一种波导滤光生化传感器制造技术

本申请提供了一种波导滤光生化传感器，其包括一个波导滤光传感单元阵列，每个波导滤光传感单元包括：一个输入波导，用于引入待测光信号，待测光信号从输入波导的上端面输入，从其下端面输出；一个波导区，用于对待测光信号进行滤光，以去除其中的噪声，待测光信号从波导区的上端面输入，并从波导区的下端面输出；一个包裹体，其包裹在所述输入波导和所述波导区周围；一个光信号检测单元，其设置在所述波导区下端面之下，用于接收从波导区下端面输出的经过滤光的待测光信号，并将其转换成电信号；所述输入波导的宽度小于所述波导区的宽度，所述包裹体的折射率小于所述输入波导的折射率和所述波导区的折射率。

【技术实现步骤摘要】
一种波导滤光生化传感器
本申请涉及一种生化检测装置，特别涉及一种波导滤光生化传感器。
技术介绍
在体外诊断领域(in-vitrodiagnostics,IVD)，利用生物荧光信号进行实时检测是很常用的一种技术手段。目前主流的检测技术，例如免疫检测技术、分子(核酸)检测技术(例如PCR)和基因测序技术等，都需要借助生物荧光信号进行实时定量检测、读取和分析。为了提高检测设备的集成度，现有技术中将流体、生物、化学等实验室的基本功能微缩到一个几平方厘米甚至是几平方毫米的芯片(例如CMOS图像传感器芯片)上，实现一种片上实验室(lab-on-a-chip)。在这种装置中，生物或化学物质样本被传送和固定在图像传感器芯片表面，样本所发出的荧光信号被图像传感器接受和检测，根据检测到的光信号强度和颜色可以判断生物或化学物质样本的相关信息。典型的基于CMOS图像传感器的光学探测过程通常如下：1、给予待测样本一定的激发条件，例如用激发光照明样本；2、样本吸收激发光能量后，产生辐射荧光，即，待测光信号；3、激发光同待测光信号一起，经过光学汇聚和滤光结构(用于滤除激发光)后，抵达CMOS传感器的收光器件，例如光电二极管；4、CMOS传感器将光信号转换成电信号，最终处理成图像输出，从而检测得到样本的相关信息。在上述图像传感装置中，抵达收光器件的信号中包括了携带待测样本信息的有用信号部分，以及噪声信号部分。噪声信号部分对最终成像产生影响。如要提升最终的成像质量，则需要尽可能的提升信噪比(Signal-to-Noise-Ratio)SNR。从技术手段上讲，通常有两个途经：1、降低噪声强度；2、提升信号强度。待测光信号中的噪声信号部分主要来源于激发光信号以及邻近样本的光信号串扰。现有技术中一般通过设置滤光层来过滤激发光信号噪声，并且通过设置阻挡层和/或聚光结构来减少或避免邻近样本之间的信号串扰。待测光信号的辐射强度一般由激发环境所决定，因此，在激发环境不作调整的情况下，必须通过提升信号光的收集效率，来避免待测光信号中包含样本信息的有用信号强度的衰减，从而提升传感器收光器件所接收到的有用信号部分的强度。现有技术中，多采用微透镜、环形光栅、菲涅尔波带片等作为聚光结构。这些聚光结构都是通过调控信号光的相位，对信号光的远场分布进行调控，从而将样本信号聚焦到对应的传感器收光器件表面，减少信号衰减，并避免相邻样本的信号串扰。但这些结构存在的问题是，首先，其结构较为复杂，对设计以及工艺容差要求较高，产品优化周期长。其次，尺寸相对较大，尽管目前某些结构的尺寸可以做成小到5～10μm，但对于更小的尺寸则无能为力，无法适用于更小的收光器件，如尺寸在1μm以下的光电二极管。再者，无法提升信号光的收集效率，因为只有被这些结构接收到的光才能被调控，除此之外的光信号能量被浪费，导致传感器收光器件所接收到的有用信号强度降低，进而影响到检测结果。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述问题，本专利技术提供了一种波导滤光传感单元，其包括：一个输入波导，用于引入待测光信号，其具有长度L0、宽度W0和折射率n0，待测光信号从输入波导的上端面输入，从其下端面输出；一个波导区，用于对待测光信号进行滤光，以去除其中的噪声，其具有长度L1、宽度W1和折射率n1，待测光信号从波导区的上端面输入，并从波导区的下端面输出；一个包裹体，其具有折射率n2，包裹在所述输入波导和所述波导区周围；一个光信号检测单元，其设置在所述波导区下端面之下，用于接收从波导区下端面输出的经过滤光的待测光信号，并将其转换成电信号；所述输入波导的宽度W0小于所述波导区的宽度W1，所述包裹体的折射率n2小于所述输入波导的折射率n0和所述波导区的折射率n1。本专利技术进一步提供了一种波导滤光生化传感器，其包括一个波导滤光传感单元阵列，阵列中每个波导滤光传感单元包括：一个输入波导，用于引入待测光信号，其具有长度L0、宽度W0和折射率n0，待测光信号从输入波导的上端面输入，从其下端面输出；一个波导区，用于对待测光信号进行滤光，以去除其中的噪声，其具有长度L1、宽度W1和折射率n1，待测光信号从波导区的上端面输入，并从波导区的下端面输出；一个包裹体，其具有折射率n2，包裹在所述输入波导和所述波导区周围；一个光信号检测单元，其设置在所述波导区下端面之下，用于接收从波导区下端面输出的经过滤光的待测光信号，并将其转换成电信号；所述输入波导的宽度W0小于所述波导区的宽度W1，所述包裹体的折射率n2小于所述输入波导的折射率n0和所述波导区的折射率n1。本专利技术的一个较佳实施例中，所述光信号检测单元可以包括一个CMOS传感像素中的光电二极管，其接收待测光信号的表面与所述输入波导的下端面相对，两者尺寸相当。作为本专利技术的一个较佳实施例，所述输入波导的折射率n0和所述波导区的折射率n1的差值不大于0.01，同时，所述包裹体折射率n2与所述波导区折射率n1的差值不小于0.02。作为本专利技术的一个较佳实施例，所述波导区的长度L1按照以下公式计算得到：其中，n1为波导区的折射率，n2为包裹体的折射率，λ为待测光信号的中心波长，W1为波导区的宽度,N为正整数。本专利技术的一个较佳实施例中，所述输入波导上端面设置有样本承载区，适合于集聚并承载待检测的样本材料。本专利技术波导滤光生化传感器的一个较佳实施例中，还包括设置在相邻波导滤光传感单元之间的金属栅，用于防止相邻波导滤光传感单元之间发生信号串扰，以及阻挡噪声光信号。本专利技术的波导滤光传感单元在将待测光信号中的激发光噪声和串扰噪声滤除的同时，可以有效收集待测光信号，并且避免其中有用部分信号的强度衰减。在同样的激发光条件下，相较于已有技术的传感器件，本专利技术的波导滤光传感器可以大幅减少信号传递过程中的损失，避免相邻样本之间的信号串扰，从而实现质量更佳的成像和更准确的检测结果。同时，本专利技术的波导滤光传感单元结构简单，可以制作的更小，因而能够适用于像素尺寸日益减小而元件集成度日益增大的CMOS图像传感器芯片，从而制作出检测通量更大的生化传感器件。附图说明图1a是本专利技术波导滤光传感单元一个实施例的截面示意图，图1b是采用图1a所示波导滤光传感单元的本专利技术波导滤光生化传感器一个实施例的局部截面示意图。图2a是本专利技术波导滤光传感单元一个实施例的截面示意图，图2b是采用图2a所示波导滤光传感单元的本专利技术波导滤光生化传感器一个实施例的局部截面示意图。图3是本专利技术波导滤光传感器一个实施例的滤光效果示意图。图4是图2b所示本专利技术波导滤光生化传感器制造方法一个实施例的流程示意图。具体实施例以下根据附图对本专利技术的实施例进行说明。这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种波导滤光传感单元，其包括：/n一个输入波导，用于引入待测光信号，其具有长度L

