(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フローセルと；
前記フローセルが結合している検出装置とを備えるバイオセンサであって、前記フローセルと前記検出装置は、励起光に応えて光放射を生成する生物学的または化学的な物質を有するように構成したフローチャネルを形成し、前記検出装置は、
光センサのセンサアレイと、光ガイドのガイドアレイとを有する装置ベースであって、前記光ガイドは、前記フローチャネルから前記励起光および前記光放射を受け取るように構成された入力領域を有し、前記光ガイドは、前記入力領域から対応光センサに向かって前記装置ベース内に伸長し、かつ、前記励起光をフィルタリングし、前記光放射が前記対応光センサに伝播することを可能にするように構成されたフィルタ材を有し、前記装置ベースは、前記光センサに電気的に結合し、前記光センサにより検出された光子に基づいてデータ信号を送るように構成された装置回路を備える、装置ベースと；
前記フローチャネルと前記装置ベースの間に伸長するシールド層であって、前記シールド層は、対応光ガイドの前記入力領域を基準にして位置決めされた開口を有して、前記光放射が前記開口を通って前記対応入力領域に伝播するようにし、前記シールド層は隣接開口間を伸長し、前記隣接開口間のシールド層へ入射する前記励起光および前記光放射をブロックするように構成される、シールド層を有する、バイオセンサ。
【請求項２】
前記光ガイドの入力領域は、前記シールド層の対応開口内に位置するか、または、前記装置ベース内のある深さに位置する、請求項１に記載のバイオセンサ。
【請求項３】
前記シールド層が保護層と前記装置ベースの間にあるように、前記シールド層に沿って伸長する保護層をさらに含み、前記保護層は開口全体に伸長する、請求項１に記載のバイオセンサ。
【請求項４】
（a）前記光ガイドのフィルタ材は有機フィルタ材であり、前記保護層は前記光ガイドの入力領域に沿って直接的に伸長して前記有機フィルタ材を前記シールド層から隔離する、
（b）前記保護層は、対応材料インターフェイスにおいて前記光ガイドの入力領域に沿って直接的に伸長し、前記材料インターフェイスは前記シールド層の対応開口内に位置するか、または、前記装置ベース内のある深さに位置する、または
（c）前記保護層は前記開口内に伸長し、反応くぼみのアレイを形成し、前記反応くぼみは対応開口に向かって伸長するか、または、対応開口内に位置する、請求項３に記載のバイオセンサ。
【請求項５】
前記反応くぼみは対応ベース面を有し、前記ベース面は前記開口内に位置するか、または、前記装置ベース内のある深さに位置する、請求項４に記載のバイオセンサ。
【請求項６】
前記保護層は複数のサブ層を備え、前記サブ層のうち少なくとも１つは五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）を含む、請求項４または５に記載のバイオセンサ。
【請求項７】
前記サブ層は、間に低温フィルムを有する２つの五酸化タンタル層（Ｔａ２Ｏ５）を含む、請求項６に記載のバイオセンサ。
【請求項８】
前記サブ層は、間にプラズマ化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）窒化ケイ素フィルムを有する２つのプラズマ蒸着（ＰＶＤ）五酸化タンタル層を含む、請求項７に記載のバイオセンサ。
【請求項９】
前記装置ベースは周辺クロストークシールドを備え、前記クロストークシールドはそれぞれ、前記対応光ガイドの１つを囲み、前記クロストークシールドは隣接光センサ間の光学的クロストークを低減するように構成される、請求項１に記載のバイオセンサ。
【請求項１０】
フローセルと；
前記フローセルが結合している検出装置とを備えるバイオセンサであって、前記フローセルと前記検出装置は、励起光に応じて光放射を生成する生物学的または化学的な物質を有するように構成されたフローチャネルを形成し、前記検出装置は、
光センサのセンサアレイと、光ガイドのガイドアレイとを有する装置ベースであって、前記光ガイドは、前記フローチャネルから前記励起光および前記光放射を受け取るように構成され、前記光ガイドはそれぞれ、前記光ガイドの入力領域から前記センサアレイの対応光センサに向かって中心縦軸に沿って前記装置ベース内に伸長し、前記光ガイドは、前記励起光をフィルタリングし、前記光放射が前記対応光センサに伝播できるように構成されたフィルタ材を備え、前記装置ベースは、前記光センサに電気的に結合し、前記光センサにより検出される光子に基づきデータ信号を送るように構成される、装置ベースを備え；
前記装置ベースには、前記ガイドアレイの対応光ガイドを少なくとも部分的に囲む周辺クロストークシールドが位置し、前記クロストークシールドは、前記縦軸それぞれの周りの前記対応光ガイドを少なくとも部分的に囲み、隣接光センサ間の光学的クロストークを低減し；
前記フローチャネルと前記装置ベースの間に伸長するシールド層をさらに含むバイオセンサであって、前記シールド層は前記ガイドアレイの対応光ガイドの入力領域を基準にして位置決めされた開口を有し、前記開口は前記光放射が前記入力領域に伝播することを可能にし、前記シールド層は隣接開口間を伸長し、前記隣接開口間のシールド層に入射する前記励起光および前記光放射をブロックするように構成される、バイオセンサ。
【請求項１１】
（a）前記クロストークシールドは、前記対応光ガイドの入力領域を囲む、または
（b）前記クロストークシールドは、前記対応光ガイドを円周方向に囲むクロストークリングを備える、請求項１０に記載のバイオセンサ。
【請求項１２】
前記装置ベースは相補型金属酸化物半導体（complementary-metal-oxide semiconductor、ＣＭＯS）を備え、前記装置回路および前記クロストークシールドは装置ベースの誘導体層内に位置する金属素子を備え、前記クロストークシールドは前記装置回路から電気的に分離している、請求項１０に記載のバイオセンサ。
【請求項１３】
前記クロストークシールドは第１クロストークシールドであり、前記装置ベースは第２クロストークシールドを備え、前記ガイドアレイの光ガイドはそれぞれ、対応する第１クロストークシールドおよび第２クロストークシールドにより少なくとも部分的に囲まれ、
（a）前記第１クロストークシールドおよび前記第２クロストークシールドは、前記対応縦軸に沿って互いに分離して配置される、または
（b）前記第１クロストークシールドおよび前記第２クロストークシールドは異なる寸法を有する請求項１１に記載のバイオセンサ。
【請求項１４】
バイオセンサを製造する方法であって、
光センサのセンサアレイと、前記光センサに電気的に結合し、前記光センサにより検出される光子に基づきデータ信号を送るように構成された装置回路とを有する装置ベースを提供するステップであって、前記装置ベースは外面を有する、ステップと；
シールド層を前記装置ベースの外面に適用するステップと；
前記シールド層を貫通する開口を形成するステップと；
対応開口から前記センサアレイの対応光センサに向かい伸長するガイドキャビティを形成するステップと；
フィルタ材を前記ガイドキャビティ内に付着させるステップであって、前記フィルタ材の一部は前記シールド層に沿って伸長する、ステップと；
前記フィルタ材を硬化させるステップと；
前記フィルタ材を前記シールド層から除去するステップであって、前記ガイドキャビティ内のフィルタ材は光ガイドを形成する、ステップと；
保護層を前記シールド層に適用し、前記保護層が前記シールド層に直接的に沿って、前記開口全体に伸長するようにするステップを含む、方法。
【請求項１５】
（a）前記フィルタ材を前記シールド層から除去するステップは、前記ガイドキャビティ内のフィルタ材の一部を除去し、前記フィルタ材の材料レベルが前記開口内に位置するか、または、前記シールド層の下のある深さに位置するようにするステップを含む、
（b）前記保護層は対応材料インターフェイスにおいて前記光ガイドに沿って直接的に伸長し、前記材料インターフェイスは前記対応開口内に位置するか、前記ベース層内のある深さに位置する、
（c）前記フィルタ材は有機フィルタ材であり、前記保護層は前記光ガイドに沿って直接的に伸長し、前記有機フィルタ材を前記シールド層から隔離する、または
（d）前記保護層は、反応くぼみのアレイを形成し、前記反応くぼみは対応開口に向かって伸長するか、または、対応開口内に位置する請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
（a）フローセルを前記装置ベースに結合し、前記保護層と前記フローセルの間にフローチャネルを形成するステップをさらに含む、
（b）前記フィルタ材を前記シールド層から除去するステップは、前記フィルタ材をエッチングするステップか、または、前記フィルタ材を化学的に研磨するステップのうち少なくとも一方を含む、または
（c）前記保護層は五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）を含み、前記保護層は複数のサブ層を備え、前記サブ層のうち少なくとも１つは五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記装置ベースは、前記ガイドキャビティを形成するステップの前に基板材料を含んだガイド領域を有し、隣接ガイド領域は、前記装置回路を含む回路領域により分離し、前記ガイドキャビティを形成するステップは、前記ガイド領域の基板材料を除去するステップを含み、
前記装置ベースは、前記ガイドキャビティを形成するステップの前に、前記ガイド領域を囲む周辺クロストークシールドを備え、前記クロストークシールドは、前記光ガイドを形成した後、対応光ガイドを少なくとも部分的に囲み、前記クロストークシールドは、隣接光センサ間の光学的クロストークを低減するように構成される、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願の相互参照〕
本願は、２０１３年１２月１０日に出願され、発明の名称が同じである米国仮特許出願第６１／９１４２７５号明細書の利益を主張するものであり、その全体が本明細書に参考として組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
本開示の実施形態は、概して、生物学的または化学的な分析に関し、より詳細には、生物学的または化学的な分析用の検出装置を用いた、システムおよび方法に関する。
【０００３】
生物学的または化学的な研究における種々のプロトコルには、局所支持体表面上または所定の反応チャンバ内で多数の制御反応を実行することを含む。指定された反応はその後、観察または検出され、それに続く分析が、反応に含まれる化学物質の特性を特定する、または、明らかにする一助になり得る。例えば、一部のマルチプレックスアッセイでは、特定可能な標識（例えば、蛍光標識）を有する未知の検体を、制御された条件下で何千という既知のプローブにさらすことができる。各既知のプローブは、マイクロプレートの対応ウェルに付着させることができる。ウェル内において既知のプローブと未知の検体との間で起きる任意の化学的反応を観察することは、検体の特性を特定する、または、明らかにする一助となり得る。このようなプロトコルの他の例には、合成によるシーケンシング（sequencing-by-synthesis、ＳＢＳ）または循環アレイシーケンシング（cyclic-array sequencing）といった既知のＤＮＡ配列決定プロセスが含まれる。
【０００４】
従来の蛍光検出プロトコルの一部では、光学システムを用いて蛍光標識検体に励起光を誘導し、該検体から放射し得る蛍光シグナルも検出する。しかしながら、このような光学システムは比較的高価であり、より大きいベンチトップ設置面積を必要とする場合がある。例えば、光学システムは、レンズ、フィルタ、および光源の装置を含み得る。提案されている他の検出システムでは、制御された反応が、蛍光放射を検出する大きい光学アセンブリを必要としない固体イメージャ（例えば、電荷結合素子（charged-coupled device、ＣＣＤ）検出器または相補型金属酸化物半導体（metal-oxide-semiconductor、ＣＭＯＳ）検出器）の上で即座に起きる。
【０００５】
しかしながら、提案されている固体イメージングシステムは、いくつか限界を持ち得る。例えば、励起光も固体イメージング装置の光センサに誘導される場合、励起光からの蛍光放射を識別するのは困難だろう。加えて、電子装置に制御されたやり方で位置する検体に試薬を流体的に送達することは、更なる課題を提示し得る。別の例として、蛍光放射は実質的に等方性である。固体イメージング装置上の検体の濃度が増すにつれ、隣接検体からの不要な光放射（例えば、クロストーク）を管理する、または、その原因を説明するのはますます困難になる。
【発明の概要】
【０００６】
一実施形態において、フローセルと、フローセルが結合した検出装置とを備えるバイオセンサを提供する。フローセルと検出装置は、励起光に応じて光放射を生成する生物学的または化学的な物質を有するように構成したフローチャネルを形成する。検出装置は、光センサのセンサアレイと、光ガイドのガイドアレイとを有する装置ベースを備える。光ガイドは、励起光とフローチャネルからの光放射を受け取るように構成された入力領域を有する。光ガイドは、入力領域から対応光センサに向かって装置ベース内に伸長し、励起光をフィルタリングし、光放射が対応光センサに伝播することを可能にするように構成されたフィルタ材を有する。装置ベースは光センサに電気的に結合し、光センサにより検出された光子に基づいてデータ信号を送るように構成した装置回路を備える。検出装置はまた、フローチャネルと装置ベースの間に伸長するシールド層を備える。シールド層は、対応光ガイドの入力領域を基準にして位置決めした開口を有し、光放射が開口を通って対応入力領域に伝播するようにする。シールド層は、隣接開口間を伸長し、隣接開口間のシールド層へ入射する励起光および光放射をブロックするように構成する。
【０００７】
一実施形態において、フローセルと、フローセルが結合した検出装置とを備えるバイオセンサを提供する。フローセルと検出装置は、励起光に応じて光放射を生成する生物学的または化学的な物質を有するように構成したフローチャネルを形成する。検出装置は、光センサのセンサアレイと、光ガイドのガイドアレイとを有する装置ベースを備えることができる。光ガイドは、励起光とフローチャネルからの光放射を受け取るように構成する。光ガイドはそれぞれ、光ガイドの入力領域からセンサアレイの対応光センサに向かって、中心縦軸に沿って装置ベース内に伸長する。光ガイドは、励起光をフィルタリングし、光放射が対応光センサに伝搬できるように構成したフィルタ材を備える。装置ベースは光センサに電気的に結合し、光センサにより検出される光子に基づきデータ信号を送るように送るように構成した装置回路を備える。装置ベースには、ガイドアレイの対応光ガイドを囲む周辺クロストークシールドを位置させる。クロストークシールドは、縦軸それぞれの周りの対応光ガイドを少なくとも部分的に囲み、隣接光センサ間の光学的クロストークを低減する。
【０００８】
一実施形態において、バイオセンサを製造する方法を提供する。該方法は、光センサのセンサアレイと、光センサに電気的に結合し、光センサにより検出される光子に基づきデータ信号を送るように構成した装置回路とを有する装置ベースを提供するステップを含む。装置ベースは外面を有する。該方法はまた、シールド層を装置ベースの外面に適用し、シールド層を貫通する開口を形成するステップを含む。該方法はまた、対応開口からセンサアレイの対応光センサに向かって伸長するガイドキャビティを形成するステップと、フィルタ材をガイドキャビティ内に付着させるステップを含む。フィルタ材の一部はシールド層に沿って伸長する。該方法はまた、フィルタ材を硬化させるステップと、フィルタ材をシールド層から除去するステップを含む。ガイドキャビティ内のフィルタ材は、光ガイドを形成する。該方法はまた、保護層をシールド層に適用し、保護層がシールド層に直接的に沿って、開口全体に伸長するようにするステップを含む。
【０００９】
一実施形態において、光センサのセンサアレイと、光ガイドのガイドアレイとを有する装置ベースを備えたバイオセンサを提供する。装置ベースは外面を有する。光ガイドは、外面に近接した生物学的または化学的な物質により生成される励起光および光放射を受け取るように構成した、入力領域を有する。光ガイドは、入力領域から対応光センサに向かって装置ベース内に伸長し、励起光をフィルタリングし、光放射が対応光センサに向かって伝播できるように構成したフィルタ材を有する。装置ベースは、光センサに電気的に結合し、光センサにより検出される光子に基づいてデータ信号を送るように構成した装置回路を備える。バイオセンサはまた、装置ベースの外面に沿って伸長するシールド層を備える。シールド層は、対応光ガイドの入力領域を基準にして位置決めした開口を有し、光放射が開口を通って対応入力領域に伝播するようにする。シールド層は隣接開口間を伸長し、隣接開口間のシールド層へ入射する励起光および光放射をブロックするように構成する。
【００１０】
一実施形態において、光センサのセンサアレイと光ガイドのガイドアレイとを有する装置ベースを備えたバイオセンサを提供する。装置ベースは外面を有する。光ガイドは、外面に近接した生物学的または化学的物質により生成される励起光および光放射を受け取るように構成する。各光ガイドは、光ガイドの入力領域からセンサアレイの対応光センサに向かって、中心縦軸に沿って装置ベース内に伸長する。光ガイドは、励起光をフィルタリングし、光放射が対応光センサに向かって伝播できるように構成したフィルタ材を備える。装置ベースは、光センサに電気的に結合し、光センサにより検出される光子に基づきデータ信号を送るように送るように構成した、装置回路を備える。装置ベースには、ガイドアレイの対応光ガイドを囲む周辺クロストークシールドを位置させる。クロストークシールドは、縦軸それぞれの周りの対応光ガイドを少なくとも部分的に囲み、逸脱光線をブロックするか、または、反射するうちの少なくとも一方を行って、隣接光センサ間の光学的クロストークを低減する。
