CN101726478A - 用于制造和光学检测生物芯片的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于制造生物芯片的装置。该装置包括反应室，该反应室封装与外部环境隔离的生物芯片。该装置还包括曝光系统，该曝光系统具有光源和空间光调制器。空间光调制器接收来自光源的光并利用该光形成光学图像。光学图像被生物芯片接收。该装置还包括检测系统，该检测系统检测从生物芯片行进的光。

Description

用于制造和光学检测生物芯片的装置
技术领域
一个或多个示例性实施方式涉及一种通过使用光刻方法而不用掩模来制造生物芯片(biochip)并用于光学检测生物芯片以读取生物芯片的装置。
背景技术
生物芯片是通过将生物有机材料，诸如活的生物体、微生物以及动物和植物的神经、器官和细胞的酶、缩氨酸、蛋白质、抗体和脱氧核糖核酸(DNA)结合到类似于半导体芯片的微芯片中而制成的生物测定器件(biometricdevice)。具体地，DNA芯片是用于检测DNA的器件。DNA芯片通过在基板上的小空间内布置具有不同碱基序列(base sequence)的数百个DNA至数千万个DNA制成，其中细胞内碱基序列的功能是已知的。另外，DNA在基板上以单螺旋形而不是双螺旋形排列。基板可以是例如玻璃基板或半导体基板。具有相同碱基序列的单螺旋形DNA的集合通常被称为点，差不多二十至百个碱基连接而形成单点(single spot)。
当试样的基因材料被滴到这样的DNA芯片上时，仅相应于特定点的基因，即，具有与特定点的碱基序列互补的序列的基因与相应的点结合。另外，不与DNA芯片中的点结合的基因被洗掉。布置在DNA芯片上的点的碱基序列的功能是已知的，因而，能通过识别与基因结合的DNA芯片上的点而容易地获得试样的基因信息。因此，通过使用DNA芯片，可以相对快速地分析在特定细胞或组织中的独特基因表达或突变的方面(aspect)。另外，DNA芯片还能用于：基因中的基因表达、单核苷酸多态性和拷贝数量变化(copy number variation)的大范围分析，病原菌(pathogenic bacteria)感染测试，抗生素抗性测试，相对于环境因素的生物反应研究，食品安全检测，鉴定罪犯，新药开发以及动物和植物的医学检查。
这样的生物芯片能通过在生物芯片的点上以不同序列堆叠DNA碱基(诸如腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞核嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T))二十至上百次而制造。利用非常精确的制造方法在单一生物芯片中形成具有精确碱基序列的数千万个不同的点。制造生物芯片的代表方法是光刻方法，其与用于制造半导体的方法相同。在光刻方法中，生物芯片除了与特定的碱基反应的区域之外被掩模覆盖，光投射到该生物芯片上。在该示例性实施方式中，用于反应的所有碱基都与不耐光材料结合，使得碱基不能彼此结合。然而，当投射光时，不耐光材料从碱基分解，从而光投射到其上的碱基能与其它碱基结合。因此，特定的碱基能与没有被掩模覆盖且暴露于光的碱基结合。在光刻方法中，尽管能精确地制造生物芯片，但是制造时间相对较长，且制造成本相对较高，原因在于光刻设备相对昂贵，且使用大量的掩模，该大量掩模相应于堆叠碱基数量的大约四倍。
同时，当分析试样时，已经提出了用于识别DNA芯片中与试样的基因结合的点的各种方法。荧光检测方法是所提议方法中的代表性实例。在荧光检测方法中，包括当被激发光激发时发射特定颜色光的荧光材料的碱基与试样的基因材料结合。试样的基因材料被滴到DNA芯片上，然后分析通过投射激发光到DNA芯片上而获得的荧光图像，从而识别与试样的基因结合的点。
通常，光电检测器通过以大约0.1μm至10μm的像素检测DNA芯片而获得荧光图像，该光电检测器通过投射激发光到DNA芯片上而获得荧光图像。该基本检测单元被称为段(segment)，单点由几段至几十段(例如32段)形成。段是点检测方法中的基本扫描单元，由数百个点阵列至数千个点阵列(例如，5,000个点阵列)形成的组(panel)在图像检测方法中是基本的扫描单元。一般地，点检测方法使用光电倍增管(PMT)作为光电检测器，图像检测方法使用电荷耦合器件(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)等作为光电检测器。生物芯片扫描器，即，荧光检测器，可通过扫描DNA芯片中的每段或每组而读取DNA芯片。
然而，由于制造DNA芯片的工艺与分析试样的工艺分离，并且用于制造DNA芯片的装置与用于读取DNA芯片的荧光检测器分离，所以当DNA芯片被再加工、存储及用于分析试样时暴露于外部环境是不可避免的，这降低了DNA芯片的可靠性。
发明内容
一个或多个示例性实施方式包括通过利用光刻方法而不使用掩模来制造生物芯片诸如脱氧核糖核酸(DNA)芯片且通过光学检测该DNA芯片而直接分析试样的装置。
一个或多个示例性实施方式包括用于制造和光学检测生物芯片并监测制造生物芯片的工艺的装置。
一个示例性实施方式可包括用于制造生物芯片的装置，该装置包括：反应室，封装生物芯片以使生物芯片与外部环境隔离；曝光系统，具有光源和空间光调制器(SLM)，SLM接收来自光源的光并利用接收到的光形成光学图像，光学图像被生物芯片接收；以及检测系统，检测从生物芯片行进的光。
在一个示例性实施方式中，SLM可以是反射SLM。
在一个示例性实施方式中，该装置还可包括光路改变单元，该光路改变单元提供从光源发出的光到SLM，并提供从SLM反射的光到反应室，且提供从反应室行进的光到检测系统。
在一个示例性实施方式中，光路改变单元可包括：偏振光束分光器，设置在光源与SLM之间；偏光器，设置在光源与偏振光束分光器之间；以及四分之一波长(λ/4)板，设置在偏振光束分光器与SLM之间。
在一个示例性实施方式中，曝光系统还可包括：光漫射器件，设置在光源与偏光器之间；透镜器件或镜器件，设置在λ/4板与SLM之间；失真校正器件，设置在偏振光束分光器与反应室之间；以及投影光学系统，设置在失真校正器件与反应室之间。
在一个示例性实施方式中，失真校正器件可包括具有反射表面的可变形镜，该反射表面可响应机械和电操作的至少之一而变形用于校正光学图像的失真。
在一个示例性实施方式中，为了检测从所述反应室行进经过偏振光束分光器的光学图像，检测系统可设置成使得检测系统面对偏振光束分光器的光出射表面之一。
在一个示例性实施方式中，光路改变单元还可包括设置在偏振光束分光器与反应室之间的附加的λ/4板。
在一个示例性实施方式中，检测系统可以沿光行进的方向邻近反应室设置，从而检测透过反应室和生物芯片的光学图像。
在一个示例性实施方式中，该装置还可包括设置在反应室与检测系统之间的附加的失真校正器件。
在一个示例性实施方式中，SLM可以是透射SLM。
在一个示例性实施方式中，曝光系统还可包括：沿光行进方向依次设置在光源与SLM之间的光漫射器件以及透镜器件和镜器件至少之一；以及沿光行进方向依次设置在SLM与反应室之间的失真校正器件和投影光学系统。
在一个示例性实施方式中，该装置还可包括光路改变单元，该光路改变单元提供从光源发射的光到反应室，并且提供从反应室行进的光到检测系统。
