JP2018141790A

JP2018141790A - 検体検出チップ

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Publication number: JP2018141790A
Application number: JP2018058309A
Authority: JP
Inventors: 昌哉玉置; Masaya Tamaoki; 和範山口; Kazunori Yamaguchi; 裕紀杉山; Hironori Sugiyama; 池田　雅延; Masanobu Ikeda; 雅延池田
Original assignee: Japan Display Inc
Current assignee: Japan Display Inc
Priority date: 2018-03-26
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2018-09-13

Abstract

【課題】高精度の検体検出チップを提供する。【解決手段】検体検出チップ２０は、複数の検出素子２６を含むセンサ部２２と、積層方向に沿ってセンサ部と離間した壁部２３と、センサ部と壁部との間に設けられ、第１ピーク波長の第１光を減衰させ、第１ピーク波長よりも長い波長の光を透過させるフィルタ部２１と、を備える。複数の検出素子は、積層方向と交差する第１方向に沿って第１ピッチで配置される。壁部は、検体５０を収容可能な複数の空間を区画している。複数の空間は、第１方向に沿って第２ピッチで配置される。第２ピッチは、第１ピッチの整数倍の０．９５倍以上１．０５倍以下である。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、検体検出チップに関する。

例えば、医療用途などの各種の応用分野で、検体を高精度に検出することが望まれている。

特開２００６−２２６８０３号公報

本発明の実施形態は、高精度の検体検出チップを提供する。

本発明の実施形態によれば、検体検出チップは、複数の検出素子を含むセンサ部と、積層方向に沿って前記センサ部と離間した壁部と、前記センサ部と前記壁部との間に設けられ、第１ピーク波長の第１光を減衰させ、前記第１ピーク波長よりも長い波長の光を透過させるフィルタ部と、を備える。前記複数の検出素子は、前記積層方向と交差する第１方向に沿って第１ピッチで配置される。前記壁部は、検体を収容可能な複数の空間を区画している。前記複数の空間は、前記第１方向に沿って第２ピッチで配置される。前記第２ピッチは、前記第１ピッチの整数倍の０．９５倍以上１．０５倍以下である。

本発明の実施形態によれば、高精度の検体検出チップが提供される。

図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る検体検出装置を例示する模式図である。図２は、第１の実施形態に係る検体検出装置の一部及び検体検出チップを例示する模式的断面図である。図３は、第１の実施形態に係る検体検出装置及び検体検出チップの特性を例示するグラフ図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）は、第１の実施形態に係る検体検出装置及び検体検出チップの特性を例示するグラフ図である。図５（ａ）〜図５（ｄ）は、第２の実施形態に係る検体検出チップを例示する模式的平面図である。図６（ａ）及び図６（ｂ）は、第３の実施形態に係る検体検出装置を例示する模式図である。図７は、第１の実施形態に係る検体検出装置の一部及び検体検出チップを例示する模式的断面図である。実施形態に係る検体検出装置の一部を例示する模式的断面図である。実施形態に係る検体検出装置の一部を例示する模式図である。実施形態に係る検体検出装置の一部を例示する模式的平面図である。

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に相当し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。
また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

（第１の実施形態）
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る検体検出装置を例示する模式図である。
図１（ａ）に表したように、本実施形態に係る検体検出装置１１０は、光源部１０と、バンドパスフィルタ部１１と、フィルタ部２１と、センサ部２２と、制御部３０と、を含む。

光源部１０は、第１動作及び第２動作を実施する。第１動作において、光源部１０から照射された光は、バンドパスフィルタ部１１を通して、第１ピーク波長の第１光Ｌ１を検体５０に入射させる。第２動作において、光源部１０から照射された光は、バンドパスフィルタ部１１を通して、第２ピーク波長の第２光Ｌ２を検体５０に入射させる。第２ピーク波長は、第１ピーク波長とは異なる。

検体５０は、検体検出装置１１０が検出の目的とする物質である。検体５０は、例えば、有機物または無機物である。検体５０は、例えば、医療などにおいて検出される有機物である。検体５０は、例えば、ＤＮＡ、抗体、または、細胞等を含む。検体５０は、例えば、蛍光標識される。検体５０に励起光が照射されると、検体５０から光が放出される。この光は、例えば、蛍光（燐光を含む）である。

第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２は、励起光である。第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２は例えば紫外線である。第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２の例については、後述する。

第１光Ｌ１が照射された検体５０から第３光が放出される。第２光Ｌ２が照射された検体５０から第４光が放出される。第３光のピーク波長は、第１ピーク波長とは異なる。第４光のピーク波長は、第２ピーク波長とは異なる。例えば、第３光のピーク波長は、第１ピーク波長よりも長い。例えば、第４光のピーク波長は、第２ピーク波長よりも長い。

この例では、検体検出チップ２０が用いられる。この例では、検体検出チップ２０は、壁部２３と、フィルタ部２１と、センサ部２２と、が設けられる。壁部２３とセンサ部２２との間に、フィルタ部２１が配置される。壁部２３により空間が区画される。この空間に検体５０が配置される。

