state imaging devices 10 and 100.

図8(a)は記憶装置に記憶されたデータの構成を示す模式図である。記憶装置に記憶されたデータには、生体高分子分析チップ1のID(4バイト)、生体高分子分析チップ1が製造された年(2バイト)、月(1バイト)、日(1バイト)、時(1バイト)、分(1バイト)、秒(1バイト)、生体高分子分析チップ1を製造したマシンのナンバー(2バイト)、製造場所コード(2バイト)、後述する診断済みフラグ(1バイト)、センサー値を補正するためのデータ(128バイト)、検出用固定DNAデータ、及び指紋・静脈・虹彩等のいずれか1つを含む生体認証データが記憶される。
なお、さらに、固体撮像デバイス110の受光面に沿った光強度分布を二次元の画像データとして記憶してもよい。
FIG. 8A is a schematic diagram illustrating a configuration of data stored in the storage device. The data stored in the storage device includes the biopolymer analysis chip 1 ID (4 bytes), the year (2 bytes), the month (1 byte), and the day (1 byte) when the biopolymer analysis chip 1 was manufactured. , Hour (1 byte), minute (1 byte), second (1 byte), number of the machine that manufactured the biopolymer analysis chip 1 (2 bytes), manufacturing location code (2 bytes), and diagnosed flag (described later) 1 byte), data for correcting the sensor value (128 bytes), fixed DNA data for detection, and biometric data including any one of fingerprint, vein, iris, and the like are stored.
Furthermore, the light intensity distribution along the light receiving surface of the solid-state imaging device 110 may be stored as two-dimensional image data.

図8(b)は検出用固定DNAデータの構成を示す模式図である。検出用固定DNAデータは、検出用固定DNAデータ全体のバイト数とともに、スポット60毎に固定された各プローブDNA61を識別するための簡易的なコード、構成塩基数、塩基配列データがそれぞれ記憶されている。なお、塩基配列データにおいては、4種類の塩基を2ビットのデータで区別する。   FIG. 8B is a schematic diagram showing the structure of the detection fixed DNA data. The detection fixed DNA data stores a simple code for identifying each probe DNA 61 fixed for each spot 60, the number of constituent bases, and base sequence data, together with the number of bytes of the entire detection fixed DNA data. Yes. In the base sequence data, four types of bases are distinguished by 2-bit data.

〔5〕製造時データ書き込みフロー
図9は生体高分子分析チップ1の製造時に行われる内蔵記憶装置4へのデータ書き込みフローである。なお、データの書き込みはプローブDNA61を滴下するスポッター(図示せず)により行われる。
[5] Data Writing Flow at Manufacturing FIG. 9 is a data writing flow to the built-in storage device 4 that is performed when the biopolymer analysis chip 1 is manufactured. Data is written by a spotter (not shown) that drops the probe DNA 61.

まず、スポッターに生体高分子分析チップ1となるチップを装着する。すると、スポッターは生体高分子分析チップ1を製造する年、月、日、時、分、秒をメモリーセル51に書き込む(ステップS1)。さらに、スポッターは、スポッター自身を識別するスポッター番号(ステップS2)、製造場所コード(ステップS3)、センサー値補正用データ(ステップS4)をメモリーセル51に書き込む。その後、スポッターはDNA固定位置の初期化を行う(ステップS5)。   First, a chip to be the biopolymer analysis chip 1 is attached to the spotter. Then, the spotter writes the year, month, day, hour, minute and second for manufacturing the biopolymer analysis chip 1 in the memory cell 51 (step S1). Further, the spotter writes a spotter number (step S2) for identifying the spotter itself, a manufacturing place code (step S3), and sensor value correction data (step S4) in the memory cell 51. Thereafter, the spotter initializes the DNA fixing position (step S5).

次に、スポッターはDNA検出領域2にある塩基配列のプローブDNA61を含む溶液を滴下し、スポット60を1つ形成する(ステップS6)。そして、スポッターは滴下した溶液に含まれるプローブDNA61の識別コード(ステップS7)、構成塩基数(ステップS8)、塩基配列データ(ステップS9)をメモリーセル51に書き込む。   Next, the spotter drops a solution containing the probe DNA 61 having the base sequence in the DNA detection region 2 to form one spot 60 (step S6). Then, the spotter writes the identification code (step S7), the number of constituent bases (step S8), and the base sequence data (step S9) of the probe DNA 61 contained in the dropped solution into the memory cell 51.

