CN103604784B - Cmos接触式荧光检测分析阵列传感芯片 - Google Patents

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Abstract

CMOS接触式荧光检测分析阵列传感芯片，包括芯片本体，所述的芯片本体包括硅胶衬底、SU-8厚胶、信号处理电路、光电传感阵列、有源预处理放大阵列和异步时序控制电路，SU-8厚胶固定在所述的硅衬底上表面，SU-8厚胶上设置至少一个荧光反应池组，每个荧光反应池组由至少一个微反应池成；位于荧光反应池组正下方的硅胶衬底上铺设相应的信号处理电路、光电传感阵列、有源预处理放大阵列和异步时序控制电路；信号处理电路的信号输出端与压焊块连接。本发明有益效果是：光电PN结二极管可将荧光转换成光电流；光电PN结二极管与有源信号处理电路单片集成，减少信号传递损耗和实现检测微型化；微反应池可进行单个或多个样品同时检测。

Description

CMOS接触式荧光检测分析阵列传感芯片
技术领域
本发明涉及一种CMOS接触式荧光检测分析阵列传感芯片。
背景技术
荧光检测方法在基因信息检测，病毒检测，DNA序列测试等方面获得了广泛的应用，它是目前生物化学领域最重要，最方便的检测技术之一。常用的用于荧光检测的探测器有光电倍增管（PMT）、雪崩二极管（APD）和电荷耦合器件（CCD）等，探测器可将荧光转换成光电流，并通过后续的I/V转换电路输出相应大小的电压值，分立元件的检测和信号处理具有体积大、价格昂贵、工作电压大以及跟CMOS工艺不兼容的特点。在CMOS工艺中，可以实现二极管、三极管或光栅结构的感光器件，也可以将信号处理电路单片集成，这些器件构成的检测设备具有低成本、低功耗、高集成度等优点，非常适用于集成生物检测领域的应用。
目前荧光检测时将分立的荧光反应池置于荧光探测器上方，实现的是非接触式的检测方法，荧光会在荧光反应池和荧光探测器之间产生损耗，降低荧光检测的灵敏度。
发明内容
本发明针对目前的荧光检测装置测试时荧光会在荧光反应池和荧光探测器之间产生损耗、降低荧光检测的灵敏度的问题，提出了一种测试灵敏度高、损耗小的CMOS接触式荧光检测分析阵列传感芯片。
本发明所述的CMOS接触式荧光检测分析阵列传感芯片，包括芯片本体，其特征在于：所述的芯片本体包括硅衬底、SU-8厚胶、信号处理电路、光电传感阵列、有源预处理放大阵列和异步时序控制电路，所述的SU-8厚胶固定在所述的硅衬底上表面，所述的SU-8厚胶上设置至少一个荧光反应池组，每个所述的荧光反应池组由至少一个微反应池构成；位于荧光反应池组正下方的硅衬底上铺设相应的信号处理电路、光电传感阵列、有源预处理放大阵列和异步时序控制电路；所述的光电传感阵列的信号输入端与所述的异步时序控制电路的信号输出端信号相连、所述的光电传感阵列的信号输出端与所述的有源预处理放大阵列的信号输入端相连；所述的有源预处理放大阵列的信号输出端与所述的信号处理电路的信号输入端信号连接、并且所述的信号处理电路的信号输出端与压焊块连接。
所述的光电传感阵列与所述的信号处理电路之间设置金属屏蔽层。
所述的光电传感阵列为与CMOS工艺兼容的PN结光电二极管形成四通道光感阵列。
所述的SU-8厚胶上设有四个对称分布的荧光反应池组，并且每个荧光反应池组均有四路微反应池对称排列。
所述的微反应池深度为100μm。
使用时，SU-8厚胶上的四路微反应池，微反应池中设计了四通道光电传感阵列，信号处理电路采用异步时序和分时输出控制方式，可读取四通道光电传感阵列的荧光衰减过程中的荧光强度信号电压，芯片上检测信号通过压焊块引出。
本发明的有益效果是：1、与CMOS工艺兼容的光电PN结二极管可以将微弱的荧光转换成光电流，光电PN结二极管可根据需要阵列设计；2、光电PN结二极管可与后续的有源信号处理电路单片集成，减少了信号传递损耗和实现了检测的微型化；3、片上集成的SU-8微反应池，可进行单个或多个通道样品同时检测。本发明将荧光信号产生、检测和处理用单片的传感芯片实现。
附图说明
图1是本发明的结构图（其中：箭头代表纳米级脉冲激发光的入射方向；p+为P型源漏注入；n+为N型源漏注入；N-well为N型轻掺杂阱）。
图2是本发明的内部结构图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明
参照附图：
实施例1本发明所述的CMOS接触式荧光检测分析阵列传感芯片，包括芯片本体1，所述的芯片本体包括硅衬底11、SU-8厚胶12、信号处理电路13、光电传感阵列14、有源预处理放大阵列和异步时序控制电路，所述的SU-8厚胶12固定在所述的硅衬底11上表面，所述的SU-8厚胶12上设置至少一个荧光反应池组121，每个所述的荧光反应池组121由至少一个微反应池1211构成；位于荧光反应池组121正下方的硅衬底11上铺设相应的信号处理电路13、光电传感阵列14、有源预处理放大阵列和异步时序控制电路；所述的光电传感阵列14的信号输入端与所述的异步时序控制电路的信号输出端信号相连、所述的光电传感阵列14的信号输出端与所述的有源预处理放大阵列的信号输入端相连；所述的有源预处理放大阵列的信号输出端与所述的信号处理电路13的信号输入端信号连接、并且所述的信号处理电路13的信号输出端与压焊块15连接。
所述的光电传感阵列14与所述的信号处理电路13之间设置金属屏蔽层16。
所述的光电传感阵列14为与CMOS工艺兼容的PN结光电二极管形成四通道光感阵列。
所述的SU-8厚胶12上设有四个对称分布的荧光反应池组121，并且每个荧光反应池组121均有四路微反应池对称排列。
所述的微反应池深度为100μm。
使用时，将被测样品2放置在荧光反应池组121的反应池内，然后利用纳米级脉冲激发光3照射被测样品，此时SU-8厚胶12上的四路微反应池，微反应池中设计了四通道光电传感阵列，信号处理电路13采用异步时序和分时输出控制方式，可读取四通道光电传感阵列的荧光衰减过程中的荧光强度信号电压，芯片上检测信号通过压焊块引出。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (4)

