CN109791103A - 使用薄透镜进行粒子检测 - Google Patents

Abstract

光学激发系统，包括基板(105)，该基板(105)包括:用于将分析物(109)递送到至少一个感兴趣区域(103)中的至少一个递送装置(104)，用于将来自至少一个辐射载体(101)的至少一个辐射光束引导到至少一个感兴趣区域(103)中的至少一个辐射载体(101)。基板(105)包括薄透镜系统(120)，该薄透镜系统(120)包括用于将辐射从至少一个感兴趣区域(103)准直到远程检测系统(130)的至少第一薄透镜(121)。还提供了包括激发系统的粒子传感器和传感系统(例如模块化粒子传感器和模块化传感系统)，其中光学激发系统可以是单次使用的和一次性的。

Description

使用薄透镜进行粒子检测

发明领域

本发明涉及粒子检测和分析的领域。更具体地说，它涉及经由光学装置进行粒子检测和分析的设备及其制造方法。在具体实施例中，它涉及适用于流分析的基于发光(例如荧光)的检测、基于拉曼散射的检测。可在本发明中使用的其他检测原理可以例如是吸收或光散射。

发明背景

细胞计数法包括分析和分类粒子流(通常是连续流)中的单个分析物。分析物可包括各种各样的类型，通常是细胞，但其也可被扩展到诸如病毒、抗体等其他粒子。细胞计数仪通常包括将分析物递送至检测区域或感兴趣区域(ROI)的装置，例如在流动的流中(例如在流体中等)。它还包括用于照射检测区域的激发装置，例如使用激光器、LED，或其他照明装置。

在细胞计数仪中，检测器可接收和测量分析物的光吸收或散射特性。在荧光细胞计数法的情况下，可检测来自分析物本身或来自附着于分析物的荧光化合物的荧光。在后一种情况下，所应用的分析和任选的分类技术基于用例如荧光团来标记分析物和基于通过用激发源照射它们并检测荧光发射来检测经标记的粒子。在分子诊断中，荧光通常被用于确定分析物的浓度。这些信号通常很弱，并且亮度被前向散射且被激发信号本身超越，因此它们通常被检测为与前向散射成角度地从ROI发射的辐射。这需要昂贵且笨重的自由空间光学器件。附加地，辐射收集器和/或检测器应该是广角的。

这与紧凑设备的要求不兼容，紧凑设备在即时(point-of-care)检测和分析、便携性等方面是令人满意的。通常，这种理想的细胞计数仪应被集成在芯片上和/或应包括微流体通道；因此，经由小耦合光栅来操控光。在非常窄的波导系统中收集相对大物体的非相干光是非常低效的。

发明概述

本发明的各实施例的一目的是提供一种快速的、可靠的和紧凑的光学检测器，其适用于集成电路(例如光子电路)中的有效分析和细胞计数法。

本发明的各实施例的优点在于，结合分析物递送系统获得模块化的、紧凑的一次性准直系统。光学激发系统是一次性的这一事实使得其对即时和医疗设备非常有用，由于分析性质、医疗法规等原因，对即时和医疗设备而言需要一次性设备。对于这种一次性设备，应该控制和优化生产成本。光学系统可很容易地与ROI对齐。附加优点是它可以与粒子传感器的检测系统结合使用，并能够容易地与检测系统对齐。

在第一方面，本发明提供了一种用于粒子传感器的光学激发系统，该系统包括基板，该基板包括：

-用于将分析物递送到至少一个感兴趣区域中的至少一个递送装置，

-用于承载辐射并将来自该至少一个辐射载体的至少一个辐射光束引导到至少一个感兴趣区域中的至少一个辐射载体，

-包括例如集成在基板中或基板上的至少第一薄透镜的用于将来自至少一个感兴趣区域的辐射准直到远程检测系统的薄透镜系统。

基板可以是但不一定是透明基板。替换地，基板可以是例如Si(硅)基板的半导体基板；并且可以包括覆盖递送装置的至少一部分的盖玻璃。在后一种情况下，辐射载体可以是半导体上的波导光子，并且薄透镜系统可被设置在盖玻璃上。

例如，可在本发明的上下文中使用的检测原理可以是诸如荧光检测、吸收、光散射、拉曼散射之类的发光检测。

在本发明的一些实施例中，激发光栅可被提供以便将来自至少一个辐射载体的至少一个辐射光束引导到至少一个感兴趣区域中。

在根据本发明的光学激发系统的一些实施例中，薄透镜系统包括至少一个薄膜透镜。本发明的各实施例的优点在于，可使用高度优化和精确的技术及其组合，经由光刻装置获得透镜系统。

在光学激发系统的一些实施例中，至少一个递送装置包括至少一个微流体通道。本发明有利地提供了例如用于流式细胞计数法的微流体设备中的紧凑集成。

在第二方面，本发明提供了一种粒子传感器，包括：

-根据本发明第一方面的各实施例的光学激发系统，

-包括至少第一检测器的检测系统，该第一检测器用于检测预定波长范围内的辐射。

在粒子传感器的一些实施例中，光学激发系统的薄透镜系统被适配成允许从感兴趣区域到检测系统的预定波长范围内的辐射传输和引导。

本发明第二方面的各实施例的优点在于，可在紧凑传感器中收集大量的散射非相干光。进一步的优点在于，可以获得模块化粒子传感器，例如，一种一次性传感器，其中仅与分析物接触的模块可能是一次性的，同时包括检测系统的模块可被保留，从而降低制造成本。进一步的优点在于，粒子传感器的光学系统可容易地与ROI聚焦，并且它可容易地与检测系统对齐，例如经由诸如螺钉、螺栓、滑动导轨、轨道、夹子、磁力锁等固定装置。

在本发明的粒子传感器的一些实施例中，光学激发系统的薄透镜系统包括用于检测另一波长范围内的辐射的至少第二薄透镜，以及粒子传感器包括用于检测该另一波长范围内的辐射的检测系统的至少第二检测器部分，薄透镜系统被适配成将第一波长范围内的辐射引导向第一检测器，并将另一波长范围内的辐射引导向第二检测器。本发明的各实施例的优点在于，可使用具有紧凑、集成或模块化的传感器的单个检测系统在相同的流中分析不同数量和类型的分析物。在本发明的传感器的各实施例中，甚至在由ROI中的粒子发射的信号到达检测器系统之前就可对其进行分类。在被适配成用于对其上附着有荧光生物标记物的分析物的荧光分析的一些实施例中，可通过系统的每个检测器分别检测不同的生物标记物及其组合、通过分离发射信号的波长贡献并在检测系统的独立检测器中分别分析每个波长范围来减少传感系统中的应变。

此外，一些实施例可提供薄透镜系统的每个所述薄透镜可被适配成将来自感兴趣区域的不同波长范围的辐射准直到检测系统的不同检测器，有利地获得对检测系统和ROI之间的方向上的对齐变化具有弹性的传感器，例如模块化传感器的耦合中的小偏差对图像质量和分析没有影响。

