TWI845555B - 源自生物體物質檢測用晶片、源自生物體物質檢測裝置及源自生物體物質檢測系統 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種高檢測精度之源自生物體物質檢測用晶片。 本技術中，提供一種源自生物體物質檢測用晶片，其係由複數個像素構成，上述像素至少具備保持源自生物體物質之保持表面、及設置於上述保持表面之下方且設置於半導體基板之光電轉換部，於上述像素間設置有混色抑制部。又，本發明亦提供一種使用有上述源自生物體物質檢測用晶片之源自生物體物質檢測裝置及源自生物體物質檢測系統。

Description

源自生物體物質檢測用晶片、源自生物體物質檢測裝置及源自生物體物質檢測系統
本技術係關於一種源自生物體物質檢測用晶片、源自生物體物質檢測裝置及源自生物體物質檢測系統。
近年來，於醫療領域、藥物開發領域、臨床檢查領域、食品領域、農業領域、工學領域等各種領域，正在進行關於基因解析、蛋白質解析、細胞解析等之技術研究。尤其最近，正在推進於設置於晶片之微小尺度之流路或井內進行核酸、蛋白質、細胞、微生物等源自生物體物質之檢測或解析等各種反應之以實驗室晶片為代表之晶片上之檢測技術的開發及實用化。該等作為簡便地測量源自生物體物質等之方式而受到關注。
例如，專利文獻1中，揭示有一種光學檢測裝置，該光學檢測裝置至少具備：第1基板，其形成有複數個井；第2基板，其以與上述井相接之方式設置有加熱機構；第3基板，其設置有與上述各井之位置對應而定位之複數個光照射機構；及第4基板，其設置有與上述各井之位置對應而定位之複數個光檢出機構。該光學檢測裝置可測定於各井中進行之各種反應。
又，例如，專利文獻2中，揭示有一種化學感測器，該化學感測器具備：基板，其形成有光檢出部；及電漿子吸收層，其積層於上述基板，具有產生電漿子吸收性之金屬奈米構造。該化學感測器中，可檢測因固定於感測器上之探針材料與靶材料之結合而引起之發光。 先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2010-284152號公報 專利文獻2：WO2013/080473
[發明所欲解決之問題]
於晶片上之複數個區域(例如，複數個井等)內，使用與各區域對應之複數個光檢出部檢測自生物體相關物質發出之光之情形時，有來自相鄰區域之光漏入至各光檢出部之問題。例如，於各區域進行各不相同之反應，並檢測因各反應而引起之發光之情形時，有可能藉由誤檢測來自其他區域之發光而進行誤判定。
因此，本技術之主要目的在於提供一種高檢測精度之源自生物體物質檢測用晶片。 [解決問題之技術手段]
即，本技術中，首先提供一種源自生物體物質檢測用晶片，其係由複數個像素構成， 上述像素至少具備保持源自生物體物質之保持表面、及於上述保持表面之下方設置於半導體基板之光電轉換部， 於上述像素間設置有混色抑制部。 本技術之源自生物體物質檢測用晶片中，可使上述像素與上述混色抑制部為不同之導電型。 該情形時，可將上述像素設為N型區域，且將上述混色抑制部設為P型區域。相反，亦可將上述像素設為P型區域，且將上述混色抑制部設為N型區域。 本技術之源自生物體物質檢測用晶片中，上述複數個像素分別具有光電轉換區域，可於各光電轉換區域間設置溝槽。 該情形時，於上述溝槽之內部，可包含選自氧化膜、及金屬之1種以上。 本技術之源自生物體物質檢測用晶片中，可於上述光電轉換部之上方，在上述保持表面設置凹部。 本技術之源自生物體物質檢測用晶片中，上述保持表面可設置於形成在上述半導體基板上之膜上。 該情形時，上述膜具有第1折射率，上述半導體基板亦可具有與上述第1折射率不同之第2折射率。 又，上述膜亦可為選自無機膜、及有機膜中之1種以上之膜。 本技術之源自生物體物質檢測用晶片中，可具備設置於相鄰之上述像素間之上方之遮光膜。 上述遮光膜間可成形為於俯視下呈選自圓形、橢圓形、及角為R形狀之多邊形中之1種以上之形狀。 本技術之源自生物體物質檢測用晶片中，上述保持表面可設置於配備在上述半導體基板上之晶載透鏡(OCL，On Chip Lens)上。 該情形時，上述保持表面亦可設置於形成在上述晶載透鏡(OCL)上之平坦化膜上。 作為能夠檢測本技術之源自生物體物質檢測用晶片之源自生物體物質，可列舉選自核酸、蛋白質、細胞、微生物、染色體、脂質體、粒線體、細胞器(細胞小器官)、及該等之複合體中之1種以上之源自生物體物質。
本技術中，其次提供一種源自生物體物質檢測裝置，具備： 源自生物體物質檢測用晶片，其係由複數個像素構成， 上述像素至少具備保持源自生物體物質之保持表面、及設置於上述保持表面之下方之光電轉換部， 於上述像素間設置有混色抑制部；及 解析部，其解析藉由上述源自生物體物質檢測用晶片所取得之電氣資訊。
