(57)【要約】【課題】本発明の目的は、事前の試料の濃度調整の必要がなく、広いダイナミックレンジで、高感度、かつ、高スループットに生体分子を検出する方法及び装置を提供することにある。【解決手段】本発明は、検出対象の生体分子に電荷保持体を特異的に結合させ、その複合体が微小なポアを通過する際に生じる電流変化を計測し、検出対象の生体分子を一分子ずつ検出する。検出部をアレイ化することにより、高スループットに生体分子試料を検出することが可能となる。【選択図】図１
2014035229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象の生体分子と、前記生体分子に対する第一の抗体を表面に有する電荷保持体および、前記生体分子に対する第二の抗体を表面に有する電荷保持体を前記生体分子と反応させて、前記電荷保持体を含む複合体を形成し、
前記生体分子と複合体を生成した電荷保持体の電荷量を測定することで、前記複合体を検出することを特徴とする、生体分子検出方法。
【請求項２】
請求項１に記載の生体分子検出方法において、
対向する二つの電極を第一の平面上に有し、前記第一の平面から他の平面へと貫通するポアを有する基板を用いて、
前記複合体を含む反応液を前記基板のポアを通して前記第一の平面と前記他の平面の間で移動させ、
その際に前記電極間の電流を測定して前記電荷保持体の複合体を検出することを特徴とする、生体分子検出方法。
【請求項３】
請求項２に記載の生体分子検出方法において、
前記基板は、第一の平面上に、絶縁膜、コントロールゲート、ソース、ドレイン、チャネル、および、当該第一の平面側から他の平面側へ貫通したポアを有し、前記コントロールゲートにより前記チャネルに電界効果を及ぼす電界効果トランジスタであって、
前記ポアは、前記コントロールゲートのうち前記チャネルに面した側の側面と、前記チャネルのうち前記コントロールゲートに面した側の側面近傍の間に配置されており、
前記ポアに前記反応液を通過させ、
前記ソースから前記ドレインに流れる電流の変化を計測することで、前記電荷保持体の複合体を検出し、前記生体分子の存在量を評価することを特徴とする、生体分子検出方法。
【請求項４】
第１の溶液槽と第２の溶液槽との間に配置され、基板上にソース、ドレイン、チャネル、コントロールゲート、およびポアを有するデバイスを用いた生体分子検出方法であって、
検出対象の生体分子と、前記生体分子に対する第一の抗体を表面に有する電荷保持体および、前記生体分子に対する第二の抗体を表面に有する電荷保持体を反応させて得られる複合体を含む試料溶液を前記第１の溶液槽に導入し、
前記ポアを複合体が通過することにより生じる電気信号の変化を検出し、
検出した電気信号変化から複合体を検出して前記生体分子の存在量を評価することを特徴とする、生体分子検出方法。
【請求項５】
請求項４記載の生体分子検出方法において、
前記ポアの直径が前記電荷保持体の直径よりも大きく、かつ、当該電荷保持体の直径の２倍以下であり、
前記仕切りの厚みが前記電荷保持体の直径の２倍以下であることを特徴とする、生体分子検出方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の生体分子検出方法において、
前記電荷保持体が、磁気微粒子、高分子微粒子、タンパク質、核酸の少なくともいずれかであることを特徴とする、生体分子検出方法。
【請求項７】
検出対象の生体分子と、前記生体分子に対する第一の抗体を表面に有する電荷保持体および前記生体分子に対する第二の抗体を表面に有する電荷保持体を反応させて生成した複合体の電荷量を１つずつ測定する測定手段として、電界効果トランジスタと貫通したポアを具備したデバイスを備えたことを特徴とする、生体分子検出装置。
【請求項８】
請求項７に記載の生体分子検出装置において、
前記電界効果トランジスタは基板上にソース、ドレイン、チャネル、およびコントロールゲートを備え、
前記ポアは前記電界効果トランジスタのコントロールゲートとチャネルの間に配置されることを特徴とする、生体分子検出装置。
【請求項９】
検出対象の生体分子と、前記生体分子に対する第一の抗体を表面に有する電荷保持体および前記生体分子に対する第二の抗体を表面に有する電荷保持体を反応させた複合体を検出する生体分子検出装置であって、
第１の溶液槽と、
第２の溶液槽と、
前記第１の溶液槽と前記第２の溶液槽との仕切りと、
前記仕切りに設けられた貫通孔と、
試料溶液を、前記貫通孔を介して前記第一の溶液槽から前記第二の溶液槽に移送する移送手段と、
前記第一の溶液槽から前記第二の溶液槽に電荷保持体が移動することにより生じる電気信号の変化を検出する検出手段を具備することを特徴とする、生体分子検出装置。
【請求項１０】
請求項９記載の生体分子検出装置であって、
前記検出手段は、基板の上に形成されたソース、ドレイン、チャネル、およびコントロールゲートを備え、
前記貫通孔と前記ポアが同じ位置に配置するよう構成したことを特徴とする生体分子検出装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の生体分子検出装置において、
前記ポアの直径が前記電荷保持体の直径よりも大きく、かつ、当該電荷保持体の直径の２倍以下であり、
前記仕切りの厚みが前記電荷保持体の直径の２倍以下であることを特徴とする、生体分子検出装置。
【請求項１２】
請求項９記載の生体分子検出装置において、
試料の生体分子と電荷保持体を混合して、前記複合体を含む試料溶液を作成する機構と、
当該機構から試料溶液を前記第一の溶液槽に導入する試料溶液導入手段と、
前記第一の溶液槽から前記第二の溶液槽に試料溶液中の複合体を移動させる移動手段と、
を備えたことを特徴とする生体分子検出装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の生体分子検出装置において、
前記第二の溶液槽に洗浄液を導入する洗浄液導入手段と、
前記第二の溶液槽から廃液を外部に排出する排出手段と、を備えたことを特徴とする生体分子検出装置。
【請求項１４】
請求項１０記載の生体分子検出装置において、
前記移動手段は前記第一の溶液槽および前記第二の溶液槽に電界をかける電極であることを特徴とする生体分子検出装置。
【請求項１５】
電荷保持体に標的分子を保持させた複合体の存在量を測定する分析用デバイスであって、
基板上に生成されたコントロールゲート、ソース、ドレイン、およびチャンネルと、
基板を貫通するように形成されたポアを有し、
前記ポアの直径は、前記電荷保持体の直径よりも大きく、当該電荷保持体の直径の２倍よりも小さいことを特徴とする分析用デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流計測を用いた生体分子検出方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
血漿、リンパ液、組織液などの体液中に含まれるサイトカイン、ホルモン、タンパク質、核酸等の生体分子の量を定量すること、または体液中に含まれる微量の生体分子を検出することは、疾病の早期診断あるいは病態の正確な把握に必要不可欠である。
【０００３】
がん（非特許文献１）、神経系の疾患（非特許文献２）、感染症の感染初期時（非特許文献３）の場合には、血清中に存在するタンパク質は10-16から10-12Mの濃度だと考えられている。通常、生体分子の定量または検出には主にＥＬＩＳＡ法、化学発光法あるいはフローサイトメーターを用いたビーズアッセイ等が行われているが、検出感度は低くても10-12M程度であり（非特許文献４）、疾病の早期診断への適用は非常に限られていた。
【０００４】
例えば、通常の血液検査を想定し、被験者の血清試料を50ul程度だとすると、10-17M（10aM）のマーカーの場合、約300分子しか存在せず、濃度を測定するというよりも、分子の数を数える技術が必要であるが、そのような技術は、現時点では実用化されているものはなく、aMオーダーの検出感度を持つ検出技術の実用化が待たれていた。
【０００５】
特許文献１にはフローサトメトリーを用いて抗原を捕捉した微粒子の数を求める方法が開示されている。
【０００６】
また、近年、100ul中に10-20分子だけ存在する試料（濃度換算で10-19M）でも抗原-抗体反応を用いて検出可能なdigital ELISAの手法が提案された（非特許文献５）。この方法は、抗体を固定した磁気微粒子によって抗原（検出対象生体分子）を捕捉した後、ビオチン付き第二の抗体を反応させ、さらに、ストレプトアビジン付きガラクトシダーゼを反応させ、磁気微粒子上に酵素を導入する。次に、この微粒子を、光ファイバーの束の末端をエッチングしてアレイ状に微小な穴を設けたものに入れ、これに化学発光基質を作用させることで、光ファイバーを通してその化学発光輝点数を求め、抗原の分子数を数えるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第4748542号
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Srinivas, P.R., Kramer, B.S. & Srivastava, S. Trends in biomarker research for cancer detection. Lancet Oncol. 2, 698-704 （2001）.
