TW201640095A - 生物感測器 - Google Patents

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TW201640095A
TW201640095A TW105110954A TW105110954A TW201640095A TW 201640095 A TW201640095 A TW 201640095A TW 105110954 A TW105110954 A TW 105110954A TW 105110954 A TW105110954 A TW 105110954A TW 201640095 A TW201640095 A TW 201640095A
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collimator
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optical system
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Pei-Yan Cao
Yu-Run Liu
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Shenzhen Genorivision Technology Co Ltd
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Abstract

本文公開這樣的裝置，其包括：多個位點，其配置成具有附連於此的探針，其中探針與分析物之間的相互作用生成信號；光學系統，其包括多個准直儀；感測器，其包括配置成檢測信號的多個圖元；其中准直儀配置成如果光的傳播方向與准直儀的光軸的偏離大於閾值則基本上防止光經過。

Description

生物感測器
本文的公開涉及生物感測器，特別是基於光學檢測的生物感測器。
生物感測器是用於檢測生物過程中包含的分析物的分析設備。例如，分析物可以是DNA、蛋白質、代謝物或甚至生物有機體(例如，細菌、病毒)。
生物感測器通常具有與分析物相互作用的探針。該探針可設計成綁定或識別分析物。探針的示例可包括抗體、適體、DNA、RNA、抗原等。探針與分析物之間的相互作用可導致一個或多個可檢測事件。例如，可檢測事件可以是化學物種或粒子的釋放、化學反應、發光(例如，化學發光、生物發光、電化學發光、電致發光、光致發光、螢光、磷光)、物理性質(例如，拉曼散射、顏色)或化學性質(例如，反應性、反應速率)改變。
生物感測器可具有檢測器，其可以檢測由於相互作用引起的可檢測事件。檢測器可將可檢測事件變換成可以更容易測量和量化的另一個信號(例如，圖像、電信號)。檢測器可包括電路，其從可檢測事件獲得資料並且處理該資料。
生物感測器的一個類型是微陣列。微陣列可以是固體襯底(例如， 載玻片、矽晶圓)上的二維陣列。陣列在不同位點處可進行不同測定。不同位點處的測定可被獨立控制或測量，由此允許一個或多個分析物的複用和並行感測。微陣列在使診斷測定小型化方面是有用的。例如，微陣列可用於在沒有尖端設備的領域中檢測生物樣品，或被不在診所或醫院的患者用於監測他或她的生理症狀。
本文公開這樣的裝置，其包括：多個位點，其配置成具有附連於此的探針，其中探針與分析物之間的相互作用生成信號；光學系統，其包括多個准直儀；感測器，其包括配置成檢測信號的多個圖元；其中准直儀配置成如果光的傳播方向與准直儀的光軸的偏離大於閾值則基本上防止光經過。
根據實施例，感測器包括控制電路，其配置成控制圖元、從圖元獲取資料或處理來自圖元的資料。
根據實施例，設置圖元使得圖元中的每個光耦合於位點中的一個或多個。
根據實施例，圖元通過准直儀光耦合於位點。
根據實施例，信號是發光。
根據實施例，信號在激發輻射的激發下生成。
根據實施例，光學系統進一步包括濾光器，其中該濾光器配置成阻 斷激發輻射的至少一部分。
根據實施例，濾波器是二向色濾光器。
根據實施例，光學系統進一步包括透射層。
根據實施例，光學系統進一步包括多個顯微透鏡。
根據實施例，閾值是10°。
根據實施例，准直儀包括超材料或光子晶體。
根據實施例，准直儀配置成消除多個圖元之中的相鄰圖元之間的光學串擾。
根據實施例，准直儀中的至少一個包括核和環繞該核的側壁。
根據實施例，信號在激發輻射的激發下生成；其中核是基本上防止激發輻射經過而不管激發輻射的傳播方向如何的材料。
根據實施例，信號在激發輻射的激發下生成；其中核包括二向色濾光器。
根據實施例，核允許信號經過而基本上未被吸收。
根據實施例，核是空隙空間。
根據實施例，側壁使到達側壁的信號的一部分衰減。
根據實施例，側壁是有紋理的。
根據實施例，裝置進一步包括再分佈層，其配置從圖元路由資料。
根據實施例，濾光器包括超材料或光子晶體。
100‧‧‧系統
101‧‧‧圖像感測器
102‧‧‧光學系統
105‧‧‧微陣列
106‧‧‧位元點
107‧‧‧探針
108‧‧‧信號
109‧‧‧激發源
150‧‧‧系統
