(57)【要約】【課題】検出対象分子を選択的にかつ高感度に検出する。【解決手段】分子検出装置は、測定室と、測定室に設けられ、光を照射する光源と、測定室に設けられ且つ検出対象分子を捕捉する少なくとも一つのセンサユニットを有し、光の第１の照射条件下における単位時間あたりの検出対象分子の捕捉数に対応する第１の検出データと、光の第２の照射条件下における単位時間あたりの検出対象分子の捕捉数に対応する第２の検出データと、を生成する検出器と、第１の検出データおよび第２の検出データを用いて検出対象分子を識別する識別器と、を具備する。【選択図】図１
2019056602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定室と、
前記測定室に設けられ、光を照射する光源と、
前記測定室に設けられ且つ検出対象分子を捕捉する少なくとも一つのセンサユニットを有し、前記光の第１の照射条件下における単位時間あたりの前記検出対象分子の捕捉数に対応する第１の検出データと、前記光の第２の照射条件下における単位時間あたりの前記検出対象分子の捕捉数に対応する第２の検出データと、を生成する検出器と、
前記第１の検出データおよび前記第２の検出データを用いて前記検出対象分子を識別する識別器と、を具備する、分子検出装置。
【請求項２】
前記測定室に前記検出対象分子を含む検出対象ガスを導入するためのポンプと、
前記ポンプによる前記測定室に対する前記検出対象ガスの導入の開始および停止と、前記光源による前記少なくとも一つのセンサユニットに対する前記光の照射の開始および停止と、を制御する制御器と、をさらに具備する、請求項１に記載の分子検出装置。
【請求項３】
不活性ガスを収容するための容器をさらに具備し、
前記ポンプは、前記検出対象ガスおよび前記不活性ガスを切り替えて前記測定室に導入し、
前記制御器は、前記ポンプによる前記不活性ガスの導入の開始および停止をさらに制御する、請求項２に記載の分子検出装置。
【請求項４】
前記少なくとも一つのセンサユニットは、トランジスタを備え、
前記トランジスタは、
グラフェン層と、
前記グラフェン層に接する第１の電極と、
前記グラフェン層に接する第２の電極と、を有する、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の分子検出装置。
【請求項５】
前記少なくとも一つのセンサユニットは、前記グラフェン層の表面に修飾された有機物プローブを有する、請求項４に記載の分子検出装置。
【請求項６】
前記少なくとも一つのセンサユニットは、複数の前記トランジスタと、複数の前記グラフェン層の表面に修飾され、互いに前記検出対象分子との結合強度が異なる複数の前記有機物プローブと、を有する、請求項５に記載の分子検出装置。
【請求項７】
前記第１の検出データは、前記第１の照射条件として前記光の非照射下または遮断下における前記捕捉数に対応し、
前記第２の検出データは、前記第２の照射条件として前記光の少なくとも一部の照射下における前記捕捉数に対応する、請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の分子検出装置。
【請求項８】
前記少なくとも一つのセンサユニットは、
前記第１の検出データを生成するための第１のセンサユニットと、
前記第２の検出データを生成するための第２のセンサユニットと、を含み、
前記検出器は、
前記第１のセンサユニットと前記光源との間に設けられ、前記光を遮断する光学フィルタをさらに有する、請求項７に記載の分子検出装置。
【請求項９】
前記少なくとも一つのセンサユニットは、
前記第１の検出データを生成するための第１のセンサユニットと、
前記第２の検出データを生成するための第２のセンサユニットと、を含み、
前記検出器は、
前記第１のセンサユニットまたは前記第２のセンサユニットと前記光源との間に設けられ、前記光を減衰させる光学フィルタをさらに有する、請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の分子検出装置。
【請求項１０】
前記少なくとも一つのセンサユニットは、
前記第１の検出データを生成するための第１のセンサユニットと、
前記第２の検出データを生成するための第２のセンサユニットと、を含み、
前記検出器は、
前記第１のセンサユニットまたは前記第２のセンサユニットと前記光源との間に設けられ、前記光のうち、特定の波長の光を吸収する光学フィルタをさらに有する、請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の分子検出装置。
【請求項１１】
前記検出器は、第１の面と前記第１の面の反対側の第２の面とを有する透光性基板をさらに有し、
前記第１センサユニットおよび前記第２のセンサユニットは、前記第１の面に設けられ、
前記光学フィルタは、前記第２の面に設けられる、請求項８ないし請求項１０のいずれか一項に記載の分子検出装置。
【請求項１２】
前記少なくとも一つのセンサユニットは、
前記第１の検出データを生成するための第１のセンサユニットと、
前記第２の検出データを生成するための第２のセンサユニットと、を含み、
前記検出器は、
前記光を分光して前記第１のセンサユニットおよび前記第２のセンサユニットに照射する分光器をさらに有する、請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の分子検出装置。
【請求項１３】
測定室に検出対象分子を含む検出対象ガスを導入するステップと、
前記検出対象ガスの導入後であって光の非照射下において、前記測定室に設けられ前記検出対象分子を捕捉する少なくとも一つのセンサユニットによる単位時間あたりの前記検出対象分子の捕捉数に対応する第１の検出データを生成するステップと、
前記少なくとも一つのセンサユニットへの前記光の照射を開始するステップと、
前記光の照射下において、前記少なくとも一つのセンサユニットによる単位時間あたりの前記検出対象分子の捕捉数に対応する第２の検出データを生成するステップと、
前記第１の検出データおよび前記第２の検出データを用いて前記検出対象分子を識別するステップと、を具備する、分子検出方法。
【請求項１４】
前記光の照射は、前記検出対象ガスの導入前に開始され、前記検出対象ガスの導入後であって前記第１の検出データの生成前に停止され、
前記第２の検出データは、前記検出対象ガスの導入後であって前記光の照射の停止前に生成される、請求項１３に記載の分子検出方法。
【請求項１５】
前記第１の検出データおよび前記第２の検出データの一方の生成後に、前記検出対象ガスを前記測定室から排出するとともに前記測定室に不活性ガスを導入して前記センサユニットに捕捉された前記検出対象分子を除去するステップと、