【００１１】
複数の実施形態を記載するが、記載する主題のさらに他の実施形態が以下の詳細な説明および図面から当業者には明らかになり、これは開示する発明の主題の例示的な実施形態を示す。理解されようが、発明の主題は、記載する主題の精神および範囲から離れることなく、種々の面で修正が可能である。したがって、図面および詳細な説明は本来例示として見るべきであり、限定ではない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態により形成した、生物学的または化学的分析のための代表的なシステムのブロック図である。
【図２】図１のシステムで用いることができる、代表的なシステム制御器のブロック図である。
【図３】一実施形態による生物学的または化学的分析のための代表的なワークステーションのブロック図である。
【図４】一実施形態による代表的なワークステーションおよび代表的なカートリッジの斜視図である。
【図５】図４のワークステーションを複数備えた、代表的なラックアセンブリの正面図である
【図６】代表的なカートリッジの内部部品を示す図である。
【図７】一実施形態により形成したバイオセンサの横断面図である。
【図８】図７の横断面の拡大部であり、バイオセンサをより詳細に示す図である。
【図９】図７の横断面の別の拡大部であり、バイオセンサをより詳細に示す図である。
【図１０】別の実施形態により形成した検出装置の横断面図である。
【図１１】一実施形態による、バイオセンサを製造する方法を示すフローチャートである。
【図１２Ａ】図１１のバイオセンサを製造するステップの、異なる段階を示す図である。
【図１２Ｂ】図１１のバイオセンサを製造するステップの、異なる段階を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書に記載の実施形態は、学術的分析または商用分析のための、種々の生物学的または化学的分析プロセスおよびシステムで用いることができる。より具体的には、本明細書に記載の実施形態は、指定した反応であることを示す事象、特性、質、または特徴を検出することが望まれる、種々のプロセスおよびシステムで用いることができる。例えば、本明細書に記載の実施形態には、カートリッジ、バイオセンサ、およびその部品、ならびに、カートリッジおよびバイオセンサを操作するバイオアッセイシステムを含む。特定の実施形態では、カートリッジおよびバイオセンサはフローセルおよび１つまたは複数の光センサを備え、これは実質的に単一の構造内で互いに結合する。
【００１４】
バイオアッセイシステムは複数の指定した反応を実行するように構成することができ、これは個別に、または、一括して検出することができる。バイオセンサおよびバイオアッセイシステムは、複数の指定した反応が平行して起きる、多数のサイクルを実行するように構成することができる。例えば、バイオアッセイシステムは、酵素操作およびイメージ取得の反復サイクルを通じ、高密度アレイのＤＮＡフィーチャの配列を決定するのに用いることができる。したがって、カートリッジおよびバイオセンサは、試薬または他の反応成分を反応部位に送達する、１つまたは複数のマイクロ流体チャネルを備える場合がある。一部の実施形態では、反応部位を実質的に平坦な表面に無作為に分布させる。例えば反応部位は、一部の反応部位が他の反応部位より互いにより近く位置する、不均一な分布を有する場合がある。他の実施形態では、反応部位を実質的に平坦な表面に所定のやり方でパターにングすることができる。各反応部位は、関連する反応部位からの光を検出する１つまたは複数の光センサと関連させることができる。さらに他の実施形態では、反応部位は、指定された反応を中でコンパートメント化する反応チャンバに位置する。
【００１５】
以下のある実施形態についての詳細な記載は、添付の図面と併せて読むとより良く理解されるだろう。図が種々の実施形態の機能的ブロックを図示する限りにおいては、機能的ブロックがハードウェア回路間の区分を示すとは限らない。したがって、例えば、１つまたは複数の機能的ブロック（例えば、プロセッサまたはメモリ）を、ハードウェアの単一ピース（例えば、汎用シグナルプロセッサ、ランダムアクセスメモリ、またはハードディスク等）において実現することができる。同様にプログラムは、独立型プログラムとし、操作システムにおいてサブルーチンとして組み込み、インストールしたソフトウェアパッケージ等での機能とすることができる。種々の実施形態は、図面に示す配置および手段に限定されるわけではない。
【００１６】
本明細書で用いる場合、単数形で列挙され、「１つ（「ａ」「ａｎ」）」という語で始まる素子またはステップは、複数の素子またはステップを除外しないものと理解すべきである（ただし、かかる排除が明記されている場合を除く）。さらに、「一実施形態」への言及は、列挙された特徴も組み込んだ追加の実施形態の存在を除外するものとして解釈されることは意図されていない。その上、反対の明記がない限り、特定の特性を有する１つの素子または複数の素子を「含む（comprising）」または「有する（having）」実施形態は、その特性を有するか否かを問わず、追加の素子を含むことができる。
【００１７】
本明細書で用いる場合、「指定された反応」には、対象となる検体の化学的、電気的、物理的、または光学的特性（もしくは、質）のうち少なくとも１つの変化を含む。特定の実施形態において、指定された反応は、正の結合事象（例えば、蛍光標識生体分子の、対象となる検体との混合）である。より一般的には、指定された反応は、化学的変換、化学的変化、または化学的相互作用とすることができる。指定された反応は、電気的特性の変化とすることもできる。例えば、指定された反応は、溶液中のイオン濃度の変化とすることができる。代表的な反応には、還元、酸化、付加、脱離、転位、エステル化、アミド化、エステル化、環化、または置換などの化学的反応；第１化学物質が第２化学物質に結合する結合相互作用；２つ以上の化学物質が互いに分離する解離反応；蛍光；発光；生物発光；化学発光；および、核酸複製、核酸増幅、核酸ハイブリダイゼーション、核酸ライゲーション、リン酸化反応、酵素触媒反応、受容体結合、またはリガンド結合などの生物学的反応を含むが、これに限定されるわけではない。指定された反応は、例えば、周囲の溶液または環境のｐＨ変化として検出可能である、陽子の付加または脱離とすることもできる。追加の指定された反応は、例えば、膜（例えば、天然の、または、合成の、二層膜）を通るイオンの流れを検出することができ、例えば、イオンが膜をとって流れる際に流れを妨害し、その妨害を検出することができる。
【００１８】
特定の実施形態において、指定された反応には蛍光標識分子の検体への導入を含む。検体はオリゴヌクレオチドとすることができ、蛍光標識分子はヌクレオチドとすることができる。指定された反応は、励起光を、標識ヌクレオチドを有するオリゴヌクレオチドに誘導し、フルオロフォアが検出可能な蛍光信号を放射する場合に検出することができる。代替的な実施形態では、検出される蛍光は、化学発光または生物発光の結果である。指定された反応はまた、蛍光（つまり、フェルスター（Forster））共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）を、例えば、ドナーフルオロフォアをアクセプタフルオロフォアに近接させることにより増大するか、ドナーフルオロフォアおよびアクセプタフルオロフォアを分離することによりＦＲＥＴを低減するか、フルオロフォアから消光剤を分離することにより蛍光を増強するか、または、消光剤とフルオロフォアを同一場所に位置させることにより蛍光を弱めることができる。
【００１９】
本明細書で用いる場合、「反応成分」または「反応物」には、指定された反応を得るために用いることができる任意の物質を含む。例えば、反応成分には、試薬、酵素、試料、他の生体分子、および緩衝液を含む。反応成分は、典型的には、溶液中の反応部位に送達する、および／または、反応部位に固定化する。反応成分は、対象の検体といった別の物質と、直接的に、または、非直接的に、相互作用することができる。
【００２０】
本明細書で用いる場合、「反応部位」という用語は、指定された反応が起き得る局所領域である。反応部位は基板の支持体表面を含み、そこに物質を固定化することができる。例えば、反応部位は、核酸コロニーを有するフローセルのチャネルにおいて、実質的に平坦な表面を含むことができる。典型的には、コロニー中の核酸は、例えば、一本鎖または二本鎖のテンプレートのクローンコピーである同一配列を有するが、常にではない。しかしながら、一部の実施形態では、反応部位は、例えば一本鎖または二本鎖の形をした、単一核酸分子のみを含むことができる。さらに、複数の反応部位は支持体表面に沿って無作為に分布させるか、または所定のやり方で（例えば、マイクロアレイなどマトリックスにおいて並べて）配置することができる。反応部位はまた、指定された反応をコンパートメント化するように構成した空間領域または体積を少なくとも部分的に定義する、反応チャンバを含む。本明細書で用いる場合、「反応チャンバ」という用語は、フローチャネルと流体連結する空間領域を含む。反応チャンバは、周囲の環境または他の空間領域から少なくとも部分的に分離させることができる。例えば、複数の反応チャンバは、共有壁により互いに分離させることができる。より具体的な例として、反応チャンバは、ウェルの内面により定義されるキャビティを備え、該キャビティがフローチャネルと流体連結できるようにオープニングまたは開口を有することができる。このような反応チャンバを備えるバイオセンサは、２０１１年１０月２０日提出の国際公開第ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０５７１１１号により詳細に記載されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００２１】
一部の実施形態では、反応チャンバは、固体（半固体を含む）を完全に、または、部分的に挿入できるように、該固体を基準にしてサイズ決めし、成形する。例えば、反応チャンバは、捕捉ビーズを１つのみ収容するようにサイズ決めし、成形することができる。捕捉ビーズは、クローン的に増幅したＤＮＡまたは他の物質を有することができる。あるいは、反応チャンバは、ほぼ同数のビーズまたは固体基板を受け取るようにサイズ決めし、成形することができる。別の例として、反応チャンバはまた、反応チャンバに流れ込むことができる、拡散を制御するように構成した多孔質なゲル若しくは物質、または、フィルタ流体で満たすことができる。
【００２２】
一部の実施形態において、光センサ（例えば、光ダイオード）を対応反応部位に関連付ける。反応部位と関連付けた光センサは、指定された反応が関連する反応部位で起きた場合に、関連する反応部位からの光放射を検出するように構成する。場合によっては、複数の光センサ（例えば、数ピクセルのカメラ装置）を単一反応部位に関連付けることができる。他の場合では、単一の光センサ（例えば、単一ピクセル）を単一反応部位または反応部位の一群と関連付けることができる。光センサ、反応部位、および、バイオセンサの他の機構は、光の少なくとも一部が反射されることなく光センサにより直接的に検出されるように、構成することができる。
【００２３】
本明細書で用いる場合、２つの反応部位に対して用いる場合の「隣接する」という用語は、他の反応部位が２つの反応部位の間に位置しないことを意味する。「隣接する」という用語は、隣接検出経路および隣接光センサに関して用いる場合も同様の意味を持ち得る（例えば、隣接光センサは、その間に他の光センサを有しない）。場合によっては、反応部位は別の反応部位に隣接できないが、他の反応部位のすぐ近くになお存在する場合がある。第１反応部位からの蛍光放射信号を第２反応部位と関連する光センサにより検出する場合、第１反応部位は第２反応部位のすぐ近くに存在し得る。より具体的には、第２反応部位と関連する光センサが、例えば、第１反応部位からのクロストークを検出する場合、第１反応部位は第２反応部位のすぐ近くに存在し得る。隣接反応部位は、互いに隣接するように近接させるか、または、間に介在スペースを置いて隣接部位を非近接とすることができる。
【００２４】
本明細書で用いる場合、「物質」には、生物学的または化学的な物質と同様に、捕捉ビーズといったアイテムまたは固体も含む。本明細書で用いる場合、「生物学的または化学的な物質」には、生体分子、対象となる試料、対象となる検体、および、他の化合物を含む。生物学的または化学的な物質は、他の化合物を検出し、特定し、もしくは分析するのに用いることか、または、他の化合物を研究もしくは分析するための中間物として機能させることができる。特定の実施形態では、生物学的または化学的物質には生体分子を含む。本明細書で用いる場合、「生体分子」には、生体ポリマー、ヌクレオシド、核酸、ポリヌクレオチド、オリゴヌクレオチド、タンパク質、酵素、ポリペプチド、抗体、抗原、リガンド、受容体、多糖類、炭水化物、ポリホスフェート、細胞、組織、生物、またはその断片、もしくは、前記種の類似体か模倣体といった、その他の生物学的にアクティブな化合物を含む。
【００２５】
生物学的または化学的物質には、パイロシーケンシング反応においてピロホスフェートを検出するのに用いる酵素または試薬など、別の反応の生成物を検出する共役反応で用いる酵素または試薬を含む。ピロホスフェート検出に有用な酵素および試薬は、例えば、米国特許出願公開第２００５／０２４４８７０号明細書に記載されており、これはその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００２６】
生体分子試料、および、生物学的または化学的な物質は、天然に存在するか、または合成し、空間領域内で溶液または混合物に懸濁することができる。生体分子試料、および、生物学的または化学的な物質はまた、固相またはゲル材料に結合することができる。生体分子、試料、および、生物学的または化学的な物質はまた、医薬組成物を含むことができる。場合によっては、対象となる生体分子、試料、および、生物学的または化学的な物質は、標的、プローブ、または検体と呼ぶことができる。
【００２７】
本明細書で用いる場合、「バイオセンサ」は複数の反応部位を有する構造を備え、これは反応部位で、または反応部位に近接して起きる指定された反応を検出するように構成する。バイオセンサは、固体イメージング装置（例えば、ＣＣＤイメージャ、またはＣＭＯＳイメージャ）を備え、任意で、フローセルを取り付ける。フローセルは、反応部位と流体連結する少なくとも１つのフローチャネルを備えることができる。一具体例として、バイオセンサは、バイオアッセイシステムに流体的に、かつ、電気的に結合するように構成する。バイオアッセイシステムは、所定のプロトコル（例えば、合成によるシーケンシング）に従って、反応物を反応部位に送達することができ、複数のイメージング事象を実行することができる。例えばバイオアッセイシステムは、反応部位に沿って流れるように溶液を誘導することができる。溶液のうち少なくとも１つは、同一の、または、異なる蛍光標識を有する４つのタイプのヌクレオチドを含む。ヌクレオチドは、反応部位に位置する対応オリゴヌクレオチドに結合することができる。バイオアッセイシステムはその後、励起光源（例えば、発光ダイオード、つまりＬＥＤなどの固体光源）を用いて反応部位を照明することができる。励起光は、所定の波長、または、ある範囲の波長を含む波長を有することができる。励起した蛍光標識は、光センサにより検出できる放射信号を提供する。
【００２８】
代替的な実施形態では、バイオセンサは、他の特定可能な特性を検出するように構成した、電極または他のタイプのセンサを備えることができる。例えばセンサを、イオン濃度の変化を検出するように構成することができる。別の例ではセンサを、膜を流れるイオン電流を検出するように構成することができる。
【００２９】
本明細書で用いる場合、「カートリッジ」はバイオセンサを保持するように構成した構造を備える。一部の実施形態において、カートリッジは、バイオセンサの反応部位に励起光を提供するように構成した、光源（例えば、ＬＥＤ）などの追加の機構を有することができる。カートリッジはまた、流体保存システム（例えば、試薬、試料、および緩衝剤の保存）と、反応成分および試料等を反応部位に流体的に移送するための流体制御システム（例えば、ポンプおよび弁等）を備えることができる。例えば、バイオセンサを準備または製造した後、バイオセンサをカートリッジのケースまたはコンテナに結合することができる。一部の実施形態において、バイオセンサおよびカートリッジは、自己完結型の、使い捨てユニットとすることができる。しかしながら、他の実施形態は、除去可能な部分を有するアセンブリを備えることができ、これによりユーザは、成分または試料の管理または交換のためにバイオセンサまたはカートリッジの内部にアクセスできるようになる。バイオセンサおよびカートリッジは、制御反応を実行するシーケンシングシステムといったより大きいバイオセンサに、除去可能に結合または係合することができる。
【００３０】
本明細書で用いる場合、「除去可能に」および「結合（つまり、係合）した」という用語を共に用いて、バイオセンサ（または、カートリッジ）とシステムレセプタクルまたはバイオアッセイシステムのインターフェイスの間の関係を記載する場合、該用語は、バイオセンサ（または、カートリッジ）とシステムレセプタクルの間の接続は、システムレセプタクルおよび／またはバイオセンサ（または、カートリッジ）を破壊または破損することなく、容易に分離可能であることを意味することを意図する。部品は、該部品を分離する際、過度の労力またはかなりの時間を費やすことなく互いに分離できる場合に、容易に分離可能であるとする。例えば、バイオセンサ（または、カートリッジ）は、バイオアッセイシステムの相手コンタクトが破壊または破損しないような電気的なやり方で、システムレセプタクルに除去可能に結合または係合することができる。バイオセンサ（または、カートリッジ）はまた、バイオセンサ（または、カートリッジ）を保持する機構を破壊または破損しないような力学的なやり方で、システムレセプタクルに除去可能に結合または係合することができる。バイオセンサ（または、カートリッジ）は、システムレセプタクルのポートが破壊または破損しないような流体的なやり方で、システムレセプタクルに除去可能に結合または係合することができる。システムレセプタクルまたは部品は、例えば、部品の単なる調整（例えば、再調整）または単なる交換（例えば、ノズルの交換）のみが必要である場合、破壊または破損することは考えられない。
