JP2023527633A - 導波管強化分析物検出装置 - Google Patents

導波管強化分析物検出装置 Download PDF

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Abstract

この開示は、導波路に光学的に接続されたフォトニック回路を備えるフォトニック回路基板上に設けられた光導波路を備えるフォトニック集積チップを提供する。マイクロ流体チャネルはシリコン基板にあり、フォトニック回路基板に設置される。マイクロ流体チャネルは、光導波路の側面と最外面がマイクロ流体チャネルに延びるように、光導波路上に配置される。マイクロ流体チャネルは光導波路の長さに沿って延伸し、ナノ粒子はマイクロ流体チャネル内に位置する光導波路上に、または光導波路に隣接する。【選択図】図２

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、「WAVEGUIDE ENHANCE ANALYTE DETECTION」と題する２０２０年３月２２日に出願された米国特許出願第62/993,033号および「ENHANCED WAVEGUIDE WITH MICROFLUIDIC PUMP」と題する２０２０年７月２５日に提出された米国特許出願第63/056,580号の利益を主張するものであり、一般に本発明に割り当てられ、参照により本発明に組み込まれている。
本発明は、ウイルス、細菌、薬物、または癌細胞などの分析物病原体を含む分析物の迅速な検出または検査のためのフォト光学デバイス（a photo optical device）に関する。
ＣＯＶＩＤ－１９のような新しいウイルスの突然の発症により、感染した可能性のある個人の迅速な検出が緊急に必要とされている。ごく最近のＣＯＶＩＤ－１９ウイルスのようなパンデミックは、新しく進化する生物学的脅威に対する検査技術の対応に関連する多くの問題を浮き彫りにしている。現在の検査技術は、現在の供給不足に直面しているだけでなく、結果を迅速に取得し報告する手段も提供していない。例えば、現在の検査技術では、ウイルスの存在を確認するのに数日かかる。さらに、対象者が十分な時間感染していない場合、検査は偽陰性を示し、それによって知らず知らずのうちに一般住民への曝露を引き起こす可能性がある。現在の検査技術には、変異を迅速に同定し追跡する能力も欠けている。さらに、報告時間の遅れは、政府当局が適切な政策を形成し実施する上で重要となりうる最新のデータを欠く原因となる。
したがって、この技術において緊急に必要とされるのは、感染の可能性のある対象者における病原体の存在を正確かつ迅速に決定し報告することができる迅速な応答試験技術である。
上記で議論された先行技術の欠陥に対処するために、本開示は、ウイルスまたは細菌のようなヒト病原体、ならびに薬物または癌細胞を含む分析物の検出において、直接的、迅速かつ感度を高めた正確な測定および検出を提供する、独自の光学ベースの検出技術を提供する。ＣＯＶＩＤ－１９ウイルスが広がり続ける中、この技術は、現在のバイオアッセイの許容できないほど低い感度レベルと誤った結果とのギャップを埋めるために不可欠であり、単一のプラットフォームでより広範な感染性病原体をより迅速かつ高感度に検出する必要性が高まっている。
ここに示す実施形態は、マイクロ流体および積層製造法によるフォトニック処理ソリューションを提供し、迅速なウイルス検出、同定、および報告ソリューションを提供するためのコンパクトで表面増強ラマン分光法（ＳＥＲＳ：Ｓｕｒｆａｃｅ－Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｒａｍａｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）ベースのシステムを実装する。これらの実施形態は、任意の医療施設、公衆衛生、および第一対応者ユニットへの展開を可能にするデバイス取得コストで、特定の病原体の存在についての非常に正確でほぼリアルタイムのスクリーニングと報告を提供する。ＳＥＲＳ相互作用からのラマンスペクトルをマイケルソン干渉計と結合した検出器を用いて検出する。ここに開示された実施形態は、感染のリアルタイム遠隔検出および監視；感染性病原体、汚染された体液への人員の曝露または輸送を制限する、制御され隔離されたテストプロトコルの迅速な同時同定；検査対象から隔離された人員への検査ストリップからのデータの無線伝送；ほぼ瞬時の検査結果；エージングアウトする試薬や試料の二次加工を必要としない検査の実施；低コストで、製造が容易で、迅速に展開でき、最小限の訓練で操作される検査要素；および、ウイルス検出以外の拡張された用途を提供する。
上記は、当業者が以下の詳細な説明をよりよく理解できるように特徴を概説したものである。クレームの主題を形成することができる追加の特徴を以下に説明する。当業者は、開示された概念および特定の例を、ここに開示されたのと同じ目的を遂行するために他の構造を設計または修正するための基礎として容易に使用できることを認識すべきである。当業者はまた、そのような同等の構成が開示の精神と範囲から逸脱していないことを認識すべきである。
本発明をより完全に理解するために、添付の図面と併せて以下の説明を参照する。
図１Ａ－１Ｂは、本開示によって提供される検査ストリップの一実施形態の透視図を示す。 図１Ａ－１Ｂは、本開示によって提供される検査ストリップの一実施形態の透視図を示す。 図２は、検査ストリップ上に配置されたテストチップの部分断面図を示す。 検査チップのフォトニック集積回路を製造するために使用できるプロセスの一実施形態の種々の中間ステップを示す。 検査チップのフォトニック集積回路を製造するために使用できるプロセスの一実施形態の種々の中間ステップを示す。 検査チップのフォトニック集積回路を製造するために使用できるプロセスの一実施形態の種々の中間ステップを示す。 検査チップのフォトニック集積回路を製造するために使用できるプロセスの一実施形態の種々の中間ステップを示す。 検査チップのフォトニック集積回路を製造するために使用できるプロセスの一実施形態の種々の中間ステップを示す。 検査チップのフォトニック集積回路を製造するために使用できるプロセスの一実施形態の種々の中間ステップを示す。 検査チップのフォトニック集積回路を製造するために使用できるプロセスの一実施形態の種々の中間ステップを示す。 検査チップのフォトニック集積回路を製造するために使用できるプロセスの一実施形態の種々の中間ステップを示す。 検査チップのフォトニック集積回路を製造するために使用できるプロセスの一実施形態の種々の中間ステップを示す。 図４Ａ－４Ｈは、検査チップのマイクロ流体チャネルを製造するために使用できるプロセスの一実施形態の種々の中間ステップを示す。 図４Ａ－４Ｈは、検査チップのマイクロ流体チャネルを製造するために使用できるプロセスの一実施形態の種々の中間ステップを示す。 図４Ａ－４Ｈは、検査チップのマイクロ流体チャネルを製造するために使用できるプロセスの一実施形態の種々の中間ステップを示す。 図４Ａ－４Ｈは、検査チップのマイクロ流体チャネルを製造するために使用できるプロセスの一実施形態の種々の中間ステップを示す。 図４Ａ－４Ｈは、検査チップのマイクロ流体チャネルを製造するために使用できるプロセスの一実施形態の種々の中間ステップを示す。 図４Ａ－４Ｈは、検査チップのマイクロ流体チャネルを製造するために使用できるプロセスの一実施形態の種々の中間ステップを示す。 図４Ａ－４Ｈは、検査チップのマイクロ流体チャネルを製造するために使用できるプロセスの一実施形態の種々の中間ステップを示す。 図４Ａ－４Ｈは、検査チップのマイクロ流体チャネルを製造するために使用できるプロセスの一実施形態の種々の中間ステップを示す。 図５Ａ－５Ｂは、マイクロ流体チャネルに流体的に接続することができるマイクロ流体ポンプの実施形態を示す。 図５Ａ－５Ｂは、マイクロ流体チャネルに流体的に接続することができるマイクロ流体ポンプの実施形態を示す。 図６は検査チップの一実施形態のブロック図レイアウトを示す。 図７は、検査チップ内のさまざまな要素の集積を示す実施形態の一般的なブロック図レイアウトを示す。 図８は、干渉計と安定化光源の実施形態を示す。 図９は、導波管を用いた干渉計と安定化光源との協調接続の配線レイアウトを示す。 図１０は、図１に一般的に示されるように、検査チップを製造するために使用できる特定の方法ステップの一実施形態のフローチャートを示す。