151‧‧‧感測器
155‧‧‧微陣列
156‧‧‧位元點
157‧‧‧探針
158‧‧‧信號
161‧‧‧激發輻射
162‧‧‧部分
163‧‧‧部分
170‧‧‧圖元
171‧‧‧控制電路
172‧‧‧部分
173‧‧‧部分
190‧‧‧濾光器
191‧‧‧透射層
200‧‧‧系統
251‧‧‧感測器
252‧‧‧信號傳輸層
255‧‧‧微陣列
256‧‧‧位元點
257‧‧‧探針
258‧‧‧信號
261‧‧‧激發輻射
262‧‧‧部分
263‧‧‧部分
270‧‧‧圖元
271‧‧‧控制電路
272‧‧‧部分
273‧‧‧部分
285‧‧‧光學系統
289‧‧‧再分佈層
290‧‧‧濾光器
291‧‧‧透射層
292‧‧‧顯微透鏡
294‧‧‧頂表面
295‧‧‧准直儀
296‧‧‧核
297‧‧‧側壁
298‧‧‧介面
299‧‧‧結構
510‧‧‧通孔
520‧‧‧傳輸線
530‧‧‧通孔
540‧‧‧接合墊
610‧‧‧通孔
619‧‧‧通過層
620‧‧‧傳輸線
629‧‧‧再分佈層
630‧‧‧通孔
640‧‧‧接合墊
710‧‧‧通孔
720‧‧‧傳輸線
729‧‧‧再分佈層
730‧‧‧通孔
圖1A示意示出這樣的系統，其包括微陣列。
圖1B示意示出這樣的系統，其中檢測器能力集成到微陣列內。
圖2A示意示出根據實施例的系統。
圖2B示意示出根據實施例的系統。
圖2C示意示出根據實施例、系統可包括顯微透鏡(其可以直接在暴露表面上製造)並且探針可附連到顯微透鏡。
圖2D示意示出根據實施例顯微透鏡可在鈍化層中製造。
圖2E示意示出根據實施例顯微透鏡可在准直儀中製造。
圖3A示意示出根據實施例的准直儀。
圖3B示意示出根據實施例的准直儀。
圖3C示意示出根據實施例的准直儀。
圖3D示意示出根據實施例的准直儀。
圖3E示意示出根據實施例的系統，其中濾光器和透射層兩者都被省略。
圖3F和圖3G各自示意示出根據實施例、光學系統可具有採用陣列設置的多個准直儀。
圖4示意示出根據實施例光學系統可具有微流體系統。
圖5A示意示出根據實施例微陣列中的感測器可具有信號傳輸層並 且微陣列中的光學系統可具有再分佈層。
圖5B示意示出圖5A中的感測器的頂視圖。
圖5C示意示出圖5A中的光學系統的底視圖。
圖6A示意示出根據實施例微陣列中的感測器可具有再分佈層並且微陣列中的光學系統可具有信號傳輸層。
圖6B示意示出根據實施例、圖6A中的感測器的頂視圖。
圖6C示意示出根據實施例、圖6A中的光學系統的底視圖。
圖6D示意示出根據實施例、圖6A中的感測器的頂視圖。
圖6E示意示出圖6A中的光學系統的底視圖來圖示接合墊的位置，這些接合墊定位成連接到圖6D中示出的通孔。
圖6F示意示出根據實施例、圖6A中的感測器的頂視圖。
圖6G示意示出圖6A中的光學系統的底視圖來圖示接合墊的位置，這些接合墊定位成連接到圖6F中示出的通孔。
圖7示意示出根據實施例微陣列中的感測器可具有再分佈層，其具有例如矽直通孔(TSV)等通孔，這些通孔配置成使再分佈層中的傳輸線在與再分佈層相對的側上連接到接合墊。
圖1A示意示出系統100，其包括微陣列105。系統100可具有圖像感測器101、光學系統102和/或激發源109。該圖像感測器101 可配置成測量微陣列105的不同位元點106處的光學性質(例如，顏色、強度)。位點106可具有附連於此的各種探針107。探針107可與分析物相互作用並且該相互作用可生成被圖像感測器101可檢測的信號108。信號108的生成可需要激發源109(例如，鐳射、UV光等)的激發。系統100的圖像感測器101和光學系統102趨於龐大、易碎或昂貴並且可未具有足夠高的空間解析度來將一個位點和它的相鄰位點區分開。
圖1B示意示出系統150，其中檢測器能力集成到微陣列155內。該微陣列155可具有多個位點156，其具有附連於此的各種探針157。探針157可與各種分析物相互作用並且該相互作用可生成被集成到微陣列155內的感測器151可檢測的信號158。例如，分析物可以是螢光團標記的核酸或蛋白質片段；探針是寡核苷酸或抗體。具有被探針捕獲的螢光團標記分析物的位元點可以通過檢測捕獲分析物上來自螢光團的螢光來識別。感測器151可具有多個圖元170，其配置成檢測信號158(例如，顏色、強度)。圖元170可具有控制電路171，其配置成控制圖元170、從圖元170獲取資料和/或處理來自圖元170的資料。可設置圖元170使得每個圖元170光耦合於位元點156中的一個。然而，在一個位點156處生成的信號158可未完全到達光耦合於位元點156的圖元170。信號158的一部分172可到達光耦合於位元點156的圖元170，但另一個部分173可散射到相鄰圖元(“光學串擾”)內和/或遠離所有圖元170。生成信號158可需要激發輻射161(例如，鐳射、UV光等)。激發輻射161的一部分162可經過位點156而未散射。激發輻 射161的一部分163可散射到圖元170中的一些內或遠離所有圖元170。濾光器190可阻斷部分162到達圖元170。濾光器190可定位在透射層191下面或上面。然而，濾光器190可對入射方向敏感並且可未阻斷部分163，儘管部分162和163具有相同波長。如果部分163到達圖元170，它可以掩蓋信號158。
