CN101652643A - 发光传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种发光传感器(20)，包含至少一个腔体(22)和由至少第一传导格栅(11)形成的至少一个滤光器，该至少第一传导格栅(11)包含多个导线(12)，其中该至少第一传导格栅(11)的导线(12)的至少一个连接到温度控制装置，用于控制该传感器内至少一个腔体(22)的温度。

Description

发光传感器
发明领域
本发明涉及例如发光生物传感器或发光化学传感器的发光传感器、制造该发光传感器的方法、以及使用该发光传感器来探测由存在于样品流体内的一个或多个发光体产生的发光辐射且同时加热和/或确定该样品流体的温度的方法。
背景技术
发光分析例如荧光分析是生物化学和分子生物物理学领域中最广泛使用的技术之一。发光探测方法例如荧光探测方法颇具吸引力，因为许多当前生物化学协议已经包含发光标签例如荧光标签。因此，基于芯片的测定(assay)可以容易地结合到已有协议中而不改变该生物化学。发光探测例如荧光探测可以在分析芯片的各种应用中使用，例如DNA扩增期间对光学信标的荧光探测、对标记蛋白质的荧光探测、对染色细胞的荧光探测、以及对表面上的固定化或杂化(标记)核酸的荧光探测。例如桑格测序(Sanger sequencing)和聚合酶链式反应(PCR)的反应已适用于发光标记方法。
一般而言，如图1所示，可以使用光学探测系统10来完成对源于设置在生物芯片的载体2上的发光样品1的发光信号的探测；该光学探测系统示于图1，可包含光源3、例如发光过滤器4和激发过滤器5的光谱滤光器、以及例如CCD相机7的光学传感器，位于工作台顶(bench-top)/实验室机器中来确定所存在的发光体的数量。光学探测系统10可进一步包含位于发光样品1和发光过滤器4之间的透镜6。
在工作台顶/实验室机器中使用的这一光学探测系统10通常需要昂贵的光学部件来采集和分析发光信号。具体而言，具有陡峭波长截止的昂贵滤光器(即，高选择性的过滤器)被使用以获得这些光学系统所需的灵敏度，因为激发光谱(吸收)和发射光谱(发光)之间的偏移(所谓的斯托克斯频移)小(＜50nm)。此外，发光强度通常比激发强度低106量级。因此，基于发光的光学系统中背景信号的主要来源是由激发光的探测部分引起。
在生物技术应用中，温度控制是至关重要的，其中受控加热提供如下功能能力，例如混合、固体试剂的溶解、蛋白质和核酸的热变性、样品内分子的增强的扩散速率、以及表面结合系数的修正。许多反应，包括DNA扩增技术、配体结合、酶促反应、延伸、转录和杂化反应通常是在优化的受控温度下进行。此外，对于操作热致动的泵以及可逆或不可逆阀而言，温度控制是关键的。
要求可再现和精确温度控制的生化过程的最好例子为用于使用PCR(聚合酶链式反应)的DNA扩增的高效热循环。PCR为针对核酸分子的温度受控和酶介导扩增技术，通常由三个反应步骤的周期性重复构成：在92-96℃的变性步骤，在37-65℃的退火步骤以及在～72℃的延伸步骤。PCR可以在短时间内生成特定DNA目标序列的数百万个相同拷贝，且因此已经在许多诊断、环境和法医实验室中成为例行使用的程序来识别和探测特定基因序列。快速热传递对于高效PCR的进行而言是至关紧要的，且这使得温度控制成为PCR系统内的关键特征。
然而，实时PCR的探测灵敏度主要由发光信号与激发背景比率决定。为了具有高的探测灵敏度，主要由到达探测器的部分入射激发光引起的背景信号应尽可能地被抑制。此外，由于诸如PCR的过程经常要求可再现和精确的温度控制，在其中进行这些过程的装置需要有例如电阻器等的可控加热装置。这增加了这些装置的成本，因为需要添加附加部件到该装置且因此需要附加的加工步骤。
发明内容
本发明的目的是提供一种优良的发光传感器、一种制造该发光传感器的优良方法、以及一种探测由存在于样品流体内的一个或多个发光体产生的发光辐射且同时加热和/或确定该样品流体的温度的方法。
上述目的由根据本发明的方法和装置来实现。
在第一方面，本发明提供一种发光传感器，其包含由至少第一传导格栅例如线栅形成的至少一个过滤器。该过滤器优选地是基于偏振过滤。本发明第一方面涉及一种发光传感器，该传感器包含至少一个腔体(22)和由至少第一传导格栅(conductive grating)(11)形成的至少一个滤光器，该至少第一传导格栅(11)包含多个导线(wire)(12)，
其中该至少第一传导格栅(11)的导线(12)中的至少一个导线连接到用于控制该传感器内至少一个腔体(22)的温度的温度控制装置。按照本发明实施例的发光传感器成本低，因为温度控制电极和高质量滤光器组合在该传导格栅内。两者都可以通过单一简单工艺来提供。此外，传导格栅例如线栅可以提供均匀的加热，这使得例如在实时PCR时可在样品内获得高的温度均匀性。此外产生了局部加热反应腔体的可能性。
按照本发明实施例的发光传感器可进一步包含由至少第二传导格栅形成的至少第二滤光器。这些实施例使得探测器上的入射辐射得到抑制，同时允许至少部分的发光辐射到达探测器。在这一发光传感器中，该第一传导格栅可具有第一类型的偏振透射且该第二传导格栅可具有第二类型的偏振透射，该第一和第二类型的偏振透射彼此不同。这样，集成在发光传感器内的用于交叉偏振器的该至少两个传导格栅使得可以良好地抑制背景信号，同时允许发光辐射到达探测器。
该第二传导格栅可包含多个导线。该第二传导格栅的至少一个导线可适于用作温度控制电极。对于仅存在至少第一传导格栅的情形，这使得局部加热得到改进。
按照本发明实施例的发光传感器优选地包含反应腔体，该反应腔体具有由基板的表面形成的第一侧面，且至少一个传导格栅可形成在该反应腔体的第一侧面上。
按照本发明实施例的发光传感器可包含反应腔体，该反应腔体具有由与基板分隔开且大致平行于该基板的盖形成的第二侧面。至少一个传导格栅可随后形成在该反应腔体的第二侧面上。
按照本发明实施例的发光传感器可进一步包含用于探测发光辐射的探测器。该发光辐射可由存在于该发光传感器的反应腔体内的发光体受到激发辐射照射时产生。
该探测器可以在该发光传感器外部，即，该探测器可以是非集成探测器。该探测器可置于该发光传感器的其中激发辐射进入该发光传感器的侧面的同一侧面。可选择地，该探测器可置于发光传感器的第一侧面，而激发辐射可以在其第二侧面进入该发光传感器，即，激发辐射源置于其第二侧面，该第一侧面和第二侧面关于该反应腔体彼此相对。
在本发明实施例中，发光传感器可进一步包含位于该发光传感器和该探测器之间的探测器过滤器。这防止入射激发辐射到达探测器。
在按照本发明实施例的可供选择的实施例中，该探测器可集成在该发光传感器内。这是有利的，因为被探测的发光辐射的强度可以提高。此外，成本可以降低。此实施例尤其对于便携手持传感器是有利的，因为发光辐射的芯片上探测提高了探测的速度和可靠性。
按照本发明实施例的发光传感器可进一步包含驱动装置，用于驱动适于用作温度控制装置的该至少一个传导格栅的至少一个导线。该驱动装置可以是电流源或电压源。
在根据本发明实施例的发光传感器中，该至少一个导线可以是加热器的一部分。
在根据本发明实施例的发光传感器中，该至少一个导线可以是温度传感器的一部分。
按照本发明实施例的发光传感器优选地包含多个第一传导格栅，其中该多个第一传导格栅可逻辑地排列成行和列。措辞″列″和″行″用于描述链接在一起的阵列元件的集合。该链接可以是行和列笛卡尔阵列的形式，然而本发明不限于此。本领域技术人员将理解，列和行可以容易地互换且在此公开内容中这些措辞认为是可互换的。另外，非笛卡尔阵列可被构造且为本发明范围所涵盖。相应地，措辞″行″和″列″应宽广地解释。为了便于宽广解释，在此可参考″逻辑组织的行和列″。这是指传导格栅集合按照拓扑线性交叉方式链接在一起；然而，物理或拓扑布置不是必需如此。该多个传导格栅可以布置成阵列的形式。根据本发明实施例，行和列可以布置成形成热处理阵列的矩阵。
该发光传感器可进一步包含行选择驱动器和列选择驱动器用于寻址该矩阵内的传导格栅。
根据本发明实施例，上述传导格栅的一个或多个可以是线栅。
按照本发明实施例的发光传感器可进一步包含优选使用大面积电子技术例如a-Si、LTPS、有机TFT等的有源开关元件，例如薄膜晶体管(TFT)、二极管、MIM二极管。这些有源开关元件可用于引导电学控制信号或致动信号(例如加热电流)，或者用作电流源(见进一步描述)。
按照本发明实施例的发光传感器可以是发光生物传感器，例如荧光生物传感器。
在第二方面，本发明提供一种用于制造发光传感器的方法，该发光传感器用于探测由至少一个发光体产生的发光辐射并供温度控制装置使用。该方法包含：提供至少第一传导格栅作为优选基于偏振的至少一个滤光器，该传导格栅包含多个导线，以及其中该至少第一传导格栅的导线中的至少一个导线连接到温度控制装置。该制造方法成本低，因为其组合了温度控制电极和高质量滤光器，并且两者都可以通过单一简单工艺来提供。
根据本发明实施例的方法可进一步包含通过提供至少第二传导格栅来提供基于偏振的至少第二滤光器。
该至少第一和/或该至少第二传导格栅可以是线栅。
在根据本发明实施例的方法中，提供至少第一传导格栅可以通过提供表现第一类型的偏振透射的传导格栅来执行，提供至少第二传导格栅可以通过提供表现第二类型的偏振透射的传导格栅来执行，该第一和第二类型的偏振透射彼此不同。该至少两个传导格栅例如线栅由此形成集成在发光传感器内的交叉偏振器。这提供了对背景信号的良好抑制同时允许发光辐射到达探测器。
根据本发明实施例的方法可进一步包含提供用于探测发光辐射的探测器。提供探测器可以通过在该发光传感器的基板内提供探测器来执行。这样，所探测的发光辐射的强度可以提高。此外，成本可以降低，因为不需提供分离的探测器。该实施例对于便携手持传感器是有利的，因为发光辐射的芯片上探测改善了探测的速度和可靠性。