フィルタ部２１には、第１光Ｌ１、第２光Ｌ２、第３光及び第４光が入射する。フィルタ部２１は、第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２を減衰させる。フィルタ部２１は、第１光Ｌ１に対する吸収性及び反射性の少なくともいずれかを有する。フィルタ部２１は、第２光Ｌ２に対する吸収性及び反射性の少なくともいずれかを有する。フィルタ部２１は、第３光の少なくとも一部及び第４光の少なくとも一部を通過させる。例えば、フィルタ部２１の透過率は、波長依存性を有する。

フィルタ部２１は、例えば、吸収型のフィルタである。フィルタ部２１は、例えば、反射型（干渉型）のフィルタである。

例えば、フィルタ部２１において、第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２は実質的に遮断される。フィルタ部２１を通過した第３光及び第４光がセンサ部２２に入射する。フィルタ部２１で遮断しきれなかった第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２が僅かに通過し、センサ部２２に入射しても良い。

センサ部２２は、入射した光に応じて信号を出力する。すなわち、センサ部２２は、フィルタ部２１を通過した第３光の少なくとも一部に応じた第１信号を出力する。センサ部２２は、フィルタ部２１を通過した第４光の少なくとも一部に応じた第２信号を出力する。これらの信号は、検体５０から放出された光（例えば蛍光）の強度に対応する。

制御部３０は、第１信号及び第２信号を入手して、第１信号及び第２信号を処理した結果値を算出する。算出した結果が、検出結果に対応する。制御部３０には、例えば演算部３２（コンピュータなど）が用いられる。

この例では、信号処理部３１及び出力部３３が設けられる。信号処理部３１は、センサ部２２から出力される信号を処理する。例えば、信号処理部３１は、センサ部２２から出力される信号を増幅する。例えば、増幅された信号が、制御部３０に供給される。例えば、センサ部２２から出力される信号がアナログ信号である場合に、信号処理部３１は、ＡＤ変換を行う。例えば、ＡＤ変換された信号が、制御部３０に供給される。制御部３０は、供給された信号を用いて結果値を算出する。

実施形態において、信号処理部３１の機能の少なくとも一部が、検体検出チップ２０に設けられても良い。

出力部３３は、例えば、制御部３０により算出された結果値を出力する。出力は、例えば、表示、印刷、及び、データの送信の少なくともいずれかを含む。

実施形態において、例えば、制御部３０は、光源部１０に、上記の第１動作及び第２動作を実施させても良い。すなわち、制御部３０は、装置の動作を制御しても良い。

図１（ｂ）に表したように、検体検出装置１１０ａにおいては、検体検出チップ２０ａが用いられる。検体検出チップ２０ａにおいては、壁部２３が、フィルタ部２１と離間している。壁部２３により区画される空間に収容される検体５０も、フィルタ部２１と離間する。

この例では、壁部２３は、ベース部２３ｂと、凸部２３ｐと、を含む。凸部２３ｐ及びベース部２３ｂにより、空間（凹部）が区画される。この空間に検体５０が収容される。

検体検出装置１１０ａにおける、光源部１０、フィルタ部２１、センサ部２２及び制御部３０の動作は、検体検出装置１１０に関して説明した動作と同様である。検体検出装置１１０及び１１０ａにおいては、複数の波長の光（励起光）により生じた光を処理して結果値を算出することで、高い精度が得られる。処理の例については、後述する。

図２は、第１の実施形態に係る検体検出装置の一部及び検体検出チップを例示する模式的断面図である。
図２は、検体検出チップ２０を例示している。図２に例示したように、センサ部２２からフィルタ部２１に向かう方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向及びＸ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。

図２に表したように、基板２４の上に、複数の検出素子２６が設けられる。複数の検出素子２６は、センサ部２２に含まれる。センサ部２２（検出素子２６）は、例えば光を電気信号に変換する。センサ部２２（検出素子２６）には、例えば光電変換素子を用いても良い。複数の検出素子２６どうしの間に素子分離部２５が設けられる。素子分離部２５には、例えば、後述する配線が設けられる。素子分離部２５に絶縁層が設けられても良い。

センサ部２２（複数の検出素子２６）の上に、フィルタ部２１が設けられる。フィルタ部２１には、例えば、誘電体多層膜を用いても良い。誘電体多層膜においては、複数の第１層と、複数の第２層と、が交互に積層される。第２層の屈折率は第１層の屈折率とは異なる。フィルタ部２１に、光を吸収する材料を用いても良い。

フィルタ部２１の上に、壁部２３が設けられる。例えば、Ｚ軸方向を含む平面で壁部２３を切断したときに、壁部２３は、複数の部分を有する。複数の部分により囲まれた空間に検体５０が収容される。

第１動作において、第１ピーク波長の第１光Ｌ１が検体５０に入射する。第２動作において、第２ピーク波長の第２光Ｌ２が検体５０に入射する。第１光Ｌ１が照射された検体５０から第３光Ｌ３が放出される。第２光Ｌ２が照射された検体５０から第４光Ｌ４が放出される。

フィルタ部２１において、第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２が減衰する。一方、第３光Ｌ３の少なくとも一部及び第４光Ｌ４の少なくとも一部が、フィルタ部２１を通過する。これらの光が、センサ部２２に入射する。

