WO2021182175A1 - 生体由来物質検出用センサ、生体由来物質検出装置及び生体由来物質検出システム - Google Patents

生体由来物質検出用センサ、生体由来物質検出装置及び生体由来物質検出システム Download PDF

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    • G01N33/53Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor

Abstract

分析効率の高い生体由来物質検出用センサを提供すること。 本技術では、生体由来物質を保持する保持表面と、前記保持表面の下方に設けられ、前記保持表面における電位変化を検出する電極領域と、で構成された第1構成単位と、生体由来物質を保持する保持表面と、前記保持表面の下方に設けられ、半導体基板に設けられた光電変換部と、で構成された第2構成単位と、が、二次元アレイ状に配置された、生体由来物質検出用センサを提供する。

Description

生体由来物質検出用センサ、生体由来物質検出装置及び生体由来物質検出システム
 本技術は、生体由来物質検出用センサ、生体由来物質検出装置及び生体由来物質検出システムに関する。
 近年、医療分野、創薬分野、臨床検査分野、食品分野、農業分野、工学分野等の様々な分野で、遺伝子解析、タンパク質解析、細胞解析等に関する技術研究が進められている。特に最近では、核酸、タンパク質、細胞、微生物等の生体由来物質の検出や解析等の各種反応を、チップに設けられたマイクロスケールの流路やウェル内で行うラボ・オン・チップを代表とするチップ上での検出技術の開発や実用化が進められている。これらは、生体由来物質等を簡便に計測する手法として注目を集めている。
 例えば、特許文献1では、複数のウエルが形成された第1の基板と、前記ウエルに接するように加熱手段が設けられた第2の基板と、前記各ウエルの位置に対応して位置決めされた複数の光照射手段が設けられた第3の基板と、前記各ウエルの位置に対応して位置決めされた複数の光検出手段が設けられた第4の基板と、が少なくとも備えられた光学的検出装置が開示されている。この光学的検出装置では、各ウエル中で進行する各種反応を測定することができる。
 また、例えば、特許文献2では、光検出部が形成された基板と、前記基板に積層された、プラズモン吸収性を生じる金属ナノ構造を有するプラズモン吸収層と、を具備するケミカルセンサが開示されている。このケミカルセンサでは、センサ上に固定化されたプローブ材料とターゲット材料との結合に起因する発光を検出することができる。
特開2010-284152号公報 WO2013/080473
 チップ上の複数の領域(例えば、複数のウェル等)内において、生体由来物質から発せられる情報を取得して、各種分析を行う場合に、同一センサ内から、多くの情報を取得できれば、分析効率を向上させることができる。
 そこで、本技術では、分析効率の高い生体由来物質検出用センサを提供することを主目的とする。
 即ち、本技術では、まず、生体由来物質を保持する保持表面と、
 前記保持表面の下方に設けられ、前記保持表面における電位変化を検出する電極領域と、
 で構成された第1構成単位と、
 生体由来物質を保持する保持表面と、
 前記保持表面の下方に設けられ、半導体基板に設けられた光電変換部と、
 で構成された第2構成単位と、
 が、二次元アレイ状に配置された、生体由来物質検出用センサを提供する。
 本技術に係る生体由来物質検出用センサでは、画素領域内に、前記第1構成単位からなる領域と、前記第2構成単位からなる領域と、を備えることができる。
 また、本技術に係る生体由来物質検出用センサでは、単位画素内に、前記第1構成単位と、前記第2構成単位と、を備えることができる。
 更に、本技術に係る生体由来物質検出用センサは、前記第1構成単位を備える第1生体由来物質検出用チップと、前記第2構成単位を備える第2生体由来物質検出用チップと、で構成することもできる。
 本技術に係る生体由来物質検出用センサには、前記第1構成単位と、前記第2構成単位と、の間に、導電体からなる隔壁を備えることができる。
 この場合、前記隔壁を、参照電極として機能させることができる。
 本技術に係る生体由来物質検出用センサにおいて、前記第1構成単位の前記保持表面に対して裏側へ、前記電極領域の電極を貫通させることができる。
 本技術に係る生体由来物質検出用センサにおいて、前記第1構成単位の前記保持表面の下方には、前記第2構成単位の前記光電変換部を延設することができる。
 この場合、前記電極領域は、透明電極から構成することができる。
