(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置本体と、前記装置本体に着脱可能な素子部とを有するバイオセンサ装置であって、
前記素子部は、電界効果トランジスタと、被検出物質認識分子とを含み、
前記電界効果トランジスタは、
半導体または金属から成る支持基板、前記支持基板の第一の面に形成された第一の絶縁膜、および前記支持基板の第二の面に形成された第二の絶縁膜を有する基板と、
前記第一の絶縁膜上に配置されたソース電極およびドレイン電極と、
前記第一の絶縁膜側に配置され、前記ソース電極と前記ドレイン電極とを電気的に接続する、超微細繊維体を含むチャネルと、
前記第二の絶縁膜側に配置され、電圧を印加されたときに前記基板に自由電子の移動による分極を生じさせて前記チャネルを流れる電流を制御するゲート電極と、を有し、
前記被検出物質認識分子は、前記第二の絶縁膜上または前記ゲート電極上に固定化されており、
前記素子部が前記装置本体に装着されたときに、前記チャネルは電流を流され、かつ前記ゲート電極は電圧を印加されて前記チャネルに流れる電流を制御する、
バイオセンサ装置。
【請求項２】
前記超微細繊維体は、カーボンナノチューブである、請求項１に記載のバイオセンサ装置。
【請求項３】
前記第二の絶縁膜の厚さは、１０ｎｍ以上である、請求項１または請求項２に記載のバイオセンサ装置。
【請求項４】
被検出物質の濃度と、Ｉ−Ｖ特性曲線またはＩ−Ｖｇ特性曲線の所定の点におけるソース−ドレイン電流またはゲート電圧との関係を示す検量線を記憶する記憶手段と、
前記検量線を用いて、試料に含まれる前記被検出物質の濃度を決定する濃度決定手段と、
をさらに有する、請求項１に記載のバイオセンサ装置。
【請求項５】
前記濃度決定手段は、
前記被検出物質の濃度が未知である試料について、Ｉ−Ｖ特性曲線またはＩ−Ｖｇ特性曲線の所定の点におけるソース−ドレイン電流またはゲート電圧を測定する測定手段と、
前記測定手段で測定されたソース−ドレイン電流またはゲート電圧の値に基づいて、前記検量線から前記被検出物質の濃度を算出する濃度算出手段と、
を有する、請求項４に記載のバイオセンサ装置。
【請求項６】
前記被検出物質の濃度が既知である試料を用いて前記検量線を得るキャリブレーション手段をさらに有する、請求項４に記載のバイオセンサ装置。
【請求項７】
前記キャリブレーション手段は、
前記被検出物質の濃度が既知であって互いの濃度が異なる３以上の試料についてそれぞれ、Ｉ−Ｖ特性曲線またはＩ−Ｖｇ特性曲線の所定の点におけるソース−ドレイン電流またはゲート電圧を測定する測定手段と、
前記測定手段で測定されたソース−ドレイン電流またはゲート電圧の値と前記既知の被検出物質の濃度とから検量線を算出する検量線算出手段と、
を有する、請求項６に記載のバイオセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバイオセンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  電界効果トランジスタ（以下「ＦＥＴ」と略記する）は、ソース電極、ドレイン電極、およびゲート電極の３端子を有し、ソース電極およびドレイン電極に接続されるチャネルに流れる電流がゲート電極に印加される電圧に生じた電界によって制御される半導体素子である。例えば、ソース電極とドレイン電極間のチャネルがカーボンナノチューブ（以下「ＣＮＴ」と略記する）で構成されたカーボンナノチューブ電界効果トランジスタ（以下「ＣＮＴ−ＦＥＴ」と略記する）などが知られている。【０００３】  ＣＮＴ−ＦＥＴの一例として、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示されるものが知られている（例えば、非特許文献１参照）。【０００４】  図１（Ａ）に示されるＣＮＴ−ＦＥＴにおいては、基板２の第一の面に形成された絶縁膜１上に、ソース電極３およびドレイン電極４、ならびにこれらの電極を接続するチャネルが配置され、第二の面上にシリコン基板２と電気的に接続されているゲート電極５が配置されている。このようなＦＥＴを、ゲート電極の配置に基づいて、バックゲート型電界効果トランジスタ（以下「バックゲート型ＦＥＴ」と略記する）という。【０００５】  図１（Ｂ）に示されるＦＥＴにおいては、基板２の第一の面に形成された絶縁膜１上に、ソース電極３、ドレイン電極４およびゲート電極５が配置されている。このようなＦＥＴを、ゲート電極の配置に基づいて、サイドゲート型電界効果トランジスタ（以下「サイドゲート型ＦＥＴ」と略記する）という。【０００６】  また、ＣＮＴ−ＦＥＴの電気特性を利用したセンサの開発が盛んに進められている（例えば、特許文献１を参照）。これらのセンサは、チャネルとなるＣＮＴの電気特性がＣＮＴに結合あるいは固定された分子認識部位の状態変化に依存して変化することを利用しており、例えば、その分子認識部位と被検出物質の反応を、反応により誘起されるＣＮＴの電気特性の変化を介してＣＮＴ−ＦＥＴのソース電極とドレイン電極との間の電流（以下「ソース−ドレイン電流」という）または電圧（以下「ソース−ドレイン電圧」という）の変化として検出する。
【特許文献１】国際公開第２００４／１０４５６８号パンフレット
【非特許文献１】松本和彦，「カーボンナノチューブＳＥＴ／ＦＥＴのセンサー応用」，電気学会電子材料研究会資料，Ｖｏｌ．ＥＦＭ−０３，Ｎｏ．３５−４４，２００３．１２．１９，ｐ．４７−５０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  ＦＥＴでは、ソース−ドレイン電流を制御するため、チャネルの電気特性を変化させるゲート電極をチャネルの近傍に配置する必要があった。【０００８】  バックゲート型ＦＥＴにおいては、基板をバックゲート電極として作用させることで、ゲート電極を基板上に形成した絶縁膜のみを隔ててチャネルに近接させることができる。そのため、ゲート電極を基板と電気的に接触させる必要があると考えられてきた。すなわち、ゲート電極を電気伝導性を有する基板に電気的に直接接触させて配置させて、できるだけゲート電極の電位変化によるチャネル近傍の電界変化、すなわちソース−ドレイン電流またはソース−ドレイン電圧への作用を高めることが必要であると考えられていた。【０００９】  また、サイドゲート型ＦＥＴにおいては、ゲート電極によりソース−ドレイン電流を制御するため、ゲート電極をチャネルに近づけて配置させることが必要であると考えられていた。すなわち、ソース電極、ドレイン電極およびチャネルが配置された基板と同一の面に配置されたゲート電極は、ナノメートルレベルにまでソース電極とドレイン電極との間に形成されるチャネルに接近させて、できるだけソース−ドレイン電流またはソース−ドレイン電圧への作用を高めることが必要であると考えられていた。【００１０】  本発明者は、ＦＥＴにおいて、ソース電極、ドレイン電極およびチャネルを絶縁膜上に形成し、絶縁膜を形成される支持基板に自由電子の移動による分極を生じさせる材料を用い、支持基板に自由電子の移動による分極を生じさせるようにゲート電極を配置するという、新しい原理（ソース−ドレイン電流の制御原理）に基づくＦＥＴを開発することを試みた。【００１１】  そして、本発明者は、ＦＥＴの性能の向上、およびＦＥＴのバイオセンサへの適用を検討するなかで、ＦＥＴのゲート電極は、ソース電極、ドレイン電極およびチャネルが配置された基板の裏面に配置された場合に、その基板裏面に絶縁膜が形成されていても、ソース−ドレイン電流を制御することができることを見出し、本発明を完成させた。【００１２】  同様に、本発明者は、ＦＥＴのゲート電極は、ソース電極、ドレイン電極およびチャネルが配置された基板表面と同一の表面に配置された場合に、ソース電極、ドレイン電極およびチャネルからある程度離されて配置されても、ソース−ドレイン電流を制御することができることを見出し、本発明を完成させた。【００１３】  さらに本発明者は、ソース電極、ドレイン電極およびチャネルが配置された基板とは分離されるが、電気的に接続されている別個の基板に配置されたゲート電極が、ソース−ドレイン電流を制御することができることを見出し、本発明を完成させた。
【課題を解決するための手段】
【００１４】  本発明の第一は、以下に示す電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）に関する。
［１］基板と、前記基板上に配置されたソース電極およびドレイン電極と、前記ソース電極とドレイン電極とを電気的に接続するチャネルと、前記チャネルを流れる電流を制御するゲート電極とを有し、前記チャネルは超微細繊維体を含み、前記ゲート電極は前記基板に自由電子の移動による分極を生じさせる、電界効果トランジスタ。
［２］前記超微細繊維体はカーボンナノチューブである、［１］記載の電界効果トランジスタ。
［３］前記基板は、半導体または金属から成る支持基板、前記支持基板の第一の面に形成された第一の絶縁膜、および前記支持基板の第二の面に形成された第二の絶縁膜を有し、前記ソース電極、ドレイン電極およびチャネルは、前記第一の絶縁膜上に配置され、前記ゲート電極は、前記第二の絶縁膜上に配置されている、［１］または［２］記載の電界効果トランジスタ。
［４］前記第二の絶縁膜の厚さは１０ｎｍ以上である、［３］記載の電界効果トランジスタ。
［５］前記基板は、半導体または金属から成る支持基板、および前記支持基板の第一の面に形成された第一の絶縁膜を有し、前記ソース電極、ドレイン電極、チャネルおよびゲート電極は、前記第一の絶縁膜上に配置され、前記ゲート電極と前記超微細繊維体との間隔は１０μｍ以上である、［１］または［２］記載の電界効果トランジスタ。
［６］前記ゲート電極と前記超微細繊維体との間隔は１００μｍ以上である、［５］記載の電界効果トランジスタ。
［７］前記基板に電気的に接続されている第二の基板をさらに有し、前記基板は、半導体または金属から成る支持基板、および前記支持基板の第一の面に形成された第一の絶縁膜を有し、前記ソース電極、ドレイン電極およびチャネルは、前記第一の絶縁膜上に配置され、前記ゲート電極は、前記第二の基板の第一の面上に配置されている、［１］または［２］記載の電界効果トランジスタ。
［８］前記第二の基板は、半導体または金属から成る支持基板、および前記支持基板の第一の面に形成された第二の絶縁膜を有し、前記ゲート電極は、前記第二の絶縁膜上に配置されている、［７］記載の電界効果トランジスタ。
［９］前記基板の第二の面と前記第二の基板の第二の面とは、導電性基板または導電性部材により電気的に接続されている、［７］または［８］記載の電界効果トランジスタ。【００１５】  さらに本発明は、以下に示すバイオセンサ装置に関する。
［１０］被検出物質認識分子が結合されている電界効果トランジスタを有する素子部を備えるバイオセンサ装置であって、前記電界効果トランジスタは、［１］〜［９］記載の電界効果トランジスタである、バイオセンサ装置。
［１１］前記素子部は、バイオセンサ装置本体に着脱可能であり、前記ソース電極、ドレイン電極は、前記素子部が前記バイオセンサ装置本体に装着されたとき、前記チャネルに電流を流し、前記ゲート電極は、前記素子部が前記バイオセンサ装置本体に装着されたとき、前記チャネルに流れる電流を制御する、［１０］記載のバイオセンサ装置。
［１２］前記基板、ソース電極、ドレイン電極およびチャネルを有するバイオセンサ装置本体と、前記第二の基板、ゲート電極、ならびに前記第二の基板またはゲート電極に結合された被検出物質認識分子を有する素子部とを有し、前記素子部は前記バイオセンサ装置本体に着脱可能であり、前記ゲート電極は、前記素子部が前記バイオセンサ装置本体に装着されたとき、前記チャネルに流れる電流を制御する、［７］〜［９］記載の電界効果トランジスタを有するバイオセンサ装置。【００１６】  さらに本発明は、以下に示すチップに関する。
［１３］［１１］または［１２］記載の、前記バイオセンサ装置本体に着脱可能な素子部を含むチップ。【００１７】  さらに本発明は、以下に示すバイオセンサ装置に関する。
［１４］被検出物質の濃度と、Ｉ−Ｖ特性曲線またはＩ−Ｖｇ特性曲線の所定の点におけるソース−ドレイン電流またはゲート電圧との関係を示す検量線を記憶する記憶手段と、前記検量線を用いて、未知試料に含まれる被検出物質の濃度を決定する濃度決定手段と、をさらに有する、［１０］〜［１２］記載のバイオセンサ装置。
［１５］前記濃度決定手段は、被検出物質の濃度が未知である試料について、前Ｉ−Ｖ特性曲線またはＩ−Ｖｇ特性曲線の所定の点におけるソース−ドレイン電流またはゲート電圧を測定する手段と、前記測定されたソース−ドレイン電流またはゲート電圧に基づいて、前記検量線から被検出物質の濃度を求める濃度算出手段と、を有する［１４］記載のバイオセンサ装置。
［１６］被検出物質の濃度が既知である試料を用いて検量線を得るキャリブレーション手段をさらに有する、［１４］または［１５］記載のバイオセンサ装置。
［１７］前記キャリブレーション手段は、被検出物質の濃度が既知であって互いの濃度が異なる３以上の試料についてそれぞれ、Ｉ−Ｖ特性曲線またはＩ−Ｖｇ特性曲線の所定の点におけるソース−ドレイン電流またはゲート電圧を測定する測定手段と、前記測定されたソース−ドレイン電流またはゲート電圧、および前記既知の被検出物質の濃度から、検量線を算出する検量線算出手段とを有する、［１６］に記載のバイオセンサ装置。【００１８】  さらに本発明は、以下に示すシステム、バイオセンサ端末装置、および情報処理装置に関する。
［１８］被検出物質の検出結果および検出位置情報を送信することができるバイオセンサ端末装置と、前記検出結果および検出位置情報を受信し、出力する情報処理装置とを有し、前記バイオセンサ端末装置は、［１０］〜［１２］または［１４］〜［１７］記載のバイオセンサ装置を含む、被検出物質の分布検査システム。
［１９］前記バイオセンサ端末装置は、前記検出結果を表示する表示手段を有しない、［１８］記載の分布検査システム。
［２０］前記バイオセンサ端末装置は、さらに検出時刻情報を送信し、前記情報処理装置は、前記検出時刻情報を受信し、受信した検出時刻情報を出力する、［１８］または［１９］記載の分布検査システム。
［２１］前記バイオセンサ端末装置は、さらに自らのＩＤ情報を送信し、前記情報処理装置は、前記ＩＤ情報を受信し、受信したＩＤ情報を出力する、［１８］〜［２０］記載の分布検査システム。
［２２］［１８］〜［２１］記載の分布検査システムのための、前記バイオセンサ端末装置。
［２３］［１８］〜［２１］記載の分布検査システムのための、前記情報処理装置。
【発明の効果】
【００１９】  本発明のＦＥＴは、従来のＦＥＴでは困難であったさまざまなゲート電極の配置を取ることができる。また、本発明のＦＥＴは、優れた電気特性を有する。したがって、本発明のＦＥＴを特にバイオセンサに適用することにより、従来のバイオセンサよりも構造の自由度が高く、かつ顕著に優れた検出感度を示すバイオセンサが提供されうる。また、本発明のバイオセンサは小型化が可能であるので、野外における検出など、従来のバイオセンサでは困難であった使用場面にも適用されうる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（Ａ）は従来のバックゲート型ＦＥＴの概略図である。（Ｂ）は従来のサイドゲート型ＦＥＴの概略図である。１は絶縁膜、２は基板、３はソース電極、４はドレイン電極、５はゲート電極を示す。
【図２】本発明のバックゲート型ＦＥＴの一例を示す図である。１００は本発明のバックゲート型ＦＥＴ、１０２は支持基板、１０４は第一の絶縁膜、１０６は第二の絶縁膜、１０８はソース電極、１１０はドレイン電極、１１２は超微細繊維体、１１４はゲート電極を示す。
【図３】本発明のサイドゲート型ＦＥＴの一例を示す図である。１５０は本発明のサイドゲート型ＦＥＴ、１０２は支持基板、１０４は第一の絶縁膜、１０６は第二の絶縁膜、１０８はソース電極、１１０はドレイン電極、１１２は超微細繊維体、１１４はゲート電極を示す。
【図４】本発明の分離ゲート型ＦＥＴの一例を示す図である。２００は本発明の分離ゲート型ＦＥＴ、１０２は第一の支持基板、１０４は第一の絶縁膜、１０６は第二の絶縁膜、１０８はソース電極、１１０はドレイン電極、１１２は超微細繊維体、２０２は第二の支持基板、２０４は第三の絶縁膜、２０６は第四の絶縁膜、２０８はゲート電極、２１０は導電性基板、２１２は超微細繊維体素子部、２１４はゲート素子部を示す。
【図５】本発明の分離ゲート型ＦＥＴの一例を示す図である。３００は本発明の分離ゲート型ＦＥＴ、１０２は第一の支持基板、１０４は第一の絶縁膜、１０６は第二の絶縁膜、１０８はソース電極、１１０はドレイン電極、１１２は超微細繊維体、２０２は第二の支持基板、２０４は第三の絶縁膜、２０６は第四の絶縁膜、２０８はゲート電極、２１２は超微細繊維体素子部、２１４はゲート素子部、３０２は第一の導電性基板、３０４は第二の導電性基板、３０６は導電性部材を示す。
【図６】本発明のＦＥＴの基板の例を示す図である。４００は支持基板、４０２は第一の絶縁膜、４０４は第二の絶縁膜を示す。
【図７】本発明のＦＥＴに試料溶液を添加した後の状態を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。１は第一の絶縁膜、３はソース電極、４はドレイン電極、２８は試料溶液を示す。
【図８】試料溶液の影響を防止するための手法を施した本発明のＦＥＴの一例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。１は第一の絶縁膜、３はソース電極、４はドレイン電極、７は超微細繊維体、Ｇは空隙、Ｌ３は電極の長さ、Ｗ１は電極の先端部の幅、Ｗ２は電極のプローブを当てる部分の幅を示す。
【図９】図８の本発明のＦＥＴに試料溶液を添加した後の状態を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。１は第一の絶縁膜、３はソース電極、４はドレイン電極、７は超微細繊維体、２８は試料溶液、２９は試料溶液で覆われていない部分を示す。
【図１０】（Ａ）は超微細繊維体を絶縁性保護膜で保護した本発明のＦＥＴの例を示す図である。（Ｂ）は超微細繊維体と電極との接続部位を絶縁性保護膜で保護した本発明のＦＥＴの例を示す図である。７６０８は支持基板、７６０７は第一の絶縁膜、７６０９は基板、７６１０はソース電極、７６１１はドレイン電極、７６１２は超微細繊維体、７６１３は被検出物質認識分子、７６１６は第二の絶縁膜、７８０３ｂはゲート電極、８５０１は絶縁性保護膜を示す。
【図１１】気相成長法の一例を示す概略図である。１は支持基板、２は第一の絶縁膜、７はＣＮＴ、９ａおよび９ｂは触媒、１０は反応容器、１１は炭化水素ガスを示す。
【図１２】気相成長法によりＣＮＴで触媒間を接続する一例を示す図である。１は第一の絶縁膜、７はＣＮＴ、９ａおよび９ｂは触媒、２２ａおよび２２ｂは後に形成されるべきソース電極およびドレイン電極を示す。
【図１３】気相成長法に用いられる触媒の構造の一例を示す図である。９は触媒、２５は支持層、２６は中間層、２７はトップ層、Ｄは直径、Ｈは合計高さを示す。
【図１４】気相成長法によりＣＮＴで触媒間を接続する一例を示す図である。１は第一の絶縁膜、７はＣＮＴ、９ａ−１〜９ａ−６および９ｂ−１〜９ｂ−６は触媒、２２ａおよび２２ｂは後に形成されるべきソース電極およびドレイン電極を示す。
【図１５】触媒の配置例を示す図である。１は第一の絶縁膜、９ａ−１〜９ａ−６および９ｂ−１〜９ｂ−６は触媒、Ｌ１は隣接する触媒間の距離、Ｌ２は触媒列間の距離を示す。
【図１６】気相成長法と分散固定化法を組み合わせた例を説明するための図である。（Ａ）は気相成長法によりＣＮＴが形成された状態を示す図であり、（Ｂ）は分散固定化法によりさらにＣＮＴが提供された状態を示す図である。３はソース電極、４はドレイン電極、４４は気相成長法により形成されたＣＮＴ、４３は分散固定化法により固定されたＣＮＴを示す。
【図１７】分散固定化法において、ＣＮＴ親和性物質がＣＮＴを選択的に固定する例を説明するための図である。（Ａ）はＣＮＴ親和性物質がＣＮＴを固定する例を示す図であり、（Ｂ）はＣＮＴを固定しない例を示す図である。４５ａおよび４５ｂはＣＮＴを示す。
【図１８】本発明のバックゲート型ＦＥＴのＩ−Ｖｇ特性を示す図である。
【図１９】本発明のバックゲート型ＦＥＴのＩ−Ｖ特性を示す図である。
【図２０】本発明のバックゲート型ＦＥＴのＩ−Ｖｇ特性を示す図である。
【図２１】本発明のサイドゲート型ＦＥＴのＩ−Ｖ特性を示す図である。
【図２２】（Ａ）はゲート電極とＣＮＴとの間隔が５０μｍの場合における本発明のサイドゲート型ＦＥＴのＩ−Ｖｇ特性を示す図であり、（Ｂ）はゲート電極とＣＮＴとの間隔が１ｃｍの場合における本発明のサイドゲート型ＦＥＴのＩ−Ｖｇ特性を示す図であり、（Ｃ）は本発明のバックゲート型ＦＥＴのＩ−Ｖｇ特性を示す図である。
【図２３】超微細繊維体素子部とゲート素子部との間隔が３ｍｍの場合における本発明の分離ゲート型ＦＥＴのＩ−Ｖ特性を示す図である。
【図２４】超微細繊維体素子部とゲート素子部との間隔が３ｍｍの場合における本発明の分離ゲート型ＦＥＴのＩ−Ｖｇ特性を示す図である。
【図２５】超微細繊維体素子部とゲート素子部との間隔が１０ｍｍの場合における本発明の分離ゲート型ＦＥＴのＩ−Ｖ特性を示す図である。
【図２６】超微細繊維体素子部とゲート素子部との間隔が１０ｍｍの場合における本発明の分離ゲート型ＦＥＴのＩ−Ｖｇ特性を示す図である。
【図２７】超微細繊維体素子部とゲート素子部との間隔が１５ｍｍの場合における本発明の分離ゲート型ＦＥＴのＩ−Ｖ特性を示す図である。
【図２８】超微細繊維体素子部とゲート素子部との間隔が１５ｍｍの場合における本発明の分離ゲート型ＦＥＴのＩ−Ｖｇ特性を示す図である。
【図２９】本発明のバックゲート型ＦＥＴにおいて、被検出物質認識分子を超微細繊維体に結合させた例を示す図である。１００は本発明のバックゲート型ＦＥＴ、１０２は支持基板、１０４は第一の絶縁膜、１０６は第二の絶縁膜、１０８はソース電極、１１０はドレイン電極、１１２は超微細繊維体、１１４はゲート電極、４７２は被検出物質認識分子、４８２は試料溶液を示す。
【図３０】本発明のバックゲート型ＦＥＴにおいて、被検出物質認識分子を絶縁性保護膜に結合させた例を示す図である。１００は本発明のバックゲート型ＦＥＴ、１０２は支持基板、１０４は第一の絶縁膜、１０６は第二の絶縁膜、１０８はソース電極、１１０はドレイン電極、１１２は超微細繊維体、１１４はゲート電極、４７２は被検出物質認識分子、４８２は試料溶液、６４０は絶縁性保護膜を示す。
【図３１】本発明のバックゲート型ＦＥＴにおいて、被検出物質認識分子を第二の絶縁膜に結合させた例を示す図である。５１０、５２０および５２０ａは本発明のバックゲート型ＦＥＴ、１０２は支持基板、１０４は第一の絶縁膜、１０６は第二の絶縁膜、１０８はソース電極、１１０はドレイン電極、１１２は超微細繊維体、５１２、５２２、５２２ａおよび５２２ｂはゲート電極、４７２、４７２ａおよび４７２ｂは被検出物質認識分子、４９０、４９０ａおよび４９０ｂは試料溶液を示す。
【図３２】本発明のバックゲート型ＦＥＴにおいて、被検出物質認識分子を第二の絶縁膜に結合させた他の例を示す図である。１０２は支持基板、１０４は第一の絶縁膜、１０６は第二の絶縁膜、１０８はソース電極、１１０はドレイン電極、１１２は超微細繊維体、１１４はゲート電極、１１６は凹部側壁、４７２は被検出物質認識分子、４８２は試料溶液を示す。
【図３３】本発明のバックゲート型ＦＥＴにおいて、被検出物質認識分子をゲート電極に結合させた例を示す図である。５３０および５３０ａは本発明のバックゲート型ＦＥＴ、１０２は支持基板、１０４は第一の絶縁膜、１０６は第二の絶縁膜、１０８はソース電極、１１０はドレイン電極、１１２は超微細繊維体、５３２、５３２ａおよび５３２ｂはゲート電極、４７２、４７２ａおよび４７２ｂは被検出物質認識分子、４９０、４９０ａおよび４９０ｂは試料溶液を示す。
【図３４】本発明のサイドゲート型ＦＥＴにおいて、被検出物質認識分子を超微細繊維体に結合させた例を示す図である。１０２は支持基板、１０４は第一の絶縁膜、１０８はソース電極、１１０はドレイン電極、１１２は超微細繊維体、１１４はゲート電極、４７２は被検出物質認識分子、４９０は試料溶液を示す。
【図３５】本発明のサイドゲート型ＦＥＴにおいて、被検出物質認識分子を絶縁性保護膜に結合させた例を示す図である。１０２は支持基板、１０４は第一の絶縁膜、１０８はソース電極、１１０はドレイン電極、１１２は超微細繊維体、１１４はゲート電極、４７２は被検出物質認識分子、４９０は試料溶液、６４０は絶縁性保護膜を示す。
【図３６】本発明のサイドゲート型ＦＥＴにおいて、被検出物質認識分子を第一の絶縁膜に結合させた例を示す図である。１０２は支持基板、１０４は第一の絶縁膜、１０８はソース電極、１１０はドレイン電極、１１２は超微細繊維体、１１４はゲート電極、４７２は被検出物質認識分子、４９０は試料溶液を示す。