次に、スポッターは全てのスポット60の形成が終了したか判断し(ステップS10)、終了していない場合には(ステップS10→No)、DNA固定位置を1つ進め、異なる塩基配列のプローブDNA61を含む溶液を滴下し、スポット60を1つ形成し(ステップS6)、プローブDNA61の識別コード(ステップS7)、構成塩基数(ステップS8)、塩基配列データ(ステップS9)をメモリーセル51に書き込む。以後、全てのスポット60の形成が終了するまでステップS6〜S10を繰り返す。   Next, the spotter determines whether or not all the spots 60 have been formed (step S10), and if not completed (step S10 → No), advances the DNA fixing position by one and probes with different base sequences. A solution containing DNA 61 is dropped to form one spot 60 (step S6), and the identification code (step S7), the number of bases (step S8), and the base sequence data (step S9) of the probe DNA 61 are stored in the memory cell 51. Write. Thereafter, steps S6 to S10 are repeated until the formation of all the spots 60 is completed.

全てのスポット60の形成が終了した場合には(ステップS10→Yes)、スポッターは全てのDNA情報データのバイト数を書き込み(ステップS11)、生体高分子分析チップ1の製造を終了する。   When the formation of all the spots 60 is completed (step S10 → Yes), the spotter writes the number of bytes of all the DNA information data (step S11), and the manufacture of the biopolymer analysis chip 1 is completed.

〔6〕分析装置
次に、生体高分子分析チップ1が装着される分析装置70について図7を用いて説明する。
分析装置70は、生体高分子分析チップ1と接続され、生体高分子分析チップ1及び分析装置70全体を制御するコンピュータ71と、記憶装置72と、コンピュータ71により制御される励起光照射装置73と、コンピュータ71から出力された信号により出力(プリント)を行う出力装置77と、コンピュータ71から出力された信号により表示を行う表示装置78と、照明装置79とを備える。
[6] Analysis Device Next, an analysis device 70 to which the biopolymer analysis chip 1 is attached will be described with reference to FIG.
The analysis device 70 is connected to the biopolymer analysis chip 1, a computer 71 that controls the biopolymer analysis chip 1 and the entire analysis device 70, a storage device 72, and an excitation light irradiation device 73 that is controlled by the computer 71. , An output device 77 that performs output (printing) using a signal output from the computer 71, a display device 78 that performs display using a signal output from the computer 71, and an illumination device 79.

コンピュータ71は、トップゲートドライバ41、ボトムゲートドライバ42及びドレインドライバ43に制御信号を出力することによって、トップゲートドライバ41、ボトムゲートドライバ42及びドレインドライバ43に固体撮像デバイス10,110の駆動動作を行わせる機能を有する。
また、コンピュータ71は内蔵記憶装置4や記憶装置72に記憶された二次元の画像データに従った画像を出力装置77に出力させる機能を有する。出力装置77は、例えばプロッタ、プリンタ又はディスプレイである。表示装置78は、例えば液晶ディスプレイ等の表示装置である。
The computer 71 outputs control signals to the top gate driver 41, the bottom gate driver 42, and the drain driver 43, thereby driving the solid-state imaging devices 10 and 110 to the top gate driver 41, the bottom gate driver 42, and the drain driver 43. Has the function to perform.
The computer 71 has a function of causing the output device 77 to output an image according to the two-dimensional image data stored in the built-in storage device 4 or the storage device 72. The output device 77 is, for example, a plotter, a printer, or a display. The display device 78 is a display device such as a liquid crystal display.