圖2A示意示出根據實施例的系統200。該系統200包括微陣列255，其包括集成感測器251和光學系統285。微陣列255可具有多個位點256，其具有附連於此的各種探針257。探針257可與各種分析物相互作用並且該相互作用可生成被感測器251可檢測的信號258。感測器251可具有多個圖元270，其配置成檢測信號258(例如，顏色、強度)。圖元270可具有控制電路271，其配置成控制圖元270、從圖元270獲取資料和/或處理來自圖元270的資料。可設置圖元270使得每個圖元270光耦合於位元點256中的一個或多個。光學系統285可包括定位在透射層291下面或上面的濾光器290(圖2B示出這樣的示例，其中濾光器290在透射層291下面)。光學系統285可包括多個准直儀295，其配置成使圖元270光耦合於位元點256。濾光器290和透射層291可不必在與准直儀295相同的襯底上製造。相反，可製造濾光器290和透射層291並且將它們接合到准直儀295。
在實施例中，透射層291可包括氧化物或氮化物。例如，透射層291可包括玻璃。
在實施例中，濾光器290可以是二向色濾光器(也稱為干涉濾光 器)。濾光器290可以是低通(在閾值以下的通過頻率)或帶通濾光器。濾光器290可包括超材料或光子晶體。超材料具有採用重複模式設置的組成材料，通常以顯微鏡或比超材料設計成影響的光的波長還小的較小標度。可選擇重複模式的結構和組成材料的性質來定制超材料的性質。例如，超材料可在所有頻率提供透光性，但在它配置成要阻斷的所選頻率或多個頻率處除外(例如，可以對用戶造成傷害的特定鐳射頻率)。光子晶體是週期性介電結構，其具有阻礙某一頻率範圍光傳播的帶隙。濾光器290可具有帶不同折射率的多個薄材料層並且可通過交替沉積這些材料的薄層而製成。濾光器290可以是吸收式濾光器，但它將具有足夠厚度以使其有效。
在實施例中，透射層291可以是絕緣材料，例如二氧化矽或氮化矽。在實施例中，甚至可省略透射層291。在實施例中，光學系統285可具有定位在位點256處的多個顯微透鏡292，如在圖2C中示出的。這些顯微透鏡292可直接在位點256的暴露表面上製造並且探針257可附連到顯微透鏡292。備選地，顯微透鏡292可在鈍化層291中製造，如在圖2D中示出的。進一步備選地，顯微透鏡292可在准直儀295中製造，如在圖2E中示出的。顯微透鏡292可配置成使在位點256處生成的光聚焦到准直儀295內。顯微透鏡292可配置成將來自位元點256的更大部分的發光引導到耦合於此的圖元內。例如，顯微透鏡292可捕獲另外將未到達耦合於位元點256(部分273來於此)的圖元的部分273。
在實施例中，濾光器290、透射層291(如存在的話)、顯微透鏡 292(如存在的話)和准直儀295可在相同襯底上集成。
在實施例中，准直儀295可配置成如果光的傳播方向與准直儀295的光軸的偏離大於閾值(例如，10°、5°或1°)則基本上防止(例如，防止超過90%、99%或99.9的)光經過。信號258的一部分272可朝光耦合於該位元點156的圖元270傳播，但另一個部分273可朝相鄰圖元散射(“光學串擾”)和/或遠離所有圖元270。准直儀295可配置成通過基本上防止部分273經過准直儀295而基本上消除光學串擾。生成信號258可需要激發輻射261(例如，鐳射、UV光等)。激發輻射261的一部分262可經過位點256而未散射。激發輻射261的一部分263可朝圖元270中的一些散射到其他方向或遠離所有圖元270。濾光器290可阻斷部分262到達圖元270。濾光器290可對入射方向敏感並且可未阻斷部分263，儘管部分262和263具有相同波長。准直儀295可配置成基本上防止激發輻射經過而不管傳播方向如何，或基本上防止遠離部分261的傳播方向散射的部分263經過。
在實施例中，准直儀295中的每個從位點256中的一個延伸到光耦合於該一個位點的圖元270。
在實施例中，准直儀295可具有被側壁297環繞的核296。
在圖3A中示意示出的實施例中，核296可以是基本上防止(例如，超過90%、99%或99.9%的)激發輻射261經過而不管激發輻射的傳播方向如何的材料。例如，核296可以是使激發輻射261衰減(吸收激發輻射)的材料。核296可允許信號258經過而基本上未被吸收。在該 實施例中，可省略濾光器290。
在圖3B中示意示出的實施例中，核296可具有結構299，如果部分(例如，部分272)的傳播方向與准直儀295的光軸的偏離小於閾值(例如，10°、5°或1°)則該結構299基本上防止(例如，防止超過90%、99%或99.9%的)激發輻射261的一部分經過。例如，結構299可具有二向色濾光器、超材料或光子晶體。核296可允許信號258經過而基本上未被吸收(即，不到10%被吸收)。在該實施例中，可省略濾光器290。
