TW202402659A - 生物晶片、生物偵測系統與生物偵測方法 - Google Patents

生物晶片、生物偵測系統與生物偵測方法 Download PDF

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Abstract

提供一種生物晶片。生物晶片包含基板及第一有機光電轉換元件，有機光電轉換元件設置於基板之上。第一有機光電轉換元件定義多個像素單元。生物晶片也包含偏光陣列，偏光陣列設置於第一有機光電轉換元件之上。偏光陣列包含多個偏光組，每個偏光組對應於一個像素單元且具有多個次偏光單元，次偏光單元具有不同的偏光角度。生物晶片更包含多個反應區，反應區設置於偏光陣列之上。每個反應區對應於一個次偏光單元。

Description

生物晶片、生物偵測系統與生物偵測方法
本揭露的實施例是關於生物晶片，特別是關於具有偏光陣列的生物晶片及具有消去光源的生物偵測系統。
整合式感測裝置近來已普遍用於生物分析。當使用這類應用時，會在生物晶片上放置生物或生化樣品。可透過螢光分子的激發或發射光譜及/或強度報導生物反應或交互作用的現象，例如DNA定序與免疫螢光偵測。螢光分子可透過較短波長的激發光被激發，並朝向光偵測器產生較長波長的發射光。可透過生物偵測系統的光偵測器偵測及判斷螢光的光譜分布及強度。
在生物晶片演進的過程中，為了追求較低成本且達到較高的產能，生物晶片上的像素陣列的密度一般藉由減少間隔寬度或孔洞節距(well pitch)而增加。然而，如此減少像素陣列的尺寸可能會導致相鄰的孔洞之間的串擾(crosstalk)，且可能難以精確地偵測每個單獨的螢光訊號，進而造成不準確的分析結果。
雖然現有的生物晶片普遍符合它們的需求，但並不是在所有方面皆令人滿意。因此，仍需要一種嶄新的生物晶片並搭配嶄新的生物偵測系統及生物偵測方法。
在本揭露的一些實施例中，生物晶片包含有機光電轉換元件，其可吸收短波長的光，因此有機光電轉換元件可用作可以部分地阻擋激發光的濾光片。此外，生物偵測系統含用以發射消去光的消去光源和用以偏振消去光的偏光元件，其可有助於選擇性地從一組反應區中的特定反應區(例如，奈米孔)收集訊號。
根據本揭露的一些實施例，提供一種生物晶片。生物晶片包含基板及第一有機光電轉換元件，有機光電轉換元件設置於基板之上。第一有機光電轉換元件定義多個像素單元。生物晶片也包含偏光陣列，偏光陣列設置於第一有機光電轉換元件之上。偏光陣列包含多個偏光組，每個偏光組對應於一個像素單元且具有多個次偏光單元，次偏光單元具有不同的偏光角度。生物晶片更包含多個反應區，反應區設置於偏光陣列之上。每個反應區對應於一個次偏光單元。
在一些實施例中，第一有機光電轉換元件包含第一底導電區段，第一底導電區段設置於基板之上，其中像素單元是由第一底導電區段所定義。第一有機光電轉換元件更包含第一頂導電層及第一有機層，第一頂導電層設置於第一底導電區段之上，第一有機層設置於第一底導電區段與第一頂導電層之間，其中第一有機層的厚度大於500 nm。
在一些實施例中，第一有機光電轉換元件更包含第一底載子傳輸層及第一頂載子傳輸層，第一底載子傳輸層設置於第一底導電區段與第一有機層之間，第一頂載子傳輸層設置於第一有機層與第一頂導電層之間。
在一些實施例中，生物晶片更包含第二有機光電轉換元件，第二有機光電轉換元件設置於第一有機光電轉換元件與偏光陣列之間。
在一些實施例中，第二有機光電轉換元件包含多個第二底導電區段，第二底導電區段設置於第一頂導電層之上。第二有機光電轉換元件更包含第二頂導電層及第二有機層，第二頂導電層設置於第二底導電區段之上，第二有機層設置於第二底導電區段與第二頂導電層之間，其中第二有機層的厚度大於500 nm。
在一些實施例中，第二有機層的有效響應波長與第一有機層的有效響應波長不同。
在一些實施例中，第二有機光電轉換元件更包含第二底載子傳輸層及第二頂載子傳輸層，第二底載子傳輸層設置於第二底導電區段與第二有機層之間，第二頂載子傳輸層，設置於第二有機層與第二頂導電層之間。
在一些實施例中，反應區形成為奈米孔或奈米圖案。
在一些實施例中，一個偏光組中的次偏光單元的數量為n，n為2至25之間的正整數。
在一些實施例中，一個偏光組中的次偏光單元沿順時針方向、逆時針方向或S形方向排列。
在一些實施例中，一個次偏光單元的偏光角度與前一個次偏光單元的偏光角度相差180°/n，n為一個偏光組中的次偏光單元的數量。
在一些實施例中，生物晶片更包含濾光元件，濾光元件設置於第一有機光電轉換元件與偏光陣列之間，用於抑制激發光波段的穿透。
在一些實施例中，生物晶片更包含平坦化層，平坦化層設置於偏光陣列與反應區之間。
根據本揭露的一些實施例，提供一種生物偵測系統。生物偵測系統包含激發光源及消去光源。激發光源用以發出激發光。消去光源面對激發光源且用以發出消去光。生物偵測系統也包含前述之生物晶片，生物晶片設置於激發光源與消去光源之間，用以接收激發光與消去光。生物偵測系統更包含偏光元件，偏光元件設置於消去光源與生物晶片之間，用以偏振消去光。
在一些實施例中，偏光元件為可旋轉的偏光元件。
在一些實施例中，生物偵測系統更包含蓋板，蓋板設置於激發光源與生物晶片之間，作為用於生物試劑順序流動的流體蓋。
在一些實施例中，消去光的波長大於或等於660 nm。
在一些實施例中，激發光源發出不同波長的激發光。
根據本揭露的一些實施例，提供一種生物偵測方法。生物偵測方法包含以下步驟。提供前述之生物偵測系統。將複數個生物樣品固定於生物晶片的反應區。提供激發光。進行第一偵測步驟以獲得來自生物樣品的第一螢光訊號。第一偵測步驟包含以下步驟。調整偏光元件以具有第一偏光角度，第一偏光角度與一個次偏光單元的偏光角度相差90度。提供消去光。收集來自生物樣品的第一螢光訊號。
在一些實施例中，生物偵測方法包含以下步驟。進行第二偵測步驟以獲得來自生物樣品的第二螢光訊號。第二偵測步驟包含以下步驟。調整偏光元件以具有第二偏光角度，第二偏光角度與另一個次偏光單元的偏光角度相差90度。提供消去光。收集來自生物樣品的第二螢光訊號。生物偵測方法更包含以下步驟。重複第一偵測步驟與第二偵測步驟，直到偵測到用於所有反應區上的生物樣品的所有設計的生物反應或生物程序。
以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例以實施本案的不同特徵。以下敘述的各個部件及其排列方式的特定範例，以簡化本揭露。當然，這些僅為範例且並非用以限定。舉例來說，若是敘述第一特徵部件形成於第二特徵部件之上或上方，表示其可能包含第一特徵部件與第二特徵部件是直接接觸的實施例，亦可能包含有其他的特徵部件形成於第一特徵部件與第二特徵部件之間，而使第一特徵部件與第二特徵部件可能未直接接觸的實施例。
應理解的是，其他的操作步驟可實施於所述方法之前、之間或之後，且在所述方法的其他實施例中，一些操作步驟可被取代或省略。
此外，本文中可能用到與空間相關的用詞，例如「在… 之下」、「下方」、「下」、「在… 之上」、「上方」、「上」及類似的用詞，是為了便於描述圖式中一個元件或特徵部件與其他元件或特徵部件之間的關係。這些與空間相關的用詞包含使用中或操作中的裝置的不同方位，以及圖式中所描述的方位。裝置可被轉向不同方位(旋轉90度或其他方位)，而本文中所使用的與空間相關的形容詞也將對應轉向後的方位來解釋。
