JPS635255A - Method for compensating offset of semiconductive biosensor - Google Patents
Method for compensating offset of semiconductive biosensorInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明はマイコン制御による半導体バイオセンサのオフ
セット補償法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an offset compensation method for a semiconductor biosensor controlled by a microcomputer.
［従来の技術］
従来、半導体バイオセンサのオフセット補償は増幅器に
接続された可変抵抗器の手動調整により行なわれていた
。[Prior Art] Conventionally, offset compensation for semiconductor biosensors has been performed by manual adjustment of a variable resistor connected to an amplifier.
［発明が解決しようとする問題点］
半導体バイオセンサは参照用電界効果トランジスタと酵
素膜電界効果トランジスタからなり、被測定溶液に浸し
、溶質に反応しない参照用電界効果トランジスタのソー
ス電位と、溶質と化学反応する酵素膜電界効果トランジ
スタのソース電位との電位差を被測定物（溶質）の濃度
として検出するセンサである。デバイスの生成条件や、
酵素膜の形成方法の僅かな差異によって半導体バイオセ
ンサを緩衝液（被測定物を全く含まない液）に浸した場
合にも酵素膜電界効果トランジスタと参照用電界効果ト
ランジスタのソース・ソース間には電位差（オフセット
電圧）が生じ、この電位差はチップによって異なった値
を持っている。このため、半導体バイオセンサを使用す
る前には必ずオフセット電圧を補償する必要があるが、
センサ信号を入力とする増幅器に接続された可変抵抗器
を手動で調整するのは正確性に欠け、しかも微調整が難
しいのが現状でおる。[Problems to be Solved by the Invention] A semiconductor biosensor consists of a reference field effect transistor and an enzyme membrane field effect transistor, and is immersed in a solution to be measured to determine the source potential of the reference field effect transistor that does not react with the solute and the solute. This sensor detects the potential difference with the source potential of an enzyme membrane field effect transistor that undergoes a chemical reaction as the concentration of a substance to be measured (solute). device generation conditions,
Due to slight differences in the formation method of the enzyme membrane, even when the semiconductor biosensor is immersed in a buffer solution (a solution that does not contain any analyte), there is a difference between the sources of the enzyme membrane field effect transistor and the reference field effect transistor. A potential difference (offset voltage) occurs, and this potential difference has a different value depending on the chip. Therefore, it is necessary to compensate for the offset voltage before using a semiconductor biosensor.
Currently, manually adjusting a variable resistor connected to an amplifier that receives a sensor signal lacks accuracy, and furthermore, it is difficult to make fine adjustments.
［問題点を解決するための手段］
本発明は参照用電界効果トランジスタと酵素膜電界効果
トランジスタとからなる半導体バイオセンサを測定対象
の基質を含まないＩ）Ｈ緩衝液に浸し、半導体バイオセ
ンサを構成する前記各電界効果トランジスタをソースフ
ォロワ回路にて駆動させ、各ソース電位の電位差から基
質濃度を測定する方法において、測定対象の基質を含ま
ないｐＨ緩衝液に浸した半導体バイオセンサの参照用電
界効果トランジスタと酵素膜電界効果トランジスタとの
ソースに発生する電位差出力を増幅器により増幅した後
、該増幅器の出力をＡ／Ｄコンバータに介してマイクロ
プロセッサに入力し、このマイクロプロセッサによりＤ
／Ａコンバータを駆動して該Ｄ／Ａコンバータの出力を
前記ソース・ソース間電圧を差動入力とする増幅器の出
力段に逆電圧として印加し、前記増幅器の出力電圧を零
校正することを特徴とする半導体バイオセンサのオフセ
ット補償法である。[Means for Solving the Problems] The present invention involves immersing a semiconductor biosensor consisting of a reference field effect transistor and an enzyme membrane field effect transistor in an I)H buffer solution that does not contain the substrate to be measured. In the method of driving each of the field effect transistors in a source follower circuit and measuring the substrate concentration from the potential difference between the respective source potentials, a reference electric field of a semiconductor biosensor immersed in a pH buffer solution that does not contain the substrate to be measured is used. After the potential difference output generated at the sources of the effect transistor and the enzyme membrane field effect transistor is amplified by an amplifier, the output of the amplifier is input to the microprocessor via the A/D converter, and the microprocessor
The output voltage of the amplifier is zero-calibrated by driving a /A converter and applying the output of the D/A converter as a reverse voltage to an output stage of an amplifier that uses the source-source voltage as a differential input. This is an offset compensation method for semiconductor biosensors.
