背景技術(shù)：

光學(xué)光譜儀根據(jù)波長或頻率檢測光的強度?，F(xiàn)有的光譜儀難以制造且昂貴?，F(xiàn)有的光譜儀難以集成到用于血細胞計數(shù)的微流體系統(tǒng)中。

附圖說明

圖1是示意性地示出示例微流體流體傳感器的剖視圖。

圖2是示意性地示出另一示例微流體流體傳感器的剖視圖。

圖3是使用微流體流體傳感器感測流體的示例方法的流程圖。

圖4是示意性地示出另一示例微流體流體傳感器的頂視圖。

圖5-16是示出另一示例微流體流體傳感器的形成的剖視圖。

圖17是示出圖5-16中生產(chǎn)的微流體流體傳感器的完成的截面圖。

圖18是圖18的微流體傳感器的頂視圖。

圖19是示意性地示出另一示例微流體流體傳感器的剖視圖。

圖20是圖19的微流體流體傳感器的頂視圖。

圖21是形成光譜儀和包括該光譜儀的微流體流體傳感器的示例方法的流程圖。

圖22是示例光譜儀的剖面圖。

圖23是形成有圖21的光譜儀的微流體流體傳感器的剖視圖。

具體實施方式

圖1是示出示例微流體流體傳感器20的剖視圖。微流體流體傳感器20集成光譜儀以分析流體和流體成分。微流體流體傳感器20包括基板22、微流體通道24和光學(xué)光譜儀25。

基板22包括在其上支撐傳感器20的剩余部件和相關(guān)電子器件的基底或平臺。在一個實施例中，基板22包括硅。在其他實施例中，基板22可包括其他材料。在一個實施例中，基板22被提供作為晶片的一部分，該晶片被沖切成單個芯片。

微流體通道24包括在基板22上或基板22內(nèi)形成的導(dǎo)管或通路，被感測和分析的流體被引導(dǎo)通過該導(dǎo)管或通路。微流體通道24具有寬度和高度，每個都在亞毫米級。在一個實施例中，微流體通道24具有寬度和高度，每個所具有的尺寸都在5和200μm之間，標稱尺寸在5和50μm之間。雖然被圖示為線性的，但微流體通道24可具有彎曲、蛇形、分支或其他形狀。

光學(xué)光譜儀25包括使用光學(xué)光譜測定法檢測或感測微流體通道24內(nèi)的流體的不同特性的器件。光學(xué)光譜儀25分析穿過或通過微流體通道24且與通道24內(nèi)的流體相互作用的光。光學(xué)光譜儀25通過模式干涉法分析這種光。在圖示的示例中，光學(xué)光譜儀25與微流體通道24集成為單個基板或芯片的一部分。為了本公開的目的，關(guān)于芯片、基板或微流體通道的術(shù)語“集成”意味著一器件或部件與芯片或基板是一體的，或者該器件或部件是置入為或作為芯片或基板的一部分，由于該器件或部件的結(jié)構(gòu)被形成或制作在芯片或基板上，使得它們在不被切開或切掉芯片或基板的一部分的情況下就不能輕易分離。結(jié)果，微流體流體傳感器20可以是緊湊的(小型化)，不太復(fù)雜和自完備的。

光學(xué)光譜儀25包括波導(dǎo)27、光學(xué)傳感器28和光發(fā)射器或光源30。波導(dǎo)27包括引導(dǎo)電磁波的光導(dǎo)管或其它結(jié)構(gòu)。波導(dǎo)27傳輸不同頻率或頻率范圍的光。波導(dǎo)27可包含一種材料或多重材料，如氮化硅、碳化硅和磷化鎵，便于光傳輸通過可見和近紅外頻率。

波導(dǎo)27包括輸入耦合器36和輸出耦合器38。輸入耦合器36被集成到波導(dǎo)27中，以促進光輸入到波導(dǎo)27中。在一個實施例中，輸入耦合器36包括光柵耦合器，其中光柵耦合器被提供有用于入射光的衍射和/或反射的預(yù)定間距、蝕刻角和/或占空比。在另一個實施例中，輸入耦合器36包括角度刻面(facet)，用于通過全內(nèi)反射將入射光引導(dǎo)到波導(dǎo)中。在一個實施例中，輸入耦合器36促進特定頻率或頻率范圍的輸入到波導(dǎo)27中。