前記検出対象分子の除去後であって前記第１の検出データおよび前記第２の検出データの他方の生成前に前記測定室に前記検出対象ガスを導入するステップと、をさらに具備する、請求項１３または請求項１４に記載の分子検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、分子検出装置および分子検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
家庭用の温水器等には、不完全燃焼を起こした際に発生する一酸化炭素を検出する装置が取り付けてあり、早い段階で危険性を知らせてくれる。このようなガス成分は人体に重大な影響を与える。比較的濃度が高いガス成分を検出する方法としては種々の方法が知られているが、極低濃度に相当するｐｐｂ（十億分の１）からｐｐｔ（一兆分の１）の濃度では検出方法が限られている。
【０００３】
災害現場等においては、極めて微量のガス成分を検出することで、事前に危険性を察知することが望まれている。極低濃度のガス成分は、研究施設内の大型機器を利用して検出する場合が多い。このような場合、ガスクロマトグラフィーや質量分析計のような高価で重量と容積の大きな設置型装置が必要となる。このような点から、極低濃度のガス成分をリアルタイムに検出することが可能な装置、すなわち重量や容積が小さくて携帯性に優れると共に、ｐｐｔからｐｐｂオーダーの極低濃度のガス成分を選択的にかつ高感度に検出することを両立させた装置が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０１９６８８号公報
【特許文献２】特開２０１０−１３９２６９号公報
【特許文献３】特開２０１５−５１５６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、検出対象分子を選択的にかつ高感度に検出することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の分子検出装置は、測定室と、測定室に設けられ、光を照射する光源と、測定室に設けられ且つ検出対象分子を捕捉する少なくとも一つのセンサユニットを有し、光の第１の照射条件下における単位時間あたりの検出対象分子の捕捉数に対応する第１の検出データと、光の第２の照射条件下における単位時間あたりの検出対象分子の捕捉数に対応する第２の検出データと、を生成する検出器と、第１の検出データおよび第２の検出データを用いて検出対象分子を識別する識別器と、を具備する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】分子検出装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】検出器の構造例を示す断面模式図である。
【図３】センサユニットの構造例を示す断面模式図である。
【図４】センサチップの構造例を示す上面模式図である。
【図５】検出器の一部の構造例を示す断面模式図である。
【図６】検出器の一部の他の構造例を示す断面模式図である。
【図７】検出器の一部の他の構造例を示す断面模式図である。
【図８】検出器の一部の他の構造例を示す断面模式図である。
【図９】検出器の一部の他の構造例を示す断面模式図である。
【図１０】検出器の一部の構造例を示す断面模式図である。
【図１１】検出器の一部の構造例を示す断面模式図である。
【図１２】分子検出方法例を説明するためのフローチャートである。
【図１３】物質Ｘの検出強度の例を示す模式図である。
【図１４】物質Ｙの検出強度の例を示す例を示す模式図である。
【図１５】物質Ｚの検出強度の例を示す模式図である。
【図１６】センサチップの他の構造例を示す上面模式図である。
【図１７】センサチップの他の構造例を示す上面模式図である。
【図１８】分子検出装置の他の構成例を示すブロック図である。
【図１９】分子検出方法の他の例を説明するためのフローチャートである。
【図２０】分子検出方法の他の例を説明するためのフローチャートである。
【図２１】分子検出方法の他の例を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。なお、各実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、その説明を一部省略する場合がある。図面は模式的なものであり、各部の厚さと平面寸法との関係、各部の厚さの比率等は現実のものとは異なる場合がある。
【０００９】
図１は、実施形態の分子検出装置の構成例を示すブロック図である。図１に示す分子検出装置は、例えばガス発生元から発生した検出対象ガス１中の検出対象分子（被検出物）１１を検出する装置であり、ポンプ２と、検出器（分子検出器）３と、識別器４と、制御器５と、を具備する。
【００１０】
ポンプ２は、検出対象分子１１を含む検出対象ガス１を検出器３に導入する。なお、ポンプ２の代わりにバルブを設け、バルブの開閉により検出対象ガス１を導入の開始および停止を制御してもよい。また、検出対象ガス１は、捕集器等により捕集されてもよい。捕集器は、検出対象ガス１の捕集口を有しており、ガス流路を介してポンプ２に接続されている。捕集器は、検出対象ガス１中に含まれる微粒子等の不純物を除去するフィルタを備えていてもよい。なお、必ずしもポンプ２を設けなくてもよい。
【００１１】
検出対象ガス１は、検出対象分子１１に類似する分子量や分子構造等を有する物質を不純物として含んでいる場合がある。また、空気中に漂う検出対象分子１１は、におい成分や微粒子等の様々な夾雑物と混ざった状態で存在することが多い。このような点から、検出対象ガス１は、予めフィルタ装置や分子分配装置等で前処理した後に、分子検出装置に送るようにしてもよい。
【００１２】
前処理装置のうちのフィルタ装置には、一般的な中高性能フィルタ等が用いられる。フィルタ装置において、検出対象ガス１中に含まれる微粒子等の粒子状物質が除去される。フィルタ装置で粒子状物質が除去された検出対象ガス１は、分子分配装置に送られる。分子分配装置としては、検出対象ガス１をイオン化してイオン化物質群とし、イオン化物質群に電圧を印加して質量に比例する速度で飛行させ、この質量差による飛行速度およびそれに基づく飛行時間を利用して、イオン化物質群から検出対象分子１１のイオン化物質を分離する装置が挙げられる。このような分子分配装置としては、イオン化部、電圧印加部、および飛行時間分離部を備える装置が用いられる。
【００１３】
検出対象分子１１を含む検出対象ガス１は、直接もしくはフィルタ装置や分子分配装置等の装置で前処理された後に捕集器で捕集される。捕集器で捕集された検出対象分子１１は、ガス流路を介して検出器３に送られる。
【００１４】
図２は、検出器３の構造例を示す断面模式図である。図２に示す検出器３は、測定室３０と、測定室３０に設けられ光を照射する光源３１と、測定室３０に設けられたセンサ３２と、を具備する。光源３１からの光は、センサ３２の少なくとも一部に照射される。
【００１５】
