检测装置及检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及检测装置及检测方法，特别是涉及可检测生物样本的装置。
【背景技术】
[0002]自从用光学显微镜可直接观察活生生(具有活性)的蛋白质、核酸等各种生物样本的运动以来，主要使用的方法是通过利用光学显微镜的测量，检测生物样本的分子水平的功能或活性。为了识别作为各个对象物的分子，在这些分子上添加荧光素、金胶体或者微小粒子(聚苯乙烯微球，磁微球等)等试剂，由此能够对通过光学显微镜的分辨率是看不到的大小的分子的存在进行可视化。
[0003]然而，所述方法需要大型且昂贵的光学显微镜，并且需用光学显微镜直接观察以及对生物样本的存在进行计数，因此存在无法快速容易地检测生物样本的问题。
[0004]对此，例如，在非专利文献I中公开有包括微腔阵列和CMOS图像传感器的生物样本检测装置，所述微腔阵列具有多个可容纳生物样本的容纳部，所述CMOS图像传感器具有与每个容纳部对应而设置的像素。
[0005]现有技术文献
[0006]非专利文献
[0007]非专利文献 I:Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Image Sensorwith Microchamber Array for Fluorescent Bead Counting,KiyotakaSasagawajetal.，JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, 51 (2012)02BL01
【发明内容】
[0008]但是，在所述非专利文献I中，由于所有的容纳部的开口部都与流路连通，因此存在容纳于容纳部的生物样本或试剂的浓度会下降而导致测量灵敏度下降的问题。
[0009]因此，本发明的目的在于提供一种能够以高灵敏度检测生物样本的检测装置及检测方法。
[0010]根据本发明的检测装置，包括:微腔阵列，所述微腔阵列具有多个容纳部，在所述容纳部内填充含有生物样本的亲水性溶剂；图像传感器，在所述图像传感器上与所述容纳部对应设置有像素，其中，所述微腔阵列包括:流路，所述流路与所述容纳部的开口部连通；疏水性溶剂供给部，所述疏水性溶剂供给部与所述流路连续地设置；贯通孔，所述亲水性溶剂通过所述贯通孔能够进出于所述流路，所述疏水性溶剂供给部通过从外部施加的力使疏水性溶剂流入到所述流路中。
[0011]根据本发明的检测方法，包括:在多个容纳部内填充含有生物样本的亲水性溶剂的工序；向所述容纳部照射激励光的工序；对于每个所述容纳部，用图像传感器检测所述样本的荧光反应的工序；其中，填充所述亲水性溶剂的工序包括:从所述容纳部的开口部流入所述亲水性溶剂的工序；用疏水性溶剂堵塞所述开口部的工序。
[0012]根据本发明，用疏水性溶剂密封容纳部的开口部，含有生物样本的亲水性溶剂被封在容纳部内，因此，能够防止容纳于容纳部内的生物样本或试剂的浓度下降，从而能够提高检测灵敏度。
【附图说明】
[0013]图1是示出根据第一实施方式的检测装置的整体结构的分解立体图；
[0014]图2是示出根据第一实施方式的检测装置的图像传感器和微腔阵列的结构的俯视图，图2A是图像传感器的俯视图，图2B是微腔阵列的俯视图，图2C是将微腔阵列叠在图像传感器上的状态的俯视图；
[0015]图3是按步骤示出根据第一实施方式的检测装置的制造方法的立体图，图3A是示出将Si基板固定于图像传感器上的步骤的图，图3B是示出在Si基板上形成Al膜和抗蚀层的步骤的图，图3C是示出在抗蚀层上形成图案的步骤的图，图3D是示出在Al膜上形成贯通孔的步骤的图，图3E是示出在Si基板上形成贯通孔的步骤的图，图3F是示出去除抗蚀层和Al膜的步骤的图；
[0016]图4是按步骤示出根据第一实施方式的检测装置的制造方法的立体图，图4A是示出在图像传感器的背面形成Al图案的步骤的图，图4B是示出加工外形的步骤的图，图4C是示出在聚酰亚胺基板上固定检测装置的步骤的图，图4D是示出用树脂覆盖检测装置的步骤的图；
[0017]图5是示出根据第一实施方式的检测装置的使用状态的剖视图，图5A是示出将亲水性溶剂导入至微腔阵列的步骤的图，图5B是示出在容纳部内填充亲水性溶剂的步骤的图，图5B是示出用疏水性溶剂密封开口部的步骤的图；
[0018]图6是示出根据第一实施方式的检测装置的使用状态的图；
[0019]图7是示出根据第一实施方式的检测装置的激励光的入射角度和图像传感器的检测图像的图，图7A是入射角度为O度时的图，图7B是入射角度为45度时的图；
[0020]图8是示出根据第一实施方式的检测装置的激励光的入射角度和图像传感器的检测强度的关系的图表；
[0021]图9是示出通过根据第一实施方式的检测装置检测出的结果的图，图9A是用显微镜从上方观察微腔阵列的图像，图9B是经过10分钟后的图像传感器的检测结果，图9C是经过30分钟后的图像传感器的检测结果，图9D是经过60分钟后的图像传感器的检测结果;
[0022]图10是示出根据第一实施方式的检测装置的检测时间和检测结果的关系的图表，图1OA是通过检测装置测量检测强度的结果，图1OB是用现有的光学显微镜检测荧光素的浓度的结果；
