JP6360294B2 - 溶液内蔵バイオセンサ - Google Patents
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Description
本発明に係る溶液内蔵バイオセンサ10は、図1〜図4に示すように、検査部となる1又は2以上のウェル20と、ウェル20に一定量収容された溶液21と、溶液21が漏れないようにウェ20ルを密閉すると共に溶液21を捨てるために剥がすことができるカバー材30と、ウェル20内に設けられたイオン感応部8を一部露出させる信号取出し開口部25と、イオン感応部25の下に設けられた電界効果トランジスタ型バイオセンサとを有する。
以下、各構成要素について説明する。
図3は、ISFET型の溶液内蔵バイオセンサ10を用いた場合の動作原理を示している。細胞、DNA、糖鎖、タンパク質等の生体関連物質を含む測定溶液21’をウェル20内に投入して測定する。図3に示すように、ソース電極5とドレイン電極6との間に0.1V以上1V以下程度の電圧VDSを印加しつつ、底部で露出する参照電極40を介して可変電圧(参照電圧)VGを測定溶液21’に印加すると、イオン感応部8に生ずる電位(以下、「膜電位」ともいう。)の変化に応じて、半導体膜4に形成されるチャネル領域が変化し、ドレイン電流IDの変化を検出することができる。この結果、参照電圧VGに基づくドレイン電流IDの変化、すなわちトランジスタとしての電流−電圧特性を、予め測定した生体関連物質における電流−電圧特性と比較することによって測定溶液21’に含まれる生体関連物質の種別を特定することができる。
図5は、ウェル20内のイオン感応部8に親水性領域と疎水性領域を設けた一例を示す模式的な断面図である。イオン感応部8構成するイオン感応膜の上に親水性膜28と疎水性膜27とをパターン形成して、測定溶液21’を評価してもよい。例えば、図5に示す例では、ウェル20に投入された測定溶液21’は、親水性膜28にのみ濡れて載るので、測定溶液21’を複数に分離して測定することができる。こうした方法では、測定溶液21’内に含まれる生体関連物質が均一に分散等していない場合に、その分散の程度等を評価することができるようになる。
次に、イオン感応部8の下に設けられる電界効果型トランジスタ構造について説明する。溶液内蔵バイオセンサ10を構成する電界効果型トランジスタは、(i)NMOS、PMOS及びCMOSから選ばれるシリコンデバイスで構成されていてもよいし、(ii)アモルファスシリコン薄膜トランジスタ、ポリシリコン薄膜トランジスタ、有機薄膜トランジスタ及び酸化物薄膜トランジスタから選ばれるいずれかで構成されていてもよい。電界効果型トランジスタとして、シリコンデバイスが使用された場合は高精度な測定を実現することができ、薄膜トランジスタが使用された場合は溶液内蔵バイオセンサ10を大面積で作製でき、製造コストの低減に寄与できる。なお、酸化物薄膜トランジスタが、透明な酸化物半導体と透明基板とを有することが好ましく、こうした透明材料で構成することにより、倒立型顕微鏡でイオン感応部上部の細胞やたんぱく質等を観察することができる。
2 ゲート電極
2’ 検出電極
2” 連結配線
3 ゲート絶縁膜
3’ 絶縁膜
4 半導体膜
5 ソース電極
6 ドレイン電極
7 保護膜
8 イオン感応部(イオン感応膜)
10,10A,10B,10C 溶液内蔵バイオセンサ
20,20A,20B ウェル
21 溶液
21’ 測定用液
22 ウェル側壁
25 信号取出し開口部
26 参照電極用開口部
27 疎水性膜
28 親水性膜
30 カバー材
32 易引き剥がし手段
35 枠体
37 疎水性膜
38 親水性膜
40 参照電極
42 参照電極用開口部
44 基準電極用開口部
50 参照電極用溶液槽
51 参照電極用溶液
52 カバー材
60 基準電極
Claims (6)
- 検査部となる1又は2以上のウェルと、
該ウェルに一定量収容された所定の溶液と、
該所定の溶液が漏れないように前記ウェルを密閉すると共に該溶液を捨てるために剥がすことができる易引き剥がし手段を備えた第1のカバー材と、
前記ウェル内に設けられたイオン感応部を一部露出させる信号取出し開口部と、
前記イオン感応部の下に設けられた電界効果トランジスタ型バイオセンサと、
前記溶液が収容されたウェルとは異なるウェル内に設けられた参照電極用開口部及び参照電極と、
前記参照電極用開口部及び参照電極が設けられたウェル内に参照電極用溶液を収容するための参照電極用溶液槽と、
前記参照電極用溶液が漏れないように前記参照電極用溶液槽が収容されたウェルを密閉する第2のカバー材と、
を有し、
前記易引き剥がし手段が、
前記第1のカバー材を剥がすときに、前記参照電極用溶液槽が収容されたウェルの密封には影響なく、前記所定の溶液が収容されたウェルを密封している部分のみを分離独立させて個別に引き剥がすことが可能な形状を有していることを特徴とする溶液内蔵バイオセンサ。 - 前記参照電極用溶液槽内には、参照電極を露出させた参照電極開口部と基準電極が露出した基準電極開口部とが設けられている、請求項1又は2に記載の溶液内蔵バイオセンサ。
- 前記電界効果トランジスタ型バイオセンサを構成する電界効果型トランジスタが、NMOS、PMOS及びCMOSから選ばれるシリコンデバイスで構成されている、請求項1又は2に記載の溶液内蔵バイオセンサ。
- 前記電界効果トランジスタ型バイオセンサを構成する電界効果型トランジスタが、アモルファスシリコン薄膜トランジスタ、ポリシリコン薄膜トランジスタ、有機薄膜トランジスタ及び酸化物薄膜トランジスタから選ばれるいずれかである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の溶液内蔵バイオセンサ。
- 前記酸化物薄膜トランジスタが、透明な酸化物半導体と透明基板とを有する、請求項4に記載の溶液内蔵バイオセンサ。
- 前記信号取り出し開口部のみに前記イオン感応部が設けられ、該イオン感応部の電極を透明電極とし、ベース基材を透明基板とした、請求項1〜5のいずれか1項に記載の溶液内蔵バイオセンサ。
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