CN103946690A - 化学传感器、化学传感器模块、化学物检测装置和化学物检测方法 - Google Patents

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Abstract

为了提供一种能够高精度和高灵敏度地检测化学物质的化学传感器、化学传感器模块、化学物检测装置和化学物检测方法。根据本发明实施例的化学传感器设置有基板、低折射率层、高折射率层和光检测部。所述低折射率层层叠在所述基板上且具有小于第一折射率的第二折射率，所述第一折射率是待检测物的折射率。所述高折射率层层叠在所述低折射率层上，具有小于所述第一折射率的第三折射率且包括用于保持所述待检测物的保持面。此外，照明光在所述高折射率层中传播。所述光检测部设置在所述基板上并且对借助于所述照明光从所述检测目标物生成的待检测光进行检测。

Description

化学传感器、化学传感器模块、化学物检测装置和化学物检测方法
技术领域
本发明涉及用于利用因化学键导致的发光来检测化学物质的化学传感器、化学传感器模块、化学物检测装置和化学物检测方法。
背景技术
已经研究了利用由化学键导致的发光来检测化学物质的化学传感器。具体地，如果特定结合至要被检测的目标材料的探针材料被粘附至传感器并且将样品提供给传感器，那么包含在样品中的目标材料结合至探针材料。例如，通过利用能够被导入目标材料与探针材料的复合材料的荧光标记来使该复合材料发光，这能够由光电转换元件检测发出的光。通过使多种类型的探针材料粘附至传感器，还能够确定样品中包含的目标材料的类型。
在这样的化学传感器中，为了进行高灵敏度和高精确度的检测，需要仅将因目标材料与探针材料之间的结合而生成的发出光引入光电转换元件并消除除此以外的光(例如，用于生成荧光的激发光)。
例如，类似地，专利文献1公开了利用激发光的消逝波(近场光)来使样品发出荧光的“具有消逝波波导和集成传感器的生物传感器”。该传感器具有将检测器、滤波器、接触熔覆层和波导层按照这样的顺序叠置的构造，且样品被放置在波导层上。该传感器具有这样的构造：其中，激发光(激光)在与波导层平行的方向上被引入波导层，且检测器检测来自样品的荧光，该样品被从波导层的界面泄漏出的消逝波激发。
此外，专利文献2公开了利用激发光的消逝波来使样品发出荧光的“全聚合物光波导传感器”。该传感器具有聚合物波导形成在聚合物基板上且样品被固定在该聚合物基板上的结构。样品被行进通过聚合物波导的光波(相干光)的消逝波激发，并且生成被检测器检测的荧光。
在专利文献1和专利文献2所述的任何一个发明中，激发光被限制在波导结构中以防止激发光到达光电转换元件。因此，用于使固定在波导结构上的样品发出荧光的消逝波是这两项发明中的要素。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本待审查专利申请公开第2010-518389号公报(第[0023]和[0126]段)
专利文献2：日本待审查专利申请公开第2009-511896号公报(第[0056]和[0102]段)
发明内容
本发明要解决的问题
然而，因为消逝波的强度比被引入波导结构的光的强度小得多，所以上述发明不能够有效地利用光能。此外，波导结构的厚度被限制(至几十纳米)以在最优条件下利用消逝波，所以传感器的制造被认为是困难的或成本高的。此外，因为消逝波的行进距离是非常小的(大约几十纳米)，所以如果荧光材料不出现于样品的表面附近(在消逝波的行进距离之内)，那么就无法被检测到。
鉴于上述情况，本发明的目的是提供能够高精度和高灵敏度地检测化学物质的化学传感器、化学传感器模块、化学物检测装置和化学物检测方法。
解决本发明要解决的问题的手段
为了实现上述目的，根据本发明实施例的化学传感器包括基板、低折射率层、高折射率层和光检测部。
所述低折射率层层叠在所述基板上且具有小于第一折射率的第二折射率，所述第一折射率是检测目标物的折射率。
所述高折射率层层叠在所述低折射率层上，照明光在所述高折射率层中传播，所述高折射率层具有小于所述第一折射率的第三折射率并且包含这样的保持面：所述检测目标物被保持在所述保持面上。
所述光检测部设置在所述基板上且对借助于所述照明光从所述检测目标物生成的检测目标光进行检测。
根据这个构造，被导入高折射率层的照明光向检测目标物折射和透射，且如上所述，作为检测目标物的折射率的第一折射率大于作为低折射率层的折射率的第二折射率。因此，通过使照明光以适当的入射角进入高折射率层，能够在使照明光在高折射率层与低折射率层的界面上被全反射的同时使得照明光向检测目标物折射和透射。因此，能够在防止照明光到达位于低折射率层下方的光检测部的同时由光检测部检测从检测目标物生成的检测目标光。因此，能够防止光检测部检测照明光的检测精度降低。
所述保持面还可以具有吸附所述检测目标物的吸附区和不吸附所述检测目标物的非吸附区。
根据这个构造，因为非吸附区不与检测目标物(检测目标物使照明光向其折射和透射)接触，所以能够防止照明光在非吸附区中发生折射和透射。即，在非吸附区面对空气或至少与折射率充分小于检测目标物的折射率(第一折射率)的材料接触的情况下，照明光可以在非吸附区中被全反射。于是，因为照明光在吸附区上到达检测目标物但在非吸附区上被全反射，所以能够防止光能损失。
所述吸附区可以被所述非吸附区分隔。
根据这个构造，因为能够以岛状布置吸附区，所以能够在使不同的目标材料被吸附在各吸附区中的同时检测各种类型的化学物质。
所述光检测部可以被设计为多个，且所述吸附区可以分别与一个所述光检测部相对。
根据这个构造，因为在光检测部与被吸附至各吸附区的检测目标物之间建立了一一对应的关系，所以能够以高精度来检测检测目标光。
所述光检测部可以被设计为多个，且各个所述吸附区可以与多个所述光检测部相对。
根据这个构造，因为被吸附至各吸附区的检测目标物对应于多个光检测部，所以能够确认一个吸附区中的检测目标光的发光光谱的性质。
所述吸附区可以以面积沿着所述照明光传播的方向增大的方式形成。
