生体情報評価システム
【課題】顕微鏡で観察するのと同時に生体関連物質の信号情報を透明バイオセンサで取得する場合に、その信号情報を正確に取得することができる生体情報評価システムを提供する。
【解決手段】透明基材とその透明基材上に設けられた薄膜トランジスタ素子部及び透明な生体関連物質感応部とを有し、その薄膜トランジスタ素子部が酸化物半導体膜を有する透明バイオセンサ１０と、透明バイオセンサ１０が有する生体関連物質感応部に載置される生体関連物質から信号情報を取得する電気信号測定装置１０１と、透明バイオセンサ１０をステージ５３上にセットし、透明バイオセンサ１０に光源光６２，７４を照射して生体関連物質感応部に載置される生体関連物質を観察する顕微鏡９０とを少なくとも備え、透明バイオセンサ１０と光源光６２，７４との間に紫外線カットフィルタ５１を設けた生体情報評価システム５０により上記課題を解決した。
【解決手段】透明基材とその透明基材上に設けられた薄膜トランジスタ素子部及び透明な生体関連物質感応部とを有し、その薄膜トランジスタ素子部が酸化物半導体膜を有する透明バイオセンサ１０と、透明バイオセンサ１０が有する生体関連物質感応部に載置される生体関連物質から信号情報を取得する電気信号測定装置１０１と、透明バイオセンサ１０をステージ５３上にセットし、透明バイオセンサ１０に光源光６２，７４を照射して生体関連物質感応部に載置される生体関連物質を観察する顕微鏡９０とを少なくとも備え、透明バイオセンサ１０と光源光６２，７４との間に紫外線カットフィルタ５１を設けた生体情報評価システム５０により上記課題を解決した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体情報評価システムに関し、さらに詳しくは、顕微鏡で観察するのと同時に生体関連物質の信号情報を透明バイオセンサで取得する場合に、その信号情報を正確に取得することができる生体情報評価システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
生物はμｍオーダーの細胞から構成されており、その細胞はタンパク質、脂質又は核酸等のｎｍオーダーの構造の集合体である。一方、半導体加工技術の微細加工もｎｍオーダーであり、細胞の大きさと同程度である。こうした半導体加工技術で作製された素子を生物のナノ構造に対して適用することにより、例えば細胞の機能発現を制御したり、タンパク質や核酸等の生体分子情報を取得したりすることが可能になり、現在多方面で研究されている（非特許文献１）。
【０００３】
特に、疾患の診断、薬物代謝に関する個人差の検出、又は、食品若しくは環境モニタ等の目的で、ＤＮＡ、糖鎖又はタンパク質等の生体関連物質を検査する種々の方法が開発されており、生体分子（biomolecule）から電気的な信号情報を取得するバイオセンサの研究が進んでいる。最近では、電気的な信号の転換が速く、集積回路とＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）との接続が容易であるという観点から、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Transistor）を使用して生物学的な反応を検出するバイオセンサについて、多くの研究がなされている。
【０００４】
ＦＥＴを用いたバイオセンサは、ＭＯＳＦＥＴからゲート電極を除き、絶縁膜上に感応膜を被着した構造を有しており、「ＩＳＦＥＴ（Ion Sensitive FET）」と呼ばれている。そして、感応膜上に酸化還元酵素、各種タンパク質、ＤＮＡ、抗原又は抗体等を載置することによって、各種バイオセンサとして機能できるようになっている（特許文献１，２）。具体的には、バイオセンサに用いられるＦＥＴは、シリコン基板の表面にソース電極、ドレイン電極及びゲート絶縁膜が形成され、ソース電極とドレイン電極と間のゲート絶縁膜の表面に金属電極を有している。この金属電極の表面には、ＤＮＡプローブとアルカンチオールが載置されている。
【０００５】
ところで、近年、酸化物半導体膜を用いた薄膜トランジスタ（以下「ＴＦＴ」ともいう。）の研究が活発に行われている。特許文献３では、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎからなる酸化物（「ＩＧＺＯ」と略す。）の多結晶膜を薄膜トランジスタの半導体膜に用いた例が提案され、非特許文献２と特許文献４では、ＩＧＺＯの非晶質膜を薄膜トランジスタの半導体膜に用いた例が提案されている。これらのＩＧＺＯを半導体膜に用いた薄膜トランジスタは、室温での低温成膜が可能であり、プラスチック基板等の非耐熱性基板に熱ダメージを与えることなく形成できるとされている。このＩＧＺＯ系の酸化物半導体は、可視光に対する透過率が高い透明材料であるとともに、ＩＴＯ等の従来公知の透明導電材料をゲート電極、ソース電極又はドレイン電極とした場合であっても良好な電気的な接触特性が得られることから、透明材料のみを用いた透明な薄膜トランジスタも検討されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】松元亮、宮原裕二、「バイオセンサの現状と今後の課題」、応用物理、第80巻、第3号、p.205-210(2011).
【非特許文献２】K.Nomura et.al., Nature, vol.432, p.488-492(2004).
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２９６２２８号公報
【特許文献２】特開２００７−１０８１６０号公報
【特許文献３】特開２００４−１０３９５７号公報
【特許文献４】特表２００５−０８８７２６号公報
【特許文献５】特開２０１１−００９２９３号公報
【特許文献６】特開平１１−１９４２７７号公報
【特許文献７】特開２００９−２５６３０号公報
【特許文献８】特開２０１０−１５２４０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＦＥＴを用いたバイオセンサによって細胞又はＤＮＡ等の生体関連物質の状態を電気的な信号情報として検出する場合、得られた情報データは重要な評価要素となるが、その検出時の細胞又はＤＮＡの状態を顕微鏡観察することも重要な評価手段である。細胞等の顕微鏡観察は、透過光により高倍率で直接観察することが望ましい。感応膜上の生体関連物質から電気的な信号情報を取得するのと同時にその状態を顕微鏡観察するためには、生体関連物質をバイオセンサの下側から観察することが好ましく、通常は倒立顕微鏡が用いられる。そのため、上記した透明なＴＦＴでバイオセンサを構成することが好ましい。なお、倒立顕微鏡は、測定試料である透明バイオセンサを載置するステージの下方に対物レンズを配置した構造の顕微鏡であり、特許文献６〜８等で提案されている。
【０００９】
酸化物半導体であるＩＧＺＯ系の酸化物半導体膜の使用は、ＴＦＴを有するバイオセンサ全体の透明化も実現可能であるが、その酸化物半導体自体が紫外線、特に波長が２００ｎｍ〜２８０ｎｍのＵＶ−Ｃに対して感応することが知られている（特許文献５）。しかしながら、そうした酸化物半導体膜を、電気的な信号情報を取得すると共に顕微鏡観察できる透明なバイオセンサに適用した場合、その透明バイオセンサに対し、顕微鏡で用いる光源光や観察時の照明光等が上方から又は下方から照射される。そのため、その光源光又は照明光等に含まれる紫外線によって、酸化物半導体膜からの出力信号が変動又は低下するおそれがある。その結果、顕微鏡観察と同時に取得する生体関連物質の信号情報と、顕微鏡観察と同時に取得しない生体関連物質の信号情報とが異なるおそれがある。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、顕微鏡で観察するのと同時に生体関連物質の信号情報を透明バイオセンサで取得する場合に、その信号情報を正確に取得することができる生体情報評価システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための本発明に係る生体情報評価システムは、透明基材と該透明基材上に設けられた薄膜トランジスタ素子部及び透明な生体関連物質感応部とを有し、該薄膜トランジスタ素子部が酸化物半導体膜を有する透明バイオセンサと、前記生体関連物質感応部に載置される生体関連物質から信号情報を取得する電気信号測定装置と、前記透明バイオセンサをステージ上にセットし、該透明バイオセンサに光源光を照射して前記生体関連物質感応部に載置される生体関連物質を観察する顕微鏡とを少なくとも備え、前記透明バイオセンサと前記光源光との間に紫外線カットフィルタが設けられていることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、透明バイオセンサと光源光との間に紫外線カットフィルタが設けられているので、光源光に含まれる紫外線を紫外線カットフィルタでカットすることができる。その結果、薄膜トランジスタ素子部を構成する酸化物半導体膜が紫外線に感応するのを防いで、その薄膜トランジスタ素子部で検出する電気信号が変動又は低下するのを防ぐことができ、顕微鏡での状態観察と同時に取得する生体関連物質の信号情報を正確に取得することができる。
【００１３】
本発明に係る生体情報評価システムにおいて、前記紫外線カットフィルタが、(i)前記透明バイオセンサをセットするステージの上面に設けられている紫外線カットフィルタ、又は、(ii)前記光源光を発する光源の光路に設けられている紫外線カットフィルタである、ように構成する。
【００１４】
本発明に係る生体情報評価システムにおいて、前記紫外線カットフィルタが、測定時の照明光に含まれる紫外線を遮る紫外線カットフィルタであり、該紫外線カットフィルタが前記透明バイオセンサの側方又は上方に設けられているように構成する。
【００１５】
この発明によれば、透明バイオセンサの側方又は上方に設けられた紫外線カットフィルタを前記紫外線カットフィルタに加えて設けるので、顕微鏡の光源光に含まれる紫外線と、観察時の照明光に含まれる紫外線とを遮ることができる。その結果、透明バイオセンサの薄膜トランジスタ素子部で検出する電気信号が変動又は低下するのを防ぐことができ、顕微鏡での状態観察と同時に取得する生体関連物質の信号情報を正確に取得することができる。
【００１６】
本発明に係る生体情報評価システムにおいて、前記紫外線カットフィルタが、前記酸化物半導体膜のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを持つ透明材料、又は、紫外線カット能を有するポリイミド系材料で構成されている。
【００１７】
この発明によれば、光源光や照射光等のうち、酸化物半導体膜で電子を励起する紫外線をカットできる。
【００１８】
本発明に係る生体情報評価システムにおいて、前記酸化物半導体膜が、ＩＧＺＯ系の酸化物半導体膜であることが好ましい。
【００１９】
ＩＧＺＯ系酸化物半導体材料からなる酸化物半導体膜は、生体関連物質を顕微鏡観察する際に照射される光源光や照明光等光に含まれる紫外線に感応し易い。この発明によれば、その酸化物半導体膜からの出力信号が変動又は低下するのを防ぐことができるので、顕微鏡観察と同時に取得する生体関連物質の信号情報を正確に取得することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る生体情報評価システムによれば、光源光に含まれる紫外線を紫外線カットフィルタでカットすることができるので、薄膜トランジスタ素子部を構成する酸化物半導体膜が紫外線に感応するのを防いで、その薄膜トランジスタ素子部で検出する電気信号が変動又は低下するのを防ぐことができる。その結果、顕微鏡での状態観察と同時に取得する生体関連物質の信号情報を正確に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る生体情報評価システムの一例を示す模式的な全体構成図である。
【図２】図１に示す生体情報評価システムの側面に設けられたＣＣＤカメラの模式的な構成図である。
【図３】紫外線カットフィルタの設置位置を例示する説明図である。
【図４】紫外線カットフィルタの設置位置を例示する説明図である。
【図５】ボトムゲート型ＴＦＴを有する透明バイオセンサの例を示す模式断面図である。
【図６】ボトムゲート型ＴＦＴを有する透明バイオセンサの他の例を示す模式断面図である。
【図７】トップゲート型ＴＦＴを有する透明バイオセンサの例を示す模式断面図である。
【図８】ＩＳＦＥＴ型の透明バイオセンサの例を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明に係る生体情報評価システムについて図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、その技術的思想を含む範囲内で以下の形態に限定されない。
【００２３】
本発明に係る生体情報評価システム５０は、図１〜図４に示すように、生体関連物質を測定する透明バイオセンサ１０と、その生体関連物質から信号情報を取得する電気信号測定装置１０１と、透明バイオセンサ１０をステージ５３上にセットし、透明バイオセンサ１０に光源光６２，７４を照射して生体関連物質を観察する顕微鏡９０とを少なくとも備えている。その透明バイオセンサ１０は、図５〜図８に示すように、透明基材１と、透明基材１上に設けられた薄膜トランジスタ素子部Ａ（以下「ＴＦＴ素子部Ａ」ともいう。）及び透明な生体関連物質感応部Ｂとを有し、そのＴＦＴ素子部Ａが酸化物半導体膜４を有している。
【００２４】
本発明に係る生体情報評価システム５０は、図１〜図４に示すように、透明バイオセンサ１０と光源光６２，７４との間に、酸化物半導体膜４が紫外線に感応するのを防いで検出信号が変動又は低下するのを防ぐための紫外線カットフィルタ５１を設けたことに特徴がある。
【００２５】
以下、生体情報評価システム５０の構成を説明する。なお、本発明において、「上」、「下」とは、顕微鏡９０を置いたときの上、下のことであり、「右」、「左」とは、顕微鏡９０の接眼レンズ８１から見て右、左のことである。また、「紫外線をカットする」とは、紫外線を吸収又は反射することをいう。なお、以下では、好ましい顕微鏡として倒立顕微鏡（符号９０）を用いて説明しているが、そうした倒立顕微鏡に限らず、その他の形態の顕微鏡を用いることもできる。
【００２６】
［顕微鏡］
（基本構成）
顕微鏡９０は、図１〜図４に示すように、生体関連物質（図示しない）を載せた透明バイオセンサ１０が載置されるＸＹステージ５３（図４中の５３ａ，５３ｂ）と、ＸＹステージ５３の下方に配置された対物レンズ５５と、対物レンズ５５を介して生体関連物質を観察するためのＣＣＤ９５（図２を参照）と、ＣＣＤ９５と対物レンズ５５とを光学的に結合する光路切り換えプリズム８６とを有している。顕微鏡９０は、さらに、生体関連物質を観察するための接眼レンズ８１と、接眼レンズ８１と対物レンズ５５とを光学的に結合するミラー８５と、ミラー８５と接眼レンズ８１との間に配置されたリレーレンズ８２，８３とを有している。顕微鏡９０は、さらに、光源７１とコンデンサレンズ７７とを含む透過照明光学系と、励起光源６１と落射蛍光投光管６５と蛍光フィルタカセット６９とを含む落射蛍光照明系と、を有している。
【００２７】
透過照明用の光源７１からの光７４は、透過照明支柱９２に設けられた透過照明用の光学要素７３，７５，７６及びコンデンサレンズ７７を介して、透明バイオセンサ１０上の生体関連物質を照明する。
【００２８】
落射蛍光照明用の励起光源６１からの照明光６２は、落射蛍光投光管６５を介して蛍光フィルタカセット６９に配された励起フィルタ６６により、生体関連物質に染色された蛍光色素を効率的に励起できる波長のみに選択的に透過されて励起光となる。その励起光は、ダイクロイックミラー６７により観察光軸８８（符号８８は「平行光」をいう場合もある。）と同軸的に導光すると共に対物レンズ５５に向けて反射される。反射した励起光は、対物レンズ５５を介して生体関連物質に染色された蛍光色素を励起する。ここで、蛍光用フィルタである励起フィルタ６６、ダイクロイックミラー６７及び吸収フィルタ６８は、蛍光フィルタカセット６９にそれぞれ装着されており、必要に応じて設けられたターレット式等の切り換え機構により、使用する蛍光色素に合わせて光路上に挿脱、切り換えできるようになっている。また、符号６３は、光学要素（レンズ）である。
