CN108475685A - 单片集成器件和微全分析系统 - Google Patents

单片集成器件和微全分析系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单片集成器件和微全分析系统。该用于感测的单片集成器件包括：微发光二级管；光检测器；以及感测通道，其中，所述微发光二级管与所述感测通道耦合并被配置用于向所述感测通道发射光，以及所述光检测器与所述感测通道耦合并被配置用于感测由所述微发光二极管发射的并传播通过所述感测通道的至少一部分的光。本发明的一个实施例提出了一种新型的具有内建光源和光检测系统的用于感测的单片集成器件。

Description

单片集成器件和微全分析系统
技术领域
本发明涉及微发光二级管技术领域，更具体地，涉及一种用于感测的单片集成器件和微全分析系统(μTAS)。
背景技术
能检测生物特性或气体特性的光学传感器近年来得到了广泛的关注。各种各样的光学传感器被提出。
例如，在Torsten Mayr等人所著的文章“A planar waveguide optical sensoremploying simple light coupling”,Analyst,2009,134,1544-1547中提出了一种采用简单光耦合的平面波导光学传感器，该文章在此全部引入作为参考。
例如，在Klimant等人所著的文章“Fast Response Oxygen Micro-Optodes Basedon Novel Soluble Ormosil Glasses”,Microchim.Acta,131,1999,35中提出了基于新型可溶有机改性的硅酸盐玻璃的快速响应氧气微光极，该文章在此全部引入作为参考。
这些光学传感器具有相对大的尺寸，并且总体来讲不适合现场应用。
微全分析系统(μTAS)是用于化学分析的便携式设备，也被称作实验室芯片(LOC)。μTAS适合于现场应用并可使分析更加容易。
微流体是一种小规模的流体。微流体可被检测以获得它们的生物或者化学特性。这些生物或者化学特性可以被用来确定所检测的物质或者对象。
单片集成芯片指的是独立地实现所希望的电路功能的集成电路。例如，在光学传感器的单片集成芯片中，光源和光学传感器被集成到一个单独的芯片中。
因此，要求提供一种新型光学传感器以解决现有技术中的至少一个技术问题。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于感测的单片集成器件的新技术方案。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于感测的单片集成器件，包括：微发光二级管；光检测器；以及感测通道，其中，所述微发光二级管与所述感测通道耦合并被配置用于向所述感测通道发射光，以及所述光检测器与所述感测通道耦合并被配置用于感测由所述微发光二极管发射的并传播通过所述感测通道的至少一部分的光。
可选地或另外地，所述感测通道是微流体通道，其中微流体能够在该微流体通道中流动。
可选地或另外地，所述微发光二极管被安装在衬底上，并在衬底上附着具有沟槽的盖子以形成所述感测通道。
可选地或另外地，所述微发光二极管和所述光检测器位于所述感测通道的相同横截面上。
可选地或另外地，所述感测通道是波导，其中由微发光二极管所发射的光在所述波导内传播。
可选地或另外地，所述波导是平面波导，以及所述微发光二极管被安装在所述平面波导的表面上。
可选地或另外地，还包括：耦合组件，用于将由微发光二极管所发射的光耦合到所述波导中。
可选地或另外地，所述微发光二极管和所述光检测器沿所述波导的纵向方向被布置。
可选地或另外地，所述微发光二极管的边长是1-100μm且它的厚度是1-10μm。
根据本发明的第二方面，提供了一种微全分析系统，包括根据本发明的用于感测的单片集成器件。
本发明的一个实施例提出了一种新型的具有內建光源和光检测系统的用于感测的单片集成器件。该单片集成器件适合于现场应用，例如微全分析系统。
通过以下参照附图对根据本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1是根据第一实施例的用于感测的单片集成器件的一部分的示意图。
图2是图1中的单片集成器件沿A-A’线的横截面图。
图3是根据第二实施例的用于感测的单片集成器件的一部分的示意图。
图4是图3中的单片集成器件沿B-B’线的横截面图。
图5示出了根据本发明实施例的一种具有用于感测的单片集成器件的微全分析系统。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在现有技术中，光学传感器具有相对大的尺寸。传感器的传统光源相对复杂。此外，传统光源是相对大的。进一步地，它的成本相对较高。光学传感器的光检测系统也存在相似的缺点。
在本申请的实施例中，提出使用微发光二极管作为光源。结果，简单的光电二极管可被用作光检测器。通过这种配置方式，传感器的尺寸可以显著降低并且因此它适合于现场应用，例如μTAS。
参照图1和2对第一实施例进行描述。图1示出了根据第一实施例的用于感测的单片集成器件的一部分的示意图。图2示出了图1中的单片集成器件沿A-A’线的横截面图。
