(57)【要約】【課題】溶液中の細胞の生体電位を計測する装置において、溶液を一定温度に制御する。【解決手段】計測装置は、基板、センシング制御回路、温度センサ、表面側放熱部、裏面側放熱部および温度制御部を具備する。基板は、溶液中の電位を検出する複数の電極が表面に配置される。センシング制御回路は、基板に配置されて複数の電極における電位の検出を制御する。温度センサは、基板に配置されて溶液の温度を検出する。表面側放熱部は、基板の表面側に配置されて放熱を行う。裏面側放熱部は、基板の表面とは異なる面である裏面側に配置されて放熱を行う。温度制御部は、温度センサにより検出された温度に基づいて溶液の温度を制御する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶液中の電位を検出する複数の電極が表面に配置される基板と、
前記基板に配置されて前記複数の電極における電位の検出を制御するセンシング制御回路と、
前記基板に配置されて前記溶液の温度を検出する温度センサと、
前記基板の前記表面側に配置されて放熱を行う表面側放熱部と、
前記基板の前記表面とは異なる面である裏面側に配置されて放熱を行う裏面側放熱部と、
前記温度センサにより検出された温度に基づいて前記溶液の温度を制御する温度制御部と
を具備する計測装置。
【請求項２】
前記溶液を貯留する貯留部をさらに具備する請求項１記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記溶液の温度の調節を行う温度調節部をさらに具備し、
前記温度制御部は、前記温度調節部における温度の調節を制御することにより前記溶液の温度を制御する
請求項１記載の計測装置。
【請求項４】
前記温度調節部は、前記表面側放熱部および前記裏面側放熱部の何れかを介して前記温度の調節を行う請求項３記載の計測装置。
【請求項５】
前記温度調節部は、ペルチェ素子により前記温度の調節を行う請求項４記載の計測装置。
【請求項６】
前記温度調節部は、前記ペルチェ素子を冷却する冷却部をさらに備える請求項５記載の計測装置。
【請求項７】
前記冷却部は、冷却水を循環させることにより前記冷却を行う請求項６記載の計測装置。
【請求項８】
前記表面側放熱部は、金属により構成される請求項１記載の計測装置。
【請求項９】
前記表面側放熱部は、前記センシング制御回路の基準となる接地電位を供給する接地線に接続される請求項８記載の計測装置。
【請求項１０】
前記裏面側放熱部は、金属により構成される請求項１記載の計測装置。
【請求項１１】
前記裏面側放熱部は、前記センシング制御回路の基準となる接地電位を供給する接地線に接続される請求項１０記載の計測装置。
【請求項１２】
前記温度調節部からの不要輻射の遮蔽を行う遮蔽部をさらに具備する請求項１記載の計測装置。
【請求項１３】
前記遮蔽部は、接地線に接続される請求項１２記載の計測装置。
【請求項１４】
前記遮蔽部は、前記センシング制御回路の基準となる接地電位を供給する前記接地線に接続される請求項１３記載の計測装置。
【請求項１５】
前記センシング領域は、前記電極と当該電極により検出された生体電位を増幅する増幅回路とを備える電極セルが複数配置されて構成される請求項１記載の計測装置。
【請求項１６】
前記電位の基準となる基準電位を前記溶液に印加する基準電極をさらに具備する請求項１記載の計測装置。
【請求項１７】
複数の前記温度センサが前記基板に配置され、
前記温度制御部は、前記複数の温度センサにより検出された温度に基づいて前記溶液の温度を制御する
請求項１記載の計測装置。
【請求項１８】
前記基板とは異なる位置に配置されて前記溶液の温度を検出する第２の温度センサをさらに具備し、
前記温度制御部は、前記温度センサおよび前記第２の温度センサにより検出された温度に基づいて前記溶液の温度を制御する
請求項１記載の計測装置。
【請求項１９】
溶液中の電位を検出する複数の電極が表面に配置される基板と、
前記基板に配置されて前記複数の電極における電位の検出を制御するセンシング制御回路と、
前記基板に配置されて前記溶液の温度を検出する温度センサと、
前記基板の前記表面側に配置されて放熱を行う表面側放熱部と、
前記基板の前記表面とは異なる面である裏面側に配置されて放熱を行う裏面側放熱部と、
前記温度センサにより検出された温度に基づいて前記溶液の温度を制御する温度制御部と、
前記検出された生体電位を処理する処理回路と
を具備する計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、計測装置および計測システムに関する。詳しくは、培養液中の細胞の生体電位を計測する計測装置および当該計測装置を用いる計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、培養液中において神経細胞等を培養しながら細胞近傍の電位の変化を計測することにより、神経細胞等の活動を計測可能であることが知られている。神経細胞の活動に伴い細胞膜のイオン濃度が変化する。この変化を電位の変化として計測する。このような計測システムとして、培養液を貯留する円筒状の樹脂枠の底部に細胞電位を検出する複数の電極が形成された基板を配置し、電極により検出された細胞電位を処理する信号処理手段を備えたシステムが使用されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−０６２２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の従来技術では、培養液の温度が変動するという問題がある。多数の電位検出用の電極を配置して細胞電位を検出する場合には、検出した細胞電位を高速に処理する必要がある。高速な処理回路は発熱量が多く、伝熱により培養液の温度が上昇し、細胞の活動に影響を及ぼすという問題がある。
