(57)【要約】  ゲノム内の一塩基多型（ＳＮＰ）を検知するためのモジュールを含む装置であって、該装置は：流体サンプルを受け取るための４つの反応チャンバであって、該反応チャンバの各々は、塩基Ａ、Ｃ、Ｇ、Ｔの異なる１つ、及びプライマーを含む、反応チャンバ；使用時に前記流体サンプルに浸される参照電極；各反応チャンバに関連する、１対のイオン感応電界効果トランジスタ（ＩＳＦＥＴ）であって、各対の該ＩＳＦＥＴは、関連する反応チャンバ内に暴露される、それぞれの感知膜又は共通の感知膜を含む、ＩＳＦＥＴ；及び複数の差検出器であって、該差検出器の各々は、異なる反応チャンバに関連したＩＳＦＥＴの出力にそれぞれ繋げられる１対の入力を有する、差検出器、を含む。【選択図】図３０
2015512636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲノム内の一塩基多型（ＳＮＰ）を検知するためのモジュールを含む装置であって、該装置は：
流体サンプルを受け取るための４つの反応チャンバであって、該反応チャンバの各々は、塩基Ａ、Ｃ、Ｇ、Ｔの異なる１つ、及びプライマーを含む、反応チャンバ；
使用時に前記流体サンプルに浸される参照電極；
各反応チャンバに関連する、１対のイオン感応電界効果トランジスタ（ＩＳＦＥＴ）であって、各対の該ＩＳＦＥＴは、関連する反応チャンバ内に暴露される、それぞれの感知膜又は共通の感知膜を含む、ＩＳＦＥＴ；及び
複数の差検出器であって、該差検出器の各々は、異なる反応チャンバに関連したＩＳＦＥＴの出力にそれぞれ繋げられる１対の入力を有する、差検出器
を含むことを特徴とする、装置。
【請求項２】
複数の前記差検出器は、異なる対の反応チャンバの出力に繋げられる入力の対を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
４つの差検出器Ｘ、Ｙ、Ｚ、及びＷを含み、これらは、以下のような反応チャンバのＩＳＦＥＴ：
Ｘ：Ａ及びＴ
Ｙ：Ｔ及びＣ
Ｚ：Ｃ及びＧ
Ｗ：Ａ及びＧ
に繋げられる入力を有する、ことを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
可能でないヌクレオチド付加を示す出力状態を検知するために、差検出器によって提供される出力を監視するための出力検出器を含む、ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載の装置。
【請求項５】
前記出力検出器に繋げられ、且つ、可能でない状態を排除するための装置の調整を実行することで可能でない状態の検知に反応するよう構成されるプロセッサーを含む、ことを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記調整は、複数の差検出器のオフセットに行われる、ことを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記プロセッサーは、前記参照電極に適用されるバイアス電圧の変更、差検出器バイアス電流の変更、バイアス参照電流の変更、及び、緩衝増幅器を介する電流の変更の１つ又は組み合わせにより、前記調整を実行するよう構成される、ことを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
差検出器は差動増幅器である、ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１つに記載の装置。
【請求項９】
差検出器は相互コンダクタンス増幅器である、ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１つに記載の装置。
【請求項１０】
差検出器はコンパレーターである、ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１つに記載の装置。
【請求項１１】
異なるＳＮＰを検知するように構成される複数の前記モジュールを含む、ことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１つに記載の装置。
【請求項１２】
ゲノム内の一塩基多型（ＳＮＰ）を検知する方法であって、該方法は：
４つの反応チャンバにおいて流体サンプルを受け取る工程であって、該反応チャンバの各々は、塩基Ａ、Ｃ、Ｇ、Ｔの異なる１つ、及びプライマーを含む、工程；
各反応チャンバに関連する、１対のイオン感応電界効果トランジスタ（ＩＳＦＥＴ）を使用して反応チャンバ内の任意のｐＨ変化を検知する工程であって、各対の該ＩＳＦＥＴは、関連する反応チャンバ内に暴露される、それぞれの感知膜又は共通の感知膜を含む、工程；及び
複数の差検出器から出力を提供する工程であって、該差検出器の各々は、異なる反応チャンバに関連したＩＳＦＥＴの出力にそれぞれ繋げられる１対の入力を有する、工程
を含むことを特徴とする、方法。
【請求項１３】
可能でないヌクレオチド付加を示す出力状態を検知するために、差検出器によって提供される出力を監視する工程を更に含む、ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
差検出器によって提供される出力を監視する工程は、真理表において出力を調べる工程を含む、ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
可能でない状態を排除するための装置の調整を実行することで可能でない状態の検知に反応する工程を更に含む、ことを特徴とする請求項１３又は１４の何れか１つに記載の方法。
【請求項１６】
前記調整は、複数の差検出器のオフセットに行われる、ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記装置の調整を行う工程は、参照電極に適用されるバイアス電圧の変更、差検出器バイアス電流の変更、バイアス参照電流の変更、及び、緩衝増幅器を介する電流の変更の１つ又は組み合わせを含む、ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
差検出器は差動増幅器である、ことを特徴とする請求項１２乃至１７の何れか１つに記載の方法。
【請求項１９】
差検出器は相互コンダクタンス増幅器である、ことを特徴とする請求項１２乃至１７の何れか１つに記載の方法。
【請求項２０】
差検出器はコンパレーターである、ことを特徴とする請求項１２乃至１７の何れか１つに記載の方法。
【請求項２１】
ゲノム内の一塩基多型（ＳＮＰ）を検知するためのモジュールを含む装置であって、該装置は：
流体サンプルを受け取るための４つの反応チャンバであって、該反応チャンバの各々は、塩基Ａ、Ｃ、Ｇ、Ｔの異なる１つ、及びプライマーを含む、反応チャンバ；
使用時に前記流体サンプルに浸される参照電極；及び
各反応チャンバに関連するもの、即ち、
１対のイオン感応電界効果トランジスタ（ＩＳＦＥＴ）であって、各対のＩＳＦＥＴは、関連する反応チャンバ内に暴露される、それぞれの感知膜又は共通の感知膜を含み、ＩＳＦＥＴの対は、プッシュプル式の構成において繋がれる、ＩＳＦＥＴ；
前述のプッシュプル構成の出力に繋がれる入力を有する、ＭＯＳＦＥＴインバーターステージ；及び
前記感知膜に存在する電圧への依存において切り替え可能なデジタル出力を提供する出力ステージ
を含むことを特徴とする、装置。
【請求項２２】
前記ＭＯＳＦＥＴインバーターステージは、１つのＭＯＳＦＥＴインバーター、又は多くの積み重ねられたＭＯＳＦＥＴインバーターを含む、ことを特徴とする請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
一致しないプライマーを含む参照チャンバを含む、ことを特徴とする請求項２１又は２２の何れか１つに記載の装置。
【請求項２４】
装置内の誤った偏差を検知するために、参照チャンバの出力を監視するための参照出力検出器を含む、ことを特徴とする請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記参照出力検出器に繋げられ、且つ、前記偏差を排除するための装置の調整を実行することで誤った偏差の検知に反応するよう構成されるプロセッサーを含む、ことを特徴とする請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
可能でないヌクレオチド付加を示す出力状態を検知するために、出力ステージのデジタル出力を監視するための出力検出器を含む、ことを特徴とする請求項２１又は２２の何れか１つに記載の装置。
【請求項２７】
前記出力検出器に繋げられ、且つ、可能でない状態を排除するための装置の調整を実行することで可能でない状態の検知に反応するよう構成されるプロセッサーを含む、ことを特徴とする請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記プロセッサーは、前記参照電極に適用されるバイアス電圧の変更により、前記調整を行なうように構成される、ことを特徴とする請求項２５又は２７の何れか１つに記載の装置。
【請求項２９】
前記プロセッサーは、スイッチング閾値を調整するためにプログラム可能なインバーターを変更することにより、前記調整を行なうように構成される、ことを特徴とする請求項２５又は２７の何れか１つに記載の装置。
【請求項３０】
異なるＳＮＰを検知するように構成される複数の前記モジュールを含む、ことを特徴とする請求項２１乃至２９の何れか１つに記載の装置。
【請求項３１】
ゲノム内の一塩基多型（ＳＮＰ）を検知するための方法であって、該方法は：
４つの反応チャンバにおいて流体サンプルを受け取る工程であって、該反応チャンバの各々は、塩基Ａ、Ｃ、Ｇ、Ｔの異なる１つ、及びプライマーを含む、工程；
各反応チャンバに関連する、１対のイオン感応電界効果トランジスタ（ＩＳＦＥＴ）を使用して反応チャンバ内の任意のｐＨ変化を検知する工程であって、各対の該ＩＳＦＥＴはそれぞれ感知膜を含み、又は感知膜は、関連する反応チャンバに暴露され、ＩＳＦＥＴの対はプッシュプル式の構成で繋がれる、工程；
ＭＯＳＦＥＴインバーターステージの入力にプッシュプル式のＩＳＦＥＴの出力を繋ぐ工程；及び
