JP2024509492A - ピクセルあたり複数の反応部位を有するセンサ - Google Patents

ピクセルあたり複数の反応部位を有するセンサ Download PDF

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Abstract

一例では、装置が本明細書に記載される。装置は、例えば、単一ピクセルの上方に第１の反応部位及び第２の反応部位を含み得る。一例では、方法が本明細書に記載される。本方法は、例えば、第１の反応部位及び第２の反応部位から発せられたシグナルを検出することと、検出されたシグナルの振幅を使用して、第１の反応部位における第１の対象となる分析物の同一性を決定することと、検出されたシグナルの振幅を使用して、第２の反応部位における第２の対象となる分析物の同一性を決定することと、を含み得る。

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０２１年３月３日に出願された「Ｓｅｎｓｏｒ ｗｉｔｈ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｒｅａｃｔｉｏｎ Ｓｉｔｅｓ Ｐｅｒ Ｐｉｘｅｌ」という名称の米国特許出願第６３／２００，３８３号に対する優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、全般的には感知に関し、具体的には光感知に関する。
生物学的研究又は化学的研究における様々なプロトコルは、制御された反応を行うことを伴う。次いで、指定された反応を観察又は検出することができ、その後の分析は、反応に関与する化学物質の特性を同定又は明らかにするのを補助することができる。いくつかの多重アッセイでは、同定可能な標識（例えば、蛍光標識）を有する未知の分析物を、制御された条件下で、数千の既知のプローブに曝露させることができる。各既知のプローブは、マイクロプレートの対応するウェル内に堆積させることができる。既知のプローブとウェル内の未知の分析物との間で起こる任意の化学反応を観察することは、分析物の特性を同定又は明らかにするのを補助することができる。そのようなプロトコルの他の例としては、合成によるシーケンシング（sequencing-by-synthesis、ＳＢＳ）又は環状アレイシーケンシングなどの、既知のデオキシリボ核酸（deoxyribonucleic acid、ＤＮＡ）シーケンシングプロセスが挙げられる。
一例では、装置が本明細書に記載される。装置（apparatus）は、例えば、単一ピクセル(single pixel)の上方に第１の反応部位(first reaction site)及び第２の反応部位(second reaction site)を含み得る。
一例では、方法が本明細書に記載される。本方法は、例えば、第１の反応部位及び第２の反応部位から発せられたシグナル（または信号、signal）を検出（または検知、detect）することと、検出されたシグナルの振幅を使用して、第１の反応部位における第１の対象となる分析物(first analyte of interest)の同一性(identity)を決定することと、検出されたシグナルの振幅を使用して、第２の反応部位における第２の対象となる分析物(second analyte of interest)の同一性(identity)を決定することと、を含み得る。
一例では、装置が本明細書に記載される。装置は、例えば、複数のピクセルを含み得、複数のピクセルのそれぞれは、それぞれのピクセルセンサと、複数のピクセルのうちの１つのピクセルに関連付けられる第１の反応部位と、ピクセルに関連付けられる第２の反応部位と、を含み、ピクセルのピクセルセンサは、読み取りシグナル（read signal）を検出し、この読み取りシグナルは、第１の反応部位から発せられた第１のクラスタシグナル（または第１のクラスタ信号、first cluster signal）及び第２のクラスタ部位から発せられた第２のクラスタシグナル（または第２のクラスタ信号、second cluster signal）に依存し、第１の反応部位及び第２の反応部位は、「オン(on)」状態の第２のクラスタシグナルが「オン(on)」状態の第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように構成される。
一例では、方法が本明細書に記載される。本方法は、例えば、複数のピクセルセンサのうちの１つのピクセルセンサを使用して読み取りシグナルを検出することであって、読み取りシグナルは、ピクセルセンサに関連付けられる第１の反応部位から発せられた第１のクラスタシグナル及びピクセルセンサに関連付けられる第２の反応部位から発せられた第２のクラスタシグナルに依存する、検出することと、ピクセルセンサを使用して検出された読み取りシグナルの振幅を使用して、第１の反応部位における第１の対象となる分析物の同一性を決定することと、ピクセルセンサを使用して検出された読み取りシグナルの振幅を使用して、第２の反応部位における第２の対象となる分析物の同一性を決定することと、を含み得る。
幾何学的制約又はシグナル変調のいずれかを通じて、２つの別個のナノウェル内の２つの異なる隣接するクラスタのシグナルを変調することによって、単一ピクセルを使用して、隣接するクラスタからのシグナルを区別することが可能であり得る。言い換えれば、本明細書に開示される方法及び構造の利益及び利点は、単一画像ピクセルによって各固有のクラスタから別個のシグナルレベルを分離することを含む。本明細書に開示される方法及び構造は、（例えば、ＣＭＯＳセンサ上で）ピクセルごとにマルチクラスタを使用することを可能にし、各ピクセルから生成されるオン／オフシグナルを区別する。
本明細書の様々な例は、ＣＭＯＳセンサに関して特定の方法及び構造について説明し得るが、電荷結合素子（charge coupled device、ＣＣＤ）センサを含む他のセンサタイプも同様に利用され得る。同様に、本明細書に開示される方法及び構造はまた、放出光が外部光学系及び画像センサ（複数可）を介して検出される、フローセル上の分析物の適用可能な検出であり得る。
固定式ＣＭＯＳベースのフローセル上の情報密度を増加させることは、シーケンシング情報のギガバイトあたりのコストを、密度の増加に比例する係数だけ削減させる有益な側面を有する。
第１の反応部位及び第２の反応部位は、単一ピクセルの上方に存在する。第１の反応部位は、第１のナノウェルであり、第２の反応部位は、第２のナノウェルである。第１のナノウェルは、第２のナノウェルの半分のサイズであってもよい。フィルタは、第２の反応部位と単一ピクセルとの間ではなく、第１の反応部位と単一ピクセルとの間に存在してもよい。フィルタは、第１の反応部位から発せられたクラスタシグナルを減衰させる。フィルタは、薄い金属層（または金属薄層、thin metallic layer）であってもよい。フィルタは、タンタルを含んでもよい。方法は、第１の反応部位及び第２の反応部位から発せられたシグナルを検出することと、検出されたシグナルの振幅を使用して、第１の反応部位における第１の対象となる分析物の同一性を決定することと、検出されたシグナルの振幅を使用して、第２の反応部位における第２の対象となる分析物の同一性を決定することと、を含み得る。
更なる特徴は、本明細書で説明する技術を通して実現される。他の例及び態様は、本明細書で詳細に説明しており、特許請求される態様の一部と見なされる。本開示のこれらの及び他の目的、特徴、及び利点は、添付図面と併せてなされる本開示の様々な態様の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
以下でより詳細に考察される前述の概念及び追加の概念の全ての組み合わせが（かかる概念が相互に矛盾しないことを条件として）、本明細書に開示される発明の主題の一部と考えられ、本明細書で開示される利点・利益を実現すると考えられることを理解されたい。
１つ以上の態様を特に指摘し、明細書の結論において特許請求の範囲の例として明確に特許請求する。前述の内容及び目的、特徴、及び１つ以上の態様の利点は、添付図面と併せてなされる以下の詳細な説明から明らかである。
単一ピクセルの上方に単一のナノウェルを備えたＣＭＯＳセンサの一部を示す図である。 単一ピクセルの上方に、実質的に同様の「オン」クラスタシグナル強度を提供する２つのナノウェルを備えたＣＭＯＳセンサの一部を示す図である。 単一ピクセルの上方に、実質的に異なる「オン」クラスタシグナル強度を提供する２つのナノウェルを備えたＣＭＯＳセンサの一部を示す図である。 実質的に異なる「オン」クラスタシグナル強度を提供する２つのナノウェルから単一ピクセルによって検出された２つのチャネルシグナル強度の例示的な散布図である。 実質的に異なる「オン」クラスタシグナル強度を提供する２つのナノウェルから単一ピクセルによって検出された２つのチャネルシグナル強度に基づく例示的な塩基コーリングチャートを示す図である。 実質的に同様のサイズのナノウェルを備えたＣＭＯＳセンサの一部の上面図及び断面図である。 実質的に異なるサイズのナノウェルを備えたＣＭＯＳセンサの一部の上面図及び断面図である。 ２つのナノウェルのうちの１つがクラスタシグナルを減衰させるためのフィルタを有するＣＭＯＳセンサの一部の断面図である。 ２つのナノウェルのうちの１つがクラスタシグナルを減衰させるためのフィルタを有する別のＣＭＯＳセンサの一部の断面図である。 隣接するピクセルの上方のナノウェルの配置を示すＣＭＯＳセンサの一部の上面図である。 隣接するピクセルの上方のナノウェルの配置を示すＣＭＯＳセンサの一部の上面図及び対応する断面図である。 単一ピクセルの上方のクラスタ（又はナノウェル）の数を、対応する数の散布図クラウド及びシグナル強度とともに示すチャートである。 分析に使用するための装置の正面断面概略図である。 図１３に示される装置の上面断面図である。 励起光、放出光、及び検出器の検出帯域の間の調整を示すスペクトルプロファイル図である。 実質的に同様のサイズのナノウェルを備えたＣＭＯＳセンサの一部の上面図及び断面図である。 実質的に異なるサイズのナノウェルを備えたＣＭＯＳセンサの一部の上面図及び断面図である。 ２つのナノウェルのうちの１つがクラスタシグナルを減衰させるためのフィルタを有するＣＭＯＳセンサの一部の断面図である。 図１８Ａの構造を作製するための作製段階の図である。 図１８Ａの構造を作製するための作製段階の図である。 図１８Ａの構造を作製するための作製段階の図である。 ２つのナノウェルのうちの１つがクラスタシグナルを減衰させるためのフィルタを有する別のＣＭＯＳセンサの一部の断面図である。 図１９Ａの構造を作製するための作製段階の図である。 図１９Ａの構造を作製するための作製段階の図である。 隣接するピクセルの上方のナノウェルの配置を示すＣＭＯＳセンサの一部の上面図である。 隣接するピクセルの上方のナノウェルの配置を示すＣＭＯＳセンサの一部の上面図及び対応する断面図である。 代替例によるＣＭＯＳセンサの一部の上面図及び断面図である。 代替例によるＣＭＯＳセンサの一部の上面図及び断面図である。 代替例によるＣＭＯＳセンサの一部の上面図及び断面図である。 代替例によるＣＭＯＳセンサの一部の上面図及び断面図である。 ＤＮＡシーケンス再構築のためのＤＮＡシーケンシングの支援に使用することができる方法を示すフロー図である。 ピクセル設計あたり複数の反応部位におけるシグナル対ノイズの考察を示すチャートである。 ピクセル設計あたり複数の反応部位におけるシグナル対ノイズの考察を示すチャートである。 クラウド間隔に対するクラスタシグナル振幅比の影響を示すチャートである。 クラウド間隔に対するクラスタシグナル振幅比の影響を示すチャートである。 クラウド間隔に対するクラスタシグナル振幅比の影響を示すチャートである。
別々の図にわたって同じ参照番号が同じ又は機能的に同様の要素を指し、本明細書に組み込まれて、その一部を形成する添付図面は、実装形態（複数可）を更に例示し、実装形態（複数可）の詳細な説明と共に、本実装形態（複数可）の原理を説明する役割を果たす。当業者によって理解されるように、添付図面は、理解を容易にするために提供され、本実装形態（複数可）の特定の例の態様を例示する。実装形態（複数可）は、図に表す例に限定されない。
用語「接続する（connect）」、「接続された（connected）」、「接触する（contact）」、「結合された（coupled）」などは、様々な異なる配設及びアセンブリ技術を含むように、本明細書で広義に定義される。これらの配置及び技術としては、限定されないが、（１）一方の構成要素と別の構成要素とを、それらの間にいかなる介在構成要素も伴うことなく（すなわち、構成要素が、直接物理的に接触して）、直接接合することと、（２）一方の構成要素と別の構成要素とを、他方の構成要素に「接続された」又は「接触している」又は「結合されている」一方の構成要素が、（それらの間に１つ以上の追加の構成要素の存在にもかかわらず）他方の構成要素と何らかの動作的な連通状態（例えば、電気的、流体的、物理的、光学的など）にあることを条件として、それらの間に１つ以上の構成要素を伴って接続すること、が挙げられる。互いに直接物理的に接触しているいくつかの構成要素は、互いに電気的にかつ／若しくは流体的に接触していてもよいか又は接触していなくてもよいことを理解されたい。更に、電気的に接続された、電気的に結合された、光学的に接続された、光学的に結合された、流体的に接続された、又は流体的に結合された２つの構成要素は、直接物理的に接触していてもよいかく又は接触していなくてもよく、１つ以上の他の構成要素が、それらの間に位置付けられてもよい。
本明細書で使用される「含む（including）」及び「含む（comprising）」という用語は、同じことを意味する。
特許請求の範囲を含む本開示全体にわたって使用され得る用語「実質的に」、「およそ」、「約」、「比較的」、又は他のそのような類似の用語は、処理における変動などに起因する、基準又はパラメータからの小さな変動を説明し、かつ考慮するために使用される。そのような小さな変動は、基準又はパラメータからのゼロ点変動も含む。例えば、小さな変動は、±１０％以下、例えば、±５％以下、例えば、±２％以下、例えば±１％以下、例えば、±０．５％以下、例えば、±０．２％以下、例えば、±０．１％以下、例えば、±０．０５％以下を指すことができる。本明細書で使用するとき、「実質的に」、「およそ」、「約」、「比較的」、又は他のそのような類似の用語はまた、変動なし、すなわち±０％を指し得る。
本明細書で使用されるとき、「フローセル（flow cell）」は、反応構造の複数の反応部位と連通するフローチャネルをフローセルの間に形成するように、反応構造の上に延在する蓋を有するデバイスを含むことができる。いくつかの例では、撮像デバイス及び／又は光学系などの検出デバイスは、フローセルとは独立している。他の例では、フローセルは、反応部位で又は反応部位に近接して起こる指定された反応を検出する検出デバイスを含み得る。フローセルは、電荷結合素子（Charge-Coupled Device、ＣＣＤ）又は相補型金属酸化膜半導体（Complementary Metal-Oxide Semiconductor、ＣＭＯＳ）（光）検出デバイスなどの、固体物理光検出又は「撮像」デバイスを含み得る。ＣＭＯＳ検出デバイス又はセンサは、例えば、入射発光シグナルを検出する複数の検出ピクセルを含み得る。いくつかの例では、それぞれの検出ピクセルは、反応部位に対応する。他の例では、反応部位の数より多い又は少ないピクセルが存在し得る。同様に、いくつかの例における検出ピクセルは、単一の感知素子に対応して、出力シグナルを生成する。他の例では、検出ピクセルは、出力シグナルを生成するための複数の感知素子に対応する。フローセルはまた、又は代替的に、蓋のない２つ（以上）の対向するセンサを含み得る。具体的な一例として、フローセルは、流体的に、電気的に、又は流体的かつ電気的にカートリッジに結合し得、カートリッジは、流体的に、電気的に、又は流体的かつ電気的にバイオアッセイシステムに結合し得る。カートリッジ及び／又はバイオアッセイシステムは、所定のプロトコル（例えば、合成によるシーケンシング）に従ってフローセルの反応部位に反応溶液を送達し、複数の撮像事象を実行することができる。例えば、カートリッジ及び／又はバイオアッセイシステムは、フローセルのフローチャネルを通して、それによって反応部位に沿って、１つ以上の反応溶液を導くことができる。反応溶液のうちの少なくとも１つは、同じ又は異なる蛍光標識を有する４種類のヌクレオチドを含んでもよい。いくつかの例では、ヌクレオチドは、反応部位の対応するオリゴヌクレオチドなどの、フローセルの反応部位に結合する。次いで、いくつかの例では、カートリッジ、バイオアッセイシステム、又はフローセル自体は、励起光源（例えば、発光ダイオード（light-emitting diode、ＬＥＤ）などの固体光源）を使用して反応部位を照明する。いくつかの例では、励起光は、波長の範囲を含む所定の波長又は複数の波長を有する。入射励起光によって励起された蛍光標識は、フローセルの光センサによって検出され得る発光シグナル（例えば、励起光とは異なる、かつ潜在的には互いに異なる、１つ以上の波長の光）を提供することができる。
本明細書に記載のフローセルは、様々な生物学的又は化学的なプロセス及び／又は分析を実施する。より具体的には、本明細書で説明するフローセルは、指定された反応を示す事象、特性、品質、又は特徴を検出することが望ましい様々なプロセス及びシステムにおいて使用することができる。例えば、本明細書で説明するフローセルは、光検出デバイス、バイオセンサを含むがこれらに限定されないセンサ、及びそれらの構成要素、並びにバイオセンサを含むセンサとともに動作するバイオアッセイシステムを含むこと、又はそれらと統合することができる。
フローセルは、個別に又は集合的に検出され得る複数の指定された反応を促進する。フローセルは、複数の指定された反応が並行して生じる多数のサイクルを実行する。例えば、フローセルを使用して、酵素の操作及び光又は画像検出／捕捉の反復サイクルを通して、ＤＮＡ特徴の高密度アレイを配列決定することができる。このように、フローセルは、試薬又は反応溶液中の他の反応成分をフローセルの反応部位に送達する１つ以上のマイクロ流体チャネルと流体連通することができる。反応部位は、均一又は繰り返しパターンなどの所定の方法で設ける又は離間することができる。あるいは、反応部位は、ランダムに分配することができる。反応部位のそれぞれは、関連する反応部位からの光を検出する１つ以上の光ガイド及び１つ以上の光センサと関連付けることができる。一例では、光ガイドは、光の特定の波長をフィルタ処理するための１つ以上のフィルタを含む。
光ガイドは、例えば、フィルタ材料が特定の波長（又は波長の範囲）を吸収し、少なくとも１つの所定の波長（又は波長の範囲）がそこを通過することを可能にするように、吸収フィルタ（例えば、有機吸収フィルタ）であり得る。いくつかのフローセルでは、反応部位は、指定された反応を内部で少なくとも部分的に区画化することができる反応凹部又はチャンバ内に位置し得る。更に、指定された反応は、周囲温度以外の温度で、例えば、高温で関与するか、又はより容易に検出され得る。
本明細書で使用するとき、「指定された反応」は、対象となる検体などの対象となる化学物質又は生物学的物質の化学的、電気的、物理的、又は光学的特性（又は品質）のうちの少なくとも１つの変化を含む。特定のフローセルでは、指定された反応は、例えば、蛍光標識生体分子の対象となる検体との混和などの正の結合事象である。より一般的には、指定された反応は、化学変換、化学変化、又は化学的相互作用であってもよい。指定された反応はまた、電気特性の変化であってもよい。特定のフローセルでは、指定された反応は、蛍光標識された分子を検体と混和することを含む。検体は、オリゴヌクレオチドであってもよく、蛍光標識分子は、ヌクレオチドであってもよい。励起光が標識ヌクレオチドを有するオリゴヌクレオチドに向けられ、蛍光団が検出可能な蛍光シグナルを発するときに、指定された反応が検出され得る。フローセルの別の例では、検出された蛍光は、化学発光又は生物発光の結果である。指定された反応はまた、例えば、ドナー蛍光団をアクセプタ蛍光団に近接させることによって蛍光（又はＦｏｒｓｔｅｒ）共鳴エネルギー移動（fluorescence resonance energy transfer、ＦＲＥＴ）を増加させるか、ドナー蛍光団とアクセプタ蛍光団とを離すことによってＦＲＥＴを減少させるか、消光剤を蛍光団から離すことによって蛍光を増加させるか、又は消光剤及び蛍光団を近接配置することによって蛍光を減少させることができる。生物学的分析又は化学的分析は、指定された反応を検出することを含み得る。
本明細書で使用するとき、「電気的に結合された」及び「光学的に結合された」は、電源、電極、基板の導電性部分、液滴、導電性トレース、ワイヤ、導波路、ナノ構造、他の回路セグメントなどの任意の組み合わせの間で、それぞれ電気エネルギー及び光波を伝達することを指す。用語「電気的に結合された」及び「光学的に結合された」は、流体媒介物、空隙などの様々な媒介物を通過することができる、直接接続又は間接接続に関して使用されてよい。同様に、「流体的に結合された」は、供給源の任意の組み合わせの間で流体を移動させることを指す。用語「流体的に結合された」は、直接接続又は間接接続に関して使用されてよく、チャネル、ウェル、プール、ポンプなどの様々な媒介物を通過する場合がある。
本明細書で使用するとき、「反応溶液」、「反応成分」又は「反応物質」は、少なくとも１つの指定された反応を得るために使用され得る任意の物質を含む。例えば、潜在的な反応成分としては、例えば、試薬、酵素、サンプル、他の生体分子、及び緩衝液が挙げられる。反応成分は、溶液中で本明細書で開示するフローセル中の反応部位に送達することができる、かつ／又は反応部位に固定化することができる。反応成分は、直接的又は間接的に、フローセルの反応部位に固定化された対象となる検体などの別の物質と相互作用することができる。