在根据本发明的第二方面的粒子传感器的一些实施例中，薄透镜系统的薄透镜位于基板的在递送装置和检测系统之间的表面上。本发明的各实施例的优点在于，可获得发光和/或反向散射(例如用于荧光细胞计数法)。

在根据本发明的粒子传感器的一些实施例中，包括至少另一薄透镜和另一检测器，该薄透镜被适配成将侧向散射和/或前向散射辐射引导到另一检测器中，有利地改善粒子检测。此外，可检索关于分析物的形态、大小、粗糙度和内部复杂度的信息。

例如，粒子传感器可包括在感兴趣区域和四个检测器之间的2×2矩阵配置的四个薄透镜，这些检测器也以2×2矩阵配置布置。这是一种紧凑、简单和可靠的设计。可独立分析多达4个波长范围(例如由ROI发射的4种颜色的辐射)，从而在生物标记物利用方面允许很大的灵活性。

在根据本发明的粒子传感器的一些实施例中，包括用于将可见光波长范围内的辐射发送到辐射载体中的辐射源，其中该基板包括玻璃层。本发明的各实施例的优点在于，可提供光学分析(发光分析、拉曼、荧光细胞计数法等)。

在根据本发明的粒子传感器的一些实施例中，至少一个薄透镜包括菲涅耳透镜(例如薄膜菲涅耳型透镜)，例如包括朝向预定方向准直的具有某波长厚度的脊，这可通过光刻方法来获得。

在第三方面，本发明提供了一种传感系统，包括根据第二方面的各实施例的多个粒子传感器、沿至少一个递送装置设置的多个辐射载体，其中该递送装置是用于向多个感兴趣区域提供粒子的至少一个微流体通道。

本发明的各实施例的优点在于，可在单个粒子流中获得针对不同波长和标记物的多个测量。

在本发明的传感系统的一些实施例中，至少一个递送装置包括多个通道，有利地提供并行传感。

本发明的传感系统的进一步实施例包括激发光栅，该激发光栅用于将来自至少一个辐射载体的至少一个激发辐射光束引导到包括通道的整个宽度的感兴趣区域。例如，可有利地(例如用简单的激光光栅)提供光片。这有助于例如荧光成像。

在本传感系统的一些实施例中，多个检测器被集成在单个单元中，有利地允许获得可在检测系统中被使用以进行粒子分析的模块化、紧凑、一次性的准直系统。

在所附独立和从属权利要求中阐述了本发明的特定和优选方面。来自从属权利要求的特征可以与独立权利要求的特征和适当的其他从属权利要求的特征组合，而非仅在权利要求中明确阐述。

参考下文描述的(诸)实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并得以阐明。

附图的简要说明

图1例示了根据本发明的各实施例的传感器的侧视图，其中用于将分析物递送到感兴趣区域中的递送装置、具有用于将辐射承载到感兴趣区域中的辐射载体的光子系统、以及用于将辐射从感兴趣区域准直到远程检测系统的透镜系统均被设置在同一基板上。

图2例示了根据本发明的各实施例的透镜和检测系统配置的透视图。

图3例示了激发光栅和不同发射方向的配置的透视图。

图4例示了根据本发明具体实施例的包括前向和侧向散射检测器的传感器的散射图示和侧视图。

图5例示了根据本发明另一方面的各实施例的包括多个测量级的传感系统的俯视图。

图6例示了根据本发明的各实施例的包括多个测量级的并行传感系统的俯视图。

图7例示了根据本发明的各实施例的包括前向和侧向散射检测器的并行传感系统的实施例的正视图。

图8例示了可在本发明的各实施例中使用的微结构化薄透镜的俯视图和侧视图(剖面图)。

图9例示了根据本发明的各实施例的传感器的侧视图，其中用于将分析物递送到感兴趣区域中的递送装置、和具有用于将辐射承载到感兴趣区域中的辐射载体的光子系统被设置在同一基板上，而用于将辐射从感兴趣区域准直到远程检测系统的透镜系统与此基板分开设置。

图10例示了根据本发明的各实施例的传感器的侧视图，该传感器被适配成检测多个波长，其中透镜系统被设置在与其上设置有光子和微流体组件的基板分开的基板上。

权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

具体实施方式

将针对具体实施例且参考特定附图来描述本发明，但是本发明不限于此而仅由权利要求书来限定。所描述的附图只是示意性的而非限制性的。在附图中，出于解说的目的，元件中的一些的大小可能被夸大并且未按比例绘制。尺寸和相对尺寸不对应于本发明实践的实际缩减。在不同的附图中，相同的附图标记指代相同或相似的元件。

说明书和权利要求书中的术语第一、第二等被用于区分相似元件，而不一定用于描述时间上、空间上、等级上或其它方式上的顺序。应当理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的并且本文中所描述的本发明的各实施例与本文中所描述或解说的相比能够以其他顺序操作。

此外，说明书和权利要求中的术语顶部、下方及类似术语用于描述性的目的并且不一定用于描述相对位置。应当理解，如此使用的这些术语在合适情况下可以互换，并且本文描述的本发明的实施例能够以除了本文描述或解说的之外的其他取向来操作。

要注意，权利要求中使用的术语包括摂不应被解释为限定于其后列出的装置；它并不排除其他要素或步骤。因此，该术语被解释为指定所陈述的特征、整数、步骤或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤或组件、或其群组的存在或添加。因此，表述一种包括装置“A和B的设备”的范围不应当被限定于仅由组件A和B构成的设备。这意味着对于本发明，该设备的仅有的相关组件是A和B。

贯穿本说明书引述的“一个实施例”或“一实施例”意指结合该实施例描述的特定特征、结构或特性是包含在本发明的至少一个实施例中的。由此，短语“一个实施例中”或“一实施例中”在贯穿本说明书的各个地方的出现并非必要地全部引述同一实施例，而是可能引述同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，如从本公开中对本领域普通技术人员将是显而易见的，特定的特征、结构或特性可以用任何合适的方式进行组合。

类似地，应当领会，在本发明的示例性实施例的描述中，出于精简本公开和辅助对各个发明性方面中的一个或多个的理解的目的，本发明的各个特征有时被一起编组在单个实施例、附图或其描述中。然而，这种公开的方法不应被解释为反映所要求保护的本发明需要比每项权利要求中所明确记载的更多特征的意图。相反，如所附权利要求反映的，各发明方面可以存在比单个前述公开的实施例的全部特征更少的特征。因此，具体描述之后所附的权利要求由此被明确纳入该具体描述中，其中每一项权利要求独自作为本发明单独的实施例。

此外，尽管本文所描述的一些实施例包括其他实施例中所包括的一些特征但不包括其他实施例中所包括的其他特征，但是不同实施例的特征的组合旨在落在本发明的范围内，并且形成如将由本领域技术人员所理解的不同实施例。例如，在所附的权利要求书中，所要求保护的实施例中的任何实施例均可以任何组合来使用。