ヒトウイルスのリアルタイム検出と特性評価、およびその他の生化学的および非生化学的分析を提供するシステムが非常に必要とされている。現在、コロナウイルス、ＣＯＶＩＤ－１９のような病原体は、長いサイクルの潜伏、初期の無症候性感染、空気感染、およびその高い感染性の性質が組み合わさって、封じ込めに成功しないまま広まっている。単純で迅速かつ効率的な検査検出能力が欠如しているため、感染者は早期に隔離から移行したり、症状が出るまで完全に隔離を逃したりする可能性がある。さらに、他の生化学的分析や非生化学的分析も同様に迅速な結果を必要とすることが多い。本開示において提示される様々な実施形態は、これらの現在の緊急のニーズに対処するものである。
図１Ａは、コンパクトな寸法の検査ストリップ１１０の一実施形態の透視図である。例えば、ある実施形態では、検査ストリップは厚さ０．５ｍｍ、幅４．０ｍｍ、長さ５０．０ｍｍである。ただし、検査ストリップ１１０はこれらの寸法だけに限定されるものではなく、他の実施形態では、検査ストリップ１１０は、設計が異なれば、異なる寸法を持つこともある。そのコンパクトなサイズを考慮しても、検査ストリップ１１０の長さは、その長さに沿って比較的大きなサンプリングチャネリング領域を提供し、ラマン分光法データのようなより多くの干渉計データを収集することを可能にし、より正確な結果をもたらす。検査ストリップ１１０は、検査ストリップの反対側の端に位置するストリップラベル１２０と共に一方の端に配置された、以下により詳細に説明する集積フォトニックチップのような検査チップ１１５を含む。
図１Ｂは、図１Ａの実施形態の分解図であり、図１Ｂに一般的に示されているように、流体ベントポート１３０ａおよび検査ストリップ１１０の反対側の端に形成される流体ベントポート１３５ａをそれぞれ有する上部フィルム１３０および下部フィルム１３５の間に位置し、データ伝送用のトレースをその上に有する、プリント基板などのスペーサ１２５を示している。スペーサ１２５は、検査チップ１１５まで延びる検査ストリップ１１０の長さを通る流体通路１２５ａを形成する切り欠き領域を有する。さらに、検査チップ１１５が配置されている端部に隣接する検査ストリップ１１０の端部は、一般的に示されているように、上部フィルム１３０と下部フィルム１３５の両方に形成された流体入力ポート１４０を含む。流体入力ポート１４０は、流体通路１２５ａからの検査流体が分析のために検査チップ１１５に入ることを可能にする。一面では、検査ストリップ１１０は、マイラー（登録商標）または他のポリマーフィルムにパッケージされ、コストを削減し、柔軟性を高めるために、積層製造法とレーザー切断を利用することができる。このような場合、２ロールのマイラーがインクジェット印刷スペーサー材料の周りにホットプレスされる。表面にはＵＳＢ電気相互接続線がラベルとして印刷される。後述するように、バッテリーまたは電線が提供され、検査ストリップ１１０への電源の電気的接続を提供する。
図２は、一般的に図１Ａおよび１Ｂに示されているように、検査チップ１１５の一実施形態の部分的な断面図を示している。図示された実施形態では、検査チップ１１５はフォトニック集積回路（ＰＩＣ）基板２１０上に配置された導波管２０５を含む。ＰＩＣ基板２１０は、シリコン基板上の二酸化ケイ素のような既知の材料で構成され、二酸化ケイ素層内に形成された１つ以上の相互接続された金属レベル２１０ａ、２１０ｂを含むことができる。これらの特徴は、既知のリソグラフィおよび蒸着プロセスを使用して製造することができる。一実施形態では、ＰＩＣ基板２１０の金属レベル２１０ａ、２１０ｂの１つは、導波管２０５の長さの少なくとも一部に沿って誘電泳動場（dielectrophoretic field）を提供するために使用できるバッキング電極２１５を含むことができる。しかしながら、他の実施形態では、バッキング電極２１５はオプションであり、したがって、特定の実施形態では存在しない場合がある。一実施形態では、導波管２０５は、既知のリソグラフィおよび蒸着プロセスを使用して蒸着およびエッチングできる窒化ケイ素材料を備え得る。窒化ケイ素が例として挙げられているが、ヒ化ガリウム、ヒ化アルミニウムガリウム、ケイ素、酸化アルミニウム、オキシ窒化ケイ素、ドープ二酸化ケイ素（チタン、リチウム、リン、ホウ素など）、またはそれらの組み合わせなど、他の種類の導波管を使用することもできる。ＰＩＣ基板２１０、金属レベル２１０ａ、２１０ｂ、および導波管２０５は、以下で説明する他の要素とともに、独特のフォトニック集積回路を形成する。
銀、金、銅、またはそれらの組み合わせなどのナノ粒子２２０は、導波管２０５上または（本明細書および特許請求の範囲で使用される「または」は、連言形（conjunctive）および選言形（disjunctive）「および／または」を含む）隣接して位置する。一実施形態では、ナノ粒子２２０の濃度は、導波管２０５の外面２０５ｂよりも導波管２０５の側面２０５ａにおいて、または隣接する側面の方が高くてもよい。ナノ粒子２２０は、導波管２０５の長さのセンサ部分に沿って延びている。センサ部分は、導波管２０５の全長を延長することも、その一部のみを延長することもできる。一実施形態では、導波管２０５はクラッド部と非クラッド部を持ち、非クラッド部はセンサ部として機能する。このような実施形態では、ナノ粒子２２０は非クラッド部に配置されるが、他の実施形態では、導波管２０５の全長がクラッドされ、ナノ粒子が導波管２０５のクラッド上に堆積される場合がある。
ナノ粒子２２０は、ナノ粒子が電荷移動またはプラズモン共鳴の形成を助けるという点で、検査流体または分析物に関連するデータ収集を改善する。具体的には金属が挙げられるが、ナノスケールで蒸着や形成が可能な他の導電性の高い材料を使用することもできる。使用が検討されている半導体材料には、炭化ケイ素、炭素、窒化ガリウムなどの狭いバンドギャップ材料のほか、ゲルマニウム、セレン化鉛、テルル化鉛、アンチモン化ガリウム、ヒ化ガリウム、リン化インジウムなどの狭いバンドギャップ材料がある。さらに、カルコジナイドモリブデンジスルフィド（ＭｏＳ２）のように、ナノ構造の挙動が独自の利点を持つ可能性のあるいくつかの進化中の半導体もある。
ＰＩＣ基板２１０の導波管２０５がある側に、第２のシリコン基板２２５が接合されている。第２のシリコン基板２２５は、その中に形成されたマイクロ流体チャネル２３０を有し、一実施形態では、導波管２０５の長さの少なくとも一部に沿って誘電泳動場を提供するためにバッキング電極と連動して動作するオプションの駆動電極２３５を含む。駆動電極２３５を形成するために、既知の製造リソグラフィプロセスを使用することができる。マイクロ流体チャネル２３０は、一般的に示されているように、導波管２０５の側面２０５ａと最外面２０５ｂがマイクロ流体チャネル２２５に延びるように、導波管２０５をカプセル化する。マイクロ流体チャネル２３０は、試験流体または分析物を入れることができるチャネルを提供する。
バッキング電極２１５と駆動電極２３５が存在するこれらの実施形態では、病原体などの対象分子のナノ構造表面への制御された遷移を促進するための追加フィールドを生成するために使用することができる。図示された実施形態に見られるように、一般的に示されるように、駆動電極２３５はシリコン基板２２５内に位置し、マイクロ流体チャネル２３０に隣接し、バッキング電極は導波管２０５に隣接し、ＰＩＣ基板２１０内に位置する。これらの電極を使用して、マイクロ流体チャネル内で誘電泳動（ＤＥＰ）力を発生させるための高周波（３－５ＭＨｚ）電圧を電極に印加し、対象分析物をナノ粒子測定表面に駆動（drive）することができる。
ＤＥＰは、特定の質量とサイズの生体分子を、エバネッセント誘導プローブビームと相互作用する対象分析物の量を劇的に高めることができる測定表面に駆動するために使用される。ＤＥＰ力は、導電性粒子と非導電性粒子の両方に加えることができ、直流（ＤＣ）または交流（ＡＣ）の場を使用することによって発生させることができる。誘電泳動力によって、ウイルスを非常に正確に分類することができる。ＤＥＰ力は不均一な電場の存在下で懸濁粒子（浮遊粒子）に働く力である。力の大きさと方向は、電場強度、粒子半径、粒子と懸濁液との誘電率、および粒子と懸濁液との伝導率に関連している。ＤＥＰは、制御可能であり選択的かつ正確な対象ウイルスの操作を提供する。
知られているように、ＤＥＰは生体分子の双極子と電場の空間勾配との相互作用による不均一な電場での粒子の動きである。生体分子の双極子は、主に２つの現象に由来する。１）原子の配向（orientation）と配置（configuration）による永久双極子、２）粒子表面に電荷の再分布をもたらす外部電場の印加によって生じる誘起双極子。
生体分子の挙動は、物質が界面で電荷を生成する能力の尺度である分極率によって記述することができる。その分極率は、物質が電場に応答する能力の尺度であり、（ｉ）電子分極、（ｉｉ）原子分極、（ｉｉｉ）配向分極という３つの基本的なメカニズムがある。
