用于生物或化学分析的生物传感器及其制造方法技术

生物传感器包括具有光传感器的传感器阵列和光导的导向阵列的设备基座。光导具有被配置为接收激发光和由生物或化学物质产生的光发射的输入区域。光导向着对应的光传感器延伸至所述设备基座中且具有过滤材料。设备基座包括设备电路，所述设备电路电耦合到所述光传感器且被配置为传输数据信号。所述生物传感器还包括屏蔽层，所述屏蔽层具有孔径，其相对于对应的光导的所述输入区域放置使得所述光发射通过所述孔径传播至所述对应的输入区域中。屏蔽层在相邻的孔径之间延伸且被配置为阻挡所述激发光和在所述相邻的孔径之间入射到所述屏蔽层上的所述光发射。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求于2013年12月10日提交的且具有相同标题的美国临时申请第61/914,275号的权益和优先权，其通过引用以其整体并入本文。背景本公开的实施例大体上涉及生物或化学分析，并且更特别地涉及使用用于生物或化学分析的检测设备的系统和方法。生物或化学研究中的各种方案涉及在局部支撑表面上或在预定义的反应室内执行大量的受控反应。然后，可以观察到或检测到指定反应并且随后的分析可以帮助识别或显示反应中所涉及化学物质的性质。例如，在一些多重测定中，具有可辨识标记(比如，荧光标记)的未知分析物可以在受控条件下被暴露于成千上万的已知探针。每一个已知的探针可以被放置在微板的对应的井(well)中。观察在孔之内的已知探针和未知分析物之间发生的任何化学反应可以帮助识别或显示该分析物的性质。这种方案的其他示例包括已知的DNA测序过程，诸如合成测序(SBS)或循环阵列测序。在一些传统的荧光检测方案中，光学系统用于将激发光引导至荧光标记的分析物上且还用于检测可以从分析物发射的荧光信号。然而，这样的光学系统可以相对昂贵且需要较大的台式足迹(benchtop footprint)。例如，光学系统可以包括透镜、滤光器和光源的配置。在其他提出的检测系统中，受控反应立即发生在固态成像器上(比如，电荷耦合设备(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)检测器)，该固态成像器不需要大的光学组件来检测荧光发射。然而，提出的固态成像系统可具有一些局限性。例如，当激发光也指向固态成像器的光传感器时，将荧光发射与激发光区分开可能具有挑战性。另外，被定位在电子设备上且以受控方式流体地传递试剂至分析物可能存在额外的挑战。作为另一个示例，荧光发射基本上是各向同性的。随着固态成像器上分析物的密度增加，管理或对来自相邻的分析物的不需要的光发射(比如，串扰)的负责变得越来越具有挑战性。简述在一个实施例中，提供了一种生物传感器，该生物传感器包括流动池和具有与其耦合的流动池的检测设备。流动池和检测设备形成被配置为在其中具有生物或化学物质的流道，该生物或化学物质响应于激发光生成光发射。检测设备包括具有光传感器的传感器阵列和光导的导向阵列的设备基座。光导具有被配置为接收激发光和来自流道的光发射的输入区域。光导从输入区域向着对应的光传感器延伸至设备基座中且具有被配置为过滤激发光且允许光发射向着对应的光传感器传播的过滤材料。设备基座包括设备电路，其电耦合到光传感器且被配置为基于由光传感器检测的光子传输数据信号。检测设备也包括屏蔽层，其在流道和设备基座之间延伸。屏蔽层具有相对于对应的光导的输入区域放置的孔径，使得光发射通过孔径传播至对应的输入区域。屏蔽层在相邻的孔径之间延伸且被配置为阻挡激发光和在相邻的孔径之间入射到屏蔽层上的光发射。