在根据本发明实施例的方法中，提供至少第一传导格栅可以通过提供逻辑排列成行和列的多个传导格栅来执行。措辞″列″和″行″用于描述链接在一起的阵列元件的集合。该链接可以是行和列笛卡尔阵列的形式，然而本发明不限于此。本领域技术人员将理解，列和行可以容易地互换且在此公开内容中这些措辞认为是可互换的。另外，非笛卡尔阵列可被构造且为本发明范围所涵盖。相应地，措辞″行″和″列″应宽广地解释。为了便于宽广解释，此处可参考″逻辑组织的行和列″。这是指传导格栅集合按照拓扑线性交叉方式链接在一起；然而，物理或拓扑布置不是必需如此。根据本发明实施例，行和列可以布置成形成热处理阵列的矩阵。
在第三方面，本发明提供一种用于探测由样品流体内发光体发射的发光辐射且同时加热该样品流体的方法。该方法包含：使用激发辐射照射该发光体；使用由至少第一传导格栅形成的至少一个滤光器，用于选择性透射特定类型的发光辐射，该第一传导格栅包含多个导线；以及驱动该至少第一传导格栅的至少一个导线，用于至少局部加热该样品流体；以及探测发光辐射。在本发明实施例中，所探测的发光辐射可以是由该传导格栅透射的发光。在本发明的可供选择的实施例中，所探测的发光辐射可以是由该传导格栅反射的发光与直接源于发光体的发光的组合。本发明这一方面的优点是不需要附加外部加热装置，均匀加热是可能的。
在根据本发明第三方面的实施例的方法中，传导格栅的所有导线可以同时被驱动，其中驱动该导线可以通过使电流流过该导线来执行。可选择地，驱动该导线可以通过将该导线的一端置于预定电势来执行。
在根据本发明第三方面的实施例的方法中，传导格栅的所有导线是可驱动的，其中该导线一个接一个分段被驱动。
根据本发明实施例的方法可进一步包含：通过测量该传导格栅的至少一个导线上的电压来确定样品流体的温度变化，根据传送流过该至少一个导线的电流和该至少一个导线上测量的电压，确定该至少一个导线的电阻率变化，以及根据该至少一个导线的电阻率变化来确定该样品流体的温度变化。
在另一方面，本发明提供一种用于探测由样品流体内发光体发射的发光辐射且同时监控该样品流体的温度变化的方法。该方法包含：使用激发辐射来照射该发光体，确定基于偏振的滤光器的至少第一传导格栅的至少一个导线的电阻率变化，根据电阻率变化来确定该样品流体的温度变化，以及探测该发光辐射。
确定电阻率变化可包含通过传送电流使之流过该至少一个导线来驱动该至少第一传导格栅的至少一个导线，测量该至少一个导线上的电压变化，根据传送流过该至少一个导线的电流和在该至少一个导线上测量的电压来确定该至少一个导线的电阻率变化。
在根据本发明实施例的用于探测由样品流体内发光体发射的发光辐射、且同时监控该样品流体的温度变化的方法中，该传导格栅可包含多个导线，传导格栅的所有导线被同时驱动，其中驱动该导线可以通过传送电流使之流过该导线来执行。
在根据本发明实施例的用于探测由样品流体内发光体发射的发光辐射、且同时监控该样品流体的温度变化的方法的可供选择的实施例中，传导格栅的所有导线可以一个接一个分段被驱动。
在另一方面，本发明提供一种控制器，用于发光传感器内传导格栅的至少一个导线的受控驱动。该控制器包含控制单元，用于控制至少一个电流源使电流流过该传导格栅的至少一个导线。
本发明还提供一种计算机程序产品，当该产品在计算装置上执行时实施如任一本发明方法实施例所述的方法。
本发明还提供一种机器可读取数据存储装置，用于存储本发明该计算机程序产品。
本发明还提供本发明的计算机程序产品在局域或广域通信网络上的传输。
按照本发明实施例的发光传感器的优点在于，其将优选基于偏振的过滤器以及温度控制电极整合为一，由此降低制造这种传感器的成本。
按照本发明实施例的发光传感器的另一优点在于，其可以提供对传感器的反应腔体内存在的样品流体的均匀加热。
按照本发明实施例的发光传感器的再一优点在于，可以提供局部加热。
本发明的具体和优选方面在所附独立和从属权利要求中给出。从属权利要求的特征可以与独立权利要求的特征以及与其他从属权利要求的特征恰当地组合，而非仅仅如权利要求中所明确列出的。
本发明的上述和其他特性、特征和优点将通过结合附图进行的下述详述而显而易见，附图通过示例方式说明本发明的原理。该描述仅仅是由于示例原因而给出，而不限制本发明的范围。下文引用的参考图示是指附图。
附图说明
图1示意性说明用于探测发光信号的光学设置。
图2为线栅偏振器的示意性图解。
图3至图8说明根据本发明实施例的发光传感器。
图9示意性说明根据本发明不同实施例使用线栅作为热控制电极。
图10至图12说明根据本发明实施例的发光传感器。
图13示意性说明根据本发明实施例的线栅加热器的寻址。
图14说明根据本发明实施例的基于包含线栅的热处理阵列的有源矩阵原理。
图15说明根据本发明实施例的基于包含线栅的热处理阵列的有源矩阵原理的一个单元。
图16说明定量实时PCR实验的荧光信号与循环数目。
图17示意性说明用于根据本发明实施例的发光传感器的系统控制器。
图18为可以用于执行本发明实施例的方法的处理系统的示意性图示。
在不同图中，相同附图标记指代相同或相似元件。
具体实施方式
本发明将结合具体实施例并参考特定附图予以描述，不过本发明不限于此，而仅由权利要求限定。权利要求中的附图标记符号不应理解为限制范围。所描述的附图仅仅是示意性而非限制性的。在附图中，某些元件的尺寸出于说明的目的可被扩大且不按比例绘制。
在本说明书和权利要求中使用措辞“包含”时，不排除其他元件或步骤。在提到单数名词时使用不定冠词或定冠词，例如“一”或“一个”、“该”，这包含多个该名词，除非另外具体指出。
此外，说明书和权利要求中的措辞第一、第二、第三等是用于在相似元件之间进行区分，而不一定用于按等级在时间上、空间上描述的顺序或者以任何其他方式描述的顺序。将理解，在适当情形下这样使用的措辞可以互换，且此处所描述的本发明实施例能够按照与此处所描述或说明不同的顺序来操作。
再者，说明书和权利要求中的措辞″在...顶部″、″在...上方″、″在...之下″等被用于描述的目的而不一定用于描述相对位置。应理解，在适当情形下这样使用的措辞可互换，且此处描述的本发明实施例能够在除此处所描述或说明的方位之外的其他方位工作。
整个说明书中提到的“一个实施例”或者“一实施例”是指，结合该实施例所描述的具体特征、结构或特性包含在本发明的至少一个实施例中。因此，整个说明书中各种场合出现的短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”不一定都指代相同实施例，而可指代不同实施例。此外，该具体特征、结构或特性可以按任何合适方式组合于一个或多个实施例中，如本领域普通技术人员从本公开内容所显见。
类似地应理解，在本发明示例性实施例的描述中，本发明的各种特征有时被一起分组在单个实施例、图或其描述内，这目的是精简公开内容并帮助理解本发明各方面中的一个或多个方面。然而，这种公开方法不应解读为反应这样的意图，即，所要求的发明需要比每项权利要求中所确切记载更多的特征。相反，如以下权利要求反应的，发明方面在于少于单个前文所公开实施例的全部特征。因此，发明详述之后的权利要求由此明确地被包含在此发明详述之内，每项权利要求各自代表本发明的个别实施例。
此外，尽管此处描述的一些实施例包含其他实施例所包含的一些特征但不包含其他特征，不同实施例的特征的组合也应落在本发明的范围内，并形成不同实施例，本领域技术人员将理解这一点。例如，在下述权利要求中，任一所要求的实施例可以按任意组合被使用。
此外，一些实施例在此被描述为可以由计算机系统的处理器或者实施该功能的其他装置来实施的方法或者方法要素的组合。因此，具有用于实施此方法或者方法要素的必需指令的处理器构成用于实施该方法或方法要素的装置。此外，设备实施例的此处所述元件为用于实施由该元件执行的功能以便实现本发明目的的装置示例。
在此处提供的描述中，诸多具体细节被列出。然而应理解，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明的实施例。在其他情形中，公知方法、结构和技术未详细地示出从而不会模糊对此描述的理解。
在本发明第一方面，提供了一种发光传感器。本发明提供一种定性或定量传感器，其表现出良好的信号背景比。该传感器更具体地为发光传感器，其可以是例如发光生物传感器，例如荧光生物传感器或者发光化学传感器。本发明还提供一种用于制造这种发光传感器的方法以及使用该发光传感器探测由至少一个发光体产生的发光辐射的方法。
按照本发明实施例的发光传感器包含至少一个滤光器，这可以由至少第一传导格栅例如线栅形成。该至少第一传导格栅例如线栅包含多个导线。该导线可以但不是必需布置成规则阵列、置于与入射束垂直的平面内。根据本发明实施例，至少第一传导格栅例如线栅的至少一个导线适于进一步用作在温度控制中使用的电极，例如加热器或温度传感器的一部分。
因此，至少一个传导格栅例如线栅结合在根据本发明实施例的发光传感器中。该发光传感器优选为微流体设备且最优选地为可以在RT-PCR(实时聚合酶链式反应)过程中使用的微流体设备。根据本发明实施例，该至少一个传导格栅例如线栅既用作基于偏振的过滤器，又在温度控制或测量中用作电极(例如作为加热器或温度传感器的一部分)。该传导格栅包含具有至少一个孔径的多个平行导线的阵列。孔径的一个面内尺度小于填充该孔径的介质内的衍射极限，另一面内尺度大于填充该孔径的介质内的衍射极限。该阵列可以但不是必需是周期阵列。传导格栅的导线由导电材料制成，从而使其可用作光学偏振器以及可选地用作热控制元件。优选地，导线材料的折射率的虚部应充分大，通常大于1。适合于导线的材料例如为Al、Au、Ag、Cr。导线可由任何合适方法形成或制成，例如通过包含图案化金属结构的印刷或者图案化溅射金属涂层的薄膜加工技术。
图2示意性说明基于传导格栅例如用作偏振器的线栅11的偏振器的原理，将参考线栅进一步描述，但是本发明不限于此。对于所示示例的线栅的情形，线栅11包含呈规则阵列的多个平行导线12。线栅11具有偏振依赖抑制。线栅偏振器的性能是由导线12的中心到中心的间距或周期以及入射辐射的波长决定。如果线栅11的导线12之间的间距或周期比入射辐射的波长小得多，线栅11作为偏振器，该偏振器反射偏振平行于导线12的电磁辐射并透射正交偏振的辐射。一般而言，当非偏振辐射(图2中用参考数字13表示)入射在线栅11(用箭头14表示)上时，线栅11将反射电场矢量平行于线栅11的导线12的辐射(未示于图2)，且将透射电场矢量垂直于线栅11的导线12的辐射(用参考数字15表示)。理想地，该线栅偏振器对于第一类型偏振的辐射例如s偏振辐射将作为完美的反射镜，且对于第二类型偏振的辐射例如p偏振辐射将是完全透明的。然而实际上，即使由最佳反射性金属形成的导线12仍可吸收一小部分入射辐射且仅反射90％至95％的第一类型入射光。此外其上形成线栅11的基板不透射全部的入射辐射。即使当此基板例如由平板玻璃制成时，其由于例如表面反射也不透射该入射辐射的完整100％。