１０ｋＨｚから１００ＭＨｚの動作周波数内の粒子に誘起された双極子の起源であるため、界面分極率は制限される。粒子の分極率が媒質の分極率より高い場合、粒子の側により多くの電荷が蓄積する。媒質の分極率が粒子の分極率よりも高い場合、媒質側により多くの電荷が蓄積する。この電荷の不均一な分布は、粒子の両側の電荷密度の違いを意味し、これにより、印加された電場と整列した粒子全体に誘起された双極子が生じる。粒子－媒質系が不均一な電場に置かれると、粒子は両端で異なる力を感じる。両端の力の差は、粒子と媒質の分極率に応じてどちらの方向にも正味の力を発生させる。
交流誘電泳動ＡＣ－ＤＥＰを適用するための一般的な方法は、マイクロチャネルネットワーク内に埋め込まれた金属電極のアレイである。ほとんどの場合、これらの内部電極は平面（２－Ｄ）電極（すなわち、電極の高さは１００ナノメートルのオーダーである）であり、デバイス内に製造される。ＡＣ－ＤＥＰは、ジュール発熱を防ぐ低い動作電圧により有利である。さらに、低い印加電圧は電界を発生させるために必要な回路を簡素化し、ＡＣ－ＤＥＰフォーカシングシステムを集積回路と互換性があり、バッテリー駆動のハンドヘルドデバイスに適したものにする。
このように、ＤＥＰはウイルス検出技術を強化し、測定表面に沈着した選択的ウイルス分析物の量を強化し（enhancing）または高め（enriching）る。代替として、他の実施形態では、同じ検査構造内の多数の分析物の選択的、同時的、特性化および同定を可能にするために、生体分子をサイズおよび構造によって分離する周波数可変および位相選択的な誘電泳動を採用することができる。
図３Ａ－３Ｉは、検査チップ１１５の複数の導波管２０５を製造するために使用できるプロセスの一実施形態の中間構造３００の部分的な断面図を示す。図３Ａは、二酸化シリコン層３１０を成長させたシリコン基板３０５を示す。また、窒化シリコン層３１５と、窒化シリコン層３１５上に位置するパターン化されたフォトレジスト層３２０も見られる。以下で説明するように、既知のプロセスと材料を使用して、図示された中間構造を形成することができる。一実施形態では、シリコン基板３０５は、Ｐ型ドーパントをドープした２００ｍｍのシリコンウェハであってもよい。実施形態によっては、ドーパント濃度と厚さが変わり得る。一実施形態では、二酸化シリコン層３１０は２０００ｎｍの厚さに形成することができる。後にパターン化されて導波管を形成する窒化シリコン３１５層の厚さも変わり得る。特定の実施形態では、厚さは約１００ｎｍから約２００ｎｍの範囲であり得る。一実施形態では、ドライエッチングを使用して窒化シリコン層３１５のマスクされていない部分をエッチングし、設計要件に応じて異なる間隔を持つ導波管を生成することができる。例えば、ある実施形態では、エッチングされた導波管の間隔は約３００ｎｍであり得る。
図３Ｂは、図３Ａに示すデバイスの中間的な実施形態を示しており、窒化シリコン３１５のパターン化に続いて複数の導波管３１５ａを形成している。一実施形態では、既知のドライエッチングを用いて導波管３１５ａを形成してもよい。導波管３１５ａの１つの拡大図３１５ｂに示されているように、ドライエッチングにより、導波管の端部が約０°から約４°にテーパすることがある。導波管３１５ａのテーパした端部は、電荷移動またはプラズモン共鳴をさらに形作るのに役立つ。ドライエッチングに続いて、ストリップレジストやウェハクリーンプロセスなどの既知のプロセスを使用して、残りのフォトレジスト３２０を導波管３１５ａから除去する。いくつかの実施形態では、導波管３１５ａを様々な蛇行形状設計にパターン化して、導波管の問い合わせ（interrogation）またはデータ収集の長さを長くすることができる。例えば、図３Ｃは、導波管３１５ａが長方形の折り畳み構成３１５ｃまたは円形構成３１５ｄでパターン化されるいくつかの例を示している。これらはほんの数例であり、他の幾何学的デザインも本開示の範囲内である。さらに、フォトレジストのパターン化中に、同じレチクルを使用して、図３Ｄに示すように、エッチングされたファセット（facet）表面３３０の近くにテーパ領域３２５を形成することができる。この狭められたテーパ領域３２５は、導波管の出力端付近のモードおよび光伝送を改善する。一実施形態では、図３Ｄに見られるように、窒化シリコン導波管３１５の端部に光学ファセット表面３３０を規定するためにディープエッチングを行うことができる。このオプションのエッチングは、下にあるシリコン酸化物を貫通し、さらに２～３ミクロンのシリコンの中にまでエッチングするように実施される。このような実施形態では、滑らかな酸化物表面を得るために、その後のウェットクリーニングが必要となる場合がある。
図３Ｅは、残りのフォトレジスト３２０を除去し、その後のウェットエッチングプロセスのためのエッチング制御を提供する窒化物エッチストップ３３５を蒸着した後の図３Ｂのデバイスを示している。窒化物エッチストップ３３５を堆積させるために既知の堆積プロセスを使用することができ、約２０ｎｍから約３０ｎｍの範囲の厚さまで堆積させることができる。窒化物エッチストップ３３５は、以下に示すように、導波管のセンサ部分を露出させるために使用されるウェットエッチングのエッチング制御を提供する。窒化物エッチストップ３３５は、以下に示すように、導波管のセンサ部分を露出させるために使用されるウェットエッチングのエッチング制御を提供する。一実施形態では、窒化物エッチストップ３３５は導波管３１５ａ上に残り、導波管伝送容量を拡大する役割を果たし、分析物からのデータ収集をさらに強化する。
図３Ｆは、既知の堆積プロセスを使用した、酸化シリコン層３４０の堆積後の図３Ｅの中間デバイスを示している。二酸化シリコン層３４０の厚さは様々であるが、一実施形態では厚さは約２ミクロンであり得る。また、酸化シリコン層３４０は、後述するように導波管３１５ａの少なくとも一部に対してクラッド層として機能する。
図３Ｇは、フォトレジスト３４５にセンサ開口部３５０を形成するためにフォトレジスト３４５を蒸着し、パターン化した後の図３Ｆの中間デバイスを示している。センサ開口部３５０は、導波管の一部から酸化ケイ素を除去する後続のエッチングのために酸化シリコン３４０の領域を露出させ、その結果、ナノ粒子が堆積され、対象の分析物からデータを収集するために使用されるクラッドされていない導波管３１５ａが生じる。次に、既知の基本的なウェット酸化物エッチングを行って、ターゲット導波管上のシリコン酸化物クラッドを除去すると、図３Ｈに示すように中間構造が得られる。図３Ｈに示すように、導波管３１５ａの一部は二酸化シリコン３４０によってクラッドされたままであり、他の部分はクラッドされていない。これらの非クラッド部分は、対象の分析物に関するデータを収集するために使用されるセンサ領域として機能する。
図３Ｉは、図３Ｈに見られるように、露出した導波管３１５ａ上にナノ構造３４５が形成された後の中間構造を示している。いくつかの実施形態では、ナノ構造３４５は、約１４０ｎｍから３００ｎｍピッチで約７０ｎｍから約１００ｎｍの範囲の直径を持つことができる。ただし、デバイスのパフォーマンスを最適化するために、他の範囲やピッチを使用することもできる。ナノ構造３４５を堆積させるために、異なる堆積プロセスを使用してもよい。例えば、一実施形態では、ナノ構造３４５は、インクジェット堆積プロセスを使用して堆積させることができる。別の実施形態では、ナノ構造３４５は、深紫外線（ＤＵＶ）フォトリソグラフィまたは金属蒸着リフトオフを伴う電子ビームリソグラフィを使用して蒸着することができる。このような実施形態では、リフトオフ構造の厚さは、平均直径に応じて、約４０ｎｍから約８０ｎｍの範囲である。
図４Ａ－４Ｈは、フォトニック集積回路と導波管２０５が形成されたウエハに接合されたウエハ内に上記のマイクロ流体チャネル２３０を製造するプロセスフローの一実施形態の中間構造４００の部分的な断面図を示している。マイクロ流体チャネル２３０は、接合されると、図２に示すように、導波管の側面と最外面の周りに密閉された流体チャネルを形成する。一実施形態では、マイクロ流体チャネル２３０は、以下で説明するように、浅いエッチング構造と深いエッチング構造の二つのレベルから構成される。浅いエッチは横方向の毛細管流を支持し、深いエッチ構造はポスト裏面研削中に露出する通気口と供給口を提供する。
図４Ａは、一実施形態では、既知のＰ型ドーパントがドープされた２００ｍｍのシリコンウェハであり得るウェハ４０５を示し、その濃度と拡散深度は最適化された設計要件によって異なり得る。酸化成長や堆積プロセスなどの既知のプロセスを使用してシリコンウエハ４０５上にパッド酸化物４１０を形成する。酸化シリコン層４１０の厚さは波打つことがある。例えば、ウェットエッチング条件では、厚さは約１００ｎｍまたは３０ｎｍから５０ｎｍであり得る。窒化シリコン層４１５は酸化物層４１０の上に形成され、特定の実施形態では、その厚さは約３００ｎｍであり得る。窒化シリコン層４１５は浅いトレンチエッチングのハードマスクの特徴である。酸化物層４１０は、その後のステップで窒化ケイ素４１５層の孤立除去を提供する。