在本文所提供的描述中，阐述了众多具体细节。然而，应当理解，在没有这些具体细节的情况下也可实践本发明的实施例。在其他实例中，公知的方法、结构和技术未被详细示出以免模糊本描述的理解。

在本发明的各实施例中，当提及“辐射”时，主要提及的是光子辐射，诸如可见光，但也包括红外光和紫外光。因此，在本发明的各实施例中，当提及对所使用的辐射“透明”的材料时，提及的是材料的特性：其中照射到此材料上的辐射(例如，IR、可见和/或UV辐射)透过材料传播。在一些实施例中，基板可能不对所使用的辐射完全透明，但是可以在一些位置处设置有对所使用的辐射透明的盖玻璃。

在本发明的各实施例中，提及“感兴趣区域”或简称“ROI”时，提及的是感兴趣的粒子(例如分析物(诸如细胞、粒子、染色细胞、循环肿瘤细胞、蛋白质等))可穿过的区域。通常，ROI是由探测光束(或激发光束)(例如起源自激发光栅)照明的区域。ROI可具有与分析物相当或更小的体积。在此情况下，系统被称为提供点信息，并且探测光束聚焦于所述点。ROI可以是平面区域，诸如分析物穿过的(虚拟)壁。

在本发明的各实施例中，提及“透镜系统”时，提及的是至少一个透镜，例如彼此相邻布置的多个透镜。在本发明的各实施例中，提及“薄透镜”时，提及的是具有紧凑设计的透镜，例如衍射透镜、波带片、菲涅耳透镜、柱透镜系统、微透镜或这些中任一者的一部分。薄透镜可以但并非必须集成在基板上或基板中。在本发明的各实施例中，提及“薄膜透镜”时，提及的是一种厚度为几微米或更小(例如1微米或更小)的透镜类型。这种薄膜透镜通常可由单层材料构成。薄膜透镜通常被设置在基板的表面上。产生透镜效应的微结构可被蚀刻在基板中、形成在基板中或基板上、或附着在基板上。薄透镜的示例是那些由微柱形成、或由特定结构(例如“台阶”形状)的层形成的透镜，以及通过光刻方法获得的其他透镜。一组薄透镜可以是“薄透镜系统”的一部分。同样，一组薄膜透镜可以是薄膜透镜系统的一部分，该薄膜透镜系统显然是一种薄透镜系统。

在本发明的各实施例中使用的透镜系统可以是“光学系统”的一部分，该“光学系统”是更通用的术语，包括透镜系统和其他光学组件，诸如类似透明板的折射介质或透镜系统附着于其上的基板。

在本发明的各实施例中，提及“检测系统”时，提及的是一组用于检测辐射(例如已被透镜系统准直的来自ROI的辐射)的一个或多个检测器。

在第一方面，本发明涉及一种用于粒子传感器的准直装置，其将来自辐射源的激发辐射(例如可见光的辐射光束，诸如激光束)发送到ROI，该辐射被适配成在ROI中的分析物上产生激发。可经由微流体通道向ROI提供分析物。穿过ROI的任何分析物可经由预定和/或已知的机制(诸如荧光或散射(例如前向散射、反向散射等))发射辐射。从ROI中的分析物发射的辐射可以通过光学系统，并且可被聚焦和被准直到检测系统，例如到远程检测系统。用于聚焦和/或准直的装置可包括薄透镜，例如一个或多个薄膜透镜。本发明包括集成用于向ROI提供分析物的装置和用于聚焦和/或准直起源自该ROI的辐射的装置的基板。基板优选地是透明的或设置有至少对于可被发射自ROI的预定辐射而言是透明的盖。例如，在已知辐射是光的情况下，基板可优选地是透明的或具有对于可见光范围内的辐射而言是透明的部件(例如盖)。基板也可被定制成对特定波长而言不透明。例如，在一些实施例中，可能仅对荧光感兴趣，并且可通过阻挡与激发光束相同或相似波长的辐射来去除侧向散射或反向散射。例如，聚焦装置中的一些或全部(例如，形成透镜的材料)可吸收特定颜色，例如激发辐射。替换地或附加地，例如透镜和检测器之间的滤波器(例如高OD(光密度)滤波器)可使用反射涂层来反射透镜的光，以便在已经准直的光束中获得良好的滤波。

在本发明的一些实施例中，光学系统包括充当折射区域的玻璃片，来自ROI的辐射在该玻璃片中行进和发散。其他实施例可包括石英、熔融二氧化硅等。在一些实施例中，包括不同薄透镜(例如，具有不同设计的菲涅耳透镜、薄膜透镜)的透镜系统可附着到基板的表面。透镜可接收来自ROI中的粒子的辐射(例如散射辐射、发光，例如荧光、辐射等)。例如，辐射可从ROI发射、通过透明基板或其一部分发散、并由透镜系统聚焦(例如，准直)。除了薄膜透镜之外，可使用其他类型的透镜(例如平面透镜)，诸如例如超构表面(metasurfaces)、高对比度传播阵列(HCTA)、高对比度光栅(HCG)、或微透镜阵列。

在本发明的一些实施例中，来自波导、光纤或任何其他辐射承载装置的辐射都可被外耦合到ROI中。可使用激发光栅，例如外耦合光栅。半导体波导光子可被用于提供激发辐射。

在本发明的一些实施例中，准直设备是模块化的、整体的和一次性的单元，包括基板(例如透明板)和至少一个薄透镜(例如薄膜透镜)，其可形成光学系统(例如薄膜透镜系统)。用于外耦合ROI中的辐射的至少一个装置和被适配成提供ROI中的分析物的至少一个微流体通道可被包括在准直设备中。准直设备的光学系统(例如，基板的光学折射率和/或透镜的焦距)可被适配成将来自ROI的辐射聚焦(或准直或概括而言以预定方式引导)到远程检测器。准直设备可以是与检测器分开的，一次性的(例如单次使用的)设备。形成检测器等的包括昂贵的集成电路和传感器的第二模块可有利地被重复使用。

起源自ROI的辐射可在大范围内被高效地收集。基板厚度决定了起源自ROI的辐射的发散。如果透镜被设置在基板的与设置有分析物的一侧相对的主表面上(例如分析物在表面的顶部而透镜在基板的底部)，则透镜可以比基板另一侧的收集区大(例如，比粒子流动的通道大)，从而提高效率。透镜和(诸)检测器之间的空间(即一次性单元处的透镜与可重复使用单元中的检测器之间的距离)改善了准直。对齐(例如在分析物被设置在基板的顶侧而透镜被设置在基板的底侧的情况下的垂直对齐)对于获得可利用的信号变得不那么重要。

在本发明的一些实施例中，准直设备包括用于将起源自ROI的辐射分离成可单独检测的光束的装置。例如，透镜可将来自ROI的辐射聚焦或准直到一个或多个检测器系统中，并且透镜中的每一个都可被波长(颜色)滤波器覆盖。例如，光学系统可包括用于根据波长在不同方向上(例如，朝向检测系统中的不同检测器)分离或聚焦(例如准直)来自ROI的辐射的装置。

