WO2006134942A1

WO2006134942A1 - 電界効果トランジスタ、それを具備するバイオセンサ、および検出方法

Info

Publication number: WO2006134942A1
Application number: PCT/JP2006/311871
Authority: WO
Inventors: Koichi Mukasa; Kazuhisa Sueoka; Seiji Takeda; Satoshi Hattori; Yoshiki Yamada; Makoto Sawamura; Hiroichi Ozaki; Atsushi Ishii; Motonori Nakamura; Hirotaka Hosoi
Original assignee: Mitsumi Electric Co., Ltd.; Hijikata, Kenji; Semicon Craft Technologies
Priority date: 2005-06-14
Filing date: 2006-06-13
Publication date: 2006-12-21
Also published as: CN101287986A; CN101287986B; US8072008B2; US20080283875A1; JPWO2006134942A1; TW200707737A; JP4827144B2

Abstract

　本発明はカーボンナノチューブなどの超微細繊維体をチャネルとする高感度な電界効果トランジスタ、およびそれを用いたバイオセンサに関する。本発明の電界効果トランジスタは、基板、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、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、ならびに前記基板に自由電子の移動による分極を生じさせるゲート電極を有する。例えば、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、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る。

Description

明細書

電界効果トランジスタ、それを具備するバイオセンサ、および検出方法技術分野

[0001] 本発明は電界効果トランジスタに関する。さらに本発明は、それを具備するバイオセンサ、およびそれを用いて被検出物質を検出する方法に関する。

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ヤネルが配置され、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）とレ、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

発明が解決しょうとする課題

[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、すなわちソース一ドレイン電流またはソース一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レ、ても、ソース一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ヤ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力 S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、ソース一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 10 /i m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 100 μ m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レ、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レ、る、 [7]または [8]記載の電界効果トランジスタ。

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ォ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一 V特性曲線または I一 Vg特性曲線の所定の点におけるソース一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、前記 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ヤ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、 1ー¥特性曲線または1ー¥_§特性曲線の所定の点におけるソース一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一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]に記載のバイォセンサ装置。

[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レ、、 [18]記載の分布検查システム。

[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]記載の分布検查システム。

[21]前記バイオセンサ端末装置は、さらに自らの ro情報を送信し、前記情報処理装置は、前記 HD情報を受信し、受信した情報を出力する、 [18]〜[20]記載の分布検查システム。

[22] [18]〜[21]記載の分布検查システムのための、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力 S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ぐ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。園 4]本発明の分離ゲート型 FETの一例を示す図である。 200は本発明の分離グート型 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、 10 8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。

園 5]本発明の分離ゲート型 FETの一例を示す図である。 300は本発明の分離グート型 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、 10 8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。

園 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。

園 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。

園 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。

園 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まソース電極、 7611まドレイン電極、 7612ま超微糸田繊維体、 7613ίま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。

園 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。

園 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。

園 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。

園 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—：!〜 9a— 6および 9b—：!〜 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—:!〜 9a— 6および 9b — l〜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。園 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。

園 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 50 μ m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 lcm 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。

園 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。

園 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。

園 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。

園 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。

園 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。

園 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。

園 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。

園 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。

園 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、 110ίまドレイン電極、 112ίま超微糸田繊維体、 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。

園 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、 10 6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。

園 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、 10 2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、 11 Οίまドレイン電極、 112ίま超微糸田繊維体、 532、 532aおよび 532biまゲー卜電極、 47 2、 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。

園 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。

園 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。

園 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。園 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、 10 6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。

園 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。

園 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、 6 02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。

園 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、 2 02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 472biま被検出物質言忍識分子、 490、 490aおよび 490biま試料溶 ί夜、 612、 61 2aおよび 612bはゲート電極を示す。

園 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、 20 2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 472bfま被検出物質言忍識分子、 490、 490aおよび 490bfま試料溶 ί夜、 622、 622a および 622bはゲート電極を示す。

園 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 472 b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。

