(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイスであって、
複数のウェルを有し、それぞれのウェルが、分析対象の物質を含むように構成された試験プレートと、
前記物質の特徴を検知し、検知された特徴に基づいてセンサシグナルを作成するように構成され、複数のセンサがそれぞれのウェルと関連するように並べられ、前記複数のセンサの少なくとも１つのセンサが、前記複数のセンサの別のセンサによって検知される特徴とは異なる物質の特徴を検知するように構成されたセンサと、
前記センサに接続し、前記試験プレートに沿って配置された背面の上に並べられ、選択したセンサのセンサシグナルがデータ出力でアクセスすることができるように構成されたセンサ選択回路とを備え、
前記複数のセンサが音響センサを備え、前記複数のウェルのそれぞれが、前記背面から延びるウェル壁部によって規定され、相互に分離されており、
前記ウェル壁部は、前記試験プレートの上に配置された電気接続層により、少なくともその一部がコーティングされ、
前記複数のセンサが電気センサをさらに備え、該電気センサと前記電気接続層との間の垂直方向の電気インピーダンスを検知することができるようにされている、デバイス。
【請求項２】
前記デバイスが、それぞれのウェルに光学的に問い合わせることができる１つ以上の光学的に透明な領域を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記センサ選択回路および前記センサのうち、少なくとも１つが、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を備えている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記複数のセンサが、電気センサ、化学物質センサ、光学センサ、音響センサおよび酸素センサのうち２つ以上を備えている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記センサシグナルは、インピーダンス、光学スペクトル、表現型のシグネチャー、生物物理学シグネチャー、化学シグネチャー、機能的なシグネチャー、機械的なシグネチャー、細胞の運動、細胞の付着および拡散、細胞の侵襲、細胞増殖、細胞のシグナル導入、細胞の経路、毒性、細胞の電気穿孔、細胞の位置、細胞数、細胞の生存能力、細胞の剛性、マトリックスの剛性、細胞外のｐＨ、運動度、横方向の物質移動および垂直方向の物質移動、分析対象の細胞骨格に向けられた挙動の１つ以上についての情報を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
デバイスを製造する方法であって、
複数のウェルを有し、それぞれのウェルが、分析対象の物質を含むように構成された試験プレートを作成することと、
前記物質の特徴を検知し、検知された特徴に基づいてセンサシグナルを作成するように構成された複数のセンサを製造することと、
前記センサに接続し、選択したセンサのセンサシグナルがデータ出力でアクセスすることができるように構成されたセンサ選択回路を製造することと、
複数のセンサがそれぞれのウェルと関連するように前記ウェルに対して前記センサを並べことであって、前記複数のセンサのそれぞれが、前記複数のセンサの別のセンサによって検知される特徴とは異なる物質の特徴を検知するように構成されたウェルと関連する、並べることとを含み、
前記複数のセンサが音響センサを備え、
前記センサ選択回路及び前記センサは前記背面の上に並べられ、前記背面は前記試験プレートに沿って配置され、前記複数のウェルのそれぞれが、前記背面から延びるウェル壁部によって規定され、相互に分離されており、
前記ウェル壁部は、前記試験プレートの上に配置された電気接続層により、少なくともその一部がコーティングされ、
前記複数のセンサが電気センサをさらに備え、該電気センサと前記電気接続層との間の垂直方向の電気インピーダンスを検知することができるようにされている方法。
【請求項７】
それぞれのウェルに関連する複数のセンサを用い、試験プレートのウェル中に配置された分析対象の物質の複数の特徴を時間経過に伴って検知することであって、前記複数のセンサの少なくとも１つが、前記複数のセンサの別のものによって検知される特徴とは異なる物質の特徴を検知するように構成される、検知することと、
検知された特徴に基づいてセンサシグナルを作成することと、
アドレスラインを活性化し、選択したセンサのセンサシグナルをデータ出力でアクセス可能にすることとを含み、
前記複数のセンサが音響センサを備え、
前記センサ選択回路及び前記センサは前記背面の上に並べられ、前記背面は前記試験プレートに沿って配置され、前記複数のウェルのそれぞれが、前記背面から延びるウェル壁部によって規定され、相互に分離されており、
前記ウェル壁部は、前記試験プレートの上に配置された電気接続層により、少なくともその一部がコーティングされ、
前記複数のセンサが電気センサをさらに備え、該電気センサと前記電気接続層との間の垂直方向の電気インピーダンスを検知することができるようにされている方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般的に、物質を分析するための試験プレート、およびこのような試験プレートに関連するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生物学、医薬および毒性学における多くの用途は、生理学的に関連する３Ｄ環境における細胞の複雑な生物物理学的、生物化学的、機能的特徴のリアルタイムでの検知を伴う。これらの特徴は、正常な状態から疾患状態へと進行する間に、および／または薬物および毒物にさらされたときに、不均一に一時的に変わることがあるため、並行して連続的に細胞（単一の状態で、またはコロニーの状態で）を監視することが望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
ある実施形態は、複数のウェルを有し、それぞれのウェルが、分析対象の物質を含むように構成された電子試験プレートに関する。センサは、物質の特徴を検知し、検知された特徴に基づいてセンサシグナルを作成するように構成される。センサは、複数のセンサがそれぞれのウェルと関連するように並べられる。複数のセンサの少なくとも１つのセンサが、複数のセンサの別のセンサによって検知される特徴とは異なる物質の特徴を検知する。センサ選択回路は、センサに接続する。センサ選択回路は、試験プレートに沿って配置された背面の上に並べられる。センサ選択回路によって、選択したセンサのセンサシグナルが背面のデータ出力にアクセスすることができる。ある態様によれば、電子試験プレートは、光学的に透明であるか、または、それぞれのウェルに光学的に問い合わせることができる光学的に透明な領域を有する。
【０００４】
ある実施形態によれば、電子試験プレートは、複数のウェルを有し、それぞれのウェルが、分析対象の物質を含むように構成されている試験プレートを備えている。電子試験プレートのセンサは、物質の特徴を検知し、検知された特徴に基づいてセンサシグナルを作成するように構成される。センサは、複数のセンサがそれぞれのウェルと関連するように並べられる。複数のセンサの少なくとも１つのセンサが、複数のセンサの別のセンサによって検知される特徴とは異なる物質の特徴を検知するように構成されている。試験プレートに沿って延びる背面の上に並べられる電子試験プレートのセンサ選択回路は、センサに接続する。センサ選択回路によって、選択したセンサのセンサシグナルが背面のデータ出力でアクセスすることができる。リードアウト回路は、データ出力に存在する選択したセンサシグナルを受け取り、処理する。
【０００５】
ある実施形態は、電子試験プレートを製造するための方法に関する。この方法は、複数のウェルを有し、それぞれのウェルが分析対象の物質を含むように構成されている、試験プレートを作成することを含む。複数のセンサと、センサに接続したセンサ選択回路とを備える電子回路が製造される。複数のセンサは、物質の特徴を検知し、検知された特徴に基づいてセンサシグナルを作成するように構成される。センサ選択回路によって、背面のデータ出力で選択したセンサのセンサシグナルにアクセスすることができる。センサは、複数のセンサがそれぞれのウェルと関連するようにウェルに対して並べられる。ウェルに関連する複数のセンサは、それぞれ、複数のセンサの別のセンサによって検知される特徴とは異なる物質の特徴を検知するように構成される。
【０００６】
ある実施形態は、試験プレートのウェルに配置された分析対象の物質の複数の特徴を検知することを含む方法を含む。複数の特徴は、それぞれのウェルに関連する複数のセンサを用いて検知される。複数のセンサの少なくとも１つは、複数のセンサの別のセンサによって検知される特徴とは異なる物質の特徴を検知するように構成される。センサシグナルは、時間経過に伴って検知された特徴に基づいて作成される。選択したセンサのセンサシグナルをデータ出力でアクセスすることができるように、アドレスラインを活性化する。
【０００７】
以下の記載は、以下の図面を参照し、ここで、同じ参照番号を使用し、複数の図面で同様の／同じ要素を特定してもよい。特に指示されない限り、図面は、必ずしも縮尺通りではない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】図１Ａは、ある実施形態にかかる電子試験プレートの上面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａの試験プレートの一区画の上面図を示す。