【図３７】本発明のサイドゲート型ＦＥＴにおいて、被検出物質認識分子を第二の絶縁膜に結合させた他の例を示す図である。１０２は支持基板、１０４は第一の絶縁膜、１０６は第二の絶縁膜、１０８はソース電極、１１０はドレイン電極、１１２は超微細繊維体、１１４はゲート電極、１１６は凹部側壁、４７２は被検出物質認識分子、４８２は試料溶液を示す。
【図３８】本発明のサイドゲート型ＦＥＴにおいて、被検出物質認識分子をゲート電極に結合させた例を示す図である。１０２は支持基板、１０４は第一の絶縁膜、１０８はソース電極、１１０はドレイン電極、１１２は超微細繊維体、１１４はゲート電極、４７２は被検出物質認識分子、４９０は試料溶液を示す。
【図３９】本発明の分離ゲート型ＦＥＴにおいて、被検出物質認識分子をゲート素子部の絶縁膜に結合させた例を示す図である。６００は本発明の分離ゲート型ＦＥＴ、１０２は第一の支持基板、１０４は第一の絶縁膜、１０６は第二の絶縁膜、１０８はソース電極、１１０はドレイン電極、１１２は超微細繊維体、２０２は第二の支持基板、２０４は第三の絶縁膜、２０６は第四の絶縁膜、４７２は被検出物質認識分子、４９０は試料溶液、６０２はゲート電極、２１０は導電性基板、２１２は超微細繊維体素子部、２１４はゲート素子部を示す。
【図４０】本発明の分離ゲート型ＦＥＴにおいて、被検出物質認識分子をゲート素子部の絶縁膜に結合させた他の例を示す図である。６１０および６１０ａはゲート素子部、２０２は第二の支持基板、２０４は第三の絶縁膜、２０６は第四の絶縁膜、４７２、４７２ａおよび４７２ｂは被検出物質認識分子、４９０、４９０ａおよび４９０ｂは試料溶液、６１２、６１２ａおよび６１２ｂはゲート電極を示す。
【図４１】本発明の分離ゲート型ＦＥＴにおいて、被検出物質認識分子をゲート素子部のゲート電極に結合させた例を示す図である。６２０および６２０ａはゲート素子部、２０２は第二の支持基板、２０４は第三の絶縁膜、２０６は第四の絶縁膜、４７２、４７２ａおよび４７２ｂは被検出物質認識分子、４９０、４９０ａおよび４９０ｂは試料溶液、６２２、６２２ａおよび６２２ｂはゲート電極を示す。
【図４２】本発明の分離ゲート型ＦＥＴにおいて、複数のゲート素子部がある場合に複数種の被検出物質認識分子を各ゲート電極に結合させた例を示す図である。６３０は本発明の分離ゲート型ＦＥＴ、１０２は第一の支持基板、１０４は第一の絶縁膜、１０６は第二の絶縁膜、１０８はソース電極、１１０はドレイン電極、１１２は超微細繊維体、２０２は第二の支持基板、２０４は第三の絶縁膜、２０６は第四の絶縁膜、４７２ａおよび４７２ｂは被検出物質認識分子、４９０ａおよび４９０ｂは試料溶液、６２２はゲート電極、２１０は導電性基板、２１２は超微細繊維体素子部、２１４ａおよび２１４ｂはゲート素子部を示す。
【図４３】本発明の分離ゲート型ＦＥＴにおいて、複数種の被検出物質認識分子をそれぞれゲート素子部の絶縁膜に結合させた例を示す図である。８００は本発明の分離ゲート型ＦＥＴ、１０２は第一の支持基板、１０４は第一の絶縁膜、１０６は第二の絶縁膜、１０８はソース電極、１１０はドレイン電極、１１２は超微細繊維体、２０２は第二の支持基板、２０４は第三の絶縁膜、２０６は第四の絶縁膜、４７２ａおよび４７２ｂは被検出物質認識分子、４９０ａおよび４９０ｂは試料溶液、６１２ａおよび６１２ｂはゲート電極、２１０は導電性基板、２１２は超微細繊維体素子部、２１４はゲート素子部を示す。
【図４４】本発明の分離ゲート型ＦＥＴにおいて、複数種の被検出物質認識分子をそれぞれゲート素子部の絶縁膜に結合させた他の例を示す図である。９００は本発明の分離ゲート型ＦＥＴ、１０２は第一の支持基板、１０４は第一の絶縁膜、１０６は第二の絶縁膜、１０８はソース電極、１１０はドレイン電極、１１２は超微細繊維体、２０２は第二の支持基板、２０４は第三の絶縁膜、２０６は第四の絶縁膜、４７２ａおよび４７２ｂは被検出物質認識分子、４９０ａおよび４９０ｂは試料溶液、６１２ａおよび６１２ｂはゲート電極、３０２は第一の導電性基板、３０４は第二の導電性基板、３０６は導電性部材、２１２は超微細繊維体素子部、２１４はゲート素子部を示す。
【図４５】被検出物質認識分子を結合させる方法を説明する図である。５０は抗体、５１はヒスタグ、５２はＮＴＡ、５３はＩｇＧ結合タンパク質、５４は二価性架橋試薬、５５および５６は官能基を示す。
【図４６】本発明のバイオセンサ装置の一例を示す概略図である。７６０１はバイオセンサ装置本体、７６０４は表示部、７７０２は素子部を示す。
【図４７】本発明のバックゲート型ＦＥＴを素子部に有するバイオセンサ装置の一例の概略構成を示す断面図である。７６０１はバイオセンサ装置本体、７６０２は素子部、７６０３は電源、７６０４は表示部、７６０５は超微細繊維体素子、７６０７は第一の絶縁膜、７６０８は支持基板、７６０９は基板、７６１０はソース電極、７６１１はドレイン電極、７６１２は超微細繊維体、７６１３は被検出物質認識分子、７６１４はゲート電極、７６１５は試料溶液、７６１６は第二の絶縁膜を示す。
【図４８】（Ａ）は、本発明のサイドゲート型ＦＥＴを素子部に有するバイオセンサ装置の一例の概略構成を示す断面図である。（Ｂ）は、（Ａ）のバイオセンサ装置に用いるチップの平面図である。７６０１はバイオセンサ装置本体、７６０２は素子部、７６０３は電源、７６０４は表示部、７６０５は超微細繊維体素子、７６０７は第一の絶縁膜、７６０８は支持基板、７６０９は基板、７６１０はソース電極、７６１１はドレイン電極、７６１２は超微細繊維体、７６１３は被検出物質認識分子、７６１４はゲート電極、７６１５は試料溶液、７６１６は第二の絶縁膜、７７０２はチップ、７７０３はケース、７７０４は導電ピンを示す。
【図４９】（Ａ）は、本発明の分離ゲート型ＦＥＴのゲート素子部を素子部に有するバイオセンサ装置の一例の概略構成を示す断面図である。（Ｂ）は、（Ａ）のバイオセンサ装置に用いるチップの斜視図である。（Ｃ）は、（Ａ）のバイオセンサ装置に用いるチップの断面図である。７６０１はバイオセンサ装置本体、７６０３は電源、７６０４は表示部、７６０５は超微細繊維体素子、７６０７は第一の絶縁膜、７６０８は第一の支持基板、７６０９は基板、７６１０はソース電極、７６１１はドレイン電極、７６１２は超微細繊維体、７６１３は被検出物質認識分子、７６１４はゲート電極、７６１５は試料溶液、７６１６は第二の絶縁膜、７６１７は第二の支持基板、７６１８は第三の絶縁膜、７６１９は第四の絶縁膜、７６２０は第二の基板、７７０３はケース、７７０４は導電ピン、７８０２は素子部、７８０３、７８０３ａおよび７８０３ｂは導電性基板、７８０４はチップを示す。
【図５０】（Ａ）は、本発明の分離ゲート型ＦＥＴのゲート素子部を素子部に有するバイオセンサ装置の他の例の概略構成を示す断面図である。（Ｂ）は、（Ａ）のバイオセンサ装置に用いるチップの斜視図である。（Ｃ）は、（Ａ）のバイオセンサ装置に用いるチップの断面図である。７６０１はバイオセンサ装置本体、７６０３は電源、７６０４は表示部、７６０５は超微細繊維体素子、７６０７は第一の絶縁膜、７６０８は第一の支持基板、７６０９は基板、７６１０はソース電極、７６１１はドレイン電極、７６１２は超微細繊維体、７６１３は被検出物質認識分子、７６１４はゲート電極、７６１５は試料溶液、７６１６は第二の絶縁膜、７６１７は第二の支持基板、７６１８は第三の絶縁膜、７６１９は第四の絶縁膜、７７０３はケース、７８０２は素子部、７８０３ａおよび７８０３ｂは導電性基板、７８０４はチップ、７９０１は平板電極を示す。
【図５１】本発明の分離ゲート型ＦＥＴのゲート素子部を素子部に有するバイオセンサ装置に用いるチップの例を示す断面図である。７６１３は被検出物質認識分子、７６１４はゲート電極、７６２０は第二の基板、７７０４は導電ピン、７８０３ａは導電性基板、７８０４はチップ、８００１は接続端子、８００２は蓋を示す。
【図５２】（Ａ）は、凹部を有するチップの一例を示す斜視図である。（Ｂ）は、凹部を有するチップの一例を示す断面図である。（Ｃ）は、凹部を有するチップの他の例を示す断面図である。７６１４はゲート電極、７７０４は導電ピン、７８０３ａは導電性基板、８００１は接続端子、８１０１は凹部を有するチップを示す。
【図５３】（Ａ）は、マイクロプレート型のチップの一例を示す斜視図である。（Ｂ）は、マイクロプレート型のチップの他の例を示す斜視図である。（Ｃ）は、（Ｂ）のチップの断面図である。７６１４はゲート電極、７８０３は導電性基板、８００１は接続端子、８２０１はマイクロプレート型のチップ、８２０２はソケット、８２０３は電気的接点を示す。
【図５４】（Ａ）は、バックゲート型ＦＥＴを有するチップの一例を示す断面図である。（Ｂ）は、分離ゲート型ＦＥＴのゲート素子部を有するチップの一例を示す断面図である。７６０７は第一の絶縁膜、７６０８は支持基板、７６０９は基板、７６１０はソース電極、７６１１はドレイン電極、７６１２は超微細繊維体、７６１３は被検出物質認識分子、７６１４はゲート電極、７６１５は試料溶液、７６１７は第二の支持基板、７６１８は第三の絶縁膜、７６１９は第四の絶縁膜、７６２０は第二の基板、７７０３はケース、７７０４は導電ピン、７８０３ａは導電性基板を示す。
【図５５】（Ａ）は、ノートＰＣのバッテリー駆動のバイオセンサ装置の一例を示す図である。（Ｂ）は、電池駆動の小型のバイオセンサ装置の一例を示す図である。
【図５６】本発明のバイオセンサによるニッケルイオン検出時のＩ−Ｖ特性曲線を示す図である。
【図５７】本発明のバイオセンサによる抗ＨＡ抗体検出時のＩ−Ｖ特性曲線の一例を示す図である。
【図５８】本発明のバイオセンサによる抗ＨＡ抗体検出時のＩ−Ｖ特性曲線の他の例を示す図である。
【図５９】本発明のバイオセンサによる抗ＨＡ抗体検出時のＩ−Ｖ特性曲線のさらに他の例を示す図である。
【図６０】本発明のバイオセンサによる抗ＨＡ抗体検出時のＩ−Ｖ特性曲線のさらに他の例を示す図である。
【図６１】本発明のバイオセンサによる抗ＨＡ抗体検出時のＩ−Ｖ特性曲線のさらに他の例を示す図である。
【図６２】本発明のバイオセンサによる抗ＨＡ抗体検出時のＩ−Ｖ特性曲線のさらに他の例を示す図である。
【図６３】本発明のバイオセンサによる抗ＣａＭ抗体検出時の抗ＣａＭ抗体の希釈率と電流値との関係を示す特性図である。
【図６４】抗ＣａＭ抗体の濃度を変化させたときのＩｄ−Ｖｇ特性を示す図である。
【図６５】本発明のバイオセンサによって得られる検量線の例を示す図である。
【図６６】（Ａ）は、本発明のバイオセンサが測定可能な状態にある場合を示す図である。（Ｂ）は、本発明のバイオセンサが測定困難な状態にある場合を示す図である。１０００は被検出物質認識分子が結合している部位、１００２は被検出物質認識分子、１００４は被検出物質を示す。
【図６７】本発明のバイオセンサ装置の構成の一例を示すブロック図である。１１００はバイオセンサ装置、１１１０はバイオセンサ本体部、１１２０はコンピュータ、１１３０はＤ／Ａコンバータ、２１２は超微細繊維体素子部、２１４ａはゲート素子部を示す。
【図６８】キャリブレーション機能の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図６９】Ｉ−Ｖｇ特性測定処理の手順を示すフローチャートである。
【図７０】変曲点決定処理の手順を示すフローチャートである。
【図７１】検量線決定処理の手順を示すフローチャートである。
【図７２】（Ａ）は、図６４のＩ−Ｖｇ特性から得られたデータをグラフ上にプロットしたところを示す図である。（Ｂ）は、最小二乗法により（Ａ）のグラフに直線を引いたところを示す図である。
【図７３】キャリブレーション機能の処理手順の一変更例を示すフローチャートである。
【図７４】本発明のバイオセンサ装置が有する測定機能の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図７５】本発明の分布検査システムの構成の一例を示す概略ブロック図である。５００は分布検査システム、６００はバイオセンサ端末装置、７００は情報処理装置、８００は通信回線を示す。
【図７６】バイオセンサ端末装置の構成の一例を示すブロック図である。６００はバイオセンサ端末装置、６０５は対象物認識素子部、６１０は超微細繊維体素子部、６１５は入力部、６２０は位置特定部、６２５は時刻特定部、６３０は検出結果解析部、６３５は記憶部、６４０は検量線データベース、６４５は表示部、６５０は送信部を示す。
【図７７】情報処理装置の構成の一例を示すブロック図である。７００は情報処理装置、７０５は受信部、７１０は入力部、７１５は項目情報付与部、７２０は分布地図作成部、７２５は分布解析部、７３０は記憶部、７３５は項目情報データベース、７４０は地図情報データベース、７４５は分布地図データベース、７５０は出力部を示す。
【図７８】バイオセンサ端末装置が送信する検出データの一例を示す図である。
【図７９】項目情報付与部が項目情報を付与した後のデータの一例を示す図である。
【図８０】分布地図作成部によって作成された分布地図の一例を示す図である。
【図８１】バイオセンサ端末装置の動作手順を示すフローチャートである。
【図８２】情報処理装置の動作手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】  １．本発明の電界効果トランジスタ
本発明のＦＥＴは、支持基板、支持基板の第一の面を被覆する第一の絶縁膜、第一の絶縁膜上に配置されたソース電極およびドレイン電極、ソース電極とドレイン電極とを電気的に接続するチャネルである超微細繊維体、ならびに基板に自由電子の移動による分極を生じさせ、超微細繊維体に流れる電流を制御するゲート電極とを有する。【００２２】  本発明のＦＥＴの第一の例は、支持基板、支持基板の第一の面を被覆する第一の絶縁膜、第一の絶縁膜上に配置されたソース電極およびドレイン電極、ソース電極とドレイン電極とを電気的に接続するチャネルである超微細繊維体、支持基板の第二の面を被覆する第二の絶縁膜、ならびに第二の絶縁膜上に配置されたゲート電極を有する。以下、このようなＦＥＴを「本発明のバックゲート型ＦＥＴ」という。本発明のバックゲート型ＦＥＴの例が、図２に示される。【００２３】  本発明のＦＥＴの第二の例は、支持基板、支持基板の第一の面を被覆する第一の絶縁膜、第一の絶縁膜上に配置されたソース電極およびドレイン電極、ソース電極とドレイン電極とを電気的に接続するチャネルである超微細繊維体、ならびに第一の絶縁膜上に配置されたゲート電極を有し、前記ゲート電極と前記超微細繊維体との間隔は１０μｍ以上である。第二の例のＦＥＴは、支持基板の第二の面を被覆する第二の絶縁膜をさらに有していてもよい。以下、このようなＦＥＴを「本発明のサイドゲート型ＦＥＴ」という。本発明のサイドゲート型ＦＥＴの例が、図３に示される。【００２４】  本発明のＦＥＴの第三の例は、支持基板、支持基板の第一の面を被覆する第一の絶縁膜、第一の絶縁膜上に配置されたソース電極およびドレイン電極、ソース電極とドレイン電極とを電気的に接続するチャネルである超微細繊維体、支持基板および第一の絶縁膜とは分離されるが、電気的に接続されている第二の基板、ならびに第二の基板の第一の面上に配置されたゲート電極を含む。第二の基板上に配置されるゲート電極は、第一の基板において自由電子の移動による分極が起こるように配置される。以下、このようなＦＥＴを「本発明の分離ゲート型ＦＥＴ」という。また、支持基板、第一の絶縁膜、ソース電極およびドレイン電極、ならびに超微細繊維体を有する素子部を「超微細繊維体素子部」といい、第二の基板、ならびにゲート電極を有する素子部を「ゲート素子部」という。本発明の分離ゲート型ＦＥＴの例が、図４および図５に示される。【００２５】  １−１．基板について
本発明のＦＥＴは基板を有する。基板には、基板上に形成された絶縁膜を隔ててチャネルである超微細繊維体によって互いに接続されたソース電極およびドレイン電極が配置されている。基板の構造および材質は、ゲート電極（後述）に電圧を印加することにより、基板内に自由電子の移動による分極（後述）が生じるのであれば特に限定されない。通常、基板は、半導体または金属からなる支持基板と、ソース電極、ドレイン電極およびチャネルが配置されている面において、支持基板とソース電極、ドレイン電極およびチャネルとを電気的に絶縁する絶縁膜と、を有する。【００２６】  図６に基板の例が示される。図６（Ａ）に示される基板は、支持基板４００、および第一の絶縁膜４０２を含む。図６（Ｂ）に示される基板は、支持基板４００、第一の絶縁膜４０２、および第二の絶縁膜４０４を含む。【００２７】  支持基板は、半導体または金属であることが好ましい。半導体は、特に限定されないが、例えば、シリコン、ゲルマニウムなどの１４族元素、砒化ガリウム、リン化インジウムなどのＩＩＩ−Ｖ化合物、テルル化亜鉛などのＩＩ−ＶＩ化合物などである。金属は、特に限定されないが、例えば、アルミニウムやニッケルなどである。支持基板の厚さは、特に限定されないが、０．１〜１．０ｍｍであることが好ましく、０．３〜０．５ｍｍが特に好ましい。【００２８】  支持基板の第一の面（ソース電極、ドレイン電極およびチャネルが配置された面）に形成された第一の絶縁膜の材質は、特に限定されないが、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウムや酸化チタンなどの無機化合物、およびアクリル樹脂やポリイミドなどの有機化合物が挙げられる。第一の絶縁膜の表面には、水酸基、アミノ基またはカルボキシル基などの官能基が導入されていてもよい。【００２９】  第一の絶縁膜の厚さは、特に限定されないが、１０〜１０００ｎｍが好ましく、２０〜５００ｎｍが特に好ましい。第一の絶縁膜が薄すぎると、トンネル電流が流れてしまう可能性がある。一方、第一の絶縁膜が厚すぎると、ゲート電極を用いてソース−ドレイン電流を制御することが困難になる可能性がある。【００３０】  支持基板の第二の面（第一の面の裏面）に形成された第二の絶縁膜の材質は、第一の絶縁膜の材質の例と同様である。第二の絶縁膜の厚さは、特に限定されないが、第一の絶縁膜と同様に、１０ｎｍ以上が好ましく、２０ｎｍ以上が特に好ましい。一方、バックゲート型ＦＥＴまたは分離ゲート型ＦＥＴである場合、第二の絶縁膜の厚さは、特に限定されないが、第一の絶縁膜と同様に、１０００ｎｍ以下が好ましく、５００ｎｍ以下が特に好ましい。【００３１】  支持基板の絶縁膜に被覆される面（第一の面または第二の面）は、平滑であることが好ましい。すなわち、支持基板と絶縁膜との界面は平滑であることが好ましい。支持基板の表面が平滑であると、その表面を被覆する絶縁膜の信頼性が高まるためである。支持基板の絶縁膜に被覆される面は、特に限定されないが、研磨されている方が好ましい。支持基板の表面の平滑度は、表面粗さ測定機などにより確認することができる。【００３２】  １−２．ソース電極およびドレイン電極について
ソース電極およびドレイン電極は、第一の絶縁膜上に配置される。ソース電極およびドレイン電極の材質は、特に限定されないが、例えば、金、白金やチタンなどの金属である。ソース電極およびドレイン電極は、これらの金属を第一の絶縁膜上に蒸着することにより形成される。ソース電極およびドレイン電極は、二種以上の金属で多層構造にされていてもよい。例えば、チタンの層に金の層を重ねてもよい。金属を蒸着するときは、リソグラフィを用いてパターンを転写しておくことが好ましい。【００３３】  ソース電極とドレイン電極との間隔は、特に限定されないが、通常は２〜１０μｍ程度であればよい。この間隔は、超微細繊維体による電極間の接続を容易にするために、さらに縮めてもよい。【００３４】  本発明のＦＥＴは、バイオセンサに適用されうる。その一態様として、被検出物質認識分子が、ソース電極とドレイン電極とを接続する超微細繊維体に結合させられることがある。このとき、被検出物質を含む試料溶液が、ソース電極、ドレイン電極およびチャネル上に添加されることがある。図７に示されるように、添加された試料溶液２８がソース電極３およびドレイン電極４を覆ってしまうと、電流測定装置（例えばプローバなど）のプローブと電極との間に被膜が形成されて、ソース−ドレイン電流を正確に測定できない場合がある。【００３５】  したがって、本発明のＦＥＴにおけるソース電極およびドレイン電極は、添加される試料溶液により全体が覆われないようにすることが好ましい。例えば、ソース電極およびドレイン電極の基板上に占める面積を大きくすればよい。例えば、図８および図９に示されるように、両電極の長さＬ３を５００μｍ以上にし、両電極の先端部の幅Ｗ１を１０μｍ程度にし、両電極の本体の幅Ｗ２を１５０μｍ程度にすればよい。図９に示されるように、被検出物質の検出においては、ソース電極３およびドレイン電極４の試料溶液２８に覆われていない部分に測定装置のプローブをあてればよい。【００３６】  １−３．超微細繊維体について
第一の絶縁膜上に配置されたソース電極およびドレイン電極は、超微細繊維体によって電気的に接続されている。ソース電極とドレイン電極とを接続する超微細繊維体は、チャネルとして作用する。【００３７】  超微細繊維体は、電気伝導性を有する直径が数ｎｍの繊維体である。超微細繊維体は、特に限定されないが、例えば、ＣＮＴ、ＤＮＡ、導電性高分子、シリコン繊維、シリコンウイスカー、グラフェンなどが挙げられる。この中では、ＣＮＴが好ましい。【００３８】  ソース電極とドレイン電極とを接続する超微細繊維体は、一本でも複数本でもよい。ソース電極とドレイン電極とを接続する超微細繊維体の状態は、ＡＦＭにより確認されうる。また、超微細繊維体と基板との間には、空隙があってもよい。【００３９】  超微細繊維体がＣＮＴである場合、ＣＮＴは、単層ＣＮＴまたは多層ＣＮＴのいずれでもよいが、単層ＣＮＴが好ましい。また、ＣＮＴには欠陥が導入されていてもよい。「欠陥」とは、ＣＮＴを構成する炭素五員環または六員環が開環している状態を意味する。欠陥が導入されたＣＮＴは、かろうじて繋がっているような構造をしていると推測されるが、実際の構造は明らかでない。ＣＮＴに欠陥を導入する方法は、特に限定されないが、例えば、ＣＮＴを焼鈍しすればよい。【００４０】  超微細繊維体は、損傷を防ぐために絶縁性保護膜によって保護されていてもよい。絶縁性保護膜で超微細繊維体を被覆することにより、ＦＥＴ全体を超音波洗浄したり、強酸や強塩基を用いて洗浄したりすることが可能となる。さらに、絶縁性保護膜を設けることによって超微細繊維体の損傷が防止されるので、ＦＥＴの寿命を著しく延ばすことができる。【００４１】  また、超微細繊維体がＣＮＴの場合、ＣＮＴは、水をはじめとする種々の分子と容易に相互作用して、その電子状態を変化させる。この電子状態の変化は、ソース−ドレイン電流の変化として現れるため、センサの態様によってはノイズ源となることがある。したがって、ＣＮＴ全体、ならびに必要に応じてソース電極、ドレイン電極の一部または全体を、絶縁性保護膜で被覆してもよい。これにより、ＣＮＴと試料溶液の蒸気などとの相互作用が妨げられ、ノイズが低減されうる。【００４２】  絶縁性保護膜は、特に限定されないが、例えば、絶縁性接着剤により形成される膜やパッシベーション膜などである。絶縁性保護膜が酸化シリコン膜の場合、絶縁性保護膜に被検出物質認識分子（例えば抗体など）を容易に結合させることができる。【００４３】  図１０は、絶縁性保護膜によって超微細繊維体が保護された本発明のバックゲート型ＦＥＴの一例を示す図である。図１０（Ａ）では、超微細繊維体７６１２全体が絶縁性保護膜８５０１で保護されている。図１０（Ｂ）では、超微細繊維体７６１２とソース電極７６１０との接続部位、および超微細繊維体７６１２とドレイン電極７６１１との接続部位が絶縁性保護膜８５０１で保護されている。この場合には、超微細繊維体７６１２に被検出物質認識分子７６１３（後述）を直接結合させることができるので、バイオセンサとして用いた場合の感度が向上し、一分子検出などが可能になりうる。また、損傷を受けやすい接触部位を保護することにより、寿命の延長やノイ���の防止などが達成されうる。【００４４】  １−４．超微細繊維体によりソース電極とドレイン電極との間を接続する方法について
ソース電極およびドレイン電極は、任意の方法により、超微細繊維体で電気的に接続されればよい。ここでは、ソース電極とドレイン電極とを超微細繊維体で電気的に接続する方法を、超微細繊維体がＣＮＴである場合について説明する。【００４５】  ソース電極とドレイン電極とをＣＮＴで接続する方法は、特に限定されないが、例えば、（Ａ）気相成長法、（Ｂ）分散固定化法などがある。以下、（Ａ）および（Ｂ）の方法について説明する。【００４６】  （Ａ）気相成長法