園 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。

園 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。

園 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、 760 3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、 76 08ίま支持基板、 7609ίま基板、 7610まソース電極、 7611 ίまド、レイン電極、 7612ίま超微細繊維体、 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] (Α)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。（Β)は、（Α)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、 7609fま基板、 7610ίまソース電極、 7611 fまドレイン電極、 7612fま超微細繊維体、 7613は被検出物質認識分子、 7614はゲート電極、 7615は試料溶液、 7616fま第二の絶縁膜、 7702fまチップ、 7703fまケース、 7704fま導電ピンを示す。

[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、 7 605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、 760 9ίま基板、 7610まソース電極、 7611 ίまドレイン電極、 7612ίま超微糸田繊維体、 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、 7 620ίま第二の基板、 7703まケース、 7704ίま導電ピン、 7802ίま素子咅 7803、 78 03a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、 76 09fま基板、 7610ίまソース電極、 7611 fまドレイン電極、 7612fま超微糸田繊糸隹体、 761 3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、 7703ίまケース、 7802ίま素子咅 7803aおよび 7803biま導電十生基板、 7804ίまチップ、 7901は平板電極を示す。

園 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、 780 4ίまチップ、 8001 ίま接続端子、 8002fま蓋を示す。

園 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。 7614ίまゲー卜電極、 7704ίま導電ピン、 7803afま導電十生基板、 8001【ま接続端子、 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。 7614ίまゲー卜電極、 7803ίま導電十生基板、 8001ま接続端子、 8201まマイク口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] (Α)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。 (Β) 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。 7 607ίま第一の絶縁膜、 7608ま支持基板、 7609ίま基板、 7610ίまソース電極、 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、 76 19ίま第四の絶縁膜、 7620ίま第二の基板、 7703まゲース、 7704ま導電ピン、 780 3a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。

園 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。

園 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。

園 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、本発明のノくィォ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。 100

0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、 100

4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はバィォセンサ装置、 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]1— 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 Ι—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一チャートである。

[図 75]本発明の分布検查システムの構成の一例を示す概略ブロック図である。 500 は分布検查システム、 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、 7

25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 10 x m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レ、。以下、このような FETを「本発明のサイドグート型 FET」という。本発明のサイドゲート型 FETの例力図 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] 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 4 02、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レ、。半導体は、特に限定されなレ、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、リン化インジゥムなどの m_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ノレなどである。支持基板の厚さは、特に限定されないが、 0.：!〜 1.0mmであることが好ましぐ 0.3〜0.5mmが特に好ましレ、。

[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、ァミノ基またはカルボキシノレ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〜： !OOOnm力 S好ましく、 20〜50 Onm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以上が好ましぐ 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、 lOOOnm以下が好ましぐ 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 2〜10 z m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、ノくィォ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力 S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レ、。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 500 x m以上にし、両電極の先端部の幅 W1を 10 z m程度にし、両電極の本体の幅 W2を 150 z m程度にすればよレ、。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、シリコンゥイスカー、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が好ましレ、。また、 CNTには欠陥が導入されていてもよレ、。「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、力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力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ヨン膜などである。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 7 610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、寿命の延長やノイズ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である場合にっレ、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は〇 NT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°C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 μ m (例えば約 3 μ ΐη)、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、二ッケノレ、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、 10η m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程度であればよぐまた、直径 Dは 2 / m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_ l， 9a- 2, · · · 9a_n、およびそれらに対向する 9b_ 1， 9b_ 2 ' · ' 9b_n力 S 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つて触媒 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_ lと 9a_ 2との間の距離) L1は、特に限定されないが、約 2 z m程度とすればよい。また、触媒列間の距離（9a_ l , 9a_ 2, . . .9& 11の歹1】と、 9b— 1, 9b— 2 · · ' 9b— nの列との間の距離） L2は、特に限定されなレヽが、 4 μ m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 8 7.5%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°Cに加熱する。加熱する間、反応容器内に流量 1000sccm (l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°Cに維持して、流量 lOOOsccm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 lOOOsccm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 ΙΟ μ πι程度にすればよレ、。