【図１Ｃ】図１Ｃは、試験ウェルと、試験ウェルに関連する複数のセンサの断面図を示す。
【図１Ｄ】図１Ｄは、図１Ａの電子試験プレートの一部の層の単純化した斜視図である。
【図２Ａ】図２Ａは、ある実施形態にかかる４個のサブピクセルセンサを備える１個のピクセルの近傍の背面の一部の上面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、試験ウェルと、試験プレートの背面の一部の側面断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、１個のピクセルが、ある実施形態にかかる酸素センサを含む１個の試験ウェルに関連していてもよい９個のピクセルの上面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、図２Ｃの酸素センサの平面図を与える。
【図２Ｅ】図２Ｅは、ある実施形態にかかる酸素センサを含むピクセルを示す断面図である。
【図２Ｆ】図２Ｆは、ある実施形態にかかる９個のピクセルを示す図２Ｂの試験ウェルを備える試験プレートの一部の上面図である。
【図２Ｇ】図２Ｇは、背面ピクセルピッチより大きな試験ウェルピッチを有する背面および試験プレートの上面図を示す。
【図２Ｈ】図２Ｈは、試験ウェルピッチに等しいピクセルピッチを有する背面を示す。
【図３Ａ】図３Ａは、種々の実施形態にかかる異なるウェルの大きさおよび材料を用いて製造された電子試験プレートのプロトタイプの写真である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、種々の実施形態にかかる異なるウェルの大きさおよび材料を用いて製造された電子試験プレートのプロトタイプの写真である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、種々の実施形態にかかる異なるウェルの大きさおよび材料を用いて製造された電子試験プレートのプロトタイプの写真である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、種々の実施形態にかかる異なるウェルの大きさおよび材料を用いて製造された電子試験プレートのプロトタイプの写真である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、薄い金がコーティングされたガラススライドの上のＭＤＡ−ＭＢ−２３１癌細胞の例示的な３Ｄ培養物を示す。
【図３Ｆ】図３Ｆは、ケイ素の上のＭＤＡ−ＭＢ−２３１癌細胞の例示的な３Ｄ培養物を示す。
【図４Ａ】図４Ａは、ある実施形態に従って、インピーダンスセンサ、ｐＨセンサ、光学センサ、音響センサからのセンサシグナルを与えるように実施することが可能な、例示的なＴＦＴサブピクセル検知回路およびセンサ選択回路の模式図を与える。
【図４Ｂ】図４Ｂは、種々の実施形態において、光学検知のための入射光を与えるための構成を示す。
【図４Ｃ】図４Ｃは、種々の実施形態において、光学検知のための入射光を与えるための構成を示す。
【図４Ｄ】図４Ｄは、種々の実施形態において、光学検知のための入射光を与えるための構成を示す。
【図５Ａ】図５Ａは、ある実施形態にかかる電子試験プレート５００のブロック図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、ある実施形態にかかる任意の特徴を含む、図５Ａの電子試験プレートとある観点で同様の電子試験プレートのブロック図である。
【図６】図６は、本明細書に記載する実施形態にかかる電子試験プレートの１つ以上を組み込んだ試験システムのブロック図である。
【図７】図７は、ある実施形態にかかるバイオ電子試験プレートおよびデータ出力処理を用いる方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書に開示する実施形態は、複数の試験ウェルを有する試験プレートと、それぞれの試験ウェルに関連する複数のセンサとを備える複数検知型の電子試験プレートを含む。複数のセンサは、試験ウェル中に配置された分析対象の物質の特徴を検知し、検知された特徴に基づいてセンサシグナルを作成する。試験ウェルに関連する複数のセンサの少なくとも１つは、複数のセンサの別のものによって検知される特徴とは異なる物質の特徴を検知することができる。ある実施形態において、センサの１つ以上は、複数の次元において物質の特徴を検知するように構成されてもよい（例えば、２Ｄ検知または３Ｄ検知）。センサ選択回路は、電子試験プレートのデータ出力で、選択したセンサのセンサシグナルにアクセスすることができる。ある実施形態において、センサ選択回路は、センサ出力にアクセスするための選択ラインによって駆動する、背面の上に配置された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のスイッチを備えていてもよい。
【００１０】
ある実施において、それぞれの試験ウェルは、本明細書に開示する電子試験プレートを、質量分光法、原子間力顕微鏡、フーリエ変換赤外線分光法、ラマン分光法、および走査型電子顕微鏡のような他の種類の分析に加え、生きているか、または固定された細胞および組織に問い合わせるさまざまな種類の光学系の分析技術（例えば、光学顕微鏡、スペクトル分析、蛍光タグ化による分析）と組み合わせて使用することができるようにする少なくとも１つの光学的に透明な結合領域を有する。光学系の分析技術は、ラベルを含まない技術と、ラベルに特異的な技術の両方を含んでもよい。ある実施形態において、これらの分析技術を使用し、電子試験プレートの複数のセンサを用いて達成される結果を補助し、および／または確認することができる。本明細書において実施形態に記載する電子試験プレートは、複数のセンサによって複数検知することに加え、種々の分析技術と共に使用するのに適しているだろう。開示する複数検知型の電子試験プレートと組み合わせたときに有用であり得るさらなる分析技術は、Ｖｅｉｓｅｈ、Ｍａｎｄａｎａ等、「Ｇｕｉｄｅｄ  ｃｅｌｌ  ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ  ｏｎ  ｇｏｌｄ−ｓｉｌｉｃｏｎ  ｄｉｏｘｉｄｅ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ  ｂｙ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」、Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ  ２５（２００４）３３１５−３３２４、Ｖｅｉｓｅｈ、Ｍａｎｄａｎａ等、「Ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｎ  ｌｏｎｇ−ｔｅｒｍ  ｃｅｌｌ  ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ  ｏｆ  ｃｅｌｌ−ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  Ａｕ／ＳｉＯ２  ｐｌａｔｆｏｒｍｓ」、Ｊ．ＡＭ．ＣＨＥＭ．ＳＯＣ．１２８（２００６）、１１９７−１２０３、およびＶｅｉｓｅｈ，Ｍａｎｄａｎａ等、「Ｓｉｎｇｌｅ−ｃｅｌｌ−ｂａｓｅｄ  ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  ｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎ  ＦＴＩＲ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：Ａ  ｈｙｂｒｉｄ  ｓｙｓｔｅｍ  ｔｏｗａｒｄｓ  ｂａｃｔｅｒｉａｌ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ」、Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ２３（２００７）２５３−２６０に開示される。
【００１１】
本明細書に開示する実施形態を使用し、生物学、医薬および環境毒性学における用途のために、生理学的に関連する細胞系の検知における大きなギャップを埋めることもできる。これらの手法は、ｉｎ  ｖｉｖｏの微細環境、個人に合わせた医薬およびヘルスケア分野および毒性分野における検体のスクリーニングの態様を再現する環境における不均質さの生物学的評価および臨床学的評価のための新しいツールを与える。また、これらは、新しい多重バイオマーカー、および固定された細胞に対する静的でラベル特異的な測定によってはうまくいかない一時的／空間的な相関関係、または別個の装置によって、もしくは異なる時間に検知される１種類の態様のバイオマーカーの合計を明らかにするだろう。異なるバイオマーカーを同時に、連続的に監視することができ、大量の並行した細胞センサアレイで多重化することができるため、既存の手法よりもかなり多いデータの注文を集めることができる。これにより、機械が学習するアルゴリズムによって、発生率が低い不均一さ、新しい一時的なシグナル、または表現型のパターンを同定する可能性が増す。たった１つの観点のみが異なる隣接するウェルの比較によって、共通の態様のノイズ拒絶を高いレベルで可能にする差示的な情報を与えることができる。
【００１２】
図１Ａは、ある実施形態にかかる電子試験プレート１００の上面図であり、図１Ｂは、試験プレート１００の一区画の上面図を示し、図１Ｃは、Ａ−Ａ’面に沿って切断した、試験ウェルと、試験ウェルに関連する複数のセンサの断面図を示し、図１Ｄは、電子試験プレートの一部の斜視図である。
【００１３】
