专利名称：光检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光检测装置。更具体地，本发明涉及用在基因表达分析、传染病测 试、基因分析(例如，SNP分析)、蛋白质分析、细胞分析等中的光检测装置。
背景技术：
近年来，在诸如医疗领域以及制药领域、临床试验领域、食品、农业、工程、法医学、 犯罪鉴证等的各种领域中已经广泛地进行了涉及基因分析、蛋白质分析、细胞分析等的研 究和开发。特别地，近来，片上实验室(lab-on-chip)技术的开发和实际使用已在进行中， 其中，在设置在芯片上的微型通道或阱(well)中进行用于核酸、蛋白质、细胞等的检测和/ 或分析的各种反应。片上实验室技术作为用于生物分子等的简单测量的技术已经引起了人 们的关注。在用于在设置在芯片上的微型通道或阱中进行反应的这种片上实验室技术中，迫 切需要开发能够在实际现场(例如，医疗现场)进行各种分析的装置。因此，如何实现装置 的小型化是待解决的不可避免的问题。因此，为了在小型装置中实现有效的检测和/或分 析，需要对所使用的芯片和装置、所采用的检测和/或分析方法等进行各种巧妙的设计。例如，日本专利公开第2008-151770号提出了能够实现小型化和降低制造成本的 微通道芯片。具体地，在微通道芯片中，混合有热溶性粘合剂的试剂被输送至微型通道中的 预定位置处。随后，通过从引入试样的温度处升温，热溶性粘合剂在预定位置处开始溶解， 从而能够有效地执行溶解处理和混合处理。此外，可以在相同的位置处执行随后的反应处 理和分析处理，从而可以减少微通道上的处理位置的数目，从而使得能够小型化和降低成 本。日本专利公开第2007-139744号提出了荧光偏振测定方法(fluorescent polarimetric method)，通过该方法，使用根据现有技术的方法中所需量的约1/100的量的 样品就能分析样品。具体地，荧光偏振测定方法包括(1)制备荧光探针分子和生物分子的 步骤；(2)将荧光探针分子和生物分子灌注进片上实验室系统的微通道从而形成复合物的 步骤；(3)用偏振光照射复合物并测量所得荧光偏振光的步骤；以及(4)量化荧光偏振光并 确定荧光偏振度。日本专利公开第2008-17779号提出了片上实验室系统，通过该系统，能够在单个 基板上执行核酸复制、合成、反应、检测等。具体地，在基板上设置有具有第一电极的核酸制 备部、用于样品液体流入核酸制备部的样品流入部、具有通过通道与核酸制备部连通的第 二电极的反应部、用于药液流入反应部的药液流入部、用于液体从反应部流出的流出部、使第一和第二电极相互连接的控制电路以及与第二电极连接的检测电路。日本专利公开第2007-187582号提出了具有包括工作电极、参考电极及对电极 (counter electrode)的检测电极和薄膜晶体管的生物芯片。通过具有这些组件的生物芯 片，能够实现重量轻、厚度薄长度短、性能高及成本低的生物传感装置。此外，生物芯片能够 安装在具有喷墨头单元的生物传感器上并从其上拆卸下来。

发明内容
通常，当用光照射引入片上实验室系统中的样品时，通过检测诸如从样品内部发 射的荧光的光，来执行样品中存在的物质的检测。在很多情况下，通常在芯片的多个位置处 进行用光对样品的照射及光的检测。为了在多个位置处进行光照射，需要设置多个光照射 装置，这将不可避免地导致装置的大型化大和能耗的增加。同时，通过使得在芯片上的单个光照射装置扫描，能够执行在芯片中多个位置处 的光照射。在这种情况下，用于使光照射装置扫描的装置必须分开设置，这也不可避免地导 致装置的大型化和能耗的增加。因此，需要这样一项技术，其中，能够在芯片上多个位置处执行光照射，而且，能够 实现装置的小型化和能耗的降低。为了解决上述问题，本发明的发明人进行了深入广泛的研究。就他们研究的结果 而言，通过关注用于控制从光照射装置照射的光的方法，发明人已经成功地使装置小型化 并且降低了能够在芯片上多个位置处执行光照射的装置的能耗。根据本发明的实施方式，提供了一种光检测装置，至少包括基板，设置有执行用光照射样品之后从样品内部发射的荧光的检测的多个检测 区；光照射装置，用于执行光照射；光学控制装置，用于用从光照射装置照射的光来照射检测区；以及光检测装置，用于检测荧光。在光检测装置中，不特别限定来自光照射装置的光照射的方向。