KR102711072B1 - 생체-검출 디바이스, 생체-검출 시스템 및 생체-검출 방법 - Google Patents
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Abstract
생체-검출 디바이스가 제공된다. 생체-검출 디바이스는 복수의 픽셀 유닛을 포함한다. 각각의 픽셀 유닛은 기판, 반사형 서브-편광 유닛의 하나 이상의 쌍 및 복수의 반응 사이트를 포함한다. 반사형 서브-편광 유닛의 쌍은 기판 상에 배치된다. 반사형 서브-편광 유닛의 각각의 쌍에서 반사형 서브-편광 유닛의 각각의 편광각 사이의 절대값의 차이는 90°이다. 반응 사이트가 반사형 서브-편광 유닛의 하나 이상의 쌍 위에 규정된다. 반응 사이트와 반사형 서브-편광 유닛은 일대일 대응 관계에 있다.
Description
본 개시는 생체-검출 디바이스에 관한 것으로, 특히 반사형 서브-편광 유닛을 갖는 생체-검출 디바이스에 관한 것이다.
최근에 생물학적 분석을 위해 통합된 감지 디바이스를 사용하는 것이 통상적인 관행이 되었다. 이러한 어플리케이션을 사용할 때, 생물학적 또는 생화학적 샘플은 생체-칩과 같은 생체-검출 디바이스 상에 배치될 수 있다. DNA 시퀀싱 및 면역 형광(immunofluorescence) 검출과 같은 생체-반응 또는 상호 작용은 형광 분자의 여기 또는 방출 스펙트럼 및/또는 강도를 통해 보고될 수 있다. 형광 분자는 더 짧은 파장의 여기 광에 의해 여기되어 광 검출기를 향하여 더 긴 파장의 방출 광을 생성할 수 있다. 형광의 스펙트럼 분포 및 강도는 생체-검출 시스템의 광 검출기에 의해 검출 및 결정될 수 있다. 광 검출기는 또한 생체-검출 디바이스에 통합되어 생체-센서를 형성할 수 있고, 따라서 생체-검출 시스템은 광 검출기를 포함하지 않을 수 있다.
생체-검출 디바이스의 진화 과정에서, 생체-검출 디바이스의 픽셀 어레이의 밀도는 일반적으로 더 낮은 비용을 추구하고 더 높은 스루풋을 달성하기 위해 간격 또는 웰 피치(well pitch)의 감소에 의해 증가되었다. 그러나, 이러한 픽셀 어레이 크기의 감소는 이웃 웰 간의 크로스토크(crosstalk)를 유발할 수 있고, 각각의 개별 형광 신호가 정확하게 검출되지 않아서 부정확한 분석 결과로 이어질 수 있다.
기존의 생체-검출 디바이스는 그 의도된 목적에 적합했지만, 모든 면에서 완전히 만족스러운 것은 아니었다. 따라서, 새로운 생체-검출 시스템 및 새로운 생체-검출 방법을 수반하는 새로운 생체-검출 디바이스가 여전히 요구되고 있다.
본 개시의 일부 실시예에 따르면, 생체-검출 디바이스가 제공된다. 생체-검출 디바이스는 복수의 픽셀 유닛을 포함한다. 각각의 픽셀 유닛은 기판, 반사형 서브-편광 유닛의 하나 이상의 쌍 및 복수의 반응 사이트를 포함한다. 반사형 서브-편광 유닛의 하나 이상의 쌍은 기판 상에 배치된다. 반사형 서브-편광 유닛의 각각의 쌍에서 반사형 서브-편광 유닛의 각각의 편광각 사이의 절대값의 차이는 90°이다. 반응 사이트가 반사형 서브-편광 유닛의 하나 이상의 쌍 위에 규정된다. 반응 사이트와 반사형 서브-편광 유닛은 일대일 대응 관계에 있다.
본 개시의 일부 실시예에 따르면, 생체-검출 시스템이 제공된다. 생체-검출 시스템은 여기 광원, 전방 편광 요소 및 상술한 생체-검출 디바이스를 포함한다. 여기 광원은 여기 광을 방출하도록 구성된다. 전방 편광 요소는 여기 광을 편광시키도록 구성된다. 생체-검출 디바이스는 편광된 여기 광을 수신하도록 구성된다.
본 개시의 일부 실시예에 따르면, 생체-검출 방법이 제공된다. 생체-검출 방법은: 상술한 생체-검출 시스템을 제공하는 단계; 생체-검출 디바이스의 반응 사이트들 상에 생체-샘플을 고정시키는 단계; 픽셀 유닛에서 반사형 서브-편광 유닛의 제1 쌍의 제1 반사형 서브-편광 유닛에 대응하는 반응 사이트 상에 고정된 생체-샘플로부터 방출된 제1 형광 신호를 획득하기 위해 제1 검출 단계를 수행하는 단계; 픽셀 유닛에서 반사형 서브-편광 유닛의 제1 쌍의 제2 반사형 서브-편광 유닛에 대응하는 반응 사이트 상에 고정된 생체-샘플로부터 방출된 제2 형광 신호를 획득하기 위해 제2 검출 단계를 수행하는 단계; 및 제1 형광 신호와 제2 형광 신호를 결합하는 단계를 포함한다.
이하의 실시예에서 첨부 도면을 참조하여 상세한 설명이 제공된다.
본 개시는 첨부 도면을 참조하여 후속하는 상세한 설명 및 예를 읽음으로써 더욱 완전히 이해될 수 있으며, 여기서:
도 1a, 도 2a 및 도 2c는 다양한 실시예에 따른 생체-검출 디바이스의 단면도이다.
도 1b, 도 2b 및 도 2d는 다양한 실시예에 따른 생체-검출 디바이스의 평면도이다.
도 3a 및 도 3b 그리고 도 4a 및 도 4b는 다양한 실시예에 따른 생체-검출 시스템의 단면도이다.
도 5a 내지 도 5d는 다양한 실시예에 따른 상이한 배열을 갖는 반사형 서브-편광 유닛의 복수의 쌍을 갖는 픽셀 유닛의 평면도이다.
도 6a는 일부 실시예에 따른 생체-검출 방법의 흐름도이다.
도 6b 및 도 6c는 일부 실시예에 따른 생체-검출 시스템을 사용한 생체-샘플의 검출을 예시한다.
도 7은 다른 실시예에 따른 생체-검출 방법의 흐름도이다.
도 1a, 도 2a 및 도 2c는 다양한 실시예에 따른 생체-검출 디바이스의 단면도이다.
도 1b, 도 2b 및 도 2d는 다양한 실시예에 따른 생체-검출 디바이스의 평면도이다.
도 3a 및 도 3b 그리고 도 4a 및 도 4b는 다양한 실시예에 따른 생체-검출 시스템의 단면도이다.
도 5a 내지 도 5d는 다양한 실시예에 따른 상이한 배열을 갖는 반사형 서브-편광 유닛의 복수의 쌍을 갖는 픽셀 유닛의 평면도이다.
도 6a는 일부 실시예에 따른 생체-검출 방법의 흐름도이다.
도 6b 및 도 6c는 일부 실시예에 따른 생체-검출 시스템을 사용한 생체-샘플의 검출을 예시한다.
도 7은 다른 실시예에 따른 생체-검출 방법의 흐름도이다.
본 개시의 생체-검출 디바이스, 생체-검출 시스템 및 생체-검출 방법은 이하의 설명에서 상세히 설명된다. 이하의 상세한 설명에서, 설명의 목적으로, 본 개시의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 상세 사항 및 실시예가 제시된다. 이하의 상세한 설명에서 설명되는 구체적인 요소 및 구성은 본 개시를 명확하게 설명하기 위하여 제시된다. 그러나, 본원에서 제시되는 예시적인 실시예는 단지 예시의 목적을 위해 사용되며, 본 개시의 개념은 이러한 예시적인 실시예에 한정되지 않고 다양한 형태로 구현될 수 있음은 자명할 것이다.
또한, 다른 실시예의 도면은 본 개시를 명확하게 설명하기 위해 유사 및/또는 대응하는 요소를 나타내기 위해 유사 및/또는 대응하는 숫자를 사용할 수 있다. 그러나, 상이한 실시예의 도면에서 유사 및/또는 대응하는 숫자의 사용은 상이한 실시예 사이의 어떠한 상관 관계도 시사하지 않는다. 예시적인 실시예의 이러한 설명은 전체의 기재된 설명의 일부로 고려되어야 하는 첨부 도면과 관련하여 읽도록 의도된 것임을 이해해야 한다. 도면은 축척대로 도시되지 않는다. 또한, 도면을 단순화하기 위해 구조 및 디바이스는 개략적으로 도시된다.
또한, "다른 층 위에 놓인 층", "어느 층이 다른 층 위에 배치됨", "어느 층이 다른 층 상에 배치됨" 또는 "어느 층이 다른 층 위에 배치됨"이라는 표현은 해당 층이 다른 층과 직접 접촉하거나, 해당 층이 다른 층과 직접 접촉하지 않고, 해당 층과 다른 층 사이에 배치된 하나 이상의 중간 층이 있음을 나타낼 수 있다.
제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 요소, 구성 요소, 영역, 층, 부분 및/또는 섹션을 설명하기 위해 본원에서 사용될 수 있지만, 이러한 요소, 구성 요소, 영역, 층, 부분 및/또는 섹션은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안된다는 것이 이해되어야 한다. 이러한 용어는 하나의 요소, 구성 요소, 영역, 층, 부분 또는 섹션을 다른 요소, 구성 요소, 영역, 층 또는 섹션과 구별하는 데에만 사용된다. 따라서, 아래에서 논의되는 제1 요소, 구성 요소, 영역, 층, 부분 또는 섹션은 본 개시의 교시를 벗어나지 않고 제2 요소, 구성 요소, 영역, 층, 부분 또는 섹션으로 지칭될 수 있다.
