生物芯片制造技术

提供了包含高灵敏度图像传感器的生物芯片。该生物芯片包括：生物芯片层，包括多个反应区，所述反应区形成为凹部，生化反应在所述反应区中发生，所述反应区包括位于下部的参比材料和位于上部的目标材料；和图像传感器层，形成在所述生物芯片层下方且包括多个光电探测器。因为生物芯片被实现为包括生物芯片层和图像传感器层的单独芯片，所以可以降低冷光或荧光操作里的光损耗。此外，普通生物芯片必须的附加的例如扫描仪的设备并不需要，所以灵敏度提高了，廉价的生物芯片可以被应用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及生物芯片，更具体地，涉及包括高灵敏度图像传感器 的生物芯片。
技术介绍
一般的，生物芯片是在由例如玻璃、硅或尼龙等材料制成的衬底上，排列包括如DNA或蛋白质的生物分子的参比材料而形成的。生物 芯片根据排列的参比材料类型而分为DNA芯片和蛋白质芯片等。生物参比材料和目标材料之间的生化反应的代表例子包括DNA石威基的互 补结合和抗原抗体反应。的。普通的光学过程使用荧光或冷光。在使用荧光的光学过程的例子中，注入到固定于生物芯片的参比 材料中的目标材料与荧光材料结合，然后当特定的生化反应在参比材 料和目标材料之间发生时荧光材料遗留下来。之后剩下的荧光材料通 过外部的光源发光，发射的光被测量。在使用冷光的光学过程的例子中，注入到固定于生物芯片的参比 材料中的目标材料与冷光材料结合，然后当特定的生化反应在参比材 料和目标材料之间发生时冷光材料遗留下来。之后剩下的冷光材料没 有外部光源就能发光，发射的光被测量。图l示出了传统的生物芯片的结构。参照图l，传统的生物芯片110包括各种类型的参比材料120,参比 材料以预定的间隔排列在例如玻璃这样的材料制成的衬底110上。当目标材料注入传统芯片100的参比材料120时，生化反应在目标 材料和参比材料120之间发生。这里，当定量的荧光材料或冷光材料通6过化学键包含在目标材料里时，生化反应发生后遗留下的荧光材料或 冷光材料的量依据生化反应发生的程度而改变。当参比材料和目标材料之间产生生化反应的生物芯片IOO被照射时，荧光材料发射特定的光。为了提高荧光材料发射光的强度，强激 光被广泛的用于照射。荧光材料发射的光被获取图像的装置表达为图 像。图2是传统生物芯片操作200的流程图的例子。 当与荧光材料或冷光材料结合的目标材料注入固定于生物芯片的 参比材料时，生化反应在目标材料和参比材料之间发生(操作S210)。后，荧光材料发射特定的光日。当冷光才才料包含在目标材料中时，外部 的光被遮挡，冷光材料发射特定的光。下 一步，荧光材料或冷光材料发射的光的图像通过使用附加的扫 描装置而获取(操作S220 )。所获取的图像由具有医学知识的人来读取 (操作S230)。图3示出了获取从传统生物芯片IOO产生的图像的装置的例子。通 常，使用电荷耦合元件(CCD)图像传感器310和例如激光扫描仪、显 微镜以及在韩国专利申请第10-2005-0050858号(公开于2005.06.01 ) 中描述的设备。一般的，荧光材料通过照射301产生的光的强度很低。因此，当普 通CCD图像传感器310用于检测从荧光材料产生的光时，因为使用半导 体的CCD图像传感器310易受热噪音影响，所以为了采集光该CCD图像 传感器310需要长时间曝光。因为热噪音的增加和曝光时间成比例，所 以被检测的光中包含了大量的噪音，并且这导致了光检测效率的降低。 因此，依照惯例，为了提高光检测效率，在CCD图像传感器310上执行 额外的处理。额外处理的典型例子是给CCD图像传感器310降温。CCD图像传感 器310的降温减少了热电子的产生而且降低了热电子产生的热噪音，所 以有提高光检测效率的优点。但是，给CCD图像传感器310降温具有降 温的操作复杂和需要附加设备的问题。此外，CCD图像传感器310、激光扫描仪和显微镜都很贵，这是商 业化生物芯片的障碍
技术实现思路
技术问题本专利技术提供了具有高敏感度图像传感器并且实施在单一芯片上的 生物芯片，因此不需要例如昂贵的扫描设备等的附加设备，并且图像 传感器里的图像信号处理器处理图像信号，在芯片的层面上分析生物 芯片上的生化反应的结果，能够输出最终的结论。
