JPWO2020186252A5 - - Google Patents
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本開示の付加的側面および利点は、本開示の例証的実施形態のみが図示および説明される、以下の発明を実施するための形態から当業者に容易に明白となるであろう。認識されるであろうように、本開示は、他のおよび異なる実施形態も可能であって、そのいくつかの詳細は、全て、本開示から逸脱することなく、種々の明白である点において修正が可能である。故に、図面および説明は、性質上、例証的であって、制限的と見なされるものではない。
本発明は、例えば、以下を提供する。
(項目1)
溶液中の検体の有無を検出するためのデバイスであって、
電子シャッタを備えるセンサを備える、チップを備え、前記センサは、(i)第1の時間周期内に励起パルスへの前記溶液の暴露に応じて発生された前記溶液からの信号を収集することと、(ii)前記電子シャッタを用いて、前記センサ内において前記励起パルスによって第2の時間周期内に発生された光誘発電荷を除去することであって、前記第2の時間周期は、前記第1の時間周期と異なる、ことと、(iii)前記光誘発電荷が除去されることに続いて、少なくとも部分的に前記信号から導出される出力信号を発生させることとを行うように構成され、前記出力信号は、前記検体の前記有無を示す、デバイス。
(項目2)
前記第2の時間周期は、前記第1の時間周期に先行する、項目1に記載のデバイス。
(項目3)
前記第2の時間周期は、前記励起パルスの持続時間を上回る、項目1に記載のデバイス。
(項目4)
前記チップは、複数の個々にアドレス指定可能な場所を備え、
前記電子シャッタを備える前記センサは、前記複数の個々にアドレス指定可能な場所の第1の場所上に配置され、
付加的電子シャッタを備える付加的センサは、前記複数の個々にアドレス指定可能な場所の付加的場所上に配置される、項目1に記載のデバイス。
(項目5)
前記信号は、電気信号を備え、前記センサはさらに、前記溶液からの光学信号を前記電気信号に変換するように構成された少なくとも1つのトランスデューサを備える、項目1に記載のデバイス。
(項目6)
前記電子シャッタは、前記少なくとも1つのトランスデューサに動作可能に結合された電子シャッタスイッチを備え、前記電子シャッタスイッチは、前記電子シャッタスイッチへの電圧の印加に応じて、前記少なくとも1つのトランスデューサからの前記光誘発電荷の前記除去を促進するように構成される、項目5に記載のデバイス。
(項目7)
前記センサはさらに、前記電気信号を積分するように構成された少なくとも1つの積分器を備える、項目5に記載のデバイス。
(項目8)
前記センサはさらに、前記少なくとも1つのトランスデューサと前記少なくとも1つの積分器との間に配置され、それに動作可能に結合される、少なくとも1つの積分スイッチを備え、前記少なくとも1つの積分スイッチは、前記電気信号を前記少なくとも1つのトランスデューサから前記少なくとも1つの積分器に輸送するように構成される、項目7に記載のデバイス。
(項目9)
前記センサはさらに、前記少なくとも1つの積分器に動作可能に結合された少なくとも1つの付加的トランスデューサを備え、前記少なくとも1つの付加的トランスデューサは、前記少なくとも1つの積分器によって積分される前記電気信号を前記出力信号に変換するように構成される、項目7に記載のデバイス。
(項目10)
前記信号は、光誘発電荷を備え、前記出力信号は、電圧を備える、項目1に記載のデバイス。
(項目11)
前記チップは、相補的金属酸化物半導体(CMOS)集積回路(IC)内に含まれる、項目1に記載のデバイス。
(項目12)
前記チップはさらに、前記センサに隣接するバイオセンシング層を備え、前記バイオセンシング層は、前記検体に特異的に結合する少なくとも1つのプローブを備える、項目1に記載のデバイス。
(項目13)
前記信号は、少なくとも部分的に、前記検体と前記少なくとも1つのプローブの結合に応じて、前記検体と関連付けられる標識によって生成される光学信号から導出される、項目12に記載のデバイス。
(項目14)
前記標識は、蛍光体である、項目13に記載のデバイス。
(項目15)
前記信号は、少なくとも部分的に、前記検体と前記少なくとも1つのプローブの結合に応じて、前記少なくとも1つのプローブまたは前記検体からの光学信号またはその変化から導出される、項目12に記載のデバイス。
(項目16)
前記少なくとも1つのプローブは、エネルギードナーを備え、前記検体は、エネルギーアクセプタを備える、項目15に記載のデバイス。
(項目17)
前記エネルギードナーは、蛍光体であり、前記エネルギーアクセプタは、付加的蛍光体または消光体である、項目16に記載のデバイス。
(項目18)
前記バイオセンシング層は、少なくとも1つの制御プローブを備え、前記センサは、制御信号を前記少なくとも1つの制御プローブから収集し、前記制御信号を使用して前記収集された信号を正規化するように構成される、項目12に記載のデバイス。
(項目19)
前記少なくとも1つの制御プローブは、前記検体に結合しない、またはそれと相互作用しない、項目18に記載のデバイス。
(項目20)
反応チャンバと、制御可能流体ユニットと、温度制御ユニットと、デジタルユニットとをさらに備える、項目12に記載のデバイス。
(項目21)
前記反応チャンバは、前記溶液と前記チップを界面接触させるように構成され、前記界面接触は、前記検体と前記チップの前記バイオセンシング層との間の相互作用を備える、項目20に記載のデバイス。
(項目22)
前記制御可能流体ユニットは、前記溶液の少なくとも一部を前記反応チャンバの内外に輸送するように構成される、項目20に記載のデバイス。
(項目23)
前記デジタルユニットは、前記出力信号を前記チップから受信または記憶するように構成される、項目21に記載のデバイス。
(項目24)