例如，在简单的情况下，第一透镜(例如，薄透镜)可通过第一(例如绿)滤波器向第一检测器发送辐射，而第二透镜可通过第二(例如红)滤波器向第二检测器发送辐射。在此示例中，由两个透镜形成的透镜系统可在第一方向上(例如，朝向第一检测器)引导(例如聚焦、准直或会聚)红光，而在第二方向上(例如，朝向第二检测器)引导绿光。在另一实施例中，由四个透镜(例如，薄透镜，或更具体地薄膜透镜)形成的透镜系统可将多光谱光束分离成具有不同方向的四个不同光束，每个光束的特征在于波长范围不同。在本发明的一些实施例中，可优化光学系统(通过材料选择和/或设计)以将辐射(例如来自荧光源的光)传播和准直到检测器(对特定波长或在波长范围内的波长很少吸收或没有吸收)以供检测。本发明不限于所列举的特征，并且可包括不同的或其它元件(例如，用于对激发辐射进行滤波或阻挡的滤波装置)。

本发明不限于荧光，并且可使用光源(例如激光器)的任何其他检测方法都可与流体、薄透镜系统和检测系统结合使用。例如，吸收、光散射或拉曼散射可以是适用于本发明的技术。

在第二方面，本发明涉及一种粒子传感器，包括根据第一方面各实施例的准直设备和检测系统。检测系统和准直设备可被适配成容易地和/或自动地将光学系统与检测系统对齐(例如，通过使用引导件、锚定装置、诸如夹子之类的临时固定装置等)。在准直设备中包括光学系统的各实施例中，该准直设备将来自ROI的辐射聚焦到无限远(准直)，该系统对准直设备与检测系统之间的垂直对齐误差具有很好的容错性。在一些实施例中，粒子传感器是模块化传感器，其中准直设备是可拆卸(例如一次性)模块，而检测系统(例如成像器)被适配成接收可互换的可拆卸准直设备。在替换实施例中，粒子传感器是集成设备，检测系统和准直设备形成单个设备。

在第二方面的各实施例中，粒子传感器(例如其准直设备)包括用于根据各光束的波长将来自ROI的辐射分离成具有不同方向的光束的光学系统。粒子传感器可然后包括多个用于检测不同波长的检测器。粒子传感器的一些实施例能够根据预定波长或波长子范围将辐射分离成包括不同波长的辐射的聚焦或准直光束，并将它们收集到检测系统的分离的各检测器中。用于光束分离的装置可包括嵌入或附着到准直设备的基板的衍射透镜(例如，薄透镜)。检测器可具有大孔径，从而提高整体灵敏度。

在本发明的一些实施例中，准直设备和检测系统检测与激发光束的波长范围不同的波长范围的辐射。这是基于荧光的粒子检测器的优选实施例；例如，激发照射的波长范围优选地不与分析物的荧光发射的波长范围重叠。诸如颜色滤波器和/或抑制滤波器之类的其他元件可被添加以便提高这种分离并减少重叠，从而减少来自反射的噪声和错误信号。例如，这种滤波器可被放置在准直设备的各透镜和检测系统的一个或多个检测器之间的空间中。

在本发明的分析物(经由荧光、或散射或任何其他合适的机制)发射多个波长或一个或多个波长范围的那些实施例中，光学系统可被优化以传播和准直不同的波长或波长范围，例如，每个波长或波长范围朝向不同的检测器，例如通过使每个透镜适配于每个波长并将每个透镜对齐到不同的检测器。

在一些实施例中，分析物可包括可附着于荧光标记物(例如诸如荧光蛋白、荧光团等的生物标记物)的细胞，在这种情况下，可在粒子混合物中标记至少一种类型的分析物，或替换地，不同类型的分析物可各自由不同类型的染料、或由其组合标记。

根据波长范围的辐射分离具有提高信噪比的优点。此系统利用大范围的检测，从而收集大量的辐射。例如，透镜可向特定检测器发送仅具有预定辐射光谱的辐射，而其他辐射(侧向散射辐射、反向散射辐射、来自非分析物的噪声信号)可被偏转远离检测器。这是特别有用的，因为流可承载正在生成噪声的杂质和其他非分析物，杂质和其他非分析物也可例如经由反向散射发射辐射。

尽管参考荧光详细解释了本发明的各实施例，但本发明不限于荧光检测器。例如，还可检测侧向散射和前向散射。散射辐射可被偏转到不同的特定检测器(例如，用于与激发辐射波长相似的辐射的侧向散射检测器、反向散射检测器等)。例如，在荧光细胞计数法的情况下，系统可包括用于将荧光光谱内的光束引导到荧光检测器的透镜，以及进一步包括对激发光束的相同(或接近)波长敏感的透镜，该透镜被适配成将这种辐射引导到特定散射检测器。这种检测器有利地提供粒子区别：如果某粒子在这种散射检测器中被检测到，但未在任何其他荧光检测器中被检测到，则可假设该粒子是未染色的粒子，例如杂质。使用类似的原理，透镜和检测器可相对于ROI和激发光栅定位，使得侧向散射也可被检测。

附加的优点是粒子传感器可以是紧凑的，因为基板可在面向检测系统的第一表面中包含透镜系统，并且在第二表面中包含用于将分析物提供到ROI中的装置或将用于将分析物提供到ROI中的装置嵌入基板内。因此，ROI和透镜之间的距离可通过基板的厚度来固定。用于提供分析物的装置可以例如是通道或微通道，其可被蚀刻、研磨或以某种方式在基板中或在基板上产生。替换地或附加地，微通道可由基板、以及侧壁和盖子形成，或由附着到基板表面的透明单独导体形成。

在本发明的各实施例中，如图1所示，辐射源(未示出)可经由辐射载体101提供用作探测光束的辐射100。例如，载体101可以是波导，诸如硅波导、带状或肋形波导、包含金属和SiN层的多层结构、光纤等。载体可包括至少一个激发光栅102，例如包括镜，用于将激发光束100外耦合并引导到ROI 103中。

可包括用于在ROI 103内提供粒子的递送装置104，例如微通道，例如宽度为50微米或更小的微通道。通道104可被嵌入基板105内，或替换地，如图1所示，通道104或微通道被设置在基板105与包含透镜系统120的表面107相对的的表面106上，并且盖108(例如盖子、透明盖子等)还可被设置以便封闭和保护位于递送装置104内的流体。

根据本发明的各实施例，包含透镜系统120、以及可选地包含盖108的递送装置104和基板105可形成独立的可互换和一次性模块。

一旦诸如分析物109之类的粒子进入经照射的(例如经照明的)ROI 103，就会生成辐射信号110(例如，相干辐射)。该生成可经由散射机制、荧光、拉曼弛豫(relaxation)或任何其他合适的机制来提供。此辐射的一部分沿透明基板105向下行进并遇到包括透镜系统120(包括例如薄膜透镜121、122)的表面107。根据包含在辐射信号110中的辐射波长的不同波长或波长范围，这些透镜将辐射111、112分别偏转到检测系统130中各个不同的检测器131、132。