在一个示例性实施方式中，光路改变单元可包括：偏振光束分光器，设置在光漫射器件与透镜器件和镜器件的至少之一之间；偏光器，设置在光漫射器件与偏振光束分光器之间；以及λ/4板，设置在偏振光束分光器与透镜器件和镜器件的至少之一之间。
在一个示例性实施方式中，曝光系统的光源可包括：第一光源，发射被光学多工器接收的曝光光；第二光源，发射被光学多工器接收的激发光，光学多工器选择性地传输或阻挡从第一光源发出的曝光光和从第二光源发出的激发光之一。
在一个示例性实施方式中，该装置还可包括设置在第一光源与光学多工器之间并且还设置在第二光源与光学多工器之间的光纤。
在一个示例性实施方式中，检测系统可包括沿光行进的方向依次设置的激发光吸收滤光器、成像透镜和成像镜的至少之一和光电检测器。
在一个示例性实施方式中，当制造生物芯片时，激发光吸收滤光器可以从光路分离。
在一个示例性实施方式中，光电检测器可由包括多个微像素的阵列形成，且可包括光电倍增管(PMT)、电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)之一。
附图说明
通过参照附图对本发明的示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述和其它方案、优点和特征将变得更加清楚，附图中：
图1是用于制造生物芯片的装置的示例性实施方式的示意图；
图2是在图1中示出的装置的示例性实施方式的详细图示；
图3A-图3E是通过使用图2中示出的装置来制造生物芯片的工艺的另一示例性实施方式的顺序图；
图4是用于制造生物芯片的装置的另一示例性实施方式的示意图；
图5是用于制造生物芯片的装置的另一示例性实施方式的示意图；
图6是用于制造生物芯片的装置的另一示例性实施方式的示意图；
图7是用于制造和光学检测生物芯片的装置的另一示例性实施方式的示意图；
图8是用于制造和光学检测生物芯片的装置的另一示例性实施方式的示意图；
图9是用于制造和光学检测生物芯片的装置的另一示例性实施方式的示意图；
图10是用于制造和光学检测生物芯片的装置的另一示例性实施方式的示意图；
图11是用于制造和光学检测生物芯片的装置的另一示例性实施方式的示意图；
图12是用于制造和光学检测生物芯片的装置的另一示例性实施方式的示意图；以及
图13是用于制造和光学检测生物芯片的装置的另一示例性实施方式的示意图。
具体实施方式
现将参考其中示出本发明的实施方式的附图在其后更加全面地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同的形式实现且不应解释为限于这里阐述的实施方式。而是，提供这些实施例使得本公开充分和完整，且向本领域的技术人员全面地传达本发明的范围。通篇相似的附图标记指示相似的元件。
将理解当元件被称为在另一元件“上”时，它可以直接在其他元件上或可以存在中间的元件。相反，当元件被称为“直接”在其他元件“上”时，则没有中间元件存在。这里所用的术语“和/或”包括相关列举项目的一个或更多的任何和所有组合。
将理解虽然术语第一、第二、第三等可以用于此来描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分应不受这些术语限制。这些术语只用于区分一个元件、部件、区域、层或部分与其他元件、部件、区域、层或部分。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分，而不背离本发明的教导。
这里所使用的术语只是为了描述特别的实施方式的目的且不旨在限制本发明。如这里所用，单数形式也旨在包括复数形式，除非内容清楚地指示另外的意思。将进一步理解当在此说明书中使用时术语“包括”和/或“包含”说明所述特征、区域、整体、步骤、操作、元件和/或组分的存在，但是不排除存在或添加一个或更多其他特征、区域、整体、步骤、操作、元件、组分和/或其组。
另外，在这里可使用相对术语，诸如“下”或“底”和“上”或“顶”来描述一个元件与其他元件如图中所示的关系。将理解相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外的器件的不同方向。例如，如果在一个图中的器件被翻转，则被描述为在另一元件“下”侧的元件则应取向在另一元件“上”侧。因此，根据图的特定取向，示范性术语“下”可以包含“下”和“上”两个取向。类似地，如果一个图中的器件被翻转，则被称为在其它元件“下方”或“下面”的元件取向为在其它元件“上方”。因此，示例性术语“下方”或“下面”能包括上和下两个取向。
除非另有界定，这里使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同涵义。还可以理解诸如那些在通用字典中定义的术语应解释为与其在相关技术和本公开的上下文中的涵义一致的涵义；而不应被解释为理想化或过度正式的意义，除非在这里明确地如此界定。
参考横截面图示在这里描述了本发明的示例性实施方式，该图示是本发明的理想实施方式的示意图。因此，可以预期由于例如制造技术和/或公差引起的图示的形状的变化。因此，本发明的实施方式不应解释为限于这里所示的特别的区域形状，而是包括由于例如由制造引起的形状的偏离。例如，示出或描述为平的区域典型地可以具有粗糙和/或非线性的特征。另外，示出的尖角可以是圆的。因此，图中示出的区域本质上是示意性的，且它们的形状不旨在示出区域的精确形状且不旨在限制本发明的范围。
在以下文中，将参照附图详细描述本发明。
图1是不使用掩模来制造生物芯片的装置的示例性实施方式的示意图。
参照图1和图3A，装置包括：光源101，用于产生光；空间光调制器(SLM)108，代替掩模，用于形成将被投射到生物芯片130上的光学图像；失真校正器件(distortion correction device)110，用于校正光学图像的失真；反应室120，在其中发生用于制造生物芯片130的碱基反应(base reaction)；以及光电检测器113，用于检测将被投射到反应室120中的生物芯片130上的光学图像。
在一个示例性实施方式中，SLM 108由具有多个微像素的阵列形成，其中的每个像素可被开启或关闭，从而选择性地透射或反射光。透射SLM选择性地透射或阻挡在透射SLM的像素中的光，反射SLM选择性地反射或吸收在反射SLM的像素中的光。因而，通过控制在SLM 108中每个像素的开启/关闭状态，可以形成将被投射到生物芯片130上的光学图像，而不使用掩模。例如，在一个示例性实施方式中，液晶器件可用作透射SLM。另外，在可选实施方式中，硅上液晶(LCoS)或根据微机电系统(MEMS)技术的微镜阵列(例如，数字微镜器件(DMD))可用作反射SLM。
同时，在一个示例性实施方式中，其上已经基于全息方法以三维(3D)阵列的形式记录有多个图案的非线性光学介质可用作SLM 108。非线性光学介质可以被形成为通过基于入射光的入射角、波长、焦深等来改变入射光的衍射条件而产生不同的光学图像。该非线性光学介质可通过相继投射不同的干涉图案到非线性光学介质上获得。如果使用非线性光学介质，则尽管不能任意获得之前没有定义的光学图像，但是用于制造生物芯片130的掩模图像可以被预先存储在非线性光学介质中，通过改变入射光的入射角、波长、焦深等可提取需要的图像。该非线性光学介质被称为透射SLM的类型。
