基于CMOS图像传感的光波导微流体检测系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种基于CMOS图像传感的光波导微流体检测系统，包括：微流体芯片、光谱收集装置和分析装置；微流体芯片包括：光波导和微流道，光波导用以将光沿水平方向导入微流道内；微流体芯片还包括：依次由下而上设置的CMOS图像传感层、下包层、波导层、上包层和流道盖板，波导层是在25‑150℃沉积温度下形成的氮化硅材料，波导层用以形成光波导；微流道由上而下贯穿上包层、波导层和下包层以暴露出CMOS图像传感层；微流道宽度为10‑100μm。具有有益效果：在CMOS图像传感层和高分子聚合材料上低温沉积光学性能可调的氮化硅光波导，不破坏CMOS图像传感层，减少了实验中对收集光路调整等准备工作，提高了实验效率；提高了检测系统的便携性，大大增加了系统的应用场景。

【技术实现步骤摘要】
基于CMOS图像传感的光波导微流体检测系统
本专利技术涉及一种基于CMOS图像传感的光波导微流体检测系统，尤其涉及一种基于CMOS图像传感的光波导微流体生物检测系统。
技术介绍
在现代生化分析流程中，高通量检测设备已经被广泛使用。这些设备大多采用基于微流体技术或者微孔阵列的生物芯片，装载在高性能的光学系统中，实现对诸如核酸、蛋白、病毒、细菌、细胞等等不同尺寸的生物样品的分析。这些光学系统的设计通常都基于复杂的几何光学，其体积大、成本高、需要光学准直、维护成本较高。在精准医疗时代，小型化、高性能、低成本和可移动的集成化分析系统受到很大关注。尤其是labonchip的概念，经过几十年的发展，基于微流体技术对生物样品的操控方面取得了长足的进步，但真正的labonchip系统仍然缺少一种微纳尺度下的高通量生物样品的芯片级的片上光学检测和分析集成系统。CMOS图像传感器是利用CMOS半导体的有源像素传感器，其中每个光电传感器附近都有相应的电路直接将光能量转换成电压信号。与感光耦合元件CCD不同的是，它并不涉及信号电荷。同等条件下，CMOS图像传感器元件数相对更少，功耗较低，数据吞吐速度也比CCD高，信号传输距离较CCD短，电容、电感和寄生延迟降低，且资料输出采用X-Y寻址方式，速度更快。CCD的数据输出速率一般不超过每秒70百万像素，而CMOS则可以达到每秒100百万像素。而在高分子聚合物和CMOS图像传感器上沉积光学氮化硅薄膜等材料，其中高分子聚合物形成的柔性基底可以将以SiN为波导的集成光学器件同硅或者玻璃衬底分开且聚合物具有一定的延展性，这大大增加了以SiN等材料为波导的集成光学器件的其应用范围；其中CMOS图像传感器可以直接形成光谱或图图像，可以替代实验室显微镜等光信号收集装置和光谱监测装置，可减少实验中对收集光路调整等准备工作，提高了实验效率；可提高检测系统的便携性，大大增加了系统的应用场景。在高分子聚合物和CMOS图像传感器上沉积薄膜，为了不破坏聚合物的分子结构和CMOS图像传感器需要将沉积温度控制的越低越好，而目前主流的SiN薄膜生长温度在400度左右，仍然太高，容易软化和熔融高分子聚合物和破坏CMOS图像传感器。
技术实现思路
为解决目前现代生化分析仪器体积庞大、成本高和满足精准医疗时代所需求的仪器小型化、可移动和集成化等一系列新的需求。本专利技术通过集成电路量产工艺来生产这种芯片级光学检测和分析系统，将传统光学系统的功能通过集成光学或片上光学器件来实现，采取一种低温光导制造工艺在高分子聚合材料和CMOS图像传感层上形成光波导层，避免软化，硬化和熔融高分子聚合材料和破坏CMOS图像传感器，利用CMOS的替代性，减少了实验中对收集光路调整等准备工作，提高了实验效率；提高了检测系统的便携性，大大增加了系统的应用场景；不仅可以把传统的台式甚至大型的光学系统缩小到芯片尺寸，而且还保证同等甚至更出色的分析性能，实现微纳尺度下的生物样品的高通量芯片级光学检测和分析集成系统，大幅度降低系统成本。本专利技术提供一种基于CMOS图像传感的光波导微流体检测系统，包括：微流体芯片、光谱收集装置和分析装置；其特征在于，所述微流体芯片包括：光波导和微流道，所述光波导用以将光沿水平方向导入所述微流道内；所述光谱收集装置包括CMOS图像传感层，所述CMOS图像传感层用于收集所述微流道内的光信号，处理所述光信号产生待分析信号并向所述分析装置传输所述待分析信号，所述分析装置分析所述待分析信号形成光谱或图像；所述微流体芯片还包括：依次由下而上设置的CMOS图像传感层、下包层、波导层、上包层和流道盖板，所述波导层是在25-150℃沉积温度下形成的氮化硅材料，所述波导层用以形成所述光波导；所述微流道由上而下贯穿所述上包层、所述波导层和所述下包层以暴露出所述CMOS图像传感层；所述流道盖板覆盖所述微流道上开口，所述微流道盖板包括用以向所述微流道注入含待检测生物分子溶液的注液口；所述下包层是厚度为15～30μm高分子聚合材料，所述上包层是厚度为15～30μm的高分子聚合材料，所述微流道宽度为10-100μm。优选地，若干个所述光波导相互平行，以将光导入所述微流道，所述光波导的宽度为300-600nm。优选地，整层或大部分所述波导层形成一个片状的所述光波导。优选地，所述波导层厚度为150-1000nm。