(57)【要約】【課題】金層を備える電界効果トランジスタ、該電界効果トランジスタを備える微細流動装置、及び該電界効果トランジスタ及び微細流動装置を利用してチオール基を含む分析物を検出する方法を提供する。【解決手段】半導体材料で構成された基板と、基板内に互いに離隔されて形成されて基板と異なる電導型にドーピングされたソース領域及びドレイン領域と、ソース領域とドレイン領域との間に配置されたチャンネル領域と、チャンネル領域上に配置され、電気的絶縁材料で構成された絶縁層と、絶縁層上に離隔されて配置されたゲート電極と、を備える電界効果トランジスタにおいて、絶縁層上に位置する金層をさらに備えることを特徴とするチオール基を持つ分析物を検出するための電界効果トランジスタ、その電界効果トランジスタを備える微細流動装置、及び電界効果トランジスタと微細流動装置とを利用してチオール基を含む分析物を検出する方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体材料で構成された基板と、
前記基板と異なる電導型にドーピングされたソース領域及びドレイン領域と、
前記ソース領域とドレイン領域とが前記基板内に互いに離隔されて形成されていることにより前記ソース領域とドレイン領域の間に配置されるチャンネル領域と、
前記チャンネル領域上に形成される絶縁層と、
前記絶縁層の上方に前記絶縁層と離隔されて配置された基準電極と、を備える電界効果トランジスタにおいて、
前記絶縁層上に位置する金層をさらに備えることを特徴とするチオール基を持つ分析物を検出するための電界効果トランジスタ。
【請求項２】
前記半導体材料は、シリコンであり、前記絶縁層は、二酸化ケイ素及び窒化ケイ素からなる群から選択される少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１に記載のチオール基を持つ分析物を検出するための電界効果トランジスタ。
【請求項３】
前記絶縁層と金層との間にポリシリコン層をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載のチオール基を持つ分析物を検出するための電界効果トランジスタ。
【請求項４】
注入口と排出口とが流路によって連結されている溝であるマイクロチャンネル内に、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電界効果トランジスタを設けることを特徴とする微細流動装置。
【請求項５】
前記マイクロチャンネルは、ＰＣＲ増幅部を備え、前記ＰＣＲ増幅部は、前記電界効果トランジスタに対して上流側に位置することを特徴とする請求項４に記載の微細流動装置。
【請求項６】
チオール基を含む分析物を含む試料を、請求項１に記載の電界効果トランジスタの金層または請求項４に記載の微細流動装置の電界効果トランジスタの金層に添着させるステップと、
前記電界効果トランジスタのソース領域とドレイン領域との間のチャンネルに流れる電流値を測定するステップと、を含むことを特徴とする前記分析物を検出する方法。
【請求項７】
前記分析物は、３’または５’末端または両側末端がチオール基で標識されたた核酸であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記核酸は、ＰＣＲ産物またはその精製物であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金層を備える電界効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；以下、“ＦＥＴ”という）、前記ＦＥＴを備える微細流動装置、及び前記ＦＥＴ及び微細流動装置を利用してチオール基を含む分析物を検出する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気的な信号で生分子を検出するセンサーの一つとして、トランジスタを備える構造を持つトランジスタ基盤バイオセンサーがある。これは、半導体工程を利用して製作されるものであり、電気的な信号の転換が速く、集積回路とＭＥＭＳとの接続が容易な長所があって、これまでそれについての多くの研究が進められてきた。
【０００３】