図４Ｂは、パターン化されたフォトレジスト４２０をもたらす既知のフォトレジスト堆積、現像、およびストリッププロセスに続く図４Ａの中間デバイスを示している。パターン化されたフォトレジスト４２０は、その後エッチングされるトレンチ領域４２５を露出する。
図４Ｃは、浅いトレンチ４３０を形成するウェットまたはドライエッチングのいずれかである既知のハードマスクエッチングプロセスに続く図４Ｂの中間デバイスを示している。エッチングの深さは様々であるが、特定の実施形態では、エッチングの深さは３から６ミクロンであり得る。見られるように、エッチは酸化層４１０と窒化シリコン層４１５の一部をアンダーカットする。パターン化されたフォトレジスト４２０は、示されているが、エッチングを行う前に除去することができる。エッチング後、窒化シリコン層４１５および酸化物層４１０は既知のストリップおよびクリーニングプロセスを用いて除去され、図４Ｄの中間デバイスが得られる。
図４Ｅは、より深いトレンチを形成するために使用される浅いトレンチ４３０内のフォトレジスト層４３５の堆積とパターン形成に続く図４Ｄの中間デバイスを示している。一実施形態では、ＢＯＳＣＨエッチングプロセスのような深い反応性イオンエッチングプロセスを使用して、深いトレンチ４４０を約２００ミクロンの深さまでエッチングし、図４Ｆに示す中間構造を得ることができる。エッチングに続いて、既知のストリップレジストアッシュ処理が行われ、クリーンプロセスによって流れ、浅いトレンチ４３０と深いトレンチ４４０を含む図４Ｇに示す中間構造が得られる。
図４Ｈは、フォトレジストを除去して酸化物層４４５を形成した後の図４Ｇの中間デバイスを示しており、一実施形態では、約７５ｎｍから約１００ｎｍの厚さまで成長させることができるが、デバイス性能を最適化するために他の厚さを使用することもできる。前述のように、駆動電極が存在するこれらの実施形態では、トレンチの底に電極を堆積させたり、深いトレンチ４４０の底の露出したシリコンに高伝導領域を形成するためにインプラントを行うことができる。
図４Ｈに示す中間構造のクリーニングに続いて、浅いトレンチ４３０と深いトレンチ４４０が形成されたシリコンウエハ４０５を反転してフォトニック基板に接合し、図２に示す一般的な構造となる。
一実施形態では、マイクロ流体チャネル２３０をマイクロ流体ポンプ５００、５０５に流体的に接続してもよく、これは単なる２つの例示的な実施形態である。図５Ａ－５Ｂはいくつかの実施形態の例を示しているが、マイクロ流体ポンプ５００、５０５は、図５Ａおよび図５Ｂに一般的に示されているように、任意の数の蛇行形状として設計することができる。図５Ａ－５Ｂに見られるように、強化／修正された導波管５１０、５１５およびそれらに関連するマイクロ流体チャネル５２０、５２５とマイクロ流体ポンプ５３０、５３５は、特定の用途のためにそれぞれの導波管５１０、５１５の長さを最適化するために使用できるいくつかの幾何学的構成を持つことができる。しかしながら、設計パラメータに応じて、いくつかの実施形態では、マイクロ流体チャネル５２０、５２５は関連するマイクロ流体ポンプを持たない場合がある。例えば、設計パラメータがそのように要求する場合、強化／修正導波管５１０、５１５とマイクロ流体チャネルの長さは、マイクロ流体ポンプを必要としないように十分に短くすることができる。設計パラメータが必要な他の実施形態では、強化／修正された導波管５１０、５１５と関連するマイクロ流体チャネル５２０、５２５は、それぞれ、図５Ａ－５Ｂに見られるように、より長いか、より複雑である。このような実施形態では、マイクロ流体ポンプ５３０、５３５が存在する。分析物は、流体入力ポート５４０、５４５を介してマイクロ流体チャネル５２０、５２５に導入される。マイクロ流体ポンプ５３０、５３５は、存在する場合、毛細管原理で動作し、マイクロ流体チャネルを通って導波管を越えて流体を引き込むのを助け、テストサンプルから最大のデータを得ることができる。しかしながら、他の実施形態では、マイクロ流体ポンプ５３０、５３５を機械的に駆動して、マイクロ流体チャネルを通して検査流体をポンプすることもできる。例えば、マイクロ流体ポンプは圧電材料を含んでもよく、マイクロ流体チャネルを通して検査流体を移動させることができる。マイクロ流体チャネル５３０、５３５の長さと幾何学的構成は変化してもよく、設計パラメータとシステム要件に依存する。図示された実施形態では、マイクロ流体チャネル５２０、５２５およびマイクロ流体ポンプ５３０、５３５は一般的な蛇行形状を有するが、先に述べたように、他の幾何学的形状は本開示の範囲内である。これらの折り畳まれたタイプの経路は、デバイスのデータ収集長を長くしながら、デバイスをコンパクトな形式としては例外的に小さく保つために使用できる。既知のフォトリソグラフィプロセスと材料を使用して、マイクロ流体チャネルを作成できる。
図６は、検査チップ１１５の一実施形態の一般的なブロック図レイアウトを示す。この実施形態は、後述するように信号抽出のための干渉計と安定化された光源を含むフォトニック調整制御回路６００、構成管理回路、デジタルプロセッサコア、メモリ、ＵＳＢデータインターフェイス、電源、およびデータを迅速かつ容易に送信するための既知のワイヤレスインターフェイスを備える。分析物は入力ポート６１５からマイクロ流体チャネル６０５に入る。流体がマイクロ流体チャネル６０５を通過するとき、導波管内の光のエバネセント場、ナノ粒子、および流体中の分析物の間の相互作用によって定量的または定性的データが生成される。流体はマイクロ流体チャネルを通過し、ベントポート６２０を通って出て、前述のように検査ストリップの流体チャネルに戻る。したがって、この開示は、迅速な結果を伴う正確な流体解析を提供するマイクロサイズのフォトニック集積回路を提示する。
図７は、導波管強化分析物検出装置の一実施形態の一般的な概略構成を示す。この実施形態では、フォトニック集積をマイクロ流体と積層製造法と組み合わせて、コンパクトなラマン分光法ベースのシステムを迅速に実装し、病原体または他の生化学的または非生化学的物質の迅速な検出と同定を提供する。
上述のように、本開示の１つの実施形態はラマン分光法を使用するが、他の同様のタイプのスペクトロメータを使用することもできる。ラマン分光法は、入射したレーザー光を試料から非弾性散乱し、その特徴的な分子振動のエネルギーによって周波数をシフトさせる手法として知られている。ラマンスペクトルは、プローブされた物質の化学構造に関する高い情報量を提供し、この方法をウイルスと細菌の同定、違法薬物、医薬品および医薬品製造のモニタリング／検証、またはがん細胞の検出と同定のための理想的なツールにする。しかしながら、従来のシステムで行われていたように、ラマンビームを対象とした対象物を含む表面上の一点に焦点を合わせるのとは異なり、この開示の実施形態は、導波管または導波管の長さに沿ってデータを収集する構造を提供し、それによってデータの量と精度を大幅に向上させる。
検査分析物または流体は、検査分析物の閉じ込めを提供するマイクロ流体チャネルに注入される。この閉じ込めにより、分析物とプローブビームが最も重なり合うことが保証される。さらに、マイクロ流体チャネルの壁に沿って分子とナノ構造との緊密で強力な相互作用をもたらし、これによりラマンシグナル強度が強化される。
信号強度を改善するための表面増強ラマン分光法（ＳＥＲＳ）の応用はラマン分光法の改良である。細菌やウイルスなどの生体分子を同定するための非常に優れたアプローチとして実証されている。これは、特定の分子が、通常は銀、金、銅などの貴金属のように適切な金属ナノ構造の近くに吸着または配置されたときに、その分子のラマン散乱シグナルが増強されることに基づいている。ＳＥＲＳ法では、１０１４～１０１５という大きな増強因子を得ることができ、最新の検査セットや検出パネルで使用される蛍光性有機色素やその他の試薬よりも大きなラマン散乱断面積をもたらすことが示されている。
この開示の実施形態は、図８に一般的に示されているように、マイケルソン干渉計などの干渉計に接続された検出器を使用してＳＥＲＳ相互作用からラマンスペクトルを検出するが、これはマイケルソン干渉計などの干渉計の実施形態と、検査チップ１１５のフォトニック集積回路の一部を形成する安定化光源を概略的に示している。このユニークなアプローチは、スペクトロメータの一方の経路（in one arm of）における位相伝搬長変化の関数として時間領域で変調された周波数依存情報を含む干渉グラフ（interferogram）を生成する。その後、システムはフーリエ変換を実行して、サンプル中に存在するウイルスの検出と識別に使用される詳細なラマンスペクトルを抽出する。
