特許 6682556 バイオセンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6682556

(24)【登録日】2020年3月27日

(45)【発行日】2020年4月15日

(54)【発明の名称】バイオセンサ

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/64 20060101AFI20200406BHJP

   G01N 21/78 20060101ALI20200406BHJP

   G02B 21/36 20060101ALN20200406BHJP

   G02B 5/00 20060101ALN20200406BHJP

   G01N 21/03 20060101ALN20200406BHJP

   G01N 21/05 20060101ALN20200406BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/64 F

   G01N21/78 C

   !G02B21/36

   !G02B5/00 B

   !G01N21/03 Z

   !G01N21/05

【請求項の数】18

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2017-554265(P2017-554265)

(86)(22)【出願日】2015年4月22日

(65)【公表番号】特表2018-517127(P2018-517127A)

(43)【公表日】2018年6月28日

(86)【国際出願番号】CN2015077142

(87)【国際公開番号】WO2016168996

(87)【国際公開日】20161027

【審査請求日】2017年11月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】517355718

【氏名又は名称】シェンゼン・ジェノリビジョン・テクノロジー・カンパニー・リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】特許業務法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】カオ、ペイヤン

(72)【発明者】

【氏名】リウ、ユルン

【審査官】 伊藤 裕美

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−０７１４１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２４３９０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０４５８５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５１０５１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５３８３１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０８８３７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１５８６６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０９２３９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第５６９８３９７（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０１９６３６０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０２７４７４６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０００−５０７３５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５３７１３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／０１５４９３（ＷＯ，Ａ２）

【文献】 特表２０１６−５２８４９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０１４８２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２３３２５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／１１５０３０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２０１４−５０３０８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ １１／００

Ｇ０１Ｎ ２１／００−２１／８３

Ｇ０１Ｎ ３３／４８−３３／９８

Ｇ０１Ｊ ３／００−３／５２

Ｇ０２Ｂ ５／０２

Ｇ０２Ｂ ２１／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の画素を具備するセンサと、
複数のプローブと分析物との間の相互作用によって生成される光と前記複数の画素とを光学的に結合する複数のコリメータと、
を具備し、
前記複数のコリメータのうちの少なくとも１つは、コアと前記コアを囲う側壁とを具備し、
前記コアは、空隙スペースを具備する、
バイオセンサ。

【請求項2】

前記センサは、前記複数の画素を制御し、前記複数の画素からデータを取得し、または、前記複数の画素からのデータを処理する制御回路を含む、請求項１のバイオセンサ。

【請求項3】

前記光は、ルミネセンスである、請求項１のバイオセンサ。

【請求項4】

前記光は、励起放射の励起の下で生成される、請求項１のバイオセンサ。

【請求項5】

前記励起放射の少なくとも一部をブロックするフィルタをさらに具備する、請求項４のバイオセンサ。

【請求項6】

前記フィルタは、二色性フィルタである、請求項５のバイオセンサ。

【請求項7】

透過層をさらに含む、請求項１のバイオセンサ。

【請求項8】

複数のマイクロレンズをさらに具備する、請求項１のバイオセンサ。

【請求項9】

前記複数のコリメータは、メタ材料またはフォトニック結晶を含有する、請求項１のバイオセンサ。

【請求項10】

前記複数のコリメータは、前記複数の画素のうちの近隣する画素間の光学的クロストークを除去する、請求項１のバイオセンサ。

【請求項11】

前記コアは、前記励起放射が、前記励起放射の伝播方向に関係なく通過することを実質的に防ぐ材料を具備する、請求項４のバイオセンサ。

【請求項12】

前記コアは２色性フィルタを含む、請求項４のバイオセンサ。

【請求項13】

前記コアは、前記光を実質的に吸収されることなく通過させる、請求項１のバイオセンサ。

【請求項14】

前記側壁は、前記側壁に達する前記光の一部を減衰する、請求項１のバイオセンサ。

【請求項15】

前記側壁は粗さがある、請求項１のバイオセンサ。

【請求項16】

前記フィルタは、メタ材料、または、フォトニック結晶を含有する、請求項５のバイオセンサ。

【請求項17】

前記複数の画素は、アレイ状に配置され、列ごとに読み取られる、請求項１のバイオセンサ。

【請求項18】

前記複数の画素は、アレイ状に配置され、画素ごとに読み取られる、請求項１のバイオセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

