(57)【要約】【課題】蛍光強度分布を表したコントラストの高い画像を取得することができるようにすること。【解決手段】光学的ＤＮＡセンサ１は、複数のＤＧ−Ｔｒ２０がマトリクス状に配列されてなる固体撮像デバイス２と、固体撮像デバイス２の表面に成膜された酸化チタン層３４と、酸化チタン層３４上に配列されて固定されたスポット６０，６０，…と、を備える。一つのスポット６０は、同じヌクレオチド配列を有したプローブＤＮＡ断片が集まった群集である。また、スポット６０，６０，…ごとにヌクレオチド配列は異なり、何れのヌクレオチド配列も既知のものである。また、一つのスポット６０に対して一つのＤＧ−Ｔｒ２０が対応している。【選択図】        図３
2004205340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光体励起光の被照射によって蛍光を発するサンプルＤＮＡ断片を特定するために用いられる光学的ＤＮＡセンサにおいて、
固体撮像デバイスと、
前記固体撮像デバイスの表面に成膜された酸化チタン層と、
既知の塩基配列を有するとともに前記酸化チタン層上に配列されて固定された複数種のプローブＤＮＡ断片と、を備えることを特徴とする光学的ＤＮＡセンサ。
【請求項２】
蛍光体励起光の被照射によって蛍光を発するサンプルＤＮＡ断片を特定するために用いられる光学的ＤＮＡセンサにおいて、
固体撮像デバイスと、
前記固体撮像デバイスの表面に成膜され、キャリア密度が１．０×１０20〔１／ｃｍ3〕以下となる錫ドープ酸化インジウム層と、
既知の塩基配列を有するとともに前記錫ドープ酸化インジウム層上に配列されて固定された複数種のプローブＤＮＡ断片と、を備えることを特徴とする光学的ＤＮＡセンサ。
【請求項３】
蛍光体励起光の被照射によって蛍光を発するサンプルＤＮＡ断片を特定するために用いられる光学的ＤＮＡセンサにおいて、
固体撮像デバイスと、
屈折率の異なる複数種の誘電体層が蛍光体励起光の波長の１／４となる光学膜厚で周期的に積層されてなるとともに、前記固体撮像デバイスの表面に積層された誘電体多層膜と、
既知の塩基配列を有するとともに前記誘電体多層膜上に配列されて固定された複数種のプローブＤＮＡ断片と、を備えることを特徴とする光学的ＤＮＡセンサ。
【請求項４】
前記固体撮像デバイスが、前記複数種のプローブＤＮＡ断片とそれぞれ対応するように配列された複数の光電変換素子を有することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の光学的ＤＮＡセンサ。
【請求項５】
請求項１から４の何れか一項に記載の光学的ＤＮＡセンサを着脱自在とするとともに、
装着された前記固体撮像デバイスを駆動する駆動手段と、前記複数種のプローブＤＮＡ断片に向けて面状に蛍光体励起光を照射する光照射手段と、を備える
ことを特徴とするＤＮＡ読取装置。
【請求項６】
蛍光体励起光の被照射によって蛍光を発するサンプルＤＮＡ断片を特定するために用いられるＤＮＡ読取装置において、
固体撮像デバイスと、既知の塩基配列を有するとともに前記固体撮像デバイスの表面上に配列されて固定された複数種のプローブＤＮＡ断片と、を具備した光学的ＤＮＡセンサを着脱自在とするとともに、
装着された前記光学的ＤＮＡセンサの前記複数種のプローブＤＮＡ断片と近接する面から前記複数種のプローブＤＮＡ断片に向けてエヴァネッセント光を蛍光体励起光として出射する光照射手段を備える
ことを特徴とするＤＮＡ読取装置。
【請求項７】
蛍光体励起光の被照射によって蛍光を発するサンプルＤＮＡ断片を特定するために用いられるＤＮＡ読取装置において、
遮光性を有するボトムゲート電極、光に感度を示す半導体膜、光を透過するトップゲート電極の順に透明基板の表面上に積層してなる複数の光電変換素子が前記透明基板の表面上に互いに離間して配列され、光を透過する保護層によって前記複数の光電変換素子をまとめて被覆してなる固体撮像デバイスと、既知の塩基配列を有するとともに前記保護層上に配列されて固定された複数種のプローブＤＮＡ断片と、を具備した光学的ＤＮＡセンサを着脱自在とするとともに、
装着された前記光学的ＤＮＡセンサの前記透明基板の裏面に向けて蛍光体励起光を面状に照射する光照射手段を備える
ことを特徴とするＤＮＡ読取装置。
【請求項８】
蛍光体励起光の被照射によって蛍光を発するサンプルＤＮＡ断片を特定するために用いられる光学的ＤＮＡセンサにおいて、
遮光性を有するボトムゲート電極、光に感度を示す半導体膜、光を透過するトップゲート電極の順に透明基板の表面上に積層してなる複数の光電変換素子が前記透明基板の表面上に互いに離間して配列され、光を透過する保護層によって前記複数の光電変換素子をまとめて被覆してなる固体撮像デバイスと、
既知の塩基配列を有するとともに前記保護層上に配列されて固定された複数種のプローブＤＮＡ断片と、を備えることを特徴とする光学的ＤＮＡセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＤＮＡ断片間の相補的相互作用を利用して、ＤＮＡの構造を特定するために用いられる光学的ＤＮＡセンサに関するとともに、前記ＤＮＡセンサを用いたＤＮＡ読取装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、医療分野、農業分野等の幅広い分野で生物の遺伝子情報が利用されるようになってきているが、遺伝子の利用に際しては、ＤＮＡの構造解明が不可欠である。ＤＮＡは螺旋状によじれあった二本のポリヌクレオチド鎖を有し、それぞれのポリヌクレオチド鎖は４種の塩基（アデニン：Ａ、グアニン：Ｇ、シトシン：Ｃ、チミン：Ｔ）が一次元的に並んだヌクレオチド配列を有し、アデニンとチミン、グアニンとシトシンという相補性に基づいて一方のポリヌクレオチド鎖の塩基が他方のポリヌクレオチド鎖の塩基に結合している。
【０００３】
ＤＮＡの構造解明とは、ヌクレオチド配列を特定することであるが、ＤＮＡのヌクレオチド配列を特定するためにＤＮＡマイクロアレイ及びその読取装置が開発されている。従来では、ＤＮＡマイクロアレイ及びその読取装置を用いて次のようにしてサンプルＤＮＡのヌクレオチド配列を特定する。
【０００４】
まず、既知のヌクレオチド配列を有した複数種類のプローブＤＮＡ断片をスライドガラス等の固体担体に整列固定させたＤＮＡマイクロアレイを準備する。次に、サンプルＤＮＡを一本鎖のＤＮＡ断片に変性して、変性したサンプルＤＮＡ断片に蛍光物質等を結合させる。
【０００５】
次に、サンプルＤＮＡ断片をＤＮＡマイクロアレイ上に添加すると、サンプルＤＮＡ断片は、ハイブリダイゼーションによってＤＮＡマイクロアレイ上に固定される。つまり、サンプルＤＮＡ断片の塩基は、複数種類のプローブＤＮＡ断片のうち相補性を有するＤＮＡ断片の塩基と水素結合して、二本鎖が生じる。一方、サンプルＤＮＡ断片は、相補性を有しないプローブＤＮＡ断片とは結合しない。サンプルＤＮＡ断片に蛍光物質でマーキングを施しているため、サンプルＤＮＡと結合したプローブＤＮＡ断片が蛍光を発することになる。例えば、ＴＣＧＧＧＡＡというヌクレオチド配列を有するサンプルＤＮＡ断片は、ＡＧＣＣＣＴＴというヌクレオチド配列を有するプローブＤＮＡ断片とのみ結合し、そのプローブＤＮＡ断片が蛍光を発する。
【０００６】
次いで、ＤＮＡマイクロアレイを読取装置にセッティングして、読取装置にて解析する。読取装置は、ＤＮＡマイクロアレイ上の蛍光強度分布を計測するものである。
【０００７】
読取装置は、大きくわけて二種類あり、面状光方式と共焦点レーザ方式（例えば、特許文献１参照。）がある。
面状光方式の読取装置は、励起光（主に紫外線）をＤＮＡマイクロアレイに面照射し、ＤＮＡマイクロアレイをレンズでＣＣＤイメージセンサに結像し、ＤＮＡマイクロアレイで発した蛍光をＣＣＤイメージセンサで受光し、ＤＮＡマイクロアレイの面内の蛍光強度分布をＣＣＤイメージセンサで計測するようになっている。
【０００８】
共焦点レーザ方式の読取装置は、レーザーダイオードから発した励起光をコリメーターレンズで収束し、レーザ光線をＤＮＡマイクロアレイに対して二次元走査し、レーザ光線の二次元走査と共に顕微鏡及びフォトマルも走査させ、レーザ光線により発した蛍光を顕微鏡を介してフォトマルで受光し、蛍光強度をフォトマルで計測し、二次元走査によってＤＮＡマイクロアレイの面内の蛍光強度分布を計測するようになっている。
【０００９】
何れの方式でも、ＤＮＡマイクロアレイ上の蛍光強度分布は二次元の画像として出力される。出力された画像内で蛍光強度が大きい部分には、サンプルＤＮＡ断片のヌクレオチド配列と相補的なヌクレオチド配列を有したプローブＤＮＡ断片が含まれていることを表している。従って、二次元画像中のどの部分の蛍光強度が大きいかによってサンプルＤＮＡ断片のヌクレオチド配列を確定することができる。
【００１０】
【特許文献１】
特開平９−２３９００号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、共焦点レーザ方式の読取装置は、顕微鏡と、レーザ光線及び顕微鏡をＤＮＡマイクロアレイに対して走査する機構とを必要とし、そのため装置全体が大きいという問題がある。面状光方式の読取装置は、ＤＮＡマイクロアレイをＣＣＤイメージセンサに結像するレンズを必要とし、同様に装置が大型である。
【００１２】