反应室120封装将与外部环境隔离的生物芯片130和反应材料(例如，将与生物芯片130结合的脱氧核糖核酸(DNA)碱基)。在一个示例性实施方式中，透明窗125形成于反应室120的光入射表面上，使得光可入射或离开反应室120。然而，反应室120的透明窗125或生物芯片130会使光学图像失真。另外，当光在SLM 108上被反射或透过SLM 108时，光学图像也会失真，或者由于其他各种光学器件而失真。失真校正器件110防止并校正将被提供到反应室120中的生物芯片130的光学图像的失真。在一个示例性实施方式中，失真校正器件110可以是镜，该镜用于有意地提供与从SLM 108到反应室120中的生物芯片130的光路上存在的各种像差(aberration)相反的反像差，从而补偿各种像差。
例如，在一个示例性实施方式中，具有可由于机械或电操作而任意变形的反射表面的可变形镜可用作失真校正器件110。可变形镜的反射表面由柔性构件形成，用于通过推或拉反射表面而使反射表面部分变形的微电或机械器件以二维(2D)阵列的形式布置在反射表面的下表面上。因而，像差可被任意地提供到可变形镜的镜表面上。例如，如果反球面像差(sphericalaberration)被提供到可变形镜，则可有效地校正球面像差，其中该反球面像差与从SLM 108到反应室120中的生物芯片130的光路上积累的球面像差相反。
失真可参考从生物芯片130反射且被光电检测器113检测的光学图像被校正。例如，在一个示例性实施方式中，在开始碱基反应之前，SLM 108产生竖直平行线或水平平行线图像、网格图像或格板(checker board)图像，且提供该图像到生物芯片130。该图案的图像被生物芯片130反射，且被光电检测器113检测。在该示例性实施方式中，可变形镜的镜表面可被操控，使得被光电检测器113检测到的图像与由SLM 108产生的图像相同。
在校正失真之后，可通过在反应室120中提供反应材料以及同时将光投射到生物芯片130上而开始生物芯片130的制造。在该示例性实施方式中，通过连续监测提供到生物芯片130的光学图像，光电检测器113可验证未失真的光学图像是否被提供到生物芯片130。
图2是示出了根据示例性实施方式的用于不使用掩模来制造生物芯片的装置100的详细图示。
参照图2，装置100在光沿第一光轴OX行进的方向上依次包括光源101、光漫射器件(light diffusion device)102、偏光器103、偏振光束分光器105、四分之一波长(λ/4)板106、透镜器件107和SLM 108。另外，装置100沿第二光轴OX’依次包括光电检测器113、成像透镜112、偏振光束分光器105、失真校正器件110、λ/4板104、投影光学系统111和反应室120。偏振光束分光器105设置在第一光轴OX和第二光轴OX’上。光源101、光漫射器件102、透镜器件107、SLM 108、失真校正器件110和投影光学系统111形成曝光系统，用于曝光如图3A所示将在反应室120中制造的生物芯片130。而且，成像透镜112和光电检测器113可以用于形成监测系统，用于实时监测生物芯片130的制造工艺。另外，偏光器103、偏振光束分光器105以及λ/4板106和104可用于形成改变光路的光路改变单元。
尽管假设根据以上示例性实施方式的每个光学系统是包括透镜或多个透镜的折射光学系统而提出了以上描述，但是可以在包括平面镜、凹面镜或凸面镜的反射光学系统中实现相同的功能和效果。例如，在一个示例性实施方式中，可分别使用镜器件和成像镜替代即将在随后描述的透镜器件107和成像透镜112。另外，可使用包括折射透镜和反射镜两者的反射折射光学系统。在以下描述中，为了便于解释，将描述代表性的折射光学系统。
根据当前示例性实施方式，曝光系统的光源101发射将要被投射到将被制造的生物芯片130上的曝光光(exposure light)。曝光光可以是例如相干光或非相干光。为了获得具有相对高分辨率的光学图像，用于发射具有短波长(例如，紫外(UV)光)的光的光源是有利的。然而，光源101不限于此。在通用光刻装置中使用的每种类型的光源都可用作光源101。可使用发射单色光的发光二极管(LED)或激光二极管(LD)、或者发射白光或混色光的灯(lamp)。例如，汞灯、氘(D2)灯或氙(Xe)灯、或具有类似操作属性的其他灯可被用作光源101。
从光源101发射的曝光光可透过光漫射器件102。光漫射器件102均匀地漫射曝光光，从而曝光光的整个截面基本上具有一致的强度。因而，曝光光可以相同的强度投射到将被制造的生物芯片130，这确保碱基精确地与生物芯片130上的期望基因点结合。虽然光漫射器件102在图2中被示意性地示为单一平板器件，但是光漫射器件102可以以各种形式形成。例如，在可选示例性实施方式中，光漫射器件102可以是柱型(bar-type)光学积分器(optical integrator)、衍射格(diffraction lattice)、微透镜或漫射器。另外，光漫射器件102可由多个光学器件形成，从而改善光均匀性。
同时，虽然光源101和光漫射器件102与图2中的其他光学器件一起设置在第一光轴OX上，但是在可选示例性实施方式中，当使用适当的光学传输装置例如光纤(未示出)时，光源101和光漫射器件102可设置在第一光轴OX外。如果使用光纤，则从光源101发出的曝光光在行进通过光纤时可充分且均匀地漫射，因而可省略光漫射器件102。如果使用光纤，则可增加在光源101布置中的设计自由度，因而可减少用于布置光源101的大量精力。
偏光器103邻近光漫射器件102设置。偏光器103使曝光光具有特定的偏振。例如，透过偏光器103的光可以是S偏振光。然而，如果光源101被设计成发射特定偏振的光，则可不使用偏光器103。例如，如果光源101是用于发射S偏振光的激光器，则可不使用偏光器103。
偏振光束分光器105邻近偏光器103设置。偏振光束分光器105基于入射光的偏振来透射或阻挡入射光。例如，在一个示例性实施方式中，偏振光束分光器105可透射S偏振光而反射P偏振光。通过使用偏振光束分光器105，从光源101发出的曝光光可朝SLM 108行进，从SLM 108反射的光可朝向反应室120行进。因而，偏振光束分光器105可被称为光路改变器件。如上所述，偏振光束分光器105与以下将更详细描述的偏光器103、λ/4板106和104一起形成光路改变单元。在图2中，从光源101发出的曝光光透过偏振光束分光器105并朝SLM 108行进，从SLM 108反射的光在偏振光束分光器105上被反射。然而，在可选实施方式中，从光源101发出的曝光光可在偏振光束分光器105上被反射，且从SLM 108反射的光可透过偏振光束分光器105。在该示例性实施方式中，失真校正器件110、λ/4板104、投影光学系统111和反应室120可以代替λ/4板106、透镜器件107和SLM 108设置在第一光轴OX上。
透过偏振光束分光器105的光透过λ/4板106。λ/4板106将线偏振光转换为圆偏振光，或者反之亦然。例如，在一个示例性实施方式中，入射在λ/4板106上的S偏振光可被转化成左旋圆偏振光(left-hand circularly polarizedlight)。
然后，左旋圆偏振光经过透镜器件107入射在SLM 108上。在该示例性实施方式中，特定透镜诸如非球面透镜可用作透镜器件107，从而最小化像差的影响。
