(57)【要約】【課題】既存のバイオセンサ・システムで溶液の試料を測定する際の問題、特にスピードと処理量の問題を解決する。【解決手段】各自１つの試料の特性を検出するよう設定され、検出用電子装置と無線通信装置と識別子とを備えたセンサチップを、各試料の中に少なくとも１個配置し、次に各センサチップを登録し、登録された各センサチップから各自の無線通信装置を介して検出データを同時に受け取る。【選択図】図８
2008157964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の試料の各々につき少なくとも１つの特性を検出する方法であって、
個別の試料につき少なくとも１つの前記特性を検出するよう設定され、かつ検出用電子装置と無線通信装置と識別子とを備えた少なくとも１つのセンサチップを各試料に配置する第１の工程と、
各センサチップを登録する第２の工程と、
登録されたセンサチップの各々から、それぞれの無線通信装置を介して同時に検出データを受け取る第３の工程と、を含むこと、
を特徴とする検出方法。
【請求項２】
各センサチップをさらにもう１つの試料に登録することにより複数の試料にそのもう１つの試料を追加し、そのもう１つの試料のセンサチップからの検出データを複数の試料からの検出データと同時に受け取る第４の工程をさらに含む、請求項１に記載の検出方法。
【請求項３】
個別試料中のセンサチップからの検出データが成功裏に受信され、当該センサチップが検出した少なくとも１つの特性が特定された時点を証明する第５の工程と、
これが個別試料中の各センサチップについて証明された時に複数の試料からその個別試料を取り除く第６の工程と、をさらに含む、請求項１又は２に記載の検出方法。
【請求項４】
各試料に無線通信装置と識別子と表示器とが備わり、試料中の各センサが各自少なくとも１つの特性を特定したことが証明された時にその試料の検出の終了を表示器に表示させる、請求項３に記載の検出方法。
【請求項５】
前記第２の工程において、登録された試料を検出領域に配置される、上記各請求項のいずれか１つに記載の検出方法。
【請求項６】
前記第２の工程において、未認識の識別子を持つセンサチップが検出領域内で検索される、上記請求項のいずれか１つに記載の検出方法。
【請求項７】
各センサチップの識別子又は識別子の一部を事前に記録し、その識別子又は識別子の一部を、センサチップが検出するよう設定された少なくとも１つの特性と関連付け、そのためセンサチップが登録された時に当該少なくとも１つの特性が既知となる第７の工程をさらに含む、請求項６に記載の検出方法。
【請求項８】
各センサチップの登録後直ちに、当該登録されたセンサチップが検出するよう設定された少なくとも１つの特性を、前記無線通信装置を介して送信する、請求項６に記載の検出方法。
【請求項９】
前記第３の工程において、登録されたセンサチップを探査して送信準備のできた検出データがあるかどうかを特定される、上記請求項のいずれか１つに記載の検出方法。
【請求項１０】
試料の１つ以上の所定の条件を管理するよう設定された検出領域に個別試料を配置する手順をさらに含む、上記請求項のいずれか１つに記載の検出方法。
【請求項１１】
前記第２の工程が前記第１の工程より前に実施される、上記請求項のいずれか１つに記載の検出方法。
【請求項１２】
前記第２の工程において、各センサチップをそれぞれの試料に関連付ける手順が含まれる、上記請求項のいずれか１つに記載の検出方法。
【請求項１３】
複数の試料の各々に付き少なくとも１つの特性を同時に検出する装置において、
検出領域と、
検出領域内の複数の各センサチップと無線で信号のやりとりをするための無線通信装置であって、各センサチップが各自の試料に配置されて当該試料の少なくとも１つの前記特性を検出するよう設定され、検出用電子装置、センサチップ用無線通信装置及び識別子を備えている無線通信装置と、
各センサチップの識別子を登録するためのレジスタと、
登録されたセンサチップの各々から送られた検出データを、センサチップ用無線通信装置を介して同時に受け取り、処理するための検出データ処理装置と、を備えた検出装置。
【請求項１４】
レジスタが各センサチップの関連データを登録するよう設定されており、その関連データには、センサチップが配置された少なくとも１つの試料と、センサチップが検出するよう設定された少なくとも１つの特性とが含まれる、請求項１３に記載の検出装置。
【請求項１５】
レジスタと検出データ処理装置とが同時に動作を行うよう設定された、請求項１３又は１４に記載の検出装置。
【請求項１６】
検出データ処理装置が、センサチップにより検出された個別試料の少なくとも１つの特性が特定された時点を証明するよう設定されており、
各センサが各自の少なくとも１つの特性を特定したことが証明された時にそれを表示する、請求項１３乃至１５のいずれか１つに記載の検出装置。
【請求項１７】
登録の前に各試料を検出領域内に供給し、さらに試料中の各センサチップが各自少なくとも１つの特性を特定したことが証明された後に各試料を検出領域から取り除くためのローダがさらに備わった、請求項１３から１６のいずれか１つに記載の検出装置。
【請求項１８】
ローダが、試料を検出領域に供給する前又は後に、所定のセンサチップを各試料に配置するよう設定された、請求項１６に記載の検出装置。
【請求項１９】
各試料に無線通信装置と識別子と表示器とが設けられており、検出データ処理装置が、各自の少なくとも１つの特性が特定された時点を全てのセンサチップについて証明し、試料の検出が終了したことを表示器に表示させるよう設定された、請求項１５に記載の検出装置。
【請求項２０】
レジスタがその中に、各センサチップの識別子又は識別子の一部と、識別子又は識別子の一部に付随して、センサチップが検出するよう設定された少なくとも１つの特性とを事前に記録してあり、そのため、センサチップが登録された時にセンサチップが検出した少なくとも１つの特性が既知となる、請求項１３から１９のいずれか１つに記載の装置。
【請求項２１】
登録直後に各センサチップが、検出するよう設定された少なくとも１つの特性を、登録のためにその無線通信手段を介してアンテナに送信する、請求項１３から１８のいずれか１つに記載の検出装置。
【請求項２２】
登録された各センサチップを探査して送信準備のできた検出データがあるかどうかを特定する仕組みを持つ、請求項１３から２１のいずれか１つに記載の検出装置。