気相成長法による接続は、例えば、以下の手順で行われる。（１）基板上のソース電極およびドレイン電極の形成予定部位に触媒を配置し、（２）触媒を配置された基板をＣＮＴの原料となる炭化水素ガス（例えばメタンガスなど）存在下におくことでＣＮＴを作製し（このとき触媒間に電圧を印加してもよい）、（３）電極を形成する。【００４７】  気相成長法による接続の概略図が図１１に示される。図１１において、１は支持基板、２は第一の絶縁膜、９ａおよび９ｂは鉄などから成る触媒層、１０は反応容器、１１はＣＮＴの原料となる炭化水素ガスを示す。反応時の温度は、約７００〜９００℃であればよい。触媒の材質や形状、印加する電圧、炭化水素ガスの種類や量などを適宜調整することにより、所望のＣＮＴ７を形成することができる。ＣＮＴ７は、例えば長さが数μｍ（例えば約３μｍ）、直径が数ｎｍ程度であって、超微細な繊維状構造体となっている。【００４８】  ソース電極、ドレイン電極の形成予定部位に触媒を配置する方法は、特に限定されないが、例えば、電子線リソグラフィ法により金属を蒸着させればよい。触媒は、ＣＮＴの成長核となる金属である。触媒となる金属は、特に限定されないが、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、モリブデン、タングステンなどの遷移金属である。【００４９】  図１２は、気相成長法により触媒間を接続する一例を示す図である。１は第一の絶縁膜、９ａおよび９ｂは触媒、２２ａおよび２２ｂは後に形成されるべきソース電極およびドレイン電極、７は形成されたＣＮＴである。このように、基板に所定の間隔をおいて一対の触媒９ａ，９ｂを配置し、触媒９ａと触媒９ｂからＣＮＴ７を成長させて両者を接続する。【００５０】  図１３は、気相成長法において、基板に配置される触媒の構造の一態様を示す図である。図１３に示されるように、触媒９は、支持層２５、中間層２６、およびトップ層２７の三層構造でありうる。支持層２５は、シリコンなどから成り、５０ｎｍ程度の厚さを有しうる。中間層２６は、モリブデン、タンタル、タングステンなどの遷移金属からなり、１０ｎｍ程度の厚さを有しうる。トップ層２７は、鉄、ニッケル、コバルトなどの遷移金属からなり、３ｎｍ程度の厚さを有しうる。触媒９の合計高さＨは６３ｎｍ程度であればよく、また、直径Ｄは２μｍ程度であればよい。この三層構造の触媒９は、蒸着やスパッタリング、イオンプレーティングなどの薄膜形成技術を用いて形成されうる。【００５１】  図１４は、気相成長法により触媒間を接続する別の態様を示す図である。この例では、ソース電極２２ａおよびドレイン電極２２ｂの形成予定部位に、それぞれ複数の触媒９ａ−１，９ａ−２，・・・９ａ−ｎ、およびそれらに対向する９ｂ−１，９ｂ−２・・・９ｂ−ｎが形成される。このように、複数の触媒対を密に設けて、ＣＮＴ７を成長させることによって触媒９ａと触媒９ｂとを接続しやすくする。【００５２】  図１５は、図１４に示された態様における触媒９ａおよび触媒９ｂの配置例を示す図である。隣接する触媒間の距離（例えば、９ａ−１と９ａ−２との間の距離）Ｌ１は、特に限定されないが、約２μｍ程度とすればよい。また、触媒列間の距離（９ａ−１，９ａ−２，・・・９ａ−ｎの列と���９ｂ−１，９ｂ−２・・・９ｂ−ｎの列との間の距離）Ｌ２は、特に限定されないが、４μｍ程度とすればよい。【００５３】  触媒の構造、個数、および配置位置は、ＣＮＴで電極間を接続するための重要な要因となる。例えば、電極対間の接続率を高めるためには、１対の電極形成予定部位あたりの触媒の数を多くすればよい。また、導通性の歩留まり（導通性を有する電極対が１つの基板にある割合）を高めるためには、１つの基板あたりの電極対の数を多くすればよい。【００５４】  電極の大きさ（１対の電極形成予定部位あたりの触媒数に関係する）および電極対の数は、基板の大きさおよび製造技術上の制約により制限される。本発明者らの予備実験では、１つの基板あたりの電極対の数を２４対とし、１つの電極形成予定部位あたりの触媒の数を１個から３個とすることで、導通性の歩留まりを２０％台から最大８７．５％まで向上させることができた。この電極対の数および触媒の数は、通常のフォトリソグラフィの安定的なコントロール限界内で達成することができる。【００５５】  気相成長法により電極間をＣＮＴで接続する手順例を、より具体的に説明する。【００５６】  まず、触媒を配置した基板を、反応容器内で１５分間かけて室温から９００℃に加熱する。加熱する間、反応容器内に流量１０００ｓｃｃｍ（１分間あたりのガス流量）のアルゴンを流入させる。加熱終了後、９００℃に維持して、流量１０００ｓｃｃｍのメタン、および流量５００ｓｃｃｍの水素を、１０分間流入させる。その後、１２０分かけて室温まで冷却させ、冷却する間、流量１０００ｓｃｃｍのアルゴンを反応容器内に流入させる。【００５７】  触媒間をＣＮＴで接続したのち、ソース電極およびドレイン電極を蒸着などにより形成する。電極は、金などの目的の金属を基板に直接蒸着するか、またはチタンなどの他の金属を蒸着した後、その表面を金などの目的の金属で被覆することにより形成されうる。後者による形成によれば、電極の基板からの剥離や、亀裂の発生を抑制しうる。電極の幅は１０μｍ程度にすればよい。【００５８】  なお、気相成長法による接続法に、後述の分散固定化法を組み合わせてもよい。つまり、気相成長法により電極間をＣＮＴで接続したのち、さらに別個に製造されたＣＮＴを基板上に提供することによってより確実に接続するようにしてもよい（導通性の歩留まりを向上させる）。【００５９】  図１６は、気相成長法による接続法に分散固定化法を組み合わせた場合を説明するための概略図（鳥瞰図）である。図１６（Ａ）において、３および４はソース電極およびドレイン電極を示し、４４は気相成長法により形成（成長）されたＣＮＴを示す。図１６（Ｂ）において、分散固定化法により提供されたＣＮＴ４３は、気相成長法により形成されたＣＮＴ４４間を接続していることが示されている。【００６０】  （Ｂ）分散固定化法
分散固定化法による接続は、別個に製造されたＣＮＴを、ソース電極およびドレイン電極が配置された基板、または配置されるべき基板上に提供することによって行われる。別個に製造されたＣＮＴは、市販のＣＮＴを用いることができる。また、アーク放電などによって製造された高品質の（例えば、欠陥が少ない）ＣＮＴを用いることができる。【００６１】  本方法では、気相成長法とは異なり高温条件（例えば８００〜９００℃）を必要としないため、高価な成長反応炉を用意する必要がなく、かつ基板などの材料の選択肢が広がる（例えばガラスを用いることができる）。【００６２】  しかしながら、ＣＮＴを基板上にランダムに提供するだけでは、接続がされるかどうかは偶然に依存するため、制御することが困難である。そこで、分散固定化法による接続においては、ＣＮＴ親和性物質が用いられることが好ましい。具体的には、ＣＮＴ親和性物質で基板の電極形成予定部位を修飾するか、ＣＮＴ親和性物質で基板上に形成された電極を修飾するか、または、ＣＮＴ親和性物質で提供される前のＣＮＴを修飾する。ＣＮＴ親和性物質は、ＣＮＴに結合するとともに、基板または電極とも結合するため、ＣＮＴを基板または電極に固定することができる。ＣＮＴ親和性物質を用いた分散固定化法による接続により、導通性についての歩留まりを向上させることができる。【００６３】  ＣＮＴ親和性物質は、特に限定されないが、例えば、ＣＮＴとのπ−π相互作用を示す芳香族多環分子が挙げられる。芳香族多環分子は、特に限定されないが、例えば、ピレン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレンなどの芳香族炭化水素や、芳香族複素環などである。芳香族多環分子は、ピレンが好ましい。【００６４】  また、ＣＮＴ親和性物質は、二以上の芳香族官能基を有する分子でもよい。二以上の芳香族官能基を有するＣＮＴ親和性物質は、ＣＮＴとのファンデルワールス力が高まるため、ＣＮＴを安定して固定することができる。また、二以上の芳香族官能基を有するＣＮＴ親和性物質は、二つの官能基の角度に応じて所望の直径を有するＣＮＴを選択的に固定することができる。図１７は、２つの芳香族官能基（その二つの官能基の結合角度θ）を有する分子が、ＣＮＴ４５ａを固定するが、より大きい直径のＣＮＴ４５ｂを固定しない様子を示す図である。二以上の芳香族官能基を有する分子は、特に限定されないが、例えば、２分子のピレンをリジンなどを介して架橋させたものなどである。【００６５】  また、ＣＮＴ親和性物質は、基板表面またはソース電極およびドレイン電極の表面に結合するための官能基が導入されていることが好ましい。例えば、基板表面または電極表面にアミノ基がある場合には、ＣＮＴ親和性物質にカルボキシル基またはエステル基が導入されていることが好ましい。また、基板または電極表面にカルボキシル基がある場合には、ＣＮＴ親和性物質にアミノ基が導入されていることが好ましい。カルボキシル基が導入されたＣＮＴ親和性物質は、特に限定されないが、例えば、１−ｐｙｒｅｎｅｂｕｔｙｒｉｃ  ａｃｉｄなどである。また、エステル基が導入されたＣＮＴ親和性物質は、特に限定されないが、例えば、１−ｐｙｒｅｎｅｂｕｔｙｒｉｃ  ａｃｉｄ  Ｎ−ｈｙｄｒ��ｘｙｓｕｃｃｉｎｉｍｉｄｅ  ｅｓｔｅｒなどである。アミノ基が導入されたＣＮＴ親和性物質は、特に限定されないが、例えば、１−ｐｙｒｅｎｅｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｅなどである。【００６６】  基板表面にカルボキシル基を導入する方法は、特に限定されないが、例えば、カルボキシル基に変換可能である官能基を含むシランカップリング剤で基板表面を処理し、この官能基をカルボキシル基に変換すればよい。また、基板にアミノ基を導入する方法は、特に限定されないが、例えば、基板表面をアミノシランで処理すればよい。アミノシランは、特に限定されないが、例えば、３−ａｍｉｎｏｐｒｏｐｙｌｔｒｉｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ（ＡＰＳ）などである。【００６７】  電極表面にカルボキシル基を導入する方法は、特に限定されないが、例えば、金電極の表面をチオカルボン酸で処理すればよい。チオカルボン酸は、特に限定されないが、例えば、１１−ｍｅｒｃａｐｔｏｕｎｄｅｃａｎｏｉｃ  ａｃｉｄが挙げられる。また、電極表面にアミノ基を導入する方法は、特に限定されないが、例えば、金電極の表面をアミノチオールで処理すればよい。アミノチオールは、特に限定されないが、例えば、１１−ａｍｉｎｏ−１−ｕｎｄｅｃａｎｔｈｉｏｌなどである。【００６８】  分散固定化法において提供されるＣＮＴは、単層ＣＮＴまたは多層ＣＮＴのいずれでもよいが、好ましくは単層ＣＮＴである。提供されるＣＮＴの平均長さは、通常は０．５μｍ以上、より好ましくは１．０μｍ以上である。平均長さの上限は特に限定されないが、１０μｍ以下であればよく、好ましくは５μｍ以下、より好ましくは３μｍ以下である。いずれにしてもＣＮＴの長さは、ソース電極とドレイン電極との間隔以上の長さであることが好ましい。ＣＮＴの平均長さは、ＡＦＭによって測定されうる。提供されるＣＮＴは、例えば、Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ＩＮＣ社の単層ＣＮＴなどである。【００６９】  また、提供されるＣＮＴは、酸処理されていてもよい。ＣＮＴの酸処理は、特に限定されないが、例えば、ＣＮＴを、硫酸、硝酸またはその混合物で洗浄し、さらに超音波処理すればよい。酸処理することにより、ＣＮＴの表面にカルボキシル基が導入される。酸処理されたＣＮＴは、その親水性が向上するため、水中での分散性が向上する。したがって、ＣＮＴを水中に分散させて提供することが容易になる。【００７０】  分散固定化法による接続は、例えば、以下の［Ａ］〜［Ｄ］の態様に分類できる。
［Ａ］（１）基板のソース電極およびドレイン電極の形成予定部位をＣＮＴ親和性物質で修飾し、（２）修飾された電極形成予定部位にＣＮＴを提供し、（３）ソース電極およびドレイン電極を形成する。
［Ｂ］（１）ソース電極およびドレイン電極を基板に形成し、（２）ソース電極およびドレイン電極をＣＮＴ親和性物質で修飾し、（３）修飾されたソース電極およびドレイン電極にＣＮＴを提供する。
［Ｃ］（１）ＣＮＴをＣＮＴ親和性物質で修飾し、（２）ソース電極およびドレイン電極を基板に形成し、（３）基板の電極に修飾されたＣＮＴを提供する。
［Ｄ］（１）ＣＮＴをＣＮＴ親和性物質で修飾し、（２）基板の電極形成予定部位に修飾されたＣＮＴを提供し、（３）ソース電極およびドレイン電極を基板に形成する。【００７１】  ［Ａ］の態様において、電極形成予定部位をＣＮＴ親和性物質で修飾するには、例えば、リソグラフィ法などにより基板上の電極形成予定部位以外の領域をレジスト膜でマスキングし、マスキングされていない電極形成予定部位に官能基（例えばアミノ基）を導入し、電極形成予定部位に導入された官能基に反応しうる官能基（例えばエステル基）を有するＣＮＴ親和性物質を提供すればよい。【００７２】  レジスト膜の材質は、特に限定されないが、例えば、ＰＭＭＡなどである。レジスト膜の厚さは、１μｍ〜３μｍ程度であればよい。【００７３】  電極形成予定部位にアミノ基を導入する方法は、特に限定されないが、例えば、ＡＰＳなどのアミノシラン溶液を電極形成予定部位に滴下し、それを乾燥させればよい。形成される膜はＡＰＳなどの縮重合物などであり、その厚さは１ｎｍ〜１μｍ程度であればよい。【００７４】  ＣＮＴ親和性物質は、ＤＭＦなどの有機溶媒に溶解されて提供されうる。具体的には、例えば、有機溶媒に溶解されたＣＮＴ親和性物質の溶液を、基板が浸されている溶媒（例えば水溶液）に少量ずつ添加すればよい。反応後の洗浄の際に基板に残った溶媒は、不活性ガスで乾燥させて除去することが好ましい（他の態様においても同様）。【００７５】  ［Ａ］の態様において、修飾された電極形成予定部位にＣＮＴを提供するには、例えば、別途製造されたＣＮＴの分散液を電極形成予定部位に提供することによって行われる。ＣＮＴの分散液を電極形成予定部位に提供するには、ＣＮＴの分散液を基板に滴下するか、またはＣＮＴの分散液に基板を浸漬すればよい。分散液の溶媒は、特に限定されないが、例えば、ＤＭＦなどの有機溶媒や水などが挙げられる。酸処理されたＣＮＴは、カルボキシル基が導入されるなどして水への分散性が高められる。よって、酸処理されたＣＮＴの提供は、水性溶媒に分散させて行うことが好ましい。分散水溶液のｐＨは、カルボキシル基のｐＫａ（約４）以上、好ましくは７〜８にする。【００７６】  ＣＮＴ分散液におけるＣＮＴの濃度は、０．００１ｍｇ／ｍｌ〜０．１ｍｇ／ｍｌであることが好ましい。当該濃度が０．１ｍｇ／ｍｌよりも高いと、ＣＮＴが凝集しやすくなり、分散液の調製が困難になることがある。【００７７】  修飾部位にＣＮＴを提供することにより、少なくともその一部は基板に固定されて、ソース電極とドレイン電極とを接続させる。しかしながら、提供したＣＮＴの全てが基板の電極形成予定部位に固定されるとは限らない。よって、ＣＮＴを提供した後、電極を形成する前に、基板を洗浄して、固定されないＣＮＴを除去することが好ましい。基板の洗浄は、例えば、基板を溶媒（例えばＤＭＦ）で洗い流すか、溶媒中で基板を超音波処理することにより行われる。【００７８】  ［Ａ］の態様において、ソース電極およびドレイン電極を形成するには、例えば、リソグラフィを用いて金属を蒸着させて行えばよい。ソース電極またはドレイン電極とチャネルとが重なる部分を、高電界の電子ビームまたはＳＴＭ／ＡＦＭを使用する��所印加電界によりウェルディングして、電極とチャネルを一体化することができる（以下において同様）。【００７９】  さらに［Ａ］の態様において、ＣＮＴを提供した後（さらに好ましくは洗浄した後）、基板上のＣＮＴを気相成長させてもよい。ＣＮＴの気相成長は、例えば、ＣＮＴを提供された基板を気相成長用の反応炉に入れ、前述の処理を行えばよい。【００８０】  ［Ａ］の態様の具体的な手順が、後述の「具体例Ａ」に示される。【００８１】  ［Ｂ］の態様において、ソース電極およびドレイン電極を基板に形成するには、リソグラフィを用いて金属を蒸着させればよい。【００８２】  ［Ｂ］の態様において、ソース電極およびドレイン電極をＣＮＴ親和性物質で修飾するには、例えば、金属−チオール結合を利用して電極表面に自己組織化膜を形成させて、電極表面に官能基（例えばカルボキシル基やアミノ基）を導入し、電極表面に導入された官能基に反応する官能基（例えばアミノ基やエステル基）を有するＣＮＴ親和性物質を提供すればよい。電極表面に官能基を導入するには、例えば、電極材質に特異的に反応する官能基（例えば、チオール基）を有する化合物（例えば、チオール化カルボン酸やアミノチオール）で電極表面を処理すればよい。【００８３】  ＣＮＴ親和性物質は、ＤＭＦなどの有機溶媒に溶解されて提供されうる。このとき必要に応じて、電極に導入された官能基（例えばカルボキシル基）と、ＣＮＴ親和性物質の官能基（例えばアミノ基）との反応を促進する試薬（例えばカルボジイミド）を用いてもよい。【００８４】  ［Ｂ］の態様において、修飾されたソース電極およびドレイン電極にＣＮＴを提供するには、ＤＭＦなどの有機溶媒または水にＣＮＴが分散された分散液を、修飾部位に提供すればよい。［Ａ］の態様と同様に、酸処理されたＣＮＴは、水中に分散されて提供されることが好ましい。また、分散液を基板に添加してもよく、基板を分散液に浸漬してもよい。【００８５】  ［Ｂ］の態様においても、［Ａ］の態様と同様に、提供されたＣＮＴの全てが基板に固定されるとは限らないので、ＣＮＴ提供後に基板を洗浄して、固定されないＣＮＴを除去することが好ましい。基板の洗浄は、例えば、基板を溶媒で洗い流すか、基板を溶媒中で超音波処理すればよい。【００８６】  ［Ｂ］の態様において、ＣＮＴを提供した後（さらに好ましくは洗浄した後）に、既に基板に設けられている電極上に、さらに金属を蒸着して電極を形成することが好ましい。ＣＮＴ提供後にさらに金属を蒸着することにより、適切なソース−ドレイン電流（例えば０．１〜１．０μＡ程度）がより安定に流れうる。また、０．１〜１．０μＡ程度の電流が流れる素子は、水などによる数回の洗浄によっても破損しにくい。【００８７】  さらに［Ｂ］の態様においても、［Ａ］の態様と同様に、ＣＮＴを提供した後（さらに好ましくは洗浄した後）、基板上のＣＮＴを気相成長させてもよい。【００８８】  ［Ｂ］の態様の具体的な手順が、後述の「具体例Ｂ」に示される。【００８９】  ［Ｃ］または［Ｄ］の態様において、ＣＮＴをＣＮＴ親和性物質で修飾するには、例えば、ＣＮＴ親和性物質を含む溶液（溶媒はエタノールなど）に、ＣＮＴを添加すればよい。ＣＮＴ親和性物質でＣＮＴを修飾すると、ＣＮＴの表面の全体がＣＮＴ親和性物質で被覆されうる。ＣＮＴ親和性物質の一例であるピレンでＣＮＴを処理して、親水性を付加すると、ＣＮＴの水溶液中での分散性が向上するので、ＣＮＴをより一様に基板上に分散させることができる。【００９０】  ［Ｃ］の態様において、ＣＮＴを修飾するＣＮＴ親和性物質は、電極表面に結合するための官能基を有していることが好ましい。例えば、電極表面にカルボキシル基を導入した場合には、アミノ基を導入されたＣＮＴ親和性物質でＣＮＴを修飾すればよい。【００９１】  ［Ｄ］の態様において、ＣＮＴを修飾するＣＮＴ親和性物質は、基板表面（好ましくは、電極形成予定部位）に結合する官能基を有していることが好ましい。例えば、基板表面にカルボキシル基を導入した場合には、アミノ基を導入されたＣＮＴ親和性物質でＣＮＴを修飾すればよい。【００９２】  ［Ｃ］または［Ｄ］の態様において、基板または電極に修飾されたＣＮＴを提供するには、ＣＮＴの分散液を基板または電極に滴下するか、またはＣＮＴの分散液に基板を浸漬すればよい。また、［Ｃ］または［Ｄ］の態様においても［Ａ］の態様と同様に、ＣＮＴ提供後に基板を洗浄して、固定されないＣＮＴを除去することが好ましく、また基板上のＣＮＴを気相成長させてもよい。さらに［Ｃ］の態様においても、［Ｂ］の態様と同様に、ＣＮＴを提供した後（さらに好ましくは洗浄した後）、既に基板に設けられている電極上に、さらに金属を蒸着して電極を形成することが好ましい。【００９３】  ［Ｃ］および［Ｄ］の態様のより具体的な手順が、後述の「具体例Ｃ」および「具体例Ｄ」に示される。【００９４】  分散固定化法の具体例Ａ
シリコン基板（支持基板）表面の酸化シリコン膜（第一の絶縁膜：厚さは３００ｎｍ程度であればよい）を５０％硫酸で３０分間、室温で洗浄した後に水で洗浄する。【００９５】  洗浄された酸化シリコン膜上に、フォトレジスト膜（ＯＥＰＲ−８００）をスピンコート法によりスピンコートする。フォトリソグラフィを用いて、ソース電極およびドレイン電極の形成予定部位である一対の領域のフォトレジスト膜を除去する。【００９６】  一対の領域のフォトレジスト膜が除去された基板上に、２％の３−ａｍｉｎｏｐｒｏｐｙｌｔｒｉｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅを添加する。これを４５℃で３０分間加熱して溶媒を蒸発させ、さらに１１０℃で５分間加熱する。加熱後に、十分な量の水で洗浄する（これにより基板表面にアミノ基が導入される）。【００９７】  得られた基板を、エタノールと水の混合溶液（体積比１：４、５０ｍｌ）に浸して、６５℃に加熱する。１．０ｍｇの１−ｐｙｒｅｎｅｂｕｔｙｒｉｃ  ａｃｉｄ  Ｎ−ｈｙｄｒｏｘｙｓｕｃｃｉｎｉｍｉｄｅ  ｅｓｔｅｒを２０μｌのジメチルホルムアミドに溶解する。得られた溶液の１０μｌを、基板が浸された混合溶液中に滴下し、６５℃で１時間反応させる（これによりピレンが基板表面に結合する）。【００９８】  得られた基板を１１５℃で５分間加熱したのち、ＤＭＦ中に浸して、フォトレジスト膜を除去する。【００９９】  ０．５ｍｇの単層ＣＮＴ（Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ＩＮＣ社）を、硫酸および硝酸の混合溶液で洗浄した後、１ｍｌの緩衝液に分散させる。得られた溶液を遠心分離して、得られた残渣を硫酸と過酸化水素水の混合溶媒に懸濁させて１時間超音波処理する。得られた黒色溶液を水で希釈して、蒸留水に透析させて溶液を中性にする。得られたＣＮＴ溶液（使用前に超音波処理する）を前述の基板に滴下した後に１時間放置して、ＣＮＴをピレン修飾された領域に固定する。得られた基板をＤＭＦ、さらにエタノールで洗浄する。ＣＮＴが固定された領域の状態をＡＣモードのＡＦＭで観測して、電極形成予定部位の間がＣＮＴで接続されているかどうかを確認することができる。【０１００】  得られた基板に、ソース電極およびドレイン電極を形成するためのパターンを作る。具体的な手法は、前述のピレンをパターニングするための手法と同様の手法を用いればよい。ＥＢ蒸着法を用いて３０ｎｍ厚のＰｔフィルム、さらに１００ｎｍ厚のＡｕフィルムを蒸着させ、ソース電極およびドレイン電極を形成する。両電極間の距離は３μｍ程度とする。【０１０１】  分散固定化法の具体例Ｂ
シリコン基板（支持基板）の酸化シリコン膜（第一の絶縁膜：厚さは３００ｎｍ程度であればよい）上に金電極を蒸着により形成する。金電極が形成された基板を、１１−ｍｅｒｃａｐｔｏｕｎｄｅｃａｎｏｉｃ  ａｃｉｄ溶液（０．５ｍＭ）に浸漬して、室温で１０時間放置する。エタノールで洗浄後、窒素ガスを吹き付けて乾燥させる（これにより、金電極表面にカルボキシル基が導入される）。【０１０２】  ＤＭＦと緩衝溶液（ｐＨ８）との混合溶液（体積比１：１）に、水溶性カルボジイミドと、１−ｐｙｒｅｎｅｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｅ  ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｄｅ（１ｍＭ）を溶解させる。得られた溶液に、前述の基板を入れて３５℃にて２時間放置する。その後、ＤＭＦと純水で洗浄する（これにより、金電極にピレンが結合する）。【０１０３】  洗浄後、ＣＮＴのジメチルホルムアミド溶液（０．５ｍｇ／５ｍｌ）を基板上に滴下して、１０時間放置する。その後、ＤＭＦ中で超音波洗浄し、エタノールで洗浄した後、基板全体に窒素ガスを吹き付けて乾燥させる。【０１０４】  本方法において基板に形成される金電極は、０．１〜１．０μＡ程度の電流が流れるように、十分に蒸着されることが好ましい。安定に動作する素子を得るためである。ソース−ドレイン電流が過剰に低い素子は使用中に導電性に変化がみられ、導電性を失うことがあるが、０．１μＡ程度の電流が流れる素子であれば、水などで洗浄されても安定した導電性を示す。【０１０５】  分散固定化法の具体例Ｃ
１．０ｍｇの１−ｐｙｒｅｎｅｂｕｔｙｒｉｃ  ａｃｉｄ  Ｎ−ｈｙｄｒｏｘｙｓｕｃｃｉｎｉｍｉｄｅ  ｅｓｔｅｒを２０μｌのジメチルホルムアミドに溶解する。得られた溶液を、０．６ｍｇの１１−ａｍｉｎｏ−１−ｕｎｄｅｃａｎｅｔｈｉｏｌを１００μｌのＤＭＦに溶解した溶液に添加し、室温で１時間反応させる。得られた反応液を、０．０５ｍｇ／ｍｌの酸処理したＣＮＴの分散水溶液（５００μｌ）に加えて、室温で１２時間撹拌する。得られた溶液に金電極を形成した基板を入れて、１２時間室温で反応させ、ＣＮＴを基板に固定する。【０１０６】  分散固定化法の具体例Ｄ