"약" 및 "실질적으로"라는 용어는 통상적으로 언급된 값의 +/- 10%, 더욱 통상적으로 언급된 값의 +/- 5%, 더욱 통상적으로 언급된 값의 +/- 3%, 더욱 통상적으로 언급된 값의 +/- 2%, 더욱 통상적으로 언급된 값의 +/- 1%, 더욱 더 통상적으로 언급된 값의 +/- 0.5%를 의미한다. 본 개시의 언급된 값은 근사적인 값이다. 구체적인 설명이 없는 경우, 언급된 값은 "약" 또는 "실질적으로"의 의미를 포함한다.
달리 정의되지 않는 한, 본원에서 사용되는 모든 기술 및 과학 용어는 본 개시가 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 각각의 경우에, 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어는 본 개시의 상대적인 기술 및 본 개시의 배경 또는 문맥에 부합하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 그렇게 정의되지 않는 한 이상적이거나 지나치게 형식적인 방식으로 해석되어서는 안된다는 것이 이해되어야 한다.
본 개시의 일부 실시예에 따르면, 생체-검출 디바이스의 각각의 픽셀 유닛은 반사형 서브-편광 유닛의 하나 이상의 쌍을 포함한다. 반사형 서브-편광 유닛의 각각의 쌍에서 반사형 서브-편광 유닛의 각각의 편광각 사이의 절대값의 차이는 90°이다. 픽셀 유닛의 반사형 서브-편광 유닛은 생체-샘플이 고정되는 반응 사이트에서 반사된 회절점을 유도할 수 있으며, 이에 의해 국부화된 강화를 실현하여 특정 회절점에서 생체-샘플이 충분한 방출 광을 생성할 수 있게 할 수 있다. 또한, 일부 실시예에 따르면, 생체-검출 시스템은 반사형 서브-편광 유닛 중 임의의 하나의 편광각과 동일한 편광각을 갖도록 회전에 의해 배향될 수 있는 전방 편광 요소를 포함한다. 다중-단계 검출 방법을 수반하는 이러한 구성으로, 이웃 반응 사이트의 형광 신호(fluorescent signal)들 간의 크로스토크(crosstalk)가 감소될 수 있고, 보다 높은 픽셀 어레이 밀도를 갖는 생체-검출 디바이스가 제조될 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 일부 실시예에 따른 생체-검출 디바이스(10)의 단면도 및 평면도이다. 도 1a에 도시된 생체-검출 디바이스(10)의 단면도는 도 1b에 도시된 라인 A-A'를 따라 취해진다는 것에 유의해야 한다. 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 생체-검출 디바이스(10)는 복수의 픽셀 유닛(100A)을 포함한다. 픽셀 유닛(100A)은 1×2 픽셀 어레이를 정의한다. 각각의 픽셀 유닛(100A)은 기판(102), 반사형 서브-편광 유닛의 제1 쌍(104A) 및 복수의 반응 사이트(108)를 포함한다.
기판(102)은 임의의 적절한 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 기판(102)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리설폰(PES), 폴리이미드(PI), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 실리콘, 에폭시, 또는 이들의 조합과 같은 가요성 재료일 수 있다. 다른 실시예에서, 기판(102)은 유리 기판 또는 사파이어 기판과 같은 강성 재료일 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 기판(102)은 투명하거나 반투명할 수 있다. 더욱 구체적으로, 기판(102)이 투명한 실시예에서, 기판(102)의 재료는 400 nm 내지 750 nm 범위의 파장을 갖는 광에 대해 85% 초과, 또는 바람직하게는 92% 초과의 광 투과율을 가질 수 있다. 기판(102)이 반투명한 실시예에서, 기판(102)의 재료는 400 nm 내지 750 nm 범위의 파장을 갖는 광에 대해 25% 초과 85% 미만의 광 투과율을 가질 수 있다. 일부 특정 실시예에서, 기판(102)은 투명하다.
반사형 서브-편광 유닛의 제1 쌍(104A)은 반사형 서브-편광 유닛(104A1 및 104A2)을 포함한다. 본원에서 "반사"라는 용어는 서브-편광 유닛이 입사 광을 원하는 편광으로 투과시키고 나머지 입사 광을 흡수하지 않고 반사시킬 수 있음을 의미한다. 반사형 서브-편광 유닛의 제1 쌍(104A)에서 반사형 서브-편광 유닛(104A1 및 104A2)의 편광각들 사이의 절대값의 차이는 90°이다. 본원에서 사용되는 "편광각"이라는 용어는 편광각에 수직하거나 90° 시프트된 각도로 편광된 광이 이러한 편광각을 갖는 반사형 서브-편광 유닛을 통과할 수 없음을 의미한다. 따라서, (여기 광과 같은) 입사 광이 반사형 서브-편광 유닛의 편광각에 수직하거나 90° 시프트된 각도로 편광되는 경우, 편광된 입사 광은 반사형 서브-편광 유닛을 통과할 수 없으며, 이에 의해 반사형 서브-편광 유닛에서 반사된다.
일부 실시예에 따르면, 반사형 서브-편광 유닛(104A1 및 104A2)은 금속 와이어 격자의 층을 포함할 수 있다. 반사형 서브-편광 유닛(104A1 및 104A2)의 금속 재료는 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 또는 이들의 조합과 같은 불투명한 재료일 수 있다. 다른 실시예에서, 반사형 서브-편광 유닛(104A1 및 104A2)은 격자 구조를 형성하도록 패턴화된 실리콘 층일 수 있다. 일부 실시예에서, 반사형 서브-편광 유닛(104A1 및 104A2)의 격자 구조는 약 20 nm 내지 약 500 nm의 두께를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 반사형 서브-편광 유닛(104A1 및 104A2)의 격자 구조는 약 20 nm 내지 약 400 nm의 격자 주기를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 반사형 서브-편광 유닛(104A1 및 104A2)의 격자 구조는 약 0.2 내지 약 0.8의 충진 비율(filling ratio)(또는 듀티 사이클(duty cycle))을 가질 수 있다.
아래의 실시예에서 설명되는 반사형 서브-편광 유닛은 유사하거나 동일한 조성 및 두께를 가질 수 있으며, 이는 여기에서 반복되지 않을 것임을 이해해야 한다.
격자 릿지(ridge)의 배향은 주로 편광된 광의 투과 퍼센티지에 영향을 미친다. 특히, 편광된 광이 반사형 서브-편광 유닛(104A1 및 104A2)의 배향에 대해 평행하거나, 45° 시프트 또는 90° 시프트된 경우, 서브-편광 유닛을 통과한 후 투과 광 강도는 각각 최대, 약 50% 또는 최소이다. 따라서, 여기 광이 반사형 서브-편광 유닛에 대해 90° 시프트된 편광된 광인 경우, 반응 사이트 아래의 반사형 서브-편광 유닛은 여기 광이 반사형 서브-편광 유닛을 통과하는 것을 차단하고 반응 사이트 상의 생체-샘플을 향해 여기 광을 반사시킬 것이다.
반사형 서브-편광 유닛의 편광각에 추가하여, 차단 효율의 소광 비율(extinction ratio)은 또한 격자 구조의 두께, 격자 주기, 격자 프로파일 및 충진 비율에 의해 영향을 받을 수 있다. 이는 160 nm의 두께, 0.5의 충진 비율 및 150 nm의 주기를 갖는 알루미늄 와이어를 사용하여 소광 비율이 104(4의 광 밀도(OD: optical density)와 등가)에 도달할 수 있었던 Peng Li 등의 "가시-적외선 대역에서 편광 이미징을 위한 아크로매틱 마이크로 편광기 어레이의 연구(Investigation of achromatic micro polarizer array for polarization imaging in visible-infrared band)" Optik, vol 158, 2018년 4월, pp. 1427-1435에서 시뮬레이팅되었다. 일부 실시예에서, 여기 광을 차단하기 위해 3 초과의 광 밀도를 갖는 광 조명 시스템은 생체-감지 어플리케이션에 충분할 수 있다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에 따르면, 반사형 서브-편광 유닛의 제1 쌍(104A)의 반사형 서브-편광 유닛(104A1 및 104A2)은 동일한 격자 주기를 가질 수 있다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 반사형 서브-편광 유닛(104A1 및 104A2)은 동일한 선 밀도를 갖는 것으로 예시되어 있다.
한 쌍의 반사형 서브-편광 유닛(104A)만이 각각의 픽셀 유닛(100A)에 포함되는 것으로 도시되어 있지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다는 점에 유의해야 한다. 다른 실시예에서, 생체-검출 디바이스의 각각의 픽셀 유닛은 2, 3, 4, 6 또는 그 이상의 반사형 서브-편광 유닛의 쌍과 같이 서브-편광 유닛의 한 쌍보다 많은 쌍을 포함할 수 있으며, 그 구성은 아래의 문맥 및 실시예에서 상세하게 논의될 것이다.
반응 사이트(108)는 반사형 서브-편광 유닛의 제1 쌍(104A) 위에 규정된다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 반응 사이트(108)와 반사형 서브-편광 유닛(104A1 및 104A2)은 일대일 대응 관계에 있다. 즉, 반사형 서브-편광 유닛(104A1) 위에 규정된 하나의 반응 사이트(108)가 있고, 반사형 서브-편광 유닛(104A2) 위에 규정된 하나의 반응 사이트(108)가 있다. 일부 실시예에 따르면, 반응 사이트(108)는 나노웰 또는 나노패턴으로서 형성될 수 있다. 반응 사이트(108)는 제1 쌍의 반사형 서브-편광 유닛(104A) 상에 형성된 샘플 격리층(106)에 형성된 개구에 의해 규정된다. 따라서, 반응 사이트(108)의 바닥 표면은 또한 샘플 격리층(106)에 형성된 개구부의 바닥 표면이다.