【請求項２３】
前記センサチップの少なくとも１つはバイオセンサである、請求項１３から２２のいずれか１つに記載の検出装置。
【請求項２４】
センサチップに１つ以上のポテンシオスタット回路が備わり、装置がセンサチップの配置された試料にバイアス電圧を加えてセンサチップの各ポテンシオスタット回路に対極を設ける仕組みの、請求項１３から２３のいずれかに記載の検出装置。
【請求項２５】
酸化還元反応中に前記少なくとも１つの特性を検出するため少なくとも１つのセンサチップが用いられる、請求項１３から２４のいずれか１つに記載の検出装置。
【請求項２６】
装置が検出領域内の試料の少なくとも１つの条件を管理するよう設定された、請求項１３から２５のいずれか１つに記載の検出装置。
【請求項２７】
センサチップが各自の試料中に配置される前に登録するようレジスタが設定された、請求項１３から２６のいずれか１つに記載の装置。
【請求項２８】
検出用電子装置、無線通信装置、識別子及び記憶装置が一体化されて備わったセンサチップであって、記憶装置は検出データの保存用であり、記憶装置に格納された識別子と検出データとをセンサチップが送信するよう設定されたセンサチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、センサチップの応用に関し、さらに、各試料につき１つ以上の特性を、複数の試料で同時に検出する検出方法と検出装置に関する。好ましくは、試料は生物試料、センサはバイオセンサである。
【背景技術】
【０００２】
近年、配列されたバイオセンサを備えたバイオセンサ・システムが用いられている。
以下、従来のバイオセンサ・システムの構造について説明する。
【０００３】
図１Ａに示すとおり、従来のバイオセンサ・システム１０００には配列されたバイオセンサ１０１０が備わり、試験対象の生物材料を含んだ緩衝液１００１と作用し合うのが一般的である。この装置にはさらに信号前置増幅器及び駆動回路１０２０が備わり、これらは緩衝液１００１の外に配置されてバイオセンサ１０１０に個別に接続されている。この信号前置増幅器及び駆動回路１０２０は、コンピュータ１０３０などのデータ分析・保存装置に接続されている。
【０００４】
バイオセンサ１０１０の代表的な配列を図１Ｂの断面図に示した。図の中で、ガラス基板１０１２上に複数の金製電極１０１１が形成されている。通常、これらの電極は適切なコネクタで、又は探針を介して、信号前置増幅器及び駆動回路１０２０に接続される。短絡回路を防ぐため、ガラス基板１０１２と金製電極１０１１を適切な不活性化材料１０１６で不活性化させるが、金製電極１０１１の上には所々に開口部を設けておく。異なる種類の生物受容層１０１５（一般にプローブとして知られる）を形成して金製電極１０１１をそれぞれ覆い、開口部で露出した部分が試験対象の生物材料（一般に標的として知られる）と作用し合うようにする。具体的に言うと、この生物受容層を所定のＤＮＡ又はＲＮＡ鎖と結合するファージや酵素、ペプチド又は別の生物分子とすることにより、電極が接続された回路の電気抵抗やキャパシタンスを変化させることができる。またこれらの変化を検出すれば、所定の生物分子の有無と、さらにはその濃度をも証明することができる。異なった生物受容層の数を多くすれば、データ分析の過程における相互参照と相互排除とが可能になり、検出の信頼性が向上する。
【０００５】
電極１０１１に金を使っているため生物受容層１０１５の形成に用いられる材料の密着性が向上し、また電極１０１１同士の距離を十分にとっているためクロストークの影響が少なくなっている。
【０００６】
図１Ａの左側では、配列されたバイオセンサがフローセル１０４０の中に配置されており、その配列の上を分析対象の溶液又は試料１００１が矢印の方向に通過するようになっている。図１Ａの右側では、試験対象の生物材料を含む溶液又は試料１００１を入れた試験管１０４１などの容器の中に、配列されたバイオセンサが沈められている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のような装置は概ね有効と認められてはいるが、一般的に言って、電極と信号前置増幅器及び駆動回路１０２０との間の配線による比較的長い信号経路でノイズが入り込むため、ノイズに対する信号の割合が減少し、装置の感度が大きく制限されるという問題がある。
【０００８】
この問題は、前置増幅と駆動の回路構成をチップ上でセンサと一体化させることにより、少なくともある程度までは緩和された。概略図を図１Ｃに示した。この図は大部分図１Ｂと同じであるため、各部の参照番号も同じにした。しかし、図１Ｃではガラス基板１０１２上にさらに薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）チップ１０５０が設けられており、そのＴＦＴにはゲート１０５１、ソース１０５２、ドレイン１０５３及びチャネル１０５４が備わっている。言うまでもなく、センサチップ上に複数のＴＦＴを設けて相互接続すれば、所望の前置増幅・駆動動作を提供することができる。また、ＣＭＯＳのような他の形態のトランジスタ技術も可能である。
【０００９】
前置増幅と駆動の回路構成をチップ上に一体化させることには、ノイズに対する信号の割合が上昇するという大きな利点がある。従って、試料液の濃度を一定とすると、このような一体化によって必要なプローブ領域が小さくなるため、品質管理への応用には有利である。プローブの感度も向上するため、医学への応用で試料の供給量が少ない場合には有利となる。しかしながら図１Ｃに示すとおり、この実施方法には、信号を検出してセンサチップからコンピュータ１０３０へと中継するための外部の電子装置１０６０が別に必要となる。このことは、規模と設置費用の点で大きな障害となる。
【００１０】