読取装置の大型化を抑えるために、文献公知の発明ではないが、本出願人は、固体撮像デバイスの表面に複数種のプローブＤＮＡ断片を配列して固定してなる光学的ＤＮＡセンサを開発している。この光学的ＤＮＡセンサを用いてＤＮＡを特定するには、蛍光標識したサンプルＤＮＡ断片を固体撮像デバイス上の相補的なプローブＤＮＡ断片とハイブリダイゼーションさせ、この光学的ＤＮＡセンサを読取装置にセッティングする。そして、読取装置の光源から固体撮像デバイスの表面に励起光を照射すると、サンプルＤＮＡ断片と結合したプローブＤＮＡ断片が蛍光を発し、その部分が明るくなっている蛍光強度分布の画像を読取装置が固体撮像デバイスで読み取る。この光学的ＤＮＡセンサは、固体撮像デバイスの表面にプローブＤＮＡ断片を固定化しているため、レンズや顕微鏡が無くとも蛍光強度分布を表す二次元画像を固体撮像デバイスで鮮明な像を撮像することができ、読取装置の小型化を図れるという効果を奏する。
【００１３】
しかしながら、この光学的ＤＮＡセンサには、次のような問題点もある。即ち、固体撮像デバイスが蛍光のみならず励起光に対しても感度を示すため、サンプルＤＮＡ断片と結合していないプローブＤＮＡ断片の部分も明るくなってしまい、固体撮像デバイスで得られた画像のコントラストが低い。そのため、固体撮像デバイスで得られた画像中のどの部分の強度が大きいかを特定することが困難となる。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、蛍光強度分布を表したコントラストの高い画像を取得することができるようにすることである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、例えば図１〜図４に示すように、
蛍光体励起光の被照射によって蛍光を発するサンプルＤＮＡ断片を特定するために用いられる光学的ＤＮＡセンサにおいて、
固体撮像デバイス（例えば、固体撮像デバイス２）と、
前記固体撮像デバイスの表面に成膜された酸化チタン層（例えば、酸化チタン層３４）と、
既知の塩基配列を有するとともに前記酸化チタン層上に配列されて固定された複数種のプローブＤＮＡ断片（例えば、スポット６０，６０，…）と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項１に記載の発明では、固体撮像デバイスの表面に成膜された酸化チタン層は蛍光体励起光を遮蔽するとともに蛍光を透過する性質を有する。複数種のプローブＤＮＡ断片に向けて蛍光体励起光を照射した場合、サンプルＤＮＡ断片と結合したプローブＤＮＡ断片から蛍光が発するが、蛍光は酸化チタン層を透過して、固体撮像デバイスの表面に入射する。一方、蛍光体励起光は、酸化チタン層によって遮蔽されて固体撮像デバイスの表面には入射しない。従って、サンプルＤＮＡ断片と結合したプローブＤＮＡ断片の部分と、サンプルＤＮＡ断片と結合しなかったプローブＤＮＡ断片の部分との明るさの差が、明瞭になり、コントラストの高い画像を固体撮像デバイスで取得することができる。そのため、固体撮像デバイスで得られた画像中のどの部分の強度が大きいかを容易に特定でき、サンプルＤＮＡ断片の塩基配列を容易に特定することができる。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、例えば図１〜図４に示すように、
蛍光体励起光の被照射によって蛍光を発するサンプルＤＮＡ断片を特定するために用いられる光学的ＤＮＡセンサにおいて、
固体撮像デバイス（例えば、固体撮像デバイス２）と、
前記固体撮像デバイスの表面に成膜され、キャリア密度が１．０×１０20〔１／ｃｍ3〕以下となる錫ドープ酸化インジウム層（例えば、導電層３２）と、
既知の塩基配列を有するとともに前記錫ドープ酸化インジウム層上に配列されて固定された複数種のプローブＤＮＡ断片（例えば、スポット６０，６０，…）と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項２に記載の発明では、固体撮像デバイスの表面に成膜された錫ドープ酸化インジウム層のキャリア密度が１．０×１０20〔１／ｃｍ3〕以下となれば、蛍光体励起光が錫ドープ酸化インジウム層で吸収され、蛍光が錫ドープ酸化インジウム層では吸収されない。従って、サンプルＤＮＡ断片と結合したプローブＤＮＡ断片から発した蛍光が、錫ドープ酸化インジウム層を透過して、固体撮像デバイスの表面に入射する。一方、蛍光体励起光は、錫ドープ酸化インジウム層によって吸収されて固体撮像デバイスの表面には入射しない。従って、サンプルＤＮＡ断片と結合したプローブＤＮＡ断片の部分と、サンプルＤＮＡ断片と結合しなかったプローブＤＮＡ断片の部分との明るさの差が、明瞭になり、コントラストの高い画像を固体撮像デバイスで取得することができる。そのため、サンプルＤＮＡ断片の塩基配列を容易に特定することができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、例えば図１０に示すように、
蛍光体励起光の被照射によって蛍光を発するサンプルＤＮＡ断片を特定するために用いられる光学的ＤＮＡセンサにおいて、
固体撮像デバイス（例えば、固体撮像デバイス２）と、
屈折率の異なる複数種の誘電体層が蛍光体励起光の波長の１／４となる光学膜厚で周期的に積層されてなるとともに、前記固体撮像デバイスの表面に積層された誘電体多層膜（例えば、誘電体多層膜３５）と、
既知の塩基配列を有するとともに前記誘電体多層膜上に配列されて固定された複数種のプローブＤＮＡ断片（例えば、スポット６０，６０，…）と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
請求項３に記載の発明では、固体撮像デバイスの表面に積層された誘電体多層膜が、屈折率の異なる複数種の誘電体層が蛍光体励起光の波長の１／４となる光学膜厚で周期的に積層されてなるので、蛍光体励起光が誘電体多層膜で反射し、蛍光が誘電多層膜を透過する。従って、サンプルＤＮＡ断片と結合したプローブＤＮＡ断片から発した蛍光は、誘電体多層膜を透過して、固体撮像デバイスの表面に入射する。一方、蛍光体励起光は、誘電体多層膜によって反射されて固体撮像デバイスの表面には入射しない。従って、サンプルＤＮＡ断片と結合したプローブＤＮＡ断片の部分と、サンプルＤＮＡ断片と結合しなかったプローブＤＮＡ断片の部分との明るさの差が、明瞭になり、コントラストの高い画像を固体撮像デバイスで取得することができる。そのため、サンプルＤＮＡ断片の塩基配列を容易に特定することができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、例えば図１〜図４に示すように、請求項１から３の何れか一項に記載の光学的ＤＮＡセンサにおいて、
前記固体撮像デバイスが、前記複数種のプローブＤＮＡ断片とそれぞれ対応するように配列された複数の光電変換素子（例えば、ＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…）を有することを特徴とする。
【００２２】
請求項４に記載の発明では、プローブＤＮＡ断片が光電変換素子にそれぞれ対応して配列されているから、プローブＤＮＡ断片間では蛍光強度を検知することがない。従って、固体撮像デバイスで撮像された像はノイズの無い像であり、プローブＤＮＡ断片が配置されていない部分の蛍光強度データが含まれていない。
【００２３】
請求項５に記載の発明は、例えば図５〜図６に示すように、請求項１から４の何れか一項に記載の光学的ＤＮＡセンサを着脱自在とするとともに、
装着された前記固体撮像デバイスを駆動する駆動手段（例えば、駆動回路１０、トップゲートドライバ１１、ボトムゲートドライバ１２、ドレインドライバ１３及び駆動回路１０）と、前記複数種のプローブＤＮＡ断片に向けて面状に蛍光体励起光を照射する光照射手段（例えば、光照射手段７１）と、を備える
ことを特徴とするＤＮＡ読取装置である。
【００２４】
請求項５に記載の発明では、光照射手段によってプローブＤＮＡ断片に蛍光体励起光を照射すると、サンプルＤＮＡ断片と結合したプローブＤＮＡ断片から蛍光が発し、駆動手段で固体撮像デバイスを駆動すると、固体撮像デバイスで蛍光強度分布を表した画像を取得することができる。
【００２５】
請求項６に記載の発明は、例えば図１１に示すように、蛍光体励起光の被照射によって蛍光を発するサンプルＤＮＡ断片を特定するために用いられるＤＮＡ読取装置において、
固体撮像デバイス（例えば、固体撮像デバイス２）と、既知の塩基配列を有するとともに前記固体撮像デバイスの表面上に配列されて固定された複数種のプローブＤＮＡ断片（例えば、スポット６０，６０，…）と、を具備した光学的ＤＮＡセンサ（光学的ＤＮＡセンサ１）を着脱自在とするとともに、
装着された前記光学的ＤＮＡセンサの前記複数種のプローブＤＮＡ断片と近接する面（全反射面１７１ａ）から前記複数種のプローブＤＮＡ断片に向けてエヴァネッセント光を蛍光体励起光として出射する光照射手段を備える
ことを特徴とする。
【００２６】
請求項６に記載の発明では、光照射手段の面がプローブＤＮＡ断片に近接するため、その面から出射したエヴァネッセント光はプローブＤＮＡ断片に入射する。一方、エヴァネッセント光は媒体中を伝播しないため、固体撮像デバイスの表面には入射しない。従って、サンプルＤＮＡ断片と結合したプローブＤＮＡ断片の部分と、サンプルＤＮＡ断片と結合しなかったプローブＤＮＡ断片の部分との明るさの差が、明瞭になり、コントラストの高い画像を固体撮像デバイスで取得することができる。そのため、固体撮像デバイスで得られた画像中のどの部分の強度が大きいかを容易に特定でき、サンプルＤＮＡ断片の塩基配列を容易に特定することができる。
【００２７】
請求項７に記載の発明は、例えば図１２に示すように、蛍光体励起光の被照射によって蛍光を発するサンプルＤＮＡ断片を特定するために用いられるＤＮＡ読取装置において、