在圖3C中示意示出的實施例中，准直儀295的側壁297可使激發輻射衰減(吸收激發輻射)。激發輻射261的部分263可經過濾光器290並且進入准直儀295但可能在它可以到達圖元270之前到達側壁297。可以使激發輻射衰減(吸收激發輻射)的側壁297將基本上防止雜散激發輻射到達圖元270。在實施例中，核296可以是空隙空間。即，側壁297環繞空隙空間。
在實施例中，側壁297可使到達側壁的信號258的任何部分衰減(吸收它)，這基本上將防止光學串擾。
在圖3D中示意示出的實施例中，側壁297是有紋理的。例如，側壁297與核296之間的介面298(其可以是空隙空間)可以是有紋理的。有紋理的側壁297可以有助於使其上入射的光進一步衰減。
在圖3E中示意示出的實施例中，濾光器290和透射層291兩者都可被省略。准直儀295可具有暴露的頂表面294。該頂表面294可具有與它的相鄰表面不同的材料，由此便於頂表面294的功能化。探針257 可選擇性地直接附連到頂表面294。
在圖3F和圖3G中示意示出的實施例中，光學系統285可具有採用陣列設置的多個准直儀295。例如，光學系統285對於每個圖元270可具有專用准直儀295。例如，光學系統285可具有一組圖元270共用的准直儀295。准直儀295可具有任何適合的橫截面形狀，例如圓形、矩形和多邊形。
在實施例中，准直儀295可通過在襯底內蝕刻(通過例如深反應離子蝕刻(深RIE)、鐳射鑽削)孔而製成。側壁297可通過在孔的側壁上沉積材料而製成。核296可通過填充孔而製成。在准直儀295的製造中也可使用平坦化。
在實施例中，可省略濾光器290或它的功能可集成到准直儀295內。
在圖4中示意示出的實施例中，光學系統285可具有微流體系統來將反應物(例如分析物和反應產物)轉移到位點256並且轉移來自位點256的反應物。微流體系統可具有井、儲蓄庫、通道、閥或其他部件。微流體系統還可具有加熱器、冷卻器(例如，Peltier設備)或溫度感測器。加熱器、冷卻器或溫度感測器可位於光學系統285中、准直儀295上面或准直儀295中。加熱器、冷卻器或溫度感測器可位於感測器251上面或感測器251中。系統200可用於多種測定。例如，系統200可以用於實施即時聚合酶鏈反應(例如，定量即時PCR(qPCR))。即時聚合酶鏈反應(即時PCR)隨著反應進行來檢測擴增DNA。這與在結束時檢測反應產物的傳統PCR形成對比。一個即時PCR技術使用用螢 光團標記的序列特異性探針，該螢光團僅在探針與它的互補序列雜交後發螢光，這可以用於量化細胞或組織中的信使RNA(mRNA)和非編碼RNA。
光學系統285和感測器251可在獨立襯底中製造並且使用例如倒裝接合、晶圓到晶圓直接接合或膠合等適合的技術接合在一起。
在圖5A中示意示出的實施例中，感測器251具有信號傳輸層252。該信號傳輸層252可具有多個通孔510。信號傳輸層252在通孔510周圍可具有電絕緣材料(例如，二氧化矽)。光學系統285可具有帶傳輸線520和通孔530的再分佈層289。傳輸線520使通孔530連接到接合墊540。當感測器251和光學系統285接合時，通孔510和通孔530電連接。圖5A中示出的該配置允許接合墊540遠離探針257定位。
圖5B示出圖5A中的感測器251的頂視圖來圖示通孔510相對於圖元270和控制電路271的位置。圖元270和控制電路271以虛線示出，因為它們在該視圖中未直接可見。圖5C示出圖5A中的光學系統285的底視圖來圖示通孔530相對於傳輸線520的位置(示出為虛線，因為它們在該視圖中未直接可見)。
在圖6A中示意示出的實施例中，感測器251具有再分佈層629。該再分佈層629可具有多個通孔610和多個傳輸線620。再分佈層629在通孔610和傳輸線620周圍可具有電絕緣材料(例如，二氧化矽)。通孔610使控制電路271電連接到傳輸線620。光學系統285可具有帶接合墊640的層619。再分佈層629還可具有通孔630，其在感測器 251與光學系統285接合時使傳輸線620電連接到接合墊640。接合墊640可具有通過層619中掩埋的線連接的兩個部分。圖6A中示出的該配置允許接合墊640遠離探針257定位。
圖6B示出根據實施例、圖6A中的感測器251的頂視圖來圖示通孔610、通孔630和傳輸線620相對於圖元270和控制電路271的位置。圖元270、控制電路271和傳輸線620以虛線示出，因為它們在該視圖中未直接可見。圖6C示出圖6A中的光學系統285的底視圖來圖示接合墊640的位置，這些接合墊640定位成連接到圖6B中示出的通孔630。接合墊640可具有通過層619中掩埋的線連接的兩個部分。
圖6D示出根據實施例、圖6A中的感測器251的頂視圖來圖示通孔610、通孔630和傳輸線620相對於圖元270和控制電路271的位置。圖元270、控制電路271和傳輸線620以虛線示出，因為它們在該視圖中未直接可見。可逐列讀出圖元270。例如，來自一個270的圖元可在與該圖元270關聯的控制電路271中存儲在寄存器中；信號可依次從一個列轉移到下一個，並且最終通過通孔630到其他處理電路。圖6E示出圖6A中的光學系統285的底視圖來圖示接合墊640的位置，這些接合墊640定位成連接到圖6D中示出的通孔630。接合墊640可具有通過層619中掩埋的線連接的兩個部分。
