(57)【要約】【課題】高精度に生体分子を検出することが可能なケミカルセンサ、ケミカルセンサモジュール、生体分子検出装置及び生体分子検出方法を提供すること【解決手段】本技術のケミカルセンサは、基板と、オンチップレンズと、平坦化層とを具備する。基板は、平面状に配列する複数のフォトダイオードが形成されている。オンチップレンズは、上記基板上に設けられた、入射光を上記フォトダイオードに集光する。平坦化層は、オンチップレンズを被覆して平坦化し、プローブ材料を保持するためのプローブ保持面を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面状に配列する複数のフォトダイオードが形成された基板と、
前記基板上に設けられた、入射光を前記フォトダイオードに集光するオンチップレンズと、
前記オンチップレンズを被覆して平坦化し、プローブ材料を保持するためのプローブ保持面を形成する平坦化層と
を具備するケミカルセンサ。
【請求項２】
請求項１に記載のケミカルセンサであって、
前記入射光は、前記プローブ材料とターゲット材料の結合に起因する蛍光である
ケミカルセンサ。
【請求項３】
請求項１に記載のケミカルセンサであって、
前記基板と前記オンチップレンズの間、又は前記オンチップレンズと前記プローブ保持面の間に積層された分光材料からなる分光層
をさらに具備するケミカルセンサ。
【請求項４】
請求項１に記載のケミカルセンサであって、
前記平坦化層に積層された、前記プローブ材料が固着する表面層
をさらに具備する
ケミカルセンサ。
【請求項５】
請求項４に記載のケミカルセンサであって、
前記表面層は、ダイヤモンドからなり、アンモニアガス雰囲気中での紫外線照射による表面処理が施されている
ケミカルセンサ。
【請求項６】
請求項５に記載のケミカルセンサであって、
前記表面処理は、前記オンチップレンズのそれぞれに対向する領域に形成されている
ケミカルセンサ。
【請求項７】
請求項１に記載のケミカルセンサであって、
前記オンチップレンズは、前記フォトダイオードのそれぞれに対して一つずつ設けられ、入射光を前記フォトダイオードのそれぞれに集光する
ケミカルセンサ。
【請求項８】
請求項１に記載のケミカルセンサであって、
前記オンチップレンズのそれぞれの間に設けられた遮光壁
をさらに具備するケミカルセンサ。
【請求項９】
請求項１に記載のケミカルセンサであって、
前記平坦化層は、前記オンチップレンズとの屈折率差が０．４以上である材料からなる
ケミカルセンサ。
【請求項１０】
請求項１に記載のケミカルセンサであって、
前記平坦化層に積層されたプローブ材料からなるプローブ材料層
をさらに具備するケミカルセンサ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のケミカルセンサであって、
前記プローブ材料層と前記フォトダイオードの間の距離は１０μｍ以下である
ケミカルセンサ。
【請求項１２】
請求項１０に記載のケミカルセンサであって、
前記プローブ材料層は、前記オンチップレンズのそれぞれに対向するように、区画されている
ケミカルセンサ。
【請求項１３】
請求項１に記載のケミカルセンサであって、
前記プローブ材料は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質又は抗原である
ケミカルセンサ。
【請求項１４】
平面状に配列する複数のフォトダイオードが形成された基板と、前記基板上に設けられた入射光を前記フォトダイオードに集光するオンチップレンズと、前記オンチップレンズを被覆して平坦化しプローブ材料を保持するためのプローブ保持面を形成する平坦化層とを有するケミカルセンサと、
前記ケミカルセンサに一体的に装着され、前記ケミカルセンサに励起光を照射する励起光源と
を具備するケミカルセンサモジュール。
【請求項１５】
平面状に配列する複数のフォトダイオードが形成された基板と、前記基板上に設けられた入射光を前記フォトダイオードに集光するオンチップレンズと、前記オンチップレンズを被覆して平坦化しプローブ材料を保持するためのプローブ保持面を形成する平坦化層とを有するケミカルセンサと、
前記ケミカルセンサに接続され、前記フォトダイオードの出力信号を処理する信号処理回路と
を具備する生体分子検出装置。
【請求項１６】
平面状に配列する複数のフォトダイオードが形成された基板と、前記基板上に設けられた入射光を前記フォトダイオードに集光するオンチップレンズと、前記オンチップレンズを被覆して平坦化しプローブ材料を保持するためのプローブ保持面を形成する平坦化層とを有するケミカルセンサを準備し、
プローブ材料を前記平坦化層に積層させてプローブ材料層を形成し、
測定対象物質を前記プローブ材料層に接触させて、前記測定対象物質に含まれたターゲット材量を前記プローブ材料と結合させ、
前記プローブ材料と結合しなかった測定対象物質を除去し、
前記ケミカルセンサに励起光を照射し、
前記ターゲット材料と前記プローブ材料の結合に起因する蛍光を前記フォトダイオードによって検出する
生体分子検出方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の生体分子検出方法であって、
前記蛍光を検出するステップでは、予め蛍光標識されている前記プローブ材料と前記ターゲット材料の相互作用による蛍光の波長及び輝度の変化を前記フォトダイオードによって検出する
生体分子検出方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載の生体分子検出方法であって、
前記蛍光を検出するステップでは、前記プローブ材料と結合した予め蛍光標識されているターゲット材料による蛍光を前記フォトダイオードによって検出する
生体分子検出方法。
【請求項１９】
請求項１６に記載の生体分子検出方法であって、
前記蛍光を検出するステップでは、前記プローブ材料と前記ターゲット材料の結合体に対して蛍光標識を実施し、その蛍光を前記フォトダイオードによって検出する
生体分子検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、蛍光発光に基づいて生体分子を検出するためのケミカルセンサ、当該ケミカルセンサを搭載するケミカルセンサモジュール、生体分子検出装置及び当該生体分子検出装置を用いる生体分子検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医学、生化学、分子生物学等の分野において、蛋白質、各種抗原分子、ＤＮＡdeoxyribonucleic acid）、ＲＮＡ(ribo nucleic acid)等の生体分子の検出が重要となってきている。特に、これら生体分子のサンプル量が、場合により、ｐｍｏｌからｆｍｏｌオーダと非常に少ない為、高感度・高精度な検出方法の開発が要求されている。
【０００３】