輸出耦合器38被集成到波導(dǎo)27中，并促進由波導(dǎo)27傳輸?shù)乃x成分、頻譜或頻率的光的排放或輸出。在圖示的示例中，輸出耦合器38包括用作散射對象的光柵。輸出耦合器38對由于多模干涉而在波導(dǎo)27中形成的光強度的駐波圖像進行采樣。該被采樣的光圖像被引導(dǎo)到光電二極管702。所檢測的光圖像可以被數(shù)字處理(例如，使用離散余弦變換)以獲得波導(dǎo)27中的光的頻譜。

在一個實施例中，每個輸出耦合件38包括對部分駐波圖案進行采樣的散射體，其中光的采樣被引導(dǎo)到相應(yīng)的光學(xué)傳感器28。在這一實施例中，散射體自身可以通過以下幾種方式制作。在一個實施例中，形成輸出耦合件38的散射體包括“弱”光柵，只有2或3個周期和淺蝕刻凹槽。雖然從這些光柵散射的光有一定的方向性，但到達光電二極管的光的比例增加。在另一實施例中，形成輸出耦合器的散射體可以包括波導(dǎo)27中的單個槽或孔。在該情況下，光完全不是方向性的；然而，這種散射體可以相對容易制造，并且在寬頻率范圍內(nèi)工作。在又一個實施例中，形成輸出耦合器38的散射體可以包括放置在波導(dǎo)27的頂部或下方的金屬脊或隆起。

光學(xué)傳感器28收集從相應(yīng)的輸出耦合器38發(fā)射的光、能量和/或信號。在闡述的示例中，每個光學(xué)傳感器28與輸出耦合器38的相應(yīng)一個相互對準，并且具有與相應(yīng)的輸出耦合器38基本相同的空間頻率。在一個實施例中，每個光學(xué)傳感器28包括光敏傳感器，如電荷耦合器件。電荷耦合器件的一個例子是光電二極管。每個光學(xué)傳感器28基于從相應(yīng)的輸出耦合器38接收到的光采樣輸出信號。將來自所有光電二極管的信息一起結(jié)合并分析(使用傅立葉分析或相關(guān)類型的重構(gòu)算法)來確定光的頻率，并檢測微流體通道24中的流體的確定性質(zhì)。

光源30包括在基板上或在基板內(nèi)形成的器件，該器件引導(dǎo)電磁輻射，例如光，穿過微流體通道24，最終到達光學(xué)傳感器28。光源30將光傳送通過微流體通道24到波導(dǎo)27。在一個實施例中，光發(fā)射器30發(fā)射或傳送一定頻率和/或波長范圍的光。在一個實施例中，光源30包括光產(chǎn)生裝置，例如發(fā)光二極管。在一個實施例中，光源30包括諸如紫外發(fā)光二極管的窄帶光源。在一些實施例中，紫外光可用于在微流體通道24內(nèi)的流體中激發(fā)發(fā)光標記物的光致發(fā)光響應(yīng)。在另一實施例中，光源30包括寬帶光源，例如白色發(fā)光二極管，以激發(fā)反射和散射信號或者光致發(fā)光反應(yīng)。在另一實施例中，光源30包括開口或透明窗口，通過該開口或透明窗口，光從未必由基板22支撐的外部源(寬帶光源或窄帶紫外光源)照亮微流體通道24。

圖2是示出微流體流體傳感器120、上述微流體流體傳感器20的示例實施例的剖視圖。傳感器120包括基板22、微流體通道24、光學(xué)光譜儀125、泵126、輸出132和流體分析電子器件134。基板22和微流體通道24以上關(guān)于傳感器20被描述。在圖2的剖視圖中，通道24被透明基板層135部分包圍。

光學(xué)光譜儀125與光學(xué)光譜儀25相似。光學(xué)光譜儀125包括波導(dǎo)127、光學(xué)傳感器28(如上描述)和光源130。波導(dǎo)127傳輸不同頻率或頻率范圍的光。波導(dǎo)127可包括促進光傳輸提供可見和近紅外頻率的一種材料或多種材料，如氮化硅、碳化硅和磷化鎵。

波導(dǎo)127可以包括輸入耦合器36、模式濾波器137和輸出耦合器38。上面描述了輸入耦合器36和輸出耦合器38。在闡述的示例中，波導(dǎo)127在基板22上制造，通過粘附層139粘附在基板122上。