【０００５】
本開示は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、溶液中の細胞の生体電位を計測する装置において、溶液を一定温度に制御することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その第１の態様は、溶液中の電位を検出する複数の電極が表面に配置される基板と、上記基板に配置されて上記複数の電極における電位の検出を制御するセンシング制御回路と、上記基板に配置されて上記溶液の温度を検出する温度センサと、上記基板の上記表面側に配置されて放熱を行う表面側放熱部と、上記基板の上記表面とは異なる面である裏面側に配置されて放熱を行う裏面側放熱部と、上記温度センサにより検出された温度に基づいて上記溶液の温度を制御する温度制御部とを具備する計測装置である。
【０００７】
また、この第１の態様において、上記溶液を貯留する貯留部をさらに具備してもよい。
【０００８】
また、この第１の態様において、上記溶液の温度の調節を行う温度調節部をさらに具備し、上記温度制御部は、上記温度調節部における温度の調節を制御することにより上記溶液の温度を制御してもよい。
【０００９】
また、この第１の態様において、上記温度調節部は、上記表面側放熱部および上記裏面側放熱部の何れかを介して上記温度の調節を行ってもよい。
【００１０】
また、この第１の態様において、上記温度調節部は、ペルチェ素子により上記温度の調節を行ってもよい。
【００１１】
また、この第１の態様において、上記温度調節部は、上記ペルチェ素子を冷却する冷却部をさらに備えてもよい。
【００１２】
また、この第１の態様において、上記冷却部は、冷却水を循環させることにより上記冷却を行ってもよい。
【００１３】
また、この第１の態様において、上記表面側放熱部は、金属により構成されてもよい。
【００１４】
また、この第１の態様において、上記表面側放熱部は、上記センシング制御回路の基準となる接地電位を供給する接地線に接続されてもよい。
【００１５】
また、この第１の態様において、上記裏面側放熱部は、金属により構成されてもよい。
【００１６】
また、この第１の態様において、上記裏面側放熱部は、上記センシング制御回路の基準となる接地電位を供給する接地線に接続されてもよい。
【００１７】
また、この第１の態様において、上記温度調節部からの不要輻射の遮蔽を行う遮蔽部をさらに具備してもよい。
【００１８】
また、この第１の態様において、上記遮蔽部は、接地線に接続されてもよい。
【００１９】
また、この第１の態様において、上記遮蔽部は、上記センシング制御回路の基準となる接地電位を供給する上記接地線に接続されてもよい。
【００２０】
また、この第１の態様において、上記センシング領域は、上記電極と当該電極により検出された生体電位を増幅する増幅回路とを備える電極セルが複数配置されて構成されてもよい。
【００２１】
また、この第１の態様において、上記電位の基準となる基準電位を上記溶液に印加する基準電極をさらに具備してもよい。
【００２２】
また、この第１の態様において、複数の上記温度センサが上記基板に配置され、上記温度制御部は、上記複数の温度センサにより検出された温度に基づいて上記溶液の温度を制御してもよい。
【００２３】
また、この第１の態様において、上記基板とは異なる位置に配置されて上記溶液の温度を検出する第２の温度センサをさらに具備し、上記温度制御部は、上記温度センサおよび上記第２の温度センサにより検出された温度に基づいて上記溶液の温度を制御してもよい。
【００２４】
また、本開示の第２の態様は、溶液中の電位を検出する複数の電極が表面に配置される基板と、上記基板に配置されて上記複数の電極における電位の検出を制御するセンシング制御回路と、上記基板に配置されて上記溶液の温度を検出する温度センサと、上記基板の上記表面側に配置されて放熱を行う表面側放熱部と、上記基板の上記表面とは異なる面である裏面側に配置されて放熱を行う裏面側放熱部と、上記温度センサにより検出された温度に基づいて上記溶液の温度を制御する温度制御部と、上記検出された生体電位を処理する処理回路とを具備する計測システムである。
【００２５】
このような態様により、溶液の電位の検出を制御するセンシング制御回路が配置された基板を表面側放熱部および裏面側放熱部により放熱しながら電位を検出する電極の近傍に配置される温度センサにより溶液の温度が検出されて制御されるという作用をもたらす。
【発明の効果】
【００２６】