ＦＥＴを使用して、生物学的反応を測定する基本特許技術として、特許文献１がある。特許文献１は、抗原−抗体反応を表面電荷密度の変化による半導体反転層の変化を電流で測定するバイオセンサーに関するものであり、当該抗原−抗体反応に用いられる生分子は蛋白質に関するものである。特許文献２は、生物学的単量体をゲート表面に吸着させて相補的な単量体との混成化の程度をＦＥＴで測定することに関するものである。
【０００４】
特許文献３は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅｄ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）を使用して結合された生分子による吸光現象で混成化の程度を測定する方法を開示している。特許文献４及び特許文献５では、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を使用し、回路を接続させて信号対雑音比を向上させる内容を開示している。
【０００５】
このようなＦＥＴをバイオセンサーとして使用する場合には、従来の方式に比べて手間が少なくかかり、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）／ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）工程との接続が容易であるという点で大きい長所を持っている。
【０００６】
図１Ａは、従来ＦＥＴの構造を概略的に図示したものである。図１Ａを参照すれば、ｎ型またはｐ型にドーピングされた基板１１上に、両側部に基板１１と異なる電導型にドーピングされたソース１２ａ及びドレイン１２ｂが形成されており、基板１１上にソース１２ａ及びドレイン１２ｂと接触するゲート１３が形成されている。一般的に前記ゲート１３は、酸化層１４、ポリシリコン層１５及びゲート電極層１６で構成され、ゲート電極層１６にはプローブ生分子が付着される。基準電極１７は、前記ゲート電極層１６から離隔されて形成されている。プローブ生分子は、所定のターゲット生分子と水素結合により結合され、これを電気的な方法で測定してプローブ生分子とターゲット生分子との結合の程度を測定する。
【０００７】
図１Ｂは、ゲート電極層１６の表面にプローブ生分子１８を固定させ、前記プローブ生分子１８にターゲット生分子が結合する過程を概略的に図示したものである。図１Ｂを参照すれば、前記ゲート電極層１６の表面にプローブ生分子１８の固定の度合い、及び前記固定されたプローブ生分子１８へのターゲット生分子の結合の程度によって、チャンネルを通じて流れる電流強度がそれぞれ変わり、したがって、それによりターゲット生分子を検出できる。
【０００８】
前記のような従来のＦＥＴ構造は、いずれもプローブがチャンネルの表面に固定化されていることを特徴とする。したがって、プローブが固定化されておらず、前記チャンネルの表面が金層でコーティングされているＦＥＴ及びこれを備える微細流動装置は開示されていない。
【０００９】
従来のＦＥＴは、イオン濃度によってＦＥＴのチャンネルに流れる電流が多く影響を受け、感度が落ちるという短所があった。このような現象は、イオン濃度が高くなるにつれて分子電荷が遮蔽されてセンサーの感度が落ちると考えられる。特許文献６には、ＰＣＲ産物の分析を例とすれば、ＰＣＲ産物を、バッファ、例えば、１０ｍＭ  Ｔｒｉｓ  ＨＣｌバッファを利用して精製し、これをポリリシンが固定化されているＦＥＴにスポッティングし、かつ洗浄して０．０１ｍＭ  ＫＣｌ溶液中で電気的に検出する方法が開示されている。したがって、必ず洗浄ステップを経ねばならない。しかし、ＬＯＣ（Ｌａｂ−０ｎ−ａ  ｃｈｉｐ）の場合、測定だけでなく試料の採取、分離、増幅及び精製の一連の過程が要求され、このような一連の過程に使われる溶液の大部分は高いイオン濃度を持つ。
【００１０】
本発明は、前記のような問題点、すなわち、低いイオン濃度でのみ測定可能であり、測定溶液の入れ替えが必要であるという点を解決するためのものであり、チオール基を持つ分子が金に自発的に迅速に結合するという性質を利用して分析物を検出できる装置及び方法を研究していたところ、本発明を完成するように至った。
【特許文献１】米国特許第４，２３８，７５７号明細書
【特許文献２】米国特許第４，７７７，０１９号明細書
【特許文献３】米国特許第５，８４６，７０８号明細書
【特許文献４】米国特許第５，４６６，３４８号明細書
【特許文献５】米国特許第６，２０３，９８１号明細書