［原理・作用］
本発明の半導体バイオセンサのオフセット補償法は緩衝
液に浸した半導体バイオセンサの参照用電界効果トラン
ジスタと酵素膜電界トランジスタとのソース・ソース間
の電位差をＡ／Ｄ変換し、オフセット電圧の大きざを認
識した後、これをキャンセルさせる電圧をＤ／Ａコンバ
ータから出力させることによってオフセット電圧を補償
するものでおる。[Principle/Operation] The semiconductor biosensor offset compensation method of the present invention converts the source-to-source potential difference between the reference field effect transistor and the enzyme membrane field transistor of the semiconductor biosensor immersed in a buffer solution from analog to digital; After recognizing the magnitude of the offset voltage, the offset voltage is compensated for by outputting a voltage from the D/A converter that cancels it.
本発明の半導体バイオセンサのオフセット補償法では、
マイコン制御によってＤ／Ａコンバータを駆動させるこ
とによって正確なオフセット補償ができ、可変抵抗器の
微調整などを必要としない。In the semiconductor biosensor offset compensation method of the present invention,
By driving the D/A converter under microcomputer control, accurate offset compensation is possible, and fine adjustment of the variable resistor is not required.
［実施例コ 以下、本発明の一実施例を図により説明する。[Example code] Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図は半導体バイオセンサの出力信号をＡ／Ｄコンバ
ータ１に入力するための増幅回路であり、オフセット補
償のためにＤ／Ａコンバータ３が接続されている。半導
体バイオセンサの２つの参照用電界効果トランジスタ（
ＲＥＦＥ旬と酵素膜電界効果トランジスタ（ＥＮＦＥＴ
）とのソース電位が１段目のオペアンプ２ａの差動入力
となり、半導体バイオセンサが緩衝液に浸されていれば
、２つのＲＥＦＥＴとＥＮＦＥＴとのソース電位は等し
く、１段目のオペアンプ２ａの出力電圧は本来ＯＶにな
るはずでおるが、実際には前述の理由により電位差が生
じ、またオペアンプ自身のオフセット電圧もオペアンプ
の出力端に加えられている。半導体バイオセンサを緩衝
液に浸したときの１段目のオペアンプ２ａの出力電圧を
打ち消すために、２段目のオペアンプ？ｂはＤ／Ａコン
バータ３の出力と、１段目のオペアンプ２ａの出力との
／ＪＯｔＪする加障器として作用する。半導体バイオセ
ンサ＠緩衝液に浸したときのＲＥＦＥ丁１段目のオペア
ンプ２ａの出力電圧■。ＵｌはＶｏＵ丁 ＝−Ｇ （Ｖ
Ｅ −ＶＲ）
と表される。したがって、ＲＥＦＥＴとＥＮＦＥＴとの
ソース・ソース間の電位差をＡ、／Ｄコンバータ１にて
Ａ／Ｄ変換してマイクロプロセッサ４に入力し、マイク
ロプロセッサ４によりＤ／Ａコンバータ３からオフセッ
ト電圧をキャンセルさせる一ＶＯＵ工の電圧を出力させ
ればオフセット電圧補償が実現される。第２段目のオペ
アンプ２ｂの出力はオペアンプ２Ｃを介してＡ／Ｄコン
バータ１に入力される。FIG. 1 shows an amplifier circuit for inputting an output signal of a semiconductor biosensor to an A/D converter 1, to which a D/A converter 3 is connected for offset compensation. Two reference field-effect transistors for semiconductor biosensors (
REFE Shun and Enzyme Membrane Field Effect Transistor (ENFET)
) is the differential input of the first-stage operational amplifier 2a, and if the semiconductor biosensor is immersed in a buffer solution, the source potentials of the two REFETs and ENFETs are equal, and the source potential of the first-stage operational amplifier 2a is the same. Although the output voltage is originally supposed to be OV, in reality, a potential difference occurs due to the above-mentioned reasons, and the offset voltage