模式濾波器137在輸入耦合器36和包含輸出耦合器38的波導(dǎo)127的多模部分之間延伸。模式濾波器137僅傳輸單一的空間模式，并且偏離中心地連接到多模波導(dǎo)127。這可能導(dǎo)致控制良好的啟動條件(launchcondition)，其中在多模波導(dǎo)127的開始處激發(fā)空間模式的特定疊加。在一個實施例中，模式濾波器137還包括選擇性地移除特定頻率的光的集成光柵濾波器(未顯示)。這可能是有用的，例如，在熒光光譜學(xué)中，去除不需要的激發(fā)光。在這樣的實施例中，光柵濾波器具有預(yù)定間距、蝕刻角和/或占空比，以衍射和/或反射特定頻率或頻率范圍的光。在一些實施例中，特定頻率或頻率范圍可能對應(yīng)于來自激光或其它光源的輸出，其中在下游分析中不關(guān)心該特定頻率或頻率范圍。在進入多模波導(dǎo)137之前，光柵濾波器會將這類頻率衍射或散射掉。

微流體泵126包括泵送或移動流體通過微流體通道24的器件。在闡述的示例中，微流體泵126被集成作為芯片的一部分，并被集成作為基板22的一部分。在一個實施例中，微流體泵126包括慣性泵。在一個實施例中，微流體泵126包括泡沫噴射慣性泵，其中泵產(chǎn)生初始膨脹氣泡以移動或驅(qū)動鄰近的流體遠離氣泡。氣泡射流泵的一個例子包括微加熱器，如熱噴墨(tij)泵。tij泵可利用有電流通過的電阻器。當電流通過電阻器時，電阻器產(chǎn)生的熱量會使靠近電阻器的流體蒸發(fā)，從而產(chǎn)生氣泡。當該氣泡最初產(chǎn)生和膨脹時，氣泡開始驅(qū)使鄰近的流體遠離氣泡。在這樣的實施例中，微流體泵126沿通道24被定位為靠近儲液器，并且遠離不同的儲液器或流體交互部件。換言之，慣性泵與儲液器相隔的距離少于儲液器與其他儲液器或流體交互部件之間的總流體路徑的長度的一半。慣性泵可以利用與其所連接的兩個儲液器相比相對狹窄的通道內(nèi)的慣性和動量以產(chǎn)生流體流動。為了本公開的目的，術(shù)語“慣性泵”是指最初在與其連接的兩個儲液器相比相對狹窄的通道中的兩個方向上驅(qū)動流體的泵送器件，但其中泵送器件不對稱地位于儲液器之間，使得流體最終被沿朝向兩個儲液器中的最遠的儲液器的方向驅(qū)動。

光源130包括與基板22上芯片和部件不同的電磁輻射源或光源，其中光源130引導(dǎo)光通過透明基板或覆蓋層141進入微流體通道24。在一個實施例中，光源130包括發(fā)光裝置，如發(fā)光二極管。在一個實施例中，光源130包括具有紫外發(fā)光二極管的窄帶光源。在一些實施例中，紫外光可用于在微流體通道24內(nèi)的流體中激發(fā)發(fā)光標記物的光致發(fā)光響應(yīng)。在另一實施例中，光源130包括寬帶光源，如白色發(fā)光二極管，以激發(fā)反射和散射信號或光致發(fā)光響應(yīng)。在再一實施例中，光源130可以在基板22上被集成作為傳感器120的一部分。例如，在一個實施例中，光源130可以設(shè)置在透明覆蓋層141內(nèi)或透明覆蓋層141上。

輸出132包括用來呈現(xiàn)和/或存儲電子器件134產(chǎn)生的流體分析結(jié)果的器件。在一個實施例中，輸出132包括顯示屏或監(jiān)視器。在一個實施例中，顯示屏幕或監(jiān)視器進一步用作輸入器件，包括觸摸屏。在一個實施例中，輸出132包括存儲器，其中存儲著流經(jīng)微流體通道24的液體的感測和分析數(shù)據(jù)。在一個實施例中，輸出132位于外部或獨立于提供傳感器120其它部件的芯片中，其中輸出132以有線或無線方式連接到電子器件134。

電子器件134可以包括控制傳感器120的操作并接收來自光傳感器125的信號且利用這種信號(或以原始格式，或在這種信號被電子器件134過濾、轉(zhuǎn)換或處理后)以識別或確定流經(jīng)微流體通道222的流體的特性的器件。例如，在一個實施例中，電子器件134，依照包含在非瞬態(tài)的計算機可讀介質(zhì)或存儲器中的指令，分析從光學(xué)傳感器28接收的信號，識別在微流體通道624中流動的液體或流體中的特定成分或細胞的計數(shù)或數(shù)量。在另一實施例中，電子器件634依照包含在非瞬態(tài)計算機可讀介質(zhì)中的指令，識別在微流體通道24內(nèi)流動或以其他方式存在的流體中的特定成分或流體中的成分的特性。這種分析的結(jié)果可以傳送到輸出632。