遮光性を有するボトムゲート電極、光に感度を示す半導体膜、光を透過するトップゲート電極の順に透明基板（例えば、透明基板１７）上に積層してなる複数の光電変換素子（例えば、ＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…）が前記透明基板の表面上に互いに離間して配列され、光を透過する保護層（例えば、保護絶縁層３１）によって前記複数の光電変換素子をまとめて被覆してなる固体撮像デバイス（例えば、固体撮像デバイス２）と、既知の塩基配列を有するとともに前記保護層上に配列されて固定された複数種のプローブＤＮＡ断片（例えば、スポット６０，６０，…）と、を具備した光学的ＤＮＡセンサ（例えば、光学的ＤＮＡセンサ１）を着脱自在とするとともに、
装着された前記光学的ＤＮＡセンサの前記透明基板の裏面に向けて蛍光体励起光を面状に照射する光照射手段（例えば、光照射手段２７１）を備えることを特徴とする。
【００２８】
請求項８に記載の発明は、例えば図１２に示すように、蛍光体励起光の被照射によって蛍光を発するサンプルＤＮＡ断片を特定するために用いられる光学的ＤＮＡセンサにおいて、
遮光性を有するボトムゲート電極、光に感度を示す半導体膜、光を透過するトップゲート電極の順に透明基板の表面上に積層してなる複数の光電変換素子（例えば、ＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…）が前記透明基板の表面上に互いに離間して配列され、光を透過する保護層（例えば、保護絶縁層３１）によって前記複数の光電変換素子をまとめて被覆してなる固体撮像デバイス（例えば、固体撮像デバイス２）と、
既知の塩基配列を有するとともに前記保護層上に配列されて固定された複数種のプローブＤＮＡ断片（例えば、スポット６０，６０，…）と、を備えることを特徴とする。
【００２９】
請求項７、８に記載の発明では、ボトムゲート電極、半導体膜、トップゲート電極の順に積層してなる複数の光電変換素子が透明基板の表面上に互いに離間して配列されているため、光照射手段から透明基板の裏面に入射した蛍光体励起光は光電変換素子の間を透過して、プローブＤＮＡ断片に入射する。サンプルＤＮＡ断片と結合したプローブＤＮＡ断片から蛍光体励起光によって蛍光が発し、その蛍光体励起光は保護層及びトップゲート電極を透過して半導体膜に入射する。
また、トップゲート電極が遮光性を有しているため、光照射手段から透明基板の裏面に入射した蛍光体励起光が半導体膜に直接入射しない。
従って、サンプルＤＮＡ断片と結合したプローブＤＮＡ断片の部分と、サンプルＤＮＡ断片と結合しなかったプローブＤＮＡ断片の部分との明るさの差が、明瞭になり、コントラストの高い画像を固体撮像デバイスで取得することができる。そのため、サンプルＤＮＡ断片の塩基配列を容易に特定することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を用いて本発明の具体的な態様について説明する。ただし、発明の範囲を図示例に限定するものではない。
【００３１】
〔第一の実施の形態〕
図１は、本発明が適用された光学的ＤＮＡセンサを示した斜視図であり、図２は、この光学的ＤＮＡセンサの平面図であり、図３は、図２のI−I破断線で破断して矢印方向に見て示した断面図である。
【００３２】
光学的ＤＮＡセンサ１は、固体撮像デバイス２と、固体撮像デバイス２の表面に成膜された酸化チタン層３４と、酸化チタン層３４上に配列されて固定されたスポット６０，６０，…と、を備え、固体撮像デバイス２の各画素に一つのスポット６０が対応している。
【００３３】
まず、固体撮像デバイス２について説明する。固体撮像デバイス２は、略平板状の透明基板１７と、透明基板１７の表面上にｎ行ｍ列（ｎ、ｍともに整数である。）のマトリクス状に配列された複数のダブルゲート型電界効果トランジスタ（以下、ＤＧ−Ｔｒという。）２０，２０，…と、を備える。
【００３４】
透明基板１７は、紫外線から可視光にわたる３５０ｎｍ〜１０００ｎｍの波長域の光に対して透過性（以下、単に透光性という。）を有するとともに絶縁性を有し、石英ガラス等といったガラス基板又はポリカーボネート等といったプラスチック基板である。この透明基板１７の裏面が、固体撮像デバイス２の裏面を成している。なお、透光性を有した透明基板１７の代わりに、遮光性を有した基板であっても良い。
【００３５】
ＤＧ−Ｔｒ２０について説明する。図４（ａ）は一つのＤＧ−Ｔｒ２０を示した平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のII−II破断線で破断して矢印方向に見て示した断面図である。
それぞれのＤＧ−Ｔｒ２０は、画素となる光電変換素子である。それぞれのＤＧ−Ｔｒ２０は、透明基板１７上に形成されたボトムゲート電極２１と、ボトムゲート電極２１上に形成されたボトムゲート絶縁膜２２と、ボトムゲート電極２１との間にボトムゲート絶縁膜２２を挟むとともにボトムゲート電極２１に対向した半導体膜２３と、半導体膜２３の中央部上に形成されたチャネル保護膜２４と、半導体膜２３の両端部上に互いに離間して形成された不純物半導体膜２５，２６と、不純物半導体膜２５上に形成されたソース電極２７と、不純物半導体膜２６上に形成されたドレイン電極２８と、ソース電極２７及びドレイン電極２８上に形成されたトップゲート絶縁膜２９と、トップゲート絶縁膜２９及びチャネル保護膜２４を半導体膜２３との間に挟むとともに半導体膜２３に対向したトップゲート電極３０と、を具備する。
【００３６】
透明基板１７上には、ボトムゲート電極２１がＤＧ−Ｔｒ２０ごとに形成されている。また、透明基板１７上には横方向に延在するｎ本のボトムゲートライン４１，４１，…が形成されており、横方向に配列された同一行の各ＤＧ−Ｔｒ２０のボトムゲート電極２１は共通のボトムゲートライン４１と一体となって形成されている。ボトムゲート電極２１及びボトムゲートライン４１は、導電性及び遮光性を有し、例えばクロム、クロム合金、アルミ若しくはアルミ合金又はこれらの合金からなる。
【００３７】
ボトムゲート電極２１及びボトムゲートライン４１上には、全てのＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…に共通したボトムゲート絶縁膜２２が形成されている。ボトムゲート絶縁膜２２は、絶縁性及び透光性を有し、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）又は酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなる。
【００３８】
ボトムゲート絶縁膜２２上には、半導体膜２３がＤＧ−Ｔｒ２０ごとに形成されている。半導体膜２３は、平面視して略矩形状を呈しており、アモルファスシリコン又はポリシリコンで形成された層である。半導体膜２３上には、チャネル保護膜２４が形成されている。チャネル保護膜２４は、パターニングに用いられるエッチャントから半導体膜２３の界面を保護する機能を有し、絶縁性及び透光性を有し、例えば窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。半導体膜２３は光に対して感度を示し、半導体膜２３に光が入射すると、入射した光量に従った量の電子−正孔対がチャネル保護膜２４と半導体膜２３との界面付近を中心に発生するようになっている。この場合、半導体膜２３側にはキャリアとして正孔が発生し、チャネル保護膜２４側には電子が発生する。ここで、半導体膜２３に適用できる５０ｎｍ厚のアモルファスシリコンの光感度の波長依存性を図５（ａ）に示す。紫外線から可視光線にわたって広い波長域で電子−正孔対を生成する感度を有し、４５０ｎｍ付近の可視光に感度ピークがある。
【００３９】
半導体膜２３の一端部上には、不純物半導体膜２５が一部チャネル保護膜２４に重なるようにして形成されており、半導体膜２３の他端部上には、不純物半導体膜２６が一部チャネル保護膜２４に重なるようにして形成されている。不純物半導体膜２５，２６は、ＤＧ−Ｔｒ２０ごとにパターニングされている。不純物半導体膜２５，２６は、ｎ型の不純物イオンを含むアモルファスシリコン（ｎ+シリコン）からなる。
【００４０】
不純物半導体膜２５上には、ＤＧ−Ｔｒ２０ごとにパターニングされたソース電極２７が形成されている。不純物半導体膜２６上には、ＤＧ−Ｔｒ２０ごとにパターニングされたドレイン電極２８が形成されている。また、縦方向に延在するｍ本のソースライン４２，４２，…及びドレインライン４３，４３，…がボトムゲート絶縁膜２２上に形成されており、縦方向に配列された同一列の各ＤＧ−Ｔｒ２０のソース電極２７は共通のソースライン４２と一体に形成されており、縦方向に配列された同一列の各ＤＧ−Ｔｒ２０のドレイン電極２８は共通のドレインライン４３と一体に形成されている。ソース電極２７、ドレイン電極２８、ソースライン４２及びドレインライン４３は、導電性及び遮光性を有しており、例えばクロム、クロム合金、アルミ若しくはアルミ合金又はこれらの合金からなる。
【００４１】
全てのＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…のチャネル保護膜２４、ソース電極２７及びドレイン電極２８並びにソースライン４２，４２，…及びドレインライン４３，４３，…上には、全てのＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…に共通したトップゲート絶縁膜２９が形成されている。トップゲート絶縁膜２９は、絶縁性及び透光性を有し、例えば窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。
【００４２】
