(57)【要約】  バイオセンサー（１０）は、上層（１２）、及び、前記上層と一体化された複数の支柱構造体（１４）を含み、該複数の支柱構造体は前記上層の表面から延びている。前記バイオセンサーは、前記複数の支柱構造体の周囲に配置されている特異的な生体分子の層（１６）をさらに含んでいる。
2009515162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上層；
前記上層と一体化され、前記上層の表面から延びている複数の支柱構造体；及び
前記複数の支柱構造体のうち１又は複数の支柱構造体の周囲に配置されている特異的な生体分子の層；
を含むバイオセンサー。
【請求項２】
前記上層が、複数のマイクロレンズを含み、さらに、該複数のマイクロレンズの各マイクロレンズが、前記複数の支柱構造体のうちそれぞれの支柱構造体上に位置している、請求項１に記載のバイオセンサー。
【請求項３】
前記上層及び前記複数の支柱構造体が、射出成形されたコンポーネント部分を共に含む、請求項１に記載のバイオセンサー。
【請求項４】
前記特異的な生体分子の層が、ディープコーティング工程を用いて前記支柱構造体の周囲に配置されている、請求項１に記載のバイオセンサー。
【請求項５】
前記複数の支柱構造体の端に光を反射する、前記上層の上面に配置されているミラーをさらに含む請求項１に記載のバイオセンサー。
【請求項６】
前記ミラーが薄膜ミラーを含む、請求項５に記載のバイオセンサー。
【請求項７】
前記上層が下層になるように前記バイオセンサーを挿入することに応じて、前記複数の支柱構造体及び前記下層が、生体分子のキャリアが流れるための流動形態を共に形成し、該流動形態が、（ｉ）ハイブリッド形成された分子の非結合分子に対する選択的エバネッセント励起、及び、（ｉｉ）蛍光検出を可能にする、請求項１に記載のバイオセンサー。
【請求項８】
前記下層及び前記複数の支柱構造体が、前記生体分子のキャリアの屈折率よりも高い屈折率を有する材料を含む、請求項７に記載のバイオセンサー。
【請求項９】
前記上層が、複数のマイクロレンズを含み、さらに、該複数のマイクロレンズの各マイクロレンズが、前記複数の支柱構造体のうちそれぞれの支柱構造体上に位置している、請求項１に記載のバイオセンサーであって：
前記複数の支柱構造体の端に光を反射する、前記上層の上面に配置されているミラーをさらに含み、さらに、前記上層が下層になるように前記バイオセンサーを挿入することに応じて、前記複数の支柱構造体及び前記下層が、前記支柱構造体の長手方向に対して大体垂直の方向で生体分子のキャリアが流れるための流動形態を共に形成し、該流動形態が、（ｉ）ハイブリッド形成された分子の非結合分子に対する選択的エバネッセント励起、及び、（ｉｉ）蛍光検出を可能にする、
バイオセンサー。
【請求項１０】
前記下層及び前記複数の支柱構造体が、前記生体分子のキャリアの屈折率よりも高い屈折率を有する材料を含む、請求項９に記載のバイオセンサー。
【請求項１１】
請求項１に記載のバイオセンサーであって：
下層；及び
該下層の上面又は底面のうち１つに配置されるミラーであって、前記下層及びミラーの組合せが、前記複数の支柱構造体の端に連結され、さらに、前記複数の支柱構造体の端に光を反射するミラー；
をさらに含むバイオセンサー。
【請求項１２】
前記ミラーが薄膜ミラーを含む、請求項１１に記載のバイオセンサー。
【請求項１３】
前記下層が、複数のマイクロレンズを含み、さらに、該複数のマイクロレンズの各マイクロレンズが、前記複数の支柱構造体のうちそれぞれの支柱構造体の機能として位置している、請求項１１に記載のバイオセンサー。
【請求項１４】
前記複数の支柱構造体、前記上層、及び前記下層が、前記支柱構造体の長手方向に対して大体垂直の方向で生体分子のキャリアが流れるための流動形態を共に形成し、該流動形態が、（ｉ）ハイブリッド形成された分子の非結合分子に対する選択的エバネッセント励起、及び、（ｉｉ）蛍光検出を可能にする、請求項１１に記載のバイオセンサー。
【請求項１５】
前記上層、前記下層、及び前記複数の支柱構造体が、前記生体分子のキャリアの屈折率よりも高い屈折率を有する材料を含む、請求項１４に記載のバイオセンサー。
【請求項１６】
前記上層、複数の支柱構造体、及び前記特異的な生体分子の層が、第１コンポーネント部分を含む、請求項１に記載のバイオセンサーであって：
前記第１コンポーネント部分に連結された第２コンポーネント部分
をさらに含むバイオセンサー。
【請求項１７】
前記第２コンポーネント部分が下層を含む、請求項１６に記載のバイオセンサー。
【請求項１８】
前記第２コンポーネント部分が：
下層；
前記下層と一体化され、前記下層の表面から延びている第２の複数の支柱構造体；及び
前記第２の複数の支柱構造体のうち１又は複数の支柱構造体の周囲に配置されている第２の特異的な生体分子の層；
を含む、請求項１６に記載のバイオセンサー。
【請求項１９】