根据这个构造，能够使均匀量的照明光进入各个吸附区。如上所述，因为照明光在非吸附区上被全反射，所以不损失光能。然而，在吸附区中，由于进入检测目标物而损失光能。即，与位于在照明光传播的方向上的短距离的吸附区相比，在位于长距离的吸附区中每单位表面的照明光的强度小。在这里，如在这个构造中一样，通过逐渐地增大吸附区的尺寸，能够调整进入检测目标物的光量与被全反射的光量的比例，且能够使均匀量的照明光进入各个吸附区。
所述吸附区可以通过对所述保持面施加的亲水处理形成，并且所述非吸附区可以通过对所述保持面施加的疏水处理形成。
根据这个构造，能够在检测目标物包含亲水性材料的情况下划分吸附区和非吸附区。
所述吸附区可以通过对所述保持面施加的疏水处理形成，并且所述非吸附区可以通过对所述保持面施加的亲水处理形成。
根据这个构造，能够在检测目标物包含疏水性材料的情况下划分吸附区和非吸附区。
所述非吸附区可以被不吸附所述检测目标物的涂覆膜覆盖，并且所述吸附区不被所述涂覆膜覆盖。
根据这个构造，能够在检测目标物包含能够被吸附至保持面的材料的情况下划分吸附区和非吸附区。
所述涂覆膜可以具有光反射性。
根据这个构造，能够由涂覆膜反射照明光。这在具有高折射率的材料被层叠在非吸附区上的情况下尤其有效。
上述的化学传感器还可以包括滤色器，所述滤色器设置在所述光检测部与所述低折射率层之间，并且阻挡除了所述检测目标光的波长以外的其它波长。
根据这个构造，能够进一步防止照明光到达光检测部。如上所述，因为照明光在高折射率层与低折射率层的界面上被全反射，所以照明光原则上到达不了光检测部。然而，例如，可以想到这样的情况：照明光通过在检测目标物上的反射穿过与检测目标光的路径相同的路径而到达了光检测部。在这里，通过使用滤色器去除这样的照明光成分，能够更高精度地对检测目标光进行检测。
所述化学传感器还可以包括片上透镜，所述片上透镜设置在所述光检测部与所述低折射率层之间，并且将所述检测目标光会聚在所述光检测部上。
根据这个构造，能够由片上透镜将检测目标光会聚在光检测部上，因而能够更高精度地对检测目标光进行检测。
所述化学传感器还可以包括遮光壁，所述遮光壁设置在所述低折射率层上并将所述低折射率层分隔成与各所述光检测部相对的区域。
根据这个构造，能够阻挡从邻近的检测目标物生成的检测目标光，且防止了串扰的发生。
所述照明光可以是激发光，且所述检测目标光可以是荧光。
为了实现上述目的，根据本发明实施例的化学传感器模块包括化学传感器和光导入部。
所述化学传感器包括：基板；低折射率层，所述低折射率层层叠在所述基板上且具有小于第一折射率的第二折射率，所述第一折射率是检测目标物的折射率；高折射率层，照明光在所述高折射率层中传播，所述高折射率层层叠在所述低折射率层上，所述高折射率层具有大于所述第一折射率的第三折射率且包括这样的保持面：所述检测目标物被保持在该保持面上；和光检测部，所述光检测部设置在所述基板上并且对借助于所述照明光从所述检测目标物生成的检测目标光进行检测。
所述光导入部被接合至所述化学传感器并将所述照明光导入至所述高折射率层中。
为了实现上述目的，根据本发明实施例的化学物检测装置包括化学传感器模块和光源。
所述化学传感器模块包括化学传感器和光导入部。所述化学传感器包括：基板；低折射率层，所述低折射率层层叠在所述基板上且具有小于第一折射率的第二折射率，所述第一折射率是检测目标物的折射率；高折射率层，照明光在所述高折射率层中传播，所述高折射率层层叠在所述低折射率层上，所述高折射率层具有大于所述第一折射率的第三折射率且包括这样的保持面：所述检测目标物被保持在该保持面上；和光检测部，所述光检测部设置在所述基板上并且对借助于所述照明光从所述检测目标物生成的检测目标光进行检测。所述光导入部被接合至所述化学传感器并将所述照明光引入所述高折射率层。
所述光源将所述照明光施加至所述光导入部。
为了实现上述目的，根据本发明实施例的化学物检测方法包括步骤：制备化学传感器，所述化学传感器包括：基板；低折射率层，所述低折射率层层叠在所述基板上且具有小于第一折射率的第二折射率，所述第一折射率是检测目标物的折射率；高折射率层，照明光在所述高折射率层中传播，所述高折射率层层叠在所述低折射率层上，所述高折射率层具有大于所述第一折射率的第三折射率且包括这样的保持面：所述检测目标物被保持在该保持面上；和光检测部，所述光检测部设置在所述基板上并且对借助于所述照明光从所述检测目标物生成的检测目标光进行检测。
通过光导入部将所述照明光导入至所述高折射率层；并且
通过所述光检测部对所述检测目标光进行检测。
本发明的效果
如上所述，根据本发明，能够提供能够高精度和高灵敏度地检测化学物质的化学传感器、化学传感器模块和化学物检测方法。
附图说明
[图1]示出了根据第一实施例的化学传感器的构造的横截面图。
[图2]示出了被置于化学传感器上的检测目标物的横截面图。
[图3]示出了化学传感器中的吸附区和非吸附区的示意图。
[图4]示出了根据第一实施例的化学传感器模块的横截面图。
[图5]示出了化学传感器模块的光导入部的布置的示意图。
[图6]示出了化学传感器模块的光导入部的布置的示意图。
[图7]示出了根据第一实施例的化学传感器的操作的示意图。
[图8]示出了化学传感器的高折射率层与低折射率层的界面的示意图。
[图9]示出了化学传感器的高折射率层与检测目标物的界面的示意图。
[图10]示出了化学传感器上的照明光的入射角的表格。
[图11]示出了化学传感器的制造方法的示意图。
[图12]示出了化学传感器的另一种制造方法的示意图。
[图13]示出了光导入部被接合至化学传感器的模式的示意图。
[图14]示出了根据第二实施例的化学传感器的构造的示意图。
[图15]示出了化学传感器的照明光的量的表格。
[图16]示出了化学传感器的照明光的量的表格。
[图17]示出了化学传感器的照明光的量的表格。
[图18]示出了根据第三实施例的化学传感器的构造的示意图。
[图19]示出了化学传感器的制造方法的示意图。