測定室３０は、検出対象ガス１が流れる空間である。図２に示す矢印は、検出対象ガス１の流れ方向を表す。測定室３０の内壁は、例えば光を吸収する材料で構成される。なお、ポンプ２の代わりにバルブを設ける場合、測定室３０を減圧しておいてもよい。
【００１６】
光源３１は、例えば電球、発光ダイオード等を有していてもよいが、これに限定されない。光源３１からの光の波長は、用途に応じて適宜設定することができる。上記光は、例えばＸ線やテラヘルツ光であってもよく、特定の波長範囲の光に限定されない。図２において、光源３１は、センサ３２の上に設けられているがこれに限定されない。
【００１７】
センサ３２は、少なくとも一つのセンサユニットを有する。センサユニットは、１種以上の検出対象分子１１を捕捉する。センサ３２は、上記センサユニットを用いて光源３１からの光の第１の照射条件下における単位時間あたりの検出対象分子１１の捕捉数に対応する第１の検出データと、上記光の第２の照射条件下における単位時間あたりの検出対象分子１１の捕捉数に基づく第２の検出データと、を生成して検出信号として出力する。
【００１８】
第１の検出データは、例えば第１の照射条件として上記光の非照射下または遮断下における上記捕捉数に対応し、第２の検出データは、例えば第２の照射条件として上記光の少なくとも一部の照射下における上記捕捉数に対応する。上記光の少なくとも一部は、例えば上記の光の全部や、上記光のうちの一部の波長の光、上記光の減衰光等が挙げられる。また、第１の検出データが第１の照射条件として上記光の一部の照射下における上記捕捉数に対応し、第２の検出データが第２の照射条件として上記光の他の一部の照射下における上記捕捉数に対応していてもよい。
【００１９】
図３は、センサユニットの構造例を示す断面模式図である。センサユニットは、電極３２１と絶縁層３２２とグラフェン層３２３と電極３２４と電極３２５とを有するグラフェン電界効果トランジスタ（ＧＦＥＴ）を備える。ＧＦＥＴは、基板３４上に設けられている。なお、センサユニットは、複数のＧＦＥＴを有していてもよい。
【００２０】
電極３２１は、グラフェン層３２３に重畳する。電極３２１は、ゲート電極としての機能を有する。電極３２１は、例えばインジウム錫酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）等を用いて形成される。なお、電極３２１は、必ずしも設けられなくてもよい。また、電極３２１の代わりに半導体基板等の基板３４がゲート電極として機能してもよい。
【００２１】
絶縁層３２２は、ゲート絶縁層としての機能を有する。絶縁層３２２としては、例えば酸化珪素膜等が挙げられる。酸化珪素膜は、例えば化学気相蒸着（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）法等により形成される。電極３２１がＩＴＯにより構成される場合、プラズマＣＶＤ法により酸化珪素膜を形成してもよい。
【００２２】
グラフェン層３２３は、チャネル形成領域としての機能を有する。
【００２３】
電極３２４および電極３２５は、グラフェン層３２３に接する。電極３２４および電極３２５は、ソース電極およびドレイン電極としての機能を有する。なお、電極３２４および電極３２５のどちらがソース電極またはドレイン電極であるかは、電極３２４および電極３２５に与えられる電位の大小関係に応じて変化する。
【００２４】
さらに、センサユニットは、グラフェン層３２３の表面に修飾された有機物プローブ３２６を有していてもよい。なお、グラフェン層３２３が検出対象分子１１を捕捉する機能を有する場合、必ずしも有機物プローブ３２６を設けなくてもよい。有機物プローブ３２６に検出対象分子１１が補足され、グラフェン層３２３の表面近傍の電位分布が変化し、グラフェン層３２３における電界強度が変化することで電気的な検出が行われる。このようにして、目的とする検出対象分子１１が検出される。
【００２５】
有機物プローブ３２６を構成する有機物は溶剤に溶ける性質を有するため、溶剤に溶かした溶液として塗布することでグラフェン層３２３に有機物プローブ３２６を設置することができる。有機物プローブ３２６はグラフェンと相互作用を得られやすくするために、ピレン環のような構造を有した部位を有することが好ましい。ピレン環のような構造を持つ分子はグラフェンの炭素が構成する六角形状のπ電子系と相互作用を持ち、いわゆるπ―πスタッキングと呼ばれる相互作用状態を形成する。低濃度のプローブ分子を溶媒に溶かしてグラフェンに塗布すると、ピレン環とグラフェンとの間でπ―πスタッキングが形成され、グラフェン上にプローブ分子が整列して固定化される。このような自己配列作用を利用してグラフェン層３２３上に有機物プローブ３２６を設置することができる。有機物プローブ３２６を構成する有機化合物については、後に詳述する。
【００２６】
グラフェン層３２３上に設けられた有機物プローブ３２６に検出対象分子１１が捕捉されると、ＧＦＥＴの出力が変化する。グラフェンの層数が２層、３層と増えるとバンドギャップが生じることがあり、この場合、電界強度変化に対する電気的な検出をより高感度に行うことができる場合がある。従って、グラフェン層３２３はグラフェンの単層構造に限らず、２層以上５層以下程度のグラフェンの積層体で構成してもよい。また、グラフェンのナノリボンを用いてグラフェン層３２３を構成してチャネルを細くしてバンドギャップを形成してもよい。さらに、グラフェン層３２３をメッシュ状にしてバンドギャップを形成してもよい。これに限定されず、その他の各種方法によりグラフェン層３２３にバンドギャップを形成してもよい。
【００２７】
有機物プローブ３２６の近傍に飛来した検出対象分子１１は、水素結合の力等により有機物プローブ３２６に引き付けられ、場合によっては接触する。検出対象分子１１の接触が起こると、有機物プローブ３２６との間で電子のやり取りが発生し、有機物プローブ３２６が接するグラフェン層３２３に電気的変化を伝える。有機物プローブ３２６からグラフェン層３２３に伝えられた電気的な変化は、電極３２４と電極３２５との間の電気の流れを変化させるため、ＧＦＥＴがセンサとして機能する。
【００２８】
グラフェン層３２３をチャネルとして用いたＧＦＥＴによれば、極僅かな電気変化であっても顕著に出力として現れる。従って、高感度なセンサユニットを構成することができる。ＧＦＥＴを用いたセンサは、電極３２１に電位を印加しなくてもグラフェン層３２３の電界強度の変化により電極３２４と電極３２５との間の電気抵抗が変化する。従って、このままでもセンサとして機能するが、通常は電極３２１に電位を印加した状態で電極３２４と電極３２５との間に電流を流し、有機物プローブ３２６で検出対象分子１１を捕捉した際の電極３２３の電気的変化を観測する。なお、ＧＦＥＴに光を照射する場合、光電流が流れる場合があるが、光照射条件によっては、当該光電流の値は、無視できるほど小さい値である。また、光電流が大きい場合であっても、光電流自体をデータの一部として扱うことにより、後述するデータパターン認識法を用いた検査対象分子１１の識別が可能である。
