CN101493411A

CN101493411A - 生物芯片及其制备方法、以及应用生物芯片的装置

Info

Publication number: CN101493411A
Application number: CNA2008100008084A
Authority: CN
Inventors: 樊斌; 邵剑心
Original assignee: Mingying Optical Co Ltd
Priority date: 2008-01-22
Filing date: 2008-01-22
Publication date: 2009-07-29

Abstract

本发明公开了一种生物芯片及其制备方法，以及应用该生物芯片的装置。根据本发明的生物芯片包括至少一个检测单元以及至少一组生物分子探针，每个检测单元包括至少一个检测像素和至少一个参考像素，每个检测单元对应于一组相同的生物分子探针；每个检测像素包括阵列式半导体光学传感器中的一个半导体光学传感器以及阵列式光学滤波片中的一个光学滤光片，所述一个光学滤光片完全覆盖所述一个半导体光学传感器的表面；每个参考像素包括阵列式半导体光学传感器中的一个半导体光学传感器；每个光学滤光片具有特征波长，使得以所述特征波长为中心的预定宽度范围内的波长能够经过光学滤光片透射，而所述范围之外的波长不能透射。

Description

生物芯片及其制备方法、以及应用生物芯片的装置

技术领域

本发明涉及生物芯片，特别是一种带有特征光谱识别光敏传感器阵列的生物芯片。本发明还涉及该生物芯片的制备方法以及使用该生物芯片的装置。

背景技术

生物芯片(biochip)的原型是80年代中期提出的，发展至今已成为现代生命科学研究的核心技术之一。生物芯片包括基因芯片和蛋白芯片等，并广泛应用于生物科研、医疗诊断、司法鉴定等各个领域。

现有技术的基因芯片主要可分为三种类型：1)固定在聚合物基片(尼龙膜、硝酸纤维膜等)表面上的核酸探针或cDNA片段，通常用同位素标记的靶基因与其杂交，并通过放射显影技术进行检测；2)用点样法固定在玻璃板上的DNA探针阵列，通过与荧光标记的靶基因杂交进行检测；3)在玻璃等硬质表面上直接原位合成的寡核苷酸探针阵列，与荧光标记的靶基因杂交进行检测。其中，第一种类型的基因芯片由于其密度太低、样品和试剂的需求量大、定量检测不可靠等较多缺点，目前已基本被淘汰。而用点样法制备的基因芯片(通常也称为低密度基因芯片)和用原位合成方法制备的基因芯片(通常也称为高密度基因芯片)在目前都有着较广泛的应用。现有技术的蛋白芯片大多是基于抗原-抗体作用；抗原或抗体可固定在基片上，然后用荧光标记的相对应的抗原或抗体进行检测。

目前广泛应用的生物芯片基本上都是采用荧光检测的方法进行检测，最常用的检测方法主要有激光共聚焦扫描方法(见图1)和CCD相机检测方法。

图1示出了现有技术的利用生物芯片对基因进行检测的一种装置。图1的检测装置由激光源(未示出)、光路系统以及光接收装置构成，其中光接收装置是光电倍增管，而光路系统包括图中所示的分束器、物镜、发射滤波器、检测镜头、共焦针孔和用于转折光路的反射镜等。基因芯片置于图1所示检测装置中的物镜下，并使待测基因样品与基因芯片接触。现有技术的基因芯片是制作在玻璃等硬质基底上的基因探针阵列，当作了荧光标记的待测基因样品与之接触时，会发生杂交反应。在激发光(激光束)的照射下，与基因探针完全互补匹配的位置会发出最强的荧光。图1所示的检测装置用激光共聚焦方法逐点测量荧光的位置和强度，从而可以对待测基因样品进行分析和检测。这种检测方式的探测灵敏度很高，但测试速度很慢，操作也很复杂。一种可行的改进方法是用CCD相机取代光电倍增管，并用宽束激光照射，这种方法可以提高检测速度，但缺点是探测灵敏度很低。