【００２９】
ＸＹステージ５３上に載せた透明バイオセンサ１０は、図４に示すＸＹハンドル５４により、透明バイオセンサ１０上の生体関連物質の観察したい位置に移動できるようになっている。透明バイオセンサ１０の下には、生体関連物質の像を無限遠に投影するための対物レンズ５５がレボルバ５７にねじ込まれている。図中には対物レンズ５５は一本しか装着されていないが、レボルバ５７は複数本の対物レンズが装着可能になっている。
【００３０】
対物レンズ５５から出射された無限遠に投影される平行光８８は、結像レンズ８７により対物レンズ一次像面８４，９８に結像される。ここで、蛍光観察の場合は、生体関連物質から発した蛍光が対物レンズ５５から出射され、ダイクロイックミラー６７を透過し、吸収フィルタ６８により観察に必要な波長に選択的に透過され、結像レンズ８７へと導かれて対物レンズ一次像面８４，９８へと結像する。
【００３１】
光路切り換えプリズム８６は、観察光軸８８上に挿脱可能に保持されている。図２のＣＣＤ９５で観察する場合は、光路切り換えプリズム８６が観察光軸８８上に挿入され、対物レンズ一次像９８は光路切り換えプリズム８６で反射され、ＣＣＤ９５で観察できるようになっている。一方、眼で観察する場合は、光路切り換えプリズム８６が観察光軸８８から外され、対物レンズ一次像面８４はミラー８５により接眼レンズ８１へ向けて反射される。さらに、対物レンズ一次像面８４は、リレーレンズ８３，８２によりリレーされ、接眼レンズ８１により眼で観察できるようになっている。
【００３２】
透過照明観察の場合も、蛍光フィルタを光路から外して観察を行うこと以外は蛍光観察の場合と同様である。
【００３３】
（紫外光）
顕微鏡９０において、落射蛍光照明用の励起光源６１からの照明光６２は、励起フィルタ６６により生体関連物質に染色された蛍光色素を効率的に励起できる波長のみに選択的に透過されて励起光となるが、その励起光には、近紫外線（ＵＶ励起：３３４ｎｍ／３６５ｎｍ）、青色光（Ｂ励起：４０５ｎｍ／４３５ｎｍ／４９０ｎｍ）、緑色光（Ｇ励起：５４６ｎｍ）等が用いられる。そのため、蛍光色素の励起波長によって、励起光源６１が任意に選択される。例えば、励起光源６１として各種の生体関連物質を紫外線で励起する場合もあるため、汎用性のある水銀ランプを用いることが多い。したがって、このような場合は、励起光源６１から紫外光域の波長を含む光が出射することになる。
【００３４】
その紫外光は、本発明を構成する透明バイオセンサ１０が有する酸化物半導体膜４（図４〜図８参照）を感応させて、その半導体特性を変化させてしまうという問題があったが、本発明では、汎用性のある水銀ランプを励起光源６１とした場合であっても、図３に示すように、透明バイオセンサ１０と光源光６２，７４との間に、紫外線カットフィルタ５１，７２を設けている。これにより、その光源光６２，７４に含まれる紫外線を紫外線カットフィルタ５１，７２でカットすることができるので、酸化物半導体膜４が紫外線に感応するのを防いで検出信号が変動又は低下するのを防ぐことができる。その結果、顕微鏡９０での状態観察と同時に取得する生体関連物質の信号情報を正確に取得することができる。
【００３５】
（紫外線カットフィルタ）
紫外線カットフィルタ５１，７２は、図３に示すように、透明バイオセンサ１０と光源光６２，７４との間に設けられている。具体的には、落射蛍光照明系では、(i)ＸＹステージ５３の上面、すなわちＸＹステージ５３とそのＸＹステージ上面の透明バイオセンサ１０との間の光路に設けられた紫外線カットフィルタ５１ａ、(ii)対物レンズ５５と蛍光フィルタカセット６９との間の光路に設けられた紫外線カットフィルタ５１ｂ、(iii)蛍光フィルタカセット６９と落射蛍光投光管６５との間の光路に設けられた紫外線カットフィルタ５１ｃ、及び、(iv)落射蛍光投光管６５と励起光源６１との間の光路に設けられた紫外線カットフィルタ５１ｄ等から選ばれるいずれかのカットフィルタ５１を挙げることができる。ここで用いる紫外線カットフィルタ５１は、厚さ１００μｍ〜２ｍｍ程度の基材上に、厚さ５μｍ〜５０μｍ程度の紫外線カットフィルムを設けたシート状又はパネル状のフィルタであることが好ましい。
【００３６】
なお、本願でいう「光路」とは、光源６１，７１から発した光６２，７４が各光学要素で拡縮又は反射等されながら通過する領域をいい、光６２，７４の中心軸を表す光軸（例えば光軸８８）を含んでいる。すなわち、光軸を中心に持つ光６２，７４が一定の幅がある場合には、その幅を有する光６２，７４が通過する路（みち）を指しているので、光路に設けられた紫外線カットフィルタ５１，７２は、通常、そうした光６２，７４が通過する大きさで設けられている。
【００３７】
また、透過照明光学系では、(1)透過照明用の光源７１と光軸上の光学要素７５，７６等との間の光路に設けられた紫外線カットフィルタ７２ａ、(2)光学要素７５，７６とコンデンサレンズ７７との間の光路に設けられた紫外線カットフィルタ７２ｂ、(3)透明バイオセンサ１０とコンデンサレンズ７７との間の光路に設けられた紫外線カットフィルタ７２ｃ等から選ばれるいずれかのカットフィルタ７２を挙げることができる。ここで用いる紫外線カットフィルタ７２も、厚さ１００μｍ〜２ｍｍ程度の基材上に、厚さ５μｍ〜５０μｍ程度の紫外線カットフィルムを設けたシート状又はパネル状のフィルタであることが好ましい。
【００３８】
また、紫外線カットフィルタ５１，７２を透明バイオセンサ１０と光源光６２，７４との間に設け、更に加えて、図４に示すように、測定時の照明光に含まれる紫外線を遮るための紫外線カットフィルタ５２，５３を、上記した光路以外の位置、すなわち透明バイオセンサ１０の側方又は上方に設けてもよい。そうした紫外線カットフィルタ５２，５３としては、例えば、（ア）接眼レンズ８１とＸＹステージ５３との間の空間を遮るように設けられたパネル状の紫外線カットフィルタ５２、（イ）ＸＹステージ５３上の透明バイオセンサ１０の側方にその透明バイオセンサ１０の周囲を囲むように設けられたパネル状の紫外線カットフィルタ５３、等を挙げることができる。ここで用いる紫外線カットフィルタ５２，５３も、厚さ１００μｍ〜２ｍｍ程度の基材上に、厚さ５μｍ〜５０μｍ程度の紫外線カットフィルムを設けたシート状又はパネル状のフィルタであることが好ましい。
【００３９】
紫外線カットフィルタ５１，５２，５３，７２の材料としては、例えば、（１）紫外線カット能を有する無機酸化物又は有機化合物材料、又は、（２）透明バイオセンサ１０のＴＦＴ素子部Ａを構成する酸化物半導体膜４のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを持つ酸化物材料、等を挙げることができる。紫外線カットフィルタは、これらの材料で形成したり、これらの材料を所望の紫外線カット能を持つ程度に含有させたりして形成される。
【００４０】
（１）紫外線カット能を有する無機酸化物としては、例えば、ＩＴＯやＺｎＯ等の紫外線カット材料を挙げることができる。これらの材料を含む紫外線カットフィルタ又はこれらの材料からなる紫外線カットフィルタは、その形成材料の種類等に応じた成膜手段とパターニング手段が適用される。成膜手段としては、スパッタリング法、各種ＣＶＤ法、塗布等で成膜した後にフォトリソグラフィ等でパターニングすればよい。なお、紫外線カット材料を含有させる場合の含有量は、含有させる材料の特性によって任意に選択される。
【００４１】
紫外線カット能を有する有機化合物材料としては、下記表１に示す紫外線カット能を有するポリイミド系樹脂や、同様の機能を有するアクリル系樹脂等を挙げることができる。表１に示すポリイミドは、特に可視光域で良好な光透過性を示し、紫外光域で良好な遮光性を示すので、紫外線カットフィルタとして機能でき、薄膜トランジスタ特性、すなわち半導体特性の劣化をより効果的に防ぐことができる。なお、表１は、光透過率及び反射率スペクトル測定装置（ＦｉｌｍＴｅｋ３０００、ＳＣＩ社製）によって測定した結果であり、その透過率は、３９０ｎｍ以下の紫外光の透過率は１０％以下であるのに対し、４２５ｎｍ以上の可視光の透過率は約８０％以上である。
【００４２】
【表１】
【００４３】
紫外線カットフィルタの材料として、ＩＧＺＯ酸化物半導体を用いてもよい。このＩＧＺＯ酸化物半導体の透過率の波長依存性も上記した表１に併せて示す。ＩＧＺＯ酸化物半導体は、特に可視光域で良好な光透過性を示し、紫外光域で良好な遮光性を示すので、紫外線カットフィルタとして機能でき、薄膜トランジスタ特性、すなわち半導体特性の劣化をより効果的に防ぐことができる。その透過率は、３８０ｎｍまでの紫外光の透過率は８０％未満であるのに対し、それを超える可視光の透過率は８０％以上である。
【００４４】
紫外線カットフィルタの形成は、その形成材料の種類等に応じた成膜手段とパターニング手段が適用される。例えば、ポリイミド、アクリル系樹脂又はＩＧＺＯ酸化物半導体等で紫外線カットフィルタを形成する場合には、スパッタリング法、各種ＣＶＤ法又は塗布等で成膜した後にフォトリソグラフィ等でパターニンすればよい。なお、紫外線カットフィルタの厚さは、通常、１μｍ〜１０μｍ程度である。
【００４５】
（２）透明バイオセンサ１０のＴＦＴ素子部Ａを構成する酸化物半導体膜４のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを持つ酸化物材料は、例えば酸化物半導体膜４をＩＧＺＯ酸化物半導体で形成した場合には、バンドギャップが３．１ｅＶ超、４．０５Ｖ未満の範囲の材料で紫外線カットフィルタを形成することが好ましい。詳しくは、ＩＧＺＯ酸化物半導体のバンドギャップは最大４．０５ｅＶであり、一方、可視光域と紫外光域の境目はエネルギーが３．１ｅＶの４００ｎｍである。そのため、紫外線カットフィルタとしては、４００ｎｍ未満の紫外線を吸収し、ＩＧＺＯ酸化物半導体のバンドギャップよりも小さい範囲であることが好ましい。したがって、４００ｎｍの光のエネルギー（３．１ｅＶ）を超えるエネルギー（３．１ｅＶ超）から、ＩＧＺＯ酸化物半導体のバンドギャップ（最大４．０５ｅＶ）未満のエネルギー（４．０５ｅＶ未満）の範囲のバンドギャップを持つ材料で紫外線カットフィルタを作製すれば、その紫外線カットフィルタがその範囲のエネルギーの光を吸収でき、酸化物半導体膜４に紫外線の影響を及ぼさない。
【００４６】
その結果、バンドギャップが４．０５ｅＶのＩＧＺＯで酸化物半導体膜４を構成した場合、その酸化物半導体膜４に、エネルギーが４．０５ｅＶよりも小さい光が照射しても、その光は酸化物半導体膜４を透過して電子を励起しない。一方、その酸化物半導体膜４に、エネルギーが４ｅＶよりも大きい光が照射すると、その光は酸化物半導体膜４で吸収されて電子を励起する。したがって、紫外線カットフィルタは、酸化物半導体膜４が吸収するエネルギーの光、すなわち紫外線を吸収する材料で構成されていればよい。波長４００ｎｍの可視光のエネルギーは、３．１ｅＶ（４００ｎｍ）〜１．５５ｅＶ（８００ｎｍ）であるので、これらの範囲の光は、バンドギャップが４．０５ｅＶのＩＧＺＯ酸化物半導体膜４を透過し、電子が励起しないので、悪影響が生じない。なお、光エネルギーＥ（ｅＶ）は、１２４０／λ（波長：ｎｍ）で計算できる。
【００４７】
この例では、バンドギャップが４．０５ｅＶのＩＧＺＯで酸化物半導体膜４を作製しているが、用いる酸化物半導体材料によってバンドギャップは違ってくる。そのため、上記同様の考え方で、用いた酸化物半導体膜４のバンドギャップに応じて、紫外線カットフィルタを構成する材料を選定する。例えば、紫外線カットフィルタに使用可能な材料としては、ＩＴＯ（３．３ｅＶ）、ＩＺＯ（３．３ｅＶ）、ＺｎＯ（３．２ｅＶ）、ＳｎＯ（３．８ｅｖ）等を挙げることができる。中でも、ＩＴＯ（３．３ｅＶ）、ＩＺＯ（３．３ｅＶ）、ＺｎＯ（３．２ｅＶ）が好ましい。
【００４８】
一方、そうした材料と組み合わされるＩＧＺＯ酸化物半導体としては、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ比が１．１：０．９：１（３．７７ｅＶ）、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ比が１：１：１（３．８１ｅＶ）、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ比が０．７：１．３：１（３．９７ｅＶ）、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ比が０．５：１．５：１（４．０５ｅＶ）、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ比が１．１：０．９：２（３．６１ｅＶ）、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ比が１：１：２（３．６８ｅＶ）、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ比が０．７：１．３：２（３．７９ｅＶ）、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ比が０．５：１．５：２（３．８５ｅＶ）、等を挙げることができる。
【００４９】
また、ＩＧＺＯ酸化物半導体以外の酸化物半導体としては、ｎ型半導体では、ＺｎＯ（３．３７ｅＶ）、Ｉｎ２Ｏ３（３．７５）、Ｇａ２Ｏ３（４．８ｅＶ）、ＳｎＯ２（３．５７ｅＶ）を挙げることができ、ｐ型半導体では、ＣｕＡｌＯ２（３．５ｅＶ）、ＬａＣｕＯＳ（３．１ｅＶ）、ＬａＣｕＯＳｅ（３．１ｅＶ）、ＳｒＣｕ２Ｏ２（３．２ｅＶ）等を挙げることができる。本発明では、透明であることがより好ましいので、ＩＧＺＯ酸化物半導体が好ましく用いられる。
【００５０】
上記した材料からなる紫外線カットフィルタの成膜には、その形成材料の種類等に応じた成膜手段とパターニング手段が適用される。成膜手段としては、スパッタリング法、各種ＣＶＤ法、塗布等で成膜した後にフォトリソグラフィ等でパターニングすればよい。なお、紫外線カットフィルタ用の材料を含有させる場合の含有量は、含有させる材料の特性によって任意に選択される。
【００５１】
ここで説明したＩＴＯ膜（バンドギャップ３．３ｅＶ）を紫外線カットフィルタとし、ＩＧＺＯ（バンドギャップ４．０５ｅＶ）を酸化物半導体膜４としたときの半導体特性を測定した。具体的には、後述する透明バイオセンサ１０のＴＦＴ素子部Ａを構成するソース電極とドレイン電極との間のチャネル長さを１０μｍとし、チャネル幅を１００μｍとしたＩＧＺＯ酸化物半導体膜を用いた。ＵＶライトとしては、SPECTROLINE LONGGIFE_TM FILTER HIGHEST ULTRAVILET INTENSITY GUARANTEEDを用い、半導体膜とＵＶライトとの距離を１３ｃｍとして３６５ｎｍの紫外光を照射した。このとき、ドレイン電圧を１Ｖ固定とし、ゲート電圧を１５Ｖ〜−１５Ｖの間で変化させたときの半導体特性（ＶＧ−ＩＤ特性）を測定した。ＩＴＯ膜を紫外線カットフィルタとして遮蔽したときと遮蔽しないときの半導体特性の結果は、移動度で最大約１０３ｃｍ／（Ｖ・ｓ）の差が確認できた。ＩＴＯ膜で遮蔽しない場合は、遮蔽した場合と比較して、紫外線照射によりキャリアが増加してリーク電流が増加し、ＯＦＦレベルが上がって、ＯＮ／ＯＦＦ比が悪化した。そして、キャリアが多くなったため、トランジスタがＯＮし易くなり、閾値Ｖｔｈがマイナスにシフトした。さらに、閾値Ｖｔｈがマイナスにシフトした。
【００５２】
以上のように、透明バイオセンサと光源光との間に紫外線カットフィルタ５１，７２が設けられているので、光源光に含まれる紫外線を紫外線カットフィルタ５１，７２でカットすることができる。その結果、ＴＦＴ素子部Ａを構成する酸化物半導体膜４が紫外線に感応するのを防いで、そのＴＦＴ素子部Ａで検出する電気信号が変動又は低下するのを防ぐことができ、顕微鏡９０での状態観察と同時に取得する生体関連物質の信号情報を正確に取得することができる。
【００５３】
さらに、透明バイオセンサの側方又は上方に設けられた紫外線カットフィルタ５２，５３を前記の紫外線カットフィルタ５１，７２に加えて設ければ、顕微鏡９０の光源光に含まれる紫外線と、観察時の照明光に含まれる紫外線とを遮ることができる。その結果、透明バイオセンサの薄膜トランジスタ素子部で検出する電気信号が変動又は低下するのをより一層防ぐことができる。
