JP6410308B2 - センサチップ、検出システム、及び、検出方法 - Google Patents

センサチップ、検出システム、及び、検出方法 Download PDF

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Description

本発明は、センサチップ、検出システム、及び、検出方法に関する。
検体(例えば、尿、又は、血液等)に含まれる検出対象物を検出するセンサチップが知られている。例えば、非特許文献1に記載のセンサチップは、アンテナコイルを備え、電磁誘導方式に従って、リーダ装置によりアンテナコイルを介して供給される電力によって駆動される。
T.S.Aytur、外2名、「A 2.2−mm2 CMOS Bioassay Chip and Wireless Interface」、IEEE、2004 Symposium on VLSI Circuits Digest of Technical Papers、2004年6月、pp.314−317
ところで、アンテナコイルの断面積が小さくなるほど、センサチップに供給される電力が小さくなる。また、センサチップとリーダ装置との間の距離が長くなるほど、センサチップに供給される電力が小さくなる。
検体内にセンサチップが位置している場合、センサチップとリーダ装置との間の距離は長くなりやすい。このため、アンテナコイルの断面積をかなり大きくしないと、センサチップに十分な大きさの電力を供給できない。
また、センサチップの面積が大きくなるほど、センサチップの製造に要するコスト(換言すると、製造コスト)が高くなる。従って、上記センサチップは、製造コストが高くなりやすい。
本発明の目的の一つは、センサチップの面積を縮小することにある。
一つの側面では、センサチップは、
上記センサチップの外部に露出するとともに、互いに異なる金属からなる、第1の電極及び第2の電極と、
電解質を含む検体が上記第1の電極及び上記第2の電極と接している状態において、上記第1の電極において酸化反応が生じるとともに上記第2の電極において還元反応が生じることによって上記第1の電極及び上記第2の電極の間に生じる電位差により駆動されることによって、上記検体に含まれる検出対象物を検出する検出回路と、
を備える。
他の一つの側面では、検出システムは、センサチップと、取得装置と、を備える。
更に、上記センサチップは、
上記センサチップの外部に露出するとともに、互いに異なる金属からなる、第1の電極及び第2の電極と、
電解質を含む検体が上記第1の電極及び上記第2の電極と接している状態において、上記第1の電極において酸化反応が生じるとともに上記第2の電極において還元反応が生じることによって上記第1の電極及び上記第2の電極の間に生じる電位差により駆動されることによって、上記検体に含まれる検出対象物を検出する検出回路と、
上記電位差により駆動されることによって、上記検出の結果を出力する出力回路と、
を備える。
加えて、上記取得装置は、上記出力された検出の結果を上記センサチップから取得する。
他の一つの側面では、検出方法は、
センサチップの外部に露出するとともに、互いに異なる金属からなる、第1の電極及び第2の電極が、電解質を含む検体に接し、
上記第1の電極において酸化反応が生じるとともに上記第2の電極において還元反応が生じることによって上記第1の電極及び上記第2の電極の間に電位差が生じ、
上記センサチップが、上記電位差により駆動されることによって、上記検体に含まれる検出対象物を検出する方法である。
センサチップの面積を縮小することができる。
第1実施形態の検出システムの構成を示す図である。 図1のセンサチップの構成を示す正面図である。 図2におけるA1−A1断面図である。 図2におけるA2−A2断面図である。 図3の固定部の拡大図である。 図2のLSI回路部の機能を示すブロック図である。 図1のセンサチップによる抗原の検出に関する動作を示す説明図である。 図1のセンサチップにより出力される電気信号を示すグラフである。 図1の検出システムにおいて近似的に形成される電気回路を示す説明図である。 図1の検出システムの動作を示す説明図である。 図1の検出システムの動作を示す説明図である。 第1実験例における亜鉛に対するサイクリックボルタモグラムである。 第1実験例における白金に対するサイクリックボルタモグラムである。 第2実験例において、外部抵抗を変化させた場合における、電極間に生じた電位差の時間に対する変化を示すグラフである。 第3実験例において、ELISAプレートを光学顕微鏡により撮影した写真である。 第3実験例において、ELISAプレートを光学顕微鏡により撮影した写真である。 第4実験例における、出力電圧及び検出電圧の時間に対する変化を示すグラフである。 第4実験例における、出力電圧及び検出電圧の時間に対する変化を示すグラフである。 図1のセンサチップの変形例の構成を示す正面図である。 図1のセンサチップの他の変形例の構成を示す正面図である。 図20におけるB−B断面図である。 図1のセンサチップの他の変形例の構成を示す正面図である。 図1のセンサチップの他の変形例の構成を示すブロック図である。 図1のセンサチップの他の変形例の構成を示す背面図である。 図1のセンサチップの他の変形例の構成を示す正面図である。 第2実施形態の検出システムの構成を示す図である。 図26のセンサチップの構成を示す正面図である。 図26のセンサチップの構成を示す背面図である。 図27におけるC−C断面図である。 図29のシャッタ層及び反射層の機能を示す説明図である。 図29のLSI回路部の機能を示すブロック図である。
以下、本発明の、センサチップ、取得装置、検出システム、及び、検出方法、に関する各実施形態について図1乃至図31を参照しながら説明する。
<第1実施形態>
(構成)
図1に示されるように、第1実施形態の検出システム1は、センサチップ10と、取得装置20と、を備える。センサチップ10は、検体DBに含まれる検出対象物を検出し、検出の結果を出力する。取得装置20は、センサチップ10により出力された検出の結果をセンサチップ10から取得する。
検体DBは、電解質を含む媒体(例えば、液体、固体、コロイド、ゾル、又は、ゲル)である。本例では、検体DBは、尿である。なお、検体DBは、尿と異なる生体試料(例えば、血液、血清、又は、血漿等)であってもよい。また、検体DBは、生体試料を緩衝液(例えば、リン酸緩衝生理食塩水(PBS;Phosphate Buffered Saline)等)により希釈した液体であってもよい。
また、検体DBには、塩(例えば、塩化ナトリウム(NaCl)、フッ化アンモニウム(NHF)、又は、塩化亜鉛(ZnCl)等)が添加されていてもよい。また、検体DBには、水素イオン指数(pH;Potential Hydrogen、又は、Power Of Hydrogen)を調整する物質(例えば、塩酸、水酸化カリウム、クエン酸、グルコン酸、コハク酸、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、二酸化炭素、又は、乳酸等)が添加されていてもよい。
センサチップ10は、互いに平行な一対の表面を有する平板状の半導体装置である。図2に示されるように、センサチップ10は、センサチップ10の厚さ方向にてセンサチップ10を見た場合(換言すると、正面視)において正方形状を有する。
本例では、正面視において、センサチップ10の1つの辺の長さは、2mmである。なお、正面視において、センサチップ10の1つの辺は、10μm及び10mmの間の長さを有してよい。また、センサチップ10は、正面視において、正方形状と異なる形状(例えば、長方形状、多角形状、楕円形状、又は、円形状等)を有していてもよい。
センサチップ10は、図2におけるA1−A1断面図である図3、及び、図2におけるA2−A2断面図である図4に示されるように、第1の電極11と、第2の電極12と、固定部13と、絶縁部14と、LSI(Large Scale Integration)回路部15と、基板16と、第3の電極18と、第4の電極19と、を備える。
基板16は、シリコン(Si)からなる。基板16は、センサチップ10が有する一対の表面のうちの第2の表面SF2を形成する。
LSI回路部15は、基板16に対して第2の表面SF2と反対側にて、基板16と重なる。LSI回路部15については、後述する。
絶縁部14は、二酸化ケイ素(SiO)からなる。絶縁部14は、シリコン酸化膜と呼ばれてもよい。絶縁部14は、LSI回路部15に対して基板16と反対側にて、LSI回路部15と重なる。
第1の電極11は、亜鉛(Zn)からなる。なお、第1の電極11は、亜鉛と異なる金属(例えば、マグネシウム(Mg)等)からなっていてもよい。第2の電極12は、白金(Pt)からなる。なお、第2の電極12は、第1の電極11と異なるとともに白金と異なる金属(例えば、金(Au)、鉄(Fe)、銅(Cu)、又は、塩化銀(AgCl)等)からなっていてもよい。固定部13は、金(Au)からなる。なお、固定部13は、金と異なる材料からなっていてもよい。
