(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板に設けられたソース電極及びドレイン電極と、上記のソース電極及びドレイン電極間の電流通路になるチャネルと、検出用感知ゲートとを備えたトランジスタ部を有し、検出対象物質を検出するためのセンサユニットであって、
該検出用感知ゲートが、
該基板に固定されたゲート本体と、
検出対象物質と選択的に相互作用をする特定物質を固定され、該ゲート本体に対して電気的に導通をとりうる感知部とを備え、
該感知部が、該ゲート本体に対して着脱可能であり、該ゲート本体に装着されているときには該ゲート本体に電気的に導通状態となる
ことを特徴とする、センサユニット。
【請求項２】
基板と、該基板に設けられたソース電極及びドレイン電極と、上記のソース電極及びドレイン電極間の電流通路になるチャネルと、検出用感知ゲートとを備えたトランジスタ部を有し、検出対象物質を検出するためのセンサユニットであって、
該検出用感知ゲートが、該基板に固定されたゲート本体と、該ゲート本体に対して電気的に導通をとりうる感知部とを備え、該感知部が、該ゲート本体に対して着脱可能であり、該ゲート本体に装着されているときには該ゲート本体に電気的に導通状態となり、
検出対象物質の存在を該トランジスタ部の特性の変化として検出すべく電圧を印加される参照電極を備える
ことを特徴とする、センサユニット。
【請求項３】
該感知部を、２つ以上有する
ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のセンサユニット。
【請求項４】
１つの該ゲート本体が、２つ以上の該感知部と導通可能に形成されている
ことを特徴とする、請求項３記載のセンサユニット。
【請求項５】
該ゲート本体と該感知部との導通を切り替える電気接続切替部を備える
ことを特徴とする、請求項４記載のセンサユニット。
【請求項６】
該トランジスタ部が、２以上集積されている
ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のセンサユニット。
【請求項７】
検体を流通させる流路を有する反応場セルユニットを備え、
該流路に、該感知部が設けられている
ことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のセンサユニット。
【請求項８】
基板、該基板に設けられたソース電極及びドレイン電極、上記のソース電極及びドレイン電極間の電流通路になるチャネル、並びに感知用ゲートを備えたトランジスタ部と、
検出対象物質と選択的に相互作用をする特定物質が固定された感知部を有する反応場セルユニットを装着するためのセルユニット装着部とを備え、
該感知部が、該感知用ゲートに対して着脱可能であり、該感知用ゲートに装着されているときには該感知用ゲートに電気的に導通状態となり、
上記反応場セルユニットが該セルユニット装着部に装着されているときには上記感知部と該感知用ゲートとが導通状態となる
ことを特徴とする、センサユニット。
【請求項９】
基板、該基板に設けられたソース電極及びドレイン電極、上記のソース電極及びドレイン電極間の電流流路となるチャネル、並びに感知用ゲートを備えたトランジスタ部と、
感知部、及び、検出対象物質の存在を該トランジスタ部の特性の変化として検出すべく電圧を印加される参照電極を有する反応場セルユニットを装着するためのセルユニット装着部とを備え、
該感知部が、該感知用ゲートに対して着脱可能であり、該感知用ゲートに装着されているときには該感知用ゲートに電気的に導通状態となり、
上記反応場セルユニットが該セルユニット装着部に装着されているときには上記感知部と該感知用ゲートとが導通状態となる
ことを特徴とする、センサユニット。
【請求項１０】
上記反応場セルユニットが２以上の上記感知部を有している場合に該感知用ゲートと上記感知部との導通を切り替える電気接続切替部を備える
ことを特徴とする、請求項８又は請求項９に記載のセンサユニット。
【請求項１１】
該トランジスタ部が、２以上集積されている
ことを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか１項に記載のセンサユニット。
【請求項１２】
該チャネルが、ナノチューブ状構造体からなる
ことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のセンサユニット。
【請求項１３】
該ナノチューブ状構造体が、カーボンナノチューブ、ボロンナイトライドナノチューブ及びチタニアナノチューブよりなる群から選ばれる構造体である
ことを特徴とする、請求項１２記載のセンサユニット。
【請求項１４】
該ナノチューブ状構造体に欠陥が導入されている
ことを特徴とする、請求項１２又は請求項１３に記載のセンサユニット。
【請求項１５】
該ナノチューブ状構造体の電気的特性が金属的性質を有する
ことを特徴とする、請求項１２〜１４のいずれか1項に記載のセンサユニット。
【請求項１６】
該トランジスタ部が、該チャネルに対して電圧または電界を印加する電圧印加ゲートを備える
ことを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のセンサユニット。
【請求項１７】
基板、上記基板に設けられたソース電極及びドレイン電極、上記のソース電極及びドレイン電極間の電流通路になるチャネル、並びに感知用ゲートを備えたトランジスタ部と、セルユニット装着部とを備えるセンサユニットの上記セルユニット装着部に装着される反応場セルユニットであって、
検出対象物質と選択的に相互作用をする特定物質が固定された感知部を有し、
上記セルユニット装着部に装着されているときには該感知部と上記感知用ゲートとが導通状態となる
ことを特徴とする、反応場セルユニット。
【請求項１８】
基板、上記基板に設けられたソース電極及びドレイン電極、上記のソース電極及びドレイン電極間の電流通路になるチャネル、並びに感知用ゲートを備えたトランジスタ部と、セルユニット装着部とを備えるセンサユニットの上記セルユニット装着部に装着される反応場セルユニットであって、
感知部と、検出対象物質の存在を該トランジスタ部の特性の変化として検出すべく電圧を印加される参照電極とを有し、
上記セルユニット装着部に装着されているときには該感知部と上記感知用ゲートとが導通状態となる
ことを特徴とする、反応場セルユニット。
【請求項１９】
該感知部を２以上有する
ことを特徴とする、請求項１７又は請求項１８に記載の反応場セルユニット。
【請求項２０】
１つの上記感知用ゲートに対して、２以上の感知部が導通可能に形成されている
ことを特徴とする、請求項１９記載の反応場セルユニット。
【請求項２１】
検体を流通させうる流路を有し、
該流路に、該感知部が設けられている
ことを特徴とする、請求項１７〜２０のいずれか１項に記載の反応場セルユニット。
【請求項２２】
請求項１〜１６のいずれか１項に記載のセンサユニットを備える
ことを特徴とする、分析装置。
【請求項２３】
化学的反応測定及び免疫学的反応測定を、該センサユニットで分析できるよう構成された
ことを特徴とする、請求項２２記載の分析装置。
【請求項２４】
電解質濃度測定グループ、生化学項目測定グループ、血液ガス濃度測定グループ、血算測定グループ、血液凝固能測定グループ、免疫学的反応測定グループ、核酸間ハイブリダイゼーション反応測定グループ、核酸−タンパク質間相互作用測定グループ及びレセプタ−リガンド間相互作用測定グループからなる群より選ばれる、少なくとも一つの測定グループの測定を、該センサユニットで分析できるよう構成された
ことを特徴とする、請求項２２又は請求項２３に記載の分析装置。
【請求項２５】
電解質濃度測定グループから選択された少なくとも１つの検出対象物質、生化学項目測定グループから選択された少なくとも１つの検出対象物質、血液ガス濃度測定グループから選択された少なくとも１つの検出対象物質、血算測定グループから選択された少なくとも１つの検出対象物質、血液凝固能測定グループから選択された少なくとも１つの検出対象物質、核酸間ハイブリダイゼーション反応測定グループから選択された少なくとも１つの検出対象物質、核酸−タンパク質間相互作用測定グループから選択された少なくとも１つの検出対象物質、レセプタ−リガンド間相互作用測定グループから選択された少なくとも１つの検出対象物質、及び、免疫学的反応測定グループから選択された少なくとも１つの検出対象物質からなる群より選ばれる２以上の検出対象物質の検出を、該センサユニットで分析できるよう構成された
ことを特徴とする、請求項２２〜２４のいずれか１項に記載の分析装置。
【請求項２６】
電解質濃度測定グループ、生化学項目測定グループ、血液ガス濃度測定グループ、血算測定グループ、及び血液凝固能測定グループからなる群より選ばれる少なくとも一つの測定グループ、並びに、核酸間ハイブリダイゼーション反応測定グループ、核酸−タンパク質間相互作用測定グループ、レセプタ−リガンド間相互作用測定グループ及び免疫学的反応測定グループからなる群より選ばれる少なくとも一つの測定グループの測定を、該センサユニットで分析できるよう構成された
ことを特徴とする、請求項２２〜２５のいずれか１項に記載の分析装置。
【請求項２７】
特定の疾患又は機能を判別するために選択された２以上の検出対象物質を検出することができるよう構成された
ことを特徴とする請求項２２〜２６のいずれか１項に記載の分析装置。
【請求項２８】
該基板と、
該基板に設けられた第１のソース電極及び第１のドレイン電極、並びに、上記の第１のソース電極及び第１のドレイン電極間の電流通路になるカーボンナノチューブで形成された第１のチャネルを有する第１トランジスタ部と、
該基板に設けられた第２のソース電極及び第２のドレイン電極、並びに、上記の第２のソース電極及び第２のドレイン電極間の電流通路になる第２のチャネルを有する第２トランジスタ部とを備え、
核酸間ハイブリダイゼーション反応測定グループ、核酸−タンパク質間相互作用測定グループ、レセプタ−リガンド間相互作用測定グループ及び免疫学的反応測定グループからなる群より選ばれる少なくとも一つの測定グループから選択される少なくとも１つの検出対象物質を第１トランジスタ部の特性の変化として検出し、
電解質濃度測定グループ、生化学項目測定グループ、血液ガス濃度測定グループ、血算測定グループ、及び血液凝固能測定グループからなる群より選ばれる少なくとも一つの測定グループから選択される少なくとも１つの検出対象物質を第２トランジスタ部の特性の変化として検出するセンサユニットを備える
ことを特徴とする、請求項２２〜２７のいずれか１項に記載の分析装置。
【請求項２９】
該第１のチャネルに、上記検出対象物質と選択的に相互作用をする特定物質を固定された感知部位が形成されている
ことを特徴とする、請求項２８に記載の分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランジスタを用いたセンサユニット及びそれと共に用いる反応場セルユニット並びにそれを用いた分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トランジスタは、ゲートに入力される電圧信号を、ソース電極あるいはドレイン電極から出力される電流信号に変換する素子である。ソース電極とドレイン電極との間に電圧を加えると、両者の間に形成されたチャネルに存在する荷電粒子がソース電極とドレイン電極との間を電界方向に沿って移動し、ソース電極あるいはドレイン電極から電流信号として出力される。【０００３】
この際、出力される電流信号の強さは荷電粒子の密度に比例する。絶縁体を介してチャネルの上方、側面、あるいは下方などに設置したゲートに電圧を加えると、チャネルに存在する荷電粒子の密度が変化するため、これを利用して、ゲート電圧を変化させることにより電流信号を変化させることができる。【０００４】
現在知られている、トランジスタを用いた化学物質検出素子（センサ）は上に述べたトランジスタの原理を応用したものである。具体的なセンサの例としては、特許文献１に記載されているものが挙げられる。特許文献１には、トランジスタのゲートに検出すべき物質と選択的に反応する物質を固定化した構造を有するセンサが記載されている。検出すべき物質とゲートに固定化された物質との反応によるゲート上の表面電荷の変化により、ゲートにかかる電位が変化するため、チャネルに存在する荷電粒子の密度が変化する。これによって生じるトランジスタのドレイン電極あるいはソース電極からの出力信号の変化を読み取ることによって、検出すべき物質を検出することができる。【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２６０１５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のような従来のセンサは、使用の都度、分析の目的や検出しようとする検出対象物質の種類などに応じて個別にトランジスタを作製し直す必要があり、分析に非常に多大な手間を要していた。
本発明は上記の課題に鑑みて創案されたもので、従来よりも分析を行なう際の利便性を高めたセンサユニット、及びそれと共に用いる反応場セル並びにそれを用いた分析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】
【０００７】
本発明の発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討した結果、センサユニットの検出用感知ゲートを、基板に固定されたゲート本体と、検出対象物質と選択的に相互作用をする特定物質を固定され、ゲート本体に対して電気的に導通をとりうる感知部とを備えるように構成すること、トランジスタ部を用いたセンサユニットのトランジスタ部を集積すること、及び、特定物質を用いず検出対象物質の存在をトランジスタ部の特性の変化として検出すべく電圧を印加される参照電極を設けることのいずれかを行なうことにより、上記の課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。【０００８】
即ち、本発明の要旨は、基板と、該基板に設けられたソース電極及びドレイン電極と、上記のソース電極及びドレイン電極間の電流通路になるチャネルと、検出用感知ゲートとを備えたトランジスタ部を有し、検出対象物質を検出するためのセンサユニットであって、該検出用感知ゲートが、該基板に固定されたゲート本体と、検出対象物質と選択的に相互作用をする特定物質を固定され、該ゲート本体に対して電気的に導通をとりうる感知部とを備え、該感知部が、該ゲート本体に対して着脱可能であり、該ゲート本体に装着されているときには該ゲート本体に電気的に導通状態となることを特徴とするセンサユニットに存する（請求項１）。これにより、感知部をゲート本体とは別に取り扱うことが可能となるため、分析を行なう際の利便性を従来よりも高めることができる。また、感知部を取替えることで特定物質を交換することが可能となる。つまり、センサユニット全体を交換しなくとも、検出対象物質や検出の目的に応じて特定物質を交換することができるようになり、センサユニットの製造コスト、操作の手間などを大幅に改善することが可能となる。
【０００９】
また、本発明の別の要旨は、基板と、該基板に設けられたソース電極及びドレイン電極と、上記のソース電極及びドレイン電極間の電流通路になるチャネルと、検出用感知ゲートとを備えたトランジスタ部を有し、検出対象物質を検出するためのセンサユニットであって、該検出用感知ゲートが、該基板に固定されたゲート本体と、該ゲート本体に対して電気的に導通をとりうる感知部とを備え、該感知部が、該ゲート本体に対して着脱可能であり、該ゲート本体に装着されているときには該ゲート本体に電気的に導通状態となり、検出対象物質の存在を該トランジスタ部の特性の変化として検出すべく電圧を印加される参照電極を備えることを特徴とするセンサユニットに存する（請求項２）。これによっても、感知部をゲート本体とは別に取り扱うことが可能となるため、分析を行なう際の利便性を従来よりも高めることができる。また、感知部を取替えることで特定物質を交換することが可能となる。つまり、センサユニット全体を交換しなくとも、検出対象物質や検出の目的に応じて特定物質を交換することができるようになり、センサユニットの製造コスト、操作の手間などを大幅に改善することが可能となる。
【００１１】
また、該センサユニットは、該感知部を、２つ以上有することが好ましい（請求項３）。これにより、複数の相互反応を一つのセンサユニットで検出できるようになるため、一つのセンサユニットでより多種の検出対象物質の検出を行なうことができ、センサユニットの高機能化を図ることができるようになる。
【００１２】
さらに、該センサユニットにおいては、１つの該ゲート本体が、２つ以上の該感知部と導通可能に形成されていることが好ましい（請求項４）。これにより、感知用ゲートの数を抑制することができ、ひいては、トランジスタの小型化、集積化、低コスト化等の利点の少なくともいずれかを得ることができる。
【００１３】
また、該センサユニットは、該ゲート本体と該感知部との導通を切り替える電気接続切替部を備えることが好ましい（請求項５）。これにより、センサユニットの小型化や、検出データの信頼性向上、検出の効率化などの利点の少なくともいずれかを得ることができる。
【００１４】
さらに、該センサユニットにおいては、該トランジスタ部が、２以上集積されていることが好ましい（請求項６）。これにより、センサユニットの小型化及び低コスト化、検出の迅速化及び検出感度の向上、並びに、操作の簡便等の利点の少なくともいずれかを得ることができる。
【００１８】
また、該センサユニットのなかでも感知部を備えているものは、検体を流通させる流路を有する反応場セルユニットを備え、該流路に、該感知部が設けられるようになっていることが好ましい（請求項７）。これにより、検出の迅速化、操作の簡便等の利点の少なくともいずれかを得ることができる。
【００２０】
また、本発明の更に別の要旨は、基板、該基板に設けられたソース電極及びドレイン電極、上記のソース電極及びドレイン電極間の電流通路になるチャネル、並びに感知用ゲートを備えたトランジスタ部と、検出対象物質と選択的に相互作用をする特定物質が固定された感知部を有する反応場セルユニットを装着するためのセルユニット装着部とを備え、該感知部が、該感知用ゲートに対して着脱可能であり、該感知用ゲートに装着されているときには該感知用ゲートに電気的に導通状態となり、上記反応場セルユニットが該セルユニット装着部に装着されているときには上記感知部と該感知用ゲートとが導通状態となることを特徴とするセンサユニットに存する（請求項８）。これにより、感知部をゲート本体とは別に取り扱うことが可能となるため、分析を行なう際の利便性を従来よりも高めることができる。
【００２１】
さらに、本発明の更に別の要旨は、基板、該基板に設けられたソース電極及びドレイン電極、上記のソース電極及びドレイン電極間の電流流路となるチャネル、並びに感知用ゲートを備えたトランジスタ部と、感知部、及び、検出対象物質の存在を該トランジスタ部の特性の変化として検出すべく電圧を印加される参照電極を有する反応場セルユニットを装着するためのセルユニット装着部とを備え、該感知部が、該感知用ゲートに対して着脱可能であり、該感知用ゲートに装着されているときには該感知用ゲートに電気的に導通状態となり、上記反応場セルユニットが該セルユニット装着部に装着されているときには上記感知部と該感知用ゲートとが導通状態となることを特徴とするセンサユニットに存する（請求項９）。これにより、感知部をゲート本体とは別に取り扱うことが可能となるため、分析を行なう際の利便性を従来よりも高めることができる。
【００２２】
また、該センサユニットは、上記反応場セルユニットが２以上の上記感知部を有している場合に該感知用ゲートと上記感知部との導通を切り替える電気接続切替部を備えることが好ましい（請求項１０）。これにより、センサユニットの小型化や、検出データの信頼性向上、検出の効率化などの利点の少なくともいずれかを得ることができる。
【００２３】
さらに、該センサユニットは、該トランジスタ部が２以上集積されていることが好ましい（請求項１１）。これにより、センサユニットの小型化及び低コスト化、検出の迅速化及び検出感度の向上、並びに、操作の簡便等の利点の少なくともいずれかを得ることができる。
【００２４】
さらに、該センサユニットにおいては、該チャネルは、ナノチューブ状構造体からなることが好ましい（請求項１２）。また、該ナノチューブ状構造体は、カーボンナノチューブ、ボロンナイトライドナノチューブ及びチタニアナノチューブよりなる群から選ばれる構造体であることが好ましい（請求項１３）。これにより、検出感度を飛躍的に高めることが可能となる。したがって、従来のトランジスタでは不可能であった、抗原抗体反応等のきわめて高感度を要する反応の検知が実用レベルで可能となり、極めて高感度の検知を要する抗原抗体反応等を含む一連の検出対象物質の検知がひとつのセンサユニットで可能となる。
【００２５】
即ち、従来のトランジスタによるセンサでは、検知感度に限界があり、必要とする一連の対象物質の検知をトランジスタだけで行なうことはできなかった。そのため、トランジスタから構成されるセンサユニットの適用範囲は限られていた。しかし、本発明のセンサユニットにより検出感度を高めることができるため、検出対象物質の範囲を拡大することが可能となる。【００２６】
また、こうした視点からは、該ナノチューブ状構造体に欠陥が導入されていることが感度向上にとって好ましい（請求項１４）。或いは、該ナノチューブ状構造体の電気的特性が金属的性質を有することが好ましい（請求項１５）。これにより、該トランジスタ部を単一電子トランジスタとして機能させうるので、検出感度を更に高めることが可能となる。
【００２９】
また、該センサユニットにおいては、該トランジスタ部が、該チャネルに対して電圧または電界を印加する電圧印加ゲートを備えることが好ましい（請求項１６）。これにより、検出の精度を高めることが可能となる。
【００３０】
さらに、本発明の更に別の要旨は、基板、上記基板に設けられたソース電極及びドレイン電極、上記のソース電極及びドレイン電極間の電流通路になるチャネル、並びに感知用ゲートを備えたトランジスタ部と、セルユニット装着部とを備えるセンサユニットの上記セルユニット装着部に装着される反応場セルユニットであって、検出対象物質と選択的に相互作用をする特定物質が固定された感知部を有し、上記セルユニット装着部に装着されているときには該感知部と上記感知用ゲートとが導通状態となることを特徴とする反応場セルユニットに存する（請求項１７）。これにより、感知部を感知用ゲートとは別に取り扱うことが可能となるため、分析を行なう際の利便性を従来よりも高めることができる。
【００３１】
また、本発明の更に別の要旨は、基板、上記基板に設けられたソース電極及びドレイン電極、上記のソース電極及びドレイン電極間の電流通路になるチャネル、並びに感知用ゲートを備えたトランジスタ部と、セルユニット装着部とを備えるセンサユニットの上記セルユニット装着部に装着される反応場セルユニットであって、感知部と、検出対象物質の存在を該トランジスタ部の特性の変化として検出すべく電圧を印加される参照電極とを有し、上記セルユニット装着部に装着されているときには該感知部と上記感知用ゲートとが導通状態となることを特徴とする反応場セルユニットに存する（請求項１８）。これにより、感知部を感知用ゲートとは別に取り扱うことが可能となるため、分析を行なう際の利便性を従来よりも高めることができる。
【００３２】
このとき、該反応場セルユニットは、該感知部を２以上有することが好ましい（請求項１９）。これにより、複数の相互反応を一つのセンサユニットで検出できるようになるため、一つのセンサユニットでより多種の検出対象物質の検出を行なうことができ、センサユニットの高機能化を図ることができるようになる。
【００３３】
また、該反応場セルユニットにおいては、１つの上記感知用ゲートに対して、２以上の感知部が導通可能に形成されていることが好ましい（請求項２０）。これにより、感知用ゲートの数を抑制することができ、ひいては、トランジスタの小型化、集積化、低コスト化等の利点の少なくともいずれかを得ることができる。
【００３４】
さらに、該反応場セルユニットは、検体を流通させうる流路を有し、該流路に、該感知部が設けられていることが好ましい（請求項２１）。これにより、検出の迅速化、操作の簡便等の利点の少なくともいずれかを得ることができる。
【００３５】
また、本発明の更に別の要旨は、上述したセンサユニットのいずれかを備えることを特徴とする、分析装置に存する（請求項２２）。
【００３６】
このとき、該分析装置は、化学的反応測定及び免疫学的反応測定を、該センサユニットで分析できるよう構成されたものであることが好ましい（請求項２３）。
【００３７】
また、該分析装置は、電解質濃度測定グループ、生化学項目測定グループ、血液ガス濃度測定グループ、血算測定グループ、血液凝固能測定グループ、免疫学的反応測定グループ、核酸間ハイブリダイゼーション反応測定グループ、核酸−タンパク質相互作用測定グループ及びレセプタ−リガンド間相互作用測定グループからなる測定グループの群より選ばれる、少なくとも一つの測定グループの測定を、該センサユニットで分析できるよう構成されたものであることが好ましい（請求項２４）。
【００３８】
さらに、該分析装置は、電解質濃度測定グループから選択された少なくとも１つの検出対象物質、生化学項目測定グループから選択された少なくとも１つの検出対象物質、血液ガス濃度測定グループから選択された少なくとも１つの検出対象物質、血算測定グループから選択された少なくとも１つの検出対象物質、血液凝固能測定グループから選択された少なくとも１つの検出対象物質、核酸間ハイブリダイゼーション反応測定グループから選択された少なくとも１つの検出対象物質、核酸−タンパク質間相互作用測定グループから選択された少なくとも１つの検出対象物質、レセプタ−リガンド間相互作用測定グループから選択された少なくとも１つの検出対象物質、及び、免疫学的反応測定グループから選択された少なくとも１つの検出対象物質からなる群より選ばれる２以上の検出対象物質の検出を、該センサユニットで分析できるよう構成されたものであることが好ましい（請求項２５）。
【００３９】
また、該分析装置は、電解質濃度測定グループ、生化学項目測定グループ、血液ガス濃度測定グループ、血算測定グループ、及び血液凝固能測定グループからなる群より選ばれる少なくとも一つの測定グループ、並びに、核酸間ハイブリダイゼーション反応測定グループ、核酸−タンパク質間相互作用測定グループ、レセプタ−リガンド間相互作用測定グループ、及び、免疫学的反応測定グループからなる測定グループの群より選ばれる少なくとも一つの測定グループの測定を、該センサユニットで分析できるよう構成されたものであることが好ましい（請求項２６）。
【００４０】
さらに、該分析装置は、特定の疾患又は機能を判別するために選択された２以上の検出対象物質を検出することができるよう構成されたものであることが好ましい（請求項２７）。
【００４１】
また、本発明の更に別の要旨は、該基板と、該基板に設けられた第１のソース電極及び第１のドレイン電極、並びに、上記の第１のソース電極及び第１のドレイン電極間の電流通路になるカーボンナノチューブで形成された第１のチャネルを有する第１トランジスタ部と、該基板に設けられた第２のソース電極及び第２のドレイン電極、並びに、上記の第２のソース電極及び第２のドレイン電極間の電流通路になる第２のチャネルを有する第２トランジスタ部とを備え、核酸間ハイブリダイゼーション反応測定グループ、核酸−タンパク質間相互作用測定グループ、レセプタ−リガンド間相互作用測定グループ及び免疫学的反応測定グループからなる群より選ばれる少なくとも一つの測定グループから選択される少なくとも１つの検出対象物質を第１トランジスタ部の特性の変化として検出し、電解質濃度測定グループ、生化学項目測定グループ、血液ガス濃度測定グループ、血算測定グループ、及び血液凝固能測定グループからなる群より選ばれる少なくとも一つの測定グループから選択される少なくとも１つの検出対象物質を第２トランジスタ部の特性の変化として検出するセンサユニットを備えることを特徴とする、上述した分析装置のいずれかの分析装置に存する（請求項２８）。
【００４２】
また、上記の分析装置においては、検出対象物質と選択的に相互作用する特定物質がカーボンナノチューブに固定化されていることが好ましい。即ち、該第１のチャネルに、上記検出対象物質と選択的に相互作用をする特定物質を固定された感知部位が形成されていることが好ましい（請求項２９）。
【発明の効果】
【００４３】
本発明のセンサユニット及びそれと共に用いる反応場セル並びにそれを用いた分析装置によれば、分析を行なう際の利便性を従来よりも高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１（ａ）〜図１（ｄ）は、本発明の第１〜第６実施形態について説明するための図であり、図１（ａ）〜図１（ｄ）はいずれも、カーボンナノチューブを用いたチャネルの作製方法の各工程における操作を説明するための図である。
【図２】図２は、本発明の第１〜第６実施形態について説明するため、カーボンナノチューブによるチャネルの作製方法の一例を説明する模式図である。
【図３】図３は、本発明の第１〜第６実施形態について説明するため、カーボンナノチューブによるチャネルの作製方法の一例を説明する模式図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｆ）は、本発明の第１〜第６実施形態について説明するための図であり、図４（ａ）〜図４（ｆ）はいずれも、流路を形成した反応場セルユニットの平面図である。
【図５】図５は、本発明の第１，第２，第４実施形態について説明するため、センサユニットを用いた分析装置の一例の要部構成を模式的に示す図である。
【図６】図６は、本発明の第１，第２，第４実施形態について説明するため、センサユニットの一例の要部構成を模式的に示す分解斜視図である。
【図７】図７（ａ）、図７（ｂ）は、本発明の第１，第２，第４〜第６実施形態について説明するため、センサユニットの一例の検出デバイス部（第４実施形態においては、トランジスタ部）の要部構成を模式的に示す図であり、図７（ａ）は斜視図、図７（ｂ）は側面図である。
【図８】図８は、本発明の第１，第２，第４実施形態について説明するため、センサユニットの一例の要部を模式的に示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の第２，第３，第７実施形態について説明するため、センサユニットを用いた分析装置の一例の要部構成を模式的に示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の第２，第３実施形態について説明するため、センサユニットの一例の要部構成を模式的に示す分解斜視図である。
【図１１】図１１（ａ）、図１１（ｂ）は、本発明の第２実施形態について説明するため、センサユニットの一例の検出デバイス部（トランジスタ部）の要部構成を模式的に示す図であり、図１１（ａ）は斜視図、図１１（ｂ）は側面図である。
【図１２】図１２（ａ）、図１２（ｂ）は、本発明の第３実施形態について説明するため、センサユニットの一例の検出デバイス部の要部構成を模式的に示す図であり、図１２（ａ）は斜視図、図１２（ｂ）は側面図である。
【図１３】図１３は、本発明の第５〜第７実施形態について説明するため、血液凝固時間の測定に用いるセンサユニットの一例の要部構成を模式的に示す断面図である。
【図１４】図１４は、本発明の第５〜第７実施形態について説明するため、センサユニットを有する分析装置の測定回路の一例を表わす図である。
【図１５】図１５は、本発明の第５〜第７実施形態について説明するため、トランジスタの特定変化の一例である時定数の変化を説明する図である。
【図１６】図１６は、本発明の第５〜第７実施形態について説明するため、全血算測定に用いるセンサユニットの一例の要部構成を模式的に示す断面図である。
【図１７】図１７は、本発明の第５〜第７実施形態について説明するため、センサユニットを用いた分析装置の一例の要部構成を模式的に示す図である。
【図１８】図１８は、本発明の第５〜第７実施形態について説明するため、センサユニットの一例の要部構成を模式的に示す分解斜視図である。
【図１９】図１９は、本発明の第５〜第７実施形態について説明するため、センサユニットの一例の要部を模式的に示す断面図である。
【図２０】図２０は、本発明の第７実施形態について説明するため、センサユニットの一例の要部構成を模式的に示す分解斜視図である。
【図２１】図２１（ａ）〜図２１（ｃ）は本発明の実施例１を説明するものであり、図２１（ａ）〜図２１（ｃ）はいずれもチャネルの形成方法を説明するための模式的な断面図である。
【図２２】図２２は、本発明の実施例１を説明するものであり、カーボンナノチューブを形成する工程を説明する図である。
【図２３】図２３（ａ）〜図２３（ｂ）は本発明の実施例１を説明するものであり、図２３（ａ）〜図２３（ｃ）は、いずれも検出デバイス部（トランジスタ部）の形成方法を説明するための模式的な断面図である。
【図２４】図２４は本発明の実施例１を説明するものであり、バックゲートを形成した基板を説明するための模式的な断面図である。
【図２５】図２５は本発明の実施例１を説明するものであり、作製したカーボンナノチューブ−電界効果トランジスタの模式的な断面図である。
【図２６】図２６は本発明の実施例１を説明するものであり、作製したカーボンナノチューブ−電界効果トランジスタの模式的な概略図である。
【図２７】図２７は本発明の実施例１を説明するものであり、特性測定例１においてＩｇＧ抗体を固定化した状態のカーボンナノチューブ−電界効果トランジスタの概要を模式的に示す図である。
【図２８】図２８は本発明の実施例１を説明するものであり、特性測定例１におけるカーボンナノチューブ−電界効果トランジスタの電気特性評価の測定結果を表わすグラフである。
【図２９】図２９は本発明の実施例１を説明するものであり、特性測定例２で用いた測定系の構成を示す模式的な概要図である。
【図３０】図３０は本発明の実施例１を説明するものであり、特性測定例２におけるａｎｔｉ−マウスＩｇＧ抗体滴下前後での、ソース・ドレイン電圧電流特性の変化を示すグラフである。
【図３１】図３１は本発明の実施例１を説明するものであり、特性測定例２におけるａｎｔｉ−マウスＩｇＧ抗体滴下前後での伝達特性の変化を示すグラフである。
【図３２】図３２は本発明の実施例２を説明するものであり、作製したカーボンナノチューブ−電界効果トランジスタの模式的な概略図である。
【図３３】図３３は本発明の実施例２を説明するものであり、ａ−ＰＳＡの固定化方法を表わす模式図である。
【図３４】図３４は本発明の実施例２を説明するものであり、用いた測定系の構成を示す模式的な概要図である。
【図３５】図３５は本発明の実施例２を説明するものであり、測定されたソース・ドレイン間電流の大きさの時間変化を表わすグラフである。
【図３６】図３６は本発明の実施例を説明するものであり、流路の形成方法を説明するための模式的な斜視図である。
【図３７】図３７は本発明の実施例を説明するものであり、形成した反応場セルユニットの模式的な分解斜視図である。
【図３８】図３８（ａ）〜図３８（ｃ）は本発明の実施例４を説明するものであり、図３８（ａ）〜図３８（ｃ）はいずれも本実施例におけるチャネルの形成方法を説明するための模式的な断面図である。
【図３９】図３９は本発明の実施例４を説明するものであり、窒化シリコン絶縁膜の形成に用いた装置の要部構成を表わす図である。
【図４０】図４０は本発明の実施例４を説明するものであり、窒化シリコンを成膜したサファイア基板の模式的な断面図である。
【図４１】図４１は本発明の実施例４及び実施例５を説明するものであり、窒化シリコンゲート絶縁膜を有するトップゲート型ＣＮＴ−ＦＥＴセンサーの模式的な上面図である。
【図４２】図４２は本発明の実施例４を説明するものであり、トップゲート型ＣＮＴ−ＦＥＴセンサーを図４１のＡ−Ａ’面で切った模式的な断面図である。
【図４３】図４３は本発明の実施例４を説明するものであり、特性測定で用いた測定系（分析装置）の要部構成を示す模式的な概要図である。
【図４４】図４４は本発明の実施例４を説明するものであり、ブタ血清アルブミンを滴下した時のソース電極とドレイン電極との間に流れる電流（ＩＤＳ）の時間変化について示すグラフである。
【図４５】図４５は本発明の実施例５を説明するものであり、図４５（ａ），図４５（ｂ）はいずれも本実施例における電極作製の様子を説明するための模式的な断面図である。
【図４６】図４６は本発明の実施例５を説明するものであり、窒化シリコンを成膜した基板の模式的な断面図である。
【図４７】図４７は本発明の実施例５を説明するものであり、トップゲート型ＣＮＴ−ＦＥＴセンサーを図４１のＡ−Ａ’面で切った模式的な断面図である。
【図４８】図４８は本発明の実施例５を説明するものであり、特性測定で用いた測定系（分析装置）の要部構成を示す模式的な概要図である。
【図４９】図４９は本発明の実施例５を説明するものであり、ソース電極とドレイン電極との間に流れる電流（ＩＤＳ）の時間変化について示すグラフである。
【符号の説明】
【００４５】
１  基板
２  フォトレジスト
３  触媒
４  ＣＶＤ炉
５  カーボンナノチューブ（チャネル）
６  スペーサ層
７  流路
８  感知部
９  注入部
１０  排出部
１１  仕切壁
１２  基板
１３，１８  絶縁層
１４  ソース電極
１５  ドレイン電極
１６  ＳＥＴチャネル
１７  感知用ゲート（ゲート本体）
１９，３０  感知部
２０  検出用感知ゲート
２１  反応場
２２  参照電極
２３  電圧印加ゲート
２４，３２，３３，３６  トランジスタ部
２５，３４，３７  反応場セルユニット
２６，２７  板状フレーム
２８  スペーサ
２９  流路
３１  電極部
