CN108337901A - 一种生物感测器 - Google Patents

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刘雨润
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Abstract

一种装置，其包括：探针载体(300,350,400,410,420,430)，光学系统(285)和感测器(251)；其中探针载体(300,350,400,410,420,430)包括衬底(301,401)，第一层(302,402)和第二层(303,403)；其中衬底(301,401)包括第一表面(304,404)、第二表面(305,405)，第一表面(304,404)上的一个或多个位点(306)，该一个或多个位点(306)配置为一个或多个探针(257,307,457)的沉积位；其中第二表面(305,405)位于衬底(301,401)上第一表面(304，404)的相对侧处；其中第一层(302,402)在衬底(301,401)的第一表面(304,404)上或在第一表面(304,404)下嵌入衬底(301,401)中；其中第二层(303,403)在衬底(301,401)的第二表面(305,405)上或在第二表面(305,405)下嵌入衬底(301,401)中；第一层和第二层(302,402，303,403)配置成使不同位点(306)处的探针(257,307,457)之间的串扰减少。

Description

一种生物感测器
【技术领域】
本文的公开涉及生物感测器，特别是基于光学检测的生物感测器。
【背景技术】
生物感测器是用于检测生物过程中牵涉的分析物的分析设备。例如，分析物可以是DNA、蛋白质、代谢物或甚至活体(例如，细菌、病毒)。
生物感测器通常具有与分析物相互作用的探针。该探针可设计成绑定或识别分析物。探针的示例可包括抗体、适体、DNA、RNA、抗原等。探针与分析物之间的相互作用可导致一个或多个可检测事件。例如，可检测事件可以是化学物种或粒子(例如，量子点)的释放、化学反应、发光(例如，化学发光、生物发光、电化学发光、电致发光、光致发光、萤光、磷光)、物理性质(例如，拉曼散射、颜色)或化学性质(例如，反应性、反应速率)改变。
生物感测器可具有检测器，其可以检测由于相互作用引起的可检测事件。检测器可将可检测事件变换成可以更容易测量和量化的另一个信号(例如，图像、电信号)。检测器可包括电路，该电路从可检测事件获得数据并且处理该数据。
生物感测器的一种类型是微阵列。微阵列可以是固体衬底(例如，载玻片、硅晶圆)上的二维阵列。阵列在不同位点处可具有不同测定。不同位点处的测定可被独立控制或测量，从而允许一个或多个分析物的复用和并行感测。微阵列在使诊断测定小型化方面是有用的。例如，微阵列可用于在没有尖端设备的领域中检测生物样品，或被不在诊所或医院的患者用于监测他或她的生理症状。
【发明内容】
本文公开这样的装置，其包括：探针载体、光学系统和感测器；其中探针载体包括衬底、第一层和第二层；其中该衬底包括第一表面、第二表面、第一表面上的一个或多个位点，该一个或多个位点配置为一个或多个探针的沉积位；其中第二表面位于衬底上第一表面的相对侧；其中第一层在衬底的第一表面上或在第一表面下嵌入衬底中；其中第二层在衬底的第二表面上或在第二表面下嵌入衬底中；其中当信号在激发辐射的激发下由一个或多个探头生成时，第一层和第二层各自配置成使信号的反射部分衰减；其中第一层与一个或多个位点不重合；其中第二层包括一个或多个视窗，每个视窗与一个或多个位点中的一个对齐以允许来自该一个位点的信号经过。
根据实施例，衬底包括硅或玻璃。
根据实施例，第一层包括粗糙表面。
根据实施例，第一层包括第一吸收材料子层，该第一吸收材料子层配置成吸收从一个或多个探针生成的信号的透射部分。
根据实施例，第一吸收材料子层包括广谱吸收材料或窄谱吸收材料。
根据实施例，第一层包括第一耦合材料子层，该第一耦合材料子层配置成使衬底中信号的内反射减少。
根据实施例，第一耦合材料子层是单层干涉型，其由折射率约为(即，±20％)衬底的折射率的平方根的透明材料的单个四分之一波层组成。
