(57)【要約】本発明は、バイオセンサーアレイ（６００、７００、１０００、１１００、１２００、２２００、２４００、２５００、２６００、２７００、２８００、２９００、３０００）およびバイオセンサーアレイの使用方法に関するものである。バイオセンサーアレイは、基板と上記基板上に配置された複数のバイオセンサーフィールド（６０２）を備え、それぞれの上記フィールドが、第１端子（６０３）と第２端子（６０４）を備えている。少なくとも１つの第１導体（６０５）の少なくとも１つと、少なくとも１つの第２導体（６０６）の少なくともひとつが、バイオセンサーフィールドの少なくとも２つと連結されている。
2005536718.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオセンサーアレイであって、
基板と、
基板上に配置されており、それぞれ第１端子および第２端子を備える複数のバイオセンサー区域と、
少なくとも１つの駆動線と、少なくとも１つの検出線と、
電気的駆動信号を供給するための駆動ユニットと、
電気的駆動信号から生じる電気的検出信号を検出するための検出ユニットとを備え、
上記少なくとも１つの駆動線は、上記少なくとも１つの検出線から電気的に絶縁されており、
各バイオセンサー区域の各第１端子は、上記少なくとも１つの駆動線のうちちょうど１つと連結されており、各バイオセンサー区域の第２端子は、上記少なくとも１つの検出線のうちちょうど１つと連結されており、
上記少なくとも１つの駆動線のうち少なくとも１つ、および、上記少なくとも１つの検出線のうち少なくとも１つは、上記バイオセンサー区域の少なくとも２つと連結されており、
さらに、上記駆動ユニットに、選択されるバイオセンサー区域の駆動線を連結し、かつ、上記検出ユニットに、選択されるバイオセンサー区域の検出線を連結することにより、バイオセンサー区域が選択されるように設定されている選択ユニットを備えたバイオセンサーアレイ。
【請求項２】
上記駆動信号および上記検出信号に基づいて、上記少なくとも１つの選択されたバイオセンサー区域について、上記少なくとも１つの選択されたバイオセンサー区域にてセンサー現象が生じたかどうか、および／または、上記少なくとも１つの選択されたバイオセンサー区域にて生じたセンサー現象の量を決定するように設定された評価ユニットを備える、請求項１に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項３】
上記バイオセンサー区域の少なくとも１つが、
電気化学的なバイオセンサー区域である、またはインピーダンスバイオセンサー区域である、請求項１または２に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項４】
電気化学的なバイオセンサー区域として設定された少なくとも１つのバイオセンサー区域が、レドックス・リサイクルバイオセンサー区域である、請求項３に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項５】
少なくとも１つのバイオセンサー区域が、インターデジタル電極バイオセンサー区域である、請求項１〜４の何れか１項に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項６】
上記バイオセンサー区域は、グループ化され、複数のバイオセンサーグループを形成しており、各バイオセンサーグループが、任意に、他のバイオセンサーグループから独立して、または他のバイオセンサーグループの少なくとも一部と連帯して、動作可能になるようになっている、請求項１〜５の何れか１項に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項７】
上記基板が、
セラミック基板、
半導体基板、
ガラス基板、または
プラスチック基板である、請求項１〜６の何れか１項に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項８】
上記電気的駆動信号が、時間的に変化する電気的信号である、請求項１〜７の何れか１項に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項９】
上記駆動信号が、時間的に変化する電圧であり、上記検出信号が、時間的に変化する電流である、または、
上記駆動信号が、時間的に変化する電流であり、上記検出信号が、時間的に変化する電圧である、請求項１〜８の何れか１項に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項１０】
上記基板に、
アナログからデジタルへの変換回路が集積されており、この変換回路が、アナログ電気的信号をデジタル信号へ変換し、それを上記評価ユニットへ供給できるように設定されている、および／または、
電気的供給ユニットが集積されており、この電気的供給ユニットが電圧信号および／または電流信号を、上記駆動ユニットおよび／または上記選択ユニットへ供給できるように設定されている、および／または、
デジタルからアナログへの変換回路が集積されており、この変換回路が上記供給ユニットのデジタル電圧信号および／または電流信号をアナログ信号に変換し、それを上記駆動ユニットおよび／または上記選択ユニットへ供給できるように設定されている、および／または、
入力／出力インターフェースが集積されている、および／または、
上記電気的検出信号を増幅するように設定された増幅ユニットが集積されている、請求項２〜９の何れか１項に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項１１】
上記少なくとも１つの駆動線および上記少なくとも１つの検出線が、上記基板の中および／または上記基板の上および／または上記基板の下側にある２つの異なる配線面に、少なくとも部分的に形成されている、請求項１〜１０の何れか１項に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項１２】
上記バイオセンサー区域が、配線面のうち１つに、正確に形成されている、請求項１１に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項１３】
上記少なくとも１つの駆動線と上記少なくとも１つの検出線とが、相互に交差していない第１線部分では、上記少なくとも１つの駆動線と上記少なくとも１つの検出線とが、同じ面に延びるように形成されており、上記少なくとも１つの駆動線と上記少なくとも１つの検出線とが、相互に交差している第２線部分では、上記少なくとも１つの駆動線と上記少なくとも１つの検出線とが、異なる面に延びるように形成されている、請求項１１または１２に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項１４】
上記少なくとも１つの駆動線および／または上記少なくとも１つの検出線の上記第１線部分が、基板に対して基本的に垂直に延びるように配置された少なくとも１つの電気的接触接続素子により、上記少なくとも１つの駆動線および／または上記少なくとも１つの検出線の上記第２線部分と連結されている、請求項１３に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項１５】
上記少なくとも１つの駆動線および／または上記少なくとも１つの検出線が、上記基板の底面または上記基板の真下に延びるように形成されている、請求項１１〜１４の何れか１項に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項１６】
上記駆動ユニットが、供給ユニットを備え、この供給ユニットが、全ての上記バイオセンサー区域で共有され、上記電気的駆動信号を上記少なくとも１つの選択されたバイオセンサー区域に供給するために使用できるように設定されている、請求項１〜１５の何れか１項に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項１７】
上記駆動ユニットおよび／または上記検出ユニットは、電気的基準信号が選択されていないバイオセンサー区域の少なくとも一部に印加されるように設定されている、請求項１６に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項１８】
バイオセンサー区域のそれぞれのグループの上記駆動ユニットが、上記それぞれのグループに対応する上記供給ユニットを備え、この上記供給ユニットが、上記電気的駆動信号を対応するグループの上記バイオセンサー区域へ供給するために使用できるように設定されている、請求項１〜１６の何れか１項に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項１９】
上記検出ユニットが、全ての上記バイオセンサー区域で共有される測定ユニットを備え、上記測定ユニットが、正確に１つの選択されたバイオセンサー区域において上記電気的検出信号を検出するために使用できるように設定されている、請求項１〜１８の何れか１項に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項２０】
バイオセンサー区域のそれぞれのグループの上記検出ユニットは、上記それぞれのグループに対応する測定ユニットを備え、それぞれの上記測定ユニットは、上記電気的検出信号を、対応する上記それぞれのグループのうち１つが正確に選択されたバイオセンサー区域を検出するために使用できるように設定されている、請求項１〜１８の何れか１項に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項２１】
上記バイオセンサー区域の少なくとも一部への定電位を予め決定するために使用できるように設定されているポテンシオスタット装置を有する、請求項１〜２０の何れか１項に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項２２】
上記ポテンシオスタット装置が、基準電極と、対電極と、演算増幅器とを備え、上記演算増幅器の第１入力部が上記基準電極と連結されており、上記演算増幅器の第２入力部が、基準電位と連結されており、上記演算増幅器の出力部が、上記対電極と連結されている、請求項２１に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項２３】
基板と、
基板上に配置されており、それぞれ第１端子と第２端子とを備える複数のバイオセンサー区域と、
少なくとも１つの駆動線と、少なくとも１つの検出線と、
電気的駆動信号を供給するための駆動ユニットと、
電気的駆動信号から生じる電気的検出信号を検出するための検出ユニットとを備え、
上記少なくとも１つの駆動線は、上記少なくともひとつの検出線から電気的に絶縁されており、
各バイオセンサー区域の各第１端子は、上記少なくとも１つの駆動線のうちちょうど１つと連結されており、各バイオセンサー区域の上記第２端子は、上記少なくとも１つの検出線のうちちょうど１つと連結されており、
上記少なくとも１つの駆動線のうち少なくとも１つ、および、上記少なくとも１つの検出線のうち少なくとも１つは、上記バイオセンサー区域の少なくとも２つと連結されており、
さらに、上記駆動ユニットに、選択されたバイオセンサー区域の駆動線を連結し、かつ、上記検出ユニットに、上記選択されるバイオセンサー区域の検出線を連結することにより、バイオセンサー区域が選択されるように設定されている選択ユニットを有したバイオセンサーアレイの使用方法であって、
上記駆動ユニットを、選択されるバイオセンサー区域の上記駆動線と連結し、上記検出ユニットを、選択されるバイオセンサー区域の上記検出線と連結して、バイオセンサー区域を選択し、
上記選択されたバイオセンサー区域の上記駆動線に、電気的駆動信号を供給し、
上記電気的駆動信号から生じる上記選択されたバイオセンサー区域の電気的検出信号を、上記選択されたバイオセンサー区域の上記検出線において検出する、方法。
【請求項２４】
上記少なくとも１つの選択されたバイオセンサー区域について、上記駆動信号および上記検出信号に基づいて、上記少なくとも１つの選択されたバイオセンサー区域においてセンサー現象が生じたかどうか、および／または、上記少なくとも１つの選択されたバイオセンサー区域において生じたセンサー現象の量を決定する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
バイオセンサーアレイであって、
基板と、
上記基板上に配置されており、それぞれ第１端子および第２端子を備える複数のバイオセンサー区域と、
少なくとも１つの第１信号線と、少なくとも１つの第２信号線と、
第１電気的駆動信号を供給するための第１駆動ユニットと、第２電気的駆動信号を提供するための第２駆動ユニットと、
上記第１および上記第２電気的駆動信号から生じる選択されたバイオセンサー区域の第１および／または第２電気的検出信号を検出するように設定されている、上記第１駆動ユニットと連結されている第１検出ユニットと、および／または、上記第２駆動ユニットと連結されている第２検出ユニットとを備え、
上記少なくとも１つの第１信号線が、上記少なくとも１つの第２信号線から電気的に絶縁されており、
各バイオセンサー区域の各第１端子が、上記少なくとも１つの第１信号線のうちちょうど１つと連結されており、各バイオセンサー区域の上記第２端子が、上記少なくとも１つの第２信号線のうちちょうど１つと連結されており、
上記少なくとも１つの第１信号線のうち少なくとも１つ、および、上記少なくとも１つの第２信号線のうち少なくとも１つが、上記バイオセンサー区域のうち少なくとも２つと連結されており、
上記第１駆動ユニットを、選択されるバイオセンサー区域の上記第１信号線と連結し、上記第２駆動ユニットを、選択される上記バイオセンサー区域の上記第２信号線と連結して、上記バイオセンサー区域を選択するように設定されている選択ユニットを有するバイオセンサーアレイ。
【請求項２６】
上記少なくとも１つの選択されたバイオセンサー区域について、上記第１および上記第２検出信号に基づいて、上記少なくとも１つの選択されたバイオセンサー区域においてセンサー現象が生じたかどうか、および／または、上記少なくとも１つの選択されたバイオセンサー区域において生じたセンサー現象の量を決定するように設定された評価ユニットを有する、請求項２５に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項２７】
上記バイオセンサー区域の少なくとも１つが、電気化学的なバイオセンサー区域である、請求項２５または２６に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項２８】
上記バイオセンサー区域の少なくとも１つが、レドックス・リサイクルバイオセンサー区域である、請求項２７に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項２９】
上記バイオセンサー区域が第１および第２電極を有し、上記第１電極が、上記バイオセンサー区域の上記第１端子と連結されており、上記第２電極が、上記バイオセンサー区域の上記第２端子と連結されている、請求項２５〜２８の何れか１項に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項３０】
上記第１および上記第２電極が、インターデジタル電極である、請求項２９に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項３１】
上記バイオセンサー区域は、グループ化され、複数のバイオセンサーグループを形成しており、各バイオセンサーグループが、任意に、他のバイオセンサーグループから独立して、または他のバイオセンサーグループの少なくとも一部と連帯して、動作可能になるようになっている、請求項２５〜３０の何れか１項に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項３２】
上記基板が、
セラミック基板、
半導体基板、
ガラス基板、または
プラスチック基板である、請求項２５〜３１の何れか１項に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項３３】
上記第１および上記第２電気的駆動信号が、異なる符号を有する電気的直流電圧信号であり、上記第１および／または第２電気的検出信号が電流である、請求項２５〜３２の何れか１項に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項３４】
上記第１および上記第２電気的駆動信号の値が、センサー現象がバイオセンサー区域に生じると、上記バイオセンサー区域の上記第１端子が上記第１駆動ユニットと連結され、上記バイオセンサー区域の上記第２端子が上記第２駆動ユニットと連結される場合だけ、顕著な第１および／または第２検出信号が生成されるように設定されている、請求項２５〜３３の何れか１項に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項３５】
上記基板に、
アナログからデジタルへの変換回路が集積されており、この変換回路が、アナログ電気的信号を、デジタル信号へ変換し、それを上記評価ユニットへ供給できるように設定されている、および／または、
電気的供給ユニットが集積されており、この電気的供給ユニットが、電圧信号および／または電流信号を、上記第１および／または上記第２ユニットおよび／または上記選択ユニットへ供給できるように設定されている、および／または、
デジタルからアナログへの変換回路が集積されており、この変換回路が、上記供給ユニットのデジタル信号を、アナログ信号に変換し、それを上記駆動ユニットおよび／または上記選択ユニットへ供給できるように設定されている、および／または、
入力／出力インターフェースが集積されている、および／または、
上記第１および／または上記第２電気的検出信号を増幅するように設定された増幅ユニットが集積されている、請求項２６〜３４の何れか１項に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項３６】
上記少なくとも１つの第１信号線および上記少なくとも１つの第２信号線が、上記基板の中、および／または、上記基板の上、および／または、上記基板の下側にある２つの異なる配線面に、少なくとも部分的に形成されている、請求項２５〜３５の何れか１項に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項３７】
上記バイオセンサー区域が、上記配線面のうちちょうど１つに形成されている、請求項３６に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項３８】
上記少なくとも１つの第１信号線と上記少なくとも１つの第２信号線とが、相互に交差していない第１線部分では、上記少なくとも１つの第１信号線と上記少なくとも１つの第２信号線が、同じ面に延びるように形成されており、上記少なくとも１つの第１信号線と上記少なくとも１つの第２信号線が、相互に交差している第２線部分では、上記少なくとも１つの第１信号線と上記少なくとも１つの第２信号線とが、異なる面に延びるように形成されている、請求項３６または３７に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項３９】
