(57)【要約】      （修正有）【課題】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。【解決手段】本技術では、複数の画素１１から構成され、画素は、生体由来物質Ｓを保持する保持表面１１１と、保持表面の下方に設けられ、半導体基板１２に設けられた光電変換部１１２と、を少なくとも備え、画素間には混色抑制部１３が設けられた、生体由来物質検出用チップ１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。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記画素間には混色抑制部が設けられた、生体由来物質検出用チップ。
【請求項２】
前記画素と前記混色抑制部とは異なる導電型である、請求項１記載の生体由来物質検出用チップ。
【請求項３】
前記画素はＮ型領域であり、前記混色抑制部はＰ型領域である、請求項２に記載の生体由来物質検出用チップ。
【請求項４】
前記画素はＰ型領域であり、前記混色抑制部はＮ型領域である、請求項２に記載の生体由来物質検出用チップ。
【請求項５】
前記複数の画素は、各々、光電変換領域を有し、各光電変換領域間にトレンチが設けられた、請求項１記載の生体由来物質検出用チップ。
【請求項６】
前記トレンチの内部に、酸化膜、及び金属から選択される１種以上を含む、請求項５に記載の生体由来物質検出用チップ。
【請求項７】
前記光電変換部の上方であって、前記保持表面に凹部が設けられている、請求項１記載の生体由来物質検出用チップ。
【請求項８】
前記保持表面が、前記半導体基板上に形成された膜上に設けられた、請求項１記載の生体由来物質検出用チップ。
【請求項９】
前記膜は第１の屈折率を有し、前記半導体基板は前記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する、請求項８記載の生体由来物質検出用チップ。
【請求項１０】
前記膜は、無機膜、及び有機膜から選択される１以上の膜からなる、請求項８記載の生体由来物質検出用チップ。
【請求項１１】
隣接する前記画素間の上方に設けられた遮光膜を備える、請求項１記載の生体由来物質検出用チップ。
【請求項１２】
前記遮光膜間は、上面視において、円形、楕円形、及び角がＲ形状の多角形から選択される１以上の形状を呈する、請求項１１記載の生体由来物質検出用チップ。
【請求項１３】
前記保持表面が、前記半導体基板上に備えられたオンチップレンズ（ＯＣＬ）上に設けられた、請求項１記載の生体由来物質検出用チップ。
【請求項１４】
前記保持表面が、前記オンチップレンズ（ＯＣＬ）上に形成された平坦化膜上に設けられた、請求項１３記載の光検出用チップ。
【請求項１５】
前記生体由来物質は、核酸、タンパク質、細胞、微生物、染色体、リポソーム、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記載の光検出用チップ。
【請求項１６】
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、
前記画素間には混色抑制部が設けられた、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。
【請求項１７】
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、
前記画素間には混色抑制部が設けられた、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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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ェル内で行うラボ・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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２８４１５２号公報
【特許文献２】ＷＯ２０１３／０８０４７３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
チップ上の複数の領域（例えば、複数のウエル等）内において、生体関連物質から発せられる光を、各領域に対応する複数の光検出部を用いて検出する場合、各光検出部への隣接する領域からの光の漏れ込みの問題がある。例えば、各領域において、それぞれ異なる反応を進行させ、それぞれの反応に起因した発光を検出する場合、他の領域からの発光を誤って検出することにより、誤判定がなされる可能性がある。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、
前記画素間には混色抑制部が設けられた、生体由来物質検出用チップを提供する。
本技術に係る生体由来物質検出用チップにおいて、前記画素と前記混色抑制部とは異なる導電型とすることができる。
この場合、前記画素はＮ型領域とし、前記混色抑制部はＰ型領域とすることができる。逆に、前記画素はＰ型領域とし、前記混色抑制部はＮ型領域とすることもできる。
本技術に係る生体由来物質検出用チップにおいて、前記複数の画素は、各々、光電変換領域を有し、各光電変換領域間にトレンチを設けることができる。
この場合、前記トレンチの内部に、酸化膜、及び金属から選択される１種以上を含ませることができる。
本技術に係る生体由来物質検出用チップには、前記光電変換部の上方であって、前記保持表面に凹部を設けることができる。
本技術に係る生体由来物質検出用チップにおいて、前記保持表面は、前記半導体基板上に形成された膜上に設けることができる。