【特許文献６】米国特許公開第２００６００１１９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、チオール基を含む分析物を高いイオン濃度でも検出できるＦＥＴ及び微細流動装置を提供することである。
【００１２】
本発明の他の目的は、本発明のＦＥＴ及び微細流動装置を利用して、チオール基を含む分析物を高い敏感度で分析できる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、半導体材料で構成された基板と、前記基板と異なる電導型にドーピングされたソース領域及びドレイン領域と、前記ソース領域とドレイン領域とが前記基板内に互いに離隔されて形成されていることにより前記ソース領域とドレイン領域の間に配置されるチャンネル領域と、前記チャンネル領域上に配置される絶縁層と、前記絶縁層の上方に前記絶縁層と離隔されて配置された基準電極と、を備える電界効果トランジスタにおいて、前記絶縁層上に金層を備えることを特徴とするチオール基を持つ分析物を検出するための電界効果トランジスタを提供する。
【００１４】
本発明はまた、注入口と排出口とが流路によって連結されている溝であるマイクロチャンネル内に半導体材料で構成された基板と、前記基板内に互いに離隔されて形成され、前記基板と異なる電導型でドーピングされたソース領域及びドレイン領域と、前記ソース領域とドレイン領域との間に配置されたチャンネル領域と、前記チャンネル領域上に配置される絶縁層と、前記絶縁層上に離隔されて配置された基準電極と、を備える電界効果トランジスタにおいて、前記絶縁層の上方に位置する金層をさらに備える、チオール基を持つ分析物を検出するための電界効果トランジスタを備え、前記電界効果トランジスタは、マイクロチャンネル内に形成されていることを特徴とする微細流動装置を提供する。
【００１５】
本発明はまた、チオール基を含む分析物を含む試料を前記の電界効果トランジスタの金層に接触させるステップと、前記電界効果トランジスタのソース領域とドレイン領域との間のチャンネルに流れる電流値を測定するステップと、を含むことを特徴とする前記分析物を検出する方法を提供する。
【００１６】
本発明はまた、チオール基を含む分析物を含む試料を、前記の微細流動装置の電界効果トランジスタの金層に接触させるステップと、前記電界効果トランジスタのソース領域とドレイン領域との間のチャンネルに流れる電流値を測定するステップと、を含むことを特徴とする前記分析物を検出する方法を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によるＦＥＴによれば、高いイオン濃度でもチオール基を持つ分析物を電気的に検出するところに有効に使われうる。
【００１８】
本発明による微細流動装置によれば、高いイオン濃度でもチオール基を持つ分析物を電気的に検出するところに有効に使われうる。
【００１９】
本発明のＦＥＴ及び微細流動装置を利用した分析物を検出する方法によれば、高いイオン濃度でも分析物を高い敏感度で検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明は、半導体材料で構成された基板と、前記基板と異なる電導型にドーピングされたソース領域及びドレイン領域と、前記ソース領域とドレイン領域とが前記基板内に互いに離隔されて形成されていることにより前記ソース領域とドレイン領域の間に形成されるチャンネル領域と、前記チャンネル領域上に配置される絶縁層と、前記絶縁層の上方に離隔されて配置された基準電極と、を備えるＦＥＴにおいて、前記絶縁層上に金層を備える、チオール基を持つ分析物を検出するためのＦＥＴである。
【００２１】
本発明に係る半導体材料は、シリコンであることが好ましく、本発明に係る絶縁層は、二酸化ケイ素及び窒化ケイ素からなる群から選択される少なくとも一つであることが好ましいが、これらの例に限定されるものではない。本発明に係る基板は、ＩＩＩ−Ｖ半導体物質または他の類似した性質を持つ物質を含むことができる。
【００２２】
本発明において、前記絶縁層と金層との間にポリシリコン層をさらに備えることが好ましい。
【００２３】
本発明に係る基板は、ｎ型にドーピングされており、前記ソース領域及びドレイン領域は、ｐ型にドーピングされている、または、本発明に係る基板は、ｐ型にドーピングされており、前記ソース領域及びドレイン領域は、ｎ型にドーピングされている。