【非特許文献２】Galasko, D. Biomarkers for Alzheimer’s disease - clinical needs and application.    J. Alzheimers Dis. 8, 339-346 （2005）.
【非特許文献３】Barletta, J.M., Edelman, D.C. & Constantine, N.T. Lowering the detection limits of HIV-1 viral load using real-time immuno-PCR for HIV-1 p24 antigen. Am. J. Clin. Pathol. 122, 20-27 （2004）.
【非特許文献４】Giljohann, D.A. & Mirkin, C.A. Drivers of biodiagnostic development. Nature 462,     461-464 （2009）.
【非特許文献５】David M Rissin et al, Nature Biotechnology, 28, 1641 （2010）.
【非特許文献６】Fologea D.et al., Appl Phys Lett., 91, 053901-3 （2007）.
【非特許文献７】Romero-Cano, M. S. et al., Journal of Colloid and Interface Science, 198, 266-272 （1998）.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に開示された方法では、光学系を考慮すると並列化は現実的ではなく、測定に時間を要する可能性がある
また、非特許文献５に開示された方法では、ある程度の並列処理は可能であるが、一度の検出で検知可能な分子数は、光ファイバーの数、つまりアレイ状の微小な穴の数によって制限される。そのため、試料濃度が低い場合には、濃縮が必要であり、逆に、濃度が高い場合には希釈する必要があるなど、検出前の濃度調整が必要になるという、実用上、処理が煩雑になるという問題点が残されていた。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、検出対象の生体分子を一分子ずつカウントする方法を提供し、特に、試料濃度の事前調整をする必要がなく、作業が簡便な検出方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の発明者らは、鋭意研究の結果、検出対象の生体分子に対して一分子ずつ分子数を数える方法で、かつ、その数える分子数に制限のない方法を開発した。
【００１２】
具体的には、検出用の抗体を多数固定化した電荷保持体上に、生体分子を捕捉させた後、電荷保持体上に第二の抗体を固定化したものと反応させることにより、生体分子を介して二つの電荷保持体がつながった電荷保持体の会合体を作り、電界効果型トランジスタとポアを組合わせた検出部を基板上に多数設けたデバイスを用いて、電荷保持体会合体を並列的に検出する方法であり、検出部を多数設けることで、検出対象分子数が増えても十分に対応が可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、従来の検出方法では実現できない、検出対象の生体分子を一分子ずつその分子数を数えることで検出する方法を提供するものである。
【００１４】
特に、電界効果型トランジスタを用いて検出することで、検出部の並列化が容易であり、検出を容易に高速化できる。例えば、１mm角の基板上に、１umピッチで電界効果型トランジスタとポアを容易に作ることができ、例えば、ポアを通過する電荷保持体複合体を１秒間に10万個検出することは容易であるので、10分間に、平均的に6×1013個の電荷保持体複合体を検出できる。検体を例えば血清50ulとすれば、モル濃度として、高濃度として1uMから低濃度は1aM（30分子/50ul）まで広範囲に同じ方法で計測することができる。
【００１５】
また、電界効果型トランジスタにおける、ポアを電荷保持体が通過することで生じる電流変化を検出するため、光学系は一切必要ではなく、従来の蛍光検出に比べて装置の小型化が容易であり、また、安価に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の検出方法の一例を説明するための図である。
【図２】本発明の検出デバイスの構成の一例を説明するための図である。
【図３】本発明の検出デバイスの構成の一例を説明するための図である。
【図４】本発明の検出デバイスのコンセプトを説明する図である。
【図５】本発明の検出デバイスの製法を示す図である。
【図６】本発明の検出デバイスの製法を示す図である。
【図７】本発明の検出デバイスの製法を示す図である。
【図８】本発明の検出デバイスの製法を示す図である。
【図９】本発明の検出デバイスの製法を示す図である。
【図１０】本発明の検出デバイスの製法を示す図である。
【図１１】本発明の検出デバイスの製法を示す図である。
【図１２】本発明の検出デバイスの製法を示す図である。
【図１３】本発明の検出デバイスの製法を示す図である。
【図１４】本発明の検出デバイスの製法を示す図である。
【図１５】本発明の検出デバイスの製法を示す図である。
【図１６】本発明の検出デバイスの構成を説明する図である。
【図１７】本発明の検出デバイスの構成を説明する図である。
【図１８】本発明の検出デバイスの構成を説明する図である。
【図１９】本発明の検出デバイスの構成を説明する図である。
【図２０】本発明の検出方法の一例を説明するための図である。
【図２１】本発明の検出方法の一例を説明するための図である。
【図２２】本発明の検出装置の構成の一例を説明するための図である。
【図２３】本発明の検出方法及び装置の構成の一例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本実施例では、検出対象の生体分子と、前記生体分子に対する第一の抗体を表面に有する電荷保持体と、前記生体分子に対する２次抗体を表面に有する電荷保持体を反応させ、前記電荷保持体の個々の電荷量を測定することにより、前記電荷保持体の複合体を検出し、前記生体分子の存在量を評価することを特徴とする、生体分子検出方法を開示する。ここで、生体分子の存在量の評価とは、分子の個数を計数することを意味する。従い、測定対象が液体であって全体の容積や量が分かっている場合には、濃度の計測と同意義である。
【００１８】