前記チップは、(iii)に先立って、(i)-(ii)を複数回繰り返すように構成される、項目1に記載のデバイス。
(項目25)
前記出力信号は、単一出力である、項目24に記載のデバイス。
(項目26)
溶液中の検体の有無を検出するための方法であって、
(a)電子シャッタを備えるセンサを備える、チップをアクティブ化することであって、前記センサは、(i)第1の時間周期内に励起パルスへの前記溶液の暴露に応じて発生された信号を収集することと、(ii)前記電子シャッタを用いて、前記センサ内において前記励起パルスによって第2の時間周期内に発生された光誘発電荷を除去することであって、前記第2の時間周期は、前記第1の時間周期と異なる、ことと、(iii)前記光誘発電荷が除去されることに続いて、少なくとも部分的に前記信号から導出される出力信号を発生させることとを行うように構成され、前記出力信号は、前記検体の前記有無を示す、ことと、
(b)前記電子シャッタを用いて、前記励起パルスによって前記センサ内における前記第2の時間周期内に発生された光誘発電荷を除去することと、
(c)前記第1の時間周期内に前記励起パルスへの前記溶液の暴露に応じて発生された信号を収集することと、
(d)前記光誘発電荷が除去されることに続いて、少なくとも部分的に前記信号から導出される前記出力信号を発生させることであって、前記出力信号は、前記検体の前記有無を示す、ことと
を含む、方法。
(項目27)
前記センサは、時間ゲート蛍光(TGF)光センサである、項目26に記載の方法。
(項目28)
前記センサを使用して、(c)において収集された前記信号を積分することをさらに含む、項目26に記載の方法。
(項目29)
1回以上で(b)-(c)を繰り返すことをさらに含む、項目26に記載の方法。
(項目30)
前記1回以上の回数は、約100回を上回るまたはそれに等しい回数を備える、項目29に記載の方法。
(項目31)
信号を検出するためのデバイスであって、
センサおよび電子シャッタを備える、チップであって、前記センサは、(i)所与の時間周期内に前記信号を検出し、(ii)前記信号によって発生された電荷を示すデータをもたらすように構成され、前記電子シャッタは、前記所与の時間周期に先立った時間周期内に励起パルスによって発生された電荷を備える、光誘発電荷を除去するように構成される、チップと、
前記センサに動作可能に結合された読出回路網であって、前記読出回路網は、前記センサからのデータをメモリに伝送するように構成される、読出回路網と
を備える、デバイス。
(項目32)
前記読出回路網は、前記チップの一部である、項目31に記載のデバイス。
(項目33)
前記メモリは、前記読出回路網の外部にある、項目31または32に記載のデバイス。
(項目34)
前記チップは、複数の個々にアドレス指定可能な場所を備えるセンサアレイを備え、
前記センサおよび前記電子シャッタは、前記複数の個々にアドレス指定可能な場所の第1の場所上に配置され、
第2のセンサおよび第2の電子シャッタは、前記複数の個々にアドレス指定可能な場所の第2の場所上に配置される、項目31-33のいずれか1項に記載のデバイス。
(項目35)
前記センサはさらに、前記信号によって発生された前記電荷を積分するように構成される、項目31-34のいずれか1項に記載のデバイス。
(項目36)
前記センサは、積分スイッチを備える、項目31-35のいずれか1項に記載のデバイス。
(項目37)
前記センサは、少なくとも1つの光/電荷トランスデューサと、少なくとも1つの電荷積分器とを備え、前記少なくとも1つの積分スイッチは、前記少なくとも1つの光子/電荷トランスデューサと前記少なくとも1つの電荷積分器との間に位置する、項目36に記載のデバイス。
(項目38)
前記チップは、相補的金属酸化物半導体(CMOS)集積回路(IC)内に含まれる、項目31-37のいずれか1項に記載のデバイス。
(項目39)
前記チップはさらに、前記センサに隣接するバイオセンシング層を備え、前記バイオセンシング層は、複数のプローブを備える表面を備える、項目31-38のいずれか1項に記載のデバイス。
(項目40)
蛍光体は、前記複数のプローブの少なくとも1つのプローブに付着される、項目39に記載のデバイス。
(項目41)
前記複数のプローブは、少なくとも1つの制御プローブを備える、項目39-40のいずれか1項に記載のデバイス。
(項目42)
反応チャンバと、制御可能流体システムと、温度制御システムと、デジタルシステムとをさらに備える、項目39-41のいずれか1項に記載のデバイス。
(項目43)
前記反応チャンバは、サンプルと前記バイオチップを界面接触させ、前記界面接触は、前記サンプルと前記チップのバイオセンシング層との間の相互作用を備える、項目42に記載のデバイス。
(項目44)
前記制御可能流体システムは、少なくとも1つの試薬を前記反応チャンバの内および/または外に輸送する、項目42または43に記載のデバイス。
(項目45)
信号を検出するための方法であって、
(a)センサおよび電子シャッタを備えるチップをアクティブ化することであって、前記センサは、(i)所与の時間周期内に前記信号を検出し、(ii)前記信号によって発生された電荷を示すデータをもたらすように構成され、前記電子シャッタは、前記所与の時間周期に先立った時間周期内に励起パルスによって発生された電荷を備える、光誘発電荷を除去するように構成される、ことと、
(b)前記電子シャッタを使用して、前記所与の時間周期に先立った前記時間周期内の前記光誘発電荷を除去することと、
(c)前記センサを使用して、前記所与の時間周期内の前記信号を検出し、前記信号によって発生された前記電荷を示すデータをもたらすことと、
(d)前記データをメモリに伝送することと
を含む、方法。
(項目46)
前記センサは、時間ゲート蛍光(TGF)光センサである、項目45に記載の方法。
(項目47)
(c)はさらに、前記センサを使用して、前記信号によって発生された前記電荷を積分することを含む、項目45または46に記載の方法。
