JPH0774793B2 - 感イオン電界効果トランジスタを利用するバイオセンサー用測定回路 - Google Patents
感イオン電界効果トランジスタを利用するバイオセンサー用測定回路Info
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- JPH0774793B2 JPH0774793B2 JP3231098A JP23109891A JPH0774793B2 JP H0774793 B2 JPH0774793 B2 JP H0774793B2 JP 3231098 A JP3231098 A JP 3231098A JP 23109891 A JP23109891 A JP 23109891A JP H0774793 B2 JPH0774793 B2 JP H0774793B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、感イオン電界効果トラ
ンジスター（Ｉｏｎ ＳｅｎｓｉｔｉｖｅＦｉｅｌｄ
Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：以下ＩＳＦＥＴ
という）を利用したバイオセンサー（Ｂｉｏ−Ｓｅｎｓ
ｏｒ）用測定回路に関する。
ンジスター（Ｉｏｎ ＳｅｎｓｉｔｉｖｅＦｉｅｌｄ
Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：以下ＩＳＦＥＴ
という）を利用したバイオセンサー（Ｂｉｏ−Ｓｅｎｓ
ｏｒ）用測定回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】バイオセンサーは生体関連物質を検知す
る一種の化学量センサーで、医療、基礎化学及び食品工
学等の分野において広範囲にわたり使用されており、健
康に対する関心が高まるにつれてその重要性が次第に増
している。
る一種の化学量センサーで、医療、基礎化学及び食品工
学等の分野において広範囲にわたり使用されており、健
康に対する関心が高まるにつれてその重要性が次第に増
している。
【０００３】従来においては、尿素（Ｕｒｅａ）、葡萄
糖（Ｇｌｕｃｏｓｅ）及びペニシリン（Ｐｅｎｉｃｉｌ
ｌｉｎ）等の生体関連物質の測定にイオン感知性電極
（Ｉｏｎ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）
とかガス感知電極とかを利用したバイオセンサーが主に
用いられてきた。
糖（Ｇｌｕｃｏｓｅ）及びペニシリン（Ｐｅｎｉｃｉｌ
ｌｉｎ）等の生体関連物質の測定にイオン感知性電極
（Ｉｏｎ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）
とかガス感知電極とかを利用したバイオセンサーが主に
用いられてきた。
【０００４】一方、ＩＳＦＥＴは半導体イオンセンサー
集積回路工程により製造されるので、小形化、規格化及
び量産化が可能で、特に信号処理回路の集積化に有利で
ある。従って、ＩＳＦＥＴを基本素子とするＩＳＦＥＴ
バイオセンサーは上述した長所をそのまま有しながら、
小形化及びコストダウンに決定的な問題点であった商用
基準電極を、感知膜が形成されていないＩＳＦＥＴであ
る基準ＦＥＴ（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ＦＥＴ：以下ＲＥ
ＦＥＴという）及び差動増幅法を利用することにより単
一金属に代替が可能であるから、その開発潜在力は著し
く大きい。
集積回路工程により製造されるので、小形化、規格化及
び量産化が可能で、特に信号処理回路の集積化に有利で
ある。従って、ＩＳＦＥＴを基本素子とするＩＳＦＥＴ
バイオセンサーは上述した長所をそのまま有しながら、
小形化及びコストダウンに決定的な問題点であった商用