优选地，还包括氮化硅材料的入射光栅，以与所述光波导形成耦合光波导，将所述上包层上方的光导入所述光波导直至导入所述微流道；所述入射光栅凸出于所述波导层向上延伸进所述上包层。优选地，包括若干个相互平行的所述耦合光波导。优选地，所述波导层厚度为150nm-1000nm，所述耦合光波导的宽度为300-600nm。优选地，所述CMOS图像传感层表面有滤波层。优选地，所述波导层的折射率为1.75-2.2。优选地，所述高分子聚合材料是SU-8树脂、聚酰亚胺、聚二甲基硅烷、聚乙烯或苯丙环丁烯。本专利技术提供一种基于CMOS图像传感的光波导微流体检测系统，具有有益效果：在CMOS图像传感层和高分子聚合材料上低温沉积光学性能可调的氮化硅光波导，不破坏CMOS图像传感层，减少了实验中对收集光路调整等准备工作，提高了实验效率；提高了检测系统的便携性，大大增加了系统的应用场景。附图说明附图1是本专利技术基于CMOS图像传感的光波导微流体检测系统侧面视图；附图2是本专利技术基于CMOS图像传感的耦合光波导微流体检测系统侧面视图；附图3是图1或图2的微流体芯片俯视图；附图4是图1或图2的微流体芯片俯视图；附图5是图1中单个光波导微流体的侧视图；附图6是图2中单个耦合光波导微流体的侧视图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细说明。在附图中，为了描述方便，层和区域的尺寸比例并非实际比例。当层(或膜)被称为在另一层或衬底“上”时，它可以直接在另一层或衬底上，或者也可以存在中间层。此外，当一层被称为在另一层“下”时，它可以直接在下面，并且也可以存在一个或多个中间层。另外，当层被称为在两个层之间时，它可以是两个层之间的唯一层，或者也可以存在一个或多个中间层。相同的附图标记始终表示相同的元件。另外，当两个部件之间称为“连接”时，包括物理连接，除非说明书明确限定，此种物理连接包括但不限于电连接、接触连接、无线信号连接。本专利技术提出一种光波导微流体检测系统，将微纳尺度下的高通量生物样品的芯片级的片上光学检测芯片纳入检测和分析系统。如图1～4所示，一种基于CMOS图像传感的光波导微流体检测系统，包括：微流体芯片(未示出)、光谱收集装置(未示出)和分析装置5；所述微流体芯片包括：光波导1311、1312…131n和微流道2，所述光波导1311、1312…131n用以将光沿水平方向导入所述微流道2内；如图1～2所示，所述光谱收集装置包括CMOS图像传感层18，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于CMOS图像传感的光波导微流体检测系统，包括：微流体芯片、光谱收集装置和分析装置；其特征在于，所述微流体芯片包括：光波导和微流道，所述光波导用以将光沿水平方向导入所述微流道内；/n所述光谱收集装置包括CMOS图像传感层，所述CMOS图像传感层用于收集所述微流道内的光信号，处理所述光信号产生待分析信号并向所述分析装置传输所述待分析信号，所述分析装置分析所述待分析信号形成光谱或图像；/n所述微流体芯片还包括：依次由下而上设置的CMOS图像传感层、下包层、波导层、上包层和流道盖板，所述波导层是在25-150℃沉积温度下形成的氮化硅材料，所述波导层用以形成所述光波导；所述微流道由上而下贯穿所述上包层、所述波导层和所述下包层以暴露出所述CMOS图像传感层；/n所述流道盖板覆盖所述微流道上开口，所述微流道盖板包括用以向所述微流道注入含待检测生物分子溶液的注液口；/n所述下包层是厚度为15～30μm高分子聚合材料，所述上包层是厚度为15～30μm的高分子聚合材料，所述微流道宽度为10-100μm。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于CMOS图像传感的光波导微流体检测系统，包括：微流体芯片、光谱收集装置和分析装置；其特征在于，所述微流体芯片包括：光波导和微流道，所述光波导用以将光沿水平方向导入所述微流道内；
所述光谱收集装置包括CMOS图像传感层，所述CMOS图像传感层用于收集所述微流道内的光信号，处理所述光信号产生待分析信号并向所述分析装置传输所述待分析信号，所述分析装置分析所述待分析信号形成光谱或图像；
所述微流体芯片还包括：依次由下而上设置的CMOS图像传感层、下包层、波导层、上包层和流道盖板，所述波导层是在25-150℃沉积温度下形成的氮化硅材料，所述波导层用以形成所述光波导；所述微流道由上而下贯穿所述上包层、所述波导层和所述下包层以暴露出所述CMOS图像传感层；
所述流道盖板覆盖所述微流道上开口，所述微流道盖板包括用以向所述微流道注入含待检测生物分子溶液的注液口；
所述下包层是厚度为15～30μm高分子聚合材料，所述上包层是厚度为15～30μm的高分子聚合材料，所述微流道宽度为10-100μm。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，若干个所述光波导相互平行，以将光导入所述微流道，所述光波导的宽度为300-6...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈昌，刘博，豆传国，
申请(专利权)人：上海新微技术研发中心有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31