(項目48)
1回以上で(a)-(c)を繰り返すことをさらに含む、項目45-47のいずれか1項に記載の方法。
(項目49)
前記1回以上の回数は、約10回、50回、または100回を上回るまたはそれに等しい回数を備える、項目48に記載の方法。
(項目50)
前記チップを使用して、出力信号を発生させることをさらに含む、項目48-49のいずれか1項に記載の方法。
(項目51)
前記出力信号は、単一出力信号である、項目50に記載の方法。
(項目52)
前記チップは、複数の独立してアドレス指定可能な場所を備える、項目45-51のいずれか1項に記載の方法。
(項目53)
前記チップはさらに、付加的センサと、付加的電子シャッタとを備え、前記センサおよび前記電子シャッタは、前記複数の独立してアドレス指定可能な場所の第1の場所上に配置され、前記付加的センサおよび前記付加的電子シャッタは、前記独立してアドレス指定可能な場所の第2の場所上に配置される、項目52に記載の方法。
(項目54)
前記付加的電子シャッタを使用して、前記所与の時間周期に先立った前記時間周期内の付加的光誘発電荷を除去することをさらに含む、項目53に記載の方法。
(項目55)
前記付加的センサを使用して、前記所与の時間周期内に付加的信号によって発生された付加的電荷を検出し、前記付加的信号によって発生された前記付加的電荷を示す付加的データをもたらすことをさらに含む、項目54に記載の方法。
(項目56)
前記センサを使用して、前記付加的電荷を積分することをさらに含む、項目55に記載の方法。
(項目57)
前記複数の独立してアドレス指定可能な場所は、約100箇所、1,000箇所、または100,000箇所を上回るまたはそれに等しい場所を備える、項目52-56のいずれか1項に記載の方法。
(項目58)
前記複数の独立してアドレス指定可能な場所は、ピクセルである、約100箇所を上回るまたはそれに等しい場所を備える、項目52-57のいずれか1項に記載の方法。
(項目59)
時間ゲート蛍光(TGF)検出を動作させるための方法であって、
(a)表面と、少なくとも1つの光センサを備える集積回路(IC)とを備える、チップをアクティブ化することであって、前記ICは、電子シャッタを備える、ことと、
(b)励起光源からの励起光のパルスを前記表面に指向することと、
(c)第1の時間周期の間、前記電子シャッタを使用して、第1の光誘発電荷を前記光センサから除去することであって、前記第1の光誘発電荷は、前記第1の時間周期の間に前記励起光のパルスによって発生された電荷を備える、ことと、
(d)前記第1の時間周期に続く第2の時間周期の間、前記光センサ内で発生された第2の光誘発電荷を測定することであって、前記表面は、前記第2の時間周期の間、前記励起パルスに暴露されない、ことと、
(e)前記第2の時間周期の間、(d)において測定された前記第2の光誘発電荷を積分することと
を含む、方法。
(項目60)
前記積分することは、前記チップ内に備えられるサブ回路を使用することによって行われる、項目59に記載の方法。
(項目61)
1回以上で(a)-(e)を繰り返すことをさらに含む、項目59-60のいずれか1項に記載の方法。
(項目62)
前記1回以上の回数は、約10回、50回、または100回を上回るまたはそれに等しい回数を備える、項目61に記載の方法。
(項目63)
出力信号を発生させることをさらに含む、項目61-62のいずれか1項に記載の方法。
(項目64)
前記出力信号は、単一出力である、項目63に記載の方法。
(項目65)
前記サブ回路を1回リセットすることをさらに含む、項目60-64のいずれか1項に記載の方法。
(項目66)
前記サブ回路は、前記繰り返しの間、リセットされない、項目65に記載の方法。
(項目67)
前記サブ回路は、前記繰り返しのそれぞれの間、リセットされない、項目65に記載の方法。
(項目68)
(b)に先立って、前記サブ回路をリセットすることをさらに含む、項目65に記載の方法。
(項目69)
前記第1の時間周期と前記第2の時間周期との間には、間隙が存在する、項目59-68のいずれか1項に記載の方法。
(項目70)
前記積分することは、光電流を積分することを含む、項目59-69のいずれか1項に記載の方法。
(項目71)
前記積分された光電流をアナログフォーマットからデジタルフォーマットに変換することをさらに含む、項目70に記載の方法。
(項目72)
デバイスであって、
光源に動作可能に結合されたチップを備え、
前記チップは、センサを備え、
前記センサは、
(a)前記チップの表面と関連付けられる検体から1つ以上の信号を周期的に検出することであって、前記1つ以上の信号は、前記検体を前記光源に曝す間、またはそれに続いて生成される、ことと、
(b)(a)において検出された前記1つ以上の信号の少なくともサブセットを積分し、積分された信号を生成することと、
(c)前記積分された信号に基づいて、出力信号を発生させることと
を行うように構成される、デバイス。
(項目73)
前記チップは、統合された相補的金属酸化物半導体(CMOS)チップを備える、項目72に記載のデバイス。
(項目74)
前記出力信号は、単一出力信号である、項目72または73に記載のデバイス。
(項目75)
前記センサは、時間ゲート蛍光(TGF)センサである、項目72-74のいずれか1項に記載のデバイス。
(項目76)
前記デバイスは、前記チップに隣接して配置された光学フィルタを備えない、項目72-75のいずれか1項に記載のデバイス。
(項目77)
前記チップは、複数のセンサを備えるセンサアレイを備える、項目72-76のいずれか1項に記載のデバイス。
(項目78)
前記複数のセンサのそれぞれは、前記センサアレイの個々にアドレス指定可能な場所に配置される、項目77に記載のデバイス。
(項目79)
前記検体は、蛍光体を備える、項目72-77のいずれか1項に記載のデバイス。