センサ部２２は、フィルタ部２１を通過した第３光Ｌ３の少なくとも一部に応じた第１信号Ｓｉｇ１を出力する。センサ部２２は、フィルタ部２１を通過した第４光Ｌ４の少なくとも一部に応じた第２信号Ｓｉｇ２を出力する。これらの信号が、制御部３０に供給される。このとき、必要に応じて、信号処理部３１による処理した結果が、制御部３０に供給される。

図３は、第１の実施形態に係る検体検出装置及び検体検出チップの特性を例示するグラフ図である。
これらの図は、光源部１０から出射する光の特性と、検体５０から放出される光の特性、及び、フィルタ部２１の特性を例示している。横軸は、波長λ（ｎｍ）である。縦軸は、光の強度Ｉｎｔまたは透過率Ｔｒである。縦軸は、任意単位である。

図３に例示したように、光源からの出射する光（励起光Ｅ０）は、例えば、ピーク状の波長分布を有する。また、例えば、検体５０を第１の蛍光試薬で処理した場合に、蛍光Ｆａ（蛍光スペクトル）および励起光Ｆｂ（励起光スペクトル）の特性が得られる。例えば、検体５０に第１の励起光Ｅ０を照射した場合に、検体５０から蛍光Ｆａ’が放出される。検体５０に第２の励起光Ｅ１を照射した場合に、検体５０から蛍光Ｆａが、第１の励起光Ｅ０を照射した場合とは異なる強度で放出される。蛍光の特性は、検体５０の種類と、試薬の種類に依存する。励起光Ｅ０に対するフィルタ部２１の透過率ＣＦｔｒは、低い。一方、蛍光Ｆａに対するフィルタ部２１の透過率ＣＦｔｒは高い。このように励起光を減衰させ蛍光の少なくとも一部を透過するようなフィルタ部２１を用いることで、目的とする蛍光Ｆａを効率的に検出することができる。これにより検出の精度が高まる。

図４（ａ）及び図４（ｂ）は、第１の実施形態に係る検体検出装置及び検体検出チップの特性を例示するグラフ図である。
図４（ａ）は、第１動作ＳＴ１を例示する。図４（ｂ）は、第２動作ＳＴ２を例示する。これらの図の横軸は、波長λであり、縦軸は、強度Ｉｎｔである。この例では、第１の蛍光試薬が用いられる。

図４（ａ）に表したように、第１動作ＳＴ１において、第１光Ｌ１が光源部１０からバンドパスフィルタ部１１を介して出射する。この例では、第１光Ｌ１のピーク波長は、約４２０ｎｍである。このとき、検体５０から第３光Ｌ３が放出される。第３光Ｌ３の強度Ｉｎｔは、比較的低い。

図４（ｂ）に表したように、第２動作ＳＴ２において、第２光Ｌ２が光源部１０からバンドパスフィルタ部１１を介して出射する。この例では、第２光Ｌ２のピーク波長は、約４６５ｎｍである。このとき、検体５０から第４光Ｌ４が放出される。第４光Ｌ４の強度Ｉｎｔは、比較的高い。

このように、異なる波長の複数の励起光を検体５０に照射する。このとき得られる複数の蛍光のそれぞれの強度は、互いに異なる。この複数の蛍光の強度の比は、例えば、検体５０の材料に特有である。この比を、結果値として用いることで、高精度の検出が可能になる。

例えば、第１信号Ｓｉｇ１に対応する値を第１値Ｖ１とする。第２信号Ｓｉｇ２に対応する値を第２値Ｖ２とする。結果値として、例えば、第１値Ｖ１の第２値Ｖ２に対する比（すなわち、Ｖ１／Ｖ２）に応じた値を用いる。結果値として、Ｖ２／Ｖ１に応じた値を用いても良い。例えば、この比と、定数と、の積を結果値として用いても良い。

１つの材料の検体５０において、第１光Ｌ１に基づいて放出される第３光Ｌ３の強度の、第２光Ｌ２に基づいて放出される第４光Ｌ４の強度に対する比は、蛍光試薬の濃度、光の強度、光の通過距離等が等しい場合、特有である。このため、この比を用いることで、高精度の検出が可能になる。

例えば、１つの波長の光だけを用いて検体５０を検出する参考例がある。この場合、蛍光標識されていない物体（検体）において、自家蛍光による発光が存在する。この自家発光による影響により、誤検出が生じる場合がある。このため、この参考例においては、検出の精度が低い。

これに対して、本実施形態においては、複数の波長の光を用いて検出を行う。この場合には、蛍光標識された検体５０に特有の、発光の比（すなわち、例えば、Ｖ１／Ｖ２など）が得られる。これにより、自家発光による影響が抑制される。

例えば、医療用途において、蛍光標識された検体５０（ＤＮＡ、抗体及び細胞等）を検出する際に、蛍光顕微鏡を用いる参考例もある。この参考例においては、複雑な光学系を用いる。このため、装置サイズが大きい。例えば、患者のベッドサイドで測定することは困難である。