虽然透镜器件107在图2中由单一透镜器件形成，但是在可选示例性实施方式中，透镜器件107可由包括多个透镜的透镜组形成。在该示例性实施方式中，透镜组中的至少一个透镜可以是非球面透镜。同时，根据当前示例性实施方式的SLM 108是反射SLM。例如，LCoS或DMD可用作SLM 108。基于将被提供到反应室120中的生物芯片130上的光图案，SLM 108反射部分入射光，吸收入射光的其他部分或使入射光的其他部分偏斜到光路外。因而，从SLM 108反射的光形成具有预定图案的光学图像。
从SLM 108反射的光具有反圆偏振。例如，在一个示例性实施方式中，左旋圆偏振光被转换成右旋圆偏振光，然后再次透过λ/4板106。在该示例性实施方式中，例如，光被λ/4板106转换成P偏振光。然后，P偏振光在偏振光束分光器105上被反射，并朝失真校正器件110行进。如以上参考图1所描述，失真校正器件110防止并校正将被提供到反应室120中的生物芯片130上的光学图像的失真。例如，失真校正器件110可以是镜，该镜用于有意地提供与从SLM 108到反应室120中的生物芯片130的光路上存在的各种像差相反的反像差(inverse aberration)，从而补偿各种像差。例如，具有反射表面的可变形镜可以用作失真校正器件110，该反射表面由于机械或电操作可任意变形。
从失真校正器件110反射的光透过λ/4板104，然后经过投影光学系统111入射在反应室120中的生物芯片130上。投影光学系统111将具有相对高的分辨率的光学图像投射到生物芯片130上，且可以是包括多个透镜的透镜系统。即将经过投影光学系统111被提供到反应室120中的生物芯片130上的光学图像具有相应于生物芯片130的总面积的尺寸。在该示例性的实施方式中，由于相应于生物芯片130的尺寸和位置，所以光学图像准确地聚焦在生物芯片130上。为了控制光学图像的尺寸和位置，在一个示例性实施方式中，投影光学系统111可以是具有预定放大倍率或可变放大倍率的变焦透镜系统。非球面透镜可用作投影光学系统111，从而最小化像差的影响。投影光学系统111可由包括多个透镜的透镜组形成。在该示例性实施方式中，透镜组中的至少一个透镜可以是非球面透镜。
参照图3A，当制造生物芯片130时，反应室120提供密封的环境。透明窗125形成于反应室120的光入射表面上，从而光可进入或离开反应室120。另外，用于提供与生物芯片130反应的碱基的入口121和用于排出与生物芯片130反应之后剩余的碱基的出口122形成于反应室120上。当具有预定图案的光学图像被提供到生物芯片130时，仅生物芯片130的曝光部分与碱基结合，其中该光学图像通过SLM 108形成。因而，根据当前的示例性实施方式，特定的碱基可与生物芯片130的期望部分结合，而不使用掩模。
参照图2，包括成像透镜112和光电检测器113的监测系统设置成面对偏振光束分光器105的光出射表面之一，从而检测光学图像，该光学图像被反应室120中的生物芯片130反射且透过偏振光束分光器105。因而，从生物芯片130反射的光再次透过投影光学系统111和λ/4板104。在该示例性实施方式中，例如，光从P偏振光转换成S偏振光。然后，光通过失真校正器件110和偏振光束分光器105，并通过成像透镜112在光电检测器113上形成图像。光电检测器113可实时监测提供到生物芯片130的光学图像。因而，根据当前的示例性实施方式，光电检测器113可验证精确的图像图案是否被提供到生物芯片130。同样地，可通过获得在光电检测器113与SLM 108之间的反馈、利用可操作地耦接到光电检测器113和SLM 108两者的计算机来实时校正错误。光电检测器113可由数十万微像素至数亿微像素的阵列形成。例如，光电倍增管(PMT)、电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)可用作光电传感器113。
图3A-3D是示出通过使用根据另一示例性实施方式的图2中示出的装置100来制造生物芯片130的工艺顺序图。将结合图2描述图3A-3D。
参照图3A，即将被制造的生物芯片130设置在反应室120中。其上入射曝光光的透明窗125形成于反应室120的上表面。另外，用于提供与生物芯片130反应的碱基的入口121和用于排出在与生物芯片130反应之后剩余的碱基的出口122形成于反应室120的两侧。在图3A中，在一个示例性实施方式中，仅四个基因点126布置在生物芯片130上。另外，不耐光材料127与每个基因点126结合。
参考图3B，在操作期间，如果包括SLM 108的曝光系统仅投射光到第二和第四基因点，则去除与第二基因点和第四基因点结合的不耐光材料127。同时或顺序地，如果碱基通过入口121被提供到反应室120中，则碱基仅与从其去除不耐光材料127的基因点结合。然后，如在图3C中所示，鸟嘌呤(G)重新堆叠在第二和第四基因点上。不耐光材料127也与新堆叠的G结合。
然后，参照图3D，当胞核嘧啶(C)被经过入口121提供到反应室120中时，曝光系统将光投射在第一和第二基因点上。然后，不耐光材料127被从第一和第二基因点移除。因而，如在图3E中所示，C仅堆叠在第一和第二基因点上。如此，通过将生物芯片130暴露于预定的图像图案以及然后提供特定的碱基到反应室120中，特定的碱基可与生物芯片130上的期望基因点结合。期望的碱基序列可通过重复上述程序而在生物芯片130中创建。
根据当前的示例性实施方式，由于SLM 108，生物芯片130可通过使用光刻方法而根本不使用掩模来制造。因而，可省去掩模的设计、制造、检查和设置，且可降低生物芯片130的制造成本和时间。另外，由于用于使碱基与生物芯片130反应且曝光反应室120中的生物芯片130的曝光系统处在反应室120外，所以可防止由于例如湿气和臭氧(O3)的影响而引起的生物芯片130的良率(yield rate)降低。另外，可通过使用失真校正器件110诸如参照图2在以上描述的可变形镜，来校正在SLM 108与反应室120之间的光路上产生的光学图像的失真。另外，通过使用光电检测器113可实时监测制造生物芯片130的工艺，因而可非常精确地制造生物芯片130。
图4是用于制造生物芯片的根据另一示例性实施方式的装置200的示意图。将结合图2描述图4。
参考图4，装置200与图2中示出的装置100的不同之处在于：成像透镜112和光电检测器113沿光行进的方向邻近反应室120设置。装置200的其他构造和操作与图2中示出的装置100的构造和操作基本类似。然而，不需要图2中示出的λ/4板104设置在失真校正器件110与反应室120之间的光路上。根据当前示例性实施方式，为了邻近反应室120设置成像透镜112和光电检测器113，在图3A中示出的透明窗125形成于反应室120的前表面和后表面的每一个上。另外，在图3A中示出的且将在反应室120中制造的生物芯片130的基板由透明材料形成。同样地，经过反应室120的前表面投射在生物芯片130上的光学图像可经过生物芯片130的基板、反应室120的后表面和成像透镜112形成图像于光电检测器113上。选择性地，可省略成像透镜112，光电检测器113可直接附接在反应室120的后表面上或紧邻反应室120的后表面设置。
图5是根据另一示例性实施方式的用于制造生物芯片的装置300的示意图。将结合图2来描述图5。