【００２４】
図２は、本発明の例示的な具体例によるＦＥＴ及び微細流動装置を模式的に示す図面である。図２を参照すれば、チオール基を持つ分析物を検出するためのＦＥＴ  １３０は、基板１１１上に互いに離隔して形成されているソース領域１１２ａ及びドレイン領域１１２ｂを備え、前記ソース領域１１２ａ及びドレイン領域１１２ｂは、それぞれ前記基板１１１の電導型と異なる電導型でドーピングされている。図２を再び参照すれば、チャンネル領域１２０は、ソース領域１１２ａとドレイン領域１１２ｂとの間に形成されている。前記ソース領域１１２ａ及びドレイン領域１１２ｂと接触している前記基板１１１上に形成されているゲート１１３は、絶縁層１１４と金層１１８とを備える。前記絶縁層は、チャンネル領域１２０上に形成されている。前記金層１１８は、前記絶縁層１１４上に配置されており、基準電極１１７は、前記金層１１８と離隔して形成されている。
【００２５】
本発明はまた、注入口と排出口とが流路によって連結されている溝であるマイクロチャンネル内に、上記の本発明に係るＦＥＴを設けられた微細流動装置であることが好ましい。
【００２６】
本発明で使用された“微細流動装置”という用語は、微細流動チャンネル（マイクロチャンネルまたは微細水準チャンネルともいう）のような微細流動要素を含む微細流動装置の概念を含むものである。前記“微細流動（ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ）”という用語は、深さ、広さ、長さ、直径のような一つ以上の断面積次元が約０．１μｍないし約１０００μｍであるチャンバ、チャンネル、つぼ（ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ）のような装置成分を示すものである。したがって、“マイクロチャンバ”及び“マイクロチャンネル”という用語は、深さ、広さ、長さ、直径のような一つ以上の断面積次元が約０．１μｍないし約１０００μｍであるチャンネル及びチャンバ（溝とも称する）を示す。  また、本発明に係るＦＥＴとは、上述の図２を用いて説明したように、半導体材料で構成された基板と、前記基板と異なる電導型にドーピングされたソース領域及びドレイン領域と、前記ソース領域とドレイン領域とが前記基板内に互いに離隔されて形成されていることにより前記ソース領域とドレイン領域の間に配置されるチャンネル領域と、前記チャンネル領域上に配置される絶縁層と、前記絶縁層の上方に離隔されて配置された基準電極と、を備えるＦＥＴにおいて、前記絶縁層上に金層を備える、チオール基を持つ分析物を検出するためのＦＥＴである。
【００２７】
本発明の微細流動装置において用いられる半導体物質は、シリコンであることが好ましく、本発明の微細流動装置において用いられる絶縁層は、二酸化ケイ素及び窒化ケイ素からなる群から選択されるが、これらの例に限定されるものではない。
【００２８】
本発明の微細流動装置において、前記絶縁層と金層との間にポリシリコン層をさらに備えることが好ましい。
【００２９】
本発明に係る絶縁層や金層の厚さは特に制限されるものではないが、前記絶縁層の厚さは、１ｎｍ〜１０００μｍが好ましく、５０ｎｍ〜２０μｍが好ましい。前記金層の厚さは、１ｎｍ〜１０００μｍが好ましく、１０ｎｍ〜１０００ｎｍが好ましい。
【００３０】
本発明の微細流動装置において、前記基板は、ｎ型にドーピングされており、前記ソース領域及びドレイン領域は、ｐ型にドーピングされている。または、前記基板は、ｐ型にドーピングされており、前記ソース領域及びドレイン領域は、ｎ型にドーピングされている。
【００３１】
本発明の微細流動装置において、前記基板は、マイクロチャンネルの内部面をなす半導体材料であることが好ましい。前記基板は、前記内部面の全部または一部を形成できる。
【００３２】
本発明の微細流動装置の一具体例は、前記マイクロチャンネルは、ＰＣＲ増幅部を備えることが好ましく、前記ＰＣＲ増幅部は、前記ＦＥＴに対して上流側に位置する微細流動装置であることがより好ましい。前記ＰＣＲ増幅部は、ヒーター、冷却器及び反応チャンバを備える装置であり、核酸を重合反応によって増幅できるように反応溶液の温度を熱循環的に調節できる装置をいう。このようなＰＣＲ装置は、当企業に公知のものであり、本発明の微細流動装置には、従来公知のかかるＰＣＲ装置を備える。
