特許 7637374 センサモジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-02-19

(45)【発行日】2025-02-28

(54)【発明の名称】センサモジュール

(51)【国際特許分類】

   C12M 1/34 20060101AFI20250220BHJP

   G01N 27/22 20060101ALI20250220BHJP

   G01N 27/00 20060101ALI20250220BHJP

   G01N 27/414 20060101ALI20250220BHJP

   C12Q 1/20 20060101ALN20250220BHJP

【ＦＩ】

C12M1/34 B

G01N27/22 B

G01N27/00 J

G01N27/414 301U

C12Q1/20

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2020187606

(22)【出願日】2020-11-10

(65)【公開番号】P2022076939

(43)【公開日】2022-05-20

【審査請求日】2023-09-11

(73)【特許権者】

【識別番号】319006047

【氏名又は名称】シャープセミコンダクターイノベーション株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504132272

【氏名又は名称】国立大学法人京都大学

(73)【特許権者】

【識別番号】506208908

【氏名又は名称】学校法人兵庫医科大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】飯塚 邦彦

(72)【発明者】

【氏名】満仲 健

(72)【発明者】

【氏名】小川 雄一

(72)【発明者】

【氏名】菊池 正二郎

【審査官】中島 芳人

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－００４５６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０１５００８２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－０００１５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／２０４０７５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ１２Ｍ

Ｃ１２Ｑ

Ｇ０１Ｎ ２７／

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

微生物の繁殖を抑制する薬剤の薬剤感受性を評価するための液体の物性を計測するために、基板上に配列された複数個のセンサＩＣと、
各センサＩＣの計測対象の前記液体を収容するために各センサＩＣの表面の周縁を覆うように前記基板上に各センサＩＣに対応して形成された複数個のマイクロウェルとを備え、
前記複数個のマイクロウェルのそれぞれに対応する前記センサＩＣが、前記液体の物性を感知する複数個のセンサ素子を有することを特徴とするセンサモジュール。

【請求項2】

前記複数個のマイクロウェルのうちの前記一つに収容された液体の前記複数個のマイクロウェルのうちの他の一つに収容された液体への混入を防止するために、互いに隣接するマイクロウェルの間に形成された溝をさらに備える請求項１に記載のセンサモジュール。

【請求項3】

基板上に実装された電子部品をさらに備え、
前記マイクロウェルが、前記電子部品を覆うように形成される請求項１に記載のセンサモジュール。

【請求項4】

前記基板が、その表面に形成される電極を有し、
前記センサＩＣの表面と前記電極とを接続するワイヤボンドをさらに備え、
前記マイクロウェルが、前記ワイヤボンドを覆うように形成される請求項１に記載のセンサモジュール。

【請求項5】

各センサＩＣが、前記複数個のセンサ素子を制御するための制御回路を有し、
各制御回路と通信することにより、前記センサ素子により感知された前記液体の物性を表すデータを取得する外部制御部をさらに備える請求項１に記載のセンサモジュール。

【請求項6】

前記複数個のマイクロウェルの高さが互いに等しい請求項１に記載のセンサモジュール。

【請求項7】

前記基板は、短辺が２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下、長辺が７０ｍｍ以上８０ｍｍ以下の長方形に形成されている請求項１に記載のセンサモジュール。

【請求項8】

前記液体の物性が、第１物性と第２物性とを含み、
前記複数個のセンサＩＣのうちの一部の複数個のセンサ素子が、前記液体の第１物性を計測するように構成されたセンサ素子であり、前記複数個のセンサＩＣのうちの他の一部の複数個のセンサ素子が、前記液体の第２物性を計測するように構成されたセンサ素子である請求項５に記載のセンサモジュール。

【請求項9】

前記液体の物性が、第１物性と第２物性とを含み、
前記センサＩＣの複数個のセンサ素子のうちの一部が、前記液体の第１物性を計測するように構成されたセンサ素子であり、前記複数個のセンサ素子のうちの他の一部が、前記液体の第２物性を計測するように構成されたセンサ素子である請求項５に記載のセンサモジュール。

【請求項10】

前記第１物性が前記液体の誘電率を含み、
前記第２物性が前記液体のイオン感応性を含む請求項８又は請求項９に記載のセンサモジュール。

【請求項11】

前記センサ素子が、前記液体の誘電率に応じて発振周波数を変化させる発振回路と、前記液体中の特定イオンを検知するイオン感応性電界効果トランジスタとの少なくとも一方を含む請求項１に記載のセンサモジュール。

【請求項12】

微生物の繁殖を抑制する薬剤の薬剤感受性を評価するための液体の物性を計測するために、基板の一方の主面から他方の主面に貫通する複数の貫通孔の他方の主面側を覆うように配列された複数個のセンサＩＣと、
各センサＩＣの計測対象の前記液体を収容するために各センサＩＣに対応する前記貫通孔の内壁により形成される複数個のマイクロウェルとを備え、
前記複数個のマイクロウェルのそれぞれに対応する前記センサＩＣが、前記液体の物性を感知する複数個のセンサ素子を有することを特徴とするセンサモジュール。

【請求項13】

微生物の繁殖を抑制する薬剤の薬剤感受性を評価するための液体の物性を計測するために、基板上に配列された複数個のセンサＩＣと、
各センサＩＣの計測対象の前記液体を収容するために各センサＩＣの表面の周縁を覆うように前記基板上に各センサＩＣに対応して形成された複数個のマイクロウェルとを備え、
各センサＩＣが、前記液体の物性を感知する複数個のセンサ素子と、
前記複数個のセンサ素子を制御するための制御回路とを有し、
各制御回路と通信することにより、前記センサ素子により感知された前記液体の物性を表すデータを取得する外部制御部をさらに備えることを特徴とするセンサモジュール。

