【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物芯片，涉及一种分子荧光检测芯片及其光封装结构。
技术介绍
1、生物芯片技术是一项综合性的高新技术，它涉及生物、化学、医学、精密加工、光学、微电子技术、信息学等领域，是一个学科交叉性很强的热点课题。近年来通过光集成芯片实现对生物荧光信号的激发及收集已逐渐在荧光分子检测领域，尤其是单分子荧光检测领域体现出重要的价值和潜力。
2、此项技术通过半导体制程，实现了从荧光信号激发，荧光信号收集，到荧光信号探测的单片集成方案。通过在芯片表面大规模生成纳米级尺寸的样本限制点位，并结合生化修饰方法，实现了单分子尺度下的空间限制。此外，相比于传统光学系统激发及收集荧光信号的方法，此项技术通过光波导形成倏逝波(evanescent field)激发荧光，实现了大通量点位的同时激发，通过片内收集结构使样本限制点位与探测像素形成对应，又实现了大通量点位荧光信号的同时收集，最终实现大通量点位的荧光检测。
3、但此项技术的效果十分依赖于对特定荧光信号检测的性能，需要片内激发光功率保持一定程度的稳定，这很大程度上取决于光学系统的连接稳定性以及抗振动性。目前的采用光反馈系统对片外光源与芯片的耦合进行实时监控和调整的方案，虽然可以实现稳定片内光功率的作用，但需要复杂的，精度很高的，响应频率较高的光机电系统，很大程度上提高了测序仪器的成本。
4、因此，如何提供一种分子荧光检测芯片及其光封装结构，使得既能实现片内光功率的稳定，又能减少测序仪的成本，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。
5、应该
技术实现思路
1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种分子荧光检测芯片及其光封装结构，用于解决现有技术中难以在较低成本下实现片内光功率稳定的问题。
2、为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种分子荧光检测芯片，包括自下而上依次设置的荧光探测层、荧光收集层与荧光激发层，所述荧光激发层包括：
3、输入光耦合模块，所述输入光耦合模块包括一个或多个输入光耦合单元；
4、光分束器树状结构，所述光分束器树状结构的输入端连接所述输入光耦合模块的输出端，所述光分束器树状结构包括一路第一输出端与多路第二输出端；
5、荧光激发结构阵列，所述荧光激发结构阵列的输入端连接所述光分束器树状结构的第二输出端；
6、光耦出结构阵列，所述光耦出结构阵列的输入端连接所述荧光激发结构阵列的输出端；
7、光反馈结构，所述光反馈结构的输入端连接所述光分束器树状结构的第一输出端。
8、可选地，所述输入光耦合模块包括多个所述输入光耦合单元，所述荧光激发层还包括光功率均衡模块，所述光功率均衡模块连接于所述输入光耦合模块与所述光分束器树状结构之间。
9、可选地，所述光功率均衡模块包括n×n光合束结构，其中，n与所述输入光耦合单元的数量一致，所述n×n光合束结构包括一个2×2光耦合器，或者包括级联的多个2×2光耦合器，所述2×2光耦合器采用定向耦合器或多模干涉耦合器。