ここでの開示は、バイオセンサ、特に光学的検出に基づいたバイオセンサに関する。

【背景技術】

【0002】

バイオセンサは、生物学的処理に関する分析物を検知する分析装置である。例えば、分析物は、ＤＮＡ、タンパク質、代謝産物あるいは生体など（例えば、バクテリア、ウィルス）である。

【0003】

バイオセンサは、通常、分析物と相互作用するプローブを持つ。プローブは、分析物を結合または認識するよう設計していてもよい。プローブの例として、抗体、アプタマー、ＤＮＡ、ＲＮＡ、抗原などがある。プローブと分析物との間の相互作用は１つ以上の検出可能な現象を導き得る。例えば、検出可能な現象とは、化学種または粒子の放出、化学反応、発光（例えば、化学発光、生物発光、電気化学的発光、エレクトロルミネセンス、フォトルミネセンス、螢光、リン光）、物理的または化学的変化（例えば、ラマン散乱、色、反応性、反応速度）、等であってよい。

【0004】

例えば、バイオセンサは、検出可能な現象を、相互作用の結果として検出することができる検出器を有してよい。検出器は、検出可能な現象をより容易に測定され定量できる別の信号（例えば、イメージや電気的信号）に変換できる。検出器は、検出可能な現象からデータを得て、データを処理する回路を含んでよい。

【0005】

バイオセンサの一種としてマイクロアレイがある。マイクロアレイは、固体の基質（例えばスライド・ガラス、シリコン・ウエハ）上の２次元配列のアレイであり得る。アレイは、異なる領域（ロケーション）で異なる分析を行ってよい。異なる領域での分析は、独立してコントロールあるいは測定され、それによって、１つあるいは多くの分析物の複数並列感知を可能にする。マイクロアレイは、診断分析機器を小型化するのに役立ちうる。例えば、マイクロアレイは、精巧な設備のない場所においての生体試料の検出、またはクリニックまたは病院にいない患者の生理的な徴候をモニタするために使用されてもよい。

【発明の概要】

【0006】

ここに開示されるバイオセンサは、プローブが取付けられるよう構成され、プローブと分析物の間の相互作用が光を生成する、複数の領域と、複数のコリメータを含む光学システムと、光を検出するように構成された複数の画素を含むセンサを含み、複数のコリメータが、コリメータの光軸からの光の伝播方向のずれ（deviation）が閾値より大きい場合に、光が通過するのを実質的に防止するよう構成されている。