在图1所示利用激光共聚焦扫描方法的检测装置中，由于采用高灵敏度的光电倍增管，所以其探测灵敏度可以很高，但设备也很昂贵。此外，由于其采用的是逐点检测的方法，所以测完整个生物芯片需要耗的时间很长，不能获得生物反应的实时信息。使用CCD相机检测方法的优点是检测速度较快，但需要一套较复杂的成像系统，造成其有效孔径较小。并且，由于荧光发射基本是全方位的球形发射，因此这种方法的探测灵敏度很低。另外，由于成像光学系统的像差等误差影响，可能会带来串音等测量误差，尤其是对于高密度基因芯片的检测更是如此。对于多荧光光谱的检测，无论是采用光电倍增管还是CCD相机的检测装置都需要进行更换光学滤光片的操作，这也会带来一定的误差，且对获得实时反应信息造成了限制。

因此，有必要对现有技术的生物芯片及其检测方法作进一步的改善。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种探测灵敏度高、检测时间快、且适用于多荧光光谱检测的新型生物芯片。本发明还提供了制备该生物芯片的方法以及利用该生物芯片对生物样品进行检测的装置。

根据本发明一种实施例的生物芯片包括至少一个检测单元以及至少一组生物分子探针，每个检测单元包括至少一个检测像素和至少一个参考像素，每个检测单元对应于一组相同的生物分子探针；每个检测像素包括阵列式半导体光学传感器中的一个半导体光学传感器以及阵列式光学滤波片中的一个光学滤光片，所述一个光学滤光片完全覆盖所述一个半导体光学传感器的表面；每个参考像素包括阵列式半导体光学传感器中的一个半导体光学传感器；每个光学滤光片具有特征波长，使得以所述特征波长为中心的预定波长宽度范围内的波长能够经过光学滤光片透射，而所述范围之外的波长不能透射。

上述特征波长通常就是待测荧光光谱的波长。根据本发明，检测像素只接收和测量该荧光光谱的能量；而参考像素用来探测激发光源的能量，并将两种像素的输出相结合而得到所需的检测结果。为避免因激发光源的能量较强而使传感器饱和，参考像素上可以覆盖有中性光学衰减薄膜。已镀有光学滤光片和中性光学衰减薄膜的阵列式半导体光学传感器的表面可以再镀上一层介质保护层，并可以用化学或机械抛光方法将介质保护层加工成光滑的完整平面。这样既可以保护传感器的电路，防止可能的液体侵入，又可以给后续的生物分子探针加工提供方便。

生物分子探针阵列可以直接用点样法或原位合成法等方法制作在已经过适当表面修饰的所述介质保护层的表面，也可以先制作到另一片透明材料的基底上，然后以面向介质保护层的方式结合到介质保护层的表面上。每个测量单元对应于一组相同的生物分子探针。

利用本发明的生物芯片对生物样品进行检测的装置包括生物芯片、激发光源以及信息处理部分。以基因检测为例，此时生物芯片上的生物分子探针即为基因探针。当已作了荧光标记的待测基因样品接触到所述基因探针上时，它将与基因探针发生杂交反应，当待测基因样品的某一序列与基因探针完全互补匹配时，这一杂交反应最完全，在适当激发光的照射下，这一位置发出最强荧光，该荧光的光谱如果落在光学滤光片的以特征波长为中心的所述预定波长宽度范围内，则将穿过光学滤光片而被阵列式光学传感器中的检测像素所接收，得到的荧光的强度和位置信息被输入到信息处理部分。参考像素会接收到激发光的强度分布信息，其结果也输入到所述信息处理部分，与荧光强度和位置信息一同进行分析处理。

蛋白质检测过程也与之类似，只不过反应是基于抗原-抗体反应。

优选地，根据本发明的生物检测装置中还可以加入温度控制系统，以帮助控制反应，同时还能实时监测反应过程，例如，实时聚合酶链式反应(PCR)检测。

根据本发明，可以利用半导体工艺以低成本、高可靠性、大规模地制造出生物芯片，并可以利用这样的芯片方便地制作出探测灵敏度高、检测速度快、能同时检测多个荧光光谱、能实时监测反应过程、且体积极小、成本很低的生物检测装置。