就本申請而言，術(shù)語“處理單元”指的是當前開發(fā)的或?qū)黹_發(fā)的處理單元，包括執(zhí)行存儲器中包含的指令序列的硬件(例如處理器)。執(zhí)行指令序列使處理單元執(zhí)行諸如生成控制信號的步驟。指令可被加載在隨機存取存儲器(ram)中，以便由處理單元從只讀存儲器(rom)、大容量存儲設(shè)備或其它永久性存儲器中執(zhí)行。在其他實施例中，硬件連接電路可被用來代替軟件指令或者與軟件指令結(jié)合來實施所描述的功能。例如，電子器件134可作為專用集成電路(asics)的一部分。除非另有特別說明，控制器不限于硬件電路和軟件的任何特定組合，也不限于處理單元執(zhí)行的指令的任何特定來源。

在一個實施例中，混雜于低空間頻率并由輸出耦合器38的光柵發(fā)射且被諸如單個光學(xué)傳感器28(例如，光敏傳感器)的單個檢測器所收集(例如，捕獲)的能量、光和/或信號，并且在一些實施方案中，由光源130提供的輸入光的特性，被電子器件134(例如，使用傅里葉分析)分析和/或標定，以確定識別被感測的流體的特性的特定特性(例如，光譜)。

在一個實施例中，電子器件包括存儲器，該存儲器存儲一個預(yù)設(shè)的查找表，該查找表將來自光學(xué)傳感器28不同的電信號關(guān)聯(lián)到不同流體成分計數(shù)和/或不同流體成分特性。在這一實施例中，處理單元通過將來自傳感器28的電信號與查找表中的不同值進行比較來識別流體成分計數(shù)或流體成分特性。在另一實施例中，電子器件34。在另一個實施例中，電子器件134利用基于不同電子參數(shù)信號的值作為公式的一部分計算或估算流體流速。

在一個實施例中，流體傳感器120完全包含或集成在含有微流體通道24的基板22或電路芯片上。例如，在一個實施例中，電子器件134被集成為在其上或其中設(shè)有微流體通道24的芯片或基板22的一部分。在其它實施例中，流體傳感器120的部分分布在分離的基板或器件中。例如，在一個實施例中，輸出132和電子器件134由分離的器件所提供，該器件電連接到含有傳感器120剩余元件的芯片上提供的電觸點或電接觸墊。

圖3是可由系統(tǒng)120執(zhí)行的用于感測和分析流體的示例方法200的流程圖。如方框204所示，電子器件134輸出指引我的流體泵126移動或泵送流體通過通道24的控制信號。如方框206所示，光源130將光引導(dǎo)通過通道24內(nèi)的流體至波導(dǎo)127的輸入耦合器，比如輸入耦合器36。如圖2示意性所示，光被反射和/或折射偏離流體222攜帶的成分220中，其中光入射到輸入耦合器36。在其它實施例中，輸入耦合器36位于微流體通道24的與光源130的相反側(cè)，其中來自光源130的光通過并穿過通道24至輸入耦合器36。

如方框208所示，波導(dǎo)127將光引導(dǎo)到輸出耦合器38，其中每個輸出耦合器可采樣駐波圖像并將光學(xué)強度中的采樣引導(dǎo)朝向相應(yīng)的光學(xué)傳感器28。如箭頭28所示，光的采樣被傳送到相應(yīng)的光學(xué)傳感器28。

在一個實施例中，光被傳輸通過模式濾波器137，模式濾波器137僅能傳輸單一空間模式，并且從由多模波導(dǎo)127偏心地傳送的光中濾除或移除選定的頻率。這產(chǎn)生了一個良好控制的啟動條件，在多模波導(dǎo)127的起始處，空間模式的特定疊加被激發(fā)。

如方框210所示，光學(xué)傳感器28感測從輸出耦合器38接收到的光。光學(xué)傳感器28輸出電信號，該電信號傳送到電子器件134。在一個實施例中，基板22包括電接觸墊，電子元件134、外部基板22或由基板22形成的芯片通過電接觸墊連接。在另一實施例中，電子器件134被集成在基板22上。

