WO2021166597A1 - 生体由来物質検出用チップ、生体由来物質検出装置及び生体由来物質検出システム - Google Patents

生体由来物質検出用チップ、生体由来物質検出装置及び生体由来物質検出システム Download PDF

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WO2021166597A1
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biological substance
chip
partition wall
substance detection
holding surface
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晴美 田中
佳明 桝田
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ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
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    • G01N2021/6439—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes" with indicators, stains, dyes, tags, labels, marks

Definitions

  • This technology relates to a chip for detecting a biological substance, a biological substance detection device, and a biological substance detection system.
  • the first substrate on which a plurality of wells are formed, the second substrate provided with heating means so as to be in contact with the wells, and the positions of the wells are positioned.
  • Optical detection including at least a third substrate provided with a plurality of light irradiating means and a fourth substrate provided with a plurality of photodetecting means positioned corresponding to the positions of the wells. The device is disclosed. With this optical detection device, various reactions progressing in each well can be measured.
  • Patent Document 2 discloses a chemical sensor including a substrate on which a photodetector is formed and a plasmon absorbing layer having a metal nanostructure that causes plasmon absorption and laminated on the substrate. There is. With this chemical sensor, it is possible to detect light emission caused by the bonding between the probe material and the target material immobilized on the sensor.
  • Proteins such as DNA and antibodies, and biological substances such as cells may be shrunk due to their higher-order structure even if they are suspended or fixed in the sample solution, which affects photodetection. There was a case.
  • the main purpose of this technology is to provide a chip for detecting biological substances with high detection accuracy.
  • the pixel includes at least a holding surface for holding a biological substance and a photoelectric conversion unit provided below the holding surface and provided on a semiconductor substrate.
  • the partition wall can be designed so that a voltage is applied when the biological substance is detected. In this case, a positive voltage or a negative voltage can be applied to the entire partition wall, or a positive voltage or a negative voltage can be applied to the partition wall, respectively. Further, the magnitude of the voltage applied to the partition wall can be changed for each partition wall.
  • a part or all of the partition wall may be coated with a protective film in a conductive state on the holding surface.
  • Nucleic acids, proteins, cells, microorganisms, chromosomes, ribosomes, mitochondria, organelles (organelles), and complexes thereof are selected as biological substances that can be detected by the biological substance detection chip according to the present technology.
  • One or more biological substances can be mentioned.
  • the pixel includes at least a holding surface for holding a biological substance and a photoelectric conversion unit provided below the holding surface.
  • a chip for detecting a biological substance and a chip for detecting a biological substance provided with a partition wall made of a conductor between the pixels on the holding surface.
  • An analysis unit that analyzes the electrical information acquired by the biological substance detection chip, and Provided is a biological substance detection device.
  • the pixel includes at least a holding surface for holding a biological substance and a photoelectric conversion unit provided below the holding surface.
  • a chip for detecting a biological substance and a chip for detecting a biological substance provided with a partition wall made of a conductor between the pixels on the holding surface.
  • An analyzer that analyzes the electrical information acquired by the biological substance detection chip, and Provided is a biological substance detection system.
  • biological substances broadly include nucleic acids, proteins, cells, microorganisms, chromosomes, ribosomes, mitochondria, organelles (organelles), and complexes thereof.
  • Cells include animal cells (such as blood cell lineage cells) and plant cells.
  • Microorganisms include bacteria such as Escherichia coli, viruses such as tobacco mosaic virus, and fungi such as yeast.
  • FIG. 5 is a schematic plan view schematically showing a first embodiment of a chip 1 for detecting a biological substance according to the present technology.
  • FIG. 5 is a schematic end view of line AA schematically showing a first embodiment of a chip 1 for detecting a biological substance according to the present technology. It is a schematic end view which shows typically the modification of the 1st Embodiment of the biological substance detection chip 1 which concerns on this technique. It is an upper view schematic plan view which shows the 2nd Embodiment of the biological substance detection chip 1 which concerns on this technique. It is an upper view schematic plan view which shows typically the 1st modification of 2nd Embodiment of the biological substance detection chip 1 which concerns on this technique. It is an upper view schematic plan view which shows typically the 2nd modification of the 2nd Embodiment of the biological substance detection chip 1 which concerns on this technique.
  • FIG. 5 is a schematic plan view schematically showing a third embodiment of a chip 1 for detecting a biological substance according to the present technology. It is an upper view schematic plan view which shows typically the 1st modification of 3rd Embodiment of the biological substance detection chip 1 which concerns on this technique. It is an upper view schematic plan view which shows typically the 2nd modification of the 3rd Embodiment of the biological substance detection chip 1 which concerns on this technique. It is an upper view schematic plan view which shows typically the 3rd modification of the 3rd Embodiment of the biological substance detection chip 1 which concerns on this technique.
  • FIG. 5 is a schematic plan view schematically showing a third embodiment of a chip 1 for detecting a biological substance according to the present technology. It is an upper view schematic plan view which shows typically the 1st modification of 3rd Embodiment of the biological substance detection chip 1 which concerns on this technique. It is an upper view schematic plan view which shows typically the 2nd modification of the 3rd Embodiment of the biological substance detection chip 1 which concerns on this
  • FIG. 5 is a schematic plan view schematically showing a fourth embodiment of a chip 1 for detecting a biological substance according to the present technology. It is an upper view schematic plan view which shows typically the modification of the 4th Embodiment of the biological substance detection chip 1 which concerns on this technique. It is a schematic end view of line BB which schematically shows the 1st Embodiment of the chip 1 for detecting a biological substance which concerns on this technique. It is a schematic end view of the line CC which schematically shows the 3rd Embodiment of the chip 1 for detecting a biological substance which concerns on this technique. It is a block diagram which shows the concept of the biological substance detection apparatus 2 which concerns on this technique. It is a block diagram which shows the concept of the biological substance detection system 3 which concerns on this technique.
  • the outline of detection of biological substances performed by this technology The outline of the detection of the biological substance S performed by the biological substance detection chip 1, the biological substance detection device 2, and the biological substance detection system 3 according to the present technology will be described.
  • the biological substance detection chip 1, the biological substance detection device 2, and the biological substance detection system 3 according to the present technology are (1) detecting the biological substance S itself, and (2) interacting with the biological substance S. It can be used for detection of (3) screening of other substances (for example, medicinal ingredients) using the biological substance S and the like. Each detection is performed on the holding surface 111 of the biological substance detection chip 1 described later.
  • biological substances such as red blood cells, leukocytes, platelets, cytokines, hormonal substances, sugars, lipids, and proteins contained in body fluids such as blood, urine, stool, and saliva; body fluids and Microorganisms such as bacteria, fungi, and viruses contained in water; this technology can be used to detect genes in cells and microorganisms.
  • body fluids such as blood, urine, stool, and saliva
  • Microorganisms such as bacteria, fungi, and viruses contained in water
  • the presence of the substance to be detected can be detected depending on the presence or absence of the target light detection.
  • the detected results can be used for disease diagnosis, internal environment diagnosis, water quality test and the like.
  • this technology can be used for detection of interaction such as protein interaction, nucleic acid hybridization, and binding between a cytokine or hormonal substance and a receptor. Specific detection examples will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
  • a biological substance S1 such as a protein or a receptor (or an imitation of a receptor) is fixed on the holding surface 111 (see A in FIG. 1).
  • a substance having a dye such as fluorescent F1 to F3 fixed to the biological substances S2 to S4 for which the interaction with the substance is confirmed (see B in FIG. 1).
  • the biological substances S3 and S4 that did not interact with each other were washed (see C in FIG. 1), and the fluorescence F1 was detected from the holding surface 111 (see D in FIG. 1).