【００２９】
上記した検出対象分子１１の検出において、有機物プローブ３２６に捕捉された検出対象分子１１によるグラフェン層３２３の電界強度の変化が大きいほどセンサとしての機能が高くなる。ＧＦＥＴを用いたセンサは、最も高感度なＦＥＴセンサとされており、カーボンナノチューブを用いたセンサと比べて３倍ほど感度を向上させることができる。従って、ＧＦＥＴと有機物プローブ３２６とを組み合わせたセンサユニットを用いることによって、検出対象分子１１の高感度な検出が可能になる。
【００３０】
少なくとも一つのセンサユニットは、検出対象分子１１との結合強度が異なる複数の有機物プローブ３２６が設けられていてもよい。複数の有機物プローブ３２６は、それぞれ検出対象分子１１と相互作用を有するが、検出対象分子１１との結合強度が異なるため、値が異なる検出データが生成される。複数のセンサユニットを有する場合、センサユニット毎に異なる結合強度を有する有機物プローブ３２６を有していてもよい。
【００３１】
識別器４は、第１の検出データおよび第２の検出データを用いて検出対象分子１１を識別する。識別器４は、例えば第１の検出データおよび第２の検出データを強度データに変換し、これら強度データの強度差に基づくデータパターンを解析する。識別器４には、検出する物質に応じたデータパターンが記憶されており、これらデータパターンと第１および第２の検出データに基づくデータパターンとを比較することによって、検出器３で検出された検出対象分子１１の識別が行われる。このような信号処理を、ここではパターン認識法と呼ぶ。パターン認識法によれば、例えば指紋検査のように被検出物特有のデータパターンにより検出対象分子１１を検出および識別することができる。従って、ｐｐｔからｐｐｂオーダーの極低濃度のガス成分（検出対象分子１１）を選択的にかつ高感度に検出することができる。なお、識別器４に保存するデータパターンをＧＦＥＴに生じる光電流を考慮して作成しておくことにより、光電流による電流変化分をキャンセルすることができる。
【００３２】
制御器５は、ポンプ２、検出器３、識別器４のそれぞれに電気的に接続され、それぞれに制御信号を出力する。制御器５は、制御信号により例えばポンプ２による測定室３０に対する検出対象ガス１の導入の開始および停止と、光源３１による少なくとも一つのセンサユニットに対する光の照射の開始および停止と、を制御する。制御器５は、さらに、制御信号により識別器４による検出対象分子の識別を制御してもよい。
【００３３】
識別器４や制御器５は、例えばプロセッサ等を用いたハードウェアを用いて構成されてもい。なお、各動作を動作プログラムとしてメモリ等のコンピュータ読み取りが可能な記録媒体に保存しておき、ハードウェアにより記録媒体に記憶された動作プログラムを適宜読み出すことで各動作を実行してもよい。
【００３４】
センサ３２は、ＧＦＥＴを有する複数のセンサユニットを備えていてもよい。図４は、センサ３２の構成例を示す上面模式図である。図４に示すセンサ３２は、基板３４に設けられたセンサユニット３２ａおよびセンサユニット３２ｂを有する。
【００３５】
センサユニット３２ａは、例えば上記第１の検出データを生成するために設けられる。センサユニット３２ｂは、例えば上記第２の検出データを生成するために設けられる。センサユニット３２ａおよびセンサユニット３２ｂは、それぞれ格子状（アレイ状）に配置してもよく、直線状に配置してもよい。また、センサユニット３２ａおよびセンサユニット３２ｂは、互いに異なる基板に設けられてもよい。さらに、センサユニット３２ａおよびセンサユニット３２ｂは、互いに異なる測定室に設けられてもよい。
【００３６】
図５は、検出器３の一部の構造例を示す断面模式図である。図５に示す検出器３は、測定室３０と、光源３１と、センサ３２と、基板３４と、を有する。なお、図２と共通する部分については図２の説明を適宜援用することができる。
【００３７】
基板３４は、面３４ａと面３４ａの反対側の面３４ｂとを有する。センサ３２は、面３４ａに設けられる。光源３１は、面３４ｂ側に設けられている。なお、センサ３２にボンディングパッドを設け、基板３４に中継用のボンディングパッドを設け、両者をワイヤ等で接続することにより、センサ３２から検出データを信号として取り出すことができる。
【００３８】
基板３４は、測定室３０の内壁に固定されてもよい。基板３４は、光源３１からの光を透過することができる。よって、基板３４を介して光源３１からセンサ３２に光を照射することができる。基板３４としては、例えば石英基板等が挙げられる。透光性が不要の場合、基板３４としてシリコン基板等の半導体基板を用いてもよい。
【００３９】
検出器３は、光源３１とセンサ３２との間に光学フィルタを有していてもよい。図６は、検出器３の一部の他の構造例を示す断面模式図である。
【００４０】
図６に示すセンサユニット３２ａ（センサユニット３２ａ１、３２ａ２）およびセンサユニット３２ｂ（センサユニット３２ｂ１、３２ｂ２）は、基板３４の面３４ａに設けられ、光学フィルタ３５は、基板３４の面３４ｂに設けられ、センサユニット３２ａ１、３２ａ２に重畳する。
【００４１】
光学フィルタ３５は、光源３１からの光を遮断することができる。これにより、センサユニット３２ａ１、３２ａ２に対する光源３１の光の照射をなくすことができるため、センサユニット３２ａ１、３２ａ２を用いて当該光の遮断下における単位時間あたりの検出対象分子１１の捕捉数に対応する第１の検出データを生成することができる。光を遮断する光学フィルタ３５としては、例えば金属膜等の遮光膜を用いることができる。
【００４２】
上記に限定されず、光学フィルタ３５は、光源３１からの光を減衰させてもよい。これにより、光源３１からの光を減衰させる、すなわち、センサユニット３２ａ１、３２ａ２に照射される光源３１の光の照射率を変化させることができるため、センサユニット３２ａ１、３２ａ２を用いて当該光の一部の照射下における単位時間あたりの検出対象分子１１の捕捉数に対応する第１の検出データを生成することができる。この場合、光学フィルタ３５をセンサユニット３２ｂ１、３２ｂ２に重畳するように面３４ｂに設けてもよい。光を減衰させる光学フィルタ３５としては、例えば酸化珪素膜と窒化珪素膜との積層膜をパターニングすることにより形成される干渉フィルタを用いてもよい。なお、図６に示す面３４ｂに光学フィルタ３５を設ける場合、容易にパターニング等を行うことができる。
【００４３】
これに限定されず、光学フィルタ３５は、光源３１からの光のうち特定の波長の光を吸収してもよい。これにより、光源３１からの光のうち特定の波長の光を吸収して他の波長の光のみをセンサユニット３２ａ１、３２ａ２に照射することができるため、センサユニット３２ａ１、３２ａ２が当該光の一部の照射下における単位時間あたりの検出対象分子１１の捕捉数に対応する第２の検出データを生成することができる。この場合、光学フィルタ３５をセンサユニット３２ｂ１、３２ｂ２に重畳するように面３４ｂに設けてもよい。特定の波長の光を吸収する光学フィルタ３５は、液晶表示装置等に用いられるカラーフィルタを貼り付けることにより形成されてもよい。なお、複数種の透過波長を有するカラーフィルタを用いてもよい。
