JP2002350347A

JP2002350347A - 蛍光検出装置

Info

Publication number: JP2002350347A
Application number: JP2001152929A
Authority: JP
Inventors: Fumiaki Emoto; 文昭江本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-05-22
Filing date: 2001-05-22
Publication date: 2002-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】小型化が可能で光路が短い蛍光検出装置を提
供する。【解決手段】ｐ型シリコン基板７の表面部にｎ型不純
物層８を設けてフォトダイオードを形成し、この上に蛍
光反応の場となる蛍光反応槽１３を配置する。ｎ型不純
物層８の表面にはｐ＋不純物層２１を形成する。逆バイ
アス印加時にはｐ＋不純物層の一部が空乏化せず、ｎ型
不純物層が空乏化するようにすれば、励起光による電荷
はｎ型不純物層８に蓄積されず、蛍光のみ検出できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蛍光反応を検出す
る蛍光検出装置に関し、例えば、サンプル中に含まれる
特定の遺伝子の検出等に有用な蛍光検出装置に関する。

【０００２】

【従来技術】近年、ゲノム解読研究の進展は凄まじく、
ヒトゲノムについては２００３年に全塩基配列が解読さ
れる予定である。また、他の生物のゲノムについても世
界的に解読が進められている。このようなゲノム研究の
進展に伴い、遺伝子の機能解明や医療診断等の見地か
ら、遺伝子検出の重要性がさらに増している。従来の遺
伝子検出法としては、ＰＣＲ（polymerase chain react
ion）法に代表される遺伝子増幅法があるが、最近ではD
NAチップによる遺伝子検出法も汎用されるようになって
きた。

【０００３】ＤＮＡは、約１ｃｍ角のガラスチップやシ
リコンチップ等に多数の一本鎖ＤＮＡを固定したもので
ある。固定する一本鎖ＤＮＡとして、病因遺伝子のＤＮ
Ａ等がある。ＤＮＡチップを用いた遺伝子検査は、例え
ば、つぎのようにして行う。まず、検出対象の遺伝子を
細胞（例えば、血球など）から抽出する。そして、ＰＣ
Ｒにより検出対象遺伝子を増幅する。この増幅の際に、
蛍光物質で増幅産物が標識されるようにする。この蛍光
色素で標識した核酸鎖を含む溶液中にＤＮＡチップを入
れて、ハイブリダイゼーション反応をさせる。その後、
ＤＮＡチップを洗浄し、ハイブリダイズしていない核酸
鎖を除去する。

【０００４】つぎに、ＤＮＡチップに励起光を当てて、
蛍光を検出する。これに使用する蛍光検出装置の例を図
８に示す。この装置において、レーザなどの光源２０５
からの励起光２０９は、ビームスプリッター２０４で反
射されて、対物レンズ２０６に入り、ここで集光され
て、ＤＮＡチップ２０８の核酸プローブの固定部２０７
に当たる。ハイブリダイゼーションして二本鎖を形成し
ている場合、蛍光物質がＤＮＡチップ２０８上に存在し
ているため、励起光２０９により蛍光２１０が発生す
る。通常、蛍光２１０と励起光２０９には、数十ｎｍ程
度の波長の差がある。蛍光の一部２１１と励起光２０９
の反射光が対物レンズに戻り、ビームスプリッター２０
４に入射する。励起光２０９の反射光は、ほとんどがビ
ームスプリッター２０４で反射されて、光源側に向か
い、蛍光の一部２１１は、ビームスプリッター２０４を
透過して、受光器２０１側に向かう。ビームスプリッタ
ー２０４を透過した蛍光の一部２１１は、波長を限定す
るフィルター２０３を透過するが、励起光２０９の反射
光は除去される。さらに、蛍光の一部２１１は、受光器
レンズ２０２を通って、蛍光強度を測定する受光器２０
１に入射し、ここで蛍光が検出される。

【０００５】

【発明の解決しようとする課題】従来の蛍光検出装置
は、大掛かりで複雑な装置であり、また光路が長いた
め、この間に蛍光のロスが生じ、検出感度が低いという
問題があった。