根据实施例，第一耦合材料子层是多层干涉型抗反射涂层，其包括低折射率材料和折射率高于所述低折射率材料的高折射率材料的交替层。
根据实施例，第一层包括阻断材料子层，该阻断材料子层配置成阻断至少一部分激发辐射。
根据实施例，第二层包括第二吸收材料子层，该第二吸收材料子层配置成吸收从探针生成的信号的反射部分。
根据实施例，第二吸收材料子层包括广谱吸收材料或窄谱吸收材料。
根据实施例，其中第二层包括第二耦合材料子层，该第二耦合材料子层配置成使衬底中信号的内反射减少。
根据实施例，第二耦合材料子层是单层干涉型，其由折射率约为(即，±20％)衬底的折射率的平方根的透明材料的单个四分之一波层组成。
根据实施例，第二耦合材料子层是多层干涉型抗反射涂层，其包括低折射率材料和折射率高于所述低折射率材料的高折射率材料的交替层。
根据实施例，感测器包括多个像素，该多个像素配置成检测一个或多个探针在激发辐射的激发下生成的信号。
根据实施例，感测器包括控制电路，该控制电路配置成控制像素，从像素获取数据或处理来自像素的数据。
根据实施例，像素通过光学系统光耦合于位点。
根据实施例，像素采用阵列设置并且配置成被逐列读出。
根据实施例，像素采用阵列设置并且配置成被逐像素读出。
根据实施例，信号是发光。
根据实施例，光学系统包括滤光器。
根据实施例，滤光器配置成阻断至少一部分激发辐射。
根据实施例，滤光器是二向色滤光器。
根据实施例，滤光器包括超材料、量子点或光子晶体。
根据实施例，光学系统包括透射层。
根据实施例，光学系统包括多个显微透镜。
根据实施例，光学系统包括多个准直仪。
根据实施例，准直仪包括超材料、量子点或光子晶体。
根据实施例，准直仪配置成消除多个像素中相邻像素之间的光学串扰。
根据实施例，至少一个准直仪包括核和环绕该核的侧壁。
根据实施例，核是不管激发辐射的传播方向如何，基本上阻止激发辐射经过的材料。
根据实施例，核包括二向色滤光器。
根据实施例，核允许信号基本上未被吸收地经过。
根据实施例，核是空隙空间。
根据实施例，侧壁使到达侧壁的一部分信号衰减。
根据实施例，侧壁是有纹理的。
【附图说明】
图1A示意示出这样的装置，其包括微阵列。
图1B示意示出这样的装置，其中检测器性能集成到微阵列内。
图2A示意示出根据实施例的装置。
图2B示意示出根据实施例的装置。
图3A示意示出根据实施例的准直仪。
图3B示意示出根据实施例的准直仪。
图3C示意示出根据实施例的准直仪。
图3D示意示出根据实施例的准直仪。
图3E和图3F示意示出光学系统可具有采用阵列设置的多个准直仪。
图4A示意示出根据实施例的探针载体300。
图4B示意示出根据实施例的探针载体350。
图5A示意示出根据实施例的探针载体400的横截面图。
图5B示意示出根据实施例的探针载体410的横截面图。
图5C示意示出根据实施例的探针载体420的横截面图。
图6示意示出根据实施例具有光学系统的装置。
图7示意示出根据实施例的装置，其中光学系统可具有微流体系统。
图8A示意示出根据实施例的装置，其中微阵列中的感测器可具有信号传输层并且微阵列中的光学系统可具有再分布层。
图8B示意示出图8A中的感测器的顶视图。
图8C示意示出图8A中的光学系统的底视图。
图9A示意示出根据实施例的装置，其中微阵列中的感测器可具有再分布层并且微阵列中的光学系统可具有信号传输层。
图9B示意示出根据实施例，图9A中的感测器的顶视图。
图9C示意示出根据实施例，图9A中的光学系统的底视图。
图9D示意示出根据实施例，图9A中的感测器的顶视图。
图9E示意示出图9A中的光学系统的底视图来图示接合垫的位置，这些接合垫定位成连接到图10D中示出的通孔。
图9F示意示出根据实施例，图9A中的感测器的顶视图。
图9G示意示出图9A中的光学系统的底视图来图示接合垫的位置，这些接合垫定位成连接到图10F中示出的通孔。
图10示意示出根据实施例的系统，其中微阵列中的感测器可具有再分布层，其具有例如硅直通孔(TSV)等通孔，这些通孔配置成使再分布层中的传输线在与再分布层相对的侧上电连接到接合垫。
【具体实施方式】