例如，可以从基板 的侧面进行光照射。另外，通过使用以对应于多个检测区的方式配置在从光照射装置发出 的光的光路上的多个透镜或反射镜，能够光学控制从光照射装置发出的光，从而能够用光 照射多个检测区。此外，通过用来自基板侧面的光执行照射并使用导光板，也能够光学控制从光照 射装置发出的光，从而能够用光照射多个检测区。另外，在根据本发明实施方式的光检测装置中，例如，可以将光束分离元件配置在 从光照射装置发出的光的光路上。通过使用光束分离装置，也能够光学控制从光照射装置 发出的光，从而能够用光照射多个检测区。不特别限定根据本发明实施方式的光检测装置的检测区的具体结构，只要在用光 照射样品之后检测区允许检测从样品内部发射的荧光即可。例如，可以将检测区设置在多 个阱或通道中。根据本发明的实施方式，能够光学控制从光照射装置发出的光，从而能够用光照 射多个检测装置。因此，尽管将光照射装置的数目设定为小于检测区的数目，仍然能够确保用光照射多个检测区。结果，能够整体实现装置的小型化并降低能耗。


图1示出了根据本发明的光检测装置的第一实施方式的示意性透视图；图2示出了根据本发明的光检测装置的第二实施方式的示意性透视图；图3示出了根据本发明的光检测装置的第三实施方式的示意性透视图；图4示出了根据本发明的光检测装置的第四实施方式的示意性透视图；图5仅示出了从基板11上方观察到的根据本发明的光检测装置的第五实施方式 中的激励系统(excitation system)的示意性俯视平面图；图6仅示出了从基板11上方观察到的根据本发明的光检测装置的第六实施方式 中的激励系统的示意性俯视平面图；图7示出了从基板11的侧面观察到的根据本发明的光检测装置的第七实施方式 的示意性侧视截面图；图8示出了从基板11的侧面观察到的根据本发明的光检测装置的第八实施方式 的示意性侧视截面图；图9为代替绘图的曲线图，示出了通过根据本发明的光检测装置中的检测装置检 测的结果的实例；图10示出了从基板的侧面观察到的根据本发明的光检测装置的第九实施方式的 示意性侧视截面图；图11示出了从基板的侧面观察到的根据本发明的光检测装置的第十实施方式的 示意性侧视截面图；图12为代替绘图的曲线图，示出了在波长为640nm的情况下数值孔径NA与斑点 尺寸(spot size)及焦点深度之间的关系；图13是示出了通道芯片与透镜阵列之间产生的倾角的实例的示意性示图；图14为代替绘图的曲线图，示出了式(1)中通道数N与通道间距ρ之间的关系；图15示出了用于使具有通道C的芯片与透镜阵列之间的倾角最小化的支撑体H 和平行度固定基座(parallelism securing base)P的结构实例的示意性示图；图16为代替绘图的曲线图，示出了在会聚来自由折射率为1. 5的防护罩(cover) 覆盖的通道的荧光的情况下，聚光透镜的NA与聚光效率之间的关系；图17为代替绘图的曲线图，示出了在透镜半径为0. 8mm并且NA为0. 56的情况下 防护罩玻璃厚度与工作距离之间的关系；图18示出了从基板的侧面观察到的根据本发明的光检测装置的第十一实施方式 的示意性侧视截面图；图19示出了在使用导光板G或光束分离元件B的情况下从基板上方观察到的用 于示出调整斑点位置的方法的示意性俯视平面图；图20示出了在使用导光板G或光束分离元件B的情况下从基板上方观察到的用 于示出调整斑点位置的方法的示意性俯视平面图；图21示出了从基板的侧面观察到的根据本发明的光检测装置的第十二实施方式 的示意性侧视截面图；以及
图22示出了实例1中的光检测装置的具体结构的示意性侧视图。
具体实施例方式现在，将参照附图描述本发明的优选实施方式。下面描述的实施方式仅为本发明 典型实施方式的实例，并不用于限制本发明的范围。顺便提及，将以下面的顺序进行描述。1.光检测装置1(1)基板 11(2)光照射装置12(3)光学控制装置13(a)透镜 L(b)反射镜(Mirror)M(c)导光板 G(d)光束分离元件B(e)在使用导光板G或光束分离元件B的情况下的调整斑点位置的方法(4)光检测装置14(5)聚光透镜 l5a、l5b(6)滤光片 l6a、l6b(7)光圈部件 17a、17b，隔壁(partition wall)<1.光检测装置1>图1示意性示出了根据本发明实施方式的光检测装置1的第一实施方式的截面 图。