[图20]示出了化学传感器的制造方法的示意图。
[图21]示出了根据第四实施例的化学传感器的构造的横截面图。
[图22]示出了根据第一实施例的化学物检测装置的构造的示意图。
[图23]示出了检测目标光的发光光谱和滤色器的光透过率的示例的曲线图。
[图24]示出了检测目标光的发光光谱和滤色器的光透过率的示例的曲线图。
具体实施方式
(第一实施例)
将说明根据本发明第一实施例的化学传感器。
[化学传感器的构造]
图1是示出了根据第一实施例的化学传感器1的构造的横截面图。如图所示，化学传感器1具有基板2、低折射率层3和高折射率层4按照所述顺序叠置的构造。此外，当使用化学传感器1时，检测目标物附着于化学传感器1。图2是示出了被置于化学传感器1上的检测目标物S的横截面图。
在下面的说明中，检测目标物S的折射率(绝对折射率，同样适用于下文)被称为第一折射率n1、低折射率层3的折射率被称为第二折射率n2且高折射率层4的折射率被称为第三折射率n3。尽管将在后面说明详情，但是这些折射率具有按照第二折射率n2、第一折射率n1和第三折射率n3的顺序增大的关系。
在基板2上，设置有光检测部21。光检测部21可以均是其中像素(光电转换元件)以二维形式排列的图像传感器(CMOS或CCD等)，且能够使用诸如像素以一维形式排列的线传感器和利用有机光电转换的光传感器等能够检测光的各种传感器。在基板2上，可以设置有连接到光检测部21的配线等(未示出)。在图1和图2中，在基板2上设置有图像传感器的保护绝缘膜22。然而，根据一些情况下的光检测部21的构造，可以不设置保护绝缘膜22。
低折射率层3是层叠在基板2上的层，且具有小于第一折射率n1(检测目标物S的折射率)的第二折射率n2。即，低折射率层3能够由具有大于1(空气)且小于第一折射率(例如，1.5)的折射率的材料形成。此外，作为低折射率层3的材料，至少在稍后将要说明的要被检测的光(在下文中，被称为检测目标光)的波长范围内具有高的光透过性的材料是有利的。
这样的材料的示例包括含氟含空心二氧化硅颗粒聚硅氧烷树脂(n＝1.2至1.35(取决于二氧化硅颗粒尺寸))、含氟聚硅氧烷树脂(n＝1.42)、含氟丙烯酸树脂(n＝1.42)和含空心二氧化硅颗粒聚硅氧烷树脂(n＝1.2至1.35(取决于二氧化硅颗粒尺寸))。应当注意，这里所示的折射率是相对于550nm的光波长的折射率。
低折射率层3的厚度有利的是不小于50nm且不大于1mm，更加有利的是不小于100nm且不大于1μm或者不小于50μm且不大于500μm。
高折射率层4是层叠在低折射率层3上的层，且具有大于第一折射率n1(检测目标物S的折射率)的第三折射率n3。即，高折射率层4能够由具有高于第一折射率(例如，1.5)的折射率的材料形成。另外，作为高折射率层4的材料，至少在检测目标光的波长范围内具有高的光透过性的材料是有利的。此外，在稍后说明的要被导入高折射率层4中的光(在下文中被称为照明光)的波长范围内具有高的光透过性的材料是有利的。
这样的材料的示例包括氮化硅(n＝1.9)、氮氧化硅(n＝1.85)、氧化钛分散聚硅氧烷树脂(n＝1.8)和添加有热固化材料的氧化钛分散丙烯酸树脂(n＝1.8)。应当注意，这里所示的折射率是相对于550nm的光波长的折射率。
高折射率层4的厚度没有特别地限制，但薄是有利的以防止检测目标光衰减。高折射率层4可以直接沉积在低折射率层3上或可以通过将由上述材料形成的板状组件接合至通过将低折射率层3层叠在基板2上获得的部件而层叠设置。
如图2所示，高折射率层4的表面是保持检测目标物S的表面。在下文中，该表面被称为保持面4a。保持面4a能够被划分成吸附检测目标物S的区域。在下文中，吸附检测目标物S的区域被称为吸附区，不吸附检测目标物S的区域被称为非吸附区。
图3是示出了形成在保持面4a上的吸附区4a1和非吸附区4a2的示意图。如图所示，吸附区4a1可以是被非吸附区4a2围绕的区域。通过以这样的方式划分保持面4a，能够将不同类型的检测目标物S布置在各自的吸附区4a1上。此外，能够使覆盖各自的吸附区4a1的检测目标物S与各个光检测部21以一对一的关系相对。
应当注意，吸附区4a1不限于以一对一的关系相对于光检测部21形成这样的情况，且多个吸附区4a1可以被形成为与一个光检测部21相对。然而，具有一对一的关系，能够提高检测精度。
假设：例如，将处于如上所述对其施加表面处理的状态下的化学传感器1提供给用户并且该用户通过以任意的检测目标物S覆盖吸附区4a1来使用化学传感器1。
能够通过保持面4a上的表面处理来划分吸附区4a1和非吸附区4a2。具体地，在检测目标物S包含亲水性材料的情况下，能够将被施加了亲水处理的区域假设为吸附区4a1并且能够将被施加了疏水处理的区域假设为非吸附区4a2。另外，在检测目标物S包含疏水性材料的情况下，能够将被施加了疏水处理的区域假设为吸附区4a1并且能够将被施加了亲水处理的区域假设为非吸附区4a2。
此外，能够通过沉积在保持面4a上的涂覆膜来划分吸附区4a1和非吸附区4a2。具体地，在保持面4a包含吸附检测目标物S的材料的情况下，通过形成由不吸附检测目标物S的材料形成的涂覆膜，能够将其上形成有该涂覆膜的区域假设为非吸附区4a2并且能够将其上未形成有该涂覆膜的区域假设为吸附区4a1。此外，尽管将在后面说明详情，但是上述涂覆膜具有光反射性是有利的，并且可以是例如铝涂覆膜。
应当注意，能够将保持面4a的整个区域假设为吸附区4a1，且可以不形成非吸附区4a2。在此情况下，保持面4a的整个区域被检测目标物S均匀地覆盖。
[化学传感器模块的构造]
上述的化学传感器1能够用作化学传感器模块。图4是示出了化学传感器模块5的横截面图。如图所示，光导入部6被接合至化学传感器1，从而形成化学传感器模块5。
光导入部6是把光以预定的角度导入高折射率层4的部件。将在后面说明光的入射角的详情。光导入部6可以是如图4所示的被接合至高折射率层4的光导入棱镜，且可以是能够把光以预定的角度导入高折射率层4的其它部件。光导入部6能够通过折射率匹配油等被接合至高折射率层4以使空气层不进入光导入部6与高折射率层4之间。