 本技術に係る生体由来物質検出用センサが検出可能な生体由来物質としては、核酸、タンパク質、細胞、微生物、染色体、リボソーム、ミトコンドリア、オルガネラ(細胞小器官)、及びこれらの複合体から選択される1以上の生体由来物質を挙げることができる。
 本技術では、次に、生体由来物質を保持する保持表面と、
 前記保持表面の下方に設けられ、前記保持表面における電位変化を検出する電極領域と、
 で構成された第1構成単位と、
 生体由来物質を保持する保持表面と、
 前記保持表面の下方に設けられ、半導体基板に設けられた光電変換部と、
 で構成された第2構成単位と、
 が、二次元アレイ状に配置された、生体由来物質検出用センサと、
 前記生体由来物質検出用センサによって取得された電気的情報を解析する解析部と、
 を備える、生体由来物質検出装置を提供する。
 本技術では、さらに、生体由来物質を保持する保持表面と、
 前記保持表面の下方に設けられ、前記保持表面における電位変化を検出する電極領域と、
 で構成された第1構成単位と、
 生体由来物質を保持する保持表面と、
 前記保持表面の下方に設けられ、半導体基板に設けられた光電変換部と、
 で構成された第2構成単位と、
 が、二次元アレイ状に配置された、生体由来物質検出用センサと、
 前記生体由来物質検出用センサによって取得された電気的情報を解析する解析装置と、
 を備える、生体由来物質検出システムを提供する。
 本技術において、「生体由来物質」には、核酸、タンパク質、細胞、微生物、染色体、リボソーム、ミトコンドリア、オルガネラ(細胞小器官)、及びこれらの複合体などが広く含まれるものとする。細胞には、動物細胞(血球系細胞など)および植物細胞が含まれる。微生物には、大腸菌などの細菌類、タバコモザイクウイルスなどのウイルス類、イースト菌などの菌類などが含まれる。
本技術に係る生体由来物質検出用センサ1、生体由来物質検出装置2、及び生体由来物質検出システム3が検出することが可能な生体由来物質Sの相互作用を模式的に示す模式概念図である。 本技術に係る生体由来物質検出用センサ1、生体由来物質検出装置2、及び生体由来物質検出システム3が検出することが可能な生体由来物質Sの相互作用を模式的に示す模式概念図である。 本技術に係る生体由来物質検出用センサ1、生体由来物質検出装置2、及び生体由来物質検出システム3が検出することが可能な生体由来物質Sの相互作用を模式的に示す模式概念図である。 本技術に係る生体由来物質検出用センサ1、生体由来物質検出装置2、及び生体由来物質検出システム3が行うことが可能な他の物質のスクリーニングを模式的に示す模式概念図である。 本技術に係る生体由来物質検出用センサ1、生体由来物質検出装置2、及び生体由来物質検出システム3が行うことが可能な他の物質のスクリーニングを模式的に示す模式概念図である。 本技術に係る生体由来物質検出用センサ1、生体由来物質検出装置2、及び生体由来物質検出システム3が行うことが可能な他の物質のスクリーニングを模式的に示す模式概念図である。 本技術に係る生体由来物質検出用センサ1において、第1構成単位11と第2構成単位12の配置の一例を示す模式平面図である。 本技術に係る生体由来物質検出用センサ1において、第1構成単位11と第2構成単位12の配置の一例を示す模式平面図である。 本技術に係る生体由来物質検出用センサ1において、第1構成単位11と第2構成単位12の配置の一例を示す模式平面図である。 本技術に係る生体由来物質検出用センサ1において、第1構成単位11と第2構成単位12の配置の一例を示す模式平面図である。 本技術に係る生体由来物質検出用センサ1において、第1構成単位11と第2構成単位12の配置の一例を示す模式平面図である。 本技術に係る生体由来物質検出用センサ1において、第1構成単位11と第2構成単位12の配置の一例を示す模式平面図である。 Aは、第1構成単位11と第2構成単位12の第1実施形態を模式的に示す模式平面図であり、Bは、第1構成単位11と第2構成単位12の第1実施形態を模式的に示す模式端面図である。 第1構成単位11の等価回路図である。 第2構成単位12の等価回路図である。 Aは、第1構成単位11と第2構成単位12の第1実施形態の第1の変形例を模式的に示す模式平面図であり、Bは、第1構成単位11と第2構成単位12の第1実施形態の第1の変形例を模式的に示す模式端面図である。 Aは、第1構成単位11と第2構成単位12の第1実施形態の第2の変形例を模式的に示す模式平面図であり、Bは、第1構成単位11と第2構成単位12の第1実施形態の第2の変形例を模式的に示す模式端面図である。 Aは、第1構成単位11と第2構成単位12の第1実施形態の第3の変形例を模式的に示す模式平面図であり、Bは、第1構成単位11と第2構成単位12の第1実施形態の第3の変形例を模式的に示す模式端面図である。 