参照图5，装置300与图2中示出的装置100的区别在于SLM 108’是透射SLM而不是反射SLM。因而，例如，在一个示例性实施方式中，液晶器件或非线性光学介质可用作SLM 108’。液晶器件或非线性光学介质可具有基于全息方法以3D阵列的形式预先记录在其上的多个图案。由于透射SLM在当前示例性实施方式中用作SLM 108’，所以光源101、光漫射器件102、偏光器103、偏振光束分光器105、λ/4板106、透镜器件107、SLM 108’、失真校正器件110、投影光学系统111和反应室120可顺序设置在由失真校正器件110弯曲(fold)的单一公共光轴OX上。根据当前示例性实施方式，包括偏光器103、偏振光束分光器105和λ/4板106的光路改变单元提供从光源101发射的光到反应室120，且提供从反应室120反射的光到包括成像透镜112和光电检测器113的监测系统。
在图5中示出的装置300中，光从光源101发射，透过形成光学图像的SLM 108’。透过SLM 108’的光可在邻近SLM 108’设置的失真校正器件110上被反射。失真校正器件110可经过投影光学系统111投射接收到的光到反应室120中的在图3A中示出的生物芯片130上。同时，从生物芯片130反射的光沿以上路径逆向行进。更具体地，从生物芯片130反射的光通过投影光学系统111、失真校正器件110、SLM 108’、透镜器件107和λ/4板106传输。在该示例性实施方式中，λ/4板106改变光的偏振。因而，在当前示例性实施方式中，从生物芯片130反射的光可在偏振光束分光器105上被反射，且可经过成像透镜112在光电检测器113上形成图像。另一失真校正器件110可设置在偏振光束分光器105与光电检测器113之间的路径中，以校正在生物芯片130后的光束路径中的光学失真。
图6是根据另一示例性实施方式的用于制造生物芯片的装置400的示意图。将结合图4和图5描述图6。
参照图6，装置400与图5中的装置300的区别在于成像透镜112和光电检测器113邻近反应室120设置。另外，根据当前示例性实施方式，由于在光从光源101经过图3A中的生物芯片130朝光电检测器113行进时，从光源101发射的光不需要沿原始路径逆向行进或者从光源101发出的光不需要沿不同的路径分出，所以不需要光路改变单元。因而，在当前示例性实施方式中，不需要在之前的示例性实施方式中使用的偏光器103、偏振光束分光器105和λ/4板106。
与在图5中示出的装置300中一样，装置400还使用SLM 108’，该SLM108’是透射SLM而不是反射SLM。因而，例如，其上基于全息方法以3D阵列的形式预先记录有多个图案的液晶器件或非线性光学介质可用作SLM108’。装置400的操作与在图5中示出的装置300的操作基本类似。
与在图4中示出的装置200一样，在装置400中，成像透镜112和光电检测器113邻近反应室120设置。另外，在图3A中示出的透明窗125形成于反应室120的前表面和后表面的每个上。另外，即将在反应室120中制造的生物芯片130的基板由透明材料形成。同样地，经过反应室120的前表面投射在生物芯片130上的光学图像可经过生物芯片130的基板、反应室120的后表面和成像透镜112形成图像于光电检测器113上。选择性地，如参考图4在以上所述的，可省略成像透镜112，光电检测器113可直接附接在反应室120的后表面上或紧邻反应室120的后表面设置。
同时，为了通过利用在反应室120中制造的生物芯片130而不将生物芯片130搬出反应室120外来直接分析试样，可提供既制造又光学检测生物芯片的装置。
图7是根据另一示例性实施方式的用于制造和光学检测生物芯片的装置500的示意图，该装置500能够既制造生物芯片又分析试样。
参照图7，装置500包括第一光源101a、第二光源101b、光学多工器(optical multiplexer)109、光漫射器件102、偏光器103、偏振光束分光器105、λ/4板106和104、透镜器件107、SLM 108、光电检测器113、成像透镜112、激发光吸收滤光器(excitation light absorption filter)115、失真校正器件110、投影光学系统111和反应室120。在一个示例性实施方式中，光学多工器109、光漫射器件102、偏光器103、偏振光束分光器105、λ/4板106、透镜器件107和SLM 108依次设置在光沿第一光轴OX行进的方向上。另外，光电检测器113、成像透镜112、激发光吸收滤光器115、偏振光束分光器105、失真校正器件110、λ/4板104、投影光学系统111和反应室120依次沿第二光轴OX’设置。偏振光束分光器105设置在第一光轴OX和第二光轴OX’上。
第一光源101a和第二光源101b、光学多工器109、光漫射器件102、透镜器件107、SLM 108、失真校正器件110和投影光学系统111形成曝光系统，该曝光系统用于曝光在图3A中示出的且将在反应室120中被制造的生物芯片130以及在分析试样时用于将激发光投射在生物芯片130上。另外，激发光吸收滤光器115、成像透镜112和光电检测器113形成用于实时监测制造生物芯片130的工艺以及用于检测从生物芯片130发出的荧光的监测和荧光检测系统。另外，偏光器103、偏振光束分光器105和λ/4板106和104形成用于改变光路的光路改变单元。例如，光路改变单元提供从第一光源101a发出的曝光光到SLM 108，从SLM 108反射的光被导向到反应室120。另外，光路改变单元提供从第二光源101b发出的激发光到反应室120。从反应室120中的生物芯片130反射的光或者从生物芯片130发出的荧光经过光路改变单元朝光电检测器113行进。
如以上在图2中所述的，虽然假设根据当前示例性实施方式和随后描述的其它示例性实施方式的每个光学系统是包括透镜或多个透镜的折射光学系统而提出了以上描述，但是在包括平面镜、凹面镜或凸面镜的反射光学系统中也可以实现类似功能和效果。
根据当前示例性实施方式，曝光系统的第一光源101a发射将被投射到即将制造的生物芯片130上的曝光光。已经参照图2描述了曝光光，因而将省略其详细描述。同时，第二光源101b发射激发光。激发光激发包括于与生物芯片130(例如，DNA芯片)中的点结合的试样基因中的荧光材料。一般地，UV光、可见光或红外光可用作激发光。另外，在一个示例性实施方式中，激发光具有例如大约500nm的波长。然而，激发光并不必需是具有大约500nm波长的光，具有包括大约500nm波长的谱带的光可用作激发光。另外，激发光并不必需是单色光。另外，激发光的波长可基于与试样基因结合的荧光材料的发光特性而变化。例如，用于发射包括大约500nm的波段的混色光的灯或用于发射具有大约500nm的波段的单色光的LED或LD可用作第二光源101b。另外，激发光可以是相干光或非相干光。
光学多工器109提供从第一光源101a发射的曝光光和从第二光源101b发射的激发光到沿第一光轴OX的相同光路。例如，光学多工器109可基于电信号选择性地传输从第一光源101a发出的曝光光并阻挡从第二光源101b发出的激发光，或者反之亦然。然而，在装置500的一般操作中，仅第一光源101a和第二光源101b之一开启，而另外一个关闭，因而，光学多工器109可简单地提供在沿第一光轴OX的光路中的入射光。