【００５４】
［透明バイオセンサ］
透明バイオセンサの構成を、ボトムゲート型ＴＦＴを有するものと、トップゲート型ＴＦＴを有するものとに分けて詳しく説明する。なお、本発明において、「上に」とは、そのものの上に直に設けられていることを意味し、直に設けられていない場合は「上方に」と言い分ける。また、「覆う」とは、そのものの上に直接設けられるとともに、そのものの周りにも設けられていることを意味する。また、「紫外線をカットする」とは、紫外線を吸収又は反射することをいう。
【００５５】
［ボトムゲート型ＴＦＴを有する透明バイオセンサ］
図５及び図６に示す透明バイオセンサ１０は、ボトムゲート型の薄膜トランジスタ（以下「ＴＦＴ」ともいう。）を有するＴＦＴ素子部Ａと、生体関連物質感応部Ｂとを有している。
【００５６】
図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すボトムゲート型ＴＦＴを有する透明バイオセンサ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、透明基材１と、透明基材１上に設けられたＴＦＴ素子部Ａ及び生体関連物質感応部Ｂとで構成されている。ＴＦＴ素子部Ａと生体関連物質感応部Ｂとは、平面視で重ならずに並んで設けられている。また、生体関連物質感応部Ｂの絶縁膜３’及び感応膜８の下に設けられた電極２’は、ＴＦＴ素子部Ａを構成するゲート電極２に接続されている。なお、図５（Ｂ）の透明バイオセンサ１０Ｂは、感応膜８がＴＦＴ素子部Ａ及び生体関連物質感応部Ｂの両方に設けられている場合であり、図５（Ｃ）の透明バイオセンサ１０Ｃは、ＴＦＴ素子部Ａが隣接して設けられている場合である。
【００５７】
ＴＦＴ素子部Ａは、ボトムゲート型ＴＦＴを有するものであり、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、透明基材１上に設けられたゲート電極２と、ゲート電極２上に設けられたゲート絶縁膜３と、ゲート絶縁膜３上に設けられた酸化物半導体膜４と、酸化物半導体膜４の両側にトップコンタクト状に設けられたソース電極５及びドレイン電極６と、酸化物半導体膜４、ソース電極５及びドレイン電極６を覆う保護膜７とを有している。一方、生体関連物質感応部Ｂは、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、透明基材１上にＴＦＴ素子部Ａのゲート電極２と共に形成された電極２’と、その電極２’上にＴＦＴ素子部Ａのゲート絶縁膜３と共に形成された絶縁膜３’と、その絶縁膜３’上に設けられた感応膜８とを有している。生体関連物質は、感応膜８上に載置される。
【００５８】
図６（Ａ）に示すボトムゲート型ＴＦＴを有する透明バイオセンサ１０Ｄは、透明基材１と、透明基材１上に設けられたＴＦＴ素子部Ａと、そのＴＦＴ素子部Ａを覆う保護膜７と、その保護膜７上に設けられた生体関連物質感応部Ｂとで構成されている。ＴＦＴ素子部Ａと生体関連物質感応部Ｂとは、平面視で重ならずに並んで設けられている。また、生体関連物質感応部Ｂの絶縁膜３’及び感応膜８の下に設けられた電極２’は、ＴＦＴ素子部Ａを構成するゲート電極２と、絶縁膜３’及び感応膜８を上下に貫く配線２”を介して接続されている。
【００５９】
このＴＦＴ素子部Ａは図５のボトムゲート型ＴＦＴと同じ形態であるのでここではその説明を省略する。一方、生体関連物質感応部Ｂは、図６（Ａ）に示すように、透明基材１と、透明基材１上に設けられた絶縁膜３’と、絶縁膜３’上に設けられた保護膜７’と、保護膜７’上に設けられた電極２’と、電極２’上に設けられた感応膜８とを有している。生体関連物質は、感応膜８のうち、電極２’が設けられた範囲の感応膜８上に載置される。
【００６０】
図６（Ｂ）に示すボトムゲート型ＴＦＴを有する透明バイオセンサ１０Ｅは、図６（Ａ）とほぼ同じ形態である。異なる点は、生体関連物質感応部Ｂを構成する電極２’が、ＴＦＴ素子部Ａの上方にまで延びていることであり、それ以外は図６（Ａ）と同じ形態であるのでここではその説明を省略する。生体関連物質は、感応膜８のうち、電極２’が設けられた範囲の感応膜８上に載置される。
【００６１】
（透明基材）
透明基材１は、透明であればその種類や構造は特に限定されるものではなく、用途に応じてフレキシブルな材料や硬質な材料等が選択される。具体的には、例えば、ガラス、石英、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリメタクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリエステル、ポリカーボネート等を挙げることができる。通常は、ＩＴＯ付きガラス基板やＩＴＯ付きプラスチック基板等が好ましく用いられる。なお、金属膜や透明導電膜がゲート電極として形成されたガラス基板やプラスチック基板等を用いてもよい。
【００６２】
透明の定義は、透明基材１の下方から生体関連物質感応部Ｂに載置された生体関連物質を観察することができる程度に透明であればよい。例えば、(i)反射率で判断する場合には、波長３５０ｎｍ〜６５０ｎｍの可視光域において、各膜の屈折率が約２以下で屈折率差が約０．５以下であることが好ましく、(ii)透過率で判断する場合には、波長３５０ｎｍ〜６５０ｎｍの可視光域において、各膜の消光係数ｋが約０．１以下と低いことが好ましい。また、透明基材１の厚さは特に制限されないが、通常、１μｍ〜１ｍｍ程度である。透明基材１の形状は特に限定されないが、顕微鏡観察に利用できる形状であることが好ましく、例えばチップ状、カード状、ディスク状等を挙げることができる。
【００６３】
（ゲート電極）
ゲート電極２は、図５及び図６に示すように、ＴＦＴ素子部Ａではゲート電極２として設けられ、生体関連物質感応部Ｂではゲート電極２が延びた電極２’として設けられており、いずれも透明基材１上にパターン形成されている。ゲート電極２の形成材料は、例えば、金、銀、銅、チタン、クロム、コバルト、ニッケル、アルミニウム、ニオブ、タンタル、モリブデン等の金属膜；ＩＴＯ（インジウム錫オキサイド）、酸化インジウム、ＩＺＯ（インジウム亜鉛オキサイド）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等の透明導電膜を好ましく挙げることができる。なお、所望の導電性を有するものであれば、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリアルキルチオフェン誘導体、ポリシラン誘導体のような導電性高分子等であってもよい。ＴＦＴ素子部Ａに透明性が要求される場合には、透明電極であることが好ましく、例えばＩＴＯ（インジウム錫オキサイド）、酸化インジウム、ＩＺＯ（インジウム亜鉛オキサイド）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等の透明導電膜や、透明な導電性高分子を好ましく挙げることができる。
【００６４】
ゲート電極２の形成は、ゲート電極材料の種類や透明基材１の耐熱性に応じた成膜手段とパターニング手段が適用される。例えば、金属膜又は透明導電膜でゲート電極２を形成する場合には、成膜手段として真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、各種ＣＶＤ法等を適用でき、パターニング手段としてフォトリソグラフィを適用できる。ゲート電極２の形成に低温成膜が要求される場合には、成膜手段として低温成膜可能なスパッタリング法やプラズマＣＶＤ法を好ましく適用できる。また、導電性高分子でゲート電極２を形成する場合には、成膜手段として真空蒸着法やパターン印刷法等を適用でき、パターニング手段としてフォトリソグラフィを適用できる。ゲート電極２の形成工程時には、同時に、ゲート電極用配線、グラウンド配線及び電源配線等の回路配線群を、ゲート電極２と同一材料で形成してもよい。ゲート電極２の厚さ、及び、ゲート電極２の形成時に同時に形成する回路配線群（電極や配線）の厚さは、通常、０．０５μｍ〜０．２μｍ程度である。
【００６５】
（ゲート絶縁膜）
ゲート絶縁膜３は、図５及び図６に示すように、ＴＦＴ素子部Ａではゲート電極２を覆うゲート絶縁膜３として設けられ、生体関連物質感応部Ｂでは電極２’を覆うように絶縁膜３’として設けられている。ゲート絶縁膜３は、絶縁性が高く、誘電率が比較的高く、ゲート絶縁膜として適しているものであれば各種の材料を用いることができる。例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素又は酸窒化ケイ素等のケイ素の酸化物、窒化物又は酸窒化物等を好ましく挙げることができる。また、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化スカンジウム及びチタン酸バリウムストロンチウムのうち少なくとも１種又は２種以上を挙げることができる。ＴＦＴ素子部Ａに透明性が要求される場合には、酸化ケイ素、窒化ケイ素又は酸窒化ケイ素等のケイ素の酸化物、窒化物又は酸窒化物等が好ましい。
【００６６】
ゲート絶縁膜３の形成は、ゲート絶縁膜材料の種類や透明基材１の耐熱性に応じた成膜手段とパターニング手段が適用される。例えば、ケイ素の酸化物、窒化物又は酸窒化物等でゲート絶縁膜３を形成する場合には、成膜手段としてスパッタリング法や各種ＣＶＤ法等を適用でき、パターニング手段としてフォトリソグラフィを適用できる。ゲート絶縁膜３の成膜に低温成膜が要求される場合には、成膜手段として低温成膜可能なスパッタリング法やプラズマＣＶＤ法を好ましく適用できる。なお、ゲート絶縁膜３の厚さは、通常、０．１μｍ〜０．３μｍ程度である。
【００６７】
（酸化物半導体膜）
酸化物半導体膜４は、図５及び図６に示すように、ＴＦＴ素子部Ａで、ＴＦＴ素子部Ａを構成するゲート絶縁膜３上であって、ゲート電極２の上方に所定のパターンで設けられている。酸化物半導体膜４は、ＴＦＴを構成するチャネル領域として使用できる程度の移動度を有するものであれば、その種類は特に限定されず、現在知られている酸化物半導体膜であっても、今後発見される酸化物半導体膜であってもよい。
【００６８】
こうした酸化物半導体膜４は、例えばＩＧＺＯ系酸化物半導体膜のように紫外線に感応し易いものが多く、生体関連物質を顕微鏡観察する際に照射される光に含まれる紫外線に感応して、酸化物半導体膜４からの出力信号が変動又は低下することがある。そのため、本発明では、顕微鏡９０に紫外線カットフィルタを設けて紫外線をカットすることにより、酸化物半導体膜４からの出力信号が変動又は低下するのを防ぐことができ、顕微鏡９０での観察と同時に取得する生体関連物質の信号情報を正確に取得することができる。
【００６９】
酸化物半導体膜４を構成する酸化物としては、例えば、ＩｎＭＺｎＯ（ＭはＧａ，Ｓｎ，Ａｌ及びＦｅのうち少なくとも１種）を主たる構成元素とするアモルファス酸化物を挙げることができる。特に、ＭがＧａであるＩｎＧａＺｎＯ系のアモルファス酸化物が好ましく、この場合、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎの比が１：１：ｍ（ｍ＜６）であることが好ましい。また、Ｍｇをさらに含む場合には、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ1-xＭｇxの比が１：１：ｍ（ｍ＜６）で０＜ｘ≦１であることが好ましい。なお、組成割合は、蛍光Ｘ線（ＸＲＦ）装置で測定したものである。ＩｎＭＺｎＯを含むアモルファス酸化物である酸化物半導体材料で酸化物半導体膜４を形成した場合、その酸化物半導体膜４は、特に可視光域で良好な光透過性を示すので好ましく適用できる。こうした酸化物半導体膜４は、ＴＦＴ素子部Ａに透明性が要求される場合に好ましく、特にＭがＧａであるＩｎＧａＺｎＯ系のアモルファス酸化物が好ましい。
【００７０】
ＩｎＧａＺｎＯ系のアモルファス酸化物については、ＩｎとＧａとＺｎの広い組成範囲でアモルファス相を示す。この三元系でアモルファス相を安定して示す組成範囲としては、ＩｎｘＧａｙＺｎｚＯ（３ｘ／２＋３ｙ／２＋ｚ）で比率ｘ／ｙが０．４〜１．４の範囲であり、比率ｚ／ｙが０．２〜１２の範囲にあるように表すことができる。なお、ＺｎＯに近い組成とＩｎ２Ｏ３に近い組成で結晶質を示す。
【００７１】
また、アモルファス酸化物が、ＩｎxＧａ1-x酸化物（０≦ｘ≦１）、ＩｎxＺｎ1-x酸化物（０．２≦ｘ≦１）、ＩｎxＳｎ1-x酸化物（０．８≦ｘ≦１）、及びＩｎx（Ｚｎ，Ｓｎ）1-x酸化物（０．１５≦ｘ≦１）から選ばれるいずれかのアモルファス酸化物であってもよい。
【００７２】
ＩｎＧａＺｎＯ系（以下「ＩＧＺＯ系」と略す）酸化物半導体膜は、可視光を透過して透明膜となるのでＴＦＴ素子部Ａに透明性が要求される場合に好ましく用いられる。また、このＩＧＺＯ系酸化物半導体膜には、必要に応じて、Ａｌ、Ｆｅ又はＳｎ等を構成元素として加えたものであってもよい。このＩＧＺＯ系酸化物半導体膜は、透明性を要求されるＴＦＴ素子部Ａに好ましく用いられる。また、このＩＧＺＯ系酸化物半導体膜は、スパッタリング法（特にＲＦスパッタリング法）により、室温から１５０℃程度の低温での成膜が可能であることから、ガラス転移温度が２００℃未満の耐熱性に乏しいプラスチック基板に対して好ましく適用できる。
【００７３】
酸化物半導体膜４の形成は、酸化物半導体材料の種類や透明基材１の耐熱性に応じた成膜手段とパターニング手段が適用される。例えば、成膜手段としてスパッタリング法やＣＶＤ法等を適用でき、パターニング手段としてフォトリソグラフィを適用できるが、低温成膜が要求される場合には、成膜手段としてスパッタリング法（特にＲＦスパッタリング法）やプラズマＣＶＤ法を好ましく適用できる。
【００７４】
酸化物半導体膜４の厚さは、成膜条件によって任意に設計されるために一概には言えないが、通常１０ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲内であることが好ましく、３０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であることがより好ましい。
【００７５】
（ソース電極、ドレイン電極）
ソース電極５及びドレイン電極６は、図５及び図６に示すように、ＴＦＴ素子部Ａで、酸化物半導体膜４の両側にトップコンタクトするようにパターン形成されている。ソース電極材料及びドレイン電極材料は、酸化物半導体膜４のソース電極接続部（図示しない）及びドレイン電極接続部（図示しない）とのオーミック接触が考慮されて選択される。ソース電極材料及びドレイン電極材料としては、通常、導電性の良い金属膜又は導電性酸化物膜等が用いられる。金属膜としては、チタン膜、アルミニウム膜、アルミニウム膜上にチタン膜を設けた積層膜等を挙げることができ、導電性酸化物膜としては、ＩＴＯ（インジウム錫オキサイド）、酸化インジウム、ＩＺＯ（インジウム亜鉛オキサイド）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等の透明導電膜を挙げることができる。また、所望の導電性を有するものであれば、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリアルキルチオフェン誘導体、ポリシラン誘導体のような導電性高分子等であってもよい。ＴＦＴ素子部Ａに透明性が要求される場合には、透明電極であることが好ましく、例えばＩＴＯ（インジウム錫オキサイド）、酸化インジウム、ＩＺＯ（インジウム亜鉛オキサイド）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等の透明導電膜や、透明な導電性高分子を好ましく挙げることができる。
【００７６】
ソース電極５及びドレイン電極６の形成は、電極材料の種類や透明基材１の耐熱性に応じた成膜手段とパターニング手段が適用される。例えば、金属膜又は導電性酸化物でソース電極５及びドレイン電極６を形成する場合には、成膜手段として真空蒸着法、スパッタリング法又は各種のＣＶＤ法等を適用でき、パターニング手段としてフォトリソグラフィを適用できるが、低温成膜が要求される場合には、成膜手段として低温成膜可能なスパッタリング法やプラズマＣＶＤ法を好ましく適用できる。また、導電性高分子でソース電極５及びドレイン電極６を形成する場合には、成膜手段として真空蒸着法やパターン印刷法等を適用でき、パターニング手段としてフォトリソグラフィを適用できる。ソース電極５及びドレイン電極６の形成工程時には、同じ電極材料で、同時に、既に形成されている回路配線群への接続や新しい回路配線群の形成を行うことが好ましい。ソース電極５及びドレイン電極６の厚さは、通常、０．１μｍ〜０．３μｍ程度である。