また、他の実施例では、検出対象の生体分子と、前記生体分子に対する第一の抗体を表面に有する電荷保持体と、前記生体分子に対する２次抗体を表面に有する電荷保持体を反応させて得られる反応液を、基板表面上に対抗する２つの電極を設け、前記電極の間に前記基板を貫通するポアを設けた基板に対して、片面側からもう片面側に前記貫通したポアを通して流し、前記電極間の電流測定により、前記電荷保持体の複合体を検出し、前記生体分子の存在量を評価することを特徴とする、生体分子検出方法を開示する。
【００１９】
また、実施例では、基板表面上に絶縁膜、コントロールゲート、ソース、ドレイン、チャネル、そして前記コントロールゲート、前記ソース、前記ドレイン、前記チャネルがのる平面に対して、その平面の片面側からもう片面側へ貫通したポアを設けており、前記コントロールゲートにより前記チャネルに電界効果を及ぼす電界効果トランジスタであり、前記貫通したポアは、前記コントロールゲートのうち前記チャネル側の側面と、前記チャネルのうち前記コントロールゲート側の側面近傍の間に配置されており、前記貫通したポアに前記反応液を流し入れ、前記ソースから前記ドレインに流れる電流の変化で、前記電荷保持体の複合体を検出し、前記生体分子の存在量を評価することを特徴とする、生体分子検出方法を開示する。
【００２０】
また、実施例では、前記電荷保持体が、磁気微粒子、高分子微粒子、タンパク質、核酸から選ばれたものであることを特徴とする、生体分子検出方法を開示する。
【００２１】
また、実施例では、検出対象の生体分子と、前記生体分子に対する第一の抗体を表面に有する電荷保持体と、前記生体分子に対する２次抗体を表面に有する電荷保持体を反応させる手段と、前記電荷保持体の個々の電荷量を測定する手段を具備することを特徴とする、生体分子検出装置を開示する。
【００２２】
また、実施例では、前記電荷保持体の個々の電荷量を測定する手段として、電界効果トランジスタと貫通したポアを具備したデバイスを用いることを特徴とする、生体分子検出装置を開示する。
【００２３】
また、実施例では、第１の溶液槽と、第２の溶液槽と、前記第１の溶液槽と前記第２の溶液槽とを区切る膜と、前記膜には貫通したポアが設けてあり、前記貫通したポアを物質が移動することで生じる電流を測定する電極が第１の溶液槽と第２の溶液槽に設けてある装置を用い、検出対象の生体分子と、前記生体分子に対する第一の抗体を表面に有する電荷保持体と、前記生体分子に対する２次抗体を表面に有する電荷保持体を反応させて得られる反応液を、前記第１の溶液槽に入れて、前記第１の溶液槽と前記第２の溶液槽の間に流れる電流の変化を検出することで、前記電荷保持体の複合体を検出し、前記生体分子の存在量を評価することを特徴とする、生体分子検出方法を開示する。
【００２４】
また、実施例では、前記生体分子検出方法において、前記貫通したポアの直径が、使用する電荷保持体の直径より大きく、直径の２倍よりも小さいことを特徴とする。さらに、膜の厚みが前記電荷保持体の直径の２倍以下であるとなお良い。
【００２５】
また、実施例では、前記生体分子検出方法において、前記電荷保持体が、磁気微粒子、高分子微粒子、タンパク質、核酸から選ばれたものであることを特徴とする、生体分子検出方法を開示する。
【００２６】
また、実施例では、第１の溶液槽と、第２の溶液槽と、前記第１の溶液槽と前記第２の溶液槽とを区切る膜と、前記膜には貫通したポアが設けてあり、前記貫通したポアを物質が移動することで生じる電流を測定する電極が第１の溶液槽と第２の溶液槽に設けてある設備と、検出対象の生体分子と、前記生体分子に対する第一の抗体を表面に有する電荷保持体と、前記生体分子に対する２次抗体を表面に有する電荷保持体を反応させる手段と、前記第１の溶液槽に入れて、前記第１の溶液槽と前記第２の溶液槽の間に流れる電流の変化を検出する手段を具備することを特徴とする、生体分子検出装置を開示する。
【００２７】
本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付すようにし、その繰り返しの説明は可能な限り省略するようにしている。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。実施例に記載するデバイス構造および材料は、本発明の思想を具現化するための一例であり、材料および寸法などを厳密に特定するものではない。
【実施例１】
【００２８】
図１の模式図を使って、本発明の概念を説明する。
【００２９】
図１（ａ）には、検出対象の生体分子101に対して、特異的に結合する第一の抗体102と第二の抗体104を反応させて生成される、サンドイッチ複合体105を示す。第一の抗体102と第二の抗体104には予め、官能基103を結合させておく。反応方法としては、第一の抗体102にモノクローナル抗体を、第二の抗体104にポリクローナル抗体を用い、それぞれを順次反応させることが、サンドイッチ複合体105を効率よく得るために、好ましい。
【００３０】
図1（b）にには、上記図１（a）で生成されるサンドイッチ複合体105と電荷複合体107によって生成される二量体109を示す。電荷保持体107とサンドイッチ複合体105とを結合させるために、官能基103と特異的に結合する結合分子108を予め電荷保持体107に結合しておく。例えば、官能基103にはビオチンを、結合分子108にはアビジンあるいはストレプトアビジンを用いることができる。
【００３１】
サンドイッチ複合体105に対して結合分子108を表面に修飾した電荷保持体107を反応させることで、生体分子101をサンドイッチ状に挟んだ電荷保持体107の二量体109を得ることができる。
【００３２】
生体分子101の濃度に対して10倍、より好ましくは100倍以上の濃度の第一の抗体102と第二の抗体104を反応させることが、サンドイッチ複合体105を効率よく得るために好ましい。
【００３３】
サンドイッチ複合体105に対して電荷保持体107を反応させる際には、電荷保持体107の濃度をサンドイッチ複合体105の濃度の10倍以上、より好ましくは100倍以上多い条件で反応させることで、電荷保持体107一つ当たりに複数のサンドイッチ複合体105が付くことを十分に低く抑えることができ好ましい。以上のように、生体分子101をサンドイッチ状に挟んだ電荷保持体107の二量体109を得た後、検出デバイス114を用いて生体分子101の存在する分子数を計測する。
【００３４】
検出デバイス114は、検出のスループットに合わせて複数個を支持体113上に配置する。支持体113は、第一溶液槽111と第二溶液槽112を隔てて配置する。検出デバイス114には、基板119上にソース116、ドレイン117、コントロールゲート115、チャネル121が設けられている。ポア118は基板119を貫通する孔であり、コントロールゲート115とチャネル121の間の、基板119上あるいは、チャネル121を全部あるいは一部含む箇所に設けられている。
【００３５】