出力ステージからデジタル出力を提供する工程であって、デジタル出力は、前記感知膜に存在する電圧への依存において切り替え可能である、工程
を含む、ことを特徴とする方法。
【請求項３２】
参照チャンバ上で前記方法の工程を行う工程も含み、前記参照チャンバは、一致しないプライマーを含む、ことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
装置内の誤った偏差を検知するために、参照チャンバの出力を監視する工程を含む、ことを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記偏差を排除するための装置の調整を実行することで誤った偏差の検知に反応する工程を含む、ことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
可能でないヌクレオチド付加を示す出力状態を検知するために、出力ステージのデジタル出力を監視する工程を含む、ことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
出力ステージによって提供されるデジタル出力を監視する工程は、真理表において出力を調べる工程を含む、ことを特徴とする請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
可能でない状態を排除するための装置の調整を実行することで可能でない状態の検知に反応する工程を含む、ことを特徴とする請求項３５又は３６の何れか１つに記載の方法。
【請求項３８】
前記調整を行なう工程は、参照電極に適用されるバイアス電圧を変更する工程を含む、ことを特徴とする請求項３４又は３７の何れか１つに記載の方法。
【請求項３９】
前記調整を行なう工程は、スイッチング閾値を調整するためにプログラム可能なインバーターを変更する工程を含む、ことを特徴とする請求項３４又は３７の何れか１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＳＦＥＴ配列を使用する、効率的なポリヌクレオチドのシーケンス解析及びＳＮＰ検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）は、細胞の核にある長鎖分子であり、それは、生体の発達及び機能化に使用される遺伝学的な「指示（ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ）」を包含する。図１は、砂糖及びリン酸塩の外部骨格、及び塩基の内部部分を伴う、二重らせん構造を有するＤＮＡの断面を示す。情報は、４種類の塩基（それらのイニシャルＡ、Ｃ、Ｇ、及びＴとしてそれぞれ表わされる、アデニン、シトシン、グアニン、及びチミン）の配列においてコード化される。二重鎖上で、塩基は、図２に示されるように、アデニンがチミンとのみ対となり、且つシトシンがグアニンとのみ対となるよう、水素結合を作ることによる相補的な方法で位置する。ＤＮＡのセグメントは、特定のタンパク質の生産（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）をコード化する遺伝子と呼ばれる。コードの９９．９％は、人口母集団の中で類似し、違いを生ずるのは残りの０．１％である。一塩基多型は、人口の１％より多くに見出され得る遺伝子の単一突然変異である。ＳＮＰの発見は、大多数の人口と比較して、個体における遺伝学的な差を認識する際に、及びそれらの後の分析のために、価値のある情報を提供する。
【０００３】
遺伝学の進歩と共に、ヒトゲノムのシーケンス解析は、遺伝子の特定の多型と障害との関係の発見により、多くの欠乏症及び遺伝病のルートを識別するのに役立った。個体のゲノムにおける一塩基多型（ＳＮＰ）の検知、及び代謝に対するＳＮＰの効果に関する情報によるマッピングは、診断を改善且つ促進し得る。
【０００４】
ＤＮＡの二重らせん構造は、図１に示されるように、温度を増加させる又は酵素を使用することにより、変性され得る。ＤＮＡ鎖の相補的な性質のため、テンプレート／標的の相補的な複製によって分子を複製することは、適切なプローブ／プライマーの設計及びヌクレオチドの提供によって、可能である。このように、特定の配列がヒト又はそうではないもののゲノムにあるか否かを見出すため、プライマーは、標的ＤＮＡの変性した単一鎖と相互に作用するように設計され得る。それは一致する場合、その後、標的の上で伸びることができる［２］。標的上のプライマーのこの伸張は、ピロリン酸塩及びＨ＋イオンを放出する［３］。それ故、分析物における酸性度が増加したか否か検知することによって、伸張が生じたか否か；及び、結果的に、設計した配列は一致したか否かを、決定することができる。
【０００５】
近年、それは、研究室の設定（ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  ｓｅｔ  ｕｐ）と専門家にとって何の必要もないような方法で必要な試験をすぐに実行できる、診療現場の（ｐｏｉｎｔ−ｏｆ−ｃａｒｅ）解決策を提供するための対象の分野であった。この分野における１つのそのような方法［１］は、ＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）技術と互換性を持ち、且つその関連する利点から利益を得る、イオン感応電界効果トランジスタ（ＩＳＦＥＴ）の使用に依存する。ＩＳＦＥＴは、伸張が生じたか否かを示すために、ｐＨの測定及びｐＨ低下の検出のためのセンサーとして使用される。しかし、現在使用される、ＩＳＦＥＴ用のプラットフォームは、それらを電力及びメモリー集約型にした。現在使用されるプラットフォームは、特定の多型が標的ＤＮＡ又はそうでないものにおいて検知されることを伝える、ｙｅｓ／ｎｏの応答を提供するため、大量のデータを処理するように要求される。これら集約的な要求は主に、測定において相殺される必要がある誤差要因の存在による。
【０００６】
ＩＳＦＥＴは、浮遊ゲートＦＥＴファミリーのメンバーであり、そのゲート電圧は、参照電極（「リモートゲート」）から、その浮遊ゲートの上の電解質及び敏感な膜を通って提供される。図３は、ＩＳＦＥＴの表示を示す。初期発生ステージにある間、ＩＳＦＥＴは、電解質におけるイオンの濃度に対するそのような感度を提供し、特別な処理を必要とするための異なる物質を使用し、それらは現在、例えば図４に示されるように、ＩＳＦＥＴに特異的な処理工程が要求されないように感知膜としてパッシベーション層（ＳｉＯ２の上のＳｉ３Ｎ４）を使用する、商用のＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）技術［５］において実施される。感知膜材料は、電解質中でＨ＋イオンと結合し、その上に荷電表面を作り、その荷電を感知膜の下の金属層に繋げる。参照電極に対して敏感な膜上の電圧が、イオン濃度に依存することが示された［４］。他の感知膜を有するＩＳＦＥＴも、例えばＳｉ３Ｎ４の代わりに知られており、Ｔａ２Ｏ５から作られ得る。
【０００７】
参照電極（リモートゲートＧ）から感知膜（Ｇ’）までの電圧降下が、ｐＨに直線的に依存することを示すため、ｐＨ（Ｈ＋）と電圧の関係を数学的に発現することが、可能である（下記の方程式（１）を参照）。方程式（２）において、γは、非ｐＨ関連性の化学的電圧を表わし、ＵＴは熱電圧であり、αは、実際に非理想的な状態による感度の減少を表わす。
【０００８】
【数１】
2015512636.tif 000003
【０００９】
トランジスターの特徴は、そのゲート及びソースの電圧における差の関数である（（ａ）弱い反転、（ｂ）強い反転、及び（ｃ）速度飽和に関して、方程式（３）［６］）。
【００１０】
【数２】
2015512636.tif 000004
【００１１】
従って、様々なインターフェースは、この電圧差も一定のままになるように全てのパラメータを一定にするのに必要なフィードバックを提供するよう設計され、一方で、それらの絶対値は、ｐＨ変化から結果として生じる化学的電圧降下における変動に従う（移動性のゲート及び固有のＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスター）のソースは、ｐＨ変化に従う）。この目的のための共通のインターフェースは図５に示される。
【００１２】
しかし、ＩＳＦＥＴは非理想的な挙動に悩む場合がある。例えば、これは、化学的及び熱的なノイズ、並びにトラップ電荷による感知膜の退化である漂流を含み得る（これは、閾値の電圧変化の主な原因として報告された［８，９］）。漂流は、ＤＣオフセットとして現れ、１時間につき数ミリボルトの変化比率により経時的に変化する［１０］［５］。測定を行なう場合は注意しなければならず、ｐＨ変化が別のｐＨに対して測定される場合は常に、測定値は、参照ＦＥＴ（ＲＥＦＥＴ）を使用して異なる方式で計算されねばならない。［ＮＢ．ＲＥＦＥＴは、図３の参照電極又はリモートゲートと混同されてはならない。］
【００１３】
〈ＳＮＰ検出におけるＩＳＦＥＴ〉
シーケンス解析及びＳＮＰ検出におけるＩＳＦＥＴの使用は、水素イオンがピロリン酸塩の加水分解の結果として放出されるという事実に依存し、一致する場合（即ち、配列が相補的である）にプライマー／プローブの伸張の副産物は標的ＤＮＡ鎖の上に位置し［３］、感知膜上及びその周囲にあるこれらイオンの濃度の増加は、反応物が生じて暫くの間、反応物の発生が検知されることを可能にする。この例において、ｐＨの絶対測定を行うことよりも、その変化の検出が、既知の配列を備える設計されたプローブが標的に一致するかどうか決定することを可能にするのに十分である。それ故、全ての非理想的な信号を検知し、且つ続いて異なる構成にあるワーキングＩＳＦＥＴ（ｗｏｒｋｉｎｇ  ＩＳＦＥＴ）からそれらを相殺するために使用されるＲＥＦＥＴを有することで、ｐＨ変化の確実な監視を提供できる［１１，１２］。結果的に、ＲＥＦＥＴは、ｐＨ変化以外のワーキングＩＳＦＥＴに関する同じ状態を提供するために、非拡張可能な（即ち、釣り合わない）プライマーと、ヌクレオチド、酵素、及び標的ＤＮＡ鎖との混合物に暴露される［１３］。図６は、ＳＮＰ検知のためのＩＳＦＥＴベースのシーケンス解析中に典型的に使用される構成を示す。