図１Ｂ及び１Ｃの両方の実装例において、電極が接続される前置増幅・駆動回路は一般にポテンシオスタットである。従来技術によるポテンシオスタット回路の物理図を図２Ａに、その電気図を図２Ｂに示した。図２Ａに示すとおり、ポテンシオスタット回路は対極ＣＥ、基準電極ＲＥ、作用電極ＷＥの３つの電極で構成される。これらの電極は、対極ＣＥと基準電極ＲＥの間にある生物材料１００１を含んだ緩衝液が実現する電気化学セルと、基準電極ＲＥと作用電極ＷＥとの間の生物受容層１０１５とに接続されている。この３端子電気化学セルの等価回路を図２Ｂに示した。基本は、ＲＥを既知電圧に保ちながら、生物受容層での酸化還元反応により作用電極ＷＥに起きた電流をポテンシオスタット回路に測定させるのである。対極ＣＥは、基準電極ＲＥを既知電圧に保つのに必要な電流を供給するために設けられている。ポテンシオスタットは多くのバージョンが知られているが、マルチチャネル・ポテンシオスタットが試料のマトリックスの測定用として知られている。加えられた入力電圧は生物受容層での酸化還元反応を変化させ、それがまた等価回路のキャパシタンスと電気抵抗の実効値を変化させて、標的生物分子の有無と濃度の検知が可能となる。
【００１１】
サイクリック・ボルタンメトリーが、ポテンシオスタットを用いた測定でよく使われる技術である。ここでは、図２ＢでＶSCANとして図示されたＲＥの電圧は三角波である。第１半周期では還元（又は酸化）反応が優勢であるため、還元された種と酸化された種の濃度差による拡散が起き、有効電流フローは出力でのピークとして反映される。第２半周期では、酸化還元反応が可逆性であれば酸化（又は還元）反応がおき、出力では同じ規模でも反対方向のピーク電流が見られる。可逆性酸化還元反応の代表的な出力を図２Ｃに示した。このような出力におけるピークの高さと位置に留意することが重要である。
【００１２】
一部の酸化還元反応は特に緩慢なため、測定が完了するまでに非常に時間がかかることがある。従って、様々な標的生物分子に関して異なる条件下での酸化還元反応を数多く測定することは、きわめて難しい場合もある。
【００１３】
しかし、本発明はポテンシオスタット回路に限られるものではない。別の手段を使って試料の特性を測定又は検出することもできる。そのような手段の一つにｐＨセンサがあるが、これには通常イオン感応電界効果トランジスタ（ＩＳＦＥＴ）が備わっている。このトランジスタには試料液と接触した露出ゲートがついており、そのドレイン・ソース電流は溶液中のＨ+イオン濃度と関連のあることが認められている。Ｈ+イオン濃度はｐＨの目安となるため、試料液のｐＨの測定ができる。
【００１４】
バイオセンサ・チップの中に無線ＩＣタグ（ＲＦＩＤ）回路を用いることも知られている。これにより、センサチップ１０１０とデータ分析・保存用コンピュータ１０３０との間を物理的に相互接続する要件が取り除かれる。しかし、溶液の試料を測定するスピードと処理能力にはまだ問題が残るため、病院や他の研究所における経費と未処理分を増大させると共に、そのような未処理分に伴う諸問題をも生じさせることになる。これはバイオ試薬の酸化還元反応を測定する際に生じる特有の問題である。バイオ試薬の酸化還元反応は緩慢になりがちであるため、配列された電極の測定をすべて完了させるのはきわめて時間がかかることなのである。
【００１５】
ＲＦＩＤ装置は、電源を備えた能動型か、または受信した無線信号から電力を抽出して自らの電力供給源とする受動型かのいずれかである。
【００１６】
そこで本発明は、既存の装置に内在する諸問題、とりわけ溶液の試料を測定する際のスピードと処理量の問題を克服したバイオセンサ・システムの方法と装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に係る検出方法は、複数試料の各々につき少なくとも１つの特性を検出する方法であって、（１）個別の試料につき少なくとも１つの前記特性を検出するよう設定され、かつ電子検出装置と、無線通信装置と、識別子とを備えた少なくとも１つのセンサチップを各試料に配置し、（２）各センサチップを登録し、（３）登録された各々のセンサチップから各自の無線通信装置を介して送信してきた検出データを同時に受信する各工程から成ることを特徴とする。
【００１８】
好ましくは、この方法に、（１）さらにもう１つの試料の各センサチップを登録することにより、複数の試料にそのもう１つの試料を追加し、（２）このもう１つの試料から検出されたデータを複数の試料から検出されたデータと同時に受信する手順がさらに含まれる。
【００１９】
好ましくは、この方法に、（１）個別試料中のセンサチップからの検出データが成功裏に受信され、当該センサチップが検出した少なくとも１つの特性が特定された時点を証明し、（２）これが個別試料中の全センサチップについて証明された時に、複数の試料から当該個別試料を取り除く手順がさらに含まれる。
【００２０】
好ましくは、各試料に無線通信装置と識別子と表示器とが設けられており、試料中の各センサが各自の少なくとも１つの特性を特定したことが証明された時に、当該試料の検出が終了したことを表示器に表示させる手順となっている。
【００２１】
好ましくは、試料中に各センサを登録する工程に、試料を検出領域に配置する手順が含まれる。
【００２２】
好ましくは、登録の工程に、未認識の識別子を持つセンサチップを検出領域内に検索し、そのようなセンサチップをそれぞれ登録する工程が含まれる。
【００２３】
好ましくは、この方法に、（１）各センサチップの識別子又は識別子の一部を事前に記録し、（２）その識別子又は識別子の一部を、当該センサチップが検出するよう設定された少なくとも１つの特性と関連付ける手順がさらに含まれる。それにより、センサチップが登録されたときに、当該センサチップが検出した少なくとも１つの特性が既知となる。
【００２４】
好ましくは、各センサチップは登録直後に、各自検出するよう設定された少なくとも１つの特性を、各自の無線通信装置を介して送信する。
【００２５】
好ましくは、試料中の各センサチップからデータを受信する工程に、登録された各センサチップを探査し、送信可能な検出データがあるかどうかを判断する工程が含まれる。
【００２６】
好ましくは、前記センサチップの少なくとも１個はバイオセンサ・チップである。より好ましくは、そのバイオセンサ・チップはＤＮＡ、ＲＮＡ、遺伝子配列、ペプチド及び別の生物分子のうち１種以上を検出するよう設定されている。さらに好ましくは、そのバイオセンサ・チップには１個以上のポテンシオスタット回路が備わっている。さらに一層好ましくは、試料にバイアス電圧を加えることにより、試料中の各ポテンシオスタット回路に対極が設けられる。
【００２７】
好ましくは、センサチップは試料の前記１つ以上の特性を酸化還元反応で検出するために用いられる。
【００２８】