1.CMOS接触式荧光检测分析阵列传感芯片，包括芯片本体，其特征在于：所述的芯片本体包括硅衬底、SU-8厚胶、信号处理电路、光电传感阵列、有源预处理放大阵列和异步时序控制电路，所述的SU-8厚胶固定在所述的硅衬底上表面，所述的SU-8厚胶上设置至少一个荧光反应池组，每个所述的荧光反应池组由至少一个微反应池构成；位于荧光反应池组正下方的硅衬底上铺设相应的信号处理电路、光电传感阵列；所述的光电传感阵列与所述的信号处理电路之间设置金属屏蔽层；所述的光电传感阵列的信号输入端与所述的异步时序控制电路的信号输出端信号相连、所述的光电传感阵列的信号输出端与所述的有源预处理放大阵列的信号输入端相连；所述的有源预处理放大阵列的信号输出端与所述的信号处理电路的信号输入端信号连接、并且所述的信号处理电路的信号输出端与压焊块连接。
2.如权利要求1所述的CMOS接触式荧光检测分析阵列传感芯片，其特征在于：所述的光电传感阵列为与CMOS工艺兼容的PN结光电二极管形成四通道光感阵列。
3.如权利要求2所述的CMOS接触式荧光检测分析阵列传感芯片，其特征在于：所述的SU-8厚胶上设有四个对称分布的荧光反应池组，并且每个荧光反应池组均有四路微反应池对称排列。
4.如权利要求3所述的CMOS接触式荧光检测分析阵列传感芯片，其特征在于：所述的微反应池深度为100μm。
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