光集積回路のフーリエ変換（ＦＴ）スペクトロメータは、干渉によって時間領域の放射線（radiation）を変調することで出力スペクトルを生成し、フーリエ変換を行う。病原体の検出と同定は、半導体の製造技術とパッケージング技術を活用して、６つの要素を図に示した検査チップのような比較的小さな領域に集積する能力によって保証されている。これには、１）制御可能なラマンプローブを提供するための安定化された狭帯域光源；２）導波管の外部を移動するモードエネルギーとラマン散乱のフォトニック強化を提供する金属ナノ構造の制御されたオーバーラップを提供するエバネッセント接続した低指数コントラスト導波管；３）病原体の特性評価のための制御された表面領域を提供する導波管の間と上のナノ構造の形成；４）金属ナノ構造表面で対象の病原体を制御濃縮できる電極の集積化；５）導波管と濃縮構造に対する試料体積を閉じ込めるためのマイクロ流体構造の集積；６）小型フーリエ変換スペクトロメータの集積能力、が含まれる。
位相変調されたアームに沿って伝搬する信号と非位相変調されたアームとの間の干渉は、位相の変化が振幅変化を引き起こすカプラに反射される。これを記録すると、変調されたアーム内の駆動電圧または結果として生じる有効経路長の変動に対して、時間ベースの振幅情報が記録され、これは干渉グラフ（interferogram）Ｉ（ｘｅｆｆ）と呼ばれる。この干渉グラフは、干渉計の２つのアーム間の有効経路長の変化の関数として変調された放射信号を表す。干渉光回路では、アナログ信号は光検出器で記録され、光検出器は符号化されたラマンスペクトルの波長または波数情報を符号化する。次に、ラマンスペクトルを回復するために、干渉グラフに対してフーリエ変換ルーチンが実行される。このシステムの利点はフォトニック集積回路、安定化光源である。一実施例では、共振空洞を使用して、外部空洞に対して安定化され、ブラッグミラー（Bragg mirror）と位相チューナーで構成される初期利得分布を定義する。このアプローチにより、共振利得段の注入ロックのために再注入される信号の位相と周波数の内容を制御することができる。
一実施形態の動作では、検査流体は入力ポートを介してマイクロ流体チャネルに配置される。次に、安定化された光源が、マイクロ流体チャネルの少なくとも部分的な長さに沿って形成された導波管内に案内される。チャネルと光導波管の領域は比較的長く、導波管の周囲または間のエバネッセントに誘導される領域は、より多くの対象の分析物と相互作用するため、相互作用の合計によって増加を得ることができ、検査の精度を高めることができる。センサ領域の最後で、光信号は、対象の分子または病原体に関連する電磁スペクトルの特定の部分にわたる光の特性を測定する集積スペクトロメータに入力される。これらのスペクトロメータは、共振器結合型検出器からマッハ・ツェンダー（Mach-Zehnder）干渉計やマイケルソン干渉計のような走査構造まで、幅広い集積構造の形態をとることができる。示されているアプローチは、集積マイケルソン干渉計の使用を詳細に説明しており、これにより、基準アームの固定長に対する一方のアームの位相誘起伝搬変動によって干渉パターン干渉グラフが導入され、その後、内部または外部のプロセッサに送信される。これは、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）によってスペクトルに変換され、そこから、一意のピーク位置、幅、および形状からなる一意のフィンガープリントを比較器で処理して最終的なデータセットを得ることができる。最終的なデータセットは、視覚信号や英数字の読み取りなどの検出可能な形式に送信できる。
図９は、１つの実施形態において、干渉計と安定化された光源が、約３ｍｍから約４ｍｍの間の流体入力ポートとベントポートを含み、線幅源（line width source）が約０．５ｍＷから約５ｍＷの範囲にある全長を持ち得る導波管にどのように光学的に接続されるかを概略的に示す。
図１０は、検査チップの製造に使用できる一般的な製造プロセスフローの実施例を示す。
検査ストリップ検出および同定システムの様々な実施形態のユニークな利点には、ウイルス物質を含む溶液をマイクロチャネルに閉じ込める能力が含まれる。この閉じ込めにより、プローブ光ビームと対象の素材との相互作用が改善される。ここでの実施形態は、他のどのアプローチよりも感度が何桁も改善されたコンパクトな分析システムを提供し、例えば、マイクロチャネルの壁に沿って金属ナノ構造を適用することから生じる信号感度の１４から１５桁の大幅な増加が可能であると考えられる。マイクロチャネル内のナノ粒子の複数の表面との強制的な相互作用は、全体的な相互作用長と蓄積された信号強度を増加させる。ここでの実施形態によって提供される他の利点には、低コストの生成、接続、伝送、ラマンスペクトルの処理と検出、チャネル内の局在化した金属ナノ構造の形成とそれらのフォトニック集積回路との集積を支援するためのマイクロチャネル集積技術の適用、およびマイクロチャネルへのプローブ光ビームの注入を制御するための支持素子が含まれる。このシステムにより、マイクロチャネルを通して制御された方法でプローブビームを誘導し、プローブビームをフォトニック回路に再接続して処理とスペクトル抽出を行うことができる。ここでの実施形態は、追加の人を危険にさらすことなく、孤立したリアルタイムの単一点検査を可能にするために、センサを使用可能な車両にパッケージングすることも提供する。
ここで開示される実施形態は、以下を備える。
一実施形態では、フォトニック集積チップが開示される。この実施形態では、フォトニック集積チップは、フォトニック回路を含むフォトニック回路基板上に配置された光導波路を含む。光導波路はフォトニック回路に光学的に接続される。マイクロ流体チャネルはシリコン基板内にあり、フォトニック回路基板に電気的および光学的に接続され、マイクロ流体チャネルは光導波路上に配置される。光導波管の側面と最外面はマイクロ流体チャネルの中に伸びる。マイクロ流体チャネルは光導波路の長さに沿って伸びる。光導波管上または隣接して位置するナノ粒子は、マイクロ流体チャネル内に位置する。
別の実施形態は、検査ストリップに関するものである。この実施形態はフォトニック集積チップを含む。フォトニック集積チップは、フォトニック回路を含むフォトニック回路基板上に配置された光導波路を含む。光導波路はフォトニック回路に光学的に接続される。マイクロ流体チャネルはシリコン基板内にあり、フォトニック回路基板に取り付けられ、マイクロ流体チャネルは光導波路上に配置される。光導波管の側面と最外面はマイクロ流体チャネルに伸び、マイクロ流体チャネルは光導波管の長さに沿って伸びる。光導波路上または隣接するナノ粒子は、マイクロ流体チャネル内に位置する。集積フォトニックチップは、流体収集ストリップとその端の１つに隣接して配置される。流体収集ストリップは、その中に形成された流体チャネルと、流体チャネルに流体的に接続された流体入力ポートを有する。流体入力ポートは、流体収集ストリップの反対側の端に隣接して配置され、ベントポートは、流体チャネルから集積フォトニックチップのマイクロ流体チャネルへの流体の流れを可能にするために、集積フォトニックチップの流体入力ポートに流体的に接続される。
要素１：駆動電極とバッキング電極をさらに含み、駆動電極はシリコン基板内にあり、駆動電極はフォトニック回路基板内にあり、光導波路上に位置する駆動電極とバッキング電極の間に位置する光導波路である。
要素２：フォトニック集積回路は、フォトニック調整制御回路、構成管理回路、デジタルプロセッサコア、メモリ回路、デジタルインターフェイス、およびＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）インターフェイスで構成される。
要素３：さらに、流体入力ポートと、マイクロ流体チャネルの反対側の端に位置する流体ベントポートを含み、マイクロ流体チャネルは、流体入力ポートと流体ベントポートの間の流体パスを形成する。
要素４：さらに光安定器と、入力信号の変調経路長と位相変調出力信号の固定経路長からなる干渉計を含む。
要素５：光安定器は、光利得回路と、ブラッグミラー（Bragg mirror）に接続された位相変調光回路を含む。
要素６：ナノ粒子の濃度は、最も外側の表面の上よりも側面の上または近傍においてより高い。
要素７：導波管の一部がクラッドされておらず、ナノ粒子はクラッドされていない導波管の上または近傍にある。
要素８：導波管は蛇行形状である。
要素９：さらに、マイクロ流体チャネルに流体的に接続されたマイクロ流体ポンプを含む。
要素１０：集積フォトニックチップは、駆動電極とバッキング電極をさらに含み、駆動電極はシリコン基板内にあり、駆動電極はフォトニック回路基板内にあり、光導波路上に位置する駆動電極とバッキング電極の間に位置する光導波路である。
要素１１：フォトニック集積回路は、フォトニック調整制御回路、構成管理回路、デジタルプロセッサコア、メモリ回路、デジタルインターフェイス、およびＢｌｕｅｔｏｏｔｈインターフェイスで構成される。