１−ｐｙｒｅｎｅｂｕｔｙｒｉｃ  ａｃｉｄのＤＭＦ溶液（５ｍｇ／ｍｌ、５０μｌ）を、ＣＮＴのＤＭＦ分散液（０．０１ｍｇ／ｍｌ、５００μｌ）に添加し、室温にて２時間、超音波処理した。得られた溶液（１００μｌ）に、テトラエチレンジアミン５０μｌ、エタノール５０μｌ、水２５μｌを加えて分散液を得る。得られた分散液をフィルターで濾過して、大過剰の１−ｐｙｒｅｎｅｂｕｔｙｒｉｃ  ａｃｉｄを除去する。濾液に、水−エタノール（１：１）混合溶液を加えて１ｍｌとして、ＣＮＴ分散溶液を得る。１−ｐｙｒｅｎｅｂｕｔｙｒｉｃ  ａｃｉｄで修飾したＣＮＴの分散溶液を、アミノシラン化処理した電極予定部位に、カルボジイミドなどの縮合試薬などを用いて固定する。【０１０７】  分散固定化法によるＣＮＴでの電極間の接続方法は、提供したＣＮＴを基板の結晶表面にある原子の段差に沿って配列させること、または電気泳動により一定方向に配列させることによりＣＮＴの配列を制御することができる。このようにすることにより、より効率的に、かつ再現性よく、ソース電極とドレイン電極とをＣＮＴで接続することができる。【０１０８】  １−５．ゲート電極について
前述の通り、本発明のＦＥＴはゲート電極を有する。ゲート電極は、ゲート電極に電圧を印加することで、ソース電極およびドレイン電極が配置されている基板に自由電子の移動による分極を生じさせることができるように配置される。「自由電子の移動による分極」とは、自由電子が基板内を移動することにより、プラスの電荷に偏った領域およびマイナスの電荷に偏った領域が、基板内にそれぞれ形成されることをいう。半導体または金属から成る支持基板と絶縁膜とから成る基板の場合、自由電子の移動による分極は、電気伝導性を有する支持基板において生じる。基板が分極しているか否かは、基板両面の電位差の測定などによって確認されうる。【０１０９】  ゲート電極の材質は、特に限定されないが、例えば、金、白金、チタン、真鍮などの金属である。この中では、金が特に好ましい。金は、導通性が高く、電流漏れによる誤差が小さいためである。ゲート電極は、これらの金属を蒸着することにより形成される。【０１１０】  ゲート電極の大きさは、特に限定されず、超微細繊維体素子（ソース電極、ドレイン電極およびチャネルとなる超微細繊維体）の大きさに対して決定すればよい。ゲート電極の大きさが超微細繊維体素子に対して小さすぎると、ゲート電極がソース−ドレイン電流を制御することが困難になる場合がある。例えば、ソース電極とドレイン電極との間の距離が２〜１０μｍである場合、ゲート電極の大きさは、およそ０．１ｍｍ×０．１ｍｍ以上であればよい。【０１１１】  基板を分極させるように配置されたゲート電極は、（Ａ）バックゲート電極、（Ｂ）サイドゲート電極、および（Ｃ）分離ゲート電極の態様に分けられる。【０１１２】  （Ａ）バックゲート電極について
バックゲート電極は、基板の第二の絶縁膜上に配置されている。このゲート電極は、ソース電極、ドレイン電極およびチャネルに対して基板の裏面に配置されているので、バックゲート電極といわれる。バックゲート電極は、第二の絶縁膜に直接接触して配置されていてもよく、第二の絶縁膜から物理的に離されて配置されていてもよい。【０１１３】  バックゲート電極は、第二の絶縁膜の一部に対して配置されていても、第二の絶縁膜の全面に対して配置されていてもよい。本発明のＦＥＴがバイオセンサに用いられた場合に、基板の第二の面の全面に対してゲート電極が設けられていれば、被検出物質認識分子を第二の絶縁膜の全面に結合させることができる。【０１１４】  従来のバックゲート型ＦＥＴは、バックゲート電極によりソース−ドレイン電流を制御するために、バックゲート電極を支持基板（半導体または金属から成る）に直接接触させて配置することによって、相互作用を得ていた。【０１１５】  一方、本発明者は、ゲート電極と支持基板とを直接接触させる必要は必ずしもないことを見出した。つまり、ゲート電極と支持基板との間に絶縁膜を設けても、ソース−ドレイン電流を制御することができることを見出した。ゲート電極に電圧が印加されると支持基板（半導体または金属から成る）において支持基板内の自由電子の存在に起因する分極が起こり、その分極によってソース−ドレイン電流が制御されるからであると考えられる。自由電子の移動による分極には、容量結合による要因も含まれるが、他の要因も排除しない。【０１１６】  （Ｂ）サイドゲート電極について
サイドゲート電極は、基板の第一の絶縁膜上に配置されている。この電極は、ソース電極、ドレイン電極およびチャネルに対して基板の同一面に配置されているので、サイドゲート電極といわれる。サイドゲート電極は、第一の絶縁膜に直接接触して配置されていてもよく、第一の絶縁膜から物理的に離されて配置されていてもよい。【０１１７】  基板の同一面上に配置されたサイドゲート電極と超微細繊維体との間の距離は、本発明のＦＥＴでは１０μｍ以上、さらに１００μｍ以上、さらに１ｍｍ以上とすることができる。上限も特に制限されないが、数ｃｍ以下である。「ゲート電極と超微細繊維体との間の距離」とは、互いの最短距離を意味する。【０１１８】  従来のサイドゲート型ＦＥＴは、ゲート電極によりソース−ドレイン電流を制御するためには、サイドゲート電極とソース電極、ドレイン電極およびチャネルとの間で直接の相互作用を得る必要があると考えられていた。したがって、従来のサイドゲート型ＦＥＴでは、サイドゲート電極とチャネルとの間の距離ができるだけ短くなるようにしていた（長くとも１μｍ程度）。【０１１９】  一方、本発明者は、サイドゲート電極をソース電極、ドレイン電極およびチャネルに接近させる必要が必ずしもないことを見出した。サイドゲート電極ならびにソース電極、ドレイン電極およびチャネルが同一の絶縁膜上に設けられていても、サイドゲート電極に電圧が印加されると、その絶縁膜の下の支持基板（半導体または金属から成る）において支持基板内の自由電子の存在に起因する分極が起こり、その分極によってソース−ドレイン電流が制御されるからであると考えられる。分極には、容量結合による要因も含まれるが、他の要因も排除しない。【０１２０】  本発明のサイドゲート型ＦＥＴは、後述のとおり、バイオセンサに適用されることがある。この場合、サイドゲート電極は、被検出物質認識分子を結合され、さらに試料溶液を滴下されることがある。本発明のサイドゲート型ＦＥＴでは、サイドゲート電極とソース電極、ドレイン電極およびチャネルとの間の距離を広げることができるので、超微細繊維体素子が試料溶液により汚染されるのを防止することができる。【０１２１】  （Ｃ）分離ゲート電極について
分離ゲート電極は、ソース電極、ドレイン電極およびチャネルが配置された基板とは分離されているが、電気的に接続されている第二の基板上に配置されている。第二の基板は、半導体または金属からなる支持基板と、支持基板の少なくとも一方の面に形成された絶縁膜とを有する基板、または絶縁体からなる基板でありうるが、好ましくは前者の基板である。【０１２２】  ゲート電極が配置されている第二の基板は、ソース電極、ドレイン電極およびチャネルが配置されている基板とは分離されている。ソース電極、ドレイン電極およびチャネルが配置されている基板とゲート電極が配置されている第二の基板との間隔は、特に限定されず、３ｍｍ以上、さらには１０ｍｍ以上、さらには１５ｍｍ以上とすることができ、それ以上にすることもできる。【０１２３】  前記の通り、ゲート電極が配置されている第二の基板は、ソース電極、ドレイン電極およびチャネルが配置されている基板と電気的に接続されている。電気的に接続されているとは、例えば、（ａ）基板および第二の基板が、同一の導電性基板に載置されている、または（ｂ）基板および第二の基板が、それぞれ異なる導電性基板に載置され、かつそれぞれの導電性基板が導電性部材により接続されていることを意味する。（ａ）の態様の例が図４に示され、（Ｂ）の態様の例が図５に示される。【０１２４】  導電性基板は、特に限定されないが、例えば、金薄膜を蒸着されたガラス基板や真鍮などの材料からなる基板などである。導電性部材は、特に限定されないが、例えば銅線などの導電性ワイヤなどである。【０１２５】  本発明の分離ゲート型ＦＥＴは、後述のとおり、バイオセンサに適用されることがある。この場合、本発明の分離ゲート型ＦＥＴは、ソース電極、ドレイン電極およびチャネルを配置された基板を、ゲート電極が配置された第二の基板から分離することができるため、構造上の自由度が高い。したがって、本発明の分離ゲート型ＦＥＴは、実用性の高いバイオセンサの製造に寄与することができる。【０１２６】  １−６．本発明の電界効果トランジスタの特性
図１８は、本発明のバックゲート型ＦＥＴの特性を示す図であり、ソース−ドレイン電圧を１Ｖに固定したときの、ゲート電極に印加する電圧（以下「ゲート電圧」という）（Ｖｇａｔｅ）とソース−ドレイン電流（Ｉｓｄ）との関係（以下「Ｉ−Ｖ特性」という）を示すグラフ（以下「Ｉ−Ｖ特性曲線」という）である。計測に用いたＦＥＴにおいて、支持基板は厚さ５００μｍのシリコン基板、第一の絶縁膜および第二の絶縁膜は厚さ３００ｎｍの酸化シリコン、超微細繊維体は単層ＣＮＴ、ソース電極およびドレイン電極の面積はそれぞれ０．２０〜０．２５ｍｍ２、基板の面積は１ｃｍ２（１ｃｍ×１ｃｍ）であった。また、数本のＣＮＴでソース電極とドレイン電極とが接続されていることがＡＦＭにより確認された。本発明のＦＥＴは、図１８に示されるように、ゲート電圧が−２０Ｖ〜−５Ｖの間では、数百ｎＡ程度のソース−ドレイン電流が観察されうる。【０１２７】  さらに、本発明のＦＥＴは、チャネル（超微細繊維体）上の電荷（厳密には「電子状態」）の変化、またはチャネルとソース電極およびドレイン電極との電位（厳密には「化学ポテンシャル」）の差の変化に対して、ソース−ドレイン電流が敏感に変化する。基板に配置したゲート電極の電位を変えることで、これらの変化を誘起し、ゲート電極の電気的状態の変化にソース−ドレイン電流が敏感に変化する。この理由は必ずしも明らかではないが、本発明の基板構造では、半導体などから成る支持基板の表面を被覆する絶縁膜と接する界面が、ゲート電極の電気状態により変化し、支持基板の自由電子の存在による分極の効果ならびに絶縁膜を介した容量的結合により、チャネル部の変化を誘起しているためであると推測される。【０１２８】  すなわち、ゲート電圧によって絶縁膜に被覆された支持基板に強い電界がかかると、絶縁膜との界面付近における支持基板内のキャリアの密度分布は、電極と支持基板との間の電位差に依存して変化すると推測される。このことは、以下の知見によっても支持される。【０１２９】  ｎ型半導体のＭＯＳ（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）ダイオードでは、金属の電位を低くすると半導体内の自由電子は境界面から遠ざけられ空乏層が厚くなるため、金属と半導体間の電気容量が小さくなる。しかし、金属の電位をさらに一層低くすると、ｎ型半導体と酸化物の境界面にｐ型のＭＯＳ反転層が生じるため、電気容量が再び大きくなる（以上、例えば、岩波、理化学辞典、第５版、ｐ．１３８０参照）。「空乏層」とは、半導体のｐｎ接合面やＭＯＳ構造の半導体内部で自由電子も正孔もほとんど存在しない薄層をいう。空乏層の厚さは、加えた電圧によって敏感に変化する。【０１３０】  また、「ＭＯＳ反転層」とは、半導体表面に絶縁膜（酸化物などからなる）を介して金属膜を付けたとき、表面付近の多数キャリアを半導体内部に押しやることにより表面に現れる、内部とは伝導型が反対の層をいう。反転層の厚さも、加えた電圧によって変化する。【０１３１】  すなわち、支持基板の絶縁膜との界面が、ゲート電圧により可変容量ダイオード的に動作することは、ゲート電圧により支持基板の空乏層または反転層の厚さが変化することに相当する。【０１３２】  したがって、ゲート電極、超微細繊維体、ゲート電極と絶縁膜との界面、または超微細繊維体近傍の絶縁膜表面に被検出物質認識分子が結合すると、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極およびチャネル近傍の空乏層または反転層に、被検出物質認識分子の支持基板内での映像電荷（ｉｍａｇｅ  ｃｈａｒｇｅ）が生じる（界面状態が出現する）。それにより、ゲート電極とソース電極の間の電気容量（以下「ゲート−ソース間電気容量」という）、ゲート電極とドレイン電極の間の電気容量（以下「ゲート−ドレイン間電気容量」という）、およびゲート電極とチャネルの間の電気容量（以下「ゲート−チャネル間電気容量」が、それぞれ変化する。それにより、チャネルの電位に変化が生じ、その結果、ソース−ドレイン電流が変化する。【０１３３】  すなわち、半導体などからなる支持基板と支持基板を被覆する絶縁膜との界面が、ゲート電圧により、可変容量ダイオード的に動作する、つまり、支持基板内の空乏層または反転層の厚さが変化する。そして、空乏層または反転層の厚さに応じて映像電荷が生じ、生じた映像電荷によってチャネルの電位およびチャネル上の電荷が変化し、ソース−ドレイン電流が変化することになると考えられる。【０１３４】  上記の仮説によれば、本発明のＦＥＴは、基板内にある閾値以上の電界がかかったときに、チャネルの電位またはチャネル上の電荷の変化に対するソース−ドレイン電流の変化が大きくなり、また、バイオセンサとしては、素子上の分子が引き起こす電子状態の変化をチャネルに反映させることができる。すなわち、バイオセンサとしては、素子上での分子間相互作用（例えば、抗原抗体反応や酵素反応など）をソース−ドレイン電流の変化によって高感度に検出することができる。【０１３５】  また、上記の仮説によれば、支持基板の絶縁膜との界面付近に生じる自由電子の移動による分極（反転層の形成）を利用した新しいＩ−Ｖ特性およびＩ−Ｖｇ特性（ゲート電圧とソース−ドレイン電流との関係）が予想される。実際に、本発明のＦＥＴは、後述する新しい特性が得られており、従来のＦＥＴおよびＣＮＴ−ＦＥＴとは異なる動作を示す。【０１３６】  ここで、「反転層」とは、上記のように、半導体表面に絶縁膜を介して金属膜（電極）を付けた場合において、半導体表面に高い電界がかかったときに、それを打ち消すための逆の電荷を持つ、半導体内の表面付近（境界領域）に誘起される層であり、自由電子の移動による分極のうち支持基板の絶縁膜との界面付近に生じるものである。【０１３７】  以下において、超微細繊維体としてＣＮＴを用いた本発明のＦＥＴのＩ−Ｖ特性曲線およびＩ−Ｖｇ特性曲線を示す。【０１３８】  まず、本発明のバックゲート型ＦＥＴ（図２に示される）のＩ−Ｖ特性曲線およびＩ−Ｖｇ特性曲線を示す。計測に用いたＦＥＴにおいて、基板は厚さ５００μｍのシリコン基板、第一の絶縁膜および第二の絶縁膜は厚さ３００ｎｍの酸化シリコン、基板の面積は１ｃｍ２（１ｃｍ×１ｃｍ）、超微細繊維体は単層ＣＮＴ、ソース電極とドレイン電極との間隔は５μｍ、ゲート電極の面積は１００ｍｍ２であった。また、数本のＣＮＴでソース電極とドレイン電極とが接続されていることがＡＦＭにより確認された。【０���３９】  図１９は、本発明のバックゲート型ＦＥＴのＩ−Ｖ特性曲線の一例を示す図である。図２０は、本発明のバックゲート型ＦＥＴのＩ−Ｖｇ特性曲線の一例を示す図である。図２０において、曲線ａはソース−ドレイン電圧を−１Ｖに設定したときの特性曲線であり、曲線ｂはソース−ドレイン電圧を＋１Ｖに設定したときの特性曲線である。【０１４０】  次に、本発明のサイドゲート型ＦＥＴ（図３に示される）のＩ−Ｖ特性曲線およびＩ−Ｖｇ特性曲線を示す。計測に用いたＦＥＴにおいて、支持基板は厚さ５００μｍのシリコン基板、第一の絶縁膜および第二の絶縁膜は厚さ３００ｎｍの酸化シリコン、基板の面積は１ｃｍ２（１ｃｍ×１ｃｍ）、超微細繊維体は単層ＣＮＴ、ソース電極とドレイン電極との間隔は５μｍ、ゲート電極の面積は０．２５ｍｍ２であった。また、数本のＣＮＴでソース電極とドレイン電極とが接続されていることがＡＦＭにより確認された。【０１４１】  図２１は、本発明のサイドゲート型ＦＥＴのＩ−Ｖ特性曲線の一例を示す図である。図２２（Ａ）および図２２（Ｂ）は、ゲート電極とＣＮＴとの間の間隔を、それぞれ５０μｍ、１ｃｍとした本発明のサイドゲート型ＦＥＴのＩ−Ｖｇ特性曲線の一例を示す図である。また、バックゲート電極を用いて得られたＩ−Ｖｇ特性曲線も図２２（Ｃ）に示す。これらはすべて同じＣＮＴを用いて測定している。【０１４２】  図２２に示されたＩ−Ｖｇ特性曲線に大きな変化はみられない。したがって、ゲート電極とＣＮＴとの間の距離を変化させても、トランジスタの電気特性は変化しないことがわかる。【０１４３】  次に、本発明の分離ゲート型ＦＥＴ（図４に示される）のＩ−Ｖ特性曲線およびＩ−Ｖｇ特性曲線を示す。計測に用いたＦＥＴにおいて、基板および第二の基板の支持基板は共に厚さ５００μｍのシリコン基板、基板および第二の基板の両面を覆う絶縁膜はすべて厚さ３００ｎｍの酸化シリコン、基板および第二の基板の面積はともに１ｃｍ２（１ｃｍ×１ｃｍ）、超微細繊維体は単層ＣＮＴ、ソース電極とドレイン電極との間隔は５μｍ、ゲート電極の面積は０．１ｍｍ２であった。また、数本のＣＮＴでソース電極とドレイン電極とが接続されていることがＡＦＭにより確認された。【０１４４】  図２３および図２４は、基板と第二の基板との間の間隔を３ｍｍとした本発明の分離ゲート型ＦＥＴのＩ−Ｖ特性曲線およびＩ−Ｖｇ特性曲線の一例を示す図である。図２５および図２６は、基板間の間隔を１０ｍｍとした本発明の分離ゲート型ＦＥＴのＩ−Ｖ特性曲線およびＩ−Ｖｇ特性曲線の一例を示す図である。図２７および図２８は、基板間の間隔を１５ｍｍとした本発明の分離ゲート型ＦＥＴのＩ−Ｖ特性曲線およびＩ−Ｖｇ特性曲線の一例を示す図である。【０１４５】  図２３、図２５および図２７に示されるＩ−Ｖ特性曲線に特に変化はみられない。同様に、図２４、図２６および図２８に示されたＩ−Ｖｇ特性曲線に特に変化はみられない。したがって、基板と第二の基板との間隔を変化させても、ＦＥＴとしての電気特性は変化しないことがわかる。【０１４６】  本発明のＦＥＴをバイオセンサに適用した場合に、ゲート電極または超微細繊維体（例えばＣＮＴ）などに分子が付着すると、間接的���たは直接的に超微細繊維体の電子状態が変化する。このときに生じるソース−ドレイン電流の変化から、付着した分子を検出することができる。また、ゲート電極または超微細繊維体を分子修飾したときの電流変化から、修飾分子を検出したり、あるいは修飾分子と他の分子との反応を検出したりすることもできる。特に、ゲート電極または超微細繊維体を抗体（または抗原）で修飾した場合には、抗原抗体反応を利用して特定の抗原（または抗体）を検出することが可能であるため、この手法により感染症のウイルスや細菌などの微生物を超高感度に、しかも高速に検出することができる。【０１４７】  １−７．本発明の電界効果トランジスタの用途
本発明のＦＥＴは、任意の用途に用いることができる。例えば、本発明のＦＥＴは、集積回路、ｐＨメータ、バイオセンサなどに用いることができるが、バイオセンサに用いられることが好ましい。バイオセンサに用いられる場合、本発明のＦＥＴは、被検出物質に反応する被検出物質認識分子が結合されていることが好ましい。【０１４８】  ２．本発明のＦＥＴを用いたバイオセンサ
前述の通り、本発明のＦＥＴは、バイオセンサに適用できる。本発明のＦＥＴを用いたバイオセンサ（以下「本発明のバイオセンサ」という）は、本発明のＦＥＴ、および被検出物質と相互作用（例えば結合など）することができる被検出物質認識分子を有する。このとき、被検出物質認識分子は、本発明のＦＥＴに結合されていることが好ましい。【０１４９】  被検出物質認識分子は、特に限定されないが、例えば、抗体、抗原、酵素、受容体、核酸、細胞、微生物などである。また、被検出物質は、特に限定されないが、例えば、抗原、抗体、微生物（ウイルス、細菌など）、化学物質（残留農薬など）などである。【０１５０】  本発明のバイオセンサは、被検出物質が被検出物質認識分子と相互作用することにより生じるソース−ドレイン電流またはソース−ドレイン電圧の変化に基づいて被検出物質の検出を行う。ソース−ドレイン電流の変化は、例えば、Ｉ−Ｖ特性曲線またはＩ−Ｖｇ特性曲線から確認されうる。Ｉ−Ｖ特性曲線は、ゲート電圧を一定にしたときの、ソース−ドレイン電流とソース−ドレイン電圧との関係を示す曲線である。また、Ｉ−Ｖｇ特性曲線は、ソース−ドレイン電圧を一定にしたときの、ソース−ドレイン電流とゲート電圧との関係を示す曲線である。【０１５１】  本発明のバイオセンサは、検出動作をするためには通電する必要がある。したがって、本発明のバイオセンサは、後述するように、電源または電力取得手段をさらに有するバイオセンサ装置の態様を採ることが好ましい。【０１５２】  ２−１．被検出物質認識部位を結合させる部位について
本発明のバイオセンサにおいて、被検出物質認識分子が本発明のＦＥＴに結合される部位は、特に限定されないが、例えば、ソース電極とドレイン電極とを接続する超微細繊維体、超微細繊維体を保護する絶縁性保護膜、基板の第二の絶縁膜、ゲート電極などがある。【０１５３】  以下、被検出物質認識分子を本発明のＦＥＴに結合させる例を示す。【０１５４】  図２９〜図３３は、被検出物質認識分子を本発明のバックゲート型ＦＥＴに結合させた例を示す図である。【０１５５】  図２９は、被検出物質認識分子を超微細繊維体に結合させた例を示す図である。この例では、被検出物質認識分子がチャネルである超微細繊維体に直接結合しているため、検出感度が向上しうる。【０１５６】  図３０は、被検出物質認識分子を絶縁性保護膜に結合させた例を示す図である。この例では、試料溶液が超微細繊維体と直接接触することがないので、ノイズを減らすことができる。【０１５７】  図３１は、被検出物質認識分子を第二の絶縁膜に結合させた例を示す図である。この例では、超微細繊維体を損傷させることなく基板の第二の面を洗浄することができるので、再利用することが容易である。また、基板の第二の面全体に被検出物質認識分子を結合させることができるため、比較的多くの被検出物質認識分子を結合させることができる。【０１５８】  図３１（Ａ）は、バックゲート電極が第二の絶縁膜と接触せずに配置されている場合に、被検出物質認識分子を第二の絶縁膜に結合させた例を示す図である。図３１（Ｂ）および図３１（Ｃ）は、バックゲート電極が第二の絶縁膜と接触するように配置されている場合に、被検出物質認識分子を第二の絶縁膜に結合させた例を示す図である。試料溶液は、バックゲート電極に接触しなくても（図３１（Ｂ））しても（図３１（Ｃ））よい。図３１（Ｄ）は、バックゲート電極が第二の絶縁膜上に複数配置されている場合に、複数種の被検出物質認識分子をそれぞれ第二の絶縁膜に結合させた例を示す図である。【０１５９】  図３２は、基板の第二の面上に凹部を形成し、この凹部の底に位置する第二の絶縁膜に被検出物質認識分子を結合させた例を示す図である。凹部の側壁の材質は、特に限定されないが、例えば、酸化シリコンである。この例では、凹部の容積を調整することにより、一定量の試料溶液を提供することができる。また、添加された試料溶液が散逸されにくく、被検出物質認識分子が結合された部位に安定して保持されうる。【０１６０】  図３２（Ａ）および図３２（Ｂ）は、バックゲート電極を凹部の蓋として機能させる例を示す図である。図３２（Ｃ）は、バックゲート電極を凹部の側壁上に配置させた例を示す図である。図３２（Ｄ）は、バックゲート電極を凹部の側壁側面に配置させた例を示す図である。図３２（Ｅ）は、バックゲート電極を凹部外の第二の絶縁膜上に配置させた例を示す図である。【０１６１】  図３３は、被検出物質認識分子をゲート電極に結合させた例を示す図である。この例では、超微細繊維体を損傷させることなく基板の第二の面を洗浄することができるので、再利用することが容易である。【０１６２】  図３３（Ａ）は、バックゲート電極が一つ配置されている場合に、被検出物質認識分子をバックゲート電極に���合させた例を示す図である。図３２（Ｂ）は、バックゲート電極が複数配置されている場合に、複数種の被検出物質認識分子をそれぞれ異なるバックゲート電極に結合させた例を示す図である。【０１６３】  図３４〜図３８は、被検出物質認識分子を本発明のサイドゲート型ＦＥＴに結合させた例を示す図である。【０１６４】  図３４は、被検出物質認識分子を超微細繊維体に結合させた例を示す図である。この例では、被検出物質認識分子がチャネルである超微細繊維体に直接結合しているため、検出感度が向上しうる。【０１６５】  図３５は、被検出物質認識分子を絶縁性保護膜に結合させた例を示す図である。この例では、試料溶液が超微細繊維体および電極と直接接触することがないので、高感度センサを提供しうる。【０１６６】  図３５（Ａ）は、被検出物質認識分子を、超微細繊維体素子を保護する絶縁性保護膜に結合させた例を示す図である。図３５（Ｂ）は、被検出物質認識分子を、超微細繊維体素子およびゲート電極を保護する絶縁性保護膜に結合させた例を示す図である。【０１６７】  図３６は、サイドゲート電極が第二の絶縁膜と接触するように配置されている場合に、被検出物質認識分子を第二の絶縁膜に結合させた例を示す図である。試料溶液は、バックゲート電極に接触しても（図３６（Ａ））しなくても（図３６（Ｂ））よい。【０１６８】  図３７は、基板の第二の面上に凹部を形成し、この凹部の底に位置する第二の絶縁膜に被検出物質認識分子を結合させた例を示す図である。凹部の側壁の材質は、特に限定されないが、例えば、酸化シリコンである。この例では、被検出物質認識分子が結合されている部位（すなわち凹部内）に試料溶液を的確に位置させることができる。【０１６９】  図３８は、被検出物質認識分子をゲート電極に結合させた例を示す図である。【０１７０】  図３９〜図４４は、被検出物質認識分子を本発明の分離ゲート型ＦＥＴに結合させた例を示す図である。本発明の分離ゲート型ＦＥＴを含むバイオセンサである場合、被検出物質認識分子は、ゲート素子部に結合されていることが好ましい。【０１７１】  図３９は、分離ゲート電極が絶縁膜と接触せずに配置されている場合に、被検出物質認識分子を絶縁膜に結合させた例を示す図である。【０１７２】  図４０は、分離ゲート電極が絶縁膜と接触するように配置されている場合に、被検出物質認識分子を絶縁膜に結合させた例を示す図である。試料溶液は、分離ゲート電極に接触していても（図４０（Ａ））しなくても（図４０（Ｂ））よい。図４０（Ｃ）は、分離ゲート電極が複数配置されている場合に、複数種の被検出物質認識分子をそれぞれ絶縁膜に結合させた例を示す図である。【０１７３】  図４１は、被検出物質認識分子をゲート電極に結合させた例を示す図である。図４１（Ａ）は、分離ゲート電極が一つ配置されている場合に、被検出物質認識分子を分離ゲート電極に結合させた例を示す図である。図４１（Ｂ）は、分離ゲート電極が複数配置されている場合に、複数種の被検出物質認識分子をそれぞれ異なる分離ゲート電極に結合させた例を示す図である。【０１７４】  図４２は、ゲート素子部が複数ある場合に、複数種の被検出物質認識分子をそれぞれ異なる分離ゲート電極に結���させた例を示す図である。【０１７５】  図４３は、超微細繊維体素子部およびゲート素子部が、導電性基板を挟むように配置され、かつゲート素子部上に分離ゲート電極が複数配置されている場合に、複数種の被検出物質認識分子をそれぞれ絶縁膜に結合させた例を示す図である。この例では、ゲート素子部を超微細繊維体素子部から取り外すことを容易に行うことができる。したがって、一の超微細繊維体素子部に対して、複数のゲート素子部を付け替えることが可能である。【０１７６】  図４４は、超微細繊維体素子部およびゲート素子部が、導電性部材によって電気的に接続され、かつゲート素子部上に分離ゲート電極が複数配置されている場合に、複数種の被検出物質認識分子をそれぞれ絶縁膜に結合させた例を示す図である。【０１７７】  ２−２．被検出物質認識分子を結合させる方法について
