JP7079802B2 - 被分析物を区別する装置及び方法 - Google Patents
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Description
(2)導波路、アパーチャー構造、あるいは、遮蔽層を設置することにより、クロストークがうまく回避される。
(3)第一カラーフィルター及び第二カラーフィルターは、1画素以下の面積を有するので、有機膜材が十分に周囲の角感応膜に埋め込まれて、堅固な化学及び機械抵抗を提供する。さらに、縮小した(shrinked)サイズの有機膜は、生体サンプルからの発光が、角感応膜からダイアゴナルフォトダイオードに達するように確保し、第一及び第二カラーフィルターにより不連続になることを抑制できる。
この態様において、バイオセンサー100は角感応膜108を有する。図7Aは、バイオセンサー100上の被分析物122aの配置を説明する。図7Bは、図7Aの線A-A’に沿った断面図である。この実施形態において、一被分析物により発射される光線が、光線下で、その画素から一画素離れている画素に到達することができると仮定する。つまり、最も近い8個の画素は、光線下で、画素を囲む。たとえば、図7Aに示されるように、画素1041は、被分析物122a1により発射される光線下にあり、且つ、画素1042-1049は、画素1041から一画素だけが離れている画素である。被分析物122a1により発射される光線は画素1041-1049に到達する。
この態様において、バイオセンサー200は、角感応膜108及び第一カラーフィルター120aを有する。図9Aは、バイオセンサー200上の被分析物122aの配置を示す図である。図9Bは、図9Aの線A-A’に沿った断面図である。この実施形態において、一被分析物により発射される光線は、光線下で、その画素から一画素離れている画素に到達することができると仮定する。つまり、最も近い8個の画素は、光線下で、画素を囲む。たとえば、図9Aに示されるように、画素1041は、被分析物122a1により発射される光線下にあり、画素1042-1049は、画素1041から一画素だけが離れている画素である。被分析物122a1により発射される光線は、画素1041-1049に到達する。
この態様において、バイオセンサー300は、角感応膜108、第一カラーフィルター120a及び第二カラーフィルター120bを有する。図11Aは、バイオセンサー300上の被分析物122aの配置を示す図である。図11Bは、図11Aの線A-A’に沿った断面図である。図11Cは、線B-B’に沿った図11Aの断面図である。図11Dは、線C-C’に沿った図11Aの断面図である。この実施形態において、一被分析物により発射される光線は、光線下で、その画素から一画素離れている画素に到達することができると仮定する。つまり、最も近い8個の画素は、光線下で、画素を囲む。たとえば、図11Aに示されるように、画素1041は、被分析物122a1により発射される光線下にあり、画素1042-1049は、画素1041から一画素だけが離れている画素である。被分析物122a1により発射される光線は、画素1041-1049に到達する。
(1)従来の技術において、欠点であると見なされる角感応膜により生じるスペクトルシフトのプロパティが、本バイオセンサー中に用いられて、異なる光線を区分する。
(2)導波路、アパーチャー構造、あるいは、遮蔽層を設置することにより、クロストークがうまく回避される。
(3)第一カラーフィルター及び第二カラーフィルターは、一画素以下の面積を有するので、有機膜材が十分に周囲の角感応膜に埋め込まれて、堅固な化学及び機械抵抗を提供する。さらに、縮小した(shrinked)サイズの有機膜は、生体サンプルからの発光が、角感応膜からダイアゴナルフォトダイオードに達するように確保し、第一及び第二カラーフィルターのせいで不連続になることを抑制できる。
102…基板
104、1041-1049…画素
104a…第一画素
104b…第二画素
104c…第三画素
106…フォトダイオード
108…角感応膜
110…固定層
112…励起光阻止フィルター
114…アパーチャー構造
116…遮蔽層
118…導波路
120a…第一カラーフィルター
120b…第二カラーフィルター
122a、122a1、122a2…被分析物
124…励起光
θ1、あるいは、θ1’…第一入射角
θ2、あるいは、θ2’…第二入射角
θ3、あるいは、θ3’…第三入射角
θ4、あるいは、θ4’…第四入射角
L1、あるいは、L1’ …第一部分
L2、あるいは、L2’ …第二部分
L3、あるいは、L3’ …第三部分
Claims (14)
- 被分析物に励起光を照射することで前記被分析物から発射された光線を感知するバイオセンサーを備え、前記被分析物を区別する装置であって、
前記バイオセンサーは、
基板、
前記基板中に設置された第一画素、
前記基板中に設置された第二画素、
前記基板上に設置される角感応膜及び
前記角感応膜上に設置され、前記被分析物をバイオセンサー上に固定する固定層、
を有し、
前記第一画素は、第一フォトダイオードで構成され、
前記第二画素は、第二フォトダイオードで構成され、
前記第一フォトダイオードは、前記固定層上に配置された前記被分析物から第一入射角で前記角感応膜に進入する前記光線の第一部分を受光し、
前記第二フォトダイオードは、前記固定層上に配置された前記被分析物から第二入射角で前記角感応膜に進入する前記光線の第二部分を受光し、
前記第一入射角は前記第二入射角より小さく、
前記角感応膜は、ショートパスフィルター、バンドパスフィルター、ロングパスフィルター、あるいは、複数のバンドパスフィルターであり、
