CN109975255A - 具有降低的荧光范围噪声的检测器 - Google Patents

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Abstract

公开了具有降低的荧光范围噪声的检测器。本文提出了一种设备，包括：限定被配置用于支撑生物或化学物质的检测器表面的结构，以及包括光传感器和使用由光传感器检测到的光子传输数据信号的电路的传感器阵列。该设备可以包括一个或更多个用于降低传感器阵列的检测波段中的荧光范围噪声的特征。

Description

具有降低的荧光范围噪声的检测器
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年12月28日提交的标题为“Detector With ReducedFluorescence Range Noise”的美国专利申请号62/611,464的优先权，该申请通过引用以其整体并入本文。本申请还要求2018年3月19日提交的标题为“Detector With ReducedFluorescence Range Noise”的美国专利申请号62/644,804的优先权，该申请通过引用以其整体并入本文。
背景
生物或化学研究中的各种方案涉及进行受控反应。然后可以观察或检测指定的反应，随后的分析可以帮助识别或揭示参与反应的化学物质的性质。
在一些多重测定中，具有可识别标记(例如，荧光标记)的未知分析物可以在受控条件下暴露于数千个已知探针。每个已知探针可以沉积到微孔板的相应阱中。观察阱内已知探针和未知分析物之间发生的任何化学反应能够帮助识别或揭示该分析物的性质。这种方案的其他示例包括已知的DNA测序过程，诸如合成测序(SBS)或循环芯片测序(cyclic-array sequencing)。
在一些荧光检测方案中，使用光学系统将激发光引导到荧光团(例如，荧光标记的分析物)上，并且还检测可以从附着有荧光团的分析物发出的荧光发射信号光。然而，这种光学系统可能相对昂贵，并且需要更大的台式占地面积。例如，光学系统可以包括透镜、滤光器和光源的布置。
在其他提出的检测系统中，流动池中的受控反应由固态光传感器阵列(例如，互补金属氧化物半导体(CMOS)检测器或电荷耦合器件(CCD)检测器)确定。这些系统不涉及检测荧光发射的大型光学组件。
简要描述
本文提出了一种设备，包括：限定被配置用于支撑生物或化学物质的检测器表面的结构，以及包括光传感器和使用由光传感器检测到的光子传输数据信号的电路的传感器阵列。该设备可以包括一个或更多个用于降低传感器阵列的检测波段中的荧光范围噪声的特征。
本文提出了一种设备，包括：限定被配置用于支撑生物或化学样品的检测器表面的结构；以及传感器阵列，其包括光传感器和使用由光传感器检测到的光子传输信号的电路；包括光导的引导阵列；其中，引导阵列的光导从检测器表面接收激发光和发射信号光，其中光导朝向传感器阵列的各个光传感器延伸并且包括阻挡激发光并允许发射信号光朝向各个光传感器传播的过滤材料，并且其中过滤材料包括金属络合染料。
本文提出了一种方法，包括：制造使用由光传感器阵列检测到的光子传输数据信号的电路；在引导腔阵列的引导腔内沉积过滤材料，该引导腔与光传感器阵列的各个光传感器对准并设置在光传感器阵列的各个光传感器上方，其中过滤材料包括悬浮在聚合物基质中的染料，该染料包括光子发射猝灭剂；以及制造限定用于支撑生物或化学样品的检测器表面的结构，其中制造限定检测器表面的结构包括在引导腔阵列的腔和光传感器阵列的光传感器上方制造限定检测器表面的结构。
本文提出了一种设备，包括：限定用于支撑生物或化学样品的检测器表面的结构；传感器阵列，其包括光传感器和基于由光传感器检测到的光子传输数据信号的电路；以及包括光导的引导阵列；其中，引导阵列的光导从检测器表面接收激发光和发射信号光，其中光导朝向传感器阵列的各个光传感器延伸并且包括阻挡激发光并允许发射信号光朝向各个光传感器传播的过滤材料，其中该检测器表面包括反应凹部，该反应凹部包括足以抵消入射在检测器表面上的在传感器阵列的检测波段中的背景光能量的折射率和尺寸。
附图说明
当参考附图阅读下面的详细描述时，本主题内容的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在所有附图中，相似的字符表示相似的部分，其中：
图1是根据一个示例的用于生物或化学分析的系统的示意性剖面侧视图，该系统具有包括用于支撑生物或化学样品的检测器表面的检测器；
图2是示出根据一个示例的激发波长、吸收波长、荧光发射信号波长和检测波段波长之间的协调的光谱轮廓协调图；
图3是示出根据一个示例的过滤材料的自发荧光特性的光谱轮廓图；
图4是示出根据一个示例的辐射染料的能量状态转变的能量状态转变图；
图5是示出根据一个示例的具有光子发射猝灭剂的染料的能量状态转变的能量状态转变图；
图6是示出根据一个示例的具有光子发射猝灭剂的金属络合染料的能量状态转变的能量状态转变图；
图7描绘了根据一个示例的光学密度(OD)膜厚度图，其示出了OD对具有金属络合染料的过滤材料的膜厚度的依赖性；
图8是根据一个示例的检测器的剖面侧视图，该检测器具有被配置为抵消选择性波长波段中的入射光能的检测器表面；
图9是根据一个示例的具有传感器阵列、光导阵列和反应阵列的检测器的剖面侧视图；和
图10是根据一个示例的具有光传感器、光导和由检测器表面限定的反应凹部的检测器的剖面侧视图。
详细描述
在图1中，显示了用于在分析(诸如生物或化学分析)中使用的系统100。系统100可以包括光能激励器10和检测器组件20。检测器组件20可以包括检测器200和流动池282。检测器200可以包括多个光传感器202和用于支撑样品502(诸如要测试的生物或化学样品对象)的检测器表面206。检测器200还可以包括将光从检测器表面206引导到光传感器202的多个光导。检测器表面206、侧壁284和流动盖288可以限定和界定流动池282。检测器表面206可以具有相关联的检测器表面平面130。
在另一方面中，检测器表面206可以凹陷以包括反应凹部210(纳米阱)。根据一个示例，每个光传感器202可以对准一个光导214和一个反应凹部210。根据一个示例，每个反应凹部210可以在其中限定一个或更多个反应位点，并且样品502可以支撑在这样的反应位点上。
在另一方面中，检测器200可以包括位于光导214中间的介质堆叠区域218。介质堆叠区域218可以在其中形成电路，例如用于从光传感器202读出信号、数字化存储和处理。