【請求項14】

前記液体の物性が、第１物性と第２物性とを含み、
前記複数個のセンサＩＣのうちの一部の複数個のセンサ素子が、前記液体の第１物性を計測するように構成されたセンサ素子であり、前記複数個のセンサＩＣのうちの他の一部の複数個のセンサ素子が、前記液体の第２物性を計測するように構成されたセンサ素子である請求項１３に記載のセンサモジュール。

【請求項15】

前記液体の物性が、第１物性と第２物性とを含み、
前記センサＩＣの複数個のセンサ素子のうちの一部が、前記液体の第１物性を計測するように構成されたセンサ素子であり、前記複数個のセンサ素子のうちの他の一部が、前記液体の第２物性を計測するように構成されたセンサ素子である請求項１３に記載のセンサモジュール。

【請求項16】

前記第１物性が前記液体の誘電率を含み、
前記第２物性が前記液体のイオン感応性を含む請求項１４又は請求項１５に記載のセンサモジュール。

【請求項17】

前記センサ素子が、前記液体の誘電率に応じて発振周波数を変化させる発振回路と、
前記液体中の特定イオンを検知するイオン感応性電界効果トランジスタとの少なくとも一方を含む請求項１３に記載のセンサモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、微生物の繁殖を抑制する薬剤の薬剤感受性を評価するためのセンサモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

細菌などの微生物は食品や医療において様々な利害をもたらす。細菌が病原の場合には、効果的な薬剤を投入して細菌の繁殖抑制を行うことにより、薬剤を治療に活用することができる。

【0003】

細菌の繁殖抑制に効果的な薬剤を評価するには薬剤感受性（耐性）試験を行う。薬剤感受性試験は、一般的には、ディッシュ内に細菌を挿入した培養液を挿入し、固形薬剤の周囲に現れる細菌培養による増殖に対する阻止円を測定する。これにより薬剤の抗菌活性を評価できる。効果がある薬剤の周りには、細菌増殖が起こらないことを示す阻止円を観察できるためである。

【0004】

この阻止円判定の方法とは別に、薬剤感受性の有無と薬剤の至適濃度とを効率的に評価する薬剤感受性試験の方法として、微量液体希釈法が利用されることもある。この微量液体希釈法は、複数のウェルを有するマルチウェル内における細菌増殖による濁度変化で薬剤感受性を評価する検査システムであり、例えば薬剤毎に、薬液濃度を考慮した薬剤感受性を評価することができる。

【0005】

この微量液体希釈法は、マルチウェル内における濁度観察が評価基準であり、微生物が増殖した結果を確認するため、細菌が増殖するための時間がかかるという問題がある。また、解像度の高い顕微鏡や画像判別が必要であることや、リアルタイム観察ができず定量性に欠けているという問題もある。さらに、微量液体希釈法で利用するマルチウェルは９６穴や３８４穴などのように利用できるウェルの数が決まっており、試験数や薬液数が柔軟に変化するときには、無駄な空穴が存在することがある。

【0006】

濁度を評価する微量液体希釈法の代わりに、蛍光試薬を挿入することで、タンパク質等の組成が変化したときに現れる蛍光を評価する薬剤感受性試験の方法もある。しかしながら、この蛍光を評価する方法は、評価物の変化を確認するために解像度や蛍光感度の高い顕微鏡、画像判別が必要になるという問題がある。

【0007】

いずれにしても、上記微量液体希釈法等の方法によって薬剤感受性試験を行うためには細菌増殖を行うことでタンパク質組成の変化を確認する必要があるため、リアルタイム観察が難しいという問題がある。

【0008】

近年、集積回路（ＩＣ、Integrated Circuit）技術を用いたバイオセンサの開発が活発である。例えば、特許文献１は、ＩＣ表面に評価ターゲットとなる液体を載せることで、液体の複素誘電率の変化を計測するセンサＩＣを開示している。このセンサＩＣは、ＩＣ内に３０ＧＨｚ～２００ＧＨｚの範囲内で発振動作を行うＬＣ発振器が設けられる。ＬＣ発振器の発振周波数変化から評価ターゲットである液体の誘電率変化をセンサＩＣはセンシングする。

【0009】

さらに、特許文献２に記載されたセンサＩＣは、ほぼ均一な性能特性を持つＬＣ発振器のセンサ素子をアレイ状に並べることで、センサ素子が評価したセンシング結果のみならず、その分布、平均、標準偏差、経時変化等のデータを得ることができる。

【0010】

また、特許文献３は、センサＩＣ表面にある液体のイオン量を評価し、浮遊ゲートなどの電荷感応性コンポーネントを有するイオン感応性電界効果トランジスタ（ＩＳＦＥＴ）を用いたセンサ素子を用いたセンサＩＣを開示している。このセンサＩＣは、ターゲットとなる液体がもつ種々の分析物濃度をセンシングする。

【0011】

特許文献１に記載したセンサＩＣは、液体の誘電率変化をセンシングする。また、特許文献３に記載したセンサＩＣは、液体のイオン濃度変化をセンシングする。これらのセンサＩＣでは、細菌が増殖する前の細菌そのものの組成変化が誘電率変化やイオン濃度変化に表われる。このため、細菌が増殖するための時間がかかるという問題が解消され、リアルタイム観察が可能である。また、センシングした数値を出力するセンサＩＣで評価するため、経時的かつ感度高く評価できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【文献】特許第6416398号明細書（2018年10月12日登録）

【文献】特許第6671063号明細書（2020年03月05日登録）

【文献】特開2017-166972号公報（2017年09月21日公開）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

