KR20210113421A - 2개의 필터 광 검출 디바이스 및 그에 관한 방법 - Google Patents

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Abstract

광 검출 디바이스 및 해당 방법이 제공된다. 디바이스는 반응 용액 및 반응 용액과의 처리 이후 입사하는 여기 광에 응답하여 광 방출을 발생시키는 적어도 하나의 반응 장소를 포함하는 반응 구조체를 포함한다. 디바이스는 또한 복수의 광 센서 및 디바이스 회로부를 포함한다. 디바이스는 적어도 하나의 대응하는 반응 리세스로부터 여기 광 및 광 방출을 수신하는 입력 영역으로부터 적어도 하나의 대응하는 광 센서를 향해 뻗어있는 복수의 광 가이드를 더 포함한다. 복수의 광 가이드는 여기 광을 필터링하고 제1 파장의 광 방출이 적어도 하나의 대응하는 광 센서로 통과하게 하는 제1 필터 영역, 및 여기 광을 필터링하고 제2 파장의 광 방출이 적어도 하나의 대응하는 광 센서로 통과하게 하는 제2 필터 영역을 포함한다.

Description

2개의 필터 광 검출 디바이스 및 그에 관한 방법{Two-Filter Light Detection Devices and Methods Related to Same}
본 특허출원은 2017년 12월 22일자로 출원되고 발명의 명칭이 2개의 필터 광 검출 디바이스 및 그 제조방법인 미국 가특허출원 제62/609,903호 및 2018년 3월 20일자로 출원되고 발명의 명칭이 2개의 필터 광 검출 디바이스 및 그 제조방법인 네덜란드출원 제2020625호에 대한 우선권을 주장한다. 상기 출원들 각각의 전체 내용이 본 명세서에 참조로 통합되어 있다.
생물학적 또는 화학적 연구에서의 다양한 프로토콜은 국소 지지 표면 또는 기정의된 반응 챔버 내에서 다수의 제어된 반응을 수행하는 것을 포함한다.　이후, 지정된 반응이 관찰 또는 검출될 수 있고, 후속 분석은 반응에 관여하는 화학 물질의 특성을 식별 또는 밝히는 것을 도울 수 있다.　예를 들어, 일부 멀티플렉스 분석에서, 식별가능한 표지(예를 들어, 형광 표지)를 갖는 미지의 분석물은 제어된 조건하에서 수천 개의 공지된 프로브에 노출될 수 있다.　각각의 공지된 프로브는 마이크로플레이트의 해당 웰에 증착될 수 있다.　웰 내의 공지된 프로브와 미지의 분석물 사이에서 발생하는 임의의 화학 반응을 관찰하면 분석물의 특성을 확인 또는 밝히는데 도움이 될 수 있다.　이러한 프로토콜의 다른 예들은 가령 시퀀싱-바이-시퀀스(SBS) 또는 사이클릭-어레이 시퀀싱(cyclic-array sequencing)과 같은 공지된 DNA 시퀀싱 프로세스를 포함한다.
몇몇 종래의 형광 검출 프로토콜에서, 광학 시스템은 형광 표지된 분석물 상에 여기 광을 지향시키고 또한 분석물로부터 방출할 수 있는 형광 신호를 검출하는데 사용된다.　그러나, 이러한 광학 시스템은 비교적 비용이 많이 들 수 있고　비교적　큰 벤치탑 풋프린트(benchtop footprint)를　포함할 수 있다.　예를 들어,　이러한 광학 시스템은 렌즈, 필터 및 광원의 배열을 포함할 수 있다.
　제안된 다른 검출 시스템에서, 제어된 반응은 형광 방출을 지향시키는 대형 광학 어셈블리를 포함하지 않는 전자식 고체 광 검출기 또는 이미저(예컨대, 상보성 금속산화물 반도체(CMOS) 검출기 또는 전하결합소자(CCD) 검출기) 상에 제공되는 국부 지지면 또는 기정의된 반응 챔버에서 발생한다. 그러나,　이러한　제안된 고체 이미징 시스템은 일부　제한을　가질 수 있다.　예를 들어, 이러한 시스템의 전자 디바이스에 위치하는 분석물에 대한 형광 전달 시약(예컨대, 형광-표지 분자)은 문제를 야기할 수 있다. 일부 시나리오에서, 예를 들어 시약 용액은 전자 디바이스를 파괴하고 그 구성요소를 부식시킬 수 있다.
본 명세서의 일 태양으로, 디바이스가 제공된다. 디바이스는 반응 용액 및 반응 용액과의 처리 이후 입사하는 여기 광에 응답하여 광 방출을 발생시키는 복수의 반응 장소를 포함하는 반응 구조체를 포함한다. 반응 용액은 반응을 개시하고/하거나 여기 광에 응답하여 광 방출을 발생시키는 반응 장소에서 반응물을 형성한다. 반응 구조체는 디바이스의 디바이스 베이스상에 위치한다. 또한, 디바이스는 디바이스 베이스 내에 복수의 광 센서를 포함하고, 복수의 광 센서와 전기 연결되며 광 센서에 의해 검출된 광자에 기반하여 데이터 신호를 전송하도록 구성되는 디바이스 베이스 내 디바이스 회로부를 포함한다. 디바이스는 적어도 하나의 대응하는 반응 장소로부터 여기 광 및 광 방출을 수신하는 입력 영역을 가진 복수의 광 가이드를 더 포함하는데, 광 가이드는 적어도 하나의 대응하는 광 센서를 향해 입력 영역으로부터 디바이스 베이스로 뻗어있다. 복수의 광 가이드는 각각 적어도 제1 파장의 여기 광을 필터링하고 제2 파장의 광 방출이 적어도 하나의 대응하는 광 센서로 통과하게 하는, 제1 필터 물질로 형성된 제1 필터 영역 및 적어도 제1 파장의 여기 광을 필터링하고 제3 파장의 광 방출이 적어도 하나의 대응하는 광 센서로 통과하게 하는, 제2 필터 물질로 형성된 제2 필터 영역을 포함한다.
일부 예로, 복수의 반응 장소 중 적어도 하나의 제1 반응 장소는 반응 용액과의 처리 이후(예컨대, 반응 용액이 반응을 개시했고/했거나 반응 장소에서 적어도 하나의 반응물을 형성한 이후) 제1 파장의 여기 광에 응답하여 적어도 제2 및 제3 파장의 광을 방출한다. 일부 예로, 복수의 반응 장소 중 적어도 하나의 제1 반응 장소는 반응 용액과의 처리 이후 제1 파장 및 제4 파장의 여기 광에 응답하여 적어도 제2 및 제3 파장의 광을 각각 방출한다. 일부 예로, 복수의 반응 장소 중 적어도 하나의 제1 반응 장소는 반응 용액과의 처리 이후 제1 파장의 여기 광에 응답하여 제2 파장의 광 방출을 방출하고, 복수의 반응 장소 중 적어도 하나의 제2 반응 장소는 반응 용액과의 처리 이후 제4 파장의 여기 광에 응답하여 제3 파장의 광 방출을 방출한다.
일부 예로, 디바이스는 제1 영역의 하단 부분 주위에서 아래로 뻗어있는 광 가이드의 하단 부분 내에 지지층을 더 포함한다. 일부 이런 예에서, 지지층은 산화물, 질화물 또는 이들의 결합으로 구성된다. 다른 이런 예에서, 광 가이드의 제2 영역이 제1 영역 주위에서 지지층 위로 뻗어있다. 일부 이런 예에서, 제1 영역 및 제2 영역은 광 가이드의 입력 영역을 형성한다.
일부 예로, 디바이스는 광 가이드의 하단 부분에서 지지층과 디바이스 회로부 사이에 위치하고, 광 가이드의 상단 부분 내에서 제2 필터 영역과 디바이스 회로부 사이에 위치하는 제2 라이너 층을 더 포함한다. 일부 이런 예에서, 제2 라이너 층은 실리콘 질화물 차폐층을 포함한다. 일부 예로, 디바이스 베이스의 디바이스 회로부는 상보성 금속산화물 반도체(CMOS) 회로를 형성한다.
일부 예로, 제1 필터 물질은 제3 파장의 광 방출을 더 필터링하고, 제2 필터 물질은 제2 파장의 광 방출을 더 필터링한다. 일부 예로, 제1 필터 물질은 제1 염색제를 가진 폴리머 물질이고, 제2 필터 물질은 제1 염색제와 다른 제2 염색제를 가진 폴리머 물질이다. 일부 예로, 복수의 반응 장소는 각각 반응 구조체의 적어도 하나의 반응 리세스 내에서 반응 구조체에 고정화(immobilized)된다.
일부 예로, 반응 용액은 반응을 개시하고/하거나, 입사하는 여기 광에 응답하여 제2 파장과 제3 파장의 광 방출들을 발생시키는 반응 장소에서의 반응물을 형성한다. 일부 이런 예에서, 적어도 하나의 반응 장소는 적어도 하나의 분석물을 포함하고, 반응 용액은 적어도 하나의 형광-표지된 분자를 포함하는 수용액을 포함한다. 일부 이런 예에서, 적어도 하나의 분석물은 올리고뉴클레오티드를 포함하고, 적어도 하나의 형광-표지된 분자는 형광-표지된 뉴클레오티드를 포함한다.
본 명세서의 또 다른 태양으로, 바이오센서가 제공된다. 바이오센서는 상술한 디바이스들 중 어느 하나를 포함한다. 또한, 바이오센서는 디바이스에 실장되는 플로우 셀 및 반응 구조체에 포함되는 반응 장소를 포함한다. 플로우 셀은 반응 용액 및 반응 용액을 인도하기 위해 반응 구조체의 반응 장소와 유체 소통하는 적어도 하나의 플로우 채널을 포함한다.
본 명세서의 또 다른 태양으로, 방법이 제공된다. 방법은 복수의 광 센서 및 광 센서에 의해 검출되는 광자에 기반하여 데이터 신호를 전송하기 위해 광 센서와 전기 연결되는 디바이스 회로부를 포함하는 디바이스 베이스 내에 복수의 트렌치를 형성하는 단계를 포함한다. 복수의 트렌치는 디바이스 베이스의 상단면으로부터 적어도 하나의 대응하는 광 센서를 향해 각각 뻗어있다. 방법은 또한 복수의 트렌치의 내부면 위에 지지층을 증착하는 단계를 포함한다. 방법은 적어도 제1 파장의 광을 필터링하고 제2 파장의 광이 적어도 하나의 대응하는 광 센서로 통과하게 하는 제1 필터 물질로 증착된 지지층 위의 복수의 트렌치를 채우는 단계를 더 포함한다. 방법은 또한 디바이스 베이스와 제1 필터 물질 사이에 위치하는 복수의 트렌치 내 증착된 지지층의 상단 부분을 제거하여 복수의 보이드를 형성하는 단계를 포함한다. 방법은 적어도 제1 파장의 광을 필터링하고 제3 파장의 광이 적어도 하나의 대응하는 광 센서로 통과하게 하는 제2 필터 물질로 복수의 보이드를 채워서 복수의 광 가이드를 형성하는 단계를 더 포함한다. 방법은 또한 반응 용액 및 적어도 제1 파장의 입사하는 여기 광에 응답하여 반응 용액과의 처리 이후 제2 파장과 제3 파장 중 적어도 하나의 광을 발생시키는 적어도 하나의 반응 장소를 포함하기 위해 디바이스 베이스 및 복수의 광 가이드 위에 반응 구조체를 형성하는 단계를 포함한다.
일부 예로, 적어도 하나의 제1 반응 장소는 반응 용액과의 처리 이후(예컨대, 반응 용액이 반응을 개시했고/했거나 반응 장소에서 적어도 하나의 반응물을 형성한 이후) 제1 파장의 여기 광에 응답하여 적어도 제2 및 제3 파장의 광을 방출한다. 일부 예로, 적어도 하나의 제1 반응 장소는 반응 용액과의 처리 이후 제1 파장 및 제4 파장의 여기 광에 응답하여 적어도 제2 및 제3 파장의 광을 각각 방출한다. 일부 예로, 적어도 하나의 제1 반응 장소는 반응 용액과의 처리 이후 제1 파장의 여기 광에 응답하여 제2 파장의 광 방출을 방출하고, 복수의 반응 장소 중 적어도 하나의 제2 반응 장소는 반응 용액과의 처리 이후 제4 파장의 여기 광에 응답하여 제3 파장의 광 방출을 방출한다.
일부 예로, 복수의 트렌치 내 증착된 지지층의 상단 부분을 제거하는 것은 제1 영역의 하단 부분 주위에서 아래로 뻗어있는 지지층 부분을 형성한다. 일부 예로, 방법은 지지층이 제2 라이너 층 상에 뻗어있도록 지지층을 증착하기 전에 복수의 트렌치의 내부면 위에 그리고 디바이스 베이스의 상단면 위에 제2 라이너 층을 증착하는 단계를 더 포함한다. 일부 예로, 제1 필터 물질은 제2 파장의 광을 더 필터링하고, 제2 필터 물질은 제1 파장의 광을 더 필터링한다. 일부 예로, 제1 필터 물질은 제1 염색제를 가진 폴리머 물질이고, 제2 필터 물질은 제1 염색제와 다른 제2 염색제를 가진 폴리머 물질이다.
하기에 더 상세히 논의되는 상술한 태양 및 추가 개념들의 모든 조합(이런 개념들은 상호 일관성 있게 제공됨)은 본 명세서에 개시되는 발명의 요지의 일부로서 고려된다는 점이 이해되어야 한다.
본 명세서의 이들 및 다른 목적, 특징 및 이점은 참조도면과 함께 본 명세서의 다양한 태양들의 하기의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 내용 중에 포함되어 있다.
본 발명의 이들 및 다른 특징, 태양 및 이점은 하기의 상세한 설명이 첨부도면을 참조로 판독될 때 더 잘 이해될 것이며, 첨부도면은 반드시 일정한 비율로 그려진 것은 아니며 유사한 참조번호는 도면 전체에서 유사한 태양을 나타낸다.
도 1은 일 예로 본 명세서에 따른 바이오센서의 단면도를 나타낸다.
도 2는 일 예로 도 1의 바이오센서의 디바이스 베이스의 상면도를 나타낸다.
도 3은 일 예로 반응 구조체 및 그 광 가이드의 일부를 도시하는 도 1의 바이오센서의 일부의 측단면도를 나타낸다.
도 4는 일 예로 광 가이드 어레이를 도시하는 도 1의 바이오센서의 일부의 상부 단면도를 나타낸다.
도 5는 일 예로 반응 구조체의 반응 용액을 포함하는 도 3의 단면의 확대도를 나타낸다.
도 6은 일 예로 광 검출 이벤트를 포함하는 도 3의 단면의 확대도를 나타낸다.
도 7은 일 예로 본 명세서에 따라 바이오센서를 제조하는 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 8은 일 예로 광 검출 디바이스 베이스 내 트렌치의 형성을 도시한다.
도 9는 일 예로 도 8의 디바이스 베이스의 트렌치 내 제1 라이너의 형성을 도시한다.
도 10은 일 예로 도 9의 디바이스 베이스의 트렌치 내 제2 라이너의 형성을 도시한다.
도 11은 일 예로 제1 필터 영역을 형성하도록 도 10의 라이너 처리된 트렌치를 제1 필터 물질로 채우는 것을 도시한다.
도 12는 일 예로 도 11의 디바이스 베이스의 트렌치 내 캐비티를 형성하도록 제2 라이너의 상단 부분을 제거하는 것을 도시한다.
도 13은 일 예로 제1 필터 영역과 제2 필터 영역을 가진 광 가이드를 형성하도록 도 12의 디바이스 베이스의 트렌치의 캐비티를 제2 필터 물질로 채우는 것을 도시한다.
본　명세서의　태양들　및 특정　예들,　특징들, 이점들 및 그 세부사항들은 첨부도면에 도시된 비-제한적인 예들을 참조하여 하기에 더 완전하게 설명된다. 널리 공지된 물질, 제조 툴, 처리 기술 등에 대한 설명은 관련 세부사항을 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해 생략된다.　그러나, 본　명세서의　양태를 나타내면서 상세한 설명 및 특정 예는 단지 예시의 방식으로 제공되며 제한적인 것이 아님을　이해해야 한다.　기본이 되는 발명 요지의 사상 및/또는 범위 내에서 다양한 치환, 변경, 부가 및/또는 배열은 본　명세서로부터 당업자에게 명백할 것이다.
본 명세서에 걸쳐 사용되는 근사화 언어가　관련되는 기본 기능의 변화를 발생시키지 않고 허용되게 변화시킬 수 있는 임의의 양적 표현을 변경하도록 적용될 수 있다. 따라서, "약" 또는 "실질적으로"와 같은 용어 또는 용어들에 의해 변경된 값은 명시된 정확한 값으로 제한되지 않는다.　예를 들어, 이런　용어들은 ±5% 이하, 예컨대 ±2% 이하, 예컨대　±1% 이하, 예컨대 ±0.5% 이하, 예컨대 ±0.2% 이하, 예컨대 ±0.1% 이하, 예컨대 ±0.05% 이하를 지칭할 수 있다. 일부 예에서, 근사화 언어는 값을 측정하기 위한 기기의 정밀도에 해당할 수 있다.