【００３３】
図２は、本発明の他の例示的な具体例によるＦＥＴ  １３０を備える微細流動装置１００を模式的に示す図面である。図２を参照すれば、微細流動装置１００は、マイクロチャンネル１６０を通じて流体疎通可能に連結されている注入口１４０及び排出口１５０を備える。基準電極１１７は、前記金層１１８と離隔されて前記微細流動装置１００内に配置されており、前記ソース領域１１２ａと基準電極間およびドレイン領域１１２ｂと基準電極間に電圧が印加できるように接続されている。前記微細流動装置１００は、ＰＣＲ単位２１０をさらに備えることができる。
【００３４】
前記注入口に、チオール基を含む試料を注入することができ、排出口に、金層に添着しない不要な試料や、洗浄によりチオール基を含む試料などが排出される。
【００３５】
図３は、本発明の他の例示的な具体例によるＦＥＴ及びそのＦＥＴを備える微細流動装置を図式的に示す図面である。図３を参照すれば、微細流動装置２００内のＦＥＴ  １３０は、前記絶縁層１１４と前記金層１１８との間にポリシリコン層１１５をさらに備えることができる。前記微細流動装置２００は、ＰＣＲ単位２１０をさらに備えることができる。かかる場合のシリコン層の厚さは、前記絶縁層、前記金層の厚さにより適宜選択されるものであるが、例えば、１ｎｍ〜１０００μｍが好ましい。
【００３６】
本発明はまた、チオール基を含む分析物を含む試料を前記本発明に係るＦＥＴの金層に接触させるステップと、前記ＦＥＴのソース領域とドレイン領域との間のチャンネルに流れる電流値を測定するステップと、を含む前記分析物を検出する方法を提供する。
【００３７】
本発明の方法において用いられる分析物は、チオール基を含むものならばいずれも含まれるが、例えば、チオール基を持つ蛋白質、核酸及び糖が含まれ、望ましくは、３’または５’末端または両側末端がチオール基で標識されたた核酸である。また、前記核酸は、純粋精製された核酸だけでなく、ＰＣＲ産物及び商業的に購入可能なキット（例、キアゲン（Ｑｉａｇｅｎ）核酸精製キット）の指針によって溶出された核酸精製物も含む。前記キットには、塩化グアニジンのような混同剤（ｃｈａｏｔｒｏｐｉｃ  ａｇｅｎｔ）を含むキットを備える。電流の測定は、金層電極を通じて電圧を印加し、ソース領域とドレイン領域との間のチャンネル間に流れる電流値を測定することにより行なう。
【００３８】
本発明はまた、チオール基を含む分析物を含む試料を、前記本発明に係る微細流動装置のＦＥＴの金層に接触させるステップと、前記ＦＥＴのソース領域とドレイン領域との間のチャンネルに流れる電流値を測定するステップと、を含む前記分析物を検出する方法を提供する。
【００３９】
本発明の方法において、分析物は、チオール基を含むものならばいずれも含まれるが、例えば、チオール基を持つ蛋白質、核酸及び糖が含まれ、望ましくは、３’または５’末端または両側末端がチオール基で標識された核酸である。また、前記核酸は、純粋精製された核酸だけでなく、ＰＣＲ産物及び商業的に購入可能なキット（例、キアゲン核酸精製キット）の指針によって溶出された核酸精製物も含む。前記キットには、塩化グアニジンのような混同剤（ｃｈａｏｔｒｏｐｉｃ  ａｇｅｎｔ）を含むキットを備える。電流の測定は、ゲート電極を通じて電圧を印加し、ソース領域とドレイン領域との間のチャンネル間に流れる電流値を測定することにより行なう。
【００４０】
また、本明細書において、「チオール基を含む分析物を含む試料が金層に結合する」、「チオール基を含む分析物を含む試料が金層に固定する（される）」とは、金層にチオール基を含む分析物などが、直接または間接的に結合、固定されることをいい、さらに「結合」、「固定」という用語は、分析物が金層に添着されることをいい、水素結合により吸着されている場合や、立体的な形状、いわゆる抗原−抗体反応のような鍵と鍵穴のような添着だけではなく、ファンデルワールス力などの物理的吸着も含む、さらにイオン結合などの化学結合による化学的吸着も含む概念である。
【００４１】
本発明の方法によれば、試料中のチオール基を含む分析物がＦＥＴのゲート領域（以下、“チャンネル領域”ともいう）に備えられている金層に接触する場合、チオール基が金と自発的に迅速に結合する。このような結合によって、前記ＦＥＴのチャンネルに流れる電流及び電圧のような電気的信号が変化し、このような電気的信号値の変化を測定することによって、試料中の分析物を検出できる。