本明細書で使用するとき、用語「反応部位」は、少なくとも１つの指定された反応が生じ得る局所的領域である。反応部位は、物質がその上に固定され得る反応構造又は基材の支持表面を含んでもよい。例えば、反応部位は、その上に反応成分、例えば、その上に核酸のコロニーを有する反応構造（フローセルのチャネル内に位置付けられ得る）の表面を含んでもよい。いくつかのフローセルでは、コロニー中の核酸は、同じ配列を有し、例えば、一本鎖又は二本鎖テンプレートのクローンコピーである。しかしながら、いくつかのフローセルでは、反応部位は、例えば一本鎖又は二本鎖の形態で、単一の核酸分子のみを含むことができる。
本明細書で使用するとき、用語「透明」は、全て又は実質的に全ての可視及び非可視の対象となる電磁放射又は光が遮られずに通過することを可能にすることを指し、用語「不透明」は、全て又は実質的に全ての可視及び非可視の対象となる電磁放射又は光を反射、偏向、吸収、又は別の方法で妨害して、通過させないようにすることを指し、用語「非透明」は、全てではないが、一部の可視及び非可視の対象となる電磁放射又は光が遮られずに通過することを可能にすることを指す。
本明細書で使用するとき、用語「導波管」は、特定の方向又は方向の範囲へのエネルギーの伝送を制限することによってエネルギー損失を最小限にする、電磁波などの波を誘導する構造を指す。
提案された方法及び構造は、シーケンシングデータのより高いスループット及びより低いコストを含む多くの利益を提供する。
特定の例では、幾何学的制約又はシグナル変調のいずれかを通して、２つの別個のナノウェル内の２つの異なる隣接するクラスタのシグナルを変調することが、ＣＭＯＳセンサの情報密度を２倍以上に増加させ、ピクセルあたり１つのクラスタ／ウェルを伴うＣＭＯＳベースの検出デバイスを上回る利益を提供することができる。更に、ＣＭＯＳベースのフローセル上の情報密度を増加させることは、シーケンシング情報のギガバイトあたりのコストを、密度の増加に比例する係数だけ削減させるという利益を有し得る。そのような技術革新の実際的な影響により、ＣＭＯＳベースのシーケンシングが情報密度の点でより大きなプラットフォームと競合できるようになる。更に、本明細書に開示される方法及び構造を実装することは、ＣＭＯＳ作製の修正と相まってソフトウェアの変更のみを必要とし、機器、及び試薬消耗品を、完全にではないにしても、実質的に未使用のままにしておくことができる。
ピクセルの頂部に２つ以上のナノウェルを配置することによって、センサは、透過変調オプションにおいて、「明るい」クラスタについては最小５０％の強度ヒットを受け入れ、「減衰」クラスタについては公称値と比較して５０％よりも大きい強度ヒットを受け入れる。異なるサイズのナノウェル実装形態（例えば、より大きな「主要」サイズのウェル及びより小さな「下位」サイズのウェル）は、全シグナルがほぼ同じに保たれるように、２つの（想定される）モノクローナルクラスタ間の不均衡なシグナルの共有を受け入れる。それにもかかわらず、主要ナノウェルと下位ナノウェルとの間のシグナル比は、２つのクラスタ間のシグナルを正確に区別するのに十分な大きさである。
理解を容易にするために図面を下で参照するが、図面は尺度通りに描かれておらず、同じ又は同様の構成要素を示すために、異なる図にわたって同じ参照番号が使用される。
図１は、単一ピクセルの上方に単一のナノウェルを有するＣＭＯＳセンサの一部を示す。ピクセル上の１つのクラスタは、センサ上で２つの可能な異なる読み取りをもたらすこととなる。例えば、センサは、クラスタがオン又はオフのいずれかであることを決定することができる。クラスタＣ１は、ナノウェルＮＷ内に位置し、クラスタＣ１からの放出シグナル（例えば、光）を下のセンサに向ける光パイプＬＰの上方に存在する。クラスタシグナルが「オン」である場合、例えば、対象となる特定の分析物が存在する可能性があり、蛍光又は光の放出が存在する。同様に、クラスタシグナルが「オフ」である場合、これは、対象となる特定の分析物が存在しない可能性があることを示す。ＣＭＯＳセンサの部分の右側の表は、クラスタシグナル強度と、対応するセンサ読み取りシグナル強度の例を示し、それらは、例えば、クラスタシグナルとセンサとの間にシグナル損失がないと仮定し得る。
ナノウェルは、ＤＮＡクラスタを収容する反応部位への境界構造であり得る。ＣＭＯＳセンサは、ナノウェルとともに示されているが、反応部位の代替構造も同様に使用することができる。
図２は、単一ピクセルの上方に、実質的に同様の「オン」クラスタシグナル強度を提供する２つのナノウェルを備えたＣＭＯＳセンサの一部を示す。同じ「オン」シグナルレベル（強度）を有する２つのクラスタが、センサ上で３つの可能な異なる読み取りのみをもたらす。言い換えれば、センサは、どのクラスタが「オン」であるかを決定することができない場合がある。クラスタＣ１及びＣ２は、それら独自のそれぞれのナノウェルＮＷ内に位置し、クラスタＣ１及びＣ２からの放出シグナル（例えば、光）を下のセンサに向ける光パイプＬＰの上方に存在する。クラスタシグナルが「オン」である場合、例えば、対象となる特定の分析物が存在する可能性があり、蛍光又は光の放出が存在する。同様に、クラスタシグナルが「オフ」である場合、これは、対象となる特定の分析物が存在しない可能性があることを示す。ＣＭＯＳセンサの部分の右側の表は、クラスタシグナル強度と、対応するセンサ読み取りシグナル強度の例を示し、それらは、例えば、クラスタシグナルとセンサとの間にシグナル損失がないと仮定し得る。
図３は、単一ピクセルの上方に、実質的に異なる「オン」クラスタシグナル強度を提供する２つのナノウェルを備えたＣＭＯＳセンサの一部を示す。１×（１倍）及び２×（２倍）のシグナル強度を伴う２つのクラスタからのセンサ読み取りにより、クラスタ状態、すなわち、オン又はオフを決定することが可能であり得る。クラスタＣ１及びＣ２は、それら独自のそれぞれのナノウェルＮＷ内に位置し、クラスタＣ１及びＣ２からの放出シグナル（例えば、光）を下のセンサに向ける光パイプＬＰの上方に存在する。クラスタシグナルが「オン」である場合、例えば、対象となる特定の分析物が存在する可能性があり、蛍光又は光の放出が存在する。同様に、クラスタシグナルが「オフ」である場合、これは、対象となる特定の分析物が存在しない可能性があることを示す。ＣＭＯＳセンサの部分の右側の表は、クラスタシグナル強度と、対応するセンサ読み取りシグナル強度の例を示し、それらは、例えば、クラスタシグナルとセンサとの間にシグナル損失がないと仮定し得る。ピクセルセンサ上で各クラスタ間のクラスタシグナル強度を変調することによって、すなわち、ピクセルセンサによって各クラスタから検出されるシグナル強度が異なるようにすることによって、ＣＭＯＳセンサの単一ピクセルを使用して、各クラスタ（この例では、その独自のナノウェル内の各クラスタ）の状態（オン又はオフ）を決定することが可能であり得る。
図４は、実質的に異なる「オン」クラスタシグナル強度を提供する２つのナノウェルから単一ピクセルによって検出された２つのチャネルシグナル強度の散布図の例を示す。図４の散布図は、例示的な強度におけるクラスタシグナルの１６個の別個のクラウドを示す。図５は、実質的に異なる「オン」クラスタシグナル強度を提供する２つのナノウェルから単一ピクセルによって検出された２つのチャネルシグナル強度に基づく例示的な塩基コーリングチャートを示す。２つのチャネルを使用すること（例えば、放出光の２つの異なる波長を検出するなど）によって、ＤＮＡ配列中の特定の塩基（例えば、アデニン（Ａ）、グアニン（Ｇ）、シトシン（Ｃ）、及びチミン（Ｔ））が、クラスタ／ウェルごとに決定され得る。例えば、第１の波長の光を検出するが、第２の波長の光を検出しないことは、対象となる塩基がシトシン（Ｃ）であることを示し得、第２の波長の光を検出するが、第１の波長の光を検出しないことは、対象となる塩基がアデニン（Ａ）であることを示し得、第１及び第２の波長の光の両方を検出することは、対象となる塩基がチミン（Ｔ）であることを示し得、第１の波長の光も第２の波長の光も検出されないことは、対象となる塩基がグアニン（Ｇ）であることを示し得る。
図６は、実質的に同様のサイズのナノウェルを備えたＣＭＯＳセンサの一部の上面図及び断面図を示す。この図に示されるように、２つのナノウェル（対象となるクラスタ、例えば、ＤＮＡ鎖のモノクローナルクラスタを支持し得る）の各々は、同じ長さ及び幅を有する。しかしながら、一方のナノウェルは、シグナルを約５０％減衰させるフィルタを有するが、他方のナノウェルは、有しない。フィルタは、ナノウェルの上面の下の黒色層（モノクロでより暗い均一な陰影で示される）として示される。図中のナノウェルは矩形状として示され得るが、他の形状のナノウェル、例えば、円形、楕円形、六角形、八角形などが可能である。青色材料（モノクロでより明るい均一な陰影で示される）はまた、シグナルを減衰させる金属材料であってもよい。黄色及び灰色の材料（ハッチングパターンで示される）は、誘電体材料であってもよい。
図７は、実質的に異なるサイズのナノウェルを備えたＣＭＯＳセンサの一部の上面図及び断面図を示す。この図に示されるように、２つのナノウェル（対象となるクラスタ、例えば、ＤＮＡ鎖のモノクローナルクラスタを支持し得る）の各々は、異なる幅を有し、左側のナノウェルは、右側のナノウェルの半分の幅を有する。これにより、対象となるクラスタのサイズを制限することができ、その結果、対象となる分析物が存在するときにクラスタによって発せられたクラスタシグナルを制限することができる。例えば、第１のナノウェルが第２のナノウェルのサイズの２倍である場合、第１のナノウェルは、第２のナノウェルと比較して２倍のクラスタシグナル強度を生成し得る。
図８は、２つのナノウェルのうちの１つがクラスタシグナルを減衰させるためのフィルタを有するＣＭＯＳセンサの一部の断面図を示す。第２のナノウェルは、第２のナノウェルの表面の下に、いくつかの例では直下に配設されたフィルタ層を有してもよく、この層は、第１のナノウェルには存在しない。他の例は、ナノウェルの表面とフィルタ層との間に存在する追加の層又は材料を有してもよい。この図８の右側のナノウェルは、追加の層とともに示されている。このフィルタ層は、薄い金属層であってもよい。フィルタ層は、ＣＭＯＳセンサの作製プロセスと互換性があるべきである。いくつかの例では、フィルタ層は、対象となる分析物が存在するときにクラスタから発せられたクラスタシグナルの約５０％（半分）を減衰させる。フィルタ層は、タンタルを含み得るか、又はタンタルから構成され得る。
図９は、２つのナノウェルのうちの１つがクラスタシグナルを減衰させるためのフィルタを有する別のＣＭＯＳセンサの一部の断面図を示す。ＣＭＯＳセンサの層のうちの１つは、フィルタ層であってもよい。しかしながら、このフィルタ層は、単一ピクセルの上方の２つのナノウェルのうちの第１のナノウェルの下で除去されてもよいが、第２のナノウェルの下では除去されなくてもよい。したがって、この構成は、第１のナノウェルから発せられたクラスタシグナルを減衰させない可能性がある。この図では、文字Ｃによって識別される青色層は、フィルタ層である。
図１０は、隣接するピクセルの上方のナノウェルの配置を示すＣＭＯＳセンサの一部の上面図を示す。図１１は、隣接するピクセルの上方のナノウェルの配置を示すＣＭＯＳセンサの一部の上面図及び対応する断面図を示す。緑色の円は、減衰したウェル（すなわち、クラスタシグナルが減衰したナノウェル）を表し、青色の円は、減衰していないウェル（すなわち、クラスタシグナルが減衰していないナノウェル）を表す。いくつかの例では、例えば、隣接するウェルからピクセルセンサによって検出されるクロストークを低減するために、ナノウェル間の距離を最大にすることが好ましい場合がある。図１０及び図１１は、隣接するピクセル間の垂直なナノウェル配向を示す。例えば、第１のピクセルが左から右へのナノウェル配向を有する場合、第１のピクセルに隣接する第２のピクセルは、上から下へのナノウェル配向を有し得る。
図１２は、単一ピクセルの上方のクラスタ（又はナノウェル又は反応部位）の数を、対応する数の散布図クラウド及びシグナル強度とともに示すチャートである。単一ピクセルの上方のクラスタの数が増加するにつれて、各クラスタのオン又はオフの状態を決定するために必要とされる異なるシグナル強度の数だけでなく、シグナル強度の振幅も増加し得る。
図１～図１２に付随する説明を参照すると、本明細書におけるピクセルのピクセルセンサは、代替的に、光センサ又は光検出器（または光ディテクターもしくは光検出部、light detector）と呼ぶことができ、ピクセルの光センサは、代替的に、ピクセルセンサ又は光検出器と呼ぶことができ、本明細書におけるピクセルの光検出器は、代替的に、センサ又は光検出器と呼ぶことができる。図１～図１２に付随する説明を参照すると、光を減衰させるフィルタは、代替的に、減衰器と呼ぶことができ、光を減衰させるフィルタ層は、代替的に、減衰層又は減衰材料層と呼ぶことができる。
本明細書の例は、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）センサなどの画像センサ構造が、センサシステムを形成するためにマイクロ流体デバイスと結合され得ることを認識している。センサシステムは、例えば、バイオセンサシステムであり得る。そのようなセンサシステムは、多くの場合、ナノウェル内に配設されたポリヌクレオチド鎖上に制御された反応プロトコルを実行するために、画像センサ構造の１つ以上の層（本明細書では「パッシベーションスタック」）のパッシベーションスタックの上層に配設されたナノウェルの高密度アレイを利用する。反応プロトコルは、例えば、鎖内のヌクレオチドの順序を決定し得る。
本明細書の例は、そのような反応プロトコルの例では、画像センサ構造のナノウェルアレイに配設されるポリヌクレオチド鎖（ＤＮＡ断片のクラスタ、核酸分子鎖など）は、フローセルを通る流体の流れを介して鎖に送出される識別可能な標識（蛍光標識ヌクレオチド塩基など）によりタグ付けされ得ることを認識している。次いで、１つ以上の励起光を、ナノウェル内のラベル付き鎖のクラスタ（複数可）上に向けることができる。次いで、ラベル付き鎖は、鎖内のヌクレオチド塩基の順序を示す放出光の光子を放出することができ、これは、パッシベーションスタックを通して、各ナノウェルに関連付けられた（例えば、下に位置する）画像センサ構造の光ガイドに送出することができる。
本明細書の例は、説明された例を参照して、光ガイドが、イメージセンサ構造内に配設されかつ光ガイドに関連付けられた光検出器（各光ガイド及び関連付けられた光検出器は、ピクセルと呼ばれることもある）に放出光子を向けることを認識している。光検出器は、放出光光子を検出する。次いで、画像センサ構造内のデバイス回路は、それらの検出された光子を使用してデータ信号を処理し、送信する。次いで、データ信号を分析して、鎖内のヌクレオチド塩基の配列を明らかにすることができる。そのようなシーケンシングプロセスの例は、合成によるシーケンシング（ＳＢＳ）又は環状アレイシーケンシングである。
本明細書の例は、ＣＭＯＳセンサ上でより高いクラスタ密度（したがって、より高い検出スループット）を達成することが困難なタスクであることを認識している。本明細書の例は、ピクセルピッチ（すなわち、各ピクセルの間隔又は周期的距離）を０．７μｍ未満に減少させることがより困難になっていることを認識している。本明細書の例は、ピクセルサイズを縮小することなくクラスタ密度を増加させる選択肢が、ピクセルあたり複数のクラスタが検出され得るようにＣＭＯＳセンサを構成することによって、すなわち、ＣＭＯＳセンサの単一の光検出器によるものであることを認識している。
本明細書の例は、各ピクセルが、光検出器に入射する光子の数を測定する光検出器を１つだけ有するので、複数のクラスタから生じるシグナルを区別することは、ピクセルに２つ以上のクラスタを単に追加するだけでは不可能であることを認識している。本明細書の例は、単一ピクセル上の異なるクラスタから生成されたシグナルを区別するための方法及び／又は構造が必要とされることを認識している。
本明細書では、図１～図１２の例を参照して、装置が記載され、装置のそれぞれのピクセル及びピクセルセンサは、それに関連付けられた第１及び第２のナノウェルを有する。それぞれのピクセル及びピクセルセンサに関連付けられた第１及び第２のナノウェルは、第２のナノウェルから発せられたクラスタシグナル「オン」状態シグナルが、第１のナノウェルから発せられたクラスタシグナル「オン」状態シグナルよりも大きくなるように構成され得る。第２のナノウェルのクラスタシグナル「オン」状態シグナルが第１のナノウェルのクラスタシグナル「オン」状態シグナルと区別されるように装置を構成するために、第２のナノウェルは、第１のナノウェルとは異なるように構成され得る。図６、図８～図１１の例では、第１及び第２のナノウェルは、第１のナノウェルからの放出光の減衰が第２のナノウェルからの放出光の減衰に対して増加するように構成され得る。図６、図８～図１１の例では、装置は、減衰材料を使用して、第１のナノウェルからの放出光の減衰が第２のナノウェルからの放出光の減衰に対して増加するように構成され得る。図６、図８～図１１の例では、装置は、第１のナノウェルが減衰器を含み、第２のナノウェルが減衰器を含まないように構成され得る。図６、図８～図１１の例では、装置は、第１のナノウェルが、第１のナノウェルの底面から垂直下向きに放射する放出光を減衰させる減衰器を含み、第２のナノウェルが、第２のナノウェルの底面から垂直下向きに放射する放出光を減衰させる減衰器を含まないように構成され得る。図６、図８～図１１の例では、装置は、第１のナノウェルが第１のナノウェルの底面の下の領域に減衰器を含み、第２のナノウェルが第２のナノウェルの底面の下の領域に減衰器を含まないように構成され得る。図７及び図１１の例では、装置は、減衰材料層が、第１のナノウェルの底面の下で第１のナノウェルを画定する領域に延在するが、第２のナノウェルの底面の下で第２のナノウェルを画定する領域にはないように構成され得る。図６、図８～図１１の例では、装置は、第１のナノウェルが第１のナノウェルの底面の直下の領域に減衰器を含み、底面の直下の領域の第２のナノウェルには、減衰器がないように構成され得る。図６、図８～図１１の例では、装置は、第１のナノウェルが、第１のナノウェルの底面に位置合わせされた減衰器を、その底面の下にある領域に含み、第２のナノウェルが、第２のナノウェルの底面に位置合わせられる該底面の下に位置する領域に減衰器がないように（または、第２のナノウェルが、第２のナノウェルの底面に位置合わせされるような減衰器を、該底面の下にある領域に含まないように）構成され得る。図７の例では、第２のナノウェルから発せられたクラスタシグナル「オン」状態シグナルが第２のナノウェルから発せられた「オン」状態シグナルよりも大きくなるように第２のナノウェルを構成するために、第２のナノウェルは、第１のナノウェルよりも大きなサイズを含み得る。一例では、第１のナノウェルよりも大きいサイズを有する第２のナノウェルは、第１のナノウェルよりも大きい幅を有し得る。一例では、第１のナノウェルよりも大きいサイズを有する第２のナノウェルは、第１のナノウェルよりも大きい底面幅を有し得る。一例では、第１のナノウェルよりも大きいサイズを有する第２のナノウェルは、第１のナノウェルよりも大きい底部表面積を有し得る。図１～図１２を参照して説明したように、第１及び第２のナノウェルから発せられたクラスタシグナル「オン」状態シグナルが区別されるように装置を構成するために、第１のナノウェルは、減衰器を含んでもよく、第２のナノウェルは、減衰器がなくてもよく、追加的に又は代替的に、第１の減衰器及び第２の減衰器は、異なるサイズを有する。図１０及び図１１を参照して説明したように、装置の隣接するピクセル及びピクセルセンサは、それぞれ第１及び第２のナノウェルに関連付けられてもよく、第１及び第２のナノウェルの配向は、隣接するピクセル及びピクセルセンサ間で区別されてもよい。第１のピクセル及びピクセルセンサに関連付けられた第１及び第２のナノウェルは、第１の配向を有することができ、第１のピクセル及びピクセルセンサに隣接する第２のピクセル及びピクセルセンサに関連付けられた第１及び第２のナノウェルは、第２の配向を有することができる。図１０及び図１１では、第１の配向は、上面図から見て背面から前面までの間隔を有する第１及び第２のナノウェルによって画定することができ、第２の配向は、上面図から見て側面から側面までの間隔を有する第１及び第２のナノウェルによって画定することができる。装置の隣接するピクセル及びピクセルセンサ間で配向を変化させることにより、配向を変化させない場合の隣接するピクセルに関連付けられたナノウェル間の間隔距離に対して、隣接するピクセルに関連付けられたナノウェル間の間隔距離を増加させることができる。図１０～図１２を参照すると、複数のピクセルのうちの第２～第Ｎのピクセルは、第１のピクセルに関連付けられた第１の反応部位及び第２の反応部位に従ってそれぞれ構成される関連する第１及び第２の反応部位を有することができ、複数のピクセルのうちの隣接するピクセルに関連付けられた第１及び第２の反応部位は、該反応部位のそれぞれのピクセルに対して第１及び第２の異なるそれぞれの配向を有し、第１及び第２の異なるそれぞれの配向は、それぞれの配向がない場合の隣接するピクセル位置からの反応部位間の間隔距離に対して、隣接するピクセル位置からの反応部位間の間隔距離を増加させる。