如方框212所示，電子器件134分析由來自光學(xué)傳感器28的小信號代表的光的駐波形態(tài)，以確定流體的特性。在一個實施例中，來自駐波圖案的采樣使用電信號的傅里葉分析方法(離散余弦變換，例如)或更復(fù)雜的重構(gòu)方法(基于最小二乘法，例如)被轉(zhuǎn)換為光譜信息，其可以包含傳感器的標定數(shù)據(jù)。電子器件134根據(jù)光譜信息確定流體的特性。這些特性可包括流體的細胞、微粒或成分的計數(shù)或數(shù)目，此類細胞、微?；虺煞值拇笮』蛎芏龋?或特定的細胞、微?；虺煞值淖R別。分析的結(jié)果存儲和/或呈現(xiàn)在輸出632上。

圖4是示意性示出微流體流體傳感器320、微流體流體傳感器20的另一示例實施例的俯視圖。微流體流體傳感器320除了流體傳感器320感測多通道內(nèi)的流體外，類似于流體傳感器120。微流體流體傳感器320包括基板22、液體輸入323a，323b，323c(統(tǒng)稱為輸入323)、微流體通道324a，324b，324c(統(tǒng)稱為通道324)、微流體泵326a，326b，326c(統(tǒng)稱為泵326)、波導(dǎo)327a，327b，327c(統(tǒng)稱為波導(dǎo)327)、光學(xué)傳感器328a，328b，328c(統(tǒng)稱為光學(xué)傳感器328)，光源330a，330b，330c(統(tǒng)稱為光源330)、柱形過濾器331、輸出132和電子器件134。流體輸入323包括通路或端口，通過它們將流體引入通道324。在這個闡述的示例中，通道324a和324b將流體引導(dǎo)到并排光譜儀。通道324c包括參考通道。在這個闡述的示例中，柱形過濾器331過濾引入通過流體進口323c的流體，以防止細胞進入通道324c。

通道324的每一個都類似于上面描述的通道24。盡管通道324被例示為線性的，但在其它實施例中，通道324可以具有其他形狀。泵326每一個都類似于上面描述的泵126。同樣，波導(dǎo)327類似于上述的波導(dǎo)127。波導(dǎo)327包括輸入耦合器36和多個相關(guān)的輸出耦合器38。光學(xué)傳感器328每一個都類似于上面描述的光學(xué)傳感器28。

光源330包括電磁輻射或光的源，其中每個光源130可將光引導(dǎo)至其相應(yīng)的一個微流體通道324。在一個實施例中，每個光源130包括光發(fā)生器件，如發(fā)光二極管。在一個實施例中，光源330a包括具有紫外線發(fā)光二極管的窄帶光源。在一些實施例中，紫外線可以用來從微流體通道24內(nèi)的流體中的發(fā)光標記激勵光致發(fā)光響應(yīng)。光源330b包含寬帶光源，如白色發(fā)光二極管，以激發(fā)出反射和散射信號或光致發(fā)光響應(yīng)。光源330c為參考通道324c提供光。參考通道324c促進了使用光源330c提供的寬帶照明進行的差異光致發(fā)光單一檢測，參考通道324c和其相關(guān)部件的配備增加了細胞檢測和區(qū)分的穩(wěn)健性。

上面描述了輸出132和電子器件134。在操作中，當分析開始時，比如當流體樣品被引導(dǎo)通過流體輸入323時，電子器件134輸出控制信號啟動泵326使流體通過相應(yīng)的通道324。來自光源330的光被引導(dǎo)進入通道324入射到流體上。輸入耦合器36接收入射光并將光引導(dǎo)到輸出耦合器38，該輸出耦合器38將光進行光譜分離為被光學(xué)傳感器328檢測到的不同頻率或成分。來自光學(xué)傳感器328的信號被電子器件134接收并分析，通過諸如傅立葉分析來檢測以確定流體的特性。此類流體特性的檢測可能涉及檢測流體中發(fā)光標記物的光致發(fā)光響應(yīng)和流體成分反射或散射的檢測。這些信號可與包含在參考通道324中由柱形過濾器331過濾的流體進行比較。這種分析的結(jié)果被呈現(xiàn)和/或存儲在輸出132上。