上記少なくとも１つの第１信号線および／または上記少なくとも１つの第２信号線の上記第１線部分が、上記基板に対して基本的に垂直に延びるように配置された少なくとも１つの電気的接触接続素子により、上記少なくとも１つの第１信号線および／または上記少なくとも１つの第２信号線の上記第２線部分と連結されている、請求項３８に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項４０】
上記少なくとも１つの第１信号線および／または上記少なくとも１つの第２信号線が、上記基板の底面または基板の内部に延びるように形成されている、請求項３６〜３９の何れか１項に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項４１】
上記第１駆動ユニットが第１供給ユニットを備え、上記第１供給ユニットは全てのバイオセンサー区域に共有され、および／または、上記第２駆動ユニットが、第２供給ユニットを備え、上記第２供給ユニットは全てのバイオセンサー区域共有され、上記第１供給ユニットが、上記第１電気的駆動信号を上記少なくとも１つの選択されたバイオセンサー区域に供給するために使用できるように設定されており、および／または、上記第２供給ユニットが、上記第２電気的駆動信号を少なくとも上記１つの選択されたバイオセンサー区域に供給するために使用できるように設定されている、請求項２５〜４０の何れか１項に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項４２】
上記第１および第２駆動ユニットは、電気的基準信号が選択されていないバイオセンサー区域の少なくとも一部に印加されるように設定されており、上記電気的基準信号の値は、基本的に上記第１および上記第２駆動信号の平均値である、請求項４１に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項４３】
上記第１駆動ユニットが、バイオセンサー区域のそれぞれ第１グループのために、それぞれのグループに対応する第１供給ユニットを備え、上記第１供給ユニットが、上記第１電気的駆動信号を対応する上記第１グループの上記バイオセンサー区域へ印加するために使用できるように設定されており、および／または、
上記第２駆動ユニットが、バイオセンサー区域のそれぞれ第２グループのために、それぞれのグループに対応する第２供給ユニットを備え、上記第２供給ユニットが、上記第２電気的駆動信号を関連付けられている上記第２グループの上記バイオセンサー区域へ印加するために使用できるように設定されている、請求項２５〜４２の何れか１項に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項４４】
上記第１検出ユニットが、全ての上記バイオセンサー区域で共有される第１測定ユニットを備え、上記第１測定ユニットが、正確に１つの選択されたバイオセンサー区域において上記電気的第１検出信号を検出するために使用できるように設定されており、および／または、
上記第２検出ユニットが、全ての上記バイオセンサー区域で共有される第２測定ユニットを備え、上記第２測定ユニットが、正確に１つの選択されたバイオセンサー区域において上記電気的第２検出信号を検出するために使用できるように設定されている、請求項２５〜４３の何れか１項に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項４５】
上記第１検出ユニットは、バイオセンサー区域のそれぞれの第３グループのために、それぞれの上記第３グループに対応する第１測定ユニットを備え、それぞれの上記第１測定ユニットは、対応する上記第３グループの正確に１つの選択されたバイオセンサー区域において）を検出するために使用できるように設定されており、および／または、
上記第２検出ユニットは、バイオセンサー区域のそれぞれ第４グループのために、それぞれの上記第４グループに対応する第２測定ユニットを備え、それぞれの上記第２測定ユニットは、対応する上記第４グループの正確に１つの選択されたバイオセンサー区域において、電気的な上記第２検出信号検出するために使用できるように設定されている、請求項２５〜４４の何れか１項に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項４６】
上記バイオセンサー区域の少なくとも一部に展開される電解質への定電位を予め決定するために使用できるように設定されているポテンシオスタット装置を有する、請求項２５〜４５の何れか１項に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項４７】
上記ポテンシオスタット装置が、基準電極と、対電極と、演算増幅器とを備え、上記演算増幅器の第１入力部が上記基準電極と連結されており、上記演算増幅器の第２入力部が基準電位と連結されており、上記演算増幅器の出力部が上記対電極と連結されている、請求項４６に記載のバイオセンサーアレイ。
【請求項４８】
基板と、
基板上に配置されており、それぞれ第１端子と第２端子とを備える複数のバイオセンサー区域と、
少なくとも１つの第１信号線と、少なくとも１つの第２信号線と、
第１電気的駆動信号を供給するための第１駆動ユニットと、第２電気的駆動信号を供給するための第２駆動ユニットと、
上記第１および上記第２電気的駆動信号から生じる、選択されたバイオセンサー区域の第１および／または第２電気的検出信号を検出するように設定されている、上記第１駆動ユニットと連結された第１検出ユニットと、および／または、上記第２駆動ユニットと連結された第２検出ユニットと備え、
上記少なくとも１つの第１信号線が、上記少なくとも１つの第２信号線から電気的に絶縁されており、
各バイオセンサー区域の各第１端子が、上記少なくとも１つの第１信号線のうちちょうど１つと連結されており、各バイオセンサー区域の上記第２端子が、上記少なくとも１つの第２信号線のうちちょうど１つと連結されており、
上記少なくとも１つの第１信号線の少なくとも１つ、および上記少なくとも１つの第２信号線の少なくとも１つが、上記バイオセンサー区域の少なくとも２つと連結されており、
上記第１駆動ユニットを、選択されるバイオセンサー区域の上記第１信号線と連結し、上記第２駆動ユニットを、選択されるバイオセンサー区域の上記第２信号線と連結して、上記バイオセンサー区域を選択するように設定されている選択ユニットとを有するバイオセンサーアレイの使用方法であって、
上記第１駆動ユニットを、選択されるバイオセンサー区域の上記第１信号線と連結し、上記第２駆動ユニットを、選択されるバイオセンサー区域の上記第２検出線と連結して、上記バイオセンサー区域を選択し、
上記選択されたバイオセンサー区域の上記第１信号線に、第１電気的駆動信号を供給し、上記選択されたバイオセンサー区域の上記第２信号線に、第２電気的駆動信号を供給し、
上記第１および上記第２電気的駆動信号から生じる第１検出信号を、上記選択されたバイオセンサー区域の上記第１信号線において検出し、および／または、上記第１および上記第２伝記的駆動信号から生じる第２検出信号を、上記選択されたバイオセンサー区域の上記第２信号線において検出する、方法。
【請求項４９】
上記少なくとも１つの選択されたバイオセンサー区域について、上記第１および上記第２検出信号に基づいて、上記少なくとも１つの選択されたバイオセンサー区域においてセンサー現象が生じたかどうか、および／または、上記少なくとも１つの選択されたバイオセンサー区域において生じたセンサー現象の量を決定する、請求項４８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、バイオセンサーアレイおよびその使用方法に関する。
【０００２】
２極インピーダンスセンサーは、センサー技術の様々な分野のために提案されている。バイオセンサー技術の分野に関する、このような２極インピーダンスセンサーは、［１］〜［４］に記載されており、［５］には、他の化学物質のセンサー技術（例えば、ガスセンサー）に関する２極インピーダンス測定が提案されている。
【０００３】
以下では、図１Ａ〜図５Ｂを参照しながら、２極インピーダンス方法に基づくＤＮＡセンサーに代表される従来技術のセンサー配置について説明する。
【０００４】
図１Ａ、図１Ｂは、インターデジタル電極配置１００を示す。第１電極構造１０２および第２電極構造１０３は、基板１０１に形成されている。上記電極構造は、櫛歯を相互にからませたような形状になっている（fingerfoermig ineinander greifen）。図１Ａは、インターデジタル電極配置１００の平面図を示し、図１Ｂは、図１Ａに示す交線Ｉ―Ｉ’に沿った断面図を示す。インターデジタル電極配置１００は、電極構造１０２，１０３が交互に隣接して配置された規則的な電極構成要素を含む。
【０００５】
図１Ａ、図１Ｂに示す構造は、交互に隣接して規則的に配置された電極、いわゆるインターデジタル電極を含む。
【０００６】
インターデジタル電極配置１００の第１部分領域１０４について、図２Ａ、図２Ｂを参考にしながら、インターデジタル電極配置１００の機能の原理を説明する。
【０００７】
第１動作状態の第１部分領域１０４の断面図を図２Ａに示し、第２動作状態の第１部分領域１０４の断面図を図２Ｂに示す。
【０００８】
捕獲分子２００（一本鎖ＤＮＡ（DNA-Halbstraenge））は、いずれの場合にも、電極構造１０２，１０３上に固定されている。電極構造１０２，１０３に金材料を使用することが好ましい。その結果、生化学で知られている特に有利な金−硫黄架橋（Gold-Schwefel-Kopplung）使用して、例えば捕獲分子２００のチオール基（ＳＨ基）が金電極１０２，１０２と化学的に架橋することによって、捕獲分子２００が固定される。
【０００９】
能動センサー動作中に、センサー電極１０２，１０３上には、被検出粒子２０２（例えば特定のＤＮＡ分子）の存在を検査するために、被験電解質検体２０１が位置している。ハイブリダイゼーション、すなわち、ＤＮＡ鎖２０２と捕獲分子２００との結合は、鍵と鍵穴の原理（Schluessel-Schloss-Prinzip）に基づいて捕獲分子２００とＤＮＡ鎖２０２とが相互に一致する場合のみ、生じる（図２Ｂ参照）。それ以外の場合には、ハイブリダイゼーションは生じない（図示せず）。従って、センサーの特異性は、捕獲分子２００の特異性（Spezifitaet）に由来している。
【００１０】
測定中に評価される電気的なパラメータは、図２Ａ、図２Ｂに概略的に示される電極１０２，１０３間のインピーダンスＺ２０３である。被検出ＤＮＡ粒子２０２および捕獲分子２００は電解質の電気特性とは異なる電気特性を有する物質を含んでおり、ハイブリダイゼーション後に電解質は電極１０２、１０３の周囲の容積領域（Volumenbereich）から押しのけられる。そのため、ハイブリダイゼーションが生じると、電極間のインピーダンスが変化することになる。
【００１１】
図３に、インターデジタル電極配置１００の第２部分領域１０５（図１Ｂ参照）の断面図を示す。
【００１２】
第２部分領域１０５は、図２Ａ、図２Ｂに示された第１部分領域１０４よりも広域なインターデジタル電極配置１００の部分領域を表している。図５は、それぞれ隣接する電極構造１０２，１０３間の電場の向きを示す線であるフィールドライン３００の形態を概略的に示す。図３にさらに示すように、フィールド形態は、２つの対称線５０１によって定まる各領域の範囲内で規則的である。その結果、図２Ａ、図２Ｂに示すような２つの近接する電極構造１０２，１０３の考案が適切であることがわかる。さらに、それぞれの上記電極構造１０２，１０３の被覆領域３０２を、図３に概略的に示す。上記被覆領域は、電極構造１０２，１０３上に固定された捕獲分子２００、および、上記捕獲分子とハイブリダイズする可能性のある被検出粒子２０２を表している。特に、被覆領域３０２の物理化学的特性を変化されるため、ハイブリダイゼーションによりフィールドライン３００の形状が大きく影響を与えるということは、図３から明確に理解できるであろう。
【００１３】
さらに、捕獲分子が、補足的にまたは二者択一的に、電極１０２，１０３間の領域に備えられていてもよい（図示せず）。被検出粒子と電極間の領域に備えられた捕獲分子との間にハイブリダイゼーション現象が生じる場合でも同様に、電解質の電気特性が変化する。
【００１４】
図４に、図２Ａに示されるようなインターデジタル電極配置１００の第１部分領域１０４の簡易化した等価回路図４００を概略的に示す。等価回路図４００は、第１可変コンデンサ４０１ＣMを示しており、その値は、電極構造１０２において生じるハイブリダイゼーション現象の程度によって決まる。可変第１非反応抵抗（variabler erster ohmscher Widerstand）４０２ＲMは、この第１可変コンデンサ４０１ＣMと並列接続されている。構成要素４０１，４０２は、明らかに第１電極構造１０２の周囲領域の電気特性を表している。さらに、可変第２コンデンサー４０３ＣE、および、この可変第２コンデンサー４０３ＣEと並列接続されている可変第２非反応抵抗４０４ＲEが示されており、可変第２コンデンサー４０３ＣEおよび可変第２非反応抵抗４０４ＲEは、検体４０１の電気特性を表す。さらに、可変第３コンデンサー４０５ＣMと、この可変第３コンデンサー４０５ＣMに並列接続されている可変第３非反応抵抗４０６ＲMが図示されており、可変第３コンデンサー４０５ＣMおよび可変第３非反応抵抗４０６ＲMは、第２電極構造１０３を取り囲む領域の電気特性を表す。さらに、図４に示すとおり、構成要素４０１，４０２を含む並列回路と、構成要素４０３，４０４を含む並列回路と、構成要素４０５，４０６を含む並列回路は、直列接続されている。構成要素４０１〜４０６は、センサー現象によって、それらの値が変化してもよいことを示すため、可変として表されている。
【００１５】
図５に示される第１部分領域１０４の等価回路図５００が示すとおり、交流電圧Ｖが電極１０２，１０３の一方に印加されて、インピーダンスの値が決定される。交流電圧Ｖは、交流電源５０２から供給される。この配置を流れる交流電流Ｉは、電流計５０１を用いて検出される。構成要素５０１、５０２は、相互に直列接続されており、構成要素４０５、４０６を含む並列回路と、電気的な接地電位５０３との間に接続されている。電極１０２，１０３に生じる交流電流信号Ｉは、加えられる交流電圧Ｖとともに評価され、インピーダンスが決定される。あるいは、信号、すなわち電圧をその都度電極１０２，１０３へ印加してもよく、この場合、信号は逆位相（gegenphasig）である。
【００１６】
図５Ｂに示される、簡略化された等価回路図５１０は、素子ＣM４０１，４０５第１有効コンデンサ２ＣM５１１を形成するように、およびＲM４０２，４０６が第１有効非反応抵抗５１２ ２ＲMを形成するようにそれぞれ組み合わされている点が、図５Ａに示す等価回路５１０とは異なる。
【００１７】
電極１０２，１０３間の距離は、通常、μｍ以下の範囲内（Sub-μm-Bereich）である。このインターデジタル電極配置１００では、電極構造１０２，１０３の複数の電極構成要素（指のような構造）が平行に配置されている。［６］に記載されるインターデジタル電極の使用を基礎とした、異なる検出方法にあるように、流体工学の見地から回状配置を使用してもよい。このような個々のセンサーの外部寸法または直径は、約１００μｍの範囲またはせいぜい数ｍｍまでである。
【００１８】
励起交流電圧Ｖに関しては、その２乗平均平方根値またはそのピーク値が、特定の最大値を上回らないように考慮すべきである。このような最大値が超過されると、当該センサーが動作可能である生化学的または電気化学的な限界条件を破ることになる。電極電位（この電極電位は、電解質の電位と呼ばれる）が、上限閾値を上回ると、電極の周囲領域にある特定の物質が酸化される可能性がある。電位（この電位は、電解質の電位と呼ばれる）が、下限閾値を下回ると、電極周辺領域の物質(dort Stoffe)が還元される。望ましくない酸化または還元は、とりわけ固定化およびハイブリダイゼーションの際に行われた化学結合を破壊するという影響を有する可能性がある。さらに、センサー電極で電気分解が開始する可能性がある。その結果、電気分解生成物がセンサーの動作に必要な化学的環境を均衡状態でなくし、ガスが発生してしまう。臨界電位の絶対値は、電極を取り囲んでいる化学物質（例えば、固定層、検体など）の組成と濃度とによって決まる。
【００１９】
励起電圧の一般的な値は、数１０ｍＶの範囲であり、最高でも約１００ｍＶの範囲である。これは、このようなセンサーの操作のための重要な境界条件である。なぜなら、結果として生じる測定信号（電流強度Ｉ）の強度（Groesse）は印加電圧にほぼ正比例しているからである。
【００２０】
多くの場合において、１つのセンサー配置に対して１つの試験だけを実施するのではなく、適切な１サンプル（つまり検体）に対して複数の試験を時間的に並行して行うことが注目されている。対応するチップ上に実現できる小型化されたバイオ／化学センサーアレイは、検査される検体中の異なる分子または異なる物質を並行して検出するのに有用である（dienen）。多数の対応する電気センサーは、ガラス、プラスチック、シリコンまたは他の基板上に実現されている。並行化という特性によって、このようなセンサーアレイチップとそれに対応する評価システムは、医療診断技術、薬理学産業（例えば、薬理学的スクリーニング「高産出高スクリーニング」、ＨＴＳの分野）、化学産業、食料品分析、生態学的な食料品の技術および分析などに様々な用途に利用されている。
【００２１】
しかしながら、（図１Ａ〜図５Ｂを参照しながら説明してきたような）インピーダンスセンサーは、これまでは単に個々のセンサーとして、または、原則的に隣接して並んだ個々のセンサーを含む小さなアレイの一部分として紹介されてきた。
【００２２】
検体に対して多数の試験を時間的に並行して実施できるように、異なる物質に関して特異的である上記のようなセンサーを多数アレイチップ上に配置する努力がなされている。２極インピーダンスセンサーを有するアレイの実現には、全てのセンサーの信号を読み出し装置へ供給する必要があるという課題が生じる。例えば８×１２＝９６個、３２×４８＝１５３６個または一般的にｍ×ｎ個の位置を有する受動チップが存在しているとすれば、そこには２×９６＝１９２個、２×１５３６＝３０７２個または２×ｍ×ｎ個の個々のパッドが存在している。各センサーは、別々に読み込み可能でなければならず、チップおよび読み込み器の製造費用、また主として接触接続点の信頼性（信号整合性）などの観点から、使用されるチップパッドの数は多すぎてはいけない。、例えば、全てのパッドを読み込み器と接続といった安易な方法では、２×ｍ×ｎ（すなわち、この例では、１９２または３０５２）個のパッドを生成することになる。この数は、実用的な用途には著しく多すぎる。１つの電極を通常のやり方で操作し、全ての残りの電極端子および共通の電極も読み込み器に接続する方法でも同じことが言える。この場合、パッドの数は、確かに少なく（ｎ×ｍ＋１個、すなわち、この例では、９７または１５３７個に）なっているが、依然として非常に多い。
