CN113167730A - 用于检测生物物质的芯片、生物物质检测装置以及生物物质检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供用于以高检测精度检测来源于活体的物质的芯片。本技术提供了一种用于检测来源于活体的物质的芯片，所述芯片包括多个像素，各所述像素至少设置有：用于保持来源于活体的物质的保持表面；和设置在所述保持表面的下方且设置在半导体基板上的光电转换单元，其中，在所述像素之间设置有混色抑制单元。还提供了使用用于检测来源于活体的物质的所述芯片的用于检测来源于活体的物质的装置和系统。

Description

用于检测生物物质的芯片、生物物质检测装置以及生物物质 检测系统
技术领域
本技术涉及用于检测生物物质的芯片、生物物质检测装置以及生物物质检测系统。
背景技术
近年来，在诸如医学领域、药物发现领域、临床检查领域、食品领域、农业领域和工程领域等各个领域中推动了关于基因分析、蛋白质分析、细胞分析等的技术研究。特别地，最近，以实验室芯片为代表的芯片检测技术已经研发并且投入实际使用，在所述实验室芯片中，在设置于芯片中的微型通道或孔(well)中进行诸如核酸、蛋白质、细胞和微生物等生物物质的检测和分析等的各种反应。这些技术作为用于容易地测量生物物质等的方法而受到关注。
例如，专利文献1公开了一种光学检测装置，该光学检测装置至少包括：形成有多个孔的第一基板；第二基板，其设置有加热装置并与孔接触；第三基板，其设置有与各孔的位置相对应地设置的多个光照射装置；和第四基板，其设置有与各孔的位置相对应地设置的多个光检测装置。在该光学检测装置中，能够测量在各孔中进行的各种反应。
此外，例如，专利文献2公开了一种化学传感器，该化学传感器包括：其中形成有光学检测单元的基板；和等离子体吸收层，其层叠在所述基板上并具有产生等离子体吸收性的金属纳米结构。在该化学传感器中，能够检测由固定在传感器上的探针材料和目标材料的结合而引起的发光。
引用文献列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开2010-284152号公报
专利文献2：WO2013/080473
发明内容
发明要解决的技术问题
当在芯片上的多个区域(例如，多个孔)中使用对应于多个区域的多个光检测单元检测从生物物质发出的光时，存在光从相邻区域泄漏到各个光检测单元的问题。例如，当在各个区域中进行不同的反应并且检测到由各反应引起的发光时，错误地检测来自其他区域的发光可能会导致错误的判定。
因此，本技术的主要目的是提供一种用于以高检测精度检测生物物质的芯片。
技术问题的解决方案
即，在本发明中，首先提供了一种用于检测生物物质的芯片，其包括：
多个像素，其中，
各所述像素至少包括用于保持所述生物物质的保持表面和设置在所述保持表面的下方且在半导体基板上的光电转换单元，并且
在所述像素之间设置有混色抑制单元。
在根据本技术的用于检测生物物质的芯片中，所述像素和所述混色抑制单元可以具有不同的导电类型。
在这种情况下，所述像素可以具有N型区域并且所述混色抑制单元可以具有P型区域。相反，所述像素可以具有P型区域并且所述混色抑制单元可以具有N型区域。
在根据本技术的用于检测生物物质的芯片中，所述多个像素中的各者可以具有光电转换区域，并且可以在各个光电转换区域之间设置沟槽。
在这种情况下，所述沟槽的内部可以包括选自氧化膜和金属中的一种或多种。
在根据本技术的用于检测生物物质的芯片中，可以在所述光电转换单元的上方且在所述保持表面上设置凹部。
在根据本技术的用于检测生物物质的芯片中，所述保持表面可以设置在形成于所述半导体基板上的膜上。
在这种情况下，所述膜可以具有第一折射率并且所述半导体基板可以具有与所述第一折射率不同的第二折射率。
此外，所述膜可以包括选自无机膜和有机膜中的一种或多种膜。
根据本技术的用于检测生物物质的芯片还可以包括遮光膜，所述遮光膜设置在各个相邻的所述像素之间的上方。
在俯视图中，所述遮光膜之间的空间可以形成为具有选自圆形、椭圆形和具有圆角的多边形中的一种或多种形状。
在根据本技术的用于检测生物物质的芯片中，所述保持表面可以设置在形成于所述半导体基板上的芯片上透镜(OCL)上。
在这种情况下，所述保持表面还可以设置在形成于所述芯片上透镜(OCL)上的平坦化膜上。
能够由根据本技术的用于检测生物物质的芯片检测的生物物质的示例包括选自核酸、蛋白质、细胞、微生物、染色体、脂质体、线粒体、细胞器以及它们的复合物中的一种或多种生物物质。
此外，本技术提供了一种生物物质检测装置，其包括：
包括多个像素的用于检测生物物质的芯片；和
分析单元，其对由所述用于检测生物物质的芯片获取的电气信息进行分析，其中，