【００１４】
〈既存の技術〉
現在の技術は、引用文献［１］（Ｄ．  Ｍ．  Ｇａｒｎｅｒ，  Ｈｕａ  Ｂａｉ，  Ｐ．  Ｇｅｏｒｇｉｏｕ，  Ｔ．  Ｇ．  Ｃｏｎｓｔａｎｄｉｎｏｕ，  Ｓ．  Ｒｅｅｄ，  Ｌ．  Ｍ．  Ｓｈｅｐｈｅｒｄ，  Ｗ．  Ｗｏｎｇ，  Ｋ．  Ｔ．  Ｌｉｍ  ａｎｄ  Ｃ．  Ｔｏｕｍａｚｏｕ，  “Ａ  ｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌ  ＤＮＡ  ＳｏＣ  ｆｏｒ  ｒａｐｉｄ  ｐｏｉｎｔ−ｏｆ−ｃａｒｅ  ｇｅｎｅ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，”  ｉｎ  Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｐａｐｅｒｓ  （ＩＳＳＣＣ），  ２０１０  ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，  ２０１０，  ｐｐ．  ４９２−４９３）の図２７．４．１に表わされるように、異なるＳＮＰのパラレル検出のためのアレイを実施するため、上記に議論された構成を使用する。ｎ＋１の塩基位置にて配列の存在及びその後の突然変異を検知するために、長さｎのプライマーが設計され、標的ＤＮＡ及び酵素と混合される。それは、各々がｐＨを感知するためのＩＳＦＥＴを有する４つのチャンバに挿入される。各チャンバは、ほんの１種類のヌクレオチドを含む（即ち、第１チャンバはヌクレオチドタイプＡのみを含み、第２チャンバはＣのみを、第３チャンバはＧのみを、及び第４チャンバはＴのみを含む）。ｐＨは、プライマーを拡張できる唯一のものであるため、位置ｎ＋１にて相補的なヌクレオチドを含むチャンバにおいてのみ、低下する（標的ＤＮＡ鎖の上の設計されたプライマーの伸張の結果として）。４つのチャンバのＩＳＦＥＴは全て、前述に議論されるようなＲＥＦＥＴと比較される。［ＮＢ．ヘテロ接合体（ｈｅｔｅｒｏｚｙｇａｔｅ）の場合において、ヘテロ接合体の場合に対立するものとして、２つの異なるヌクレオチドタイプは相補的であり、結果として２つの異なるチャンバにおけるｐＨの低下をもたらす。これは更に以下に議論される。］
【００１５】
ＩＳＦＥＴアレイは、複数のセットの（４つの）ＩＳＦＥＴ  ＳＮＰ検出器を提供するために設計され且つ構築され得る。そのようなアレイは、例えば、与えられたＳＮＰのため及び／又は異なるＳＮＰについての試験のため増加した検知を提供するために、同じＳＮＰに関する多数の試験を提供し得る。後者の場合、（個々の異なるＳＮＰ試験に関する）ＩＳＦＥＴの各セットのウェルは、異なるプライマーを含むであろう。幾つかの場合には、これらアレイは極めて大きい場合がある。
【００１６】
この現在のプラットフォームには欠点がある。高い電力及びメモリーの要求は、非理想的なＩＳＦＥＴ挙動を克服するためのインターフェースから、及び、ノイズ及び寄生効果を相殺するために情報を処理しなければならない方法から結果として生じる、主な問題である。
【００１７】
［１］の図２７．４．２は、Ｃｈｉｐｓの最先端のシステムの１つのシステム概要を示す。その図に示されるように、１０の温度センサー読み取りを加えたアレイ（その１つはＲＥＦＥＴである）における４０のＩＳＦＥＴに関して、５０のシグマ−デルタのモジュレータは、回路構成を取り消すＩＳＦＥＴオフセットと同様に利用される。このシステムによる複雑性は、アレイにおけるＩＳＦＥＴの数と共に増加し、集約的な電力及びメモリーの要求は、存在するＡＤＣの数及び制御ユニットによって容易に見ることができる。引用文献［１］の図に描かれるものなどのシステムにおける欠点の幾つかは、以下のパラグラフで説明される。
【００１８】
〈小さなｐＨ変化及び感度〉
チャンバ内のヌクレオチドの伸張は緩衝溶液中に生じ、ｐＨ低下は、その成分の混合物に依存する（例えば、それらの量及び密度が、どれだけのイオンが反応物を結果としてもたらし、その密度は何であるかを定義する）。実際に、ｐＨは典型的に１ユニット以下に落ちる。伸張中のｐＨ変化の一例は、図７のグラフに示される。完全な感知膜のため室温で５９ｍＶ／ｐＨの理想的な感度を考慮すると、容量結合後の浮遊ゲート上の電圧変化が、１０−６０ｍＶの領域において最良であり、実際には５９ｍＶ未満であることが予期され得る；例えば、４４ｍＶ／ｐＨは、引用文献［１４］（Ｐ．Ｇｅｏｒｇｉｏｕ  ａｎｄ  Ｃ．Ｔｏｕｍａｚｏｕ，  “ＩＳＦＥＴ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ｉｎ  ＣＭＯＳ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｔｏ  ｗｅａｋ  ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎ”）において報告される。
【００１９】
〈単一のＲＥＦＥＴ〉
大きなアレイにおいて、全てのＩＳＦＥＴに関する状態が同じものである必要があるため、全体のチップは１つのＲＥＦＥＴに依存する。ＲＥＦＥＴが誤って作用すれば、全ての測定値はエラーによりバイアスをかけられる。更に、ＲＥＦＥＴは、異なるＳＮＰが異なるプライマーを必要とするとため、その分析物に関して他の全てのＩＳＦＥＴと同一ではなく、及び実際に同一にはならない。
【００２０】
〈参照電極〉
共通の状態を提供するため、単独の参照電極又はリモートゲートは、全体のチップ及びＲＥＦＥＴに使用される。それ故、ＩＳＦＥＴのリモートゲートバイアス等電位を作ることは難しく、電位を等しく処理する電解質（例えば塩橋）のミクロの流体設計の荷電（ｃｈａｌｌｅｎｇｉｎｇ）、又は、アレイ構造の相違箇所での安定した参照電極のルーティング（ｒｏｕｔｉｎｇ）及び設計の何れかを必要とする。
【００２１】
〈反応物の監視／追跡〉
既知の技術は、ｐＨ変化の指標として挙動及びＳＮＰの検知を解釈するために、反応物の監視を必要とする。これは、たとえ最終的な応答（又は出力）が、ｐＨが低下したか否か、及び結果的にＳＮＰが見出されたか否か（１又は０）を示す単一ビットの（ａ  ｓｉｎｇｌｅ  ｂｉｔ  ｏｆ）情報であっても、その通りである。反応物は、結果を得ることを可能にするために最初から監視されねばならない。
【００２２】
〈ＩＳＦＥＴインターフェース〉
反応物を監視するため（次々に）インターフェースに各々を接続するために、ＩＳＦＥＴのドレーン及びソースでのスイッチの追加を必要とするので、アレイにおける全てのＩＳＦＥＴのため単一の通信インターフェースを使用することは、理想的ではない。これは、ＩＳＦＥＴの実施に影響しており、アレイを渡るｐＨの略連続的な測定を有するために、チップを通じた全てのＩＳＦＥＴの速いスキャンを必要とする。結果的に、単一のインターフェースから読まれた測定値を多重化し且つ多重分離するために、相当な努力が要求される。更に、これは、アナログの異なる対、即ちＲＥＦＥＴである別の入力に関して異なる負荷を結果としてもたらす。それ故、示差測定法により、平行にアレイを渡る全てのＩＳＦＥＴを効果的に監視するための唯一の方法は、各ＩＳＦＥＴに単一のインターフェースを提供し、後にＲＥＦＥＴについて記録されたデータから抽出するために経時的にそのデータを記録することである。この場合、ＩＳＦＥＴの全ては同時に読み取られねばならず、又は、アレイは、生じる化学反応について得られた時間の長さ未満の時間区間で、各ＩＳＦＥＴをサンプリングするために高速でスキャンされねばならない［１６］。
【００２３】
〈デジタル変換器（ＡＤＣ）に対するアナログ〉
既知の構成は、アナログデータのデジタルデータへの高精度変換、及び記録されたデータを読み取り且つワーキングＩＳＦＥＴデータからＲＥＦＥＴデータを抽出するプロセスユニットを必要とする。最大でほんの数十ミリボルトのｐＨ変化（理想的に、ｐＨが１ユニットずつ変化する場合に５９ｍＶ）が検知されなければならないため、高精度は重要であり、及び、ｐＨ変化に関して、具体的に信号がＩＳＦＥＴ自体からの変動により達成されるため、量子化雑音は比較可能でないはずである。１つの提案された設計は、アレイにおける各単一のＩＳＦＥＴの１０ビットのＡＤＣを必要とする［１］。この構造は、特に電力及びメモリー集約型の設計だけでなく、チップ設計の複雑性の大幅な増加ももたらす、高容量のメモリー、同様にプロセスユニットを要求する。この構造により、大量のデータが、ｐＨ低下の検知を監視及び解釈するために集められねばならず、即ち、４つのＩＳＦＥＴからの４０ビットの情報は各々、４つの塩基型（Ａ、Ｃ、Ｇ、及びＴ）の各々によるプライマーの伸長の可能性を監視し、ＲＥＦＥＴのため１０ビットを加えて、各ＳＮＰのためのサンプリング時間あたり５０ビットの情報を作る。これはもちろん、平行に分析されるべきＳＮＰの数により拡大する。
【００２４】
ＩＳＦＥＴベースのＳＮＰ検知の電流設定に関する主な障害及び問題が、上述された。単一のＲＥＦＥＴの性能への依存、参照電極の設計及び高精度ＡＤＣの要求、最初からの反応物の監視、及び高い電力及びメモリーの消費をもたらす大量の重複データの収集などの問題が、記載されてきた。前述の問題の根本は、既知のプラットフォームのアナログの性質、同様に、測定後の不規則な信号を排除するのに要求されるアルゴリズム及びＩＳＦＥＴの非理想的な挙動測定にある。
【００２５】
同様の考察が、ＲＮＡにおけるＳＮＰ検知の場合に適用する。
【発明の概要】
【００２６】
本発明の第１の態様に従い、ゲノム内の一塩基多型（ＳＮＰ）を検知するためのモジュールを含む装置が提供され、該装置は：
流体サンプルを受け取るための４つの反応チャンバであって、該反応チャンバの各々は、塩基Ａ、Ｃ、Ｇ、Ｔの異なる１つ、及びプライマーを含む、反応チャンバ；
使用時に前記流体サンプルに浸される参照電極；
各反応チャンバに関連する、１対のイオン感応電界効果トランジスタ（ＩＳＦＥＴ）であって、各対の該ＩＳＦＥＴは、関連する反応チャンバ内に暴露される、それぞれの感知膜又は共通の感知膜を含む、ＩＳＦＥＴ；及び