【００２３】
１つの可能性は、いわゆる能動チップを使用することである。この能動チップは、変換機のための材料（具体的にはセンサー電極、例えばインターデジタル電極のための金）は別として、信号事前処理およびオンチップでの信号多重化送信を行う能動回路をさらに提供し、対応する配線面も提供する。この種の改善策は、同じくインターデジタル電極を使用する異なる方法についての［６］に記載されている。
【００２４】
従来技術としては、レドックス・リサイクル（酸化還元再循環;Redox-Recyclings）の原理に基づいて動作するバイオセンサーが開示されている（［７］〜［１０］参照）。
【００２５】
図１Ａ、図１Ｂのようなインターデジタル電極配置を示す図１Ｃは、従来技術に基づいたレドックス・リサイクルバイオセンサー１１０を示したものである。
【００２６】
このようなレドックス・リサイクルセンサー１１０は、基板１１１上に形成される４電極システムを必要とする。このレドックス・リサイクルバイオセンサー１１０は、第１インターデジタル電極１１２と、この第１インターデジタル電極１１２とはっきりと指型状に噛み合う第２インターデジタル電極１１３とを備えている。インターデジタル電極１１２，１１３間の幅および距離の一般的な値は、約０．５μｍから約２μｍの範囲内にある。
【００２７】
捕獲分子（図示せず）は、インターデジタル電極１１２，１１３上に固定されており、供試溶液中の被検出粒子とハイブリダイズできる。レドックス・リサイクルバイオセンサー１１０の動作中、インターデジタル電極１１２，１１３でセンサー現象が生じると、レドックス・リサイクルの原理に基づき電気化学的に活性化された粒子の酸化および還元プロセスが起こる。特別な構成要素が溶液に加えられると、検体の分子（検出されるものであり、捕獲分子とハイブリダイズしたものである）と化学的に結合した標識分子を用いて、電気的に活性化された粒子が生成される。
【００２８】
図１に示される他の電極、すなわち、基準電極１１４と対電極１１５は、差動増幅器１１６とともにポテンシオスタットを形成する。差動増幅器１１６の非反転入力部１１６ａは、電気的な接地電位１１７と連結されている。一方、差動増幅器１１６の反転入力部１１６ｂは、基準電極１１４と連結されている。差動増幅器１１６の出力部１１６ｃは、対電極１１５と連結されている。レドックス・リサイクルバイオセンサー１１０へ展開された電解質の電気化学的な電位は、基準電極１１４を用いて測定される。対電極１１５により、差動増幅器１１６は調節増幅器として所定の電位に調節される。所定の電位は、差動増幅器１１６の非反転入力部１１６ａの電位、つまり、図示した例では電気的な接地電位１１７である。
【００２９】
レドックス・リサイクルバイオセンサー１１０を動作させるため、第１直流電源１１８および第２直流電源１１９を用いて、発生電極および集電極として動作するインターデジタル電極１１２，１１３に基準電位（接地電位１１７）に対して異なる符号を有する電位を印加する。レドックス・リサイクル物質の酸化および還元のプロセスが確実かつ効果的に機能するよう上記電位の強度を高く選択してもよい。しかし、電極１１２，１１３での意図しない電気的なプロセス（例えば、電気分解）を避けるため、上記電位を高く選択しすぎてはならない。
【００３０】
ただし、特定の物質の酸化および還元を開始するための非常に正確な閾値は存在しない。実際には、これらの閾値の範囲をいずれの場合にも充分かつ確実に（通常は、数１０ｍＶ）上回る強度の値を選択する。実際には、［６］で使用される物質の場合、印加電圧は数１００ｍＶの範囲（例えば＋３００ｍＶと−１００ｍＶ）である。
【００３１】
図１Ｃにさらに示すように、第１直流電源１１８と連結された第１電流計１２０と、第２直流電源１１９と連結された第２電流計１２１とが備えられている。第１電流計１２０は、印加される電圧から生じる電流と、第２インターデジタル電極１１３における還元／酸化プロセスとを検出するために使用できる。第２電流計１２１は、印加される電圧から生じる電流と、第１インターデジタル電極１１２における還元／酸化プロセスとを検出するために使用できる。上記電流の値は、電極１１２，１１３において生じたセンサー現象の特性の測定値であり、従って、供試溶液中における被検出粒子の濃度測度値である。
【００３２】
従来技術で知られているレドックス・リサイクルバイオセンサー１１０などの電気化学的なセンサーは、隣接して並んだ数個のセンサーを連ねたものである、小さな「受動」アレイ中、または「能動」アレイ中の個々のセンサーとして、紹介されてきた。なお、「能動」アレイには、実際のバイオセンサーのほかに、切替マトリックス（［１０］参照）または複雑な回路技術（［６］参照）といった能動構成要素のいずれかが含まれる。
【００３３】
多くの用途において、バイオセンサーを用いて１つの試験だけを実施するのではなく、任意の１サンプル（検体）に対して複数の試験を時間的に並行して実施することが望ましい。対応するチップ上で利用できる小型化されたバイオ／化学センサーアレイは、検査される検体中の異なる被検出粒子を並行して検出するのに有用である。多数の対応するセンサーは、基板上で（例えば、ガラス基板、プラスチック基板、シリコン基板または他の基板上に）利用できる。高度の並列化(Parallelisierung)により、対応する評価システムを含むこのようなセンサー配置を、医療診断技術、薬理学産業（例えば、薬理学的スクリーニング「高産出高スクリーニング」、ＨＴＳの分野）、化学産業、食料品分析、生態学的な食料品の技術および分析などに様々な用途に利用されている。
【００３４】
レドックス・リサイクルの原理に基づいてセンサーを有する受動アレイを実現すると、全センサーの信号を読み出し装置へ供給する必要があるという課題が生じる。例えば８×１２＝９６個、３２×４８＝１５３６個、またはｍ行とｎ列を有する一般的なマトリックス形構造でｍ×ｎ個の位置を有する受動基板が存在しているとした場合、２×９６＝１９２個、２×１５３６＝３０７２個、または一般的に２ｍ×ｎ個の電極端子がそれぞれのセンサーに、また各ポテンシオスタットの基準電極と対電極にさらに２つの端子とが必要となる。各バイオセンサー区域は、別々に読み込み可能でなければならず、チップ及び読み出し装置の製造費用、また主として接触接続点の信頼性（信号整合性）の観点から、使用されるチップ端子（「パッド」）の数は、多すぎてはいけない。
【００３５】
例えば、全ての電極端子を読み出し装置と接続するといった安易な方法では、２ｍ×ｎ＋２（すなわち、この例では、１９４または３０７４）個の端子を生成することになる。従って、この方法は、実現不可能、あるいはほぼ実現不可能である。全センサー区域の１つの電極を通常のやり方で操作し、残り全ての電極端子および共通の電極を読み出し装置に接続する方法でも同じことが言える。この場合、端子の数は、確かに少なく、つまり、ｎ×ｍ＋１＋２個（この例では、９９または１５３９個）になってはいるが、依然として多すぎる。
【００３６】
個々のセンサー区域が複雑なＣＭＯＳ技術を有する能動アレイを利用する［１０］、［６］に記載されている方法の欠点は、センサー区域よりＣＭＯＳ回路が省略されている単純な受動アレイと比較して、製造コストが高い点である。
【００３７】
［１１］に、分子診断、分析、多重工程および複合反応を微細な形態で実施する、自動アドレス可能（selbstadressierbares）な、自動組み立て（selbstzusammensetzendes）マイクロ電子システムが開示されている。
【００３８】
［１２］に、列および行アドレス可能な高密度バイオセンサー配置用のプラットフォームを有する装置と方法とが開示されている。
【００３９】
［１３］に、電極配置を用いて生体高分子を検出する方法が開示されている。
【００４０】
［１４］に、化学分析および測定用に最適化された容量センサーが開示されている。
【００４１】
本発明の目的は、妥当な製造経費で、充分な量のバイオセンサー区域の配置からセンサー信号を読み出すことができるバイオセンサーアレイを提供することである。
【００４２】
本目的は、本発明の一観点に基づいて、独立請求項に記載の特徴を有するバイオセンサーアレイおよびバイオセンサーアレイの操作方法によって達成される。
【００４３】
本発明の一観点によれば、本発明のバイオセンサーアレイは、基板と基板上に配置された複数のバイオセンサー区域とを含む。これらのバイオセンサー区域は、それぞれ第１端子および第２端子を備えている。さらに、センサー配置は、少なくとも１つの駆動線と、少なくとも１つの検出線とを備えている。この少なくとも１つの駆動線は、少なくとも１つの検出線から電気的に絶縁されている。言い換えると、各駆動線は、交差領域にある各検出線から電気的に切断されている。各バイオセンサー区域の第１端子は、それぞれ少なくとも１つの駆動線のうち１つと正確に連結されている。また、各バイオセンサー区域の第２端子は、それぞれ少なくとも１つの検出線のうち１つと正確に連結されている。少なくとも１つの駆動線の少なくとも１つ、および、少なくとも１つの検出線の少なくとも１つは、バイオセンサー区域の少なくとも２つと連結されている。さらに、バイオセンサーアレイは、電気的な駆動信号を供する駆動ユニットと、電気的な駆動信号から生じる電気的な検出信号を検出する検出ユニットと、駆動ユニットを選択されるバイオセンサーユニットの駆動線と連結し、検出ユニットを選択されるバイオセンサー区域の検出線と連結するように配置され、またこのようにバイオセンサー区域を選択する選択ユニットとを備えている。
【００４４】
さらに、本発明の上記一観点は、上記の特徴を有するバイオセンサーアレイの使用方法を提供する。この方法では、駆動ユニットを選択されるバイオセンサー区域の駆動線と連結し、検出ユニットを選択されるバイオセンサー区域の検出線と連結してバイオセンサー区域を選択する。さらに、少なくとも１つの選択されたバイオセンサー区域の駆動線には電気的な駆動信号が供給される。さらに、電気的な駆動信号から生じる選択されたバイオセンサー区域の電気的な検出信号は、少なくとも１つの選択されたバイオセンサー区域の検出線上で検出される。
【００４５】
本発明の基本的な発想は、いずれの場合にもバイオセンサーアレイの複数のバイオセンサー区域で共有される駆動線と検出線とを提供することである。その結果、バイオセンサーアレイを操作するために必要な信号線の数がかなり低減される。これにより、比較的少数の信号線と、信号線に連結された少数のパッドとにより、バイオセンサーアレイ（特に受動チップ上において）を動作させることが可能となる。このことは、バイオセンサーアレイ上の空間を節約し集積密度をより高めることを可能とし、また製造コストが低減される。本発明のアレイ構造は、バイオセンサー区域毎の回路の費用を低く抑え、また高密度アレイの製造を可能とすることから、能動チップにも有益なものである。能動バイオセンサーアレイには、追加の回路装置（例えば、前置増幅器、交流−直流変換機など）が基板に備えられている。
【００４６】
行線として設けられた検出線と、列線として設けられた駆動線とに沿いバイオセンサー区域が配されるマトリックス型配置を例に取ると、例えばｍ個の列を、駆動ユニットの励起電源または電気的な接地電位と任意に連結できる。ｎ個の行を、検出ユニットの電流検出装置または電気的な接地電位と任意に連結してもよい。バイオセンサー区域の端子を電源に連結するかまたは接地電位に連結するか、および電流検出装置に連結するかまたは電気的な接地電位に連結するかの選択は、選択ユニットを用いて行う。
【００４７】
例えば、電圧を電気的な駆動信号として、正確に１つの列線に印加してもよい。また、電気的な駆動信号から生じる電気的な検出信号を検出するための電流検出ユニットを、正確に１つの行線と連結してもよい。すると、電源から各バイオセンサー区域、または選択された列へと電流が流入する。しかしながら、選択された行のバイオセンサー区域へ流入する電流だけが電流検出ユニットで測定される。ｍ本の駆動線とｎ本の検出線とともに、本発明のバイオセンサーアレイに必要な信号線（すなわち、パッド）は、基本的にはたったｎ＋ｍ本である。従って、８×１２＝９６個の位置を有するバイオセンサーアレイに必要な信号線およびパッドは、たった２０本である。また、３２×４８＝１５３２個の位置を有するチップに必要な信号線およびパッドは、８０本である。ｎ＝ｍであるマトリックス型配置、すなわち、正方形構造（行の数＝列の数）を有するバイオセンサーアレイでは、バイオセンサー区域の数に対するパッドの数の比率が最適になる。
【００４８】
本発明は、少なくとも１つの駆動線の少なくとも１つ、および、少なくとも１つの検出線の少なくとも１つを、バイオセンサー区域の少なくとも２つと連結することにより、明らかにバイオセンサーアレイの製造技術的な経費を著しく低減できる。言い換えると、それぞれ複数のバイオセンサー区域が共有する駆動および検出用信号線が備えられている。
【００４９】
本発明の好ましい発展形態を、従属請求項に記載する。
【００５０】
このバイオセンサー区域は、２つの電極（例えば２つのインターデジタル電極）を含み、これら２つの電極のそれぞれが、バイオセンサー区域の端子の１つと連結されていることが好ましい。
【００５１】
本発明のバイオセンサーアレイは、以下のような評価ユニットを備えていてもよい。すなわち、この評価ユニットは、少なくとも１つの選択されたバイオセンサー区域において、センサー現象が生じたか、および／または生じたセンサー現象の量を、駆動信号および検出信号の値に基づいて決定するように設定されている。例えば、図１Ａ〜図５Ｂのような前述のインピーダンス方法、すなわちインターデジタル電極配置を用いたバイオセンサー区域が動作する場合、駆動信号は電気的交流電圧でもよく、検出信号は選択されたバイオセンサー区域を流通する上記交流電圧由来の交流電流でもよい。従って、バイオセンサー区域のインピーダンスの値は駆動信号および検出信号から決定できる。ハイブリダイゼーション現象の生じる前後ではインピーダンスの値が異なるため、インピーダンスの値が変化すれば選択されたバイオセンサー区域においてセンサー現象が生じたかどうか、および／またはその場所で生じたセンサー現象の量を決定することができる。その結果、検査される検体が被検出粒子を含んでいるかどうか、および目的に応じて検体に含まれる被検出粒子の濃度を決定することができる。評価ユニットは基板上に集積してあってもよく、基板の外側にあってもよい。
【００５２】
少なくとも１つのバイオセンサー区域は、電気化学的なバイオセンサー区域またはインピーダンスバイオセンサー区域でもよい。バイオセンサー区域が電気化学的なバイオセンサー区域である場合、具体的にはそのバイオセンサー区域はレドックス・リサイクルバイオセンサー区域であってよい。この場合、被検出粒子には酵素標識が施されている。この酵素標識は、センサー区域上に固定された捕獲分子とのハイブリダイゼーション現象が生じた後、ここに展開された電気化学的に不活性な物質を、少なくとも１つは電気化学的に活性である２つの部分分子に分裂するために使用される。その結果、バイオセンサーアレイの各センサー位置の電気特性が変化する。
【００５３】
少なくとも１つのバイオセンサー区域は、インターデジタル電極バイオセンサー区域として用いることが好ましい。つまり、少なくとも１つのバイオセンサー区域は、図１Ａから図５Ｄのような前述のインターデジタル電極配置１００のように構成され、動作することが可能であってよい。
【００５４】
バイオセンサー区域を、複数のバイオセンサーグループを形成するよう以下のようにグループ化してもよい。すなわち、各バイオセンサーグループを独立して、または他グループの一部に依存して動作するよう、任意にグループ化してもよい。例えばバイオセンサー区域の部分領域が特定の用途に充分なものであり他のバイオセンサー区域を必要としない場合、バイオセンサー区域の部分領域をグループ化しグループを形成してもよく、上記グループを残りのバイオセンサー区域から独立させ動作させてもよい。このように、バイオセンサーアレイの区分化が、明らかに可能である。
【００５５】
基板は、セラミック基板、半導体基板（具体的にはシリコン基板、すなわち、シリコンウエハーまたはシリコンチップ）、ガラス基板またはプラスチック基板であってよい。
【００５６】
電気的な駆動信号は、時間的に変化する電気的信号であることが好ましい。時間的に変化する電気的信号は、特に被検出インピーダンスが容量性構成要素の支配を受ける場合に有利である。
【００５７】
駆動信号は、時間的に変化する電圧でもよく、読み出し信号は、時間的に変化する電流でもよい。あるいは、駆動信号は、時間的に変化する電流でもよく、読み出し信号は、時間的に変化する電圧であってよい。
【００５８】
電気的駆動信号と時間との相関関係（Zeitabhaengigkeit）は、具体的には数学的な正弦関数、直角関数、鋸歯関数、三角関数または段階関数であってよい。
【００５９】
本発明のバイオセンサーアレイは、能動センサーチップとして構成されることが好ましく、この能動センサーチップは望ましいの機能を有する集積回路を含んでいてもよい。アナログからデジタルへの変換回路をバイオセンサーアレイの基板に集積してもよい。この回路は、アナログ電気的信号をデジタル信号に変換し、それを評価ユニットへ供給するように設定されている。さらに、電気的供給ユニットを基板に集積してもよい。この供給ユニットは、電圧信号および／または電流信号を駆動ユニットおよび／または選択ユニットに供給するように設定されている。さらに、デジタルからアナログへの変換回路を基板に集積してもよい。この回路は、供給ユニットのデジタル電圧信号および／または電流信号をアナログ信号に変換し、それを駆動ユニットおよび／または選択ユニットへ供給するように設定されている。外部装置を接続するための入力／出力インターフェースをバイオセンサーアレイに備えることも可能である。これは、例えばデジタル入力／出力インターフェースとして設定されていてもよい。さらに、電気的検出信号を増幅するように設定された増幅器ユニットを基板に集積してもよい。アナログ信号は干渉を受けやすいが、オンチップ増幅を行うと、アナログ信号が信号線を長距離に渡り伝達されることがなくなるため、その結果、信号対ノイズ比が改善される。
【００６０】
基板の中および／または上および／または下側にある２つの異なる導体面（具体的には金属化面）のある１つの面には少なくとも１つの駆動線が、および他の１つの面には少なくとも一つの検出線が、少なくとも部分的に形成されていることが好ましい。２つの異なる配線面を使用することで、駆動線と検出線との間の電気的に絶縁された線交差が可能となる。２つの配線面（具体的には金属面）を、マイクロエレクトロニクスに関する既知の方法で実現してもよい。その場合、全ての金属面はバルク材料（基板）上の層間絶縁膜（Intermetall-Dielektrika）に埋設されている。また、代替方法として、配線面の１つを変換機素子自体（例えば、インターデジタル電極の金材料）と同じ面に（および、好ましくは同じ材料で）実現することもできる。言い換えると、バイオセンサー区域を正確に１つの配線面上に形成してもよい。
【００６１】
