(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物試料または化学試料を支持するように構成された検出面と、
複数の光センサを具えたセンサアレイと、
導光板とを具えた装置であって、
前記導光板は、励起光及び発光信号光を前記検出面から受光し、前記導光板は、前記センサアレイのそれぞれの前記光センサに向かって延び、フィルタ材を具え、該フィルタ材は金属錯体染料を含む装置。
【請求項２】
生物試料または化学試料を支持するように構成された検出面を規定する構造と、
複数の光センサ、及び該光センサによって検出された光子に基づいて信号を送信する回路を具えたセンサアレイと、
複数の導光板を具えた導光板アレイとを具えた装置であって、
前記導光板アレイの前記導光板は、励起光及び発光信号光を前記検出面から受光し、前記導光板は、前記センサアレイのそれぞれの前記光センサに向かって延び、前記励起光を阻止すると共に前記発光信号光がそれぞれの前記光センサに向かって伝搬することを可能にするフィルタ材を具え、該フィルタ材は金属錯体染料を含む装置。
【請求項３】
前記フィルタ材が、ポリマーバインダー・マトリクス内に懸濁する金属錯体染料を含む、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記フィルタ材が、金属錯体染料及びポリマーバインダーの均質なマトリクスを含み、該均質なマトリクスは、約７０：３０から約９０：１０までの範囲内の、金属錯体染料対ポリマーバインダーの重量濃度比を有する、請求項１または２に記載の装置。
【請求項５】
前記検出面が、試料を支持する反応凹部を含み、該反応凹部は、前記励起光が前記検出面から放射される電磁界を誘導して前記センサアレイの検出帯域内の背景放射を相殺するような屈折率及び寸法を具えている、請求項１または２に記載の装置。
【請求項６】
前記金属錯体染料が遷移金属錯体染料を含む、請求項１または２に記載の装置。
【請求項７】
前記金属錯体染料が遷移金属及び染料を含み、該遷移金属が、該染料の蛍光発光スペクトル特性とオーバーラップする吸収スペクトル特性を有する、請求項１または２に記載の装置。
【請求項８】
前記金属錯体染料が前記フィルタ材の自己蛍光発光を低減する、請求項１または２に記載の装置。
【請求項９】
前記フィルタ材が、前記金属錯体染料に関連する対イオンを含む、請求項１または２に記載の装置。
【請求項１０】
前記対イオンがアルキルアミンを含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記アルキルアミンが、少なくとも４つの炭素原子を有する少なくとも１つの炭化水素基を含む、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
導光キャビティアレイの導光キャビティ内にフィルタ材を堆積させるステップであって、該導光キャビティは、光センサアレイのそれぞれの光センサと位置合わせされ、それぞれの前記光センサの上方に配置され、前記フィルタ材は染料を含み、該染料は光子放出消光剤を有するステップと、
生物試料または化学試料を支持する検出面を規定する構造を、前記導光キャビティアレイの前記導光キャビティ及び前記光センサアレイの前記光センサの上方に製造するステップと
を含む方法。
【請求項１３】
光センサアレイによって検出された光子に基づいてデータ信号を送信する回路を製造するステップと、
導光キャビティアレイの導光キャビティ内にフィルタ材を堆積させるステップであって、該導光キャビティは、前記光センサアレイのそれぞれの光センサと位置合わせされ、それぞれの前記光センサの上方に配置され、前記フィルタ材はポリマーマトリクス内に懸濁する染料を含み、該染料は光子放出消光剤を含むステップと、
生物試料または化学試料を支持する検出面を規定する構造を製造するステップとを含む方法であって、
前記検出面を規定する構造を製造するステップは、前記検出面を規定する構造を、前記導光キャビティアレイの前記導光キャビティ及び前記光センサアレイの前記光センサの上方に製造することを含む方法。
【請求項１４】
前記フィルタ材を堆積させるステップが、化学気相成長法を用いることを含み、該堆積に後続して、前記堆積したフィルタ材に、エッチング及び平坦化のうちの１つ以上を用いた処理を施す、請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記回路を製造するステップが、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）製造技術を用いることを含む、請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記フィルタ材が、金属錯体染料及びポリマーバインダーの均質なマトリクスを含む、請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記フィルタ材が、金属錯体染料及びポリマーバインダーのマトリクスを含み、前記金属錯体染料対前記ポリマーバインダーの重量濃度比が、約７０：３０から約９０：１０までの範囲内である、請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記検出面を規定する構造を製造するステップが、前記検出面内に規定される反応凹部を形成することを含み、該反応凹部を形成することが、前記検出面の屈折率及び前記反応凹部の寸法特性に基づいて、励起光の光線が前記検出面から放射される電磁界を誘導して前記検出面に入射する前記光センサアレイの検出波長帯域内の背景光エネルギーを相殺するように、前記反応凹部を構成することを含む、請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記方法が、１つ以上の検査試料検出器を検査に供して、前記検出面の寸法を電磁界の相殺効果に関係付ける情報を決定するステップを含み、前記検出面を規定する構造を製造するステップが、前記決定した情報を用いて、励起光が前記検出面から放射される電磁界を誘導して前記検出面に入射する前記光センサアレイの検出帯域内の光エネルギーを相殺するように、前記検出面の反応凹部の寸法を定めることを含む、請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記フィルタ材が、前記染料を含む金属錯体染料に関連する対イオンを含む、請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項２１】
前記対イオンがアルキルアミンを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記アルキルアミンが、少なくとも４つの炭素原子を有する少なくとも１つの炭化水素基を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
生物試料または化学試料を支持する検出面と、
複数の光センサを具えたセンサアレイと、
導光板とを具えた装置であって、
前記導光板は、励起光及び発光信号光を前記検出面から受光し、前記導光板は、前記センサアレイのそれぞれの前記光センサに向かって延び、前記検出面は反応凹部を含み、該反応凹部は、前記励起光が前記検出面から放射される電磁界を誘導して前記検出面に入射する前記センサアレイの検出帯域内の背景光エネルギーを相殺するような屈折率及び寸法を具えている装置。
【請求項２４】
生物試料または化学試料を支持する検出面を規定する構造と、
複数の光センサ、及び該光センサによって検出された光子に基づいてデータ信号を送信する回路を具えたセンサアレイと、
複数の導光板を具えた導光板アレイと
を具えている装置であって、
前記導光板アレイの前記導光板は、励起光及び発光信号光を前記検出面から受光し、前記導光板は、前記センサアレイのそれぞれの前記光センサに向かって延び、前記励起光を阻止すると共に前記発光信号光がそれぞれの前記光センサへ向かって伝搬することを可能にするフィルタ材を具え、前記検出面は反応凹部を含み、該反応凹部は、前記励起光が前記検出面から放射される電磁界を誘導して前記検出面に入射する前記センサアレイの検出帯域内の背景光エネルギーを相殺するような屈折率及び寸法を具えている装置。
【請求項２５】
前記反応凹部が、前記励起光の中心波長を透過させるのに十分な屈折率及び寸法を具えている、請求項２３または２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記反応凹部が臨界波長λcを確立するのに十分な屈折率及び寸法を具え、λcは約λa〜約λbの波長の範囲内であり、λcよりも短い波長は前記反応凹部を透過し、λcよりも長い波長は前記反応凹部によって相殺され、λaは前記励起光の中心波長であり、λbは前記センサアレイの検出帯域の最短波長である、請求項２３または２４に記載の装置。
【請求項２７】
前記フィルタ材が金属錯体染料を含む、請求項２３または２４に記載の装置。
【請求項２８】