Aは、第1構成単位11と第2構成単位12の第2実施形態を模式的に示す模式平面図であり、Bは、第1構成単位11と第2構成単位12の第2実施形態を模式的に示す模式端面図である。 Aは、第1構成単位11と第2構成単位12の第3実施形態を模式的に示す模式平面図であり、Bは、第1構成単位11と第2構成単位12の第3実施形態を模式的に示す模式端面図である。 Aは、第1構成単位11と第2構成単位12の第3実施形態の第1の変形例を模式的に示す模式平面図であり、Bは、第1構成単位11と第2構成単位12の第3実施形態の第1の変形例を模式的に示す模式端面図である。 Aは、第1構成単位11と第2構成単位12の第3実施形態の第2の変形例を模式的に示す模式平面図であり、Bは、第1構成単位11と第2構成単位12の第3実施形態の第2の変形例を模式的に示す模式端面図である。 本技術に係る生体由来物質検出装置2の概念を示すブロック図である。 本技術に係る生体由来物質検出システム3の概念を示すブロック図である。
 以下、本技術を実施するための好適な形態について図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本技術の範囲が狭く解釈されることはない。なお、説明は以下の順序で行う。
 1.本技術で行う生体由来物質検出の概要
 (1)生体由来物質Sのそのものの検出
 (2)生体由来物質Sの相互作用の検出
 (3)他の物質のスクリーニング
 2.生体由来物質検出用センサ1
 (1)第1構成単位11と第2構成単位12の配置
 (2)第1構成単位11と第2構成単位12の断面形状
 [第1実施形態]
 [第2実施形態]
 [第3実施形態]
 3.生体由来物質検出装置2
 4.生体由来物質検出システム3
 <1.本技術で行う生体由来物質検出の概要>
 本技術に係る生体由来物質検出用センサ1、生体由来物質検出装置2、及び生体由来物質検出システム3が行う生体由来物質Sの検出の概要を説明する。本技術に係る生体由来物質検出用センサ1、生体由来物質検出装置2、及び生体由来物質検出システム3は、(1)生体由来物質Sのそのものの検出、(2)生体由来物質Sの相互作用の検出、(3)生体由来物質Sを用いた他の物質(例えば、薬効成分等)のスクリーニング等に用いることができる。なお、各検出は、後述する生体由来物質検出用センサ1の保持表面111にて行われる。
 (1)生体由来物質Sのそのものの検出
 例えば、血液、尿、便、唾液等の体液中に含まれる赤血球、白血球、血小板、サイトカイン、ホルモン物質、糖、脂質、タンパク質等の生体物質;体液や水中に含まれる細菌類、菌類、ウイルス等の微生物;細胞や微生物中の遺伝子等の検出に、本技術を用いることができる。例えば、検出対象の物質あるいは非検出対象の物質に特異的に作用する色素を用いて染色した後、目的の光検出の有無によって、検出対象の物質の存在を検出することができる。また、検出対象の生体由来物質から発せられる活動電位を検出することで、検出対象の物質の存在を検出することができる。検出された結果は、疾患の診断、体内環境診断、水質検査等に用いることができる。
 (2)生体由来物質Sの相互作用の検出
 例えば、タンパク質の相互作用、核酸のハイブリダイゼーション、サイトカインやホルモン物質と受容体との結合等の相互作用の検出に、本技術を用いることができる。具体的な検出例について、図1~3を用いて説明する。
 例えば、図1のA~Dに示すように、保持表面111にタンパク質や受容体(あるいは受容体を模したもの)等の生体由来物質S1を固定しておき(図1中A参照)、これとの相互作用を確認する生体由来物質S2~S4に蛍光F1~F3等の色素を固定したものを加える(図1中B参照)。そして、相互作用しなかった生体由来物質S3及びS4の洗浄を行い(図1中C参照)、保持表面111から蛍光F1を検出することで(図1中D参照)、生体由来物質S1と生体由来物質S2との相互作用を検出することができる。
 例えば、図1のE~Hに示すように、保持表面111に細胞等の生体由来物質S1を固定しておき、この生体由来物質S1が有する輸送体t(例えば、細胞膜中のトランスポーター等)を介して取り込まれる発光体F1を検知することができる。
 例えば、図2のA~Dに示すように、保持表面111にDNAやRNA等からなるプローブS5を固定しておき(図2中A参照)、ターゲットとなり得るDNAS6及びS7を含むサンプルと、インターカレーターIとを加える(図2中B参照)。そして、プローブS5と相補的な配列を有するDNAS6が、サンプルに含有されていると、ハイブリダーゼーション反応が起きる。ハイブリダーゼーションが行われなかったDNAS7の洗浄を行い(図2中C参照)、保持表面111からインターカレーターIからの光を検出することで(図2中D参照)、プローブS5とターゲットDNAS6とのハイブリダーゼーションを検出することができる。