最初，现在将描述当第一光源101a开启而第二光源101b关闭且来自第一光源101a的曝光光朝反应室120行进时的情形。从第一光源101a发出的曝光光透过光学多工器109、光漫射器件102和偏光器103。如上参照图2所述，如果第一光源101a被设计成发射具有特定偏振的光，则可不使用偏光器103。例如，如果第一光源101a是用于发射S偏振光的激光器，则可不使用偏光器103。
然后，曝光光透过偏振光束分光器105。例如，偏振光束分光器105可透射S偏振光而反射P偏振光。在图7中，从第一光源101a发出的曝光光透过偏振光束分光器105，从而朝SLM 108行进，从SLM 108反射的光在偏振光束分光器105上被反射。然而，在可选示例性实施方式中，从第一光源101a发出的曝光光可以在偏振光束分光器105上被反射，从SLM 108反射的光可透过偏振光束分光器105。在此示例性实施方式中，λ/4板106、透镜器件107和SLM 108可设置在第二光轴OX’上，而失真校正器件110、λ/4板104、投影光学系统111和反应室120可设置在第一光轴OX上。
透过偏振光束分光器105的光透过λ/4板106。例如，在一个示例性实施方式中，入射在λ/4板106上的S偏振光可被转换成左旋圆偏振光。然后，圆偏振光经过透镜器件107入射在SLM 108上。基于即将被提供到反应室120中的生物芯片130上的光图案，SLM 108反射部分入射光且吸收其它部分的入射光或使其它部分的入射光偏离光路。因而，从SLM 108反射的光对应于具有预定图案的光学图像。
从SLM 108反射的光具有反圆偏振。例如，在一个示例性实施方式中，左旋圆偏振光被转换成右旋圆偏振光，然后再次透过λ/4板106。在该示例性实施方式中，例如，光被λ/4板106转换成P偏振光。然后，P偏振光在偏振光束分光器105上被反射且朝失真校正器件110行进。如上参照图1所述，例如，具有由于机械或电操作可任意变形的反射表面的可变形镜可用作失真校正器件110。从失真校正器件110反射的光透过λ/4板104，然后经过投影光学系统111入射在反应室120中的生物芯片130上。同样地，曝光光可被提供到反应室120中的生物芯片130。
从生物芯片130反射的光再次透过投影光学系统111和λ/4板104。在该示例性实施方式中，例如，λ/4板104将光从P偏振光转换成S偏振光。然后，S偏振光透过失真校正器件110和偏振光束分光器105。根据当前示例性实施方式，包括激发光吸收滤光器115、成像透镜112和光电检测器113的监测和荧光检测系统面对偏振光束分光器105的光出射表面之一，从而检测从反应室120中的生物芯片130反射且透过偏振光束分光器105的光学图像。因而，透过偏振光束分光器105的光通过成像透镜112形成图像于光电检测器113上。因此，光电检测器113可验证精确的图像图案是否被提供到生物芯片130。
在分析基因试样时，激发光吸收滤光器115去除朝光电检测器113行进的激发光。例如，在一个示例性实施方式中，激发光吸收滤光器115可吸收大约500nm的波段而透射其它波段。然而，当制造生物芯片130时，可不使用激发光吸收滤光器115。因而，当制造生物芯片130时，预定的转换机构(未示出)可将激发光吸收滤光器115从第二光轴OX’分离。
参照图7，现在将描述分析在根据另一示例性实施方式的装置500中的基因试样的工艺。
当通过使用如上所述制造的生物芯片130来分析基因试样时，即将被分析的基因试样被经过在图3A中示出的入口121放入反应室120中。然后，在基因试样中包括的部分基因与生物芯片130上的相应基因点结合。基因试样的剩余基因(没有与生物芯片130上的任何基因点结合的基因)通过在图3A中示出的出口122排出。
在未结合的基因从出口122排出时，第二光源101b开启。然后，激发光从第二光源101b发出。在该示例性实施方式中，当第二光源101b开启时，第一光源101a关闭。激发光可经过与如上所述的曝光光相同的路径入射在反应室120中的生物芯片130上。更具体地，激发光经过光漫射器件102、偏光器103、偏振光束分光器105、λ/4板106和透镜器件107入射在SLM 108上。然后，从SLM 108反射的激发光经过透镜器件107和λ/4板106在偏振光束分光器105上被再次反射，然后经过失真校正器件110、λ/4板104和投影光学系统111入射在生物芯片130上。在该示例性实施方式中，SLM 108仅用作镜而不调制激发光。例如，SLM 108的每个像素可反射或透射入射光而不偏转入射光。
根据当前示例性实施方式，即将经过投影光学系统111入射在生物芯片130上的激发光可具有相应于生物芯片130的整个区域的直径。在该示例性实施方式中，生物芯片130可通过将激发光投射在生物芯片130上一次而被完全激发，而不用将生物芯片130划分成多个区域并依次扫描多个区域被完全激发。然而，在可选实施方式中，激发光也可具有小的光斑(optical spot)尺寸，因而可依次扫描生物芯片130的划分区域。虽然在图7中没有示出，但是包括曝光系统或反应室120的光学系统可被支撑在XYZ台上，从而调整激发光的位置或利用激发光扫描生物芯片130。
当激发光被如上所述投射在生物芯片130上时，在与基因点结合的基因试样的基因中包括的荧光材料被激发而发射荧光。根据当前示例性实施方式，生物芯片130形成于不透明或反射基板上。因而，从荧光材料发出的荧光朝偏振光束分光器105行进。在该示例性实施方式中，荧光是不具有特定偏振的非偏振光，因而偏振光束分光器105仅用作关于荧光的半透明镜(halfmirror)。因此，部分荧光可经过偏振光束分光器105朝激发光吸收滤光器115行进。透过偏振光束分光器105的荧光经过激发光吸收滤光器115和成像透镜112入射在光电检测器113上。
另外，投射在生物芯片130上的部分激发光在生物芯片130上被反射，然后再次透过λ/4板104。在该示例性实施方式中，λ/4板104将激发光转换成例如S偏振光。然后，S偏振光的激发光可透过偏振光束分光器105，且可入射在面对偏振光束分光器105的光出射表面的激发光吸收滤光器115上。在该示例性实施方式中，仅期望荧光被光电检测器113检测。然而，激发光的强度远高于荧光的强度，因而，激发光会干扰荧光的精确检测。如上所述，激发光吸收滤光器115用于仅透射荧光而吸收激发光，且可以是波长选择滤光器。
同时，从生物芯片130发出的荧光在失真校正器件110上被反射一次，然后入射在光电检测器113上。当制造生物芯片130时，失真校正器件110用于补偿由SLM 108产生并入射在生物芯片130上的光学图像的失真。为此，失真校正器件110的镜表面基于从SLM 108到生物芯片130的光路上的失真因素而变形。现在，失真校正器件110必须补偿由生物芯片130产生且入射在光电检测器113上的荧光图像的失真。为了该功能，失真校正器件110的镜表面基于从生物芯片130到光电检测器113的光路上的失真因素而变形。例如，可以分析被光电检测器113检测到的荧光图像，失真校正器件110的镜表面可以变形直到入射到光电检测器113的荧光图像上几乎不存在失真。
