荧光探测用图像传感器件制造技术

本发明专利技术的实施例公开一种荧光探测用图像传感器件，包括微流控芯片、图像传感芯片和光纤面板；所述微流控芯片具有微阱；所述图像传感芯片设有感光像素阵列；所述感光像素阵列设有微透镜；所述光纤面板设有光导纤维；所述光导纤维具有内圈传导结构；所述光导纤维的内圈传导结构与所述图像传感芯片的感光像素阵列一一对应；所述光导纤维的一端与所述微透镜直接连接；所述光导纤维的另一端与所述微阱相匹配。本发明专利技术的实施例可以降低光学串扰。

【技术实现步骤摘要】
荧光探测用图像传感器件
本专利技术涉及微流控芯片制造和芯片工艺
，特别涉及一种荧光探测用图像传感器件。
技术介绍
DNA荧光测序技术在医学和生物学上有广泛应用，可以应用在孕妇检测、癌症判别、乃至未来患病概率估计中。同时，也可以应用在生物分析中，如测定未知序列、对突变进行定位和鉴定等。但是，在荧光信号的读取与检测上，目前使用的仪器设备体积庞大、费用昂贵、且检测通量低。因此，在推广到中小型医院和研究所的过程中会遇到较多困难，亦也因此难以满足更多人的检测需求。为了解决上述问题，使用图像传感器进行荧光感知的DNA荧光测序的方法被提出。这种方法具有设备体积小、检测速度快、检测通量高、制造成本低等优点，有利于普及至中小型医院和增加受众。在相关研究进展方面，B.Jangetal，H.Eltoukhyetal，以及A.Manickametal等专家学者提出了多种使用图像传感器用于DNA荧光测序的结构，均为集成传感器阵列、分子捕获探针、荧光激发滤波薄膜、读出电路、以及pixel内ADC电路于一体的结构，其区别在于分别使用了光纤面板连接减小串扰、采用相关耦合采样技术进行背景光消除、使用阻性加热器来实现片上PCR扩增功能。以上
技术介绍
内容的公开仅用于辅助理解本专利技术的专利技术构思及技术方案，其并不必然属于本专利技术的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利技术的申请日之前已经公开的情况下，上述
技术介绍
不应当用于评价本专利技术的新颖性和创造性。
技术实现思路
本专利技术提出一种荧光探测用图像传感器件，实现图像传感芯片与微流控芯片的有效连接，通过改变图像传感芯片的表面结构，增加金属阻挡层以增强其对光学串扰的抑制作用；同时，在图像传感芯片中，对部分像素光电二极管区域进行全遮挡，将像素划分为有效感光像素、无光照像素和无响应像素，能减小光学串扰和像素内暗电流的影响以及能提升检测的准确率。一种荧光探测用图像传感器件，包括微流控芯片、图像传感芯片和光纤面板；所述微流控芯片具有微阱；所述图像传感芯片设有感光像素阵列；所述感光像素阵列设有微透镜；所述光纤面板设有光导纤维；所述光导纤维具有内圈传导结构；所述光导纤维的内圈传导结构与所述图像传感芯片的感光像素阵列一一对应；所述光导纤维的一端与所述微透镜直接连接；所述光导纤维的另一端与所述微阱相匹配。在一些优选的实施方式中，所述微流控芯片的底面厚度使得所述微阱中产生荧光信号的位置与所述光纤面板尽可能靠近。在一些优选的实施方式中，还包括支撑结构；所述图像传感芯片设有非感光区域；所述支撑结构设置在所述光纤面板的四周且连接在所述图像传感芯片的非感光区域。在一些优选的实施方式中，所述感光像素阵列还包括金属阻挡层和多个光电二极管；所述金属阻挡层设置在相邻的所述光电二极管之间的空隙位置。在一些优选的实施方式中，所述金属阻挡层的结构为：具有多个金属层，次高层的金属层具有最长的长度，随着金属层次的逐渐降低，金属层的长度逐渐减小，且最高层次的金属层的长度要小于次高层的金属层的长度。在一些优选的实施方式中，所述感光像素阵列包括有效感光像素、无光照像素和无响应像素；每一个所述有效感光像素的周围都对应有所述无光照像素和所述无响应像素。在一些优选的实施方式中，每一个所述有效感光像素的周围都对应有两个所述无光照像素以及四个所述无响应像素。与现有技术相比，本专利技术的实施例的有益效果包括：使用光纤面板连接图像传感芯片与微流控芯片，可以实现更紧密的连接与耦合，同时可以降低光学串扰。在图像传感芯片表面工艺方面，在像素相邻位置使用特殊形状排布的金属阻挡层，可以有效减少相邻像素微透镜对目标像素光电二极管的影响，可在降低光学串扰的同时保持目标像素微透镜的汇聚光强度。