[发明专利]化学传感器、生物分子检测装置和生物分子检测方法

说明书

技术领域

本技术涉及一种基于荧光发光来检测生物分子的化学传感器、其上安装有所述化学传感器的生物分子检测装置和使用所述生物分子检测装置的生物分子检测方法。

背景技术

近年来，在医学、生物化学和分子生物学等领域中，检测诸如蛋白质、各种抗原分子、DNA(脱氧核糖核酸)和RNA(核糖核酸)等生物分子已经变得很重要。特别地，这些生物分子的样品量根据不同情况从pmol到fmol数量级非常小，因此需要开发一种高灵敏度和高精确度的检测方法。

作为高灵敏度的检测方法，检测荧光的方法是最常用的。在荧光的检测方法中，例如，将要检测的靶材料预先用荧光标记物标记，并且其上固定有与靶材料特异性相互作用的探针材料的光学传感器用来检测来自吸附到探针材料上的靶材料的荧光。

例如，专利文献1公开了一种有机分子检测用半导体元件，其中，其上形成有有机分子探针配置区域的硅基板和固态图像拾取元件一体化。该元件具有其中通过使靶材料与配置在有机分子探针配置区域中的有机分子探针结合而产生的荧光由固态图像拾取元件检测的结构。

另外，专利文献2公开了一种其中微透镜设置在由双栅型晶体管(光电转换元件)和探针材料形成的斑点之间的生物高分子分析芯片。在该芯片上，从与探针材料结合的靶材料产生的荧光由微透镜收集并由双栅型晶体管对其进行检测。

专利文献1：日本专利申请特开No.2002-202303

专利文献2：日本专利申请特开No.2006-4991

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，在专利文献1公开的结构中，没有设置将从有机分子探针发射的各向同性的光引导到固态图像拾取元件的光学系统，因此不可能获得充足的光量。因此，灵敏度低，并且精度差。另外，各向同性的光可能射入相邻的固态图像拾取元件，并且在检测信号中可能产生串扰。另外，没有限定与有机分子探针结合的表面的材料，并且没有实现通过将有机分子探针与表面均匀地结合而提高检测精度。

此外，在专利文献2公开的结构中，在微透镜的上表面上，形成透光性顶栅电极。这种顶栅电极被考虑由作为透光性电极材料的ITO(氧化铟锡)或石墨烯等形成。然而，为了获得低电阻，这些材料必须具有大的膜厚。这可能降低膜的透光率并导致灵敏度劣化。

鉴于上述情况，本技术的目的是提供一种能够高精度地检测生物分子的化学传感器、生物分子检测装置和生物分子检测方法。

技术问题的解决方案

为了实现上述目的，根据本技术实施方案的化学传感器包括基板、光学层和中间层。

在所述基板上形成有平面状配置的多个光电二极管。

所述光学层层叠在所述基板上，并且在所述光学层内形成有将荧光引导到所述各光电二极管的波导。

所述中间层层叠在所述光学层上，并且在所述中间层上针对每个波导形成有探针保持区域。所述探针保持区域能够保持探针材料。

通过利用这种结构，通过保持在探针保持区域上的探针材料和与探针材料特异性结合的靶材料的结合引起的荧光由光电二极管检测。此时，由针对每个光电二极管设置的波导将荧光引导到光电二极管，因此可以高精度地检测荧光。

所述波导可以被具有光反射性的反射面包围。

通过利用这种结构，入射进波导的荧光在反射面上反射，并且无论入射角如何都可以检测荧光。另外，反射面可以防止荧光到达相邻的单元。

所述波导具有其直径从所述中间层侧到所述光电二极管侧逐渐减小的锥形形状。

通过利用这种结构，可以在将各向同性发光的荧光宽角度范围地引导到波导的同时将荧光会聚到光电二极管。

所述波导可以具有在其中形成的使激励光衰减并由使得所述荧光透过其的分光材料制成的分光滤波器。

通过利用这种结构，可以防止激励光到达光电二极管。激励光照射到产生荧光的化学传感器上并且在由光电二极管进行的检测中理想地必须为零。通过利用这种结构，可以通过分光滤波器仅使荧光到达光电二极管。

所述分光滤波器可以是使荧光的波长的一部分透过的滤色器。

通过利用这种结构，可以通过滤色器仅使荧光到达光电二极管。

所述滤色器可以具有与在相邻的波导中形成的透过波长不同的透过波长。

通过利用这种结构，可以利用变化的激励光波长进行生物分子的感测，因而通过多角度分析进行高精确度的分析。

所述探针保持区域形成为具有对向于所述波导的大小。

通过利用这种结构，探针保持区域(即，荧光产生区域)小于波导的入射口，因此可以将大部分荧光引导到波导并防止荧光到达相邻的单元。