前述の通り、本発明のバイオセンサは、被検出物質認識分子が本発明のＦＥＴに結合されていることが好ましい。【０１７８】  以下において、基板、ゲート電極、または超微細繊維体に被検出物質認識分子を結合させる４つの方法を説明する。特に、被検出物質認識分子が抗体である場合を例にとって説明する。【０１７９】  第１の方法は、被検出物質認識分子としてヒスタグ融合認識分子を用いる方法である。その一例として、ヒスタグ融合抗体を超微細繊維体（ＣＮＴ）に結合する方法を、図４５を用いて説明する。同様の方法で、ヒスタグ融合抗体を基板およびゲート電極にも結合させることができる。【０１８０】  まず、遺伝子操作によってヒスタグ５１を融合した抗体５０を作製する。次に、ＦＥＴの超微細繊維体をピレンで直接修飾する。ＮＴＡ５２を、修飾した超微細繊維体に結合させる。この後、遷移金属イオン（ニッケルイオンやコバルトイオンなど）を含む溶液を超微細繊維体に滴下し、超微細繊維体に結合したＮＴＡ５２と錯体を形成させる。さらに、ヒスタグ５１を融合した抗体５０を含む溶液を滴下することにより、図４５（Ａ）のように抗体５０を超微細繊維体に結合させる。このように結合された抗体５０は、結合面に対して一定の配向性を有する。【０１８１】  基板の絶縁膜にＮＴＡ５２を固定化させる場合は、絶縁膜をシラン化カップリング剤で処理するなどの方法が有効である。また、ゲート電極（金属）にＮＴＡ５２を固定化させる場合は、ＮＴＡ５２のＮ−マレイミド基にチオール基を付加するなどの方法が有効である。このように結合された抗体５０は、結合面に対して一定の配向性を有する。【０１８２】  第２の方法は、被検出物質認識分子がＩｇＧ型抗体の場合、プロテインＡ、プロテインＧ、プロテインＬ、またはそれらのＩｇＧ結合ドメインを用いる方法である。ここで述べる抗体とは、抗原との特異的な結合能を有する一本鎖抗体などを含む。【０１８３】  プロテインＡ、プロテインＧ、またはそのＩｇＧ結合特性を組み合わせた融合タンパク質であるプロテインＡ／Ｇは、ＩｇＧ型免疫グロブリンのＦｃ領域に結合する能力を有する。プロテインＬは、ＩｇＧ型免疫グロブリンの軽鎖のκ鎖に結合する能力を有する。また、いずれも他のタンパク質と同様に、金表面に付着しやすい特性を有する。【０１８４】  これらの特性を利用して、金で作製されたゲート電極に、プロテインＡ、プロテインＧ、プロテインＡ／Ｇ、プロテインＬ、またはそれらのＩｇＧ結合ドメインを有する組換えタンパク質５３（以下「ＩｇＧ結合タンパク質」ともいう）を直接付着させ、付着させたＩｇＧ結合タンパク質５３に、被検出物質認識分子として用いるＩｇＧ型抗体５０を結合させることで、抗体５０をある程度配向させることができる。ただしこの第２の方法では、ＩｇＧ結合タンパク質５３がランダムに電極に結合してしまうため、十分な配向性が得られないことがある（図４５（Ｂ）を参照）。【０１８５】  第３の方法は、ＩｇＧ結合タンパク質にヒスタグを付加し、ＮＴＡ−Ｎｉとヒスタグを介してＩｇＧ結合タンパク質を結合させることで、第１の方法と同じように被検出物質認識分子（抗体）を配向させる方法である。また、ヒスタグを付加することによって、ゲート電極以外にも、絶縁膜や超微細繊維体に被検出物質認識分子（抗体）を配向させることができる。【０１８６】  以下において、ヒスタグを付加されたＩｇＧ結合タンパク質を絶縁膜に結合する方法を、図４５（Ｃ）を参照して説明する。超微細繊維体およびゲート電極にも同様の方法で結合させることができる。【０１８７】  まず、遺伝子操作によってヒスタグ５１を付加したＩｇＧ結合タンパク質５３を作製する。ＩｇＧ結合タンパク質５３において、抗体結合部位の位置を考慮してヒスタグの付加部位を設定することにより、抗体の配向性を高めることができる。次に、絶縁膜をシラン化カップリング剤で処理し、修飾した基板にＮＴＡ５２を結合させ、遷移金属イオン（ニッケルイオンやコバルトイオンなど）を含む溶液を基板上に滴下し、基板上に固定したＮＴＡ５２と錯体を形成させ、さらに、ヒスタグ５１を付加したＩｇＧ結合タンパク質５３を含む溶液を滴下することにより、ＩｇＧ結合タンパク質５３を絶縁膜に固定する。固定したＩｇＧ結合タンパク質５３に、被検出物質認識分子として用いるＩｇＧ型抗体５０を結合させることで、図４５（Ｃ）のように、抗体に配向性を持たせることができる。【０１８８】  第４の方法は、図４５（Ｄ）に示されるように、被検出物質認識分子を、それぞれ官能基（それぞれ同一でも異なっていてもよい）と共有結合を形成する二つの官能基５５，５６を有する二価性架橋試薬５４を介して、絶縁膜、ゲート電極または超微細繊維体に結合する方法である。二価性架橋試薬５４は、二つの官能基５５，５６と、それを結合するポリエチレングリコールなどの親水性ポリマー鎖またはアルキル鎖などの疎水性鎖を含む。官能基５５，５６の例には、一方がアミノ基、他方がチオール基とそれぞれ共有結合を形成する基が含まれる。【０１８９】  例えば、絶縁膜に結合する場合は、１）被検出物質認識分子（抗体５０）と二価性架橋試薬５４とを反応させた後、透析などにより未反応の二価性架橋試薬を除去し、シラン化カップリング剤で処理した基板絶縁膜と、被検出物質認識分子−二価性架橋試薬複合体を反応させて固定する。または、２）シラン化カップリング剤で処理した基板絶縁膜面と二価性架橋試薬５４を反応させ、被検出物質認識分子（抗体５０）を反応させて固定する。【０１９０】  図４５（Ａ）に示されるＮＴＡを用いる方法では、ヒスタグが付加された被検出物質認識分子を遺伝子操作により調製するため、その調製に数ヶ月単位の時間を要する。被検出物質認識分子が抗体である場合、ヒスタグが付加された抗体を調製するために、目的の抗体を産生するハイブリドーマが必要となる。しかしながらハイブリドーマの入手は通常困難であり、自ら作製することは多大な労力を要する。したがって図４５（Ｃ）に示すようにＩｇＧ結合タンパク質５３を用いる方法では、それらのヒスタグが付加されたタンパク質をいったん作製すれば、ＩｇＧ型抗体に適用できるので、様々な被検出物質を短時間で検出することができる。また、図４５（Ｄ）に示されるように二価性架橋試薬５４による方法では、ヒスタグを導入するための遺伝子改変操作が必要ないので、被検出物質認識分子をさらに迅速に調製することができる。【０１９１】  さらには、抗体を被検出物質認識分子として用いる場合、ＮＴＡを用いる方法ではポリクローナル抗体の使用が困難であるが、二価性架橋試薬による固定化法ではポリクローナル抗体を使用できるので、バイオセンサとしての感度や精度の向上が期待できる。また、二価性架橋試薬には、二つの官能基５５，５６の間に親水性ポリマー鎖や疎水性鎖が存在するので、検出時のバックグラウンドが低減されうる。【０１９２】  ２−３．着脱可能な素子部を有するバイオセンサ装置について
本発明のバイオセンサ装置は、バイオセンサ装置本体に着脱可能な、被検出物質認識分子を有する素子部を備えていてもよい。素子部がバイオセンサ装置本体に装着されると、素子部内の電極（ソース電極、ドレイン電極およびゲート電極のいずれか一つまたは複数）が電気的に接続され、検出動作を行うことができるようになる。【０１９３】  図４６は、着脱可能な素子部を有する本発明のバイオセンサ装置の一例を示す概略図である。図４６に示されるように、素子部はチップ化されていることが好ましい。【０１９４】  図４６において、バイオセンサ装置は、バイオセンサ装置本体７６０１、および被検出物質認識分子を含む素子部７７０２から構成される。バイオセンサ装置本体７６０１は、検出結果を表示する表示部７６０４を備える。【０１９５】  バイオセンサ装置本体は、通常は電源を備えるが、Ｄ／Ａコンバータを設けて外部電源を利用するか、またはＵＳＢインタフェースにより外部から電力を取得するようにしてもよい。また、バイオセンサ装置本体は、表示部で検出結果を表示する代わりに、インタフェースを設けて外部出力してもよい。さらに、バイオセンサ装置本体は、検出結果を一時記憶する記憶手段を設けてもよい。これにより、バイオセンサ装置本体は、検出結果を無線送信手段により送信することで、検出結果を集計センターなどで集中管理することもできる。【０１９６】  バイオセンサ装置本体に着脱可能な素子部は、少なくとも被検出物質認識分子を有し、（Ａ）被検出物質認識分子が結合された本発明のバックゲート型ＦＥＴ、（Ｂ）被検出物質認識分子が結合された本発明のサイドゲート型ＦＥＴ、および（Ｃ）本発明の分離ゲート型ＦＥＴにおける被検出物質認識分子が結合されたゲート素子部、のいずれかを有することが好ましい。以下、各態様について説明する。【０１９７】  （Ａ）本発明のバックゲート型ＦＥＴを素子部に有するバイオセンサ装置
本態様において、バイオセンサ装置本体は、電源、および表示部を備える。電源は、外部から電力を取得する外部電力取得手段に替えてもよい。また、表示部は、外部出力するようにしてもよい。【０１９８】  本態様において、素子部は、本発明のバックゲート型ＦＥＴ、および本発明のバックゲート型ＦＥＴに結合される被検出物質認識分子を有する。素子部に用いられる本発明のバックゲート型ＦＥＴは、前述のバックゲート型ＦＥＴの各態様をとることができる。素子部がバイオセンサ装置本体に装着されると、素子部内のソース電極、ドレイン電極およびゲート電極は、バイオセンサ装置本体内の電源と電気的に接続されうる。【０１９９】  被検出物質認識分子が本発明のバックゲート型ＦＥＴに結合される部位は、前述の通り、超微細繊維体、絶縁性保護膜（ある場合）、第二の絶縁膜、ゲート電極などであるが、第二の絶縁膜が好ましい。被検出物質認識分子が結合された部位に試料溶液を添加しても、超微細繊維体が汚染されるのを防ぐことができるからである。また、超微細繊維体を損傷させることなく被検出物質認識分子が結合された部位を洗浄することができるというメリットもある。【０２００】  ゲート電極は、第二の絶縁膜に直接接触して配置されていてもよく、第二の絶縁膜から離されて配置されていてもよい。被検出物質認識分子が第二の絶縁膜に結合される場合、ゲート電極は、第二の絶縁膜から離されて配置されるのが好ましい。また、ゲート電極が第二の絶縁膜から離されて配置される場合、ゲート電極の大きさは、第二の絶縁膜全面を被覆しうる大きさが好ましい。被検出物質認識分子を第二の絶縁膜の全面に結合させることができるからである。ゲート電極は、前述の通り、一つでも、複数でもよい。【０２０１】  図４７は、本発明のバックゲート型ＦＥＴを素子部に有するバイオセンサ装置の一例を示す図である。図４７において、バイオセンサ装置は、バイオセンサ装置本体７６０１、およびバイオセンサ装置本体上に配置された素子部７６０２を備える。【０２０２】  バイオセンサ装置本体７６０１は、電源７６０３、および表示部７６０４を備える。【０２０３】  素子部７６０２は、バイオセンサ装置本体７６０１に着脱自在であり、基板７６０９、超微細繊維体素子７６０５、ゲート電極７６１４および被検出物質認識分子７６１３を有する。【０２０４】  基板７６０９は、支持基板７６０８、ならびに第一の絶縁膜７６０７および第二の絶縁膜７６１６から構成される。また、超微細繊維体素子７６０５は、第一の絶縁膜７６０７上に配置されたソース電極７６１０およびドレイン電極７６１１、ならびにソース電極７６１０とドレイン電極７６１１とを電気的に接続する超微細繊維体７６１２から構成される。ソース電極７６１０およびドレイン電極７６１１は、素子部７６０２がバイオセンサ装置本体７６０１に装着されたとき、電源７６０３に接続されて電圧を制御されうる。【０２０５】  基板７６０９の第二の絶縁膜７６１６上には、被検出物質と特異的に反応する被検出物質認識分子７６１３が結合される。ゲート電極７６１４は、被検出物質認識分子が結合された第二の絶縁膜７６１６から垂直方向に離間配置されている。また、ゲート電極７６１４は��素子部７６０２がバイオセンサ装置本体７６０１に装着されたとき、電源７６０３に接続されて電圧を制御されうる。図４７には、試料溶液７６１５が、第二の絶縁膜７６１６とゲート電極７６１４との間に存在している状態が示されている。【０２０６】  図４７に示されたバイオセンサ装置により被検出物質を検出するには、試料溶液７６１５を第二の絶縁膜７６１６上に滴下し（場合によりこれを乾燥し）、ゲート電極７６１４を配置した素子部７６０２をバイオセンサ装置本体７６０１に装着し、ゲート電極およびドレイン電極ならびにゲート電極に電圧をかければよい。それにより、例えば、第二の絶縁膜７６１６上における分子間相互作用によって素子部７６０２のソース−ドレイン電流の変化が引き起こされる。その変化を表示部７６０４に表示する。【０２０７】  （Ｂ）本発明のサイドゲート型ＦＥＴを素子部に有するバイオセンサ装置
本態様において、バイオセンサ装置本体は、電源、および表示部を備える。電源は、外部から電力を取得する外部電力取得手段に替えてもよい。また、表示部は、外部出力するようにしてもよい。【０２０８】  本態様において、素子部は、本発明のサイドゲート型ＦＥＴ、および本発明のサイドゲート型ＦＥＴに結合される被検出物質認識分子を有する。素子部に用いられる本発明のサイドゲート型ＦＥＴは、前述のサイドゲート型ＦＥＴの各態様をとることができる。素子部がバイオセンサ装置本体に装着されると、素子部内のソース電極、ドレイン電極およびゲート電極は、バイオセンサ装置本体内の電源と電気的に接続されうる。【０２０９】  被検出物質認識分子が本発明のサイドゲート型ＦＥＴに結合される部位は、前述の通り、超微細繊維体、絶縁性保護膜（ある場合）、ゲート電極などであるが、ゲート電極が好ましい。被検出物質認識分子が電極上に限られると、その映像電荷が電極内のみに生じるため、他の電極内の映像電荷と干渉しにくくなるからである。【０２１０】  ゲート電極は、第一の絶縁膜に直接接触して配置されていてもよく、第二の絶縁膜から離されて配置されていてもよい。被検出物質認識分子がゲート電極に結合される場合、ゲート電極は、第二の絶縁膜に直接接触して配置されるのが好ましい。また、ゲート電極は、前述の通り、一つでも複数でもよい。【０２１１】  図４８は、本発明のサイドゲート型ＦＥＴを素子部に有するバイオセンサ装置の一例を示す図である。図４８（Ａ）において、バイオセンサ装置は、バイオセンサ装置本体７６０１、およびバイオセンサ装置本体の上部に配置された素子部７６０２を備える。バイオセンサ装置本体７６０１は、電源７６０３、および表示部７６０４を備える。【０２１２】  素子部７６０２は、バイオセンサ装置本体７６０１に着脱自在であり、基板７６０９、超微細繊維体素子７６０５、複数のゲート電極７６１４および被検出物質認識分子７６１３を有する。【０２１３】  基板７６０９は、支持基板７６０８、第一の絶縁膜７６０７、および第二の絶縁膜７６１６から構成される。また、超微細繊維体素子７６０５は、第一の絶縁膜７６０７上に配置されたソース電極７６１０およびドレイン電極７６１１、ならびにソース電極７６１０とドレイン電極７６１１とを電気的に接続する超微細繊維体７６１２から構成される。ソース電極７６１０およびドレイン電極７６１１ならびにゲート電極７６１４は、素子部７６０２がバイオセンサ装置本体７６０１に装着されたとき、電源７６０３に接続されて電圧を制御されうる。【０２１４】  第一の絶縁膜７６０７上に配置されたゲート電極７６１４上には、それぞれ被検出物質と特異的に反応する被検出物質認識分子７６１３が結合される。このとき、ゲート電極７６１４に結合される被検出物質認識分子７６１３は、それぞれ異なるものであってもよい。それにより、一つの試料溶液７６１５から複数種の被検出物質を検出することができる。図４８（Ａ）には、試料溶液７６１５が、複数のゲート電極７６１４上に存在している状態が示されている。【０２１５】  図４８（Ａ）に示されたバイオセンサ装置により被検出物質を検出するには、試料溶液７６１５をゲート電極７６��４上に滴下し（場合によりこれを乾燥し）、素子部７６０２をバイオセンサ装置本体７６０１に装着し、各素子に電圧をかければよい。それにより、例えば、ゲート電極７６１４における分子間相互作用によって、素子部７６０５のソース−ドレイン電流の変化が引き起こされる。その変化を表示部７６０４に表示する。【０２１６】  図４８（Ｂ）は、図４８（Ａ）に示されるバイオセンサ装置の素子部７６０２の一例を示す図である。素子部７６０２はチップ化されていることが好ましい。図４８（Ｂ）は、図４８（Ａ）のバイオセンサ装置のチップ７７０２の平面図である。【０２１７】  チップ７７０２は、ケース７７０３、およびその内部に収容される素子部７６０２を有する。素子部７６０２は、互いに隣接配置される４つのゲート電極７６１４、ソース電極７６１０およびドレイン電極７６１１、ならびに超微細繊維体を有する。各ゲート電極７６１４はケース７７０３側部に固定された導電ピン７７０４にボンディング接続されている。【０２１８】  試料溶液を滴下された（場合によりこれを乾燥された）チップ７７０２を導電ピン７７０４を下にしてバイオセンサ装置本体７６０１に装着することにより、各電極と接続された導電ピン７７０４は、装置本体７６０１の電源７６０３に接続される。【０２１９】  図４８（Ｂ）に示されるように、４つのゲート電極７６１４の端部が、すべて中心部に位置するように隣接配置されていれば、その中心部に試料溶液を滴下することにより、一度に多項目の検出を行うことができる。同様に、ゲート電極各々を扇状に、かつ、ゲート電極の集合をほぼ円形となるよう配置してもよい。【０２２０】  （Ｃ）本発明の分離ゲート型ＦＥＴのゲート素子部を素子部に有するバイオセンサ装置
本態様において、バイオセンサ装置本体は、電源、表示部、および本発明の分離ゲート型ＦＥＴの超微細繊維体素子部を備える。電源は、外部から電力を取得する外部電力取得手段に替えてもよい。また、表示部は、外部出力するようにしてもよい。超微細繊維体素子部内のソース電極、ドレイン電極およびチャネルは、電源と電気的に接続されている。【０２２１】  本態様において、素子部は、本発明の分離ゲート型ＦＥＴのゲート素子部、およびゲート素子部に結合される被検出物質認識分子を有する。素子部に用いられるゲート素子部は、前述のゲート素子部の各態様をとることができる。素子部がバイオセンサ装置本体に装着されると、素子部内のゲート電極はバイオセンサ装置本体内の電源と電気的に接続され、第二の基板はバイオセンサ装置本体内の超微細繊維体素子部の基板と電気的に接続されうる。【０２２２】  被検出物質認識分子が本発明の分離ゲート型ＦＥＴのゲート素子部に結合される部位は、前述の通り、ゲート電極、第二の基板の第一の面（ゲート電極が配置される面）の絶縁膜などであるが、ゲート電極が好ましい。被検出物質認識分子が電極上に限られると、その映像電荷が電極内のみに生じるため、他の電極内の映像電荷と干渉しにくくなるからである。また、後述するように、ゲート電極を複数にし、それぞれ異なる被検出物質認識分子を結合させることにより、多項目の検出を行うことができる。【０２２３】  ゲート電極は、第二の基板に直接接触して配置されていてもよく、第二の基板から離されて配置されていてもよい。また、ゲート電極は、前述の通り、一つでも複数でもよい。【０２２４】  図４９および図５０は、ゲート素子部を素子部に有するバイオセンサ装置の一例を示す図である。【０２２５】  図４９（Ａ）において、バイオセンサ装置は、バイオセンサ装置本体７６０１、およびバイオセンサ装置本体の上部に配置された素子部７８０２を備える。【０２２６】  バイオセンサ装置本体７６０１は、電源７６０３、表示部７６０４および超微細繊維体素子部７８０１を備える。【０２２７】  超微細繊維体素子部７８０１は、基板７６０９および超微細繊維体素子７６０５を有し、導電性基板７８０３ｂに載置される。基板７６０９は、支持基板７６０８、第一の絶縁膜７６０７、および第二の絶縁膜７６１６から構成される。また、超微細繊維体素子７６０５は、第一の絶縁膜７６０７上に配置されたソース電極７６１０およびドレイン電極７６１１、ならびにソース電極７６１０とドレイン電極７６１１とを電気的に接続する超微細繊維体７６１２から構成される。ソース電極７６１０およびドレイン電極７６１１は、電源７６０３に接続されて電圧を制御される。【０２２８】  素子部７８０２は、バイオセンサ装置本体７６０１に着脱自在であり、第二の基板７６２０、複数のゲート電極７６１４、および被検出物質認識分子７６１３を有し、導電性基板７８０３ａに載置される。また、第二の基板７６２０は、第二の支持基板７６１７、第二の支持基板７６１７の第一の面上に位置する第三の絶縁膜７６１８、および第二の支持基板７６１７の第二の面上に位置する第四の絶縁膜７６１９から構成される。ゲート電極７６１４は、素子部７８０２がバイオセン��装置本体７６０１に装着されたとき、電源７６０３に接続されて電圧を制御されうる。また、素子部７８０２は、バイオセンサ装置本体７６０１に装着されたとき、導電性基板７８０３ａ、７８０３ｂを介して、超微細繊維体素子部７８０１に電気的に接続されうる。【０２２９】  第三の絶縁膜７６１８上に配置されたゲート電極７６１４上には、それぞれ被検出物質と特異的に反応する被検出物質認識分子７６１３が結合される。このとき、ゲート電極７６１４に結合される被検出物質認識分子７６１３は、それぞれ異なるものであってもよい。これにより、一つの試料溶液７６１５から複数種の被検出物質を検出することができる。図４９（Ａ）には、試料溶液７６１５が、複数のゲート電極７６１４上に存在している状態が示されている。【０２３０】  図４９（Ａ）に示されたバイオセンサ装置により被検出物質を検出するには、試料溶液７６１５をゲート電極７６１４上に滴下し（場合によりこれを乾燥し）、素子部７８０２をバイオセンサ装置本体７６０１に装着し、各素子に電圧をかければよい。それにより、例えば、ゲート電極７６１４上における分子間相互作用によって、超微細繊維体素子部７８０１のソース−ドレイン電流の変化が引き起こされる。その変化を表示部７６０４に表示する。【０２３１】  図４９（Ａ）に示されたバイオセンサ装置では、超微細繊維体素子部７８０１が、素子部７８０２内に含まれるゲート素子部と分離されて、バイオセンサ装置本体７６０１内に配置される。素子部７８０２は、バイオセンサ装置本体７６０１に対して着脱自在にされているため、超微細繊維体素子部７８０１は、物理的および化学的負担を受けなくなる。したがって、超微細繊維体素子部７８０１の寿命が著しく延びる。そのため、超微細繊維体素子部７８０１の特性を一度計測し、その超微細繊維体素子部７８０１独自の検量線を作成しておくことにより、未知の試料に対して検量線から被検出物質の濃度を検出することも可能となる。一の超微細繊維体素子部７８０１を用いて、被検出物質認識素子部７８０２を都度交換しつつ、被検出物質の検出を行うことができるため、超微細繊維体素子部７８０１を長期にわたって使用でき、かつ被検出物質認識素子部７８０２を使い捨てることもできる。