【００７７】
（保護膜）
保護膜７は、図５及び図６に示すように、ＴＦＴ素子部Ａで、酸化物半導体膜４、ソース電極５及びドレイン電極６を覆うように形成されている。保護膜７は、ＴＦＴ用の保護膜として用いられているものであれば特に限定されないが、ＴＦＴ素子部Ａに透明性が要求される場合には、透明な保護膜であることが好ましく、例えば、厚さ５００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度のＰＶＰ（ポリビニルピロリドン）膜等の有機保護膜、又は厚さ１００ｎｍ〜５００ｎｍ程度の酸化ケイ素や酸窒化ケイ素等からなるガスバリア性の無機保護膜等を好ましく挙げることができる。また、上記した酸化物半導体膜４の構成材料と同じ酸化物半導体材料で形成してもよい。
【００７８】
保護膜７の形成は、保護膜材料の種類や透明基材１の耐熱性に応じた成膜手段とパターニング手段が適用される。例えば、有機保護膜を形成する場合には、塗布法や蒸着法等を適用でき、無機保護膜を形成する場合には、スパッタリング法や各種のＣＶＤ法等を適用できる。また、パターニングする場合は、フォトリソグラフィを適用できる。
【００７９】
（感応膜）
感応膜８は、図５及び図６に示すように、生体関連物質感応部Ｂで、絶縁膜３’上にパターン形成されている。感応膜８は、被検査流体に含まれる生体関連物質、例えば細胞、ＤＮＡ、糖鎖、タンパク質、酸化還元酵素、抗原又は抗体等を載置可能な材料で形成される。感応膜８の形成材料としては、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）又は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等を挙げることができる。これらの材料で形成した感応膜８は、イオン感応性膜であり、測定したいイオン種に応じて適宜選定される。感応膜８は、単層であっても積層であってもよく、積層の場合は、例えば酸化ケイ素膜上に窒化ケイ素膜を設けてもよいし、さらにその上に酸化タンタル膜を設けてもよい。
【００８０】
また、必要に応じて、ＤＮＡ、タンパク質又は糖鎖等を固定化するための表面修飾を行うこともできる。感応膜８の周囲には、後述する隔壁９が設けられ、酸化物半導体膜４のチャネル領域（図示しない）上に、被検査流体に含まれる生体関連物質を載置する載置領域が設けられている。なお、感応膜８は絶縁性を有するので、例えばゲート電極２を覆う保護膜として利用してもよい。感応膜８の形成は、感応膜材料の種類や透明基材１の耐熱性に応じた成膜手段とパターニング手段が適用される。例えば、スパッタリング法や各種のＣＶＤ法等を適用でき、パターニング手段としてはフォトリソグラフィを適用できる。
【００８１】
感応膜８の厚さは、通常、５０ｎｍ〜５００ｎｍ程度である。例えば厚さ１００ｎｍの酸化ケイ素膜を単層で形成したり、例えば厚さ１００ｎｍの酸化ケイ素膜上に厚さ１００ｎｍの窒化ケイ素膜を形成したりしてもよいし、さらにその上に厚さ１００ｎｍの酸化タンタル膜を形成したりしてもよい。
【００８２】
［トップゲート型ＴＦＴを有する透明バイオセンサ］
図７（Ａ）（Ｂ）に示す透明バイオセンサ２０Ａ，２０Ｂは、トップゲート型のＴＦＴを有するＴＦＴ素子部Ａと、生体関連物質感応部Ｂとを有している。なお、このトップゲート型ＴＦＴを有する透明バイオセンサ２０Ａ，Ｂでは、紫外線カット能を有するゲート電極２を含め、ＴＦＴ素子部Ａ及び生体関連物質感応部Ｂの各構成要素は、図５及び図６のボトムゲート型ＴＦＴを有する透明バイオセンサ１０の場合と同様である。そのため、図７では同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００８３】
図７（Ａ）に示すトップゲート型ＴＦＴを有する透明バイオセンサ２０Ａは、透明基材１と、透明基材１上に設けられたＴＦＴ素子部Ａ及び生体関連物質感応部Ｂとで構成されている。ＴＦＴ素子部Ａと生体関連物質感応部Ｂとは、平面視で重ならずに並んで設けられている。また、生体関連物質感応部Ｂの感応膜８の下方に設けられた電極２’は、ＴＦＴ素子部Ａを構成するゲート電極２に接続されている。
【００８４】
ＴＦＴ素子部Ａは、トップゲート型ＴＦＴを有するものであり、透明基材１上に設けられたソース電極５及びドレイン電極６と、そのソース電極５及びドレイン電極６にボトムコンタクト態様で両側で接続するように設けられた酸化物半導体膜４と、ソース電極５、酸化物半導体膜４及びドレイン電極６を覆うように設けられたゲート絶縁膜３と、ゲート絶縁膜３上に設けられたゲート電極２と、ゲート電極２上に設けられた保護層７とを有している。一方、生体関連物質感応部Ｂは、透明基材１上にＴＦＴ素子部Ａのゲート絶縁膜３と共に形成された絶縁膜３’と、その絶縁膜３’上にＴＦＴ素子部Ａのゲート電極２と共に形成された電極２’と、その電極２’上にＴＦＴ素子部Ａの保護膜７と共に形成された保護膜７と、その保護膜７上に設けられた感応膜８とを有している。生体関連物質は、感応膜８上に載置される。
【００８５】
なお、図７（Ａ）の例では、感応膜８は、平面視でＴＦＴ素子部Ａ以外の領域に設けられているが、ＴＦＴ素子部Ａの上方にも設けてもよい。そうすることで、感応膜８上での生体関連物質の載置面積を大きくし、観察範囲を広くすることができる。
【００８６】
図７（Ｂ）に示すトップゲート型ＴＦＴを有する透明バイオセンサ２０Ｂは、透明基材１と、透明基材１上に設けられたＴＦＴ素子部Ａ及び生体関連物質感応部Ｂとで構成されている。図５に示すＴＦＴ素子部Ａと生体関連物質感応部Ｂとは、平面視で重なるように上下の位置関係で設けられている。また、生体関連物質感応部Ｂの感応膜８の下方に設けられた電極は、感応膜８の検出電極２’とＴＦＴ素子部Ａを構成するゲート電極２とを兼ねている。
【００８７】
ＴＦＴ素子部Ａは、トップゲート型ＴＦＴを有するものであり、透明基材１上に設けられたソース電極５及びドレイン電極６と、そのソース電極５及びドレイン電極６にボトムコンタクト態様で両側で接続するように設けられた酸化物半導体膜４と、ソース電極５、酸化物半導体膜４及びドレイン電極６を覆うように設けられたゲート絶縁膜３と、ゲート絶縁膜３上に設けられたゲート電極２とを有している。なお、ゲート電極２と感応膜８との間には、保護膜７が設けられていてもよい。
【００８８】
一方、生体関連物質感応部Ｂは、そのＴＦＴ素子部Ａ上を構成するゲート電極２上に設けられたものである。そして、この生体関連物質感応部Ｂでは、ＴＦＴ素子部Ａが有するゲート電極２を、検出電極２’として併用し、その検出電極２’上には、感応膜８が設けられている。感応膜８が設けられた生体関連物質感応部Ｂの周縁には、隔壁９が設けられており、その隔壁９で囲まれた領域に、被検査流体に含まれる生体関連物質が投入され、透明バイオセンサによる電気的な信号情報と、顕微鏡観察とが同時に行われる。「周縁」とは、生体関連物質感応部Ｂに設けられた検出電極２’を平面視した場合に、その検出電極２’に重ならない外側位置のことを意味する。感応膜８上には、被検査流体に含まれる生体関連物質、例えば細胞、ＤＮＡ、糖鎖、タンパク質、酸化還元酵素、抗原又は抗体等が、隔壁９，９間に配置される。
【００８９】
隔壁９は、生体関連物質感応部Ｂの周縁の感応膜８上に設けられている。隔壁９は、水溶液又は培養液等の被検査流体を感応膜８上に滞留させるためのものであり、所定の高さで設けられる。障壁９の形成材料は、被検査流体を漏出させない材料であればよく、特に限定されるものではない。具体的には被検査流体の種類に応じて、各種の樹脂材料や金属材料から選択して適用できる。
【００９０】
図７（Ｂ）に示す透明バイオセンサ２０Ｂにおいては、紫外線カット能を有するゲート電極２は酸化物半導体膜４の上方に設けられているので、そのゲート電極２は、透明バイオセンサ２０の上方から照射される光に含まれる紫外線をカットする。
【００９１】
図８は、ＩＳＦＥＴ型透明バイオセンサ２０Ｃ，２０Ｄの例である。この透明バイオセンサ２０Ｃ，２０Ｄは、ＭＯＳＦＥＴ構造からゲート電極を除き、絶縁膜３’上に感応膜８を設けたＩＳＦＥＴ（Ion Sensitive FET）構造である。そして、生体関連物質感応部Ｂの感応膜８上に、被検査流体に含まれる生体関連物質、例えば細胞、ＤＮＡ、糖鎖、タンパク質、酸化還元酵素、抗原又は抗体等を載置して、その生体関連物質からの信号情報を検出するバイオセンサである。
【００９２】
この透明バイオセンサ２０Ｃ，２０Ｄを構成する生体関連物質感応部Ｂは、図８に示すように、透明基材１と、透明基材１上に設けられた酸化物半導体膜４と、酸化物半導体膜４の両側にボトムコンタクトするように設けられたソース電極５及びドレイン電極６と、酸化物半導体膜４上に絶縁膜７を介して設けられた感応膜８とを有している。感応膜８が設けられた生体関連物質感応部Ｂには、隔壁３１が設けられており、その隔壁３１で囲まれた領域に、被検査流体に含まれる生体関連物質が投入され、透明バイオセンサによる電気的な信号情報と、顕微鏡による観察とが同時に行われる。なお、透明バイオセンサ２０Ｃ，２０Ｄを構成するＴＦＴ素子部Ａは、図３に示すように、トップゲート型のＴＦＴ素子部Ａを構成している。
【００９３】
［電気信号測定装置］
電気信号測定装置１０１は、図１、図３及び図４に示すように、透明バイオセンサ１０の生体関連物質感応部Ｂに載置される生体関連物質から信号情報を取得する装置である。生体関連物質感応部Ｂには、例えば、細胞、ＤＮＡ、糖鎖、タンパク質等の生体関連物質が配置され、その生体関連物質から電気信号を取得するために、その生体関連物質に参照電極１０５を挿入して測定する。具体的には、電気信号測定装置１０１からリード線１０３を介してソース電極５とドレイン電極６との間に例えば０．１Ｖ〜１Ｖ程度の電圧ＶＤＳを印加しつつ、生体関連物質に挿入した参照電極１０５を介して可変電圧（参照電圧）ＶＧを印加すると、感応膜８に生ずる電位（「膜電位」ともいう。）の変化に応じて、酸化物半導体膜４に形成されているチャネル領域が変化し、ドレイン電流ＩＤの変化を検出することができる。
【００９４】
こうした測定を行うことにより、参照電圧ＶＧに基づくドレイン電流ＩＤの変化、すなわちＴＦＴとしての電流−電圧特性を、予め測定した生体関連物質の電流−電圧特性と比較することができる。その結果、測定に供される生体関連物質の種別を特定することができる。
【００９５】
本発明では、顕微鏡９０による状態観察と同時に、電気信号測定装置１０１による生体関連物質の電流−電圧特性の測定を行うことができ、しかも、紫外線カットフィルタを設けることによって、ＴＦＴ素子部Ａを構成する酸化物半導体膜４が紫外線に感応するのを防いで、そのＴＦＴ素子部Ａで検出する電気信号が変動又は低下するのを防ぐことができる。その結果、顕微鏡９０での状態観察と同時に取得する生体関連物質の信号情報を正確に取得することができる。
【符号の説明】
【００９６】
１ 透明基材
２ ゲート電極
２’ 検出電極
２” 連結配線
３ ゲート絶縁膜
３’ 絶縁膜
４ 酸化物半導体膜
５ ソース電極
６ ドレイン電極
７ 保護膜
８ 感応膜
９ 隔壁
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ 透明バイオセンサ
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ 透明バイオセンサ
Ａ 薄膜トランジスタ素子部
Ｂ 生体関連物質感応部
【００９７】
５０ 生体情報評価システム
５１，５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ 紫外線カットフィルタ
５２，５３ 紫外線カットフィルタ
５３ ＸＹステージ
５３ａ Ｘステージ
５３ｂ Ｙステージ
５４ ＸＹハンドル
５５ 対物レンズ
５７ レボルバ
６１ 励起光源
６２，７４ 光源光又は照明光
６３ 光学要素（レンズ）
６５ 落射蛍光投光管
６６ 励起フィルタ
６７ ダイクロイックミラー
６８ 吸収フィルタ
６９ 蛍光フィルタカセット
７１ 光源
７２，７２ａ，７２ｂ，７２ｃ 紫外線カットフィルタ
７３，７５，７６ 光学要素
７４ 照明光
７７ コンデンサレンズ
８１ 接眼レンズ
８２，８３ リレーレンズ
８４，９８ 対物レンズ一次像面
８５ ミラー
８６ 光路切り換えプリズム
８７ 結像レンズ
８８ 光軸又は平行光
９０ 顕微鏡（倒立顕微鏡）
９２ 透過照明支柱
９５ ＣＣＤ
１０１ 電気信号測定装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体情報評価システムに関し、さらに詳しくは、顕微鏡で観察するのと同時に生体関連物質の信号情報を透明バイオセンサで取得する場合に、その信号情報を正確に取得することができる生体情報評価システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
生物はμｍオーダーの細胞から構成されており、その細胞はタンパク質、脂質又は核酸等のｎｍオーダーの構造の集合体である。一方、半導体加工技術の微細加工もｎｍオーダーであり、細胞の大きさと同程度である。こうした半導体加工技術で作製された素子を生物のナノ構造に対して適用することにより、例えば細胞の機能発現を制御したり、タンパク質や核酸等の生体分子情報を取得したりすることが可能になり、現在多方面で研究されている（非特許文献１）。
【０００３】
特に、疾患の診断、薬物代謝に関する個人差の検出、又は、食品若しくは環境モニタ等の目的で、ＤＮＡ、糖鎖又はタンパク質等の生体関連物質を検査する種々の方法が開発されており、生体分子（biomolecule）から電気的な信号情報を取得するバイオセンサの研究が進んでいる。最近では、電気的な信号の転換が速く、集積回路とＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）との接続が容易であるという観点から、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Transistor）を使用して生物学的な反応を検出するバイオセンサについて、多くの研究がなされている。
【０００４】
ＦＥＴを用いたバイオセンサは、ＭＯＳＦＥＴからゲート電極を除き、絶縁膜上に感応膜を被着した構造を有しており、「ＩＳＦＥＴ（Ion Sensitive FET）」と呼ばれている。そして、感応膜上に酸化還元酵素、各種タンパク質、ＤＮＡ、抗原又は抗体等を載置することによって、各種バイオセンサとして機能できるようになっている（特許文献１，２）。具体的には、バイオセンサに用いられるＦＥＴは、シリコン基板の表面にソース電極、ドレイン電極及びゲート絶縁膜が形成され、ソース電極とドレイン電極と間のゲート絶縁膜の表面に金属電極を有している。この金属電極の表面には、ＤＮＡプローブとアルカンチオールが載置されている。
【０００５】
ところで、近年、酸化物半導体膜を用いた薄膜トランジスタ（以下「ＴＦＴ」ともいう。）の研究が活発に行われている。特許文献３では、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎからなる酸化物（「ＩＧＺＯ」と略す。）の多結晶膜を薄膜トランジスタの半導体膜に用いた例が提案され、非特許文献２と特許文献４では、ＩＧＺＯの非晶質膜を薄膜トランジスタの半導体膜に用いた例が提案されている。これらのＩＧＺＯを半導体膜に用いた薄膜トランジスタは、室温での低温成膜が可能であり、プラスチック基板等の非耐熱性基板に熱ダメージを与えることなく形成できるとされている。このＩＧＺＯ系の酸化物半導体は、可視光に対する透過率が高い透明材料であるとともに、ＩＴＯ等の従来公知の透明導電材料をゲート電極、ソース電極又はドレイン電極とした場合であっても良好な電気的な接触特性が得られることから、透明材料のみを用いた透明な薄膜トランジスタも検討されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】松元亮、宮原裕二、「バイオセンサの現状と今後の課題」、応用物理、第80巻、第3号、p.205-210(2011).
