JPS6134619B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、同一または異なる基板上に形成さ
れ、それぞれ異なる特定物質に選択的に感応する
化学感応部を有する複数の絶縁ゲート形トランジ
スタ構造の化学感応素子を、少く共その化学感応
部を１個の参照電極と共に同一被検物質に接触さ
せて、該被検物質中の種々の特定物質を検出する
絶縁ゲート形トランジスタ構造の化学感応素子を
用いた化学物質の検出方法に関するものである。

従来、電解効果型トランジスタのゲート部に、
特定の化学物質に感応する化学感応部を形成して
各種のイオン、ガス、酵素、抗原や抗体等を検出
する化学感応素子が種々提案されている。かかる
化学感応素子には、１つの半導体基板に１つの特
定の化学物質に選択的に感応する化学感応部を形
成したものと、それぞれ異なる化学物質に選択的
に感応する複数の化学感応部を形成したものとが
ある。このような化学感応素子、例えばイオンセ
ンサーを用いて血清等の被検液中の特定イオン濃
度や活量を検出する方法も従来種々提案されてい
る。第１図は本願人が先に特願昭53―43862号
（特公昭60―21344号公報）において提案したイオ
ン濃度の測定回路の一例の構成を示す線図で、被
検液中の特定イオン濃度に感応するイオンセンサ
ーのソース・ドレイン間に所定の電流が流れるよ
うに、参照電極に印加するバイアス電圧を制御
し、そのバイアス電圧値に基いて被検液中の特定
イオン濃度や活量を検出するようにしたものであ
る。第１において、容器１に収容された被検液２
中には、イオンセンサー３を少く共その化学感応
部４を参照電極５と共に浸漬して配置されてい
る。イオンセンサー３のドレイン端子６には、電
源７を接続して一定電圧を印加すると共に、ソー
ス端子８およびイオンセンサー３を構成する半導
体基板９は抵抗１０を経て接地する。また、参照
電極５にはバイアス電源を含む電位制御回路１１
が接続され、この電位制御回路１１によりソース
端子８の電位が所定の電位となるように、すなわ
ちソース・ドレイン間に所定の電流が流れるよう
にバイアス電圧が制御され、そのときの電圧値を
出力端子１２，１３間においてバルボル等で検出
するよう構成されている。かかるイオン濃度測定
回路によれば、イオンセンサー３を定電流で動作
させるものであるから、動作が安定であると共
に、イオン濃度に応じた界面電位の微小な変化を
高精度で検出することができる利点がある。

一方、生化学分野においては、一般に同一被検
液から多項目のイオン濃度や活量を測定する場合
が多い。この場合の測定法の１つとして、同一被
検液を複数の容器に分注して、それぞれ第１図に
示す測定回路を構成して多チヤンネルで測定する
方法が考えられる。しかし、この方法は各項目の
イオン濃度や活量を独立に測定するため多量の被
検液が必要になると共に、操作が面倒であり、特
に同一半導体基板にそれぞれ異なるイオンに感応
する複数の化学感応部を形成したイオンセンサー
を用いる場合には、その機能を十分発揮すること
ができない欠点がある。このような欠点は、イオ
ンセンサーのみでなく、ガスセンサー、酵素セン
サー、免疫センサー等についても同様である。

本発明の目的は、上述した欠点を除去し、同一
セル内で、したがつて少量の被検物質量で多項目
の特定の化学物質を容易に検出できる絶縁ゲート
形トランジスタ構造の化学感応素子を用いた化学
物質の検出方法を提供せんとするにある。

本発明は同一または異なる基板上に形成され、
それぞれ異なる特定物質に選択的に感応する化学
感応部を有する複数の絶縁ゲート形トランジスタ
構造の化学感応素子を、少く共その化学感応部を
１個の参照電極と共に同一被検物質に接触させ
て、該被検物質中の種々の特定物質を検出するに
あたり、前記各化学感応素子のソース・ドレイン
間に所定の電流が流れるように、前記参照電極に
印加するバイアス電圧を選択的に制御し、そのバ
イアス電圧値に基いて前記被検物質中の種々の特
定物質を選択的に検出することを特徴とするもの
である。

以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。

第２図は本発明方法を実施する検出装置の一例
の構成を示す線図である。この検出装置は容器２
０内に収容された被検液２１中の３項目のイオン
濃度や活量を測定するものである。容器２０内に
は、本例では同一半導体基板に形成され、それぞ
れ異なる所望の３種のイオンに選択的に感応する
絶縁ゲート形トランジスタ構造のイオンセンサー
２２の各イオン感応部２３，２４および２５を被
検液２１に接触させて配置すると共に参照電極２
６を被検液２１内に浸漬して配置する。各イオン
感応部を構成するイオンセンサーのドレイン端子
Ｄには共通の電源２７を接続して一定の直流電圧
を印加し、またソース端子Ｓおよび半導体基板Ｋ
は、切換スイツチ２８および基準抵抗２９を経て
接地する。一方、参照電極２６には電位制御回路
３０を接続し、この電位制御回路３０により参照
電極２６に印加するバイアス電圧値を、基準抵抗
２９の点の電位が各イオン感応部を構成するイ
オンセンサーに対して予じめ定めた所定の電位と
なるように、すなわち各イオン感応部を構成する
イオンセンサーのソース・ドレイン間にそれぞれ
所定の電流が流れるように制御するよう構成す
る。このため、本例では、点の電圧を差動増幅
器３２の一方の入力端子に供給し、他方の入力端
子には切換スイツチ３３を経て、各イオン感応部
を構成するイオンセンサーに対応して基準電圧源
３４，３５および３６を接続してそれぞれ所定の
電圧を切り換えて供給するようにし、この差動増
幅器３２の出力によつて駆動回路３７を介して点
の電位が所定の電位となるようにバイアス電圧
源３１を制御するよう構成した。このときのバイ
アス電圧値は、出力端子３８，３９において図示
しない測定手段、例えば電圧計あるいは増幅器等
を介してレコーダ・デジタルボルトメータ等によ
り測定する。なお、切換スイツチ２８および３３
は、制御装置４０により各イオン感応部を構成す
るイオンセンサーの作動に対応して同期して切り
換えるよう構成する。