本開示によれば、溶液中の細胞の生体電位を計測する装置において、溶液を一定温度に制御するという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本開示の実施の形態に係る計測システムの構成例を示す図である。
【図２】本開示の実施の形態に係る電極セルの構成例を示す図である。
【図３】本開示の実施の形態に係る計測装置の構成例を示す断面図である。
【図４】本開示の実施の形態に係る計測装置の構成例を示す平面図である。
【図５】本開示の第１の実施の形態に係るセンシング領域の構成例を示す図である。
【図６】本開示の第１の実施の形態に係る計測装置の構成例を示す図である。
【図７】本開示の第２の実施の形態に係る計測装置の構成例を示す図である。
【図８】本開示の第２の実施の形態に係るセンシング領域の構成例を示す図である。
【図９】本開示の第３の実施の形態に係る計測装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
次に、図面を参照して、本開示を実施するための形態（以下、実施の形態と称する）を説明する。以下の図面において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。ただし、図面は、模式的なものであり、各部の寸法の比率等は現実のものとは必ずしも一致しない。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれることは勿論である。また、以下の順序で実施の形態の説明を行う。
１．第１の実施の形態
２．第２の実施の形態
３．第３の実施の形態
【００２９】
＜１．第１の実施の形態＞
［計測システムの構成］
図１は、本開示の実施の形態に係る計測システムの構成例を示す図である。同図は、計測システム１の構成例を表すブロック図である。同図の計測システム１は、計測装置１００と、処理回路１５０とを備える。
【００３０】
計測装置１００は、溶液中の生体細胞等の電位を計測する計測装置である。この計測装置１００は、後述する貯留部１０４に貯留された培養液中において培養された神経細胞等の生体細胞の電位を計測する。神経細胞や心筋細胞等の生体細胞は、活動に伴い細胞膜近傍のイオン濃度が局所的に変化する。この局所的なイオン濃度の変化を電位の変化として検出することにより神経細胞等の活動を観察することができる。
【００３１】
同図の計測装置１００は、センシング領域１０、センシング制御回路３０、基準電極４３、温度センサ４１、温度制御部４２および温度調節部１４０を備える。
【００３２】
センシング領域１０は、生体電位が検出される領域である。このセンシング領域１０は、後述する半導体基板５０の表面に形成される。同図に表したように、センシング領域１０には、電極セル２０、基準電極４３および温度センサ４１が配置される。
【００３３】
電極セル２０は、局所的な生体電位を検出するものである。この電極セル２０は、生体電位を検出する電極を備え、センシング制御回路３０の制御に基づいて生体電位の検出を行い、検出した生体電位に応じた信号を出力する。同図のセンシング領域１０には、電極セル２０が２次元格子状に配置される。また、センシング領域１０には、信号線１１および１２がＸＹマトリクス状に配置される。信号線１１は、電極セル２０における生体電位の検出を制御する制御信号を伝達する信号線であり、センシング領域１０の行毎に配置され、各行に配置される電極セル２０に対して共通に配線される。信号線１２は、電極セル２０により検出された生体電位に応じた出力信号を伝達する信号線であり、センシング領域１０の列毎に配置され、各列に配置される電極セル２０に対して共通に配線される。電極セル２０の構成の詳細については後述する。センシング領域１０には、例えば、５００行５００列の電極セル２０を配置することができる。
【００３４】
基準電極４３は、生体電位の検出の際の基準となる基準電位を溶液に印加する電極である。
【００３５】
温度センサ４１は、半導体基板５０の表面に配置されて溶液の温度を検出するセンサである。後述するように、この温度センサ４１は、半導体基板５０における電極セル２０が配置される面と同一の面に配置することができる。温度センサ４１には、例えば、測温抵抗体を構成する電極と当該電極に定電流を供給するトランジスタとにより構成される電子回路を使用することができる。電極は、例えば、白金により構成される。この電極の端子電圧を温度センサ４１により検出された温度として信号線４９を介して出力することができる。
【００３６】
センシング制御回路３０は、水平選択部３１と、アナログデジタル（ＡＤ）変換部３２と、基準電源３３と、制御部３４とを備える。このセンシング制御回路３０は、半導体基板５０に配置することができる。
【００３７】
水平選択部３１は、電極セル２０の制御信号を生成するものである。この水平選択部３１は、信号線１１を介して制御信号を電極セル２０に印加する。この際、水平選択部３１は、センシング領域１０に配置された電極セル２０の行毎に順次制御信号を印加する。
【００３８】
ＡＤ変換部３２は、電極セル２０からの出力信号をアナログデジタル変換し、処理回路１５０に対して出力するものである。ＡＤ変換部３２は、例えば、信号線１２毎にアナログデジタル変換器を配置する構成にすることができる。これにより、センシング領域１０の行に配置された電極セル２０の出力信号を同時にアナログデジタル変換することができ、アナログデジタル変換に要する時間を短縮することができる。同時にアナログデジタル変換された生体電位は、信号線１９を介して順次処理回路１５０に転送される。