第3の電極18は、白金(Pt)からなる。第3の電極18は、白金と異なる金属(例えば、金(Au)、鉄(Fe)、銅(Cu)、又は、塩化銀(AgCl)等)からなっていてもよい。第4の電極19は、白金(Pt)からなる。第4の電極19は、白金と異なる金属(例えば、金(Au)、鉄(Fe)、銅(Cu)、又は、塩化銀(AgCl)等)からなっていてもよい。本例では、第4の電極19は、第3の電極18と同一の金属からなる。なお、第4の電極19は、第3の電極18と異なる金属からなっていてもよい。なお、第3の電極18及び第4の電極19は、絶縁膜により被覆されていてもよい。
第1の電極11、第2の電極12、固定部13、第3の電極18、及び、第4の電極19は、絶縁部14に対してLSI回路部15と反対側にて、絶縁部14と重なる。このようにして、第1の電極11、第2の電極12、固定部13、第3の電極18、及び、第4の電極19は、センサチップ10が有する一対の表面のうちの第1の表面SF1を形成する。換言すると、第1の電極11、第2の電極12、固定部13、第3の電極18、及び、第4の電極19は、第1の表面SF1にてセンサチップ10の外部に露出する。
図2に示されるように、センサチップ10の正面視において、固定部13は、1つの辺の長さがセンサチップ10よりも短い正方形状を有する。センサチップ10の正面視において、固定部13の重心は、センサチップ10の重心と一致する。なお、センサチップ10の正面視において、固定部13は、正方形状と異なる形状(例えば、長方形状、多角形状、楕円形状、又は、円形状等)を有していてもよい。また、センサチップ10の正面視において、固定部13の重心は、センサチップ10の重心と異なる位置に位置してもよい。
センサチップ10の正面視において、第1の電極11及び第2の電極12は、固定部13よりもセンサチップ10の外縁側に位置する。センサチップ10の正面視において、第1の電極11及び第2の電極12のそれぞれは、所定の幅を有するとともに、センサチップ10の外縁に沿ったU字形状を有する。
第2の電極12は、センサチップ10の正面視において、センサチップ10の第1の角部にて切欠き部12bを有する。第1の電極11は、センサチップ10の正面視において、センサチップ10の第2の角部にて切欠き部11bを有する。第2の角部は、第1の角部の対角に位置する。センサチップ10の正面視において、第1の電極11及び第2の電極12は、同一の形状を有する。
センサチップ10の正面視において、第3の電極18及び第4の電極19のそれぞれは、1つの辺の長さが、第1の電極11及び第2の電極12の幅よりも短い正方形状を有する。第3の電極18は、センサチップ10の正面視において、センサチップ10の第1の角部に位置する。第4の電極19は、センサチップ10の正面視において、センサチップ10の第2の角部に位置する。
なお、センサチップ10の正面視において、第3の電極18及び第4の電極19のそれぞれは、正方形状と異なる形状(例えば、長方形状、多角形状、楕円形状、又は、円形状等)を有していてもよい。
センサチップ10の正面視において、第1の電極11、第2の電極12、固定部13、第3の電極18、及び、第4の電極19は、所定の距離だけ互いに隔てられている。
なお、第1の電極11及び第2の電極12は、センサチップ10の正面視において、互いに異なる形状を有していてもよい。また、第1の電極11及び第2の電極12は、センサチップ10の正面視において、互いに異なる面積を有していてもよい。
図3に示されるように、第1の電極11は、第2の電極12よりも厚い。例えば、第1の電極11は、50nm及び10μmの間の厚さを有してよい。例えば、第2の電極12は、20nm及び50μmの間の厚さを有してよい。なお、第1の電極11は、第2の電極12と同じ厚さを有していてもよい。
図3に示されるように、固定部13は、第2の電極12と同じ厚さを有する。なお、固定部13は、第2の電極12と異なる厚さを有してもよい。
図4に示されるように、第3の電極18は、第2の電極12と同じ厚さを有する。なお、第3の電極18は、第2の電極12と異なる厚さを有してもよい。本例では、第4の電極19は、第3の電極18と同じ厚さを有する。
図5に示されるように、固定部13の表面のうちの絶縁部14と反対側の表面(換言すると、第1の表面SF1のうちの固定部13により形成される部分)には、複数のチップ側抗体AB1が固定されている。チップ側抗体AB1は、検出対象物としての抗原と結合する。本例では、チップ側抗体AB1は、モノクローナル抗体である。なお、チップ側抗体AB1は、ポリクローナル抗体であってもよい。チップ側抗体AB1は、第1の抗体の一例である。
抗原は、例えば、インスリン、カゼイン、免疫グロブリンE(IgE;Immunoglobulin E)、免疫グロブリンG(IgG;Immunoglobulin G)、及び、細菌又はウイルス等の感染性物質等である。
図3に示されるように、第1の電極11は、絶縁部14を貫通する接続部11aを有する。接続部11aは、第1の電極11とLSI回路部15とを接続する。第2の電極12は、絶縁部14を貫通する接続部12aを有する。接続部12aは、第2の電極12とLSI回路部15とを接続する。
図4に示されるように、第3の電極18は、絶縁部14を貫通する接続部18aを有する。接続部18aは、第3の電極18とLSI回路部15とを接続する。本例では、第4の電極19は、第3の電極18と同様に、絶縁部14を貫通するとともに、第4の電極19とLSI回路部15とを接続する接続部を有する。
検体DBが第1の電極11及び第2の電極12と接している状態においては、下記化学式1に表されるように、第1の電極11にて酸化反応が生じるとともに、下記化学式2及び化学式3に表されるように、第2の電極12にて還元反応が生じる。検体DBが第1の電極11及び第2の電極12と接している状態は、例えば、センサチップ10が検体DBの中に入れられている(例えば、浸されている)状態である。


従って、検体DBが第1の電極11及び第2の電極12と接している状態においては、第1の電極11にて酸化反応が生じるとともに、第2の電極12にて還元反応が生じることにより、第1の電極11及び第2の電極12の間に電位差(換言すると、電圧)が生じる。LSI回路部15は、第1の電極11及び第2の電極12の間に生じた電位差によって駆動される。
ところで、第1の電極11にて酸化反応が生じることにより、第1の電極11は、検体DBに溶出する。従って、第1の電極11の体積(第1の電極11の面積及び厚さ)が大きくなるほど、第1の電極11及び第2の電極12により生成される電力の総量が大きくなる。
LSI回路部15について説明を加える。LSI回路部15は、図6に示されるように、磁気センサ15aと、ADC(Analog−to−digital Converter)15cと、変調器15dと、増幅器15eと、を備える。磁気センサ15aは、検出回路の一例である。ADC15c、変調器15d、及び、増幅器15eは、出力回路の一例である。
図3に示されるように、磁気センサ15aは、センサチップ10の正面視において、固定部13と重なるように位置する。磁気センサ15aは、各チップ側抗体AB1と対応する位置にて、センサチップ10の厚さ方向における磁界を検出することにより、チップ側抗体AB1と結合している抗原の数を検出し、検出した抗原の数を表す信号を生成する。本例では、磁気センサ15aは、複数のホール素子を備える。
磁気センサ15aによる抗原の検出について説明を加える。
図7の(C)に示されるように、抗原AGは、チップ側抗体AB1と結合するとともに、微粒子側抗体AB2と結合する。本例では、微粒子側抗体AB2は、モノクローナル抗体である。なお、微粒子側抗体AB2は、ポリクローナル抗体であってもよい。微粒子側抗体AB2は、第2の抗体の一例である。
微粒子側抗体AB2は、磁性微粒子MPに固定されている。磁性微粒子MPは、磁気ビーズと呼ばれてもよい。磁性微粒子MPの直径の長さは、例えば、10nm及び10μmの間の長さである。本例では、微粒子側抗体AB2を有する磁性微粒子MPは、抗体付磁性微粒子MPAと表されてよい。
抗体付磁性微粒子MPAは、抗原AG及びチップ側抗体AB1を介して固定部13に固定される。
図7の(D)に示されるように、センサチップ10に平行な磁界MF2が形成された状態を想定する。この状態において、抗体付磁性微粒子MPAが固定部13に固定されている場合、抗体付磁性微粒子MPAの磁性微粒子MPによって、その磁性微粒子MPの近傍において、センサチップ10の厚さ方向における磁界MF3が形成される。なお、磁界MF2は、後述するように、取得装置20により形成される。
このようにして、磁気センサ15aは、センサチップ10の厚さ方向における磁界MF3を検出することにより、チップ側抗体AB1と結合している抗原の数を検出する。従って、磁気センサ15aは、磁性微粒子MPが、微粒子側抗体AB2及び抗原AGを介してチップ側抗体AB1に結合されているか否かを検出する、と捉えられ得る。