３５，３８  セルユニット装着部
１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００  分析装置
１０１，２０１，３０１，４０２，５０１，６０２，７０１  センサユニット
１０２，２０２，３０２，５０２，７０２  測定回路
１０３，２０３，３０３，４０１，５０３，６０１，７０３  トランジスタ部
１０４，２０４，３０４，５０４，７０４  集積検出デバイス
１０５，５０５  コネクタソケット
１０５Ａ  装着部
１０５Ｂ  装着部（セルユニット装着部）
１０６，５０６  分離型集積電極
１０７，５０７  反応場セル
１０８，２０６，３０６，５０８，７０６  基板
１０９，５０９  検出デバイス部
１１０，２０７，３０７，５１０，７０７  低誘電層
１１１，２０８，３０８，５１１，７０８  ソース電極
１１２，２０９，３０９，５１２，７０９  ドレイン電極
１１３，２１０，３１０，５１３，７１０  チャネル
１１４，２１１，５１４，７１１  絶縁膜
１１５，５１５  感知用ゲート（ゲート本体）
１１６，５１６  電極部（感知部）
１１７，５１７  検出用感知ゲート
１１８，２１５，３１４，５１８，７１３  電圧印加ゲート
１１９，２１８，３１６，５１９，７１６  流路
１２０，２１６，３１３，５２０，７１４  絶縁体層
１２１，１２４，５２１，５２４  配線
１２２，５２２  基板
１２３．２１４，３１１  特定物質
１２５，２１７，３１５，５２５，７１５  基体
１２６，４０３，５２６，６０３  反応場セルユニット
２０５，３０５，７０５  反応場セル
２１２，７１２  検出用感知ゲート
２１３，３１２  感知部位
４０４，６０４  セルユニット装着部
５２７，７１７  参照電極
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態や例示等に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において任意に変形して実施することができる。【００４７】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態としてのセンサユニット（以下適宜、「第１のセンサユニット」という）は、基板と、基板に設けられたソース電極及びドレイン電極と、上記のソース電極及びドレイン電極間の電流通路になるチャネルと、検出用感知ゲートとを備えたトランジスタ部を有する。このトランジスタ部は、トランジスタとして機能する部分であり、このトランジスタの出力特性の変化を検知することにより、本実施形態のセンサユニットは検出対象物質を検出するようになっている。また、トランジスタ部は、そのチャネルの具体的な構成により、電界効果トランジスタとして機能するものと、単一電子トランジスタとして機能するものとに区別できるが、第１のセンサユニットにおいてはいずれを用いても良い。なお、以下の説明において、トランジスタ部のことを適宜、単に「トランジスタ」というが、その場合、特に断らない限り、電界効果トランジスタ及び単一電子トランジスタのいずれとして機能するかは区別しない。【００４８】
また、第１のセンサユニットは、適宜、電気接続切替部や、反応場セルユニットなど、トランジスタ以外の部材を備えていても良い。
以下、第１のセンサユニットの構成要素について説明する。【００４９】
［Ｉ．トランジスタ部］
（１．基板）
基板は、絶縁性を有する基板であれば任意の素材で形成された基板を用いることができるが、通常は、絶縁性基板、又は、絶縁された半導体基板を用いる。なお、本明細書において絶縁性という場合には、特に断らない限り電気絶縁性のことを指し、絶縁体という場合には、特に断らない限り電気絶縁体の事を指す。また、センサとして用いる場合、感度を高めるためには、絶縁性基板、或いは、表面を絶縁性基板を構成する素材（即ち、絶縁体）で被覆することにより絶縁した半導体基板であることが好ましい。これら、絶縁性基板や、絶縁体で被覆した半導体基板を用いた場合、他の方法で絶縁した半導体基板に比べ、誘電率が低いために浮遊容量を低減することができ、そのため、例えばバックゲート（基板に対してチャネルと反対側に設けられたゲート）を検出用感知ゲートとした場合に相互作用の感知感度を高めることができる。【００５０】
絶縁性基板は、絶縁体で形成された基板である。絶縁性基板を形成する絶縁体の具体例としては、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、弗化カルシウム、アクリル樹脂、ポリイミド、テフロン（登録商標）等が挙げられる。なお、絶縁体は１種を単独で用いても良く、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。【００５１】
また、半導体基板は、半導体で形成された基板である。半導体基板を形成する半導体の具体例としては、シリコン、ガリウム砒素、窒化ガリウム、酸化亜鉛、インジウム燐、炭化シリコン等が挙げられる。なお、半導体は１種を単独で用いても良く、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。【００５２】
さらに、半導体基板を絶縁する方法は任意であるが、通常は、上記のように絶縁体で被覆して絶縁することが望ましい。半導体基板の上に絶縁膜を形成して絶縁する場合、被覆に用いる絶縁体の具体例としては、上記の絶縁性基板を形成する絶縁体と同様のものが挙げられる。【００５３】
また、絶縁した半導体基板を用いる場合には、この半導体基板は、後述するゲート｛即ち、感知用ゲート（ゲート本体）や電圧印加ゲート等｝としても作用させることも可能である。ただし、絶縁した半導体基板をゲートに用いる場合、その基板は電気抵抗が小さいことが望ましく、例えば、高濃度にドナーあるいはアクセプタが添加され、抵抗率が低く金属的伝導性を示す半導体を用いた半導体基板が望ましい。
さらに、基板の形状は任意であるが、通常は平板状に形成する。また、その寸法についても特に制限は無いが、基板の機械的強度を保つため１００μｍ以上であることが好ましい。【００５４】
（２．ソース電極，ドレイン電極）
ソース電極は、上記トランジスタのキャリアを供給できる電極であれば他に制限は無い。また、ドレイン電極は、上記トランジスタのキャリアを受け取ることができる電極であれば、他に制限は無く、公知のものを任意に用いることができる。ただし、ソース電極及びドレイン電極は、通常は同一の基板上に設けられる。
ソース電極及びドレイン電極はそれぞれ任意の導体で形成することができ、具体例としては、金、白金、チタン、炭化チタン、タングステン、アルミニウム、モリブデン、クロムケイ化タングステン、窒化タングステン、多結晶シリコンなどが挙げられる。また、ソース電極、ドレイン電極を形成する導体は、１種を単独で用いても良く、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
さらに、ソース電極及びドレイン電極の寸法や形状も任意である。【００５５】
（３．チャネル）
（３−１．チャネルの構成）
チャネルは、ソース電極及びドレイン電極の間の電流の通路となりうるものであり、公知のチャネルを適宜用いることができる。
また、チャネルの形状や寸法に制限は無く、任意である。ただし、チャネルは、基板から離隔した状態で上記のソース電極及びドレイン電極間に装架されていることが好ましい。これにより、感知用ゲートとチャネルとの間の誘電率を低下させることができ、感知用ゲートの電気容量を小さくすることができるため、センサユニットの感度を高めることができる。【００５６】
また、チャネルは、室温において上記のソース電極及びドレイン電極の間に弛んだ状態で設けられていることが好ましい。これにより、温度変化によってチャネルが破損する可能性を小さくすることができる。
さらに、チャネルの数も任意であり、１本でも、２本以上であってもよい。【００５７】
また、上記のように、チャネルの構成によって上記のトランジスタは電界効果トランジスタと単一電子トランジスタとに分けられる。両者の違いは、チャネルが量子ドット構造を有しているかに応じて区別され、チャネルが量子ドット構造を有していないトランジスタは電界効果トランジスタとなり、チャネルが量子ドット構造を有しているトランジスタは単一電子トランジスタとなる。【００５８】
したがって、チャネルを形成する場合には、センサユニットの目的や、トランジスタを電界効果トランジスタと単一電子トランジスタとのいずれにするかなどに応じて、適当な材料によって形成することが好ましい。
以下、電界効果トランジスタのチャネル（以下適宜、「ＦＥＴチャネル」という）と、単一電子トランジスタのチャネル（以下適宜、「ＳＥＴチャネル」という）とについて、それぞれ説明する。なお、ＦＥＴチャネルとＳＥＴチャネルとを区別しないで指す場合、単に「チャネル」という。また、上述のように電界効果トランジスタと単一電子トランジスタとはチャネルによって区別することができるため、ＦＥＴチャネルを有するトランジスタは電界効果トランジスタであり、ＳＥＴチャネルを有するトランジスタは単一電子トランジスタと認識すべきである。【００５９】
ＦＥＴチャネルは、電流の通路となりうるものであり、公知のチャネルを適宜用いることができる。一般に、トランジスタのチャネルは、半導体基板の素材として例示した半導体により形成され、ＦＥＴチャネルとしても、上記のような半導体によりチャネルを形成することができる。
ただし、センサユニットの感度を高めるためには、ＦＥＴチャネルは微細なものであることが好ましい。一般に、トランジスタを用いたセンサの検出感度の限界は、トランジスタのゲートの電気容量（以下適宜、「ゲート容量」という）に関係している。ゲート容量が小さいほど、ゲートの表面電荷の変化を大きなゲート電圧の変化として捉えることができ、センサの検出感度が向上するのである。ゲート容量はチャネルの長さＬとチャネルの幅Ｗとの積Ｌ×Ｗに比例するので、ゲート容量の減少にはチャネルの微細化が効果的である。微細なチャネルとしては、例えば、ナノチューブ構造体を用いてチャネルを形成することが好ましい。【００６０】
ナノチューブ状構造体とは、チューブ状の構造体であって、その長手方向に直交する断面の直径が０．４ｎｍ以上５０ｎｍ以下のものをいう。なお、ここでチューブ状とは、構造体の長手方向の長さと、これに垂直な方向のうち最も長い一方向の長さとの比が１０以上１００００以下の範囲にある形状を指し、ロッド状（断面形状が略円形）、リボン状（断面形状が扁平な略方形）等の各形状を含む。【００６１】
ナノチューブ状構造体は電荷輸送体として用いることができ、直径が数ナノメートルの一次元量子細線構造を有するため、これをトランジスタのチャネルに用いた場合には、従来のセンサ等に用いられていた電界効果トランジスタに比べてトランジスタのゲート容量が著しく低減する。したがって、特定物質及び検出対象物質の間の相互作用により生じるゲート電圧の変化は極めて大きくなり、チャネルに存在する荷電粒子の密度の変化は著しく大きくなる。このことにより検出感度は劇的に向上する。【００６２】
ナノチューブ状構造体の具体例としては、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、ボロンナイトライドナノチューブ、チタニアナノチューブ等が挙げられる。従来の技術では、半導体微細加工技術を用いても、１０ｎｍ級のチャネルの形成は困難であり、それによりセンサとしての検出感度も制限されていたが、これらのナノチューブ状構造体を用いることにより、従来よりも微細なチャネルを形成することができる。【００６３】
ナノチューブ状構造体は、そのカイラリティに応じて半導体的な電気的性質及び金属的な電気的性質の両方を示すが、半導体的ＦＥＴチャネルに用いる場合、ナノチューブ状構造体は、その電気的性質として半導体的性質を有することがより望ましい。【００６４】
一方、ＳＥＴチャネルもＦＥＴチャネルと同様、電流の通路となりうるものであり、公知のチャネルを適宜用いることができる。したがって、半導体により形成することも可能であるが、通常はその大きさが微細であることが好ましく、ＦＥＴチャネルと同様、ナノチューブ構造体を用いてチャネルを形成することが好ましい。また、ナノチューブ状構造体の具体例としてカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、ボロンナイトライドナノチューブ、チタニアナノチューブ等を使用することができることもＦＥＴチャネルと同様である。【００６５】
しかし、上述したように、ＦＥＴチャネルと異なり、ＳＥＴチャネルは量子ドット構造を有する。したがって、ＳＥＴチャネルは量子ドット構造を有する物質で形成することになり、半導体を材料とする場合でも、量子ドット構造を有する半導体を材料として使用することになる。これは、ナノチューブ構造体をＳＥＴチャネルに用いる場合でも同様であり、ナノチューブ状構造体の中でも、量子ドット構造を有するナノチューブ構造体でＳＥＴチャネルを形成する。その具体例を挙げると、欠陥を導入したカーボンナノチューブをＳＥＴチャネルとして用いることができる。詳しくは、欠陥と欠陥との間に通常０．１ｎｍ以上５０ｎｍ以下の量子ドット構造を有するカーボンナノチューブをＳＥＴチャネルとして用いることができる。【００６６】
前記の量子ドット構造を有するカーボンナノチューブの製造方法は任意であるが、例えば、欠陥を有さないカーボンナノチューブに、水素、酸素、アルゴンなどの雰囲気ガス中での加熱、あるいは酸溶液等中での煮沸などの化学的処理を施すことによって欠陥を導入して作製することができる。【００６７】
ナノチューブ状構造体に欠陥を導入することにより、ナノチューブ状構造体内に欠陥と欠陥との間に領域が数ナノメートルの大きさの量子ドット構造が形成され、さらにゲート容量は低減する。量子ドット構造を有するナノチューブ状構造体においては、量子ドット構造内への電子の流入が制限されるクーロンブロッケイド現象が生じるため、そのようなナノチューブ状構造をチャネルに用いれば単一電子トランジスタが実現される。【００６８】
具体例を挙げて説明する。例えばシリコン系ＭＯＳＦＥＴ（メタル・オキサイド・セミコンダクター・電界効果トランジスタ）のゲート容量は１０−１５Ｆ（ファラッド）程度であり、これに対して上記の欠陥を導入したナノチューブ状構造体を用いた単一電子トランジスタのゲート容量は１０−１９Ｆ〜１０−２０Ｆ程度である。このように、単一電子トランジスタでは従来のシリコン系ＭＯＳＦＥＴに比べて、ゲート容量が１万〜１０万分の一程度減少する。【００６９】
その結果、このようなナノチューブ状構造体をチャネル用いた単一電子トランジスタを形成すれば、検出物質の検出感度を大きく向上させることができるのである。【００７０】
また、ＳＥＴチャネルがＦＥＴチャネルと異なるもう一つの点としては、ナノチューブ状構造体をＳＥＴチャネルとして用いる場合、それらは電気的特性として金属的性質を有することが好ましい。なお、ナノチューブ状構造体が金属的か半導体的かを確認する手法の例としては、ラマン分光法でカーボンナノチューブのカイラリティを決定することにより確認する手法や、走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）分光法を用いてカーボンナノチューブの電子状態密度を測定することにより確認する手法が挙げられる。【００７１】
さらに、チャネルは、絶縁性部材により被覆して、パッシベーションあるいは保護することが望ましい。これにより、トランジスタ内において流れる電流が、確実にチャネルに流れるようにすることができるため、安定して検出を行なうことができる。
絶縁性部材としては、絶縁性の部材であれば任意の部材を用いることが可能であるが、具体例としては、フォトレジスト（感光性樹脂）、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド、テフロン（登録商標）などの高分子材料、アミノプロピルエトキシシランなどの自己組織化膜、ＰＥＲ−フルオロポリエーテル、フォンブリン（商品名）などのルブリカント、フラーレン類化合物、あるいは酸化シリコン、弗化ケイ酸塩ガラス、ＨＳＱ（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ）、ＭＬＱ（Ｍｅｔｈｙｌ  Ｌｉｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ）、多孔質シリカ、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、弗化カルシウム、ダイヤモンド薄膜などの無機物質を用いることができる。また、これらは任意の種類及び比率で組み合わせて用いてもよい。【００７２】
また、感知用ゲート（検出用感知ゲートのゲート本体）とチャネルとの間には、絶縁性であってかつ低誘電率の材料の層（低誘電率層）が設けられていることが好ましい。さらに、感知用ゲートからチャネルまでの間が全体に（即ち、感知用ゲートからチャネルまでの間にある層がすべて）低誘電率の性質を有することがより好ましい。【００７３】
低誘電率層を構成する材料は、上記のように絶縁性であれば他に制限は無く、公知のものを任意に用いることができる。その具体例としては、二酸化シリコン、弗化ケイ酸塩ガラス、ＨＳＱ（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ）、ＭＬＱ（Ｍｅｔｈｙｌ  Ｌｉｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ）、多孔質シリカ、ダイヤモンド薄膜などの無機材料、ポリイミド、Ｐａｒｙｌｅｎｅ−Ｎ、Ｐａｒｙｌｅｎｅ−Ｆ、弗化ポリイミドなどの有機材料が挙げられる。なお、低誘電率の材料は、１種を単独で用いても良く、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。【００７４】
つまり、チャネルから感知用ゲートにかけての間が絶縁性で且つ低誘電率であることにより、感知用ゲート上で生じた表面電荷の変化が、チャネル内の電荷密度の変化としてより効率的に伝達されるのである。これにより、上記相互作用をトランジスタの大きな出力特性の変化として感知することができるので、上記のトランジスタをセンサに用いた場合に、センサの感度をより向上させることができる。【００７５】
また、特にチャネルとしてＳＥＴチャネルを用いる場合、チャネルと感知用ゲート間、及び、チャネルと電圧印加ゲート間に設ける絶縁層の誘電率を、量子ドットに電子１個がトラップされることによって生じる静電エネルギーが、動作温度における熱エネルギーより充分大きくなるように適宜選択することが好ましい。例として、量子ドットに２個の接合、感知用ゲート、電圧印加ゲートが接合されている場合を挙げる。２個の接合の容量の和をＣＴ、チャネルと感知用ゲート間に絶縁層を設けることによりチャネルと感知用ゲート間に形成されるキャパシタの容量をＣＧ１、チャネルと電圧印加ゲート間に絶縁層を設けることによりチャネルと電圧印加ゲート間に形成されるキャパシタの容量をＣＧ２とした場合、ｋＴ＜＜ｅ２／｛２（ＣＴ＋ＣＧ１＋ＣＧ２）｝を満たすように絶縁層の誘電率を適宜選択することが好ましい。ここで、左辺が熱エネルギーを表わし、右辺が電子１個のトラップによる静電エネルギーを表わす。また、ｋはボルツマン定数を表わし、Ｔは動作温度を表わし、ｅは素電荷を表わす。【００７６】
また、トランジスタに電圧印加ゲートが設けられている場合、トランジスタにゲート電圧を印加する電圧印加ゲートとチャネルとの間には、絶縁性であってかつ高誘電率の材料の層（高誘電層）が形成されていることが好ましい。さらに、電圧印加ゲートからチャネルまでの間が全体に（即ち、電圧印加ゲートからチャネルまでの間にある層がすべて）高誘電率の性質を有することがより好ましい。【００７７】
高誘電層を形成する材料は、上記のように絶縁性を有して且つ高誘電率のものであれば他に制限は無く、公知のものを任意に用いることができる。その具体例としては、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウムなどの無機物質、高誘電率特性を有する高分子材料などが挙げられる。また、高誘電率の材料は、１種を単独で用いても良く、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。【００７８】
つまり、電圧印加ゲートからチャネルにかけての間が絶縁性で且つ高誘電率である高誘電層を形成することにより、電圧印加ゲートから電圧印加した場合に、トランジスタの伝達特性をより効率よく変調させることができるのである。これにより、上記のトランジスタをセンサとして用いた場合、センサとしての感度をより向上させることができる。【００７９】
なお、前記のような絶縁層、低誘電層、高誘電層の形成方法に制限は無く、公知の方法を任意に用いることができる。例えば、酸化シリコンを用いて絶縁層を形成する場合には、基板全面に酸化シリコンからなる膜を形成した後、フォトリソグラフィーによりパターニングを行ない、除去したい部分の酸化シリコンを選択的にウェットエッチングにより除去し、形成することができる。【００８０】
（３−２．チャネルの作製方法）
チャネルの作製方法に特に制限は無く、上述したチャネルを作製することができれば、任意の方法によるチャネルを作製することができる。
ここでは、チャネルとしてカーボンナノチューブを用いる場合のチャネルの作製方法の一例を挙げて、チャネルの作製方法について説明する。
図１（ａ）〜図１（ｄ）は、カーボンナノチューブを用いたチャネルの作製方法の各工程における操作を説明するための図である。【００８１】
チャネルとして使用するカーボンナノチューブは、通常、その位置と方向とを制御して形成する。このため、通常はフォトリソグラフィー法などによりパターニングした触媒を利用して、カーボンナノチューブの成長位置と方向とを制御して作製する。具体的には、例えば、以下の工程（１）〜（４）を行ない、カーボンナノチューブからなるチャネルを形成することができる。【００８２】
工程（１）：基板上にフォトレジストをパターニングする。｛図１（ａ）｝
工程（２）：金属の触媒を蒸着する。｛図１（ｂ）｝
工程（３）：リフトオフを行ない、触媒のパターンを形成する。｛図１（ｃ）｝
工程（４）：原料ガスを流して、カーボンナノチューブを形成する。｛図１（ｄ）｝
以下、各工程について説明する。【００８３】
まず、工程（１）において、図１（ａ）に示すように、カーボンナノチューブを形成しようとする位置及び方向に応じて形成するパターンを決定し、そのパターンに合わせて基板１上にフォトレジスト２でパターニングを行なう。【００８４】
次に、工程（２）において、図１（ｂ）に示すように、パターニングを行なった基板１の表面に、触媒３となる金属を蒸着する。触媒３となる金属の例としては、鉄、ニッケル、コバルトなどの遷移金属、あるいはそれらの合金などが挙げられる。【００８５】
続いて、工程（３）において、図１（ｃ）に示すように、触媒３の蒸着後、リフトオフを行なう。リフトオフにより、フォトレジスト２は基板１から除去されるため、フォトレジスト２表面に蒸着された触媒３もともに基板１から除去される。これにより、工程（１）で形成したパターンに合わせて触媒３のパターンが形成される。【００８６】
最後に、工程（４）において、図１（ｄ）に示すように、ＣＶＤ（化学気相堆積法）炉４で、高温においてメタンガスやアルコールガスなどの原料ガスを流し、触媒３と触媒３との間にカーボンナノチューブ５を形成する。高温においては、金属触媒３は直径数ｎｍの微粒子状になり、これを核としてカーボンナノチューブが成長する。なお、ここで高温とは、３００℃以上１２００℃以下を指す。【００８７】
以上のように、工程（１）〜工程（４）によってカーボンナノチューブ５を形成することができる。
通常は、その後、カーボンナノチューブ５の両端にオーミック電極等でソース電極及びドレイン電極を形成する。この際、ソース電極やドレイン電極はカーボンナノチューブ５の先端に取り付けてもよいし、側面に取り付けてもよい。また、ソース電極やドレイン電極の電極形成の際に、よりよい電気的接続を目的として、３００℃〜１０００℃の範囲の熱処理を行ってもよい。さらに、適当な位置に感知用ゲート、電圧印加ゲート、絶縁性部材、低誘電率層、高誘電率層などを設けて、トランジスタを作製する。
以上の作製方法により、ＦＥＴチャネルを形成し、電界効果トランジスタを作製することができる。【００８８】
さらに、工程（１）〜（４）で作製したＦＥＴチャネルとしてのカーボンナノチューブ５に水素、酸素、アルゴンなどの雰囲気ガスでの加熱、酸溶液中での煮沸などの化学処理を行ない、欠陥を導入して量子ドット構造を形成させることにより、ＳＥＴチャネルを作製することもできる。
また、トランジスタを集積する場合など、基板上に複数のトランジスタを集積する場合も、同様に、通常はフォトリソグラフィー法等を用いて、同一基板上に複数のソース電極、ドレイン電極用の触媒をパターニングし、カーボンナノチューブを成長することにより、トランジスタのアレイを作製することができる。【００８９】
ここで例示したカーボンナノチューブによるチャネルの作製方法を用いれば、位置及び方向を制御しながらカーボンナノチューブを形成して、トランジスタを作製することができる。また、カーボンナノチューブの成長方向を制御することなどを目的として、図２に示すように、触媒３の形状を先端が急峻な形状とし、カーボンナノチューブ５の成長中にこの２つの触媒間に電圧（電界）を印加するようにしてもよい。これにより、急峻な触媒間の電気力線に沿ってカーボンナノチューブ５を成長させ、チャネル作製時の制御性を高めることができる。なお、図２はカーボンナノチューブによるチャネルの作製方法の一例を説明するための模式図であり、この図２において、図１と同じ符号は、同様のものを表わす。【００９０】
上記のように、触媒３間に電荷を印加することによって、電気力線に沿ってカーボンナノチューブ５が成長する理由は定かではないが、次の２通りが推察される。第１の考えは、電極（ここでは、触媒３）から成長を開始したカーボンナノチューブ５は大きな分極モーメントを有しているために、電界に沿った方向に成長する、という考えである。もう一方の考えは、高温で分解したカーボンイオンが電気力線に沿ってカーボンナノチューブ５を形成していく、という考えである。【００９１】
また、第２の考えとしては、カーボンナノチューブ５の成長を阻害する要因として、基板１とカーボンナノチューブ５との間に働く大きなファンデルワールス力の影響でカーボンナノチューブ５が基板１に密着し、方向制御が困難になることが考えられる。したがって、このファンデルワールス力の影響を小さくするため、上記のトランジスタの作製方法において、図３に示すように、触媒３と基板１との間に酸化シリコン等で形成したスペーサ層６を設け、カーボンナノチューブ５を基板１から浮かして成長を行なうようにすることが好ましい。なお、図３はカーボンナノチューブによるチャネルの作製方法の一例を説明するための模式図であり、図３において、図１及び図２と同じ符号は、同様のものを表わす。【００９２】
（４．検出用感知ゲート）
検出用感知ゲートは、ゲート本体である感知用ゲートと、感知部（相互作用感知部）とを有して構成されている。第１のセンサユニットでは、検出用感知ゲートの感知部で相互作用が生じた場合、感知用ゲートのゲート電圧が変化するようになっており、この感知用ゲートのゲート電圧に伴って生じるトランジスタの特性の変化を検出することにより検出対象物質の検出を行なうことができるようになっている。【００９３】
（４−１．感知用ゲート）
感知用ゲート（即ち、ゲート本体）は、対応するソース電極及びドレイン電極と同一の基板に固定されたゲートである。この感知用ゲートは、トランジスタのチャネル内の荷電粒子の密度を制御するゲート電圧を印加できるものであれば他に制限は無い。通常、感知用ゲートはチャネル、ソース電極及びドレイン電極から絶縁された導体を有して構成され、一般的には導体および絶縁体から構成される。【００９４】
感知用ゲートを構成する導体は任意であるが、その具体例としては、金、白金、チタン、炭化チタン、タングステン、ケイ化タングステン、窒化タングステン、アルミニウム、モリブデン、クロム、多結晶シリコンなどが挙げられる。なお、感知用ゲートの材料である導体は１種を単独で用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
また、上記導体の絶縁に用いる絶縁体も任意であり、その具体例としては、基板の材料として例示した絶縁体と同様のものが挙げられる。さらに、感知用ゲートの絶縁に用いる絶縁体についても、１種を単独で用いても良く、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
なお、感知用ゲートの導体に代えて、又は導体と併用して、半導体を用いるようにしても良い。その際の半導体の種類は任意であり、また、１種を単独で用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。【００９５】
また、感知用ゲートの寸法及び形状は任意である。
さらに、感知用ゲートを配置する位置は、チャネルに対してゲート電圧を印加することができる位置であれば他に制限は無く、例えば基板の上方に配設してトップゲートとしてもよく、基板のチャネルと同じ側の面上に配設してサイドゲートとしてもよく、基板の裏面（チャネルと反対側の面）に配設してバックゲートとしてもよい。これにより、検出時の操作を簡単に行なうことができる。ただし、トップゲートとして感知用ゲートを形成すると、一般にチャネルとトップゲートとの距離はチャネルと他の位置のゲートとの距離に比べて近いため、センサユニットの感度を高めることができる。【００９６】
さらに、感知用ゲートをトップゲート又はサイドゲートとして形成する場合には、チャネルの表面に絶縁膜を介してゲートを形成してもよい。ここでいう絶縁膜としては、絶縁性を有する任意の膜を任意に用いることができるが、通常は、絶縁性の素材で形成された膜である。絶縁膜の素材は絶縁性を有していれば他に制限は無く任意であるが、具体例としては、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、弗化カルシウムなどの無機材料、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド、テフロン（登録商標）などの高分子材料が挙げられる。【００９７】
また、感知用ゲートには、使用時に、電圧を印加するようにしてもよいし、電圧を印加せずフローティングの状態とするようにしても良い。
さらに、感知用ゲートの数は任意であり、トランジスタに１つのみの感知用ゲートを設けても良く、２つ以上の感知用ゲートを設けてもよい。【００９８】
（４−２．感知部）
本実施形態において感知部は、検出対象物質と選択的に相互作用をする特定物質を固定され、基板とは離隔して形成された部材であり、検出対象物質と特定物質との相互作用が生じた場合に、その相互作用を電気信号（電荷の変化）として感知用ゲートに送ることができるように構成されている。ここで、検出対象物質とは、第１のセンサユニットを用いて検出しようとする対象であり、特定物質とは、検出対象物質と何らかの相互作用を選択的に生じる物質である。一つの感知部には、１種の特定物質を単独で固定しても良く、２種以上の特定物質を任意の組み合わせ及び比率で固定化してもよいが、通常は、一つの感知部に対しては１種の特定物質を単独で固定化する。なお、これらの検出対象物質、特定物質及び相互作用については、後で詳細に説明する。【００９９】
感知部は、特定物質を固定化でき、そこで生じた相互作用を感知用ゲートが電気信号として取り出すことができれば他に制限は無く、任意の材料で形成することができる。例えば、導体や半導体などで形成することができるが、検出感度を高めるためには、導体で形成することが好ましい。なお、感知部を形成する導体及び半導体の具体例は、感知用ゲートの材料として例示したものと同様のものを用いることができる。また、これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。【０１００】
また、感知部として、金属以外に薄い絶縁膜を使用してもよい。絶縁膜としては、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、弗化カルシウムなどの無機材料、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド、テフロン（登録商標）などの高分子材料を用いることができる。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。ただし、感知用ゲートが相互作用を電気信号として取り出すことができるよう、感知用ゲートとの距離を小さくしたり、絶縁膜の膜厚を十分小さくしたりすることが望ましい。【０１０１】
さらに、感知部は、上記のように相互作用による電気信号を感知用ゲートに送るため、少なくとも検出時（使用時）には、感知用ゲートに対して電気的に導通をとりうるように構成されている。どのようにして導通をとるかは任意であるが、例えば、導線、コネクタ等の導通部材を用いて電気的に接続して導通をとるようにしても良く、感知部と感知用ゲートとを直接接続することにより導通をとるようにしてもよい。【０１０２】
また、感知部は感知用ゲートに対して、直接又は間接に、機械的に着脱可能に構成することが望ましい。即ち、感知用ゲートを、直接又は導通部材等を用いて機械的に感知用ゲートに装着（接続）されたときには感知用ゲートに電気的に導通状態となり、機械的に感知用ゲートから脱離されたときには感知用ゲートに電気的に非導通状態となるように構成することが望ましい。これにより、感知部を取替えることで特定物質を交換することが可能となる。つまり、センサユニット全体を交換しなくとも、検出対象物質や検出の目的に応じて特定物質を交換することができるようになり、センサユニットの製造コスト、操作の手間などを大幅に改善することが可能となる。【０１０３】
さらに、感知部は１個を単独で設けても良く、２個以上を設けてもよい。また、感知部を２個以上設ける場合、各感知部に固定する特定物質は、同種であっても、異なっていても良い。このように感知部を２個以上設けることにより、複数の相互反応を一つのセンサユニットで検出できるようになり、これにより、一つのセンサユニットでさらに多種の検出対象物質の検出を行なうことができるようになる。ただし、感知部同士は、各感知部における相互作用を確実に感知するため、通常は電気的に非導通状態とすることが望ましい。【０１０４】
また、感知部を２個以上設ける場合、１つの感知用ゲートに対して２つ以上の感知部を対応して設けることが好ましい。即ち、１つの感知用ゲートが、２つ以上の感知部と導通可能に形成されることが好ましい。このように、２つ以上の感知部で生じる相互作用に起因する電気信号を１つの感知用ゲートに送り、それをトランジスタの特性の変化として検出するようにすれば、感知用ゲートの数を抑制することができ、ひいては、トランジスタの小型化、及び集積化を行なうことが可能になる。
さらに、感知部の形状及び寸法に制限は無く、その用途や目的に応じて任意に設定することができる。【０１０５】
（５．電圧印加ゲート）
第１のセンサユニットは、検出対象物質と特定物質との相互作用により生じるトランジスタの特性の変化を検出することにより、検出対象物質を検出する。このようなトランジスタの特性の変化が生じるには、通常、チャネルに電流を流すことになるが、そのためには、チャネルに対して電界を生じさせることになる。したがって、ゲートに電圧を印加し、そのゲート電圧によりチャネルに対して電界を生じさせることになる。【０１０６】
ゲート電圧を印加する場合には、上述したように、感知用ゲートに電圧を印加し、その電圧をゲート電圧としてチャネルに電圧を印加するようにしても良い。また、相互作用によって電圧が生じるような場合には、感知用ゲートをフローティングの状態にし、相互作用により生じる電圧をゲート電圧として用いるようにしても良い。しかし、検出の精度を高めるためには、感知用ゲートとは別に、相互作用をトランジスタの特定の変化として検出するための電圧を印加される電圧印加ゲートを設け、この電圧印加ゲートによりチャネルに対して電界を生じさせることが望ましい。【０１０７】
電圧印加ゲートは、基板の外部に形成しても好いが、通常は、基板に固定されたゲートとして設けられる。また、通常、チャネル、ソース電極及びドレイン電極から絶縁された導体を有して構成され、一般的には導体および絶縁体から構成される。【０１０８】
電圧印加ゲートを構成する導体は任意であるが、具体例としては、感知用ゲートに用いる導体と同様のものが挙げられる。また、この導体は１種を単独で用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
さらに、上記導体の絶縁に用いる絶縁体も任意であり、その具体例としては、感知用ゲートの材料として例示した絶縁体と同様のものが挙げられる。また、この絶縁体についても、１種を単独で用いても良く、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
なお、電圧印加ゲートの導体に代えて、又は導体と併用して、半導体を用いるようにしても良い。その際の半導体の種類は任意であり、また、１種を単独で用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。【０１０９】
また、電圧印加ゲートの寸法及び形状は任意である。
さらに、電圧印加ゲートを配置する位置は、チャネルに対してゲート電圧を印加することができる位置であれば他に制限は無く、例えば基板の上方に配設してトップゲートとしてもよく、基板のチャネルと同じ側の面上に配設してサイドゲートとしてもよく、基板の裏面に配設してバックゲートとしてもよい。これにより、検出をより簡単に行なうことができる。
また、電圧印加ゲートをトップゲート又はサイドゲートとして形成する場合には、チャネルの表面に絶縁膜を介してゲートを形成してもよい。ここでいう絶縁膜としては、感知用ゲートにおいて用いたのと同様のものを指す。【０１１０】