(項目80)
前記出力信号は、前記蛍光体の寿命を測定するために使用される、項目79に記載のデバイス。
(項目81)
前記検体は、前記表面上に不動化される、項目72-80のいずれか1項に記載のデバイス。
(項目82)
前記1つ以上の信号は、蛍光光子を備える、項目72-81のいずれか1項に記載のデバイス。
(項目83)
前記センサは、前記蛍光光子を電気信号に変換するように構成されたトランスデューサを備える、項目82に記載のデバイス。
(項目84)
前記センサは、前記蛍光光子を電荷に変換するように構成されたトランスデューサを備える、項目82または項目83に記載のデバイス。
(項目85)
前記センサはさらに、前記1つ以上の信号を積分するように構成された積分器を備える、項目72-84のいずれか1項に記載のデバイス。
(項目86)
前記センサは、前記トランスデューサおよび前記積分器に動作可能に結合されたスイッチを備える、項目85に記載のデバイス。
(項目87)
前記スイッチは、前記電荷を前記トランスデューサから前記積分器に輸送する、項目86に記載のデバイス。
(項目88)
前記積分器は、付加的トランスデューサに動作可能に結合される、項目84-87のいずれか1項に記載のデバイス。
(項目89)
前記付加的トランスデューサは、前記電荷を電気信号に変換し、それによって、前記電気信号を備える前記出力信号を発生させる、項目88に記載のデバイス。
(項目90)
前記電気信号は、電圧を備える、項目89に記載のデバイス。
(項目91)
前記光源は、パルス化光源である、項目72-90のいずれか1項に記載のデバイス。
(項目92)
方法であって、
(a)センサを備えるチップをアクティブ化することであって、前記センサは、(i)前記チップの表面と関連付けられる検体から1つ以上の信号を周期的に検出することであって、前記1つ以上の信号は、前記検体を光源に曝す間、またはそれに続いて生成される、ことと、(ii)(i)において検出された前記1つ以上の信号の少なくともサブセットを積分し、積分された信号を生成することと、(iii)前記積分された信号に基づいて、出力信号を発生させることとを行うように構成される、ことと、
(b)前記光源を前記チップに指向し、前記1つ以上の信号を発生させることと、
(c)前記検体を前記光源に曝す間、またはそれに続いて、前記検体から前記1つ以上の信号を周期的に検出することと、
(d)前記1つ以上の信号の少なくとも前記サブセットを積分し、前記積分された信号を生成することと、
(e)前記積分された信号に基づいて、出力信号を発生させることと
を含む、方法。
(項目93)
前記光源は、パルス化光源である、項目92に記載の方法。
(項目94)
(c)は、所与の時間間隔において周期的に行われる、項目92-93のいずれか1項に記載の方法。
(項目95)
(c)は、前記パルス化光源がオフにされる度の間または後に生じる、項目93-94のいずれか1項に記載の方法。
(項目96)
(d)は、積分器を使用して行われる、項目92-95のいずれか1項に記載の方法。
(項目97)
(c)または(e)は、トランスデューサを使用して行われる、項目92-96のいずれか1項に記載の方法。
(項目98)
前記出力信号は、電気信号である、項目92-97のいずれか1項に記載の方法。
(項目99)
前記1つ以上の信号は、光学フィルタの通過の不在下で前記センサによって検出される、項目92-98のいずれか1項に記載の方法。
本発明は、例えば、以下を提供する。
(項目1)
溶液中の検体の有無を検出するためのデバイスであって、
電子シャッタを備えるセンサを備える、チップを備え、前記センサは、(i)第1の時間周期内に励起パルスへの前記溶液の暴露に応じて発生された前記溶液からの信号を収集することと、(ii)前記電子シャッタを用いて、前記センサ内において前記励起パルスによって第2の時間周期内に発生された光誘発電荷を除去することであって、前記第2の時間周期は、前記第1の時間周期と異なる、ことと、(iii)前記光誘発電荷が除去されることに続いて、少なくとも部分的に前記信号から導出される出力信号を発生させることとを行うように構成され、前記出力信号は、前記検体の前記有無を示す、デバイス。
(項目2)
前記第2の時間周期は、前記第1の時間周期に先行する、項目1に記載のデバイス。
(項目3)
前記第2の時間周期は、前記励起パルスの持続時間を上回る、項目1に記載のデバイス。
(項目4)
前記チップは、複数の個々にアドレス指定可能な場所を備え、
前記電子シャッタを備える前記センサは、前記複数の個々にアドレス指定可能な場所の第1の場所上に配置され、
付加的電子シャッタを備える付加的センサは、前記複数の個々にアドレス指定可能な場所の付加的場所上に配置される、項目1に記載のデバイス。
(項目5)
前記信号は、電気信号を備え、前記センサはさらに、前記溶液からの光学信号を前記電気信号に変換するように構成された少なくとも1つのトランスデューサを備える、項目1に記載のデバイス。
(項目6)
前記電子シャッタは、前記少なくとも1つのトランスデューサに動作可能に結合された電子シャッタスイッチを備え、前記電子シャッタスイッチは、前記電子シャッタスイッチへの電圧の印加に応じて、前記少なくとも1つのトランスデューサからの前記光誘発電荷の前記除去を促進するように構成される、項目5に記載のデバイス。
(項目7)
前記センサはさらに、前記電気信号を積分するように構成された少なくとも1つの積分器を備える、項目5に記載のデバイス。
(項目8)
前記センサはさらに、前記少なくとも1つのトランスデューサと前記少なくとも1つの積分器との間に配置され、それに動作可能に結合される、少なくとも1つの積分スイッチを備え、前記少なくとも1つの積分スイッチは、前記電気信号を前記少なくとも1つのトランスデューサから前記少なくとも1つの積分器に輸送するように構成される、項目7に記載のデバイス。
(項目9)