前記フィルタ材が、金属錯体染料及びポリマーバインダーのマトリクスを含み、前記マトリクス内の前記金属錯体染料対前記ポリマーバインダーの重量濃度比が、約７０：３０から約９０：１０までの範囲内である、請求項２３または２４に記載の装置。
【請求項２９】
前記フィルタ材が、遷移金属錯体染料を含む金属錯体染料を含む、請求項２３または２４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願のクロスリファレンス
本願は、米国特許仮出願第６２／６１１４６４号、２０１７年１２月２８日、発明の名称”Detector With Reduced Fluorescence Range Noise”による優先権を主張し、この出願はその全文を参照することによって本明細書に含める。本願は、米国特許仮出願第６２／６４４８０４号、２０１８年３月１９日出願、発明の名称”Detector With Reduced Fluorescence Range Noise”による優先権も主張し、この出願はその全文を参照することによって本明細書に含める。
【背景技術】
【０００２】
生物研究または化学研究における種々のプロトコル（手順）は、制御反応を実行することを含む。従って、指定した反応を観察または検出することができ、その後の分析は、反応に関与する化学物質の特性を識別または明示することに役立てることができる。
【０００３】
一部の多重分析では、識別可能なラベル（例えば、蛍光ラベル）を有する未知の検体を、制御条件下で何千もの既知のプローブ（プローブ剤、プローブ物質）に曝すことができる。各既知のプローブを、マイクロプレートの対応するウェル内に堆積させることができる。ウェル内の既知のプローブと未知の検体との間に発生するあらゆる化学反応が、検体の性質を識別または明示することに役立つことができる。こうしたプロトコルの他の例は、シークエンシング・バイ・シンセシス（ＳＢＳ：sequencing-by-synthesis：合成によるシークエンシング）またはサイクリック・アレイ・シークエンシングのような既知のＤＮＡ（deoxyribonucleic acid：デオキシリボ核酸）シークエンシング・プロセスを含む。
【０００４】
一部の蛍光検出プロトコルでは、光学系を用いて励起光をフルオロフォア（蛍光色素分子）、例えば蛍光ラベル付き検体上へ指向させると共に、フルオロフォアを付着させた検体から発光することができる蛍光発光信号光を検出する。しかし、こうした光学系は比較的高価であり、比較的大きなベンチトップ・フットプリント（実験台上の設置面積）を必要とする。例えば、この光学系は、レンズ、フィルタ、及び光源の配列を含み得る。
【０００５】
他に提案されている検出システムでは、フローセル内の制御反応が、半導体光センサアレイ（例えば、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ：complementary metal oxide semiconductor）検出器または電荷結合素子（ＣＣＤ：charge coupled device）検出器）によって検出される。これらのシステムは、蛍光発光を検出するための大型の光学アセンブリを含まない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
生物学的物質及び化学物質を支持するように構成された検出面を規定する構造と、センサアレイとを具えた装置を本明細書中に記載し、センサアレイは、複数の光センサ、及びこれらの光センサによって検出された光子を用いてデータ信号を送信する回路を具えている。この装置は、センサアレイの検出帯域内の蛍光範囲ノイズを低減するための１つ以上の特徴を含むことができる。
【０００７】
生物試料または化学試料を支持するように構成された検出面を規定する構造と；センサアレイと；複数の導光板を具えた導光板アレイとを具えた装置を本明細書中に記載し、センサアレイは、複数の光センサ、及びこれらの光センサによって検出された光子を用いてデータ信号を送信する回路を具え、導光板アレイの導光板は、励起光及び発光信号光を検出面から受光し、導光板はフィルタ材を具え、このフィルタ材は、センサアレイのそれぞれの光センサに向かって延び、励起光を阻止すると共に発光信号光がそれぞれの光センサに向かって伝搬することを可能にし、このフィルタ材は金属錯体染料を含む。
【０００８】
光センサアレイによって検出された光子を用いてデータ信号を送信する回路を製造するステップと；導光キャビティアレイの導光キャビティ内にフィルタ材を堆積させるステップと；生物試料または化学試料を支持する検出面を規定する構造を製造するステップとを含む方法を本明細書中に記載し、導光キャビティは、光センサアレイのそれぞれの光センサと位置合わせされ、それぞれの光センサの上方に配置され、フィルタ材はポリマーマトリクス内に懸濁する染料を含み、この染料は光子放出消光剤を含み、検出面を規定する構造を製造するステップは、検出面を規定する構造を、導光キャビティアレイのキャビティ及び光センサアレイの光センサの上方に製造することを含む。
【０００９】
生物試料または化学試料を支持する検出面を規定する構造と；センサアレイと；複数の導光板を具えた導光板アレイとを具えた装置を本明細書中に記載し、センサアレイは、複数の光センサ、及び光センサによって検出された光子に基づくデータ信号を送信する回路を具え、導光板アレイの導光板は、励起光及び蛍光発光信号光を検出面から受光し、導光板は、センサアレイのそれぞれの光センサに向かって延び、フィルタ材を具え、このフィルタ材は、励起光を阻止すると共に発光信号光がそれぞれの光センサに向かって伝搬することを可能にし、検出面は反応凹部を含み、この反応凹部は、検出面に入射するセンサアレイの検出帯域内の背景光エネルギーを相殺するのに十分な屈折率及び寸法を具えている。
【００１０】
本発明の主題の、これら及び他の特徴、態様、及び利点は、添付した図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むとより良く理解され、これらの図面全体を通して、同様な文字は同様な部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一例による、生物分析及び化学分析用のシステムの概略側断面図であり、このシステムは生物試料または化学試料を支持する検出面を含む検出器を有する。
【図２】一例によるスペクトル特性関係図であり、励起波長、吸収波長、蛍光発光信号波長、及び検出帯域波長の相互間の関係を示す。
【図３】一例によるスペクトル特性図であり、フィルタ材料の自己蛍光特性を示す。
【図４】一例によるエネルギー状態遷移図であり、放射染料のエネルギー状態遷移を示す。
【図５】一例によるエネルギー状態遷移図であり、光子放出消光剤を有する染料のエネルギー状態遷移を示す。
【図６】一例によるエネルギー状態遷移図であり、光子放出消光剤を有する金属錯体染料のエネルギー状態遷移を示す。
【図７】一例による、薄膜の厚さによる光学密度（ＯＤ）を示す図であり、ＯＤの、薄膜の厚さへの依存性を、金属錯体染料を有するフィルタ材料について示す。
【図８】一例による検出器の側断面図であり、この検出器は、選択波長帯域の入射光エネルギーを吸収するように構成された検出面を有する。
【図９】一例による検出器の側断面図であり、この検出器は、センサアレイ、導光板アレイ、及び反応アレイを有する。
【図１０】一例による検出器の側断面図であり、この検出器は、光センサ、導光板、及び検出面によって規定される反応凹部を有する。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１に、生物分析及び化学分析のような分析において使用されるシステム１００を示す。システム１００は、光エネルギー励起装置（エキサイター）１０及び検出器アセンブリ２０を含むことができる。検出器アセンブリ２０は、検出器２００及びフローセル２８２を含むことができる。検出器２００は、複数の光センサ２０２、及び検査を施す生物試料または化学試料のような試料５０２を支持する検出面２０６を含むことができる。検出器２００は、検出面２０６から光センサ２０２へ光を導光する複数の導光板を含むこともできる。検出面２０６、側壁２８４、及びフローカバー２８８がフローセルを規定して区分することができる。検出面２０６は関連する検出面平面１３０を有することができる。
【００１３】
他の態様では、検出面２０６に凹部を設けて反応凹部２１０（ナノウェル）を含めることができる。一例によれば、各光センサ２０２を１つの導光板２１４及び１つの反応凹部２１０と位置合わせすることができる。一例によれば、各反応凹部２１０は１つ以上の反応部位を当該凹部内に規定することができ、試料５０２をこうした反応部位上に支持することができる。
【００１４】
他の態様では、検出器２００が、誘電体積層領域２１８を導光板２１４どうしの中間に含むことができる。誘電体積層領域２１８は、例えば、光センサ２０２からの信号を読み出しデジタル化して記憶及び処理するための回路をその内部に形成することができる。
【００１５】