所述像素各者至少包括用于保持所述生物物质的保持表面和设置在所述保持表面的下方且在半导体基板上的光电转换单元，并且
在所述像素之间设置有混色抑制单元。
此外，在本技术中，提供了一种生物物质检测系统，其包括：
包括多个像素的用于检测生物物质的芯片；和
分析装置，其对由所述用于检测生物物质的芯片获取的电气信息进行分析，其中
所述像素各者至少包括用于保持所述生物物质的保持表面和设置在所述保持表面的下方且在半导体基板上的光电转换单元，并且
在所述像素之间设置有混色抑制单元。
在本技术中，“生物物质”旨在广泛地包括核酸、蛋白质、细胞、微生物、染色体、脂质体、线粒体、细胞器以及它们的复合物。细胞包括动物细胞(例如造血细胞)和植物细胞。微生物包括诸如大肠杆菌等细菌、诸如烟草花叶病毒等病毒以及诸如酵母等真菌。
附图说明
[图1]图1是示意性地示出了能够由根据本技术的用于检测生物物质的芯片1、生物物质检测装置2和生物物质检测系统3检测的生物物质S的相互作用的示意性概念图。
[图2]图2是示意性地示出了能够由根据本技术的用于检测生物物质的芯片1、生物物质检测装置2和生物物质检测系统3检测的生物物质S的相互作用的示意性概念图。
[图3]图3是示意性地示出了能够由根据本技术的用于检测生物物质的芯片1、生物物质检测装置2和生物物质检测系统3检测的生物物质S的相互作用的示意性概念图。
[图4]图4是示意性地示出了能够由根据本技术的用于检测生物物质的芯片1、生物物质检测装置2和生物物质检测系统3执行的其他物质的筛选的示意性概念图。
[图5]图5是示意性地示出了能够由根据本技术的用于检测生物物质的芯片1、生物物质检测装置2和生物物质检测系统3执行的其他物质的筛选的示意性概念图。
[图6]图6是示意性地示出了能够由根据本技术的用于检测生物物质的芯片1、生物物质检测装置2和生物物质检测系统3执行的其他物质的筛选的示意性概念图。
[图7]图7是示意性地示出了根据本技术的用于检测生物物质的芯片1的第一实施方案的示意性横截面图。
[图8]图8的A部分是示意性地示出了根据本技术的用于检测生物物质的芯片1的第二实施方案的示意性横截面图，并且图8的B部分是示意性地示出第二实施方案的变形例的示意性横截面图。
[图9]图9是示意性地示出了根据本技术的用于检测生物物质的芯片1的第三实施方案的示意性横截面图。
[图10]图10是示意性地示出了根据本技术的用于检测生物物质的芯片1的第四实施方案的示意性横截面图。
[图11]图11是示意性地示出了根据本技术的用于检测生物物质的芯片1的第五实施方案的示意性横截面图。
[图12]图12是示意性地示出了根据本技术的用于检测生物物质的芯片1的第六实施方案的示意性横截面图。
[图13]图13是示意性地示出了根据本技术的用于检测生物物质的芯片1的第七实施方案的示意性横截面图。
[图14]图14是示意性地示出了根据本技术的用于检测生物物质的芯片1的第八实施方案的示意性横截面图。
[图15]图15是示意性地示出了根据本技术的用于检测生物物质的芯片1的第九实施方案的示意性横截面图。
[图16]图16是示意性地示出了根据本技术的用于检测生物物质的芯片1的遮光膜17的示例的示意性俯视平面图。
[图17]图17是示意性地示出了根据本技术的用于检测生物物质的芯片1的第十实施方案的示意性横截面图。
[图18]图18是示意性地示出了根据本技术的用于检测生物物质的芯片1的第十一实施方案的示意性横截面图。
[图19]图19是示意性地示出了根据本技术的用于检测生物物质的芯片1的第十二实施方案的示意性横截面图。
[图20]图20是示意性地示出了根据本技术的用于检测生物物质的芯片1的第十三实施方案的示意性横截面图。
[图21]图21是示意性地示出了根据本技术的用于检测生物物质的芯片1的第十四实施方案的示意性横截面图。
[图22]图22是示意性地示出了根据本技术的用于检测生物物质的芯片1的第十五实施方案的示意性横截面图。
[图23]图23是示意性地示出了根据本技术的用于检测生物物质的芯片1的第十六实施方案的示意性横截面图。
[图24]图24是示意性地示出了根据本技术的用于检测生物物质的芯片1的第十七实施方案的示意性俯视平面图。
[图25]图25是省略了内部结构的沿着图24的线A-A截取的示意性横截面图。
[图26]图26是示出了根据本技术的生物物质检测装置2的概念的框图。
[图27]图27是示出了根据本技术的生物物质检测系统3的概念的框图。
具体实施方案
在下文中，将参照附图说明用于实施本技术的优选实施方案。以下所述的实施方案示出了本技术的典型实施方案的示例，其不能狭义地解释本技术的范围。注意，将按照以下顺序进行说明。
1.本技术中生物物质的检测概要
(1)生物物质S本身的检测
(2)生物物质S的相互作用的检测