然而，在下文的本发明说明书中，为了解释容易，上述这些反射和/或吸收将不被具体考虑在内并且他们不被视为改变本发明的本质。
使用既用作基于偏振的过滤器又用作温度控制(例如作为加热器、温度传感器)中使用的电极的线栅，允许光学探测源于发光传感器的反应腔体内的样品流体的(例如源于发光标签或探针例如荧光标签或探针的)发光信号例如荧光信号，同时抑制由入射激发光引起的光学背景信号。在进一步描述中，该发光标签或探针例如荧光标签或探针将被称为发光体例如荧光团。
在最实际情形中，例如在流体内，发光体受激发辐射(例如激发光)激发而产生的发光辐射可以假设为不依赖于激发辐射的偏振。可以假设是随机的，即，包含50％p偏振和50％s偏振发光辐射。
根据本发明第一实施例，其不同的示例在图3至图8中说明，发光传感器20可包含基板21，传导格栅可位于该基板顶部上，传导格栅例如为包含多个平行导线12的线栅11。导线12可以排布成规则图案，导线12之间的间隔距离小于填充导线之间间隙的介质内辐射的波长的一半，通常介于50nm和150nm之间，例如为100nm。间隔距离是指导线之间的开放空间而不是指导线的周期。线栅11的导线12可由本领域技术人员知晓的任何合适传导材料(conductive material)(通常虚折射率大于1)形成，优选地由例如金、铂、铝、铜、银等金属形成。导线12宽度为25nm或更大，更优选地为50nm或更大以及最优选地介于50nm和150nm之间。导线宽度太小会劣化传导格栅例如线栅的性能。导线应足够宽，从而用作具有大消光比(p和s偏振光透射之间的比)的偏振器。优选地，导线宽度为导线之间间隔距离的两倍。线栅11作为如上所解释的基于偏振的滤光器。线栅11的偏振透射类型可以视应用来选择。例如，线栅11可以形成为其透射p偏振辐射并反射s偏振辐射，或者反之亦然。
发光传感器20可进一步包含反应腔体22，该反应腔体具有位于第一平面内由基板21的表面形成的第一侧面；由置于基板21上方的盖23的表面形成且位于与该第一平面大致上平行的第二平面内的第二侧面；以及位于基板21和盖23之间且位于与该第一和第二平面大致上垂直的第三平面内的侧壁24。任何合适的物质组合可用于获得发光信号。在下文中，将描述一特定组合，但这仅仅是示例性的。
包含诸如发光体25例如荧光团的物质的样品流体可设置在反应腔体22内。诸如发光体25例如荧光团的该物质随后可结合到例如需要被探测的样品流体内的目标基团(target moieties)。出于简化和说明根据本发明实施例的发光传感器20的原理的目的，图中仅示出发光体25例如荧光团，未示出目标基团。使用激发辐射(用箭头26表示)照射发光体25来激发发光体25，该发光体随后产生发光例如荧光辐射。入射激发辐射26可以是偏振的(p或s偏振)或者可以是非偏振的(包含p和s偏振)。根据本发明实施例，照射样品流体可以通过盖23来进行(见图3至5)或者可以通过基板21来进行(见图6至8)。来自发光体25例如荧光团的发光例如荧光辐射(用箭头27表示)随后可以由辐射探测器28例如光学探测器来探测。根据本发明实施例，探测器28可置于发光传感器20的该传感器20受到照射的那一侧面(见图3、4、6和7)。根据其他实施例，探测器28可置于发光传感器20的与该传感器20受到照射的侧面相对的侧面(见图5、8、10)。根据本发明实施例，探测器28可以是CCD探测器，不过也可以是适合用于探测发光例如荧光辐射27的任何其他探测器。
除了线栅11用作基于偏振的滤光器的功能之外，根据本发明，线栅11的至少一个导线12还用作在温度控制或温度测量中使用的电极。根据本发明实施例，该电极例如可以是加热器，例如电阻性加热器，或者温度传感器。线栅11的导线12可由任何合适的金属形成且因此可形成金属电极，该金属电极典型宽度为25nm或更大，更优选地为50nm或更大以及最优选地介于50nm和150nm之间，例如宽度为100nm。线栅11的导线12可以相隔导线12之间的间隔距离，该间隔距离小于填充导线之间间隙的介质内辐射的波长的一半，通常介于50nm和150nm之间，例如为100nm。这种线栅11可提供均匀加热器，因为其包含可以在温度控制中使用的一个或多个金属电极。均匀加热器使得可获得样品流体内高的温度均匀性，例如在实时聚合酶链式反应(RT-PCR)过程中会要求这一点。
根据本发明实施例，导线12可以单独或者一起寻址。单独寻址导线12的优点在于，反应腔体22可以被局部地加热，或者如果导线用作传感器，则感测将是局部的。一起寻址导线12的优点在于，反应腔体22内的样品流体可以被均匀地加热，反应腔体22内例如特定化学、生物或生物化学反应或过程，例如PCR会要求这一点。
根据本发明实施例，线栅11的所有导线12可用作温度控制电极。可选择地，一些导线可用于一个功能而其他用于另一功能。例如，一个或更多个导线可用于温度感测且一个或更多个导线可用于加热。例如，根据实施例，导线12可用作电阻性加热电极(见图9(a))。通过如图9(a)所示的利用例如电流源31驱动电流使之流过导线12，将由导线12内的功率耗散而产生热。根据这些实施例，线栅11的所有导线12可连接到同一电流源31。根据另一实施例，线栅11的导线12可以分段11a、11b连接到不同电流源31a、31b(见图9(b))。根据这些实施例，线栅11的不同部分11a、11b可以在不同时间被驱动和/或使用不同驱动信号来驱动。他们可用于例如反应腔体22的局部加热，在反应腔体22内的例如特定化学、生物或生物化学反应或过程会要求这一点。
根据另外实施例(未图示)，线栅11的导线12可用作电阻性温度感测电极。因此，电流源31可被提供用于传送电流使之流过导线12，电压测量装置32被提供用于测量导线12上的电压。根据传送流过导线12的电流和在导线上测量的电压变化，可以确定导线12的电阻率变化。导线12的电阻率变化随后可以成为样品流体的温度变化的度量。这一信息可给出关于在反应腔体22内样品流体中发生的化学、生物化学或者生物反应的信息。
根据优选实施例，线栅11的第一数目的导线12a可用于电阻性加热且线栅11的第二数目的导线12b可用于电阻性温度感测。这在图9(c)予以说明。根据这些实施例，例如，可以通过传送电流使之流过用作加热器的导线12a而均匀地加热该样品流体，从而开始反应。这可由电流源31a实现。一旦反应开始，适于用作电阻性温度传感器的导线12b可停止其功能或者可用于确定反应时样品流体的温度。因此，如上文已经解释，导线12的电阻率变化可以根据传送流过导线12a的电流和在导线12b上测量的电压变化来确定。导线12b的电阻率变化随后可以成为样品流体的温度变化的度量，且可以给出关于在反应腔体22内样品流体中发生的化学、生物化学或者生物反应的信息。
根据另外的实施例，线栅11的所有导线12可修改为使得他们可用于加热和温度感测。
在下文中，说明根据本发明第一实施例的发光传感器20的可行配置的一些具体示例将予以描述。注意，对于下文所描述的示例，不再讨论温度电极的功能。应理解，在下文将讨论的所有示例中，线栅11的导线12根据任一上述实施例也用作温度控制电极。在下述示例中无论使用s偏振或p偏振，应理解，更普遍地，指的是第一和第二类型偏振，且两种类型可互换。
图3说明根据本发明第一实施例的发光传感器20的第一示例。根据此示例，入射辐射26可以是p偏振辐射，例如p偏振光。根据该示例，p偏振辐射26可以通过盖23入射在反应腔体22内存在于样品流体中的发光体25例如荧光团上。根据此示例，线栅11可以表现p偏振透射。盖23可由对于所使用的激发辐射是透明的材料例如玻璃或塑料制成。因此，入射在盖23上的p偏振辐射26透射穿过盖23并激发反应腔体22内的发光体25例如荧光团，由此产生发光例如荧光辐射27。入射p偏振辐射26随后进一步透射穿过线栅11，该p偏振辐射在那里将被基板21吸收，或者当基板由例如玻璃或塑料的透明材料制成时，将穿过基板21离开发光传感器20。一部分的发光例如荧光辐射27将能够穿过盖23到达探测器28。这部分用箭头29表示。假设由发光体25例如荧光团产生的发光例如荧光辐射27随机分布，且包含50％p偏振和50％s偏振发光例如荧光辐射27。此外，如图3所示，发光体25例如荧光团沿各个方向发射发光辐射27，例如荧光。因为根据此示例，使线栅11表现p偏振透射，可以假设，发光例如荧光辐射27的p偏振部分大致一半将穿过基板21并离开发光传感器20而未被探测。发光辐射的p偏振部分的另一半能够到达探测器28。另一方面，由于线栅11仅允许p偏振辐射穿过，发光例如荧光辐射27的s偏振部分将沿探测器28的方向被线栅11反射，且因此将基本上完全被探测器28探测。因此，不考虑界面反射和吸收，根据本发明此实施例，由发光体25例如荧光团产生的发光例如荧光辐射27强度的75％(即，p偏振发光例如荧光辐射强度的25％和s偏振发光例如荧光辐射强度的50％)可到达探测器28。当线栅11不存在时，发光例如荧光辐射27的仅50％将被探测到，因为发光例如荧光辐射27的s偏振部分仅大致一半以及p偏振部分仅大致一半能够到达探测器28，因为s偏振和p偏振发光例如荧光光27也是大致一半被基板21吸收或透射。
根据本发明实施例，透射s偏振光且反射p偏振光的探测器过滤器(未示于图3)可以置于探测器28前方，用于防止在界面反射或散射的入射p偏振激发辐射26到达探测器28，这有助于减少所测量的发光例如荧光信号中的背景信号。