  • the interaction with the derived substance S2 can be detected.
  • a biological substance S1 such as a cell is fixed on the holding surface 111, and a transporter t (for example, a transporter in a cell membrane) contained in the biological substance S1 is used.
  • the light emitting body F1 taken in via the above can be detected.
  • a probe S5 made of DNA, RNA, or the like is fixed on the holding surface 111 (see A in FIG. 2), and a sample containing DNAs S6 and S7 that can be targets is interleaved with the sample.
  • Add cullet I (see B in FIG. 2).
  • DNAS6 having a sequence complementary to probe S5 is contained in the sample, a hybridization reaction occurs.
  • the probe S5 and the target DNA S6 Hybridization can be detected.
  • the biological substance S8 is fixed on the holding surface 111 (see A in FIG. 3), and the biological substance S9 interacts with the substance S10 to become a new substance S10. (See B in FIG. 3).
  • a dye such as fluorescent F4 that specifically binds to the substance S10 is added (see C in FIG. 3), and the fluorescent F4 is detected from the holding surface 111 (see D in FIG. 3) to obtain the biological substance S8.
  • the interaction with the biological substance S9 can be detected.
  • the receptor R1 (or a model of the receptor R1) is fixed to the holding surface 111 (see A in FIG. 4), and the operability of the receptor R1 Add a substance having a dye such as fluorescent F5 to F7 fixed to the substances d1 to d3 (see B in FIG. 4). Then, the substances d2 and d3 that did not bind to the receptor R1 were washed (see C in FIG. 4), and the fluorescence F5 was detected from the holding surface 111 (see D in FIG. 3), whereby the operation of the receptor R1 was performed.
  • the substance d1 that can be a drug can be screened.
  • the receptor R2 (or a model of the receptor R2) is fixed on the holding surface 111 (see A in FIG. 5), and the antagonisticness of the receptor R2.
  • Add the substance d4 to confirm see B in FIG. 5.
  • the ligand L1 that binds to the receptor R2 on which a dye such as fluorescent F8 is immobilized is added (see C in FIG. 5).
  • the substance d4 can be an antagonist of the receptor R2
  • the ligand L1 cannot bind to the receptor R2 because the receptor R2 and the substance d4 are already bound to each other (in FIG. 5). See C).
  • the receptor R3 (or a model of the receptor R3) is fixed on the holding surface 111 (see A in FIG. 6), and the receptor R3 Add the substance d5 that confirms antagonism (see B in FIG. 6).
  • a ligand L2 that binds to a dye-fixed receptor R3 such as fluorescent F9 is added (see C in FIG. 6).
  • the substance d5 cannot be an antagonist of the receptor R3
  • the ligand L2 binds to the receptor R3 (see D in FIG. 6).
  • fluorescent F9 is detected from the holding surface 111 (see E in FIG. 6).
  • the substance d4 that can be an antagonist of the receptor R3 can be screened depending on the presence or absence of detection of fluorescence F8 or fluorescence F9 from the holding surface 111.
  • the biological substance detection chip 1 is composed of a plurality of pixels 11, and the pixels 11 are provided on a holding surface 111 for holding the biological substance S and below the holding surface 111, and are provided on the semiconductor substrate 12. At least the photoelectric conversion unit 112 provided is provided. A partition wall 13 made of a conductor is provided between the pixels 11 of the holding surface 111.
  • Examples of the conductor constituting the partition wall 13 include a metal, and examples of the metal include tungsten (W), aluminum (Al), copper (Cu), titanium (Ti), and the like.
  • FIG. 7 is a schematic plan view of an upward view schematically showing a first embodiment of a biological substance detection chip 1 according to the present technology
  • FIG. 8 is a biological origin according to the present technology. It is a schematic end view of line AA which shows the 1st Embodiment of the substance detection chip 1 schematically.
  • the biological substance detection chip 1 according to the first embodiment includes an effective pixel region 11E in which a plurality of pixels 11 are two-dimensionally arranged in a matrix.
  • Each pixel 11 includes at least a holding surface 111 for holding the biological substance S and a photoelectric conversion unit 112.
  • a photoelectric conversion element such as a photodiode can be freely used in the photoelectric conversion unit 112.
  • each pixel 11 may be provided with a pixel circuit composed of a charge storage unit, a plurality of transistors, a capacitance element, and the like.
  • an optical black pixel, a wiring area, or the like can be provided on the outside of the effective pixel area 11E (invalid pixel area O).
  • the holding surface 111 is not particularly limited as long as it can hold the biological substance S, and surface treatment can be freely used.
  • the holding surface 111 can be formed by applying a photosensitive silane coupling agent or the like that is hydrophilically modified by ultraviolet irradiation and selectively irradiating the region where the biological substance S is desired to be retained with ultraviolet rays.
  • a biological substance S such as a nucleic acid whose one end is biotinylated can be held by an avidin-biotin bond.
  • the partition wall 13 is made of a conductor, a voltage can be applied. For example, when a voltage is applied to the partition wall 13 while the biological substance S is held on the holding surface 111, the partition wall 13 attracts the charged biological substance S or pushes it to a desired place such as the center of a pixel. It functions as an electrode for the electric charge.
  • each pixel 11 can be completely partitioned by a partition wall 13.
  • the biological substance S may be attracted to the partition wall 13 by applying a positive voltage or a negative voltage to the entire partition wall 13 according to the positive or negative charge of the biological substance S held on the holding surface 111. It can be collected in the center of the pixel. More specifically, for example, when detecting negatively charged DNA, if a negative voltage is applied to the entire partition wall 13, the DNA can be collected in the center of the pixel. As a result, the detection accuracy can be improved.
  • the partition wall 13 is embedded in the semiconductor substrate 12 as shown in a schematic cross-sectional view schematically showing a modified example of the first embodiment of the biological substance detection chip 1 according to the present technology of FIG. It can also be configured to.
  • FIG. 10 is an upward view schematic plan view schematically showing a second embodiment of the biological substance detection chip 1 according to the present technology.
  • the biological substance detection chip 1 according to the second embodiment is an example in which the partition wall 13 does not exist in the vertical direction when viewed upward, and the partition wall 13 exists only in the horizontal direction.
  • the orientation of the biological substance S can be aligned in a desired direction by alternately applying a positive voltage or a negative voltage to the partition walls 13 in the lateral direction in the upward view. More specifically, for example, when detecting negatively charged DNA, positive voltage or negative voltage is alternately applied to the partition wall 13 in the lateral direction in the upward view as in the second embodiment shown in FIG. By multiplying by, the direction of DNA can be aligned. As a result, the detection accuracy can be improved.
  • the partition wall 13a in the vertical direction in the upward view is shown in, for example, a schematic cross-sectional view schematically showing a first modification of the second embodiment of the biological substance detection chip 1 according to the present technology in FIG.
  • the partition wall 13a in the vertical direction in the upward view is shown.
  • An insulator 14 may be provided between the partition wall 13b in the lateral direction in the upward view.
  • insulation is provided in the vertical direction in the upward view.
  • a partition wall made of the object 14 can also be provided.
  • an insulating material that can be used for the biological substance detection chip 1 can be used as long as the effect of the present technology is not impaired.
  • an oxide film such as silicon oxide (SiO 2 ) and a nitride film such as silicon nitride (Si 3 N 4 ) and silicon nitriding (SiO N) can be mentioned.
  • FIG. 14 is an upward-view schematic plan view schematically showing a third embodiment of the biological substance detection chip 1 according to the present technology.