トップゲート絶縁膜２９上には、ＤＧ−Ｔｒ２０ごとにパターニングされたトップゲート電極３０が形成されている。また、トップゲート絶縁膜２９上には横方向に延在するｎ本のトップゲートライン４４が形成されており、横方向に配列された同一行の各ＤＧ−Ｔｒ２０のトップゲート電極３０は共通のトップゲートライン４４と一体に形成されている。トップゲート電極３０及びトップゲートライン４４は、導電性及び透光性を有し、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛若しくは酸化スズ又はこれらのうちの少なくとも一つを含む混合物（例えば、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、亜鉛ドープ酸化インジウム）で形成されている。
以上のように構成されたＤＧ−Ｔｒ２０は、半導体膜２３を受光部とした光電変換素子であり、固体撮像デバイス２は、複数のＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…がマトリクス状に配列されているものである。
【００４３】
固体撮像デバイス２の表面には、保護絶縁膜３１、酸化チタン層３４、導電層３２、オーバーコート層３３の順に積層されている。保護絶縁膜３１は、全てのＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…をまとめて被覆しており、トップゲート電極３０及びトップゲートライン４４に被覆するようにトップゲート電極３０及びトップゲートライン４４，４４，…上に形成されている。保護絶縁層３１は、絶縁性及び透光性を有し、窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。
【００４４】
保護絶縁層３１上には、酸化チタン層３４が全てのＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…を被覆するように一面に形成されている。酸化チタン層３４に含有した酸化チタンは、アナターゼ型とルチル型があり、本発明では何れも使用することができるが、ルチル型の酸化チタンが好ましい。また、ルチル型の酸化チタンの結晶構造は正方晶であり、Ｔｉの配置は体心立方構造である。
【００４５】
酸化チタン層３４は、後述のＤＮＡ同定方法に用いられる蛍光物質を励起させる蛍光体励起光（主に紫外線であり、特に３０８ｎｍを中心波長とした帯域の紫外線。）を吸収し、蛍光体励起光によって励起された蛍光物質から発する蛍光（主に可視光線であり、特に５２０ｎｍを中心波長とした帯域の可視光線）を透過する性質を有する。
吸収を特性づける光学物性パラメータである消光係数ｋ（＞０）は複素屈折率Ｎとの間で下記に示す式（１）の関係が成り立つ。
Ｎ＝ｎ−ｉｋ……（１）
式（１）においてｉは、虚数単位である。ここでｎは所定方向に進む光の波の位相速度を決め、消光係数ｋは波の振幅の大きさを波の進行方向とともに減衰させる働きを有する。光の進行方向をｚとし、その光の強度をＩとすると、両者の間で下記に示す式（２）の関係が成り立つ。
Ｉ（ｚ）＝Ｉ（０）ｅｘｐ（−αｚ）……（２）
ここでαは吸収係数であり、
α＝２ωｋ／ｃ……（３）
と表すことができる。ｃは真空の光速度であり、ωは光の角振動数である。
ルチル型結晶の酸化チタン層３４は、正方晶であり、チタン原子の配置から体心立方構造である。この結晶は光軸がＣ軸にある１軸結晶であり、厳密には入射光の電場ベクトルとＣ軸のなす角度によって複素屈折率Ｎは異なるが、平均的には、３００ｎｍ程度の紫外線の消光係数ｋは２であり、４４０ｎｍ程度の可視光線では、消光係数ｋは０．０６になり、４６０ｎｍではｋ＝０とみなせる。
図５（ｂ）に、酸化チタン層３４の厚さと、３０８ｎｍ波長の蛍光体励起光及び５３０ｎｍ波長の蛍光の透過率との関係を対数グラフで示す。図５（ｂ）に示すように、酸化チタン層３４の厚さが厚くなるにつれて、蛍光体励起光の透過率が低くなり、酸化チタン層３４の厚さが１００ｎｍ以上であれば、蛍光体励起光の透過率は１．０×１０-3以下となる。一方、蛍光の透過率は蛍光体励起光ほど低くなく、酸化チタン層３４の厚さに関わらず５０％以上となっている。
【００４６】
図３〜図４に示すように、酸化チタン層３４上には、導電膜３２が一面に形成されている。導電膜３２は、導電性及び透光性を有し、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛若しくは酸化スズ又はこれらのうちの少なくとも一つを含む混合物で形成されている。酸化チタン層３４は蛍光体励起光を吸収することにより電子−正孔対を生成し、そのうちの一部は再結合しない状態が続くが、導電層３２が酸化チタン層３４と接しているので、電子−正孔対による電荷は導電層３２により排出される。このため、電子及び正孔は、酸化チタン層３４及びその下方の保護絶縁層３１に蓄積され続けることはないので、トップゲート電極３０に印加される電圧により形成された電界に影響をほとんど及ぼさない。
【００４７】
導電膜３２上には、オーバーコート層３３が一面に形成されている。このオーバーコート層３３は、透光性を有し、導電膜３２を保護したり、スポット６０，６０，…を固体撮像デバイス２の表面に固定したりするものである。
【００４８】
次に、スポット６０について説明する。図１〜図３に示すように、複数種のスポット６０，６０，…が互いに離間して、ｎ行ｍ列のマトリクス状となってオーバーコート層３３上に配列されている。一つのスポット６０は一本鎖プローブＤＮＡ断片６１が多数集まった群集であり、一つのスポット６０に含まれる多数の一本鎖プローブＤＮＡ断片６１は互いに同じヌクレオチド配列を有する。また、一本鎖プローブＤＮＡ断片６１のヌクレオチド配列は、スポット６０ごとに異なっている。何れのスポット６０のヌクレオチド配列も、塩基配列が既知のものである。
【００４９】
以上のようなスポット６０，６０，…がそれぞれＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…に対応して配列されている。つまり、図２及び図４に主に示すように固体撮像デバイス２を平面視した場合、一つのＤＧ−Ｔｒ２０に一つのスポット６０が重なっており、特にＤＧ−Ｔｒ２０の半導体膜２３が一つのスポット６０に重なっている。
【００５０】
スポット６０，６０，…を固体撮像デバイス２の表面に固定する方法としては、予め調製したプローブＤＮＡ断片６１を、ポリ陽イオン（ポリ−Ｌ−リシン、ポリエチレンイミン等）で表面処理した固体撮像デバイス２の表面に分注装置を用いて点着して、ＤＮＡの荷電を利用して固体撮像デバイス２の表面に静電結合させる方法が適用される。
その他の固定方法として、アミノ基、アルデヒド基、エポキシ基等を有するシランカップリング剤を用いる方法も利用されている。この場合には、アミノ基、アルデヒド基等は、共有結合により固体撮像デバイス２の表面に導入されるため、ポリ陽イオンによる場合と比較して安定に固体撮像デバイス２の表面に存在する。
その他の固定方法として、反応活性基を導入したオリゴヌクレオチドを合成し、表面処理した固体撮像デバイス２の表面に該オリゴヌクレオチドを点着し、共有結合させる方法もある。
【００５１】
次に、以上のように構成された光学的ＤＮＡセンサ１を用いたＤＮＡ読取装置について、図６及び図７を用いて説明する。
【００５２】
図６及び図７に示すように、ＤＮＡ読取装置７０は、表示装置３と、全体の制御を司る演算処理装置４と、光学的ＤＮＡセンサ１の表面に蛍光体励起光を面状に照射するための光照射手段７１と、光学的ＤＮＡセンサ１を駆動して画像を取得するための駆動手段（トップゲートドライバ１１，ボトムゲートドライバ１２、ドレインドライバ１３及び駆動回路１０から構成される。）と、を備える。
【００５３】
光照射手段７１は、蛍光体励起光の波長域を含み且つ蛍光の波長域をあまり含まない光を発する光源７２と、光源７２から発せられた光を導光して裏面７３ａから面状に出射する導光板７３と、を備える。導光板７３は、略平板状であり、光源７２に対向した側面７３ｂ及び裏面７３ａを除き反射部材で覆われている。
光学的ＤＮＡセンサ１はＤＮＡ読取装置７０に対して着脱自在となっており、ＤＮＡ読取装置７０に装着された光学的ＤＮＡセンサ１の固体撮像デバイス２の表面が導光板７３の裏面７３ａに対向するようになっている。光学的ＤＮＡセンサ１が導光板７３の裏面７３ａに対向した場合、導光板７３の裏面７３ａから面状に出射した光が光学的ＤＮＡセンサ１の表面に均等に照射されるようになっている。
【００５４】
また、光学的ＤＮＡセンサ１がＤＮＡ読取装置７０に装着された場合、光学的ＤＮＡセンサ１のトップゲートライン４４，４４，…がトップゲートドライバ１１の端子にそれぞれ接続されるようになっている。同様に、光学的ＤＮＡセンサ１のボトムゲートライン４１，４１，…がボトムゲートドライバ１２の端子に接続されるようになっており、光学的ＤＮＡセンサ１のドレインライン４３，４３，…がドレインドライバ１３の端子にそれぞれ接続されるようになっている。また、光学的ＤＮＡセンサ１がＤＮＡ読取装置７０に装着された場合、光学的ＤＮＡセンサ１のソースライン４２，４２，…が一定電圧源に接続され、この例では接地されるようになっている。
【００５５】
トップゲートドライバ１１は、シフトレジスタである。つまり、トップゲートドライバ１１は、駆動回路１０から制御信号Ｔｃｎｔを入力することによって、１行目のトップゲートライン４４からｎ行目のトップゲートライン４４の順に（ｎ行目に達したら必要に応じて１行目に戻る。）リセットパルス（図８に図示）を出力するようになっている。リセットパルスのレベルは＋５〔Ｖ〕のハイレベルである。一方、トップゲートドライバ１１は、リセットパルスを出力しない時にローレベルの−２０〔Ｖ〕の電位をそれぞれのトップゲートライン４４に印加するようになっている。
【００５６】