【００４４】
光源３１からの光を分光してセンサ３２に照射してもよい。図７は、検出器３の一部の他の構造例を示す断面模式図である。図７に示す分光器３６は、光源３１からの光を分光する。光源３１が分光器３６を有していてもよい。分光された光のそれぞれ（光源３１からの光の一部のそれぞれ）は、センサユニット３２ａ１、３２ａ２、３２ｂ１、３２ｂ２に照射される。よって、センサユニット３２ａ１、３２ａ２、３２ｂ１、３２ｂ２には、互いに異なる波長の光が照射される。これにより、検出対象分子１１の分光特性を示す第２の検出データを生成することができる。分光器３６としては、例えばプリズムや回折格子等を用いることができる。なお、図８に示すように、凹状に湾曲された基板３４の面３４ａにセンサユニット３２ａ１、３２ａ２、３２ｂ１、３２ｂ２を配置することによりセンサユニット３２ａ１、３２ａ２、３２ｂ１、３２ｂ２と分光器３６との間隔を一定の間隔に調整することができる。
【００４５】
基板３４を介して光源３１からセンサ３２に光を照射する場合、図９に示すように分光器３６は面３４ｂ側に設けられる。光源３１が分光器３６を有していてもよい。分光された光のそれぞれ（光源３１からの光の一部のそれぞれ）は、基板３４を介してセンサユニット３２ａ１、３２ａ２、３２ｂ１、３２ｂ２に照射される。よって、センサユニット３２ａ１、３２ａ２、３２ｂ１、３２ｂ２には、互いに異なる波長の光が照射される。これにより、検出対象分子１１の分光特性を示す第２の検出データを生成することができる。分光器３６としては、プリズムや回折格子等を用いることができる。なお、図１０に示すように、凸状に湾曲された基板３４の面３４ａにセンサユニット３２ａ１、３２ａ２、３２ｂ１、３２ｂ２を配置することによりセンサユニット３２ａ１、３２ａ２、３２ｂ１、３２ｂ２と分光器３６との間隔を一定の間隔に調整することができる。
【００４６】
図１１は、検出器３の一部の他の構造例を示す断面模式図である。図１１に示すセンサユニット３２ａ１、３２ａ２、３２ｂ１、３２ｂ２は面３４ａに設けられ、光源３１は、面３４ｂ側に設けられる。さらに、検出器３は、面３４ｂに設けられた光学フィルタ３５ａないし光学フィルタ３５ｄを有する。光源３１は、光学フィルタ３５ａ〜３５ｄ上に設けられる。光学フィルタ３５ａ〜３５ｄは、互いに透過波長が異なる。よって、センサユニット３２ａ１、３２ａ２、３２ｂ１、３２ｂ２により検出対象分子１１の分光特性を示す第２の検出データを生成することができる。
【００４７】
次に、実施形態の分子検出装置を用いた分子検出方法例として検出器が図５および図６に示す構成であって、光学フィルタ３５が遮光膜の場合の図１に示す分子検出装置を用いた分子検出方法例について図１２を参照して説明する。図１２は、分子検出方法例を説明するためのフローチャートである。なお、センサユニット３２ａ１、３２ａ２、３２ｂ１、３２ｂ２のそれぞれは、図３に示すＧＦＥＴおよび有機物プローブ３２６を有し、センサユニット３２ａ１とセンサユニット３２ａ２との間で有機物プローブ３２６による検出対象分子１１の結合強度が異なり、センサユニット３２ｂ１とセンサユニット３２ｂ２との間で有機物プローブ３２６による検出対象分子１１の結合強度が異なる。
【００４８】
図１２に示す分子検出方法例は、光照射開始ステップ（Ｓ１−１）と、ガス導入ステップ（Ｓ１−２）と、待機ステップ（Ｓ１−３）と、データ生成ステップ（Ｓ１−４）と、を具備する。なお、実施形態の分子検出方法例の各ステップの内容および順序は、必ずしも図１２に示す内容および順序に限定されない。
【００４９】
光照射開始ステップ（Ｓ１−１）では、制御器５からの制御信号に基づいて光源３１によるセンサ３２に対する光の照射を開始する。光源３１からの光は、遮光されたセンサユニット３２ａ１、３２ａ２に照射されず、センサユニット３２ｂ１、ｂ２に照射される。よって、センサユニット３２ａ１、３２ａ２は、光源３１からの光の遮断下の照射条件となり、センサユニット３２ｂ１、３２ｂ２は、光源３１からの光の照射下の照射条件となる。
【００５０】
ガス導入ステップ（Ｓ１−２）では、制御器５からの制御信号に基づいてポンプ２により測定室３０に検出対象ガス１を導入する。
【００５１】
待機ステップ（Ｓ１−３）では、測定室３０に検出対象ガス１が導入された状態で待機する。待機時間は特に限定されないが、例えば３分程度である。
【００５２】
データ生成ステップ（Ｓ１−４）では、センサユニットにより検出データを生成する。図６に示す構成の場合、光源３１からの光の遮断下において、センサユニット３２ａ１、３２ａ２のそれぞれにより第１の検出データを生成し、光源３１からの光の照射下において、センサユニット３２ｂ１、３２ｂ２のそれぞれにより第２の検出データを生成する。
【００５３】
第１および第２の検出データは、例えばＧＦＥＴに例えばゲート電極とソース電極との間に１０Ｖの電圧（ゲート電圧Ｖｇともいう）と、ソース電極とドレイン電極との間に１００ｍＶの電圧（ドレイン電圧Ｖｄともいう）を印加したときに、ソース電極とドレイン電極との間に流れる電流（ドレイン電流Ｉｄともいう）により定義される。ゲート電圧Ｖｇは、０Ｖであってもよい。この場合、ゲート電極とソース電極とをショートさせることにより、ゲート回路を設けることなく、安定してゲート電圧Ｖｇを０Ｖにすることができる。また、また、ゲート電圧Ｖｇの設定値を０Ｖ付近に設定することで、ＧＦＥＴに対するゲート電圧Ｖｇの印加による特性変動を低減することができる。
【００５４】
センサユニット３２ａ１、３２ａ２、３２ｂ１、３２ｂ２のそれぞれは、検出対象分子１１を捕捉する。このとき、光の照射下のセンサユニット３２ｂ１、３２ｂ２では、光により検出対象分子１１が捕捉され難いまたは捕捉された検出対象分子１１がプローブから解離または脱離（以下、解離と記述する）する。よって、センサユニット３２ａ１、３２ａ２と、センサユニット３２ｂ１、３２ｂ２との間で検出対象分子１１の捕捉数が異なる。換言するとセンサユニット３２ａ１、３２ａ２と、センサユニット３２ｂ１、３２ｂ２との間で検出対象分子１１の捕捉速度（結合・乖離反応速度）が異なる。よって、第１の検出データおよび第２の検出データの値も互いに異なる。
【００５５】
検出データは、あらかじめ基準となるドレイン電流Ｉｄ０を測定しておき、ドレイン電流Ｉｄ０とドレイン電流Ｉｄとの差により定義されてもよい。また、検出データは、ドレイン電圧Ｖｄを印加した状態でゲート電圧Ｖｇをスイープ（例えば−５０Ｖから＋５０Ｖまで１００ｍＶステップでスイープ）して得られるＩｄ−Ｖｇカーブにおいて、ドレイン電流Ｉｄが最小となるゲート電圧Ｖｇ（ここではディラックポイントＤＰと呼ぶ）の値により定義されてもよい。また、検出データは、予め基準となるディラックポイントＤＰ０を取得しておき、ディラックポイントＤＰ０とディラックポイントＤＰとの差により定義されてもよい。さらに、検出器３による信号出力をガス導入ステップ（Ｓ１−２）前から継続して行い、信号の変化をデータとして取得し、この変化の様子を分子構造特定のための第１の検出データおよび第２の検出データとして用いてもよい。