[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レ、。

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 C NT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°C)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ぐ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] し力しながら、 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力 \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親和性物質を用レ、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、フヱ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を固定する力より大きい直径の CNT45 b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ァミノ基がある場合には、 CNT親和性物質にカルボキシノレ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ノレ基がある場合には、 CNT親和性物質にァミノ基が導入されていることが好ましい。力ルポ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-py renebutyric 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 £ れない力、、 ί列えば、 1— pyreneDutync acid N-hydroxysuccinimide esterなと C ある。ァ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-py renemethylamineなとる。

[0066] 基板表面にカルボキシノレ基を導入する方法は、特に限定されないが、例えば、力ルポ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ノレ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レ、。アミノシランは、特に限定されないが、例えば、 3-aminopropyltriethoxysilane (AP S)などである。

[0067] 電極表面にカルボキシノレ基を導入する方法は、特に限定されないが、例えば、金電極の表面をチォカルボン酸で処理すればよレ、。チォカルボン酸は、特に限定されないが、例えば、 11- mercaptoundecanoic acidが挙げられる。また、電極表面にァ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、 ll-amino-1-u ndecanthiol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 0.5 z m以上、より好ましくは 1.0 z m以上である。平均長さの上限は特に限定されないが、 10 x m以下であればよぐ好ましくは以下、より好ましくは 3 μ m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レ、。 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、酸処理されてレ、てもよレ、。 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レ、。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] (l) 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] (l) 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（例えばァミノ基）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 (例えばェステル基）を有する CNT親和性物質を提供すればょレ、。

[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、 1 μ m〜3 μ m程度であればよレヽ。

[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、 A

PS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ょレ、。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 lnm〜l μ m程度であれは'よレ、。

[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つた溶媒は、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力、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。よつて、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、 0.001mgZml〜0.1mgZmlであることが好ましい。当該濃度が O. lmg/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。し力、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レ、。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レ、。ソース電極またはドレイン電極とチヤネルとが重なる部分を、高電界の電子ビームまたは STMZAFMを使用する局所印加電界によりゥヱルディングして、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、金属ー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（例えばカルボキシノレ基ゃァミノ基）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 (例えばアミノ基ゃエステル基）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ょレ、。

[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 (例えばカルポジイミド）を用いてもよい。

[0084] [B]の態様にぉレ、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ぐ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、適切なソース一ドレイン電流 (例えば 0.：!〜 1. Ο μ A程度）がより安定に流れうる。また、 0.1〜： ί.Ο μ Α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 [Β]の態様においても、 [Α]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] [Β]の態様の具体的な手順が、後述の「具体例 Β」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を添加すればよレ、。 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力 S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ノレ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を修飾すればょレ、。

[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を修飾すればょレ、。

[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力 \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ぐまた基板上の 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-aminopropyltriethox ysilaneを添カ卩する。これを 45°Cで 30分間加熱して溶媒を蒸発させ、さらに 110°C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ァ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°C にカロ熱する。 l.Omgの 1— pyreneDutync acid N— hydroxysuccimmide ester 20 μ 1のジメチルホルムアミドに溶解する。得られた溶液の 10 / lを、基板が浸された混合溶液中に滴下し、 65°C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°C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ユングするための手法と同様の手法を用いればよレ、。 EB蒸着法を用いて 30nm厚の Ptフィルム、さらに lOOnm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 3 x m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-merca ptoundecanoic 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、水溶性カルポジイミドと、 1 -pyrenemethylamine hydrochloride (ImM)を溶解させる。得られた溶液に、前述の基板を入れて 35°C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、 1 0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.：!〜 Ι.Ο μ A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。ソース一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力 S、 0.1 μ A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