前記センサはさらに、前記少なくとも1つの積分器に動作可能に結合された少なくとも1つの付加的トランスデューサを備え、前記少なくとも1つの付加的トランスデューサは、前記少なくとも1つの積分器によって積分される前記電気信号を前記出力信号に変換するように構成される、項目7に記載のデバイス。
(項目10)
前記信号は、光誘発電荷を備え、前記出力信号は、電圧を備える、項目1に記載のデバイス。
(項目11)
前記チップは、相補的金属酸化物半導体(CMOS)集積回路(IC)内に含まれる、項目1に記載のデバイス。
(項目12)
前記チップはさらに、前記センサに隣接するバイオセンシング層を備え、前記バイオセンシング層は、前記検体に特異的に結合する少なくとも1つのプローブを備える、項目1に記載のデバイス。
(項目13)
前記信号は、少なくとも部分的に、前記検体と前記少なくとも1つのプローブの結合に応じて、前記検体と関連付けられる標識によって生成される光学信号から導出される、項目12に記載のデバイス。
(項目14)
前記標識は、蛍光体である、項目13に記載のデバイス。
(項目15)
前記信号は、少なくとも部分的に、前記検体と前記少なくとも1つのプローブの結合に応じて、前記少なくとも1つのプローブまたは前記検体からの光学信号またはその変化から導出される、項目12に記載のデバイス。
(項目16)
前記少なくとも1つのプローブは、エネルギードナーを備え、前記検体は、エネルギーアクセプタを備える、項目15に記載のデバイス。
(項目17)
前記エネルギードナーは、蛍光体であり、前記エネルギーアクセプタは、付加的蛍光体または消光体である、項目16に記載のデバイス。
(項目18)
前記バイオセンシング層は、少なくとも1つの制御プローブを備え、前記センサは、制御信号を前記少なくとも1つの制御プローブから収集し、前記制御信号を使用して前記収集された信号を正規化するように構成される、項目12に記載のデバイス。
(項目19)
前記少なくとも1つの制御プローブは、前記検体に結合しない、またはそれと相互作用しない、項目18に記載のデバイス。
(項目20)
反応チャンバと、制御可能流体ユニットと、温度制御ユニットと、デジタルユニットとをさらに備える、項目12に記載のデバイス。
(項目21)
前記反応チャンバは、前記溶液と前記チップを界面接触させるように構成され、前記界面接触は、前記検体と前記チップの前記バイオセンシング層との間の相互作用を備える、項目20に記載のデバイス。
(項目22)
前記制御可能流体ユニットは、前記溶液の少なくとも一部を前記反応チャンバの内外に輸送するように構成される、項目20に記載のデバイス。
(項目23)
前記デジタルユニットは、前記出力信号を前記チップから受信または記憶するように構成される、項目21に記載のデバイス。
(項目24)
前記チップは、(iii)に先立って、(i)-(ii)を複数回繰り返すように構成される、項目1に記載のデバイス。
(項目25)
前記出力信号は、単一出力である、項目24に記載のデバイス。
(項目26)
溶液中の検体の有無を検出するための方法であって、
(a)電子シャッタを備えるセンサを備える、チップをアクティブ化することであって、前記センサは、(i)第1の時間周期内に励起パルスへの前記溶液の暴露に応じて発生された信号を収集することと、(ii)前記電子シャッタを用いて、前記センサ内において前記励起パルスによって第2の時間周期内に発生された光誘発電荷を除去することであって、前記第2の時間周期は、前記第1の時間周期と異なる、ことと、(iii)前記光誘発電荷が除去されることに続いて、少なくとも部分的に前記信号から導出される出力信号を発生させることとを行うように構成され、前記出力信号は、前記検体の前記有無を示す、ことと、
(b)前記電子シャッタを用いて、前記励起パルスによって前記センサ内における前記第2の時間周期内に発生された光誘発電荷を除去することと、
(c)前記第1の時間周期内に前記励起パルスへの前記溶液の暴露に応じて発生された信号を収集することと、
(d)前記光誘発電荷が除去されることに続いて、少なくとも部分的に前記信号から導出される前記出力信号を発生させることであって、前記出力信号は、前記検体の前記有無を示す、ことと
を含む、方法。
(項目27)
前記センサは、時間ゲート蛍光(TGF)光センサである、項目26に記載の方法。
(項目28)
前記センサを使用して、(c)において収集された前記信号を積分することをさらに含む、項目26に記載の方法。
(項目29)
1回以上で(b)-(c)を繰り返すことをさらに含む、項目26に記載の方法。
(項目30)
前記1回以上の回数は、約100回を上回るまたはそれに等しい回数を備える、項目29に記載の方法。
(項目31)
信号を検出するためのデバイスであって、
センサおよび電子シャッタを備える、チップであって、前記センサは、(i)所与の時間周期内に前記信号を検出し、(ii)前記信号によって発生された電荷を示すデータをもたらすように構成され、前記電子シャッタは、前記所与の時間周期に先立った時間周期内に励起パルスによって発生された電荷を備える、光誘発電荷を除去するように構成される、チップと、
前記センサに動作可能に結合された読出回路網であって、前記読出回路網は、前記センサからのデータをメモリに伝送するように構成される、読出回路網と
を備える、デバイス。
(項目32)
前記読出回路網は、前記チップの一部である、項目31に記載のデバイス。
(項目33)
前記メモリは、前記読出回路網の外部にある、項目31または32に記載のデバイス。
(項目34)
前記チップは、複数の個々にアドレス指定可能な場所を備えるセンサアレイを備え、
前記センサおよび前記電子シャッタは、前記複数の個々にアドレス指定可能な場所の第1の場所上に配置され、
第2のセンサおよび第2の電子シャッタは、前記複数の個々にアドレス指定可能な場所の第2の場所上に配置される、項目31-33のいずれか1項に記載のデバイス。
(項目35)