【０２３２】  超微細繊維体素子部７８０１のバイオセンサ装置本体７６０１内での位置は、特に限定されず、素子部７８０２が装着されたときに、超微細繊維体素子部７８０１の導電性基板７８０３ｂと素子部７８０２の導電性基板７８０３ａとが電気的に接続されればよい。例えば、超微細繊維体素子部７８０１を、導電性基板７８０３ｂが上方に向けられた状態でバイオセンサ装置本体７６０１上部に配置しておき、素子部７８０２が装着されると、導電性基板７８０３ｂと導電性基板７８０３ａとが接触して接続するようにしてもよい（図４３の分離ゲート型ＦＥＴ参照）。【０２３３】  図４９（Ｂ）および図４９（Ｃ）は、図４９（Ａ）に示されるバイオセンサ装置の素子部７８０２の一例を示す図である。素子部７８０２は、チップ化されていることが好ましい。図４９（Ｂ）および図４９（Ｃ）は、それぞれ図４９（Ａ）のバイオセンサ装置のチップ７８０４の斜視図および断面図である。���０２３４】  チップ７８０４は、ケース７７０３およびその内部に収容される素子部７８０２を含む。素子部７８０２は、互いに隣接配置される４つのゲート電極７６１４を有し、導電性基板７８０３に載置される。各ゲート電極７６１４は、ケース７７０３側部に固定された導電ピン７７０４にボンディング接続され、導電性基板７８０３は別の導電ピン７７０４に接続される。【０２３５】  試料溶液を滴下した（場合によりこれを乾燥した）チップ７８０４を、導電ピン７７０４を下にしてバイオセンサ装置本体７６０１に装着することにより、導電ピン７７０４のそれぞれは、バイオセンサ装置本体７６０１の電源７６０３および超微細繊維体素子部７８０１が載置される導電性基板７８０３ｂと接続される。【０２３６】  図４９（Ｂ）に示されるように、４つのゲート電極７６１４の端部は、全て中心部に位置するように隣接配置されているため、その中心部に試料溶液を滴下することにより、一度に多項目の検出を行うことができる。ゲート電極各々を扇状に、かつ、ゲート電極の集合をほぼ円形となるよう形成してもよい。これらについては後述する。【０２３７】  図５０に示されるバイオセンサ装置は、バイオセンサ装置本体７６０１、バイオセンサ装置本体の内部に配置された素子部７８０２とから構成される。バイオセンサ装置本体７６０１が、超微細繊維体素子部７８０１、電源７６０３および表示部７６０４を有する点は、図４９に示されるバイオセンサ装置と同様である。図５０に示されるバイオセンサ装置では、素子部７８０２が、矢印Ａ方向に移動されることにより、バイオセンサ装置本体７６０１に着脱自在にされている。【０２３８】  素子部７８０２がバイオセンサ装置本体７６０１に装着されると、ゲート電極７６１４は電源７６０３と、導電性基板７８０３ａは超微細繊維体素子部７８０１の導電性基板７８０３ｂと、それぞれ電気的に接続されうる。【０２３９】  図５０（Ｂ）および図５０（Ｃ）は、それぞれ図５０（Ａ）のバイオセンサ装置のチップ７８０４の斜視図および断面図である。チップ７８０４は、ケース７７０３と、その内部に収容される素子部７８０２を含む。素子部７８０２は、互いに隣接配置される４つのゲート電極７６１４を有し、導電性基板７８０３ａに載置される。ゲート電極７６１４のそれぞれは、ケース７７０３側部に形成された平板電極７９０１に接続される。また、導電性基板７８０３ａは、別の平板電極７９０１に接続される。【０２４０】  試料溶液７６１５を滴下した（場合によりこれを乾燥した）チップ７８０４を、平板電極７９０１を前にして装置本体７６０１に差し込むようにして装着すると、平板電極７９０１はそれぞれ装置本体７６０１の電源７６０３および超微細繊維体素子部７８０１の導電性基板７８０３ｂと接続されうる。【０２４１】  図５０（Ｂ）に示されるように、４つのゲート電極７６１４の端部が、全て中心部に位置するように隣接配置されているため、その中心部に試料溶液を滴下することにより、一度に多項目の検出を行うことができる。また、ゲート電極のそれぞれを扇状に、かつ、ゲート電極の集合をほぼ円形となるよう形成してもよい。いずれの場合も、全てのゲート電極７６１４とケースの一方の端部に並列配置された平板電極７９０１とが接続されているが、ゲート電極７６１４から端部平板電極７９０１への配線経路は、全てゲート電極７６１４の集まりの外側とすることが好ましい。このような経路をとることにより、複数のゲート電極７６１４の端部を、相互に隣接する中心位置付近でより近接させることができる。【０２４２】  ［チップについて］
本発明のバイオセンサ装置は、図４９および図５０に示されるように、バイオセンサ装置本体に着脱可能な、本発明の分離ゲート型ＦＥＴのゲート素子部を含むチップ７８０４が含まれていてもよい。図５１は、チップ７８０４の例を示す図である。ゲート電極に試料溶液を滴下することにより被検出物質を検出することができる。【０２４３】  図５１（Ａ）において、チップ７８０４は、導電性基板７８０３ａ、ゲート電極７６１４およびゲート電極７６１４に結合した被検出物質認識分子７６１３を有する。チップ７８０４内の導電性基板７８０３ａおよびゲート電極７６１４は、導電ピン７７０４を通して装置本体の接続端子８００１に電気的に接続される。【０２４４】  図５１（Ａ）に示されるチップ７８０４は、複数のゲート電極７６１４を有しうる。その場合、複数のゲート電極７６１４にそれぞれ異なる被検出物質認識分子７６１３を結合させ、それぞれのゲート電極７６１４に電圧を印加することで、一検体多項目の検出を行うことができる。【０２４５】  図５１（Ｂ）において、チップ７８０４は、ゲート電極７６１４およびゲート電極７６１４に結合した被検出物質認識分子７６１３を有する。導電性基板７８０３ａは、バイオセンサ装置本体に配置される。チップ７８０４内の導電性基板７８０３ａおよびゲート電極７６１４は、導電ピン７７０４を通して装置本体の接続端子８００１に接続される。この例では、導電性基板７８０３ａがバイオセンサ装置本体に配置されるため、チップ７８０４の製造コストがより低減されうる。【０２４６】  図５１（Ｃ）において、チップ７８０４は、導電性基板７８０３ａ、および第二の基板７６１３に結合した被検出物質認識分子７６１３を有する。ゲート電極７６１４は、バイオセンサ装置本体の、チップ７８０４を覆う蓋８００２に配置される。【０２４７】  図５１（Ｄ）において、チップ７８０４は、導電性基板７８０３ａ、および第二の基板７６２０に結合した被検出物質認識分子７６１３を有する。ゲート電極７６１４は、バイオセンサ装置本体に、チップ７８０４の側方に位置するように配置される。【０２４８】  図５１に示されるチップの例は、少量の試料溶液をマイクロピペットなどで滴下することを前提としており、平面状の形状を有する。したがって、試料溶液の量が多い場合には、チップから試料溶液が溢れ出て周囲を汚染する可能性がある。試料溶液の量が多い場合には、チップの形状を平面ではなく凹状にすることが好ましい。【０２４９】  図５２は、凹状の形状を有するチップの例を示す図である。図５２（Ａ）は、凹状の形状を有するチップの一例を示す斜視図であり、図５２（Ｂ）および図５２（Ｃ）は、凹状の形状を有するチップの例を示す断面図である。【０２５０】  図５２（Ａ）において、チップ８１０１は凹部を有する。凹部の底には、４つのゲート電極７６１４が配置され、その下にはプラスチックなどの絶縁板を挟んで導電性基板７８０３ａが設けられている。導電性基板７８０３ａは、図５２（Ｂ）に示されるようにチップ８１０１に設けられてもよく、図５２（Ｃ）に示されるようにバイオセンサ装置本体に設けられてもよい。【０２５１】  ゲート電極７６１４には、異なる被検出物質認識分子が、それぞれ結合されうる。被検出物質を検出するには、例えば、一のゲート電極７６１４に電圧を印加して、ソース−ドレイン電流を測定すればよい。４つのゲート電極７６１４のそれぞれについて同様の測定を行うことにより、一検体多項目の検出ができる。【０２５２】  図５２（Ａ）に示されるチップの各ゲート電極７６１４を一の超微細繊維体素子部に順次接続することにより、異なる検出対象物について順次検出することができる。また、各ゲート電極７６１４を複数の超微細繊維体素子部にそれぞれ同時に接続することにより、複数種の被検出物質について同時に検出することもできる。【０２５３】  凹部を有するチップは、試料溶液をゲート素子部上に安定に留められるので、特に、屋外や臨床の場で用いる可搬型バイオセンサ装置に好ましく適用されうる。さらに、チップに目盛を付けることにより、マイクロピペットを用いなくても一定量の試料を添加することができる。また、チップに蓋を設けることにより、試料の蒸発を抑えることができ、その蓋で試料溶液に圧力を加えることでノイズを低減させることができる。【０２５４】  また、チップはマイクロプレート型のチップであってもよい。マイクロプレート型のチップは、多検体多項目の検出を可能にする。図５３は、マイクロプレート型のチップの例を示す図である。【０２５５】  図５３（Ａ）は、２４穴マイクロプレート型のチップの一例を示す斜視図である。図５３（Ａ）において、チップ８２０１の各穴の底には４つのゲート電極が設置されており、その下にはプラスチックなどの絶縁膜を挟んで導電性基板が設けられている。各ゲート電極および導電性基板は、それぞれ導電ピンに電気的に接続されている。チップ８２０１をバイオセンサ装置本体のソケット８２０２に差し込むことにより、各ゲート電極はバイオセンサ装置本体内の電源と電気的に接続され、各導電性基板は超微細繊維体素子部の導電性基板と電気的に接続することができる。【０２５６】  図５３（Ｂ）は、２４穴マイクロプレート型のチップの他の例を示す斜視図である。図５３（Ｂ）に示されるように、バイオセンサ装置本体との電気的接続部８２０３をチップ８２０１の側面に設ければ、チップ８２０１をバイオセンサ装置本体の側部に差し込むことができる。【０２５７】  図５３（Ｃ）は、図５３（Ｂ）に示されるチップ８２０１内の配線の一例を示す断面図である。ゲート電極７６１４は、それぞれ異なる時間に電圧を印加しなければならないため、全て独自の電気回路が必要となる。一方、導電性基板７８０３ｂは、共通の回路が一つあればよい。【０２５８】  ２４穴マイクロプレート型のチップ８２１０の各穴にある４つのゲート電極７６１４には、それぞれ異なる被検出物質認識分子７６１３が結合されている。被検出物質を検出するには、例えば、一のゲート電極７６１４に電圧を印加し、ソース−ドレイン電流を測定すればよい。各ゲート電極についてこの測定を行うことにより、２４検体それぞれについて４項目の検出を行うことができる。【０２５９】  また、各ゲート電極７６１４を一の超微細繊維体素子部に順次接続することにより、異なる被検出物質を順次検出することができる。また、各ゲート電極７６１４を複数の超微細繊維体素子部��それぞれ同時に接続することにより、複数種の被検出物質について同時に検出することもできる。【０２６０】  マイクロプレート型のチップの穴の数およびゲート電極の数は適宜選択されうる。例えば、検出項目数を多くしたければ、１穴あたりのゲート電極数を増やせばよい。その場合には、例えば、２４穴ではなく６穴マイクロプレートを用いることによって底面積を広げることができる。また、検体数を多くしたければ、例えば、より多数の穴のマイクロプレート（例えば９６穴マイクロプレート）を用いればよい。【０２６１】  なお、図５３では、導電性基板７８０３ａはマイクロプレートに含まれているが、それぞれの穴の直下であれば、バイオセンサ装置本体側に位置していても構わない。【０２６２】  また、チップは、マイクロ流路となるフローセルを有し、ポンプなどにより試料溶液を供給されるようにしてもよい。この場合、被検出物質認識分子は、フローセル内部表面に結合されている。フローセルを有する認識チップを用いることにより、μ−ＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｔｏｔａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍ）と呼ばれる集積化検出システムを構築することができる。【０２６３】  図５４（Ａ）は、フローセルが設けられた本発明のバックゲート型ＦＥＴを含むチップの一例を示す図である。被検出物質認識分子７６１３は、フローセルの上面を構成する第二の絶縁膜７６１６に結合されている。この例では、ポンプなどの試料溶液供給手段（図示しない）により、試料溶液７６１５が図の左側からフローセル内に連続供給される様子を示している。試料溶液７６１５の供給量は、試料溶液供給手段によって調整されるので、ユーザは、試料溶液７６１５の量をマイクロピペットなどで量る必要はなく、試料溶液供給手段に十分量の試料溶液７６１５を供給すればよい。【０２６４】  図５４（Ｂ）には、フローセルが設けられた本発明の分離ゲート型ＦＥＴのゲート素子部を含むチップの一例を示す図である。被検出物質認識分子７６１３は、フローセルの底面に位置する複数のゲート電極７６１４上に結合されている。この例では、複数の項目について検出を行うことができる。【０２６５】  また、μ−ＴＡＳと液体クロマトグラフィーとを組み合わせてもよい。例えば、液体クロマトグラフィーのカラムで処理した後のフラクションについて、ＵＶによる検出と本発明のバイオセンサ装置による検出を行うことができる。このように、μ−ＴＡＳを用いれば、同一試料を他の検出装置、または複合装置の他の検出部位まで導き、複数種の被検出物質に対する検出を連続して行うことができる。さらには、μ−ＴＡＳを用いれば、経時的な検出を行うこともできる。【０２６６】  本発明のバイオセンサは、前記の通り、ソース−ドレイン電流の変化から被検出物質を検出することができる。この検出に必要なソース−ドレイン電流は、通常μＡオーダーでよい。したがって、半導体パラメータアナライザなどの高価な機器を用いることなく、汎用テスター程度（数百ｎＡ）の測定感度で十分な検出感度を得ることができる。そのため、ノートＰＣのバッテリーで駆動させるバイオセンサ装置（図５５（Ａ）参照）や、小型電池で駆動させる小型バイオセンサ装置（図５５（Ｂ）参照）などが作製さ��うる。さらには、特殊な検出装置が必ずしも必要ないため、携帯電話サイズにまで小型化されうる。【０２６７】  ２−４．本発明のバイオセンサによる検出
前述の通り、本発明のバイオセンサ（装置）を用いることにより被検出物質が検出されうる。本発明のバイオセンサは、被検出物質認識分子に結合することにより生じるソース−ドレイン電流またはソース−ドレイン電圧の変化から被検出物質を検出する。【０２６８】  以下において検出手順の概略例を示す。この概略例では、試料として溶液を用いた場合について説明する。【０２６９】  （１）バイオセンサにおいて、被検出物質認識分子が結合された部位に、試料溶液を添加する。例えば、被検出物質認識分子が結合された基板の裏面（第二の絶縁膜上）に添加すればよい。試料溶液に被検出物質が含まれていれば、被検出物質と被検出物質認識分子との相互作用（例えば抗原抗体反応）が生じる。【０２７０】  （２）添加された試料溶液に含まれる溶媒（例えば水）は、ソース−ドレイン電流に影響を与えるため、検出におけるノイズを発生させることがある。このノイズを低減させる方法として、例えば以下の方法がある。【０２７１】  （２−ａ）添加された試料溶液を蒸散により除去する。蒸散による除去する方法は、特に限定されないが、例えば、窒素ガスなどを用いてブロアするか、ヒーターや熱電変換素子（ペルチェ素子）などを利用して行えばよい。ブロアによる蒸散では、ブロアを僅かにあてながらゆっくりと蒸散させて、一様な薄膜状にすることが好ましい。したがって、通常のスプレー缶によるスプレーを用いてもよいが、ガスの量および勢いの制御が困難である場合がある。【０２７２】  （２−ｂ）添加された試料溶液を冷却する。このとき、凍結することにより絶縁化することが好ましい。冷却する方法は、特に限定されないが、例えば、熱電変換素子（ペルチェ素子）や液体窒素などにより行えばよい。【０２７３】  （３）試料溶液が添加された部位に、（好ましくは試料溶液を蒸散または冷却した後に）ゲート電極をあててＦＥＴを通電させる。そして、Ｉ−Ｖ特性またはＩ−Ｖｇ特性を測定する。【０２７４】  本発明のバイオセンサによる検出法と、検出結果について簡単に説明する。具体的には、（Ａ）二価イオンであるニッケルイオンの検出、（Ｂ）抗ヘマグルチニン（以下「ＨＡ」と略記する）抗体の検出、（Ｃ）抗カルモジュリン（以下「ＣａＭ」と略記する）抗体の検出について説明する。いずれの場合も、本発明のバックゲート型ＦＥＴを用いた例を示す。【０２７５】  以下の検出例（Ａ）〜（Ｃ）で用いられる本発明のバックゲート型ＦＥＴは、図３１（Ａ）に示される構成を有する。計測に用いたＦＥＴにおいて、支持基板は厚さ５００μｍのシリコン基板、第一の絶縁膜および第二の絶縁膜は厚さ３００ｎｍの酸化シリコン、基板の面積は１ｃｍ２（１ｃｍ×１ｃｍ）、超微細繊維体は単層ＣＮＴ、ソース電極とドレイン電極との間隔は５μｍ、ゲート電極に接触する第二の絶縁膜の面積は１ｃｍ２であった。また、数本のＣＮＴでソース電極とドレイン電極とが接続されていることがＡＦＭにより確認された。【０２７６】  （Ａ）ニッケルイオンの検出
まず、用意したバックゲート型ＦＥＴ基板の第二の面（ソース電極、ドレイン電極およびチャネルが配置されていない面）の酸化シリコン膜表面（１ｃｍ２）を、ピランハ溶液およびエタノールで洗浄して乾燥した。次に、この酸化シリコン膜表面に、３μｌの（Ｓ８１０）メルカプトプロピルトリメトキシシランを滴下して、１８０℃で２時間加熱した。３０℃にまで冷却した後、同温度で１時間以上５０ｍＭのジチオスレイトール（ＤＴＴ）で処理した後、水で洗浄した。【０２７７】  ここで、半導体パラメータアナライザに接続したプローブを、ソース電極およびドレイン電極に接続してＩ−Ｖ特性を測定した。ゲート電圧を０ＶにしてＩ−Ｖ特性曲線（ソース−ドレイン電流とソース−ドレイン電圧との関係を示す）を求めた。【０２７８】  次に、１０ｍＭリン酸緩衝液（ｐＨ６．５）を用いて調製したマレイミド−ＮＴＡ溶液（１ｍｇ／ｍｌ）を、前述の酸化シリコン膜表面に重層し、室温で１時間静置した。その後、水で洗浄し、窒素ガスで乾燥させた（目視で水滴がなくなるまで乾燥させた）。ここで、前記と同様にＩ−Ｖ特性曲線を求めた。【０２７９】  さらに、前述の酸化シリコン膜表面に、５０μｌのＮｉＣｌ２溶液（５０ｍＭ）を滴下した。１５分間静置した後、水で洗浄し、窒素ガスで乾燥させた（目視で水滴がなくなるまで乾燥させた）。ここで、前記と同様にＩ−Ｖ特性曲線を求めた。【０２８０】  これらの結果を、図５６に示す。図５６において、「ｄｉ」はＮＴＡ結合前のＩ−Ｖ特性曲線、「ｎｔａ」はＮＴＡ結合後のＩ−Ｖ特性曲線、「ｎｉ」はニッケルイオンを含む溶液の滴下後のＩ−Ｖ特性曲線である。図５６に示されるように、いずれの場合にも、ソース−ドレイン電圧の上昇とともにソース−ドレイン電流が上昇していることがわかる。また、いずれの場合にも、ソース−ドレイン電圧が０Ｖの近傍ではソース−ドレイン電流の変化が少なく、半導体的な性質が観察された。さらに、「ｎｉ」は「ｎｔａ」と比較して、ソース−ドレイン電流が上昇していることがわかる。よってニッケルイオンは、ＮＴＡを被検出物質認識分子として結合された本発明のバイオセンサによって検出可能であることがわかる。また、ニッケルイオンのみならず、ＮＴＡとの相互作用を示す２価イオン（亜鉛イオンやコバルトイオンなど）についても、検出可能であることが示唆される。【０２８１】  （Ｂ）抗ヘマグルチニン抗体の検出
まず、被検出物質認識分子として用いる抗体認識分子である組換えヘマグルチニン（以下「ｒＨＡ」と略記する）タンパク質を用意した。具体的には、Ｃ末端にヒスチジンタグを付加された組換えＨＡタンパク質であって、種々のレベル（１−２２０、１−２５０、１−２９０、１−３２０；数字は一次配列上のアミノ酸残基の番号を示す）でトランケート（ｔｒｕｎｃａｔｅ）されたタンパク質の発現を試みた。【０２８２】  各レベルに対応するｒＨＡタンパク質発現プラスミドを、２９３Ｔ細胞へ導入した。モノクローナル抗体Ｅ２／３と、ポリクローナル抗体を用いて、細胞内でｒＨＡタンパク質が発現されていることを確認した。さらにウエスタンブロット法によって、上清にｒＨＡタンパク質が分泌されることを確認した。【０２８３】  大量に発現されたのは、ｒＨＡ１−２９０およびｒＨＡ１−２２０であった。それぞれ、上清中の分泌物をＮＴＡ−Ｎｉ２＋カラムで精製した。ＥＬＩＳＡ、ウエスタンブロットで目的とするｒＨＡタンパク質が含まれるフラクションを確認してそれを分取した。分取物をＰＢＳで透析して、ｒＨＡタンパク質を得た。ｒＨＡ１−２９０およびｒＨＡ１−２２０のうち、ｒＨＡ１−２２０はモノクローナル抗体と反応しなかったため、ｒＨＡ１−２９０を被検出物質認識分子として用いた。【０２８４】  また、抗ＨＡ抗体（Ｅ２／３）のハイブリドーマ培養上清原液を、１×１０−５、１×１０−６、１×１０−７、１×１０−８、１×１０−１０にそれぞれ希釈した希釈液を得た。【０２８５】  前述のニッケルイオンの検出の場合と同様に、用意したバックゲート型ＦＥＴ基板の第二の面にマレイミド−ＮＴＡを結合させて、さらにＮｉＣｌ２で処理した。ここで、前記と同様にＩ−Ｖ特性曲線を求めた（ただしゲート電圧は−２０Ｖとした）。【０２８６】  これに、前述の各抗ＨＡ抗体希釈液（５０μｌ）を添加して、２５℃で１５分間静置した後、水で洗浄し、窒素ガスで乾燥させた（目視で水滴がなくなるまで乾燥させた）。ここで、前記と同様にＩ−Ｖ特性曲線を求めた（ただしゲート電圧は−２０Ｖとした）。【０２８７】  次に、ＮｉＣｌ２で処理された基板の第二の面に、前述のようにして得たｒＨＡ１−２９０を（１．９μｇ／ｍｌ；５０μｌ）添加して固定した。ここで、前記と同様にＩ−Ｖ特性曲線を求めた（ただしゲート電圧は−２０Ｖとした）。【０２８８】  ｒＨＡ１−２９０を固定された基板の第二の面に、前述の各希釈液（５０μｌ）を添加して、２５℃で１５分間静置した後、水で洗浄し、窒素ガスで乾燥させた（目視で水滴がなくなるまで乾燥させた）。ここで、前記と同様にＩ−Ｖ特性曲線を求めた（ただしゲート電圧は−２０Ｖとした）。【０２８９】  得られたＩ−Ｖ特性曲線を図５７〜６２に示す。【０２９０】  図５７には、ＮｉＣｌ２で基板の第二の面を処理したときのＩ−Ｖ特性曲線（点線）、ＮｉＣｌ２で処理された基板の第二の面にｒＨＡ１−２９０を固定したときのＩ−Ｖ特性曲線（実線）が示される。【０２９１】  図５８には、ＮｉＣｌ２で基板の第二の面を処理したのち、１×１０−１０の希釈液を添加した場合のＩ−Ｖ特性曲線（点線）、ＮｉＣｌ２で処理された基板の第二の面にｒＨＡ１−２９０を固定したのち、５×１０−５の希釈液を添加した場合のＩ−Ｖ特性曲線（実線）が示される。【０２９２】  図５９には、ＮｉＣｌ２で基板の第二の面を処理したのち、１×１０−８の希釈液を添加した場合のＩ−Ｖ特性曲線（点線）、ＮｉＣｌ２で処理された基板の第二の面にｒＨＡ１−２９０を固定したのち、５×１０−８の希釈液を添加した場合のＩ−Ｖ特性曲線（実線）が示される。【０２９３】  図６０には、ＮｉＣｌ２で基板の第二の面を処理したのち、１×１０−７の希釈液を添加した場合のＩ−Ｖ特性曲線（点線）、ＮｉＣｌ２で処理された基板の第二の面にｒＨＡ１−２９０を固定したのち、５×１０−７の希釈液を添加した場合のＩ−Ｖ特性曲線（実線）が示される。【０２９４】  図６１には、ＮｉＣｌ２で基板の第二の面を処理したのち、１×１０−６の希釈液を添加した場合のＩ−Ｖ特性曲線（点線）、ＮｉＣｌ２で処理された基板の第二の面にｒＨＡ１−２９０を固定したのち、５×１０−６の希釈液を添加した場合のＩ−Ｖ特性曲線（実線）が示される。【０２９５】  図６２には、ＮｉＣｌ２で基板の第二の面を処理したのち、１×１０−５の希釈液を添加した場合のＩ−Ｖ特性曲線（点線）、ＮｉＣｌ２で処理された基板の第二の面にｒＨＡ１−２９０を固定したのち、５×１０−５の希釈液を添加した場合のＩ−Ｖ特性曲線（実線）が示される。【０２９６】  図５７〜図６２に示されるように、ソース−ドレイン電圧が０〜１Ｖの場合には、基板の第二の面に固定されたｒＨＡ１−２９０の有無にかかわらず、ソース−ドレイン電流に差はほとんどみられない。一方、ソース−ドレイン電圧が１Ｖを超えるあたりから、基板の背面に固定されたｒＨＡ１−２９０があると、電流値が急激に上昇することがわかる。このことから、希釈度の高い領域でも抗ＨＡ抗体の検出が可能であることがわかる。【０２９７】  （Ｃ）抗カルモジュリン抗体の検出