【００３９】
基準電源３３は、基準電位を生成し、基準電極４３に供給するものである。この基準電源３３は、信号線３６を介して基準電位を供給する。
【００４０】
温度制御部４２は、溶液の温度を制御するものである。この温度制御部４２は、温度センサ４１により検出された温度に基づいて溶液の温度を制御する。例えば、温度制御部４２は、フィードバック制御を行うことができる。具体的には、設定温度（例えば、３７℃）と温度センサ４１により検出された温度との差分を算出し、この差分に基づいて後述する温度調節部１４０を制御して加熱および冷却を行う。これにより、溶液の温度の制御を行うことができる。同図の温度制御部４２は、信号線４９により伝達された温度センサ４１の端子電圧に基づいて上述の差分を算出し、信号線１８を介して制御信号を温度調節部１４０に対して出力することにより、溶液の温度の制御を行う。
【００４１】
温度調節部１４０は、温度制御部４２の制御に基づいて溶液の温度の調節を行うものである。この温度調節部１４０は、溶液の冷却や加熱を行うことにより、温度の調節を行うことができる。温度調節部１４０には、例えば、ペルチェ素子を使用することができる。
【００４２】
処理回路１５０は、計測装置１００により計測された生体電位の処理を行うものである。この処理には、例えば、計測された生体電位に基づく生体細胞の活動の分析処理等が該当する。処理回路１５０には、例えば、マイコンにより構成された回路を使用することができる。
【００４３】
後述するように、同図の計測装置１００には、表面側放熱部１０３および裏面側放熱部１３２がさらに配置される。これら表面側放熱部１０３および裏面側放熱部１３２は、センシング領域１０およびセンシング制御回路３０が配置される半導体基板５０を放熱するものである。上述のように多数の電極セル２０がセンシング領域１０に配置される場合において、生体細胞の活動を計測する際には、生体電位の検出を高速に行う必要がある。また、ＡＤ変換部３２においても高速なアナログデジタル変換を行う必要が生じる。このような高速な回路は発熱量が多く、半導体基板５０の温度が上昇する。このため、溶液が加熱されて生体細胞の活動に影響を及ぼすこととなる。そこで、表面側放熱部１０３および裏面側放熱部１３２を配置して半導体基板５０を放熱して温度の上昇を防止する。なお、上述の温度調節部１４０は、裏面側放熱部１３２を介して温度の調節を行う。
【００４４】
［電極セルの構成］
図２は、本開示の実施の形態に係る電極セルの構成例を示す図である。同図の電極セル２０は、電極２１と、増幅回路２２と、スイッチ素子２３とを備える。
【００４５】
電極２１は、生体電位を検出する電極である。この電極２１は、半導体基板５０の表面に形成されて溶液に隣接して配置される。電極２１は、例えば、金や白金等の貴金属により構成することができる。また、これらの貴金属の膜が表面に形成された銅等の金属により構成することもできる。このような貴金属は溶液への溶出が少ないため、細胞の活動に影響を及ぼすことなく生体電位を測定することができる。
【００４６】
増幅回路２２は、電極２１により検出された生体電位を増幅する回路である。電極２１により検出された生体電位は微弱な信号であるため、増幅回路２２により増幅を行う。増幅回路２２の入力は電極２１に接続され、出力はスイッチ素子２３に接続される。
【００４７】
スイッチ素子２３は、増幅回路２２により増幅された生体電位を信号線１２に出力するスイッチである。このスイッチ素子２３は、増幅回路２２と信号線１２との間に配置され、制御端子を備える。この制御端子は信号線１１に接続され、水平選択部３１により生成された制御信号が入力される。この制御信号が制御端子に入力されると、スイッチ素子２３は、増幅回路２２の出力と信号線１２との間を導通させる。これにより、増幅された生体電位が電極セル２０から出力される。
【００４８】
上述の電極２１は、半導体基板５０の表面に露出した状態に構成される。溶液に接触させるためである。一方、増幅回路２２およびスイッチ素子２３は、酸化シリコン等の絶縁物の膜により被覆される。溶液等から保護するためである。
【００４９】
［計測装置］
図３は、本開示の実施の形態に係る計測装置の構成例を示す断面図である。同図の計測装置１００は、半導体基板５０と、補助チップ５１と、基板１０１および１３４と、封止樹脂１０２と、表面側放熱部１０３と、貯留部１０４と、コネクタ１０６と、保持部１２１および１３１と、ヒートシンク１２２とを備える。また、同図の計測装置１００は、裏面側放熱部１３２と、ベースプレート１３６と、温度調節部１４０と、排熱プレート１３７と、冷却部１３８とをさらに備える。
【００５０】
半導体基板５０は、図１において説明したセンシング領域１０、センシング制御回路３０および温度制御部４２が形成される半導体の基板である。この半導体基板５０は、シリコン等の半導体チップにより構成することができる。
【００５１】