根据本发明实施方式的光检测装置1为这样一种装置，其至少包括(1)基板11、(2)光 照射装置12、(3)光学控制装置13及(4)光检测装置14。如果必要，光检测装置1可以进 一步包括(5)聚光透镜15a、15b、(6)滤光片16a、16b、(7)光圈部件17a、17b、隔壁等。现 在，将在下面详细描述这些组件。(1)基板 11基板11设置有多个检测区111。检测区111均为在其中存在作为检测对象的样品 并且在用光(激发光E)照射样品之后执行从样品内部发射的荧光F的检测的区域。不特别限定根据本发明实施方式的光检测装置1中的检测区111的具体结构，只 要当用光(激发光E)照射试样时检测区允许检测从样品内部发射的荧光F即可。例如，如 图1所示的第一实施方式那样，可以将检测区111设置在通道C中。顺便提及，虽然图1中 所示的第一实施方式中的一个通道C中设置了一个检测区111，但这种结构不是限定性的， 如后所述，可以在一个通道C中设置多个检测区111。另外，如图2所示的第二实施方式那样，也可以在阱W中设置检测区111。此外，如 图3所示的第三实施方式那样，可以采用这种结构，其中，可以在基板11中组合设置阱W和 通道C，并且在阱W和通道C中设置多个检测区111。在将检测区111设置在通道C中的情况下，不特别限定通道C的宽度、深度及截面 形状，并且可以自由设计。例如，也可以在根据本发明实施方式的光检测芯片1中使用通道 宽度在Imm及以下的微通道。检测区111不仅能够用于荧光的检测，而且能够用作例如核酸的放大、杂交(hybridization)、诸如核酸、蛋白质、细胞等的材料之间的相互作用等进行的反应场所。另 外，如图1中所示的第一实施方式那样，将检测区111设置在通道C中的情况下，可以采用 这样的模式，其中，在样品在通道C中移动的同时，允许进行每个反应，并且当样品到达预 定位置时，进行荧光检测。此外，如图3所示的第三实施方式那样，在基板11中以组合形式 设置有阱W和通道C的情况下，可以采用这样的模式，其中，在样品在通道C中移动的同时， 允许进行每个反应，并且当样品到达阱W时，进行荧光检测，或者，可选地，可以采用这样的 模式，其中，当样品在通道C中移动的同时，允许在阱W中进行每个反应并且进行荧光的检 测。不特别限定形成根据本发明实施方式的光检测装置1中的基板11的材料，并且可 以从通常能够用于诸如生物鉴定(bioassay)芯片的光检测芯片的那些材料中自由选择。 在本发明中，具体地，由于系统用于光检测，所以优选地通过诸如塑料树脂(例如，聚碳酸 酯、聚烯烃树脂、丙烯酸树脂等)、硅树脂(例如，PDMS (聚二甲基硅氧烷)等)、玻璃等的透 光材料形成基板11。(2)光照射装置12光照射装置12是用激发光E照射样品的装置。根据本发明实施方式的光检测装 置1具有后述的光学控制装置13，从而能够用来自单个光照射装置12的光照射多个检测区 111。因此，甚至在必须用光照射多个检测区111的情况下，与根据现有技术的光检测装置 相比，也能够减少光照射装置12的数目。这有助于装置的小型化并降低能耗。在根据本发明实施方式的光检测装置1中，不特别限定光照射装置12的具体配 置方法，并且可以自由配置光照射装置12，只要能够用光照射样品即可。例如，甚至在如图 1 图3中所示的第一至第三实施方式中那样，仅为一个基板11设置一个光照射装置12的 情况下，由于根据本发明实施方式的光检测装置1设置有后述的光学控制装置13，所以能 够用光照射多个检测区111。在这种情况下，例如，如图2中所示的第二实施方式那样，通过 在垂直于用于照射的激发光E的光路的方向上(见图2中的参考标号S和S’)扫描光照射 装置12，能够确保用光照射设置在基板11上的所有检测区111。此外，例如，如图4所示的第四实施方式那样，一个基板11可以设置有多个光照射 装置12。例如，用这样配置的多个光照射装置12，能够以不同波长的激发光E照射每个检 测区111，从而同时执行不同的检测。在根据本发明实施方式的光检测装置1中，可以根据后述的光学控制装置13的功 能自由设定来自光照射装置12的光的照射方向。例如，在透镜、反射镜、导光板等用作光学 控制装置13的情况下，可以从基板11的侧面用光进行照射(见图1 图8)。