圖6F示出根據實施例、圖6A中的感測器251的頂視圖來圖示通孔610、通孔630和傳輸線620相對於圖元270和控制電路271的位置。圖元270、控制電路271和傳輸線620以虛線示出，因為它們在該 視圖中未直接可見。可逐圖元讀出圖元270。例如，來自一個270的圖元可在與該圖元270關聯的控制電路271中存儲在寄存器中；信號可依次從一個列轉移到下一個，並且最終通過通孔630到其他處理電路。圖6G示出圖6A中的光學系統285的底視圖來圖示接合墊640的位置，這些接合墊640定位成連接到圖6F中示出的通孔630。接合墊640可具有通過層619中掩埋的線連接的兩個部分。
在圖7中示意示出的實施例中，感測器251具有再分佈層729。該再分佈層729可具有多個通孔710和多個傳輸線720。再分佈層729可在通孔710核傳輸線720周圍具有電絕緣材料(例如，二氧化矽)。通孔710使控制電路271電連接到傳輸線720。再分佈層729還可具有通孔730(例如，矽直通孔(TSV))，其使傳輸線720在與再分佈層729相對的側上電連接到接合墊740。圖7中示出的該配置允許接合墊740遠離探針257定位。
儘管本文公開各種方面和實施例，其他方面和實施例對於本領域內技術人員將變得明顯。本文公開的各種方面和實施例是為了說明目的而不意在為限制性的，其真正範圍和精神由下列權利要求指示。
290‧‧‧濾光器
292‧‧‧顯微透鏡

Claims (22)

  1. 一種裝置，其包括：多個位點，其配置成具有附連於此的探針，其中所述探針與分析物之間的相互作用生成信號；光學系統，其包括多個准直儀；感測器，其包括配置成檢測所述信號的多個圖元；其中所述准直儀配置成如果光的傳播方向與所述准直儀的光軸的偏離大於閾值則基本上防止光經過。
  2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中所述感測器包括控制電路，其配置成控制所述圖元、從所述圖元獲取資料或處理來自所述圖元的資料。
  3. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中設置所述圖元使得所述圖元中的每個光耦合於所述位點中的一個或多個。
  4. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中所述圖元通過所述准直儀光耦合於所述位點。
  5. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中所述信號是發光。
  6. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中所述信號在激發輻射的激發下生成。
  7. 如申請專利範圍第6項之裝置，其中所述光學系統進一步包括濾光器，其中所述濾光器配置成阻斷所述激發輻射的至少一部分。
  8. 如申請專利範圍第7項之裝置，其中所述濾光器是二向色濾光器。
  9. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中所述光學系統進一步包括透射層。
  10. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中所述光學系統進一步包括多個顯微透鏡。
  11. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中所述准直儀包括超材料或光子晶體。
  12. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中所述准直儀配置成消除所述多個圖元之中的相鄰圖元之間的光學串擾。
  13. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中所述准直儀中的至少一個包括核和環繞所述核的側壁。
  14. 如申請專利範圍第13項之裝置，其中所述信號在激發輻射的激發下生成；其中所述核是基本上防止所述激發輻射經過而不管所述激發輻射的傳播方向如何的材料。
  15. 如申請專利範圍第13項之裝置，其中所述信號在激發輻射的激發下生成；其中所述核包括二向色濾光器。
  16. 如申請專利範圍第13項之裝置，其中所述核允許所述信號經 過而基本上未被吸收。
  17. 如申請專利範圍第13項之裝置，其中所述核是空隙空間。
  18. 如申請專利範圍第13項之裝置，其中所述側壁使到達所述側壁的信號的一部分衰減。
  19. 如申請專利範圍第13項之裝置，其中所述側壁是有紋理的。
  20. 如申請專利範圍第7項之裝置，其中所述濾光器包括超材料或光子晶體。
  21. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中所述圖元採用陣列設置並且配置成被逐列讀出。