在本揭露中，用語「約」、「大約」、「實質上」通常表示在給定值的20%之內，或給定值的10%之內，或給定值的5%之內，或給定值的3%之內，或給定值的2%之內，或給定值的1%之內，甚至是給定值的0.5%之內。本揭露的給定值為大約的值。亦即，在沒有特定描述「約」、「大約」、「實質上」的情況下，給定值仍可包含「約」、「大約」、「實質上」的意思。
除非另外定義，本文中使用的全部用語(包含技術及科學用語)具有與此篇揭露所屬之一般技藝者所通常理解的相同的涵義。應理解的是，這些用語，例如在通常使用的字典中定義的用語，應被解讀成具有與相關技術的背景的意思一致的意思，而將不會以理想化或過度正式的方式解讀，除非在本揭露的實施例有特別定義。
本揭露在以下的實施例中可能重複使用相同的參考符號及/或標記。這些重複是為了簡化與清楚的目的，並非用以限定所討論的各種實施例及/或結構之間有特定的關係。
第1圖是根據本揭露一些實施例的生物偵測系統10的剖面圖。應注意的是，為了簡潔的目的，第1圖中的生物偵測系統10的一些部件已被省略。此外，根據本揭露的一些實施例，可於生物偵測系統10增加其他的部件。
參照第1圖，在一些實施例中，生物偵測系統10包含生物晶片100A。如第1圖所示，在一些實施例中，生物晶片100A包含基板102。舉例來說，基板102可包含可撓式(flexible)的材料，例如聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate, PET)、聚醚碸(polyethersulfone, PES)、   聚醯亞胺(polyimide, PI)、聚碳酸酯(polycarbonate, PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate, PMMA)、矽氧樹脂(silicone)、環氧樹脂(epoxy)、類似的材料或前述之組合。基板102也可包含剛性(rigid)的材料，例如玻璃、石英(quartz)或藍寶石。
基板102可為透明的或半透明的。更具體而言，在基板102為透明的實施例中，基板102的材料對波長介於400 nm至750 nm之間的光可具有大於85%的光穿透率，或具有大於92%的光穿透率。在基板102為半透明的實施例中，基板102的材料對波長介於400 nm至750 nm之間的光可具有大於25%且小於85%的光穿透率，但本揭露並非以此為限。
如第1圖所示，在一些實施例中，生物晶片100A包含有機光電轉換元件118-1，有機光電轉換元件118-1設置於基板102之上，且有機光電轉換元件118-1定義多個像素單元P。第2圖繪示有機光電轉換元件118-1的部分放大剖面圖。類似的，為了簡潔的目的，第2圖中的有機光電轉換元件118-1的一些部件已被省略。此外，根據本揭露的一些實施例，可於有機光電轉換元件118-1增加其他的部件。
如第1圖與第2圖所示，在一些實施例中，有機光電轉換元件118-1包含底導電區段LE1、LE2、LE3與LE4，底導電區段LE1、LE2、LE3與LE4設置於基板102之上。舉例來說，底導電區段LE1、LE2、LE3與LE4可為透明電極，其可包含氧化銦錫(indium tin oxide, ITO)、氧化銦鋅(indium zinc oxide, IZO)、銀(Ag)奈米線、石墨烯(graphene)、碳奈米管(carbon nanotube, CNT)、類似的材料或前述之組合。
此外，底導電區段LE1、LE2、LE3與LE4可透過沉積製程與圖案化製程所形成。沉積製程可例如包含物理氣相沉積(physical vapor deposition, PVD)、化學氣相沉積(chemical vapor deposition, CVD)、原子層沉積(atomic layer deposition, ALD)、蒸鍍(evaporation)、濺鍍(sputtering)、類似的製程或前述之組合，但本揭露並非以此為限。圖案化製程可例如包含在沉積的材料層之上形成遮罩層(未繪示)，接著將沉積的材料層未被遮罩層覆蓋的蝕刻，以形成底導電區段LE1~LE4。
在一些實施例中，遮罩層包含光阻，例如正型光阻(positive photoresist)或負型光阻(negative photoresist)。在一些其他的實施例中，遮罩層包含金屬、金屬氧化物、金屬氮化物(例如，鈦(Ti)、二氧化鈦(TiO 2)、氮化鈦(TiN)、鋁(Al)、氧化鋁(Al 2O 3)、氮化鋁(AlN)、鉻(Cr)和鈮(Nb))、介電材料(例如，氧化矽(SiO 2)、氮化矽(SiN)、氮氧化矽(SiON)、碳化矽(SiC)、氮碳化矽(SiCN))、類似的材料或前述之組合。遮罩層可為單層或多層結構。可藉由沉積製程、光微影製程、其他適當之製程或前述之組合形成遮罩層。舉例來說，沉積製程包含旋轉塗佈(spin-on coating)、化學氣相沉積、原子層沉積、類似的製程或前述之組合。舉例來說，光微影製程可包含光阻塗佈(例如，旋轉塗佈)、軟烘烤(soft baking)、光罩對準(mask aligning)、曝光(exposure)、曝光後烘烤(post-exposure baking, PEB)、顯影(developing)、清洗(rinsing)、乾燥(例如，硬烘烤)、其他合適的製程或前述之組合。
如第1圖與第2圖所示，在一些實施例中，有機光電轉換元件118-1包含頂導電層UE1及有機層PD1，頂導電層UE1設置於底導電區段LE1~LE4之上，有機層PD1設置於底導電區段LE1~LE4與導電層UE1之間。頂導電層UE1包含與底導電區段LE1~LE4相同或類似的材料，但本揭露並非以此為限。有機層PD1可包含鈣鈦礦(perovskites)、有機體異質接面(organic bulk heterojunctions)、量子點(quantum dot, QD)或任何其他適用的有機材料，但本揭露並非以此為限。此外，可透過沉積製程形成頂導電層UE1。沉積製程的範例如前所述，在此不再贅述。
如第1圖與第2圖所示，在一些實施例中，有機光電轉換元件118-1進一步包含底載子傳輸層(bottom carrier transporting layer)BCT1及頂載子傳輸層(top carrier transporting layer)TCT1，底載子傳輸層BCT1設置於底導電區段LE1~LE4與有機層PD1之間，頂載子傳輸層TCT1設置於有機層PD1與頂導電層UE1之間。舉例來說，底載子傳輸層BCT1與頂載子傳輸層TCT1可包含無機材料(例如，ZnO、NiO、MoO 3、WO 3、類似的材料或前述之組合)或有機材料(例如，poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-triMethylphenyl)aMine] (PTAA), Spiro-OMeTAD、類似的材料或前述之組合)，但本揭露並非以此為限。此外，可透過沉積製程形成底載子傳輸層BCT1與頂載子傳輸層TCT1。沉積製程的範例如前所述，在此不再贅述。