高感度な検出方法として、蛍光を検出する方法が最も一般的に用いられている。この蛍光による検出方法は、例えば、予め検出対象であるターゲット材料を蛍光マーカで標識しておき、当該ターゲット材料と特異的に相互作用するプローブ材料を固着させた光学センサによって、プローブ材料に吸着したターゲット材料からの蛍光を検出するものである。
【０００４】
例えば、特許文献１には、有機分子プローブ配置領域が形成されたシリコン基板と固体撮像素子が一体化された有機分子検出用半導体素子が開示されている。当該素子は、有機分子プローブ配置領域に配置された有機分子プローブとターゲット材料の結合によって生じる蛍光が個体撮像素子によって検出される構成となっている。
【０００５】
また、特許文献２には、ダブルゲート型トランジスタ（光電変換素子）とプローブ材料からなるスポットの間にオンチップレンズが搭載された生体高分子分析チップが開示されている。当該チップにおいては、プローブ材料と結合したターゲット材料から生じる蛍光がオンチップレンズによって集光され、ダブルゲート型トランジスタによって検出される構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２０２３０３
【特許文献２】特開２００６−４９９１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の構成では、有機分子プローブからの等方的な発光を、個体撮像素子に導く光学系が存在しないため、充分な光量を得ることができず、感度が低く精度に劣るという問題がある。さらに、等方的な発光は隣接する固体撮像素子にも入り、検出信号にクロストークが発生してしまうおそれがある。また、有機分子プローブを結合させる表面の材質も規定されておらず、有機分子プローブを表面に均一に結合させることによる検出精度の向上も図られていなかった。
【０００８】
また、特許文献２に記載の構成では、オンチップレンズの上面に光透過性のトップゲート電極が形成されている。このようなトップゲート電極は、光透過性の電極材料であるＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やグラフェン等によって形成されるものと考えられる。しかし、これらの材料は低い抵抗値とするためには膜厚を厚くする必要があり、それによって膜の光透過率が低下し、感度劣化を生じることが考えられる。
【０００９】
以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、高精度に生体分子を検出することが可能なケミカルセンサ、ケミカルセンサモジュール、生体分子検出装置及び生体分子検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本技術の一形態に係るケミカルセンサは、基板と、オンチップレンズと、平坦化層とを具備する。
上記基板は、平面状に配列する複数のフォトダイオードが形成されている。
上記オンチップレンズは、上記基板上に設けられた、入射光を上記フォトダイオードに集光する。
上記平坦化層は、上記オンチップレンズを被覆して平坦化し、プローブ材料を保持するためのプローブ保持面を形成する。
【００１１】
この構成によれば、プローブ保持面に保持されたプローブ材料と、測定対象物に含まれたターゲット材料の結合により生じる光は、オンチップレンズによって集光され、フォトダイオードに入射するため、フォトダイオードへの入射効率を向上させ、かつ隣接するフォトダイオードへの光の漏洩（クロストーク）を防止することが可能となる。
【００１２】
前記入射光は、前記プローブ材料とターゲット材料の結合に起因する蛍光であってもよい。
【００１３】
この構成によれば、フォトダイオードによって蛍光を検出することにより、ターゲット材料を検出することが可能となる。
【００１４】
上記ケミカルセンサは、上記基板と上記オンチップレンズの間、又は上記オンチップレンズと上記プローブ保持面の間に積層された、分光材料からなる分光層をさらに具備してもよい。
【００１５】
この構成によれば、検出対象外の波長を有する光、例えば蛍光を生じさせるための励起光がケミカルセンサに入射しても、分光層によって減衰されるため、フォトダイオードによって検出対象の光のみが検出され、即ち検出対象の光を高精度に検出することが可能となる。
【００１６】
上記ケミカルセンサは、上記平坦化層に積層された、上記プローブ材料が固着する表面層をさらに具備してもよい。
【００１７】
この構成によれば、平坦化層によってオンチップレンズが平坦化されているため、表面層の形成が可能となり、表面層にプローブ材料を固着させることが可能となる。
【００１８】
上記表面層は、ダイヤモンドからなり、アンモニアガス雰囲気中での紫外線照射による表面処理が施されていてもよい。
【００１９】
ダイヤモンドからなる表面層に、アンモニアガス雰囲気中で紫外線を照射することにより、ダイヤモンドをアミノ化させることができる。これにより、プローブ材料にカルボン酸を導入することによって、プローブ材料とダイヤモンドの間でアミノ結合を生成させ、プローブ材料を表面層に化学的に固着させることが可能となる。
【００２０】
上記表面処理は、上記オンチップレンズのそれぞれに対向する領域に形成されていてもよい。
【００２１】
この構成によれば、表面処理に施された領域にプローブ材料が固着するため、プローブ材料がそれぞれのオンチップレンズに対向して表面層に固着されることになる。即ち、各領域のプローブ材料から生じた光が、それぞれ対応するオンチップレンズによって集光されるため、フォトダイオードへの入射効率を向上させ、クロストークを防止することが可能となる。
【００２２】
上記オンチップレンズは、上記フォトダイオードのそれぞれに対して一つずつ設けられ、入射光を上記フォトダイオードのそれぞれに集光してもよい。
【００２３】
この構成によれば、一つのオンチップレンズによって一つのフォトダイオードに光が集光されるため、一つのオンチップレンズによって複数のフォトダイオードに光が集光される場合に比べてフォトダイオードへの入射効率を向上させ、クロストークを防止することが可能となる。
【００２４】
上記ケミカルセンサは、上記オンチップレンズのそれぞれの間に設けられた遮光壁をさらに具備してもよい。
【００２５】
この構成によれば、遮光壁によって、隣接するフォトダイオードとの間のクロストークを完全に防止することが可能となる。
【００２６】
上記平坦化層は、上記オンチップレンズとの屈折率差が０．４以上である材料からなるものであってもよい。
【００２７】
この構成によれば、オンチップレンズの焦点距離を、平坦化層を大気と置き換えた場合と同適度の焦点距離とすることが可能であり、即ち、オンチップレンズにより光を有効に集光することが可能となる。
【００２８】