前記センサはさらに、前記信号によって発生された前記電荷を積分するように構成される、項目31-34のいずれか1項に記載のデバイス。
(項目36)
前記センサは、積分スイッチを備える、項目31-35のいずれか1項に記載のデバイス。
(項目37)
前記センサは、少なくとも1つの光/電荷トランスデューサと、少なくとも1つの電荷積分器とを備え、前記少なくとも1つの積分スイッチは、前記少なくとも1つの光子/電荷トランスデューサと前記少なくとも1つの電荷積分器との間に位置する、項目36に記載のデバイス。
(項目38)
前記チップは、相補的金属酸化物半導体(CMOS)集積回路(IC)内に含まれる、項目31-37のいずれか1項に記載のデバイス。
(項目39)
前記チップはさらに、前記センサに隣接するバイオセンシング層を備え、前記バイオセンシング層は、複数のプローブを備える表面を備える、項目31-38のいずれか1項に記載のデバイス。
(項目40)
蛍光体は、前記複数のプローブの少なくとも1つのプローブに付着される、項目39に記載のデバイス。
(項目41)
前記複数のプローブは、少なくとも1つの制御プローブを備える、項目39-40のいずれか1項に記載のデバイス。
(項目42)
反応チャンバと、制御可能流体システムと、温度制御システムと、デジタルシステムとをさらに備える、項目39-41のいずれか1項に記載のデバイス。
(項目43)
前記反応チャンバは、サンプルと前記バイオチップを界面接触させ、前記界面接触は、前記サンプルと前記チップのバイオセンシング層との間の相互作用を備える、項目42に記載のデバイス。
(項目44)
前記制御可能流体システムは、少なくとも1つの試薬を前記反応チャンバの内および/または外に輸送する、項目42または43に記載のデバイス。
(項目45)
信号を検出するための方法であって、
(a)センサおよび電子シャッタを備えるチップをアクティブ化することであって、前記センサは、(i)所与の時間周期内に前記信号を検出し、(ii)前記信号によって発生された電荷を示すデータをもたらすように構成され、前記電子シャッタは、前記所与の時間周期に先立った時間周期内に励起パルスによって発生された電荷を備える、光誘発電荷を除去するように構成される、ことと、
(b)前記電子シャッタを使用して、前記所与の時間周期に先立った前記時間周期内の前記光誘発電荷を除去することと、
(c)前記センサを使用して、前記所与の時間周期内の前記信号を検出し、前記信号によって発生された前記電荷を示すデータをもたらすことと、
(d)前記データをメモリに伝送することと
を含む、方法。
(項目46)
前記センサは、時間ゲート蛍光(TGF)光センサである、項目45に記載の方法。
(項目47)
(c)はさらに、前記センサを使用して、前記信号によって発生された前記電荷を積分することを含む、項目45または46に記載の方法。
(項目48)
1回以上で(a)-(c)を繰り返すことをさらに含む、項目45-47のいずれか1項に記載の方法。
(項目49)
前記1回以上の回数は、約10回、50回、または100回を上回るまたはそれに等しい回数を備える、項目48に記載の方法。
(項目50)
前記チップを使用して、出力信号を発生させることをさらに含む、項目48-49のいずれか1項に記載の方法。
(項目51)
前記出力信号は、単一出力信号である、項目50に記載の方法。
(項目52)
前記チップは、複数の独立してアドレス指定可能な場所を備える、項目45-51のいずれか1項に記載の方法。
(項目53)
前記チップはさらに、付加的センサと、付加的電子シャッタとを備え、前記センサおよび前記電子シャッタは、前記複数の独立してアドレス指定可能な場所の第1の場所上に配置され、前記付加的センサおよび前記付加的電子シャッタは、前記独立してアドレス指定可能な場所の第2の場所上に配置される、項目52に記載の方法。
(項目54)
前記付加的電子シャッタを使用して、前記所与の時間周期に先立った前記時間周期内の付加的光誘発電荷を除去することをさらに含む、項目53に記載の方法。
(項目55)
前記付加的センサを使用して、前記所与の時間周期内に付加的信号によって発生された付加的電荷を検出し、前記付加的信号によって発生された前記付加的電荷を示す付加的データをもたらすことをさらに含む、項目54に記載の方法。
(項目56)
前記センサを使用して、前記付加的電荷を積分することをさらに含む、項目55に記載の方法。
(項目57)
前記複数の独立してアドレス指定可能な場所は、約100箇所、1,000箇所、または100,000箇所を上回るまたはそれに等しい場所を備える、項目52-56のいずれか1項に記載の方法。
(項目58)
前記複数の独立してアドレス指定可能な場所は、ピクセルである、約100箇所を上回るまたはそれに等しい場所を備える、項目52-57のいずれか1項に記載の方法。
(項目59)
時間ゲート蛍光(TGF)検出を動作させるための方法であって、
(a)表面と、少なくとも1つの光センサを備える集積回路(IC)とを備える、チップをアクティブ化することであって、前記ICは、電子シャッタを備える、ことと、
(b)励起光源からの励起光のパルスを前記表面に指向することと、
(c)第1の時間周期の間、前記電子シャッタを使用して、第1の光誘発電荷を前記光センサから除去することであって、前記第1の光誘発電荷は、前記第1の時間周期の間に前記励起光のパルスによって発生された電荷を備える、ことと、
(d)前記第1の時間周期に続く第2の時間周期の間、前記光センサ内で発生された第2の光誘発電荷を測定することであって、前記表面は、前記第2の時間周期の間、前記励起パルスに暴露されない、ことと、
(e)前記第2の時間周期の間、(d)において測定された前記第2の光誘発電荷を積分することと
を含む、方法。
(項目60)
前記積分することは、前記チップ内に備えられるサブ回路を使用することによって行われる、項目59に記載の方法。
(項目61)
