JP2017215343A - 光学的な探査及び検知に基づくバイオセンサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ファイバ光学システム100は、光学サブシステムの一実装形態であり、該サブシステムは、オンチップバイオセンサを光学的に調査するためにバイオセンサチップ206に送られるプローブ光を生成するための波長可変レーザ101と、レーザの波長がスイープされるときにプローブ光の波長の値を較正及び測定する波長参照部103と、オンチップ位置付け参照を提供するためのオンチップ光学識別マーカの空間登録部を含む。
【選択図】図1
Description
本特許文献は、「BIOSENSORS BASED ON OPTICAL PROBING AND SENSING(光学的な探査
及び検知に基づくバイオセンサ)」と題された2008年10月27日出願の米国仮出願第61/108,862号の利益及び優先権を主張する。該仮出願は、参照によって本文献の一部として組み込まれるものとする。
本文献は、生物物質及び化学物質を含む物質の光学的検知に関する。
本文献は、センサチップ上の光学センサを使用して物質を光学的に検知するための装置、センサチップ、及び技術を説明する。
る光学センサを識別するための一意のコードを有するように及びプローブ光と光学的に相互作用してそのコードを運ぶ、戻り識別光を生成するように構成される。
ローブ光を受信し、該走査プローブ光をセンサチップ上へ方向付ける対物レンズとを含む。装置は、波長可変レーザの様々な波長にわたって戻りプローブ光の一部分を受信するために及びセンサチップ上の各光学センサの応答を検出するために光学システムと連絡している光学検出器を含む。
スポット位置に作用するように設計された第2のミラーによって走査を完了すること、及びバイオセンサ結合の光学効率が最適化されるまでこの行為を繰り返し実施することによってなされる方法が提供される。
査すること、及びセンサを通って伝播された後の光を捕えることによって得られる。なお、リング共振器センサの場合、光は、共振外のときはセンサに対して主に弱く結合され、共振状態のときはセンサ内を強く通り抜けることに留意せよ。
ら現れ出る光を前進経路の入射角と一致する角度にするように構成することができる。この構成下では、チップから現れ出る光は、逆進経路をたどって自由空間ビーム分割器に到達する。
アによってプログラム可能である。上記のように、エタロンのFSRは、既知で且つ制御状態にあり、一定であると想定される。ソフトウェアは、位置、Q値(Q)、消光比(ER)、左右の壁の傾斜、ピーク透過、並びに線形、分裂、非線形などのピークの特性を含む、共振線形状の重要な特質を決定する。検出処理ユニットは、また、エタロンスペクトル中に存在する全てのピークの位置を決定するために使用することもできる。センサ共振ピーク位置の正確な測定を行うために、2つのスペクトル(センサ及びエタロン)が重ね合わされる。検出処理ユニットに加えて、コントローラユニットもまた、各種の素子の動作を制御するために及び各種の素子の動作を連係させるために提供することができる。例えば、センサチップ上へのプローブ光の走査と、波長可変レーザの走査及びその他の制御動作との同期化を、コントローラユニットにおいて実施することができる。一部の実装形態では、コントローラユニットは、検出処理ユニットとは別のユニットであってよく、検出処理ユニットからの出力を受信し、このような出力を制御動作の実施に使用する。その他の実装形態では、コントローラユニットは、検出処理ユニットと統合して1つのユニットにすることができる。コントローラユニットの一部として、コンピュータ又はマイクロプロセッサを使用することができる。
とは限らないことに留意せよ。特定のリングは、センサ出力から温度などの影響を排除してシステムを較正する制御のために、稼働バイオセンサとしてではなく参照リング共振器として使用され得るように、手つかずのままで被覆を有することができる。
。リング503内にシリコン導波路502が形成され、薄い二酸化シリコン層510でコーティングされる。この薄い二酸化シリコン層510は、エバネッセント場が、上に配された任意の化学物質と強く反応しつつも、ガラスと共有結合するシランとして知られるクラスの分子を通じた表面結合を開始させるよくあるやり式としても機能することを可能にする。2つの異なるタイプの一般的な導波路が図示されており、図7aには、下方被覆508を露出させた完全にエッチングされた導波路502が、図7bには、下方被覆508が露呈していない部分的にエッチングされた導波路502が、それぞれ示されている。
ンサに一意の識別子を割り振ることによって分離及び識別する必要がある。各センサに一意の識別子を割り振るには、センサから実際の測定値を得るためのセンシングラスタ走査が実施される前に、光学調査器によって、チップに対して登録のための光学ラスタ走査を実施してチップを「登録」すればよい。
、このような動作が、所望の結果を得るために、図示されている特定の順序で又は起こった順番で実施される必要があるとも、又は例示されている全ての動作が実施される必要があるとも理解されるべきでない。
Claims (20)
- 所定範囲の波長を含む入力光を生成し、前記入力光の第1部分を前記所定範囲の波長内の共振を含む第1出力波形を生成する共振光学バイオセンサに提供する光源と、
前記共振は前記共振光学バイオセンサにおける分析物の存在に基づいて変化する波長に対応し、
前記共振光学バイオセンサからの前記第1出力波形を検出する第1検出器と、
前記光源からの前記入力光の第2部分を受信し、前記所定範囲の波長内の複数の共振を含む第2出力波形を生成する波長参照装置と、