【００３１】
本明細書で用いる場合、「流体連結」または「流体的に結合した」という用語は、液体またはガスが間を流れることができるように互いに接続した２つの空間領域を指す。例えば、マイクロ流体チャネルを反応チャンバと流体連結し、流体がマイクロ流体チャネルから反応チャンバに自由に流れることができるようにすることができる。「流体連結して」または「流体的に結合して」という用語は、システムを通過する流体の流れを制御または調整するように構成した、１つまたは複数の弁、リストリクタ、または他の流体部品によって流体連結している２つの空間領域を考慮に入れる。
【００３２】
本明細書で用いる場合、「固定化した」という用語は、生体分子または生物学的もしくは化学的な物質に対して用いる場合、生体分子または生物学的もしくは化学的な物質を分子レベルで表面に実質的に付着させることを含む。例えば、非共有相互作用を含む吸着技術（例えば、静電気力、ファンデルワールス力、および疎水性界面の脱水）、ならびに、官能基またはリンカーが生体分子を表面に付着させるのを促す共有結合技術を用いて、生体分子または生物学的もしくは化学的な物質を基板材料の表面に固定化することができる。生体分子または生物学的もしくは化学的な物質を基板材料の表面に固定化することは、基板表面の特性、生体分子または生物学的もしくは化学的な物質を運ぶ液状媒体、および、生体分子または生物学的もしくは化学的な物質自体の特性に基づくことができる。場合によっては、基板表面を機能的にし（例えば、化学的に、または、物理的に修正し）、生体分子（または生物学的若しくは化学的な物質）を基板表面に固定化するのを促すことができる。基板表面はまず、官能基を表面に結合するように修正することができる。官能基はその後、生体分子または生物学的もしくは化学的な物質に結合し、それらをその上で固定化することができる。物質は、例えば、米国特許出願公開第ＵＳ２０１１／００５９８６５号明細書に記載されているゲルを介して表面に固定することが可能であり、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【００３３】
一部の実施形態において、核酸を表面に付着させ、ブリッジ増幅を用いて増幅することが可能である。有用なブリッジ増幅法は、例えば、米国特許第５６４１６５８号明細書、国際公開第０７／０１０２５１号、米国特許第６０９０５９２号明細書、米国特許出願公開第２００２／００５５１００号明細書、米国特許第７１１５４００号明細書、米国特許出願公開第２００４／００９６８５３号明細書、同第２００４／０００２０９０号明細書、同第２００７／０１２８６２４号明細書、同第２００８／０００９４２０号明細書に記載されており、これらはその全体が本明細書に組み込まれる。表面で核酸を増幅する別の有用な方法は、例えば、下記に詳細を記載する方法を用いたローリングサークル増幅（rolling circle amplification、ＲＣＡ）である。一部の実施形態において、核酸を表面に付着させ、１つまたは複数のプライマー対を用いて増幅することができる。例えば、プライマーの１つは溶液中に置き、他のプライマーは表面に固定化することが可能である（例えば、5'-付着）。例として、核酸分子を表面上にあるプライマーの１つにハイブリダイズし、その後、固定化プライマーを伸長して核酸の第１複製を生成することができる。溶液中のプライマーをその後、核酸の第１複製にハイブリダイズし、核酸の第１複製をテンプレートとして用いることで伸長させることができる。任意で、核酸の第１複製を生成した後、元の核酸分子を表面上で第２の固定化プライマーにハイブリダイズすることができ、溶液中のプライマーを伸長させるのと同時に、またはその後で、伸長させることができる。任意の実施形態では、固定化プライマーおよび溶液中のプライマーを用いて伸長ラウンド（例えば、増幅）を繰り返すことで、核酸の複数の複製を提供する。
【００３４】
特定の実施形態では、本明細書に記載のシステムおよび方法で実行されるアッセイプロトコルは、天然ヌクレオチドの使用と、天然ヌクレオチドと相互作用するように構成した酵素の使用も含む。天然ヌクレオチドには、例えば、リボヌクレオチドまたはデオキシリボヌクレオチドを含む。天然のヌクレオチドは、モノホスフェート、ジホスフェート、またはトリホスフェートの形とすることができ、アデニン（Ａ）、チミン（Ｔ）、ウラシル（Ｕ）、グアニン（Ｇ）、またはシトシン（Ｃ）から選択したベースを有することができる。しかしながら、非天然ヌクレオチド、修正ヌクレオチド、または前述のヌクレオチドの類似体を用いることが可能であることも理解されよう。有用な非天然ヌクレオチドのいくつかの例は、可逆的ターミネーターに基づく合成によるシーケンシング法に関して下記に記載する。
【００３５】
反応チャンバを含む実施形態では、アイテムまたは固体物質（半固体物質を含む）を反応チャンバに配置することができる、配置する際、アイテムまたは固体は、締りばめ、接着、封入により物理的に反応チャンバ内に保持または固定化することができる。反応チャンバ内に配置することができる例示的なアイテムまたは固体には、ポリマービーズ、小粒、アガロースゲル、パウダー、量子ドット、または、反応チャンバ内で圧縮する、および／もしくは、保持することができる他の固体を含む。特定の実施形態では、ＤＮＡボールなどの核酸上部構造を、例えば、反応チャンバへ付着させる、または、反応チャンバ内の液体に滞留させることにより、反応チャンバ内または反応チャンバに配置することが可能である。ＤＮＡボールまたは他の核酸上部構造を予め形成し、その後、反応チャンバ内または反応チャンバに配置することが可能である。あるいは、ＤＮＡボールを反応チャンバでその場（in situ）で合成することが可能である。ＤＮＡボールは、ローリングサイクル増幅により合成し、特定の核酸配列のコンカテマーを生成することが可能であり、コンカテマーは比較的コンパクトなボールを形成するという条件で扱うことができる。ＤＮＡボールおよびその合成に関する方法は、例えば、米国特許出願公開第２００８／０２４２５６０号明細書または同第２００８／０２３４１３６号明細書に記載されており、これらはその全体が本明細書に組み込まれる。反応チャンバに保持または配置される物質は、固体状、液状、または、ガス状とすることができる。
【００３６】
図１は、一実施形態に従って形成した、生物学的または化学的な分析のための例示的なバイオアッセイシステム１００のブロック図である。「バイオアッセイ」という用語は、バイオアッセイシステム１００を操作し、生物学的または化学的な物質の少なくとも１つと関係する任意の情報またはデータを得ることに限定することは意図しない。一部の実施形態において、バイオアッセイシステム１００は、ベンチトップ装置またはデスクトップコンピュータに類似し得るワークステーションである。例えば、指定された反応を行うためのシステムおよび部品の大部分（または全て）は、共通のケース１１６内に配置することが可能である。
【００３７】
特定の実施形態において、バイオアッセイシステム１００は、種々の用途のために構成した核酸配列決定システム（つまり、シーケンサ）であり、de novoシーケンシング、全ゲノムまたは標的ゲノム領域のリシーケンシング、およびメタゲノム解析を含むが、これらに限定されるわけではない。シーケンサはまた、ＤＮＡまたはＲＮＡの分析に用いることができる。一部の実施形態において、バイオアッセイシステム１００はまた、バイオセンサ内で反応部位を生成するように構成することができる。例えば、バイオアッセイシステム１００は、試料を受け取り、該試料に由来するクローン的に増幅した核酸の、表面に付着したクラスタを生成することができる。各クラスタは、バイオセンサ内の反応部位を構成するか、またはその一部であることができる。
【００３８】
例示的なバイオアッセイシステム１００は、バイオセンサ１０２と相互作用して、バイオセンサ１０２内で指定された反応を実行するように構成した、システムレセプタクルまたはインターフェイス１１２を備えることができる。図１に関する以下の記載において、バイオセンサ１０２はシステムレセプタクル１１２に搭載する。しかしながら、バイオセンサ１０２を備えるカートリッジは、システムレセプタクル１１２内に挿入することができ、一部の状態では、カートリッジは、一時的にまたは永続的に除去することが可能であると理解されよう。上記のようにカートリッジは、他のものの内、流体制御部品および流体保存部品を備えることができる。
【００３９】
特定の実施形態において、バイオアッセイシステム１００は、バイオセンサ１０２内で平行な反応を多数実行するように構成する。バイオセンサ１０２は、指定された反応が起き得る１つまたは複数の反応部位を備える。反応部位は、例えば、バイオセンサの固体表面に固定化するか、または、バイオセンサの対応反応チャンバに位置するビーズ（または、他の可動基板）に固定化することができる。反応部位は、例えば、クローン的に増幅した核酸のクラスタを含むことができる。バイオセンサ１０２は、固体イメージング装置（例えば、ＣＣＤイメージャまたはＣＭＯＳイメージャ）を備え、フローセルが取り付けられる。フローセルは、バイオアッセイシステム１００から溶液を受け取る１つまたは複数のフローチャネルを備え、反応部位に溶液を誘導することができる。任意で、バイオセンサ１０２は、フローチャネルの内外に熱エネルギーを移送する感熱素子を係合するように構成することが可能である。
【００４０】
バイオアッセイシステム１００は、種々の部品、アセンブリ、およびシステム（または、サブシステム）を備えることができ、これらは互いに相互作用し、生物学的または化学的な分析のための、所定の方法またはアッセイプロトコルを実行する。例えば、バイオアッセイシステム１００は、種々の部品、アセンブリ、およびバイオアッセイシステム１００のサブシステムと通信できるシステム制御器１０４を備え、ならびに、バイオセンサ１０２も備える。例えば、システムレセプタクル１１２に加え、バイオアッセイシステム１００はまた、バイオアッセイシステム１００およびバイオセンサ１０２の流体ネットワークを通る流体の流れを制御する流体制御システム１０６と；全流体（例えば、ガスまたは液体）を保持するように構成し、バイオアッセイシステムに使用される流体保存システム１０８と；流体ネットワーク、流体保存システム１０８、および／または、バイオセンサ１０２内の流体温度を調整できる温度制御システム１１０と；バイオセンサ１０２を照明するように構成した照明システム１１１を備えることができる。上記のように、バイオセンサ１０２を有するカートリッジをシステムレセプタクル１１２に搭載した場合、カートリッジはまた、流体制御部品および流体保存部品を備えることができる。
【００４１】
図示するように、バイオアッセイシステム１００は、ユーザと相互作用するユーザインターフェイス１１４を備えることができる。例えば、ユーザインターフェイス１１４は、ユーザからの情報を表示または要求するディスプレイ１１３と、ユーザの入力を受け取るユーザ入力装置１１５を備えることができる。一部の実施形態において、ディスプレイ１１３とユーザ入力装置１１５は同一の装置である。例えば、ユーザインターフェイス１１４は、人の接触があることを検出し、ディスプレイ上の接触の場所も特定するように構成した接触感知ディスプレイを備えることができる。しかしながら、マウス、タッチパッド、キーボード、キーパッド、ハンドヘルドスキャナ、音声認識システム、および動作認識システム等の、他のユーザ入力装置１１５も使用できる。以下で詳細に述べるように、バイオアッセイシステム１００は、（例えば、カートリッジの形をした）バイオセンサ１０２を含む種々の部品と通信して、指定された反応を実行する。バイオアッセイシステム１００はまた、バイオセンサから得たデータを分析し、ユーザに望ましい情報を提供するように構成することができる。
【００４２】
システム制御器１０４は、マイクロコントローラ、縮小命令セットコンピュータ（reduced instruction set computer、ＲＩＳＣ）、特定用途向け集積回路（application specific integrated circuit、ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（field programmable gate array、ＦＰＧＡ）、論理回路、および、本明細書に記載の機能を実行可能なその他の回路またはプロセッサを用いたシステムなど、プロセッサに基づく、または、マイクロプロセッサに基づくシステムを備えることができる。上の例は単なる例示であり、したがって、システム制御器という用語の定義および／または意味を多少なりとも限定することを意図しない。例示的な実施形態において、システム制御器１０４は、検出データを得る、および、検出データを分析するうちの少なくとも一方を行うため、１つまたは複数の記憶素子、メモリ、またはモジュールに記憶した一連の指示を実行する。記憶素子は、バイオアッセイシステム１００内で、情報源または物理的なメモリ素子の形とすることができる。
【００４３】
一連の指示には、バイオアッセイシステム１００またはバイオセンサ１０２に指示し、本明細書に記載の種々の実施形態の方法およびプロセスなど具体的な操作を行う種々のコマンドを含む。一連の指示は、ソフトウェアプログラムの形式とすることができ、これは、有形で非一次的なコンピュータ可読媒体の一部を形成することができる。本明細書で用いる場合、「ソフトウェア」および「ファームウェア」という用語は互換性があり、ＲＡＭメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、および、不揮発性ＲＡＭ（ＮＶＲＡＭ）メモリなど、コンピュータが実行するためのメモリに保存された任意のコンピュータプログラムを含む。上記のメモリタイプは単なる例示であり、コンピュータプログラムの保存に使用可能なメモリのタイプを限定するものではない。
【００４４】
ソフトウェアは、システムソフトウェアまたはアプリケーションソフトウェアなど、種々の形とすることができる。さらに、ソフトウェアは、別個のプログラムの集合、または、より大きいプログラム内のプログラムモジュールもしくはプログラムモジュールの一部という形式にすることができる。ソフトウェアはまた、オブジェクト指向プログラミング形式のモジュラープログラミングを含むことができる。検出データを得た後、検出データはバイオアッセイシステム１００により自動的に処理するか、ユーザの入力に応じて処理するか、または、別の処理機によりなされた要求（例えば、通信リンクを介した遠隔要求）に応じて処理することができる。
【００４５】
システム制御器１０４は、通信リンクを介してバイオセンサ１０２およびバイオセンサシステム１００の他の部品と接続することができる。システム制御器１０４はまた、現場から離れたシステムまたはサーバに通信可能に接続することができる。通信リンクは配線で接続されるか、またはワイヤレスとすることができる。システム制御器１０４は、ユーザインターフェイス１１４およびユーザ入力装置１１５からユーザ入力またはコマンドを受け取ることができる。
【００４６】
流体制御システム１０６は流体ネットワークを備え、１つまたは複数の流体の流れを流体ネットワークを介して誘導および制御するように構成する。流体ネットワークは、バイオセンサ１０２および流体保存システム１０８と流体連結することができる。例えば、選択流体を流体保存システム１０８から引き出し、制御されたやり方でバイオセンサ１０２に誘導するか、または、流体をバイオセンサ１０２から引き出し、例えば、流体保存システム１０８の廃棄リザーバに誘導することができる。図示しないが、流体制御システム１０６は、流体ネットワーク内の流速または流圧を検出する流量センサを備えることができる。センサはシステム制御器１０４と通信することができる。
【００４７】
温度制御システム１１０は、流体ネットワーク、流体保存システム１０８、および／またはバイオセンサ１０２の異なる領域にある流体の温度を調整するように構成する。例えば、温度制御システム１１０は、バイオセンサ１０２とインターフェイスで接続する熱サイクラを備え、バイオセンサ１０２の反応部位に沿って流れる流体の温度を制御することができる。温度制御システム１１０はまた、バイオアッセイシステム１００またはバイオセンサ１０２の固体素子または部品の温度を調整することができる。図示しないが、温度制御システム１１０は、流体または他の部品の温度を検出するセンサを備えることができる。センサはシステム制御器１０４と通信することができる。
【００４８】
流体保存システム１０８は、バイオセンサ１０２と流体連結し、指定された反応を実行するのに用いる種々の反応成分または反応物を保存することができる。流体保存システム１０８はまた、流体ネットワークおよびバイオセンサ１０２を洗浄または清掃するために、ならびに、反応物を希釈するために、流体を保存することができる。例えば、流体保存システム１０８は、試料、試薬、酵素、他の生体分子、緩衝液、ならびに、水性および無極性の溶液等を保存するための種々のリザーバを含むことができる。さらに、流体保存システム１０８はまた、バイオセンサ１０２からの廃棄物を受け取るための廃棄リザーバを備えることができる。カートリッジを備える実施形態では、カートリッジは、１つまたは複数の流体保存システム、流体制御システム、または温度制御システムを備えることができる。したがって、これらのシステムに関連して本明細書に記載する、１つまたは複数の部品は、カートリッジケース内に収容することができる。例えば、カートリッジは、試料、試薬、酵素、他の生体分子、緩衝液、ならびに、水性および無極性の溶液等を保存する種々のリザーバを含むことができる。したがって、１つまたは複数の流体保存システム、流体制御システム、または温度制御システムは、カートリッジまたは他のバイオセンサを介して、バイオアッセイシステムと除去可能に係合することが可能である。