l.Omgの l_pyrenebutyric acid N-nydroxysuccmimide ester 20 μ 1のンメテノレホノレムアミドに溶解する。得られた溶液を、 0.6mgの l l-amino-1-undecanethiolを 100 μ 1 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（500 μ 1)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（5mgZml、 50 μ 1)を、 CNTの DMF分散液（0 . O lmg/ml, 500 μ ΐ)に添加し、室温にて 2時間、超音波処理した。得られた溶液（ 100 μ \)に、テトラエチレンジァミン 50 μ 1、エタノーノレ 50 μ 1、水 25 μ 1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 l_pyrenebutyric acidを除去する。濾液に、水—エタノール（1 : 1 )混合溶液をカ卩えて lml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、カルポ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、かつ再現性よぐ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、導通性が高ぐ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レ、。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一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 2〜10 x mである場合、ゲート電極の大きさは、およそ O. lmm X O. l mm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レ、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レ、てもよレ、。

[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レ、てもよレ、。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、ソース一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一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レ、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レ、てもよレ、。

[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 10 z m以上、さらに lOO x m以上、さらに lmm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 FE T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 1 / m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（半導体または金属力成る）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一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力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ヤ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ヤ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ヤ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レ、。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 IV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） (Vg ate)とソース一ドレイン電流（Isd)との関係（以下「1— V特性」という）を示すグラフ（以下「1— 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 50 0 μ m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 lcm² (lcm X lcm)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 n A程度のソース一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「ィ匕学ポテンシャル」）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、チヤ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力 S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、以下の知見によつても支持される。

[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 M〇S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「ゲートチヤネル間電気容量」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、ソース一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一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)をソースー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 500 /i m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 1 cm² (lcm X 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 5 μ ΐη、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。

[0139] 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 IVに設定したときの特性曲線であり、曲線 bはソース一ドレイン電圧を + IV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 500 z m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 lcm² (lcm X lcm)、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 5 z m、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 50 /i m、 lc m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。これらはすベて同じ CNTを用いて測定している。

[0142] 図 22に示された Ι—Vg特性曲線に大きな変化はみられなレ、。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力る。

[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 500 μ m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 lcm² (lc m X lcm)、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 5 μ m 、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 1 Omm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レ、。同様に、図 24、図 26および図 28に示された Ι—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、間接的ま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ほたは抗原）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ィルスや細菌などの微生物を超高感度に、し力も高速に検出することができる。

[0147] 1一 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レ、。

[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 (ウィルス、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一ドレイン電流またはソース一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。ソース一ドレイン電流の変化は、例えば、 I一 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、ソース一ドレイン電流とソース一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、ソース一ドレイン電圧を一定にしたときの、ソース一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。したがつて、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レ、。

[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、グ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レ、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力 S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力 S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レ、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ぐ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結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レ、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レ、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合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レ、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力 S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、絶縁膜をシランィ匕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カ卩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、プロティン。、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 AZG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カロ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一二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、その調製に数ケ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プリドーマが必要となる。しかしながらハイプ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カロされたタンパク質をいつたん作製すれば、 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力 S、 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レ、。また、ノくィォセンサ装置本体は、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、ノくィォセンサ装置本体は、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、のいずれ力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、ノくィォセンサ装置本体は、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力 Sできるとレ、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ぐ第二の絶縁膜力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 76 16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 76 15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レ、。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

[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ぐ第二の絶縁膜力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 7 601、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。バイォセンサ装置本体 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 力構成される。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 7 610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 7614上に滴下し (場合によりこれを乾燥し）、素子部 7602をバィォセンサ装置本体 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レ、。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の端部力すべて中心部に位置するように隣接配置されてレヽれば、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、ノくィォセンサ装置本体は、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。素子部に用レ、られるグート素子部は、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《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ぐ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、およびバィォ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 76 07、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 761 2力、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 762 0、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 761 4は、素子部 7802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。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をバィォセンサ装置本体 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のソース一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 4 3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 780 2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レ、。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 78 03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 77 04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 7 601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 7 601に着脱自在にされてレ、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 780 4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 7 901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の端部力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 780 4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に酉己置される。