上記ケミカルセンサは、上記平坦化層に積層されたプローブ材料からなるプローブ材料層をさらに具備してもよい。
【００２９】
この構成によれば、プローブ材料層において生じる光を、上記のように高精度に検出することが可能である。
【００３０】
上記プローブ材料層と上記フォトダイオードの間の距離は１０μｍ以下であってもよい。
【００３１】
この構成によれば、プローブ材料層において生じる光を充分にフォトダイオードに集光することが可能となる。
【００３２】
上記プローブ材料層は、上記オンチップレンズのそれぞれに対向するように、区画されていてもよい。
【００３３】
この構成によれば、区画されたプローブ材料層毎に異なるプローブ材料を用い、多種のターゲット材料を同時に検出することが可能となる。
【００３４】
上記プローブ材料は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質又は抗原であってもよい。
【００３５】
本技術に係るケミカルセンサは、これらの生体分子をプローブ材料として用いることが可能である。
【００３６】
上記目的を達成するため、本技術の一形態に係るケミカルセンサモジュールは、ケミカルセンサと、励起光源とを具備する。
上記ケミカルセンサは、平面状に配列する複数のフォトダイオードが形成された基板と、上記基板上に設けられた入射光を上記フォトダイオードに集光するオンチップレンズと、上記オンチップレンズを被覆して平坦化しプローブ材料を保持するためのプローブ保持面を形成する平坦化層とを有する。
上記励起光源は、上記ケミカルセンサに一体的に装着され、上記ケミカルセンサに励起光を照射する。
【００３７】
上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る生体分子検出装置は、ケミカルセンサと、信号処理回路とを具備する。
上記ケミカルセンサは、平面状に配列する複数のフォトダイオードが形成された基板と、上記基板上に設けられた入射光を上記フォトダイオードに集光するオンチップレンズと、上記オンチップレンズを被覆して平坦化しプローブ材料を保持するためのプローブ保持面を形成する平坦化層とを有する。
上記信号処理回路は、上記ケミカルセンサに接続され、上記フォトダイオードの出力信号を処理する。
【００３８】
上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る生体分子検出方法は、平面状に配列する複数のフォトダイオードが形成された基板と、上記基板上に設けられた入射光を上記フォトダイオードに集光するオンチップレンズと、上記オンチップレンズを被覆して平坦化しプローブ材料を保持するためのプローブ保持面を形成する平坦化層とを有するケミカルセンサを準備する。
プローブ材料を上記平坦化層に積層させてプローブ材料層を形成する。
測定対象物質を上記プローブ材料層に接触させて、上記測定対象物質に含まれたターゲット材量を上記プローブ材料と結合させる。
上記プローブ材料と結合しなかった測定対象物質を除去する。
上記ケミカルセンサに励起光を照射する。
上記ターゲット材料と上記プローブ材料の結合に起因する蛍光を上記フォトダイオードによって検出する。
【００３９】
上記蛍光を検出するステップでは、予め蛍光標識されている上記プローブ材料と上記ターゲット材料の相互作用による蛍光の波長及び輝度の変化を上記フォトダイオードによって検出してもよい。
【００４０】
上記蛍光を検出するステップでは、上記プローブ材料と結合した予め蛍光標識されているターゲット材料による蛍光を上記フォトダイオードによって検出してもよい。
【００４１】
上記蛍光を検出するステップでは、上記プローブ材料と上記ターゲット材料の結合体に対して蛍光標識を実施し、その蛍光を上記フォトダイオードによって検出してもよい。
【発明の効果】
【００４２】
以上のように、本技術によれば、高精度に生体分子を検出することが可能なケミカルセンサ、ケミカルセンサモジュール、生体分子検出装置及び生体分子検出方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本技術の第１の実施形態に係る生体分子検出装置の構成を示す模式図である。
【図２】本技術の第１の実施形態に係るケミカルセンサの構成を示す断面図である。
【図３】本技術の第１の実施形態に係るケミカルセンサモジュールの構成を示す模式図である。
【図４】本技術の第２の実施形態に係るケミカルセンサの構成を示す断面図である。
【図５】実施例の結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
（第１の実施形態）
本技術の第１の実施形態に係る生体分子検出装置について説明する。
【００４５】
［生体分子検出装置の全体構成］
図１は、本実施形態に係る生体分子検出装置１の構成を示す模式図である。同図に示すように、生体分子検出装置１は、基板２上に設けられたケミカルセンサ３と、ケミカルセンサ３を駆動するための周辺回路から構成されている。詳細は後述するが、ケミカルセンサ３は、基板２上に配列された複数のフォトダイオード２１を有する。
【００４６】
フォトダイオード２１の数や配列については限定されず、適宜変更することが可能である。ここでは、フォトダイオード２１は基板２の平面上において行列状に配列されているものとし、行の方向を垂直方向、列の方向を水平方向とする。
【００４７】
周辺回路は、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、水平駆動回路６及びシステム制御回路７から構成されている。また、各フォトダイオード２１は行毎に画素駆動線８に接続され、かつ列毎に垂直信号線９に接続されている。各画素駆動線８は垂直駆動回路４に接続され、垂直信号線９はカラム信号処理回路５に接続されている。
【００４８】
カラム信号処理回路５は、水平駆動回路６に接続され、システム制御回路７は、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５及び水平駆動回路６に接続されている。なお、周辺回路は画素領域に積層される位置、あるいは基板２の反対側等に配置することも可能である。
【００４９】
垂直駆動回路４は、例えばシフトレジスタによって構成され、画素駆動線８を選択し、選択された画素駆動線８にフォトダイオード２１を駆動するためのパルスを供給し、フォトダイオード２１を行単位で駆動する。即ち、垂直駆動回路４は、各フォトダイオード２１を行単位で順次垂直方向に選択走査する。そして、画素駆動線８に対して垂直に配線された垂直信号線９を通して、各フォトダイオード２１において受光量に応じて生成した信号電荷に基づく画素信号をカラム信号処理回路５に供給する。
【００５０】