【0007】

一実施形態によれば、センサは、制御し、データを取得し、又は、画素からのデータを処理する制御回路を含む。

【0008】

一実施形態によれば、画素は、画素の各々が１つ以上の領域に光学的に結合されるように配置される。

【0009】

一実施形態によれば、画素は、コリメータによってそれらの領域に光学的に結合される。

【0010】

一実施形態によれば、信号は、ルミネセンスである。

【0011】

一実施形態によれば、信号は、励起放射の励起の下で生成される。

【0012】

一実施形態によれば、光学システムは、さらにフィルタを含み、フィルタは少なくとも励起放射の一部をブロックするように構成されている。

【0013】

一実施形態によれば、フィルタは、二色性フィルタである。

【0014】

一実施形態によれば、光学システムは透過層をさらに含む。

【0015】

一実施形態によれば、光学システムは、複数のマイクロレンズを含む。

【0016】

一実施形態によれば、閾値は１０°である。

【0017】

一実施形態によれば、コリメータは、メタ材料あるいはフォトニック結晶を含む。

【0018】

一実施形態によれば、コリメータは、複数の画素の中で近隣の画素間の光学的クロストークを除去するように構成されている。

【0019】

一実施形態によれば、コリメータの少なくとも１つは、芯（コア）と、芯を取り囲む側壁を含む。

【0020】

一実施形態によれば、信号は励起放射の励起の下で生成され、芯は、励起放射が、励起放射の伝播方向に関係なく通過するのを実質的に防ぐ部材である。

【0021】

一実施形態によれば、信号は励起放射の励起の下で生成され、芯は二色性フィルタを含む。

【0022】

一実施形態によれば、芯は、信号を実質的に吸収されることなく通過させる。

【0023】

一実施形態によれば、芯は空隙スペースである。

【0024】

一実施形態によれば、側壁は、側壁に達する信号の一部を減衰する。

【0025】

一実施形態によれば、側壁は粗さがある。

【0026】

一実施形態によれば、装置は、画素からのデータを送るよう構成された再分配層をさらに含む。

【0027】

一実施形態によれば、フィルタは、メタ材料あるいはフォトニック結晶を含む。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1A】図１Ａは、マイクロアレイを含むシステムを概略的に示す。

【0029】

【図1B】図１Ｂは、検出器機能がマイクロアレイに統合されたシステムを概略的に示す。

【0030】

【図2A】図２Ａは、一実施形態によるシステムを概略的に示す。

【0031】

【図2B】図２Ｂは、一実施形態によるシステムを概略的に示す。

【0032】

【図2C】図２Ｃは、一実施形態において、システムがマイクロレンズを含んでもよく、マイクロレンズは露出した表面上に直接形成され、プローブはマイクロレンズに取り付けられてもよいことを概略的に示す。

【0033】

【図2D】図２Ｄは、一実施形態において、マイクロレンズがパッシベーション層に形成されてもよいことを概略的に示す。

【0034】

【図2E】図２Ｅは、一実施形態において、マイクロレンズがコリメータ中に形成されてもよいことを概略的に示す。

【0035】

【図3A】図３Ａは、一実施形態によるコリメータを概略的に示す。

【0036】

【図3B】図３Ｂは、一実施形態によるコリメータを概略的に示す。

【0037】

【図3C】図３Ｃは、一実施形態によるコリメータを概略的に示す。

【0038】

【図3D】図３Ｄは、一実施形態によるコリメータを概略的に示す。

【0039】

【図3E】図３Ｅは、一実施形態によるフィルタおよび透過層が両方とも省略されるシステムを概略的に示す。

【0040】

【図3F】図３Ｆは、一実施形態において、光学システムは複数のアレイ状に配置されたコリメータを持つとしてもよいことを概略的に示す。

【図3G】図３Ｇは、一実施形態において、光学システムは複数のアレイ状に配置されたコリメータを持つとしてもよいことを概略的に示す。

【0041】

【図4】図４は、一実施形態において、光学システムはマイクロ流体型システムを持つとしてもよいことを概略的に示す。

【0042】

【図5A】図５Ａは、一実施形態において、マイクロアレイにおけるセンサが再分配層を持つとしてもよく、マイクロアレイにおける光学システムが信号転送層を持つとしてもよいことを概略的に示す。

【0043】

【図5B】図５Ｂは、図５Ａにおけるセンサの上面図を概略的に示す。

【0044】

【図5C】図５Ｃは、図５Ａにおける光学システムの底面図を概略的に示す。

【0045】

【図6A】図６Ａは、一実施形態において、マイクロアレイにおけるセンサが再分配層を有してよく、マイクロアレイにおける光学装置が信号転送層を有してもよいことを概略的に示す。

【0046】

【図6B】図６Ｂは、一実施形態において、図６Ａにおけるセンサの上面図を概略的に示す。

【0047】

【図6C】図６Ｃは、一実施形態において、図６Ａにおける光学システムの底面図を概略的に示す。

【0048】

【図6D】図６Ｄは、一実施形態において、図６Ａにおけるセンサの上面図を概略的に示す。

【0049】

【図6E】図６Ｅは、図６Ａにおける光学システムの底面図を概略的に示し、ボンディングパッドの位置を例示し、ボンディングパッドは図６Ｄに示すビアに接続するために位置付られている。

【0050】

【図6F】図６Ｆは、一実施形態において、図６Ａにおけるセンサの上面図を概略的に示す。

【0051】

【図6G】図６Ｇは、図６Ａにおける光学システムの底面図を概略的に示し、ボンディングパッドの位置を例示し、ボンディングパッドは図６Ｆに示すビアに接続するための位置付られている。