根据一个示例，检测器200可以由固态集成电路检测器提供，诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)集成电路检测器或电荷耦合器件(CCD)集成电路检测器。
根据一个示例，系统100可用于使用荧光团进行生物或化学测试。例如，可以使用入口289和出口290使具有一个或更多个荧光团的流体通过入口流入和流出流动池282。荧光团可以吸引到各种样品502，因此，通过它们的检测，荧光团可以充当对于样品502的标记物，例如它们吸引到的生物或化学分析物。
为了检测流动池282内荧光团的存在，光能激励器10可以被激励，使得激发波长范围内的激发光101由光能激励器10发射。在接收到激发光101时，附着在样品502上的荧光团辐射发射信号光501，这是光传感器202用于检测的感兴趣信号。由于附着在样品502上的荧光团的荧光，发射信号光501将具有相对于激发光101的波长范围红移的波长范围。
光能激励器10可以包括至少一个光源和至少一个光学部件以照亮样品502。光源的示例可以包括例如激光器、弧光灯、LED或激光二极管。光学部件可以是例如反射器、发射镜(dichroics)、分束器、准直器、透镜、滤光器、光楔、棱镜、反射镜、检测器等。在使用照明系统的示例中，光能激励器10可以被配置成将激励光101引导到反应位点。作为一个示例，荧光团可以被绿色波长范围中的光激发，例如可以使用具有大约523nm的中心(峰值)波长的激发光101来激发。
本文的示例认识到，系统100的信噪比可以如下文(1)的等式中阐述来表示。
其中，“信号”是发射信号光501，即归因于附着在样品上的荧光团的荧光的感兴趣光的信号，“激发”是到达光传感器202的不想要的激发光，“AF”是检测器200内的一个或更多个自发荧光源的自发荧光噪声辐射，“背景”是从检测器200外部的源传输到检测器200中的不想要的光能，“暗电流”是在没有光的情况下噪声与随机电子-空穴对生成相关联的电流，“读取噪声”是与模拟-数字电子器件相关联的噪声。
图2是示出激发光的波长范围、信号光的波长范围和检测波长范围之间的目标协调的光谱轮廓协调图。在图2的光谱轮廓协调图中，光谱轮廓1202是如由光能激励器10发射的激励光101的光谱轮廓。光谱轮廓1204是使用具有光谱轮廓1202的激发光101检测的荧光团的吸收的光谱，光谱轮廓1214是由荧光团在被激发光101激发时的荧光引起的发射信号光501的光谱轮廓。光谱轮廓1220是根据一个示例的检测器200和光传感器202的传输轮廓(检测波段)。检测器200可以被配置成检测由光谱轮廓1220指示的波长范围中的光。因此，参照图2的光谱轮廓协调图，检测器200能够检测波长范围中的发射信号光501，其中发射信号光501的光谱轮廓1214以及检测器200和光传感器202的检测波段光谱轮廓1220相交。
检测器200可以包括阻挡激发光101的一个或更多个滤光器，使得具有光传感器202的检测器200不检测激发光101。在一个方面中，引导来自检测器表面206的光的光导214可以包括过滤材料，使得光导214阻挡激发光101的波长范围中的光。因此，光传感器202可以接收从激发的荧光团辐射的发射信号光501，而不是激发光101。
本文中的示例认识到，被设计成提高检测器200的信噪比的光导214可以充当检测器200内的噪声源。参照图3的光谱轮廓图，光谱轮廓1304是具有染料的过滤材料的光谱轮廓，该染料没有(不存在)通常在通过在系统100的激发光101的预期波长范围中的激发照射的测试下的光学系统中使用的光子发射猝灭剂。在图3的特定光谱轮廓图中，光谱轮廓1304示出了例如根据图2的光谱轮廓协调图中描绘的具有大约523nm的中心(峰值)波长的激发光光谱轮廓1202，在绿色激发光照射下的过滤材料的光谱轮廓。
参考图3的光谱轮廓图，可以看到具有由光谱轮廓1304描绘的光谱轮廓特性的过滤材料相对于由图2的光谱轮廓协调图的光谱轮廓1202描绘的激发光101的发射波段红移，这意味着该材料表现出自发荧光。本文的示例认识到，对于光导214的自发荧光的过滤材料，由光传感器200检测为发射信号的信号实际上可以是归因于操作以激发光导214的自发荧光的激发光101的噪声辐射。
参考图3-7描述了解决光导214的不希望的自发荧光的示例。参照图4-6的能量状态转变图，根据一个示例的光导214可以包括具有光子发射猝灭剂的材料。在另一方面中，过滤材料可以包括染料分子，以在激发光101的波长波段中提供吸收。
图4的能量状态转变图描绘了没有光子发射猝灭剂的染料的能量状态转变。在激发时以及在激发态弛豫周期之后，具有如图4的能量状态转变图中所描绘的能量状态转变特性的染料在返回基态时发射光子。图5是描绘具有光子发射猝灭剂的染料的能量状态转变的能量状态转变图。参照图5的能量状态转变图，具有光子发射猝灭剂的染料在激发时在激发态弛豫周期之后返回基态。然而，通过光子发射猝灭剂的操作，光子在返回基态时不会被释放。相反，声子在返回基态时被发射。返回基态伴随着热能而不是光子的释放。
具有如图4的能量状态转变图所示的能量状态转变特性的染料是辐射染料，而具有如图5的能量状态转变图所示的能量状态转变特性的染料是非辐射染料。
根据一个示例，在(2)中显示了具有适当的光子发射猝灭剂来猝灭光子发射的染料的化学结构图。
(2)的化学结构图示出了金属络合染料的结构特性，该染料用作光子发射猝灭剂来猝灭光子发射。根据一个示例，金属络合染料可以由八面体过渡金属络合染料提供，如(2)所示。(2)中所示的特定金属络合染料包括两染料分子+铬离子，并且一些络合物可以包括一染料分子+一铬(Cr)离子或其他金属离子。(2)中描绘的结构包括六个配体键：O、N和标准晶体场。根据(2)中描绘的结构，存在由三价Cr过渡金属离子提供的光子发射猝灭剂。根据一个示例，Cr3+可以提供光子发射猝灭功能。可以使用其它过渡金属。本文中用于金属络合染料的过渡金属可以包括例如钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜。为了选择替代金属，金属离子和染料分子之间的能级可以重叠。根据一个示例，用于金属络合染料的过渡金属可以被选择为具有与所选择染料的荧光发射轮廓重叠的吸收光谱轮廓，使得过渡金属可以通过所选的染料的荧光发射光谱轮廓提供光子发射猝灭功能。
在(2)的结构图中描绘的金属络合染料的示例中，金属络合染料具有所描绘的缔合质子。与金属络合染料缔合的抗衡离子通过吸收由(2)的结构图中描绘的金属络合染料的质子指定的正(+)电荷形成，并且可以根据对于疏水性能和UV吸收性能的一个示例来选择。在一个示例中，烷基胺、伯胺、仲胺或叔胺可与金属络合染料缔合形成抗衡离子，当与金属络合染料缔合时，该抗衡离子可包括烷基铵。