图4说明根据第一实施例的发光传感器20的另一示例。在此示例中，入射辐射26可以是非偏振光。发光传感器20通过盖23被照射。盖23由对于所使用的激发辐射是透明的材料例如玻璃或塑料制成。非偏振光26透过传感器20的盖23并激发反应腔体22内存在的发光体25例如荧光团，该发光体25例如荧光团因此产生发光例如荧光光27。与图3所示示例中的线栅11相似，此示例中的线栅11可以是透射第一类型偏振(例如p偏振)辐射，并反射第二类型偏振(例如s偏振)辐射。因此，非偏振光26的p偏振部分将穿过线栅11且将被基板21吸收，或者当基板21由例如玻璃或塑料的透明材料制成时，将通过基板21离开发光传感器20而不被探测器28探测到。入射非偏振光26的s偏振部分将被线栅24反射，且将与由受激发发光体25例如荧光团产生的发光例如荧光光27一起到达探测器28。表现p偏振透射的偏振过滤器30可以使用在探测器28的前方，如图4所示，从而防止入射激发光26的反射s偏振部分到达探测器28。使用此偏振过滤器30的结果为，发光例如荧光光27的仅p偏振部分将到达探测器28。因此，不考虑界面反射或吸收，并假设发光例如荧光光27是随机的且包含50％p偏振和50％s偏振的发光例如荧光光27，则发光例如荧光光27强度的25％可到达探测器28，此25％是由p偏振发光例如荧光光27的一半形成。发光例如荧光光27中到达探测器28的部分用箭头29表示。
根据本发明第一实施例的发光传感器20的再一示例在图5中说明。根据此示例，入射辐射26可以是s偏振光。s偏振光26可以通过盖23入射在反应腔体22内的发光体25例如荧光团上，该发光体被激发并发射发光例如荧光光27。盖23可由对于所使用的激发辐射是透明的材料例如玻璃或塑料制成。同样，线栅11可以表现p偏振透射。因此，入射的s偏振光26将被线栅11反射。根据此示例，探测器28可以置于发光传感器20的与其受照射的侧面相对的侧面。这样，根据该示例，由入射光26的探测引起的背景信号可以最小化，因为入射的s偏振光26被线栅11反射离开探测器28。由发光体25例如荧光团产生的发光例如荧光光27必须穿过基板21，之后才能被探测器28探测到。因此，在此实施例中该基板优选由对所产生的发光辐射例如荧光光27是透明的材料形成，且例如可为玻璃或塑料。由于线栅11表现p偏振透射，发光例如荧光光27的仅p偏振部分将能够到达探测器28。假设发光例如荧光光27包含50％p偏振和50％s偏振发光例如荧光光27，则发光例如荧光光27强度的25％将到达探测器28，即，发光例如荧光光27的p偏振部分的一半。由发光体25例如荧光团产生的发光例如荧光光27的p偏振部分的另一半将到达盖23且将被盖23吸收，或者当盖23由对所产生的发光辐射27是透明的材料形成时，将通过盖23离开传感器20。发光例如荧光光27中到达探测器28的部分用箭头29表示。
在上述示例中，图4所示示例就抑制入射激发辐射26例如激发光而言是优选的。这在下文中通过假设线栅11及附加探测器过滤器30具有例如倍数(factor)为1000的s偏振光抑制来说明。图3和图5所示示例示出倍数为1000的激发光抑制，因为他们不包含这样的探测器过滤器30，而图4所示示例示出倍数为1000×1000＝1000000的激发光抑制。因此，图4所示的发光传感器20的背景信号低于图3和图5所示的发光传感器20的背景信号。
在上述实施例中，发光传感器20从上方被照射，或者换言之通过盖23被照射。然而，根据其他实施例，发光传感器20也可以从下方被照射，或者换言之可以通过基板21被照射。这将在根据本发明第一实施例的发光传感器20的下述示例中予以描述。
图6说明根据本发明第一实施例的发光传感器20的另一示例。根据此示例，入射辐射26可以是p偏振光。p偏振光26可以通过基板21入射。因此，根据此示例，基板可由对于入射辐射26是透明的材料例如玻璃或塑料形成。使线栅11可以表现p偏振透射。因此，入射p偏振光26透射穿过基板21和穿过线栅11并激发反应腔体22内样品流体中存在的发光体25例如荧光团，由此发射发光例如荧光光27。根据此示例，用于探测发光例如荧光光27的探测器28可置于与传感器20受照射的侧面相同的该发光传感器20的侧面上。由于线栅11表现p偏振透射，发光例如荧光光27的仅p偏振部分将能够到达探测器28。由于发光体25例如荧光团沿各个方向发射发光例如荧光光27，发光例如荧光光27的p偏振部分约一半将能够到达探测器28。发光例如荧光光27的p偏振部分的另一半将被盖23吸收，或者当盖23由对于所产生的发光辐射是透明的材料例如玻璃或塑料形成时，穿过盖23离开传感器21而不被探测到。因此，不考虑反射和/或吸收，根据该示例，发光例如荧光光27强度的25％将到达探测器28。发光例如荧光光27中到达探测器28的部分用箭头29表示。
图7说明根据本发明第一实施例的发光传感器20的另一示例。根据此示例，入射辐射26可以是非偏振光。根据此示例非偏振光26可以通过基板21入射。因此，同样地，基板21可由对所使用的激发辐射是透明的材料例如玻璃或塑料形成。使线栅11可表现p偏振透射。因此，入射非偏振光26透射穿过基板21，但是入射非偏振光26的仅p偏振部分将透射穿过线栅11并激发反应腔体22内样品流体中的发光体25例如荧光团，由此产生发光例如荧光光27。入射非偏振光26的s偏振部分将通过基板21被往回反射并被反射离开发光传感器20。附加过滤器30优选地可置于基板21和探测器28之间，用于防止入射激发光26的s偏振部分到达探测器28。这样，背景信号可保持最小。由于线栅11表现p偏振透射，发光例如荧光光27的仅p偏振部分将能够到达探测器28。发光体25例如荧光团沿各个方向发射发光例如荧光光27。发光例如荧光光27的p偏振部分的一半将透射穿过线栅11和基板21并将到达探测器28。发光例如荧光光27的p偏振部分的另一半和发光光27的s偏振部分将被盖23吸收，或者当盖23由对于所产生的发光辐射是透明的材料例如玻璃或塑料形成时，穿过盖23离开传感器20而不被探测到。不考虑界面反射或吸收，根据此示例，发光例如荧光光27强度的25％，或者换言之，发光例如荧光光27的p偏振部分的一半将到达探测器28。发光例如荧光光27中到达探测器28的部分用箭头29表示。
根据本发明第一实施例的发光传感器20的再一示例示于图8。根据此示例，入射辐射26可以是非偏振或p偏振光。非偏振或p偏振光26可以通过基板21入射。因此，基板可由例如玻璃或塑料的透明材料形成。线栅11可以表现p偏振透射。因此，在非偏振光或p偏振光情形中，入射光26的p偏振部分将透射穿过线栅11并激发反应腔体22内样品流体中的发光体25例如荧光团，由此产生发光例如荧光辐射27。对于入射辐射为非偏振光26的情形，入射非偏振光26的s偏振部分将被线栅11往回反射离开传感器20。根据此示例，探测器28可以置于发光传感器20的与其受照射的侧面相对的侧面。表现s偏振透射的探测器过滤器30可以使用在探测器28的前方以防止入射光26的p偏振部分到达探测器28，这有助于最小化由入射辐射26的探测引起的背景信号。因此，发光例如荧光光27的仅s偏振部分将被探测器28探测到。发光体25例如荧光团沿各个方向发射发光例如荧光光27。然而，由于线栅11表现p偏振透射，所有s偏振发光例如荧光光25将被引向探测器28，因为将被引向基板21的部分会被线栅11反射。因此，不考虑界面反射或吸收，根据此示例，由发光体25例如荧光团发射的发光例如荧光光27强度的50％将被探测器28探测到。发光例如荧光光27中到达探测器28的部分用箭头29表示。
在根据本发明第一实施例的发光传感器20的所有示例中，应理解，入射辐射26的p和s偏振部分、线栅11的p或s偏振透射以及可选的探测器过滤器30的p或s偏振透射可以互换。
从上述示例清楚看出，探测器28最优选地可置于与线栅11所在侧面相对的侧面，即，在所示示例中置于盖23(见图3和图8)侧面，与发光传感器20通过盖23被照射还是通过基板21被照射无关。在这些情形中，最大的发光例如荧光信号(分别75％和50％)可被探测器28探测。在这些示例中，基于偏振的探测器过滤器30优选地可用于探测器28的前方。尽管这也抑制该发光例如荧光信号，不过这防止在界面和其他非均质处反射和/或散射的入射辐射26到达探测器28，并因此最小化源于入射辐射26的探测的背景信号。根据其他实施例，替代基于偏振的探测器过滤器30，抗反射涂层可设置在探测器28和辐射源(图中未示出)之间以防止入射辐射26反射到探测器28内。
用于产生激发辐射26的辐射源例如可以是LED或激光器，且可具有窄光谱宽度(例如单色光源)。优选地，入射激发辐射26可被准直以防止入射辐射26镜面反射到探测器28内。
根据其他实施例，另外光学特征可结合到发光传感器20内以进一步抑制背景信号。例如，光谱过滤器可置于辐射源和样品流体之间，和/或探测器28和样品流体之间。
在辐射源和探测器28位于发光传感器20相同侧面的上述示例中，由盖23或由基板21形成的发光传感器20的那一侧面可由对于激发辐射和所产生的发光辐射都是透明的材料例如玻璃或塑料形成。在这些情形中，由基板21或由盖23形成的发光传感器20的相对侧面可包含例如黑抗蚀剂的吸收层，这抑制了入射辐射26的反射，否则该反射可以终止于探测器28探测的背景信号内。
一般而言，当探测器28和辐射源之一或二者位于基板21的侧面时，基板21可由对发光辐射和/或激发辐射透明的材料例如玻璃或塑料形成。当探测器28和辐射源之一或二者位于盖23的侧面时，盖23可由对发光辐射和/或激发辐射透明的材料例如玻璃或塑料形成。当探测器28和辐射源都不位于基板21的侧面时，基板21可包含例如黑抗蚀剂的吸收层。这同样适用于盖23，当探测器28和辐射源都不位于盖23的侧面时，盖23可包含例如黑抗蚀剂的吸收层。
除了如不同示例中讨论的背景信号抑制之外，根据本发明实施例，引入兼具基于偏振的滤光器和温度控制电极功能的传导格栅，例如线栅11，具有如下附加优点：
-根据本发明实施例的传导格栅，例如线栅11，可提供均匀加热器，特别是当其由金属电极组成时。此均匀加热器使得可获得在例如生物化学的特定技术(例如实时PCR)中所需的样品体积内高的温度均匀性。