電子試験プレート１００は、試験プレート１００の上部表面１０１より下にｚ方向に延びるウェル壁部１６０によって規定される複数の試験ウェル１１１Ａ〜１１４Ａを有する。図１Ａに示される試験ウェル１１１Ａ〜１１４Ａは、図１Ａに示されるように、種々のパターンおよび／または大きさ（例えば、直径および／または深さ）で並んでいてもよい。示されるように、試験プレート１００は、４個の区画１１１〜１１４を有し、それぞれの区画は、試験ウェル１１１Ａ〜１１４Ａを有し、試験ウェル１１１Ａ〜１１４Ａの直径は、区画毎に異なる。ある特定の例において、試験プレート１００の区画１１１にある試験ウェル１１１Ａの直径は、試験プレート１００の表面１０１で直径５ｍｍであり、試験プレート１００の区画１１２にある試験ウェル１１２Ａの直径は、試験プレート１００の表面１０１で直径３．１ｍｍであり、試験プレート１００の区画１１３にある試験ウェル１１３Ａの直径は、試験プレート１００の表面１０１で直径１ｍｍであり、試験プレート１００の区画１１４にある試験ウェル１１４Ａの直径は、試験プレート１００の表面１０１で直径１ｍｍである。試験ウェル１１４Ａは、区画１１３のパターンよりも密な（面積あたりの試験ウェルの数が多い）パターンで並んでいる。上の例は、試験プレート中の試験ウェルの多くの構成のほんの１つであることが理解されるだろう。さらに、異なる大きさおよびパターンの試験ウェル（例えば、長方形または三角形）を有する試験プレートが可能であるが、多くの用途において、試験プレートは、等しく間隔を開けられた試験ウェルを含み、および／またはそれぞれの試験ウェルが、同じ大きさであり、同じ直径を有する。
【００１４】
複数のセンサ１２０が、それぞれの試験ウェル１１１Ａ〜１１４Ａと関連している。試験ウェル１１１Ａ〜１１４Ａと関連する複数のセンサ１２０は、試験ウェル中の物質の複数の特徴を検知する。それぞれのセンサは、一次元、二次元または三次元で物質の特徴を検知するように構成される。例えば、センサ１２０の１つ以上は、ｘ方向に沿って試験ウェルの少なくとも一部を横切る物質の特徴を検知するように構成されてもよく、１つ以上のセンサは、さらに、ｙ方向に沿って試験ウェルの少なくとも一部を横切る物質の特徴を検知するように構成されてもよく、１つ以上のセンサは、さらに、ｚ方向に沿って試験ウェルの少なくとも一部を横切る物質の特徴を検知するように構成されてもよく、これにより、時間経過に伴って一次元、二次元、または三次元の検知を行う。
【００１５】
それぞれの試験ウェル１１１Ａ〜１１４Ａに関連するセンサ１２０は、異なる種類の複数のセンサの集合の状態で並べられてもよく、センサのそれぞれの集合は、本明細書では「ピクセル」と呼ばれる。ピクセル中のそれぞれのセンサは、本明細書では「サブピクセル」と呼ばれる。あるピクセルのそれぞれの検知するサブピクセルは、そのピクセルの別の検知するサブピクセルによって検出された物質の特徴とは異なる特徴を測定するように構成されていてもよい。「ピクセル」および「サブピクセル」といった用語は、ディスプレイまたは結像デバイスから借りたものであり、この場合、「ピクセル」は、２Ｄアレイの中で繰り返すことができる検知する検出ユニット（「サブピクセル」）の組み合わせのユニットセルを記述することが理解されるだろう。
【００１６】
センサのピクセルおよびサブピクセルは、試験プレートが大きな（例えば、直径が５ｍｍの）試験ウェルを有するか、または小さな（例えば、１ｍｍの）試験ウェルを有するかどうかにかかわらず、背面の上に等間隔のピッチを有していてもよい。小さな試験ウェルと関連するピクセルの数と比較したとき、それぞれのもっと大きな試験ウェルにもっと多くのピクセルが関連していてもよい。ある実施形態において、ピクセルのピッチは、例えば、約３００μｍ程度であってもよい。３００μｍ未満のピクセルピッチ、例えば、ある実施において、約９０μｍ、またはさらに約６０μｍのピクセルピッチが可能である。
【００１７】
達成可能な試験ウェルあたりのピクセルの数および／またはピクセルあたりのサブピクセルの数は、試験ウェルの大きさおよび／またはプレートの寸法に応じて変わる。図１Ａは、ｘ軸に沿った幅が２５ｍｍ、ｙ軸に沿った長さが７５ｍｍの試験プレートを示すが、例えば、標準培養プレート（例えば、１２７．７ｍｍ×８５．５ｍｍ）のような他の寸法も可能である。第１の例の構造において、２５ｍｍ×７５ｍｍの試験プレートは、（試験プレート１００の区画１１１によって示されるように）直径が５ｍｍの円形のｘ−ｙ断面を有する１５個の等間隔の試験ウェルを有し、２１８ピクセルがそれぞれの試験ウェルと関連していてもよい。第２の例において、２５ｍｍ×７５ｍｍの試験プレートは、（試験プレート１００の区画１１２によって示されるように）５０個の等間隔の円形試験ウェルを有していてもよく、それぞれの試験ウェルは、直径が３．１ｍｍであり、８０ピクセルがそれぞれの試験ウェルと関連していてもよい。第３の例において、２５ｍｍ×７５ｍｍの試験プレートは、（試験プレート１００の区画１１３によって示されるパターンに並べられる）２８８個の四角形の試験ウェルを有していてもよく、それぞれの試験ウェルは、ｙ軸に沿った長さが１ｍｍであり、ｘ軸に沿った幅が１ｍｍであり、１０ピクセルがそれぞれの試験ウェルに関連していてもよい。第４の例において、２５ｍｍ×７５ｍｍの試験プレートは、（試験プレート１００の区画１１４によって示されるように）５９２個の等間隔の四角形の試験ウェルを有していてもよく、それぞれの試験ウェルは、長さおよび幅が１ｍｍであり、１０ピクセルがそれぞれの試験ウェルに関連していてもよい。第１の例において、それぞれのピクセルが、ピクセルあたり４個の検知するサブピクセルを含んでいると仮定すると、その背面は、３，２７０個のピクセルと、１３，０８０個のセンサを含み、第２の例において、背面は、４，０００個のピクセルと、１６，０００個のセンサを含み、第３の例において、背面は、２，８８０個のピクセルと、１１，５２０個のセンサを含み、第４の例において、背面は、５，９２０個のピクセルと、２３，６８０個のセンサを含む。これらの値は単なる例であり、背面は、もっと多いか、またはもっと少ないピクセルおよびサブピクセルを含んでいてもよい。ある実施形態において、試験プレートは、約４０，０００個のセンサを与え、４０，０００個の固有の測定を与えるように構成されていてもよい。
【００１８】
ある用途において、ウェル間の距離Ｓは、試験ウェルの直径（または長さまたは幅）の約５％であってもよい。例えば、幅および長さが１ｍｍの等間隔の四角形の試験ウェルの場合、試験ウェルは、ｘ軸に沿って試験ウェルの幅の２０％（０．２ｍｍ）空間を開けられていてもよく、ｙ軸に沿って試験ウェルの長さの２０％（０．２ｍｍ）空間を開けられていてもよい。
【００１９】
電子試験ウェルは、図１に示される２５ｍｍ×７５ｍｍの試験プレートより小さくてもよく、または大きくてもよい。本明細書に記載するある実施形態によれば、電子試験ウェルは、集積薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）に基づく電子機器およびアクティブマトリックス電子機器のアドレス指定を含み、低コストでの非常に多数のセンサへの接続と、細胞培養ウェルプレートアレイのための大きな面積のガラススライドを可能にする。集積多重アレイは、わずかなアドレス指定パッドを用い、スライドあたり多くの固有の測定（例えば、ピクセルあたり４つの測定）を可能にし、用途に応じて、さまざまな大きさに容易に拡張可能である。
【００２０】
これらの例は、説明のために提示され、読者は、他の寸法の試験プレート、他のパターン、断面形状（例えば、長方形、三角形）、大きさおよび空間を有する試験ウェル、それぞれの試験ウェルに関連する他の数のセンサが可能であり、本開示の範囲に入ることを理解するだろう。
【００２１】
図１Ｃから最もよくわかるように、ある実施形態において、電子試験プレート１００は、ウェルの中に物質を保持し、物質の汚染を減らすか、または防ぐためにキャップ層１０２を備えていてもよい。ある構成において、キャップ層は、試験ウェルの上に配置された個々のキャップのパターン化された層を含む。他の構成において、キャップ層は、試験プレートの上部表面の上に広がる連続した層である。キャップ層は、透明材料、例えば、ポリカーボネートまたはポリスチレンのような透明なプラスチックを含んでいてもよい。
【００２２】
図１Ａ〜１Ｄに示される電子試験プレート１００は、多くの材料層を含む構造である。電子試験プレート１００は、上に配置されるさらなる層を機械的に支える基材１５１を備えている。ある実施において、基材１５１は、ｚ方向に沿った厚みが８００μｍのガラスまたは他の光学的に透明な材料を含んでいてもよい。電子試験プレート１００の取扱いを容易にするのに十分な機械的な頑丈さおよび／または光学分析技術を用いた電子試験プレートの使用を容易にするのに十分な光学的な透明性が可能である限り、基材に他の厚みおよび／または材料を使用してもよい。
【００２３】
物質と接する電子試験プレート、キャップ層および試験プレートの任意の部分は、放射線、気体、化学物質または熱滅菌のような一般的な技術を用いて滅菌されていてもよく、または直列化可能であってもよい。
【００２４】
背面１５２は、基材１５１の上に配置され、その間に電気接続を用いて電子機器を形成する複数のサブ層を含んでいてもよい。ある実施形態において、背面は、ｚ方向に沿った厚みが約５μｍ程度であってもよい。背面１５２は、試験ウェル１１１Ａ〜１１４Ａに関連するセンサ１２０と、センサにアクセスする回路１３０（例えば、スイッチ）を備えている。ある実施形態において、背面１５２は、さらなる電子回路、例えば、シグナル処理回路、制御回路、メモリ回路および／または通信回路、例えば、本明細書でさらに詳細に記載する有線または無線の通信回路も含んでいてもよい。ある実施形態において、背面１５２は、例えば、エッジカードコネクタとして並べられる電気接続１３５も備えており、これを使用し、電子試験プレート１００のセンサおよび／または他の回路を別のデバイス（例えば、ホストプロセッサ１００）に通信可能に接続する。