如第2圖所示，在一些實施例中，有機層PD1的厚度T大於約500 nm，例如是1500 nm。當此有機層PD1照光時，當光波長在有機PD1有效響應頻譜區段內，光子會在有機層中形成電子電洞對，例如電子E或電洞(electron hole)EH的載子可在有機層PD1中移動。在本實施例中，有機層PD1的厚度T大於約500 nm(例如，1500 nm)，其大於電子擴散長度(electron diffusion length)EDL或電洞擴散長度(electron hole diffusion length)HDL，使得有機層PD1可被區分為一個有效區域ER和兩個無效區域IER，有效區域ER介於無效區域IER之間。
這是因為當有機層PD1(也可稱為主動層)的厚度T大於電子擴散長度EDL或電洞擴散長度HDL(其通常在約500 nm 至約1000 nm的範圍內)時，在有效區域ER之外產生的載子(例如，電子E或電洞EH)無法都擴散到相對應的電極(例如，底導電區段LE1~LE4或頂導電層UE1)。換言之，在有效區域ER內產生的載子(例如，電子E或電動EH)都能夠傳輸到相對應的電極(例如，底導電區段LE1~LE4或頂導電層UE1)，但是在有效區域ER之外(即，在無效區域IER內)產生的載子(例如，電子E或電洞EH)無法都到達相對應的電極。
在有效區域ER的範圍內，由光所產生的例如電子E或電洞EH的載子可擴散到電極，並且(在電極中產生的)訊號可被讀取。在無效區域IER的範圍內，僅吸收光，但不產生訊號，因此有機層PD1可為類濾光層，其可被形成為吸收一小部分短波長的光而不轉換成電訊號。
如第1圖所示，在一些實施例中，生物晶片100A包含絕緣層IL，絕緣層IL設置於基板102與底載子傳輸層BCT1之間。更詳細而言，絕緣層IL設置於基板102與底導電區段LE1~LE4之間，且設置於底導電區段LE1~LE4之間。舉例來說，絕緣層IL可包含例如氧化矽之氧化物、例如氮化矽之氮化物、類似的材料或前述之組合，但本揭露並非以此為限。此外，可透過金屬有機化學氣相沉積(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD)、原子層沉積、分子束磊晶(molecular beam epitaxy, MBE)、液相磊晶(liquid phase epitaxy, LPE)、類似的製程或前述之組合形成絕緣層IL。
如第1圖所示，在一些實施例中，生物晶片100A包含偏光陣列，偏光陣列設置於有機光電轉換元件118-1之上。如第1圖所示，在本實施例中，偏光陣列包含多個偏光組104，且每個偏光組對應於一個像素單元P並具有次偏光單元104A、104B，次偏光單元104A、104B具有不同的偏光角度。在本文中使用的用語「偏光角度」是指以90°的角度變化偏振或以與偏光角度垂直的角度偏振的光無法穿過具有此偏光角度的次偏光單元。
在一些實施例中，偏光組104包含次偏光單元104A及次偏光單元104B。次偏光單元104A具有第一偏光角度，而次偏光單元104B具有第二偏光角度。第一偏光角度與第二偏光角度的絕對值差異可大於0°且小於180°，例如為0°、45°、90°、135°或180°。在一些特定的實施例中，第一偏光角度與第二偏光角度的絕對值差異可為90°。雖然在第1圖中，生物晶片100A的偏光組104被繪示為具有兩種型態的次偏光單元，但本揭露並非以此為限。在一些其他的實施例中，偏光組104可包含任何其他具有與次偏光單元104A及次偏光單元104B不同的偏光角度的次偏光單元。
次偏光單元(例如，104A或104B)可包含一層金屬線光柵(grating)。舉例來說，次偏光單元可包含不透明的(opaque)材料，例如鋁(Al)、金(Au)、銀(Ag)、鈦(Ti)、鈮(Nb)或前述之組合。金屬線光柵可具有約20 nm至約300 nm的薄膜厚度。此外，金屬線光柵可具有約20 nm至約400 nm的週期。金屬線光柵可具有約0.2至約0.8的填充比(filling ratio)(或佔空比(duty cycle))。光柵脊(grating ridge)的方向性主要會影響偏振光的穿透百分比。舉例來說，當偏振光與次偏光單元104A或次偏光單元104B平行、呈45°偏移或呈90°偏移時，穿過次偏光單元的穿透光強度分別是最大值、約50%或最小值。
除了次偏光單元的偏光角度，阻擋效率的消光比(extinction ratio)也會受到金屬線的薄膜厚度、光柵週期、光柵輪廓及填充比所影響。Peng Li等人已於「“Investigation of achromatic micro polarizer array for polarization imaging in visible-infrared band.” Optik, vol 158, April 2018, pp. 1427-1435」中模擬使用厚度為160 nm、填充比為0.5及週期為150 nm的鋁線可達到10 4的消光比(相當於光學密度(optical density, OD)為4)。在一些實施例中，對於生物感測應用，具有大於3的光學密度的光照明系統可足以用於阻擋激發光。
如第1圖所示，在一些實施例中，生物晶片100A包含遮光層110，遮光層110設置於偏光組104之間。舉例來說，遮光層110可包含金屬，例如銅(Cu)、銀(Ag)等，但本揭露並非以此為限。或者，遮光層110可包含光阻(例如，黑色光阻或其他適當之非透明的光阻)、油墨(例如，黑色油墨或其他適當之非透明的油墨)、模制化合物(molding compound)(例如，黑色模制化合物或其他適當之非透明的模制化合物)、焊罩(solder mask)(例如，黑色焊罩或其他適當之非透明的焊罩)、(黑色)環氧樹脂、其他適當之材料或前述材料之組合。遮光層110可包含光固化材料、熱固化材料或前述材料之組合。此外，可透過沉積製程及圖案化製程形成遮光層110。沉積製程及圖案化製程的範例如前所述，在此不再贅述。
如第1圖所示，在一些實施例中，生物晶片100A包含濾光元件116，濾光元件116設置於有機光電轉換元件118-1與偏光陣列之間，用於抑制雷射光(即，抑制大部分的激發光)通過。舉例來說，濾光元件116可為抑制濾鏡(rejection filter)，其可過濾激發光而不讓激發光進入有機光電轉換元件118-1。濾光元件116可包含吸收濾鏡、干涉濾鏡、電漿子超表面(plasmonic metasurface)結構、介電超表面結構、類似物或前述之組合，但本揭露並非以此為限。
如第1圖所示，在一些實施例中，生物晶片100A包含多個反應區108，反應區108設置於偏光陣列之上，且每個反應區108可對應於次偏光單元中的一個(例如，次偏光單元104A或次偏光單元104B)。反應區108用於捕獲預定的生物樣品(bio-sample)BS。在一些實施例中，反應區108可形成為奈米孔(nanowell)或奈米圖案(nanopattern)。如第1圖所示，反應區108可由樣品隔離層106中的開口所定義。在其他的範例中，樣品隔離層106可不具有開口。可透過修飾樣品隔離層106的表面的一部分以形成反應區108，使得僅有被修飾的部分可捕獲預定的生物樣品BS。舉例來說，可修飾樣品隔離層106的表面上的一些官能基以捕獲所欲的生物樣品BS。