在一个实施例中，提供了一种生物传感器，该生物传感器包括流动池和具有与其耦合的流动池的检测设备。流动池和检测设备形成被配置为在其中具有生物或化学物质的流道，该生物或化学物质响应于激发光产生光发射。检测设备可以包括具有光传感器的传感器阵列和光导的导向阵列的设备基座。光导被配置为接收激发光和来自流道的光发射。光导中的每一个沿着中心纵向轴从光导的输入区域向着传感器阵列的对应的光传感器延伸至设备基座。光导包括被配置为过滤激发光且允许光发射经其向着对应的光传感器传播的过滤材料。设备基座包括设备电路，其电耦合到光传感器且被配置为基于由光传感器检测的光子传输数据信号。设备基座包括
被定位在其中的外围串扰屏蔽，该外围串扰屏蔽围绕导向阵列的对应的光导。串扰屏蔽绕各自的纵向轴至少部分地围绕对应的光导，以便减少相邻光传感器之间的光串扰。在一个实施例中，提供了制造生物传感器的方法。该方法包括提供具有光传感器的传感器阵列和设备电路的设备基座，该设备电路电耦合到光传感器且被配置为基于由光传感器检测的光子传输数据信号。设备基座具有外表面。该方法还包括将屏蔽层应用到设备基座的外表面和形成通过屏蔽层的孔径。该方法还包括形成导向腔，该导向腔从对应的孔径向着传感器阵列的对应的光传感器延伸，以及将过滤材料沉积在导向腔内。过滤材料的一部分沿着屏蔽层延伸。该方法还包括固化过滤材料和从屏蔽层移除过滤材料。在导向腔内的过滤材料形成光导。该方法还包括将钝化层应用到屏蔽层，使得钝化层沿着所述屏蔽层直接地延伸且跨越孔径。在一个实施例中，提供了一种生物传感器，该生物传感器包括具有光传感器的传感器阵列和光导的导向阵列的设备基座。设备基座具有外表面。光导具有被配置为接收激发光和由接近于外表面的生物或化学物质产生的光发射的输入区域。光导从输入区域向着对应的光传感器延伸至设备基座中且具有被配置为过滤激发光且允许光发射向着对应的光传感器传播的过滤材料。设备基座包括设备电路，其电耦合到光传感器且被配置为基于由光传感器检测的光子传输数据信号。生物传感器还包括沿着设备基座的外表面延伸的屏蔽层。屏蔽层具有孔径，其相对于对应的光导的输入区域放置，使得光发射通过孔径传播至对应的输入区域中。屏蔽层在相邻的孔径之间延伸且被配置为阻挡激发光和在相邻的孔径之间入射到屏蔽层上的光发射。在一个实施例中，提供了一种生物传感器，该生物传感器包括具有光传感器的传感器阵列和光导的导向阵列的设备基座。设备基座具有外表面。光导被配置为接收激发光和由接近于外表面的生物或化学物质产生的光发射。光导中的每一个沿着中心纵向轴从光导的输入区域向着传感器阵列的对应的光传感器延伸至设备基座中。光导包括被配置为过滤激发光且允许光发射经其向对应的光传感器传播的过滤材料。设备基座包括设备电路，
其电耦合到光传感器且被配置为基于由光传感器检测的光子传输数据信号。设备基座包括被定位在其中的外围串扰屏蔽，该外围串扰屏蔽围绕导向阵列的对应的光导。串扰屏蔽绕各自的纵向轴至少部分地围绕对应的光导，以便进行阻挡错误的光线或反射错误的光线中的至少一个来减少相邻的光传感器之间的光串扰。虽然描述了多个实施例，但根据下列详细的描述和附图，本领域的技术人员还将明白所描述主题的其他实施例，其示出和描述所公开的专利技术的主题的说明性实施例。如将实现的，专利技术的主题能够在各种方面中修改而全部没有背离描述的主题的精神和范围。相应地，附图和具体描述被认为在本质上是阐示性的而不是限制性的。附图简述图1是用于根据一个实施例形成的生物或化学分析的示例性系统的框图。图2是可以用在图1的系统中的示例性系统控制器的框图。图3是根据一个实施例的用于生物或化学分析的示例性工作站的框图。