【０００６】本発明は、このような事情に鑑みなされた
もので、小型で高感度の蛍光検出装置の提供を、その目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の蛍光検出装置は、半導体集積回路基板およ
び蛍光反応の場となる蛍光反応槽を備え、前記半導体集
積回路基板は、フォトダイオードと、前記フォトダイオ
ードで光電変換された電荷が入力される信号検出トラン
ジスタ回路と、前記信号検出トランジスタ回路駆動信号
の入出力端子とを有し、前記フォトダイオード上に前記
蛍光反応槽が形成され、前記フォトダイオード表層部お
よび前記フォトダイオードと前記蛍光反応槽との間の少
なくとも一方に励起光侵入防止層が形成されているとい
う構成である。

【０００８】このように、本発明の蛍光検出装置では、
蛍光を検出するフォトダイオードの上に蛍光反応槽を設
けているため、光路を短くすることができ、この結果、
蛍光検出感度が向上するとともに、装置全体を小型化す
ることもできる。また、この装置では、励起光侵入防止
層を有するため、励起光がフォトダイオードに入射する
ことが防止され、励起光による影響を排除できる。

【０００９】本発明の装置において、前記フォトダイオ
ードは、その表面側から、高濃度第１導電型半導体層、
第２導電型半導体層および低濃度第１導電型半導体層
が、この順序で積層されて構成され、前記高濃度第１導
電型半導体層が前記励起光侵入防止層であり、逆バイア
ス印加時に前記高濃度第１導電型半導体層の一部が空乏
化せず、前記第２導電型半導体層が空乏化するという構
成でもよい。励起光は蛍光より短波長であるからフォト
ダイオード表面で光電変換されるため、前述のような構
成にすれば、励起光により前記表面付近で生じた電荷が
フォトダイオードに蓄積されなくなる。

【００１０】本発明の装置において、前記励起光侵入防
止層は、励起光吸収層または励起光を反射する光干渉層
であり、これが前記フォトダイオードと前記蛍光反応層
との間に配置されていてもよい。さらに、前記励起光侵
入防止層は、気体層であり、これが前記フォトダイオー
ドと前記蛍光反応層との間に配置されており、励起光
が、屈折率が小さくなる前記気体層と前記蛍光反応槽底
面との界面で全反射する方向から照射されるように設定
されていても良い。

【００１１】本発明の装置において、前記蛍光反応槽の
内部底面に、一本鎖ＤＮＡが固定されていてもよい。こ
の場合は、ＤＮＡチップとして使用されることになる。
この他に、前記蛍光反応槽の内部底面に、抗体又は抗原
が固定されていてもよい。さらに、前記蛍光反応槽で、
ＰＣＲ反応等の遺伝子増幅反応を行い、その増副産物を
蛍光で検出してもよい。

【００１２】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の蛍光検出装置の
例を、図面に基づき説明する。

【００１３】（実施形態１）図１、図２および図３に、
本発明の蛍光検出装置の一例を示す。図１は、この装置
の光検出部分の構造を示す断面図であり、図２（ａ）
は、前記装置の蛍光検出回路の回路構成図であり、図２
（ｂ）は、前記蛍光検出回路の駆動タイミングチャート
であり、図３は、前記装置の光検出部分の斜視図であ
る。図１、図２および図３において、同一部分には、同
一符号を付している。

【００１４】図１に示すように、この装置の光検出部分
は、ｐ型シリコン基板７（低濃度第１導電型半導体層）
表面部にｎ型不純物層８（第２導電型半導体層）が形成
され、さらにその表面にｐ＋不純物層２１（高濃度第１
導電型半導体層）が形成され、これらによってフォトダ
イオードが構成されており、ここで蛍光が光電変換され
て電荷が生じる。このフォトダイオードは、増幅トラン
ジスタ６の制御ゲート３と金属配線１で接続しており、
これによりフォトダイオードの電圧が増幅トランジスタ
６に入力される。２、５は、増幅トランジスタ６のソー
ス金属配線、ドレイン金属配線をそれぞれ示す。また、
フォトダイオードにはリセットトランジスタ９が接続さ
れており、これにより、電荷信号を読み出した後、フォ
トダイオードをリセットする。１１はリセットトランジ
スタ９の制御ゲートを示し、１０はリセット電源線を示
す。１２は、フォトダイオード以外のリセットトランジ
スタなどの能動素子を遮光する金属層を示す。４は層間
絶縁層を示す。前記フォトダイオードの上には蛍光反応
槽１３が配置され、これは透明容器１４により構成され
ている。半導体集積回路基板（図３において符号１５で
示す）は、例えば、シリコン基板７からＩＣ（集積回
路）を製造するＭＯＳ（金属−酸化膜−半導体）プロセ
スにより作製することができるが、本発明はこれに限定
されず、フォトダイオードとトランジスタが形成可能な
基板材料ならよい。例えば、ガラス基板上に形成した多
結晶シリコン集積回路基板、アモルファスシリコン集積
回路基板、ＧａＡｓ集積回路基板などでも良い。また、
透明材料による容器１４は、例えば、石英、ＰＭＭＡ
（ポリメチルメタクリレート）、ガラス等で形成できる
が、これに限定されず、光透過率が高く、蛍光が極力少
ない材料であれば良い。