【００４９】
照明システム１１１は、バイオセンサを照明する光源（例えば、１つまたは複数のＬＥＤ）および複数の光学部品を備えることができる。光源の例には、レーザ、アークランプ、ＬＥＤ、またはレーザダイオードを含み得る。光学部品は、例えば、反射板、ダイクロイック、ビームスプリッタ、コリメータ、レンズ、フィルタ、ウェッジ、プリズム、ミラー、および検出器等とすることができる。照明システムを用いる実施形態において、照明システム１１１は励起光を反応部位に誘導するように構成することができる。一例として、フルオロフォアは、光の緑色波長で励起することができるため、励起光の波長は約５３２ｎｍとすることができる。
【００５０】
システムレセプタクルまたはインターフェイス１１２は、機械的、電気的、および流体的なやり方のうち少なくとも１つで、バイオセンサ１０２と係合するように構成することができる。システムレセプタクル１１２は、望ましい向きでバイオセンサ１０２を保持し、バイオセンサ１０２を通して流体の流れを助けることができる。システムレセプタクル１１２はまた、バイオセンサ１０２を係合するように構成した電気コンタクトを備えることができ、その結果、バイオアッセイシステム１００はバイオセンサ１０２と通信する、および／または、バイオセンサ１０２にパウダーを提供することができる。さらに、システムレセプタクル１１２は、バイオセンサ１０２を係合するように構成した流体ポート（例えば、ノズル）を備えることができる。一部の実施形態では、バイオセンサ１０２を、機械的なやり方、電気的なやり方、および、流体的なやり方でも、システムレセプタクル１１２に除去可能に結合することができる。
【００５１】
加えて、バイオアッセイシステム１００は、他のシステムもしくはネットワーク、または、他のバイオアッセイシステム１００と遠隔で通信することができる。バイオアッセイシステム１００により得られた検出データは、遠隔データベースに保存することができる。
【００５２】
図２は、例示的な実施形態におけるシステム制御器１０４のブロック図である。一実施形態において、システム制御器１０４は、互いに通信可能な１つまたは複数のプロセッサまたはモジュールを備える。各プロセッサまたはモジュールは、アルゴリズム（例えば、有形で、および／または、非一時的なコンピュータ可読媒体に保存された指示）またはサブアルゴリズムを備え、特定のプロセスを実行することができる。システム制御器１０４は、モジュールの集合として概念的に示すが、専用のハードウェアボード、ＤＳＰ、プロセッサなどの任意の組み合わせを利用して構築することもできる。あるいは、システム制御器１０４は、単一プロセッサまたは複数のプロセッサを有する既製のＰＣを、プロセッサ間に分布する機能操作とともに利用して、構築することができる。さらなるオプションとして、あるモジュラー機能は割り当てられたハードウェアを利用して実行し、一方で、残りのモジュラー機能は既製のＰＣ等を利用して実行するというハイブリッド構成を利用して、下記のモジュールを構築することができる。モジュールはまた、処理用ユニット内のソフトウェアモジュールとして構築することもできる。
【００５３】
操作時に、通信リンク１２０はバイオセンサ１０２（図１）および／またはサブシステム１０６、１０８、１１０（図１）に情報（例えば、コマンド）を送るか、または、バイオセンサ１０２（図１）および／またはサブシステム１０６、１０８、１１０（図１）から情報（例えば、データ）を受け取ることができる。通信リンク１２２はユーザの入力をユーザインターフェイス１１４（図１）から受け取り、データまたは情報をユーザインターフェイス１１４に送ることができる。バイオセンサ１０２またはサブシステム１０６、１０８、１１０からのデータは、バイオアッセイセッション時にリアルタイムで、システム制御器１０４により処理することができる。加えて、または、あるいは、バイオアッセイセッション時にデータをシステムメモリに一時的に保存し、リアルタイムより遅く、または、オフライン操作で処理することができる。
【００５４】
図２に示すように、システム制御器１０４は、メイン制御モジュール１３０と通信する、複数のモジュール１３１〜１３９を備えることができる。メイン制御モジュール１３０は、ユーザインターフェイス１１４（図１）と通信することができる。モジュール１３１〜１３９はメイン制御モジュール１３０と直接通信するように示されるが、モジュール１３１〜１３９はまた、互いに、ユーザインターフェイス１１４と、および、バイオセンサ１０２と直接通信することもできる。また、モジュール１３１〜１３９は、他のモジュールを通してメイン制御モジュール１３０と通信することができる。
【００５５】
複数のモジュール１３１〜１３９は、システムモジュール１３１〜１３３、１３９を備え、これはそれぞれサブシステム１０６、１０８、１１０、および１１１と通信する。流体制御モジュール１３１は、流体制御システム１０６と通信し、流体ネットワークの弁およびフローセンサを制御して、流体ネットワークを通る１つまたは複数の流体を制御することができる。流体保存モジュール１３２は流体が少ない場合か、または、廃棄リザーバが満杯またはほぼ満杯である場合、ユーザに知らせることができる。流体保存モジュール１３２はまた、温度制御モジュール１３３と通信し、流体が望ましい温度で保存できるようにすることが可能である。照明モジュール１３９は照明システム１０９と通信し、プロトコルの間で指定された時刻に、例えば、指定された反応（例えば、結合事象）が起きた後に、反応部位を照明することができる。
【００５６】
複数のモジュール１３１〜１３９はまた、装置モジュール１３４を備えることができ、これは、バイオセンサ１０２、および、バイオセンサ１０２と関係する特定情報を決定する特定モジュール１３５と通信する。装置モジュール１３４は、例えば、システムレセプタクル１１２と通信して、バイオセンサがバイオアッセイシステム１００と電気的および流体的な接続を確立したことを確かめることができる。特定モジュール１３５は、バイオセンサ１０２を特定する信号を受け取ることができる。特定モジュール１３５は、バイオセンサ１０２の固有性を利用して他の情報をユーザに提供することができる。例えば、特定モジュール１３５は、ロット番号、製造日、または、バイオセンサ１０２とともに実行することを推奨されるプロトコルを決定し、その後表示することができる。
【００５７】
複数のモジュール１３１〜１３９は、バイオセンサ１０２からの信号データ（例えば、イメージデータ）を受け取り、分析する、検出データ分析モジュール１３８を備えることができる。信号データは、次の分析のために保存するか、または、ユーザインターフェイス１１４に送り、望ましい情報をユーザに表示することができる。一部の実施形態において、信号データは、検出データ分析モジュール１３８が該信号データを受け取る前に、固体イメージャ（例えば、ＣＭＯＳイメージセンサ）により処理することができる。
【００５８】
プロトコルモジュール１３６および１３７は、メイン制御モジュール１３０と通信し、所定のアッセイプロトコルを実行する際にサブシステム１０６、１０８、および１１０の操作を制御する。プロトコルモジュール１３６および１３７は、バイオアッセイシステム１００に指示し所定のプロトコルに従って具体的な操作を実行するための、一連の指示を含むことができる。図示するように、プロトコルモジュールは、合成によるシーケンシング（ＳＢＳ）モジュール１３６とすることができ、これは、合成によるシーケンシング処理を実行するための種々のコマンドを出すように構成する。ＳＢＳでは、核酸テンプレートに沿った核酸プライマーの伸長を監視して、テンプレート中のヌクレオチド配列を決定する。基礎となる化学的処理は、（例えば、ポリメラーゼ酵素により触媒される）ポリメリゼーション、または、（例えば、リガーゼ酵素により触媒される）ライゲーションとすることができる。特定の、ポリメラーゼに基づくＳＢＳ実施形態では、蛍光標識ヌクレオチドをテンプレート依存方式でプライマーに添加し（それによりプライマーを伸長して）、プライマーに添加したヌクレオチドの順番および型の検出を利用してテンプレートの配列を決定することが可能である。例えば、第１ＳＢＳサイクルを開始するため、コマンドを与えて１つまたは複数の標識ヌクレオチド、ＤＮＡポリメラーゼ等を、核酸テンプレートのアレイを収容するフローセル内に／フローセルを通して送達することが可能である。核酸テンプレートは、対応反応部位に位置させることができる。プライマーの伸長により標識ヌクレオチドの導入が引き起こされる反応部位は、イメージング事象を通して検出することが可能である。イメージング事象の間、照明システム１１１は励起光を反応部位に提供することができる。任意でヌクレオチドは、いったんヌクレオチドがプライマーに添加されたらさらなるプライマーの伸長を終止する、可逆的ターミネーション特性をさらに備えることが可能である。例えば、可逆的ターミネーター部を有するヌクレオチド類似体をプライマーに添加し、脱ブロック化剤を送達して該部を除去するまで次の伸長が起きないようにすることが可能である。したがって、可逆的ターミネーションを用いる実施形態では、脱ブロック化試薬を（検出を行う前後で）フローセルに送達することが可能である。１つまたは複数のコマンドを、種々の送達ステップ間の洗浄に影響を及ぼすために与えることが可能である。サイクルはその後、ｎ回繰り返し、ｎヌクレオチド分、プライマーを伸長し、それにより長さｎの配列を検出することが可能である。例示的な配列決定法は、例えば、Bentleyら（Nature 456:53-59 (2008)）、国際公開第０４／０１８４９７号、米国特許第７０５７０２６号明細書、国際公開第９１／０６６７８号、同０７／１２３７４４号、米国特許第７３２９４９２号明細書、同第７２１１４１４号明細書、同第７３１５０１９号明細書、同第７４０５２８１号明細書、および米国特許出願公開第２００８／０１０８０８２号明細書に記載されており、これらはそれぞれ、参照により本明細書に組み込まれる。
【００５９】
ＳＢＳサイクルのヌクレオチド送達ステップでは、単一のヌクレオチド型を同時に送達するか、または、複数の異なるヌクレオチド型（例えば、Ａ，Ｃ、Ｔ、およびＧを一緒に）を送達することが可能である。単一のヌクレオチド型のみが同時に存在するヌクレオチド送達構成では、異なるヌクレオチドは、個別化した送達に固有の時間的分離に基づいて識別することが可能であるため、別個の標識を有する必要がない。したがって、配列決定法または装置は、淡色検出を用いることが可能である。例えば、励起源は単一波長または単一の波長範囲で励起を提供することのみ必要である。送達により複数の異なるヌクレオチドがフローセルに同時に存在するヌクレオチド送達構成では、異なるヌクレオチド型を導入する部位は、混合物中のそれぞれのヌクレオチド型に付着した異なる蛍光標識に基づいて識別することが可能である。例えば、それぞれが４つの異なるフルオロフォアのうち１つを有する、４つの異なるヌクレオチドを用いることが可能である。一実施形態において、４つの異なるフルオロフォアは、４つの異なるスペクトル領域での励起を用いて識別することが可能である。例えば、４つの異なる励起放射源を用いることが可能である。あるいは、４つ未満の励起放射源を用いることが可能だが、単一源からの励起放射の光学的ろ過を用いて、フローセルに異なる波長の励起放射を生成することが可能である。
【００６０】
一部の実施形態では、４つ未満の異なる色を、４つの異なるヌクレオチドを有する混合物において検出することが可能である。例えば、ヌクレオチド対を同一の波長で検出するが、対のうち片方の強度をもう一方と比較した際の差に基づいて、または、（例えば、化学的修正、光化学的修正、または物理的修正を介した）対のもう一方で検出される信号と比較し、明確な信号を出現させる、または、消失させるという対のうち片方の変化に基づいて、識別することが可能である。４つ未満の色の検出を用いて４つの異なるヌクレオチドを識別する例示的な装置および方法は、例えば、米国特許出願公開第６１／５３８２９４号明細書および同第６１／６１９８７８号明細書に記載されており、これらはその全体が参照により本明細書に組み込まれる。２０１２年９月２１日に出願された米国特許出願第１３／６２４２００号明細書も、その全体が参照により組み込まれる。
【００６１】
複数のプロトコルモジュールはまた、バイオセンサ１０２内の生成物を増幅するために、流体制御システム１０６および温度制御システム１１０にコマンドを出すように構成した、試料調製（または、生成）モジュール１３７を備えることができる。例えば、バイオセンサ１０２はバイオアッセイシステム１００に係合することができる。増幅モジュール１３７は流体制御システム１０６に指示を出し、必要な増幅成分をバイオセンサ１０２内の反応チャンバに送達することができる。他の実施形態では、反応部位は元より、テンプレートＤＮＡおよび／またはプライマーなどの増幅用成分をいくつか含むことができる。増幅成分を反応チャンバに送達した後、増幅モジュール１３７は温度制御システム１１０に指示をし、既知の増幅プロトコルに従って異なる温度状態で循環させることができる。一部の実施形態では、増幅および／またはヌクレオチド導入を等温で実行する。
【００６２】
ＳＢＳモジュール１３６はコマンドを出し、クローン的アンプリコンのクラスタがフローセルのチャネル内の局所領域に形成されるブリッジ（bridge）ＰＣＲを実行することができる。ブリッジＰＣＲによりアンプリコンを生成後、アンプリコンは「線状化」して一本鎖テンプレート（single stranded template）ＤＮＡつまりｓｓｔＤＮＡを作成し、シーケンシングプライマーを対象の領域の側に位置するユニバーサルシーケンス（universal sequence）にハイブリダイズすることができる。例えば、可逆的ターミネーターに基づく合成によるシーケンシング法を、上記または下記のように用いることが可能である。
【００６３】
各シーケンシングサイクルは、例えば、修正ＤＮＡポリメラーゼと、４つの型のヌクレオチドの混合物とを用いることにより達成可能な単一ベースにより、ｓｓｔＤＮＡを伸長することが可能である。異なる型のヌクレオチドは特有の蛍光標識を有することが可能であり、各ヌクレオチドはさらに可逆的ターミネーターを有することができ、これは単一ベースのみの導入を各サイクルで引き起こすことを可能にする。単一ベースをｓｓｔＤＮＡに添加した後、励起光を反応部位に入射させることができ、蛍光放射を検出することができる。検出後、蛍光標識およびターミネーターは、化学的にｓｓｔＤＮＡから切断することができる。別の同様なシーケンシングサイクルを続けることができる。このようなシーケンシングプロトコルにおいて、ＳＢＳモジュール１３６は流体制御システム１０６に、試薬と酵素溶液の流れをバイオセンサ１０２に誘導するように指示することができる。本明細書に記載の装置および方法とともに利用可能な例示的な可逆的ターミネーターに基づくＳＢＳ法は、米国特許出願公開第２００７／０１６６７０５号明細書、同第２００６／０１８８９０１号明細書、米国特許第７０５７０２６号明細書、米国特許出願公開第２００６／０２４０４３９号明細書、同第２００６／０２８１１０９号明細書、国際公開第ＷＯ０５／０６５８１４号、米国特許出願公開第２００５／０１００９００号明細書、国際公開第ＷＯ０６／０６４１９９号、および同第ＷＯ０７／０１０２５１号に記載されており、これらはそれぞれ、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。可逆的ターミネーターに基づくＳＢＳ用の例示的な試薬は、米国特許第７５４１４４４号明細書、同第７０５７０２６号明細書、同第７４１４１１６号明細書、同第７４２７６７３号明細書、同第７５６６５３７号明細書、同第７５９２４３５号明細書、および国際公開第ＷＯ０７／１３５３６８号に記載されており、これらはそれぞれ、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００６４】
一部の実施形態において、増幅およびＳＢＳモジュールは、単一アッセイプロトコルで操作することができ、ここでは例えば、テンプレート核酸は同一カートリッジ内で増幅され、続いて配列決定される。
【００６５】
バイオアッセイシステム１００はまた、ユーザがアッセイプロトコルを再構成することを可能にする。例えば、バイオアッセイシステム１００は、決定されたプロトコルを修正するオプションを、ユーザインターフェイス１１４を介してユーザに提供することができる。例えば、バイオセンサ１０２を増幅に用いることを決定した場合、バイオアッセイシステム１００はアニーリングサイクル向けの温度を要求することができる。さらに、バイオアッセイシステム１００は、ユーザが選択したアッセイプロトコルに、概して容認できないユーザ入力を提供した場合、ユーザに警告を発することができる。
【００６６】
図３は、一実施形態に従う、生物学的または化学的な分析用の例示的ワークステーション２００のブロック図である。ワークステーション２００は、上記のバイオアッセイシステム１００と同様の特徴、システム、およびアセンブリを有することができる。例えば、ワークステーション２００は、流体コントロールシステム１０６（図１）のような流体コントロールシステムを有することができ、これは流体ネットワーク２３８を介してバイオセンサ（または、カートリッジ）２３５に流体結合する。流体ネットワーク２３８は、試薬カートリッジ２４０、弁ブロック２４２、メインポンプ２４４、気泡除去器２４６、３方向弁２４８、フロー制御器２５０、廃棄物除去システム２５２、およびパージポンプ２５４を備えることができる。特定の実施形態では、上記の部品の大多数または全ては、共通のワークステーションケース（図示なし）内にある。図示しないが、ワークステーション２００はまた、励起光を反応部位に提供するように構成した、照明システム１１１のような照明システムを備えることができる。