본　명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 예를 설명하기 위한 것이며 제한하고자 하는 것이 아니다.　본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 단수 표현("a", "an" 및 "the")는 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수 표현을 포함하는 것으로 의도된다.　또한, "일　예"라는 언급은 기술된 특징들을 더 통합하는　추가　예의　존재를 배제하는 것으로 해석되지 않는다.　더욱이, 반대로 명시적으로 언급되지 않는 한, 용어들 "포함하는(comprising)"(그리고 "포함한다" 및 "포함한"과 같은 "포함한다"의 임의의 형태), "가지고 있다(have)"(그리고 "가진다" 및 "가지는"과 같은 "가지고 있다"의 임의의 형태), "포함한다(include)"(그리고 "포함한다" 및 "포함하는"과 같이 "포함한다"의 임의의 형태) 및 "포함한다(contain)"(그리고 "포함한다" 및 "포함하는"과 같이 "포함한다"의 임의의 형태)는 개방형 연결 동사로 사용된다. 그 결과,　하나 이상의 단계 및 구성요소를 "포함하는(comprising)", "가지고 있다(have)", "포함하는(include)" 및 "포함하는(contain)" 임의의 예들은 이러한 하나 이상의 단계 및 구성요소를 구비하지만, 이런 하나 이상의 단계 및 구성요소만을 구비하는 것으로 제한되지 않는다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어들 "할 수 있다(may)" 및 "될 수 있다(may be)"는 일련의 상황 내에서 발생할 가능성; 특정 성질, 특징 또는 기능을 가질 가능성; 및/또는 적격 동사와 관련된 하나 이상의 능력, 성능 또는 가능성을 표현하여 또 다른 동사를 한정할 가능성을 나타낸다. 따라서, "할 수 있다(may)" 및 "될 수 있다(may be)"의 사용은 변경된 용어가 어떤 경우에는 때때로 적절하거나 가능하거나 적합하지 않을 수 있음을 고려하면서 변경된 용어가 지시된 능력, 기능 또는 사용에 명백하게 적절하거나, 가능하거나, 적합하다는 것을 나타낸다. 예를 들어, 어떤 상황에서는 이벤트 또는 능력이 예상될 수 있지만, 다른 상황에서는 이벤트 또는 능력이 발생할 수 없다. 이러한 구별은 "할 수 있다(may)" 및 "될 수 있다(may be)"라는 용어로 포착된다.
본 명세서에 기술된 예들은　학문적 또는 상업적 분석을 위해 다양한 생물학적 또는 화학적 프로세스 및 시스템에서 사용될 수 있다.　더 구체적으로,　본 명세서에 기술된　예들은 지정된 반응을 나타내는 이벤트, 성질, 품질 또는 특성을 검출하는 것이 바람직한 다양한 프로세스 및 시스템에서 사용될 수 있다.　예를 들어, 본 명세서에 기술된 예들은 광 검출 디바이스, 바이오센서 및 이들의 구성요소뿐 아니라 바이오센서와 함께 작동하는 바이오 분석 시스템을 포함한다. 일부 예에서, 디바이스, 바이오센서　및 시스템은　실질적으로 단일 구조로 (착탈식 또는 고정식으로) 서로 결합되는 하나 이상의 광 센서 및 플로우 셀을 포함할 수 있다.
디바이스, 바이오센서　및 바이오 분석 시스템은　개별적으로 또는 집합적으로 검출될 수 있는 복수의 지정된 반응을 수행하도록 구성될 수 있다.　디바이스, 바이오센서 및 바이오 분석 시스템은　복수의 지정된 반응이 병행하여 발생하는 다수의 사이클을 수행하도록 구성될 수 있다.　예를 들어,　디바이스, 바이오센서 및 바이오 분석 시스템은 반복적인 효소 조작주기 및 광　또는　이미지　검출/획득을　통해 밀집된 DNA 특징 배열을 시퀀싱하는데 사용될 수 있다.　이와 같이,　디바이스, 바이오센서 및 바이오 분석 시스템은 (예를 들어, 하나 이상의 카트리지를 통해)　반응 용액 내의　시약 또는 다른 반응 성분을　디바이스, 바이오센서 및 바이오 분석 시스템의 반응 장소로　전달하는 하나 이상의 미세 유체 채널을 포함할 수 있다.　일부 예에서, 반응 용액은 예를 들어 대략 5 이하, 또는 대략 4 이하, 또는 대략 3 이하의 pH를 포함하는, 실질적으로 산성일 수 있다. 일부 다른 예에서, 반응 용액은 예를 들어 대략 8 이상, 또는 대략 9 이상, 또는 대략 10 이상의 pH를 포함하는, 실질적으로 염기성/알칼리성일 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "산도"라는 용어 및 그 문법적 변이체는　약　7　미만의 pH 값을 지칭하고, 용어들 "염기도", "알칼리도" 및 그 문법적 변이체는　약　7을　초과하는 pH 값을 지칭한다. 일부　예에서, 반응 장소가 제공되거나, 가령　균일하거나 반복되는 패턴과 같은　기결정된 방식으로　이격되어있을 수 있다.　　일부　다른　예에서, 반응 장소는 무작위로 분포된다.　각각의 반응 장소는　관련 반응 장소로부터 광을 검출하는 하나 이상의 광 센서 및 광 가이드와　관련될 수 있다.　일부　예에서, 반응 장소는 반응 리세스 또는 챔버에 위치하며, 그 내부에서 지정된 반응을 적어도 부분적으로 구획화할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "지정된 반응"은 가령 분석물과 같이 관심 있는 화학적 또는 생물학적 물질의 화학적, 전기적, 물리적 또는 광학적 성질(또는 품질) 중 적어도 하나의 변화를 포함한다. 특정 예에서, 지정된 반응은 가령 분석물로의 형광 표지된 생체분자의 통합과 같은 양성 결합 이벤트(positive binding event)이다. 더 일반적으로,　지정된 반응은 화학적 변형, 화학적 변화, 또는 화학적 상호작용일 수 있다.　지정된 반응은 또한 전기적 특성의 변화일 수 있다.　특정 예에서, 지정된 반응은　적어도 하나의 분석물에 대한 형광 표지된 분자의 통합을 포함한다. 분석물은　올리고뉴클레오티드(oligonucleotide)일 수 있고,　형광 표지된 분자는 뉴클레오티드(nucleotide)일 수 있다.　지정된 반응은 여기 광이 표지된 뉴클레오티드를 갖는 올리고뉴클레오티드를 향해 지향될 때 검출될 수 있고, 형광단(fluorophore)은 검출가능한 형광 신호를 방출한다.　대안적인 예에서, 검출된　광 방출 또는 신호는 화학 발광 또는 바이오 발광의 결과이다.　지정된 반응은 또한,　예를 들어, 도너 형광단을 억셉터 형광단 근처로 가져가는 것에 의해 형광(또는 푀르스트(
Figure pat00001
)) 공진 에너지 전달(fluorescence resonance energy transfer; FRET)을 증가시킬 수도 있거나, 도너 및 억셉터 형광단을 분리하는 것에 의해 FRET를 감소시킬 수도 있거나, 형광단으로부터 소광제(quencher)를 분리하는 것에 의해 형광을 증가시킬 수도 있거나 또는 소광제 및 형광단을 병치시키는 것에 의해 형광을 감소시킬 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "반응 용액",　"반응 성분(reaction component)" 또는 "반응 물질(reactant)"은 적어도 하나의 지정된 반응을 얻는데 사용될 수 있는 물질을 포함한다.　예를 들어, 반응 성분은 시약, 효소, 샘플, 기타 생체분자 및 완충액을 포함한다.　반응 성분은　용액 내의 반응 장소로　전달되고/되거나 반응 장소에 고정될 수 있다.　반응 성분은　가령 반응 장소에 고정된　분석물과 같은 다른 물질과 직접 또는 간접적으로 상호작용할 수 있다.　일부 예에서, 반응 용액은 비교적 높은 산성(예를 들어,　약　5　이하의 pH)이거나 비교적 높은 알칼리성/염기성(예를 들어,　약　8　이상의 pH)일 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "반응 장소(reaction site)"라는 용어는 적어도 하나의 지정된 반응이 발생할 수 있는 국부적인 영역이다. 반응 장소는 물질이 고정될 수 있는 반응 구조체 또는 기판의 지지면을 포함할 수 있다. 예를 들어,　특정한　반응 장소는 그 위에 핵산의 콜로니를 가지는 (플로우 셀의 채널 내에 위치할 수 있는) 반응 구조체의 실질적으로 평평한 표면을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 콜로니의 핵산은 예컨대 단일 가닥 또는 이중 가닥 템플릿의 클론 사본일 수 있는 동일한 시퀀스를 가진다. 그러나, 일부 예에서, 반응 장소는 예컨대 단일 가닥 또는 이중 가닥 형태로 단지 하나의 핵산 분자만을 담을 수 있다. 게다가, 복수의 반응 장소는 반응 구조체를 따라 임의의 분포되거나 기결정된 방식으로(예컨대, 마이크로어레이와 같은 매트릭스로 나란히) 배열될 수 있다. 또한, 반응 장소는 지정된 반응을 구획화하도록 구성된 공간 영역 또는 용적을 적어도 부분적으로 정의하는 반응 챔버 또는 리세스를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "반응 챔버"라는 용어는 (흔히 플로우 채널과 유체 소통하는) 지지 구조체의 정의된 공간 영역을 포함한다. 반응　리세스는 주변 환경 또는 다른 공간 영역으로부터 적어도 부분적으로 분리될 수 있다.　예를 들어, 복수의 반응　리세스는 공유 벽에 의해 서로 분리될 수 있다.　더 구체적인 예로서, 반응　리세스는　나노웰이 플로우 채널과 유체 소통하도록 내부면에 의해 정의되고 공동(opening) 또는 개구(aperture)를 정의하는 오목부, 구멍, 웰, 그루브, 개방면 캐비티 또는 함몰부를 포함하는 나노웰(nanowell)일 수 있다.
일부 예에서, 반응 구조체의　반응 리세스는 고체가 전체적으로 또는 부분적으로 삽입될 수 있도록 (반고체를 포함하는) 고체에 대하여 크기 조정되고 성형된다. 예를 들어, 반응　리세스는 캡처 비드(capture bead)를 수용하도록 크기 조정되고 성형될 수 있다. 캡처 비드는 그 위에 클론적으로 증폭된 DNA 또는 다른 물질을 가질 수 있다.　대안으로, 반응　리세스는 대략적인 수의 비드 또는 고체 기판을 수용하도록 크기 조정되고 성형될 수 있다. 또　다른 예로서, 반응　리세스는　반응 리세스로 흐를 수 있는 확산 또는 필터 유체를 제어하도록 구성되는 다공질 겔 또는 물질로 채워질 수 있다.
일부　예에서, 광 센서(예컨대, 포토다이오드)는 해당 반응 장소와 연관된다.　반응 장소와 관련된 광 센서는 지정된 반응이 관련 반응 장소에서 발생했을 때 적어도 하나의 광 가이드를 통해　관련 반응 장소로부터 광 방출을 검출하도록 구성된다.　일부 경우, 복수의 광 센서(예를 들어,　광 검출 또는　카메라 장치의 여러 픽셀)는 단일의 반응 장소와 관련될 수 있다.　다른 경우, 단일의 광 센서(예를 들어, 단일 픽셀)는 단일 반응 장소 또는 반응 장소들의 그룹과 관련될 수 있다.　광 센서, 반응 장소 및 바이오센서의 다른 특징은 광의 적어도 일부가 반사되지 않고 광 센서에 의해 직접 검출되도록 구성될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "생물학적 또는 화학적 물질"은 생체분자, 관심 샘플, 관심 분석물 및 다른 화학적 화합물(들)을 포함한다. 생물학적 또는 화학적 물질은 다른 화학적 화합물(들)을 검출, 식별 또는 분석하거나, 다른 화학적 화합물(들)을 연구하거나 분석하는 매개체로서 역할을 하는데 사용될 수 있다. 특정 예에서, 생물학적 또는 화학적 물질은 생체분자를 포함한다.　본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "생체분자(biomolecule)"는 바이오폴리머, 뉴클레오사이드, 핵산, 폴리뉴클레오티드, 올리고뉴클레오티드, 단백질, 효소, 폴리펩티드, 항체, 항원, 리간드, 수용체, 다당류, 탄수화물, 폴리포스페이트, 세포, 조직, 유기체, 또는 이들의 단편, 또는 상술한 종류의 유사체나 모방체와 같은 임의의 다른 생물학적 활성 화학적 화합물(들) 중 적어도 하나를 포함한다. 추가의 예에서, 생물학적 또는 화학적 물질 또는 생체분자는 효소 또는 시약과 같은 또 다른 반응의 생성물을 검출하기 위해 연계된 반응에 사용되는 효소 또는 시약　, 예를 들어　파이로시퀀싱(pyrosequencing) 반응에서 파이로인산염(pyrophosphate)을 검출하는데 사용되는 효소 또는 시약을 포함한다. 파이로인산염 검출에 유용한 효소 또는 시약은 예를 들어 전체로서 참조로 통합되는 미국특허공개공보 제2005/0244870A1호에 설명되어 있다.
생체분자, 샘플 및 생물학적 또는 화학적 물질은 천연 발생이거나 합성일 수 있고, 반응 리세스 또는 영역 내 용액이나 혼합물에 현탁되어 있을 수 있다. 생체분자, 샘플 및 생물학적 또는 화학적 물질은 또한 고체상 또는 겔 물질에 결합될 수 있다.　생체분자, 샘플 및 생물학적 또는 화학적 물질은 또한 약학 조성물을 포함할 수 있다.　일부 경우, 생체분자, 샘플 및 관심 있는 생물학적 또는 화학적 물질은　표적, 프로브 또는 분석물로　지칭될 수 있다.
본 명세서에서 사용하는 바와 같이, "바이오센서"는 반응 장소에서 또는 반응 장소 근처에서 발생하는 지정된 반응을 검출하도록 구성되는 복수의 반응 장소를 갖는 반응 구조체를 포함하는 디바이스를 포함한다. 바이오센서는 고체상태　광 검출 또는 "이미징"　디바이스(예컨대,　CCD 또는 CMOS　광 검출 디바이스) 및 선택적으로 그에 장착된 플로우 셀(flow cell)을 포함할 수 있다. 플로우 셀은 반응 장소와 유체 소통하는 적어도 하나의 플로우 채널을 포함할 수 있다.　하나의 특정 예로서, 바이오센서는 바이오 분석 시스템과　유체적으로　그리고 전기적으로 연결하도록 구성된다.　바이오 분석 시스템은　기결정된 프로토콜(예컨대, 합성에 의한 시퀀싱(sequencing-by-synthesis))에 따라 반응 장소에　반응 용액을　전달하고 복수의 이미징 이벤트를 수행할 수 있다.　예를 들어, 바이오 분석 시스템은　반응 장소를 따라 플로우로 반응 용액을 인도할 수 있다.　반응　용액　중 적어도 하나는 동일하거나 상이한 형광 표지를 갖는　뉴클레오티드 타입들을　포함할 수 있다.　뉴클레오티드는 반응 장소, 예컨대 반응 장소에서의 대응하는 올리고뉴클레오티드와 결합할 수 있다. 이후, 바이오 분석 시스템은 여기 광원(예컨대, 고체상태 광원, 가령 발광다이오드(LED))을 사용하여 반응 장소를 조명할 수 있다. 여기 광은 일정 범위의 파장들을 포함하는 기결정된 파장 또는 파장들을 가질 수 있다.　입사하는 여기 광에 의해 여기된　형광 표지는 광 센서에 의해 검출될 수　있는 방출 신호(예컨대,　여기 광과 상이하고　잠재적으로 서로 다른　파장 또는 파장들의　광)를 제공할 수 있다.
본 명세서에서 사용하는 바와 같이, 용어 "고정된(immobilized)"은 생체분자나 생물학적 또는 화학적 물질에 대해 사용될 때 생체분자나 생물학적 또는 화학적 물질을 분자 레벨에서 예컨대 광 검출 디바이스 또는 반응 구조체의 검출 표면과 같은 표면에 실질적으로 부착시키는 것을 포함한다. 예를 들어, 생체분자나 생물학적 또는 화학적 물질은 비-공유 상호작용(예컨대, 정전기력, 반데르발스(van der Waals) 및 소수성 계면의 탈수화)을 포함하는 흡수 기술 및 작용기 또는 링커가 생체분자를 표면에 부착시키는 것을 용이하게 하는 공유 결합 기술을 사용하여 반응 구조체의 표면에 고정될 수 있다. 생체분자나 생물학적 또는 화학적 물질을 표면에 고정시키는 것은 표면의 속성, 생체분자나 생물학적 또는 화학적 물질을 이송하는 액체 매체 및 생체분자나 생물학적 또는 화학적 물질 그 자체의 속성에 기초할 수 있다. 몇몇 경우, 표면은 생체분자(또는 생물학적 또는 화학적 물질)를 표면에 고정시키는 것을 용이하게 하기 위해 기능화될 수 있다(예컨대, 화학적으로 또는 물리적으로 개질될 수 있다).