(3)其他物质的筛选
2.用于检测生物物质的芯片1
(1)第一实施方案
(2)第二实施方案、第三实施方案
(3)第四实施方案
(4)第五实施方案至第七实施方案
(5)第九实施方案至第十二实施方案
(6)第十三实施方案、第十四实施方案
(7)第十五实施方案
(8)第十六实施方案
(9)第十七实施方案
3.生物物质检测装置2
4.生物物质检测系统3
<1.本技术中生物物质的检测概要>
将说明由根据本技术的用于检测生物物质的芯片1、生物物质检测装置2和生物物质检测系统3执行的生物物质S的检测概述。根据本技术的用于检测生物物质的芯片1、生物物质检测装置2和生物物质检测系统3能够用于(1)生物物质S自身的检测；(2)生物物质S的相互作用的检测；和(3)使用生物物质S筛选其他物质(例如，药物活性成分)等。注意，在稍后将述的用于检测生物物质的芯片1的保持表面111上执行相应的各个检测。
(1)生物物质S自身的检测
例如，本技术能够用于检测诸如血液、尿液、粪便和唾液等体液中所含的诸如红细胞、白细胞、血小板、细胞因子、激素类物质、糖、脂质和蛋白质等生物物质；体液和水中的诸如细菌、真菌和病毒等微生物；以及细胞和微生物中的基因等等。例如，在使用专门作用于待检测物质或非检测对象物质的染料进行染色后，能够通过是否存在目标的光电检出来检测待检测物质的存在。检测结果能够用于疾病的诊断、体内环境的诊断和水质检查等。
(2)生物物质S的相互作用的检测
例如，本技术能够用于检测诸如蛋白质的相互作用、核酸的杂交以及细胞因子或激素类物质与受体的结合等相互作用。将参照图1至图3说明具体的检测示例。
例如，如图1的A部分至D部分所示，将诸如蛋白质和受体(或受体的模型)等生物物质S1固定在保持表面111上(参照图1的A部分)，并且添加已证实与生物物质S1相互作用的生物物质S2至S4，其中诸如荧光染料F1至F3等的染料分别被固定在生物物质S2至S4上(参照图1的B部分)。然后，洗掉未与生物物质S1相互作用的生物物质S3和S4(参照图1的C部分)，并且从保持表面111检测到荧光染料F1(参照图1的D部分)，从而能够检测生物物质S1和生物物质S2之间的相互作用。
例如，如图1的E部分至H部分所示，将诸如细胞等的生物物质S1固定在保持表面111上，能够检测到经由生物物质S1的转运体t(例如，细胞膜中的转运蛋白)吸收的发光体F1。
例如，如图2的A部分至D部分所示，将包含DNA或RNA等的探针S5固定在保持表面111上(参照图2的部分A)，并且添加嵌入剂I以及含有可以作为靶标的DNA S6和S7的样品(参照图2的B部分)。然后，当样品中包含具有与探针S5互补的序列的DNA S6时，发生杂交反应。洗掉未杂交的DNA S7(参照图2的C部分)，并且检测到来自保持表面111的从嵌入剂I发出的光(参照图2的D)，从而能够检测探针S5和靶标DNA S6的杂交。
例如，如图3的A部分至D部分所示，将生物物质S8固定在保持表面111上(参照图3的A部分)，并且添加与生物物质S8相互作用并形成新物质S10的生物物质S9(参照图3的B部分)。接下来，添加特定地与物质S10结合的诸如荧光染料F4等染料(参照图3的C部分)，并且从保持表面111检测到荧光染料F4(参照图3的D部分)，从而能够检测生物物质S8和生物物质S9之间的相互作用。
(3)其他物质的筛选
例如，本技术能够用于筛选可以是各种受体的激动剂或拮抗剂的物质以及筛选各种微生物的生产抑制剂、抗菌剂和杀菌剂等。将参照图4至图6说明具体的检测示例。
例如，如图4的A部分至D部分所示，将受体R1(或受体R1的模型)固定在保持表面111上(参照图4的A部分)，并且添加用于确认受体R1的激动性的物质d1至d3，在物质d1至d3上分别固定有诸如荧光染料F5至F7等的染料(参照图4的B部分)。然后，洗掉未与受体R1结合的物质d2和d3(参照图4的C部分)，并且从保持表面111检测到荧光染料F5(参照图3的D部分)，从而能够筛选能够是受体R1的激动剂的物质d1。
例如，如图5的A部分至E部分所示，将受体R2(或受体R2的模型)固定在保持表面111上(参照图5的A部分)，并且添加用于确认该受体R2的拮抗作用的物质d4(参照图5的B部分)。接下来，添加与受体R2结合的配体L1，在该配体L1上固定有诸如荧光染料F8等染料(参照图5的C部分)。此时，在物质d4能够是受体R2的拮抗剂的情况下，由于受体R2和物质d4彼此结合，因此配体L1不能与受体R2结合(参照图5的C部分)。在这种状态下，即使在洗掉未与受体R2结合的配体L1后尝试从保持表面111检测荧光染料F8(参照图5的D部分)，由于通过清洗而使保持表面111上已不存在荧光染料F8，因此也不会检测到光(参照图5的E部分)。