さらに、少なくとも１つの駆動線と少なくとも１つの検出線が相互に交差していない第１線部分では、少なくとも１つの駆動線と少なくとも１つの検出線を同じ面に延びるように形成してもよい。少なくとも１つの駆動線と少なくとも１つの検出線が相互に交差している第２線部分では、少なくとも１つの駆動線と少なくとも１つの検出線とを異なる面に延びるように形成してもよい。
【００６２】
言い換えると、第２導体面は、必ずしも第１導体面に対して埋設する方法で備えられている必要はない。２つの面の一部を変換機と同じ面に実現すること（および、２つの面を変換機と同じ材料で生成すること）もできる。従って、駆動線と検出線との間の交差領域でだけ、駆動線と検出線とを確実に電気的に絶縁するため、交差領域の架橋が必要である。異なる面にある架橋領域に延びている線部分の間では、線の間に電気的な絶縁材料を使用することが好ましい。
【００６３】
少なくとも１つの駆動線および／または少なくとも１つの検出線の第１線部分は、基板に対して基本的には垂直に延びるように配置された少なくとも１つの電気的な接触接続素子を用いて、少なくとも１つの駆動線および／または少なくとも１つの検出線の第２線部分と連結されていることが好ましい。具体的には、相互に異なる面に延びる駆動線および／または検出線の線部分を連結するために、ビア(Vias)を使用できる。
【００６４】
少なくとも１つの駆動線および／または少なくとも１つの検出線を、基板の底面または基板の内部（unterhalb des Substrates）に延びるように形成してもよい。
【００６５】
言い換えると、例えばチップの底面にも配線面を実現してもよい。このために、メッキスルーホール（Plated-through holes／Durchkontaktierungen）が必要である。さらに、絶縁層をチップの内部に形成してもよく、この絶縁層には信号線を形成するために誘電性の構造が埋設されている。
【００６６】
基本的に、本発明のバイオセンサーアレイのバイオセンサー区域を、長方形、好ましくは正方形、六角形または三角形のマトリックスに配置してもよい。同じ数の行および列を有する（正方形マトリックス）バイオセンサー区域をマトリックス型長方形配置にする場合、バイオセンサー区域の数と必要な信号線（およびパッド）の数との比率を特に好ましいものにすることができる。
【００６７】
駆動ユニットは供給ユニットを備えていてもよく、この供給ユニットは全てのバイオセンサー区域で共有され、電気的駆動信号を少なくとも１つの選択されたバイオセンサー区域へ印加するために使用できるように設定されている。
【００６８】
言い換えると、例えば単一共有電源を供給ユニットとして提供できる。この単一共有電源は、いずれの場合にもバイオセンサー区域またはバイオセンサー区域の一部と連結されており、選択ユニットの機能を使用して上記１つのバイオセンサー区域または上記複数のバイオセンサー区域に電気的駆動信号を供給する。単一共有供給ユニットを使用することにより、バイオセンサーアレイの製造経費を低減できる。
【００６９】
特に、最後に説明した構成において、駆動ユニットおよび／または検出ユニットを以下のように設定してもよい。すなわち、上記駆動ユニットおよび／または検出ユニットを用いて、電気的な基準信号を選択されていないバイオセンサー区域の少なくとも一部に印加できるように設定してもよい。
【００７０】
また、供給ユニットを用いて、電圧信号を電気的な駆動信号として、例えば単一バイオセンサー区域またはバイオセンサー区域の行へ印加してもよい。また、電気的基準信号、具体的には電気的接地電位を、残りの選択されていないバイオセンサー区域の一部または全てに印加してもよい。
【００７１】
あるいは、それぞれのバイオセンサー区域のグループに対応した駆動ユニットに供給ユニットが備えられてもよい。この供給ユニットは、それぞれのグループに対応し、電気的な駆動信号を対応するグループのバイオセンサー区域に印加するために使用できるよう設定されている。
【００７２】
例えばバイオセンサー区域がマトリックス型に配置されている場合、列に沿って配置されているバイオセンサー区域に対応する供給ユニットとして、センサー区域の各列に共有電源が備えられていてもよい。具体的には、駆動ユニットおよび／または選択ユニットは、供給ユニットの１つが対応するバイオセンサー区域のグループに電気的駆動電位を、一方で他の供給ユニットが、対応するバイオセンサー区域に基準電位（例えば電気的な接地電位）をそれぞれ供給するように設定されていてもよい。
【００７３】
検出ユニットは測定ユニットを備えていてもよい。この測定ユニットは、全てのバイオセンサー区域で共有され、正確に１つの選択されたバイオセンサー区域において電気的な検出信号を検出するために使用できるように設定されている。
【００７４】
言い換えると、例えば全てのバイオセンサー区域で共有される電流検出ユニット（例えば、電流計）を設けることができる。この電流検出ユニットは、選択ユニットを使用して選択されたバイオセンサー区域と接続され、その結果、この場合は選択されたバイオセンサー区域を通る電流が、全てのバイオセンサー区域で共有される測定ユニットを用いて検出される。
【００７５】
あるいは、それぞれのバイオセンサー区域のグループに対応した検出ユニットに測定ユニットが備えられてもよい。このそれぞれのグループに対応する測定ユニットは、それぞれ関連付けられているグループの選択された正確に１つのバイオセンサー区域において、電気的検出信号を検出するために使用できるように設定されている。
【００７６】
バイオセンサー区域をマトリックス型に配置した例について言及すると、例えば共有測定ユニット（例えば、電流検出ユニット）がバイオセンサー区域の各行のために備えられていてもよい。この例の場合、異なる行に配置されている選択されたバイオセンサー区域用の測定ユニットを用いて、選択されたバイオセンサー区域の列の電気的読み出し信号をその都度別々に検出することにより、時間的に並行して読み込を行うことができる。
【００７７】
さらに、本発明のバイオセンサーアレイは、バイオセンサー区域の少なくとも一部への定電位を予め決定するために使用できるように設定されているポテンシオスタット装置を備えていてもよい。
【００７８】
具体的には、ポテンシオスタット装置は、以下のような基準電極と、対電極と、演算増幅器を備えていてもよい。すなわち、演算増幅器の第１入力部は基準電極と連結されており、演算増幅器の第２入力部は基準電位（例えば電気的接地電位）と連結されており、演算増幅器の出力部は対電極と連結されている。
【００７９】
本発明のバイオセンサーアレイの、本発明における使用方法について以下に説明する。本発明のバイオセンサーアレイの発展形（Ausgestaltungen）も、本発明のバイオセンサーアレイの使用方法（Verfahren zum Betreiben）に含まれる。
【００８０】
少なくとも１つの選択されたバイオセンサー区域において、センサー現象が生じたかどうか、および／または生じたセンサー現象の量は、少なくとも１つの選択されたバイオセンサー区域の駆動信号および検出信号に基づいて決定されることが好ましい。
【００８１】
この目的は、本発明のもう１つの観点に基づき、独立特許請求項に記載の特徴を有するバイオセンサーアレイおよびバイオセンサーアレイの使用方法によって達成される。
【００８２】
本発明のもう１つの観点に基づく本発明のバイオセンサーアレイは、基板と、基板上に配置された複数のバイオセンサー区域とを含む。これらのバイオセンサー区域は、それぞれ第１端子および第２端子を備えている。さらに、このバイオセンサーアレイは、少なくとも１つの第１信号線と、少なくとも１つの第２信号線とを備えている。この少なくとも１つの第１信号線は、少なくとも１つの第２信号線から電気的に絶縁される。いずれの場合にも、各バイオセンサー区域の第１端子は、少なくとも１つの第１信号線のうちちょうど１つと連結される。また、各バイオセンサー区域の第２端子は、少なくとも１つの第２信号線のうちちょうど１つと連結される。少なくとも１つの第１信号線の少なくとも１つ、および、少なくとも１つの第２信号線の少なくとも１つは、バイオセンサー区域の少なくとも２つと連結される。さらに、第１電気的駆動信号を供する第１駆動ユニットと、第２電気的駆動信号を供する第２駆動ユニットとが備えられている。加えて、バイオセンサーアレイは、第１駆動ユニットと連結された第１検出ユニットおよび／または第２駆動ユニットと連結された第２検出ユニットを備えている。この第１検出ユニットおよび／または第２検出ユニットを、第１および第２電気的駆動信号から生じる、選択されたバイオセンサー区域の第１および／または第２電気的検出信号を検出するように設定する。選択ユニットは、第１駆動ユニットを、選択されるバイオセンサー区域の第１信号線と連結し、第２駆動ユニットを、選択されるバイオセンサー区域の第２信号線と連結し、バイオセンサー区域を選択するように設定されている。
【００８３】
さらに、本発明のもう１つの観点は、上記特徴を有するバイオセンサーアレイの使用方法を提供する。この方法では、第１駆動ユニットを、選択されるバイオセンサー区域の第１信号線と連結し、第２駆動ユニットを、選択されるバイオセンサー区域の第２信号線と連結し、少なくとも１つのバイオセンサー区域を選択する。さらに、選択されたバイオセンサー区域の第１信号線に第１電気的駆動信号を供給し、選択されたバイオセンサー区域の第２信号線に第２電気的駆動信号を供給する。さらに、第１または第２電気的駆動信号から生じる第１検出信号を、選択したバイオセンサー区域の第１信号線上で検出し、および／または、第１および第２電気的駆動信号から生じる第２検出信号を、選択したバイオセンサー区域の第２信号線上で検出する。
【００８４】
本発明の基本的な発想は、いずれの場合にもバイオセンサーアレイの複数のバイオセンサー区域に共有される第１信号線と第２信号線とを提供することである。その結果、バイオセンサーアレイの動作に必要な信号線の数が非常に少なくなる。これにより、バイオセンサーアレイ（具体的には受動チップにおいて）を、比較的少数の信号線と、信号線に連結される少数のパッドとによって動作させることができる。これによりバイオセンサーアレイ上の空間が節約されるため集積密度をより高めることができ、また製造コストが低減される。本発明のアレイ構造は、バイオセンサー区域毎の回路の費用を低く抑え、また高密度アレイの製造を可能とすることから、能動チップにも有益なものである。能動バイオセンサーアレイには、追加の回路装置（例えば、前置増幅器、交流−直流変換機など）が基板に備えられている。
【００８５】
行線として設けられた第２信号線と、列線として設けられた第１信号線とに沿いバイオセンサー区域が配されるマトリックス型配置を例にとると、ｍ個の列を、第１駆動ユニットの励起第１電源または電気的な接地電位と任意に連結できる。ｎ個の行を、第２駆動ユニットの第２励起電圧源または電気的接地電位と任意に接続してもよい。選択ユニットを用いて、バイオセンサー区域の端子を電源に連結するか、接地電位に連結するか選択する。
【００８６】
例えば、正の電圧を、第１電気的駆動信号として、正確に１つの列線に印加してもよい。また、負の電圧を、第２電気的駆動信号として、正確に１つの行線に印加してもよい。選択された行と選択された列との間の交差領域に配置されたバイオセンサー区域、すなわちその２つの端子（具体的にはその２つの電極）間においてのみ、バイオセンサー区域上でレドックス・リサイクル作用が起こるのに充分に大きな電位差を有している。全てのほかのバイオセンサー区域は、対応するもう一方の端子が接地電位となっているため、それらの端子間には第１電圧または第２電圧のみに相当する電位差を有している。その結果、これらのバイオセンサー区域では、レドックス・リサイクル作用を行えないか、または検出可能な一時的信号上昇を生成するほどは十分に行えない。
【００８７】
選択されたバイオセンサー区域において、バイオセンサー区域に固定された捕獲分子と被検出検体の粒子の間にセンサー現象（例えば、ハイブリダイゼーション現象）が生じると、被検出粒子の標識、検体に展開された化学成分、センサー電極間の充分に大きな電位差とを用いてレドックス・リサイクルプロセスが生じることができる。その結果として、電流は検出信号として、選択されたバイオセンサー区域と連結されている第１信号線と、選択されたバイオセンサー区域と連結されている第２信号線とに流れる。１つの電流値、または好ましくは両方の値を検出することにより、ハイブリダイゼーション現象の発生を判断できる。
【００８８】
本発明によると、ｍ列とｎ行を有するマトリックス型配置のバイオセンサー区域では、たったｎ＋ｍ＋２個の端子（つまり、ｍ本の第１信号線、ｎ本の第２信号線、および（任意で）ポテンシオスタットの基準電極および対電極のさらに２つの端子）が必要である。従って、例えば８×１２＝９６個の位置を有するチップに必要な信号線は、たった２２本である。また、３２×４８＝１５３６個の位置を有するチップに必要な信号線は、８２本である。このことは、従来技術と比較して経費がかなり低減されることを示す。チップ上のセンサー位置の数に対する標準化された（normiert）端子の数の比率が最適になるのは、ｎ＝ｍである場合、すなわちセンサーアレイが正方形構造（行の数＝列の数）を有する場合である。
【００８９】
本発明は、少なくとも１つの第１信号線の少なくとも１つ、および少なくとも１つの第２信号線の少なくとも１つを、バイオセンサー区域の少なくとも２つと連結することによって、バイオセンサーアレイの製造技術的な経費を著しく低減できるものである。言い換えると、それぞれ複数のバイオセンサー区域に共有される駆動および検出用の信号線が備えられている。
【００９０】
本発明の好ましい発展形態は、従属請求項に記載されている。
【００９１】
バイオセンサーアレイは、評価ユニットを備えていてもよい。この評価ユニットは、少なくとも１つの選択されたバイオセンサー区域において、センサー現象が生じたか、および／または生じたセンサー現象の量を、第１および／または第２検出信号に基づいて決定するよう設定されている。
【００９２】
バイオセンサー区域の少なくとも１つは、電気化学的なバイオセンサー区域として設定されていてもよい。具体的には、バイオセンサー区域の少なくとも１つが、レドックス・リサイクルバイオセンサー区域であってもよい。レドックス・リサイクルバイオセンサー区域では、被検出粒子が標識されていることが好ましい。センサー区域上に固定された捕獲分子と被検出粒子のハイブリダイゼーション現象が生じた後、この配置へ展開され、また電気化学的に不活性な物質を、少なくとも１つは電気化学的に活性である２つの部分分子に分裂するために上記標識が使用される。その結果、バイオセンサーアレイの各センサー位置の電気特性が変化する。
【００９３】
バイオセンサー区域は、第１および第２電極を備えていてもよい。第１電極はバイオセンサー区域の第１端子と連結されており、第２電極は第２端子と接続されている第１および第２電極は、インターデジタル電極であることが好ましい。言い換えると、第１および／または第２電極は、図１Ｃに示す第１または第２インターデジタル電極のように構成されていてもよく、この第１または第２インターデジタル電極のように動作可能であってもよい。
【００９４】
バイオセンサー区域を、複数のバイオセンサーグループを形成するよう以下のようにグループ化してもよい。すなわち、各バイオセンサーグループを独立して、または他グループの一部に依存して動作するよう、任意にグループ化してもよい。例えばバイオセンサー区域の部分領域が特定の用途に充分なものであり他のバイオセンサー区域を必要としない場合、バイオセンサー区域の部分領域をグループ化しグループを形成してもよく、上記グループを残りのバイオセンサー区域から独立させ動作させてもよい。このように、バイオセンサーアレイの区分化が、明らかに可能である。
【００９５】
基板は、セラミック基板、半導体基板（具体的にはシリコン基板、すなわち、シリコンウエハーまたはシリコンチップ）、ガラス基板またはプラスチック基板でもよい。
【００９６】
第１および第２電気的駆動信号は、基準電位とは異なる符号を有する電気的直流電圧信号であることが好ましい。この基準電位は選択されていないバイオセンサー区域の少なくとも１つの端子に存在し、第１および／または第２電気的検出信号は電流であることが好ましい。
【００９７】
あるいは、第１および第２電気的駆動信号が、相互に逆相である電圧信号であることが考えられる。選択されたセンサー区域においてレドックス・リサイクルプロセスが生じるための条件は、第１および第２電気的駆動信号の間の電位差がある閾値を上回るということだけである。
【００９８】
通常、電気的基準電位（例えば接地電位）は、選択されていないバイオセンサー区域の１つの端子または両方の端子に印加される。しかしながら、少なくとも１つの選択されていないバイオセンサー区域を、浮動性にさせておく（floatet）、すなわちバイオセンサー区域の端子を規定の電位に達させないこともできる。
【００９９】
第１および第２電気的駆動信号の振幅および信号は、以下のように選択されることが好ましい。すなわち、バイオセンサー区域の第１端子が第１駆動ユニットと連結されているとともに、バイオセンサー区域の第２端子が、第２駆動ユニットと連結されている場合のみ、バイオセンサー区域において生じたセンサー現象により、顕著な第１および／または第２検出信号が生成されるように選択することが好ましい。言い換えると、第１および第２電気的駆動信号の値を、以下のように選択することが好ましい。すなわち、第１端子に第１駆動信号が印加され、第２端子には第２駆動信号が印加されない、選択されていないバイオセンサー区域ではレドックス・リサイクルプロセスが起こらぬように値を選択することが好ましい。さらに、第１および第２電気的駆動信号の値を、以下のように選択することが好ましい。すなわち、第１端子には第１駆動信号が印加されず、第２端子には第２駆動信号が印加される、選択されていないバイオセンサー区域ではレドックス・リサイクルプロセスが起こらぬように値を選択することが好ましい。第１端子に第１駆動信号が存在し、第２端子に第２駆動信号が存在するバイオセンサー区域だけが選択される。
【０１００】
本発明のバイオセンサーアレイは、能動センサーチップとして構成されることが好ましく、この能動センサーチップは望ましい機能を有する集積回路を含んでいてもよい。アナログからデジタルへの変換回路をバイオセンサーアレイの基板に集積してもよい。この回路は、アナログ電気的信号をデジタル信号に変換し、それを評価ユニットへ供給するように設定されている。さらに、電気的供給ユニットを基板に集積してもよい。この供給ユニットは、電圧信号および／または電流信号を第１および／または第２駆動ユニットおよび／または選択ユニットに供給するように設定されている。さらに、デジタルからアナログへの変換回路を基板に集積してもよい。この回路は、供給ユニットのデジタル信号をアナログ信号に変換し、それを駆動ユニットおよび／または選択ユニットへ供給するように設定されている。外部装置を接続するための入力／出力インターフェースをバイオセンサーアレイに備えることも可能である。これは、例えばデジタル入力／出力インターフェースとして設定されていてもよい。さらに、第１および／または第２電気的検出信号を増幅するように設定された増幅器ユニットを基板に集積してもよい。アナログ信号は干渉を受けやすいが、オンチップ増幅を行うと、アナログ信号が信号線を長距離に渡り伝達されることがなくなるため、その結果、信号対ノイズ比が改善される。