몇몇 예에서, 핵산은 반응 구조체, 예컨대 그 반응 리세스의 표면에 고정될 수 있다.　특정　예에서　,　본 명세서에 기술된 디바이스, 바이오센서, 바이오 분석　시스템 및 방법은 천연 뉴클레오티드 및 천연 뉴클레오티드와 상호작용하도록 구성된 효소의 사용을 포함할 수　있다.　천연 뉴클레오티드는 예를 들어 리보뉴클레오티드(ribonucleotides) 또는 데옥시리보뉴클레오티드(deoxyribonucleotides)를 포함한다.　천연 뉴클레오티드는 모노(momo)-, 디(di)- 또는 트리(tri)-포스페이트(phosphate) 형태일 수 있으며, 아데닌(A), 티민(T), 우라실(U), 구아닌(G) 또는 시토신(C)으로부터 선택된 염기를 가질 수 있다.　그러나　,　비-천연 뉴클레오티드, 변형된 뉴클레오티드 또는 상술한 뉴클레오티드의 유사체가　사용될 수 있다고 이해될 것이다.
상술한 바와 같이, 생체분자나 생물학적 또는 화학적 물질은 반응 구조체의 반응 리세스 내 반응 장소에 고정될 수 있다. 이러한 생체분자 또는 생물학적 물질은　간섭 맞춤, 접착,　공유 결합　또는 포획(entrapment)을　통해　반응　리세스　내에 물리적으로 고착되거나 고정될 수 있다.　반응　리세스　내에 배치될 수 있는 아이템 또는 고체의　예는 폴리머 비드(polymer beads), 펠릿(pellets), 아가로스 겔(agarose gel), 분말, 양자점 또는 반응 챔버 내에 압축 및/또는 유지될 수 있는 다른 고체를 포함한다.　특정 구현에서, 반응 리세스는 DNA 올리고뉴클레오티드를 공유 결합할 수 있는 하이드로겔 층(hydrogel layer)으로 코팅되거나 채워질 수 있다.　특정　예에서, DNA 볼(ball)과 같은 핵산 상부구조는 예를 들어　반응　리세스의 내부 표면에 부착되거나　반응　리세스의 액체 내에 존재함으로써　반응　리세스　내에 또는　반응　리세스에　배치될 수 있다.　DNA 볼 또는 다른 핵산 상부구조는 반응 리세스 내 또는 반응 리세스에서 수행된 후 배치될 수 있다. 대안으로, DNA 볼은 반응 리세스에 현장에서 합성될 수 있다. 반응 리세스에 고정되는 물질은 고체, 액체 또는 기체 상태일 수 있다.
도 1 내지 8은 일 예에 따라 형성된 바이오센서(100)의 일부의 단면을 도시한다. 도시된 바와 같이, 바이오센서(100)는　광　검출 디바이스(104)와　직접 또는 간접적으로 연결된　플로우 셀(102)을　포함할 수 있다.　플로우 셀(102)은　광　검출 디바이스(104)에　장착될 수 있다.　도시된　예에서,　플로우 셀(102)은　하나 이상의 고정 메커니즘(예를 들어, 접착제, 본드, 패스너 등)을 통해　광 검출 디바이스(104)에　직접 부착된다.　일부　예에서,　플로우 셀(102)은　광 검출 디바이스(104)와　제거 가능하게 연결될 수 있다.
바이오센서(100) 및/또는 검출 디바이스(104)는　그에 관한 임의의 정보 또는 데이터를 얻기 위해 생물학적 또는 화학적 분석을 위해 구성될 수 있다.　특정　예에서, 바이오센서(100) 및/또는 검출 디바이스(104)는 디 노보 시퀀싱(de novo sequencing), 전체 게놈 또는 표적 게놈 영역들의 재-시퀀싱(resequencing) 및 메타지노믹스(metagenomics)를 포함하나 이에 국한되지 않는 다양한 응용을 위해 구성되는 핵산 시퀀싱 시스템(또는 시퀀서(sequencer))을 포함할 수 있다. 시퀀싱 시스템은　DNA 또는 RNA 분석을 수행하도록 구성될 수　있다.　일부　실시예에서, 바이오센서(100) 및/또는 검출 디바이스(104)는　바이오센서(100) 및/또는 검출 디바이스(104) 내 다수의 병행하는 반응들을 수행하여 그에 관한 정보를 획득하도록 구성된다.
플로우 셀(102)은 하기에 더 설명되는 바와 같이 검출 디바이스(104)의 반응 장소(114)로 용액을 인도하는 하나 이상의 플로우 채널을 포함할 수 있다. 이로써 플로우 셀(102) 및/또는 바이오센서(100)는 예를 들어 지정된 반응을 그 내부에서 수행하도록 사용되는 다양한 반응 성분 또는 반응물을 저장할 수 있는 유체 저장 시스템(미도시)을 포함하거나 그와 유체 소통될 수 있다.　유체 저장 시스템은 또한 유체 네트워크 및 바이오센서(100) 및/또는 검출 디바이스(104)를 세척 또는 세정하고 잠재적으로 반응물을 희석시키기 위한　유체를 저장할 수 있다.　예를 들어, 유체 저장 시스템은 샘플, 시약, 효소, 기타 생체분자, 완충 용액, 수성, 오일 및 기타 비극성 용액 등을 저장하기 위한 다양한 저장소를 포함할 수 있다.　상술한 바와 같이, 반응 구조체(126) 상에 제공된 유체 또는 용액은 비교적 산성(예를 들어,　약　5　이하의 pH) 또는　염기성/알칼리성(예를 들어,　약　8　이상의 pH)일 수 있다.　또한, 유체　저장 시스템은 바이오센서(100) 및/또는 검출 디바이스(104)로부터 폐기물을 수용하기 위한 폐기물 저장소를 포함할 수도 있다.
도시된 예에서,　광 검출 디바이스(104)는 도 1 및 도 3 내지 8에 도시된 바와 같이　디바이스 베이스(125) 및 디바이스 베이스(125)를 덮는 반응 구조체(126)를 포함한다. 특정　예에서,　디바이스 베이스(125)는 복수의 적층된 층(예를 들어, 실리콘 층　또는 웨이퍼, 유전체 층, 금속 유전체 층 등)을 포함한다.　디바이스 베이스(125)는 도 3에 도시된 바와 같이 광 센서(140)의　센서 어레이(124) 및 광 가이드(118)의 가이드 어레이를 포함할 수 있다.　도 1 및 도 3 내지 8에 도시된 바와 같이,　반응 구조체(126)는 그 내부에 제공되는(예컨대, 그 표면에 고정되는) 적어도 하나의 해당 반응 장소(114)를 갖는 반응 리세스(108)의 어레이를 포함할 수 있다. 특정 예에서, 광 검출 디바이스(104)는 각 광 센서(140)가 그곳에 단지 광자만을 수용하도록 하나의 광 가이드(118) 및/또는 하나의 반응 리세스(108)에 대응하도록(그리고 잠재적으로 정렬하도록) 구성된다.　그러나, 다른　예에서, 단일 광　센서(140)는 하나 이상의　광 가이드(118)　및/또는 하나 이상의 반응 리세스(108)를 통해 광자를 수용할 수 있다.　마찬가지로, 하나의 광 센서(140)는 반응 장소(114) 또는 다수의 반응 장소(114)로부터　광자를 수용할 수 있다. 하나의 광 센서(140)는 이로써 하나의 픽셀 또는 하나 이상의 픽셀을 형성할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 반응 리세스(108)　및/또는　광 가이드(118)(그리고 잠재적으로　광 센서(140))의 어레이는 반응 리세스(108)　및/또는　광 가이드(118)(그리고 잠재적으로　광 센서(140))의 적어도 일부가 정의된 위치 패턴으로 서로 동일하게 이격되어 있도록 정의된 반복 패턴으로 제공될 수 있다.　다른　예에서, 반응 리세스(108)　및/또는　광 가이드(118)(그리고 잠재적으로　광 센서(140))는 임의의 패턴으로 제공될 수 있고/있거나, 반응 리세스(108)　및/또는　광 가이드(118)(그리고 잠재적으로　광 센서(140))의 적어도 일부는 서로 가변적으로 이격될 수 있다.
도 1 및 2에 도시된 바와 같이,　검출　디바이스(104)의 반응 구조체(126)는 하기에 더 설명되는 바와 같이 반응 용액이 흐르고 상주할 수　있는 검출기 표면(112)을　정의할 수 있다.　반응 구조체(126)의 검출면(112)는 검출 디바이스(104)의 상부 노출된 표면일 수 있다. 검출기 표면(112)은 리세스(108)의 표면 및 리세스(108) 사이에서 리세스에 대해 뻗어있는 격자간 영역을 포함할 수 있다.
광 검출 디바이스(104)의 검출기 표면(112)은 기능화될 수 있다(예컨대, 지정된 반응을 실행하기 위해 적절한 방식으로 화학적 또는 물리적 변형될 수 있다). 예를 들어, 검출기 표면(112)은 기능화될 수 있고, 도　1, 3 및 4에 도시된 바와 같이 하나 이상의 생체분자를 고정되게 하는　복수의 반응　장소(114)를　포함할 수 있다.　상술한 바와 같이, 검출기 표면(112)의 반응 리세스(108)의 어레이(예를 들어, 개방 단면 반응 챔버)를 포함할 수 있다.　각각의 반응 리세스(108)는 하나 이상의 반응 장소(114)를　포함할 수 있다. 반응 리세스(108)는 예를 들어　검출기 표면(112)을 따라 깊이(또는 두께)의　변화에　의해 정의될 수 있다. 다른　예에서, 검출기 표면(112)은 실질적으로 평면일 수 있다.
도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 반응 장소(114)는 가령 반응 리세스(108) 내에서와 같이 검출기 표면(112)을 따라 패턴으로 분포될 수 있다. 예를 들어, 반응 장소(114)는 마이크로어레이와 유사한 방식으로 반응 리세스(108)를 따라 열과 행으로 위치될 수 있다. 그러나, 다양한 패턴의 반응 장소(114)가 사용될 수 있는 것으로 이해된다.　반응 장소(114)는 하기에 더 설명되는 바와 같이 광 신호를 방출하는 생물학적 또는 화학적 물질을 포함할 수 있다.　예를 들어, 반응 장소(114)의 생물학적 또는 화학적 물질은 여기 광(101)에 응답하여 광 방출을 생성할 수 있다. 특정　예에서, 반응 장소(114)는 반응 리세스 내 검출기 표면(112)에 고정되는 생체분자의 클러스터 또는 콜로니(예를 들어, 올리고뉴클레오티드)를 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일　예에서,　플로우 셀(102)은　적어도 하나의　측벽　및 플로우 커버(110)를 포함한다.　적어도 하나의 측벽은 될 수　검출기 표면(112)에 연결되고 플로우 커버(110)와 검출기 표면(112) 사이에 뻗어있을 수 있다.　플로우 셀(102)은 플로우 채널(119)이 광 검출 디바이스(104)의 검출기 표면(112)과 플로어 커버(110) 사이에 형성되도록 구성될 수 있다. 일부　예에서, 플로우　채널(119)은 약 50　내지　약　400㎛(마이크론)　또는　약 80　내지　약　200㎛의 범위 내 (플로우 커버(110)와 검출기 표면(112) 사이에 뻗어있는) 높이를 포함할 수 있다. 일 예로,　플로어 채널(119)의 높이는　약 100㎛dlek. 플로우 커버(110)는 도 1에　도시된 바와　같이　바이오센서(100)의 외부로부터 플로우 채널(119)을 향해/플로우 채널로 전파하는 여기 광(101)에 대해 투명한 재료(예를 들어, 플라스틱, 클래스 또는 폴리머 재료)를 포함할 수 있다. 여기 광(101)이 임의의 각도로부터 동일하거나 상이한 각도를 따라 플로우 커버(110)에 접근할 수 있음에 유의한다.
여기 광(101)은 바이오 분석 시스템, 바이오센서(100) 또는 광 검출 디바이스(104)의 일부이거나 그렇지 않을 수 있는 임의의 조명 시스템 또는 소스(미도시)로부터 방사되거나 생성될 수 있다.　일부　예에서, 조명 시스템은　광원(예를 들어, 하나 이상의 LED) 및　잠재적으로　적어도 검출 디바이스(104)의 반응 구조체(126)를 조명하는 복수의 광학 구성요소를 포함할 수 있다. 광원의 예는 레이저, 아크 램프, LED 또는 레이저 다이오드를 포함할 수 있다.　광학 구성요소는 예를 들어 반사기,　이색성 기기(dichroics), 빔 스플리터, 콜리메이터(collimators), 렌즈, 필터, 웨지(wedges), 프리즘, 거울, 검출기 등일 수 있다.　특정　예에서, 조명 시스템은 여기 광(101)을　검출 디바이스(104)의 반응 구조체(126)의 리세스(108) 내　반응　장소(114)로　지향시키도록 구성된다. 일부　예에서,　조명 시스템은 예를 들어　약 300nm 내지 약　700nm의　범위 또는 약　400nm 내지 약　600nm의　범위　내의 파장과 같이 특정 파장 또는 파장들의 범위 내의 여기 광(101)을 방출할 수 있다. 일부　예에서, 조명 시스템은　상이한 파장 또는 파장들의 광 방출을 방사하기　위해 반응　장소(114)의 생물학적 또는 화학적 물질(들)을 여기시키는 특정 파장 또는 파장들에서 여기 광(101)을 방출할 수 있다.　예를 들어, 디바이스가 청색 파장의 광에 의해 여기되는 제1 및 제2 형광단을 포함하는 하나의 반응 리세스(108) 또는 상이한 반응 리세스(108) 내 반응 장소(114)를 포함하는 일 예에서, 여기 광은 약　400nm일 수 있고, 제1 형광단을 갖는 반응 장소(114)로부터의 광 방출은 약 500nm(또는　약 450nm 내지 550nm의　범위 내)일 수 있으며, 제2 형광단을 갖는 반응 장소(114)로부터의 광 방출은 약 650nm(또는　약 600nm 내지 550nm의　범위 내)일 수 있다.
일부 다른 예에서, 조명 시스템은 상이한 반응 장소(114)의 상이한 생물학적 또는 화학적 물질(들)을 독립적으로 또는 선택적으로 여기시켜서 상이한 파장 또는 파장들의 범위의 광 방출을 방사하도록 (중첩되지 않는) 파장들의 상이한 파장 범위에서 여기 광(101)을 방출할 수 있다. 디바이스가 광의 상이한 파장들 또는 파장들의 범위들에 의해 여기되는 제1 및 제2 형광단을 포함하는 하나의 반응 리세스(108) 또는 상이한 반응 리세스(108) 내 반응 장소(114)를 포함하는 일 예에서, 조명 시스템은 제1 파장 또는 파장 범위의 제1 여기 광(101)(예컨대, 약 400nm의 청색 여기 광) 또는 제1 형광단을 갖는 반응 장소(114)가 (예컨대, 약 450nm 내지 550nm의　범위 내 또는 약 600nm 내지 550nm의　범위 내) 제1 파장 또는 파장 범위의 광을 방출하게 하는 녹색 여기 광(예컨대, 약 530nm)을 방출할 수 있고, 제1 파장 또는 파장 범위의 제2 여기 광(101)(예컨대, 약 400nm의 청색 여기 광) 또는 제2 형광단을 갖는 반응 장소(114)가 (예컨대, 약 450nm 내지 550nm의　범위 내 또는 약 600nm 내지 550nm의　범위 내) 제2 파장 또는 파장 범위의 광을 방출하게 하는 제1 여기 광(101)과 동일한 시간 구간 또는 다른 시간 구간 동안(즉, 하나 이상의 광 검출 이벤트 동안 또는 상이한 광 검출 이벤트 동안)의 녹색 여기 광(예컨대, 약 530nm)을 방출할 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 플로우　커버(110)는　플로우 채널(119) 및 잠재적으로 다른 포트들(미도시)과 유체적으로 결합하도록 구성되는 적어도 하나의 포트(120)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다른 포트들은 반응 용액 또는 또 다른　생물학적　또는 화학적 물질로 구성되는 카트리지 또는 워크스테이션로부터 올 수 있다. 플로우　채널(119)은 검출기 표면(112)을 따라 가령 반응 용액과 같은 유체 또는 용액을 지향시키도록 구성(예컨대, 크기 조정 및 성형)될 수 있다.