另一方面，例如，如图6的A部分至E部分所示，将受体R3(或受体R3的模型)固定在保持表面111上(参照图6的A部分)，并且添加用于确认该受体R3的拮抗作用的物质d5(参照图6的B部分)。接下来，添加与受体R3结合的配体L2，在该配体L2上固定有诸如荧光染料F9等染料(参照图6的C部分)。此时，在物质d5不是受体R3的拮抗剂的情况下，配体L2与受体R3结合(参照图6的D部分)。当洗掉未与受体R3结合的物质d5时(参照图6的D部分)，从保持表面111检测到荧光染料F9(参照图6的E部分)。
以这种方式，如图5和图6所示，能够通过是否从保持表面111检测到荧光染料F8或荧光染料F9来筛选能够作为受体R3的拮抗剂的物质d4。
<2.用于检测生物物质的芯片1>
根据本技术的用于检测生物物质的芯片1包括多个像素11，每个像素至少包括用于保持生物物质S的保持表面111和设置在半导体基板12上的且位于保持表面111下方的光电转换单元112。此外，在各像素11之间设置有混色抑制单元13。在下文中，将参考各实施方案进行说明。
(1)第一实施方案
图7是示意性地示出了根据本技术的用于检测生物物质的芯片1的第一实施方案的示意性横截面图。根据第一实施方案的用于检测生物物质的芯片1包括其中以矩阵形式二维地布置有多个像素11的有效像素区域11E。各个像素11至少包括用于保持生物物质S的保持表面111和光电转换单元112。对于光电转换单元112，例如，能够自由地使用诸如光电二极管等光电转换元件。此外，尽管未示出，但是各个像素11可以包括由电荷累积单元、多个晶体管和电容元件等构成的像素电路。可以在有效像素区域11E的外侧O设置光学黑像素和配线区域等(未示出)。
只要保持表面111具有能够保持生物物质S的构造即可，因此没有特别限制，并且能够自由地进行表面处理。例如，保持表面111能够通过如下方式形成：涂布因紫外线照射而改性为亲水性的感光性硅烷偶联剂等，并且使用紫外线选择性地照射期望保持生物物质S的区域。此外，例如，当对保持表面111进行抗生素蛋白处理时，能够通过抗生素蛋白-生物素接合来保持其一端被生物素化的诸如核酸等的生物物质S。
此外，在相邻像素11之间的上方(芯片表面的上侧)设置有下述的遮光膜17或分隔壁等，使得液体能够被保持在芯片1的表面上，从而使得生物物质S能够被保持在液体中。
在各像素11之间设置有混色抑制单元13。在根据本技术的用于检测生物物质的芯片1的第一实施方案中，通过使像素11和混色抑制单元13具有不同的导电类型，抑制了相邻像素11之间的混色。具体地，例如，像素11具有N型区域并且各像素11之间的空间是P型区域。相反地，像素11具有P型区域并且各像素11之间的空间是N型区域。结果，能够抑制相邻像素11之间的混色。
注意，在图7所示的第一实施方案中，尽管出于说明的目的描述了生物物质S，但是根据本技术的用于检测生物物质的芯片1中不包含生物物质S。
(2)第二实施方案、第三实施方案
图8的A部分是示意性地示出了根据本技术的用于检测生物物质的芯片1的第二实施方案的示意性横截面图，并且图8的B部分是示意性地示出了第二实施方案的变形例的示意性横截面图。根据第二实施方案的用于检测生物物质的芯片1包括位于光电转换区域112A之间的沟槽13T，并且该沟槽13T用作混色抑制单元13。
如图8的B部分所示，在沟槽13T的内部可以设置有氧化膜14。氧化膜14的材料的示例包括诸如氧化铪(HfO2)、氧化铝(Al2O3)和氧化钽(Ta2O5)等具有负固定电荷的材料。可以将这些氧化物膜中的一者设置为单层膜，或者可以将多个膜层叠并设置成多层膜。通过设置氧化膜，能够抑制暗电流和错误判定。
如在图9所示的第三实施方案中那样，在沟槽13T的内部，能够设置有氧化膜14和金属15等。通过设置金属15，能够增强遮光效果，并且能够抑制进入相邻像素的混色，并且能够抑制错误判定。通过在沟槽13T的内部设置氧化膜14和金属15，能够在抑制暗电流的同时改善相邻像素11之间的混色抑制效果。
作为氧化膜14，能够使用图8中所述的氧化膜。即，能够使用氧化硅膜(SiO2膜)、氧化铪膜(HfO2膜)、氧化铝膜(Al2O3膜)和氧化钽膜(Ta2O5膜)等。
作为金属，例如，能够使用钨(W)、铝(Al)、铜(Cu)或钛(Ti)。
注意，在第二实施方案和第三实施方案中，其他结构与上述第一实施方案中的结构相同，因此这里将省略其说明。同样在其他实施方案中，下文将仅说明不同于第一实施方案中的那些部分。
(3)第四实施方案
图10的A部分是示意性地示出了根据本技术的用于检测生物物质的芯片1的第四实施方案的示意性横截面图。在根据第四实施方案的用于检测生物物质的芯片1中，在光电转换单元112的上方并且在保持表面111中设置有凹部111C。通过在该凹部111C上保持待检测的生物物质S，能够防止来自生物物质S的光的散射。