ボトムゲートドライバ１２は、シフトレジスタである。つまり、一行目のボトムゲートライン４１からｎ行目のボトムゲートライン４１の順に（ｎ行目に達したら必要に応じて１行目に戻る。）リードパルス（図８に図示）を出力するようになっている。リードパルスのレベルは＋１０〔Ｖ〕のハイレベルであり、リードパルスが出力されていない時のレベルは±０〔Ｖ〕のローレベルである。
【００５７】
トップゲートドライバ１１がｉ行目（ｉは１〜ｎの何れかの整数。）のトップゲートライン４４にリセットパルスを出力した後にキャリア蓄積期間を経てボトムゲートドライバ１２がｉ行目のボトムゲートライン４１にリードパルスを出力するように、トップゲートドライバ１１及びボトムゲートドライバ１２は出力信号をシフトするようになっている。つまり、各行では、リードパルスが出力されるタイミングは、リセットパルスが出力されるタイミングより遅れている。また、ｉ行目（ｉは、１〜ｎの何れかである。）のトップゲートライン４４へのリセットパルスの入力が開始してから、ｉ行目のボトムゲートライン４１へのリードパルスの入力が終了するまでの期間は、ｉ行目の選択期間である。リセットパルスのレベルは＋５〔Ｖ〕のハイレベルであり、リセットパルスが出力されていない時のレベルは−２０〔Ｖ〕のローレベルである。
【００５８】
ドレインドライバ１３は、それぞれの行の選択期間において、リセットパルスが出力されてからリードパルスが出力されるまでの間に、全てのドレインライン４３，４３，…にプリチャージパルス（図８に図示）を出力するようになっている。プリチャージパルスのレベルは＋１０〔Ｖ〕のハイレベルであり、プリチャージパルスが出力されていない時のレベルは±０〔Ｖ〕のローレベルである。また、ドレインドライバ１３は、プリチャージパルスの出力後にドレインライン４３，４３，…の電圧を増幅して、駆動回路１０に出力するようになっている。
【００５９】
駆動回路１０は、演算処理装置４に駆動されることによって、ボトムゲートドライバ１２、トップゲートドライバ１１、ドレインドライバ１３それぞれに制御信号Ｂｃｎｔ、Ｔｃｎｔ、Ｄｃｎｔを出力することでボトムゲートドライバ１２、トップゲートドライバ１１、ドレインドライバ１３に適宜パルスを出力させるようになっている。更に、駆動回路１０は、リードパルスが出力されてから所定時間経過後のドレインライン４３，４３，…の電圧を検出することによって、又はリードパルスが出力されてからドレインライン４３，４３，…の電圧が所定閾値電圧に至るまでの時間を検出することによって、画像を取得し、その画像を演算処理装置４に出力するようになっている。演算処理装置４は、駆動回路１０から入力した画像を表示装置３に表示させるようになっている。
【００６０】
固体撮像デバイス２の表面にスポット６０，６０，…が配列されているため、ＤＮＡ読取装置７０にはレンズ・顕微鏡といった光学系を設けずとも、固体撮像デバイス２で鮮明な像を撮像することができる。従って、ＤＮＡ読取装置７０を小型化することができる。
【００６１】
次に、光学的ＤＮＡセンサ１の製造方法について説明する。
まず、スパッタ、蒸着といったＰＶＤ法又はＣＶＤ法により導電体層を透明基板１７上に成膜した後、フォトリソグラフィー法といったマスク工程を行い、エッチング法等により導電体層を形状加工する形状加工工程を行うことによって、それぞれのＤＧ−Ｔｒ２０のボトムゲート電極２１並びにボトムゲートライン４１，４１，…をパターニングする。
【００６２】
次いで、透明基板１７にわたって窒化シリコン又は酸化シリコンからなるボトムゲート絶縁膜２２を成膜し、更にボトムゲート絶縁膜２２上の全面にわたって半導体膜２３となる半導体層を成膜し、半導体層上の全面にわたってチャネル保護膜２４となる窒化シリコン又は酸化シリコンからなる絶縁層を成膜する。次いで、絶縁層にマスクをし、絶縁層を形状加工することによって、ＤＧ−Ｔｒ２０ごとにチャネル保護膜２４をパターニングし、その後にｎ型不純物を含有したアモルファスシリコン層を形成する。そして、このアモルファスシリコン層にマスクをし、アモルファスシリコン層を形状加工することによって、不純物半導体膜２５，２６をＤＧ−Ｔｒ２０ごとにパターニングするとともに下方の半導体膜２３をＤＧ−Ｔｒ２０ごとにパターニングする。
【００６３】
次いで、導電体層を全面に成膜し、導電体層にマスクをして、導電体層を形状加工することによって、ドレイン電極２８及びソース電極２７をＤＧ−Ｔｒ２０ごとにパターニングするとともにドレインライン４３，４３，…及びソースライン４２，４２，…をパターニングする。
【００６４】
次いで、ドレイン電極２８及びソース電極２７等が形成されたボトムゲート絶縁膜２２の全面にトップゲート絶縁膜２９を成膜する。次いで、トップゲート絶縁膜２９上の全面にＩＴＯといった透明な導電体層を成膜し、透明な導電体層（ＩＴＯ層）にマスクをし、透明な導電体層を形状加工することによって、ＤＧ−Ｔｒ２０ごとにトップゲート電極３０をパターニングするとともにトップゲートライン４４，４４，…をトップゲート電極３０と一体形成する。
【００６５】
次いで、トップゲート電極３０及びトップゲートライン４４が形成されたボトムゲート絶縁膜２２上の全面に、保護絶縁層３１を成膜する。次いで、保護絶縁層３１上の全面に酸化チタン層３４を成膜する。次いで、酸化チタン層３４上の全面に導電膜３２を成膜する。次いで、導電膜３２に化学処理を施して、例えばポリ陽イオン（ポリ−Ｌ−リシン、ポリエチレンイミン等）又はシランカップリング剤からなるオーバーコート層３３を導電膜３２上に成膜する。
【００６６】
一方、既知のヌクレオチド配列を有したＤＮＡ断片６１を複数種生成し（各種のＤＮＡ断片６１のヌクレオチド配列は互いに異なっている。）、各種のＤＮＡ断片６１を溶媒で分散又は溶解して、複数種の試料溶液を調製する。調製した複数種の試料溶液を分注装置の複数のピペットにそれぞれセッティングする。また、固体撮像デバイス２を分注装置の載置台にセッティングする。この分注装置では、複数のピペットが載置台上で水平面内に移動し、更に、下降することによって試料溶液を点着するようになっている。
【００６７】
次いで、導電膜３２に正電圧を印加した状態で、分注装置によって複数種の試料溶液をピペットから固体撮像デバイス２の表面（オーバーコート層３３上）に点着する。この際、一つのＤＧ−Ｔｒ２０に対して一種類の試料溶液を平面視して重ねるようにして点着する。アデニン、グアニン、シトシン、チミンの４種の塩基で構成されるヌクレオチド鎖は、塩基と結合している糖がリン酸ジエステル結合しているので全体として負極性なため、導電膜３２に印加された正電圧の電界により、プローブＤＮＡ断片６１が吸引されるから、プローブＤＮＡ断片６１がオーバーコート層３３に固定しやすくなる。
以上により光学的ＤＮＡセンサ１が完成する。
【００６８】
光学的ＤＮＡセンサ１及びＤＮＡ読取装置７０を用いたＤＮＡの同定方法について説明する。
まず、検体からＤＮＡを採取して、採取したＤＮＡを一本鎖ＤＮＡ断片に変性し、ＤＮＡ断片に蛍光物質を結合させ、ＤＮＡ断片を蛍光物質で標識する。蛍光物質としては、例えばＣｙＤｙｅのＣｙ２やＣｙ３（アマシャム社製）がある。
得られたＤＮＡ断片は、溶液中に含まれている。以下では、このＤＮＡ断片をサンプルＤＮＡ断片という。蛍光物質は、ＤＮＡ読取装置７０の光照射手段７１から出射される蛍光体励起光の波長で励起されるものを選択する。蛍光物質は蛍光体励起光によって励起されることによって蛍光を発するが、その蛍光の波長は、光学的ＤＮＡセンサ１の半導体膜２３にキャリアを発生させる波長である。
【００６９】
次いで、サンプルＤＮＡ断片を含有した溶液を光学的ＤＮＡセンサ１の表面に塗布する。サンプルＤＮＡ断片は、ハイブリダイゼーションによってスポット６０，６０，…のうち相補性を有するプローブＤＮＡ断片６１と結合し、相補性を有しないプローブ断片とは結合しない。光学的ＤＮＡセンサ１に塗布されたサンプルＤＮＡ断片のうちハイブリダイゼーションしなかったものは洗い流す。
【００７０】
次いで、光学的ＤＮＡセンサ１をＤＮＡ読取装置７０にセッティングすると、トップゲートライン４４，４４，…がトップゲートドライバ１１の端子にそれぞれ接続され、ボトムゲートライン４１，４１，…がボトムゲートドライバ１２の端子に接続され、ドレインライン４３，４３，…がドレインドライバ１３の端子にそれぞれ接続される。
【００７１】
次いで、光源７２が点灯し、蛍光体励起光が導光板７３から光学的ＤＮＡセンサ１の表面に面状に照射されることによってＤＮＡ読取装置７０の読み取りが開始される。これによって、スポット６０，６０，…のうちのプローブＤＮＡ断片６１及びプローブＤＮＡ断片６１と結合したサンプルＤＮＡ断片の組ではサンプルＤＮＡ断片に付着した蛍光体から蛍光を発し、サンプルＤＮＡ断片と結合しなかったプローブＤＮＡ断片６１は蛍光を発しない。サンプルＤＮＡ断片と結合したプローブＤＮＡ断片６１を含むスポット６０から発した蛍光は、オーバーコート層３３、導電層３２、酸化チタン層３４、保護絶縁層３１、トップゲート電極３０、層間絶縁膜２０及びチャネル保護膜２４を透過して、蛍光を発したスポット６０に対応したＤＧ−Ｔｒ２０の半導体膜２３に入射する。ここで一部の蛍光体励起光は、蛍光に変換されずに酸化チタン層３４に入射されてしまうが、酸化チタン層３４に吸収されてしまうので半導体膜２３にほとんど到達することはない。一方、サンプルＤＮＡ断片と結合していないプローブＤＮＡ断片６１からなるスポット６０に対応したＤＧ−Ｔｒ２０の半導体膜２３には蛍光が入射しない。このため蛍光体励起光が酸化チタン層３４に入射されてしまうが、酸化チタン層３４に吸収されてしまうので半導体膜２３にほとんど到達することはない。従って、どのＤＧ−Ｔｒ２０の半導体膜２３にも到達しない。即ち、光源７２から発する蛍光体励起光が半導体膜２３に直接入射することで半導体膜２３が励起することもなくなり、ドレイン電流が十分流れる程度の電子−正孔対が半導体阿ｍく２３に生成されることはない。従って、サンプルＤＮＡ断片と結合していないプローブＤＮＡ断片６１からなるスポット６０に対応したＤＧ−Ｔｒ２０の半導体膜２３が感光せず、サンプルＤＮＡ断片と結合したプローブＤＮＡ断片６１を含むスポット６０に対応したＤＧ−Ｔｒ２０の半導体膜２３が感光する。