補助チップ５１は、半導体基板５０の表面に配置される半導体チップである。この補助チップ５１には、上述のセンシング制御回路３０の一部の回路が形成され、半導体基板５０の表面にフリップチップ実装されて配置される。補助チップ５１には、例えば、ＡＤ変換部３２を配置することができる。
【００５２】
基板１０１は、半導体基板５０が実装される基板である。この基板１０１は、例えば、ガラスエポキシ基板により構成することができる。半導体基板５０は、接着剤（不図示）により基板１０１に接着され、ボンディングワイヤにより基板１０１に形成されたパッド（不図示）に接続される。
【００５３】
表面側放熱部１０３は、半導体基板５０の表面側に配置されて半導体基板５０の放熱を行うものである。同図の表面側放熱部１０３は、補助チップ５１に隣接して配置される。半導体基板５０において生成された熱は、補助チップ５１を介して表面側放熱部１０３に伝熱し、放熱される。なお、ＡＤ変換部３２等の消費電力が高い回路を補助チップ５１に配置すると好適である。表面側放熱部１０３が隣接して配置されることにより、放熱経路が短縮されるためである。表面側放熱部１０３は、例えば、銅等の金属により構成することができる。
【００５４】
貯留部１０４は、溶液を貯留するものである。この貯留部１０４には、すり鉢状の開口部１０５が形成され、開口部１０５に溶液が貯留される。開口部１０５の底部には、半導体基板５０のセンシング領域１０が配置される。これにより、センシング領域１０が溶液に隣接することとなる。貯留部１０４は、例えば、ポリスチレンやテフロン（登録商標）等の樹脂やガラスにより構成することができる。
【００５５】
封止樹脂１０２は、半導体基板５０および補助チップ５１を封止する樹脂である。また、封止樹脂１０２は、表面側放熱部１０３および貯留部１０４を半導体基板５０に接着する。封止樹脂１０２には、例えば、エポキシ樹脂を使用することができる。
【００５６】
ヒートシンク１２２は、表面側放熱部１０３に隣接して配置され、表面側放熱部１０３を冷却するものである。同図のヒートシンク１２２は、保持部１２１に埋設され、表面側放熱部１０３の熱を保持部１２１に伝熱することにより表面側放熱部１０３を冷却する。なお、ヒートシンク１２２の構成は、この例に限定されない。例えば、放熱フィンが配置される構成にすることもできる。
【００５７】
裏面側放熱部１３２は、半導体基板５０の裏面側に配置されて半導体基板５０の放熱を行うものである。同図の裏面側放熱部１３２は、基板１０１に隣接して配置される。半導体基板５０において生成された熱は、基板１０１を介して裏面側放熱部１３２に伝熱して放熱される。裏面側放熱部１３２は、例えば、銅等の金属により構成することができる。
【００５８】
保持部１２１および１３１は、基板１０１および基板１０１上に配置された半導体基板５０や表面側放熱部１０３、貯留部１０４等を保持するものである。保持部１２１および１３１は、それぞれ基板１０１等の上下に配置され、基板１０１等を挟持して保持する。また、保持部１３１は、基板１３４の表面に配置される。この保持部１２１および１３１により、基板１０１や貯留部１０４は、基板１３４の表面に保持される。保持部１２１および１３１は、例えば、金属や樹脂により構成することができる。
【００５９】
基板１３４は、計測システム１が配置される基板である。基板１３４は、基板１０１と同様にガラスエポキシ基板により構成することができる。この基板１３４には、図１において説明した処理回路１５０（不図示）がさらに配置される。基板１０１および１３４はコネクタ１０６により電気的に接続することができる。
【００６０】
温度調節部１４０は、溶液の温度を調節するものである。この温度調節部１４０は、例えば、ペルチェ素子により構成され、半導体基板５０の冷却を行うことにより隣接する溶液の温度を調節する。同図の温度調節部１４０は、半導体基板５０の裏面側に配置され、裏面側放熱部１３２および基板１３４を介して半導体基板５０を冷却する。ペルチェ素子は、半導体により構成され、電圧を印加して端子間に電流を流すことにより吸熱および放熱を行う素子である。同図においては、基板１３４に隣接する面において吸熱させるとともに他の面において放熱させる。この放熱させる面を冷却することにより、基板１３４からの熱の移動を行うことができる。なお、温度調節部１４０は、半導体基板５０を加熱することもできる。ペルチェ素子に流す電流の向きを逆転することにより、吸熱および放熱する面を反転することができ、基板１３４の側の加熱が可能となる。
【００６１】
冷却部１３８は、温度調節部１４０を冷却するものである。この冷却部１３８は、例えば、冷却水が循環される複数の管により構成することができる。
【００６２】
ベースプレート１３６は、温度調整部１４０を保持するものである。排熱プレート１３７は、冷却部１３８を保持するものである。
【００６３】
同図に表したように、半導体基板５０は、表面側放熱部１０３および裏面側放熱部１３２により挟持され、表面側および裏面側から同時に放熱される。これにより、半導体基板５０の放熱効率を向上させることができる。
【００６４】
図４は、本開示の実施の形態に係る計測装置の構成例を示す平面図である。同図は、計測装置１００における貯留部１０４等の配置を表す図である。同図において、点線の矩形は半導体基板５０を表し、一点鎖線の矩形は補助チップ５１を表す。同図に表したように、貯留部１０４のすり鉢状の開口部１０５の底部に半導体基板５０のセンシング領域１０が配置される。