この場合、前記膜は第１の屈折率を有し、前記半導体基板は前記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有していてもよい。
また、前記膜は、無機膜、及び有機膜から選択される１以上の膜であってもよい。
本技術に係る生体由来物質検出用チップには、隣接する前記画素間の上方に設けられた遮光膜を備えることができる。
前記遮光膜間は、上面視において、円形、楕円形、及び角がＲ形状の多角形から選択される１以上の形状を呈するように成形することができる。
本技術に係る生体由来物質検出用チップにおいて、前記保持表面は、前記半導体基板上に備えられたオンチップレンズ（ＯＣＬ）上に設けることができる。
この場合、前記保持表面は、前記オンチップレンズ（ＯＣＬ）上に形成された平坦化膜上に設けることもできる。
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、リポソーム、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。
【０００９】
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、
前記画素間には混色抑制部が設けられた、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。
【００１０】
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、
前記画素間には混色抑制部が設けられた、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。
【００１１】
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、リポソーム、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。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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模式断面図である。
【図８】Ａ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模式端面図であり、Ｂは、第２実施形態の変形例を模式的に示す模式断面図である。
【図９】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模式断面図である。
【図１０】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模式断面図である。
【図１１】本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第５実施形態を模式的に示す模式断面図である。
【図１２】本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第６実施形態を模式的に示す模式断面図である。
【図１３】本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第７実施形態を模式的に示す模式断面図である。
【図１４】本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第８実施形態を模式的に示す模式断面図である。
【図１５】本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第９実施形態を模式的に示す模式断面図である。
【図１６】本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の遮光膜１７の例を模式的に示す上方視模式平面図である。
【図１７】本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第１０実施形態を模式的に示す模式断面図である。
【図１８】本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第１１実施形態を模式的に示す模式断面図である。
【図１９】本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第１２実施形態を模式的に示す模式断面図である。
【図２０】本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第１３実施形態を模式的に示す模式断面図である。
【図２１】本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第１４実施形態を模式的に示す模式断面図である。
【図２２】本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第１５実施形態を模式的に示す模式断面図である。
【図２３】本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第１６実施形態を模式的に示す模式断面図である。
【図２４】本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第１７実施形態を模式的に示す上方視模式平面図である。
【図２５】内部構造を省略した図２４のＡ−Ａ視断面模式図である。
【図２６】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。