在替换实施例中，例如在图9和图10中所例示的，辐射载体101和用于在ROI 103内提供粒子的递送装置104可被设置在同一基板105中。然而，透镜系统120可被设置在独立的基板上，例如被设置在隔膜90上。独立的基板(例如隔膜90)可被设置有孔径91，诸如例如Al孔径。隔膜90和孔径91可被设置在载体基板92上，以便于处理。载体基板92可以是任何合适的材料，例如类似如硅基板之类的半导体基板。提供具有透镜系统的独立芯片可能是有利的，因为制造可变得更简单。另一方面，集成实施例所具有的优点在于，在组装时没有特殊要求就可对齐不同的组件。

根据本发明的各实施例的光学激发系统的功能是类似的，无论透镜系统是集成在与设有递送装置和辐射载体的同一基板中还是在同一基板上，还是被设置在单独的基板上。在图9和图10的示例中，与图1所例示的实施例相反，一旦诸如分析物109之类的粒子进入经照射的(例如经照明的)ROI 103，就会生成辐射信号110(例如，相干辐射)。该生成可经由散射机制、荧光、拉曼弛豫(relaxation)或任何其他合适的机制来提供。此辐射的一部分远离基板105向上行进并在独立的基板90上遇到透镜系统120，该透镜系统120至少包括薄膜透镜121。透镜系统将辐射111偏转并准直到检测系统130中的至少一个检测器131、132。

对于本发明的不同实施例，检测系统130可被适配成接收特定波长或波长范围。它可被用于简单地区别从ROI发射的不同辐射波长，例如用于对流过ROI的粒子(例如，在细胞计数法设置中附着到各个不同细胞的不同荧光团)进行计数和分类。附加地，它可被用于获得具有预定分辨率的图像，例如使用具有高分辨率的检测器，或者通过具有高时间分辨率的时间轨迹来获得图像。例如，本发明允许通过组合荧光检测器和被适配成以预定分辨率(例如，具有已知厚度的薄光片)照明穿过ROI的粒子的激发辐射来获得具有亚细胞分辨率的细胞的荧光图像，并对由检测器接收到的荧光进行成像。例如，合适的检测系统可包括CMOS荧光检测器，或任何其他合适的辐射检测器。合适的检测器可有利地提供快速读出和大孔径，例如检测器可被适配成接收由透镜形成的分析物的图像(例如，细胞的图像)。这种合适的检测器可包括CCD像素、雪崩光电二极管、光电倍增管(例如Si-PMT)等。ROI 103与检测系统130的检测器131、132之间的相对大的距离、由透明基板105和高效薄透镜系统120形成的光学系统的宽孔径允许利用宽敞的检测器表面，使得能够利用分析物发出的大部分辐射收集和检测大量散射辐射，从而提高了传感器的整体效率。在具有集成透镜系统的本发明的各实施例中，必须在来自基板105中ROI 103的所需的辐射发散与基板材料的吸收之间达到良好的折中。透明基板105可例如在基板105的相对表面106、107之间包括具有确定厚度T的SiO₂、或玻璃片、或者透明聚合物。例如，基板105可包括至少300微米(例如500微米)的厚度。例如，可使用700微米的玻璃片。此距离T可根据光学需求来优化，例如根据透镜系统的焦距。例如，可考虑透镜系统和/或检测系统的数值孔径、以及ROI和/或预期分析物的大小和/或包括在基板内或基板上的微通道的高度来优化距离T。例如，基板的厚度可以是微通道高度的至少十倍。

透镜系统和检测器之间(例如，在包括透镜的表面107与检测系统130之间)的距离P可为紧凑的设计和良好的光传播(考虑各个体探测器131、132之间所需的最小距离以防其间需要安装电路)、或为避免交叉信号或散开(bleeding)来进行定制。例如，它可以是约300微米或更大。在一些实施例中，该距离可以在300μm和4cm之间，例如约0.2mm或约2cm，本值不限制本发明。例如，在一些实施例中，通道和检测器系统之间(或波导和检测器系统之间)的总距离P+T(未在图9中明确例示)为至少一微米，例如十微米。在薄透镜提供准直的实施例中，良好准直和设计需求之间的良好的折中可能导致几百微米的距离P。基板105可被放置在ROI 103和透镜系统120之间，因此透镜系统120的透镜121、122准直从ROI 103“向下”(即朝向基板105)行进的辐射，如图1中所例示的。在替换实施例中，ROI 103可被放置在基板105和透镜系统120之间，因此透镜系统120的透镜准直从ROI 103“向上”(即远离基板105)行进的辐射，如图9中所例示的。另一滤波器(波长滤波器、颜色滤波器、抑制滤波器，诸如光学凹口)可被包括在透镜系统120的透镜121、122和检测系统130的检测器131、132之间的空间中。

一旦接收到信号111、112，检测系统130就产生表征其接收到的波长的电信号。例如，如果辐射由给定检测器131接收而非由其他检测器132接收，则辐射111的波长将被明确地确定为在透镜121响应的范围内。一旦所述辐射111激发检测器131，电信号就可被生成并被发送到输出，诸如数据单元中的存储器、处理器、显示器等。检测系统130可以是集成芯片、像素阵列、光子电路等的一部分。

在示例性实现中，可获得用于计数染色细胞的细胞计数仪。例如，可用特征波长λ1和λ2的两种不同的荧光生物标记物对两种不同的细胞群进行染色。当用激发光束100照明标记有第一生物标记物的细胞时，荧光生物标记物发射波长为λ1的辐射110，其在到达透镜系统120时被引导(例如准直或聚焦)成仅由检测系统的检测器131检测的单个光束111。当用激发光束100照明标记有第二生物标记物的细胞时，所发射的辐射110将具有波长λ2，其通过透镜系统120的透镜122被引导向检测器132。如果被两个标记物染色的第三细胞被照明，则它将被两个检测器131、132同时检测到。具有与激发辐射相同或相近的波长的反向散射光将被滤出透镜系统120，并且将不会被检测系统130检测到。

图2示出了包括四个菲涅耳薄透镜的透镜系统220的示例。一旦分析物109辐射，散射辐射110就传播穿过透明基板105。在所例示的示例中，当辐射110到达透镜系统220时，四个不同的薄透镜(例如菲涅耳透镜)可将辐射引导向多达四个不同的方向，有效地在朝向检测系统230的四个检测器的四个不同方向上生成多达四个包含不同波长范围的辐射光束111、112、113、114。可使用高灵活性的生物标记物，因为在紧凑的设计中可区别多达四个不同的波长范围。在所例示的示例中，透镜系统220的透镜的数量和检测系统230的检测器的数量为四，但是本发明并不限于该数量的透镜和检测器；根据所计划的应用可实现任何合适数量的透镜和检测器。通常，透镜的数量可以与检测器的数量相同，但这也不是必需的。可能存在比检测器更多的透镜，或者可能存在比透镜更多的检测器。