要素１２：さらに光安定器と、入力信号の変調経路長と位相変調出力信号の固定経路長からなる干渉計を含む。
要素１３：光安定器は、光利得回路と、ブラッグミラー（Bragg mirror）に光学的に接続された位相変調回路を含む。
要素１４：ナノ粒子の濃度は、最も外側の表面よりも側面または側面に隣接する面においてより高い。
要素１５：導波管の一部がクラッドされておらず、ナノ粒子はクラッドされていない導波管上にある、または隣接する。
要素１６：導波管は蛇行形状である。
要素１７：導波管の一部がクラッドされておらず、ナノ粒子はクラッドされていない導波管上にある、または隣接する。
要素１８：流体収集ストリップは、集積フォトニックチップが配置されているトップフィルム、ボトムフィルム、およびスペーサフィルムからなり、トップおよびボトムフィルムとスペーサフィルムは一緒に取り付けられて流体チャネルを形成する。
本発明は詳細に説明されているが、当業者は、本発明の精神および範囲を最も広範な形態で逸脱することなく、ここで様々な変更、置換および変更を加えることができることを理解すべきである。

Claims (20)

  1. フォトニック回路を備えるフォトニック回路基板に設置される光導波管であって、前記光導波管は前記フォトニック回路に光学的に接続される、光導波管と、
    シリコン基板に設置され、前記フォトニック回路基板に取り付けられたマイクロ流体チャネルであって、前記マイクロ流体チャネルは前記光導波管上に位置し、前記光導波管の側面および最外面は前記マイクロ流体チャネルに延伸し、前記マイクロ流体チャネルは前記光導波管の長さに沿って延伸する、マイクロ流体チャネルと、
    前記マイクロ流体チャネル内に設置される前記光導波管上に、または、前記光導波管に隣接して設置されるナノ粒子と、を備えるフォトニック集積チップ。
  2. 駆動電極とバッキング電極とをさらに備え、
    前記駆動電極はシリコン基板にあり、前記駆動電極は前記フォトニック回路基板にあり、前記光導波管は前記光導波管上に位置する前記駆動電極および前記バッキング電極の間に設置される、請求項１に記載のフォトニック集積チップ。
  3. 前記フォトニック集積回路は、フォトニック調整制御回路と、構成管理回路と、デジタルプロセッサコアと、メモリ回路と、デジタルインターフェースと、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈインターフェースと、を備える請求項１に記載のフォトニック集積チップ。
  4. 前記マイクロ流体チャネルの反対側の端部に設置される流体入力ポートおよび流体ベントポートと、前記流体入力ポートと前記流体ベントポートの間の流体パスを形成する前記マイクロ流体チャネルと、をさらに備える請求項１に記載のフォトニック集積チップ。
  5. 光学安定器と、入力信号に対して変調された経路長および位相変調された出力信号に対して固定経路長を有する干渉計とをさらに備える請求項１に記載のフォトニック集積チップ。
  6. 前記光学安定器は、ブラッグミラーに接続された光学ゲイン回路および位相変調光学回路を備える請求項１に記載のフォトニック集積チップ。
  7. 前記ナノ粒子の濃度は、前記最外面の上よりも前記側面の上または近傍において大きい、請求項１に記載のフォトニック集積チップ。
  8. 前記光導波管の一部は非クラッド部であり、前記ナノ粒子は前記非クラッド部の前記光導波管の上または近傍にある、請求項１に記載のフォトニック集積チップ。
  9. 前記光導波管は蛇行形状である請求項１に記載のフォトニック集積チップ。
  10. さらに、マイクロ流体チャネルに流体的に接続されたマイクロ流体ポンプを含む請求項１に記載のフォトニック集積チップ。
  11. フォトニック回路を備えるフォトニック回路基板に設置される光導波管であって、前記光導波管は前記フォトニック回路に光学的に接続される、光導波管と、
    シリコン基板に設置され、前記フォトニック回路基板に取り付けられ、前記光導波管上に位置するマイクロ流体チャネルであって、前記光導波管の側面および最外面は前記マイクロ流体チャネルに延伸し、前記マイクロ流体チャネルは前記光導波管の長さに沿って延伸し、前記マイクロ流体チャネルは前記マイクロ流体チャネルの反対側の端部に設置される流体入力ポートおよび流体ベントポートを有し、前記マイクロ流体チャネルは前記流体入力ポートと前記流体ベントポートの間の流体パスを形成する、マイクロ流体チャネルと、
    前記マイクロ流体チャネル内に設けられる前記光導波管上に、または、前記光導波管に隣接して設置されるナノ粒子と、
    を備えるフォトニック集積チップと、
    流体収集ストリップと、を備え、
    前記集積フォトニックチップは、前記流体収集ストリップの端部に隣接してその上に配置され、前記流体収集ストリップはその中に形成された流体チャネルを有し、前記流体収集ストリップは前記流体チャネルに流体的に接続される流体入力ポートを有し、前記流体収集ストリップの対向する端部に隣接して配置され、ベントポートは前記集積フォトニックチップの前記流体入力ポートに流体的に接続され、前記流体チャネルから前記集積フォトニックチップの前記マイクロ流体チャネルへの流体の流れを可能にする、検査ストリップ。
  12. 前記集積フォトニックチップは、駆動電極とバッキング電極とをさらに備え、
    前記駆動電極はシリコン基板にあり、前記駆動電極は前記フォトニック回路基板にあり、前記光導波管は前記光導波管上に位置する前記駆動電極および前記バッキング電極の間に設置される、請求項１１に記載の検査ストリップ。
  13. 前記フォトニック集積回路は、フォトニック調整制御回路と、構成管理回路と、デジタルプロセッサコアと、メモリ回路と、デジタルインターフェースと、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈインターフェースと、を備える請求項１１に記載の検査ストリップ。
  14. 光学安定器と、入力信号に対して変調された経路長および位相変調された出力信号に対して固定経路長を有する干渉計とをさらに備える請求項１１に記載の検査ストリップ。
  15. 前記光学安定器は、ブラッグミラーに接続された光学ゲイン回路および位相変調光学回路を備える請求項１４に記載の検査ストリップ。
  16. 前記ナノ粒子の濃度は、前記最外面の上よりも前記側面の上または近傍において大きい、請求項１１に記載の検査ストリップ。
  17. 前記光導波管の一部は非クラッド部であり、前記ナノ粒子は前記非クラッド部の前記光導波管の上または近傍にある、請求項１１に記載の検査ストリップ。
  18. 前記光導波管は蛇行形状である請求項１１に記載の検査ストリップ。
  19. さらに、マイクロ流体チャネルに流体的に接続されたマイクロ流体ポンプを含む請求項１１に記載の検査ストリップ。
  20. 前記流体収集ストリップは、前記集積フォトニックチップが配置されているトップフィルム、ボトムフィルム、およびスペーサフィルムからなり、前記トップフィルムおよび前記ボトムフィルムと前記スペーサフィルムは一緒に取り付けられて前記流体チャネルを形成する、請求項１１に記載の検査ストリップ。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4290222A1 (de) * 2022-06-10 2023-12-13 Universität Stuttgart Verfahren und sensoranordnung sowie system zur raman-spektroskopie

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6438279B1 (en) * 1999-01-07 2002-08-20 Cornell Research Foundation, Inc. Unitary microcapiliary and waveguide structure and method of fabrication
JP2006234693A (ja) * 2005-02-25 2006-09-07 Canon Inc センサ
JP2007512306A (ja) * 2003-11-21 2007-05-17 プリバ−イストラツイヴアツキー インスティテュト デイ．オー．オー 中枢神経系の疾患及び障害の治療及び予防用医薬製剤を製造するための１−オキサ−ジベンゾ［ｅ，ｈ］アズレン類の使用
JP2008519254A (ja) * 2004-11-04 2008-06-05 ディー３ テクノロジーズ リミテッド 増強ラマン分光法のための金属ナノ空隙フォトニック結晶