此外，可進一步修飾設置反應區108的樣品隔離層106，以增強生物樣品的固定(immobilization)。舉例來說，可使用自組裝單層(self-assembly monolayer, SAM)、功能性聚合物(functional polymer)或水凝膠(hydrogel)來塗佈或處理樣品隔離層106，以將生物樣品固定於反應區108。在其他的範例中，可不修飾樣品隔離層106。生物樣品BS可根據其重量、尺寸、表面電荷或凡得瓦力(Van der Waals force)等而固定於反應區108。
可利用濺鍍、蒸鍍、旋轉塗佈、化學氣相沉積、分子束沉積、任何其他合適的製程或前述之組合形成樣品隔離層106。舉例來說，化學氣相沉積可包含低壓化學氣相沉積(low-pressure CVD, LPCVD)、低溫化學氣相沉積(low-temperature CVD, LTCVD)、快速熱化學氣相沉積(rapid thermal CVD, RTCVD)、電漿輔助化學氣相沉積(plasma enhanced CVD, PECVD)、原子層沉積或前述之組合。
樣品隔離層106可為透明的、半透明的或不透明的。具體而言，在樣品隔離層106為透明的實施例中，樣品隔離層106的材料對波長介於400 nm至750 nm之間的光可具有大於約85%的光穿透率，或具有大於約92%的光穿透率。在樣品隔離層106為半透明的實施例中，樣品隔離層106的材料對波長介於400 nm至750 nm之間的光可具有大於約25%且小於約85%的光穿透率。在樣品隔離層106為不透明的實施例中，樣品隔離層106的材料對波長介於400 nm至750 nm之間的光可具有小於約10%的光穿透率，或具有小於約5%的光穿透率。
樣品隔離層106可包含金屬、金屬合金、金屬氧化物、金屬氮化物、矽、氧化矽、氮化矽或前述之組合。舉例來說，金屬、金屬合金、金屬氧化物與金屬氮化物可包含但不限於銀(Ag)、鋁(Al)、金(Au)、鈮(Nb)、鈦(Ti)、鎢(W)、前述之合金、氧化鈦(例如，TiO 2)、氧化鉭(例如，Ta 2O 5)、氧化鋁(例如，Al 2O 3)、氧化鈮(例如，Nb 2O 5)、氮化鈦、氮化鉭或前述之組合，但本揭露並非以此為限。
如第1圖所示，在一些實施例中，生物晶片100A包含平坦化層120，平坦化層120設置於偏光陣列(偏光組104)與反應區108之間。平坦化層120可覆蓋偏光陣列(偏光組104)面向樣品隔離層106的表面，且可為樣品隔離層106提供平坦的表面。此外，平坦化層120的一部分可透過反應區108而暴露，反應區108是由樣品隔離層106的開口所定義。舉例來說，平坦化層120可包含氧化矽(SiO 2)、非晶矽(amorphous silicon, a-Si)、氧化鋁(Al 2O 3)、氧化鈮(Nb 2O 5)、聚合物或前述之組合。聚合物可包含但不限於苯並環丁烯(bisbenzocyclobutene, BCB)、聚醯亞胺(polyimide, PI)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate, PMMA)、環狀烯烴聚合物(cyclic olefin copolymer, COP)、聚碳酸酯(polycarbonate, PC)、其他合適的材料或前述之組合。
平坦化層120可為透明的或半透明的。具體而言，在平坦化層120為透明的實施例中，平坦化層120的材料對波長介於400 nm至750 nm之間的光可具有大於約85%的光穿透率，或具有大於約92%的光穿透率。在平坦化層120為半透明的實施例中，平坦化層120的材料對波長介於400 nm至750 nm之間的光可具有大於約25%且小於約85%的光穿透率。
參照第1圖，生物偵測系統10包含激發光源，激發光源用以發出激發光EL，其可用於激發多個螢光團標記的(fluorophore-labelled)生物樣品BS(例如，以Alexa 555標記)。舉例來說，激發光EL可具有約520 nm的波長，但本揭露並非以此為限。在一些實施例中，激發光源發出具有不同波長的激發光EL。舉例來說，激發光源可包含多個次激發光源(未繪示)，且每個次激發光源可發出具有單一激發光波長的激發光。或者，次激發光源可輪流發出具有各種激發光波長的多個激發光。舉例來說，具有不同激發光波長的次激發光源可依序發出激發光。再者，次激發光源可成組地發出激發光。此外，激發光源為單光儀(monochromator)，其連續地發出從短波長到長波長(或從長波長到短波長)的光。舉例來說，單光儀可發出波長介於約200 nm至約1000 nm的光。
參照第1圖，生物偵測系統10包含消去光源，消去光源面對激發光源且用以發出消去光DL。舉例來說，激發光源可發出受激放射消去(stimulated emission depletion, STED)雷射。在一些實施例中，消去光DL的波長大於或等於660 nm。舉例來說，消去光DL的波長大於有機層PD1的最長有效/響應(effective/responsive)波長，約657 nm(參照第6圖，PD1(abs)和PD1@700 nm(abs))，例如約685 nm或約705 nm，但本揭露並非以此為限。
消去光DL的波長應在螢光團的發射光譜內和激發波長以上進行調整，使得其能刺激發射並消去螢光團的激發態群體，從而有效地「關閉(switch off)」螢光發射。此外，為了不被有機層PD1轉換為訊號，消去光DL的波長應大於有機層PD1的最長有效/響應波長。
一般而言，STED的用途是提高橫向解析度(lateral resolution)，使其超出繞射極限。消去光被設計為具有在光軸上為零的環形空間輪廓，其外徑等於或略大於激發光束，並且在零區域(zero region)中的內徑約為10 nm至100 nm。因此，偵測到的螢光發射將僅存在於激發光中心的軸上和消去雷射的零區域中，但根據消去雷射的強度在其他地方被抑制。隨著消去光強度的增加，未消去的螢光團的區域在消去強度為零的中心周圍減少。
在所提出的應用中(參照第1圖)，在一個像素單元P上有多個反應區108，每個反應區108包含一種生物樣品BS並排列於一個偏光單元(例如，次偏光單元104A或104B)之上。對於每次的訊號捕獲，激發光EL照射在所有生物樣品BS上以發出螢光訊號。此外，與偏光單元(例如，次偏光單元104A或104B)呈90度偏移的偏光元件202將在反應區的生物樣品BS上產生零消去雷射(zero-depletion-laser)區，而與偏光元件202並非呈90度偏移的另一偏光單元(例如，次偏光單元104A或104B)之上的另一生物樣品BS將暴露於消去雷射。因此，可以僅收集生物樣品BS中與偏光元件202呈90度偏移的像素單元(例如，次偏光單元104A或104B)之上的一個。透過旋轉偏光元件202進行多次影像收集後，像素單元上的生物樣品的每個訊號都可以按順序收集。
參照第1圖，在一些實施例中，生物晶片100A設置於激發光源與消去光源之間，用以接收激發光EL與消去光DL。此外，在一些實施例中，生物偵測系統10包含偏光元件202，偏光元件202設置於消去光源與生物晶片100A之間，且偏光元件202用以偏振從消去光源發出的消去光DL。