これに対して、本実施形態に係る検体検出装置においては、装置が小型である。これにより、ＰＯＣＴ（Point of Care Test)が容易である。

例えば、本実施形態において、検体検出チップ２０（または２０ａ）は、ディスポーザブルである。例えば、１回の検出において、１つの検体検出チップを用いる。

例えば、センサ部２２の上にフィルタ部２１を形成する。フィルタ部２１の上に、壁部２３を形成しても良い。例えば、壁部２３は、フィルタ部２１と貼り合わされても良い。

実施形態において、第１ピーク波長は、例えば、４２０ナノメートル以下である。第２ピーク波長は、４２０ナノメートルよりも長い。これにより、高い強度の２つの蛍光を効果的に得やすい。実施形態において、第１ピーク波長及び第２ピーク波長は任意である。

実施形態において、検出のキャリブレーションを行っても良い。例えば、センサ部２２においては、暗電流などが存在する場合がある。この暗電流に対応する信号を考慮することにより、検出の感度をより高めることができる。

例えば、制御部３０は、以下の第３動作及び第４動作をさらに実施しても良い。これらの動作においては、壁部２３による空間に検体５０を収容していない状態で、光の検出を行う。

例えば、第３動作においては、制御部３０は、第１光Ｌ１を、検体５０を通過させずに、センサ部２２に入射させる。そして、制御部３０は、センサ部２２に、検体５０を通過しない第１光Ｌ１に応じた第１基準信号を出力させる。

例えば、第４動作においては、制御部３０は、第２光Ｌ２を、検体５０を通過させずに、センサ部２２に入射させる。そして、制御部３０は、センサ部２２に、検体５０を通過しない第２光Ｌ２に応じた第２基準信号を出力させる。

制御部３０は、第１基準信号に対応する値及び第２基準信号に対応する値を用いて、第１信号Ｓｉｇ１及び第２信号Ｓｉｇ２を処理して、結果値を算出する。

これにより、検体５０の有無による信号の差異に基づく補正を行うことができる。例えば、センサ部２２に特有の特性（例えば、暗電流など）に基づく補正を行うことができる。例えば、検体検出チップ２０（または２０ａ）に検体５０を収容する前に、上記の第３動作及び第４動作を行う。そして、検体検出チップ２０（または２０ａ）に検体５０を収容した状態で、上記の第１動作ＳＴ１及び第２動作ＳＴ２を実施する。そして、基準信号を用いて補正を行う。例えば、検体検出チップ２０（または２０ａ）に固有の特性に基づく補正も実施できる。

実施形態において、励起光が検体５０に照射されていない状態で得られる光を検出して、その結果に基づいて、補正を行っても良い。例えば、制御部３０は、第５動作において、光源部１０に第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２を出射させずに、センサ部２２に第３基準信号を出力させる。第３基準信号は、例えば、センサ部２２の暗電流を含む。このとき、検体５０から放出される光をセンサ部２２で検出する場合は、第３基準信号は、例えば、検体５０で生じる自家発光の成分を含む。このとき、制御部３０は、第３基準信号に対応する値を用いて第１信号Ｓｉｇ１及び第２信号Ｓｉｇ２を処理して、結果値を算出する。これにより、さらに高精度の検出が可能になる。

上記の第１動作及び第２動作の少なくともいずれかを複数回実施しても良い。複数回実施された動作の結果を、例えば、積算しても良い。

例えば、光源部１０は、第１動作ＳＴ１を複数回実施する。センサ部２２は、複数回の第１動作ＳＴ１のそれぞれに対応して得られる複数の第１信号Ｓｉｇ１を出力する。制御部３０は、複数の第１信号Ｓｉｇ１を入手した結果に基づいて、結果値を算出する。

例えば、光源部１０は、第２動作ＳＴ２を複数回実施する。センサ部２２は、複数回の第２動作ＳＴ２のそれぞれに対応して得られる複数の第２信号Ｓｉｇ２を出力する。制御部３０は、複数の第２信号Ｓｉｇ２を入手した結果に基づいて、結果値を算出する。

このように、動作を複数回し、その結果を基に結果値を算出することで、高精度の検出が安定して実施できる。

（第２の実施形態）
図５（ａ）〜図５（ｄ）は、第２の実施形態に係る検体検出チップを例示する模式的平面図である。
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、本実施形態に係る検体検出チップ２０ｂを例示している。図５（ａ）は、センサ部２２を例示している。図５（ｂ）は、壁部２３及び複数の空間２３ｓを例示している。既に説明したように、センサ部２２と壁部２３とは重なる。これらの図では、図を見易いようにセンサ部２２と壁部２３とを分離して表している。これらの図においては、フィルタ部２１を省略している。

図５（ａ）に表したように、本実施形態に係る検体検出チップ２０ｂには、センサ部２２が設けられる。図５（ｂ）に表したように、本実施形態に係る検体検出チップ２０ｂには、壁部２３が設けられる。

センサ部２２は、複数の検出素子２６を含む。複数の検出素子２６は、第１方向（例えば、Ｘ軸方向）に沿って第１ピッチ２６ｐｘで配置される。第１方向は、積層方向（例えば、Ｚ軸方向）と交差する。複数の検出素子２６どうしの間に素子分離部２５が設けられる。素子分離部２５は、複数の第１配線２５ｘと、複数の第２配線２５ｙと、を含む。第１配線２５ｘは、Ｘ軸方向に延びる。第２配線２５ｙは、Ｙ軸方向に延びる。