根据一个示例的金属络合染料本身可能不特别溶于溶液中，因此可以选择抗衡离子来增加溶解度。可以针对疏水性能选择抗衡离子以便提高聚合物和/或溶剂的透明度和可视性以及用于减少散射。例如，抗衡离子可以允许金属络合染料更均匀地分布、增强可视性和透明度，并减少散射。可以针对UV吸收性能选择抗衡离子，例如，使得抗衡离子不会不利地对荧光做出贡献。例如，抗衡离子的吸收可以通过干涉金属染料络合物的光谱来影响荧光特性，并且可以被选择以免具有干涉光谱。根据一个示例，疏水性胺可用作抗衡离子。根据另一个示例，将会理解，根据金属中心和所选择的配体，金属络合染料可以没有电荷、净正电荷，或者也可以具有净负电荷。
根据一个示例，与(2)的结构图中描绘的金属络合染料缔合的抗衡离子可以由烷基胺提供。根据一个示例，与(2)的结构图中描绘的金属络合染料缔合的抗衡离子可以由叔胺提供。在叔胺中，氮有三个有机取代基。根据一个示例，与(2)的结构图中描绘的金属络合染料缔合的抗衡离子可以由叔烷基胺提供。
另外，在金属络合染料的其它示例中，可以选择合适电荷的抗衡离子与金属络合染料缔合。在一些实施例中，可以选择带负电或带正电的离子来抵消金属络合染料分子的净电荷，和/或在一些实施例中增加疏水性以允许金属络合染料掺入溶液中。另外，在一些实施例中，当没有电荷时，可能不需要抗衡离子。抗衡离子可以包括任何带电粒子，并且在一些实施例中包括伯胺、仲胺或叔胺。在另外的实施例中，可以选择季铵离子。
根据一个示例，与如(2)中所描绘的金属络合染料缔合的抗衡离子可以包括胺，例如NR’R”R”’，其中R基团中的至少一个是具有至少四个原子的直链或支链。在一些实施例中，链中可以有至少10个原子。链可以包括长链，并且可以包括聚合物。链可以主要是烃基，或者可以包括其他基团，使得染料可以可能地在任何必要的溶剂中可溶解，并且聚合物可以在溶剂中可溶解，这取决于聚合物的官能团。其他R基团可以是相同的或氢，或者可以包括不同的链。根据一个示例，链可以是C4至C20，包括循环的链或环。在一些实施例中，抗衡离子可以包括多于一种类型的抗衡离子。本文中的示例认识到，抗衡离子的一些混合物在可以使用多于一种的聚合物材料的溶液中使用是方便的。也就是说，一些烷基可以不同，且抗衡离子可以包括多个抗衡离子。
图6是示出金属络合染料的性质的能量状态转变图。图6是Cr(CNtBuAr3NC)3的能量状态转变图。参照图6的能量状态转变图，由于金属中心态低于金属-2-配体电荷转移(MLCT)络合物，金属络合物可以导致超快的非辐射(非自发荧光)弛豫。对于图6的能量状态转变图中描绘的Cr(CNtBuAr3NC)3)，配体场可以足够弱，使得金属中心3d-d激发态可以在能量上低于MLCT络合物，导致超快激发态。金属络合染料可以经由非辐射弛豫表现出超快激发态衰减。根据图6的能量状态转变图，用作光子发射猝灭剂的金属络合物猝灭光子，使得返回基态伴随着声子发射和热能的释放，而不是光子发射。
为了提供过滤材料，例如具有光子发射猝灭剂并且根据由金属络合染料提供的一个示例的粉末形式的染料分子可以用溶剂溶解并加入到液体聚合物粘合剂中，以形成具有染料分子和聚合物分子的液体基质。液体可以沉积到检测器200的介质堆叠腔中并被脱水以形成包括固体染料和聚合物基质的过滤材料，其中染料分子悬浮在聚合物粘合剂分子的基质中。
根据一个示例的用于形成光导214的过滤材料可以包括悬浮在聚合物粘合剂基质中的金属络合染料分子，如本文所阐述。包括悬浮在聚合物粘合剂基质中的金属络合染料分子的所形成的过滤材料可以在具有大约523nm中心波长的激发光101的照射下表现出光谱轮廓特性，如参考图3的光谱轮廓图所示的光谱轮廓1404所阐述。根据如参考图3所阐述的一个示例，提供过滤材料以包括具有光子发射猝灭剂的染料(如使用例如金属络合染料提供的)可以将波长为约570nm或更长的从过滤材料辐射的自发荧光发射信号减少到在假设过滤材料包括不具有光子发射猝灭剂的染料的情况下的它们的期望值的约5％的值(在波长为约570nm处观察光谱轮廓1304和光谱轮廓1404的各自的自发荧光发射信号值)或更少。
为染料分子的基质提供聚合物粘合剂分子有助于具有一系列半导体工艺的加工性，例如化学气相沉积(CVD)、旋涂、蚀刻、平坦化等。
根据一个示例，由金属络合染料基质提供的过滤材料可以具有在约70：30的染料与聚合物和约90：10的染料与聚合物之间的重量比。在高于该范围的浓度处，基质的结构完整性会受到损害，而在低于该范围的浓度处，过滤性能会受到损害。根据一个示例，由金属络合染料基质提供的过滤材料可以具有在约1染料分子：50聚合物分子至约1染料分子：150聚合物分子之间的分子比率。根据一个示例，由聚合物粘合剂和金属络合染料基质提供的过滤材料可以具有在约1个染料分子：100个聚合物分子之间的分子比率。
虽然较高浓度的染料分子改善了激发光的阻断，但本文的示例认识到，在较高浓度处可以观察到增加的散射。光散射可以通过在与聚合物粘合剂液体混合之前对过滤粉末染料粒子的进一步处理来解决。
图7是光学密度(OD)膜厚度图，其示出了本文的过滤材料的过滤性能，该过滤材料包括悬浮在聚合物粘合剂基质中的金属络合染料的基质。如图7的OD膜厚度图所示，在3.5μm的空间预算内可以实现约10的OD。再次参考图2的光谱轮廓协调图，过滤所针对的光谱轮廓是对于具有约523nm的中心(峰值)波长的激发光101的光谱轮廓1202。参照图7的OD膜厚度图，通过将由悬浮在聚合物粘合剂基质中的金属络合染料的基质形成的光导214配置为具有约3.5μm的厚度，光导214可以被配置为对于约523nm的中心(峰值)激发光波长呈现约10的OD。通过将由悬浮在聚合物粘合剂基质中的金属络合染料的基质形成的光导214配置为具有约2μm的厚度，光导214可以被配置为对于约523nm的中心(峰值)激发波长呈现约7的OD。
对于光感测的执行，光传感器202可以相对于检测器表面206(图1)具有特定的间隔距离。根据一个示例，特定间隔距离可以是在例如从约4μm到约6μm的范围中的特定间隔距离。如图1中所示，光导214可以根据光传感器202和检测器表面206之间的间隔要求而具有空间限制。鉴于图7的OD膜厚度图中总结的OD厚度数据，可以提供用于构造光导214的材料，以根据检测器200的空间特性满足目标光密度(OD)特性，并且即使在空间预算受限的情况下，也可以实现适合于许多应用的OD性能。