【００２５】
このデバイスは、それぞれのウェルに光学的に問い合わせることができる光学的に透明な領域を含む。背面１５２の上にある電子機器は、背面を通り、ウェルへと光を通過させるように、薄膜電子機器、例えば、光学的に透明の半導体および／または光学的に薄い金属または光学的に透明の導電体、例えば、インジウムスズオキシド（ＩＴＯ）を含む薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を含んでいてもよい。種々の光学分析技術（例えば、光学顕微鏡など）を用いた電子試験プレートの使用を容易にするために、背面は、それぞれの試験ウェルと背面との界面で少なくとも光学的に透明である。ある実施形態において、背面全体が光学的に透明である。ある実施形態において、背面の一部、例えば、試験ウェルの間の領域は、光学的に不透明である。ある実施形態において、背面全体が、光学的に不透明であってもよい。種々の構成において、電子試験プレートは、ウェルの上部および底部のいずれかまたは両方から光学的に問い合わせることができる。
【００２６】
試験プレート層１５３は、例えば、ｚ方向の厚みが約１５００μｍ程度であり、背面１５２の上に配置される。ある実施形態において、試験プレート層１５３の材料は、試験ウェル１１１Ａ〜１１４Ａを形成するようにパターン形成することができるプラスチックまたは他の材料を含んでいてもよい。試験ウェル１１１Ａ〜１１４Ａは、上部電気接続層１５４と背面１５２との間に延びるウェル壁部１６０によって規定される。上部電気接続層１５４は、導電性層であり、金属（例えば、金）、金属アロイまたは他の導電性材料を含んでいてもよい。上部電気接続層１５４は、試験プレート層１５３の上に配置され、試験ウェル壁部の少なくとも一部を共形コーティングする。試験プレート層１５３は、ｚ方向に沿った厚みが約１５００μｍ程度であってもよい。上部電気接続層は、薄い金属（例えば、金）または他の導電性材料であってもよい。例えば、ｚ軸に沿った上部電気接続の厚みは、約０．１〜約１μｍの範囲であってもよい。
【００２７】
ある実施形態において、試験プレート層１５３は、背面１５２の上に直接形成され、この構造は、本明細書で一体型の電子試験プレートと呼ばれる。他の実施形態において、ウェル層１５３と背面は、それぞれ別個に製造され、ウェル層１５３を背面１５２に結合する。試験ウェルは、試験ウェル内で培養する細胞の３Ｄ成長を容易にするために、ヒドロゲル（例えば、３Ｄラミニンリッチゲル、例えば、コーニング、ＮＹにあるＣｏｒｎｉｎｇ，Ｉｎｃ．から入手可能なＭＡＴＲＩＧＥＬ、またはゲイサーズバーグ、ＭＤにあるＴｒｅｖｉｇｅｎ，Ｉｎｃ．から入手可能なＣＵＬＴＲＥＸ  ＢＭＥ）を含んでいてもよい。分析対象の物質としては、三次元環境で成長する生きた細胞、細菌、ウイルス、真菌、微生物、細胞内コンパートメント、エキソソーム、分子、高分子、酵素または組織の成分が挙げられるだろう。
【００２８】
分析対象の物質は、生きた細胞および／または組織の成分、例えば、ヒドロゲル中で成長するものを含んでいてもよい。組織の成分は、異なる細胞型のタンパク質、糖類、脂肪、炭水化物などを含む細胞外物質で構成されていてもよい。例えば、癌組織は、癌細胞、免疫細胞、神経細胞、線維芽細胞などと、多くの無細胞成分とで構成される。ある実施形態において、試験対象の物質は、体液または体液細胞を含んでいてもよい。
【００２９】
培地は、試験対象のそれぞれの物質に特異的であり、例えば、細胞培養物に栄養物質、血清および／または抗生物質を与える。培地のいくつかの例は、ＤＭＥＭ（ダルベッコ変法イーグル培地）、最小必須培地（ＭＥＭ）であり、血清の例は、それぞれの細胞型を培養するのに必要な他の生化学的必要性に加え、ウシ胎児血清（ＦＢＳ）である。
【００３０】
ある実施形態において、ピクセルあたり複数の（例えば、４個の）サブピクセルセンサを有することが有用であるが、もっと多いか、またはもっと少ないサブピクセルセンサが可能である。４個のサブピクセルセンサとしては、例えば、インピーダンスセンサ、化学物質（ｐＨ）センサ、音響センサおよび光学センサが挙げられるだろう。図２Ａは、上述の４個のサブピクセルセンサを備える１個のピクセルの近傍にある背面２９５の一部の上面図である。図２Ｂは、試験ウェルと、試験プレート２９０の背面２９５の一部の側面断面図である。試験ウェル２７０Ａは、９個のピクセルを含み、９個のピクセルのうち３個が、この断面図に示されており、それぞれのピクセルが４個のサブピクセルセンサを有する。図２Ｆは、９個のピクセルを示す図２Ｂの試験ウェル２７０Ａを備える試験プレート２９０の上面図である。
【００３１】
ここで図２Ａを参照すると、ピクセル２００は、背面２９５の上に配置された４個のサブピクセルセンサを有する。センサとしては、電気センサ、例えば、インピーダンスセンサ、化学物質センサ、音響センサおよび光学センサが挙げられる。この例において、インピーダンスセンサは、ｘ方向、ｙ方向および／またはｚ方向に沿って、物質の横方向のインピーダンスの検知を容易にする互いにかみ合った電極２１１、２１２を備えている。化学物質センサは、ｐＨセンサを含み、ｐＨを検知するＴＦＴ２２１を含む。音響センサは、図２Ｂに示される圧電超音波変換器２６１および圧電性膜２６２と組み合わせて使用される集積された圧電センサ２３１を備えている。光学センサは、感光性ＰＩＮダイオード２４１を備えている。ピクセル２００は、選択したセンサのシグナルへのアクセスを容易にするように構成されたＴＦＴ回路２５１も備えている。
【００３２】
図２Ｂは、試験ウェル層２７５と背面２９５を備える電子試験プレートの一部の断面図を示す。試験ウェル層２７５は、分析対象の物質が入った試験ウェル２７０Ａを有し、この実施例において、分析対象は、細胞コロニー２９９の周囲の無細胞環境である３Ｄゲル２９８の中で成長する細胞コロニー２９９である。この例において、試験ウェル２７０Ａは、背面２９５の９個のセンサピクセルと関連する（図２Ｃを参照）。図２Ｂは、断面図において、上述のセンサピクセル２００と同様の４個のサブピクセルセンサをそれぞれ含む３個のセンサピクセル２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃを示す。それぞれのセンサピクセル２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃは、インピーダンスセンサ、ｐＨセンサ、音響センサおよび光学センサを含む。ピクセル２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃのインピーダンスセンサは、互いにかみ合った電極２７１Ａ、２７１Ｂ、２７１Ｃを備え、ｐＨセンサは、ｐＨを検知するＴＦＴ２２１Ａ、２２１Ｂ、２２１Ｃを備え、音響センサは、圧電性膜超音波変換器２６１および圧電性膜２６２と組み合わせて用いられる集積された圧電センサ２３１Ａ、２３１Ｂ、２３１Ｃを備え、光学センサは、感光性ＰＩＮダイオード２４１Ａ、２４１Ｂ、２４１Ｃを備えている。試験ウェル２７０Ａは、試験ウェル２７０Ａの底部表面２６５から上側に延びる試験ウェル壁部２６０によって規定される。壁の表面２６０の上に配置され、壁の表面２６０を少なくとも部分的に覆うのは、ｚ方向に沿ったインピーダンスの検知を容易にする金接触層２８０である。ある実施形態において、ｚ方向に沿ったインピーダンスを検知するために、ピクセル２００Ａ〜Ｃの１つ以上のインピーダンスセンサのために金接触層２８０を使用してもよい。
【００３３】
上述のように、種々の実施形態の電子試験プレートに使用するのに適した電気インピーダンスセンサは、背面の上部表面に配置され、試験ウェル中の物質に露出する、互いにかみ合った第１の電極と第２の電極を備えていてもよい。第１および第２の互いにかみ合った電極２１１、２１２（図２Ａおよび２Ｂを参照）を使用し、ｘｙ面で横方向のインピーダンスを検知することができる。インピーダンスセンサは、導電性接触層、例えば、金接触層２８０を第３の電極として備えていてもよい。試験ウェル中のそれぞれのインピーダンスセンサは、第１の電極２１１と第３の電極２８０の間および／または第２の電極２１２と第３の電極２８０の間の垂直方向のインピーダンスを検知することができる。図２Ａおよび２Ｂに示される第１の電極２１１、第２の電極２１２および第３の電極２８０の配置によって、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸に沿った電気インピーダンスを３Ｄ検知する。横方向および／または垂直方向の電気インピーダンスの検知を使用し、横方向および垂直方向の電気インピーダンススペクトル、例えば、周波数の関数としてのインピーダンスＺ（ω）を決定することができる。測定された横方向および／または垂直方向の電気インピーダンスを使用し、細胞数および／または細胞の生存能力を決定してもよい。細胞が死ぬと、細胞膜の一体性、極性および細胞の形態が変化し、異なるインピーダンス値が得られる場合がある。垂直方向の電極を通る電気インピーダンスまたは横方向の互いにかみ合った電極を横切る電気インピーダンスを測定することによって、細胞の生存能力を監視することができ、生存能力は、インピーダンスの変化と相関関係にあると予想される。ある場合に、ある種の細胞型において、０．１Ｖの電位を加えてもよく、インピーダンスの大きさを５００Ｈｚから１０ｋＨｚまで測定してもよい。ある場合には、検出限界およびダイナミックレンジは、１ＫＨｚ〜１ＭＨｚの周波数範囲で｜Ｚ｜＜５０オームおよびθが〜０．５０の感度を含む。