請求項１８に記載のバイオセンサーであって、前記上層が、複数のマイクロレンズを含み、さらに、該複数のマイクロレンズの各マイクロレンズが、前記複数の支柱構造体のうちそれぞれの支柱構造体上で位置し、前記下層が、第２の複数のマイクロレンズを含み、さらに、該第２の複数のマイクロレンズの各マイクロレンズが、前記第２の複数の支柱構造体のうちそれぞれの支柱構造体上で位置している、バイオセンサー。
【請求項２０】
前記上層、前記第１コンポーネント部分の前記複数の支柱構造体、前記下層、及び前記第２の複数の支柱構造体が、前記支柱構造体の長手方向に対して大体垂直の方向で生体分子のキャリアが流れるための流動形態を共に形成し、該流動形態が、（ｉ）ハイブリッド形成された分子の非結合分子に対する選択的エバネッセント励起、及び、（ｉｉ）蛍光検出を可能にする、請求項１８に記載のバイオセンサー。
【請求項２１】
前記上層、前記第１コンポーネント部分の前記複数の支柱構造体、前記下層、及び前記第２の複数の支柱構造体が、前記生体分子のキャリアの屈折率よりも高い屈折率を有する材料を含む、請求項２０に記載のバイオセンサー。
【請求項２２】
前記第２コンポーネント部分の前記第２の複数の支柱構造体が、前記第１コンポーネント部分の前記複数の支柱構造体の相補う物を含む、請求項１８に記載のバイオセンサー。
【請求項２３】
前記第２コンポーネント部分の前記第２の生体分子の層、及び、前記第１コンポーネント部分の前記生体分子の層が同じ組成物のものである、請求項２２に記載のバイオセンサー。
【請求項２４】
前記第２コンポーネント部分の前記第２の生体分子の層、及び、前記第１コンポーネント部分の前記生体分子の層が異なる組成物のものである、請求項２２に記載のバイオセンサー。
【請求項２５】
各支柱構造体が、およそ１から１００ミクロン程度の支柱直径、及び、その直径のおよそ２から１０倍程度又はそれ未満の長さを含む、請求項１に記載のバイオセンサー。
【請求項２６】
前記複数の支柱構造体が、支柱直径程度の支柱間距離により互いに隔てられている、請求項１に記載のバイオセンサー。
【請求項２７】
各支柱構造体が、およそ２０ミクロン程度の支柱直径、及び、およそ６０ミクロン程度の長さを含み、前記複数の支柱構造体が、前記支柱直径程度の支柱間距離により互いに隔てられている、請求項１に記載のバイオセンサー。
【請求項２８】
各支柱構造体の周囲に配置された前記特異的な生体分子の層が、分子の特異的な結合領域として機能し、前記支柱構造体が、前記分子の特異的な結合領域を最大にするように設計されている、請求項１に記載のバイオセンサー。
【請求項２９】
前記複数の支柱構造体が、（ｉ）支柱構造体の平行の列に配置されている、又は、（ｉｉ）支柱構造体の蛇行する様式の平行する列に配置されている、又は、（ｉｉｉ）支柱構造体のいかなる様式で配置されている、請求項１に記載のバイオセンサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、バイオセンサーに関し、特に、支柱をベースとしたバイオセンサー及びその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
分子診断学の分野では、バイオセンサーは、一般に、分析物における標的物質の存在及び／又は濃度を検出するために使用される。この検出は、「結合部位」、又は、基質上に固定される捕獲プローブへの特異的結合に基づいている。この結合を検出可能にするために、ラベル成分（以下、「ラベル」と呼ぶ）が標的に結合される。ラベルの信号は、可能な限り高い感度で検出される必要がある。そのような捕獲プローブ−標的−ラベルの組立を構築する種々の方法（例えば、初めにラベルを標的に結合し、次にその一対を捕獲プローブに結合させる、又は、初めに標的を捕獲プローブに結合し、第２のステップにおいて固定された標的をラベルすることができる）がある。これは、結合反応がなおも起こっている間に測定したい場合に、又は、溶液、及び、非特異的に結合された標的及び／又はラベルを除去するための必要とされた洗浄ステップからのバックグラウンド信号の問題に関連性がある。ラベルの存在は測定されるけれども、基質上の捕獲プローブにより固定化される標的に結合されるラベルにのみ関心がある。
【０００３】
さらに、典型的な分子診断学的な実験により、通常液体の分析混合物であるバイオサンプルが、遺伝子又は蛋白質等の特定の生物要素（「標的」）の検出のためスクリーニングされる。これは、固体表面に結合される捕獲プローブへの標的の選択的な結合の発生を検出することにより行われる。「ハイブリダイゼーション」としても周知の選択的な結合の動態は、本発明の主要な態様の１つである。理想的には、全標的分子が、可能な限り短い時間で捕獲プローブをハイブリッド形成する場合に、非常に能率的で速いハイブリダイゼーションプロセスが所望される。その上、サンプル調製に必要とされる費用のため、使用されるバイオサンプルの容積は、可能な限り低く維持されることが非常に重要である。ハイブリダイゼーションステップ後に、全ての非結合の標的分子が洗い流される洗浄ステップが続き、その後でやっと検出ステップが続く。検出基準は、標的分子に結合した蛍光ラベルの蛍光検出に基づいている。実験が行われるプラットフォームである、バイオセンサーカートリッジが、その検出プロセスを最適化するように設計されていることが非常に重要である。現在、バイオセンサーカートリッジが、異なる実験的ステップを異なるステーションで行うことが一般的な実践である。例えば、ハイブリダイゼーションは、ハイブリダイゼーションオーブンにおいて行われ、その後、洗浄ステーションに配置される。最後に、そのカートリッジは、通常「スキャナー」と呼ばれる蛍光検出のための異なるステーションにおいて分析される。