10、可选地，所述光反馈结构包括1×2光分束器、第一反馈光耦合单元与第二反馈光耦合单元，所述输入光耦合模块位于所述第一反馈光耦合单元与所述第二反馈光耦合单元之间，所述第一反馈光耦合单元、所述输入光耦合单元与所述第二反馈光耦合单元在垂直于光传播方向上等间距排列成一直线，所述1×2光分束器的输入端连接所述光分束器树状结构的第一输出端，所述第一反馈光耦合单元的输入端连接所述1×2光分束器的第一输出端，所述第二反馈光耦合单元的输入端连接所述1×2光分束器的第二输出端；所述第一反馈光耦合单元的输出端、所述输入光耦合单元的输入端与所述第二反馈光耦合单元的输出端均用于连接光纤模块，所述光纤模块包括并排设置的第一光反馈通道、光输入通道与第二光反馈通道，所述第一反馈光耦合单元的输出端连接所述第一光反馈通道，所述输入光耦合单元的输入端连接所述光输入通道，所述第二反馈光耦合单元的输出端连接所述第二光反馈通道。
11、可选地，所述第一反馈光耦合单元与所述第二反馈光耦合单元的出射角范围是8～10度，近场光斑直径范围是3～5微米。
12、可选地，所述光反馈结构包括反馈光耦合单元，所述反馈光耦合单元的输入端连接所述光分束器树状结构的第一输出端，所述反馈光耦合单元的输出端用于连接片外光学系统。
13、可选地，所述反馈光耦合单元的出射角范围是30～60度，近场光斑直径范围是30～60微米，出射光斑在自由空间中由所述片外光学系统收集。
14、可选地，所述光反馈结构包括第一1×2光分束器、第二1×2光分束器、第一反馈光耦合单元、第二反馈光耦合单元与第三反馈光耦合器，所述输入光耦合模块位于所述第一反馈光耦合单元与所述第二反馈光耦合单元之间，所述第一反馈光耦合单元、所述输入光耦合单元与所述第二反馈光耦合单元在垂直于光传播方向上等间距排列成一直线，所述第一1×2光分束器的输入端连接所述光分束器树状结构的第一输出端，所述第二1×2光分束器的输入端连接所述第一1×2光分束器的第一输出端，所述第一反馈光耦合单元的输入端连接所述第二1×2光分束器的第一输出端，所述第二反馈光耦合单元的输入端连接所述第二1×2光分束器的第二输出端，所述第三反馈光耦合单元的输入端连接所述第一1×2光分束器的第二输出端；所述第一反馈光耦合单元的输出端、所述输入光耦合单元的输入端与所述第二反馈光耦合单元的输出端均用于连接光纤模块，所述光纤模块包括并排设置的第一光反馈通道、光输入通道与第二光反馈通道，所述第一反馈光耦合单元的输出端连接所述第一光反馈通道，所述输入光耦合单元的输入端连接所述光输入通道，所述第二反馈光耦合单元的输出端连接所述第二光反馈通道；所述第三反馈光耦合单元的输出端用于连接片外光学系统。
15、可选地，所述第一反馈光耦合单元与所述第二反馈光耦合单元的出射角范围是8～10度，近场光斑直径范围是3～5微米；所述第三反馈光耦合单元的出射角范围是30～60度，近场光斑直径范围是30～60微米，出射光斑在自由空间中由所述片外光学系统收集。
16、可选地，所述光分束器树状结构包括一个或多个光分束器单元，所述光分束器单元包括y分支结构、2×2定向耦合器、1×2多模干涉耦合器、2×2多模干涉耦合器、1×3多模干涉耦合器及1×5多模干涉耦合器中的一种或多种。
17、可选地，所述荧光激发结构阵列包括包层及包覆于所述包层中的一条或多条波导结构，所述波导结构上方的所述包层表面设有沿波导传播方向按一定周期排布的样本井，所述样本井用于装载可激发荧光的分子物质，所述样本井的底面与所述波导结构的顶面之间的距离小于所述波导结构的倏逝波穿透距离。
【技术保护点】
1.一种分子荧光检测芯片，其特征在于，包括自下而上依次设置的荧光探测层、荧光收集层与荧光激发层，所述荧光激发层包括：
2.根据权利要求1所述的分子荧光检测芯片，其特征在于：所述输入光耦合模块包括多个所述输入光耦合单元，所述荧光激发层还包括光功率均衡模块，所述光功率均衡模块连接于所述输入光耦合模块与所述光分束器树状结构之间。