1回以上で(a)-(e)を繰り返すことをさらに含む、項目59-60のいずれか1項に記載の方法。
(項目62)
前記1回以上の回数は、約10回、50回、または100回を上回るまたはそれに等しい回数を備える、項目61に記載の方法。
(項目63)
出力信号を発生させることをさらに含む、項目61-62のいずれか1項に記載の方法。
(項目64)
前記出力信号は、単一出力である、項目63に記載の方法。
(項目65)
前記サブ回路を1回リセットすることをさらに含む、項目60-64のいずれか1項に記載の方法。
(項目66)
前記サブ回路は、前記繰り返しの間、リセットされない、項目65に記載の方法。
(項目67)
前記サブ回路は、前記繰り返しのそれぞれの間、リセットされない、項目65に記載の方法。
(項目68)
(b)に先立って、前記サブ回路をリセットすることをさらに含む、項目65に記載の方法。
(項目69)
前記第1の時間周期と前記第2の時間周期との間には、間隙が存在する、項目59-68のいずれか1項に記載の方法。
(項目70)
前記積分することは、光電流を積分することを含む、項目59-69のいずれか1項に記載の方法。
(項目71)
前記積分された光電流をアナログフォーマットからデジタルフォーマットに変換することをさらに含む、項目70に記載の方法。
(項目72)
デバイスであって、
光源に動作可能に結合されたチップを備え、
前記チップは、センサを備え、
前記センサは、
(a)前記チップの表面と関連付けられる検体から1つ以上の信号を周期的に検出することであって、前記1つ以上の信号は、前記検体を前記光源に曝す間、またはそれに続いて生成される、ことと、
(b)(a)において検出された前記1つ以上の信号の少なくともサブセットを積分し、積分された信号を生成することと、
(c)前記積分された信号に基づいて、出力信号を発生させることと
を行うように構成される、デバイス。
(項目73)
前記チップは、統合された相補的金属酸化物半導体(CMOS)チップを備える、項目72に記載のデバイス。
(項目74)
前記出力信号は、単一出力信号である、項目72または73に記載のデバイス。
(項目75)
前記センサは、時間ゲート蛍光(TGF)センサである、項目72-74のいずれか1項に記載のデバイス。
(項目76)
前記デバイスは、前記チップに隣接して配置された光学フィルタを備えない、項目72-75のいずれか1項に記載のデバイス。
(項目77)
前記チップは、複数のセンサを備えるセンサアレイを備える、項目72-76のいずれか1項に記載のデバイス。
(項目78)
前記複数のセンサのそれぞれは、前記センサアレイの個々にアドレス指定可能な場所に配置される、項目77に記載のデバイス。
(項目79)
前記検体は、蛍光体を備える、項目72-77のいずれか1項に記載のデバイス。
(項目80)
前記出力信号は、前記蛍光体の寿命を測定するために使用される、項目79に記載のデバイス。
(項目81)
前記検体は、前記表面上に不動化される、項目72-80のいずれか1項に記載のデバイス。
(項目82)
前記1つ以上の信号は、蛍光光子を備える、項目72-81のいずれか1項に記載のデバイス。
(項目83)
前記センサは、前記蛍光光子を電気信号に変換するように構成されたトランスデューサを備える、項目82に記載のデバイス。
(項目84)
前記センサは、前記蛍光光子を電荷に変換するように構成されたトランスデューサを備える、項目82または項目83に記載のデバイス。
(項目85)
前記センサはさらに、前記1つ以上の信号を積分するように構成された積分器を備える、項目72-84のいずれか1項に記載のデバイス。
(項目86)
前記センサは、前記トランスデューサおよび前記積分器に動作可能に結合されたスイッチを備える、項目85に記載のデバイス。
(項目87)
前記スイッチは、前記電荷を前記トランスデューサから前記積分器に輸送する、項目86に記載のデバイス。
(項目88)
前記積分器は、付加的トランスデューサに動作可能に結合される、項目84-87のいずれか1項に記載のデバイス。
(項目89)
前記付加的トランスデューサは、前記電荷を電気信号に変換し、それによって、前記電気信号を備える前記出力信号を発生させる、項目88に記載のデバイス。
(項目90)
前記電気信号は、電圧を備える、項目89に記載のデバイス。
(項目91)
前記光源は、パルス化光源である、項目72-90のいずれか1項に記載のデバイス。
(項目92)
方法であって、
(a)センサを備えるチップをアクティブ化することであって、前記センサは、(i)前記チップの表面と関連付けられる検体から1つ以上の信号を周期的に検出することであって、前記1つ以上の信号は、前記検体を光源に曝す間、またはそれに続いて生成される、ことと、(ii)(i)において検出された前記1つ以上の信号の少なくともサブセットを積分し、積分された信号を生成することと、(iii)前記積分された信号に基づいて、出力信号を発生させることとを行うように構成される、ことと、
(b)前記光源を前記チップに指向し、前記1つ以上の信号を発生させることと、
(c)前記検体を前記光源に曝す間、またはそれに続いて、前記検体から前記1つ以上の信号を周期的に検出することと、
(d)前記1つ以上の信号の少なくとも前記サブセットを積分し、前記積分された信号を生成することと、
(e)前記積分された信号に基づいて、出力信号を発生させることと
を含む、方法。
(項目93)
前記光源は、パルス化光源である、項目92に記載の方法。
(項目94)
(c)は、所与の時間間隔において周期的に行われる、項目92-93のいずれか1項に記載の方法。
(項目95)
(c)は、前記パルス化光源がオフにされる度の間または後に生じる、項目93-94のいずれか1項に記載の方法。
(項目96)
(d)は、積分器を使用して行われる、項目92-95のいずれか1項に記載の方法。
(項目97)
(c)または(e)は、トランスデューサを使用して行われる、項目92-96のいずれか1項に記載の方法。