【０００４】
従来既知の分子診断学的な方法における最も重大な制限は、低能率の特異的結合プロセス及び過剰なハイブリダイゼーション時間である。流動センサー形態により、結合能力及びハイブリダイゼーション時間の点で最高の性能が提供されることが広く受け入れられている。これは、例えば多孔質の培地の構造体を通る流れが、「容積効果」を使用し、結合が起こりうる効果的な領域を最大化するためである。同時に、溶液中に存在する分子と可能な結合表面の平均距離が最小値に維持され、拡散により、制限されたプロセスであるハイブリダイゼーション時間を最小化している。しかし、検出されることになる関心のある分子は空隙構造に埋もれてしまうため、励起検出の点で、そのような流動形態は好ましくない。結果として、関心のある分子は励起するのが難しく、そこから発生したいかなる蛍光も回収するのが難しい。さらに、非結合の分子に対する結合された分子の選択的検出を提供できる共焦点又はエバネッセント励起等の高感度法は、従来の既知の流動形態において完全に禁止されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、当分野におけるこれらの問題を克服するための改善された分子診断学的バイオセンサー及びその作製方法が所望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一実施形態によると、バイオセンサーは、上層、及び、前記上層と一体化され、前記上層の表面から延びている複数の支柱構造体を含む。さらに、特異的な生体分子の層（ｂｉｏ−ｌａｙｅｒ）が、前記複数の支柱構造体のうち１又は複数の支柱構造体の周囲に配置されている。別の実施形態において、前記上層は、複数のマイクロレンズを含み、さらに、該複数のマイクロレンズの各マイクロレンズは、前記複数の支柱構造体のうちそれぞれの支柱構造体上に位置している。さらに別の実施形態において、前記バイオセンサーは、前記上層の上面に配置されているミラーをさらに含み、前記ミラーは、前記複数の支柱構造体の端に光を反射する。前記ミラーは、例えば薄膜ミラーを含むことができる。
【０００７】
さらに、前記上層が下層になるように前記バイオセンサーを挿入することに応じて、前記複数の支柱構造体及び前記下層は、生体分子のキャリア（ｂｉｏ−ｃａｒｒｉｅｒ）が流れるための流動形態を共に形成し、該流動形態は、（ｉ）ハイブリッド形成された分子の非結合分子に対する選択的エバネッセント励起、及び、（ｉｉ）蛍光検出を可能にする。その上、前記下層及び前記複数の支柱構造体は、前記生体分子のキャリアの屈折率よりも高い屈折率を有する材料をさらに含むことができる。
【０００８】
さらに別の実施形態において、前記上層は、複数のマイクロレンズを含み、さらに、該複数のマイクロレンズの各マイクロレンズは、前記複数の支柱構造体のうちそれぞれの支柱構造体上に位置している。前記バイオセンサーは、前記上層の上面に配置されているミラーをさらに含む。前記ミラーは、前記複数の支柱構造体の端に光を反射する。加えて、前記上層が下層になるように前記バイオセンサーを挿入することに応じて、前記複数の支柱構造体及び前記下層は、前記支柱構造体の長手方向に対して大体垂直の方向で生体分子のキャリアが流れるための流動形態を共に形成し、該流動形態は、（ｉ）ハイブリッド形成された分子の非結合分子に対する選択的エバネッセント励起、及び、（ｉｉ）蛍光検出を可能にする。その上、前記下層及び前記複数の支柱構造体は、前記生体分子のキャリアの屈折率よりも高い屈折率を有する材料をさらに含むことができる。
【０００９】
さらに別の実施形態において、前記バイオセンサーは、下層、及び、該下層の上面又は底面のうち１つに配置されるミラーをさらに含むことができ、前記下層及びミラーの組合せは、前記複数の支柱構造体の端に連結され、さらに、前記ミラーは、前記複数の支柱構造体の端に光を反射する。前記ミラーは、例えば薄膜ミラーを含むことができる。前記下層は、複数のマイクロレンズをさらに含むことができ、該複数のマイクロレンズの各マイクロレンズは、前記複数の支柱構造体のうちそれぞれの支柱構造体の機能として位置している。
【００１０】