光导入部6不一定布置在高折射率层4上。图5和图6是示出了光导入部6的布置的不同示例的示意图。如图5所示，光导入部6可以在高折射率层4的上层侧，且如图6所示，光导入部6可以在高折射率层4的下层侧。另外，可以设置多个光导入部6以使照明光(稍后将说明)能够从多个方向被导入至高折射率层4。
[化学物检测装置的构造]
化学传感器模块5能够与光源一起被用作化学物检测装置。图22是示出了化学物检测装置的构造的示意图。如图所示，化学物检测装置10包括化学传感器模块5和光源11。另外，在化学传感器模块5与光源11之间设置有透镜12。
从光源11发出的照明光能够被透镜12变为平行光且能够经由光导入部6进入高折射率层4。有利的是，照明光在高折射率层4上的入射角能够根据光源11和透镜12的位置或角度而变化。
[利用化学传感器的目标材料的检测]
将说明利用化学传感器1(和化学传感器模块5)的目标材料的检测方法。
如果各种类型的探针材料被吸附至吸附区4a1且含有目标材料的样品被供给至化学传感器1，那么样品中的目标材料特定地结合至预定的探针材料。能够对目标材料与探针材料的复合材料进行荧光标记的荧光标记材料被供给至化学传感器1，仅含有目标材料与探针材料的复合材料的检测目标物S是被荧光标记的。通过检测荧光，能够确定样品中含有的目标材料。
此外，目标材料可以预先经过荧光标记。在这种情况下，因为从化学传感器1去除了没有被结合至被吸附到吸附区4a1的探针材料的目标材料，所以与上述类似地，能够利用荧光来确定目标材料。此外，可以通过预先对探针材料施加荧光标记并检测由于探针材料与目标材料的结合而生成的荧光的波长和亮度变化，来确定目标材料。
如上所述，化学传感器1能够通过检测从检测目标物S生成的荧光来确定目标材料，准确地测量荧光是重要的。如果光检测部21检测了用于生成荧光的激发光，那么从光检测部21输出与正常荧光的强度值不同的荧光强度值。然而，在根据本发明的化学传感器1中，通过稍后将要说明的机构防止了激发光到达光检测部21，即，能够准确地测量荧光。
应当注意，在本文中，尽管已经说明了由光检测部21来检测通过激发光的照射而从检测目标物S生成的荧光，但是不限于此。只需要保持这样的关系：如果某种类型的光被施加至检测目标物S，那么从检测目标物S生成某种类型的光。例如，可想到这样的情况：仅在检测目标物S含有特定材料的情况下，从检测目标物S生成散射光。
在下面的说明中，如上述的激发光那样的被施加至检测目标物S的光被称为“照明光”，如上述荧光那样的通过光的照射而从检测目标物S生成的光被称为“检测目标光”。
化学传感器1能够用于下面的领域。所述领域包括：包括诸如卵黄、血液、血清和血浆等生物流体的分析的化学或生物化学分析；包括水、溶解的土壤提取物和溶解的植物提取物的分析的环境分析；化学生产；特定的染料溶液或反应溶液的分析、散布或公式化分析、质量保护分析和基因分析。
[化学传感器的操作]
将说明化学传感器1(和化学传感器模块5)的操作。图7是示出了化学传感器1的操作的示意图。
首先，将说明检测目标物S未覆盖高折射率层4的保持面4a的情况。如图7(a)所示，照明光经由光导入部6被导入高折射率层4。照明光在预定的角度范围内进入高折射率层4的保持面4a，所述角度范围将在后面说明。
在这里，如上所述，因为高折射率层4的折射率(第三折射率n3)大于空气(折射率n＝1)和低折射率层3的折射率(第二折射率n2)，所以已经在适当的角度范围内进入的照明光的全反射在高折射率层4与空气的界面以及高折射率层4与低折射率层3的界面上重复发生，并且照明光如图7(a)所示地在高折射率层4中传播。即，在这种状态下，照明光在高折射率层4中传播而不会泄漏至外部。
接着，将说明检测目标物S覆盖保持面4a的情况。如图7(b)所示，通过使照明光以适当的入射角进入高折射率层4，到达其上设置有检测目标物S的吸附区4a1的照明光在此处被折射和透射而不发生全反射，然后进入检测目标物S。这是因为检测目标物S的折射率(第一折射率n1)大于空气的折射率。
另一方面，与上述类似地，到达其上未设置有检测目标物S的非吸附区4a2的光在那里被全反射，且再次在高折射率层4中传播。
即，能够使照明光在其上存在检测目标物S的区域(吸附区4a1)中进入检测目标物S，且可以使照明光在其上不存在检测目标物S的区域(非吸附区4a2)上被全反射。此外，同样在这种情况下，因为低折射率层3的折射率(第二折射率n2)小于检测目标物S的折射率(第一折射率n1)，所以照明光在高折射率层4与低折射率层3的界面上被全反射。
因此，在这种状态下，照明光在高折射率层4中传播时仅进入检测目标物S。因为照明光不会从其上不存在检测目标物S的非吸附区4a2泄漏，所以不会损失光能。因为照明光不会到达光检测部21，所以光检测部21不会检测到照明光。
此外，在非吸附区4a2由含有不吸附检测目标物S的材料的涂覆膜形成的情况下，通过使用具有光反射性的上述涂覆膜，同样能够防止照明光从非吸附区4a2泄漏。同样在这种情况下，可以防止光能损失或照明光被光检测部21检测到。
如图7(c)所示，已经进入检测目标物S的照明光从检测目标物S中生成检测目标光(荧光等)，且检测目标光被光检测部21检测。尽管检测目标光是在所有方向上从检测目标物S发出的，但是检测目标光的一部分透过高折射率层4和低折射率层3并被光检测部21检测。应当注意，因为检测目标光以陡峭的入射角进入高折射率层4，所以它在高折射率层4等的界面上不被全反射的情况下到达光检测部21。
如上所述，根据本实施例的化学传感器1的构造，已经进入高折射率层4的照明光不会到达光检测部21且能够防止光检测部21检测到照明光。此外，除了当照明光进入检测目标物S时，进入了高折射率层4的照明光不会衰减。即，能够有效地利用光能。
[关于照明光的入射角]
尽管已经说明了在上述的化学传感器1的操作中照明光以适当的入射角进入高折射率层4的情况，但是将详细地说明入射角。