生物晶片100A可接收被偏光元件202偏振的消去光DL。在一些實施例中，偏光元件202為可旋轉的偏光元件。換言之，偏光元件202可為可旋轉定向的(orientable by rotation)，使得偏光元件202可具有與次偏光單元104A的第一偏光角度或與次偏光單元104B的第二偏光角度相同的偏光角度。因此，當消去光DL為與次偏光單元呈偏移90°的偏振光時，反應區下方的次偏光單元將阻擋消去光DL通過次偏光單元。
舉例來說，在第1圖所示的狀態中，偏光元件202被定向為具有第一偏光角度，其允許被偏振的消去光DL通過次偏光單元104A，但不允許被偏振的消去光DL通過次偏光單元104B。在另一種狀態(未繪示)中，偏光元件202被定向為具有第二偏光角度，其允許被偏振的消去光DL通過次偏光單元104B，但不允許被偏振的消去光DL通過次偏光單元104A。
參照第1圖，生物偵測系統10包含蓋板204，蓋板204設置於激發光源與生物晶片100A之間，作為用於生物試劑順序流動的流體蓋。舉例來說，蓋板204可為透明流體蓋板，例如玻璃、熔融的石英、石英、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane, PDMS)或陶瓷材料，以將流體體積限制於生物晶片100A之上用於生物化學反應流程，包含表面修飾(surface modification)、洗滌、樣品加載(sample loading)、成像背景消光(background quenching for imaging)、生物分子裂解(biomolecule cleavage)等。
本揭露進一步提出一種使用前述實施例中所述的生物偵測系統10的生物偵測方法。第3圖是根據本揭露一些實施例的生物偵測方法300的流程圖。生物偵測方法300可包含以下步驟。
參照第3圖，在步驟302中，提供包含生物晶片100A的生物偵測系統10。
接著，參照第3圖，在步驟304中，將多個生物樣品BS固定於反應區108之上。尤其，將含有生物樣品BS的適量溶液施加於生物晶片100A。待含有生物樣品BS安置或固定於反應區108後，將生物樣品BS的過量殘留物從反應區108之外的區域移除，而生物樣品BS可固定於每個反應區108之上。
生物樣品BS可包含但不限於生物分子、化學分子或前述之組合。在一些實施例中，分物分子可包含但不限於DNA、RNA、蛋白質或前述之組合。此外，可分析生物樣品BS以判斷基因序列、DNA-DNA雜交(hybridization)、單核苷酸多型性(single nucleotide polymorphisms, SNP)、蛋白質的交互作用、胜肽的交互作用、抗原抗體間的交互作用、葡萄糖監測或膽固醇監測等，但本揭露並非以此為限。
接著，參照第3圖，在步驟306中，提供從激發光源發出的激發光EL。
接著，參照第3圖，在步驟308中，進行第一偵測步驟以獲得來自固定於對應次偏光單元104B的反應區108之上的生物樣品BS的第一螢光訊號。在一些實施例中，第一偵測步驟包含以下步驟。調整偏光元件202以具有第一偏光角度，第一偏光角度與一個次偏光單元(例如，次偏光單元104B)的偏光角度相差90度。接著，提供從消去光源發出的消去光DL。接著，收集來自這些生物樣品BS的第一螢光訊號。
具體而言，偏光元件202被定向為具有與次偏光單元104B的偏光角度相差90度的第一偏光角度(例如，與次偏光單元104A相同的偏光角度)(即，第1圖所示的狀態)。由於次偏光單元104B阻擋被偏振的消去光DL，從一些設置於次偏光單元104B之上的生物樣品BS產生的螢光訊號可被有機光電轉換元件118-1所偵測。同時，由於通過偏光元件202和次偏光單元104A被偏振的消去光DL藉由強制發出與有機發光二極體響應的波長區域之外的消去光相同波長的螢光團來消去螢光訊號，從其他設置於次偏光單元104A之上的生物樣品BS產生的螢光訊號無法被有機光電轉換元件118-1所偵測，因此，這些生物樣品BS不會在發光二極體偵測區域內產生螢光訊號，從而避免了串擾。
接著，參照第3圖，在步驟310中，進行第二偵測步驟以獲得來自固定於對應次偏光單元104A的反應區108之上的生物樣品BS的第二螢光訊號。在一些實施例中，第二偵測步驟包含以下步驟。調整偏光元件202以具有第二偏光角度，第二偏光角度與一個次偏光單元(例如，次偏光單元104A)的偏光角度相差90度。接著，提供從消去光源發出的消去光DL。接著，收集來自這些生物樣品BS的第二螢光訊號。
具體而言，偏光元件202被定向為具有與次偏光單元104A的偏光角度相差90度的第二偏光角度(例如，與次偏光單元104B相同的偏光角度)。由於次偏光單元104A阻擋被偏振的消去光DL，從一些設置於次偏光單元104A之上的生物樣品BS產生的螢光訊號可被有機光電轉換元件118-1所偵測。同時，由於通過偏光元件202和次偏光單元104B被偏振的消去光DL藉由強制發出與有機發光二極體響應的波長區域之外的消去光相同波長的螢光團來消去螢光訊號，從其他設置於次偏光單元104B之上的生物樣品BS產生的螢光訊號無法被有機光電轉換元件118-1所偵測，因此，這些生物樣品BS不會在發光二極體偵測區域內產生螢光訊號，從而避免了串擾。
接著，參照第3圖，在步驟312中，重複第一偵測步驟與第二偵測步驟，直到偵測到用於所有反應區108上的生物樣品BS的所有設計的生物反應或生物程序(bioprotocol)。更詳細而言，每個生物樣品BS可能需要經過多個生物反應或生物程序的過程。在每一個程序之後，都需要一個偵測步驟(例如，螢光觀察(fluorescence observation))來獲得程序完成後的螢光訊號。因此，需要多次重複第一偵測步驟(即，步驟308)和第二偵測步驟(即，步驟310)，直到所有的生物反應或生物程序完成，這樣就可以完整地收集每個生物樣品BS的生物感測訊號。
舉例來說，當進行DNA定序(DNA sequencing)時，在每個生物反應或生物程序過程之後，它可能只獲得偵測的生物樣本BS是否與A、T、G、C連接或沒有鹼基，下一個生物反應或生物程序過程用於檢測下一個序列是A、T、G、C還是無。這樣的生物反應或生物程序過程可重複數百次以解密(decipher)偵測的生物樣品BS上的DNA序列。
第4A圖是根據本揭露一些實施例繪示生物偵測系統10的示意圖，第4B圖是根據本揭露一些其他的實施例繪示生物偵測系統10的示意圖，其中樣品隔離層106、偏光組104(包含次偏光單元104A和104B)、有機層PD1和偏光元件202以俯視圖呈現。
在第4A圖所示的實施例中，一個偏光組104中的次偏光單元的數量為2(即，次偏光單元104與次偏光單元104B)，每個次偏光單元為矩形，且次偏光單元形成一個2×1(或1×2)陣列。亦即，第4A圖顯示兩個反應區108(奈米孔或奈米圖案)對應於一個像素單元P。在本實施例中，次偏光單元的偏光角度為θ m，m為小於或等於2的正整數。舉例來說，次偏光單元104A的偏光角度可稱為θ 1(例如0°)，次偏光單元104B的偏光角度可稱為θ 2(例如90°)。