【００６５】
なお、半導体基板５０の構成は、この例に限定されない。例えば、補助チップ５１を配置せず、図１において説明したセンシング領域１０、センシング制御回路３０、制御部３４および温度制御部４２を１つの半導体基板５０に配置する構成にすることもできる。この場合、表面側放熱部１０３は、半導体基板５０の表面に隣接して配置することができる。
【００６６】
［センシング領域の配置］
図５は、本開示の第１の実施の形態に係るセンシング領域の構成例を示す図である。同図は、貯留部１０４の開口部１０５の底部に配置されたセンシング領域１０の構成例を表す模式図である。同図のセンシング領域１０には、電極２１および温度センサ４１を記載した。同図に表したように、電極２１は、２次元格子状に配列される。温度センサ４１は、配列された複数の電極２１の近傍に配置される。これにより、電極２１の近傍の溶液の温度を精密に測定することができる。
【００６７】
［計測装置の構成］
図６は、本開示の第１の実施の形態に係る計測装置の構成例を示す図である。同図は、計測システム１および計測装置１００の構成例を模式的に表す図であり、図３において説明した計測装置１００の断面図に図１において説明した他の構成要件や信号線を追加して記載した図である。便宜上、基準電極４３および電極セル２０における電極２１以外の要素の記載ならびにベースプレート１３６および排熱プレート１３７の記載を省略した。
【００６８】
半導体基板５０の表面のセンシング領域１０に温度センサ４１および複数の電極２１が配置される。この半導体基板５０の表面を底面とし、貯留部１０４の開口部１０５を側壁とする凹構造の貯留容器が形成される。この貯留容器に溶液１６０が貯留される。この溶液１６０には、例えば、電解液や細胞の培養液を使用することができる。電極２１は、溶液１６０に接して配置され、センシング制御回路３０の制御に基づいてセンシング領域１０に載置された細胞の生体電位を検出する。検出された生体電位は、センシング制御回路３０によりアナログデジタル変換され、処理回路１５０により処理される。一方、温度センサ４１は、溶液１６０の温度の検出を行い、検出した温度を温度制御部４２に入力する。温度制御部４２は、温度センサにより検出された温度と設定温度との比較を行いながら温度調節部１４０における温度の調節を制御する。具体的には、温度制御部４２は、温度調節部１４０を構成するペルチェ素子に流れる電流を制御して温度調節部１４０による冷却および加熱を制御する。これにより、溶液１６０を定温制御することができる。
【００６９】
センシング制御回路３０および温度制御部４２を半導体基板５０に配置することにより、計測装置１００を小型化することができる。しかし、センシング制御回路３０は、高速に動作するため消費電力が高く、発熱量が大きい。このため、溶液１６０の温度の上昇を招くこととなる。そこで、表面側放熱部１０３および裏面側放熱部１３２を配置し、半導体基板５０の両面から放熱を行う。これにより、半導体基板５０の放熱効率を向上させることができる。このように、半導体基板５０自体が熱源となる場合には、温度調節部１４０は冷却のみを行う構成にすることができる。また、同図は、細胞の様子を観察するための顕微鏡１７０が配置される例を表したものである。この顕微鏡により細胞の画像を取得しながら生体電位の計測を行い、処理回路１５０において処理することができる。なお、半導体基板５０は、特許請求の範囲に記載の基板の一例である。
【００７０】
このように、センシング領域１０および温度センサ４１を半導体基板５０の表面に配置することにより、生体電位を検出する領域の近傍において溶液１６０の温度を直接検出することができ、溶液１６０の温度の検出精度を向上させることができる。また、貯留部１０４の下部に温度制御部４２および温度調節部１４０を配置して一体化することにより、計測装置１００を小型化することができる。
【００７１】
なお、本開示の第１の実施の形態の計測装置１００の構成は、この例に限定されない。例えば、温度制御部４２を基板１３４に配置する構成にすることもできる。また、空冷ファンを温度調節部１４０として使用することもできる。温度調節部１４０を表面側放熱部１０３の側に配置することもできる。２つの温度調節部を表面側放熱部１０３および裏面側放熱部１３２の両方に配置する構成にすることも可能である。
【００７２】
以上説明したように、本開示の第１の実施の形態の計測装置１００は、生体電位検出電極が配置された半導体基板５０に温度センサ４１を配置して溶液１６０の温度を制御するとともに表面側放熱部１０３および裏面側放熱部１３２を配置する。これにより、半導体基板５０の放熱効率を向上させることができ、溶液１６０の温度を一定に制御することができる。
【００７３】
＜２．第２の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態の計測装置１００は、１つの温度センサ４１により溶液１６０の温度を検出していた。これに対し、本開示の第２の実施の形態の計測装置１００は、複数のセンサにより温度の検出を行う点で、上述の第１の実施の形態と異なる。
【００７４】
［計測装置の構成］