本技術中，進而提供一種源自生物體物質檢測系統，具備： 源自生物體物質檢測用晶片，其係由複數個像素構成， 上述像素至少具備保持源自生物體物質之保持表面、及設置於上述保持表面之下方之光電轉換部， 於上述像素間設置有混色抑制部；及 解析裝置，其解析藉由上述源自生物體物質檢測用晶片所取得之電氣資訊。
本技術中，使「源自生物體物質」廣泛地包含核酸、蛋白質、細胞、微生物、染色體、脂質體、粒線體、細胞器(細胞小器官)、及該等之複合體等。細胞中包含動物細胞(血球系細胞等)及植物細胞。微生物中包含大腸菌等細菌類、煙草花葉病毒等病毒類、酵母菌等菌類等。
以下，一面參照圖式一面對用以實施本技術之較佳之形態進行說明。以下說明之實施形態表示本技術之代表性實施形態之一例，並非藉此而狹義地解釋本技術之範圍。再者，說明係按以下順序進行。 1.本技術中進行之源自生物體物質檢測之概要 (1)源自生物體物質S本身之檢測 (2)源自生物體物質S之相互作用之檢測 (3)其他物質之篩選 2.源自生物體物質檢測用晶片1 (1)第1實施形態 (2)第2實施形態、第3實施形態 (3)第4實施形態 (4)第5實施形態～第7實施形態 (5)第9實施形態～第12實施形態 (6)第13實施形態、第14實施形態 (7)第15實施形態 (8)第16實施形態 (9)第17實施形態 3.源自生物體物質檢測裝置2 4.源自生物體物質檢測系統3
＜1.本技術中進行之源自生物體物質檢測之概要＞ 說明本技術之源自生物體物質檢測用晶片1、源自生物體物質檢測裝置2、及源自生物體物質檢測系統3進行之源自生物體物質S之檢測之概要。本技術之源自生物體物質檢測用晶片1、源自生物體物質檢測裝置2、及源自生物體物質檢測系統3可用於(1)源自生物體物質S本身之檢測；(2)源自生物體物質S之相互作用之檢測；(3)使用有源自生物體物質S之其他物質(例如，藥效成分等)之篩選等。再者，各檢測係於下述源自生物體物質檢測用晶片1之保持表面111進行。
(1)源自生物體物質S本身之檢測 例如，於血液、尿、類便、唾液等體液中所含之紅血球、白血球、血小板、細胞激素、荷爾蒙物質、糖、脂質、蛋白質等生物體物質；於體液或水中所含之細菌類、菌類、病毒等微生物；及細胞或微生物中之基因等之檢測中，可使用本技術。例如，使用發揮特異作用之色素對檢測對象之物質或非檢測對象之物質染色後，根據有無目標之光檢出而可檢測出檢測對象之物質之存在。檢測之結果可用於疾患之診斷、體內環境診斷、水質檢查等。
(2)源自生物體物質S之相互作用之檢測 例如，於蛋白質之相互作用、核酸之雜交、細胞激素或荷爾蒙物質與受體之結合等相互作用之檢測中，可使用本技術。使用圖1～3對具體之檢測例進行說明。
例如，如圖1之A～D所示，將蛋白質或受體(或模仿受體者)等源自生物體物質S1固定於保持表面111(參照圖1中A)，並添加於確認與源自生物體物質S1之相互作用之源自生物體物質S2～S4中固定有螢光F1～F3等色素者(參照圖1中B)。然後，進行未相互作用之源自生物體物質S3及S4之洗淨(參照圖1中C)，自保持表面111檢測螢光F1(參照圖1中D)，以此可檢測出源自生物體物質S1與源自生物體物質S2之相互作用。
例如圖1之E～H所示，將細胞等源自生物體物質S1固定於保持表面111，可偵知經由該源自生物體物質S1所具有之輸送體t(例如，細胞膜中之運輸體等)擷取之發光體F1。
例如圖2之A～D所示，將包含DNA(Deoxyribonucleic Acid，去氧核糖核酸)或RNA(Ribonucleic Acid，核糖核酸)等之探針S5固定於保持表面111(參照圖2中A)，並添加包含能成為靶之DNAS6及DNAS7之樣品、及嵌入劑I(參照圖2中B)。然後，若樣品中含有具有與探針S5互補之序列之DNAS6，則引起雜交反應。對未雜交之DNAS7進行洗淨(參照圖2中C)，自保持表面111檢測來自嵌入劑I之光(參照圖2中D)，以此可檢出探針S5與靶DNAS6之雜交。
例如圖3之A～D所示，將源自生物體物質S8固定於保持表面111(參照圖3中A)，並添加與其相互作用而成為新的物質S10之源自生物體物質S9(參照圖3中B)。其次，添加與物質S10特異結合之螢光F4等色素(參照圖3中C)，自保持表面111檢測螢光F4(參照圖3中D)，以此可檢測源自生物體物質S8與源自生物體物質S9之相互作用。