抗ＣａＭ抗体については、独立した２例の検出結果を示す。【０２９８】  まず、被検出物質認識分子として用いる抗体認識分子である組換えＣａＭ（以下「ｒＣａＭ」と略記する）タンパク質を用意した。【０２９９】  ラットＣａＭ遺伝子ｃＤＮＡを含むＤＮＡ断片を、発現ベクターｐＢＡＤ／ｇＩＩＩ（インビトロジェン社製）のＳａｃＩ−ＸｂａＩ部位に挿入して、ｒＣａＭ発現ベクターを構築した。構築した発現ベクターを大腸菌ＬＭＧ１９４株に導入して、ｒＣａＭ発現クローンを得た。得られたクローンを２ｍｌのＬＢ／アンピシリン培地に植菌し、一晩培養した。【０３００】  得られた培養液の５ｍｌを、ＬＢ／アンピシリン培地に接種して、ＯＤ６００が０．５になるまで３７℃で震とう培養した。その後、終濃度が０．０２％になるようにＬ−アラビノースを加えて、さらに３７℃で４時間震とう培養した。【０３０１】  得られた培養物から遠心集菌して、それをＮａｔｉｖｅ  Ｂｉｎｄｉｎｇ  Ｂｕｆｆｅｒ（インビトロジェン社製）に懸濁させ、超音波粉砕して、ＰｒｏｂｏｎｄＴＭＰｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ（インビトロジェン社製）を用いて部分精製した。さらにＨｉＬｏａｄ  ２６／６０  Ｓｕｐｅｒｄｅｘ  ７５  ｐｇ（アマシャムバイオサイエンス社製）を用いてＳＤＳ−ＰＡＧＥ的に均一に精製して、Ｃ末端にヒスチジンタグが導入されたｒＣａＭタンパク質を得た。【０３０２】  一方、抗ＣａＭモノクローナル抗体６Ｄ４、１Ｆ１１および２Ｄ１（シグマ社製）の混合液の希釈液を、ＰＢＳを用いて作製した。希釈系列は、各抗ＣａＭモノクローナル抗体原液の１×１０−１１、１×１０−１０、１×１０−９、１×１０−８、１×１０−７、１×１０−６、１×１０−５、１×１０−４とした。【０３０３】  前述のニッケルイオンの検出の場合と同様に、用意したバックゲート型ＦＥＴの基板の第二の面にマレイミド−ＮＴＡを結合させて、さらにＮｉＣｌ２で処理した。ここで、前記と同様にＩ−Ｖ特性曲線を求めた（ただしゲート電圧は−２０Ｖとした）。【０３０４】  ＮｉＣｌ２で処理された第二の面に、ＰＢＳ中のｒＣａＭタンパク質（１２μｇ／ｍｌ；５０μｌ）を添加して固定した。ここで、前記と同様にＩ−Ｖ特性曲線を求めた（ただしゲート電圧は−２０Ｖとした）。【０３０５】  ｒＣａＭタンパク質が固定された基板に、前述の抗ＣａＭモノクローナル抗体の各希釈液（５０μｌ）を添加して、２５℃で１５分間静置した後、水で洗浄し、窒素ガスで乾燥させた（目視で水滴がなくなるまで乾燥させた）。ここで、前記と同様にＩ−Ｖ特性曲線を求めた（ただしゲート電圧は−２０Ｖとした）。【０３０６】  一方、対照として、ｒＣａＭタンパク質が固定された基板に、子牛血清アルブミン（ＢＳＡ）（３４ｍｇ／ｍｌ；５０μｌ）を添加して、２５℃で１５分間静置した後、水で洗浄し、窒素ガスで乾燥させた（目視で水滴がなくなるまで乾燥させた）。ここで、前記と同様にＩ−Ｖ特性曲線を求めた（ただしゲート電圧は−２０Ｖとした）。【０３０７】  図６３には、得られたＩ−Ｖ特性曲線それぞれにおける、ソース−ドレイン電圧が１．５Ｖのときのソース−ドレイン電流が示される。図６３において、「Ｎｉ」はＮｉＣｌ２で処理したときのソー��−ドレイン電流を示し、「ＣａＭ」はｒＣａＭタンパク質を固定したときのソース−ドレイン電流を示し、「ＢＳＡ」は対照とした子牛血清アルブミンを添加したときのソース−ドレイン電流を示し、「１０−１１〜１０−４」は、各濃度の抗体希釈液を添加したときのソース−ドレイン電流を示す。【０３０８】  図６３に示されるように、抗ＣａＭ抗体の濃度が上昇（１０−１１〜１０−８）するにつれて、ソース−ドレイン電流が上昇していることがわかる。ただし、抗ＣａＭ抗体の濃度が一定以上になると（すなわち、１０−８よりも高くなると）、ソース−ドレイン電流との関連が認められなかった。【０３０９】  また、図６３に示されるように、ＢＳＡを添加してもソース−ドレイン電流の変化はみられなかった。よって、抗ＣａＭ抗体を特異的に検出することができることがわかる。【０３１０】  図６３には、ＥＬＩＳＡ法を用いた抗ＣａＭ抗体の検出結果も示される。５μｇ／ｍｌのｒＣａＭ溶液１００μｌを用いて、マイクロタイタープレートの各ウェルにｒＣａＭを吸着固定した。上記１次抗体の混合液を各希釈率に希釈して各ウェルに入れ１時間静置した後、ＰＢＳＴ（０．２％Ｔｒｉｔｏｎ  Ｘ−１００を含んだＰＢＳ）で洗浄し、ついで５０００倍希釈した２次抗体（ＨＲＰ標識抗マウスＩｇＧ抗体）を各ウェルに加えて再び１時間静置し、ＰＢＳＴで洗浄後、ＴＭＢ発色剤で４５０ｎｍの吸収波長を有する基質を生成し、吸光度を測定した。【０３１１】  図６３に示される通り、ＥＬＩＳＡ法では抗ＣａＭ抗体の検出限界（１０−６希釈液）と比較して、本発明の検出法は、４０万倍の検出感度を有していることがわかる。【０３１２】  図６４に、抗体原液の希釈率を変化させたときのＩ−Ｖｇ特性が示される。（ａ）は抗体原液の希釈率を１０−１０としたときのＩ−Ｖｇ特性曲線、（ｂ）は抗体原液の希釈率を１０−９としたときのＩ−Ｖｇ特性曲線、（ｃ）は抗体原液の希釈率を１０−５としたときのＩ−Ｖｇ特性曲線を示す。なお、図６３の検出結果と図６４の検出結果は、それぞれ独立した実験によって得られたものである。抗体原液の希釈率が上がると、ソース−ドレイン電流が上昇することがわかる。【０３１３】  ３．本発明の被検出物質の濃度の測定について
本発明のバイオセンサは、被検出物質の濃度を測定するために用いられうる。濃度を測定する場合には、（１）被検出物質の濃度と所定の特性値との関係を示す検量線を記憶する記憶手段、および（２）前記検量線を用いて、未知試料に含まれる被検出物質の濃度を決定する濃度決定手段とをさらに有することが好ましい。「所定の特性値」とは、当該濃度と１対１の関係にある値であればよい。【０３１４】  本発明者は、Ｉ−Ｖ特性曲線（ゲート電圧を一定にしたときの、ソース−ドレイン電流とソース−ドレイン電圧との関係を示す曲線）、またはＩ−Ｖｇ特性曲線（ソース−ドレイン電圧を一定にしたときの、ソース−ドレイン電流とゲート電圧との関係を示す曲線）における所定の値が、試料濃度と明確な相関関係を有していることを見出した。したがって、「所定の特性値」の例には、Ｉ−Ｖ特性曲線またはＩ−Ｖｇ特性曲線における所定の値が含まれる。「Ｉ−Ｖｇ特性曲線における所定の値」の例には、Ｉ−Ｖｇ特性曲線の変曲点におけるソース−ドレイン電流またはゲート電圧が含まれる。【０３１５】  図６５は、試料中の被検出物質の濃度と、本発明のバイオセンサによってその試料から求めたＩ−Ｖｇ特性曲線の変曲点におけるソース−ドレイン電流との関係を示すグラフの例である。図６５に示されるように、試料濃度の対数値と、当該電流値とは比例関係になりうる。この比例関係になる領域を検量線として用いることができる。【０３１６】  また被検出物質の濃度が一定の値を超えると、前記濃度と前記電流値と比例しなくなる。これは、図６６に示されるように、バイオセンサに結合している被検出物質認識分子の数に対して、被検出物質の濃度が過剰に高くなるためである。【０３１７】  濃度を測定するためのバイオセンサは、前記検量線に基づいて濃度を決定する濃度決定手段を備えることが好ましい。濃度決定手段には、未知試料について「所定の特性値」を測定する手段、およびこの測定された「所定の特性値」を記憶された検量線に適用して、濃度を算出する手段、を含むことが好ましい。【０３１８】  濃度を測定するためのバイオセンサには、さらに検量線を求めるキャリブレーション手段が具備されていてもよい。キャリブレーション手段は、互いに濃度が異なる３以上の既知試料（被検出物質の濃度が既知である試料）を用いて検量線を求める。つまり、３つの試料について、それぞれ濃度と「所定の特性値」を求め、それらから検量線を得る。【０３１９】  図６７は、被検出物質の濃度を測定するためのバイオセンサ装置の一例を示す図である。図６７において、バイオセンサ装置１１００は、バイオセンサ本体部１１１０、コンピュータ１１２０、およびＤ／Ａ（デジタル−アナログ）コンバータ１１３０を有する。バイオセンサ本体部１１１０には、被検出物質認識分子が結合された本発明のＦＥＴが含まれる。ここでは、本発明の分離ゲート型ＦＥＴが含まれている。【０３２０】  コンピュータ１１２０は、例えば、パソコン（ＰＣ）や専用計算機などで構成される。Ｄ／Ａコンバータ１１３０は、デジタル信号をアナログ信号に変換し、アナログ信号をデジタル信号に変換する機能を有する。コンピュータ１１２０からのデジタル信号は、Ｄ／Ａコンバータ１１３���によってアナログ信号に変換され、バイオセンサ本体部１１１０への印加電圧（ゲート電圧、ソース−ドレイン電圧）をコントロールする。また、バイオセンサ本体部１１１０のドレイン電流（ソース−ドレイン電流）の値は、Ｄ／Ａコンバータ１１３０によってコンピュータ１１２０に取り込まれる。【０３２１】  コンピュータ１１２０はＣＰＵとメモリと表示部を有し（不図示）、検量線を決定するキャリブレーション機能と、未知試料を測定する測定機能とを有する。未知試料の測定では、未知試料中のターゲットの濃度の測定が行われる。【０３２２】  図６７に示すバイオセンサ装置１１００のキャリブレーション機能について説明する。【０３２３】  図６８は、キャリブレーション機能の処理手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、コンピュータ１１２０のメモリに制御プログラムとして記憶されており、ＣＰＵによって実行される。【０３２４】  まず、ステップＳ２０００では、Ｉ−Ｖｇ特性（ソース−ドレイン電流とゲート電圧との関係）を測定する。例えば、既知の希釈率を持つ試料を滴下した後、ソース−ドレイン電圧を所定値（例えば、−１Ｖ）に固定し、ゲート電圧を所定の範囲内で（例えば、−１０Ｖから＋１０Ｖまで）、所定値（例えば、０．１Ｖ）ずつ変化させ、その度に、ソース−ドレイン電流（Ｉｓｄ）を測定し、記録する。これにより、ある１つの希釈率に対するＩ−Ｖｇ特性が得られる。Ｉ−Ｖｇ特性測定処理については、図６９を用いて後述する。【０３２５】  そして、ステップＳ２１００では、ステップＳ２０００で得られたＩ−Ｖｇ特性の変曲点を決定する。この変曲点は、Ｉ−Ｖｇ特性の特徴点の１つであり、ゲート電圧に対するソース−ドレイン電流の変化の変曲点である。この変曲点は、Ｉ−Ｖｇ特性で最も変化が激しい（勾配が大きい）部分であり、この部分は、ダイナミックレンジの中で最も特性変化が大きいため、変化に対して最も敏感な検出結果を示すことが予想される。変曲点決定処理については、図７０を用いて後述する。【０３２６】  そして、ステップＳ２２００では、希釈率を変更するか否かを判断する。この判断は、ユーザによる手動操作に従って、または、μ−ＴＡＳのシステムからの信号に従って行われる。すなわち、検量線を決定するためには、グラフ上に３つ以上の点をプロットする必要があるため、Ｉ−Ｖｇ特性を測定して変曲点を決定する処理を、希釈率がそれぞれ既知でかつ互いに異なる３つ以上の試料に対して行う必要がある。そこで、このステップＳ２２００では、予定された既知試料のすべてに対して処理が終了したか否かを判断する。この判断の結果として、希釈率を変更する場合は（Ｓ２２００：ＹＥＳ）、未処理の既知試料が存在するものと判断して、ステップＳ２０００に戻って、その未処理の既知試料に対する上記一連の処理を行い、希釈率を変更しない場合は（Ｓ２２００：ＮＯ）、未処理の既知試料が存在しないものと判断して、ステップＳ２３００に進む。【０３２７】  ステップＳ２３００では、ステップＳ２０００〜ステップＳ２２００の処理結果に基づいて検量線を決定し、本フローを終了する。検量線決定処理については、図７１を用いて後述する。【０３２８】  次に、Ｉ−���ｇ特性測定処理（ステップＳ２０００）について説明する。【０３２９】  図６９は、Ｉ−Ｖｇ特性測定処理の手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、コンピュータ１１２０のメモリに制御プログラムとして記憶されており、ＣＰＵによって実行される。【０３３０】  ステップＳ２０１０では、希釈率が既知である試料をバイオセンサ本体部１１１０の所定位置に滴下する。この処理は、ユーザによって手動で、または、μ−ＴＡＳによって自動的に行われる。【０３３１】  そして、ステップＳ２０２０では、スイッチがオンされたか否かを判断する。スイッチのオン操作は、ユーザによって手動で、または、μ−ＴＡＳによって自動的に行われる。スイッチがオンされると（Ｓ２０２０：ＹＥＳ）、試料が滴下されたものと判断して、次のステップＳ２０３０に進む。【０３３２】  ステップＳ２０３０では、ソース−ドレイン電圧（Ｖｓｄ）を所定値（例えば、−１Ｖ）に設定する。【０３３３】  ステップＳ２０４０では、ゲート電圧（Ｖｇ）を初期値（例えば、−１０Ｖ）に設定する。【０３３４】  ステップＳ２０５０では、それぞれ設定されたソース−ドレイン電圧およびゲート電圧におけるソース−ドレイン電流（Ｉｓｄ：以下単に「Ｉ」とも表記する）を測定し、メモリに記憶（記録）する。【０３３５】  ステップＳ２０６０では、ゲート電圧を変更する。具体的には、例えば、現在のゲート電圧に０．１Ｖ加算してゲート電圧の値を更新する（Ｖｇｎ＋１＝Ｖｇｎ＋０．１）。【０３３６】  ステップＳ２０７０では、処理を終了するか否かを判断する。具体的には、例えば、更新後のゲート電圧が所定の範囲を超えたか否か、つまり、一例として、ゲート電圧を−１０Ｖから＋１０Ｖの範囲で０．１Ｖずつ変化させる場合は、更新後のゲート電圧が１０．１Ｖ以上になったか否かを判断する。この判断の結果として、更新後のゲート電圧が所定の範囲を超えた場合は（Ｓ２０７０：ＹＥＳ）、図６８のメインフローチャートにリターンし、本フローを終了する。一方、更新後のゲート電圧が所定の範囲を超えていない場合は（Ｓ２０７０：ＮＯ）、ステップＳ２０５０に戻って、更新後のゲート電圧におけるソース−ドレイン電流を測定し、記録する。【０３３７】  次に、変曲点決定処理（ステップＳ２１００）について説明する。【０３３８】  図７０は、変曲点決定処理の手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、コンピュータ１１２０のメモリに制御プログラムとして記憶されており、ＣＰＵによって実行される。【０３３９】  まず、ステップＳ２１１０では、ステップＳ２０００で取得したＩ−Ｖｇ特性に対して、その微分値（ｄＩ／ｄＶｇ）をゲート電圧（Ｖｇ）ごとに算出する。【０３４０】  そして、ステップＳ２１２０では、ステップＳ２１１０で算出した微分値の中から最大値を選択する。【０３４１】  そして、ステップＳ２１３０では、ステップＳ２１２０で選択した最大値に対応する位置を変曲点とみなし、この変曲点における電流値（ソース−ドレイン電流）をメモリに記憶（記録）した後、図６８のメインフローチャートにリターンし、本フローを終了する。【０３４２】  次に、検量線決定処理（ステップＳ２３００）につい��説明する。【０３４３】  図７１は、検量線決定処理の手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、コンピュータ１１２０のメモリに制御プログラムとして記憶されており、ＣＰＵによって実行される。【０３４４】  ステップＳ２３１０では、グラフへのプロットを行う。すなわち、横軸を希釈率、縦軸を電流値とするグラフ上に、ステップＳ２０００〜ステップＳ２３００で取得した３つ以上の異なる希釈率に対応する変曲点の電流値（ソース−ドレイン電流）をプロットする。【０３４５】  ステップＳ２３２０では、関係式の決定を行う。具体的には、例えば、ステップＳ２３１０のプロット結果に基づいて、グラフの線形領域に、最小二乗法により直線を引く。すなわち、ｙ＝ａｘ＋ｂにおける係数ａ、ｂを決定する。ここで、ｘは、希釈率、ｙは、変曲点の電流値（ソース−ドレイン電流）である。この直線（ｙ＝ａｘ＋ｂ）が検量線である。【０３４６】  例えば、図６４に示すＩ−Ｖｇ特性（ＣａＭ抗原の濃度を変化させたときのＩ−Ｖｇ特性）において、（ａ）で示す希釈率（対数値）が−１０のときの変曲点の電流値（×１０−６）は２．７、（ｂ）で示す希釈率（対数値）が−９のときの変曲点の電流値（×１０−６）は２．６、（ｃ）で示す希釈率（対数値）が−５のときの変曲点の電流値（×１０−６）は２．４である。この結果をグラフ上にプロットし（図７２（Ａ）参照）、最小二乗法により直線を引くと検量線が得られる（図７２（Ｂ）参照）。【０３４７】  各希釈率に対する変曲点の電流値は、測定結果のばらつきを補償するため、平均値であってもよい。この平均値は、各希釈率に対して、処理を複数回繰り返し、その平均をとることによって得られる。【０３４８】  このようにして、線形領域をダイナミックレンジとする検量線が決定され、本フローを終了する。【０３４９】  図７３は、キャリブレーション機能の処理手順の一変更例を示すフローチャートである。本変更例は、Ｉ−Ｖｇ特性決定処理（ステップＳ２０００）および変曲点決定処理（ステップＳ２１００）の処理手順の一部を変更するものである。本変更例では、図７３に示すように、ステップＳ２１４０およびステップＳ２１５０を図６９に示すフローチャートに挿入している。【０３５０】  ステップＳ２０１０〜ステップＳ２０５０は、図６９に示すフローチャートの各ステップと同様であるため、その説明を省略する。ただし、本変更例では具体的な数値例を用いて説明している。すなわち、ステップＳ２０３０では、ソース−ドレイン電圧（Ｖｓｄ）を−１Ｖに設定し、ステップＳ２０４０では、ゲート電圧（Ｖｇ）を初期値の−１０Ｖに設定する。【０３５１】  ステップＳ２１４０では、ステップＳ２０５０で測定したソース−ドレイン電流（Ｉ）の微分値（ｄＩ／ｄＶｇ）を求める。具体的には、ゲート電圧の増分（ｄＶｇ）は一定値（０．１Ｖ）であるため、前回の測定値と今回の測定値との差分（ｄＩ）を求めて、ｄＩ／ｄＶｇを計算する。【０３５２】  ステップＳ２１５０では、今まで計算した微分値（ｄＩ／ｄＶｇ）の中から最大値を選択し、選択した最大値とともに、この最大値に対応する位置（変曲点）における電流値を更新的に記録する。ここで、最大値の選択は、例えば、現在の最大値と今回計算した微分値とを比較して行う。【０３５３】  ステップＳ２０６０およびステップＳ２０７０は、図６９に示すフローチャートの各ステップと同様であるため、その説明を省略する。ただし、本変更例では、具体的な数値例を用いて説明している。すなわち、ステップＳ２０６０では、現在のゲート電圧に０．１Ｖ加算してゲート電圧の値を更新し、ステップＳ２０７０では、更新後のゲート電圧が１０．１Ｖ以上になったか否かを判断する。【０３５４】  次に、図６７に示すバイオセンサ装置１１００の測定機能について説明する。【０３５５】  図７４は、測定機能の処理手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、コンピュータ１１２０のメモリに制御プログラムとして記憶されており、ＣＰＵによって実行される。【０３５６】  ステップＳ３０００では、未知の試料に対してＩ−Ｖｇ特性の測定を行う。このステップＳ３０００は、図６８に示すフローチャートのステップＳ２０００と同様であるため、その説明を省略する。【０３５７】  ステップＳ３１００では、ステップＳ３０００で取得したＩ−Ｖｇ特性の変曲点を決定し、この変曲点における電流値（ソース−ドレイン電流）を特定する。このステップＳ３１００は、図６８に示すフローチャートのステップＳ２１００と同様であるため、その説明を省略する。【０３５８】  そして、ステップＳ３２００では、あらかじめ決定した検量線を用いて未知試料の濃度を決定する。具体的には、検量線を表す関係式ｙ＝ａｘ＋ｂ（係数ａ、ｂは決定済）に、ステップＳ３１００で特定した変曲点の電流値ｙを代入することにより、未知試料の希釈率ｘを求め、得られた希釈率に基づいて濃度を決定する。【０３５９】  なお、別の未知試料に対して測定を行う場合は、ステップＳ３０００〜ステップＳ３２００の処理を繰り返すようにすればよい。【０３６０】  このように、本発明に係るバイオセンサ装置によれば、未知試料中の被検出物質の有無のみならず濃度をも同時に検出することができる。【０３６１】  なお、ダイナミックレンジに試料の濃度が入らない場合は、例えば、濃度が非常に高くてダイナミックレンジを超えてしまう場合は、あらかじめ、希釈した試料をいくつか用意しておき、多検体用のバイオセンサ装置を用いて濃度を決定することができる。【０３６２】  また、コンピュータ１１２０は、得られたデータ（例えば、Ｉ−Ｖｇ特性、変曲点、検量線、試料の有無と濃度など）を表示部に表示することができる。【０３６３】  ４．被検出物質の分布検査システムについて
本発明のバイオセンサ（装置）は、前述の通り被検出物質を検出する、あるいはその濃度を測定するために用いられうるが、さらに被検出物質の分布を検査するために用いることもできる。【０３６４】  本発明のバイオセンサは検出感度が高く、かつ検出に必要な時間を短くすることができる。また、本発明のバイオセンサは小型化することができ、電池（バッテリー）によって駆動させることもできる。これらの特徴を組み合わせることにより、フィールドにおいて検出を行うためのセンサとして好ましく用いられる。「フィールドにおいて検出を行う」とは、特に限定されないが、野外で感染症ウイルスなどの検出を行うことなどを意味する。【０３６５】  本発明の対象物分布検査システムには、バイオセンサ端末装置と、情報処理装置が含まれる。このバイオセンサ端末装置に本発明のバイオセンサが用いられる。【０３６６】  バイオセンサ端末装置は、本発明のバイオセンサによる被検出物質の検出結果（被検出物質の濃度の情報などを含む）と、その検出した位置の情報を送信するための通信機能を有している。バイオセンサ端末装置は、被検出物質の検出結果、および位置情報に加えて、検出時刻の情報を送信するための通信機能を有していてもよい。この通信機能は、無線通信機能であることが好ましい。前記情報の送信先は情報処理装置（後述）である。【０３６７】  対象物分布検査システムには、１または２以上のバイオセンサ端末装置が含まれている。２以上のバイオセンサ端末装置が含まれていれば、それらから情報処理装置に送信された情報に基づいて、有用なデータが生み出されうる。分布検査システムに２以上のバイオセンサ端末装置が含まれている場合には、それぞれにＩＤが与えられていることが好ましく、そのバイオセンサ端末装置は、ＩＤ情報を送信するための通信機能を有していることが好ましい。【０３６８】  対象物分布検査システムに含まれる情報処理装置は、前述のバイオセンサ端末装置から送信された情報を受信することができ、さらにその情報を出力することができる。「情報を出力する」とは、例えば、地図上に前記検出結果や検出時刻などを示すことを意味するが、特に限定されない。【０３６９】  以下において、対象物分布検査システムの一例を説明する。図７５は、分布検査システムの一例の構成を示す概略ブロック図である。図７５に示す対象物分布検査システム５００は、１台以上のバイオセンサ端末装置６００と、情報処理装置７００とから構成され、これらの装置は通信回線８００によって繋がっている。バイオセンサ端末装置６００は、上記バイオセンサ装置に通信機能などをさらに備えた装置で、所定の場所（例えば、養鶏場など）で被検出物質の存在の有無または濃度を調べ、得られたデータを通信回線８００を通して情報処理装置７００に送る。【０３７０】  情報処理装置７００は、例えば、通信機能を備えたコンピュータやワークステーションなどであって、演算処理装置（ＣＰＵ）、メモリ、入出力装置、記憶装置などを有する。記憶装置には、情報処理装置７００を機能させるためのプログラムが搭載されており、このプログラムをメモリ上に載せ、ＣＰＵが実行することによって、情報処理装置７００が実現される。情報処理装置７０���は、バイオセンサ端末装置６００から送られてきたデータを受け取り、そのデータを処理・解析し、検出対象物の分布地図などの解析結果を出力する。【０３７１】  通信回線８００は、有線、無線、専用回線、交換回線を問わず、バイオセンサ端末装置６００が、情報処理装置７００とセッションを確立し、情報処理装置７００に情報を送信できればよい。通信回線８００は、インターネットのようにゲートウェイを介して複数のネットワークが組み合わされて実現しても構わない。また、その接続についても基幹線に直接接続せず、ＰＰＰ接続などによる一時的な接続でも構わない。なお、通信回線８００は、専用回線を固定的に張り巡らせたような、交換機を用いないネットワークも含む。【０３７２】  図７６は、バイオセンサ端末装置６００の構成を示すブロック図である。バイオセンサ端末装置６００は、対象物認識素子部６０５、超微細繊維体素子部６１０、入力部６１５、位置特定部６２０、時刻特定部６２５、検出結果解析部６３０、記憶部６３５、検量線データベース６４０、表示部６４５、および送信部６５０を有する。【０３７３】  対象物認識素子部６０５は、被検出物質認識分子が結合した部位であり、被検出物質認識分子と被検出物質（検出対象物）との間で分子間相互作用を生じさせる。分子間相互作用が生じた場合（試料溶液中に被検出物質が存在する場合）、対象物認識素子部６０５の被検出物質認識分子で修飾された部分（ゲート電極や基板など）の電子状態に変化が生じ、この変化は電気的に接続された超微細繊維体素子部６１０に伝えられる。試料溶液中に被検出物質がない場合は、上記電子状態の変化は生じない。対象物認識素子部６０５の構成について、様々な態様のものを既に説明したが、ここではどの態様のものを用いるかは特に限定しない。【０３７４】  超微細繊維体素子部６１０は、上記説明したように、対象物認識素子部６０５から伝えられた電子状態の変化を、ソース−ドレイン電流の変化として検出する。電子状態が変化していない場合（試料溶液中に被検出物質がない場合）は、このような電流変化は生じない。