【００７２】
そして、ＤＮＡ読取装置７０は、光学的ＤＮＡセンサ１を駆動することによって、光学的ＤＮＡセンサ１がそれぞれのＤＧ−Ｔｒ２０で蛍光の強度又は蛍光の光量を検知し、光学的ＤＮＡセンサ１上の蛍光の強度分布を二次元の画像データとして取得する。
【００７３】
ＤＮＡ読取装置７０の画像取得動作は以下のようになる。
即ち、駆動回路１０がトップゲートドライバ１１に制御信号Ｔｃｎｔを出力し、図８に示すようにトップゲートドライバ１１が１行目のトップゲートライン４４からｎ行目のトップゲートライン４４へと順次リセットパルスを出力する。また、駆動回路１０がボトムゲートドライバ１２に制御信号Ｂｃｎｔを出力し、ボトムゲートドライバ１２が１行目のボトムゲートライン４１からｎ行目のボトムゲートライン４１へと順次リードパルスを出力する。また、駆動回路１０が制御信号Ｄｃｎｔをドレインドライバ１３に出力し、ドレインドライバ１３が各行でリセットパルスが出力されているリセット期間と各行でリードパルスが出力されている期間との間に、プリチャージパルスを全てのドレインライン４３，４３，…に出力する。
【００７４】
ｉ行目の各ＤＧ−Ｔｒ２０の動作について詳細に説明する。図８に示すように、トップゲートドライバ１１がｉ行目のトップゲートライン４４にリセットパルスを出力すると、ｉ行目のトップゲートライン４４がハイレベルになる。ｉ行目のトップゲートライン４４がハイレベルになっている間（この期間をリセット期間という。）、ｉ行目の各ＤＧ−Ｔｒ２０では、半導体膜２３とチャネル保護膜２４との界面近傍に蓄積されたキャリア（ここでは、正孔である。）が、トップゲート電極３０の電圧により反発して吐出される。
【００７５】
次いで、トップゲートドライバ１１がｉ行目のトップゲートライン４４にリセットパルスを出力することを終了する。ＤＧ−Ｔｒ２０の半導体膜２３には、最も近接するスポット６０のプローブＤＮＡ断片６１に結合されたサンプルＤＮＡ断片に付着された蛍光体からの蛍光が入射されており、ｉ行目のトップゲートライン４４のリセットパルスが終了してから、ｉ行目のボトムゲートライン４１にリードパルスが出力されるまでの間（この期間をキャリア蓄積期間という。）、半導体膜２３に入射した蛍光の光量に従って量の電子−正孔対が半導体膜２３内で生成され、そのうちの正孔がトップゲート電極３０の電界により半導体膜２３とチャネル保護膜２４との界面近傍に蓄積される。
【００７６】
次いで、キャリア蓄積期間中に、ドレインドライバ１３が全てのドレインライン４３，４３，…にプリチャージパルスを出力する。プリチャージパルスが出力されている間（プリチャージ期間という。）では、ｉ行目の各ＤＧ−Ｔｒ２０においては、トップゲート電極３０に印加されている電位が−２０〔Ｖ〕であり、ボトムゲート電極２１に印加されている電位が±０〔Ｖ〕であるため、たとえ半導体膜２３とチャネル保護膜２４との界面近傍に蓄積された正孔の電荷だけではゲート−ソース間電位が低いので半導体膜２３にはチャネルが形成されず、ドレイン電極２８とソース電極２７との間に電流は流れない。プリチャージ期間において、ドレイン電極２８とソース電極２７との間に電流が流れないため、ドレインライン４３，４３，…に出力されたプリチャージパルスによってｉ行目の各ＤＧ−Ｔｒ２０のドレイン電極２８に電荷がチャージされる。
【００７７】
次いで、ドレインドライバ１３がプリチャージパルスの出力を終了するとともに、ボトムゲートドライバ１２がｉ行目のボトムゲートライン４１にリードパルスを出力する。ボトムゲートドライバ１２がｉ行目のボトムゲートライン４１にリードパルスを出力している間（この期間を、リード期間という。）では、ｉ行目の各ＤＧ−Ｔｒ２０のボトムゲート電極２１に＋１０〔Ｖ〕の電位が印加されているため、ｉ行目の各ＤＧ−Ｔｒ２０がオン状態になる。
【００７８】
リード期間においては、キャリア蓄積期間において蓄積されたキャリアがトップゲート電極３０とボトムゲート電極２１との間の電圧を緩和するように働くため、ボトムゲート電極２１とトップゲート電極３０との間の電圧により半導体膜２３にチャネルが形成されて、ドレイン電極２８からソース電極２７に電流が流れるようになる。従って、リード期間では、ドレインライン４３，４３，…の電圧は、ドレイン−ソース間電流によって時間の経過とともに徐々に低下する傾向を示す。
【００７９】
ここで、キャリア蓄積期間において半導体膜２３に入射した蛍光の光量が多くなるにつれて、蓄積されるキャリアも多くなり、蓄積されるキャリアが多くなるにつれて、リード期間においてドレイン電極２８からソース電極２７に流れる電流のレベルも大きくなる。従って、リード期間におけるドレインライン４３，４３，…の電圧の変化傾向は、キャリア蓄積期間で半導体膜２３に入射した蛍光の光量に深く関連する。そして、駆動回路１０が、ｉ行目のリード期間から次の（ｉ＋１）行目のプリチャージ期間までの間に、ドレインドライバ１３を介して、リード期間が開始してから所定の時間経過後のドレインライン４３，４３，…の電圧を検出する。これにより、蛍光の強度に換算される。なお、駆動回路１０が、ｉ行目のリード期間から次の（ｉ＋１）行目のプリチャージ期間までの間に、ドレインドライバ１３を介して、所定の閾値電圧に至るまでの時間を検出しても良い。この場合でも、蛍光の強度に換算される。また、図８では、トップゲートドライバ１１の（ｉ＋１）行目のリセットパルスの立ち上がり時期は、ボトムゲートドライバ１２のｉ行目のリードパルスが立ち下がってからであるが、これに限らず、トップゲートドライバ１１の（ｉ＋１）行目のリセットパルスの立ち上がり時期は、トップゲートドライバ１１のｉ行目のリセットパルスの立ち下がり直後からボトムゲートドライバ１２のｉ行目のリードパルスの立ち下がりまでの間であってもよい。ただし、（ｉ＋１）行目のＤＧ−Ｔｒ２０のためにドレインライン４３，４３，…に出力されたプリチャージパルスの出力は、ボトムゲートドライバ１２のｉ行目のリードパルスの立ち下がり以降になるように設定されている。
【００８０】
上述した一連の画像読み取り動作を１サイクルとして、全ての行の各ＤＧ−Ｔｒ２０にも同等の処理手順を繰り返すことにより、光学的ＤＮＡセンサ１上の蛍光の強度分布が画像として取得される。そして、蛍光強度分布を表した画像は、駆動回路１０から演算処理装置４へ出力される。演算処理装置４は、蛍光強度分布を表した画像を表示装置３に表示させる。表示された画像中のどの部分の光強度が大きいかによってサンプルＤＮＡ断片のヌクレオチド配列を特定する。
【００８１】
以上のように、本実施の形態では、蛍光体励起光は酸化チタン層３４によって吸収されて遮蔽され半導体層２３にほとんど入射されないが、蛍光は遮蔽されずに半導体層２３に入射する。そのため、サンプルＤＮＡ断片と結合したスポット６０に対応したＤＧ−Ｔｒ２０の半導体膜２３のみが感光する。従って、サンプルＤＮＡ断片と結合したスポット６０に対応したＤＧ−Ｔｒ２０によって検知される光強度と、サンプルＤＮＡ断片と結合していないスポット６０に対応したＤＧ−Ｔｒ２０によって検知される光強度との差が大きくなる。そのため、蛍光強度分布を表した画像のコントラストが向上し、サンプルＤＮＡ断片のヌクレオチド配列の特定が容易になる。
【００８２】
なお、以上の説明では酸化チタン層３４が保護絶縁層３１上に積層されていたが、トップゲート絶縁膜２９とトップゲート電極３０との間に積層されていても良いし、トップゲート電極３０と保護絶縁層３１との間に積層されていても良いし、導電層３２とオーバーコート層３３との間に積層されていても良い。つまり、固体撮像デバイス２の表面であって半導体膜２３とスポット６０との間であれば、どの層間に酸化チタン層が積層されていても良い。
【００８３】
また、光電変換素子としてＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…を用いた固体撮像デバイス２を例にして説明したが、光電変換素子としてフォトダイオードを用いた固体撮像デバイスを用いても良い。フォトダイオードを用いた固体撮像デバイスとしては、ＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサがある。
【００８４】
ＣＣＤイメージセンサにおいては、フォトダイオードが基板上にマトリクス状となって配列されており、それぞれのフォトダイオードの周囲には、フォトダイオードで光電変換された電気信号を転送するための垂直ＣＣＤ、水平ＣＣＤが形成されている。また、上記固体撮像デバイス２と同様に、保護絶縁膜が複数のフォトダイオードを被覆するように一面に成膜されており、保護絶縁膜上に導電膜が一面に成膜されている。そして、オーバーコート膜を介して導電膜上に複数種のスポットが配列されているが、平面視して一つのフォトダイオードに一つのスポットが重なっている。
【００８５】
ＣＭＯＳイメージセンサにおいては、フォトダイオードが基板上にマトリクス状となって配列されており、それぞれのフォトダイオードの周囲にはフォトダイオードで光電変換された電気信号を増幅するための画素回路が設けられている。
また、上記固体撮像デバイス２と同様に、保護絶縁膜が複数のフォトダイオードを被覆するように一面に成膜されており、保護絶縁膜上に導電膜が一面に成膜されている。そして、オーバーコート膜を介して導電膜上に複数種のスポットが配列されているが、平面視して一つのフォトダイオードに一つのスポットが重なっている。
【００８６】