【０１０１】
基板の中および／または上および／または下側にある２つの異なる導体面（具体的には金属化面）の、ある１つの面には少なくとも１つの駆動線が、および他の１つの面には少なくとも一つの検出線が、少なくとも部分的に形成されていることが好ましい。２つの異なる配線面を使用することで、第１および第２信号線間の電気的に絶縁された線交差が可能となる。２つの配線面（具体的には金属面）を、マイクロエレクトロニクスに関する既知の方法で実現してもよい。その場合、金属面は通常バルク材料（基板）の上の層間絶縁膜に埋設されている。また、代替方法として、配線面の１つを変換機素子自体（例えば、インターデジタル電極の金材料）と同じ面に（および、好ましくは同じ材料で）実現することもできる。言い換えると、バイオセンサー区域を正確に１つの配線面上に形成してもよい。
【０１０２】
さらに、少なくとも１つの第１信号線と少なくとも１つの第２信号線が相互に交差していない第１線部分では、少なくとも１つの第１信号線と少なくとも１つの第２信号線を同じ面に延びるように形成してもよい。さらに、少なくとも１つの第１信号線と少なくとも１つの第２信号線が相互に交差している第２線部分では、少なくとも１つの第１信号線と少なくとも１つの第２信号線とを異なる面に延びるように形成してもよい。
【０１０３】
言い換えると、第２導体面は、必ずしも第１導体面に対して埋設する方法で備えられている必要はない。２つの面の一部を変換機と同じ面に実現すること（および、２つの面を変換機と同じ材料で生成すること）もできる。従って、第１および第２信号線間の交差領域でだけ、駆動線と検出線とを確実に電気的に絶縁するため、交差領域の架橋が必要である。異なる面にある架橋領域に延びている線部分の間では、線の間に電気的な絶縁材料を使用することが好ましい。
【０１０４】
少なくとも１つの第１信号線および／または少なくとも１つの第２信号線の第１線部分は、基板に対して基本的には垂直に延びるように配置された少なくとも１つの電気的な接触接続素子を用いて、少なくとも１つの第１信号線および／または少なくとも１つの検第２信号の第２線部分と連結されていることが好ましい。具体的には、相互に異なる面に延びる第１信号線（および／または第２信号線）の線部分を連結するために、ビアを使用できる。
【０１０５】
少なくとも１つの第１信号線および／または少なくとも１つの第２信号線を、基板の底面または基板の内部に延びるように形成してもよい。
【０１０６】
言い換えると、例えば基板（例えば、印刷回路基板）の底面にも配線面を実現してもよい。このために、メッキスルーホールが必要である。さらに、絶縁層を基板の内部に形成してもよく、この絶縁層には信号線を形成するために誘電性の構造が埋設されている。
【０１０７】
基本的に、本発明のバイオセンサーアレイのバイオセンサー区域を、長方形、好ましくは正方形、六角形または三角形のマトリックスに配置してもよい。同じ数の行および列を有する（正方形マトリックス）バイオセンサー区域をマトリックス型長方形配置にする場合、バイオセンサー区域の数と必要な信号線（およびパッド）の数との比率を特に好ましいものにできる。
【０１０８】
駆動ユニットは第１供給ユニットを備えていてもよく、この第１供給ユニットは全てのバイオセンサー区域で共有され、および／または、第２駆動ユニットは第２供給ユニットを備えていてもよく、この第２供給ユニットは全てのバイオセンサー区域で共有される。第１供給ユニットは、第１電気的駆動信号を少なくとも１つの選択されたバイオセンサー区域へ印加するために使用できるように設定されている。および／または、第２供給ユニットは、第２電気的駆動信号を少なくとも１つの選択されたバイオセンサー区域へ印加するために使用できるように設定されている。
【０１０９】
言い換えると、例えば単一共通電源を第１供給ユニットとして、または、単一供給電源を第２供給ユニットとして提供できる。この単一共通電源は、いずれの場合にもバイオセンサー区域またはバイオセンサー区域の一部（例えば、バイオセンサー区域の列）と連結されており、選択ユニットの機能を使用して上記１つのバイオセンサー区域または上記複数のバイオセンサー区域に対応する電気的駆動信号を供給する。単一共通第１供給ユニットまたは単一共通第２供給ユニットを使用することにより、バイオセンサーアレイの製造コストを低減できる。
【０１１０】
第１および第２駆動ユニットを、選択されていないバイオセンサー区域の少なくとも一部に電気的な基準信号を印加できるように設定してもよい。上記電気的基準信号の値は、基本的に第１および第２駆動信号の平均値である。レドックス・リサイクルプロセスが選択されたバイオセンサー区域に起こるのは、第１駆動信号をその第１端子に印加し、好ましくは逆の符号(entgegengesetztem Vorzeichen)を有する第２駆動信号をその第２端子に印加する場合だけである。なぜなら、レドックス再利用プロセスが起こるためには、端子間の電位差が充分に大きい必要がある。第１および第２電気的駆動信号の算術平均（または算術平均に近い電圧）を、選択されないバイオセンサー区域のための基準電位として使用することにより、選択されていないバイオセンサー区域における望ましくないレドックス・リサイクルプロセスが確実に回避される。言い換えると、多くの場合、電気的基準電位（例えば接地電位）が選択されていないバイオセンサー区域の１つの端子または両方の端子に印加される。しかしながら、少なくとも１つの選択されていないバイオセンサー区域を浮動性にさせておく、すなわちバイオセンサー区域の端子を規定の電位に達させなくさせることもできる。
【０１１１】
バイオセンサー区域のそれぞれの第１グループの第１駆動ユニットは、それぞれのグループに対応する第１供給ユニットを備えていてもよい。この第１供給ユニットは、対応する第１グループのバイオセンサー区域へ第１電気的駆動信号を印加するために使用できるように設定されている。および／またはバイオセンサー区域のそれぞれの第２グループの第２駆動ユニットは、それぞれのグループに対応する第２供給ユニットを備えていてもよい。この第２供給ユニットは、関連付けられている第２部ループのバイオセンサー区域へ第２電気的駆動信号を印加するために使用できるように設定されている。
【０１１２】
例えばバイオセンサー区域がマトリックス型に配置されている場合、列に沿って配置されているバイオセンサー区域に対応する供給ユニットとして、センサー区域の各列に共有電源が備えられていてもよい。さらに、他の共通の電圧源が、行に沿って配置されているバイオセンサー区域に対応する第２供給ユニットとして、センサー区域の各列に他の共有電源が備えられていてもよい。
【０１１３】
具体的には、駆動ユニットまたは選択ユニットは、供給ユニットの１つが対応するバイオセンサー区域のグループに電気的駆動電位を、一方で他の供給ユニットが、対応するバイオセンサー区域に基準電位（例えば電気的な接地電位）をそれぞれ供給するように設定されていてもよい。
【０１１４】
第１検出ユニットは、全てのバイオセンサー区域に共有される第１測定ユニット（例えば電流計）を備えていてもよい。この第１測定ユニットは、正確に１つの選択されたバイオセンサー区域において電気的第１検出信号を検出するために使用できるように設定されている。代替または補足として、第２検出ユニットは、全てのバイオセンサー区域に共有される第２測定ユニット（例えば電流計）を備えていてもよい。この第２測定ユニットは、正確に１つの選択されたバイオセンサー区域において電気的第２検出信号を検出するために使用できるように設定されている。
【０１１５】
バイオセンサー区域のそれぞれの第３グループの第１検出ユニットは、それぞれの第３グループに対応する第１測定ユニットを備えていてもよい。それぞれの第１測定ユニットは、対応する第３グループの選択された正確に１つのバイオセンサー区域において電気的第１検出信号を検出するために使用できるように設定されている。
【０１１６】
さらに、バイオセンサー区域のそれぞれの第４グループの第２検出ユニットは、それぞれの第４グループと対応する第２測定ユニットを備えている。それぞれの第２測定ユニットは、対応する第４グループの選択された正確に１つのバイオセンサー区域において電気的第２選択信号を検出するために使用できるように設定されている。
【０１１７】
さらに、本発明のバイオセンサーアレイは、バイオセンサー区域の少なくとも一部への定電位を予め決定するために使用できるように設定されているポテンシオスタット装置を備えていてもよい。
【０１１８】
具体的には、ポテンシオスタット装置は、以下のことを特徴とする基準電極と、対電極と、演算増幅器を備えていてもよい。すなわち、演算増幅器の第１入力部は基準電極と連結されており、演算増幅器の第２入力部は基準電位（例えば電気的接地電位）と連結されており、演算増幅器の出力部は対電極と連結されている。
【０１１９】
さらに、それぞれ専用の第１直流電源がバイオセンサー区域の各行に備えられていてもよく、それぞれ専用の第２直流電圧源が、バイオセンサー区域の各列に備えられていてもよい。さらに、それぞれ専用の第１電流検出ユニットが、バイオセンサー区域の各行に備えられていてもよく、それぞれ専用の第２電流検出ユニットが、バイオセンサー区域の各列に備えられていてもよい。従って、全ての行および列の検出合計電流により、全てのバイオセンサー区域におけるセンサー現象を同時に検出できる。適切な相関計算を使用して、相関する行および列から個々のバイオセンサー区域のセンサー信号を推定できる。特定の操作状態において、非常に少ないまたは１つのバイオセンサー区域だけがセンサー信号を有している場合、これは特に良好に機能する。後者の場合は（１つのバイオセンサーだけがセンサー信号を有している場合）、電流は基本的に１つの行線および１つの列線においてのみ検出され、したがって行線と列線との間の交差領域にあるバイオセンサー区域のセンサー現象を推定できる。
【０１２０】
本発明における、本発明のバイオセンサーアレイの使用方法を以下に説明する。バイオセンサーアレイの発展形も、本発明のバイオセンサーアレイの使用方法に適合している。
【０１２１】
少なくとも１つの選択されたバイオセンサー区域において、センサー現象が生じたかどうか、および／または生じたセンサー現象の量は、第１および第２検出信号に基づいて決定されることが好ましい。
【０１２２】
例えば、バイオセンサー区域がレドックス・リサイクルバイオセンサー区域として構成されており、第１直流電圧が第１駆動信号として選択されており、第１直流電圧とは逆相の第２直流電圧が第２駆動信号として選択されている場合、上記バイオセンサー区域の電極間に印加される電圧が充分に強いため、レドックス・リサイクルプロセスが選択されたレドックス・リサイクルバイオセンサー区域に生じるため、選択されたレドックス・リサイクルバイオセンサー区域で起こるハイブリダイゼーション現象が検出され得る。このことは、信号線の１つ、または信号線の両方の電流を検出することにより、検出さでき、電流値と時間の相関関係は、選択されたバイオセンサー区域においてセンサー現象が生じたかどうか、および／または生じたセンサー現象の量についての情報を提供する。その結果、供試検体が被検出粒子を含んでいるかどうか、および目的に応じて検体に含まれる被検出粒子の濃度を決定できる。
【０１２３】
本発明の実施例を、図に示し、以下に詳しく説明する。
図１Ａ，１Ｂは、従来技術のインターデジタル電極配置の平面図、および、交線Ｉ−Ｉ’に沿った断面図である。
図１Ｃは、従来技術のもう１つのインターデジタル電極配置を示す図である。
図２Ａ，２Ｂは、図１に示される従来技術の方法に基づいたインターデジタル電極配置において、動作中の異なる時点におけるインターデジタル電極配置の第１部分領域の断面図を示す。
図３は、図１に示すような従来技術のインターデジタル電極配置の第２部分領域の断面図である。
図４は、図１に示すような従来技術のインターデジタル電極配置の第１部分領域の等価回路図である。
図５Ａ，５Ｂは、図１に示すような従来技術のインターデジタル電極配置の第１部分領域の等価回路図である。
図６は、本発明の第１実施例のバイオセンサーアレイを示す図である。
図７は、本発明の第２実施例のバイオセンサーアレイを示す図である。
図８は、図７に示すバイオセンサーアレイの等価回路図である。
図９は、図７に示すバイオセンサーアレイの簡易化した等価回路図である。
図１０は、本発明の第３実施例のバイオセンサーアレイを示す図である。
図１１は、本発明の第４実施例のバイオセンサーアレイを示す図である。
図１２は、本発明の第５実施例のバイオセンサーアレイを示す図である。
図１３は、図１２に示すバイオセンサーアレイの３本の信号線の交差領域の概略的平面図である。
図１４は、本発明の第６実施例のセンサーアレイを示す図である。
図１５Ａ〜図１５Ｃは、異なる動作状態における図１４に示されるバイオセンサーアレイのレドックス・リサイクルバイオセンサー区域の断面図である。
図１６は、本発明の第７実施例のバイオセンサーアレイを示す図である。
図１７は、本発明の第８実施例のバイオセンサーアレイを示す図である。
図１８は、本発明の第９実施例のバイオセンサーアレイを示す図である。
図１９は、本発明の第１０実施例のバイオセンサーアレイを示す図である。
図２０は、本発明の第１１実施例のバイオセンサーアレイを示す図である。
図２１は、本発明の第１２実施例のバイオセンサーアレイを示す図である。
図２２は、本発明の第１３実施例のバイオセンサーアレイを示す図である。
図２３は、図２２に示すバイオセンサーアレイの３本の信号線の交差領域の概略的平面図である。
【０１２４】
異なる実施例においても、同じ構成要素には同じ参照符号が付けられている。
【０１２５】
以下に、図６を参照しながら、本発明の第１実施例のバイオセンサーアレイ６００について説明する。
【０１２６】
バイオセンサーアレイ６００は、シリコン基板６０１と、シリコン基板６０１上にマトリックス型に配置された４つのインピーダンスバイオセンサー区域６０２を備えている。それぞれのインピーダンスバイオセンサー区域６０２は、第１端子６０３と、第２端子６０４とを備えている。さらに、バイオセンサーアレイ６００は、２本の駆動線６０５と、２本の検出線６０６とを備えている。駆動線６０５は、検出線６０６から（特に交差領域６１０において）電気的に絶縁されている。各インピーダンスバイオセンサー区域６０２の第１端子６０３は、２本の駆動線６０５のうちのいずれかの正確に１つと連結されている。各インピーダンスバイオセンサー区域６０２の第２端子６０４は、２本の検出線６０６のうちの正確に１つと連結されている。言い換えると、２本の駆動線６０５の１つが、関連付けられている列に配置されているインピーダンスバイオセンサー区域６０２に共同に設けられている。その結果、４つのインピーダンスバイオセンサー区域６０２を電気的に接触接続するためには、合計４本の信号線６０５，６０６が必要である。さらに、バイオセンサーアレイは、電気的駆動信号を供する駆動ユニット６０７と、電気的駆動信号から得られる電気的検出信号を検出するための検出ユニット６０８とを備えている。選択ユニット６０９は、選択されるインピーダンスバイオセンサー区域６０２ａの駆動線６０５と駆動ユニット６０７を連結し、選択されるインピーダンスバイオセンサー区域６０２ａの検出線６０６と検出ユニット６０８を連結するように設定されている。従って、インピーダンスバイオセンサー区域６０２ａが選択される。
説明される実施例では、第１切替装置６０９ａおよび第２切替装置６０９ｂによって図６では概略的に表されている選択ユニット６０９を用いて、いずれの場合にも正確に１つのインピーダンスバイオセンサー区域６０２が選択される。選択ユニット６０９は、選択されたバイオセンサー区域（図６に示す概要（Szenario）ではバイオセンサー区域６０２ａ）を、駆動ユニット６０７および検出ユニット６０８と以下のように連結する。すなわち、駆動ユニット６０７よりの電気的駆動信号が、選択されたインピーダンスバイオセンサー区域６０２ａに印加され、選択されたインピーダンスバイオセンサー区域６０２ａにおける電気的駆動信号から生じる電気的検出信号が、検出ユニット６０８を用いて検出されるように連結する。バイオセンサーアレイ６００では、第１切替装置６０９ａのスイッチを切り替えることにより、図６に記載のように駆動ユニット６０７を左手の駆動線６０５、および／または右手の駆動線６０５と連結できる。さらに、第２切替装置６０９ｂを用いて、図６のように検出ユニット６０８を上部の検出線、および／または下部の検出線と連結できる。さらに、切替装置６０９ａ、６０９ｂを用いて、少なくとも１つの駆動線６０５、および／または少なくとも１つの検出線６０６を電気的接地電位６１１にすることができる。図６に示す操作状態である切替装置６０９ａ、６０９ｂのスイッチの切替位置では、右手の駆動線６０５と上部の検出線６０６が接地電位６１１になっている。
【０１２７】
なお、第１および第２切替装置６０９ａ、６０９ｂの切替位置を、選択ユニット６０９の機能性に基づいて切替え、または制御できる。
【０１２８】
図６に示される概要では、第１切替装置６０９ａの切替位置は、駆動ユニット６０７が電気的駆動信号を左手の２つのインピーダンスバイオセンサー区域６０２、６０２ａへ供給するように選択されている。さらに、図６に示される概要では、第２切替装置６０９ｂの切替位置は、検出ユニット６０８が下部の２つのインピーダンスバイオセンサー区域６０２ａ、６０２と連結されるように選択されている。選択されたインピーダンスバイオセンサー区域６０２ａだけが、駆動ユニット６０７と検出ユニット６０８の双方と連結されており、従って、選択された状態にある。その結果、選択されたインピーダンスバイオセンサー区域６０２ａには、電気的駆動信号が駆動ユニット６０７を用いて供給され、電気的駆動信号から生じる選択されたインピーダンスバイオセンサー区域６０２ａの電気的検出信号が、検出ユニット６０８を用いて検出される。
【０１２９】
図６に示すような本発明の実施例では、バイオセンサー区域が、インピーダンスバイオセンサー区域として実現されている。具体的には、それぞれのインピーダンスバイオセンサー区域６０２は、図１Ａ〜図５Ｂを参照しながら説明したインターデジタル電極配置１００のように構成されている。第１端子６０３は第１電極構造１０２と連結されており、第２端子６０４は第２電極構造１０３と連結されている。電気的駆動信号は、駆動ユニット６０７によって生成され提供される交流電圧である。選択されたインピーダンスバイオセンサー区域６０２ａにおいて、交流電圧に基づいて交流電流が生成され、上記交流電流は検出ユニット６０８の電流計を用いて検出される。交流電圧および交流電流の値から、インピーダンスの値を決定できる。前述のように、インピーダンスバイオセンサー区域６０２におけるハイブリダイゼーション現象によって、上記値は著しく変化する。そのため、ハイブリダイゼーション現象の前後の（すなわち、被検出粒子を含んでいる可能性のある検体をバイオセンサーアレイ６００に充填する前と、充填した後との）インピーダンスの値を検出することにより、ハイブリダイゼーション現象の発生を定性的または定量的に決定できる。
【０１３０】
図７を参照しながら、本発明の第２実施例のバイオセンサーアレイ７００について以下に説明する。