複数の差検出器であって、該差検出器の各々は、異なる反応チャンバに関連したＩＳＦＥＴの出力にそれぞれ繋げられる１対の入力を有する、差検出器
を含む。
【００２７】
複数の前記差検出器は、異なる対の反応チャンバの出力に繋げられる入力の対を有し得る。
【００２８】
前記装置は、４つの差検出器Ｘ、Ｙ、Ｚ、及びＷを含み得、これらは、以下のような反応チャンバのＩＳＦＥＴ：
Ｘ：Ａ及びＴ
Ｙ：Ｔ及びＣ
Ｚ：Ｃ及びＧ
Ｗ：Ａ及びＧ
に繋げられる入力を有する。
【００２９】
前記装置は、可能でないヌクレオチド付加を示す出力状態を検知するために、差検出器によって提供される出力を監視するための出力検出器を含み得る。
【００３０】
前記装置は、前記出力検出器に繋げられ、且つ、可能でない状態を排除するための装置の調整を実行することで可能でない状態の検知に反応するよう構成されるプロセッサーを含み得る。
【００３１】
前記調整は、複数の差検出器のオフセットに行われる。
【００３２】
前記プロセッサーは、前記参照電極に適用されるバイアス電圧の変更、差検出器バイアス電流の変更、バイアス参照電流の変更、及び、緩衝増幅器を介する電流の変更の１つ又は組み合わせにより、前記調整を実行するよう構成され得る。
【００３３】
差検出器は差動増幅器でもよく、相互コンダクタンス増幅器でもよく、及びコンパレーターでもよい。
【００３４】
前記装置は、異なるＳＮＰを検知するように構成される複数の前記モジュールを含み得る。
【００３５】
本発明の第２の態様に従い、ゲノム内の一塩基多型（ＳＮＰ）を検知するための方法が提供され、該方法は：
４つの反応チャンバにおいて流体サンプルを受け取る工程であって、該反応チャンバの各々は、塩基Ａ、Ｃ、Ｇ、Ｔの異なる１つ、及びプライマーを含む、工程；
各反応チャンバに関連する、１対のイオン感応電界効果トランジスタ（ＩＳＦＥＴ）を使用して反応チャンバ内の任意のｐＨ変化を検知する工程であって、各対の該ＩＳＦＥＴは、関連する反応チャンバ内に暴露される、それぞれの感知膜又は共通の感知膜を含む、工程；及び
複数の差検出器から出力を提供する工程であって、該差検出器の各々は、異なる反応チャンバに関連したＩＳＦＥＴの出力にそれぞれ繋げられる１対の入力を有する、工程
を含む。
【００３６】
前記方法は、可能でないヌクレオチド付加を示す出力状態を検知するために、差検出器によって提供される出力を監視する工程を更に含み得る。
【００３７】
差検出器によって提供される出力を監視する工程は、真理表において出力を調べる工程を含み得る。
【００３８】
前記方法は、可能でない状態を排除するための装置の調整を実行することで、可能でない状態の検知に反応する工程を更に含み得る。
【００３９】
前記調整は、複数の差検出器のオフセットに行われ得る。
【００４０】
前記装置の調整を行う工程は、参照電極に適用されるバイアス電圧の変更、差検出器バイアス電流の変更、バイアス参照電流の変更、及び、緩衝増幅器を介する電流の変更の１つ又は組み合わせを含み得る。
【００４１】
差検出器は差動増幅器でもよく、相互コンダクタンス増幅器でもよく、及びコンパレーターでもよい。
【００４２】
本発明の第３の態様に従い、ゲノム内の一塩基多型（ＳＮＰ）を検知するためのモジュールを含む装置が提供され、該装置は：
流体サンプルを受け取るための４つの反応チャンバであって、該反応チャンバの各々は、塩基Ａ、Ｃ、Ｇ、Ｔの異なる１つ、及びプライマーを含む、反応チャンバ；
使用時に前記流体サンプルに浸される参照電極；及び
各反応チャンバに関連するもの、即ち、
１対のイオン感応電界効果トランジスタ（ＩＳＦＥＴ）であって、各対のＩＳＦＥＴは、関連する反応チャンバ内に暴露される、それぞれの感知膜又は共通の感知膜を含み、ＩＳＦＥＴの対は、プッシュプル式の構成において繋がれる、ＩＳＦＥＴ；
前述のプッシュプル構成の出力に繋がれる入力を有する、ＭＯＳＦＥＴインバーターステージ；及び
前記感知膜に存在する電圧への依存において切り替え可能なデジタル出力を提供する出力ステージ
を含む。
【００４３】
前記ＭＯＳＦＥＴインバーターステージは、１つのＭＯＳＦＥＴインバーター、又は多くの積み重ねられたＭＯＳＦＥＴインバーターを含み得る。
【００４４】
前記装置は、一致しないプライマーを含む参照チャンバを含み得る。
【００４５】
前記装置は、装置内の誤った偏差を検知するために、参照チャンバの出力を監視するための参照出力検出器を含み得る。
【００４６】
前記装置は、前記参照出力検出器に繋げられ、且つ、前記偏差を排除するための装置の調整を実行することで誤った偏差の検知に反応するよう構成されるプロセッサーを更に含み得る。
【００４７】
前記装置は、可能でないヌクレオチド付加を示す出力状態を検知するために、出力ステージのデジタル出力を監視するための出力検出器を更に含み得る。
【００４８】
前記装置は、前記出力検出器に繋げられ、且つ、可能でない状態を排除するための装置の調整を実行することで可能でない状態の検知に反応するよう構成されるプロセッサーを含み得る。
【００４９】
前記プロセッサーは、前記参照電極に適用されるバイアス電圧の変更により、前記調整を行なうように構成され得る。
【００５０】
前記プロセッサーは、スイッチング閾値を調整するためにプログラム可能なインバーターを変更することにより、前記調整を行なうように構成され得る。
【００５１】
前記装置は、異なるＳＮＰを検知するように構成される複数の前記モジュールを含み得る。
【００５２】
本発明の第４の態様に従い、ゲノム内の一塩基多型（ＳＮＰ）を検知するための方法が提供され、該方法は：
４つの反応チャンバにおいて流体サンプルを受け取る工程であって、該反応チャンバの各々は、塩基Ａ、Ｃ、Ｇ、Ｔの異なる１つ、及びプライマーを含む、工程；
各反応チャンバに関連する、１対のイオン感応電界効果トランジスタ（ＩＳＦＥＴ）を使用して反応チャンバ内の任意のｐＨ変化を検知する工程であって、各対の該ＩＳＦＥＴはそれぞれ感知膜を含み、又は感知膜は、関連する反応チャンバに暴露され、ＩＳＦＥＴの対はプッシュプル式の構成で繋がれる、工程；
ＭＯＳＦＥＴインバーターステージの入力にプッシュプル式のＩＳＦＥＴの出力を繋ぐ工程；及び
出力ステージからデジタル出力を提供する工程であって、デジタル出力は、前記感知膜に存在する電圧への依存において切り替え可能である、工程
を含む。
【００５３】
前記方法はまた、参照チャンバ上で前記方法の工程を行う工程を含み得、前記参照チャンバは、一致しないプライマーを含む。
【００５４】
前記方法は、装置内の誤った偏差を検知するために、参照チャンバの出力を監視する工程を含み得る。
【００５５】
前記方法は、前記偏差を排除するための装置の調整を実行することで誤った偏差の検知に反応する工程を含み得る。
【００５６】
前記方法は、可能でないヌクレオチド付加を示す出力状態を検知するために、出力ステージのデジタル出力を監視する工程を含み得る。
【００５７】
出力ステージによって提供されるデジタル出力を監視する工程は、真理表において出力を調べる工程を含み得る。
【００５８】
前記方法は、可能でない状態を排除するための装置の調整を実行することで可能でない状態の検知に反応する工程を含み得る。
【００５９】
前記調整を行なう工程は、参照電極に適用されるバイアス電圧を変更する工程を含み得る。
【００６０】
前記調整を行なう工程は、スイッチング閾値を調整するためにプログラム可能なインバーターを変更する工程を含み得る。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】ＤＮＡの一部及び相補的塩基対を示す。
【図２】塩基対の化学構造を示す。
【図３】ＩＳＦＥＴである。
【図４】修正していないＣＭＯＳ技術におけるＩＳＦＥＴである
【図５】共通のＩＳＦＥＴインターフェース、ドレーン−ソース・フォロワーである。
【図６】ＳＮＰ検知のためＩＳＦＥＴを適用するために使用される構成である。
【図７】プライマー伸長の結果としてｐＨが低下することを示すグラフである。
【図８Ａ】ＤＮＡ発生から染色体までの配列を示す。
【図８Ｂ】ＤＮＡ発生から染色体までの配列を示す。
【図９】ＲＥＦＥＴの無い（ＲＥＦＥＴ−ｌｅｓｓ）示差測定法構成である。
【図１０】アレイにおけるメモリーアドレッシングを示す。
【図１１】ＩＳＦＥＴ操作の容量性モデルである。
【図１２】ＩＳＦＥＴの容量性モデルである。
【図１３】ＩＳＦＥＴベースのインバーターである。
【図１４】化学的スイッチである。
【図１５】ゲート電圧が、３．３秒にわたって０から供給（３．３Ｖ）にまで掃引される場合の、化学的スイッチ及びＭＯＳＦＥＴインバーターにおける挙動を比較するグラフである。
【図１６】異なるｐＨに関するＩＳＦＥＴベースのインバーター特徴を示すグラフである。
【図１７】単一のＤＮＡＧＡピクセル構成である。
【図１８】ｐＨが経時的に変わる場合のピクセル操作のシミュレーションを示すグラフである。
【図１９】ＤＮＡＧＡ構成のサンプルである。
【図２０】ＤＮＡＧＡデータパスの概要である。
【図２１】ＤＮＡＧＡ較正及び制御のアルゴリズムである。
【図２２】ＤＮＡＧＡのためのサンプルステートマシーン（Ｓａｍｐｌｅ  Ｓｔａｔｅ  Ｍａｃｈｉｎｅ）である。
【図２３】ＲＥＦＥＴの無いＤＮＡＧＡ較正及び読み取りのアルゴリズムである。
【図２４】サンプルのＲＥＦＥＴの無いＤＮＡＧＡ構成である。
【図２５】ＲＥＦＥＴの無いＤＮＡＧＡにおける無効状態の検知のための組み合わせロジックのサンプル実施である。
【図２６】エラー検知ロジックのためのサンプルのカルノーマップである。
【図２７】ヘテロ接合体に関するＳＮＰの調整及び検知のサンプルのシナリオである。
【図２８】切り換え点の調整のためプログラム可能な第２インバーターを有するインバータースタック構成である。
【図２９】プログラム可能なゲートインバーターが使用される場合の、ＲＥＦＥＴの無いＤＮＡＧＡ較正及び読み取りのアルゴリズムである。
【図３０】２つの異なるＩＳＦＥＴからの入力間で得られた示差測定法を描くブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６２】
