熒光檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】熒光檢測(cè)系統(tǒng)，包括芯片本體、脈沖激發(fā)光源、單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理模塊，所述的脈沖激發(fā)光源通過(guò)耦合光纖與所述的芯片本體的微反應(yīng)池相連；所述的芯片本體與所述的單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理模塊信號(hào)連接；所述的芯片本體包括硅襯底、SU-8厚膠、信號(hào)處理電路、光電傳感陣列、有源預(yù)處理放大陣列和異步時(shí)序控制電路本發(fā)明的有益效果是：1、將時(shí)間分辨技術(shù)與熒光檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合，優(yōu)化了熒光檢測(cè)系統(tǒng)，不需要復(fù)雜的光路結(jié)構(gòu)就可將熒光有效檢測(cè)出來(lái)；2、可以與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容，即與現(xiàn)今的主流微電子工藝兼容，將光電傳感單元與后續(xù)的有源像素放大電路及信號(hào)處理電路單片集成；3、片上集成了微反應(yīng)池，可進(jìn)行多通道不同種樣品同時(shí)檢測(cè)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】熒光檢測(cè)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及ー種熒光檢測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]熒光分析是利用被測(cè)樣品的受激熒光特性參數(shù)對(duì)物質(zhì)的特性進(jìn)行定性或定量分析的方法，例如利用癌細(xì)胞和正常細(xì)胞對(duì)血卟啉光敏熒光探針的親和性差異，得到癌細(xì)胞和正常細(xì)胞的熒光壽命特性及熒光峰值強(qiáng)度隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)差異，可用于癌癥早期診斷與治療效果評(píng)價(jià)。目前熒光檢測(cè)中常用的檢測(cè)系統(tǒng)是采用光路結(jié)構(gòu)的檢測(cè)系統(tǒng)，如圖1所示，傳統(tǒng)的熒光檢測(cè)系統(tǒng)包括紫外激發(fā)光源(I ’)，激發(fā)光濾光片(2’)，樣品池(3’)，熒光濾光片(4’)，熒光探測(cè)器(5 ’)和記錄顯示系統(tǒng)(6 ’)。所述紫外激發(fā)光源位于激發(fā)光的光軸線(xiàn)上，通過(guò)所示的激發(fā)光濾光片進(jìn)入所述的樣品池，形成一條激發(fā)光光路；所述樣品池發(fā)出的熒光通過(guò)所述熒光濾光片到達(dá)所述熒光探測(cè)器，形成一條熒光光路；所述熒光探測(cè)器將檢測(cè)到的熒光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流/電壓輸出，通過(guò)所述記錄顯示系統(tǒng)得到特定物質(zhì)的熒光特性曲線(xiàn)。
[0003]傳統(tǒng)的熒光檢測(cè)系統(tǒng)需要復(fù)雜的光路系統(tǒng)，所述樣品池中的物質(zhì)受激發(fā)光照射后發(fā)出的熒光和激發(fā)光混合在一起，為了有效的將受激熒光從混合光中篩選出來(lái)，在所述樣品池和所述光電探測(cè)器之間必須加上所述熒光濾光片，產(chǎn)生的熒光經(jīng)過(guò)熒光濾光片會(huì)有較大的衰減，降低檢測(cè)靈敏度，同時(shí)復(fù)雜的光路系統(tǒng)采用分立元件搭建，系統(tǒng)龐大，不能滿(mǎn)足熒光檢測(cè)系統(tǒng)集成化、微型化的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)目前的熒光檢測(cè)裝置測(cè)試時(shí)熒光會(huì)在熒光反應(yīng)池和熒光探測(cè)器之間產(chǎn)生損耗、降低熒光檢測(cè)的靈敏度的問(wèn)題，提出了一種測(cè)試靈敏度高、損耗小的基于時(shí)間分辨技術(shù)的熒光檢測(cè)系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明所述的熒光檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:包括芯片本體、脈沖激發(fā)光源、單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理模塊，所述的脈沖激發(fā)光源通過(guò)耦合光纖與所述的芯片本體的微反應(yīng)池相連；所述的芯片本體與所述的單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理模塊信號(hào)連接；