附图说明

图1是现有技术的一种生物芯片扫描仪的示意图。

图2是根据本发明一种实施例的生物芯片的局部俯视示意图。

图3是图2所示生物芯片的局部剖视示意图。

图4示出了根据本发明的生物芯片上所用的光学滤光片的示例性透过率曲线图。

图5示出了采用本发明的生物芯片的生物检测装置的一种示例。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的示例性实施例进行说明，以便更好地理解本发明的目的、技术方案以及优点。在本申请的说明中，相同的标号表示相同的元件。

图2示出了根据本发明一种实施例的生物芯片10的局部俯视示意图。在俯视图中，生物芯片10可以划分为一个或多个检测单元100，例如，图2的局部俯视图中示出了四个完整的检测单元100。每个检测单元100包括多个像素，这些像素中包括至少一个检测像素和至少一个参考像素。在需要对多个荧光特征波长进行检测的情况下，可以设置多组检测像素，并使各组检测像素表面所带的光学滤光片分别针对不同的波长。例如，在本实施例中，生物芯片10的每个检测单元100包括两组检测像素，其中，一组12个检测像素101用于检测CY5荧光(其特征波长在655nm～685nm之间)，另一组12个检测像素102用于检测CY3荧光(其特征波长在565nm～595nm之间)。在本实施例中，每个检测单元100包括一个参考像素103。

图3示出了根据本实施例的生物芯片10沿图2中III-III线所取的局部剖视示意图。根据本实施例的生物芯片10的结构至少包括基底99以及位于基底99上方的光谱层98。优选地，生物芯片10还可以包括位于光谱层98上方的保护层104以及位于保护层104上方的表面修饰层105。

基底99包括多个半导体光学传感器，这些半导体光学传感器在图3所示坐标系的x-y平面内以阵列方式排列。例如，本发明中以阵列方式排列的多个半导体光学传感器可以通过电荷耦合器件(CCD)面阵传感器、互补金属氧化物半导体(CMOS)面阵传感器、红外阵列传感器或雪崩二极管阵列传感器等方式实现。在这些传感器中，雪崩二极管阵列传感器具有最高的探测灵敏度。但近年来随着数码相机、可照相手机的迅猛发展，CCD面阵传感器和CMOS面阵传感器的技术已十分成熟，像素数最高、且成本最低，因此是本发明使用的阵列式的半导体光学传感器优先选择。

图2中的每个检测像素包括基底99中的一个半导体光学传感器，每个参考像素也包括基底99中的一个半导体光学传感器。其中，每个检测像素101、102的表面上带有滤光片，该滤光片能够完全覆盖对应的检测像素101、102表面，优选为使其形状、大小与对应的检测像素101、102表面相同或基本相同。

各个检测像素101、102上的光学滤光片起光学带通滤波器作用，它们分别能够透射以相应的特征波长为中心的预定宽度范围内的波长；而使该范围之外的其他波长不能透射。在本申请中，“不能透射”表示相应波长的透射率低于根据需要而预定设定的阈值，例如，在所述其他波长的透射率低于1％、0.1％或0.01％的情况下，即可认为其不能透射。图4中以检测CY3荧光的滤光片为例，示出了滤光片的光谱透射率曲线形状的一种典型示例。在图4中，透射的特征波长中心约为575nm，透射的波长宽度(即带通滤波器的通带宽度)约为14nm，对于其相应的激发光(波长为532nm)的透过率小于0.01％。对于检测其他波长所用的滤光片，其特征波长的中心也相应地位于所述其他波长处；透射的波长宽度可以同样是14nm，也可以是其他数值。各个滤光片透射的波长宽度优选为2nm-50nm之间的数值。

参考像素103用于检测激发光的强度和分布。参考像素103可以保持为不带滤光片的状态。但是，激发光的强度通常较强，有可能使参考像素103的输出信号饱和，因而参考像素103优选地镀有中性光学衰减薄膜以减弱输入光强度。这里，“中性光学衰减薄膜”表示可以对半导体光学传感器整个响应范围内的波长进行大致相同程度衰减的膜层。所述中性光学衰减薄膜例如可以包括适当厚度的金属Cr、Ni、Ti、Rh及其合金，其透过率例如可以在0.1％～10％之间。