另一方面，在 例如将光束分离元件等用作光学控制装置13的情况下，可以从基板11的上方或从基板11 的下方用光进行照射(见图10、图11、图18及图21)。不特别限定可应用于根据本发明实施方式的光检测装置1中的光照射装置2的用 光照射的方法(照射光的方法)，可以选择一种或多种公知的光照射方法(光照射方法)用 在这里。例如，可以使用采用LED (发光二极管)、半导体激光器、EL照明等的光照射方法中 的一种或多种。在对应于基板11配置多个光照射装置12的情况下，可以同时开启光照射装置12， 并且通过使用后述的光检测装置14同时进行检测，从而能够缩短信号拾取时间。或者，可选地，可以以高的时序切换速度顺序开启光照射装置12，从而能够抑制来自邻近光照射装 置12的噪声。(3)光学控制装置13光学控制装置13是执行用从光照射装置12照射的光(激发光E)来照射多个检 测区111的光学控制的装置。由于设置了光学控制装置13，所以在根据本发明实施方式的 光检测装置1中，可以用从一个光照射装置12照射的光来照射多个检测区111。因此，甚至 在必须用光照射多个检测区111的情况下，与根据现有技术的光检测装置相比，能够减小 光照射装置12的数目。这有助于装置小型化并降低能耗。现在，将通过示出其具体实例， 在下面详细描述能够用在根据本发明实施方式的光检测装置1中的光学控制装置13的具 体结构。(a)透镜 L在根据本发明的实施方式的光检测装置1中，如图1 图4中所示的第一至第四 实施方式那样，透镜L可以用作光学控制装置13。例如，可以以对应于检测区111的方式将 多个透镜L插入从光照射装置12照射的光(激发光E)的光路中。利用这种结构，能够在 激发光E的光路上反复进行激发光E向检测区111的会聚以及会聚的激发光E的再放大。 利用这样插入在激发光E的光路中的多个透镜L，可以用激发光E充分照射所有的多个检测 区111，而不会减少从光照射装置12照射的激发光E的量。在根据本发明实施方式的光检测装置1中，不特别限定能够用作光学控制装置13 的透镜L的种类，可以自由选择能够用在光检测装置中的那些透镜用在这里。例如，不仅能 够使用图1 图4中所示的第一至第四实施方式中所使用的凸透镜，而且能够使用如图5 中所示的第五实施方式那样的凹透镜。顺便提及，图5仅示出了从基板11上方观察到的在 根据本发明实施方式的光检测装置1的第五实施方式中的激励系统的示意性俯视平面图。(b)反射镜 M图6仅示出了从基板11上方观察到的在根据本发明的光检测装置1的第六实施 方式中的激励系统的示意性俯视平面图。在根据本发明实施方式的光检测装置1中，如该 实施方式那样，反射镜M能够用作光学控制装置13。例如，多个反射镜M可以插入从光照射 装置12照射的光(激发光E)的光路中，从而激发光E能够向激发光E的光路上的检测区 111会聚。利用这样插入在激发光E的光路中的多个反射镜M,能够用激发光E充分照射所 有的多个检测区111，而不会减小从光照射装置12照射的激发光E的量。(c)导光板 G图7示出了从基板11的侧面观察到的根据本发明的光检测装置1的第七实施方 式的示意性侧视截面图。在根据本发明实施方式的光检测装置1中，如该实施方式那样，导 光板G能够用作光学控制装置13。例如，可以将导光板G设置在从光照射装置12照射的光 (激发光E)的光路上，并且设置有对应于检测区111的光圈171的光圈部件17a可以介于 光板G与基板11之间，从而能够用激发光E照射多个检测区111。顺便提及，虽然如图7所示的第七实施方式那样，能够在一个通道C的一个位置处 执行使用导光板G的光照射，但是例如也能够如图8中所示的第八实施方式那样，在一个通 道C中的多个位置处进行光照射。在与通道C的流动方向相关的多个位置处这样进行光照 射的情况下，例如，能够通过后述的光检测装置14获取如图9所示的结果。在这种情况下，通过对与先行斑点(proceeding spot)相关的信号量及与后行斑点(succeeding spot)的 信号量进行求微分，消除了同相噪声，从而提高了差分信号的SN。此外，通过检测差分信号 的过零(零交叉)，能够测量在通道C中流动的物质的精确的通过时间。(d)光束分离元件B图10示出了从基板11的侧面观察到的根据本发明的光检测装置1的第九实施方 式的示意性侧视截面图。