しかしながら、特許文献１及び特許文献３に記載のセンサＩＣは、半導体で作成されるＩＣであるため、平坦構成であることが多い。このため、単一のＩＣ上に単一のウェルを作成して評価することになるので、基準となる液体培地のみの培養液、薬剤未投入の細菌の培養液、薬剤を投入した細菌の培養液などを同一条件で評価することが困難であるという課題があった。

【0014】

特許文献２に記載のセンサＩＣは、ウェルを必要とせず、細菌を寒天培地のような固形物に塗布し、センサＩＣの表面に寒天培地を張り付けて評価する。しかしながら、多量の薬剤を評価する薬剤感受性試験を行うためには、寒天培地を複数用意する必要がある。センサＩＣは一般的に面積が小さいため、寒天培地を複数用意するためには、センサＩＣよりもさらに小さい寒天培地を用意し、センサＩＣに張り付ける必要があり実現が容易ではないという課題があった。このように、薬剤毎に薬液濃度を考慮した薬剤感受性を一度に評価するためには、寒天培地での対応は不可能である。

【0015】

本発明の一態様は、薬剤毎に薬液濃度を考慮した薬剤感受性を一度に評価することができるセンサモジュールを実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0016】

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るセンサモジュールは、微生物の繁殖を抑制する薬剤の薬剤感受性を評価するための液体の物性を計測するために、基板上に配列された複数個のセンサＩＣと、各センサＩＣの計測対象の前記液体を収容するために各センサＩＣの表面の周縁を覆うように前記基板上に各センサＩＣに対応して形成された複数個のマイクロウェルとを備えることを特徴とする。

【0017】

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る他のセンサモジュールは、微生物の繁殖を抑制する薬剤の薬剤感受性を評価するための液体の物性を計測するために、基板の一方の主面から他方の主面に貫通する複数の貫通孔の他方の主面側を覆うように配列された複数個のセンサＩＣと、各センサＩＣの計測対象の前記液体を収容するために各センサＩＣに対応する前記貫通孔の内壁により形成される複数個のマイクロウェルとを備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0018】

本発明の一態様によれば、薬剤毎に薬液濃度を考慮した薬剤感受性を一度に評価することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】実施形態１に係るセンサモジュールの斜視図である。

【図2】図１に示される面Ａ´Ｂ´に沿った断面図である。

【図3】上記センサモジュールに形成されたマイクロウェルに液体が収容された状態を示す断面図である。

【図4】上記マイクロウェルから溢れ出した液体がマイクロウェル間に形成された溝に溜まった状態を示す断面図である。

【図5】上記マイクロウェルと、上記センサモジュールのセンサＩＣが形成された基板に実装されたチップ部品との間の関係を示す断面図である。

【図6】上記センサＩＣの表面の構成を説明するための図である。

【図7】上記マイクロウェルの上に蓋を載せた状態を示す断面図である。

【図8】上記マイクロウェルの上に他の蓋を載せた状態を示す断面図である。

【図9】上記センサモジュールの外形を説明するための平面図である。

【図10】上記センサモジュールの変形例を示す平面図である。

【図11】上記センサモジュールの他の変形例を示す平面図である。

【図12】上記センサモジュールのさらに他の変形例を示す平面図である。

【図13】実施形態２に係るセンサモジュールの平面図である。

【図14】上記センサモジュールの変形例を示す平面図である。

【図15】上記センサモジュールの変形例を示す平面図である。

【図16】実施形態３に係るセンサモジュールに設けられたセンサチップの断面図である。

【図17】上記センサチップが複数個搭載されたセンサモジュールの断面図である。

【図18】樹脂部を追加した上記センサモジュールの断面図である。

【図19】実施形態４に係るセンサＩＣの平面図である。

【図20】上記センサＩＣに形成されたセンサ素子の概略構成を示すブロック図である。

【図21】実施形態５に係るセンサＩＣにマイクロウェルを形成したセンサチップ上で薬剤感受性評価を行う手順を示す断面図である。

【図22】上記センサＩＣにマイクロウェルを形成したセンサチップ上で薬剤感受性評価を行う手順を示す断面図である。

【図23】上記センサＩＣにマイクロウェルを形成したセンサチップ上で薬剤感受性評価を行う手順を示す断面図である。

【図24】上記センサＩＣにマイクロウェルを形成したセンサチップ上で薬剤感受性評価を行う手順を示す断面図である。

【図25】上記センサＩＣにマイクロウェルを形成したセンサチップ上で薬剤感受性評価を行う手順を示す断面図である。

【図26】上記センサＩＣにマイクロウェルを形成したセンサチップ上で薬剤感受性評価を行う手順を示す断面図である。

【図27】上記センサＩＣにマイクロウェルを形成したセンサチップ上で薬剤感受性評価を行う手順を示す断面図である。

【図28】実施形態６に係るイオン感応性電界効果トランジスタが設けられたセンサＩＣの平面図である。

【図29】上記イオン感応性電界効果トランジスタの断面図である。

【図30】実施形態７に係るセンサモジュールの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

〔実施形態１〕
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。図１は実施形態１に係るセンサモジュール１の斜視図である。図２は図１に示される面Ａ´Ｂ´に沿った断面図である。図３はセンサモジュール１に形成されたマイクロウェル１０２Ａ・１０２Ｂに被検査体１０６Ａ・１０６Ｂ（液体）が収容された状態を示す断面図である。図４はマイクロウェル１０２Ａ・１０２Ｂから溢れ出した被検査体１０６Ａ・１０６Ｂがマイクロウェル１０２Ａ・１０２Ｂ間に形成された溝１０５に溜まった状態を示す断面図である。図５はマイクロウェル１０２Ａ・１０２Ｂと、センサモジュール１のセンサＩＣ１０３Ａ～１０３Ｆが形成された基板１００に実装されたチップ部品１０９（電子部品）との間の関係を示す断面図である。