[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、チップ力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 780 3a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 に設けられてもよぐ図 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レ、。 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カロすること力 S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カ卩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レ、。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 820 1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ォ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 5 3 (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 820 1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、ソース一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。

[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力 S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力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レ、。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（図示しなレ、）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を供給すればょレ、。

[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、複数の項目につレ、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一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 μ Aォーダ一でよい。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ぐ汎用テスター程度 (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）などが作製されうる。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)バイオセンサにぉレ、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カヒーターゃ熱電変換素子 (ペルチヱ素子）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)抗へマグルチニン（以下「 HAJ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 500 x m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 lcm² (lcm X 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 5 μ m、ゲート電極に接触する第二の絶縁膜の面積は lcm²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（lcm²)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、 3 1の（38 10)メルカプトプロピルトリメトキシシランを滴下して、 180°Cで 2時間加熱した。 30°C にまで冷却した後、同温度で 1時間以上 50mMのジチオスレィトール（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 (ソースー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ー NTA溶液（lm g/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、 50 μ 1の NiCl溶液（50mM)を滴下した。 1

2

5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ぐ半導体的な性質が観察された。さらに、「ni」《「nta」と比較して、ソース一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（亜鉛ィ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)抗へ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へマグノレチニン (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、 1一 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。さらにウェ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、 rHA および rHA であった。それぞれ、上清中の

1 - 290 1 -220

分泌物を NTA_Ni²⁺カラムで精製した。 ELISA、ウェスタンブロットで目的とする rH A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。 rHA および rHA のうち、 rHA はモノクロ

1 -290 1 -220 1 -220 ーナル抗体と反応しなかったため、 rHA を被検出物質認識分子として用いた。

1 - 290

[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 X 10— ⁵、 1 X 10_⁶ 、 1 X 10— ⁷、 1 X 10— ⁸、 1 X 10— ^1Q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一NTAを結合させて、さらに NiClで処理した。ここで、前記と

2

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（50 /il)を添加して、 25°C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一 20Vとした）。

[0287] 次に、 NiClで処理された基板の第二の面に、前述のようにして得た rHA を（1

2 1-290

.9 zg/ml;50 xl)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一20Vとした）。

[0288] rHA を固定された基板の第二の面に、前述の各希釈液（50 μΐ)を添加して、

1-290

25°C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一 V特性曲線を求めた（ただしゲート電圧は一20V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、 NiClで基板の第二の面を処理したときの I—V特性曲線（点線）、 NiCl

2

で処理された基板の第二の面に rHA を固定したときの I V特性曲線（実線）

2 1-290

が示される。

[0291] 図 58には、 NiClで基板の第二の面を処理したのち、 1X10^_1°の希釈液を添加し

2

た場合の I— V特性曲線（点線）、 NiClで処理された基板の第二の面に rHA を

2 1-290 固定したのち、 5 X 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、 NiClで基板の第二の面を処理したのち、 1X10—⁸の希釈液を添加し

2

2 1-290 固定したのち、 5 X 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、 NiClで基板の第二の面を処理したのち、 1X1CT⁷の希釈液を添加し

2

2 1-290 固定したのち、 5 X 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、 NiClで基板の第二の面を処理したのち、 1X1CT⁶の希釈液を添加し

2

た場合の I— V特性曲線（点線）、 NiClで処理された基板の第二の面に rHA を固定したのち、 5 X 10^_b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、 NiClで基板の第二の面を処理したのち、 1 X 10_⁵の希釈液を添加し

2

2 1-290 固定したのち、 5 X 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、ソース一ドレイン電圧が 0〜1Vの場合には、基板の第二の面に固定された rHA の有無にかかわらず、ソース一ドレイン電流に差は

1-290

ほとんどみられなレ、。一方、ソース一ドレイン電圧力 ivを超えるあたりから、基板の背面に固定された rHA 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