일부 실시예에서, 반응 사이트(108)는 생체-샘플 고정을 향상시키기 위해 수정될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 샘플 격리층(106)은 반응 사이트(108) 상의 생체-샘플 고정을 위한 자체-어셈블리 단층(SAM: self-assembly monolayer), 기능성 중합체 또는 하이드로겔로 코팅되거나 처리될 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 샘플 격리층(106)은 수정되지 않을 수 있다. 생체-샘플은 중량, 크기, 표면 전하 또는 반 데르 발스(van der Waals) 힘 등에 따라 반응 사이트(108) 상에 고정될 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 샘플 격리층(106)의 재료는 투명하거나 반투명할 수 있다. 보다 구체적으로, 샘플 격리층(106)이 투명한 실시예에서, 샘플 격리층(106)의 재료는 400 nm 내지 750 nm 범위의 파장을 갖는 광에 대해 85% 초과, 또는 바람직하게는 92% 초과의 광 투과율을 가질 수 있다. 샘플 격리층(106)이 반투명한 실시예에서, 샘플 격리층(106)의 재료는 400 nm 내지 750 nm 범위의 파장을 갖는 광에 대해 25% 초과 85% 미만의 광 투과율을 가질 수 있다.
샘플 격리층(106)의 재료는 금속, 금속 합금, 금속 산화물, 금속 질화물, 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 금속, 금속 합금, 금속 산화물, 금속 질화물은 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 니오븀(Nb), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 이들의 합금, 산화티타늄(예를 들어, TiO2), 산화탄탈륨(예를 들어, Ta2O5), 산화알루미늄(예를 들어, Al2O3), 산화니오븀(예를 들어, Nb2O5), 질화티타늄, 질화탄탈륨 또는 이들의 조합을 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다.
샘플 격리층(106)은 스퍼터링, 증발, 스핀-코팅, 화학 기상 증착(CVD: chemical vapor deposition), 분자 빔 증착, 임의의 다른 적절한 프로세스 또는 이들의 조합을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 화학 기상 증착 프로세스는 저압 화학 기상 증착(LPCVD: low-pressure chemical vapor deposition), 저온 화학 기상 증착(LTCVD: low-temperature chemical vapor deposition), 급속 열 화학 기상 증착(RTCVD: rapid thermal chemical vapor deposition), 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD: plasma enhanced chemical vapor deposition), 원자층 증착(ALD: atomic layer deposition) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 일부 실시예에 따른 생체-검출 디바이스(20)의 단면도 및 평면도이다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 생체-검출 디바이스(20)는 생체-검출 디바이스(20)가 복수의 픽셀 유닛(100B)을 포함하고, 각각의 픽셀 유닛(100B)은 2×2 픽셀 어레이를 규정한다는 것을 제외하고는 도 1a 및 도 1b에 도시된 생체-검출 디바이스(10)와 유사하다. 도 2a에 도시된 생체-검출 디바이스(20)의 단면도는 도 2b의 라인 B-B'를 따라 취한 것이라는 점에 유의해야 한다.
도 2a를 참조하면, 픽셀 유닛(100B)은 반사형 서브-편광 유닛의 제1 쌍(104A) 및 반사형 서브-편광 유닛의 제2 쌍(104B)을 포함한다. 반사형 서브-편광 유닛의 제1 쌍(104A)은 반사형 서브-편광 유닛(104A1 및 104A2)을 포함하고, 반사형 서브-편광 유닛의 제2 쌍(104B)은 반사형 서브-편광 유닛(104B1 및 104B2)을 포함한다. 일부 실시예에서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 반사형 서브-편광 유닛의 제1 쌍(104A)의 반사형 서브-편광 유닛(104A1 및 104A2)은 픽셀 유닛(100B)의 대각선 상에 배치될 수 있다. 마찬가지로, 반사형 서브-편광 유닛의 제2 쌍(104B)의 반사형 서브-편광 유닛(104B1 및 104B2)은 픽셀 유닛(100B)의 다른 대각선 상에 배치될 수 있다.
반사형 서브-편광 유닛의 제1 쌍(104A)에서 반사형 서브-편광 유닛(104A1 및 104A2)의 편광각들 사이의 절대값의 차이는 90°이다. 반사형 서브-편광 유닛의 제2 쌍(104B)에서 반사형 서브-편광 유닛(104B1 및 104B2)의 편광각들 사이의 절대값의 차이는 90°이다. 또한, 일부 실시예에 따르면, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 픽셀 유닛(100B)의 반사형 서브-편광 유닛(104A1, 104A2, 104B1 및 104B2) 모두는 다른 편광각을 가질 수 있다.
또한, 일부 실시예에서, 반사형 서브-편광 유닛의 동일한 쌍에서 각각의 서브-편광 유닛 중 2개는 동일한 격자 주기를 가질 수 있다. 구체적으로, 반사형 서브-편광 유닛의 제1 쌍(104A)의 반사형 서브-편광 유닛(104A1 및 104A2)은 동일한 격자 주기(동일한 선 밀도를 갖는 것으로 도 2a 및 도 2b에 도시)를 갖고, 반사형 서브-편광 유닛의 제2 쌍(104B)의 반사형 서브-편광 유닛(104B1 및 104B2)은 동일한 격자 주기를 갖는다(동일한 선 밀도를 갖는 것으로 도 2a 및 2b에 도시). 그러나, 일부 실시예에서, 반사형 서브-편광 유닛의 다른 쌍의 반사형 서브-편광 유닛은 다른 격자 주기를 가질 수 있다. 구체적으로, 반사형 서브-편광 유닛의 제1 쌍(104A)의 반사형 서브-편광 유닛(104A1 및 104A2)은 반사형 서브-편광 유닛의 제2 쌍(104B)의 반사형 서브-편광 유닛(104B1 및 104B2)과 다른 격자 주기를 갖는다(다른 선 밀도를 갖는 것으로 도 2a 및 도 2b에 도시).
추가적으로, 일부 실시예에 따르면, 반사형 서브-편광 유닛의 동일한 쌍에서 반사형 서브-편광 유닛에 대응하는 반응 사이트(108)는 동일한 높이를 가질 수 있다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 본원에서 언급된 반응 사이트(108)의 높이는 반사형 서브-편광 유닛의 상단 표면으로부터 반응 사이트(108)의 바닥 표면까지 측정된다. 도 2a에서, 반사형 서브-편광 유닛의 제1 쌍(104A)의 반사형 서브-편광 유닛(104A1 및 104A2)은 각각 높이 H1 및 H3을 가질 수 있다. 높이 H1과 높이 H3은 동일하다. 마찬가지로, 반사형 서브-편광 유닛의 제2 쌍(104B)의 반사형 서브-편광 유닛(104B1 및 104B2)은 각각 높이 H2 및 H4를 가질 수 있다. 높이 H2와 높이 H4는 동일하다. 그러나, 일부 실시예에 따르면, 반사형 서브-편광 유닛의 다른 쌍에서 반사형 서브-편광 유닛에 대응하는 반응 사이트(108)는 다른 높이를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 2a에서, 반사형 서브-편광 유닛의 제1 쌍(104A)의 반사형 서브-편광 유닛(104A1 및 104A2)의 높이 H1 및 H3은 반사형 서브-편광 유닛의 제2 쌍(104B)의 반사형 서브-편광 유닛(104B1 및 104B2)의 높이 H2 및 H4와 다르다.
반사형 서브-편광 유닛에 의해 유도된 반사된 회절점의 위치는 반사형 서브-편광 유닛 사이의 피치, 반사형 서브-편광 유닛의 격자 주기, 여기 광 파장 및 여기 광 각도에 따를 수 있으며, 생체-샘플을 수용하는 반응 사이트의 높이는 반사된 회절점에 생체-샘플이 배치될 수 있도록 조정될 수 있다. 따라서, 반응 사이트에서 여기 광의 국부적 강화가 달성될 수 있다. 한편, 반사된 회절점에 위치되지 않는 반응 사이트(108) 상에 고정된 생체-샘플은 조사되지 않거나 덜 조사되며, 따라서 이러한 생체-샘플로부터의 방출 광은 약하다. 이와 같이, 이웃 반응 사이트로부터의 형광 신호들 사이의 크로스토크가 감소될 수 있다.
또한, 반사형 서브-편광 유닛의 재료, 충진 팩터(fill factor)(즉, 격자 주기에 대한 격자 폭의 비율) 또는 격자 구조의 깊이가 반사형 서브-편광 유닛에서 반사되는 여기 광의 회절 효율에 영향을 미칠 수 있다. 더 나은 국부적 강화를 달성하기 위해, 반사형 서브-편광 유닛의 재료, 충진 팩터 또는 격자 구조의 깊이가 조정될 수 있다. 그러나, 반사형 서브-편광 유닛의 격자 구조에 대한 이러한 팩터는 반응 사이트가 반사된 회절점에 위치되는 한 본 개시에서 특별히 제한되지 않는다.
도 2c 및 도 2d는 일부 실시예에 따른 생체-검출 디바이스(30)의 단면도 및 평면도이다. 도 2c 및 도 2d에 도시된 생체-검출 디바이스(30)는 생체-검출 디바이스(20 및 30)에서 반사형 서브-편광 유닛의 제1 쌍 및 제2 쌍(104A 및 104B)의 배열이 다르다는 점을 제외하고는 도 2a 및 도 2b에 도시된 생체-검출 디바이스(20)와 유사하다. 특히, 일부 실시예에서, 도 2c 및 도 2d에 도시된 바와 같이, 반사형 서브-편광 유닛의 제1 쌍(104A)의 반사형 서브-편광 유닛(104A1 및 104A2)이 서로 인접하고, 반사형 서브-편광 유닛의 제2 쌍(104B)의 반사형 서브-편광 유닛(104B1 및 104B2)이 서로 인접하다. 반사형 서브-편광 유닛의 동일한 쌍의 반사형 서브-편광 유닛이 서로 인접하는 한, 반사형 서브-편광 유닛(104A1, 104A2, 104B1 및 104B2)의 배열은 도 2d에 도시된 것으로 특별히 한정되지 않는다는 것을 이해해야 한다.
마찬가지로, 상술되고 도 2c에 도시된 바와 같이, 이러한 실시예에서, 반응 사이트(108)는 반사형 서브-편광 유닛의 제1 쌍(104A)의 반사형 서브-편광 유닛(104A1 및 104A2)에 대응하거나 반사형 서브-편광 유닛의 제2 쌍(104B)의 반사형 서브-편광 유닛(104B1 및 104B2)에 대응하는 반응 사이트(108)는 동일한 높이를 가질 수 있다.