【0052】

【図7】図７は、一実施形態において、マイクロアレイにおけるセンサがシリコン通過ビア（through-silicon vias（TSV））のようなビアを備えた再分配層を持つとしてもよく、そのようなビアが再分配層における伝送路を、再分配層の反対側のボンディングパッドに電気的に接続するように構成されていることを概略的に示す。

【詳細な説明】

【0053】

図１Ａは、マイクロアレイ１０５を含むシステム１００を概略的に示す。システム１００は、イメージセンサ１０１、光学システム１０２、および／または、励起源１０９を持つとしてもよい。イメージセンサ１０１は、マイクロアレイ１０５の異なる領域１０６で光学的性質（例えば、色、強度）を測定するように構成されてもよい。領域１０６には種々のプローブ１０７が取付けられてもよい。プローブ１０７は、分析物と相互作用してよく、その相互作用はイメージセンサ１０１によって検出可能な信号１０８を生成してもよい。信号１０８の生成には、励起源１０９（例えば、レーザー、紫外線）による励起を必要とされ得る。システム１００のイメージセンサ１０１および光学システム１０２は、大きく扱いにくい、または、壊れやすい、あるいは高価である場合が多く、そして１つの領域とその近隣の領域を区別できる十分に高い空間分解能を有しないこともある。

【0054】

図１Ｂは、検出器機能がマイクロアレイ１５５へ統合されたシステム１５０を概略的に示す。マイクロアレイ１５５は、種々のプローブ１５７が取付けられた複数の領域１５６を持つとしてもよい。プローブ１５７は種々の分析物と相互作用し、その相互作用により、マイクロアレイ１５５に統合されたセンサ１５１により検出可能な信号１５８を生成してもよい。例えば、分析物は、蛍光標識（ラベル）核酸またはタンパク質の断片であり、プローブは、オリゴヌクレオチドまたは抗体である。プローブによって捕獲された、蛍光標識分析物を有する領域は、捕獲された分析物の蛍光体の発光を検出することで識別されることができる。センサ１５１は、信号１５８（例えば、色、強度）を検出するよう構成された複数の画素１７０を持つとしてもよい。画素１７０は、制御し、データを取得し、および／または、画素１７０からのデータを処理するように構成された制御回路１７１を含むとしてもよい。画素１７０は、それぞれの画素１７０が領域１５６のうちの１つに光学的に結合されるように、配置されてもよい。しかしながら、ある領域１５６で生成された信号１５８は、その領域１５６に光学的に結合された画素１７０に完全に到達するとは限らない。信号１５８の一部１７２は、その領域１５６に光学的に結合された画素１７０に到達することができるが、他の一部１７３は、近隣の画素へ散乱する場合があり（「光学的クロストーク」）、および／または、すべての画素１７０から散乱する場合がある。信号１５８の生成には、励起放射１６１（例えば、レーザー、紫外線など）が必要な場合がある。励起放射１６１の一部１６２は、領域１５６を散乱無しで通過し得る。また、励起放射１６１の一部１６３は、散乱して、画素１７０のいくつかに入射する場合があり、または、すべての画素１７０から散乱する場合がある。一部１６２は、フィルタ１９０により画素１７０に到達しないようブロックされてもよい。フィルタ１９０は、透過層１９１より下あるいは上に位置していてよい。しかしながら、フィルタ１９０は、入射方向に敏感であり、一部１６２および１６３が同じ波長を持つにもかかわらず、一部１６３をブロックしない場合もあり得る。一部１６３が画素１７０に到達する場合、信号１５８を暗くする可能性がある。

【0055】

図２Ａは、一実施形態によるシステム２００を概略的に示す。システム２００は、統合センサ２５１および光学システム２８５を含むマイクロアレイ２５５を含む。マイクロアレイ２５５は、種々のプローブ２５７を持つ複数の領域２５６を備えるとしてもよい。プローブ２５７は、種々の分析物と相互作用し、その相互作用はセンサ２５１によって検出可能な信号２５８を生成してもよい。センサ２５１は、信号２５８（例えば、色、強度）を検出するよう構成された複数の画素２７０を持つとしてもよい。画素２７０は、制御し、データを取得し、および／または、画素２７０からのデータを処理するように構成された制御回路２７１を含むとしてもよい。画素２７０は、画素２７０のそれぞれが領域２５６のうちの１つ以上に光学的に結合されるように配置されてよい。光学システム２８５は、透過層２９１の下、または、上に位置するフィルタ２９０を含むとしてもよい（図２Ｂは、フィルタ２９０が透過層２９１の下にある例を示す）。光学システム２８５は、画素２７０を光学的に領域２５６に結合するよう構成された複数のコリメータ２９５を含むとしてもよい。フィルタ２９０および透過層２９１は、コリメータ２９５と同じ基板の上に形成されていなくてもよい。代わりに、フィルタ２９０および透過層２９１は、コリメータ２９５に作成および接合されていてもよい。