【００６７】
流体の流れを、流体ネットワーク２３８に沿って矢印で示す。例えば、試薬溶液を試薬カートリッジ２４０から取り出し、弁ブロック２４２に沿って流すことができる。弁ブロック２４２は、試薬カートリッジ２４０からカートリッジ２３５に流れる死容積のない流体を生成するのに役立つ。弁ブロック２４２は、試薬カートリッジ２４０内で、流体ネットワーク２３８内に流れる１つまたは複数の液体を選択するか、または、１つまたは複数の液体が流体ネットワーク２３８内に流れることを可能にする。例えば、弁ブロック２４２は、コンパクトな配置を有するソレノイド弁を備えることが可能である。各ソレノイド弁は、単一リザーババッグからの流体の流れを制御することが可能である。一部の実施形態において、弁ブロック２４２は、２つ以上の異なる液体を同時に流体ネットワーク２３８に流し、それにより２つ以上の異なる液体を混合することが可能である。弁ブロック２４２を出発した後、流体はメインポンプ２４４を通って気泡除去器２４６に流れることができる。気泡除去器２４６は、流体ネットワ−ワーク２３８に入り込んだ、または、生成された不所望のガスを除去するように構成する。
【００６８】
気泡除去器２４６から、流体は３方向弁２４８に流れることができ、ここで流体はカートリッジ２３５に誘導されるか、または、廃棄物除去システム２５２にバイパスされるか、いずれかである。カートリッジ２３５内の流体の流れは、少なくとも部分的に、カートリッジ２３５から下流に位置するフロー制御器２５０により制御することができる。さらに、フロー制御器２５０およびメインポンプ２４４は互いに連動し、反応部位を横切る流体の流れを制御する、および／または、流体ネットワーク２３８内の圧力を制御することができる。流体は、カートリッジ２３５を通って廃棄物除去システム２５２に流れることができる。任意で、流体はパージポンプ２５４を通って、例えば、試薬カートリッジ２４０内の廃棄物リザーババッグに流れることができる。
【００６９】
図３に示すように、ワークステーション２００は、異なる部品およびワークステーション２００のサブシステムの熱環境を調整する、または、制御するように構成した、温度制御システム１１０のような温度制御システムを備えることができる。温度制御システム１１０は、ワークステーション２００が使用する種々の液体の温度要件を制御するように構成した試薬冷却器２６４と、カートリッジ２３５の温度を制御するように構成した熱サイクラ２６６とを備えることが可能である。熱サイクラ２６６は、カートリッジとインターフェイスで接続する感熱素子（図示なし）を備えることが可能である。
【００７０】
さらに、ワークステーション２００は、上記のシステム制御器１０４と似た特徴を有し得る、システム制御器またはＳＢＳボード２６０を備えることができる。ＳＢＳボード２６０は、カートリッジ２３５と同様に、ワークステーション２００の種々の部品およびサブシステムと通信することができる。さらに、ＳＢＳボード２６０は、遠隔システムと通信し、例えば、遠隔システムからのデータを保存するか、または、遠隔システムからのコマンドを受け取ることができる。ワークステーション２００はまた、単一ボードコンピュータ（ＳＢＣ）２７２を介してＳＢＳボード２６０に操作可能に結合した、タッチスクリーンユーザインターフェイス２６２を備えることができる。ワークステーション２００はまた、１つまたは複数の、ユーザがアクセス可能なデータ通信ポートおよび／またはドライブを備えることができる。例えば、ワークステーション２００は、他のソフトウェアに加え、ユーザデータを保存するためのフラッシュドライブもしくはジャンプドライブ、コンパクトフラッシュ（ＣＦ）ドライブ、および／または、ハードドライブ２７０といった１つまたは複数のユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）接続を備えることができる。
【００７１】
図４は、本明細書に記載の１つまたは複数のバイオセンサ（図示なし）を備えることができる、ワークステーション３００とカートリッジ３０２の斜視図である。ワークステーション３００は、バイオアッセイシステム１００およびワークステーション２００に関連して上記したものと類似の部品を備えることができ、同様のやり方で操作することができる。例えば、ワークステーション３００は、ワークステーションケース３０４と、カートリッジ３０２を受け取り係合するように構成したシステムレセプタクル３０６を備えることができる。システムレセプタクルは、流体的または電気的の少なくとも一方で、カートリッジ３０２を係合することができる。ワークステーションケース３０４は、例えば、上記の、システム制御器、流体保存システム、流体制御システム、および温度制御システムを保持することができる。図４では、ワークステーション３００は、ワークステーションケース３０４に結合されたユーザインターフェイスもディスプレイも備えていない。しかしながら、ユーザインターフェイスは、通信リンクを介してケース３０４（および、その中の部品／システム）に通信可能に結合することができる。したがって、ユーザインターフェイスおよびワークステーション３００は、互いに遠隔に位置することができる。一緒になって、ユーザインターフェイスおよびワークステーション３００（または複数のワークステーション）は、バイオアッセイシステムを構成することができる。
【００７２】
図示するように、カートリッジ３０２は少なくとも１つのポート３１０を有するカートリッジケース３０８を備え、ポート３１０は、カートリッジケース３０８の内部へのアクセスを提供する。例えば、制御反応時にカートリッジ３０２で使用するように構成した溶液を、ポート３１０を介して技術者またはワークステーション３００により挿入することができる。システムレセプタクル３０６およびカートリッジ３０２は、カートリッジ３０２をシステムレセプタクル３０６のレセプタクルキャビティ（図示なし）に挿入することができるように、互いを基準にしてサイズ決めし、成形することができる。
【００７３】
図５は、複数のワークステーション３００を搭載したキャビネットまたはキャリッジ３１４を有する、ラックアセンブリ３１２の正面図である。キャビネット３１４は１つまたは複数の棚３１６を備えることができ、これは、１つまたは複数のワークステーション３００を受け取るように構成した１つまたは複数の収容スペース３１８を定義する。図示しないが、ワークステーション３００は通信ネットワークに通信可能に結合することができ、これによりユーザはワークステーション３００の操作が可能になる。一部の実施形態において、バイオアッセイシステムは、ワークステーション３００など複数のワークステーションと、複数のワークステーションの操作を制御するように構成した単一ユーザインターフェイスとを備える。
【００７４】
図６は、一実施形態に従って、カートリッジ３０２（図４）の種々の機構を示す。図示するように、カートリッジ３０２は試料アセンブリ３２０を備えることができ、システムレセプタクル３０６は光アセンブリ３２２を備えることができる。図６に示すステージ３４６は、第１サブアセンブリ３２０および第２サブアセンブリ３２２が互いに分離している場合の、第１サブアセンブリ３２０と第２サブアセンブリ３２２の間の空間的関係を表す。ステージ３４８では、第１サブアセンブリ３２０と第２サブアセンブリ３２２は互いに接合している。カートリッジケース３０８（図４）は、接合した第１サブアセンブリ３２０と第２サブアセンブリ３２２を囲むことができる。
【００７５】
図示する実施形態において、第１サブアセンブリ３２０は、ベース３２６と、ベース３２６に取り付けた反応部品本体３２４とを備えることができる。図示しないが、１つまたは複数のバイオセンサを、反応部品本体３２４およびベース３２６により少なくとも部分的に定義されるくぼみ３２８にあるベース３２６に取り付けることができる。例えば、少なくとも４つのバイオセンサをベース３２６に取り付けることができる。一部の実施形態において、ベース３２６は回路を有するプリント回路板であり、これはカートリッジの異なる部品とワークステーション３００（図４）との間の通信を可能にする。例えば、反応部品本体３２４は回転弁３３０と、回転弁３３０に流体的に結合した試薬リザーバ３３２を備えることができる。反応部品本体３２４はまた、追加のリザーバ３３４も備えることができる。
【００７６】
第２サブアセンブリ３２２は光アセンブリ３３６を備え、これは複数の光誘導チャネル３３８を備える。各光誘導チャネル３３８は、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光源（図示なし）に光学的に結合する。光源は励起光を提供するように構成し、励起光は光誘導チャネル３３８によりバイオセンサに誘導される。代替的な実施形態では、カートリッジは光源を含むことはできない。このような実施形態では、光源はワークステーション３００に搭載することができる。カートリッジをシステムレセプタクル３０６（図４）に挿入する場合、カートリッジ３０２は、バイオセンサを照明することができるように光源と整列させることができる。
【００７７】
図６に示すように、第２サブアセンブリ３２２は、ポート３４２およびポート３４４に流体的に結合するカートリッジポンプ３４０を備える。第１サブアセンブリ３２０および第２サブアセンブリ３２２が共に接合する場合、ポート３４２は回転弁３３０に結合し、ポート３４４は他のリザーバ３３４に結合する。指定したプロトコルに従って、カートリッジポンプ３４０を作動させ、反応成分をリザーバ３３２および／またはリザーバ３３４からバイオセンサに誘導することができる。
【００７８】
図７は、一実施形態に従って形成した例示的バイオセンサ４００の一部の横断面を示す。バイオセンサ４００は、上記のバイオセンサ１０２（図１）と同様の機構を備えることができ、例えば、カートリッジ３０２（図４）で用いることができる。図示するように、バイオセンサ４００は、検出装置４０４に直接的に、または、間接的に結合する、フローセル４０２を備えることができる。フローセル４０２は、検出装置４０４に取り付けることができる。図示する実施形態では、フローセル４０２は、１つまたは複数の固定メカニズム（例えば、接着剤、ボンド、およびファスナー等）により検出装置４０４に直接的に貼られている。一部の実施形態において、フローセル４０２は検出装置４０４に除去可能に結合することができる。
【００７９】
図示する実施形態において、検出装置４０４は装置ベース４２５を備える。特定の実施形態では、装置ベース４２５は複数の積み重ねられた層（例えば、シリコン層、誘導体層、金属−誘導体層など）を備える。装置ベース４２５は、光センサ４４０のセンサアレイ４２４、光ガイド４６２のガイドアレイ４２６、および、対応反応部位４１４を有する反応くぼみ４０８の反応アレイ４２８を備えることができる。ある実施形態において、部品は、各光センサ４４０が単一の光ガイド４６２および単一の反応部位４１４と整列するように配置する。しかしながら、他の実施形態では、単一の光センサ４４０は、２つ以上の光ガイド４６２および／または２つ以上の反応部位４１４を介して光子を受け取ることができる。本明細書で用いる場合、単一の光センサは１ピクセルまたは２以上のピクセルを備えることができる。
【００８０】
さらに、「アレイ」または「サブアレイ」という用語は、検出装置が有し得るある型のアイテム全てを必ずしも含むわけではないことに留意されたい。例えば、センサアレイ４２４は、検出装置４０４において全ての光センサを備えることはできない。代わりに、検出装置４０４は他の光センサ（例えば、他の光センサのアレイ）を備えることができる。別の例として、ガイドアレイ４２６は検出装置の光ガイド全てを備えることはできない。代わりに、光ガイド４６２とは異なって構成された、または、検出装置４０４の他の素子と異なる関係を有する他の光ガイドがある場合がある。したがって、別段明記されていない限り、「アレイ」と言う用語は検出装置のかかるアイテム全てを含む場合もあるし、含まない場合もある。
【００８１】
図示する実施形態において、フローセル４０２は側壁４０６と、側壁４０６および他の側壁（図示なし）により支えられるフローカバー４１０とを備える。側壁は検出面４１２と結合し、フローカバー４１０と検出面４１２の間で伸長する。一部の実施形態では、側壁を硬化性の接着層より形成し、これによりフローカバー４１０を検出装置４０４に接着する。
【００８２】
フローセル４０２は、フローチャネル４１８がフローカバー４１０と検出装置４０４の間を伸長するようにサイズ決めし、成形する。図示するように、フローチャネル４１８は高さＨ１を備えることができる。ほんの一例として、高さＨ１は、約５０〜４００μｍ（ミクロン）、または、より具体的には、約８０〜２００μｍの間とすることができる。図示する実施形態では、高さＨ１は約１００μｍである。フローカバー４１０は、バイオセンサ４００の外部からフローチャネル４１８に伝播する励起光４０１に対し透過的な物質を備えることができる。図７に示すように、励起光４０１は非直交角度でフローカバー４１０に接近する。しかしながら、これは、励起光４０１はフローカバー４１０に異なる角度から接近し得るように、単に例示を目的としたものである。
【００８３】
また、図示するように、フローカバー４１０は入口ポート４２０および出口ポート４２２を備え、これは他のポート（図示なし）を流体的に係合するように構成される。例えば、他のポートはカートリッジ３０２（図４）またはワークステーション３００（図４）からとすることができる。フローチャネル４１８は、流体を検出面４１２に沿って誘導するようにサイズ決めし、成形する。フローチャネル４１８の高さＨ１と他の寸法は、検出面４１２に沿って実質的に平坦な流体の流れを維持するように構成することができる。フローチャネル４１８の寸法はまた、気泡形成を制御するように構成することもできる。
【００８４】
側壁４０６およびフローカバー４１０は、互いに結合する別個の部品とすることができる。他の実施形態では、側壁４０６およびフローカバー４１０は、側壁４０６およびフローカバー４１０を連続した材料の一片から形成するように、一体的に形成することができる。例として、フローカバー４１０（または、フローセル４０２）は、ガラスまたはプラスチックなどの透過性材料を含むことができる。フローカバー４１０は、平坦な外面と、フローチャネル４１８を定義する平坦な内面とを有する、実質的に長方形のブロックを構成することができる。ブロックは、側壁４０６に取り付けることができる。あるいは、フローセル４０２をエッチングして、フローカバー４１０および側壁４０６を定義することができる。例えば、くぼみを透過性材料にエッチングすることができる。エッチングした材料を検出装置４０４に取り付けると、くぼみはフローチャネル４１８になり得る。
【００８５】
検出装置４０４は検出面４１２を有し、これは、（例えば、指定された反応を実行するため、適切なやり方で化学的に、または、物理的に修正して）機能化することができる。例えば、検出面４１２を機能化し、１つまたは複数の生体分子を固定化した複数の反応部位４１４を備えることができる。検出面４１２は、反応くぼみのアレイまたは片側が開いた反応チャンバ４０８を有する。反応くぼみ４０８はそれぞれ、１つまたは複数の反応部位４１４を備えることができる。反応くぼみ４０８は、例えば、検出面４１２に沿ったへこみまたは深さの変更により定義することができる。他の実施形態では、検出面４１２は実質的に平坦とすることができる。
【００８６】
図７に示すように、反応部位４１４は、検出面４１２に沿ってパターンで分布させることができる。例えば、反応部位４１４は、マイクロアレイと同様のやり方で、検出面４１２に沿って行と列で位置させることができる。しかしながら、反応部位の種々のパターンが使用できると理解されよう。反応部位は、光信号を放射する、生物学的な、または、化学的な物質を含むことができる。例えば、反応部位の生物学的、または、化学的な物質は、励起光４０１に応じて光放射を生成することができる。特定の実施形態では、反応部位４１４は、検出面４１２に固定化した生体分子（例えば、オリゴヌクレオチド）のクラスタまたはコロニーを含む。
【００８７】
図８は、検出装置４０４の拡大横断面図であり、種々の機構をより詳細に示す。より具体的には、図８は、単一の光センサ４４０、光放射を光センサ４４０に誘導する単一の光ガイド４６２、および、光センサ４４０が検出する光放射（例えば、光子）に基づいて信号を送る関連回路４４６を示す。センサアレイ４２４の他の光センサ４４０（図７）および関連する部品は、同一または類似のやり方で構成可能であることが理解されよう。しかしながら、検出装置４０４は、全体を同一に、または、均質的に製造する必要はないことも理解されよう。代わりに、１つまたは複数の光センサ４４０および／または関連の部品を異なって製造するか、または、互いに対して異なる関係を有するようにすることができる。
【００８８】
回路４４６は、検出された光子に基づくデータ信号の送付など、電流を伝導できる相互接続した伝導素子（例えば、コンダクタ、トレース、バイア、相互配線など）を備えることができる。例えば、一部の実施形態において、回路４４６は、米国特許第７５９５８８３号明細書に記載の超小型回路の配置などの超小型回路の配置と同様であるか、または、かかる配置を備えることができる。米国特許第７５９５８８３号明細書はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。検出装置４０４および／または装置ベース４２５は、光センサ４４０の平坦なアレイを有する一体型回路を含むことができる。検出装置４２５内で形成された回路４４６は、信号の増幅、デジタル化、保存、および処理のうち少なくとも１つのために構成することができる。回路は検出された光放射を収集および分析し、検出データをバイオアッセイシステムに通信するためのデータ信号を生成することができる。回路４４６はまた、検出装置４０４において、追加の類似体および／またはデジタル信号の処理を実行することができる。