-根据本发明实施例的传导格栅，例如线栅11提供了低成本方案，在单一简单工艺内引入温度控制电极(例如加热器或传感器)和高质量的基于偏振的滤光器，例如生物芯片通常是一次性装置。因此，发光传感器20应相对便宜，从而，引入高质量的光谱过滤器(例如在工作台顶/实验室机器中)以抑制激发辐射照射光学探测器28是不可选的。
-使用根据本发明实施例的传导格栅例如线栅11的另一优点为，其对于宽范围的入射角具有高的消光值(p和s偏振光之间的比)。例如，对于可商用的线栅偏振器，直至20度入射角的恰当操作已经被常规地演示。
-当根据本发明实施例使用基于偏振的过滤时，使用光学探测器28可以探测的发光例如荧光辐射27的强度可以高于使用光谱过滤的情形。通过使用基于偏振的过滤，可以使用整个激发光谱和发光例如荧光光谱，而光谱过滤会使有用的光谱带宽显著缩窄。
-考虑到根据基于偏振的过滤通过读取装置(例如工作台顶设备)对来自装置(例如芯片上实验室)的发光例如荧光信号的光学探测，当不同发光体25例如荧光团(即，具有不同光谱)将被探测时，读取装置内的过滤器(一个或多个)无需改变。与传统上使用的光谱过滤器相反，基于偏振的过滤器不依赖于激发辐射的光谱或者发光例如荧光光谱。因此，根据本发明实施例，由传导格栅例如线栅11实现的基于偏振的过滤器方法使得可以由单个过滤器组来探测源于反应腔体22内样品流体中存在的不同发光体25例如荧光团的多个不同发光例如荧光光谱，而无需匹配发光体25例如荧光团的发光例如荧光光谱。
根据本发明第二实施例，发光传感器20可以是具有在第一实施例中以及在其示例中描述的特征的发光传感器20，但可进一步包含至少第二传导格栅，例如线栅33，该第二传导格栅可置于盖23的表面上。换言之，该至少第二传导格栅例如线栅33可以置于与第一传导格栅例如线栅11所在的反应腔体22侧面相对的反应腔体22的侧面。因此，根据本发明的第二实施例，发光传感器20可包含至少两个传导格栅，例如线栅11、33，其中至少一个传导格栅例如线栅11置于基板21上且至少一个传导格栅例如线栅33置于盖23上。根据本发明，传导格栅例如线栅11、33中至少一个线栅的至少一个导线12用作温度控制电极(例如用作加热器和/或用作传感器)。本发明第二实施例将参考作为线栅的传导格栅予以解释，然而本发明不限于此。传导格栅包含具有至少一个孔径的多个平行导线的阵列。孔径的一个面内尺度小于填充该孔径的介质内的衍射极限，另一面内尺度大于填充该孔径的介质内的衍射极限。该阵列可以是但不是必需是周期阵列。对于线栅的情形，该阵列是周期阵列。传导格栅的至少一些导线由传导材料制成。优选地，导线材料的折射率虚部应充分大，通常大于1。适合于导线的材料例如为Al、Au、Ag、Cr。该导线可由任何合适方法形成或制成，例如通过包含图案化金属结构的印刷或者图案化溅射金属涂层的薄膜加工技术来形成或制成。
光学上，至少两个线栅11、33最优选地可具有不同的偏振透射且因此可用作集成在发光传感器20内的交叉偏振器。例如，根据本发明实施例，基板21上的第一线栅11可表现p偏振透射，而盖23上的线栅33可表现s偏振透射，或者相反。由于线栅11、33可具有高的偏振比(＞99.9％；即，消光优于1000)，由第一和第二线栅11、33形成的交叉线栅偏振器抑制背景信号，同时允许至少部分的发光(例如荧光)辐射27到达探测器28。
与第一实施例类似且已经在上文描述，除了线栅11作为基于偏振的滤光器之外，根据本发明，第一和第二线栅11、33中至少一个线栅的至少一个导线12也用作温度控制电极。根据本发明实施例，该温度控制电极例如可以是加热器(例如电阻性加热器)，或者温度传感器。
至少两个线栅11、33的导线12可由任何合适的金属形成，且因此可形成金属电极，该金属电极典型宽度为25nm或更大，更优选地50nm或更大以及最优选地介于50nm和150nm之间，例如宽度为100nm。导线12可以相隔导线12之间的间隔距离，该间隔距离小于填充导线之间间隙的介质内辐射的波长的一半，通常介于50nm和150nm之间，例如为100nm。间隔距离是指导线之间的开放空间而不是指导线的周期。这些线栅11、33可提供均匀加热器，例如当其包含金属电极时。均匀加热器使得在样品流体内可获得高的温度均匀性，例如在实时聚合酶链式反应(RT-PCR)过程中会要求这一点。
当线栅11、33中至少一个线栅的多个导线12被用于作为温度控制电极时，根据本发明实施例，导线12可以单独寻址或者一起寻址。单独寻址导线12的优点在于，反应腔体22可以被局部地加热。一起寻址导线12的优点在于，反应腔体22内的样品流体可以被均匀地加热，反应腔体22内例如特定化学、生物或生物化学反应或过程，例如PCR会要求这一点。
根据本发明实施例，线栅11、33中至少一个线栅的所有导线12可用作温度控制电极。根据实施例，导线12可用作电阻性加热电极(见图9(a))。如图9(a)所示利用例如电流源31驱动电流使之流过导线12，将由导线12内的功率耗散而产生热。根据实施例，电流源可以被提供给该至少两个线栅11、33中的每一个。根据其他实施例，一个电流源可以被提供给至少两个线栅11、33的所有线栅。根据另一实施例，线栅11、33中至少一个线栅的导线12可以分段11a、11b连接到不同电流源31a、31b(见图9(b))。根据这些实施例，线栅11、33中至少一个线栅的不同部分11a、11b可以在不同时间被驱动，且可以用于例如反应腔体22的局部加热，反应腔体22内例如特定化学、生物或生物化学反应或过程会要求这一点。
根据另外实施例，线栅11、33中至少一个线栅的导线12可用作电阻性温度感测电极。因此，电流源31可被提供用于传送电流使之流过导线12，电压测量装置32被提供用于测量导线12上的电压。根据传送流过导线12的电流和在导线12上测量的电压变化，可以确定导线12的电阻率变化。导线12的电阻率变化随后可以成为样品流体的温度变化的度量，且可提供关于在反应腔体22内样品流体中发生的化学、生物化学或者生物反应的信息。
根据优选实施例，线栅11、33中至少一个线栅的第一数目的导线12a可用于电阻性加热，线栅11、33中至少一个线栅的第二数目的导线12b可用于电阻性温度感测(见图9(c))。根据这些实施例，例如，可以通过传送电流使之流过用作加热器的导线12a而均匀地加热该样品流体，从而开始反应。这可由电流源31a实现。一旦反应开始，适于用作电阻性温度传感器的导线12b可用于确定反应时样品流体的温度。因此，如上文已经解释，导线12b的电阻率变化可以根据传送流过导线12b的电流和在导线12b上测量的电压变化来确定。导线12b的电阻率变化随后可以成为样品流体的温度变化的度量，且可以给出关于在反应腔体22内样品流体中发生的化学、生物化学或者生物反应的信息。
根据另外的实施例，线栅11、33中至少一个线栅的所有导线12可修改为使得他们可用于加热和温度感测。
在下文中，按照第二实施例的发光传感器20的示例将予以描述。在此示例中，线栅11、33作为温度控制电极的功能将不再予以描述。应理解，该示例中的线栅11、33可根据任一上述实施例用作温度控制电极。
根据本发明第二实施例的发光传感器20配置的示例在图10予以说明。根据此示例，入射辐射26可以是非偏振光。非偏振光26可以通过盖23入射。盖23可由对入射辐射26是透明的材料例如玻璃或塑料形成。根据此示例，盖23上的线栅33可以表现s偏振透射，而基板21上的线栅11可以表现p偏振透射。因此，根据该示例，非偏振光26透射穿过盖23，入射非偏振光26的s偏振部分随后透射穿过线栅33并激发反应腔体22内样品流体中存在的发光体25例如荧光团，由此产生发光例如荧光光27。探测器28可置于发光传感器20的与其受照射侧面相对的侧面，即，位于基板21的侧面。发光体25例如荧光团沿各个方向发射发光例如荧光光27。由于盖23上的线栅33表现s偏振透射且因此p偏振反射，因此发光例如荧光光27的p偏振部分现在被线栅33反射且可以透射穿过基板21上的线栅11，而当线栅33不存在于盖23上时，该p偏振部分将被盖23吸收或透射。因此，当假设由发光体25例如荧光团发射的发光例如荧光光27是随机的且包含大致50％p偏振和大致50％s偏振，发光例如荧光光27的大致50％(p偏振部分)将透射穿过基板21上的线栅11。发光例如荧光光27中到达探测器28的部分用箭头29表示。作为指示，根据该示例，不考虑界面反射或吸收，发光例如荧光光27强度的大致50％可到达探测器28。这同样适用于上述图10设置中入射辐射26为s偏振光的情形。
而且，应理解，在第二实施例的上述描述中，入射辐射26的s和p偏振以及线栅11、32的s和p偏振可以互换。此外，激发辐射26也可以通过基板21入射，其中探测器28置于盖23侧(图中未示出的实施例)。
除了抑制背景信号之外，根据本发明实施例的引入至少两个线栅11、33具有如下附加优点：
-当由传导电极例如金属电极组成时，根据本发明实施例的线栅11、33的至少一个可提供均匀加热器。这一均匀加热器使得在例如生物化学的特定技术(例如RT-PCR)中所需的样品体积内可获得高的温度均匀性。
-使用根据本发明实施例的至少两个线栅11、33提供了低成本方案，在单一简单工艺内引入温度控制电极(例如加热器或传感器)和高质量的基于偏振的滤光器。例如生物芯片通常是一次性装置。因此，发光传感器20应较便宜，且因此，引入高质量的光谱过滤器(例如在工作台顶/实验室机器中)以抑制激发辐射照射光学探测器28是不可选的。
根据本发明第三实施例，提供发光传感器20，该发光传感器可以是上述任一发光传感器实施例，但是可包含集成在发光传感器20的基板21内的光学探测器34，替代在上述实施例中的外部光学探测器28。
根据本发明第三实施例的发光传感器20可包含位于传感器20的基板21上的至少第一线栅11。如在上述实施例和示例中所述，该至少第一线栅11包含多个导线12且兼用作基于偏振的滤光器和温度控制电极。根据本发明实施例，温度控制电极例如可以是加热器(例如电阻性加热器)，或者温度传感器。线栅11的导线12可由任何合适传导材料形成，优选地由金属形成，且因此可形成传导电极例如金属电极，其典型宽度为25nm或更大，更优选地为50nm或更大以及最优选地介于50nm和150nm之间，例如宽度为100nm。导线12可以相隔导线12之间的间隔距离，该间隔距离小于填充导线之间间隙的介质内辐射的波长的一半，通常介于50nm和150nm之间，例如100nm。间隔距离是指导线之间的开放空间而不是指导线的周期。当线栅11包含传导例如金属电极时，这一线栅11可提供均匀加热器。均匀加热器使得可获得样品流体内高的温度均匀性。例如在实时聚合酶链式反应(RT-PCR)过程中会要求这一点。