在根据本发明实施方式的光检测装置1中，如该实施方式那样，光 束分离元件B可以用作光学控制装置13。例如，光束分离元件B可以设置在从光照射装置 12照射的光(激发光E)的光路上，从而能够将从光照射装置12发射的激发光E分离成多 个光束(光通量)，并且能够用激发光E的分离光束同时照射多个检测区111。在根据本发明实施方式的光检测装置1中，不特别限定能够用作光学控制装置13 的光束分离元件B的种类，可以自由选择用在光检测装置中的光束分离元件用在这里。例 如，可以使用如图11所示的第十实施方式那样的光栅、棱镜及透镜阵列。在使用透镜阵列的情况下，当通过使用波长为λ的光源和数值孔径为NA的物镜 用激发光照射通道时，在通道上形成的斑点的尺寸为1.22 λ/ΝΑ。此外，斑点的焦点深度为 λ/NA20图12示出了在波长为640nm的情况下数值孔径NA与斑点尺寸以及焦点深度之间 的关系。在假设使用的通道C的宽度为10 μ m 20 μ m的情况下，期望形成在通道C上的 斑点的尺寸约为2 μ m 8 μ m。另外，在假设通道C的深度为10 μ m 20 μ m的情况下，考 虑到照射光学系统的光轴方向上的位置控制误差，期望焦点深度不低于10 μ m。基于这些条 件，期望用于光照射的透镜的数值孔径NA在0. 1 0. 25的范围内。这里所用的物镜的数 值孔径不必在该数值孔径范围内。在使用更大数值孔径的透镜的情况下，通过减小照射光 的截面尺寸或插入某些光学元件，可以实现上述各范围内的斑点尺寸和焦点深度。在如图11中所示的第十实施方式那样，由与通道C的数目相同数目的透镜构成的 透镜阵列用于具有多个通道C的芯片，并且同时激发所有的通道C的情况下时，如图13所 示，可以在通道芯片与透镜阵列之间产生倾角。例如，在具有N个通道C的芯片和透镜阵列之间形成角θ的的情况下，通过下面 的式(1)表示左端透镜与右端透镜之间在光轴方向上的焦点位置差△(!。此外，为了通道C 的均勻激发，如下面的式(2)所示，△(!的值(和在光轴方向上的斑点位置控制误差α)应 该在焦点深度内。[数学式1]Ad = pX (N-I) Xtan θ . · ·⑴[数学式2]Ad+α 彡焦点深度(λ /NA2) · · · (2)图14示出了在上面式(1)中通道数N与通道间距ρ之间的关系。这里，作为能够 实现的值，使用θ =0.1度和λ/NA2-α =10μπι&20μπι。优选地，能够同时进行测量的 通道C的数目尽可能大。但是，当通道C的数目增大时，通道间距减小，很难制造芯片。考 虑到适于制造的通道间距并利于同时测量更大数量的通道，期望通道C的数目约为6 12， 并且期望通道间距约为0. 6mm 2. Omm0此外，通过透镜间距乘以通道数来确定透镜阵列的 尺寸；因此，该值越小，越能够实现的光学系统的小型化。
因此，为了使具有通道C的芯片与透镜阵列之间的倾角最小化，可以使用图15中 所示的支撑体(holder)H和平行度固定基座(parallelism securing base)P。支撑体H和 平行度固定基座P的具体结构的实例包括具有用于通过与具有通道C的芯片接触来获取 平行度的支撑体H、能够垂直移动的高度调整基座P2、能够旋转以调整通道C的位置的旋转 调整基座Pl及由金属等制成的弹性元件或橡胶等的弹性体构成并吸收支撑体H与芯片之 间的角形差的弹性体R的结构。在用激发光照射通道C并且会聚从存在于通道C中的每个样品产生的荧光的情况 下，为了尽可能会聚荧光，优选地，用于光会聚的物镜的数值孔径NA尽可能高。图16示出 了在会聚来自由折射率为1. 5的防护罩覆盖的通道C的荧光的情况下聚光透镜的NA与聚 光效率之间的关系。这里，用当NA = 0. 6时的聚光效率来标准化(normalize)聚光效率的 值。如图16所示，期望聚光透镜的NA不低于0.4。在使用如上所述具有0. 6mm 2. Omm透镜间距的透镜阵列会聚来自每个通道C的 荧光的情况下，制造具有这种透镜间距的透镜阵列的方法的实例包括其中通过半导体工 艺直接加工玻璃的方法以及其中制备模压件(molding die)并制造模压玻璃透镜的方法。 但是，两种方法都不能增大透镜的垂度(sag)(见图13)。因此，通过这样的方法很难制备具 有大数值孔径的透镜。例如，在具有0. 8mm透镜半径、0. 6mm透镜厚度、0. Ilmm垂度及透镜 材料的折射率为1. 