如图10的B部分所示，在凹部111C中可以设置有氧化膜14。通过设置氧化膜14，能够消除混色路径并且提高灵敏度。
此外，对凹部111C的形状没有特别限制。除了如图10的A部分和B部分所示的在横截面图中的大致三角形形状之外，凹部111C还能够被设计为具有如图10的C部分所示的在横截面图中的大致四边形形状、在横截面图中的大致梯形形状或在横截面图中的大致半圆形形状(尽管未示出)等。
(4)第五实施方案至第七实施方案
图11是示意性地示出了根据本技术的用于检测生物物质的芯片1的第五实施方案的示意性横截面图。在根据第五实施方案的用于检测生物物质的芯片1中，保持表面111设置在形成于半导体基板12上的膜16上。
作为膜16，能够根据目的自由地选择形成在半导体基板12上的一种或两种以上的膜。例如，能够选择诸如氧化硅膜(SiO2膜)、氮化硅膜(Si3N4膜)、氮氧化硅膜(SiON膜)、氧化铪膜(HfO膜)、氧化铝膜(Al2O3)和氧化钽膜(Ta2O5膜)等无机膜，或者能够选择由诸如苯乙烯树脂、丙烯酸树脂、苯乙烯-丙烯酸共聚物树脂和硅氧烷树脂等树脂材料形成的有机膜。
有利的是，膜16的折射率与半导体基板12的折射率不同。换言之，有利的是，膜16具有第一折射率，而半导体基板12具有与第一折射率不同的第二折射率。膜16的折射率和半导体基板12的折射率不同，使得能够进行反射率的角度相关的光学设计。在来自被保持在保持表面111上的生物物质S的光中，横向的光能够被反射以防止其进入半导体基板12。因此，能够抑制像素11之间的混色。
如在图12至图14所示的第六实施方案至第八实施方案中那样，在上述沟槽13T中也可以包括膜16。此外，根据目的，可以通过层叠多个膜16来形成膜16或者可以如在图14所示的第八实施方案中那样将膜16与氧化膜14层叠。
(5)第九实施方案至第十二实施方案
图15是示意性地示出了根据本技术的用于检测生物物质的芯片1的第九实施方案的示意性横截面图。根据第九实施方案的用于检测生物物质的芯片1包括设置在相邻像素11之间上方的遮光膜17。通过设置遮光膜17，可以进一步抑制像素11之间的混色。此外，通过设置遮光膜17，能够将液体样品保持在保持表面111上并且将生物物质S保持在液体中。
作为遮光膜17，能够自由地选择，只要它是由能够遮光的材料形成的膜即可。例如，能够使用诸如钨(W)、铝(Al)、铜(Cu)和钛(Ti)等金属膜或光学黑滤光片。
对遮光膜17的形式没有特别地限制，并且能够根据目的自由地设计。然而，如图16的A部分至C部分所示，优选地，遮光膜17(即，保持表面111)在俯视图中具有选自圆形、椭圆形和具有圆角的多边形中的一种或多种形状。通过如上所述地消除遮光膜17之间的在俯视图中的角部，能够防止在将样品供给到保持表面111时的供给不均匀和在清洗保持表面11时的清洗不充分。结果，能够进一步提高检测精度。
作为防止在将样品供给到保持表面111时的供给不均匀和在清洗保持表面111时的清洗不充分的另一种方法，如在图17所示的第十实施方案中那样，能够采用使用有机膜等来设置平坦化膜19的方法。
如在图18所示的第十一实施方案中那样，可以在遮光膜17的下方设置诸如氧化膜14等的其它膜。此外，如在图19所示的第十二实施方案中那样，也能够将遮光膜17嵌入上述沟槽13T中以从像素11之间的上方到半导体基板12形成遮光壁。
注意，如图15至图19所示，尽管可以针对每个像素11设置遮光膜17，但是也可以针对多个像素11设置遮光膜17。
(6)第十三实施方案、第十四实施方案
图20是示意性地示出了根据本技术的用于检测生物物质的芯片1的第十三实施方案的示意性横截面图。在根据第十三实施方案的用于检测生物物质的芯片1中，保持表面111设置在设置于半导体基板12上的芯片上透镜(OCL)18上。通过设置芯片上透镜(OCL)，能够将来自生物物质S的光会聚在光电转换单元112上，并且能够进一步抑制像素11之间的混色。
对芯片上透镜(OCL)18的具体结构没有特别地限制，并且能够自由地选择和使用芯片上透镜(OCL)的结构(抗反射层等)。
如在图21所示的第十四实施方案中那样，芯片上透镜(OCL)18可以包括平坦化膜19。换言之，保持表面111可以设置在形成于芯片上透镜(OCL)18上的平坦化膜19上。通过设置平坦化膜19，能够防止在将样品供给到保持表面111时的供给不均匀和在清洗保持表面111时的清洗不充分等。结果，能够进一步提高检测精度。
在图21所示的第十四实施方案中，设置有用于使遮光膜17平坦化的平坦化膜19a和用于使芯片上透镜(OCL)平坦化的平坦化膜19b。平坦化膜19a和19b可以由不同的材料形成或者可以由相同的材料形成。
(7)第十五实施方案