(項目98)
前記出力信号は、電気信号である、項目92-97のいずれか1項に記載の方法。
(項目99)
前記1つ以上の信号は、光学フィルタの通過の不在下で前記センサによって検出される、項目92-98のいずれか1項に記載の方法。
Claims (26)
- 溶液中の検体の有無を検出するためのデバイスであって、
電子シャッタを備えるセンサを備えるチップであって、前記センサは、(i)第1の時間周期内に励起パルスへの前記溶液の暴露に応じて発生された前記溶液からの信号を収集することと、(ii)前記電子シャッタを用いて、前記センサ内において前記励起パルスによって第2の時間周期内に発生された光誘発電荷を除去することであって、前記第2の時間周期は、前記第1の時間周期と異なる、ことと、(iii)前記光誘発電荷が除去されることに続いて、少なくとも部分的に前記信号から導出される出力信号を発生させることとを行うように構成され、前記出力信号は、前記検体の前記有無を示す、チップと、
前記センサに隣接するバイオセンシング層であって、前記バイオセンシング層は、前記検体に特異的に結合する少なくとも1つのプローブを備える、バイオセンシング層と
を備える、デバイス。 - 前記第2の時間周期は、前記第1の時間周期に先行する、請求項1に記載のデバイス。
- 前記第2の時間周期は、前記励起パルスの持続時間を上回る、請求項1に記載のデバイス。
- 前記チップは、複数の個々にアドレス指定可能な場所を備え、
前記電子シャッタを備える前記センサは、前記複数の個々にアドレス指定可能な場所の第1の場所上に配置され、
付加的電子シャッタを備える付加的センサは、前記複数の個々にアドレス指定可能な場所の付加的場所上に配置される、請求項1に記載のデバイス。 - 前記信号は、電気信号を備え、前記センサは、前記溶液からの光学信号を前記電気信号に変換するように構成された少なくとも1つのトランスデューサをさらに備える、請求項1に記載のデバイス。
- 前記電子シャッタは、前記少なくとも1つのトランスデューサに動作可能に結合された電子シャッタスイッチを備え、前記電子シャッタスイッチは、前記電子シャッタスイッチへの電圧の印加に応じて、前記少なくとも1つのトランスデューサからの前記光誘発電荷の前記除去を促進するように構成される、請求項5に記載のデバイス。
- (ii)は、前記電子シャッタを使用して前記光学信号または前記電気信号を選択的に廃棄することをさらに含む、請求項6に記載のデバイス。
- 前記センサは、前記電気信号を積分するように構成された少なくとも1つの積分器をさらに備える、請求項5に記載のデバイス。
- 前記センサは、前記少なくとも1つのトランスデューサと前記少なくとも1つの積分器との間に配置され、それに動作可能に結合される、少なくとも1つの積分スイッチをさらに備え、前記少なくとも1つの積分スイッチは、前記電気信号を前記少なくとも1つのトランスデューサから前記少なくとも1つの積分器に輸送するように構成される、請求項8に記載のデバイス。
- (ii)は、前記積分器を使用して周期的に前記電気信号を積分することをさらに含む、請求項9に記載のデバイス。
- 前記センサは、前記少なくとも1つの積分器に動作可能に結合された少なくとも1つの付加的トランスデューサをさらに備え、前記少なくとも1つの付加的トランスデューサは、前記少なくとも1つの積分器によって積分される前記電気信号を前記出力信号に変換するように構成される、請求項8に記載のデバイス。
- 前記信号は、光誘発電荷を備え、前記出力信号は、電圧を備える、請求項1に記載のデバイス。
- 前記チップは、相補的金属酸化物半導体(CMOS)集積回路(IC)内に含まれる、請求項1に記載のデバイス。
- 前記信号は、少なくとも部分的に、前記検体と前記少なくとも1つのプローブの結合に応じて、前記検体と関連付けられる標識によって生成される光学信号から導出される、請求項1に記載のデバイス。
- 前記標識は、蛍光体である、請求項14に記載のデバイス。
- 前記信号は、少なくとも部分的に、前記検体と前記少なくとも1つのプローブの結合に応じて、前記少なくとも1つのプローブまたは前記検体からの光学信号またはその変化から導出される、請求項1に記載のデバイス。
- 前記少なくとも1つのプローブは、エネルギードナーを備え、前記検体は、エネルギーアクセプタを備える、請求項16に記載のデバイス。
- 前記エネルギードナーは、蛍光体であり、前記エネルギーアクセプタは、付加的蛍光体または消光体である、請求項17に記載のデバイス。
- 前記バイオセンシング層は、少なくとも1つの制御プローブを備え、前記センサは、制御信号を前記少なくとも1つの制御プローブから収集し、前記制御信号を使用して前記収集された信号を正規化するように構成される、請求項1に記載のデバイス。
- 前記少なくとも1つの制御プローブは、前記検体に結合しない、またはそれと相互作用しない、請求項19に記載のデバイス。
- 反応チャンバと、制御可能流体ユニットと、温度制御ユニットと、デジタルユニットとをさらに備える、請求項1に記載のデバイス。
- 前記反応チャンバは、前記溶液と前記チップを界面接触させるように構成され、前記界面接触は、前記検体と前記チップの前記バイオセンシング層との間の相互作用を備える、請求項21に記載のデバイス。
- 前記制御可能流体ユニットは、前記溶液の少なくとも一部を前記反応チャンバの内外に輸送するように構成される、請求項21に記載のデバイス。
- 前記デジタルユニットは、前記出力信号を前記チップから受信または記憶するように構成される、請求項22に記載のデバイス。
- 前記チップは、(iii)に先立って、(i)-(ii)を複数回繰り返すように構成される、請求項1に記載のデバイス。
- 前記出力信号は、単一出力である、請求項25に記載のデバイス。
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