(3)其他物質之篩選 例如，於能成為各種受體之激動劑(促效劑)或拮抗劑(antagonist)之物質之篩選、或各種微生物之產生抑制劑、抗菌劑、殺菌劑等之篩選中，可使用本技術。使用圖4～圖6對具體之檢測例進行說明。
例如圖4之A～D所示，將受體R1(或模仿受體R1者)固定於保持表面111(參照圖4中A)，並添加於確認該受體R1之作動性之物質d1～d3中固定有螢光F5～F7等色素者(參照圖4中B)。然後，對未與受體R1結合之物質d2及d3進行洗淨(參照圖4中C)，自保持表面111檢測螢光F5(參照圖3中D)，以此可進行能成為受體R1之激動劑之物質d1之篩選。
例如圖5之A～E所示，將受體R2(或模仿受體R2者)固定於保持表面111(參照圖5中A)，並添加確認該受體R2之拮抗性之物質d4(參照圖5中B)。其次，添加與固定有螢光F8等色素之受體R2結合之配位體L1(參照圖5中C)。此時，於物質d4能成為受體R2之拮抗劑之情形時，由於受體R2與物質d4已結合等，故配位體L1無法與受體R2結合(參照圖5中C)。於該狀態下，對未與受體R2結合之配位體L1進行洗淨後(參照圖5中D)，即便欲自保持表面111檢測螢光F8，亦由於螢光F8藉由洗淨而不存在於保持表面111，故不執行光檢出(參照圖5中E)。
另一方面，例如圖6之A～E所示，將受體R3(或模仿受體R3者)固定於保持表面111(參照圖6中A)，並添加確認該受體R3之拮抗性之物質d5(參照圖6中B)。其次，添加與固定有螢光F9等色素之受體R3結合之配位體L2(參照圖6中C)。此時，於物質d5無法成為受體R3之拮抗劑之情形時，配位體L2與受體R3結合(參照圖6中D)。該狀態下，若對未與受體R3結合之物質d5進行洗淨(參照圖6中D)，則可自保持表面111檢測螢光F9(參照圖6中E)。
如此，如圖5及圖6所示，可根據有無自保持表面111檢測螢光F8或螢光F9而進行能成為受體R3之拮抗劑之物質d4之篩選。
＜2.源自生物體物質檢測用晶片1＞ 本技術之源自生物體物質檢測用晶片1係由複數個像素11構成，像素11至少具備保持源自生物體物質S之保持表面111、及設置於保持表面111之下方且設置於半導體基板12之光電轉換部112。而且，於各像素11間設置有混色抑制部13。以下，一面參照各實施形態一面說明。
(1)第1實施形態 圖7係模式性表示本技術之源自生物體物質檢測用晶片1之第1實施形態之模式剖視圖。第1實施形態之源自生物體物質檢測用晶片1具備將複數個像素11以行列狀2維配置之有效像素區域11E。各像素11至少具備保持源自生物體物質S之保持表面111、及光電轉換部112。對於光電轉換部112，例如可自由地使用如光電二極體之光電轉換元件。又，於各像素11，雖未圖示，但亦可具備由電荷儲存部、複數個電晶體、及電容元件等構成之像素電路。於有效像素區域11E之外側O，雖未圖示，但亦具備光學黑像素或配線區域等。
保持表面111只要為可保持源自生物體物質S之構成則並未特別限定，可自由地使用表面處理。例如，塗佈藉由紫外線照射而改性為親水性之感光性矽烷偶合劑等，選擇性地對欲保持源自生物體物質S之區域進行紫外線照射，藉此可形成保持表面111。又，例如，對保持表面111進行抗生物素蛋白處理，以此亦可將一端已生物素化之核酸等源自生物體物質S藉由抗生物素蛋白-生物素結合而保持。
又，藉由設為如下構成亦能夠將源自生物體物質S保持於液體中，即，將下述遮光膜17或間隔壁等設置於相鄰之像素11間之上方(晶片表面上側)，且可將液體保持於晶片1表面。
於各像素11間，設置有混色抑制部13。本技術之源自生物體物質檢測用晶片1之第1實施形態中，藉由將像素11與混色抑制部13設為不同之導電型而抑制相鄰之像素11間之混色。具體而言，例如，藉由將像素11設為N型區域，且將各像素11間設為P型區域，或相反地將像素11設為P型區域，且將各像素11間設為N型區域，而可抑制相鄰之像素11間之混色。
再者，於圖7所示之第1實施形態中，為說明而記載有源自生物體物質S，但本技術之源自生物體物質檢測用晶片1中並不包含源自生物體物質S。
(2)第2實施形態、第3實施形態 圖8A係模式性表示本技術之源自生物體物質檢測用晶片1之第2實施形態之模式剖面圖，圖8B係模式性表示第2實施形態之變化例之模式剖視圖。第2實施形態之源自生物體物質檢測用晶片1於光電轉換區域112A間具備溝槽13T，該溝槽13T係作為混色抑制部13而發揮功能。
如圖8B所示，於溝槽13T內部可設置氧化膜14。作為氧化膜14之材料，例如可列舉氧化鉿(HfO2 )、氧化鋁(Al2 O3 )、氧化鉭(Ta2 O5 )等具有負的固定電荷之材料。可將該等氧化膜以單膜而設置，亦可將複數個膜重疊而設置。藉由設置氧化膜而可抑制暗電流，可抑制誤判定。