【0021】

センサモジュール１は、微生物の繁殖を抑制する薬剤の薬剤感受性を評価するための液体の物性を計測するために、基板１００上に２行３列に配列された６個のセンサＩＣ１０３Ａ～１０３Ｆと、各センサＩＣ１０３Ａ～１０３Ｆの計測対象の被検査体１０６Ａ・１０６Ｂ（液体）を収容するために各センサＩＣ１０３Ａ～１０３Ｆの表面の周縁を覆うように基板１００上に各センサＩＣ１０３Ａ～１０３Ｆに対応して２行３列に形成された６個のマイクロウェル１０２Ａ・１０２Ｂとを備える。

【0022】

本実施形態では１つのセンサモジュール１に６個のセンサＩＣ１０３Ａ～１０３Ｆを搭載する例を説明するが、搭載するセンサＩＣの個数は、目的とする薬剤感受性試験などに必要な数に組むことが出来るので、センサＩＣを効率的に、かつ柔軟に搭載し対応することが出来る。センサＩＣの個数は、複数個であればいくつでも良い。

【0023】

センサモジュール１は、マイクロウェル１０２Ａに収容された被検査体１０６Ａのマイクロウェル１０２Ｂに収容された被検査体１０６Ｂへの混入を防止するために、互いに隣接するマイクロウェル１０２Ａ・１０２Ｂの間に形成された溝１０５をさらに備える。

【0024】

センサモジュール１は、基板１００上に実装されたチップ部品１０９をさらに備える。マイクロウェル１０２Ａ・１０２Ｂは、チップ部品１０９を覆うように形成される。

【0025】

マイクロウェル１０２Ａ・１０２Ｂの基板１００からの高さは互いに等しい。

【0026】

センサモジュール１は、外部制御部１１０との通信により制御される。

【0027】

各センサＩＣ１０３Ａ～１０３Ｆは、電源供給や外部との通信のために、例えば複数のワイヤボンド１０４Ａ・１０４Ｂを介して基板１００上の配線と接続する。外部との通信や電源との接続は、基板１００上の配線に繋がるコネクタ（図示せず）等を利用し、外部制御部１１０とデータのやり取りを行う。

【0028】

マイクロウェル１０２Ａ・１０２Ｂと一体に形成された樹脂部１０１が基板１００上に配置される。この樹脂部１０１は、基板１００と、センサＩＣ１０３Ａ～１０３Ｆの表面の周縁と、ワイヤボンド１０４Ａ・１０４Ｂとを覆うように形成される。樹脂部１０１は、後述する被検査体１０６Ａ・１０６Ｂとワイヤボンド１０４Ａ、１０４Ｂとの接触防止、及び、センサモジュール１の剛性を高めるために配置される。

【0029】

本実施形態では、センサＩＣ１０３Ａ～１０３Ｆの表面の周縁を除いた箇所はマイクロウェル１０２Ａ・１０２Ｂで覆わない。これは、センサＩＣ１０３Ａ～１０３Ｆの表面に後述するセンサ素子１０８が配置されているためである。センサＩＣ１０３Ａ～１０３Ｆの表面の周縁にはウェル１０２Ａ・１０２Ｂが形成される。このウェル１０２Ａ・１０２Ｂは、センサＩＣ１０３Ａ～１０３Ｆ上に被検査体１０６Ａ・１０６Ｂを留めるために設けられる。そして、ウェル１０２Ａ・１０２Ｂ間に溝１０５が形成される。

【0030】

被検査体１０６Ａ・１０６Ｂは、ウェル１０２Ａ・１０２Ｂの内部に、図３に示すように、適量注入される。そして、センサＩＣ１０３Ａ～１０３Ｆに形成されるセンサ素子１０８（図６、図２０）により被検査体１０６Ａ・１０６Ｂの特性が評価される。

【0031】

被検査体１０６Ａ・１０６Ｂをウェル１０２Ａ・１０２Ｂに注入した時に、多く注入し過ぎたなどで、図４に示すように、ウェル１０２Ａ・１０２Ｂから被検査体１０６Ａ・１０６Ｂが溢れた場合、溢れ出した被検査体１０６Ａ・１０６Ｂは被検査体１０７として溝１０５に溜まる。このため、ウェル１０２Ａ内に収容された被検査体１０６Ａとウェル１０２Ｂ内に収容された被検査体１０６Ｂとが互いに混ざり合うことは無い。従って、被検査体１０６Ａ・１０６Ｂの溶液のコンタミネーション（汚染）を防ぐことが出来る。

【0032】

また、樹脂部１０１は、ワイヤボンド１０４Ａ・１０４Ｂ及びチップ部品１０９を覆うように基板１００上に形成されているので、ウェル１０２Ａ・１０２Ｂから溢れ出した被検査体１０６Ａ・１０６Ｂが、ワイヤボンド１０４Ａ・１０４Ｂ及びチップ部品１０９と接触することを防止することができる。

【0033】

図６はセンサＩＣ１０３Ａ・１０３Ｂの表面の構成を説明するための図である。センサＩＣ１０３Ａは、被検査体１０６Ａの物性を感知する複数個のセンサ素子１０８と、複数個のセンサ素子１０８を制御するための制御回路１１１とを有する。センサＩＣ１０３Ａは、センサ素子１０８がアレイ上にＮ個配置されたセンサアレイを構成する。

【0034】

センサＩＣ１０３Ｂ～１０３ＦもセンサＩＣ１０３Ａと同様に構成される。

【0035】

センサモジュール１は、各制御回路１１１とバス１１２を介して通信することにより、センサ素子１０８により感知された被検査体１０６Ａ・１０６の物性を表すデータを取得する外部制御部１１０をさらに備える。