前記複数の支柱構造体、前記上層、及び前記下層が、前記支柱構造体の長手方向に対して大体垂直の方向で生体分子のキャリアが流れるための流動形態を共に形成するように、前記バイオセンサーを設計することができ、該流動形態は、（ｉ）ハイブリッド形成された分子の非結合分子に対する選択的エバネッセント励起、及び、（ｉｉ）蛍光検出を可能にする。その上、前記上層、前記下層、及び前記複数の支柱構造体は、前記生体分子のキャリアの屈折率よりも高い屈折率を有する材料を含むことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図において、同じ参照番号は同じ要素を意味している。さらに、種々の部分の図及び相対的な大きさは尺度通りに描かれていないことに注目されたい。
【００１２】
本開示の実施形態によると、新規のバイオセンサーは、流動形態においてエバネッセント励起を使用する。その実施形態の主要な特徴には、結合領域を最大にする支柱構造体が含まれ、ハイブリッド形成された分子の非結合分子に対する同時の選択的エバネッセント励起を可能にし、並びに、蛍光の能率的な回収を可能にし、従って感度の高い検出を提供している。一実施形態において、バイオセンサーは、カートリッジ設計を含んでいる。特に、バイオセンサーは、流動形態の利点を保持すると同時に、制御されたエバネッセント励起、結合された分子の検出の特異性、及び、非常に能率的な蛍光検出を可能にする周期的な支柱構造体を含んでいる。支柱をベースとしたバイオセンサー構造は、射出成形型複製の方法と矛盾せず、従って、１ユニットあたり低い生産コストを提供している。さらに、本明細書において説明されている生体分子特異的な層の応用は、本開示の実施形態では比較的簡単であり、ここでも１ユニットあたりのコストに直接影響を与えている。本開示の実施形態による支柱構造体は、結合領域を最大にし、同時の（ｉ）ハイブリッド形成された分子の非結合分子に対する選択的エバネッセント励起、及び、（ｉｉ）能率的な蛍光検出を可能にする。
【００１３】
図１は、本開示の一実施形態による支柱をベースとしたバイオセンサー１０の一部の上面図である。支柱をベースとしたバイオセンサー１０は、上層１２、及び、支柱構造体１４の周囲に配置された特異的な生体分子の層１６を有する複数の支柱構造体１４を含んでいる。支柱構造体１４及び特異的な生体分子の層１６は幻影線で例示され、上層１２の下に存在していることが示されている。図１に示されているように、支柱構造体は、支柱構造体の平行の列に配置されており、１つの列が参照番号１８により示されている。
【００１４】
図２は、本開示の一実施形態による、図１の支柱をベースとしたバイオセンサー１０の一部の線２−２に沿った横断面図である。上記のように、支柱をベースとしたバイオセンサー１０は、上層１２、及び、支柱構造体１４の周囲に配置された特異的な生体分子の層１６を有する複数の支柱構造体１４を含んでいる。この実施形態において、支柱をベースとしたバイオセンサー１０は、下層２０を含んでいる。矢印２２は、支柱構造体１４間の領域を通る適切な生体分子のキャリアの双方向的な流れを例示している。生体分子のキャリアの流れは、支柱構造体１４の周囲に配置された特異的な生体分子の層１６それぞれと接触を持つ。
【００１５】
図１及び２は、本開示の一実施形態による支柱をベースとしたバイオセンサーの原理を例示しており、周期的な支柱構造体は２つの層間に埋め込まれている。生体分子のキャリアの流れ２２は、図２に描かれているように、水平方向になるよう設計されており、その流れの特徴（例えば、均一性、流速等）を、支柱構造体の特定の設計により目的に合わせることができる。さらに、支柱１４は、分子特異的結合領域として機能する特異的な生体分子の層１６で被覆されている。
【００１６】
図３は、本開示の一実施形態による支柱をベースとしたバイオセンサー製造中のバイオセンサー１０の一部の横断面図である。この実施形態において、支柱をベースとしたバイオセンサー１０は、モジュラー製作技術を用いて製作される。製作技術は、上部（又は第１コンポーネント部分）及び下部（又は第２コンポーネント部分）を別々に製作し、次に、上部と下部を共に連結して結果として生じる支柱をベースとしたバイオセンサーを形成するステップを含む。例示されているように、上部は上層１２、支柱構造体１４、及び特異的な生体分子の層１６を含む。一実施形態において、例えば、いかなる適切な射出成形工程を用いても、周期的な支柱構造体１４及び上層１２を共に製造又は形成することができる。さらに、例えば、いかなる適切なディープコーティング工程を用いても、特異的な生体分子の層１６を付加することができる。さらに、下部は下層２０を含む。一実施形態において、下部又は下の構造は、上部又は上の構造とは別に、いかなる適切な射出成形技術も用いて製造又は形成される。薄膜技術も、本明細書においてさらに記述されるように、下層２０にミラーを付加するために使用できる。最後に、図３は、上部及び下部を互いに距離を隔てた配置で示している。組み立てられる場合、支柱構造体１４の底面２４は、いかなる適切な結合方法も用いて下層２０の上面２６に結合され、共に固定及び保持されている。
【００１７】