ＣＣＤイメージセンサであっても、ＣＭＯＳイメージセンサであっても、スポットとフォトダイオードとの間に酸化チタン層を積層し、酸化チタン層によってフォトダイオードを被覆すれば、紫外線がフォトダイオードに入射しなくなる。
【００８７】
また、酸化チタン層３４の代わりに、蛍光体励起光を遮蔽するとともに蛍光を透過する層を設けても良い。
【００８８】
〔第二の実施の形態〕
次に、本発明の第二実施形態について説明する。
第一実施形態の光学的ＤＮＡセンサ１と異なる点としては、光学的ＤＮＡセンサ１の導電層３２又はトップゲート電極３０にある。また、第二実施形態においては、第二実施形態の光学的ＤＮＡセンサに酸化チタン層３４が設けられていなくても良いし、設けられていても良い。第二実施形態の光学的ＤＮＡセンサのその他の構成要素は、第一実施形態の光学的ＤＮＡセンサ１の構成要素と同じであり、第二実施形態については図１〜図４を用いて同一構成要素に同一の符号を付すことで異なる点について詳細に説明する。
【００８９】
即ち、第一実施形態では、酸化チタン層３４が蛍光体励起光を吸収して遮蔽するとともに蛍光を透過する性質を有していたが、第二実施形態では、導電層３２とトップゲート電極３０のうちの少なくとも一方が、蛍光体励起光を吸収して遮蔽するとともに蛍光を透過する性質を有している。
【００９０】
詳細に説明すると、導電層３２及びトップゲート電極３０は第一実施形態と同様にＩＴＯで形成されているが、その成膜速度、成膜の際の雰囲気中の酸素濃度等を制御することによって、キャリア密度を１．０×１０20〔１／ｃｍ3〕以下としている。つまり、ＩＴＯのキャリア密度を１．０×１０20〔１／ｃｍ3〕以下に調整することによって、ＩＴＯによって吸収される光の波長と吸収されない光の波長とを分ける閾値をシフトさせ（Burstein - Moss シフト）、蛍光体励起光を吸収するとともに蛍光を吸収しないようにする。これは、ＩＴＯの酸素欠陥或いはドープされた錫により生成されたキャリアが伝導帯の底部を占有することで、バンドギャップが変化することによる。
【００９１】
図９に、ＩＴＯ中のキャリア密度と吸収波長端との関係を示す。図９においては、吸収波長端より短波長の光はＩＴＯによって吸収されることを表しており、ＩＴＯのキャリア密度が小さくなるにつれて、吸収波長端が長波長にシフトするのがわかる。また、ＩＴＯのキャリア密度が１．０×１０20〔１／ｃｍ3〕を越えていると、吸収波長端が低く、蛍光体励起光を吸収せずに透過してしまう。しかしながら、ＩＴＯのキャリア密度が１．０×１０20〔１／ｃｍ3〕になると吸収波長端が３０８ｎｍになり、ＩＴＯが３０８ｎｍ以下の蛍光体励起光を吸収し、更にキャリア密度が１．０×１０19〔１／ｃｍ3〕になると、吸収波長端が３２５ｎｍとなる。３２５ｎｍ以下の蛍光体励起光を吸収するとともに蛍光を透過する。
【００９２】
以上のように、導電層３２とトップゲート電極３０のうちの少なくとも一方のＩＴＯの光吸収端は、キャリア密度の増加とともにエネルギーの大きい方へシフトしているからキャリア密度を小さくさせてより短波長の光を吸収させることができる。そして、図５（ｃ）に、第一実施形態の構造で光学的ＤＮＡセンサ１の導電層３２又はトップゲート電極３０のＩＴＯのキャリア密度を１．０×１０19〔１／ｃｍ3〕とし、ＩＴＯの光学定数Ｎ（３０８ｎｍ）＝２．２−０．３４ｉ（ここでのｉは虚数単位）としたときにおける、酸化チタン層３４の厚さと３０８ｎｍ波長の蛍光体励起光及び５３０ｎｍ波長の蛍光の透過率との関係を対数グラフで示す。導電層３２及びトップゲート電極３０の両方のキャリア密度が１．０×１０19〔１／ｃｍ3〕を越えた場合の図５（ｂ）と比較しても、３０８ｎｍ波長の蛍光体励起光が導電層３２又はトップゲート電極３０において更に遮蔽されていることがわかる。
【００９３】
第二実施形態の光学的ＤＮＡセンサの製造方法は、第一実施形態の光学的ＤＮＡセンサ１の製造方法とほぼ同じであるが、トップゲート電極３０のＩＴＯ層、導電層３２を成膜する際に、そのキャリア密度が１．０×１０20〔１／ｃｍ3〕以下になるように成膜速度及び雰囲気中の酸素濃度を調整する。なお、成膜速度が一定である場合には、ＩＴＯ成膜反応炉内の酸素分圧を高くして酸素濃度が増加するに従ってＩＴＯ中の酸素欠陥が減り、キャリア密度が減らすことができる。また、ＩＴＯ成膜反応炉内の酸素分圧、つまり反応炉雰囲気中の酸素濃度が一定である場合には、成膜速度が遅くなるに従ってＩＴＯ中の酸素欠陥が減り、キャリア密度が減らすことができ、酸素分圧が高い状態でＩＴＯの成膜速度を遅くすることが望ましい。
【００９４】
第二実施形態の光学的ＤＮＡセンサも第一実施形態の光学的ＤＮＡセンサ１と同様にＤＮＡ読取装置７０に用いることができ、ＤＮＡの同定の方法も第一実施形態の場合と同様である。
【００９５】
以上のように、第二実施形態では、蛍光体励起光は導電層３２又はトップゲート電極３０によって吸収されて遮蔽されるが、蛍光は遮蔽されずに半導体層２３に入射する。そのため、サンプルＤＮＡ断片と結合したスポット６０に対応したＤＧ−Ｔｒ２０の半導体膜２３のみが感光する。従って、蛍光強度分布を表した画像のコントラストが向上し、サンプルＤＮＡ断片のヌクレオチド配列の特定が容易になる。
【００９６】
なお、ＣＣＤイメージセンサ又はＣＭＯＳイメージセンサを用いた光学的ＤＮＡセンサにおいても、キャリア密度が１．０×１０20〔１／ｃｍ3〕以下となるＩＴＯ層をイメージセンサの表面に積層し、そのＩＴＯ層をスポットとフォトダイオードとの間に配設すれば良い。
【００９７】
〔第三の実施の形態〕
次に、本発明の第三実施形態について説明する。
図１０（ａ）は、第三実施形態における光学的ＤＮＡセンサの一画素を示した平面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のIII−III破断線で破断して矢印方向に見て示した断面図である。
【００９８】
第一実施形態の光学的ＤＮＡセンサ１では、半導体膜２３からスポット６０とまでの間の層間に酸化チタン層３４が積層されていたのに対して、第三実施形態の光学的ＤＮＡセンサでは、半導体膜２３からスポット６０までの間の層間に誘電体多層膜３５が積層されている。
【００９９】
誘電体多層膜３５は、高屈折率の誘電体Ｈ層と、誘電体Ｈ層より低屈折率の誘電体Ｌ層とが蛍光体励起光の中心波長の１／４の光学膜厚で交互に積層された多層構造となっている。蛍光体励起光の中心波長をλとし、誘電体Ｈ層の屈折率をｎ1としたら誘電体Ｈ層の膜厚はλ／４ｎ1であり、誘電体Ｌ層の屈折率をｎ2としたら誘電体Ｌ層の膜厚はλ／４ｎ2である。例えば、高屈折率の酸化チタン（ＴｉＯ2：屈折率２．２）を誘電体Ｈ層とし、低屈折率の酸化シリコン（ＳｉＯ2：屈折率１．４７）を誘電体Ｌ層として交互に積層すれば、誘電体多層膜３５が完成する。誘電体多層膜３５の各層の界面で屈折率差による反射が起こり、中心波長を含んだ帯域の蛍光体励起光が干渉し合うことによって、蛍光体励起光が極めて高い反射率で反射するようになる。一方、蛍光は、誘電多層膜３５で反射せずに、誘電多層膜３５を透過する。
なお、誘電体多層膜３５は、二種類の誘電体層が蛍光体励起光の中心波長の１／４の光学膜厚で交互に積層されたものに限らず、屈折率の異なる三種類以上の誘電体層が蛍光体励起光の中心波長の１／４の光学膜厚で周期的に積層されたものであっても良い。
【０１００】
図１０においては、誘電体多層膜３５がトップゲート電極３５と保護絶縁層３２との間に積層されているが、保護絶縁層３１と導電層３２との間に積層されても良いし、導電層３２とオーバーコート層３３との間に積層されても良い。
【０１０１】
第三実施形態の光学的ＤＮＡセンサも第一実施形態の光学的ＤＮＡセンサ１と同様にＤＮＡ読取装置７０に用いることができ、ＤＮＡの同定の方法も第一実施形態の場合と同様である。
【０１０２】
以上のように、第三実施形態では、蛍光体励起光が誘電体多層膜３５によって反射されるが、蛍光は反射されずに半導体層２３に入射する。そのため、サンプルＤＮＡ断片と結合したスポット６０に対応したＤＧ−Ｔｒ２０の半導体膜２３のみが感光する。従って、蛍光強度分布を表した画像のコントラストが向上し、サンプルＤＮＡ断片のヌクレオチド配列の特定が容易になる。
【０１０３】
なお、ＣＣＤイメージセンサ又はＣＭＯＳイメージセンサを用いた光学的ＤＮＡセンサにおいても、誘電体多層膜をイメージセンサの表面に積層し、その誘電体多層膜をスポットとフォトダイオードとの間に配設すれば良い。
【０１０４】
〔第四の実施の形態〕
次に、本発明の第四実施形態について説明する。
第一実施形態では、ＤＮＡ読取装置７０の光照射手段７１が、装着された光学的ＤＮＡセンサ１の表面に蛍光体励起光を面状に照射していたのに対して、第四実施形態では、ＤＮＡ読取装置の光照手段が、装着された光学的ＤＮＡセンサ１の表面に近接場によるエヴァネッセント光を蛍光体励起光として面状に照射する。
【０１０５】
図１１は、第四実施形態のＤＮＡ読取装置を示した側面図である。ＤＮＡ読取装置の光照射手段は、紫外線を発する光源（図示略）と、光源から発した紫外線を伝播させる導波路体１７１と、を備える。光源から発した紫外線は、導波路体１７１内を伝播して、導波路体１７１の全反射面１７１ａに臨界角以上の角度で入射し、全反射するようになっている。これにより、全反射面１７１ａから導波路体１７１外に向けてエヴァネッセント光が出射するようになる。
【０１０６】
第四実施形態においても光学的ＤＮＡセンサ１がＤＮＡ読取装置に対して着脱自在となっており、ＤＮＡ読取装置に装着された光学的ＤＮＡセンサ１の表面が導波路体１７１の全反射面１７１ａに対向し、スポット６０，６０、…が導波路体１７１の裏面１７１ａに近接するようになっている。
【０１０７】
また、第四実施形態のＤＮＡ読取装置も、第一実施形態のＤＮＡ読取装置７０と同様に、表示装置３と、演算処理装置４と、トップゲートドライバ１１と、ボトムゲートドライバ１２と、ドレインドライバ１３と、駆動回路１０と、を備える。