図6に示されるADC15cは、磁気センサ15aにより生成された信号を、アナログ信号からデジタル信号へ変換する。
変調器15dは、ADC15cによる変換後の信号を所定の変調方式に従って変調する。本例では、変調方式は、周波数偏移変調(FSK;Frequency Shift Keying)方式である。本例では、図8の(A)に示されるように、変調後の信号は、「1」を表す期間T1,T3においては、第1の周波数を有するとともに、「0」を表す期間T2においては、第1の周波数よりも低い第2の周波数を有する。なお、第2の周波数は、第1の周波数よりも高くてもよい。
なお、変調方式は、FSK方式と異なる方式(例えば、位相偏移変調(PSK;Phase Shift Keying)方式、又は、振幅偏移変調(ASK;Amplitude Shift Keying)方式等)であってもよい。
増幅器15eは、変調器15dによる変調後の信号を増幅し、増幅後の信号を第3の電極18及び第4の電極19を介してセンサチップ10の外部へ出力する。第3の電極18及び第4の電極19を介して出力される電気信号の伝達については、後述する。
本例では、第3の電極18及び第4の電極19の間の距離は、第1の電極11及び第2の電極12の間の距離よりも長い。従って、センサチップ10により出力される電気信号と、取得装置20により検出される電気信号と、の相関を強めることができる。
なお、LSI回路部15は、変調を行なうことなく、ADC15cによる変換後の信号を増幅器15eが増幅してもよい。この場合、LSI回路部15は、変調器15dを備えない。この場合、図8の(B)に示されるように、増幅後の信号は、「1」を表す期間T1,T3においては、第1の電圧を有するとともに、「0」を表す期間T2においては、第1の電圧よりも低い第2の電圧を有する。なお、第2の電圧は、第1の電圧よりも高くてもよい。
図1に示されるように、取得装置20は、容器21と、第1の磁石22と、第2の磁石23と、第5の電極24aと、第6の電極24bと、制御装置25と、を備える。容器21、第5の電極24a及び第6の電極24bは、収容部を構成する。制御装置25は、検出部の一例である。
容器21は、容器21の内壁面21aが形成する空間に、検体DBと、検体DB内に位置するセンサチップ10と、を収容可能に構成される。本例では、内壁面21aの鉛直方向における最下部(換言すると、底部)21a1は、水平方向と平行に形成されている。
第1の磁石22は、内壁面21aのうちの鉛直方向における最上部よりも僅かに下に位置する。取得装置20は、図示しない移動機構を備え、この移動機構を用いて、第1の磁石22の位置を、内壁面21aの近傍の位置と、内壁面21aから所定の距離だけ離れた位置と、の間で切り替え可能に構成される。
後述するように、第1の磁石22は、第1の磁石22の位置が内壁面21aの近傍である状態において、検体DB内に、チップ側抗体AB1に結合していない磁性微粒子MPが存在する場合には、この磁性微粒子MPを、第1の磁石22の近傍に引き寄せる。
なお、取得装置20は、上記移動機構に代えて、遮蔽機構を備え、この遮蔽機構を用いて、取得装置20の状態を、第1の磁石22により形成される磁界が遮蔽される状態と、この磁界が遮蔽されない状態と、の間で切り替え可能に構成されてもよい。
本例では、第1の磁石22は、永久磁石である。なお、第1の磁石22は、電磁石であってもよい。この場合、取得装置20は、移動機構を備えない。
第2の磁石23は、内壁面21aの底部21a1の近傍に位置する。第2の磁石23が有する一対の磁極23a,23bを互いに結ぶ方向は、内壁面21aの底部21a1と平行である(本例では、水平方向に一致する)。センサチップ10は、内壁面21aの底部21a1と平行になりやすい。従って、第2の磁石23が有する一対の磁極23a,23bを互いに結ぶ方向は、センサチップ10に平行である、と捉えられ得る。
このようにして、第2の磁石23は、内壁面21aの底部21a1の近傍において、内壁面21aの底部21a1と平行な磁界MF2を形成可能に構成される。
本例では、第2の磁石23は、電磁石である。本例では、第2の磁石23は、交流磁界を形成する。なお、第2の磁石23は、直流磁界を形成してもよい。
第5の電極24a及び第6の電極24bは、容器21が検体DBを収容していない状態において、内壁面21aにて、内壁面21aが形成する空間に露出する。第5の電極24a及び第6の電極24bは、内壁面21aの底部21a1の近傍に位置する。これにより、第5の電極24a及び第6の電極24bは、容器21が検体DBを収容している状態において、検体DBに接する。
検体DBは、電解質を含む。従って、第3の電極18及び第4の電極19と、第5の電極24a及び第6の電極24bと、は、検体DBを介して電気的に接続されている、と捉えられ得る。例えば、センサチップ10、取得装置20、及び、検体DBにより形成される電気回路は、図9に示される電気回路により近似され得る。
従って、LSI回路部15から、第3の電極18及び第4の電極19を介して出力された電気信号は、検体DBを介して、第5の電極24a及び第6の電極24bの電位差として取得装置20へ伝達される。
図1に示される制御装置25は、第5の電極24a及び第6の電極24bの間の電位差を検出する。制御装置25は、検出した電位差に基づいて、検体DB内に含まれる抗原AGの検出の結果をセンサチップ10から取得する。
本例では、制御装置25は、取得した検出の結果を、図示しない記憶装置に記憶する。なお、制御装置25は、取得した検出の結果を、出力装置(例えば、ディスプレイ、又は、スピーカ等)を介して出力してもよい。また、制御装置25は、取得した検出の結果を、通信網を介して接続された外部の装置へ送信してもよい。
(動作)
次に、検出システム1の動作について説明する。
図10の(A)に示されるように、取得装置20の容器21に、検体DBが入れられる。これにより、第5の電極24a及び第6の電極24bは、検体DBに接する。
次いで、図10の(B)に示されるように、センサチップ10が検体DBに入れられる。これにより、第1の電極11、第2の電極12、第3の電極18、及び、第4の電極19は、検体DBに接する。そして、センサチップ10は、容器21の底部21a1へ向かって検体DB内を下降する。
センサチップ10が検体DBに入れられると、図7の(A)に示されるように、検体DB内の抗原AGは、チップ側抗体AB1と結合する。また、センサチップ10が検体DBに入れられると、第1の電極11にて酸化反応が生じるとともに、第2の電極12にて還元反応が生じることにより、第1の電極11及び第2の電極12の間に電位差が生じる。この電位差によって、LSI回路部15は、駆動される。更に、第1の電極11にて酸化反応が生じることにより、第1の電極11は、検体DBに溶出する。
次いで、図10の(C)に示されるように、センサチップ10は、容器21の底部21a1に到達し、容器21の底部21a1と平行になる。
そして、所定の時間が経過した後に、複数の抗体付磁性微粒子MPAが検体DBに入れられる。なお、複数の抗体付磁性微粒子MPAは、緩衝液(例えば、PBS等)とともに検体DBに入れられてもよい。
そして、複数の抗体付磁性微粒子MPAは、容器21の底部21a1へ向かって検体DB内を下降する。抗体付磁性微粒子MPAがセンサチップ10の近傍に到達すると、図7の(B)及び図10の(D)に示されるように、抗体付磁性微粒子MPAが有する微粒子側抗体AB2が、チップ側抗体AB1に結合している抗原AGと結合する。これにより、磁性微粒子MPが、微粒子側抗体AB2、抗原AG、及び、チップ側抗体AB1を介して、固定部13に固定される。
そして、所定の時間が経過した後に、図11の(E)に示されるように、取得装置20は、第1の磁石22の位置を、内壁面21aから所定の距離だけ離れた位置から、内壁面21aの近傍の位置へ切り替える。これにより、検体DB内に磁界MF1が形成される。
磁界MF1によって、第1の磁石22は、検体DB内の、固定部13に固定されていない(換言すると、チップ側抗体AB1に結合された抗原AGと結合していない)抗体付磁性微粒子MPAを、第1の磁石22の近傍に引き寄せる。これにより、図7の(C)に示されるように、センサチップ10の近傍から、固定部13に固定されていない抗体付磁性微粒子MPAが除去される。
そして、図11の(F)に示されるように、取得装置20は、第2の磁石23に通電することにより、センサチップ10と平行な磁界MF2を形成する。これにより、図7の(D)に示されるように、抗体付磁性微粒子MPAが固定されている位置の近傍において、センサチップ10の厚さ方向における磁界MF3が形成される。
そして、センサチップ10は、第1の電極11及び第2の電極12の間に生じた電位差によって駆動されるLSI回路部15により、センサチップ10の厚さ方向における磁界MF3を検出することによって、チップ側抗体AB1と結合している抗原AGの数を検出する。
