JP2017166910A - 光学センサ、分析装置および分析方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】二次元領域にマトリックス状に並んでセンサ面4を形成する、複数のセンシング部13と、前記複数のセンシング部と対向して位置し、光透過性の底部21を有する、試料収容部20とを備える。
【選択図】図1
Description
図1の(A)は、実施形態の一例である光学センサの斜視図である。図1の(B)は、図1の(A)の光学センサをB−B’に沿って切断した断面図である。図1の(A)および(B)に示される光学センサ1は、半導体センサチップ10と、試料収容部20と、光源51とを備える。
上述したように、半導体センサチップ10は、基板11上の二次元領域にマトリックス状に並んだ複数のセンシング部13を備える。
上述したように試料収容部は、図1(A)および(B)に示されるように、壁部22と底部21とを備える。
光源51は、試料収容部の外側から壁部を通過させて試料収容部内へと光を照射するように配置されている。光源51は、例えば、図1に示されるような照明ユニット50内に備えられ達ものであり得る。光源51は、例えば、赤色光、緑色光、青色光、白色光などの可視光、紫外光および赤外光、並びにこれらの中から選択される2つ以上の組み合わせなどの光を発する光源であり得る。光源51は、例えば、上述のような光を照射することができる有機EL、LEDまたはレーザーなどであり得る。光源は、半導体センサチップと固定されていてもよいし、固定されていなくてもよい。半導体センサチップと固定されていない光源は、上述のような光を発する光源を備える公知の何れかの照明装置に備えられたものであってもよい。そのような照明装置は、例えば、インキュベータ、チャンバまたは暗室などに内蔵されたものなどであり得る。
より好ましい実施形態を図3(A)および(B)に示す。図3(A)は対向したセンサ面14と前記底部21との間に低屈折率層30を備える光学センサの一例の斜視図である。図3(B)は、図3(A)の光学センサをB−B’に沿って切断した断面図である。低屈折率層30は、底部21よりも屈折率の低い層である。低屈折率層30は、例えば、真空であるか、または底部21より屈折率の低い材料で満たされている。底部21より屈折率の低い材料は、例えば、空気またはメタマテリアルなどであり得る。低屈折率層30は、例えば、センサ面14と底部21とを間隔をあけて固定する複数の支持部材31を備えることによって形成され得る。支持部材31は円柱型または角柱型の棒状の部材であり、一方の端がセンサ面14に、他方の端が底部の下面に固定されている。支持部材31の高さは、低屈折率層を構成するセンサ面14と底部21との距離に依存して決定され得る。支持部材31の断面の最大差し渡し長は、センサ面14と底部21の間に所望の低屈折率層30が形成および維持され、かつ試料の光学的情報の検出に影響を与えない何れかの長さであり得る。そのような支持部材31の断面の最大差し渡し長は、例えば、100μm〜10mmであり得る。支持部材31の支持部材31の材料は、例えば、SiO2、ガラス、PDMSまたはエポキシ樹脂であり得る。
図8は、更なる実施形態の一例であるセンシング部13に散乱光が到達する領域70にセンシング部13を備えない光学センサ1の断面図である。図8には、低屈折率層を備え、試料として細胞40を含む細胞保存液41を試料収容部20に収容した光学センサを示した。散乱光が到達する領域70は、半導体センサチップ10上の領域であり、それは、例えば、第1または2の実施形態の半導体センサチップ10を使用する場合に散乱光53がそのセンシング部13に到達し得る領域である。このような領域70は、例えば、底部21への入射角がより小さい散乱光53が到達し得る光源51側の領域、または細胞保存液41の上面で反射して底部21に入射した散乱光53が到達し得る光源51と反対側の領域などであり得る。光源51からの光の角度または種類、あるいは細胞保存液41の種類、低屈折率層30の厚さ、種類などによって決定され得る。