一実施形態において、支柱をベースとしたバイオセンサー構造の典型的な寸法は、およそ１から１００ミクロン程度の支柱直径を含んでいる。能率的な製造のために、いかなる特定の支柱の長さも、その直径のおよそ２から１０倍（２〜１０ｘ）程度を超えるべきではない。一実施形態において、支柱をベースとしたバイオセンサー構造は、ほぼ支柱直径程度の支柱間距離を持ちながら、およそ２０ミクロン程度の直径及び約６０ミクロン程度の長さを有する支柱を含んでいる。後者の実施形態は、所望の制御された生体分子のキャリアの流れを得ることに加えて、ディープコーティングの可能性と組み合わせた射出成形工程の特殊性を考慮に入れている。
【００１８】
図４は、本開示の別の実施形態による支柱をベースとしたバイオセンサー製造中のバイオセンサーの一部の横断面図である。この実施形態において、支柱をベースとしたバイオセンサー３０が、モジュラー製作技術を用いて製作される。この製作技術は、上部（又は第１コンポーネント部分）及び下部（又は第２コンポーネント部分）を別々に製作し、次に、上部と下部を共に連結して結果として生じる支柱をベースとしたバイオセンサーを形成するステップを含む。例示されているように、上部は上層３２、支柱構造体３４、及び特異的な生体分子の層３６を含む。一実施形態において、支柱構造体３４及び上層３２の配置を、例えば、いかなる適切な射出成形工程を用いても、共に製造又は形成することができる。さらに、例えば、いかなる適切なディープコーティング工程を用いても、特異的な生体分子の層３６を付加することができる。下部は下層３８、支柱構造体４０、及び特異的な生体分子の層４２を含む。一実施形態において、支柱構造体４０及び下層３８の配置を、例えば、いかなる適切な射出成形工程を用いても、共に製造又は形成することができる。さらに、例えば、いかなる適切なディープコーティング工程を用いても、特異的な生体分子の層４２を付加することができる。さらに、一実施形態において、上部の特異的な生体分子の層３６及び下部の特異的な生体分子の層４２は同じ組成物のものである。別の実施形態において、上部の特異的な生体分子の層３６及び下部の特異的な生体分子の層４２は、異なる組成物のものである。
【００１９】
さらに、上部は第１の支柱構造体３４のセットを含み、下部は第２の支柱構造体４０のセットを含んでいる。一実施形態において、第１及び第２の支柱構造体のセットは、支柱構造体の相補的なセットを形成する。別の実施形態において、支柱をベースとしたバイオセンサー３０の上部及び下部は、互いに相補う物である。さらに、図４は、上部及び下部を互いに距離を隔てた配置で示している。組み立てられる場合、支柱構造体３４の底面４４は、いかなる適切な結合方法も用いて下層３８の上面４６に結合され、共に固定及び保持されている。
【００２０】
図５は、本開示のさらに別の実施形態による支柱をベースとしたバイオセンサー製造中のバイオセンサーの一部の横断面図である。この実施形態において、支柱をベースとしたバイオセンサー５０が、モジュラー製作技術を用いて製作される。この製作技術は、上部（又は第１コンポーネント部分）及び下部（又は第２コンポーネント部分）を別々に製作し、次に、上部と下部を共に連結して結果として生じる支柱をベースとしたバイオセンサーを形成するステップを含む。例示されているように、上部は上層１２、支柱構造体１４、及び特異的な生体分子の層１６を含む。一実施形態において、支柱構造体１４及び上層１２の配置を、例えば、いかなる適切な射出成形工程を用いても、共に製造又は形成することができる。さらに、例えば、いかなる適切なディープコーティング工程を用いても、特異的な生体分子の層１６を付加することができる。
【００２１】
さらに、下部は、ミラー５２を有する下層２０を含んでおり、そのミラーは下層の表面に配置されている。一実施形態において、下部又は下の構造は、上部又は上の構造とは別に、いかなる適切な射出成形技術も用いて製造又は形成される。ミラー５２は、いかなる適切なミラー又は反射層も含むことができる。例えば、ミラー５２は、いかなる適切な薄膜技術も用いて下層２０の表面に塗布された反射コーティング、下層２０の表面に付加されたミラー、又は、他の類似のミラー形態を含むことができる。図５は、上部及び下部を互いに距離を隔てた配置で示している。組み立てられる場合、支柱構造体１４の底面２４は、いかなる適切な結合方法も用いて下層２０上のミラー５２の上面５４に結合され、共に固定及び保持されている。別の実施形態において、ミラー５２を下層のうち反対の表面上に配置することができ、その場合、下層はミラー及び支柱構造体の底面間に配置される。
【００２２】
図６は、本開示の実施形態による支柱をベースとしたバイオセンサーの、走査検出方法の図を表しているブロック図である。その検出方法は、レーザー装置６２、二色性のビームスプリッター６４、検出器６６、レンズ６８、レンズ７０、及びレンズ７２を含んだ検出器６０を使用する。図６は、励起供給源及び検出ユニットと共に、その機構に支柱構造の使用を組み入れているいくつか可能な走査検出器のうち１つのみを表している。
【００２３】