图8是示出了高折射率层4与低折射率层3的界面的示意图。假设照明光在该界面上的入射角(由图中的箭头所示)是角度θ3且照明光从该界面出射的出射角θ2，则根据斯涅尔定律(Snell's law)建立下面的方程式(1)的关系。
n3×sinθ3＝n2×sinθ2  (1)
如上所述，因为第三折射率n3大于第二折射率n2，所以存在使角度θ2不小于90°的角度θ3。在这种状态下，照明光不能够从高折射率层4被折射并透过至低折射率层3，照明光被全反射且返回至高折射率层4。
图9是示出了高折射率层4与检测目标物S的界面的示意图。在不被检测目标物S覆盖的非吸附区4a2中，因为空气的折射率是n＝1且小于第三折射率n3，所以照明光以角度θ3(上述角度θ2不小于90°)被全反射。
此外，如上所述，在吸附区4a1中，照明光从界面向检测目标物S折射和透射。假设照明光从界面出射的出射角是角度θ1，则与方程式(1)类似地满足下面的方程式(2)。
n3×sinθ3＝n2×sinθ2＝n1×sinθ1  (2)
因为第一折射率n1大于第二折射率n2，所以即使在角度θ2是90°的情况下，根据方程式(2)可知θ1<90°。即，照明光向检测目标物S折射和透射。
如上所述，能够根据第一折射率n1、第二折射率n2和第三折射率n3各自的值来选择照明光在高折射率层4上的入射角。因此，能够使照明光在低折射率层3以及非吸附区4a2的界面上被全反射，并且能够使照明光在具有吸附区4a1(检测目标物S)的界面上被折射和透射。
图10是示出了相对于第一折射率n1(检测目标物S)、第二折射率n2(低折射率层3)和折射率3(高折射率层4)的值的发生照明光的全反射的入射角的表格。例如，在第三折射率n3是1.9、第二折射率n2是1.3且第一折射率n1是1.4的情况下，从表格可知，如果入射角不小于43.2°，那么发生全反射。此外，如果入射角小于47.5°，那么发生向检测目标物S的折射和透射。即，如果入射角不小于43.2°且小于47.5°，那么就能够使照明光只被折射和投射向检测目标物S，并能够使照明光在其它界面上被全反射。
[化学传感器的制造方法]
将说明化学传感器1(和化学传感器模块5)的制造方法。图11是示出了化学传感器1的制造方法的示意图。
如图11(a)所示，通过从掩模上的离子注入和后续的热处理等在由例如单晶硅形成的基板2的表面上形成包含杂质区域的光检测部21。接着，如图11(b)所示，在其上形成有光检测部21的基板2上形成保护绝缘膜22。
接着，如图11(c)所示，在保护绝缘膜22上叠置低折射率层3。能够通过例如以诸如旋涂法等方法涂布原材料树脂并且使其干燥来形成低折射率层3。
此外，如图11(d)所示，在低折射率层3上叠置高折射率层4。能够通过例如以诸如旋涂法等方法涂布原材料树脂并且使其干燥来形成低折射率层3。应当注意，能够通过印刷或涂布树脂片材来形成高折射率层4。
此外，能够通过将板状部件贴附在低折射率层3上来形成高折射率层4。图12是示出了根据这个方法的化学传感器1的制造方法的示意图。具体地，准备诸如由OHARA公司制造的且具有高折射率的L-LAH84(n＝1.80)、L-NBH(n＝1.92)、S-LAH79(n＝2.0)和L-BBH1(n＝2.10)等薄板玻璃。
如图12(a)所示，通过真空层压将具有低(n＝大约1.4)折射率的树脂片材F贴附至薄板玻璃G。接着，如图12(b)所示，以树脂片材F侧作为低折射率层3侧，通过真空层压将薄板玻璃G涂布到低折射率层3。
接着，在高折射率层4的保持面4a上形成吸附区4a1和非吸附区4a2。在计划使用亲水性材料作为检测目标物S的情况下，被施加亲水处理的区域能够是吸附区4a1，且被施加疏水处理的区域能够是非吸附区4a2。此外，在计划使用疏水性材料作为检测目标物S的情况下，被施加疏水处理的区域能够是吸附区4a1，被施加亲水处理的区域能够是非吸附区4a2。此外，在保持面4a上形成金属薄膜，其可能是非吸附区4a2。
这样，能够制造出化学传感器1。此外，通过将光导入部6接合至化学传感器1，能够制造出化学传感器模块5。图13是示出了光导入部6被接合至化学传感器1的模式的示意图。如图13(a)所示，在化学传感器1中，设置有其中形成有光检测部21的传感器区域A，且用于将化学传感器1接合至其它部件的端子B设置在化学传感器1的三个边上。
在这种情况下，例如，经由折射率匹配油将光导入部6接合至其上未设置有端子B的用于光导入部的区域C。因此，如图13(b)所示，进入光导入部6的光周期性地在高折射率层4中传播。以这样的方式，能够制造出化学传感器模块5。
(第二实施例)
将说明根据本发明的第二实施例的化学传感器。应当注意，在本实施例中，用相同的附图标记来表示与根据第一实施例的化学传感器的构造相同的构造，并且将省略对它们的说明。根据本实施例的化学传感器具有与根据第一实施例的化学传感器相同的分层结构，但是具有与第一实施例不同的被检测目标物覆盖的吸附区。
图14是示出了根据本实施例的化学传感器201的示意图。如图所示，化学传感器201的吸附区204a1被形成为使得吸附区204a1的面积从光导入部6侧开始以三列为单位增大。换言之，分隔吸附区204a1的非吸附区204a2被形成为使得非吸附区204a2以三列为单位变小。应当注意，吸附区204a1的面积不限于以三列为单位增大的情况，且能够以一列为单位增大、以两列为单位增大或以多列为单位增大。
通过使吸附区204a1具有这样的构造，可以使均匀量的照明光进入检测目标物S。如第一实施例所述，进入检测目标物S而在高折射率层4中传播的照明光随着它移动远离光导入部6而衰减。因此，与靠近光导入部6的吸附区204a1相比，在远离光导入部6的吸附区204a1中每单位面积的照明光的强度降低。
因此，通过增加与光检测部21相对的吸附区204a1的面积以使得该面积随着距光导入部6的距离的增大而增大，能够使均匀量的照明光进入各吸附区204a1。