また、コンピュータ71はドレインドライバ43から入力した電気信号をA/D変換することで、固体撮像デバイス10の受光面に沿った光強度分布を二次元の画像データとして記憶装置72に取得する機能を有する。なお、内蔵記憶装置4に記憶してもよい。
また、コンピュータ71はドレインドライバ43から入力した電気信号をA/D変換することで、固体撮像デバイス110の受光面に沿った光強度分布を二次元の画像データとして内蔵記憶装置4に取得する機能を有する。
Further, the computer 71 has a function of acquiring the light intensity distribution along the light receiving surface of the solid-state imaging device 10 in the storage device 72 as two-dimensional image data by A / D converting the electrical signal input from the drain driver 43. Have. It may be stored in the built-in storage device 4.
In addition, the computer 71 performs A / D conversion on the electrical signal input from the drain driver 43, thereby acquiring the light intensity distribution along the light receiving surface of the solid-state imaging device 110 in the internal storage device 4 as two-dimensional image data. Have

記憶装置72には、ドレインドライバ43からコンピュータ71に入力され、A/D変換された固体撮像デバイス10,110の受光面に沿った光強度分布が二次元の画像データとして記憶される。
励起光照射装置73は、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。例えば、蛍光体としてCy2、Cy3、Cy5を用いる場合には、これらの吸収波長(Cy2:491nm、Cy3:553nm、Cy5:645nm)を含む励起光を生体高分子分析チップ1に照射する。
照明装置79は、近赤外光を放射し、固体撮像デバイス110上に配置された指80に照射する。照明装置79の光源としては、LED等を用いることができる。照明装置79は、固体撮像デバイス110の下部に配置される。
In the storage device 72, the light intensity distribution along the light receiving surfaces of the solid-state imaging devices 10 and 110 input from the drain driver 43 to the computer 71 and subjected to A / D conversion is stored as two-dimensional image data.
The excitation light irradiation device 73 irradiates the biopolymer analysis chip 1 with excitation light that excites the phosphor. For example, when using Cy2, Cy3, and Cy5 as phosphors, the biopolymer analysis chip 1 is irradiated with excitation light including these absorption wavelengths (Cy2: 491 nm, Cy3: 553 nm, Cy5: 645 nm).
The illumination device 79 emits near-infrared light and irradiates a finger 80 disposed on the solid-state imaging device 110. An LED or the like can be used as the light source of the illumination device 79. The illumination device 79 is disposed below the solid-state imaging device 110.

分析装置70は指紋・静脈・虹彩等のいずれか1つを含む生体認証データの取得、及びDNAの検出に用いられる。以下、これらの操作における分析装置70の動作について説明する。   The analysis device 70 is used for acquiring biometric data including any one of fingerprints, veins, irises, etc., and detecting DNA. Hereinafter, the operation of the analyzer 70 in these operations will be described.

〔7〕生体認証データの取得
図10は固体撮像デバイス110による指紋データの取得方法を示す模式図である。まず、生体高分子分析チップ1を、分析装置70にセッティングし、トップゲートドライバ41、ボトムゲートドライバ42及びドレインドライバ43をそれぞれトップゲートライン22a,22a,…、ボトムゲートライン12a,12a,…、ドレインライン19a,19a,…に接続する。また、ソースライン18a,18a,…を一定電圧源に接続する。その後、コンピュータ71を起動する。
[7] Acquisition of Biometric Data FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a method for acquiring fingerprint data by the solid-state imaging device 110. First, the biopolymer analysis chip 1 is set in the analyzer 70, and the top gate driver 41, the bottom gate driver 42, and the drain driver 43 are set to the top gate lines 22a, 22a,..., The bottom gate lines 12a, 12a,. Connected to the drain lines 19a, 19a,. Further, the source lines 18a, 18a,... Are connected to a constant voltage source. Thereafter, the computer 71 is activated.

次に、図10に示すように、固体撮像デバイス110の上部に指80を置く。その後、コンピュータ71により光源79を点灯させ、固体撮像デバイス110の裏面から近赤外光を指80に照射しながら、コンピュータ71によりトップゲートドライバ41、ボトムゲートドライバ42及びドレインドライバ43を協働させて固体撮像デバイス110を駆動し、画像データを取得する。   Next, as shown in FIG. 10, a finger 80 is placed on top of the solid-state imaging device 110. Thereafter, the light source 79 is turned on by the computer 71, and the top gate driver 41, the bottom gate driver 42, and the drain driver 43 are caused to cooperate by the computer 71 while irradiating the finger 80 with near infrared light from the back surface of the solid-state imaging device 110. Then, the solid-state imaging device 110 is driven to acquire image data.