3.根据权利要求2所述的分子荧光检测芯片，其特征在于：所述光功率均衡模块包括N×N光合束结构，其中，N与所述输入光耦合单元的数量一致，所述N×N光合束结构包括一个2×2光耦合器，或者包括级联的多个2×2光耦合器，所述2×2光耦合器采用定向耦合器或多模干涉耦合器。
4.根据权利要求1所述的分子荧光检测芯片，其特征在于：所述光反馈结构包括1×2光分束器、第一反馈光耦合单元与第二反馈光耦合单元，所述输入光耦合模块位于所述第一反馈光耦合单元与所述第二反馈光耦合单元之间，所述第一反馈光耦合单元、所述输入光耦合单元与所述第二反馈光耦合单元在垂直于光传播方向上等间距排列成一直线，所述1×2光分束器的输入端连接所述光分束器树状结构的第一输出
5.根据权利要求4所述的分子荧光检测芯片，其特征在于：所述第一反馈光耦合单元与所述第二反馈光耦合单元的出射角范围是8～10度，近场光斑直径范围是3～5微米。
6.根据权利要求1所述的分子荧光检测芯片，其特征在于：所述光反馈结构包括反馈光耦合单元，所述反馈光耦合单元的输入端连接所述光分束器树状结构的第一输出端，所述反馈光耦合单元的输出端用于连接片外光学系统。
7.根据权利要求6所述的分子荧光检测芯片，其特征在于：所述反馈光耦合单元的出射角范围是30～60度，近场光斑直径范围是30～60微米，出射光斑在自由空间中由所述片外光学系统收集。
8.根据权利要求1所述的分子荧光检测芯片，其特征在于：所述光反馈结构包括第一1×2光分束器、第二1×2光分束器、第一反馈光耦合单元、第二反馈光耦合单元与第三反馈光耦合器，所述输入光耦合模块位于所述第一反馈光耦合单元与所述第二反馈光耦合单元之间，所述第一反馈光耦合单元、所述输入光耦合单元与所述第二反馈光耦合单元在垂直于光传播方向上等间距排列成一直线，所述第一1×2光分束器的输入端连接所述光分束器树状结构的第一输出端，所述第二1×2光分束器的输入端连接所述第一1×2光分束器的第一输出端，所述第一反馈光耦合单元的输入端连接所述第二1×2光分束器的第一输出端，所述第二反馈光耦合单元的输入端连接所述第二1×2光分束器的第二输出端，所述第三反馈光耦合单元的输入端连接所述第一1×2光分束器的第二输出端；所述第一反馈光耦合单元的输出端、所述输入光耦合单元的输入端与所述第二反馈光耦合单元的输出端均用于连接光纤模块，所述光纤模块包括并排设置的第一光反馈通道、光输入通道与第二光反馈通道，所述第一反馈光耦合单元的输出端连接所述第一光反馈通道，所述输入光耦合单元的输入端连接所述光输入通道，所述第二反馈光耦合单元的输出端连接所述第二光反馈通道；所述第三反馈光耦合单元的输出端用于连接片外光学系统。
9.根据权利要求8所述的分子荧光检测芯片，其特征在于：所述第一反馈光耦合单元与所述第二反馈光耦合单元的出射角范围是8～10度，近场光斑直径范围是3～5微米；所述第三反馈光耦合单元的出射角范围是30～60度，近场光斑直径范围是30～60微米，出射光斑在自由空间中由所述片外光学系统收集。
10.根据权利要求1所述的分子荧光检测芯片，其特征在于：所述光分束器树状结构包括一个或多个光分束器单元，所述光分束器单元包括Y分支结构、2×2定向耦合器、1×2多模干涉耦合器、2×2多模干涉耦合器、1×3多模干涉耦合器及1×5多模干涉耦合器中的一种或多种。
11.根据权利要求1所述的分子荧光检测芯片，其特征在于：所述荧光激发结构阵列包括包层及包覆于所述包层中的一条或多条波导结构，所述波导结构上方的所述包层表面设有沿波导传播方向按一定周期排布的样本井，所述样本井用于装载可激发荧光的分子物质，所述样本井的底面与所述波导结构的顶面之...