US20090201497A1 (en) * 2006-04-10 2009-08-13 General Electric Company Optofluidic devices and methods of using the same
US20120281209A1 (en) * 2011-05-06 2012-11-08 Nanosirius, Inc. Fiber Based SERS Sensor
US20150336097A1 (en) * 2012-12-21 2015-11-26 Cornell University Microfluidic chip having on-chip electrically tunable high-throughput nanophotonic trap
JP2020508471A (ja) * 2017-02-17 2020-03-19 アリストトル ユニバーシティ オブ テッサロニキ−リサーチ コミッティー、イー エル ケー イー 集積化プラズモフォトニックバイオセンサおよび使用方法
JP2023527634A (ja) * 2020-03-22 2023-06-30 ストライク フォトニクス，インコーポレーテッド 導波管強化分析物検出ストリップを備えたドッキングステーション

Family Cites Families (47)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4908112A (en) 1988-06-16 1990-03-13 E. I. Du Pont De Nemours & Co. Silicon semiconductor wafer for analyzing micronic biological samples
US6603548B2 (en) 1999-12-03 2003-08-05 Sciperio, Inc. Biosensor
US7630063B2 (en) 2000-08-02 2009-12-08 Honeywell International Inc. Miniaturized cytometer for detecting multiple species in a sample
US6887359B2 (en) * 2001-06-08 2005-05-03 The Regents Of The University Of California Chemical micro-sensor
US20030096081A1 (en) * 2001-10-19 2003-05-22 Lavallee Guy P. Integrated microfluidic, optical and electronic devices and method for manufacturing
US7932098B2 (en) * 2002-10-31 2011-04-26 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Microfluidic system utilizing thin-film layers to route fluid
WO2005109084A1 (en) 2004-05-12 2005-11-17 Ls Cable Ltd. Optical waveguide structure having asymmetric y-shape and transceiver for bidirectional optical signal transmission using the same
US7483140B1 (en) * 2004-12-10 2009-01-27 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Micro integrated planar optical waveguide type SPR sensor
US7391936B2 (en) 2005-01-21 2008-06-24 Lucent Technologies, Inc. Microfluidic sensors and methods for making the same
CA2612635C (en) 2005-07-14 2013-03-12 I-Stat Corporation Photoformed silicone sensor membrane
US8305583B2 (en) * 2005-11-11 2012-11-06 National Chung Cheng University Localized surface plasmon resonance sensing system, appartatus, method thereof
TWI284734B (en) 2005-12-20 2007-08-01 Nat Univ Chung Cheng Sensing apparatus containing noble metal and sensing system and method thereof
US7433552B2 (en) 2005-12-22 2008-10-07 Palo Alto Research Center Incorporated Obtaining analyte information
JP5313133B2 (ja) 2006-05-21 2013-10-09 マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー ナノクリスタルを含む光学構造
US9823737B2 (en) 2008-04-07 2017-11-21 Mohammad A Mazed Augmented reality personal assistant apparatus
US9063117B2 (en) 2007-02-21 2015-06-23 Paul L. Gourley Micro-optical cavity with fluidic transport chip for bioparticle analysis
TWI383138B (zh) * 2008-01-25 2013-01-21 Nat Univ Chung Cheng 具微結構之微流體裝置及使用其之感測系統及其方法
WO2010030939A1 (en) 2008-09-12 2010-03-18 David Erickson Optical force based biomolecular analysis in slot waveguides
TWI383139B (zh) 2008-11-20 2013-01-21 Nat Chung Cheng University Inv Tubular waveguide type plasma resonance sensing device and sensing system
KR20100063316A (ko) 2008-12-03 2010-06-11 한국전자통신연구원 바이오 물질 검출 장치 및 이를 이용한 바이오 물질 검출 방법
AU2011217862B9 (en) * 2010-02-19 2014-07-10 Pacific Biosciences Of California, Inc. Integrated analytical system and method
US9164024B2 (en) * 2010-11-19 2015-10-20 The Regents Of The University Of California Hybrid, planar optofluidic integration
JP5926810B2 (ja) * 2011-11-15 2016-05-25 エンパイア テクノロジー ディベロップメント エルエルシー 組込式光学センサ
US10133141B2 (en) 2011-12-30 2018-11-20 Infinera Corporation Mach-Zehnder interferometer having bended waveguides
US9664500B2 (en) 2012-03-08 2017-05-30 Cornell University Tunable optofluidic apparatus, method, and applications
US9683928B2 (en) 2013-06-23 2017-06-20 Eric Swanson Integrated optical system and components utilizing tunable optical sources and coherent detection and phased array for imaging, ranging, sensing, communications and other applications