  22. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中所述圖元採用陣列設置並且配置成被逐圖元讀出。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111095558A (zh) * 2017-12-26 2020-05-01 伊鲁米纳公司 传感器系统
TWI740196B (zh) * 2019-08-27 2021-09-21 世界先進積體電路股份有限公司 半導體裝置及其形成方法
US11271024B2 (en) 2019-12-09 2022-03-08 Vanguard International Semiconductor Corporation Semiconductor device and method for forming the same

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8906320B1 (en) 2012-04-16 2014-12-09 Illumina, Inc. Biosensors for biological or chemical analysis and systems and methods for same
WO2019080041A1 (en) * 2017-10-26 2019-05-02 Shenzhen Xpectvision Technology Co., Ltd. X-RAY DETECTOR WITH COOLING SYSTEM
WO2019080040A1 (en) 2017-10-26 2019-05-02 Shenzhen Genorivision Technology Co. Ltd. BIOSENSOR
NL2020625B1 (en) 2017-12-22 2019-07-02 Illumina Inc Two-filter light detection devices and methods of manufacturing same
NL2020636B1 (en) * 2017-12-28 2019-07-08 Illumina Inc Light energy fluorescence excitation
WO2019136376A1 (en) 2018-01-08 2019-07-11 Illumina, Inc. High-throughput sequencing with semiconductor-based detection
KR102239487B1 (ko) 2018-01-08 2021-04-14 일루미나, 인코포레이티드 반도체-기반 검출을 사용한 고-처리율 서열분석
NL2020621B1 (en) * 2018-01-08 2019-07-15 Illumina Inc Multiplexing of an active sensor detector using structured illumination
NL2020619B1 (en) * 2018-01-16 2019-07-25 Illumina Inc Dual optical grating slide structured illumination imaging
CN111587084B (zh) 2018-02-03 2024-03-15 深圳帧观德芯科技有限公司 内窥镜
JP2020085666A (ja) * 2018-11-26 2020-06-04 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 生体由来物質検出用チップ、生体由来物質検出装置及び生体由来物質検出システム
CA3103284A1 (en) 2018-11-26 2020-06-04 Illumina, Inc. Flow cell systems and methods related to same
US11630062B2 (en) * 2019-10-10 2023-04-18 Visera Technologies Company Limited Biosensor and method of forming the same
US11705472B2 (en) 2019-10-10 2023-07-18 Visera Technologies Company Limited Biosensor and method of distinguishing a light
WO2024090068A1 (ja) * 2022-10-26 2024-05-02 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 蛍光検出装置及び蛍光検出装置用プレート

Family Cites Families (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL6903860A (zh) 1969-03-13 1970-09-15