【０１３１】
バイオセンサーアレイ７００では、複数のインピーダンスバイオセンサー区域６０２が、シリコン基板６０１上にマトリックス型に配置されている。バイオセンサーアレイ７００は、マトリックス型に配置されたｎ個の行およびｍ個の列のインピーダンスバイオセンサー区域６０２を、すなわちｍ×ｎ個のインピーダンスバイオセンサー区域を備えている。さらに、図７に示されるように、ｍ本の駆動線６０５およびｎ本の検出線６０６、すなわちｎ＋ｍ本の信号線が備えられている。インターデジタル電極配置として構成されているインピーダンスバイオセンサー区域６０２は、いずれの場合にもそれぞれの駆動線６０５とそれぞれの検出線６０６との間の交差領域に配置されている。駆動回路６０７は、交流電源７０１と、電気的接地電位７０２が供給されるもう１つの端子とを備えている。第１切替装置６０９ａは、ｍ個の第１スイッチ７０３を備え、それぞれの第１スイッチ７０３は駆動線６０５の１つと連結されている。インピーダンスバイオセンサー区域６０２の列は、交流電源６０１と連結されることによりインピーダンスバイオセンサー区域６０２の列が選択される。第１スイッチ７０３の対応して選択された切替位置により、インピーダンスセンサー区域６０２の他の全列は、図７に示すように、電気的接地電位７０２と連結されている。図７に示す概要では、左から２番目の列にあるインピーダンスバイオセンサー区域６０２だけが、交流電源７０１と連結されている。
【０１３２】
検出ユニット６０８は、電流検出ユニット７０４を備え、さらに電気的接地電位７０２を供給できるように設定されている。図７にさらに示すように、検出ユニット６０８は、第２切替え装置６０９ｂを用いて検出線６０６と連結されている。第２スイッチ７０５は、いずれの場合にも以下のような切替位置に位置付けられている。すなわち、第２切替装置６０９ｂによって、検出線６０６の正確に１つが電流検出装置７０４と連結されて、一方、他の全ての検出線６０６は電気的接地電位７０２になるような切替え位置に位置されている。図７に示す概要では、上から２番目の行にあるインピーダンスバイオセンサー区域６０２だけが、電流検出装置７０４と連結されている。
【０１３３】
その結果、図７に示す概要では、第２行と第２列とに配置されているインピーダンスバイオセンサー区域６０２ａだけが選択されている。図７に示す概要では、電気的交流電圧を、ＡＣ電圧源７０１を用いて、インピーダンスバイオセンサー区域６０２ａへ印加する。その結果、電気的交流電流が生じ、この電流が電流検出装置７０４によって検出されるる。インピーダンスバイオセンサー区域６０２ａのインピーダンスがハイブリダイゼーション現象により変化すれば、交流電流の値が変化し、これが電流検出装置７０４によって検出される。このことから、選択されたインピーダンスバイオセンサー区域６０２ａにおいてセンサー現象が生じたかどうかを決定できる。
【０１３４】
さらに、バイオセンサーアレイ７００は、ポテンシオスタット装置を備えている。このポテンシオスタット装置は、基板６０１上の基準電極７０６と、基板７０１上の対電極７０７と、チップの外側に配置された（「オフチップ」）演算増幅器７０８とから構成されている。演算増幅器７０８の非反転入力部７０８ａは、電気的接地電位７０２になっている。反転入力部７０８ｂは、基準電極７０６と電気的に連結されており、演算増幅器７０８の出力部７０８ｃは、対電極７０７と連結されている。これらの構成要素は、ともにポテンシオスタット回路を形成する。インピーダンスセンサーは、適切に動作している場合、望ましくない電気化学的変換が電極構造において生じるのを防止できるが、図７に示す構成では、バイオセンサーアレイ７００に展開された（eingebracht）検体に対して、低抵抗方法によって適切な電気化学的電位を割り付けるために有利に利用できる（［１］〜［４］参照）。ポテンシオスタット装置を有する構成は、バイオセンサー区域がレドックス・リサイクルセンサーとして形成されている場合に特に有利である。
【０１３５】
図８を参照しながら、図７に示すバイオセンサーアレイの等価回路図８００について以下に説明する。
【０１３６】
図８では、インターデジタル電極配置として構成されたインピーダンスバイオセンサー区域６０２が抵抗性および容量性を有する構成要素であるため、インターデジタル電極配置として構成されるインピーダンスバイオセンサー区域６０２は、回路技術的なインピーダンス記号Ｚ（複合量）に置換されている。
【０１３７】
図９は、バイオセンサーアレイ７００の簡易化した等価回路図９００を示す。この図は、インピーダンスバイオセンサー区域Ｚにおいて、電気抵抗分（resistive component）より電気容量分(capacitive component)が支配的であり、電気抵抗分は無視し得るという、概算に基づいており、多くの場合においてこの考えは有効である。したがって、図８のインピーダンス８０１は、図９ではコンデンサＣ９０１に近似するものである。図５Ａ、図５Ｂにおいては、並列接続された構成要素ＣM，ＲMについて、ＣMに対しＲMは無視し得る程度の抵抗値であるという概算が、上記の考えに対応するものである。
【０１３８】
図１０を参考にしながら、本発明の第３実施例のバイオセンサーアレイ１０００について以下に説明する。
【０１３９】
バイオセンサーアレイ１０００では、バイオセンサー７００とは異なり、別々のＡＣ電源７０１（Ｖ１、Ｖ２、...、Ｖｍ−１、Ｖｍ）がインピーダンスバイオセンサー区域６０２の各行に備えられている。さらに、バイオセンサーアレイ７００とは異なり、バイオセンサーアレイ１０００では、別々の電流検出装置７０４（Ｉ１、Ｉ２、…、Ｉｎ−１、Ｉｎ）がインピーダンスバイオセンサー区域６０２の各列に備えられている。それぞれのＡＣ電源７０１は、インピーダンスバイオセンサー区域６０２の関連付けられている列に交流電圧を供給してもよい。特定の操作状況では、いずれの場合にもＡＣ電源Ｖ１、Ｖ２…Ｖｍ−１、Ｖｍの１つだけが、交流電圧を供給し、ほかの電源は動作しない。言い換えると、交流電源７０１の１つ以外は全てスイッチオフされている。その結果、駆動線６０５の１つ以外全ては、接地電位７０２になっている。個々の動作させる電源７０１は、選択ユニットを用いて選択される。なお、図１０に示す実施例では、この選択ユニットは明確に駆動ユニットと一体に形成されている。言い換えると、説明した機能性は駆動／選択ユニット１００１によって行われる。
【０１４０】
図１０に示す概要では、交流電源Ｖ２だけが交流電圧を供給するため、第２列に配置された全てのインピーダンスバイオセンサー区域６０２ａが選択されている。一方、交流電源Ｖ１，Ｖ３，Ｖ４、…Ｖｍ−１、Ｖｍは動作しておらず、これら電源に関連付けられている駆動線６０５は電気的接地電位７０２になっている。バイオセンサーアレイ１０００の動作中、正確に１つの電源（図１０の概要ではＶ２）以外全ては電気的接地電位７０１を供給し、一方、電源Ｖ２の（電気的接地電位）７０２は、インピーダンスバイオセンサー区域６０２ａの対応する列のための刺激（Stimulus）としての機能を果たす。
【０１４１】
バイオセンサーアレイ１０００では、各行に別々の電流検出装置７０４が備えられているので、行を時間的に並行して読みこめる。例えば、第１行の選択されたインピーダンスバイオセンサー区域６０２ａを、電流検出装置Ｉ１を用いて読み込んでもよいし、第２行の選択されたインピーダンスバイオセンサー区域６０２ａを、電流検出装置Ｉ２を用いて時間的に並行して読み込んでもよい。
【０１４２】
あるいは、連続的読み込み動作も可能である。この場合、検出／選択ユニット１００２は、どの電流検出装置Ｉ１、Ｉ２、…Ｉｎが、交流電圧から（例えば、電源Ｖ２から）生じる交流電流を検出するかを選択するように設定されている。
【０１４３】
図１１を参考にしながら、本発明の第４実施例のバイオセンサーアレイ１１００について以下に説明する。
【０１４４】
バイオセンサーアレイ１１００は、第１回路ブロック１１０１と、第２回路ブロック１１０２とを備え、さらに、２つの回路ブロック１１０２，１１０３と連結された入力／出力インターフェース１１０３とを備えている。センサー信号（例えば、電気的駆動信号および電気的検出信号）を、入力／出力インターフェースへ供給してもよい。
【０１４５】
バイオセンサーアレイ１１００は、いわゆる能動チップを表している。これは、機能が異なり得る回路が半導体基板に一体に集積されている半導体基板を意味しているものと解釈される。具体的には、構成要素である電源７０１と、演算増幅器７０８と、選択ユニット７０９一部分とが、第１回路ブロック１１０１に集積されている。また、他の構成要素（電流検出装置７０４、選択ユニット６０９の他の部分など）は、第２回路ブロック１１０２に集積されている。さらに、信号を事前処理するため、および信号をさらに処理するためのほかの構成要素は、回路ブロック１１０１，１１０２に「オンチップ」で実現されている。さらに、バイオセンサーアレイ１１００のチップは、各用途の条件に応じて設定された規格の（例えばデジタル）インターフェース１１０３（入力／出力）を備えている。
【０１４６】
例えば、個々の面積が小さく、対応するセンサーを制御する能動回路をセンサー内部に実装できないようなインターデジタル構造を大量に使用する場合、本発明の構造をこの能動チップに利用することが有利となるであろう。さらに、オンチップで実現された回路の機能条件が非常に高ければ、特に有利である。このことは、センサー素子の面積が性能（例えばノイズ）に重大な影響を及ぼす場合に特に該当する。
【０１４７】
図１２を参照しながら、本発明の第５実施例のバイオセンサーアレイ１２００について以下に説明する。
【０１４８】
バイオセンサーアレイ１２００は、３つの配線方向を有する三角形マトリックスとして備えられているインピーダンスバイオセンサー区域６０２の配置である。さらに、共通交流電源７０１が駆動ユニットとして備えられており、共有電流検出装置７０４が検出ユニットとして備えられている。選択ユニット６０９は、切替位置を制御できる複数のスイッチ１２０１を用いて表される。切替位置は選択ユニット６０９を用いて制御できる。さらに、図１２では、第１信号線１２０２と、第２信号線１２０３と、第３信号線１２０４が、信号線１２０２〜１２０４の交差領域（この交差領域は相互に電気的に絶縁されている）で、相互に６０°の角度で相互に交差して延びるように配置されている。具体的には、図１２は選択されたインピーダンスバイオセンサー区域６０２ａを示す。このインピーダンスバイオセンサー区域６０２ａは、図１２に示すようなスイッチ１２０１の切替位置によって選択されている。第１スイッチ１２０１ａは、選択されたインピーダンスバイオセンサー区域６０２ａの第１端子６０３が交流電源７０１と連結されるような切替位置になっている。さらに、第２スイッチ１２０１ｂは、選択されたインピーダンスバイオセンサー区域６０２ａの第２端子６０４が、電流検出装置７０４と連結されるような切替位置になっている。他の全てのスイッチ１２００の切替位置は、これら他のスイッチ１２００に隣接している第１、第２および第３信号線１２０２〜１２０４を電気的接地電位７０２としている。言い換えると、図１２に示す概要では、インピーダンスバイオセンサー区域６０２のうち、選択されたインピーダンスバイオセンサー区域６０２ａだけが、交流電源７０１と電流検出装置７０４との双方に連結されている。図１２に示す概要では、選択されたインピーダンスバイオセンサー区域６０２ａと接続されている第１信号線１２０２は、駆動線６０５として機能し、選択されたインピーダンスバイオセンサー区域６０２ａと接続されている第２信号線１２０３は、検出線６０６として機能する。それぞれのスイッチ１２０１は、３つの切替位置を有している。その結果、それぞれ関連付けられている信号線１２０２〜１２０４を、電気的接地電位７０２、交流電源７０１または電流検出装置７０４と任意に連結できる。その結果、インピーダンスバイオセンサー区域６０２の各位置で独立した測定が可能となる。
【０１４９】
図１３を参考にしながら、第１信号線１２０２の１つと、第２信号線１２０３の１つと、第３信号線１２０４の１つとの間の交差領域１２０５をたった２つの配線面を用いてどのように実現できるのかを、以下に説明する。
【０１５０】
上記の説明を行うため、図１３に第１金属化面１３００と第２金属化面１３０１を平面図で示す。第１金属化面１３００は、第２金属化面１３０１と相対的に、図１３の紙面に対して垂直方向に配置されている。すなわち、図１３の紙面はバイオセンサーアレイ１２００の表面に対して平行である。完全に第１金属化面１３００上に備えられている第１信号線１２０２の１つ、完全に第２金属面１３０１上に備えられている第２信号線１２０３の１つ、および一部が第１金属化面１３００上に備えられており、別の部分が第２金属化面１３０１上に備えられている第３信号線１２０４の１つは、図１３に示されるように交差領域１２０５で交差する。交差領域１２０５において信号線１２０２〜１２０４を相互に電気的に絶縁できるように、図１３の第３信号線１２０４を第１部分１２０４ａと、第２部分１２０４ｂと、第３部分１２０４ｃに分割する。第１および第３部分１２０４ａ、１２０４ｃは、第２金属化面１３０１上に延びており、一方、第２部分１２０４ｂは、第１金属化面１３００上に延びている。図１３の紙面に対して垂直に延びるように配置された垂直接触接触素子１３０２を用いて、第１部分１２０４を第２部分１２０４ｂと連結し、第２部分１２０４ｂを第３信号線１２０４の第３部分１２０４ｃと連結する。その結果、たった２つの金属化面を用いて、電気的絶縁を妨害することなく３本の信号線１２０２〜１２０４を相互に交差させることができる。
【０１５１】
このように、３つ（またはそれ以上）の配線方向を有するマトリックス型配置を、必ずしも３つ（またはそれ以上）の独立した配線面を用いて実現する必要はない。図１３に概略的に示すように、いずれにせよ配線面は２つで充分である。
【０１５２】
図１４を参照しながら、本発明の第６実施例のレドックス・リサイクルバイオセンサーアレイ２２００について以下に説明する。
【０１５３】
レドックス・リサイクルバイオセンサーアレイ２２００は、シリコン基板２２０１と、シリコン基板２２０１上にマトリックス型に配置された４つのレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２とを備えている。それぞれのレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２は、第１端子２２０３と、第２端子２２０４を備えている。さらに、２本の第１信号線２２０５と、２本の第２信号線２２０６が備えられている。第１信号線２２０５は、第２信号線２２０６から電気的に絶縁されている。いずれの場合にも各レドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２の第１端子２２０３は、少なくとも１つの第１信号線２２０５の正確に１つと連結されている。また、各レドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２の第２端子２２０２は、少なくとも１つの第２信号線２２０６の正確に１つと連結されている。図１４に示すように、それぞれの第１信号線２２０５は、レドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２の２つと連結されており、各第２信号線２２０６は、レドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２の２つと連結されている。さらに、第１電気的駆動信号を供する第１駆動ユニット２２０７と、第２電気的駆動信号を供する第２駆動ユニット２２０８とが備えられている。さらに、第１駆動ユニット２２０７と連結された第１検出ユニット２２０９と、第２駆動ユニット２２０８と連結された第２検出ユニット２２１０とが備えられている。第１駆動ユニット２２０９および第２検出ユニット２２１０は、第１および第２駆動信号から生じる、選択されたバイオセンサー区域の第１および第２電気的検出信号を検出するように設定されている。さらに、選択ユニット２２１１が備えられている。この選択ユニット２２１１は、選択されるレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２ａの第１信号線２２０５を第１駆動ユニット２２０７と連結し、選択されるレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２ａの第２信号線２２０６を第２駆動ユニット２２０８と連結し、レドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２ａを選択するように設定されている。説明する実施例では、第１切替装置２２１１ａおよび第２切替装置２２１１ｂによって図１４に概略的に示される選択ユニット２２１１を用いて、いずれの場合にも、レドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２の正確に１つ選択する。選択ユニット２２１１は、選択されるバイオセンサー区域（図１４に示す概要ではレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２ａ）と、第１駆動ユニット２２０７および第２駆動ユニット２２０８を以下のように連結することで上記選択を果たす。すなわち、第１駆動ユニット２２０７を用いて、第１電気的駆動信号が選択されたレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２ａに印加され、第２駆動ユニットを用いて、第２電気的駆動信号が選択されたレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２ａに印加されるように連結する。第１切替装置２２１１ａは、各第１信号線２２０５に対応するスイッチを備えている。このスイッチは、第１切替位置では対応する第１信号線が第１駆動ユニット２２０９ａと、第２切替位置では対応する第１進号線が電気的接地電位２２１２と接続されるよう、２つの位置の間で切り替えることができる。第２切替装置２２１１ｂも同様に、第２信号線２２０６の各行に対応するスイッチを備えている。このスイッチは、２つの可能な切替位置の１つをとることができる。第１切替え位置では、対応する第２信号線２２０６が第２駆動ユニット２２０８と連結され、第２切替位置では、それぞれの第２信号線２２０６が電気的接地電位２２１２と接続される。図１４の切替位置では、左手下部のセンサー区域だけが第１端子２２０３と第１駆動ユニット２２０７が連結されており、第２端子２２０４と第２駆動ユニット２２０８が連結されているため、図１４の概要では、図１４に示す左手下部のレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２だけが選択されている。第１駆動ユニット２２０７を用いて、選択されたレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２ａの第１端子２２０３に、正の電圧を印加する。また、第２駆動ユニット２２０８を用いて、選択されたレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２ａの第２端子２２０４に、負の電圧を印加する。従って、選択されたレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２ａでのほうが、選択されていない３つのレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２でよりも２つの端子２２０３，２２０４間の電位差が大きい。後者すなわちセンサー区域が選択されていない場合、いずれの区域においても端子２２０３，２２０４の１つが電気的接地電位２２１２になっており、他の端子２２０４，２２０３は、第１駆動ユニット２２０７によって供給される正の電位か、または第２駆動ユニット２２０８によって供給される負の電位かのどちらかになっている。従って、２つの端子２２０３，２２０４間の電位差が、ハイブリダイゼーション現象が生じるのに十分な程度にまで電気化学的レドックス・リサイクル作用の発生さすに足りるのは、選択されたレドックス・バイオセンサー区域２２０２ａにおいてのみである。