前述に議論されたように、ＩＳＦＥＴベースのＳＮＰ検知のための電流設定による多くの障害及び問題が存在する。そのようなデバイスの操作を劇的に単純化することができる新規の方法及び装置が、現在記載される。例えば、示差測定法の新しい方法は現在、ｐＨ変化測定の信頼度を増加させるだけでなく、記録されるのに必要なデータの量を減らすことが提案される。更なる新しい方法は、直接のデジタル結果を提供し、一方でＩＳＦＥＴ／化学的測定の固有の総計をも克服することも、記載される。しかし、提案された構成上で動く前に、エラー表示のアイデアは、提案された設計の実施を明確にするために説明される。
【００６３】
図８に示されるように、ＤＮＡ分子は染色体の対の内にある。特定のタンパク質の生産をコード化する遺伝子（ＤＮＡのセグメントとして）は、特定の染色体対の特定部に位置する。遺伝子配列は、対の２つの染色体上で同じもの（ホモ接合体）であり得る、又は、異なるもの（ヘテロ接合体）であり得る。個体における遺伝子の特定の塩基位置で明確な変化を探索する場合、対象の点にある両方の染色体腕（即ち、個体はホモ接合体である）、又は２つの異なる塩基（個体はヘテロ接合体である）の上で同様の突然変異を見出すことが可能である。
【００６４】
例えば、２３の対の染色体を有するヒトに関して、遺伝子配列の位置ｎにおける塩基は異なり、遺伝子の生産を結果として異なるものにする場合がある。位置ｎの前の塩基の配列がαによって表わされ、ｎの後の配列がβによって表わされると、標的遺伝子の多型が属するヒトは、αΑβの配列のみがそのヒトのゲノムに存在する場合に、染色体対の両方のアームがαΑβを得るよう、タイプＡを伴うホモ接合体である。２つの対立遺伝子（即ち、遺伝子の異なる形態）、例えばαΑβ、αＣβが見出される場合、ヒトはヘテロ接合体であり、その結果、染色体対の１つのアームがαΑβの配列を含み、別のものがαＣβを含む。
【００６５】
それ故、潜在的に、遺伝子の単一突然変異に関して、個体について４つのヌクレオチド及び結果的に１０の推定の対立遺伝子の空間が存在する：４つのホモ接合体の状態は、４つの塩基うちの１つだけが染色体対（αΑβ、αＣβ、αＧβ、及びαΤβ）の両方のアームにおける位置を満たす場合であり、６つのヘテロ接合体の場合は、２つの異なる対立遺伝子が染色体対（αΑβ及びαＣβ、αΑβ及びαＧβ、αΑβ及びαΤβ、αＣβ及びαＧβ、αＣβ及びαΤβ、αＧβ及びαΤβ）の両方のアームにおける位置で見出される場合である。それ故、３又は４の対立遺伝子がヒトのゲノムにおいて見出され、誤差を有し得ないことは、可能ではない。個体における問題を数学的に見てみると、
【００６６】
【数３】
2015512636.tif 000005
【００６７】
ＳＮＰ試験に戻ると、ヒトの標的ＤＮＡにおける特異的な遺伝子の多型を見出すために、標的遺伝子への相補的配列を有するプライマーは、標的ＤＮＡ鎖における位置ｎ＋１において塩基を見出すためにｎの長さにより設計される（標的は、個体のＤＮＡのサンプルから得られ、例えば、唾液から得られ、且つ、染色体の２つのアーム上の両方のタイプのＤＮＡを得た）。必要な酵素と同様にプライマー及び標的ＤＮＡ分子も、４つのチャンバに挿入される。チャンバの各々は４つのヌクレオチド（Ａ、Ｃ、Ｇ、又はＴ）の１つを有するのみである。各チャンバには、Ｈ＋イオン濃度を測定するＩＳＦＥＴがある。標的と一致し且つプライマーを拡張するために維持するヌクレオチドを含むチャンバにあるＩＳＦＥＴは、ｐＨ低下を検知する。そのため、各ＩＳＦＥＴ／チャンバから、ほんの１ビットの情報が求められる（即ち、ｐＨが低下する場合は１であり、又はそうでない場合は０である）。４つのＩＳＦＥＴから、我々は潜在的に、２４＝１６の状態を得ることができる。しかし、前節から、我々は１０の状況のみが有効であることを知り、我々は、見出されるそれらの１０の状況の１つを予測する：
【００６８】
【数４】
2015512636.tif 000006
【００６９】
しかし、前述の非理想的な信号（例えば、化学的及び熱的ノイズ、同様に、経時的なＩＳＦＥＴの閾電圧における漂流）の存在により、測定は、エラーによりバイアスをかけられ得る。これらの不要信号は、ＤＣ又は超低周波の性質を有し、オフセットとして現われる。このエラーは、ＩＳＦＥＴ出力に影響し得、間違ったｐＨ低下をシグナル伝達する方法でそれを作用させ、又は生じたｐＨ低下をそれに示させない。例えば、どのＩＳＦＥＴもｐＨ低下を報告しない、又はその全てが報告する、或いはその３つが報告する場合、これらノイズは共通であり、姿は６つの無効の状態の１つを生じさせ得る。
【００７０】
〈新しい差異のスキーム（ＲＥＦＥＴが無い）〉
もはやＲＥＦＥＴの必要性が存在しない新しい構造が、現在記載される。各ＩＳＦＥＴ信号を測定する代わりに、示差測定法が、信号も測定点にて増幅される間に計算される。これは、ＡＤＣの研究を緩和する場合があるが、より有利に、ＡＤＣは必要ではない場合がある。図９は、「ＲＥＦＥＴの無い」示差測定法に必要な構成を示す（ＩＳＦＥＴ研究と同様、容量的に結合された信号を有する浮遊ゲートトランジスターとして、チャンバはコンデンサーと共に表わされる）。この構成において、各チャンバ（Ａ、Ｔ、Ｃ、Ｇ）は、２つのＩＳＦＥＴを有する（又は実際に、同じ感知膜を共有する２つの固有の浮遊ゲートＭＯＳＦＥＴ）。各ＩＳＦＥＴは、差動増幅器における入力ペアトランジスター（ｉｎｐｕｔ  ｐａｉｒ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の１つを提供する。４つの差動増幅器が使用される（Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｗ）。ＩＳＦＥＴは、チャンバの２つのＩＳＦＥＴの１つが、増幅器の非逆転入力を作り、且つ別のものが、別の増幅器において逆転入力を作る方法で、配線される。この構成において、様々なバッファー及びオフセットを取り消す回路を備えるインターフェースの、以前に知られた設計は、単一の単純な差動増幅器と取り替えられる。
【００７１】
図３０は、２つの異なるＩＳＦＥＴ（Ａ、Ｔ、Ｃ、及びＧ）からの入力（ａ及びｂ）の間で得られる示差測定法を描く、ブロック図を示す。入力は差動的に測定され、出力ｃが提供される。図３０に示されるように、どの多くの閾値が、満たされる差動的な出力ｃを結合するかを決定するロジック工程が存在する。例えば、図３０において、上部の閾値及び底部の閾値が存在する。ｃが上部の閾値より大きい場合、その後対応する出力Ｘ、Ｙ、Ｚ、又はＷは＋１であり、ｃが底部の閾値より低い場合、対応する出力Ｘ、Ｙ、Ｚ、又はＷは−１であり、ｃが上部の閾値と底部の閾値の間にある場合、対応する出力Ｘ、Ｙ、Ｚ、又はＷは０である。
【００７２】
差動増幅器Ｘ、Ｙ、Ｚ、及びＷの出力は、３つの領域に分けることができる。１つは、逆転入力ＩＳＦＥＴ上のｐＨ低下の結果として−１で表わされ；別のものは、非逆転のものにおけるｐＨ低下の結果において１で表わされ；及び、ｐＨ低下が２つの何れかにおいても検知されない場合、又はその両方において検知されたが取り消された場合、０である。各４つのチャンバに起こり得る１６の状態（１０は有効、及び６は無効）を考慮すると、真理表が作成され、どの結果が有効であり、各有効な結果が何を示すか、及びまた、どの結果が無効であり（即ち、差動増幅器の出力状態は、可能でないヌクレオチド付加の指標である）、且つ調整されるべき装置のバイアスを必要とするかを表わす。表１は、「ＡＲ」が「必要とされる調整」を表わす、図９の構成に対応する真理表の例である。
【００７３】
【表１】
2015512636.tif 000007
【００７４】
この方法において、及びこの構成により、共通の非理想的な信号が示差測定法によって相殺されるにつれ、別個のＲＥＦＥＴの必要性がなくなる。測定の比較のための状態は現在同じであり、唯一の違いは、伸長するヌクレオチド及び結果として生じるｐＨ変化である。更により有利に、ヌクレオチドが一致しない場合でさえ、水素イオンの放出は、大きな範囲ではないが、プライマーの標的ＤＮＡの一部とのハイブリダイゼーションの結果として生じ得る。これは、別個のＲＥＦＥＴを伴う以前に使用された構成におけるエラーとして感知されないが、現在、この構成により、この誤解を招きやすい事象でさえ除去される。
【００７５】
非理想的な挙動を相殺する示差測定法を越えて、差動的に測定される信号の増幅は、従来の読み出し回路構成においてバッファーし、次に、記録のためにデジタル化することよりもむしろ、示差測定法の点で起こる。各信号が等しく増幅され、ＡＤＣに対する負担（実際に未だ要求される場合）より少ないため、これは特に有利である。
【００７６】
「可能でない」出力状態が戻る場合、装置は、可能でない状態を「排除する」、即ち、バイアスにおける変動の効果を修正するために調整され得る。「必要とされる調整」が戻るというそれらの結果に関して、意図した調整の種類は、オフセットとして現れるバイアスにおける任意の変動を相殺する較正の方法である。この構成により、調整又は調節され得る様々な点、例えば、差動的な対の電流ソース、バイアス参照電流、参照電極の電圧、又は緩衝増幅器のバイアスが存在する。この構成の別の更なる利点は、参照電極の設計が単純化され得るということである。この構成における参照電極は、全体のアレイに対して同じであることを要求されないが、代わりに、同じ遺伝子ＳＮＰを標的とする４つのチャンバの各セットにおいて単に同じであれば十分である。
【００７７】
更に、チップ設計はより簡単に作られ、スケーラビリティが増加される。出力信号は既に差動的であり、そのため、サンプリングとスキャニングの時間の要求は、あまり厄介ではない。また、信号は既に増幅される。現在、データを連続的に記録する必要性が無いため、測定値を多重化することは可能である。それ故、各ＳＮＰ検出器の４つの１０ビットのバスのルーティングの代わりに、４つのワイヤーのみが現在必要とされる。
【００７８】
示差測定法を提供するために差動増幅器を使用するための実施形態が、記載された。しかし、他の構成要素は、差動増幅器の適所に使用され得る。例えば、（差動増幅器の場合のように）電圧の違いを得るよりもむしろ、信号を電流に転換し、次に、互いから電流を引くことが可能である。これは、差動増幅器の適所にトランスコンダクタンス増幅器を使用して実行される。更なる代替案は、差動増幅器の適所にコンパレーターを使用することである。用語「差検出器」は、全ての適切な構成要素をカバーするために使用され得る。差検出器は、２つの間の違いを見出すため互いから１つの入力を引く「減算器」と見なされ得る。