此外，偏光元件202可被調整(旋轉)為具有偏光角度(θ m+90°)(m＝1或2)。舉例來說，當偏光元件202被調整(旋轉)為具有θ 1+90°的偏光角度時，通過次偏光單元104A的消去光DL的比例為0，而通過次偏光單元104B的消去光DL的比例為1，但本揭露並非以此為限。
在第4B圖所示的實施例中，一個偏光組104中的次偏光單元的數量為4(即，次偏光單元104、104B、104C與104D)，每個次偏光單元為矩形，且次偏光單元形成一個2×2陣列。亦即，第4B圖顯示四個反應區108(奈米孔或奈米圖案)對應於一個像素單元P。在本實施例中，次偏光單元的偏光角度為θ m，m為小於或等於4的正整數。舉例來說，次偏光單元104A的偏光角度可稱為θ 1(例如0°)，次偏光單元104B的偏光角度可稱為θ 2(例如45°)，次偏光單元104C的偏光角度可稱為θ 3(例如90°)，而次偏光單元104D的偏光角度可稱為θ 4(例如135°)。
在本實施例中，一個偏光組104中的次偏光單元104、104B、104C與104D沿順時針方向排列，但本揭露並非以此為限。在一些其他的實例中，一個偏光組104中的次偏光單元沿逆時針方向或S形方向排列，或者隨機排列。
此外，偏光元件202可被調整(旋轉)為具有偏光角度(θ m+90°)(m＝1~4)。舉例來說，當偏光元件202被調整(旋轉)為具有θ 1+90°的偏光角度時，通過次偏光單元104A的消去光DL的比例為0，通過次偏光單元104B的消去光DL的比例為0.5，通過次偏光單元104C的消去光DL的比例為1，而通過次偏光單元104D的消去光DL的比例為0.5，但本揭露並非以此為限。
第5A圖是根據本揭露一些實施例繪示偏光組104的俯視圖。第5B圖是根據本揭露一些其他的實施例繪示偏光組104的俯視圖。
參照第5A圖，在本實施例中，一個偏光組104中的次偏光單元的數量為8(即，次偏光單元104、104B、104C、104D、104E、104F、104G與104H)，且每個次偏光單元為三角形。此外，一個偏光組104中的次偏光單元104、104B、104C、104D、104E、104F、104G與104H沿順時針方向排列。亦即，第5A圖可表示八個反應區108(奈米孔或奈米圖案)對應於一個像素單元P。
在本實施例中，次偏光單元的偏光角度為θ m，m為小於或等於8的正整數。舉例來說，次偏光單元104A的偏光角度可稱為θ 1(例如0°)，次偏光單元104B的偏光角度可稱為θ 2(例如22.5°)，次偏光單元104C的偏光角度可稱為θ 3(例如45°)，次偏光單元104D的偏光角度可稱為θ 4(例如67.5°)，次偏光單元104E的偏光角度可稱為θ 5(例如90°)，次偏光單元104F的偏光角度可稱為θ 6(例如112.5°)，次偏光單元104G的偏光角度可稱為θ 7(例如135°)，而次偏光單元104H的偏光角度可稱為θ 8(例如157.5°)。
此外，偏光元件202可被調整(旋轉)為具有偏光角度(θ m+90°)(m＝1~8)。舉例來說，當偏光元件202被調整(旋轉)為具有θ 1+90°的偏光角度時，通過次偏光單元104A的消去光DL的比例為0，通過次偏光單元104B與次偏光單元104H的消去光DL的比例為0.15，通過次偏光單元104C與次偏光單元104G的消去光DL的比例為0.5，通過次偏光單元104D與次偏光單元104F的消去光DL的比例為0.85，而通過次偏光單元104E的消去光DL的比例為1，但本揭露並非以此為限。
參照第5B圖，在本實施例中，一個偏光組104中的次偏光單元的數量為16(即，次偏光單元104、104B、104C、104D、104E、104F、104G、104H、104I、104J、104K、104L、104M、104N、104O與104P)，每個次偏光單元為矩形，且次偏光單元形成一個4×4陣列。此外，一個偏光組104中的次偏光單元104、104B、104C、104D、104E、104F、104G、104H、104I、104J、104K、104L、104M、104N、104O與104P沿S形方向排列。亦即，第5B圖可表示十六個反應區108(奈米孔或奈米圖案)對應於一個像素單元P。
在本實施例中，次偏光單元的偏光角度為θ m，m為小於或等於16的正整數。舉例來說，次偏光單元104A的偏光角度可稱為θ 1(例如0°)，次偏光單元104B的偏光角度可稱為θ 2(例如11.25°)，次偏光單元104C的偏光角度可稱為θ 3(例如22.5°)，次偏光單元104D的偏光角度可稱為θ 4(例如33.75°)，次偏光單元104E的偏光角度可稱為θ 5(例如45°)，次偏光單元104F的偏光角度可稱為θ 6(例如56.25°)，次偏光單元104G的偏光角度可稱為θ 7(例如67.5°)，次偏光單元104H的偏光角度可稱為θ 8(例如78.75°)，次偏光單元104I的偏光角度可稱為θ 9(例如90°)，次偏光單元104J的偏光角度可稱為θ 10(例如101.25°)，次偏光單元104K的偏光角度可稱為θ 11(例如112.5°)，次偏光單元104L的偏光角度可稱為θ 12(例如123.75°)，次偏光單元104M的偏光角度可稱為θ 13(例如135°)，次偏光單元104N的偏光角度可稱為θ 14(例如146.25°)，次偏光單元104O的偏光角度可稱為θ 15(例如157.5°)，而次偏光單元104P的偏光角度可稱為θ 16(例如168.75°)。
此外，偏光元件202可被調整(旋轉)為具有偏光角度(θ m+90°)(m＝1~16)。舉例來說，當偏光元件202被調整(旋轉)為具有θ 1+90°的偏光角度時，通過次偏光單元104A的消去光DL的比例為0，通過次偏光單元104B與次偏光單元104P的消去光DL的比例為0.04，通過次偏光單元104C與次偏光單元104O的消去光DL的比例為0.15，通過次偏光單元104D與次偏光單元104N的消去光DL的比例為0.31，通過次偏光單元104E與次偏光單元104M的消去光DL的比例為0.5，通過次偏光單元104F與次偏光單元104L的消去光DL的比例為0.69，通過次偏光單元104G與次偏光單元104K的消去光DL的比例為0.85，通過次偏光單元104H與次偏光單元104J的消去光DL的比例為0.96，而通過次偏光單元104I的消去光DL的比例為1，但本揭露並非以此為限。
在一些實施例中，一個偏光組104中的次偏光單元的數量為n，n為2至25之間的正整數。此外，在一些實施例中，次偏光單元的偏光角度與前一個次偏光單元的偏光角度相差180°/n，其中n為偏光組的一個中的次偏光單元的數量。
第6圖繪示使用包含生物晶片100A的生物偵測系統10的Alexa 555的激發光(激發雷射@520nm)與消去光(STED雷射@685nm)雷射波長和發射光譜(Alexa 555(em))、有機層的有效響應波長(PD1(abs) and PD1@700nm (abs))和用以抑制激發光通過之長波長通過濾光片光譜(540LP濾光(transm.))。以DNA定序的應用為例。dNTP(N=A、T、G或C)用螢光標記物進行標記，且螢光標記物只能被激發光EL激發(不能被消去光DL激發)。Alexa 555可被波長為500~570 nm(激發光譜未顯示)(例如520 nm)的光激發，並發出波長為540~720 nm的螢光(第6圖中所示的光譜，Alexa 555(em))。