【図２７】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。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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、第３実施形態
（３）第４実施形態
（４）第５実施形態〜第７実施形態
（５）第９実施形態〜第１２実施形態
（６）第１３実施形態、第１４実施形態
（７）第１５実施形態
（８）第１６実施形態
（９）第１７実施形態
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
【００１４】
＜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。
【００１５】
（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。
【００１６】
（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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
（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。
【００２２】
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。
【００２３】
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）。
【００２４】
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）。
【００２５】
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。
【００２６】
＜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、各画素１１間には、混色抑制部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。
【００２７】
（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模式断面図である。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。
【００２８】
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。
【００２９】
また、後述する遮光膜１７や隔壁等を、隣接する画素１１間の上方（チップ表面上側）に設け、チップ１表面に液体を保持できる構成とすることで、液体中に生体由来物質Ｓを保持することも可能である。
【００３０】
各画素１１間には、混色抑制部１３が設けられている。本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第１実施形態では、画素１１と混色抑制部１３とを、異なる導電型とすることにより、隣接する画素１１間における混色を抑制する。具体的には、例えば、画素１１をＮ型領域とし、各画素１１間をＰ型領域としたり、逆に、画素１１をＰ型領域とし、各画素１１間をＮ型領域とすることで、隣接する画素１１間における混色を抑制することができる。
【００３１】
なお、図７に示す第１実施形態には、説明のために、生体由来物質Ｓを記載しているが、本技術に係る生体由来物質検出用チップ１には、生体由来物質Ｓは包含されない。
【００３２】
（２）第２実施形態、第３実施形態
図８Ａ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模式端面図であり、図８Ｂは、第２実施形態の変形例を模式的に示す模式断面図である。第２実施形態に係る生体由来物質検出用チップ１は、光電変換領域１１２Ａ間にトレンチ１３Ｔを備え、このトレンチ１３Ｔが、混色抑制部１３として機能する。
【００３３】
トレンチ１３Ｔ内部には、図８Ｂに示すように、酸化膜１４を設けることができる。酸化膜１４の材料としては、例えば、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）等の負の固定電荷を有する材料が挙げられる。これらの酸化膜を単膜で設けても良いし、複数の膜を重ねて設けても良い。酸化膜を設けることにより暗電流を抑制することができ、誤判定を抑制することができる。
【００３４】
トレンチ１３Ｔの内部には、図９に示す第３実施形態のように、酸化膜１４及び金属１５等を備えることができる。金属１５を設けることにより、遮光効果を高めて、隣接画素への混色を抑制することができ、誤判定を抑制することができる。トレンチ１３Ｔ内部に酸化膜１４及び金属１５を備えることで、暗電流を抑制しつつも隣接する画素１１間における混色抑制効果を向上させることができる。
【００３５】
酸化膜１４としては、図８で説明した酸化膜を用いることができる。すなわち、酸化シリコン膜（ＳｉＯ２膜）、酸化ハフニウム膜（ＨｆＯ２膜）、酸化アルミニウム膜（Ａｌ２Ｏ３膜）、酸化タンタル膜（Ｔａ２Ｏ５膜）等を挙げることができる。
【００３６】
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。
【００３７】
なお、第２実施形態及び第３実施形態において、その他の構造は、前述した第１実施形態と同一であるため、ここでは説明を割愛する。以下、他の実施形態においても、第１実施形態と異なる部分のみ説明する。
【００３８】
（３）第４実施形態