 例えば、図3のA~Dに示すように、保持表面111に生体由来物質S8を固定しておき(図3中A参照)、これと相互作用して新たな物質S10になる生体由来物質S9を加える(図3中B参照)。次に、物質S10に特異的に結合する蛍光F4等の色素を加え(図3中C参照)、保持表面111から蛍光F4を検出することで(図3中D参照)、生体由来物質S8と生体由来物質S9との相互作用を検出することができる。
 また、相互作用による活動電位の変化や、相互作用後の結合体や二本鎖から発せられる活動電位を検出することで、生体由来物質Sの相互作用を検出することもできる。
 (3)他の物質のスクリーニング
 例えば、各種受容体の作動薬(アゴニスト)や拮抗薬(アンタゴニスト)となり得る物質のスクリーニングや、各種微生物の産生抑制剤、抗菌剤、殺菌剤等のスクリーニングに、本技術を用いることができる。具体的な検出例について、図4~図6を用いて説明する。
 例えば、図4のA~Dに示すように、保持表面111に受容体R1(あるいは受容体R1を模したもの)を固定しておき(図4中A参照)、この受容体R1の作動性を確認する物質d1~d3に蛍光F5~F7等の色素を固定したものを加える(図4中B参照)。そして、受容体R1に結合しなかった物質d2及びd3の洗浄を行い(図4中C参照)、保持表面111から蛍光F5を検出することで(図3中D参照)、受容体R1の作動薬となり得る物質d1のスクリーニングを行うことができる。
 例えば、図5のA~Eに示すように、保持表面111に受容体R2(あるいは受容体R2を模したもの)を固定しておき(図5中A参照)、この受容体R2の拮抗性を確認する物質d4を加える(図5中B参照)。次に、蛍光F8等の色素を固定した受容体R2と結合するリガンドL1を加える(図5中C参照)。この時、物質d4が受容体R2の拮抗薬となり得る場合は、既に、受容体R2と物質d4が結合等しているため、リガンドL1は、受容体R2に結合することができない(図5中C参照)。この状態で、受容体R2に結合しなかったリガンドL1の洗浄を行った後(図5中D参照)、保持表面111から蛍光F8を検出しようとしても、蛍光F8は洗浄により保持表面111に存在しないため、光検出がされない(図5中E参照)。
 一方、例えば、図6のA~Eに示すように、保持表面111に受容体R3(あるいは受容体R3を模したもの)を固定しておき(図6中A参照)、この受容体R3の拮抗性を確認する物質d5を加える(図6中B参照)。次に、蛍光F9等の色素を固定した受容体R3と結合するリガンドL2を加える(図6中C参照)。この時、物質d5が受容体R3の拮抗薬となり得ない場合は、リガンドL2は、受容体R3に結合する(図6中D参照)。この状態で、受容体R3に結合しなかった物質d5の洗浄を行うと(図6中D参照)、保持表面111から蛍光F9が検出される(図6中E参照)。
 このように、図5及び図6に示すように、保持表面111から蛍光F8又は蛍光F9の検出の有無によって、受容体R3の拮抗薬となり得る物質d4のスクリーニングを行うことができる。
 また、相互作用の検出と同様に、受容体自体の活動電位の変化や、受容体と、作動薬、拮抗薬、またはリガンド等との結合状態から発せられる活動電位の変化等を検出することで、各種受容体の作動薬(アゴニスト)や拮抗薬(アンタゴニスト)となり得る物質のスクリーニングや、各種微生物の産生抑制剤、抗菌剤、殺菌剤等のスクリーニングを行うことができる。
 <2.生体由来物質検出用センサ1>
 本技術に係る生体由来物質検出用センサ1は、電位変化を検出するための第1構成単位11と、光を検出するための第2構成単位12と、が二次元アレイ状に配置された構成である。
 (1)第1構成単位11と第2構成単位12の配置
 第1構成単位11と第2構成単位12は、例えば、図7に示すように、一つのチップの画素領域内に、第1構成単位11からなる画素領域と、第2構成単位12からなる画素領域を備える構成とすることができる。
 また、例えば、図8に示すように、第1構成単位11からなる画素領域を備えるチップと、第2構成単位12からなる画素領域を備えるチップと、で生体由来物質検出センサ1を構成することもできる。
 更に、例えば、図9に示すように、第1構成単位11と第2構成単位12とを単位画素内備える画素領域を有するチップで、生体由来物質検出センサ1を構成することもできる。