さらに、電圧印加ゲートをバックゲートとして設け、且つ、トランジスタ部を集積する場合には、各トランジスタに、それぞれ電気的に分離されたバックゲートを設けることが好ましい。トランジスタ部を集積した場合、電気的に分離しないと、隣のトランジスタ部の電圧印加ゲートによる電界の影響で検出感度が低下する虞があるためである。また、この場合、公知技術として広く一般に実施されているような、基板に高ドープをしてアイランドを作製する方法を採用したり、さらに、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）で電気絶縁を行なったり、または、ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）でデバイス間を電気的に絶縁分離することが好ましい。【０１１１】
さらに、電圧印加ゲートに電圧を印加する場合、その電圧の印加方法に制限はなく任意である。例えば、配線などを通じて電圧を印加しても良いが、検体液を含めた何らかの液体を通じて電圧を印加するようにしても良い。【０１１２】
電圧印加ゲートには、相互作用をトランジスタの特定の変化として検出するための電圧が印加される。相互作用が生じた場合、ソース電極とドレイン電極間に流れる電流（チャネル電流）の電流値、しきい値電圧、ドレイン電圧のゲート電圧に対する傾き、また次に挙げるものは単一電子トランジスタ特有の特性であるが、クーロン振動のしきい値、クーロン振動の周期、クーロンダイアモンドのしきい値、クーロンダイアモンドの周期などのトランジスタの特性値にその相互作用に起因する変動が生じる。通常、印加される電圧の大きさは、この変動を最大とすることができる大きさに設定する。【０１１３】
（６．集積化）
上述したトランジスタは、集積化されていることが好ましい。即ち、単一の基板に、ソース電極、ドレイン電極、チャネル、検出用感知ゲート、及び、適宜電圧印加ゲートが２以上設けられていることが好ましく、さらに、それらはできるだけ小型化されていることがより好ましい。ただし、検出用感知ゲートの構成要素のうち、感知部は、通常は基板とは別に形成されるため、基板上には少なくとも感知用ゲート（ゲート本体）が集積されていればよい。また、適宜、各トランジスタの構成部材はそれぞれ他のトランジスタの構成部材と共有されるように設けてもよく、例えば、検出用感知ゲートの感知部、及び、電圧印加ゲート等は、集積化されたトランジスタのうちの２以上に共有されるようにしてもよい。さらに、集積化するトランジスタは１種のもののみを集積化しても良く、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用して集積化しても良い。【０１１４】
このようにトランジスタの集積化を行なうことにより、センサユニットの小型化及び低コスト化、検出の迅速化及び検出感度の向上、並びに操作の簡便等の利点のうちの少なくともいずれかを得ることができる。即ち、例えば、集積化により一度に多数の検出用感知ゲートを設けることができるため、一つのセンサユニットで多数の検出対象物質を検出することができる多機能なセンサユニットを、低コストで提供することができる。また、例えばソース電極及びドレイン電極を多数並列接続するように集積化を行なえば、検出感度を高めることが可能になる。さらに、例えば、分析結果の検討のため等に用いる比較用の電極などを別途用意する必要がなくなり、あるトランジスタを用いた結果を同一センサユニット上にある他のトランジスタの結果と比較して分析することが可能となる。【０１１５】
トランジスタの集積化を行なう場合、トランジスタの配置やそれに固定化される特定物質の種類などは任意である。例えば、ひとつの検出対象物質を検知するためにひとつのトランジスタを用いてもよいし、複数のトランジスタのアレイを用いソース電極−ドレイン電極間を並列に電気的に接続し、各々の検出用感知ゲートでは同じ検出対象物質を検知することにより、ひとつの検出対象物質を検知するために複数のトランジスタを用いてもよい。【０１１６】
また、集積化の具体的な方法に制限はなく、公知の方法を任意に用いることができるが、通常は、集積回路を製造する際に一般的に用いられている製造方法を利用することができる。また、最近ではＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）と呼ばれる、金属（導体）や半導体に機械的要素を作りこむ方法も開発されており、その技術を利用することも可能である。【０１１７】
さらに、集積化を行なった場合の配線についても制限はなく任意であるが、通常は、寄生容量や寄生抵抗の影響をできるだけ排除するように配置等を工夫することが好ましい。具体的には、例えば、エアブリッジ技術やワイヤボンディング技術を用いて各ソース電極間及び／又はドレイン電極間を接続したり感知用ゲートと感知部とを接続したりすることが好ましい。【０１１８】
［II．電気接続切替部］
第１のセンサユニットにおいてトランジスタ部が集積されている場合や感知部が複数設けられている場合、即ち、感知用ゲート及び感知部の一方又は両方が２個以上設けられている場合には、第１のセンサユニットは、感知用ゲートと感知部との導通を切り替える電気接続切替部を備えていることが好ましい。これにより、センサユニットの小型化や、検出データの信頼性向上、検出の効率化などを図ることができる。なお、トランジスタを集積した場合には、同一のトランジスタ内の導通だけでなく、他のトランジスタとの間で上記の導通を切り替えるように構成しても良い。【０１１９】
例えば、１つの感知用ゲートに対して２つ以上の感知部が対応して設けられている場合には、電気的接続切替部は、２以上の感知部のうちのどれと、感知用ゲートとを導通させるかを選択的に切り替えることが可能に構成できる。これにより、１つの感知用ゲートで２以上の感知部で生じる相互作用による電気信号を取り出すことができ、感知用ゲートの数の抑制が可能となり、ひいてはトランジスタの数の抑制が可能となるため、センサユニットの小型化を行なうことが可能となる。【０１２０】
また、例えば２以上の感知用ゲートに対して１つの感知部が設けられている場合には、電気的接続切替部は、２以上の感知用ゲートのうちのどれと、感知部とを導通させるかを選択的に切り替えることが可能に構成できる。これにより、一つの相互作用を２以上の感知用ゲートを用いて検出することが可能となり、各感知用ゲートを用いた検出データを利用することで、検出データの信頼性を高めることが可能となる。
さらに、感知用ゲート及び感知部がそれぞれ２以上対応して設けられている場合には、両者を組み合わせて、効率的な検出な検出を行なうことが可能となるほか、上記の効果も得ることができる。【０１２１】
電気接続切替部は、感知用ゲートと感知部との導通を切り替えることができればその具体的構成は任意であるが、通常は、感知用ゲートと感知部とを導通させる導通部材として構成することが好ましい。例えば、感知用ゲートと感知部とを接続する配線を有するコネクタにおいて、その配線を適切に切り替えるスイッチを設けるようにすれば、そのコネクタを電気接続切替部として用いることができる。また、スイッチ自体を電気接続切替部とみなしてもよい。【０１２２】
［III．反応場セルユニット］
本実施形態の反応場セルユニットは、検体を感知部に接触させる部材である。また、検体とは、センサユニットを用いて検出する対象となるものであり、その検体に検出対象物質が含有されている場合には、その検出対象物質と特定物質とが相互作用するようになっている。【０１２３】
反応場セルユニットは、検体を感知部に接触させて、その検体に検出対象物質が含有されている場合に上記の相互作用を生じさせることができれば具体的な構成に制限は無い。例えば、検体を感知部に接触するように保持する容器として構成することができる。ただし、検体が流体である場合には、検体を流通させる流路を有する部材として構成することが望ましい。検体を流通させて検出を行なうことにより、検出の迅速化、操作の簡便等の利点を得ることができる。【０１２４】
また、反応場セルユニットには、上述した感知部を形成してもよい。即ち、基板上の感知用ゲートと、反応場セルユニットの感知部とにより、検出用感知ゲートが構成されるようにしても良い。これにより、感知部の着脱を反応場セルユニットの着脱と共に行なうことが可能となり、操作の簡便化を図ることができる。
さらに、反応場セルユニットに流路が形成されている場合には、感知部は、その流路に面して特定物質を固定化することが好ましい。これにより、流路に検体を流通させた際、検体に検出対象物質が含まれていれば確実に上記の相互作用を生じさせることができる。【０１２５】
ここで、流路について説明する。
流路の形状、寸法、本数等に特に制限は無いが、その検出の目的に応じて、適切な流路を形成することが望ましい。例えば、２以上の相互作用を感知する場合には、相互作用の感知に用いる試薬や反応生成物が他の相互作用の感知を阻害することを防止するため、各感知部を仕切る壁部を設けること等により、個々の感知部間において検体が混合しないよう流路を設けることができる。また、例えば、別種の検出対象物質を一度で分析する場合や、相互作用の感知に必要な試薬を個々の感知部に別々に導入する場合などには、検体を予め別々の流路に分離させることも可能である。【０１２６】
流路の具体的な形状は種々のものが考えられるが、その例としては、下記のものが挙げられる。図４（ａ）〜図４（ｆ）は、それぞれ流路を形成した反応場セルユニットの平面図である。
例えば、図４（ａ）に示すように、複数の流路７を並列に形成し、各流路７毎に、感知部８、流路７に流体を注入するための注入部９、及び、流路７から流体を排出するための排出部１０を設けるようにしてもよい。流路形状をこのように形成すれば、各注入部９より別々の検体が流路７を介して各々の感知部８に流れ込み、検体に検出対象物質が含まれている場合はそこで相互作用が生じ、その後それぞれ別の排出口１０より検体が排出される。したがって、それぞれ別々の検体を各注入部９に注入して各流路７に検体を流通させた場合には流路７毎にそれぞれ異なる検体の分析を行なうことができ、また、同じ検体を各注入部９に注入して各流路７に検体を流通させた場合でも、感知部８にそれぞれ異なる特定物質を固定していれば、感知部８毎に異なる相互作用を検出することができる。【０１２７】
また、例えば図４（ｂ）に示すように、並列に設けた流路７に対し、各流路７毎に感知部８を設け、また、各流路７に共通の注入部９及び排出部１０を設けてもよい。流路形状をこのように形成すれば、１つの注入部９から注入された検体が流路７を介して分れて各感知部８に流れ込み、検体に検出対象物質が含まれている場合はそこで相互作用が生じ、その後１つの排出口１０より検体が排出される。したがって、単一の検体について、感知部８毎に異なる相互作用を感知することができる。【０１２８】
さらに、例えば図４（ｃ）に示すように、並列に設けた流路７に対し、各流路７毎に感知部８及び注入部９を設け、また、各流路７に共通の排出部１０を設けてもよい。流路形状をこのように形成すれば、各注入部９より別々の検体が流路７を介して各々の感知部８に流れ込み、検体に検出対象物質が含まれている場合はそこで相互作用が生じ、その後１つの排出口より検体が排出される。したがって、それぞれ別々の検体を各注入部９に注入して各流路７に検体を流通させた場合には流路７毎にそれぞれ異なる検体の分析を行なうことができ、また、同じ検体を各注入部９に注入して各流路７に検体を流通させた場合でも、感知部８にそれぞれ異なる特定物質を固定していれば、感知部８毎に異なる相互作用を検出することができる。【０１２９】
また、例えば図４（ｄ）に示すように、幅広に形成した流路７に複数の感知部８を設け、各感知部８間で検出を阻害する混合が生じないよう、感知部８間に仕切壁１１を設けてもよい。流路形状をこのように形成すれば、１つの注入部９から注入された検体が流路７に既設された仕切壁１１により分れ、各々の感知部８に流れ込み、検体に検出対象物質が含まれている場合はそこで相互作用が生じ、その後１つの排出口１０より検体が排出される。したがって、単一の検体について、感知部８毎に異なる相互作用を感知することができ、また、感知部８間での混合を抑制し、正確な分析を行なうことが可能となる。【０１３０】
さらに、例えば図４（ｅ）に示すように、図４（ｃ）のような形状の流路７に対し、各流路７毎に２以上の注入部９を設けてもよい。流路形状をこのように形成すれば、対応する注入部９のうちの一方の注入部９に注入された検体は、流路７の注入部９と感知部８との間の部分を流通する間に、他方の注入部９から注入された流体（通常は、検出に用いる試薬）と混合され、混合された検体が感知部８に流れ込み、検体に検出対象物質が含まれている場合はそこで相互作用が生じ、その後１つの排出口１０より検体が排出される。したがって、図４（ｃ）に示した流路で得られる利点の他、流路７中での流れを利用して試薬等との混合を行なうことができるため、検体の分析を更に効率よく簡単に行なうことができる。【０１３１】
また、ここでは流路７を並列に形成する例を示したが、流路７は直列に形成しても良く、例えば、図４（ｆ）に示すように、流路７の流れに沿って感知部８を設けてもよい。【０１３２】
また、これらの流路を形成する部材（フレームなど）の材質は任意であり、樹脂等の有機材料、セラミックス、ガラス、金属等の無機材料など、その種類は特に限定されない。ただし、各感知部８間は、通常は絶縁されていることが好ましい。さらに、検出対象物質と特定物質との相互作用を、上記トランジスタを用いて感知すると共に、蛍光、発光、発色又は燐光等を利用して光学的に測定する場合には、反応場セルユニットの光学観測部（光学的な観測を行なう部分）を、観測する波長の光が透過できる部材により形成することが好ましい。例えば、可視光を観測する場合には、透明な材料により形成することが好ましい。透明な材料の具体例としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリジメチルシロキサン、ポリオレフィン等の樹脂や、Ｐｙｒｅｘ（登録商標。ホウケイ酸ガラス）、石英ガラス等のガラスが挙げられる。但し、反応場セルユニットを分解して測定することが可能な場合には、透明度は必要とされない。【０１３３】
流路の製作方法は任意であるが、例えば、凹部及びスリット状溝の形成方法としては、機械加工、射出成型や圧縮成型に代表される転写技術、ドライエッチング（ＲＩＥ，ＩＥ，ＩＢＥ，プラズマエッチング，レーザーエッチング，レーザーアブレーション，ブラスト加工，放電加工，ＬＩＧＡ，電子ビームエッチング，ＦＡＢ）、ウエットエッチング（化学浸食）、光造形やセラミックス敷詰等の一体成型、各種物質を層状にコート，蒸着，スパッタリング，堆積して部分的に除去することにより微細構造物を形成するＳｕｒｆａｃｅ  Ｍｉｃｒｏ−ｍａｃｈｉｎｉｎｇ、インクジェットやディスペンサーにより流路構成材料を滴下して形成する方法（即ち、凹部及び流れ方向中間部を一体に凹部として形成し、その後、上記中間部に流れ方向に沿って流路構成材料を滴下し、仕切壁を形成する方法）、光造形法、スクリーン印刷、インクジェットなどの印刷、又はコーティングなどを適宜選択して用いればよい。【０１３４】
［IV．検出対象物質、特定物質及び相互作用］
（１．検出対象物質及び特定物質）
検出対象物質とは、本実施形態のセンサユニットが検出する対象となる物質である。検出対象物質については特に制限は無く、任意の物質を検出対象物質とすることができる。また、検出対象物質として、純物質以外のものを用いることも可能である。
また、検出対照物質の検出に必要な特定物質は、検出対象物と選択的に相互作用できるものであれば特に制限は無く、任意の物質を用いることができる。【０１３５】
検出対象物質及び特定物質それぞれの具体例としては、タンパク質（酵素、抗原／抗体、レクチン等）、ペプチド、脂質、ホルモン（アミン・アミノ酸誘導体・ペプチド・タンパク質等からなる含窒素ホルモン、及び、ステロイドホルモン）、核酸、糖、オリゴ糖、多糖等の糖鎖、色素、低分子化合物、有機物質、無機物質、ｐＨ、イオン（Ｎａ＋，Ｋ＋，Ｃｌ−等）若しくはこれらの融合体、または、ウィルス若しくは細胞を構成する分子、血球などが挙げられる。
また、これらの検出対象物質は、血液（全血、血漿、血清）、リンパ液、唾液、尿、大便、汗、粘液、涙、随液、鼻汁、頸部又は膣の分泌液、精液、胸膜液、羊水、腹水、中耳液、関節液、胃吸引液、組織・細胞等の抽出液や破砕液等の生体液を含むほとんど全ての液体試料中に含まれる成分として検出される。【０１３６】
タンパク質としては、タンパク質の全長であっても結合活性部位を含む部分ペプチドでもよい。またアミノ酸配列、及びその機能が既知のタンパク質でも、未知のタンパク質でもよい。これらは、合成されたペプチド鎖、生体より精製されたタンパク質、あるいはｃＤＮＡライブラリー等から適当な翻訳系を用いて翻訳し、精製したタンパク質等でも標的分子として用いることができる。合成されたペプチド鎖は、これに糖鎖が結合した糖タンパク質であってもよい。これらのうち好ましくは、アミノ酸配列が既知の精製されたタンパク質か、あるいはｃＤＮＡライブラリー等から適当な方法を用いて翻訳、精製されたタンパク質を用いることができる。【０１３７】
さらに、脂質としては、特に制限はない。例えば脂質及びタンパク質と脂質との複合体、糖と脂質との複合体等が挙げられ、具体例を挙げると、総コレステロール、ＬＤＬ−コレステロール、ＨＤＬ−コレステロール、リポタンパク、アポリポタンパク、トリグリセライド等が挙げられる。
また、核酸としては、特に制限はなく、ＤＮＡあるいはＲＮＡも用いることができる。また、塩基配列あるいは機能が既知の核酸でも、未知の核酸でもよい。好ましくは、タンパク質に結合能力を有する核酸としての機能、及び塩基配列が既知のものか、あるいはゲノムライブラリー等から制限酵素等を用いて切断単離してきたものを用いることができる。【０１３８】
さらに、糖鎖としては、その糖配列あるいは機能が、既知の糖鎖でも未知の糖鎖でもよい。好ましくは、既に分離解析され、糖配列あるいは機能が既知の糖鎖が用いられる。
また、低分子化合物としては、相互作用する能力を有する限り、特に制限はない。機能が未知のものでも、あるいはタンパク質と結合もしくは反応する能力が既に知られているものでも用いることができる。【０１３９】
（２．相互作用）
上記の通り、感知部上には数多くの特定物質を固定化でき、特定物質が固定化された感知部を用いれば、本実施形態のセンサユニットを、その特定物質と相互作用する物質（検出対象物質）を検出するバイオセンサーなどに好適に使用できる。この際、検出対象物質と特定物質との間で生じる相互作用に制限は無いが、例えば、検出対象物質と特定物質との反応のほか、ｐＨ、イオン、温度、圧力、誘電率、抵抗値、粘度等の外環境の変化などが挙げられる。これらは、例えば感知部に固定化される機能性物質等の特定物質が関与する応答や機能性物質が固定化されないゲートそのものの応答などとして感知可能であり、これらを用いることにより、例えば血液凝固能測定や血算測定などを行なうことができる。【０１４０】
また、検出されるシグナル（相互作用により生じるトランジスタ部の特性の変化）の増幅や特定を目的として、特定物質と相互作用した物質と更に相互作用する物質（標識物質）で、検出対象物質を標識することも可能である。なお、標識物質としては、例えば、酵素（例えばＨ２Ｏ２等の電気的活性種を生成及び／又は消費できる酵素）、電気化学的反応や発光反応等を有する物質やこれらの物質を生成及び／又は消費できる酵素、荷電を有する高分子や粒子などが挙げられる。また、標識物質は１種を単独で用いても２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。これらの標識を行なう方法は、イムノアッセイやインターカレーター等を利用したＤＮＡ解析の領域では標識化測定法として広く用いられている方法である（参考文献：今井一洋  生物発光と化学発光  昭和６４年  廣川書店、Ｐ．ＴＩＪＳＳＥＮエンザイムイムノアッセイ  生化学実験法  １１  東京化学同人、Ｔａｋｅｎａｋａ，Ａｎａｌ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．，２１８，４３６（１９９４）等多数）。【０１４１】
前記のように、特定物質と検出対象物質との「相互作用」とは特に限定されるものではないが、通常は、共有結合、疎水結合、水素結合、ファンデルワールス結合、及び静電力による結合のうち少なくとも１つから生じる分子間に働く力による作用を示す。ただし、本明細書に言う「相互作用」との用語は最も広義に解釈すべきであり、いかなる意味においても限定的に解釈してはならない。共有結合としては、配位結合、双極子結合を含有する。また静電力による結合とは、静電結合の他、電気的反発も含有する。また、上記作用の結果生じる結合反応、合成反応、分解反応も相互作用に含有される。【０１４２】
相互作用の具体例としては、抗原と抗体との間の結合及び解離、タンパク質レセプタとリガンドとの間の結合及び解離、接着分子と相手方分子との間の結合及び解離、酵素と基質との間の結合及び解離、アポ酵素と補酵素との間の結合及び解離、核酸とそれに結合するタンパク質との間の結合及び解離、核酸と核酸との間の結合及び解離、情報伝達系におけるタンパク質同士の間の結合と解離、糖タンパク質とタンパク質との間の結合及び解離、あるいは糖鎖とタンパク質との間の結合及び解離、細胞及び生体組織と蛋白質との間の結合及び解離、細胞及び生体組織と低分子化合物との間の結合及び解離、イオンとイオン感応性物質との間の相互作用等が挙げられるが、この範囲に限られるものではない。例えば、イムノグロブリンやその派生物であるＦ（ａｂ′）２、Ｆａｂ′、Ｆａｂ、レセプタや酵素とその派生物、核酸、天然あるいは人工のペプチド、人工ポリマー、糖質、脂質、無機物質あるいは有機配位子、ウィルス、細胞、薬物等が挙げられる。【０１４３】
また、検出用感知ゲートに固定化される特定物質と他の物質との「相互作用」として、物質以外にもｐＨやイオン、温度、圧力、誘電率、抵抗値、粘度等の外環境の変化に対するゲートに固定化される機能性物質の関与する応答及び機能性物質が固定化されないゲートそのものの応答が挙げられ、これらの具体例として、前記の通り、血液凝固能測定、血算測定などが挙げられる。【０１４４】
（３．感知部への特定物質の固定化方法）
感知部への特定物質の固定化方法としては、感知部に特定物質を固定することができる方法であれば特に制限は無く、任意である。例えば、感知部に直接物理吸着で結合させることも可能であるが、予め感知部上にアンカー部を有するフレキシブルスペーサーを介して結合させても良い。【０１４５】
感知部に金等の金属を用いた場合、フレキシブルスペーサーは構造式（ＣＨ２）ｎ（ｎは１から３０までの自然数を表すが、２から３０までが望ましく、２から１５までがさらに望ましい）のアルキレンを含有することが望ましい。スペーサー分子の一端は、金等の金属への吸着として適しているアンカー部としてチオール基やジスルフィド基を使用し、スペーサー分子の検出用感知ゲートから離れた方を向いている他端には固定化したい特定物質を結合しうる結合部を１個または複数個含有する。このような結合部は、例えばアミノ基やカルボキシル基、ヒドロキシル基、スクシミド基等種々の反応性官能基やビオチン及びビオチン誘導体、ジゴキシン、ジゴキシゲニン、フルオレセイン、および誘導体、テオフィリン等のハプテンやキレートを用いても良い。【０１４６】
また感知部に直接またはこれらスペーサーを介して導電性高分子、親水性高分子、ＬＢ膜等やマトリックスを結合させ、その導電性高分子、親水性高分子、ＬＢ膜等やマトリックスに固定化したい特定物質を１または複数種結合または包括／担持させても良い。さらに、予め導電性高分子、親水性高分子やマトリックスに固定化したい物質を１または複数個結合または包括／担持させた後に感知部に結合させても良い。【０１４７】
この際、導電性高分子としてはポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン等が使用され、親水性高分子としてはデキストラン、ポリエチレンオキシド等電荷を有さない高分子でも良いし、ポリアクリル酸、カルボキシメチルデキストラン等電荷を有する高分子でも良い。特に、電荷を有する高分子の場合、固定化したい物質と反対の荷電を有する高分子を使用することにより、電荷濃縮効果を利用して特定物質を結合または担持させることができる（特許第２８１４６３９号参照）。【０１４８】
特に、特定のイオンを検出する場合は、感知部上に特定のイオンに対応するイオン感応膜を形成させることができる。さらに、イオン感応膜の代わりに、あるいはイオン感応膜と共に酵素固定膜を形成させることにより、検出対象物質に対して酵素が触媒として作用した結果生じる生成物の生成を相互作用として感知し、それにより検出対象物質を検出することもできる。【０１４９】
更に、酵素活性を測定する場合は、抗酵素抗体の固定化された膜表面で酵素を捕捉した後、次いで酵素に対応する基質を含む酵素反応液を混合して、生成された酵素反応産物を上記と同じ方法で検出し、それにより酵素活性を測定することもできる（特開２００１−２９９３８６号公報参照）。【０１５０】
また、固定化したい特定物質を固定化した後、牛血清アルブミン、ポリエチレンオキシドまたは他の不活性分子により表面を処理したり、特定物質の固定化層の上に付着層で被覆することにより非特異的反応を抑制したり、透過することのできる物質を選択したり、制御したりすることもできる。【０１５１】
さらに、感知部として薄い絶縁膜を使用した際に、Ｈ＋、Ｎａ＋等のイオンを測定する場合は、必要であれば、絶縁膜上にそれぞれ測定対象となるイオンに対応するイオン感応膜を形成させることもできる。さらにイオン感応膜の代わりに、あるいはイオン感応膜とともに酵素固定膜を形成させることにより検出対象物質に対して酵素が触媒として作用した結果生じる生成物を測定することにより検出対象物質を検出することもできる（参考文献  鈴木周一：バイオセンサー  １９８４  講談社，軽部ら：センサーの開発と実用化、第３０巻、第１号、別冊化学工業  １９８６）。【０１５２】
（４．具体的検出例）
以下、本実施形態のセンサユニットを用いた検出対象物質の検出方法の具体例を例示する。
例えば、本実施形態のセンサユニットを用いれば、タンパク質等の抗原を検出対象物質として検出することができる。この場合、例えば、当該抗原に対する抗体が固定化された感知部で抗原抗体反応を行なわせ、電気的シグナルの変化を測定することができる。また、当該抗原に対する抗体が固定化された感知部表面で抗原抗体反応を行なわせた後、酵素等による適切な標識を付された当該抗原特異性抗体（第２標識抗体）を導入し、最後にこの標識物に対する基質を導入して、この時生成及び／又は消費されるＨ２Ｏ２等の電気的活性種を検出対象物質として検出することにより、当該抗原の濃度を測定する。この時、各反応工程で反応に関与しない共雑物や余剰成分を洗浄することにより取り除いても良い。さらに、酵素反応と電極間の電子移動を仲介するために電子伝達物質（メディエータ）を介在してもよく、分析法に関しても抗原抗体反応を利用した免疫学的分析法において広く知られているサンドイッチ法や競合法、阻害法等に基づくものであって良い。【０１５３】
また、上記の例は、抗原／抗体間の相互作用の他にも種々の生体分子間相互作用に適用される。そのような相互作用としては、例えば、抗体／抗抗体、ビオチン／アビジン、イムノグロブリンＧ／プロテインＡ、酵素／酵素受容体、ホルモン／ホルモン受容体、ＤＮＡ（又はＲＮＡ）／相補ポリヌクレオチド配列、薬物／薬物受容体等、多数の相補リガンド／リガンド受容体間において存在する。したがって、上記複合体の一方を測定対象物質とし、他方を感知部に固定化された特定物質として分析を行なうことができる。さらに、ＤＮＡ（又はＲＮＡ）／相補ポリヌクレオチド配列間の場合は、必要に応じてインターカレータを利用することもできる。【０１５４】
また、例えば、本実施形態のセンサユニットを用いれば、血液電解質を検出対象物質として検出することができる。この場合、通常は、液膜型イオン選択性電極法を採用する。
さらに、例えば、本実施形態のセンサユニットを用いれば、ｐＨの測定を行なうことができる。このｐＨの測定では、水素イオンを検出対象物質として検出し、それによりｐＨを測定する。また、通常は、水素イオン選択性電極法を採用する。【０１５５】
また、例えば、本実施形態のセンサユニットを用いれば、血液ガス等の溶存ガスを検出対象物質として検出することもできる。また、この測定には電極法を用いることができる。さらに、例えば、血液ガスとしてＰＯ２を検出する場合はＣｌａｒｋ電極を用い、血液ガスとしてＰＣＯ２を検出する場合はＳｅｖｅｒｉｎｇｈａｕｓ電極を用いるなど、使用する電極には公知のものを広く採用することができる。なお、血液ガスとしてＰＯ２を検出する場合には、通常、絶縁層にジルコニアを用いる。【０１５６】
さらに、例えば、本実施形態のセンサユニットを用いれば、酵素反応等の化学反応を利用した生化学項目の測定として基質（例えば、血糖）について測定を行なうこともできる。例えば基質としてグルコースを用い、グルコース濃度を測定する場合には、通常はＧＯＤ酵素電極法を採用することができる。即ち、ＧＯＤが固定化された感知部表面で「グルコース＋Ｏ２＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２Ｏ２＋グルコン酸」という反応を行わせ、生成された電気的活性種であるＨ２Ｏ２等を検出対象物質として検出し、グルコース濃度を測定する。このような、電気的活性種を生成或いは消費する酵素／基質の関係としてウレアーゼ／尿素窒素（ＢＵＮ）、ウリカーゼ／尿酸、コレステロールオキシターゼ／コレステロール、ビリルビンオキシダーゼ／ビリルビン等種々の関係が良く知られている（参考文献：日本臨床  第５３巻，１９９５年増刊号  広範囲  血液・尿化学検査、免疫学検査）。【０１５７】
また、例えば、本実施形態のセンサユニットを用いれば、生化学項目の測定として酵素について測定を行なうこともできる。例えば、酵素の一種であるＡＬＴ｛アラニンアミノトランスフェラーゼ。ＧＰＴ（グルタミン酸ピルビン酸トランスアミターゼ）ともいう｝の濃度などを測定する場合には、特開２００１−２９９３８６号公報記載の方法を用い、特定物質として抗ＡＬＴ抗体及びピルビン酸オキシダーゼが固定化された感知部で酵素を捕捉後、
α−ケトグルタル酸＋アラニン→グルタミン酸＋ピルビン酸（酵素：ＡＬＴ）
ピルビン酸＋Ｈ３ＰＯ４＋Ｏ２→アセチルリン酸＋酢酸＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ２（酵素：ピルビン酸オキシダーゼ）
という反応を行わせ、生成された電気的活性種であるＨ２Ｏ２等を検出対象物質として検出し、ＡＬＴの濃度を測定することができる。また、ＡＬＴを検出対象物質として直接、免疫学的に検出することにより、ＡＬＴの濃度を測定するようにしても良い。さらに、抗ＡＬＴ抗体を使用せず、予め上記の酵素反応を溶液中で行ない、この時生成される酵素反応産物を検出対象物質として検出するようにしても良い。【０１５８】
また、本実施形態のセンサユニットにおいてカーボンナノチューブをチャネルに用いれば、非常に高感度な検出を実現することができ、このため、高感度の検出感度を必要とする免疫項目等とその他の電解質等を同一原理で一度に測定することにより、機能別、疾患別に一度に診断を行なうことができ、ＰＯＣＴの実現が可能となる。【０１５９】
［Ｖ．分析装置の例］
以下に、第１のセンサユニット、及び、それを用いた分析装置の一例の構成を示すが、本発明は以下の例に限定されるものではなく、例えば各構成要素の説明において上述したように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において任意に変形して実施することができる。【０１６０】
図５は、第１のセンサユニットを用いた分析装置１００の要部構成を模式的に示す図であり、図６は、第１のセンサユニットの要部構成を模式的に示す分解斜視図である。また、図７（ａ），図７（ｂ）は、検出デバイス部１０９の要部構成を模式的に示す図であり、図７（ａ）はその斜視図、図７（ｂ）は側面図である。さらに、図８は、コネクタソケット１０５、分離型集積電極１０６及び反応場セル１０７を集積検出デバイス１０４に取り付けた状態について、その電極部１１６周辺を模式的に示す断面図である。なお、この図８においては、説明のため、コネクタソケット１０５はその内部の配線１２１のみを示す。また、図５〜図８において、同様の符号で示す部分は、同様のものを表わす。【０１６１】
図５に示すように、この分析装置１００は、センサユニット１０１と、測定回路１０２とを有して構成され、ポンプ（図示省略）によって検体を矢印のように流すことができるように構成されている。ここで、測定回路１０２は、センサユニット１０１内のトランジスタ部（図８のトランジスタ部１０３参照）の特性変化を検出するための回路（トランジスタ特性検出部）であり、具体例としては、任意の抵抗、コンデンサ、電流計、電圧計、通常利用することができる集積回路素子（所謂ＩＣ、オペレーショナルアンプ等）、コイル（インダクタ）、フォトダイオード、ＬＥＤ（発光ダイオード）などを含めた公知の電子回路部品を用いた回路などから目的に応じて構成される。【０１６２】
センサユニット１０１は、図６に示すように、集積検出デバイス１０４と、コネクタソケット１０５と、分離型集積電極１０６と、反応場セル１０７とを備えている。このうち、集積検出デバイス１０４は分析装置１００に固定されている。一方、コネクタソケット１０５、分離型集積電極１０６及び反応場セル１０７は、集積検出デバイス１０４から機械的に着脱可能となっている。【０１６３】
集積検出デバイス１０４は、図６に示すように、基板１０８上に、それぞれ同様に構成された複数（ここでは４個）の検出デバイス部１０９が集積化された構成となっている。
基板１０８上に集積化された検出デバイス部１０９は、図７（ａ），図７（ｂ）に示すように、絶縁性の素材で形成された基板１０８上に、絶縁性で且つ低誘電率の材料で形成された低誘電層１１０を有し、その上に、導体（例えば、金）で形成されたソース電極１１１及びドレイン電極１１２を有している。ソース電極１１１及びドレイン電極１１２には、それぞれ測定回路１０２に通じる配線（図示省略）が接続されていて、この配線を通じ、後述するチャネル１１３を流れる電流が測定回路１０２で検出されるようになっている。さらに、ソース電極１１１及びドレイン電極１１２の間にはカーボンナノチューブで形成されたチャネル１１３が装架されている。【０１６４】
また、低誘電層１１０の表面には、チャネル１１３中間部から図７（ａ）の奥側縁部にかけて、低誘電率の絶縁材である酸化シリコンの膜（絶縁膜）１１４が形成されていて、チャネル１１３は、この絶縁膜１１４を横方向に貫通していている。言い換えれば、チャネル１１３の中間部は絶縁膜１１４によって被覆されている。また、チャネル１１３は中間部が下にたわんだ状態で装架されていて、これにより、温度が変化しても熱膨張によってチャネル１１３が破損することがないようになっている。【０１６５】
さらに、絶縁膜１１４の上側表面には、導体（例えば、金）で形成された感知用ゲート（ゲート本体）１１５がトップゲートとして形成されている。即ち、感知用ゲート１１５は絶縁膜１１４を介して低誘電層１１０上に形成されていることになる。この感知用ゲート１１５は、コネクタソケット１０５を介して分離型集積電極１０６及び反応場セル１０７を集積検出デバイス１０４に装着することにより、分離型集積電極１０６の対応する電極部１１６と共に検出用感知ゲート１１７（図８参照）を構成するようになっている。【０１６６】
また、基板１０８の裏面（即ち、チャネル１１３と反対側の面）には、バックゲートとして、導体（例えば、金）で形成された電圧印加ゲート１１８が設けられている。この電圧印加ゲート１１８には、分析装置１００に設けられた電源（図示省略）を通じて電圧が印加されるようになっている。また、この電圧印加ゲート１１８に印加される電圧の大きさは、測定回路１０２により測定されるようになっている。なお、バックゲートには電圧印加ゲート以外の機能をもたせることも可能である。【０１６７】
低誘電層１１０の表面には、ソース電極１１１、ドレイン電極１１２及び絶縁膜１１４に被覆されていない面の全体に亘って、絶縁体層１２０が形成されている。この絶縁体層１２０は、チャネル１１３の絶縁膜１１４に被覆されていない部分全体と、ソース電極１１１、ドレイン電極１１２、絶縁膜１１４、及び、感知用ゲート１１５のそれぞれの側面と、ソース電極１１１及びドレイン電極１１２の上側の面とを覆うように形成されているが、感知用ゲート１１５の上側の面は被覆していない。そして、この絶縁体層１２０に被覆されていない感知用ゲート１１５の上面が、ソケットコネクタ１０５によって、分離型集積電極１０６の電極部１１６に接続されるようになっている。なお、図７（ａ），図７（ｂ）中、絶縁体層１２０は二点鎖線で示す。【０１６８】
コネクタソケット１０５は、集積検出デバイス１０４と分離型集積電極１０６との間で、集積検出デバイス１０４と分離型集積電極１０６とを接続するコネクタである。コネクタソケット１０５の図中下部（下面）には、集積検出デバイス１０４の上面の形状に合わせて形成された、コネクタソケット１０５を集積検出デバイス１０４に装着するための装着部１０５Ａが設けられている。また、コネクタソケット１０５の図中上部（上面）には、分離型集電電極１０６の下面の形状に合わせて形成された、分離型集電電極１０６をコネクタソケット１０５に装着するための装着部１０５Ｂが設けられている。これにより、コネクタソケット１０５を介して分離型集電電極１０６は集積検出デバイス１０４に装着されるようになっている。なお、コネクタソケット１０５自体は、前記のように集積検出デバイス１０４に対して着脱可能となっている。【０１６９】