基準電極を、感知膜が形成されていないＩＳＦＥＴであ
る基準ＦＥＴ（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ＦＥＴ：以下ＲＥ
ＦＥＴという）及び差動増幅法を利用することにより単
一金属に代替が可能であるから、その開発潜在力は著し
く大きい。
【０００５】現在用いられているＩＳＦＥＴバイオセン
サー用測定回路は、図４に示すように、特定生体関連物
質に反応しないＲＥＦＥＴと、ゲートに酵素感知膜が形
成されて溶液内の特定生体関連物質に反応する酵素（Ｅ
ｎｚｙｍｅ）ＦＥＴ（以下ＥＮＦＥＴという）と、これ
ら二つの素子に連結された感知信号検出回路と、そして
検出回路の出力を差動する差動増幅回路とからなる。同
図において、白金、金等の単一金属で成った疑似基準電
極を用いることによる溶液の不安定な電位状態で、溶液
内の特定生体関連物質の濃度変化によるＥＮＦＥＴの出
力電圧がＲＥＦＥＴの出力電圧により差動増幅されるか
ら、上記疑似基準電極による溶液内の不安定な電位変化
が除去され上記特定の生体関連物質の濃度だけが測定で
きる。
サー用測定回路は、図４に示すように、特定生体関連物
質に反応しないＲＥＦＥＴと、ゲートに酵素感知膜が形
成されて溶液内の特定生体関連物質に反応する酵素（Ｅ
ｎｚｙｍｅ）ＦＥＴ（以下ＥＮＦＥＴという）と、これ
ら二つの素子に連結された感知信号検出回路と、そして
検出回路の出力を差動する差動増幅回路とからなる。同
図において、白金、金等の単一金属で成った疑似基準電
極を用いることによる溶液の不安定な電位状態で、溶液
内の特定生体関連物質の濃度変化によるＥＮＦＥＴの出
力電圧がＲＥＦＥＴの出力電圧により差動増幅されるか
ら、上記疑似基準電極による溶液内の不安定な電位変化
が除去され上記特定の生体関連物質の濃度だけが測定で
きる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、イオン感知性
電極とかガス感知電極とかを利用した従来のバイオセン
サーは、高価で大きさが大きいだけではなく応答速度が
遅く使用が非常に面倒であるなど色々な問題点があっ
た。
電極とかガス感知電極とかを利用した従来のバイオセン
サーは、高価で大きさが大きいだけではなく応答速度が
遅く使用が非常に面倒であるなど色々な問題点があっ
た。
【０００７】また、図４に示したＩＳＦＥＴバイオセン
サー用測定回路は、多数の個別素子で構成されるので、
回路構成が複雑で測定システムの小形化が難しく、特に
このような測定回路をＩＳＦＥＴと一つのチップに集積
させるには難点があった。
サー用測定回路は、多数の個別素子で構成されるので、
回路構成が複雑で測定システムの小形化が難しく、特に
このような測定回路をＩＳＦＥＴと一つのチップに集積
させるには難点があった。
【０００８】本発明は、以上の如き問題点を解決するた
めに、センサー部と差動増幅部と該差動増幅部の２つの
出力を単一出力に変換する変換部とを一つのチップに集
積することができるともに、これらを合わせた全体の回
路構成も簡素にでき、このことにより全体システムの小
形化、雑音免疫特性の改善及び故障防止等による信頼性
も改善できるＩＳＦＥＴバイオセンサー用測定回路を提
供することを目的とする。
めに、センサー部と差動増幅部と該差動増幅部の２つの
出力を単一出力に変換する変換部とを一つのチップに集
積することができるともに、これらを合わせた全体の回
路構成も簡素にでき、このことにより全体システムの小
形化、雑音免疫特性の改善及び故障防止等による信頼性
も改善できるＩＳＦＥＴバイオセンサー用測定回路を提
供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明のバイオセンサー
用測定回路は、差動増幅段（５０）及ビその２つの出力