如图1所示，例如，用于感测的单片集成器件10包括微发光二极管11、光检测器12和感测通道13。用于感测的单片集成器件例如是芯片。
微发光二极管11与感测通道13耦合并被配置用于向感测通道13发射光。
待检验的物质能够传播或者穿过感测通道。该物质可以从待检验的物体反射的光或者待检验的微流体等。
光检测器12与感测通道13耦合并被配置为用于感测由微发光二极管11发射的并传播通过感测通道13的至少一部分的光。例如，光检测器12可以是光电二极管。
例如，如图2所示，微发光二极管11被安装在衬底15上。光检测器12同样被安装在衬底15上。在衬底15上附着具有沟槽的盖子14以形成感测通道13。
在一个例子中，感测通道13为微流体通道，微流体能够在该微流体通道中流动。例如，微发光二极管11发射的光会在感测通道13内与微流体相互作用并且被光检测器12检测到。根据被光检测器12检测到的光，微流体的特性可以被确定以便确定待检验的物体的特性。这样，可以确定待检验的物体。
在图2所示的例子中，微发光二极管11和光检测器12设置在感测通道13的相同的横截面上。例如，这种配置方式适合于检测含有不同物质的流体，所述不同物质在不同时刻到达所述横截面。这可能适合于DNA的检测。
在该实施例中，例如，微发光二极管11的边长是1-100μm且它的厚度是1-10μm。微发光二极管11发射的光可以是红光、绿光、蓝光或者紫外线等。
例如，衬底15可以是硅、其他半导体、玻璃、陶瓷、石英、蓝宝石、聚合物、弹性聚合物(如PDMS，PMMA，SU8等)等中的任意一种。
在该实施例中，微发光二极管11作为光源被內建在微流体通道(腔室)中。通过这种配置方式，光源和光学检测系统可以被集成为一个单片芯片。这适合于实时分析应用，例如μTAS。
在一个优选的例子中，在感测通道内建立所述微发光二极管11的阵列。这种布置能够产生对于感测通道内流动的微流体的更精确的“空间”分析。
参照图3和4对第二实施例进行描述。图3示出了根据第二实施例的用于感测的单片集成器件的一部分的示意图。图4示出了图3中的单片集成器件沿B-B’线的横截面图。与第一实施例重复的内容将被省略。
如图3所示，用于感测的单片集成器件20包括微发光二极管21、光检测器22和感测通道23。
微发光二级管21与感测通道23耦合并被配置用于向感测通道23发射光。光检测器22与感测通道23耦合并被配置用于感测由微发光二极管21发射的并传播通过感测通道23的至少一部分的光。
在该实施例中，感测通道23为波导，其中由微发光二极管所发射的光在波导内传播。
如图4所示，波导23为平面波导。微发光二极管21被安装在平面波导23的表面上。例如，微发光二极管21通过键合或粘结的方式安装在平面波导23的表面上。例如，微发光二极管21通过引线键合或者芯片倒装的方式与输入信号相互连接。
如图4所示，可以布置用于将由微发光二极管所发射的光耦合到波导中的耦合组件。耦合组件会增强光源和波导的耦合以使更多的光进入波导。
如图4所示，微发光二极管和光检测器沿感测通道的纵向方向被布置。
图5示出了根据本发明实施例的具有用于感测的单片集成器件的微全分析系统。
如图5所示，微全分析系统30包括用于感测的单片集成器件31。用于感测的单片集成器件31可以是根据第一实施例的用于感测的单片集成器件10或者根据第二实施例的用于感测的单片集成器件20。
例如，该微全分析系统30适合于现场应用。该微全分析系统30可以用于个性化的医疗服务、个性化的基因组技术等。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种用于感测的单片集成器件，包括：
微发光二级管；
光检测器；以及
感测通道，
其中，所述微发光二级管与所述感测通道耦合并被配置用于向所述感测通道发射光，以及所述光检测器与所述感测通道耦合并被配置用于感测由所述微发光二极管发射的并传播通过所述感测通道的至少一部分的光。
2.根据权利要求1所述的单片集成器件，其中，所述感测通道是微流体通道，其中微流体能够在该微流体通道中流动。
3.根据权利要求2所述的单片集成器件，其中，所述微发光二极管被安装在衬底上，并在衬底上附着具有沟槽的盖子以形成所述感测通道。
4.根据权利要求2所述的单片集成器件，其中，所述微发光二极管和所述光检测器位于所述感测通道的相同横截面上。
5.根据权利要求1所述的单片集成器件，其中，所述感测通道是波导，其中由微发光二极管所发射的光在所述波导内传播。
6.根据权利要求5所述的单片集成器件，其中，所述波导是平面波导，以及所述微发光二极管被安装在所述平面波导的表面上。
7.根据权利要求6所述的单片集成器件，还包括：耦合组件，用于将由微发光二极管所发射的光耦合到所述波导中。
8.根据权利要求5所述的单片集成器件，其中，所述微发光二极管和所述光检测器沿所述波导的纵向方向被布置。
9.根据权利要求1所述的单片集成器件，其中，所述微发光二极管的边长是1-100μm且它的厚度是1-10μm。
10.一种微全分析系统，包括根据权利要求1所述的用于感测的单片集成器件。
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