好ましくは、この方法に個別試料を検出領域に配置する工程がさらに含まれ、その検出領域は当該試料の所定の１つ又は２つの条件を管理するよう設定されている。さらに好ましくは、検出領域に、加熱器、冷却器、恒温流体槽、攪拌器及びセンサチップ上の試料液の流れを管理する手段のうち、少なくとも１つが備わっている。
【００２９】
好ましくは、センサチップを個々の試料の中に配置する前に登録の工程が実施される。
【００３０】
好ましくは、各センサチップの通信装置と識別子にはＲＦＩＤ電子装置が備わっている。
【００３１】
好ましくは、登録の工程に、各センサチップを個別の試料へ関連付ける工程が含まれる。
【００３２】
また本発明の複数試料の各々から少なくとも１つの特性を同時に検出する装置は、（１）検出領域と、（２）個別試料中に配置され、当該個別試料の少なくとも１つの前記特性を検出するよう設定され、検出用電子装置とセンサチップ用無線通信装置と識別子とを備えた検出領域内の複数のセンサチップの各々と、無線送信による信号のやり取りを行うための無線通信装置と、（３）各センサチップの識別子を登録するためのレジスタと、（４）登録されたセンサチップの各々からセンサチップ用無線通信装置を介して検出データを同時に受信し、処理するための検出データ処理装置と、を備えたことを特徴とする。
【００３３】
好ましくは、レジスタは各センサチップの関連データを登録するよう設定されており、そのデータに、当該センサチップが配置された少なくとも１つの試料と、当該センサチップが検出するよう設定された少なくとも１つの特性が含まれる。
【００３４】
好ましくは、レジスタと検出データ処理装置は同時に動作するよう設定されている。
【００３５】
好ましくは、検出データ処理装置は、センサチップが検出した個別試料の少なくとも１つの特性が特定された時点を証明し、また試料中の各センサが各自少なくとも１つの特性を特定したことが全てのセンサについて証明されたときにそれを表示する。
【００３６】
好ましくは、この装置にローダが備えられていて、そのローダが登録の前に各試料を検出領域内に供給し、試料中の全センサチップが各自少なくとも１つの特性を特定したことが証明された後で、各試料を検出領域内から取り除く。さらに好ましくは、このローダは、各試料を検出領域内に供給する前又は後に所定のセンサチップを当該試料に配置するよう設定されている。
【００３７】
別の方法として、各試料に無線通信装置、識別子及び表示器を設け、検出データ処理装置が、試料中の全センサチップについて各自の少なくとも１つの特性が特定された時点を証明し、表示器に当該試料の検出が終了したことを表示させる設定とする。
【００３８】
好ましくは、レジスタは各センサチップの識別子もしくは識別子の一部と、その識別子もしくは識別子の一部に付随して、当該センサチップが検出するよう設定された少なくとも１つの特性とを、事前に記録している。そのため、センサチップが登録された時に、そのセンサチップが検出した少なくとも１つの特性が既知となる。
【００３９】
好ましくは、登録後直ぐに、各センサチップは検出するよう設定された少なくとも１つの特性を、その無線通信手段を介してアンテナに送信し、登録する。
【００４０】
好ましくは、本装置は、登録された各センサチップを探査し、送信するべき検出データがあるかどうかを特定する仕組みになっている。
【００４１】
好ましくは、前記センサチップの少なくとも１つはバイオセンサ・チップである。より好ましくは、検出データはＤＮＡ、ＲＮＡ、遺伝子配列、ペプチド及び別の生物分子のうち少なくとも１つと関連している。さらに好ましくは、このバイオセンサ・チップには１つ以上のポテンシオスタットが備わっており、本装置はバイオセンサ・チップが配置された試料にバイアス電圧を加え、当該バイオセンサ・チップの各ポテンシオスタット回路に対極を設ける仕組みになっている。
【００４２】
好ましくは、少なくとも１つのセンサチップは、試料の前記少なくとも１つの特性を酸化還元反応の最中に検出するために用いられる。
【００４３】
好ましくは、本装置は、検出領域内の試料の少なくとも１つの条件を管理するよう設定されている。より好ましくは、検出領域には、加熱器、冷却器、恒温流体槽、攪拌器及びセンサチップ上を流れるサンプリング対象の流体の流れを管理する手段のうち、少なくとも１つが備わっている。
【００４４】
好ましくは、レジスタは、センサチップが個別試料の中に配置される前にセンサチップを登録するよう設定されている。
【００４５】
好ましくは、各センサチップの通信装置と識別子にはＲＦＩＤ電子装置が備わっている。
【００４６】
また本発明のセンサチップは、検出用電子装置と無線通信装置と識別子と検出データ保存用の記憶装置とが一体化されて備わり、識別子と記憶装置に保存された検出データとを送信するよう設定されていることを特徴とする。
【００４７】
本発明は、複数の試料の複数の特性を同時に測定することを可能にし、さらにまた試料を様々な条件下で測定することも可能にする。そのため測定が迅速化され、処理量も大幅に増大する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、同一の要素には同一の番号を付して、説明を省略する。
【実施例１】
【００４９】
図８は、本発明に係るセンサ装置の第１の実施例の要部を示す図である。具体的に説明すると、図８Ａは、ガラス基板１１２上に複数のセンサ１１０が配列されて備わったバイオセンサ・チップを示す図である。チップ全体を適切な不活性化材料１１６の層が連続的に覆う中にあって、金製電極１１１の上に開いたバイアホールを覆う生物受容層１１５の領域が、各センサを構成している。各生物受容層１１５は試験対象溶液中の生物材料とそれぞれ異なる形で作用し合い、また測定中に電圧が加えられると酸化還元反応が起きる。さらに、このセンサチップは、チップ中に一体化されたＴＦＴに代表される回路構成１００を有している。図８Ｂに示すとおり、この回路構成１００には、マイクロコントローラ又は演算処理装置１２５、ＲＦＩＤ電子装置１２０、前置増幅回路１４０、駆動回路１５０、記憶装置１３０、デジタル・アナログ変換器１７０及びアナログ・デジタル変換器１８０が備わっている。これらの素子は、マイクロコントローラ又は演算処理装置１２５に制御されるバス１６０を用いて接続されている。各センサ１１０からの信号は、駆動回路１５０に制御される前置増幅回路１４０へと搬送さる。検出データに相当する個別バイオセンサからの信号は、演算処理装置１２５に制御されて記憶装置１３０に保存され、その後ＲＦＩＤ回路１２０を使って基地局へと送信される。具体的に述べると、基地局は各センサチップを探査し、検出データを要求する。検出データがあれば、基地局は演算処理装置１２５に命じて各センサ１１０、又は少なくともデータが保存されたセンサに関し、検出データを基地局へと送信させ、続いてそれを分析する。