由各个检测像素101、102上的光学滤光片构成图3中的光谱层98；在参考像素103上带有中性光学衰减薄膜的情况下，由各个检测像素101、102上的光学滤光片以及各个参考像素103上的中性光学衰减薄膜一同构成图3中的光谱层98。

图2和图3所示的生物芯片10可以同时对CY5和CY3两个荧光特征波长进行检测，其每个检测单元100包括总共25个像素，即1个参考像素和两组各12个检测像素。但应当明白，这些数目仅仅是示意性的，实际的检测单元数目和每个检测单元中包括的总像素数目、检测像素数目和参考像素数目都可以根据实际需要来确定。一般说来，根据生物分子探针阵列的密度不同，每个生物芯片的检测单元数目可以在1～500,000个之间。每个检测单元可以包括1～10组检测像素，用于对1～10个不同的检测光谱范围进行检测，其中每个组中的光学滤光片具有相同的特征波长。每个检测单元中包括的检测像素数目可以在1～40,000个之间，而每个检测单元中包括的参考像素数目例如可以在1～100个之间。

在图2所示的实施例中，各个检测单元以矩阵方式排列，但本发明不限于此，各个检测单元也可以以环状或其他方式排列。另外，在图2所示的实施例中，参考像素103位于检测单元的中心处，检测像素在周边区域交替排列。但本发明的每个检测单元中检测像素和参考像素的位置分布不限于图2所示情况，而可以根据实际情况来具体选择。

在本发明中，每个检测像素101和102上的光学滤光片和每个参考像素103上的光学衰减薄膜都可以直接制作在半导体光学传感器表面上，其制作可以完全通过半导体工艺来进行，或者采用与半导体工艺兼容的制作工艺。例如，其制作工艺可以包括化学气相沉积(CVD)、溅射、真空蒸发、或新型的激化辅助溅射(Radical Assisted Sputtering，RAS)工艺等，并可以采用光刻加刻蚀、抬离(lift off)、或刻蚀和抬离相结合的方法来进行图案化，还可以包括必要的清洗、抛光、去胶等步骤。

所述光学滤光片可以包括由交替排列的高折射率介质材料层和低折射率介质材料层组成的多层膜结构。其中，高折射率介质材料可以包括但不限于下列材料中的至少一种：TiO₂、Nb₂O₅、Ta₂O₅、HfO₂、Si₃N₄；低折射率介质材料可以包括但不限于下列材料中的至少一种：Al₂O₃、MgF₂、SiO₂。具体的制作工艺在题为“一种用于制作微滤光片阵列的新工艺”的中国专利申请No.200610098836.5和题为“特征光谱识别芯片、其制造方法及使用该芯片的检测装置”的中国专利申请No.200710145713.7中已有描述，因此这里不再进行详细叙述。

各检测像素101和102上的光学滤光片和参考像素103上的光学衰减薄膜厚度通常是不相同的；另外，这些膜层之间还可能存在缝隙。因此，生物芯片10的表面形貌可能会是高低不平的，并可能对此后的生物分子探针制作带来影响。因此，在上述光学滤光片和光学衰减薄膜制作完成之后，优选地可以在其上增加保护层104，并使保护层104的表面平坦化，从而使整个生物芯片10的表面平坦，以有利于后续的生物分子探针制作过程。另外，保护层104还可以起到保护阵列式半导体光学传感器中的集成电路的作用，从而可以避免在生物分子探针制作过程中或以后将待测样品滴入其内时可能造成的液体侵入等不良影响。

保护层104优选为透明的致密介质材料。可以采用例如PECVD工艺制备的SiO₂或SiN_x薄膜作为保护层104，其厚度可以是大约0.05～50μm，优选为2～20μm。但是本发明的制作工艺不限于PECVD，而是也可以采用其他适宜的加工工艺来进行，例如溅射工艺，特别是激化辅助溅射工艺，也可以是旋涂等化学涂敷工艺。在形成保护层104中的薄膜后，采用化学或机械抛光方式，例如化学机械抛光(CMP)工艺，将整个表面处理成一个光滑的平面，以利于后道工序的加工。