图1A示意示出装置100，其包括微阵列105。系统100可具有图像感测器101，光学系统102和/或激发源109。该图像感测器101可配置成测量微阵列105的不同位点106处的光学性质(例如，颜色、强度)。位点106可具有附连于其的各种探针107。探针107可与分析物相互作用并且该相互作用可生成可被图像感测器101检测的信号108。信号108的生成可需要激发源109(例如，激光、UV光等)的激发。系统100的图像感测器101和光学系统102趋于庞大、易碎或昂贵并且可能不具有足够高的空间解析度来将一个位点及其相邻位点区分开。
图1B示意示出装置150，其中检测器功能集成到微阵列155内。该微阵列155可具有多个位点156，该位点156具有附连于其的各种探针157。探针157可与各种分析物相互作用并且该相互作用可生成可被集成到微阵列155内的感测器151检测的信号158。例如，分析物可以是萤光团标记的核酸或蛋白质片段；探针是寡核苷酸或抗体。具有由探针捕获的萤光团标记分析物的位点可以通过检测捕获分析物上来自萤光团的萤光来识别。感测器151可具有多个配置成检测信号158(例如，颜色、强度)的像素170。像素170可具有控制电路171，该控制电路171配置成控制像素170，从像素170获取数据和/或处理来自像素170的数据。可设置像素170使得每个像素170光耦合于位点156中的一个。然而，在一个位点156处生成的信号158可能未完全到达光耦合于该位点156的像素170。信号158的一部分172可到达光耦合于该位点156的像素170，但另一个部分173可散射到相邻像素(“光学串扰”)内和/或远离所有像素170。生成信号158可需要激发辐射161(例如，激光、UV光等)。激发辐射161的一部分162可经过位点156而未散射。激发辐射161的一部分163可散射到一些像素170的内部或远离所有像素170。滤光器190可阻断部分162到达像素170。滤光器190可设置于透射层191下面或上面。然而，滤光器190会对入射方向敏感并且可能无法阻断部分163，尽管部分162和163具有相同波长也如此。如果部分163到达像素170，它可以掩盖信号158。
图2A示意示出根据实施例的装置200。系统200包括微阵列255，该微阵列255包括集成感测器251和光学系统285。微阵列255可具有多个位点256，位点256具有附连于其的各种探针257。探针257可与各种分析物相互作用并且该相互作用可生成可被感测器251检测的信号258。感测器251可具有多个配置成检测信号258(例如，颜色、强度)的像素270。像素270可具有控制电路271，控制电路271配置成控制像素270，从像素270获取数据和/或处理来自像素270的数据。像素270可设置成使得每个像素270光耦合于一个或多个位点256。光学系统285可包括设置于透射层291下面或上面的滤光器290(图2B示出这样的示例，其中滤光器290在透射层291下面)。光学系统285可包括多个配置成使像素270光耦合于位点256的准直仪295。滤光器290和透射层291可不必在与准直仪295相同的衬底上制造。相反，可制造滤光器290和透射层291并且将它们接合到准直仪295。感测器251可包括量子点。
透射层291可包括氧化物或氮化物。例如，透射层291可包括玻璃。
滤光器290可以是二向色滤光器(也称为干涉滤光器)。滤光器290可以是低通(在阈值以下的通过频率)或带通滤光器。滤光器290可包括超材料、量子点或光子晶体。超材料具有采用重复模式设置的组成材料，其标度通常为显微镜级别或比超材料将要影响的光的波长还小的较小标度。可选择重复模式的结构和组成材料的性质来定制超材料的性质。例如，超材料可在所有频率提供透光性，但在它配置成要阻断的所选频率或多个频率处除外(例如，会对用户造成伤害的特定激光频率)。光子晶体是周期性介电结构，其具有阻碍某一频率范围的光的传播的带隙。滤光器290可具有不同折射率的多个薄材料层并且可通过交替沉积这些材料的薄层而制成。量子点(QD)是由小到足以展现量子力学性质的半导体材料制成的纳米晶体。具体地，它的激发被限制在全部三个空间度中。具有相同材料但具有不同大小的量子点可以由于量子限制效应而吸收不同波长的光。量子点越大，它吸收的光越红(能量更低)。相反，较小量子点吸收更蓝(更高能量)的光。滤光器290可以是吸收式滤光器，但它将具有足够厚度以变得有效。