如圖9所示之第3實施形態般，於溝槽13T之內部可具備氧化膜14及金屬15等。藉由設置金屬15而可提高遮光效果，抑制對相鄰像素之混色，從而可抑制誤判定。藉由於溝槽13T內部具備氧化膜14及金屬15而可抑制暗電流並且使相鄰之像素11間之混色抑制效果提高。
作為氧化膜14，可使用圖8中所說明之氧化膜。即，可列舉氧化矽膜(SiO2 膜)、氧化鉿膜(HfO2 膜)、氧化鋁膜(Al2 O3 膜)、氧化鉭膜(Ta2 O5 膜)等。
作為金屬，例如可使用鎢(W)、鋁(Al)、銅(Cu)、鈦(Ti)等。
再者，第2實施形態及第3實施形態中，其他構造與上述第1實施形態相同，故此處省略說明。以下，於其他實施形態中，僅說明與第1實施形態不同之部分。
(3)第4實施形態 圖10A係模式性表示本技術之源自生物體物質檢測用晶片1之第4實施形態之模式剖視圖。第4實施形態之源自生物體物質檢測用晶片1於光電轉換部112之上方、且保持表面111設置有凹部111C。於該凹部111C保持成為檢測對象之源自生物體物質S，以此可防止來自源自生物體物質S之光之散射。
如圖10B所示，於凹部111C可具備氧化膜14。藉由具備氧化膜14而可使混色路徑不存在，提高感度。
又，凹部111C之形狀並未特別限定，除圖10A及B所示之剖面觀察大致三角形狀外，亦可設計成如圖10C所示之剖面觀察大致四角形狀或剖面觀察大致梯形形狀、未圖示之剖面觀察大致半圓形狀等。
(4)第5實施形態～第7實施形態 圖11係模式性表示本技術之源自生物體物質檢測用晶片1之第5實施形態之模式剖視圖。第5實施形態之源自生物體物質檢測用晶片1中，將保持表面111設置於形成在半導體基板12上之膜16上。
作為膜16，可根據目的而自由地選擇1種或2種以上之形成於半導體基板12上之膜。例如可列舉氧化矽膜(SiO2 膜)、氮化矽膜(Si3 N4 膜)、氮氧化矽膜(SiON膜)、氧化鉿膜(HfO膜)、氧化鋁膜(Al2 O3 膜)、氧化鉭膜(Ta2 O5 膜)等無機膜、或包含苯乙烯系樹脂、丙烯酸系樹脂、苯乙烯-丙烯酸共聚合系樹脂、或矽氧烷系樹脂等樹脂系材料之有機膜等。
膜16之折射率較佳為與半導體基板12之折射率不同。換言之，較佳為膜16具有第1折射率，半導體基板12具有與上述第1折射率不同之第2折射率。藉由膜16之折射率與半導體基板12之折射率不同而能夠進行反射率之角度依存之光學設計，可防止來自保持於保持表面111之源自生物體物質S之光中之橫方向之光反射且入射至半導體基板12內，其結果可防止像素11間之混色。
如圖12～圖14所示之第6實施形態～第8實施形態般，膜16亦可包含於上述溝槽13T內。又，膜16根據目的，可使複數個膜16積層，或如圖14所示之第8實施形態般亦可與氧化膜14積層。
(5)第9實施形態～第12實施形態 圖15係模式性表示本技術之源自生物體物質檢測用晶片1之第9實施形態之模式剖視圖。第9實施形態之源自生物體物質檢測用晶片1具備設置於相鄰之像素11間之上方之遮光膜17。藉由具備遮光膜17而可進而防止像素11間之混色。又，藉由具備遮光膜17而可將液體樣品保持於保持表面111，且可將源自生物體物質S保持於液體中。
作為遮光膜17，只要為由能遮光之素材形成之膜，則可自由地選擇膜。例如可列舉鎢(W)、鋁(Al)、銅(Cu)、鈦(Ti)等金屬膜、光學黑色濾光片等。
遮光膜17之形態並未特別限定，可根據目的而自由設計，如圖16之A～C所示，較佳為遮光膜17間(即，保持表面111)於俯視下呈選自圓形、橢圓形、及角為R形狀之多邊形中之1種以上之形狀。如此，藉由使遮光膜17間於俯視下不存在角而可防止對保持表面111供給樣品時之供給不均、或保持表面111洗淨時之洗淨不周等。其結果可謀求檢測精度之進一步提高。
作為防止對保持表面111供給樣品時之供給不均、或保持表面111洗淨時之洗淨不周等之方法，如圖17所示之第10實施形態般，亦能採用配備使用有機膜等之平坦化膜19之方法作為另一方法。
於遮光膜17下，如圖18所示之第11實施形態般，亦可具備如氧化膜14之其他膜。又，如圖19所示之第12實施形態般，遮光膜17亦能夠埋入至上述溝槽13T內，自像素11間之上方至半導體基板12為止形成遮光壁。
再者，如圖15～圖19所示，亦可針對每一像素11具備遮光膜17，但亦能夠以複數個像素11為單位而設置遮光膜17。