在制备生物芯片时，希望基底表面是平整、洁净、均一的，而且自发荧光低。用化学试剂对基底表面进行表面修饰可以制备表面富含活性基团的基片，这种活性基团适合连接生物分子。在本发明的上述实施例中，例如在所述保护层104是一层二氧化硅膜的情况下，可以通过酸碱处理，在这层二氧化硅膜上形成很多硅羟基，从而有利于表面键合和表面涂敷。其中，表面键合是把含反应活性基团的化合物通过共价键直接连接在基片表面上形成具有化学活性的单分子层。有机硅烷化试剂是一类常用的表面处理化学试剂，它们大多是偶联剂，例如3-氨基丙基三乙氧基硅烷。表面涂敷是通过非共价键方式在基片材料表明形成薄膜层。丙烯酰胺、聚赖氨酸、硝酸纤维素和琼脂糖是常用的表面涂敷材料。这些表面涂敷层有时也含反应活性基团。

如图3所示，经过上述表面修饰，已经过抛光的保护层104的表面上可以生成一层由活性有机化合物薄膜构成的表面修饰层105，并可以将生物分子探针阵列200直接制作在表面修饰层105上。

在已处理好的基片上制作生物分子探针阵列200的过程通常称为“固定”，即采用湿盒培养、烘烤、紫外交联等方法在已处理好的基片上键合各种生物分子，如DNA、蛋白质、多肽、酶、抗原、抗体甚至细胞等。以基因(DNA)探针为例，固定过程所用的方法可以是点样法或原位合成法等方法。点样法利用高速精密机械手等方式将生物分子放置到芯片表面上指定的位置，并包括接触式点样方法和非接触式点样方法。而原位合成法是基于微电子工业中广泛使用的微加工方法，利用光掩膜或微镜技术等方式在预定位置导入紫外光以引发原位合成反应，从而逐步合成高密度寡聚核苷酸阵列。对于点样法的详细说明可以参见《生物芯片分析》(科学出版社，2004年版)，而原位合成法的详细说明可以参见美国专利5,744,305，这些文献通过引用而全文结合于此，而本申请中为简明起见将不对这些方法进行详细说明。在通过固定将生物分子探针阵列200结合到表面修饰层105上后，还可以用一些试剂对所得的芯片进行处理，将芯片表面没有固定生物分子的活性基团反应掉，以降低后期芯片使用过程中表面的非特异吸附，提高芯片的灵敏度。这一过程通常称之为“封闭”，所用的试剂称为封闭剂。常用的封闭剂有硼氢化钠、三乙醇胺、BSA等。

在上述固定过程中，在每个检测单元上固定预定的生物分子探针，并使同一检测单元上的生物分子探针都是相同的，而不同检测单元上的探针是不同的。这样，在使用中即可根据各检测单元上的反应情况来确定待测样品的生物特性。

图5示出了用本发明的生物芯片来进行生物检测的一种装置的实施例。激发光源11(通常为固体激光器或激光二极管)发出的光束经光学透镜12、导光板13、和全息片14后，均匀准直地照射到生物芯片10上。以基因检测为例，由于生物芯片10上已接触到作了荧光标记的待测样品，会根据待测样品与基因探针的序列匹配与否，发生程度不一的杂交反应。在激发光的照射下，根据杂交反应程度的不同，所激发出的荧光强度也不同。由各检测像素测出其对应的荧光强度和位置，连同参考像素测出的各位置的激发光强度，一起输入到信息处理部分20，再与预知的各检测单元上的基因探针序列相比较，即可得到检测结果。其中，光学透镜12和导光板13可以帮助激发光束均匀地照射到基因芯片10上。为了进一步提高光照均匀性并提高光强度，还可以采用并排设置多个激发光源的方式(如激光二极管组)。同时，如果采用不同波长的多个激发光源(例如：激发CY5荧光的635nm波长固体激光和激发CY3荧光的532nm波长固体激光)并排设置的方式，还可以实现多荧光光谱同时的实时检测。全息片14可以帮助激发光束基本准直地照射到基因芯片10上，并抑制斜入射情况的发生。此外，全息片14的表面还可以镀有只透过激发光波长、而对其它光波长有高反射率的光学滤光片，从而可以将向外发射的荧光也反射回检测单元，进一步提高检测效率。