【非特許文献２】K.Nomura et.al., Nature, vol.432, p.488-492(2004).
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２９６２２８号公報
【特許文献２】特開２００７−１０８１６０号公報
【特許文献３】特開２００４−１０３９５７号公報
【特許文献４】特表２００５−０８８７２６号公報
【特許文献５】特開２０１１−００９２９３号公報
【特許文献６】特開平１１−１９４２７７号公報
【特許文献７】特開２００９−２５６３０号公報
【特許文献８】特開２０１０−１５２４０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＦＥＴを用いたバイオセンサによって細胞又はＤＮＡ等の生体関連物質の状態を電気的な信号情報として検出する場合、得られた情報データは重要な評価要素となるが、その検出時の細胞又はＤＮＡの状態を顕微鏡観察することも重要な評価手段である。細胞等の顕微鏡観察は、透過光により高倍率で直接観察することが望ましい。感応膜上の生体関連物質から電気的な信号情報を取得するのと同時にその状態を顕微鏡観察するためには、生体関連物質をバイオセンサの下側から観察することが好ましく、通常は倒立顕微鏡が用いられる。そのため、上記した透明なＴＦＴでバイオセンサを構成することが好ましい。なお、倒立顕微鏡は、測定試料である透明バイオセンサを載置するステージの下方に対物レンズを配置した構造の顕微鏡であり、特許文献６〜８等で提案されている。
【０００９】
酸化物半導体であるＩＧＺＯ系の酸化物半導体膜の使用は、ＴＦＴを有するバイオセンサ全体の透明化も実現可能であるが、その酸化物半導体自体が紫外線、特に波長が２００ｎｍ〜２８０ｎｍのＵＶ−Ｃに対して感応することが知られている（特許文献５）。しかしながら、そうした酸化物半導体膜を、電気的な信号情報を取得すると共に顕微鏡観察できる透明なバイオセンサに適用した場合、その透明バイオセンサに対し、顕微鏡で用いる光源光や観察時の照明光等が上方から又は下方から照射される。そのため、その光源光又は照明光等に含まれる紫外線によって、酸化物半導体膜からの出力信号が変動又は低下するおそれがある。その結果、顕微鏡観察と同時に取得する生体関連物質の信号情報と、顕微鏡観察と同時に取得しない生体関連物質の信号情報とが異なるおそれがある。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、顕微鏡で観察するのと同時に生体関連物質の信号情報を透明バイオセンサで取得する場合に、その信号情報を正確に取得することができる生体情報評価システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための本発明に係る生体情報評価システムは、透明基材と該透明基材上に設けられた薄膜トランジスタ素子部及び透明な生体関連物質感応部とを有し、該薄膜トランジスタ素子部が酸化物半導体膜を有する透明バイオセンサと、前記生体関連物質感応部に載置される生体関連物質から信号情報を取得する電気信号測定装置と、前記透明バイオセンサをステージ上にセットし、該透明バイオセンサに光源光を照射して前記生体関連物質感応部に載置される生体関連物質を観察する顕微鏡とを少なくとも備え、前記透明バイオセンサと前記光源光との間に紫外線カットフィルタが設けられていることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、透明バイオセンサと光源光との間に紫外線カットフィルタが設けられているので、光源光に含まれる紫外線を紫外線カットフィルタでカットすることができる。その結果、薄膜トランジスタ素子部を構成する酸化物半導体膜が紫外線に感応するのを防いで、その薄膜トランジスタ素子部で検出する電気信号が変動又は低下するのを防ぐことができ、顕微鏡での状態観察と同時に取得する生体関連物質の信号情報を正確に取得することができる。
【００１３】
本発明に係る生体情報評価システムにおいて、前記紫外線カットフィルタが、(i)前記透明バイオセンサをセットするステージの上面に設けられている紫外線カットフィルタ、又は、(ii)前記光源光を発する光源の光路に設けられている紫外線カットフィルタである、ように構成する。
【００１４】
本発明に係る生体情報評価システムにおいて、前記紫外線カットフィルタが、測定時の照明光に含まれる紫外線を遮る紫外線カットフィルタであり、該紫外線カットフィルタが前記透明バイオセンサの側方又は上方に設けられているように構成する。
【００１５】
この発明によれば、透明バイオセンサの側方又は上方に設けられた紫外線カットフィルタを前記紫外線カットフィルタに加えて設けるので、顕微鏡の光源光に含まれる紫外線と、観察時の照明光に含まれる紫外線とを遮ることができる。その結果、透明バイオセンサの薄膜トランジスタ素子部で検出する電気信号が変動又は低下するのを防ぐことができ、顕微鏡での状態観察と同時に取得する生体関連物質の信号情報を正確に取得することができる。
【００１６】
本発明に係る生体情報評価システムにおいて、前記紫外線カットフィルタが、前記酸化物半導体膜のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを持つ透明材料、又は、紫外線カット能を有するポリイミド系材料で構成されている。
【００１７】
この発明によれば、光源光や照射光等のうち、酸化物半導体膜で電子を励起する紫外線をカットできる。
【００１８】
本発明に係る生体情報評価システムにおいて、前記酸化物半導体膜が、ＩＧＺＯ系の酸化物半導体膜であることが好ましい。
【００１９】
ＩＧＺＯ系酸化物半導体材料からなる酸化物半導体膜は、生体関連物質を顕微鏡観察する際に照射される光源光や照明光等光に含まれる紫外線に感応し易い。この発明によれば、その酸化物半導体膜からの出力信号が変動又は低下するのを防ぐことができるので、顕微鏡観察と同時に取得する生体関連物質の信号情報を正確に取得することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る生体情報評価システムによれば、光源光に含まれる紫外線を紫外線カットフィルタでカットすることができるので、薄膜トランジスタ素子部を構成する酸化物半導体膜が紫外線に感応するのを防いで、その薄膜トランジスタ素子部で検出する電気信号が変動又は低下するのを防ぐことができる。その結果、顕微鏡での状態観察と同時に取得する生体関連物質の信号情報を正確に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る生体情報評価システムの一例を示す模式的な全体構成図である。
【図２】図１に示す生体情報評価システムの側面に設けられたＣＣＤカメラの模式的な構成図である。
【図３】紫外線カットフィルタの設置位置を例示する説明図である。
【図４】紫外線カットフィルタの設置位置を例示する説明図である。
【図５】ボトムゲート型ＴＦＴを有する透明バイオセンサの例を示す模式断面図である。
【図６】ボトムゲート型ＴＦＴを有する透明バイオセンサの他の例を示す模式断面図である。
【図７】トップゲート型ＴＦＴを有する透明バイオセンサの例を示す模式断面図である。
【図８】ＩＳＦＥＴ型の透明バイオセンサの例を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明に係る生体情報評価システムについて図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、その技術的思想を含む範囲内で以下の形態に限定されない。
【００２３】
本発明に係る生体情報評価システム５０は、図１〜図４に示すように、生体関連物質を測定する透明バイオセンサ１０と、その生体関連物質から信号情報を取得する電気信号測定装置１０１と、透明バイオセンサ１０をステージ５３上にセットし、透明バイオセンサ１０に光源光６２，７４を照射して生体関連物質を観察する顕微鏡９０とを少なくとも備えている。その透明バイオセンサ１０は、図５〜図８に示すように、透明基材１と、透明基材１上に設けられた薄膜トランジスタ素子部Ａ（以下「ＴＦＴ素子部Ａ」ともいう。）及び透明な生体関連物質感応部Ｂとを有し、そのＴＦＴ素子部Ａが酸化物半導体膜４を有している。
【００２４】
本発明に係る生体情報評価システム５０は、図１〜図４に示すように、透明バイオセンサ１０と光源光６２，７４との間に、酸化物半導体膜４が紫外線に感応するのを防いで検出信号が変動又は低下するのを防ぐための紫外線カットフィルタ５１を設けたことに特徴がある。
【００２５】
以下、生体情報評価システム５０の構成を説明する。なお、本発明において、「上」、「下」とは、顕微鏡９０を置いたときの上、下のことであり、「右」、「左」とは、顕微鏡９０の接眼レンズ８１から見て右、左のことである。また、「紫外線をカットする」とは、紫外線を吸収又は反射することをいう。なお、以下では、好ましい顕微鏡として倒立顕微鏡（符号９０）を用いて説明しているが、そうした倒立顕微鏡に限らず、その他の形態の顕微鏡を用いることもできる。
【００２６】
［顕微鏡］
（基本構成）
顕微鏡９０は、図１〜図４に示すように、生体関連物質（図示しない）を載せた透明バイオセンサ１０が載置されるＸＹステージ５３（図４中の５３ａ，５３ｂ）と、ＸＹステージ５３の下方に配置された対物レンズ５５と、対物レンズ５５を介して生体関連物質を観察するためのＣＣＤ９５（図２を参照）と、ＣＣＤ９５と対物レンズ５５とを光学的に結合する光路切り換えプリズム８６とを有している。顕微鏡９０は、さらに、生体関連物質を観察するための接眼レンズ８１と、接眼レンズ８１と対物レンズ５５とを光学的に結合するミラー８５と、ミラー８５と接眼レンズ８１との間に配置されたリレーレンズ８２，８３とを有している。顕微鏡９０は、さらに、光源７１とコンデンサレンズ７７とを含む透過照明光学系と、励起光源６１と落射蛍光投光管６５と蛍光フィルタカセット６９とを含む落射蛍光照明系と、を有している。
【００２７】
透過照明用の光源７１からの光７４は、透過照明支柱９２に設けられた透過照明用の光学要素７３，７５，７６及びコンデンサレンズ７７を介して、透明バイオセンサ１０上の生体関連物質を照明する。
【００２８】
落射蛍光照明用の励起光源６１からの照明光６２は、落射蛍光投光管６５を介して蛍光フィルタカセット６９に配された励起フィルタ６６により、生体関連物質に染色された蛍光色素を効率的に励起できる波長のみに選択的に透過されて励起光となる。その励起光は、ダイクロイックミラー６７により観察光軸８８（符号８８は「平行光」をいう場合もある。）と同軸的に導光すると共に対物レンズ５５に向けて反射される。反射した励起光は、対物レンズ５５を介して生体関連物質に染色された蛍光色素を励起する。ここで、蛍光用フィルタである励起フィルタ６６、ダイクロイックミラー６７及び吸収フィルタ６８は、蛍光フィルタカセット６９にそれぞれ装着されており、必要に応じて設けられたターレット式等の切り換え機構により、使用する蛍光色素に合わせて光路上に挿脱、切り換えできるようになっている。また、符号６３は、光学要素（レンズ）である。
【００２９】
ＸＹステージ５３上に載せた透明バイオセンサ１０は、図４に示すＸＹハンドル５４により、透明バイオセンサ１０上の生体関連物質の観察したい位置に移動できるようになっている。透明バイオセンサ１０の下には、生体関連物質の像を無限遠に投影するための対物レンズ５５がレボルバ５７にねじ込まれている。図中には対物レンズ５５は一本しか装着されていないが、レボルバ５７は複数本の対物レンズが装着可能になっている。
【００３０】
対物レンズ５５から出射された無限遠に投影される平行光８８は、結像レンズ８７により対物レンズ一次像面８４，９８に結像される。ここで、蛍光観察の場合は、生体関連物質から発した蛍光が対物レンズ５５から出射され、ダイクロイックミラー６７を透過し、吸収フィルタ６８により観察に必要な波長に選択的に透過され、結像レンズ８７へと導かれて対物レンズ一次像面８４，９８へと結像する。
【００３１】
光路切り換えプリズム８６は、観察光軸８８上に挿脱可能に保持されている。図２のＣＣＤ９５で観察する場合は、光路切り換えプリズム８６が観察光軸８８上に挿入され、対物レンズ一次像９８は光路切り換えプリズム８６で反射され、ＣＣＤ９５で観察できるようになっている。一方、眼で観察する場合は、光路切り換えプリズム８６が観察光軸８８から外され、対物レンズ一次像面８４はミラー８５により接眼レンズ８１へ向けて反射される。さらに、対物レンズ一次像面８４は、リレーレンズ８３，８２によりリレーされ、接眼レンズ８１により眼で観察できるようになっている。
【００３２】
透過照明観察の場合も、蛍光フィルタを光路から外して観察を行うこと以外は蛍光観察の場合と同様である。
【００３３】
（紫外光）
顕微鏡９０において、落射蛍光照明用の励起光源６１からの照明光６２は、励起フィルタ６６により生体関連物質に染色された蛍光色素を効率的に励起できる波長のみに選択的に透過されて励起光となるが、その励起光には、近紫外線（ＵＶ励起：３３４ｎｍ／３６５ｎｍ）、青色光（Ｂ励起：４０５ｎｍ／４３５ｎｍ／４９０ｎｍ）、緑色光（Ｇ励起：５４６ｎｍ）等が用いられる。そのため、蛍光色素の励起波長によって、励起光源６１が任意に選択される。例えば、励起光源６１として各種の生体関連物質を紫外線で励起する場合もあるため、汎用性のある水銀ランプを用いることが多い。したがって、このような場合は、励起光源６１から紫外光域の波長を含む光が出射することになる。
【００３４】
その紫外光は、本発明を構成する透明バイオセンサ１０が有する酸化物半導体膜４（図４〜図８参照）を感応させて、その半導体特性を変化させてしまうという問題があったが、本発明では、汎用性のある水銀ランプを励起光源６１とした場合であっても、図３に示すように、透明バイオセンサ１０と光源光６２，７４との間に、紫外線カットフィルタ５１，７２を設けている。これにより、その光源光６２，７４に含まれる紫外線を紫外線カットフィルタ５１，７２でカットすることができるので、酸化物半導体膜４が紫外線に感応するのを防いで検出信号が変動又は低下するのを防ぐことができる。その結果、顕微鏡９０での状態観察と同時に取得する生体関連物質の信号情報を正確に取得することができる。
【００３５】
（紫外線カットフィルタ）
紫外線カットフィルタ５１，７２は、図３に示すように、透明バイオセンサ１０と光源光６２，７４との間に設けられている。具体的には、落射蛍光照明系では、(i)ＸＹステージ５３の上面、すなわちＸＹステージ５３とそのＸＹステージ上面の透明バイオセンサ１０との間の光路に設けられた紫外線カットフィルタ５１ａ、(ii)対物レンズ５５と蛍光フィルタカセット６９との間の光路に設けられた紫外線カットフィルタ５１ｂ、(iii)蛍光フィルタカセット６９と落射蛍光投光管６５との間の光路に設けられた紫外線カットフィルタ５１ｃ、及び、(iv)落射蛍光投光管６５と励起光源６１との間の光路に設けられた紫外線カットフィルタ５１ｄ等から選ばれるいずれかのカットフィルタ５１を挙げることができる。ここで用いる紫外線カットフィルタ５１は、厚さ１００μｍ〜２ｍｍ程度の基材上に、厚さ５μｍ〜５０μｍ程度の紫外線カットフィルムを設けたシート状又はパネル状のフィルタであることが好ましい。
【００３６】