(6)第13實施形態、第14實施形態 圖20係模式性表示本技術之源自生物體物質檢測用晶片1之第13實施形態之模式剖視圖。第13實施形態之源自生物體物質檢測用晶片1中，將保持表面111設置於配備在半導體基板12上之晶載透鏡(OCL)18上。藉由具備晶載透鏡(OCL)，可將來自源自生物體物質S之光聚光於光電轉換部112，可進而防止各像素11間之混色。
晶載透鏡(OCL)18之具體之構成並未特別限定，可自由地選擇使用晶載透鏡(OCL)之構成(抗反射層等)。
如圖21所示之第14實施形態般，於晶載透鏡(OCL)18可具備平坦化膜19。換言之，保持表面111可設置於形成在晶載透鏡(OCL)18上之平坦化膜19上。藉由設置平坦化膜19，可防止對保持表面111供給樣品時之供給不均、或保持表面111洗淨時之洗淨不周等。其結果可謀求檢測精度之進一步提高。
再者，圖21所示之第14實施形態中，分別具備用以使遮光膜17平坦化之平坦化膜19a、及用以使晶載透鏡(OCL)平坦化之平坦化膜19b，但各個平坦化膜19a與19b可由不同之材料形成，亦可由相同之材料形成。
(7)第15實施形態 圖22係模式性表示本技術之源自生物體物質檢測用晶片1之第15實施形態之模式剖視圖。第15實施形態之源自生物體物質檢測用晶片1於晶片表面具備保護膜20。藉由具備保護膜20，使對熱、光、水、酸、鹼、或藥劑等之耐候性提高，亦能夠與水、酸、鹼、或藥劑長期接觸。
作為形成保護層20之素材，只要為對熱、光、水、酸、鹼、或藥劑等具有耐候性之素材，則可根據目的而自由地選擇使用。例如可列舉氧化矽(SiO2 )、氮化矽(Si3 N4 )、氮氧化矽(SiON)等。
(8)第16實施形態 圖23係模式性表示本技術之源自生物體物質檢測用晶片1之第16實施形態之模式剖視圖。第16實施形態之源自生物體物質檢測用晶片1於晶片表面具備激發光阻斷濾光器21。藉由具備激發光阻斷濾光器21而可防止激發光漏入至光電轉換部112。其結果可謀求檢測精度之進一步提高。
(9)第17實施形態 圖24係模式性表示本技術之源自生物體物質檢測用晶片1之第17實施形態之上方觀察模式俯視圖，圖25係省略內部構造之沿著圖24之A-A觀察之剖面模式圖。第17實施形態之源自生物體物質檢測用晶片1於有效像素區域11E之外側O具備階差部22a。更詳細而言，第17實施形態之源自生物體物質檢測用晶片1自有效像素區域11E朝外側設置有中間區域22、配線區域23、及周邊區域24，且於上述中間區域22具備階差部22a。一般於有效像素區域11E之外側O所具備之配線區域23具有階差，但第17實施形態中，於配線區域23與有效像素區域11E之間之中間區域22設置階差部22a，以此可防止對保持表面111供給樣品時之供給不均、或保持表面111洗淨時之洗淨不周等。其結果可謀求檢測精度之進一步提高。
如圖24所示，第7實施形態中，於俯視下，將階差部22a之角形成為R狀。藉由於俯視下將階差部22a之角形成為R狀而可進一步防止對保持表面111供給樣品時之供給不均、或保持表面111洗淨時之洗淨不周等。再者，雖未圖示，但亦可於俯視下將配線區域23之角形成為R狀。又，雖未圖示，但亦可於周邊區域24設置階差部。
再者，雖未圖示，但藉由將配線區域23設置於晶片1之與保持表面111(受光面)相反側之表面側，亦能夠防止對保持表面111供給樣品時之供給不均、或保持表面111洗淨時之洗淨不周等。
＜3.源自生物體物質檢測裝置2＞ 圖26係表示本技術之源自生物體物質檢測裝置2之概念之方塊圖。本技術之源自生物體物質檢測裝置2至少具備上述本技術之源自生物體物質檢測用晶片1、及解析部21。又，根據目的亦可具備光照射部22、記憶部23、顯示部24、溫度控制部25等。以下，對各部進行說明。再者，關於源自生物體物質檢測用晶片1，如上所述，故此處省略說明。
(1)解析部21 解析部21中，進行藉由源自生物體物質檢測用晶片1所取得之電氣資訊之解析。例如，基於藉由源自生物體物質檢測用晶片1所取得之電氣資訊，進行有無源自生物體物質S之存在、有無源自生物體物質S之相互作用、及藥效成分之篩選等。
再者，作為解析部21，可由個人電腦或CPU實施，亦能夠作為程式儲存於具備記錄媒體(例如非揮發性記憶體(USB(Universal Serial Bus，通用序列匯流排)記憶體)、HDD(Hard Disk Drive，硬碟驅動器)、CD(Compact Disc，光碟)等)等之硬體資源中，且藉由個人電腦或CPU而發揮功能。
(2)光照射部22 本技術之源自生物體物質檢測裝置2中，例如為了激發光照射等而可具備光照射部22。於光照射部22，進行對保持於上述源自生物體物質檢測用晶片1之保持表面111之源自生物體物質S之光照射。再者，本技術之源自生物體物質檢測裝置2中，光照射部22並非必須，亦能夠使用外部之光照射裝置等進行對源自生物體物質S之光照射。