在实施例中，滤光器290、透射层291(如存在的话)和准直仪295可在相同衬底上集成。
在实施例中，透射层291可以是绝缘材料，例如二氧化硅或氮化硅。在实施例中，透射层291甚至可以被省略。
在实施例中，准直仪295可配置成如果光的传播方向与准直仪295的光轴的偏离大于阈值(例如，20°、10°、5°或1°)则基本上防止(例如，防止超过90％、99％或99.9％的)光经过。信号258的一部分272可朝光耦合于该位点156的像素270传播，但另一个部分273可朝相邻像素散射(“光学串扰”)和/或远离所有像素270。准直仪295可配置成通过基本上防止部分273经过准直仪295而基本上消除光学串扰。生成信号258可需要激发辐射261(例如，激光、UV光等)。激发辐射261的一部分262可经过位点256而未散射。激发辐射261的一部分263可朝一些像素270散射到其他方向或远离所有像素270。滤光器290可阻断部分262到达像素270。滤光器290会对入射方向敏感并且可能无法阻断部分263，尽管部分262和263具有相同波长也如此。准直仪295可配置成不管传播方向如何都基本上防止激发辐射经过，或基本上防止部分263从部分261经过的传播方向散射走。
在实施例中，每个准直仪295从一个位点256延伸到光耦合于该一个位点的像素270。
在实施例中，准直仪295可具有被侧壁297环绕的核296。
在图3A示意示出的实施例中，核296可以是不管激发辐射261的传播方向如何，基本上防止(例如，防止超过90％、99％或99.9％的)激发辐射261经过的材料。例如，核296可以是使激发辐射261衰减(吸收激发辐射)的材料。核296可允许信号258基本上未被吸收地经过。在该实施例中，可省略滤光器290。
在图3B示意示出的实施例中，核296可具有结构299，如果部分(例如，部分272)的传播方向与准直仪295的光轴的偏离小于阈值(例如，20°、10°、5°或1°)，则该结构299基本上防止(例如，防止超过90％、99％或99.9％的)一部分激发辐射261经过。例如，结构299可具有二向色滤光器、超材料、量子点或光子晶体。核296可允许信号258基本上未被吸收(即，不到10％的被吸收)地经过。在该实施例中，可省略滤光器290。
在图3C示意示出的实施例中，准直仪295的侧壁297可使激发辐射衰减(吸收激发辐射)。激发辐射261的部分263可经过滤光器290并且进入准直仪295,但可能在它可以到达像素270之前到达侧壁297。可以使激发辐射衰减(吸收激发辐射)的侧壁297将基本上防止杂散激发辐射到达像素270。在实施例中，核296可以是空隙空间。即，侧壁297环绕空隙空间。
在实施例中，侧壁297可使到达侧壁的信号258的任何部分衰减(吸收它)，这基本上将防止光学串扰。
在图3D示意示出的实施例中，侧壁297是有纹理的。例如，侧壁297与核296(其可以是空隙空间)之间的介面298可以是有纹理的。有纹理的侧壁297可以有助于使其上入射的光进一步衰减。
在实施例中，滤光器290和透射层291两者都可被省略。准直仪295可具有暴露的顶表面294。该顶表面294可具有与其相邻表面不同的材料，从而便于顶表面294的功能化。探针457可选择性地直接附连到顶表面294。
在图3E和图3F示意示出的实施例中，光学系统285可具有采用阵列设置的多个准直仪295。例如，光学系统285对于每个像素270可具有专用准直仪295。例如，光学系统285可具有一组像素270共用的准直仪295。准直仪295可具有任何适合的横截面形状，例如圆形、矩形和多边形。
在实施例中，准直仪295可通过在衬底内蚀刻(通过例如深反应离子蚀刻(深RIE)、激光钻削)孔而制成。侧壁297可通过在孔的侧壁上沉积材料而制成。核296可通过填充孔而制成。在准直仪295的制造中也可使用平坦化。