図１０Ａ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模式断面図である。第４実施形態に係る生体由来物質検出用チップ１は、光電変換部１１２の上方であって、保持表面１１１に凹部１１１Ｃが設けられている。この凹部１１１Ｃに、検出対象となる生体由来物質Ｓを保持することで、生体由来物質Ｓからの光の散乱を防止することができる。
【００３９】
凹部１１１Ｃには、図１０Ｂに示すように、酸化膜１４を備えることができる。酸化膜１４を備えることで、混色経路を無くし感度を向上することができる。
【００４０】
また、凹部１１１Ｃの形状は特に限定されず、図１０Ａ及びＢに示すような断面視略三角形状の他に、図１０Ｃに示すような断面視略四角形状や断面視略台形形状、図示しないが、断面視略半円形状等に設計することができる。
【００４１】
（４）第５実施形態〜第７実施形態
図１１は、本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第５実施形態を模式的に示す模式断面図である。第５実施形態に係る生体由来物質検出用チップ１は、保持表面１１１が、半導体基板１２上に形成された膜１６上に設けられている。
【００４２】
膜１６としては、半導体基板１２上に形成される膜を、目的に応じて１種又は２種以上自由に選択することができる。例えば、酸化シリコン膜（ＳｉＯ２膜）、窒化シリコン膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）、酸化ハフニウム膜（ＨｆＯ膜）、酸化アルミニウム膜（Ａｌ２Ｏ３膜）、酸化タンタル膜（Ｔａ２Ｏ５膜）等の無機膜や、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン−アクリル共重合系樹脂、またはシロキサン系樹脂等の樹脂系材料からなる有機膜等を挙げることができる。
【００４３】
膜１６の屈折率は、半導体基板１２の屈折率と異なることが好ましい。換言すると、膜１６は第１の屈折率を有し、半導体基板１２は前記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有することが好ましい。膜１６の屈折率と、半導体基板１２の屈折率とが異なることで、反射率の角度依存の光学設計が可能となり、保持表面１１１に保持された生体由来物質Ｓからの光のうち、横方向の光を反射させて半導体基板１２内に入射するのを防止することができ、その結果、画素１１間における混色を防止することができる。
【００４４】
膜１６は、図１２〜図１４に示す第６実施形態〜第８実施形態のように、前述したトレンチ１３Ｔ内にも含ませることができる。また、膜１６は、目的に応じて、複数の膜１６を積層させたり、図１４に示す第８実施形態のように、酸化膜１４と積層させることも可能である。
【００４５】
（５）第９実施形態〜第１２実施形態
図１５は、本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第９実施形態を模式的に示す模式断面図である。第９実施形態に係る生体由来物質検出用チップ１は、隣接する画素１１間の上方に設けられた遮光膜１７を備える。遮光膜１７を備えることで、画素１１間における混色を更に防止することができる。また、遮光膜１７を備えることで、保持表面１１１に液体サンプルを保持することができ、液体中に生体由来物質Ｓを保持することができる。
【００４６】
遮光膜１７としては、遮光可能な素材で形成された膜であれば、膜を自由に選択することができる。例えば、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）等の金属膜、光学黒色フィルター等が挙げられる。
【００４７】
遮光膜１７の形態は特に限定されず、目的に応じて自由に設計することができるが、図１６のＡ〜Ｃに示すように、遮光膜１７間（即ち、保持表面１１１）が、上面視において、円形、楕円形、及び角がＲ形状の多角形から選択される１以上の形状を呈することが好ましい。このように、遮光膜１７間の上面視において、角を無くすことで、保持表面１１１へのサンプルの供給時の供給ムラや、保持表面１１１の洗浄時の洗浄不備等を防止することができる。その結果、検出精度の更なる向上を図ることができる。
【００４８】
保持表面１１１へのサンプルの供給時の供給ムラや、保持表面１１１の洗浄時の洗浄不備等を防止する方法としては、その他の方法として、図１７に示す第１０実施形態のように、有機膜等を用いた平坦化膜１９を備える方法も採用可能である。
【００４９】
遮光膜１７の下には、図１８に示す第１１実施形態のように、酸化膜１４のような他の膜を備えていても良い。また、遮光膜１７は、図１９に示す第１２実施形態のように、前述したトレンチ１３Ｔ内に埋め込んで、画素１１間の上方から半導体基板１２まで遮光壁を形成することも可能である。
【００５０】
なお、遮光膜１７は、図１５〜図１９に示すように、画素１１毎に備えることもできるが、複数の画素１１単位で、遮光膜１７を設けることも可能である。
【００５１】
（６）第１３実施形態、第１４実施形態
図２０は、本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第１３実施形態を模式的に示す模式断面図である。第１３実施形態に係る生体由来物質検出用チップ１は、保持表面１１１が、半導体基板１２上に備えられたオンチップレンズ（ＯＣＬ）１８上に設けられている。オンチップレンズ（ＯＣＬ）を備えることで、生体由来物質Ｓからの光を、光電変換部１１２に集光することができ、各画素１１間における混色を更に防止することができる。
【００５２】
オンチップレンズ（ＯＣＬ）１８の具体的な構成は特に限定されず、オンチップレンズ（ＯＣＬ）の構成（反射防止層等）を自由に選択して用いることができる。
【００５３】