を単一出力に変換する差動単一出力変換用コンバータ
（６０）で構成されている。差動増幅段（５０）は、ゲ
ート部分に酵素感知膜（１）が形成されているＩＳＦＥ
ＴであるＥＮＦＥＴ（１０）と酵素感知膜（１）が形成
されていないＩＳＦＥＴであるＲＥＦＥＴ（２０）とか
ら成る２つの入力素子と、２つのＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）
（Ｍ２）から成る負荷トランジスタと、単一金属で成る
擬似基準電極（３０）とを有する。コンバータ（６０）
は４つのＭＯＳＦＥＴ（Ｍ３〜Ｍ６）を有する。そし
て、ＥＮＦＥＴ（１０）、ＲＥＦＥＴ（２０）及び４つ
のＭＯＳＦＥＴ（Ｍ３〜Ｍ６）の全てのＦＥＴのチャネ
ルを全て同一として、差動増幅段（５０）とコンバータ
（６０）とを同一チップ上に集積したものである。
用測定回路は、差動増幅段（５０）及ビその２つの出力
を単一出力に変換する差動単一出力変換用コンバータ
（６０）で構成されている。差動増幅段（５０）は、ゲ
ート部分に酵素感知膜（１）が形成されているＩＳＦＥ
ＴであるＥＮＦＥＴ（１０）と酵素感知膜（１）が形成
されていないＩＳＦＥＴであるＲＥＦＥＴ（２０）とか
ら成る２つの入力素子と、２つのＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）
（Ｍ２）から成る負荷トランジスタと、単一金属で成る
擬似基準電極（３０）とを有する。コンバータ（６０）
は４つのＭＯＳＦＥＴ（Ｍ３〜Ｍ６）を有する。そし
て、ＥＮＦＥＴ（１０）、ＲＥＦＥＴ（２０）及び４つ
のＭＯＳＦＥＴ（Ｍ３〜Ｍ６）の全てのＦＥＴのチャネ
ルを全て同一として、差動増幅段（５０）とコンバータ
（６０）とを同一チップ上に集積したものである。
【００１０】
【作用】本発明の測定回路の二つの入力素子であるＥＮ
ＦＥＴ及びＲＥＦＥＴを測定のための溶液に入れると、
溶液内の測定される特定の生体関連物質とＥＮＦＥＴの
ゲート部分に形成された酵素感知膜に作用して上記特定
の生体関連物質の濃度変化が酵素感知膜内でのイオン濃
度変化に変えるとともに、該イオン濃度変化をＩＳＦＥ
Ｔが電圧形態で感知するようになるが、このようなＥＮ
ＦＥＴの出力電圧が酵素感知膜の形成されていないＲＥ
ＦＥＴにより感知されたイオン濃度変化に伴う出力電圧
により差動増幅されるので、基準電極の電位変化やＥＮ
ＦＥＴ及びＲＥＦＥＴの温度依存性が除去された状態で
純粋な特定の生体関連物質の濃度のみを測定することが
できる。
ＦＥＴ及びＲＥＦＥＴを測定のための溶液に入れると、
溶液内の測定される特定の生体関連物質とＥＮＦＥＴの
ゲート部分に形成された酵素感知膜に作用して上記特定
の生体関連物質の濃度変化が酵素感知膜内でのイオン濃
度変化に変えるとともに、該イオン濃度変化をＩＳＦＥ
Ｔが電圧形態で感知するようになるが、このようなＥＮ
ＦＥＴの出力電圧が酵素感知膜の形成されていないＲＥ
ＦＥＴにより感知されたイオン濃度変化に伴う出力電圧
により差動増幅されるので、基準電極の電位変化やＥＮ
ＦＥＴ及びＲＥＦＥＴの温度依存性が除去された状態で
純粋な特定の生体関連物質の濃度のみを測定することが
できる。
【００１１】
【実施例】図１は本発明で用いるＩＳＦＥＴバイオセン
サーの構造を示すものであって、ＩＳＦＥＴのドレイン
とソースとなる金属接点（３）の周辺及びゲート部分に
イオン感知膜（４）が形成されるとともに、該ゲート部
分のイオン感知膜上に酵素感知膜（１）の形成された構
造を有するにより、酵素感知膜（１）を除外した部分が
ＩＳＦＥＴとなる。未説明符号中２は測定溶液と金属接
点（３）との電気的絶縁のための絶縁物である。
サーの構造を示すものであって、ＩＳＦＥＴのドレイン
とソースとなる金属接点（３）の周辺及びゲート部分に