【００１５】フォトダイオードを構成するｐ＋不純物層
２１は、定電圧源に接続され、ここで、励起光により光
電変換された電荷がｎ型不純物層８に入らないようにし
ている。光が、光吸収係数αの材質に入射すると、深さ
ｄでの光電変換される電荷生成率ｇ（ｄ）は、γ・Φ・
α・ｅｘｐ（−α・ｄ）で表される。γは量子効率で、
Φは光束密度である。シリコンの光吸収係数αは、可視
光域付近では短い波長になるほど大きくなることから、
短い波長の光は、表面付近で光電変換され、吸収されや
すいことになる。また、蛍光を励起する光は、蛍光より
短い波長であるので、より表面での吸収が大きいことに
なる。このことより、励起光による電荷は、ｐ＋不純物
層２１で吸収されるため、ｎ型不純物層８に不要な励起
光による電荷が蓄積されにくくなる。

【００１６】図２（ａ）において、２２はフォトダイオ
ード、２３はリセットトランジスタ、２４は増幅トラン
ジスタ、２５は負荷トランジスタを、それぞれ示す。負
荷トランジスタ２５は、ソース接地している。３２は増
幅トランジスタ２４の電源、３３はリセットトランジス
タ２３のリセット電源、３４はリセットトランジスタの
タイミング制御入力端子を、それぞれ示す。３５は、増
幅トランジスタ２４と負荷トランジスタ２５で構成され
るソースホロワ回路の信号出力端子を示す。図２（ｂ）
は、図２（ａ）の回路の駆動タイミングを示す。

【００１７】この蛍光検出回路は、つぎのように作動す
る。すなわち、まず、フォトダイオード２２のカソード
側をリセットトランジスタ２３により、正電圧に充電す
る。その時、増幅トランジスタ２４と負荷トランジスタ
２５で構成されるソースホロワ回路の信号出力は、ほぼ
増幅トランジスタ２４のゲート電圧と同じである。増幅
トランジスタ２４のゲートは、フォトダイオード２２の
カソードに接続されていることから、リセット時には、
信号出力端子３５が、ほぼリセット電源３３の電圧とな
る。その後、フォトダイオード２２に光が入射すると、
光電変化により発生した電子が、フォトダイオード２２
を形成しているｎ型不純物層８に蓄積され、フォトダイ
オード２２のカソード側の電圧が低下する。その結果、
増幅トランジスタ２４のゲート電圧が低下し、信号出力
端子３５の電圧も低下する。以上の動作をタイミングチ
ャートで示すと、図２（ｂ）になる。すなわち、リセッ
トトランジスタ２３のタイミング制御入力端子３４がＨ
Ｉ（トランジスタがオン状態）になると、信号出力端子
３５がリセット電源３３の電圧に充電される。その後、
リセットトランジスタ２３のタイミング制御入力端子３
４がＬＯ（トランジスタがオフ状態）になると、フォト
ダイオード２２での光電変換によって、リセットトラン
ジスタ２３のタイミング制御入力端子３４の電圧が変化
し、信号出力端子３５も同様に変化する。信号出力端子
３５の電圧が光電変換させる光の強度を表す。