コネクタソケット１０５内には導体からなる配線（図８の配線１２１を参照）が設けられていて、センサユニット１０１の組み立て時には、集積検出デバイス１０４の検出デバイス部１０９の感知用ゲート１１５と、分離型集積電極１０６の電極部１１６とが電気的に導通をとることができるようになっている。具体的には、集積検出デバイス１０４の図中左から１番目、２番目、３番目及び４番目の検出デバイス部１０９それぞれと、分離型集積電極１０６の図中左から１列目、２列目、３列目及び４列目の各３個づつの電極部１１６とが対応していて、コネクタソケット１０５内の配線により、対応する検出デバイス部１０９の感知用ゲート１１５と電極部１１６とが電気的に導通をとられるようになっている。したがって、コネクタソケット１０５は、導通部材として機能するようになっている。【０１７０】
さらに、コネクタソケット１０５は、内部に配線を切り替えるスイッチ（図示省略）を有していて、そのスイッチを切り替えることにより、検出デバイス部１０９の感知用ゲート１１５を、対応する電極部１１６のうちのどれと電気的に導通させるかを選択できるようになっている。したがって、コネクタソケット１０５は、電気接続切替部として機能するようになっている。【０１７１】
また、分離型集積電極１０６は、絶縁体で形成された基板１２２に、複数の電極部（感知部）１１６がアレイ状に並んで設けられたものである。本例のセンサユニット１０１においては、電極部１１６は図中左から３個づつ４列に、合計１２個形成されているとする。【０１７２】
図８に示すように、基板１２２の表面には導体により電極部（感知部）１１６が形成されている。この電極部１１６は、例えば積層プリント基板技術等を利用することにより形成することができる。
また、電極部１１６の表面には特定物質１２３が固定化されている。なお、図８においては説明のために特定物質１２３を視覚可能な大きさに描いたが、通常は、特定物質１２３は極小さいものであり、その具体的形状は視覚できないことが多い。【０１７３】
さらに、基板１２２の電極部１１６の裏側にはスルーホールが形成され、このスルーホールが導電性ペイスト物質により埋められることで配線１２４が形成されている。したがって、分離型集積電極１０６をコネクタソケット１０５を介して集積検出デバイス１０４に装着したときには、この配線１２４とコネクタソケット１０５の配線１２１とを通じて、電極部１１６はそれぞれ対応する検出デバイス部１０９の感知用ゲート１１５と電気的に導通が取れるようになっている。また、感知用ゲート（ゲート本体）１１５及び電極部（感知部）１１６とにより検出用感知ゲート１１７が構成されている。【０１７４】
なお、分離型集積電極１０６の裏面は、コネクタソケット１０５上部の装着部１０５Ｂに簡単に装着できるようパッケージを作製することが好ましい。具体的には、例えば、配線１２４をパターン化し、バンプ等を形成して、ＴＡＢ（Ｔａｐｅ  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）やフリップチップボンディングなど利用して基板１２２にボンディングを行ない、下部のコネクタソケット１０５に接続できるようにパッケージを作製することが好ましい。また、分離型集積電極１０６はコネクタソケット１０５に着脱可能になっているが、装着時の固定手段は任意であり、例えば、一般的なＩＣパッケージのようなコネクタなどを用いることができる。ただし、後述する流路１１９を流れる検体が分離型集積電極１０６とコネクタソケット１０５との間に浸入しないよう、検体を流路１１９内に留める措置を講じておくべきである。【０１７５】
また、反応場セル１０７は、基体１２５に、電極部１１６にあわせて流路１１９が形成されたものである。具体的には、流路１１９を流れる検体が各電極部１１６に接触することができるように、流路１１９が形成されている。なお、ここでは図中左側から右側にかけて、検出デバイス部１０９それぞれに対応した各３個づつの電極部１１６のうち、それぞれ１個づつを通過するように流路１１９が設けられている。【０１７６】
反応場セル１０７は、分離型集積電極１０６と一体に形成され、反応場セルユニット１２６を構成する。したがって、分析装置１００の使用時には反応場セルユニット１２６をコネクタソケット１０５を介して集積検出デバイス１０４に装着することになる。なお、この反応場セルユニット１２６は通常は使い切り（使い捨て）とする。また、反応場セル１０７と分離型集積電極１０６とは、別体として形成しても良い。【０１７７】
本例の分析装置１００及びセンサユニット１０１は以上のように構成されている。したがって、使用時には、まず、コネクタソケット１０５、及び反応場セルユニット１２６（即ち、分離型集積電極１０６及び反応場セル１０７）を、集積検出デバイス１０４に装着して、センサユニット１０１を準備する。その後、電圧印加ゲート１１６に、トランジスタ部１０３（即ち、基板１０８、低誘電層１１０、ソース電極１１１、ドレイン電極１１２、チャネル１１３、絶縁膜１１４、検出用感知ゲート１１７及び電圧印加ゲート１１８）の伝達特性を最大とすることができる大きさの電圧を印加し、チャネル１１３に電流を流通させる。その状態で、測定回路１０２でトランジスタ部１０３の特性を測定しながら、流路１１９に検体を流通させる。【０１７８】
検体は流路１１９を流通し、電極部１１６に接触する。この際、検体中に、電極部１１６に固定化した特定物質と相互作用する検出対象物質が含まれていれば、相互作用が生じる。この相互作用は、トランジスタ部１０３の特性の変化として感知される。即ち、前記の相互作用により電極部１１６に表面電荷の変化が生じ、これは、電気信号となって電極部１１６から配線１２４，１２１を通じて感知用ゲート１１５に伝わる。感知用ゲート１１５では、この電気信号によりゲート電圧に変化が生じるなどするため、トランジスタ部１０３の特性が変化する。【０１７９】
したがって、前記のトランジスタ部１０３の特性の変化を測定回路１０２で測定することにより、検出対象物質を検出することができる。特に、本例では、チャネル１１３としてカーボンナノチューブを用いているため、非常に感度の高い検出を行なうことが可能であり、したがって、従来は検出が困難であった検出対象物質の検出も行なうことができる。したがって、本例の分析装置は、従来よりも広範囲の検出対象物質の分析に用いることが可能である。【０１８０】
また、本例では、感知用ゲート１１５としてトップゲートを用いているので、感知用ゲート１１５とチャネル１１３の間の距離が非常に小さく、極めて高感度な検出を行なうことができる。
さらに、チャネル１１３と感知用ゲート１１５との間に、低誘電率の絶縁膜１１４が形成されているので、これにより、感知用ゲート１１５における相互作用による表面電荷の変化を、より効率的にチャネル１１３に伝達することができ、検出感度をより向上させることができる。【０１８１】
また、チャネル１１３が絶縁体層１２０で被覆されているので、チャネル１１３内の荷電粒子がチャネル１１３外部に漏れること、及び、ソース電極１１１やドレイン電極１１２以外からチャネル１１３外部の電荷粒子がチャネル１１３に侵入することを防止することができる。これにより、特定物質と検出対象物質との相互作用を安定して検出することが可能となる。【０１８２】
さらに、トランジスタ部１０３の集積化を行なったため、センサユニット１０１の小型化、検出の迅速化、操作の簡便等の利点を得ることができる。
また、流路１１９を用いているために流れを用いて検出試験を行なうことが可能であるため、操作が簡単になるという利点も得られる。【０１８３】
また、複数設けられている電極部１１６に別々の特定物質を固定化したり、各流路１１９に流通させる検体を別種のものとしたりすれば、一度の測定で２以上の検出対象物質の検出を行なうこと（即ち、２以上の相互作用の感知を行なうこと）が可能となり、検体分析をより簡単且つ速やかに行なうことができる。特に、電極部１１６の集積化を行なえば、同時多発的に起こる相互作用を一度の測定で感知し、検体に対する多様な項目の分析を行なうことができる。また、逆に、各電極部１１６に固定化する特定物質１２３を同種の物とすれば、一度の測定で多くのデータを得ることが検体の分析結果が得られるため、結果の信頼性が向上する。【０１８４】
さらに、電気接続切替部であるコネクタソケット１０５によって、検出デバイス部１０９の感知用ゲート１１５を、対応する電極部１１６のうちのどれと電気的に導通させるかを選択できるように構成したため、一つの検出デバイス部１０９によって２以上の電極部１１６における相互作用を感知することができる。したがって、より少ない感知用ゲート１１５によって、より多くの電極部１１６を用いて検出対象物質の検出を行なうことができるようになり、センサユニット１０１及び分子装置１００を小型化することが可能となる。【０１８５】
また、本例のようなセンサユニット１０１を用いた分析装置１００を使えば、実時間測定も可能であり、物質間相互作用のモニタリングも可能である。
さらに、検出用感知ゲート１１７を感知用ゲート１１５及び電極部１１６という複数の部材に電極分離したため、電極部（感知部）１１６から上側の反応場セルを、フローセル等のディスポタイプとして使用でき、これにより、センサユニット１０１や分析装置１００の小型化も可能であるため、ユーザー側の使い勝手も向上する。【０１８６】
また、電極部１１６を機械的に着脱可能に構成したことにより、電極部１１６を分離可能、交換可能に構成することができる。したがって、センサユニット１０１及び分析装置１００の製造コストを安価にすることができ、さらに、使い切り可能にすることや検体がバイオ的に汚染されることを防ぐことができる。【０１８７】
ただし、ここで例示した分析装置１００及びセンサユニット１０１は、あくまで第１実施形態としてのセンサユニットの一例であり、上記構成を、本発明の要旨の範囲内で任意に変形して実施することも可能である。本実施形態のセンサユニットの各構成要素の説明として上述したように変形することも可能であるが、中でも、以下のように変形を行なうことも可能である。【０１８８】
例えば、コネクタソケット１０５の形状を、集積検出デバイス１０４及び分離型集積電極１０６の形状や寸法に応じて決定することは好ましい。通常、感知部を有する分離型集積電極１０６のような部分に比べて、検出デバイス部１０９を有する集積検出デバイス１０４のような部分の面積は微小化されやすい。このため、両者の間には面積の大きさの差が生じるため、両者の間にコネクタソケット１０５のような中継接続端子板を設ける意義は大きい。その意義とは、検出デバイス部１０９自体の集積度、即ち、トランジスタ部１０３の集積度を上げることにより、デバイスの歩留まりの低下と低コスト化を見込めることや、感知部の寸法制約条件や配置制約条件などを緩和し、自由な設計ができることなどが挙げられる。【０１８９】
また、例えば、上記のように複数のトランジスタ部１０３を集積する場合は、ひとつの検出対象物質の相互作用を感知するためにひとつのトランジスタ部１０３を用いてもよいし、複数のトランジスタ部（１０３）のアレイを用い、ソース電極１１１−ドレイン電極１１２間を並列に電気的に接続し、各々の検出用感知ゲート１１７では同じ検出対象物質の相互作用を感知することにより、ひとつの検出対象物質の相互作用を感知するために複数のトランジスタ部１０３を用いてもよい。【０１９０】
さらに、例えば、本例のセンサユニット１０１においては電圧印加ゲート１１８を設けたが、チャネル１１３には他の手段によりゲート電圧を印加するようにしても良い。例えば、感知用ゲート１１５に、検出デバイス部１０９の外部に設けた電極（参照電極）から電圧を印加するようにしてもよい。また、電圧印加ゲート１１８を設けず、感知用ゲート１１５自体の電圧を外部からコントロールするようにしても良い。さらに、感知用ゲート１１５に電圧を印加する方法は任意であり、反応場セル１０７の流路１１９内の検体等の液体（緩衝液等を含む）を通じて電圧を印加するようにしても良く、検体等の液体に接しない部分から直接的に電圧を印加するようにしても良い。また、感知用ゲート１１５をフローティングの状態としたり、感知用ゲート１１５の電位を一定に保つようにしたりしても良い。さらに、感知用ゲート１１５をフローティングにする場合、感知用ゲート１１５を接地電極で囲んでもよい。これにより、外部からの電界の影響や複数の感知用ゲート１１５間の相互に与える影響を低減することが期待できる。例えば、ソース電極１１１が接地される場合、ソース電極１１１で感知用ゲート１１５を囲む構造をとるのがよい。もちろん、ドレイン電極１１２が接地されている場合も同様である。【０１９１】
また、例えば、相互作用として抗原・抗体反応のように反応が数分〜数十分のオーダーでゆっくり進むものを感知する場合には、ソース電極１１１−ドレイン電極１１２間を流れる電流を増幅器により増幅した後、ローパスフィルタに通すようにしてもよい。これにより、信号の品質が格段に向上することが期待できる。【０１９２】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態としてのセンサユニット（以下適宜、「第２のセンサユニット」という）は、基板と、基板に設けられたソース電極及びドレイン電極と、上記のソース電極及びドレイン電極間の電流通路になるチャネルと、検出対象物質と選択的に相互作用をする特定物質を固定された感知部位（相互作用感知部位）が形成された検出用感知ゲートとを備えたトランジスタ部を有し、上記検出対象物質を検出するためのセンサユニットである。また、第２のセンサユニットにおいては、トランジスタ部が２以上集積されている。【０１９３】
なお、第２のセンサユニットにおいても、第１のセンサユニットと同様、トランジスタ部は、トランジスタとして機能する部分であり、このトランジスタの出力特性の変化を検知することにより、本実施形態のセンサユニットは検出対象物質を検出するようになっている。また、トランジスタ部は、そのチャネルの具体的な構成により、電界効果トランジスタとして機能するものと、単一電子トランジスタとして機能するものとに区別できるが、第２のセンサユニットにおいてはいずれを用いても良い。なお、以下の説明において、トランジスタ部のことを適宜、単に「トランジスタ」というが、その場合、特に断らない限り、電界効果トランジスタ及び単一電子トランジスタのいずれとして機能するかは区別しない。【０１９４】
［Ｉ．トランジスタ部］
（１．基板）
第２のセンサユニットにおいて、基板は、第１実施形態で説明したのと同様のものである。【０１９５】
（２．ソース電極，ドレイン電極）
第２のセンサユニットにおいて、ソース電極及びドレイン電極は、第１実施形態で説明したのと同様のものである。【０１９６】
（３．チャネル）
第２のセンサユニットにおいて、チャネルは、第１実施形態で説明したのと同様のものである。したがって、第１実施形態で説明したのと同様の構成のものを用いることができ、その作製方法についても同様のものを用いることができる。【０１９７】
（４．検出用感知ゲート）
第２のセンサユニットにおいて、検出用感知ゲートには、検出対象物質と選択的に相互作用をする特定物質を固定された感知部位（相互作用感知部位）が形成されている。また、感知部位とは、検出用感知ゲート表面の特定物質が固定された部位のことを指す。
第２のセンサユニットでは、検出用感知ゲートの感知部位で特定物質と検出対象物質との相互作用が生じた場合、検出用感知ゲートの電位が変化するようになっており、この検出用感知ゲートのゲート電圧に伴って生じるトランジスタの特性の変化を検出することにより検出対象物質の検出を行なうことができるようになっている。【０１９８】
第２のセンサユニットの検出用感知ゲートは、第１のセンサユニットと同様に構成することができる。この場合、感知部の表面の、特定物質が固定化された部位が、感知部位となる。
また、第２のセンサユニットを、第１センサユニットの感知用ゲートと同様に構成し、その感知用ゲートの表面に特定物質を固定化するようにしても良い。この場合、感知用ゲート表面の、特定物質が固定化された部位が、感知部位となる。【０１９９】
（５．電圧印加ゲート）
第２のセンサユニットにおいても、第１のセンサユニットと同様に、トランジスタ部は電圧印加ゲートを備えていてもよい。第２のセンサユニットのトランジスタ部に設けられる電圧印加ゲートは、第１のセンサユニットのトランジスタ部に設けられるものと同様である。【０２００】
（６．集積化）
第２のセンサユニットにおいては、トランジスタ部は集積化されている。即ち、単一の基板に、ソース電極、ドレイン電極、チャネル、検出用感知ゲート、及び、適宜電圧印加ゲートが２以上設けられており、さらに、それらはできるだけ小型化されていることがより好ましい。なお、適宜、各トランジスタの構成部材はそれぞれ他のトランジスタの構成部材と共有されるように設けてもよく、例えば、検出用感知ゲートの感知部、及び、電圧印加ゲート等は、集積化されたトランジスタのうちの２以上に共有されるようにしてもよい。さらに、集積化するトランジスタは１種のもののみを集積化しても良く、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用して集積化しても良い。【０２０１】
このようにトランジスタの集積化を行なうことにより、一つのセンサユニットでより多種の検出対象物質の検出を行なうことができるようになるために分析を行なう際の利便性を従来よりも高めることができる。また、センサユニットの小型化及び低コスト化、検出の迅速化及び検出感度の向上、並びに操作の簡便等の利点のうちの少なくともいずれかを得ることができる。即ち、例えば、集積化により一度に多数の検出用感知ゲートを設けることができるため、一つのセンサユニットで多数の検出対象物質を検出することができる多機能なセンサユニットを、低コストで提供することができる。また、例えばソース電極及びドレイン電極を多数並列接続するように集積化を行なえば、検出感度を高めることが可能になる。さらに、例えば、分析結果の検討のため等に用いる比較用の電極などを別途用意する必要がなくなり、あるトランジスタを用いた結果を同一センサユニット上にある他のトランジスタの結果と比較して分析することが可能となる。【０２０２】
トランジスタの集積化を行なう場合、トランジスタの配置やそれに固定化される特定物質の種類などは任意である。例えば、ひとつの検出対象物質を検知するためにひとつのトランジスタを用いてもよいし、複数のトランジスタのアレイを用いソース電極−ドレイン電極間を並列に電気的に接続し、各々の検出用感知ゲートでは同じ検出対象物質を検知することにより、ひとつの検出対象物質を検知するために複数のトランジスタを用いてもよい。【０２０３】
また、集積化の具体的な方法に制限はなく、公知の方法を任意に用いることができるが、通常は、集積回路を製造する際に一般的に用いられている製造方法を利用することができる。また、最近ではＭＥＭＳと呼ばれる、金属（導体）や半導体に機械的要素を作りこむ方法も開発されており、その技術を利用することも可能である。【０２０４】
さらに、集積化を行なった場合の配線についても制限はなく任意であるが、通常は、寄生容量や寄生抵抗の影響をできるだけ排除するように配置等を工夫することが好ましい。具体的には、例えば、エアブリッジ技術やワイヤボンディング技術を用いて各ソース電極間及び／又はドレイン電極間を接続したり感知用ゲートと感知部とを接続したりすることが好ましい。【０２０５】
［II．電気接続切替部］
第２のセンサユニットの検出用感知ゲートを第１のセンサユニットと同様に構成した場合、第１のセンサユニットと同様に、第２のセンサユニットには電気接続切替部を設けることができる。この場合、第２のセンサユニットが備える電気接続切替部は、第１実施形態で説明したものと同様である。【０２０６】
［III．反応場セル］
第２のセンサユニットは、反応場セルを有していても良い。反応場セルとは、検体を感知部位に接触させる部材である。また、検体とは、センサユニットを用いて検出する対象となるものであり、その検体に検出対象物質が含有されている場合には、その検出対象物質と特定物質とは相互作用するようになっている。【０２０７】
反応場セルは、検体を感知部位に接触させて、その検体に検出対象物質が含有されている場合に上記の相互作用を生じさせることができれば具体的な構成に制限は無い。例えば、検体を感知部位に接触するように保持する容器として構成することができる。ただし、検体が流体である場合には、感知部位に接しうるよう検体を流通させる流路を有する部材として構成することが望ましい。検体を流通させて検出を行なうことにより、検出の迅速化、操作の簡便等の利点を得ることができる。【０２０８】
反応場セルが流路を有している場合、その形状、寸法、本数、流路を形成する部材の材質、流路の製作方法等に制限はないが、通常は、第１実施形態で説明した流路と同様である。【０２０９】
［IV．検出対象物質、特定物質及び相互作用］
第２のセンサユニットにおける検出対象物質、特定物質及び相互作用は、第１実施形態で説明したものと同様である。
また、感知部位に対して特定物質を固定化する方法は、感知部への特定物質の固定化方法として第１実施形態で説明したのと同様の方法を用いることができる。ただし、その場合、第１実施形態における固定化方法の説明において、感知部の代わりに感知部位に固定化するものとする。【０２１０】
さらに、具体的検出例としても、第１実施形態と同様の例が挙げられる。
また、本実施形態のセンサユニットにおいてカーボンナノチューブをチャネルに用いれば、非常に高感度な検出を実現することができ、このため、高感度の検出感度を必要とする免疫項目等とその他の電解質等を同一原理で一度に測定することにより、機能別、疾患別に一度に診断を行なうことができ、ＰＯＣＴの実現が可能となる。このほか、第１実施形態と同様の作用、効果が得られる。【０２１１】
［Ｖ．分析装置の例］
以下に、第２のセンサユニット、及び、それを用いた分析装置の一例の構成を示すが、本発明は以下の例に限定されるものではなく、例えば各構成要素の説明において上述したように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において任意に変形して実施することができる。【０２１２】
図９は、第２のセンサユニットを用いた分析装置２００の要部構成を模式的に示す図であり、図１０は、第２のセンサユニットの要部構成を模式的に示す分解斜視図である。また、図１１（ａ），図１１（ｂ）は、検出デバイス部の要部を模式的に示す図であり、図１１（ａ）はその斜視図、図１１（ｂ）は側面図である。なお、図９〜図１１（ｂ）において、同様の符号で示す部分は、同様のものを表わす。【０２１３】
図９に示すように、この分析装置２００は、第１実施形態で説明した分析装置１００のセンサユニット１０１に代えて、センサユニット２０１を備えた構成となっている。即ち、分析装置２００は、センサユニット２０１と、測定回路２０２とを有して構成され、ポンプ（図示省略）によって検体を矢印のように流すことができるように構成されている。ここで、測定回路２０２は、センサユニット２０１内のトランジスタ部（図１０のトランジスタ部２０３参照）の特性変化を検出するための回路（トランジスタ特性検出部）であり、第１実施形態の測定回路１０２と同様、任意の抵抗、コンデンサ、電流計、電圧計などから目的に応じて構成される。【０２１４】
センサユニット２０１は、図１０に示すように、集積検出デバイス２０４と、反応場セル２０５とを備えている。このうち、集積検出デバイス２０４は分析装置２００に固定されている。一方、反応場セル２０５は、集積検出デバイス２０４から機械的に着脱可能となっている。【０２１５】
集積検出デバイス２０４は、基板２０６上に、それぞれ同様に構成された複数（ここでは４個）のトランジスタ部２０３がアレイ状に並んで集積された構成となっている。本例のセンサユニット２０１においては、トランジスタ部２０３は図中左から３個づつ４列に、合計１２個形成されているとする。【０２１６】
基板２０６上に集積化されたトランジスタ部２０３は、図１１（ａ），図１１（ｂ）に示すように、絶縁性の素材で形成された基板２０６上に、低誘電層２０７、ソース電極２０８、ドレイン電極２０９、チャネル２１０、及び絶縁膜２１１が形成されている。これらの低誘電層２０７、ソース電極２０８、ドレイン電極２０９、チャネル２１０、及び絶縁膜２１１は、それぞれ、第１実施形態で説明した低誘電層１１０、ソース電極１１１、ドレイン電極１１２、チャネル１１３、及び絶縁膜１１４と同様に形成されたものである。【０２１７】
さらに、絶縁膜２１１の上側表面には、導体（例えば、金）で形成された検出用感知ゲート２１２がトップゲートとして形成されている。即ち、検出用感知ゲート２１２は絶縁膜２１１を介して低誘電層２０７上に形成されていることになる。
この検出用感知ゲート２１２の図中上側表面全体には、特定物質２１４が固定化されている。したがって、検出用感知ゲート２１２の表面は、感知部位２１３として機能するようになっている。なお、図１１（ａ），図１１（ｂ）においては説明のために特定物質２１４を視覚可能な大きさに描いたが、通常は、特定物質２１４は極小さいものであり、その具体的形状は視覚できないことが多い。【０２１８】
また、基板２０６の裏面（即ち、チャネル２１０と反対側の面）には、バックゲートとして、導体（例えば、金）で形成された電圧印加ゲート２１５が設けられている。さらに、低誘電層２０７の表面には、絶縁体層２１６が形成されている。電圧印加ゲート２１５及び絶縁体層２１６は、それぞれ、第１実施形態で説明した電圧印加ゲート１１８及び絶縁体層１２０と同様に形成されたものである。したがって、検出用感知ゲート２１２の表面である感知部位２１３は絶縁体層２１６に被覆されず外に向けて開放されていて、感知部位２１３には検体が接触できるようになっている。なお、図１１（ａ），図１１（ｂ）中、絶縁体層２１６は二点鎖線で示す。なお、バックゲートには電圧印加ゲート以外の機能をもたせることも可能である。【０２１９】
また、反応場セル２０５は、基体２１７に、トランジスタ部２０３にあわせて流路２１８が形成されたものである。具体的には、流路２１８を流れる検体が各トランジスタ部２０３に接触することができるように、流路２１８が形成されている。なお、ここでは図中左側から右側にかけて、各３個づつのトランジスタ部２０３のうち、それぞれ１個づつを通過するように流路２１８が設けられている。
なお、この反応場セル２０５は通常は使い切り（使い捨て）とする。また、適宜、反応場セル２０５と集積検出デバイス２０４とは一体に形成しても良い。【０２２０】
本例の分析装置２００及びセンサユニット２０１は以上のように構成されている。したがって、使用時には、まず、反応場セル２０５を、集積検出デバイス２０４に装着して、センサユニット２０１を準備する。その後、電圧印加ゲート２１５に、トランジスタ部２０３の伝達特性を最大とすることができる大きさの電圧を印加し、チャネル２１０に電流を流通させる。その状態で、測定回路２０２でトランジスタ部２０３の特性を測定しながら、流路２１８に検体を流通させる。【０２２１】
検体は流路２１８を流通し、感知部位２１３に接触する。この際、検体中に、感知部位２１３に固定化した特定物質２１４と相互作用する検出対象物質が含まれていれば、相互作用が生じる。この相互作用は、トランジスタ部２０３の特性の変化として感知される。即ち、前記の相互作用により検出用感知ゲート２１２に表面電荷の変化が生じ、これによりゲート電圧に変化が生じるなどするため、トランジスタ部２０３の特性が変化する。【０２２２】
したがって、前記のトランジスタ部２０３の特性の変化を測定回路２０２で測定することにより、検出対象物質を検出することができる。特に、本例では、チャネル２１０としてカーボンナノチューブを用いているため、非常に感度の高い検出を行なうことが可能であり、したがって、従来は検出が困難であった検出対象物質の検出も行なうことができる。したがって、本例の分析装置は、従来よりも広範囲の検出対象物質の分析に用いることが可能である。【０２２３】
また、トランジスタ部２０３の集積化を行なったため、センサユニット２０１の小型化、検出の迅速化、操作の簡便等の利点を得ることができる。
さらに、流路２１８を用いているために流れを用いて検出試験を行なうことが可能であるため、操作が簡単になるという利点も得られる。【０２２４】
また、集積したトランジスタ部２０３それぞれに設けられることで複数形成された検出用感知ゲート２１２のそれぞれに別々の特定物質２１４を固定化したり、各流路２１８に流通させる検体を別種のものとしたりすれば、一度の測定で２以上の検出対象物質の検出を行なうこと（即ち、２以上の相互作用の感知を行なうこと）が可能となり、検体分析をより簡単且つ速やかに行なうことができる。特に、トランジスタ部２０３の集積化を行なえば、同時多発的に起こる相互作用を一度の測定で感知し、検体に対する多様な項目の分析を行なうことができる。また、逆に、各トランジスタ部２０３に固定化する特定物質２１４を同種の物とすれば、一度の測定で多くのデータを得ることが検体の分析結果が得られるため、結果の信頼性が向上する。【０２２５】
さらに、第１実施形態で例示した分析装置１００及びセンサユニット１０１が奏する作用・効果については、検出用感知ゲート１１７を電極分離すること、及び、コネクタソケット１０５を有していることによるもの以外は、本例の分析装置２００及びセンサユニット２０１においても得ることができる。【０２２６】
ただし、ここで例示した分析装置２００及びセンサユニッ２０１は、あくまで第２実施形態としてのセンサユニットの一例であり、上記構成を、本発明の要旨の範囲内で任意に変形して実施することも可能である。したがって、第１実施形態と同様に変形したり、本実施形態のセンサユニットの各構成要素の説明として上述したように変形することも可能である。【０２２７】
なお、第１実施形態で例示したセンサユニット１０１も、第２のセンサユニットの一例である。即ち、電極部１１６表面の特定物質が固定化された部位を感知部位であると認識すれば、第１実施形態で例示したセンサユニット１０１は、集積化されたトランジスタ部１０３を有する第２のセンサユニットの一例である。【０２２８】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態としてのセンサユニット（以下適宜、「第３のセンサユニット」という）は、基板と、基板に設けられたソース電極及びドレイン電極と、上記のソース電極及びドレイン電極間の電流通路になるチャネルとを備えたトランジスタ部を有し、さらに、チャネルに、検出対象物質と選択的に相互作用をする特定物質を固定された感知部位（相互作用感知部位）が形成されている。また、第３のセンサユニットにおいては、トランジスタ部が２以上集積されている。【０２２９】
なお、第３のセンサユニットにおいても、第１，第２のセンサユニットと同様、トランジスタ部は、トランジスタとして機能する部分であり、このトランジスタの出力特性の変化を検知することにより、本実施形態のセンサユニットは検出対象物質を検出するようになっている。また、トランジスタ部は、そのチャネルの具体的な構成により、電界効果トランジスタとして機能するものと、単一電子トランジスタとして機能するものとに区別できるが、第３のセンサユニットにおいてはいずれを用いても良い。なお、以下の説明において、トランジスタ部のことを適宜、単に「トランジスタ」というが、その場合、特に断らない限り、電界効果トランジスタ及び単一電子トランジスタのいずれとして機能するかは区別しない。【０２３０】
［Ｉ．トランジスタ部］
（１．基板）
第３のセンサユニットにおいて、基板は、第１，第２実施形態で説明したのと同様のものである。【０２３１】
（２．ソース電極，ドレイン電極）
第３のセンサユニットにおいて、ソース電極及びドレイン電極は、第１，第２実施形態で説明したのと同様のものである。【０２３２】
（３．チャネル）
第３のセンサユニットにおいて、チャネルは、その表面に感知部位が形成されていること以外は、第１，第２実施形態で説明したのと同様のものである。
したがって、第３センサユニットのチャネルの構成は、第１，第２実施形態で説明したチャネルの表面に感知部位（相互作用感知部位）が形成された構成となっている。ここで、感知部位とは、チャネル表面の特定物質が固定された部位のことを指す。
したがって、本実施形態においてチャネルは上記第１，第２実施形態の検出用感知ゲートの機能を併せ持つようになっている。【０２３３】
第３のセンサユニットでは、チャネルの感知部位で特定物質と検出対象物質との相互作用が生じた場合、チャネルに与えられるゲート電圧が変化し、このゲート電圧の変化により伴って生じるトランジスタの特性の変化を検出することにより検出対象物質の検出を行なうことができるようになっている。この際、チャネル表面に感知部位が形成されているため、相互作用による電荷の変化の影響が直接的にチャネルへ反映されるので、さらに高感度の検出感度が期待できる。【０２３４】
ただし、ソース電極からドレイン電極へ流れる電流が検体内を流れることを防止する観点から、チャネルに感知部位を形成する場合、チャネルを剥き出しに検体に接触させることを避けつつ、感知部位だけを検体に接触させることができるようにすることが好ましい。そのための具体的な構成方法に制限は無いが、例えば、チャネルを一度絶縁体で覆って、一部の絶縁体を必要なだけ取り除き、感知部位とチャネルとを接続する（即ち、チャネルに特定物質を固定し、感知部位を形成する）という方法を採用することができる。このとき、取り除くべき絶縁体の大きさが分子レベルまで小さくなれば、チャネルと検体が接触するチャンスは格段に減り、電流が検体に漏れ出ることも極めて小さくなると考えられる。こうした絶縁体の取り除き方法は任意であるが、例えば、原子間力顕微鏡などナノテクノロジーを利用したナノ加工技術が利用できる。【０２３５】
また、チャネルの作製方法についても、第１，第２実施形態と同様のものを用いることができる。したがって、第１，第２実施形態で説明した方法によりチャネルを形成し、そのチャネルに特定物質を固定化することにより、相互作用感応部位を有する本実施形態のチャネルを作製することができる。【０２３６】
（４．電圧印加ゲート）
第３のセンサユニットにおいても、第１，第２のセンサユニットと同様に、トランジスタ部は電圧印加ゲートを備えていてもよい。第３センサユニットのトランジスタ部に設けられる電圧印加ゲートは、第１，第２のセンサユニットのトランジスタ部に設けられるものと同様である。【０２３７】
（５．集積化）
第３のセンサユニットにおいては、トランジスタ部は集積化されている。即ち、単一の基板に、ソース電極、ドレイン電極、チャネル、及び、適宜電圧印加ゲートが２以上設けられており、さらに、それらはできるだけ小型化されていることがより好ましい。なお、適宜、各トランジスタの構成部材はそれぞれ他のトランジスタの構成部材と共有されるように設けてもよく、例えば、電圧印加ゲート等は、集積化されたトランジスタのうちの２以上に共有されるようにしてもよい。さらに、集積化するトランジスタは１種のもののみを集積化しても良く、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用して集積化しても良い。【０２３８】
このようにトランジスタの集積化を行なうことにより、一つのセンサユニットでより多種の検出対象物質の検出を行なうことができるようになるために分析を行なう際の利便性を従来よりも高めることができる。また、センサユニットの小型化及び低コスト化、検出の迅速化及び検出感度の向上、並びに操作の簡便等の利点のうちの少なくともいずれかを得ることができる。即ち、例えば、集積化により一度に多数の検出用感知ゲートを設けることができるため、一つのセンサユニットで多数の検出対象物質を検出することができる多機能なセンサユニットを、低コストで提供することができる。また、例えばソース電極及びドレイン電極を多数並列接続するように集積化を行なえば、検出感度を高めることが可能になる。さらに、例えば、分析結果の検討のため等に用いる比較用の電極などを別途用意する必要がなくなり、あるトランジスタを用いた結果を同一センサユニット上にある他のトランジスタの結果と比較して分析することが可能となる。【０２３９】
トランジスタの集積化を行なう場合、トランジスタの配置やそれに固定化される特定物質の種類などは任意である。例えば、ひとつの検出対象物質を検知するためにひとつのトランジスタを用いてもよいし、複数のトランジスタのアレイを用いソース電極−ドレイン電極間を並列に電気的に接続し、各々の検出用感知ゲートでは同じ検出対象物質を感知検知することにより、ひとつの検出対象物質を検知するために複数のトランジスタを用いてもよい。【０２４０】
また、集積化の具体的な方法に制限はなく、公知の方法を任意に用いることができるが、通常は、集積回路を製造する際に一般的に用いられている製造方法を利用することができる。また、最近ではＭＥＭＳと呼ばれる、金属（導体）や半導体に機械的要素を作りこむ方法も開発されており、その技術を利用することも可能である。【０２４１】
さらに、集積化を行なった場合の配線についても制限はなく任意であるが、通常は、寄生容量や寄生抵抗の影響をできるだけ排除するように配置等を工夫することが好ましい。具体的には、例えば、エアブリッジ技術やワイヤボンディング技術を用いて各ソース電極間及び／又はドレイン電極間を接続したり感知用ゲートと感知部とを接続したりすることが好ましい。【０２４２】
［II．反応場セル］
第３のセンサユニットは、反応場セルを有していても良い。本実施形態においても、反応場セルとしては、第２実施形態で説明したものと同様のものを用いることができる。【０２４３】
［III．検出対象物質、特定物質及び相互作用］
第３のセンサユニットにおける検出対象物質、特定物質及び相互作用は、第１，第２実施形態で説明したものと同様である。
また、感知部位に対して特定物質を固定化する方法は、感知部への特定物質の固定化方法として第１実施形態で説明したのと同様の方法を用いることができる。ただし、その場合、第１実施形態における固定化方法の説明において、感知部の代わりに感知部位に固定化するものとする。【０２４４】
さらに、具体的検出例としても、第１実施形態と同様の例が挙げられる。