イオン感知膜（４）が形成されるとともに、該ゲート部
分のイオン感知膜上に酵素感知膜（１）の形成された構
造を有するにより、酵素感知膜（１）を除外した部分が
ＩＳＦＥＴとなる。未説明符号中２は測定溶液と金属接
点（３）との電気的絶縁のための絶縁物である。
【００１２】このようなＩＳＦＥＴバイオセンサーを測
定溶液に入れると、溶液内の測定しようとする特定の生
体関連物質と酵素感知膜（１）とが作用して該特定生体
関連物質の濃度変化を酵素感知膜（１）内でのイオン濃
度変化に変えるとともに、該イオン濃度の変化をＩＳＦ
ＥＴが感知する。イオン濃度の変化率は触媒反応速度と
等しいし特定生体関連物質の濃度に依存するから、酵素
感知膜（１）内のイオン濃度変化によりイオン感知膜
（４）電位の時間的変化率を測定するにより特定の生体
関連物質の濃度が判るようになる。
定溶液に入れると、溶液内の測定しようとする特定の生
体関連物質と酵素感知膜（１）とが作用して該特定生体
関連物質の濃度変化を酵素感知膜（１）内でのイオン濃
度変化に変えるとともに、該イオン濃度の変化をＩＳＦ
ＥＴが感知する。イオン濃度の変化率は触媒反応速度と
等しいし特定生体関連物質の濃度に依存するから、酵素
感知膜（１）内のイオン濃度変化によりイオン感知膜
（４）電位の時間的変化率を測定するにより特定の生体
関連物質の濃度が判るようになる。
【００１３】一方、バイオセンサーを利用して溶液内の
特定の生体関連物質を定量的に分析するためには、検出
信号の相対的基準になる基準電極が要求されるが、該基
準電極は測定溶液内で常に一定の電極電位を維持しなけ
ればならない。
特定の生体関連物質を定量的に分析するためには、検出
信号の相対的基準になる基準電極が要求されるが、該基
準電極は測定溶液内で常に一定の電極電位を維持しなけ
ればならない。
【００１４】今まで用いられてきた基準電極には商用Ａ
ｇ／Ａｇｃｌ電極とかカロメル（Ｃａｌｏｍｅｌ）電極
とかがあるが、このような商用基準電極では小形化が難
しくて高価であるばかりでなく維持するにも困難が多
い。
ｇ／Ａｇｃｌ電極とかカロメル（Ｃａｌｏｍｅｌ）電極
とかがあるが、このような商用基準電極では小形化が難
しくて高価であるばかりでなく維持するにも困難が多
い。
【００１５】ところが、このＩＳＦＥＴバイオセンサー
の場合、差動増幅法を利用して使用基準電極を、ＲＥＦ
ＥＴと白金（Ｐｔ）等の単一金属に代替することがで
き、従って該センサーは、酵素感知膜が形成され特定の
基質に応答するＩＳＦＥＴであるＥＮＦＥＴと、酵素感
知膜が形成されていないため特定の基質には応答しない
ＩＳＦＥＴであるＲＥＦＥＴと、そして単一金属とから
構成される。
の場合、差動増幅法を利用して使用基準電極を、ＲＥＦ
ＥＴと白金（Ｐｔ）等の単一金属に代替することがで
き、従って該センサーは、酵素感知膜が形成され特定の
基質に応答するＩＳＦＥＴであるＥＮＦＥＴと、酵素感
知膜が形成されていないため特定の基質には応答しない
ＩＳＦＥＴであるＲＥＦＥＴと、そして単一金属とから
構成される。
【００１６】図２は本発明によるバイオセンサー用測定
システムを示す。疑似基準電極（Ｑｕａｓｉ−Ｒｅｆｅ
ｒｅｎｃｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ：以下ＱＲＥという）
は白金、金（Ａｕ）等の単一金属からなる基準電極で、
溶液内でかなり不安定な特性を有し、被測定物質（Ｓｕ
ｂｓｔｒａｔｅ）は測定しようとする特定の生体関連物
質をいう。溶液内の上記被測定物質の濃度をｐＳ、疑似
基準電極による溶液の不安定な電位をＶｑとすれば、基
質に反応する感知膜を持つＩＳＦＥＴであるＲＥＦＥＴ
により出力電圧はｐＳ、Ｖｑの関数になり、ＲＥＦＥＴ
はｐＳに反応しないから該出力電圧はＶｑのみの関数に
なる。
システムを示す。疑似基準電極（Ｑｕａｓｉ−Ｒｅｆｅ
ｒｅｎｃｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ：以下ＱＲＥという）
は白金、金（Ａｕ）等の単一金属からなる基準電極で、
溶液内でかなり不安定な特性を有し、被測定物質（Ｓｕ
ｂｓｔｒａｔｅ）は測定しようとする特定の生体関連物
質をいう。溶液内の上記被測定物質の濃度をｐＳ、疑似
基準電極による溶液の不安定な電位をＶｑとすれば、基
質に反応する感知膜を持つＩＳＦＥＴであるＲＥＦＥＴ
により出力電圧はｐＳ、Ｖｑの関数になり、ＲＥＦＥＴ
はｐＳに反応しないから該出力電圧はＶｑのみの関数に
なる。
【００１７】このようなＥＮＦＥＴとＲＥＦＥＴの出力
電圧が差動増幅装置を経ると、ｐＳだけの関数である最
終的な電圧が得られるから、溶液内の上記被測定物質の
濃度が測定できる。一方、このように差動増幅法を利用
する場合、溶液内で不安定な特性を持つ疑似基準電極で
ある単一金属の電位と温度とによるドリフト（Ｄｒｉｆ
ｔ）現象がＥＮＦＥＴとＲＥＦＥＴとに共通されるか
ら、差動増幅の際自動的に除去されるのは勿論、ＥＮＦ
ＥＴとＲＥＦＥＴとの温度依存性も共に除去させること
が出来るようになる。
電圧が差動増幅装置を経ると、ｐＳだけの関数である最
終的な電圧が得られるから、溶液内の上記被測定物質の
濃度が測定できる。一方、このように差動増幅法を利用
する場合、溶液内で不安定な特性を持つ疑似基準電極で
ある単一金属の電位と温度とによるドリフト（Ｄｒｉｆ
ｔ）現象がＥＮＦＥＴとＲＥＦＥＴとに共通されるか
ら、差動増幅の際自動的に除去されるのは勿論、ＥＮＦ
ＥＴとＲＥＦＥＴとの温度依存性も共に除去させること
が出来るようになる。
【００１８】図３は本発明によるバイオセンサー用測定
回路を図示したもので、ＩＳＦＥＴバイオセンサー部を
含む差動増幅段（５０）と差動単一出力変換用コンバー
タ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｔｏ Ｓｉｎｇｌｅ−
Ｅｎｄｅｄ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：以下ＤＳＣという）
（６０）とから構成される。
回路を図示したもので、ＩＳＦＥＴバイオセンサー部を
含む差動増幅段（５０）と差動単一出力変換用コンバー
タ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｔｏ Ｓｉｎｇｌｅ−
Ｅｎｄｅｄ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：以下ＤＳＣという）
（６０）とから構成される。
【００１９】差動増幅段（５０）の二つの入力素子がＩ
ＳＦＥＴからなるＥＮＦＥＴ（１０）とＲＥＦＥＴ（２
０）とで構成され、センサーが測定回路の素子として動
作するようになり、この差動増幅段（５０）の負荷トラ
ンジスタはＩＳＦＥＴと同じタイプのｎ−チャンネルＭ
ＯＳＦＥＴ（Ｍ１）（Ｍ２）とで構成され、適当な増幅
度をもつことになる。また、ＤＳＣ（６０）は、差動増
幅段（５０）の二つの出力（Ｖｏ１）（Ｖｏ２）を単一
の出力に変えるためのコンバータであり、ＭＯＳＦＥＴ
（Ｍ３〜Ｍ６）で構成される。そして、ＥＮＦＥＴ１
０、ＲＥＦＥＴ２０及び４つのＭＯＳＦＥＴ（Ｍ３〜Ｍ
６）の全てのＦＥＴのチャネルを、図示のように全て同
一として、差動増幅段５０とＤＳＣ６０とを同一チップ
上に集積したものである。
ＳＦＥＴからなるＥＮＦＥＴ（１０）とＲＥＦＥＴ（２
０）とで構成され、センサーが測定回路の素子として動
作するようになり、この差動増幅段（５０）の負荷トラ
ンジスタはＩＳＦＥＴと同じタイプのｎ−チャンネルＭ
ＯＳＦＥＴ（Ｍ１）（Ｍ２）とで構成され、適当な増幅
度をもつことになる。また、ＤＳＣ（６０）は、差動増