【００７９】
示差測定法が実行され得る多くの方法が存在すること、及びそれらの何れかが本発明の範囲から逸脱することなく使用され得ることが、当業者によって理解される。
【００８０】
〈ＤＮＡゲートアレイ〉
直接のデジタル測定のための、ＤＮＡゲートアレイ（ＤＮＡＧＡ）として本明細書で称される、新しい概念及び構造が、現在記載される。本明細書の目的は、対象のＳＮＰを検知するのに必要な情報のビットのみを得ることである。実際に、ｐＨ値を監視する必要無しに、一回又は二回ｐＨ変化を探すこと、及びまた、チャンバのｐＨが低下したか否か（１又は０）についての単純な１−ビットの応答を返すことが、優先される。言い換えると、各ＩＳＦＥＴ（又はピクセル、或いは一般的にチャンバ）がアドレス指定され得、その反応が単一のビットで読まれるという構造が、提案されている。これは、図１０に描かれるように、メモリーが読まれる方法に類似する。
【００８１】
ＤＮＡＧＡを設計する理由は、そのようなＳＮＰ試験が提供する最終的な情報が、どの多型が標的ＤＮＡ鎖において見出されるかを識別する情報の２ビットにおいて要約されるということである。その後、この情報は、それがホモ接合体タイプ又はヘテロ接合体タイプであるか、野生型又は突然変異型であるかを示すために処理され、その後、「診断」が与えられる。そのようなロジックは、前述に議論されたＩＳＦＥＴの非理想的な挙動に加えて、本明細書に議論された理由のため単一のＩＳＦＥＴによって作られることができない。しかし、ＤＮＡＧＡの概念において、不要な信号は相殺され（下記に述べられるように）、そして現在、ＤＮＡ鎖の伸張は、ＤＮＡＧＡの出力に直接、及びチップにおける後の段階に置かれ得るプロセスユニットの入力ゲートにその後、必要なデジタル情報を提供する。
【００８２】
単一のＩＳＦＥＴは、デジタル方式において、アレイ構成で使用されることができない。ＩＳＦＥＴを駆動する信号が小さすぎるため、そのドレーンがカラムにおける他のＩＳＦＥＴのドレーンに接続され、プルアップＰＭＯＳによって駆動される場合、ＩＳＦＥＴは、その出力を駆動することが出来ない。前述に言及されるように、ＩＳＦＥＴの感度は、理想的な５９ｍＶ／ｐＨよりはるかに少なく、緩衝溶液のｐＨ変化は、実際に１ｐＨ未満になる。ＩＳＦＥＴの残りがそれらのドレーンを共有しているため、トランジスターはまた、中央の差動点でバイアスをかけられる。図１１及び１２に示されるように、感度の減少の別の理由は、ＩＳＦＥＴの容量性構造［９］である。
【００８３】
トランジスターのバルクポートが（持続して）接地される場合、浮遊ゲート上の電圧は感知膜上の電位の断片である。以下の方程式（７）において、ｎは傾斜因子であり、Ｃｏｘはゲート酸化膜静電容量であり、Ｃｐａｓｓは感知膜（パッシベーション層）の静電容量であり、全ては用語ζで要約される。このパラメータは、感知膜領域と浮遊ゲートの領域の比率によって定義される。高感度のためζを小さくするために、感知膜領域と浮遊ゲートの領域の比率は大きくなければならない。例えば、０．３５μｍの技術において、０．１のζを有するために、感知膜領域は、感知膜の下の固有のＭＯＳＦＥＴの領域より５００倍大きくなければならない。
【００８４】
【数５】
2015512636.tif 000008
【００８５】
描かれた容量性スタックモデルにおいて、最も小さな値が、非常に小さな不動態化及び酸化物の静電容量によって定義される。例えば、０．３５μｍの技術において、それらは０．０２３ｆＦ／μｍ２と４．６μＦ／μｍ２である。これは、他のＩＳＦＥＴ及びプルアップのＰＭＯＳ（各々は数十のｆＦである）の全てのドレーン−ゲート静電容量の和である、ＩＳＦＥＴのドレーンから見られるファンアウトの静電容量よりもはるかに小さい。それ故、単一のＩＳＦＥＴは、そのような負荷を駆動することができず、そのような構造において作動できない。
【００８６】
インバーター構成におけるＩＳＦＥＴを実施し、且つ化学的スイッチとしてそれを使用するための努力が存在した。しかし、これは、前節において議論された欠点のために拒絶される。駆動の電圧の容量性の区分は、それに通常のインバーターのような特徴を持たせない。提案された構造のうち２つは、図１３（ＩＳＦＥＴベースのインバーター）、及び１４（化学的スイッチ）に示され、グラフは、各々の出力がどのように見えるかを示す図１５及び１６に示される。図１５のグラフにおいて、化学的スイッチ挙動は、理想的なインバーターと比較される。ゲート電圧は、３．３秒にわたり０から供給（３．３Ｖ）まで掃引される。図１６のグラフは、異なるｐＨに関するＩＳＦＥＴベースのインバーター特性を示す。切り換え点の区別は感度に依存し、それらは、正確に１又は０の何れも提供しない範囲において重複し得る。
【００８７】
感知膜をゲート領域に対して非常に大きくすることは、ζの効果を抑止するが、ｐＨ変化は状態間で区別するほどは大きくない。更に、ファンアウトからファンインまでの静電容量問題は、これらの構成では解決されない。それらは全くデジタルではない。
【００８８】
それ故、提案された解決策は、メモリーのアレイ読み取り構造をそのままにすることであるが、後にロジックゲートを駆動する、出力を駆動する強力なデジタル力を提供することである。そのため、単にＩＳＦＥＴは、測定点で感知する信号を単に増幅するためのプッシュプル増幅器として構成され、その後それは、出力が適切なデジタル１又は０であり、入力がＩＳＦＥＴのためのより小さな負荷であるように、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスター）インバーターによりカスケード表示される。更に、反応物が可逆的でなく、Ｈ＋イオンの濃度の増加が伸張／ハイブリダイゼーションの後に残るため、反応物が生じて暫くの間、反応物の発生が検知され得る。それ故、ピクセルが読み取られる必要がない場合は常に、その電力は止められる場合があり、また、アレイにおける列をアドレス指定するために使用され得る。実際、ＭＯＳＦＥＴインバーターを積み重ねる数は技術と設計者に依存し、その目的は、それがゲートを適切に駆動することができるように、ピクセルの出力がｖｄｄ又はｇｎｄ（デジタル１又は０）であるような方法で信号を増幅することである。
【００８９】
図１７は、実施形態に従った単一のＤＮＡＧＡピクセル構成を示す。感知膜に接続された１対のＩＳＦＥＴは、単一のプッシュ／プル増幅器として構成される。これは次々に、ＭＯＳＦＥＴインバーターでカスケード表示される。インバーター／ピクセルは、「Ｓｅｌ」を通じた供給に繋がれ、それは、ピクセルが選択される場合に供給に接続される。図１８は、ｐＨが経時的に変わる場合のピクセル操作のシミュレーションによってもたらされる３つのグラフである。第１の（上の）グラフは、ＩＳＦＥＴベースのインバーターの出力電圧であり、第２の（中間の）グラフは、ＭＯＳインバーターの出力であり、最後の（下の）グラフは、ピクセルが選択される場合の出力であり、この最終出力がデジタルであると理解され得る。切り換えの領域及び点は、参照電極にバイアスをかけることにより配置され得る。結果的に、この構成を使用すると、各チャンバ／ピクセルからの出力は、０又は１であり得るシングルビットである。ピクセル／チャンバから読まれるものをデジタル化すると、ピクセルは、アレイ形態で実施され得、その一例は、ＤＮＡＧＡ構成サンプルの構造を示す図１９に示される。
【００９０】
生じる問題は、測定を信頼できなくする非理想的な挙動に何が発生するかであり、その結果正確な点から偏差を引き起こし、及びこの場合、インバーターの間違った切り換えを強要することである。これらの不要な信号及び挙動は、全ての測定におけるピクセルにおいて一般的である。以前に、ＲＥＦＥＴは、その中にあるプライマーが故意に一致していなかったため、ｐＨ変化を除いて、同じ信号を感知するために使用された。そのＲＥＦＥＴの概念は、提案されたＤＮＡＧＡにおいてではあるが、デジタル方法、即ち参照ピクセルの形態で使用され得る。
【００９１】
標的ＤＮＡ鎖とプライマーが一致し、且つ次の一致するヌクレオチドを包含するチャンバにおけるプライマーが伸長する場合、ｐＨは低下する。ｐＨの低下は、参照電極から感知膜（方程式２）の表面までの電圧降下を減少し、その結果、感知膜上、及び結果的に浮遊ゲート上の電位差が増加する。プッシュプル／インバーターのスタック構成において、この変化は、ＩＳＦＥＴベースのプッシュプル増幅器の出力電圧を低下させ、第２インバーターにデジタル１を生成することを強いる。
【００９２】
（例えば、熱雑音により）誤った偏差が生じるシナリオにおいて、それは、０から１までにワーキングピクセル出力を切り替え得るが、参照ピクセルにおいて同じことを行い、それを切り替えさせる。これは、参照電極電圧が増加し且つ切り換えを引き起こした場合に類似する。そのため、新しく加えられたオフセットを相殺するため、参照電極電圧を少なくすることは、参照ピクセルをその標準状態へ戻すことができる。結果的に、ワーキングピクセルにおける任意の正しくない変化が、逆にされる。そのような手順は、全体のアレイを較正するために使用され得る。図２０は、ＤＮＡＧＡデータ経路の概要として、構造内のワーキング及び参照のピクセルの関係の概要を示す。図２１は、参照電極の電圧の調整によりＤＮＡＧＡを較正且つ制御するプロセス（又はアルゴリズム）を概説するフローダイアグラムである。図２２は、ＤＮＡＧＡのためのサンプルステートマシーンである。参照ピクセルからの無効の信号が状態を変えることが、図２２から確認され得る。
【００９３】
〈ＲＥＦＥＴの無いＤＮＡＧＡ〉
以前に記載されたＲＥＦＥＴの無いシステムは、同様にＤＮＡＧＡに適用され得る。