1-290

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「r CaM」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/glll (インビトロジェン社製）の Sad-Xbal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、ー晚培養した。

[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°Cで震とう培養した。その後、終濃度が 0.02%になるように L—ァラビノースをカロえて、さらに 37°C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 (インビトロジヱン社製）に懸濁させ、超音波粉砕して、 Probond™Purification System (インビトロジヱン社製）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 X 10— 1 X 10— ¹⁰、 1 X 10— ⁹、 1 X 10— ⁸、 1 X 10—⁷、 1 X 10— ⁶、 1 X 10—⁵、 1 X I 0—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一 NTAを結合させて、さらに NiClで処理した。ここで、前記

2

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] NiClで処理された第二の面に、 PBS中のrCaMタンパク質（12 ₁ gZml ; 50 ₁ l)

2

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一20V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（50 μ ΐ)を添加して、 25°C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（BS A) (34mg/ml ; 50 l)を添加して、 25°C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一 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 1.5 Vのときのソース一ドレイン電流が示される。図 63において、「Ni」は NiClで処理し

2 たときのソース一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カ卩したときのソース一ドレイン電流を示し、「10— "〜10— ⁴」は、各濃度の抗体希釈液を添加したときのソース一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_"〜： 10_⁸)するにつれて、ソース一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）、ソース一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一ドレイン電流の変化はみられな力た。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。 5 μ g/mlの r CaM溶液 100 μ ΐを用いて、マイクロタイタープレートの各ゥエルに 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ゥエルに入れ 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）を各ゥエルに加えて再び 1時間静置し、 P BST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一 Vg特性が示される。（a)は抗体原液の希釈率を 10^{_ 1}°としたときの I一 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力る。

[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一ドレイン電圧との関係を示す曲線）、または I_Vg特性曲線 (ソース一ドレイン電圧を一定にしたときの、ソース一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一 V特性曲線または Ι—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力求めた 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レ、ること力できる。

[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。バイォセンサ本体部 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 1130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、ソース一ドレイン電圧）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、 DZA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ヤリブレーシヨン機能と、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（ソース一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、ソース一ドレイン電圧を所定値 (例えば、—IV)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レ、（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一 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（S220 0 : 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の処理結果に基づレ、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、 Ι—Vg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。このフロ一チャートは、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、 CP

U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、スィッチがオンされたか否かを判断する。スィッチのオン操作は、ユーザによって手動で、または、 a—TASによって自動的に行われる。スィ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、ソース一ドレイン電圧（Vsd)を所定値（例えば、 IV)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. IV加算してゲート電圧の値を更新する (Vg =Vg + 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力 \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 •IV以上になったか否力 ^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 : N〇）、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一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。このフローチヤートは、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 S 2000で取得した I_Vg特性に対して、その微分値 (dlZdVg)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)につレ、て説明する。

[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。このフローチヤートは、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一 Vg特性 (CaM抗原の濃度を変化させたときの I一 Vg特性 )におレ、て、（a)で示す希釈率（対数値）が _ 10のときの変曲点の電流値（ X 10"⁶) は 2.7、（b)で示す希釈率 (対数値）がー 9のときの変曲点の電流値（X ICT⁶)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（X 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一 Vg特性決定処理 (ステップ S2000)および変曲点決定処理 (ステツプ 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、ソース一ドレイン電圧（Vsd)を一 1 V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で測定したソース一ドレイン電流（I)の微分値（dl/dVg)を求める。具体的には、ゲート電圧の増分（dVg)は一定値（0.1 V)であるため、前回の測定値と今回の測定値との差分（dl)を求めて、 dl/dVgを計算する。

[0352] ステップ S2150では、今まで計算した微分値（dlZdVg)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. IVカロ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。このフローチヤートは、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によつて実行される。

[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 S 3000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（ソース一ドレイン電流）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 S320 0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查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ちできる。