除了基因检测外，图5的装置还可以对其它生物特性进行检测，如蛋白质的抗体-抗原等。对于某些生物特性检测，需要监测反应的实时过程，而且反应过程与温度关系很大，如聚合酶链式反应(PCR)等。在此情况下，该装置还可以在生物芯片10附近或生物芯片10上(例如在生物芯片10的背面侧)加入温度控制装置30，对生物芯片表面的反应温度进行控制。可以将温度数据也输入到信息处理部分20并由其进行反馈控制。优选地，温度控制装置30可以是半导体加温、冷却装置，该装置通过对所加电压的极性进行控制来实现所需的加温或者冷却。

现有技术的检测装置，例如图1所示的装置，是出于传统的医学检测方式来构成的，其中激发光源、光路系统以及接收装置等集中设置在一个复杂的检测装置中，而生物芯片仅仅作为一种搭载了“试剂”的测试载体置于检测装置中。根据本发明的生物芯片以及检测装置提供了与此完全不同的思路。通过在生物芯片中利用成熟廉价的半导体工艺直接制作阵列式半导体光学传感器，图5的装置可以实现并联测量方式，而不必通过扫描来测量荧光分布，因而可以省去传统测量装置中复杂的扫描系统，减小了体积、成本并大大减少了检测时间。而且，由于检测像素与荧光源的距离非常近，因而省去了传统测量装置中复杂的成像系统，这同样可以减小体积、成本，还可以消除像差等影响并大大提高探测灵敏度。此外，该装置还可以同时实现多荧光光谱的实时检测，这是其它现有检测装置都不具备的功能。

图5的装置中的激发光源除了固体激光器外，也可以是其它类型的激光，或是带有窄带滤光片的宽带光源。光学透镜12、导光板13以及全息片14等元件也可以由相同或类似功能的器件来代替。

需要说明的是，上述实施例只是用于对本发明进行更直观的说明，本发明的范围不局限于这些具体的实施例，而由权利要求来限定。

Claims

1.一种生物芯片，其特征在于，

所述生物芯片包括至少一个检测单元以及至少一组生物分子探针，每个所述检测单元包括至少一个检测像素和至少一个参考像素，每个所述检测单元对应于一组相同的生物分子探针；

每个所述检测像素包括阵列式半导体光学传感器中的一个半导体光学传感器以及阵列式光学滤波片中的一个光学滤光片，所述一个光学滤光片完全覆盖所述一个半导体光学传感器的表面；

每个所述参考像素包括所述阵列式半导体光学传感器中的一个半导体光学传感器；

每个所述光学滤光片具有特征波长，使得以所述特征波长为中心的预定波长宽度范围内的波长能够经过所述光学滤光片透射，而所述范围之外的波长不能透射。

2.根据权利要求1所述的生物芯片，其特征在于，每个所述检测单元中的所述检测像素被划分为至少一个组，使每个所述组中的光学滤光片具有相同的特征波长。

3.根据权利要求1所述的生物芯片，其特征在于，所述预定波长宽度范围的大小在2nm-50nm之间。

4.根据权利要求1所述的生物芯片，其特征在于，每个所述检测单元中的所述检测像素的数目为1～40000个。

5.根据权利要求1所述的生物芯片，其特征在于，每个所述参考像素的表面覆盖有中性光学衰减膜层。

6.根据权利要求5所述的生物芯片，其特征在于，所述中性光学衰减膜层的透过率为0.1％～10％。

7.根据权利要求1所述的生物芯片，其特征在于，每个所述检测单元中的参考像素数目为1～100个。

8.根据权利要求1所述的生物芯片，其特征在于，所述光学滤光片包括由交替排列的高折射率介质材料层和低折射率介质材料层组成的多层膜结构。

9.根据权利要求1所述的生物芯片，其特征在于，所述光学滤光片通过半导体工艺直接制作在所述半导体光学传感器的表面上。

10.根据权利要求9所述的生物芯片，其特征在于，所述半导体工艺包括从下列处理步骤构成的组中选择的一个或多个处理步骤：化学气相沉积、溅射、真空蒸发、激化辅助溅射、光刻、刻蚀、抬离、清洗、抛光、去胶。