【００５０】
本発明においては、そのようなセンサチップを複数個、分析のため溶液又は試料中に配置してよい。それらのセンサチップは、試料液の異なる特性をそれぞれ１つ以上検出するためのものであってよい。それゆえ、異なる生物分子が数多く入った例えば尿などの試料Ｘを図３に示す。センサチップＡ〜Ｅは、試料のそれぞれの特性を検出するために尿試料中に配置されている。例えば、センサチップＡはブドウ糖濃度、センサチップＢ及びＣは第１組目と第２組目の遺伝子配列、センサチップＤは特定のペプチド、そしてセンサチップＥは特定のウィルスをそれぞれ検出するためのものであってよい。各センサチップＡ〜Ｅは図８Ｂに示す回路構成を有している。
【００５１】
試料Ｘを本発明の検出装置のホルダ５００中に、基地局３００との位置関係を保ちながら配置する。基地局には、レジスタ又は記憶装置３１０及びデータ処理部３２０、並びに送受信機（トランシーバ）回路３５０及びアンテナ３４０が備わっている。アンテナ３４０とトランシーバ回路３５０により、基地局３００は試料Ｘ中の各センサチップＡ〜Ｅと通信することができる。また、各センサチップ上のＲＦＩＤ回路１２０はアンテナが放出した高周波信号から電力を抜き取ることができるため、検出、前置増幅及び駆動の各回路の電源のみならず、基地局３００のアンテナ３４０へ信号を送る際の電源も供給することができる。
【００５２】
好適な実施例では、試料Ｘにも受動型ＲＦＩＤタグ２１０を設け、それにより試料中のセンサチップとは異なるものとして試料を識別することができる。
【００５３】
試料Ｘ中のセンサチップＡ〜Ｅのうち１つ以上がポテンシオスタット回路を備えている場合は、試料中に電極２２０を配置してバイアス電圧を加える。従って電極２２０は、試料Ｘ中にあるチップ上の全てのポテンシオスタット回路に関し、共通の対極の働きをする。
【００５４】
図４Ａに示すとおり、ホルダ５００には、基地局との位置関係を保ちながら試料を配置することのできる場所５０５が複数ある。図４Ａでは、ホルダに配置された試料はＶ〜Ｚの５つだけである。しかし、ホルダに配置する試料の数を制限するのは、基地局３００の送信電力及び処理能力並びにホルダ５００のサイズだけである。できれば、ホルダ５００はその中に配置された試料の周囲条件を管理できることが望ましい。例えば、ホルダ５００は加熱器、冷却器、圧力室、流体槽、選択されたセンサチップの上に流体を通過させるためのフローセル、攪拌器などのうち１つ以上を備えていてよい。図４Ｂに示すとおり、基地局の各々に対して複数のホルダ５００、５１０、５２０、５３０を設け、各ホルダの各試料中の各センサチップと同時に通信できるようにすることができる。これにより、多様な試料を多様な条件の下で測定することが可能になる。これは、測定条件によって進行速度の異なる多様な酸化還元反応を測定する際に用いると特に有効である。従って、高温促進型の酸化還元反応が進行中のセンサチップを含む試料は加熱したホルダに、低温促進型の酸化還元反応が進行中のセンサチップを含む試料は冷却したホルダに配置することが好ましい。多様な試料は、例えば１つの尿試料の多様な部分など、同一の採取源から採取した多様な試料であってもよく、また例えば多様な人々から採取した尿試料など、多様な採取源から採取した試料であってもよく、またその組み合わせ、即ち複数の異なる人々の各々から複数の尿試料を採取したものであってもよい。
【００５５】
図５は、図４Ａに示した５つの試料Ｖ〜Ｚの各々に、異なる特性を測定するための様々なチップが必要に応じて配置されていることを概略的に示す図である。従って、試料ＶにはチップＡ〜Ｄが、試料ＷにはチップＦ、Ｐ及びＱが、試料ＸにはチップＡ〜Ｅが、試料ＹにはチップＧ及びＩが、そして試料ＺにはチップＪ〜Ｎが入っている。しかし、１試料中に配置されるセンサチップの数は５個に限られるわけではない。チップＡ〜Ｅが測定する代表的な特性に関しては上記で述べた。チップＦ〜Ｎは多様な標的生物分子の有無と濃度の測定に使えることが、当業者にはお分かりであろう。各試料中にあるセンサチップは、医師の推奨に従って探知される。例えば、測定の目的は、第１被験者が糖尿病者又はその傾向を持つ者かどうか、試料を提供した第２被験者がＨＩＶに感染しているかどうか、別の被験者が糖尿病と甲状腺の問題を抱えているかどうか、もう一人の被験者がマラリアかどうか、また別のもう一人の被験者が遺伝学的に子宮頸がんと肺癌にかかりやすいかどうか、などであってよい。
【実施例２】
【００５６】
図６は、本発明の方法に係る第２の実施例の要部を図示したフローチャートである。具体的に説明すると、図６は、基地局３００と複数のセンサチップが入った試験対象試料の双方がたどる各工程を示している。基地局３００はまず、センサチップ上又は試料上のＲＦＩＤ装置１２０、２１０が放出した未認識の識別子を探索する。試料がホルダ５００に配置されると、各センサチップ中及び試料用ＲＦＩＤタグ２１０中のＲＦＩＤ回路１２０が基地局の放出する高周波信号から電力を抽出し、センサチップとＲＦＩＤタグ２１０の電源が入る。これにより、センサチップとＲＦＩＤタグが識別情報を高周波信号で基地局３００に送信する。新しい識別情報があり、従って新しい試料とセンサチップがあると工程Ｓ１１０で判断されると、基地局３００は工程Ｓ１２０で当該センサチップと試料用ＲＦＩＤタグを登録する。好ましくは、センサチップの識別情報に、当該センサチップに特有の部分と、当該センサチップが検出するよう設定された特性（例えば当該センサチップが検出するよう設定された特定の生物分子など）を表示する部分とが含まれる。或いは、当該センサチップが検出するよう設定された特性は、センサチップの記憶装置１３０に保存され、基地局３００に送信される。従って、レジスタ又は記憶装置３１０は、センサチップが検出するよう設定された特性と共に、各センサチップＩＤを保存する。試料用ＲＦＩＤタグは、固有の試料識別子を持っている。新しいチップを検索する工程Ｓ１００で試料用ＲＦＩＤタグ２１０がたった１つしか検出されない場合は、同じウィンドウで検出された全てのセンサチップがレジスタ中でその試料に関連付けられる。さらに、登録（Ｓ３００）中又はそれに続いて、新しいセンサチップは基地局３００から検出の開始を命令される（Ｓ３１０）。