此外，Alexa 555的發射波長的大部分位於厚度為700 nm的有機層的有效響應區域(第6圖中的光譜，PD1@700nm (abs))，所以有機層PD1可偵測到Alexa 555的發射訊號。因此，若一個次偏光單元接收到Alexa 555的發射光，可以了解在次偏光單元上方的反應區108中的生物樣品被一種Alexa 555標記的dNTP結合，用於指示dNTP在預先設計的生物反應過程中的出現。
第7圖是根據本揭露一些其他的實施例的生物偵測系統10的剖面圖。類似地，為了簡潔的目的，第7圖中的生物偵測系統10的一些部件已被省略。此外，根據本揭露的一些實施例，可於生物偵測系統10增加其他的部件。
參照第7圖，在一些實施例中，生物偵測系統10包含生物晶片100B。與生物晶片100A的主要不同在於，生物晶片100B進一步包含有機光電轉換元件118-2，有機光電轉換元件118-2設置於有機光電轉換元件118-1與偏光陣列(或濾光元件116)之間。
有機光電轉換元件118-2具有與有機光電轉換元件118-1類似的結構，且有機光電轉換元件118-1與有機光電轉換元件118-2皆定義像素單元P。如第7圖所示，在一些實施例中，有機光電轉換元件118-2包含底導電區段LE5、LE6、LE7與LE8，導電區段LE5、LE6、LE7與LE8設置於有機光電轉換元件118-1之上。導電區段LE5~LE8可包含與導電區段LE1~LE4相同或類似的材料，但本揭露並非以此為限。
如第7圖所示，在一些實施例中，有機光電轉換元件118-2包含頂導電層UE2及有機層PD2，頂導電層UE2設置於底導電區段LE5~LE8之上，有機層PD2設置於底導電區段LE5~LE8與導電層UE2之間。頂導電層UE2包含與底導電區段LE5~LE8相同或類似的材料，但本揭露並非以此為限。
在一些實施例中，有機層PD2的有效響應波長(effective responsive wavelength)與有機層PD1的有效響應波長不同。舉例來說，有機層PD2的有效響應波長比有機層PD1的有效響應波長約30 nm以上，但本揭露並非以此為限。
如第7圖所示，在一些實施例中，有機光電轉換元件118-2進一步包含底載子傳輸層BCT2及頂載子傳輸層TCT2，底載子傳輸層BCT2設置於底導電區段LE5~LE8與有機層PD2之間，頂載子傳輸層TCT2設置於有機層PD2與頂導電層UE2之間。
第8圖繪示使用包含生物晶片100B的生物偵測系統10的Alexa 555、Alexa 568、Alexa 594、Alexa 610的激發光(激發雷射@520nm)與消去光(STED雷射@685 nm)雷射波長和發射光譜(Alexa 555(em)、Alexa 568(em)、Alexa 594(em)、Alexa 610(em))、有機層的有效響應波長(PD1(abs) and PD1@700nm (abs)/PD2(abs) and PD2@700nm (abs))和用以抑制激發光通過之長波長通過濾光片光譜(540LP濾光(transm.))。以DNA定序的應用為例。dATP用螢光標記物Alexa 555進行標記，dTTP用螢光標記物Alexa 568進行標記，dGTP用螢光標記物Alexa 594進行標記，dCTP用螢光標記物Alexa 610進行標記，且螢光標記物只能被激發光EL激發(不能被消去光DL激發)。Alexa 555可被波長為500~570 nm(激發光譜未顯示)(例如520 nm)的光激發，並發出波長為540~720 nm的螢光(第8圖中所示的光譜，Alexa 555(em))。Alexa 568可被波長為500~580 nm(激發光譜未顯示)(例如520 nm)的光激發，並發出波長為560~740 nm的螢光(第8圖中所示的光譜，Alexa 568(em))。Alexa 594可被波長為500~620 nm(激發光譜未顯示)(例如520 nm)的光激發，並發出波長為580~740 nm的螢光(第8圖中所示的光譜，Alexa 594(em))。Alexa 610可被波長為500~650 nm(激發光譜未顯示)(例如520 nm)的光激發，並發出波長為590~750 nm的螢光(第8圖中所示的光譜，Alexa 610(em))。
此外，Alexa 555、Alexa 568、Alexa 594與Alexa 610的發射波長的一些部分位於厚度為700 nm並具有不同的響應靈敏度的有機層1 PD1與有機層2 PD2的有效響應區域(第8圖中的光譜，PD1@700nm (abs)與PD2@700nm (abs))，所以有機層PD1可偵測到Alexa 555的發射訊號。因此，使用有機層1 PD1和有機層2 PD2 之間的強度比(intensity ratio)，可以區分 Alexa 555、Alexa 568、Alexa 594 和 Alexa 610，用於指示 dATP、dTTP、dGTP和dCTP的出現。若一個次偏光單元接收到Alexa 555的發射光，可以了解在次偏光單元上方的反應區108中的生物樣品被一種在預先設計的生物反應過程中的dATP-Alexa 555結合。
綜上所述，根據本揭露一些實施例的生物晶片包含具有相對較厚的層(500~1500 nm)的有機光電轉換元件，其可具有位於上部或下部區域的無效區域IER，以僅吸收短波長光，使得有機光電轉換元件的非主動區可作為濾光器，已抑制部分的激發光。此外，生物偵測系統包含消去光源與偏光元件，消去光源用以發出消去光以排除像素單元的反應區中無用的螢光干擾，偏光元件用於偏振消去光，其可有助於選擇性地從一組反應區中的特定反應區(例如，奈米孔)收集訊號。
以上概述數個實施例的特徵，以便在本揭露所屬技術領域中具有通常知識者可以更理解本揭露實施例的觀點。在本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應該理解，他們能以本揭露實施例為基礎，設計或修改其他製程和結構以達到與在此介紹的實施例相同之目的及/或優勢。在本揭露所屬技術領域中具有通常知識者也應該理解到，此類等效的結構並無悖離本揭露的精神與範圍，且他們能在不違背本揭露之精神和範圍之下，做各式各樣的改變、取代和替換。因此，本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。另外，雖然本揭露已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露。
整份說明書對特徵、優點或類似語言的引用，並非意味可以利用本揭露實現的所有特徵和優點應該或者可以在本揭露的任何單個實施例中實現。相對地，涉及特徵和優點的語言被理解為其意味著結合實施例描述的特定特徵、優點或特性包括在本揭露的至少一個實施例中。因而，在整份說明書中對特徵和優點以及類似語言的討論可以但不一定代表相同的實施例。
再者，在一個或多個實施例中，可以任何合適的方式組合本揭露所描述的特徵、優點和特性。根據本文的描述，相關領域的技術人員將意識到，可在沒有特定實施例的一個或多個特定特徵或優點的情況下實現本揭露。在其他情況下，在某些實施例中可辨識其他的特徵和優點，這些特徵和優點可能不存在於本揭露的所有實施例中。