of the operational amplifier itself is also applied to the output terminal of the operational amplifier. In order to cancel the output voltage of the first stage operational amplifier 2a when the semiconductor biosensor is immersed in the buffer solution, the second stage operational amplifier is used. b acts as a hindrance between the output of the D/A converter 3 and the output of the first-stage operational amplifier 2a. Semiconductor biosensor @ Output voltage of the first stage operational amplifier 2a of REFE when immersed in buffer solution■. Ul is VoU ding =-G (V
E-VR). Therefore, the potential difference between the sources of REFET and ENFET is A/D converted by the A/D converter 1 and inputted to the microprocessor 4, and the offset voltage from the D/A converter 3 is canceled by the microprocessor 4. Offset voltage compensation can be achieved by outputting a voltage of one VOU. The output of the second stage operational amplifier 2b is input to the A/D converter 1 via the operational amplifier 2C.
第２図はオフセット電・圧補償をするために用いるＤ／
Ａコンバータ３の出力変化と、センサ信号を受けるＡ／
Ｄコンバータ１の入力変化を同一時間軸上に示したもの
で必る。オフセット電圧として予想される最大値のＧ倍
（１段目のオペアンプ２ａの増幅率）の範囲（±１〜±
３Ｖ程度）でＤ／Ａコンバータ３をマイコン制御によっ
て１ステツプ（１〜３ｍＶ程度）ずつ上げて（又は下げ
て〉出力させ、このときのＡＩＤコンバータ１の入力電
圧がＯＶに等しいか、またはＤ／Ａコンバータ３の出力
電圧範囲中、Ａ／Ｄコンバータ１の入力電圧が最もＯｖ
に近づいたときのＤ／Ａコンバータ３の出力値が−Ｖ。Figure 2 shows the D/V used for offset voltage/voltage compensation.
Changes in the output of the A converter 3 and the A/
It is necessary to show the input changes of the D converter 1 on the same time axis. The range (±1 to ±
3V), the D/A converter 3 is controlled by the microcomputer to raise (or lower) the output by one step (about 1 to 3mV), and then check whether the input voltage of the AID converter 1 at this time is equal to OV or if the D/A converter 3 is In the output voltage range of A converter 3, the input voltage of A/D converter 1 is the highest
The output value of the D/A converter 3 when it approaches -V.
０丁である。It is 0 pieces.
この出力値−Ｖ ＯＵＴをメモリに記憶しておき、半導
体バイオセンサを用いて実際に被測定溶液を測定する場
合に、Ｄ／Ａコンバータ３から−ＶＯ（Ｊ□の電圧を出
力させておけば、オフセット電圧による誤差は極めて小
さくなり正しいセンサ信号の大きさを認識することがで
きる。If you store this output value -V OUT in memory and output a voltage of -VO (J , the error caused by the offset voltage becomes extremely small, and the correct magnitude of the sensor signal can be recognized.
これによって、オフセット電圧補償に要する時間が大幅
に短縮（約２秒未満）され、しかも正確に補償すること
が可能である。This significantly reduces the time required for offset voltage compensation (less than about 2 seconds), yet allows accurate compensation.