【００５７】
次に、基地局３００は登録されたセンサチップの探査を開始する（Ｓ１３０）。その間に、センサチップ上の各センサが測定を開始し、センサからの信号はチップが探査されるまでセンサチップの記憶装置１３０に保存される。チップが探査されると、センサチップの中の演算処理装置１２５は、センサチップが最後に探査された時以来十分なデータが記憶装置１３０に保存されたかどうかを判断する。十分なデータが保存されていなければ、センサチップは基地局に報告する（Ｓ３３０、Ｓ１４０）。センサチップは引き続き検索動作を行い（Ｓ３１０）、基地局３００は全てのチップが探査されたかどうかを判断し（Ｓ２１０）、探査が済んでいなければ次のチップを探査する（Ｓ１３０）。しかし、送信できるデータがあるとセンサチップが基地局に報告した場合は（Ｓ３４０）、基地局はセンサチップに、ＲＦＩＤ電子装置を使って検出データを送信するよう命令する（Ｓ３５０）。基地局３００はセンサチップから検出データを受け取り（Ｓ１５０）、記憶装置又はレジスタ３１０にそれを保存する。その時データ処理部３２０は、探査工程が引き続き行われる中で、データの処理と分析を開始することができる（Ｓ１６０）。
【００５８】
図７は、基地局３００にある記憶装置又はレジスタ３１０のデータ構造の一例と、センサチップ１００にある記憶装置１３０のデータ構造の一例を示す図である。
【００５９】
基地局とセンサチップとの一方又は両方が、センサチップが測定を終了したかどうかを判断することができる。例えば、センサチップの演算処理装置１２５は、ヒステリシスループの２つのピークが所定のレベルを所定の時間下回ったときには、酸化還元反応が完了したと判断してよい。その場合には、記憶装置１３０の中のフラグを更新し、次に探査されたときにこれを基地局３００に送信する。基地局３００は、センサチップが測定を終了した旨をレジスタに更新する。或いは、データ処理部３２０が測定の完了を判断し、レジスタ３１０を更新し、電源を切るようセンサチップに命令する。
【００６０】
基地局は工程１７０で特定のセンサチップの測定が完了したことを証明し、工程１８０でそれに応じたレジスタの更新を行ってから、試料中の全てのセンサチップについて測定が完了したかどうかの証明をレジスタに問い合わせ（Ｓ１９０）、完了している場合はこれをユーザに表示する（Ｓ２００）。これは、例えばＧＵＩ（コンピュータのモニタなど）上にメッセージを表示すること、又は試料用ＲＦＩＤタグ上のライトに点灯を命令することなどにより実行することができる。その時ユーザは試料をホルダ５００から取り除き、別の試料を測定するための空間を作ることができる。工程Ｓ２００から、又はセンサチップの測定が終了していないと判断された場合は工程Ｓ１７０から、基地局は工程Ｓ２１０へと進み、そこで全てのチップが探査されたかどうかの判断が行われる。全てのチップが探査されていなければ、基地局は工程Ｓ１３０に戻り、全てのチップの探査が終了するまでこの工程を繰り返す。全てのチップが探査されたという判断が下されたなら、基地局はホルダ中のチップ及び試料の処理が全て終了したかどうかを判断し（Ｓ２２０）、終了していれば工程は終了する。終了していなければ最初の工程に戻る。
【００６１】
従って本発明により、複数の試料の複数の特性を同時に測定することが可能になる。さらにまた、試料を様々な条件下で測定することにより測定を迅速化することができる。試料中の全てのチップによる測定がいったん終了すれば、当該試料をホルダから取り除き、異なるチップが入った新たな試料をホルダに配置することができる。それと同時に、全試料中の全チップの探査は影響されることなく続けられる。従って、他の試料の測定に影響を与えることなく、ホルダへの試料の挿入と除去を行うことができる。試料中の全てのセンサチップから送られた検出データの収集と分析は自動的に行われるため、探知は迅速かつ正確である。その上、各試料に関して多くの多様な試験を同時に行うことができ、また多くの多様な試料を同時に試験することができる。そのため、本発明は試料の処理量をきわめて大きくし、同時に精度も高める。
【００６２】
好適な実施例では、選択されたセンサチップは自動的に試料中に配置され、試料は自動的に例えばホルダなどの検出領域に供給され、検出領域から除去される。従って、技師が行う必要のある唯一の操作は、試料の識別番号と試験される特性（ブドウ糖濃度、特定のＤＮＡ鎖、その他の標的生物分子、ｐＨなど）とをローダ又は基地局コントローラに入力することである。そうすれば、本発明の装置が試料中に適切なセンサを配置し、試料を検出領域に供給し、センサチップから検出データを収集分析し、結果の目安（例えば、ＨＩＶの試験結果が陰性、糖尿病の結果が陽性など）を提供するであろう。言うまでもなく、これよりはるかに詳細な分析結果を希望により提供することもできる。
【００６３】
本発明のその他の利点として挙げられるのは、センサチップとデータ分析・保存部との間の相互接続がかさばるという問題がなくなったこと、一体型の検出回路を用いるためノイズに対する信号の比率が増え、センサチップ上に使うセンサパッドのサイズを小さくできること、単一の小型試料に複数のチップを使えること、多様な試料を同時に試験することができること、新たな試料の試験がいつでも開始できること、センサチップを再利用・再使用できること、などである。
【００６４】
これまでの説明は実施例によってのみ記述されたものであり、本発明の趣旨と範囲を超えることなく修正を加え得ることは、当業者により十分理解されるであろう。例えば、「試料」という用語には、溶液、尿、血液及び血清などの生物試料、並びに個体、気体及びその混合を含む他の試料も含まれる。
【００６５】
特に、上に述べたセンサチップ及び基地局の特定の具体例は、これに限定されるものではない。他の形態の無線通信及び識別も、本発明での使用に適している。また、上に述べた特定の方法がこれに限定されるものと解釈するべきではない。特に、いくつかの工程を別の順序で実施することもでき、一部の工程を省略することもでき、またこの文書では述べていない他の工程を含めることもできることは、十分に理解されるであろう。