レーザー６２は、支柱をベースとしたバイオセンサー５０内の支柱１４の端に焦点を当てるレーザービーム７２を提供している。支柱材料の屈折率は、矢印２２により示された方向の流れにされている生体分子のキャリアの屈折率よりも高い。従って、レーザー光で照らされた支柱は、その内側にレーザー光を閉じこめる光ファイバーとして働く。さらに、この形態は、支柱の外側面でエバネッセント場を作り出し、そのエバネッセント場は、支柱１４を被覆する生体分子の層１６上にハイブリッド形成されたラベルされた分子を選択的に励起するのに十分延びている。励起されたフルオロフォアの蛍光は、支柱内で能率的に回収される。支柱のうちもう一方の端にあるミラー５２は、励起光が能率的に使用され、回収された蛍光が検出器６６に向けられているか保証している。二色性のビームスプリッター６４は、蛍光７４のみが検出器６６に到達するように、支柱内の光に焦点を当てるために使用される同じレンズ７０により回収された反射された光を（６５で）選別する。この設計は、エバネッセント場が既知の装置よりもはるかに高い強度に到達することを確実にしている。高いエバネッセント場は、より良い信号雑音比（ＳＮＲ）及びより少ない組込み時間にとって必要条件である。エバネッセント励起のため、洗浄ステップは必要ではない。さらに、ハイブリダイゼーションの動態を原位置でモニターすることができる。
【００２４】
図７は、本開示の別の実施形態による支柱をベースとしたバイオセンサー８０の一部の横断面図である。支柱をベースとしたバイオセンサー８０は、上層８２、及び、特異的な生体分子の層８６を有する複数の支柱構造体８４を含み、その特異的な生体分子の層８６は、支柱構造体８４の周囲に配置されている。上層８２は、複数のマイクロレンズ８８を含んでいる。各マイクロレンズ８８は、対応する下にある支柱構造体と共に直線に並べられている。この実施形態において、支柱をベースとしたバイオセンサー８０は、下層９０を含んでいる。下層９０は、複数のマイクロレンズ９２を含んでいる。各マイクロレンズ９２は、対応する上にある支柱構造体と共に直線に並べられている。矢印２２は、周期的な支柱構造体８４間の領域を通る適切な生体分子のキャリアの双方向的な流れを例示している。生体分子のキャリアの流れは、支柱構造体８４の周囲に配置された特異的な生体分子の層８６それぞれと接触を持つ。
【００２５】
図７は、本開示の一実施形態による支柱をベースとしたバイオセンサーの原理をさらに示しており、周期的な支柱構造体は２つの層間に埋め込まれている。生体分子のキャリアの流れ２２は、図７に描かれているように、水平方向になるよう設計されており、その流れの特徴（例えば、均一性、流速等）を、周期的な支柱構造体の特定の設計により目的に合わせることができる。さらに、支柱８４は、分子特異的結合領域として機能する特異的な生体分子の層８６で被覆されている。
【００２６】
図７の実施形態において、支柱をベースとしたバイオセンサー８０は、モジュラー製作技術を用いて製作される。この製作技術は、上部（又は第１コンポーネント部分）及び下部（又は第２コンポーネント部分）を別々に製作し、次に、上部と下部を共に連結して結果として生じる支柱をベースとしたバイオセンサー８０を形成するステップを含む。例示されているように、上部は上層８２、支柱構造体８４、及び特異的な生体分子の層８６を含む。一実施形態において、支柱構造体８４及び上層８２の配置を、例えば、いかなる適切な射出成形工程を用いても、共に製造又は形成することができる。さらに、例えば、いかなる適切なディープコーティング工程を用いても、特異的な生体分子の層８６を付加することができる。
【００２７】
さらに、下部は下層９０を含む。一実施形態において、下部又は下の構造は、上部又は上の構造とは別に、いかなる適切な射出成形技術も用いて製造又は形成される。薄膜技術も、本明細書においてさらに記述されるように、下層９０にミラーを付加するために使用できる。最後に、図７は、支柱構造体８４の底面８５がいかなる適切な結合方法も用いて下層９０の上面９１に結合され、共に固定及び保持されるよう組み立てられた配置で、上部及び下部を示している。図７の支柱をベースとしたバイオセンサー８０は、図４及び５の実施形態に対して本明細書において記述されているのと類似の製作方法を用いて製作することもできる。
【００２８】
図８は、本開示の実施形態による、図７の支柱をベースとしたバイオセンサー８０の、画像検出方法の図を表しているブロック図である。その検出方法は、励起光１０２、フィルター１０６、及び検出アレイ１０８を含んだ検出器１００を使用する。検出アレイ１０８は、例えばＣＣＤ、ＣＭＯＳ、又は類似のアレイ等の、蛍光を検出するためのいかなる適切な検出アレイも含む。図８は、励起供給源及び検出ユニットと共に、その機構に支柱構造の使用を組み入れているいくつか可能な画像検出方法のうち１つのみを表している。
【００２９】