次いで、センサチップ10は、第1の電極11及び第2の電極12の間に生じた電位差によって駆動されるLSI回路部15により、検出した抗原AGの数を表す電気信号を、第3の電極18及び第4の電極19を介して出力する。
センサチップ10により、第3の電極18及び第4の電極19を介して出力された電気信号CMは、検体DBを介して、第5の電極24a及び第6の電極24bの電位差の変化として取得装置20へ伝達される。
そして、図11の(G)に示されるように、取得装置20は、第1の磁石22の位置を、内壁面21aの近傍の位置から、内壁面21aから所定の距離だけ離れた位置へ切り替える。これにより、検体DB内に形成されていた磁界MF1が消失する。更に、取得装置20は、第2の磁石23への通電を終了する。これにより、検体DB内に形成されていた磁界MF2も消失する。
その後、検体DB、センサチップ10、及び、抗体付磁性微粒子MPAは、容器21から排出される。なお、取得装置20は、容器21から排出された、センサチップ10、及び、抗体付磁性微粒子MPAの少なくとも一方を捕集するフィルタを備えていてもよい。
そして、図11の(H)に示されるように、取得装置20の容器21は、検体DBを収容していない、空の状態になる。なお、取得装置20は、この時点にて、容器21の内壁面21aを洗浄してもよい。
(第1実験例)
次に、本発明に関する第1実験例について説明する。
第1実験例においては、亜鉛及び白金のそれぞれに対してサイクリックボルタモグラムを取得した。
作用電極は、直径が3mmである円形状を有する電極である。対向電極は、直径が10mmである円形状を有するとともに、白金からなる電極である。参照電極は、銀/塩化銀(Ag/AgCl)参照電極である。電解液は、PBS(和光純薬株式会社製)である。印加電圧の掃引速度は、20mV/sである。
図12は、作用電極が亜鉛からなる電極である場合におけるサイクリックボルタモグラムを示す。図12の領域C11におけるピークは、上記化学式1に対応していると考えられる。
図13は、作用電極が白金からなる電極である場合におけるサイクリックボルタモグラムを示す。図13の領域C21におけるピークは、上記化学式2に対応していると考えられる。図13の領域C22におけるピークは、上記化学式3に対応していると考えられる。
(第2実験例)
次に、本発明に関する第2実験例について説明する。
第2実験例においては、亜鉛からなる電極と、白金からなる電極と、を用いた場合において生成される電力について調べた。
直径が3mmである円形状を有するとともに亜鉛からなる第1の電極と、直径が3mmである円形状を有するとともに白金からなる第2の電極と、を、10mmの間隔を有するように対向させた状態にて、電解液に浸した。電解液は、50mLのPBSである。
図14は、外部抵抗を変化させた場合における、電極間に生じた電位差(換言すると、電圧)の時間に対する変化を示す。外部抵抗は、開回路(換言すると、Open)、10kΩ、100kΩ、又は、200kΩである。
第1の電極及び第2の電極が開回路を形成する場合、定常状態において電極間に生じた電位差は、約1.2Vであった。第2の電極において、上記化学式2の反応と、上記化学式3の反応と、の両方が生じていると考えられる。
ところで、外部抵抗の変化に対する、電極間に生じた電位差の変化から、内部抵抗は、約200kΩであると推定された。第2実験例において、内部抵抗は比較的大きい。このため、電位差がリーク電流と拡散層の発展とによって低下していると考えられる。リーク電流は、第1の電極及び第2の電極の間で電解液を介して流れる電流である。拡散層の発展は、第1の電極の近傍にて亜鉛イオンの濃度が高くなることにより、上記化学式1の反応が生じにくくなる現象である。
図14に示されるように、電極間に生じた電位差は、電極を電解液に浸した直後の時点にて最大である。この時点において、第1の電極及び第2の電極により出力可能な電力の最大値は、約5.3μWであった。また、第1の電極及び第2の電極により出力可能な電力の最大値を定常状態において平均した値は、約2.4μWであった。第2実験例において、第1の電極及び第2の電極が、90分間に亘って、安定して電力を生成できることが判明した。
(第3実験例)
次に、本発明に関する第3実験例について説明する。
第3実験例においては、亜鉛からなる電極の溶出が、抗原及び抗体の結合に及ぼす影響について調べた。
第1のELISA(Enzyme−Linked ImmunoSorbent Assay)プレート及び第2のELISAプレートのそれぞれに、第1の抗体をPBSに混入した、100μLの液体を滴下した。第1の抗体は、ヤギ抗ヒトIgG−Fcである。混入された第1の抗体の量は、1mLのPBS毎に10μgである。これにより、第1の抗体が第1のELISAプレート及び第2のELISAプレートのそれぞれに固定された。
次いで、第1のELISAプレートのみに、抗原をPBSに混入した、100μLの液体を滴下した。抗原は、ヒトIgGである。混入された抗原の量は、1mLのPBS毎に20μgである。これにより、第1のELISAプレートにおいて、抗原が第1の抗体と結合した。
次いで、第1のELISAプレート及び第2のELISAプレートのそれぞれに、抗体付磁性微粒子をPBSに混入した、100μLの液体を滴下した。抗体付磁性微粒子は、第2の抗体であるヤギ抗ヒトIgG−H+Lを有する。抗体付磁性微粒子が有する磁性微粒子の直径は、2.8μmである。混入された抗体付磁性微粒子の量は、1mLのPBS毎に1gである。また、第2の抗体の量は、1mgの磁性微粒子毎に120μgである。これにより、第1のELISAプレートにおいて、第1の抗体と結合した抗原と第2の抗体が結合し、抗体付磁性微粒子が第1のELISAプレートに固定された。
次いで、第1のELISAプレート及び第2のELISAプレートのそれぞれを洗浄することにより、固定されていない抗体付磁性微粒子を除去した。
図15の(A)は、第1のELISAプレートを光学顕微鏡により撮影した写真である。図15の(B)は、第2のELISAプレートを光学顕微鏡により撮影した写真である。図15に示されるように、磁性微粒子がELISAプレートに付着している数は、第1のELISAプレートの方が、第2のELISAプレートよりも有意に多い。従って、第3実験例においては、第1のELISAプレートにて、抗原及び抗体の結合によって、磁性微粒子がELISAプレートに固定されていることが判明した。
更に、磁性微粒子が固定されている第1のELISAプレートに、電解液としての340μLのPBSを滴下した。次いで、直径が3mmである円形状を有するとともに亜鉛からなる第1の電極と、直径が3mmである円形状を有するとともに白金からなる第2の電極と、をこの電解液に浸した。第1の電極及び第2の電極には、200kΩの外部抵抗を接続した。5分が経過する毎に、電解液を攪拌した。
図16の(A)は、第1の電極及び第2の電極を電解液に浸す前の第1のELISAプレートを光学顕微鏡により撮影した写真である。図16の(B)は、第1の電極及び第2の電極を電解液に浸してから30分が経過した時点の第1のELISAプレートを光学顕微鏡により撮影した写真である。図16に示されるように、磁性微粒子の密度にそれほど大きな差は生じていない。
また、攪拌の際に、第1のELISAプレートから離れた磁性微粒子は、観察されなかった。従って、第1の電極及び第2の電極を電解液に浸した時点以降においても、抗原及び抗体の結合が維持されることが判明した。
なお、定常状態において電極間に生じた電位差は、約1.0Vであった。また、第1の電極及び第2の電極により出力可能な電力の最大値を定常状態において平均した値は、約4.9μWであった。
第1の電極及び第2の電極を電解液に浸してから30分が経過した時点における、亜鉛イオンの濃度は、第1の電極及び第2の電極により出力された電力の量に基づいて、約119μmolであると推定される。従って、約119μmolの亜鉛イオンが、抗原及び抗体の結合に及ぼす影響は、軽微であることが判明した。
検出システム1においてセンサチップ10が動作する時間は、数分〜数10分程度であることが想定される。また、検出システム1においても、亜鉛イオンの濃度は、第3実験例と同程度であることが想定される。従って、検出システム1によれば、検体DBに含まれる検出対象物を高い精度にて検出できる。
(第4実験例)
次に、本発明に関する第4実験例について説明する。
第4実験例においては、検体DBを介した電気信号の伝達について調べた。
図17は、出力電圧及び検出電圧の時間に対する変化を示す。出力電圧は、第3の電極18及び第4の電極19を介して出力される電気信号を表す電圧である。検出電圧は、第5の電極24a及び第6の電極24bの間の電位差として検出される電圧である。図17の曲線L11は、出力電圧を表す。図17の曲線L12は、検出電圧を表す。
図17に示されるように、検出電圧は、出力電圧と強い相関を有している。従って、検出システム1によれば、センサチップ10による検出の結果を取得装置20へ確実に伝達することができる。