【００１８】この装置を用いた遺伝子の蛍光検出操作
は、例えば、つぎのようにして行う。まず、検出したい
遺伝子と相補的配列の一本鎖ＤＮＡを蛍光反応槽に固定
する。固定の方法は、特に制限されず、一般的な方法が
適用できる。蛍光反応槽の底面に直接ＤＮＡ（オリゴヌ
クレオチド）を合成してもよいし、蛍光反応槽底面をＤ
ＮＡが結合しやすい素材でコーティングし、その上にク
ローン化したＤＮＡやＰＣＲ産物を固定してもよい。そ
して、蛍光反応槽にサンプル溶液を入れる。この場合、
ターゲットＤＮＡ自身がＣｙ３、Ｃｙ５等で蛍光標識さ
れている場合は、サンプル溶液を入れた後、蛍光反応槽
を洗浄してもよい。また、ターゲットＤＮＡが蛍光標識
されていなくても、サンプル溶液若しくは蛍光反応槽内
に、ＳＹＢＲ−Ｇｒｅｅｎ等の蛍光インターカーレータ
を入れておけばよい。そして、図３に示すように、励起
光６を蛍光反応槽（透明容器１４）の側面から入射す
る。同図において、１５は半導体集積回路基板を示し、
１７は蛍光反応液を示す。蛍光反応槽底面に固定された
一本鎖ＤＮＡとターゲットＤＮＡがハイブリダイズして
２本鎖が形成されている場合、この中に入り込んだ蛍光
インターカーレータ若しくはターゲットＤＮＡの蛍光標
識によって蛍光が放射状に発生する。ＳＹＢＲ−Ｇｒｅ
ｅｎを使用する場合は、波長４７３ｎｍのＳＨＧレーザ
を照射すればよい。発生した蛍光の一部はフォトダイオ
ードで検出され、光電交換により電気信号に変換され、
この電子信号は増幅トランジスタに入力され、その後
は、前述の動作が半導体集積回路基板で行われる。

【００１９】この装置において、フォトダイオードを複
数設け、それに応じて一本鎖ＤＮＡも複数種類固定すれ
ば、一回の蛍光検出で、複数の検査が可能になる。

【００２０】この例では、蛍光反応槽底面に一本鎖ＤＮ
Ａを固定した例を挙げたが、この他に、抗体若しくは抗
原を固定してもよい。その場合、蛍光標識した抗原若し
くは抗体のサンプル溶液を蛍光反応槽に入れる。その
後、サンプル溶液を除去し、蛍光の励起光を照射する。
ここで、抗原抗体複合体が形成されている場合は、蛍光
が発生し、これをフォトダイオードで検出できる。ま
た、エンザイムイムノアッセイ（ＥＬＩＳＡ）を適用す
ることもできる。この場合、蛍光反応槽の底面に第１の
抗体を固定し、ここに抗原を含むサンプル溶液を供給す
る。すると、抗原抗体複合体が形成される。さらに酵素
標識された第２の抗体を供給し、サンドイッチ構造の第
１抗体−抗原−第２抗体の複合体を形成させる。ここ
に、酵素反応により蛍光物質に変化する基質を加え、酵
素反応させる。そして、励起光を照射し、生じた蛍光物
質の蛍光をフォトダイオードで検出すればよい。なお、
抗原抗体反応による蛍光検出において、フォトダイオー
ドが多数形成されている場合には、複数種類の抗体若し
くは抗原を固定化していれば、同時に複数種類の抗原若
しくは抗体を検出できる。

【００２１】さらに、この装置において、ＰＣＲ法など
の遺伝子増幅法を実施してもよい。この場合、ターゲッ
トＤＮＡを含むサンプル溶液と、前記ターゲットＤＮＡ
の両端にハイブリダイズ可能な一対のプライマー、耐熱
性ＤＮＡポリメラーゼ（ＴａｑＤＮＡポリメラーゼ
等）、ｄＮＴＰｓおよび蛍光インターカーレータ等を含
むバッファー液とを前記蛍光反応槽に入れる。そして、
ターゲットＤＮＡの熱変性、プライマーのアニーリング
およびＤＮＡポリメラーゼによる伸長反応の一連のステ
ップを繰り返すことにより、ターゲットＤＮＡの増幅を
行う。得られた増幅産物に蛍光インターカーレータが結
合するから、これに励起光を照射し、生じる蛍光をフォ
トダイオードで検出すればよい。

【００２２】（実施形態２）図４の断面図に、励起光を
吸収若しくは反射するフィルター層を設けた蛍光検出装
置の一例を示す。同図において、図１と同一部分には同
一符号を付している。