 図7に示す例や、図9に示す例のように、一つのチップの画素領域内に第1構成単位11と第2構成単位12とを備える場合、それぞれの配置は特に限定されず、目的に応じて自由に構成することができる。例えば、図7に示すように、画素領域を二つの領域に分けることもできる。この場合、図7のように、第1構成単位11からなる領域と、第2構成単位12からなる領域とを、左右に分ける形態に限らず、例えば、図10に示すように、第1構成単位11からなる領域の周りに、第2構成単位12からなる領域を配置する等、自由な配置にすることができる。
 また、例えば、図11に示すように、第1構成単位11と第2構成単位12とを千鳥状に配置することもできる。更に、例えば、図12のように、複数の第1構成単位11からなる領域と、複数の第2構成単位12からなる領域を、周期的に配置することもできる。
 (2)第1構成単位11と第2構成単位12の断面形状
 [第1実施形態]
 図13Aは、第1構成単位11と第2構成単位12の第1実施形態を模式的に示す模式平面図であり、図13Bは、第1構成単位11と第2構成単位12の第1実施形態を模式的に示す模式端面図である。
 第1構成単11は、生体由来物質Sを保持する保持表面111と、保持表面111の下方に設けられた電極領域112と、で構成される。電極領域112では、保持表面111における電位変化が検出される。図14は、第1構成単位11の等価回路図である。電極領域112からの信号は、アンプゲート116、選択ゲート117の画素回路により出力される。
 第2構成単位12は、生体由来物質Sを保持する保持表面121と、保持表面121の下方に設けられ、半導体基板に設けられた光電変換部122と、で構成される。図15は、第2構成単位12の等価回路図である。光電変換部122の画素信号は、転送トランジスタゲート115、アンプゲート116、選択ゲート117の画素回路により出力される。
 第1構成単位11では、保持表面111に対して裏側へ、電極領域112の電極が貫通した構造とすることが好ましい。このような構造にすれば、本技術に係る生体由来物質検出用センサ1において、配線領域113を、保持表面111、121に対して裏側に配置することができる。
 光電変換部122には、例えば、フォトダイオードのような光電変換素子を自由に用いることができる。配線領域113には、一般的な電位センタやイメージセンサに用いられる回路を備えることができる。
 保持表面111、121は、生体由来物質Sが保持できる構成であれば特に限定されず、表面処理を自由に用いることができる。例えば、紫外線照射により親水性に変性する感光性シランカップリング剤等を塗布し、生体由来物質Sを保持したい領域を選択的に紫外線照射することにより、保持表面111、121を形成することができる。また、例えば、保持表面111、121をアビジン処理しておくことで、その一端がビオチン化された核酸等の生体由来物質Sを、アビジン-ビオチン結合により、保持することもできる。また、保持表面111、121に液体を保持できるように構成することで、液体中に生体由来物質Sを保持することも可能である。
 本技術に係る生体由来物質検出用センサ1では、図16に示す第1実施形態の第1の変形例のように、第1構成単位11の保持表面111と、第2構成単位12の保持表面121の間や、他の隣接する画素との間には、隔壁13を備えることができる。隔壁13を備えることで、第1構成単位11から第2構成単位12への光の漏れ込みや、画素間における光の漏れ込みを防止することができる。その結果、検出精度を向上させることができる。
 隔壁13は、図17に示す第1実施形態の第2の変形例のように、半導体基板内に埋入させてもよい。図17のように、隔壁13を半導体基板内に埋入させることで、第1構成単位11から第2構成単位12への光の漏れ込みや、画素間における光の漏れ込みをより確実に防止することができる。
 隔壁13は、導電体を用いることもできる。この場合、例えば、図18に示す第1実施形態の第3の変形例のように、保持表面111に対して裏側へ、導電体からなる隔壁13の一部または全部を貫通させ、この隔壁13を、第1構成単位11の参照電極として機能させることも可能である。
 [第2実施形態]
 図19Aは、第1構成単位11と第2構成単位12の第2実施形態を模式的に示す模式平面図であり、図19Bは、第1構成単位11と第2構成単位12の第2実施形態を模式的に示す模式端面図である。第2実施形態では、第1構成単位11の保持表面111の下方に、第2構成単位12の光電変換部122が延設された構成である。
 例えば、電極領域112に透明電極を用いることで、第1構成単位11の保持表面111に保持された生体由来物質Sからの光を、第2構成単位12の光電変換部122が検出することが可能である。
 なお、図示しないが、第2実施形態においても、第1実施形態の第1の変形例と同様に、第1構成単位11の保持表面111と、第2構成単位12の保持表面121の間や、他の隣接する画素との間には、隔壁13を備えることもできる。また、導電体からなる隔壁13を、第1構成単位11の参照電極として機能させることも可能である。