図18は、LSI回路部15において変調を行なわない場合における、出力電圧及び検出電圧の時間に対する変化を示す。図18の曲線L21は、出力電圧を表す。図18の曲線L22は、検出電圧を表す。この場合においても、図18に示されるように、検出電圧は、出力電圧と強い相関を有している。従って、検出システム1によれば、センサチップ10による検出の結果を取得装置20へ確実に伝達することができる。
以上、説明したように、第1実施形態のセンサチップ10は、センサチップ10の外部に露出するとともに、互いに異なる金属からなる、第1の電極11及び第2の電極12を備える。更に、センサチップ10は、電解質を含む検体DBが第1の電極11及び第2の電極12と接している状態において、第1の電極11において酸化反応が生じるとともに第2の電極12において還元反応が生じることによって第1の電極11及び第2の電極12の間に生じる電位差により駆動されることによって、検体DBに含まれる検出対象物を検出する磁気センサ15aを備える。
これによれば、アンテナコイルを用いることなく、磁気センサ15aを駆動できる。これにより、アンテナコイルを用いる場合よりもセンサチップ10の面積を縮小できる。
更に、第1実施形態のセンサチップ10は、検出対象物としての抗原AGと結合するチップ側抗体AB1を備える。加えて、センサチップ10は、抗原AGと結合する微粒子側抗体AB2を有する磁性微粒子MPが、微粒子側抗体AB2及び抗原AGを介してチップ側抗体AB1に結合されているか否かを検出する磁気センサ15aを備える。
本願の発明前においては、電極が検体DBに溶出した場合に、抗原及び抗体の結合、並びに、磁性微粒子の検出精度に、溶出した電極が及ぼす影響の程度が不明であった。これに対し、本願の発明者は、上記影響の程度が軽微であることを見出した。従って、センサチップ10によれば、検出対象物を高い精度にて検出できる。
更に、第1実施形態のセンサチップ10は、第1の電極11及び第2の電極12の間に生じる電位差により駆動されることによって、上記検出の結果を出力するLSI回路部15を備える。
これによれば、アンテナコイルを用いることなく、LSI回路部15を駆動できる。これにより、アンテナコイルを用いる場合よりもセンサチップ10の面積を縮小できる。
更に、第1実施形態のセンサチップ10において、LSI回路部15は、上記検出の結果を表す電気信号を、第3の電極18及び第4の電極19を介して出力する。
これによれば、アンテナコイルを用いることなく、検出の結果を表す電気信号を、検体DBを介してセンサチップ10の外部の取得装置20に伝達できる。これにより、アンテナコイルを用いる場合よりもセンサチップ10の面積を縮小できる。
更に、第1実施形態のセンサチップ10は、互いに平行な一対の表面を有する平板状である。加えて、第1の電極11及び第2の電極12は、上記一対の表面のうちの第1の表面SF1にてセンサチップ10の外部に露出する。
これによれば、同一の面に対する加工によって、第1の電極11及び第2の電極12を形成できる。従って、第1の電極11及び第2の電極12を第1の表面SF1及び第2の表面SF2にそれぞれ形成する場合よりも、センサチップ10を容易に製造できる。
更に、第1実施形態のセンサチップ10において、第1の電極11は、亜鉛からなる。
亜鉛は、生体に含まれる。従って、亜鉛は、検体DBに混入されても、検体DBの状態を変化させにくい。このため、センサチップ10によれば、第1の電極11が検体DBに溶出した場合に、溶出した第1の電極11が検出対象物の検出精度に及ぼす影響を抑制できる。この結果、検出対象物を十分に高い精度にて検出できる。
なお、第1の電極11がマグネシウムからなる場合も、亜鉛の場合と同様の効果が奏される。
例えば、検出対象物が感染性物質である場合、及び、検体が尿である場合等においては、センサチップが1度の使用により廃棄される(換言すると、使い捨てである)ことが好適である。第1実施形態のセンサチップ10によれば、センサチップ10の面積を十分に小さくすることができるので、センサチップ10の製造コストを低減できる。従って、センサチップ10は、使い捨てのセンサチップとして好適に用いられる。
ところで、第1実施形態においては、チップ側抗体AB1は、固定部13に固定されている。なお、センサチップ10は、固定部13を備えなくてもよい。この場合、チップ側抗体AB1は、絶縁部14に固定される。
また、第1実施形態において、センサチップ10は、抗原及び抗体の結合に基づいて検出対象物を検出する免疫センサ(換言すると、イムノセンサ)である。なお、センサチップ10は、免疫センサと異なるバイオセンサ(例えば、酵素センサ、微生物センサ、又は、イオンチャネルセンサ等)であってもよい。この場合、検出対象物は、グルコース、又は、乳酸等であってよい。
なお、図19に示されるように、センサチップ10は、第2の電極12に代えて、第2の電極12Aを備えてもよい。第2の電極12Aは、固定部13と一体に形成されている。従って、第2の電極12A及び固定部13の両方において還元反応が生じ得る。これによれば、第2の電極12Aの実質的な面積を大きくすることができる。
また、図20、及び、図20におけるB−B断面図である図21に示されるように、センサチップ10は、第1の電極11及び第2の電極12に代えて、第1の電極11B及び第2の電極12Bをそれぞれ備えてもよい。
図21に示されるように、第1の電極11Bは、基板16に対してLSI回路部15と反対側にて、基板16と重なる。第1の電極11Bは、センサチップ10の正面視において、センサチップ10と同一の形状を有する。このようにして、第1の電極11Bは、センサチップ10が有する一対の表面のうちの第2の表面SF2を形成する。換言すると、第1の電極11Bは、第2の表面SF2にてセンサチップ10の外部に露出する。
図20に示されるように、第2の電極12Bは、センサチップ10の正面視において、固定部13よりもセンサチップ10の外縁側にて、固定部13を取り囲む。換言すると、第2の電極12Bは、センサチップ10の正面視において、所定の幅を有するとともに、センサチップ10の外縁に沿うように形成されている。
第2の電極12Bは、センサチップ10の正面視において、センサチップ10の第1の角部にて切欠き部12bを有するとともに、センサチップ10の第2の角部にて切欠き部12cを有する。
センサチップ10の正面視において、第2の電極12B、固定部13、第3の電極18、及び、第4の電極19は、所定の距離だけ互いに隔てられている。第2の電極12Bは、センサチップ10が有する一対の表面のうちの第1の表面SF1を形成する。換言すると、第2の電極12Bは、第1の表面SF1にてセンサチップ10の外部に露出する。
これによれば、同一の面に第1の電極11及び第2の電極12の両方が形成される場合よりも、各電極11B,12Bの面積を大きくすることができる。これにより、電極反応に伴うインピーダンスを小さくすることができる。この結果、第1の電極11B及び第2の電極12Bの間に生じる電位差の低下を抑制できる。また、センサチップ10の面積を縮小できる。
この場合において、図22に示されるように、センサチップ10は、第2の電極12Bに代えて、第2の電極12Cを備えてもよい。第2の電極12Cは、固定部13と一体に形成されている。従って、第2の電極12C及び固定部13の両方において還元反応が生じ得る。これによれば、第2の電極12Cの実質的な面積を大きくすることができる。また、固定部13と第2の電極12Bとを独立に形成する場合よりも、センサチップ10を容易に製造できる。
また、図23に示されるように、センサチップ10は、第1の電極11及び第2の電極12の間に生じた電位差により充電されるとともに、放電することにより電力をLSI回路部15へ供給するコンデンサ17Dを備えてもよい。図23の(A)は、コンデンサ17Dが充電される場合における電流の流れを表す。図23の(B)は、コンデンサ17Dが放電する場合における電流の流れを表す。
この場合、センサチップ10は、センサチップ10の状態を、コンデンサ17Dが充電される状態と、コンデンサ17Dが放電する状態と、の間で切り替える切替器を備えてもよい。例えば、センサチップ10は、第1の電極11及び第2の電極12の間に電位差が生じ始めた時点から所定の時間が経過した時点にて、センサチップ10の状態を、コンデンサ17Dが充電される状態から、コンデンサ17Dが放電する状態へ切り替えるように構成されていてもよい。
ところで、検体DBが第1の電極11及び第2の電極12と接してから、検出対象物が十分に高い精度にて検出されるまでには、所定の時間を要することが多い。従って、検体DBが第1の電極11及び第2の電極12と接してから、検出対象物が十分に高い精度にて検出されるまでの期間において、電力が無駄に生成され、その結果、検出対象物を十分に高い精度にて検出可能な時点にて、LSI回路部15を駆動する電力が不足する虞がある。