实现所描述的透镜系统200的传感器因此可甚至在信号到达检测系统230之前就对由进入ROI的分析物109产生的信号进行分类。可通过用透镜系统220分离波长贡献来检测附着有不同生物标记物或其组合的不同分析物109。

本发明不限于一个激发光束100。例如，图3示出了分别包括激发光栅311、312、313的若干波导301、302、303。每个光栅可将激发光束引导到同一ROI 103中。例如，具有三种不同波长的激发光束可被用于(例如，红、绿和蓝激光器模式)为进入ROI 103的粒子提供多光谱激发。在图3所示的情况下，点检测(point-detection)被使用，因此每个光栅311、312、313都可被适配(例如取向)以使入射光进入ROI 103。此实现所具有的优点在于，允许简单光学器件的使用。光束可以以入射方向A和方位角方向B取向，这对每个光栅而言可能是不同的。图示300中显示了由光栅313外耦合的激发辐射方向的光束方向A和B。

当经标记的分析物接收激发辐射时，不仅发射荧光。附加地，通常会发生前向和侧向散射。具体的发射方向F、C、D和E被显示在图3和图4的图示400中。

前向散射辐射可被限定成在接近激发光束方向的方向上发射的辐射。例如，具有与方向A形成(正或负)10到15度角的方向F的辐射被认为是前向散射辐射。侧向散射辐射可被限定成由分析物109发射的辐射，其具有相对于A形成高于F的角度的方向，并至多垂直于A(诸如方向D)。因此，其方向在方向C和D之间的角度内的散射(考虑到基板的折射)可被认为是可检测的侧向散射。在具有方向D与预定方向E的各角度之间的角度的方向上发射的辐射(因此与方向A成钝角)可被认为是可检测的反向散射辐射。由方向D和E形成的角度内的荧光发射将被透镜系统朝向荧光检测器偏转。

方向D可被选择为垂直于方向A的方向，而方向C和E可由诸如ROI和透镜孔径之间的光路之类的光学考虑来确定。方向D也可被限定成可由侧向散射检测器检测的可用辐射的最大角度，因此也可由光学考虑来确定。

在图4的最右侧的附图410中示出了具有侧向散射和前向散射检测的实现的示例。由ROI 103中的分析物在前向方向F上发射的辐射由前向散射检测器401收集，该前向散射检测器401可位于嵌入通道的基板的外部和顶部，或位于对散射辐射透明的盖子108的顶部。对于检测器401的放置，应当考虑前向散射路径F的折射。可检测的侧向散射辐射(具有由C和D与入射方向A形成的各角度之间的角度)和反向散射辐射(具有D和E之间的方向)将被基板105折射。(经折射的)方向C’和D’之间的侧向散射辐射，以及(经折射的)方向D’和E’之间的反向散射辐射和荧光发射将被透镜系统420聚焦。具体而言，荧光辐射将被引导(例如聚焦、准直)到荧光检测器，如图1或图2所示，而侧向散射辐射将被透镜421聚焦(例如，准直)到侧向散射检测器431。粒子存在检测的灵敏度可被提升。附加地，图4的系统可被用于改善粒子区别并获得关于分析物的大小、粗糙度和内部复杂度的信息。附加地，未染色粒子(例如没有生物标记物的细胞)不会发射荧光。在诸如图4中所示的实施例的各实施例中，这些粒子仍可被侧向散射透镜421和检测器431以及可选地被前向散射检测器401检测到。通常，取决于染色、细胞类型、激发辐射等，激发波长将在距发射波长约30至150nm之间。在一些情况下，非荧光反向散射辐射可到达透镜系统，但由于只有特定波长范围可被准直，所被荧光检测器检测到的反向散射的非荧光的光量可能非常小。在特定设置中，如果具有与激发辐射波长相似(或在该波长范围内)的任何辐射都可在透镜系统中被准直，则阻挡其进入检测器可能是有利的，例如使用透镜系统和检测器之间的滤波器，如前文所讨论的。取决于相对于激发光束的入射角的发射角，侧向散射检测器也可被放置在前向散射检测器旁边。其他检测器也可被添加。例如，此配置易于与诸如全息系统之类的其他分析系统兼容和集成。

点检测通常依赖于粒子在通道的有限部分中进入ROI。ROI和分析物的相对大小(例如体积或横截面积)是可比的。取决于光栅的类型，其他照明配置也是可能的。例如，获得聚焦或准直光束、垂直或(如图1至图4所示)成角光束、或者光片(如以下各实施例所示)是可能的。例如，ROI可覆盖通道或微通道的整个宽度，而光片可被用于激发穿过ROI 103的任何分析物109。

在第二方面，本发明涉及一种用于检测辐射(例如荧光辐射)的模块化传感系统。这种传感系统通常包括如第一方面所描述的多个传感器，例如每个传感器包括第一(例如可重复使用)检测模块和包含光学系统和微流体通道的第二(例如一次性)模块。传感系统可被耦合到至少一个照射源或辐射载体以便生成激发辐射光束来激发待表征的粒子。这种照射源通常可以是激光器系统，但各实施例不限于此。通常可存在于这种传感系统中的其他组件是本领域技术人员已知的。根据本发明的各实施例的传感系统可包括至少一个ROI和至少一个透镜系统中的至少一个透镜，以便将辐射引导到至少一个检测系统的至少一个检测器中。所述模块化系统可以是不昂贵的，它可以是完全一次性的，或仅其部分可以是一次性的(例如具有微流体通道和透镜的基板)，并且它可以是高度专业化的。

根据本发明此方面的进一步的实施例的传感系统可包括多个ROI，从而为粒子(例如分析物)提供多种激发。多个激发光束可被发送到每个ROI，而多个检测器和/或检测系统可接收来自每个ROI的辐射。可由根据第一方面的各实施例的装置提供信号区别，例如通过在每个检测器或检测系统上包括滤波器，或通过根据辐射的波长将辐射引导到不同的检测器。

图5示出了通道104和在覆盖通道104的宽度的基本上二维的光束(例如光片)中发散的多个激发光束500、501、502。多个激发光束500、501、502可具有多个不同的激发波长并且照明多个ROI，从而产生若干测量级。当分析物109穿过光束500时，它可(经由散射、荧光等)发射辐射，该辐射由在基板底部处的透镜系统520收集并被引导到检测器。例如，根据本发明的第一方面的各实施例，取决于辐射的波长或波长范围，辐射可被聚焦或准直到检测系统530的相应检测器。分析物可穿过多个ROI并用不同的辐射光束激发，从而提高灵活性和调谐能力。

可在单个流中使用大量的荧光标记物和荧光标记物组合。可针对所使用的每个标记物优化多个激发辐射光束，例如NIR激光器、红激光器、蓝激光器等。其中标记物或标记物组合取决于入射激发在特定波长范围处发射荧光的那些情况可使用多个入射激发光束进行精确研究和标记。