生体分子101をサンドイッチ状に挟んだ電荷保持体107の二量体109と、二量体以外の反応物110を含む反応液を第一溶液槽111に入れ、第一溶液槽111と第二溶液槽112の間に、例えば、電場を印可することで電荷保持体107を含む反応物を、第一溶液槽111から第二溶液槽112へ、ポア118を経由させて移動させる。検出デバイス114は、コントロールゲート115によりチャネル121に電界効果を及ぼす電界効果トランジスタである。チャネル121近傍にポア118が設けてあり、ポア118を電荷保持体107が通過することで、ソース116からドレイン117に流れる電流の変化を測定することで、電荷保持体107の通過を検出する。
【００３６】
本デバイスによれば、電荷保持体107が単体の状態で通過するのか、あるいは、生体分子101をサンドイッチ状に挟んだ電荷保持体107の二量体109で通過するのかを識別し、二量体109の個数を計数することで、生体分子101の存在数を評価することができる。未反応物106や二量体以外の反応物110と、二量体109は電流変化量を測定することで十分識別できる。
【００３７】
電荷保持体107には、ポリスチレン等の高分子からなる微粒子を用いることができる。表面にカルボキシル基を導入しその密度を制御することで表面に帯電される負電荷量をコントロールできる。あるいは、高分子微粒子の表面にアミノ基を導入すれば、正電荷を保持することができ、そのアミノ基の密度を制御することで正の電荷量をコントロールできる。
【００３８】
また、電荷保持体107には、タンパク質を用いることができる。例えば、BSA（ウシ血清アルブミン）を用いると負に帯電した電荷保持体として使用できる。高分子からなる微粒子を用いる場合には、凝集を十分抑制するか、または、凝集物を予め十分除去してから用いる必要がある。さもないと、生体分子101をサンドイッチ状に挟んだ電荷保持体107の二量体109か、凝集物かの判断が困難になる恐れがある。一方、電荷保持体107にタンパク質を用いる場合には、凝集物の存在は問題にならないという利点がある。中でも、球状タンパク質が水に対する溶解性などの点から好ましい。
【００３９】
電荷量は正、負、どちらも用いることができ、電荷量は大きいことが好ましく、この点からは、ポリスチレン等の高分子からなる微粒子を用いることが好ましい。
【００４０】
単独の一量体の電荷保持体107が連なってポアに侵入すると、二量体との識別が困難になる恐れがあるが、電荷保持体107の電荷量が大きくなるほど静電反発により電荷保持体107同士が二量体と同等な距離には存在しにくくなり、そのようなエラーの発生を抑えることができる。
【００４１】
電荷保持体107の直径は、ポア118の直径よりは小さければよい。より好ましくは、液中での分散性、拡散の速度の点から小さいものが好ましく、10um以下、より好ましくは2um以下が好ましい。
【００４２】
ポア118の直径は、電荷保持体107の直径よりも大きい径を有することが必要である。また、未反応の一量体と、生体分子と結合した二量体10を区別する必要があることから、電荷保持体107の直径の2倍以下の大きさを有することが好ましい。
【００４３】
チャネル121を流れる電流は、ポア118を通過する電荷保持体107の実効電荷量や実効電界が引き起こす電界の変化によって変化し、その変化を検出することで電荷保持体107が単体か二量体かを識別する。チャネル121を流れる電流層の厚みを出来るだけ薄くして、電荷保持体107１個が引き起こす電界変化に由来した電流を検出する必要がある。そのためには、チャネル121の厚みを薄くする必要がある。チャネル121の厚みは、電荷保持体107の直径よりも薄ければ、ポア118を通過する電荷保持体107を一個ずつ検出することが可能であり、二量体119と二量体以外の反応物110を識別することができる。
【００４４】
検出デバイス114の詳細な構成図を図2に示す。
【００４５】
絶縁膜200、チャネル201、コントロールゲート202、ソース203、ドレイン204、バックゲート205、ポア206、202-205へのコンタクトとなる配線207を備える。
【００４６】
ポアはコントロールゲートのチャネル側の側面と、チャネルのコントロールゲート側の側面の間（図2A）、もしくはチャネルのコントロールゲート側の端（図2B）、もしくはチャネルのコントロールゲート側の側面近傍でチャネル中にある（図2C）。
【００４７】
たとえばチャネル201はノンドープのシリコンもしくはP型のシリコンもしくは低濃度のN型シリコンとし、コントロールゲート202,バックゲート205はN型またはP型のシリコン、ソース203,ドレイン204はN型のシリコンとする。
【００４８】
ソース-ドレインに、ソース電圧＜ドレイン電圧となるように電圧をかけた状態で、コントロールゲート電圧を制御することで、本デバイスはトランジスタ動作をする。いわゆるサイドゲート型のトランジスタである。トランジスタがON状態のとき、コントロールゲート側（ポア側）のチャネル側部に反転層が誘起されるため、電流はコントロールゲート側のチャネル側部を流れる。反転層の厚みはコントロールゲート電圧にもよるが、きわめて薄く、2-3 nm程度以下である。
【００４９】
以上のような構成のもと、反転層効果と厚み方向における量子井戸の閉じ込め効果を利用することで、薄膜のチャネルの側壁部に擬1次元的な最細の電流パスを形成することが出来る。擬1次元的な最細の電流パスであるため、ポア中の対象物による微小な電界変化に極めて敏感に反応する。そのため検出信号の変化比（検出感度）を極めて高くすることが出来る。
【００５０】
チャネルの電流は、コントロールゲートの電界で誘起される電子によるものである。従ってポアはコントロールゲートとチャネルの電流パスの間に配置するのがよい。そうすることで、ポア中の対象物による電位変化が、コントロールゲートとチャネル間の電界を極めて効果的に変調し、その変化をチャネル電流に反映することが出来る。
【００５１】
ポアは、チャネル中の側部の電流パスに近いほど検出感度を向上できる。その最たるものは、たとえば図2B,図2Cのように、チャネル側部の一部がポアの一部となっている構造、もしくはチャネル側部にきわめて近い場所にポアがある構造がそれである。一方で、たとえば、コントロールゲート側のチャネル側部の電流パスとバックゲートの間にポアを配置しても、ポア中の対象物による電流変化はきわめて小さい。バックゲート側にポアを配置しても、コントロールゲートがチャネルに作る電界は、ほぼ変調できないからである。
【００５２】
以上よりポアの配置に望ましい領域を、図3の領域300に示す。ポアの配置は、コントロールゲートとチャネル側部の間およびチャネル側部の擬1次元的な最細の電流パスの中がよい。
【００５３】