圖5-18示出示例微流控光學(xué)流體傳感器620的形成(如圖17和18完成)。如圖5所示，對基板622運用了半導(dǎo)體制造工藝以形成場效應(yīng)晶體管700(包括源、漏極、門和半導(dǎo)體通道)并在基板622上形成光電二極管陣列702。在闡述的示例中，晶體管700和光電二極管702的各部分都包括同時形成的p型摻雜區(qū)703和n型摻雜區(qū)705。金屬/電介質(zhì)層623在基板622上形成或圖案化，并包括用于晶體管700和光電二極管702的各種電互連件704。在闡述的示例中，補充的金屬氧化物半導(dǎo)體工藝用來形成這種結(jié)構(gòu)。在闡述的示例中，基板622可以包括硅基板。在其它實施例中，可以使用其它半導(dǎo)體工藝，并且基板622可以由其它材料形成和/或包括其它材料。

如圖6所示，傳感器620利用波導(dǎo)將光發(fā)送到形成的光電二極管702。在闡述的示例中，形成波導(dǎo)層706的材料層在金屬/電介層623上沉積并圖案化。在一個實施例中，用于波導(dǎo)層706的材料包括氮化硅。在一個實施例中，使用等離子體增強化學(xué)氣相沉積或低壓化學(xué)氣相沉積方法沉積形成波導(dǎo)層706的氮化硅或其它材料。在其它實施例中，波導(dǎo)層706可以由其它材料形成，并且可以其它方式形成。

如圖7所示，除去波導(dǎo)層706的局部以形成或限定單模區(qū)域710和多模區(qū)域712。在闡述的示例中，通過蝕刻除去波導(dǎo)層706的局部以限定這些區(qū)域。如圖8所示，進一步除去多模區(qū)域712的局部以形成或限定各種輸出耦合器或光柵714。輸出耦合器或光柵714包括散射體，經(jīng)由散射體行進通過波導(dǎo)層206的光的駐波強度圖像被采樣并導(dǎo)向到相應(yīng)的光電二極管702的形式的光學(xué)傳感器。在一個實施例中，這樣的光柵714沿波導(dǎo)層706以規(guī)則間距(空間頻率)相間隔。由于光柵714是在上表面上，其可以采樣到波導(dǎo)頂部附近的電場。

在一個實施例中，光柵714起到散射體的作用，經(jīng)由散射，光柵706采樣在波導(dǎo)706中由于多模干涉而形成的光強的駐波圖像。該采樣的光圖像被引導(dǎo)到光電二極管702。所檢測到的光圖像可以被數(shù)字化處理(例如，使用離散余弦變換)以獲得波導(dǎo)27中的光的頻譜。

如圖9所示，進一步除去波導(dǎo)層706的額外部分以形成輸入耦合器720并限定波導(dǎo)的側(cè)壁。在闡述的示例中，輸入耦合器720包括光柵耦合器。充當輸入耦合器720的光柵耦合器有用于入射光(比如來自光發(fā)射器的入射光)的衍射和/或反射的預(yù)定的間距、蝕刻角度、和/或占空比，其中入射光可以被重新引導(dǎo)以便沿波導(dǎo)層706在預(yù)期方向上行進到光柵714。

如圖10所示，當輸入耦合器720和作為輸出耦合器的光柵714形成時，頂部電介質(zhì)層724被應(yīng)用或淀積在波導(dǎo)層706上。如圖11所示，金屬反射或光屏蔽層726被沉積在頂部電介質(zhì)層724上與充當輸出耦合器的光柵714相反的區(qū)域中。如圖12所示，附加的電介質(zhì)層728沉積在金屬反射層或光屏蔽層726上。如圖13所示，層728,724和623被蝕刻以形成過道(via)730。如圖14所示，熱噴墨電阻器734形成在電介質(zhì)層728上，并通過過道730與晶體管700電連接。如圖15所示，在層728和電阻器734上形成通道形成層738。在一個實施例中，層738包括一層透明的光致蝕刻材料，諸如環(huán)氧基負性光致抗蝕劑，比如su-8(已被溶解在諸如伽馬丁內(nèi)酯gbl或環(huán)戊酮的有機溶劑中的雙酚a酚醛環(huán)氧樹脂)。由圖16所示，層738進一步暴露并發(fā)展以形成微流體通道624。最后，如圖17所示，透明覆蓋層740形成或沉積層738上且在微流體通道624上方或跨越微流體通道624。在一些實施例中，透鏡另外地形成為與微流體通道624相對或在微流體通道624上方。