【0056】

一実施形態では、透過層２９１は、酸化物または窒化物を含むとしてもよい。例えば、透過層２９１は、ガラスを含むとしてもよい。

【0057】

一実施形態では、フィルタ２９０は、二色性フィルタ（干渉フィルタとしても知られる）でもよい。フィルタ２９０は、低域通過（閾値より下の周波数を通過させる）または帯域通過フィルタでもよい。フィルタ２９０は、メタ材料あるいはフォトニック結晶を含むとしてもよい。メタ材料は、多くの場合に微視的な、または、より小さなスケールでパターンを繰り返すように配列された含有成分を持ち、当該スケールはメタ材料が影響を及ぼすよう設計されている光の波長より小さい。繰り返されたパターンの構造および含有成分の特性は、メタ材料の特性を調整するために選択されてもよい。例えば、メタ材料は、選択された周波数又は複数の周波数（例えば、ユーザに害をもたら可能性のある特定のレーザー周波数）をブロックするよう構成されていることを除き、すべての周波数で光学的透明性を提供してもよい。フォトニック結晶は、ある周波数範囲の光の伝播を禁止するバンドギャップを持つ周期的な誘電性の構造をしている。フィルタ２９０は、異なる屈折率を持つ材料の複数の薄層を持つとしてもよく、また、互い違いにこれらの材料の薄層を配置することで形成してもよい。フィルタ２９０は吸収性フィルタでもよく、効果的であるために十分な厚さを持つのがよい。

【0058】

一実施形態において、透過層２９１は、酸化ケイ素または窒化ケイ素のような絶縁材料でもよい。一実施形態において、透過層２９１はさらに省略されてもよい。一実施形態において、光学システム２８５は、図２Ｃに示すように、領域２５６に位置する複数のマイクロレンズ２９２を持つとしてもよい。マイクロレンズ２９２は、領域２５６の露出した表面上に直接形成されてもよく、また、プローブ２５７は、マイクロレンズ２９２に取付けられてもよい。あるいは、マイクロレンズ２９２は、図２Ｄに示すように、パッシベーション層２９１に形成されてもよい。さらに、マイクロレンズ２９２は、図２Ｅに示すように、コリメータ２９５に形成されてもよい。マイクロレンズ２９２は、領域２５６で発生した光をコリメータ２９５内へ収束させるように構成されてもよい。マイクロレンズ２９２は、領域２５６からそれに結合された画素にルミネッセンスのより大きな部分を向けるように構成されていてもよい。例えば、マイクロレンズ２９２は、別の方法で、一部２７３が発せられる領域２５６に結合された画素に達しない一部２７３を捕獲してよい。

【0059】

一実施形態において、フィルタ２９０、透過層２９１（備えられている場合）、マイクロレンズ２９２（備えられている場合）、また、コリメータ２９５は、同じ基板に統合されてもよい。