11.根据权利要求8所述的生物芯片，其特征在于，所述高折射率介质材料包括下列材料中的至少一种：TiO₂、Nb₂O₅、Ta₂O₅、HfO₂、Si₃N₄。

12.根据权利要求8所述的生物芯片，其特征在于，所述低折射率介质材料包括下列材料中的至少一种：Al₂O₃、MgF₂、SiO₂。

13.根据权利要求1所述的生物芯片，其特征在于，所述半导体光学传感器是下列传感器中的一种：电荷耦合器件传感器、互补金属氧化物半导体传感器、红外光电传感器阵列或雪崩光电传感器阵列。

14.根据权利要求1所述的生物芯片，其特征在于：所述检测单元的数目为1～500000个。

15.根据权利要求1所述的生物芯片，其特征在于，所述各检测单元的表面带有透明介质制成的保护层，所述保护层的厚度为0.05μm～50μm。

16.根据权利要求15所述的生物芯片，其特征在于，所述介质保护层的表面为经化学或机械抛光处理而成的光滑平面。

17.根据权利要求2所述的生物芯片，其特征在于，至少一组所述光学滤光片的特征波长在565nm～595nm之间。

18.根据权利要求2所述的生物芯片，其特征在于，至少一组所述光学滤光片的特征波长在655nm～685nm之间。

19.一种生物芯片的制备方法，包括下列步骤：

a)提供至少一个检测单元，其中，每个所述检测单元包括至少一个检测像素和至少一个参考像素；每个所述检测像素包括阵列式半导体光学传感器中的一个半导体光学传感器以及阵列式光学滤波片中的一个光学滤光片，所述一个光学滤光片完全覆盖所述一个半导体光学传感器表面；每个所述参考像素包括所述阵列式半导体光学传感器中的一个半导体光学传感器；每个所述光学滤光片具有特征波长，使得以所述特征波长为中心的预定宽度范围内的波长能够经过所述光学滤光片透射，而所述范围之外的波长不能透射，以及

b)在所述至少一个检测单元上设置至少一组生物分子探针，使每个所述检测单元对应于一组相同的生物分子探针。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，在所述步骤a)与b)之间，还包括下列步骤：

c)给每个所述检测单元的表面设置由透明介质制成的保护层。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述步骤b)通过执行下述步骤来完成：

b1)用表面修饰方法在所述介质保护层上提供活性有机化合物薄膜；

b2)在所述步骤b1)得到的活性有机化合物薄膜上使用直接点样法或原位合成法制作所述生物分子探针；以及

b3)用封闭剂对步骤b2)所得的生物芯片进行封闭处理。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述表面修饰方法选自由键合、涂覆、浸涂、旋涂组成的组。

23.一种生物芯片检测装置，其特征在于，

所述装置包括激发光源、信息处理部分以及根据权利要求1-18中任一项所述的生物芯片，其中，所述激发光源用于发出照射到待测样品上以激发出荧光的激发光，所述生物芯片中的所述检测像素接收所述荧光从而测出所述荧光的位置和强度，所述生物芯片中的所述参考像素用于测出所述激发光的强度和分布，所述信息处理部分用于对所述生物芯片中检测像素和参考像素的输出信号进行分析。

24.根据权利要求23所述的装置，其特征在于，所述激发光源是至少一组窄带发光光源。

25.根据权利要求24所述的装置，其特征在于，所述窄带发光光源包括下列任意一项：激光器、激光二极管、激光二极管组、带有窄带光学滤光片的发光源。

26.根据权利要求24所述的装置，其特征在于，所述激发光源中至少有一组的光波长为532nm。

27.根据权利要求24所述的装置，其特征在于，所述激发光源中至少有一组的光波长为635nm。

28.根据权利要求23所述的装置，其特征在于，所述生物芯片检测装置包括温度控制装置，用于对所述生物芯片的温度进行控制。