オンチップレンズ（ＯＣＬ）１８には、図２１に示す第１４実施形態のように、平坦化膜１９を備えることができる。換言すると、保持表面１１１は、オンチップレンズ（ＯＣＬ）１８上に形成された平坦化膜１９上に設けることができる。平坦化膜１９を設けることで、保持表面１１１へのサンプルの供給時の供給ムラや、保持表面１１１の洗浄時の洗浄不備等を防止することができる。その結果、検出精度の更なる向上を図ることができる。
【００５４】
なお、図２１に示す第１４実施形態では、遮光膜１７を平坦化するための平坦化膜１９ａと、オンチップレンズ（ＯＣＬ）を平坦化するための平坦化膜１９ｂとをそれぞれ備えているが、それぞれの平坦化膜１９ａと１９ｂとは、異なる材料で形成しても、同じ材料で形成してもよい。
【００５５】
（７）第１５実施形態
図２２は、本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第１５実施形態を模式的に示す模式断面図である。第１５実施形態に係る生体由来物質検出用チップ１は、チップ表面に、保護膜２０を備える。保護膜２０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。
【００５６】
保護層２０を形成する素材としては、熱、光、水、酸、アルカリ、又は薬剤等への対候性のある素材であれば、目的に応じて自由に選択して用いることができる。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。
【００５７】
（８）第１６実施形態
図２３は、本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第１６実施形態を模式的に示す模式断面図である。第１６実施形態に係る生体由来物質検出用チップ１は、チップ表面に、励起光カットフィルタ２１を備える。励起光カットフィルタ２１を備えることで、励起光の光電変換部１１２への漏れ込みを防止することができる。その結果、検出精度の更なる向上を図ることができる。
【００５８】
（９）第１７実施形態
図２４は、本技術に係る生体由来物質検出用チップ１の第１７実施形態を模式的に示す上方視模式平面図であり、図２５は、内部構造を省略した図２４のＡ−Ａ視断面模式図である。第１７実施形態に係る生体由来物質検出用チップ１は、有効画素領域１１Ｅの外側Ｏに段差部２２ａを備える。より詳細には、第１７実施形態に係る生体由来物質検出用チップ１は、有効画素領域１１Ｅから外側に向かって、中間領域２２、配線領域２３、周辺領域２４が設けられ、前記中間領域２２に、段差部２２ａを備える。有効画素領域１１Ｅの外側Ｏに備えられる配線領域２３には、段差があるのが一般的であるが、第１７実施形態では、配線領域２３と有効画素領域１１Ｅとの間の中間領域２２に段差部２２ａを設けることで、保持表面１１１へのサンプルの供給時の供給ムラや、保持表面１１１の洗浄時の洗浄不備等を防止することができる。その結果、検出精度の更なる向上を図ることができる。
【００５９】
図２４に示す通り、第７実施形態では、上面視において、段差部２２ａの角をＲ状に形成している。上面視において、段差部２２ａの角をＲ状に形成することで、保持表面１１１へのサンプルの供給時の供給ムラや、保持表面１１１の洗浄時の洗浄不備等を更に防止することができる。なお、図示しないが、上面視において、配線領域２３の角をＲ状に形成することも可能である。また、図示しないが、周辺領域２４に、段差部を設けることも可能である。
【００６０】
なお、図示しないが、配線領域２３を、チップ１の保持表面１１１（受光面）とは反対側の表面側に設けることで、保持表面１１１へのサンプルの供給時の供給ムラや、保持表面１１１の洗浄時の洗浄不備等を防止することも可能である。
【００６１】
＜３．生体由来物質検出装置２＞
図２６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。
【００６２】
（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電気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電気的情報に基づいて、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。
【００６３】
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。
【００６４】
（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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
（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電気的データ、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。
【００６８】
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。
【００６９】
（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電気的データ、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。
【００７０】
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。
【００７１】
（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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