【技术特征摘要】
1.一种波导滤光传感单元，其包括：
一个输入波导，用于引入待测光信号，其具有长度L0、宽度W0和折射率n0，待测光信号具有中心波长λ，从输入波导的上端面输入，从其下端面输出；
一个波导区，用于对待测光信号进行滤光，以去除其中的噪声，其具有长度L1、宽度W1和折射率n1，待测光信号从波导区的上端面输入，并从波导区的下端面输出；
一个包裹体，其具有折射率n2，包裹在所述输入波导和所述波导区周围；
一个光信号检测单元，其设置在所述波导区下端面之下，用于接收从波导区下端面输出的经过滤光的待测光信号，并将其转换成电信号；
所述输入波导的宽度W0小于所述波导区的宽度W1，所述包裹体的折射率n2小于所述输入波导的折射率n0和所述波导区的折射率n1。


2.如权利要求1所述的波导滤光传感单元，其特征在于，所述光信号检测单元包括一个CMOS传感像素中的光电二极管，其接收待测光信号的表面与所述输入波导的下端面相对，两者尺寸相当。


3.如权利要求1所述的波导滤光传感单元，其特征在于，所述输入波导的折射率n0和所述波导区的折射率n1的差值不大于0.01，同时，所述包裹体的折射率n2和所述波导区的折射率n1的差值不小于0.02。


4.如权利要求1所述的波导滤光传感单元，其特征在于，所述波导区采用具备单一折射率的体材料制成。


5.如权利要求1所述的波导滤光传感单元，其特征在于，所述波导区包括具备不同折射率的材料叠层，其折射率n1为等效折射率。


6.如权利要求4或5所述的波导滤光传感单元，其特征在于，所述波导区的长度L1满足以下公式：






其中，N为正整数，π为圆周率。


7.如权利要求4所述的波导滤光传感单元，其特征在于，所述体材料可以是红色树脂、绿色树脂、蓝色树脂或掺杂了有色金属离子的有机化合物。


8.如权利要求5所述的波导滤光传感单元，其特征在于，所述材料叠层可以是SiO2/TiO2、ZrO2/SiO2或者GaP/TiO2叠层。


9.如权利要求1所述的波导滤光传感单元，其特征在于，所述包裹体采用氧化硅材料制成。


10.如权利要求1所述的波导滤光传感单元，其特征在于，所述输入波导上端面之上设置有样本承载区，适合于集聚并承载待检测的样本材料。


11.如权利要求1所述的波导滤光传感单元，其特征在于，所述输入波导的长度L0不小于待测光信号的中心波长λ。


12.一种波导滤光生化传感器，其特征在于，包括一个波导滤光传感单元阵列，阵列中每个波导滤光传感单元包括：
一个输入波导，用于引入待测光信号，其具有长度L...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪秉宙，王贤超，崔皓辰，汪天书，孙英华，严媚，
申请(专利权)人：上海芯像生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31