また、本実施形態のセンサユニットにおいてカーボンナノチューブをチャネルに用いれば、非常に高感度な検出を実現することができ、このため、高感度の検出感度を必要とする免疫項目等とその他の電解質等を同一原理で一度に測定することにより、機能別、疾患別に一度に診断を行なうことができ、ＰＯＣＴの実現が可能となる。このほか、第１実施形態と同様の作用、効果が得られる。【０２４５】
［IV．分析装置の例］
以下に、第３のセンサユニット、及び、それを用いた分析装置の一例の構成を示すが、本発明は以下の例に限定されるものではなく、例えば各構成要素の説明において上述したように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において任意に変形して実施することができる。【０２４６】
図９に、第３のセンサユニットを用いた分析装置３００の要部構成を模式的に示し、また、図１０に、第３のセンサユニットの要部構成を模式的に示す分解斜視図を示す。さらに、図１２（ａ），図１２（ｂ）は、検出デバイス部の要部を模式的に示す図であり、図１２（ａ）はその斜視図、図１２（ｂ）は側面図である。なお、図９、図１０、図１２（ａ），図１２（ｂ）において、同様の符号で示す部分は、同様のものを表わす。【０２４７】
図９に示すように、この分析装置３００は、第１実施形態で説明した分析装置１００のセンサユニット１０１に代えて、センサユニット３０１を備えた構成となっている。即ち、分析装置３００は、センサユニット３０１と、測定回路３０２とを有して構成され、ポンプ（図示省略）によって検体を矢印のように流すことができるように構成されている。ここで、測定回路３０２は、センサユニット３０１内のトランジスタ部（図１０のトランジスタ部３０３参照）の特性変化を検出するための回路（トランジスタ特性検出部）であり、第１実施形態の測定回路１０２と同様、任意の抵抗、コンデンサ、電流計、電圧計などから目的に応じて構成される。【０２４８】
センサユニット３０１は、図１０に示すように、集積検出デバイス３０４と、反応場セル３０５とを備えている。このうち、集積検出デバイス３０４は分析装置３００に固定されている。一方、反応場セル３０５は、集積検出デバイス３０４から機械的に着脱可能となっている。【０２４９】
集積検出デバイス３０４は、基板３０６上に、それぞれ同様に構成された複数（ここでは４個）のトランジスタ部３０３がアレイ状に並んで集積された構成となっている。本例のセンサユニット３０１においては、トランジスタ部３０３は図中左から３個づつ４列に、合計１２個形成されているとする。【０２５０】
基板３０６上に集積化されたトランジスタ部３０３は、図１２（ａ），図１２（ｂ）に示すように、絶縁性の素材で形成された基板３０６上に、低誘電層３０７、ソース電極３０８、ドレイン電極３０９及びチャネル３１０が形成されている。これらの低誘電層３０７、ソース電極３０８、ドレイン電極３０９及びチャネル３１０は、それぞれ、第１実施形態で説明した低誘電層１１０、ソース電極１１１、ドレイン電極１１２及びチャネル１１３と同様に形成されたものである。【０２５１】
さらに、チャネル３１０の中間部表面には、特定物質３１１が固定化された感知部位３１２が形成されている。なお、図１２（ａ），図１２（ｂ）においては説明のために特定物質３１１を視覚可能な大きさに描いたが、通常は、特定物質３１１は極小さいものであり、その具体的形状は視覚できないことが多い。【０２５２】
また、低誘電層３０７の表面には、ソース電極３０８及びドレイン電極３０９に被覆されていない面の全体に亘って、絶縁体層３１３が形成されている。この絶縁体層３１３は、チャネル３１０表面の感知部位３１２が形成されていない部位全体と、ソース電極３０８及びドレイン電極３０９それぞれの側面及び上側の面を覆うように形成されているが、感知部位３１２の周囲には形成されていない。したがって、感知部位３１２は絶縁体層３１３に被覆されず外に向けて開放されていて、感知部位３１２には検体が接触でき、ソース電極３０８からドレイン電極３０９へ流れる電流がチャネル３１０を流れず検体内を流れることを防止できるようになっている。なお、図１２（ａ），図１２（ｂ）中、絶縁体層３１３は二点鎖線で示す。【０２５３】
また、基板３０６の裏面（即ち、チャネル３１０と反対側の面）には、バックゲートとして、導体（例えば、金）で形成された電圧印加ゲート３１４が設けられている。電圧印加ゲート３１４は、第１実施形態で説明した電圧印加ゲート１１８と同様に形成されたものである。なお、バックゲートには電圧印加ゲート以外の機能をもたせることも可能である。【０２５４】
また、反応場セル３０５は、基体３１５に、トランジスタ部３０３にあわせて流路３１６が形成されたものである。具体的には、流路３１６を流れる検体が各トランジスタ部３０３の感知部位３１２に接触することができるように、流路３１６が形成されている。なお、ここでは図中左側から右側にかけて、各３個づつのトランジスタ部３０３のうち、それぞれ１個づつを通過するように流路３１６が設けられている。
なお、この反応場セル３０５は通常は使い切り（使い捨て）とする。また、適宜、反応場セル３０５と集積検出デバイス３０４とは一体に形成しても良い。【０２５５】
本例の分析装置３００及びセンサユニット３０１は以上のように構成されている。したがって、使用時には、まず、反応場セル３０５を、集積検出デバイス３０４に装着して、センサユニット３０１を準備する。その後、電圧印加ゲート３１４に、トランジスタ部３０３の伝達特性を最大とすることができる大きさの電圧を印加し、チャネル３１０に電流を流通させる。その状態で、測定回路３０２でトランジスタ部３０３の特性を測定しながら、流路３１６に検体を流通させる。【０２５６】
検体は流路３１６を流通し、感知部位３１２に接触する。この際、検体中に、感知部位３１２に固定化した特定物質３１１と相互作用する検出対象物質が含まれていれば、相互作用が生じる。この相互作用は、トランジスタ部３０３の特性の変化として感知される。即ち、前記の相互作用によりチャネル３１０に表面電荷の変化が生じ、これによりゲート電圧に変化が生じるなどするため、トランジスタ部３０３の特性が変化する。【０２５７】
したがって、前記のトランジスタ部３０３の特性の変化を測定回路３０２で測定することにより、検出対象物質を検出することができる。特に、本例では、チャネル３１０としてカーボンナノチューブを用いているため、非常に感度の高い検出を行なうことが可能であり、したがって、従来は検出が困難であった検出対象物質の検出も行なうことができる。さらに、チャネル３１０表面に感知部位３１２が形成されているため、相互作用による電荷の変化の影響が直接的にチャネル３１０へ反映されるので、さらに高感度の検出感度が期待できる。したがって、本例の分析装置は、従来よりも広範囲の検出対象物質の分析に用いることが可能である。【０２５８】
また、トランジスタ部３０３の集積化を行なったため、センサユニット３０１の小型化、検出の迅速化、操作の簡便等の利点を得ることができる。
さらに、流路３１６を用いているために流れを用いて検出試験を行なうことが可能であるため、操作が簡単になるという利点も得られる。【０２５９】
また、集積したトランジスタ部３０３それぞれに設けられることで複数形成されたチャネル３１０のそれぞれに別々の特定物質３１１を固定化したり、各流路３１６に流通させる検体を別種のものとしたりすれば、一度の測定で２以上の検出対象物質の検出を行なうこと（即ち、２以上の相互作用の感知を行なうこと）が可能となり、検体分析をより簡単且つ速やかに行なうことができる。特に、トランジスタ部３０３の集積化を行なえば、同時多発的に起こる相互作用を一度の測定で感知し、検体に対する多様な項目の分析を行なうことができる。また、逆に、各トランジスタ部３０３に固定化される特定物質３１６を同種の物とすれば、一度の測定で多くのデータを得ることが検体の分析結果が得られるため、結果の信頼性が向上する。【０２６０】
さらに、本例の分析装置３００及びセンサユニット３０１においても、第２実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。即ち、第１実施形態で例示した分析装置１００及びセンサユニット１０１が奏する作用・効果については、検出用感知ゲート１１７を電極分離すること、及び、コネクタソケット１０５を有していることによるもの以外は、本例の分析装置３００及びセンサユニット３０１においても得ることができる。【０２６１】
ただし、ここで例示した分析装置３００及びセンサユニッ３０１は、あくまで第３実施形態としてのセンサユニットの一例であり、上記構成を、本発明の要旨の範囲内で任意に変形して実施することも可能である。したがって、第１実施形態と同様に変形したり、本実施形態のセンサユニットの各構成要素の説明として上述したように変形して実施することも可能である。【０２６２】
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態としてのセンサユニット（以下適宜、「第４のセンサユニット」という）は、基板、基板に設けられたソース電極及びドレイン電極、上記のソース電極及びドレイン電極間の電流通路になるチャネル、並びに感知用ゲートを備えたトランジスタ部と、検出対象物質と選択的に相互作用をする特定物質が固定された感知部（相互作用感知部）を有する反応場セルユニットを装着するためのセルユニット装着部とを備える。さらに、上記反応場セルユニットがセルユニット装着部に装着されているときには、上記感知部と感知用ゲートとが導通状態となるように構成されている。【０２６３】
一方、上記の第４のセンサユニットに装着される反応場セルユニットは、基板、基板に設けられたソース電極及びドレイン電極、上記のソース電極及びドレイン電極間の電流通路になるチャネル、並びに感知用ゲートを備えたトランジスタ部と、セルユニット装着部とを備えるセンサユニットの上記セルユニット装着部に装着される反応場セルユニットであって、検出対象物質と選択的に相互作用をする特定物質が固定された感知部（相互作用感知部）を有するものである。さらに、上記セルユニット装着部に装着されているときには、感知部と上記感知用ゲートとは導通状態となるようになっている。【０２６４】
また、上記のトランジスタ部は、トランジスタとして機能する部分であり、このトランジスタの出力特性の変化を検知することにより、本実施形態のセンサユニットは検出対象物質を検出するようになっている。また、トランジスタ部は、そのチャネルの具体的な構成により、電界効果トランジスタとして機能するものと、単一電子トランジスタとして機能するものとに区別できるが、第４のセンサユニットにおいてはいずれを用いても良い。なお、以下の説明において、トランジスタ部のことを適宜、単に「トランジスタ」というが、その場合、特に断らない限り、電界効果トランジスタ及び単一電子トランジスタのいずれとして機能するかは区別しない。
以下、第４のセンサユニット及び反応場セルユニットの構成要素について説明する。【０２６５】
［Ａ．第４のセンサユニット］
［Ｉ．トランジスタ部］
（１．基板）
第４のセンサユニットにおいて、基板は、第１〜第３実施形態で説明したのと同様のものである。【０２６６】
（２．ソース電極，ドレイン電極）
第４のセンサユニットにおいて、ソース電極及びドレイン電極は、第１〜第３実施形態で説明したのと同様のものである。【０２６７】
（３．チャネル）
第４のセンサユニットにおいて、チャネルは、第１，第２実施形態で説明したのと同様のものである。したがって、第１，第２実施形態で説明したのと同様の構成のものを用いることができ、その作製方法についても同様のものを用いることができる。【０２６８】
（４．感知用ゲート）
第４のセンサユニットにおいて、感知用ゲートは、第１実施形態で説明したのと同様のものである。したがって、感知用ゲートは、後述する反応場セルユニットが有する感知部とともに、検出用感知ゲートを構成するようになっている。即ち、第４のセンサユニットでは、反応場セルユニットの感知部で相互作用が生じた場合、感知用ゲートのゲート電圧が変化するようになっており、この感知用ゲートのゲート電圧に伴って生じるトランジスタの特性の変化を検出することにより検出対象物質の検出を行なうことができるようになっている。【０２６９】
（５．セルユニット装着部）
セルユニット装着部は、後述する反応場セルユニットを装着するための部分である。反応場セルユニットを第４のセンサユニットに装着することができれば特に制限は無く、任意の形状、寸法に構成することができる。
また、セルユニット装着部には、反応場セルユニットを直接装着する以外にも、コネクタ等の他の接続部材を間に介して装着するようにしてもよい。即ち、反応場セルユニットを装着した場合に、感知用ゲートと反応場セルユニットが有する感知部とが導通状態となる限り、どのようにして装着するかは任意である。【０２７０】
（６．電圧印加ゲート）
第４のセンサユニットにおいても、第１〜第３のセンサユニットと同様に、トランジスタ部は電圧印加ゲートを備えていてもよい。第４のセンサユニットのトランジスタ部に設けられる電圧印加ゲートは、第１〜第３のセンサユニットのトランジスタ部に設けられるものと同様である。【０２７１】
（７．集積化）
第４のセンサユニットにおいては、トランジスタ部は集積化されていることが好ましい。即ち、単一の基板に、ソース電極、ドレイン電極、チャネル、感知用ゲート、及び、適宜電圧印加ゲートが２以上設けられることが好ましく、さらに、それらはできるだけ小型化されていることがより好ましい。なお、適宜、各トランジスタの構成部材はそれぞれ他のトランジスタの構成部材と共有されるように設けてもよく、例えば、電圧印加ゲート等は、集積化されたトランジスタのうちの２以上に共有されるようにしてもよい。さらに、集積化するトランジスタは１種のもののみを集積化しても良く、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用して集積化しても良い。【０２７２】
このようにトランジスタの集積化を行なうことにより、センサユニットの小型化及び低コスト化、検出の迅速化及び検出感度の向上、並びに操作の簡便等の利点のうちの少なくともいずれかを得ることができる。即ち、例えば、集積化により一度に多数の検出用感知ゲートを設けることができるため、一つのセンサユニットで多数の検出対象物質を検出することができる多機能なセンサユニットを、低コストで提供することができる。また、例えばソース電極及びドレイン電極を多数並列接続するように集積化を行なえば、検出感度を高めることが可能になる。さらに、例えば、分析結果の検討のため等に用いる比較用の電極などを別途用意する必要がなくなり、あるトランジスタを用いた結果を同一センサユニット上にある他のトランジスタの結果と比較して分析することが可能となる。【０２７３】
トランジスタの集積化を行なう場合、トランジスタの配置やそれに固定化される特定物質の種類などは任意である。例えば、ひとつの検出対象物質の相互作用を感知するためにひとつのトランジスタを用いてもよいし、複数のトランジスタのアレイを用いソース電極−ドレイン電極間を並列に電気的に接続し、各々の検出用感知ゲートでは同じ検出対象物質の相互作用を感知することにより、ひとつの検出対象物質の相互作用を感知するために複数のトランジスタを用いてもよい。【０２７４】
また、集積化の具体的な方法に制限はなく、公知の方法を任意に用いることができるが、通常は、集積回路を製造する際に一般的に用いられている製造方法を利用することができる。また、最近ではＭＥＭＳと呼ばれる、金属（導体）や半導体に機械的要素を作りこむ方法も開発されており、その技術を利用することも可能である。【０２７５】
さらに、集積化を行なった場合の配線についても制限はなく任意であるが、通常は、寄生容量や寄生抵抗の影響をできるだけ排除するように配置等を工夫することが好ましい。具体的には、例えば、エアブリッジ技術やワイヤボンディング技術を用いて各ソース電極間及び／又はドレイン電極間を接続したり感知用ゲートと感知部とを接続したりすることが好ましい。【０２７６】
［II．電気接続切替部］
第４のセンサユニットにおいて、トランジスタ部が集積されている場合や、セルユニット装着部に装着する反応場セルユニットが感知部を複数有している場合には、第４のセンサユニットは、第１のセルユニットと同様、感知用ゲートと感知部との導通を切り替える電気接続切替部を備えていることが好ましい。これにより、センサユニットの小型化や、検出データの信頼性向上、検出の効率化などを図ることができる。なお、トランジスタを集積した場合には、同一のトランジスタ内の導通だけでなく、他のトランジスタとの間で上記の導通を切り替えるように構成しても良い。
なお、第４のセンサユニットが有する電気接続切替部としては、第１のセンサユニットが有する電気接続切替部と同様のものを用いることができる。【０２７７】
［Ｂ．反応場セルユニット］
反応場セルユニットは、上記の第４のセンサユニットのセルユニット装着部に装着される部材であって、検出対象物質と選択的に相互作用をする特定物質が固定された感知部（相互作用感知部）を有するものである。また、反応場セルユニットは、検体を感知部に接触させる部材である。さらに、上記セルユニット装着部に装着されているときには、感知部と上記感知用ゲートとは導通状態となるようになっている。なお、検体とは、センサユニットを用いて検出する対象となるものであり、その検体に検出対象物質が含有されている場合には、その検出対象物質と特定物質とは相互作用するようになっている。【０２７８】
反応場セルユニットは、検体を感知部に接触させて、その検体に検出対象物質が含有されている場合に上記の相互作用を生じさせることができれば具体的な構成に制限は無い。例えば、検体を感知部に接触するように保持する容器として構成することができる。ただし、検体が流体である場合には、検体を流通させる流路を有する部材として構成することが望ましい。検体を流通させて検出を行なうことにより、検出の迅速化、操作の簡便等の利点を得ることができる。【０２７９】
［Ｉ．感知部］
本実施形態において感知部は、検出対象物質と選択的に相互作用をする特定物質を固定され、基板とは離隔して反応場セルユニットに形成された部材であり、第１実施形態で説明したものと同様のものである。したがって、感知部の材料、個数、形状、寸法、感知用ゲートに対して導通をとる手段なども、第１実施形態で説明したのと同様である。さらに、感知部を２個以上設ける場合、１つの感知用ゲートに対して２つ以上の感知部を対応して設けることが好ましいことも同様である。【０２８０】
なお、本実施形態では感知部は反応場セルユニットに設けられているため、第４のセンサユニットに対して反応場セルユニットを着脱することにより、感知部も第４のセンサユニットに機械的に着脱可能となっている。また、反応場セルユニットをセルユニット装着部に装着した際には、第４のセンサユニットの感知用ゲートに対して電気的に導通状態となる。【０２８１】
［II．流路］
流路の形状、寸法、本数等に特に制限は無いが、その検出の目的に応じて、適当な流路を形成することが望ましい。流路の具体例としては、第１実施形態において説明したものと同様のものが挙げられる。さらに、流路を形成する部材や、流路の形成方法についても、第１実施形態で説明したものと同様である。【０２８２】
［Ｃ．検出対象物質、特定物質及び相互作用］
第４のセンサユニット及び反応場セルユニットにおける検出対象物質、特定物質及び相互作用は、第１〜第３実施形態で説明したものと同様である。
また、感知部位に対して特定物質を固定化する方法は、感知部への特定物質の固定化方法として第１実施形態で説明したのと同様の方法を用いることができる。【０２８３】
さらに、具体的検出例としても、第１実施形態と同様の例が挙げられる。
また、本実施形態のセンサユニットにおいてカーボンナノチューブをチャネルに用いれば、非常に高感度な検出を実現することができ、このため、高感度の検出感度を必要とする免疫項目等とその他の電解質等を同一原理で一度に測定することにより、機能別、疾患別に一度に診断を行なうことができ、ＰＯＣＴの実現が可能となる。このほか、第１実施形態と同様の作用、効果が得られ、また、同様に変形して実施することも可能である。【０２８４】
［Ｄ．分析装置の例］
第４のセンサユニット及び反応場セルユニット、並びにそれを用いた分析装置の一例としては、第１実施形態で例示したものと同様の例が挙げられる。即ち、第１実施形態で図６〜図８を用いて例示した分析装置１００において、基板１０８、低誘電層１１０、ソース電極１１１、ドレイン電極１１２、チャネル１１３、絶縁膜１１４、感知用ゲート１１５、電圧印加ゲート１１８及び絶縁体層１２０から構成される検出デバイス部１０９が本実施形態のトランジスタ部４０１として機能し、集積検出デバイス１０４及びコネクタソケット１０５で構成されるセンサユニット４０２が第４のセンサユニットとして機能し、分離型集積電極１０６と反応場セル１０７とから構成される反応場セルユニット４０３が本実施形態の反応場セルユニットとして機能する。また、コネクタソケット１０５の上部に設けられた装着部１０５Ｂは、反応場セルユニット４０３をセンサユニット４０２に装着する部分であり、セルユニット装着部４０４として機能する。したがって、これらのセンサユニット４０２及び反応場セルユニット４０３を有する分析装置１００は、本実施形態の分析装置４００として機能するものである。【０２８５】
したがって、本実施形態の一例であるセンサユニット４０２及び反応場セルユニット４０３、並びに分析装置４００によれば、従来よりも広範囲の検出対象物質の分析に用いることが可能である他、トランジスタ部４０１（即ち、検出デバイス部１０９）の集積化を行なったため、センサユニット４０２の小型化、検出の迅速化、操作の簡便等の利点を得ることができる。【０２８６】
また、センサユニット４０２と反応場セルユニット４０３とを別体として着脱可能に分離形成したため、反応場セルユニット４０３をフローセル等のディスポタイプとして使用でき、これにより、センサユニット４０２や分析装置４００の小型化も可能であるため、ユーザー側の使い勝手も向上する。
さらに、反応場セルユニット４０３が分離可能、交換可能であるため、センサユニット４０２及び分析装置４００の製造コストを安価にすることができ、さらに、使い切り可能にすることや検体がバイオ的汚染を防ぐことができる。【０２８７】
また、第１実施形態において説明したのと同様の作用・効果を得ることができる。
さらに、第１実施形態において説明したのと同様に、上記構成を、本発明の要旨の範囲内で任意に変形して実施することも可能である。【０２８８】
［第５実施形態］
本発明の第５実施形態としてのセンサユニット（以下適宜、「第５のセンサユニット」という）は、基板と、基板に設けられたソース電極及びドレイン電極と、上記のソース電極及びドレイン電極間の電流通路になるチャネルと、検出用感知ゲートとを備えたトランジスタ部を有する。さらに、第５のセンサユニットにおいて、検出用感知ゲートは、基板に固定されたゲート本体と、ゲート本体に対して電気的に導通をとりうる感知部とを備える。また、第５のセンサユニットは、検出対象物質の存在をトランジスタ部の特性の変化として検出すべく電圧を印加される参照電極とを備えて構成されている。【０２８９】
なお、第５のセンサユニットにおいても、第１〜第４のセンサユニットと同様、トランジスタ部は、トランジスタとして機能する部分であり、このトランジスタの出力特性の変化を検知することにより、本実施形態のセンサユニットは検出対象物質を検出するようになっている。また、トランジスタ部は、そのチャネルの具体的な構成により、電界効果トランジスタとして機能するものと、単一電子トランジスタとして機能するものとに区別できるが、第５のセンサユニットにおいてはいずれを用いても良い。なお、以下の説明において、トランジスタ部のことを適宜、単に「トランジスタ」というが、その場合、特に断らない限り、電界効果トランジスタ及び単一電子トランジスタのいずれとして機能するかは区別しない。【０２９０】
［Ｉ．トランジスタ部］
（１．基板）
第５のセンサユニットにおいて、基板は、第１〜第４実施形態で説明したのと同様のものである。【０２９１】
（２．ソース電極，ドレイン電極）
第５のセンサユニットにおいて、ソース電極及びドレイン電極は、第１〜第４実施形態で説明したのと同様のものである。【０２９２】
（３．チャネル）
第５のセンサユニットにおいて、チャネルは、第１，第２，第４実施形態で説明したのと同様のものである。したがって、第１，第２，第４実施形態で説明したのと同様の構成のものを用いることができ、その作製方法についても同様のものを用いることができる。【０２９３】
（４．検出用感知ゲート）
検出用感知ゲートは、ゲート本体である感知用ゲートと、感知部とを有して構成されている。また、第５のセンサユニットでは、検出用感知ゲートの感知部が検出対象物質に起因する何らかの電気的な変化を感知した場合、感知用ゲートのゲート電圧が変化するようになっており、この感知用ゲートのゲート電圧の変化に伴って生じるトランジスタの特性の変化を検出することにより検出対象物質の検出を行なうことができるようになっている。【０２９４】
（４−１．感知用ゲート）
第５のセンサユニットにおいて、感知用ゲートは、第１，第４実施形態で説明したのと同様のものである。したがって、感知用ゲートは、後述する反応場セルユニットが有する感知部とともに、検出用感知ゲートを構成するようになっている。【０２９５】
（４−２．感知部）
本実施形態において感知部は、ソース電極及びドレイン電極が固定された基板とは別体に形成され、感知用ゲートに対して電気的に導通をとりうる部材である。そして、感知部は、検出対象物質に起因する何らかの電気的な変化を感知した場合、この電気的な変化を電気信号として感知用ゲートに送り、感知用ゲートのゲート電圧を変化させることができるようになっている。【０２９６】
この感知部は、特定物質を固定化する必要が無いこと以外は、第１，第４実施形態で説明した感知部と同様に構成することができる。したがって、感知部の材料、個数、形状、寸法、感知用ゲートに対して導通をとる手段なども、第１実施形態で説明したのと同様である。さらに、感知部を２個以上設ける場合、１つの感知用ゲートに対して２つ以上の感知部を対応して設けることが好ましいことも同様である。なお、センサユニットの検出対象物質を検出する機能を損なわない限り、感知部には特定物質が固定されていてもよい。【０２９７】
（５．参照電極）
参照電極は、検出対象物質の存在をトランジスタ部の特性の変化として検出すべく電圧を印加される電極である。詳しくは、感知部に対して電圧を印加する電極であり、このとき、検体を介して感知部に電圧を印加するように構成してもよい。さらに、参照電極は、基準電極として用いたり、検体の電圧を一定にするために用いたりすることもできる。なお、検体とは、センサユニットを用いて検出する対象となるものであり、その検体に検出対象物質が含有されている場合には、本実施形態のセンサユニットを用いて検出対象物質が検出されるようになっている。【０２９８】
参照電極は、検出対象物質の検出が可能である限りその配置位置に制限は無い。基板上に形成することも可能であるが、通常は、感知部とともに基板とは別体として形成する。ただし、検出感度を高めるためには、参照電極と感知部とを対向させるように配置し、両者の間に検体が位置するようにセンサユニットを構成することが好ましい。また、参照電極は、感知部に対して安定して電圧又は電界を印加できる程度に感知部の近傍に配設することが好ましい。【０２９９】
さらに、参照電極はチャネル、ソース電極及びドレイン電極から絶縁された電極として形成するが、この際、参照電極の材料、寸法、形状に特に制限は無い。通常は、第１実施形態で電圧印加ゲートについて説明したのと同様の材料、寸法、形状で形成することができる。
また、感知部を２つ以上設ける場合には、１つの参照電極が２つ以上の感知部に対応するように構成してもよい。これにより、センサユニットの小型化を図ることができる。【０３００】
ここで、参照電極を用いた検出のメカニズムを説明する。
参照電極が感知部に対して電圧または電界を印加できるようにセンサユニットを構成した場合、参照電極と感知部とを絶縁させ、参照電極が形成する電界内に検体がある状態で、感知部に電圧または電界を印加する。このとき、検体内の検出対象物質が何らかの変化（数、濃度、密度、相、状態等の変化など）を生じると、検出対象物質の変化に起因して検体部分の誘電率が変化し、このため感知用ゲートのゲート電位が変化する。このゲート電圧の変化に伴って生じるトランジスタの特性の変化を検出することにより検出対象物質の検出を行なうことができる。【０３０１】
一方、検体を介して感知部に電圧を印加できるようにセンサユニットを構成した場合、検体を介して特定（直流、交流）の電圧または電界を感知部に印加する。このとき、検体内の検出対象物質が何らかの変化（数、濃度、密度、相、状態等の変化など）を生じると、検出対象物質の変化に起因して検体部分の電気インピーダンスが変化し、このため感知用ゲートのゲート電位が変化する。このゲート電圧の変化に伴って生じるトランジスタの特性の変化を検出することにより検出対象物質の検出を行なうことができる。【０３０２】
（６．電圧印加ゲート）
第５のセンサユニットにおいては、トランジスタ部は電圧印加ゲートを備えていてもよい。第５のセンサユニットのトランジスタ部に設けられる電圧印加ゲートは、第１〜第４のセンサユニットのトランジスタ部に設けられるものと同様である。【０３０３】
（７．集積化）
上述したトランジスタは、集積化されていることが好ましい。即ち、単一の基板に、ソース電極、ドレイン電極、チャネル、検出用感知ゲート、及び、適宜電圧印加ゲートが２以上設けられていることが好ましく、さらに、それらはできるだけ小型化されていることがより好ましい。ただし、検出用感知ゲートの構成要素のうち、感知部は、通常は基板とは別に形成されるため、基板上には少なくとも感知用ゲート（ゲート本体）が集積されていればよい。また、適宜、各トランジスタの構成部材はそれぞれ他のトランジスタの構成部材と共有されるように設けてもよく、例えば、検出用感知ゲートの感知部、参照電極及び電圧印加ゲート等は、集積化されたトランジスタのうちの２以上に共有されるようにしてもよい。さらに、集積化するトランジスタは１種のもののみを集積化しても良く、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用して集積化しても良い。【０３０４】
このようにトランジスタの集積化を行なうことにより、センサユニットの小型化及び低コスト化、検出の迅速化及び検出感度の向上、並びに操作の簡便等の利点のうちの少なくともいずれかを得ることができる。即ち、例えば、集積化により一度に多数の検出用感知ゲートを設けることができるため、一つのセンサユニットで多数の検出対象物質を検出することができる多機能なセンサユニットを、低コストで提供することができる。また、例えばソース電極及びドレイン電極を多数並列接続するように集積化を行なえば、検出感度を高めることが可能になる。さらに、例えば、分析結果の検討のため等に用いる比較用の電極などを別途用意する必要がなくなり、あるトランジスタを用いた結果を同一センサユニット上にある他のトランジスタの結果と比較して分析することが可能となる。【０３０５】
トランジスタの集積化を行なう場合、トランジスタの配置や、必要に応じて固定化される特定物質の種類などは任意である。例えば、ひとつの検出対象物質を検知するためにひとつのトランジスタを用いてもよいし、複数のトランジスタのアレイを用いソース電極−ドレイン電極間を並列に電気的に接続し、各々の検出用感知ゲートでは同じ検出対象物質を検知することにより、ひとつの検出対象物質を検知するために複数のトランジスタを用いてもよい。【０３０６】
また、集積化の具体的な方法に制限はなく、公知の方法を任意に用いることができるが、通常は、集積回路を製造する際に一般的に用いられている製造方法を利用することができる。また、最近ではＭＥＭＳと呼ばれる、金属（導体）や半導体に機械的要素を作りこむ方法も開発されており、その技術を利用することも可能である。【０３０７】
さらに、集積化を行なった場合の配線についても制限はなく任意であるが、通常は、寄生容量や寄生抵抗の影響をできるだけ排除するように配置等を工夫することが好ましい。具体的には、例えば、エアブリッジ技術やワイヤボンディング技術を用いて各ソース電極間及び／又はドレイン電極間を接続したり感知用ゲートと感知部とを接続したりすることが好ましい。【０３０８】
［II．電気接続切替部］
第５のセンサユニットにおいてトランジスタ部が集積されている場合や感知部が複数設けられている場合、即ち、感知用ゲート及び感知部の一方又は両方が２個以上設けられている場合には、第５のセンサユニットは、感知用ゲートと感知部との導通を切り替える電気接続切替部を備えていることが好ましい。この場合、第５のセンサユニットが備える電気接続切替部は、第１，第２，第４実施形態で説明したものと同様である。【０３０９】
［III．反応場セルユニット］
第５のセンサユニットは、反応場セルユニットを設けてもよい。この反応場セルユニットは、検出を行なう場合に検体を所望の位置に存在させることができれば、即ち、検出時に検体を参照電極の電界内に位置させるか、検体を介して参照電極が感知部に電圧を印加できるようにすることができれば具体的な構成に制限は無い。【０３１０】
ただし、検体が流体である場合には、検体を流通させる流路を有する部材として構成することが望ましい。検体を流通させて検出を行なうことにより、検出の迅速化、操作の簡便等の利点を得ることができる。
また、反応場セルユニットが流路を有している場合、その形状、寸法、本数、流路を形成する部材の材質、流路の製作方法等に制限はないが、通常は、第１，第４実施形態で説明した流路と同様である。【０３１１】
さらに、反応場セルユニットには、上述した感知部及び参照電極のいずれか一方又は両方を形成してもよい。即ち、基板上の感知用ゲートと、反応場セルユニットの感知部及び参照電極とにより、検出用感知ゲートが構成されるようにしても良い。これにより、感知部及び参照電極の着脱を反応場セルユニットの着脱と共に行なうことが可能となり、操作の簡便化を図ることができる。【０３１２】
［IV．検出対象物質及び具体的検出例］
（１．検出対象物質）
検出対象物質とは、本実施形態のセンサユニットが検出する対象となる物質である。第５のセンサユニットにおける検出対象物質については特に制限は無く、任意の物質を検出対象物質とすることができる。また、検出対象物質として、純物質以外のものを用いることも可能である。その具体例としては、第１〜第４実施形態で例示したものと同様のものが挙げられる。【０３１３】
（２．具体的検出例）
以下、本実施形態のセンサユニットを用いた検出対象物質の検出方法の具体例を例示する。
例えば、本実施形態のセンサユニットを用いれば、第１実施形態と同様に、特定物質を用いて生体分子間相互作用を用いたタンパク質等の検出、血液電解質の検出、ｐＨの測定、血液ガスを検出、基質の検出、酵素の検出などを行なうことができる。【０３１４】
また、例えば、本実施形態のセンサユニットを用いれば、血液電解質を検出対象物質として検出することができる。この場合、通常は、液膜型イオン選択性電極法を採用する。
さらに、例えば、本実施形態のセンサユニットを用いれば、ｐＨの測定を行なうことができる。このｐＨの測定では、水素イオンを検出対象物質として検出し、それによりｐＨを測定する。また、通常は、水素イオン選択性電極法を採用する。【０３１５】
また、例えば、血液を検体として、血液凝固能測定を行なうこともできる。血液凝固能測定として主なものを挙げれば、活性化部分トロンボプラスチン時間（ＡＰＴＴ）の測定、プロトロンビン時間（ＰＴ）の測定、および活性化凝固時間（ＡＣＴ）の測定などが挙げられる。また、単なる全血凝固時間の測定を行なうことも可能である。【０３１６】
ＡＰＴＴ試験では、血液の凝固の内因性の一連の酵素触媒反応および一般的な一連の酵素触媒反応を感知し、評価できる。したがって、ＡＰＴＴは、しばしば静脈内のヘパリン抗凝血剤治療を監視するために使用される。特に、ＡＰＴＴ試験は、活性化剤、カルシウムおよびリン脂質がクエン酸塩血液サンプルに加えられた後にフィブリンクロットが形成される際の形成に要する時間を測定できる。なお、クエン酸塩血液サンプルは抗凝固処理された血液サンプル（全血、血漿を含む）のことを表わす。また、抗凝固処理にはクエン酸処理の以外にもヘパリン処理を含むが、これらに限定されるものではない。また、ヘパリン処理はクロット形成を抑制する効果を有する。【０３１７】
また、ＰＴ試験では、血液の凝固の外因性の一連の酵素触媒反応および一般的な一連の酵素触媒反応を感知し、評価できる。したがって、経口抗凝血剤治療を監視するために使用される。特に、ＰＴ試験では、活性化剤、カルシウム及び組織トロンボプラスチンがクエン酸塩血液サンプルに加えられた後にフィブリンクロットが形成される際の形成に要する時間を測定できる。なお、経口抗凝血剤クマディンは、プロトロンビンの形成を抑制する効果がある。したがって、このＰＴ試験は、血液サンプルへのカルシウムおよび組織トロンボプラスチンの付加に基づいている。【０３１８】
さらに、ＡＣＴ試験は、血液の凝固の内因性の一連の酵素触媒反応および一般的な一連の酵素触媒反応を感知し、評価できる。したがって、ＡＣＴ試験は、ヘパリン治療をよる抗凝血剤を監視するためにしばしば使用される。なお、このＡＣＴ試験は、外因性の抗凝血剤が全く加えられない全血液を新しくするための内因性の一連の触媒反応への活性剤の付加に基づいている。【０３１９】
上記のＡＰＴＴ、ＰＴ、ＡＣＴ等の血液凝固線溶能を調べる場合、例えば、血液（全血、血漿を含む）等との接触後に試料（血液）の誘電率変化を促進することができる少なくとも１種の試薬と血液等とを混合し、この混合液を参照電極とゲート電極との間に配置し、この時生じる誘電率の時間的変化を直接、感知用ゲート上での電気容量変化による応答として感知することにより、凝固時間を測定する。【０３２０】