自光照射部22照射之光之種類並未特別限定，但為了自微小粒子確實產生螢光或散射光，較理想為光方向、波長、光強度固定之光。作為一例，可列舉雷射、LED(light-emitting diode，發光二極體)等。於使用雷射之情形時，其種類亦未特別限定，可將由氬離子(Ar)雷射、氦-氖(He-Ne)雷射、染料(dye)雷射、氪(Cr)雷射、半導體雷射、或半導體雷射與波長轉換光學元件組合而成之固體雷射等之1種或2種以上自由地組合而使用。
光照射部22根據目的亦可具備複數個。例如，針對上述源自生物體物質檢測用晶片1之各像素11，亦可具備一個光照射部22。又，藉由使於與上述源自生物體物質檢測用晶片1之各像素11對應之位置排列有LED等發光元件之基板積層於上述源自生物體物質檢測用晶片1，亦能夠進行對源自生物體物質S之光照射。
(3)記憶部23 本技術之源自生物體物質檢測裝置2中，可具備記憶各種資訊之記憶部23。於記憶部23，能夠記憶藉由上述源自生物體物質檢測用晶片1所取得之電氣資料、由解析部21產生之解析資料、於光照射部22照射之光學資料等與檢測相關之所有事項。
本技術之源自生物體物質檢測裝置2中，記憶部23並非必須，亦可連接外部之記憶裝置。作為記憶部23，例如可使用硬碟等。
(4)顯示部24 於本技術之源自生物體物質檢測裝置2中，可具備顯示各種資訊之顯示部24。於顯示部24，可顯示藉由上述源自生物體物質檢測用晶片1所取得之電氣資料、由解析部21產生之解析資料、於光照射部22照射之光學資料、記憶於記憶部23之資料等與檢測相關之所有事項。
本技術之源自生物體物質檢測裝置2中，顯示部24並非必須，亦可連接外部之顯示裝置。作為顯示部24，例如可使用顯示器或印表機等。
(5)溫度控制部25 本技術之源自生物體物質檢測裝置2中，可具備溫度控制部25，其用以將保持於源自生物體物質檢測用晶片1之保持表面111之源自生物體物質S保持於特定之溫度、或加熱或冷卻至特定之溫度。例如，於源自生物體物質S為酵素之情形時，可藉由溫度控制部25以保持為最佳溫度之方式進行溫度控制。又，於源自生物體物質S為核酸、且使用本技術檢測有無雜交之情形時等，可由溫度控制部25以保持於能夠雜交之溫度範圍之方式進行控制。作為溫度控制部25，可使用珀爾帖元件等熱電元件。
溫度控制部25根據目的亦可具備複數個。例如，針對上述源自生物體物質檢測用晶片1之各像素11，亦可具備一個溫度控制部25。又，藉由使於與上述源自生物體物質檢測用晶片1之各像素11對應之位置排列有熱電元件之基板積層於上述源自生物體物質檢測用晶片1，亦能夠進行對源自生物體物質S之溫度控制。
再者，於本技術之源自生物體物質檢測裝置2中，溫度控制部25並非必須，亦能夠使用外部之溫度控制裝置等進行源自生物體物質S之溫度控制。
＜4.源自生物體物質檢測系統3＞ 圖27係表示本技術之源自生物體物質檢測系統3之概念之方塊圖。本技術之源自生物體物質檢測系統3至少具備上述本技術之源自生物體物質檢測用晶片1、及解析裝置31。又，根據目的，亦可具備光照射裝置32、記憶裝置33、顯示裝置34、及溫度控制裝置35等。
源自生物體物質檢測用晶片1與各裝置能夠經由有線或無線之網路而連接。再者，各裝置之詳情與上述本技術中源自生物體物質檢測裝置2之各部之詳情相同，故此處省略說明。
再者，本技術中，亦可採取以下構成。 (1) 一種源自生物體物質檢測用晶片，其係由複數個像素構成， 上述像素至少具備保持源自生物體物質之保持表面、及設置於上述保持表面之下方且設置於半導體基板之光電轉換部， 於上述像素間設置有混色抑制部。 (2) 如(1)之源自生物體物質檢測用晶片，其中上述像素與上述混色抑制部為不同之導電型。 (3) 如(2)之源自生物體物質檢測用晶片，其中上述像素為N型區域，上述混色抑制部為P型區域。 (4) 如(2)之源自生物體物質檢測用晶片，其中上述像素為P型區域，上述混色抑制部為N型區域。 (5) 如(1)至(4)中任一項之源自生物體物質檢測用晶片，其中上述複數個像素分別具有光電轉換區域，於各光電轉換區域間設置有溝槽。 (6) 如(5)之源自生物體物質檢測用晶片，其中於上述溝槽之內部，包含選自氧化膜、及金屬之1種以上。 (7) 如(1)至(6)中任一項之源自生物體物質檢測用晶片，其中於上述光電轉換部之上方、且上述保持表面設置有凹部。 (8) 如(1)至(7)中任一項之源自生物體物質檢測用晶片，其中上述保持表面係設置於形成在上述半導體基板上之膜上。 (9) 如(8)之源自生物體物質檢測用晶片，其中上述膜具有第1折射率，上述半導體基板具有與上述第1折射率不同之第2折射率。 (10) 如(8)或(9)之源自生物體物質檢測用晶片，其中上述膜包含選自無機膜、及有機膜之1種以上之膜。 (11) 如(1)至(10)中任一項之源自生物體物質檢測用晶片，其具備設置於相鄰之上述像素間之上方之遮光膜。 (12) 如(11)之源自生物體物質檢測用晶片，其中上述遮光膜間於俯視下呈選自圓形、橢圓形、及角為R形狀之多邊形中之1種以上之形狀。 (13) 如(1)至(12)中任一項之源自生物體物質檢測用晶片，其中上述保持表面係設置於配備在上述半導體基板上之晶載透鏡(OCL)上。 (14) 如(13)之光檢出用晶片，其中上述保持表面係設置於形成在上述晶載透鏡(OCL)上之平坦化膜上。 (15) 如(1)至(14)中任一項之光檢出用晶片，其中上述源自生物體物質係選自核酸、蛋白質、細胞、微生物、染色體、脂質體、粒線體、細胞器(細胞小器官)、及該等之複合體中之1種以上者。 (16) 一種源自生物體物質檢測裝置，具備： 源自生物體物質檢測用晶片，其係由複數個像素構成， 上述像素至少具備保持源自生物體物質之保持表面、及設置於上述保持表面之下方之光電轉換部， 於上述像素間設置有混色抑制部；及 解析部，其解析藉由上述源自生物體物質檢測用晶片所取得之電氣資訊。 (17) 一種源自生物體物質檢測系統，具備： 源自生物體物質檢測用晶片，其係由複數個像素構成， 上述像素至少具備保持源自生物體物質之保持表面、及設置於上述保持表面之下方之光電轉換部， 於上述像素間設置有混色抑制部；及 解析裝置，其解析藉由上述源自生物體物質檢測用晶片所取得之電氣資訊。
1:源自生物體物質檢測用晶片 2:源自生物體物質檢測裝置 3:源自生物體物質檢測系統 11:像素 11E:有效像素區域 12:半導體基板 13:混色抑制部 13T:溝槽 14:氧化膜 15:金屬 16:膜 17:遮光膜 18:晶載透鏡 19:平坦化膜 19a:平坦化膜 19b:平坦化膜 20:保護層 21:激發光阻斷濾光器 22:中間區域 23:配線區域 24:周邊區域 21:解析部 22:光照射部 22a:階差部 23:記憶部 24:顯示部 25:溫度控制部 31:解析裝置 32:光照射裝置 33:記憶裝置 34:顯示裝置 35:溫度控制裝置 111:保持表面 111C:凹部 112:光電轉換部 112A:光電轉換區域 d1:物質 d2:物質 d3:物質 d4:物質 d5:物質 F1:螢光 F2:螢光 F3:螢光 F4:螢光 F5:螢光 F6:螢光 F7:螢光 F8:螢光 F9:螢光 I:嵌入劑 L1:配位體 L2:配位體 O:有效像素區域之外側 R1:受體 R2:受體 R3:受體 S:源自生物體物質 S1:源自生物體物質 S2:源自生物體物質 S3:源自生物體物質 S4:源自生物體物質 S5:探針 S6:DNA S7:DNA S8:源自生物體物質 S9:源自生物體物質 t:輸送體
圖1A～H係模式性表示本技術之源自生物體物質檢測用晶片1、源自生物體物質檢測裝置2、及源自生物體物質檢測系統3能夠檢測之源自生物體物質S之相互作用之模式概念圖。 圖2A～D係模式性表示本技術之源自生物體物質檢測用晶片1、源自生物體物質檢測裝置2、及源自生物體物質檢測系統3能夠檢測之源自生物體物質S之相互作用之模式概念圖。 圖3A～D係模式性表示本技術之源自生物體物質檢測用晶片1、源自生物體物質檢測裝置2、及源自生物體物質檢測系統3能夠檢測之源自生物體物質S之相互作用之模式概念圖。 圖4A～D係模式性表示本技術之源自生物體物質檢測用晶片1、源自生物體物質檢測裝置2、及源自生物體物質檢測系統3能夠進行之其他物質之篩選之模式概念圖。 圖5A～E係模式性表示本技術之源自生物體物質檢測用晶片1、源自生物體物質檢測裝置2、及源自生物體物質檢測系統3能夠進行之其他物質之篩選之模式概念圖。 圖6A～E係模式性表示本技術之源自生物體物質檢測用晶片1、源自生物體物質檢測裝置2、及源自生物體物質檢測系統3能夠進行之其他物質之篩選之模式概念圖。 圖7係模式性表示本技術之源自生物體物質檢測用晶片1之第1實施形態之模式剖視圖。 圖8A係模式性表示本技術之源自生物體物質檢測用晶片1之第2實施形態之模式剖面圖，圖8B係模式性表示第2實施形態之變化例之模式剖視圖。 圖9係模式性表示本技術之源自生物體物質檢測用晶片1之第3實施形態之模式剖視圖。 圖10A～C係模式性表示本技術之源自生物體物質檢測用晶片1之第4實施形態之模式剖視圖。 圖11係模式性表示本技術之源自生物體物質檢測用晶片1之第5實施形態之模式剖視圖。 