【０１０８】
第四実施形態のＤＮＡ読取装置を用いたＤＮＡの同定方法も第一実施形態の場合と同様に、蛍光物質で標識したサンプルＤＮＡ断片を光学的ＤＮＡセンサ１のスポット６０，６０，…に相補的にハイブリダイゼーションさせた後に、光学的ＤＮＡセンサ１をＤＮＡ読取装置にセッティングする。すると、スポット６０，６０，…が導波路体１７１の全反射面１７１ａに近接し、光源が点灯することによってエヴァネッセント光が蛍光体励起光として全反射面１７１ａからスポット６０，６０，…に照射される。スポット６０，６０，…のうちサンプルＤＮＡ断片と結合したものは蛍光を発し、サンプルＤＮＡ断片と結合しなかったものは蛍光を発しない。そして、ＤＮＡ読取装置が、ドライバ１１，１２，１３及び駆動回路１０で光学的ＤＮＡセンサ１を駆動することによって光学的ＤＮＡセンサ１上の蛍光の強度分布を二次元の画像として取得する。そして、蛍光強度分布を表した画像は、演算処理装置４によって表示装置３に表示される。表示された画像中のどの部分の光強度が大きいかによってサンプルＤＮＡ断片のヌクレオチド配列を特定する。
【０１０９】
以上のように、第四実施形態では、エヴァネッセント光は媒体中を殆ど伝播しないため、ＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…のの半導体膜２３にはエヴァネッセント光が到達しない。そのため、サンプルＤＮＡ断片と結合したスポット６０に対応したＤＧ−Ｔｒ２０の半導体膜２３のみが感光し、蛍光強度分布を表した画像のコントラストが向上し、サンプルＤＮＡ断片のヌクレオチド配列の特定が容易になる。
【０１１０】
なお、第二実施形態及び第三実施形態の光学的ＤＮＡセンサも、第四実施形態のＤＮＡ読取装置に用いることができる。何れの場合でも、光学的ＤＮＡセンサに酸化チタン層３４を成膜しなくても良いし、導電層３２のキャリア密度を１．０×１０20〔１／ｃｍ3〕以下としなくても良いし、誘電体多層膜３５を積層しなくても良い。
また、エヴァネッセント光を照射する光照射手段としては、紫外線を平行光として発する光源と、板状を呈しているとともに光源から発した平行光を面と平行となるように伝播する導波路板と、を具備したものであっても良い。この場合には、光学的ＤＮＡセンサ１がＤＮＡ読取装置に装着された場合、導波路板の面にスポット６０，６０，…が近接される。平行光が導波路板を伝播することによって、導波路板の面から外部へエヴァネッセント光が出射され、スポット６０，６０，…に入射する。
【０１１１】
〔第五の実施の形態〕
次に、本発明の第五実施形態について説明する。
第一実施形態及び第三実施形態では、半導体膜２３からスポット６０までの間の層間に、蛍光体励起光を遮蔽するための層（酸化チタン層３４及び誘電体多層膜３５）が形成されているが、図１２に示すように、第五実施形態の光学的ＤＮＡセンサには蛍光体励起光を遮蔽するための層が形成されておらず、保護絶縁層３１上に直接導電層３２が成膜されている。また、この導電層３２は、第二実施形態と異なり、１．０×１０20〔１／ｃｍ3〕を越えたキャリア密度を有し、蛍光体励起光を遮蔽しないようになっている。第五実施形態の光学的ＤＮＡセンサのその他の構成要素については、第一実施形態の光学的ＤＮＡセンサ１の構成要素と同様である。
【０１１２】
また、第一実施形態では、ＤＮＡ読取装置７０の光照射手段７１が固体撮像デバイス２の表面に向けて蛍光体励起光を照射しているのに対して、第五実施形態では、ＤＮＡ読取装置の光照射手段２７１が、装着された固体撮像デバイス２の裏面に蛍光体励起光を面状に照射する。
【０１１３】
このＤＮＡ読取装置の光照射手段２７１は、蛍光体励起光を発する光源２７２と、光源２７２から発せられた蛍光体励起光を導光して表面２７３ａから面状に出射する導光板２７３と、を備える。導光板２７３は、略平板状であり、光源２７２に対向した側面２７２ｂ及び表面２７３ａを除き反射部材で覆われている。
【０１１４】
第五実施形態においても光学的ＤＮＡセンサ１がＤＮＡ読取装置に対して着脱自在となっており、ＤＮＡ読取装置に装着された光学的ＤＮＡセンサ１が装着された場合に固体撮像デバイス２の裏面が導光板２７３の表面２７３ａに対向するようになっている。固体撮像デバイス２の裏面が導光板２７３の表面２７３ａに対向した場合、導光板２７３の表面２７３ａから面状に出射した蛍光体励起光が固体撮像デバイス２の裏面に均等に照射されるようになっている。
【０１１５】
この場合、ＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…のボトムゲート電極２１が遮光性を有しているため、蛍光体励起光が半導体膜２３に直接入射することはない。一方、ＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…の間では蛍光体励起光が透過して、スポット６０，６０，…に入射する。そして、サンプルＤＮＡ断片と結合したスポット６０は蛍光体励起光によって蛍光を発し、そのスポット６０に対応したＤＧ−Ｔｒ２０の半導体膜２３に蛍光が入射する。
【０１１６】
以上のように、第五実施形態では、蛍光体励起光がＤＧ−Ｔｒ２０，２０，…のボトムゲート電極２１によって遮蔽されるが、スポット６０で発した蛍光は反射されずに半導体層２３に入射する。そのため、サンプルＤＮＡ断片と結合したスポット６０に対応したＤＧ−Ｔｒ２０の半導体膜２３のみが感光する。従って、蛍光強度分布を表した画像のコントラストが向上し、サンプルＤＮＡ断片のヌクレオチド配列の特定が容易になる。
【０１１７】
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。
例えば、各実施形態の光学的ＤＮＡセンサでは、一つのスポット６０に対して一つのＤＧ−Ｔｒ２０が対応しているが、隣り合う二つ以上のＤＧ−Ｔｒ２０に対応して一つのスポット６０が固体撮像デバイス２の表面に固定されていても良い。但し、面内のどのスポット６０も、対応するＤＧ−Ｔｒ２０の数は同じであり、一つの組に含まれるＤＧ−Ｔｒ２０の数をＡとし（Ａは２以上である。）、組の数をＢとしたら、スポット６０の数はＢであり、（Ａ×Ｂ）で表される数が固体撮像デバイス２に含まれたＤＧ−Ｔｒ２０の数である。
【０１１８】
【発明の効果】
請求項１〜８に記載の発明によれば、サンプルＤＮＡ断片と結合したプローブＤＮＡ断片の部分と、サンプルＤＮＡ断片と結合しなかったプローブＤＮＡ断片の部分との明るさの差が、明瞭になり、コントラストの高い画像を固体撮像デバイスで取得することができる。そのため、固体撮像デバイスで得られた画像中のどの部分の強度が大きいかを容易に特定でき、サンプルＤＮＡ断片の塩基配列を容易に特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された光学的ＤＮＡセンサを示した斜視図である。
【図２】上記光学的ＤＮＡセンサを示した平面図である。
【図３】図２のI−I破断線で破断して示した断面図である。
【図４】図４（ａ）は上記光学的ＤＮＡセンサに備わる固体撮像デバイスの一つの画素を示した平面図であり、図４（ｂ）はII−II破断線で破断して示した断面図である。
【図５】（ａ）は、アモルファスシリコンの光感度の波長依存性を示す図であり、（ｂ）は、上記固体撮像デバイスの表面に成膜された酸化チタン層の膜厚と、蛍光体励起光及び蛍光の透過率との関係を示した対数グラフであり、（ｃ）は、さらにＩＴＯのキャリア密度を制御したときの酸化チタン層の膜厚と、蛍光体励起光及び蛍光の透過率との関係を示した対数グラフである。
【図６】上記光学的ＤＮＡセンサを用いたＤＮＡ読取装置の回路構成を示した図面である。
【図７】上記ＤＮＡ読取装置に上記光学的ＤＮＡセンサをセッティングした場合の形態を示した図面である。
【図８】上記固体撮像デバイスのドライバによって出力される電気信号のレベルの推移を示したタイミングチャートである。
【図９】錫ドープ酸化インジウムのキャリア密度と光の吸収波長端との関係を示した平面図である。
【図１０】図１０（ａ）は、図１の光学的ＤＮＡセンサとは別の光学的ＤＮＡセンサに備わる固体撮像デバイスの一つの画素を示した平面図であり、図１０（ｂ）はII−II破断線で破断して示した断面図である。
【図１１】図７のＤＮＡ読取装置とは別のＤＮＡ読取装置に光学的ＤＮＡセンサをセッティングした場合の形態を示した図面である。
【図１２】図７、図１１のＤＮＡ読取装置とは別のＤＮＡ読取装置に光学的ＤＮＡセンサをセッティングした場合の形態を示した図面である。
【符号の説明】
１      光学的ＤＮＡセンサ
２      固体撮像デバイス
１０      駆動回路（駆動手段）
１１      トップゲートドライバ（駆動手段）
１２      ボトムゲートドライバ（駆動手段）
１３      ドレインドライバ（駆動手段）
２０      ダブルゲート型電界効果トランジスタ（光電変換素子）
２１      ボトムゲート電極
２３      半導体膜
３０      トップゲート電極
３１      保護絶縁膜（保護層）
３２      導電膜（錫ドープ酸化インジウム層）
３４      酸化チタン層
３５      誘電体多層膜
６０      スポット（プローブＤＮＡ断片）
７０      ＤＮＡ読取装置
７１      光照射手段
１７１      光照射手段
２７１      光照射手段
【図１】
2004205340.tif 000003
【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１２】
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