도 3 및 4는 도 1보다 더 상세하게 검출 디바이스(104)의 예를 도시한다. 더 상세하게, 도 3 및 4는　하나의 광 센서(140), 대응하는 적어도 하나의 반응 장소(114)로부터 광 센서(140)로 광 방출을 지향시키고 통과시키기 위한 하나의　광 가이드(118) 및 광 센서(140)에 의해 검출되는 광 방출(예컨대, 광자)에 기반하여 신호를 전송하기 위한 해당 회로부(146)를 도시한다. 센서 어레이(124)의 다른 광 센서들(140)(도　1 및 2) 및 관련 구성요소들은 동일하거나 유사한 방식으로 구성 될 수 있다고 이해된다.　그러나, 또한,　광 검출 디바이스(104)는 전체에 걸쳐 균일하게 제조될 필요는 없는　것으로 이해된다.　그 대신, 하나 이상의 광　센서(140)　및/또는 관련 구성요소들은 서로 다르게 제조되거나 서로 다른 관계들을 가질 수 있다.
회로부(146)는　검출된 광자에 기반하는 데이터 신호의 전송과 같이 전기 전류를 실행할 수 있는 상호연결형 전도성 소자(예컨대, 도체, 트레이스(traces), 비아(vias), 인터커넥트(interconnects) 등)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부　예에서,　회로부(146)는 마이크로회로 장치를　포함할 수 있다.　광 검출 디바이스(104)　및/또는　디바이스 베이스(125)는　광 센서(140)의 어레이를 구비한 적어도 하나의 집적회로를 포함할 수 있다. 검출 디바이스(104) 내에 위치하는 회로부(146)는 신호 증폭, 디지털화, 저장 및 처리 중 적어도 하나를 위해 구성될 수 있다. 회로부(146)는 검출된 광 방출을 수집(그리고 잠재적으로 분석)할 수 있고 검출 데이터를 바이오 분석 시스템으로 통신하기 위한 데이터 신호를 생성할 수 있다. 또한, 회로부(146)는　광 검출 디바이스(104)에서 추가적인 아날로그 및/또는 디지털 신호 처리를 수행할 수 있다.
디바이스 베이스(125)　및 회로부(146)는 가령 전하결합소자나 회로(CCD) 또는 상보성 금속산화물 반도체(CMOS) 장치 또는 회로를 제조하는데 사용되는 프로세스와 같이 집적회로 제조 프로세스를 사용하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 디바이스 베이스(125)는 일부 예에서 실리콘 층(예를 들어, 웨이퍼)일 수　있는 센서 베이스(141)를　포함하는　복수의 적층된 층으로 구성된 CMOS 디바이스일 수 있다.　센서 베이스(141)는 광 센서(140) 및　그 위에 형성된　게이트(143)를 포함할 수 있다.　게이트(143)는 광 센서(140)에 전기적으로 연결될 수 있다. 광 검출 디바이스(104)가 도 3에 도시된 바와 같이 구성　될 때, 광 센서(140)는　예를 들어　게이트(143)를　통해　회로부(146)와 전기적으로 연결될 수 있다.
회로부(146)의 적어도 일부는 광 가이드(118)는 각각 연장될 수 있는 검출 디바이스(104)의 디바이스 베이스(125)의 디바이스 기판 층 내에 제공될 수 있다.　일부 예에서, 각각의 기판 층은 도 3에 도시된 바와 같이 디바이스 회로부(146)의 적어도 일부를 형성하는 상호연결형 전도성 소자 및 회로부(146)의 전도성 소자에 인접해있는 (그리고 잠재적으로 둘러싸고 있는) 유전체 재료(142)를 포함할 수 있다.　회로부(146)의 전도성 소자는 유전체 재료(142) 내에 내장될 수 있다.　도 3에 도시된 바와 같이, 광 가이드(118)는 유전체 재료(142)를 통해 연장될 수 있고 회로부(146)로부터 이격될 수 있다. 집적 회로 제조(CMOS 제조)에 적합한 것들과 같이 다양한 금속 구성요소 및/또는 유전체 재료가 사용될 수 있다.　예를 들어, 일부 예에서, 전도성 소자/회로부(146)는 가령 W(텅스텐) 요소, Cu(구리) 요소, Al(알루미늄) 요소 또는 이들의 조합과 같은 금속 소자일 수 있다(그러나, 다른 재료 및 구성이 사용될 수 있다고 이해된다).　일부 예에서, 유전체 재료는 SiO2일 수 있다(그러나, 다른 재료 및 구성이 사용될 수 있다고 이해된다).　
　본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "층(layer)"은 달리 언급되지 않으면 하나의 연속적인 재료의 본체로 제한되지 않는다.　예를 들어, 센서 층(141)　및/또는 디바이스 베이스(125)의 디바이스　층은 상이한 재료의 다수의 서브-층을 포함할 수 있고/있거나, 코팅, 접착제 등을 포함할 수 있다.　또한, 하나 이상의 층(또는 서브-층)은 본 명세서에 기술된 특징을 제공하기 위해 변형(예를 들어, 에칭, 재료로 증착 등)될 수 있다.　
도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 반응 구조체(126)는　그 내부로 연장되는 반응 리세스(104)를 형성하는 하나 이상의 층으로 구성될 수　있다.　반응 구조체(126)는　디바이스 베이스(125)의 상부 외부면을 따라 뻗어있을 수 있다. 도시된 예에서, 반응 구조체(126)는 하기에 더 설명되는 바와 같이 제1 라이너 층(154)의 상부면 또는 외부면 및 디바이스 베이스(125)의 제1 및 제2 필터 물질(116, 115)을 따라 직접적으로 증착된다. 그러나, 다른 예에서 반응 구조체(126)와 디바이스 베이스(125) 사이에 개재 층이 배치될 수 있다. 반응 구조체(126)는 여기 광 신호(101) 및 (반응 용액과의 처리 이후) 반응 장소(114)로부터 방출된 광 신호가 특정 반응 리세스(108)에 대응하는 하나 이상의 광 가이드(118)의 개구를 통해 지나갈 수 있게 하도록 구성되는 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 반응 구조체(126)는 특정 반응 장소(114)/반응 리세스(108)로부터 대응하지 않는 센서(140)로 방출된 광의 누화 또는 "공유"를 차단하는 하나 이상의 층 또는 다른 피처를 포함할 수 있다.
반응 구조체(126)는 도 3 및 4에 도시된 바와 같이 복수의 상이한 층을 포함할 수 있다. 도시된 예에서, 반응 구조체(126)는 도 3 및 4에 도시된 바와 같이 (직접적으로 또는 간접적으로) 디바이스 베이스(125) 위에(예컨대, 제1 라이너 층(154) 위에) 뻗어있는 제1 반응 층(160) 및 디바이스 베이스(125)의 광 가이드(118)의 개구(158)(예컨대, 제1 및 제2 필터 물질(116, 115))를 포함할 수 있다. 도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 도시된 예에서, 반응 구조체(126)는 제1 층(160) 위에 (직접적으로 또는 간접적으로) 뻗어있는 제2 층(162)을 더 포함한다. 또한, 도시된 예의 반응 구조체(126)는 제2 층(162) 위에 (직접적으로 또는 간접적으로) 뻗어있는 제3 층(164) 및 제3 층(164) 위에 (직접적으로 또는 간접적으로) 뻗어있는 제4 층(166)을 포함한다. 반응 리세스(108)는 적어도 제3 층(164)으로 연장될 수 있다.
제4 층(166)은 도 3 및 4에 도시된 바와 같이 제3 층(162)에서 오목부(예컨대, 캐비티 또는 보이드) 위로 뻗어있어서 반응 리세스(108)의 내부면(예컨대, 측벽 및 하부벽)을 형성할 수 있다. 제4 층(166) 및 잠재적으로 제2 층(162)은 도　3 및 4　에 도시된 바와 같이　검출기 표면(112)을　형성할 수 있다.　몇몇 경우, 제4 층(166) 및 잠재적으로 제2 층(162)은 화학물질, 생체분자 또는 다른 관심 분석물이 그 위에 고정되게 하는 고체 표면을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 각각의 반응 장소(114)는 검출기 표면(112)에 고정된 생체분자의 클러스터를 포함할 수 있으며, 이는　제4 층(166) 및 잠재적으로 제2 층(162)을　포함할 수 있다. 따라서, 제4 층(166) 및 잠재적으로 제2 층(162)은　반응 장소(114)가 그 위에 고정될 수 있게 하는 재료를　포함할 수 있다.　제1 층(160) 및 제4 층(166)(및 잠재적으로 제2 층(162) 및 제3 층(166))은 여기 광(101) 및 반응 장소(114)의 발광 광에 대해 적어도 실질적으로 투명한 물질을 포함할 수 있다. 또한,　제4 층(166) 및 잠재적으로 제2 층(162)은 생체분자의 고정을 용이하게 하고/하거나 광 방출의 검출을 용이하게 하기 위해 물리적 또는 화학적으로 변형될 수 있다.　
예로서　도 3 및 4의 도시된 예에 나타난 바와 같이,　제1 층(160) 및 제3 층(166)은 제1 재료를　포함할 수　있고, 제2 층(162) 및 제4 층(168)은　제1 재료와 다른 제2 재료를　포함할 수　있다.　이러한 일부　예에서, 제1 재료는　SiN이고, 제2 재료는　TaO이다.　그러나, 반응 구조체(126)는 상이한 층들(예컨대, 다른 층들, 더 적은 층들 및/또는 추가 층들) 및/또는 상이한 재료들을 포함할 수 있다.
도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 검출 디바이스(104)의 디바이스 베이스(125)는 가령 유전체 물질(142) 및 전도성 회로 구성요소(146) 위와 같이　디바이스 베이스(125)의 적층된 층(예컨대, 금속-유전체 층) 위로 (직접 또는 간접적으로) 연장되는　제1　차폐층(150)을　포함할 수 있다. 제1 차폐층(150)은 여기 광(101) 및/또는 반응 장소(114)로부터의 광 방출(예컨대, 플로우 채널(118)로부터 전파중인 광 신호)을 차단, 반사 및/또는 상당히 감쇠하도록 구성되는 재료를 포함할 수 있다. 단지 예로서, 제1 차폐층(150)은 텅스텐(W)을 포함할 수 있다.
제1 차폐층(150)은 적어도 하나의 대응하는 광 가이드(118)와 적어도 부분적으로 나란히 정렬되는 적어도 하나의 개구를 포함할 수 있다. 제1 차폐층(150)은 이런 개구의 어레이를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 제1 차폐층(150)은 그 위의 개구에 대하여 전체적으로 연장될 수 있다. 이와 같이, 여기 광(101)으로부터의 광 신호　및/또는　반응 장소(114)로부터의 광 방출은 광 신호가 광 가이드(118) 외부의 디바이스 베이스(125)를 통과하고 광 센서(140)에 의해 검출되는 것을 방지하기 위해 차단, 반사 및/또는 상당히 감쇠될 수 있다. 일부 예에서, 제1 차폐층(150)은 인접 개구 또는 광 가이드(118) 및/또는 연장되는 구멍들 사이에서 연속적으로 뻗어있다. 몇몇 다른 예에서, 제1 차폐층(150)은 하나 이상의 다른 개구가 제1 차폐층(150)에 존재하도록 인접 개구 또는 광 가이드(118) 사이에서 연속적으로 연장되어 있지 않는데, 이는 여기 광(101) 및/또는 반응 장소(114)로부터의 광 방출이 이를 통과할 수 있게 한다.
일부 예에서, 검출 디바이스(104)의 디바이스 베이스(125)는 도 3 및 4에 도시된 바와 같이 제1 차폐층(150) 위에 (직접적으로 또는 간접적으로) 뻗어있는 제2 차폐층(152)을 포함할 수 있다. 제2 차폐층(152)은 반사 방지 물질 및/또는 디바이스 베이스(125)의 기저 부분의 오염을 방지하는 물질을 포함할 수 있다. 단지 예로서, 제2 차폐층(152)은 SiON을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 제2 차폐층(152)은 나트륨과 같은 오염 물질이 제1 차폐층(150), 유전체 물질(142) 및/또는 디바이스 회로부(146)의 전도성(예컨대, 금속) 구성요소와 상호작용하는 것을 차단하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 제2 차폐층(152)은 제1 차폐층(150)의 구성을 모방할 수 있다. 예를 들어, 제2 차폐층(152)은 도 3 및 4에 도시된 바와 같이 적어도 하나의 광 가이드(118)와 적어도 부분적으로 나란히 정렬되는 적어도 하나의 개구를 포함할 수 있다. 제2 차폐층(152)은 이런 개구의 어레이를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 제2 차폐층(152)은 그 내부의 개구에 대하여 연장될 수 있다. 일부 예에서, 제2 차폐층(152)은 인접 광 가이드(118) 및/또는 연장되는 구멍들 사이에 연속적으로 연장된다. 일부 다른 예에서, 제2 차폐층(152)은 도 3 및 4에 도시된 바와 같이 하나 이상의 다른 개구가 제2 차폐층(152)에 존재하도록 인접 광 가이드(118) 및/또는 연장되는 구멍들 사이에서 연속적으로 연장되어 있지 않다.
일부 예에서, 광 검출 디바이스(104)는 도 3 및 4에 도시된 바와 같이 디바이스 베이스(125) 위에 광 가이드(118)에 대하여 연장되는 제1 라이너 층(154)을 포함할 수 있다. 제1 라이너 층(154)은　디바이스 베이스(125) 상에 형성된 연속 컨 포멀 층(conformal layer)일　수　있다. 제1 라이너 층(154)은　정의된　개구가 없을 수 있다.　그러나, 제1 라이너 층(154)은　하기에 더　설명되는 바와 같이 반응 용액과 같은　액체 또는　용액이　유동할 수 있게 하는 내부 불연속 물질, 기공, 파단　등을 포함할　수 있다.　제1　라이너 층(154)은 반응 용액에 대해 화학적으로 반응성일 수 있다.　예를 들어, 조성물(예를 들면, 물 및/또는 기름) 및/또는 비교적 높은 산성도(예컨대,　약 5 이하의 pH) 또는　비교적 높은 염기성(예컨대, 약 8 이상의　pH)의 반응 용액으로 인해, 반응 용액은　노출되고 재료가 용해되거나 분리되게 할 때(즉, 라이너 층(154)의 에칭) 제1 라이너 층(154)의 재료와 화학적으로 반응할 수 있다. 노출 시간 동안, 반응 용액은 이로써 제1　라이너 층(154)을 통해 에칭하고,결국 디바이스 회로부(146)의 기능과 상호작용하고 부식시키거나 방해할 수 있다. 예를 들어, 제1　라이너 층(154)은 실리콘 질화물일 수 있고(또는, SiN을 포함), 상대적으로 높은 산성 도는 염기성의 반응 용액이 노출될 때 SiN을 에칭할 수 있다.
도시된 실시예에서, 도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 제1 라이너 층(154)은 사이 영역(113)에서 반응 구조체(126) 및 디바이스 베이스(125)의 상부 부분 상의 제2 차폐층(152)(및/또는 디바이스 베이스(125)의 위 또는 상부 부분 상의 임의의 층) 간에 연장하고, 광 가이드(118)를 따라 연장한다. 도시된 예시에서, 도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 제1 라이너 층(154)은 광 가이드(118) 주위에 및 디바이스 베이스(125)의 유전 물질(142)에 인접하여 연장한다. 도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 제1 라이너 층(154)은 디바이스 베이스(125)의 유전 물질(142) 및 광 가이드(118)의 지지 라이너(130)와 제2 필터 영역(115) 사이(예컨대, 직접적으로 사이)에 위치하도록 광 가이드(118) 주위에 연장할 수 있다. 제1 라이너 층(154)은 반사 방지 층 또는 반사 층 (예컨대, 반응 장소(114)로부터 방출된 광이 광 가이드(118)를 통과하도록 보장하기 위하여), 오염 방지 층(예컨대, 디바이스 베이스(125)로의 나트륨 오염을 방지하기 위하여) 및/또는 접착 층(예컨대, 광 가이드(118)의 지지 라이너(130)와 제2 필터 영역(115)을 유전 물질(142)에 접착하기 위하여)으로 구성될 수 있다. 일부 예시에서, 라이너 층(154)은 임의의 이온성 종이 장치 층(예컨대, 금속-유전 층)으로 관통하는 것을 방지하는 오염 방지 층으로 구성될 수 있다. 일부 예시에서, 라이너 층(154)은 SiN을 포함한다. 일부 예시에서, 제1 라이너 층(154)은 SiN 층을 포함한다.