ここで、フォトセンサ20の半導体膜14に入射する光は、光源79より指80に照射され、指80内で散乱し、指80の表面から放射される光である。よって、指80の隆線81が上部に配置されたフォトセンサ3の半導体膜14では、指80の表面と半導体膜14との距離が近いため、より多くのキャリアが生成し、取得された画像データでは高輝度となる。   Here, the light incident on the semiconductor film 14 of the photosensor 20 is light emitted from the light source 79 to the finger 80, scattered in the finger 80, and emitted from the surface of the finger 80. Therefore, in the semiconductor film 14 of the photosensor 3 in which the ridge 81 of the finger 80 is disposed on the upper side, the distance between the surface of the finger 80 and the semiconductor film 14 is short, so that more carriers are generated and acquired. The data has high brightness.

一方、指の谷線82が上部に配置されたフォトセンサ20の半導体膜14では指80の表面と半導体膜14との距離が遠いため、生成するキャリアが少なく、取得された画像データでは低輝度となる。
コンピュータ71により、固体撮像デバイス110の各フォトセンサ20の輝度分布が二次元の画像データとして内蔵記憶装置4に記憶される。以上により、指紋データが取得される。
On the other hand, in the semiconductor film 14 of the photosensor 20 with the finger valley line 82 disposed on the upper side, the distance between the surface of the finger 80 and the semiconductor film 14 is long, so that the number of generated carriers is small, and the acquired image data has low luminance. It becomes.
The computer 71 stores the luminance distribution of each photosensor 20 of the solid-state imaging device 110 in the built-in storage device 4 as two-dimensional image data. As described above, fingerprint data is acquired.

〔8〕DNAの検出
〔8−1〕蛍光標識DNAの作成
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、例えば血液中の白血球から抽出したゲノムDNAよりPCR反応により得られたDNA(以下、サンプルDNAという)を用いることができる。サンプルDNA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GEヘルスケア バイオサイエンス株式会社製のCy2(吸収波長491nm、蛍光波長509nm)、Cy3(吸収波長553nm、蛍光波長569nm)、Cy5(吸収波長645nm、蛍光波長664nm)等を用いることができる。
[8] Detection of DNA [8-1] Preparation of fluorescently labeled DNA As a sample to be analyzed by the biopolymer analysis chip 1, DNA can be used. As the sample DNA, for example, DNA obtained by PCR reaction from genomic DNA extracted from white blood cells in blood (hereinafter referred to as sample DNA) can be used. Sample DNA is labeled with a fluorophore. A phosphor that is excited by the 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, GE Healthcare Bioscience Co., Ltd. Company-made Cy2 (absorption wavelength 491 nm, fluorescence wavelength 509 nm), Cy3 (absorption wavelength 553 nm, fluorescence wavelength 569 nm), Cy5 (absorption wavelength 645 nm, fluorescence wavelength 664 nm), and the like can be used.

サンプルDNA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、この標識されたサンプルDNAを蛍光標識DNAという。   In order to label the sample DNA with a phosphor, for example, an RT-PCR reaction may be carried out using an oligo dT primer labeled with a phosphor or a labeled dNTP mix. Hereinafter, this labeled sample DNA is referred to as fluorescently labeled DNA.

〔8−2〕ハイブリダイゼーション
以下、蛍光標識DNAをプローブDNA61とハイブリダイゼーションさせる方法について図11、図12を用いて説明する。
[8-2] Hybridization Hereinafter, a method of hybridizing the fluorescently labeled DNA with the probe DNA 61 will be described with reference to FIGS.

図11は生体高分子分析チップ1のDNA検出領域2に蛍光標識DNA62,63を含有した溶液(以下、蛍光標識DNA溶液という)を滴下した状態を示す模式図である。なお、蛍光標識DNA62,63はそれぞれ異なる塩基配列とする。
まず、図11に示すように、作業者が、蛍光標識DNA溶液を生体高分子分析チップ1のDNA検出領域2に滴下する。なお、蛍光標識DNA溶液を各スポット60,60,…に順次又は同時に滴下してもよい。このとき、DNAが一本鎖となるように蛍光標識DNA溶液は加熱されている。
FIG. 11 is a schematic diagram showing a state in which a solution containing fluorescently labeled DNAs 62 and 63 (hereinafter referred to as a fluorescently labeled DNA solution) is dropped onto the DNA detection region 2 of the biopolymer analysis chip 1. The fluorescently labeled DNAs 62 and 63 have different base sequences.
First, as shown in FIG. 11, the operator drops a fluorescently labeled DNA solution onto the DNA detection region 2 of the biopolymer analysis chip 1. It should be noted that the fluorescently labeled DNA solution may be dropped on each of the spots 60, 60,. At this time, the fluorescently labeled DNA solution is heated so that the DNA becomes a single strand.