 [第3実施形態]
 図20Aは、第1構成単位11と第2構成単位12の第3実施形態を模式的に示す模式平面図であり、図20Bは、第1構成単位11と第2構成単位12の第3実施形態を模式的に示す模式端面図である。第3実施形態は、単位画素内に、第1構成単位11と、第2構成単位12と、を備えた例である。
 単位画素内に、第1構成単位11と第2構成単位12とを備える場合、その配置は特に限定されず、目的に応じて自由に設計することができる。例えば、図21に示す第3実施形態の第1の変形例のように、第2構成単位12の保持表面121を、第1構成単位11の保持表面111で囲むように配置することも可能である。
 また、例えば、図22に示す第3実施形態の第2の変形例のように、電極領域112に透明電極を用いることで、第1構成単位11の保持表面111が、同時に、第2構成単位12の保持表面121としても機能させることができる。即ち、単位画素の全ての表面の活動電位を検出しつつ、光の検出も同時に行うことができる。
 以上説明した第1実施形態~第3実施形態は、本技術に係る生体由来物質検出用センサ1において、自由に組み合わせることができる。例えば、一つの生体由来物質検出用チップ内に、第1構成単位11からなる単位画素と、第2構成単位からなる単位画素と、第1構成単位11と第2構成単位12とからなる単位画素と、を自由に配置したチップを備えるセンサとすることができる。
 <3.生体由来物質検出装置2>
 図23は、本技術に係る生体由来物質検出装置2の概念を示すブロック図である。本技術に係る生体由来物質検出装置2は、前述した本技術に係る生体由来物質検出用センサ1と、解析部21と、を少なくとも備える。また、目的に応じて、光照射部22、記憶部23、表示部24、温度制御部25等を備えることもできる。以下、各部について説明する。なお、生体由来物質検出用センサ1については、前述の通りであるため、ここでは説明を割愛する。
 (1)解析部21
 解析部21では、生体由来物質検出用センサ1によって取得された光学的情報の解析が行われる。例えば、生体由来物質検出用センサ1によって取得された光学的情報に基づいて、生体由来物質Sの存在の有無、生体由来物質Sにおける相互作用の有無、薬効成分のスクリーニング等が行われる。
 なお、解析部21としては、パーソナルコンピュータや、CPUにて実施してもよく、記録媒体(例えば、不揮発性メモリ(USBメモリ)、HDD、CDなど)等を備えるハードウェア資源にプログラムとして格納し、パーソナルコンピュータやCPUによって機能させることも可能である。
 (2)光照射部22
 本技術に係る生体由来物質検出装置2には、例えば、励起光照射等のために光照射部22を備えることができる。光照射部22では、前記生体由来物質検出用センサ1の保持表面111、121に保持された生体由来物質Sへの光の照射が行われる。なお、本技術に係る生体由来物質検出装置2において、光照射部22は必須ではなく、外部の光照射装置等を用いて生体由来物質Sへの光照射を行うことも可能である。
 光照射部22から照射される光の種類は特に限定されないが、微小粒子から蛍光や散乱光を確実に発生させるためには、光方向、波長、光強度が一定の光が望ましい。一例としては、レーザー、LED等を挙げることができる。レーザーを用いる場合、その種類も特に限定されないが、アルゴンイオン(Ar)レーザー、ヘリウム-ネオン(He-Ne)レーザー、ダイ(dye)レーザー、クリプトン(Cr)レーザー、半導体レーザー、または、半導体レーザーと波長変換光学素子を組み合わせた固体レーザー等を、1種又は2種以上、自由に組み合わせて用いることができる。
 光照射部22は、目的に応じて、複数備えてもよい。例えば、前記生体由来物質検出用センサ1の各画素に対して、一つの光照射部22を備えてもよい。また、前記生体由来物質検出用センサ1の各画素に対応する位置にLED等の発光素子が配列された基板を、前記生体由来物質検出用センサ1に積層させることで、生体由来物質Sへの光の照射を行うことも可能である。
 (3)記憶部23
 本技術に係る生体由来物質検出装置2には、各種情報を記憶する記憶部23を備えることができる。記憶部23には、前記生体由来物質検出用センサ1によって取得された光学的データ、解析部21にて生成された解析データ、光照射部22において照射した光学的データ等、検出に関わるあらゆる事項を記憶することが可能である。
 本技術に係る生体由来物質検出装置2において、記憶部23は必須ではなく、外部の記憶装置を接続してもよい。記憶部23としては、例えば、ハードディスクなどを用いることができる。
 (4)表示部24