对于感光像素阵列的排布结构，在有效感光像素周围增加无光照像素和无响应像素，能有效排除暗电流影响和检验串扰影响。附图说明图1示出本专利技术一个实施例的微流控芯片上荧光激发；图2示出本专利技术一个实施例使用光纤面板连接微流控芯片与图像传感芯片；图3示出本专利技术一个实施例的隔离阻光金属层的结构；图4示出本专利技术一个实施例的感光像素阵列的排布结构(俯视)；图5示出本专利技术一个实施例的隔离阻光金属的排布结构。具体实施方式为了使本专利技术的实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合图1至图5及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接即可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。本实施例涉及一种荧光探测用图像传感器的串扰和暗电流影响抑制技术。荧光反应发生在用于处理DNA片段的玻璃基板或微流控芯片2上，其材料为玻璃或PDMS、PMMA等透明介质。参考图1，带有荧光基团的碱基被连接在DNA链上，使得荧光基团得到释放，此时激发光光源1打开。在激发光照射下，荧光基团产生荧光信号，由于光子能量在激发跃迁中存在损失，使得荧光信号光子能量要低于激发光光子能量，也即荧光信号的波长要大于激发光波长。因此，可以使用滤光薄膜3来滤除激发光，只保留荧光信号。参考图1和图2，滤光薄膜3可以放置于微流控芯片2的底部，也可以放置于图像传感芯片4的顶部。参考图2，在产生荧光信号后，荧光信号需要穿过微流控芯片2的透明底部，并射入图像传感芯片4上在像素内的光电二极管中转化为电信号。而微流控芯片2与图像传感芯片4两个界面之间必然存在空隙。为了减小空隙，第一种方法是直接在图像传感芯片4表面上方生长微流控结构，这种方法会导致芯片制造的工艺更加复杂，其增加成本；第二种方法则是将微流控芯片2与图像传感芯片4键合，这种方法可以分别制造微流控与传感芯片，但在键合过程中如果太过紧密则可能出现芯片结构损伤，如果不够紧密则依然有串扰问题。本实施例提供的荧光探测用图像传感器件采用第三种方法：通过使用光纤面板5分别连接微流控芯片2和图像传感芯片4，具体如下。参考图2，本实施例的荧光探测用图像传感器件包括微流控芯片2、图像传感芯片4和光纤面板5。微流控芯片2具有微阱21。图像传感芯片4设有感光像素阵列41；其中，感光像素阵列41设有多个微透镜42。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种荧光探测用图像传感器件，其特征在于：包括微流控芯片、图像传感芯片和光纤面板；/n所述微流控芯片具有微阱；/n所述图像传感芯片设有感光像素阵列；所述感光像素阵列设有微透镜；/n所述光纤面板设有光导纤维；所述光导纤维具有内圈传导结构；/n所述光导纤维的内圈传导结构与所述图像传感芯片的感光像素阵列一一对应；/n所述光导纤维的一端与所述微透镜直接连接；/n所述光导纤维的另一端与所述微阱相匹配。/n

【技术特征摘要】
1.一种荧光探测用图像传感器件，其特征在于：包括微流控芯片、图像传感芯片和光纤面板；
所述微流控芯片具有微阱；
所述图像传感芯片设有感光像素阵列；所述感光像素阵列设有微透镜；
所述光纤面板设有光导纤维；所述光导纤维具有内圈传导结构；
所述光导纤维的内圈传导结构与所述图像传感芯片的感光像素阵列一一对应；
所述光导纤维的一端与所述微透镜直接连接；
所述光导纤维的另一端与所述微阱相匹配。


2.根据权利要求1所述荧光探测用图像传感器件，其特征在于：所述微流控芯片的底面厚度使得所述微阱中产生荧光信号的位置与所述光纤面板尽可能靠近。


3.根据权利要求2所述荧光探测用图像传感器件，其特征在于：还包括支撑结构；所述图像传感芯片设有非感光区域；所述支撑结构设置在所述光纤面板的四周且连接在所述图像传感芯片的非感光区域。
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【专利技术属性】
技术研发人员：张盛，刘芃宇，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44