なお、本願でいう「光路」とは、光源６１，７１から発した光６２，７４が各光学要素で拡縮又は反射等されながら通過する領域をいい、光６２，７４の中心軸を表す光軸（例えば光軸８８）を含んでいる。すなわち、光軸を中心に持つ光６２，７４が一定の幅がある場合には、その幅を有する光６２，７４が通過する路（みち）を指しているので、光路に設けられた紫外線カットフィルタ５１，７２は、通常、そうした光６２，７４が通過する大きさで設けられている。
【００３７】
また、透過照明光学系では、(1)透過照明用の光源７１と光軸上の光学要素７５，７６等との間の光路に設けられた紫外線カットフィルタ７２ａ、(2)光学要素７５，７６とコンデンサレンズ７７との間の光路に設けられた紫外線カットフィルタ７２ｂ、(3)透明バイオセンサ１０とコンデンサレンズ７７との間の光路に設けられた紫外線カットフィルタ７２ｃ等から選ばれるいずれかのカットフィルタ７２を挙げることができる。ここで用いる紫外線カットフィルタ７２も、厚さ１００μｍ〜２ｍｍ程度の基材上に、厚さ５μｍ〜５０μｍ程度の紫外線カットフィルムを設けたシート状又はパネル状のフィルタであることが好ましい。
【００３８】
また、紫外線カットフィルタ５１，７２を透明バイオセンサ１０と光源光６２，７４との間に設け、更に加えて、図４に示すように、測定時の照明光に含まれる紫外線を遮るための紫外線カットフィルタ５２，５３を、上記した光路以外の位置、すなわち透明バイオセンサ１０の側方又は上方に設けてもよい。そうした紫外線カットフィルタ５２，５３としては、例えば、（ア）接眼レンズ８１とＸＹステージ５３との間の空間を遮るように設けられたパネル状の紫外線カットフィルタ５２、（イ）ＸＹステージ５３上の透明バイオセンサ１０の側方にその透明バイオセンサ１０の周囲を囲むように設けられたパネル状の紫外線カットフィルタ５３、等を挙げることができる。ここで用いる紫外線カットフィルタ５２，５３も、厚さ１００μｍ〜２ｍｍ程度の基材上に、厚さ５μｍ〜５０μｍ程度の紫外線カットフィルムを設けたシート状又はパネル状のフィルタであることが好ましい。
【００３９】
紫外線カットフィルタ５１，５２，５３，７２の材料としては、例えば、（１）紫外線カット能を有する無機酸化物又は有機化合物材料、又は、（２）透明バイオセンサ１０のＴＦＴ素子部Ａを構成する酸化物半導体膜４のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを持つ酸化物材料、等を挙げることができる。紫外線カットフィルタは、これらの材料で形成したり、これらの材料を所望の紫外線カット能を持つ程度に含有させたりして形成される。
【００４０】
（１）紫外線カット能を有する無機酸化物としては、例えば、ＩＴＯやＺｎＯ等の紫外線カット材料を挙げることができる。これらの材料を含む紫外線カットフィルタ又はこれらの材料からなる紫外線カットフィルタは、その形成材料の種類等に応じた成膜手段とパターニング手段が適用される。成膜手段としては、スパッタリング法、各種ＣＶＤ法、塗布等で成膜した後にフォトリソグラフィ等でパターニングすればよい。なお、紫外線カット材料を含有させる場合の含有量は、含有させる材料の特性によって任意に選択される。
【００４１】
紫外線カット能を有する有機化合物材料としては、下記表１に示す紫外線カット能を有するポリイミド系樹脂や、同様の機能を有するアクリル系樹脂等を挙げることができる。表１に示すポリイミドは、特に可視光域で良好な光透過性を示し、紫外光域で良好な遮光性を示すので、紫外線カットフィルタとして機能でき、薄膜トランジスタ特性、すなわち半導体特性の劣化をより効果的に防ぐことができる。なお、表１は、光透過率及び反射率スペクトル測定装置（ＦｉｌｍＴｅｋ３０００、ＳＣＩ社製）によって測定した結果であり、その透過率は、３９０ｎｍ以下の紫外光の透過率は１０％以下であるのに対し、４２５ｎｍ以上の可視光の透過率は約８０％以上である。
【００４２】
【表１】
【００４３】
紫外線カットフィルタの材料として、ＩＧＺＯ酸化物半導体を用いてもよい。このＩＧＺＯ酸化物半導体の透過率の波長依存性も上記した表１に併せて示す。ＩＧＺＯ酸化物半導体は、特に可視光域で良好な光透過性を示し、紫外光域で良好な遮光性を示すので、紫外線カットフィルタとして機能でき、薄膜トランジスタ特性、すなわち半導体特性の劣化をより効果的に防ぐことができる。その透過率は、３８０ｎｍまでの紫外光の透過率は８０％未満であるのに対し、それを超える可視光の透過率は８０％以上である。
【００４４】
紫外線カットフィルタの形成は、その形成材料の種類等に応じた成膜手段とパターニング手段が適用される。例えば、ポリイミド、アクリル系樹脂又はＩＧＺＯ酸化物半導体等で紫外線カットフィルタを形成する場合には、スパッタリング法、各種ＣＶＤ法又は塗布等で成膜した後にフォトリソグラフィ等でパターニンすればよい。なお、紫外線カットフィルタの厚さは、通常、１μｍ〜１０μｍ程度である。
【００４５】
（２）透明バイオセンサ１０のＴＦＴ素子部Ａを構成する酸化物半導体膜４のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを持つ酸化物材料は、例えば酸化物半導体膜４をＩＧＺＯ酸化物半導体で形成した場合には、バンドギャップが３．１ｅＶ超、４．０５Ｖ未満の範囲の材料で紫外線カットフィルタを形成することが好ましい。詳しくは、ＩＧＺＯ酸化物半導体のバンドギャップは最大４．０５ｅＶであり、一方、可視光域と紫外光域の境目はエネルギーが３．１ｅＶの４００ｎｍである。そのため、紫外線カットフィルタとしては、４００ｎｍ未満の紫外線を吸収し、ＩＧＺＯ酸化物半導体のバンドギャップよりも小さい範囲であることが好ましい。したがって、４００ｎｍの光のエネルギー（３．１ｅＶ）を超えるエネルギー（３．１ｅＶ超）から、ＩＧＺＯ酸化物半導体のバンドギャップ（最大４．０５ｅＶ）未満のエネルギー（４．０５ｅＶ未満）の範囲のバンドギャップを持つ材料で紫外線カットフィルタを作製すれば、その紫外線カットフィルタがその範囲のエネルギーの光を吸収でき、酸化物半導体膜４に紫外線の影響を及ぼさない。
【００４６】
その結果、バンドギャップが４．０５ｅＶのＩＧＺＯで酸化物半導体膜４を構成した場合、その酸化物半導体膜４に、エネルギーが４．０５ｅＶよりも小さい光が照射しても、その光は酸化物半導体膜４を透過して電子を励起しない。一方、その酸化物半導体膜４に、エネルギーが４ｅＶよりも大きい光が照射すると、その光は酸化物半導体膜４で吸収されて電子を励起する。したがって、紫外線カットフィルタは、酸化物半導体膜４が吸収するエネルギーの光、すなわち紫外線を吸収する材料で構成されていればよい。波長４００ｎｍの可視光のエネルギーは、３．１ｅＶ（４００ｎｍ）〜１．５５ｅＶ（８００ｎｍ）であるので、これらの範囲の光は、バンドギャップが４．０５ｅＶのＩＧＺＯ酸化物半導体膜４を透過し、電子が励起しないので、悪影響が生じない。なお、光エネルギーＥ（ｅＶ）は、１２４０／λ（波長：ｎｍ）で計算できる。
【００４７】
この例では、バンドギャップが４．０５ｅＶのＩＧＺＯで酸化物半導体膜４を作製しているが、用いる酸化物半導体材料によってバンドギャップは違ってくる。そのため、上記同様の考え方で、用いた酸化物半導体膜４のバンドギャップに応じて、紫外線カットフィルタを構成する材料を選定する。例えば、紫外線カットフィルタに使用可能な材料としては、ＩＴＯ（３．３ｅＶ）、ＩＺＯ（３．３ｅＶ）、ＺｎＯ（３．２ｅＶ）、ＳｎＯ（３．８ｅｖ）等を挙げることができる。中でも、ＩＴＯ（３．３ｅＶ）、ＩＺＯ（３．３ｅＶ）、ＺｎＯ（３．２ｅＶ）が好ましい。
【００４８】
一方、そうした材料と組み合わされるＩＧＺＯ酸化物半導体としては、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ比が１．１：０．９：１（３．７７ｅＶ）、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ比が１：１：１（３．８１ｅＶ）、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ比が０．７：１．３：１（３．９７ｅＶ）、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ比が０．５：１．５：１（４．０５ｅＶ）、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ比が１．１：０．９：２（３．６１ｅＶ）、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ比が１：１：２（３．６８ｅＶ）、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ比が０．７：１．３：２（３．７９ｅＶ）、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ比が０．５：１．５：２（３．８５ｅＶ）、等を挙げることができる。
【００４９】
また、ＩＧＺＯ酸化物半導体以外の酸化物半導体としては、ｎ型半導体では、ＺｎＯ（３．３７ｅＶ）、Ｉｎ２Ｏ３（３．７５）、Ｇａ２Ｏ３（４．８ｅＶ）、ＳｎＯ２（３．５７ｅＶ）を挙げることができ、ｐ型半導体では、ＣｕＡｌＯ２（３．５ｅＶ）、ＬａＣｕＯＳ（３．１ｅＶ）、ＬａＣｕＯＳｅ（３．１ｅＶ）、ＳｒＣｕ２Ｏ２（３．２ｅＶ）等を挙げることができる。本発明では、透明であることがより好ましいので、ＩＧＺＯ酸化物半導体が好ましく用いられる。
【００５０】
上記した材料からなる紫外線カットフィルタの成膜には、その形成材料の種類等に応じた成膜手段とパターニング手段が適用される。成膜手段としては、スパッタリング法、各種ＣＶＤ法、塗布等で成膜した後にフォトリソグラフィ等でパターニングすればよい。なお、紫外線カットフィルタ用の材料を含有させる場合の含有量は、含有させる材料の特性によって任意に選択される。
【００５１】
ここで説明したＩＴＯ膜（バンドギャップ３．３ｅＶ）を紫外線カットフィルタとし、ＩＧＺＯ（バンドギャップ４．０５ｅＶ）を酸化物半導体膜４としたときの半導体特性を測定した。具体的には、後述する透明バイオセンサ１０のＴＦＴ素子部Ａを構成するソース電極とドレイン電極との間のチャネル長さを１０μｍとし、チャネル幅を１００μｍとしたＩＧＺＯ酸化物半導体膜を用いた。ＵＶライトとしては、SPECTROLINE LONGGIFE_TM FILTER HIGHEST ULTRAVILET INTENSITY GUARANTEEDを用い、半導体膜とＵＶライトとの距離を１３ｃｍとして３６５ｎｍの紫外光を照射した。このとき、ドレイン電圧を１Ｖ固定とし、ゲート電圧を１５Ｖ〜−１５Ｖの間で変化させたときの半導体特性（ＶＧ−ＩＤ特性）を測定した。ＩＴＯ膜を紫外線カットフィルタとして遮蔽したときと遮蔽しないときの半導体特性の結果は、移動度で最大約１０３ｃｍ／（Ｖ・ｓ）の差が確認できた。ＩＴＯ膜で遮蔽しない場合は、遮蔽した場合と比較して、紫外線照射によりキャリアが増加してリーク電流が増加し、ＯＦＦレベルが上がって、ＯＮ／ＯＦＦ比が悪化した。そして、キャリアが多くなったため、トランジスタがＯＮし易くなり、閾値Ｖｔｈがマイナスにシフトした。さらに、閾値Ｖｔｈがマイナスにシフトした。
【００５２】
以上のように、透明バイオセンサと光源光との間に紫外線カットフィルタ５１，７２が設けられているので、光源光に含まれる紫外線を紫外線カットフィルタ５１，７２でカットすることができる。その結果、ＴＦＴ素子部Ａを構成する酸化物半導体膜４が紫外線に感応するのを防いで、そのＴＦＴ素子部Ａで検出する電気信号が変動又は低下するのを防ぐことができ、顕微鏡９０での状態観察と同時に取得する生体関連物質の信号情報を正確に取得することができる。
【００５３】
さらに、透明バイオセンサの側方又は上方に設けられた紫外線カットフィルタ５２，５３を前記の紫外線カットフィルタ５１，７２に加えて設ければ、顕微鏡９０の光源光に含まれる紫外線と、観察時の照明光に含まれる紫外線とを遮ることができる。その結果、透明バイオセンサの薄膜トランジスタ素子部で検出する電気信号が変動又は低下するのをより一層防ぐことができる。
【００５４】
［透明バイオセンサ］
透明バイオセンサの構成を、ボトムゲート型ＴＦＴを有するものと、トップゲート型ＴＦＴを有するものとに分けて詳しく説明する。なお、本発明において、「上に」とは、そのものの上に直に設けられていることを意味し、直に設けられていない場合は「上方に」と言い分ける。また、「覆う」とは、そのものの上に直接設けられるとともに、そのものの周りにも設けられていることを意味する。また、「紫外線をカットする」とは、紫外線を吸収又は反射することをいう。
【００５５】
［ボトムゲート型ＴＦＴを有する透明バイオセンサ］
図５及び図６に示す透明バイオセンサ１０は、ボトムゲート型の薄膜トランジスタ（以下「ＴＦＴ」ともいう。）を有するＴＦＴ素子部Ａと、生体関連物質感応部Ｂとを有している。
【００５６】
図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すボトムゲート型ＴＦＴを有する透明バイオセンサ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、透明基材１と、透明基材１上に設けられたＴＦＴ素子部Ａ及び生体関連物質感応部Ｂとで構成されている。ＴＦＴ素子部Ａと生体関連物質感応部Ｂとは、平面視で重ならずに並んで設けられている。また、生体関連物質感応部Ｂの絶縁膜３’及び感応膜８の下に設けられた電極２’は、ＴＦＴ素子部Ａを構成するゲート電極２に接続されている。なお、図５（Ｂ）の透明バイオセンサ１０Ｂは、感応膜８がＴＦＴ素子部Ａ及び生体関連物質感応部Ｂの両方に設けられている場合であり、図５（Ｃ）の透明バイオセンサ１０Ｃは、ＴＦＴ素子部Ａが隣接して設けられている場合である。
【００５７】
ＴＦＴ素子部Ａは、ボトムゲート型ＴＦＴを有するものであり、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、透明基材１上に設けられたゲート電極２と、ゲート電極２上に設けられたゲート絶縁膜３と、ゲート絶縁膜３上に設けられた酸化物半導体膜４と、酸化物半導体膜４の両側にトップコンタクト状に設けられたソース電極５及びドレイン電極６と、酸化物半導体膜４、ソース電極５及びドレイン電極６を覆う保護膜７とを有している。一方、生体関連物質感応部Ｂは、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、透明基材１上にＴＦＴ素子部Ａのゲート電極２と共に形成された電極２’と、その電極２’上にＴＦＴ素子部Ａのゲート絶縁膜３と共に形成された絶縁膜３’と、その絶縁膜３’上に設けられた感応膜８とを有している。生体関連物質は、感応膜８上に載置される。
【００５８】
図６（Ａ）に示すボトムゲート型ＴＦＴを有する透明バイオセンサ１０Ｄは、透明基材１と、透明基材１上に設けられたＴＦＴ素子部Ａと、そのＴＦＴ素子部Ａを覆う保護膜７と、その保護膜７上に設けられた生体関連物質感応部Ｂとで構成されている。ＴＦＴ素子部Ａと生体関連物質感応部Ｂとは、平面視で重ならずに並んで設けられている。また、生体関連物質感応部Ｂの絶縁膜３’及び感応膜８の下に設けられた電極２’は、ＴＦＴ素子部Ａを構成するゲート電極２と、絶縁膜３’及び感応膜８を上下に貫く配線２”を介して接続されている。