  • the biological substance detection chip 1 according to the third embodiment is an example in which the partition wall 13 does not exist in the vertical direction when viewed upward, and the partition wall 13 exists only in the horizontal direction. Further, this is an example in which the 0V partition wall 13b3 is arranged between the partition wall 13b1 to which a positive voltage is applied and the partition wall 13b2 to which a negative voltage is applied. By arranging the 0V partition wall 13b3, the electric charge can be stabilized and the flow of the biological substance S can be formed. More specifically, for example, when detecting negatively charged DNA, as in the third embodiment shown in FIG.
  • a partition wall 13b2 to which a negative voltage is applied a partition wall 13b3 to which a positive voltage is applied, and a partition wall to which a positive voltage is applied.
  • DNA can flow from the-side to the + side.
  • the DNA can be separated because the flow may differ depending on the charge of the DNA.
  • the detection accuracy can be improved and additional information can be obtained.
  • the partition wall 13a in the vertical direction in the upward view is schematically a modification of the first modification of the third embodiment of the biological substance detection chip 1 according to the present technology of FIG.
  • the partition walls 13b1 to 13b1 to 3 in the lateral direction in the upward view with a gap in order to divide the voltage.
  • the partition wall 13a in the vertical direction in the upward view is shown.
  • An insulator 14 may be provided between the partition wall 13b1 to 3 in the lateral direction in the upward view.
  • insulation is provided in the vertical direction in the upward view.
  • a partition wall made of the object 14 can also be provided.
  • FIG. 18 is an upward view schematic plan view schematically showing a fourth embodiment of the biological substance detection chip 1 according to the present technology.
  • the biological substance detection chip 1 according to the fourth embodiment is composed of three regions: a region of a partition wall 13b1 to which a positive voltage is applied, a region of a partition wall 13b2 to which a negative voltage is applied, and a region of a partition wall 13b3 of 0V. Is.
  • the electric charge can be stabilized and the flow of the biological substance S can be formed. More specifically, for example, when detecting negatively charged DNA, as in the fourth embodiment shown in FIG.
  • DNA can flow from the-side to the + side.
  • the DNA can be separated because the flow may differ depending on the charge of the DNA. As a result, the detection accuracy can be improved and additional information can be obtained.
  • FIG. 19 is a schematic top view schematically showing a modified example of the fourth embodiment of the biological substance detection chip 1 according to the present technology.
  • the biological substance S is collected in the center of the biological substance detection chip 1.
  • the region of the partition wall 13b1 to which a positive voltage is applied is divided into the partition wall 13b3 of 0V. By sandwiching it between regions, DNA can be collected in the center of the biological substance detection chip 1.
  • the voltage applied to the partition wall 13 can be changed. For example, by adjusting the voltage applied to the partition wall 13 for each area, it is possible to collect a desired biological substance S for each area according to the electric charge of the biological substance S.
  • the partition wall 13 described above may be partially or wholly covered with a protective film.
  • the thinness of the protective film and the material of the protective film are selected so that the holding surface 111 can be conductive.
  • the protective film By providing the protective film, the weathering resistance to heat, light, water, acid, alkali, chemicals and the like is improved, and it is possible to bring the protective film into contact with water, acid, alkali or chemicals for a long period of time.
  • the material forming the protective film can be freely selected as long as the effect of the present technology is not impaired.
  • silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon nitriding (SiO N) and the like can be mentioned.
  • the way to take the voltage to the partition wall 13 can be freely designed as long as the effect of the present technology is not impaired.
  • the semiconductor substrate 12 is penetrated in the invalid pixel region O.
  • the gate 15 can control the positive charge or the negative charge.
  • the method of obtaining 0 V from the partition wall 13 can be freely designed as long as the effect of the present technology is not impaired. For example, by connecting the partition wall 13b3 to the P-type region 113 as shown in FIG. 21, as shown in FIG. You can also get 0V.
  • FIG. 22 is a block diagram showing the concept of the biological substance detection device 2 according to the present technology.
  • the biological substance detection device 2 according to the present technology includes at least the biological substance detection chip 1 according to the present technology and the analysis unit 21 described above. Further, depending on the purpose, a light irradiation unit 22, a storage unit 23, a display unit 24, a temperature control unit 25, and the like can be provided. Each part will be described below. Since the chip 1 for detecting a biological substance is as described above, the description thereof is omitted here.
  • the analysis unit 21 analyzes the optical information acquired by the biological substance detection chip 1. For example, based on the optical information acquired by the biological substance detection chip 1, the presence / absence of the biological substance S, the presence / absence of interaction with the biological substance S, the screening of the medicinal component, and the like are performed.
  • the analysis unit 21 may be executed by a personal computer or a CPU, and is stored as a program in a hardware resource including a recording medium (for example, non-volatile memory (USB memory), HDD, CD, etc.). , It is also possible to make it function by a personal computer or a CPU.
  • a recording medium for example, non-volatile memory (USB memory), HDD, CD, etc.
  • the biological substance detection device 2 may be provided with a light irradiation unit 22 for, for example, excitation light irradiation.
  • the light irradiation unit 22 irradiates the biological substance S held on the holding surface 111 of the biological substance detection chip 1 with light.
  • the light irradiation unit 22 is not indispensable, and it is also possible to irradiate the biological substance S with light using an external light irradiation device or the like.
  • the type of light emitted from the light irradiation unit 22 is not particularly limited, but in order to reliably generate fluorescence or scattered light from fine particles, light having a constant light direction, wavelength, and light intensity is desirable.
  • a laser an LED and the like can be mentioned.
  • the type is not particularly limited, but it may be an argon ion (Ar) laser, a helium-neon (He-Ne) laser, a die (dye) laser, a krypton (Cr) laser, a semiconductor laser, or a semiconductor laser.
  • Ar argon ion
  • He-Ne helium-neon
  • Cr krypton
  • One type or two or more types of solid-state lasers and the like combined with a wavelength conversion optical element can be freely used in combination.
  • a plurality of light irradiation units 22 may be provided depending on the purpose. For example, one light irradiation unit 22 may be provided for each pixel 11 of the biological substance detection chip 1. Further, by laminating a substrate in which a light emitting element such as an LED is arranged at a position corresponding to each pixel 11 of the biological substance detection chip 1 on the biological substance detection chip 1, the biological substance S is formed. It is also possible to irradiate the light of.
  • the biological substance detection device 2 may be provided with a storage unit 23 for storing various types of information.
  • the storage unit 23 contains all matters related to detection, such as optical data acquired by the biological substance detection chip 1, analysis data generated by the analysis unit 21, and optical data irradiated by the light irradiation unit 22. It is possible to memorize.
  • the storage unit 23 is not essential, and an external storage device may be connected.
  • the storage unit 23 for example, a hard disk or the like can be used.
  • the biological substance detection device 2 may be provided with a display unit 24 for displaying various information.
  • the display unit 24 stores the optical data acquired by the biological substance detection chip 1, the analysis data generated by the analysis unit 21, the optical data irradiated by the light irradiation unit 22, and the storage unit 23. All items related to detection such as data can be displayed.
  • the display unit 24 is not essential, and an external display device may be connected.
  • the display unit 24 for example, a display or a printer can be used.
  • Temperature control unit 25 The biological substance detection device 2 according to the present technology is used to keep the biological substance S held on the holding surface 111 of the biological substance detection chip 1 at a predetermined temperature, or to heat or cool the biological substance S to a predetermined temperature.
  • a temperature control unit 25 can be provided.
  • the temperature control unit 25 can control the temperature so as to maintain the optimum temperature.
  • the biological substance S is a nucleic acid and the presence or absence of hybridization is detected by using the present technology, it can be controlled by the temperature control unit 25 so as to maintain the temperature range in which hybridization is possible. ..
  • a thermoelectric element such as a Pelche element can be used.