在实施例中，可省略滤光器290或它的功能可集成到准直仪295内。
图4A示意示出根据实施例的探针载体300。该探针载体包括衬底301、第一层302和第二层303。衬底包括第一表面304、第二表面305以及第一表面上的一个或多个位点306，位点配置为一个或多个探针307的沉积位。第二表面305位于衬底301上第一表面304的相对侧。
如在图4A中示出的实施例中，第一层302在衬底301的第一表面304上。可选地，如在图4B中示出的实施例中，在探针载体350中，第一层302可在第一表面304下嵌入衬底301中。第一层302可部分在第一表面304上并且部分嵌入其中。
在如图4A示出的实施例中，第二层303在衬底301的第二表面305上。在实施例中，第二层303可在第二表面305下嵌入衬底301中。
层在表面上的做法，这在上下文中并不排除该层可以部分嵌入表面中。层嵌入表面中的做法，这在上下文中并不排除层可以部分在表面上。
如在图4A或4B中示出的，在探针307附连到探针载体301后，在激发辐射309的激发下，一个或多个探针307可生成信号308(例如，光)。信号308的透射部分3010进入探针载体301的衬底310。
根据实施例，衬底可包括硅或玻璃。衬底还可包括适合于传输来自探针307的信号的其他材料。
一般地，当波(例如，光波)入射到物体表面上时，它可被吸收、反射或透射。当透射部分3010行进到第二表面时，3010的一部分被传输到衬底外部并且可被感测器接收。另外，3010的另一部分可在第二表面305处被吸收，在该情况下其能量转换成热能；并且3010的另一部分(反射部分3011)可在第二表面305处被反射并且持续在衬底301内行进。相似地，信号308的反射部分3011会因为在第一表面304和第二表面305处的内反射而在衬底301的边界表面处生成其他反射。信号308的透射部分3010和反射部分3011都可被光学系统或感测器收集(如果两者都到达第二表面305并且传输通过该第二表面305的话)。尽管反射部分3011仅仅是信号的一部分并且其强度在每个内反射相对减少，一些反射部分3011如果被装置的感测器接收则仍然可以使装置的空间解析度恶化。
根据如图4A或4B示出的实施例，第一层302和第二层303各自配置成使信号308的反射部分3011衰减。随着反射部分3011在衬底301中进一步行进，来自不同探针位点的信号更倾向于混合并且下游感测器处的空间解析度变得更不利。反射部分3011的衰减可减少或消除来自不同探针位点的信号混合，并且因此提高生物感测器装置的空间解析度。
如本文使用的，相对于没有层302和303但其他方面相同的设备，信号的反射部分的衰减既指在表面处入射信号的一部分的吸收增加，又指表面处入射信号的一部分的反射减少。
如本文使用的，空间解析度指装置对来自不同探针位点的信号的区分。
如本文使用的，信号的透射部分指从信号起源的表面直接传输通过衬底到相对表面的信号的部分。
如本文使用的，信号的反射部分指在衬底中经历内反射的信号的部分。
根据如在图4A或4B中示出的实施例，第一层302与探针的一个或多个位点306不重合。即，第一层302和探针的一个或多个位点306不重叠。
根据如在图4A或4B中示出的实施例，第二层303包括一个或多个视窗310。一个或多个位点306在视窗310中。
在如图4B示出的实施例中，第一层302的嵌入部分的深度可阻断信号308的透射部分3012，该透射部分3012被引导到未与生成信号308的透射部分3012的探针对齐的视窗310。
图5A、图5B或图5C各自分别示意示出探针载体410、420和430的部分横截面图。如在图5A中示出的，衬底401包括第一层402、第二层403、第一表面404和第二表面405。第一层402包括：第一耦合材料子层4021，其配置成使衬底中信号的内反射减少；第一吸收材料子层4022，其配置成吸收由一个或多个探针生成的信号的透射部分；以及阻断材料子层4023，其配置成阻断至少一部分激发辐射。如在图5A中示出的，第二层403包括：第二吸收材料子层4032，其配置成吸收由探针生成的信号的反射部分；和第二耦合材料子层4031，其配置成使衬底中信号的内反射减少。