【００６６】
例えば、センサチップが探査時に与えられるべき頻度又は優先順位に関する指示を、センサチップが基地局に送信するようにしてもよい。優先順位の高いセンサチップが優先順位の低いものより頻繁に探査されるようにしてよい。新たなチップの検索も探査と同時に行われてよい。
【００６７】
様々な異なる種類のセンサチップを使用してよく、またポテンシオスタット回路チップの制限は無い。特に、チップ上ラボのタイプのセンサチップは、本発明の範囲に含まれる。受動型ＲＦＩＤ回路が設けられている場合は、電力抽出回路が受信されたＲＦ信号を多数の直流レベルに変換して、内部電子装置に電力を供給すると共に、例えば酸化還元反応の監視などの検知を行う。しかし、能動型ＲＦＩＤ回路も使用することができる。
【００６８】
ホルダ５００及び基地局の異なる実施例も想定されている。例えば、ホルダ５００に、センサチップをフローセルに配置する手段、遠心分離装置、加圧及び吸引装置などを備えてもよい。基地局３００に、モニタ付きパソコンなどのコンピュータ並びに無線通信用のアンテナ及びトランシーバを備えてもよい。ただセンサチップの入った試料を、アンテナの範囲内に配置する必要があるだけである。
【００６９】
また、試験対象の試料又は溶液にホルダ５００からバイアス電圧を加えるための対極を設けるよう要求されているわけではない。むしろ、各センサチップには、そのチップ上の全センサ用に独自の対極が設けられていてよい。又は、チップ上の各センサに独自の対極が設けられていてよい。
【００７０】
本明細書において、レジスタ、保存手段、保存装置及び記憶装置の各用語は、互いに置き換えが可能である。
【００７１】
送信中のビットエラーを少なくするため、本発明の方法及び装置にデータの奇偶検査などの単純エラー処理コーディングを組み込んでもよいことは、当業者に十分理解されるであろう。さらに、データがうまく転送されたことを知らせるため、基地局がデータの受信をチップに報告するようにしてもよい。その他の類似技術及び通信プロトコルを採用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、多様な患者の多様な病状を同時に検査する場合の医学検査に利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】従来のバイオセンサ・システムを示す図である。
【図２】図２Ａはポテンシオスタット回路を示す図であり、図２Ｂは、図２Ａに示すポテンシオスタット回路の電気図であり、また図２Ｃは、図２Ａのポテンシオスタット回路が可逆性酸化還元反応に対して示す代表的な出力を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施例に係るバイオセンサ・システムを示す図である。
【図４】複数の試料が配置されたホルダを示す図である。
【図５】異なる特性の測定に異なるチップを使用することを概略的に示す図である。
【図６】本発明の方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明に使用可能なデータ構造を概略的に示す図である。
【図８】本発明の第１の実施例に係るバイオセンサ・システムを示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１００…チップ上に一体化された回路構成、１１０…ガラス基板上に配列されたセンサ、１１１…金製電極、１１２…ガラス基板、１１５…生物受容層、１１６…不活性化材料、１２０…ＲＦＩＤタグ、１２５…マイクロコントローラ又は演算処理装置、１３０…記憶装置、１４０…前置増幅回路、１５０…駆動回路、１６０…バス、１７０…デジタル・アナログ変換器、１８０…アナログ・デジタル変換器、２００…試料Ｘ、２１０…受動ＲＦＩＤタグ、２２０…ポテンシオスタット回路に対する対極として働く電極、３００…基地局、３１０…レジスタ、３２０…データ処理部、３４０…アンテナ、３５０…送受信機回路、５００，５１０，５２０，５３０…ホルダ、５０５…ホルダ中に試料を配置する場所、１０００…従来のバイオセンサ・システム、１００１…生物材料を含む緩衝液、１０１０…バイオセンサ、１０１１…金製電極、１０１２…ガラス基板、１０１５…生物受容層、１０１６…不活性化材料、１０２０…前置増幅器及び駆動回路、１０３０…データ分析・保存装置、１０５０…ＴＦＴチップ、１０５１…ゲート、１０５２…ソース、１０５３…ドレイン、１０５４…チャネル、１０６０…外部の電子装置、１０７０…不活性化材料、ＣＥ…対極、ＲＥ…基準電極、ＷＥ…作用電極。
【図１】
2008157964.tif 000003
【図２】
2008157964.tif 000004
【図３】
2008157964.tif 000005
【図４】
2008157964.tif 000006
【図５】
2008157964.tif 000007
【図６】
2008157964.tif 000008
【図７】
2008157964.tif 000009
【図８】
2008157964.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成20年3月4日(2008.3.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料とＲＦＩＤタグとを有する容器から第１データを受信する工程と、
前記第１データが新規であるか否かを判断する工程と、
前記第１データが新規であった場合、前記第１データを登録する工程と、を含み、
前記ＲＦＩＤタグが前記第１データを蓄積し、前記第１データを送信するよう構成されている、
ことを特徴とするデータの登録方法。
【請求項２】
請求項１に記載のデータの登録方法において、
前記ＲＦＩＤタグが高周波信号から電力を抽出するよう構成されている、
ことを特徴とするデータの登録方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のデータの登録方法において、
前記容器が第１のセンサチップを有し、前記センサチップが前記試料の第２データを検出し、かつ、前記第２データを送信するものである、
ことを特徴とするデータの登録方法。