도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 제1 라이너 층(154)은 실질적으로 동일한 두께일 수 있다. 다른 예시에서, 제1 라이너 층(154)의 두께는 달라질 수 있다. 예를 들어, 디바이스 베이스(125)의 상부 부분 상을 연장하는 제1 라이너 층(154)의 부분은 제1 두께일 수 있고, 광 가이드(118) 주위로 연장하는 제1 라이너 층(154)의 부분은 제1 두께보다 얇거나 두꺼운 제2 두께일 수 있다. 다른 예시로, 광 가이드(118)의 주위로 연장하는 제1 라이너 층(154)의 부분의 두께는 디바이스 베이스(125) 내의 깊이를 따라 달라질 수 있다(예컨대, 디바이스 베이스(125) 안으로 깊어질수록 점점 얇아질 수 있다). 일부 예시에서, 제1 라이너 층(154)의 두께는 약 10nm 내지 약 100nm의 범위 내일 수 있다. 도시된 예시에서, 제1 라이너 층(154)은 약 50nm 두께이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 디바이스 베이스(125)는 장치 층 내에 및 광 가이드(118) 아래에 위치한 제2 라이너 층(155)도 포함할 수 있다. 제2 라이너 층(155)은 디바이스 베이스(125) 내의 위치를 제외하고 제1 라이너 층(154)와 실질적으로 유사 또는 동일할 수 있다. 일부 예시에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 라이너 층(155)은 광 가이드(118)의 하부를 따라 지지 라이너(130)의 바로 아래를 연장할 수 있다. 이 방식으로, 제1 라이너 층(154)과 제2 라이너 층(155)은 반응 리세스(108) 아래의 광 가이드(118)의 개구(158)를 제외하고 광 가이드(118) 주위 전체를 연장할 수 있다.
상술한 바와 같이, 도 3에 도시된 바와 같이 검출 디바이스(104)의 디바이스 베이스(125)는 광 가이드(118)의 하부 부분에 위치한 지지 라이너 또는 층(130)을 포함할 수 있다. 지지 라이너(130)는 제1 필터 영역(116)과 유전 물질(142) 사이(직접 또는 간접) 및 제1 필터 영역(116)과 제2 라이너 층(155) 사이를 연장할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 지지 라이너(130)는 제1 필터 영역(116) 주위 및 제1 필터 영역(116)과 제1 라이너 층(154) 사이(직접 또는 간접)를 연장할 수 있다. 이 방식으로, 지지 라이너(130)는 제1 필터 영역(116)의 하부 부분 주위를, 그 측면과 하부 표면 주위를 포함하여 연장할 수 있다. 지지 라이너(130)는 광 가이드(118)의 제1 필터 물질(116) 주위를 완전히 연장할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 필터 영역(115)은 광 가이드(118)의 상부 부분에서 지지 라이너(130) 위로 연장할 수 있다. 이로써 지지 라이너(130)는 제2 필터 영역(115)를 지지하거나 아래로 연장할 수 있다. 일부 예시에서, 지지 라이너(130)는 제2 필터 영역(115)의 바로 아래를 연장할 수 있다. 이로써 도 3에 도시된 바와 같이 지지 라이너(130)와 제2 필터 영역(115)은 조합하여 제1 필터 물질(116) 주위로 연장하고 제1 필터 물질(116)과 제1 라이너 층(154) 및/또는 디바이스 베이스(125)의 유전 물질(142) 사이에 위치한 층을 형성할 수 있다.
지지 라이너(130)의 두께는 임의의 두께일 수 있다. 일부 예시에서, 지지 라이너(130)의 두께는 약 100nm 내지 약 1마이크론의 범위 내, 또는 약 100nm 내지 약 500nm의 범위 내일 수 있다. 일부 예시에서, 제2 필터 영역(115)에 인접하거나 가까이 위치한 지지 라이너(130)의 적어도 일부와 같이 지지 라이너(130)의 두께는 제2 필터 영역(115)의 두께와 동일 또는 실질적으로 유사한 두께일 수 있다. 일부 예시에서, 광 가이드(118)의 하부에서 제1 필터 영역(116) 아래의 지지 라이너(130)(제1 필터 영역(116)과 제2 라이너 층(155) 및/또는 유전 물질(142) 사이)의 두께는 제1 필터 영역(116)의 측면 표면 주위로 연장하는 지지 라이너(130)(제1 필터 영역(116)과 제1 라이너 층(154) 및/또는 유전 물질(142) 사이)의 두께와 동일 또는 실질적으로 유사한 두께일 수 있다.
지지 라이너(130)는 기정의된 개구 또는 액체나 용액, 예컨대 반응 용액이 통과하여 흐르도록 하는 다른 틈이 없을 수 있다. 지지 라이너(130)은 액체나 용액, 예컨대 반응 용액이 통과하여 흐르도록 하는 임의의 내부 단절, 구멍, 금, 틈 등도 없거나 그 형성을 방지할 수 있다. 이로써 지지 라이너(130)는 액체 불침투성의 장벽 층일 수 있다. 본 명세서에서 액체 불침투성은 임의의 액체나 용액(예컨대, 반응 용액)이 통과하여 흐르는 것을 방지할 수 있는, 예컨대 대기압에서 보호 층(130)과 접촉한 반응 용액의 적어도 약 99 체적%가 통과하여 흐르는 것을 방지하는 층을 지칭한다. 또한 반응 용액이 지지 라이너(130)와 접촉할 때 반응 용액(상술한 바와 같이 상대적으로 높은 산성 또는 상대적으로 높은 염기성을 포함할 수 있음)이 지지 라이너(130)를 에칭하지 않거나, 약 섭씨 100도 및 약 대기압에서 지지 라이너(130)의 두께를 시간당 약 1 옹스트롬(
Figure pat00002
) 미만으로 에칭하도록 지지 라이너(130)는 반응 용액에 대해 화학적으로 비활성일 수 있다. 예를 들어, 반응 용액이 지지 라이너(130)와 접촉할 때 반응 용액이 지지 라이너(130)를 에칭하지 않거나, 약 섭씨 100도 및 약 대기압에서 지지 라이너(130)의 두께를 시간당 약 1 옹스트롬(
Figure pat00003
) 미만으로 에칭하도록 지지 라이너(130)의 조성은 반응 용액(상대적으로 높은 산성 또는 상대적으로 염기성을 포함할 수 있음)의 조성과 화학적으로 반응하지 않거나, 상대적으로 작은 정도로만 화학적으로 반응할 수 있다. 이로써 지지 라이너(130)는 반응 용액(예컨대 약 5 이하의 pH 또는 약 8 이상의 pH를 포함할 수 있음)에 대해 에칭 방해 층을 포함하여 반응 용액이 디바이스 회로부(146)에 침투하고(시간이 흐르며), 궁극적으로 디바이스 회로부(146)와 상호작용하고 부식시키거나 다른 방식으로 기능을 방해하는 것을 방지할 수 있다. 이로써 지지 라이너(130)는 반응 구조체(126) 및 광 가이드(118)의 필터 물질(116)을 통해 지지 라이너(130)로 침투할 수 있는 액체나 용액(예컨대 반응 용액)이 디바이스 회로부(146)와 상호작용하는 것을 방지하도록 구성된다.
지지 라이너(130)는 제1 라이너 층(154)의 재질 및 제1 필터 물질(116)과 다른 임의의 물질을 포함할 수 있어, 반응 장소(114)로부터 방출된 광이 통과하여 대응하는 광 가이드(118)를 통해 적어도 하나의 대응하는 광 센서(140)로 갈 수 있도록 한다. 예를 들어, 지지 라이너(130)는 제1 및 제2 필터 영역(116, 115)에 의해 필터링되지 않은 연관된 반응 리세스(108)의 반응 장소(114)로부터 방출된 광이 통과할 수 있게 하는 임의의 물질을 포함할 수 있다. 더 자세히 후술하는 바와 같이, 지지 라이너(130)는 제1 라이너 층(154)의 재질 및 제1 필터 물질(116)과 상이한 물질을 포함할 수 있어, 지지 라이너(130)의 상부 부분이 선택적으로 제거(에칭)되어 광 가이드(118)의 아래쪽 또는 하부 부분에만 지지 라이너(130)를 형성할 수 있다. 일부 예시에서, 지지 라이너(130)는 산화물, 질화물 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 이러한 일부 예시에서, 지지 라이너(130)는 SiO2, 금속 산화물 또는 그 조합을 포함할 수 있다.
일부 예시에서, 지지 라이너(130)는 반응 용액에 화학적으로 비활성인 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반응 용액이 지지 라이너(130)와 접촉할 때 반응 용액이 지지 라이너(130)를 에칭하지 않거나, 약 섭씨 100도 및 약 대기압에서 지지 라이너(130)의 두께를 시간당 약 1 옹스트롬(
Figure pat00004
) 미만으로 에칭하도록 지지 라이너(130)는 반응 용액(예컨대, 약 5 이하의 pH 또는 약 8 이상의 pH를 포함할 수 있음)과 화학적으로 반응하지 않거나, 상대적으로 작은 정도로만 화학적으로 반응하는 임의의 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 지지 라이너(130)는 산화물, 질화물 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 일부 예시에서, 지지 라이너(130)는 이산화규소, 금속 산화물, 금속 질화물 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 일부 예시에서, 지지 라이너(130)는 이산화규소, 규소 산화질화물, 일산화규소, 탄화규소, 규소 산화탄화물, 규소 질화탄화물, 이산화규소, 금속 산화물, 금속 질화물 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 일부 예시에서, 반응 용액의 pH는 약 8 이상이고, 지지 라이너(130)는 이산화규소, 규소 산화질화물, 일산화규소, 규소 탄화물, 규소 산화탄화물, 규소 질소탄화물, 이산화규소, 금속 산화물, 금속 질화물 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 일부 예시에서, 반응 용액의 pH는 약 5 이하이고, 지지 라이너(130)는 규소 탄화물, 규소 산화질화물, 규소 질화탄화물, 금속 산화물, 금속 질화물 또는 그 조합을 포함한다.
상술한 바와 같이, 광 가이드(118)는 개구(158)로부터 예컨대 유전 물질 층(142)을 통해 및 적어도 하나의 이미지 센서(140)를 향해 디바이스 베이스(125)로 연장할 수 있다. 특정 예시에서, 광 가이드(118)는 신장되고 적어도 하나의 대응하는 반응 리세스(108) 근처에서부터 그 개구(158)로부터 센서 층(141) 내의 적어도 하나의 대응하는 광 센서(140)를 향해 연장할 수 있다. 광 가이드(118)는 중앙 길이 방향 축을 따라 세로로 연장할 수 있다. 광 가이드(118)는 적어도 하나의 대응하는 반응 리세스(108)의 반응 장소(들)(112)로부터 방출된 광을 허용 및/또는 촉진하는 3차원 형상, 예컨대 원형의 개구(158)를 가지는 실질적 원통형 또는 원뿔대 형상으로 구성될 수 있다. 광 가이드(118)의 길이 방향 축은 단면의 기하학적 중심을 통해 연장할 수 있다. 하지만, 다른 기하학이 대안적 예시에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 광 가이드(118)의 단면은 실질적으로 사각 형상 또는 팔각형일 수 있다. 광 가이드(118)는 제1 필터 영역(116), 제2 필터 영역(115) 및 지지 라이너(130)를 포함할 수 있다.
상술한 바 및 도 3과 4에 도시된 바와 같이, 광 가이드(118)는 제1 필터 영역(116) 및 제2 필터 영역(115)을 포함할 수 있다. 제1 필터 영역(116은 원뿔대일 수 있고, 제2 필터 영역(115)은 제1 필터 영역(116) 주위로 연장하는 고리 모양의 슬리브 또는 라이너(고리 모양의 지지 라이너 또는 슬리브(130) 위로)일 수 있다. 제1 필터 영역(116)은 제1 파장 또는 파장 범위(및 잠재적으로 제4 파장 또는 파장 범위)의 여기광(101)을 필터링하고, 적어도 하나의 대응하는 반응 리세스(108)의 적어도 하나의 반응 장소(114)로부터의 제2 파장 또는 파장 범위의 광 방출이 통과하여 적어도 하나의 광 센서(140)를 향해 전파하도록 허용하도록 구성된 제1 필터 물질을 포함할 수 있다. 유사하게, 제2 필터 영역(115)은 제1 파장 또는 파장 범위(및 잠재적으로 제4 파장 또는 파장 범위)의 여기광(101)을 필터링하고, 적어도 하나의 대응하는 반응 리세스(108)의 적어도 하나의 반응 장소(114)로부터의 제3 파장 또는 파장 범위의 광 방출이 통과하여 적어도 하나의 광 센서(140)를 향해 전파하도록 허용하도록 구성된 제2 필터 물질을 포함할 수 있다. 일부 예시에서, 제1 필터 영역(116)은 적어도 하나의 반응 장소(114)로부터의 제3 파장 또는 파장 범위의 광 방출도 필터링할 수 있고(즉, 이러한 방출 광이 통과하는 것을 방지), 및/또는 제2 필터 영역(115)도 적어도 하나의 반응 장소(114)로부터의 제2 파장 또는 파장 범위의 광 방출을 필터링할 수 있다(즉, 이러한 방출 광이 통과하는 것을 방지). 다른 예시에서, 제1 필터 영역(116)은 적어도 하나의 반응 장소(114)로부터의 제3 파장 또는 파장 범위의 광 방출을 통과하도록 허용할 수 있고, 및/또는 제2 필터 영역(115)은 적어도 하나의 반응 장소(114)로부터의 제2 파장 또는 파장 범위의 광 방출을 통과하도록 허용할 수 있다. 장치(104)의 광 가이드(118)의 어레이의 각 광 가이드(118)는 실질적으로 동일한 제1 및 제2 필터 영역(116, 115)의 구성(예컨대, 필터링 속성)을 포함할 수 있거나, 상이한 광 가이드(118)는 상이한 제1 및 제2 필터 영역(116, 115)의 구성(예컨대, 필터링 속성)을 포함할 수 있다.
광 가이드(118)의 제1 필터 영역(116)과 제2 필터 영역(115)은 예컨대 각 파장 또는 파장 범위를 흡수하고 적어도 하나의 기결정된 파장 또는 파장 범위가 통과하도록 허용하는 흡수 필터(예컨대, 유기 흡수 필터)일 수 있다. 예시의 목적으로만, 장치(104)의 적어도 하나의 반응 리세스(108)의 적어도 하나의 제1 반응 장소(114)는 제3 파장 또는 파장 범위의 여기광(101)이 입사하면 제1 파장 또는 파장 범위의 제1 광 방출을 생성하도록 구성될 수 있고, 장치(104)의 적어도 하나의 반응 리세스(108)의 적어도 하나의 제2 반응 장소(114)는 제1 광 방출과 상이한(또는 중첩되지 않는) 제3 파장 또는 파장 범위의 여기광(101)이 입사하면 제2 파장 또는 파장 범위의 제2 광 방출을 생성하도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 반응 장소(114)는 동일한 반응 장소(114)이거나, 공통 반응 리세스(108) 내에 제공되는 상이한 반응 장소(114)이거나, 상이한 반응 리세스(108) 내에 제공되는 상이한 반응 장소(114)일 수 있다. 이러한 예시에서, 제1 필터 영역(116)은 여기광(101) 및 제2 광 방출을 흡수하지만, 제1 반응 장소로부터의 제1 광 방출이 통과할 수 있게 할 수 있다. 유사하게, 제2 필터 영역(115)은 여기광(101) 및 제1 광 방출을 흡수하지만, 제1 반응 장소로부터의 제2 광 방출이 통과할 수 있게 할 수 있다.
다른 예시로, 장치(104)의 적어도 하나의 반응 리세스(108)의 적어도 하나의 제1 반응 장소(114)는 제3 파장 또는 파장 범위의 제1 여기광(101)이 입사하면 제1 파장 또는 파장 범위의 제1 광 방출을 생성하도록 구성될 수 있고, 장치(104)의 적어도 하나의 반응 리세스(108)의 적어도 하나의 제2 반응 장소(114)는 제4 파장 또는 파장 범위의 제2 여기광(101)이 입사하면 제2 파장 또는 파장 범위의 제2 광 방출을 생성하도록 구성될 수 있다. 제1, 제2, 제3 및 제4 파장 또는 파장 범위는 상이할 수 있다(그리고 파장 범위의 경우, 중첩되지 않음). 제3 및 제4 여기광(101)은 동시에(예컨대, 동일 광 검출 이벤트 동안) 방출될 수 있거나, 제3 및 제4 여기광(101)은 독립적으로 또는 별개로 상이한 시간에(상이한 광 검출 이벤트 동안) 방출될 수 있다. 제1 및 제2 반응 장소(114)는 동일한 반응 장소(114)이거나, 공통 반응 리세스(108) 내에 제공된 상이한 반응 장소(114)이거나, 상이한 반응 리세스(108) 내에 제공된 상이한 반응 장소(114)일 수 있다. 이러한 예시에서, 제1 필터 영역(116)은 적어도 제1 여기광(101) 및 제2 광 방출을 흡수하지만, 제1 반응 장소로부터의 제1 광 방출이 통과할 수 있게 할 수 있다. 제1 필터 영역(116)은 제2 여기광(101)도 흡수할 수 있다. 유사하게, 제2 필터 영역(115)은 적어도 제2 여기광(101) 및 제1 광 방출을 흡수하지만, 제1 반응 장소로부터의 제2 광 방출이 통과할 수 있게 할 수 있다. 제2 필터 영역(115)은 제1 여기광(101)도 흡수할 수 있다.