US5698397A (en) 1995-06-07 1997-12-16 Sri International Up-converting reporters for biological and other assays using laser excitation techniques
WO1997035181A1 (en) * 1996-03-19 1997-09-25 University Of Utah Research Foundation System for determining analyte concentration
US6297489B1 (en) 1996-05-02 2001-10-02 Hamamatsu Photonics K.K. Electron tube having a photoelectron confining mechanism
JP2002243908A (ja) 2001-02-13 2002-08-28 Minolta Co Ltd 赤外線用光学素子および赤外線カメラ
US20050074784A1 (en) 2003-10-07 2005-04-07 Tuan Vo-Dinh Integrated biochip with continuous sampling and processing (CSP) system
WO2005086703A2 (en) * 2004-03-05 2005-09-22 Creatv Microtech, Inc. Flow-through chemical and biological sensor
JP4576557B2 (ja) 2004-09-01 2010-11-10 カシオ計算機株式会社 生体高分子分析チップ及び分析支援装置
US7547872B2 (en) * 2005-02-14 2009-06-16 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne Integrated circuit comprising an array of single photon avalanche diodes
EP1715361B1 (en) 2005-04-19 2015-02-25 Deutsches Krebsforschungszentrum Stiftung des öffentlichen Rechts Dual-modality imaging using a PET scanner and an optical detector
US7805081B2 (en) * 2005-08-11 2010-09-28 Pacific Biosciences Of California, Inc. Methods and systems for monitoring multiple optical signals from a single source
FR2908888B1 (fr) 2006-11-21 2012-08-03 Centre Nat Rech Scient Dispositif pour la detection exaltee de l'emission d'une particule cible
DE102006056949B4 (de) * 2006-11-30 2011-12-22 Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg Verfahren und Vorrichtung zur Detektion mindestens einer Eigenschaft von mindestens einem Objekt mit einem Mikrochip
JP2008233251A (ja) 2007-03-16 2008-10-02 Sony Corp 画像表示装置
US7667399B2 (en) 2007-04-26 2010-02-23 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Large area hybrid photomultiplier tube
EP2173467B1 (en) 2007-07-13 2016-05-04 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Method and apparatus using electric field for improved biological assays
DE102008011793A1 (de) * 2008-02-29 2009-09-24 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Multispektralsensor
US8227965B2 (en) 2008-06-20 2012-07-24 Arradiance, Inc. Microchannel plate devices with tunable resistive films