图4是根据一个实施例的示例性工作站和示例性盒的示意图。图5是包括多个图4的工作站的示例性支架组件的前视图。图6示出示例性盒的内部组件。图7示出根据一个实施例形成的生物传感器的横截面。图8是图7的横截面的放大部分，其更详细地示出生物传感器。图9是图7的横截面的另一个放大部分，其更详细地示出生物传感器。图10是根据另一个实施例形成的检测设备的示意性横截面。图11是示出根据一个实施例制造生物传感器的方法的流程图。图12A和图12B示出制造图11的生物传感器的不同阶段。详细描述本文描述的实施例可以用在用于学术或商业分析的各种生物或化学的过程和系统中。更具体地，本文描述的实施例可以用在各种过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物传感器，包括：流动池；以及检测设备，所述检测设备使所述流动池与其耦合，所述流动池和所述检测设备形成被配置为在其中具有生物或化学物质的流道，所述生物或化学物质响应于激发光生成光发射，所述检测设备包括：设备基座，所述设备基座具有光传感器的传感器阵列和光导的导向阵列，所述光导具有被配置为接收所述激发光和来自所述流道的所述光发射的输入区域，所述光导从所述输入区域向着对应的光传感器延伸至所述设备基座中且具有被配置为过滤所述激发光且允许所述光发射向着所述对应的光传感器传播的过滤材料，所述设备基座包括设备电路，所述设备电路电耦合到所述光传感器且被配置为基于由所述光传感器检测的光子传输数据信号；以及屏蔽层，所述屏蔽层在所述流道和所述设备基座之间延伸，所述屏蔽层具有孔径，所述孔径相对于对应的光导的所述输入区域放置，使得所述光发射通过所述孔径传播至对应的输入区域中，所述屏蔽层在相邻的孔径之间延伸且被配置为阻挡所述激发光和在所述相邻的孔径之间入射到所述屏蔽层上的所述光发射。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.10 US 61/914,2751.一种生物传感器，包括：流动池；以及检测设备，所述检测设备使所述流动池与其耦合，所述流动池和所述检测设备形成被配置为在其中具有生物或化学物质的流道，所述生物或化学物质响应于激发光生成光发射，所述检测设备包括：设备基座，所述设备基座具有光传感器的传感器阵列和光导的导向阵列，所述光导具有被配置为接收所述激发光和来自所述流道的所述光发射的输入区域，所述光导从所述输入区域向着对应的光传感器延伸至所述设备基座中且具有被配置为过滤所述激发光且允许所述光发射向着所述对应的光传感器传播的过滤材料，所述设备基座包括设备电路，所述设备电路电耦合到所述光传感器且被配置为基于由所述光传感器检测的光子传输数据信号；以及屏蔽层，所述屏蔽层在所述流道和所述设备基座之间延伸，所述屏蔽层具有孔径，所述孔径相对于对应的光导的所述输入区域放置，使得所述光发射通过所述孔径传播至对应的输入区域中，所述屏蔽层在相邻的孔径之间延伸且被配置为阻挡所述激发光和在所述相邻的孔径之间入射到所述屏蔽层上的所述光发射。2.根据权利要求1所述的生物传感器，其中，所述光导的所述输入区域被定位在所述屏蔽层的对应的孔径内或者被定位到所述设备基座中的一深度。3.根据权利要求1所述的生物传感器，还包括钝化层，所述钝化层沿着所述屏蔽层延伸，使得所述屏蔽层在所述钝化层和所述设备基座之间，所述钝化层延伸跨越所述孔径。4.根据权利要求3所述的生物传感器，其中，所述光导的所述过滤材料是有机过滤材料，所述钝化层沿着所述光导的所述输入区域直接地延