マイクロレンズ構造は、照準を合わせられていない励起ビーム１０２をバイオセンサー支柱構造体８０に能率的につなぐ。支柱材料の屈折率は、矢印２２により示された方向の流れにされている生体分子のキャリアの屈折率よりも高い。上層８２にて支柱８４のそれぞれにつながれた光は、エバネッセント場を作り出し、そのエバネッセント場は、生体分子の層８６内に延び、結合された分子のフルオロフォアを励起している。蛍光の一部は、対応する支柱構造体８４内に能率的につながれる。支柱構造体８４それぞれのもう一方の端にある下層部分９０にて、第２のマイクロレンズ構造９２は、検出アレイ１０８の方へ参照番号１０４で示されている光（すなわち、励起及び蛍光）を至適に向けている。検出アレイ１０８に先立ち、フィルター１０６は、参照番号１０７により示されている蛍光のみが検出アレイ１０８に到達するのを確実にしている。
【００３０】
図９は、本開示の別の実施形態による支柱をベースとしたバイオセンサーの、走査検出方法の図を表しているブロック図である。その検出方法は、レーザー装置６２、二色性のビームスプリッター６４、検出器６６、レンズ６８、レンズ７０、及びレンズ７２を含んだ、図６に関して本明細書において開示及び記述されたものに類似の検出器１１０を使用する。図９は、励起供給源及び検出ユニットと共に、その機構に支柱構造の使用を組み入れているいくつか可能な走査検出器のうち１つのみを表している。しかし、この実施形態において、バイオセンサー１１は、バイオセンサーの第１の部分が、オープンフローの配置においてミラーと共に単独で使用されるということを除いて、図１〜３及び５に対して開示及び記述されたものに類似している。すなわち、第１の部分は、支柱構造体１４の曝露された表面２４が直立した方向であるように挿入される。さらに、ミラー２８が、層１２の表面１３上に配置されている。ミラー２８は、例えば、層１２の表面１３に塗布された反射コーティング、層１２の表面１３に付加された平面のミラー、又は、他の類似のミラー形態等の、いかなる適切なミラー又は反射層も含むことができる。図９に示されているように、支柱をベースとしたバイオセンサー１１は、上層が含まれていない開いた形態で使用されている。従って、生体分子のキャリアの蒸発が問題ではない場合、そのような開いた形態は、より低い製造コスト及びより高い検出性能を生じる可能性を秘めている。
【００３１】
さらに図９を参考にして、レーザー６２が支柱をベースとしたバイオセンサー１１内の支柱１４の端に焦点を当てるレーザービーム７２を提供している。支柱材料の屈折率は、矢印２２により示された方向の流れにされている生体分子のキャリアの屈折率よりも高い。従って、レーザー光で照らされた支柱は、その内側にレーザー光を閉じこめる光ファイバーとして働く。さらに、この形態は、支柱の外側面でエバネッセント場を作り出し、そのエバネッセント場は、支柱１４を被覆する生体分子の層１６上にハイブリッド形成されたラベルされた分子を選択的に励起するのに十分延びている。励起されたフルオロフォアの蛍光は、支柱内で能率的に回収される。支柱のうちもう一方の端にあるミラー２８は、励起光が能率的に使用され、回収された蛍光が検出器６６に向けられているか保証している。二色性のビームスプリッター６４は、蛍光７４のみが検出器６６に到達するように、支柱内の光に焦点を当てるために使用される同じレンズ７０により回収された反射された光を（６５で）選別する。この設計は、エバネッセント場が既知の装置よりもはるかに高い強度に到達することを確実にしている。高いエバネッセント場は、より良い信号雑音比（ＳＮＲ）及びより少ない組込み時間にとって必要条件である。エバネッセント励起のため、洗浄ステップは必要ではない。さらに、ハイブリダイゼーションの動態を原位置でモニターすることができる。
【００３２】
図１０は、本開示のさらに別の実施形態による支柱をベースとしたバイオセンサーの、走査検出方法の図を表しているブロック図である。その検出方法は、レーザー装置６２、二色性のビームスプリッター６４、検出器６６、レンズ６８、レンズ７０、及びレンズ７２を含んだ、図６及び９に関して本明細書において開示及び記述されたものに類似の検出器１２０を使用する。図１０は、励起供給源及び検出ユニットと共に、その機構に支柱構造の使用を組み入れているいくつか可能な走査検出器のうち１つのみを表している。しかし、この実施形態において、バイオセンサー８１は、バイオセンサーの第１の部分が、オープンフローの配置においてミラーと共に単独で使用されるということを除いて、図７に対して開示及び記述されたものに類似している。すなわち、第１の部分は、支柱構造体８４の曝露された表面８５が直立した方向であるように挿入される。さらに、ミラー１２２が、層８２の表面８３上に配置されている。ミラー１２２は、例えば、層１２の表面８３に塗布された反射コーティング、又は、他の類似のミラー形態等の、いかなる適切なミラー又は反射層も含むことができる。図１０に示されているように、支柱をベースとしたバイオセンサー８１は、上層が含まれていない開いた形態で使用されている。従って、生体分子のキャリアの蒸発が問題ではない場合、そのような開いた形態は、より低い製造コスト及びより高い検出性能を生じる可能性を秘めている。