在实施例中，第一耦合材料子层4021是具有厚度λ0/(4n1)的单层抗反射涂层，其中λ0是信号的真空波长，并且n1是层4021的材料的折射率。
在实施例中，第一耦合材料子层4021是多层干涉型抗反射涂层，其包括低折射率材料和高折射率材料的交替层。在实施例中，第一耦合材料子层4021是吸收抗反射涂层。
在实施例中，第一吸收材料子层4022可包括粗糙表面。在实施例中，第一吸收材料子层4022包括广谱吸收材料。如本文使用的，广谱吸收材料既吸收来自探针的信号，又吸收与探针的信号不同的波长的至少另一个信号。在实施例中，第一吸收材料子层4022包括窄谱吸收材料。如本文使用的，窄谱吸收材料基本上仅吸收来自探针的信号的波长的信号。
第一层和第二层的设置的一些其他实施例在图5B和5C中示出。与图5A中的探针载体410相比，如在图5B中示出的，探针载体420具有第一层402、第二层403、第一表面404和第二表面405，并且在第一层402中不包括阻断材料层。与图5A中的探针载体410相比，如在图5C中示出的，在探针载体430中省略阻断材料子层4023以及第一吸收材料子层4022和第二吸收材料子层4032。
下文进一步说明包括微阵列、光学系统和感测器的生物感测器装置的设置。
在如图6示出的实施例中，装置600包括探针载体400和微阵列255，该微阵列255包括具有准直仪295的光学系统285和集成感测器251。探针载体400可通过适合的技术安装到微阵列255。装置500的生物感测器功能可利用探针载体400上合适的探针实施。在其他实施例中，可采用探针载体的其他示例，其包括但不限于探针载体410或420。
在如图6示意示出的实施例中，在装置600中，光学系统285可通过微流体系统850来将反应物(例如分析物和反应产物)交付到位点256并且交付来自位点256的反应物。微流体系统850可具有井、储蓄库、通道、阀或其他部件。微流体系统850还可具有加热器、冷却器(例如，Peltier设备)或温度感测器。加热器、冷却器或温度感测器可位于光学系统285中、准直仪295上面或准直仪295中。加热器、冷却器或温度感测器可位于感测器251上面或感测器251中。生物感测器装置800可用于多种测定。例如，生物感测器装置800可以用于实施即时聚合酶链反应(例如，定量即时PCR(qPCR))。即时聚合酶链反应(即时PCR)随着反应进行来检测扩增DNA。这与在结束时检测反应产物的传统PCR形成对比。一个即时PCR技术使用萤光团标记的序列特定探针，该萤光团仅在探针与其互补列杂交后发萤光，这可以用于量化细胞或组织中的信使RNA(mRNA)和非编码RNA。在其他实施例中，可采用探针载体的其他示例，其包括但不限于探针载体410或420。
光学系统285和感测器251可在不同的衬底中制造，并且使用例如倒装接合、晶圆到晶圆直接接合或胶合等适合的技术接合在一起。
在如图6或图7示出的实施例中，每个位点与准直仪中的一个对齐。这通过受控制造过程实现，从而使得探针载体中的位点具有与微阵列中准直仪的宽度相同的宽度，并且在组装探针载体与微阵列来形成生物感测器装置期间需要探针载体与微阵列适当对齐。
在其他实施例中，其他类型的微阵列可与前面提到的任一个探针载体一起使用来形成生物感测器装置。这样的微阵列的一些示例如下文说明。
在图8A示意示出的实施例中，在装置800中，感测器251具有信号传输层252。该信号传输层252可具有多个通孔510。信号传输层252在通孔510周围可具有电绝缘材料(例如，二氧化硅)。光学系统285可具有带传输线520和通孔530的再分布层289。传输线520使通孔530连接到接合垫540。当感测器251和光学系统285接合时，通孔510和通孔530电连接。图8A中示出的该配置允许接合垫540远离探针257设置。
图8B示出图8A中的感测器251的顶视图，来图示通孔510相对于像素270和控制电路271的位置。像素270和控制电路271以虚线示出，因为它们在该视图中未直接可见。图8C示出图8A中的光学系统285的底视图，来图示通孔530相对于传输线520的位置(示出为虚线，因为它们在该视图中未直接可见)。