「発明の効果］
以上説明したように本発明の半導体バイオセンサのオフ
セット補償法はマイコン制御可能なＤ／Ａコンバータを
用いることによって、補償に要する時間を大幅に短縮で
き、しかも可変抵抗器を手動により調節するよりも正確
に電圧を設定することができる効果がある。"Effects of the Invention" As explained above, the semiconductor biosensor offset compensation method of the present invention uses a D/A converter that can be controlled by a microcomputer, thereby significantly shortening the time required for compensation. This has the effect that the voltage can be set more accurately than by adjusting the voltage.
第１図は本発明で使用するセンサ信号の増幅回路を示す
回路図、第２図（ａ）は同一時間上に示したＤ／Ａコン
バータの出力特性図、（ｂ）はＡ／Ｄコンバータの入力
特性図でおる。
１・・・Ａ／Ｄコンバータ
２ａ、 ２ｂ、 ２ｃ・・・オペアンプ３・・・Ｄ／Ａ
コンバータFigure 1 is a circuit diagram showing the sensor signal amplification circuit used in the present invention, Figure 2 (a) is an output characteristic diagram of the D/A converter shown at the same time, and (b) is the output characteristic diagram of the A/D converter. This is an input characteristic diagram. 1... A/D converter 2a, 2b, 2c... operational amplifier 3... D/A
converter
Claims (1)
ランジスタとからなる半導体バイオセンサを測定対象の
基質を含まないｐＨ緩衝液に浸し、半導体バイオセンサ
を構成する前記電界効果トランジスタをソースフォロワ
回路にて駆動させ、各ソース電位の電位差から基質濃度
を測定する方法において、測定対象の基質を含まないｐ
Ｈ緩衝液に浸した半導体バイオセンサの参照用電界効果
トランジスタと酵素膜電界効果トランジスタとのソース
に発生する電位差出力を増幅器により増幅した後、該増
幅器の出力をＡ／Ｄコンバータに介してマイクロプロセ
ッサに入力し、このマイクロプロセッサによりＤ／Ａコ
ンバータを駆動して該Ｄ／Ａコンバータの出力を前記ソ
ース・ソース間電圧を差動入力とする増幅器の出力段に
逆電圧として印加し、前記増幅器の出力電圧を零校正す
ることを特徴とする半導体バイオセンサのオフセット補
償法。(1) A semiconductor biosensor consisting of a reference field effect transistor and an enzyme film field effect transistor is immersed in a pH buffer solution that does not contain the substrate to be measured, and the field effect transistor constituting the semiconductor biosensor is connected to a source follower circuit. In the method of measuring the substrate concentration from the potential difference between each source potential, p
After amplifying the potential difference output generated at the sources of the reference field effect transistor of the semiconductor biosensor and the enzyme membrane field effect transistor immersed in the H buffer solution using an amplifier, the output of the amplifier is sent to the microprocessor via an A/D converter. This microprocessor drives a D/A converter and applies the output of the D/A converter as a reverse voltage to the output stage of an amplifier which uses the source-source voltage as a differential input. An offset compensation method for a semiconductor biosensor characterized by zero-calibrating the output voltage.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61150386A JPS635255A (en) | 1986-06-25 | 1986-06-25 | Method for compensating offset of semiconductive biosensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61150386A JPS635255A (en) | 1986-06-25 | 1986-06-25 | Method for compensating offset of semiconductive biosensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS635255A true JPS635255A (en) | 1988-01-11 |
| JPH052267B2 JPH052267B2 (en) | 1993-01-12 |
Family
ID=15495858
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61150386A Granted JPS635255A (en) | 1986-06-25 | 1986-06-25 | Method for compensating offset of semiconductive biosensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS635255A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012252008A (en) * | 2011-06-06 | 2012-12-20 | Robert Bosch Gmbh | Method and device for calculating measurement value of chemical sensitivity field effect transistor |
-
1986
- 1986-06-25 JP JP61150386A patent/JPS635255A/en active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012252008A (en) * | 2011-06-06 | 2012-12-20 | Robert Bosch Gmbh | Method and device for calculating measurement value of chemical sensitivity field effect transistor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH052267B2 (en) | 1993-01-12 |
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|---|---|---|---|
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