図2Bおよび図2Cのように、チャネルの一部がポア領域となっている場合、非常に高感度なセンシングが可能である。一方で、図2Aのようにチャネルとポアが絶縁膜で分離されている場合、チャネルが直接対象物や対象物を含む溶液に触れないため、チャネルの腐食やチャネル表面状態の変異などの可能性が低く、デバイスとしての信頼性が高くなる。
【００５４】
また電流パスのチャネル幅方向の広がりをさらに押さえ、よりチャネル側部に安定した一次元的な電子伝導パスを形成するために、バックゲート205に電圧を印加し、電子がよりコントロールゲート側に集中するような電界制御が有効である。
【００５５】
図４は、本デバイスにおいて破線で区切られた部分を、ポアを挟んだ2つの容量としてモデル化した図である。
【００５６】
C1はコントロールゲートとポア間の破線で区切られた部分の容量、C2はポアとチャネル間の破線で区切られた部分の容量である。形成するデバイスとして例えば、ポア径を20 nm, コントロールゲートとポア間の距離を50 nm, チャネルとコントロールゲートの厚みを3 nm, コントロールゲートとポア間の絶縁膜として酸化膜（比誘電率3.9）をもちいた場合、ポアを四角柱で近似しその一辺を20 nmとすると、C1は約2.76×10-19 Fである。
【００５７】
ポア中の電荷量変化をΔQとすると、ポア近傍のチャネル端のしきい値電圧シフトΔVthは式（１）のように表される。
ΔVth＝ΔQ/C1    ・・・式（1）
【００５８】
電荷保持体として球状タンパクのBSA（ウシ血清アルブミン、直径：7〜8nm）を用いるとすると、非特許文献６より、pH7でのBSAの表面電荷量は-18eであることから、直径20nmのポアをBSA１個が通過する場合と２個通過する場合の差分は、ΔVth = 10.4 Vとなり、非常に大きなしきい値シフトの差が得られる。
【００５９】
また、電荷保持体として直径40nm程度のポリスチレンビーズを用いた場合、例えば、非特許文献7より過硫酸カリウムを開始剤に用いた場合のポリスチレンの表面電荷密度（-3.2μC/cm2）からビーズの表面電荷量は、凡そ1.6×10-16Cと見積もられ、ポア径を80nmとした前記デバイスの構成の場合には、ポリスチレンビーズ１個が通過する場合と２個通過する場合の差分として、ΔVth = 36.2Vとなり、非常に大きなしきい値シフトの差が得られる。
【００６０】
本デバイスではこの理想的なしきい値電圧シフトに近い値を実現できる。その理由として、まず電流パスとして薄膜チャネルの端にきわめて細い一次元的電子伝導を形成しているため、ポア近傍のチャネルの端における電界変化（しきい値変化）は、ほぼトランジスタのしきい値変化に反映される（チャネルが厚く、電流パスの厚み方向の幅が広い場合には、単一電荷が近くに来ても、その電荷から遠い部分を電流が流れてしまうため、大きなしきい値シフトは得られない。またチャネルの幅方向全面に電流が流れていても同様であり、大きなしきい値シフトは得られない。本デバイスの構成と動作方式だからこそ、このような大きなしきい値シフトに近い値が実現できる）。
【００６１】
また、ポアとチャネルを近づける、もしくはポアとチャネルを接触させることで、コントロールゲートとチャネル間の電界のうち、ポアの脇からチャネルへまわりこんで来る電界を遮断することが出来る。その結果、ポア中の電界変調をチャネルにもれなく伝えることができ、上記のようなきわめて大きいしきい値シフトに近い値を実現できる。
【００６２】
以上のように、電荷保持体としてタンパクや高分子微粒子を用いることで、単体で通過する場合と二量体として通過する場合では、本発明の検出デバイスにより、大きな電位差が検出され、両者を十分な検出感度で検出・識別することができることが分かる。
【００６３】
コントロールゲートを一定電圧にしての検出において、ポアを通過する電荷保持体が引き起こす電流変化は、ポア-チャネル間距離や、ポア-コントロールゲート間距離の調整で可能であり、ポア-コントロールゲート間の距離を長くすれば、電荷保持体が引き起こす電流変化は大きくなる。また、（1）式より、ポアとコントロールゲート間の誘電率をさげることでも、電荷保持体が引き起こす電流変化は大きくなる。さらに、pHを調整することで、電荷保持体の実効電荷量を調節し、電流変化を大きくすることも可能である。このように、検出感度を向上させられるのも本デバイスの特筆すべき利点である。これはポアが、チャネル電流パスとコントロールゲートの間に配置されることで得られる特徴である。なおポア-コントロールゲート間距離は、使用可能電圧や、耐圧なども総合的に考慮して、もっとも検出感度のよい距離に設定する。
【００６４】
また、本デバイスにおいてバックゲートは、必ずしも必要というわけではない。バックゲートの効果は、電流パスをよりポア側に集中することが可能であることや、しきい値電圧の調整が行えることである。
【実施例２】
【００６５】
本実施例では、本発明に用いる検出デバイスを作製するプロセスの一例を、図５〜図１４を用いて示す。
【００６６】
当然ながら、本発明の製法を本プロセスに限定するものではない。プロセスフローは各図について、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）という形式で示す。（ｃ）は上面図、（ａ）は（ｃ）におけるA-A’断面図、（ｂ）は（ｃ）におけるB-B’断面図である。
【００６７】
プロセス１：Si基板208上にSiN膜209、SiO2膜210を堆積する。たとえばSiN膜15 nm、SiO2膜15 nmを堆積する。（図5）
プロセス２：N型のポリシリコン211を堆積し、コントロールゲート、バックゲート、ソース、ドレイン領域をパターニングする。たとえばN型のポリシリコンの堆積膜厚は100 nmとする。（図6）
プロセス３：ノンドープの薄膜ポリシリコン層212を形成する。形成方法は例えば、アモルファスシリコンを堆積した後、アニ−ルすることで結晶化して形成する方法や、アモルファスシリコンもしくはポリシリコンを堆積した後、酸化することで薄膜を形成する方法がある。これらの方法で、5 nm以下の薄膜シリコンチャネルを形成することが出来る。（図7）
プロセス４：SiO2膜210を堆積する。例えば膜厚は10 nmとする。（図8）
プロセス５：ドライエッチにより、SiO2膜とノンドープポリシリコンをパターニングし、チャネルを形成する。またゲート、ソース、ドレイン領域にかぶさったノンドープシリコン層も図９のように加工する。（図9）
プロセス６：層間膜として、SiO2膜210、SiN膜209、SiO2膜210、SiN膜209を順に堆積する。例えば膜厚は、下からSiO2/SiN/SiO2/SiN = 20 nm/10 nm/150 nm/ 200 nmとする。（図10）