前記波長参照装置からの前記第2出力波形を検出する第2検出器と、
前記第1出力波形及び前記第2出力波形を分析し、前記波長参照装置の複数の共振の少なくとも一部に基づいて前記共振光学バイオセンサの前記共振に対応する前記波長を決定するプロセッサと、
を含むバイオセンシングシステム。 - 前記プロセッサは、さらに、
前記第1出力波形における前記共振の波長よりも短い波長で前記第2出力波形における第1共振を識別し、
前記第1出力波形における前記共振の波長よりも長い波長で前記第2出力波形における第2共振を識別し、
前記第2出力波形の前記第1共振及び前記第2共振に関連する前記第1出力波形の前記共振の位置を決定することによって、少なくとも部分的に、前記共振光学バイオセンサの前記共振に対応する前記波長を決定する、
請求項1に記載のバイオセンシングシステム。 - 前記光源は、波長可変光源である、
請求項1に記載のバイオセンシングシステム。 - 前記光源は、時間経過とともに前記所定範囲の波長を通って前記入力光の前記波長を掃引する、
請求項3に記載のバイオセンシングシステム。 - 前記プロセッサは、さらに、少なくとも部分的に波長掃引の速度の変動を補正する、
請求項4に記載のバイオセンシングシステム。 - 前記第1出力波形は、前記共振光学バイオセンサの複数の共振を含み、前記共振光学バイオセンサの前記複数の共振は、それらの間の第1自由スペクトル範囲の波長間隔を有し、
前記第2出力波形における前記複数の共振は、それらの間の第2自由スペクトル範囲の波長間隔を有し、
前記第1自由スペクトル範囲は前記第2自由スペクトル範囲より大きい、
請求項1に記載のバイオセンシングシステム。 - 前記プロセッサは、さらに、
前記第1出力波形における前記複数の共振のそれぞれについて、前記第1出力波形におけるそれぞれの前記共振の波長よりも短い波長における前記第2出力波形におけるそれぞれの第1共振を識別し、
前記第1出力波形における前記複数の共振のそれぞれについて、前記第1出力波形におけるそれぞれの前記共振の波長よりも長い波長における前記第2出力波形におけるそれぞれの第2共振を識別し、
前記第2出力波形のそれぞれの前記第1共振及び前記第2共振に関連する前記第1出力波形のそれぞれの前記共振の位置を決定することによって、前記第1出力波形における前記複数の共振のそれぞれについて、少なくとも部分的に、前記共振光学バイオセンサの前記共振に対応する前記波長を決定する、
請求項6に記載のバイオセンシングシステム。 - 前記共振光学バイオセンサは、リング共振器と隣接導波路とを含む、
請求項7に記載のバイオセンシングシステム。 - 前記波長参照装置は、エタロンを含む、
請求項1に記載のバイオセンシングシステム。 - 同時に、前記入力光の前記第1部分を前記共振光学バイオセンサに提供し、前記波長参照装置に前記入力光の前記第2部分を提供する、
請求項1に記載のバイオセンシングシステム。 - 前記第1出力波形及び前記第2出力波形から、同時に、試料を取得する、
請求項10に記載のバイオセンシングシステム。 - バイオセンシングシステムで使用される光学チップであって、
基板と、
前記基板上に設けられた第1光学共振器と、
前記バイオセンシングシステムからの入力光を前記光学チップ内に前記第1光学共振器に向かって結合する第1入力カプラと、
前記第1光学共振器からの出力光を前記光学チップから前記バイオセンシングシステムに向ける第1出力カプラと、
前記第1入力カプラおよび前記第1出力カプラに隣接し、前記第1光学共振器に関連する第1固有パターンに配置される1つまたは複数の再帰反射器の第1グループと、
前記基板上に設けられた第2光学共振器と、
前記バイオセンシングシステムからの入力光を前記光学チップ内に前記第2光学共振器に向かって結合する第2入力カプラと、
前記第2光学共振器からの出力光を前記光学チップから前記バイオセンシングシステムに向ける第2出力カプラと、
前記第2入力カプラおよび前記第2出力カプラに隣接し、前記第2光学共振器に関連する第2固有パターンに配置される1つまたは複数の再帰反射器の第2グループと、
を含む光学チップ。 - 前記第1グループの再帰反射器は、前記第1入力カプラと前記第1出力カプラとの間で前記光学チップ上に設けられる、
請求項12に記載の光学チップ。 - 前記再帰反射器は、光学格子を含む、
請求項12に記載の光学チップ。 - 前記第1固有パターンは、2進数列の形を含む、
請求項12に記載の光学チップ。 - バイオセンシングシステムで使用される光学チップであって、
基板と、
前記基板上に設けられ、屈折率を有する下方被覆層と、
前記下方被覆層上に設けられ、前記下方被覆層の屈折率よりも高い屈折率を有する光学共振器と、
前記下方被覆層上で、前記光学共振器の近傍に設けられ、前記下方被覆層の屈折率よりも高い屈折率を有する光導波路と、
前記光導波路の少なくとも一部の上で、前記光学共振器の少なくとも一部の上に設けられた流路に隣接して設けられ、前記光導波路の屈折率よりも低い屈折率を有し、フルオロポリマ又はペルフルオロポリマを含む上方被覆層と、
を含む光学チップ。 - 前記光導波路及び前記光学共振器は、シリコンを含む、
請求項16に記載の光学チップ。 - 前記光学共振器は、リング共振器を含む、
請求項16に記載の光学チップ。 - 前記上方被覆層は、約1.33の屈折率を有する、
請求項16に記載の光学チップ。 - 前記上方被覆層は疎水性であり、前記流路は親水性である、
請求項16に記載の光学チップ。
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