図１～図１２を参照して「発明を実施するための形態」において上述した組み合わせの少数の例には、以下のものが含まれる：（Ａ１）装置であって、単一ピクセルの上方の第１の反応部位及び第２の反応部位を備え、ピクセルは、光検出器を含む、装置；（Ａ２）第１の反応部位は、第１のナノウェルであり、第２の反応部位は、第２のナノウェルである、Ａ１に記載の装置；（Ａ３）第１のナノウェルは、第２のナノウェルのサイズの半分である、Ａ２に記載の装置；（Ａ４）第１の反応部位と単一ピクセルとの間にフィルタが存在する、Ａ１又はＡ２に記載の装置；（Ａ５）フィルタは、第２の反応部位と単一ピクセルとの間に存在しない、Ａ４に記載の装置；（Ａ６）フィルタは、第１の反応部位から発せられたクラスタシグナルを約５０％減衰させる、Ａ４又はＡ５に記載の装置；（Ａ７）フィルタは、薄い金属層である、Ａ４～Ａ６のいずれかに記載の装置；（Ａ８）フィルタは、タンタルを含む、Ａ４～Ａ７のいずれかに記載の装置。図１～図１２を参照して「発明を実施するための形態」において上述した組み合わせの少数の例には、以下のものが含まれる：方法であって、第１の反応部位及び第２の反応部位から発せられたシグナルを検出することと、検出されたシグナルの振幅を使用して、第１の反応部位における第１の対象となる分析物の同一性を決定することと、検出されたシグナルの振幅を使用して、第２の反応部位における第２の対象となる分析物の同一性を決定することと、を含む、方法。図１～図１２を参照して「発明を実施するための形態」において上述した組み合わせの少数の例には、以下のものが含まれる：（Ｃ１）装置であって、複数のピクセルと、複数のピクセルのうちの１つのピクセルに関連付けられた第１の反応部位と、ピクセルに関連付けられた第２の反応部位と、を備え、ピクセルのピクセルセンサは、読み取りシグナルを検出し、この読み取りシグナルは、第１の反応部位から発せられた第１のクラスタシグナル及び第２のクラスタ部位から発せられた第２のクラスタシグナルに依存し、第１の反応部位及び第２の反応部位は、「オン」状態の第２のクラスタシグナルが「オン」状態の第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように構成される、装置；（Ｃ２）装置は、異なる照明条件下での読み取りシグナルのシグナル振幅を第１の反応部位及び第２の反応部位におけるそれぞれの分析物の同一性にマッピングするコーリングチャート（calling chart）を使用して、第１の反応部位及び第２の反応部位におけるそれぞれの分析物の同一性を決定する、Ｃ１に記載の装置；（Ｃ３）装置は、異なる照明条件下での読み取りシグナルのシグナル振幅を第１の反応部位及び第２の反応部位におけるそれぞれの分析物の同一性にマッピングする１６個のクラウドコーリングチャート（cloud calling chart）を使用して、第１の反応部位及び第２の反応部位におけるそれぞれの分析物の同一性を決定する、Ｃ１に記載の装置；（Ｃ４）「オン」状態の第１のクラスタシグナルに対する「オン」状態の第２のクラスタシグナルの比は、少なくとも約１．４である、Ｃ１～Ｃ３のいずれかに記載の装置；（Ｃ５）「オン」状態の第１のクラスタシグナルに対する「オン」状態の第２のクラスタシグナルの比は、約１．９～約２．０である、Ｃ１～Ｃ３のいずれかに記載の装置；（Ｃ６）「オン」状態の第２のクラスタシグナルが「オン」状態の第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、第２の反応部位は、第１の反応部位よりも大きいサイズを有する、Ｃ１～Ｃ５のいずれかに記載の装置；（Ｃ７）「オン」状態の第２のクラスタが「オン」状態の第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、第２の反応部位は、第１の反応部位よりも大きい幅を有する、Ｃ１～Ｃ６のいずれかに記載の装置；（Ｃ８）第２の反応部位には減衰器がなく、第１の反応部位は、「オン」状態の第２のクラスタシグナルが「オン」状態の第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように減衰器を含む、Ｃ１～Ｃ７のいずれかに記載の装置；（Ｃ９）減衰材料の配置によって、「オン」状態の第２のクラスタシグナルが「オン」状態の第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、第１の反応部位から放射する放出光線の減衰は、第２の反応部位から放射する放出光線の減衰よりも大きい、Ｃ１～Ｃ８のいずれかに記載の装置；（Ｃ１０）減衰材料は、金属を含む、Ｃ９に記載の装置；（Ｃ１１）減衰材料は、タンタルを含む、Ｃ９に記載の装置；（Ｃ１２）第２の反応部位には、第２の反応部位の底面に位置合わせられ該底面の下に位置するような減衰器はなく（または、第２の反応部位の底面に位置合わせされるような減衰器は、その底面の下になく）、第１の反応部位は、「オン」状態の第２のクラスタシグナルが「オン」状態の第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、第１の反応部位の底面に位置合わせされた減衰器を、その底面の下に含む、Ｃ１～Ｃ１１のいずれかに記載の装置；（Ｃ１３）第２の反応部位には、第１の反応部位の垂直方向に延在する中心軸線が交差する減衰器がなく、第１の反応部位は、「オン」状態の第２のクラスタシグナルが「オン」状態の第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、第１の反応部位の垂直方向に延在する中心軸線が交差する減衰器を含む、Ｃ１～Ｃ１２のいずれかに記載の装置；（Ｃ１４）第２の反応部位には、第２の反応部位の底面から垂直下向きに放射する放出光線を減衰させるための減衰器がなく、第１の反応部位は、「オン」状態の第２のクラスタシグナルが「オン」状態の第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、第１の反応部位の底面から垂直下向きに放射する放出光線を減衰させるための減衰器を含む、Ｃ１～Ｃ１４のいずれかに記載の装置；（Ｃ１５）装置は、第１の反応部位の減衰器を画定するために第１の反応部位の底面に位置合わせされた、その底面の下にある領域を通って延在する減衰材料層を含み、減衰材料層には、第２の反応部位に位置合わせされた、その底面の下にある領域を通って延在するセクションがない、Ｃ１～Ｃ１４のいずれかに記載の装置；（Ｃ１６）第１の反応部位は、第１のナノウェルによって画定され、第２の反応部位は、第２のナノウェルによって画定される、Ｃ１～Ｃ１５のいずれかに記載の装置；（Ｃ１７）「オン」状態の第２のクラスタシグナルが「オン」状態の第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、第２のナノウェルは、第１のナノウェルよりも大きいサイズを有する、Ｃ１６に記載の装置；（Ｃ１８）「オン」状態の第２のクラスタが「オン」状態の第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、第２のナノウェルは、第１のナノウェルよりも大きい幅を有する、Ｃ１６又はＣ１７に記載の装置；（Ｃ１９）第２のナノウェルには減衰器がなく、第１のナノウェルは、「オン」状態の第２のクラスタシグナルが「オン」状態の第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように減衰器を含む、Ｃ１６～Ｃ１８のいずれかに記載の装置；（Ｃ２０）第１のナノウェルの減衰器は、上向きに延在するセクションを有する、Ｃ１６～Ｃ１９のいずれかに記載の装置；（Ｃ２１）第１のナノウェルの減衰器は、第１のナノウェルの周縁側壁（または円周側壁、circumferential sidewall）と平行に走る(または並行に延びるもしくは延在する、running in parallel)上向きに延在するセクションを有する、Ｃ１６～Ｃ２０のいずれかに記載の装置；（Ｃ２２）減衰材料の配置によって、「オン」状態の第２のクラスタシグナルが「オン」状態の第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、第１のナノウェルから放射する放出光線の減衰は、第２のナノウェルから放射する放出光線の減衰よりも大きい、Ｃ１６～Ｃ２１のいずれかに記載の装置；（Ｃ２３）減衰材料は、金属を含む、Ｃ２２に記載の装置；（Ｃ２４）減衰材料は、タンタルを含む、Ｃ２２に記載の装置；（Ｃ２５）第２のナノウェルには、第２のナノウェルの底面に位置合わせされた減衰器が、その底面の下になく、第１のナノウェルは、「オン」状態の第２のクラスタシグナルが「オン」状態の第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、第１のナノウェルの底面に位置合わせされた減衰器を、その底面の下に含む、Ｃ１６～Ｃ２４のいずれかに記載の装置；（Ｃ２６）第２のナノウェルには、第１のナノウェルの垂直方向に延在する中心軸線が交差する減衰器がなく、第１のナノウェルは、「オン」状態の第２のクラスタシグナルが「オン」状態の第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、第１のナノウェルの垂直方向に延在する中心軸線が交差する減衰器を含む、Ｃ１６～Ｃ２５のいずれかに記載の装置；（Ｃ２７）第２のナノウェルには、第２のナノウェルの底面から垂直下向きに放射する放出光線を減衰させるための減衰器がなく、第１のナノウェルは、「オン」状態の第２のクラスタシグナルが「オン」状態の第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、第１のナノウェルの底面から垂直下向きに放射する放出光線を減衰させるための減衰器を含む、Ｃ１６～Ｃ１６のいずれかに記載の装置；（Ｃ２８）装置は、第１のナノウェルの減衰器を画定するために第１のナノウェルの底面に位置合わせされた、その底面の下にある領域を通って延在する減衰材料層を含み、減衰材料層には、第２の反応部位に位置合わせされた、その底面の下にある領域を通って延在するセクションがない、Ｃ１６～Ｃ２７のいずれかに記載の装置；（Ｃ２９）複数のピクセルのうちの第２～第Ｎのピクセルは、ピクセルに関連付けられた第１の反応部位及び第２の反応部位に従ってそれぞれ構成される関連する第１の反応部位及び第２の反応部位を有し、複数のピクセルのうちの隣接するピクセルに関連付けられた第１の反応部位及び第２の反応部位は、それらの反応部位のそれぞれのピクセルに対して異なるそれぞれの第１の配向及び第２の配向を有し、異なるそれぞれの第１の配向及び第２の配向は、それぞれの配向がない場合の隣接するピクセル位置からの反応部位間の間隔距離に対して、隣接するピクセル位置からの反応部位間の間隔距離を増加させる、Ｃ１６～Ｃ２８のいずれかに記載の装置；（Ｃ３０）複数のピクセルのうちの第２～第Ｎのピクセルは、ピクセルに関連付けられた第１の反応部位及び第２の反応部位に従ってそれぞれ構成される関連する第１の反応部位及び第２の反応部位を有し、複数のピクセルのうちの隣接するピクセルに関連付けられた第１の反応部位及び第２の反応部位は、それらの反応部位のそれぞれのピクセルに対して異なるそれぞれの第１の配向及び第２の配向を有し、異なるそれぞれの第１の配向は、反応部位間の背面から前面までの間隔によって特徴付けられ、異なるそれぞれの第２の配向は、反応部位間の側面から側面までの間隔によって特徴付けられる、Ｃ１６～Ｃ２９のいずれかに記載の装置；（Ｃ３１）第２～第Ｎのピクセルは、第２～第１００万のピクセルである、Ｃ２９又はＣ３０に記載の装置。図１～図１２を参照して「発明を実施するための形態」において上述した組み合わせの少数の例には、以下のものが含まれる：（Ｄ１）方法であって、複数のピクセルセンサのうちの１つのピクセルセンサを使用して読み取りシグナルを検出することであって、読み取りシグナルは、ピクセルセンサに関連付けられた第１の反応部位から発せられた第１のクラスタシグナル及びピクセルセンサに関連付けられた第２の反応部位から発せられた第２のクラスタシグナルに依存する、検出することと、ピクセルセンサを使用して検出された読み取りシグナルの振幅を使用して、第１の反応部位における第１の対象となる分析物の同一性を決定することと、ピクセルセンサを使用して検出された読み取りシグナルの振幅を使用して、第２の反応部位における第２の対象となる分析物の同一性を決定することと、を含む、方法；（Ｄ２）ピクセルセンサを使用して検出された読み取りシグナルの振幅を使用して、第１の反応部位における第１の対象となる分析物の同一性を決定することと、検出された読み取りシグ
ナルの振幅を使用して、第２の反応部位における第２の対象となる分析物の同一性を決定することとは、異なる照明条件下での読み取りシグナルのシグナル振幅を第１の反応部位及び第２の反応部位におけるそれぞれの分析物の同一性にマッピングするコーリングチャートを使用することを含む、Ｄ１に記載の方法；（Ｄ３）ピクセルセンサを使用して検出された読み取りシグナルの振幅を使用して、第１の反応部位における第１の対象となる分析物の同一性を決定することと、検出された読み取りシグナルの振幅を使用して、第２の反応部位における第２の対象となる分析物の同一性を決定することとは、異なる照明条件下での読み取りシグナルのシグナル振幅を第１の反応部位及び第２の反応部位におけるそれぞれの分析物の同一性にマッピングする１６個のシグナルクラウドを有するコーリングチャートを使用することを含む、Ｄ１に記載の方法；（Ｄ４）第１の反応部位及び第２の反応部位は、「オン」状態の第２のクラスタシグナルが「オン」状態の第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように構成される、Ｄ１～Ｄ３のいずれかに記載の方法；（Ｄ５）「オン」状態の第２のクラスタシグナルが「オン」状態の第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、第２の反応部位が第１の反応部位よりも大きいサイズを有する、Ｄ１～Ｄ４のいずれかに記載の方法；（Ｄ６）「オン」状態の第１のクラスタシグナルに対する「オン」状態の第２のクラスタシグナルの比は、少なくとも約１．４である、Ｄ１～Ｄ５のいずれかに記載の方法；（Ｄ７）「オン」状態の第１のクラスタシグナルに対する「オン」状態の第２のクラスタシグナルの比は、約１．９～約２．０である、Ｄ１～Ｄ６のいずれかに記載の方法；（Ｄ８）「オン」状態の第２のクラスタが「オン」状態の第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、第２の反応部位は、第１の反応部位よりも大きい幅を有する、Ｄ１～Ｄ７のいずれかに記載の方法。（Ｄ９）第２の反応部位には減衰器がなく、第１の反応部位は、「オン」状態の第２のクラスタシグナルが「オン」状態の第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように減衰器を含む、Ｄ１～Ｄ８のいずれかに記載の方法；（Ｄ１０減衰材料の配置によって、「オン」状態の第２のクラスタシグナルが「オン」状態の第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、第１の反応部位から放射する放出光線の減衰は、第２の反応部位から放射する放出光線の減衰よりも大きい、Ｄ１～Ｄ９のいずれかに記載の方法；（Ｄ１１）減衰材料は、金属を含む、Ｄ１０に記載の方法；（Ｄ１２）減衰材料は、タンタルを含む、Ｄ１０に記載の方法；（Ｄ１３）第２の反応部位には、第２の反応部位の底面に位置合わせられ該底面の下に位置するような減衰器はなく（又は、第２の反応部位の底面に位置合わせされた減衰器が、その底面の下になく）、第１の反応部位は、「オン」状態の第２のクラスタシグナルが「オン」状態の第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、第１の反応部位の底面に位置合わせされた減衰器を、その底面の下に含む、Ｄ１～Ｄ１２のいずれかに記載の方法；（Ｃ１４）第２の反応部位には、第１の反応部位の垂直方向に延在する中心軸線が交差する減衰器がなく、第１の反応部位は、「オン」状態の第２のクラスタシグナルが「オン」状態の第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、第１の反応部位の垂直方向に延在する中心軸線が交差する減衰器を含む、Ｄ１～Ｄ１３のいずれかに記載の方法；（Ｃ１５）第２の反応部位には、第２の反応部位の底面から垂直下向きに放射する放出光線を減衰させるための減衰器がなく、第１の反応部位は、「オン」状態の第２のクラスタシグナルが「オン」状態の第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、第１の反応部位の底面から垂直下向きに放射する放出光線を減衰させるための減衰器を含む、Ｄ１～Ｄ１４のいずれかに記載の方法；（Ｄ１６）第１の反応部位の底面に位置合わせされた、その底面の下にある領域を通って延在する減衰材料層は、第１の反応部位の減衰器を画定し、減衰材料層には、第２の反応部位に位置合わせされた、その底面の下にある領域を通って延在するセクションがない、Ｃ１～Ｃ１５のいずれかに記載の方法；（Ｃ１７）第１の反応部位は、ナノウェルによって画定され、第２の反応部位は、ナノウェルによって画定される、Ｄ１～Ｄ１６のいずれかに記載の方法；（Ｄ１８）「オン」状態の第２のクラスタシグナルが「オン」状態の第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、第２のナノウェルは、第１のナノウェルよりも大きいサイズを有する、Ｃ１７に記載の方法；（Ｄ１９）「オン」状態の第２のクラスタが「オン」状態の第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、第２のナノウェルは、第１のナノウェルよりも大きい幅を有する、Ｄ１７又はＤ１８に記載の方法；（Ｄ２０）第２のナノウェルには減衰器がなく、第１のナノウェルは、「オン」状態の第２のクラスタシグナルが「オン」状態の第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように減衰器を含む、Ｃ１７～Ｃ１９のいずれかに記載の方法；（Ｄ２２）第１のナノウェルの減衰器は、上向きに延在するセクションを有する、Ｄ１７～Ｄ２０のいずれかに記載の方法；（Ｄ２３）第１のナノウェルの減衰器は、第１のナノウェルの周縁側壁（または円周側壁、circumferential sidewall）と平行に走る上向きに延在するセクションを有する、Ｄ１７～Ｄ２１のいずれかに記載の方法；（Ｄ２４）減衰材料の配置によって、「オン」状態の第２のクラスタシグナルが「オン」状態の第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、第１のナノウェルから放射する放出光線の減衰は、第２のナノウェルから放射する放出光線の減衰よりも大きい、Ｄ１７～Ｄ２２のいずれかに記載の方法；（Ｄ２５）減衰材料は、金属を含む、Ｄ２４に記載の方法；（Ｄ２６）減衰材料は、タンタルを含む、Ｄ２４に記載の方法；（Ｄ２７）第２のナノウェルには、第２のナノウェルの底面に位置合わせられ該底面の下に位置するような減衰器はなく（または、第２のナノウェルの底面に位置合わせされた減衰器が、その底面の下になく）、第１のナノウェルは、「オン」状態の第２のクラスタシグナルが「オン」状態の第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、第１のナノウェルの底面に位置合わせされた減衰器を、その底面の下に含む、Ｄ１７～Ｄ２６のいずれかに記載の方法；（Ｄ２８）第２のナノウェルには、第１のナノウェルの垂直方向に延在する中心軸線が交差する減衰器がなく、第１のナノウェルは、「オン」状態の第２のクラスタシグナルが「オン」状態の第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、第１のナノウェルの垂直方向に延在する中心軸線が交差する減衰器を含む、Ｄ１７～Ｄ２７のいずれかに記載の方法；（Ｄ２９）第２のナノウェルには、第２のナノウェルの底面から垂直下向きに放射する放出光線を減衰させるための減衰器がなく、第１のナノウェルは、「オン」状態の第２のクラスタシグナルが「オン」状態の第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、第１のナノウェルの底面から垂直下向きに放射する放出光線を減衰させるための減衰器を含む、Ｄ１７～Ｄ２８のいずれかに記載の方法；（Ｄ３０）装置は、第１のナノウェルの減衰器を画定するために第１のナノウェルの底面に位置合わせされた、その底面の下にある領域を通って延在する減衰材料層を含み、減衰材料層には、第２の反応部位に位置合わせされた、その底面の下にある領域を通って延在するセクションがない、Ｄ１７～Ｄ２９のいずれかに記載の方法；（Ｄ３１）複数のピクセルセンサは、それぞれ複数のピクセルに関連付けられ、ピクセルセンサは、複数のピクセルのうちの１つのピクセルを画定し、第１の反応部位及び第２の反応部位は、ピクセルに関連付けられ、複数のピクセルのうちの第２～第Ｎのピクセルは、ピクセルに関連付けられた第１の反応部位及び第２の反応部位に従ってそれぞれ構成される関連する第１の反応部位及び第２の反応部位を有し、複数のピクセルのうちの隣接するピクセルに関連付けられた第１の反応部位及び第２の反応部位は、それらの反応部位のそれぞれのピクセルに対して異なるそれぞれの第１の配向及び第２の配向を有し、異なるそれぞれの第１の配向及び第２の配向は、それぞれの配向がない場合の隣接するピクセル位置からの反応部位間の間隔距離に対して、隣接するピクセル位置からの反応部位間の間隔距離を増加させる、Ｄ１～Ｄ３０のいずれかに記載の方法；（Ｄ３２）複数のピクセルセンサは、それぞれ複数のピクセルに関連付けられ、ピクセルセンサは、複数のピクセルのうちの１つのピクセルを画定し、第１の反応部位及び第２の反応部位は、ピクセルに関連付けられ、複数のピクセルのうちの第２～第Ｎのピクセルは、ピクセルに関連付けられた第１の反応部位及び第２の反応部位に従ってそれぞれ構成される関連する第１の反応部位及び第２の反応部位を有し、複数のピクセルのうちの隣接するピクセルに関連付けられた第１の反応部位及び第２の反応部位は、それらの反応部位のそれぞれのピクセルに対して異なるそれぞれの第１の配向及び第２の配向を有し、異なるそれぞれの第１の配向は、反応部位間の背面から前面までの間隔によって特徴付けられ、異なるそれぞれの第２の配向は、反応部位間の側面から側面までの間隔によって特徴付けられる、Ｄ１～Ｄ３１のいずれかに記載の方法。（Ｄ３３）装置は、ナノウェルの減衰器を画定するために第１のナノウェルの底面に位置合わせされた、その底面の下にある領域を通って延在する第１のセクションと、第１のセクションから隣接して側方の方向（または水平方向もしくは横方向、laterally）に延在する第２のセクションと、を含む減衰材料層を含み、第１のセクションは第１の厚さを有し、第２のセクションは第２の厚さを有し、第１の厚さは第２の厚さ未満である、Ｄ１～Ｄ３２のいずれかに記載の方法。図１～図１２を参照して「発明を実施するための形態」において上述した組み合わせの少数の例には、以下のものが含まれる：（Ｅ１）装置であって、複数のピクセルと、複数のピクセルのうちの１つのピクセルに関連付けられた第１の反応部位と、ピクセルに関連付けられた第２の反応部位と、を備え、ピクセルのピクセルセンサは、読み取りシグナルを検出し、この読み取りシグナルは、第１の反応部位から発せられた第１のクラスタシグナル及び第２のクラスタ部位から発せられた第２のクラスタシグナルに依存し、第２の反応部位は、「オン」状態の第２のクラスタシグナルが「オン」状態の第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、第１の反応部位よりも大きいサイズを有する、装置。図１～図１２を参照して「発明を実施するための形態」において上述した組み合わせの少数の例には、以下のものが含まれる：（Ｆ１）装置であって、複数のピクセルと、複数のピクセルのうちの１つのピクセルに関連付けられた第１の反応部位と、ピクセルに関連付けられた第２の反応部位と、を備え、ピクセルのピクセルセンサは、読み取りシグナルを検出し、この読み取りシグナルは、第１の反応部位から発せられた第１のクラスタシグナル及び第２のクラスタ部位から発せられた第２のクラスタシグナルに依存し、第２の反応部位は、「オン」状態の第２のクラスタシグナルが「オン」状態の第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、第１の反応部位よりも大きいサイズを有する、装置。図１～図１２を参照して「発明を実施するための形態」において上述した組み合わせの少数の例には、以下のものが含まれる：（Ｇ１）装置であって、複数のピクセルと、複数のピクセルのうちの１つのピクセルに関連付けられた第１の反応部位と、ピクセルに関連付けられた第２の反応部位と、を備え、ピクセルのピクセルセンサは、読み取りシグナルを検出し、この読み取りシグナルは、第１の反応部位から発せられた第１のクラスタシグナル及び第２のクラスタ部位から発せられた第２のクラスタシグナルに依存し、第２