图22是示意性地示出了根据本技术的用于检测生物物质的芯片1的第十五实施方案的示意性横截面图。根据第十五实施方案的用于检测生物物质的芯片1的表面上包括保护膜20。通过设置保护膜20，能够改善对热、光、水、酸、碱和药剂等的耐候性，并且还能够长时间与水、酸、碱或药剂接触。
作为用于形成保护层20的材料，能够根据目的自由地选择和使用对热、光、水、酸、碱和药剂等具有耐候性的任何材料。所述材料的示例包括氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)和氮氧化硅(SiON)。
(8)第十六实施方案
图23是示意性地示出了根据本技术的用于检测生物物质的芯片1的第十六实施方案的示意性横截面图。根据第十六实施方案的用于检测生物物质的芯片1包括激发光截止滤光片21。通过设置激发光截止滤光片21，能够防止激发光泄漏到光电转换单元112中。结果，能够进一步提高检测精度。
(9)第十七实施方案
图24是示意性地示出了根据本技术的用于检测生物物质的芯片1的第十七实施方案的示意性俯视平面图。图25是省略了内部结构的沿着图24的线A-A截取的示意性横截面图。根据第十七实施方案的用于检测生物物质的芯片1包括设置在有效像素区域11E的外侧O的台阶部22a。更具体地，在根据第十七实施方案的用于检测生物物质的芯片1中，从有效像素区域11E朝向外侧设置有中间区域22、配线区域23和外围区域24，并且在中间区域22中设置有台阶部22a。设置在有效像素区域11E的外侧O的配线区域23通常是台阶状的。然而，在第十七实施方案中，通过在配线区域23和有效像素区域11E之间的中间区域22中设置台阶部22a，能够抑制在将样品供给到保持表面111时的供给不均匀和在清洗保持表面111时的清洗不充分等。结果，能够进一步提高检测精度。
如图24所示，在第七实施方案中，台阶部22a的角在俯视图中形成为圆形形状。通过将台阶部22a的角形成为带圆角形状，能够进一步抑制在将样品供给到保持表面111时的供给不均匀和在清洗保持表面111时的清洗不充分等。注意，尽管未示出，但是配线区域23的角在俯视图中也能够形成为带圆角形状。此外，尽管未示出，但是在外围区域24中也能够设置台阶部。
注意，尽管未示出，但是通过在芯片1的与保持表面111(光接收面)相反的表面侧设置配线区域23，也能够抑制在将样品供给到保持表面111时的供给不均匀和在清洗保持表面111时的清洗不充分等。
<3.生物物质检测装置2>
图26是示出了根据本技术的生物物质检测装置2的概念的框图。根据本技术的生物物质检测装置2至少包括上述的根据本技术的用于检测生物物质的芯片1和分析单元21。此外，根据目的，生物物质检测装置2还可以包括：光照射单元22、存储单元23、显示单元24和温度控制单元25等。下面将说明各个单元。注意，由于用于检测生物物质的芯片1是如上所述的芯片，因此这里将省略其说明。
(1)分析单元21
在分析单元21中，将对由用于检测生物物质的芯片1获取的电信息进行分析。例如，基于由用于检测生物物质的芯片1获取的电信息，执行生物物质S的是否存在、生物物质S中的相互作用的是否存在和药物活性成分等的筛选。
注意，分析单元21可以由个人计算机或CPU实现，并且可以作为程序存储在包括记录介质(例如，非易失性存储器(USB存储器)、HDD或CD)的硬件资源中并且由个人计算机或CPU操作。
(2)光照射单元22
根据本技术的生物物质检测装置2可以包括例如用于施加激发光的光照射单元22。在光照射单元22中，用光照射保持在用于检测生物物质的芯片1的保持表面111上的生物物质S。注意，在根据本技术的生物物质检测装置2中，光照射单元22不是必不可少的，并且能够使用外部的光照射装置等照射生物物质S。
尽管对从光照射单元22发射的光的类型没有特别地限制，但是为了从微小粒子可靠地产生荧光或散射光，期望具有恒定的光方向、波长和光强度的光。上述光照射单元22的示例包括激光器和LED。在使用激光器的情况下，对激光器的类型没有特别地限制，并且能够自由地组合使用氩离子(Ar)激光器、氦氖(He-Ne)激光器、染料激光器、氪(Cr)激光器、半导体激光器或将半导体激光器与波长转换光学元件组合而获得的固态激光器中的一种或两种以上。
根据目的，光照射单元22可以包括多个光照射单元22。例如，可以针对用于检测生物物质的芯片1的各像素11设置一个光照射单元22。此外，通过将其中在与用于检测生物物质的芯片1的各像素11相对应的位置处布置有诸如LED等的发光元件的基板层叠在用于检测生物物质的芯片1上，生物物质S能够被光照射。
(3)存储单元23
根据本技术的生物物质检测装置2可以包括存储各种类型的信息的存储单元23。存储单元23能够存储与检测有关的所有事项，例如由用于检测生物物质的芯片1获取的电数据、由分析单元21生成的分析数据以及通过照射单元22的照射而获得的光学数据。