  • a plurality of temperature control units 25 may be provided depending on the purpose. For example, one temperature control unit 25 may be provided for each pixel 11 of the biological substance detection chip 1. Further, the temperature of the biological substance S is controlled by laminating a substrate in which thermoelectric elements are arranged at positions corresponding to each pixel 11 of the biological substance detection chip 1 on the biological substance detection chip 1. It is also possible to do.
  • the temperature control unit 25 is not indispensable, and it is possible to control the temperature of the biological substance S by using an external temperature control device or the like.
  • FIG. 27 is a block diagram showing the concept of the biological substance detection system 3 according to the present technology.
  • the biological substance detection system 3 according to the present technology includes at least the biological substance detection chip 1 according to the present technology and the analysis device 31 described above. Further, depending on the purpose, a light irradiation device 32, a storage device 33, a display device 34, a temperature control device 35, and the like can be provided.
  • the biological substance detection chip 1 and each device can be connected via a wired or wireless network. Since the details of each device are the same as the details of each part of the biological substance detection device 2 in the present technology described above, the description thereof is omitted here.
  • the present technology can also have the following configurations.
  • Consists of multiple pixels The pixel includes at least a holding surface for holding a biological substance and a photoelectric conversion unit provided below the holding surface and provided on a semiconductor substrate.
  • a chip for detecting a biological substance in which a partition wall made of a conductor is provided between the pixels on the holding surface.
  • the chip for detecting a biological substance according to (1) wherein a voltage is applied to the partition wall when the biological substance is detected.
  • the chip for detecting a biological substance according to (2) wherein a positive voltage or a negative voltage is applied to the entire partition wall.
  • the biological substance is one or more biological substances selected from nucleic acids, proteins, cells, microorganisms, chromosomes, ribosomes, mitochondria, organelles (organelles), and complexes thereof, (1) to (1).
  • the pixel includes at least a holding surface for holding a biological substance and a photoelectric conversion unit provided below the holding surface.
  • the pixel includes at least a holding surface for holding a biological substance and a photoelectric conversion unit provided below the holding surface.
  • An analyzer that analyzes the electrical information acquired by the biological substance detection chip, and A biological substance detection system.

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Abstract

検出精度の高い生体由来物質検出用チップを提供すること。　本技術では、複数の画素から構成され、前記画素は、生体由来物質を保持する保持表面と、前記保持表面の下方に設けられ、半導体基板に設けられた光電変換部と、を少なくとも備え、前記保持表面の前記画素間には、導電体からなる隔壁が設けられた、生体由来物質検出用チップを提供する。また、前記生体由来物質検出用チップを用いた生体由来物質検出装置及び生体由来物質検出システムも提供する。

Description

生体由来物質検出用チップ、生体由来物質検出装置及び生体由来物質検出システム
　本技術は、生体由来物質検出用チップ、生体由来物質検出装置及び生体由来物質検出システムに関する。
　近年、医療分野、創薬分野、臨床検査分野、食品分野、農業分野、工学分野等の様々な分野で、遺伝子解析、タンパク質解析、細胞解析等に関する技術研究が進められている。特に最近では、核酸、タンパク質、細胞、微生物等の生体由来物質の検出や解析等の各種反応を、チップに設けられたマイクロスケールの流路やウエル内で行うラボ・オン・チップを代表とするチップ上での検出技術の開発や実用化が進められている。これらは、生体由来物質等を簡便に計測する手法として注目を集めている。
　例えば、特許文献１では、複数のウエルが形成された第１の基板と、前記ウエルに接するように加熱手段が設けられた第２の基板と、前記各ウエルの位置に対応して位置決めされた複数の光照射手段が設けられた第３の基板と、前記各ウエルの位置に対応して位置決めされた複数の光検出手段が設けられた第４の基板と、が少なくとも備えられた光学的検出装置が開示されている。この光学的検出装置では、各ウエル中で進行する各種反応を測定することができる。
　また、例えば、特許文献２では、光検出部が形成された基板と、前記基板に積層された、プラズモン吸収性を生じる金属ナノ構造を有するプラズモン吸収層と、を具備するケミカルセンサが開示されている。このケミカルセンサでは、センサ上に固定化されたプローブ材料とターゲット材料との結合に起因する発光を検出することができる。