在下文中，将详细地说明吸附区204a1与非吸附区204a2的面积比(开口率)。如上所述，被导入高折射率层4的照明光在界面上被全反射的同时在高折射率层4中传播。每次全反射，照明光从吸附区204a1(在下文中，开口)出射。因此，假设全反射次数是n，吸附区204a1的一边的尺寸(在下文中称为开口尺寸)的百分比是Xn，且在第n次全反射时从开口出射的照明光的量是In，则满足下面的方程式(3)。
I1＝X12
I2＝(1-I1)X22
I3＝(1-I2)X32
:
In＝(1-I(n-1))Xn2  (3)
此外，如果认为在照明光传播直至第n次全反射时所有的照明光被出射，那么假设照明光的总量是1且通过将照明光总量除以全反射次数(即，均分)来获得从各处开口出射的照明光的量，则满足下面的公式(4)。
1＝I1/n+I2/n+I3/n+…+In/n  (4)
在这里，满足下面的方程式(5)。
I1/n＝I2/n＝I3/n＝…＝In/n  (5)
图15是示出了在全反射次数是4且照明光被施加至保持面4a的整个表面的情况下的照明光的量的表格。如图所示，通过将在第一次全反射范围内的开口的开口尺寸的比率设定为50％、将在第二次全反射范围内的开口的开口尺寸的比率设定为57.7％、将在第三次全反射范围内的开口的开口尺寸的比率设定为70.7％并将在第四次全反射范围内的开口的开口尺寸的比率设定为100％，就能够均等地照明整个表面。
应当注意，因为在开口尺寸的比率是100％的情况下，开口就与邻近的开口相连接，所以实际上需要设定开口尺寸的上限。因此，可以想到这样的情况：将开口尺寸的最大比率设定为大约90％。图16是示意了在全反射次数是4、照明光施加至保持面4a的整个表面且开口尺寸的最大比率大约是90％的情况下的照明光的量的表格。
此外，全反射次数是8且照明光施加至保持面4a的整个表面的情况如下。图17是示出了在全反射次数是8且照明光施加至保持面4a的整个表面的情况下的照明光的量的表格。
如上所述，通过随着距光导入部6的距离的增大而增大吸附区204a1的面积，能够使均匀量的照明光进入检测目标物S。
(第三实施例)
将说明根据本发明第三实施例的化学传感器。应当注意，在本实施例中，用相同的附图标记来表示与根据第一实施例的化学传感器的构造相同的构造，并且将省略对相同的构造的说明。根据本实施例的化学传感器是通过将滤色器和片上透镜添加到根据第一实施例的化学传感器的分层结构中而获得的。
图18是示出了根据本实施例化学传感器301的构造的横截面图。如图所示，除了基板2、低折射率层3和高折射率层4以外，化学传感器301还包括滤色器302和片上透镜303。滤色器302和片上透镜303以叙述的顺序形成在基板2上。
滤色器302可以是具有透射检测目标光并阻挡照明光这样的光学性质的滤色器。如上所述，照明光原则上不会从高折射率层4泄漏至光检测部21侧。然而，也可以想到这样的情况：已经进入检测目标物S的照明光在检测目标物S内被反射或散射并行进至检测目标物S侧。即使在这样的情况下，因为滤色器302能够阻挡照明光，所以能够防止光检测部21检测到照明光。
此外，滤色器302对于与检测目标物S相对的各区域可以具有不同的透射波长。因此，在从邻近的检测目标物S生成的检测目标光具有不同波长的情况下，能够阻挡来自邻近的检测目标物S的检测目标光并且能够防止串扰发生。
此外，通过将一个吸附区4a1形成为与多个光检测部21相对并且给上述光检测部21设置具有不同颜色的滤色器302，能够确认一个吸附区4a1中的检测目标物S中的检测目标光的发光光谱的性质。图23和图24均是示出了检测目标光的发光光谱和滤色器302的光透过率的示例的曲线图。
图23(a)和图24(a)均示出了在滤色器302具有一种颜色的情况下的透射波长(C1)，图23(b)和图24(b)均示出了在滤色器302具有3种颜色的情况下的透射波长(C1、C2和C3)。如图23(b)和图24(b)所示，在检测目标光包括有多种波长成分的情况下，能够区分出差异。
片上透镜303将入射的检测目标光会聚在光检测部21上。片上透镜303可以具有半球形形状(其中，检测目标物S的侧是球形)，且可以具有与此不同的透镜形状。此外，各个片上透镜303可以被设置为与光检测部21相对。借助于片上透镜303，能够将各向同性地从检测目标物S出射的检测目标光会聚在光检测部21上且能够提高检测目标光的检测精度。
如上所述地构成化学传感器301。应当注意，可以设置滤色器302和片上透镜303中的一者。
将说明化学传感器301的制造方法。图19和图20均是示出了化学传感器301的制造方法的示意图。
如图19(a)所示，以与第一实施例中相同的方式，将光检测部21形成在基板2上且将保护绝缘膜22形成在它们上面。考虑到片上透镜303的焦距，将保护绝缘膜22形成为具有被调整为使得片上透镜303聚焦到光检测部21上的厚度。
接着，如图19(b)所示，在保护绝缘膜22上形成滤色器302。例如，通过旋涂法来形成滤色器302。此外，如图19(c)所示，在滤色器302上形成片上透镜303。能够通过熔体流动法来形成片上透镜303。
具体地，在滤色器302上沉积透镜材料(例如，氮化硅)，并在透镜材料上形成具有岛形状的抗蚀剂图案。接着，通过热处理使抗蚀剂图案流体化，并利用表面张力将抗蚀剂图案塑形成凸透镜形状。通过从上侧蚀刻抗蚀剂图案和透镜材料，将抗蚀剂图案的透镜形状转印至透镜材料且能够将透镜材料加工成透镜形状。
接着，如图20(a)所示，层叠低折射率层3以将片上透镜303嵌入。能够通过旋涂法形成低折射率层3。例如，在使用含氟聚硅氧烷树脂(折射率n1＝1.42)作为低折射率层3的材料的情况下，将该树脂溶解在作为溶剂的丙二醇单甲醚醋酸酯(PEGMEA)中。含氟聚硅氧烷树脂在PEGMEA中的饱和溶解度小，且该溶液具有极低的粘度。然而，在这里，只需要使具有透镜形状的片上透镜303被嵌入并且表面是平坦的。例如，溶液被涂布为使得从片上透镜303的顶部开始的膜厚度大约是1μm。通过使用如上所述的具有低粘度的溶液，能够提高片上透镜303的可嵌入性且能够防止形成空隙(空腔)。