【００５６】
その後識別器４により、第１の検出データおよび第２の検出データを強度データに変換し、これら強度データの強度差に基づくデータパターンを解析する。図１３ないし図１５は、互いに異なる３種類の物質Ｘ、Ｙ、Ｚの検出強度を示す図である。図１３ないし図１５に示すように、センサユニット３２ａ１、センサユニット３２ａ２、センサユニット３２ｂ１、およびセンサユニット３２ｂ２のそれぞれにおいて、検出データに基づく検出強度が異なり、または物質の種類によっても検出強度が異なることがわかる。
【００５７】
識別器４では、あらかじめ記憶された検出する物質に応じたデータパターンと第１および第２の検出データに基づくデータパターンとを比較することによって、検出器３で検出された検出対象分子１１の識別を行う。以上が分子検出方法例の説明である。
【００５８】
上述したパターン認識法を適用することによって、検出器３に導かれる検出対象ガス１に不純物が混入しているような場合においても、検出対象分子１１を選択的にかつ高感度に検出および識別することができる。例えば、検出対象分子１１が有毒な有機リン化合物の代表的な材料であるメチルホスホン酸ジメチル（ＤＭＭＰ、分子量：１２４）の場合、化学的な構造が近いジクロルボスのようなリン酸を持つ農薬、さらにマラチオン、クロルピリホス、ダイアジノンのような使用例が多い有機リン系農薬が存在する。これらの物質の誤検知を防ぐためには、複数のデータパターンにより識別するのが有効である。すなわち、上述した各物質により各センサユニットで検出されるデータパターンが異なるため、パターン認識法を適用することで、分子量が近く、また構成元素も似通っている不純物が混入していても、検出対象の物質を選択的にかつ高感度に検出することができる。
【００５９】
実施形態の分子検出装置では、互いに光の照射条件が異なる複数の環境下で複数の検出データを生成することにより、検出データの種類を増加させることができる。多種の検出データを用いて検出対象分子を識別することにより選択的にかつ高感度に検出対象分子を検出することができる。
【００６０】
センサ３２は、光学特性が異なる複数のセンサ領域を有していてもよい。図１６は、センサ３２の他の構造例を示す模式図である。図１６に示すセンサ３２は、センサ領域３２０ａと、センサ領域３２０ｂと、センサ領域３２０ｃと、センサ領域３２０ｄと、を有する。センサ領域３２０ａないしセンサ領域３２０ｄのそれぞれは、少なくとも一つのセンサユニットを有し、図１６に示すように複数のＧＦＥＴを有していてもよい。
【００６１】
センサ領域３２０ａないしセンサ領域３２０ｄのそれぞれに設けられたセンサユニットは、互いに光源３１からの光の透過率および透過波長の少なくとも一つが異なっていてもよい。例えばセンサ領域３２０ａのセンサユニットへの光の透過率を０％とし、センサ領域３２０ｂのセンサユニットへの光の透過率を１００％とし、センサ領域３２０ｃのセンサユニットへの光の透過率を１％とし、センサ領域３２０ｄのセンサユニットへの光の透過率を１０％としてもよい。また、センサ領域３２０ａのセンサユニットへの光の透過率を０％とし、センサ領域３２０ｂのセンサユニットへの光の透過率を１００％とし、センサ領域３２０ｃのセンサユニットへの光の透過波長を３００ｎｍとし、センサ領域３２０ｄのセンサユニットへの光の透過波長を４００ｎｍとしてもよい。透過率や透過波長は、例えば前述の光学フィルタ３５を用いることにより調整することができる。
【００６２】
図１７は、センサ３２の他の構造例を示す模式図である。図１７に示すセンサ３２は、センサ領域３２０Ａと、センサ領域３２０Ｂと、センサ領域３２０Ｃと、センサ領域３２０Ｄと、を有し、センサ領域３２０Ａないしセンサ領域３２０Ｄのそれぞれが図１６に示すセンサ領域３２０ａないしセンサ領域３２０ｄを有する。
【００６３】
センサ領域３２０Ａないしセンサ領域３２０Ｄの少なくとも一つのセンサユニットは、図３に示す有機物プローブ３２６を有し、他の一つは有機物プローブ３２６を有していなくてもよい。例えばセンサ領域３２０Ａのセンサユニットが有機物プローブ３２６を有し、センサ領域３２０Ｂのセンサユニットが有機物プローブを有しておらず、センサ領域３２０Ｃのセンサユニットが有機物プローブ３２６を有し、センサ領域３２０Ｄのセンサユニットが有機物プローブ３２６を有していてもよい。また、センサ領域３２０Ａ、３２０Ｃ、および３２０Ｄの有機物プローブ３２６のそれぞれは、互いに異なる分子を捕捉する機能を有していてもよい。
【００６４】
以上のように、実施形態の分子検出装置は、互いに異なる光学特性または捕捉特性を有する複数のセンサ領域を有することにより、検出データの種類をさらに増加させることができる。よって、多種の検出データを用いて検出対象分子を選択的にかつ高感度に検出することができる。
【００６５】
実施形態の分子検出装置の構成は、図１に示す構成に限定されない。図１８は、分子検出装置の他の構成例を示す模式図である。
【００６６】
図１８に示す分子検出装置は、ポンプ２と、検出器３と、識別器４と、制御器５と、不活性ガス容器６と、を具備する。検出器３、識別器４、および制御器５の説明は、図１ないし図１７の説明を適宜援用することができる。
【００６７】
不活性ガス容器６は不活性ガスを含む。不活性ガスとしては、センサユニットに捕捉された検出対象分子を除去することができるガスが好ましく、例えば窒素、アルゴン等が挙げられる。また、この不活性ガスは、水素を含んでいてもよい。水素は、検出対象ガスに酸素が含まれていた場合に、酸素によるＧＦＥＴの電気特性の変化を元に戻すことができる。また、必要に応じて不活性ガスは水素以外の各種ガスを含んでいてもよい。ポンプ２は、制御器５からの制御信号に基づいて測定室３０に対する検出対象ガス１の導入と不活性ガス容器６からの測定室３０に対する不活性ガスの導入とを切り替えることができる。
【００６８】
次に、図１８に示す分子検出装置を用いた分子検出方法例として検出器が図２に示す構成であって、センサ３２が少なくとも一つのセンサユニットを有する場合の分子検出方法例について図１９を参照して説明する。図１９は、分子検出方法の他の例を説明するためのフローチャートである。なお、センサユニットは、図３に示すＧＦＥＴおよび有機物プローブ３２６を有する。
【００６９】
図１９に示す分子検出方法例は、ガス導入ステップ（Ｓ２−１）と、待機ステップ（Ｓ２−２）と、データ生成ステップ（Ｓ２−３）と、リフレッシュステップ（Ｓ２−４）と、光照射開始ステップ（Ｓ２−５）と、ガス導入ステップ（Ｓ２−６）と、待機ステップ（Ｓ２−７）と、データ生成ステップ（Ｓ２−８）と、を具備する。なお、実施形態の分子検出方法例の各ステップの内容および順序は、必ずしも図１９に示す内容および順序に限定されない。他の分子検出方法例と共通する部分は、他の分子検出方法例を説明を適宜援用することができる。