特開２０１０－２８４１５２号公報 国際公開第２０１３／０８０４７３号パンフレット
　ＤＮＡ、抗体等のタンパク質、細胞等の生体由来物質は、サンプル液中を浮遊したり、固定されていたとしても、高次構造の故に、縮こまっていたりする場合もあり、光検出に影響が出る場合があった。
　そこで、本技術では、検出精度の高い生体由来物質検出用チップを提供することを主目的とする。
　即ち、本技術では、まず、複数の画素から構成され、
　前記画素は、生体由来物質を保持する保持表面と、前記保持表面の下方に設けられ、半導体基板に設けられた光電変換部と、を少なくとも備え、
　前記保持表面の前記画素間には、導電体からなる隔壁が設けられた、生体由来物質検出用チップを提供する。
　本技術に係る前記生体由来物質検出用チップにおいて、前記隔壁には、生体由来物質検出時に電圧がかけられるように設計することができる。
　この場合、前記隔壁全体に、正電圧または負電圧をかけることもできるし、前記隔壁には、それぞれの前記隔壁に対し、正電圧または負電圧をかけることもできる。
　また、前記隔壁にかけられる電圧は、隔壁毎に大きさを変更することもできる。
　本技術に係る前記生体由来物質検出用チップにおいて、前記隔壁の一部または全部は、前記保持表面に導電可能な状態で保護膜により被覆することもできる。
　本技術に係る生体由来物質検出用チップが検出可能な生体由来物質としては、核酸、タンパク質、細胞、微生物、染色体、リボソーム、ミトコンドリア、オルガネラ（細胞小器官）、及びこれらの複合体から選択される１以上の生体由来物質を挙げることができる。
　本技術では、次に、複数の画素から構成され、
　前記画素は、生体由来物質を保持する保持表面と、前記保持表面の下方に設けられた光電変換部と、を少なくとも備え、
　前記保持表面の前記画素間には、導電体からなる隔壁が設けられた、生体由来物質検出用チップと、
　前記生体由来物質検出用チップによって取得された電気的情報を解析する解析部と、
　を備える、生体由来物質検出装置を提供する。
　本技術では、更に、複数の画素から構成され、
　前記画素は、生体由来物質を保持する保持表面と、前記保持表面の下方に設けられた光電変換部と、を少なくとも備え、
　前記保持表面の前記画素間には、導電体からなる隔壁が設けられた、生体由来物質検出用チップと、
　前記生体由来物質検出用チップによって取得された電気的情報を解析する解析装置と、
　を備える、生体由来物質検出システムを提供する。
　本技術において、「生体由来物質」には、核酸、タンパク質、細胞、微生物、染色体、リボソーム、ミトコンドリア、オルガネラ（細胞小器官）、及びこれらの複合体などが広く含まれるものとする。細胞には、動物細胞（血球系細胞など）および植物細胞が含まれる。微生物には、大腸菌などの細菌類、タバコモザイクウイルスなどのウイルス類、イースト菌などの菌類などが含まれる。
本技術に係る生体由来物質検出用チップ１、生体由来物質検出装置２、及び生体由来物質検出システム３が検出することが可能な生体由来物質Ｓの相互作用を模式的に示す模式概念図である。 本技術に係る生体由来物質検出用チップ１、生体由来物質検出装置２、及び生体由来物質検出システム３が検出することが可能な生体由来物質Ｓの相互作用を模式的に示す模式概念図である。 本技術に係る生体由来物質検出用チップ１、生体由来物質検出装置２、及び生体由来物質検出システム３が検出することが可能な生体由来物質Ｓの相互作用を模式的に示す模式概念図である。 本技術に係る生体由来物質検出用チップ１、生体由来物質検出装置２、及び生体由来物質検出システム３が行うことが可能な他の物質のスクリーニングを模式的に示す模式概念図である。 本技術に係る生体由来物質検出用チップ１、生体由来物質検出装置２、及び生体由来物質検出システム３が行うことが可能な他の物質のスクリーニングを模式的に示す模式概念図である。 本技術に係る生体由来物質検出用チップ１、生体由来物質検出装置２、及び生体由来物質検出システム３が行うことが可能な他の物質のスクリーニングを模式的に示す模式概念図である。 本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第１実施形態を模式的に示す上方視模式平面図である。 本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第１実施形態を模式的に示すＡ－Ａ線模式端面図である。 本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第１実施形態の変形例を模式的に示す模式端面図である。 本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第２実施形態を模式的に示す上方視模式平面図である。 本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第２実施形態の第１の変形例を模式的に示す上方視模式平面図である。 本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第２実施形態の第２の変形例を模式的に示す上方視模式平面図である。 本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第２実施形態の第３の変形例を模式的に示す上方視模式平面図である。 本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第３実施形態を模式的に示す上方視模式平面図である。 本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第３実施形態の第１の変形例を模式的に示す上方視模式平面図である。 本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第３実施形態の第２の変形例を模式的に示す上方視模式平面図である。 本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第３実施形態の第３の変形例を模式的に示す上方視模式平面図である。 本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第４実施形態を模式的に示す上方視模式平面図である。 本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第４実施形態の変形例を模式的に示す上方視模式平面図である。 本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第１実施形態を模式的に示すＢ－Ｂ線模式端面図である。 本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第３実施形態を模式的に示すＣ－Ｃ線模式端面図である。 本技術に係る生体由来物質検出装置２の概念を示すブロック図である。 本技術に係る生体由来物質検出システム３の概念を示すブロック図である。
　以下、本技術を実施するための好適な形態について図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本技術の範囲が狭く解釈されることはない。なお、説明は以下の順序で行う。
　１．本技術で行う生体由来物質検出の概要
　（１）生体由来物質Ｓのそのものの検出
　（２）生体由来物質Ｓの相互作用の検出
　（３）他の物質のスクリーニング
　２．生体由来物質検出用チップ１
　（１）第１実施形態
　（２）第２実施形態
　（３）第３実施形態
　（４）第４実施形態
　（５）その他の例
　（６）電圧のとり方
　３．生体由来物質検出装置２
　４．生体由来物質検出システム３
　＜１．本技術で行う生体由来物質検出の概要＞
　本技術に係る生体由来物質検出用チップ１、生体由来物質検出装置２、及び生体由来物質検出システム３が行う生体由来物質Ｓの検出の概要を説明する。本技術に係る生体由来物質検出用チップ１、生体由来物質検出装置２、及び生体由来物質検出システム３は、（１）生体由来物質Ｓのそのものの検出、（２）生体由来物質Ｓの相互作用の検出、（３）生体由来物質Ｓを用いた他の物質（例えば、薬効成分等）のスクリーニング等に用いることができる。なお、各検出は、後述する生体由来物質検出用チップ１の保持表面１１１にて行われる。
　（１）生体由来物質Ｓのそのものの検出
　例えば、血液、尿、便、唾液等の体液中に含まれる赤血球、白血球、血小板、サイトカイン、ホルモン物質、糖、脂質、タンパク質等の生体物質；体液や水中に含まれる細菌類、菌類、ウイルス等の微生物；細胞や微生物中の遺伝子等の検出に、本技術を用いることができる。例えば、検出対象の物質あるいは非検出対象の物質に特異的に作用する色素を用いて染色した後、目的の光検出の有無によって、検出対象の物質の存在を検出することができる。検出された結果は、疾患の診断、体内環境診断、水質検査等に用いることができる。