壁部２３は、積層方向に沿って、センサ部２２と離間する。壁部２３は、検体５０を収容可能な複数の空間２３ｓを区画する。複数の空間２３ｓは、第１方向（例えば、Ｘ軸方向）に沿って第２ピッチ２３ｐｘで配置される。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に例示したように、フィルタ部２１は、センサ部２２と壁部２３との間に設けられる。フィルタ部２１は、第１ピーク波長の第１光Ｌ１を減衰させる。フィルタ部２１は、第１ピーク波長よりも長い波長の光を透過させる。フィルタ部２１は、第２ピーク波長の第２光Ｌ２を減衰させる。フィルタ部２１は、第２ピーク波長よりも長い波長の光を透過させる。

第２ピッチ２３ｐｘは、第１ピッチ２６ｐｘの実質的に整数倍である。例えば、第２ピッチ２３ｐｘは、第１ピッチ２６ｐｘの整数倍の０．９５倍以上１．０５倍以下である。

この例では、第２ピッチ２３ｐｘは、第１ピッチ２６ｐｘの実質的に２倍である。例えば、第２ピッチ２３ｐｘは、第１ピッチ２６ｐｘの２倍の１．９５倍以上２．０５倍以下である。

この例では、複数の検出素子２６は、第２方向（例えば、Ｙ軸方向）に沿って第３ピッチ２６ｐｙでさらに配置される。第２方向は、第１方向及び積層方向に対して交差する。

複数の空間２３ｓは、第２方向に沿って第４ピッチ２３ｐｙでさらに配置される。

第４ピッチ２３ｐｙは、第３ピッチ２６ｐｙの実質的に整数倍である。例えば、第４ピッチ２３ｐｙは、第３ピッチ２６ｐｙの整数倍の０．９５倍以上１．０５倍以下である。例えば、第４ピッチ２３ｐｙは、第３ピッチ２６ｐｙの実質的に２倍である。例えば、第４ピッチ２３ｐｙは、第３ピッチ２６ｐｙの２倍の１．９５倍以上２．９５倍以下である。

このように、実施形態においては、複数の検出素子２６のピッチを複数の空間２３ｓのピッチの実質的な整数倍に設定する。これにより、例えば、複数の検出素子２６のそれぞれの位置が、複数の空間２３ｓのそれぞれの位置からずれた場合においても、検出素子２６は空間２３ｓと重なる。空間２３ｓに収容される検体５０の位置が、検出素子２６と重なる。これにより、高精度の検出を行うことができる。

例えば、複数の空間２３ｓのそれぞれの第１方向に沿った長さは、複数の検出素子２６のそれぞれの第１方向に沿った長さ以上である。例えば、複数の空間２３ｓのそれぞれの第２方向に沿った長さは、複数の検出素子２６のそれぞれの第２方向に沿った長さ以上である。

これにより、空間２３ｓの位置を検出素子２６の位置に重ね易くなる。これにより、高精度の検出が可能になる。

図５（ｃ）及び図５（ｄ）は、本実施形態に係る別の検体検出チップ２０ｂを例示している。図５（ｃ）は、センサ部２２を例示している。図５（ｄ）は、壁部２３及び複数の空間２３ｓを例示している。これらの図では、センサ部２２と壁部２３とを分離して表している。これらの図においては、フィルタ部２１を省略している。

図５（ｃ）及び図５（ｄ）に表したように、本実施形態に係る別の検体検出チップ２０ｃにおいては、１つの空間２３ｓが、４つの検出素子２６と重なる。例えば、Ｘ−Ｙ平面（積層方向に対して垂直な平面）に投影したときに、複数の空間２３ｓのうちの１つは、複数の検出素子２６の少なくとも２つと重なる。複数の検出素子２６の３つ以上と重なっても良い。１つの空間２３ｓが、複数の検出素子２６と重なっている場合、その重なっている複数の検出素子２６によって得られる信号を処理することで、高精度の検出が可能になる。

例えば、空間２３ｓと重ならない検出素子２６が設けられても良い。この検出素子２６には、検体５０から放出される光が実質的に入射しない。この検出素子２６から得られる信号を用いた処理を行うことで、検出の精度が向上する。

図１（ｂ）に関して説明したように、実施形態において、壁部２３は、ベース部２３ｂと、凸部２３ｐと、を含んでも良い。凸部２３ｐとフィルタ部２１との間に、ベース部２３ｂが配置される。例えば、ベース部２３ｂと凸部２３ｐにより、複数の空間２３ｓが区画される。壁部２３は、例えば、ウェル基板である。例えば、ベース部２３ｂは、フィルタ部２１と離間しても良い。例えば、ベース部２３ｂは、フィルタ部２１と接しても良い。壁部２３は、フィルタ部２１と離間しても良く、接しても良い。

（第３の実施形態）
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、第３の実施形態に係る検体検出装置を例示する模式図である。
図６（ａ）に表したように、本実施形態に係る検体検出装置１１０は、光源部１０と、光学素子部１２と、フィルタ部２１と、センサ部２２と、制御部３０と、を含む。光学素子部１２には、例えば、回折格子が用いられる。