カラム信号処理回路５は、１行分のフォトダイオード２１から出力される信号に対して画素列ごとにノイズ除去等の信号処理を行う。即ちカラム信号処理回路５は、画素固有の固定パターンノイズを除去するための相関二重サンプリング（ＣＤＳ：Correlated Double Sampling)や、信号増幅、アナログ／デジタル変換（ＡＤ：Anlog/Digital Conversion）等の信号処理を行う。
【００５１】
水平駆動回路６は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路５の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路５の各々から画素信号を出力させる。
【００５２】
システム制御回路７は、入力クロックと、動作モード等を指定するデータを受け取り、またケミカルセンサ３の内部情報等のデータを出力する。即ち、システム制御回路７は、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５及び水平駆動回路６などの動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。そして、システム制御回路７は、これらの信号を垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５及び水平駆動回路６等に入力する。
【００５３】
以上のように、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、水平駆動回路６及びシステム制御回路７と、後述するフォトダイオード２１に設けられた画素回路とによって、各フォトダイオード２１を駆動する駆動回路が構成されている。
【００５４】
［ケミカルセンサの構造］
上記ケミカルセンサ３の構造について説明する。
【００５５】
図２は、本実施形態に係るケミカルセンサ３の構造を示す断面図である。同図に示すようにケミカルセンサ３は、基板２上に形成されたフォトダイオード２１と、当該基板２上に形成された保護絶縁層３１、分光層３２、オンチップレンズ３３、反射防止層３４、平坦化層３５、表面層３６及びプローブ材料層３７を有する。
【００５６】
基板２上に保護絶縁層３１が積層され、保護絶縁層３１上に分光層３２が積層されている。分光層３２上にオンチップレンズ３３が形成され、オンチップレンズ３３は反射防止層３４によって被覆されている。反射防止層３４上には平坦化層３５が積層され、平坦化層３５には表面層３６が積層されている。表面層３６にはプローブ材料層３７が積層されている。
【００５７】
基板２は例えば単結晶シリコンからなり、基板２の一主面側を受光面とし、受光面側の表面層には、不純物領域からなるフォトダイオード２１が形成されている。フォトダイオード２１は、図１に示すように、二次元的に配列形成されている。
【００５８】
なお、フォトダイオード２１は、図示したように基板２における受光面側となる一主面側のみに設けられるか、または一主面側から他の主面側にかけて設けられていても良い。ケミカルセンサ３は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）やＣＣＤ(Charge Coupled Device）型の素子構造であるものとすることができ、必要に応じてここでの図示を省略した素子分離やフローティングディフュージョンなどの他の不純物領域が配置されていることとする。
【００５９】
また、フォトダイオード２１を含む不純物領域が設けられた基板２上には、ここでの図示を省略したゲート絶縁膜やゲート電極等が配置されていても良い。この場合、ゲート絶縁膜やゲート電極を覆う状態で、保護絶縁層３１が配置されているものとする。また、ゲート絶縁膜やゲート電極を含む画素回路は、基板２における受光面とは反対側の面に配置されていても良い。
【００６０】
保護絶縁層３１は、絶縁性材料からなり、基板２を上層から絶縁する。保護絶縁層３１は、少なくとも蛍光波長を透過させるものとする必要がある。
【００６１】
分光層３２は、励起光波長を減衰させ、蛍光波長を透過させる分光材料からなる。分光層３２は、このような顔料や染料を用いたカラーフィルタでもよく、多層膜干渉を用いたカラーフィルタでもよい。なお、分光層３２は異なる位置、例えば、平坦化層３５と表面層３６の間に設けられてもよい。
【００６２】
オンチップレンズ３３は、入射する蛍光をフォトダイオード２１に集光する。オンチップレンズ３３は、各フォトダイオード２１に対応して設けられ、光入射方向に対して凸となる半球形状を有するものとすることができる。なお、オンチップレンズ３３は複数のフォトダイオード２１に対して一つが設けられてもよいが、一つのフォトダイオード２１に対して一つのオンチップレンズ３３が対応している方が効率的に集光することができる。
【００６３】
また、オンチップレンズ３３の形状も半球形状には限られず、他のレンズ形状とすることも可能である。以下、オンチップレンズ３３の屈折率を屈折率ｎ０とする。なお、屈折率ｎ０及び以下で示す屈折率は、撮像波長である可視光の中心付近の波長λ＝５５０ｎｍに対する屈折率であるものとする。
【００６４】
オンチップレンズ３３は、少なくとも検出対象の蛍光波長域に透過性を有する材料からなり、後述する平坦化層３５との屈折率差が大きい材料が好適である。このような材料としては、窒化シリコン（屈折率ｎ０＝１．９）、窒化酸化シリコン（屈折率ｎ０＝１．８５）、酸化チタン分散ポリシロキサン樹脂（屈折率ｎ０＝１．８）、酸化チタン分散アクリル樹脂（屈折率ｎ０＝１．８）等が挙げられる。
【００６５】
反射防止層３４は、オンチップレンズ３３表面での反射を防止するための層であり、オンチップレンズ３３に沿ってコンフォーマルに形成されるものとすることができる。反射防止層３４は、窒化酸化シリコン等からなるものとすることができ、図に示すように多層構造とすることも可能である。
【００６６】
平坦化層３５は、オンチップレンズ３３を被覆して、基板２に平行なプローブ保持面３５ａを形成する。オンチップレンズ３３は半球形状等のレンズ形状に形成されているが、平坦化層３５はこの形状を埋め込むことによって、プローブ材料を保持するためのプローブ保持面３５ａを形成するものである。平坦化層３５は、は、オンチップレンズ３３によるフォトダイオード２１への集光特性が維持できる程度に、オンチップレンズ３３の屈折率ｎ０との差が十分に大きい屈折率を有する材料によって構成される。以下、平坦化層３５の屈折率を屈折率ｎ１とする。
【００６７】
ここでは、オンチップレンズ３３が凸型のレンズであるため、平坦化層３５は屈折率が小さい材料を用いて形成され、オンチップレンズ３３の屈折率ｎ０と平坦化層３５の屈折率ｎ１とはｎ１＜ｎ０である。平坦化層３５の厚さは、オンチップレンズ３３のレンズ形状を埋め込むことができる程度の厚さであればよい。
【００６８】