如图2的光谱轮廓协调图描绘的协调所示，光传感器202可以感测归因于荧光团的荧光的发射信号光501，但是根据理想操作，不能检测由光谱轮廓1202表示的激发光101。为了将光传感器202配置为检测归因于附着到样品502上的荧光团的发射信号光501而不检测激发光101，系统100可以包括一个或更多个滤光器。例如，光导214可以由过滤材料形成，该过滤材料阻挡由光谱轮廓1202表示的激发光101的能带中的光。因此，由光谱轮廓1214表示的发射信号光501通过使用光传感器202进行检测，而不检测激发光101。然而，如所指出的，形成光导214的过滤材料可以响应于激发光101的激发而自发荧光。本文中的示例提供光导214来阻挡激发光101，以展现出减少的自发荧光，从而保持激发荧光发射和检测光谱轮廓之间的期望光谱轮廓协调，如图2的光谱轮廓协调图所描绘。
本文中的示例认识到，检测器200的光谱轮廓1220的左移可以增加对发射信号光501的检测，该发射信号光501具有由发射信号光501的光谱轮廓中的光谱轮廓1214指示的光谱轮廓。应当理解，如本文所用，左移位指的是向蓝移(hypsochromic shiting)或蓝移。本文中包括悬浮在聚合物粘合剂基质中的金属络合染料的基质的过滤材料可以被配置用于通过各种特征的实现来左移位光谱轮廓1220。为了左移光谱轮廓1220，可以改变围绕金属络合染料(2)的配体的某些取代基。例如，苯基和其他基团可以作为荧光团，且因此可以被改变以左移光谱。例如，在一些实施例中，甲基可以被三氟甲基或其他基团取代，并且氢可以被氯或溴取代。通过用吸电子基团(electrons withdrawing group)取代供电子基团，光谱可以根据所使用的特定金属络合染料来左移或右移，反之亦然。如本文所使用的，右移指的是光谱波长的向红移或红移。因此，在任一实施例中，光谱可以利用对金属络合染料的官能团的调节来进行调节。
根据一个示例，过滤材料可以包括具有光子发射猝灭剂的染料，并且该染料可以是非辐射染料。根据一个示例，光子发射猝灭剂可以包括铬(Cr)。根据一个示例，染料可以是具有由三价Cr过渡金属离子提供的光子发射猝灭剂的金属络合染料。根据一个示例，过滤材料可以由具有染料和聚合物粘合剂的基质提供，其中染料具有光子发射猝灭剂。根据一个示例，过滤材料可以由具有染料和聚合物粘合剂的基质提供，其中染料是金属络合染料。根据一个示例，过滤材料可以由悬浮在聚合物基质中的染料提供，其中染料具有光子发射猝灭剂。根据一个示例，过滤材料可以由悬浮在聚合物基质中的染料提供，其中染料是金属络合染料。
本文中的示例认识到，系统100的性能可能受到背景噪声的负面影响，背景噪声在本文中指的是从检测器200外部的源辐射的不想要的光能。本文中的示例认识到，检测器200的信噪比可能会受到对于检测器200外部的源辐射的荧光范围背景光的负面影响。系统100中的荧光范围噪声发射可归因于检测器200内的自发荧光源以外的源。
本文的示例认识到，例如，尽管光能激励器10可以被配置为理想地发射相对较短波长波段(例如，绿色波长波段)的光，但是在其中自发荧光源，例如光学部件可以自发荧光，并且由光能激励器10发射的光可以包括检测器200和光传感器202的荧光波段中较长波长处的不需要的光射线。本文中的示例认识到，荧光范围的光可以从除了光能激励器10之外的源进入系统100。
参考图8，阐述了用于增加检测器200的信噪比的附加特征。参考图8，描述了用于抵消(例如，部分或全部抵消)荧光范围背景噪声辐射的特征，如果没有描述的特征，该背景噪声辐射将被接收到检测器200中。本文中的抵消特征可以减少由光传感器202感测到的不归因于发射信号光501的荧光范围波长。
参考图3-7阐述的过滤材料特征通过减少检测器200内的内部自发荧光来减少荧光范围噪声。如结合图8阐述的检测器表面206的特征通过抵消(例如，部分或全部)入射到检测器表面206上的荧光范围光能来减少不希望的荧光范围背景噪声。参考图3-7描述的特征可以独立于图8的特征来实现，或者根据一个示例结合图8的特征来实现，以利用检测器内部(图3-7)和检测器表面(图8)特征的组合来解决荧光范围噪声的问题。
现在参考图8，根据一个示例的检测器200可以被配置成使得入射到检测器表面206上的光能可以感生从检测器表面206辐射的电磁场，该电磁场抵消(例如，部分地或全部地)原本将传输通过反应凹部210的入射光能。本文中的示例认识到，随着检测器表面206和流动池282内的流体之间的折射率的比增加，从入射到检测器表面206上的光射线感生的从检测器表面206辐射的感应场的行为可以变得更加可控和可预测。检测器表面206的折射率可以由形成检测器表面206的流动池282附近的钝化层258的材料的折射率来限定。本文中的示例认识到，在检测器表面206和流动池282的流体之间具有足够高的折射率的比的情况下，激发光101的光射线可以感生从检测器表面206辐射的电磁场，该电磁场根据检测器表面206的尺寸抵消入射光能。
参照图8，反应凹部210可包括由反应凹部210在反应凹部210的顶部高度处的直径提供的尺寸“D”。本文中的示例认识到，在检测器表面206和流动池282内的流体之间的折射率的比足够高的情况下，由入射到反应凹部210上的入射光能感生的电磁场可以根据尺寸“D”抵消入射光能。如图8所示的检测器200可以是具有限定检测器表面206的结构260的集成电路检测器，该结构可以包括钝化层256和钝化层258。根据一个示例，其中具有检测器表面206的钝化层258由具有折射率λ206为大约λ206≈2.13的五氧化二钽(Ta2O5)形成，并且其中流动池282的流体是水基的并且具有折射率λ282为大约λ282≈1.33，形成检测器表面206的材料和流动池282的流体之间的折射率的比λ206/λ282为大约λ206/λ282≈1.60。根据一个示例，其中具有检测器表面206的钝化层258由具有折射率λ206为大约λ206≈2.02的氮化硅(SiN)形成，并且其中流动池282的流体是水基的并且具有折射率λ282为大约λ282≈1.33，形成检测器表面206的材料和流动池282的流体之间的折射率的比λ206/λ282为大约λ206/λ282≈1.52。在一些示例中，反应凹部210的三维形状可以是圆柱形或截头圆锥形，使得沿着延伸到图8的页面中的水平面截取的横截面基本上是圆形的。纵轴268可以延伸穿过横截面的几何中心。
本文中的示例认识到，对于如图8所示的具有尺寸D和折射率的比λ206/λ282适当高的反应凹部210(纳米阱)的检测器表面206，存在临界波长λc，其中短于临界波长λc的波长被传输到反应凹部210和检测器200的内部，并且其中长于临界波长λc的波长被具有反应凹部210的检测器表面206抵消(例如，部分抵消或完全抵消)。本文中的示例进一步认识到，所描述的临界波长λc依赖于尺寸D，使得可以控制尺寸D以将临界尺寸λc调谐到期望值。更具体地说，临界波长λc可以通过增加尺寸D来增加，临界波长λc可以通过减小尺寸D来减少。在不受限于关于识别效果的特定理论的情况下，入射到检测器表面206上的光射线可以感生从检测器表面206辐射的电磁场，该电磁场(例如，部分地或全部地)抵消原本将传输通过反应凹部210的入射光能。