【0036】

各制御回路１１１は、Ｉ２Ｃなどのシリアルバス・インターフェースを含み、個々のセンサ素子１０８の制御、データ取得、データ転送などを実行し、バス１１２を通して外部制御部１１０との通信を行う。外部制御部１１０は、センサＩＣ１０３Ａ～１０３Ｆにそれぞれ固有アドレスを割り当て、当該固有アドレスを指定してシリアル通信を行うことで、個々のセンサＩＣ１０３Ａ～１０３Ｆに設けられたセンサ素子１０８のデータを取得する。

【0037】

図７はマイクロウェル１０２Ａ・１０２Ｂの上に蓋１２０を載せた状態を示す断面図である。蓋１２０は、被検査体１０６Ａ・１０６Ｂの物性を長時間に亘って計測する間に、被検査体１０６Ａ・１０６Ｂが蒸発することを防ぐために利用する。この場合、蓋１２０は板状であるため、ウェル１０２Ａ・１０２Ｂの基板１００からの高さは均一であることが望ましい。

【0038】

図８はマイクロウェル１０２Ａ・１０２Ｂの上に他の蓋１２１を載せた状態を示す断面図である。図８に示すように、被検査体１０６Ａ・１０６Ｂの上面に向かって突出して当該上面に接触するような形状を有する蓋１２１を形成しても良い。この場合もウェル１０２Ａ・１０２Ｂの基板１００からの高さが均一であると蓋１２１を形成するのに都合が良い。

【0039】

図９はセンサモジュール１の外形を説明するための平面図である。センサモジュール１の基板１００の外形は、短辺が２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下、長辺が７０ｍｍ以上８０ｍｍ以下程度の寸法で構成されている。このため、センサモジュール１は、一般的なスライドガラスを利用する正立光学顕微鏡の試料を載せるステージにセットすることができる。従って、センサモジュール１は、上側から正立光学顕微鏡で観察するために最適な寸法を有しており、汎用性が高くなる。

【0040】

図１０はセンサモジュール１の変形例を示す平面図である。図１１はセンサモジュール１の他の変形例を示す平面図である。図１２はセンサモジュール１のさらに他の変形例を示す平面図である。

【0041】

前述したセンサモジュール１では、図９に示すように、ウェル１０２Ａ・１０２Ｂの外周及び内周を正方形状に形成した例を図示したが、図１０に示すように、円形状にウェル１０２Ａ・１０２Ｂの外周及び内周を形成しても良い。また図１１に示すように、内周の角が丸みを帯びた形状にウェル１０２Ａ・１０２Ｂを形成しても良い。さらに、図１２に示すように、内周の角に加えて外周の角も丸みを帯びた形状に形成しても良い。

【0042】

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

【0043】

図１３は実施形態２に係るセンサモジュール１Ａの平面図である。前述した実施形態１のセンサＩＣ１０３Ａ～１０３Ｆは、すべて同一のセンサ素子１０８をアレイ形状に並べて構成したものとして説明した。実施形態２に係るセンサモジュール１Ａでは、図１３に示すように、異なる種類のセンサ素子１０８・１０８ａ・１０８ｂ・１０８ｃ・１０８ｄをアレイ形状に並べて、各センサＩＣを構成する。例えば、図１３に示す例では、最も左側の列には複数のセンサ素子１０８をアレイ状に並べたセンサＩＣが３個配列される。そして、左から２番目の列には複数のセンサ素子１０８ａをアレイ状に並べたセンサＩＣが３個配列される。そして、左から３番目の列には複数のセンサ素子１０８ｂをアレイ状に並べたセンサＩＣが３個配列され、左から４番目の列には複数のセンサ素子１０８ｃをアレイ状に並べたセンサＩＣが３個配列され、一番右側の列には複数のセンサ素子１０８ｄをアレイ状に並べたセンサＩＣが３個配列される。

【0044】

このように、それぞれ異なるセンサ素子１０８・１０８ａ・１０８ｂ・１０８ｃ・１０８ｄが並べられたセンサＩＣが５列並べて配置される（並べ方は５列に限らない）。この場合、５種類の異なるセンサＩＣがセンサモジュール１Ａに存在するため、被検査体について同じ時間に同じ経時変化を確認する場合に、例えば、センサ素子１０８の列の被検査体では誘電率の変化を測定し、センサ素子１０８ａの列の被検査体ではイオン感応性変化を測定するなどができる。このため、被検査体について異なる視点から複合的な情報を取得することができる。

【0045】

図１４及び図１５はセンサモジュール１Ａの変形例を示す平面図である。１個のセンサＩＣの上に互いに異なる複数種類のセンサ素子を配列してもよい。例えば、図１４及び図１５に示す例では、１個のセンサＩＣの上に複数のセンサ素子１０８と複数のセンサ素子１０８ａとが配列される。

【0046】

この場合は、同じウェル内の同じ評価条件で、被検査体について薬剤感受性試験に関する複数の複合的な情報を取得することができる。このため、微生物の新たな特性を見分けられることが可能になる。

【0047】

〔実施形態３〕
本発明のさらに他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

【0048】

図１６は実施形態３に係るセンサモジュール１Ｂに設けられたセンサチップ１０の断面図である。図１７はセンサチップ１０が複数個搭載されたセンサモジュール１Ｂの断面図である。図１８は樹脂部１０１を追加したセンサモジュール１Ｂの断面図である。

【0049】

センサモジュール１Ｂは、基板１００の上に搭載される複数のセンサチップ１０を備える。各センサチップ１０は、センサＩＣ１０３と、基板１００に実装される複数の電極１１８と、センサＩＣ１０３の表面と電極１１８とを接続する複数のワイヤボンド１１４と、センサＩＣ１０３の表面の周縁と複数のワイヤボンド１１４と複数の電極１１８とを覆うように形成されたマイクロウェル１０２とを含む。このように、センサチップ１０は、マイクロウェル１０２内のセンサＩＣ１０３の表面に被検査体の溶液を収容できるように構成される。