これに対し、センサチップ10がコンデンサ17Dを備えることにより、上記期間において生じた電力をコンデンサ17Dに蓄えることができる。この結果、検出対象物を十分に高い精度にて検出可能な時点にて、LSI回路部15を確実に駆動できる。
また、図24に示されるように、センサチップ10は、第3の電極18及び第4の電極19に代えて、第3の電極18E及び第4の電極19Eを備えてもよい。第3の電極18E及び第4の電極19Eのそれぞれは、第1の表面SF1に代えて、第2の表面SF2にてセンサチップ10の外部に露出する。この場合、第1の電極11及び第2の電極12は、切欠き部11b及び切欠き部12bを備えないことが好適である。
また、図25に示されるように、センサチップ10の正面視において、第3の電極18が、センサチップ10の第1の辺の中央部の近傍に位置するとともに、第4の電極19が、センサチップ10の第2の辺の中央部の近傍に位置してもよい。第2の辺は、第1の辺と平行な辺である。
また、センサチップ10は、第3の電極18及び第4の電極19を備えなくてもよい。この場合、センサチップ10は、検出した抗原AGの数を表す電気信号を、第1の電極11及び第2の電極12を介して出力する。
これによれば、第3の電極18及び第4の電極19を形成する場合よりも、センサチップ10を容易に製造できる。
<第2実施形態>
次に、第2実施形態の検出システムについて説明する。第2実施形態の検出システムは、第1実施形態の検出システムに対して、検出の結果をセンサチップから取得装置へ伝達するために、電気信号に代えて光信号を用いる点において相違している。以下、第2実施形態の検出システムの、第1実施形態に対する相違点を中心として説明する。なお、第2実施形態の説明において、第1実施形態と共通する又は対応する符号が用いられる。
図26に示されるように、第2実施形態の検出システム1Fは、センサチップ10Fと、取得装置20Fと、を備える。
図27は、センサチップ10Fを厚さ方向にて第1の表面SF1側から見た図である。図28は、センサチップ10Fを厚さ方向にて第2の表面SF2側から見た図である。図29は、センサチップ10Fの図27におけるC−C断面図である。
センサチップ10Fは、図27乃至図29に示されるように、第1の電極11Fと、第2の電極12Fと、固定部13と、絶縁部14と、LSI回路部15Fと、基板16と、第1のシャッタ層101Fと、第1の反射層102Fと、第2のシャッタ層103Fと、第2の反射層104Fと、を備える。
第1の反射層102F及び第2の反射層104Fのそれぞれは、光を反射する。本例では、第1の反射層102F及び第2の反射層104Fのそれぞれは、再帰性反射を行なう。換言すると、第1の反射層102F及び第2の反射層104Fのそれぞれは、任意の進行方向にて入射した光を、その進行方向の逆方向へ反射する。
第1の反射層102Fは、絶縁部14に対してLSI回路部15Fと反対側にて、絶縁部14と重なる。第2の反射層104Fは、基板16に対してLSI回路部15Fと反対側にて、基板16と重なる。
第1のシャッタ層101F及び第2のシャッタ層103Fのそれぞれは、一対の透明電極と、一対の透明電極に挟まれた液晶と、を備える。第1のシャッタ層101F及び第2のシャッタ層103Fのそれぞれは、透明電極間に印加される電圧が制御されることにより、光を透過する状態と、光を遮断する状態と、の間で状態が切り替わる。
第1のシャッタ層101Fは、第1の反射層102Fに対して絶縁部14と反対側にて、第1の反射層102Fと重なる。このようにして、第1のシャッタ層101Fは、センサチップ10が有する一対の表面のうちの第1の表面SF1を形成する。換言すると、第1のシャッタ層101Fは、第1の表面SF1にてセンサチップ10Fの外部に露出する。
第2のシャッタ層103Fは、第2の反射層104Fに対して基板16と反対側にて、第2の反射層104Fと重なる。このようにして、第2のシャッタ層103Fは、センサチップ10が有する一対の表面のうちの第2の表面SF2を形成する。換言すると、第2のシャッタ層103Fは、第2の表面SF2にてセンサチップ10Fの外部に露出する。
図27に示されるように、第1のシャッタ層101Fは、センサチップ10Fの正面視において、所定の幅を有するとともに、センサチップ10Fの外縁に沿うように形成されている。第1の反射層102Fは、センサチップ10Fの正面視において、第1のシャッタ層101Fと同一の形状を有する。センサチップ10Fの正面視において、第1の反射層102Fの重心は、第1のシャッタ層101Fの重心と一致する。
センサチップ10Fの正面視において、第1のシャッタ層101F、第1の電極11F、第2の電極12F、及び、固定部13は、所定の距離だけ互いに隔てられている。
図28に示されるように、第2のシャッタ層103Fは、センサチップ10Fの正面視において、所定の幅を有するとともに、センサチップ10Fの外縁に沿うように形成されている。第2の反射層104Fは、センサチップ10Fの正面視において、第2のシャッタ層103Fと同一の形状を有する。センサチップ10Fの正面視において、第2の反射層104Fの重心は、第2のシャッタ層103Fの重心と一致する。
なお、第2のシャッタ層103F及び第2の反射層104Fは、センサチップ10Fの正面視において、センサチップ10Fと同一の形状を有していてもよい。この場合、第2のシャッタ層103Fは、センサチップ10が有する一対の表面のうちの第2の表面SF2の全体を形成する。
このような構成により、図30の(A)に示されるように、第1のシャッタ層101Fの状態が、光を透過する状態に制御されている場合、センサチップ10Fに照射された光は、その光が入射する方向DR1の逆方向DR2へ反射される。
また、図30の(B)に示されるように、第1のシャッタ層101Fの状態が、光を遮断する状態に制御されている場合、センサチップ10Fに照射された光は、反射されない。
LSI回路部15Fについて説明を加える。LSI回路部15Fは、図31に示されるように、磁気センサ15aと、ADC15cと、制御器15fと、を備える。ADC15c、及び、制御器15fは、出力回路の一例である。制御器15fは、制御部の一例である。
制御器15fは、ADC15cによる変換後の信号に従って、第1のシャッタ層101F及び第2のシャッタ層103Fの状態を制御する。本例では、制御器15fは、変換後の信号が「1」を表す期間において、第1のシャッタ層101F及び第2のシャッタ層103Fの状態を、光を透過する状態に制御するとともに、変換後の信号が「0」を表す期間において、第1のシャッタ層101F及び第2のシャッタ層103Fの状態を、光を遮断する状態に制御する。
換言すると、制御器15fは、検体DB内に含まれる抗原AGの検出の結果に対応付けられたタイミングにて、第1のシャッタ層101F及び第2のシャッタ層103Fの状態を切り替える。
なお、制御器15fは、第1のシャッタ層101F及び第2のシャッタ層103Fの状態を、上述した場合と逆に制御してもよい。
図26に示されるように、取得装置20Fは、容器21Fと、第1の磁石22と、第2の磁石23と、制御装置25Fと、光源26と、光検出器27と、を備える。容器21Fは、収容部の一例である。制御装置25F及び光検出器27は、検出部の一例である。
容器21Fは、取得装置20Fに着脱可能に固定される。本例では、容器21Fは、使い捨ての容器である。例えば、容器21Fは、紙又はプラスチックからなるコップである。
光源26は、容器21Fが取得装置20Fに固定されている状態において、内壁面21aの底部21a1を照射する光を発する。例えば、光源26は、発光ダイオードである。これにより、センサチップ10Fが容器21Fに収容されている状態においては、光源26が発する光は、センサチップ10Fを照射する。なお、光源26は、半導体レーザー(例えば、レーザーダイオード)であってもよい。
光検出器27は、光源26の近傍に位置する。光検出器27は、センサチップ10Fが収容された容器21Fが取得装置20Fに固定されている状態においては、光源26により発せられた光の、センサチップ10Fによる反射光を検出する。
制御装置25Fは、光検出器27により検出された反射光に基づいて、検体DB内に含まれる抗原AGの検出の結果をセンサチップ10Fから取得する。
検出システム1Fは、電気信号に代えて、光源26により発せられた光の、センサチップ10Fによる反射光が表す光信号を、センサチップ10Fから取得装置20Fへ伝達する点を除いて、第1実施形態の検出システム1と同様に動作する。
以上、説明したように、第2実施形態のセンサチップ10Fは、第1実施形態のセンサチップ10と同様の作用及び効果を奏する。