根据本发明实施例，导线12可以被单独或者一起寻址。单独寻址导线12的优点在于，反应腔体22可以被局部地加热。一起寻址导线12的优点在于，反应腔体22内的样品流体可以被均匀地加热，反应腔体22内例如特定化学、生物或生物化学反应或过程(例如PCR)会要求这一点。
根据本发明实施例，线栅11的所有导线12可用作温度控制电极。根据实施例，导线12可用作电阻性加热电极(见图9(a))。如图9(a)所示利用例如电流源31驱动电流使之流过导线12，将由导线12内的功率耗散而产生热。根据这些实施例，线栅11的所有导线12可连接到同一电流源31。根据另一实施例，线栅11的导线12可以分段11a、11b连接到不同电流源31a、31b(见图9(b))。根据这些实施例，线栅11的不同段可以在不同时间被驱动，且可以用于例如反应腔体22的局部加热，反应腔体22内例如特定化学、生物或生物化学反应或过程会要求这一点。
根据另外实施例，线栅11的导线12可用作电阻性温度感测电极。因此，电流源31可被提供用于传送电流使之流过导线12，电压测量装置32用于测量导线12上的电压。根据传送流过导线12的电流和在导线上测量的电压变化，可以确定导线12的电阻率变化。导线12的电阻率变化随后可以成为样品流体的温度变化的度量，且可提供关于在反应腔体22内样品流体中发生的化学、生物化学或者生物反应的信息。
根据优选实施例，线栅11的第一数目的导线12a可用于电阻性加热，线栅11的第二数目的导线12b可用于电阻性温度感测。这示于图9(c)。根据这些实施例，例如，可以通过传送电流使之流过用作加热器的导线12a而均匀地加热样品流体，从而开始反应。这可由电流源31a实现。一旦反应开始，适于用作电阻性温度传感器的导线12b可用于确定反应时样品流体的温度。因此，如上文已经解释，导线12的电阻率变化可以根据传送流过导线12b的电流和在导线12b上测量的电压变化来确定。导线12b的电阻率变化随后可以成为样品流体的温度变化的度量，且可给出关于在反应腔体22内样品流体中发生的化学、生物化学或者生物反应的信息。
根据另外的实施例，线栅11的所有导线12可修改为使得他们可用于加热和温度感测。
在下文中，根据本发明第三实施例的发光的示例配置将予以说明。在这些示例中，线栅11的至少一个导线12的温度控制电极功能将不再予以描述。应理解，线栅11的导线12也可根据任一上述实施例用作温度控制电极。
在图11给出的示例中，激发辐射26可以通过盖23入射，即，从发光传感器20的与集成光学探测器34所在侧面相对的侧面入射。盖23可由对所使用的激发辐射26是透明的材料例如玻璃或塑料制成。根据此实施例，入射辐射26可以是s偏振光。s偏振光26通过发光传感器20的盖23入射并激发反应腔体22内样品流体中存在的发光体25例如荧光团，由此产生发光例如荧光光27。发光体25例如荧光团沿各个方向发射发光例如荧光光27。根据此示例，线栅11可以表现p偏振透射。因此，发光例如荧光光的s偏振部分将被线栅11反射且将不能到达集成在基板21内的探测器34。发光例如荧光光27的p偏振部分的一半将穿过线栅11和基板21且因此将到达集成在基板21内的光学探测器34。发光例如荧光光27的p偏振部分的另一半将通过盖23离开传感器20，因为盖23是由对发光光27是透明的材料例如玻璃或塑料形成。不考虑界面反射和吸收，根据该示例，由发光体25例如荧光团产生的发光例如荧光光27的强度的25％可到达集成探测器34。
图12说明根据第三实施例的发光传感器20的另一更优选示例，其中光学探测器34可集成在发光传感器20的与激发辐射26入射的侧面相同的侧面。根据此示例，入射辐射26例如可以是p偏振光。基板21上的线栅11可以表现p偏振透射。p偏振光26可以通过基板21入射且可穿过线栅11。基板21可由对激发辐射26是透明的材料例如玻璃或塑料形成。在反应腔体22内，p偏振光26激发发光体25例如荧光团，由此产生发光例如荧光光27。发光体25例如荧光团沿各个方向发射发光例如荧光光27。由于线栅11表现p偏振透射，发光例如荧光光27的s偏振部分将被线栅11反射且因此将被引导离开探测器34。发光例如荧光光27的p偏振部分的一半将能够透射穿过线栅11且因此将到达集成探测器34。发光例如荧光光27的p偏振部分的另一半将被盖23吸收，或者当盖23由对发光辐射27是透明的材料例如玻璃或塑料形成时，将通过盖23离开传感器20。不考虑界面反射和吸收，根据该示例，由发光体25例如荧光团产生的发光例如荧光光27的强度的25％可到达探测器34。
在图12所示示例中，为了防止入射激发辐射26直接照射集成光学探测器34，发光传感器20可包含(例如金属性或黑色)遮蔽物，该遮蔽物可置于光学探测器34和激发辐射源(图中未示出)之间。根据本发明实施例，遮蔽物可以是例如集成光学探测器34的一部分。在本发明实施例中，集成光学探测器34可以小于流体腔体下方的面积(与图12所示情形不同)。在本发明可供选择的实施例中，集成光学探测器34可构想成包含多个离散光电探测元件，这些光电探测元件例如可以排布成规则或不规则阵列。图案化遮蔽物随后可以存在于背侧，遮蔽物的图案与光电探测元件阵列相对应，这允许入射光到达发光体，而避免入射光直接照在光学探测器34上。
在发光传感器20内使用集成探测器34是有利的，因为在界面和/或非均质上反射和/或散射并且被集成光学探测器34探测到的入射辐射26的强度可以比在如本发明第一和第二实施例那样的外部光学探测器28情形下的低，因为集成探测器34与外部光学探测器28相比可以设置为更靠近反应腔体22。此外，集成光学探测器34与外部探测器28相比能够探测更大的发光例如荧光强度。这是因为，由于发光例如荧光辐射27无需离开传感器20以被集成探测器34探测，因此由空气内散射引起的损耗较少。此外，由于探测器34集成在基板21内，收集角度(angle of collection)增大且介质边界与相应反射的数量减少。
集成光学探测器34例如可以是诸如pin二极管的光电二极管。集成光学探测器34可包含光学探测器34的阵列。例如，多个分段的探测器34或多个探测器34可以引入发光传感器20的基板21内。优选地，集成光学探测器34可以使用已知的大面积电子技术之一，例如a-Si、LTPS或有机技术来制作。
具有集成光学探测器34的发光传感器20的优点尤其有：
-芯片上发光例如荧光信号采集或生成系统改善了分析芯片或传感器装置的速度和可靠性。
-制作工艺的成本降低，这对于针对诸如护理点诊断和路边测试应用的便携手持传感器装置情形尤为有利(即，不再需要任何中央工作台顶机器)。
-发光例如荧光辐射27的强度可以扩大，因为收集角度增大且介质边界及相应反射的数量减少。
本发明第三实施例的发光传感器20也可具有其他配置。注意，上文在第一和第二实施例及其示例中描述的配置也可以应用于根据第三实施例的发光传感器20。上述配置之间的唯一差别在于，根据第三实施例的发光传感器20可包含集成光学探测器34而非外部光学探测器28。本领域技术人员将理解，根据本发明第三实施例的发光传感器20具有与针对本发明第一和第二实施例所述相同的优点，即，除了抑制背景信号之外，引入根据本发明实施例的线栅11具有如下附加优点：
-当根据本发明实施例的线栅11由传导电极例如金属电极组成时，根据本发明实施例的线栅11提供均匀加热器。这一均匀加热器使得可获得在例如生物化学的特定技术(例如实时PCR)中所需的样品体积内高的温度均匀性。
-根据本发明实施例的线栅11提供了低成本方案，在单一简单工艺内引入温度控制电极(例如加热器或传感器)和高质量的基于偏振的滤光器。例如生物芯片通常是一次性装置。因此，发光传感器20应较便宜，且因此，引入高质量的光谱过滤器(例如在工作台顶/实验室机器中)以抑制激发辐射照射光学探测器28是不可选的。
根据本发明第四实施例，发光传感器20可包含如本发明不同实施例和示例中所描述的集成在热处理阵列内的多个线栅11。多个线栅11的每一个可以被单独地寻址。图13示意性说明通过开关35来寻址此热处理阵列内线栅11的方式，该开关优选地使用大面积电子技术例如a-Si、LTPS、有机TFT等，例如为晶体管开关，晶体管开关优选为薄膜晶体管(TFT)，但也可以是二极管、MIM二极管。根据本发明，线栅11用作基于偏振的滤光器，而其导线12的至少一个用作温度控制电极(例如加热器或传感器)。
图13给出的示例仅具有一个电流源31用于线栅11的所有导线12。因此，导线12被应用在两个导线电极41之间，如图13所示。电流源31经由通路连接42连接到开关35。当线栅11被寻址时，开关35允许电流流经导线电极41到导线12。
应理解，图13给出的示例不旨在以任何方式限制本发明。热处理阵列40内线栅11的导线12也可以如上述实施例所述以及如图9(a)至(c)所示被寻址。
热处理阵列40可包含温度受控隔室36的阵列，这些隔室可以并行且独立地处理，以允许高的多样性和高的吞吐量(见图14)。这一处理阵列40可包含用于每个隔室36的至少一个线栅11，线栅11用作基于偏振的滤光器，且至少一个线栅11的导线12的至少其一也用作加热元件和/或温度传感器。隔室36可进一步包含反馈控制系统。
根据本发明第四实施例的热处理阵列40可用于单独地维持每个隔室36的整个面积上的恒定温度，或者可选择地，如果每个隔室36配置成阵列形式且反应腔体22的不同部分要求不同温度，则在每个隔室36内建立预定义的时间依赖温度分布。任何情况下，热处理阵列40可包含多个单独可寻址和可钻孔(drillable)的线栅11，且可选地包含诸如温度传感器和流体混合或流体泵浦元件的附加元件。