また、上記の血液凝固時間の測定には、粘性、導電率、光学的に濃度変化をみるなど各種の方法が開発されている。しかし、本実施形態のセンサユニットにおいては、デバイスの構造原理上、誘電率の変化に敏感なカーボンナノチューブをＳＥＴチャネルに用いた単一電子トランジスタを用いると、検出感度が非常に高まるため、好ましい。以下、その場合の具体的なセンサユニットの例について説明する。ただし、本発明は以下に示す例に限定されるものではなく、任意に変形して実施することができる。【０３２１】
図１３は、血液凝固時間の測定に用いるセンサユニットの一例の要部構成を模式的に示す断面図である。このセンサユニットは、図１３に示すように、Ｓｉで形成された基板１２の表面にＳｉＯ２の絶縁層１３が形成され、絶縁層１３の表面にソース電極１４及びドレイン電極１５が形成されている。また、ソース電極１４とドレイン電極１５との間には、カーボンナノチューブによってＳＥＴチャネル１６が形成されている。さらに、ＳＥＴチャネル１６の上部には、感知用ゲート（ゲート本体）１７が形成されている。なお、この感知用ゲート１７は、その下面に絶縁層（図示省略）を有しており、これによって、感知用ゲート１７とＳＥＴチャネル１６とが絶縁されている。【０３２２】
また、ソース電極１４及びドレイン電極１５の上面全体、並びにＳＥＴチャネル１６両端部上面には絶縁層１８が形成されていて、これにより、ソース電極１４及びドレイン電極１５と感知用ゲート１７とが絶縁されている。【０３２３】
さらに、感知用ゲート１７の上部には、感知部１９が機械的に着脱可能に形成されている。この感知部１９は導体で構成されたゲートであり、感知用ゲート１７に電気的に導通している。
さらに、感知部１９の上部には図示しない反応場セルにより反応場２１が形成されていて、この反応場２１内において、血液が凝固するようになっている。
また、反応場２１を挟んで感知部１９の対向する位置には、参照電極２２が設けられていて、この参照電極２２から感知部１９に対して電圧を印加できるようになっている。【０３２４】
さらに、基板１２の裏面（図中下側）には電圧印加ゲート２３が形成されていて、この電圧印加ゲート２３には、検出対象物質の存在をトランジスタ部２４の特性の変化として検出すべく、ＳＥＴチャネル１６に対して電圧を印加するための電圧を印加されるようになっている。ただし、この電圧印加ゲート２３は、適宜、ＳＥＴチャネル１６に対して電圧を印加する以外の用途に用いるようにしてもかまわない。【０３２５】
このセンサチップでは、基板１２、絶縁層１３，１８、ソース電極１４、ドレイン電極１５、ＳＥＴチャネル１６、検出用感知ゲート２０（即ち、感知用ゲート１７、感知部１９）、及び電圧印加ゲート２３からトランジスタ部２４が構成されている。また、ソース電極１４、ドレイン電極１５、参照電極２２、電圧印加ゲート２３にはそれぞれ配線が接続され、この配線を通じて電圧が印加されたり、外部の測定機器によって電流、電圧等を測定されたりするようになっている。【０３２６】
以上のようなセンサユニットでは、反応場２１に凝固反応が進行するように処理された検体である血液を充填し、参照電極２２の電気容量を形成する場で、凝固反応を進行させる。凝固反応が進行すれば、反応場２１内の誘電率が変化し、トランジスタ部２４の電気容量が変化する。したがって、単純に参照電極に印加される電圧（即ち、参照電極２２の電位ＶＧまたはソース電極１４に対する参照電極２２の電圧ＶＧＳ）が一定の電圧下で、トランジスタ部２４のドレイン電流ＩＤを観測すれば、誘電率が増加すればＩＤも増加することになるため、誘電率の変化から、反応速度を時定数から割り出せ、凝固時間を算出できる。さらに、上記のトランジスタ部２４で発振器を構成して動作をさせるようにすれば、トランジスタ部２４の電気容量の変化によって、パルス時間幅や発振する周波数は変化する。また、凝固によって誘電率が増加すればパルス時間幅が増加するため、この増加分から割り出せる時定数と凝固時間との相関が測定できる。また発振周波数は、誘電率が増加すれば減少するので、電気容量を計測できる回路｛Ｑメータ（ＲＣＬ直列発振器）、Ｃメーター、交流ブリッジ回路など｝を組み込めば、特に制約はなく計測可能である。【０３２７】
例えば簡単な一例を挙げるとすれば、図１４のような回路を有する分析装置（マルチバイブレータ）を組み、その各部における時定数τ１（＝ＲＡＣＡ），τ２（＝ＲＢＣＢ）を測定することにより、上記の凝固時間との相関を測定することができる。即ち、凝固時間検出部（ここに、上記のセンサユニットのトランジスタ部２４が用いられる）の静電容量ＣＢが変化すると、例えば図１５に示すように各部の時定数τ１，τ２が変化をする。したがって、この時定数τ１，τ２の変化を読み取れば、それを用いて上記の凝固時間との相関を知ることが可能である。なお、図１４は上記のセンサユニットを有する分析装置の測定回路の一例を表わす図であり、図１４においてＲＡ，ＲＢはそれぞれ対応する抵抗の抵抗値を表わし、ＶＤ１，ＶＤ２，ＶＧ１，ＶＧ２はそれぞれ対応する位置における電圧を表わし、ＶＤＤは直流電源を表わし、ＣＡは任意のコンデンサの容量、ＣＢは参照電極２２と電圧印加ゲート２３との間の電気容量を表わす。また、図１５はトランジスタの特定変化の一例である時定数の変化を説明するための図であり、Ｔ１，Ｔ２はそれぞれ周期を表わす。【０３２８】
また、回路構成上、トランジスタ部２４を用いて凝固時間を計測しない回路部分において、所望の項目以外に敏感な同相入力に影響する要素（例えば、温度変化、圧力変化等）が生じる場合には、それらの要素を引き算をするように構成すれば、感度よく測定ができる。【０３２９】
さらに、反応場２１では、試薬の定量的な送液方法や反応スキームなどは、再現性がよいものであればよく、特に限定するものではない。
なお、誘電率変化を促進するために試薬を用いる場合の具体例としては、例えば、ＡＰＴＴ試験では、クエン酸処理した血液に、活性化物質であるカルシウム及びリン脂質を試薬として混合することが挙げられる。また、例えばＰＴ試験では、血液へ、カルシウム及び組織トロンボプラスチンの混合が挙げられる。【０３３０】
また、例えば、血液を検体として、血算測定を行なうこともできる。血算測定とは赤血球数（ＲＢＣ）、ヘモグロビン濃度（Ｈｂ）、ヘマトクリット（Ｈｃｔ）、白血球数（ＷＢＣ）、血小板数（Ｐｌｔ）、平均赤血球容積（ＭＣＶ）、平均赤血球ヘモグロビン濃度（ＭＣＨＣ）などの測定を表わす。さらに、これに白血球分類（リンパ球、顆粒球、単球）を加えたものは、血球計数検査という。
赤血球数（ＲＢＣ）、白血球数（ＷＢＣ）、血小板数等の血算を調べる場合、電気抵抗を用いて測定する。例えば、血球を小孔（アパーチャー）に流通させ、その小孔を血球が通過する際の電気抵抗変化数（血球通過信号）若しくは電気インピーダンス変化数を感知することにより、血算を測定する。【０３３１】
以下、全血算測定に用いるセンサユニットの一例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではなく、任意に変形指定実施することができる。
図１６は、全血算測定に用いるセンサユニットの一例の要部構成を模式的に示す断面図である。なお、図１６において、図１３と同様の符号で示す部分は、同様のものを表わす。また、図１６は反応場セルユニット２５を装着した状態を示している。
このセンサユニットは、図１６に示すように、図１３で示した血液凝固時間の測定に用いるセンサユニットの感知部１９及び反応場２１を備えず、着脱可能に形成された反応場セルユニット２５を備えた構成となっている。即ち、図１６のセンサユニットは、基板１２、絶縁層１３，１８、ソース電極１４、ドレイン電極１５、カーボンナノチューブで形成されたＳＥＴチャネル１６、感知用ゲート（ゲート本体）１７、参照電極２２、及び電圧印加ゲート２３、並びに、反応場セルユニット２５を備えている。【０３３２】
反応場セルユニット２５は、上下一対の板状フレーム２６，２７の間に絶縁材で形成されたスペーサ２８を備えていて、スペーサ２８の間には図１６の紙面に交差する向きに血液を流すための流路２９が形成されている。
また、流路２９の下部には板状フレーム２６を貫通する孔が形成され、その孔には導体により形成された感知部３０が設けられている。感知部３０は、反応場セルユニット２５と一体に形成されているため、反応場セルユニット２５を図１６のように装着した場合には、感知部３０と感知用ゲート１７とが導通し、反応場セルユニット２５を取り外した場合には感知部３０と感知用ゲート１７とが導通しないようになっている。これにより、感知部３０は、感知部３０の流路２９側表面（図中上面）上の部分を検出対象物質である赤血球などが通過する際の電気抵抗変数（血球通過信号）若しくは電気インピーダンス変化数を、感知部３０から感知用ゲート１７への電気信号により感知するようになっている。【０３３３】
さらに、流路２９の上部にも板状フレーム２７を貫通する孔が形成され、その孔には導体により形成された電極部３１が設けられている。電極部３１は、参照電極２２と接するように形成されているため、電極部３１と参照電極２２とは電気的に導通がとられており、したがって、参照電極２２から印加される電圧は電極部３１を通じ、流路２９を介して感知部３０及び感知用ゲート１７に電圧を印加できるようになっている。【０３３４】
なお、感知部３０及び電極部３１は、板状フレーム２６，２７を貫通する孔を塞いでいるため、流路２９内流れる流体が流路２９外に漏れ出す虞は無い。
このような構成のセンサチップにおいては、基板１２、絶縁層１３，１８、ソース電極１４、ドレイン電極１５、ＳＥＴチャネル１６、検出用感知ゲート２０（即ち、感知用ゲート１７、感知部３０）、及び電圧印加ゲート２３からトランジスタ部３２が構成されている。また、ソース電極１４、ドレイン電極１５、参照電極２２、電圧印加ゲート２３にはそれぞれ配線が接続され、この配線を通じて電圧が印加されたり、外部の測定機器によって電流、電圧等を測定されたりするようになっている。【０３３５】
以上のようなセンサユニットを使用する際には、流路２９に検体である血液を流通させる。この際、参照電極２２から一定の電圧を印加しながら流路２９に検体を流通させる。この際、検出対象物質が感知部３０と電極部３１との間の部分を流通すれば流路２９の感知部３０と電極部３１との間の部分の電気インピーダンスが変化するため、ＳＥＴチャネル１６を流れるドレイン電流は、検出対象物質が流れる度に大きく変化する。したがって、その変化した回数をカウントすることにより、血算を測定することができる。【０３３６】
血算の内、赤血球数（ＲＢＣ）と赤血球容積（ＭＣＶ）とは血液を直接あるいは希釈した後、上記の方式で測定される。また、血小板数（Ｐｌｔ）は赤血球測定時に血小板／赤血球の血球通過信号比で求められる。さらに、白血球数（ＷＢＣ）は、予め赤血球を溶血剤で処理した後、上記方法による試料の血球通過信号でもって求められる。なお、白血球分類は白血球測定時に通過血球信号の電気抵抗値で識別・同定・分類される。さらに、ヘモグロビン濃度は免疫学的に測定し、ヘマトクリットは電導度法で測定する。また、これらの値から赤血球恒数（ＭＣＶ、ＭＣＨ、ＭＣＨＣ）が算出される。【０３３７】
なお、ここで例示したセンサユニットの構成は、各構成要素の説明において上述したように適宜変更することができ、例えば、複数の項目を測定する際、一つの項目で使用する試薬や反応生成物が他の項目の測定を阻害することを防ぐため、個々の感知部を仕切り分けることができる。また、検出対象物や検出に必要な試薬を個々の感知部へ送る際、上述したような流路によって分けてから感知部へ送るようにすることもできる。【０３３８】
さらに、上記例ではＳＥＴチャネル１６を用いた例を示したが、代わりにＦＥＴチャネルを用いることも可能であり、また、カーボンナノチューブ以外のチャネルを用いることも可能である。
ただし、カーボンナノチューブをチャネルに用いることは、非常に高感度の検出を実現するため、高感度の検出感度を必要とする免疫項目とその他の生化学項目等を同一原理で一度に測定することにより、疾患別に一度に診断を行なうことができ、ＰＯＣＴの実現が可能となる。【０３３９】
［Ｖ．分析装置の例］
以下に、第５のセンサユニット、及び、それを用いた分析装置の一例の構成を示すが、本発明は以下の例に限定されるものではなく、例えば各構成要素の説明において上述したように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において任意に変形して実施することができる。
なお、以下に説明する第５のセンサユニット及びそれを用いた分析装置の概要は、第１のセンサユニットを用いた分析装置の一例として第１実施形態で説明した分析装置に対し、特定物質を用いず、参照電極を新たに設けたほかは同様の構成となっている。【０３４０】
図１７は、第５のセンサユニットを用いた分析装置５００の要部構成を模式的に示す図であり、図１８は、第５のセンサユニットの要部構成を模式的に示す分解斜視図である。また、図７（ａ），図７（ｂ）には、検出デバイス部５０９の要部構成を模式的に示し、図７（ａ）はその斜視図、図７（ｂ）は側面図である。さらに、図１９は、コネクタソケット５０５、分離型集積電極５０６及び反応場セル５０７を集積検出デバイス５０４に取り付けた状態について、その電極部５１６周辺を模式的に示す断面図である。なお、この図１９においては、説明のため、コネクタソケット５０５はその内部の配線５２１のみを示す。また、図７（ａ），図７（ｂ），図１７〜図１９において、同様の符号で示す部分は、同様のものを表わす。【０３４１】
図１７に示すように、この分析装置５００は、センサユニット５０１と、測定回路５０２とを有して構成され、ポンプ（図示省略）によって検体を矢印のように流すことができるように構成されている。ここで、測定回路５０２は、参照電極５２７に印加する電圧を制御しつつセンサユニット５０１内のトランジスタ部（図１９のトランジスタ部５０３参照）の特性変化を検出するための回路（トランジスタ特性検出部）であり、任意の抵抗、コンデンサ、電流計、電圧計などから目的に応じて構成される。【０３４２】
センサユニット５０１は、図１８に示すように、集積検出デバイス５０４と、コネクタソケット５０５と、分離型集積電極５０６と、反応場セル５０７とを備えている。このうち、集積検出デバイス５０４は分析装置５００に固定されている。一方、コネクタソケット５０５、分離型集積電極５０６及び反応場セル５０７は、集積検出デバイス５０４から機械的に着脱可能となっている。【０３４３】
集積検出デバイス５０４及びコネクタソケット５０５の構成は、第１のセンサユニットを用いた分析装置の一例として第１実施形態で説明した分析装置１００における集積検出デバイス１０４及びコネクタソケット１０５と同様である。
即ち、集積型検出デバイス５０４は、図１８に示すように、基板５０８上に、それぞれ同様に構成された複数（ここでは４個）の検出デバイス部５０９が集積化された構成となっていて、各検出デバイス部５０９は、図７（ａ），図７（ｂ）に示すように、第１実施形態で説明した低誘電層１１０、ソース電極１１１、ドレイン電極１１２、チャネル１１３、絶縁膜１１４、感知用ゲート（ゲート本体）１１５、電圧印加ゲート１１８、絶縁体層１２０とそれぞれ同様に形成された低誘電層５１０、ソース電極５１１、ドレイン電極５１２、チャネル５１３、絶縁膜５１４、感知用ゲート（ゲート本体）５１５、電圧印加ゲート５１８、及び絶縁体層５２０を備えている。また、感知用ゲート５１５は、コネクタソケット５０５を介して分離型集積電極５０６及び反応場セル５０７を集積検出デバイス５０４に装着することにより、分離型集積電極５０６の対応する電極部５１６と共に検出用感知ゲート５１７（図１９参照）を構成するようになっている。【０３４４】
また、コネクタソケット５０５は、集積検出デバイス５０４と分離型集積電極５０６との間で、集積検出デバイス５０４と分離型集積電極５０６とを接続するコネクタであり、第１実施形態で説明した装着部１０５Ａ及び装着部１０５Ｂとそれぞれ同様に形成された装着部５０５Ａ及び装着部５０５Ｂが設けられ、さらに、配線５２１（図１９参照）とスイッチ（図示省略）とを有している。これにより、集積検出デバイス５０４の図中左から１番目、２番目、３番目及び４番目の検出デバイス部５０９それぞれと、分離型集積電極５０６の図中左から１列目、２列目、３列目及び４列目の各３個づつの電極部５１６とを対応させて、それぞれ電気的に導通をとることができ、さらに、感知用ゲート５１５と対応する電極部５１６との導通を切り替えられるようになっている。したがって、コネクタソケット５０５は、導通部材及び電気接続切替部として機能するようになっている。【０３４５】
また、分離型集積電極５０６の構成は、電極部（感知部）５１６（図６の電極部１１６に相当）に特定物質が固定化されていないこと以外は、第１実施形態で説明した分離型集積電極１０６と同様である。即ち、分離型集積電極５０６は、図１９に示すように、第１実施形態で説明した基板１２２、電極部（感知部）１１６及び配線１２４と同様の基板５２２、電極部（感知部）５１６及び配線５２４を有して構成されている。【０３４６】
さらに、反応場セル５０７の構成は、参照電極５２７が形成されていること以外は、第１実施形態で説明した反応場セル１０７と同様である。即ち、反応場セル５０７は、第１実施形態で説明した基体１２５及び流路１１９と同様の基体５２５及び流路５１９を有して構成され、さらに、各電極部５１６に対向する流路５１９の上面に面して、各電極部５１６にそれぞれ対応する参照電極５２７が形成されている。また、各参照電極５２７には、分析装置５００に設けられた電源（図示省略）から電圧が印加されるようになっていて、参照電極５２７の電圧の大きさは、測定回路５０２により制御されるようになっている。【０３４７】
反応場セル５０７は、分離型集積電極５０６と一体に形成され、反応場セルユニット５２６を構成する。したがって、分析装置５００の使用時には反応場セルユニット５２６をコネクタソケット５０５を介して集積検出デバイス５０４に装着することになる。なお、この反応場セルユニット５２６は通常は使い切り（使い捨て）とする。また、反応場セル５０７と集積検出デバイス５０４とは、別体として形成しても良い。【０３４８】
本例の分析装置５００及びセンサユニット５０１は以上のように構成されている。したがって、使用時には、まず、コネクタソケット５０５、及び反応場セルユニット５２６（即ち、分離型集積電極５０６及び反応場セル５０７）を、集積検出デバイス５０４に装着して、センサユニット５０１を準備する。その後、電圧印加ゲート５１６に、トランジスタ部５０３（即ち、基板５０８、低誘電層５１０、ソース電極５１１、ドレイン電極５１２、チャネル５１３、絶縁膜５１４、検出用感知ゲート５１７及び電圧印加ゲート５１８）の伝達特性を最大とすることができる大きさの電圧を印加し、チャネル５１３に電流を流通させる。その状態で、測定回路５０２でトランジスタ部５０３の特性を測定し、且つ、参照電極５２７から一定の参照電圧を印加しながら、流路５１９に検体を流通させる。【０３４９】
検体は流路５１９を流通し、電極部５１６に接触する。この際、参照電極５２７に参照電圧が印加されているため、検体を介して電極部５１６に電圧が印加される。ここで、検体中に検出対象物質が含まれていれば、検出対象物質が電極部５１６上を通過した際に通過された電極部５１６上のインピーダンスが変化するため、この電極部５１６に印加される電圧の大きさが変動する。この電圧の大きさの変動は電気信号となって電極部５１６から配線５２４，５２１を通じて感知用ゲート５１５に伝わり、感知用ゲート５１５では、この電気信号によりゲート電圧に変化が生じるなどするため、トランジスタ部５０３の特性が変化する。【０３５０】
したがって、前記のトランジスタ部５０３の特性の変化を測定回路５０２で測定することにより、検出対象物質を検出することができる。特に、本例では、チャネル５１３としてカーボンナノチューブを用いているため、非常に感度の高い検出を行なうことが可能であり、したがって、従来は検出が困難であった検出対象物質の検出も行なうことができる。したがって、本例の分析装置５００は、従来よりも広範囲の検出対象物質の分析に用いることが可能である。
また、本例の分析装置５００によれば、特定物質を用いることによるもののほかは、第１実施形態で説明した分析装置１００と同様の作用・効果を得ることができる。【０３５１】
ただし、ここで例示した分析装置５００及びセンサユニット５０１は、あくまで第５実施形態としてのセンサユニットの一例であり、上記構成を、本発明の要旨の範囲内で任意に変形して実施することも可能である。本実施形態のセンサユニットの各構成要素の説明として上述したように変形することも可能であるが、中でも、以下のように変形を行なうことも可能である。【０３５２】
例えば、分析装置５００及びセンサユニット５０１は、検出対象物質が流路５１９を流れることによるインピーダンスの変化を感知する代わりに、検出対象物質が流路５１９を流れることによる流路５１９内の誘電率の変化を感知するように構成しても良い。
また、センサユニット５０１の検出対象物質を検出する機能を損なわない限り、電極部５１６の一部又は全部には適当な特定物質が固定されていてもよい。さらに、この場合、上記のインピーダンスや誘電率の変化に加え、特定物質と検出対象物質との相互作用を感知するようにしても良い。
さらに、第１実施形態において説明したのと同様に、上記構成を、本発明の要旨の範囲内で任意に変形して実施することも可能である。【０３５３】
また、特にチャネルをカーボンナノチューブで形成する場合には、感知用ゲートと感知部とは、ソース電極及びドレイン電極が固定された基板に一体に形成されていても良い。即ち、センサユニットを、基板、基板に設けられたソース電極及びドレイン電極、上記のソース電極及びドレイン電極間の電流通路になるカーボンナノチューブで形成されたチャネル、並びに基板に固定されたゲート（感知用ゲートと感知部とが一体に形成されたゲート。検出用感知ゲート）を有するトランジスタ部と、検出対象物質の存在をトランジスタ部の特性の変化として検出すべく電圧を印加される参照電極とを備えるように構成しても良い。カーボンナノチューブを用いたチャネルを使用することにより、上記構成のトランジスタ部を、誘電率や電気インピーダンスなどの変化に対して非常に敏感とすることができる。したがって、上記の構成によっても、従来よりも検出感度が遥かに優れたセンサユニットを得ることができる。【０３５４】
［第６実施形態］
本発明の第６実施形態としてのセンサユニット（以下適宜、「第６のセンサユニット」という）は、基板、該基板に設けられたソース電極及びドレイン電極、上記のソース電極及びドレイン電極間の電流流路となるチャネル、並びに感知用ゲートを備えたトランジスタ部と、感知部、及び、検出対象物質の存在を該トランジスタ部の特性の変化として検出すべく電圧を印加される参照電極を有する反応場セルユニットを装着するためのセルユニット装着部とを備える。さらに、上記反応場セルユニットが該セルユニット装着部に装着されているときには上記感知部と該感知用ゲートとが導通状態となるように構成されている。【０３５５】
一方、上記の第６のセンサユニットに装着される反応場セルユニットは、基板、基板に設けられたソース電極及びドレイン電極、上記のソース電極及びドレイン電極間の電流通路になるチャネル、並びに感知用ゲートを備えたトランジスタ部と、セルユニット装着部とを備えるセンサユニットの上記セルユニット装着部に装着される反応場セルユニットであって、感知部と、検出対象物質の存在を該トランジスタ部の特性の変化として検出すべく電圧を印加される参照電極とを有するものである。さらに、上記セルユニット装着部に装着されているときには、感知部と上記感知用ゲートとが導通状態となるようになっている。【０３５６】
また、上記のトランジスタ部は、トランジスタとして機能する部分であり、このトランジスタの出力特性の変化を検知することにより、本実施形態のセンサユニットは検出対象物質を検出するようになっている。また、トランジスタ部は、そのチャネルの具体的な構成により、電界効果トランジスタとして機能するものと、単一電子トランジスタとして機能するものとに区別できるが、第６のセンサユニットにおいてはいずれを用いても良い。なお、以下の説明において、トランジスタ部のことを適宜、単に「トランジスタ」というが、その場合、特に断らない限り、電界効果トランジスタ及び単一電子トランジスタのいずれとして機能するかは区別しない。
以下、第６のセンサユニット及び反応場セルユニットの構成要素について説明する。【０３５７】
［Ａ．第６のセンサユニット］
［Ｉ．トランジスタ部］
（１．基板）
第６のセンサユニットにおいて、基板は、第１〜第５実施形態で説明したのと同様のものである。【０３５８】
（２．ソース電極，ドレイン電極）
第６のセンサユニットにおいて、ソース電極及びドレイン電極は、第１〜第５実施形態で説明したのと同様のものである。【０３５９】
（３．チャネル）
第６のセンサユニットにおいて、チャネルは、第１，第２，第４，第５実施形態で説明したのと同様のものである。したがって、第１，第２，第４，第５実施形態で説明したのと同様の構成のものを用いることができ、その作製方法についても同様のものを用いることができる。【０３６０】
（４．感知用ゲート）
第６のセンサユニットにおいて、感知用ゲートは、第１，第４，第５実施形態で説明したのと同様のものである。したがって、感知用ゲートは、後述する反応場セルユニットが有する感知部とともに、検出用感知ゲートを構成するようになっている。即ち、第６のセンサユニットでは、反応場セルユニットの感知部で検出対象物質に起因する何らかの電気的な変化を感知した場合、この電気的な変化を電気信号として感知用ゲートに送り、感知用ゲートのゲート電位を変化させ、この感知用ゲートのゲート電圧に伴って生じるトランジスタの特性の変化を検出することにより検出対象物質の検出を行なうことができるようになっている。【０３６１】
（５．セルユニット装着部）
セルユニット装着部は、後述する反応場セルユニットを装着するための部分である。反応場セルユニットを第６のセンサユニットに装着することができれば特に制限は無く、任意の形状、寸法に構成することができる。
また、セルユニット装着部には、反応場セルユニットを直接装着する以外にも、コネクタ等の他の接続部材を間に介して装着するようにしてもよい。即ち、反応場セルユニットを装着した場合に、感知用ゲートと反応場セルユニットが有する感知部とが導通状態となる限り、どのようにして装着するかは任意である。【０３６２】
（６．電圧印加ゲート）
第６のセンサユニットにおいても、第１〜第５のセンサユニットと同様に、トランジスタ部は電圧印加ゲートを備えていてもよい。第６のセンサユニットのトランジスタ部に設けられる電圧印加ゲートは、第１〜第５のセンサユニットのトランジスタ部に設けられるものと同様である。【０３６３】
（７．集積化）
上述したトランジスタは、集積化されていることが好ましい。即ち、単一の基板に、ソース電極、ドレイン電極、チャネル、感知用ゲート、及び、適宜電圧印加ゲートが２以上設けられていることが好ましく、さらに、それらはできるだけ小型化されていることがより好ましい。ただし、適宜、各トランジスタの構成部材はそれぞれ他のトランジスタの構成部材と共有されるように設けてもよく、例えば、検出用感知ゲートの感知部及び電圧印加ゲート等は、集積化されたトランジスタのうちの２以上に共有されるようにしてもよい。さらに、集積化するトランジスタは１種のもののみを集積化しても良く、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用して集積化しても良い。【０３６４】
このようにトランジスタの集積化を行なうことにより、センサユニットの小型化及び低コスト化、検出の迅速化及び検出感度の向上、並びに操作の簡便等の利点のうちの少なくともいずれかを得ることができる。即ち、例えば、集積化により一度に多数の感知用ゲートを設けることができるため、一つのセンサユニットで多数の検出対象物質を検出することができる多機能なセンサユニットを、低コストで提供することができる。また、例えばソース電極及びドレイン電極を多数並列接続するように集積化を行なえば、検出感度を高めることが可能になる。さらに、例えば、分析結果の検討のため等に用いる比較用の電極などを別途用意する必要がなくなり、あるトランジスタを用いた結果を同一センサユニット上にある他のトランジスタの結果と比較して分析することが可能となる。【０３６５】
トランジスタの集積化を行なう場合、トランジスタの配置や、必要に応じて固定化される特定物質の種類などは任意である。例えば、ひとつの検出対象物質を検知するためにひとつのトランジスタを用いてもよいし、複数のトランジスタのアレイを用いソース電極−ドレイン電極間を並列に電気的に接続し、各々の検出用感知ゲートでは同じ検出対象物質を検知することにより、ひとつの検出対象物質を検知するために複数のトランジスタを用いてもよい。【０３６６】
また、集積化の具体的な方法に制限はなく、公知の方法を任意に用いることができるが、通常は、集積回路を製造する際に一般的に用いられている製造方法を利用することができる。また、最近ではＭＥＭＳと呼ばれる、金属（導体）や半導体に機械的要素を作りこむ方法も開発されており、その技術を利用することも可能である。【０３６７】
さらに、集積化を行なった場合の配線についても制限はなく任意であるが、通常は、寄生容量や寄生抵抗の影響をできるだけ排除するように配置等を工夫することが好ましい。具体的には、例えば、エアブリッジ技術やワイヤボンディング技術を用いて各ソース電極間及び／又はドレイン電極間を接続したり感知用ゲートと感知部とを接続したりすることが好ましい。【０３６８】
［II．電気接続切替部］
第６のセンサユニットにおいて、トランジスタ部が集積されている場合や、セルユニット装着部に装着する反応場セルユニットが感知部を複数有している場合には、第６のセンサユニットは、第１，第４，第５のセルユニットと同様、感知用ゲートと感知部との導通を切り替える電気接続切替部を備えていることが好ましい。これにより、センサユニットの小型化や、検出データの信頼性向上、検出の効率化などを図ることができる。なお、トランジスタを集積した場合には、同一のトランジスタ内の導通だけでなく、他のトランジスタとの間で上記の導通を切り替えるように構成しても良い。
なお、第６のセンサユニットが有する電気接続切替部としては、第１，第４，第５のセンサユニットが有する電気接続切替部と同様のものを用いることができる。【０３６９】
［Ｂ．反応場セルユニット］
反応場セルユニットは、上記の第６のセンサユニットのセルユニット装着部に装着される部材であって、感知部及び参照電極を有するものである。また、反応場セルユニットは、検出を行なう場合に検体を所望の位置に存在させる部材である。さらに、上記セルユニット装着部に装着されているときには、感知部と上記感知用ゲートとは導通状態となるようになっている。なお、検体とは、センサユニットを用いて検出する対象となるものであり、その検体に検出対象物質が含有されている場合には、本実施形態のセンサユニットを用いて検出対象物質が検出されるようになっている。【０３７０】
反応場セルユニットは、検出を行なう場合に検体を所望の位置に存在させることができれば具体的な構成に制限は無い。即ち、検出時に検体を参照電極の電界内に位置させるか、検体を介して参照電極が感知部に電圧を印加できるようにすることができれば具体的な構成に制限は無い。例えば、検体を所望の位置に保持する容器として構成することができる。ただし、検体が流体である場合には、検体を流通させる流路を有する部材として構成することが望ましい。検体を流通させて検出を行なうことにより、検出の迅速化、操作の簡便等の利点を得ることができる。【０３７１】
（Ｉ．感知部）
本実施形態において感知部は、ソース電極及びドレイン電極が固定された基板とは離隔して形成され、基板とは離隔して反応場セルユニットに形成された部材であり、第５実施形態で説明したものと同様のものである。即ち、この感知部は、特定物質を固定化する必要が無いこと以外は、第１，第４実施形態で説明した感知部と同様に構成することができる。したがって、感知部の材料、個数、形状、寸法、感知用ゲートに対して導通をとる手段なども、第１，第４，第５実施形態で説明したのと同様である。さらに、感知部を２個以上設ける場合、１つの感知用ゲートに対して２つ以上の感知部を対応して設けることが好ましいことも同様である。なお、センサユニットの検出対象物質を検出する機能を損なわない限り、感知部には特定物質が固定されていてもよい。【０３７２】
なお、本実施形態では感知部は反応場セルユニットに設けられているため、第６のセンサユニットに対して反応場セルユニットを着脱することにより、感知部も第６のセンサユニットに機械的に着脱可能となっている。また、反応場セルユニットをセルユニット装着部に装着した際には、第６のセンサユニットの感知用ゲートに対して電気的に導通状態となる。【０３７３】
（II．参照電極）
本実施形態の参照電極は、検出対象物質の存在をトランジスタ部の特性の変化として検出すべく電圧を印加される電極である。詳しくは、感知部に対して電圧を印加する電極であり、このとき、検体を介して感知部に電圧または電界を印加するように構成してもよい。【０３７４】
参照電極は、検出対象物質の検出に過大な悪影響を与えない限りその配置位置に制限は無く、反応場セルユニットのいずれの位置に形成してもよいが、検出感度を高めるためには、参照電極と感知部とを対向させるように配置し、両者の間に検体が位置するように配置することが好ましい。また、参照電極は、感知部に対して安定して電圧を印加できる程度に感知部の近傍に配設することが好ましい。【０３７５】
本実施形態の参照電極は、第５実施形態で説明した参照電極と同様の材料、寸法、形状で形成することができる。また、感知部を２つ以上設ける場合には、１つの参照電極が２つ以上の感知部に対応するように構成してもよいことも同様である。
さらに、参照電極を用いた検出のメカニズムについても、第５実施形態で説明したものと同様である。【０３７６】
（III．流路）
流路の形状、寸法、本数等に特に制限は無いが、その検出の目的に応じて、適当な流路を形成することが望ましい。流路の具体例としては、第１実施形態において説明したものと同様のものが挙げられる。さらに、流路を形成する部材や、流路の形成方法についても、第１実施形態で説明したものと同様である。【０３７７】
［Ｃ．検出対象物質及び具体的検出例］
検出対象物質とは、本実施形態のセンサユニットが検出する対象となる物質である。第５実施形態と同様、第６のセンサユニットにおける検出対象物質については特に制限は無く、任意の物質を検出対象物質とすることができる。また、検出対象物質として、純物質以外のものを用いることも可能である。その具体例としては、第１〜第５実施形態で例示したものと同様のものが挙げられる。【０３７８】
さらに、具体的検出例としては、第５実施形態と同様の例が挙げられる。
また、本実施形態のセンサユニットにおいてカーボンナノチューブをチャネルに用いれば、非常に高感度な検出を実現することができ、このため、高感度の検出感度を必要とする免疫項目等とその他の電解質等を同一原理で一度に測定することにより、機能別、疾患別に一度に診断を行なうことができ、ＰＯＣＴの実現が可能となる。このほか、第５実施形態と同様の作用、効果が得られる。【０３７９】
ただし、本実施形態においては、図１３を用いて説明した血液凝固時間の測定に用いるセンサユニットの一例については、基板１２、絶縁層１３，１８、ソース電極１４、ドレイン電極１５、ＳＥＴチャネル１６、感知用ゲート１７、及び電圧印加ゲート２３からトランジスタ部３３が構成されていることとなり、また、感知部１９、反応場２１及び参照電極２２から反応場セルユニット３４が構成されていることとなる。さらに、感知用ゲート１７及び絶縁層１８の上部によって、反応場セルユニット３４を装着するセルユニット装着部３５が構成され、このセルユニット装着部３５に前記反応場セルユニット３４が装着されていることとなる。【０３８０】
また、本実施形態において、図１６を用いて説明した全血算測定に用いるセンサユニットの一例については、基板１２、絶縁層１３，１８、ソース電極１４、ドレイン電極１５、ＳＥＴチャネル１６、感知用ゲート１７及び電圧印加ゲート２３からトランジスタ部３６が構成されていることとなり、また、上下一対の板状フレーム２６，２７、スペーサ２８、流路２９、感知部３０、参照電極２２及び配線３１から反応場セルユニット３７が構成されていることとなる。さらに、感知用ゲート１７及び絶縁層１８の上部によって、反応場セルユニット３７を装着するセルユニット装着部３８が構成され、このセルユニット装着部３８に前記反応場セルユニット３７が装着されていることとなる。【０３８１】
［Ｄ．分析装置の例］
第６のセンサユニット及び反応場セルユニット、並びにそれを用いた分析装置の一例としては、第５実施形態で例示したものと同様の例が挙げられる。即ち、第５実施形態で図１７〜図１９を用いて例示した分析装置５００において、基板５０８、低誘電層５１０、ソース電極５１１、ドレイン電極５１２、チャネル５１３、絶縁膜５１４、感知用ゲート５１５、電圧印加ゲート５１８及び絶縁体層５２０から構成される検出デバイス部５０９が本実施形態のトランジスタ部６０１として機能し、集積検出デバイス５０４及びコネクタソケット５０５で構成されるセンサユニット６０２が第６のセンサユニットとして機能し、分離型集積電極５０６と反応場セル５０７とから構成される反応場セルユニット５２６が本実施形態の反応場セルユニット６０３として機能する。また、コネクタソケット５０５の上部に設けられた装着部５０５Ｂは、反応場セルユニット６０３をセンサユニット６０２に装着する部分であり、セルユニット装着部６０４として機能する。したがって、これらのセンサユニット６０２及び反応場セルユニット６０３を有する分析装置６００は、本実施形態の分析装置として機能するものである。【０３８２】
したがって、本実施形態の一例であるセンサユニット６０２及び反応場セルユニット６０３、並びに分析装置６００によれば、従来よりも広範囲の検出対象物質の分析に用いることが可能である他、トランジスタ部６０１（即ち、検出デバイス部５０９）の集積化を行なったため、センサユニット６０２の小型化、検出の迅速化、操作の簡便等の利点を得ることができる。【０３８３】