5的双面非球面透镜的情况下，能够获取的NA的上限约为0. 6。(但是， 这里需要注意，通过使用具有略高折射率的透镜材料能够略微增大NA。)图17示出了在透镜半径为0. 8mm并且NA为0. 56的情况下防护罩玻璃厚度与工 作距离之间的关系。这里，防护罩玻璃为芯片保护层，通道C位于保护层最下部。如果防护 罩玻璃厚度太小，则很难限制通道C中的样品。此外，由于在调整芯片和透镜之间的距离时 芯片和透镜中的任意一个移动，所以优选地，工作距离不低于某个值。注意同时满足这两个 条件的变化范围，从图17可以看出，当防护罩玻璃厚度约为0. 2mm 0. 4mm时，能够确保工 作距离为015mm 03mm。在通过以这种方式配置透镜来制造透镜阵列的过程中，由于生产基准的原因，在 邻近透镜区之间应该存在空间。另外，为了促进降低在测量时从邻近被测通道的通道产生 的串扰(crosstalk)，优选地，将实际透镜半径设定为略小于透镜间距。顺便提及，如图10中所示的第九实施方式和图11中所示的第十实施方式那样，使 用光束分离元件B的光照射可以应用于一个通道C中的一个位置。但是，可选地，例如，如 图18中所示的第十一实施方式那样，使用光束分离元件B的光照射也可以应用于一个通道 C中的多个位置。(e)在使用导光板G或光束分离元件B的情况下调整斑点位置的方法在使用导光板G或光束分离元件B用光照射多个检测区111的情况下，关于斑点 位置的间距，会产生制造误差。另外，在通道C或阱W中设置多个检测区111的情况下，关 于检测区111的间距，也会产生制造误差。鉴于此，在本发明中，通过下面的方法能够容易 地调整斑点位置。首先，如图19所示，将斑点的间距预先设定为大于检测区111的间距。接下来，例 如，如图20所示，在箭头X的方向上旋转调整斑点位置，由此能够实现调整，从而能够确保 用光照射检测区111。在这种情况下，在斑点位置之间产生了沿着通道C的流动方向的偏差Y。但是，如果将斑点间距预先设定为使偏差Y在测量允许的范围内，则没有问题。(4)光检测装置14光检测装置14是检测从样品内部发射的荧光F的装置。在根据本发明的光检测装置1中，不特别限定配置光检测装置14的具体方法，能 够自由配置光检测装置14，只要能够检测从每个样品内部发射的荧光F即可。例如，如在图 1 图4、图7、图8、图10及图11中所示的第一至第四、第七、第八、第十、及第i^一实施方 式那样，能够对应于检测区111配置多个光检测装置14。利用这样配置的多个光检测装置 14，能够同时检测从存在于检测区111中的样品内部发射的荧光F。另外，例如，尽管图中未示出，但是可以采用这样的结构，即，其中，设置一个光检 测装置14用于多个检测区111，并且将光检测装置14扫描，从而能够检测从存在于检测区 111中的样品内部发射的荧光F。此外，在根据本发明的光检测装置1中，优选地，不在相对于检测区111相同的方 向上配置光照射装置12和光检测装置14。通过将光照射装置12和光检测装置14配置在 相对于检测区111不同的位置处，能够以更高的自由度配置光照射装置12和光检测装置 14。不特别限定可应用于根据本发明的光检测装置1中的光检测装置14的检测方法， 并且可以自由选择公知的光检测方法用在这里。可应用的检测方法的实例包括其中使用 诸如光电二极管(PD)、电荷耦合器件(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)等的区域图像 传感器的方法，以及其中使用了具有以阵列配置的多个光检测装置的所谓多通道光检测装 置的方法。(5)聚光透镜 15a、15b在根据本发明的光检测装置1中，如图10中所示的第九实施方式和图18中所示 的第十一实施方式那样，可以将多个激发聚光透镜15a配置在光照射装置12与检测区111 之间，用于将来自光照射装置12的光会聚在检测区111上。在根据本发明实施方式的光检 测装置1中，激发聚光透镜15a不是必需的，但是，在如这些实施方式那样设置激光聚光透 镜15a的情况下，能够更精确地用光照射存在于检测区111中的样品。另外，在根据本发明的光检测装置1中，如在图1 图4、图7、图8、图10及图11 中所示的第一至第四、第七至第十实施方式那样，可以将多个光接收聚光透镜15b配置在 检测区111与光检测装置14之间，用于将从存在于检测区111中的样品内部发射的荧光会 聚在光检测装置14上。