プロセス７：コントロールゲート、バックゲート、ソース、ドレインのコンタクトを形成する。配線207の材料は、例えばAlを用いる。（図11）
プロセス８：配線上の層間膜としてSiN膜209を形成し、その後、配線へコンタクトするためのパッド215を形成する。堆積膜厚は例えば200 nmとする。（図12）
プロセス９：チャネル上および近傍213をドライエッチングにより掘り込む。（図13）
プロセス１０： Siウエハ裏面をKOHやTMAH液を用いて異方性エッチングし、薄膜領域を形成する。エッチング時のマスクは例えばSiN膜を用いるのがよい。（図14）
プロセス１１：先に述べたとおりの領域（コントロールゲートとチャネル側部の間およびチャネル側部の擬1次元的な最細の電流パスが形成される領域）にポア214を形成する。ポアの形成は、例えばTEMビームによるポアあけにより50 nm以下の微細なポアが形成できる。またドライエッチでポアを形成することで、ポアの径を50-1000nmで任意の大きさに成形することが出来る（図15）。望ましいポアの直径としては、分析に使用する電荷保持体の大きさに依存するが、電荷保持体が通過できるよう電荷保持体の直径よりも大きく形成する必要がある。また、一度に２つ以上の電荷保持体がポアを通過できてしまうと計測誤差が生じる可能性があるため、ポアの直径は電荷保持体の直径の２倍よりも小さいことが望ましい。
【００６８】
図１５（ｃ）においてソース２１５Ａ、ドレイン２１５Ｂ、チャネル２１５Ｅを備える。ソース２１５Ａとドレイン２１５Ｂは逆転していてもよく、チャネル２１５Ｅ内をソース２１５Ａからドレイン２１５Ｂの方向に電子が流れる。また、ゲート２１５Ｃ、バックゲート２１５Ｄを備えるが、バックゲート２１５Ｄは無くても良い。ポア２１４はチャネル２１５Ｅとゲート２１５Ｃの間に形成される。
【００６９】
以上のプロセスによって、本デバイスを形成することが出来る。なお上記プロセスではポリシリコンによるチャネル形成の例を示したが、SOIウエハをもちいてチャネル領域に相当する部分を、SOIの酸化と洗浄を繰り返して薄膜化して、トランジスタを形成することが出来る。精密な膜厚管理が必要となるが、単結晶Siがチャネルとなるため検出電流値が安定し、かつ増大する。検出信号の安定化は識別精度の向上を可能にし、検出電流値の増大は検出信号処理を容易にするため、検出信号処理の高速化が可能となる。
【実施例３】
【００７０】
本実施例では、図16から図19を用いて、本発明のデバイスと、その検出信号から検出対象分子の存在量を表示するまでの一連のシステムの例を示す。
【００７１】
図16では、半導体基板の1チップ600上に、本発明のポア付きFETセンサの単体もしくはアレイと、センサで検出された信号を変換するADCユニットなどの信号処理回路を設け、そこで出力された信号をPC601へおくり、二量体として検出された電荷保持体の検出数、すなわち、検出対象の分子数をPCで表示するシステムのブロック図である。
【００７２】
センサアレイとすることで、検出対象分子を並列で解析できるため、検出される信号の数が増え、その結果、解析結果の信頼性を向上することが出来る。1チップ上にセンサアレイとADC、ほか周辺信号処理回路を形成するため、小さなモジュールを形成することが出来、システム全体を小型化することが出来る。また集積化による製造コストの低コスト化が出来る。
【００７３】
図17では、ポア付きセンサの単体もしくはアレイ部分と周辺回路の一部を形成したチップ603と、ADCやその他信号処理回路を形成したチップ604とを、ボード602上でつなぎ、出力される信号をPCへおくり、二量体として検出された電荷保持体の検出数、すなわち、検出対象の分子数をPCで表示するシステムのブロック図である。
【００７４】
計測精度を向上させるためにポアつきFETセンサ部分を取り替える頻度が多い場合は、このようにセンサ部分が主となるチップと、信号処理の回路が主となる部分を作り分けることで、センサ部分のチップのみを取り替えられるようにしておくとよい。そうすることで解析にかかる費用を低減することが出来る。
【００７５】
図18では、ポア付きFETの単品もしくは少数のアレイと、ADCやその他信号処理回路を形成したチップ605をボード602上に並べてチップパラレルとし、そこで出力される信号をPCへおくり、二量体として検出された電荷保持体の検出数、すなわち、検出対象の分子数をPCで表示するシステムのブロック図である。
【００７６】
ポア付きFETの大規模なアレイとADCや周辺信号処理回路を１チップ上に集積するのに比べて、ポア付きFETの単品もしくは少数のアレイとADCや周辺信号処理回路を1チップ上に形成するほうが、製造負荷の低減ができ、チップ製造が容易となり、それに伴って歩留まりも向上する。また所望の解析に応じて、センサの並列数を決めることが出来るため、解析にかかる費用を低減することが出来る。
【００７７】
図19Aおよび図19Bは、ポア付きFETの単品もしくは少数のアレイが主であるチップ606と、ADCや周辺信号処理回路部607,608を別に形成し、ボード上で接続するシステムのブロック図である。
【００７８】
ポア付きFETの単品もしくは少数のアレイと、ADCや周辺信号処理回路を別に形成するため、製造負荷の低減ができ、個々のチップの製造がさらに容易となり、それに伴って歩留まりも向上する。またポアつきFETセンサ部分のチップのみ取替えができる。その場合、特に劣化した一部のみのセンサ部分の交換が可能となるため、より解析費用の低減に貢献できる。
【実施例４】
【００７９】
検出対象の生体分子として、核酸を対象とした、本発明の検出方法について図20の模式図を使って説明する。
【００８０】
検出対象の核酸分子701に対して、電荷保持体704を結合させる。その方法の一つとして、核酸分子701の末端を修飾し、導入した第一の官能基702と特異的に結合する第二の官能基703を予め電荷保持体704に結合させておく。例えば、第一の官能基702としてビオチン、第二の官能基703としてアビジンあるいはストレプトアビジンを用いることができる。核酸分子の末端にビオチンを結合する方法には、例えば、Terminal deoxynucleotidyl transferaseなどの酵素を用いてビオチン化オリゴを末端に結合する方法を用いることができる。第二の官能基703としてアビジンあるいはストレプトアビジンを用いる方法としては、例えば、電荷保持体704としてポリスチレンビーズを用いる場合には、アビジンあるいはストレプトアビジンを表面にコートしたポリスチレンビーズを市販品の中から選ぶことができる。例えば、インビトロジェン社製フルオロスフィアなどの製品群の市販品を用いることができる。
【００８１】