一例によれば、検出器２００は、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）集積回路検出器または電化結合素子（ＣＣＤ）集積回路検出器のような半導体集積回路検出器によって提供することができる。
【００１６】
一例によれば、システム１００を用いて、フルオロフォアを用いた生物学的検査または化学的検査を実行することができる。例えば、１つ以上のフルオロフォアを有する流体を、入口ポート２８９及び出口ポート２９０を用いて、入口ポートを通してフローセル２８２内へ流入させ、フローセル２８２から流出させることができる。フルオロフォアは種々の試料５０２に付着することができ、従って、フルオロフォアは、その検出によって、当該フルオロフォアが付着した試料５０２、例えば生物学的または化学的検体用のマーカーとして機能することができる。
【００１７】
フローセル２８２内のフルオロフォアの存在を検出するために、光エネルギー励起装置１０にエネルギーを供給し、これにより光エネルギー励起装置１０は励起波長範囲内の励起光１０１を発光する。励起光１０１を受光すると、試料５０２に付着したフルオロフォアが発光信号光５０１を放射し、発光信号光５０１は光センサ２０２による検出にとって関心事の信号である。試料５０２に付着したフルオロフォアの蛍光発光は、励起光１０１の波長に対して赤色シフト（赤方偏移：赤色側にシフト）した波長範囲を有する。
【００１８】
光エネルギー励起装置１０は、試料５０２を照射するための少なくとも１つの光源及び少なくとも１つの光学構成部品を含むことができる。光源の例は、例えば、レーザー、アーク灯、ＬＥＤ（light emitting diode：発光ダイオード）、またはレーザーダイオードを含むことができる。光学構成部品は、例えば、反射器、ダイクロイック（二色性）光学素子、ビームスプリッタ、コリメータ、レンズ、フィルタ、ウェッジ光学素子、プリズム、ミラー、検出器、等とすることができる。照明系を用いる例では、励起光１０１を反応部位へ指向させるように光エネルギー励起装置１０を構成することができる。一例として、緑色波長範囲内の光によってフルオロフォアを励起することができ、例えば、約５２３nmの中心（ピーク）波長を有する励起光１０１を用いて励起することができる。
【００１９】
本明細書中の例は、システム１００の信号対ノイズ（雑音）比を以下の(1)式に示すように表現することができるものと認められる。
【数１】
0006827570.tif 000002
ここに、「信号」は発光信号光５０１、即ち、試料に付着したフルオロフォアの蛍光に起因し得る関心事の光の信号であり、「励起」は光センサ２０２に到達する不所望な励起光であり、「ＡＦ」は検出器２００内の１つ以上の自己蛍光源の自己蛍光ノイズ放射であり、「背景」は検出器２００の外部にある光源から検出器２００内へ伝達される不所望な光エネルギーであり、「暗電流」は光が無い際のランダム電子正孔（電子ホール）対に関連するノイズ電流であり、「読出しノイズ」はアナログ−デジタル電子回路に関連するノイズである。
【００２０】
図２はスペクトル特性（スペクトル・プロファイル）関係図であり、励起光の波長範囲、信号光の波長範囲、及び検出波長範囲の相互間の目標とする関係を示す。図２のスペクトル特性関係図では、スペクトル特性１２０２は光エネルギー励起装置１０が発光する励起光１０１のスペクトル特性である。スペクトル特性１２０４はフルオロフォアの吸収スペクトルであり、スペクトル特性１２０２を有する励起光１０１の使用により検出され、スペクトル特性１２１４は、励起光１０１によって励起されているフルオロフォアの蛍光発光によって生じる発光信号光５０１のスペクトル特性である。一例によれば、スペクトル特性１２２０は検出器２００及びセンサ２０２の透過特性（検出帯域）である。検出器２００は、スペクトル特性１２２０が示す波長範囲内の光を検出するように構成することができる。従って、図２のスペクトル特性関係図を参照すれば、検出器２００は、発光信号光５０１のスペクトル特性１２１４と、検出器２００及び光センサ２０２の検出帯域のスペクトル特性１２２０とが交わる波長範囲内の発光信号光５０１を検出することができる。
【００２１】
検出器２００は励起光１０１を阻止する１つ以上のフィルタを含むことができ、これにより、光センサ２０２を有する検出器２００は励起光１０１を検出しない。１つの態様では、検出面２０６からの光を導光する導光板２１４がフィルタ材を具えることができ、これにより導光板２１４は励起光１０１の波長範囲内の光を阻止する。従って、光センサ２０２は、フルオロフォアから放射される発光信号光５０１は受光するが励起光１０１は受光しない。
【００２２】
本明細書中の例は、検出器２００の信号対ノイズ比を向上させるように設計された導光板２１４が、検出器２００内のノイズの発生源として作用し得るものと認められる。図３のスペクトル特性図を参照すれば、スペクトル特性１３０４はフィルタ材のスペクトル特性であり、このフィルタ材は、システム１００の励起光１０１の励起波長範囲内の励起照明による検査の下で、光学系において一般的に使用される光子放出消光剤を有さない（欠いた）染料を有する。図３の特定のスペクトル特性図では、スペクトル特性１３０４は、例えば、図２のスペクトル特性関係図中に示す、約５２３nmの中心（ピーク）波長を有する励起光スペクトル特性１２０２に従った緑色励起光による照明下でのフィルタ材のスペクトル特性を示す。
【００２３】
図３のスペクトル特性図を参照すれば、スペクトル特性１３０４によって表されるスペクトル特性が、図２のスペクトル特性関係図のスペクトル特性１２０２によって表される励起光１０１の発光帯域に対して赤色シフトしていることがわかり、このことはフィルタ材が自己蛍光を呈することを意味する。本明細書中の例は、導光板２１４のフィルタ材が自己蛍光発光することにより、光センサ２００によって発光信号として検出される信号が、実際には、導光板２１４の自己蛍光を励起するように動作する励起光１０１に起因し得るノイズ放射であり得るものと認められる。
【００２４】
導光板２１４の不所望な自己蛍光発光に対処する例を、図３〜７を参照しながら説明する。図４〜６のエネルギー状態遷移図を参照すれば、一例による導光板２１４が光子放出消光剤を有する材料を含むことができる。他の態様では、フィルタ材が、励起光１０１の波長帯域内の吸収を行う染料分子を含むことができる。
【００２５】
図４のエネルギー状態遷移図は、光子放射消光剤の無い染料のエネルギー状態遷移を示す。図４のエネルギー状態遷移図に示すエネルギー状態遷移特性を有する染料は、励起時かつ励起状態緩和期間後に、基底状態への復帰時に光子を放出する。図５は、光子放出消光剤を有する染料のエネルギー状態遷移を示すエネルギー状態遷移図である。図５のエネルギー状態遷移図を参照すれば、光子放出消光剤を有する染料は、励起時かつ励起状態緩和期間後に基底状態に戻る。しかし、光子放出消光剤の動作によって、光子は基底状態への復帰時に解放されない。むしろ、光子は基底状態への復帰時に放出される。こうした基底状態への復帰は、光子ではなく熱エネルギーの放出によって実現される。
【００２６】
図４のエネルギー状態遷移図に示すエネルギー状態遷移特性を有する染料は放射染料であり、図５のエネルギー状態遷移図に示すエネルギー状態遷移特性を有する染料は非放射性（無放射性）染料である。
【００２７】
一例によれば、光子放出を消光する適切な光子放出消光剤を有する染料の化学構造図を化学式(2)に示す。
【化１】
0006827570.tif 000003
【００２８】
化学式(2)の化学構造図は、光子放出を消光するための光子放出消光剤として機能する金属錯体染料の構造特性を示す。一例によれば、金属錯体染料は、化学式(2)に示す８面体遷移金属錯体染料によって提供することができる。化学式(2)に示す具体的な金属錯体染料は２つの染料分子＋クロムイオンを含み、一部の錯体は１つの染料分子＋１つのクロム（Cr）イオンまたは他の金属イオンを含むことができる。化学式(2)に示す構造は、６つのリガンド（配位子）結合：Ｏ、Ｎ、及び標準的な結晶場を含む。化学式(2)に示す構造によれば、三価Cr遷移金属イオンによって提供される光子放出消光剤が存在する。一例によれば、Cr3+が光子放出消光機能をもたらすことができる。他の遷移金属を用いることができる。本明細書中の金属錯体染料に用いられる遷移金属は、例えばスカンジウム、チタニウム、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅を含むことができる。代わりの金属の選択については、金属イオンと染料分子とでエネルギーレベルがオーバーラップ（重複）することができる。一例によれば、金属錯体染料に用いられる遷移金属は、選択した染料の蛍光発光特性とオーバーラップする吸収スペクトル特性を有するように選択することができ、これにより、この遷移金属は、選択した染料の蛍光発光スペクトル特性の全体にわたる光子放出消光機能をもたらすことができる。
【００２９】