【０１５４】
図１５Ａ〜図１５Ｃを参考にしながら、レドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２の１つである２２０２ａの構成について、選択されたレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２ａの例を用いて以下に説明する。
【０１５５】
図１５Ａは、シリコン基板２２０１に集積されている第１電極２３００と第２電極２３０１とを有する選択されたレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２ａを示す。金材料からなる保持領域２３０２は、第１電極２３００上に形成されている。保持領域２３０２は、捕獲分子としてのＤＮＡプローブ分子２３０３を、第１電極２３００上に固定させる役割を果たす。このような保持領域は、第２電極２３０１上には備えられていない。
【０１５６】
レドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２ａが、固定されたＤＮＡプローブ分子２３０３と相補的な塩基配列を有するＤＮＡ鎖２３０４の検出目的に使用される場合、レドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２ａは、供試溶液（すなわち電解質２３０５）と以下のように接触させられる。すなわち、ＤＮＡ鎖２３０４はＤＮＡプローブ分子２３０３と相補的な塩基配列を有し、また供試溶液２３０５に含まれ得るＤＮＡ鎖２３０４はＤＮＡプローブ分子２３０３とハイブリダイズできるように接触されせられる。
【０１５７】
図１５Ｂは、供試溶液２３０５が被検出ＤＮＡ鎖２３０４を含み、これらの１つがＤＮＡプローブ分子２３０３とハイブリダイズした場合の概要を示す。供試溶液中のＤＮＡ鎖２３０４は、後に説明される分子を電気化学的に活性な部分分子に分割できる酵素標識２３０６によって標識されている。通常は、供試溶液２３０５中に含まれる被検出ＤＮＡ鎖２３０４よりもかなり多くの数のＤＮＡプローブ分子２３０３を準備する。
【０１５８】
供試溶液２３０５に含まれる、酵素標識２３０６を有するＤＮＡ鎖２３０４が固定されたＤＮＡプローブ分子２３０３とハイブリダイズした後、レドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２ａを入念に洗浄することが好ましい。この洗浄過程で、捕獲分子とハイブリダイズしなかったＤＮＡ分子が洗浄中に除去される。洗浄に使用する洗浄液は、酵素２３０６によって２つの部分分子２３０８に分割され得る分子を含む電気化学的に不活性な物質と混合される。２つの部分分子の少なくとも１つは電気化学的に活性であり、通常は電荷を有している。
【０１５９】
図１５Ｃに示すように、前述の実施例のように負に帯電した部分分子２３０８は、正に帯電した電極２３００に引き寄せられる。これを、矢印２３０９で示す。負に帯電した部分分子２３０８は、第１駆動ユニット２２０７より第１電極２３００を介して正の電位が印加される第１電極２３００で酸化される。負に帯電した部分分子２３０８は、酸化された部分分子２３１０として負に帯電した第２電極２３０１へ引き寄せられる。なお、第２駆動ユニット２２０８より第２端子２２０４を介して第２電極には負の電位が印加される。酸化された部分分子２３１０は、そこで再び還元される。還元された部分分子２３１１は、先と同様に正に帯電した第１電極２３００へ移動する。このように、電気的循環電流が生成され、これは酵素２３０６を用いてそれぞれ生成される電荷担体の数に比例する。
【０１６０】
選択されたレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２ａの作用性に必須なことは、電極２３００の１つが、他の電極２３０１の１つよりも充分に強く正に帯電しており、その結果、還元および酸化プロセスを行えるということである。このため、図示した動作状態において、図１４の選択されていないレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２で、センサー現象が生じたとしても、検出ユニット２２１１，２２０９を用いて検出できるほど充分に強い電流を生成できない。
【０１６１】
レドックス・リサイクルに適した化学的システムの一例は、緩衝液として食塩水を、標識分子２３０６としてアルカリ性ホスファターゼを、電気化学的に不活性な物質２３０７としてパラアミノフェノールリン酸塩を使用することである。標識を用いて生成される酸化物質はパラアミノフェノールでもよく、標識を用いて生成される還元物質はキノンイミンでもよい。
【０１６２】
図１６を参照しながら、本発明の第７実施例のバイオセンサーアレイ２４００について以下に説明する。
【０１６３】
バイオセンサーアレイ２４００では、複数のレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２が、シリコン基板２２０１上にマトリックス型に配置されている。バイオセンサーアレイ２４００は、マトリックス型に配置されたｎ個の行およびｍ個の列のレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２を備えている、さらに、図１６に示されるように、ｍ本の第１信号線２２０５およびｎ本の第２信号線２２０６、すなわち、ｎ＋ｍ本の信号線が備えられている。インターデジタル電極配置として構成されているレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２は、いずれの場合にもそれぞれの第１信号線２２０５とそれぞれの第２信号線２２０６との間の交差領域に配置されている。上記レドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２は、図１Ｃに示すインターデジタル電極１１２，１１３と類似した方法で構成される２つのインターデジタル電極２４０１，２４０２を含む。
【０１６４】
第１駆動ユニット２２０７は、第１直流電源Ｖｇ２４０３と、電気的接地電位２２１２が供給される他の端子とを備えている。第１切替装置２２１１ａはｍ個の第１スイッチ２２０４を備え、それぞれの第１スイッチ２２０４は、第１信号線２２０５の１つと連結されている。レドックス・リサイクルバイオセンサー区域の列は、第１ＤＣ電源Ｖｇ２４０３とレドックス・リサイクルバイオセンサー区域の列が連結されることによって選択される。レドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２の全てのほかの列は、第１スイッチ２４０４が図１６に示されるように選択された切替位置になっており、電気的接地電位２２０２と連結されている。図１６に示す概要では、左から２番目の列にあるレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２だけが、第１直流電源Ｖｇ２４０３と連結されている。
【０１６５】
レドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２の行は、選択される行（図１６に示す概要では上から２番目の行）を、第２駆動ユニット２２０８の第２直流電源Ｖｃ２４０５と連結することによって選択される。このことは、第２切替え装置２２１１ｂの第２スイッチ２４０６の切替位置を適切に選択することによって行われる。さらに、第２駆動ユニットは、電気的接地電位２２１２を供給する端子を含む。
【０１６６】
第１検出ユニットは、選択された列線２２０５の電流を検出するための第１電流検出ユニットＩｇ２４０７として実現されている。また、第２検出ユニットは、選択された行に流れる電流を検出するために使用できる第２電流検出ユニットＩｃ２４０８として実現されている。
【０１６７】
さらに、バイオセンサーアレイ２４００は、ポテンシオスタット装置を備えている。このポテンシオスタット装置は、基板２２０１上の基準電極２４０９と、基板２２０１上の対電極２４０１と、チップの外側に配置された（「オフチップ」）演算増幅器２４１１とから構成されている。演算増幅器２４１１の非反転入力部２４１１ａは、電気的接地電位２２１２になっている。演算増幅器２４１１の反転入力部２４１１ｂは、対電極２４１０と連結されている。これらの構成要素は、ともにポテンシオスタット回路を形成する。後者を、バイオセンサーアレイ２４００に展開された検体に対して、低抵抗方法によって適切な電気化学的電位を割り付けるために有利に利用してもよい。ポテンシオスタット装置を有する構成は、バイオセンサー区域がレドックス・リサイクルバイオセンサーとして設定されている場合に特に有利である。
【０１６８】
バイオセンサーアレイ２４００では、第１駆動線２２０５と第２駆動線２２０６が、異なる面に形成されている。従って、電気的に絶縁された線交差が可能となる。全てのｍ個の列は、第１直流電源Ｖｇ２４０３または電気的接地電位２２１２と任意に連結されていてもよい。全てのｎ個の行は、第２直流電源Ｖｃ２４０５または電気的接地電位２２１２と任意に連結されていてもよい。電流検出器具Ｉｇ２４０およびＩｃ２４０８を、対応する直流電源２４０３、２４０５を流通する電流を測定するために使用できる。従って、上記構成では、生成電流と集電流の特性を決定することができる。これらの電流はほぼ同じ規模なので、任意に電流の１つだけを測定することも可能である。１つの電流の検出を検出することで十分であるということは、最小経費を実現できることを意味する。両方の電流を検出することで、センサー現象を冗長検出できる。従って、検出感度およびエラー抵抗性が高まる。
【０１６９】
読み出し動作は、正の電圧Ｖｇを正確に１つの列に印加し、負の電圧Ｖｃを正確に１つの行に印加することで行う。電気的接地電位２２１２は、他の全ての行および列に存在する。図１６では「＋」および「−」の符号で示すように、選択された行２２０６と選択された列２２０５との間の交差領域にあるレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２ａにだけ、酸化および還元の両方のプロセスを行えるように充分に大きな電位勾配が存在する。全ての他のレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２では、端子２２０３，２２０４の少なくとも１つにある電圧の強度が、好適な電気化学的作用である酸化還元の両反応を開始するために超過せねばならない閾値を下回っている。電圧が印加されると、短期的かつ単発的な電流急上昇が、電極２４０１または２４０２の１つの場所に起こる可能性がある。しかし、それは急速に減衰し、選択されたレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２ａでのように持続的に上昇する電流ではない。マトリックスのほとんどのレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２において、両方の端子２２０３，２２０４は電気的接地電位２２１２となっている。
【０１７０】
図１７を参考にしながら、本発明の第８実施例のバイオセンサーアレイ２５００について以下に説明する。
【０１７１】
レドックス・リサイクルバイオセンサー区域では、生成電流および集電流（すなわち、ＩｇおよびＩｃ）は、多くの場合に強度が非常に似ているが、異なる符号を有している。その結果、原則として、２つの電流の１つだけを測定し評価することで充分である。この事実に基づいた本発明のバイオセンサーアレイの実施例を、図１７に示す。
【０１７２】
バイオセンサーアレイ２５００では、第１直流電源Ｖｇ２４０３を用いて、すべての列線２２０５へ電圧Ｖｇを印加する。さらに、第１直流電源Ｖｇ２４０３の電圧Ｖｇを行線２２０６の１つ以外の全てに印加する。図１７では、上から２番目の行にだけ、第２スイッチ２４０６の切替位置に基づいて、対応する第２信号線２２０６と第２直流電源Ｖｃ２４０５との間の連結が生じる。その結果、選択された第２行２５０１にあるレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２を除く、全てのレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２において電位差がゼロとなる。選択された行２５０１の全てのレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２において、印加される電圧条件は酸化および還元反応を生じさせるのに充分なものである。すなわち、選択された行２５０１の全てのレドックス・リサイクルバイオセンサー区域においてセンサー現象が生じれば、そこより電流が供給される。図１６においては、第１スイッチ２４０２の切替位置により（選択された）、レドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２の第２列の電流だけが測定されるのであるが、図１７に示す概要では、第２レドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２ａの電流だけが検出される。このように、適切な切替位置２４０４，２４０６を選択的に設定することにより、マトリックス内のそれぞれのレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２を、別々に選択できる。
【０１７３】
あるいは、行および列の機能性、従って、ＶｇおよびＶｃの役割を交換することができる。すなわち、その場合は値Ｉｇの代りに値Ｉｃが検出される。
【０１７４】
図１８を参考にしながら、本発明の第９実施例のバイオセンサーアレイ２６００について以下に説明する。
【０１７５】
バイオセンサーアレイ２６００では、各第１信号線２２０５に（すなわち、レドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２の各列に）別々の第１直流電圧２６０１Ｖｙ、ｉ（ただし、ｉ＝１、２、…、ｍ）、および第１電流検出装置２６０３Ｉｙ、ｉ（ただし、ｉ＝１、２、…、ｍ）が備えられている。さらに、いずれの場合にも、各第２信号線２２０６に（すなわち、レドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２の各行に）、別々の第２直流電源２６０２Ｖｘ、ｊ（ただし、ｊ＝１、２、…、ｎ）および、別々の第２電流検出装置２６０４Ｉｘ、ｊ（ただし、ｊ＝１、２、…、ｎ）が備えられている。明らかに、各列および各行には、別々の電源および別々の電流測定器具が備えられている。図１６および図１７のセンサー配置に基づく動作は、この構成の図示される電源の電圧分配に応じて達成できる。バイオセンサーアレイ２６００の利点の１つは、行毎または列毎に並行して読み出せる点である。明らかに、図１８に示す実施例では、選択ユニットが直流電源２６０１および２６０２の制御部（control／Steuerung）に組み込まれている。なぜなら、電源のそれぞれを、任意に接続および切断できるからである。
【０１７６】
図１９を参考にしながら、本発明の第１０実施例のバイオセンサーアレイ２７００について以下に説明する。
【０１７７】
バイオセンサーアレイ２７００では、レドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２の各列（すなわち、各第１信号線２２０５）が、別々の第１直流電源２６０１および別々の第１電流検出装置２６０３と連結されている。これに対し、いずれのレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２の異なる行により共有される第３直流電源Ｖｇ２７０１および第４直流電源Ｖｃ２７０２が備えられている。レドックス・リサイクルバイオセンサー区域の正確に１つの行が、第２スイッチ２４０６を用いて第４直流電源Ｖｃ２７０２と連結され、一方、他の全ての行は第３直流電源Ｖｇ２７０１と連結されている。図１９に示す実施例では、選択されている行２５０１だけが、第４直流電源Ｖｃ２７０２と連結されている。図示した概要では、全ての第１直流電源２６０１が電位Ｖｇを供給する。その結果、選択された行２５０１のレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２だけに、レドックス・リサイクルプロセスを起こせるほど充分に大きい電位差が存在している。これらセンサー信号は、選択された行２５０１の正確に１つの割り当てられたレドックス・リサイクルバイオセンサー区域の電流を検出する第１電流検出装置２６０３のそれぞれによって、行ごとに読み出される。
【０１７８】
同じような原則に基づいて、いずれの場合も、読み出しを列毎に行える。
【０１７９】
図２０を参考にしながら、本発明の第１１実施例のバイオセンサーアレイ２８００について以下に説明する。
【０１８０】
バイオセンサーアレイ２８００は、第１回路ブロック２８０１と、第２回路ブロック２８０２を備え、さらに、２つの回路ブロック２８０２，２８０３と連結された、入力／出力インターフェース２８０３を備えている。センサー信号（例えば、電気的駆動信号または電気的検出信号）を、入力／出力インターフェース２８０３へ供給してもよい。
【０１８１】
バイオセンサーアレイ２８００は、いわゆる「能動」チップを表している。これは、機能が異なり得る回路が半導体基盤に一体に集積されている半導体基板を意味しているものと解釈される。具体的には、構成要素である電源２４０１および２６０１と、電流検出ユニット２４０７および２６０３と、演算増幅器２４１１と、選択ユニット２２１１の一部分が、第１回路ブロック２８０１に集積されている。また、他の構成要素（第２電源２４０５および２６０２、電流検出装置２４０８および２６０４、選択ユニット２２１１の他の部分など）は、第２回路ブロック２８０２に集積されている。さらに、信号を事前処理するため、および信号をさらに処理するためのほかの構成要素は、回路ブロック２８０１，２８０２に「オンチップ」で実現されている。さらに、バイオセンサーアレイ２８００のチップは、各用途の条件に応じて設定された規格の（例えばデジタル）インターフェース２８０３（入力／出力）を備えている。