【００７０】
ガス導入ステップ（Ｓ２−１）では、制御器５からの制御信号に基づいてポンプ２により測定室３０に検出対象ガス１を導入する。
【００７１】
待機ステップ（Ｓ２−２）では、測定室３０に検出対象ガス１が導入された状態で待機する。待機時間は特に限定されないが、例えば３分程度である。
【００７２】
データ生成ステップ（Ｓ２−３）では、光源３１からの光の非照射下において、センサユニットにより第１の検出データを生成する。
【００７３】
リフレッシュステップ（Ｓ２−４）では、制御器５からの制御信号に基づいてポンプ２により測定室３０の検出対象ガス１を排出しつつ、制御器５からの制御信号に基づいてポンプ２により測定室３０に不活性ガスを導入する。不活性ガスを導入することにより、センサユニットに捕捉された検出対象分子１１の少なくとも一つを解離させることができる。なお、検出対象ガス１の排出と不活性ガスの導入とを交互に複数回行ってもよい。
【００７４】
光照射開始ステップ（Ｓ２−５）では、制御器５からの制御信号に基づいて光源３１によるセンサ３２に対する光の照射を開始する。
【００７５】
ガス導入ステップ（Ｓ２−６）では、制御器５からの制御信号に基づいてポンプ２により測定室３０に検出対象ガス１を導入する。
【００７６】
待機ステップ（Ｓ２−７）では、測定室３０に検出対象ガス１が導入された状態で待機する。待機時間は特に限定されないが、例えば３分程度である。
【００７７】
データ生成ステップ（Ｓ２−８）では、光源３１からの光の照射下において、センサユニットにより第２の検出データを生成する。
【００７８】
その後識別器４により、第１の検出データおよび第２の検出データを強度データに変換し、これら強度データの強度差に基づくデータパターンを解析する。識別器４では、あらかじめ記憶された検出する物質に応じたデータパターンと第１および第２の検出データに基づくデータパターンとを比較することによって、検出器３で検出された検出対象分子１１の識別を行う。以上が分子検出方法例の説明である。
【００７９】
検出器３による信号出力をガス導入ステップ（Ｓ２−１）の前から継続して行い、信号変化の様子をデータとして取得し、この変化の様子を分子構造特定のための第１の検出データおよび第２の検出データとして用いてもよい。
【００８０】
図１９に示す分子検出方法では、一つのセンサユニットにより第１の検出データおよび第２の検出データの両方を生成することができる。よって、センサユニットの数を少なくすることができる。また、図１９に示す分子検出方法では、第２の検出データよりも先に第１の検出データを生成することにより、第１の検出データに対する光の照射の影響をなくすことができる。さらに、図１９に示す分子検出方法では、リフレッシュステップを導入することにより、センサユニットによる検出対象分子の捕捉数に対応する検出データをより正確に生成することができる。これにより、その後の識別器４による検出対象分子の識別の精度を向上させることができる。
【００８１】
図１８に示す分子検出装置を用いた分子検出方法は、図１９に示す方法に限定されない。図２０は、図２に示す構成であって、センサ３２が少なくとも一つのセンサユニットを有する場合の分子検出方法例の他の例を説明するためのフローチャートである。なお、センサユニットは、図３に示すＧＦＥＴおよび有機物プローブ３２６を有する。
【００８２】
図２０に示す分子検出方法例は、光照射開始ステップ（Ｓ３−１）と、ガス導入ステップ（Ｓ３−２）と、待機ステップ（Ｓ３−３）と、データ生成ステップ（Ｓ３−４）と、リフレッシュステップ（Ｓ３−５）と、光照射停止ステップ（Ｓ３−６）と、ガス導入ステップ（Ｓ３−７）と、待機ステップ（Ｓ３−８）と、データ生成ステップ（Ｓ３−９）と、を具備する。なお、実施形態の分子検出方法例の各ステップの内容および順序は、必ずしも図２０に示す内容および順序に限定されない。他の分子検出方法例と共通する部分は、他の分子検出方法例を説明を適宜援用することができる。
【００８３】
光照射開始ステップ（Ｓ３−１）では、制御器５からの制御信号に基づいて光源３１によるセンサ３２に対する光の照射を開始する。
【００８４】
ガス導入ステップ（Ｓ３−２）では、制御器５からの制御信号に基づいてポンプ２により測定室３０に検出対象ガス１を導入する。
【００８５】
待機ステップ（Ｓ３−３）では、測定室３０に検出対象ガス１が導入された状態で待機する。待機時間は特に限定されないが、例えば３分程度である。
【００８６】
データ生成ステップ（Ｓ３−４）では、光源３１からの光の照射下において、センサユニットにより第２の検出データを生成する。
【００８７】
リフレッシュステップ（Ｓ３−５）では、測定室３０内の検出対象ガス１を排出しつつ、制御器５からの制御信号に基づいてポンプ２により測定室３０に不活性ガスを導入する。不活性ガスを導入することにより、センサユニットに捕捉された検出対象分子１１の少なくとも一つを解離させることができる。なお、検出対象ガスの排出と不活性ガスの導入とを交互に複数回行ってもよい。
【００８８】
光照射停止ステップ（Ｓ３−６）では、制御器５からの制御信号に基づいて光源３１によるセンサ３２に対する光の照射を停止する。
【００８９】
ガス導入ステップ（Ｓ３−７）では、制御器５からの制御信号に基づいてポンプ２により測定室３０に検出対象ガス１を導入する。
【００９０】
待機ステップ（Ｓ３−８）では、測定室３０に検出対象ガス１が導入された状態で待機する。待機時間は特に限定されないが、例えば３分程度である。
【００９１】
データ生成ステップ（Ｓ３−９）では、光源３１からの光の非照射下において、センサユニットにより第１の検出データを生成する。
【００９２】
その後識別器４により、第１の検出データおよび第２の検出データを強度データに変換し、これら強度データの強度差に基づくデータパターンを解析する。識別器４では、あらかじめ記憶された検出する物質に応じたデータパターンと第１および第２の検出データに基づくデータパターンとを比較することによって、検出器３で検出された検出対象分子１１の識別を行う。以上が分子検出方法例の説明である。
【００９３】
検出器３による信号出力を光照射開始ステップ（Ｓ３−１）の前から継続して行い、信号変化の様子をデータとして取得し、この変化の様子を分子構造特定のための第１の検出データおよび第２の検出データとして用いてもよい。
【００９４】
図２０に示す分子検出方法では、一つのセンサユニットにより第１の検出データおよび第２の検出データの両方を生成することができる。よって、センサユニットの数を少なくすることができる。また、図２０に示す分子検出方法では、リフレッシュステップを導入することにより、センサユニットによる検出対象分子の捕捉数に対応する検出データをより正確に生成することができる。これにより、その後の識別器４による検出対象分子の識別の精度を向上させることができる。