前記装置は、前記第一フォトダイオードが前記光線の前記第一部分を受光することで得られる第一スペクトルの曲線下領域(AUC)と、特定の波長の光線を発する染料から発せられる光線のスペクトルのAUCとの重複領域として定められる前記光線の第一部分の第一信号強度を得て、前記第二フォトダイオードが前記光線の前記第二部分を受光することで得られる第二スペクトルのAUCと、前記染料から発せられる光線のスペクトルのAUCとの重複領域として定められる前記光線の第二部分の第二信号強度を得て、前記第一信号強度と前記第二信号強度に応じて前記被分析物を区別し、
前記第一スペクトルは、前記光線の前記第一部分が前記第一入射角で前記角感応膜に進入することによりスペクトルシフトしており、またはスペクトルシフトしておらず、
前記第二スペクトルは、前記光線の前記第二部分が前記第二入射角で前記角感応膜に進入することにより、前記第一スペクトルに比べよりスペクトルシフトしている
ことを特徴とする装置。 - 前記第一入射角は0~60度であり、前記第二入射角は85度以下であることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記バイオセンサーは、前記角感応膜上に設置される励起光阻止フィルターを有し、
前記励起光阻止フィルターは、金属層を有する誘電体干渉フィルターであることを特徴とする請求項1に記載の装置。 - 前記バイオセンサーは、前記固定層中に組み込まれるアパーチャー構造、及び
前記アパーチャー構造上の導波路、
を有することを特徴とする請求項1に記載の装置。 - 前記角感応膜は高屈折率誘電体と及び低屈折率誘電体とを交互に蒸着した誘電体干渉フィルター、プラズモンフィルター、あるいは、誘電体メタ表面構造であ
ることを特徴とする請求項1に記載の装置。 - 前記バイオセンサーは、
前記基板中に設置された第三画素、及び
前記角感応膜に隣接して設置され、前記第三画素に対応する第一カラーフィルター、
を有し、
前記第三画素は、第三フォトダイオードで構成され、
前記第三フォトダイオードは、前記光線のうち第三入射角で前記角感応膜に進入する前記光線の第三部分を受光することを特徴とする請求項1に記載の装置。 - 前記バイオセンサーは、
前記基板中に設置された第四画素、及び
前記角感応膜に隣接して設置され、前記第四画素に対応する第二カラーフィルター、
を有し、
前記第四画素は、第四フォトダイオードで構成されていることを特徴とする請求項6に記載の装置。 - 前記バイオセンサーは、
前記角感応膜を囲む遮蔽層を有し、
前記第一フォトダイオードは前記光線の第一部分を受光し、
前記第二フォトダイオードは前記光線の第二部分を受光し、
前記遮蔽層は、高反射率の材料を有することを特徴とする請求項1に記載の装置。 - 請求項1~8のいずれか一項に記載の装置を用いて、前記被分析物を区別する方法であって、
前記被分析物を前記バイオセンサー上に設置する工程と、
前記被分析物に前記光線を発射させる工程と、
前記光線の前記第一部分の前記第一信号強度を得ると共に前記光線の前記第二部分の前記第二信号強度を得る工程、及び
前記第一信号強度及び前記第二信号強度に応じて、前記被分析物を区別する工程、
を有することを特徴とする方法。 - 前記第一信号強度及び前記第二信号強度に応じて、前記被分析物を区別する前記工程は、
前記第一信号強度が第一閾値より高いか低いかに基づいて、前記第一信号強度をPass あるいは No として判定する工程、
前記第二信号強度が第二閾値より高いか低いかに基づいて、前記第二信号強度をPass あるいは No として判定する工程、及び
前記第一信号強度及び前記第二信号強度のPass あるいは Noの組み合わせにしたがって、前記被分析物を区別する工程、
を有することを特徴とする請求項9に記載の方法。 - 前記第一信号強度及び前記第二信号強度に応じて、前記被分析物を区別する前記工程は、
前記第二信号強度対前記第一信号強度の第一信号強度比率を計算する工程と、
前記比率は所定比率より高い、あるいは、前記所定比率より低いか否かに基づいて、前記第一信号強度比率をH(High)、あるいは、L(Low)として定義する工程、及び
前記第一信号強度比率の前記定義にしたがって、前記被分析物を区別する工程、
を有することを特徴とする請求項9に記載の方法。 - 請求項6に記載の装置を用いて、前記被分析物を区別する方法であって、
前記被分析物を前記バイオセンサー上に設置する工程であって、前記バイオセンサーが、さらに、前記角感応膜に隣接して設置され、画素の一つに対応する第一カラーフィルターを有し、前記第一カラーフィルターは前記光線の前記第三部分により照射される、工程、
前記被分析物に前記光線を発射させる工程、
前記光線の前記第一部分の第一信号強度、前記光線の前記第二部分の第二信号強度及び前記光線の前記第三部分の第三信号強度を得る工程、及び
前記第一信号強度、前記第二信号強度及び前記第三信号強度に応じて、前記被分析物を区別する工程、
を有することを特徴とする方法。 - 前記第一信号強度、前記第二信号強度及び前記第三信号強度に応じて、前記被分析物を区別する前記工程は、
前記第一信号強度、前記第二信号強度及び前記第三信号強度が閾値より高いか低いかに基づいて、前記第一信号強度、前記第二信号強度及び前記第三信号強度を、Pass あるいは No として判定する工程と、
前記第一信号強度、前記第二信号強度及び前記第三信号強度のPass あるいは Noの組み合わせに応じて、前記被分析物を区別する工程、
を有することを特徴とする請求項12に記載の方法。 - 前記第一信号強度、前記第二信号強度及び前記第三信号強度に応じて、前記被分析物を区別する前記工程は、
前記第一信号強度対前記第三信号強度の第一信号強度比率及び前記第二信号強度対前記第三信号強度の第二信号強度比率を計算する工程、
前記第一信号強度比率と前記第二信号強度比率のクラスタ分布グラフを作成する工程、及び
前記クラスタ分布グラフにしたがって、前記被分析物を区別する工程、
を有することを特徴とする請求項12に記載の方法。
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