圖18是已完成的微流體光學(xué)流體傳感器620的俯視圖。如圖18所示，傳感器620包括微流體通道624、氣泡噴射慣性泵626、光學(xué)傳感器628、光源30(如圖2所示)、輸出632和控制及分析電子器件634。微流體通道624、氣泡噴射慣性泵626、光學(xué)傳感器628，光發(fā)射器30運行和執(zhí)行上述關(guān)于微流體通道24，氣泡噴射慣性泵26、光學(xué)傳感器28和光發(fā)射器30在上述關(guān)于系統(tǒng)20中的一般功能。這些部件中的每一個都整體形成在感測芯片上(如圖19所示)，感測芯片可包含包括基板622在內(nèi)的各種層。

輸出632可包括一裝置，通過該裝置，電子器件634的液體分析結(jié)果被顯示和/或存儲。在一個實施例中，輸出632包括顯示屏或監(jiān)視器。在一個實施例中，顯示屏幕或監(jiān)視器進一步用作輸入設(shè)備，包括觸摸屏。在一個實施例中，輸出632包括存儲器，其中可以存儲流經(jīng)微流體通道624的液體的感測和分析的數(shù)據(jù)。在一個實施例中，輸出632位于外部或獨立于提供傳感器620的其它部件的芯片，其中輸出632以有線或無線方式連接到電子器件634。

電子器件634可以包括一裝置，該裝置控制傳感器620的操作并接收來自光傳感器625的信號，并利用該信號(或以raw格式或該信號通過電子器件634被過濾、轉(zhuǎn)換或處理后)識別或確定流經(jīng)微流體通道624的流體的特性。例如，在一個實施例中，電子器件634，根據(jù)包含在非瞬態(tài)計算機可讀介質(zhì)或存儲器中的指令，分析來自光學(xué)傳感器628的信號，以識別微流體通道624內(nèi)的液體或微流體通道624內(nèi)流動的流體中的特定成分或細胞的計數(shù)或數(shù)量。在另一個實施例中，電子器件634根據(jù)在包含在非瞬態(tài)計算機可讀介質(zhì)中的指令，以識別微流體通道624內(nèi)的流體的特定成分或微流體通道624內(nèi)流動的流體中的成分的特性。該分析的結(jié)果被傳送到輸出632。

圖19和圖20示出微流體流體傳感器820，微流體傳感器20的另一實施例。微流體流體傳感器820類似于微流體流體傳感器620，除了傳感器820包括波導(dǎo)層824替代了波導(dǎo)層724。波導(dǎo)層824本身類似于波導(dǎo)層724，除了波導(dǎo)層824具有與波導(dǎo)層724的取向有90°的偏移。換言之，波導(dǎo)層824是水平取向的，使得波導(dǎo)層824具有充當輸出耦合器的光柵814，其面向水平方向而不是光柵714的豎直方向。這種結(jié)構(gòu)的一個優(yōu)點是，在一個實施例中，該結(jié)構(gòu)可以用單個影印步驟來制造，而不是用三個步驟。這些與微流體流體傳感器620的部件另外相對應(yīng)的微流體流體傳感器820的剩余部件也被類似地編號。

在圖1-20圖解的示例中，波導(dǎo)層706，波導(dǎo)層127或波導(dǎo)層327形成在基板22上，且在先前形成的光學(xué)傳感器28,328,702的頂部上方。在一個實施例中，使用集成電路互補金屬氧化物半導(dǎo)體(cmos)熱噴墨制造工藝形成波導(dǎo)層706、波導(dǎo)127或波導(dǎo)327。在這樣的制造工藝過程中，采用光掩模工藝，輸出耦合器38或光柵714,814被制造為與光傳感器28,328,702對準。結(jié)果，裝配復(fù)雜性可被降低。

圖21是用于形成作為每個上述微流體流體傳感器的一部分的光譜儀的示例方法900的流程圖。如方框910所示，在基板22上形成光學(xué)傳感器28,328或702。在一個實施例中，利用cmos制造工藝形成這種光學(xué)傳感器。如方框914所示，提供輸入耦合器36,720和輸出耦合器38或光柵714,814的波導(dǎo)層706沉積在基板22上。通過光掩模工藝，輸出耦合器38或光柵714,814分別精確地與光學(xué)傳感器28,328或702對準。如方框916所示，提供或形成光源以將光引導(dǎo)到輸入耦合器36,720。在一個實施例中，光源是通過形成透明的玻璃罩來提供的。在一個實施例中，光源還另外包括透鏡。在一些實施例中，光源包括光發(fā)射器，比如發(fā)光二極管。