도 3a는 일부 실시예에 따른 생체-검출 시스템(200A)의 단면도이다. 도 3a를 참조하면, 생체-검출 시스템(200A)은 여기 광원(110), 전방 편광 요소(114) 및 생체-검출 디바이스(20)를 포함한다. 도 3a는 생체-검출 디바이스(20)가 생체-검출 시스템(200A)에 포함되는 것으로 예시되어 있지만, 위의 도면을 참조하여 실시예에서 설명된 생체-검출 디바이스(10, 20, 30) 중 임의의 하나가 생체-검출 시스템(200A)에 채용 및 포함될 수 있거나, 다음 도면을 참조하여 다른 실시예에서 논의된 다른 생체-검출 시스템에 채용 및 포함될 수 있음을 이해해야 한다.
여기 광원(110)은 여기 광(excitation light)(112)을 방출하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 여기 광원(110)은 복수의 서브-여기 광원(미도시)을 포함할 수 있고, 각각의 서브-여기 광원은 하나의 여기 광 파장을 갖는 여기 광을 방출할 수 있다. 일부 실시예에서, 서브-여기 광원은 다양한 여기 광 파장을 갖는 다중 여기 광을 차례로 방출할 수 있다. 예를 들어, 다른 여기 광 파장을 갖는 서브-여기 광원은 여기 광을 순차적으로 방출할 수 있다. 대안적으로, 서브-여기 광원은 그룹으로 여기 광을 방출할 수 있다. 일부 실시예에서, 여기 광원(110)은 단파장에서 장파장으로(또는 장파장에서 단파장으로) 광을 연속적으로 방출하는 모노크로메이터(monochromator)이다. 예를 들어, 모노크로메이터는 약 200 nm 내지 약 1000 nm 범위의 파장을 갖는 광을 방출할 수 있다.
전방 편광 요소(114)는 여기 광원(110)으로부터 방출된 여기 광(112)을 편광시키도록 구성된다. 따라서, 생체-검출 디바이스(20)는 전방 편광 요소(114)에 의해 편광된 여기 광(112)을 수신할 수 있다. 일부 실시예에서, 전방 편광 요소(114)는 전방 편광 요소(114)가 각각의 픽셀 유닛에서 반사형 서브-편광 유닛의 하나 이상의 쌍의 임의의 반사형 서브-편광 유닛의 편광각과 동일한 편광각을 가질 수 있도록 회전에 의해 배향될 수 있다. 예를 들어, 전방 편광 요소(114)는 편광된 여기 광이 반사형 서브-편광 유닛(104A1)을 통과할 수 있지만 반사형 서브-편광 유닛(104A2, 104B1 및 104B2)을 완전히 통과할 수 없도록 반사형 서브-편광 유닛(104A1)과 동일한 편광각을 갖도록 배향될 수 있다. 따라서, 반사형 서브-편광 유닛을 통과하지 못한 나머지 편광 여기 광은 이러한 반사형 서브-편광 유닛에 대응하는 반응 사이트(108)에 위치된 생체-샘플을 향해 반사형 서브-편광 유닛에서 반사되어 생체-샘플을 조사할 수 있다. 또한, 반사되고 편광된 여기 광은 반응 사이트에 반사된 회절점을 생성할 수 있으며, 그 높이는 이러한 반응 사이트 상에 고정된 생체-샘플이 더 높은 강도로 반사되고 편광된 여기 광을 수신할 수 있도록 조정된다.
다시 도 3a를 참조하면, 일부 실시예에서 생체-검출 시스템(200A)은 렌즈(116), 광 검출기(120) 및 필터 요소(118)를 추가로 포함할 수 있다. 렌즈(116)는 임의의 적합한 광학 렌즈일 수 있다. 일부 실시예에서, 렌즈(116)는 특정 높이에서 초점으로 조정될 수 있는 초점-조정 가능 렌즈일 수 있다. 따라서, 한 쌍의 반사형 서브-편광 유닛에만 대응하는 반응 사이트 상에 고정된 생체-샘플의 방출 광은 반응 사이트 아래의 반사형 서브-편광 유닛의 쌍 중 어느 하나와 동일한 편광각을 갖도록 배향된 전방 편광 요소(114)를 통과하는 편광된 여기 광에 의해 생체-샘플이 조명된 후 매번 수집될 수 있다. 또한, 반응 사이트는 초점-조정 가능 렌즈의 초점과 동일한 높이를 가질 수 있다.
예를 들어, 전방 편광 요소(114)가 반사형 서브-편광 유닛(104A1)과 동일한 편광각을 갖도록 배향되고 렌즈(116)가 도 2a에 도시된 높이 H1 또는 H3에서 초점으로 조정될 때, 반사형 서브-편광 유닛(104A2)에 대응하는 반응 사이트(108) 상에 고정된 생체-샘플로부터의 방출 신호만이 수집될 것이다. 반사형 서브-편광 유닛의 제2 쌍(104B)에 대응하는 반응 사이트(108) 상에 고정된 생체-샘플의 방출 신호는 초점-조정 가능 렌즈의 초점이 위치된 높이 H1 또는 H3이 반사형 서브-편광 유닛의 제2 쌍(104B)의 반응 사이트 상에 고정된 생체-샘플로부터의 방출 신호가 발생되는 도 2a에 도시된 높이 H2 또는 H4와 다르기 때문에 수집되지 않을 것이다.
광 검출기(120)는 방출 광을 검출하도록 구성될 수 있다. 광 검출기(120)는 포토다이오드, 또는 측정된 광을 전류 신호로 변환할 수 있는 임의의 적절한 광 감지 구성 요소일 수 있다. 광 검출기(120)가 포토다이오드인 실시예에서, 광 검출기(120)는 전류를 다른 MOS 트랜지스터와 같은 다른 구성 요소로 전달할 수 있는 금속-산화물-반도체(MOS: metal-oxide-semiconductor) 트랜지스터(미도시)의 소스 및 드레인에 연결될 수 있다. 다른 구성 요소는 리셋 트랜지스터, 전류 소스 팔로워 또는 전류를 디지털 신호로 변환하기 위한 행 선택기를 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다.
일부 실시예에 따르면, 필터 요소(118)는 광 검출기(120)에 들어가는 여기 광을 필터링할 수 있는 제거 필터일 수 있다. 일부 실시예에서, 필터 요소(118)는 도 3a에 도시된 바와 같이 렌즈(116)와 광 검출기(120) 사이의 광 경로에 배치될 수 있지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 다른 실시예에서, 필터 요소(118)는 또한 생체-검출 디바이스(20)와 렌즈(116) 사이의 광 경로에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 필터 요소(118)는 흡수 필터, 간섭 필터, 플라즈몬 메타표면(plasmonic metasurface) 구조, 유전체 메타표면 구조, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
본 개시의 실시예에 따르면, 생체-검출 시스템은 위에 언급된 생체-검출 디바이스 및 전방 편광 요소를 포함한다. 생체-검출 시스템의 생체-검출 디바이스는 한 쌍 이상의 반사형 서브-편광 유닛을 포함한다. 각 쌍의 반사형 서브-편광 유닛(예를 들어, 도 3a에 도시된 반사형 서브-편광 유닛의 제1 쌍(104A) 또는 반사형 서브-편광 유닛의 제2 쌍(104B))에서 반사형 서브-편광 유닛(예를 들어, 도 3a에 도시된 반사형 서브-편광 유닛(104A1 및 104A2) 또는 반사형 서브-편광 유닛(104B1 또는 104B2))의 각각의 편광각 사이의 절대값의 차이는 90°이다. 추가적으로, 전방 편광 요소는 전방 편광 요소가 각각의 픽셀 유닛에서 반사형 서브-편광 유닛의 하나 이상의 쌍의 임의의 반사형 서브-편광 유닛의 편광각과 동일한 편광각을 가질 수 있도록 회전에 의해 배향될 수 있다. 또한, 각각의 픽셀 유닛이 한 쌍 초과의 반사형 서브-편광 유닛을 포함하는 경우, 초점이 특정 높이로 조정될 수 있는 초점-조정 가능 렌즈가 매번 반사형 서브-편광 유닛의 한 쌍에만 대응하는 반응 사이트에 고정된 생체-샘플로부터 방출 광을 수집하는 데 사용될 수 있다. 반사형 서브-편광 유닛의 쌍에 대응하는 반응 사이트는 초점-조정 가능 렌즈의 초점과 동일한 높이를 갖는다. 이러한 방식으로, 생체-검출 시스템은 다른 반사형 서브-편광 유닛에 대응하는 다른 높이를 갖는 반응 사이트에 고정된 생체-샘플을 순차적으로 검출할 수 있으며, 생체-샘플로부터 생성된 형광 신호들이 완전하고 정확한 분석 결과를 획득하기 위해 결합될 수 있다. 따라서, 각각의 이미지에서 이웃하는 반응 사이트 사이의 크로스토크가 더 나은 공간 해상도를 위해 감소될 수 있고, 더 높은 픽셀 어레이 밀도를 갖는 생체-검출 디바이스가 제조될 수 있다.
다음으로, 도 3b를 참조하면, 도 3b는 일부 실시예에 따른 생체-검출 시스템(200B)의 단면도이다. 도 3b에 도시된 생체-검출 시스템(200B)은 생체-검출 시스템(200B)이 여기 광을 생체-검출 디바이스(20)를 향해 지향시키기 위해 반사 장치를 사용한다는 것을 제외하고는 도 3a에 도시된 생체-검출 시스템(200A)과 유사하다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 생체-검출 시스템(200B)은 여기 광을 생체-검출 디바이스(20)를 향해 지향시킬 수 있는 반사 장치로서 광 분할 요소(130)를 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 광 분할 요소(130)는 렌즈(116)와 필터 요소(118) 사이의 광 경로에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 광 분할 요소(130)는 580 nm 미만의 단파장에 대한 반사 특성 및 580 nm 초과의 장파장에 대한 투과 특성을 갖는 다이크로익(dichroic) 필터(즉, 간섭 필터)를 포함할 수 있다. 반사 및 투과에 대한 차단(cutoff) 파장은 형광 분자의 여기 및 방출 특성에 기초하여 변할 수 있다.