在图5所示的实施例中，每个激发光束被布置在包括透镜系统520、521的光学系统的顶部上，并且在下面有检测系统530、531。在替换实施例中，透镜系统可以是由沿着整个通道104延伸的多个透镜形成的连续系统。同样，位于通道104下方并沿通道104延伸的单个检测系统可包括多个检测器以便接收来自单个透镜系统的每个相应透镜的信号。

尽管已经参考光片示出了图5的优选实施例，但作为光片的补充或替换，可沿微通道使用离散的ROI。附加的前向散射和侧向散射检测器也可被添加(未在图5中示出)。

在大量粒子的情况下，为了适当地标记每个粒子并降低双重检测和其他实验伪影的风险，粒子的速度必须是已知的。在这些情况下，应精确测量流和流速。例如，在微通道的情况下，应考虑层流，以便从靠近通道壁的较慢粒子中分类出靠近微通道中心行进的较快粒子。

传感系统可具有并联配置，例如包括诸如图5中所示的通道之类的多个通道。通道的并行配置提高了测量速度，因为更多数量的分析物可以以并行方式被分析。这进而又提高了准确性，因为处理很轻松且每个微通道中的分析物浓度可被降低。大量的通道更好地利用了该区域，这对于集成在芯片中的设备来说是经济上有利的。

图6示出了包括作为具有四种不同波长的激发光束的光片600、601、602、603的并行系统。粒子可通过多个通道行进(例如流动)，并且并行测量可同时在所有通道中被执行。元件的一些示例性尺寸在图6中示出。微通道的截面S可具有边长为50微米的矩形或正方形形状。检测器单元的宽度W可以是250微米。可使用针对每个ROI的多个检测器单元，或者可将所有检测器集成在长度L(例如1mm，或概括而言在300μm和2cm之间)的单个单元中。

透镜系统620可以尽可能宽，从而利用基板表面的区域并收集来自ROI的大部分光。例如，它可能比通道宽，但也可能与通道一样大。本发明的各实施例不限于此，并且透镜系统甚至可能比通道窄，如图5所示。检测系统630的宽度W优选地大于ROI，例如比通道大。

图7描绘了传感系统的正视图，而非沿通道的视图或俯视图。激发光束100可经由耦合光栅702被引入激发波导701中，并然后经由第二耦合光栅703进入通道704中。耦合光栅702可以是任何合适的类型，例如它可包括镜705。辐射与分析物109相互作用，分析物109进而发射辐射(例如，附着于分析物的荧光团在被照明时发射荧光)。由粒子109发射的部分辐射反向行进，穿过透明基板105。它穿过衍射透镜系统720，并且根据其波长，它被每个透镜准直到CMOS荧光检测器730中的一个或另一个检测器。如果所发射的辐射是多光谱的，则每个透镜可将包括在所发射的辐射中的每个波长分量准直或聚焦到不同的检测器。如前所述，可以包括侧向散射检测器。

此系统包括可选的CMOS前向/侧向散射检测器740，例如包括专用前向检测器741和专用侧向检测器742。替换地，它可以是完全无透镜的图像检测器。可进一步包括其他检测、成像和光学系统，诸如用于阻挡经传播的辐射的光束阻挡器743、滤波器、透镜等。

以下内容将描述透镜系统720的薄透镜是如何仅与预定波长或波长范围内的辐射相互作用的。

图8的显微照片800示出了图7的衍射透镜721的细节。下部801具有低衍射折射率，而上部802具有高衍射折射率。脊803可以是阶梯结构，其高度被优化以便准直或聚焦预定波长或波长范围。可根据波长来优化阶梯的大小。对于较短波长而言，较短的阶梯是优选的。其波长落在“准直范围”之外的部分辐射可能不会被准直，并且它可能会以不同的衍射模式进入，从而错过检测器。芯片和检测器周围的结构和区域可用阻挡层覆盖，以阻挡(例如吸收)这种偏离的衍射辐射；例如，它们可包括变黑的结构。

不同的剖面图可被用于脊803。通常，透镜811的脊、或两个阶梯812、或更多阶梯、或透镜813的脊可以是平滑的(例如，对于相同高度，当阶梯数量无限增加时)。菲涅耳透镜的俯视图可以是圆形的，如图8的左附图804所示。在一些实施例中，如图1所示的系统120的透镜121、122中的每一个可包括一个完整圆形透镜804一部分(例如，半个、四分之一个或通常是优选地包括一部分中央脊的预定区域805)，如图8所示。例如，透镜系统可包括具有不同脊参数(脊高度、间隔和阶梯数量)的四个四分之一圆形透镜，每个透镜具有针对不同波长范围的准直而优化的参数(例如脊高度)。系统的透镜的形状可以是正方形、椭圆形、矩形等，并且举例来说它们可以是菲涅耳透镜(例如圆形菲涅耳透镜)的一部分。透镜可被布置在正方形系统中，如图2、图5和图6的系统220、520、620所示。在本发明的一些实施例中，诸如圆形、矩形或椭圆形之类的其他形状的系统可能是优选的。

本发明的各实施例公开了一种传感系统，其使用被适配成用于这种准直的不同透镜，根据其波长获得不同方向上的辐射的准直。附加地，薄透镜系统可在不区别波长的情况下将来自ROI的辐射发送到包括各检测器的不同检测系统，每个检测器包括仅允许检测来自不同范围的波长的带通滤波器。

在第三方面，本发明涉及在基板(例如，化学惰性基板(诸如玻璃(石灰钠玻璃、熔融石英等)、或聚合物透明基板(诸如聚甲基丙烯酸甲酯))上获得薄透镜系统的方法。

根据本发明的各实施例，在基板的一个表面上提供透镜系统。透镜系统可包括例如多个菲涅耳透镜。其他合适的薄透镜可包括微柱、超构表面、高对比度传播阵列(HCTA)、高对比度光栅(HCG)或微透镜阵列。在一个实施例中，透镜位于面向分析物的表面中或表面上。在优选实施例中，至少一个透镜位于面向检测器的表面中或表面上。

在特定实施例中，薄透镜系统可具有与流体系统的通道相固定的、非常准确或完美对齐，并且甚至进一步具有与辐射载体的外耦合装置(例如激发光栅)的对齐，特别是因为薄透镜系统可被集成在与流体系统和波导的各通道相同的基板中。光学系统的对齐可变得更容易。然而，并不旨在将本发明限制于具有包括集成在基板中或基板上的用于将来自至少一个感兴趣区域的辐射准直到远程检测系统的至少第一薄透镜的透镜系统的系统。

此外，薄透镜系统足够紧凑以允许高度并行化，并且扩大检测站点的数量。

在一层中具有不同的结构也是有可能的，可针对不同的波长进行优化。提供不同的平坦透镜层也是可能的，这增加了设计灵活性并改善了光束的取向。

根据本发明的一些实施例，透镜可包括“菲涅耳波带片”，其中菲涅耳波带的间隔考虑了将在特定应用中使用的波长。本领域公知的菲涅耳波带片使用衍射聚焦光线，阻挡具有相反相位的波并在所需焦距处增强相长(constructive)干涉。