在根据本技术的生物物质检测装置2中，存储单元23不是必不可少的，并且可以连接外部的存储装置。作为存储单元23，例如，能够使用硬盘等。
(4)显示单元24
根据本技术的生物物质检测装置2可以包括显示各种类型的信息的显示单元24。在显示单元24中，能够显示诸如由用于检测生物物质的芯片1获取的电气数据、由分析单元21生成的分析数据、通过光照射单元22的照射而获得的光学数据以及存储在存储单元23中的数据等与检测有关的所有事项。
在根据本技术的生物物质检测装置2中，显示单元24不是必不可少的，并且可以连接外部的显示装置。作为显示单元24，例如，能够使用显示器或打印机等。
(5)温度控制单元25
根据本技术的生物物质检测装置2可以包括温度控制单元25，该温度控制单元25用于使保持在用于检测生物物质的芯片1的保持表面111上的生物物质S保持在预定温度或用于将生物物质S加热或冷却到预定温度。例如，在生物物质S是酶的情况下，能够通过温度控制单元25进行温度控制以保持最佳温度。此外，在例如生物物质S是核酸并且使用本技术检测杂交是否存在的情况下，能够通过温度控制单元25控制温度以使其保持在能够进行杂交的温度范围内。作为温度控制单元25，能够使用诸如珀耳帖(Peltier)元件等热电元件。
根据目的，温度控制单元25可以包括多个温度控制单元25。例如，可以针对用于检测生物物质的芯片1的各像素11设置一个温度控制单元25。此外，通过将其中在与用于检测生物物质的芯片1的各像素11相对应的位置处布置有热电元件的基板层叠在用于检测生物物质的芯片1上，能够对生物物质S进行温度控制。
注意，在根据本技术的生物物质检测装置2中，温度控制单元25不是必不可少的，并且可以使用外部温度控制装置等来对生物物质S进行温度控制。
<4.生物物质检测系统3>
图27是示出了根据本技术的生物物质检测系统3的概念的框图。根据本技术的生物物质检测系统3至少包括上述根据本技术的用于检测生物物质的芯片1和分析装置31。此外，根据目的，生物物质检测系统3还可以包括光照射装置32、存储装置33、显示装置34和温度控制装置35等。
用于检测生物物质的芯片1和各个装置可以经由有线或无线网络彼此连接。注意，各装置的详情与根据本技术的生物物质检测装置2的各单元的详情相同，因此这里将省略其说明。
应当注意的是，本技术还可以采用以下构造。
(1)
一种用于检测生物物质的芯片，其包括：
多个像素，其中，
各所述像素至少包括用于保持所述生物物质的保持表面和设置在所述保持表面的下方且在半导体基板上的光电转换单元，并且
在所述像素之间设置有混色抑制单元。
(2)
根据(1)所述的用于检测生物物质的芯片，其中，
所述像素和所述混色抑制单元具有不同的导电类型。
(3)
根据(2)所述的用于检测生物物质的芯片，其中，
所述像素具有N型区域并且所述混色抑制单元具有P型区域。
(4)
根据(2)所述的用于检测生物物质的芯片，其中，
所述像素具有P型区域并且所述混色抑制单元具有N型区域。
(5)
根据(1)至(4)中任一项所述的用于检测生物物质的芯片，其中，
所述多个像素中的各者具有光电转换区域，并且在各所述光电转换区域之间设置有沟槽。
(6)
根据(5)所述的用于检测生物物质的芯片，其中
所述沟槽的内部包括选自氧化膜和金属中的一种或多种。
(7)
根据(1)至(6)中任一项所述的用于检测生物物质的芯片，其中，
在所述光电转换单元的上方且在所述保持表面上设置有凹部。
(8)
根据(1)至(7)中任一项所述的用于检测生物物质的芯片，其中，
所述保持表面设置在形成于所述半导体基板上的膜上。
(9)
根据(8)所述的用于检测生物物质的芯片，其中，
所述膜具有第一折射率并且所述半导体基板具有与所述第一折射率不同的第二折射率。
(10)
根据(8)或(9)所述的用于检测生物物质的芯片，其中，
所述膜包括选自无机膜和有机膜中的一种或多种膜。
(11)
根据(1)至(10)中任一项所述的用于检测生物物质的芯片，还包括
遮光膜，所述遮光膜设置在各个相邻的所述像素之间的上方。
(12)
根据(11)所述的用于检测生物物质的芯片，其中，
在附视图中，所述遮光膜之间的空间形成为具有选自圆形、椭圆形和具有圆角的多边形中的一种或多种形状。
(13)
根据(1)至(12)中任一项所述的用于检测生物物质的芯片，其中，
所述保持表面设置在位于所述半导体基板上方的芯片上透镜(OCL)上。
(14)
根据(13)所述的用于检测生物物质的芯片，其中，
所述保持表面设置在形成于所述芯片上透镜(OCL)上的平坦化膜上。
(15)
根据(1)至(14)中任一项所述的用于检测生物物质的芯片，其中，
