T6tl2通過(guò)加熱器308加熱dNTP溶液時(shí)，DNA聚合酶被激活。如果DNA和dNTP結(jié)合，則產(chǎn)生氫離子pH變化，因此與之對(duì)應(yīng)地ISFET114的閾值也變化。當(dāng)在后續(xù)的時(shí)刻T6tl4注入清洗液時(shí)，沖洗dNTP溶液的成分、作為反應(yīng)生成物的氫離子，單元中充滿清洗液，恢復(fù)與時(shí)刻Ttl相同的狀態(tài)。另外，通過(guò)注入清洗液，ISFET114被冷卻到比DNA聚合酶的最適溫度低的低溫。
[0083]圖9是表示ISFET陣列芯片1002中的ISFET陣列304、選擇電路305、讀出電路309的結(jié)構(gòu)例子的電路圖。選擇電路305由普通的η比特解碼器和驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成，根據(jù)從控制器312賦予的η條行地址，將2~η條行選擇線WL中的一個(gè)激活。ISFET陣列304將ISFET114和用于選擇ISFET114的選擇晶體管二維狀地排列在行選擇線WL和數(shù)據(jù)線DLA的交點(diǎn)上。各個(gè)單元2303由2個(gè)選擇晶體管1200、1202和ISFET114構(gòu)成。各個(gè)單元與行選擇線WLk、源極線SLk、數(shù)據(jù)線SLAk、DLBk連接。當(dāng)根據(jù)行地址將第j個(gè)WLj激活為H狀態(tài)時(shí)，在與WLj連接的全部單元中，選擇晶體管成為導(dǎo)通狀態(tài)，同一 WLj上的全部ISFET114分別與源極線SL和數(shù)據(jù)線DLA連接。在圖9中，表示了全部晶體管是NMOS的例子，但當(dāng)然也可以用PMOS構(gòu)成全部晶體管。在該情況下，行選擇線WL的邏輯反轉(zhuǎn)。
[0084]源極線SLk、數(shù)據(jù)線DLAk、DLBk與讀出電路309中的第k個(gè)放大器2303_k連接。本放大器由2個(gè)普通的恒流源1700和1704、2個(gè)放大器1701和1702、以及輸出用放大器1703和晶體管1705構(gòu)成。接著，說(shuō)明讀出ISFET114的信號(hào)時(shí)的各放大器的動(dòng)作。
[0085]恒流源1700和1703將恒定的電流引向接地。放大器1701和1702是放大率為I倍的電壓跟隨器結(jié)構(gòu)的放大器，可以由普通的差動(dòng)放大電路實(shí)現(xiàn)。通過(guò)這些放大器，在DLAk和DLBk之間產(chǎn)生由流過(guò)晶體管1705和恒流源1704的恒定電流Id決定的恒定電壓VAB。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，ISFET陣列中的選擇ISFET的源極-漏極電壓Vds大致以恒定值VAB被固定，另外漏極電流被固定為由恒流源1700決定的恒定電流Id。如果ISFET114在線性區(qū)域中進(jìn)行動(dòng)作，則漏極電流Id、柵極-源極間電壓Vgs、源極-漏極間電壓Vds滿足下述公式I。β是ISFET114特有的常數(shù)，Vth是ISFET114的晶體管閾值。
[0086]Id = β {(Vgs - Vth) - l/2XVds} XVds (公式 I)
[0087]當(dāng)設(shè)為由于溶液中的離子，ISFET114的閾值偏差A(yù)Vth時(shí)，如果加入通過(guò)放大器2302-k漏極電流Id恒定，源極-漏極電壓Vds恒定這樣的動(dòng)作條件，則下述公式2成立。
[0088]Id = β {(Vgs，— (Vth+ ΔVth)) — l/2XVds} XVds (公式 2)
[0089]因?yàn)镮d不是0，所以如果將公式(I)除以公式(2)進(jìn)行整理，則得到下述公式3。
[0090]Vgs’ 一Vgs = Δ Vth (公式 3)
[0091]如果根據(jù)公式3固定柵極電壓、即參照電極109的電壓，則作為源極電位的變動(dòng)輸出ISFET114的閾值變動(dòng)。Vds是恒定的，因此源極電位的變動(dòng)成為漏極電位的變動(dòng)，結(jié)果從放大器輸出端子Ok輸出Λ Vth。其中，因?yàn)樵贏Vth中重疊了偏移、背景，因此如后述的圖10所示那樣，通過(guò)圖7的流程圖對(duì)延伸信號(hào)和這些噪聲在時(shí)間上進(jìn)行分離，謀求高精度地只讀取延伸信號(hào)。