[0364] 本発明のバイオセンサは検出感度が高ぐ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）によつ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、野外で感染症ウィ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查システムには、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。ノくィォセンサ端末装置は、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レ、てもよレ、。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レ、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ぐそのバイオセンサ端末装置は、 Iひ晴報を送信するための通信機能を有してレ、ることが好ましレ、。

[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、対象物分布検查システムの一例を説明する。図 75は、分布検查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 6 00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 700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力情報処理装置 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ヮークも含む。

[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 61 0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力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 ONZOFF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レ、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レ、。

[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亥 1J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、解析することも考免られる。

[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一ドレイン電流 (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 740、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エースである。

[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 6

00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。これはバィォセンサ端末装置 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、調查対象をわ力やすくするためにはあったほうがよレ、。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、 G PS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力「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回の検查は 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」が入っていてもよレ、。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 (Π3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] 図 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「サンプノレ数」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 13 5」の仮番号 (HD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 (HD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 (HD情報）に基づレ、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、鳥インフルェンザのように、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查する場合、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レ、。場合によつ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 1 00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力項目情報をバィォセンサ端末装置 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 (Iひ晴報）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 (Π3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 S ystem :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型のウィルスの分布を表示している。「 X」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を調查対象とし、地図に表示している。「★」および「☆」が調查対象となった養鶏場であり、「★」がウィルス陽性、「☆」がウィルス陰性を示している。また、それぞれの印の隣には、養鶏場名とウイノレ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、養鶏場名やウィ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養鶏場が高いウィ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養鶏場ではウィ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養鶏場ではウィ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、ウィ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、それぞれのウィルス感染率を図 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、インタ一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查システム 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 S 1000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、試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 63 0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、調查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。ここでレ、う解析結果とは、ステップ S5300の解析結果だけでなぐステップ S5200で作成された分布地図なども含む。

[0423] [使用想定例]

本発明の被検出対象物の分布検查システムの使用が想定される事例を、鳥インフルェ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查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、多数のニヮトリが、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)現地でのウィルス検出

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ゥィ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ゥエ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ぐ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一 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一 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ェンザウィルス)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、ウイノレスの有無だけでなぐ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カロ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ィ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、今後のウィ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力 Sできる。

[0431] また、ウィルスの正確な分布範囲を迅速に知ることができるので、ウィルスに感染しており全鶏を処分するべき鶏舎と、ウィ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查システムは、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つ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查システムによって、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查システムは、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ぐ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。これによつて、赤潮などの予報だけでなぐ貝毒、ノロウィ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ェ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ぐ土壌中の PCB 、隣接する農家力の農薬、隣接する道路力もの排気ガス、近接する工場の煤煙などの周囲力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力 Sできる。

[0436] また、本発明の対象物分布検查システムは、人口密集地域周辺の杉林などの花粉の検出結果と、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查システムは、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曰出願の特願 2005— 174404、 2005年 6月 14曰出願の特願 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。

Claims

請求の範囲

[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、請求項 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、

請求項 1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、請求項 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 10 μ m以上である、

請求項 1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 100 _β m以上である、請求項 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レ、る、請求項 1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、

請求項 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、

請求項 7記載の電界効果トランジスタ。

[10] 被検出物質認識分子が結合されてレ、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、請求項 1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、

前記ソース電極およびドレイン電極は、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、

請求項 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、

請求項 7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。

[13] 請求項 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。

[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ー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、請求項 10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、前記 I一 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一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、を有する請求項 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、請求項 14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、請求項 16に記載のバイオセンサ装置。

[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、請求項 10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、請求項 18記載の分布検查システム。

[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、

請求項 18記載の分布検查システム。

[21] 前記バイオセンサ端末装置は、さらに自らの ro情報を送信し、

前記情報処理装置は、前記 HD情報を受信し、受信した Iひ晴報を出力する、請求項 18記載の分布検查システム。

[22] 請求項 18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] 請求項 18記載の分布検査システムのための、前記情報処理装置。