４つのチャンバの各セット（即ち、共通のプライマーを潜在的に拡張できる４つのヌクレオチドを使用する同じ遺伝子の多型を検知するために使用されているもの）は、いつエラーが起こるか、及び結果は何であるかを示す。この方法はもう一度、処理と制御ユニットを単純化し且つメモリーと電力を少なくすることに加えて、参照電極を設計することおける信頼性及び自由度の増加を含む、同じ利点から利益を得る。図２４は、ＲＥＦＥＴの無いＤＮＡＧＡ構造の例を示す。データは現在、必要とされる場合に読み取られ得、必ずしも監視される必要はない。前節に記載される調整の同じ方法は、（エラーの場合に参照電極電圧を調整する）この構成において使用され得る。以前のＲＥＦＥＴの無いシステムが真理表を有する同じ方法において、表２は、ＲＥＦＥＴの無いＤＮＡＧＡのための真理表を示し、図２３は、参照電極の電圧を調整し且つデータをいつ記録すべきかを識別することによりＲＥＦＥＴの無いＤＮＡＧＡを較正するプロセス（又はアルゴリズム）を概説するフローダイアグラムである。
【００９４】
【表２】
2015512636.tif 000009
【００９５】
図２５は、ＲＥＦＥＴの無いＤＮＡＧＡにおける無効状態の検知のための組み合わせロジックの実施の例を示し、図２６は、図２５において実施されたエラー検出ロジックのためのサンプルのカルノーマップを示す。「無効０」は、参照電極電圧がいつ高すぎるかを検知し、「無効１」は、参照電極電圧がいつ低すぎるかを検知する。
【００９６】
〈サンプルのシナリオ〉
どのようにしてそのようなシステムが作動できるかを例証するためのサンプルのシナリオが、現在記載される。調整は、２通りの方法、即ち、基準電圧を増加及び減少させることにより、起こり得る。図２７は、サンプルのシナリオに従ったヘテロ接合体の場合に関するＳＮＰの調節及び検知を表わす。
【００９７】
相０、即ち試験の開始において（それは、試験の開始後しばらくしてからの読み取りの開始でもあり、両方の場合に作動する）、参照電極電圧は低く、全てのピクセルは０の出力を与える。それ故、インクリメント信号（Ｉｎｃ）は１にまで増加し、参照電極電圧は、全てのピクセルが１に切り替わるまで、相１において増加する。相２に入ると、Ｉｎｃは０になり、ディクリメント信号（Ｄｅｃ）は１になり、結果として、全てのピクセルが０を与えるまで、１つの工程による参照電極電圧の減少をもたらす。現在、相３において、システムは較正され、必要なものは、プロセスが終了するのを待つことである。この間、ピクセルの出力は読み取られ得、必要な場合、較正／調節は継続することができる。例えば、相４に示されるように、１に切り換えさせる全てのピクセルによって検知された非理想的な信号のために発生するエラーが、生じることもある。ディクリメント信号（Ｄｅｃ）はオンになり、参照電極電圧を少なくし、その結果、それらは全て０に戻る。この場合、不要な誤ったオフセットは相殺され、システムは、較正された相５に戻る。
【００９８】
相６において、ピクセルＡにおけるｐＨ変化のため、ピクセルＡの出力は１に切り替わる。その後、ＧにおけるｐＨはまた、相７で低下する。こうして、ＳＮＰが検知された。しかし、読み取りの時点で、我々は、同様に他のピクセルを変化させる（ｔｕｒｎｓ）相８などのエラーに直面し得る。エラーは、参照電極の調整によりもう一度除去される。相９において、データは準備ができている。
【００９９】
エラーが１つのピクセルに生じ、別のピクセルには生じない場合がある。そのようなシナリオは、相１０に示されるように改善され得、ここで、参照電極は調節のために減少される。
【０１００】
切り替わり、且つその後１つの工程を後方に動かすまでのインクリメントを行う方法は、主要な及び小さな工程の２つのタイプを使用して行われ得る。これは、試験の最初から開始することができ、又は、手順が終了されると予測され、且つ結果が利用可能である時点で実行され得る。
【０１０１】
ＲＥＦＥＴを有するＤＮＡＧＡについての状況はまた、ＲＥＦＥＴの無いシナリオに類似するが、参照電極電圧を調整するためのインクリメント及びディクリメントの指揮が、参照ピクセルの切り換えのみに従って起こること、及び参照ピクセルが０である場合にワーキングピクセルが切り替わる時にのみデータが有効であることは除く。
【０１０２】
〈別のピクセル構成〉
主な概念及び方法論が現在議論されてきた。前述で議論された調整手順において、参照電極は標的とされた。別の可能性は、スイッチング閾値を調整するためにプログラム可能なインバーターを使用することである。これは図２８に示され、図２８は、切り換え点の調整のためプログラム可能な第２インバーターを有するインバータースタック構成を示す。
【０１０３】
積み重ねられたインバーターに調整が適用される理由は、ＩＳＦＥＴにより作動する挙動が、浮遊ゲートによって更に一層見られる化学的電圧の分数を少なくするためである。また、プログラミングに使用されるＭＯＳ入力容量に対して大きな静電容量のため（ファンインがファンアウトを支持出来ないため、ＩＳＦＥＴについては大きい）、技術が、プログラム可能なインバーターである積み重ねられたインバーターを許容しない状況において、別の積み重ねられたインバーターは、ＩＳＦＥＴのための負荷も調整するために使用され得る。しかし、これは、技術仕様及び設計者妥協の事柄である。
【０１０４】
図２９は、プログラム可能なゲートインバーターが使用される場合にＲＥＦＥＴの無いＤＮＡＧＡを構成し、且つデータを記録する場合に識別するプロセス（又はアルゴリズム）を概説するフローダイアグラムである。
【０１０５】
〈概要〉
特定の電力及びメモリーにおいて、現在のＩＳＦＥＴベースのシーケンス解析及びＳＮＰ検知チップにより経験される障害を克服する、新しい方法が議論されてきた。現在のチップの複雑性は、化学的及び電子的の両方である、非理想的な信号及び挙動に対処するために必要とされる。それらは、高精度ＡＤＣを必要とし、測定して集めるためのデータを記録し且つ処理するための大量のメモリーを必要とする。
【０１０６】
既知の構成としてメモリーと電力を集約せず、且つ処理と較正のため同じレベルの複雑性を必要としない、ＩＳＦＥＴベースのＳＮＰ検知のための新しい２つの構成が、記載された。非理想的な信号を相殺する間に読み取りが必要な場合、それらは比較的較正され得る。記載された最初の方法において、差動の構成は、ＲＥＦＥＴが必要でない方法で構成される。これは、行われる介在性の比較（即ち、異なるチャンバからの信号の比較）のため、信頼性を増加させる。出力に影響を及ぼし、バイアス（参照電極又は差動の対の電源）における調整により除去される場合、オフセットが排除される。出力は、差動増幅器をコンパレーターに取り替えることによりデジタル化され得、又は、信号が既に差動的であり且つ高精度及び高いサンプリングレートで記録される必要がないため、あまり正確でないコンバーターによりデジタル信号に変換され得る。データは、必要とされる時に読み取られ且つ監視され得る。全ての時点で挙動と追跡に従う必要はない。
【０１０７】
第２の方法において、出力が既にデジタルであるように、信号が増幅される：それは１（ｖｄｄ）又は０（ｇｎｄ）の何れかである。エラーは無効の結果に基づいて検知され、一方で調節と較正の因果循環法が使用される。調整は、積み重ねられたインバーターの参照電極又はプログラム可能なゲートで行われると示唆される。これはまた、結果が互いに比較され、更に、較正が読み取り時に行われるよう、単純性を提供する。
【０１０８】
本明細書で提案された概念は、これらが全体のアレイに対して同じであることは要求されないが、その代わり、４つのチャンバの各セットに対して同じ電圧／電位差を必要とするだけであるため、特に参照電極の設計に関して、ＳＮＰ検知アレイを設計する際により高い自由度を提供する。信頼性は増加され得、チップ設計は、はるかに容易となる。結果として、組み合わせロジックゲートを使用して行なわれている評価及び／又は研究によって必要とされ得るため、メモリー及び電力の必要性が減少され、データは更に読み取られ且つ処理され得る。ゲートは現在、ＤＮＡ鎖の伸張及び較正によって駆動され、読取り及びプロセスはデータの読み取りと同時に行われ得、挙動を監視且つ解釈する必要性は無い。記載される方法及び構成は、特に電力、メモリー、参照電極の設計、単一のＲＥＦＥＴへの重大な依存性、配線、及びルーティングに関して、ＩＳＦＥＴベースのＳＮＰ検知アレイの設計を促進する。高精度ＡＤＣの必要性は無く、データは、反応物を監視する必要がないように、必要とされる時間で集められ得る。重複データは蓄積されず、情報のシングルビットのみが読み取られる。
【０１０９】
様々な変更が本発明の範囲から逸脱することなく、上述の方法及び実施形態に行われ得ることを、当業者は理解するであろう。
【０１１０】
〈引用文献〉
［１］  Ｄ．  Ｍ．  Ｇａｒｎｅｒ，  Ｈｕａ  Ｂａｉ，  Ｐ．  Ｇｅｏｒｇｉｏｕ，  Ｔ．  Ｇ．  Ｃｏｎｓｔａｎｄｉｎｏｕ，  Ｓ．  Ｒｅｅｄ，  Ｌ．  Ｍ．  Ｓｈｅｐｈｅｒｄ，  Ｗ．  Ｗｏｎｇ，  Ｋ．  Ｔ．  Ｌｉｍ  ａｎｄ  Ｃ．  Ｔｏｕｍａｚｏｕ，  “Ａ  ｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌ  ＤＮＡ  ＳｏＣ  ｆｏｒ  ｒａｐｉｄ  ｐｏｉｎｔ−ｏｆ−ｃａｒｅ  ｇｅｎｅ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，”  ｉｎ  Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｐａｐｅｒｓ  （ＩＳＳＣＣ），  ２０１０  ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，  ２０１０，  ｐｐ．  ４９２−４９３．
［２］  Ｈ．  Ｆｌｅｔｃｈｅｒ，  Ｉ．  Ｈｉｃｋｅｙ  ａｎｄ  Ｐ．  Ｗｉｎｔｅｒ，  ＢＩＯＳ  Ｉｎｓｔａｎｔ  Ｎｏｔｅｓ  ｉｎ  Ｇｅｎｅｔｉｃｓ．  Ｔａｙｌｏｒ  ＆  Ｆｒａｎｃｉｓ，  ２００７．
［３］  Ｓ．  Ｐｕｒｕｓｈｏｔｈａｍａｎ，  “Ｔｈｅ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｔｏ  ＤＮＡ  Ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ，”  ２００６．