光能抵消特征可以有利地结合到检测器表面206的设计中。根据参照图8描述的一个示例，尺寸D可以被选择以建立临界波长λc，使得激发光101的大约中心(峰值)波长λa和更短的波长传输通过反应凹部210并进入检测器200，并且进一步使得检测器表面206抵消大约最短检测波段波长λb和更长的波长。激发光101的大约中心(峰值)波长λa和更短波长处的波长传输可以确保根据系统100的设计适当地激发荧光团，并且大约最短检测波段波长λb和更长波长的波长抵消可以增加检测器200的信噪比。
虽然λc可以根据D来调谐，但是D和与依赖于D的抵消效应之间的精确关系可以根据材料、配置(包括光能激励器10的配置)和特别制造的系统100的过程控制参数而变化。尽管如此，对于检测器200的特定设计，尺寸D和依赖于尺寸D的抵消效应之间的关系的信息可以通过实验来确定。在通过实验确定指定对于检测器200的特定设计的D和抵消效应之间的关系的信息时，该信息可用于建立D的值；也就是说，D＝d1，其中D＝d1被选择来建立临界波长λc，使得激发光101的大约中心(峰值)波长λc和更短波长处的波长被传输到反应凹部210和检测器200中，并且进一步使得检测器表面206抵消大约最短检测波段波长λb和更长波长(即，在荧光范围中)的波长。
根据一个过程，根据检测器200的一个或更多个测试样品检测器可以被制造并进行测试。测试可以包括通过反应凹部210测试激发光101的传输。一个或更多个测试样品可以被提供并进行测试以确定D的最小尺寸，D＝dc，在该尺寸处，反应凹部210根据一个或更多个传输标准来传输激发光101。一个或更多个传输标准可以是例如最大能量激发光100的阈值量(例如，90％，100％)传输通过反应凹部210。一个或更多个测试样品被提供并进行测试以确定D的最大尺寸，D＝de，在该尺寸处，反应凹部210抵消光传感器102的检测波段中的荧光范围光(例如，可辨别量的荧光范围光)。对于这样的测试，光传感器202读出的信号可以用根据其生产规范制造的光导214来检查。通过所确定的尺寸D＝dc或D＝de中的一个或更多个，可以提供根据生产设计的检测器200。在根据一个示例的生产设计中，D＝d1可以被提供在从大约D＝dc到大约D＝de的范围中。在根据一个示例的生产设计中，D＝d1可以被提供在D＝dc和D＝de之间的大约中点距离处。在根据一个示例的生产设计中，D＝d1可以被提供为大约D＝dc。在根据一个示例的生产设计中，D＝d1可以被提供为大约D＝de。在所描述的示例中，可以提供尺寸D来建立临界波长λc，使得λc在大约λa和大约λb之间的波长范围内，其中短于λc的波长由反应凹部210传输，并且其中长于λc的波长由反应凹部210抵消，其中λa是激发光101的中心波长，并且其中λb是传感器阵列201的最短检测波段波长。
参考图2的光谱轮廓协调图，激发光101可以具有大约523nm的中心(峰值)波长(λa)，并且具有光传感器202的检测器200可以具有从大约580nm(最短检测波段波长λb)开始的检测波段。因此，根据一个示例的被配置为具有合适的折射率的反应凹部210可以被定尺寸为允许波长约523nm和更短波长处的入射光能的进入，并且可以被定尺寸为抵消波长约580nm和更长波长处的入射光能。在检测器200具有其中D＝d1≈λc使得距离d1与临界波长λc相同的配置的情况下，D可以根据D＝550nm来确定尺寸以将激发光101传输到反应凹部210中，并且根据图2的光谱轮廓协调图来抵消不想要的荧光范围波长。利用所描述的配置，检测器表面206可以被定尺寸为允许波长约523nm和更短波长处的入射光能的进入，并且可以被定尺寸为抵消波长约580nm和更长波长处的入射光能。
本文阐述了一种方法，包括：根据检测器200(具有限定检测器表面206的结构260)的测试样品检测器经历测试，以确定指定检测器表面206的尺寸(例如D)和电磁场抵消效应之间关系的信息(例如，包括诸如dc、de的信息和/或将D相关于λc的其他信息)，并且其中制造限定检测器表面206的结构260包括使用所确定的信息来确定检测器表面206的反应凹部210的尺寸，以传输激发光101的激发波长波段(包括中心(峰值)波长λa)中的激发光101，并且抵消在光传感器阵列201的检测波段中入射到检测器表面206上的光能。
在一些示例中，反应凹部210的三维形状可以是圆柱形或截头圆锥形，使得沿着延伸到图8的页面中的水平面截取的横截面是圆形的。纵轴268可以延伸穿过横截面的几何中心。然而，其它几何形状也可用于替代示例中。例如，横截面可以是方形或八角形。根据一个示例，屏蔽结构250可具有从约100nm至约600nm的厚度，钝化层256可具有从约100nm至约600nm的厚度，钝化层256可具有从约50nm至约500nm的厚度，孔252可具有从约700nm至约1.5μm的直径，并且反应凹部210(如果存在)可具有从约50nm至约500nm的高度H。
图9和图10示出了检测器200的示例的进一步细节，该检测器200具有一个或更多个如本文所阐述的荧光范围噪声降低特征。
参考图9-10，本文中阐述了一种用于支撑生物或化学物质的检测器表面206；包括光传感器202和基于由光传感器202检测到的光子传输数据信号的电路246的传感器阵列201；以及包括光导214的引导阵列213；其中，引导阵列213的光导214从检测器表面206接收激发光101和发射信号光501，其中光导214朝向传感器阵列201的各个光传感器202延伸并且包括阻挡激发光101并允许从发荧光的荧光团辐射的发射信号光501朝向各个光传感器202传播的过滤材料，其中该检测器表面包括反应凹部210，该反应凹部包括抵消入射在检测器表面上的在传感器阵列201的检测波段中的背景光能量的折射率和尺寸。
检测器200可以包括光传感器202的传感器阵列201、光导214的引导阵列213和反应凹部210的反应阵列209。在某些示例中，部件被布置成使得每个光传感器202与单个光导214和单个反应凹部210对准。然而，在其他示例中，单个光传感器202可以通过多于一个光导214接收光子。在一些示例中，可以为光传感器阵列的每个光传感器提供多于一个的光导和/或反应凹部。在一些示例中，可以提供多于一个的光导和/或光传感器，这些光导和/或光传感器对准反应凹部阵列的反应凹部。术语“阵列”不一定包括检测器可以具有的特定类型的每一个项目。例如，光源的传感器阵列可以不包括检测器200的每个光传感器。作为另一个示例，引导阵列213可以不包括检测器200的每个光导。作为另一个示例，反应阵列209可以不包括检测器200的每个反应凹部210。因此，除非明确陈述，否则术语“阵列”可以包括或不包括检测器200的所有这些项目。