在图9A示意示出的实施例中，在装置900中，感测器251具有再分布层629。该再分布层629可具有多个通孔610和多个传输线620。再分布层629在通孔610和传输线620周围可具有电绝缘材料(例如，二氧化硅)。通孔610使控制电路271电连接到传输线620。光学系统285可具有带接合垫640的层619。再分布层629还可具有通孔630，该通孔630在感测器251与光学系统285接合时使传输线620电连接到接合垫640。接合垫640可包括由掩埋在通过层619中的线连接的两个部分。图10A中示出的该配置允许接合垫640设置于探针载体的相对侧。
根据实施例，图9B示出图9A中的感测器251的顶视图，来图示通孔610，通孔630和传输线620相对于像素270和控制电路271的位置。像素270、控制电路271和传输线620以虚线示出，因为它们在该视图中未直接可见。图9C示出图9A中的光学系统285的底视图，来图示接合垫640的位置，这些接合垫640定位成连接到图9B中示出的通孔630。接合垫640可包括由掩埋在通过层619中的线连接的两个部分。
根据实施例，图9D示出图9A中的感测器251的顶视图，来图示通孔610、通孔630和传输线620相对于像素270和控制电路271的位置。像素270、控制电路271和传输线620以虚线示出，因为它们在该视图中未直接可见。像素270可逐列读出，例如，来自一个270的信号可存储在与该像素270关联的控制电路271的寄存器中；信号可依次从一个列转移到下一个，并且最终通过通孔630到其他处理电路。图9E示出图9A中的光学系统285的底视图，来图示接合垫640的位置，这些接合垫640定位成连接到图9D中示出的通孔630。接合垫640可包括由掩埋在通过层619中的线连接的两个部分。
根据实施例，图9F示出图9A中的感测器251的顶视图，来图示通孔610、通孔630和传输线620相对于像素270和控制电路271的位置。像素270、控制电路271和传输线620以虚线示出，因为它们在该视图中未直接可见。像素270可逐像素读出，例如，来自一个270的信号可存储在与该像素270关联的控制电路271的寄存器中；信号可依次从一个像素转移到下一个，并且最终通过通孔630到其他处理电路。图9G示出图9A中的光学系统285的底视图，来图示接合垫640的位置，这些接合垫640定位成连接到图9F中示出的通孔630。接合垫640可包括由掩埋在通过层619中的线连接的两个部分。
在图10示意示出的实施例中，在装置1000中，感测器251具有再分布层729。该再分布层729可具有多个通孔710和多个传输线720。再分布层729可在通孔710和传输线720周围具有电绝缘材料(例如，二氧化硅)。通孔710使控制电路271电连接到传输线720。再分布层729还可具有通孔730(例如，硅直通孔(TSV))，其使传输线720电连接到在与再分布层729相对的侧上的接合垫740。图10中示出的该配置允许接合垫740设置于与探针载体相对的侧上。
由于本文公开了多种方面和实施例，其他方面和实施例对于本领域内技术人员将变得明显。本文公开的各种方面和实施例是为了说明目的而不意在为限制性的，其真正范围和精神由下列权利要求指示。

Claims (36)

1.一种装置，其包括：
探针载体，光学系统和感测器；
其中所述探针载体包括衬底、第一层和第二层；
其中所述衬底包括第一表面、第二表面、所述第一表面上的一个或多个位点，所述一个或多个位点配置为一个或多个探针的沉积位；
其中所述第二表面位于所述衬底上第一表面的相对侧；
其中所述第一层在所述衬底的第一表面上或在所述第一表面下嵌入所述衬底中；
其中所述第二层在所述衬底的第二表面上或在所述第二表面下嵌入所述衬底中；
其中当信号在激发辐射的激发下由所述一个或多个探头生成时，所述第一层和所述第二层各自配置成使所述信号的反射部分衰减；
其中所述第一层与所述一个或多个位点不重合；