【００４２】
本発明の方法によれば、高いイオン濃度、例えば、６０ｍＭ以上のイオン濃度でも高い敏感度でチオール基を含む分析物を検出できる。また、本発明の方法によれば、分析物をＦＥＴのゲートの表面にスポッティングした後に洗浄するステップを経ずに直ちに測定できるために、小型化が容易であり、ＬＯＣの具現が容易である。
【００４３】
以下、本発明を実施例を通じてさらに詳細に説明する。しかし、これら実施例は、本発明を例示的に説明するためのものであり、本発明の範囲がこれら実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００４４】
比較例１：イオン濃度が従来のＦＥＴのチャンネルに流れる電流に及ぼす影響
本比較例で使用したＦＥＴ素子は、Ｘ−ＦＡＢ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｏｕｎｄｒｉｅｓ（Ｇｅｒｍａｎｙ）社から注文製作した。前記注文製作した製品は、構造及び電気的特性の同じ１９２個（１２×１６）のＦＥＴがアレイ形態で配列されているものである。前記製品は、Ｘ−ＦＡＢ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｏｕｎｄｒｉｅｓ社の設備を利用して製作され、前記企業の固有のＣＭＯＳ工程を使用した。ＣＭＯＳ標準工程は企業によって若干の差があるが、ＦＥＴ素子特性に大きい影響を与える因子ではなく、前記企業の標準工程は本発明とは関係ないので省略した。本比較例１で使用された各ＦＥＴ単位は、図１Ａに記述したような構造を持つ。すなわち、前記ＦＥＴ単位は、ｎ型でドーピングされた基板１１、前記基板１１に互いに離隔して形成されているソース領域１２ａ及びドレイン領域１２ｂ、前記ソース領域１２ａ及びドレイン領域１２ｂと接触して基板上に形成されたゲート１３を備える。前記ソース領域１２ａ及びドレイン領域１２ｂ、前記基板と異なる電導型にドーピングされている。チャンネルは、前記ソース領域１２ａとドレイン領域１２ｂとの間に形成されている。前記ゲート１３は、酸化シリコン層１４、ポリシリコン層１５及びゲート電極層１６を備える。
【００４５】
前記アレイ基板上に側壁を設置し、基準電極として白金がコーティングされた上部基板を設置することによって、２個のチャンバ、すなわち、センシングチャンバ及び基準チャンバを備えるイオン物質検出用のＦＥＴ基盤センサーを製作した。
【００４６】
本比較例では、前記製作されたイオン物質検出用のＦＥＴ基盤センサーに、商業的に購入可能なキアゲンキット（ＱＩＡｑｕｉｃｋ  ＰＣＲ  ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｋｉｔ）を利用してＤＮＡなしに精製過程を行い、得られた溶出液を前記ＦＥＴ基盤センサーに注入し、ゲート電極を通じて電圧を印加し、ソース領域とドレイン領域との間のチャンネル領域での電流を測定した。
【００４７】
前記ＤＮＡなしに精製する過程はまず、キアゲンキットの精製チューブに結合バッファ（ＰＢ（ｐｈｏｓｐｈａｔｅ  ｂｕｆｆｅｒ）、ＱＩＡｑｕｉｃｋ商用名）を２５０μｌ注入した後、真空で１０〜３０秒間吸入した。次いで、洗浄バッファ（ＰＥバッファ、ＱＩＡｑｕｉｃｋ商用名）を７５０μｌ注入した後、真空で１０〜３０秒間吸入し、遠心分離機で１３，０００ｒｐｍで１分間遠心分離した。洗浄が完了すれば、蒸溜水３０μｌを注入して１分間培養した後、遠心分離機で１３，０００ｒｐｍで１分間遠心分離した。チューブ下側に２５〜３０μｌの溶出液を得た。
【００４８】
前記ＦＥＴ基盤センサーを利用して電流を測定する条件は、前記ＦＥＴ基盤センサーに試料を０．５μｌ／分の流速で流し、ゲート電極を通じて３．３Ｖの直流電圧を加えた後、ソース領域とドレイン領域との間のチャンネル領域に流れる電流を測定した。
【００４９】
その結果、前記蒸溜水溶出液をＦＥＴに注入する場合、電流は上昇した（図２の四角フレーム部分参照）。本比較例で使われるＦＥＴは、ＮＭＯＳ型であって、ＤＮＡがチャンネルに接触する場合、電流が減少する。前記蒸溜水溶出液は、ＤＮＡが接触する時とは逆の信号を表した。これは、蒸溜水溶出液中にグアジニン塩酸（ＧｕＨＣｌ）のような混同剤が存在して、ＦＥＴの電流に影響を及ぼすと見なされる。
【００５０】