【００２３】この装置において、フィルター層１８は、
ｎ型不純物層８と蛍光反応槽１３の底部との間に設けら
れている。フィルター層１８の材料としては、励起光１
６を透過させない機能があればよく、顔料膜、多層干渉
膜、染色膜、色ガラス等でもよい。例えば、励起光波長
が４９７ｎｍで蛍光波長が５２０ｎｍの場合、５１０ｎ
ｍ以下の光を吸収する顔料膜をフィルター層１８に使用
すれば良い。この他に、例えば、多層干渉膜は、半導体
集積回路基板を作製した後、屈折率の相違した材料を多
層に積層することで形成できる。この多層膜は、例え
ば、二酸化シリコンと酸化チタン、若しくは二酸化シリ
コンと窒化シリコンをスパッタ法やＣＶＤ（化学的気相
成長）法などにより、多層に積層することで形成でき
る。この装置において、その他の構成、条件、操作等
は、前述の実施形態１と同様である。

【００２４】（実施形態３）図４の断面図に、気体層を
設けた蛍光検出装置の一例を示す。図５において図１と
同一部分には同一符号を付している。この装置では、蛍
光反応槽１３の底面に石英ガラスから形成された透明層
２０を配置し、この透明層２０とｎ型不純物層８との間
に、空気からなる気体層１９を設けている。屈折率は、
空気が１．０で、石英ガラスが１．５であり、透明層２
０と気体層１９の界面で屈折率が低くなり、石英ガラス
層２０から空気層１９へ入る光は、法線方向に対して約
４４度以上で全反射する。したがって、励起光１６を法
線方向に対し、例えば、６０度で入射すると、励起光
は、透明層２０と気体層１９の界面で反射されｎ型不純
物層８に入射せず、蛍光だけが入射する。気体層１９
は、空気に限らず、屈折率の小さいものであればよく、
例えば、窒素でも、真空でもよい。また、透明層２０
は、石英ガラスに限らず、蛍光が透過する透明材料で、
気体層１９より高い屈折率であればよく、ポリメチルメ
タクリレート、蛍光特性のないガラスなどでもよい。こ
の装置において、その他の構成、条件、操作等は、前述
の実施形態１と同様である。

【００２５】（実施形態４）図６の平面図および図７の
断面図に、フォトダイオードを複数設けた蛍光検出装置
の一例を示す。図７は、図６のＩ−Ｉ方向断面であり、
前記両図において、同一部分には同一符号を付してい
る。

【００２６】図６に示すように、この装置は、半導体集
積回路基板１４７と、蛍光反応槽を形成する透明容器１
３５とを主要構成要素とする。半導体集積回路基板１４
７には、二次元に配列されたフォトダイオード１０２、
Ｙ転送部１０１、Ｘ転送部１０３、電荷蓄積部１０４、
電荷蓄積部１０４を入力とする増幅回路１１５が形成さ
れている。Ｙ転送部１０１およびＸ転送部１０３は、複
数の転送電極を持つもので、いわゆる電荷結合素子（Ｃ
ＣＤ）である。増幅回路１１５は、増幅トランジスタ１
０６、リセットトランジスタ１０７および負荷トランジ
スタ１０５を主要構成要素とする。増幅トランジスタ１
０６のゲートには、電荷蓄積部１０４の電圧が入力され
る。リセットトランジスタ１０７は、電荷蓄積部１０４
の電荷をリセットする。負荷トランジスタ１０５は、増
幅トランジスタ１０６とソースホロワ回路を構成する。
増幅回路１１５は、さらに、入力となる増幅トランジス
タ１０６の制御ゲート１１８、リセット電源１１４、リ
セットパルス端子１１３（φｒ）、負荷抵抗の抵抗を決
める負荷トランジスタのゲート電源１０９、ソースホロ
ワ回路の電源１１２と接地電源１１０および信号出力端
子１１１を有する。