【００５９】
このＴＦＴ素子部Ａは図５のボトムゲート型ＴＦＴと同じ形態であるのでここではその説明を省略する。一方、生体関連物質感応部Ｂは、図６（Ａ）に示すように、透明基材１と、透明基材１上に設けられた絶縁膜３’と、絶縁膜３’上に設けられた保護膜７’と、保護膜７’上に設けられた電極２’と、電極２’上に設けられた感応膜８とを有している。生体関連物質は、感応膜８のうち、電極２’が設けられた範囲の感応膜８上に載置される。
【００６０】
図６（Ｂ）に示すボトムゲート型ＴＦＴを有する透明バイオセンサ１０Ｅは、図６（Ａ）とほぼ同じ形態である。異なる点は、生体関連物質感応部Ｂを構成する電極２’が、ＴＦＴ素子部Ａの上方にまで延びていることであり、それ以外は図６（Ａ）と同じ形態であるのでここではその説明を省略する。生体関連物質は、感応膜８のうち、電極２’が設けられた範囲の感応膜８上に載置される。
【００６１】
（透明基材）
透明基材１は、透明であればその種類や構造は特に限定されるものではなく、用途に応じてフレキシブルな材料や硬質な材料等が選択される。具体的には、例えば、ガラス、石英、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリメタクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリエステル、ポリカーボネート等を挙げることができる。通常は、ＩＴＯ付きガラス基板やＩＴＯ付きプラスチック基板等が好ましく用いられる。なお、金属膜や透明導電膜がゲート電極として形成されたガラス基板やプラスチック基板等を用いてもよい。
【００６２】
透明の定義は、透明基材１の下方から生体関連物質感応部Ｂに載置された生体関連物質を観察することができる程度に透明であればよい。例えば、(i)反射率で判断する場合には、波長３５０ｎｍ〜６５０ｎｍの可視光域において、各膜の屈折率が約２以下で屈折率差が約０．５以下であることが好ましく、(ii)透過率で判断する場合には、波長３５０ｎｍ〜６５０ｎｍの可視光域において、各膜の消光係数ｋが約０．１以下と低いことが好ましい。また、透明基材１の厚さは特に制限されないが、通常、１μｍ〜１ｍｍ程度である。透明基材１の形状は特に限定されないが、顕微鏡観察に利用できる形状であることが好ましく、例えばチップ状、カード状、ディスク状等を挙げることができる。
【００６３】
（ゲート電極）
ゲート電極２は、図５及び図６に示すように、ＴＦＴ素子部Ａではゲート電極２として設けられ、生体関連物質感応部Ｂではゲート電極２が延びた電極２’として設けられており、いずれも透明基材１上にパターン形成されている。ゲート電極２の形成材料は、例えば、金、銀、銅、チタン、クロム、コバルト、ニッケル、アルミニウム、ニオブ、タンタル、モリブデン等の金属膜；ＩＴＯ（インジウム錫オキサイド）、酸化インジウム、ＩＺＯ（インジウム亜鉛オキサイド）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等の透明導電膜を好ましく挙げることができる。なお、所望の導電性を有するものであれば、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリアルキルチオフェン誘導体、ポリシラン誘導体のような導電性高分子等であってもよい。ＴＦＴ素子部Ａに透明性が要求される場合には、透明電極であることが好ましく、例えばＩＴＯ（インジウム錫オキサイド）、酸化インジウム、ＩＺＯ（インジウム亜鉛オキサイド）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等の透明導電膜や、透明な導電性高分子を好ましく挙げることができる。
【００６４】
ゲート電極２の形成は、ゲート電極材料の種類や透明基材１の耐熱性に応じた成膜手段とパターニング手段が適用される。例えば、金属膜又は透明導電膜でゲート電極２を形成する場合には、成膜手段として真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、各種ＣＶＤ法等を適用でき、パターニング手段としてフォトリソグラフィを適用できる。ゲート電極２の形成に低温成膜が要求される場合には、成膜手段として低温成膜可能なスパッタリング法やプラズマＣＶＤ法を好ましく適用できる。また、導電性高分子でゲート電極２を形成する場合には、成膜手段として真空蒸着法やパターン印刷法等を適用でき、パターニング手段としてフォトリソグラフィを適用できる。ゲート電極２の形成工程時には、同時に、ゲート電極用配線、グラウンド配線及び電源配線等の回路配線群を、ゲート電極２と同一材料で形成してもよい。ゲート電極２の厚さ、及び、ゲート電極２の形成時に同時に形成する回路配線群（電極や配線）の厚さは、通常、０．０５μｍ〜０．２μｍ程度である。
【００６５】
（ゲート絶縁膜）
ゲート絶縁膜３は、図５及び図６に示すように、ＴＦＴ素子部Ａではゲート電極２を覆うゲート絶縁膜３として設けられ、生体関連物質感応部Ｂでは電極２’を覆うように絶縁膜３’として設けられている。ゲート絶縁膜３は、絶縁性が高く、誘電率が比較的高く、ゲート絶縁膜として適しているものであれば各種の材料を用いることができる。例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素又は酸窒化ケイ素等のケイ素の酸化物、窒化物又は酸窒化物等を好ましく挙げることができる。また、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化スカンジウム及びチタン酸バリウムストロンチウムのうち少なくとも１種又は２種以上を挙げることができる。ＴＦＴ素子部Ａに透明性が要求される場合には、酸化ケイ素、窒化ケイ素又は酸窒化ケイ素等のケイ素の酸化物、窒化物又は酸窒化物等が好ましい。
【００６６】
ゲート絶縁膜３の形成は、ゲート絶縁膜材料の種類や透明基材１の耐熱性に応じた成膜手段とパターニング手段が適用される。例えば、ケイ素の酸化物、窒化物又は酸窒化物等でゲート絶縁膜３を形成する場合には、成膜手段としてスパッタリング法や各種ＣＶＤ法等を適用でき、パターニング手段としてフォトリソグラフィを適用できる。ゲート絶縁膜３の成膜に低温成膜が要求される場合には、成膜手段として低温成膜可能なスパッタリング法やプラズマＣＶＤ法を好ましく適用できる。なお、ゲート絶縁膜３の厚さは、通常、０．１μｍ〜０．３μｍ程度である。
【００６７】
（酸化物半導体膜）
酸化物半導体膜４は、図５及び図６に示すように、ＴＦＴ素子部Ａで、ＴＦＴ素子部Ａを構成するゲート絶縁膜３上であって、ゲート電極２の上方に所定のパターンで設けられている。酸化物半導体膜４は、ＴＦＴを構成するチャネル領域として使用できる程度の移動度を有するものであれば、その種類は特に限定されず、現在知られている酸化物半導体膜であっても、今後発見される酸化物半導体膜であってもよい。
【００６８】
こうした酸化物半導体膜４は、例えばＩＧＺＯ系酸化物半導体膜のように紫外線に感応し易いものが多く、生体関連物質を顕微鏡観察する際に照射される光に含まれる紫外線に感応して、酸化物半導体膜４からの出力信号が変動又は低下することがある。そのため、本発明では、顕微鏡９０に紫外線カットフィルタを設けて紫外線をカットすることにより、酸化物半導体膜４からの出力信号が変動又は低下するのを防ぐことができ、顕微鏡９０での観察と同時に取得する生体関連物質の信号情報を正確に取得することができる。
【００６９】
酸化物半導体膜４を構成する酸化物としては、例えば、ＩｎＭＺｎＯ（ＭはＧａ，Ｓｎ，Ａｌ及びＦｅのうち少なくとも１種）を主たる構成元素とするアモルファス酸化物を挙げることができる。特に、ＭがＧａであるＩｎＧａＺｎＯ系のアモルファス酸化物が好ましく、この場合、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎの比が１：１：ｍ（ｍ＜６）であることが好ましい。また、Ｍｇをさらに含む場合には、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ1-xＭｇxの比が１：１：ｍ（ｍ＜６）で０＜ｘ≦１であることが好ましい。なお、組成割合は、蛍光Ｘ線（ＸＲＦ）装置で測定したものである。ＩｎＭＺｎＯを含むアモルファス酸化物である酸化物半導体材料で酸化物半導体膜４を形成した場合、その酸化物半導体膜４は、特に可視光域で良好な光透過性を示すので好ましく適用できる。こうした酸化物半導体膜４は、ＴＦＴ素子部Ａに透明性が要求される場合に好ましく、特にＭがＧａであるＩｎＧａＺｎＯ系のアモルファス酸化物が好ましい。
【００７０】
ＩｎＧａＺｎＯ系のアモルファス酸化物については、ＩｎとＧａとＺｎの広い組成範囲でアモルファス相を示す。この三元系でアモルファス相を安定して示す組成範囲としては、ＩｎｘＧａｙＺｎｚＯ（３ｘ／２＋３ｙ／２＋ｚ）で比率ｘ／ｙが０．４〜１．４の範囲であり、比率ｚ／ｙが０．２〜１２の範囲にあるように表すことができる。なお、ＺｎＯに近い組成とＩｎ２Ｏ３に近い組成で結晶質を示す。
【００７１】
また、アモルファス酸化物が、ＩｎxＧａ1-x酸化物（０≦ｘ≦１）、ＩｎxＺｎ1-x酸化物（０．２≦ｘ≦１）、ＩｎxＳｎ1-x酸化物（０．８≦ｘ≦１）、及びＩｎx（Ｚｎ，Ｓｎ）1-x酸化物（０．１５≦ｘ≦１）から選ばれるいずれかのアモルファス酸化物であってもよい。
【００７２】
ＩｎＧａＺｎＯ系（以下「ＩＧＺＯ系」と略す）酸化物半導体膜は、可視光を透過して透明膜となるのでＴＦＴ素子部Ａに透明性が要求される場合に好ましく用いられる。また、このＩＧＺＯ系酸化物半導体膜には、必要に応じて、Ａｌ、Ｆｅ又はＳｎ等を構成元素として加えたものであってもよい。このＩＧＺＯ系酸化物半導体膜は、透明性を要求されるＴＦＴ素子部Ａに好ましく用いられる。また、このＩＧＺＯ系酸化物半導体膜は、スパッタリング法（特にＲＦスパッタリング法）により、室温から１５０℃程度の低温での成膜が可能であることから、ガラス転移温度が２００℃未満の耐熱性に乏しいプラスチック基板に対して好ましく適用できる。
【００７３】
酸化物半導体膜４の形成は、酸化物半導体材料の種類や透明基材１の耐熱性に応じた成膜手段とパターニング手段が適用される。例えば、成膜手段としてスパッタリング法やＣＶＤ法等を適用でき、パターニング手段としてフォトリソグラフィを適用できるが、低温成膜が要求される場合には、成膜手段としてスパッタリング法（特にＲＦスパッタリング法）やプラズマＣＶＤ法を好ましく適用できる。
【００７４】
酸化物半導体膜４の厚さは、成膜条件によって任意に設計されるために一概には言えないが、通常１０ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲内であることが好ましく、３０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であることがより好ましい。
【００７５】
（ソース電極、ドレイン電極）
ソース電極５及びドレイン電極６は、図５及び図６に示すように、ＴＦＴ素子部Ａで、酸化物半導体膜４の両側にトップコンタクトするようにパターン形成されている。ソース電極材料及びドレイン電極材料は、酸化物半導体膜４のソース電極接続部（図示しない）及びドレイン電極接続部（図示しない）とのオーミック接触が考慮されて選択される。ソース電極材料及びドレイン電極材料としては、通常、導電性の良い金属膜又は導電性酸化物膜等が用いられる。金属膜としては、チタン膜、アルミニウム膜、アルミニウム膜上にチタン膜を設けた積層膜等を挙げることができ、導電性酸化物膜としては、ＩＴＯ（インジウム錫オキサイド）、酸化インジウム、ＩＺＯ（インジウム亜鉛オキサイド）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等の透明導電膜を挙げることができる。また、所望の導電性を有するものであれば、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリアルキルチオフェン誘導体、ポリシラン誘導体のような導電性高分子等であってもよい。ＴＦＴ素子部Ａに透明性が要求される場合には、透明電極であることが好ましく、例えばＩＴＯ（インジウム錫オキサイド）、酸化インジウム、ＩＺＯ（インジウム亜鉛オキサイド）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等の透明導電膜や、透明な導電性高分子を好ましく挙げることができる。
【００７６】
ソース電極５及びドレイン電極６の形成は、電極材料の種類や透明基材１の耐熱性に応じた成膜手段とパターニング手段が適用される。例えば、金属膜又は導電性酸化物でソース電極５及びドレイン電極６を形成する場合には、成膜手段として真空蒸着法、スパッタリング法又は各種のＣＶＤ法等を適用でき、パターニング手段としてフォトリソグラフィを適用できるが、低温成膜が要求される場合には、成膜手段として低温成膜可能なスパッタリング法やプラズマＣＶＤ法を好ましく適用できる。また、導電性高分子でソース電極５及びドレイン電極６を形成する場合には、成膜手段として真空蒸着法やパターン印刷法等を適用でき、パターニング手段としてフォトリソグラフィを適用できる。ソース電極５及びドレイン電極６の形成工程時には、同じ電極材料で、同時に、既に形成されている回路配線群への接続や新しい回路配線群の形成を行うことが好ましい。ソース電極５及びドレイン電極６の厚さは、通常、０．１μｍ〜０．３μｍ程度である。
【００７７】
（保護膜）
保護膜７は、図５及び図６に示すように、ＴＦＴ素子部Ａで、酸化物半導体膜４、ソース電極５及びドレイン電極６を覆うように形成されている。保護膜７は、ＴＦＴ用の保護膜として用いられているものであれば特に限定されないが、ＴＦＴ素子部Ａに透明性が要求される場合には、透明な保護膜であることが好ましく、例えば、厚さ５００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度のＰＶＰ（ポリビニルピロリドン）膜等の有機保護膜、又は厚さ１００ｎｍ〜５００ｎｍ程度の酸化ケイ素や酸窒化ケイ素等からなるガスバリア性の無機保護膜等を好ましく挙げることができる。また、上記した酸化物半導体膜４の構成材料と同じ酸化物半導体材料で形成してもよい。
【００７８】
保護膜７の形成は、保護膜材料の種類や透明基材１の耐熱性に応じた成膜手段とパターニング手段が適用される。例えば、有機保護膜を形成する場合には、塗布法や蒸着法等を適用でき、無機保護膜を形成する場合には、スパッタリング法や各種のＣＶＤ法等を適用できる。また、パターニングする場合は、フォトリソグラフィを適用できる。
【００７９】
（感応膜）
感応膜８は、図５及び図６に示すように、生体関連物質感応部Ｂで、絶縁膜３’上にパターン形成されている。感応膜８は、被検査流体に含まれる生体関連物質、例えば細胞、ＤＮＡ、糖鎖、タンパク質、酸化還元酵素、抗原又は抗体等を載置可能な材料で形成される。感応膜８の形成材料としては、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）又は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等を挙げることができる。これらの材料で形成した感応膜８は、イオン感応性膜であり、測定したいイオン種に応じて適宜選定される。感応膜８は、単層であっても積層であってもよく、積層の場合は、例えば酸化ケイ素膜上に窒化ケイ素膜を設けてもよいし、さらにその上に酸化タンタル膜を設けてもよい。