化学式(2)の構造図に示す金属錯体染料の例では、金属錯体染料が図示する関連の陽子を有する。金属錯体染料に関連する対イオンは、化学式(2)の構造図に示す金属錯体染料の陽子が規定する正（＋）電荷を吸収することによって形成され、一例によれば、疎水性能及びＵＶ（ultraviolet：紫外線）吸収性能向けに選択することができる。一例では、アルキルアミン、１級（第一級）アミン、２級アミン、または３級アミンが、対イオンを形成する金属錯体染料に関連することができ、これらは金属錯体染料に関連する際にアルキルアンモニウムを含むことができる。
【００３０】
一例による金属錯体染料は、そのままで溶液中に特に溶解性でなくてもよく、従って、上記対イオンは溶解性を増加させるように選定することができる。上記対イオンを疎水性能向けに選択して、透明度及び可視性を促進すること、及び散乱を低減することができる。例えば、上記対イオンは、金属錯体染料がより均一に分布することを可能にして、可視性及び透明度を増強すること、及び散乱を低減することができる。上記対イオンをＵＶ吸収性能向けに選択して、例えば、上記対イオンが蛍光発光に不所望に寄与しないようにすることができる。例えば、上記対イオンの吸収は、金属錯体染料のスペクトルと干渉することによって蛍光特性に悪影響を与えることがあり、干渉するスペクトルを有さないように選定することができる。一例によれば、疎水性アミンを対イオンとして用いることができる。他の例によれば、選定した金属中心及びリガンドに応じて、金属錯体染料は、電荷を有さないこと、正味の正電荷を有すること、または正味の負電荷を有することもできることは明らかである。
【００３１】
一例によれば、化学式(2)の構造図に示す金属錯体染料に関連する対イオンはアルキルアミンによって提供することができる。一例によれば、化学式(2)の構造図に示す金属錯体染料に関連する対イオンを３級アミンによって提供することができる。３級アミンでは、窒素が３つの有機置換基を有する。一例によれば、化学式(2)の構造図に示す金属錯体染料に関連する対イオンを３級アルキルアミンによって提供することができる。
【００３２】
それに加えて、金属錯体染料の他の例では、適切な電荷の対イオンを金属錯体染料に関連するように選択することができる。一部の実施形態では、負または正に帯電したイオンを、金属錯体染料の正味電荷を中和するように、及び／または一部の実施形態では、疎水性に加えて金属錯体染料が溶液中に取り込まれることを可能にするように選択することができる。それに加えて、一部の実施形態では、電荷が存在しない際に、対イオンを必要としないことができる。上記対イオンはあらゆる荷電粒子を含むことができ、一部の実施形態では、１級、２級、または３級アミンを含む。他の実施形態では、４級アンモニウムイオンを選択することができる。
【００３３】
一例によれば、化学式(2)の構造図に示す金属錯体染料に関連する対イオンが、アミン、例えばＮＲ’Ｒ’’Ｒ’’’を含むことができ、ここにＲ基のうちの少なくとも１つは、鎖、即ち直鎖または分枝鎖であり、少なくとも４つの原子を有する。一部の実施形態では、少なくとも１０個の原子が鎖中に存在する。上記鎖は超連鎖を含むことができ、ポリマーを含むことができる。上記鎖は、大部分は炭化水素基とすることができ、あるいは他の構成成分を含むことができ、これにより、この染料を必要なあらゆる溶媒中に可溶性にすることができ、上記ポリマーは、当該ポリマーの官能基に応じた溶媒中に可溶性にすることができる。他のＲ基は同じに、あるいは水素にすることができ、あるいは異なる鎖を具えることができる。一例によれば、上記鎖を、環状鎖または環状連鎖を含むＣ４またはＣ２０にすることができる。一部の実施形態では、上記対イオンが２種類以上の対イオンを含むことができる。本明細書中の例は、対イオンの一部の混合物が、２つ以上のポリマー材料を用いることができる溶液中での使用にとって好都合であるものと認められる。即ち、一部のアルキル基は異なることができ、上記対イオンは複数の対イオンを含むことができる。
【００３４】
図６は、金属錯体染料の性質を示すエネルギー状態遷移図である。図６は、Cr(CNtBuAr3NC)3についての状態遷移図である。図６のエネルギー状態遷移図を参照すれば、金属錯体が、金属内状態が金属−リガンド（金属からリガンドへの）電荷移動（ＭＬＣＴ：metal-to-ligand charge transfer）錯体を下回ることに起因する超高速の非放射（非自己蛍光発光）緩和をもたらすことができる。図６のエネルギー状態遷移図に示すCr(CNtBuAr3NC)3については、金属内の3d-d励起状態が、ＭＵＣＴ錯体をエネルギー的に下回ることができるのに十分なほどリガンド（配位子）場を弱くして、超高速励起状態をもたらすことができる。金属錯体染料は、非放射緩和による超高速励起状態のデポピュレーションを呈することができる。図６のエネルギー状態遷移図によれば、光子放射消光剤として機能する金属錯体が光子を消光して、光子放射ではなく光子放射及び熱エネルギーの放出によって基底状態への復帰が実現される。
【００３５】
フィルタ材を提供するために、一例によれば金属錯体染料によって提供される、例えば光子放出消光剤を有する粉末形態の染料分子を、溶媒で溶解させ、液体ポリマーのバインダー（結合剤）に添加して、染料分子及びポリマー分子を有する液体マトリクスを形成することができる。この液体を、検出器２００の誘電体積層キャビティ内に堆積させ蒸発させて、固体染料及びポリマーマトリクスを含むフィルタ材を形成することができ、染料分子はポリマーバインダー分子のマトリクス内に懸濁する。
【００３６】
一例によれば、導光板２１４用のフィルタ材が、本明細書中に記載するようにポリマーバインダー・マトリクス内に懸濁する金属錯体染料分子を含むことができる。形成されたフィルタ材は、ポリマーバインダー・マトリクス内に懸濁する金属錯体染料分子を含み、約５２３nmの中心波長を有する励起光１０１での照明下で、図３のスペクトル特性図中に示すスペクトル特性１４０４を参照して説明したスペクトル特性を呈することができる。図３を参照して説明した一例によれば、（例えば金属錯体染料の使用により提供される）光子放出消光剤を有する染料を含むフィルタ材を提供することは、（約５７０nmの波長におけるスペクトル特性１３０４及びスペクトル特性１４０４のそれぞれの自己蛍光発光信号値を観測すれば）約５７０nm以上の波長でフィルタ材から放射される自己蛍光発光信号を、光子放出消光剤のない染料を含むフィルタ材を提供する場合に予期される自己蛍光発光信号の値の約５パーセント以下の値まで低減することができる。
【００３７】
ポリマーバインダー分子を有する染料分子のマトリクスを提供することは、様々な半導体プロセス、例えば化学気相成長法（ＣＶＤ：chemical vapor deposition）、スピンコーティング、エッチング、平坦化、等の処理能力を促進する。
【００３８】
一例によれば、金属錯体染料マトリクスによって提供されるフィルタ材は、約７０：３０の染料対ポリマー〜約９０：１０の染料対ポリマーの重量比を有することができる。この範囲を上回る濃度では、マトリクスの構造的完全性が低下し得るし、下回る濃度では、フィルタリング（フィルタ処理）性能が低下し得る。一例によれば、金属錯体染料マトリクスによって提供されるフィルタ材は、約１個の染料分子：５０個のポリマー分子〜約１個の染料分子：約１５０個のポリマー分子の分子比を有することができる。一例によれば、ポリマーバインダー及び金属錯体染料分子によって提供されるフィルタ材は、約１個の染料分子：約１００個のポリマー分子の分子比を有することができる。
【００３９】
より高濃度の染料分子は励起光の阻止を改善するが、本明細書中の例は、より高濃度では散乱の増加が観測され得るものと認められる。光散乱は、粉末染料粒子をポリマーバインダー液と混合する前にフィルタ処理する追加的プロセスで対処することができる。
【００４０】
図７は、薄膜の厚さによる光学密度（ＯＤ：optical density）の線図であり、ポリマーバインダー・マトリクス内に懸濁する金属錯体染料のマトリクスを具えた本明細書中のフィルタ材のフィルタ処理性能を示す。図７の、薄膜の厚さによるＯＤの線図中に見られるように、３．５μmの空間量内で約１０のＯＤを達成することができる。図２のスペクトル特性関係図を再び参照すれば、フィルタ処理を目標とするスペクトル特性は、約５２３nmの中心（ピーク）波長を有する励起光１０１についてのスペクトル特性１２０２である。図７の薄膜の厚さによるＯＤを参照すれば、ポリマーバインダー・マトリクス内に懸濁する金属錯体染料のマトリクスで形成される導光板２１４を、約３．５μmの厚さを有するように構成することによって、約５２３nmの中心（ピーク）励起光波長に対して約１０のＯＤを呈するように導光板２１４を構成することができる。ポリマーバインダー・マトリクス内に懸濁する金属錯体染料のマトリクスで形成される導光板２１４を、約２μmの厚さを有するように構成することによって、約５２３nmの中心（ピーク）励起波長に対して約７のＯＤを呈するように導光板２１４を構成することができる。
【００４１】