【００９５】
図２１は、分子検出方法の他の例を説明するためのフローチャートである。図２１に示す分子検出方法例は、ガス導入ステップ（Ｓ４−１）と、待機ステップ（Ｓ４−２）と、データ生成ステップ（Ｓ４−３）と、光照射開始ステップ（Ｓ４−４）と、待機ステップ（Ｓ４−５）と、データ生成ステップ（Ｓ４−６）と、を具備する。なお、実施形態の分子検出方法例の各ステップの内容および順序は、必ずしも図２１に示す内容および順序に限定されない。他の分子検出方法例と共通する部分は、他の分子検出方法例を説明を適宜援用することができる。
【００９６】
ガス導入ステップ（Ｓ４−１）では、制御器５からの制御信号に基づいてポンプ２により測定室３０に検出対象ガス１を導入する。
【００９７】
待機ステップ（Ｓ４−２）では、測定室３０に検出対象ガス１が導入された状態で待機する。待機時間は特に限定されないが、例えば３分程度である。
【００９８】
データ生成ステップ（Ｓ４−３）では、光の非照射下において、センサユニットにより第１の検出データを生成する。
【００９９】
光照射開始ステップ（Ｓ４−４）では、制御器５からの制御信号に基づいて光源３１によるセンサ３２に対する光の照射を開始する。
【０１００】
待機ステップ（Ｓ４−５）では、測定室３０に検出対象ガス１が導入された状態で待機する。待機時間は特に限定されないが、例えば３分程度である。
【０１０１】
データ生成ステップ（Ｓ４−６）では、センサユニットにより第２の検出データを生成する。
【０１０２】
その後識別器４により、第１の検出データおよび第２の検出データを強度データに変換し、これら強度データの強度差に基づくデータパターンを解析する。識別器４では、あらかじめ記憶された検出する物質に応じたデータパターンと第１および第２の検出データに基づくデータパターンとを比較することによって、検出器３で検出された検出対象分子１１の識別を行う。以上が分子検出方法例の説明である。
【０１０３】
検出器３による信号出力をガス導入ステップ（Ｓ４−１）の前から継続して行い、信号変化の様子をデータとして取得し、この変化の様子を分子構造特定のための第１の検出データおよび第２の検出データとして用いてもよい。
【０１０４】
図２１に示す分子検出方法では、一つのセンサユニットにより第１の検出データおよび第２の検出データの両方を生成することができる。よって、センサユニットの数を少なくすることができる。また、図２１に示す分子検出方法では、リフレッシュステップを行わないため、より短い時間で第１の検出データおよび第２の検出データを生成することができる。
【０１０５】
実施形態の分子検出装置では、互いに光の照射条件が異なる複数の環境下で複数の検出データを生成することにより、検出データの種類を増加させることができる。多種の検出データを用いて検出対象分子を識別することにより選択的にかつ高感度に検出対象分子を検出することができる。
【０１０６】
なお、分子検出装置は、センサユニットを加熱する加熱機構と、センサユニットを冷却する冷却機構と、測定室３０を減圧する減圧機構と、を具備していてもよい。測定前に光の照射と同時に加熱および減圧を行うことにより、センサユニットの表面に付着する不純物を除去することができる。よって、センサユニットの感度を向上させることができる。また、検出対象ガス１を測定室３０に導入して測定を行う際、光を照射するとともにセンサ３２のセンサの温度を調整することにより、センサユニットの表面への検出対象分子１１の吸着反応速度を制御できるため、検出対象分子１１に対する応答特性を測定に適した特性に制御することができる。さらに、測定後に光の照射と同時に加熱および減圧を行うことにより、センサユニットの表面に吸着する検出対象分子１１を除去することができる。よって、その後の測定におけるセンサユニットの感度を向上させることができる。
【０１０７】
実施形態の分子検出装置で得られた検出対象分子１１の検出および識別結果は、情報ネットワークを介して送信して活用するようにしてもよい。例えば、分子検出装置は、検出対象分子１１の検出情報を、情報ネットワークを介して送信する機能、および検出情報と情報ネットワークから取得する参照情報とを照合する機能を備える情報処理部を付属または内設してもよい。情報処理部は、検出対象分子１１の検出情報を送信する情報送信部と、参照情報を受信する情報受信部と、検出情報を参照情報と照合する情報照合部とを具備している。情報処理部は、情報送信機能および情報受信機能を含む情報照合機能の一方のみを有していてもよい。
【０１０８】
検出対象分子１１の検出情報は、情報送信部からネットワークを介して情報利用者に伝達される。検出対象分子１１の検出情報を既存の参照情報と照合するために、ネットワークを介して情報受信部により参照情報を取得する。取得した参照情報は情報照合部により検出情報と照合される。情報を外部のネットワークから取得して参照することで、多くの情報を持ち歩いて解析する機能を外部に代替できるため、分子検出装置をより一層小型化して携帯性を高めることができる。さらに、ネットワーク伝達手段を用いることで、パターン認識法における新たなデータパターンを即時に取得することもできる。情報を受信した側では、この情報を基に次の行動を起こすことができる。携帯性のある分子検出装置を各所に配置しておき、得られるデータを各所から集めて分析し、異常事態の避難誘導等に役立てるといった使い方ができる。ネットワークと分子検出装置とを結合することで、従来では達し得なかった多くの使い方が生み出され、産業的な価値が向上する。
【０１０９】
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１１０】
１…検出対象ガス、２…ポンプ、３…検出器、４…識別器、５…制御器、６…不活性ガス容器、１１…検出対象分子、３０…測定室、３１…光源、３２…センサチップ、３２ａ…センサユニット、３２ａ１…センサユニット、３２ａ２…センサユニット、３２ｂ…センサユニット、３２ｂ１…センサユニット、３２ｂ２…センサユニット、３４…基板、３４ａ…面、３４ｂ…面、３５…光学フィルタ、３５ａ…光学フィルタ、３５ｂ…光学フィルタ、３５ｃ…光学フィルタ、３５ｄ…光学フィルタ、３６…分光器、３２０Ａ…センサ領域、３２０Ｂ…センサ領域、３２０Ｃ…センサ領域、３２０Ｄ…センサ領域、３２０ａ…センサ領域、３２０ｂ…センサ領域、３２０ｃ…センサ領域、３２０ｄ…センサ領域、３２１…電極、３２２…絶縁層、３２３…グラフェン層、３２３…電極、３２４…電極、３２５…電極、３２６…有機物プローブ。
【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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