제1 및 제2 필터 영역(116, 115)의 재질은 여기광이 통과하는 것을 방지하고(예컨대, 이러한 광을 반사, 굴절 및/또는 흡수) 기정의 또는 기결정된 파장 또는 파장 범위의 방출광(적어도 하나의 반응 장소(114)로부터의)이 통과하게 하는 임의의 재질일 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 필터 영역(116, 115)의 재질은 상이한 염료를 가지는 폴리머 물질(동일한 폴리머 물질 또는 상이한 폴리머 물질)일 수 있다. 이러한 예시에서, 폴리머 물질은 C-H-O 기반 매트릭스를 포함할 수 있고, 상이한 염료는 예컨대 상이한 금속 유기 복합 분자일 수 있다. 하지만 임의의 다른 적절한 물질이 사용될 수 있다. 상술한 바와 같이, 일부 예시에서 제1 및 제2 필터 영역(116, 115)은 상이한 파장 또는 파장 범위의 방출광(적어도 하나의 반응 장소(114)로부터의)이 통과할 수 있게 할 수 있다. 이와 같이, 일부 예시에서 광 가이드(118)의 제1 필터 영역(116)은 광 가이드(118)의 제2 필터 영역(115)이 통과할 수 있게 한 방출광(적어도 하나의 반응 장소(114)로부터의)을 필터링(즉, 차단)하고, 및/또는 광 가이드(118)의 제2 필터 영역(115)은 광 가이드(118)의 제1 필터 영역(116)이 통과할 수 있게 한 방출광(적어도 하나의 반응 장소(114)로부터의)을 필터링(즉, 차단)할 수 있다.
이로써 각 광 가이드(118)는 광 가이드 구조를 형성하기 위하여 디바이스 베이스(125)의 주위 물질(예컨대, 유전 물질(142) 및/또는 제1 및 제2 라이너 층(154, 155))에 대해 구성될 수 있다. 예를 들어, 광 가이드(118)는 적어도 약 2의 굴절률을 가질 수 있다. 특정 예시에서, 광 가이드(118)는 여기광의 OD(optical density) 또는 흡수도가 적어도 약 4 OD이도록 구성된다. 보다 구체적으로, 적어도 약 4 OD를 달성하기 위하여 광 가이드(118)의 필터 물질(116)이 선택될 수 있고 광 가이드(118)의 치수가 정해질 수 있다. 보다 특정한 예시에서, 광 가이드(118)는 적어도 약 5 OD, 또는 적어도 약 6 OD를 달성하도록 구성될 수 있다.
초기에, 장치(104) 또는 바이오 어셈블리(100)의 반응 구조체(126)의 하나 이상의 반응 리세스(108)의 반응 장소(114)는 지정된 반응을 포함하지 않을 수 있다. 상술한 바와 같이, 반응 장소(114)는 검출기 표면(112)에, 또는 보다 구체적으로, 반응 리세스(108)의 바닥 및/또는 측면 표면 상에 고정된 생물학적 또는 화학적 물질을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 지정된 반응이 일어난 후(반응 용액 처리를 통해) 반응 장소(114)로부터 방출되는 기지정된 광 방출이 반응 구조체(126)를 통해, 개구(158)와 제1 및/또는 제2 필터 물질(116, 115)을 통해, 지지 라이너(130)(및 잠재적으로 제1 및/또는 제2 라이너 층(154, 155))를 통해 및 적어도 하나의 대응하는 광 센서(140)로 전파하도록 반응 장소(114)는 적어도 하나의 광 가이드(118)의 개구(158) 근처에 위치된다.
단일 반응 장소(114)의 생물학적 또는 화학적 물질은 유사 또는 동일할 수 있다(예컨대, 공통 시퀀스를 가지는 분석물(예컨대, 올리고뉴클레오티드)의 콜로니). 하지만, 다른 실시예에서, 단일 반응 장소(114) 및/또는 반응 리세스는 상이한 물리학적 또는 화학적 물질을 포함할 수 있다. 유사하게, 단일 반응 리세스(108)의 반응 장소(114)는 상이한 생물학적 또는 화학적 물질(그리고 이로써 형광 표지를 가지는 지정된 반응)을 포함할 수 있다. 지정된 반응 전, 반응 장소(114)는 적어도 하나의 분석물(예컨대, 관심 분석물(analyte-of-interest))을 포함할 수 있다. 예를 들어, 분석물은 올리고뉴클레오티드 또는 그 콜로니일 수 있다(예컨대, 관심 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide-of-interest)). 올리고뉴클레오티드는 효과적으로 공통 시퀀스를 가지고 기정의된 또는 특정한 형광 표지된 생체 분자, 예컨대 형광 표지된 뉴클레오티드로 묶인다. 이로써 상이한 반응 장소(114)는 상이한 형광 표지된 생체 분자, 예컨대 상이하게 형광 표지된 뉴클레오티드를 포함할 수 있다.
하지만, 지정된 반응에 앞서, 형광 표지된 생체 분자의 형광단은 반응 장소(114)의 생물학적 또는 화학적 물질(예컨대, 올리고뉴클레오티드)을 포함하거나 결합되지 않는다. 지정된 반응을 달성 또는 획득하기 위하여(즉, 형광 표지된 생체 분자를 반응 장소(114)에서/의 생물학적 또는 화학적 물질과 결합시키기 위하여), 도 5에 도시된 바와 같이 플로우 셀이 광 검출 디바이스(104)의 반응 구조체(126)에 반응 용액(170)의 흐름을 제공할 수 있다. 이 방식으로, 반응 용액(170)은 여기광이 입사하면 광 방출을 생성하는 반응 장소(114)에서 반응을 개시 및/또는 반응 생성물을 형성할 수 있다.
반응 용액은 예컨대 DNA 이식, 클러스터링, 클리빙, 결합 및/또는 판독을 위해 이용되는 하나 이상의 일련의 시약을 포함할 수 있다. 하지만, 반응 용액은 임의의 용액일 수 있다. 예를 들어, 반응 용액(170)은 수용액일 수 있고 및/또는 기름을 포함할 수 있지만, 반응 용액(170)은 임의의 다른 액체를 포함할 수 있음을 이해할 것이다. 반응 용액(170)은 회로(146)와 반응, 부식, 용해, 열화 또는 다른 방식으로 작동 불가능하거나 회로로서(즉, 신호 또는 전자 전달) 덜 효율적으로 만드는 경향이 있는 하나 이상의 성분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반응 용액(170)은 디바이스 회로부(146)와 상호작용하면 금속 부분을 산화시키는 경향이 있는 수용액일 수 있다.
일례로, 반응 용액(170)은 적어도 일부는 형광 표지된 하나 이상의 뉴클레오티드 타입을 포함하고, 반응 용액(170)은 반응 장소(114)에서 성장성 올리고뉴클레오티드으로 뉴클레오티드를 결합시키고, 이로써 올리고뉴클레오티드를 형광 표지된 뉴클레오티드로 라벨링하는 하나 이상의 생체 분자, 예컨대 폴리메라아제 효소도 포함한다. 이 구현에서, 플로우 셀은 올리고뉴클레오티드으로 결합되지 않은 임의의 자유 뉴클레오티드를 제거하는 세척 용액을 제공한다. 그 후 반응 장소(114)은 제1 파장의 여기광(101)으로 조명되어, 이 반응 장소(114)에서 형광 표지된 뉴클레오티드가 결합된 제2 또는 제3 파장의 형광 발광을 야기한다. 형광 표지된 뉴클레오티드가 결합되지 않은 반응 장소(114)는 발광하지 않는다.
도 5에 도시된 바와 같이, 반응 용액(170)은 반응 리세스(108) 내로 제공되어 지정된 반응, 반응 장소(114)에 고정된 생물학적 또는 화학적 물질과의 적어도 하나의 형광 표지된 분자 결합 또는 혼입을 달성할 수 있다. 일부 예시에서, 반응 장소(114)의 생물학적 또는 화학적 물질은 분석물일 수 있고, 형광 표지된 분자는 분석물과 결합 또는 혼입된 적어도 하나의 형광단을 포함할 수 있다. 이러한 예시에서, 분석물은 올리고뉴클레오티드를 포함할 수 있고, 적어도 하나의 형광 표지된 분자는 형광 표지된 뉴클레오티드를 포함한다. 반응 용액(170)은 여기광 입사에 응답하여 상이한 파장 또는 파장 범위의 광을 방출하는 상이한 형광 표지된 분자를 포함할 수 있다. 상이한 반응 장소(114)(동일 또는 상이한 반응 리세스(108)의)는 이로써 여기광 입사에 응답하여 상이한 파장 또는 파장 범위의 광을 방출하도록 구성될 수 있다.
반응 장소(114)의 생물학적 또는 화학적 물질(예컨대, 올리고뉴클레오티드)이 유사 또는 동일, 예컨대 공통 시퀀스를 가질 때, 반응 장소(114)는 지정된 반응 후 공통 광 방출을 생성하도록 구성될 수 있고 여기광(101)은 반응 용액(170)으로부터 결합 또는 혼입된 형광 표지된 분자에 의해 흡수된다. 반응 장소(114)의 생물학적 또는 화학적 물질(예컨대, 올리고뉴클레오티드)이 상이, 예컨대 상이한 시퀀스를 가질 때, 반응 장소(114)는 지정된 반응 후 상이한 광 방출(상이한 파장 또는 파장 범위)을 생성하도록 구성될 수 있고 여기광(101)은 결합 또는 혼입된 상이한 형광 표지된 분자(예퀀대, 반응 용액(170)에 의해 제공)에 의해 흡수된다. 이 방식으로, 광 가이드(118)의 제1 필터 영역(116)은 반응 장소(114)로부터의 제1 지정된 반응의 광 방출이 통과하여 대응하는 광 센서(140)로 전파할 수 있도록(그리고 여기광, 잠재적으로 반응 장소(114)로부터의 제2 지정된 반응의 광 방출이 대응하는 광 센서(140)로 통과하는 것을 방지하도록) 선택 또는 구성될 수 있고, 광 가이드(118)의 제2 필터 영역(115)은 반응 장소(114)로부터의 제1 지정된 반응과 상이한 제2 지정된 반응의 광 방출(예컨대, 상이한 파장 또는 파장 범위의 광을 방출하는 상이한 형광 표지된 분자를 포함)이 통과하여 대응하는 광 센서(140)로 전파할 수 있도록(그리고 여기광, 잠재적으로 반응 장소(114)로부터의 제1 지정된 반응의 광 방출이 대응하는 광 센서(140)로 통과하는 것을 방지하도록) 구성 또는 선택될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 반응 용액(170)이 반응 장소(114)의 생물학적 또는 화학적 물질(예컨대, 올리고뉴클레오티드)과 상호작용한 후, 반응 장소(114)가 여기광(101)에 의해 여기될 때(즉, 여기광(101)이 반응 장소(114)에 입사할 때) 기정의 또는 기결정된 파장 또는 파장 범위의 광을 방출하는 형광 표지된 분자(동일 또는 상이한 형광 표지된 분자), 예컨대 형광단을 포함하도록 지정된 반응이 일어난다. 이로써 여기광(101)은 반응 용액(170)의 형광 표지된 분자에 기반하여 구성되거나, 그 반대일 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 여기광(101)에 의해 여기될 때, 반응 장소(114)는 여기광(101)과 상이한 파장 또는 파장 범위의 방출광(172) 또는 신호를 방출할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 예컨대 방출광(172)의 일부가 적어도 하나의 대응하는 광 가이드(118)로 지향되고, 방출광(172)의 일부가 플로우 채널(119)이나 반응 구조체(126)로 지향되도록 반응 장소(114)로부터의 방출광(172)은 모든 방향으로(예컨대, 등방성으로) 방출할 수 있다. 광 가이드(118)로 지향되는 부분의 경우, 장치(104)는 적어도 하나의 대응하는 광 센서(140)에 의해 광자의 검출을 가능하게 하도록 구성된다. 구체적으로, 대응하는 광 가이드(118)의 개구(158)를 통과하는 반응 장소(114)로부터의 방출광(172)은 그 제1 또는 제2 필터 영역(116, 115)을 통과하여 광 센서(140)로 전파할 것이다. 하지만, 여기광(101)은 도 6에 도시된 바와 같이 제1 및/또는 제2 필터 영역(116, 115)에 의해 흡수되거나 다른 방식으로 광 가이드(118)를 통해 광 센서(140)로 전파하는 것이 막힐 것이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 반응 장소(114)의 일부는 제1 필터 영역(116)에 의해 필터링되지 않지만 제2 필터 영역(115)에 의해 필터링되는(즉, 통과가 방지되는) 제1 파장 또는 파장 범위의 광(172)을 방출하도록 구성될 수 있고, 반응 장소(114)의 일부는 제2 필터 영역(115)에 의해 필터링되지 않지만 제1 필터 영역(116)에 의해 필터링되는(즉, 통과가 방지되는) 제2 파장 또는 파장 범위의 광(172)을 방출하도록 구성될 수 있다. 상술한 바와 같이, 일부 구현에서 장치(104)의 일부 반응 장소(114)는 제3 파장의 여기광(101)이 입사하면 제1 파장 또는 파장 범위의 광(172)을 방출하도록 구성될 수 있고, 장치(104)의 일부 다른 반응 장소(114)는 제3 파장의 여기광(101)이 입사하면 제2 파장 또는 파장 범위의 광(172)을 방출하도록 구성될 수 있다. 이러한 예시에서, 제1 및 제2 필터 영역(116, 115)은 모두 제3 파장의 여기광(101)을 필터링하도록 구성될 수 있다. 나아가, 일부 다른 예시에서 장치(104)의 일부 반응 장소(114)는 제3 파장 또는 파장 범위의 여기광(101)이 입사하면 제1 파장 또는 파장 범위의 광(172)을 방출하도록 구성될 수 있고, 장치(104)의 일부 다른 반응 장소(114)는 제4 파장 또는 파장 범위의 여기광(101)이 입사하면 제2 파장 또는 파장 범위의 광(172)을 방출하도록 구성될 수 있다. 이러한 예시에서, 제1 및 제2 필터 영역(116, 115)은 모두 제3 및 제4 파장 또는 파장 범위의 여기광(101)을 필터링하도록 구성될 수 있거나, 제1 및 제2 필터 영역(116, 115)은 제3 및 제4 파장 또는 파장 범위의 여기광(101) 중 하나를 필터링하도록 구성될 수 있다(예컨대, 제1 필터 영역(116)은 제3 파장 또는 파장 범위의 여기광(101)을 필터링하도록 구성되고, 제2 필터 영역(115)은 제4 파장 또는 파장 범위의 여기광(101)을 필터링하도록 구성될 수 있다). 광 센서(140)에 전기적으로 연결된 디바이스 회로부(146)는 광 센서(140)에 의해 검출된 광자에 기반하여 데이터 신호를 전송한다. 이 방식으로, 광 검출 이벤트(즉, 제1 및 제2 필터 영역(116, 115) 중 적어도 하나에 의해 필터링되지 않은 방출광(172)을 낳는 반응) 동안 반응 용액 처리를 통한 반응 장소(114)에서 지정된 반응의 존재만이 광 센서(140)에 의해 검출되는 방출광(172)을 양기할 것이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 대응하는 광 가이드(118)로 통과하는 반응 장소(들)(114)로부터 방출된 광(172)의 일부는 제1 필터 물질(116) 또는 제2 필터 물질(115)을 통해 적어도 하나의 대응하는 광 센서(140)로 직접 전파할 것이다. 예를 들어, 개구(158)를 통해 적어도 하나의 대응하는 광 가이드(118)로 통과하는 반응 장소(들)(114)로부터 방출된 광(172)의 적어도 대다수는 제1 필터 물질(116) 또는 제2 필터 물질(115)을 통해 적어도 하나의 대응하는 광 센서(140)로 직접(예컨대, 선형으로 또는 실질적으로 선형으로) 통과할 것이다. 적어도 하나의 대응하는 광 가이드(118)로 통과하는 반응 장소(들)(114)로부터 방출된 광(172) 중 작은 양이 지지 라이너(130), 라이너 층(154)을 통해 유전 물질 층(142)으로 통과하도록 각도를 두고 이동할 것이다. 이러한 광은 회로(146) 또는 유전 물질 층(142)에 내장된 다른 금속이나 반사 구조에 의해, 잠재적으로는 대응하는 광 가이드(118)로(그리고 잠재적으로는 적어도 하나의 대응하는 광 센서(140)로) 반사될 수 있다. 일부 예시에서, 지지 라이너(130) 및/또는 라이너 층(154)은 광에 투명, 예컨대 적어도 반응 장소(들)(114)로부터 방출된 광(172)에 투명 또는 실질적으로 투명할 수 있다.