【0060】

一実施形態において、コリメータ２９５は、コリメータ２９５の光軸からの光の伝播方向のずれが閾値（例えば、１０°、５°、または、１°）より大きい場合に、光が通過するのを実質的に（例えば、９０％、９９％、または、９９．９％以上)防ぐように構成されてもよい。信号２５８の一部２７２は、その領域１５６に光学的に結合された画素２７０の方へ伝播するとしてもよく、他の一部２７３は、近隣の画素の方へ散乱するとしてもよく（光学的クロストーク）、および／または、すべての画素２７０から離れて散乱するとしてもよい。コリメータ２９５は、一部２７３がコリメータ２９５を通過することを実質的に防ぐことにより、実質的に光学的クロストークを除去するように構成されてもよい。信号２５８の生成には、励起放射２６１（例えば、レーザー、紫外線など）が必要とされる場合がある。励起放射２６１の一部２６２は、領域２５６を散乱することなしに通過する場合がある。励起放射２６１の一部２６３は、いくつかの画素２７０と異なる方向へ散乱する場合があり、または、すべての画素２７０から離れて散乱する場合がある。一部２６２は、フィルタ２９０によって、画素２７０に到達することをブロックされるとしてもよい。フィルタ２９０は、入射方向に感度がよく、一部２６２および２６３が同じ波長を持つにもかかわらず、一部２６３をブロックしないこともあり得る。コリメータ２９５は、励起放射が、伝播方向に関係なく通過するのを実質的に防ぐか、または、一部２６１の伝播方向から離れて散乱する一部２６３が通過することを実質的に防ぐように構成されてもよい。

【0061】

一実施形態において、コリメータ２９５の各々は、１つの領域２５６からその領域に光学的に結合された画素２７０に延在する。

【0062】

一実施形態において、コリメータ２９５は、側壁２９７に囲まれた芯（コア）２９６を持つとしてもよい。

【0063】

図３Ａで概略的に示される一実施形態において、芯２９６は、励起放射２６１が励起放射２６１の伝播方向に関係なく通過することを実質的（例えば、９０％、９９％、または、９９．９％以上）防ぐ材料でもよい。例えば、芯２９６は、励起放射２６１を減衰（吸収）する材料でもよい。芯２９６は、信号２５８が実質的に吸収されずに通過可としてもよい。この一実施形態において、フィルタ２９０は省略されてもよい。

【0064】

図３Ｂで概略的に示される一実施形態において、芯２９６は、コリメータ２９５の光軸からの一部（例えば一部２７２）の伝播方向のずれが閾値（例えば１０°、５°、または、１°）より小さい場合、励起放射２６１の一部が通過することを実質的に（例えば、９０％、９９％、または、９９．９％以上）防ぐ構造２９９を持つとしてもよい。例えば、構造２９９は、二色性フィルタ、メタ材料、または、フォトニック結晶を持つとしてもよい。芯２９６は、信号２５８を、実質的に吸収されずに（すなわち、１０％未満の吸収で）通過可能としてもよい。この一実施実施形態において、フィルタ２９０は省略されてもよい。

【0065】

図３Ｃで概略的に示される一実施形態において、コリメータ２９５の側壁２９７は、励起放射を減衰（吸収）してもよい。励起放射２６１の一部２６３は、フィルタ２９０を通過してコリメータ２９５に入射してもよいが、画素２７０に達する前に側壁２９７に達し易い。励起放射を減衰（吸収）できる側壁２９７は、漂遊励起放射が画素２７０に達することを実質的に防ぐだろう。一実施形態において、芯２９６は、空隙スペースでもよい。すなわち、側壁２９７は空隙スペースを囲む。

【0066】

一実施形態において、側壁２９７は、側壁に達する信号２５８のいずれの部分も減衰（吸収）するものとしてもよく、そのことは光学的クロストークを実質的に防ぐだろう。

【0067】

図３Ｄで概略的に示される一実施形態において、側壁２９７は粗さがあるように（テクスチャー）で形成される。例えば、側壁２９７と（空隙スペースであり得る）芯２９６の間のインタフェース２９８は粗く形成されてよい。粗い側壁２９７は、その入射光を減衰するのにさらに役立つ。

【0068】

図３Ｅで概略的に示される一実施形態においては、フィルタ２９０および透過層２９１は両方とも省略されてよい。コリメータ２９５は、露出された上面２９４を持つとしてもよい。上面２９４は、その近隣の表面とは異なる材料でできていてもよく、それによって、上面２９４の機能化を促進する。プローブ２５７は、選択的に上面２９４に直接取付けられてもよい。

【0069】

図３Ｆおよび図３Ｇで概略的に示される一実施形態において、光学システム２８５は、アレイ状に配置された複数のコリメータ２９５を持つとしてもよい。例えば、光学システム２８５は、各々の画素２７０に対する専用のコリメータ２９５を持つとしてもよい。例えば、光学システム２８５は、一群の画素２７０に共有されたコリメータ２９５を持つとしてもよい。コリメータ２９５は、円形、長方形、多角形など、いかなる適切な断面の形を持つとしてもよい。