［４］  Ｐ．  Ｂｅｒｇｖｅｌｄ，  “Ｔｈｉｒｔｙ  ｙｅａｒｓ  ｏｆ  ＩＳＦＥＴＯＬＯＧＹ：  Ｗｈａｔ  ｈａｐｐｅｎｅｄ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｐａｓｔ  ３０  ｙｅａｒｓ  ａｎｄ  ｗｈａｔ  ｍａｙ  ｈａｐｐｅｎ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｎｅｘｔ  ３０  ｙｅａｒｓ，”  Ｓｅｎｓｏｒｓ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ｂ：  Ｃｈｅｍ．，  ｖｏｌ．  ８８，  ｐｐ．  １−２０，  １／１  ，  ２００３．
［５］  Ｊ．  Ｂａｕｓｅｌｌｓ，  Ｊ．  Ｃａｒｒａｂｉｎａ，  Ａ．  Ｅｒｒａｃｈｉｄ  ａｎｄ  Ａ．  Ｍｅｒｌｏｓ，  “Ｉｏｎ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ  ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ｉｎ  ａ  ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ  ＣＭＯＳ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，”  Ｓｅｎｓｏｒｓ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ｂ：  Ｃｈｅｍ．，  ｖｏｌ．  ５７，  ｐｐ．  ５６−６２，  ９／７，  １９９９．
［６］  Ｂ．  Ｒａｚａｖｉ，  Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  Ａｎａｌｏｇ  ＣＭＯＳ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ．  ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，  ２００１  ．
［７］  Ｊ．  Ｍ．  Ｒｏｔｈｂｅｒｇ，  “Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ａｒｒａｙｓ  ｆｏｒ  Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ，”，  ２０１１．
［８］  Ｌ．  Ｍ．  Ｓｈｅｐｈｅｒｄ，  “Ｌｏｗ−ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ＣＭＯＳ  ＩＳＦＥＴｓ，”  ２００８．
［９］  Ｐ．  Ｇｅｏｒｇｉｏｕ，  “Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｂｉｏｎｉｃｓ−  Ａ  Ｎｏｖｅｌ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ａｐｐｒｏａｃｈ  ｕｓｉｎｇ  Ｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ，”  ２００８．  
［１０］  Ｐ．  Ａ．  Ｈａｍｍｏｎｄ，  Ｄ．  ＡＮ  ａｎｄ  Ｄ．  Ｒ．  Ｓ．  Ｃｕｍｍｉｎｇ，  “Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  ａ  ｓｉｎｇｌｅ−ｃｈｉｐ  ｐＨ  ｓｅｎｓｏｒ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ  ０．６−＆ｍｕ；ｍ  ＣＭＯＳ  ｐｒｏｃｅｓｓ，”  Ｓｅｎｓｏｒｓ  Ｊｏｕｒｎａｌ，  ＩＥＥＥ，  ｖｏｌ．  ４，  ｐｐ．  ７０６−７１２，  ２００４．
［１１］  Ｓ．  Ｐｕｒｕｓｈｏｔｈａｍａｎ，  Ｃ．  Ｔｏｕｍａｚｏｕ  ａｎｄ  Ｊ．  Ｇｅｏｒｇｉｏｕ，  “Ｔｏｗａｒｄｓ  ｆａｓｔ  ｓｏｌｉｄ  ｓｔａｔｅ  ＤＮＡ  ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ，”  ｉｎ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，  ２００２．  ＩＳＣＡＳ  ２００２．  ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ，  ２００２，  ｐｐ．  Ｉ  Ｖ−１６９−ＩＶ−１７２  ｖｏｌ．４．
［１２］  Ｓ．  Ｐｕｒｕｓｈｏｔｈａｍａｎ，  Ｃ．  Ｔｏｕｍａｚｏｕ  ａｎｄ  Ｃ．  Ｏｕ，  “Ｐｒｏｔｏｎｓ  ａｎｄ  ｓｉｎｇｌｅ  ｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ  ｐｏｌｙｍｏｒｐｈｉｓｍ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ：  Ａ  ｓｉｍｐｌｅ  ｕｓｅ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，”  Ｓｅｎｓｏｒｓ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ｂ：  Ｃｈｅｍ．，  ｖｏｌ．  １１４，  ｐｐ．  ９６４−９６８，  ４／２６，  ２００６．
［１３］  Ｃ．  Ｔｏｕｍａｚｏｕ  ａｎｄ  Ｓ．  Ｐｕｒｕｓｈｏｔｈａｍａｎ，  “Ｓｅｎｓｉｎｇ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ，”  ＵＳ２０１０／０１５１４７９，  ２０１０．
［１４］  Ｐ．  Ｇｅｏｒｇｉｏｕ  ａｎｄ  Ｃ．  Ｔｏｕｍａｚｏｕ，  “ＩＳＦＥＴ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ｉｎ  ＣＭＯＳ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｔｏ  ｗｅａｋ  ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，”  Ｓｅｎｓｏｒｓ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ｂ：  Ｃｈｅｍ．，  ｖｏｌ．  １４３，  ｐｐ．  ２１１−２１７，  １２／４，  ２００９．
［１５］  Ｗ．  Ｗｏｎｇ，  Ｌ．  Ｓｈｅｐｈｅｒｄ，  Ｐ．  Ｇｅｏｒｇｉｏｕ  ａｎｄ  Ｃ．  Ｔｏｕｍａｚｏｕ，  “Ｔｏｗａｒｄｓ  ＩＳＦＥＴ  ｂａｓｅｄ  ＤＮＡ  ｌｏｇｉｃ  ｆｏｒ  ｒａｐｉｄ  ｎｕｃｌｅｉｃ  ａｃｉｄ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，”  ｉｎ  Ｓｅｎｓｏｒｓ，  ２００９  ＩＥＥＥ，  ２００９，  ｐｐ．  １４５１−１４５４．
［１６］  Ｊ．  Ｍ．  Ｒｏｔｈｂｅｒｇ，  “Ａｎ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｄｅｖｉｃｅ  ｅｎａｂｌｉｎｇ  ｎｏｎ−ｏｐｔｉｃａｌ  ｇｅｎｏｍｅ  ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ，”  Ｎａｔｕｒｅ，  ｖｏｌ．  ４７５，  ｐｐ．  ３４８，  ２０１１．
［１７］  Ａ．  Ａｌ−Ａｈｄａｌ  ａｎｄ  Ｃ．  Ｔｏｕｍａｚｏｕ，  “ＩＳＦＥＴ  Ｂａｓｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｗｉｔｃｈ，”  Ｓｅｎｓｏｒｓ  Ｊｏｕｒｎａｌ，  ＩＥＥＥ，  ｖｏｌ．  ＰＰ，  ｐｐ．  １−１，  ２０１１．
【図３】
2015512636.tif 000010
【図５】
2015512636.tif 000011
【図９】
2015512636.tif 000012
【図１３】
2015512636.tif 000013
【図１４】
2015512636.tif 000014
【図１９】
2015512636.tif 000015
【図２７】
2015512636.tif 000016
【図１】
2015512636.tif 000017
【図２】
2015512636.tif 000018
【図４】
2015512636.tif 000019
【図６】
2015512636.tif 000020
【図７】
2015512636.tif 000021
【図８Ａ】
2015512636.tif 000022
【図８Ｂ】
2015512636.tif 000023
【図１０】
2015512636.tif 000024
【図１１】
2015512636.tif 000025
【図１２】
2015512636.tif 000026
【図１５】
2015512636.tif 000027
【図１６】
2015512636.tif 000028
【図１７】
2015512636.tif 000029
【図１８】
2015512636.tif 000030
【図２０】
2015512636.tif 000031
【図２１】
2015512636.tif 000032
【図２２】
2015512636.tif 000033
【図２３】
2015512636.tif 000034
【図２４】
2015512636.tif 000035
【図２５】
2015512636.tif 000036
【図２６】
2015512636.tif 000037
【図２８】
2015512636.tif 000038
【図２９】
2015512636.tif 000039
【図３０】
2015512636.tif 000040
【国際調査報告】
2015512636.tif 000041
2015512636.tif 000042
2015512636.tif 000043
2015512636.tif 000044
2015512636.tif 000045