根据本发明实施例的热处理阵列40对于诸多生物技术应用是有益的。例如，实时PCR内的复用程度通常限于四，更经常限于二(例如由于生物化学)。为了提高被诊断或探测的分析物总数目，包含多个不同隔室36以便并行探测不同分析物的热处理阵列40可以有益地在DNA扩增过程例如实时PCR过程中使用。
温度控制元件的阵列已经在文献中予以描述，例如包含单独受控元件的温度控制元件(见US2004/0053290A1)或者基于CMOS技术的温度控制元件(见WO2005037433A1)。然而，根据本发明，提出将包含具有多个导线12的线栅11且用作基于偏振的滤光器和温度控制电极的热处理阵列引入到发光传感器，例如发光生物传感器，例如荧光生物传感器。
优选地，热处理阵列40可以基于有源矩阵原理。这示于图14。在有源矩阵方法中，各线栅11被逻辑地组织成行和列。措辞″行″和″列″用于描述链接在一起的阵列元件具体是线栅11的集合。该链接可以是行和列笛卡尔阵列的形式，然而本发明不限于此。本领域技术人员将理解，列和行可以容易地互换且在此公开内容中这些措辞认为是可互换的。另外，非笛卡尔阵列可被构造且为本发明范围所涵盖。相应地措辞″行″和″列″应宽广地解释。为了便于宽广解释，它们可以指的是“逻辑组织的行和列”。这是指线栅集合按照拓扑线性交叉方式链接在一起；然而，物理或拓扑布置不是必须如此。
各线栅11可以一次一行或一列地寻址。线栅11的行可由行选择驱动器例如选择驱动器IC 37选择。列选择驱动器例如加热器驱动器IC38随后寻址所选择行的特定列内的线栅11，使得相应晶体管开关35可以打开且所选择线栅11的导线12可以加热相应隔室36。
有源矩阵阵列优选地可以由公知大面积电子技术例如a-Si、LTPS或有机半导体技术之一来制作。除了TFT作为开关35，二极管或MIM(金属-绝缘体-金属)也可以用作有源元件。
根据本发明另外实施例，选择驱动器IC 37可驱动局部存储器功能，藉此可以在该加热器实际被寻址的时间以外将驱动信号扩展到特定单元36。这可以用于建立预定义的时间依赖温度分布。局部存储器功能可由存储器元件39形成。在许多情形下，该存储器元件可以是简单的电容器。例如，对于电流信号驱动线栅11(见图15)的情形，存储器元件39，例如额外电容器，可以设置在开关35和电力线电压之间，从而在例如另一条的线栅11被寻址时将电压存储在电流源晶体管31的栅极上并维持该加热器电流。添加局部存储器功能39使得加热信号可以更长时间段地被应用，温度分布藉此可以得到更好控制。
在下文中，给出了在实时聚合酶链式反应(RT-PCR)中使用发光传感器的具体示例。在诸多生物技术应用例如分子诊断(例如用于临床应用、法医、食品应用)中，存在对包含(单独)温度受控反应隔室阵列的(一次性)生物芯片或类似系统上的实时定量DNA扩增(RT-PCR)模块的需求，其光学发光例如荧光信号可以以高的信号背景比被读出。因此，根据本发明实施例的发光例如荧光传感器20可以在实时PCR中有利地使用。
本发明可用于例如医学诊断中的定量实时PCR。在定量实时PCR中，扩增产物的存在在温度处理时使用报道分子(例如分子信标、蝎子等)而被定量地记录，该报道分子产生在同一装置内被实时测量的光学信号。所记录的信号为特定核酸分子例如(但不限于)细菌或细菌集合的存在及浓度的度量。
定量实时PCR非常精确且具有非常大动态范围的开始目标分子确定(与使用端点测定观察的通常1或2个数量级相比，至少为5个数量级)。与其他定量PCR方法不同，基于荧光探针或荧光团的实时PCR不需要PCR后的样品处理，防止潜在的PCR产物遗留污染以及实现更快和更高吞吐量的测定。再者，定量实时PCR日益被依赖以用于依据DNA的痕量探测来执行法律和规则。
在实时PCR中，反应是由循环过程中PCR产物的扩增第一次被探测到的时间点来表征，而不是由在固定数目的循环之后累积的PCR产物的数量来表征。
图16示出代表性扩增曲线(为循环数目的函数的荧光)并定义在定量分析中使用的措辞。
基线(由参考数字44表示)上方荧光的增大(由曲线43表示)表明累积PCR产物的探测。参数CT(阈值循环)定义为荧光大于(pass)固定阈值45的部分循环数目。基因组DNA(genomic DNA)的初始数量越大，累积产物在PCR过程中越快被探测，且CT值越低。标准集合的初始目标拷贝数目的对数对CT的线为直线。未知样品内目标数量的定量可以通过测量CT并使用标准曲线确定开始拷贝数目来实现。CT值在复制中再现性非常高，因为阈值在PCR的对数生长期挑选。在对数生长期，反应成份无限制且复制反应呈现均匀和可再现的结果。
实时PCR要求在进行实验时可再现和精确的温度控制，且不同步骤会要求不同的温度。当使用根据本发明实施例的发光传感器20时，不需要附加加热装置，因为在集成于发光传感器20内的线栅11中引入了加热功能。加热样品流体、测量样品流体的温度以及探测发光例如荧光辐射27可以使用单个传感器20来完成且不需要复杂的过程步骤。
此外，定量实时PCR的探测灵敏度很大程度上由发光例如荧光信号与激发背景比率决定。为了获得高的探测灵敏度，主要由到达探测器28，34的一部分入射激发辐射26例如激发光引起的背景信号应尽可能地被抑制。如上述实施例所描述，背景信号的抑制可以通过根据本发明实施例的发光传感器20而有利地获得。除了允许最大的探测灵敏度之外，这还提高了进行分析的速度，因为阈值可以降低。
在另一方面，本发明还提供在发光传感器20中使用的系统控制器50，用于控制本发明实施例发光传感器20中线栅11的至少一个导线12的驱动。图17示意性说明的系统控制器50可包含控制单元51，用于控制电流源31以使电流流过线栅11的至少一个导线12。
系统控制器50可包含计算装置，例如微处理器，例如其可以是微控制器。具体而言，其可包含例如可编程数字逻辑装置的可编程控制器，诸如可编程阵列逻辑(PAL)、可编程逻辑阵列、可编程门阵列、特别是现场可编程门阵列(FPGA)。FPGA的使用允许例如通过下载所需的FPGA设置，对微流体系统进行后续编程。系统控制器50可以依据可设置参数，例如诸如温度和时序参数的驱动参数来操作。
根据本发明实施例如上所述的方法可以在例如图18所示的处理系统60内实施。图18示出包含至少一个可编程处理器61的处理系统60的一种配置，该处理器61耦合到包含至少一种形式的存储器例如RAM、ROM等的存储器子系统62。注意，该处理器61或多个处理器可以是通用处理器或者是专用处理器，且可包含在例如具有执行其他功能的其他部件的芯片的装置内。因此，本发明的一个或多个方面可以用数字电子电路来实施，或者用计算机硬件、固件、软件、或其组合来实施。该处理系统可包含具有至少一种盘驱动器和/或CD-ROM驱动器和/或DVD驱动器的存储子系统63。在一些实施方式中，可包含显示系统、键盘和指示装置，作为用户界面子系统64的一部分，以便为用户提供人工输入信息，例如参数值。还可包含用于输入和输出数据(例如期望的或所获得的流率)的端口。可包含更多元件，例如网络连接、与各种装置的接口等，但是未在图18中说明。处理系统60的各种元件可以按各种方式耦合，包括通过图18中为了简化而示为单一总线的总线子系统65，但是本领域技术人员将理解其包含至少一个总线的系统。存储器子系统62的存储器可在一段时间保持部分或全部的(均示为66)指令集，其在处理系统60执行时实施此处所述方法实施例的步骤。
本发明还包含计算机程序产品，其在计算装置上执行时提供按照本发明任一方法的功能性。此计算机程序产品可以有形地包含在携带机器可读代码的载体介质中，供可编程处理器执行。本发明因此涉及一种携带计算机程序产品的载体介质，该计算机程序产品在计算装置上执行时提供用于执行任一上述方法的指令。措辞“载体介质”是指参与提供指令到处理器供执行的任何介质。这种介质可采用许多形式，包含但不限于非易失性介质和传输介质。非易失性介质例如包含光盘或磁盘，诸如为大容量存储器的一部分的存储装置。通常形式的计算机可读介质包含CD-ROM、DVD、挠性盘或软盘、磁带、存储芯片或盒式磁带、或者计算机可读取的任何其他介质。各种形式的计算机可读介质可在将一个或多个指令的一个或多个序列传送到处理器供执行中被涉及到。该计算机程序产品也可以通过载波在诸如LAN、WAN或互联网的网络内传输。传输介质可以采用例如在无线电波和红外数据通信时产生的声波或光波形式。传输介质包含同轴线缆、铜导线和光纤，涵盖包含计算机内的总线的导线。
应理解，已经针对根据本发明的装置在此描述了优选实施例、特定构造和配置以及材料，不过可以进行形式和细节上的各种变化或修改而不背离本发明的范围和精神。

Claims (14)

1.一种发光传感器(20)，包含至少一个腔体(22)和由至少第一传导格栅(11)形成的至少一个滤光器，该至少第一传导格栅(11)包含多个导线(12)，
其中该至少第一传导格栅(11)的导线(12)的至少一个连接到温度控制装置，用于控制该传感器内至少一个腔体(22)的温度。
2.如权利要求1所述的发光传感器(20)，还包含由至少第二传导格栅(33)形成的至少第二滤光器。
3.如权利要求2所述的发光传感器(20)，其中该第一传导格栅(11)具有第一类型的偏振透射且该第二传导格栅(33)具有第二类型的偏振透射，该第一和第二类型的偏振透射彼此不同。
4.如权利要求2或3中任意一项所述的发光传感器(20)，该第二传导格栅(33)包含多个导线(12)，其中该第二传导格栅(33)的至少一个导线(12)适于用作温度控制电极。
5.如前述权利要求任意一项所述的发光传感器(20)，该发光传感器(20)包含反应腔体(22)，该反应腔体具有由基板(21)的表面形成的第一侧面，
其中至少一个传导格栅(11、33)形成在该反应腔体(22)的该第一侧面上。
6.如前述权利要求任意一项所述的发光传感器(20)，该发光传感器(20)包含反应腔体(22)，该反应腔体具有由与基板(21)分隔开且大致平行于该基板(21)的盖(23)形成的第二侧面，
其中至少一个传导格栅(11、33)形成在该反应腔体(22)的该第二侧面上。
7.如前述权利要求任意一项所述的发光传感器(20)，其中该发光传感器(20)还包含用于探测发光辐射(27)的探测器(28)。