[0023]图11是示出根据第二实施方式的检测装置的剖视图，图1lA是示出使用前的状态的图，图1lB是示出使用状态(I)的图，图1lC是示出使用状态(2)的图。
[0024]附图标号说明
[0025]1:检测装置
[0026]2:图像传感器
[0027]4:微腔阵列
[0028]5:像素
[0029]8:容纳部
[0030]10:开口部
[0031]42:亲水性溶剂
[0032]44:疏水性溶剂
[0033]54:流路
[0034]56:疏水性溶剂供给部
[0035]58:贯通孔
[0036]62:变形部
【具体实施方式】
[0037](第一实施方式)
[0038]下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
[0039]图1中示出的检测装置I包括图像传感器2、干涉滤光片3、微腔阵列4。检测装置I在微腔阵列4上容纳含有生物样本的亲水性溶剂42，并用图像传感器2检测该生物样本的荧光反应。
[0040]在本实施方式中，所谓生物样本是例如蛋白质、抗体，核酸等生物分子或病毒粒子等，所述生物样本与试剂反应。作为试剂可以使用例如FDG(氟脱氧葡萄糖)或者珠粒。
[0041]珠粒的平均粒子直径优选为I μ m?4 μ m。通过将珠粒的平均粒子直径变小，不仅能够将珠粒有效地封入到微腔阵列4，而且还能够实现微腔阵列4的高密度化。此外，在这里“平均粒子直径”是表示用电子显微镜观察的数值或者用动态光散射法测量的数值。
[0042]在本实施方式中，检测装置I是在图像传感器2上通过干涉滤光片3装载有微腔阵列4。图像传感器2可以使用例如CMOS传感器。图像传感器2上形成有多个规定大小的像素5，并且设置有结合片7。干涉滤光片3被粘结剂粘结在图像传感器2的像素5上，防止照射至微腔阵列4的激励光入射到图像传感器2的像素5上。
[0043]微腔阵列4包括:腔室主体6，其由板状部件构成，所述板状部件由例如玻璃、硅、高分子树脂等形成；多个容纳部8，其形成在所述腔室主体6上。腔室主体6的表面优选为具有疏水性。所谓疏水性为与亲油性相同的意思，指与疏水性溶剂44的亲合性高于与亲水性溶剂42的亲合性。此时，在腔室主体6的外表面可以使用例如斥水性树脂、氟类高分子树脂等。作为氟类高分子树脂，可以优选使用具有高疏水性且对于生物样本的毒性低的非晶型氟树脂等。作为非晶性氟树脂，例如可以从CYTOP(注册商标)、TEFL0N(注册商标)AF2400和TEFLON (注册商标)AF1600中选择。
[0044]容纳部8是从腔室主体6的外表面沿厚度方向穿设的贯通孔。为了使试剂和生物样本有效进行反应，需将生物样本和试剂的浓度变得很高，为此容纳部8的容积优选为毫微微升级别。
[0045]如图2A所示，在图像传感器2上连续地设置有多个具有规定大小的像素5。在本实施方式中，图像传感器2具有多个单边长度为7.5 μ m的正方形的像素5。
[0046]如图2B所示，在微腔阵列4上连续地设置有容纳部8，并且各容纳部8之间隔开规定间隔。将所述间隔设定为能够遮挡入射的激励光的长度。在本实施方式中，微腔阵列4具有多个隔开15 μ m间隔而形成的容纳部8。
[0047]如图2C所示，微腔阵列4以一个容纳部8对应于一个像素5的方式固定在图像传感器2上。
[0048]此外，虽然未图示，但是干涉滤光片3和微腔阵列4及图像传感器2之间的侧壁上优选涂布含有黑色染料的遮挡材料。由此，能够防止激励光从干涉滤光片3和微腔阵列4及图像传感器2之间的间隙入射至图像传感器2的像素5。
[0049]接着，说明根据本实施方式的检测装置I的制造方法。首先，在厚度为150μπι的图像传感器11的像素5上涂布2 μ m厚度的粘结剂(在本实施方式中，使用CYTOP (注册商标))14。接着，在180°C的温度下进行加热的同时，将在一个面上设置厚度为3 μ m的干涉滤光片3的厚度为60 μ m的Si基板12以干涉滤光片3的外表面置在所述粘结剂14上的方式通过干涉滤光片3将Si基板12和图像传感器11进行固定。
[0050]接着，通过沉积法在Si基板12上形成厚度为200nm的Al膜16，并在所述Al膜16上设置抗蚀层18 (图3B)。
[0051]接着，在抗蚀层18上形成图案，并穿设贯通孔20 (图3C)。在形成保护结合片部7的厚膜抗蚀层22后，通过湿式蚀刻在Al膜16上形成贯通孔24 (图3D)。
[0052]进一步,通过深度反应离子刻蚀(Deep Reactive 1n Etching:DRIE)在Si基板12上形成贯通孔26 (图3E)。接着，用混合酸(醋酸、磷酸、硝酸、纯净水(体积比4:4:1:1))去除抗蚀层18和Al膜16 (图3F)。
[0053]接着，形成放置于玻璃基板28上的保护结合片部7的厚膜抗蚀层30，然后在图像传感器11的背面上形成Al的图案32 (图4A)，并进一步通过DRIE实施外形加工，由此得到检测装置(图4B)。
[0054]将已形成的检测装置I固定在聚酰亚胺基板34上，并在结合片部7中引线键合(图 4C)。
[0055]结合线36和结合片部7被环氧树脂40覆盖。此外，干涉滤光片3和微腔阵列4及图像传感器2之间设置含有黑色染料的遮挡材料38 (图4D)。
[0056]接着，对具有上述结构的检测装置I的工作及效果进行说明。首先，将含有