光源部１０は、光を出射する。光源部１０と、センサ部２２と、の間には、光学素子部１２が設けられる。光源部１０は、光学素子部１２を介して、第１ピーク波長の第１光Ｌ１と、第２ピーク波長の第２光Ｌ２と、を生成する。第２ピーク波長は、第１ピーク波長とは異なる。第１光Ｌ１の半値全幅は、例えば、１ナノメートル（ｎｍ）以下が望ましい。第２光Ｌ２の半値全幅は、例えば、１ｎｍ以下が望ましい。生成された第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２は、検体５０を照射する。

第１光Ｌ１を照射された検体５０から第３光が放出される。第２光Ｌ２を照射された検体５０から第４光が放出される。第３光のピーク波長は、第１ピーク波長とは異なる。第４光のピーク波長は、第２ピーク波長とは異なる。例えば、第３光のピーク波長は、第１ピーク波長よりも長い。例えば、第４光のピーク波長は、第２ピーク波長よりも長い。

この例では、検体検出チップ２０が用いられる。この例では、検体検出チップ２０には、壁部２３と、フィルタ部２１と、センサ部２２と、が設けられる。壁部２３とセンサ部２２との間に、フィルタ部２１が配置される。壁部２３により空間が区画される。この空間に検体５０が配置される。

フィルタ部２１には、第１光Ｌ１、第２光Ｌ２、第３光Ｌ３及び第４光Ｌ４が入射する。フィルタ部２１は、第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２を減衰させる。フィルタ部２１は、第１光Ｌ１に対する吸収性及び反射性の少なくともいずれかを有する。フィルタ部２１は、第２光Ｌ２に対する吸収性及び反射性の少なくともいずれかを有する。フィルタ部２１は、第３光の少なくとも一部及び第４光の少なくとも一部を通過させる。例えば、フィルタ部２１の透過率は、波長依存性を有する。

例えば、フィルタ部２１において、第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２は実質的に遮断される。フィルタ部２１を通過した第３光Ｌ３及び第４光Ｌ４がセンサ部２２に入射する。フィルタ部２１で遮断しきれなかった第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２が僅かに通過し、センサ部２２に入射しても良い。

センサ部２２は、入射した光に応じて信号を出力する。すなわち、センサ部２２は、フィルタ部２１を通過した第３光Ｌ３の少なくとも一部に応じた第１信号を出力する。センサ部２２は、フィルタ部２１を通過した第４光Ｌ４の少なくとも一部に応じた第２信号を出力する。これらの信号は、検体５０から放出された光（例えば蛍光）の強度に対応する。

制御部３０は、第１信号及び第２信号を入手して、第１信号及び第２信号を処理した結果値を算出する。算出した結果が、検出結果に対応する。

図６（ｂ）に表したように、検体検出装置１１０ａにおいては、検体検出チップ２０ａが用いられる。検体検出チップ２０ａにおいては、壁部２３が、フィルタ部２１と離間している。壁部２３により区画される空間に収容される検体５０も、フィルタ部２１と離間する。光源部１０と、検体検出チップ２０ａと、の間には、光学素子部１２が設けられる。

検体検出装置１１０ａにおける、光源部１０、光学素子部１２、フィルタ部２１、センサ部２２及び制御部３０の動作は、検体検出装置１１０に関して説明した動作と同様である。検体検出装置１１０及び１１０ａにおいては、複数の波長の光（励起光）により生じた光を処理して結果値を算出することで、高い精度が得られる。

図７は、第１の実施形態に係る検体検出装置の一部及び検体検出チップを例示する模式的断面図である。
図７は、検体検出チップ２０を例示している。図７に例示したように、センサ部２２から光学素子部１２に向かう方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向及びＸ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。

図７に表したように、基板２４の上に、複数の検出素子２６が設けられる。複数の検出素子２６は、センサ部２２に含まれる。センサ部２２（検出素子２６）は、例えば光を電気信号に変換する。複数の検出素子２６どうしの間に素子分離部２５が設けられる。素子分離部２５には、例えば、後述する配線が設けられる。素子分離部２５に絶縁層が設けられても良い。

光学素子部１２から生成された第１光Ｌ１が、検体５０に入射する。光学素子部１２から生成された第２光Ｌ２が、検体５０に入射する。第１光Ｌ１が照射された検体５０から第３光Ｌ３が放出される。第２光Ｌ２が照射された検体５０から第４光Ｌ４が放出される。

例えば、フィルタ部２１において、第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２は実質的に遮断される。フィルタ部２１を通過した第３光Ｌ３及び第４光Ｌ４がセンサ部２２に入射する。フィルタ部２１で遮断し切れなかった第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２が僅かに通過し、センサ部２２に入射しても良い。

センサ部２２は、検体５０から放出された第３光Ｌ３の少なくとも一部に応じた第１信号Ｓｉｇ１を出力する。センサ部２２は、検体５０から放出された第４光Ｌ４の少なくとも一部に応じた第２信号Ｓｉｇ２を出力する。これらの信号が、制御部３０に供給される。このとき、必要に応じて、信号処理部３１による処理した結果が、制御部３０に供給される。