図４は、０．０１ｍＭ燐酸バッファ（ＰＢ；ｐＨ６．０）、０．１ｍＭ  ＮａＯＡｃ、ｐＨ４．７バッファ及びキアゲンキットの蒸溜水溶出液を流した時のＦＥＴチャンネルでの電流を示したグラフである。図２に示したように、ＤＮＡと同じ陰電荷を帯びるＮａＯＡｃを流した時、ＦＥＴのチャンネル電流は減少したが、蒸溜水溶出液を流した時はかえって電流量が増加することが分かる。
【００５１】
したがって、高いイオン濃度でも分析物を検出できるＦＥＴのチャンネル電流を発生できるＦＥＴ構造が要求されている。
【００５２】
実施例１：本発明によるＦＥＴ基盤バイオセンサーの製造
以下、本発明の実施例で使用したＦＥＴ素子は、Ｘ−ＦＡＢ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｏｕｎｄｒｉｅｓ（Ｇｅｒｍａｎｙ）社の設備を利用して製作し、同社のＫＣ１０−１．０μｍＣＭＯＳ工程を使用した。製造されたＦＥＴは、ＮＭＯＳ型であった。前記製作されたＦＥＴ素子は、構造及び電気的特性の同じ１９２個（１２×１６）のＦＥＴがアレイ形態で配列されているものである。ＣＭＯＳ標準工程は、企業によって若干の差はあるが、ＦＥＴ素子特性に大きい影響を与える因子ではなく、同社の標準工程は本発明とも関係ないので省略した。本実施例で使用された各ＦＥＴ単位は、前記ポリシリコン層１５とゲート電極１６とが金層に置換されたことを除いては、比較例１で使用されたＦＥＴと同一な構造を持つ。
【００５３】
まず、ＦＥＴのパッシベーション層（窒化物層）を除去してゲート領域（酸化シリコン）を外部に露出させた。前記工程は、Ｘ−ＦＡＢ社で進められ、以後の工程は本発明と関係があるので直接進めた。次いで、露出されたゲート領域を備えるＦＥＴ表面をよく洗浄した。洗浄は純粋アセトンと水で行った後、乾燥した。前記基板洗浄過程は、半導体製造工程で利用されるウェットステーションを利用した。洗浄が終わった後にスピンドライを利用して乾燥した。
【００５４】
製造されたＦＥＴ素子のゲート領域表面上に金（Ａｕ）を蒸着した。蒸着は、リフト・オフ工程を利用して進めた。ＡＺ５２１４感光膜を利用してゲート領域上でパターニングし、前記ゲート領域の酸化シリコン層上に５０ｎｍ厚さのＴｉ及び５００ｎｍ厚さのＡｕ層の蒸着工程を順次に進めた。リフト・オフ工程を利用してゲート上端にのみ金（Ａｕ）をパターニングした。
【００５５】
このように製作された１９２個の金層を持つＦＥＴを備える前記アレイ基板上に側壁を設置し、基準電極として白金がコーティングされた上部基板を設置することによって、２個のチャンバ、すなわち、センシングチャンバ及び基準チャンバを備えるイオン物質検出用のＦＥＴ基盤センサーを製作した。
【００５６】
実施例２：本発明のＦＥＴを利用したチオール基が結合されたＰＣＲ産物の検出
１．チオール基が結合されたＰＣＲ産物の検出
黄色ブドウ球菌（Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ  ａｕｒｅｕｓ）ゲノムを鋳型とし、フォワードプライマー（５′−ＨＳ−（ＣＨ２）６−ＴＡＧ  ＣＡＴ  ＡＴＣ  ＡＧＡ  ＡＧＧ  ＣＡＣ  ＡＣＣ  Ｃ−３′：配列番号１）、リバースプライマー（５′−ＨＳ−（ＣＨ２）６−ＡＴＣ  ＣＡＣ  ＴＣＡ  ＡＧＡ  ＧＡＧ  ＡＣＡ  ＡＣＡ  ＴＴ−３′：配列番号２）を使用したＰＣＲを通じてＤＮＡを増幅した。得られたＰＣＲ産物は、増幅産物だけでなく残留プライマーにもチオール基があってＦＥＴ素子の金（Ａｕ）と反応するために、前記ＰＣＲ産物を精製した。精製は、前記比較例１と同じ過程を経て行った。結合バッファ（ＰＢバッファ、ＱＩＡｑｕｉｃｋ商用名）２５０μｌとＰＣＲ産物５０μｌとを混合し、得られた混合物をキアゲンキットの精製チューブに注入した。真空で１０〜３０秒間吸入した。次いで、洗浄バッファ（ＰＥバッファ、ＱＩＡｑｕｉｃｋ商用名）７５０μｌ注入した後に真空で１０〜３０秒間吸入し、遠心分離機で１３，０００ｒｐｍで１分間遠心分離した。洗浄が完了すれば、蒸溜水３０μｌを注入して１分間放置した後、遠心分離機で１３，０００ｒｐｍで１分間遠心分離した。チューブの下方に２５〜３０μｌの溶出液を得た。得られた溶液を定量した後に濃度を調節した。ＦＥＴ素子実験に注入するＰＣＲ増幅産物の濃度は９ｎｇ／μｌであり、１５０ｍＭ  ＰＢＳ（ｐＨ７．４）溶液を利用して希釈した。
【００５７】