オンチップレンズ３３には、平坦化層３５を大気と置き換えた場合と同程度に小さい焦点距離が求められ、屈折率差｜ｎ０−ｎ１｜≧０．４となるような材料が選択される。平坦化層３５を構成する材料の選択に際しては、平坦化層３５の厚膜化を考慮する必要はない。
【００６９】
具体的には、オンチップレンズ３３が窒化シリコン（屈折率ｎ０＝１．９）を用いて構成されている場合であれば、平坦化層３５は、屈折率ｎ１＝１．５以下の材料を用いることが好ましい。このような材料としては、フッ素含有ポリシロキサン樹脂（屈折率ｎ１＝１．４２）、フッ素含有アクリル樹脂（屈折率ｎ１＝１．４２）、中空シリカ粒子含有ポリシロキサン樹脂（屈折率ｎ１＝１．３５）が例示される。
【００７０】
表面層３６は、プローブ材料が固着される層である。表面層３６は、上記オンチップレンズ３３が平坦化層３５によって平坦化されているため、平坦に形成することが可能となる。表面層３６はダイヤモンド、窒化シリコン、酸化シリコン等からなるものとすることができ、このうち、ダイヤモンドとすることにより、後述する表面処理によってプローブ材料と表面層３６の間に強固な結合を形成することが可能となる。
【００７１】
表面層３６には、プローブ材料との密着性を向上させるための表面処理を施すことができる。表面層３６がダイヤモンドからなる場合、アンモニアガス雰囲気中での紫外線照射によりアミノ化させることができる。これにより、プローブ材料を表面層３６に固着させる際、プローブ材料にカルボン酸を導入しておくことにより、表面層３６とプローブ材料の間でアミノ結合を生成させ、両者を化学的に固着させることが可能となる。また、表面層３６が酸化シリコンからなる場合には、シランカップリング処理により官能基を導入し、プローブ材料と結合させることが可能となる。
【００７２】
なお、上記表面処理は、表面層３６の全体ではなく、任意の領域に限って施すことが可能である。表面処理をオンチップレンズ３３に対向する領域毎に施すことによって、後述するプローブ材料をオンチップレンズ３３毎に表面層３６に固着させることが可能となる。
【００７３】
ケミカルセンサ３は、この状態でユーザに提供され、ユーザが任意のプローブ材料をプローブ保持面３５ａに固着させて用いることも可能である。
【００７４】
プローブ材料層３７は、プローブ材料（ＤＮＡ（Deoxyribonucleic acid）、ＲＮＡ（ribo nucleic acid）、タンパク質又は抗原からなり、プローブ保持面３５ａに固着されている。上記のようにプローブ保持面３５ａのオンチップレンズ３３に対向する領域に表面処理が施されている場合には、プローブ材料層３７は表面処理が施された領域のみに形成される。これにより、プローブ材料層３７の一つの領域がそれぞれ一つのオンチップレンズ３３及びフォトダイオード２１に対応し、高精度な蛍光の検出を可能とする。
【００７５】
プローブ材料層３７とフォトダイオード２１の間の距離は、１０μｍ以下とするのが好適である。これ以上の距離となってしまうと、プローブ材料層３７からの発光がフォトダイオード２１に充分に集光されず、感度及び精度の劣化するおそれがある。
【００７６】
ケミカルセンサ３は以上のように構成される。プローブ材料層３７から生じた蛍光は、オンチップレンズ３３によってフォトダイオード２１に集光され、検出される。平坦化層３５又はその直上に形成される表面層３６上にプローブ材料層３７が積層されるため、プローブ材料層３７からフォトダイオード２１までの距離を短くすることが可能であり、蛍光の集光率を向上させることが可能である。
【００７７】
［ケミカルセンサの作製方法］
上記ケミカルセンサ３の作製方法について説明する。
【００７８】
まず単結晶シリコン等からなる基板２の一主面側に、マスク上からのイオン注入と熱処理によって不純物領域からなるフォトダイオード２１を形成する。さらに基板２の内部に他の不純物領域を形成し、さらに該基板上にゲート絶縁膜およびゲート電極を形成してもよい。
【００７９】
次にフォトダイオード２１が形成された基板２上に保護絶縁層３１を積層する。この際、保護絶縁層３１は、この後に形成するオンチップレンズ３３の焦点距離を考慮し、オンチップレンズ３３の焦点がフォトダイオード２１内に位置する程度の膜厚が好適である。
【００８０】
さらに、保護絶縁層３１上に、分光層３２を積層する。分光層３２はスピンコート法等により積層することができる。次に、分光層３２上にオンチップレンズ３３を形成する。オンチップレンズ３３は、オンチップレンズ３３の構成材料からなる膜（以下、材料膜）を成膜し、それを成型することによって形成することができる。
【００８１】
具体的には、材料膜上に、各フォトダイオード２１に対応した島状のレジストパターンを形成する。その後、メルト・フロー法によりレジストパターンを流動させ、表面張力によって凸型のレンズ形状に成型する。
【００８２】
凸型のレンズ形状を有するレジストパターンの上部から、レジストパターンと共に材料膜をエッチングすることにより、レジストパターンの曲面形状を材料膜に転写することができる。これにより、凸型のオンチップレンズ３３を、各フォトダイオード２１上に形成させることができる。オンチップレンズ３３上には、必要に応じて反射防止層３４を積層することができる。
【００８３】
次に、オンチップレンズ３３（又は反射防止層３４）上に、平坦化層３５を積層する。平坦化層３５は、スピンコート法等により積層することができる。ここで、平坦化層３５の構成材料の溶液（以下、材料溶液）が低粘度である場合、オンチップレンズ３３上へのスピンコートによる溶液の塗布膜厚には限界がある。
【００８４】
しかしながら、オンチップレンズ３３のレンズ形状を埋め込んで材料溶液が塗布されれば良いため、塗布膜厚の厚膜化が要求されることはなく、例えばオンチップレンズ３３の頂部から１μｍ程度の塗布膜厚で材料溶液を塗布することができる。むしろ、材料溶液が低粘度である場合、オンチップレンズ３３の埋め込み性が良好となり、ボイド起因による画質欠陥が少ない良好な画質を提供することが可能となる。その後、熱処理等によって、材料溶液を硬化させ、平坦化層３５を形成させることができる。
【００８５】
さらに、必要に応じて、平坦化層３５上に表面層３６を積層する。表面層３６は、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition）法等によって形成することができる。表面層３６は、上記のようにプローブ材料との結合性を向上させる表面処理を施すことができる。なお、この表面処理は、オンチップレンズ３３に対向する領域のみに形成することができる。
【００８６】
最後に、表面層３６又は平坦化層３５上にプローブ材料層３７を積層する。プローブ材料層３７は、プローブ材料を表面層３６又は平坦化層３５上に滴下等して結合させることにより形成させることができる。表面層３６に上記表面処理が施されている場合には、表面処理が施された領域のみにプローブ材料層３７を積層することが可能である。
【００８７】