　（２）生体由来物質Ｓの相互作用の検出
　例えば、タンパク質の相互作用、核酸のハイブリダイゼーション、サイトカインやホルモン物質と受容体との結合等の相互作用の検出に、本技術を用いることができる。具体的な検出例について、図１～３を用いて説明する。
　例えば、図１のＡ～Ｄに示すように、保持表面１１１にタンパク質や受容体（あるいは受容体を模したもの）等の生体由来物質Ｓ１を固定しておき（図１中Ａ参照）、これとの相互作用を確認する生体由来物質Ｓ２～Ｓ４に蛍光Ｆ１～Ｆ３等の色素を固定したものを加える（図１中Ｂ参照）。そして、相互作用しなかった生体由来物質Ｓ３及びＳ４の洗浄を行い（図１中Ｃ参照）、保持表面１１１から蛍光Ｆ１を検出することで（図１中Ｄ参照）、生体由来物質Ｓ１と生体由来物質Ｓ２との相互作用を検出することができる。
　例えば、図１のＥ～Ｈに示すように、保持表面１１１に細胞等の生体由来物質Ｓ１を固定しておき、この生体由来物質Ｓ１が有する輸送体ｔ（例えば、細胞膜中のトランスポーター等）を介して取り込まれる発光体Ｆ１を検知することができる。
　例えば、図２のＡ～Ｄに示すように、保持表面１１１にＤＮＡやＲＮＡ等からなるプローブＳ５を固定しておき（図２中Ａ参照）、ターゲットとなり得るＤＮＡＳ６及びＳ７を含むサンプルと、インターカレーターＩとを加える（図２中Ｂ参照）。そして、プローブＳ５と相補的な配列を有するＤＮＡＳ６が、サンプルに含有されていると、ハイブリダーゼーション反応が起きる。ハイブリダーゼーションが行われなかったＤＮＡＳ７の洗浄を行い（図２中Ｃ参照）、保持表面１１１からインターカレーターＩからの光を検出することで（図２中Ｄ参照）、プローブＳ５とターゲットＤＮＡＳ６とのハイブリダーゼーションを検出することができる。
　例えば、図３のＡ～Ｄに示すように、保持表面１１１に生体由来物質Ｓ８を固定しておき（図３中Ａ参照）、これと相互作用して新たな物質Ｓ１０になる生体由来物質Ｓ９を加える（図３中Ｂ参照）。次に、物質Ｓ１０に特異的に結合する蛍光Ｆ４等の色素を加え（図３中Ｃ参照）、保持表面１１１から蛍光Ｆ４を検出することで（図３中Ｄ参照）、生体由来物質Ｓ８と生体由来物質Ｓ９との相互作用を検出することができる。
　（３）他の物質のスクリーニング
　例えば、各種受容体の作動薬（アゴニスト）や拮抗薬（アンタゴニスト）となり得る物質のスクリーニングや、各種微生物の産生抑制剤、抗菌剤、殺菌剤等のスクリーニングに、本技術を用いることができる。具体的な検出例について、図４～図６を用いて説明する。
　例えば、図４のＡ～Ｄに示すように、保持表面１１１に受容体Ｒ１（あるいは受容体Ｒ１を模したもの）を固定しておき（図４中Ａ参照）、この受容体Ｒ１の作動性を確認する物質ｄ１～ｄ３に蛍光Ｆ５～Ｆ７等の色素を固定したものを加える（図４中Ｂ参照）。そして、受容体Ｒ１に結合しなかった物質ｄ２及びｄ３の洗浄を行い（図４中Ｃ参照）、保持表面１１１から蛍光Ｆ５を検出することで（図３中Ｄ参照）、受容体Ｒ１の作動薬となり得る物質ｄ１のスクリーニングを行うことができる。
　例えば、図５のＡ～Ｅに示すように、保持表面１１１に受容体Ｒ２（あるいは受容体Ｒ２を模したもの）を固定しておき（図５中Ａ参照）、この受容体Ｒ２の拮抗性を確認する物質ｄ４を加える（図５中Ｂ参照）。次に、蛍光Ｆ８等の色素を固定した受容体Ｒ２と結合するリガンドＬ１を加える（図５中Ｃ参照）。この時、物質ｄ４が受容体Ｒ２の拮抗薬となり得る場合は、既に、受容体Ｒ２と物質ｄ４が結合等しているため、リガンドＬ１は、受容体Ｒ２に結合することができない（図５中Ｃ参照）。この状態で、受容体Ｒ２に結合しなかったリガンドＬ１の洗浄を行った後（図５中Ｄ参照）、保持表面１１１から蛍光Ｆ８を検出しようとしても、蛍光Ｆ８は洗浄により保持表面１１１に存在しないため、光検出がされない（図５中Ｅ参照）。
　一方、例えば、図６のＡ～Ｅに示すように、保持表面１１１に受容体Ｒ３（あるいは受容体Ｒ３を模したもの）を固定しておき（図６中Ａ参照）、この受容体Ｒ３の拮抗性を確認する物質ｄ５を加える（図６中Ｂ参照）。次に、蛍光Ｆ９等の色素を固定した受容体Ｒ３と結合するリガンドＬ２を加える（図６中Ｃ参照）。この時、物質ｄ５が受容体Ｒ３の拮抗薬となり得ない場合は、リガンドＬ２は、受容体Ｒ３に結合する（図６中Ｄ参照）。この状態で、受容体Ｒ３に結合しなかった物質ｄ５の洗浄を行うと（図６中Ｄ参照）、保持表面１１１から蛍光Ｆ９が検出される（図６中Ｅ参照）。
　このように、図５及び図６に示すように、保持表面１１１から蛍光Ｆ８又は蛍光Ｆ９の検出の有無によって、受容体Ｒ３の拮抗薬となり得る物質ｄ４のスクリーニングを行うことができる。
　＜２．生体由来物質検出用チップ１＞
　本技術に係る生体由来物質検出用チップ１は、複数の画素１１から構成され、画素１１は、生体由来物質Ｓを保持する保持表面１１１と、保持表面１１１の下方に設けられ、半導体基板１２に設けられた光電変換部１１２を少なくとも備える。そして、保持表面１１１の画素１１間には、導電体からなる隔壁１３が設けられている。以下、各実施形態を参照しながら、説明する。
　隔壁１３を構成する導電体としては、例えば金属等が挙げられ、金属としては、例えば、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）等を用いることができる。
　（１）第１実施形態
　図７は、本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第１実施形態を模式的に示す上方視模式平面図であり、図８は、本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第１実施形態を模式的に示すＡ－Ａ線模式端面図である。第１実施形態に係る生体由来物質検出用チップ１は、複数の画素１１が行列状に２次元配置された有効画素領域１１Ｅを備える。各画素１１は、生体由来物質Ｓを保持する保持表面１１１と、光電変換部１１２と、を少なくとも備える。光電変換部１１２には、例えば、フォトダイオードのような光電変換素子を自由に用いることができる。また、図示しないが、各画素１１には、電荷蓄積部、複数のトランジスタ、及び容量素子等で構成された画素回路を備えていても良い。有効画素領域１１Ｅの外側（無効画素領域Ｏ）には、図示しないが、光学的黒画素や配線領域等を備えることができる。
　保持表面１１１は、生体由来物質Ｓが保持できる構成であれば特に限定されず、表面処理を自由に用いることができる。例えば、紫外線照射により親水性に変性する感光性シランカップリング剤等を塗布し、生体由来物質Ｓを保持したい領域を選択的に紫外線照射することにより、保持表面１１１を形成することができる。また、例えば、保持表面１１１をアビジン処理しておくことで、その一端がビオチン化された核酸等の生体由来物質Ｓを、アビジン－ビオチン結合により、保持することもできる。また、保持表面１１１に液体を保持できるように構成することで、液体中に生体由来物質Ｓを保持することも可能である。
　隔壁１３は、導電体からなるため、電圧をかけることができる。例えば、保持表面１１１に生体由来物質Ｓが保持された状態で、隔壁１３に電圧をかけると、隔壁１３は、電荷を帯びた生体由来物質Ｓを引き寄せたり、画素中央等の所望の場所へ押し寄せたりするための電極として機能する。
　隔壁１３は、保持表面１１１の画素１１間に設けられていれば、その具体的な構造は特に限定されない。例えば、図８に示すように、画素１１毎に、隔壁１３で完全に仕切った構成とすることができる。この場合、例えば、保持表面１１１に保持された生体由来物質Ｓの帯電の正負に応じて、隔壁１３全体に、正電圧または負電圧をかけることにより、生体由来物質Ｓを隔壁１３へ引き寄せたり、画素中央に集めたりすることができる。より具体的には、例えば、負に帯電したＤＮＡを検出する場合に、隔壁１３全体に負電圧をかければ、ＤＮＡを画素中央に集めることができる。その結果、検出精度を向上させることができる。
　なお、隔壁１３は、図９の本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第１実施形態の変形例を模式的に示す模式断面図に示すように、半導体基板１２内へ埋め込まれた形態に構成することもできる。半導体基板１２内へ隔壁１３を埋め込むことで、画素間における光の漏れ込みを防止することができ、より検出精度を向上させることができる。
　（２）第２実施形態
　図１０は、本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第２実施形態を模式的に示す上方視模式平面図である。第２実施形態に係る生体由来物質検出用チップ１は、上方視縦方向には隔壁１３が存在せず、横方向にのみ隔壁１３が存在する例である。この場合、例えば、上方視横方向の隔壁１３に、それぞれ、交互に、正電圧または負電圧をかけることにより、生体由来物質Ｓの向きを所望の方向に揃えることができる。より具体的には、例えば、負に帯電したＤＮＡを検出する場合に、図１０に示す第２実施形態のように、上方視横方向の隔壁１３に、それぞれ、交互に、正電圧または負電圧をかけることで、ＤＮＡの向きを揃えることができる。その結果、検出精度を向上させることができる。