【0070】

一実施形態において、コリメータ２９５は、基板にビアをエッチング（例えば、深反応性イオン・エッチング（ディープＲＩＥ）、レーザードリル）することにより形成されるとしてもよい。側壁２９７は、ビアの側壁に部材を配置することにより形成されてもよい。芯２９６は、ビアを埋めることにより形成されてもよい。平坦化がコリメータ２９５の形成において使用されてもよい。

【0071】

一実施形態において、フィルタ２９０は、省略されてもよいし、または、その機能はコリメータ２９５へ統合されてもよい。

【0072】

図４で概略的に示す一実施形態において、光学システム２８５は、領域２５６へ、または、領域２５６から、分析物および反応生成物のような反応物を分配するためのマイクロ流体型システムを持つとしてもよい。マイクロ流体型システムは、ウェル、貯溜部、チャネル、バルブ、または、他の構成要素を持つとしてもよい。マイクロ流体型システムは、また、ヒーター、冷却器（例えばペルチェ装置）、または、温度センサを持つとしてもよい。ヒーター、冷却器、または、温度センサは、光学システム２８５に配置され、コリメータ２９５の上方、または、コリメータ２９５の中に配置されてもよい。ヒーター、冷却器、または、温度センサは、センサ２５１の上方、または、センサ２５１内に配置されてもよい。システム２００は、種々の分析に使用され得る。例えば、システム２００は、リアルタイム・ポリメラーゼ連鎖反応（例えば、定量リアルタイムＰＣＲ（ｑＰＣＲ））を行なうために使用され得る。リアルタイム・ポリメラーゼ連鎖反応（リアルタイムＰＣＲ）は、反応の進行に伴い増幅されたＤＮＡを検出する。これは、反応の生成物が終了時に検出される従来のＰＣＲと対照的である。あるリアルタイムＰＣＲ技術は、相補配列を備えたプローブのハイブリダイゼーションの後にのみ蛍光を発する蛍光体で識別（ラベル）された特異的配列のプローブを使用し、細胞または組織のメッセンジャーＲＮＡ（ｍＲＮＡ）および非コード化ＲＮＡを定量するために使用可能である。

【0073】

光学システム２８５およびセンサ２５１は、それぞれ個別の基板で形成され、フリップチップ・ボンディング、ウエハ対ウエハのダイレクト・ボンディング、または、接着のような適切な技術を用いて互いに接合されてもよい。

【0074】

図５Ａで概略的に示される一実施形態において、センサ２５１は、信号転送層２５２を持つ。信号転送層２５２は、複数のビア５１０を持つとしてもよい。信号転送層２５２は、電気絶縁材（例えば、シリコン酸化物）をビア５１０のまわりに持つとしてもよい。光学システム２８５は、伝送路５２０およびビア５３０を備えた再分配層２８９を持つとしてもよい。伝送路５２０は、ビア５３０をボンディングパッド５４０に接続する。センサ２５１と光学システム２８５が接合される場合、ビア５１０およびビア５３０は、電気的に接続される。図５Ａに示されるこの構成により、ボンディングパッド５４０をプローブ２５７から離れて位置させることができる。

【0075】

図５Ｂは、図５Ａのセンサ２５１の上面図であり、画素２７０と制御回路２７１に関するビア５１０の位置を例示する。画素２７０および制御回路２７１は、この視点からは直接視認できないので、点線で示されている。図５Ｃは、図５Ａの光学システム２８５の底面図であり、伝送路５２０（この視点からは直接視認できないので、点線で示されている）に関するビア５３０の位置を例示する。

【0076】

図６Ａで概略的に示される一実施形態において、センサ２５１は、再分配層６２９を持つ。再分配層６２９は、複数のビア６１０および複数の伝送路６２０を持つとしてもよい。再分配層６２９は、電気絶縁材（例えばシリコン酸化物）をビア６１０および伝送路620のまわりに持つとしてもよい。ビア６１０は、制御回路２７１を伝送路６２０に電気的に接続する。光学システム２８５は、ボンディングパッド６４０を備えた層６１９を持つとしてもよい。センサ２５１と光学システム２８５が接合される場合、再分配層６２９は、また、伝送路６２０をボンディングパッド６４０に電気的に接続するビア６３０を持つとしてもよい。ボンディングパッド６４０は、層６１９に埋設されたワイヤーによって接続された２つの部分を持つとしてもよい。図６Ａに示されるこの構成により、ボンディングパッド６４０をプローブ２５７から離れて配置することができる。