所述生物物质是选自核酸、蛋白质、细胞、微生物、染色体、脂质体、线粒体、细胞器以及它们的复合物中的一种或多种生物物质。
(16)
一种生物物质检测装置，其包括：
包括多个像素的用于检测生物物质的芯片；和
分析单元，其对由所述用于检测生物物质的芯片获取的电信息进行分析，其中，
所述像素各者至少包括用于保持所述生物物质的保持表面和设置在所述保持表面的下方且在半导体基板上的光电转换单元，并且
在所述像素之间设置有混色抑制单元。
(17)
一种生物物质检测系统，其包括：
包括多个像素的用于检测生物物质的芯片；和
分析装置，其对由所述用于检测生物物质的芯片获取的电信息进行分析，其中，
所述像素各者至少包括用于保持所述生物物质的保持表面和设置在所述保持表面的下方且在半导体基板上的光电转换单元，并且
在所述像素之间设置有混色抑制单元。
附图标记列表
1 用于检测生物物质的芯片
11 像素
S 生物物质
111 保持表面
12 半导体基板
112 光电转换单元
13 混色抑制单元
112A 光电转换区域
13T 沟槽
14 氧化膜
15 金属
111C 凹部
16 膜
17 遮光膜
18 芯片上透镜
19 平坦化膜
20 保护层
21 激发光截止滤光片
22 中间区域
23 配线区域
24 外围区域
21 分析单元
22 光照射单元
23 存储单元
24 显示单元
25 温度控制单元
31 分析装置
32 光照射装置
33 存储装置
34 显示装置
35 温度控制装置

Claims (17)

1.一种用于检测生物物质的芯片，其包括：
多个像素，其中，
各所述像素至少包括光电转换单元和用于保持所述生物物质的保持表面，所述光电转换单元设置在所述保持表面的下方且在半导体基板上，并且
在所述像素之间设置有混色抑制单元。
2.根据权利要求1所述的用于检测生物物质的芯片，其中，
所述像素和所述混色抑制单元具有不同的导电类型。
3.根据权利要求2所述的用于检测生物物质的芯片，其中，
所述像素为N型区域并且所述混色抑制单元为P型区域。
4.根据权利要求2所述的用于检测生物物质的芯片，其中，
所述像素为P型区域并且所述混色抑制单元为N型区域。
5.根据权利要求1所述的用于检测生物物质的芯片，其中，
所述多个像素中的各者具有光电转换区域，并且在各所述光电转换区域之间设置有沟槽。
6.根据权利要求5所述的用于检测生物物质的芯片，其中，
所述沟槽的内部包含选自氧化膜和金属中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的用于检测生物物质的芯片，其中，
在所述光电转换单元的上方且在所述保持表面上设置有凹部。
8.根据权利要求1所述的用于检测生物物质的芯片，其中，
所述保持表面设置在形成于所述半导体基板上的膜上。
9.根据权利要求8所述的用于检测生物物质的芯片，其中
所述膜具有第一折射率并且所述半导体基板具有与所述第一折射率不同的第二折射率。
10.根据权利要求8所述的用于检测生物物质的芯片，其中，
所述膜包括选自无机膜和有机膜中的一种或多种膜。
11.根据权利要求1所述的用于检测生物物质的芯片，进一步包括：
遮光膜，所述遮光膜设置在各个相邻的所述像素之间的上方。
12.根据权利要求11所述的用于检测生物物质的芯片，其中
在俯视图中，所述遮光膜之间的空间被形成为具有选自圆形、椭圆形和具有圆角的多边形中的一种或多种形状。
13.根据权利要求1所述的用于检测生物物质的芯片，其中，
所述保持表面设置在位于所述半导体基板上方的芯片上透镜(OCL)上。
14.根据权利要求13所述的用于检测生物物质的芯片，其中，
所述保持表面设置在形成于所述芯片上透镜(OCL)上的平坦化膜上。
15.根据权利要求13所述的用于检测生物物质的芯片，其中，
所述生物物质是选自核酸、蛋白质、细胞、微生物、染色体、脂质体、线粒体、细胞器以及它们的复合物中的一种或多种生物物质。
16.一种检测生物物质装置，其包括：
包括多个像素的用于检测生物物质的芯片；和
分析单元，其对由所述用于检测生物物质的芯片获取的电气信息进行分析，其中，
各所述像素至少包括用于保持所述生物物质的保持表面和设置在所述保持表面的下方且在半导体基板上的光电转换单元，并且
在所述像素之间设置有混色抑制单元。
17.一种生物物质检测系统，其包括：
包括多个像素的用于检测生物物质的芯片；和
分析装置，其对由所述用于检测生物物质的芯片获取的电气信息进行分析，其中，
各所述像素至少包括用于保持所述生物物质的保持表面和设置在所述保持表面的下方且在半导体基板上的光电转换单元，并且，
在所述像素之间设置有混色抑制单元。
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