10:生物偵測系統 100A,100B:生物晶片 102:基板 104:偏光組 104A,104B,104C,104D,104E,104F,104G,104H,104I,104J,104K,104L,104M,104N,104O,104P:次偏光單元 106:樣品隔離層 108:反應區 110:遮光層 116:濾光元件 118-1,118-2:有機光電轉換元件 120:平坦化層 202:偏光元件 204:蓋板 300:生物偵測方法 302,304,306,308,310,312:步驟 B:區域 BCT1,BCT2:底載子傳輸層 BS:生物樣品 DL:消去光 E:電子 EDL:電子擴散長度 EH:電洞 EL:激發光 ER:有效區域 HDL:電洞擴散長度 IER:無效區域 IL:絕緣層 LE1,LE2,LE3,LE4,LE5,LE6,LE7,LE8:底導電區段 P:像素單元 PD1,PD2:有機層 T:厚度 TCT1,TCT2:頂載子傳輸層 UE1,UE2:頂導電層
以下將配合所附圖式詳述本揭露實施例。應注意的是，根據產業中的標準慣例，各種特徵部件並未按照比例繪製。事實上，各種特徵部件的尺寸可能經放大或縮小，以清楚地表現出本揭露實施例的技術特徵。 第1圖是根據本揭露一些實施例的生物偵測系統的剖面圖。 第2圖繪示有機光電轉換元件的部分放大剖面圖。 第3圖是根據本揭露一些實施例的生物偵測方法的流程圖。 第4A圖是根據本揭露一些實施例繪示生物偵測系統的示意圖。 第4B圖是根據本揭露一些其他的實施例繪示生物偵測系統的示意圖。 第5A圖是根據本揭露一些實施例繪示偏光組的俯視圖。 第5B圖是根據本揭露一些其他的實施例繪示偏光組的俯視圖。 第6圖繪示使用包含生物晶片的生物偵測系統的Alexa 555的激發光與消去光雷射波長和發射光譜、有機層的有效響應波長和用以抑制激發光通過之長波長通過濾光片光譜。 第7圖是根據本揭露一些其他的實施例的生物偵測系統的剖面圖。 第8圖繪示使用包含生物晶片的生物偵測系統的Alexa 555、Alexa 568、Alexa 594、Alexa 610的激發光與消去光雷射波長和發射光譜、有機層的有效響應波長和用以抑制激發光通過之長波長通過濾光片光譜。
10:生物偵測系統
100A:生物晶片
102:基板
104:偏光組
104A,104B:次偏光單元
106:樣品隔離層
108:反應區
110:遮光層
116:濾光元件
118-1:有機光電轉換元件
120:平坦化層
202:偏光元件
204:蓋板
B:區域
BCT1:底載子傳輸層
BS:生物樣品
DL:消去光
EL:激發光
IL:絕緣層
LE1,LE2,LE3,LE4:底導電區段
P:像素單元
PD1:有機層
TCT1:頂載子傳輸層
UE1:頂導電層

Claims (15)

  1. 一種生物晶片，包括： 一基板； 一第一有機光電轉換元件，設置於該基板之上，其中該第一有機光電轉換元件定義複數個像素單元； 一偏光陣列，設置於該第一有機光電轉換元件之上，其中該偏光陣列包括複數個偏光組，每該偏光組對應於該些像素單元中的一個，且每該偏光組具有複數個次偏光單元，該些次偏光單元具有不同的偏光角度； 複數個反應區，設置於該偏光陣列之上，其中每該反應區對應於該些次偏光單元中的一個。
  2. 如請求項1之生物晶片，其中該第一有機光電轉換元件包括： 複數個第一底導電區段，設置於該基板之上，其中該些像素單元是由該些第一底導電區段所定義； 一第一頂導電層，設置於該些第一底導電區段之上；及 一第一有機層，設置於該些第一底導電區段與該第一頂導電層之間，其中該第一有機層的厚度大於500 nm。
  3. 如請求項2之生物晶片，其中該第一有機光電轉換元件更包括： 一第一底載子傳輸層，設置於該些第一底導電區段與該第一有機層之間；及 一第一頂載子傳輸層，設置於該第一有機層與該第一頂導電層之間。
  4. 如請求項3之生物晶片，更包括： 一第二有機光電轉換元件，設置於該第一有機光電轉換元件與該偏光陣列之間，其中該第二有機光電轉換元件包括： 複數個第二底導電區段，設置於該第一頂導電層之上； 一第二頂導電層，設置於該些第二底導電區段之上；及 一第二有機層，設置於該些第二底導電區段與該第二頂導電層之間，其中該第二有機層的厚度大於500 nm。
  5. 如請求項4之生物晶片，其中該第二有機層的有效響應波長與該第一有機層的有效響應波長不同。
  6. 如請求項4之生物晶片，其中該第二有機光電轉換元件更包括： 一第二底載子傳輸層，設置於該些第二底導電區段與該第二有機層之間；及 一第二頂載子傳輸層，設置於該第二有機層與該第二頂導電層之間。
  7. 如請求項1之生物晶片，其中該些反應區形成為奈米孔或奈米圖案。
  8. 如請求項1之生物晶片，其中該些偏光組的一個中的該些次偏光單元的數量為n，n為2至25之間的正整數，且在該些偏光組的一個中的該些次偏光單元沿順時針方向、逆時針方向或S形方向排列。
  9. 如請求項8之生物晶片，其中該些次偏光單元中的一個的偏光角度與該些次偏光單元中的前一個次偏光單元的偏光角度相差180°/n，n為該些偏光組的一個中的該些次偏光單元的數量。
  10. 如請求項1之生物晶片，更包括： 一濾光元件，設置於該第一有機光電轉換元件與該偏光陣列之間，用於抑制激發光波段的穿透；及 一平坦化層，設置於該偏光陣列與該些反應區之間。
  11. 一種生物偵測系統，包括： 一激發光源，用以發出一激發光； 一消去光源，面對該激發光源且用以發出一消去光； 如請求項1所述之生物晶片，設置於該激發光源與該消去光源之間，用以接收該激發光與該消去光； 一偏光元件，設置於該消去光源與該生物晶片之間，用以偏振該消去光。
  12. 如請求項11之生物偵測系統，其中該偏光元件為一可旋轉的偏光元件，該消去光的波長大於或等於660 nm，且該激發光源發出不同波長的激發光。
  13. 如請求項11之生物偵測系統，更包括： 一蓋板，設置於該激發光源與該生物晶片之間，作為用於生物試劑順序流動的一流體蓋。
  14. 一種生物偵測方法，包括： 提供如請求項11所述之生物偵測系統； 將複數個生物樣品固定於該生物晶片的該些反應區； 提供一激發光；以及 進行一第一偵測步驟以獲得來自該些生物樣品的一第一螢光訊號，其中該第一偵測步驟包括： 調整該偏光元件以具有一第一偏光角度，該第一偏光角度與該些次偏光單元中的一個的偏光角度相差90度； 提供一消去光；及 收集來自該些生物樣品的該第一螢光訊號。
  15. 如請求項14之生物偵測方法，更包括： 進行一第二偵測步驟以獲得來自該些生物樣品的一第二螢光訊號，其中該第二偵測步驟包括： 調整該偏光元件以具有一第二偏光角度，該第二偏光角度與該些次偏光單元中的另一個的偏光角度相差90度； 提供一消去光；及 收集來自該些生物樣品的該第二螢光訊號；以及 重複該第一偵測步驟與該第二偵測步驟，直到偵測到用於所有反應區上的該些生物樣品的所有設計的生物反應或生物程序。
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