＜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。
【００７５】
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。
【００７６】
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、
前記画素間には混色抑制部が設けられた、生体由来物質検出用チップ。
（２）
前記画素と前記混色抑制部とは異なる導電型である、（１）に記載の生体由来物質検出用チップ。
（３）
前記画素はＮ型領域であり、前記混色抑制部はＰ型領域である、（２）に記載の生体由来物質検出用チップ。
（４）
前記画素はＰ型領域であり、前記混色抑制部はＮ型領域である、（２）に記載の生体由来物質検出用チップ。
（５）
前記複数の画素は、各々、光電変換領域を有し、各光電変換領域間にトレンチが設けられた、（１）から（４）のいずれかに記載の生体由来物質検出用チップ。
（６）
前記トレンチの内部に、酸化膜、及び金属から選択される１種以上を含む、（５）に記載の生体由来物質検出用チップ。
（７）
前記光電変換部の上方であって、前記保持表面に凹部が設けられている、（１）から（６）のいずれかに記載の生体由来物質検出用チップ。
（８）
前記保持表面が、前記半導体基板上に形成された膜上に設けられた、（１）から（７）のいずれかに記載の生体由来物質検出用チップ。
（９）
前記膜は第１の屈折率を有し、前記半導体基板は前記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する、（８）に記載の生体由来物質検出用チップ。
（１０）
前記膜は、無機膜、及び有機膜から選択される１以上の膜からなる、（８）又は（９）に記載の生体由来物質検出用チップ。
（１１）
隣接する前記画素間の上方に設けられた遮光膜を備える、（１）から（１０）のいずれかに記載の生体由来物質検出用チップ。
（１２）
前記遮光膜間は、上面視において、円形、楕円形、及び角がＲ形状の多角形から選択される１以上の形状を呈する、（１１）に記載の生体由来物質検出用チップ。
（１３）
前記保持表面が、前記半導体基板上に備えられたオンチップレンズ（ＯＣＬ）上に設けられた、（１）から（１２）のいずれかに記載の生体由来物質検出用チップ。
（１４）
前記保持表面が、前記オンチップレンズ（ＯＣＬ）上に形成された平坦化膜上に設けられた、（１３）に記載の光検出用チップ。
（１５）
前記生体由来物質は、核酸、タンパク質、細胞、微生物、染色体、リポソーム、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）から（１４）のいずれかに記載の光検出用チップ。
（１６）
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、
前記画素間には混色抑制部が設けられた、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。
（１７）
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、
前記画素間には混色抑制部が設けられた、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。
【符号の説明】
【００７７】
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  混色抑制部
１１２Ａ  光電変換領域
１３Ｔ  トレンチ
１４  酸化膜
１５  金属
１１１Ｃ  凹部
１６  膜
１７  遮光膜
１８  オンチップレンズ
１９  平坦化膜
２０  保護層
２１  励起光カットフィルタ
２２  中間領域
２３  配線領域
２４  周辺領域
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
【図１】
2020085666.tif 000003
【図２】
2020085666.tif 000004
【図３】
2020085666.tif 000005
【図４】
2020085666.tif 000006
【図５】
2020085666.tif 000007
【図６】
2020085666.tif 000008
【図７】
2020085666.tif 000009
【図８】
2020085666.tif 000010
【図９】
2020085666.tif 000011
【図１０】
2020085666.tif 000012
【図１１】
2020085666.tif 000013
【図１２】
2020085666.tif 000014
【図１３】
2020085666.tif 000015
【図１４】
2020085666.tif 000016
【図１５】
2020085666.tif 000017
【図１６】
2020085666.tif 000018
【図１７】
2020085666.tif 000019
【図１８】
2020085666.tif 000020
【図１９】
2020085666.tif 000021
【図２０】
2020085666.tif 000022
【図２１】
2020085666.tif 000023
【図２２】
2020085666.tif 000024
【図２３】
2020085666.tif 000025
【図２４】
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【図２５】
2020085666.tif 000027
【図２６】
2020085666.tif 000028
【図２７】
2020085666.tif 000029