の反応部位には減衰器がなく、第１の反応部位は、「オン」状態の第２のクラスタシグナルが「オン」状態の第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように減衰器を含む、装置。図１～図１２を参照して「発明を実施するための形態」において上述した組み合わせの少数の例には、以下のものが含まれる：（Ｈ１）装置であって、複数のピクセルと、複数のピクセルのうちの１つのピクセルに関連付けられた第１の反応部位と、ピクセルに関連付けられた第２の反応部位と、を備え、ピクセルのピクセルセンサは、読み取りシグナルを検出し、この読み取りシグナルは、第１の反応部位から発せられた第１のクラスタシグナル及び第２のクラスタ部位から発せられた第２のクラスタシグナルに依存し、減衰材料の配置によって、「オン」状態の第２のクラスタシグナルが「オン」状態の第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、第１の反応部位から放射する放出光線の減衰は、第２の反応部位から放射する放出光線の減衰よりも大きい、装置。
図１３には、生物学的分析又は化学的分析などの分析に使用するための装置１００が示されている。装置１００は、光エネルギー励起装置１０及びフローセル２８２を含み得る。フローセル２８２は、検出器２００及び検出器２００の上の領域を含み得る。検出器２００は、試験を受ける生物学的サンプル又は化学的サンプルなどのクラスタＣ１、Ｃ２を支持するための複数のピクセル２０１及び検出器表面２０８を含み得る。側壁２８４及びフローカバー２８８、並びに検出器表面２０８を有する検出器２００は、フローチャネル２８３を画定し、境界を定めることができる。検出器表面２０８は、関連する検出器表面平面１３０を有し得る。それぞれのピクセル２０１は、光ガイド２１４及びピクセルセンサ２０２を含み得る。
更なる態様において、検出器表面２０８は、一例では、ナノウェル２０７によって設けることができる反応部位２０６を画定するように構成され得る。一例によれば、各反応部位２０６は、特定のピクセル２０１及び特定のピクセル２０１の特定のピクセルセンサ２０２に関連付けられ得る。クラスタＣ１及びクラスタＣ２の各々は、一例によれば、ナノウェル２０７によって設けられるそれぞれの反応部位２０６上に支持され得る。検出器表面２０８は、ナノウェルを画定する表面、及び図１３によって示されるようなナノウェルの中間にある表面によって画定され得る。
検出器２００は、一例によれば、誘電体スタック２１３と、半導体層２１２と、検出器表面２０８とピクセルセンサ２０２との間の光路内に配設された光ガイド２１４と、ピクセルセンサ２０２のそれぞれの上のピクセル領域を画定し、境界を定める分離構造２１８と、を含み得る。誘電体スタック２１３は、一例では、様々な回路、例えば、回路、例えば、感知ピクセルからのシグナルの読み出し、デジタル化、記憶、及びシグナル処理のための回路を画定するメタライゼーション層を含み得る。そのような回路を画定するメタライゼーション層は、追加的又は代替的に、分離構造２１８に組み込まれ得る。
ピクセルセンサ２０２は、一例では、感知フォトダイオードによって設けられ得る。感知フォトダイオードは、一例では、半導体層２１２のドープ領域によって画定され得る。本明細書の例は、本明細書で言及される「領域」が体積空間を指し得る（言い換えれば、２次元空間に限定されない）ことを認識している。
一例によれば、検出器２００は、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）集積回路検出器又は電荷結合素子（ＣＣＤ）集積回路検出器などの固体集積回路検出器によって設けられ得る。ピクセルセンサ２０２は、一例では、ピクセルセンサ２０２の高さに沿って取られた図１４の断面上面図に示される格子パターンで配置されたピクセルの行及び列を有する２次元ピクセルアレイで設けられ得る。一例では、そのようなピクセルアレイは、少なくとも１Ｍ個のピクセルを含み得るか、又はより少ないピクセルを含み得る。
一態様では、本明細書のピクセル２０１は、それぞれのピクセルセンサ２０２及び光ガイド２１４を含み得る。光ガイド２１４は、それぞれのピクセルセンサ２０２の上の領域に配設され得、分離構造２１８及び反応構造２６０によって境界付けられ得る。
一例によれば、装置１００は、蛍光団によって提供される分析物を使用して生物学的試験又は化学的試験を行うために使用され得る。例えば、１つ以上の蛍光団を有する流体は、入口ポート２８９及び出口ポート２９０を使用して、入口ポートを通してフローセル２８２に流入させる、かつフローセル２８２から流出させることができる。蛍光団によって提供される分析物は、様々なクラスタＣ１、Ｃ２に引きつけることができ、したがって、それらの検出によって、蛍光団によって提供される分析物は、クラスタＣ１、Ｃ２のマーカー、例えば、クラスタが引きつける生物学的分析物又は化学的分析物として作用し得る。
蛍光団によって提供される分析物のフローセル２８２内での存在を検出するために、光エネルギー励起装置１０は、励起波長範囲の励起光１０１が光エネルギー励起装置１０によって発せられるように通電され得る。励起光１０１を受け取ると、サンプルＣ１、Ｃ２に付着された蛍光団は、ピクセルセンサ２０２による検出のための対象となるシグナルである放出光５０１を放射することができる。クラスタＣ１、Ｃ２に付着した蛍光団の蛍光による放出光５０１は、励起光１０１の波長範囲に対して赤色シフトした波長範囲を有し得る。
光エネルギー励起装置１０は、サンプルＣ１、Ｃ２を照明するために、少なくとも１つの光源及び少なくとも１つの光学部品を含み得る。光源の例としては、レーザー、アークランプ、ＬＥＤ、又はレーザーダイオードが挙げられる。光学部品は、例えば、リフレクタ、
ダイクロイック、ビームスプリッタ、コリメータ、レンズ、フィルタ、ウェッジ、プリズム、ミラー、検出器などを含み得る。照明システムを使用する例では、光エネルギー励起装置１０は、励起光１０１を反応部位２０６に向けるように構成され得る。一例として、蛍光団は、緑色波長範囲の光によって励起され得、例えば、約５２３ｎｍの中心（ピーク）波長を有する励起光１０１を使用して励起され得る。
本明細書の例は、装置１００のシグナル対ノイズ比が、以下の式（１）に記載されるように表され得ることを認識している。
本明細書の例は、装置１００のシグナル対ノイズ比が、以下の式（１）に記載されるように表され得ることを認識している。
Figure 2024509492000002
 式中、「シグナル」は、放出光５０１、すなわち、クラスタに付着された蛍光団の蛍光に起因する対象となる光のシグナルであり、「励起」は、ピクセルセンサ２０２に到達する望ましくない励起光であり、「ＡＦ」は、検出器２００内の１つ以上の自己蛍光源の自己蛍光ノイズ放射であり、「バックグラウンド」は、検出器２００の外部源から検出器２００内に伝送される望ましくない光エネルギーであり、「暗電流」は、光がない場合のランダム電子正孔対生成に関連する電流フローノイズであり、「読み出しノイズ」は、アナログ－デジタル電子機器に関連するノイズである。
図１５は、励起光の波長範囲、シグナル光の波長範囲、及び検出波長範囲の間の目標調整を示すスペクトルプロファイル対応図の一例である。図１５のスペクトルプロファイル対応図において、緑色光スペクトルプロファイルとして示されるスペクトルプロファイル１１０１は、光エネルギー励起装置１０によって発せられる励起光１０１のスペクトルプロファイルである。スペクトルプロファイル１５０１は、励起光１０１によって励起された蛍光団の蛍光によって引き起こされる放出光５０１のスペクトルプロファイルである。スペクトルプロファイル１２２０は、一例によれば、ピクセルセンサ２０２の透過プロファイル（検出帯域）である。図１５のスペクトルプロファイル対応図は、いくつかの例に共通な一般的な特徴を表すことが意図されているが、示されたスペクトルプロファイルの変化は共通していることが理解されよう。一態様では、励起光１０１は、一般に、緑色光スペクトルプロファイルに加えて、青色光スペクトルプロファイル（図示せず）を含み得、装置１００は、（ａ）緑色光スペクトルプロファイルがアクティブであり、青色光スペクトルプロファイルが非アクティブであるモードと、（ｂ）青色光スペクトルプロファイルがアクティブであり、緑色光スペクトルプロファイルが非アクティブであるモードとの間で切り替え可能である。他の例では、励起光１０１と放出光５０１との異なる組み合わせが存在し得る。一例では、励起光１０１のスペクトルプロファイル１１０１は、青色光波長範囲の中心波長を特徴とすることができ、放出光５０１のスペクトルプロファイルは、緑色波長範囲の中心波長を特徴とすることができる。
検出器２００は、スペクトルプロファイル１２２０によって示される波長範囲の光を検出するように構成され得る。スペクトルプロファイル１２２０は、検出波長範囲を特定し、スペクトルプロファイル１２２０の振幅は、感度のレベルを示す。したがって、図１５のスペクトルプロファイル対応図を参照すると、検出器２００は、放出光５０１のスペクトルプロファイル１５０１とピクセルセンサ２０２の検出帯域スペクトルプロファイル１２２０とが交差する波長の範囲の放出光５０１を検出することができる。
本明細書で使用され、更に図１３の例示的な図を参照すると、「フローセル」２８２は、反応構造２６０の複数の反応部位２０６と連通するフローチャネル２８３をフローセルの間に形成するように、反応構造の上方に延在する蓋２８８を有するデバイスを含み得る。いくつかの例では、撮像デバイス及び／又は光学系などの検出デバイスは、フローセル２８２とは独立している。他の例では、図１３に示されるように、フローセル２８２は、反応部位で又は反応部位に近接して生じる指定された反応を検出する検出デバイス、例えば、検出器２００を含み得る。フローセル２８２は、電荷結合素子（ＣＣＤ）又は相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）（光）検出デバイスなどの、固体物理光検出デバイス又は「撮像」デバイスを含み得る。ＣＭＯＳ検出デバイス又はセンサは、例えば、入射発光シグナルを検出する複数の検出ピクセル２０１（ピクセル）を含み得る。いくつかの例では、各検出ピクセル２０１は、反応部位に対応する。他の例では、反応部位の数より多い又は少ないピクセル２０１が存在し得る。同様に、検出ピクセル２０１は、いくつかの例では、単一の感知素子に対応して出力シグナルを生成する。他の例では、ピクセル２０１は、複数の感知素子に対応して出力シグナルを生成する。フローセル２８２はまた、又は代替的に、蓋のない２つ（以上）の対向するセンサを含み得る。具体的な一例として、フローセル２８２は、流体的に、電気的に、又は流体的かつ電気的にカートリッジに結合し得、カートリッジは、流体的に、電気的に、又は流体的かつ電気的にバイオアッセイシステムに結合し得る。カートリッジ及び／又はバイオアッセイシステムは、所定のプロトコル（例えば、合成によるシーケンシング）に従ってフローセル２８２の反応部位２０６に反応溶液を送達し、複数の撮像事象を実行することができる。例えば、カートリッジ及び／又はバイオアッセイシステムは、フローセルのフローチャネルを通して、それによって反応部位に沿って、１つ以上の反応溶液を導くことができる。反応溶液のうちの少なくとも１つは、同じ又は異なる蛍光標識を有する４種類のヌクレオチドを含んでもよい。いくつかの例では、ヌクレオチドは、反応部位の対応するオリゴヌクレオチドなどの、フローセル２８２の反応部位２０６に結合する。次いで、いくつかの例では、カートリッジ、バイオアッセイシステム、又はフローセル２８２自体は、励起光源（例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの固体光源）を使用して反応部位２０６を照明する。いくつかの例では、励起光は、波長の範囲を含む所定の波長又は複数の波長を有する。入射励起光によって励起された蛍光標識は、フローセル２８２の光センサによって検出され得る発光シグナル（例えば、励起光とは異なる、及び潜在的には互いに異なる、１つ以上の波長の光）を提供することができる。
本明細書に記載のフローセル２８２は、様々な生物学的又は化学的なプロセス及び／又は分析を実施し得る。より具体的には、本明細書で説明するフローセル２８２は、指定された反応を示す事象、特性、品質、又は特徴を検出することが望ましい様々なプロセス及びシステムにおいて使用することができる。例えば、本明細書で説明するフローセル２８２は、光検出デバイス、バイオセンサを含むがこれらに限定されないセンサ、及びそれらの構成要素、並びにバイオセンサを含むセンサとともに動作するバイオアッセイシステムを含むこと、又はそれらと統合することができる。
フローセル２８２は、個別に又は集合的に検出され得る複数の指定された反応を促進する。フローセル２８２は、複数の指定された反応が並行して生じる多数のサイクルを実行する。例えば、フローセル２８２を使用して、酵素の操作及び光又は画像検出／捕捉の反復サイクルを通して、ＤＮＡ特徴の高密度アレイを配列決定することができる。このように、フローセル２８２は、試薬又は反応溶液中の他の反応成分をフローセルの反応部位２０６に送達する１つ以上のマイクロ流体チャネルと流体連通することができる。反応部位２０６は、均一又は繰り返しパターンなどの所定の方法で設ける又は離間することができる。あるいは、反応部位２０６は、ランダムに分配することができる。反応部位２０６の各々は、関連する反応部位２０６からの光を検出する１つ以上の光ガイド２１４及び１つ以上の光センサと関連付けることができる。一例では、光ガイド２１４は、光の特定の波長をフィルタ処理するための１つ以上のフィルタを含む。光ガイド２１４は、例えば、フィルタ材料が特定の波長（又は波長の範囲）を吸収し、少なくとも１つの所定の波長（又は波長の範囲）がそこを通過することを可能にするように、吸収フィルタ（例えば、有機吸収フィルタ）であり得る。いくつかのフローセルでは、反応部位２０６は、指定された反応を内部で少なくとも部分的に区画化することができる反応凹部又はチャンバ内に位置し得る。更に、指定された反応は、周囲温度以外の温度で、例えば高温で関与するか、又はより容易に検出され得る。
本明細書で使用するとき、「指定された反応」は、対象となる検体などの対象となる化学物質又は生物学的物質の化学的、電気的、物理的、又は光学的特性（又は品質）のうちの少なくとも１つの変化を含む。特定のフローセルでは、指定された反応は、例えば、蛍光標識生体分子の対象となる検体との混和などの正の結合事象である。より一般的には、指定された反応は、化学変換、化学変化、又は化学的相互作用であってもよい。指定された反応はまた、電気特性の変化であってもよい。特定のフローセル、例えばフローセル２８２では、指定された反応は、蛍光標識された分子を検体と混和することを含む。検体は、オリゴヌクレオチドであってもよく、蛍光標識分子は、ヌクレオチドであってもよい。励起光が標識ヌクレオチドを有するオリゴヌクレオチドに向けられ、蛍光団が検出可能な蛍光シグナルを発するときに、指定された反応が検出され得る。フローセルの別の例では、検出された蛍光は、化学発光又は生物発光の結果である。所望の反応はまた、例えば、ドナー蛍光団をアクセプタ蛍光団に近接させることによって蛍光（又はＦｏｒｓｔｅｒ）共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）を増加させるか、ドナー蛍光団とアクセプタ蛍光団とを離すことによってＦＲＥＴを減少させるか、消光剤を蛍光団から離すことによって蛍光を増加させるか、又は消光剤及び蛍光団を近接配置することによって蛍光を減少させることができる。生物学的分析又は化学的分析は、指定された反応を検出することを含み得る。
本明細書で使用するとき、「電気的に結合された」及び「光学的に結合された」は、電源、電極、基板の導電性部分、液滴、導電性トレース、ワイヤ、導波路、ナノ構造、他の回路セグメントなどの任意の組み合わせの間で、それぞれ電気エネルギー及び光波を伝達することを指す。用語「電気的に結合された」及び「光学的に結合された」は、流体媒介物、空隙などの様々な媒介物を通過することができる、直接接続又は間接接続に関して使用されてよい。同様に、「流体的に結合された」は、供給源の任意の組み合わせの間で流体を移動させることを指す。用語「流体的に結合された」は、直接接続又は間接接続に関して使用されてよく、チャネル、ウェル、プール、ポンプなどの様々な媒介物を通過する場合がある。
本明細書で使用するとき、「反応溶液」、「反応成分」又は「反応物質」は、少なくとも１つの指定された反応を得るために使用され得る任意の物質を含む。潜在的な反応成分としては、例えば、試薬、酵素、サンプル、他の生体分子、及び緩衝液が挙げられる。反応成分は、溶液中で本明細書で開示するフローセル２８２中の反応部位２０６に送達することができる、かつ／又は反応部位に固定化することができる。反応成分は、直接的又は間接的に、フローセル２８２の反応部位２０６に固定化された対象となる分析物などの別の物質と相互作用することができる。
本明細書で使用するとき、用語「反応部位」は、少なくとも１つの指定された反応が生じ得る局所的領域である。反応部位２０６は、物質がその上に固定され得る反応構造２６０又は基材によって設けられる支持表面を含んでもよい。例えば、反応部位２０６は、その上に反応成分、例えば、その上に核酸のコロニーを有する反応構造（フローセルのチャネル内に位置付けられ得る）の表面を含んでもよい。フローセル２８２などのいくつかのフローセルでは、コロニー中の核酸は、同じ配列を有し、例えば、一本鎖又は二本鎖テンプレートのクローンコピーである。しかしながら、いくつかのフローセル２８２では、反応部位２０６は、例えば一本鎖又は二本鎖の形態で、単一の核酸分子のみを含むことができる。
本明細書で使用するとき、用語「透明」は、全て又は実質的に全ての可視及び非可視の対象となる電磁放射又は光が遮られずに通過することを可能にすることを指し、用語「不透明」は、全て又は実質的に全ての可視及び非可視の対象となる電磁放射又は光を反射、偏向、吸収、又は別の方法で妨害して、通過させないようにすることを指し、用語「非透明」は、全てではないが、一部の可視及び非可視の対象となる電磁放射又は光が遮られずに通過することを可能にすることを指す。
本明細書で使用するとき、用語「導波管」は、特定の方向又は方向の範囲へのエネルギーの伝送を制限することによってエネルギー損失を最小限にする、電磁波などの波を誘導する構造を指す。
本明細書で使用される場合、「関連付けられた」という用語は、何かが他の何かに直接的又は間接的に接続されていることを指す。例えば、第２の要素に関連付けられた第１の要素は、第１の要素が第２の要素の上方又は上に位置していることを指す場合がある。
提案された方法及び構造は、シーケンシングデータのより高いスループット及びより低いコストを含む多くの利益を提供する。
特定の例では、幾何学的制約及び／又はシグナル変調のいずれかを通して、２つの別個のナノウェル２０７内の２つの異なる隣接するクラスタＣ１、Ｃ２のシグナルを変調することが、ＣＭＯＳセンサの情報密度を２倍以上に増加させ、ピクセルあたり１つのクラスタ／ウェルを伴うＣＭＯＳベースの検出デバイスを上回る利益を提供することができる。更に、ＣＭＯＳベースのフローセル上の情報密度を増加させることは、シーケンシング情報のギガバイトあたりのコストを、密度の増加に比例する係数だけ削減させるという利益を有し得る。そのような技術革新の実際的な影響により、ＣＭＯＳベースのシーケンシングが情報密度の点でより大きなプラットフォームと競合できるようになる。更に、本明細書に開示される方法及び構造を実装することは、ＣＭＯＳ作製の修正と相まってソフトウェアの変更のみを必要とし、機器、及び試薬消耗品を、完全にではないにしても、実質的にそのままにしておくことができる。
ピクセルの頂部に２つ以上のナノウェル２０７を配置することによって、センサは、透過変調オプションにおいて、「明るい」クラスタＣ１、Ｃ２については最小５０％の強度ヒットを受け入れ、「減衰」クラスタＣ１、Ｃ２については公称値と比較して５０％よりも大きい強度ヒットを受け入れる。異なるサイズのナノウェル２０７実装形態（例えば、より大きな「主要」サイズのウェル及びより小さな「下位」サイズのウェル）は、全シグナルがほぼ同じに保たれるように、２つの（想定される）モノクローナルクラスタＣ１、Ｃ２間の不均衡なシグナルの共有を受け入れる。それにもかかわらず、主要ナノウェルと下位ナノウェル２０７との間のシグナル比は、２つのクラスタ間のシグナルを正確に区別するのに十分な大きさである。