【技术特征摘要】
1.一种分子荧光检测芯片，其特征在于，包括自下而上依次设置的荧光探测层、荧光收集层与荧光激发层，所述荧光激发层包括：
2.根据权利要求1所述的分子荧光检测芯片，其特征在于：所述输入光耦合模块包括多个所述输入光耦合单元，所述荧光激发层还包括光功率均衡模块，所述光功率均衡模块连接于所述输入光耦合模块与所述光分束器树状结构之间。
3.根据权利要求2所述的分子荧光检测芯片，其特征在于：所述光功率均衡模块包括n×n光合束结构，其中，n与所述输入光耦合单元的数量一致，所述n×n光合束结构包括一个2×2光耦合器，或者包括级联的多个2×2光耦合器，所述2×2光耦合器采用定向耦合器或多模干涉耦合器。
4.根据权利要求1所述的分子荧光检测芯片，其特征在于：所述光反馈结构包括1×2光分束器、第一反馈光耦合单元与第二反馈光耦合单元，所述输入光耦合模块位于所述第一反馈光耦合单元与所述第二反馈光耦合单元之间，所述第一反馈光耦合单元、所述输入光耦合单元与所述第二反馈光耦合单元在垂直于光传播方向上等间距排列成一直线，所述1×2光分束器的输入端连接所述光分束器树状结构的第一输出端，所述第一反馈光耦合单元的输入端连接所述1×2光分束器的第一输出端，所述第二反馈光耦合单元的输入端连接所述1×2光分束器的第二输出端；所述第一反馈光耦合单元的输出端、所述输入光耦合单元的输入端与所述第二反馈光耦合单元的输出端均用于连接光纤模块，所述光纤模块包括并排设置的第一光反馈通道、光输入通道与第二光反馈通道，所述第一反馈光耦合单元的输出端连接所述第一光反馈通道，所述输入光耦合单元的输入端连接所述光输入通道，所述第二反馈光耦合单元的输出端连接所述第二光反馈通道。
5.根据权利要求4所述的分子荧光检测芯片，其特征在于：所述第一反馈光耦合单元与所述第二反馈光耦合单元的出射角范围是8～10度，近场光斑直径范围是3～5微米。
6.根据权利要求1所述的分子荧光检测芯片，其特征在于：所述光反馈结构包括反馈光耦合单元，所述反馈光耦合单元的输入端连接所述光分束器树状结构的第一输出端，所述反馈光耦合单元的输出端用于连接片外光学系统。
7.根据权利要求6所述的分子荧光检测芯片，其特征在于：所述反馈光耦合单元的出射角范围是30～60度，近场光斑直径范围是30～60微米，出射光斑在自由空间中由所述片外光学系统收集。
8.根据权利要求1所述的分子荧光检测芯片，其特征在于：所述光反馈结构包括第一1×2光分束器、第二1×2光分束器、第一反馈光耦合单元、第二反馈光耦合单元与第三反馈光耦合器，所述输入光耦合模块位于所述第一反馈光耦合单元与所述第二反馈光耦合单元之间，所述第一反馈光耦合单元、所述输入光耦合单元与所述第二反馈光耦合单元在垂直于光传播方向上等间距排列成一直线，所述第一1×2光分束器的输入端连接所述光分束器树状结构的第一输出端，所述第二1×2光分束器的输入端连接所述第一1×2光分束器的第一输出端，所述第一反馈光耦合单元的输入端连接所述第二1×2光分束器的第一输出端，所述第二反馈光耦合单元的输入端连接所述第二1×2光分束器的第二输出端，所述第三反馈光耦合单元的输入端连接所述第一1×2光分束器的第二输出端；所述第一反馈光耦合单元的输出端、所述输入光耦合单元的输入端与所述第二反馈光耦合单元的输出端均用于连接光纤模块，所述光纤模块包括并排设置的第一光反馈通道、光输入通道与第二光反馈通道，所述第一反馈光耦合单元的输出端连接所述第一光反馈通道，所述输入光耦合单元的输入端连接所述光输入通道，所述第二反馈光耦合单元的输出端连接所述第二光反馈通道；所述第三反馈光耦合单元的输出端用于连接片外光学系统。
9.根据权利要求8所述的分子荧光检测芯片，其特征在于：所述第一反馈光耦合单元与所述第二反馈光耦合单元的出射角范围是8～10度，近场光斑直径范围是3～5微米；所述第三反馈光耦合...
【专利技术属性】
技术研发人员：李骁，萨普·科曼，王千实，陈昌，
申请(专利权)人：上海近观科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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