在所示的示例中，流动池282由侧壁284和流动盖288限定，该流动盖288由侧壁284和其他侧壁(未示出)支撑。侧壁连结到检测器表面206，并在流动盖288和检测器表面206之间延伸。在一些示例中，侧壁由可固化粘合剂层形成，该可固化粘合剂层将流动盖288结合到检测器200。
流动池282可包括高度H1。仅作为示例，高度H1可以在大约50-400μm之间，或者更具体地，大约80-200μm。流动盖288可以包括对从检测器组件20的外部传播到流动池282中的激发光101透光的材料。
还示出，流动盖288可以限定被配置成流体接合其他端口(未示出)的入口289和出口290。例如，其他端口可以来自盒(未示出)或工作站(未示出)。
检测器200具有可被功能化(例如，以用于进行指定反应的适当方式进行化学或物理修饰)的检测器表面206。例如，检测器表面206可以被功能化，并且可以包括多个反应位点，一个或更多个生物分子被固定至其。检测器表面206可以具有反应凹部210的反应阵列209。反应凹部210中的每一个可以包括一个或更多个反应位点。反应凹部210可以由例如沿着检测器表面206的深度的缩进或变化来限定。在其他示例中，检测器表面206可以是平面的。
图10是检测器200的放大横截面，其更详细地显示了各种特征。更具体地，图10显示了单个光传感器202、用于将发射信号光501引向光传感器202的单个光导214、以及用于基于由光传感器202检测到的发射信号光501(例如光子)传输信号的相关电路246。应当理解，传感器阵列201(图9)的其他光传感器202和相关联的部件可以以相同或相似的方式配置。然而，还应当理解，检测器200不需要完全相同或统一地制造。相反，一个或更多个光传感器202和/或相关联的部件可以不同地制造或者彼此具有不同的关系。
电路246可以包括互连的导电元件(例如导体、迹线、通孔、互连件等)，其能够传导电流，诸如基于检测到的光子的数据信号的传输。检测器200包括具有光传感器202的平面阵列的集成电路。形成在检测器200内的电路246可以被配置用于电荷累积在光传感器202上的曝光周期(积分周期)之后从光传感器202读出信号、信号放大、数字化、存储和处理中的至少一个。电路246可以收集和分析检测到的发射信号光501，并生成用于将检测数据传送到生物测定系统的数据信号。电路246还可以在检测器200中执行附加的模拟和/或数字信号处理。光传感器202可以通过门241-243电连结到电路246。
根据一个示例的检测器200可以由诸如CMOS集成电路检测器或CCD集成电路检测器的固态集成电路检测器提供。根据一个示例的检测器200可以是使用集成电路制造工艺(诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)制造工艺)制造的集成电路芯片。
由光传感器202限定的传感器阵列201的分辨率可以大于大约0.5百万像素(Mpixel)。在更具体的示例中，分辨率可以大于约5Mpixel，更具体地大于约14Mpixel。
检测器200可以包括包含传感器层231的多个堆叠层231-237，该传感器层231可以是硅层。堆叠层可以包括多个介质层232-237。在图示的示例中，介质层232-237中的每一个包括金属元素(例如，W(钨)、Cu(铜)或Al(铝))和介质材料，例如SiO2。可以使用各种金属元件和介质材料，诸如适用于集成电路制造的那些。然而，在其他示例中，一个或更多个介质层232-237可以仅包括介质材料，诸如一层或更多层SiO2。
关于图10的具体示例，介质层232-237可以包括金属化层，在图10中标记为层M1-M5。如所示，金属化层M1-M5可以被配置成形成电路246的至少一部分。
在一些示例中，检测器200包括屏蔽结构250，该屏蔽结构250具有延伸遍及金属化层M5上方的区域的一个或更多个层。在图示的示例中，屏蔽结构250可以包括被配置成阻挡、反射和/或显著衰减从流动池282传播的光信号的材料。光信号可以是激发光101和/或发射信号光501。仅作为示例，屏蔽结构250可以包括钨(W)。仅作为具体示例，激发光101可以具有大约523nm的中心(峰值)波长，并且发射信号光501可以包括大约570nm和更长的波长(图2)。
如图10所示，屏蔽结构250可以包括贯穿其中的孔252。屏蔽结构250可以包括这样的孔252的阵列。孔252被定尺寸以允许信号发射光传播到光导214。检测器200还可以包括钝化层256，该钝化层256沿着屏蔽结构250延伸并横跨孔252。检测器200还可以包括钝化层258，该钝化层258包括沿着钝化层256延伸并横跨孔252的检测器表面206。屏蔽结构250可以在孔252上延伸，从而直接或间接地覆盖孔252。钝化层256和钝化层258可以被配置成保护较低高度层和屏蔽结构250免受流动池282的流体环境的影响。根据一个示例，钝化层256由SiN或类似材料形成。根据一个示例，钝化层258由五氧化二钽(Ta2O5)或类似材料形成。具有钝化层256和钝化层258的结构260可以限定具有反应凹部210的检测器表面206。限定检测器表面206的结构260可以具有任何数量的层，诸如1至N层。
结构260可以限定固体表面(即，检测器表面206)，其允许生物分子或其它感兴趣的分析物固定在其上。例如，反应凹部210的每个反应位点可以包括固定到钝化层258的检测器表面206的生物分子簇。因此，钝化层258可以由允许反应凹部210的反应位点固定到其上的材料形成。钝化层258还可以包括对所需荧光至少透明的材料。钝化层258可以在物理上或在化学上修饰，以便于固定生物分子和/或便于发射信号光501的检测。
在所示示例中，钝化层256的一部分沿着屏蔽结构250延伸，钝化层256的一部分直接沿着限定光导214的过滤材料延伸。反应凹部210可以与光导214对准并直接形成在光导214上。根据一个示例，反应凹部210和光导214中的每一个可以具有以纵轴268为中心的几何中心。
如本文结合图8所阐述的，检测器表面206可以被定尺寸使得入射到检测器表面206上的在荧光范围中的光能可以通过感应电磁场的操作来抵消。根据一个示例，屏蔽结构250可具有从约100nm至约600nm的厚度，钝化层256可具有从约100nm至约600nm的厚度，钝化层256可具有从约50nm至约500nm的厚度，孔252可具有从约700nm至约1.5μm的直径，并且反应凹部210(如果存在)可具有从约50nm至约500nm的高度。