圖12係模式性表示本技術之源自生物體物質檢測用晶片1之第6實施形態之模式剖視圖。 圖13係模式性表示本技術之源自生物體物質檢測用晶片1之第7實施形態之模式剖視圖。 圖14係模式性表示本技術之源自生物體物質檢測用晶片1之第8實施形態之模式剖視圖。 圖15係模式性表示本技術之源自生物體物質檢測用晶片1之第9實施形態之模式剖視圖。 圖16A～C係模式性表示本技術之源自生物體物質檢測用晶片1之遮光膜17之例之上方觀察模式俯視圖。 圖17係模式性表示本技術之源自生物體物質檢測用晶片1之第10實施形態之模式剖視圖。 圖18係模式性表示本技術之源自生物體物質檢測用晶片1之第11實施形態之模式剖視圖。 圖19係模式性表示本技術之源自生物體物質檢測用晶片1之第12實施形態之模式剖視圖。 圖20係模式性表示本技術之源自生物體物質檢測用晶片1之第13實施形態之模式剖視圖。 圖21係模式性表示本技術之源自生物體物質檢測用晶片1之第14實施形態之模式剖視圖。 圖22係模式性表示本技術之源自生物體物質檢測用晶片1之第15實施形態之模式剖視圖。 圖23係模式性表示本技術之源自生物體物質檢測用晶片1之第16實施形態之模式剖視圖。 圖24係模式性表示本技術之源自生物體物質檢測用晶片1之第17實施形態之上方觀察模式俯視圖。 圖25係省略內部構造之圖24之沿A-A觀察之剖面模式圖。 圖26係表示本技術之源自生物體物質檢測裝置2之概念之方塊圖。 圖27係表示本技術之源自生物體物質檢測系統3之概念之方塊圖。
111:保持表面
F1:螢光
F2:螢光
F3:螢光
F4:螢光
S1:源自生物體物質
S2:源自生物體物質
S3:源自生物體物質
S4:源自生物體物質
t:輸送體

Claims (15)

  1. 一種源自生物體物質檢測用晶片，其係由複數個像素構成，上述像素至少具備保持源自生物體物質之保持表面、及設置於上述保持表面之下方且設置於半導體基板之光電轉換部，於上述像素間設置有混色抑制部，並且於相鄰之上述像素間之上方設置有遮光膜。
  2. 如請求項1之源自生物體物質檢測用晶片，其中上述像素與上述混色抑制部為不同之導電型。
  3. 如請求項2之源自生物體物質檢測用晶片，其中上述像素為N型區域，上述混色抑制部為P型區域。
  4. 如請求項2之源自生物體物質檢測用晶片，其中上述像素為P型區域，上述混色抑制部為N型區域。
  5. 如請求項1之源自生物體物質檢測用晶片，其中上述複數個像素分別具有光電轉換區域，於各光電轉換區域間設置有溝槽。
  6. 如請求項5之源自生物體物質檢測用晶片，其中於上述溝槽之內部，包含選自氧化膜、及金屬之1種以上。
  7. 如請求項1之源自生物體物質檢測用晶片，其中於上述光電轉換部之上方，在上述保持表面設置有凹部。
  8. 如請求項1之源自生物體物質檢測用晶片，其中上述保持表面係設置於形成在上述半導體基板上之膜上。
  9. 如請求項8之源自生物體物質檢測用晶片，其中上述膜具有第1折射率，上述半導體基板具有與上述第1折射率不同之第2折射率。
  10. 如請求項8之源自生物體物質檢測用晶片，其中上述膜包含選自無機膜、及有機膜之1種以上之膜。
  11. 如請求項1之源自生物體物質檢測用晶片，其中上述遮光膜間於俯視下呈選自圓形、橢圓形、及角為R形狀之多邊形中之1種以上之形狀。
  12. 如請求項1之源自生物體物質檢測用晶片，其中上述保持表面係設置於配備在上述半導體基板上之晶載透鏡(OCL)上。
  13. 請求項12記載之源自生物體物質檢測用晶片，其中上述保持表面係設置於形成在上述晶載透鏡(OCL)上之平坦化膜上。
  14. 如請求項1之源自生物體物質檢測用晶片，其中上述源自生物體物質係選自核酸、蛋白質、細胞、微生物、染色體、脂質體、粒線體、細胞器 (細胞小器官)、及該等之複合體中之1種以上者。
  15. 一種源自生物體物質檢測系統，具備：源自生物體物質檢測用晶片，其係由複數個像素構成，上述像素至少具備保持源自生物體物質之保持表面、及設置於上述保持表面之下方之光電轉換部，於上述像素間設置有混色抑制部，並且於相鄰之上述像素間之上方設置有遮光膜；及解析裝置，其解析藉由上述源自生物體物質檢測用晶片所取得之電氣資訊。
TW108139616A 2018-11-26 2019-11-01 源自生物體物質檢測用晶片、源自生物體物質檢測裝置及源自生物體物質檢測系統 TWI845555B (zh)

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