図9に、更なる実施形態の一例であるセンサ面14上の散乱光が到達する領域71に遮光部材72を備える上述の何れかの光学センサの断面図を示す。当該散乱光は、例えば、光源51から照射され分析対象の細胞40に当たらずに底部21に入射した際に発生した散乱光53、支持部材31によって発生する散乱光54、底部21の穴33によって発生する散乱光55、または底部21上のキズ34によって発生した散乱光56であり得る。支持部材31、穴33、またはキズ34によって発生する散乱光54,55,56が到達し得る領域71は、例えば、キズ34の周囲0μm〜10μmの領域、穴33の周囲0μm〜10μmの領域、または支持部材31の周囲0μm〜10μmの領域であり得る。
図10(A)に、実施形態の一例である、半導体センサチップ10に、その側面がテーパーを有する遮光部材72を備える光学センサの断面図を示した。このような遮光部材72は、センシング部13の上面よりも上で、かつセンサ面14より下に位置し得る。図10Aには、一例として低屈折率層30を備える当該光学センサを示した。
図11Aは、更なる実施形態の一例である、壁部22Aに更にレンズ23Aを備える光学センサ1の断面図である。当該光学センサ1は、壁部22Aにレンズ23Aを備えること以外は上述の何れかの光学センサと同じであり得る。
図12は、実施形態の一例である光学センサの断面図である。図12は、上述の何れかの光学センサの壁部22側面の一部が遮光膜24によって覆われている光学センサ1を示す。図12は一例として、低屈折率層30を備える当該光学センサを示した。また、細胞40を含む細胞保存液41を試料として試料収容部に含む。遮光膜24は、例えば、照明ユニット50に備えられた光源51から照射される可視光、紫外光、または赤外光などを遮光できる公知の何れかの膜であり得る。当該実施形態において、壁部22の遮光膜24によって覆われない領域25は、照射される光の量、光の種類および/または、光源と壁部との距離などに依存して決定され得る。そのような領域は、底部と平行な帯型、丸型、多角形型またはスポット状などであり得る。遮光膜は、少なくとも光源から試料までの光路上にある壁部22を覆うように備えられ得るが、壁部22の外側の側面全体を覆うように用いられてもよい。また、壁部22の外側側面または内側側面を覆っていてもよいし、外側側面の覆われた領域に対応した内側側面の領域も覆っていてもよい。
図13の(A),(B)および(C)に、更なる実施形態であるセンシング部13と底部21との間にフィルタ300を備える光学センサの底部21と半導体センサチップ10の拡大断面図を示した。図13の(A),(B)および(C)には、一例として低屈折率層30を備える当該光学センサを示した。
図14の(A)および(B)に、更なる実施形態の光学センサの一例の断面図を示す。当該光学センサは、上述の何れかの光学センサに更に流路を備える。図14の(A)は、流路90を備えた光学センサ1を示している。図14の(A)には、一例として低屈折率層を備える当該光学センサを示した。当該光学センサは、低屈折率層を備えなくてもよい。図14の(B)は、図14の(A)の光学センサ1をB−B’に沿って切断した際の断面図である。図14(A)および(B)に示されるように、当該光学センサ1の底部21は内部に、流路90を備える。流路90は、底部21の上面21aより下かつ底部の下面21bより上に位置し得る。流路90は、例えば、円筒であってもよいし、断面が多角形である角筒であってもよい。図14(A)に示されるように、流路90は、例えば、その長軸が底部21と平行であって、複数の流路90が互いに平行に並ぶように配置され得る。しかしながら、流路90の配置パターンはこれに限定されるものではない。例えば、流路90に直交する複数の更なる流路(図示せず)を備えるように、複数の流路が格子状に交差した形状であってもよい。