在一些情况下，在钝化层256沿着屏蔽结构250沉积之前，并且在沉积屏蔽结构250之前，由侧壁254限定的空腔可以由介质层232-237限定的介质堆叠形成。例如，由介质层232-237限定的介质堆叠可以被蚀刻以形成由侧壁254限定的空腔阵列，其中对于光传感器阵列201的每个光传感器202形成一个空腔。在特定示例中，由侧壁254限定的空腔是从接近孔252朝向光传感器202延伸的垂直长形空间。
空腔可以沿着纵轴268垂直延伸。在一些示例中，由侧壁254限定的空腔的三维形状可以是圆柱形或截头圆锥形，使得沿着延伸到图10的页面中的水平面截取的横截面是圆形的。纵轴268可以延伸穿过横截面的几何中心。然而，其它几何形状也可用于替代示例中。例如，横截面可以是方形或八角形。根据一个示例，作为光导214的纵轴的纵轴268可以延伸穿过光传感器202和反应凹部210的几何中心。
限定光导214的过滤材料可以在由侧壁254限定的空腔形成之后沉积在由侧壁254限定的空腔内。对于根据一个示例的光导214的制造，粉末形式的染料分子(例如，具有光子发射猝灭剂)可以用溶剂溶解并添加到液体聚合物粘合剂中，以形成具有染料分子和聚合物分子的均质液体基质。根据一个示例，粉末形式的染料分子可以是金属络合染料粒子。
均质液体基质可以沉积到检测器200的介质堆叠腔中并被脱水以形成包括固体染料和聚合物基质的过滤材料，其中染料分子悬浮在聚合物粘合剂分子的基质中。可以使用例如化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)将均质的聚合物粘合剂和染料基质过滤材料沉积到由侧壁254限定的空腔中。可以进行沉积以用过滤材料过度填充由侧壁254限定的空腔，然后例如通过平坦化或蚀刻进行图案化以降低限定光导214的过滤材料的高度。根据一个示例的用于形成光导214的过滤材料可以包括悬浮在聚合物粘合剂分子基质中的金属络合染料分子。
过滤材料(例如在固化后)可以形成光导214。光导214可以被配置成阻挡激发光101，并允许发射信号光501(图1)借此向相应的光传感器202传播。光导214可以由本文参照图2-7描述的过滤材料形成。过滤材料可以包括染料和聚合物粘合剂的均质基质，其中染料可以包括光子发射猝灭剂，并且根据一个示例由金属络合染料提供。根据一个示例的染料和聚合物基质可以包括从约70∶30染料比聚合物至约90∶10染料比聚合物的范围中的重量浓度。过滤材料混合物可以具有约1个染料分子与约100个聚合物分子的分子比。
光导214可以相对于由介质层231-237限定的介质堆叠的周围材料来配置，以形成光导结构。例如，光导214可以具有至少约2.0的折射率，使得通过光导传播的光能在光导214和由介质层231-237限定的周围介质堆叠之间的界面处被反射。在某些示例中，光导214被配置为使得激发光101的光密度(OD)或吸光度至少约为4OD。更具体地，过滤材料可被选择，并且光导214可被定尺寸以实现至少4OD。在更具体的示例中，光导214可以被配置成实现至少约5OD或至少约6OD。在更具体的示例中，光导214可以被配置成实现至少约5OD或至少约6OD。检测器200的其他特征可以被配置成减少电和光串扰。
应该认识到，前述概念和以下更详细讨论的另外概念的所有组合(假设这些概念不相互矛盾)被认为是本文公开的主题的一部分。特别地，出现在本公开结尾处的要求保护的主题的所有组合被认为是本文公开的主题的一部分。还应认识到，在本文中明确采用的术语也可以出现在通过引用并入的任何公开中，其应当被赋予与在本文中公开的特定概念最一致的含义。
本书面描述使用公开主题的示例，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践主题，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何结合的方法。本主题的专利性范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其它示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构元件，则这些其它示例旨在处于权利要求的范围内。
将理解，以上的描述意图是例证性的并且不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或更多个方面)可以彼此结合使用。另外，在不脱离其范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应各种示例的教导。虽然本文描述的材料的尺寸和类型旨在定义各种示例的参数，但是它们决不是限制性的，并且仅仅是示例性的。许多其他的示例将对于本领域的技术人员在评述以上的描述时是明显的。因此，各个示例的范围应参考所附权利要求连同这些权利要求有权要求的等效物的整个范围来确定。在所附权利要求中，术语“包括(including)”和“其中(in which)”作为英文原意使用等效于相应术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”。此外，在以下的权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等被仅用于标签，并不旨在对它们的对象强加数值要求。本文中的术语“基于”的形式包括元素部分基于的关系以及元素完全基于的关系。本文中的术语“限定的”的形式包括元素被部分限定的关系以及元素被完全限定的关系。此外，权利要求的限制不是以“装置加功能”的形式撰写的，也不是基于35U.S.C.§112条第6款来解释的，除非并且直到这些权利要求限制明确使用短语“用于...的装置”以及后面的功能声明没有进一步的结构。应当理解，根据任何特定示例，不一定能够实现上述所有这些目的或优点。因此，例如，本领域的技术人员将认识到，本文描述的系统和技术可以以实现或优化本文所教导的一个优点或一组优点的方式来体现或执行，而不必实现本文所教导或建议的其他目的或优点。
虽然仅结合有限数量的示例详细描述了本主题，但是应当容易理解，本主题不限于这些公开的示例。相反，本主题可以被修改以结合迄今为止未描述但与本主题的精神和范围相称的任何数量的变化、改变、替换或等效布置。另外，尽管已经描述了主题的各种示例，但是应当理解，本公开的方面可以仅包括所描述的示例中的一些。此外，虽然一些示例被描述为具有一定数量的元件，但是应当理解，主题可以用小于或大于一定数量的元件来实践。因此，主题不应被视为受前述描述的限制，而仅受所附权利要求的范围的限制。