前記実施例１で製造されたＦＥＴ素子を自体製作した電流測定装備に連結した後、１５０ｍＭ  ＰＢＳ（ｐＨ７．４）を０．５μｌ／分の流速で流し、基準電極を通じて３．３Ｖの直流電圧を基準電極の下に流れるＰＣＲ溶液に印加し、ソース領域とドレイン領域との間のチャンネル領域での電流を測定した。あらゆる実験は、センシング過程と標準過程とに分けて進めた。実際反応が起きる試料についての実験をセンシング実験といい、標準過程は、ノイズ補正のために常に１５０ｍＭ  ＰＢＳ（ｐＨ７．４）ｍを注入して実験を行った。このように、２つの過程に分けることは、信号変移を補正するための過程であり、センシング実験値から標準実験値を引いた差を実際信号で表した。ＦＥＴ素子が安定化すれば、前記精製されたＰＣＲ増幅産物を注入した。
【００５８】
図５は、本発明によるＦＥＴに精製されたＰＣＲ増幅産物を流した後、電流の変化を測定した結果を示すグラフである。ＦＥＴ素子が安定化した後、まず、ＦＥＴ素子に１５０ｍＭ  ＰＢＳ溶液を流して影響がないということを確認した後、前記精製されたＰＣＲ増幅産物を注入した。図３に示したように、前記精製されたＰＣＲ増幅産物を注入した後、電流量が増加することが分かる。これは、前記ＰＣＲ増幅産物のチオール基が前記ＦＥＴの金表面と反応してＦＥＴ素子の電気的特性を変えるためであると見なされる。電流は、約２５〜３０μＡ程度増加した。また、前記電流値は、１５０ｍＭ  ＰＢＳ溶液を流して洗浄した後、一時的に減少しつつ再び元の状態に回復される形態に変化した。
【００５９】
２．陰性対照群実験
前記１で精製されたＰＣＲ増幅産物を、本発明のＦＥＴを利用して検出できるということを確認した。本節では、ＰＣＲ溶液が本発明のＦＥＴを利用した検出方法に及ぼす影響を調べた。
【００６０】
まず、陰性対照群実験で、鋳型を含んでいないということを除いては前記１と同一にＰＣＲ及び精製過程を行って、ｐＨ７．４７の精製産物（“陰性対照群溶液”という）を得た。
【００６１】
前記実施例１で製造されたＦＥＴ素子を自体製作した電流測定装備に連結した後、１５０ｍＭ  ＰＢＳを注入した。ＦＥＴ素子が安定化すれば前記得られた精製産物を注入した。
【００６２】
図６は、本発明のＦＥＴについての陰性対照群実験であり、鋳型を含んでいないＰＣＲ溶液を利用してＰＣＲを行ってＰＣＲ産物を得て、これを精製して得られた精製産物を注入した後の電流変化を示す図面である。ＦＥＴ素子が安定化した後、まず１５０ｍＭ  ＰＢＳ溶液を流して影響がないということを確認し、前記陰性対照群溶液を注入した。陰性対照群溶液を注入した後に電流量が若干増加するが、実施例２に比較すれば微小な程度であった。５μＡ程度の電流が増加し、これは精製されていないプライマーの影響であると解釈できる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、生分子検出関連の技術分野に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１Ａ】従来ＦＥＴの構造を概略的に示す図面である。
【図１Ｂ】ゲート電極層１６の表面にプローブ生分子１８を固定させ、前記プローブ生分子１８にターゲット生分子が結合する過程を概略的に示す図面である。
【図２】本発明の例示的な具体例によるＦＥＴ及び微細流動装置を模式的に示す図面である。
【図３】本発明の他の例示的な具体例によるＦＥＴ及びそのＦＥＴを備える微細流動装置を図式的に示す図面である。
【図４】０．０１ｍＭ燐酸バッファ（ＰＢ；ｐＨ６．０）、０．１ｍＭ  ＮａＯＡｃ、ｐＨ４．７バッファ及びキアゲンキットの蒸溜水溶出液を流した時のＦＥＴチャンネルでの電流を示すグラフである。
【図５】本発明によるＦＥＴに精製されたＰＣＲ増幅産物を流した後、電流の変化を測定した結果を示す図面である。
【図６】本発明のＦＥＴを用いた陰性対照群実験であって、鋳型を含めないＰＣＲ溶液を利用してＰＣＲを行ってＰＣＲ産物を得て、これを精製して得られた精製産物を注入した後の電流変化を示す図面である。
【図２】
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【図３】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【配列表】
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