【0050】

このように、単一のセンサモジュール１Ｂに複数のセンサチップ１０を搭載することができる。搭載するセンサチップ１０は、目的とする薬剤感受性試験等に必要な数に組むことが出来るので、センサＩＣ１０３を効率的に、かつ柔軟に搭載し対応することが出来る。

【0051】

図１８に示すように、樹脂部１０１を基板１００の上のセンサチップ１０のマイクロウェル１０２の間に追加してもよい。これにより、液体など被検査体（図示せず）がマイクロウェル１０２から溢れても、基板１００には直接かからない構成になるので、漏電などのリスクを減らすことができる。

【0052】

〔実施形態４〕
本発明のさらに他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

【0053】

（センサ素子１０８の構成）
図１９は実施形態４に係るセンサＩＣ１０３の平面図である。図２０はセンサＩＣ１０３に形成されたセンサ素子１０８の概略構成を示すブロック図である。

【0054】

センサＩＣ１０３は、前述したセンサＩＣ１０３Ａ～１０３Ｆに相当する。前述したセンサＩＣ１０３Ａ～１０３Ｆのセンサ素子１０８は、発振回路１３０により構成することができる。発振回路１３０は、インダクタ１４とキャパシタ１５とを含む共振器１３及び差動回路１９を備える。

【0055】

発振回路１３０は、被検査体の物性（誘電率）に応じて発振周波数を変化させ、物性を感知するセンサ部として機能する。共振器１３は、差動回路１９の差動入力間に形成されたＬＣ回路である。差動回路１９は、例えば、互いにクロスカップルされたトランジスタから成る差動回路のような、公知の差動回路を適宜用いてよい。センサＩＣ１０３は、センサ素子１０８である発振回路１３０をアレイ状に配置することで、センサＩＣ１０３の表面における被検査体の物性の評価結果の分布図などを取得することができる。

【0056】

〔実施形態５〕
本発明のさらに他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

【0057】

図２１～図２７はセンサＩＣ１０３にマイクロウェル１０２を形成したセンサチップ１０上で薬剤感受性評価を行う手順を示す断面図である。簡便のために、図２１に示すセンサＩＣ１０３にマイクロウェル１０２を形成したセンサチップ１０上で薬剤感受性評価を行う場合を説明する。

【0058】

まず、菌を含む参照液体１１６Ａを図２２に示すようにウェル１０２に注入する。次に、参照液体１１６Ａに薬剤Ａを投薬して図２３に示すように混合溶液１１６Ｂを生成する。そして、混合溶液１１６Ｂの周辺温度や状態が安定したことを確認した後、初期状態として評価する。図２０に示したセンサ素子１０８である発振回路１３０の場合、有効な各発振回路１３０の発振周波数を記録する。この初期状態から、薬剤Ａの効果がない菌は増殖を行っているので、時間が経つについて、薬剤Ａの効果が確認できるようになる。

【0059】

図２４では、薬剤Ａにより細菌増殖が抑えられた例を示す。この場合、数時間及び数日経っても、溶液１１６Ｃは溶液１１６Ｂとさほど変化はないため、図２０に示す発振回路１３０で溶液１１６Ｃを評価した発振周波数は、図２３の溶液１１６Ｂを評価した発振回路１３０の発振周波数と大きな違いは見られない。従って、薬剤Ａは細菌増殖の抑制に効果があると判定される。

【0060】

次に、細菌増殖が抑えられない例を示す。

【0061】

まず、菌を含む参照液体１１６Ａを図２５に示すようにウェル１０２に注入した後、参照液体１１６Ａに薬剤Ｂを投薬して図２６に示すように混合溶液１１７Ｂを生成する。そして、混合溶液１１７Ｂの周辺温度や状態が安定したことを確認した後、初期状態として評価する。次に、数時間及び数日経つと、細菌増殖により溶液１１７Ｃは溶液１１７Ｂと比較して大きな変化がみられ、図２０に示す発振回路１３０で評価した発振周波数は、図２６の混合溶液１１７Ｂを評価した発振回路１３０の発振周波数と大きな違いがみられる。この２つの混合溶液１１７Ｂ・１１７Ｃの発振周波数の差があらかじめ実験により決定した周波数よりも大きい発振回路１３０を含むセンサＩＣ１０３上に投薬した薬剤Ｂは細菌増殖を抑えられないと判定される。

【0062】

〔実施形態６〕
本発明のさらに他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

【0063】

図２８は実施形態６に係るイオン感応性電界効果トランジスタ１３１（ＩＳＦＥＴ、Ion Sensitive Field Effect Transistor）が設けられたセンサＩＣ１０３の平面図である。図２９は上記ＩＳＦＥＴ１３１の断面図である。

【0064】

センサＩＣ１０３にアレイ状に配置される複数のセンサ素子１０８は、液体中の特定イオン量を検知する複数のＩＳＦＥＴ１３１であってもよい。センサ素子１０８となるＩＳＦＥＴ１３１は、液体中の特定イオンに選択的に応答し、その特定イオンの濃度に対応する電極電位をゲート電極１３２に発生させるセンサである。ＩＳＦＥＴ１３１は、ソース電極１３３・ドレイン電極１３４の間をチャンネル１３５を通って流れる電流値を検知することで、液体中の特定イオン量を検知することができる。

【0065】

複数のＩＳＦＥＴ１３１をアレイ状にセンサＩＣ１０３に配置することで、センサＩＣ１０３上の表面における評価結果の分布図などを取得することができる。

【0066】

〔実施形態７〕
図３０は実施形態７に係るセンサモジュール１Ｃの断面図である。図３０では、センサＩＣ１０３Ａ・１０３Ｂの図１に示される面Ａ´Ｂ´に沿った別の一例の断面が示されている。