理解を容易にするために図面を下で参照するが、図面は尺度通りに描かれておらず、同じ又は同様の構成要素を示すために、異なる図にわたって同じ参照番号が使用される。
図１６は、実質的に同様のサイズのナノウェル２０７Ａ及び２０７Ｂによって画定される反応部位２０６を有するＣＭＯＳセンサの一部の上面図及び断面図を示す。この図に示されるように、２つのナノウェル２０７（対象となるクラスタＣ１、Ｃ２、例えば、ＤＮＡ鎖のモノクローナルクラスタＣ１、Ｃ２を支持し得る）の各々は、同じ長さ及び幅を有する。
しかしながら、一方のナノウェル２０７Ｂは、シグナルを約５０％減衰させる減衰フィルタ（減衰器）を有するが、他方のナノウェル２０７Ａは有しない。ナノウェル２０７Ｂの減衰器は、ナノウェル２０７Ｂの底部を画定する表面の下の減衰材料層１２０４によって画定されるものとして示されている。図中のナノウェル２０７、２０７Ａ～２０７Ｄは長方形として示され得るが、他の形状のナノウェル２０７、２０７Ａ～２０７Ｄ、例えば、円形、楕円形、六角形、八角形などが可能である。
図１６の例では、反応構造２６０は、誘電体層１２０２、誘電体層１２０６、及び誘電体層１２１０を含む複数の誘電体層を特徴とする誘電体スタックを含み得る。反応構造２６０によって画定される誘電体スタックは、その中に一体的に形成された、減衰材料層１２０４、減衰材料層１２０５、及び減衰材料層１２０８を含む第１及び第２の減衰材料層を更に含み得る。減衰材料層１２０４、１２０５、及び１２０８は、一例では、金属によって設けられ得る。減衰材料層１２０４、減衰材料層１２０５、及び減衰材料１２０８は、例えば、タンタル、アルミニウム、金、又は銅などを含み得る。
図１６を参照すると、ナノウェル２０７Ｂによって画定される反応部位２０６Ｂは、減衰器を含んでもよく、ナノウェル２０７Ａには減衰器がなくてもよいことが分かる。図１６の例では、ナノウェル２０７Ｂによって画定される反応部位２０６Ｂは、減衰材料層１２０５によって画定される減衰器を含んでもよく、ナノウェル２０７Ａには、減衰器を画定する減衰材料層１２０５がなくてもよい。図１６に示されるように、減衰材料層１２０５は、ナノウェル２０７Ｂの周囲の長さに沿ってナノウェル２０７Ｂの側壁に対して平行に延在する第１の上向きに延在するセクションと、ナノウェル２０７Ｂの底面と平行に延在する第２の水平に延在するセクションと、を含む。
一態様では、ナノウェル２０７Ｂによって画定される反応部位２０６Ｂと、ナノウェル２０７Ａによって画定される反応部位２０６Ａとは、関連する垂直方向に延在する中心軸線１２１６を含み得る。
図１６の例を参照すると、装置１００は、ナノウェル２０７Ｂの垂直方向に延在する中心軸線１２１６が減衰器を通って延在し、更にナノウェル２０７Ａの垂直方向に延在する中心軸線１２１６が減衰器を通って延在しないように構成され得る。図１６の例を参照すると、装置１００は、ナノウェル２０７Ｂの垂直方向に延在する中心軸線１２１６が、減衰材料層１２０５によって画定される減衰器を通って延在し、更にナノウェル２０７Ａの垂直方向に延在する中心軸線１２１６が、減衰材料層１２０５によって画定される減衰器を通って延在しないように構成され得る。別の態様では、ナノウェル２０７Ｂによって画定される反応部位２０６Ｂの垂直方向に延在する中心軸線１２１６は、減衰材料層１２０５を通って延在し、ナノウェル２０７Ａによって画定される反応部位２０６Ａの垂直方向に延在する中心軸線１２１６は、減衰材料層１２０５を通って延在しない。別の態様では、ナノウェル２０７Ｂによって画定される反応部位２０６Ｂの垂直方向に延在する中心軸線１２１６は、ナノウェル２０７Ａによって画定される反応部位２０６Ａにはない減衰器を通って延在する。
更に図１６を参照すると、ナノウェル２０７Ｂの底面に位置合わせされた、その面の下にある領域内のナノウェル２０７Ｂは、減衰材料層１２０５によって画定される減衰器を含んでもよく、ナノウェル２０７Ａの底面に位置合わせされた、その底面の下にある領域内のナノウェル２０７Ａには、減衰器がなくてもよい。ナノウェル２０７Ｂの底面に位置合わせされた、その底面の下にあるナノウェル２０７Ｂの領域は、ナノウェル２０７Ｂの底面の下の領域を含んでもよく、この領域は、図１６に示されるように、ナノウェル２０７Ｂの底部角部と交差する垂直方向に延在する平面１２１７を延在する深さ寸法によって境界付けられ、ナノウェル２０７Ｂの底部角部と交差する垂直方向に延在する平面１２１８を延在する幅寸法によって境界付けられ、これにより長方形の底面と結論付けることができる。ナノウェル２０７Ｂの図１６の減衰材料層１２０５によって画定される減衰器は、ナノウェル２０７Ｂの底面の垂直下方のセクションを含むように構成され得、ナノウェル２０７Ｂの底部から垂直下向きに放射する放出光５０１の放出光線を減衰させるように構成され得る。別の態様では、ナノウェル２０７Ａには、ナノウェル２０７Ａの底部から垂直下向きに放射する放出光の放出光線を減衰させる減衰器がなくてもよい。
図１７は、実質的に異なるサイズのナノウェル２０７Ａ及び２０７Ｂを備えたＣＭＯＳセンサの一部の上面図及び断面図を示す。この図に示されるように、２つのナノウェル２０７Ａ及び２０７Ｂ（対象となるクラスタＣ１、Ｃ２、例えば、ＤＮＡ鎖のモノクローナルクラスタＣ１、Ｃ２を支持し得る）の各々は、異なる幅を有し、左側のナノウェル２０７Ａは、右側のナノウェルの半分の幅を有する。これにより、対象となるクラスタＣ１、Ｃ２のサイズを制限することができ、その結果、対象となる分析物が存在するときにクラスタＣ１、Ｃ２によって発せられたクラスタシグナルを制限することができる。例えば、ナノウェル２０７Ｂが第２のナノウェル２０７Ａのサイズの２倍である場合、ナノウェル２０７Ｂは、ナノウェル２０７Ａと比較して２倍のクラスタシグナル強度を生成し得る。
図１７の例では、ナノウェル２０７Ｂによって画定される反応部位２０６Ｂは、ナノウェル２０７Ａによって画定される反応部位２０６Ａよりも大きい幅及びナノウェル底部表面積を含み得る。図１７の例に示されるように、ナノウェル底部の表面積の増加により、クラスタを定義する鎖数を増加させることができる。したがって、ナノウェル２０７Ｂがナノウェル２０７Ａに対して増加した表面積を有する結果として、クラスタＣ２は、クラスタＣ１よりも大きい鎖数を有し得る。一例では、ナノウェル２０７Ａに対するナノウェル２０７Ｂの幅は、クラスタＣ２の鎖数がクラスタＣ１の鎖数の約２．０倍であるように選択され得る。一例では、ナノウェル２０７Ｂの幅は、クラスタＣ２の鎖数がクラスタＣ１の鎖数の約１．９倍であるように構成され得る。
本明細書の例は、ナノウェル２０７Ａ及び２０７Ｂの全体積が鎖数を制御し得ることを認識している。本明細書の例は、体積と鎖数との間の関係が線形でなくてもよいが、実験的に決定され得ることを認識している。一例では、それぞれのナノウェル２０７Ａ及び２０７Ｂの底部表面積は、約２．０又は約１．９のナノウェル間の鎖数差及び対応する「オン」状態シグナル振幅差を生成するために、ナノウェル２０７Ｂがナノウェル２０７Ａの２倍の底部表面積を有するように構成され得る。別の例では、実験を行って、使用される特定の条件におけるナノウェル底部表面積と鎖数との間の関係を導き出すことができ、それに応じてナノウェル間の表面積の差を設計することができる。
図１８Ａは、２つのナノウェル２０７Ａ及び２０７Ｂのうちの１つがクラスタシグナルを減衰させるための減衰フィルタを有するＣＭＯＳセンサの一部の断面図を示す。第２のナノウェル２０７Ｂは、第２のナノウェル２０７Ｂの図示された底面の下に、いくつかの例では直下に配設された減衰フィルタ層を有してもよく、この層は、第１のナノウェル２０７Ａには存在しない。他の例は、ナノウェル２０７の表面と減衰フィルタ層との間に存在する追加の層又は材料を有してもよい。図１８Ａの例では、減衰フィルタ層は、減衰材料層１２０５によって設けられ得る。この図１８Ａの右側のナノウェル２０７は、追加の層とともに示されている。このフィルタ層は、薄い金属層であってもよい。フィルタ層は、ＣＭＯＳセンサの作製プロセスと互換性があるべきである。いくつかの例では、フィルタ層は、対象となる分析物が存在するときにクラスタＣ２から発せられたクラスタシグナルの約５０％（半分）を減衰させる。減衰フィルタ層は、タンタルを含み得るか、又はタンタルから構成され得る。
図１８Ａの例では、反応構造２６０は、誘電体層１２０２、誘電体層１２０６、及び誘電体層１２１０を含む複数の誘電体層を特徴とする誘電体スタックを含み得る。反応構造２６０によって画定される誘電体スタックは、その中に一体的に形成された、減衰材料層１２０４、減衰材料１２０５、及び減衰材料層１２０８を含む第１及び第２の減衰材料層を更に含み得る。減衰材料層１２０４、１２０５、及び１２０８は、一例では、金属によって設けられ得る。減衰材料層１２０４、減衰材料層１２０５、及び減衰材料１２０８は、例えば、タンタル、アルミニウム、金、又は銅などを含み得る。
図１８Ａを参照すると、ナノウェル２０７Ｂによって画定される反応部位２０６Ｂは、減衰器を含んでもよく、ナノウェル２０７Ａには減衰器がなくてもよいことが分かる。図１８Ａの例では、ナノウェル２０７Ｂによって画定される反応部位２０６Ｂは、減衰材料層１２０５によって画定される減衰器を含んでもよく、ナノウェル２０７Ａには、減衰器を画定する減衰材料層１２０５がなくてもよい。図１８Ａに示されるように、減衰材料層１２０５は、ナノウェル２０７Ｂの周囲の長さに沿ってナノウェル２０７Ｂの側壁に対して平行に延在する第１の上向きに延在するセクションと、ナノウェル２０７Ｂの底面と平行に延在する第２の水平に延在するセクションと、を含み得る。
一態様では、ナノウェル２０７Ｂによって画定される反応部位２０６Ｂと、ナノウェル２０７Ａによって画定される反応部位２０６Ａとは、関連する垂直方向に延在する中心軸線１２１６を含み得る。図１８Ａの例を参照すると、装置１００は、ナノウェル２０７Ｂの垂直方向に延在する中心軸線１２１６が減衰器を通って延在し、更にナノウェル２０７Ａの垂直方向に延在する中心軸線１２１６が減衰器を通って延在しないように構成され得る。図１８Ａの例を参照すると、装置１００は、ナノウェル２０７Ｂの垂直方向に延在する中心軸線１２１６が、減衰材料層１２０５によって画定される減衰器を通って延在し、更にナノウェル２０７Ａの垂直方向に延在する中心軸線１２１６が、減衰材料層１２０５によって画定される減衰器を通って延在しないように構成され得る。別の態様では、ナノウェル２０７Ｂによって画定される反応部位２０６Ｂの垂直方向に延在する中心軸線１２１６は、減衰材料層１２０５を通って延在し、ナノウェル２０７Ａによって画定される反応部位２０６Ａの垂直方向に延在する中心軸線１２１６は、減衰材料層１２０５を通って延在しない。別の態様では、ナノウェル２０７Ｂによって画定される反応部位２０６Ｂの垂直方向に延在する中心軸線１２１６は、ナノウェル２０７Ａによって画定される反応部位２０６Ａにはない減衰器を通って延在する。
更に図１８Ａを参照すると、ナノウェル２０７Ｂの底面に位置合わせされた、その底面の下にある領域内のナノウェル２０７Ｂは、減衰材料層１２０５によって画定される減衰器を含んでもよく、ナノウェル２０７Ａの底面に位置合わせされた、その底面の下にある領域内のナノウェル２０７Ａには、減衰器がなくてもよい。ナノウェル２０７Ｂの底面に位置合わせされた、その底面の下にあるナノウェル２０７Ｂの領域は、ナノウェル２０７Ｂの底面の下の領域を含んでもよく、この領域は、図１８Ａに示されるように、ナノウェル２０７Ｂの底部角部と交差する垂直方向に延在する平面１２１７を延在する深さ寸法によって境界付けられ、ナノウェル２０７Ｂの底部角部と交差する垂直方向に延在する平面１２１８を延在する幅寸法によって境界付けられ、これは長方形の底面を含み得る。ナノウェル２０７Ｂの図１８Ａの減衰材料層１２０５によって画定される減衰器は、ナノウェル２０７Ｂの底面の垂直下方のセクションを含むように構成され得、ナノウェル２０７Ｂの底部から垂直下向きに放射する放出光５０１の放出光線を減衰させるように構成され得る。別の態様では、ナノウェル２０７Ａには、ナノウェル２０７Ａの底部から垂直下向きに放射する放出光の放出光線を減衰させる減衰器がなくてもよい。
図１８Ａに示される装置１００を作製する方法は、図１８Ｂ～図１８Ｄの作製段階図を参照して説明される。図１８Ｂを参照すると、層１２０２、層１２０４、層１２０６、及び層１２０８は、一例では、ピクセルセンサ２０２及び光ガイド２１４によって画定され得るピクセル２０１の上に堆積され、ピクセル２０１に位置合わせされ得る。図１８Ｃを参照すると、トレンチ２０９をエッチングして、図１８Ｃの作製の中間段階で示されるナノウェル２０７Ｂによって画定される反応部位２０６Ｂを画定することができる。図１８Ｃから分かるように、トレンチ２０９は、ナノウェル２０７Ａによって画定される反応部位２０６Ａの作製のためのトレンチの前に、かつそのトレンチとは独立して作製され得る。図１８Ｄに示されるように、ナノウェル２０７Ａを設けるためのトレンチ２１９を作製する前に、作製の中間段階において、図１８Ｄに示すナノウェル２０７Ｂによって設けられる反応部位２０６Ｂを画定するトレンチ２０９内に減衰材料層１２０５を堆積させることができる。図１８Ｄに示される作製の中間段階において、減衰材料層１２０５は、ナノウェル２０７Ｂによって設けられる反応部位２０６Ｂのためのトレンチ２０９をオーバーフィリングすることができる。
図１８Ａに示される構造の作製を完了するために、追加の作製段階を行うことができる。これらの追加の作製段階は、例えば、層１２０５を層１２０８の上部高さの高さまで平坦化することと、ナノウェル２０７Ｂによって設けられる反応部位２０６Ｂに関連付けられたトレンチ２０９をオーバーフィリングするために誘電体材料の犠牲層を堆積することと、オーバーフィリングされた層を平坦化することと、ナノウェル２０７Ａによって画定される反応部位２０６Ａについて図１８Ｄの破線領域に示されるような破線領域に第２のトレンチ２０９を形成することと、記載された犠牲層をエッチングで除去することと、次いで図１８Ａに示されるように誘電体層１２１０を堆積して、ナノウェル２０６Ｂによって設けられる反応部位２０６Ｂに関連付けられたトレンチ２０９と、ナノウェル２０７Ａによって設けられる反応部位２０７Ａに関連付けられたトレンチ２０９との両方の上部層を画定することと、を含み得る。一例によれば、装置を作製するための方法が本明細書に記載され、本方法は、ピクセルに位置合わせされた領域に、ピクセルを覆って誘電体スタックを堆積させることと、誘電体スタックに、第１のナノウェルを画定するための第１のトレンチをエッチングすることと、誘電体スタックに、第２のナノウェルを画定するための第２のトレンチをエッチングし、第２のトレンチ内に堆積されない減衰材料層を第１のトレンチ内に堆積させることと、を含む。
図１９Ａは、２つのナノウェル２０７のうちの１つがクラスタシグナルを減衰させるための減衰フィルタ（減衰器）を有する別のＣＭＯＳセンサの一部の上面図及び断面図を示す。ＣＭＯＳセンサの層のうちの１つは、減衰フィルタ層を有してもよい。しかしながら、この減衰フィルタ層は、ピクセルセンサ２０２と組み合わせて光ガイド２１４によって画定され得るピクセル２０１の上方の２つのナノウェル２０７Ａ及び２０７Ｂのうちの第１のナノウェル２０７Ａの底面の下方で除去されてもよいが、第２のナノウェル２０７Ｂの下方では除去されなくてもよい。したがって、この構成は、第１のナノウェル２０７Ａから発せられたクラスタシグナルを減衰させない可能性がある。図１９Ａにおいて、減衰フィルタ層は、減衰材料層１２０４によって設けられ得る。
図１９Ａの例では、装置１００は、ナノウェル２０７Ｂを画定する減衰材料層１２０４のセクションがナノウェル２０７Ｂの底面に位置合わせされ、その底面の下にあるが、ナノウェル２０７Ａの底面に位置合わせされたセクションが、その底面の下にないように配置された減衰材料層１２０４を含み得る。ナノウェル２０７Ｂの底面に位置合わせされた、その底面の下にある減衰材料層１２０４の説明したセクションは、ナノウェル２０７Ｂの底面とナノウェル２０７Ｂに関連付けられたピクセルセンサ２０２との間の放出光路内に配設され得るが、ナノウェル２０７Ａの底面とナノウェル２０７Ｂ及びナノウェル２０７Ａに関連付けられたピクセルセンサ２０２との間の光路内にはなく、ナノウェル２０７Ａの底面に位置合わせされ、その底面の下にある。
図１９Ａを参照すると、光減衰材料層１２０４は、複数の機能を提供するように構成され得る。第１の態様では、光減衰材料層１２０４は、第１のピクセル２０１に関連付けられた反応部位（反応部位２０６Ａ及び２０６Ｂ）と第２のピクセル領域２０１（反応部位２０６Ｂ及び２０６Ｃ）との間のクロストークを抑制し、かつ低減することができる。別の態様では、光減衰材料層１２０４は、ナノウェル２０７Ａによって設けられる反応部位内に支持されたクラスタからの発光を意図的に減衰させて、図４及び図５を参照して説明したコーリングチャートを使用してシーケンシングを達成することができる。
図１９Ａに示される装置を作製するための作製段階図が、図１９Ｂ及び図１９Ｃを参照して説明される。図１９Ｂの中間作製段階を参照すると、作製の中間段階に示される反応構造２６０は、分離構造２１８及び光ガイド２１４によって画定される図示された構造上に堆積させることができる。図１９Ｂの作製の中間段階では、誘電体層１２０２、光減衰材料層１２０４、誘電体層１２０６、及び光減衰材料層１２１０を堆積させることができる。図１９Ｃの作製の中間段階を参照すると、図１９Ｃの作製の中間段階に示されるナノウェル２０７Ａ～２０７Ｄによって設けられる反応部位２０６Ａ～２０６Ｄを画定するためのトレンチ２０９をエッチングすることができる。図１９Ｃの作製図の中間段階を参照すると、異なるトレンチ２０９は、異なるエッチング段階において異なる高さまでエッチングすることができる。第１のエッチング段階では、ナノウェル２０７Ａ及び２０７Ｃによって設けられる反応部位２０６Ａ及び２０６Ｃのためのトレンチ２０９は、誘電体層１２０２の上部高さによって画定される高さまでエッチングすることができる。次いで、説明した反応部位２０６Ａ及び２０６Ｃのためのトレンチを犠牲材料層で充填した後、ナノウェル２０７Ｂ及び２０７Ｄによって設けられる反応部位２０６Ｂ及び２０６Ｄのためのトレンチ２０９をエッチングすることができる。ナノウェル２０７Ｂ及び２０７Ｄを画定するためのエッチングは、ナノウェル２０７Ｂ及び２０７Ｄがナノウェル２０７Ａ及び２０７Ｃの底面よりも高い高さの底面を有するように、更にナノウェル２０７Ｂ及び２０７Ｄがナノウェル２０７Ａ又はナノウェル２０７Ｃに関連付けられていない減衰材料層１２０４によって画定される減衰器を含むように、減衰材料層１２０４の上部高さによって画定される高さまでエッチングすることを含み得る。図１９Ａの構造を達成するための最終的な作製のために、ナノウェル２０７Ａ～２０７Ｄの上面を画定する誘電体層１２１０は、図１９Ｃに示される図示されたトレンチ２０９内に堆積させることができる。一例によれば、装置を作製するための方法が本明細書に記載され、本方法は、ピクセルに位置合わせされた領域に、ピクセルを覆って、減衰材料が一体的に形成された誘電体スタックを堆積させることと、誘電体スタックに、第１のナノウェルを画定するための第１のトレンチをエッチングすることであって、第１のトレンチは、減衰材料層が第１のナノウェルのための減衰器を画定するように、減衰材料層の上部高さ以上で終端する高さまでエッチングされている、エッチングすることと、誘電体スタックに、第２のナノウェルを画定するための第２のトレンチをエッチングすることであって、第２のトレンチは、減衰材料層の底部高さ以下で終端する高さまでエッチングされている、エッチングすることと、を含む。
図１９Ａの切り抜き表示部分を参照すると、一例によれば、装置１００は、代替例において、減衰材料層１２０４が第１の厚さＴ１及び第２の厚さＴ２を含むように構成され得る。減衰材料層１２０４は、ナノウェル２０７Ｄの底面とピクセルセンサ２０２との間の光路においてナノウェル２０７Ｄの底面に位置合わせされた、その底面の下にあるナノウェル２０７Ｄを画定する減衰材料層１２０４のセクションにおいて第１の厚さＴ１を含み得る。厚さＴ１は、厚さＴ２未満であってもよい。図１９Ａに示される代替例に示されるような構成を設けることにより、ナノウェル２０７の底面の下にあり、その底面に位置合わせされた領域と、ナノウェル２０７の底面の外側にあり、その底面の下にあり、その底面に位置合わせされた領域とにおける異なるレベルの減衰を促進することができる。一例では、減衰材料層１２０４は、第１のより小さいレベルの減衰、例えば、ナノウェル２０７Ｄの底面に位置合わせされた、その底面の下にある減衰材料層１２０４のセクションにおいて約５０％の減衰を提供することができ、一方、ナノウェル２０７Ｄの底面に位置合わせされた、その底面の下にある減衰材料層１２０４のセクションの外側に示された領域において、減衰材料層１２０４は、第２のレベルの減衰、例えば、入射光の約９０％の減衰を提供することができる。図１９Ａの分解図に示された配置は、例えば、本明細書で説明されるように、クロストークを抑制するために、シグナルが差別化されたクラスタを設けるために目標とされる減衰レベルよりも大きい減衰レベルが目標とされる場合に有用であり得る。
一例では、減衰材料層１２０４は、最初に光減衰材料層１２０４を厚さＴ２まで堆積させ、次いで、記載されたナノウェル底面に位置合わせされた、その底面の下にある領域において、減衰材料層１２０４の一部を規定された厚さＴ１までエッチングで除去することによって、複数の高さを有するように製造することができる。別の例では、減衰材料層１２０４は、第１及び第２の堆積段階を使用して製造することができ、第１の段階では、副層が厚さＴ１まで堆積され、次いで第２の副層が厚さＴ２を画定するように選択的に堆積される。一例によれば、装置が本明細書に記載され、この装置は、ナノウェルの減衰器を画定するために第１のナノウェルの底面に位置合わせされた、その底面の下にある領域を通って延在する第１のセクションと、第１のセクションから隣接して側方の方向（または水平方向もしくは横方向、laterally）に延在する第２のセクションと、を含む減衰材料層を含み、第１のセクションは、第１の厚さを有し、第２のセクションは、第２の厚さを有し、第１の厚さは、第２の厚さ未満である。