[0006]所述的芯片本體包括硅襯底、SU-8厚膠、信號(hào)處理電路、光電傳感陣列、有源預(yù)處理放大陣列和異步時(shí)序控制電路，所述的SU-8厚膠固定在所述的硅襯底上表面，所述的SU-8厚膠上設(shè)置至少ー個(gè)熒光反應(yīng)池組，每個(gè)所述的熒光反應(yīng)池組由至少ー個(gè)微反應(yīng)池構(gòu)成；位于熒光反應(yīng)池組正下方的硅襯底上鋪設(shè)相應(yīng)的信號(hào)處理電路、光電傳感陣列、有源預(yù)處理放大陣列和異步時(shí)序控制電路；所述的光電傳感陣列的信號(hào)輸入端與所述的異步時(shí)序控制電路的信號(hào)輸出端信號(hào)相連、所述的光電傳感陣列的信號(hào)輸出端與所述的有源預(yù)處理放大陣列的信號(hào)輸入端相連；所述的有源預(yù)處理放大陣列的信號(hào)輸出端與所述的信號(hào)處理電路的信號(hào)輸入端信號(hào)連接、并且所述的信號(hào)處理電路的信號(hào)輸出端通過(guò)壓焊塊與PCB板固定，所述的PCB板與所述的單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理模塊的信號(hào)輸入端信號(hào)相連。[0007]所述的光電傳感陣列與所述的信號(hào)處理電路之間設(shè)置金屬屏蔽層。
[0008]所述的光電傳感陣列為與CMOS工藝兼容的PN結(jié)光電二極管形成四通道光感陣列。
[0009]所述的SU-8厚膠上設(shè)有四個(gè)對(duì)稱(chēng)分布的熒光反應(yīng)池組，并且每個(gè)熒光反應(yīng)池組均有四路微反應(yīng)池對(duì)稱(chēng)排列。
[0010]所述的微反應(yīng)池深度為100 μ m。
[0011]所述的耦合光纖直徑與所述的微反應(yīng)池的尺寸一致。
[0012]所述的耦合光纖與所述的芯片本體的微反應(yīng)池通過(guò)絕緣膠粘連。
[0013]工作原理，SU-8厚膠上的四路微反應(yīng)池，微反應(yīng)池中設(shè)計(jì)了四通道光電傳感陣列，以脈沖光源激發(fā)的那一刻為時(shí)間基點(diǎn)，延遲一段時(shí)間(延遲時(shí)間大于光源脈沖寬度)后，測(cè)量被激發(fā)的熒光信號(hào)，可以有效避開(kāi)激發(fā)光噪聲對(duì)測(cè)量的影響，異步時(shí)序控制電路分時(shí)讀取不同時(shí)間點(diǎn)的熒光強(qiáng)度，得到熒光信號(hào)的衰減曲線(xiàn)，然后光電傳感陣列將產(chǎn)生的熒光信號(hào)轉(zhuǎn)化為成比例的電流信號(hào)；此時(shí)有源像素放大陣列將微弱的光電流信號(hào)轉(zhuǎn)化成幅值較大的電壓傳輸?shù)叫盘?hào)處理電路，信號(hào)處理電路讀取四通道光電傳感陣列的熒光衰減過(guò)程中的熒光強(qiáng)度信號(hào)電壓后通過(guò)壓焊塊傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理模塊，對(duì)測(cè)定的熒光信號(hào)進(jìn)行處理。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:1、與CMOS工藝兼容的光電PN結(jié)二極管可以將微弱的熒光轉(zhuǎn)換成光電流，光電PN結(jié)二極管可根據(jù)需要陣列設(shè)計(jì)；2、光電PN結(jié)二極管可與后續(xù)的有源信號(hào)處理電路單片集成，減少了信號(hào)傳遞損耗和實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)的微型化；3、片上集成的SU-8微反應(yīng)池，可進(jìn)行單個(gè)或多個(gè)通道樣品同時(shí)檢測(cè)。本發(fā)明將熒光信號(hào)產(chǎn)生、檢測(cè)和處理用單片的傳感芯片實(shí)現(xiàn)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是傳統(tǒng)的熒光檢測(cè)系統(tǒng)。