 本技術に係る生体由来物質検出装置2には、各種情報を表示する表示部24を備えることができる。表示部24では、前記生体由来物質検出用センサ1によって取得された光学的データ、解析部21にて生成された解析データ、光照射部22において照射した光学的データ、記憶部23に記憶されたデータ等、検出に関わるあらゆる事項を表示することができる。
 本技術に係る生体由来物質検出装置2において、表示部24は必須ではなく、外部の表示装置を接続してもよい。表示部24としては、例えば、ディスプレイやプリンタなどを用いることができる。
 (5)温度制御部25
 本技術に係る生体由来物質検出装置2には、生体由来物質検出用センサ1の保持表面111、121に保持された生体由来物質Sを所定の温度に保ったり、所定の温度に加熱又は冷却するための温度制御部25を備えることができる。例えば、生体由来物質Sが酵素の場合、温度制御部25よって、至適温度に保つように温度制御を行うことができる。また、生体由来物質Sが核酸であって、本技術を用いてハイブリダイゼーションの有無を検出する場合等には、ハイブリダイゼーション可能な温度範囲に保つように、温度制御部25によって制御することができる。温度制御部25としては、ペルチェ素子等の熱電素子を使用することができる。
 温度制御部25は、目的に応じて、複数備えてもよい。例えば、前記生体由来物質検出用センサ1の各画素に対して、一つの温度制御部25を備えてもよい。また、前記生体由来物質検出用センサ1の各画素に対応する位置に熱電素子が配列された基板を、前記生体由来物質検出用センサ1に積層させることで、生体由来物質Sへの温度制御を行うことも可能である。
 なお、本技術に係る生体由来物質検出装置2において、温度制御部25は必須ではなく、外部の温度制御装置等を用いて生体由来物質Sの温度制御を行うことも可能である。
 <4.生体由来物質検出システム3>
 図24は、本技術に係る生体由来物質検出システム3の概念を示すブロック図である。本技術に係る生体由来物質検出システム3は、前述した本技術に係る生体由来物質検出用センサ1と、解析装置31と、を少なくとも備える。また、目的に応じて、光照射装置32、記憶装置33、表示装置34、温度制御装置35等を備えることもできる。
 生体由来物質検出用センサ1と、各装置とは、有線又は無線のネットワークを介して接続することが可能である。なお、各装置の詳細は、前述した本技術に生体由来物質検出装置2の各部の詳細と同一であるため、ここでは説明を割愛する。
 なお、本技術では、以下の構成を取ることもできる。
(1)
 生体由来物質を保持する保持表面と、
 前記保持表面の下方に設けられ、前記保持表面における電位変化を検出する電極領域と、
 で構成された第1構成単位と、
 生体由来物質を保持する保持表面と、
 前記保持表面の下方に設けられ、半導体基板に設けられた光電変換部と、
 で構成された第2構成単位と、
 が、二次元アレイ状に配置された、生体由来物質検出用センサ。
(2)
 画素領域内に、前記第1構成単位からなる領域と、前記第2構成単位からなる領域と、が備えられた、(1)に記載の生体由来物質検出用センサ。
(3)
 単位画素内に、前記第1構成単位と、前記第2構成単位と、が備えられた、(2)に記載の生体由来物質検出用センサ。
(4)
 前記第1構成単位を備える第1生体由来物質検出用チップと、
 前記第2構成単位を備える第2生体由来物質検出用チップと、
 が備えられた、(2)または(3)に記載の生体由来物質検出用センサ。
(5)
 前記第1構成単位と、前記第2構成単位と、の間には、導電体からなる隔壁が備えられ、
 前記隔壁は、参照電極として機能する、(1)から(4)のいずれかに記載の生体由来物質検出用センサ。
(6)
 前記第1構成単位の前記保持表面に対して裏側へ、前記電極領域の電極が貫通した、請求項(1)から(5)のいずれかに記載の生体由来物質検出用センサ。
(7)
 前記第1構成単位の前記保持表面の下方には、前記第2構成単位の前記光電変換部が延設された、(1)から(6)のいずれかに記載の生体由来物質検出用センサ。
(8)
 前記電極領域は、透明電極から構成された、(1)から(7)のいずれかに記載の生体由来物質検出用センサ。
(9)
 前記生体由来物質は、核酸、タンパク質、細胞、微生物、染色体、リボソーム、ミトコンドリア、オルガネラ(細胞小器官)、及びこれらの複合体から選択される1以上の生体由来物質である、(1)から(8)のいずれかに記載の生体由来物質検出用センサ。
(10)
 生体由来物質を保持する保持表面と、
 前記保持表面の下方に設けられ、前記保持表面における電位変化を検出する電極領域と、
 で構成された第1構成単位と、
 生体由来物質を保持する保持表面と、