【００３４】
種々の実施形態の電子試験プレートに使用するのに適した化学物質ｐＨセンサは、薄膜トランジスタのイオン感受性窒化ケイ素ゲートを備えていてもよい。このようなセンサを使用し、例えば、細胞外のｐＨ値を測定することができる。ある場合には、応答時間が１分未満、ｐＨ０．０５〜０．１、ｐＨ４．０〜８．０の感度範囲を有するようにｐＨセンサを製造することができる。
【００３５】
種々の実施形態の電子試験プレートの試験ウェル中の音響エミッタ／センサ２６２は、試験ウェル中の物質を音響によって３Ｄ検知することができる。適切な音響エミッタ／センサは、薄膜圧電センサ、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）材料から作られるもの、またはピクセル周囲に成形される電歪容量性のもの、例えば、金属化されたシリコーンから作られたものを含んでいてもよい。圧電エミッタ／センサは、圧電エミッタ２６１および圧電性膜２６２によって作られる波を検知するように構成される。例えば、ある構成において、圧電性膜トランスミッタは、細胞コロニー２９９と３Ｄゲル２９８との間の界面から反射した（エコーした）パルス化された超音波を作成する。圧電センサは、トランスデューサ２６２に接続した増幅器（図示せず）を用い、遅延したエコーを増幅させることによって、反射した波を検知する。音の検知のための飛行時間技術を使用し、細胞／ゲルの界面の位置を決定してもよい。時間ｔ１で検出された細胞−ゲルの界面の第１の位置を、時間ｔ２で検出された細胞−ゲルの界面の第２の位置と比較することによって、細胞培養物の運動度の特徴（例えば、運動度、速度および／または加速度など）を決定することができる。細胞の運動度は、化学勾配を作り出すことによって、および／または細胞から所定の距離に化学物質誘発剤を加えることによって誘発してもよい。音響センサは、±１００μｍのｚ位置の感度、１〜３０ＭＨｚの操作周波数での１００ｎｓｅｃのパルスエコー解像度、を有し、１００μｍ−１ｃｍのｚ軸浸透度を与えてもよい。例えば、ある実施形態において、パルスエコーのタイミングで音響プローブ探索を使用し、垂直方向の細胞コロニーの位置を連続的に測定してもよい。
【００３６】
種々の実施形態にかかる電子試験プレートに適した光学検出器は、試験ウェルの背面および底部に並べられた少なくとも１つの薄膜ＰＩＮダイオードを備えている。ある実施形態において、ピクセルあたり、複数の薄膜ＰＩＮダイオードを使用してもよく、例えば、約４個が列に並んでいてもよい。光学検出器は、例えば、試験プレートの上部表面または底部表面から試験対象の物質を通って光を発するように並んだ光源によって生成した光を検知するように構成される。光が試験ウェルを横切って流れるにつれて、光は、試験ウェルの中の材料と相互作用する。例えば、光源によって発せられる光は、細胞および／または組織の構造によって吸収され、散乱され、および／または反射されてもよい。試験ウェル中の材料と相互作用した光は、光学検出器によって検知され、これを使用し、細胞の光学密度を決定してもよく、細胞の光学密度から細胞数を決定することができる。さらに、光学センサのシグナルを使用し、第１の時間に検出した光と、その後の第２の時間に検出した光とを比較することによって、横方向の細胞の運動度を決定してもよい。ある実施形態において、薄膜ＰＩＮダイオード検出器は、感度が約３０００光子、１０４〜約１０８光子程度であってもよいが、異なる照射源を使用し、他のセンサの感度も可能である。ある実施において、検出器は、応答時間が約１００μｓｅｃ未満であってもよい。
【００３７】
ある実施形態において、１つ以上の酸素センサが、試験ウェルと関連していてもよい。これを使用し、その環境で、低酸素の癌細胞または低酸素症を特定してもよい。低酸素で酸性の条件は、変異、染色体の不安定化、自然発生的な変換、アポトーシスへの耐性が増加し、細胞の侵襲およびメタセシスが増加することと関係がある。図２Ｃは、１つの試験ウェルと関連していてもよい９個のピクセル２８１〜２８９の上面図である。ピクセル２８１〜２８８は、図２Ａに示されるピクセル２００と同様であり、すでに記載した４個のサブピクセルを有する。ピクセル２８９は、溶解した酸素センサ２５２を含み、図２Ｄおよび図２Ｅの平面図にもっと詳細に示され、図２Ｅは、断面図にピクセル２８８、２８９および２８４を示す図である。ある実施形態において、酸素センサ２８９は、プロトン交換膜（例えば、Ｎａｆｉｏｎ）に基づいていてもよい。Ｎａｆｉｏｎは、プロトン交換膜の一種であり（ポリマー電解質膜とも呼ばれる）（ＰＥＭ）、半透過性であり、プロトン（Ｈ＋）を伝導するように設計される。Ｎａｆｉｏｎは、Ｄｕｐｏｎｔから薄膜の形態で市販されている。試験ウェル中に酸素センサとして実装される場合、Ｎａｆｉｏｎまたは他の種類の固体電解質２５３は、ウェル中の電極２６６〜２６８の上にコーティングされるか、または熱によって密着され、酸素透過性膜２５２（例えば、ＰＴＦＥ）が、固体電解質２５３の上部にコーティングされる。酸素センサの電極は、参照電極２６６、作業電極２６７、対となる電極２６８を含む。細胞培養マトリックスに溶解したＯ２は、酸素透過性膜２５２を通り、固体電解質２５３（例えば、Ｎａｆｉｏｎ）へと透過し、この場で、Ｏ２は、還元反応を受ける（すなわち、Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ→２Ｈ２Ｏ）。この還元反応の流れは、作業電極２６７および対となる電極２６８によって測定され、参照電極２６８と作業電極２６７の間の電圧も測定される。
【００３８】
図２Ｆは、同一の試験ウェル２７０Ｂ、２７０Ｃおよび２７０Ｄと共に図２Ｂの試験ウェル２７０Ａを備える電子試験プレート２９０の一部の上面図を示す。背面２９５は、同一のセンサピクセル２００ａ〜２００ｉの繰り返しパターンを有する。それぞれのセンサピクセル２００ａ〜２００ｉは、例えば、４個のサブピクセルセンサを含んでいてもよい。この例において、それぞれの試験ウェル２７０Ａ〜２７０Ｄは、９個のセンサピクセルと、３６個のセンササブピクセルを備えている。この構成は、説明のために与えられ、もっと多いか、またはもっと少ないピクセルおよびサブピクセルと関連する、もっと多いか、またはもっと少ない試験ウェルを有する電子試験プレートが可能であることが理解されるだろう。
【００３９】
図２Ｆに示されるように、試験プレートは、試験ウェルピッチＰウェル１を有し、試験ウェルピッチは、試験ウェル間の中心から中心までの距離である。背面は、ピクセルピッチＰピクセルを有し、ピクセルピッチは、ピクセル間の中心から中心までの距離である。図２Ｆ〜２Ｈに示されるように、試験プレートの上の試験ウェルのピッチは、背面のセンサピクセルのピッチと異なっていてもよく、または同じであってもよい。図２Ｆは、試験ウェルピッチＰウェル１よりも小さなピクセルピッチＰピクセルを有する背面の上面図を示し、それぞれの試験ウェルは、９個のセンサピクセルを含む。図２Ｇは、Ｐウェル１より小さく、背面ピッチＰピクセルより大きな試験ウェルピッチＰウェル２を有する試験プレートを備える同じ背面の上面図を示し、それぞれの試験ウェルは、４個のセンサを備えている。図２Ｈは、試験ウェルピッチＰウェル３と同じピクセルピッチＰピクセルを有する同じ背面を示し、それぞれの試験ウェルは、１個のセンサピクセルを含む。電子試験プレートが、試験プレート全体にわたって一定のピクセルピッチまたは一定の試験ウェルピッチを有する必要はないことが理解されるだろう。ある実施形態において、電子試験プレートは、多くの異なるピクセルピッチが並べられたセンサピクセルを含む背面を有していてもよく、試験プレートの上の試験ウェルも、多くの異なる試験ウェルピッチを含んでいてもよい。試験ウェルの幅の寸法は、同じＴＦＴ背面を用いつつ、従来の大きなウェル（例えば、５ｍｍ）から、ウェル幅の寸法が数百ミクロンのものまで、さまざまであってもよい。例えば、３００μｍピッチの複数検知型のピクセルを有する大きなウェル（例えば、直径が５ｍｍのウェル）を用いると、３００μｍピッチの複数検知型のピクセルを有する小さなウェル（例えば、直径が４００μｍのウェル）を用いたときのウェルあたりのピクセルの数と比較して、ウェルあたり大量の複数検知型のピクセルが得られるだろう。
【００４０】
ある実施形態において、例えば、パターン形成されたプラスチックを用いてＴＦＴ背面の上部に直接的に試験ウェルの構造を製造し、一体型の電子試験プレートを作成することができる。ある実施形態において、試験プレートをＴＦＴ背面に結合した後、試験プレートおよび背面を別個の構造として製造することができる。
【００４１】
図３Ａ〜３Ｄは、異なるウェルの大きさおよび材料を用いて製造された電子試験プレートのプロトタイプの写真である。図３Ａは、ＴＦＴ背面の上に９０μｍの複数検知型のピクセル回路を製造する能力を示す。図３Ｂは、高アスペクト比のウェルを製造するためのＳＵ−８フォトレジストの使用を示す。図３Ｃは、製造された１０μｍのＳｉマイクロウェルの写真である。図３Ｄは、手動でのピペット使用によって３Ｄラミニンリッチゲルに簡単に置くことができ、３Ｄの埋め込まれた培地に８日間まで細胞を生きたまま保持することができる５ｍｍのヒドロゲル試験ウェルの写真である。ある設計において、Ｓｉの代わりにガラスおよび／または射出成形されたプラスチックを使用して試験ウェルを作成してもよく、ガラスまたはプラスチックは、セルの壁の安定性を高める。
【００４２】