幅段（５０）の二つの出力（Ｖｏ１）（Ｖｏ２）を単一
の出力に変えるためのコンバータであり、ＭＯＳＦＥＴ
（Ｍ３〜Ｍ６）で構成される。そして、ＥＮＦＥＴ１
０、ＲＥＦＥＴ２０及び４つのＭＯＳＦＥＴ（Ｍ３〜Ｍ
６）の全てのＦＥＴのチャネルを、図示のように全て同
一として、差動増幅段５０とＤＳＣ６０とを同一チップ
上に集積したものである。
【００２０】このように構成される本発明の回路には定
電圧源（ＶＤ１）（ＶＤ２）（ＶＳ１）（ＶＳ２）と定
電流源（ＩＳ）が供給され、差動増幅段（５０）の出力
（Ｖｏ２−Ｖｏ１）はＥＮＦＥＴ（１０）及びＲＥＦＥ
Ｔ（２０）の応答差で、単一金属でなる疑似基準電極
（３０）の不安定性が除去された被測定生体関連物質
（４０）の濃度だけの関数になるが、この際、差動増幅
段（５０）の増幅度はＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）（Ｍ２）、
ＥＮＦＥＴ（１０）及びＲＥＦＥＴ（２０）のアスペク
ト比（Ａｓｐｅｃｔ Ｒａｔｉｏ）（即ち、ゲートから
の幅に対する長さの比率である）により決定される。
電圧源（ＶＤ１）（ＶＤ２）（ＶＳ１）（ＶＳ２）と定
電流源（ＩＳ）が供給され、差動増幅段（５０）の出力
（Ｖｏ２−Ｖｏ１）はＥＮＦＥＴ（１０）及びＲＥＦＥ
Ｔ（２０）の応答差で、単一金属でなる疑似基準電極
（３０）の不安定性が除去された被測定生体関連物質
（４０）の濃度だけの関数になるが、この際、差動増幅
段（５０）の増幅度はＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）（Ｍ２）、
ＥＮＦＥＴ（１０）及びＲＥＦＥＴ（２０）のアスペク
ト比（Ａｓｐｅｃｔ Ｒａｔｉｏ）（即ち、ゲートから
の幅に対する長さの比率である）により決定される。
【００２１】このような差動増幅段（５０）の二つの出
力（Ｖｏ１）（Ｖｏ２）はＤＳＣ（６０）に入力され単
一出力に変換されるが、該二つの出力中、出力（Ｖｏ
２）はＭＯＳＦＥＴ（Ｍ４）のゲートに入力されソース
フォロアー（Ｓｏｕｒｃｅ Ｆｏｌｌｏｗｅｒ）として
ＤＳＣ（６０）の出力（Ｖｏ３）で示されるようにな
り、出力（Ｖｏ１）はＭＯＳＦＥＴ（Ｍ３）のゲートに
入力され、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ６）のゲート電圧を変化さ
せることにより出力（Ｖｏ３）に寄与することになる。
力（Ｖｏ１）（Ｖｏ２）はＤＳＣ（６０）に入力され単
一出力に変換されるが、該二つの出力中、出力（Ｖｏ
２）はＭＯＳＦＥＴ（Ｍ４）のゲートに入力されソース
フォロアー（Ｓｏｕｒｃｅ Ｆｏｌｌｏｗｅｒ）として
ＤＳＣ（６０）の出力（Ｖｏ３）で示されるようにな
り、出力（Ｖｏ１）はＭＯＳＦＥＴ（Ｍ３）のゲートに
入力され、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ６）のゲート電圧を変化さ
せることにより出力（Ｖｏ３）に寄与することになる。
【００２２】結局、ＤＳＣ（６０）の出力（Ｖｏ３）は
差動増幅段（５０）内のＥＮＦＥＴ（１０）及びＲＥＦ
ＥＴ（２０）の応答差（Ｖｏ２−Ｖｏ１）になるが、該
ＤＳＣ（６０）の入力（Ｖｏ２−Ｖｏ１）対出力（Ｖｏ
３）の関係に於いて、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ３）（Ｍ４）に
対するＭＯＳＦＥＴ（Ｍ５）（Ｍ６）のアスペクト比が
大きければ大きいほど直線性が優れることになり、増幅
度が１に近くなる。
差動増幅段（５０）内のＥＮＦＥＴ（１０）及びＲＥＦ
ＥＴ（２０）の応答差（Ｖｏ２−Ｖｏ１）になるが、該
ＤＳＣ（６０）の入力（Ｖｏ２−Ｖｏ１）対出力（Ｖｏ
３）の関係に於いて、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ３）（Ｍ４）に