【００８９】
装置ベース４２５は、相補型金属酸化物半導体（complementary-metal-oxide semiconductor、ＣＭＯS）を製造するのに用いるプロセスなどの一体型回路製造プロセスを用いて製造することができる。例えば、装置ベース４２５は、センサ層またはセンサベース４３１を備える、積み重ねられた層４３１〜４３７を複数備えることができ、これは図示する実施形態ではシリコン層またはウェハである。センサ層４３１は、光センサ４４０と、センサ層４３１と共に形成したゲート４４１〜４４３とを備えることができる。ゲート４４１〜４４３は、光センサ４４０に電気的に結合する。検出装置４０４を図７および８に示すように完全に形成した場合、光センサ４４０はゲート４４１〜４４３を介して回路４４６に電気的に結合することができる。
【００９０】
本明細書で用いる場合、「層」という用語は、別段明記しない限り、単一の連続的な材料体に限定されるものではない。例えば、センサ層４３１は、異なる材料の複数のサブ層を備える、および／または、コーティングおよび接着剤等を含むことができる。さらに、１つまたは複数の層（または、サブ層）を（例えば、エッチング、物質を付着させるなどして）修正し、本明細書に記載の特徴を提供することができる。
【００９１】
一部の実施形態において、各光センサ４４０は、５０μｍ２未満の検出エリアを有する。特定の実施形態では、検出エリアは約１０μｍ２未満である。より特定の実施形態では、検出エリアは約２μｍ２である。このような場合、光センサ４４０は単一ピクセルを構成することができる。光センサ４４０における各ピクセルの平均リードノイズは、例えば、約１５０エレクトロン未満とすることができる。より特定の実施形態では、リードノイズは約５エレクトロン未満とすることができる。光センサ４４０のアレイの解像度は、約０．５メガピクセル（Ｍｐｉｘｅｌ）超とすることができる。より具体的な実施形態では、解像度は約５Ｍｐｉｘｅｌ超で、より具体的には、約１０Ｍｐｉｘｅｌ超とすることができる。
【００９２】
装置層はまた、複数の金属−誘導体層４３２〜４３７を備え、これを以下基板層と呼ぶ。図示する実施形態において、各基板層４３２〜４３７は、金属素子（例えば、Ｗ（タングステン）、Ｃｕ（銅）、またはＡｌ（アルミニウム））および誘導体材料（例えば、ＳｉＯ２）を含む。一体型回路の製造に適切なものなど、種々の金属素子および誘導体材料を使用することができる。しかしながら、他の実施形態では、１つまたは複数の基板層４３２〜４３７は、１つまたは複数のＳｉＯ２層など、誘導体材料のみを含む場合もある。
【００９３】
図８に示す具体的な実施形態に関し、第１基板層４３２は、誘導体材料（例えば、ＳｉＯ２）内に組み込まれたＭ１と呼ぶ金属素子を備える。金属素子Ｍ１は、例えば、Ｗ（タングステン）を含む。金属素子Ｍ１は、図示する実施形態において、基板層４３２全体に伸長する。第２基板層４３３は、金属配線（Ｍ２／Ｍ３）と同様に、金属素子Ｍ２および誘導体材料を備える。第３基板層４３４は、金属素子Ｍ３および金属配線（Ｍ３／Ｍ４）を含む。第４基板層４３５はまた、金属素子Ｍ４を含む。装置ベース４２５はまた、第５基板層４３６および第６基板層４３７を備え、これは以下で詳細に記載する。
【００９４】
図示するように、金属素子および配線は互いに接続して回路４４６の少なくとも一部を形成する。図示する実施形態において、金属素子Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４は、Ｗ（タングステン）、Ｃｕ（銅）、および／またはアルミニウム（Ａｌ）を含み、金属配線Ｍ２／Ｍ３および金属配線Ｍ３／Ｍ４はＷ（タングステン）を含むが、他の材料および構成も使用できることが理解されよう。図７および８に示す装置ベース４２５および検出装置４０４は、あくまで例示を目的としたものであることにも留意されたい。例えば、他の実施形態は、図７および８に示すものより少ない、もしくは、追加の層、および／または、金属素子の異なる構成を備え得る。
【００９５】
一部の実施形態において、検出装置４０４はシールド層４５０を備え、これは装置ベース４２５の外面４６４に沿って伸長する。図示する実施形態において、シールド層４５０は、基板層４３７の外面４６４に沿って直接付着する。しかしながら、他の実施形態では、介在層を基板層４３７とシールド層４５０の間に配置することができる。シールド層４５０は、フローチャネル４１８から伝播する光信号をブロックする、反射する、および／または、著しく弱めるように構成した材料を含むことができる。光信号は、（図９に示す）励起光４０１および／または光放射４６６とすることができる。ほんの一例として、シールド層４５０はタングステン（Ｗ）を含むことができる。
【００９６】
図８に示すように、シールド層４５０は開口またはオープニング４５２を備える。シールド層４５０はこのような開口４５２のアレイを備えることができる。一部の実施形態において、シールド層４５０は隣接開口４５２の間に連続的に伸長することができる。したがって、フローチャネル４１８からの光信号をブロックし、反射し、および／または、著しく弱め、光センサ４４０がこのような光信号を検出することを防ぐことができる。しかしながら、他の実施形態では、シールド層４５０は隣接開口４５２の間に連続的に伸長せず、その場合、開口４５２以外に１つまたは複数のオープニングがシールド層４５０に存在する。
【００９７】
検出装置４０４はまた、保護層４５４も備えることができ、これはシールド層４５０に沿って開口４５２全体に伸長する。シールド層４５０は開口４５２の上に伸長することができ、それにより開口４５２を直接的に、または、非直接的に覆う。シールド層４５０は、保護層４５４と装置ベース４２５の間に位置することができる。接着剤またはプロモータ層４５８をその間に位置させて、保護層４５４およびシールド層４５０を結合しやすくすることができる。保護層４５４は、装置ベース４２５およびシールド層４５０を、流体チャネル４１８の流体環境から保護するように構成することができる。
【００９８】
場合によっては、保護層４５４はまた、固体表面（つまり、検出面４１２）を提供するように構成することができ、これは生体分子または他の対象の検体をその上に固定化することを可能にする。例えば、各反応部位４１４は、保護層４５４の検出面４１２に固定化した生体分子のクラスタを含むことができる。したがって、保護層４５４は反応部位４１４をそこに固定化することを可能にする材料から形成することができる。保護層４５４はまた、望ましい蛍光に対しを少なくとも透過的である材料を含むことができる。一例として、保護層４５４は窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）および／またはシリカ（ＳｉＯ２）を含むことができる。しかしながら、他の適切な材料も使用することもできる。加えて、保護層４５４を物理的に、または、化学的に修正して、生体分子を固定化しやすくする、および／または、光放射の検出を容易にすることができる。
【００９９】
図示する実施形態において、保護層４５４の一部はシールド層４５０に沿って伸長し、保護層４５４の一部は光ガイド４６２のフィルタ材４６０に沿って直接的に伸長する。反応くぼみ４０８は、光ガイド４６２の上に直接的に形成することができる。場合によっては、保護層４５４をシールド層４５０または接着層４５８に沿って付着させる前に、ベースホールまたはキャビティ４５６を装置ベース４２５に形成することができる。例えば、装置ベース４２５をエッチングしてベースホール４５６のアレイを形成することができる。特定の実施形態において、ベースホール４５６は、近接の開口４５２から光センサ４４０に向かって伸長する細長いスペースである。ベースホールは、中心縦軸４６８に沿って縦方向に伸長することができる。ベースホール４５６の３次元形状は、一部の実施形態では実質的に円筒状または円錐台形状であり、図８のページに伸長する平面に沿って見た横断面が、実質的に円であるようにする。縦軸４６８は、横断面の幾何学的な中心をとって伸長することができる。しかしながら、他の形状を代替的な実施形態で使用することができる。例えば、横断面は実質的に、四角形または八角形であってよい。
【０１００】
フィルタ材４６０は、ベースホール４５６を形成した後、ベースホール４５６内に付着させることができる。フィルタ材４６０は、光ガイド４６２を（例えば、硬化後に）形成することができる。光ガイド４６２は、励起光４０１をフィルタリングし、光放射４６６が対応光センサ４４０に向かって伝搬できるように構成する。光ガイド４６２は、例えば、有機吸収フィルタとすることができる。ほんの具体例として、励起光は約５３２ｎｍ、光放射は約５７０ｎｍ以上とすることができる。
【０１０１】
場合によっては、有機フィルタ材は、バイオセンサの他の材料と相性が悪いことがある。例えば、有機フィルタ材は、フィルタ材を著しく伸長させる熱膨張係数を持つ場合がある。あるいは、または、加えて、フィルタ材は、シールド層（または、他の金属層）などのある層に十分に接着できない場合がある。フィルタ材の膨張は、フィルタ材に隣接する、または、フィルタ材に構造的に接続する層に機械的応力を引き起こし得る。場合によっては、膨張はバイオセンサの構造に亀裂または他の不所望の特徴を引き起こし得る。したがって、本明細書に記載の実施形態は、フィルタ材が膨張する程度、および／または、フィルタ材が他の層と接触する程度を制限することができる。例えば、異なる光ガイドのフィルタ材は、互いに保護層で隔離することができる。このような実施形態では、フィルタ材は金属層に接触しない。さらに、保護層は膨張に耐える、および／または、いくらかの膨張を許容しながら不所望の構造特徴（例えば、亀裂）の発生を低減することができる。
【０１０２】
光ガイド４６２は、装置ベース４２５の周囲の材料（例えば、誘導体材料）を基準にして構成し、光ガイド構造を形成することができる。例えば、光ガイド４６２は約２．０の屈折率を有し、光放射を実質的に、光ガイド４６２と装置ベース４２５の材料の間のインターフェイスで反射するようにすることができる。ある実施形態では、光ガイド４６２を、励起光の光学濃度（ＯＤ）または吸光度が少なくとも約４ＯＤであるように構成する。より具体的には、フィルタ材を選択することができ、光ガイド４６２を、少なくとも４ＯＤを達成するような寸法にすることができる。より特定の実施形態では、光ガイド４６２は、少なくとも約５ＯＤまたは少なくとも約６ＯＤを達成するように構成することができる。バイオセンサ４００の他の特徴を、電気的および光学的クロストークを低減するように構成することができる。
【０１０３】
図９は、検出面４１２の拡大図と、検出面４１２に近接して位置する検出装置４０４（図７）の一部を示す。より具体的には、保護層４５４、接着層４５８、シールド層４５０、および光ガイド４６２を図９に示す。各層は、外面（上面）または内面（底面）を有することができ、インターフェイスの隣接層に沿って伸長することができる。一部の実施形態では、検出面４１２は、開口４５２に近接して反応くぼみ４０８を形成するように構成する。反応くぼみ４０８は、例えば、へこみ、ピット、ウェル、溝、または、片側が開いたチャンバもしくはチャネルとすることができる。あるいは、検出面４１２は、図７〜９に示すくぼみなしに平坦とすることができる。図示するように、開口４５２は開口または層縁５０４で定義される。層縁５０４は、縦軸４６８に向かい放射状に内側に向く。
【０１０４】
検出面４１２は隆起部５０２を備えることができ、反応くぼみ４０８はベース面４９０を備えることができる。ベース面４９０は、シールド層４５０と実質的に平行に伸長することができる。検出面４１２はまた、側面４９２を備えることができ、これはベース面４９０と検出面４１２の隆起部５０２に対し実質的に垂直に伸長する。側面４９２は、反応くぼみ４０８の周囲を定義することができる。隆起部５０２、ベース面４９０、および側面４９２は、別個の面として言及されるが、該面は検出面４１２の一部であることが理解されよう。さらに、製作公差のため、表面は容易に別個にすることはできないことが理解されよう。例えば他の実施形態では、ベース面４９０および側面４９２は、実質的に、凹面形状を有する単一面とすることができる。
【０１０５】
ベース面４９０は、反応くぼみ４０８内で検出面４１２に沿った保護層４５４の、最深部を表す（または、最深部を表す点を含む）ことができる。例えば、隆起部５０２は表面平面Ｐ１に沿って伸長することができ、ベース面４９０は表面平面Ｐ２に沿って伸長することができる。図示するように、表面平面Ｐ１および表面平面Ｐ２は、互いに対し深さまたは間隔Ｄ１ほど距離を置く。表面平面Ｐ２は、表面平面Ｐ１より光ガイド４６２または光センサ４４０（図７）に近い。図示する実施形態において、ベース面４９０の深さＤ１は、ベース面４９０が実質的に平坦であるため、実質的に連続的である。しかしながら、他の実施形態では、深さＤ１は変更することができる。例えば、ベース面４９０は、ベース面４９０がその中心または中央に向かって伸長するにつれ深さが大きくなる凹面形状を有することができる。
【０１０６】
反応くぼみ４０８は、開口４５２に向かって伸長するか、または、開口４５２内に位置させることができる。例えば、ベース面４９０の少なくとも一部は、開口４５２内に存在することができる。シールド層４５０は、保護層４５４に面する外面５０６と、装置ベース４２５に面する内面５０８とを有することができる。外面５０６は表面平面Ｐ３に沿って伸長することができ。内面５０８は表面平面Ｐ４に沿って伸長することができる。表面平面Ｐ３と表面平面Ｐ４の間の間隔は、シールド層４５０の厚さを表すことができる。図示するように、表面平面Ｐ３は、表面平面Ｐ１、Ｐ２の間に位置することができる。したがって、ベース面４９０は、層縁５０４に定義される開口４５２内で伸長する。しかしながら、他の実施形態では、表面平面Ｐ２を表面平面Ｐ３の上に位置させ、ベース面４９０が開口４５２内に存在しないようにすることができる。さらに、一部の実施形態において、表面平面Ｐ２を表面平面Ｐ４の下に位置させ、ベース面４９０が開口４５２の下に位置するようにすることもできる。
【０１０７】
保護層４５４は、検出面４１２と、インターフェイス５１２においてシールド層４５０の外面５０６に沿って伸長する内面５１０とを備える。一部の実施形態において、接着層４５８は、シールド層４５０と保護層４５４の間のインターフェイス５１２に沿って伸長し、該インターフェイス５１２を定義することができる。
【０１０８】
図示する実施形態において、保護層４５４は光ガイド４６２に沿って直接的に伸長する。より具体的には、保護層４５４の内面５１０は、光ガイド４６２の材料表面５１４を直接的に係合することができる。本明細書で用いる場合、「直接的に係合する」等の句には、互いに直接的に接触する２つの層、または、接着プロモータ剤の使用により互いに接着した２つの層を含むことができる。光ガイド４６２は、材料表面５１４を含む入力領域４７２を有する。入力領域４７２は、光放射を最初に受け取る光ガイド４６２の一部を表すことができる。
【０１０９】
内面５１０は、インターフェイス５１６において材料表面５１４を直接的に係合することができる。インターフェイス５１６は、ガイドキャビティ４５６（図７）内に付着するフィルタ材４６０の材料レベルを表すことができる。図示する実施形態において、インターフェイス５１６は、インターフェイス５１６がインターフェイス平面Ｐ５に沿って伸長するように、実質的に平坦である。インターフェイス平面Ｐ５は、表面平面Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４のうち１つまたは複数に対し、実質的に平行に伸長することができる。しかしながら、他の実施形態では、インターフェイス５１６は、インターフェイス５１６が光センサ４４０（図８）に向かって、または、光センサ４４０から離れる反対方向へ湾曲するように、凹面形状を有することができる。
【０１１０】
保護層４５４は、開口４５２を形成する際に生じる空隙を埋めることができる。したがって、一部の実施形態において、保護層４５４は開口４５２内に位置させるか、開口４５２に存在させることができる。特定の実施形態では、インターフェイス５１６は、装置ベース４２５内において深さＤ２で位置させることができる。特定の実施形態において、深さＤ２は、インターフェイス５１６が図８に示すように開口４５２の下に位置するように構成することができる。このような実施形態において、保護層４５４は、フィルタ材４６０とシールド層４５０を隔離（例えば、分離）することができる。このような実施形態は、バイオセンサ４００（図７）の使用の製造時に亀裂または他の不所望の特徴が生じ得るような、フィルタ材４６０およびシールド層４５０の相性が悪い場合に適切であり得る。他の実施形態では、インターフェイス５１６の少なくとも一部が開口４５２内に位置することができる。
【０１１１】
また、図９に示すように、保護層４５４は接合領域つまり角領域５１９を形成することができる。接合領域５１９は側面４９２を含み、縦軸４６８の周りに伸長することができる。接合領域５１９は、保護層４５４のうち相対的に厚い部分を備えることができ、これはインターフェイス５１６（または、表面平坦Ｐ１とインターフェイス平面Ｐ５の間）において、隆起部５０２から内面５１０に伸長する。接合領域５１９の寸法は、バイオセンサ４００の製造時および／または指定されたプロトコル（例えば、ＳＢＳシーケンシング）の間で起き得る熱サイクリング時に、フィルタ材４６０の膨張により引き起こされる機械的応力に耐えることができる。図示するように、表面平面Ｐ１およびインターフェイス平面Ｐ５の間の厚さは、検出面４１２の隆起部５０２と検出面４１２の間の厚さの２倍超である。
【０１１２】