替换地，可使用“相位菲涅耳”透镜，其中光的相位在其穿过材料时偏移，从而生成相长干涉。相位菲涅耳透镜包括微结构化凹槽。微结构可包括具有台阶形状的薄膜屏障，诸如图8的脊803。凹槽间隔(separation)和阶梯的尺寸可被优化为设备中使用的波长。厚度(thickness)可根据以下关系计算：

其中λ₀是光的波长，N是每个微结构中的阶梯数量，l是1和N之间的值，且Δn是透镜的外部和材料之间的光学折射率差(例如，高折射率材料和围绕该高折射率材料的低折射率材料(例如填充到蚀刻在高折射率材料内的凹槽中的材料)之间的折射率差)。这种薄膜透镜的效率可从阶梯数量N直接获得：

阶梯越多，准直越好(例如，可获得焦点上的高强度)，但是制作的复杂度增加且误差容错降低。三个阶梯的台阶结构(诸如在图8的下附图中示出的第三脊结构814)或四个阶梯的台阶结构的效率在约0.7和0.8之间(在0到1的数值范围中)，这是制作复杂度与良好准直和/或聚焦特性之间的一个很好的权衡。

具有台阶形状的薄膜屏障可由一个、两个、三个或更多个沉积步骤形成，例如具有4个步骤，从而获得四阶梯台阶微结构。

可通过在片(例如像硅之类的半导体)表面上产生微结构，将微结构附着到基板的表面，并可选地去除片的剩余部分来形成透镜。根据本发明的一些实施例，可使用半导体光刻制造技术。例如，制造可以包括(例如使用掩模)沉积材料层以形成凹槽。替换地或附加地，凹槽可通过蚀刻来形成，例如通过蚀刻高折射率材料。诸如在基板上直接雕刻之类的其他方法可被使用。微结构可通过任何已知的技术生成，诸如雕刻、烧蚀、蚀刻(诸如深反应离子刻蚀)、掩模和蚀刻等。可使用柱但实现相同的公差是困难的，并且它具有光刻挑战性。

结构的形状和大小可被适配成用于准直。例如，每个屏障的确切大小以及各屏障之间的间隔可被适配成用于准直给定的波长范围。例如，台阶的高度与波长的函数在先前的厚度等式中给出。例如，台阶的间隔取决于透镜的数值孔径和波长：波长越短，间隔越短。

已证明根据本发明的各实施例的传感器和传感系统对从分析物收集辐射是有效的。用激光器在荧光细胞计数法中进行的试验获得了良好的信噪比。例如，在采样速度为每秒20000个细胞的系统中，在100个等效可溶荧光团(MESF)分子的灵敏度下，约600个光子到达检测器。传感器输出显示电流为3.26 10^-11A，而噪声电流为3.21 10^-12A。因此，对于每秒20000个细胞的速率而言，信噪比可达到的值为10.13。

Claims (16)

1.-一种用于粒子传感器的光学激发系统，所述系统包括基板(105)，其中所述基板(105)包括

-至少一个递送装置(104)，所述至少一个递送装置(104)用于将分析物(109)递送到至少一个感兴趣区域(103)中，

-至少一个辐射载体(101)，所述至少一个辐射载体(101)用于承载辐射并将来自所述至少一个辐射载体(101)的至少一个辐射光束引导到所述至少一个感兴趣区域(103)中，

所述光学激发系统进一步包括

-薄透镜系统(120)，所述薄透镜系统(120)包括至少第一薄透镜(121)，所述至少第一薄透镜(121)用于将来自所述至少一个感兴趣区域(103)的辐射准直到远程检测系统(130)。

2.-如权利要求1所述的光学激发系统，其特征在于，所述至少第一薄透镜(121)被集成在所述基板(105)中或所述基板(105)上。

3.-如前述权利要求中任一项所述的光学激发系统，其特征在于，所述薄透镜系统(120)包括至少一个薄膜透镜。

4.-如前述权利要求中任一项所述的光学激发系统，其特征在于，所述至少一个递送装置(104)包括至少一个微流体通道。

5.-一种粒子传感器，包括：

-如前述权利要求中任一项所述的光学激发系统，

-包括至少第一检测器(131)的检测系统(130)，所述第一检测器(131)用于检测预定波长范围内的辐射。

6.-如权利要求5所述的粒子传感器，其特征在于，所述光学激发系统的所述薄透镜系统(120)被适配成允许从所述感兴趣区域(103)到所述检测系统(130)的预定波长范围内的辐射的传输和引导。

7.-如权利要求5或6所述的粒子传感器，其特征在于，所述光学激发系统的所述薄透镜系统包括用于检测另一波长范围内的辐射的至少第二薄透镜，

-所述粒子传感器进一步包括用于检测所述另一波长范围内的辐射的所述检测系统的至少第二检测器部分，

其中所述薄透镜系统(120)被适配成将第一波长范围内的辐射引导向所述第一检测器，并将另一波长范围内的辐射引导向所述第二检测器。

8.-如权利要求7所述的粒子传感器，其特征在于，所述薄透镜系统的每个所述薄透镜被适配成将来自所述感兴趣区域的不同波长范围的辐射准直到所述检测系统的不同检测器。

9.-如权利要求5至8中任一项所述的粒子传感器，其特征在于，所述薄透镜系统(120)的所述薄透镜位于所述基板(105)的在所述递送装置(104)和所述检测系统(130)之间的表面(107)上。

10.-如权利要求5至9中任一项所述的粒子传感器，其特征在于，进一步包括至少另一薄透镜和另一检测器，所述薄透镜被适配成将侧向散射和/或前向散射辐射引导到所述另一检测器中。

11.-如权利要求5至10中任一项所述的粒子传感器，其特征在于，包括在所述感兴趣区域(103)和2×2矩阵配置的四个检测器之间的2×2矩阵配置的四个薄透镜。

12.-如权利要求5至11中任一项所述的粒子传感器，其特征在于，进一步包括用于将可见光波长范围内的辐射发送到所述辐射载体(101)中的辐射源，所述基板(105)包括玻璃层。

13.-一种传感系统，包括根据权利要求5至12中任一项所述的多个粒子传感器、沿所述至少一个递送装置(104)设置的多个辐射载体(301、302、302)，其中所述递送装置(104)是用于向多个感兴趣区域(103)提供粒子的至少一个微流体通道。

14.-如权利要求13所述的传感系统，其特征在于，所述至少一个递送装置(104)包括多个通道。

15.-如权利要求13或14中任一项所述的传感系统，其特征在于，激发光栅(102)被提供以将来自所述至少一个辐射载体(101)的所述至少一个激发辐射光束引导到包括所述通道(104)的整个宽度的感兴趣区域(103)中。

16.-如权利要求13至15中任一项所述的传感系统，其特征在于，所述多个检测器被集成在单个单元中。