생체-샘플로부터의 방출 광(132)과 편광된 여기 광(112') 사이의 광 스펙트럼 차이로 인해, 광 분할 요소(130)는 편광된 여기 광(112')이 생체-검출 디바이스(20)를 향해 반사되도록 할 수 있고, 방출 광(132)이 통과되게 할 수 있다. 일부 다른 실시예에 따르면, 광 분할 요소(130)는 50/50의 분할 비율을 갖는 빔 분할기를 포함할 수 있지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 일부 추가 실시예에서, 광 분할 요소(130)는 또한 60/40 또는 70/30과 같은 50/50 이외의 분할 비율을 갖는 빔 분할기일 수 있다. 일부 실시예에서, 빔 분할기는 큐브 빔 분할기, 플레이트 빔 분할기 또는 펠리클(pellicle) 빔 분할기일 수 있다.
또한, 도 3b에 도시된 실시예에서, 전방 편광 요소(114)가 여기 광원(110)과 광 분할 요소(130) 사이의 광 경로에 배치되어 있지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 다른 실시예에 따르면, 전방 편광 요소(114)는 렌즈(116)와 생체-검출 디바이스(20)(미도시) 사이의 광 경로에 배치될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 다양한 실시예에 따른 생체-검출 시스템(200C)의 단면도이다. 도 4a를 참조하면, 도 4a에 도시된 생체-검출 시스템(200C)은 렌즈, 광 검출기 및 필터 요소가 생체-검출 디바이스(30)에 통합된 것을 제외하고는 도 3a에 도시된 생체-검출 시스템(200A)과 유사하다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 위에 언급한 실시예에서 도시된 생체-검출 디바이스(10 또는 20)의 해당 요소에 추가하여, 생체-검출 디바이스(30)의 각각의 픽셀 유닛(100C)은 포토다이오드(122), 필터층(124) 및 렌즈(126)를 추가로 포함할 수 있다. 포토다이오드(122)는 기판(102)에 매립된다. 필터층(124)은 포토다이오드(122) 상에 배치된다. 렌즈(126)는 필터층(124)과 반사형 서브-편광 유닛의 제1 및 제2 쌍(104A, 104B) 사이에 배치된다. 생체-검출 디바이스(30)의 포토다이오드(122), 필터층(124) 및 렌즈(126)의 기능 및 재료는 각각 도 3a의 생체-검출 시스템(200A)의 광 검출기(120), 필터 요소(118) 및 렌즈(116)와 유사하거나 동일하므로, 여기서 반복하지 않는다.
또한, 일부 실시예에서, 생체-검출 디바이스(30)의 렌즈(126)는 초점-조정 가능 렌즈일 수 있다. 예를 들어, 초점-조정 가능 렌즈는 초점 길이가 기계적, 유체적 또는 전기적 방식으로 조정될 수 있는 음향 조정 가능 렌즈, 액체 곡률 조정 가능 렌즈 또는 전기적으로 조정 가능한 렌즈일 수 있다. 즉, 초점-조정 가능 렌즈는 제어 가능한 방식으로 초점-조정 가능 렌즈를 통과하는 광 빔의 초점 위치를 수정하도록 구성된 광학 요소이다. 음향 조정 가능 렌즈는 유체로 충진되고 음파에 의해 구동되는 적응형 광학 요소이고, 전기적으로 조정 가능한 렌즈는 유체로 충진되지만 다른 전기 신호를 인가하여 구동되는 적응형 광학 피처(adaptive optics feature)이다.
도 4b를 참조하여, 일부 실시예에 따르면, 생체-검출 디바이스(30)의 각각의 픽셀 유닛(100C)은 광 흡수층(128)을 추가로 포함할 수 있다. 광 흡수층(128)은 필터층(124)과 렌즈(126) 사이에 배치된다. 일부 실시예에 따르면, 광 흡수층(128)은 흡수 필터를 포함할 수 있다. 필터층(124)이 흡수 필터 대신 반사 필터인 경우, 광 흡수층(128)은 필터층(124)에서 반사되는 나머지 여기 광을 흡수하도록 필터층(124) 위에 추가로 구성될 수 있다. 또한, 광 흡수층(128)은 조사 후 생체-샘플로부터 생성된 방출 광(또는 형광 신호)을 흡수하지 않도록 설계된다.
도 5a 내지 도 5d는 다양한 실시예에 따른 상이한 배열을 갖는 반사형 서브-편광 유닛의 복수의 쌍을 갖는 픽셀 유닛(100D 및 100E)의 평면도이다. 도 5a를 참조하면, 도 5a의 픽셀 유닛(100D)은 픽셀 유닛(100D)이 3쌍의 반사형 서브-편광 유닛, 즉, 반사형 서브-편광 유닛의 제1 쌍(104A), 반사형 서브-편광 유닛의 제2 쌍(104B) 및 반사형 서브-편광 유닛의 제3 쌍(104C)을 포함하는 것을 제외하고, 도 1a의 픽셀 유닛(100A) 또는 도 2a의 픽셀 유닛(100B)과 유사하다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에 따르면, 반사형 서브-편광 유닛의 제1 쌍(104A)은 서로 대향 배치된 반사형 서브-편광 유닛(104A1 및 104A2)을 포함한다. 반사형 서브-편광 유닛의 제2 쌍(104B)은 서로 대향 배치된 반사형 서브-편광 유닛(104B1 및 104B2)을 포함한다. 반사형 서브-편광 유닛의 제3 쌍(104C)은 서로 대향 배치된 반사형 서브-편광 유닛(104C1 및 104C2)을 포함한다. 반사형 서브-편광 유닛의 동일한 쌍에서 반사형 서브-편광 유닛의 각각의 편광각 사이의 절대값의 차이는 90°이다. 예를 들어, 반사형 서브-편광 유닛(104A1 및 A2)의 각각의 편광각 사이의 절대값의 차이가 90°이고, 반사형 서브-편광 유닛(104B1 및 B2)의 각각의 편광각 사이의 절대값의 차이가 90°이고, 반사형 서브-편광 유닛(104C1 및 C2)의 각각의 편광각 사이의 절대값의 차이가 90°이다.
또한, 일부 실시예에서, 반사형 서브-편광 유닛의 동일한 쌍에서 반사형 서브-편광 유닛 중 2개는 동일한 격자 주기를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 5a에서 선 밀도로 도시된 바와 같이, 반사형 서브-편광 유닛(104A1 및 A2)은 동일한 격자 주기(즉, 도 5a에서 동일한 선 밀도)를 갖고, 반사형 서브-편광 유닛(104B1 및 B2)은 동일한 격자 주기(즉, 도 5a에서 동일한 선 밀도)를 갖고, 반사형 서브-편광 유닛(104C1 및 C2)이 동일한 격자 주기(즉, 도 5a에서 동일한 선 밀도)를 갖는다.
추가적으로, 상술한 바와 같이, 일부 실시예에서, 반사형 서브-편광 유닛의 동일한 쌍의 반사형 서브-편광 유닛에 대응하는 반응 사이트(108)는 동일한 높이를 가질 수 있다. 예를 들어, 반사형 서브-편광 유닛(104A1 및 A2)에 대응하는 반응 사이트들(108)은 동일한 높이를 가질 수 있고, 반사형 서브-편광 유닛(104B1 및 B2)에 대응하는 반응 사이트들(108)은 동일한 높이를 가질 수 있고, 반사형 서브-편광 유닛(104C1 및 C2)에 대응하는 반응 사이트들(108)은 동일한 높이를 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 반사형 서브-편광 유닛의 상이한 쌍에서 반사형 서브-편광 유닛에 대응하는 반응 사이트(108)는 상이한 높이를 가질 수 있다. 예를 들어, 반사형 서브-편광 유닛(104A1)에 대응하는 반응 사이트들(108)은 반사형 서브-편광 유닛(104B1, 104B2, 104C1 및 104C2)에 대응하는 반응 사이트들(108)과 상이한 높이를 가질 수 있고, 반사형 서브-편광 유닛(104B1)에 대응하는 반응 사이트들(108)은 반사형 서브-편광 유닛(104A1, 104A2, 104C1 및 104C2)에 대응하는 반응 사이트들(108)과 상이한 높이를 가질 수 있고, 반사형 서브-편광 유닛(104C1)에 대응하는 반응 사이트들(108)은 반사형 서브-편광 유닛(104A1, 104A2, 104B1 및 104B2)에 대응하는 반응 사이트들(108)과 상이한 높이를 가질 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 반사형 서브-편광 유닛은 이전의 반사형 서브-편광 유닛의 편광각에 대해 30° 시프트된 편광각을 갖도록 시계 방향으로 배열될 수 있다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 반사형 서브-편광 유닛(104C2)은 반사형 서브-편광 유닛(104A1)의 편광각에 대해 30° 시프트된 편광각을 가질 수 있다. 반사형 서브-편광 유닛(104B2)은 반사형 서브-편광 유닛(104C2)의 편광각에 대해 30° 시프트된 편광각을 가질 수 있다. 반사형 서브-편광 유닛(104A2)은 반사형 서브-편광 유닛(104B2)의 편광각에 대해 30° 시프트된 편광각을 가질 수 있다. 그러나, 본 개시는 이에 한정되지 않는다.
다른 실시예에서, 반사형 서브-편광 유닛의 동일한 쌍의 반사형 서브-편광 유닛은 서로 인접하도록 배치될 수 있다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 반사형 서브-편광 유닛의 제1 쌍(104A)의 반사형 서브-편광 유닛(104A1 및 104A2)이 서로 인접하도록 배치되고, 반사형 서브-편광 유닛의 제2 쌍(104B)의 반사형 서브-편광 유닛(104B1 및 104B2)이 서로 인접하게 배치되고, 반사형 서브-편광 유닛의 제2 쌍(104C)의 반사형 서브-편광 유닛(104C1 및 104C2)이 서로 인접하게 배치된다. 동일한 높이를 갖는 서로 근접한 반사형 서브-편광 유닛의 동일한 쌍의 반사형 서브-편광 유닛을 배치함으로써, 제조 프로세스가 덜 복잡할 수 있다.