其后，通过进行1分钟的120℃的热处理来干燥和去除溶液中的溶剂，通过进行5分钟的230℃的热处理充分固化含氟聚硅氧烷树脂。以这样的方式，具有透镜形状的片上透镜303被嵌入，且能够形成表面被塑形成平坦面的低折射率层3。
接着，如图20(b)所示，在低折射率层3上层叠高折射率层4。例如，能够通过旋涂法叠置高折射率层4。应当注意，还能够通过印刷、涂布树脂片材或者涂布板状部件来形成高折射率层4。
以这样的方式，能够制造出化学传感器301。通过以与第一实施例中相同的方式将光导入部6接合至化学传感器301，能够获得化学传感器模块。
(第四实施例)
将说明根据本发明第四实施例的化学传感器。应当注意，在本实施例中，用相同的附图标记来表示与根据第一实施例的化学传感器的构造相同的构造，并且将省略对相同的构造的说明。根据本实施例的化学传感器是通过将遮光壁添加到根据第一实施例的化学传感器的分层结构中来获得的。
图21是示出了根据本实施例的化学传感器401的构造的横截面图。如图所示，除了基板2、低折射率层3和高折射率层4以外，化学传感器401还包括遮光壁402。遮光壁402在垂直于低折射率层3的方向上被形成在低折射率层3中。
遮光壁402遮挡来自邻近的检测目标物S的检测目标光。遮光壁402由能够阻挡至少检测目标光的波长的材料形成，且能够被布置为使得低折射率层3被分隔成与各光检测部21相对的各区域。此外，能够以多个光检测部21为单位设置遮光壁402。
能够通过在叠置低折射率层3之后对低折射率层3进行图形化并且填充材料来形成遮光壁402。另外，除此之外，能够通过预先将遮光壁402形成在基板2上并且通过向其中填充材料来形成低折射率层3。
借助于遮光壁402，能够遮挡来自邻近的检测目标物S的已经进入的检测目标光，即，能够防止光检测部21的串扰发生。在遮光壁402形成在高折射率层4中的情况下，在高折射率层4中传播的照明光被阻挡。然而，通过将遮光壁402形成在低折射率层3中，能够在不妨碍照明光的传播的情况下导入照明光。
应当注意，可以在第三实施例中所述的化学传感器中添加遮光壁402。在这种情况下，能够以分隔片上透镜303的形式来布置遮光壁402。除了通过片上透镜303进行的光会聚，还能够进一步防止串扰发生。
本发明不限于上述的实施例并且能够在不脱离本发明的主旨的情况下做出各种修改。
应当注意，本发明也可以采用下面的构造。
(1)一种化学传感器，其包括：
基板；
低折射率层，所述低折射率层层叠在所述基板上并且具有小于第一折射率的第二折射率，所述第一折射率是检测目标物的折射率；
高折射率层，照明光在所述高折射率层中传播，所述高折射率层层叠在所述低折射率层上，所述高折射率层具有大于所述第一折射率的第三折射率并且包括这样的保持面：所述检测目标物被保持在该保持面上；和
光检测部，所述光检测部设置在所述基板上并且对借助于所述照明光从所述检测目标物生成的检测目标光进行检测。
(2)根据(1)所述的化学传感器，其中，
所述保持面具有吸附所述检测目标物的吸附区和不吸附所述检测目标物的非吸附区。
(3)根据(1)或(2)所述的化学传感器，其中，
所述吸附区被所述非吸附区分隔。
(4)根据(1)至(3)中任一项所述的化学传感器，其中，
所述光检测部能够被设计为多个，且所述吸附区分别与一个所述光检测部相对。
(5)根据(1)至(4)中任一项所述的化学传感器，其中，
所述光检测部能够被设计为多个，且各个所述吸附区与多个所述光检测部相对。
(6)根据(1)至(5)中任一项所述的化学传感器，其中，
所述吸附区是以面积沿着所述照明光传播的方向而增大的方式形成的。
(7)根据(1)至(6)中任一项所述的化学传感器，其中，
所述吸附区是通过对所述保持面施加的亲水处理而形成的，并且
所述非吸附区以通过对所述保持面施加的疏水处理而形成的。
(8)根据(1)至(7)中任一项所述的化学传感器，其中，
所述吸附区是通过对所述保持面施加的疏水处理而形成的，并且所述非吸附区以通过对所述保持面施加的亲水处理而形成的。
(9)根据(1)至(8)中任一项所述的化学传感器，其中，
所述非吸附区被不吸附所述检测目标物的涂覆膜覆盖，并且
所述吸附区不被所述涂覆膜覆盖。
(10)根据(1)至(9)中任一项所述的化学传感器，其中，
所述涂覆膜具有光反射性。
(11)根据(1)至(10)中任一项所述的化学传感器，还包括：
滤色器，所述滤色器设置在所述光检测部与所述低折射率层之间，并且阻挡除了所述检测目标光的波长以外的其它波长。
(12)根据(1)至(11)中任一项所述的化学传感器，还包括：
片上透镜，所述片上透镜设置在所述光检测部与所述低折射率层之间，并且将所述检测目标光会聚在所述光检测部上。
(13)根据(1)至(12)中任一项所述的化学传感器，还包括：
遮光壁，所述遮光壁设置在所述低折射率层上并将所述低折射率层分隔成与各自的所述光检测部相对的区域。
(14)根据(1)至(13)中任一项所述的化学传感器，其中，
所述照明光是激发光，且
所述检测目标光是荧光。
(15)一种化学传感器模块，其包括化学传感器和光导入部，
所述化学传感器包括：
基板；
低折射率层，所述低折射率层层叠在所述基板上并且具有小于第一折射率的第二折射率，所述第一折射率是检测目标物的折射率；
高折射率层，照明光在所述高折射率层中传播，所述高折射率层层叠在所述低折射率层上，所述高折射率层具有大于所述第一折射率的第三折射率并且包括这样的保持面：所述检测目标物被保持在该保持面上；和
光检测部，所述光检测部设置在所述基板上并且对借助于所述照明光从所述检测目标物生成的检测目标光进行检测；
所述光导入部被接合至所述化学传感器并将所述照明光导入所述高折射率层中。
(16)一种化学物检测装置，其包括化学传感器模块和光源，所述化学传感器模块包括化学传感器和光导入部，
所述化学传感器包括：
基板；
低折射率层，所述低折射率层层叠在所述基板上并且具有小于第一折射率的第二折射率，所述第一折射率是检测目标物的折射率；