以下、センサ部２２の例について説明する。

図８は、実施形態に係る検体検出装置の一部を例示する模式的断面図である。
図８は、センサ基板２００を例示している。図８は、後述する図１０のＡ１−Ａ２線断面を例示している。
図８に表したように、基板２４の上に、複数のフォトダイオード２１１Ａ（光電変換素子）と、薄膜トランジスタ２１１Ｂと、が設けられる。薄膜トランジスタ２１１Ｂは、例えばフォトダイオード２１１Ａを駆動する。基板２４には例えばガラス基板が用いられる。

薄膜トランジスタ２１１Ｂは、ゲート絶縁膜２２１を含む。ゲート絶縁膜２２１は、基板２４上に設けられる。ゲート絶縁膜２２１の上に、第１層間絶縁膜２１２Ａが設けられる。

フォトダイオード２１１Ａとして、例えば、ＰＩＮダイオードが用いられる。この例では、フォトダイオード２１１Ａは、下部電極２２４、ｎ形半導体層２２５Ｎ、ｉ形半導体層２２５Ｉ、ｐ形半導体層２２５Ｐ、上部電極２２６、及び、配線層２２７を含む。下部電極２２４は、第１層間絶縁膜２１２Ａ上に設けられる。ｎ形半導体層２２５Ｎは、下部電極２２４上に設けられる。ｉ形半導体層２２５Ｉは、ｎ形半導体層２２５Ｎ上に設けられる。ｐ形半導体層２２５Ｐは、ｉ形半導体層２２５Ｉ上に設けられる。上部電極２２６は、ｐ形半導体層２２５Ｐ上に設けられる。配線層２２７は、上部電極２２６に電気的に接続されている。

下部電極２２４は、例えば、光電変換層（ｎ形半導体層２２５Ｎ、ｉ形半導体層２２５Ｉ、ｐ形半導体層２２５Ｐ）から信号電荷を読み出す。ｎ形半導体層２２５Ｎとして、例えば、非結晶シリコンが用いられる。ｎ形半導体層２２５Ｎは、例えば、ｎ^＋領域を含む。ｉ形半導体層２２５Ｉとして、例えば非結晶シリコンが用いられる。ｐ形半導体層２２５Ｐとして、例えば非結晶シリコンが用いられる。ｐ形半導体層２２５Ｐは、例えば、ｐ^＋領域を含む。上部電極２２６として、例えば光透過性導電膜が用いられる。上部電極２２６は、例えば、基準電位（バイアス電位）を光電変換層へ供給する。

薄膜トランジスタ２１１Ｂとして、例えば電界効果トランジスタが用いられる。薄膜トランジスタ２１１Ｂは、ゲート電極２２０、半導体層２２２、ソース電極２２３Ｓ及びドレイン電極２２３Ｄを含む。ゲート電極２２０は、基板２４上に設けられる。ゲート電極２２０上にゲート絶縁膜２２１が設けられる。半導体層２２２は、ゲート絶縁膜２２１上に設けられる。ソース電極２２３Ｓ及びドレイン電極２２３Ｄは、半導体層２２２上に設けられる。半導体層２２２として、例えば、多結晶シリコン、微結晶シリコンまたは非結晶シリコンが用いられる。半導体層２２２として、例えば、酸化物半導体を用いても良い。ドレイン電極２２３Ｄが、下部電極２２４に接続されている。

センサ基板２００は、第２層間絶縁膜２１２Ｂ、第１平坦化膜２１３Ａ、保護膜２１４及び第２平坦化膜２１３Ｂを含む。第２層間絶縁膜２１２Ｂは、フォトダイオード２１１Ａ及び薄膜トランジスタ２１１Ｂのそれぞれの側面を覆う。第１平坦化膜２１３Ａは、フォトダイオード２１１Ａの上、及び、薄膜トランジスタ２１１Ｂの一部の上に設けられる。第１平坦化膜２１３Ａには、開口部Ｈ１が設けられる。保護膜２１４は、上部電極２２６、配線層２２７及び第１平坦化膜２１３Ａのそれぞれ上に設けられる。第２平坦化膜２１３Ｂは、保護膜２１４上に設けられる。

図９は、実施形態に係る検体検出装置の一部を例示する模式図である。
図９は、センサ基板２００の機能ブロックを表す。センサ基板２００は、画素部２３２を有する。センサ基板２００において、画素部２３２の周辺領域に、周辺回路が設けられている。周辺回路は、例えば、第１走査部２３３、水平選択部２３４、第２走査部２３５及びシステム制御部２３６を含む。

画素部２３２は、複数の単位画素２３１を含む。単位画素２３１は、フォトダイオード２１１Ａ及び薄膜トランジスタ２１１Ｂを含む。単位画素２３１には、画素駆動線２３７及び垂直信号線２３８（ソース線）が接続される。画素駆動線２３７の一端は、第１走査部２３３と接続されている。例えば、単位画素２３１が、検出素子２６に対応する。

図１０は、実施形態に係る検体検出装置の一部を例示する模式的平面図である。
図１０は、単位画素２３１を例示している。単位画素２３１において、薄膜トランジスタ２１１Ｂ（駆動素子）のドレイン電極２２３Ｄが、フォトダイオード２１１Ａの下部電極２２４に接続される。ソース電極２２３Ｓが、垂直信号線２３８に接続さる。垂直信号線２３８は、薄膜トランジスタ２１１Ｂと電気的に接続される。