Claims (26)

1.一种设备，包括：
结构，其限定被配置用于支撑生物或化学样品的检测器表面；
传感器阵列，其包括光传感器和使用所述光传感器检测到的光子传输信号的电路；和
引导阵列，其包括光导；
其中，所述引导阵列的光导从所述检测器表面接收激发光和发射信号光，其中所述光导朝向所述传感器阵列的各个光传感器延伸，并且包括阻挡所述激发光并允许所述发射信号光朝向所述各个光传感器传播的过滤材料，并且其中所述过滤材料包括金属络合染料。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述过滤材料包括悬浮在聚合物粘合剂基质中的金属络合染料。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述过滤材料包括金属络合染料和聚合物粘合剂的均质基质，并且其中所述均质基质包括约70∶30至约90∶10范围内的金属络合染料与聚合物粘合剂的重量浓度比。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述检测器表面包括用于支撑样品的反应凹部，其中，所述反应凹部包括用于抵消所述传感器阵列的检测波段中的背景辐射的折射率和尺寸。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述金属络合染料包括过渡金属络合染料。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述金属络合染料包括过渡金属和染料，并且其中所述过渡金属具有与所述染料的荧光发射光谱轮廓重叠的吸收光谱轮廓。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述金属络合染料降低了所述过滤材料的自发荧光。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述过滤材料包括与所述金属络合染料缔合的抗衡离子。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述抗衡离子包括烷基胺。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述烷基胺包括至少四个碳原子的至少一个烃基。
11.一种方法，包括：
制造使用由光传感器阵列检测到的光子传输数据信号的电路；
在引导腔阵列的引导腔内沉积过滤材料，所述引导腔与所述光传感器阵列的各个光传感器对准并设置在所述光传感器阵列的各个光传感器上方，其中所述过滤材料包括悬浮在聚合物基质中的染料，所述染料包括光子发射猝灭剂；和
制造限定用于支撑生物或化学样品的检测器表面的结构，其中，制造限定所述检测器表面的结构包括在所述引导腔阵列的腔和所述光传感器阵列的光传感器上方制造限定所述检测器表面的结构。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，沉积过滤材料包括使用化学气相沉积，并且其中在所述沉积之后，使用蚀刻和平坦化中的一种或更多种对沉积的过滤材料进行处理。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，制造电路包括使用互补金属氧化物半导体CMOS制造技术。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述过滤材料包括金属络合染料和聚合物粘合剂的均质基质。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述过滤材料包括金属络合染料和聚合物粘合剂的基质，并且其中所述金属络合染料与聚合物粘合剂的重量浓度在约70∶30至约90∶10范围内。
16.根据权利要求11所述的方法，其中，制造限定样品支撑表面的结构包括形成限定在所述样品支撑表面中的反应凹部，其中，所述形成包括配置所述反应凹部，使得基于所述检测器表面的折射率和所述反应凹部的尺寸特性，从所述检测器表面辐射的感应电磁场抵消入射在所述检测器表面上的处于所述光传感器阵列的检测波长波段中的背景光能。
17.根据权利要求11所述的方法，其中，所述方法包括对一个或更多个测试样品检测器进行测试，以确定将检测器表面的尺寸与电磁场抵消效应相关的信息，并且其中，制造限定检测器表面的结构包括使用所确定的信息来设置所述检测器表面的反应凹部的尺寸，以抵消入射在所述检测器表面上的在所述光传感器阵列的检测波段中的光能。
18.根据权利要求11所述的方法，其中，所述过滤材料包括与包括所述染料的金属络合染料缔合的抗衡离子。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述抗衡离子包括烷基胺。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述烷基胺包括至少四个碳原子的至少一个烃基。
21.一种设备，包括：
结构，其限定用于支撑生物或化学样品的检测器表面；
传感器阵列，其包括光传感器和基于由所述光传感器检测到的光子传输数据信号的电路；和
引导阵列，其包括光导；
其中，所述引导阵列的光导从所述检测器表面接收激发光和发射信号光，其中所述光导朝向所述传感器阵列的各个光传感器延伸，并且包括阻挡所述激发光并允许所述发射信号光朝向所述各个光传感器传播的过滤材料，其中所述检测器表面包括反应凹部，所述反应凹部包括足以抵消入射在所述检测器表面上的在所述传感器阵列的检测波段中的背景光能的折射率和尺寸。
22.根据权利要求21所述的设备，其中，所述反应凹部包括足以传输所述激发光的中心波长的折射率和尺寸。
23.根据权利要求21所述的设备，其中，所述反应凹部包括足以建立临界波长λc使得λc在大约λa和大约λb之间的波长范围内的折射率和尺寸，其中短于λc的波长由所述反应凹部传输，并且其中长于λc的波长由所述反应凹部抵消，其中λa是激发光的中心波长，并且其中λb是所述传感器阵列的最短检测波段波长。
24.根据权利要求21所述的设备，其中，所述过滤材料包括金属络合染料。
25.根据权利要求21所述的设备，其中，所述过滤材料包括金属络合染料和聚合物粘合剂的基质，并且其中所述基质中的金属络合染料与聚合物粘合剂的重量浓度在约70∶30至约90∶10范围内。
26.根据权利要求21所述的设备，其中，所述过滤材料包括所述金属络合染料，所述金属络合染料包括过渡金属络合染料。
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