次いで、生体高分子分析チップ1をDNAが二本鎖を形成する所定の温度に冷却する。すると、図12に示すように、蛍光標識DNA溶液内の蛍光標識DNAのうち、スポット60のプローブDNA61と相補的な蛍光標識DNA62は、プローブDNA61とハイブリダイズする。一方、プローブDNA61と相補的ではない蛍光標識DNA63は、このスポット60には結合しない。   Next, the biopolymer analysis chip 1 is cooled to a predetermined temperature at which DNA forms a double strand. Then, as shown in FIG. 12, of the fluorescently labeled DNA in the fluorescently labeled DNA solution, the fluorescently labeled DNA 62 complementary to the probe DNA 61 of the spot 60 hybridizes with the probe DNA 61. On the other hand, the fluorescently labeled DNA 63 that is not complementary to the probe DNA 61 does not bind to the spot 60.

その後、生体高分子分析チップ1上の蛍光標識DNA溶液を洗浄用バッファー溶液で洗い流し、蛍光標識DNAのうちハイブリダイズしなかったものを生体高分子分析チップ1上から除去する。   Thereafter, the fluorescently labeled DNA solution on the biopolymer analysis chip 1 is washed away with a washing buffer solution, and the non-hybridized fluorescently labeled DNA is removed from the biopolymer analysis chip 1.

〔8−3〕蛍光標識DNAの検出
次に、蛍光標識DNA62の検出方法について図13を用いて説明する。
上記処理を行った後、生体高分子分析チップ1を、分析装置70にセッティングし、トップゲートドライバ41、ボトムゲートドライバ42及びドレインドライバ43をそれぞれトップゲートライン22a,22a,…、ボトムゲートライン12a,12a,…、ドレインライン19a,19a,…に接続する。また、ソースライン18a,18a,…を一定電圧源に接続する。その後、コンピュータ71を起動する。
[8-3] Detection of fluorescently labeled DNA Next, a method of detecting the fluorescently labeled DNA 62 will be described with reference to FIG.
After performing the above processing, the biopolymer analysis chip 1 is set in the analyzer 70, and the top gate driver 41, the bottom gate driver 42, and the drain driver 43 are respectively connected to the top gate lines 22a, 22a,. , 12a,..., Drain lines 19a, 19a,. Further, the source lines 18a, 18a,... Are connected to a constant voltage source. Thereafter, the computer 71 is activated.

次に、コンピュータ71により励起光照射装置73を制御し、生体高分子分析チップ1に蛍光体64の励起光Lを照射する。なお、励起光照射装置73は生体高分子分析チップ1の上面から励起光Lを照射してもよいし、下面から励起光Lを照射してもよい。   Next, the excitation light irradiation device 73 is controlled by the computer 71 to irradiate the biopolymer analysis chip 1 with the excitation light L of the phosphor 64. The excitation light irradiation device 73 may irradiate the excitation light L from the upper surface of the biopolymer analysis chip 1 or may irradiate the excitation light L from the lower surface.

蛍光標識DNA62がプローブDNA61に結合したスポット60からは、励起光により励起された蛍光体64が励起状態から基底状態に遷移するときに蛍光F(主に可視光波長域)が放出される。   Fluorescence F (mainly in the visible light wavelength region) is emitted from the spot 60 where the fluorescently labeled DNA 62 is bonded to the probe DNA 61 when the phosphor 64 excited by the excitation light transitions from the excited state to the ground state.

図13に示すように、放出された蛍光Fは励起光フィルター24を透過してフォトセンサ20に入射する。
蛍光が入射したフォトセンサ20では電子−正孔対が発生する。なお、励起光Lは励起光フィルターを透過しないため、フォトセンサ20に励起光Lが入射して電子−正孔対を発生させることはなく、励起光Lによるノイズを低減することができる。
As shown in FIG. 13, the emitted fluorescence F passes through the excitation light filter 24 and enters the photosensor 20.
Electron-hole pairs are generated in the photosensor 20 where the fluorescence is incident. Since the excitation light L does not pass through the excitation light filter, the excitation light L does not enter the photosensor 20 to generate electron-hole pairs, and noise due to the excitation light L can be reduced.