[0016]圖2是本發(fā)明的芯片體的結(jié)構(gòu)圖(其中:箭頭代表納米級(jí)脈沖激發(fā)光的入射方向；P+為P型源漏注入；n+為N型源漏注入；Niell為N型輕摻雜阱)。
[0017]圖3是本發(fā)明的芯片體內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖4是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明
[0020]參照附圖:
[0021]實(shí)施例1本發(fā)明所述的熒光檢測(cè)系統(tǒng)，包括芯片本體1、納秒級(jí)脈沖激發(fā)光源2、單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理模塊3，所述的納秒級(jí)脈沖激發(fā)光源3通過(guò)耦合光纖31與所述的芯片本體I的微反應(yīng)池相連；所述的芯片本體I與所述的單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理模塊3信號(hào)連接；
[0022]所述的芯片本體I包括硅襯底11、SU-8厚膠12、信號(hào)處理電路13、光電傳感陣列14、有源預(yù)處理放大陣列和異步時(shí)序控制電路，所述的SU-8厚膠12固定在所述的硅襯底11上表面，所述的SU-8厚膠12上設(shè)置至少一個(gè)熒光反應(yīng)池組121，每個(gè)所述的熒光反應(yīng)池組121由至少一個(gè)微反應(yīng)池成1211 ;位于熒光反應(yīng)池組121正下方的硅襯底11上鋪設(shè)相應(yīng)的信號(hào)處理電路13、光電傳感陣列14、有源預(yù)處理放大陣列和異步時(shí)序控制電路；所述的光電傳感陣列14的信號(hào)輸入端與所述的異步時(shí)序控制電路的信號(hào)輸出端信號(hào)相連、所述的光電傳感陣列14的信號(hào)輸出端與所述的有源預(yù)處理放大陣列的信號(hào)輸入端相連；所述的有源預(yù)處理放大陣列的信號(hào)輸出端與所述的信號(hào)處理電路的信號(hào)輸入端信號(hào)連接、并且所述的信號(hào)處理電路13的信號(hào)輸出端通過(guò)壓焊塊15與PCB板16固定，所述的PCB板與所述的單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理模塊3的信號(hào)輸入端相連。
[0023]所述的光電傳感陣列14與所述的信號(hào)處理電路13之間設(shè)置金屬屏蔽層17。
[0024]所述的光電傳感陣列14為與CMOSエ藝兼容的PN結(jié)光電ニ極管形成四通道光感陣列。
[0025]所述的SU-8厚膠12上設(shè)有四個(gè)對(duì)稱(chēng)分布的熒光反應(yīng)池組121，并且每個(gè)熒光反應(yīng)池組均有四路微反應(yīng)池1211對(duì)稱(chēng)排列。
[0026]所述的微反應(yīng)池1211深度為100 U m。
[0027]所述的耦合光纖直徑與所述的微反應(yīng)池的尺寸一致。
[0028]所述的耦合光纖與所述的芯片本體的微反應(yīng)池通過(guò)絕緣膠粘連。
[0029]工作原理，SU-8厚膠12上的四路微反應(yīng)池1211，微反應(yīng)池1211中設(shè)計(jì)了四通道光電傳感陣列14，以脈沖光源激發(fā)的那一刻為時(shí)間基點(diǎn)，延遲一段時(shí)間(延遲時(shí)間大于光源脈沖寬度)后，測(cè)量被激發(fā)的熒光信號(hào)，可以有效避開(kāi)激發(fā)光噪聲對(duì)測(cè)量的影響，異步時(shí)序控制電路分時(shí)讀取不同時(shí)間點(diǎn)的熒光強(qiáng)度，得到熒光信號(hào)的衰減曲線(xiàn)，然后光電傳感陣列將產(chǎn)生的熒光信號(hào)轉(zhuǎn)化為成比例的電流信號(hào)；此時(shí)有源像素放大陣列將微弱的光電流信號(hào)轉(zhuǎn)化成幅值較大的電壓傳輸?shù)叫盘?hào)處理電路，信號(hào)處理電路讀取四通道光電傳感陣列的熒光衰減過(guò)程中的熒光強(qiáng)度信號(hào)電壓后通過(guò)壓焊塊傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理模塊，對(duì)測(cè)定的熒光信號(hào)進(jìn)行處理。