在根据本发明实施方式的光检测装置1中，光接收聚光透镜15b不 是必需的，但是，当如这些实施方式那样设置光接收聚光透镜15b时，能够进一步提高荧光 F等的信号。结果，能够实现提高的SN。(6)滤光片 16a、16b图21示出了从基板11的侧面观察到的根据本发明的光检测装置的第十二实施方 式的示意性侧视截面图。在该实施方式中，激发滤光片16a设置在光照射装置12与检测区 111之间。在根据本发明实施方式的光检测装置1中，激发滤光片16a不是必需的，但是，当 如该实施方式那样设置了激发滤光片16a时，可以用具有期望波长的激发光选择性地照射 每个检测区111。此外，在该实施方式中，将光接收滤光片16b设置在检测区111与光检测装置14之间。在根据本发明的光检测装置1中，光接收滤光片16b不是必需的，但是，当如该实施 方式那样设置了光接收滤光片16b时，能够从存在于每个检测区111中的样品内部发射的 荧光F中选择性地接收具有期望波长的光。(7)光圈部件17a、17b、隔壁在图21中所示的第十二实施方式中，将光圈部件17a设置在光照射装置12与检 测区111之间。在根据本发明的光检测装置1中，光圈部件17a不是必需的，但是，当如该 实施方式中那样设置了光圈部件17a时，能够避免从光照射装置12向除了目标检测区111 之外的其它检测区111 (邻近检测区等)的光照射。结果，能够提高SN。此外，在该实施方式中，光圈部件17b还设置在检测区111与光检测装置14之间。 在根据本发明的光检测装置ι中，光圈部件17b也不是必需的，但是，当如该实施方式那样 设置了光圈部件17b时，能够抑制从除了所检测的检测区111之外的其它检测区111 (邻近 检测区等)产生的串扰。因此，能够获取提高的SN。顺便提及，在根据本发明的光检测装置1中，隔壁可以代替光圈部件17a、17b设置 在透镜之间，从而能够产生与上述等价的效果。根据如上所述的本发明的光检测装置1的应用不限于包含在存在于检测区111中 的样品中的物质的定性分析。例如，当将检测区111设置在通道C中并且该结构结合了电 泳方法时，也可以对包含在样本中的物质进行定量分析。另外，例如，当通过将液体样品夹在鞘流之间来形成液流池(flow cell)时，光检 测装置14能够拾取在液流池中流动的物质产生的荧光强度或荧光图像。就这种液流池的 结构而言，能够使用已经广泛研究、开发并实际应用的如流式细胞计(flow cytometry)的 那些结构。通过以上述方式执行对来自在微通道C中流动的样品的光检测，根据光检测所 获取的信息，可以在通道的下游侧极少量地收集样品中诸如细胞和核酸的微粒子。[实例1]在实例1中，制造使用透镜阵列作为具有光学控制装置13的功能的光束分离元件 B的光检测装置1。具体地，使用具有8个通道C的芯片，并且相对于对8个通道C同时执 行激发和荧光检测。在实例1中使用的透镜阵列的规格(specifications)为8个透镜、0. 8mm的透镜 间距、0. 77mm的透镜直径、0. 63mm的透镜厚度、0. 69mm的焦距、0. 55的数值孔径(NA)及石 英透镜材料，具有相对于厚度为0. 2mm的防护罩玻璃校正的球面像差。顺便提及，如上所 述，透镜阵列的规格不限制于实例1中使用的规格。透镜间距为0. 6mm 1. 8mm、透镜数为 6 12个、防护罩玻璃(CG)的厚度为0.2mm 0.6mm及在光会聚时透镜的NA为0.4 0. 65 (激发时透镜的有效NA为0. 1 0. 25)这样的规格，也能取得等价的效果。在实例1中制备的光检测装置1的具体结构如图22所示。从作为光照射装置12而设置的激光二极管照射的激发光通过准直透镜CL转换成 平行光束，并且通过半波板WPl使其偏振面旋转期望的角度θ。这里，期望的角度θ与垂 直于纸面的偏振方向上的光量Il和平行于纸面的偏振方向上的光量12具有下面式(3)的 关系。[数学式3]tan θ = 11 + 12. . . (3)