以这样的方式，荧光图像可以没有失真地被提供到光电检测器113。入射在光电检测器113上的荧光图像被光电检测器113转换成电信号，该电信号被提供到图像信号处理器(未示出)诸如计算机。如上参考图2所述，光电检测器113由数十万个微像素至数千万个微像素的阵列形成。因而，可分开检测从生物芯片130上的每个基因点发出的荧光。另外，光电检测器113的像素与生物芯片130上的多个基因点匹配。例如，光电检测器113的每个像素可与生物芯片130上的每个基因点的荧光图像一一对应匹配。然而，为了获得更可靠的数据，生物芯片130上的每个基因点的荧光图像可与光电检测器113的多个像素以一对n对应的方式匹配，其中n是自然数。在可选示例性实施方式中，可控制成像透镜112的放大倍率，使得可任意控制光电检测器113的像素与生物芯片130上的基因点的荧光图像之间的匹配比。例如，在一个示例性实施方式中，成像透镜112可以是具有可变放大倍率的变焦透镜系统。
根据当前示例性实施方式，由于可通过使用失真校正器件110充分校正荧光图像的失真，所以通过投射激发光到生物芯片130上一次，就可获得没有失真的总荧光图像。因而，可以以相对高的速度读取和分析生物芯片130。由于失真校正器件110的镜表面可任意变形，所以虽然生物芯片130的表面不均匀地平坦，但是可校正由不平坦表面引起的图像失真。因此，在当前示例性实施方式中，生物芯片130可不具有均匀的平坦表面。另外，由于可直接使用在反应室120中制造的生物芯片130，而不用将生物芯片130运出反应室120，所以可最小化外部环境的影响并且可改善试样分析的可靠性。
图8是根据另一示例性实施方式的用于制造和光学检测生物芯片的装置500’的示意图。将结合图7来描述图8。
参照图8，适当的光学传输构件诸如光纤116可设置在第一光源101a和第二光源101b与光学多工器109之间。如果使用光纤116，则可增加布置第一光源101a和第二光源101b的设计自由度，因而可减少布置第一光源101a和第二光源101b的大量精力。另外，如果使用光纤116，则在光行进经过光纤116时可充分且均匀地使光漫射，因而可省略图7中示出的光漫射器件102。另外，如果第一光源101a和第二光源101b发射偏振光，则偏振保持光纤可用作光纤116。在该示例性实施方式中，还可省略偏光器103。装置500’的其它元件与在图7中示出的装置500的相应元件相同，因而将省略其详细描述。
图9是根据另一示例性实施方式的用于制造和光学检测生物芯片的装置600的示意图。图10是根据另一示例性实施方式的用于制造和光学检测生物芯片的装置600’的示意图。将结合图7来描述图9和图10。
参照图9，装置600与在图7中示出的装置500的区别在于：激发光吸收滤光器115、成像透镜112和光电检测器113沿光从反应室120行进的方向邻近反应室120设置。装置600的其它构造和操作与在图7中示出的装置500的构造和操作基本类似。然而，在图7中示出的λ/4板104不需要设置在失真校正器件110与反应室120之间的光路上。根据当前示例性实施方式，在图3A中示出的透明窗125形成于反应室120的前表面和后表面的每个上，从而邻近反应室120设置光电检测器113。另外，在图3A中示出的且将在反应器120中制造的生物芯片130的基板由透明材料形成。同样地，经过反应室120的前表面投射在生物芯片130上的光可经过生物芯片130的基板和反应室120的后表面入射在光电检测器113上。可选地，可省略成像透镜112，激发光吸收滤光器115和光电检测器113可直接附接在反应室120的后表面上，或者紧邻(proximate to)反应室120的后表面设置。
根据当前示例性实施方式，制造生物芯片130时由SLM 108产生的光学图像的失真可被失真校正器件110校正。然而，当分析试样时，由生物芯片130产生的荧光图像直接入射在光电检测器113上，而不校正荧光图像的失真。因而，如图10中所示，失真校正器件117可添加在反应室120与激光吸收滤光器115之间。同样地，设置在偏振光束分光器105与投影光学系统111之间的失真校正器件110可校正SLM 108与生物芯片130之间的图像失真。另外，设置在反应室120与激光吸收滤光器115之间的失真校正器件117可校正反应室120与光电检测器113之间的图像失真。
图11是根据另一示例性实施方式的用于制造和光学检测生物芯片的装置700的示意图。将结合图7来描述图11。
参照图11，装置700与图7中示出的装置500的区别在于：SLM 108’是透射SLM而不是反射SLM。因而，例如，液晶器件或非线性光学介质可用作SLM 108’，在液晶器件或非线性光学介质上已经以3D阵列的形式基于全息方法先记录了多个图案。
由于透射SLM在当前示例性实施方式中用作SLM 108’，所以光学多工器109、光漫射器件102、偏光器103、偏振光束分光器105、λ/4板106、透镜器件107、SLM 108’、失真校正器件110、投影光学系统111和反应室120可顺序设置在由失真校正器件110弯曲的单一公共光轴OX上。根据当前示例性实施方式，包括偏光器103、偏振光束分光器105和λ/4板106的光路改变单元将从第一光源101a和第二光源101b发射的光提供到反应室120，且提供从反应室120反射的光到包括激发光吸收滤光器115、成像透镜112和光电检测器113的监测和荧光检测系统。
在图11中示出的装置700中，曝光光从第一光源101a发出，并透过形成光学图像的SLM 108’。透过SLM 108’的光可在邻近SLM 108’设置的失真校正器件110上被反射，然后可经过投影光学系统111投射在反应室120中的在图3A中示出的生物芯片130上。同时，从生物芯片130反射的光沿以上路径逆向行进。更具体地，从生物芯片130反射的光通过投影光学系统111、失真校正器件110、SLM 108’、透镜器件107和λ/4板106被传输。在该示例性实施方式中，λ/4板106改变光的偏振。因而，从生物芯片130反射的光可在偏振光束分光器105上被反射，且可入射在光电检测器113上。
另一方面，当分析基因试样时，从第二光源101b发出的激发光和从生物芯片130发出的荧光透过SLM 108’，而不被调制。为此，可控制SLM 108’，使得SLM 108’的每个像素都透射入射光，而不改变入射光。在可选示例性实施方式中，当分析基因试样时，预定的转换机构(shifter)(未示出)可将SLM 108’从光路分离。在该示例性实施方式中，用于聚焦光在SLM 108’上的透镜器件107也可从光路分离。
图12是根据另一示例性实施方式的用于制造和光学检测生物芯片的装置800的示意图。图13是根据另一示例性实施方式的用于制造和光学检测生物芯片的装置800’的示意图。将结合图7和图11来描述图12和图13。
参照图12，装置800与在图11中示出的装置700的区别基本上在于：激发光吸收滤光器115、成像透镜112和光电检测器113邻近反应室120设置。另外，根据当前示例性实施方式，当光从第一光源101a或第二光源101b经过在图3A中示出的生物芯片130朝光电检测器113行进时，由于从第一光源101a或第二光源101b发出的光不需要沿原始路径向回行进或沿不同的路径分开，所以不需要光路改变单元。因而，在当前示例性实施方式中不需要使用在当先前示例性实施方式中使用的偏光器103、偏振光束分光器105和λ/4板106。
如在图11中所示的装置700中，装置800还使用SLM 108’，该SLM 108’是透射SLM而不是反射SLM。因而，例如，液晶器件或非线性光学介质可用作SLM 108’，液晶器件或非线性光学介质上已经以3D阵列的形式基于全息方法先记录了多个图案。另外，如上参考图11所描述，当分析基因试样时，可控制SLM 108’，使得SLM 108’的每个像素都透射入射光，而不改变入射光。在可选示例性实施方式中，SLM 108’和透镜器件107可从光路分离。