対するＭＯＳＦＥＴ（Ｍ５）（Ｍ６）のアスペクト比が
大きければ大きいほど直線性が優れることになり、増幅
度が１に近くなる。
【００２３】
【発明の効果】以上の如く本発明のＩＳＦＥＴバイオセ
ンサー用測定回路は、そのＩＳＦＥＴバイオセンサー
部、差動増幅部及び単一出力変換部がアナログ回路であ
りながらもこれらの構成が比較的簡単で、差動増幅部の
二つの入力素子として使用するＥＮＦＥＴ及びＲＥＦＥ
Ｔと共に回路の全体の構成も簡単にすることができる。
特にＩＳＦＥＴと構造がほぼ等しいＭＯＳＦＥＴだけで
回路を構成することにより、ＩＳＦＥＴバイオセンサー
と差動増幅部及び単一出力変換部とを一つのチップに集
積することが容易である。且つ、差動増幅法によりセン
サー自体の温度依存性を除くことが出来るし、水素イオ
ンなどの他のイオンの干渉現象まで排除できます。更
に、ＩＳＦＥＴのアスペクト比を変化させることにより
簡便に増幅度を変化させるのが可能なのは勿論、適当な
ＲＥＦＥＴが開発されたらイオンセンサーとしても適用
が可能になる。
ンサー用測定回路は、そのＩＳＦＥＴバイオセンサー
部、差動増幅部及び単一出力変換部がアナログ回路であ
りながらもこれらの構成が比較的簡単で、差動増幅部の
二つの入力素子として使用するＥＮＦＥＴ及びＲＥＦＥ
Ｔと共に回路の全体の構成も簡単にすることができる。
特にＩＳＦＥＴと構造がほぼ等しいＭＯＳＦＥＴだけで
回路を構成することにより、ＩＳＦＥＴバイオセンサー
と差動増幅部及び単一出力変換部とを一つのチップに集
積することが容易である。且つ、差動増幅法によりセン
サー自体の温度依存性を除くことが出来るし、水素イオ
ンなどの他のイオンの干渉現象まで排除できます。更
に、ＩＳＦＥＴのアスペクト比を変化させることにより
簡便に増幅度を変化させるのが可能なのは勿論、適当な
ＲＥＦＥＴが開発されたらイオンセンサーとしても適用
が可能になる。
【図１】感イオン電界効果トランジスターを利用するバ
イオセンサーの一例の断面図である。
イオセンサーの一例の断面図である。
【図２】上記バイオセンサー使用した本発明によるバイ
オセンサー用測定回路の概要を示すブロック図である。
オセンサー用測定回路の概要を示すブロック図である。
【図３】本発明によるバイオセンサー用測定回路の実施
例を示す回路図である。
例を示す回路図である。
【図４】従来のバイオセンサー用測定回路の一例を示す
回路図である。
回路図である。
１ 酵素感知膜 １０ 酵素ＦＥＴ ２０ 基準ＦＥＴ ３０ 疑似基準電極 ４０ 被測定物質 ５０ 差動増幅段 ６０ コンバータ Ｍ１〜Ｍ６ ＭＯＳＦＥＴ
Claims (1)
- 【請求項１】差動増幅段（５０）及びその２つの出力を
単一出力に変換する差動単一出力変換用コンバータ（６
０）で構成され、前記差動増幅段（５０）は、ゲート部
分に酵素感知膜（１）が形成されているＩＳＦＥＴであ
る酵素ＦＥＴ（１０）と酵素感知膜（１）が形成されて
いないＩＳＦＥＴである基準ＦＥＴ（２０）とから成る
２つの入力素子と、２つのＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）（Ｍ
２）から成る負荷トランジスタと、単一金属で成る擬似
基準電極（３０）とを有し、前記コンバータ（６０）は
４つのＭＯＳＦＥＴ（Ｍ３〜Ｍ６）を有し、前記酵素Ｆ
ＥＴ（１０）、基準ＦＥＴ（２０）及び４つのＭＯＳＦ
ＥＴ（Ｍ３〜Ｍ６）のチャネルを全て同一として、前記
差動増幅段（５０）と前記コンバータ（６０）とを同一
チップ内に集積したことを特徴とする、感イオン電界効
果トランジスターを利用するバイオセンサー用測定回
路。
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