垂直于纸面的偏振方向上的激发光被带通滤波器BF反射，并被光接收聚光透镜 15b会聚，以入射在作为光检测装置14而设置的正面APC光电检测器14a上，在这里被转 换成电信号，该电信号用于控制从作为光照射装置12而设置的激光二极管照射的光量。 另一方面，平行于纸面的偏振方向上的光透过带通滤波器BF，被分色镜DM和升降反射镜 (raising mirror)M反射，并被四分之一波板WP2处理为圆偏振光，圆偏振光通过作为具有 光学控制装置13功能的光束分离元件B而设置的透镜阵列(物镜)会聚在通道C(未示 出)上。来自通道C的反射光沿着与前进路径相同的线路返回。但是，由于反射光已经由 四分之一波板WP2处理成为偏振方向垂直于纸面的光，所以其被带通滤波器BF反射，并被 光接收聚光透镜15bl (透镜阵列)会聚，以入射在作为光检测装置14而设置的焦点检测光 电检测器14b上，在这里被转换成电信号，用于检测通道C (未示出)的位置。另外，当荧光物质存在于通道C中的光发射位置(未示出)时，产生了波长略长于 作为光照射装置12而设置的激光二极管的波长的光。该光通过作为具有光学控制装置13 功能的光束分离元件B而设置的透镜阵列(物镜)被会聚，成为基本上平行的光束。基本 平行的光束透过四分之一波板WP2，被升降反射镜M反射，透过光接收滤光片16b，并被光接 收聚光透镜15b2会聚，以入射在作为光检测装置而设置的荧光检测光电检测器14c上，在 这里被转换成电信号，电信号用于测量在通道C内部产生的荧光的量。[实例2]在实例2中，在如图15所示的支撑体H和平行度固定基座P用于最小化具有通道 C的芯片与透镜阵列之间的倾角的情况下，计算支撑体H的厚度。焦点深度为λ/ΝΑ2，其中，λ为来自光源的光的波长，NA为物镜的数值孔径。期 望将支撑体H的厚度(从透镜表面至芯片接触面)设定为(物镜的工作距离)+ (芯片防护 罩玻璃厚度)士 1/2X λ/ΝΑ2。在实例2中，照射时的有效物镜数值孔径NA为0. 1，并且光源波长λ为640nm。 根据这些数值，计算焦点深度为640X10_6/0. I2 = 0.064mm。因此，已经发现应该以 士0. 032mm (32 μ m)的精度制造支撑体的厚度。根据本发明的实施方式，能够光学控制从光照射装置照射的光，从而能够用光照 射多个检测区。因此，即使光照射装置的数目小于检测区的数目，也能够确保用光照射多个 检测区。结果，能够实现整体装置小型化和能耗的降低。这项技术的使用使得能够在诸如医疗领域(病理学、肿瘤免疫学、移植医学、遗传 学、再生医学、化疗疗法等)以及制药领域、临床试验、食品、农业、工程、法医学、犯罪鉴证 等的各种领域中的在实际现场(例如，医疗现场)以降低的功耗来执行分析等。本领域的技术人员应该理解，根据设计要求和其他要素，可以对本发明进行各种 修改、组合、再组合以及替换，只要其包含在本发明所附权利要求或其等同物的范围之内。
权利要求
1.一种光检测装置，至少包括基板，设置有执行用光照射样品之后从样品内部发射的荧光的检测的多个检测区； 光照射装置，用于执行光照射；光学控制装置，用于用从所述光照射装置发出的光来照射所述检测区；以及 光检测装置，用于检测所述荧光。
2.根据权利要求1所述的光检测装置，其中，从所述基板的侧面进行来自所述光照射装置的所述光照射，并且 所述光学控制装置包括以对应于所述检测区的方式在从所述光照射装置发出的光的 光路上配置的多个透镜或反射镜。
3.根据权利要求1所述的光检测装置，其中，从所述基板的侧面进行来自所述光照射装置的光照射，并且 所述光学控制装置为导光板。
4.根据权利要求1所述的光检测装置，其中，所述光学控制装置为光束分离元件。
5.根据权利要求1所述的光检测装置，其中，在设置在所述基板上的多个阱中设置所 述检测区。
6.根据权利要求1所述的光检测装置，其中，在设置在所述基板上的通道中设置所述 检测区。
全文摘要
本发明披露了一种光检测装置，至少包括基板，设置有执行用光照射样品之后从样品内部发射的荧光的检测的多个检测区；光照射部，用于执行光照射；光学控制部，被配置为用从所述光照射部发出的光来照射所述检测区；以及光检测部，用于检测荧光。
文档编号G01N21/01GK101995398SQ20101024840
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月5日 优先权日2009年8月12日
发明者市村功, 渡边俊夫, 濑川雄司, 甲斐慎一, 福本敦 申请人:索尼公司