試験ウェルへのゲルおよび細胞の投入は、Ａｕ領域（上側および側面の壁）をピペットで採取するか、またはＰＥＧ−チオールのような生体適合性コーティングでＡｕ領域を不動態化し、ウェルの底部をラミニンリッチゲルで活性化する（細胞溶液にさらされる前に、ゲル溶液に４℃で浸漬し、３７℃でスピンコーティングする）ことによって達成することができる。ある実施形態において、ウェル内部で重合によってゲルが系中で生成してもよい。ゲル、細胞または細胞培地の選択的な送達は、光学顕微鏡によって評価することができる。
【００４３】
図３Ｅおよび３Ｆは、それぞれ、薄い金がコーティングされたガラススライドおよびケイ素の上のＭＤＡ−ＭＢ−２３１細胞の例示的な３Ｄ培養物を示し、金の上で成長しやすく、星形の構造を生成することを示している。
【００４４】
図４Ａは、インピーダンスセンサ、ｐＨセンサ、光学センサおよび音響センサからのセンサシグナルを与えるように実施することができる例示的なＴＦＴサブピクセル検知回路およびセンサ選択回路の模式図を与える。この例において、複数検知型のピクセルのための例示的なセンサ選択回路は、垂直方向の電気インピーダンス、横方向の電気インピーダンス、局所的なｐＨ検知、光学強度および音響応答の５つの問い合わせ関数を有する。
【００４５】
垂直方向の電気インピーダンスを問い合わせるために、例えば、これらのラインに対する電圧をオフ状態からオン状態の電圧まで上げることによって、Ｒｏｗ＿Ｉｍｐ＿Ｓｅｌｅｃｔ１またはＲｏｗ＿Ｉｍｐ＿Ｓｅｌｅｃｔ２のいずれかを選択することができる（例えば、オフ状態は、約５Ｖであってもよく、オン状態の電圧は、約＋１５Ｖであってもよい）。これらのラインに対する電圧を上げると、トランジスタＭ４またはＭ６がオン状態になる。互いにかみ合った電極の片方が、Ｍ１またはＭ２およびカラムソースラインＩ＿Ｓｏｕｒｃｅ＋またはＩ＿Ｓｏｕｒｃｅ−によって外部の電流源に電気的に接続する。電流が、電極、問い合わせるセルおよび共通の電極面を通って流れる（例えば、図２Ｂに示される金接触層２８０）。検知する電極の電圧は、リードアウトソースフォロワーＴＦＴ（Ｍ３またはＭ５）によってサンプリングされ、バッファリングされ、シグナルがデータラインに現れるだろう（Ｄａｔａ＿Ｉｍｐ１またはＤａｔａ＿Ｉｍｐ２）。Ｉ＿ｓｏｕｒｃｅ＋およびＩ＿ｓｏｕｒｃｅ−は、振幅および周波数のスイープ関数を与える外部の関数作成器によって制御することができる。電極の電位がソースフォロワーＭ３またはＭ５によってバッファリングされ、増幅されるため、シグナルの劣化および隣接するピクセルの間のクロストークを小さくすることができ、例えば、無視できる量まで下げられるだろう。励起（Ｉ＿Ｓｏｕｒｃｅ）およびリードアウト（Ｄａｔａ＿Ｉｍｐ）のためにロックイン増幅器を使用し、ノイズおよび干渉をさらに減らし、感度を高めることもできる。
【００４６】
横方向のインピーダンスを問い合わせるために、Ｒｏｗ＿Ｉｍｐ＿Ｓｅｌｅｃｔ１およびＲｏｗ＿Ｉｍｐ＿Ｓｅｌｅｃｔ２を両方とも同時にオン状態にし、トランジスタＭ４およびＭ６をオン状態にする。次いで、励起電流は、ＴＦＴ  Ｍ１を通り、電極、セル、電極、ＴＦＴ  Ｍ２に流し、次いで、Ｉ＿ｓｏｕｒｃｅ−に流れるだろう。２つの互いにかみ合った電極の間の電圧差は、Ｍ５およびＭ３によってバッファリングされ、トランジスタＭ４およびＭ６によって読み出される。横方向のインピーダンスシグナルは、データラインＤａｔａ＿Ｉｍｐ１およびＤａｔａ＿Ｉｍｐ２に現れるだろう。
【００４７】
イオン濃度（例えば、溶液中のＨ＋濃度）を測定するイオン感応性電界効果型薄膜トランジスタ（ｐＨ  ＴＦＴ）によって、局所的なｐＨ値を検知することができる。トランジスタを流れる電流は、イオン濃度の関数として変化する。Ｄａｔａ＿ｐＨラインでｐＨシグナルを読み出すために、Ｒｏｗ＿ｐＨ＿ｌｉｇｈｔ＿ＳｅｌｅｃｔによってＴＦＴ  Ｍ８をオン状態にしつつ、他のＲｏｗの選択はオフのままにする。
【００４８】
集積された感光性ＰＩＮダイオードＤ１を使用し、ウェルの不透明度を監視することができる。ウェル底部での光のレベルを読み出すために、Ｒｏｗ＿ｐＨ＿ｌｉｇｈｔ＿ＳｅｌｅｃｔラインをＴＦＴ  Ｍ９でオン状態にし、Ｄａｔａ＿ｌｉｇｈｔシグナルラインで光子の流れを読み出すことができる。これらのＰＩＮ光センサの光感受性は、非常に良好であり、主に、外部のリードアウト増幅器に依存するだろう。十分に設計されたシステムにおいて、問い合わせモードで動かすと、数千の目に見える光子の光感受性を示すことができる。
【００４９】
音の検知は、圧電センサ（図４ＡでＰｉｅｚｏと表記される）およびバイアス電圧ＤＢｉａｓに接続したミキサーダイオードＤ２によって達成することができる。圧電トランスミッタ（図２Ｂの要素２６１および２６２を参照）は、音波（例えば、超音波）パルスを発し、このパルスが試験ウェル中の構造および／または他の材料と相互作用する。この相互作用は、構造および／または材料を通って、および／またはこれらの周囲を移動するにつれて、パルスの特徴を弱めるか、および／または他の様式で変える場合がある。圧電センサは、改質された音響パルスを検知し、応答して電気シグナルを作成する。
【００５０】
データ獲得前に、圧電トランスデューサおよび／またはその他について存在する変化を、トランジスタＭ２を活性化することによってきれいにする。次いで、Ｒｂｉａｓ  Ｗａｖｅｆｏｒｍ（Ｄｂｉａｓ）のＤＣ成分が、特定の範囲のゲートでダイオードＤ２にバイアスをかけ、ダイオードＤ２の非線形の性質が、ミキサーとして作用する。これにより、Ｒｂｉａｓの正弦参照シグナルによる受信した超音波シグナルまたは相内および直角位相成分を９０°シフトさせた参照シグナルを混合する。混合した後、得られた電流を、担体の周波数の時間よりも長い（例えば、整数倍の）時間経過に伴う受信機のキャパシタンスに対して積分する。この積分されたシグナルは、特定範囲のゲートでの環境の反射性についての情報を含むベース帯の受信したシグナルの実数部分および虚数部分に比例する。これらの相内（Ｉ）および直角位相（Ｑ）の値は、Ｒｏｗ＿ａｃｏｕｓｔｉｃ＿ｓｅｌｅｃｔが活性化されたとき、Ｄａｔａ＿ａｃｏｕｓｔｉｃラインに読み出すことができる。
【００５１】
音響センサを使用し、伝達された音響シグナルの周波数、相、および／または振幅を変え、得られた音波を音響センサで検知することによって、物質の音響インピーダンスを決定してもよい。ある実施において、伝達された音響シグナルの飛行時間を決定してもよい。
【００５２】
本明細書に記載の実施形態に適用可能な音響検知に関するさらなる情報は、共同所有の米国特許出願公開第２０１３０２３５６９８号に与えられる。
【００５３】
光学検知に使用される入射光源は、試験ウェルの上または下に配置されてもよく、制御されたスペクトル、パルス、幅、強度および／または視準を有する入射光を与えることができる。図４Ｂ〜４Ｄは、入射光を供給するために使用可能ないくつかの構成を示すが、他の構成も可能である。
【００５４】
図４Ｂは、分析対象の物質４１１、４１２を含有する試験ウェル４０１、４０２を有する電子試験プレート４００の一部を示す。背面４２０は、試験ウェル４０１、４０２の底部に沿って並ぶ。それぞれの試験ウェル４１１、４１２は、１つ以上の発光デバイス４３１、４３２（例えば、背面４２０の上に配置される光ダイオード）および１つ以上の光学センサ４４１、４４２に関連する。それぞれの発光デバイス４３１、４３２は、センサ選択回路によって、ピクセルまたはピクセル群のための光学検知を与えるための光学センサ４４１、４４２の選択と同期状態で電圧を加えることができる。例えば、分析対象の物質４１１は、発光デバイス４３１によって発せられる入射光４５１の少なくとも一部を反射するだろう。光学センサ４４１は、反射した光４６１を検知し、応答して電気シグナルを作成する。
【００５５】
ある実施形態において、光学検知のための入射光源は、試験ウェルの上または下からの入射光を与える背面から分離した供給源を含んでいてもよい。例えば、ある構成において、入射光源は、図４Ｃおよび４Ｄに示されるように、試験ウェルの上に配置されていてもよい。入射光源は、ピクセル化された光（図４Ｃに示される）またはピクセル化されていない光（図４Ｄに示される）を与えてもよい。図４Ｃは、電子試験プレート４５０の試験ウェル４０８、４０９の上に配置された入射光源４０５を示す。この例において、光源４０５は、別個にオンオフが可能なアレイ発光デバイス４０７、４０８を用い、ピクセル化された光を与え、個々にそれぞれのウェル４０８、４０９に入射光を与える。分析対象の物質４１１は、入射光４５５の一部を遮断（吸収および／または反射）してもよい。発光デバイス４０７によって発せられる光４５５の少なくとも一部が、光学センサ４４１に伝達され、光学センサ４４１は伝達された光４６５を検知し、応答して電気シグナルを生成する。ある実施形態において、ピクセル化された光源は、デジタル光プロジェクタ（ＤＬＰ）またはプロジェクタと鏡の組み合わせを用いて達成されてもよく、鏡は、プロジェクタからの光を反射し、特定の試験ウェルまたは試験ウェル群に向ける。鏡は、ｘ方向および／またはｙ方向に沿って鏡を移動するように構成された移動機構に接続し、試験ウェルのための入射光を与えることができる。
【００５６】
ある実施形態において、図４Ｄに示されるように、入射光が、１つ以上の発光デバイス４１７および導波管または光管４１６を備える光源４１５によって電子試験プレートに与えられてもよい。図４Ｄの例において、入射光源４１５は、試験ウェル４０３、４０４の上に配置される。発光デバイス４１７は、導波管４１６の１つ以上の入力縁で導波管４１６に光学的に接続する。発光デバイス４１７によって発せられる光４１９は、全反射（ＴＩＲ）によって導波管４１６に沿って伝わる。場合により、導波管４１６は、くさび形であってもよく、または、試験ウェル４０３、４０４に向かって入射光４５７を抽出する抽出特徴４１８を含んでいてもよい。場合により、１つ以上の光学膜を導波管の上に堆積させ、入射光を平行にするか、または入射光の角度を変えてもよい。入射光４５７の少なくとも一部が、光学センサ４４１に伝達され、光学センサ４４１は伝達された光４６７を検知し、応答して電気シグナルを生成する。図４Ｄは、試験ウェルの上に配置された導波管を示しているが、代替的な構成において、導波管および発光デバイスは、試験ウェルの下、例えば、背面の上に配置されてもよい。