【0077】

図６Ｂは、図６Ａにおけるセンサ２５１の上面図を示し、一実施形態において、画素２７０と制御回路２７１とに関するビア６１０、ビア６３０、伝送路６２０の位置を例示する。この視点からは直接視認できないため、画素２７０、制御回路２７１および伝送路６２０は、点線で示されている。図６Ｃは、図６Ａにおける光学システム２８５の底面図を示し、ボンディングパッド６４０の位置を例示し、ボンディングパッド６４０は図６Ｂにおけるビア６３０に接続するために位置する。ボンディングパッド６４０は、層６１９に埋設されたワイヤーによって接続された２つの部分を持つとしてもよい。

【0078】

図６Ｄは、図６Ａにおけるセンサ２５１の上面図を示し、一実施形態において、画素２７０と制御回路２７１とに関連するビア６１０、ビア６３０、伝送路６２０の位置を例示する。この視点からは直接視認できないため、画素２７０、制御回路２７１、伝送路６２０は点線で示されている。画素２７０は列ごとに読み取られるとしてもよい。例えば、ある２７０からの信号は、その画素２７０に関連した制御回路２７１のレジスタに格納されるとしてもよく、その信号は、ある列から次の列に順次移され、最終的にビア６３０を通って他の処理回路へ移されるとしてもよい。図６Ｅは、図６Ａにおける光学システム２８５の底面図を示し、ボンディングパッド６４０の位置を例示しており、ボンディングパッド６４０は図６Ｄに示されるビア６３０に接続するために位置する。ボンディングパッド６４０は、層６１９に埋設されたワイヤーによって接続された２つの部分を持つとしてもよい。

【0079】

図６Ｆは、図６Ａにおけるセンサ２５１の上面図を示し、一実施形態において、画素２７０と制御回路２７１とに関連するビア６１０、ビア６３０、伝送路６２０の位置を例示する。この視点からは直接視認できないため、画素２７０、制御回路２７１、伝送路６２０は、点線で示されている。画素２７０は画素ごとに読み取られるとしてもよい。例えば、ある２７０からの信号は、その画素２７０に関連する制御回路２７１におけるレジスタに格納されてよく、その信号は、ある画素から次の画素に順次移され、最終的にビア６３０を通って他の処理回路へ移されるとしてもよい。図６Ｇは、図６Ａにおける光学システム２８５の底面図を示し、ボンディングパッド６４０の位置を例示しており、ボンディングパッド６４０は図６Ｆに示されるビア６３０に接続するために位置する。ボンディングパッド６４０は、層６１９に埋設されたワイヤーによって接続された２つの部分を持つとしてもよい。

【0080】

図７に概略的に示される一実施形態において、センサ２５１は再分配層７２９を持つ。再分配層７２９は、複数のビア７１０と複数の伝送路７２０とを持つとしてもよい。再分配層７２９は、電気絶縁材（例えば、シリコン酸化物）をビア７１０および伝送路７２０のまわりに持つとしてもよい。ビア７１０は、制御回路２７１を伝送路７２０に電気的に接続する。再分配層７２９は、また、再分配層７２９と反対側のボンディングパッド７４０に伝送路７２０を電気的に接続するビア７３０（例えば、シリコン通過ビア（ＴＳＶ））を持つとしてもよい。図７に示されるこの構成により、ボンディングパッド７４０をプローブ２５７から離れて配置することができる。

【0081】

さまざまな態様および実施形態が本明細書に開示されているが、他の態様および実施形態は当業者には明らかとされよう。本明細書に開示されたさまざまな態様および実施形態は、説明の目的のためのものであり、制限されるものではなく、本発明の真の範囲および趣旨は以下の請求項によって示される。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2E】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図3E】

【図3F】

【図3G】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図6E】

【図6F】

【図6G】

【図7】