また、センサユニット６０２と反応場セルユニット６０３とを別体として着脱可能に分離形成したため、反応場セルユニット６０３をフローセル等のディスポタイプとして使用でき、これにより、センサユニット６０２や分析装置６００の小型化も可能であるため、ユーザー側の使い勝手も向上する。
さらに、反応場セルユニット６０３が分離可能、交換可能であるため、センサユニット６０２及び分析装置６００の製造コストを安価にすることができ、さらに、使い切り可能にすることや検体がバイオ的汚染を防ぐことができる。【０３８４】
また、第５実施形態において説明したのと同様の作用・効果を得ることができる。
さらに、第５実施形態において説明したのと同様に、上記構成を、本発明の要旨の範囲内で任意に変形して実施することも可能である。【０３８５】
［第７実施形態］
本発明の第７実施形態としてのセンサユニット（以下適宜、「第７のセンサユニット」という）は、基板と、基板に設けられたソース電極及びドレイン電極と、上記のソース電極及びドレイン電極間の電流通路になるチャネルと、検出用感知ゲートとを備えたトランジスタ部を有し、検出対象物質を検出するためのセンサユニットである。また、第７のセンサユニットにおいては、トランジスタ部が２以上集積されていると共に、検出対象物質の存在を該トランジスタ部の特性の変化として検出すべく電圧を印加される参照電極を備えている。【０３８６】
なお、第７のセンサユニットにおいても、第１〜第６のセンサユニットと同様、トランジスタ部は、トランジスタとして機能する部分であり、このトランジスタの出力特性の変化を検知することにより、本実施形態のセンサユニットは検出対象物質を検出するようになっている。また、トランジスタ部は、そのチャネルの具体的な構成により、電界効果トランジスタとして機能するものと、単一電子トランジスタとして機能するものとに区別できるが、第７のセンサユニットにおいてはいずれを用いても良い。なお、以下の説明において、トランジスタ部のことを適宜、単に「トランジスタ」というが、その場合、特に断らない限り、電界効果トランジスタ及び単一電子トランジスタのいずれとして機能するかは区別しない。【０３８７】
［Ｉ．トランジスタ部］
（１．基板）
第７のセンサユニットにおいて、基板は、第１〜第６実施形態で説明したのと同様のものである。【０３８８】
（２．ソース電極，ドレイン電極）
第７のセンサユニットにおいて、ソース電極及びドレイン電極は、第１〜第６実施形態で説明したのと同様のものである。【０３８９】
（３．チャネル）
第７のセンサユニットにおいて、チャネルは、第１，第２，第４〜第６実施形態で説明したのと同様のものである。したがって、第１，第２，第４〜第６実施形態で説明したのと同様の構成のものを用いることができ、その作製方法についても同様のものを用いることができる。【０３９０】
（４．検出用感知ゲート）
第７のセンサユニットの検出用感知ゲートは、第５のセンサユニットと同様に構成することができる。
また、第７のセンサユニットを、第５センサユニットの感知用ゲートと同様に構成しても良い。この場合、感知用ゲート自身が、検出対象物質に起因する何らかの電気的な変化を感知し、これにより、ゲート電圧を変化させることができるように構成される。なお、センサユニットの検出対象物質を検出する機能を損なわない限り、感知部には特定物質が固定されていてもよいことも、第５のセンサユニットと同様である。【０３９１】
（５．電圧印加ゲート）
第７のセンサユニットにおいても、第１〜第６のセンサユニットと同様に、トランジスタ部は電圧印加ゲートを備えていてもよい。第７のセンサユニットのトランジスタ部に設けられる電圧印加ゲートは、第１〜第６のセンサユニットのトランジスタ部に設けられるものと同様である。【０３９２】
（６．集積化）
第７のセンサユニットにおいては、トランジスタ部は集積化されている。即ち、単一の基板に、ソース電極、ドレイン電極、チャネル、検出用感知ゲート、及び、適宜電圧印加ゲートが２以上設けられており、さらに、それらはできるだけ小型化されていることがより好ましい。なお、適宜、各トランジスタの構成部材はそれぞれ他のトランジスタの構成部材と共有されるように設けてもよく、例えば、検出用感知ゲートの感知部、及び、電圧印加ゲート等は、集積化されたトランジスタのうちの２以上に共有されるようにしてもよい。さらに、集積化するトランジスタは１種のもののみを集積化しても良く、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用して集積化しても良い。【０３９３】
このようにトランジスタの集積化を行なうことにより、一つのセンサユニットでより多種の検出対象物質の検出を行なうことができるようになるために分析を行なう際の利便性を従来よりも高めることができる。また、センサユニットの小型化及び低コスト化、検出の迅速化及び検出感度の向上、並びに操作の簡便等の利点のうちの少なくともいずれかを得ることができる。即ち、例えば、集積化により一度に多数の検出用感知ゲートを設けることができるため、一つのセンサユニットで多数の検出対象物質を検出することができる多機能なセンサユニットを、低コストで提供することができる。また、例えばソース電極及びドレイン電極を多数並列接続するように集積化を行なえば、検出感度を高めることが可能になる。さらに、例えば、分析結果の検討のため等に用いる比較用の電極などを別途用意する必要がなくなり、あるトランジスタを用いた結果を同一センサユニット上にある他のトランジスタの結果と比較して分析することが可能となる。【０３９４】
トランジスタの集積化を行なう場合、トランジスタの配置や、必要に応じて固定化される特定物質の種類などは任意である。例えば、ひとつの検出対象物質を検知するためにひとつのトランジスタを用いてもよいし、複数のトランジスタのアレイを用いソース電極−ドレイン電極間を並列に電気的に接続し、各々の検出用感知ゲートでは同じ検出対象物質を検知することにより、ひとつの検出対象物質を検知するために複数のトランジスタを用いてもよい。【０３９５】
また、集積化の具体的な方法に制限はなく、公知の方法を任意に用いることができるが、通常は、集積回路を製造する際に一般的に用いられている製造方法を利用することができる。また、最近ではＭＥＭＳと呼ばれる、金属（導体）や半導体に機械的要素を作りこむ方法も開発されており、その技術を利用することも可能である。【０３９６】
さらに、集積化を行なった場合の配線についても制限はなく任意であるが、通常は、寄生容量や寄生抵抗の影響をできるだけ排除するように配置等を工夫することが好ましい。具体的には、例えば、エアブリッジ技術やワイヤボンディング技術を用いて各ソース電極間及び／又はドレイン電極間を接続したり感知用ゲートと感知部とを接続したりすることが好ましい。【０３９７】
［II．参照電極］
参照電極は、検出対象物質の存在をトランジスタ部の特性の変化として検出すべく電圧を印加される電極である。詳しくは、検出用感知ゲートに対して電圧を印加する電極であり、このとき、検体を介して検出用感知ゲートに電圧または電界を印加するように構成してもよい。さらに、参照電極は、基準電極として用いたり、検体の電圧を一定にするために用いたりすることもできる。【０３９８】
参照電極は、検出対象物質の検出が可能である限りその配置位置に制限は無い。基板上に形成することも可能であるが、通常は、基板とは別体として形成する。ただし、検出感度を高めるためには、参照電極と検出用感知ゲートとを対向させるように配置し、両者の間に検体が位置するようにセンサユニットを構成することが好ましい。また、参照電極は、検出用感知ゲートに対して安定して電圧又は電圧を印加できる程度に感知部の近傍に配設することが好ましい。【０３９９】
さらに、参照電極はチャネル、ソース電極及びドレイン電極から絶縁された電極として形成するが、この際、参照電極の材料、寸法、形状に特に制限は無い。通常は、第５実施形態の参照電極と同様、第１実施形態で電圧印加ゲートについて説明したのと同様の材料、寸法、形状で形成することができる。
ただし、第７のセンサユニットにおいては、トランジスタ部が集積して設けられている。このとき、参照電極は各検出用感知ゲートに対応して複数設けるようにしてもよいが、１つの参照電極が２つ以上の検出用感知ゲートに対応するように構成してもよい。これにより、センサユニットの小型化を図ることができる。【０４００】
［III．電気接続切替部］
第７のセンサユニットの検出用感知ゲートを第５のセンサユニットと同様に構成した場合、第５のセンサユニットと同様に、第７のセンサユニットには電気接続切替部を設けることができる。この場合、第７のセンサユニットが備える電気接続切替部は、第５実施形態で説明したものと同様である。【０４０１】
［IV．反応場セル］
第７のセンサユニットは、反応場セルを有していても良い。反応場セルとは、検出を行なう場合に検体を所望の位置に存在させることができれば、即ち、検出時に検体を参照電極の電界内に位置させるか、検体を介して参照電極が検出用感知ゲートに電圧を印加できるようにすることができれば具体的な構成に制限は無い。【０４０２】
ただし、検体が流体である場合には、検体を流通させる流路を有する部材として構成することが望ましい。検体を流通させて検出を行なうことにより、検出の迅速化、操作の簡便等の利点を得ることができる。
また、反応場セルが流路を有している場合、その形状、寸法、本数、流路を形成する部材の材質、流路の製作方法等に制限はないが、通常は、第１，第４〜第６実施形態で説明した流路と同様である。【０４０３】
さらに、反応場セルには、上述した参照電極を形成してもよい。これにより、参照電極の着脱を反応場セルの着脱と共に行なうことが可能となり、操作の簡便化を図ることができる。【０４０４】
［Ｖ．検出対象物質及び具体的検出例］
検出対象物質とは、本実施形態のセンサユニットが検出する対象となる物質である。第７のセンサユニットにおける検出対象物質については特に制限は無く、任意の物質を検出対象物質とすることができる。また、検出対象物質として、純物質以外のものを用いることも可能である。その具体例としては、第１〜第６実施形態で例示したものと同様のものが挙げられる。【０４０５】
さらに、具体的検出例としても、第５実施形態と同様の例が挙げられる。
また、本実施形態のセンサユニットにおいてカーボンナノチューブをチャネルに用いれば、非常に高感度な検出を実現することができ、このため、高感度の検出感度を必要とする免疫項目等とその他の電解質等を同一原理で一度に測定することにより、機能別、疾患別に一度に診断を行なうことができ、ＰＯＣＴの実現が可能となる。このほか、第５，第６実施形態と同様の作用、効果が得られる。【０４０６】
ただし、第７のセンサユニットはトランジスタ部を２以上集積化したものである。したがって、図１３を用いて説明した血液凝固時間の測定に用いるセンサユニットの例においては、基板１２、絶縁層１３，１８、ソース電極１４、ドレイン電極１５、ＳＥＴチャネル１６、検出用感知ゲート２０（即ち、感知用ゲート１７、感知部１９）、及び電圧印加ゲート２３から構成されたトランジスタ部２４が集積されたものが、第７のセンサユニットの例に該当する。また、図１６を用いて説明した全血算測定に用いるセンサユニットの例においては、基板１２、絶縁層１３，１８、ソース電極１４、ドレイン電極１５、ＳＥＴチャネル１６、検出用感知ゲート２０（即ち、感知用ゲート１７、感知部１９）、及び電圧印加ゲート２３から構成されたトランジスタ部３２が集積化されたものが、第７のセンサユニットの例に該当する。【０４０７】
［VI．分析装置の例］
以下に、第７のセンサユニット、及び、それを用いた分析装置の一例の構成を示すが、本発明は以下の例に限定されるものではなく、例えば各構成要素の説明において上述したように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において任意に変形して実施することができる。【０４０８】
図９は、第７のセンサユニットを用いた分析装置７００の要部構成を模式的に示す図であり、図２０は、第７のセンサユニットの要部構成を模式的に示す分解斜視図である。また、図７（ａ），図７（ｂ）は、検出デバイス部の要部を模式的に示す図であり、図７（ａ）はその斜視図、図７（ｂ）は側面図である。なお、図７，図９，図２０において、同様の符号で示す部分は、同様のものを表わす。【０４０９】
図９に示すように、この分析装置７００は、第５実施形態で説明した分析装置５００のセンサユニット５０１に代えて、センサユニット７０１を備えた構成となっている。即ち、分析装置７００は、センサユニット７０１と、測定回路７０２とを有して構成され、ポンプ（図示省略）によって検体を矢印のように流すことができるように構成されている。ここで、測定回路７０２は、参照電極７１７に印加する電圧を制御しつつセンサユニット７０１内のトランジスタ部（図２０のトランジスタ部７０３参照）の特性変化を検出するための回路（トランジスタ特性検出部）であり、第５実施形態の測定回路５０２と同様、任意の抵抗、コンデンサ、電流計、電圧計などから目的に応じて構成される。【０４１０】
センサユニット７０１は、図２０に示すように、集積検出デバイス７０４と、反応場セル７０５とを備えている。このうち、集積検出デバイス７０４は分析装置７００に固定されている。一方、反応場セル７０５は、集積検出デバイス７０４から機械的に着脱可能となっている。【０４１１】
集積検出デバイス７０４は、基板７０６上に、それぞれ同様に構成された複数（ここでは４個）のトランジスタ部７０３がアレイ状に並んで集積された構成となっている。本例のセンサユニット７０１においては、トランジスタ部７０３は図中左から３個づつ４列に、合計１２個形成されているとする。【０４１２】
基板７０６上に集積化されたトランジスタ部７０３は、図７（ａ），図７（ｂ）に示すように、絶縁性の素材で形成された基板７０６上に、低誘電層７０７、ソース電極７０８、ドレイン電極７０９、チャネル７１０、及び絶縁膜７１１が形成されている。これらの低誘電層７０７、ソース電極７０８、ドレイン電極７０９、チャネル７１０、及び絶縁膜７１１は、それぞれ、第１実施形態で説明した低誘電層１１０、ソース電極１１１、ドレイン電極１１２、チャネル１１３、及び絶縁膜１１４と同様に形成されたものである。【０４１３】
さらに、絶縁膜７１１の上側表面には、導体（例えば、金）で形成された検出用感知ゲート７１２がトップゲートとして形成されている。即ち、検出用感知ゲート７１２は絶縁膜７１１を介して低誘電層７０７上に形成されていることになる。【０４１４】
また、基板７０６の裏面（即ち、チャネル７１０と反対側の面）には、バックゲートとして、導体（例えば、金）で形成された電圧印加ゲート７１３が設けられている。さらに、低誘電層７０７の表面には、絶縁体層７１４が形成されている。電圧印加ゲート７１３及び絶縁体層７１４は、それぞれ、第１実施形態で説明した電圧印加ゲート１１８及び絶縁体層１２０と同様に形成されたものである。したがって、検出用感知ゲート７１２の表面は絶縁体層７１４に被覆されず外に向けて開放されている。なお、図７（ａ），図７（ｂ）中、絶縁体層７１４は二点鎖線で示す。なお、バックゲートには電圧印加ゲート以外の機能をもたせることも可能である。【０４１５】
また、反応場セル７０５は、基体７１５に、トランジスタ部７０３にあわせて流路７１６が形成されたものである。具体的には、流路７１６を流れる検体が各トランジスタ部７０３に接触することができるように、流路７１６が形成されている。なお、ここでは図中左側から右側にかけて、各３個づつのトランジスタ部７０３のうち、それぞれ１個づつを通過するように流路７１６が設けられている。【０４１６】
さらに、反応場セル７０５には、各トランジスタ部７０３に対向する流路７１６の上面に面して、各トランジスタ部７０３にそれぞれ対応する参照電極７１７が形成されている。また、各参照電極７１７には、分析装置７００に設けられた電源（図示省略）から電圧が印加されるようになっていて、参照電極７１７の電圧の大きさは、測定回路７０２により制御されるようになっている。【０４１７】
本例の分析装置７００及びセンサユニット７０１は以上のように構成されている。したがって、使用時には、まず、反応場セル７０５を、集積検出デバイス７０４に装着して、センサユニット７０１を準備する。その後、電圧印加ゲート７１３に、トランジスタ部７０３の伝達特性を最大とすることができる大きさの電圧を印加し、チャネル７１０に電流を流通させる。その状態で、測定回路７０２でトランジスタ部７０３の特性を測定しながら、流路７１６に検体を流通させる。【０４１８】
検体は流路７１６を流通し、検出用感知ゲート７１２に接触する。この際、参照電極７１７に参照電圧が印加されているため、検体を介して検出用感知ゲート７１２に電圧が印加される。ここで、検体中に検出対象物質が含まれていれば、検出対象物質が検出用感知ゲート７１２上を通過した際に通過された検出用感知ゲート７１２上のインピーダンスが変化するため、この検出用感知ゲート７１２に印加される電圧の大きさが変動する。この電圧の大きさの変動によりゲート電圧に変化が生じるなどするため、トランジスタ部７０３の特性が変化する。【０４１９】
したがって、前記のトランジスタ部７０３の特性の変化を測定回路７０２で測定することにより、検出対象物質を検出することができる。特に、本例では、チャネル７１０としてカーボンナノチューブを用いているため、非常に感度の高い検出を行なうことが可能であり、したがって、従来は検出が困難であった検出対象物質の検出も行なうことができる。したがって、本例の分析装置７００は、従来よりも広範囲の検出対象物質の分析に用いることが可能である。【０４２０】
さらに、トランジスタ部７０３の集積化を行なったため、センサユニット７０１の小型化、検出の迅速化、操作の簡便等の利点を得ることができる。
また、本例の分析装置７００によれば、特定物質を用いることによるもののほかは、第２実施形態で説明した分析装置２００と同様の作用・効果を得ることができる。【０４２１】
ただし、ここで例示した分析装置７００及びセンサユニッ７０１は、あくまで第７実施形態としてのセンサユニットの一例であり、上記構成を、本発明の要旨の範囲内で任意に変形して実施することも可能である。したがって、第２，第５実施形態と同様に変形したり、本実施形態のセンサユニットの各構成要素の説明として上述したように変形することも可能である。【０４２２】
なお、第５実施形態で例示したセンサユニット５０１も、第７のセンサユニットの一例である。即ち、第５実施形態で例示したセンサユニット５０１は、参照電極５２７と検出用感知ゲート５１７との間のインピーダンスの変化を利用して検出を行なう第７のセンサユニットの一例である。【０４２３】
［利用分野］
本発明のセンサユニット、及び反応場セルユニット並びにそれを用いた分析装置は、任意の分野で適宜用いることができるが、例えば、血液（全血、血漿、血清）、リンパ液、唾液、尿、大便、汗、粘液、涙、随液、鼻汁、頸部又は膣の分泌液、精液、胸膜液、羊水、腹水、中耳液、関節液、胃吸引液、組織・細胞等の抽出液や破砕液等の生体液を含むほとんど全ての液体試料の分析に利用できる。具体例を挙げると、次のような分野で用いることができる。【０４２４】
血液（全血、血漿、血清）、リンパ液、唾液、尿、大便、汗、粘液、涙、随液、鼻汁、頸部又は膣の分泌液、精液、胸膜液、羊水、腹水、中耳液、関節液、胃吸引液、組織・細胞等の抽出液や破砕液等の生体液を含む液体試料の臨床検査を含むバイオセンサーとして用いる場合には、ｐＨ、電解質、溶存ガス、有機物、ホルモン、アレルゲン、色素、薬物、抗生物質、酵素活性、蛋白質、ペプチド、変異原性物質、微生物細胞、血液細胞、血球、血液型、血液凝固能、遺伝子解析の１つ以上の測定項目を疾患あるいは機能別に集積した感知部又は感知部位を同時あるいは順次、少なくとも２つ以上のゲートで測定することにより、測定が可能となる。集積された感知部又は感知部位でのそれぞれ個々の測定原理としてイオンセンサー、酵素センサー、微生物センサー、免疫センサー、酵素免疫センサー、発光免疫センサー、菌計数センサー、血液凝固電気化学センシング及び各種の電気化学的反応を利用した電気化学センサー等が考えられるが、最終的に電気的シグナルとして取り出せる原理を全て含む｛参考文献  鈴木周一：バイオセンサー  講談社（１９８４），軽部ら：センサーの開発と実用化、第３０巻、第１号、別冊化学工業（１９８６）｝。【０４２５】
疾患別に測定する利用方法としては、肝疾患が疑われる場合のスクリーニング検査が挙げられる。通常、肝疾患が疑われる場合、要因として過栄養性脂肪肝、アルコール性肝障害、ウィルス性肝炎、その他の潜在性肝疾患（原発性胆汁性肝硬変、自己免疫性肝炎、慢性心不全、先天性代謝異常）が挙げられる。この際、過栄養性脂肪肝の診断には、ＡＬＴの上昇が認められ、アルコール性肝障害の検出にはγＧＴＰが最も鋭敏に上昇する。またウィルス性肝炎にはＡＬＴの正常例が少なくないのでＨＢｓ抗原、ＨＣＶ抗体等の肝炎ウィルスマーカーの検査が不可欠となる。潜在性肝疾患の検出にはＡＬＴ、ＡＳＴ、γＧＴＰの組み合わせで判断される。即ち、肝疾患のスクリーニング検査には、ＡＬＴ、ＡＳＴ、γＧＴＰという酵素活性を調べる生化学項目とＨＢｓ抗原、ＨＣＶ抗体という高感度を要する免疫項目を同時に測定する。【０４２６】
さらに、チャネルにカーボンナノチューブを採用するなどして、センサユニット、及び反応場セルユニット並びに分析装置を高感度にした場合には、従来は複数の測定機器を用いて多くの手間をかけて分析していた測定項目を、上述したセンサユニットによって分析することが可能となる。
例えば、化学的反応測定及び免疫学的反応測定を、上述したセンサユニットで分析できるようにすることが可能である。
例えば、電解質濃度測定グループ、酵素反応等の化学的反応を利用した生化学項目測定グループ、血液ガス濃度測定グループ、血算測定グループ、血液凝固能測定グループ、免疫学的反応測定グループ、核酸間ハイブリダイゼーション反応測定グループ、核酸−タンパク質相互作用測定グループ及びレセプタ−リガンド間相互作用測定グループからなる測定グループの群より選ばれる、少なくとも一つの測定グループの測定を、上述したセンサユニットで分析できるようにすることが可能となる。【０４２７】
また、例えば、電解質濃度測定グループから選択された少なくとも１つの検出対象物質、生化学項目測定グループから選択された少なくとも１つの検出対象物質、血液ガス濃度測定グループから選択された少なくとも１つの検出対象物質、血算測定グループから選択された少なくとも１つの検出対象物質、血液凝固能測定グループから選択された少なくとも１つの検出対象物質、核酸間ハイブリダイゼーション反応測定グループから選択された少なくとも１つの検出対象物質、核酸−タンパク質間相互作用測定グループから選択された少なくとも１つの検出対象物質、レセプタ−リガンド間相互作用測定グループから選択された少なくとも１つの検出対象物質、及び、免疫学的反応測定グループから選択された少なくとも１つの検出対象物質からなる群より選ばれる２以上の検出対象物質の検出を、該センサユニットで分析できるようにすることも可能である。即ち、それぞれの測定グループに含まれる各検出対象物質のうち、同じ測定グループの検出対象物質を２種以上検出するようにしてもよく、異なる測定グループの検出対象物質を２種以上検出するようにしてもよい。【０４２８】
さらに、電解質濃度測定グループ、酵素反応等の化学的反応を利用した生化学項目測定グループ、血液ガス濃度測定グループ、血算測定グループ、及び、血液凝固能測定グループからなる群より選ばれる少なくとも一つの測定グループ、並びに、核酸間ハイブリダイゼーション反応測定グループ、核酸−タンパク質間相互作用測定グループ、レセプタ−リガンド間相互作用測定グループ、及び、免疫学的反応測定グループ、生化学項目測定グループからなる群より選ばれる少なくとも一つの測定グループの測定を、該センサユニットで分析できるようにすることも可能である。従来は、核酸間ハイブリダイゼーション反応測定グループ、核酸−タンパク質間相互作用測定グループ、レセプタ−リガンド間相互作用測定グループ、免疫学的反応測定グループなどの測定グループに含まれる検出対象物質を検出しようとする場合には、非常に高い感度が要求されたため、検出が困難であった。そのため、これらの測定グループを、他の測定グループとともに同じセンサユニットを用いて測定することは出来なかった。しかし、本発明のセンサユニットによれば、カーボンナノチューブ等をチャネルに用いることにより高い感度を備えることができ、しかも、集積化により同じセンサユニットで２以上の検出対象物質を検出することが可能となる。したがって、従来の技術では同じセンサユニットで分析することができなかった測定グループに含まれる検出対象物質であっても、検出することが可能なセンサユニット及び分析装置を提供することができる。ただし、カーボンナノチューブ等を使用しなくても測定できると考えられていた生化学項目測定グループ等の中でも、非常に高感度が要求される検出対象物質と考えられるが、そのような高感度を要する検出対象物質を検出する際には、カーボンナノチューブ等をチャネルに用いたトランジスタ部により検出を行なうようにすることが望ましい。【０４２９】
また、特定の疾患又は機能を判別するために選択された２以上の検出対象物質を検出できるようにすることも可能である。例えば、肝疾患について判別する際には、生化学項目グループの内、ＧＯＴ、ＧＰＴ、γ−ＧＴＰ、ＡＬＰ、総ビリルビン、直接ビリルビン、、ＣｈＥ、総コレステロール、血液凝固能測定グループの内、凝固時間（ＰＴ、ＡＰＴＴ）を測定し、免疫学的反応測定グループの内、肝炎ウィルス関連マーカー（ＩｇＭ−ＨＡ抗体、ＨＢｓ抗原、ＨＢｓ抗体、ＨＢｃ抗体、ＨＣＶ抗体等）の測定を行なう。【０４３０】
但し、生化学項目グループ等はここで例示したもの以外にも今後新規に発見される項目を含む多くの項目が存在し、それぞれの疾患（例えば腎・尿路疾患、血液・造血器疾患、内分泌疾患、膠原病・自己免疫疾患、循環器疾患、感染症等）にあった測定項目を選択すべきであり、これら各疾患に対して選択されるべき項目は「実践  臨床検査（株）じほう  ２００１年発行」、「日本臨床  第５３巻，１９９５年増刊号  広範囲  血液・尿化学検査、免疫学検査」等に記載されている様に臨床検査項目として広く知られている項目を含む。また、疾患を特定できず、発熱、痙攣等の症状からも「瀧  健治：救急外来診療で役立つ症候からの鑑別診断の進めかた  羊土社」等に記載されている様に測定項目を選択することができる。【０４３１】
ところで、実際に本発明のセンサユニットを用いた分析装置を準備する際には、高い検出感度を要求されない検出対象物質の検出に用いるトランジスタ部のチャネルはどのようなチャネルを用いても良いが、高い検出感度を要求される検出対象物質の検出に用いるトランジスタ部のチャネルには、カーボンナノチューブを用いることが好ましい。上述したように、カーボンナノチューブ等のナノチューブ構造体をチャネルに用いたトランジスタ部においては高い検出感度を実現することが可能であり、特に、カーボンナノチューブをチャネルに用いたトランジスタ部では確実に高い感度を発揮することができる。【０４３２】
医療等の分野に本発明の分析装置を用いる場合には、核酸間ハイブリダイゼーション反応測定グループ、核酸−タンパク質間相互作用測定グループ、レセプタ−リガンド間相互作用測定グループ、免疫学的反応測定グループなどの高い検出感度を要求される測定グループ（以下適宜「高感度測定グループ」という）に含まれる検出対象物質と、電解質濃度測定グループ、生化学項目測定グループ、血液ガス濃度測定グループ、血算測定グループ、血液凝固能測定グループなどの高い検出感度を要求されない測定グループ（以下適宜「低感度測定グループ」という）に含まれる検出対象物質とを一連の操作で検出したい場合がある。【０４３３】
このような場合に用いる分析装置は、高感度測定グループに対応したトランジスタ部（第１トランジスタ部）と、低感度測定グループに対応したトランジスタ部（第２トランジスタ部）とを有するセンサチップを備えるものが好ましい。
このような分析装置の具体例を挙げれば、例えば上記第１〜第７実施形態で説明した分析装置１００〜７００において、流路１１９，２１８，３１６，５１９，７１６のうちの一部の流路（例えば、図面の手前側から一番目の流路）に対応したトランジスタ部１０３，２０３，３０３，４０１，５０３，６０１，７０３のチャネル１１３，２１０，３１０，５１３，７１０にカーボンナノチューブを用いれば、センサユニット１０１，２０１，３０１，４０２，５０１，６０２，７０１の、上記一部の流路に対応したトランジスタ部１０３，２０３，３０３，４０１，５０３，６０１，７０３を第１トランジスタ部として用いて高感度測定グループに含まれる検出対象物質を検出することができる。このとき、上記第１トランジスタ部１０３，２０３，３０３，４０１，５０３，６０１，７０３を構成するソース電極１１１，２０８，３０８，５１１，７０８、ドレイン電極１１２，２０９，３０９，５１２，７０９、及びチャネル１１３，２１０，３１０，５１３，７１０がそれぞれ第１のソース電極、第１のドレイン電極、及び第１のチャネルとして機能する。【０４３４】
また、上記分析装置１００〜７００において、その他の流路（例えば、図面の手前側から二番目及び三番目の流路）に対応したトランジスタ部１０３，２０３，３０３，４０１，５０３，６０１，７０３を第２トランジスタ部として用いて低感度測定グループに含まれる検出対象物質を検出するようにすれば、上述した高感度測定グループ及び低感度測定グループの両方を、同じセンサユニット１０１，２０１，３０１，４０２，５０１，６０２，７０１により測定することができる分析装置を実現できる。ただし、この際、上記その他の流路に対応した第２トランジスタ部１０３，２０３，３０３，４０１，５０３，６０１，７０３を構成するソース電極１１１，２０８，３０８，５１１，７０８、ドレイン電極１１２，２０９，３０９，５１２，７０９、及びチャネル１１３，２１０，３１０，５１３，７１０がそれぞれ第２のソース電極、第２のドレイン電極、第２のチャネルとして機能する。また、第２のチャネルはカーボンナノチューブ等のナノチューブ構造体であっても良く、その他の素材で形成されたチャネルであっても良い。【０４３５】
［ＰＯＣＴについて］
上述したようにセンサユニットや分析装置の利便性の向上や小型化を行なうことが可能になったことにより、ＰＯＣＴ（ポイントオブケアテスト）の観点からも利点が得られる。
即ち、従来、医療診断分野では患者により近いところでの検査を迅速に行なうという観点から、臨床検査のＰＯＣＴ化（小型化、迅速化）が急速に進行すると考えられており、様々な機種が開発されつつある。【０４３６】
医療診断分野における測定対象としては、電解質／血液ガス、血液凝固能、血算、生化学項目、免疫項目等をはじめ、上記のような様々な測定グループが挙げられるが、従来技術ではそれぞれ測定方法が異なるため別々の装置で測定されており、疾患ごとに全ての検査項目を同一原理で一度に測定することはできず、真のＰＯＣＴは実現されていない。【０４３７】
例えば、肝疾患が疑われる場合、ＡＳＴ（アスパラギン酸アミノトランスファラーゼ）、ＡＬＴ（アラニンアミノトランスフェラーゼ）、γ−ＧＴＰ等の生化学項目は比色法で測定され、ウィルス肝炎項目は化学発光等の高感度な検出法で測定されている。このように、従来は、特定の診断に際して別々の方法を組み合わせて測定されていた。これは極めて高感度の検出感度を要する抗原−抗体反応を利用した免疫項目の検出感度に技術的制限があり、他の電解質／血液ガス、血液凝固能、血算、生化学項目と同一原理で一度に測定することができないからであった。【０４３８】
これに対して、本発明のセンサユニットにおいては、例えば、カーボンナノチューブをチャネルに用いれば、非常に高感度な検出を実現することができ、このため、高感度の検出感度を必要とする免疫項目等とその他の電解質等を同一原理で一度に測定することにより、機能別、疾患別に一度に診断を行なうことができ、ＰＯＣＴの実現が可能となる。【０４３９】
即ち、例えば極めて高感度の検出感度を要する抗原−抗体反応を利用した免疫項目の検出にはカーボンナノチューブを利用した単一電子トランジスタ（ＣＮＴ−ＳＥＴ）、若しくはカーボンナノチューブを利用した電界効果トランジスタ（ＣＮＴ−ＦＥＴ）を採用し、一方、他の電解質／血液ガス、血液凝固能、血算、生化学項目にはＣＮＴ−ＳＥＴ、ＣＮＴ−ＦＥＴ、或いは従来から使用されている特許３１３７６１２号等に記載の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）もしくは電極法を採用し、さらに、トランジスタ部の集積化、即ち、ＣＮＴ−ＳＥＴ、ＣＮＴ−ＦＥＴ、その他のトランジスタ、及び電極等の集積化、並びに、これらを含む反応場セル又は反応場セルユニットの分離、各反応場セルに試薬等を供給するためのマイクロフロー加工技術等を組み合わせることにより、高感度の検出感度を要する項目の検出を含む複数の異なる測定項目を一度に測定することができる。【０４４０】
また、高い精度で検出を行なう観点から、検出には全ての検出対象物質をＣＮＴ−ＦＥＴもしくはＣＮＴ−ＳＥＴを用いて測定することが好ましいが、少なくとも高感度を要する免疫項目などの検出対象物質の検出において、ＣＮＴ−ＦＥＴ又はＣＮＴ−ＳＥＴを用いれば、その他の検出対象物質については、従来から良く知られている電極法等の他法で測定してもよく、カーボンナノチューブを利用しない電界効果トランジスタや単一電子トランジスタを用いて測定してもよい。【０４４１】
特に、免疫学的測定の応用されている臨床検査領域に関して言えば、従来から行なわれている方法としては、例えば「医学書院  臨床検査２００３  Ｖｏｌ．４７  Ｎｏ．１３」等に記載されているものなどが挙げられる。従来の臨床検査領域での主な技術を例示すると、比濁法、比朧法、ラテックス凝集法等の光散乱を光学的に検出する定量方法；ラジオイムノアッセイ（Ｒａｄｉｏ  Ｉｍｍｕｎｏ  Ａｓｓａｙ：ＲＩＡ）、酵素免疫測定法（Ｅｎｚｙｍｅ  Ｉｍｍｕｎｏ  Ａｓｓａｙ：ＥＩＡ）、発光酵素免疫測定法、微粒子酵素免疫測定法、時間分解蛍光免疫測定法、蛍光偏光免疫測定法、エバネセンス波蛍光免疫測定法、化学発光酵素免疫測定法、化学発光免疫測定法、電気化学発光免疫測定法、イムノクロマトグラフィ等の標識物質を測定する方法などが挙げられる。【０４４２】
ただし、これら従来の方法は、検出感度が満足のいくものでなかったり、サンプルや試薬等を比較的大量に要したり、微弱な光検出のために特殊な検出部品を必要とするために高コストであったり、装置が大きく容易に持ち運びできなかったりしていた。また、イムノクロマトグラフィは、使い勝手の良さやコスト安などの利点を有するが、精度の高い定量的な検出は困難であった。
これに対し、本発明の技術によれば、臨床検査領域における上記の課題を解決することが可能である。即ち、トランジスタの構成のために集積化、小型化が可能であり、トランジスタ自身が増幅器として機能すると共に小さい流路を形成することができるため、従来よりも少量のサンプルや試薬での分析が可能となる。
【実施例】
【０４４３】
以下、本発明について、実施例を示してより更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、任意に変形して実施することができる。また、以下の実施例の説明においては図面を用いるが、その図面の対応する部分の符号は、以下の説明中においてはカッコ書き｛＜＞書き｝で示す。【０４４４】
［実施例１］
［１．センサの作製］
（基板の準備）
ｎ−型Ｓｉ（１００）基板を、体積比で硫酸：過酸化水素＝４：１となるよう混合した酸に５分間浸して表面を酸化した後、流水で５分間すすぎ、その次に体積比でフッ化水素酸：純水＝１：４となるように混合した酸で酸化膜を除去し、最後に流水で５分間すすぎＳｉ基板表面を洗浄した。洗浄したＳｉ基板表面を酸化炉を用いて１１００℃、３０分間、酸素流量３Ｌ／ｍｉｎ．の条件で熱酸化し、厚さ約１００ｎｍのＳｉＯ２を絶縁膜として成膜した。【０４４５】
（チャネルの形成）
続いて、絶縁層表面に、以下のようにしてチャネルを形成した。図２１（ａ）〜図２１（ｃ）は、いずれも本実施例におけるチャネルの形成方法を説明するための模式的な断面図である。なお、符号８０１は基板を表わし、符合８０２は絶縁層を表わす。
まず、図２１（ａ）に示すように、絶縁層＜８０２＞表面にカーボンナノチューブ成長触媒を形成するために、フォトリソグラフィー法によりフォトレジスト＜８０３＞をパターニングした。即ち、絶縁層＜８０２＞上に、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）を５００ｒｐｍ，１０秒間、４０００ｒｐｍ，３０秒間の条件でスピンコートし、その上にフォトレジスト（シプレイ・ファーイースト社製ｍｉｃｒｏｐｏｓｉｔ  Ｓ１８１８）＜８０３＞を同条件でスピンコートした。【０４４６】
スピンコートした後、Ｓｉ基板＜８０１＞をホットプレート上に置き、９０℃，１分間の条件でベークした。ベーク後、モノクロロベンゼン中にフォトレジスト＜８０３＞をコートしたＳｉ基板＜８０１＞を５分間浸し、窒素ブローで乾燥させた後、オーブンに入れ８５℃，５分間の条件でベークした。ベーク後、アライナーを用い触媒パターンを露光し、現像液｛クラリアント社製  ＡＺ３００ＭＩＦデベロッパー（２．３８％）｝中で４分間現像した後、流水で３分間リンスし、窒素ブローで乾燥させた。【０４４７】
次に、図２１（ｂ）に示すように、上記のようにフォトレジスト＜８０３＞をパターニングしたＳｉ基板＜８０１＞上に、ＥＢ真空蒸着機を用いてＳｉ、ＭｏおよびＦｅ触媒＜８０４＞を、厚さがＳｉ／Ｍｏ／Ｆｅ＝１００Å／１００Å／３０Å（１Å＝１０−１０ｍ）となるよう、蒸着レート１Å／ｓｅｃ．で蒸着した。
蒸着後、図２１（ｃ）に示すように、アセトンを煮沸しながらリフトオフし、アセトン、エタノール、流水の順に各３分間試料を洗浄し、窒素ブローで乾燥させた。【０４４８】