【0067】

センサモジュール１Ｃは、微生物の繁殖を抑制する薬剤の薬剤感受性を評価するための液体の物性を計測するために、基板１００Ｃの一方の主面から他方の主面に貫通する複数の貫通孔１３６の他方の主面側を覆うように配列された複数個のセンサＩＣ１０３Ａ・１０３Ｂと、各センサＩＣ１０３Ａ・１０３Ｂの計測対象の液体を収容するために各センサＩＣ１０３Ａ・１０３Ｂに対応する貫通孔１３６の内壁により形成される複数個のマイクロウェル１０２Ｃ・１０２Ｄとを備える。

【0068】

センサモジュール１Ｃでは、基板１００Ｃに貫通穴１３６を開け、その貫通穴１３６を覆うようにセンサＩＣ１０３Ａ・１０３Ｂを基板１００Ｃの裏側から複数のバンプ１４１にて実装する。そして、そのバンプ１４１の周りを樹脂などで作成するアンダーフィル１４２で埋めることでバンプ１４１に浸水することを防ぐ。センサモジュール１Ｃに形成されるマイクロウェル１０２Ａ・１０２Ｂは、基板１００Ｃにあけた貫通穴１３６となる。マイクロウェル１０２Ａ・１０２Ｂとなる貫通穴１３６の周りにレジストなどで形成された壁１４３を、貫通穴１３６を囲うように配置して、マイクロウェル１０２Ｃ・１０２Ｄの間に溝１０５を形成する。図示しない被検査体（液体）をマイクロウェル１０２Ｃ・１０２Ｄへ収容したときに、マイクロウェル１０２Ｃ・１０２Ｄから被検査体が溢れ出したとしても、マイクロウェル１０２Ｃ・１０２Ｄ間に形成された溝１０５に被検査体を溜めることができる。

【0069】

〔まとめ〕
本発明の態様１に係るセンサモジュール１・１Ａ・１Ｂは、微生物の繁殖を抑制する薬剤の薬剤感受性を評価するための液体（被検査体１０６Ａ・１０６Ｂ）の物性を計測するために、基板１００上に配列された複数個のセンサＩＣ１０３、１０３Ａ～１０３Ｆと、各センサＩＣ１０３、１０３Ａ～１０３Ｆの計測対象の前記液体（被検査体１０６Ａ・１０６Ｂ）を収容するために各センサＩＣ１０３、１０３Ａ～１０３Ｆの表面の周縁を覆うように前記基板１００上に各センサＩＣ１０３、１０３Ａ～１０３Ｆに対応して形成された複数個のマイクロウェル１０２・１０２Ａ・１０２Ｂとを備える。

【0070】

この特徴によれば、微生物の繁殖を抑制する薬剤の薬剤感受性を評価するための液体の物性を計測する複数個のセンサＩＣが基板上に配列される。そして、各センサＩＣの計測対象の液体を収容するために各センサＩＣの表面の周縁を覆う複数個のマイクロウェルが基板上に各センサＩＣに対応して形成される。このため、計測対象の複数種類の薬剤と微生物とを含む複数種類の液体を複数個のセンサＩＣに対応する複数個のマイクロウェルに収容することができる。従って、薬剤毎に薬液濃度を考慮した薬剤感受性を一度に評価することができる。

【0071】

本発明の態様２に係るセンサモジュール１・１Ａ・１Ｂは、上記態様１において、前記複数個のマイクロウェルのうちの一つ（マイクロウェル１０２Ａ）に収容された液体（被検査体１０６Ａ）の前記複数個のマイクロウェルのうちの他の一つ（マイクロウェル１０２Ｂ）に収容された液体（被検査体１０６Ｂ）への混入を防止するために、互いに隣接するマイクロウェル１０２Ａ・１０２Ｂの間に形成された溝１０５をさらに備えることが好ましい。

【0072】

上記構成によれば、マイクロウェルから溢れた液体を溝に溜めることができる。

【0073】

本発明の態様３に係るセンサモジュール１・１Ａ・１Ｂは、上記態様１において、基板１００上に実装された電子部品（チップ部品１０９）をさらに備え、前記マイクロウェル１０２・１０２Ａ・１０２Ｂが、前記電子部品（チップ部品１０９）を覆うように形成されることが好ましい。

【0074】

上記構成によれば、マイクロウェルから溢れた液体が電子部品と接触することを防止することができる。

【0075】

本発明の態様４に係るセンサモジュール１・１Ａ・１Ｂは、上記態様１において、前記基板１００が、その表面に形成される電極１１８を有し、前記センサＩＣ１０３、１０３Ａ～１０３Ｆの表面と前記電極１１８とを接続するワイヤボンド１０４Ａ・１０４Ｂをさらに備え、前記マイクロウェル１０２・１０２Ａ・１０２Ｂが、前記ワイヤボンド１０４Ａ・１０４Ｂを覆うように形成されることが好ましい。

【0076】

上記構成によれば、マイクロウェルから溢れた液体がワイヤボンドと接触することを防止することができる。

【0077】

本発明の態様５に係るセンサモジュール１・１Ａ・１Ｂは、上記態様１において、各センサＩＣ１０３、１０３Ａ～１０３Ｆが、前記液体（被検査体１０６Ａ・１０６Ｂ）の物性を感知する複数個のセンサ素子１０８と、前記複数個のセンサ素子１０８を制御するための制御回路１１１とを有し、各制御回路１１１と通信することにより、前記センサ素子１０８により感知された前記液体（被検査体１０６Ａ・１０６Ｂ）の物性を表すデータを取得する外部制御部１１０をさらに備えることが好ましい。