다음으로, 도 5c 및 도 5d를 참조하면, 도 5c 및 도 5d에 도시된 픽셀 유닛(100E)은 픽셀 유닛(100E)이 4쌍의 반사형 서브-편광 유닛, 즉, 반사형 서브-편광 유닛의 제1 쌍(104A), 반사형 서브-편광 유닛의 제2 쌍(104B), 반사형 서브-편광 유닛의 제3 쌍(104C) 및 반사형 서브-편광 유닛의 제4 쌍(104D)을 포함하는 것을 제외하고는 도 5a 및 도 5b에 도시된 픽셀 유닛(100D)과 유사하다. 마찬가지로, 일부 실시예에서, 도 5c에 도시된 바와 같이, 반사형 서브-편광 유닛은 이전의 반사형 서브-편광 유닛의 편광각에 대해 22.5° 시프트된 편광각을 갖도록 시계 방향으로 배열될 수 있다. 다른 실시예에서, 도 5d에 도시된 바와 같이, 반사형 서브-편광 유닛의 동일한 쌍에서의 반사형 서브-편광 유닛은 서로 인접하도록 배치될 수 있다. 도 5c 및 도 5d에 도시된 실시예에서 반사형 서브-편광 유닛의 배열 원리는 도 5a 및 도 5b에 도시된 실시예에서의 배열 원리와 유사하며, 이는 여기에서 상세히 반복하지 않는다.
또한, 도 5c 및 도 5d에서, 일부 실시예에 따르면, 반사형 서브-편광 유닛이 배치되지 않은 픽셀 유닛(100E)의 공간은 위에 언급한 샘플 격리층으로 충진될 수 있어, 그에 따라 반응 사이트가 형성되지 않는다.
도 6a는 일부 실시예에 따른 생체-검출 방법(300)의 흐름도이고, 도 6b 및 도 6c는 일부 실시예에 따른 생체-검출 시스템(200D)을 사용한 생체-샘플(400A 및 400B)의 검출을 예시한다. 도 6a 내지 도 6c를 참조하면, 생체-검출 방법(300)은 생체-검출 디바이스(10)가 포함된 도 6b 및 도 6c에서 생체-검출 시스템(200D)을 사용한 2-단계 검출 방법이다.
생체-검출 방법(300)은 생체-검출 시스템(200D)에 사용될 생체-검출 디바이스(10)를 제공하기 위해 단계 302에서 시작한다. 다음으로, 도 6a의 단계 304 및 도 6b를 참조하면, 생체-샘플(400A 및 400B)이 반응 사이트(108) 상에 고정된다. 특히, 생체-샘플을 함유하는 적절한 양의 용액이 생체-검출 디바이스(10)에 인가된다. 생체-샘플을 함유하는 용액을 건조된 후, 반응 사이트(108) 이외의 다른 영역으로부터 생체-샘플의 과잉 잔류물이 제거되고, 생체-샘플이 각각의 반응 사이트(108) 상에 고정될 수 있다. 도 6b에서, 생체-샘플(400A)은 픽셀 유닛(100A)에서 반사형 서브-편광 유닛의 제1 쌍(104A)의 반사형 서브-편광 유닛(104A1)에 대응하는 반응 사이트(108) 상에 고정된 생체-샘플을 지칭하고, 생체-샘플(400B)은 픽셀 유닛(100A)에서 반사형 서브-편광 유닛의 제1 쌍(104A)의 반사형 서브-편광 유닛(104A2)에 대응하는 반응 사이트(108) 상에 고정된 생체-샘플을 지칭한다.
일부 실시예에서, 생체-샘플(400A 및 400B)은 생체 분자, 화학 분자 또는 이들의 조합을 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 일부 실시예에서, 생체 분자는 DNA, RNA, 단백질 또는 이들의 조합을 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 일부 실시예에 따르면, 생체-샘플(400A 및 400B)은 유전자 시퀀스, DNA-DNA 혼성화, 단일 뉴클레오티드 폴리모피즘(polymorphism), 단백질 상호 작용, 펩티드 상호 작용, 항원-항체 상호 작용, 글루코오스 모니터링, 콜레스테롤 모니터링 등을 결정하기 위해 분석될 수 있다.
다음으로, 도 6a의 단계 306 및 도 6b을 참조하면, 제1 검출 단계가 반사형 서브-편광 유닛(104A2)에 대응하는 반응 사이트(108) 상에 고정된 생체-샘플(400B)로부터 방출된 제1 형광 신호(400BS)를 획득하기 위해 수행된다. 특히, 일부 실시예에서, 전방 편광 요소(114)는 반사형 서브-편광 유닛(104A2)의 편광각에 대해 90° 시프트된 편광각을 갖도록 배향된다. 생체-샘플(400B)은 전방 편광 요소(114)를 통과하고 반사형 서브-편광 유닛(104A2)에서 반사되는 편광된 여기 광(112')으로 조사된다. 반사형 서브-편광 유닛에서 반사되는 편광된 여기 광(112')은 "회절되고 편광된 여기 광(112)"이 된다. 한편, 생체-샘플(400A)은 편광된 여기 광(112')이 반사형 서브-편광 유닛(104A1)에서 반사되지 않고 회절되고 편광된 여기 광(112")이 생체-샘플(400A)이 위치된 반응 사이트(108)에 도달하지 않기 때문에 편광된 여기 광(112')으로 덜 조사된다. 따라서, 생체-샘플(400B)로부터 생성된 형광 신호에 비해 생체-샘플(400A)로부터 더 약한 형광 신호가 생성되고, 이에 의해 크로스토크를 피한다.
일부 실시예에 따르면, 회절되고 편광된 여기 광(112")은 반사형 서브-편광 유닛으로부터 0차(반사형 서브-편광 유닛에 대한 법선 방향), 1차, 2차 등의 회절에 의해 생성될 수 있다. 회절되고 편광된 여기 광(112")은 특정 높이를 갖도록 설계될 수 있는 이웃 반응 사이트(108)에서 국부적인 강화를 생성할 수 있다. 편광된 여기 광(112')에 추가하여, 특정 높이를 갖는 이웃 반응 사이트(108)는 회절되고 편광된 여기 광(112")을 추가로 받을 수 있고, 따라서 이러한 반응 사이트(108) 상에 고정된 생체-샘플(400B)이 더 높은 강도를 갖는 여기 광에 의해 조사될 수 있다. 이와 같이, 도 6b에 도시된 바와 같이, 편광된 여기 광(112') 및 회절되고 편광된 여기 광(112")으로 조사된 생체-샘플(400B)은 더 높은 강도를 갖는 제1 형광 신호(400BS)를 생성할 수 있다. 발산하는 제1 형광 신호(400BS)는 렌즈(116)에 의해 초점이 맞춰져 더 큰 신호 강도로 귀결되고, 그 후 광 검출기(120)에 의해 검출될 수 있다. 대조적으로, 반사형 서브-편광 유닛(104A1)에 대응하는 반응 사이트(108)에 위치한 생체-샘플(400A)은 회절되고 편광된 여기 광(112")으로 조사되지 않으며, 이에 의해 약한 형광 신호를 생성하거나 심지어 형광 신호를 생성하지 않는다.
다음으로, 도 6a의 단계 308 및 도 6c를 참조하면, 제2 검출 단계가 반사형 서브-편광 유닛(104A1)에 대응하는 반응 사이트(108) 상에 고정된 생체-샘플(400A)로부터 방출된 제2 형광 신호(400AS)를 획득하기 위해 수행된다. 특히, 일부 실시예에서, 전방 편광 요소(114)는 반사형 서브-편광 유닛(104A1)의 편광각에 대해 90° 시프트된 편광각을 갖도록 배향된다. 생체-샘플(400A)은 전방 편광 요소(114)를 통과한 편광된 여기 광(112')과 회절되고 편광된 여기 광(112'')으로 조사되며, 이에 의해 제2 형광 신호(400AS)를 생성한다. 발산하는 제2 형광 신호(400AS)는 렌즈(116)에 의해 초점이 맞추어져 더 큰 신호 강도로 귀결되며, 그 후 광 검출기(120)에 의해 검출될 수 있다. 마찬가지로, 편광된 여기 광(112')이 반사형 서브-편광 유닛(104A2)을 통과할 수 있고 반사형 서브-편광 유닛(104A2)에서 반사되지 않을 수 있으므로, 반사형 서브-편광 유닛(104A2)에 대응하는 반응 사이트(108)에 위치된 생체-샘플(400B)은 회절되고 편광된 여기 광(112")으로 조사되지 않는다. 따라서, 생체-샘플(400B)로부터 약한 형광 신호가 생성되거나, 심지어 형광 신호가 생성되지 않고, 이웃 반응 사이트(108) 사이의 크로스토크를 피할 수 있다.
다음으로, 도 6a의 단계 310을 참조하면, 제1 형광 신호(400BS)와 제2 형광 신호(400AS)가 결합되어 생체-샘플(400A 및 400B)로부터 완전한 형광 신호를 획득함으로써, 생체-검출을 완료한다. 특히, 제1 형광 신호(400BS) 및 제2 형광 신호(400AS)를 각각 포함하는 2개의 이미지가 병합된 후 병합된 이미지를 분석하여 완전한 형광 신호를 획득할 수 있다. 대안적으로, 제1 형광 신호(400BS)를 포함하는 이미지 및 제2 형광 신호(400AS)를 포함하는 이미지가 각각 분석된 후 두 이미지의 결과를 조합할 수 있다. 위에 언급한 이미지는 생체-샘플로부터의 형광 신호의 존재에 의해 또는 반응 사이트(108) 상에 고정된 상이한 분자를 구별하기 위한 형광 신호의 형광 스펙트럼에 의해 분석될 수 있다. 비록 제1 검출 단계 및 제2 검출 단계의 시퀀스가 위에서 설명되었지만, 제2 검출 단계가 제1 검출 단계 전에 수행될 수 있음을 이해해야 한다.