光センシングの性能については、光センサ２０２は、検出面２０６（図１）を基準とする特定の間隔距離を有することができる。一例によれば、この特定の間隔距離は、例えば約４μmから約６μmまでの範囲内の特定の間隔距離とすることができる。図１に見られるように、導光板２１４は、光センサ２０２と検出面２０６との間隔の要求に応じた空間の制約を有し得る。図７の薄膜の厚さによるＯＤに要約されるＯＤ−厚さのデータを考慮すれば、導光板２１４の構成用の材料は、検出器２００の空間特性に応じた目標の光学密度（ＯＤ）特性を満足するように提供することができ、空間量が制限される多数の用途に適したＯＤ性能を実現可能である。
【００４２】
図２のスペクトル特性関係図が示す関係によってわかるように、光センサ２０２は、フルオロフォアの蛍光発光に起因し得る発光信号光５０１を検出することができるが、理想的な動作によれば、スペクトル特性１２０２によって表される励起光１０１を検出することができない。試料５０２に付着したフルオロフォアに起因し得る発光信号光５０１を、励起光１０１を検出せずに検出するように光センサ２０２を構成するために、システム１００は１つ以上のフィルタを含むことができる。例えば、導光板２１４は、スペクトル特性１２０２によって表される励起光１０１のエネルギーバンド（エネルギー帯）内の光を阻止するフィルタリング材で形成することができる。従って、スペクトル特性１２１４によって表される発光信号光５０１は、光センサ２０２の使用により、励起光１０１の検出なしの検出をなされる。しかし、注記するように、導光板２１４を形成するフィルタ材は、励起光１０１による励起に応答して自己蛍光発光し得る。本明細書中の例は、励起光１０１を阻止して低減された自己蛍光発光を呈する導光板２１４を提供して、図２のスペクトル特性関係図に示す励起蛍光発光と検出スペクトル特性との間の所望のスペクトル特性の関係を保つ。
【００４３】
本明細書中の例は、検出器２００のスペクトル特性１２２０の左シフトが、発光信号光５０１のスペクトル特性におけるスペクトル特性１２１４によって示されるスペクトル特性を有する発光信号光５０１の検出を増加させることができるものと認められる。本明細書中に用いる左シフトは、浅色シフトまたは青色（側への）シフトを参照することは明らかである。本明細書中のフィルタ材は、ポリマーバインダー・マトリクス内に懸濁する金属錯体染料のマトリクスを含み、種々の特徴の実現によってスペクトル特性１２２０の左シフト用に構成することができる。スペクトル特性１２２０を左シフトさせるために、金属錯体染料(2)を包囲するリガンドの特定の置換基を変更することができる。例えば、フェニル基及び他の構成成分はフルオロフォアとして機能することができ、従って、スペクトルを左シフトさせるように変更することができる。例えば、一部の実施形態では、メチル基をトリフルオロメチル基または他の基に置き換えることができ、水素を塩素またはホウ素に置き換えることができる。電子供与基を電子求引基に置き換えること、及びその逆の置き換えによって、使用する特定の金属錯体染料に応じてスペクトルを左シフトまたは右シフトさせることができる。本明細書中に用いる右シフトは、スペクトル波長の深色シフト、または赤色シフトを参照する。従って、あらゆる実施形態において、金属錯体染料の官能基の調整によりスペクトルを調整することができる。
【００４４】
一例によれば、フィルタ材が光子発光消光剤を有する染料を含むことができ、この染料は非放射性染料とすることができる。一例によれば、この光子発光消光剤はクロム（Cr）を含むことができる。一例によれば、上記染料は、三価のCr遷移金属イオンによって提供される光子発光消光剤を有する金属錯体染料とすることができる。一例によれば、上記フィルタ材は染料及びポリマーバインダーを有するマトリクスによって提供することができ、この染料は光子発光消光剤を有する。一例によれば、上記フィルタ材は染料及びポリマーバインダーを有するマトリクスによって提供することができ、この染料は金属錯体染料である。一例によれば、上記フィルタ材はポリマーマトリクス内に懸濁する染料によって提供することができ、この染料は光子発光消光剤を有する。一例によれば、上記フィルタ材はポリマーマトリクス内に懸濁する染料によって提供することができ、この染料は金属錯体染料である。
【００４５】
本明細書中の例は、システム１００の性能が背景ノイズによって悪影響を与えられ得るものと認められ、背景ノイズは、本明細書では検出器２００の外部にある光源から放射される不所望な光エネルギーを参照する。本明細書中の例は、検出器２００の信号対ノイズ比が、検出器２００の外部にある光源から放射される蛍光範囲の背景光によって悪影響を与えられ得るものと認められる。システム１００における蛍光範囲のノイズ放射は、検出器２００内の自己蛍光源以外の光源に起因し得る。
【００４６】
本明細書中の例は、例えば、光エネルギー励起装置１０は、比較的短い波長帯域の、例えば緑色波長帯域の光を発光するように構成することができるのが理想的であるが、その内部の自己蛍光光源、例えば光学構成部品は自己蛍光発光することができ、光エネルギー励起装置１０が発光する光は、検出器２００及び光センサ２０２の蛍光帯域内のより長い波長の不所望な光線を含み得るものと認められる。本明細書中の例は、蛍光範囲の光が光エネルギー励起装置１０以外の光源からシステム１００に入り得るものと認められる。
【００４７】
図８を参照するに当たり、検出器２００の信号対ノイズ比を増加させるための追加的特徴を説明する。図８を参照するに当たり、説明した特徴なしに検出器２００内で受光される蛍光範囲の背景ノイズ放射の相殺（例えば、部分的または完全な相殺）のための特徴を説明する。本明細書中の相殺の特徴は、光センサ２００によって検出される発光信号光５０１に起因しない蛍光範囲の波長を低減することができる。
【００４８】
図３〜７を参照して説明したフィルタ材の特徴は、検出器２００内の内部自己蛍光の低減によって蛍光範囲のノイズを低減する。図８に関連して説明する検出面２０６の特徴は、検出面２０６に入射する蛍光範囲の光エネルギーを（例えば、部分的または完全に）相殺することによって不所望な蛍光範囲の背景ノイズを低減する。図３〜７を参照して説明した特徴は、図８の特徴とは独立して実現することができ、あるいは、図８の特徴と組み合わせた一例によれば、検出器内部の特徴（図３〜７）と検出面の特徴（図８）との組合せの利用により蛍光範囲のノイズの問題に対処することができる。
【００４９】
ここで図８を参照すれば、一例による検出器２００は、検出面２０６に入射する光エネルギーが検出面２０６から放射される電磁界を誘導するように構成することができ、この電磁界は入射光エネルギーを（例えば、部分的または完全に）相殺し、この入射光エネルギーは相殺しなければ反応凹部２１０を透過する。本明細書中の例は、検出面２０６に入射する光線から誘導されて検出面２０６から放射される誘導電磁界を、より制御可能かつ予測可能にすることができるものと認められる、というのは、検出面２０６とフローセル２８２内の流体との屈折率比が増加するからである。検出面２０６の屈折率は、検出面２０６を形成するフローセル２８２に隣接するパシベーション層２５８の材料の屈折率によって定義することができる。本明細書中の例は、検出面２０６とフローセル２８２の流体との屈折率比が十分に高いことにより、励起光１０１の光線が、検出面２０６から放射される電磁界を誘導し、この電磁界が、入射光エネルギーを検出面２０６の寸法に応じて相殺することができるものと認められる。
【００５０】
図８を参照すれば、反応凹部２１０は寸法「Ｄ」を含むことができ、寸法「Ｄ」は、反応凹部２１０の上面図における反応凹部２１０の直径によって与えられる。本明細書中の例は、反応凹部２１０に入射する入射光エネルギーによって誘導される電磁界が、寸法「Ｄ」に応じて入射光エネルギーを相殺することができ、検出面２０６とフローセル２８２内の流体との屈折率比は十分に高いものと認められる。図８に示す検出器２００は、検出面２０６を規定する構造を有する集積回路検出器とすることができ、この構造はパシベーション層２５６及びパシベーション層２５８を含むことができる。検出面２０６を有するパシベーション層２５８が約λ２０６≒２．１３なる屈折率λ２０６を有する五酸化タンタル（Ta2O5）で形成され、フローセル２８２の流体が水系であり、約λ２８２≒１．３３なる屈折率を有する一例によれば、検出面２０６を形成する材料とフローセル２８２の流体との屈折率比λ２０６／λ２８２は約λ２０６／λ２８２≒１．６０である。検出面２０６を有するパシベーション層２５８が約λ２０６≒２．０２なる屈折率λ２０６を有する窒化シリコン（SiN）で形成され、フローセル２８２の流体が水系であり、約λ２８２≒１．３３なる屈折率を有する一例によれば、検出面２０６を形成する材料とフローセル２８２の流体との屈折率比λ２０６／λ２８２は約λ２０６／λ２８２≒１．５２である。一部の例では、反応凹部２１０の三次元形状を円柱形または円錐台形にして、図８のページ内に延びる水平面に沿って切り取った断面がほほ円形になるようにすることができる。縦軸２６８はこの断面の幾何学的中心を通って延びることができる。
【００５１】