次に、コンピュータ71は、上述の撮像動作を行い、固体撮像デバイス10の各フォトセンサ20,20,…のそれぞれの光量データを取得する。その後、コンピュータ71は、各フォトセンサ20が取得した光量データを、内蔵記憶装置4から読み出したセンサー値補正用データに応じて調整した後、記憶装置72に記憶する。   Next, the computer 71 performs the above-described imaging operation, and acquires light amount data of each of the photosensors 20, 20,... Of the solid-state imaging device 10. Thereafter, the computer 71 adjusts the light amount data acquired by each photosensor 20 according to the sensor value correction data read from the built-in storage device 4, and then stores it in the storage device 72.

コンピュータ71は、作業者の操作に応じて記憶装置72に記憶された各フォトセンサ20,20,…のそれぞれの光量データを表示装置78に表示させる。   The computer 71 causes the display device 78 to display the light amount data of each of the photosensors 20, 20,... Stored in the storage device 72 according to the operation of the operator.

蛍光標識DNAがプローブDNAとハイブリダイズしたスポット60と対応する部分が画面上で明るく表示される。一方、蛍光標識DNAがハイブリダイズしなかったスポット60と対応する部分は画面上で暗色に表示される。   The portion corresponding to the spot 60 where the fluorescently labeled DNA is hybridized with the probe DNA is displayed brightly on the screen. On the other hand, the portion corresponding to the spot 60 where the fluorescently labeled DNA has not hybridized is displayed in a dark color on the screen.

このように、各スポット60,60,…の明度を見ることで、プローブDNAと相補的なDNAが検体内のゲノムDNAに存在するか否かを判定することができる。   As described above, by looking at the brightness of each of the spots 60, 60,..., It can be determined whether or not DNA complementary to the probe DNA exists in the genomic DNA in the specimen.

なお、表示装置78に表示された画像データを画像出力装置77により出力し、これを見ることで各スポット60,60,…におけるハイブリダイゼーションの有無を確認してもよい。   It should be noted that the image data displayed on the display device 78 may be output by the image output device 77, and the presence or absence of hybridization in each of the spots 60, 60,.

〔9〕診断フロー
次に、生体高分子分析チップ1を使用した遺伝子診断について説明する。
図14は生体高分子分析チップ1を診断に用いる際に分析装置70により行われる動作フローである。
まず、生体高分子分析チップ1が装着された分析装置70では、コンピュータ71が内蔵記憶装置4から生体高分子分析チップ1が製造された年、月、日、時、分、秒を読み出す(ステップS21)。次に、コンピュータ71は、生体高分子分析チップ1が使用期限内であるか否かを判断する(ステップS22)。例えば、読み出した年、月、日、時、分、秒に、予め定められた使用期限を加算した値と、現在の年、月、日、時、分、秒とを対比することにより使用期限内か否かを判断することができる。使用期限を越えていると判断した場合(ステップS22→No)、ERROR表示をする。
[9] Diagnosis Flow Next, gene diagnosis using the biopolymer analysis chip 1 will be described.
FIG. 14 is an operation flow performed by the analyzer 70 when the biopolymer analysis chip 1 is used for diagnosis.
First, in the analyzer 70 to which the biopolymer analysis chip 1 is attached, the computer 71 reads the year, month, day, hour, minute, and second when the biopolymer analysis chip 1 is manufactured from the built-in storage device 4 (step) S21). Next, the computer 71 determines whether or not the biopolymer analysis chip 1 is within the expiration date (step S22). For example, the expiration date is obtained by comparing the current year, month, day, hour, minute, and second with a value obtained by adding a predetermined expiration date to the read year, month, day, hour, minute, and second. It can be determined whether it is within or not. When it is determined that the expiration date has been exceeded (step S22 → No), ERROR is displayed.