【００２７】この装置において、蛍光反応槽を形成する
透明容器１３５の中の蛍光反応液１３９に、励起光１４
１を入射すると、球状に蛍光発光する。この蛍光がフォ
トダイオード１０２に入射して、光電変換されて電荷が
蓄積される。この光電変換されて蓄積された電荷を、読
出し動作１２１でＹ転送部１０１に移す。Ｙ転送部１０
１に移された電荷を、Ｙ転送部１０１の複数の転送電極
にパルス電圧を印加して、転送動作１２２を行い、Ｘ転
送部１０３に移す。次に、Ｘ転送部に移された電荷は、
Ｘ転送部１０３の複数の転送電極にパルス電圧を印加し
て、転送動作１２３を行うことにより、電荷蓄積部１０
４に移す。このような動作により、フォトダイオードで
光電変換された電荷を全て、いったん電荷蓄積部１０４
に蓄積する。一方、蛍光による電荷を電荷蓄積部１０４
に蓄積する前に、リセットパルス端子１１３からリセッ
トトランジスタ１０７のゲートにトランジスタがＯＮ状
態になるパルスを入力し、電荷蓄積部４をリセット電源
１１４に充電する。このリセット動作で電荷蓄積部１０
４がリセット電源１１４の電圧になり、その後に蛍光の
電荷が電荷蓄積部１０４に蓄積されて、電荷蓄積部１０
４の電圧が変調される。電荷蓄積部１０４は、増幅トラ
ンジスタ１０６の制御ゲート１１８に接続されていて、
制御ゲート１１８の電圧は、電荷蓄積部の電圧と同じに
なる。増幅トランジスタ１０６と負荷トランジスタ１０
５でソースホロワ回路を構成するので、信号出力端子１
１１（Ｖｏ）の電圧は、制御ゲート１１８の電圧とほぼ
同じ電圧にある。この信号出力端子１１１（Ｖｏ）の電
圧により、蛍光の発光強度を検出する。蛍光が強い場合
には、光電変換した電荷が多くなり、電荷蓄積部１０４
の電圧は低くなり、信号出力端子１１１（Ｖｏ）の電圧
は低くなる。蛍光が弱い場合には、逆に光電変換される
電荷が少なく、信号出力端子１１１（Ｖｏ）の電圧は、
リセット電源１１４の電圧に近く、高い電圧になる。

【００２８】図７に示すように、この装置では、ｐ型半
導体基板１３１（低濃度第１導電型半導体層）、ｎ型不
純物層１３２（第２導電型半導体層）およびｐ＋不純物
層１３３（高濃度第１導電型半導体層）とによりフォト
ダイオードが構成されており、前記実施形態１と同様の
メカニズムにより励起光による影響を排除している。ま
た、この装置は、さらに、光電変換された電荷を読み出
す読出しトランジスタ１１６、Ｙ転送部１０１を構成す
るｎ型不純物層１３４、ポリシリコン層１３７、層間絶
縁膜１３８、蛍光反応槽１４０を形成する透明容器１３
５を有する。１３９は蛍光反応液を示す。ポリシリコン
層１３７は、複数の転送電極を持つＹ転送部１０１の転
送ゲートで、読出しトランジスタ１１６のゲートも兼ね
ている。蛍光反応溶液１３９からの蛍光は、光電変換さ
れ、信号電荷としてｎ型不純物層１３２に蓄積される。
ｐ＋不純物層１３３は、定電圧源に接続され、信号電荷
を蓄積する前は、ｎ型不純物層１３２を、空乏化させて
おく。ｎ型不純物層１３２に蓄積された電荷は、ポリシ
リコン層１３７を高電圧にして、Ｙ転送部１０１を構成
するｎ型不純物層３４に移す。この動作は、図６におけ
る読出し動作１２１に該当する。

【００２９】このように、フォトダイオードからの信号
電荷をＣＣＤ（電荷結合素子）を用いて、一旦、蓄積容
量に転送し、その後増幅回路に入力することによって
も、励起光による電荷の影響を抑制する効果がある。

【００３０】このようなＣＣＤを用いた装置において、
励起光による電荷の影響を抑制する方法として、ｐ＋不
純物層１３３を設ける方法の他に、前述のように、光干
渉膜、光吸収膜または気体層を設ける方法を採用しても
よい。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、本発明の蛍光検出装置
は、小型化が可能であり、また光路を短くすることで
き、しかも励起光の影響も防止できるため、検出感度が
高い。したがって、本発明の蛍光検出装置により、例え
ば、蛍光による遺伝子検出等を高精度で行うことが可能
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の蛍光検出装置の一例を示す断面図であ
る。