【００３３】
さらに図１０を参考にして、レーザー６２が支柱をベースとしたバイオセンサー８１内の支柱８４の端に焦点を当てるレーザービーム７２を提供している。支柱材料の屈折率は、矢印２２により示された方向の流れにされている生体分子のキャリアの屈折率よりも高い。従って、レーザー光で照らされた支柱は、その内側にレーザー光を閉じこめる光ファイバーとして働く。さらに、この形態は、支柱の外側面でエバネッセント場を作り出し、そのエバネッセント場は、支柱８４を被覆する生体分子の層８６上にハイブリッド形成されたラベルされた分子を選択的に励起するのに十分延びている。励起されたフルオロフォアの蛍光は、支柱内で能率的に回収される。支柱のうちもう一方の端にあるミラー１２２は、励起光が能率的に使用され、回収された蛍光が検出器６６に向けられているか保証している。二色性のビームスプリッター６４は、蛍光７４のみが検出器６６に到達するように、支柱内の光に焦点を当てるために使用される同じレンズ７０により回収された反射された光を（６５で）選別する。この設計は、エバネッセント場が既知の装置よりもはるかに高い強度に到達することを確実にしている。高いエバネッセント場は、より良い信号雑音比（ＳＮＲ）及びより少ない組込み時間にとって必要条件である。エバネッセント励起のため、洗浄ステップは必要ではない。さらに、ハイブリダイゼーションの動態を原位置でモニターすることができる。
【００３４】
図１１は、本開示の別の実施形態による支柱をベースとしたバイオセンサー１３０の一部の上面図である。支柱をベースとしたバイオセンサー１３０は、上層１３２、及び、支柱構造体１３４の周囲に配置された特異的な生体分子の層１３６を有する複数の支柱構造体１４を含んでいる。支柱構造体１３４及び特異的な生体分子の層１３６は幻影線で例示され、上層１３２の下に存在していることが示されている。図１１に示されているように、支柱構造体は、支柱構造体の蛇行する列に配置されており、第１の列及び第２の列が参照番号１３８及び１４０によりそれぞれ示されている。２種類の支柱の配置が、図１及び１１を参考にして示され記述されてきたが、いかなる様式の支柱構造、形態、又は配置も可能であることが理解されるべきである。
【００３５】
典型的な実施形態が数例のみ詳細に記述されてきたが、当業者は、本開示の実施形態における新規の教え及び利点から実質的に離れることなく、その典型的な実施形態において多くの改変が可能であることを容易に理解するであろう。例えば、図１〜５、７、及び１１に関して記述されているバイオセンサーを、例えばバイオセンサーカートリッジ等のより複雑な構造にさらに統合することができる。さらに、本開示の実施形態は、それだけに限らないが、臨床診断、ポイントオブケア診断、進んだ生体分子診断上の研究−バイオセンサー、遺伝子及び蛋白質発現アレイ、環境センサー、食物品質センサー等を含めた分子診断学の分野における種々の応用に使用することができる。従って、そのような改変の全てが、上記の特許請求の範囲に説明されている本開示の実施形態の範囲内に含まれることが意図されている。特許請求の範囲において、ミーンズ・プラス・ファンクション条項は、本明細書において記述され、説明された機能を果たす構造を含み、さらに、構造的に同等なものだけでなく同等の構造を含むよう意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本開示の一実施形態による支柱をベースとしたバイオセンサーの一部の上面図である。
【図２】本開示の一実施形態による、図１の支柱をベースとしたバイオセンサーの一部の線２−２に沿った横断面図である。
【図３】本開示の一実施形態による支柱をベースとしたバイオセンサー製造中のバイオセンサーの一部の横断面図である。
【図４】本開示の別の実施形態による支柱をベースとしたバイオセンサー製造中のバイオセンサーの一部の横断面図である。
【図５】本開示のさらに別の実施形態による支柱をベースとしたバイオセンサー製造中のバイオセンサーの一部の横断面図である。
【図６】本開示の実施形態による支柱をベースとしたバイオセンサーの、走査検出方法の図を表しているブロック図である。
【図７】本開示の別の実施形態による支柱をベースとしたバイオセンサーの一部の横断面図である。
【図８】本開示の実施形態による、図７の支柱をベースとしたバイオセンサーの、画像検出方法の図を表しているブロック図である。
【図９】本開示の別の実施形態による支柱をベースとしたバイオセンサーの、走査検出方法の図を表しているブロック図である。
【図１０】本開示のさらに別の実施形態による支柱をベースとしたバイオセンサーの、走査検出方法の図を表しているブロック図である。
【図１１】本開示の別の実施形態による支柱をベースとしたバイオセンサーの一部の上面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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