【０１８２】
例えば、個々の面積が小さく、対応するセンサーを制御する能動回路をセンサー内部に実装できないようなインターデジタル構造を大量に使用する場合、本発明の構造をこの能動チップに利用することが有利となるであろう。さらに、オンチップで実現された回路の機能条件が非常に高ければ、特に有利である。このことは、センサー素子の面積が性能（例えばノイズ）に重大な影響を及ぼす場合に特に該当する。
【０１８３】
図２１を参考にしながら、本発明の第１２実施例のバイオセンサーアレイ２９００について以下に説明する。
【０１８４】
バイオセンサーアレイ２９００は、３つの配線方向を有する三角形マトリックスとして備えられているレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２の配置である。さらに、共通第１直流電源２４０３Ｖｇが第１駆動ユニットとして備えられており、共通第１電流検出装置２４０７Ｉｇが第１検出ユニットとして備えられている。さらに、第２直流電源２４０５Ｖｃ、およびこれと連結された第２電流検出ユニット２４０８Ｉｃが第２検出ユニットとして備えられている。選択ユニット２２１１は、切替位置を制御できる複数のスイッチ２９０１を用いて表される。切替位置は選択ユニット２２１１を用いて制御できる。さらに、図２１では、第１線２９０２と、第２線２９０３と、第３線２９０４が、線２９０２〜２９０４の交差領域（この交差領域は相互に電気的に絶縁されている）で、相互に６０°の角度で相互に交差して延びるように配置されている。具体的には、図２１は選択されたレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２ａを示す。このレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２ａは、図２１に示すようなスイッチ２９０１の切替位置によって選択されている。第１スイッチ２９０１ａは、選択されたレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２ａの第１端子２２０３が第１直流電源２４０３Ｖｇおよび第１電流検出装置２４０７Ｉｇに連結されるような切替位置になっている。さらに、第２スイッチ２９０１ｂは、選択されたレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２ａの第２端子２２０４が、第２直流電源Ｖｃ２４０５および第２電流検出ユニット２４０８Ｉｃに連結されるような切替位置になっている。他の全てのスイッチ１２００の切替位置は、これら他のスイッチ２９０１に隣接している第１、第２および第３信号線２９０２〜２９０４を電気的接地電位２２１２とする位置にある。言い換えると、図２１に示す概要では、レドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２のうち、選択されたレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２ａだけが、直流電源２４０３Ｖｇと直流電源２４０５Ｖｃの双方に連結されている。図２１に示す概要では、選択されたレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２ａと接続されている第１線２９０２は、第２信号線２２０６として機能し、一方、選択されたレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２ａと接続されている第２線２９０３は、第１信号線２２０５として機能する。それぞれのスイッチ２９０１は３つの切替位置を有している。その結果、それぞれ関連付けられている線２９０２〜２９０４を、電気的接地電位２２１２、直流電源Ｖｇ２４０３または直流電源Ｖｃ２４０５と任意に連結できる。その結果、センサーアレイ２９００の各位置で独立した測定が可能となる。図２１の構成は、図１６の構成に対応しているが、三角形マトリックスを有する構造である。
【０１８５】
図２２を参照しながら、本発明の第１３実施例のバイオセンサーアレイ３０００について以下に説明する。
【０１８６】
バイオセンサーアレイ３０００は、図１７の構成に対応しているが、レドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２を三角形マトリックス型に配置する構造で形成されている。図２２に示す概要では、第１スイッチ２９０１ａが、対応する第２線２９０３を電流検出ユニット２４０７Ｉｇと連結するような切替位置にある。さらに、第２スイッチ２９０１ｂは、対応する第１線２９０２だけを第２直流電源Ｖｃ２４０５と連結するような位置にある。他の全てのスイッチ２９０１は、対応する線２９０２〜２９０４を第１電源２４０３Ｖｇと連結するような位置になっている。その結果、選択されたレドックス・リサイクルバイオセンサー区域２２０２ａの端子２２０３，２２０４間に、電位差Ｖｇ−Ｖｃが印加される。また、第１信号線２２０５を流れる電流を、第１電流検出ユニット２４０７を用いて検出する。
【０１８７】
図２３を参照しながら、第１線２９０２の１つと、第２線２９０３の１つと、第３線２９０４の少なくとも１つとの間の交差領域３００１を、たった２つの配線面を用いてどのように実現するかについて以下に説明する。
【０１８８】
図２３は、第１金属化面３１００と、第２金属化面３１０１とを平面図に示す。第１金属化面３１００は、第２金属化面３１０１と相対的に、図２３の紙面に対して垂直方向に配置されている。すなわち、図２３の紙面はバイオセンサーアレイ２９００の表面に対して平行である。完全に第１金属化面３１００上に備えられている第１線２９０２の１つ、完全に第２金属面３１０１上に備えられている第２信号線２９０３の１つ、および、一部が第１金属化面３１００上に備えられており、他の部分が第２金属化面３１０１上に備えられている第３信号線２９０４の１つは、図２３に示されるように交差領域３１０１で交差する。交差領域３００１において信号線２９０２〜２９０４を相互に電気的に絶縁できるように、図２３の第３線２９０４を第１部分２９０４ａと、第２部分２９０４ｂと、第３部分２９０４ｃに分割する。第１部分２９０４ａおよび第３部分２９０４ｃは、第２金属化面３１０１上に延びており、一方、第２部分２９０４ｂは、第１金属化面３１００上に延びている。図２３の紙面に対して垂直に延びるように配置された垂直接触接触素子３１０２を用いて、第１部分２９０４を第２部分２９０４ｂと連結し、第２部分２９０４ｂを第３信号線２９０４の第３部分２９０４ｃと連結する。その結果、たった２つの金属化面を用いて、電気的絶縁を妨害することなく、３本の信号線２９０２〜２９０４を相互に交差させることができる。
【０１８９】
このように、３つ（または、それ以上）の配線方向を有するマトリックス型配置を、必ずしも３つ（または、それ以上）の独立した配線面を用いて実現する必要はない。図２３に概略的に示すように、いずれにせよ配線面は２つで充分である。
【０１９０】
以下の刊行物を本文に引用した：
［１］  ＷＯ  ９３／２２６７８
［２］  ＤＥ  １９６１０１１５  Ａ１
［３］  米国特許シリアル番号６０／００７８４０（US Patent Serial No. 60/007840)
［４］  Peter Van Gerwen et al., 「生化学センサー用のナノ規模の櫛歯が相互に噛み合った形状の電極アレイ（“Nanoscaled Interdigitated Electrode Arrays for Biochemical Sensors”）」, Proc. International Conference on Solid-State Sensors and Actuators (Transducers ’97), pp. 907-910, 1997
［５］  Hagleitner, C. et al. 「容量、熱量および質量に高感度なマイクロセンサーを含む単一ＣＭＯＳチップ上のガス検出システム（“A Gas Detection System on a Single CMOS-Chip comprising capacity, calorimetric, and mass sensitive microsensors”）」, Proc. International Solid-State Circuit Conference (ISSCC), p. 430, 2002
［６］  R. Thewes et al., 「ＣＭＯＳ上の完全に電子的なＤＮＡ検出用のセンサーアレイ（“Sensor Arrays for Fully Electronic DNA Detection on CMOS”）」, Proc. Int. Solid-State Circuits Conf. (ISSCC), p. 350, 2002
［７］  R. Hintsche et al,「マイクロ電極アレイと、そのバイオセンサー装置としての用途（“Microelectrode arrays and application to biosensing devices”）」, Biosensors & Bioelectronics, pp. 697 - 705, 1994
［８］  R. Hintsche et al., 「Ｓｉ技術製の電極を用いるマイクロバイオセンサー（“Microbiosensors using electrodes made in Si-technology”）」 in “Frontiers in Biosensorics I”, F. Scheller et al. ed., Birkhaeuser, Basel, Switzerland, 1997
［９］  M. Paeschke et at, 「サブマイクロメートルの電極アレイを用いる高感度電気化学マイクロセンサー（“Highly sensitive electrochemical microsensors using submicrometer electrode arrays”）」, Sensor and Actuators B, pp.394-397, 1995
［１０］  ＷＯ  ００／６２０４８
［１１］  ＷＯ  ９６／０７９１７
［１２］  ＷＯ  ０１／４３８７０  Ａ２
［１３］  ＷＯ  ０１／７５１５１  Ａ２
［１４］  ＷＯ  ８８／０９４９９  Ａ１
【図面の簡単な説明】
【０１９１】
【図１】Ａ，Ｂは、従来技術のインターデジタル電極配置の平面図、および、交線Ｉ−Ｉ’に沿った断面図である。Ｃは、従来技術のもうひとつのインターデジタル電極配置を示す図である。
【図２】Ａ，Ｂは、図１に示される従来技術の方法に基づいたインターデジタル電極配置において、動作中の異なる時点におけるインターデジタル電極配置の第１部分領域の断面図である。
【図３】図１に示すような従来技術のインターデジタル電極配置の第２部分領域の断面図である。
【図４】従来技術の図１に示すようなインターデジタル電極配置の第１部分領域の等価回路図である。
【図５】Ａ，Ｂは、図１に示すような従来技術のインターデジタル電極配置の第１部分領域の等価回路図である。
【図６】本発明の第１実施例のバイオセンサーアレイを示す図である。
【図７】本発明の第２実施例のバイオセンサーアレイを示す図である。
【図８】図７に示すバイオセンサーアレイの等価回路図である。
【図９】図７に示すバイオセンサーアレイの簡易化した等価回路図である。
【図１０】本発明の第３実施例のバイオセンサーアレイを示す図である。
【図１１】本発明の第４実施例のバイオセンサーアレイを示す図である。
【図１２】本発明の第５実施例のバイオセンサーアレイを示す図である。
【図１３】図１２に示すバイオセンサーアレイの３本の信号線の交差領域の概略的平面図である。
【図１４】本発明の第６実施例のセンサーアレイを示す図である。
【図１５】Ａ〜Ｃは、異なる動作状態における図１４に示されるバイオセンサーアレイのレドックス・リサイクルバイオセンサー区域の断面図である。
【図１６】本発明の第７実施例のバイオセンサーアレイを示す図である。
【図１７】本発明の第８実施例のバイオセンサーアレイを示す図である。
【図１８】本発明の第９実施例のバイオセンサーアレイを示す図である。
【図１９】本発明の第１０実施例のバイオセンサーアレイを示す図である。
【図２０】本発明の第１１実施例のバイオセンサーアレイを示す図である。
【図２１】本発明の第１２実施例のバイオセンサーアレイを示す図である。
【図２２】本発明の第１３実施例のバイオセンサーアレイを示す図である。
【図２３】図２２に示すバイオセンサーアレイの３本の信号線の交差領域の概略的平面図である。
【符号の説明】
【０１９２】
１００    インターデジタル電極配置
１０１    基板
１０２    第１電極構造
１０３    第２電極構造
１０４    第１部分領域
１０５    第２部分領域
１１０    レドックス・リサイクルバイオセンサー
１１１    基板
１１２    第１インターデジタル電極
１１３    第２インターデジタル電極
１１４    基準電極
１１５    対電極
１１６    差動増幅器
１１６ａ    非反転入力部
１１６ｂ    反転入力部
１１６ｃ    出力部
１１７    接地電位
１１８    第１直流電源
１１９    第２直流電源
１２０    第１電流計
１２１    第２電流計
２００    捕獲分子
２０１    検体
２０２    被検出粒子
２０３    インピーダンス
３００    フィールドライン
３０１    対称線
３０２    被覆領域
４００    等価回路図
４０１    第１容量
４０２    第１非反応抵抗
４０３    第２コンデンサ
４０４    第２非反応抵抗
４０５    第３コンデンサ
４０６    第３非反応抵抗
５００    等価回路図
５０１    電流計
５０２    交流電源
５０３    接地電位
５１０    簡易化した等価回路図
５１１    第１有効コンデンサ
５１２    第１有効非反応抵抗
６００    センサーアレイ
６０１    シリコン基板
６０２    インピーダンスバイオセンサー区域
６０２ａ    選択されたインピーダンスバイオセンサー区域
６０３    第１端子
６０４    第２端子
６０５    駆動線
６０６    検出線
６０７    駆動線
６０８    検出ユニット
６０８    選択ユニット
６０９ａ    第１切替装置
６０９ｂ    第２切替装置
６１０    交差領域
６１１    接地電位
７００    センサーアレイ
７０１    交流電源
７０２    電気的接地電位
７０３    第１スイッチ
７０４    電流検出装置
７０５    第２切替装置
７０６    基準電極
７０７    対電極
７０８    演算増幅器
７０８ａ    非反転入力部
７０８ｂ    反転入力部
７０８ｃ    出力部
８００    等価回路図
８０１    インピーダンス
９００    簡易化した等価回路図
９０１    コンデンサ
１０００    センサーアレイ
１００１    駆動／選択ユニット
１００２    検出／選択ユニット
１１００    センサーアレイ
１１０１    第１回路ブロック
１１０２    第２回路ブロック
１１０３    入力／出力インターフェース
１２００    センサーアレイ
１２０１    スイッチ
１２０１ａ    第１スイッチ
１２０１ｂ    第２スイッチ
１２０２    第１信号線
１２０３    第２信号線
１２０４    第３信号線
１２０４ａ    第１部分
１２０４ｂ    第２部分
１２０４ｃ    第３部分
１２０５    交差領域
１３００    第１金属化面
１３０１    第２金属化面
１３０２    垂直接触接続素子
２２００    レドックス・リサイクルバイオセンサーアレイ
２２０１    シリコン基板
２２０２    レドックス・リサイクルバイオセンサー区域
２２０２ａ    選択されたレドックス・リサイクルバイオセンサー区域
２２０３    第１端子
２２０４    第２端子
２２０５    第１信号線
２２０６    第２信号線
２２０７    第１駆動ユニット
２２０８    第２駆動ユニット
２２０９    第１検出ユニット
２２１０    第２検出ユニット
２２１１    選択ユニット
２２１１ａ    第１切替装置
２２１１ｂ    第２切替装置
２２１２    接地電位
２３００    第１電極
２３０１    第２電極
２３０２    保持領域
２３０３    ＤＮＡプローブ分子
２３０４    ＤＮＡ鎖
２３０５    電解質
２３０６    酵素標識
２３０７    分子
２３０８    部分分子
２３０９    矢印
２３１０    酸化された部分分子
２３１１    還元された部分分子
２４００    バイオセンサーアレイ
２４０１    第１インターデジタル電極
２４０２    第２インターデジタル電極
２４０３    第１直流電源
２４０４    第１スイッチ
２４０５    第２直流電源
２４０６    第２スイッチ
２４０７    第１電流検出ユニット
２４０８    第２電流検出ユニット
２４０９    基準電極
２４１０    対電極
２４１１    演算増幅器
２４１１ａ    非反転入力部
２４１１ｂ    反転入力部
２４１１ｃ    出力部
２５００    バイオセンサーアレイ
２５０１    選択された行
２６００    バイオセンサーアレイ
２６０１    第１直流電源
２６０２    第２直流電源
２６０３    第１電流検出装置
２６０４    第２電流検出装置
２７００    バイオセンサーアレイ
２７０１    第３直流電源
２７０２    第４直流電源
２８００    センサーアレイ
２８０１    第１回路ブロック
２８０２    第２回路ブロック
２８０３    入力／出力インターフェース
２９００    バイオセンサーアレイ
２９０１    スイッチ
２９０１ａ    第１スイッチ
２９０１ｂ    第２スイッチ
２９０２    第１線
２９０３    第２線
２９０４    第３線
２９０４ａ    第１部分
２９０４ｂ    第２部分
２９０４ｃ    第３部分
３０００    バイオセンサーアレイ
３００１    交差領域
３１００    第１金属化面
３１０１    第２金属化面
３１０２    接触接続素子
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2005536718.tif 000004
2005536718.tif 000005
【図３】
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【図４】
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2005536718.tif 000008
【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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【国際調査報告】
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