도 7은 다른 실시예에 따른 생체-검출 방법(500)의 흐름도이다. 도 7의 생체-검출 방법(500)은 생체-검출 방법(500)이 도 3a의 생체-검출 시스템(200A) 또는 도 4a의 생체-검출 시스템(200C)을 사용하여 수행된다는 점을 제외하고는 도 6a의 생체-검출 방법과 유사하다. 또한, 이러한 특정 실시예에서, 생체-검출 시스템(200A)의 렌즈(116) 또는 생체-검출 시스템(200C)의 생체-검출 디바이스(30)의 렌즈(126)는 초점-조정 가능 렌즈이다. 일부 실시예에 따르면, 생체-검출 방법(500)은 제1 및 제2 검출 단계에 추가하여 초점-조정 가능 렌즈의 초점 평면을 조정하는 단계 및 제3 검출 단계 및 제4 검출 단계를 수행하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
특히, 도 3a, 도 4a 및 도 7을 참조하면, 제1 및 제2 검출 단계(508 및 510)를 수행하기 전에, 초점-조정 가능 렌즈의 초점 평면은 도 3a의 광 검출기(120) 또는 도 4a의 포토다이오드(122)가 제1 및 제2 검출 단계(508 및 510) 동안 캡처된 명료한 이미지를 획득하기 위해 반사형 서브-편광 유닛(104B1 및 104B2)의 높이로 조정된다(도 7의 단계 506).
후속하여, 제1 검출 단계(508) 및 제2 검출 단계(510)가 예를 들어, 반사형 서브-편광 유닛(104B1 및 104B2)에 각각 대응하는 반응 사이트(108) 상에 고정된 생체-샘플로부터 방출된 제1 형광 신호 및 제2 형광 신호를 획득하기 위해 수행된다. 구체적으로, 일부 실시예에서, 제1 검출 단계(508) 및 제2 검출 단계(510)는 전방 편광 요소(114)가 반사형 서브-편광 유닛(104B1 및 104B2)의 편광각에 대해 90° 시프트된 편광각을 각각 가질 수 있도록 전방 편광 요소(114)를 배향시키는 단계를 포함할 수 있다. 따라서, 제1 검출 단계(508)에서, 반사형 서브-편광 유닛(104B1)에 대응하는 반응 사이트(108) 상에 고정된 생체-샘플이 조사될 수 있으며, 이에 의해 제1 형광 신호를 생성할 수 있다. 제2 검출 단계(510)에서, 반사형 서브-편광 유닛(104B2)에 대응하는 반응 사이트(108) 상에 고정된 생체-샘플이 조사되며, 이에 의해 제2 형광 신호를 생성할 수 있다.
제1 검출 단계(508) 및 제2 검출 단계(510)를 수행한 후, 도 7의 단계 512가 도 3a의 광 검출기(120) 또는 도 4a의 포토다이오드(122)가 후속하는 제3 및 제4 검출 단계(514 및 516) 동안 캡처된 명료한 이미지를 획득하기 위해 초점-조정 가능 렌즈의 초점 평면을 반사형 서브 편광 유닛(104A1 및 104A2)의 높이로 조정하도록 수행된다.
후속하여, 제3 검출 단계(514) 및 제4 검출 단계(516)가 예를 들어, 반사형 서브-편광 유닛(104A1 및 104A2)에 각각 대응하는 반응 사이트(108) 상에 고정된 생체-샘플로부터 방출된 제3 형광 신호 및 제4 형광 신호를 획득하기 위해 수행된다. 구체적으로, 일부 실시예에서, 제3 검출 단계(514) 및 제4 검출 단계(516)는 전방 편광 요소(114)가 반사형 서브-편광 유닛(104A1 및 104A2)의 편광각에 대해 90° 시프트된 편광각을 각각 가질 수 있도록 전방 편광 요소(114)를 배향하는 단계를 포함할 수 있다. 따라서, 제3 검출 단계(514)에서, 반사형 서브-편광 유닛(104A1)에 대응하는 반응 사이트(108) 상에 고정된 생체-샘플을 조사될 수 있으며, 이에 의해 제3 형광 신호를 생성할 수 있다. 제4 검출 단계(516)에서, 반사형 서브-편광 유닛(104A2)에 대응하는 반응 사이트(108) 상에 고정된 생체 샘플이 조사될 수 있으며, 이에 의해 제4 형광 신호를 생성할 수 있다.
도 7의 단계 518을 참조하면, 제1 검출 단계(508), 제2 검출 단계(510), 제3 검출 단계(514) 및 제4 검출 단계(516)를 완료한 후, 제1, 제2, 제3, 및 제4 형광 신호가 조합되어 도 3a의 각각의 픽셀 유닛(100B) 또는 도 4a의 각각의 픽셀 유닛(100C)에서 반사형 서브-편광 유닛(104A1, 104A2, 104B1 및 104B2) 모두에 대응하는 반응 사이트(108) 상에 고정된 생체-샘플로부터 완전한 형광 신호를 획득한다.
위에서 언급되고 도 3a 및 도 4a에 도시된 바와 같이, 반사형 서브-편광 유닛의 제1 쌍(104A)의 반사형 서브-편광 유닛(104A1 및 104A2)의 높이는 반사형 서브-편광 유닛의 제2 쌍(104B)의 반사형 서브-편광 유닛(104B1 및 104B2)의 높이와 상이하다. 따라서, 도 7의 단계 506 및 512는 초점-조정 가능 렌즈의 초점 평면을 다른 높이로 조정하므로, 각 검출 단계(도 7의 단계 508, 510, 514 또는 516) 동안 명료한 이미지가 캡처될 수 있다.
또한, 일부 실시예에 따르면, 생체-검출 방법은 6개의 검출 단계(미도시)와 같이 4개 초과의 검출 단계를 포함할 수 있으며, 생체-검출 방법은 (도 5a 또는 도 5b에 도시된 픽셀 유닛(100D)과 같이) 그 픽셀 유닛이 3쌍의 반사형 서브-편광 유닛을 포함하는 생체-검출 디바이스를 사용하여 수행될 수 있다. 마찬가지로, 생체-검출 방법은 각 쌍의 반사형 서브-편광 유닛의 높이가 서로 다르기 때문에 초점-조정 가능 렌즈의 초점 평면을 다른 높이로 조정하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 매번 초점-조정 가능 렌즈의 초점 평면을 특정 높이로 조정함으로써, 각각의 검출 단계 동안 명료한 이미지가 캡처될 수 있고 더 적은 크로스토크를 갖는 완전한 생체-정보가 획득될 수 있다.
요약하면, 본 개시의 일부 실시예에 따르면, 생체-검출 디바이스의 각각의 픽셀 유닛은 하나 이상의 쌍의 반사형 서브-편광 유닛을 포함한다. 반사형 서브-편광 유닛의 각 쌍에서 반사형 서브-편광 유닛의 각각의 편광각 사이의 절대값의 차이는 90°이다. 픽셀 유닛의 반사형 서브-편광 유닛은 생체-샘플이 고정된 반응 사이트에서 반사된 회절점을 유도할 수 있으며, 이에 의해 특정 회절점의 생체-샘플이 충분한 방출 광(또는 충분한 형광 신호)을 생성할 수 있도록 국부화된 강화를 실현할 수 있다. 또한, 일부 실시예에 따르면, 생체-검출 시스템은 반사형 서브-편광 유닛 중 임의의 하나의 편광각과 동일한 편광각을 갖도록 회전에 의해 배향될 수 있는 전방 편광 요소를 포함한다. 다중-단계 검출 방법을 수반하는 이러한 구성으로, 이웃 반응 사이트의 형광 신호들 간의 크로스토크가 감소될 수 있고, 보다 높은 픽셀 어레이 밀도를 갖는 생체-검출 디바이스를 제조될 수 있다.
상술한 내용은 본 기술 분야의 통상의 기술자가 본 개시의 양태를 더 잘 이해할 수 있도록 여러 실시예의 피처를 개략적으로 설명한다. 본 기술 분야의 통상의 기술자는 본원에 도입된 실시예의 동일한 목적을 수행하고/수행하거나 동일한 이점을 달성하기 위한 다른 프로세스 및 구조를 설계 또는 수정하기 위한 기초로서 본 개시를 쉽게 사용할 수 있음을 인식해야 한다. 또한, 본 기술 분야의 통상의 기술자는 이러한 등가 구성이 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않으며, 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본원에서 다양한 변화, 치환 및 변경을 가할 수 있음을 인식해야 한다.