本明細書中の例は、図８に示す、寸法Ｄを有し十分に高い屈折率比λ２０６／λ２８２を有する反応凹部２１０（ナノウェル）を有する検出面２０６については、臨界波長λcが存在し、臨界波長λcよりも短い波長は反応凹部２１０の内部へ透過し、臨界波長λcよりも長い波長は反応凹部２１０を有する検出面２０６によって相殺（例えば、部分的に相殺または完全に相殺）されるものと認められる。本明細書中の例は、さらに、説明する臨界波長λcは寸法Ｄに依存し、このため寸法Ｄを制御して臨界波長λcを所望の値に調整することができるものと認められる。より具体的には、寸法Ｄを増加させることによって臨界波長λcを増加させることができ、寸法Ｄを減少させることによって臨界波長λcを減少させることができる。認められた効果に関する特定の理論に縛られることなしに、検出面２０６に入射する光線は検出面２０６から放射される電磁界を誘導することができ、この電磁界は入射する光エネルギーを（例えば、部分的または完全に）相殺し、この光エネルギーは相殺しなければ反応凹部２１０を透過する。
【００５２】
光エネルギーを相殺する特徴は、検出面２０６の設計に取り入れることが有利である。図８を参照して説明した一例によれば、寸法Ｄは臨界波長λcを確立するように選択することができ、これにより、励起光１０１のおよそ中心（ピーク）波長λa以下の波長は反応凹部を透過して検出器２００内に入り、さらに、およそ検出帯域の最短波長λb以上の波長は検出面２０６によって相殺される。励起光１０１のおよそ中心（ピーク）波長λa以下の波長は、システム１００の設計によりフルオロフォアが適切に励起されることを保証することができ、およそ検出帯域の最短波長λb以上の波長は、検出器２００の信号対ノイズ比を増加させることができる。
【００５３】
λcはＤに応じて調整することができるが、ＤとＤに応じた相殺効果との関係は、具体的に製造されたシステム１００の材料、（光エネルギー励起装置１０の構成を含む）構成、及びプロセス制御パラメータに応じて変化し得る。それにもかかわらず、検出器２００の特定の設計についての、寸法Ｄと、寸法Ｄに応じた相殺効果との関係の情報は、実験によって決定することができる。検出器２００の特定の設計についての、Ｄと相殺効果との関係を指定する情報が実験により決定されると、この情報を用いて、Ｄの値、即ちＤ＝ｄ１を確立することができ、ここにＤ＝ｄ１は臨界波長λcを確立するように選択され、これにより、励起光１０１のおよそ中心（ピーク）波長λc以下の波長は反応凹部２１０及び検出器２００内へ透過し、さらに、およそ検出帯域の最短波長λb以上の（即ち、蛍光範囲の）波長は検出面２０６によって相殺される。
【００５４】
１つのプロセスによれば、検出器２００による１つ以上の検査試料検出器を製造して検査に供することができる。この検査は、反応凹部２１０による励起光１０１の透過を検査することを含むことができる。１つ以上の検査試料を用意し検査に供して、Ｄ＝ｄｃなる最小の寸法Ｄを決定することができ、寸法Ｄ＝ｄｃで反応凹部２１０が１つ以上の透過基準により励起光１０１を透過させる。１つ以上の透過基準は、例えば、最大エネルギーの閾値量（例えば、９０パーセント、１００パーセント）の励起光１００が反応凹部２１０を透過することとすることができる。１つ以上の検査試料を用意し検査を施して、Ｄ＝ｄｅなる最大寸法Ｄを決定することができ、Ｄ＝ｄｅで反応凹部２１０が光センサ１０２の検出帯域内の光（例えば、識別可能な量の蛍光範囲の光）を相殺する。こうした検査においては、光センサ２０２によって読み出した信号を、生産仕様に従って製造した導光板２１４で検査することができる。一例による生産設計では、Ｄ＝ｄ１は、約Ｄ＝ｄｃから約Ｄ＝ｄｅまでの範囲内であるように与えることができる。一例による生産設計では、Ｄ＝ｄ１を、Ｄ＝ｄｃ〜Ｄ＝ｄｅのおよそ中点の距離であるように与えることができる。一例による生産設計では、Ｄ＝ｄ１をおよそＤ＝ｄｃであるように与えることができる。一例による生産設計では、Ｄ＝ｄ１をおよそＤ＝ｄｅであるように与えることができる。説明した例では、臨界波長λcを確立するように寸法Ｄを与えることができ、これによりλcは約λa〜約λbの波長範囲内となり、λcよりも短い波長は反応凹部２１０を透過し、λcよりも長い波長は反応凹部２１０によって相殺され、ここにλaは励起光１０１の中心波長であり、λbはセンサアレイ２０１の検出帯域の最短波長である。
【００５５】
図２のスペクトル特性関係図を参照すれば、励起光１０１は約５２３nm（λa）の中心（ピーク）波長を有することができ、光センサ２０２を有する検出器２００は、約５８０nm（検出帯域の最短波長）から始まる検出帯域を有することができる。従って、一例によれば、適切な屈折率を有するように構成された反応凹部２１０は、約５２３nm以下の波長の入射光エネルギーの進入を可能にするように寸法を定めることができ、かつ、約５８０nm以上の波長の入射光エネルギーを相殺するように寸法を定めることができる。検出器２００がＤ＝ｄ１≒λcの構成のものであり、このため距離ｄ１が臨界波長λcと共通である場合、ＤをＤ＝５５０nmによる寸法にして、励起光１０１を反応凹部２１０内へ透過させて、図２のスペクトル特性関係図による不所望な蛍光波長範囲を相殺することができる。説明した構成により、検出面２０６は、約５２３nm以下の波長の入射光エネルギーの進入を可能にするように寸法を定めることができ、約５８０nm以上の波長の入射光エネルギーを相殺するように寸法を定めることができる。
【００５６】
本明細書中では、（検出面２０６を規定する構造２６０を有する）検出器２００による検査試料検出器を用いて、検出面２０６の寸法、例えばＤと電磁界相殺効果との関係を指定する情報（例えば、ｄｃ、ｄｅ、及び／またはＤをλcに関係付ける他の情報を含む）を決定するステップを含む方法を説明し、検出面２０６を規定する構造２６０を製造するステップは、決定した情報を用いて、励起光１０１の（中心（ピーク）波長λaを含む）励起波長帯域内の励起光１０１を透過させ、検出面２０６に入射する光センサアレイ２０１の検出帯域内の光エネルギーを相殺するように、検出面２０６の反応凹部２１０の寸法を定めるステップを含む。
【００５７】
一部の実施形態では、反応凹部２１０の三次元形状を円柱形または円錐台形にして、図８のページ内に延びる水平面に沿って切り取った断面がほほ円形になるようにすることができる。縦軸２６８はこの断面の幾何学的中心を通って延びることができる。しかし、代案の例では他の幾何学的形状を用いることができる。例えば、この断面を正方形または八角形にすることができる。一例によれば、シールド（遮蔽）構造２５０が約１００nmから約６００nmまでの厚さを有することができ、パシベーション層２５６は約１００nmから約６００nmまでの厚さを有することができ、パシベーション層２５６は約５０nmから約５００nmの厚さを有することができ、開口２５２は約７００nmから約１．５μmの直径を有することができ、反応凹部は存在すれば約５０nmから約５００nmまでの高さＨを有することができる。
【００５８】
図９及び１０は、本明細書中に説明する１つ以上の蛍光範囲ノイズ低減の特徴を有する検出器２００の例をさらに詳細に示す。
【００５９】
図９〜１０を参照して、本明細書中では、生物学的物質または化学物質を支持する検出面；複数の光センサ２０２、及び光センサ２０２によって検出された光子に基づくデータ信号を送信する回路２４６を具えたセンサアレイ２０１；複数の導光板２１４を具えた導光板アレイ２１３を説明し、導光板アレイ２１３の導光板２１４は、励起光１０１及び発光信号光５０１を検出面２０６から受光し、導光板２１４は、センサアレイ２０１のそれぞれの光センサ２０２に向かって延び、励起光１０１を阻止すると共に蛍光発光するフルオロフォアから放射される発光信号光５０１がそれぞれの光センサ２０２に向かって伝搬することを可能にするフィルタ材を具え、上記検出面は反応凹部２１０を含み、この反応凹部は、検出面に入射するセンサアレイ２０１の検出帯域内の背景光エネルギーを相殺するための屈折率及び寸法を具えている。
【００６０】
検出器２００は、光センサ２０２のセンサアレイ２０１、導光板２１４の導光板アレイ２１３、及び反応凹部２１０の反応アレイ２０９を含むことができる。特定例では、各光センサ２０２が単一の導光板２１４及び単一の反応凹部２１０と位置合わせされるように、これらの構成部品が配列されている。しかし、他の例では、単一の光センサ２０２が２つ以上の導光板２１４を通して光子を受けることができる。一部の例では、光センサアレイの光センサ毎に２つ以上の導光板及び／または反応凹部を設けることができる。一部の例では、反応凹部アレイの反応凹部と位置合わせされた２つ以上の導光板及び／または光センサを設けることができる。「アレイ」とは、検出器が有することができる特定種類のあらゆるすべてのアイテムを必ずしも含まない。例えば、光センサのセンサアレイは検出器２００のあらゆるすべてのセンサを含まなくてもよい。他の例として、導光板アレイ２１３は検出器２００のあらゆるすべての導光板を含まなくてもよい。他の例として、反応アレイ２０９は検出器２００のあらゆるすべての反応凹部２１０を含まなくてもよい。このため、特に断りのない限り、「アレイ」とは、検出器２００の全部のこうしたアイテムを含むことも含まないこともある。
【００６１】