反応部位４１４は、生物学的または化学的な物質を含むことができ、これは概して、図９においてドット５２０として表す。生物学的または化学的な物質は検出面４１２に、または、より具体的にはベース面４９０および側面４９２に固定化することができる。特定の実施形態では、反応部位４１４を開口４５２に近接して位置させ、光放射が保護層４５４を伝播し、開口４５２を通って、光ガイド４６２の入力領域４７２に伝播するようにする。
【０１１３】
一部の実施形態において、反応部位４１４、または、そこにある生物学的もしくは化学的な物質５２０を、反応部位４１４または物質５２０が所定の位置にあるようにパターニングすることができる。例えば、保護層４５４を適用した後、反応部位４１４またはその一部を、保護層４５４の上にパターニングすることができる。図示する実施形態において、各開口４５２は単一の反応部位４１４と関連し、反応部位４１４からの光放射が対応光センサ４４０に向かって誘導されるようにする。単一の反応部位４１４にある生物学的または化学的な物質５２０は、類似または同一（例えば、共通配列を有するオリゴヌクレオチドのコロニー）であってよい。しかしながら、他の実施形態では、２つ以上の反応部位４１４を開口４５２の１つに対応させることができる。
【０１１４】
特定の実施形態において、反応部位４１４は、２０１１年６月９日出願の米国仮特許出願第６１／４９５２６６号明細書および２０１１年１０月２８日出願の米国仮特許出願第６１／５５２７１２号明細書に記載されているパッドまたは金属領域を備えることができる。米国仮特許出願第６１／４９５２６６号明細書（‘２６６出願）および米国仮特許出願第６１／５５２７１２号明細書（‘７１２出願）はそれぞれ、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。一部の実施形態において、反応部位４１４は、フローセル４０２（図７）を検出装置４０４上に製造した後、組み立てることができる。
【０１１５】
図示する実施形態において、反応部位４１４はオリゴヌクレオチド５２０のコロニーを含むことができ、ここで該オリゴヌクレオチドは事実上共通の配列を有する。このような実施形態において、各オリゴヌクレオチドは、励起光４０１がオリゴヌクレオチドに導入されたフルオロフォアに吸収された際、共通の光放射を生成することができる。図示するように光放射４６６は全方向に（例えば、等方的に）放射し、例えば、光の一部を光ガイド４６２に誘導し、光の一部をシールド層４５０に反射するように誘導し、かつ、光の一部をフローチャネル４１８または保護層４５４に誘導するようにできる。光ガイド４６２に誘導される部分に関し、本明細書に記載の実施形態を光子の検出を容易にするように構成することができる。
【０１１６】
また、図９に示すように、装置ベース４２５は、装置ベース４２５内に位置する周辺クロストークシールド５２２、５２４を備えることができる。クロストークシールド５２２、５２４は、光ガイド４６２を基準にして位置決めし、クロストークシールド５２２、５２４が光ガイド４６２の外に伝播する光信号をブロックまたは反射するように構成することができる。光信号には、反射または屈折した励起光４０１、および／または、検出面４１２でもしくは検出面４１２の近接で生成される光放射４６６を含むことができる。一部の実施形態では、クロストークシールド５２２、５２４はまた、フローチャネル４１８からの励起光４０１を直接的にブロックすることができる。したがって、クロストークシールド５２２、５２４は、不所望の光信号の検出を低減することができる。例えば、クロストークシールド５２２、５２４は、隣接光センサ４４０間の光学的クロストークを低減することができ、および／または、対応光センサ４４０の収集効率を改善することができる。クロストークシールド５２２、５２４は、例えば、装置ベース４２５の製造時に組み立てられる金属素子とすることができる。一部の実施形態において、回路４４６（図８）のＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ２／Ｍ３、およびＭ３／Ｍ４素子を組み立てるのに用いるプロセスは、クロストークシールド５２２、５２４を組み立てるプロセスと同一または類似のものとすることができる。例えば、クロストークシールド５２２、５２４は、装置ベース４２５の誘導体材料（例えば、誘導体層）内に位置し、回路４４６を組み立てるのに用いたものと同一の材料（例えば、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ２／Ｍ３、およびＭ３／Ｍ４素子を組み立てるのに用いた、１つまたは複数の材料）を含むことができる。図示しないが、場合によっては、ＣＭＯＳ製造の異なる段階は、データ信号を送る金属素子を形成しながら、クロストークシールドも形成するステップを含み得る。
【０１１７】
クロストークシールド５２２、５２４は回路４４６と同様のやり方で製造することができるが、クロストークシールド５２２、５２４は、回路４４６から電気的に分離することができる。言い換えると、一部の実施形態では、クロストークシールド５２２、５２４はデータ信号を送ることができない。しかしながら他の実施形態では、クロストークシールド５２２、５２４は、データ信号を送るように構成したトレースまたは他の金属素子とすることができる。図９にも示すが、クロストークシールド５２２、５２４は、異なる横断面寸法（例えば、幅高さ、もしくは厚さ）および形とすることができ、また、異なる材料より組み立てることもできる。
【０１１８】
図示する実施形態において、クロストークシールド５２２、５２４は互いに結合し、単一のより大きいクロストークシールドを形成する。しかしながら、クロストークシールド５２２、５２４は、他の構成では互いに分離して配置できる。例えば、クロストークシールド５２２、５２４は、縦軸４６８に沿って互いに分離して配置できる。図示する実施形態において、クロストークシールド５２２、５２４は、入力領域４７２と、保護層４５４の一部とを少なくとも部分的に囲む。クロストークシールド５２２は、シールド層４５０を直接的に係合する。一部の実施形態において、クロストークシールド５２２、５２４は、光ガイド４６２を部分的にのみ囲むことができる。他の実施形態では、クロストークシールド５２２、５２４は、光ガイド４６２全体を円周方向に囲むクロストークリングを構成することができる。このような実施形態は、図１０および１１に関連して以下に詳細に記載する。
【０１１９】
図示するように、ガイドキャビティ４５６は、装置ベース４２５の１つまたは複数の内面５２６により定義される。特定の実施形態において、内面５２６は基板層４３２〜４３７からの誘導体材料（例えば、ＳｉＯ２）でできた面とすることができる。クロストークシールド５２２、５２４は光ガイドに直接的に隣接させ、金属素子を露呈させ、金属素子が光ガイド４６２のフィルタ材４６０を直接的に係合するようにすることができる。しかしながら、他の実施形態では、クロストークシールド５２２、５２４を光ガイド４６２に対し露呈させず、代わりに、光ガイド４６２の直接隣接して位置させ、誘導体材料の一部をクロストークシールド５２２、５２４と光ガイド４６２の間に置くようにすることができる。例えば、図示する実施形態では、誘導体材料５２８、５３０を、光ガイド４６２とクロストークシールド５２２、５２４それぞれの間に置く。誘導体材料５２８、５３０はそれぞれ、内面５２６の一部を含むことができる。誘導体材料５２８、５３０は、光ガイド４６２をクロストークシールド５２２、５２４より間隔ＳＤ分だけ分離することができる。ほんの一例として、分離間隔ＳＤは少なくとも約１５０ｎｍとすることができる。一部の実施形態では、分離間隔ＳＤは少なくとも約１００ｎｍである。分離間隔ＳＤは１００ｎｍ未満とすることができる。
【０１２０】
図１０は、別の実施形態に従って形成した検出装置６０２の横断面図である。検出装置６０２は、検出装置４０４（図７）と同様の特徴を備えることができ、バイオセンサ４００（図７）またはバイオセンサ１０２（図１）などのバイオセンサにおいて使用することができる。検出装置６０２はまた、一体型回路製造技術を用いて製造することができる。検出装置６０２は、検出装置およびバイオセンサが持ち得る他の特徴を示すように記載し、図示する。一部の実施形態では、検出装置６０２のみでバイオセンサを構成することができる。他の実施形態では、検出装置６０２はフローセルに結合してバイオセンサを形成することができる。例えば、検出装置６０２はフローセル４０２に結合して、検出装置６０２とフローセル４０２の間にフローチャネルを形成することができる。
【０１２１】
図示するように、検出装置６０２は装置ベース６０４、シールド層６４０、および、検出装置６０２の保護層６５０をまとめて形成する複数のサブ層６５２、６５４を備える。装置ベース６０４は、光センサ６０８のセンサアレイ６０６と、光ガイド６１２のガイドアレイ６１０を備える。光センサ６０８は、光センサ４４０と類似または同一とすることができ、光ガイド６１２は光ガイド４６２と類似または同一とすることができる。例えば、光ガイド６１２は、励起光６１４と光放射６１６を受け取るように構成する。図示するように、光放射６１６は、光が一点から放射されるように示す。光放射は保護層６５０に沿って複数点から生成され得ることが理解されよう。各光ガイド６１２は、中心縦軸６１８に沿って、光ガイド６１２の入力領域６２０からセンサアレイ６０６の対応光センサ６０８に向かって、装置ベース６０４内に伸長する。
【０１２２】
光ガイド４６２と同様に、光ガイド６１２はフィルタ材を備えることができ、これは、励起光６１４をフィルタリングし、光放射６１６が対応光センサ６０８向かって伝播できるように構成する。装置ベース６０４は、光センサ６０８に電気的に結合し、光センサにより検出された光子に基づきデータ信号を送るように構成した装置回路（図示なし）を備える。図１０、１１には示さないが、装置ベース６０４の回路は、光ガイド４６２の間に置いた回路４４６（図８）と同様に、光ガイド６１２の間に置くことができる。
【０１２３】
図示するように、装置ベース６０４は周辺クロストークシールド６３１〜６３４を備え、これは装置ベース６０４内に位置させる。より具体的には、各光ガイド６１２を複数のクロストークシールド６３１〜６３４により囲む。各光ガイド６１２のクロストークシールド６３１〜６３４は、その間にギャップ６４１〜６４３が形成されるように、各縦軸６１８に沿って互いに分離して配置することができる。ギャップ６４１〜６４３の大きさは、互いに実質的に等しくするか、または、違えることができる。例えば、ギャップ６４３はギャップ６４２よりわずかに大きい。
【０１２４】
図示する実施形態において、クロストークシールド６３１〜６３４は、光ガイド６１２を円周方向に囲むように構成する。本明細書で用いる場合、「円周方向に囲む」という句は、光ガイド６１２が円形横断面を有する、および／または、クロストークシールド６３１〜６３４が円形状であることを要することは意図しない。代わりに、クロストークシールドは、クロストークシールドが対応縦軸６１８を囲む場合、光ガイド６１２を円周方向に囲むことができる。クロストークシールドは、縦軸６１８を完全に囲むか、または、縦軸６１８を部分的にのみ囲むことができる。例えば、クロストークシールド６３１〜６３４は、対応光ガイド６１２の周りを連続的に伸長することができ、または、他の場合では、クロストークシールド６３１〜６３４は、複数のサブ素子を備えることができ、これは光ガイド６１２の周りに個別に分布し、少なくとも部分的に対応光ガイドを囲む。
【０１２５】
シールド層４５２と同様に、シールド層６４０は該シールド層６４０を貫通する開口６４２を形成することができる。開口６４２は、対応光ガイド６１２および光センサ６０８と実質的に整列し、光信号が対応入力領域６２０に伝播することを可能にする。サブ層６５４はシールド層６４０の上に付着させ、サブ層６５４の材料が開口の少なくとも一部を埋めるようにすることができる。一部の実施形態では、追加のサブ層６５２をサブ層６５４の上に付着させ、保護層６５０を形成する。ほんの一例として、サブ層６５２、６５４のいずれかは、プラズマ蒸着（ＰＶＤ）Ｔａ２Ｏ５、または、プラズマ化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）ＳｉｘＮｙを備えることができる。別の実施形態では、追加のサブ層をサブ層６５２、６５４に積み重ねることができる。１つの具体例として、サブ層６５４をＰＶＤＴａ２Ｏ５とし、サブ層６５２をＰＥＣＶＤＳｉｘＮｙとし、サブ層６５２の上に積み重ねた追加の層をＰＶＤＴａ２Ｏ５とすることができる。
【０１２６】
図１１は、一実施形態に従ってバイオセンサを製造する方法７００を示すフローチャートである。方法７００は、図１２Ａおよび１２Ｂに示す。方法７００は、例えば、本明細書に記載の種々の実施形態の構造または態様（例えば、システムおよび／または方法）を用いることができる。種々の実施形態において、あるステップを省略または追加し、あるステップを組み合わせ、あるステップを同時に実行し、あるステップを複数のステップに分割し、あるステップを異なる順で実行し、または、あるステップもしくは一連のステップを繰り返す方法で再実行することができる。
【０１２７】
方法７００は、（７０２において）光センサ８０２のセンサアレイを有する装置ベース８００を提供するステップを含むことができる。図示するように、装置ベース８００は、外面つまり外部面８０１を有する。装置ベース８００は、ＣＭＯＳ製造技術などの一体化型回路製造技術を用いて製造することができる。例えば、装置ベース８００に、異なる修正特徴（例えば、金属素子）付き基板をいくつか組み込む。一部の実施形態において、装置ベース８００は、ガイド領域８０４と回路領域８０６を備えることができる。ガイド領域８０４は装置ベース８００の一部と対応し、これは方法７００後に光ガイドを備えるだろう。隣接ガイド領域８０４は、装置回路（図示なし）を備える回路領域８０６により分離することができ、これは本明細書に記載の装置回路と同様とすることができる。より具体的には、装置回路は、光センサ８０２に電気的に結合することができ、光センサ８０２により検出された光子に基づきデータ信号を送るように構成することができる。一部の実施形態では、ガイド領域８０４は、ガイド領域８０４において基板材料を囲む、周辺クロストークシールド８０８を備えることができる。
【０１２８】
方法７００はまた、（７０４において）シールド層８１０を装置ベース８００の外面８０１に適用するステップを含み、（７０６において）開口８１２をシールド層８１０に形成するステップを含むことができる。上記のように、シールド層８１０は、信号をブロックするように構成した金属材料を含むことができる。開口８１２は、マスク（図示なし）を適用し、シールド層８１０の材料を（例えば、エッチングにより）除去して、開口８１２を形成することにより、形成することができる。
【０１２９】
７０８において、ガイドキャビティ８１４を装置ベース８００に形成することができる。より具体的には、ガイドキャビティ８１４が開口８１２の近接部から対応光センサ８０２に向かって伸長するように、ガイド領域８０４内の基板材料を除去することができる。図１２Ａに示すように、基板材料の内面８１５はガイドキャビティ８１４を定義することができる。ガイドキャビティ８１４は、内面８１５がクロストークシールド８０８に近接するようにサイズ決めし、成形することができる。本明細書に示すように、クロストークシールド８０８は、内面８１５に直接隣接させるか、または、ガイドキャビティ８１４に露呈させることができる。
【０１３０】
方法７００はまた、（７１０において）フィルタ材８２０をガイドキャビティ８１４内に付着させるステップを含むことができる。フィルタ材８２０は、例えば、有機フィルタ材とすることができる。一部の実施形態において、フィルタ材８２０の一部は、付着操作後、シールド層８１０に沿って伸長することができる。例えば、装置ベース８００に適用したフィルタ材８２０の総量は、ガイドキャビティ８１４の平均体積を超える場合がある。したがって、フィルタ材８２０はガイドキャビティ８１４を溢れ、シールド層８１０に沿って伸長する場合ができる。
【０１３１】
一部の実施形態において、（７１０における）フィルタ材８２０を付着するステップは、フィルタ材８２０をガイドキャビティ８１４に（例えば、スキージーのような部品を用いて）押し付けるステップを含み得る。図１２Ａは、シールド層８１０に沿ったフィルタ材８２０の均質層を示すように見える。一部の実施形態において、フィルタ材８２０の層は均質とすることはできない。例えば、シールド層８１０の一部のみがその上にフィルタ材８２０を有する場合がある。代替的な実施形態において、付着操作は、各ガイドキャビティ８１４を選択的に埋め、フィルタ材８２０がガイドキャビティ８１４を空にする、または、溢れることがないようにすることができる。
【０１３２】
７１２において、フィルタ材８２０を硬化することができる。任意で、方法７００はまた、（７１４において）シールド層８１０からフィルタ材８２０を除去し、場合によっては、ガイドキャビティ８１４からフィルタ材８２０を除去するステップを含むことができる。フィルタ材８２０をガイドキャビティ８１４内から除去し、フィルタ材８２０の材料レベル８３０が開口８１２内に、または、シールド層８１０を下回る深さで位置するようにすることができる。材料レベル８３０がシールド層８１０を下回る実施形態では、フィルタ材８２０はシールド層８１０のいずれの材料とも接触できない。ガイドキャビティ８１４内のフィルタ材８２０は、光ガイドを形成することができる。フィルタ材８２０をシールド層８１０から除去するため、異なるプロセスを構築することができる。例えば、除去操作は、フィルタ材をエッチングするステップか、または、フィルタ材を化学的に研磨するステップうち、少なくとも一方を含むことができる。
【０１３３】