実施形態において、例えば、センサ部２２と制御部３０との間の通信、及び、光源部１０と制御部３０との間の通信は、有線及び無線の少なくともいずれかの方法に基づいて実施できる。例えば、制御部３０は、センサ部２２と離間して、遠隔地に設けられても良い。制御部３０における動作の少なくとも一部に関するプログラムは、記録媒体に保持できる。

実施形態によれば、高精度の検体検出装置及び検体検出チップが提供できる。

なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、検体検出チップに含まれるフィルタ部、センサ部及び壁部など、並びに、検体検出装置に含まれる光源部及び制御部などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

本発明の実施の形態として上述した検体検出装置及び検体検出チップを基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての検体検出装置及び検体検出チップも、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
例えば、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。

また、本実施形態において述べた態様によりもたらされる他の作用効果について本明細書記載から明らかなもの、又は当業者において適宜想到し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。

１０…光源部、１１…バンドパスフィルタ部、１２…光学素子部、２０、２０ａ〜２０ｃ…検体検出チップ、２１…フィルタ部、２２…センサ部、２３…壁部、２３ｂ…ベース部、２３ｐ…凸部、２３ｐｘ…第２ピッチ、２３ｐｙ…第４ピッチ、２３ｓ…空間、２４…基板、２５…素子分離部、２５ｘ…第１配線、２５ｙ…第２配線、２６…検出素子、２６ｐｘ…第１ピッチ、２６ｐｙ…第３ピッチ、３０…制御部、３１…信号処理部、３２…演算部、３３…出力部、５０…検体、１１０、１１０ａ…検体検出装置、２００…センサ基板、２１１Ａ…フォトダイオード、２１１Ｂ…薄膜トランジスタ、２１２Ａ…層間絶縁膜、２１２Ｂ…層間絶縁膜、２１３Ａ…平坦化膜、２１３Ｂ…平坦化膜、２１４…保護膜、２２０…ゲート電極、２２１…ゲート絶縁膜、２２２…半導体層、２２３Ｄ…ドレイン電極、２２３Ｓ…ソース電極、２２４…下部電極、２２５Ｉ…ｉ形半導体層、２２５Ｎ…ｎ形半導体層、２２５Ｐ…ｐ形半導体層、２２６…上部電極、２２７…配線層、２３１…単位画素、２３２…画素部、２３３…第１走査部、２３４…水平選択部、２３５…第２走査部、２３６…システム制御部、２３７…画素駆動線、２３８…垂直信号線、 λ…波長、ＣＦｔｒ…透過率、Ｅ０、Ｅ１…励起光、Ｆａ、Ｆａ’…蛍光、Ｆｂ…励起光、Ｈ１…開口部、Ｉｎｔ…強度、Ｌ１〜Ｌ４…第１〜第４光、ＳＴ１、ＳＴ２…第１、第２動作、Ｓｉｇ１、Ｓｉｇ２…第１、第２信号、Ｔｒ…透過率

Claims

複数の検出素子を含むセンサ部と、
積層方向に沿って前記センサ部と離間した壁部と、
前記センサ部と前記壁部との間に設けられ、第１ピーク波長の第１光を減衰させ、前記第１ピーク波長よりも長い波長の光を透過させるフィルタ部と、
を備え、
前記複数の検出素子は、前記積層方向と交差する第１方向に沿って第１ピッチで配置され、
前記壁部は、検体を収容可能な複数の空間を区画し、
前記複数の空間は、前記第１方向に沿って第２ピッチで配置され、
前記第２ピッチは、前記第１ピッチの整数倍の０．９５倍以上１．０５倍以下である検体検出チップ。
前記第２ピッチは、前記第１ピッチの２倍の１．９５倍以上２．０５倍以下である請求項１記載の検体検出チップ。
前記複数の空間のそれぞれの前記第１方向に沿った長さは、前記複数の検出素子のそれぞれの前記第１方向に沿った長さ以上である請求項１または２に記載の検体検出チップ。
前記複数の検出素子は、前記第１方向及び前記積層方向に対して交差する第２方向に沿って第３ピッチでさらに配置され、
前記複数の空間は、前記第２方向に沿って第４ピッチでさらに配置され、
前記第４ピッチは、前記第３ピッチの整数倍の０．９５倍以上１．０５倍以下である請求項１または３に記載の検体検出チップ。
前記第４ピッチは、前記第３ピッチの２倍の１．９５倍以上２．０５倍以下である請求項４記載の検体検出チップ。
前記複数の空間のそれぞれの前記第２方向に沿った長さは、前記複数の検出素子のそれぞれの前記第２方向に沿った長さ以上である請求項４または５に記載の検体検出チップ。
前記積層方向に対して垂直な平面に投影したときに、前記複数の空間のうちの１つは、前記複数の検出素子の少なくとも２つと重なる請求項１〜６のいずれか１つに記載の検体検出チップ。
前記壁部は、ベース部と、凸部と、を含み、
前記凸部と前記フィルタ部との間に前記ベース部が配置され、
前記ベース部と前記凸部により前記複数の空間が区画される請求項１〜７のいずれか１つに記載の検体検出チップ。
前記ベース部は、前記フィルタ部と離間する請求項８記載の検体検出チップ。