図２０は、隣接するピクセル２０１の上方のナノウェル２０７の配置を示すＣＭＯＳセンサの一部の上面図を示す。図２０を参照すると、異なるピクセル２０１に関連付けられたナノウェル２０７によって設けられる反応部位２０６の異なるセットが示されている。図２０では、特定の矩形内に関連付けられたナノウェル２０７によって設けられる反応部位２０６のセットは、ピクセル２０１のうちの特定の１つのピクセルに関連付けられることが分かる。図２０に示される異なるピクセル２０１は、異なるピクセル位置Ａ１～Ｄ２を有し得る。
図２０を参照すると、ピクセルアレイを画定する隣接するピクセル２０１に関連付けられたナノウェル２０７によって設けられる反応部位２０６のセットは、異なる配向を有し得ることが分かる。図２０を参照すると、ピクセル位置Ａ１を有する第１のピクセルに関連付けられたナノウェル２０７は、第１の配向を有し得、ピクセル位置Ｂ１を有する第２のピクセルに関連付けられたナノウェル２０７は、第１の配向とは異なる第２の配向を有し得る。隣接するピクセル２０１間の同じパターンは、図示されたピクセルアレイ全体にわたって繰り返すことができる。記載された第１の配向は、ナノウェルによって設けられる第１及び第２の反応部位が、上面図から深さ寸法方向、すなわち、背面から前面方向へ離間されていることによって特徴付けられ得、ピクセルの第２のセットは、ナノウェル２０７によって設けられる第１及び第２の反応部位２０６が、幅寸法方向（これは横方向又は左右方向と言い換えることもできる）へ離間されていることによって特徴付けられ得る。記載された第１の方向は、示された基準座標系のＹ軸に平行な方向と呼ぶこともでき、記載された第２の方向は、示された基準座標系のＸ軸に平行な方向と呼ぶこともできる。別の態様では、ピクセル位置Ａ１、Ｃ１、Ｂ２、Ｄ２におけるピクセル２０１に関連付けられたナノウェルによって設けられる反応部位のセットは、第１の配向を有し得、図示されたピクセル位置Ｂ１、Ｄ１、Ａ２、Ｃ２におけるピクセル２０１に関連付けられたナノウェル２０７によって設けられる反応部位２０６のセットにおけるピクセルは、第１の配向とは異なる第２の配向を有し得る。
図２１は、図２０の例による、隣接するピクセル２０１上のナノウェル２０７のセットの配置を示す、ＣＭＯＳセンサの一部の上面図及び断面図を示す。より明るい円は、減衰したウェル（すなわち、クラスタシグナルが減衰したナノウェル２０７）を表し、より暗い円は、減衰していないウェル（すなわち、クラスタシグナルが減衰していないナノウェル２０７）を表す。いくつかの例では、例えば、隣接するウェルからピクセルセンサ２０２によって検出されるクロストークを低減するために、ナノウェル間の距離を最大にすることが好ましい場合がある。図２０及び図２１は、隣接するピクセル間の垂直なナノウェル配向を示す図である。例えば、例えば、位置Ａ１における第１のピクセル２０１が左から右へのナノウェル配向を有する場合、第１のピクセル２０１に隣接する位置Ｂ１における第２のピクセル２０１は、上から下へ（背面から前面へ）のナノウェル配向を有し得る。
図２１は、図２０に示される例による、例の上面図及び断面図を示す。図２１において、より濃い陰影付きの反応部位２０６Ａ及び２０６Ｃは、それぞれナノウェル２０７Ａ及びナノウェル２０７Ｃによって画定される反応部位を示し、これらは、それぞれのナノウェル２０７Ａ及び２０７Ｃの底面から、基準座標系の図示されたＺ軸に平行な方向に垂直下向きに放射する放出光線を減衰させる減衰器を有さず、より薄い陰影付きの反応部位２０６Ｂ及び２０６Ｄは、ナノウェル２０７Ｄの底面から、基準座標系の図示されたＺ軸に平行な方向に垂直下向きに放射する放出光５０１の放出光線を減衰させる減衰器を有する反応部位である。図２１の例では、ナノウェル２０７Ｄによって設けられる反応部位２０６Ｄは、ナノウェル２０７Ｄの底部を画定する検出器表面２０８から垂直下向きに放射する放出光５０１の放出光線を減衰させる減衰材料層１２０４のセクションによって画定される減衰器を有することを特徴とすることができる。
図２０及び図２１を参照すると、隣接するピクセルに関連付けられたナノウェルによって設けられる反応部位を、異なる交互配向を有するように構成することは、隣接するピクセルに関連付けられた反応部位間の間隔距離を増加させ得ることが分かる。例えば、ピクセル領域Ｂ１及びＡ１におけるピクセルに関連付けられた反応部位２０６が各々幅寸法方向（横方向又は左右方向、すなわち、両方ともピクセル領域Ｂ１に関して示されるように配向される）に離間された場合、ピクセル領域Ｂ１及びピクセル領域Ａ１の反応部位間の最小間隔距離は、おそらく作製能力を超えて低減されるであろうこと、特定のピクセル２０１に関連付けられた反応部位と、反応部位に関連付けられていない特定ピクセル２０１に隣接する隣り合ったピクセルとの間のクロストークを増加させ得ることが分かる。
図２１の例による変形例が図２２～図２４に示されている。図２２の例では、ナノウェル２０７Ａ～２０７Ｄによって設けられる示された反応部位は、図２１に示されるような上面図から見て円形状ではなく、上面図から見て画定された楕円形状を有する。図２３の例では、ナノウェル２０７Ａ～２０７Ｄによって設けられる反応部位２０６Ａ～２０６Ｄは、第１及び第２の異なる形状及び異なるサイズを有する。ナノウェル２０７Ｂ及び２０７Ｄは、上面図から見て円形状であり、一方、ナノウェル２０７Ａ及び２０７Ｃによって設けられる反応部位２０６Ａ及び２０６Ｃは、上面図から見て楕円形状を有し、ナノウェル２０７Ｂ及び２０７Ｄよりもナノウェル底部表面積の点で大きい。
図２３の例では、より小さい底部表面積サイズのナノウェル２０７Ｄ及び２０７Ｂは、ナノウェル２０７Ｄ及びナノウェル２０７Ｂの中心軸線１２１６と交差する減衰材料層１２０４のセクションによって画定される減衰器を有し、ナノウェル２０７Ｄ及びナノウェル２０７Ｂに関連付けられた関連する減衰器は、ナノウェル２０７Ｄ及びナノウェル２０７Ｂの底部を画定する表面から垂直下向きに放射する放出光５０１の放出光線を減衰させるように配置される。図２３の例では、ナノウェル２０７Ｃ及びナノウェル２０７Ａには、それぞれのナノウェル２０７Ｃ及びナノウェル２０７Ａの底部を画定する検出器表面２０８から垂直下向きに放射する放出光５０１の放出光線を減衰させる減衰器がない。
図２４の例は、図２３の例に類似しており、ただし、図２４の例では、減衰材料層１２０４によって画定される減衰器が、より大きいナノウェル２０７Ｃ及びナノウェル２０７Ａに関連付けられるが、より小さい底部表面積のナノウェル２０７Ｄ及びナノウェル２０７Ｂにはなく、関連付けられていない。本明細書の例は、減衰器の有無が、ナノウェルサイズよりもシグナル強度のクラスタシグナルに大きな影響を及ぼし得ることを認識している。図２４の例では、減衰器の有無を使用して、クラスタシグナル「オン」シグナル振幅の粗調整を提供することができ、ナノウェルサイズを使用して、クラスタシグナル「オン」シグナル振幅の微調整を提供することができる。
図２４を参照すると、ナノウェル２０７Ｃの底面の下にあり、該底面に位置合わせされたナノウェル２０７Ｃを画定する領域は、減衰器、すなわち、減衰材料層１２０４によって画定された減衰器を含んでもよく、ナノウェル２０７Ｄの底面の下にあり、その底面に位置合わせされたナノウェル２０７Ｄを画定する領域、ナノウェル２０７Ｄには、図２４に示されるように、減衰器がなくてもよい。
ナノウェル２０７Ｃの底面に位置合わせされ、その底面の下にあるナノウェル２０７Ｃを画定する領域は、示されたＸ軸寸法においてナノウェル２０７Ｃの最大幅でナノウェル２０７Ｃの底面と交差する垂直方向に延在する平面１２１７によって境界付けられた領域を含み得る。ナノウェル２０７Ｃの底面に位置合わせされ、その底面の下にあるナノウェル２０７Ｃを画定する領域は、ナノウェル２０７Ｃの底面と、ナノウェル２０７Ｃに関連付けられたピクセルセンサ２０２との間の光路内の領域を含み得、この領域は、示された基準Ｙ軸に平行に延在する方向においてナノウェル２０７Ｃの最大深さの点でナノウェル２０７Ｃの底部角部と交差する垂直方向に延在する平面１２１８によって境界付けられる。
ナノウェル２０７Ｄの底面の下にあり、その底面に位置合わせされたナノウェル２０７Ｄを画定する領域は、ナノウェル２０７Ｄの底面と、ナノウェル２０７Ｄに関連付けられたピクセルセンサ２０２との間の光路内の領域を含み得、この領域は、基準Ｘ軸に平行な方向にナノウェル２０７Ｄの底部の最大幅でナノウェル２０７Ｄの底部角部と交差する垂直方向に延在する平面１２１７によって境界付けられ、図２４に示される基準Ｙ軸に平行に延在する方向にナノウェル２０７Ｄの最大深さを画定する位置でナノウェル２０７Ｄの底面の角部と交差する垂直方向に延在する平面１２１８によって境界付けられる。
同じ関係が図２４に示されており、ナノウェルの底面と、その関連するピクセルセンサ２０２との間の光路内の第１のナノウェルの底面に位置合わせされた、その底面の下にある領域が減衰器を含み、第２のナノウェルと、第１のナノウェルに関連付けられたピクセルセンサ２０２との間の光路内の第２のナノウェルの底面に位置合わせされた、その底面の下にある領域には減衰器がないことが、図６、図８、図９、図１０、図１１、図１６、図１８、図１９、図２０、図２１、図２２、図２３、及び図２４（図６、図８～図１１、図１６、図１８～図２４）に関するものを含む図全体を通して示されている。
図６、図８～図１１、図１６、図１８～図２４の例では、装置は、減衰材料を使用して、第１のナノウェルからの放出光の減衰が第２のナノウェルからの放出光の減衰に対して増加するように構成され得る。図６、図８～図１１、図１６、図１８～図２４の例では、装置は、第１のナノウェルが減衰器を含み、第２のナノウェルには減衰器がないように構成され得る。図６、図８～図１１、図１６、図１８～図２４の例では、装置は、第１のナノウェルが、第１のナノウェルの底面から垂直下向きに放射する放出光を減衰させる減衰器を含み、第２のナノウェルには、第２のナノウェルの底面から垂直下向きに放射する放出光を減衰させる減衰器がないように構成され得る。図６、図８～図１１、図１６、図１８～図２４の例では、装置は、第１のナノウェルが第１のナノウェルの底面の下の領域に減衰器を含み、第２のナノウェルが第２のナノウェルの底面の下の領域に減衰器を含まないように構成され得る。図６、図８～図１１、図１６、図１８～図２４の例では、装置は、第１のナノウェルが第１のナノウェルの底面の直下の領域に減衰器を含み、底面の直下の領域の第２のナノウェルには減衰器がないように構成され得る。図６、図８～図１１、図１６、図１８～図２４の例では、装置は、第１のナノウェルが、第１のナノウェルの底面に位置合わせされた減衰器を、その底面の下にある領域に含み、第２のナノウェルには、第２のナノウェルの底面に位置合わせられる該底面の下の領域に減衰器がないように（または、第２のナノウェルには、第２のナノウェルの底面に位置合わせされるような減衰器は、その底面の下にある領域にないように）構成され得る。一態様では、ナノウェルの底面に位置合わせされた、その底面の下にある領域は、ナノウェルの垂直方向に延在する中心軸線１２１６が交差する領域であり得る。一態様では、ナノウェルの底面に位置合わせされた、その底面の下にある領域は、本明細書で説明されるように、垂直方向に延在する平面１２１７及び１２１８によって境界付けられた領域であり得る。
図２５の例では、より小さいサイズのナノウェル２０７Ｄ及び２０７Ｂ並びにより大きいサイズのナノウェル２０７Ｃ及びナノウェル２０７Ａの各々には、それぞれのナノウェル２０７Ａ～２０７Ｄの底部を画定する検出器表面２０８から垂直下向きに放射する放出光５０１の放出光線を減衰させる減衰器がない。
図２２～図２５を参照して説明される例による例示的な寸法は、表Ａに要約されるように提供され得る。
Figure 2024509492000003
図１６～図２５の図示を参照すると、反応構造２６０は、誘電体層１２０２、誘電体層１２０６、及び誘電体層１２１０を含む複数の誘電体層を有する誘電体スタックによって画定することができ、誘電体層１２１０は、図１３に示されるように検出器表面２０８を画定することができる。反応構造２６０を画定する誘電体スタック内に、減衰材料層１２０４、減衰材料層１２０５、及び／又は減衰材料層１２０８を含む１つ以上の減衰材料層を一体的に形成することができる。図１６～図２５に示される例の例示的な寸法は、表Ｂを参照して説明される。表Ｂに示されるような様々な層の材料は、表Ａ又は本明細書の他の箇所に要約される材料であり得る。
Figure 2024509492000004
再び図１３を参照すると、装置１００は、処理回路３１０を含み得る。処理回路３１０は、一例によれば、１つ以上のプロセッサ３１０１、メモリ３１０２、及び１つ以上の入力／出力インターフェース３１０３を含み得る。１つ以上のプロセッサ３１０１、メモリ３１０２、及び１つ以上の入力／出力インターフェースは、システムバス３１０４を介して接続され得る。メモリ３１０２は、システムメモリとストレージメモリとの組み合わせを含み得る。メモリ３１０２は、一例によれば、本明細書で説明されるプロセスを容易にするための１つ以上のプログラムを記憶することができる。１つ以上のプロセッサ３１０１は、メモリ３１０２に記憶された１つ以上のプログラムを実行して、本明細書に記載のプロセスを容易にし得る。メモリ３１０２は、コンピュータ可読媒体を定義し得る。
光エネルギー励起装置１０によって促進されるＤＮＡシーケンシングプロセスを、図１３、図１５、及び図２６を参照して説明する。図１５を参照すると、装置１００の動作の態様を示すスペクトルプロファイル対応図が示されている。一例によれば、光エネルギー励起装置１０は、第１及び第２の異なる波長の光を発するように構成され得る。図１～図１２に示されるように、第１及び第２の異なる波長範囲の励起光を提供することは、第１及び第２の色素がフローセル２８２内の流体中に配設され得る色素化学ＤＮＡ配列再構築プロセスを容易にする。
図１５のスペクトルプロファイル対応図において、緑色光スペクトルプロファイルとして示されるスペクトルプロファイル１１０１は、光エネルギー励起装置１０によって発せられる励起光１０１のスペクトルプロファイルである。スペクトルプロファイル１５０１は、励起光１０１によって励起された蛍光団の蛍光によって引き起こされる放出光５０１のスペクトルプロファイルである。スペクトルプロファイル１２２０は、一例によれば、ピクセルセンサ２０２の透過プロファイル（検出帯域）である。図２のスペクトルプロファイル対応図は、いくつかの例に共通な一般的な特徴を表すことが意図されているが、示されたスペクトルプロファイルの変化は、共通していることが理解されよう。一態様では、励起光１０１は、一般に、緑色光スペクトルプロファイルに加えて、青色光スペクトルプロファイル（図示せず）を含み得、装置１００は、（ａ）緑色光スペクトルプロファイルがアクティブであり、青色光スペクトルプロファイルが非アクティブであるモードと、（ｂ）青色光スペクトルプロファイルがアクティブであり、緑色光スペクトルプロファイルが非アクティブであるモードとの間で切り替え可能である。他の例では、励起光１０１と放出光５０１との異なる組み合わせが存在し得る。一例では、励起光１０１のスペクトルプロファイル１１０１は、青色光波長範囲の中心波長を特徴とすることができ、放出光５０１のスペクトルプロファイルは、緑色波長範囲の中心波長を特徴とすることができる。
本明細書の例は、図１５のスペクトルプロファイル対応図を参照して、処理回路３１０が、（ａ）１つ以上の緑色発光光源による励起に制限された励起下でピクセルセンサ２０２によって感知されている蛍光と、１つ以上の青色発光光源による励起に制限された励起下でピクセルセンサ２０２によって感知されていない蛍光と、に基づいて、第１の蛍光団がそれぞれのクラスタＣ１、Ｃ２に付着していることを決定することと、（ｂ）１つ以上の青色発光光源による励起に制限された励起下でピクセンサ２０２によって感知されている蛍光と、１つ以上の緑色発光光源による励起に制限された励起下でピクセルセンサ２０２によって感知されていない蛍光と、に基づいて、第２の蛍光団がクラスタＣ１、Ｃ２に付着していることを決定することと、（ｃ）１つ以上の緑色発光光源による励起に制限された励起下でピクセンサ２０２によって感知されている蛍光と、１つ以上の青色発光光源による励起に制限された励起下でもまたピクセンサ２０２によって感知されている蛍光と、基づいて、第３の蛍光団がクラスタＣ１、Ｃ２に付着していることを決定することと、を行うように構成され得ることを認識している。
処理回路３１０は、例えば、蛍光団の存在をヌクレオチドタイプにマッピングする表Ｃの決定論理表において表される図４及び図５のコーリングチャートによって示される決定論理データ構造を使用して、どの蛍光団がクラスタに付着したかを識別することができ、クラスタＣ１、Ｃ２を提供するＤＮＡ鎖の断片に存在するヌクレオチドタイプ、例えば、Ａ、Ｃ、Ｔ、及びＧを決定することができ、識別されたヌクレオチドＮｕｃｌｅｏｔｉｄｅ－Ｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ４は、ヌクレオチドタイプＡ、Ｃ、Ｔ、及びＧのヌクレオチドである（特定のマッピングは、試験設定パラメータに基づく）。本明細書における例は、狭帯域照明の異なる帯域の下で感知された出力シグナルレベルが、最も近いユークリッド距離に基づいて特定のクラウドにマッピングされ得ることを認識している。
Figure 2024509492000005
処理回路３１０は、複数のサイクルでＤＮＡ配列再構成を支援するプロセスを実行することができる。各サイクルにおいて、ＤＮＡ断片の異なる部分は、例えば、図４及び図５並びに表Ｃに示される決定データ構造などの決定データ構造を使用して、この断片に関連付けられたヌクレオチド型、例えば、Ａ、Ｃ、Ｔ、又はＧを決定するために、シーケンシング処理に供され得る。光エネルギー励起装置１０を使用してＤＮＡ配列再構成を実行する際に使用するために処理回路３１０によって行われ得るプロセスの態様は、図２６のフロー図に記載されている。
ブロック１８０２において、処理回路３１０は、フローセル２８２をクリアすることができ、これは、処理回路３１０が、前のサイクル中に使用されたフローセル２８２から流体を除去することができることを意味する。ブロック１８０４において、処理回路３１０は、フローセル２８２に、複数の蛍光団、例えば、第１及び第２の蛍光団、又は第１、第２、及び第３の蛍光団を有する流体を投入することができる。
ブロック１８０６において、処理回路３１０は、アクティブな励起光１０１の第１の波長範囲に曝露されたピクセルセンサ２０２からシグナルを読み出すことができる。ブロック１８０６において、処理回路３１０は、ピクセルセンサ２０２の曝露期間中に、光エネルギー励起装置１０が１つ以上の緑色光源による励起に制限された励起光１０１を放出するように、光エネルギー励起装置１０を制御することができる。ブロック１８０６において、処理回路３１０は、ピクセルセンサ２０２の曝露期間中に、１つ以上の緑色発光光エネルギー励起装置１０の各々に通電することができる。ピクセルセンサ２０２の曝露期間中に緑色光源がオンになり、青色光源がオフになるように、光エネルギー励起装置１０が上述のように制御されると、処理回路３１０は、ブロック１８０６において、図１５のスペクトルプロファイル対応図を参照することを含めて、本明細書で説明されるように、１つ以上の緑色光源による励起に制限された励起に曝露されたピクセルセンサ２０２から第１のシグナルを読み出すことができる。
ブロック１８０８において、処理回路３１０は、アクティブな第２の波長範囲の励起に曝露されたピクセルセンサ２０２からシグナルを読み出すことができる。ブロック１８０８において、処理回路３１０は、ピクセルセンサ２０２の曝露期間中に、光エネルギー励起装置１０が光エネルギー励起装置１０の１つ以上の青色光源による励起に制限された励起光を放出するように、光エネルギー励起装置１０を制御することができる。ブロック１８０８において、処理回路３１０は、ピクセルセンサ２０２の曝露期間中に、光エネルギー励起装置１０の１つ以上の青色発光光源の各々に通電する一方で、光エネルギー励起装置１０の１つ以上の緑色発光光源の各々を非通電状態に維持することができる。ピクセルセンサ２０２の曝露期間中に青色光源がオンになり、緑色光源がオフになるように、光エネルギー励起装置１０が上述のように制御されると、処理回路３１０は、ブロック１８０８において、本明細書で説明されるように、光エネルギー励起装置１０の１つ以上の青色光源による励起に制限された励起に曝露されたピクセルセンサ２０２から第２のシグナルを読み出すことができる。
ブロック１８０６及びブロック１８０８の各々において、光エネルギー励起装置１０は、特定の１つのピクセル２０１に共通に関連付けられる隣接するナノウェル２０７、２０７Ａ～２０７Ｂ、２０７Ｃ～２０７Ｄに配設されるクラスタＣ１及びＣ２を含む、反応構造２６０によって支持された全てのクラスタＣ１、Ｃ２が、ブロック１８０６を参照して説明した狭帯域励起光１０１で同時に励起されるように、参照された狭帯域励起光１０１（ブロック１８０６における緑色光及びブロック１８０８における青色光）を反応構造２６０の全ての反応部位２０６に同時に向けることができる。したがって、本明細書の実施形態は、装置１００が励起光の精密な方向制御なしにシーケンシングを容易にできることを認識している。他の例では、励起は、ピクセルセンサ２０２の特定のピクセルに関連付けられた第１のナノウェル２０７、２０７Ａ～２０７Ｂ、２０７Ｃ～２０７Ｄが、ピクセルセンサ２０２の特定のピクセルに関連付けられた第２のナノウェル２０７、２０７Ａ～２０７Ｂ、２０７Ｃ～２０７Ｄを励起することなく励起されるように、励起光１０１の精密な方向制御を使用して有利に実行することができる。