更に、第2実施形態のセンサチップ10Fは、センサチップ10Fの表面SF1,SF2を形成するとともに、光を透過する状態と、光を遮断する状態と、の間で状態が切り替わるシャッタ層101F,103Fを備える。加えて、センサチップ10Fは、シャッタ層101F,103Fに対して上記表面SF1,SF2と反対側にて、シャッタ層101F,103Fと重なるとともに、光を反射する反射層102F,104Fを備える。更に、制御器15fは、検体DB内に含まれる抗原AGの検出の結果に対応付けられたタイミングにてシャッタ層101F,103Fの状態を切り替える。
これによれば、センサチップ10Fの外部から光が照射された場合に、検出の結果を反射光の有無により表す光信号を出力できる。これにより、アンテナコイルを用いることなく、検出の結果を表す光信号を、センサチップ10Fの外部の取得装置20Fに伝達できる。この結果、アンテナコイルを用いる場合よりもセンサチップ10Fの面積を縮小できる。
なお、センサチップ10Fは、第2の電極12Fが固定部13と一体に形成されていてもよい。また、センサチップ10Fは、第1の電極11Fが、第1の表面SF1に代えて、第2の表面SF2にてセンサチップ10Fの外部に露出するように形成されていてもよい。
また、センサチップ10Fは、第1のシャッタ層101F及び第1の反射層102Fと、第2のシャッタ層103F及び第2の反射層104Fと、のうちの一方のみを備えていてもよい。
なお、容器21Fが取得装置20Fから離れている状態において磁性微粒子MPが固定部13に固定された後に、容器21Fが取得装置20Fに固定されてもよい。この場合、容器21Fが取得装置20Fから離れている状態においては、第1の磁石22が磁性微粒子MPを引き寄せないため、磁性微粒子MPが固定部13に固定される前の時点から、第1の磁石22の位置が、内壁面21aの近傍の位置に維持されていてもよい。従って、この場合、取得装置20Fは、第1の磁石22に対する移動機構を備えなくてもよい。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。例えば、上述した実施形態に、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において当業者が理解し得る様々な変更が加えられてよい。例えば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、上述した実施形態の他の変形例として、上述した実施形態及び変形例の任意の組み合わせが採用されてもよい。
<付記>
本発明に関し、以下を付記する。
(付記1)
センサチップであって、
前記センサチップの外部に露出するとともに、互いに異なる金属からなる、第1の電極及び第2の電極と、
電解質を含む検体が前記第1の電極及び前記第2の電極と接している状態において、前記第1の電極において酸化反応が生じるとともに前記第2の電極において還元反応が生じることによって前記第1の電極及び前記第2の電極の間に生じる電位差により駆動されることによって、前記検体に含まれる検出対象物を検出する検出回路と、
を備える、センサチップ。
(付記2)
付記1に記載のセンサチップであって、
前記センサチップは、前記検出対象物としての抗原と結合する第1の抗体を備えるとともに、
前記検出回路は、前記抗原と結合する第2の抗体を有する磁性微粒子が、前記第2の抗体及び前記抗原を介して前記第1の抗体に結合されているか否かを検出する磁気センサを備える、センサチップ。
(付記3)
付記1又は付記2に記載のセンサチップであって、
前記電位差により充電されるとともに、放電することにより電力を前記検出回路へ供給するコンデンサを備える、センサチップ。
(付記4)
付記1乃至付記3のいずれか一項に記載のセンサチップであって、
前記電位差により駆動されることによって、前記検出の結果を出力する出力回路を備える、センサチップ。
(付記5)
付記4に記載のセンサチップであって、
第3の電極及び第4の電極を備え、
前記出力回路は、前記検出の結果を表す電気信号を、前記第3の電極及び前記第4の電極を介して出力する、センサチップ。
(付記6)
付記4に記載のセンサチップであって、
前記出力回路は、前記検出の結果を表す電気信号を、前記第1の電極及び前記第2の電極を介して出力する、センサチップ。
(付記7)
付記4に記載のセンサチップであって、
前記センサチップは、
前記センサチップの表面を形成するとともに、光を透過する状態と、光を遮断する状態と、の間で状態が切り替わるシャッタ層と、
前記シャッタ層の前記表面と反対側にて、前記シャッタ層と重なるとともに、光を反射する反射層と、を備え、
前記出力回路は、前記検出の結果に対応付けられたタイミングにて前記シャッタ層の状態を切り替える制御部を備える、センサチップ。
(付記8)
付記1乃至付記7のいずれか一項に記載のセンサチップであって、
互いに平行な一対の表面を有する平板状であり、
前記第1の電極及び前記第2の電極は、前記一対の表面のうちの第1の表面にて前記センサチップの外部に露出する、センサチップ。
(付記9)
付記1乃至付記7のいずれか一項に記載のセンサチップであって、
互いに平行な一対の表面を有する平板状であり、
前記第1の電極は、前記一対の表面のうちの第1の表面にて前記センサチップの外部に露出し、
前記第2の電極は、前記一対の表面のうちの第2の表面にて前記センサチップの外部に露出する、センサチップ。
(付記10)
付記8又は付記9に記載のセンサチップであって、
前記検出対象物としての抗原と結合する第1の抗体と、
前記第1の抗体が固定され、前記一対の表面のうちの前記第2の電極が露出する表面にて前記センサチップの外部に露出し、且つ、前記第2の電極と一体である固定部と、を備える、センサチップ。
(付記11)
付記1乃至付記10のいずれか一項に記載のセンサチップであって、
前記第1の電極は、亜鉛、又は、マグネシウムからなる、センサチップ。
(付記12)
検体と、前記検体内に位置するセンサチップと、を収容するとともに、前記収容された検体と接する複数の電極を含む収容部と、
前記複数の電極のうちの電極間の電位差を検出する検出部と、
を備えるとともに、前記検出された電位差に基づいて、前記センサチップによる、前記検体内に含まれる検出対象物の検出の結果を前記センサチップから取得する、取得装置。
(付記13)
検体と、前記検体内に位置するセンサチップと、を収容する収容部と、
前記収容されたセンサチップに照射する光を発する光源と、
前記光源により発せられた光の、前記センサチップによる反射光を検出する検出部と、を備えるとともに、前記検出された反射光に基づいて、前記センサチップによる、前記検体内に含まれる検出対象物の検出の結果を前記センサチップから取得する、取得装置。
(付記14)
付記12又は付記13に記載の取得装置であって、
前記検出対象物としての抗原と結合する第1の抗体を備える前記センサチップから、前記抗原と結合する第2の抗体を有する磁性微粒子のうちの、前記第2の抗体及び前記抗原を介して前記第1の抗体に結合していない磁性微粒子を引き寄せる第1の磁石と、
一対の磁極を互いに結ぶ方向が前記センサチップに平行な第2の磁石と、を備えるとともに、
前記磁性微粒子が、前記第2の抗体及び前記抗原を介して前記第1の抗体に結合されているか否かの前記センサチップによる検出の結果を、前記センサチップから取得する、取得装置。
(付記15)
センサチップと、取得装置と、を備える検出システムであって、
前記センサチップは、
前記センサチップの外部に露出するとともに、互いに異なる金属からなる、第1の電極及び第2の電極と、
電解質を含む検体が前記第1の電極及び前記第2の電極と接している状態において、前記第1の電極において酸化反応が生じるとともに前記第2の電極において還元反応が生じることによって前記第1の電極及び前記第2の電極の間に生じる電位差により駆動されることによって、前記検体に含まれる検出対象物を検出する検出回路と、
前記電位差により駆動されることによって、前記検出の結果を出力する出力回路と、
を備え、
前記取得装置は、
前記出力された検出の結果を前記センサチップから取得する、検出システム。
(付記16)
付記15に記載の検出システムであって、
前記センサチップは、第3の電極及び第4の電極を備え、
前記出力回路は、前記検出の結果を表す電気信号を、前記第3の電極及び前記第4の電極を介して出力し、
前記取得装置は、
前記検体と、前記検体内に位置する前記センサチップと、を収容するとともに、前記収容された検体と接する複数の電極を含む収容部と、
前記複数の電極のうちの電極間の電位差を検出する検出部と、
を備えるとともに、前記検出された電位差に基づいて前記検出の結果を前記センサチップから取得する、検出システム。
(付記17)
付記15に記載の検出システムであって、
前記出力回路は、前記検出の結果を表す電気信号を、前記第1の電極及び前記第2の電極を介して出力し、
前記取得装置は、
前記検体と、前記検体内に位置する前記センサチップと、を収容するとともに、前記収容された検体と接する複数の電極を含む収容部と、
前記複数の電極のうちの電極間の電位差を検出する検出部と、
を備えるとともに、前記検出された電位差に基づいて前記検出の結果を前記センサチップから取得する、検出システム。