도 7 내지 13은 광 검출 디바이스, 예컨대 도 1 내지 6의 광 검출 디바이스(104)를 제조하는 방법(200)의 예시를 도시한다. 따라서, "1"이 아닌 "2"로 시작하는 유사한 참조 번호는 유사한 컴포넌트, 양태, 기능, 프로세스 또는 기능을 가리키는데 사용되고, 상기 설명은 동일하게 적용되고, 간결성과 명료성을 위해 반복되지 않는다. 예를 들어, 방법(200)은 본 명세서에 서술되는 다양한 예시(예컨대, 시스템 및/또는 방법)의 구조 또는 양태를 채용할 수 있다. 다양한 예시에서, 특정 단계가 생략 또는 추가될 수 있거나, 특정 단계가 조합될 수 있거나, 특정 단계가 동시에 수행될 수 있거나, 특정 단계가 함께 수행될 수 있거나, 특정 단계가 다수의 단계로 분할될 수 있거나, 특정 단계가 다른 순서로 수행될 수 있거나, 특정 단계나 일련의 단계가 반복적 방식으로 재수행될 수 있다.
도 7 및 8에 도시된 바와 같이, 디바이스(204)를 형성하는 방법(200)은 디바이스 베이스(225) 내에 트렌치 또는 캐비티(280)를 복수 개 또는 어레이로 형성하는 단계(도 7의 270)를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 디바이스 베이스(225)는 광 센서(240)의 어레이 및 광 센서(240)와 전기적으로 연결된, 광 센서(240)에 의해 검출된 광자에 기반하여 데이터 신호를 전송하는 디바이스 회로부(246)를 포함할 수 있다. 디바이스 베이스(225)는 임의의 프로세스를 통해 제공 또는 획득될 수 있다. 예를 들어, 디바이스 베이스(225)는 미리 조립 또는 제조된 상태에서 획득될 수 있거나, 디바이스 베이스(225)는 복수의 트렌치(280)를 형성하기(270) 앞서 형성 또는 제조될 수 있다. 복수의 트렌치는 디바이스 베이스(225)의 외측, 외부 또는 상부 표면으로부터 적어도 하나의 대응하는 광 센서(240)를 향해(디바이스 베이스(225)의 두께를 통과하여) 연장할 수 있다.
상술한 바와 같이, 디바이스 베이스(225)는 집적 회로 제조 기술, 예컨대 CMOS 제조 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 디바이스 베이스(225)는 디바이스 회로부(246)를 형성하는 상이한 수정된 특징(예컨대, 금속 요소)이 내장된 몇몇 기판 층(예컨대, 유전 물질 층(242))을 포함할 수 있다. 복수의 트렌치(280)는 기판 층(예컨대, 유전 물질 층(242))에 형성되어 방법(200) 이후에 광 가이드(218)를 포함할 디바이스 베이스(225) 부분에 대응할 수 있다. 도 8에도는 하나의 트렌치(280)만 도시됐지만, 상술한 바와 같이 디바이스 베이스(225)는 광 가이드(218)의 배열을 포함할 수 있고 따라서 트렌치(280)의 배열이 형성될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 트렌치(280)는 제1 차폐층(250) 및/또는 제2 차폐층(252)의 개구를 통해 및 유전 물질(242)을 통해 적어도 하나의 대응하는 광 센서(240)를 향해 연장할 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 디바이스 베이스(225)의 내부 표면, 예컨대 유전 물질(242)은 광 가이드(218)의 형성을 위해 그 안에 트렌치(280)를 정의할 수 있다. 트렌치 또는 캐비티(280)는 유전 물질(242)을 통해 연장하는 제2 라이너 층(255)으로 연장할 수 있다. 이 방식으로, 제2 라이너 층(255)은 트렌치(280)의 바닥을 형성할 수 있다. 또한 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 차폐층(250) 및/또는 제2 차폐층(252)의 다른 개구는 디바이스 베이스(225)의 사이 영역(213)에 형성될 수 있다.
트렌치(280)는 유전 물질(242)의 일부(또한 잠재적으로 제1 차폐층(250) 및/또는 제2 차폐층(252)의 일부)를 제거하는 임의의 프로세스(들) 또는 기술(들)에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 트렌치(280)는 하나 이상의 선택적 에칭 프로세스 및/또는 반응성 이온 에칭 프로세스에 의해 형성될 수 있다. 일례로, 트렌치(280)는 디바이스 베이스(225)에 적어도 하나의 마스크(미도시)를 적용하고 유전 물질(242)의 일부(또한 잠재적으로 제1 차폐층(250) 및/또는 제2 차폐층(252)의 일부)의 물질을 제거(에칭을 통해)함으로써 형성될 수 있다.
도 7 및 9에 도시된 바와 같이, 복수의 트렌치(280) 형성 후, 방법(200)은 복수의 트렌치(280) 내에 디바이스 베이스(225)의 상부 표면에 걸쳐 제1 라이너 층(254)을 증착하는 단계(도 7의 272)를 포함할 수 있다. 일부 예시에서, 제1 라이너 층(254)은 복수의 트렌치(280)의 측벽에 걸쳐 형성되고 트렌치(280)의 바닥의 제2 라이너 층(255) 상에 형성되지 않을 수 있다. 일부 다른 예시에서, 제1 라이너 층(254)은 트렌치(280)의 바닥의 제2 라이너 층(255) 상에 형성되지만, 이어서 제거될 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 제2 차폐층(252)이 개구의 유전 물질(242)에 걸쳐 연장하도록 제1 라이너 층(254)은 디바이스 베이스(225)의 상부 표면의 제2 차폐층(252) 상에, 또한 잠재적으로 제1 차폐층(250) 및/또는 제2 차폐층(252)의 개구 중 임의의 개구 상에 디바이스 베이스(225)의 사이 영역(213)에 증착될 수 있다.
제1 라이너 층(254)은 반사 방지 층 또는 반사 층(예컨대, 반응 장소로부터 방출된 광이 광 가이드를 통과하도록 보장하기 위해), 오염 방지 층(예컨대, 회로의 나트륨 오염을 방지하기 위해), 및/또는 접착 층(예컨대, 유전 물질에 광 가이드의 필터 물질을 접착하기 위해)으로 구성될 수 있다. 일부 예시에서, 제1 라이너 층(254)은 임의의 이온성 종이 장치 층(예컨대, 금속-유전 층)으로 관통하는 것을 방지하는 오염 방지 층으로 구성될 수 있다. 일부 예시에서, 제1 라이너 층(254)은 SiN을 포함할 수 있다.
제1 라이너 층(254)은 디바이스 베이스(225) 상에 형성된 연속적 등각 층일 수 있다. 제1 라이너 층(254)은 정의된 개구가 없을 수 있다. 하지만, 제1 라이너 층(254)은 액체나 용액, 예컨대 반응 용액이 제1 라이너 층(254)을 통과하여 흐를 수 있게 하는 적어도 하나의 내부 단절, 구멍, 금, 틈 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 내부 단절이 제1 라이너 층(254)을 통과하는 경로를 형성하도록 제1 라이너 층(254)의 밀도는 상대적으로 낮을 수 있다. 다른 예시로, 제1 라이너 층(254)을 통하여 연장하는 단절이 반응 용액이나 임의의 다른 액체 또는 용액에 의해 제1 라이너 층(254)과 반응 및 에칭하여 형성될 수 있다. 제1 라이너 층(254)의 단절은 액체나 용액(예컨대, 반응 용액)이 통하여, 궁극적으로 디바이스 회로부(246)의 전도성(예컨대, 금속) 요소로 통과할 수 있게 할 수 있다. 상술한 바와 같이, 액체나 용액(예컨대, 반응 용액)은 디바이스 회로부(246)를 부식시키거나 다른 방식으로 동작을 방해할 수 있다.
제1 라이너 층(254)은 임의의 프로세스(들)나 기술(들)에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 라이너 층(254)은 적어도 하나의 화학적 증착 프로세스(예컨대, 플레이팅, CVD(chemical vapor deposition), PECVD(plasma enhanced CVD) 또는 ALD(atomic layer deposition)), 물리적 증착 프로세스, 성장 모드, 에피택시 또는 그 조합에 의해 형성될 수 있다. 일부 예시에서, 제1 라이너 층(254)은 디바이스 베이스(225)의 표면 상에 및 트렌치(280) 내에(예컨대, 트렌치(280)의 측벽, 잠재저으로 하부 표면 상에) 등방성으로 형성될 수 있다. 제1 라이너 층(254)은 실질적으로 일정한 두께를 포함할 수 있거나, 두께는 변할 수 있다.
디바이스 베이스(225) 상에(그리고 트렌치(280) 내에) 제1 라이너 층(254)을 형성한 후, 제1 라이너 층(254)은 더 처리될 수 있다. 예를 들어, 디바이스 베이스(225)의 상부 표면(즉, 제1 라이너 층(254)의 사이 영역(213)) 상을 연장하는 제1 라이너 층(254)의 적어도 일부는 평면화, 평탄화, 매끄럽게 하거나 다른 방식으로 표면 형태를 향상시키기 위해 처리될 수 있다. 이러한 일부 예시에서, 디바이스 베이스(225)의 상부 표면(즉, 제1 라이너 층(254)의 사이 영역(213)) 상을 연장하는 제1 라이너 층(254)의 적어도 일부는 제1 라이너 층(254)의 외부 표면을 평면화하기 위해 에칭 및/또는 연마(예컨대, 화학적 및/또는 기계적 연마/평면화)될 수 있다.
도 7 및 10에 도시된 바와 같이, 방법(200)은 디바이스 베이스(225)의 상부 표면 상 및 복수의 트렌치(280) 내에 연장하도록 디바이스 베이스(225) 상에 지지 라이너(230)를 증착하는 단계(도 7의 274)를 포함할 수 있다. 일부 예시에서, 지지 라이너(230)는 복수의 트렌치(280)의 측벽 및 트렌치(280)의 바닥 위에 형성될 수 있다. 지지 라이너(230)는 제1 라이너 층(254) 및 제2 라이너 층(255) 상에 형성될 수 있다.
지지 라이너(230)는 임의의 프로세스(들)나 기술(들)에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 지지 라이너(230)는 적어도 하나의 화학적 증착 프로세스(예컨대, 플레이팅, CVD(chemical vapor deposition), PECVD(plasma enhanced CVD) 또는 ALD(atomic layer deposition)), 물리적 증착 프로세스, 성장 모드, 에피택시 또는 그 조합에 의해 형성될 수 있다. 일부 예시에서, 지지 라이너(230)는 디바이스 베이스(225)의 표면 상에 및 트렌치(280) 내에(예컨대, 트렌치(280)의 측벽, 잠재저으로 하부 표면 상에) 등방성으로 형성될 수 있다. 지지 라이너(230)는 실질적으로 일정한 두께를 포함할 수 있거나, 두께는 변할 수 있다. 더 후술되는 바와 같이, 지지 라이너(230)는 제1 필터 영역(216)의 재질과 상이한 물질을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 지지 라이너(230)는 반응 구조체(226)를 통해, 잠재적으로 광 가이드(218)의 제1 필터 영역(216)을 통해 침투하는 임의의 반응 용액(예컨대, 약 5 이하의 pH 또는 약 8 이상의 pH를 포함할 수 있음)이 회로(246)와 상호작용하는 것을 방지하는 단단한 연속적 장벽 층(구멍, 금 또는 다른 단절이 없음)을 형성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 반응 용액이 지지 라이너(230)와 접촉할 때 반응 용액(상술한 바와 같이, 상대적으로 높은 산성 또는 상대적으로 높은 염기성을 포함)이 지지 라이너(230)를 에칭하지 않거나, 약 섭씨 100도 및 약 대기압에서 지지 라이너(230)의 두께를 시간당 약 1 옹스트롬(
Figure pat00005
) 미만으로 에칭하도록 지지 라이너(230)는 반응 용액에 대해 화학적으로 비활성이도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 지지 라이너(230)는 산화물, 질화물 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 일부 예시에서, 지지 라이너(230)는 이산화규소, 금속 산화물, 금속 질화물 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 일부 예시에서, 지지 라이너(230)는 이산화규소, 규소 산화질화물, 일산화규소, 탄화규소, 규소 산화탄화물, 규소 질화탄화물, 이산화규소, 금속 산화물, 금속 질화물 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 일부 예시에서, 반응 용액의 pH는 약 8 이상이고, 지지 라이너(230)는 이산화규소, 규소 산화질화물, 일산화규소, 규소 탄화물, 규소 산화탄화물, 규소 질소탄화물, 이산화규소, 금속 산화물, 금속 질화물 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 일부 예시에서, 반응 용액의 pH는 약 5 이하이고, 지지 라이너(230)는 규소 탄화물, 규소 산화질화물, 규소 질화탄화물, 금속 산화물, 금속 질화물 또는 그 조합을 포함한다. 이로써 지지 라이너(230)는 반응 용액 또는 임의의 다른 용액이나 액체가 디바이스 회로부(246)와 상호작용하는 것(또한 이로써 열화시키는 것)을 방지할 수 있다. 지지 라이너(230)의 생성 방법, 두께 및 재질은 독립적으로 따는 서로를 고려하여 구성될 수 있어, 지지 라이너(230)는 임의의 용액 또는 액체(예컨대, 반응 용액)이 통과할 수 있게 하는 임의의 단절이 없고, 지지 라이너(230)가 에칭(반응 용액에 의한)에 저항력이 있도록 지지 라이너(230)는 반응 용액에 대해 비활성이다.
도 7 및 11에 도시된 바와 같이, 지지 라이너(230)의 형성 후, 방법(200)은 복수의 광 가이드(218)의 제1 필터 영역(216)을 형성하기 위해 적어도 하나의 제1 필터 물질로 복수의 늘어선 트렌치(280)를 채우는 단계(도 7의 276)를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 적어도 하나의 제1 필터 물질(216)은 제1 파장 또는 파장 범위의 광(예컨대, 여기광)을 필터링하고, 제2 파장 또는 파장 범위의 광(예컨대, 제1 반응 장소로부터 방출된 광)을 허용할 수 있다. 일부 예시에서, 디바이스 베이스(225)에 가해지는 필터 물질(216)의 양은 늘어선 트렌치(280) 내의 가용 용적을 초과할 수 있다. 이와 같이, 제1 필터 물질(216)은 늘어선 트렌치(280)를 넘쳐 흐르고 디바이스 베이스(225)의 상부를 따라, 예컨대 지지 라이너(230) 위로 연장할 수 있다. 이러한 실시예에서, 지지 라이너(230)의 상부 표면 위로 연장하는 제1 필터 물질(216)의 적어도 일부는 제거될 수 있다. 대안적 예시에서, 채우는 작업(276)은 제1 필터 물질(216)이 트렌치(280)를 넘어가거나 넘쳐 흐르지 않도록(예컨대, 지지 라이너(230) 또는 제1 라이너 층(254)의 상부 위를 연장하지 않도록) 늘어선 트렌치(280) 각각을 선택적으로 채우는 것을 포함할 수 있다. 일부 예시에서, 제1 필터 물질(216)을 채우는 단계(도 7의 276)는 제1 필터 물질(216)을 적어도 늘어선 트렌치(280)로 기계적으로 압박하거나 억지로 밀어 넣는 단계를 포함할 수 있다.
도 7 및 12에 도시된 바와 같이, 늘어선 트렌치(280) 내로 제1 필터 물질(216)을 증착한 뒤, 방법(200)은 각 트렌치(280)의 제1 필터 물질(216) 주위로 및 제1 필터 물질(216)과 유전 물질(142)(그리고 만약 존재한다면 제1 라이너 층(254)) 사이로 연장하는 구멍, 틈, 캐비티 또는 개방 공간(290)을 형성하기 위하여 지지 라이너(230)의 상부 부분을 선택적으로 제거하는 단계(도 7의 278)를 포함할 수 있다. 구멍(290)은 디바이스 베이스(225)의 상부 표면으로부터 (따라서 디바이스 베이스(225)의 상부 표면에 개구를 형성하여) 지지 라이너(230)의 남아있거나 제거되지 않은 하부 부분까지 연장할 수 있다. 이로써 가이드(218) 내의 구멍(290)은 고리 모양이고, 트렌치(280)의 하부 부분으로부터 디바이스 베이스(225)의 상부 표면까지 연장할 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 지지 라이너(230)의 바닥 또는 하부 부분은 제거되지 않을 수 있고 제1 필터 물질(216) 아래의 트렌치(280) 내에 제1 필터 물질(216)의 바닥 또는 하부 부분 주위에 남을 수 있다. 이 방식으로, 지지 라이너(230)의 상부 부분의 선택적 제거 후, 제1 필터 물질(216)은 지지 라이너(230)의 기초 또는 하부 부분에 의해 지지되는 단독으로 서 있는 부재(예컨대, 원뿔대 형상)일 수 있다.