 前記保持表面の下方に設けられ、半導体基板に設けられた光電変換部と、
 で構成された第2構成単位と、
 が、二次元アレイ状に配置された、生体由来物質検出用センサと、
 前記生体由来物質検出用センサによって取得された電気的情報を解析する解析部と、
 を備える、生体由来物質検出装置。
(11)
 生体由来物質を保持する保持表面と、
 前記保持表面の下方に設けられ、前記保持表面における電位変化を検出する電極領域と、
 で構成された第1構成単位と、
 生体由来物質を保持する保持表面と、
 前記保持表面の下方に設けられ、半導体基板に設けられた光電変換部と、
 で構成された第2構成単位と、
 が、二次元アレイ状に配置された、生体由来物質検出用センサと、
 前記生体由来物質検出用センサによって取得された電気的情報を解析する解析装置と、
 を備える、生体由来物質検出システム。
1 生体由来物質検出用チップ
S 生体由来物質
11 第1構成単位
12 第2構成単位
111 第1構成単位11の保持表面
121 第2構成単位11の保持表面
112 電極領域
122 光電変換部
113 配線領域
115 転送トランジスタゲート
116 アンプゲート
117 選択ゲート
13 隔壁
21 解析部
22 光照射部
23 記憶部
24 表示部
25 温度制御部
31 解析装置
32 光照射装置
33 記憶装置
34 表示装置
35 温度制御装置

Claims (11)

  1.  生体由来物質を保持する保持表面と、
     前記保持表面の下方に設けられ、前記保持表面における電位変化を検出する電極領域と、
     で構成された第1構成単位と、
     生体由来物質を保持する保持表面と、
     前記保持表面の下方に設けられ、半導体基板に設けられた光電変換部と、
     で構成された第2構成単位と、
     が、二次元アレイ状に配置された、生体由来物質検出用センサ。
  2.  画素領域内に、前記第1構成単位からなる領域と、前記第2構成単位からなる領域と、が備えられた、請求項1に記載の生体由来物質検出用センサ。
  3.  単位画素内に、前記第1構成単位と、前記第2構成単位と、が備えられた、請求項2に記載の生体由来物質検出用センサ。
  4.  前記第1構成単位を備える第1生体由来物質検出用チップと、
     前記第2構成単位を備える第2生体由来物質検出用チップと、
     が備えられた、請求項2に記載の生体由来物質検出用センサ。
  5.  前記第1構成単位と、前記第2構成単位と、の間には、導電体からなる隔壁が備えられ、
     前記隔壁は、参照電極として機能する、請求項1に記載の生体由来物質検出用センサ。
  6.  前記第1構成単位の前記保持表面に対して裏側へ、前記電極領域の電極が貫通した、請求項1に記載の生体由来物質検出用センサ。
  7.  前記第1構成単位の前記保持表面の下方には、前記第2構成単位の前記光電変換部が延設された、請求項1に記載の生体由来物質検出用センサ。
  8.  前記電極領域は、透明電極から構成された、請求項1に記載の生体由来物質検出用センサ。
  9.  前記生体由来物質は、核酸、タンパク質、細胞、微生物、染色体、リボソーム、ミトコンドリア、オルガネラ(細胞小器官)、及びこれらの複合体から選択される1以上の生体由来物質である、請求項1記載の生体由来物質検出用センサ。
  10.  生体由来物質を保持する保持表面と、
     前記保持表面の下方に設けられ、前記保持表面における電位変化を検出する電極領域と、
     で構成された第1構成単位と、
     生体由来物質を保持する保持表面と、
     前記保持表面の下方に設けられ、半導体基板に設けられた光電変換部と、
     で構成された第2構成単位と、
     が、二次元アレイ状に配置された、生体由来物質検出用センサと、
     前記生体由来物質検出用センサによって取得された電気的情報を解析する解析部と、
     を備える、生体由来物質検出装置。
  11.  生体由来物質を保持する保持表面と、
     前記保持表面の下方に設けられ、前記保持表面における電位変化を検出する電極領域と、
     で構成された第1構成単位と、
     生体由来物質を保持する保持表面と、
     前記保持表面の下方に設けられ、半導体基板に設けられた光電変換部と、
     で構成された第2構成単位と、
     が、二次元アレイ状に配置された、生体由来物質検出用センサと、
     前記生体由来物質検出用センサによって取得された電気的情報を解析する解析装置と、
     を備える、生体由来物質検出システム。
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