図16(a)に、更なる実施形態の光学センサの一例の断面図を示す。当該光学センサ1は、半導体センサチップ10と光透過性の試料台26とを備える。半導体センサチップ10は、基板11と複数のセンシング部13とを備える。複数のセンシング部13は、基板11の一方の主面上の二次元領域に上方を向いてマトリックス状に並んでおり、前記二次元領域に対応する一つのセンサ面14を提供している。半導体センサチップ10は、第4の実施形態の遮光部材および/または第7の実施形態に記載したフィルタを備えていてもよい。試料台26は、前記センサ面14よりも上方に複数のセンシング部13と対向して位置し、内部に流路90およびチャンバ95を備える。流路およびチャンバは、第8の実施形態に記載したものであり得る。そのような前記チャンバは前記流路よりも上方に位置し得る。前記チャンバ内部と前記流路内部とは、開閉可能な開孔を通じて連絡していてもよい。更に、前記チャンバ内部と前記試料台の上部とは、更なる開孔を通じて連絡していてもよい。前記試料台26は、上述の何れかの底部と寸法、形状、および材料が同じであり得る。
更なる実施形態において、上述のような光源は、上述の何れかの半導体センサチップと固定されて備えられ得る。
実施形態に従うと、上述のような光学センサを含む分析装置が提供される。以下、分析装置について図18を参照して説明する。
図20および図21は、実施形態に係る光学センサの回路構成について、その概要例を示している。
実施形態に従うと、更に、上述のような光学センサまたは分析装置を用いた分析方法が提供される。以下分析方法について図24を用いて説明する。図24は、分析方法を表した概念図である。
(B)高屈折率層204の下部203において、前記分析対象201からの光を検出し、位置情報に対応付いた光学的情報を得ること。
工程(B)は、工程(A)で生じた分析対象からの光から、位置情報に対応付けられた光学的情報を検出する工程である。光学的情報は、上述したものと同様であり得る。そのような検出は、高屈折率層の下部203に位置し、高屈折率層の下面206と対向し、センサ面14を備える光センサによって行われ得る。このようにして得られた光学的情報およびその位置情報から、上述のような分析対象に関する情報が得られ得る。
(A)光学センサのセンサ面上またはそれよりも上方に位置しており、複数のセンシング部と対向して位置している光透過性の底部と、前記底部の上面またはその一部の領域を取り囲むように前記底部周縁または底部上面からその上方に向けて任意の高さまで延び、所望に応じた厚さを有する光透過性の壁部とを備える試料収容部内に収容されている、分析対象を含む試料に対して前記壁部を通して光を照射することと、
(B)前記センサ面において前記分析対象からの光を受光することにより、前記分析対象からの位置情報と対応付いた光学的情報を得ることとを含む。
上述の光学センサと同様の光学センサを作成し、使用した例について図25を参照して以下に記載する。
Claims (6)
- 二次元領域にマトリックス状に並んでセンサ面を形成する、複数のセンシング部と、
前記複数のセンシング部と対向して位置し、光透過性の底部を有する試料収容部と、
を備える光学センサ。 - 更に、前記センサ面と前記底部との間に低屈折率層を備える請求項1に記載の光学センサ。
- 前記底部は、内部に流路を備え、前記流路内部と前記底部上部とが開孔を通じて連絡している請求項1または2に記載の光学センサ。
- 分析対象を分析するための装置であって、
前記分析対象を含む試料についての光学的情報をその位置情報と対応付けて取得する請求項1〜3の何れか1項に記載の光学センサと、
前記試料収容部の外側から前記試料収容部の内部に光を照射する照明ユニットと、
マニピュレータと、
前記光学センサと前記マニピュレータとが電気的に接続されており、前記光学センサによって取得された光学的情報と、それらに対応付けられた位置情報と、それらについて予め決定された閾条件とに基づいて、前記マニピュレータによって処理されるべき領域を決定し、決定された領域に対して前記マニピュレータを操作させる制御部と
を備える分析装置。 - 前記光学センサと、前記照明ユニットとが支持板の上面に固定されている請求項4に記載の分析装置。
- (A)分析対象を含む、その上部および下部よりも屈折率が高い高屈折率層の上面と下面の間に前記高屈折率層の当該上部および当該下部への入射角が臨界角以上となる角度で光を照射し、当該分析対象に光を当てることと、
(B)前記高屈折率層の当該下部において、前記分析対象からの光を検出し、位置情報に対応付けられた光学的情報を得ることと
を含む分析方法。
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