ケミカルセンサ３は以上のようにして作製することが可能である。
【００８８】
［ケミカルセンサを用いた生体分子検出方法］
上述したケミカルセンサ３を用いた生体分子検出方法について説明する。
【００８９】
ターゲット材料の検出においては、たとえば、プローブ材料としてＤＮＡを用いる場合は、５’−ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｉｎ化されたＤＮＡを用いることができる。この５’−ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｉｎ化されたＤＮＡに対し、サンプル中に、相補的な配列を有するＤＮＡが含有されていると、ハイブリダイゼーション反応がおき、プローブ材料は、ｓｉｎｇｌｅ−ｓｔｒａｎｄｅｄ  ＤＮＡ（ｓｓ−ＤＮＡ）から、ｄｏｕｂｌｅ−ｓｔｒａｎｄｅｄ  ＤＮＡ（ｄｓ−ＤＮＡ）となる。この変化により、蛍光分子の周囲の誘電率が変化することにより、蛍光の発光波長・強度が変化することを、フォトダイオード２１によって検出する。
【００９０】
又は、プローブ材料としてＤＮＡを用いる場合は、プローブ材料としては、蛍光標識をしていないＤＮＡを用い、サンプル側に、５’−ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｉｎ化されたＤＮＡを用いることが例示される。この場合は、プローブ材料としてのＤＮＡに、相補的な配列を有するＤＮＡが、サンプルに含有されていると、ハイブリダイゼーション反応がおき、蛍光標識を有するｄｓ−ＤＮＡとなる。この蛍光標識からの蛍光の発光をフォトダイオード２１によって検出する。
【００９１】
もしくは、プローブ材料としてＤＮＡを用いる場合は、プローブ材料としては、蛍光標識をしていないＤＮＡを用い、サンプル側にも蛍光色素を導入しない。この場合は、プローブ材料としてのＤＮＡに、相補的な配列を有するＤＮＡが、サンプルに含有されていると、ハイブリダイゼーション反応がおき、ｄｓ−ＤＮＡとなる。ついで、ｄｓ−ＤＮＡのみを選択的に染色し蛍光標識を行う処理を、例えば、Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｐｒｏｂｅ社のＰｉｃｏＧｒｅｅｎ  ２本鎖ＤＮＡ定量試薬をもって行うことにより、ｄｓ−ＤＮＡ部に蛍光標識を導入する。この蛍光標識からの蛍光の発光をフォトダイオード２１によって検出する。
【００９２】
上記のようにプローブ材料層３７において生じた、ターゲット材料とプローブ材料の結合に起因する蛍光は、表面層３６及び平坦化層３５を透過して、オンチップレンズ３３に入射する。この際、オンチップレンズ３３の表面に形成された反射防止層３４により、蛍光の反射が防止される。オンチップレンズ３３に入射した蛍光は、オンチップレンズ３３により集光され、分光層３２によって励起光が除去され、保護絶縁層３１を透過してフォトダイオード２１に到達する。
【００９３】
オンチップレンズ３３によって蛍光を集光させることにより、フォトダイオード２１に到達する蛍光の強度を向上させ、かつ隣接するフォトダイオード２１との間でのクロストークを防止することが可能となる。
【００９４】
［ケミカルセンサモジュール］
上記ケミカルセンサ３は、ケミカルセンサ３に励起光を照射する励起光源とモジュール化をすることが可能である。図３は、ケミカルセンサモジュール１００を示す模式図である。同図に示すように、ケミカルセンサモジュール１００は、ケミカルセンサ３に励起光源１０１が一体的に接続されて構成されている。なお、図３においては、ケミカルセンサ３に励起光源１０１が密着している形で記載しているが、必ずしも、その必要はなく、ケミカルセンサ３と励起光源１０１の間にある程度の距離があってもよい。
【００９５】
（第２の実施形態）
本技術の第２の実施形態に係る生体分子検出装置について説明する。本実施形態に係る生体分子検出装置においては、ケミカルセンサの構成が第１の実施形態に係る生体分子検出装置と異なる。以下、本実施形態において、第１の実施形態に係る生体分子検出装置と同一の構成については説明を省略する。
【００９６】
［ケミカルセンサの構造］
本実施形態に係る生体分子検出装置のケミカルセンサの構造について説明する。図３は本実施形態に係るケミカルセンサ２００の構造を示す模式図である。同図に示すように、ケミカルセンサ３は、第１の実施形態に係るケミカルセンサ３の構造に加え、遮光壁２０１を有する。
【００９７】
遮光壁２０１は、特定のフォトダイオード２１に対応するプローブ材料層３７から生じた蛍光が、隣接するフォトダイオード２１によって検出されるクロストークを防止するための構造である。遮光壁２０１は、各オンチップレンズ３３の間に、平坦化層３５から保護絶縁層３１に渡って形成されたものとすることができる。又、遮光壁２０１は、平坦化層３５のみや、平坦化層３５及び分光層３２等、層構造の一部に渡って形成されたものとしてもよい。
【００９８】
遮光壁２０１は、次のようにして作成することができる。即ち、平坦化層３５を設けた後、フォトレジストを塗布し、パターニングをすることで、遮光壁２０１を作製する部分のフォトレジストを除去する。次に、ドライエッチング法により平坦化層３５等を除去し、フォトレジストも除去した後、ネガ型の黒色レジストを塗布し、遮光壁２０１を作成する部分のみに露光する。これにより、黒色レジストからなる遮光壁２０１を埋め込むことが可能となる。
【００９９】
本実施形態に係るケミカルセンサ２００においては、特定のフォトダイオード２１に対応するプローブ材料層３７から生じた蛍光が遮光壁２０１によって遮光される。これにより、フォトダイオード２１間のクロストークを防止することができ、高い検出精度を得ることが可能である。
【０１００】
本技術は上記各実施形態にのみ限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲内において変更することが可能である。
【実施例】
【０１０１】
下記の実施例又は比較例に示すケミカルセンサを作成し、蛍光強度を測定した。その測定結果を図４に示す。
【０１０２】
［ケミカルセンサＡ］
単結晶シリコンからなる基板の一主面側に、マスク上からのイオン注入とその後の熱処理によって不純物領域からなるフォトダイオードを形成し、更に、基板の内部に他の不純物領域を形成し、さらに該基板上にゲート絶縁膜およびゲート電極を形成した。その後、基板上に保護絶縁層を成膜した。この際、保護絶縁層は、以降に形成するオンチップレンズの焦点距離を考慮し、オンチップレンズの焦点がフォトダイオード内に位置するように調整された膜厚とした。
【０１０３】
その後、保護絶縁層上に、赤色のカラーフィルタ（波長５５０ｎｍ以上を透過）からなる分光層を形成した。次に、分光層上に、窒化シリコン（屈折率ｎ０＝１．９）からなるオンチップレンズを形成した。この際、まず分光層上に窒化シリコン膜を成膜し、その上に書くフォトダイオードに対応した島状のレジストパターンを形成した。