図７は、本開示の第２の実施の形態に係る計測装置の構成例を示す図である。同図は、半導体基板５０に複数の温度センサ４１が配置され、半導体基板５０とは異なる位置に配置される温度センサ４４がさらに配置され、温度制御部４２の代わりに温度制御部４５を備える点で、図６において説明した計測装置１００と異なる。
【００７５】
同図の半導体基板５０のセンシング領域１０には、２つの温度センサ４１が配置される。また、溶液１６０中には、温度センサ４４が懸架されて配置される。この温度センサ４４は、例えば、温度センサ４１とは別に白金等の金属膜により構成された測温抵抗体を使用することができる。追加された温度センサ４１および温度センサ４４は、それぞれ信号線４８および４７により温度制御部４５に接続される。
【００７６】
同図の温度制御部４５は、温度センサ４１および４４により検出される温度に基づいて溶液１６０の温度を制御する。温度制御部４５は、例えば、複数の温度センサ４１および４４により検出された温度の平均に基づいて温度制御を行うことができる。また、例えば、複数の温度センサ４１および４４により検出される温度が所定の範囲内に収まるように制御することもできる。なお、温度センサ４４は、特許請求の範囲に記載の第２の温度センサの一例である。
【００７７】
［センシング領域の配置］
図８は、本開示の第２の実施の形態に係るセンシング領域の構成例を示す図である。同図に表したように、２つの温度センサ４１は、センシング領域１０において対角に配置することができる。
【００７８】
これ以外の計測装置１００の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した計測装置１００の構成と同様であるため、説明を省略する。
【００７９】
以上説明したように、本開示の第２の実施の形態の計測装置１００は、複数の温度センサにより溶液１６０の温度を計測するため、温度の検出精度を向上させることができる。
【００８０】
＜３．第３の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態の計測装置１００は、温度調節部１４０が基板１３４に隣接して配置されていた。これに対し、本開示の第３の実施の形態の計測装置１００は、温度調節部１４０および基板１３４の間に遮蔽部を配置する点で、上述の第１の実施の形態と異なる。
【００８１】
［計測装置の構成］
図９は、本開示の第３の実施の形態に係る計測装置の構成例を示す図である。同図の計測装置１００は、温度調節部１４０および基板１３４の間に遮蔽部１３５が配置され、遮蔽部１３５および裏面側放熱部１３２が接地される点で、図６において説明した計測装置１００と異なる。
【００８２】
遮蔽部１３５は、裏面側放熱部１３２、基板１３４および温度調節部１４０の間の伝熱を行うとともに温度調節部１４０を遮蔽するものである。この遮蔽部１３５は、金属により構成され、温度調節部１４０の不要輻射によるセンシング制御回路３０等への影響を軽減する。電極セル２０やセンシング制御回路３０は、微弱な信号である生体電位の検出等を行う。一方、温度調節部１４０に使用されるペルチェ素子には、比較的大きな駆動電流が流れる。このペルチェ素子の駆動電流による不要輻射が電極セル２０等に混入するとノイズを生じ、検出した生体電位に誤差を生じる。そこで、遮蔽部１３５を温度調節部１４０と半導体基板５０との間に配置し、不要輻射を遮蔽する。この際、遮蔽部１３５を半導体基板５０より大きな面積に構成すると、遮蔽効果を向上させることができる。
【００８３】
なお、同図の遮蔽部１３５は、基板１３４に隣接する面の一部に凹部が形成される。この凹部には、電源線等に重畳されたノイズを除去するための素子１３９を配置することができる。
【００８４】
同図の接地線１３は、センシング制御回路３０および温度制御部４２の接地電位を供給する配線である。この接地線１３に遮蔽部１３５を接続して接地することもできる。この遮蔽部１３５の接地により、遮蔽能力を向上させることができる。また、同図に表したように、裏面側放熱部１３２を接地線１３に接続して接地することもできる。これにより、温度調節部１４０からの不要輻射の遮蔽を２重に行うことができる。
【００８５】
また、遮蔽部１３５は、接地線１３とは異なる接地線（不図示）に接続することもできる。接地線１３は、センシング制御回路３０等が接続されるシグナル接地に該当する。この接地線１３と遮蔽部１３５が接続される接地線とを分離することにより、センシング制御回路３０等への不要輻射の影響を軽減することができる。
【００８６】
なお、遮蔽部１３５は、接地線１３に接続せず、フローティング状態にして使用することもできる。この場合には、遮蔽部１３５は、浮遊容量を介して接地されることとなる。また、表面側放熱部１０３を接地線１３に接続する構成にすることもできる。
【００８７】
これ以外の計測装置１００の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した計測装置１００の構成と同様であるため、説明を省略する。
【００８８】
以上説明したように、本開示の第３の実施の形態の計測装置１００は、遮蔽部１３５を配置して半導体基板５０への不要輻射を遮蔽することにより、生体電位のノイズを低減することができる。