図２２は本実施例においてカーボンナノチューブ＜８０６＞を形成する工程を説明する図である。この図２２に示すように、触媒＜８０４＞をパターニングしたＳｉ基板＜８０１＞をＣＶＤ炉＜８０５＞に設置し、Ａｒを用いてバブリングしたエタノールを７５０ｃｃ／ｍｉｎ．および水素を５００ｃｃ／ｍｉｎ．で流しながら９００℃，２０分間の条件で、チャネルとなるカーボンナノチューブ＜８０６＞を成長させた。この際、昇温および降温はＡｒを１０００ｃｃ／ｍｉｎ．で流しながら行なった。なお、以下の説明において、カーボンナノチューブで形成されたチャネルは、カーボンナノチューブと同一の符号＜８０６＞で示すこととする。【０４４９】
（ソース電極、ドレイン電極、及びサイドゲート電極の形成）
図２３（ａ）〜図２３（ｃ）は、いずれも本実施例における検出デバイス部（トランジスタ部）の形成方法を説明するための模式的な断面図である。図２３（ａ）に示すように、カーボンナノチューブ＜８０６＞の成長後、ソース電極＜８０７＞、ドレイン電極＜８０８＞、及び、サイドゲート電極＜８０９＞（図２６参照）をそれぞれ作製するために、再度前述したフォトリソグラフィー法により、Ｓｉ基板＜８０１＞上にフォトレジスト＜８０３＞をパターニングした。【０４５０】
パターニング後、図２３（ｂ）に示すように、ＥＢ蒸着により、ＴｉおよびＡｕの順にＴｉ／Ａｕ＝３００Å／３０００Å、Ｔｉの蒸着レートが０．５Å／ｓｅｃ．、Ａｕの蒸着レートが５Å／ｓｅｃ．の条件で、Ｓｉ基板＜８０１＞にソース電極＜８０７＞、ドレイン電極＜８０８＞、及びサイドゲート電極＜８０９＞（図２６参照）を蒸着した。
蒸着した後、図２３（ｃ）に示すように、前述と同様に、アセトンを煮沸しながらリフトオフし、アセトン、エタノール、流水の順に各３分間試料を洗浄し、窒素ブローで乾燥させた。【０４５１】
ソース電極＜８０７＞、ドレイン電極＜８０８＞、及びサイドゲート電極＜８０９＞をパターニングした後、素子を保護するために、Ｓｉ基板＜８０１＞表面にＨＭＤＳを５００ｒｐｍ，１０秒間、４０００ｒｐｍ，３０秒間の条件でスピンコートし、その上に前述したフォトレジスト＜８０３＞を同条件でスピンコートした。その次に、オーブンにて１１０℃、３０分間の条件でフォトレジストを焼き固め素子保護膜（図示省略）を形成した。【０４５２】
（バックゲート電極の作製）
Ｓｉ基板＜８０１＞裏面に意図せず付着していたＳｉＯ２膜＜８０２＞（図示省略）をＲＩＥ（リアクティブ・イオン・エッチング）装置を用いてドライエッチングし除去した。このとき、使用したエッチャントはＳＦ６で、ＲＦ出力１００Ｗのプラズマ中で６分間エッチングを行なった。裏面のＳｉＯ２膜＜８０２＞を除去した後、ＥＢ蒸着によりＰｔおよびＡｕの順にＰｔ／Ａｕ＝３００／２０００Å、Ｐｔの蒸着レートが０．５Å／分間、Ａｕの蒸着レートが５Å／分間の条件で、Ｓｉ基板＜８０１＞にバックゲート電極＜８１０＞を蒸着した。その結果、図２４のようになった。なお、図２４は、本実施例において検出用感知ゲート（感知用ゲート）であるバックゲート＜８１０＞を形成した基板＜８０１＞を説明するための模式的な断面図である。【０４５３】
（チャネル保護層の形成）
次にＳｉ基板＜８０１＞表面に形成した素子保護膜を、煮沸したアセトン、アセトン、エタノール、流水の順に各３分間洗浄し、除去した。次に、カーボンナノチューブ＜８０６＞を保護するために、ソース電極＜８０７＞、ドレイン電極＜８０８＞、及びサイドゲート電極＜８０９＞をパターニングする際のフォトリソグラフィー法と同様にして、フォトレジスト＜８０３＞を素子表面のソース電極＜８０７＞、ドレイン電極＜８０８＞、及びサイドゲート電極＜８０９＞以外の部分にパターニングしチャネル保護層＜８０３＞とした。以上の工程を経て完成したカーボンナノチューブ−電界効果トランジスタ（以下適宜、「ＣＮＴ−ＦＥＴ」という）の模式的な断面図を図２５に示し、概略図を図２６に示す。なお、図２６においてチャネル保護層＜８０３＞は二点鎖線で示す。【０４５４】
［２．センサを用いた特性測定］
（特性測定例１）
［１．センサの作製］にて作製したＣＮＴ−ＦＥＴを用いて、以下の手法により、抗体固定化前後の特性測定を行なった。
バックゲート電極＜８１０＞に、酢酸バッファー溶液で希釈した濃度１００［μｇ／ｍＬ］のマウスＩｇＧ抗体（特定物質）を５０μＬ滴下し、湿度９０％の湿潤箱で約１５分間反応させ、純水で表面を洗浄し、抗体の固定化を行なった。固定化の結果、図２７のようにバックゲート電極＜８１０＞に特定物質として上記ＩｇＧ抗体＜８１１＞が固定された。なお、図２７は特定物質であるＩｇＧ抗体＜８１１＞を固定化した状態の本実施例のＣＮＴ−ＦＥＴの概要を模式的に示す図であり、チャネル保護層＜８０３＞は二点鎖線で示す。また、ＩｇＧ抗体＜８１１＞は実際には非常に微小で目視できるものではないが、ここでは説明のために図示した。【０４５５】
ＣＮＴ−ＦＥＴの電気特性評価は、Ａｇｉｌｅｎｔ社製４１５６Ｃ半導体パラメータアナライザーを用いて行なった。抗体を固定化する前後で電気特性の１種である伝達特性（ＶＳＧ−ＩＳＤ特性）を測定し、測定値を抗体固定化の前後で比較することで行なった。その測定結果を図２８に示す。このとき、サイドゲート電圧ＶＳＧ＝−４０〜４０Ｖ（０．８Ｖステップ）でスイープさせ、その各点においてソース電圧ＶＳ＝０Ｖ、ドレイン電圧ＶＤ＝−１〜１Ｖ  （０．０２Ｖステップ）をスイープさせた時にソース電極・ドレイン電極間に流れる電流（ソースドレイン電流）ＩＳＤ（μＡ）を測定した。なお、図２８においてソースドレイン電流が負の領域のグラフがＶＳＤ＝−１．０Ｖにおける測定結果を示し、ソースドレイン電流が正の領域のグラフがＶＳＤ＝＋１．０Ｖにおける測定結果を示す。【０４５６】
図２８のソースドレイン電流が５μＡの部分に注目すると、抗体固定化後のサイドゲート電圧は、固定化前のサイドゲート電圧と比較して＋４７Ｖと非常に大きく変化していた。この測定結果から、抗体固定化前後でＣＮＴ−ＦＥＴの伝達特性が極めて大きく変化し、バックゲート表面近傍で起こる抗体固定化による相互作用を直接測定ができることがわかった。このことから、本発明によるセンサーが極めて高感度の化学物質検出能力を有していることが示され、検出対象物質−特定物質間の相互作用の検出に利用できることが推察される。【０４５７】
（特性測定例２）
［１．センサの作製］と同様に作製したＣＮＴ−ＦＥＴを用いて、相互作用として抗原−抗体反応の感知を行なった。この際、トランジスタ特性としてソース−ドレイン電流電圧特性及び伝達特性を採用し、抗原−抗体反応の前後で前記のトランジスタ特性をそれぞれ比較することで、感知を行なった。【０４５８】
図２９は、特性測定例２で用いた測定系（分析装置）の要部構成を示す模式的な概要図である。なお、図２９において示したａ−ＭＩｇＧ及びＭＩｇＧは、実際には非常に微小で目視できるものではないが、ここでは説明のために図示した。図２９に示すように、作製したＣＮＴ−ＦＥＴのバックゲート（検出用感知ゲート）にマウスＩｇＧ抗体（ＭＩｇＧ）を特定物質として固定化した。次に、このＣＮＴ−ＦＥＴのバックゲートを、ｐＨ７．４のリン酸緩衝液（ＰＢＳ）４００μＬが充填された反応場セルに浸し、ソース−ドレイン電流電圧特性および伝達特性を測定した。【０４５９】
続いて、Ａｇ／ＡｇＣｌ／飽和ＫＣｌからなる参照電極（電圧印加ゲート：ＲＥ）を用いてバックゲートの電圧の制御を行った。
次に濃度５００μｇ／ｍＬのａｎｔｉ−マウスＩｇＧ抗体（ａ−ＭＩｇＧ）を４００μＬを反応場セル内に滴下した。滴下してから５０分後に再度ソース・ドレイン電流電圧特性および伝達特性を測定した。
なお、測定時の条件は、温度２５℃、湿度３０％、ゲート電圧の印加並びにソース・ドレイン電流電圧特性及び伝達特性の測定には、半導体パラメータアナライザー（ＨＰ４１５６；アジレント社製）を用いた。【０４６０】
図３０にａｎｔｉ−マウスＩｇＧ抗体滴下前後での、ソース・ドレイン電圧電流特性の変化を示す。なお、バックゲートに印加する電圧（ＶＤ）は０Ｖとした。また、図３０において、ＩＳＤ（μＡ）はＣＮＴ−ＦＥＴのソース電極とドレイン電極との間で流れる電流の大きさを示し、ＶＳＤ（Ｖ）はＣＮＴ−ＦＥＴのソース電極とドレイン電極との間の電圧差の大きさを示す。図３０の楕円で囲んだ部分などから分かるように、滴下後に電流の絶対値が矢印で示すように増加していることがわかる。【０４６１】
また、図３１は滴下前後での伝達特性の変化を示す。なお、ドレイン電極の電圧（ＶＤ）は−１Ｖ、ソース電極の電圧（ＶＳ）は０Ｖとして測定を行なった。また、図３１において、ＩＳＤ（μＡ）はＣＮＴ−ＦＥＴのソース電極とドレイン電極との間で流れる電流の大きさを示し、ＶＧ（Ｖ）は電極（ＲＥ）からバックゲートに印加した電圧の大きさを示す。図３１から、ａｎｔｉ−マウスＩｇＧ滴下後にしきい電圧（ＩＳＤが急激に変化する付近のＶＧの値で、チャネルのスイッチングが起こる電圧のことを指す。ここでは、ＩＳＤ＝０．５μＡのときのＶＧを表わす）は正側へ１Ｖと大きく変化していることがみてとれる。これは、反応場セル内の溶液中で負の電荷を有するａｎｔｉ−マウスＩｇＧが特異的にバックゲート（検出用感知ゲート）に固定化されたマウスＩｇＧと結合したためであると考えられる。これにより、本実施例のＣＮＴ−ＦＥＴを用いたセンサユニットが極めて高感度の化学物質検出能力を有していることが示され、他の検出対象物質−特定物質間の相互作用の検出にも利用できることが推察される。【０４６２】
［実施例２］
［１．センサの作製］
「（基盤の準備）」の工程において行なう熱酸化の時間を５時間とし、その結果成膜されるＳｉＯ２の絶縁膜の厚さを約３００ｎｍとし、また、「（ソース電極、ドレイン電極、及びサイドゲート電極の形成）」の工程においてＴｉの代わりにＣｒを用い、Ａｕの蒸着速度を２Å／ｓｅｃ．とし、また、「（バックゲート電極の作製）」の工程においてＰｔの代わりにＴｉを用い、また、チャネル保護層＜８０３＞及びサイドゲート電極＜８０９＞を形成しなかった以外は、実施例１と同様にして、ＣＮＴ−ＦＥＴを作製した。作製したＣＮＴ−ＦＥＴの概略図を図３２に示す。なお、図３２において図２７と同様の符号で示す部分は、同様のものを表わす。【０４６３】
［１．センサの作製］にて作製したＣＮＴ−ＦＥＴを用いて、以下の手法により、抗体固定化前後の特性測定を行なった。
また、抗体（特定物質）にはａｎｔｉ−ＰＳＡ抗体（以下適宜「ａ−ＰＳＡ」という）を用いた。さらに、ａ−ＰＳＡの固定化は、以下に述べる方法により行なった。図３３は、このａ−ＰＳＡの固定化方法を示す模式図である。図３３に示すように、ソース電極＜８０７＞、ドレイン電極＜８０８＞及びカーボンナノチューブ＜８０６＞を含むチャネル部に１００μｇ／ｍＬの濃度のａ−ＰＳＡ溶液を約６０μＬのせ、湿潤雰囲気で１時間保持した。その後、超純水を流しながら５ｍｉｎ．以上洗浄した。次に、窒素ブローにより水分を取り除き、真空デシケータ内で一晩乾燥させた。この結果、ａ−ＰＳＡ溶液をのせた部分にａ−ＰＳＡが固定化され、これにより、カーボンナノチューブ＜８０６＞表面全体が特定物質であるａ−ＰＳＡが固定された感知部位となった。なお、図３３において示したａ−ＰＳＡは、実際には非常に微小で目視できるものではないが、ここでは説明のために図示した。【０４６４】
ＣＮＴ−ＦＥＴの電気特性評価は、Ａｇｉｌｅｎｔ社製４１５６Ｃ半導体パラメータアナライザーを用いて行なった。また、測定の操作は、図３４に示す測定系（分析装置）を構成し、以下のようにして行なった。図３４に示すように、ＣＮＴ−ＦＥＴの抗体を固定化したチャネル部にシリコーンでウェルを作り、チャネル部を０．０１Ｍのリン酸緩衝液（以下適宜、「ＰＢＳ」という）に浸した。また、電気特性の測定としては、ソース電極を０Ｖとし、ドレイン電極に０．１Ｖ、バックゲート電極に０Ｖを連続印加し、その際のソース・ドレイン間電流ＩＳＤを時間の関数として測定した。さらに、検出対象物質である抗原にはブタ血清アルブミン（以下、ＰＳＡ）を用い、所定の濃度のＰＳＡ溶液を適宜ウェルに滴下して、滴下後のソース・ドレイン間電流ＩＳＤを測定することにより検出を行なうようにした。なお、図３４において示したａ−ＰＳＡ及びＰＳＡは、実際には非常に微小で目視できるものではないが、ここでは説明のために図示した。【０４６５】
図３５に、ＰＳＡ抗原を滴下した時の、ＩＳＤの時間変化について示す。
測定開始から１６０秒後、５μＬの０．０１Ｍ  ＰＢＳ溶液を滴下したが、ＩＳＤに大きな変化が見られなかった。
また、測定開始から４２５秒後、ウェル内のＰＳＡ濃度が１５．８ｐｇ／ｍＬとなるようにＰＳＡ溶液を滴下するとＩＳＤが約０．０６μＡ減少した。
さらに、測定開始から５７０秒後、ウェル内のＰＳＡ濃度が１４９．１ｐｇ／ｍＬとなるようにＰＳＡ溶液を滴下すると、ＰＢＳ溶液滴下直後の状態に比べてＩＳＤが約０．１５μＡ減少した。【０４６６】
ここで観測されたＰＳＡ溶液滴下後のＩＳＤの減少は、検出対象物質であるＰＳＡと特定物質であるａ−ＰＳＡとの相互作用をＣＮＴチャネル＜８０６＞が感知することにより、ＣＮＴ−ＦＥＴの特性が変化したことにより生じたものと考えられる。このことから、本実施例の分析装置を用いれば、１５．８ｐｇ／ｍＬという極めて低濃度のＰＳＡを高感度に検出できることが確認された。【０４６７】
［実施例３：流路の形成］
以下、反応場セルに流路を形成する方法の実施例を示して流路の形成方法について具体的に説明を行なうが、流路形成方法は以下の方法に限定されるものではなく、任意の方法を採用することができる。【０４６８】
４インチシリコンウェハー（フルウチ化学社製）にフォトレジストＮａｎｏＸＰ  ＳＵ−８（５０）（ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社製）をスピンコートした後、加熱溶媒除去を３０分間行ない、室温に冷却した後に、フォトフィルムマスク（ファルコム社製）を介して紫外線露光を行なった。この際に用いたフォトフィルムマスクには、反応場セルの流路のパターンがシリコンウェハー上に転写されるように形成されている。また、前記のパターンは、流路が幅０．５ｍｍのスリット上の内部流路に分けられるように形成されている。【０４６９】
露光後にアフターベークを３０分間行ない、引き続いてデベロッパー（Ｎａｎｏ  ＸＰ  ＳＵ−８  Ｄｅｖｅｌｏｐｅｒ，ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社製）により１５分間現像し、最後にイソプロピルアルコール及び水で洗浄を行なった。これにより、シリコンウェハー上に、厚み９０μｍのフォトレジストの層として、流路のパターン（図３６のパターン＜９０１Ａ＞参照）が形成された。
さらに、東レ・ダウコーニング社製のシリコーンエラストマーＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）Ｓｙｌｇａｒｄ１８４キットを用いて本剤−硬化剤比を１０：１として攪拌後、真空下で脱気を−６３０Ｔｏｒｒ，１５分で行なった。【０４７０】
図３６は、流路形成方法の工程を説明するための模式的な斜視図である。この図３６に示すように、表面に流路のパターンが形成された上記シリコンウェハー＜９０１＞に、厚み１ｍｍのＰＭＭＡ製のＵ字形状の型＜９０２＞と、厚み１ｍｍの樹脂平板＜９０３＞とを重ねエラストマーの充填部分を形成し、充填部分の開放部から上記エラストマーを充填後、８０℃、３時間で硬化させた。硬化後に、エラストマーをシリコンウェハー＜９０１＞及びＵ字形状の型＜９０２＞から剥がした。これにより、上記のパターンの形状に合わせて凹部（この凹部が後に流路になる）が形成されたエラストマーの基板が得られた。【０４７１】
その後、パターンが形成された凹部に対応した部分をシート状流路部分として切り取った。これにより、エラストマーの基板に流路（凹部）が形成された反応場セルを得た。（図３７の反応場セル＜９０４＞参照）。
図３７は、反応場セルユニットの模式的な分解斜視図である。図３７に示すように、切り取った反応場セル＜９０４＞を、感知部＜９０５Ａ＞を有する基板＜９０５＞と組み合わせることにより、スリット状構造を有するパターンが形成された反応場セルユニットを完成させた。なお、流路部分の深さは前記流路のパターン＜９０１Ａ＞の厚みを９０μｍとしたので、得られた反応場セルユニットの流路の深さも９０μｍに形成された。【０４７２】
次に、送液システム説明を説明する。形成された反応場セルユニットは、図３７に示すように、流路上流端部に１つの孔（注入口）＜９０４Ａ＞が形成され、蓋部の下流端部に１つの孔（排出口）＜９０４Ｂ＞が形成された流路を有するようにした。そこで、注入口＜９０４Ａ＞に、コネクタ，チューブを介して送液ポンプ（例えば、シリンジポンプ）を接続し、また、排出口＜９０４Ｂ＞は、コネクタ，チューブを介して廃液タンクに接続した。
このような送液システムにおいて、上記の送液ポンプを作動させることにより、液体検体を注入口から流路内に注入させると、排出口から検体を排出できた。【０４７３】
［実施例４］
［１．センサの作製］
（基板の準備）
Ｒ面のサファイア基板を、アセトン、エタノールの順にそれぞれに浸し、各３分間超音波洗浄を行なった後、純水の流水で３分間すすぎ、窒素ブローで乾燥させた。その後、水分を飛ばすために、１１０℃のオーブンで１５分間ベーキングを行なった。【０４７４】
（チャネルの形成）
続いて、以下の方法によりサファイア基板表面にＣＮＴの成長触媒を作製した。図３８（ａ）〜図３８（ｃ）は、いずれも本実施例におけるチャネルの形成方法を説明するための模式的な断面図である。
まず、フォトリソグラフィー法を用いてＣＮＴ＜１００１＞（図３８（ｂ）参照）を架橋させたい場所にフォトレジストをパターニングした。フォトリソグラフィーは次のように行なった。
まず、サファイア基板＜１００２＞（図３８（ａ）参照）上に、ヘキサメチルジシラザンを５００ｒｐｍで１０秒間、４０００ｒｐｍで３０秒間の条件でスピンコートし、その上にフォトレジスト（シプレイ・ファーイースト社製  ｍｉｃｒｏｐｏｓｉｔ  Ｓ１８１８）を同条件でスピンコートした。【０４７５】
スピンコートした後、ホットプレート上にサファイア基板＜１００２＞を置き、９０℃，１分間の条件でベークした。ベーク後、モノクロロベンゼン中にフォトレジストをコートしたサファイア基板＜１００２＞を５分間浸し、窒素ブローで乾燥させた後、オーブンに入れ８５℃、５分間の条件でベークした。ベーク後、アライナー（露光機）を用い触媒パターンを露光し、現像液（クラリアント社製  ＡＺ３００ＭＩＦデベロッパー（２．３８体積％））中で３分間現像した後、流水で３分間リンスし、窒素ブローで乾燥させた。【０４７６】
フォトレジストをパターニングしたサファイア基板＜１００２＞上に、電子ビーム（ＥＢ）真空蒸着法を用いてシリコン、モリブデンおよび鉄の順に、それぞれ１０ｎｍ、１０ｎｍ、３０ｎｍの膜厚で成膜し、触媒とした。
次に、煮沸したアセトンにサファイア基板＜１００２＞を浸しながらリフトオフを行なった。
次に、リフトオフをしたサファイア基板＜１００２＞をアセトン、エタノールの順にそれぞれに浸し、各３分間超音波洗浄を行なった後、純水の流水で３分間すすぎ、窒素ブローで乾燥させ触媒＜１００３＞をパターニングした（図３８（ａ））。【０４７７】
触媒＜１００３＞をパターニングしたサファイア基板＜１００２＞を炉に設置し、アルゴンガスを用いてバブリングしたエタノールを７５０ｍＬ／ｍｉｎ．及び水素ガスを５００ｍＬ／ｍｉｎ．で流しながら９００℃、１０分間の条件で化学気相堆積（ＣＶＤ）法によりＣＮＴ＜１００１＞を触媒＜１００３＞間に成長させた（図３８（ｂ））。なお、昇温および降温は、アルゴンガスを１０００ｍＬ／ｍｉｎ．で流しながら行なった。【０４７８】
（ソース・ドレイン電極の作製）
次に、ＣＮＴ＜１００１＞の両端にソース電極＜１００４＞およびドレイン電極＜１００５＞を作製するために、上述したフォトリソグラフィー法によりフォトレジストをパターニングした。
パターニング後、ＥＢ真空蒸着法により、チタンおよび白金の順にそれぞれ１０ｎｍ、９０ｎｍの膜厚で成膜した。煮沸したアセトンに試料を浸しながらリフトオフし、次に、リフトオフをした試料をアセトン、エタノールの順にそれぞれに浸し、各３分間超音波洗浄を行なった後、純水の流水で３分間すすぎ、窒素ブローで乾燥させ、ソース電極＜１００４＞およびドレイン電極＜１００５＞を作製した（図３８（ｃ））。ソース電極＜１００４＞とドレイン電極＜１００５＞との最短間隔は４μｍであった。また、図３８（ｃ）には示していないが、ソース電極＜１００４＞及びドレイン電極＜１００５＞はそれぞれＣＮＴのチャネル＜１００１＞から引出されており、また、それぞれコンタクト用パッドを有している。なお、コンタクト用パッドとは、電極配線の先端にあるプローブを接触させるための１辺が１５０μｍの正方形の電極（パッド）を指す。【０４７９】
（窒化シリコンによる絶縁膜の成膜）
窒化シリコン絶縁膜の形成に用いた装置の要部構成を、図３９に模式的に示す。窒素化合物である窒化シリコンの成膜は、図３９に示すように、石英炉＜１００６＞中に上記のサファイア基板＜１００２＞を設置して熱ＣＶＤ法を用いて行なった。サファイア基板＜１００２＞は抵抗加熱ヒータを備える回転式のステージ＜１００７＞上に設置した。成膜はアルゴンガスで希釈した０．３体積％モノシランガスを５０ｍＬ／ｍｉｎ．、アンモニアガスを１０００ｍＬ／ｍｉｎ．、及び、窒素ガスを２０００ｍＬ／ｍｉｎ．で流しながら、大気圧下で８００℃、５分間でステージ＜１００７＞を回転させながら行なった。昇温および降温は、窒素ガスを２０００ｍＬ／ｍｉｎ．で流しながら行なった。得られた窒化シリコン絶縁膜＜１００８＞の膜厚は４０ｎｍであった。窒化シリコン絶縁膜＜１００８＞を成膜したサファイア基板＜１００２＞の模式的な断面図を図４０に示す。【０４８０】
（トップゲート電極の作製）
次に、以下の方法により、前述したサファイア基板＜１００２＞のチャネル＜１００１＞の直上の窒化シリコン絶縁膜＜１００８＞の表面に、トップゲート電極＜１００９＞を作製した。
前述したフォトリソグラフィー法と同様にして、窒化シリコン絶縁膜＜１００８＞表面に塗布したレジストをパターニングした。次に、ＥＢ真空蒸着法により、チタンおよび金の順にそれぞれ１０ｎｍ、１００ｎｍの膜厚で成膜した。煮沸したアセトンにサファイア基板＜１００２＞を浸しながらレジストをリフトオフし、次に、リフトオフをした後のサファイア基板＜１００２＞をアセトン、エタノールの順にそれぞれに浸し、各３分間超音波洗浄を行なった後、純水の流水で３分間すすぎ、窒素ブローで乾燥させ、トップゲート電極＜１００９＞を作製した。トップゲート電極＜１００９＞も、ソース電極＜１００４＞及びドレイン電極＜１００５＞と同様に、チャネル＜１００１＞から引出した構造をしておりコンタクト用パッドを有している。ただし、トップゲート電極＜１００９＞とチャネル＜１００１＞との間には窒化シリコン絶縁膜＜１００８＞が存在しているため、チャネル＜１００１＞とトップゲート電極＜１００９＞とは絶縁されている。【０４８１】
（コンタクト用ホールの作製）
次に、前述した引出されたソース電極＜１００４＞及びドレイン電極＜１００５＞のコンタクトパッド上の窒化シリコン絶縁膜＜１００８＞に１辺が１００μｍの正方形をしたコンタクト用（配線接続用）のホール（孔）＜１０１０＞（図４１参照）を作製するため、上述したフォトリソグラフィー法を用いて窒化シリコン絶縁膜＜１００８＞表面にコンタクト用のホール＜１０１０＞をレジストでパターニングした。具体的には、窒化シリコン絶縁膜＜１００８＞の表面にフォトレジストをスピンコートし、次いで、ホール＜１０１０＞となる部分のレジストをパターニングにより除去した。オーブンにて１１０℃、３０分間の条件でフォトレジストをベークした。反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置を用いてドライエッチングし、レジストを除去した部分の窒化シリコン絶縁膜＜１００８＞を除去した。このとき、使用したエッチャントは六フッ化硫黄ガスで、ＲＦ出力１００Ｗ、チャンバー内圧力は４．５Ｐａのプラズマ中で５分間エッチングを行なった。【０４８２】
（バックゲート電極の作製）
コンタクトホール＜１０１０＞を作製した後、ＥＢ真空蒸着法によりサファイア基板＜１００２＞裏面にチタンおよび金の順にそれぞれ１０ｎｍ、１００ｎｍの膜厚で成膜し、バックゲート電極＜１０１１＞を作製した。
その後、サファイア基板＜１００２＞を煮沸したアセトンで５分間、さらにアセトン、エタノールの順にそれぞれに浸し、各３分間超音波洗浄を行なった後、純水の流水で３分間すすぎ、窒素ブローで乾燥させ、コンタクト用ホール＜１０１０＞のパターンを有するレジスト層を除去した。【０４８３】
（レジスト保護層の作製）
トップゲート電極＜１００９＞、ソース電極＜１００４＞及びドレイン電極＜１００５＞のコンタクトパッド上以外の部分の素子表面を保護する目的で、前述と同様のフォトリソグラフィー法を用いてレジスト＜１０１２＞をパターニングした。このようにしてトップゲート電極＜１００９＞のコンタクトパッド上、ソース電極＜１００４＞のコンタクトパット上、及び、ドレイン電極＜１００５＞のコンタクトパッド上にそれぞれホール（ホール＜１０１０＞以外は図示省略）を形成し、他の素子表面をレジストで保護した。次に、オーブンにて１２０℃、１時間の条件でフォトレジストをベークし硬化させた。
以上の工程により作製した窒化シリコンゲート絶縁膜＜１００８＞を有するトップゲート型ＣＮＴ−ＦＥＴセンサーの模式的な上面図を図４１に示す。また、図４１のＡ−Ａ’面で切った模式的な断面図を図４２に示す。なお、図４１では、説明のため、ＣＮＴ−ＦＥＴセンサーは、図３８（ａ）〜図４０、図４２とは異なる寸法で示す。【０４８４】
［２．特性測定］
図４３は、本実施例の特性測定で用いた測定系（分析装置）の要部構成を示す模式的な概要図である。なお、図４３において示したＰＳＡは、実際には非常に微小で目視できるものではないが、ここでは説明のために図示した。また、図４３では、説明のため、ＣＮＴ−ＦＥＴセンサーは、図３８〜図４２とは異なる寸法で示す。
図４３に示すように、測定は、レジストで保護した上記のトップゲート型ＣＮＴ−ＦＥＴセンサー上にシリコーンでウェルを作り、トップゲート電極のコンタクトホールを通じてトップゲート電極表面をｐＨ７．４の１０ｍＭのリン酸緩衝液（ＰＢ）に浸して行なった。電気特性は、ソース電極とドレイン電極との電位差（ＶＤＳ）を０．１Ｖとし、バックゲート電極の電圧（ＶＢＧＳ）を０Ｖとし、また、銀／塩化銀参照電極（Ｒ．Ｅ．）を用いＰＢを介してトップゲート電極にトップゲート電圧（ＶＴＧＳ）として０Ｖの一定電圧を印加し、ソース電極とドレイン電極との間に流れる電流（ＩＤＳ）を時間の関数として測定した。なお、各電圧の印加及び測定は、Ａｇｉｌｅｎｔ社製４１５６Ａ半導体パラメータアナライザーを用いて行なった。【０４８５】
タンパク質の一種であるブタ血清アルブミン（ＰＳＡ）を用い、ＰＳＡのＰＢ溶液を適宜ウェルに滴下した。図４４にＰＳＡを滴下した時のＩＤＳの時間変化について示す。
時刻１８０ｓで、１０μＬの同濃度のＰＢを滴下したが、ＩＳＤに大きな変化が見られなかった。
時刻３００ｓにウェル内のＰＳＡ濃度が０．３μｇ／ｍＬになるようにＰＳＡを滴下するとＩＤＳが時刻１２００ｓにおいて約１．５ｎＡ減少した。【０４８６】
ＰＢを滴下してもＩＤＳに変化がなく、ＰＳＡを滴下した後減少したことから、このＩＤＳの減少はｐＨ７．４で負電荷を有するＰＳＡがトップゲート電極上に吸着したことによるものであると考えられる。この結果から、本実施例で作製したセンサーが、高感度な化学物質検出能力を有していることが示された。【０４８７】
［実施例５］
［１．センサの作製］
（基板の準備）
実施例１の「（基板の準備）」と同様の操作を行ない、ｎ−型シリコン単結晶（１００）基板の表面に酸化シリコンを絶縁膜として成膜した。【０４８８】
（チャネルの形成）
触媒として成膜したシリコン、モリブデン及び鉄の膜厚をそれぞれ１０ｎｍ、１０ｎｍ及び３０ｎｍとし、フォトレジストのリフトオフ後の基板の洗浄操作を、アセトン、エタノールの順にそれぞれに浸し、各３分間超音波洗浄を行なった後に純水の流水で３分間すすぐようにし、ＣＶＤ法によるＣＮＴの成長の時間を１０分間とした他は実施例１の「（チャネルの形成）」と同様の操作を行ない、基板上にＣＮＴのチャネルを形成した。【０４８９】
（ソース・ドレイン電極の作製）
次に、ＣＮＴの両端にソース電極及びドレイン電極を作製するために、上述したフォトリソグラフィー法によりフォトレジストをパターニングした。
パターニング後、ＥＢ真空蒸着法により、クロム及び金の順にそれぞれ２０ｎｍ、２００ｎｍの膜厚で成膜した。【０４９０】
図４５（ａ），図４５（ｂ）は、いずれも本実施例における電極作製の様子を説明するための模式的な断面図である。なお、図４５（ａ），図４５（ｂ）において、符号１１０１はＣＮＴのチャネルを表わし、符合１１０２は基板を表わし、符合１００３は触媒を表わし、符号１１０４は酸価シリコンの絶縁膜を表わす。
煮沸したアセトンに基板＜１１０２＞を浸しながらリフトオフし、次に、リフトオフをした後の基板＜１１０２＞をアセトン、エタノールの順にそれぞれに浸し、各３分間超音波洗浄を行なった後、純水の流水で３分間すすぎ、窒素ブローで乾燥させ、ソース電極＜１１０５＞及びドレイン電極＜１１０６＞を作製した（図４５（ａ））。なお、ソース電極＜１１０５＞とドレイン電極＜１１０６＞との最短間隔は４μｍであった。また、図４５（ａ）には示していないが、ソース電極＜１１０５＞及びドレイン電極＜１１０６＞はそれぞれＣＮＴのチャネル＜１１０１＞から引出されており、また、それぞれコンタクト用パッドを有している。なお、本実施例で用いたコンタクト用パッドは、実施例４で用いたものと同様のものである。【０４９１】
ソース電極＜１１０５＞及びドレイン電極＜１１０６＞のパターニング後、素子を保護するために基板＜１１０２＞表面にヘキサメチルジシラザンを５００ｒｐｍで１０秒間、４０００ｒｐｍで３０秒間の条件でスピンコートし、その上に前述したフォトレジストを同条件でスピンコートした。その次に、オーブンにて１１０℃、３０分間の条件でフォトレジストをベークし、素子保護用のレジスト膜（仮保護膜）を形成した。【０４９２】
（バックゲート電極の作製）
基板＜１１０２＞の裏面の酸化シリコンの絶縁膜＜１１０４＞を、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置を用いてドライエッチングし除去した。このとき、使用したエッチャントは六フッ化硫黄ガスで、ＲＦ出力１００Ｗ、チャンバー内圧力は４．５Ｐａのプラズマ中で６分間エッチングを行なった。【０４９３】
裏面の酸化シリコンの絶縁膜＜１１０４＞を除去した後、基板＜１１０２＞の裏面に、ＥＢ真空蒸着法により、チタン及び金の順に、それぞれ１０ｎｍ、１００ｎｍの膜厚で成膜し、バックゲート電極＜１１０７＞を作製した。
次に、素子表面に形成した仮保護膜を、煮沸したアセトンで５分間、さらにアセトン、エタノールの順に、各３分間超音波洗浄により除去した後、純水の流水で３分間すすぎ、窒素ブローで乾燥させた（図４５（ｂ））。【０４９４】
（窒化シリコン膜の成膜）
成膜に用いたモノシランガスの濃度を３体積％とし、その流速を２０ｍＬ／ｍｉｎ．とした他は、実施例４の「（窒化シリコン膜の成膜）」と同様にして、上記の基板＜１１０２＞に対して、窒化シリコン膜＜１１０８＞の成膜を行なった。得られた窒化シリコンの膜厚は、２７０ｎｍであった。窒化シリコンを成膜した基板＜１１０２＞の模式的な断面図を図４６に示す。【０４９５】
（コンタクト用ホールの作製）
次に、前述したソース電極＜１００５＞及びドレイン電極＜１１０６＞のコンタクトパッド上の窒化シリコン絶縁膜＜１１０８＞にコンタクト用（配線接続用）のホール（孔）を作製するため、フォトリソグラフィー法を用いて窒化シリコンの保護膜＜１１０８＞の表面に１辺が１００μｍの正方形をしたコンタクト用のホール（図示省略）をフォトレジストでパターニングした。具体的には、窒化シリコンの保護膜＜１１０８＞の表面にフォトレジストをスピンコートし、次いで、ホールとなる部分のレジストをパターニングにより除去した。その後、オーブンにて１１０℃、３０分間の条件でフォトレジストをベークした。続いて、「（４）バックゲートの作製」と同様にして、ＲＩＥを用いてソース電極＜１１０５＞及びドレイン電極＜１１０６＞上の窒化シリコンの絶縁膜＜１１０８＞をエッチングし、コンタクト用のホール（図示省略）を作製した。【０４９６】
（トップゲート電極の作製）
次に、実施例４の「（トップゲート電極の作製）」と同様にして、上記の基板＜１１０２＞のチャネル＜１１０１＞直上の窒化シリコン絶縁膜＜１１０８＞表面に、トップゲート電極＜１１０９＞を作製した。このトップゲート電極＜１１０９＞もソース電極＜１１０５＞及びドレイン電極＜１１０６＞と同様に、チャネル＜１１０１＞から引出した構造をしておりコンタクト用パッドを有している。ただし、トップゲート電極＜１００９＞とチャネル＜１００１＞との間には窒化シリコン絶縁膜＜１００８＞が存在しているため、チャネル＜１００１＞とトップゲート電極＜１００９＞とは絶縁されている。【０４９７】
（レジスト保護層の作製）
実施例４の「（レジスト保護層の作製）」と同様にして、トップゲート電極＜１１０９＞、ソース電極＜１１０５＞及びドレイン電極＜１１０６＞のコンタクトパッド上以外の部分にレジスト保護層＜１１１０＞を形成した。
以上の工程により作製した窒化シリコンゲート絶縁膜＜１１０８＞を有するトップゲート型ＣＮＴ−ＦＥＴセンサーの模式的な上面図は図４１と同様になる。なお、図４１において、トップゲート電極＜１１０９＞上に設けたホールは、符号１１１１で示す。また、ソース電極＜１１０５＞及びドレイン電極＜１１０６＞のコンタクトパッド上に形成したコンタクトホールの図示は省略する。さらに、本実施例のＣＮＴ−ＦＥＴセンサーについて、図４１のＡ−Ａ’面で切った模式的な断面図は、図４７のようになる。【０４９８】
［２．特性測定］
図４８は、本実施例の特性測定で用いた測定系（分析装置）の要部構成を示す模式的な概要図である。なお、図４８において示したＲＳＡ、ＰＳＡ及びａ−ＰＳＡは、実際には非常に微小で目視できるものではないが、ここでは説明のために図示した。また、図４８では、説明のため、ＣＮＴ−ＦＥＴセンサーは、図４５〜図４７とは異なる寸法で示す。【０４９９】
図４８に示すように、測定は上記のＣＮＴ−ＦＥＴセンサー上にシリコーンでウェルを作り、トップゲート電極のコンタクトホールを通じてトップゲート電極表面をｐＨ７．４の１０ｍＭのリン酸緩衝液（ＰＢ）に浸して行なった。電気特性は、ソース電極とドレイン電極との電位差（ＶＤＳ）を０．５Ｖとし、バックゲート電極の電圧（ＶＢＧＳ）を０Ｖとし、また、銀／塩化銀参照電極（Ｒ．Ｅ．）を用いＰＢを介してトップゲート電極にトップゲート電圧（ＶＴＧＳ）を０Ｖの一定電圧を印加し、ソース電極とドレイン電極との間に流れる電流（ＩＤＳ）を時間の関数として測定した。なお、各電圧の印加及び測定は、Ａｇｉｌｅｎｔ社製４１５６Ａ半導体パラメータアナライザーを用いて行なった。【０５００】
タンパク質には抗原としてブタ血清アルブミン（ＰＳＡ）と、ＰＳＡと相互作用する抗体である抗ブタ血清アルブミン（ａｎｔｉ−ＰＳＡ，ａ−ＰＳＡ）と、ａ−ＰＳＡとは相互作用しないウサギ血清アルブミン（ＲＳＡ）とを用いた。タンパク質は全てＰＢを溶媒とする溶液を用いた。
濃度１ｍｇ／ｍＬのａ−ＰＳＡ溶液をトップゲート電極上に滴下した後、湿潤箱内で１時間養生し、その後、純水ですすいだ。これにより、トップゲート電極へ物理吸着法によりａ−ＰＳＡの固定化を行なった。
その後、ＰＳＡ及びＲＳＡそれぞれタンパク質溶液を、ピペットを用いて適宜ウェルに滴下した。【０５０１】
図４９にＩＤＳの時間変化について示す。
時刻２５０ｓで、１０μＬの同濃度のＰＢを滴下したが、ＩＳＤに大きな変化が見られなかった。
時刻９００ｓでウェル内のＲＳＡ濃度が１４μｇ／ｍＬになるようにＲＳＡ溶液を滴下したがＩＤＳに大きな変化が見られなかった。
時刻１８００ｓでウェル内のＰＳＡ濃度が１．３ｎｇ／ｍＬとなるようにＰＳＡ溶液を滴下したところ、ＩＤＳ減少し始めた。
時刻２７００ｓでウェル内のＰＳＡ濃度が１２ｎｇ／ｍＬとなるようにＰＳＡ溶液を滴下したところ、さらにＩＤＳ減少し、１８００ｓから４０００ｓでＩＤＳが６ｎＡ減少した。【０５０２】
ＰＢおよびＲＳＡを滴下してもＩＤＳに大きな変化がなく、ＰＳＡ溶液を滴下した後ＩＤＳの減少が見られたことから、このＩＤＳの減少はｐＨ７．４で負電荷を有するＰＳＡがａ−ＰＳＡと相互作用した結果であると考えられる。この結果から、本実施例で作製したセンサーが、高感度な化学物質検出能力を有していることが示された。【０５０３】
［実施例４，５に対する考察］
上記の実施例４，５は、本発明者らの鋭意検討の結果、一般にＣＮＴを被覆する形で形成することが困難であった絶縁膜を形成できたのみならず、ＣＮＴ上に極めて近接して、金属又はそれと同程度の導電率を有する材料を設置することを可能ならしめたことにより、その近接した金属等をトップゲート電極として機能させることに成功したものである。【０５０４】
このことは、抗体等の検体をＣＮＴに直接接触させていた素子構造に比べ、検出感度を高感度に維持したまま、極めて安定に感知部を作製できるという利点をもたらす。さらに、感知部をＣＮＴから独立して作製し、しかる後に導電性の材料で感知部とＣＮＴとを電気的に接続するという素子構造をも可能ならしめる。したがって、本技術を用いれば、感知部をＦＥＴから独立して構成するという新規な素子構造を実現することができ、しかも多数の感知部を集積した素子構造をも容易に実現できるという利点も有する。
【産業上の利用可能性】
【０５０５】
本発明は産業上の広い分野で任意に用いることができ、例えば、医療、資源開発、生物分析、化学分析、環境、食品分析等の分野において広く用いることができる。【０５０６】
本発明を特定の態様を用いて詳細に説明したが、本発明の意図と範囲を離れることなく様々な変更が可能であることは当業者に明らかである。
なお、本願は、２００４年９月３日付で出願された日本特許出願（特願２００４−２５７６９８）に基づいており、その全体が引用により援用される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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