【0078】

上記構成によれば、微生物の繁殖を抑制する薬剤の薬剤感受性を評価するための液体の物性を複数個のセンサ素子により計測することができる。

【0079】

本発明の態様６に係るセンサモジュール１・１Ａ・１Ｂは、上記態様１において、前記複数個のマイクロウェル１０２・１０２Ａ・１０２Ｂの高さが互いに等しいことが好ましい。

【0080】

上記構成によれば、長時間の計測時に液体が蒸発することを防ぐための蓋を単純な構成で設けることができる。

【0081】

本発明の態様７に係るセンサモジュール１・１Ａ・１Ｂは、上記態様１において、前記基板１００は、短辺が２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下、長辺が７０ｍｍ以上８０ｍｍ以下の長方形に形成されていることが好ましい。

【0082】

上記構成によれば、基板が顕微鏡で観察するのに最適なサイズとなり、センサモジュールの汎用性が高まる。

【0083】

本発明の態様８に係るセンサモジュール１・１Ａ・１Ｂは、上記態様５において、前記液体（被検査体１０６Ａ・１０６Ｂ）の物性が、第１物性と第２物性とを含み、前記複数個のセンサＩＣ１０３、１０３Ａ～１０３Ｆのうちの一部の複数個のセンサ素子１０８が、前記液体の第１物性を計測するように構成されたセンサ素子であり、前記複数個のセンサＩＣ１０３、１０３Ａ～１０３Ｆのうちの他の一部の複数個のセンサ素子１０８が、前記液体（被検査体１０６Ａ・１０６Ｂ）の第２物性を計測するように構成されたセンサ素子であることが好ましい。

【0084】

上記構成によれば、第１物性と第２物性とを計測できるので、異なる視点から液体の複合的な情報を取得することができる。

【0085】

本発明の態様９に係るセンサモジュール１・１Ａ・１Ｂは、上記態様５において、前記液体（被検査体１０６Ａ・１０６Ｂ）の物性が、第１物性と第２物性とを含み、前記センサＩＣ１０３、１０３Ａ～１０３Ｆの複数個のセンサ素子１０８のうちの一部が、前記液体（被検査体１０６Ａ・１０６Ｂ）の第１物性を計測するように構成されたセンサ素子であり、前記複数個のセンサ素子１０８のうちの他の一部が、前記液体（被検査体１０６Ａ・１０６Ｂ）の第２物性を計測するように構成されたセンサ素子であることが好ましい。

【0086】

上記構成によれば、同じマイクロウェル内の同じ評価条件で、液体について薬剤感受性試験に関する複数の複合的な情報を取得することができる。このため、微生物の新たな特性を見分けられることが可能になる。

【0087】

本発明の態様１０に係るセンサモジュール１・１Ａ・１Ｂは、上記態様９において、前記第１物性が前記液体（被検査体１０６Ａ・１０６Ｂ）の誘電率を含み、前記第２物性が前記液体（被検査体１０６Ａ・１０６Ｂ）のイオン感応性を含むことが好ましい。

【0088】

上記構成によれば、誘電率とイオン感応性とを計測できるので、異なる視点から液体の複合的な情報を取得することができる。

【0089】

本発明の態様１１に係るセンサモジュール１・１Ａ・１Ｂは、上記態様５において、前記センサ素子１０８が、前記液体（被検査体１０６Ａ・１０６Ｂ）の誘電率に応じて発振周波数を変化させる発振回路１３０と、前記液体（被検査体１０６Ａ・１０６Ｂ）中の特定イオンを検知するイオン感応性電界効果トランジスタ１３１との少なくとも一方を含むことが好ましい。

【0090】

上記構成によれば、誘電率とイオン感応性との少なくとも一方を計測することができる。

【0091】

本発明の態様１２に係るセンサモジュールは、微生物の繁殖を抑制する薬剤の薬剤感受性を評価するための液体の物性を計測するために、基板１００Ｃの一方の主面から他方の主面に貫通する複数の貫通孔１３６の他方の主面側を覆うように配列された複数個のセンサＩＣ１０３Ａ・１０３Ｂと、各センサＩＣ１０３Ａ・１０３Ｂの計測対象の前記液体を収容するために各センサＩＣ１０３Ａ・１０３Ｂに対応する前記貫通孔１３６の内壁により形成される複数個のマイクロウェル１０２Ｃ・１０２Ｄとを備える。

【0092】

この特徴によれば、微生物の繁殖を抑制する薬剤の薬剤感受性を評価するための液体の物性を計測する複数個のセンサＩＣが、基板の一方の主面から他方の主面に貫通する複数の貫通孔の他方の主面側を覆うように配列される。そして、各センサＩＣの計測対象の液体を収容するために各センサＩＣに対応する前記貫通孔の内壁により複数個のマイクロウェルが形成される。このため、計測対象の複数種類の薬剤と微生物とを含む複数種類の液体を複数個のセンサＩＣに対応する複数個のマイクロウェルに収容することができる。従って、薬剤毎に薬液濃度を考慮した薬剤感受性を一度に評価することができる。

【0093】

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0094】

１ センサモジュール
１００ 基板
１０３、１０３Ａ～１０３Ｆ センサＩＣ
１０２、１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄ マイクロウェル
１０４Ａ ワイヤボンド
１０４Ｂ ワイヤボンド
１０５ 溝
１０６Ａ 被検査体（液体）
１０６Ｂ 被検査体（液体）
１０８ センサ素子
１０９ チップ部品（電子部品）
１１０ 外部制御部
１１１ 制御回路
１１８ 電極
１３０ 発振回路（センサ素子）
１３１ イオン感応性電界効果トランジスタ（センサ素子）
１３６ 貫通孔

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】