第一の官能基702を付加した核酸分子701に対して10倍量、より好ましくは100倍量の電荷保持体704（第二の官能基703を表面に結合したもの）を反応させることで、ポアソン確率から容易に推測されるように、電荷保持体704１個に複数の核酸分子701が固定されることなく、核酸分子701が固定された電荷保持体704の90％以上が核酸分子701が一分子だけ固定された電荷保持体（図20の708）を得ることができる。
【００８２】
検出対象の核酸分子701と相補の塩基配列を有する核酸プローブ分子706を第一の官能基702及び第二の官能基703を介して結合した電荷保持体704を予め作製しておく。第一の官能基702及び第二の官能基703には、先述したビオチンとアビジンあるいはストレプトアビジンの組合せを用いることが容易にできる。
【００８３】
この予め作製しておいた、電荷保持体の複合体705を、核酸分子701が一分子だけ固定された電荷保持体708とハイブリさせることによって、二量体707を得ることができる。
【００８４】
電荷保持体の複合体705においては、核酸プローブ分子706は一分子だけ固定されている必要はなく、電荷保持体704に対して複数の核酸プローブ分子706が固定されていることが、ハイブリの効率の点で好ましい。二量体707を効率よく得るために、ハイブリに際して、電荷保持体の複合体705は、一分子だけ固定された電荷保持体708に比べて過剰量、好ましくは10倍程度多く反応させることが好ましい。
【００８５】
得られた二量体707は、実施例1に述べた方法及び検出デバイスを用いて、実施例１に述べたように感度良く、検出することができ、特に、ポアを通過する電荷量に基づく電流変化量により、未反応の一量体と、検出対象の核酸分子701の存在量を反映した二量体707を明確に識別して検出することができる。
【実施例５】
【００８６】
タンパク質間の相互作用の有無を調べる、本発明の検出方法について図21の模式図を使って説明する。
【００８７】
第一のタンパク質801と第二のタンパク質802の各々に対して、別々に電荷保持体804を結合させる。そのため、第一の官能基805をタンパク質801,802に結合させ、第一の官能基805と特異的に結合する第二の官能基803を電荷保持体804に結合させる。
【００８８】
例えば、第一の官能基805にはビオチンを用いることができ、タンパク質を無細胞発現系で作る際に、ビオチンをＣ末端あるいはＮ末端に一緒に発現させることが良い。例えば、市販の試薬（Roche Diagnostic社製RTS AviTag E. coliビオチン化キット）を使うことにより、容易にビオチンを導入することができる。
【００８９】
第二の官能基803としてアビジンあるいはストレプトアビジンを用いることができる。例えば、電荷保持体804としてポリスチレンビーズを用いる場合には、アビジンあるいはストレプトアビジンを表面にコートしたポリスチレンビーズを市販品の中から選ぶことができる。例えば、インビトロジェン社製フルオロスフィアなどの製品群の市販品を用いることができる。
【００９０】
第一のタンパク質801と第二のタンパク質802の各々を別々に電荷保持体804に固定することで、第一のタンパク複合体806と第二のタンパク複合体807を得る。両者を反応させることで、二量体808を得る。
【００９１】
得られた二量体808は、実施例1に述べた方法及び検出デバイスを用いて、実施例１に述べたように感度良く、検出することができ、第一のタンパク質801と第二のタンパク質802の間に相互作用があるかどうか、感度良く評価することができる。
【００９２】
この評価方法は、特定のタンパク質に対して、それと相互作用を有するタンパク質が特定のライブラリに含まれているかどうかを簡便にスクリーニングする方法として用いることもできる。
【実施例６】
【００９３】
本発明の検出装置の構成について、図22を用いて説明する。
【００９４】
第一溶液槽901と第二溶液槽902は支持体903で隔てられており、検出デバイスは支持体903上の第一溶液槽901に接する配置で設けられている。支持体903には図示していない貫通孔が設けてあり、その貫通孔と検出デバイスのポアとの位置が合い、支持体に密着するように固定されている。なお、貫通孔はポアの直径よりも大きく、貫通孔とポアの中心は一致するように設けられていることが望ましい。支持体903は溶液槽本体と接合部904によって接合している。
【００９５】
検出デバイスには、図示しないが、ソースとドレイン間に生じる電流の変化を計測するような配線が設けられている。また、支持体903上に一つの検出デバイスのみを配置してもよいし、複数の検出デバイスを配置しても良い。複数の検出デバイスを設ける場合には、夫々の検出デバイスについて個別にソースとドレイン間に生じる電気信号を計測可能にしておけば、同時並行的に計測処理することが可能となる。
【００９６】
分析対象物を含む試料溶液は送液ユニット909からバルブ908を介して送液口906を通して第一溶液槽901に供給される。送液ユニット909には、試料の生体分子と抗体付き電荷保持体を混合・反応・精製する手段（図示せず）が具備されている。混合には、攪拌子を用いたものや超音波を用いたものなどを用いることができる。反応は常温で行うことができるが、37度に保持する必要がある場合には温調機を具備することが好ましい。精製では、電荷保持体に磁気微粒子を用いた場合には、外部から磁場を与えることで精製が容易に可能である。高分子微粒子、タンパクや核酸分子を電荷保持体に用いた場合には、メンブレンを用いた精製が必要になり、吸引装置を用いることが好ましい。試料溶液は、測定対象の試料と試薬を混合した状態で第一溶液槽901に導入される。
【００９７】
洗浄液は洗浄液ユニット910からバルブ908を介して送液口906を通して第二溶液槽902に供給される。この洗浄液は、検出デバイスのポアを通じて第一溶液槽901から第二溶液槽902に移動した試料溶液を洗い流すために使用される。試料および洗浄液の廃液はいずれも、バルブ908を介して廃液口907から廃液される。
【００９８】
各溶液槽には電極905が配置されており、配線916を介してＰＣ911でコントロールされた電圧印可装置913で作られた電圧が電極905を介して、第一溶液槽901と第二溶液槽902の間に印可される。第一溶液槽901中の試料溶液内に含まれる電荷保持体の二量体は、印可された電場によって、第一溶液槽901から第二溶液槽902へ、支持体903上に配置された検出デバイスのポアを介して輸送される。電荷保持体が検出デバイスのポアを通過することにより生じる電気信号は配線914を通じてＰＣ911に送られ、データ処理が行われる。
【００９９】
なお、配線914は検出デバイスのソース、ドレインに接続されており、電荷保持体がポアを通過することにより生じる電気信号を取得し、PC911に送信する。二量体が通過した場合と単体が通過した場合の電気信号の違いを識別して検出し、二量体がポアを通過した数をカウントすることで、試料溶液中に含まれる測定対象物の量を算出する。