　なお、上方視縦方向の隔壁１３ａは、例えば、図１１の本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第２実施形態の第１の変形例を模式的に示す模式断面図に示すように、電圧を分けるために、上方視横方向の隔壁１３ｂと間を開けて設けることも可能である。この場合、例えば、図１２の本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第２実施形態の第２の変形例を模式的に示す模式断面図に示すように、上方視縦方向の隔壁１３ａと上方視横方向の隔壁１３ｂとの間に、絶縁物１４を備えても良い。また、例えば、図１３の本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第２実施形態の第３の変形例を模式的に示す模式断面図に示すように、上方視縦方向には、絶縁物１４からなる隔壁を備えることもできる。
　絶縁物１４としては、本技術の効果を損なわない限り、生体由来物質検出用チップ１に用いることが可能な絶縁性の材料を用いることができる。例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）等の酸化膜や、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、シリコン酸窒化（ＳｉＯＮ）等の窒化膜等を挙げることができる。
　（３）第３実施形態
　図１４は、本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第３実施形態を模式的に示す上方視模式平面図である。第３実施形態に係る生体由来物質検出用チップ１は、上方視縦方向には隔壁１３が存在せず、横方向にのみ隔壁１３が存在する例である。また、正電圧がかけられる隔壁１３ｂ１と、負電圧がかけられる隔壁１３ｂ２の間に、０Ｖの隔壁１３ｂ３を配置した例である。０Ｖの隔壁１３ｂ３を配置することにより、電荷を安定させると共に、生体由来物質Ｓの流れを形成することができる。より具体的には、例えば、負に帯電したＤＮＡを検出する場合に、図１４に示す第３実施形態のように、負電圧がかけられる隔壁１３ｂ２、０Ｖの隔壁１３ｂ３、正電圧がかけられる隔壁１３ｂ１の順に配置することで、ＤＮＡを、－側から＋側に向かって流すことができる。例えば、ＤＮＡの電荷の違いによって、流れ方に差が出る場合があるため、ＤＮＡを分離することができる。その結果、検出精度を向上させたり、付加的な情報を得たりすることができる。
　なお、第２実施形態と同様に、上方視縦方向の隔壁１３ａは、例えば、図１５の本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第３実施形態の第１の変形例を模式的に示す模式断面図に示すように、電圧を分けるために、上方視横方向の隔壁１３ｂ１～３と間を開けて設けることも可能である。この場合、例えば、図１６の本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第３実施形態の第２の変形例を模式的に示す模式断面図に示すように、上方視縦方向の隔壁１３ａと上方視横方向の隔壁１３ｂ１～３との間に、絶縁物１４を備えても良い。また、例えば、図１７の本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第３実施形態の第３の変形例を模式的に示す模式断面図に示すように、上方視縦方向には、絶縁物１４からなる隔壁を備えることもできる。
　（４）第４実施形態
　図１８は、本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第４実施形態を模式的に示す上方視模式平面図である。第４実施形態に係る生体由来物質検出用チップ１は、正電圧がかけられる隔壁１３ｂ１の領域と、負電圧がかけられる隔壁１３ｂ２の領域と、０Ｖの隔壁１３ｂ３の領域の３つの領域からなる例である。０Ｖの隔壁１３ｂ３の領域を設けることにより、電荷を安定させると共に、生体由来物質Ｓの流れを形成することができる。より具体的には、例えば、負に帯電したＤＮＡを検出する場合に、図１８に示す第４実施形態のように、負電圧がかけられる隔壁１３ｂ２、０Ｖの隔壁１３ｂ３、正電圧がかけられる隔壁１３ｂ１の順に配置することで、ＤＮＡを、－側から＋側に向かって流すことができる。例えば、ＤＮＡの電荷の違いによって、流れ方に差が出る場合があるため、ＤＮＡを分離することができる。その結果、検出精度を向上させたり、付加的な情報を得たりすることができる。
　図１９は、本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第４実施形態の変形例を模式的に示す上方視模式平面図である。この変形例のように、正電圧または負電圧がかけられる隔壁１３ｂ２，１３ｂ１の領域を、０Ｖの隔壁１３ｂ３の領域で挟むことで、生体由来物質Ｓを生体由来物質検出用チップ１の中央に集めることができる。より具体的には、例えば、負に帯電したＤＮＡを検出する場合に、図１９に示す第４実施形態の変形例のように、正電圧がかけられる隔壁１３ｂ１の領域を、０Ｖの隔壁１３ｂ３の領域で挟むことで、ＤＮＡを、生体由来物質検出用チップ１の中央に集めることができる。
　（５）その他の例
　その他の例として、図示しないが、例えば、隔壁１３にかける電圧に強弱をつけることもできる。例えば、エリア毎に、隔壁１３にかける電圧に強弱をつけることで、生体由来物質Ｓの持つ電荷に応じて、エリア毎に所望の生体由来物質Ｓを集めることも可能である。
　以上説明した隔壁１３は、図示しないが、その一部または全部を、保護膜により被覆してもよい。隔壁１３を保護膜で被覆する場合、保持表面１１１に導電可能な状態となるように、保護膜の薄さや、保護膜の素材を選択する。保護膜を備えることで、熱、光、水、酸、アルカリ、又は薬剤等への対候性が向上し、水、酸、アルカリ、または薬剤に、長期間接触させることも可能となる。
　保護膜を形成する素材は、本技術の効果を損なわない限り、自由に選択することができる。例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、シリコン酸窒化（ＳｉＯＮ）等を挙げることができる。
　（６）電圧のとり方
　隔壁１３への電圧のとり方は、本技術の効果を損なわない限り、自由に設計することができる。例えば、図２０に示す本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第１実施形態を模式的に示すＢ－Ｂ線端面図のように、無効画素領域Ｏにて、半導体基板１２を貫通させて隔壁１３とゲート１５と繋げることで、電圧をとることができる。この場合、ゲート１５で正電荷または負電荷を制御することができる。また、図示しないが、無効画素領域Ｏの隔壁１３において、チップ上側から外部電圧をとることも可能である。
　隔壁１３が０Ｖを得る方法も、本技術の効果を損なわない限り、自由に設計することができる。例えば、図２１に示す本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第３実施形態を模式的に示すＣ－Ｃ線模式端面図のように、隔壁１３ｂ３をＰ型領域１１３と繋げることで、０Ｖを得ることもできる。
　＜３．生体由来物質検出装置２＞
　図２２は、本技術に係る生体由来物質検出装置２の概念を示すブロック図である。本技術に係る生体由来物質検出装置２は、前述した本技術に係る生体由来物質検出用チップ１と、解析部２１と、を少なくとも備える。また、目的に応じて、光照射部２２、記憶部２３、表示部２４、温度制御部２５等を備えることもできる。以下、各部について説明する。なお、生体由来物質検出用チップ１については、前述の通りであるため、ここでは説明を割愛する。
　（１）解析部２１
　解析部２１では、生体由来物質検出用チップ１によって取得された光学的情報の解析が行われる。例えば、生体由来物質検出用チップ１によって取得された光学的情報に基づいて、生体由来物質Ｓの存在の有無、生体由来物質Ｓにおける相互作用の有無、薬効成分のスクリーニング等が行われる。
　なお、解析部２１としては、パーソナルコンピュータや、ＣＰＵにて実施してもよく、記録媒体（例えば、不揮発性メモリ（ＵＳＢメモリ）、ＨＤＤ、ＣＤなど）等を備えるハードウェア資源にプログラムとして格納し、パーソナルコンピュータやＣＰＵによって機能させることも可能である。
　（２）光照射部２２
　本技術に係る生体由来物質検出装置２には、例えば、励起光照射等のために光照射部２２を備えることができる。光照射部２２では、前記生体由来物質検出用チップ１の保持表面１１１に保持された生体由来物質Ｓへの光の照射が行われる。なお、本技術に係る生体由来物質検出装置２において、光照射部２２は必須ではなく、外部の光照射装置等を用いて生体由来物質Ｓへの光照射を行うことも可能である。