高折射率层，照明光在所述高折射率层中传播，所述高折射率层层叠在所述低折射率层上，所述高折射率层具有大于所述第一折射率的第三折射率并且包括这样的保持面：所述检测目标物被保持在该保持面上；和
光检测部，所述光检测部设置在所述基板上并且对借助于所述照明光从所述检测目标物生成的检测目标光进行检测；
所述光导入部被接合至所述化学传感器并将所述照明光导入至所述高折射率层中；
所述光源将所述照明光施加至所述光导入部。
(17)一种化学物检测方法，其包括如下步骤：
制备化学传感器，所述化学传感器包括，
基板；
低折射率层，所述低折射率层层叠在所述基板上并且具有小于第一折射率的第二折射率，所述第一折射率是检测目标物的折射率；
高折射率层，照明光在所述高折射率层中传播，所述高折射率层层叠在所述低折射率层上，所述高折射率层具有大于所述第一折射率的第三折射率并且包括这样的保持面：所述检测目标物被保持在该保持面上；和
光检测部，所述光检测部设置在所述基板上并且对借助于所述照明光从所述检测目标物生成的检测目标光进行检测；
通过光导入部将所述照明光导入至所述高折射率层；并且
由所述光检测部对所述检测目标光进行检测。
附图标记的说明
1  化学传感器
2  基板
3  低折射率层
4  高折射率层
5  化学传感器模块
6  光导入部
10 化学物检测装置
11 光源
21 光检测部

Claims (17)

1.一种化学传感器，其包括：
基板；
低折射率层，所述低折射率层层叠在所述基板上并且具有小于第一折射率的第二折射率，所述第一折射率是检测目标物的折射率；
高折射率层，照明光在所述高折射率层中传播，所述高折射率层层叠在所述低折射率层上，所述高折射率层具有大于所述第一折射率的第三折射率并且包括这样的保持面：所述检测目标物被保持在该保持面上；和
光检测部，所述光检测部设置在所述基板上并且对借助于所述照明光从所述检测目标物生成的检测目标光进行检测。
2.根据权利要求1所述的化学传感器，其中，
所述保持面具有吸附所述检测目标物的吸附区和不吸附所述检测目标物的非吸附区。
3.根据权利要求2所述的化学传感器，其中，
所述吸附区被所述非吸附区分隔。
4.根据权利要求3所述的化学传感器，其中，
所述光检测部能够被设计为多个，且所述吸附区分别与一个所述光检测部相对。
5.根据权利要求3所述的化学传感器，其中，
所述光检测部能够被设计为多个，且各个所述吸附区与多个所述光检测部相对。
6.根据权利要求2所述的化学传感器，其中，
所述吸附区是以面积沿着所述照明光传播的方向而增大的方式形成的。
7.根据权利要求2所述的化学传感器，其中，
所述吸附区是通过对所述保持面施加的亲水处理而形成的，并且
所述非吸附区以通过对所述保持面施加的疏水处理而形成的。
8.根据权利要求2所述的化学传感器，其中，
所述吸附区是通过对所述保持面施加的疏水处理而形成的，并且所述非吸附区以通过对所述保持面施加的亲水处理而形成的。
9.根据权利要求2所述的化学传感器，其中，
所述非吸附区被不吸附所述检测目标物的涂覆膜覆盖，并且
所述吸附区不被所述涂覆膜覆盖。
10.根据权利要求9所述的化学传感器，其中，
所述涂覆膜具有光反射性。
11.根据权利要求1所述的化学传感器，还包括：
滤色器，所述滤色器设置在所述光检测部与所述低折射率层之间，并且阻挡除了所述检测目标光的波长以外的其它波长。
12.根据权利要求1所述的化学传感器，还包括：
片上透镜，所述片上透镜设置在所述光检测部与所述低折射率层之间，并且将所述检测目标光会聚在所述光检测部上。
13.根据权利要求4所述的化学传感器，还包括：
遮光壁，所述遮光壁设置在所述低折射率层上并将所述低折射率层分隔成与各自的所述光检测部相对的区域。
14.根据权利要求1所述的化学传感器，其中，
所述照明光是激发光，且
所述检测目标光是荧光。
15.一种化学传感器模块，其包括化学传感器和光导入部，
所述化学传感器包括：
基板；
低折射率层，所述低折射率层层叠在所述基板上并且具有小于第一折射率的第二折射率，所述第一折射率是检测目标物的折射率；
高折射率层，照明光在所述高折射率层中传播，所述高折射率层层叠在所述低折射率层上，所述高折射率层具有大于所述第一折射率的第三折射率并且包括这样的保持面：所述检测目标物被保持在该保持面上；和
光检测部，所述光检测部设置在所述基板上并且对借助于所述照明光从所述检测目标物生成的检测目标光进行检测；
所述光导入部被接合至所述化学传感器并将所述照明光导入所述高折射率层中。
16.一种化学物检测装置，其包括化学传感器模块和光源，所述化学传感器模块包括化学传感器和光导入部，
所述化学传感器包括：
基板；
低折射率层，所述低折射率层层叠在所述基板上并且具有小于第一折射率的第二折射率，所述第一折射率是检测目标物的折射率；
高折射率层，照明光在所述高折射率层中传播，所述高折射率层层叠在所述低折射率层上，所述高折射率层具有大于所述第一折射率的第三折射率并且包括这样的保持面：所述检测目标物被保持在该保持面上；和
光检测部，所述光检测部设置在所述基板上并且对借助于所述照明光从所述检测目标物生成的检测目标光进行检测；
所述光导入部被接合至所述化学传感器并将所述照明光导入至所述高折射率层中；
所述光源将所述照明光施加至所述光导入部。
17.一种化学物检测方法，其包括如下步骤：
制备化学传感器，所述化学传感器包括，
基板；
低折射率层，所述低折射率层层叠在所述基板上并且具有小于第一折射率的第二折射率，所述第一折射率是检测目标物的折射率；
高折射率层，照明光在所述高折射率层中传播，所述高折射率层层叠在所述低折射率层上，所述高折射率层具有大于所述第一折射率的第三折射率并且包括这样的保持面：所述检测目标物被保持在该保持面上；和
光检测部，所述光检测部设置在所述基板上并且对借助于所述照明光从所述检测目标物生成的检测目标光进行检测；
通过光导入部将所述照明光导入至所述高折射率层；并且
由所述光检测部对所述检测目标光进行检测。
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