【００８９】
最後に、上述した各実施の形態の説明は本開示の一例であり、本開示は上述の実施の形態に限定されることはない。このため、上述した各実施の形態以外であっても、本開示に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【００９０】
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）溶液中の電位を検出する複数の電極が表面に配置される基板と、
前記基板に配置されて前記複数の電極における電位の検出を制御するセンシング制御回路と、
前記基板に配置されて前記溶液の温度を検出する温度センサと、
前記基板の前記表面側に配置されて放熱を行う表面側放熱部と、
前記基板の前記表面とは異なる面である裏面側に配置されて放熱を行う裏面側放熱部と、
前記温度センサにより検出された温度に基づいて前記溶液の温度を制御する温度制御部と
を具備する計測装置。
（２）前記溶液を貯留する貯留部をさらに具備する前記（１）に記載のセンサ装置。
（３）前記溶液の温度の調節を行う温度調節部をさらに具備し、
前記温度制御部は、前記温度調節部における温度の調節を制御することにより前記溶液の温度を制御する
前記（１）または（２）に記載の計測装置。
（４）前記温度調節部は、前記表面側放熱部および前記裏面側放熱部の何れかを介して前記温度の調節を行う前記（３）に記載の計測装置。
（５）前記温度調節部は、ペルチェ素子により前記温度の調節を行う前記（４）に記載の計測装置。
（６）前記温度調節部は、前記ペルチェ素子を冷却する冷却部をさらに備える前記（５）に記載の計測装置。
（７）前記冷却部は、冷却水を循環させることにより前記冷却を行う前記（６）に記載の計測装置。
（８）前記表面側放熱部は、金属により構成される前記（１）から（７）の何れかに記載の計測装置。
（９）前記表面側放熱部は、前記センシング制御回路の基準となる接地電位を供給する接地線に接続される前記（８）に記載の計測装置。
（１０）前記裏面側放熱部は、金属により構成される前記（１）から（７）の何れかに記載の計測装置。
（１１）前記裏面側放熱部は、前記センシング制御回路の基準となる接地電位を供給する接地線に接続される前記（１０）に記載の計測装置。
（１２）前記温度調節部からの不要輻射の遮蔽を行う遮蔽部をさらに具備する前記（１）から（１１）の何れかに記載の計測装置。
（１３）前記遮蔽部は、接地線に接続される前記（１２）に記載の計測装置。
（１４）前記遮蔽部は、前記センシング制御回路の基準となる接地電位を供給する前記接地線に接続される前記（１３）に記載の計測装置。
（１５）前記センシング領域は、前記電極と当該電極により検出された生体電位を増幅する増幅回路とを備える電極セルが複数配置されて構成される前記（１）から（１４）の何れかに記載の計測装置。
（１６）前記電位の基準となる基準電位を前記溶液に印加する基準電極をさらに具備する前記（１）から（１５）の何れかに記載の計測装置。
（１７）複数の前記温度センサが前記基板に配置され、
前記温度制御部は、前記複数の温度センサにより検出された温度に基づいて前記溶液の温度を制御する
前記（１）から（１６）の何れかに記載の計測装置。
（１８）前記基板とは異なる位置に配置されて前記溶液の温度を検出する第２の温度センサをさらに具備し、
前記温度制御部は、前記温度センサおよび前記第２の温度センサにより検出された温度に基づいて前記溶液の温度を制御する
前記（１）から（１７）の何れかに記載の計測装置。
（１９）溶液中の電位を検出する複数の電極が表面に配置される基板と、
前記基板に配置されて前記複数の電極における電位の検出を制御するセンシング制御回路と、
前記基板に配置されて前記溶液の温度を検出する温度センサと、
前記基板の前記表面側に配置されて放熱を行う表面側放熱部と、
前記基板の前記表面とは異なる面である裏面側に配置されて放熱を行う裏面側放熱部と、
前記温度センサにより検出された温度に基づいて前記溶液の温度を制御する温度制御部と、
前記検出された生体電位を処理する処理回路と
を具備する計測システム。
【符号の説明】
【００９１】
１  計測システム
１０  センシング領域
１３  接地線
２０  電極セル
２１  電極
２２  増幅回路
２３  スイッチ素子
３０  センシング制御回路
３１  水平選択部
３２  ＡＤ変換部
３３  基準電源
４１、４４  温度センサ
４２、４５  温度制御部
４３  基準電極
５０  半導体基板
１００  計測装置
１０１、１３４  基板
１０３  表面側放熱部
１０４  貯留部
１２１、１３１  保持部
１２２  ヒートシンク
１３２  裏面側放熱部
１３５  遮蔽部
１３８  冷却部
１４０  温度調節部
１５０  処理回路
１６０  溶液
１７０  顕微鏡
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020022407.tif 000009
【図８】
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【図９】
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