[0030]本說(shuō)明書(shū)實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也包括本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
【權(quán)利要求】
1.熒光檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:包括芯片本體、脈沖激發(fā)光源、單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理模塊，所述的脈沖激發(fā)光源通過(guò)耦合光纖與所述的芯片本體的微反應(yīng)池相連；所述的芯片本體與所述的單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理模塊信號(hào)連接； 所述的芯片本體包括硅襯底、SU-8厚膠、信號(hào)處理電路、光電傳感陣列、有源預(yù)處理放大陣列和異步時(shí)序控制電路，所述的SU-8厚膠固定在所述的硅襯底上表面，所述的SU-8厚膠上設(shè)置至少一個(gè)熒光反應(yīng)池組，每個(gè)所述的熒光反應(yīng)池組由至少一個(gè)微反應(yīng)池構(gòu)成；位于熒光反應(yīng)池組正下方的硅襯底上鋪設(shè)相應(yīng)的信號(hào)處理電路、光電傳感陣列、有源預(yù)處理放大陣列和異步時(shí)序控制電路；所述的光電傳感陣列的信號(hào)輸入端與所述的異步時(shí)序控制電路的信號(hào)輸出端信號(hào)相連、所述的光電傳感陣列的信號(hào)輸出端與所述的有源預(yù)處理放大陣列的信號(hào)輸入端相連；所述的有源預(yù)處理放大陣列的信號(hào)輸出端與所述的信號(hào)處理電路的信號(hào)輸入端信號(hào)連接、并且所述的信號(hào)處理電路的信號(hào)輸出端通過(guò)壓焊塊與PCB板固定，所述的PCB板與所述的單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理模塊的信號(hào)輸入端信號(hào)相連。
2.如權(quán)利要求1所述的熒光檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述的光電傳感陣列與所述的信號(hào)處理電路之間設(shè)置金屬屏蔽層。
3.如權(quán)利要求2所述的熒光檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述的光電傳感陣列為與CMOS工藝兼容的PN結(jié)光電二極管形成四通道光感陣列。
4.如權(quán)利要求3所述的熒光檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述的SU-8厚膠上設(shè)有四個(gè)對(duì)稱(chēng)分布的熒光反應(yīng)池組，并且每個(gè)熒光反應(yīng)池組均有四路微反應(yīng)池對(duì)稱(chēng)排列。
5.如權(quán)利要求4所述的熒光檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述的微反應(yīng)池深度為100μ m。
6.如權(quán)利要求5所述的熒光檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述的耦合光纖直徑與所述的微反應(yīng)池的尺寸一致。
7.如權(quán)利要求6所述的熒光檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述的耦合光纖與所述的芯片本體的微反應(yīng)池通過(guò)絕緣膠粘連。
【文檔編號(hào)】G01N21/64GK103604785SQ201310542526
【公開(kāi)日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月5日
【發(fā)明者】施朝霞 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)