【０１００】
配線915を介してＰＣ911でコントロールされた制御装置912によって溶液槽の温度、pHは制御される。以上の構成を有する検出装置によって、生体分子の検出が実施される。
【実施例７】
【０１０１】
本発明の検出方法及び装置の他の構成について、図23を用いて説明する。
【０１０２】
本実施例では、電荷保持体の電荷量の代わりにその物理的な大きさを利用して、生体分子を介した電荷保持体複合体がポアを通過する際に、電荷保持体の二量体が物理的にポアを塞ぐことにより生じる、ポア中を流れる電流の変化を検出することで、生体分子の存在を検知し、その存在量を求める方法を開示する。
【０１０３】
検出対象の生体分子を介する電荷保持体の二量体の形成は、実施例１に記載した方法と同様に行うことができる。
【０１０４】
第一溶液槽901と第二溶液槽902は支持体903で隔てられており、ポアを有する薄膜917は支持体903上の第一溶液槽901に接する配置で設けられている。支持体903には貫通孔が設けてあり、その孔と薄膜917のポアとの位置が合うような配置で設けられている。
【０１０５】
なお、ポアの直径は使用する電荷保持体の直径より大きく、直径の２倍よりも小さい。また、前記膜の厚さは電荷保持体の直径の２倍以下であることが、電荷保持体の複合体と、単独の電荷保持体とを明確に識別する上で好ましい。
【０１０６】
支持体903は溶液槽本体と接合部904によって接合している。
【０１０７】
試料溶液は送液ユニット909からバルブ908を介して送液口906を通して第一溶液槽901に供給される。送液ユニット909には、試料の生体分子と抗体付き電荷保持体を混合・反応・精製する手段（図示せず）が具備されている。混合には、攪拌子を用いたものや超音波を用いたものなどを用いることができる。反応は常温で行うことができるが、37度に保持する必要がある場合には温調機を具備することが好ましい。精製では、電荷保持体に磁気微粒子を用いた場合には、外部から磁場を与えることで精製が容易に可能である。高分子微粒子、タンパクや核酸分子を電荷保持体に用いた場合には、メンブレンを用いた精製が必要になり、吸引装置を用いることが好ましい。
【０１０８】
試料溶液には予め、電解質を溶かしておく。例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウムなどを1mM-500mMの濃度に調整しておくことが好ましい。
【０１０９】
洗浄液は洗浄液ユニット910からバルブ908を介して送液口906を通して第二溶液槽902に供給される。
【０１１０】
試料溶液および洗浄液の廃液はバルブ908を介して廃液口907から廃液される。
【０１１１】
各溶液槽には電極905が配置されており、配線916を介してＰＣ911でコントロールされた電圧印可装置913で作られた電圧が電極905を介して、第一溶液槽901と第二溶液槽902の間に印可される。
【０１１２】
実施例１で説明した方法と同様に作製された試料の電荷保持体の二量体は、印可された電場によって、第一溶液槽901から第二溶液槽902へ、支持体903上に配置された、ポアを有する薄膜917のポアを介して輸送される。第一溶液槽901と第二溶液槽902の間に流れる電流は電流計918で計測される。電流計918より生じる電気信号は配線919を通じてＰＣ911に送られ、データ処理が行われる。配線915を介してＰＣ911でコントロールされた制御装置912によって溶液槽の温度、pHは制御される。
【０１１３】
電流計918では、電解質の陽イオンあるいは陰イオンがポアを通過することにより生じる電流が計測される。電荷保持体がポアを有する薄膜917のポアを通過する際、電荷保持体が物理的にポアを塞ぐため、電流値は減少することになる。その電流値の減少量は、通過する電荷保持体の物理的な大きさに依存する。そのため、電荷保持体が単体か二量体かによって明確に電流の減少量が異なる。
【０１１４】
したがって、その電流値の減少量を測定することで二量体が通過したか単体が通過したかを明確に識別できる。また、その電流減少は経時変化としてはスパイク状に生じることから、通過する二量体の数を明確に計数することができる。以上のような方法、構成を有する検出装置によって、生体分子の検出が実施できる。
【符号の説明】
【０１１５】
101：生体分子、102：第一の抗体、103：官能基、104：第二の抗体、105：サンドイッチ複合体、106：未反応物、107：電荷保持体、108：結合分子、109：二量体、110：二量体以外の反応物、111：第一溶液槽、112：第二溶液槽、113：支持体、114：検出デバイス、115：コントロールゲート、116：ソース、117：ドレイン、118：ポア、119：基板、120：反応液の流れ、121：チャネル
200：絶縁膜、201：チャネル、202：コントロールゲート、203：ソース、204：ドレイン、205：バックゲート、206：ポア、207：コンタクト、配線、208：Si基板、209：シリコン窒化膜、210：シリコン窒化膜、211：ポリシリコン、212：ポリシリコン、214：ポア、215：パッド
300：ポア配置領域
600：半導体基板チップ、601：PC、602：ボード、603：ポア付きセンサの単体もしくはアレイ部分と周辺回路の一部を形成したチップ、604：ADCやその他信号処理回路、605：ポア付きFETの単品もしくは少数のアレイと、ADCやその他信号処理回路を形成したチップ、606：ポア付きFETの単品もしくは少数のアレイが主であるチップ、607：ADCや周辺信号処理回路部、608：ADCや周辺信号処理回路部
701：核酸分子、702：第一の官能基、703：第二の官能基、704：電荷保持体、705：電荷保持体複合体、706：核酸プローブ分子、707：二量体、708：電荷保持体、
801：第一のタンパク質、802：第二のタンパク質、803：第二の官能基、804：電荷保持体、805：第一の官能基、806：第一のタンパク複合体、807：第二のタンパク複合体、808：二量体
901：第一溶液槽、902：第二溶液槽、903：支持体、904：接合部、905：電極、906：送液口、907：廃液口、908：バルブ、909：送液ユニット、910：洗浄液ユニット、911：ＰＣ、
912：制御装置、913：電圧印可装置、914：配線、915：配線、916：配線
917：ポアを有する薄膜、918：電流計、919：配線
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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