技术实现思路
根据本专利技术的一方面，提供了一种生物芯片，包括生物芯片层， 包括多个反应区，所述反应区形成为凹部，生化反应在所述反应区中 发生，所述反应区包括位于下部的参比材料和位于上部的目标材料； 和图像传感器层，形成在所述生物芯片层下方且包括多个光电探测器。根据本专利技术的另一方面，提供了一种生物芯片，包括生物芯片 层，包括多个反应区，所述反应区形成为凹部，生化反应在所述反应 区中发生，所述反应区包括位于下部的参比材料和位于上部的目标材 料；和图像传感器层，形成在所述生物芯片层下方且包括多个光电探 测器，其中带通滤波器或低通滤波器形成在所述多个光电检测器上。附图说明图l示出了传统的生物芯片；图2是传统芯片的操作流程图3示出了扫描如图l所示生物芯片的装置；图4示出了根据本专利技术的一个实施方式的生物芯片的横截面视图5示出了图4所示生物芯片的顶部平面^L图6示出了根据本专利技术的另一个实施方式的生物芯片；图7和图8示出了图4和图6所示的生物芯片的黑电平和白电平 的例子；图9示出了在白电平和黑电平下反应程度的例子； 图IO是根据本专利技术的生物芯片的示例的#:作流程图。具体实施例方式下面，将参照附图详细地描述本专利技术的示例性实施方式。图4示出了根据本专利技术的一个实施方式的生物芯片的横截面视图。 图5是图4示出的生物芯片400的顶部平面^L图。图4所示的生物芯片400是在包括生物芯片层410和图像传感器层 420的单一衬底401上实现的。在生物芯片层410里，多个反应区412由形成为凹部。参比材料414a 包含在反应区412的下部，目标材料414b插入到反应区412的上部。目光材料为荧光素。当荧光素被三磷酸腺苷(ATP)激活时，被激活的 荧光素受荧光素酶的作用而氧化，与此同时，化学能转化为光能随后 光产生了。这里，反应区412的凹部形状可以容易地通过半导体制作流程中的 蚀刻工艺形成。一种参比材料414a按照所需的生化反应而改变。当生化反应是抗 原抗体反应时，参比材料414a可以为抗原。当生化反应是DNA碱基互 补结合时，参比材料414a可以为受控来执行互补结合的基因。和参比 材料414a反应的目标材料414b的类型根据参比材料414a的类型而确 定。例如，当参比材料414a是抗原，目标材料414b可以是血液或相似 物质。当参比材料414a是受控基因，目标材料414b可以是使用者的基 因。图像传感器层420被构建在生物芯片层410下方并且包括多个光电 4笨测器422。在生物芯片410的多个反应区412中每个反应区的下方，可 形成有图像传感器层420的单个或多个光电探测器422。当参比材料414a和目标材料414b间的生化反应(例如DNA碱基的 互补结合和抗原抗体反应)的程度随着反应区412变化时，与目标材料 414b结合的冷光材料(例如荧光素)的剩余量可依据反应区412变化。这里，当外部的光被遮挡以使得剩余的冷光材料发光时，反应区412 的冷光材料发射光的强度依照冷光材料的剩余量而改变。由此，被光 电探测器422检测到的每个反应区412的光的强度随着光电探测器422 而变化。光电探测器422检测到的光被作为电信号输出，电信号被例如图像 信号处理器(ISP)的信号处理单元处理。这里，如图4和图5所示，图 像传感器层420可以包括信号处理单元424。根据本专利技术，生物芯片层410和图像传感器层420包含在单一衬底 410里。这里，生物芯片因生物芯片的特性使用荧光或冷光，生物芯片 层410可以由例如玻璃的透明材料制成。在衬底401上，包括光电探测 器422的图像传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
生物芯片，包括：　生物芯片层，包括多个反应区，所述反应区形成为凹部，生化反应在所述反应区中发生，所述反应区包括位于下部的参比材料和位于上部的目标材料；和　图像传感器层，形成在所述生物芯片层下方且包括多个光电探测器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：李炳洙，李道永，
申请(专利权)人：株赛丽康，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]