Claims (17)
- 생체-검출 디바이스로서,
복수의 픽셀 유닛을 포함하고, 상기 픽셀 유닛들의 각각은,
기판;
상기 기판 상에 배치된 반사형 서브-편광 유닛들의 하나 이상의 쌍; 및
상기 반사형 서브-편광 유닛들의 하나 이상의 쌍 위에 규정된 복수의 반응 사이트;를 포함하고,
상기 반사형 서브-편광 유닛들의 각각의 쌍에서 반사형 서브-편광 유닛들의 각각의 편광각 사이의 절대값의 차이는 90°이고,
상기 반응 사이트들 및 상기 반사형 서브-편광 유닛들은 일대일 대응 관계에 있고,
반사형 서브-편광 유닛들의 동일한 쌍에서 반사형 서브-편광 유닛들에 대응하는 반응 사이트들은 반사형 서브-편광 유닛들의 상단 표면들로부터 반응 사이트들의 바닥 표면들까지 측정된 동일한 높이를 갖고,
반사형 서브-편광 유닛들의 다른 쌍들에서 반사형 서브-편광 유닛들에 대응하는 반응 사이트들은 반사형 서브-편광 유닛들의 상단 표면들로부터 반응 사이트들의 바닥 표면들까지 측정된 다른 높이들을 갖는, 생체-검출 디바이스. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 픽셀 유닛들의 각각에서 반사형 서브-편광 유닛들의 하나 이상의 쌍의 반사형 서브-편광 유닛들 모두는 다른 각각의 편광각들을 갖고, 반사형 서브-편광 유닛들의 동일한 쌍에서 반사형 서브-편광 유닛들 중 2개는 동일한 격자 주기를 갖는, 생체-검출 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 반응 사이트들은 나노웰(nanowell)들 또는 나노패턴(nanopattern)들로서 형성되고, 상기 기판은 투명 기판인, 생체-검출 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 픽셀 유닛들의 각각은,
상기 기판에 매립된 포토다이오드;
상기 포토다이오드 상에 배치된 필터층; 및
상기 필터층과 상기 반사형 서브-편광 유닛들의 하나 이상의 쌍 사이에 배치된 렌즈;를 더 포함하는, 생체-검출 디바이스. - 제5항에 있어서,
상기 렌즈는 초점-조정 가능 렌즈인, 생체-검출 디바이스. - 제5항에 있어서,
상기 픽셀 유닛들의 각각은 상기 필터층과 상기 렌즈 사이에 배치된 광 흡수층을 더 포함하는, 생체-검출 디바이스. - 생체-검출 시스템으로서,
여기 광(excitation light)을 방출하도록 구성된 여기 광원;
상기 여기 광을 편광시키도록 구성된 전방 편광 요소; 및
상기 편광된 여기 광을 수신하도록 구성된, 제1항에 따른 생체-검출 디바이스;를 포함하는, 생체-검출 시스템. - 제8항에 있어서,
상기 전방 편광 요소는 상기 전방 편광 요소가 상기 픽셀 유닛들의 각각에서 상기 반사형 서브-편광 유닛들의 하나 이상의 쌍의 반사형 서브-편광 유닛들 중 임의의 하나의 편광각과 동일하도록 회전에 의해 배향될 수 있는, 생체-검출 시스템. - 제8항에 있어서,
상기 생체-검출 디바이스의 반응 사이트들 상에 고정된 생체-샘플로부터 방출 광을 수집하도록 구성된 렌즈;
상기 방출 광을 검출하도록 구성된 광 검출기; 및
상기 광 검출기에 들어가는 여기 광을 필터링하도록 구성된 필터 요소;를 더 포함하는, 생체-검출 시스템. - 제8항에 있어서,
상기 여기 광을 상기 생체-검출 디바이스를 향해 지향시키도록 구성된 광 분할 요소를 더 포함하는, 생체-검출 시스템. - 생체-검출 방법으로서,
제8항에 따른 상기 생체-검출 시스템을 제공하는 단계;
상기 생체-검출 디바이스의 상기 반응 사이트들 상에 생체-샘플들을 고정시키는 단계;
상기 픽셀 유닛들에서 반사형 서브-편광 유닛들의 제1 쌍들의 제1 반사형 서브-편광 유닛들에 대응하는 반응 사이트들 상에 고정된 생체-샘플들로부터 방출된 제1 형광 신호를 획득하기 위해 제1 검출 단계를 수행하는 단계;
상기 픽셀 유닛들에서 반사형 서브-편광 유닛들의 제1 쌍들의 제2 반사형 서브-편광 유닛들에 대응하는 반응 사이트들 상에 고정된 생체-샘플들로부터 방출된 제2 형광 신호를 획득하기 위해 제2 검출 단계를 수행하는 단계; 및
상기 제1 형광 신호와 상기 제2 형광 신호를 결합하는 단계;를 포함하는, 생체-검출 방법. - 제12항에 있어서,
상기 제1 검출 단계는:
상기 전방 편광 요소가 상기 제1 반사형 서브-편광 유닛들의 편광각에 대해 90° 시프트된 편광각을 갖도록 상기 전방 편광 요소를 배향시키는 단계; 및
상기 제1 반사형 서브-편광 유닛들에 대응하는 반응 사이트들 상에 고정된 생체-샘플들을 상기 전방 편광 요소를 통과하고 상기 제1 반사형 서브-편광 유닛들에서 반사되는 여기 광으로 조사하는 단계;를 포함하고,
상기 제2 검출 단계는:
상기 전방 편광 요소가 상기 제2 반사형 서브-편광 유닛들의 편광각에 대해 90° 시프트된 편광각을 갖도록 상기 전방 편광 요소를 배향시키는 단계; 및
상기 제2 반사형 서브-편광 유닛들에 대응하는 반응 사이트들 상에 고정된 생체-샘플들을 상기 전방 편광 요소를 통과하고 상기 제2 반사형 서브-편광 유닛들에서 반사되는 여기 광으로 조사하는 단계;를 포함하는, 생체-검출 방법. - 제12항에 있어서,
상기 픽셀 유닛들에서의 반사형 서브-편광 유닛들의 제2 쌍들의 제3 반사형 서브-편광 유닛들에 대응하는 반응 사이트들 상에 고정된 생체-샘플들로부터 방출된 제3 형광 신호를 획득하기 위해 제3 검출 단계를 수행하는 단계;
상기 픽셀 유닛들에서의 반사형 서브-편광 유닛들의 제2 쌍들의 제4 반사형 서브-편광 유닛들에 대응하는 반응 사이트들 상에 고정된 생체-샘플들로부터 방출된 제4 형광 신호를 획득하기 위해 제4 검출 단계를 수행하는 단계; 및
상기 제1 형광 신호, 상기 제2 형광 신호, 상기 제3 형광 신호 및 상기 제4 형광 신호를 결합하는 단계;를 더 포함하는, 생체-검출 방법. - 제14항에 있어서,
상기 제3 검출 단계는:
상기 전방 편광 요소가 상기 제3 반사형 서브-편광 유닛들의 편광각에 대해 90° 시프트된 편광각을 갖도록 상기 전방 편광 요소를 배향시키는 단계; 및
상기 제3 반사형 서브-편광 유닛들에 대응하는 반응 사이트들 상에 고정된 생체-샘플들을 상기 전방 편광 요소를 통과하고 상기 제3 반사형 서브-편광 유닛들에서 반사되는 여기 광으로 조사하는 단계;를 포함하고,
상기 제4 검출 단계는:
상기 전방 편광 요소가 상기 제4 반사형 서브-편광 유닛들의 편광각에 대해 90° 시프트된 편광각을 갖도록 상기 전방 편광 요소를 배향시키는 단계; 및
상기 제4 반사형 서브-편광 유닛들에 대응하는 반응 사이트들 상에 고정된 생체-샘플들을 상기 전방 편광 요소를 통과하고 상기 제4 반사형 서브-편광 유닛들에서 반사되는 여기 광으로 조사하는 단계;를 포함하고,
상기 제1 반사형 서브-편광 유닛, 상기 제2 반사형 서브-편광 유닛, 상기 제3 반사형 서브-편광 유닛 및 상기 제4 반사형 서브-편광 유닛의 편광각들은 서로 다른, 생체-검출 방법. - 제14항에 있어서,
상기 픽셀 유닛들의 각각은 상기 기판과 상기 반사형 서브-편광 유닛들의 하나 이상의 쌍 사이에 배치된 초점-조정 가능 렌즈를 더 포함하고;
상기 생체-검출 방법은,
상기 제1 검출 단계 및 상기 제2 검출 단계를 수행하기 전에 상기 초점-조정 가능 렌즈의 초점 평면을 상기 반사형 서브-편광 유닛들의 제1 쌍들의 제1 높이로 조정하는 단계로서, 상기 제1 높이는 상기 제1 반사형 서브-편광 유닛 및 상기 제2 반사형 서브-편광 유닛의 상단 표면들로부터 상기 제1 반사형 서브-편광 유닛 및 상기 제2 반사형 서브-편광 유닛에 대응하는 반응 사이트들의 바닥 표면들까지 측정되는, 제1 높이로 조정하는 단계; 및
상기 제1 검출 단계 및 상기 제2 검출 단계를 수행하는 단계와 상기 제3 검출 단계 및 상기 제4 검출 단계를 수행하는 단계 사이에 상기 초점-조정 가능 렌즈의 상기 초점 평면을 상기 반사형 서브-편광 유닛들의 제2 쌍들의 제2 높이로 조정하는 단계로서, 상기 제2 높이는 상기 제3 반사형 서브-편광 유닛 및 상기 제4 반사형 서브-편광 유닛의 상단 표면들로부터 상기 제3 반사형 서브-편광 유닛 및 상기 제4 반사형 서브-편광 유닛에 대응하는 반응 사이트들의 바닥 표면들까지 측정되는, 제2 높이로 조정하는 단계;를 더 포함하고,
상기 제1 높이는 상기 제2 높이와 다른, 생체-검출 방법. - 제14항에 있어서,
상기 생체-검출 시스템은 상기 생체-검출 디바이스의 상기 반응 사이트들 상에 고정된 생체-샘플로부터 방출 광을 수집하도록 구성된 초점-조정 가능 렌즈를 더 포함하고;
상기 생체-검출 방법은,
상기 제1 검출 단계 및 상기 제2 검출 단계를 수행하기 전에 상기 초점-조정 가능 렌즈의 초점 평면을 상기 반사형 서브-편광 유닛들의 제1 쌍들의 제1 높이로 조정하는 단계로서, 상기 제1 높이는 상기 제1 반사형 서브-편광 유닛 및 상기 제2 반사형 서브-편광 유닛의 상단 표면들로부터 상기 제1 반사형 서브-편광 유닛 및 상기 제2 반사형 서브-편광 유닛에 대응하는 반응 사이트들의 바닥 표면들까지 측정되는, 제1 높이로 조정하는 단계; 및
상기 제1 검출 단계 및 상기 제2 검출 단계를 수행하는 단계와 상기 제3 검출 단계 및 상기 제4 검출 단계를 수행하는 단계 사이에 상기 초점-조정 가능 렌즈의 상기 초점 평면을 상기 반사형 서브-편광 유닛들의 제2 쌍들의 제2 높이로 조정하는 단계로서, 상기 제2 높이는 상기 제3 반사형 서브-편광 유닛 및 상기 제4 반사형 서브-편광 유닛의 상단 표면들로부터 상기 제3 반사형 서브-편광 유닛 및 상기 제4 반사형 서브-편광 유닛에 대응하는 반응 사이트들의 바닥 표면들까지 측정되는, 제2 높이로 조정하는 단계;를 더 포함하고,
상기 제1 높이는 상기 제2 높이와 다른, 생체-검출 방법.
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