TWI537553B (zh) 2015-01-23 2016-06-11 國立中正大學 反射式管狀波導粒子電漿共振感測系統及其感測裝置
EP3141941B1 (en) 2015-09-10 2019-11-27 ams AG Semiconductor device with photonic and electronic functionality and method for manufacturing a semiconductor device
WO2017066399A1 (en) 2015-10-15 2017-04-20 The Usa, As Represented By The Secretary Of The Navy Trace-gas raman spectroscopy in functionalized waveguides
US10481348B2 (en) 2016-09-09 2019-11-19 miDiagnostics NV Optical system for coupling light into a waveguide
WO2018057201A1 (en) 2016-09-20 2018-03-29 Sensor Kinesis Corp. Surface acoustic wave biosensor employing an analog front end and dna encoded libraries to improved limit of detection (lod) with exemplary apparatus of the same
AU2017338914B2 (en) 2016-10-05 2023-07-13 Abbott Laboratories Devices and methods for sample analysis
US10792657B2 (en) 2016-12-05 2020-10-06 University Of Massachusetts Microfluidic devices having top and bottom layers of graphene and a middle layer with a patterned cavity
JP6890669B2 (ja) 2017-02-20 2021-06-18 ザ リージェンツ オブ ザ ユニヴァーシティ オブ カリフォルニアＴｈｅ Ｒｅｇｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ 微小毛細血管における生体分子の高効率な光学的検出
KR20240011891A (ko) 2017-04-18 2024-01-26 매직 립, 인코포레이티드 반사 유동성 재료들에 의해 형성된 반사 층들을 갖는 도파관들
CN108736930B (zh) 2017-04-21 2020-12-15 华为技术有限公司 传输数据的方法和网络设备
AT520258B1 (de) 2017-07-26 2022-02-15 Univ Wien Tech Verfahren zur spektroskopischen bzw. spektrometrischen Untersuchung einer Probe
WO2019032735A1 (en) * 2017-08-08 2019-02-14 Massachusetts Institute Of Technology SYSTEMS AND METHODS FOR RAMAN SPECTROMETER WITH MINIATURIZED FOURIER TRANSFORM
EP4382474A3 (en) * 2017-09-01 2024-09-25 MGI Tech Co., Ltd. An injection molded microfluidic/fluidic cartridge integrated with silicon-based sensor
US10522887B2 (en) * 2017-10-20 2019-12-31 Waymo Llc Communication system for a vehicle comprising a dual channel rotary joint coupled to a plurality of interface waveguides for coupling electromagnetic signals between plural communication chips
KR102577993B1 (ko) 2018-04-06 2023-09-18 프리시젼바이오 주식회사 유체 검사 카트리지, 이를 포함하는 유체 검사장치 및 검사장치의 제어방법
US11490817B2 (en) 2018-05-04 2022-11-08 Hi Llc Interferometric frequency-swept source and detector in a photonic integrated circuit
TWI684756B (zh) 2018-08-31 2020-02-11 國立中正大學 待測物濃度之測定方法及套組
WO2020097268A1 (en) 2018-11-07 2020-05-14 Massachusetts Institute Of Technology Substrate-immobilized optical nanosensors
US20230133866A1 (en) * 2020-04-09 2023-05-04 SiPhox Inc. Integrated photonic systems and methods for biosensing
US20230152233A1 (en) * 2020-04-17 2023-05-18 Universiteit Gent Waveguide with solid micro-extraction phase for raman spectroscopy
CN111965141B (zh) 2020-08-05 2023-05-12 合肥工业大学 金纳米球颗粒修饰光纤光栅的葡萄糖传感器的制作方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6438279B1 (en) * 1999-01-07 2002-08-20 Cornell Research Foundation, Inc. Unitary microcapiliary and waveguide structure and method of fabrication
JP2007512306A (ja) * 2003-11-21 2007-05-17 プリバ−イストラツイヴアツキー インスティテュト デイ．オー．オー 中枢神経系の疾患及び障害の治療及び予防用医薬製剤を製造するための１−オキサ−ジベンゾ［ｅ，ｈ］アズレン類の使用
JP2008519254A (ja) * 2004-11-04 2008-06-05 ディー３ テクノロジーズ リミテッド 増強ラマン分光法のための金属ナノ空隙フォトニック結晶
JP2006234693A (ja) * 2005-02-25 2006-09-07 Canon Inc センサ
US20090201497A1 (en) * 2006-04-10 2009-08-13 General Electric Company Optofluidic devices and methods of using the same
US20120281209A1 (en) * 2011-05-06 2012-11-08 Nanosirius, Inc. Fiber Based SERS Sensor
US20150336097A1 (en) * 2012-12-21 2015-11-26 Cornell University Microfluidic chip having on-chip electrically tunable high-throughput nanophotonic trap
JP2020508471A (ja) * 2017-02-17 2020-03-19 アリストトル ユニバーシティ オブ テッサロニキ−リサーチ コミッティー、イー エル ケー イー 集積化プラズモフォトニックバイオセンサおよび使用方法
JP2023527634A (ja) * 2020-03-22 2023-06-30 ストライク フォトニクス，インコーポレーテッド 導波管強化分析物検出ストリップを備えたドッキングステーション

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