図示する例では、フローセル２８２が側壁２８４及びフローセル・カバー２８８によって規定され、フロー（流れ）カバー２８８は側壁２８４及び他の側壁（図示せず）によって支持される。これらの側壁は検出面２０６に結合され、フローカバー２８８と検出面２０６との間に広がる。一部の例では、これらの側壁が硬化性接着剤層で形成され、この硬化性接着剤層はフローカバー２８８を検出器２００に結合する。
【００６２】
フローセル２８２は高さＨ１を含むことができる。ほんの一例として、高さＨ１は約５０〜４００μm、特に約８０〜２００μmとすることができる。フローカバー２８８は、検出器アセンブリ２０の外部からフローセル２８２内へ伝搬する励起光１０１に対して光透過性（透光性）である材料を含むことができる。
【００６３】
これも図示するように、フローカバー２８８は入口及び出口ポート２８９、２９０を規定することができ、これらは他のポートと流体的に係合するように構成されている。例えば、他のポートは、カートリッジ（図示せず）から、あるいはワークステーション（図示せず）からのポートとすることができる。
【００６４】
検出器２００は検出面２０６を有し、検出面２０６は（例えば、指定した反応を行うために適切な方法で化学的または物理的に修飾することによって）官能化（官能基化）することができる。例えば、検出面２０６は官能化することができ、複数の反応部位を含むことができ、１つ以上の生体分子がこれらの反応部位に固定化されている。検出面２０６は反応凹部２１０の反応アレイを有することができる。反応凹部２１０の各々は、上記反応部位のうちの１つ以上を含むことができる。反応凹部２１０は、例えば、検出面２０６に沿った深さの下げまたは変化によって規定することができる。他の例では、検出面２０６を平面にすることができる。
【００６５】
図１０は検出器２００の拡大断面図であり、種々の特徴をより詳細に示す。より具体的には、図１０は、単一の光センサ２０２、発光信号光５０１を光センサ２０２に向けて指向させる単一の導光板２１４、及び光センサ２０２によって検出された発光信号光５０１（例えば光子）に基づいて信号を送信する関連する回路２４６を示す。センサアレイ２０１（図９）の他の光センサ２０２、及び関連する構成部品は、同一または同様の様式に構成することができることは明らかである。しかし、検出器２００はその全体にわたって同一または均一に製造する必要はないことも明らかである。その代わりに、１つ以上の光センサ２０２及び／または関連する構成部品は異なるように製造することができ、あるいは互いに対して異なる関係を有することができる。
【００６６】
回路２４６は相互接続された導電性素子（例えば、導体、トレース、ビア、相互接続体、等）を含むことができ、これらの導電性素子は、検出された光子に基づくデータ信号の伝送のように電流を導くことができる。検出器２００は、光センサ２０２の平面アレイを有する集積回路を具えている。検出器２００内に形成された回路２４６は、光センサ２０２上に電荷が蓄積される露光期間（積分期間）後の光センサ２０２からの信号の読出し、信号の増幅、デジタル化、記憶、処理のうちの少なくとも１つ用に構成することができる。回路２４６は、検出された発光信号光５０１を収集し分析して、検出データをバイオアッセイ（生物学的検定）システムへ伝えるためのデータ信号を発生することができる。回路２４６は、検出器２００における追加的なアナログ及び／またはデジタル信号処理を実行することもできる。光センサ２０２はゲート２４１〜２４５を通して回路２４６に電気結合することができる。
【００６７】
一例による検出器２００は、ＣＭＯＳ集積回路検出器またはＣＣＤ集積回路検出器のような半導体集積回路検出器とすることができる。一例による検出器２００は、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）製造プロセスのような集積回路製造プロセスを用いて製造した集積回路チップとすることができる。
【００６８】
光センサ２０２によって規定されるセンサアレイ２０１の分解能は約０．５メガピクセル（Mピクセル）よりも大きい。一部の特定例では、分解能が約５Mピクセルよりも大きく、特に約１４Mピクセルよりも大きい。
【００６９】
検出器２００は、センサ層２３１を含む複数層の積層２３１〜２３７を含むことができ、センサ層２３１はシリコン層とすることができる。この積層は複数の誘電体層２３２〜２３７を含むことができる。図示する例では、誘電体層２３２〜２３７の各々が金属元素（例えば、W（タングステン）、Cu（銅）、またはAl（アルミニウム））及び誘電体材料、例えばSiO2を含む。集積回路製造に適したもののような種々の金属元素及び誘電体材料を用いることができる。しかし、他の例では、誘電体層２３２〜２３７のうちの１つ以上が、１つ以上のSiO2層のような誘電体材料のみを含むことができる。
【００７０】
図１０の特定例に関しては、誘電体層２３２〜２３７が、図１０中に層Ｍ１〜Ｍ５としてラベルを付けたメタライゼーション（金属化）層を含むことができる。図示するように、メタライゼーション層Ｍ１〜Ｍ５は、回路２４６の少なくとも一部分を形成するように構成することができる。
【００７１】
一部の例では、検出器２００がシールド構造２５０を含み、シールド構造２５０はメタライゼーション層Ｍ５上の領域全体にわたって広がる１つ以上の層を有する。図示する例では、シールド構造２５０が、フローセル２８２から伝搬する光信号を阻止し、反射し、及び／または大幅に減衰させるように構成された材料を含むことができる。この光信号は、励起信号１０１及び／または発光信号光５０１とすることができる。ほんの一例として、シールド構造２５０はタングステン（W）を含むことができる。ほんの特定例として、励起光１０１は約５２３nmの中心（ピーク）波長を有することができ、発光信号光５０１は約５７０nm以上の波長を含むことができる（図２）。
【００７２】
図１０に示すように、シールド構造２５０は、当該シールド構造を貫通する開口２５２を含むことができる。シールド構造２５０は、こうした開口２５２のアレイを含むことができる。開口２５２は、発光信号光が導光板２１４まで伝搬することを可能にするように寸法を定められている。検出器２００はパシベーション層２５６を含むことができ、パシベーション層２５６はシールド構造２５０に沿って広がり、かつ開口２５２の全体にわたって広がる。検出器２００は、検出面２０６を含むパシベーション層２５８を含むこともでき、パシベーション層２５８はパシベーション層２５６に沿って広がり、かつ開口２５２の全体にわたって広がる。シールド構造２５０は開口２５２上に広がり、これにより開口２５２を直接または間接的に覆うことができる。パシベーション層２５６及びパシベーション層２５８は、より下位の層及びシールド層２５０をフローセル２８２の流体環境から保護するように構成することができる。一例によれば、パシベーション層２５６はSiNまたは同様のもので形成される。一例によれば、パシベーション層２５８は五酸化タンタル（Ta2O5）または同様のもので形成される。パシベーション層２５６及びパシベーション層２５８を有する構造２６０は、反応凹部２１０を有する検出面２０６を規定することができる。検出面２０６を規定する構造２６０は、１〜Ｎ層のような任意数の層を有することができる。
【００７３】
構造２６０は固体表面（即ち、検出面２０６）を規定することができ、この固体表面は、生体分子または他の関心事の検体が当該固体表面に固定化されることを可能にする。例えば、反応凹部２１０の反応部位の各々が、パシベーション層２５８の検出面２０６に固定化される生体分子群を含むことができる。従って、パシベーション層２５８は、反応凹部２１０の反応部位が当該材料に固定化されることを可能にする材料で形成することができる。パシベーション層２５８は、少なくとも所望の蛍光に対して透明である材料を含むこともできる。パシベーション層２５８を物理的または化学的に修飾して、生体分子の固定化を促進すること及び／または発光信号光５０１の検出を促進することができる。
【００７４】
図示する例では、パシベーション層２５６の一部分がシールド構造２５０に沿って広がり、パシベーション層２５６の一部分が、導光板２１４を規定するフィルタ材に直接沿って広がる。反応凹部２１０は導光板２１４と位置合わせして導光板２１４上に直接形成することができる。一例によれば、反応凹部２１０及び導光板２１４の各々が、縦軸２６８を中心とする幾何学的中心を有することができる。
【００７５】
図８に関連して本明細書中に説明するように、検出面２０６に入射する蛍光範囲内の光エネルギーを、誘導される電磁界の働きによって相殺することができるように、検出面２０６の寸法を定めることができる。一例によれば、シールド構造２５０は約１００nmから約６００nmまでの厚さを有することができ、パシベーション層２５６は約１００nmから約６００nmまでの厚さを有することができ、パシベーション層２５６は約５０nmから約５００nmまでの厚さを有することができ、開口２５２は約７００nmから約１．５μmまでの厚さを有することができ、反応凹部２１０は存在すれば約５０nmから約５００nmまでの高さを有することができる。