[0092]在圖9所示的電路圖中，通過(guò)選擇電路305選擇多個(gè)ISFET114中的任意一個(gè)，通過(guò)讀出電路309讀出其輸出，但是只要ISFET陣列芯片1002的數(shù)據(jù)輸出引腳的個(gè)數(shù)允許，可以對(duì)每個(gè)ISFET114設(shè)置輸出引腳。另外，也可以在ISFET陣列芯片1002上安裝A/D變換器，在將ISFET114的輸出變換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)后輸出。在該情況下，從ISFET陣列芯片1002到數(shù)據(jù)處理裝置311的通信路徑被數(shù)字化，因此對(duì)路徑上的干擾噪聲的耐性提高。
[0093]圖10是通過(guò)圖9的電路讀出執(zhí)行了圖7的流程時(shí)的一個(gè)ISFET114的閾值變動(dòng)所得到的信號(hào)波形。如前面說(shuō)明的那樣，如果在時(shí)刻T6tll向單元注入dNTP溶液，則從ISFETl 14輸出重疊了因漂移和偏移造成的波形成分1301和背景成分1300的信號(hào)。如果單元被dNTP溶液充滿，則信號(hào)的變化率逐漸減少，而接近某值。在開始注入試劑溶液108后經(jīng)過(guò)了某種程度的時(shí)間后的時(shí)刻T6tl2，通過(guò)加熱器308對(duì)試劑溶液108進(jìn)行加熱從而將DNA聚合酶激活。如果DNA和dNTP結(jié)合，則產(chǎn)生氫離子pH變化，因此在ISFET114的輸出信號(hào)內(nèi)出現(xiàn)延伸信號(hào)1302。在沒(méi)有延伸反應(yīng)的情況下，不產(chǎn)生氫離子，因此不出現(xiàn)延伸信號(hào)1302。如果在時(shí)刻T6tl4注入清洗液，則沖洗dNTP溶液的成分、作為反應(yīng)生成物的氫離子，單元中被清洗液充滿，因此恢復(fù)為初始的信號(hào)值。
[0094]如此依照?qǐng)D7所示的流程圖在開始注入試劑溶液108后，恰當(dāng)?shù)卦诮Y(jié)束注入試劑溶液108后產(chǎn)生觸發(fā)，由此能夠?qū)⒈尘俺煞?300的變化和延伸信號(hào)1302在時(shí)間上分離。
[0095]并且，如果從時(shí)刻T6tl2W后的信號(hào)值減去通過(guò)加熱器308進(jìn)行加熱緊前的信號(hào)值、即包含漂移和偏移的成分1301、背景成分1300的信號(hào)值，則能夠容易地得到不包含這些噪聲的延伸信號(hào)波形。
[0096]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，不需要專利文獻(xiàn)2所記載的使用了多個(gè)空阱的背景推定處理，能夠大幅地減輕處理。另外，使用測(cè)定延伸信號(hào)1302的ISFET114自身的測(cè)定值執(zhí)行減法處理，因此也不會(huì)受到ISFETl 14的特性離散的影響。
[0097]<實(shí)施方式1:變形例子>
[0098]在以上的說(shuō)明中，表示了使用清洗液和dNTP對(duì)單元進(jìn)行冷卻，使用芯片上的加熱器308加熱單元而引起延伸反應(yīng)的例子，但控制溫度的方法并不限于此。例如，也可以使帕耳帖元件等冷卻機(jī)構(gòu)與ISFET陣列芯片1002接觸來(lái)冷卻芯片。另外，也可以使一般使用的加熱器與ISFET陣列芯片1002接觸來(lái)加熱芯片。但是，關(guān)于引起延伸反應(yīng)的加熱，希望使溫度盡量急劇地變化。這是因?yàn)槿绻麥囟染徛厣仙?，則珠702上的復(fù)制DNA的延伸反應(yīng)不同時(shí)產(chǎn)生，延伸信號(hào)峰值變得平緩。
[0099]圖11是通過(guò)半導(dǎo)體工藝安裝了加熱器配線的ISFET陣列304及其截面圖。關(guān)于離子感應(yīng)膜100以下的構(gòu)造，與圖1相同，因此省略。在阱703的列之間通過(guò)半導(dǎo)體工藝形成配線900，通過(guò)在該配線上流過(guò)電流，產(chǎn)生焦耳熱來(lái)加熱單元。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，熱源位于阱703的近旁，因此能夠使阱703內(nèi)的溫度高速上升。