【図２】（ａ）は、前記装置の蛍光検出回路の構成図で
あり、（ｂ）は前記装置の駆動タイミングチャートであ
る。

【図３】前記装置の斜視図である。

【図４】本発明の蛍光検出装置のその他の例を示す断面
図である。

【図５】本発明の蛍光検出装置のさらにその他の例を示
す断面図である。

【図６】本発明の蛍光検出装置のさらにその他の例を示
す平面図である。

【図７】前記装置の部分断面図である。

【図８】従来の蛍光検出装置の構造図である。

【符号の説明】

１金属配線２ソース金属線３制御ゲート４層間絶縁膜５ドレイン金属配線６増幅トランジスタ７Ｐ型シリコン基板８ｎ型不純物層９リセットトランジスタ１０リセット電源線１１制御ゲート１２遮光金属層１３蛍光反応槽１４透明容器１５半導体集積回路基板１６励起光１７蛍光反応溶液１８フィルター層１９気体層２０透明層２１ｐ＋不純物層２２フォトダイオード２３リセットトランジスタ２４増幅トランジスタ２５負荷トランジスタ３２電源線３３リセット電源３４タイミング制御入力端子３５信号出力端子１０１Ｙ転送部１０２フォトダイオード１０３Ｘ転送部１０４電荷蓄積部１０５負荷トランジスタ１０６増幅トランジスタ１０７リセットトランジスタ１０９負荷トランジスタのゲート電源１１０接地電源１１１信号出力端子１１２ソースホロワ回路の電源１１３リセットパルス端子１１４リセット電源１１５増幅回路１１６読出しトランジスタ１１８制御ゲート１２１読出し動作１２２転送動作１２３転送動作１３１ｐ型半導体基板１３２ｎ型不純物層１３３ｐ＋不純物層１３４ｎ型不純物層１３５透明材料による容器１３７ポリシリコン層１３８層間絶縁膜１３９蛍光反応溶液１４０蛍光反応槽１４１励起光２０１受光器２０２受光器レンズ２０３波長を限定するフィルター２０４ビームスプリッター２０５光源２０６対物レンズ２０７核酸プローブの固定部２０８ＤＮＡチップ２０９励起光２１０蛍光２１１ビームスプリッターを透過した蛍光の一部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０１Ｎ 37/00 １０２Ｇ０１Ｎ 37/00 １０２Ｈ０１Ｌ 27/14 Ｈ０１Ｌ 27/14 Ｚ 27/148 ＢＦターム(参考） 2G043 AA03 BA16 CA03 DA02 DA06 EA01 GA08 GB01 HA08 JA02 KA02 KA05 KA09 LA03 2G057 AA04 AB04 AC01 BA01 BB04 BB06 4M118 AA01 AB01 BA02 BA13 CA03 CB11 FA06 FC06 FC17 FC18 FC20 GC20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体集積回路基板および蛍光反応の場
となる蛍光反応槽を備え、前記半導体集積回路基板は、
フォトダイオードと、前記フォトダイオードで光電変換
された電荷が入力される信号検出トランジスタ回路と、
前記信号検出トランジスタ回路駆動信号の入出力端子と
を有し、前記フォトダイオード上に前記蛍光反応槽が形
成され、前記フォトダイオード表層部および前記フォト
ダイオードと前記蛍光反応槽との間の少なくとも一方に
励起光侵入防止層が形成されている蛍光検出装置。
【請求項２】前記フォトダイオードは、その表面側か
ら、高濃度第１導電型半導体層、第２導電型半導体層お
よび低濃度第１導電型半導体層が、この順序で積層され
て構成され、前記高濃度第１導電型半導体層が前記励起
光侵入防止層であり、逆バイアス印加時に前記高濃度第
１導電型半導体層の一部が空乏化せず、前記第２導電型
半導体層が空乏化する請求項１記載の装置。
【請求項３】前記励起光侵入防止層が励起光吸収層で
あり、これが前記フォトダイオードと前記蛍光反応層と
の間に配置されている請求項１記載の装置。
【請求項４】前記励起光侵入防止層が励起光を反射す
る光干渉層であり、これが前記フォトダイオードと前記
蛍光反応層との間に配置されている請求項１記載の装
置。
【請求項５】前記励起光侵入防止層が気体層であり、
これが前記フォトダイオードと前記蛍光反応層との間に
配置されており、励起光が前記気体層と前記蛍光反応槽
底面との界面で全反射する方向から照射されるように設
定されている請求項１記載の装置。
【請求項６】前記蛍光反応槽の内部底面に、一本鎖Ｄ
ＮＡが固定されている請求項１から５のいずれかに記載
の装置。
【請求項７】前記蛍光反応槽の内部底面に、抗体又は
抗原が固定されている請求項１から５のいずれかに記載
の装置。