第２図に示す検出装置においては、制御装置４
０により切換スイツチ２８，３３を同期して順次
に切り換えれば、それぞれについて参照電極２６
には、点の電位が予じめ定めた所定の電位とな
るバイアス電圧が印加される。したがつて、測定
すべき各オンに対して濃度が既知の異なる２種類
の液について、予じめ第２図と同じ構成の検出装
置において、点の電位が予じめ定めた所定の電
位、すなわちソース・ドレイン間に所定の電流が
流れたときのバイアス電圧値をそれぞれ測定して
おけば、これらバイアス電圧値と、イオン濃度が
未知の被検液２１に対して測定したバイアス電圧
値とから、被検液２１中の特定イオン濃度や活量
を求めることができる。

なお、出力端子３８，３９におけるバイアス電
圧値の測定は、制御装置４０により切換スイツチ
２８，３３を所望回数繰り返し制御したのち行な
うこともできる。この場合、出力端子３８，３９
において各イオン感応部を構成するイオンセンサ
ーに対するバイアス電圧値が順次繰り返し測定さ
れることになるから、各イオン感応部の応答速度
に応じて、切換スイツチ２８，３３を繰り返し制
御した後、各イオン感応部に対するバイアス電圧
値を読み取る。このようにすれば、各イオン感応
部が平衡状態に達する時間を短縮することができ
ると共に、繰り返し制御の所望回数目において各
イオンセンサーに対するバイアス電圧値をほぼぼ
同時に測定することができる。

第３図および第４図はそれぞれ本発明方法を実
施する検出装置の他の２つの例の構成を示す線図
であり、第３図に示す検出装置は、切換スイツチ
２８を各イオン感応部を構成するイオンセンサー
のドレイン端子Ｄと電源２７との間に設けた点の
みが第２図に示す検出装置と異なるものである。
また第４図に示す検出装置は、各イオン感応部を
構成するイオンセンサーをそのインピーダンスに
応じて所望のソース・ドレイン電流で作動させる
ようにしたものであり、このため各センサーのソ
ース端子Ｓを切換スイツチ２８およびインピーダ
ンスに応じた基準抵抗２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃを
経て接地したものである。この場合には、各基準
抵抗における電圧降下、すなわち点の電位を互
いに等しくすることができ、したがつて電位制御
回路３０の差動増幅器３２の他方の入力端子には
１つの基準電圧源４１を接続すればよい。

上述したように本発明によれば、同一セル内に
収容した被検液中にそれぞれ異なるイオンに選択
的に感応する複数のイオンセンサーと共通の１つ
の参照電極とを同時に浸漬し、各イオンセンサー
を定電流で作動させるように、参照電極に印加す
るバイアス電圧を選択的に制御するものであるか
ら、簡単な操作により高精度の検出ができると共
に、被検液の量も少量で済む。

なお、本発明は上述した例にのみ限定されるも
のではなく、幾多の変更または変形が可能であ
る。例えば、上述した検出装置においては、いず
れも同一半導体基板にそれぞれ異なるイオンに選
択的に感応する複数のイオン感応部を形成したイ
オンセンサーを用いたが、各イオン感応部をそれ
ぞれ独立した半導体基板に形成したイオンセンサ
ーを用いることもできる。また、被検液をフロー
セルに導いて測定する場合でも本発明を有効に適
用することができる。更に、電位制御回路３０は
上述した構成にのみ限定されるものではなく、
種々の変形が可能である。更にまた、本発明は上
述した各種イオン濃度や活量の検出の他、化学感
応素子としてガスセンサー、酵素センサー、免疫
センサー等を用いることにより、それぞれ所望の
化学物質を有効に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願人が先に提案したイオン濃度測定
回路の一例の構成を示す線図、第２図は本発明方
法を実施する検出装置の一例の構成を示す線図、
第３図は同じく他の例の構成を示す線図、第４図
は同じく更に他の例の構成を示す線図である。 ２０…容器、２１…被検液、２２…イオンセン
サー、２３，２４，２５…イオン感応部、２６…
参照電極、２７…電源、２８…切換スイツチ、２
９，２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃ…基準抵抗、３０…
電位制御回路、３１…バイアス電圧源、３２…差
動増幅器、３３…切換スイツチ、３４，３５，３
６，４１…基準電圧源、３７…駆動回路、３８，
３９…出力端子、４０…制御装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 同一または異なる基板上に形成され、それぞ
   れ異なる特定物質に選択的に感応する化学感応部
   を有する複数の絶縁ゲート形トランジスタ構造の
   化学感応素子を、少く共その化学感応部を１個の
   参照電極と共に同一被検物質に接触させて、該被
   検物質中の種々の特定物質を検出するにあたり、 前記各化学感応素子のソース・ドレイン間に所
   定の電流が流れるように、前記参照電極に印加す
   るバイアス電圧を選択的に制御し、そのバイアス
   電圧値に基いて前記被検物質中の種々の特定物質
   を選択的に検出することを特徴とする絶縁ゲート
   形トランジスタ構造の化学感応素子を用いた化学
   物質の検出方法。