【０１０４】
次に、メルト・フロー法を適用し、熱処理を行うことによりレジストパターンを流動させ、表面張力によって凸型のレンズ形状に整形した。その後、凸型のレンズ形状を有するレジストパターンの上部から、レジストパターンと共に窒化シリコン膜をエッチングし、レジストパターンの曲面形状を窒化シリコン膜に転写した。これにより、窒化シリコンからなる凸型のオンチップレンズを、各フォトダイオード上に形成させた。
【０１０５】
次いでオンチップレンズのレンズ形状を埋め込む状態で、平坦化層を成膜した。ここでは、オンチップレンズを構成する窒化シリコンに対して、十分な屈折率差を有する透明材料を用いた。このような材料として、ここではフッ素含有ポリシロキサン樹脂（屈折率ｎ１＝１．４２）を用い、スピンコート法を適用して平坦化層を成膜した。
【０１０６】
この際、溶媒としてプロプレングリコールモノメチルエーテルアセテ−ト（ＰＥＧＭＥＡ）にフッ素含有ポリシロキサン樹脂を溶解させた溶液を、オンチップレンズ上にスピンコートした。ＰＥＧＭＥＡに対するフッ素含有ポリシロキサン樹脂の飽和溶解量は小さく、溶液は極めて低粘度であるが、オンチップレンズの頂部から１μｍ程度の塗布膜厚で溶液を塗布した。
【０１０７】
その後、１２０℃、１分間の熱処理によって、オンチップレンズ上に塗布した溶液中の溶媒を乾燥除去し、引き続き２３０℃、５分間の熱処理によってフッ素含有ポリシロキサン樹脂を十分に硬化させた。これにより、オンチップレンズのレンズ形状が埋め込まれ、平坦に成型されたフッ素含有ポリシロキサン樹脂からなる平坦化層を形成した。
【０１０８】
次に、ダイヤモンドからなる表面層を、メタンと水素からなる混合ガスを用いたＣＶＤにより積層した。更に、アンモニアガス雰囲気中でのＵＶ照射により、ダイヤモンドの表面をアミノ化した。このようにして作製したケミカルセンサのフォトダイオードと表面層表面の間の距離は７μｍとなった。このようにして作製したケミカルセンサをケミカルセンサＡとする。
【０１０９】
［ケミカルセンサＢ］
上記ケミカルセンサＡにおいて、表面層をダイヤモンドに替えてケイ素酸化物からなるものとした。具体的には、平坦化層上に、ＣＶＤによりケイ素酸化物を積層した。更に、このケイ素酸化物からなる表面層の酸素アッシング処理し、アミノ系シランカップリング剤にて処理を行い、表面をアミノ化した。このようにして作製したケミカルセンサをケミカルセンサＢとする。
【０１１０】
［ケミカルセンサＣ］
上記ケミカルセンサＡにおいて、平坦化層を形成する際、スピンコートの膜厚を変え、更に、平坦化層の塗布を４回行うことで平坦化層の膜厚を厚くし、フォトダイオードと表面層表面の間の距離を１１μｍとした。このようにして作製したケミカルセンサをケミカルセンサＣとする。
【０１１１】
［ケミカルセンサＤ］
上記ケミカルセンサＢにおいて、平坦化層を形成する際、スピンコートの膜厚を変え、更に、平坦化層の塗布を４回行うことで平坦化層の膜厚を厚くし、フォトダイオードと表面層表面の間の距離を１１μｍとした。このようにして作製したケミカルセンサをケミカルセンサＤとする。
【０１１２】
［ケミカルセンサＥ］
上記ケミカルセンサＡにおいて、オンチップレンズを形成せず、オンチップレンズ及び平坦化層の部分に、透明樹脂（アクリル系）をオンチップレンズ及び平坦化層の膜厚と同じになるように形成した。このようにして作製したケミカルセンサをケミカルセンサＥとする。
【０１１３】
［ケミカルセンサＦ］
上記ケミカルセンサＢにおいて、オンチップレンズを形成せず、オンチップレンズ及び平坦化層の部分に、透明樹脂（アクリル系）をオンチップレンズ及び平坦化層の膜厚と同じになるように形成した。このようにして作製したケミカルセンサをケミカルセンサＦとする。
【０１１４】
［ケミカルセンサＧ］
上記ケミカルセンサＡにおいて、平坦化層を形成する際、スピンコートの膜厚を変え、更に、平坦化層の塗布を４回行うことで平坦化層の膜厚を厚くし、フォトダイオードと表面層表面の間の距離を１０μｍとした。このようにして作製したケミカルセンサをケミカルセンサＧとする。
【０１１５】
［ケミカルセンサＨ］
上記ケミカルセンサＢにおいて、平坦化層を形成する際、スピンコートの膜厚を変え、更に、平坦化層の塗布を４回行うことで平坦化層の膜厚を厚くし、フォトダイオードと表面層表面の間の距離を１０μｍとした。このようにして作製したケミカルセンサをケミカルセンサＨとする。
【０１１６】
［蛍光強度測定］
上記のようにしてそれぞれ作製したケミカルセンサＡ〜Ｈについて、次のようにして蛍光強度測定を実施した。
【０１１７】
ケミカルセンサにコハク酸による処理を行い、表面にカルボキシル基を生成させ、ついで、５‘−末端をアミノ化したオリゴヌクレオチド（ＤＮＡ）を反応させた。該オリゴヌクレオチドは、２０ｍｅｒであり、その配列は、ＡＡＡＡＴＡＡＡＡＴＡＡＡＡＴＡＡＡＡＴである（緩衝液：ＰＢＳ（Ｓｏｄｉｕｍ  ｐｈｏｓｐｈａｔｅ：１０ｍＭ；ＮａＣｌ：０．１Ｍ））。緩衝溶液を、ケミカルセンサに滴下し、５０℃で、１時間放置した。
【０１１８】
反応後の洗浄には、ＰＢＳ−Ｔｗｅｅｎ（Ｓｏｄｉｕｍ  ｐｈｏｓｐｈａｔｅ：１０ｍＭ；ＮａＣｌ：０．１Ｍ；０．６５％（ｗ／ｖ）Ｔｗｅｅｎ  ２０）を用いた。
【０１１９】
これに対して、サンプルＤＮＡとして、５‘−末端が、Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｉｎ化されたオリゴヌクレオチドを準備した。尚、準備したオリゴヌクレオチドの配列は、上記配列の相補的な配列であるＴＴＴＴＡＴＴＴＴＡＴＴＴＴＡＴＴＴＴＡ（配列１）と、相補的ではない、ＣＣＣＣＧＣＣＣＣＧＣＣＣＣＧＣＣＣＣＧ（配列２）である。
【０１２０】
これらのサンプルＤＮＡのＰＢＳ緩衝液を、ケミカルセンサ上に滴下し、ハイブリダイゼーション反応（１時間）を起こさせたのち、ケミカルセンサを、ＰＢＳ−Ｔｗｅｅｎにて洗浄した。
【０１２１】
洗浄後のケミカルセンサからの蛍光の強度を、波長：４９０ｎｍの光で励起して計測した。センサのカラーフィルタの特性により、Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｉｎから出る蛍光のうち、波長：５５０ｎｍ以上の成分の強度を計測する形となった。計測された強度を図４に示す。尚、表中で、「比」とあるのは、配列１と配列２での強度比であり、この比が大きいほど、誤検出の割合を減らすことができる。
【０１２２】
［測定結果について］