ブロック１８１０において、現在のサイクルの処理回路３１０は、ブロック１８０６で読み出された第１のシグナル及びブロック１８０８で読み出された第２のシグナルを処理して、例えば、一例によれば、図４及び図５並びに表Ｃに記載されるような決定データ構造を使用して、現在のサイクル中に試験を受けるＤＮＡ断片のヌクレオチドタイプを決定することができる。処理回路３１０は、ヌクレオチド同定がスケジュールされたサイクルごとに実行されるまで、ＤＮＡシーケンシングプロセスのサイクルごとに、図２６のフロー図を参照して説明される説明したヌクレオチド同定プロセスを実行することができる。
図２７Ａ及び図２７Ｂは、ピクセルあたり複数の反応部位を有する本明細書の装置の製造におけるシグナル対ノイズ設計の考察を示す図である。図２７Ａは、ピクセルあたり単一の反応部位を有する装置のコーリングチャートを示し、励起光の第２のチャネルによる励起下の第１のクラスタシグナルと組み合わせて、第１のチャネルにおける励起下の第１のクラスタシグナルによって規定される４つの可能なクラウドが存在する。図２７Ａに示される例では、コーリングチャートは、ピクセルあたりシグナル反応部位を有する装置を伴う４つのシグナルクラウドを含むことができる。図２７Ａに示されるように、ピクセルあたり単一の反応部位及び２×２の４つのクラウドコーリングチャートを有する装置では、シグナル対ノイズ比は、式２に示されるように表すことができる。
Figure 2024509492000006
 式中、シグナルＡは、装置の所与のピクセル２０２によって受信された受信シグナル光の最大振幅である。
式２を参照すると、４クラウドコーリングチャート装置のシグナル対ノイズ比は、シグナル振幅Ａだけでなく、クラウド位置Ｘ１Ｙ２における左上のクラウドのシグナル分散及びクラウド位置Ｘ２Ｙ２における右上のクラウドのシグナル分散をそれぞれ表す変数σ１及びσ４にも依存し得ることが分かる。本明細書の例は、クラウドのシグナル振幅が増加するにつれて、すなわち、クラウド位置Ｘ２Ｙ２における右上のクラウドの場合、シグナル分散が増加することが期待され得ることを認識している。
図２７Ｂは、１６チャネルの４×４コーリングチャート装置の場合のコーリングチャートである。１６クラウドコーリングチャート装置におけるシグナル対ノイズ比は、式３に示されるように表すことができる。
Figure 2024509492000007
ピクセルあたり第１及び第２の反応部位と、図２７Ｂのコーリングチャートに示されるような関連する４×４の１６クラウドコーリングチャートとを有する装置では、シグナル対ノイズ比は、式３に示される変数に基づいて減少することが期待され得る。最初に、３つの異なるシグナルレベル振幅が検出されるので、式３の分子は、図２７Ａに表されるピクセルあたりのシグナル反応部位に対応する式２に示される値Ａとは対照的に、値Ａ／３として表すことができる。更に、式３の分母は、クラウド位置Ｘ１Ｙ４におけるシグナル分散変数σ１（式２）ではなく、クラウド位置Ｘ３Ｙ４におけるシグナル分散変数σ３の関数とすることで、結果として得られるシグナル対ノイズ比を更に低下させることができる。
本明細書の例は、ピクセル装置あたり複数の反応部位のシグナル対ノイズ比制約が、例えば、様々なクラウドのシグナル分散の最小化を促進し、またクラウド間の分離を増加させる設計戦略を含む、適切なシステム設計によって管理され得ることを認識している。本明細書の例は、より高い振幅のクラウド、例えば、クラウド位置Ｘ４Ｙ４におけるクラウドが、比較的より小さいシグナル振幅のクラウドよりも大きい分散を有し得ることを認識している。したがって、一態様では、本明細書の例は、より顕著なシグナル分散σｎを示すことが期待され得る、より高い振幅クラウド間の分離の増加を促進する設計特徴を含み得る。
図２８Ａ～図２８Ｃは、Ｒの異なる値に対する１６クラウドコーリングチャートにおけるクラウド間隔を示し、Ｒは、「オン」状態における第２のクラスタ発光シグナルと「オン」状態における第１のクラスタ発光シグナルとの間の比である。図２８Ａ～図２８Ｃを参照すると、Ｒの値を変化させることによって、異なるクラウド間の間隔が変化し得ることが分かる。Ｒ＝２の場合、すなわち、２ｘクラスタシグナル比が存在する場合、クラウド位置Ｘ１Ｙ１～Ｘ４Ｙ４における様々なクラウドは、図２８Ａ～図２８Ｃに示されるように、等しいセントロイド間間隔を有し得る。しかしながら、本明細書の例は、セントロイド間隔が等しく、より大きなシグナル分散σｎを有するより大きなシグナル振幅クラウドでは、より大きな振幅クラウド間のエッジ間間隔が、より小さな振幅クラウド間のエッジ間間隔よりも小さくなり得ることを認識している。図２８Ａを参照すると、クラウド位置Ｘ４Ｙ４におけるクラウド位置Ｘ３Ｙ４におけるクラウドとの間のエッジ間間隔は、クラウド位置Ｘ２Ｙ４及びＸ１Ｙ４におけるクラウド間のエッジ間間隔よりも小さくなり得る。図２８Ａ～図２８Ｃでは、クラウドの４×４アレイは、それらのＸ軸（水平）及びＹ軸（垂直方向）の位置に関して、Ｘ１Ｙ１からＸ４Ｙ４まで表すことができる。Ｘ軸は、第１の狭帯域励起光の下での「オン」状態発光シグナル振幅を表すことができ、Ｙ軸は、第２の狭帯域励起光の下での「オン」状態発光シグナル振幅を表すことができる。
より高い振幅のクラウドの間の全体的なクラウド間隔を低減するために、本明細書の例は、図２８Ａ～図２８Ｃを参照して、装置１００が、約１．９～約２．０の「オン」状態クラスタシグナル発光比を示す設計を特徴とするように構成され得ることを認識している。Ｒ＝１．８９である図２８Ｂを参照すると、クラウド位置Ｘ４Ｙ４及び位置Ｘ３Ｙ４におけるクラウドの間の全体的なクラウド間隔は、Ｒ＝２ｘである図２８Ａに示されるクラウド位置Ｘ４Ｙ４及びクラウド位置Ｘ３Ｙ４における全体的なクラウド間隔に対して増加させることができる。更に、図２８Ｃに示されるように、Ｒの比が、例えば、Ｒ＝１．４の値に低減される場合、クラウド分散が控えめであっても、様々なクラウド位置におけるクラウドは重複する可能性があるが、シグナル分散が十分に小さい場合には、図２８によって表される設計で適切なクラウド間隔を生成するであろうことが分かる。したがって、図２８Ａ～図２８Ｃに示されるような経験的データに基づいて、約Ｒ＝１．９のクラスタシグナル「オン」状態比は、図２８Ｃに示されるように、クラウド重複の実質的なリスクを回避しながら、高シグナル振幅クラウド間のエッジ間クラウド間隔を促進する。図２８Ａを参照すると、約Ｒ＝２．０の「オン」状態シグナル比を特徴とする設計はまた、適切なクラウド間隔を特徴とするコーリングチャートを生成することができる。
本明細書に記載の例では、反応構造２６０上に画定された異なる反応部位２０６、２０６Ａ～２０６Ｄは、異なるナノウェル２０７、２０７Ａ～２０７Ｄによって設けられ得る。他の例では、反応部位２０６、２０６Ａ～２０６Ｄは、反応構造２６０によって画定され得る代替的な特徴によって画定され得る。代替的な特徴は、例えば、構造的特徴のバリエーション及び／又は化学組成のバリエーションを含み得る。構造的特徴のバリエーションを規定する構造的特徴は、反応構造２６０内又は上にアレイを形成し得る。例示的な構造的特徴としては、本明細書で説明されるナノウェル、ポスト、リッジ、チャネル、及び／又は多層材料の層を挙げることができるが、これらに限定されない。特徴は、サイズ（例えば、体積、直径、及び深さ）、形状（例えば、円形、楕円形、三角形、正方形、多角形、星形（任意の適切な数の頂点を有する）、不規則、又は誘電体材料によって分離された同心円状の特徴を有する）、及び分布（例えば、誘電体材料内の特徴の空間的位置、例えば、規則的に離間した若しくは周期的な位置、又は不規則に離間した若しくは非周期的な位置）などの特性を有し得る。特徴の断面は、特徴の長さに沿って均一であり得るが、必ずしも均一である必要はない。
図中のフロー図及びブロック図は、本実装形態の様々な例によるシステム、方法、及びコンピュータプログラム製品の可能な実装形態のアーキテクチャ、機能、及び動作を例示する。これに関して、フロー図又はブロック図の各ブロックは、命令のモジュール、セグメント、又は部分を表し、これらは、指定された論理関数（複数可）を実装するための１つ以上の実行可能命令を含む。いくつかの代替的な実装形態では、ブロックに示した機能は、図に示した順序とは異なる順序で生じ得る。例えば、連続して示される２つのブロックは、実際には、実質的に同時に実行され得るか、又はブロックは、あるときには、関与する機能に依存して、逆の順序で実行され得る。また、ブロック図及び／又はフロー図説明の各ブロック、並びにブロック図及び／又はフロー図説明のブロックの組み合わせが、特定の機能又は動作を実行する専用ハードウェアベースのシステムによって実装され得ること、又は専用ハードウェア及びコンピュータ命令の組み合わせによって実行され得ることにも留意されたい。
本明細書で使用する用語は、特定の例のみを説明することを目的としており、限定することを意図しない。本明細書で使用するとき、単数形の「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、別途文脈が明確に指示しない限り、複数形も含むことを意図する。用語「備える（comprises）」及び／又は「備えている（comprising）」は、本明細書で使用するとき、述べられた特徴、整数、ステップ、プロセス、動作、要素、及び／又は構成要素の存在を特定するが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、プロセス、動作、要素、構成要素、及び／又はその群の存在又は追加を排除しないことが更に理解されるであろう。
該当する場合、下の特許請求の範囲の機能要素に加えて全ての手段又はステップの対応する構造、材料、作用、及び同等物は、具体的に特許請求されている他の特許請求される要素と組み合わせて、機能を実行するための任意の構造、材料、又は作用を含むことを意図する。１つ以上の例の説明を、例示及び説明の目的で提示してきたが、網羅的であること、又は開示される形態に限定することを意図しない。数多くの修正及び変更が、当業者に明らかになるであろう。いずれの例も、様々な態様及び実際の応用を最良に説明するために、及び他の当業者が、想到される特定の使用に適するものとして様々な修正を伴う様々な例を理解することを可能にするために、選択され、かつ説明された。
前述の概念及び下でより詳細に議論する更なる概念（そのような概念が相互に矛盾しないならば）の全ての組み合わせは、少なくとも本明細書で説明する利点を達成するために、本明細書に開示する本発明の主題の一部であると想到されることが理解されるべきである。具体的には、本開示の最後に現れる特許請求の範囲の主題の全ての組み合わせは、本明細書に開示される主題の一部であると想到される。本明細書で明示的に用いられ、また参照により組み込まれる任意の開示においても出現し得る用語は、本明細書で開示される特定の概念と最も一致する意味が与えられるべきであることも理解すべきである。
この書面による説明は、例を使用して、主題を開示しており、また、任意のデバイス又はシステムを作製及び使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含めて、あらゆる当業者が主題を実践することを可能にする。主題の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の例を含み得る。そのような他の例は、これらが特許請求の範囲内の文字通りの言葉とは異ならない構造要素を含む場合、又はこれらが、特許請求の範囲内の文字通りの言葉とのごくわずかな違いを有する等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることを意図する。
上の説明は、例示的であり、限定的ではないこと意図していることを理解されたい。例えば、上で説明した例（及び／又はその態様）は、互いに組み合わせて使用することができる。加えて、特定の状況又は材料を、それらの範囲から逸脱することなく様々な例の教示に適合させるために、多くの修正を加えることができる。本明細書で説明する材料の寸法及び種類は、様々な例のパラメータを定義することを意図しているが、それらは、決して限定するものではなく、単なる例として提供される。上の説明を検討すると、当業者には数多くの他の例が明らかになるであろう。したがって、様々な例の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照して、そのような特許請求の範囲が権利を与えられる同等物の全範囲とともに決定されるべきである。添付の特許請求の範囲では、用語「含む（including）」及び「ここで（in which）」は、「備える（comprising）」及び「ここで（wherein）」といったそれぞれの用語の平易な英語の同等物として使用される。更に、以下の特許請求の範囲では、用語「第１（first）」、「第２（second）」、及び「第３（third）」などは、単にラベルとしてのみ使用され、それらの物体に数値要件を課すことを意図しない。本明細書の用語の形態「～に基づく（based on）」は、要素が部分的に基づく場合の関係性、並びに要素が完全に基づく場合の関係性を包含する。用語の形態「画定される（defined）」は、要素が部分的に画定される場合の関係性、並びに要素が完全に画定される場合の関係性を包含する。更に、以下の特許請求の範囲の限定は、ミーンズプラスファンクション形式で書かれておらず、そのような特許請求の範囲の限定が、その後に更なる構造を伴わない機能の記述が続く熟語「～のための手段（means for）」を明示的に使用していない限り、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ§１１２、第６項（３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２（ｆ））に基づいて解釈されることを意図しない。上で説明した全てのそのような目的又は利点が、必ずしも本発明の特定の実施例に従って達成され得るとは限らないことを理解されたい。したがって、例えば、当業者は、本明細書で説明するシステム及び技術が、本明細書で教示又は示唆され得る他の目的又は利点を必ずしも達成しなくとも、本明細書で教示する１つの利点又は一群の利点を達成又は最適化するような様式で、具現化又は実行することができることを認識するであろう。
主題を、限定された数の例のみに関して詳細に説明したが、本主題は、そのような開示する例に限定されないことが容易に理解されるべきである。むしろ、主題は、これまで説明していないが主題の趣旨及び範囲に相応する、任意の数の変形、変更、置換、又は等価な配設を組み込むように修正することができる。追加的に、主題の様々な例を説明したが、本開示の態様は、説明した例のうちのいくつかのみを含み得ることを理解されたい。また、いくつかの例は、一定の数の要素を有するものとして説明しているが、本主題は、その一定の数よりも少ない、又は多い要素で実践することができることが理解されるであろう。したがって、主題は、上述の説明によって限定されるものと見なされるべきではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。

Claims (79)

  1. 装置であって、単一ピクセルの上方に第１の反応部位及び第２の反応部位を備え、前記ピクセルが光検出器を含む、装置。
  2. 前記第１の反応部位は第１のナノウェルであり、前記第２の反応部位は第２のナノウェルである、請求項１に記載の装置。
  3. 前記第１のナノウェルは、前記第２のナノウェルのサイズの半分である、請求項２に記載の装置。
  4. 前記第１の反応部位と前記単一ピクセルとの間にフィルタが存在する、請求項１又は２に記載の装置。
  5. 前記フィルタは、前記第２の反応部位と前記単一ピクセルとの間に存在しない、請求項４に記載の装置。
  6. 前記フィルタは、前記第１の反応部位から発せられたクラスタシグナルを約５０％減衰させる、請求項４又は５に記載の装置。
  7. 前記フィルタは、薄い金属層である、請求項４～６のいずれか一項に記載の装置。
  8. 前記フィルタは、タンタルを含む、請求項４～７のいずれか一項に記載の装置。
  9. 方法であって、
    第１の反応部位及び第２の反応部位から発せられたシグナルを検出することと、
    前記検出されたシグナルの振幅を使用して、第１の反応部位における第１の対象となる分析物の同一性を決定することと、
    前記検出されたシグナルの振幅を使用して、第２の反応部位における第２の対象となる分析物の同一性を決定することと、を含む、方法。
  10. 装置であって、
    複数のピクセルと、
    前記複数のピクセルのうちの１つのピクセルに関連付けられる第１の反応部位と、
    前記ピクセルに関連付けられる第２の反応部位と、を備え、
    前記ピクセルは、読み取りシグナルを検出するピクセルセンサを含み、前記読み取りシグナルは、前記第１の反応部位から発せられた第１のクラスタシグナル及び第２のクラスタ部位から発せられた第２のクラスタシグナルに依存し、
    前記第１の反応部位及び前記第２の反応部位は、「オン」状態の前記第２のクラスタシグナルが「オン」状態の前記第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように構成される、装置。
  11. 前記装置は、異なる照明条件下での前記読み取りシグナルのシグナル振幅を前記第１の反応部位及び前記第２の反応部位におけるそれぞれの分析物の同一性にマッピングするコーリングチャートを使用し、前記第１の反応部位及び前記第２の反応部位におけるそれぞれの分析物の同一性を決定する、請求項１０に記載の装置。
  12. 前記装置は、異なる照明条件下での前記読み取りシグナルのシグナル振幅を前記第１の反応部位及び前記第２の反応部位におけるそれぞれの分析物の同一性にマッピングする１６個のクラウドコーリングチャートを使用し、前記第１の反応部位及び前記第２の反応部位におけるそれぞれの分析物の同一性を決定する、請求項１０に記載の装置。
  13. 「オン」状態の前記第１のクラスタシグナルに対する「オン」状態の前記第２のクラスタシグナルの比は、少なくとも約１．４である、請求項１０～１２のいずれか一項に記載の装置。
  14. 「オン」状態の前記第１のクラスタシグナルに対する「オン」状態の前記第２のクラスタシグナルの比は、約１．９～約２．０である、請求項１０～１２のいずれか一項に記載の装置。
  15. 「オン」状態の前記第２のクラスタシグナルが「オン」状態の前記第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、前記第２の反応部位は前記第１の反応部位よりも大きいサイズを有する、請求項１０～１４のいずれか一項に記載の装置。
  16. 「オン」状態の前記第２のクラスタが「オン」状態の前記第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、前記第２の反応部位は前記第１の反応部位よりも大きい幅を有する、請求項１０～１５のいずれか一項に記載の装置。
  17. 前記第２の反応部位には減衰器がなく、前記第１の反応部位は、「オン」状態の前記第２のクラスタシグナルが「オン」状態の前記第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように減衰器を含む、請求項１０～１６のいずれか一項に記載の装置。
  18. 減衰材料の配置によって、「オン」状態の前記第２のクラスタシグナルが「オン」状態の前記第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、前記第１の反応部位から放射する放出光線の減衰は、前記第２の反応部位から放射する放出光線の減衰よりも大きい、請求項１０～１７のいずれか一項に記載の装置。
  19. 前記減衰材料は、金属を含む、請求項１８に記載の装置。
  20. 前記減衰材料は、タンタルを含む、請求項１８に記載の装置。
  21. 前記第２の反応部位には、前記第２の反応部位の底面に位置合わせられる該底面の下に位置する減衰器がなく、前記第１の反応部位は、「オン」状態の前記第２のクラスタシグナルが「オン」状態の前記第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、前記第１の反応部位の底面に位置合わせされた減衰器を、該底面の下に含む、請求項１０～２０のいずれか一項に記載の装置。
  22. 前記第２の反応部位には、前記第１の反応部位の垂直方向に延在する中心軸線が交差する減衰器がなく、前記第１の反応部位は、「オン」状態の前記第２のクラスタシグナルが「オン」状態の前記第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、前記第１の反応部位の垂直方向に延在する中心軸線が交差する減衰器を含む、請求項１０～２１のいずれか一項に記載の装置。
  23. 前記第２の反応部位には、前記第２の反応部位の底面から垂直下向きに放射する放出光線を減衰させるための減衰器がなく、前記第１の反応部位は、「オン」状態の前記第２のクラスタシグナルが「オン」状態の前記第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、前記第１の反応部位の底面から垂直下向きに放射する放出光線を減衰させるための減衰器を含む、請求項１０～２２のいずれか一項に記載の装置。
  24. 前記装置は、前記第１の反応部位の減衰器を画定するために前記第１の反応部位の底面に位置合わせされた、該底面の下にある領域を通って延在する減衰材料層を含み、前記減衰材料層には、前記第２の反応部位に位置合わせされた、該底面の下にある領域を通って延在するセクションがない、請求項１０～２３のいずれか一項に記載の装置。
  25. 前記第１の反応部位は、第１のナノウェルによって画定され、前記第２の反応部位は、第２のナノウェルによって画定される、請求項１０～２４のいずれか一項に記載の装置。
  26. 「オン」状態の前記第２のクラスタシグナルが「オン」状態の前記第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、前記第２のナノウェルは前記第１のナノウェルよりも大きいサイズを有する、請求項２５に記載の装置。