JP4906798B2 (ja) 2008-07-01 2012-03-28 株式会社沖データ レンズアレイ、ｌｅｄヘッド、露光装置、画像形成装置及び読取装置
JP2011059095A (ja) * 2009-08-12 2011-03-24 Sony Corp 光検出装置
US20110053799A1 (en) 2009-08-31 2011-03-03 Jsr Corporation Method of producing microarray substrate, radiation-sensitive composition, partition of microarray substrate, method of producing biochip, and biochip
JP2011158665A (ja) 2010-01-29 2011-08-18 Sony Corp メタマテリアル部材の製造方法及びメタマテリアル部材
JP5666557B2 (ja) * 2010-03-16 2015-02-12 山下電装株式会社 ソーラシミュレータ
WO2011133670A2 (en) * 2010-04-20 2011-10-27 President And Fellows Of Harvard College Biomedical and chemical sensing with nanobeam photonic crystal cavities using optical bistability
KR20120063854A (ko) * 2010-12-08 2012-06-18 한국전자통신연구원 이미지 센서 및 그의 제조방법
JP5826286B2 (ja) * 2010-12-21 2015-12-02 オーエフエス ファイテル，エルエルシー マルチコアコリメータ
WO2012094410A2 (en) 2011-01-04 2012-07-12 Triton Systems, Inc. Metamaterial filter
JP2013045857A (ja) * 2011-08-24 2013-03-04 Sony Corp イメージセンサ及びその製造方法並びに検査装置
JP2013088378A (ja) 2011-10-21 2013-05-13 Sony Corp ケミカルセンサ、ケミカルセンサモジュール、生体分子検出装置及び生体分子検出方法
JP2013092393A (ja) * 2011-10-24 2013-05-16 Sony Corp ケミカルセンサ、生体分子検出装置及び生体分子検出方法
KR20130086743A (ko) 2012-01-26 2013-08-05 삼성전자주식회사 미세유동장치 및 그 제어방법
CN103296035B (zh) 2012-02-29 2016-06-08 中国科学院微电子研究所 X射线平板探测器及其制造方法
US8906320B1 (en) 2012-04-16 2014-12-09 Illumina, Inc. Biosensors for biological or chemical analysis and systems and methods for same
DE102012018303A1 (de) * 2012-09-14 2014-03-20 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Messgerät zur Lumineszenzmessung
US9193998B2 (en) 2013-03-15 2015-11-24 Illumina, Inc. Super resolution imaging
GB2543655B (en) 2013-08-02 2017-11-01 Verifood Ltd Compact spectrometer comprising a diffuser, filter matrix, lens array and multiple sensor detector

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111095558A (zh) * 2017-12-26 2020-05-01 伊鲁米纳公司 传感器系统
TWI740196B (zh) * 2019-08-27 2021-09-21 世界先進積體電路股份有限公司 半導體裝置及其形成方法
US11271024B2 (en) 2019-12-09 2022-03-08 Vanguard International Semiconductor Corporation Semiconductor device and method for forming the same

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