サンプルＤＮＡを充分な信頼性を持って検出するためには、今回用いた計測システムでは、強度として、約２００以上の輝度を必要とする。図４より明らかなように、ケミカルセンサのフォトダイオードと表面層の表面の距離が１０μｍを超えると、充分な強度を得ることができなくなる。又、オンチップレンズを除いても同様で、充分な強度を得ることができなくなってしまう。さらに、配列１と配列２での強度比を見ると、表面層がダイヤモンドである場合の方がケイ素酸化物の場合よりも値が大きくなることが分かる。即ち、表面層の材質としてダイヤモンドを用いることにより、誤検出の少ないより精度のよい検出が可能となる。
【０１２３】
なお、本技術は以下のような構成も採ることができる。
【０１２４】
（１）
平面状に配列する複数のフォトダイオードが形成された基板と、
上記基板上に設けられた、入射光を上記フォトダイオードに集光するオンチップレンズと、
上記オンチップレンズを被覆して平坦化し、プローブ材料を保持するためのプローブ保持面を形成する平坦化層と
を具備するケミカルセンサ。
【０１２５】
（２）
上記（１）に記載のケミカルセンサであって、
前記入射光は、前記プローブ材料とターゲット材料の結合に起因する蛍光である
ケミカルセンサ。
【０１２６】
（３）
上記（１）又は（２）に記載のケミカルセンサであって、
上記基板と上記オンチップレンズの間、又は上記オンチップレンズと上記プローブ保持面の間に積層された、分光材料からなる分光層
をさらに具備するケミカルセンサ。
【０１２７】
（４）
上記（１）から（３）のうちいずれか一つに記載のケミカルセンサであって、
上記平坦化層に積層された、上記プローブ材料が固着する表面層
をさらに具備する
ケミカルセンサ。
【０１２８】
（５）
上記（１）から（４）のうちいずれか一つに記載のケミカルセンサであって、
上記表面層は、ダイヤモンドからなり、アンモニアガス雰囲気中での紫外線照射による表面処理が施されている
ケミカルセンサ。
【０１２９】
（６）
上記（１）から（５）のうちいずれか一つに記載のケミカルセンサであって、
上記表面処理は、上記オンチップレンズのそれぞれに対向する領域に形成されている
ケミカルセンサ。
【０１３０】
（７）
上記（１）から（６）のうちいずれか一つに記載のケミカルセンサであって
上記オンチップレンズは、上記フォトダイオードのそれぞれに対して一つずつ設けられ、入射光を上記フォトダイオードのそれぞれに集光する
ケミカルセンサ。
【０１３１】
（８）
上記（１）から（７）のうちいずれか一つに記載のケミカルセンサであって
上記オンチップレンズのそれぞれの間に設けられた遮光壁
をさらに具備するケミカルセンサ。
【０１３２】
（９）
上記（１）から（８）のうちいずれか一つに記載のケミカルセンサであって
上記平坦化層は、上記オンチップレンズとの屈折率差が０．４以上である材料からなる
ケミカルセンサ。
【０１３３】
（１０）
上記（１）から（９）のうちいずれか一つに記載のケミカルセンサであって
上記平坦化層に積層されたプローブ材料からなるプローブ材料層
をさらに具備するケミカルセンサ。
【０１３４】
（１１）
上記（１）から（１０）のうちいずれか一つに記載のケミカルセンサであって
上記プローブ材料層と上記フォトダイオードの間の距離は１０μｍ以下である
ケミカルセンサ。
【０１３５】
（１２）
上記（１）から（１１）のうちいずれか一つに記載のケミカルセンサであって、
上記プローブ材料層は、上記オンチップレンズのそれぞれに対向するように、区画されている
ケミカルセンサ。
【０１３６】
（１３）
上記（１）から（１２）のうちいずれか一つに記載のケミカルセンサであって、
上記プローブ材料は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質又は抗原である
ケミカルセンサ。
【０１３７】
（１４）
平面状に配列する複数のフォトダイオードが形成された基板と、上記基板上に設けられた入射光を上記フォトダイオードに集光するオンチップレンズと、上記オンチップレンズを被覆して平坦化しプローブ材料を保持するためのプローブ保持面を形成する平坦化層とを有するケミカルセンサと、
上記ケミカルセンサに一体的に装着され、上記ケミカルセンサに励起光を照射する励起光源と
を具備するケミカルセンサモジュール。
【０１３８】
（１５）
平面状に配列する複数のフォトダイオードが形成された基板と、上記基板上に設けられた入射光を上記フォトダイオードに集光するオンチップレンズと、上記オンチップレンズを被覆して平坦化しプローブ材料を保持するためのプローブ保持面を形成する平坦化層とを有するケミカルセンサと、
上記ケミカルセンサに接続され、上記フォトダイオードの出力信号を処理する信号処理回路と
を具備する生体分子検出装置。
【０１３９】
（１６）
平面状に配列する複数のフォトダイオードが形成された基板と、上記基板上に設けられた入射光を上記フォトダイオードに集光するオンチップレンズと、上記オンチップレンズを被覆して平坦化しプローブ材料を保持するためのプローブ保持面を形成する平坦化層とを有するケミカルセンサを準備し、
プローブ材料を上記平坦化層に積層させてプローブ材料層を形成し、
測定対象物質を上記プローブ材料層に接触させて、上記測定対象物質に含まれたターゲット材量を上記プローブ材料と結合させ、
上記プローブ材料と結合しなかった測定対象物質を除去し、
上記ケミカルセンサに励起光を照射し、
上記ターゲット材料と上記プローブ材料の結合に起因する蛍光を上記フォトダイオードによって検出する
生体分子検出方法。
【０１４０】
（１７）
上記（１６）に記載の生体分子検出方法であって、
上記蛍光を検出するステップでは、予め蛍光標識されている上記プローブ材料と上記ターゲット材料の相互作用による蛍光の波長及び輝度の変化を上記フォトダイオードによって検出する
生体分子検出方法。
【０１４１】
（１８）
上記（１６）又は（１７）に記載の生体分子検出方法であって、
上記蛍光を検出するステップでは、上記プローブ材料と結合した予め蛍光標識されているターゲット材料による蛍光を上記フォトダイオードによって検出する
生体分子検出方法。
【０１４２】
（１９）
上記（１６）から（１８）のうちいずれか一つに記載のケミカルセンサであって、
上記蛍光を検出するステップでは、上記プローブ材料と上記ターゲット材料の結合体に対して蛍光標識を実施し、その蛍光を上記フォトダイオードによって検出する
生体分子検出方法。
【符号の説明】
【０１４３】
１…生体分子検出装置
２…基板
３…ケミカルセンサ
２１…フォトダイオード
３１…保護絶縁層
３２…分光層
３３…オンチップレンズ
３４…反射防止層
３５…平坦化層
３５ａ…プローブ保持面
３６…表面層
３７…プローブ材料層
１００…ケミカルセンサモジュール
１０１…励起光源
２００…ケミカルセンサ
２０１…遮光壁
【図１】
2013088378.tif 000003
【図２】
2013088378.tif 000004
【図３】
2013088378.tif 000005
【図４】
2013088378.tif 000006
【図５】
2013088378.tif 000007