  27. 「オン」状態の前記第２のクラスタが「オン」状態の前記第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、前記第２のナノウェルは前記第１のナノウェルよりも大きい幅を有する、請求項２５又は２６に記載の装置。
  28. 前記第２のナノウェルには減衰器がなく、前記第１のナノウェルは、「オン」状態の前記第２のクラスタシグナルが「オン」状態の前記第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように減衰器を含む、請求項２５～２７のいずれか一項に記載の装置。
  29. 前記第１のナノウェルの前記減衰器は、上向きに延在するセクションを有する、請求項２５～２８のいずれか一項に記載の装置。
  30. 前記第１のナノウェルの前記減衰器は、前記第１のナノウェルの周縁側壁と平行に走る上向きに延在するセクションを有する、請求項２５～２９のいずれか一項に記載の装置。
  31. 減衰材料の配置によって、「オン」状態の前記第２のクラスタシグナルが「オン」状態の前記第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、前記第１のナノウェルから放射する放出光線の減衰は、前記第２のナノウェルから放射する放出光線の減衰よりも大きい、請求項２５～３０のいずれか一項に記載の装置。
  32. 前記減衰材料は、金属を含む、請求項３１に記載の装置。
  33. 前記減衰材料は、タンタルを含む、請求項３１に記載の装置。
  34. 前記第２のナノウェルには、前記第２のナノウェルの底面に位置合わせられる該底面の下に位置する減衰器がなく、前記第１のナノウェルは、「オン」状態の前記第２のクラスタシグナルが「オン」状態の前記第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、前記第１のナノウェルの底面に位置合わせされた減衰器を、該底面の下に含む、請求項２５～３３のいずれか一項に記載の装置。
  35. 前記第２のナノウェルには、前記第１のナノウェルの垂直方向に延在する中心軸線が交差する減衰器がなく、前記第１のナノウェルは、「オン」状態の前記第２のクラスタシグナルが「オン」状態の前記第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、前記第１のナノウェルの垂直方向に延在する中心軸線が交差する減衰器を含む、請求項２５～３４のいずれか一項に記載の装置。
  36. 前記第２のナノウェルには、前記第２のナノウェルの底面から垂直下向きに放射する放出光線を減衰させるための減衰器がなく、前記第１のナノウェルは、「オン」状態の前記第２のクラスタシグナルが「オン」状態の前記第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、前記第１のナノウェルの底面から垂直下向きに放射する放出光線を減衰させるための減衰器を含む、請求項２５～３５のいずれか一項に記載の装置。
  37. 前記装置は、前記第１の反応部位の減衰器を画定するために前記第１のナノウェルの底面に位置合わせされた、該底面の下にある領域を通って延在する減衰材料層を含み、前記減衰材料層には、前記第２のナノウェルに位置合わせされた、該底面の下にある領域を通って延在するセクションがない、請求項２５～３６のいずれか一項に記載の装置。
  38. 前記複数のピクセルのうちの第２～第Ｎのピクセルは、前記ピクセルに関連付けられる前記第１の反応部位及び前記第２の反応部位に従ってそれぞれ構成される関連する第１の反応部位及び第２の反応部位を有し、前記複数のピクセルのうちの隣接するピクセルに関連付けられる前記第１の反応部位及び前記第２の反応部位は、それらの反応部位のそれぞれのピクセルに対して異なるそれぞれの第１の配向及び第２の配向を有し、異なるそれぞれの前記第１の配向及び前記第２の配向は、異なるそれぞれの前記配向がない場合の隣接するピクセル位置からの反応部位間の間隔距離に対して、隣接するピクセル位置からの反応部位間の間隔距離を増加させる、請求項１０～３７のいずれか一項に記載の装置。
  39. 前記複数のピクセルのうちの第２～第Ｎのピクセルは、前記ピクセルに関連付けられる前記第１の反応部位及び前記第２の反応部位に従ってそれぞれ構成される関連する第１の反応部位及び第２の反応部位を有し、前記複数のピクセルのうちの隣接するピクセルに関連付けられる前記第１の反応部位及び前記第２の反応部位は、それらの反応部位のそれぞれのピクセルに対して異なるそれぞれの第１の配向及び第２の配向を有し、異なるそれぞれの前記第１の配向は、反応部位間の背面から前面までの間隔によって特徴付けられ、異なるそれぞれの前記第２の配向は、反応部位間の側面から側面までの間隔によって特徴付けられる、請求項１０～３９のいずれか一項に記載の装置。
  40. 前記第２～第Ｎのピクセルは、第２～第１００万のピクセルである、請求項３８又は３９に記載の装置。
  41. 前記装置は、前記ナノウェルの減衰器を画定するために前記第１のナノウェルの底面に位置合わせされた、該底面の下にある領域を通って延在する第１のセクションと、前記第１のセクションから隣接して側方の方向に延在する第２のセクションと、を含む減衰材料層を含み、前記第１のセクションは第１の厚さを有し、前記第２のセクションは第２の厚さを有し、前記第１の厚さは前記第２の厚さ未満である、請求項１０～４０のいずれか一項に記載の装置。
  42. 請求項２５に記載の装置を作製するための方法であって、前記方法は、ピクセルに位置合わせされた領域に、ピクセルを覆って、減衰材料層が一体的に形成された誘電体スタックを堆積させることと、前記誘電体スタックに、前記第１のナノウェルを画定するための第１のトレンチをエッチングすることであって、前記第１のトレンチは、前記減衰材料層が前記第１のナノウェルのための前記減衰器を画定するように、前記減衰材料層の上部高さ以上で終端する高さまでエッチングされている、エッチングすることと、前記誘電体スタックに、前記第２のナノウェルを画定するための第２のトレンチをエッチングすることであって、前記第２のトレンチは、前記減衰材料層の底部高さ以下で終端する高さまでエッチングされている、エッチングすることと、を含む、方法。
  43. 請求項２５に記載の装置を作製するための方法であって、前記方法は、ピクセルに位置合わせされた領域に、ピクセルを覆って誘電体スタックを堆積させることと、前記誘電体スタックに、前記第１のナノウェルを画定するための第１のトレンチをエッチングすることと、前記誘電体スタックに、前記第２のナノウェルを画定するための第２のトレンチをエッチングし、前記第２のトレンチ内に堆積されない減衰材料層を前記第１のトレンチ内に堆積させることと、を含む、方法。
  44. 方法であって、
    複数のピクセルセンサのうちの１つのピクセルセンサを使用して読み取りシグナルを検出することであって、前記読み取りシグナルは、前記ピクセルセンサに関連付けられる第１の反応部位から発せられた第１のクラスタシグナル及び前記ピクセルセンサに関連付けられる第２の反応部位から発せられた第２のクラスタシグナルに依存する、検出することと、
    前記ピクセルセンサを使用して検出された前記読み取りシグナルの振幅を使用して、前記第１の反応部位における第１の対象となる分析物の同一性を決定することと、
    前記ピクセルセンサを使用して検出された前記読み取りシグナルの振幅を使用して、前記第２の反応部位における第２の対象となる分析物の同一性を決定することと、を含む、方法。
  45. 前記ピクセルセンサを使用して検出された前記読み取りシグナルの振幅を使用して前記第１の反応部位における第１の対象となる分析物の同一性を前記決定することと、前記検出された読み取りシグナルの振幅を使用して前記第２の反応部位における第２の対象となる分析物の同一性を前記決定することとは、異なる照明条件下での前記読み取りシグナルのシグナル振幅を前記第１の反応部位及び前記第２の反応部位におけるそれぞれの分析物の同一性にマッピングするコーリングチャートを使用することを含む、請求項４４に記載の方法。
  46. 前記ピクセルセンサを使用して検出された前記読み取りシグナルの振幅を使用して前記第１の反応部位における第１の対象となる分析物の同一性を前記決定することと、前記検出された読み取りシグナルの振幅を使用して前記第２の反応部位における第２の対象となる分析物の同一性を前記決定することとは、異なる照明条件下での前記読み取りシグナルのシグナル振幅を前記第１の反応部位及び前記第２の反応部位におけるそれぞれの分析物の同一性にマッピングする１６個のシグナルクラウドを有するコーリングチャートを使用することを含む、請求項４４に記載の方法。
  47. 前記第１の反応部位及び前記第２の反応部位は、「オン」状態の前記第２のクラスタシグナルが「オン」状態の前記第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように構成される、請求項４４～４６のいずれか一項に記載の方法。
  48. 「オン」状態の前記第２のクラスタシグナルが「オン」状態の前記第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、前記第２の反応部位は、前記第１の反応部位よりも大きいサイズを有する、請求項４４～４７のいずれか一項に記載の方法。
  49. 「オン」状態の前記第１のクラスタシグナルに対する「オン」状態の前記第２のクラスタシグナルの比は、少なくとも約１．４である、請求項４４～４８のいずれか一項に記載の方法。
  50. 「オン」状態の前記第１のクラスタシグナルに対する「オン」状態の前記第２のクラスタシグナルの比は、約１．９～約２．０である、請求項４４～４９のいずれか一項に記載の方法。
  51. 「オン」状態の前記第２のクラスタが「オン」状態の前記第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、前記第２の反応部位は前記第１の反応部位よりも大きい幅を有する、請求項４４～５０のいずれか一項に記載の方法。
  52. 前記第２の反応部位には減衰器がなく、前記第１の反応部位は、「オン」状態の前記第２のクラスタシグナルが「オン」状態の前記第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように減衰器を含む、請求項４４～５１のいずれか一項に記載の方法。
  53. 減衰材料の配置によって、「オン」状態の前記第２のクラスタシグナルが「オン」状態の前記第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、前記第１の反応部位から放射する放出光線の減衰は、前記第２の反応部位から放射する放出光線の減衰よりも大きい、請求項４４～５２のいずれか一項に記載の方法。
  54. 前記減衰材料は、金属を含む、請求項５３に記載の方法。
  55. 前記減衰材料は、タンタルを含む、請求項５３に記載の方法。
  56. 前記第２の反応部位には、前記第２の反応部位の底面に位置合わせられる該底面の下に位置する減衰器がなく、前記第１の反応部位は、「オン」状態の前記第２のクラスタシグナルが「オン」状態の前記第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、前記第１の反応部位の底面に位置合わせされた減衰器を、該底面の下に含む、請求項４４～５５のいずれか一項に記載の方法。
  57. 前記第２の反応部位には、前記第１の反応部位の垂直方向に延在する中心軸線が交差する減衰器がなく、前記第１の反応部位は、「オン」状態の前記第２のクラスタシグナルが「オン」状態の前記第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、前記第１の反応部位の垂直方向に延在する中心軸線が交差する減衰器を含む、請求項４４～５６のいずれか一項に記載の方法。
  58. 前記第２の反応部位には、前記第２の反応部位の底面から垂直下向きに放射する放出光線を減衰させるための減衰器がなく、前記第１の反応部位は、「オン」状態の前記第２のクラスタシグナルが「オン」状態の前記第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、前記第１の反応部位の底面から垂直下向きに放射する放出光線を減衰させるための減衰器を含む、請求項４４～５７のいずれか一項に記載の方法。
  59. 前記第１の反応部位の底面に位置合わせされた、該底面の下にある領域を通って延在する減衰材料層は、前記第１の反応部位の減衰器を画定し、前記減衰材料層には、前記第２の反応部位に位置合わせされた、該底面の下にある領域を通って延在するセクションがない、請求項４４～５８のいずれか一項に記載の方法。
  60. 前記第１の反応部位はナノウェルによって画定され、前記第２の反応部位はナノウェルによって画定される、請求項４４～５９のいずれか一項に記載の方法。
  61. 「オン」状態の前記第２のクラスタシグナルが「オン」状態の前記第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、前記第２のナノウェルは前記第１のナノウェルよりも大きいサイズを有する、請求項６０に記載の方法。
  62. 「オン」状態の前記第２のクラスタが「オン」状態の前記第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、前記第２のナノウェルは前記第１のナノウェルよりも大きい幅を有する、請求項６０又は６１に記載の方法。
  63. 前記第２のナノウェルには減衰器がなく、前記第１のナノウェルは、「オン」状態の前記第２のクラスタシグナルが「オン」状態の前記第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように減衰器を含む、請求項６０～６２のいずれか一項に記載の方法。
  64. 前記第１のナノウェルの前記減衰器は、上向きに延在するセクションを有する、請求項６０～６３のいずれか一項に記載の方法。
  65. 前記第１のナノウェルの前記減衰器は、前記第１のナノウェルの周縁側壁と平行に走る上向きに延在するセクションを有する、請求項６０～６４のいずれか一項に記載の方法。
  66. 減衰材料の配置によって、「オン」状態の前記第２のクラスタシグナルが「オン」状態の前記第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、前記第１のナノウェルから放射する放出光線の減衰は、前記第２のナノウェルから放射する放出光線の減衰よりも大きい、請求項６０～６５のいずれか一項に記載の方法。
  67. 前記減衰材料は、金属を含む、請求項６６に記載の方法。
  68. 前記減衰材料は、タンタルを含む、請求項６６に記載の方法。
  69. 前記第２のナノウェルには、前記第２のナノウェルの底面に位置合わせられる該底面の下に位置する減衰器がなく、前記第１のナノウェルは、「オン」状態の前記第２のクラスタシグナルが「オン」状態の前記第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、前記第１のナノウェルの底面に位置合わせされた減衰器を、該底面の下に含む、請求項６０～６８のいずれか一項に記載の方法。
  70. 前記第２のナノウェルには、前記第１のナノウェルの垂直方向に延在する中心軸線が交差する減衰器がなく、前記第１のナノウェルは、「オン」状態の前記第２のクラスタシグナルが「オン」状態の前記第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、前記第１のナノウェルの垂直方向に延在する中心軸線が交差する減衰器を含む、請求項６０～６９のいずれか一項に記載の方法。
  71. 前記第２のナノウェルには、前記第２のナノウェルの底面から垂直下向きに放射する放出光線を減衰させるための減衰器がなく、前記第１のナノウェルは、「オン」状態の前記第２のクラスタシグナルが「オン」状態の前記第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、前記第１のナノウェルの底面から垂直下向きに放射する放出光線を減衰させるための減衰器を含む、請求項６０～７０のいずれか一項に記載の方法。
  72. 前記装置は、前記第１の反応部位の減衰器を画定するために前記第１のナノウェルの底面に位置合わせされた、該底面の下にある領域を通って延在する減衰材料層を含み、前記減衰材料層には、前記第２のナノウェルに位置合わせされた、該底面の下にある領域を通って延在するセクションがない、請求項６０～７１のいずれか一項に記載の方法。
  73. 前記複数のピクセルセンサは、それぞれ複数のピクセルに関連付けられ、前記ピクセルセンサは、前記複数のピクセルのうちの１つのピクセルを画定し、前記第１の反応部位及び前記第２の反応部位は、前記ピクセルに関連付けられ、前記複数のピクセルのうちの第２～第Ｎのピクセルは、前記ピクセルに関連付けられる前記第１の反応部位及び前記第２の反応部位に従ってそれぞれ構成される関連する第１の反応部位及び第２の反応部位を有し、前記複数のピクセルのうちの隣接するピクセルに関連付けられる前記第１の反応部位及び前記第２の反応部位は、それらの反応部位のそれぞれのピクセルに対して異なるそれぞれの前記第１の配向及び前記第２の配向を有し、異なるそれぞれの前記第１の配向及び前記第２の配向は、異なるそれぞれの配向がない場合の隣接するピクセル位置からの反応部位間の間隔距離に対して、隣接するピクセル位置からの反応部位間の間隔距離を増加させる、請求項４４～７２のいずれか一項に記載の方法。
  74. 前記複数のピクセルセンサは、それぞれ複数のピクセルに関連付けられ、前記ピクセルセンサは、前記複数のピクセルのうちの１つのピクセルを画定し、第１の反応部位および第２の反応部位はピクセルに関連付けられ、前記複数のピクセルのうちの第２～第Ｎのピクセルは、前記ピクセルに関連付けられる前記第１の反応部位及び前記第２の反応部位に従ってそれぞれ構成される関連する第１の反応部位及び第２の反応部位を有し、前記複数のピクセルのうちの隣接するピクセルに関連付けられる前記第１の反応部位及び前記第２の反応部位は、それらの反応部位のそれぞれのピクセルに対して異なるそれぞれの第１の配向及び第２の配向を有し、異なるそれぞれの前記第１の配向は、反応部位間の背面から前面までの間隔によって特徴付けられ、異なるそれぞれの前記第２の配向は、反応部位間の側面から側面までの間隔によって特徴付けられる、請求項４４～７３のいずれか一項に記載の方法。
  75. 前記装置は、前記ナノウェルの減衰器を画定するために前記第１のナノウェルの底面に位置合わせされた、該底面の下にある領域を通って延在する第１のセクションと、前記第１のセクションから隣接して側方の方向に延在する第２のセクションと、を含む減衰材料層を含み、前記第１のセクションは第１の厚さを有し、前記第２のセクションは第２の厚さを有し、前記第１の厚さは前記第２の厚さ未満である、請求項６０～７４のいずれか一項に記載の方法。
  76. 装置であって、
    複数のピクセルと、
    前記複数のピクセルのうちの１つのピクセルに関連付けられる第１の反応部位と、
    前記ピクセルに関連付けられる第２の反応部位と、を備え、
    前記ピクセルは、読み取りシグナルを検出するピクセルセンサを含み、前記読み取りシグナルは、前記第１の反応部位から発せられた第１のクラスタシグナル及び第２のクラスタ部位から発せられた第２のクラスタシグナルに依存し、
    「オン」状態の前記第２のクラスタシグナルが「オン」状態の前記第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、前記第２の反応部位は前記第１の反応部位よりも大きいサイズを有する、装置。
  77. 装置であって、
    複数のピクセルと、
    前記複数のピクセルのうちの１つのピクセルに関連付けられる第１の反応部位と、
    前記ピクセルに関連付けられる第２の反応部位と、を備え、
    前記ピクセルは、読み取りシグナルを検出するピクセルセンサを含み、前記読み取りシグナルは、前記第１の反応部位から発せられた第１のクラスタシグナル及び第２のクラスタ部位から発せられた第２のクラスタシグナルに依存し、
    「オン」状態の前記第２のクラスタが「オン」状態の前記第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、前記第２の反応部位は前記第１の反応部位よりも大きい幅を有する、装置。
  78. 装置であって、
    複数のピクセルと、
    前記複数のピクセルのうちの１つのピクセルに関連付けられる第１の反応部位と、
    前記ピクセルに関連付けられる第２の反応部位と、を備え、
    前記ピクセルは、読み取りシグナルを検出するピクセルセンサを含み、前記読み取りシグナルは、前記第１の反応部位から発せられた第１のクラスタシグナル及び第２のクラスタ部位から発せられた第２のクラスタシグナルに依存し、
    前記第２の反応部位には減衰器がなく、前記第１の反応部位は、「オン」状態の前記第２のクラスタシグナルが「オン」状態の前記第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように減衰器を含む、装置。
  79. 装置であって、
    複数のピクセルと、
    前記複数のピクセルのうちの１つのピクセルに関連付けられる第１の反応部位と、
    前記ピクセルに関連付けられる第２の反応部位と、を備え、
    前記ピクセルは、読み取りシグナルを検出するピクセルセンサを含み、前記読み取りシグナルは、前記第１の反応部位から発せられた第１のクラスタシグナル及び第２のクラスタ部位から発せられた第２のクラスタシグナルに依存し、
    減衰材料の配置によって、「オン」状態の前記第２のクラスタシグナルが「オン」状態の前記第１のクラスタシグナルよりも大きい振幅を有するように、前記第１の反応部位から放射する放出光線の減衰は、前記第２の反応部位から放射する放出光線の減衰よりも大きい、装置。
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