使用期限内と判断した場合(ステップS22→Yes)、コンピュータ71は、内蔵記憶装置4から生体高分子分析チップ1を製造したスポッター番号(ステップS23)、製造場所コード(ステップS24)を読み出す。そして、スポッター番号及び製造場所が適切か否かを判断する(ステップS25)。適切でないと判断した場合(ステップS25→No)、ERROR表示をする。   When it is determined that the expiration date has passed (step S22 → Yes), the computer 71 reads the spotter number (step S23) and the manufacturing location code (step S24) for manufacturing the biopolymer analysis chip 1 from the internal storage device 4. Then, it is determined whether or not the spotter number and the manufacturing location are appropriate (step S25). If it is determined that it is not appropriate (step S25 → No), ERROR display is performed.

スポッター番号及び製造場所が適切であると判断した場合(ステップS25→Yes)、コンピュータ71は、内蔵記憶装置4からDNA識別コードを読み出し(ステップS26)、遺伝子診断に用いるDNAの識別コードが含まれている適切なチップか否かを判断する(ステップS27)。適切でないと判断した場合(ステップS27→No)、ERROR表示をする。   When it is determined that the spotter number and the manufacturing location are appropriate (step S25 → Yes), the computer 71 reads the DNA identification code from the built-in storage device 4 (step S26), and includes the DNA identification code used for genetic diagnosis. It is determined whether the chip is an appropriate chip (step S27). When it is determined that it is not appropriate (step S27 → No), ERROR display is performed.

チップが適切であると判断した場合(ステップS27→Yes)、コンピュータ71は、診断済みフラグに1を書き込む(ステップS28)。
その後、診断済みの生体高分子分析チップ1を用いて、生体認証データ(指紋データ)の取得(ステップS29)、DNAデータの取得(ステップS30)が行われる。生体認証データとして、例えば患者から採血を行う時に指紋データの取得を行うことができ、その後、抽出し増幅したDNAの分析をしてDNAデータを取得することができる。採血時に指紋データを取得して生体高分子分析チップ1内に格納しているため、指紋データを確認することで生体高分子分析チップ1の取り違えを防ぐことができ、さらに個人情報の漏洩を防止することができる。さらに、DNAデータ及び指紋データを生体高分子分析チップ1の内蔵記憶装置4内に記憶して一元管理してもよい。
なお、採血を行い、DNAデータを取得した後、患者から指紋データを取得してもよい。
また、生体認証データとして、本実施形態においては指紋データを取得したが、静脈データ、虹彩データ等のいずれか1つを含む生体認証データを取得してもよい。
If it is determined that the chip is appropriate (step S27 → Yes), the computer 71 writes 1 in the diagnosed flag (step S28).
Thereafter, using the biopolymer analysis chip 1 that has been diagnosed, biometric authentication data (fingerprint data) is acquired (step S29) and DNA data is acquired (step S30). As biometric authentication data, for example, fingerprint data can be obtained when blood is collected from a patient, and then the extracted and amplified DNA can be analyzed to obtain DNA data. Since fingerprint data is acquired at the time of blood collection and stored in the biopolymer analysis chip 1, it is possible to prevent the biopolymer analysis chip 1 from being mistaken by checking the fingerprint data, and further prevent leakage of personal information. can do. Furthermore, DNA data and fingerprint data may be stored in the built-in storage device 4 of the biopolymer analysis chip 1 for centralized management.
In addition, after collecting blood and acquiring DNA data, you may acquire fingerprint data from a patient.
In addition, fingerprint data is acquired as biometric authentication data in the present embodiment, but biometric authentication data including any one of vein data, iris data, and the like may be acquired.