(付記18)
付記15に記載の検出システムであって、
前記センサチップは、
前記センサチップの表面を形成するとともに、光を透過する状態と、光を遮断する状態と、の間で状態が切り替わるシャッタ層と、
前記シャッタ層の前記表面と反対側にて、前記シャッタ層と重なるとともに、光を反射する反射層と、を備え、
前記出力回路は、前記検出の結果に対応付けられたタイミングにて前記シャッタ層の状態を切り替える制御部を備え、
前記取得装置は、
前記検体と、前記検体内に位置する前記センサチップと、を収容する収容部と、
前記収容されたセンサチップに照射する光を発する光源と、
前記光源により発せられた光の、前記センサチップによる反射光を検出する検出部と、を備えるとともに、前記検出された反射光に基づいて前記検出の結果を前記センサチップから取得する、検出システム。
(付記19)
付記17又は付記18に記載の検出システムであって、
前記センサチップは、前記検出対象物としての抗原と結合する第1の抗体を備え、
前記検出回路は、前記抗原と結合する第2の抗体を有する磁性微粒子が、前記第2の抗体及び前記抗原を介して前記第1の抗体に結合されているか否かを検出する磁気センサを備え、
前記取得装置は、
前記第1の抗体に結合していない磁性微粒子を前記センサチップから引き寄せる第1の磁石と、
一対の磁極を互いに結ぶ方向が前記センサチップに平行な第2の磁石と、を備える、検出システム。
(付記20)
センサチップの外部に露出するとともに、互いに異なる金属からなる、第1の電極及び第2の電極が、電解質を含む検体に接し、
前記第1の電極において酸化反応が生じるとともに前記第2の電極において還元反応が生じることによって前記第1の電極及び前記第2の電極の間に電位差が生じ、
前記センサチップが、前記電位差により駆動されることによって、前記検体に含まれる検出対象物を検出する、検出方法。
(付記21)
付記20に記載の検出方法であって、
前記センサチップが、前記電位差により駆動されることによって、前記検出の結果を出力する、検出方法。
(付記22)
付記21に記載の検出方法であって、
取得装置が、前記出力された検出の結果を前記センサチップから取得する、検出方法。
(付記23)
付記20乃至付記22のいずれか一項に記載の検出方法であって、
前記検出対象物としての抗原と結合する第2の抗体を有する磁性微粒子を前記検体に混入し、
前記抗原と結合するとともに前記センサチップに固定された第1の抗体に、前記混入された磁性微粒子の一部が、前記第2の抗体及び前記抗原を介して結合し、
第1の磁石が、前記混入された磁性微粒子のうちの、前記第1の抗体に結合していない磁性微粒子を引き寄せ、
一対の磁極を互いに結ぶ方向が前記センサチップに平行な第2の磁石が磁場を形成し、
磁気センサが、前記形成された磁場を検出することにより、前記磁性微粒子が前記第1の抗体に結合されているか否かを検出する、検出方法。
1,1F 検出システム
10,10F センサチップ
11,11B,11F 第1の電極
11a 接続部
11b 切欠き部
12,12A,12B,12C,12F 第2の電極
12a 接続部
12b,12c 切欠き部
13 固定部
14 絶縁部
15,15F LSI回路部
15a 磁気センサ
15c ADC
15d 変調器
15e 増幅器
15f 制御器
16 基板
17D コンデンサ
18,18E 第3の電極
19,19E 第4の電極
101F 第1のシャッタ層
102F 第1の反射層
103F 第2のシャッタ層
104F 第2の反射層
20,20F 取得装置
21,21F 容器
21a 内壁面
21a1 底部
22 第1の磁石
23 第2の磁石
23a,23b 磁極
24a 第3の電極
24b 第4の電極
25,25F 制御装置
26 光源
27 光検出器
AB1 チップ側抗体
AB2 微粒子側抗体
AG 抗原
DB 検体
MP 磁性微粒子
MPA 抗体付磁性微粒子
SF1 第1の表面
SF2 第2の表面

Claims (12)

  1. センサチップであって、
    前記センサチップの外部に露出するとともに、互いに異なる金属からなる、第1の電極及び第2の電極と、
    電解質を含む検体が前記第1の電極及び前記第2の電極と接している状態において、前記第1の電極において酸化反応が生じるとともに前記第2の電極において還元反応が生じることによって前記第1の電極及び前記第2の電極の間に生じる電位差により駆動されることによって、前記検体に含まれる検出対象物を検出する検出回路と、
    を備える、センサチップ。
  2. 請求項1に記載のセンサチップであって、
    前記センサチップは、前記検出対象物としての抗原と結合する第1の抗体を備えるとともに、
    前記検出回路は、前記抗原と結合する第2の抗体を有する磁性微粒子が、前記第2の抗体及び前記抗原を介して前記第1の抗体に結合されているか否かを検出する磁気センサを備える、センサチップ。
  3. 請求項1又は請求項2に記載のセンサチップであって、
    前記電位差により充電されるとともに、放電することにより電力を前記検出回路へ供給するコンデンサを備える、センサチップ。
  4. 請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のセンサチップであって、
    前記電位差により駆動されることによって、前記検出の結果を出力する出力回路を備える、センサチップ。
  5. 請求項4に記載のセンサチップであって、
    第3の電極及び第4の電極を備え、
    前記出力回路は、前記検出の結果を表す電気信号を、前記第3の電極及び前記第4の電極を介して出力する、センサチップ。
  6. 請求項4に記載のセンサチップであって、
    前記出力回路は、前記検出の結果を表す電気信号を、前記第1の電極及び前記第2の電極を介して出力する、センサチップ。
  7. 請求項4に記載のセンサチップであって、
    前記センサチップは、
    前記センサチップの表面を形成するとともに、光を透過する状態と、光を遮断する状態と、の間で状態が切り替わるシャッタ層と、
    前記シャッタ層の前記表面と反対側にて、前記シャッタ層と重なるとともに、光を反射する反射層と、を備え、
    前記出力回路は、前記検出の結果に対応付けられたタイミングにて前記シャッタ層の状態を切り替える制御部を備える、センサチップ。
  8. 請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載のセンサチップであって、
    互いに平行な一対の表面を有する平板状であり、
    前記第1の電極及び前記第2の電極は、前記一対の表面のうちの第1の表面にて前記センサチップの外部に露出する、センサチップ。
  9. 請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載のセンサチップであって、
    互いに平行な一対の表面を有する平板状であり、
    前記第1の電極は、前記一対の表面のうちの第1の表面にて前記センサチップの外部に露出し、
    前記第2の電極は、前記一対の表面のうちの第2の表面にて前記センサチップの外部に露出する、センサチップ。
  10. 請求項8又は請求項9に記載のセンサチップであって、
    前記検出対象物としての抗原と結合する第1の抗体と、
    前記第1の抗体が固定され、前記一対の表面のうちの前記第2の電極が露出する表面にて前記センサチップの外部に露出し、且つ、前記第2の電極と一体である固定部と、を備える、センサチップ。
  11. センサチップと、取得装置と、を備える検出システムであって、
    前記センサチップは、
    前記センサチップの外部に露出するとともに、互いに異なる金属からなる、第1の電極及び第2の電極と、
    電解質を含む検体が前記第1の電極及び前記第2の電極と接している状態において、前記第1の電極において酸化反応が生じるとともに前記第2の電極において還元反応が生じることによって前記第1の電極及び前記第2の電極の間に生じる電位差により駆動されることによって、前記検体に含まれる検出対象物を検出する検出回路と、
    前記電位差により駆動されることによって、前記検出の結果を出力する出力回路と、
    を備え、
    前記取得装置は、
    前記出力された検出の結果を前記センサチップから取得する、検出システム。
  12. センサチップの外部に露出するとともに、互いに異なる金属からなる、第1の電極及び第2の電極が、電解質を含む検体に接し、
    前記第1の電極において酸化反応が生じるとともに前記第2の電極において還元反応が生じることによって前記第1の電極及び前記第2の電極の間に電位差が生じ、
    前記センサチップが、前記電位差により駆動されることによって、前記検体に含まれる検出対象物を検出する、検出方法。
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