【００８０】
また、必要に応じて、ＤＮＡ、タンパク質又は糖鎖等を固定化するための表面修飾を行うこともできる。感応膜８の周囲には、後述する隔壁９が設けられ、酸化物半導体膜４のチャネル領域（図示しない）上に、被検査流体に含まれる生体関連物質を載置する載置領域が設けられている。なお、感応膜８は絶縁性を有するので、例えばゲート電極２を覆う保護膜として利用してもよい。感応膜８の形成は、感応膜材料の種類や透明基材１の耐熱性に応じた成膜手段とパターニング手段が適用される。例えば、スパッタリング法や各種のＣＶＤ法等を適用でき、パターニング手段としてはフォトリソグラフィを適用できる。
【００８１】
感応膜８の厚さは、通常、５０ｎｍ〜５００ｎｍ程度である。例えば厚さ１００ｎｍの酸化ケイ素膜を単層で形成したり、例えば厚さ１００ｎｍの酸化ケイ素膜上に厚さ１００ｎｍの窒化ケイ素膜を形成したりしてもよいし、さらにその上に厚さ１００ｎｍの酸化タンタル膜を形成したりしてもよい。
【００８２】
［トップゲート型ＴＦＴを有する透明バイオセンサ］
図７（Ａ）（Ｂ）に示す透明バイオセンサ２０Ａ，２０Ｂは、トップゲート型のＴＦＴを有するＴＦＴ素子部Ａと、生体関連物質感応部Ｂとを有している。なお、このトップゲート型ＴＦＴを有する透明バイオセンサ２０Ａ，Ｂでは、紫外線カット能を有するゲート電極２を含め、ＴＦＴ素子部Ａ及び生体関連物質感応部Ｂの各構成要素は、図５及び図６のボトムゲート型ＴＦＴを有する透明バイオセンサ１０の場合と同様である。そのため、図７では同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００８３】
図７（Ａ）に示すトップゲート型ＴＦＴを有する透明バイオセンサ２０Ａは、透明基材１と、透明基材１上に設けられたＴＦＴ素子部Ａ及び生体関連物質感応部Ｂとで構成されている。ＴＦＴ素子部Ａと生体関連物質感応部Ｂとは、平面視で重ならずに並んで設けられている。また、生体関連物質感応部Ｂの感応膜８の下方に設けられた電極２’は、ＴＦＴ素子部Ａを構成するゲート電極２に接続されている。
【００８４】
ＴＦＴ素子部Ａは、トップゲート型ＴＦＴを有するものであり、透明基材１上に設けられたソース電極５及びドレイン電極６と、そのソース電極５及びドレイン電極６にボトムコンタクト態様で両側で接続するように設けられた酸化物半導体膜４と、ソース電極５、酸化物半導体膜４及びドレイン電極６を覆うように設けられたゲート絶縁膜３と、ゲート絶縁膜３上に設けられたゲート電極２と、ゲート電極２上に設けられた保護層７とを有している。一方、生体関連物質感応部Ｂは、透明基材１上にＴＦＴ素子部Ａのゲート絶縁膜３と共に形成された絶縁膜３’と、その絶縁膜３’上にＴＦＴ素子部Ａのゲート電極２と共に形成された電極２’と、その電極２’上にＴＦＴ素子部Ａの保護膜７と共に形成された保護膜７と、その保護膜７上に設けられた感応膜８とを有している。生体関連物質は、感応膜８上に載置される。
【００８５】
なお、図７（Ａ）の例では、感応膜８は、平面視でＴＦＴ素子部Ａ以外の領域に設けられているが、ＴＦＴ素子部Ａの上方にも設けてもよい。そうすることで、感応膜８上での生体関連物質の載置面積を大きくし、観察範囲を広くすることができる。
【００８６】
図７（Ｂ）に示すトップゲート型ＴＦＴを有する透明バイオセンサ２０Ｂは、透明基材１と、透明基材１上に設けられたＴＦＴ素子部Ａ及び生体関連物質感応部Ｂとで構成されている。図５に示すＴＦＴ素子部Ａと生体関連物質感応部Ｂとは、平面視で重なるように上下の位置関係で設けられている。また、生体関連物質感応部Ｂの感応膜８の下方に設けられた電極は、感応膜８の検出電極２’とＴＦＴ素子部Ａを構成するゲート電極２とを兼ねている。
【００８７】
ＴＦＴ素子部Ａは、トップゲート型ＴＦＴを有するものであり、透明基材１上に設けられたソース電極５及びドレイン電極６と、そのソース電極５及びドレイン電極６にボトムコンタクト態様で両側で接続するように設けられた酸化物半導体膜４と、ソース電極５、酸化物半導体膜４及びドレイン電極６を覆うように設けられたゲート絶縁膜３と、ゲート絶縁膜３上に設けられたゲート電極２とを有している。なお、ゲート電極２と感応膜８との間には、保護膜７が設けられていてもよい。
【００８８】
一方、生体関連物質感応部Ｂは、そのＴＦＴ素子部Ａ上を構成するゲート電極２上に設けられたものである。そして、この生体関連物質感応部Ｂでは、ＴＦＴ素子部Ａが有するゲート電極２を、検出電極２’として併用し、その検出電極２’上には、感応膜８が設けられている。感応膜８が設けられた生体関連物質感応部Ｂの周縁には、隔壁９が設けられており、その隔壁９で囲まれた領域に、被検査流体に含まれる生体関連物質が投入され、透明バイオセンサによる電気的な信号情報と、顕微鏡観察とが同時に行われる。「周縁」とは、生体関連物質感応部Ｂに設けられた検出電極２’を平面視した場合に、その検出電極２’に重ならない外側位置のことを意味する。感応膜８上には、被検査流体に含まれる生体関連物質、例えば細胞、ＤＮＡ、糖鎖、タンパク質、酸化還元酵素、抗原又は抗体等が、隔壁９，９間に配置される。
【００８９】
隔壁９は、生体関連物質感応部Ｂの周縁の感応膜８上に設けられている。隔壁９は、水溶液又は培養液等の被検査流体を感応膜８上に滞留させるためのものであり、所定の高さで設けられる。障壁９の形成材料は、被検査流体を漏出させない材料であればよく、特に限定されるものではない。具体的には被検査流体の種類に応じて、各種の樹脂材料や金属材料から選択して適用できる。
【００９０】
図７（Ｂ）に示す透明バイオセンサ２０Ｂにおいては、紫外線カット能を有するゲート電極２は酸化物半導体膜４の上方に設けられているので、そのゲート電極２は、透明バイオセンサ２０の上方から照射される光に含まれる紫外線をカットする。
【００９１】
図８は、ＩＳＦＥＴ型透明バイオセンサ２０Ｃ，２０Ｄの例である。この透明バイオセンサ２０Ｃ，２０Ｄは、ＭＯＳＦＥＴ構造からゲート電極を除き、絶縁膜３’上に感応膜８を設けたＩＳＦＥＴ（Ion Sensitive FET）構造である。そして、生体関連物質感応部Ｂの感応膜８上に、被検査流体に含まれる生体関連物質、例えば細胞、ＤＮＡ、糖鎖、タンパク質、酸化還元酵素、抗原又は抗体等を載置して、その生体関連物質からの信号情報を検出するバイオセンサである。
【００９２】
この透明バイオセンサ２０Ｃ，２０Ｄを構成する生体関連物質感応部Ｂは、図８に示すように、透明基材１と、透明基材１上に設けられた酸化物半導体膜４と、酸化物半導体膜４の両側にボトムコンタクトするように設けられたソース電極５及びドレイン電極６と、酸化物半導体膜４上に絶縁膜７を介して設けられた感応膜８とを有している。感応膜８が設けられた生体関連物質感応部Ｂには、隔壁３１が設けられており、その隔壁３１で囲まれた領域に、被検査流体に含まれる生体関連物質が投入され、透明バイオセンサによる電気的な信号情報と、顕微鏡による観察とが同時に行われる。なお、透明バイオセンサ２０Ｃ，２０Ｄを構成するＴＦＴ素子部Ａは、図３に示すように、トップゲート型のＴＦＴ素子部Ａを構成している。
【００９３】
［電気信号測定装置］
電気信号測定装置１０１は、図１、図３及び図４に示すように、透明バイオセンサ１０の生体関連物質感応部Ｂに載置される生体関連物質から信号情報を取得する装置である。生体関連物質感応部Ｂには、例えば、細胞、ＤＮＡ、糖鎖、タンパク質等の生体関連物質が配置され、その生体関連物質から電気信号を取得するために、その生体関連物質に参照電極１０５を挿入して測定する。具体的には、電気信号測定装置１０１からリード線１０３を介してソース電極５とドレイン電極６との間に例えば０．１Ｖ〜１Ｖ程度の電圧ＶＤＳを印加しつつ、生体関連物質に挿入した参照電極１０５を介して可変電圧（参照電圧）ＶＧを印加すると、感応膜８に生ずる電位（「膜電位」ともいう。）の変化に応じて、酸化物半導体膜４に形成されているチャネル領域が変化し、ドレイン電流ＩＤの変化を検出することができる。
【００９４】
こうした測定を行うことにより、参照電圧ＶＧに基づくドレイン電流ＩＤの変化、すなわちＴＦＴとしての電流−電圧特性を、予め測定した生体関連物質の電流−電圧特性と比較することができる。その結果、測定に供される生体関連物質の種別を特定することができる。
【００９５】
本発明では、顕微鏡９０による状態観察と同時に、電気信号測定装置１０１による生体関連物質の電流−電圧特性の測定を行うことができ、しかも、紫外線カットフィルタを設けることによって、ＴＦＴ素子部Ａを構成する酸化物半導体膜４が紫外線に感応するのを防いで、そのＴＦＴ素子部Ａで検出する電気信号が変動又は低下するのを防ぐことができる。その結果、顕微鏡９０での状態観察と同時に取得する生体関連物質の信号情報を正確に取得することができる。
【符号の説明】
【００９６】
１ 透明基材
２ ゲート電極
２’ 検出電極
２” 連結配線
３ ゲート絶縁膜
３’ 絶縁膜
４ 酸化物半導体膜
５ ソース電極
６ ドレイン電極
７ 保護膜
８ 感応膜
９ 隔壁
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ 透明バイオセンサ
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ 透明バイオセンサ
Ａ 薄膜トランジスタ素子部
Ｂ 生体関連物質感応部
【００９７】
５０ 生体情報評価システム
５１，５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ 紫外線カットフィルタ
５２，５３ 紫外線カットフィルタ
５３ ＸＹステージ
５３ａ Ｘステージ
５３ｂ Ｙステージ
５４ ＸＹハンドル
５５ 対物レンズ
５７ レボルバ
６１ 励起光源
６２，７４ 光源光又は照明光
６３ 光学要素（レンズ）
６５ 落射蛍光投光管
６６ 励起フィルタ
６７ ダイクロイックミラー
６８ 吸収フィルタ
６９ 蛍光フィルタカセット
７１ 光源
７２，７２ａ，７２ｂ，７２ｃ 紫外線カットフィルタ
７３，７５，７６ 光学要素
７４ 照明光
７７ コンデンサレンズ
８１ 接眼レンズ
８２，８３ リレーレンズ
８４，９８ 対物レンズ一次像面
８５ ミラー
８６ 光路切り換えプリズム
８７ 結像レンズ
８８ 光軸又は平行光
９０ 顕微鏡（倒立顕微鏡）
９２ 透過照明支柱
９５ ＣＣＤ
１０１ 電気信号測定装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基材と該透明基材上に設けられた薄膜トランジスタ素子部及び透明な生体関連物質感応部とを有し、該薄膜トランジスタ素子部が酸化物半導体膜を有する透明バイオセンサと、
前記生体関連物質感応部に載置される生体関連物質から信号情報を取得する電気信号測定装置と、
前記透明バイオセンサをステージ上にセットし、該透明バイオセンサに光源光を照射して前記生体関連物質感応部に載置される生体関連物質を観察する顕微鏡と、を少なくとも備え、
前記透明バイオセンサと前記光源光との間に紫外線カットフィルタが設けられていることを特徴とする生体情報評価システム。
【請求項２】
前記紫外線カットフィルタが、前記透明バイオセンサをセットするステージの上面に設けられている紫外線カットフィルタである、請求項１に記載の生体情報評価システム。
【請求項３】
前記紫外線カットフィルタが、前記光源光を発する光源の光路に設けられている紫外線カットフィルタである、請求項１に記載の生体情報評価システム。
【請求項４】
前記紫外線カットフィルタが、測定時の照明光に含まれる紫外線を遮る紫外線カットフィルタであり、該紫外線カットフィルタが前記透明バイオセンサの側方又は上方に設けられている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の生体情報評価システム。
【請求項５】
前記紫外線カットフィルタが、前記酸化物半導体膜のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを持つ透明材料、又は、紫外線カット能を有するポリイミド系材料で構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の生体情報評価システム。
【請求項６】
前記酸化物半導体膜が、ＩＧＺＯ系の酸化物半導体膜である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の生体情報評価システム。
【請求項１】
透明基材と該透明基材上に設けられた薄膜トランジスタ素子部及び透明な生体関連物質感応部とを有し、該薄膜トランジスタ素子部が酸化物半導体膜を有する透明バイオセンサと、
前記生体関連物質感応部に載置される生体関連物質から信号情報を取得する電気信号測定装置と、
前記透明バイオセンサをステージ上にセットし、該透明バイオセンサに光源光を照射して前記生体関連物質感応部に載置される生体関連物質を観察する顕微鏡と、を少なくとも備え、
前記透明バイオセンサと前記光源光との間に紫外線カットフィルタが設けられていることを特徴とする生体情報評価システム。
【請求項２】
前記紫外線カットフィルタが、前記透明バイオセンサをセットするステージの上面に設けられている紫外線カットフィルタである、請求項１に記載の生体情報評価システム。
【請求項３】
前記紫外線カットフィルタが、前記光源光を発する光源の光路に設けられている紫外線カットフィルタである、請求項１に記載の生体情報評価システム。
【請求項４】
前記紫外線カットフィルタが、測定時の照明光に含まれる紫外線を遮る紫外線カットフィルタであり、該紫外線カットフィルタが前記透明バイオセンサの側方又は上方に設けられている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の生体情報評価システム。
【請求項５】
前記紫外線カットフィルタが、前記酸化物半導体膜のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを持つ透明材料、又は、紫外線カット能を有するポリイミド系材料で構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の生体情報評価システム。
【請求項６】
前記酸化物半導体膜が、ＩＧＺＯ系の酸化物半導体膜である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の生体情報評価システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−９６８６８（Ｐ２０１３−９６８６８Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４０５０８（Ｐ２０１１−２４０５０８）
【出願日】平成２３年１１月１日（２０１１．１１．１）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１日（２０１１．１１．１）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
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