【請求項４】
請求項３に記載のデータの登録方法において、
前記第１のセンサチップが高周波信号から電力を抽出するよう構成されている、
ことを特徴とするデータの登録方法。
【請求項５】
請求項３又は４に記載のデータの登録方法において、
前記第１データが新規であった場合、前記第２データが登録される、
ことを特徴とするデータの登録方法。
【請求項６】
請求項３乃至５のいずれか一項に記載のデータの登録方法において、
前記第１のセンサチップがＲＦＩＤ回路を含む、
ことを特徴とするデータの登録方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載のデータの登録方法において、
前記第１データが基地局から受信されるものである、
ことを特徴とするデータの登録方法。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載のデータの登録方法において、
前記第１データを受信する工程の前に、前記容器をホルダに配置する工程を含む、
ことを特徴とするデータの登録方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載のデータの登録方法において、
前記容器が試験管である、
ことを特徴とするデータの登録方法。
【請求項１０】
送受信機回路と、
演算処理装置と、
記憶装置と、を含み、
前記送受信機回路が、容器から発振される第１データを受信するよう構成され、前記容器がＲＦＩＤタグを有し、前記容器が試料を保持し、前記ＲＦＩＤタグが前記第１データを保持し、前記ＲＦＩＤタグが前記第１データを発信するものであり、
前記演算処理装置が前記第１データが新規であるか否かを判断するものであり、
前記記憶装置が前記第１データが新規であった場合に前記第１データを登録するものである、
ことを特徴とする基地局。
【請求項１１】
請求項１０に記載の基地局において、
前記記憶装置が前記試料の第２データを登録するものであり、前記第２データがセンサチップにより検出されるものであり、前記第２データが前記センサチップから発信されるものである、
ことを特徴とする基地局。
【請求項１２】
請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の基地局において、
前記容器が試験管である、
ことを特徴とする基地局。
【請求項１３】
試料を入れる容器に貼り付けるＲＦＩＤタグであって、
ＲＦＩＤ回路と、
記憶装置と、を含み、
前記ＲＦＩＤ回路が高周波信号から電力を抽出するよう構成され、前記記憶装置が前記容器の第１データを蓄積するよう構成されている、
ことを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項１４】
請求項１３に記載のＲＦＩＤタグにおいて、前記ＲＦＩＤ回路が前記容器の前記第１データを送信するよう構成されている、
ことを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
本発明に係るデータの登録方法の一態様は、試料とＲＦＩＤタグとを有する容器から第１データを受信する工程と、前記第１データが新規であるか否かを判断する工程と、前記第１データが新規であった場合、前記第１データを登録する工程と、を含み、前記ＲＦＩＤタグが前記第１データを蓄積し、前記第１データを送信するよう構成されている、ことを特徴とする。
上記データの登録方法において、前記ＲＦＩＤタグが高周波信号から電力を抽出するよう構成されている、ことが好ましい。前記容器が第１のセンサチップを有し、前記センサチップが前記試料の第２データを検出し、かつ、前記第２データを送信するものである、ことが好ましい。前記第１のセンサチップが高周波信号から電力を抽出するよう構成されている、ことが好ましい。前記第１データが新規であった場合、前記第２データが登録される、ことが好ましい。前記第１のセンサチップがＲＦＩＤ回路を含む、ことが好ましい。前記第１データが基地局から受信されるものである、ことが好ましい。前記第１データを受信する工程の前に、前記容器をホルダに配置する工程を含む、ことが好ましい。前記容器が試験管である、ことが好ましい。
本発明に係る基地局の一態様は、送受信機回路と、演算処理装置と、記憶装置と、を含み、前記送受信機回路が、容器から発振される第１データを受信するよう構成され、前記容器がＲＦＩＤタグを有し、前記容器が試料を保持し、前記ＲＦＩＤタグが前記第１データを保持し、前記ＲＦＩＤタグが前記第１データを発信するものであり、前記演算処理装置が前記第１データが新規であるか否かを判断するものであり、前記記憶装置が前記第１データが新規であった場合に前記第１データを登録するものである、ことを特徴とする。
上記基地局において、前記記憶装置が前記試料の第２データを登録するものであり、前記第２データがセンサチップにより検出されるものであり、前記第２データが前記センサチップから発信されるものである、ことが好ましい。前記容器が試験管である、ことが好ましい。
本発明に係るＲＦＩＤタグの一態様は、試料を入れる容器に貼り付けるＲＦＩＤタグであって、ＲＦＩＤ回路と、記憶装置と、を含み、前記ＲＦＩＤ回路が高周波信号から電力を抽出するよう構成され、前記記憶装置が前記容器の第１データを蓄積するよう構成されている、ことを特徴とする。
上記ＲＦＩＤタグにおいて、前記ＲＦＩＤ回路が前記容器の前記第１データを送信するよう構成されている、ことが好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
本発明に係る検出方法は、複数試料の各々につき少なくとも１つの特性を検出する方法であって、（１）個別の試料につき少なくとも１つの前記特性を検出するよう設定され、かつ電子検出装置と、無線通信装置と、識別子とを備えた少なくとも１つのセンサチップを各試料に配置し、（２）各センサチップを登録し、（３）登録された各々のセンサチップから各自の無線通信装置を介して送信してきた検出データを同時に受信する各工程から成ることを特徴とする。
好ましくは、この方法に、（１）さらにもう１つの試料の各センサチップを登録することにより、複数の試料にそのもう１つの試料を追加し、（２）このもう１つの試料から検出されたデータを複数の試料から検出されたデータと同時に受信する手順がさらに含まれる。