【００５７】
図５Ａは、ある実施形態にかかる電子試験プレート５００のブロック図である。電子試験プレート５００は、試験ウェル５１１を有する試験プレート５１０を備えている。電子試験プレート５００は、複数のセンサ５２１がそれぞれの試験ウェル５１１に関連するように、試験ウェル５１１に対して並んだセンサ５２１を備える背面５２０も有する。背面は、センサ選択回路５２２を備えており、例えば、ＴＦＴスイッチを含み、センサ選択回路５２２は並行したデータ出力のときに選択したセンサからのシグナルを与える。センサ選択回路は、行および列の選択ラインによって制御することができ、並行して複数のセンサシグナルに同時にアクセスしてもよい。
【００５８】
図５Ｂは、図５Ａの試験プレート５００とある観点で似ている電子試験プレート５０１のブロック図である。試験プレート５０１の背面５３０は、さらなる任意要素の特徴を備えている。電子試験プレート５０１は、さらに、選択したセンサのセンサシグナルを受信するように構成されたリードアウト回路５２３を備えている。リードアウト回路５２３は、場合により、センサシグナルを調整するように構成されるシグナル処理回路５５０、例えば、フィルタ、増幅器などを備えていてもよい。例えば、シグナル処理回路は、センサシグナルのシグナルノイズ比（ＳＮＲ）を大きくするように構成された１つ以上の異なる増幅器を備えていてもよい。ある実施形態において、リードアウト回路は、アナログセンサシグナルをデジタルセンサシグナルに変換するように構成されたアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）５２４を備えていてもよい。場合により、リードアウト回路５２３は、メモリバッファ５２５にデジタルセンサシグナルを一時的に格納してもよい。ある実施において、背面５３０は、例えば、ホストプロセッサから受信した命令に従って、行と列の選択ラインを作成する選択制御回路５２６を備えている。電子試験プレート５０１は、ホストプロセッサからの命令を受信し、および／またはデジタルセンサシグナルをホストプロセッサに送信するように構成された通信回路５２７を備えている。例えば、ホストからの命令は、どのセンサにアクセスすべきか、および／またはアクセスの頻度に関する指示を含んでいてもよく、これらのパラメータおよび他のパラメータは、例えば、ホストプロセッサで駆動するユーザインターフェイスによって、使用者によって選択されてもよい。通信回路５２７およびホストプロセッサは、標準的なプロトコル、例えばＵｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ、ＩＥＥＥ  １３９４、ＩＳＯ／ＩＥＥＥ  １１０７３または他の通信プロトコルによって、命令および／またはデータを通信するように構成されてもよい。
【００５９】
ある実施形態において、上述の１つ以上の電子試験プレート６１０を、図６のブロック図に示されるように試験システム６００に組み込んでもよい。試験システム６００は、電子試験プレート６１０の試験ウェルへと材料を分注し、および／または電子試験プレート６１０の試験ウェルから材料を抜き取るように構成された流体工学サブシステム６２０を備えている。ある構成において、流体工学サブシステムは、プリンタおよび／または試験ウェルに分析対象の物質を配置するように構成された他のデバイスを備えていてもよい。ある実施形態において、流体工学サブシステムは、制御部（例えば、ホストプロセッサ）の命令下、材料を自動的に分注し、および／または試験ウェルから材料を抜き取るように構成されたピペッター装置を備えていてもよい。
【００６０】
流体工学サブシステムは、試験プレートの上に、浸漬コーティングによって試薬をウェルに投入するのを助けるように構成された機能性膜を含んでいてもよい。例えば、試験ウェルへのゲルおよび細胞の投入は、Ａｕ領域（上側および側面の壁）をＰＥＧ−チオールで不動態化することによって達成してもよい。これに代えて、またはこれに加えて、流体工学サブシステムは、分析対象の物質がウェルに接着するように構成された試験プレートの化学的または物理的な表面改質を含んでいてもよい。例えば、表面改質は、ウェルの底部をラミニンリッチゲルで活性化することを含んでいてもよい（４℃でゲル溶液に浸漬し、減圧下でスピンコーティングし、３７℃で加熱し、細胞溶液にさらされる前に５００μｍのゲル層が得られる）。細胞を液体相のゲルに４℃で懸濁させ、次いで、ゲルコーティングされたウェルに接種する。ゲルを固化させた後、培地を加え、細胞を接着させる。培養４８時間の前に非接着性の細胞を洗い流す。ゲル、細胞、細胞培地および／または化学誘引物質およびラベルの選択的な送達は、光学顕微鏡によって評価することができる。
【００６１】
ある構成において、試験プレートのための表面分子の設計は、試験プレート基材と、ピランハ溶液（過酸化水素／硫酸  ２：５  ｖ／ｖ）とを７０〜８０℃で反応させるか、または、Ｎａｎｏｓｔｒｉｐ  ２Ｘ（Ｃｙａｎｔｅｋ、Ｆｒｅｍｏｎｔ、ＣＡ）と室温で反応させ、窒素下で乾燥させることを含んでいてもよく、有機残渣が存在しないきれいな表面（例えば、金）と、ケイ素に対してほぼ１０°の接触角を有するヒドロキシル層が得られる。第１に、金を、１１−ＭＵＡおよび３−ＭＰＡのアルカンチオールの２０ｍＭ混合物（１：１０  ｖ／ｖ）で１６時間改質し、自己整列した単一層（ＳＡＭ）を生成し、次いで、これを３０分間、３０ｍＭ  ＮＨＳと１５０ｍＭ  ＥＤＡＣエステルの混合物にさらす。金の上にＮＨＳを有する基材を、７０％エタノールで１５分間滅菌し、次いで、リン酸緩衝液（ＰＢＳ）中、室温で、濃度０．１ｍｇ／ｍｌの濃度でフィブロネクチンに４５分間さらす。表面改質のそれぞれの工程の後、表面からゆるく結合した部分を除去するために、基材を元々の溶媒および脱イオン（ＤＩ）水でそれぞれすすいでもよい。結果として、固定されたフィブロネクチンは、丈夫な細胞接着剤の生体適合性の層を金の上に形成する。
【００６２】
ある構成において、それぞれのウェルに表面改質が行われ、ビトロネクチン、ラミニン、およびクラスター分類４４（ＣＤ４４）のタンパク質またはペプチド模倣物のような生体分子およびグリカン、グリコサミノグリカンおよび脂肪を保有するために細胞接着を促進する膜の化学生成によって、特定の領域で細胞の接着および細胞の接種を向上させる。センサ表面を、細胞外組織成分を用いて生物化学的に官能基化してもよく、または、物理的に変更し、標的とする様式で細胞の機能に影響を与える表面形状を作成してもよい。例えば、３Ｄゲルは、センサシグナルに影響を与える癌細胞の集合の中に侵襲性の細胞集合を多く含むヒアルロナン分子から作ることができる。ゲルの接着、細胞の機能、機械的な足場、究極的にはシグナルノイズ比のような多くのパラメータを向上させるために、ナノ材料（例えば、生物学的に標的とする部分を含むか、または含まない、ナノワイヤ、ナノ粒子、ナノチューブ、ナノロッド）を、試験プレートの表面および／または３Ｄゲルに使用してもよい。
【００６３】
ある実施形態において、ハイブリッドマトリックスを作成してもよい。これらのハイブリッドマトリックスは、ナノ材料および熱応答性３Ｄゲルのうち、少なくとも１つを含んでいてもよい。マトリックス成分を、特定の比率であらかじめ混合し、ピペット、経路またはプリンタノズルによって、それぞれのウェルに送達してもよい。または、マトリックス成分を、異なるノズルから送達し、それぞれのウェルで混合してもよい。流体工学サブシステムは、それぞれの細胞型のマトリックスの特性を変え、調整する能力を与えるように並べられてもよい。ある筋書きにおいて、機械的に丈夫な金属粒子または棒状物を加え、異なる細胞型のマトリックスの特性を調整してもよい。ある筋書きにおいて、ゲルをナノ材料とあらかじめ混合し、異なる特性を誘発してもよい。
【００６４】
ある実施形態において、電子試験プレートおよび／または流体工学サブシステムの１つ以上が、ホストプロセッサ６３０と接続していてもよい。ある構成において、ホストプロセッサ６３０は、試験ウェルに向かう材料／試験ウェルからの材料の分注および／または抜き取りを制御することができ、検知される物質の特徴の種類および／または検知頻度を制御することができる。ある構成において、ホストプロセッサは、センサシグナルを分析し、プロセッサの出力（例えば、印刷することができるか、またはディスプレイに表示することができるレポートとしてフォーマットされる）を与えるように構成されてもよい。ホストプロセッサは、検知されたシグナルの２つ以上を合わせて分析してもよく、および／または１つの検知されたシグナルからの情報を使用し、別の検知されたシグナルを分析してもよい。
【００６５】
ある筋書きにおいて、電子試験プレートは、センサシグナルの制御および／または分析の一部またはすべてを与えるように構成された電子回路（例えば、プロセッサ）を含んでいてもよい。他の実施形態において、電子試験プレートは、例えば、アナログ形態またはデジタル形態でセンサシグナルを、分析を行うための外部プロセッサに伝達してもよい。電子試験プレートは、データを伝達し、シグナルおよび／またはホストプロセッサへの他の情報／ホストプロセッサからの他の情報を制御するために、有線通信回路または無線通信回路を含むように構成されてもよい。