なお、対象物認識素子部６０５と超微細繊維体素子部６１０との関係は、バックゲート型、サイドゲート型、分離ゲート型のいずれでも構わない。【０３７５】  入力部６１５は、ユーザが、各機能のＯＮ／ＯＦＦを入力したり、検出データにデータ名などの属性データを入力したりするときの入力インタフェースである。【０３７６】  位置特定部６２０は、測定地点を特定する。これは、位置情報をユーザが手で入力するようにしてもよいが、全地球測位システム（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ：以下「ＧＰＳ」と略記する）を利用することも考えられる。この場合は、位置特定部６２０にＧＰＳ受信システムを組み込めばよい。【０３７７】  時刻特定部６２５は、検出時刻やデータ送信時の送信時刻を特定する。ここで特定された時刻は、時刻情報として検出データや送信データに付加される。これは、使用者が入力するようにしてもよいが、時計（クォーツ時計または電波時計など）を組み込むことで実現できる。なお、位置特定部６２０でＧＰＳを利用するのであれば、ＧＰＳ衛星から位置特定情報とともに時刻情報も受信するので、特別な機能を付加せずに時刻を特定することができる。【０３７８】  検出結果解析部６３０は、超微細繊維体素子部６１０で得られた生データに様々な処理を行う。例えば、検量線データベース６４０内の検量線データに生データ（検出された電流値など）を当てはめ、試料溶液中の検出対象物の濃度を計算する。他にも、多検体多項目の検出の場合は、検体ごと、項目ごとにデータをまとめ、解析することも考えられる。【０３７９】  記憶部６３５は、バイオセンサ端末装置６００を機能させるためのプログラムやバイオセンサ端末装置６００内で生成された情報を記憶する。【０３８０】  検量線データベース６４０は、超微細繊維体素子部６１０の検量線データを格納する。超微細繊維体素子部６１０の超微細繊維体の特性は素子ごとに異なるため、検出対象物の濃度変化とソース−ドレイン電流（電圧）値の変化の関係も超微細繊維体素子ごとに異なる。そのため、検量線データベース６４０には、バイオセンサ端末装置６００内の超微細繊維体素子部６１０固有の検量線データを格納する。１台のバイオセンサ端末装置内に超微細繊維体素子部が複数ある場合は、超微細繊維体素子部をそれぞれ区別し、それぞれの検量線データを全て格納する。なお、検量線に基づく濃度算出は、バイオセンサ端末装置６００内で行われても、情報処理装置７００内で行われてもよい。【０３８１】  表示部６４５は、バイオセンサ端末装置６００の実行状態や、バイオセンサ端末装置６００で生成された情報を表示する。なお、これらの情報をユーザに表示する必要がない場合は、表示部６４５はなくてもよい。【０３８２】  送信部６５０は、検出データを情報処理装置７００に送信する。このとき、送信する検出データは、処理前の生データでも処理後のデータでもどちらでもよい。【０３８３】  図７７は、情報処理装置７００の構成を示すブロック図である。情報処理装置７００は、受信部７０５、入力部７１０、項目情報付与部７１５、分布地図作成部７２０、分布解析部７２５、記憶部７３０、項目情報データベース７３５、地図情報データベース７４��、分布地図データベース７４５、および出力部７５０を有する。【０３８４】  受信部７０５は、バイオセンサ端末装置６００が送信した検出データを受信する。【０３８５】  入力部７１０は、ユーザが、情報処理装置７００の各機能のＯＮ／ＯＦＦを入力したり、対象物分布地図などのデータにデータ名などを手で入力したりするときの入力インタフェースである。【０３８６】  項目情報付与部７１５は、バイオセンサ端末装置６００から送られてきた検出データに項目情報を付与する。【０３８７】  ここで、上記項目情報付与部７１５の機能を説明するため、バイオセンサ端末装置６００が送信する検出データと、項目情報付与部７１５による項目情報付与後のデータについて説明する。【０３８８】  図７８は、バイオセンサ端末装置６００が送信する検出データの一例である。ここでは、Ｃ養鶏場で鳥インフルエンザの調査を行った場合を想定しており、バイオセンサ端末装置６００で検出データを検出項目ごとにまとめてから送信している。なお、検出データの様式はこれに限定されない。【０３８９】  「端末装置」の欄は、バイオセンサ端末装置の番号（または名称）である。これはバイオセンサ端末装置６００それぞれ独自のものが付与されており、データを送信するときには自動的にこの情報が書き込まれる。【０３９０】  「養鶏場名」の欄は、調査した養鶏場の名称である。この項目は、次に示す「場所」の欄があれば特に必要ないが、調査対象をわかりやすくするためにはあったほうがよい。この欄は、ユーザがバイオセンサ端末装置の入力部６１５から手で入力する。【０３９１】  「場所」の欄は、調査した場所を特定するための情報である。例えば、この場合、ＧＰＳを用いて緯度および経度の情報を入手すればよい。この情報は分布地図を作成するためには必須であるが、「養鶏場名」の欄のようにユーザが場所を特定できる情報を別途入力しているのであれば、この欄はなくてもよい。【０３９２】  「年月日」および「時刻」の欄は、調査した時を特定するための情報である。この情報は、分布範囲の経時的変化を知るためには必須である。【０３９３】  「サンプル数」の欄は、検体数を示す情報である。これは、ユーザがバイオセンサ端末装置の入力部６１５から手で入力するようにしてもよいし、チップ上の検体数を自動で検知して、自動的にこの欄を埋めるようにしてもよい。【０３９４】  「項目１、項目２、…、項目１３５」の欄は、検出項目ごとの検出結果である。例えば、ここでは、Ｈ１Ｎ１、Ｈ１Ｎ２、…、Ｈ１５Ｎ９のインフルエンザウイルスの１３５亜型について調査しているとすると、１回の検査は１００検体１３５項目となる。図７８では、１００検体中５検体が項目３７に関して陽性であることを示している。このとき、この欄の名称は、それぞれ具体的検出項目「Ｈ１Ｎ１、Ｈ１Ｎ２、…、Ｈ１５Ｎ９」が入っていてもよい。この場合、項目３７は、Ｈ５Ｎ１に相当する。しかし、ユーザに検出結果を知らせる必要がない場合、または知らせない方がよい場合は、この欄の名称は図７８のように「項目１、項目２、…、項目１３５」と仮番号（ＩＤ情報）を付与するに留める。ここで仮番を付与する利点については、次の図７９の説明で述べる。【０３９５】  ��７９は、情報処理装置７００の項目情報付与部７１５が項目情報を付与した後のデータの一例である。ここでは、１０台のバイオセンサ端末装置からの情報をまとめたものを示している。「端末装置」から「サンプル数」の欄は図７８と同じである。【０３９６】  項目「Ｈ１Ｎ１、Ｈ１Ｎ２、…、Ｈ１５Ｎ９」は、図７８の項目「項目１、項目２、…、項目１３５」の仮番号（ＩＤ情報）のそれぞれに対して、項目情報付与部７１５が実際の項目内容に置き換えたものである。このように、バイオセンサ端末装置６００では、検出対象の各項目に仮番号（ＩＤ情報）を付与するのみとし、情報処理装置７００の項目情報付与部７１５が仮番号（ＩＤ情報）に基づいて項目情報を付与するようにすることにより、以下の利点がある。【０３９７】  一つ目の利点は、ユーザに検出結果を知られないことである。例えば、鳥インフルエンザのように、検出結果によっては養鶏業者に大きな経済的損失を与えたり、周囲の住民の生活に大きな影響を及ぼしたりする可能性があることについて調査する場合、ユーザが検出結果をその場で知ることは必ずしもよいとは限らない。場合によっては検出結果に不正行為が行われることも考えられる。そこで、上記のように検査項目を仮番号とすることで、ユーザは検出結果を知ることができなくなるので、このような問題を防止することができる。【０３９８】  二つ目の利点は、検出項目の変更が容易であることである。例えば、上記のように１３５項目について結果、今後の調査はＨ５型とＨ７型の１８項目（Ｈ５Ｎ１〜Ｈ５Ｎ９、Ｈ７Ｎ１〜Ｈ７Ｎ９）だけを調査すればよいことが判明したとする。この場合、チップを１００検体１３５項目用から１００検体１８項目用に置き換えることになるが、項目情報をバイオセンサ端末装置６００で付与すると、チップを変更するたびに、全てのバイオセンサ端末装置６００において、項目情報を変更しなければならなくなる。しかし、バイオセンサ端末装置６００ではどのようなチップを用いた場合でも所定の規則にしたがって仮番号（ＩＤ情報）を付与するに留め、情報処理装置７００の項目情報付与部７１５が仮番号（ＩＤ情報）に対応した項目情報を付与するようにすれば、チップの変更に伴う項目情報の変更は、情報処理装置７００の項目情報データベース７３５内のデータを一度だけ変更することで済む。【０３９９】  このように、項目情報付与部７１５は、バイオセンサ端末装置６００から送られてきた検出データに項目情報を付与する。【０４００】  分布地図作成部７２０は、検出データと地図情報データベース７４０内の地図情報を基にして分布地図を作成する。例えば、地理情報システム（Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ：以下「ＧＩＳ」と略記する）を組み込むことにより、分布地図の作成が可能となる。【０４０１】  図８０は、分布地図の一例である。ここでは、図７９のデータに基づいて、所定の時刻におけるＨ５Ｎ１型のウイルスの分布を表示している。「×」が第一通報地点であるＣ養鶏場であり、Ｃ養鶏場から３０ｋｍ以内にある養鶏場Ａ〜Ｊを調査対象とし、地図に表示している。「★」および「☆」が調査対象となった養鶏場であり、「★」がウイルス陽性、「☆」がウイ��ス陰性を示している。また、それぞれの印の隣には、養鶏場名とウイルス陽性の検体の割合（陽性検体数／１００検体）が記されている。なお、図８０では、養鶏場名やウイルス陽性の検体の割合などを表示した場合を示しているが、検出対象物の濃度などのバイオセンサ端末装置６００から受信した情報は、必要に応じて全て表示できる。【０４０２】  このように分布地図をリアルタイムで作成することで、有用なデータが多数得られる。例えば、図８０の地図が最初の調査で作成された場合、第一通報地点であるＣ養鶏場よりもＥ養鶏場が高いウイルス感染率であることがわかり、Ｅ養鶏場が感染源であることが推測できる。また、Ｅ養鶏場に近い、Ｂ養鶏場やＨ養鶏場ではウイルスにまだ感染していないにも関わらず、Ｅ養鶏場から離れたＩ養鶏場ではウイルスに感染しており、感染拡大経路には指向性（地図右下：南東方向）があることがわかる。もちろんこのデータだけでは特定できないが、これは、Ｉ養鶏場の近くに広葉樹林があることから、森に住み着いている野鳥によって、ウイルスが拡散されていることが一つの仮説として立てられる。【０４０３】  分布解析部７２５は、分布の経時的変化を分析する。例えば、所定時間ごとに各養鶏場を調査し、それぞれのウイルス感染率を図８０のようにマッピングしていくことにより、経時的な分布地図を得ることができる。分布解析部７２５は、この経時的分布地図を解析することにより、将来の感染拡大経路やその範囲の推測などをシミュレーションする。【０４０４】  記憶部７３０は、情報処理装置７００を機能させるためのプログラムや、情報処理装置７００で生成されたデータを記憶する。【０４０５】  項目情報データベース７３５は、送られてきた検出データに項目情報付与部７１５が項目情報を付与する際に必要な項目情報を格納する。【０４０６】  地図情報データベース７４０は、分布地図作成部７２０が対象物分布地図を作成する際に基礎となる地図情報（例えば、デジタルの白地図など）を格納する。【０４０７】  分布地図データベース７４５は、分布地図作成部７２０が作成した対象物分布地図を格納する。【０４０８】  出力部７５０は、検出対象物分布地図などの情報処理装置７００で生成されたデータを出力する。例えば、外部に接続されたモニタやプリンタに出力することや、インターネットなどで接続された別のコンピュータに出力することなどが考えられる。【０４０９】  次いで、上記構成を有する対象物分布検査システム５００の動作について、図８１および図８２に示すフローチャートを用いて説明する。【０４１０】  まず、バイオセンサ端末装置６００の動作を、図８１に示すフローチャートを用いて説明する。【０４１１】  ステップＳ４０００では、ユーザが、試料を調製するとともに、試料を調達した時刻および場所に関する情報などの属性情報を、位置特定部６２０、時刻特定部６２５、入力部６１５を用いて入力する。入力された属性情報は、記憶部６３５に記憶する。【０４１２】  ステップＳ４１００では、ユーザが、ステップＳ１０００で調製した試料溶液を対象物認識素子部６０５に滴下する。【０４１３】  ステップＳ４２００では、対象物認識素子部６０５および超微細繊維体素子部６１０が、��料溶液中に検出対象物があるかどうかを検出する。対象物認識素子部６０５および超微細繊維体素子部６１０は、各電極に電圧を印加する。次に、超微細繊維体素子部６１０は、対象物認識素子部６０５における分子間相互反応（例えば、抗原抗体反応）によって引き起こされる、超微細繊維体素子部６１０のソース−ドレイン電流の変化を測定する。超微細繊維体素子部６１０は、電流変化測定値を検出結果解析部６３０へ渡す。【０４１４】  ステップＳ４３００では、検出結果解析部６３０が、電流変化測定値から試料溶液中の検出対象物の有無およびその濃度を算出する。前述のように、電流変化測定値は、超微細繊維体素子部における電圧と電流の相関関係を示しているだけであり、そのままでは試料溶液中に検出対象物があるかどうかはわからない。そこで、検出結果解析部６３０は、検量線データベース６４０に格納されている検量線データに電流変化測定値を当てはめ、検出対象物の有無およびその濃度を算出する。検出結果解析部６３０は、算出結果を送信部６５０へ渡す。【０４１５】  ステップＳ４４００では、送信部６５０が、情報処理装置７００に送信するための検出データを作成する。送信部６５０は、ステップＳ４３００で算出された算出結果に、ステップＳ４０００で入力された位置情報および時刻情報などの属性情報を付与し、情報処理装置７００が分布地図を作成する上で必要なデータを全て含む検出データを作成する。【０４１６】  ステップＳ４５００では、送信部６５０が、情報処理装置７００にステップＳ４４００で作成した検出データを送信する。【０４１７】  次に、情報処理装置７００全体の動作を、図８２に示すフローチャートを用いて説明する。【０４１８】  ステップＳ５０００では、受信部７０５が、バイオセンサ端末装置６００から送られてきた検出データを受信する。受信したデータは、項目情報付与部７１５へ渡される。【０４１９】  ステップＳ５１００では、項目情報付与部７１５が、項目情報データベース７３５に格納されている項目情報に基づいて、検出データで仮番号を付与されている項目に項目情報を付与する。項目情報を付与された検出データは、記憶部７３０へ渡される。その結果、記憶部７３０には、各地から送信されてきた検出データが揃うことになる。【０４２０】  ステップＳ５２００では、分布地図作成部７２０が、検出対象物分布地図を作成する。分布地図作成部７２０は、記憶部７３０に格納されている検出データのうち、目的の時間の検出データを読み出す。また、分布地図作成部７２０は、地図情報データベース７４０から、調査対象地域の地図を読み出す。そして、分布地図作成部７２０は、ある所定の時間における検出対象物分布地図を作成する。作成された検出対象物分布地図は、分布地図データベース７４５に格納される。【０４２１】  ステップＳ５３００では、分布解析部７２５が、検出対象物の分布を解析する。ここでは、例えば、感染範囲の特定や、今後の感染範囲および感染経路の予測などを行う。【０４２２】  ステップＳ５４００では、出力部７５０が、解析結果を出力する。ここでいう解析結果とは、ステップＳ５３００の解析結果だけでなく、ステップＳ５２００で作成された分布地図なども含む。【��４２３】  ［使用想定例］
本発明の被検出対象物の分布検査システムの使用が想定される事例を、鳥インフルエンザの発生を例として説明する。本使用想定例はあくまで提案であり、現在の日本国の法律には準拠していない。もちろん、本発明の対象物分布検査システムの使用目的および使用方法などはこれに限定されない。【０４２４】  （１）鳥インフルエンザの疑い例が発生
Ｃ養鶏場において、多数のニワトリが、神経症状（首曲がり、元気消失など）、呼吸器症状、消火器症状（下痢、食欲減退など）などの全身症状や、毛並みの乱れや産卵数の低下などの軽微な症状が見られたとの報告が、地方自治体などの所定機関に入る。【０４２５】  （２）周辺施設特定
所定機関は、報告があったＣ養鶏場を中心として、半径３０ｋｍ以内の鳥が大量にいる施設（養鶏場、動物園など）を特定する。これは、本発明に係るシステムを用いなくてもよいが、本発明に係る情報処理装置内の地図情報データを用いてもよい。以下、特定された施設が全て養鶏場だった場合を例として説明する。【０４２６】  （３）現地でのウイルス検出
所定機関の職員が、本発明に係るバイオセンサ端末装置を上記（２）で特定された各施設に持ち込み、トリインフルエンザウイルスの有無を確認する。
まず、所定の時刻に、各鶏舎（養鶏場の場合）から１００個の鶏糞を採取する。高価な鶏の場合は一羽ごとに区別して採取してもよい。このとき、バイオセンサ端末装置の時刻特定機能および位置特定機能を用いて、採取時刻および採取場所情報を記録する。
採取した試料（鶏糞）をその場で緩衝液の入った蓋つき試験管に入れ、よく振り、懸濁液を作製する。懸濁液はしばらく静置し、上澄み液のみを取り出して試料溶液とする。
得られた試料溶液を、本発明に係るバイオセンサ端末装置のトリインフルエンザウイルス検出用多検体用プレートに滴下する。トリインフルエンザウイルス検出用多検体用プレートは、例えば、図５３のような多検体用プレートであり、被検出物質認識分子としてトリインフルエンザウイルスに対する各種抗体がそれぞれのウェルの底部に固定されている。ここで、図５３（Ｃ）のように多検体多項目のプレートを用いると、一度の検出でトリインフルエンザウイルスの有無だけでなく、その亜型まで知ることができる。
試料溶液滴下後、１０分静置し、抗原抗体反応を進行させる。１０分後、各サンプルの電流特性を取得する。例えば、Ｉ−Ｖｇ特性を取得し、検量線を取得した時の電圧における電流値を特定する。これとは別に、Ｉ−Ｖｇ特性曲線の変曲点を用いて検量線を得た場合には、試料溶液のＩ−Ｖｇ曲線の変曲点における電流値を特定する。
得られた電流値を検量線に当てはめ、試料溶液中の被検出物質（各亜型のトリインフルエンザウイルス）の濃度を特定し、検出データを生成する。【０４２７】  （４）データ送信
検出データ（トリインフルエンザウイルスの有無および試料溶液中の濃度）に、位置情報、時刻情報などの属性情報を付加した後、所定機関内部の情報処理装置に送信する。ここで送信される検出データは、例えば、図７８のようなものである。なお、検出結果の不正処理を防ぐため、検出結果はここでは表示しないようにする。【０４２８】  （５）分布地図作成
情報処理装置は、上記（２）で特定された各施設からの検出データを受信し、受信した検出データに基づいてトリインフルエンザウイルスの分布地図を作成する。ここで作成される分布地図は、例えば、図８０のようなものである。この分布地図には、ウイルスの有無だけでなく、発見検体数や試料溶液中の被検出物質の濃度などの情報も加えて表示することもできる。【０４２９】  （６）経時的検査の継続と今後の予測
上記（３）〜（５）のプロセスを所定時間ごとに繰り返し、所定時間ごとの分布地図を作成する。前回の検査で新たにウイルスが検出された養鶏場があった場合は、その養鶏場を中心として、新たに半径３０ｋｍの領域を検査対象とする。【０４３０】  このように経時的に検査することで、分布の変化の様子を経時的に知ることができ、今後のウイルス分布の拡大範囲を予測することができるようになる。同様に、感染経路も予測することができる可能性もある。例えば、カラスなどの野鳥が多い森の位置と、感染養鶏場の位置に何らかの関係が見られれば、感染経路は野鳥であると推測することができる。【０４３１】  また、ウイルスの正確な分布範囲を迅速に知ることができるので、ウイルスに感染しており全鶏を処分するべき鶏舎と、ウイルスに感染しておらず鶏肉および鶏卵を出荷しても危険性は低い鶏舎を正確に区別することができ、経済的損失を抑えることができる（所定官庁が判断基準を作成する）。【０４３２】  本発明の対象物分布検査システムは、人インフルエンザの予測にも用いることができる。東アジア地域のインフルエンザウイルスは、ロシア東北部から飛来するカモによって運ばれてきていることが知られている。したがって、本発明に係る対象物分布検査システムによって、東アジア地域にカモが飛来してくる前に、ロシア東北部各地の湖沼でカモの糞などからインフルエンザウイルスの亜型の特定およびマッピングをすることで、その年に流行するインフルエンザウイルスの亜型を予測することができる。これにより、適切なワクチンを準備することが可能となる。従来の手法では、この解析に数週間を要するため、インフルエンザウイルスの亜型や流行時期のリアルタイムの予報は不可能である。【０４３３】  上記手法は、インフルエンザだけでなくあらゆる感染症の流行について、その発生源の特定を可能にし、今後の予報を可能にする。【０４３４】  また、本発明の対象物分布検査システムは、海洋微生物の増減を予測するのにも用いることができる。バイオセンサは人間により動作させる必要はなく、ブイなどに取り付け、定時に定点情報をセンターに集約させてもよい。これによって、赤潮などの予報だけでなく、貝毒、ノロウイルスなどのリアルタイムマッピングとそれに基づく予測を行うことができる。このような情報は、漁業者にとって極めて重要な情報となる。【０４３５】  また、本発明の対象物分布検査システムは、農薬散布に伴う残留農薬の検出に対しても用いることができる。従来の手法では、検出結果が得られる頃には農作物が加工段階に入ってしまうことが多かった。しかし、本発明に係る対象物分布検査システムを用いることにより、残留農薬の検出結果を保健所などの所定機関に迅速に集約することができ、残留農薬地図もすぐに作成することができる。さらに、このように検出結果をマッピングすることで、農家が自ら散布した農薬だけではなく、土壌中のＰＣＢ、隣接する農家からの農薬、隣接する道路からの排気ガス、近接する工場の煤煙などの周囲からもたらされる農薬に準じる化学物質について、その分布および放出源を特定することができる。【０４３６】  また、本発明の対象物分布検査システムは、人口密集地域周辺の杉林などの花粉の検���結果と、風向き、風量、気温などの地域データを集約することで、リアルタイムの花粉情報および花粉予報を提供することができる。【０４３７】  また、本発明の対象物分布検査システムは、バイオテロに対しても用いることができる。特に、本発明に係るバイオセンサ端末装置は多項目検出が可能であるため、迅速に原因物質または生物を特定し、その分布地図を作成することができる。このような情報を迅速に集約し、周辺地域に発信できるシステムは、津波予報と同様に極めて重要だといえる。【０４３８】  本願は、２００５年６月１４日出願の特願２００５−１７４４０４、２００５年６月１４日出願の特願２００５−１７４４０８、２００５年８月１７日出願の特願２００５−２３７００２および２００５年８月３１日出願の特願２００５−２５２５０６に基づく優先権を主張する。当該出願明細書に記載された内容はすべて、本願明細書に援用される。
【産業上の利用可能性】
【０４３９】  本発明のＦＥＴは優れた電気特性を有する。したがって、特にバイオセンサに適用することにより、従来のバイオセンサよりも顕著に優れた検出感度を示すバイオセンサが提供されうる。また、本発明のバイオセンサは小型化が可能であるので、野外における検出など、従来のバイオセンサでは困難であった使用場面にも適用されうる。
【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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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７６】
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【図７７】
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【図７８】
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【図７９】
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【図８０】
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【図８１】
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【図８２】
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