本発明の実施形態に係る生体高分子分析チップ1の概略平面図である。1 is a schematic plan view of a biopolymer analysis chip 1 according to an embodiment of the present invention. 図1における1つのスポット60を拡大した図である。It is the figure which expanded one spot 60 in FIG. 1つのフォトセンサ20を示す平面図である。2 is a plan view showing one photosensor 20. FIG. 図3のIV−IV矢視断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG. 3. 図2のV−V矢視断面図である。It is a VV arrow sectional view of Drawing 2. 生体認証領域3における固体撮像デバイス110を示す断面図である。2 is a cross-sectional view showing a solid-state imaging device 110 in a biometric authentication area 3. FIG. 分析装置70の構成を示すブロック図である。3 is a block diagram showing a configuration of an analysis device 70. FIG. (a)は記憶装置に記憶されたデータの構成を示す模式図であり、(b)は検出用固定DNAデータの構成を示す模式図である。(A) is a schematic diagram which shows the structure of the data memorize | stored in the memory | storage device, (b) is a schematic diagram which shows the structure of the fixed DNA data for a detection. 生体高分子分析チップ1の製造時に行われる内蔵記憶装置4へのデータ書き込みフローである。4 is a flow of writing data into the internal storage device 4 performed when the biopolymer analysis chip 1 is manufactured. 固体撮像デバイス110による指紋データの取得方法を示す模式図である。4 is a schematic diagram illustrating a method for acquiring fingerprint data by the solid-state imaging device 110. FIG. 生体高分子分析チップ1のDNA検出領域2に蛍光標識DNA溶液を滴下した状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state which dripped the fluorescence labeled DNA solution in the DNA detection area | region 2 of the biopolymer analysis chip | tip 1. FIG. 蛍光標識DNA62のみがプローブDNA61とハイブリダイズした状態を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing a state in which only fluorescently labeled DNA 62 is hybridized with probe DNA 61. 蛍光標識DNA62の検出方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the detection method of the fluorescence labeled DNA62. 生体高分子分析チップ1を診断に用いる際に分析装置70により行われる動作フローである。It is the operation | movement flow performed by the analyzer 70 when using the biopolymer analysis chip | tip 1 for a diagnosis.

符号の説明Explanation of symbols

1 生体高分子分析チップ
4 内蔵記憶装置
10,110 固体撮像デバイス(撮像装置)
20 フォトセンサ(受光素子)
61 プローブDNA(プローブ)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Biopolymer analysis chip 4 Built-in memory | storage device 10,110 Solid-state imaging device (imaging apparatus)
20 Photosensor (light receiving element)
61 Probe DNA (probe)

Claims (6)

複数の受光素子がそれぞれ形成された第1の撮像装置及び第2の撮像装置と、
前記第1の撮像装置及び前記第2の撮像装置により撮像された画像データを記憶する記憶装置と、を備え、
前記第1の撮像装置の前記受光素子及び前記第2の撮像装置の前記受光素子は同一構造であり、
前記第1の撮像装置の受光面には特定の生体高分子と結合するプローブが設けられており、
前記第2の撮像装置の受光面には静電保護層が設けられていることを特徴とする生体高分子分析チップ。
A first imaging device and a second imaging device each having a plurality of light receiving elements;
A storage device for storing image data captured by the first imaging device and the second imaging device;
The light receiving element of the first imaging device and the light receiving element of the second imaging device have the same structure,
The light receiving surface of the first imaging device is provided with a probe that binds to a specific biopolymer ,
A biopolymer analysis chip, wherein an electrostatic protective layer is provided on a light receiving surface of the second imaging device .
前記プローブは既知の塩基配列の一本鎖DNAであることを特徴とする請求項1に記載の生体高分子分析チップ。   The biopolymer analysis chip according to claim 1, wherein the probe is a single-stranded DNA of a known base sequence. 前記第1の撮像装置はDNAの検出に用いられ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チップ。   The biopolymer analysis chip according to claim 1 or 2, wherein the first imaging device is used for detection of DNA. 前記第2の撮像装置はDNA以外の生体認証に用いられることを特徴とする請求項3に記載の生体高分子分析チップ。   The biopolymer analysis chip according to claim 3, wherein the second imaging device is used for biometric authentication other than DNA. 前記記憶装置には、センサー値を補正するためのデータが記憶されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の生体高分子分析チップ。   The biopolymer analysis chip according to any one of claims 1 to 4, wherein data for correcting the sensor value is stored in the storage device. 前記受光素子は、ソース電極、ドレイン電極、ボトムゲート電極、トップゲート電極を有し、The light receiving element has a source electrode, a drain electrode, a bottom gate electrode, a top gate electrode,
前記第1の撮像装置及び前記第2の撮像装置は、前記ソース電極に接続されたソースライン及び前記ドレイン電極に接続されたドレインラインが共通か、あるいは前記ボトムゲート電極に接続されたボトムゲートライン及び前記トップゲート電極に接続されたトップゲートラインが共通であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の生体高分子分析チップ。The first imaging device and the second imaging device have a common source line connected to the source electrode and a drain line connected to the drain electrode, or a bottom gate line connected to the bottom gate electrode. The biopolymer analysis chip according to claim 1, wherein a top gate line connected to the top gate electrode is common.
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