図１２Ｂに示すように、方法７００はまた、（７１６において）保護層８３２をシールド層８１０と光ガイドのフィルタ材８２０に適用し、保護層８３２がシールド層８１０に沿って、開口８１２全体に直接的に伸長するようにするステップを含むこともできる。保護層８３２は、材料インターフェイス５１６（図９）のような、対応材料インターフェイス８３４において、光ガイドに沿って直接的に伸長することができる。図示する実施形態において、保護層８３２は平坦な検出面８３６を有する。他の実施形態では、検出面８３６は、反応くぼみ４０８（図７）のような反応くぼみのアレイを形成することができる。反応くぼみは、対応開口８１２に向かって伸長するか、または、開口８１２内に位置させることができる。
【０１３４】
一部の実施形態において、保護層８３２は複数のサブ層８４１〜８４３を含む。特定の実施形態では、サブ層８４１〜８４３のうち少なくとも１つがタンタルを含む。例えば、サブ層８４１は五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）を含み、サブ層８４２は低温フィルム（例えば、窒化ケイ素（ＳｉｘＮｙ））を含み、検出面８３６を有し得るサブ層８４３は五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）を含むことができる。しかしながら、サブ層８４１〜８４３は例として提供するのみで、他の保護層はより少ないサブ層、より多いサブ層、または、異なる材料を有するサブ層を含むことができる。場合によっては、単一サブ層のみを保護層として使用する。
【０１３５】
任意で、方法７００は、（７１８において）反応部位８５０を提供するステップと、フローセル（図示なし）を取り付けるステップを含むことができる。反応部位８５０を提供するステップは、フローセルを検出装置に結合する前または後に行うことができる。反応部位８５０を指定の場所に位置させ、反応部位８５０が検出面８３６に沿って所定のパターンを有するようにすることができる。反応部位は、所定のやり方で、（例えば、１光センサに対し１部位を、複数の光センサに対し１部位を、または１光センサに対し複数の部位を）対応させることができる。他の実施形態では、反応部位は検出面８３６に沿って無作為に形成することができる。本明細書で用いる場合、反応部位８５０は、検出面８３６に固定化した、生物学的または化学的な物質を含むことができる。生物学的または化学的な物質は、励起光に応じて光信号を放射するように構成することができる。特定の実施形態において、反応部位８５０は、検出面８３６に固定化した生体分子（例えば、オリゴヌクレオチド）のクラスタまたはコロニーを含む。
【０１３６】
一実施形態において、フローセルと、フローセルが結合した検出装置とを備えるバイオセンサを提供する。フローセルおよび検出装置は、励起光に応じて光放射を生成する生物学的または化学的な物質を有するように構成した、フローチャネルを形成する。検出装置は、光センサのセンサアレイと光ガイドのガイドアレイとを有する装置ベースを備える。光ガイドは、励起光と、フローチャネルからの光放射とを受け取るように構成した入力領域を有する。光ガイドは、入力領域から対応光センサに向かって装置ベース内を伸長し、かつ、励起光をフィルタリングし、光放射が対応光センサに向かって伝播することが可能であるように構成したフィルタ材を有する。装置ベースは、光センサに電気的に結合し、光センサにより検出された光子に基づきデータ信号を送るように構成した装置回路を備える。検出装置はまた、フローチャネルと装置ベースの間を伸長するシールド層を備える。シールド層は、対応光ガイドの入力領域を基準にして位置決めした開口を有し、光放射が開口を通って対応入力領域に伝播するようにする。シールド層は、隣接開口間で伸長し、隣接開口間のシールド層に入射する励起光と光放射をブロックするように構成する。
【０１３７】
一態様において、光ガイドの入力領域は、シールド層の対応開口内に置くか、または、装置ベース内のある深さに置くことができる。
【０１３８】
別の態様では、検出装置はシールド層に沿って伸長する保護層を備え、シールド層が保護層と装置ベースの間にあるようにすることができる。保護層は開口全体に伸長することができる。
【０１３９】
特定の場合では、光ガイドのフィルタ材は有機フィルタ材とすることができる。保護層は光ガイドの入力領域に沿って直接的に伸長し、フィルタ材をシールド層から隔離することができる。材料インターフェイスは、シールド層の対応開口内に位置させるか、または、装置ベース内のある深さに位置させることができる。ある実施形態において、保護層は開口内に伸長し、反応くぼみのアレイを形成する。反応くぼみは、対応開口に向かって伸長するか、または、対応開口内に位置させることができる。
【０１４０】
ある実施形態では、生物学的または化学的な物質は、反応くぼみ内に位置するように構成する。ある実施形態では、反応くぼみは対応ベース面を有する。ベース面は開口内に位置させるか、または、装置ベース内のある深さに位置させることができる。
【０１４１】
別の態様では、装置ベースは周辺クロストークシールドを備える。各クロストークシールドは、対応光ガイドのうち１つを囲むことができる。クロストークシールドは、隣接光センサ間の光学的クロストークを低減するように構成することができる。
【０１４２】
別の態様では、バイオセンサはレンズを持たず、その結果、バイオセンサは焦点に向かう光放射に焦点を当てる光学素子を備えない。
【０１４３】
一実施形態において、フローセルと、フローセルが結合した検出装置とを備えるバイオセンサを提供する。フローセルおよび検出装置は、励起光に応じて光放射を生成する生物学的または化学的な物質を有するように構成した、フローチャネルを形成する。検出装置は、光センサのセンサアレイと光ガイドのガイドアレイとを有する、装置ベースを備える。光ガイドは、励起光と、フローチャネルからの光放射とを受け取るように構成する。各光ガイドは、中心縦軸に沿って光ガイドの入力領域からセンサアレイの対応光センサに向かって、装置ベース内を伸長する。光ガイドは、励起光をフィルタリングし、光放射が対応光センサに伝播ができるように構成したフィルタ材を備える。装置ベースは、光センサに電気的に結合し、光センサにより検出された光子に基づいてデータ信号を送るように構成した装置回路を備える。装置ベースには、ガイドアレイの対応光ガイドを囲む周辺クロストークシールドが位置する。クロストークシールドは、縦軸それぞれの周りの対応光ガイドを少なくとも部分的に囲み、隣接光センサ間の光学的クロストークを低減する。
【０１４４】
一態様において、クロストークシールドは、光ガイドの対応入力領域を囲むことができる。
【０１４５】
別の態様では、クロストークシールドは、対応光ガイドを円周方向に囲むクロストークリングを備えることができる。
【０１４６】
別の態様では、装置ベースは、相補型金属酸化物半導体（complementary-metal-oxide semiconductor、ＣＭＯS）および装置回路を備えることができる。クロストークシールドは、装置ベースの誘導体層内に位置する金属素子を備えることができる。クロストークシールドは装置回路から電気的に分離することができる。
【０１４７】
別の態様では、シールド層はフローチャネルと装置ベースの間に伸長することができる。シールド層は開口を有することができ、これはガイドアレイの対応光ガイドの入力領域を基準にして位置決めする。開口は、光放射が入力領域に伝播することを可能にする。シールド層は隣接開口間を伸長することができ、隣接開口間のシールド層に入射する励起光と光放射をブロックするように構成する。例えば、光ガイドの入力領域は、シールド層の対応開口内に位置させるか、または、装置ベース内のある深さに位置させることができる。
【０１４８】
別の態様では、検出装置はまた、シールド層が保護層と装置ベースの間、および、開口全体にあるように、シールド層に沿って伸長する保護層も備えることができる。
【０１４９】
別の態様では、クロストークシールドは、シールド層に隣接するか、または、直接隣接する。
【０１５０】
別の態様では、クロストークシールドは第１クロストークシールドであり、装置ベースは第２クロストークシールドを備え、ここでガイドアレイの各光ガイドは、対応する第１クロストークシールドおよび第２クロストークシールドにより少なくとも部分的に囲まれている。例えば、第１クロストークシールドおよび第２クロストークシールドは、対応縦軸に沿って互いに分離して配置することができる。別の実施形態では、第１クロストークシールドおよび第２クロストークシールドは異なる寸法を有する。
【０１５１】
一実施形態において、バイオセンサを製造する方法を提供する。該方法は装置ベースを提供するステップを含み、該装置ベースは、光センサのセンサアレイと、光センサに電気的に結合し、光センサにより検出された光子に基づきデータ信号を送るように構成した装置回路とを含む。装置ベースは外面を有する。該方法はまた、シールド層を装置ベースの外面に適用するステップと、シールド層を貫通する開口を形成するステップを含む。該方法はまた、対応開口からセンサアレイの対応光センサに向かって伸長するガイドキャビティを形成するステップと、ガイドキャビティ内にフィルタ材を付着させるステップも含む。フィルタ材の一部は、シールド層に沿って伸長する。該方法はまた、フィルタ材を硬化するステップと、フィルタ材をシールド層から除去するステップも含む。ガイドキャビティ内のフィルタ材は、光ガイドを形成する。該方法はまた、保護層をシールド層に適用し、保護層がシールド層に沿って、開口全体に直接的に伸長するようにするステップも含む。
【０１５２】
一態様において、フィルタ材をシールド層から除去するステップは、ガイドキャビティ内のフィルタ材の一部を除去し、フィルタ材の材料レベルが開口内に位置するか、または、シールド層の下のある深さに位置するようにするステップを含む。
【０１５３】
別の態様では、保護層は、対応材料インターフェイスにおいて光ガイドに沿って直接的に伸長する。材料インターフェイスは、対応開口内に位置するか、または、装置ベース内のある深さに位置する。
【０１５４】
別の態様では、フィルタ材は有機フィルタ材である。保護層は、光ガイドに沿って直接的に伸長し、有機フィルタ材をシールド層から隔離する。
【０１５５】
別の態様では、保護層は反応くぼみのアレイを形成する。反応くぼみは対応開口に向かって伸長するか、または、対応開口内に位置する。例えば、反応くぼみは対応ベース面を有することができる。ベース面は、開口内に位置するか、または、装置ベース内のある深さに位置することができる。
【０１５６】
別の態様では、前記方法は、フローセルを装置ベースに結合し、保護層とフローセルの間にフローチャネルを形成するステップを含む。
【０１５７】
別の態様では、フィルタ材をシールド層から除去するステップは、フィルタ材をエッチングするステップか、または、フィルタ材を化学的に研磨するステップのうち、少なくとも一方を含むことができる。
【０１５８】
別の態様では、保護層は五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）を含む。例えば、保護層は複数のサブ層を含むことができ、ここでサブ層の少なくとも１つは五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）を含む。より具体的な実施形態では、サブ層は、間に低温フィルを有する２つの五酸化タンタル層を含むことができる。
【０１５９】
別の態様では、装置ベースは、ガイドキャビティを形成するステップ前に基板材料を含んだガイド領域を有し、ここで隣接ガイド領域は、装置回路を含む回路領域により分離している。ガイドキャビティを形成するステップは、ガイド領域の基板材料を除去するステップを含むことができる。
【０１６０】
別の態様では、装置ベースは、ガイドキャビティを形成する前、ガイド領域を囲む周辺クロストークシールドを備えることができる。クロストークシールドは、光ガイドを形成した後、対応光ガイドを少なくとも部分的に囲むことができる。クロストークシールドは、隣接光センサ間の光学的クロストークを低減するように構成することができる。
【０１６１】
一実施形態において、光センサのセンサアレイと、光ガイドのガイドアレイとを有する装置ベースを備えたバイオセンサを提供する。装置ベースは外面を有する。光ガイドは、励起光および外面に近接した生物学的または化学的な物質により生成される光放射を受け取るように構成した、入力領域を有する。光ガイドは、入力領域から対応光センサに向かって装置ベース内に伸長し、励起光をフィルタリングし、光放射が対応光センサに伝播できるように構成したフィルタ材を有する。装置ベースは、光センサに電気的に結合し、光センサにより検出される光子に基づいてデータ信号を送るように構成した装置回路を備える。バイオセンサはまた、装置ベースの外面に沿って伸長するシールド層を備える。シールド層は、光ガイドの対応入力領域を基準にして位置決めした開口を有し、光放射が開口を通って対応入力領域に伝播するようにする。シールド層は隣接開口間を伸長し、隣接開口間のシールド層へ入射する励起光および光放射をブロックするように構成する。
【０１６２】
一実施形態において、光センサのセンサアレイと光ガイドのガイドアレイとを有する装置ベースを備えたバイオセンサを提供する。装置ベースは外面を有する。光ガイドは、励起光および外面に近接した生物学的または化学的物質により生成される光放射を受け取るように構成する。光ガイドはそれぞれ、光ガイドの入力領域からセンサアレイの対応光センサに向かって、中心縦軸に沿って装置ベースに伸長する。光ガイドは、励起光をフィルタリングし、光放射が対応光センサに伝播できるように構成したフィルタ材を備える。装置ベースは、光センサに電気的に結合し、光センサにより検出される光子に基づきデータ信号を送るように送るように構成した装置回路を備える。装置ベースには、ガイドアレイの対応光ガイドを囲む周辺クロストークシールドが位置する。クロストークシールドは、縦軸それぞれの周りの対応光ガイドを少なくとも部分的に囲み、逸脱光線をブロックするか、または、反射するうちの少なくとも一方を行って、隣接光センサ間の光学的クロストークを低減する。
【０１６３】
本明細書に記載の主題は、本明細書の記述に記載された、または本明細書の図面に示された部品の構造および配置の詳細に、その用途を限定されることはないことを理解すべきである。本明細書に記載の主題は、他の実施形態が可能であり、種々の方法で実践または実行することができる。また、本明細書で用いる表現および用語は説明を目的としたもので、限定するものと見なすべきではないことを理解すべきである。本明細書における「備えて（including）」「含んで（comprising）」、「有して（having）」およびその変形の使用は、追加のアイテム同様に、その後に列記するアイテムおよびその同等物を包含することを意味する。
【０１６４】
別段明記または限定されていない限り、「取り付けて（mounted）」、「接続して（connected）」、「支持されて（supported）」、および「結合して（coupled）」という用語およびその変形は、大まかに用いられ、直接的および非直接的の両方で、取り付け、接続し、支持され、および、結合することを包含する。さらに、「接続して（connected）」および「結合して（coupled）」は、物理的または機械的な、接続または結合に限定されるわけではない。また、装置または素子の向きに関連して本明細書で用いる表現および用語（例えば、「上」、「下」、「前」、「後」、「末端」、および「近接」などの用語）は、本明細書に記載の１つまたは複数の実施形態の記載を単純化するためにのみ用い、言及された装置または素子が特定の向きを有さなければならないことのみを意図または含意するものではない。加えて、「外」および「内」などの用語は、説明を目的に本明細書で用いられ、相対的な重要度または意義を示す、または、含意することを意図するものではない。
【０１６５】
上記記載は、説明のためのものであって、制限的なものではないことを意図していることを理解すべきである。例えば、上記の実施形態（および／または、その態様）は、互いに組み合わせて用いることができる。加えて、多くの修正を行い、本発明の範囲から離れることなく、本発明の教示に特定の状況または材料を適応させることができる。一方、本明細書に記載した寸法、材料およびコーティングの種類は、本開示の主題のパラメータを定義することを意図し、決して限定するものではなく、例示的な実施形態である。多くの他の実施形態および修正が、上記記載を検討することにより、当業者には明らかになるであろう。そのため、本発明の主題の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照して、特許請求の範囲が権利を与えられる均等物の全範囲と共に定められるべきである。添付の特許請求の範囲において、「備え（including）」および「ここで（in which）」という用語は、「含み（comprising）」および「ここにおいて（wherein）」というそれぞれの用語の、平易な英語の同義語として用いる。さらに、以下の特許請求の範囲において、「第１」「第２」「第３」等の用語は単に符号として用い、その対象に数的要件を課すことを意図するものではない。さらに、以下の特許請求の範囲の限定は、ミーンズ・プラス・ファンクション形式で書かれたものではなく、そのような特許請求の範囲における限定が、さらなる構造を有さない機能の言及が後に続く「〜のための手段」という表現を、明示的に使用しない限り、かつ明示的に使用するまでは、米国特許法第１１２条第６項に基づき解釈されることを意図するものではない。
【０１６６】
以下の特許請求の範囲は、本発明の主題のある実施形態の態様を記載し、上記開示の一部と考えられる。これらの態様は、互いに組み合わせることができる。
【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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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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