트렌치(280) 내에 증착된 제1 필터 물질(216)이 완전히, 또는 적어도 실질적으로 온전하게 남아있도록 지지 라이너(230)의 상부 부분은 선택적으로 제거될 수 있다. 유사하게, 트렌치 내에 증착된 제1 라이너 층(254)이 완전히, 또는 적어도 실질적으로 온전하게 남아있도록 지지 라이너(230)의 상부 부분은 선택적으로 제거될 수 있다. 만약 디바이스 베이스(225)가 트렌치(280) 내에 제1 라이너 층(254)을 포함하지 않는다면, 트렌치(280)에 인접한 유전 물질(242)이 완전히, 또는 적어도 실질적으로 온전하게 남아있도록 지지 라이너(230)의 상부 부분은 선택적으로 제거될 수 있다. 지지 라이너(230)의 상부 부분은 지지 라이너(230)의 상부 부분만 제거하는 임의의 선택적 제거 프로세스를 통해 제거될 수 있다. 상술한 바와 같이, 지지 라이너(230)의 재질은 제1 라이너 층(254)(및 유전 물질(242))과 제1 필터 영역(216)의 재질과 상이할 수 있다. 이러한 예시에서, 지지 라이너(230)의 상부 부분은 지지 라이너(230)에 대해 소재 특유인(그리고 제1 라이너 층(254) 및 제1 필터 영역(216)의 재질에 대해 그렇지 않은) 적어도 하나의 선택적 화학적 또는 플라즈마 에칭 프로세스를 통해 제거될 수 있다. 예를 들어, 지지 라이너(230)의 상부 부분을 선택적으로 에칭하는데 Applied Materials®의 Producer® SelectraTM과 같은 래디컬 기반 화학적 에칭 프로세스가 이용될 수 있다.
하지만, 일부 예시에서 지지 라이너(230)의 상부 부분은 구멍(290)을 형성하기 위해 제거되지 않을 수 있음을 유의하여야 한다. 오히려, 도 11에 도시된 바와 같이 지지 라이너(230)는 디바이스 베이스(225)의 상부 표면 상 및 제1 필터 물질(216) 주위로 제1 필터 물질(216)과 유전 물질 및 디바이스 회로부(246) 사이를 연장하는 복수의 트렌치(280) 내를 연장하도록 디바이스 베이스(225) 위에 남아있을 수 있다. 이러한 실시예에서, 방법(200)은 복수의 광 가이드(218) 상에 도 11에 도시된 바와 같이 제1 필터 물질(216)과 지지 라이너(230), 및 후술하는 바와 같이 디바이스 베이스(225)의 사이 영역(213)(예컨대, 지지 라이너(230) 위와 같이 디바이스 베이스(225)의 상부 표면 위)만으로 반응 구조체를 형성하는 단계(도 7의 282)를 포함할 수 있다. 이로써 지지 라이너(230)는 반응 구조체 또는 반응 구조체와 광 가이드(218)를 통해 침투할 수 있는 임의의 용액이나 액체, 예컨대 반응 용액이 궁극적으로 디바이스 회로부(246)와 상호작용하는 것을 방지할 수 있다.
만약 지지 라이너(230)의 상부 부분이 선택적으로 제거되어 도 7 및 13에 도시된 바와 같이 구멍(290)을 형성한다면, 방법(200)은 복수의 광 가이드(218)의 제2 필터 영역(215)을 형성하기 위하여 적어도 하나의 제2 물질로 복수의 구멍(290)을 채우는 단계(도 7의 280)를 포함할 수 있다. 이로써 제1 및 제2 필터 영역(216, 215)은 광 가이드(218)를 형성할 수 있다. 상술한 바와 같이, 제2 필터 영역(215)의 필터 물질은 제1 파장 또는 파장 범위의 광(예컨대, 여기광)을 필터링하고, 제3 파장 또는 파장 범위의 광(예컨대, 제1 반응 장소로부터 방출된 광)이 적어도 하나의 대응하는 광 센서(240)로 통과하는 것을 허용할 수 있다. 또한 상술한 바와 같이, 제2 필터 영역(215)의 필터 물질은 제1 필터 영역(116)이 통과를 허용하는 제2 파장 또는 파장 범위의 광을 필터링할 수 있다. 이 방식으로, 제1 및 제2 필터 영역(216, 215) 각각은 다른 영역이 통과를 허용하는 파장 또는 파장 범위를 필터링할 수 있다.
일부 예시에서, 디바이스 베이스(225)에 가해지는 제2 필터 물질(215)의 양은 구멍(290) 내의 가용 용적을 초과할 수 있다. 이와 같이, 제2 필터 물질(215)은 구멍(290)을 넘쳐 흐르고 디바이스 베이스(225)의 상부를 따라, 예컨대 지지 라이너(230) 위로 연장할 수 있다. 이러한 실시예에서, 디바이스 베이스(225)의 상부 표면 위로(예컨대, 제1 라이너 층(254) 위로) 연장하는 제2 필터 물질(215)의 적어도 일부는 제거될 수 있다. 대안적 예시에서, 채우는 작업(280)은 제2 필터 물질(215)이 구멍(290)을 넘어가거나 넘쳐 흐르지 않도록(예컨대, 제1 라이너 층(254)의 위와 같이 디바이스 베이스(225)의 상부 위를 연장하지 않도록) 구멍(290) 각각을 선택적으로 채우는 것을 포함할 수 있다. 일부 예시에서, 구멍(290)을 제2 필터 물질(215)로 채우는 단계(도 7의 280)는 제2 필터 물질(215)을 적어도 구멍(290)으로 압박하는(예컨대, 스퀴지와 같은 컴포넌트를 사용하여) 단계를 포함할 수 있다.
선택적으로, 제1 및 제2 필터 영역(216, 215)을 통해 광 가이드(218)를 형성한 후, 도 13에 도시된 바와 같이 방법(200)은 제1 필터 물질(216) 및/또는 제2 필터 물질(215)의 일부를 디바이스 베이스(225)의 상부로부터(존재한다면) 및/또는 광 가이드(218) 내로부터 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 필터 물질(216, 215)은 광 가이드(218) 내에서 제거되어 도 13에 도시된 바와 같이 광 가이드(218)의 개구(258)가 제1 라이너 층(254)의 상부 표면 아래의 깊이 또는 위치에 위치한다. 상이한 프로세스 또는 동일한 프로세스가 제1 필터 물질(216) 및/또는 제2 필터 물질(215)의 하나 이상의 부분을 제거하기 위해 구현될 수 있다. 예를 들어, 제거 작업은 제1 필터 물질(216) 및/또는 제2 필터 물질(215)의 일부의 에칭 및/또는 화학적 연마 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 필터 영역(216, 215)을 통한 광 가이드(218)의 형성 후, 방법(200)은 디바이스 베이스(225)의 복수의 광 가이드(218) 및 사이 영역(213) 상의(예컨대, 제1 라이너 층(254) 위와 같은 디바이스 베이스(225)의 상부 표면 상의) 반응 구조체를 형성하는 단계(도 7의 282)를 포함할 수 있다(도 3 참고). 상술한 바와 같이, 디바이스 베이스(225)의 상부 표면의 복수의 광 가이드(218) 및 사이 영역(213) 상에 제공되는 반응 구조체는 적어도 하나의 반응 장소 및 입사 여기광에 응답하여 광을 생성 또는 방출하는 적어도 하나의 반응 장소에서 반응을 개시 및/또는 반응 생성물을 형성하는 반응 용액을 포함하기 위해 각각이 적어도 하나의 광 가이드(218)에 대응하는 복수의 반응 리세스를 포함할 수 있다. 또한 상술한 바와 같이, 반응 구조체는 복수의 층을 포함할 수 있다. 이와 같이, 반응 구조체를 형성하는 단계(도 7의 282)는 디바이스 베이스(225) 상에(예컨대, 디바이스 베이스(225)의 상부 표면 및 광 가이드(218)의 개구(258)) 복수의 층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다(도 3 참조). 반응 구조체는 임의의 프로세스(들) 또는 기술(들)에 의해 형성될 수 있다.
선택적으로, 방법(200)은 형성된 반응 구조체의 적어도 하나의 반응 리세스에 적어도 하나의 반응 장소를 형성하는 단계 및/또는 장치(204)에 플로우 셀을 장착하는 단계를 포함할 수 있다(도 1 참조). 반응 장소를 제공하는 단계는 플로우 셀이 장치(204)에 결합되기 전 또는 후에 일어날 수 있다. 반응 장소는 반응 리세스를 따라 기결정된 패턴으로 위치될 수 있다. 반응 장소는 기결정된 방식으로 대응될 수 있다(예컨대, 한 사이트에 한 광 센서, 한 사이트에 다수의 광 센서 또는 다수의 사이트에 한 광 센서). 다른 예시에서, 반응 장소는 반응 리세스를 따라 랜덤하게 형성될 수 있다. 본 명세서에 서술되는 바와 같이, 반응 장소는 반응 리세스 내의 검출기 표면에 고정된 생물학적 또는 화학적 물질을 포함할 수 있다. 생물학적 또는 화학적 물질은 여기광에 응답하여 광 신호를 발산하도록 구성될 수 있다. 특정 예시에서, 반응 장소는 반응 리세스 내의 검출기 표면에 고정된 생체 분자(예컨대, 올리고뉴클레오티드)의 클러스터 또는 콜로니를 포함한다.
상기 설명은 예시의 목적이고, 제한적이지 않음을 이해하여야 한다. 예를 들어, 상기 예시(및/또는 그 양태)는 서로 조합되어 사용될 수 있다. 나아가, 많은 수정이 이루어져 그 범위에 벗어남 없이 특정 상황 또는 요소를 다양한 예시의 교시에 맞출 수 있다. 요소의 치수 및 형식이 본 명세서에 서술되지만, 다양한 예시 중 일부의 파라미터를 정의하기 위한 것이고, 모든 예시를 제한하는 의미가 아니며 예시적일 뿐이다. 상기 설명을 검토하면 많은 다른 예시가 통상의 기술자에게 명백해질 것이다. 따라서 다양한 예시의 범위는 첨부된 청구범위를 이러한 청구범위의 모든 범위의 균등물과 함께 참조하여 결정되어야 한다.
상기 개념과 더 후술되는 추가 개념(제공되는 이러한 개념은 상호 모순되지 않음)의 모든 조합이 본 명세서에 서술되는 독창적인 요소의 일부로 고려됨을 이해하여야 한다. 특히, 본 명세서의 끝에 있는 청구되는 요소의 모든 조합이 본 명세서에 서술되는 독창적인 요소의 일부로 고려된다.
첨부되는 청구범위에서, 용어 "including"과 "in which"는 각 용어 "comprising"과 "wherein"은 쉬운 영어의 등가로 사용된다. 나아가, 다음 청구범위에서, 용어 "제1", "제2", "제3" 등은 표지 지칭을 위해 사용될 뿐이고, 그 객체에 수적, 구조적 또는 다른 제약을 설정하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 "기반하여" 형태의 용어는 한 요소가 완전히 기반하는 관계뿐만 아니라 요소가 부분적으로 기반하는 관계를 포함한다. "정의된" 형태의 용어는 한 요소가 완전히 정의되는 관계뿐만 아니라 요소가 부분적으로 정의되는 관계를 포함한다. 나아가, 첨부되는 청구범위의 한정은 이러한 청구범위 한정이 추가 구조 없이 기능을 언급한 후 "하기 위한 수단"의 구절을 명시적으로 사용한 것이 아닌 한 기능식 청구항으로 쓰여진 것이 아니고 35 U.S.C. § 112 제6 문단에 기반하여 해석되도록 의도한 것이 아니다. 상술한 이러한 목적 또는 이점이 반드시 임의의 특정한 예시에 따라서 달성될 수 있는 것은 아님을 이해할 것이다. 따라서, 예를 들어, 통상의 기술자는 본 명세서에 서술되는 장치, 시스템 및 방법이 본 명세서에 교시 또는 시사된 다른 목적이나 이점을 반드시 달성하지 않고 본 명세서에 교시된 한 이점 또는 이점의 그룹을 달성 또는 최적화하는 방식으로 구현 또는 수행될 수 있음을 이해할 것이다.
본 명세서가 오직 한정된 수의 예시와 함께 자세히 서술되었지만, 본 명세서는 이러한 개시된 예시로 제한되지 않음을 이해할 것이다. 오히려, 본 명세서는 수정되어 본 명세서에 지금까지 서술되지 않았지만, 본 명세서의 사상 및 범위에 상응하는 임의의 수의 변형, 개조, 대체 또는 균등물 배열을 통합할 수 있다. 나아가, 다양한 예시가 서술되었지만, 본 명세서의 양태는 오직 한 예시 또는 서술된 예시 중 일부를 포함할 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 일부 예시가 특정 수의 요소를 가지는 것으로 서술되었지만, 예시는 특정 수보다 적거나 많은 요소로 실시될 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (6)

  1. 디바이스; 및
    디바이스에 실장되고, 반응 용액 및 반응 용액을 인도하기 위해 반응 구조체체의 반응 장소와 유체 소통하는 적어도 하나의 플로우 채널을 포함하는 플로우 셀을 포함하는 바이오센서로서,
    상기 디바이스는:
    디바이스 베이스 위에 위치하고, 반응 용액 및 반응 용액과의 처리 이후 입사하는 여기 광에 응답하여 광 방출을 발생시키는 복수의 반응 장소를 포함하는 반응 구조체;
    디바이스 베이스 내 복수의 광 센서;
    광센서에 의해 검출되는 광자에 기반하여 데이터 신호를 전송하기 위해 복수의 광 센서와 전기 연결되는 디바이스 베이스 내 디바이스 회로부; 및
    적어도 하나의 대응하는 반응 장소로부터 여기 광 및 광 방출을 수신하는 입력 영역을 가진 복수의 광 가이드를 포함하고,
    상기 광 가이드는 적어도 하나의 대응하는 광 센서를 향해 상기 입력 영역으로부터 디바이스 베이스로 뻗어있으며,
    복수의 광 가이드는 각각:
    적어도 제1 파장의 여기 광을 필터링하고 제2 파장의 광 방출이 적어도 하나의 대응하는 광 센서로 통과하게 하는, 제1 필터 물질로 형성된 제1 필터 영역, 및
    적어도 제1 파장의 여기 광을 필터링하고 제3 파장의 광 방출이 적어도 하나의 대응하는 광 센서로 통과하게 하는, 제2 필터 물질로 형성된 제2 필터 영역을 포함하는, 바이오센서.
  2. 복수의 광 센서 및 광 센서에 의해 검출되는 광자에 기반하여 데이터 신호를 전송하기 위해 광 센서와 전기 연결되는 디바이스 회로부를 포함하는 디바이스 베이스 내에 복수의 트렌치를 형성하는 단계;
    복수의 트렌치의 내부면 위에 지지층을 증착하는 단계;
    적어도 제1 파장의 광을 필터링하고 제2 파장의 광이 적어도 하나의 대응하는 광 센서로 통과하게 하는 제1 필터 물질로 증착된 지지층 위의 복수의 트렌치를 채우는 단계;
    디바이스 베이스와 제1 필터 물질 사이에 위치하는 복수의 트렌치 내 증착된 지지층의 상단 부분을 제거하여 복수의 보이드를 형성하는 단계;
    적어도 제1 파장의 광을 필터링하고 제3 파장의 광이 적어도 하나의 대응하는 광 센서로 통과하게 하는 제2 필터 물질로 복수의 보이드를 채워서 복수의 광 가이드를 형성하는 단계; 및
    반응 용액 및 적어도 제1 파장의 입사하는 여기 광에 응답하여 반응 용액과의 처리 이후 제2 파장과 제3 파장 중 적어도 하나의 광을 발생시키는 적어도 하나의 반응 장소를 포함하기 위해 디바이스 베이스 및 복수의 광 가이드 위에 반응 구조체체를 형성하는 단계를 포함하며,
    복수의 트렌치는 디바이스 베이스의 상단면으로부터 적어도 하나의 대응하는 광 센서를 향해 뻗어있는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    복수의 트렌치 내 증착된 지지층의 상단 부분을 제거하는 것은 제1 영역의 하단 부분 주위에서 아래로 뻗어있는 지지층 부분을 형성하는 것인 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    지지층이 제2 라이너 층 상에 뻗어있도록 지지층을 증착하기 전에 복수의 트렌치의 내부면 위에 그리고 디바이스 베이스의 상단면 위에 제2 라이너 층을 증착하는 단계를 더 포함하는 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    제1 필터 물질은 제2 파장의 광을 더 필터링하고, 제2 필터 물질은 제1 파장의 광을 더 필터링하는 방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    제1 필터 물질은 제1 염색제를 가진 폴리머 물질이고, 제2 필터 물질은 제1 염색제와 다른 제2 염색제를 가진 폴리머 물질인 방법.
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