【００７６】
一部の場合には、パシベーション層２５６をシールド構造２５０に沿って堆積させる前に、かつシールド構造２５０を堆積させる前に、側壁２５４によって規定されるキャビティを、誘電体層２３２〜２３７によって規定される誘電体積層内に形成することができる。例えば、誘電体層２３２〜２３７によって規定される誘電体積層をエッチングして、側壁２５４によって規定されるキャビティのアレイを形成することができ、光センサアレイ２０１の光センサ２０２毎に１つのキャビティを形成する。特定例では、側壁２５４によって規定されるキャビティが細長い空間であり、開口２５２に近接した所から光センサ２０２に向かって延びる。
【００７７】
上記キャビティは縦軸２６８に沿って垂直に延びることができる。一部の例では、側壁２５４によって規定されるキャビティの三次元形状を円柱形または円錐台形にして、図１０のページ内に延びる水平面に沿って切り取った断面がほほ円形になるようにすることができる。縦軸２６８はこの断面の幾何学的中心を通って延びることができる。しかし、代案の例では他の幾何学的形状を用いることができる。例えば、この断面を正方形または八角形にすることができる。一例によれば、導光板２１４の縦軸である縦軸２６８がセンサ２０２及び反応凹部２１０の幾何学的中心を通って延びることができる。
【００７８】
導光板２１４を規定するフィルタ材は、側壁２５４によって規定されるキャビティを形成した後に、側壁２５４によって規定されるキャビティ内に堆積させることができる。一例によれば、導光板２１４を製造するために、例えば光子放出消光剤を有する粉末形態の染料分子を溶媒で溶解して液体ポリマーバインダーに添加して、染料分子及びポリマー分子を有する均質な液体マトリクスを形成することができる。一例によれば、粉末形態の染料分子を金属錯体染料粒子とすることができる。
【００７９】
均質な液体マトリクスを、検出器２００の誘電体積層キャビティ内に堆積させ蒸発させて、固体染料及びポリマーマトリクスを含むフィルタ材を形成することができ、染料分子はポリマーバインダー分子のマトリクス内に懸濁する。均質なポリマーバインダー及び染料のマトリクスのフィルタ材は、化学気相成長法（ＣＶＤ）または物理的気相成長法（ＰＶＤ：physical vapor deposition）を用いて、側壁２５４によって規定されるキャビティ内に堆積させることができる。この堆積を実行して、側壁２５４によって規定されるキャビティにフィルタ材を過充填し、次に、平坦化またはエッチングによるようなパターン化を施して、導光板２１４を規定するフィルタ材の高さを低減することができる。一例によれば、導光板２１４用のフィルタ材は、ポリマーバインダー分子マトリクス内に懸濁する金属錯体染料分子を含むことができる。
【００８０】
フィルタ材は（例えば、硬化後に）導光板２１４を形成することができる。導光板２１４は、励起光１０１を阻止すると共に発光信号光５０１（図１）が当該導光板を通って対応する光センサ２０２に向かって伝搬することを可能にするように構成することができる。導光板２１４は、本明細書中に図２〜７を参照して説明したフィルタ材で形成することができる。このフィルタ材は、染料及びポリマーバインダーの均質なマトリクスを含むことができ、この染料は光子放射消光剤を含むことができ、一例によれば金属錯体染料によって提供される。一例による染料及びポリマーマトリクスは、約７０：３０の染料対ポリマーから約９０：１０の染料対ポリマーまでの範囲内の重量濃度を含むことができる。このフィルタ材混合物は、約１個の染料分子対約１００個のポリマー分子の分子比率を有することができる。
【００８１】
導光板２１４は、誘電体層２３１〜２３７によって規定される誘電体積層の周囲材料に対して導光構造を形成するように構成することができる。例えば、導光板２１４は少なくとも約２．０の屈折率を有することができ、これにより、導光板を通って伝搬する光エネルギーは、導光板２１４と、誘電体層２３１〜２３７によって規定される誘電体積層との境界面で反射される。特定例では、励起光１０１の光学濃度（ＯＤ：optical density）または吸光度が少なくとも約４ODであるように、導光板２１４が構成されている。より具体的には、少なくとも４ODを達成するようにフィルタ材を選択し導光板２１４の寸法を定めることができる。より具体的な例では、少なくとも約５ODまたは少なくとも約６ODを達成するように導光板２１４を構成することができる。より具体的な例では、少なくとも約５ODまたは少なくとも約６ODを達成するように導光板２１４を構成することができる。検出器２００の他の特徴は、電気的及び機械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。
【００８２】
前述の概念、及び以下により詳細に説明する追加的概念のすべての組合せは（こうした概念が互いに矛盾しないものとすれば）、本明細書中に開示する主題の一部として考えられることは明らかである。特に、本開示の最後に出現する請求項の主題の組合せは、本明細書中に開示する主題の一部として考えられる。本明細書中に明確に用いる用語であり、参照することによって本明細書に含めるあらゆる開示中に出現し得る用語は、本明細書中に開示する特定の概念と最も一致する意味を与えられるべきであることも明らかである。
【００８３】
本明細書は、例を用いて主題を開示し、当業者がその主題を実施することも、あらゆる装置またはシステムを作製して使用すること、及びそれに含まれる方法を実行することを含めて可能にする。主題の特許付与可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者において発生する他の例を含むことができる。こうした他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合に、あるいは特許請求の文言との軽微な相違を有する等価な構造要素を有する場合に、特許請求の範囲内であることを意図している。
【００８４】
以上の説明は例示的であり、限定的ではないことを意図していることは明らかである。例えば、上述した例（及び／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。それに加えて、種々の例の範囲から逸脱することなしに、多数の変更を加えて、特定の状況または材料を種々の例の教示に適合させることができる。本明細書中に記載する材料の寸法及び種類は、種々の例のパラメータを規定することを意図しているが、これらの寸法及び種類は決して限定的ではなく例示的であるに過ぎない。以上の説明を検討すると、他の多数の例が当業者にとって明らかである。従って、種々の例の範囲は、添付した特許請求の範囲を、こうした特許請求の範囲に認められる等価物の全範囲と共に参照して特定される。添付した特許請求の範囲では、「含む」及び「（それに）おいて」は、それぞれ「具える」及び「ここで」と等価であるように用いられる。さらに、以下の特許請求の範囲では、「第１」、「第２」、「第３」等はラベルとして用いるに過ぎず、それらの対象物に数値的要件を課すことは意図していない。本明細書中の「基づく」の形式は、ある要素が部分的に基づく関係並びにある要素が完全に基づく関係を包含する。「規定される」の形式は、ある要素が部分的に規定される関係並びにある要素が完全に規定される関係を包含する。さらに、以下の特許請求の範囲の限定は、手段＋機能の形式で書かれておらず、こうした特許請求の範囲の限定が、追加的構造なしに機能の記述に続く「（...する）手段」を明示的に用いない限り、及び明示的に用いるまでは、
35 U.S.C.§112、第６段落に基づいて解釈されることは意図していない。上述した目的及び利点の必ずしもすべてを任意の特定例により実現することができるわけではないことは明らかである。従って、例えば、本明細書中に説明したシステム及び技術は、本明細書中に教示する１つの利点または利点のグループを、本明細書中に教示または提案され得る他の目的または利点を必ずしも実現せずに、実現または最適化する方法で具体化または実行することができることは、当業者の認める所である。
【００８５】
限られた数の例のみに関連して主題を詳細に説明してきたが、この主題はこのように開示した例に限定されないことは直ちに明らかである。むしろ、この主題は、これまでに説明していないが主題の精神及び範囲に合った任意数の変形、変更、代替、または等価な構成を取り込むように修正することができる。それに加えて、上記主題の種々の例を説明してきたが、開示の態様は説明した例の一部しか含むことができないことは明らかである。また、一部の例は特定数の要素を有するものとして説明しているが、上記主題は特定数よりも少数または多数の要素で実施することができることは明らかである。従って、上記主題は、以上の説明によって限定されるものとして見るべきではなく、添付した特許請求の範囲のみによって限定される。
【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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