如方框918所示，在如此形成的光譜儀用作微流體流體傳感器的一部分的應(yīng)用中，比如上述的這些，在波導(dǎo)上或上方形成微流體通道和泵。因此，每個部件都是通過逐層cmos制造工藝形成的，削減了用于光譜儀或使用光譜儀的微流體流體傳感器的任何裝配。

圖21示出由方法900的方框910,914和916形成的示例光譜儀1020的剖視圖。光譜儀1020包括基板22、波導(dǎo)層706、反射層1021和光學(xué)傳感器628?；?2和波導(dǎo)層706如上所述。反射層1021用作鏡子，保持波導(dǎo)層706內(nèi)的光。

如圖21所示，光學(xué)傳感器28直接形成在基板22上。波導(dǎo)層706形成在光學(xué)傳感器28的頂部上。反射層1021形成在波導(dǎo)層706的頂部上。因此，光譜儀1020可以由一堆層組成。在闡述的示例中，反射層1021不延伸到輸入耦合器720上方，使得外部光源1030能夠提供光到輸入耦合器720。如虛線所示，在其它實施例中，反射層1021可以延伸到輸入耦合器720上方并橫跨輸入耦合器720，其中，在輸入耦合器720下的基板22的部分(如附圖標記1023所示)可以被移除以形成光通路或可以被制成透明的。在這樣的實施例中，底層光源1030’可以將光引導(dǎo)到輸入耦合器720。

圖22示出使用圖21中的形成為單芯片的光譜儀1020以形成微流體流體傳感器1120。如圖22所示，微流體流體傳感器1120通過將第二芯片1121與光譜儀1020粘合而形成。第二芯片1121包括基板1122、電互連層1123、微流體通道1124、微流體泵1126和粘合層1128,1129?；?122包括支持電互連層1123和微流體泵1126的基板。在一個實施例中，基板1122基本上類似于基板22。

電互連層1123可以包括其中圖案化有導(dǎo)電跡線或?qū)Ь€以及用于選擇性地致動微流體泵1126的晶體管的電介質(zhì)層。在一個實施例中，電互連層1123類似于上面描述的層623、晶體管701和互連件704。如圖22所示，基板1122和電互連層1123的部分具有開口和/或是透明的，以促進來自光源1030的光傳輸通過基板1122和層1123并進入微流體通道1124。在圖解的示例中，芯片1121包括可選的透鏡1133，當芯片1121結(jié)合到提供光譜儀1020的芯片時，將來自光源1030的光聚焦在輸入耦合器720上。如圖22顯示，這樣的光入射到微流體通道1124中的流體攜帶的細胞或其他微粒1135(圖示地表示)上。

微流體通道1124包括尺寸和形狀被設(shè)置為與波導(dǎo)層706的輸入耦合器720相對延伸的通路。微流體通道1124通過微流體泵1126在來自光源1030的光和輸入耦合器720之間泵送流體。微流體泵1126類似于上面描述的微流體泵734。在圖解的示例中，微流體泵1126包括氣泡噴射慣性泵。在其他實施例中，微流體泵1126可以包括其它形式的泵，比如壓阻式慣性泵。

粘合層1128,1129促進芯片1121固定到光譜儀1022形成雙芯片微流體光譜儀或微流體流體傳感器1120。在一個實施例中，粘合層1128包含正硅酸乙酯(teos)。粘合層1129包括粘合劑或底漆(primer)。在其它實施例中，粘合層1128和/或1129可以包括其它粘合劑或其它粘結(jié)材料。由于光傳感器628和波導(dǎo)706的輸入耦合器714被形成在用于單基板的單芯片上，可以實現(xiàn)光學(xué)傳感器628和輸出耦合器714的對準，從而促進芯片1121和形成光譜儀1020的芯片的裝配具有更大的公差。

盡管本公開已參照示例的實施例進行描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到可以在形式和細節(jié)上進行更改而不偏離所要求保護的主題的精神和范圍。例如，雖然不同的示例實施例可能被描述為包含產(chǎn)生有益效果的特征，可以預(yù)見的是，所述特征在所描述的示例實施例或者在其他替代的實施例中，可以與其他特征進行互換或者選擇性地彼此結(jié)合。由于本公開的技術(shù)相對復(fù)雜，并非所有技術(shù)的變化都是可預(yù)見的。本公開參照示例實施例的描述和在下面的權(quán)利要求中的陳述顯然是為了盡可能寬泛。例如，除非特別說明，引用單一特定元素的權(quán)利要求也包含多個這樣的特定元素。