　光照射部２２から照射される光の種類は特に限定されないが、微小粒子から蛍光や散乱光を確実に発生させるためには、光方向、波長、光強度が一定の光が望ましい。一例としては、レーザー、ＬＥＤ等を挙げることができる。レーザーを用いる場合、その種類も特に限定されないが、アルゴンイオン（Ar）レーザー、ヘリウム－ネオン（He-Ne）レーザー、ダイ（dye）レーザー、クリプトン（Cr）レーザー、半導体レーザー、または、半導体レーザーと波長変換光学素子を組み合わせた固体レーザー等を、１種又は２種以上、自由に組み合わせて用いることができる。
　光照射部２２は、目的に応じて、複数備えてもよい。例えば、前記生体由来物質検出用チップ１の各画素１１に対して、一つの光照射部２２を備えてもよい。また、前記生体由来物質検出用チップ１の各画素１１に対応する位置にＬＥＤ等の発光素子が配列された基板を、前記生体由来物質検出用チップ１に積層させることで、生体由来物質Ｓへの光の照射を行うことも可能である。
　（３）記憶部２３
　本技術に係る生体由来物質検出装置２には、各種情報を記憶する記憶部２３を備えることができる。記憶部２３には、前記生体由来物質検出用チップ１によって取得された光学的データ、解析部２１にて生成された解析データ、光照射部２２において照射した光学的データ等、検出に関わるあらゆる事項を記憶することが可能である。
　本技術に係る生体由来物質検出装置２において、記憶部２３は必須ではなく、外部の記憶装置を接続してもよい。記憶部２３としては、例えば、ハードディスクなどを用いることができる。
　（４）表示部２４
　本技術に係る生体由来物質検出装置２には、各種情報を表示する表示部２４を備えることができる。表示部２４では、前記生体由来物質検出用チップ１によって取得された光学的データ、解析部２１にて生成された解析データ、光照射部２２において照射した光学的データ、記憶部２３に記憶されたデータ等、検出に関わるあらゆる事項を表示することができる。
　本技術に係る生体由来物質検出装置２において、表示部２４は必須ではなく、外部の表示装置を接続してもよい。表示部２４としては、例えば、ディスプレイやプリンタなどを用いることができる。
　（５）温度制御部２５
　本技術に係る生体由来物質検出装置２には、生体由来物質検出用チップ１の保持表面１１１に保持された生体由来物質Ｓを所定の温度に保ったり、所定の温度に加熱又は冷却するための温度制御部２５を備えることができる。例えば、生体由来物質Ｓが酵素の場合、温度制御部２５よって、至適温度に保つように温度制御を行うことができる。また、生体由来物質Ｓが核酸であって、本技術を用いてハイブリダイゼーションの有無を検出する場合等には、ハイブリダイゼーション可能な温度範囲に保つように、温度制御部２５によって制御することができる。温度制御部２５としては、ペルチェ素子等の熱電素子を使用することができる。
　温度制御部２５は、目的に応じて、複数備えてもよい。例えば、前記生体由来物質検出用チップ１の各画素１１に対して、一つの温度制御部２５を備えてもよい。また、前記生体由来物質検出用チップ１の各画素１１に対応する位置に熱電素子が配列された基板を、前記生体由来物質検出用チップ１に積層させることで、生体由来物質Ｓへの温度制御を行うことも可能である。
　なお、本技術に係る生体由来物質検出装置２において、温度制御部２５は必須ではなく、外部の温度制御装置等を用いて生体由来物質Ｓの温度制御を行うことも可能である。
　＜４．生体由来物質検出システム３＞
　図２７は、本技術に係る生体由来物質検出システム３の概念を示すブロック図である。本技術に係る生体由来物質検出システム３は、前述した本技術に係る生体由来物質検出用チップ１と、解析装置３１と、を少なくとも備える。また、目的に応じて、光照射装置３２、記憶装置３３、表示装置３４、温度制御装置３５等を備えることもできる。
　生体由来物質検出用チップ１と、各装置とは、有線又は無線のネットワークを介して接続することが可能である。なお、各装置の詳細は、前述した本技術に生体由来物質検出装置２の各部の詳細と同一であるため、ここでは説明を割愛する。
　なお、本技術では、以下の構成を取ることもできる。
（１）
　複数の画素から構成され、
　前記画素は、生体由来物質を保持する保持表面と、前記保持表面の下方に設けられ、半導体基板に設けられた光電変換部と、を少なくとも備え、
　前記保持表面の前記画素間には、導電体からなる隔壁が設けられた、生体由来物質検出用チップ。
（２）
　前記隔壁には、生体由来物質検出時に電圧がかけられる、（１）に記載の生体由来物質検出用チップ。
（３）
　前記隔壁全体に、正電圧または負電圧がかけられる、（２）に記載の生体由来物質検出用チップ。
（４）
　前記隔壁には、それぞれ、正電圧または負電圧がかけられる、（２）に記載の生体由来物質検出用チップ。
（５）
　前記隔壁にかけられる電圧は、隔壁毎に大きさを変更できる、（２）～（４）のいずれかに記載の生体由来物質検出用チップ。
（６）
　前記隔壁の一部または全部は、前記保持表面に導電可能な状態で保護膜により被覆された、（１）～（５）のいずれかに記載の生体由来物質検出用チップ。
（７）
　前記生体由来物質は、核酸、タンパク質、細胞、微生物、染色体、リボソーム、ミトコンドリア、オルガネラ（細胞小器官）、及びこれらの複合体から選択される１以上の生体由来物質である、（１）～（６）のいずれかに記載の生体由来物質検出用チップ。
（８）
　複数の画素から構成され、
　前記画素は、生体由来物質を保持する保持表面と、前記保持表面の下方に設けられた光電変換部と、を少なくとも備え、
　前記保持表面の前記画素間には、導電体からなる隔壁が設けられた、生体由来物質検出用チップと、
　前記生体由来物質検出用チップによって取得された電気的情報を解析する解析部と、
　を備える、生体由来物質検出装置。
（９）
　複数の画素から構成され、
　前記画素は、生体由来物質を保持する保持表面と、前記保持表面の下方に設けられた光電変換部と、を少なくとも備え、
　前記保持表面の前記画素間には、導電体からなる隔壁が設けられた、生体由来物質検出用チップと、
　前記生体由来物質検出用チップによって取得された電気的情報を解析する解析装置と、
　を備える、生体由来物質検出システム。
１　生体由来物質検出用チップ
１１　画素
Ｓ　生体由来物質
１１１　保持表面
１２　半導体基板
１１２　光電変換部
１３　隔壁
１４　絶縁物
１５　ゲート
１１３　Ｐ型領域
２１　解析部
２２　光照射部
２３　記憶部
２４　表示部
２５　温度制御部
３１　解析装置
３２　光照射装置
３３　記憶装置
３４　表示装置
３５　温度制御装置
 

Claims (9)

  1. 　複数の画素から構成され、
    　前記画素は、生体由来物質を保持する保持表面と、前記保持表面の下方に設けられ、半導体基板に設けられた光電変換部と、を少なくとも備え、
    　前記保持表面の前記画素間には、導電体からなる隔壁が設けられた、生体由来物質検出用チップ。
  2. 　前記隔壁には、生体由来物質検出時に電圧がかけられる、請求項１に記載の生体由来物質検出用チップ。
  3. 　前記隔壁全体に、正電圧または負電圧がかけられる、請求項２に記載の生体由来物質検出用チップ。
  4. 　前記隔壁には、それぞれ、正電圧または負電圧がかけられる、請求項２に記載の生体由来物質検出用チップ。
  5. 　前記隔壁にかけられる電圧は、隔壁毎に大きさを変更できる、請求項２に記載の生体由来物質検出用チップ。
  6. 　前記隔壁の一部または全部は、前記保持表面に導電可能な状態で保護膜により被覆された、請求項１に記載の生体由来物質検出用チップ。
  7. 　前記生体由来物質は、核酸、タンパク質、細胞、微生物、染色体、リボソーム、ミトコンドリア、オルガネラ（細胞小器官）、及びこれらの複合体から選択される１以上の生体由来物質である、請求項１に記載の生体由来物質検出用チップ。
  8. 　複数の画素から構成され、
    　前記画素は、生体由来物質を保持する保持表面と、前記保持表面の下方に設けられた光電変換部と、を少なくとも備え、
    　前記保持表面の前記画素間には、導電体からなる隔壁が設けられた、生体由来物質検出用チップと、
    　前記生体由来物質検出用チップによって取得された電気的情報を解析する解析部と、
    　を備える、生体由来物質検出装置。
  9. 　複数の画素から構成され、
    　前記画素は、生体由来物質を保持する保持表面と、前記保持表面の下方に設けられた光電変換部と、を少なくとも備え、
    　前記保持表面の前記画素間には、導電体からなる隔壁が設けられた、生体由来物質検出用チップと、
    　前記生体由来物質検出用チップによって取得された電気的情報を解析する解析装置と、
    　を備える、生体由来物質検出システム。
     
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