其中所述第二层包括一个或多个视窗，每个所述视窗与所述一个或多个位点中的一个对齐以允许来自所述一个位点的信号经过。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述衬底包括硅或玻璃。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述第一层包括粗糙表面。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述第一层包括第一吸收材料子层，所述第一吸收材料子层配置成吸收自所述一个或多个探针生成的信号的透射部分。
5.如权利要求4所述的装置，其中所述第一吸收材料子层包括广谱吸收材料或窄谱吸收材料。
6.如权利要求1所述的装置，其中所述第一层包括第一耦合材料子层，所述第一耦合材料子层配置成使所述衬底中所述信号的内反射减少。
7.如权利要求6所述的装置，其中所述第一耦合材料子层是单层干涉型，其由折射率约为所述衬底的折射率的平方根的透明材料的单个四分之一波层组成。
8.如权利要求6所述的装置，其中所述第一耦合材料子层是多层干涉型抗反射涂层，其包括低折射率材料和折射率高于所述低折射率材料的高折射率材料的交替层，或其中所述第一耦合材料子层是吸收抗反射涂层。
9.如权利要求1所述的装置，其中所述第一层包括阻断材料子层，所述阻断材料子层配置成阻断至少一部分所述激发辐射。
10.如权利要求1所述的装置，其中所述第二层包括第二吸收材料子层，所述第二吸收材料子层配置成吸收自所述探针生成的信号的反射部分。
11.如权利要求10所述的装置，其中所述第二吸收材料子层包括广谱吸收材料或窄谱吸收材料。
12.如权利要求1所述的装置，其中所述第二层包括第二耦合材料子层，所述第二耦合材料子层配置成使所述衬底中所述信号的内反射减少。
13.如权利要求12所述的装置，其中所述第二耦合材料子层是单层干涉型，其由折射率约为所述衬底的折射率的平方根的透明材料的单个四分之一波层组成。
14.如权利要求12所述的装置，其中所述第二耦合材料子层是多层干涉型，其包括低折射率材料和折射率高于所述低折射率材料的高折射率材料的交替层。
15.如权利要求1所述的装置，其中所述感测器包括多个像素，所述多个像素配置成检测所述一个或多个探针在所述激发辐射的激发下生成的信号。
16.如权利要求15所述的装置，其中所述感测器包括控制电路，所述控制电路配置成控制所述像素，从所述像素获取数据或处理来自所述像素的数据。
17.如权利要求15所述的装置，其中所述像素通过所述光学系统光耦合于所述位点。
18.如权利要求15所述的装置，其中所述像素采用阵列设置并且配置成被逐列读出。
19.如权利要求15所述的装置，其中所述像素采用阵列设置并且配置成被逐像素读出。
20.如权利要求1所述的装置，其中所述信号是发光。
21.如权利要求1所述的装置，其中所述的光学系统包括滤光器。
22.如权利要求21所述的装置，其中所述滤光器配置成阻断至少一部分所述激发辐射。
23.如权利要求21所述的装置，其中所述滤光器是二向色滤光器。
24.如权利要求21所述的装置，其中所述滤光器包括超材料、量子点或光子晶体。
25.如权利要求1所述的装置，其中所述光学系统包括透射层。
26.如权利要求1所述的装置，其中所述光学系统包括多个显微透镜。
27.如权利要求1所述的装置，其中所述光学系统包括多个准直仪。
28.如权利要求27所述的装置，其中所述准直仪包括超材料、量子点或光子晶体。
29.如权利要求27所述的装置，其中所述准直仪配置成消除所述多个像素中相邻像素之间的光学串扰。
30.如权利要求27所述的装置，其中至少一个所述准直仪包括核和环绕所述核的侧壁。
31.如权利要求30所述的装置，其中所述核是不管所述激发辐射的传播方向如何，基本上阻止所述激发辐射经过的材料。
32.如权利要求30所述的装置，其中所述核包括二向色滤光器。
33.如权利要求30所述的装置，其中所述核允许所述信号基本上未被吸收地经过。
34.如权利要求30所述的装置，其中所述核是空隙空间。
35.如权利要求30所述的装置，其中所述侧壁使到达所述侧壁的一部分信号衰减。
36.如权利要求30所述的装置，其中所述侧壁是有纹理的。
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