同时，如在图9中示出的装置600，在装置800中，光电检测器113邻近反应室120设置。另外，在图3A中示出的透明窗125形成于反应室120的前表面和后表面的每个上。另外，即将在反应室120中制造的生物芯片130的基板由透明材料形成。同样地，经过反应室120的前表面投射在生物芯片130上的光可经过生物芯片130的基板和反应室120的后表面入射在光电检测器113上。可选地，如上参考图9所述，可省略成像透镜112，激发光吸收滤光器115和光电检测器113可直接附接在反应室120的后表面上，或者紧邻反应室120的后表面设置。
如上参考图9所述，制造生物芯片130时由SLM 108’产生的光学图像的失真可通过失真校正器件110校正。然而，当分析试样时，由生物芯片130产生的荧光图像直接入射在光电检测器113上，而不校正荧光图像的失真。因而，如在图13中所示，失真校正器件117可添加在反应室120与激发光吸收滤光器115之间。同样地，设置在SLM 108’与投影光学系统111之间的失真校正器件110可校正曝光光的图像失真，设置在反应室120与激光吸收滤光器115之间的失真校正器件117可校正荧光的图像失真。
本公开不应该解释为限于在此阐述的示例性实施方式。而是，提供这些示例性实施方式，使得本公开全面和完整，并全面传达示例性实施方式的构思给本领域的技术人员。
另外，虽然已经在此示出并描述了示例性实施方式，但是本领域的普通技术人员将理解在不脱离由附属的权利要求所界定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出形式和细节上的不同变化。
例如，虽然已经关于包括透镜或多个透镜的折射光学系统描述了以上的示例性实施方式，但是在包括凹面镜或凸面镜的反射光学系统中也可以实现相同的功能和效果。另外，如果需要，可改变光学器件的顺序，原因在于本领域的普通技术人员可以对以上的示例性实施方式进行形式和细节上的各种改变。

Claims (23)

1.一种用于制造生物芯片的装置，该装置包括：
反应室，封装所述生物芯片使其与外部环境隔离；
曝光系统，具有光源和空间光调制器，所述空间光调制器接收来自所述光源的光并利用接收到的所述光形成光学图像，所述光学图像被所述生物芯片接收；以及
检测系统，检测从所述生物芯片行进的光。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述空间光调制器是反射空间光调制器。
3.根据权利要求2所述的装置，还包括光路改变单元，该光路改变单元提供从所述光源发出的光到所述空间光调制器，并提供从所述空间光调制器反射的光到所述反应室，且提供从所述反应室行进的光到所述检测系统。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述光路改变单元包括：
偏振光束分光器，设置在所述光源与所述空间光调制器之间；
偏光器，设置在所述光源与所述偏振光束分光器之间；以及
四分之一波长板，设置在所述偏振光束分光器与所述空间光调制器之间。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述曝光系统还包括：
光漫射器件，设置在所述光源与所述偏光器之间；
透镜器件或镜器件，设置在所述四分之一波长板与所述空间光调制器之间；
失真校正器件，设置在所述偏振光束分光器与所述反应室之间；以及
投影光学系统，设置在所述失真校正器件与所述反应室之间。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述失真校正器件包括可变形镜，该可变形镜具有反射表面，该反射表面可响应机械和电操作的至少之一而变形，用于校正所述光学图像的失真。
7.根据权利要求4所述的装置，其中为了检测从所述反应室行进经过所述偏振光束分光器的光学图像，所述检测系统设置成使得所述检测系统面对所述偏振光束分光器的光出射表面之一。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述光路改变单元还包括设置在所述偏振光束分光器与所述反应室之间的附加的四分之一波长板。
9.根据权利要求4所述的装置，其中所述检测系统沿光行进的方向邻近所述反应室设置，从而检测透过所述反应室和所述生物芯片的光学图像。
10.根据权利要求9所述的装置，还包括设置在所述反应室与所述检测系统之间的附加的失真校正器件。
11.根据权利要求1所述的装置，其中所述空间光调制器是透射空间光调制器。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述曝光系统还包括：
沿光行进方向依次设置在所述光源与所述空间光调制器之间的光漫射器件以及透镜器件和镜器件至少之一；以及
沿光行进方向依次设置在所述空间光调制器与所述反应室之间的失真校正器件和投影光学系统。
13.根据权利要求12所述的装置，其中所述失真校正器件包括具有反射表面的可变形镜，该反射表面可响应机械和电操作的至少之一变形，用于校正所述光学图像的失真。
14.根据权利要求12所述的装置，还包括光路改变单元，该光路改变单元提供从所述光源发射的光到所述反应室，并且提供从所述反应室行进的光到所述检测系统。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述光路改变单元包括：
偏振光束分光器，设置在所述光漫射器件与所述透镜器件和所述镜器件的至少之一之间；
偏光器，设置在所述光漫射器件与所述偏振光束分光器之间；以及
四分之一波长板，设置在所述偏振光束分光器与所述透镜器件和所述镜器件的至少之一之间。
16.根据权利要求15所述的装置，其中为了检测从所述反应室行进经过所述偏振光束分光器的光学图像，所述检测系统设置成使得所述检测系统面对所述偏振光束分光器的光出射表面之一。
17.根据权利要求12所述的装置，其中所述检测系统沿光行进的方向邻近所述反应室设置，从而检测透过所述反应室和所述生物芯片的光学图像。
18.根据权利要求17所述的装置，还包括设置在所述反应室与所述检测系统之间的附加的失真校正器件。
19.根据权利要求1所述的装置，其中所述曝光系统的所述光源包括：
第一光源，发射被光学多工器接收的曝光光；
第二光源，发射被所述光学多工器接收的激发光，
其中所述光学多工器选择性地传输或阻挡从所述第一光源发出的所述曝光光和从所述第二光源发出的所述激发光之一。
20.根据权利要求19所述的装置，还包括设置在所述第一光源与所述光学多工器之间并且还设置在所述第二光源与所述光学多工器之间的光纤。
21.根据权利要求19所述的装置，其中所述检测系统包括沿光行进的方向依次设置的激发光吸收滤光器、成像透镜和成像镜的至少之一和光电检测器。
22.根据权利要求21所述的装置，其中当制造所述生物芯片时，所述激发光吸收滤光器从光路分离。
23.根据权利要求21所述的装置，其中所述光电检测器由包括多个微像素的阵列形成，且包括光电倍增管、电荷耦合器件和互补金属氧化物半导体图像传感器之一。
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