[0100]希望加熱后的試劑溶液108的溫度成為DNA聚合酶最有效地作用的最適溫度附近。最適溫度很大地依存于DNA聚合酶的種類。例如在DNA聚合酶是Klenow Fragment (克列諾片段)的情況下為37°C附近，在是TaqDNA聚合酶的情況下為70?75°C。另外，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)也成為酶變性而鈍化的原因，因此需要防止過(guò)熱。因此，只在預(yù)先決定的時(shí)間中在配線900上流過(guò)電流來(lái)進(jìn)行加熱，或者在ISFET陣列芯片1002上設(shè)置溫度傳感器307，一邊監(jiān)視溫度一邊控制加熱器308以便成為最適溫度附近即可。
[0101]以上，表示了從低溫的狀態(tài)加熱到DNA聚合酶的最適溫度為止而引起DNA的延伸反應(yīng)的例子，但也可以從比最適溫度高的溫度冷卻到最適溫度來(lái)引起延伸反應(yīng)。
[0102]引起延伸反應(yīng)的觸發(fā)并不限于溫度。例如，在使用日本特開2009-126789號(hào)公報(bào)中記載的光響應(yīng)性核苷酸作為試劑溶液108的情況下，可以將波長(zhǎng)366nm的UV照射作為延伸反應(yīng)觸發(fā)。作為波長(zhǎng)366nm的UV光源，例如可以利用市場(chǎng)銷售的LED。除此以外，也可以分為不引起延伸反應(yīng)的緩沖溶液和dNTP試劑來(lái)構(gòu)成試劑溶液108，在開始用緩沖溶液充滿單元后注入dNTP試劑。在該情況下，注入dNTP試劑作為觸發(fā)而發(fā)揮作用。在任意的情況下，生成引起延伸反應(yīng)的觸發(fā)的功能部相當(dāng)于“觸發(fā)生成部”。
[0103]在圖8中，在時(shí)刻T6tirJi入了 dNTP溶液后，引起伸長(zhǎng)反應(yīng)的定時(shí)T6tl2可以如下那樣決定。一個(gè)方法是預(yù)先通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定注入dNTP溶液后直到背景信號(hào)的變化變得足夠小為止的時(shí)間Tsat，對(duì)控制器312進(jìn)行編程以便在從T6tll經(jīng)過(guò)了 T SAT的階段施加延伸反應(yīng)的觸發(fā)。作為其他的方法，觀察背景信號(hào)波形，自動(dòng)地檢測(cè)其變化收斂的時(shí)刻。使用圖12進(jìn)行說(shuō)明。
[0104]圖12是表示背景信號(hào)波形及其微分值的經(jīng)時(shí)變化的圖?？刂破?12也可以對(duì)背景信號(hào)波形進(jìn)行微分，采用其值低于預(yù)先設(shè)定的閾值的時(shí)刻作為T6(l2。在該情況下，在背景信號(hào)的變化量低于目標(biāo)值的階段立即開始延伸反應(yīng)，能夠縮短測(cè)定流程花費(fèi)的時(shí)間。可以通過(guò)由反轉(zhuǎn)放大器、電容元件和電阻元件構(gòu)成的普通的微分電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)波形的微分。可以通過(guò)普通的電壓比較電路執(zhí)行閾值判定?；蛘?，也可以通過(guò)數(shù)據(jù)處理裝置311上的軟件執(zhí)行波形微分和閾值判定。
[0105]圖13是表示使用ISFET陣列芯片1002上的一部分ISFET114去除背景的情況下的結(jié)構(gòu)例子的圖。并不一定必須使用全部的ISFET114檢測(cè)背景，也可以只使用配置在試劑溶液108流動(dòng)的方向的下游側(cè)的ISFET114檢測(cè)背景。
[0106]如圖13(a)所示，考慮針對(duì)被清洗液1102充滿的單元，從試劑注入口 1103加入dNTP溶液1101，從試劑排出口 1104排出清洗液1102、dNTP溶液。在該情況下，根據(jù)位于與試劑注入口 1103相比距離試劑排出口 1104近的位置，即溶液流動(dòng)的下游側(cè)的一個(gè)以上的ISFETl 14的背景波形決ST6ci2即可。這是因?yàn)槿绻尘安ㄐ蔚淖兓谙掠蝹?cè)收斂，則能夠判斷為ISFET陣列芯片1002全體的溶液更換結(jié)束。如在圖9中所示的那樣，在用恒流源驅(qū)動(dòng)ISFET114的情況下，由于陣列的并列數(shù)量增加使流過(guò)電流的ISFET114的個(gè)數(shù)增大，結(jié)果導(dǎo)致消耗功率增大。如上述那樣，通過(guò)限定測(cè)定背景所