\t伸且将所述有机过滤材料与所述屏蔽层隔离。5.根据权利要求3所述的生物传感器，其中，所述钝化层在对应的材料界面处沿着所述光导的所述输入区域直接地延伸，所述材料界面被定位在所述屏蔽层的所述对应的孔径内或者被定位到所述设备基座中的一深度。6.根据权利要求3所述的生物传感器，其中，所述钝化层延伸至所述孔径中且形成反应凹槽的阵列，所述反应凹槽向着对应的孔径延伸或被定位在对应的孔径内。7.根据权利要求6所述的生物传感器，其中，所述生物或化学物质被配置成定位在所述反应凹槽内。8.根据权利要求6所述的生物传感器，其中，所述反应凹槽具有对应的基座表面，所述基座表面被定位在所述孔径内或被定位到所述设备基座中的一深度。9.根据权利要求1所述的生物传感器，其中，所述设备基座包括外围串扰屏蔽，所述串扰屏蔽中的每一个围绕所述对应的光导中的一个，所述串扰屏蔽被配置为减少相邻的光传感器之间的光串扰。10.根据权利要求1所述的生物传感器，其中，所述生物传感器是无透镜的，使得所述生物传感器并不包括将所述光发射朝向焦点聚焦的光学元件。11.一种生物传感器，包括：流动池；以及检测设备，所述检测设备使所述流动池与其耦合，所述流动池和所述检测设备形成被配置为在其中具有生物或化学物质的流道，所述生物或化学物质响应于激发光产生光发射，所述检测设备包括：设备基座，所述设备基座具有光传感器的传感器阵列和光导的导向阵列，所述光导被配置为接收所述激发光和来自所述流道的所述光发射，所述光导中的每一个沿着中心纵向轴从所述光导的输入区域向
\t着所述传感器阵列的对应的光传感器延伸至所述设备基座中，所述光导包括被配置为过滤所述激发光且允许所述光发射经其向所述对应的光传感器传播的过滤材料，所述设备基座包括设备电路，所述设备电路电耦合到所述光传感器且被配置为基于由所述光传感器检测的光子传输数据信号；其中，所述设备基座包括被定位其中的外围串扰屏蔽，所述外围串扰屏蔽至少部分地围绕所述导向阵列的对应的光导，所述串扰屏蔽绕各自的纵向轴至少部分地围绕所述对应的光导以便减少相邻的光传感器之间的光串扰。12.根据权利要求11所述的生物传感器，其中，所述串扰屏蔽围绕所述对应的光导的所述输入区域。13.根据权利要求11所述的生物传感器，其中，所述串扰屏蔽包括圆周地围绕所述对应的光导的串扰环。14.根据权利要求11所述的生物传感器，其中，所述设备基座包括互补金属氧化物半导体(CMOS)和设备电路，且所述串扰屏蔽包括被定位在所述设备基座的介电层内的金属元件，所述串扰屏蔽与所述设备电路电隔离。15.根据权利要求11所述的生物传感器，还包括屏蔽层，所述屏蔽层在所述流道和所述设备基座之间延伸，所述屏蔽层具有孔径，所述孔径相对于所述导向阵列的对应的光导的输入区域放置，所述孔径允许所述光发射经其传播至所述输入区域中，所述屏蔽层在相邻的孔径之间延伸且被配置为阻挡所述激发光和在所述相邻的孔径之间入射到所述屏蔽层上的所述光发射。16.根据权利要求15所述的生物传感器，其中，所述光导的所述输入区域被定位在所述屏蔽层的所述对应的孔径内，或者被定位到所述设备基座中的一深度。17.根据权利要求15所述的生物传感器，还包括钝化层，所述钝化层沿着所述屏蔽层延伸，使得所述屏蔽层在所述钝化层和所述设备基座之
\t间且跨越所述孔径。18.根据权利要求15所述的生物传感器，其中，所述串扰屏蔽邻接或紧邻所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：程·弗兰克·钟，霍德·芬克尔斯坦，博扬·波亚诺夫，迪特里希·德林格，达伦·赛盖勒，
申请(专利权)人：伊鲁米那股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US