8.如权利要求7所述的发光传感器(20)，其中该发光辐射(27)是由存在于该发光传感器(20)的反应腔体(22)内的发光体(25)受到激发辐射(26)照射时产生的。
9.如权利要求8所述的发光传感器(20)，其中该探测器(28)置于该发光传感器(20)的第一侧面，且激发辐射在该发光传感器(20)的第二侧面进入该发光传感器(20)，该第一侧面和第二侧面关于该反应腔体(22)彼此相对。
10.如前述权利要求任意一项所述的发光传感器(20)，其中该至少一个导线为加热器的一部分。
11.一种用于制造如权利要求1所述的用于探测由至少一个发光体(25)产生的发光辐射(27)的发光传感器(20)的方法，该方法包含：
提供至少第一传导格栅(11)作为至少一个滤光器，该传导格栅(11)包含多个导线(12)，
提供连接到该温度控制装置的该至少第一传导格栅(11)的该导线(12)的至少一个。
12.一种用于探测由样品流体内发光体(25)发射的发光辐射(27)且同时加热该样品流体的方法，该方法包含：
使用激发辐射(26)照射该发光体(25)，
使用由至少第一传导格栅(11)形成的至少一个滤光器，来选择性透射特定类型的发光辐射(27)，该第一传导格栅(11)包含多个导线(12)，以及驱动该至少第一传导格栅(11)的该至少一个导线(12)，用于至少局部加热该样品流体，以及
探测发光辐射(27)。
13.一种计算机程序产品，用于在计算装置上执行时实施如权利要求11至12任意一项所述的方法。
14.一种机器可读数据存储装置，用于存储如权利要求13所述的计算机程序产品。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105589161A (zh) * 2015-12-18 2016-05-18 中国科学技术大学 一种可调恒温滤光片切换装置
CN109803762A (zh) * 2016-10-07 2019-05-24 勃林格殷格翰维特梅迪卡有限公司 用于控制分析装置和分析系统的方法
CN109985672A (zh) * 2017-12-29 2019-07-09 深圳先进技术研究院 一种微流控芯片、装置、系统、控制及制备方法
WO2019223495A1 (zh) * 2018-05-25 2019-11-28 京东方科技集团股份有限公司 对液体进行检测的方法及系统
CN112909036A (zh) * 2019-12-04 2021-06-04 豪威科技股份有限公司 具有偏光片的光感测系统和光传感器

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5525289B2 (ja) * 2009-03-25 2014-06-18 旭化成イーマテリアルズ株式会社 ワイヤグリッド偏光板の製造方法並びに液晶表示装置
JP5974429B2 (ja) 2011-07-20 2016-08-23 ソニー株式会社 複合材料構造物及びその製造方法
CN104053498B (zh) * 2012-01-13 2017-05-03 皇家飞利浦有限公司 使用在线栅上再循环的试剂的dna测序
EP2677281B1 (de) * 2012-06-22 2014-08-06 SICK STEGMANN GmbH Optoelektronisches Sensorelement
EP2884261B1 (en) 2013-12-14 2016-09-21 IMEC vzw Integrated fluorescence detection
US11543407B2 (en) * 2014-05-01 2023-01-03 Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University Flexible optical biosensor for point of use multi-pathogen detection
CN105126942A (zh) * 2015-09-09 2015-12-09 南京微腾生物科技有限公司 Pdms微通道的表面修饰方法及改性pdms微通道
JP6382875B2 (ja) 2016-03-15 2018-08-29 株式会社東芝 光学センサ、分析装置および分析方法
NL2021258B1 (en) * 2018-06-14 2019-12-20 Illumina Inc Device for luminescent imaging
US11378444B2 (en) 2020-08-05 2022-07-05 Visera Technologies Company Limited Biosensor and bio detection system
US20220120683A1 (en) * 2020-10-15 2022-04-21 Visera Technologies Company Limited Bio-chip, bio-detection system and bio-detection method
US20230104161A1 (en) * 2021-10-05 2023-04-06 Electronics And Telecommunications Research Institute Biosensor device

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5744925A (en) * 1996-09-16 1998-04-28 Delco Electronics Corporation Control method and apparatus for two-wire motor actuator
US6297018B1 (en) * 1998-04-17 2001-10-02 Ljl Biosystems, Inc. Methods and apparatus for detecting nucleic acid polymorphisms
JP4776779B2 (ja) * 1998-09-02 2011-09-21 カイロス・インク 捩り撓みヒンジで連結されて相対的に回転する微細加工部材
US6628862B1 (en) * 2001-02-15 2003-09-30 General Photonics Corporation Thermal-induced waveguide gratings
DE10129274A1 (de) * 2001-06-18 2003-01-02 Prometec Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Diagnostik und überwachung eines unfokussierten Laserstrahles von Hochleistungs-Laseranlagen
CN1202266C (zh) * 2002-04-30 2005-05-18 欧姆龙株式会社 设置有光扫描装置的生物芯片和该生物芯片的读取方法

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105589161A (zh) * 2015-12-18 2016-05-18 中国科学技术大学 一种可调恒温滤光片切换装置
CN109803762A (zh) * 2016-10-07 2019-05-24 勃林格殷格翰维特梅迪卡有限公司 用于控制分析装置和分析系统的方法
CN109803762B (zh) * 2016-10-07 2022-04-01 勃林格殷格翰维特梅迪卡有限公司 用于控制分析装置和分析系统的方法
CN109985672A (zh) * 2017-12-29 2019-07-09 深圳先进技术研究院 一种微流控芯片、装置、系统、控制及制备方法
CN109985672B (zh) * 2017-12-29 2020-07-24 深圳先进技术研究院 一种微流控芯片、装置、系统、控制及制备方法
US11433392B2 (en) 2017-12-29 2022-09-06 Shenzhen Institutes Of Advanced Technology Microfluidic chip, apparatus, system, and control and preparation method therefor
WO2019223495A1 (zh) * 2018-05-25 2019-11-28 京东方科技集团股份有限公司 对液体进行检测的方法及系统
CN112909036A (zh) * 2019-12-04 2021-06-04 豪威科技股份有限公司 具有偏光片的光感测系统和光传感器
CN112909036B (zh) * 2019-12-04 2023-03-28 豪威科技股份有限公司 具有偏光片的光感测系统和光传感器

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Publication number Publication date
JP2010522322A (ja) 2010-07-01
WO2008117208A1 (en) 2008-10-02
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EP1972909A1 (en) 2008-09-24

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PB01 Publication
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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