【００６６】
プロセッサによるセンサシグナルの分析によって、分析対象の物質の１つ以上の特徴を含む出力が得られるだろう。物質の特徴の非限定的なセットとしては、横方向および垂直方向のインピーダンス、光学スペクトル、表現型のシグネチャー（以下、「署名」ともいう。）、化学署名、機能的な署名、音響署名、機械的な署名、生成した酸素、細胞の付着および拡散、細胞増殖、細胞のシグナル導入、毒性、細胞の電気穿孔、細胞の位置、細胞数、細胞の生存能力、細胞の剛性、マトリックス（ゲル）の剛性、細胞外のｐＨ、運動度、横方向および／または垂直方向の物質移動、治療薬への応答、環境の課題への応答、および／または分析対象の細胞骨格に向けられた挙動が挙げられるだろう。
【００６７】
プロセッサおよびデータ分析ソフトウエア、例えば、ＭａｔＬａｂ（迅速なプロトタイピング言語として）、主要成分の分析（伝統的なデータ分析方法として）、（例えば、細胞集合の）群間差の有意性を試験するためのＡＮＯＶＡ、説明のための変数（時間、温度など）の関数として応答変数を予測するための線形回帰（例えば、インピーダンス）によるセンサシグナルの分析によって、分析対象の物質の１つ以上の特徴を含む出力が得られ、分析対象の物質の２つ以上の特徴の合計に等しくない新しい多様な様式の署名を捕捉することができるだろう。試験ウェルの数または連続的な監視時間を最大化したある実施形態において、データの高スループット分析によって、新しいパターンおよび署名を同定することができるだろう。
【００６８】
センサシグナルの分析によって、侵襲性、構造および成長による癌細胞コロニーの階級化が可能になり、正常な状態から転移性の癌疾患へと進行する署名を与えるか、または複数検出型センサの測定パネルからの物質の特徴を予測することができる。ある実施形態において、試験ウェルの一部またはすべては、薬物または毒物（例えば、環境毒、化学毒または生物学的な毒）のような検体にさらされ、この検体に対する細胞の応答を、連続的に、および／または並行して測定する。
【００６９】
ある実施形態において、センサシグナルの分析は、物質の光学スペクトルを決定することを含んでいてもよい。例えば、細胞または組織の成分を、試験ウェルに向かう入射光源をいくつかの波長（例えば、赤色、緑色および青色）に切り替え、光学応答を測定することによって、光学的に特性決定してもよい。例えば、分析される物質によって反射した光または分析される物質を通過した光の強度を、試験ウェルに関連する光学センサ（例えば、ＰＩＮ光ダイオード）を用い、入射光の波長スペクトル全体にわたって測定してもよい。電子試験プレートの入射光源および光学センサを、これに加えて、またはこれに代えて使用し、物質による入射光源の光の吸収、伝達および／または反射に基づき、細胞の位置、移動および／または形態を測定してもよい。画像分析ツール（例えば、位置および／または縁のアルゴリズム）を、光ダイオードアレイ中の光ダイオードの出力に適用し、ウェル内の細胞の位置を決定してもよい。
【００７０】
試験ウェルに関連する１つ以上の光学センサからのシグナルを分析することによって、分析対象の物質によって吸収および／または反射する入射光の量に基づき、細胞の運動および／または形態を決定してもよい。これに加え、またはこれに代えて、物質の音響署名に基づき、細胞の運動および／または形態を決定してもよい。試験対象の物質の音響応答は、細胞の運動に伴って変化し、および／または細胞または組織の形態の変化に伴って変化する。音響応答は、音響シグナルの反射された強度、周波数および／または相を含んでいてもよく、これを使用し、測定対象の物質の機械特性、例えば、剛性、質量、細胞分布を導き出してもよい。
【００７１】
これに加えて、またはこれに代えて、インピーダンス検知に基づき、細胞の運動および／または細胞形態の変化を検出してもよい。ある実施において、複数のセンサを使用し、細胞の運動を検出してもよい。例えば、物質の音響、インピーダンス、および／または光学署名を、１つ以上の既知の署名またはすでに得られている署名と比較し、細胞の運動および／または形態の変化を決定してもよい。これに加えて、またはこれに代えて、顕微鏡画像を使用し、細胞の運動および形態を測定または確認してもよい。
【００７２】
細胞の生存能力は、例えば、物質のインピーダンス、形態および／または音響署名に基づいて決定されてもよい。細胞死が起こったら、細胞のインピーダンス、形態および音響署名が変化する。生存細胞の既知の署名を、後で採取した署名と比較し、細胞が生存したままであるか否か、またはどの程度の細胞が生存したままであるかを決定してもよい。
【００７３】
ある実施形態において、これに加えて、またはこれに代えて、試験プレートの化学物質センサを使用し、細胞の生存能力を決定してもよい。細胞のｐＨが正常な状態から７未満まで落ちたとき、細胞死が示されるだろう。これに加えて、またはこれに代えて、顕微鏡と共に、傷ついた細胞膜または損傷を受けた細胞膜のみを使うＬＩＶＥ／ＤＥＡＤ  Ｖｉａｂｉｌｉｔｙ／Ｃｙｔｏｔｏｘｉｃｉｔｙ  ｃｅｌｌ−ｉｍｐｅｒｍｅａｎｔ  ｓｔａｉｎｓを用い、細胞の生存能力を決定または確認してもよい。
【００７４】
運動性細胞の機械特性および／または形態は、細胞の特性および／または形態から区別することができ、これらの変化は、試験対象の物質の音響応答を分析することによって検出することができる。音響センサを使用することで、細胞コロニー位置の垂直方向および横方向の測定および細胞の垂直方向および横方向での移動の測定が可能になる。音響センサを並行して使用することで、細胞の機械特性、コロニーの垂直方向および横方向の位置、細胞の垂直方向および横方向での移動を高スループットで測定することができる。
【００７５】
プロセッサは、１つの観点のみが異なる隣接するウェルからのシグナルを比較するように構成されていてもよい。このような分析は、共通の態様のノイズ拒絶を高いレベルで可能にする差示的な情報を与えることができる。例えば、種々のインターフェイスからの音響エコーは、細胞の存在または非存在という点のみが異なるウェルから誘導されるシグナルから正確に引き算することができる。壁からの反射などは、一般的に、２つのウェルに共通であり、引き算することができる。同様の様式で、異なる時間に採取した同じウェルからのシグナルを互いに引き算し、時間変化の観点のみを与えることができる。
【００７６】
ある実施形態は、大きな（例えば、直径５ｍｍの）試験ウェルを使用し、大量の複数検知型のピクセルを利用することを含む。直径が大きなウェルと、多くのピクセルを使用すると、細胞の位置、生存能力および／または他の特徴を抽出するために多くの署名が得られる。細胞の位置、生存能力および／または他の特徴は、既知の初期数（例えば、２０Ｋ、１０Ｋおよび５Ｋウェル）および既知の生存能力（例えば、ウェルあたり８５％を超える）で較正されてもよい。横方向および垂直方向の運動度は、２４時間培養した後に、光学測定、音響測定、および電気インピーダンス測定からのデータを合成することによって、所定の距離で測定されてもよい。運動度指数は、光学顕微鏡の測定との相関関係によって、確認し、または精度を上げたこれらの測定結果から決定してもよい。
【００７７】
表現型の署名は、細胞の特定の形態および機能の精巧さをもたらす遺伝子およびタンパク質の発現を伴う複数の細胞内プロセスの集合である。表現型の署名は、細胞の形態、細胞の３Ｄ構造および運動度に基づき、電子試験プレートのセンサを用いて決定することができる。
【００７８】
ある実施形態において、１つ以上の電子試験プレート、流体工学サブシステムおよび／または分注可能な材料を、制御された試験環境を与えるインキュベータ６４０（例えば、携帯用インキュベータ）に入れてもよい。ある構成において、並行したリアルタイム検知および表現型決定は、図７に示されるシステムを用いて実行することができる。インキュベータ６４０の環境パラメータは、ホストプロセッサ６３０によって制御され、行われる試験に合わせた環境を与えてもよい。
【００７９】
図７は、ある実施形態にかかる方法を示すフロー図である。分析対象の物質の複数の特徴は、複数のセンサが、物質が入っている試験プレートのそれぞれのウェルに関連するように並べられた複数のセンサを用い、時間経過に伴って検知することである（７１０）。ウェルに関連する複数のセンサの少なくとも１つが、試験ウェルと関連する複数のセンサの別のものによって検知される特徴とは異なる物質の特徴を検知するように構成される。電気センサシグナルは、検知された特徴に基づいて作られる（７２０）。選択ラインを活性化し（７３０）、選択したセンサのセンサシグナルが、データ出力で与えられる（７４０）ように、１つ以上の選択したセンサのシグナルにアクセスする。ある実施形態によれば、センサシグナルを与えることは、並行したデータバスに同時にセンサシグナルを与えることを含む。図７に概説した方法を用い、試験プロトコル中、実質的に連続して物質を監視してもよい。
【００８０】
ある実施形態において、センサシグナルは、フィルタリングおよび／または増幅によって調整することができる。増幅器を使用してセンサシグナルを調整する場合、増幅されたセンサシグナルのシグナルノイズ比を高めるような共通の態様の拒絶を与える差示的な増幅器を使用することが有用であろう。上述のように、物質の複数の特徴を検知することは、複数の次元で少なくとも１つの特徴を検知することを含んでいてもよい。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図２Ｈ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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