TWI704902B - 生物感測器 - Google Patents

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TWI704902B
TWI704902B TW105128985A TW105128985A TWI704902B TW I704902 B TWI704902 B TW I704902B TW 105128985 A TW105128985 A TW 105128985A TW 105128985 A TW105128985 A TW 105128985A TW I704902 B TWI704902 B TW I704902B
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曹培炎
劉雨潤
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中國大陸商深圳源光科技有限公司
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Abstract

本文公開這樣的裝置，其包括：探針載體，其包括：襯底，該襯底包括通過襯底厚度的多個孔和跨這些孔中的每個的開口的透明視窗，其中該透明視窗關閉開口，其中透明視窗上的一個或多個位點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，其配置成檢測信號；其中如果光的傳播方向與准直儀的光軸的偏離大於閾值，准直儀可以基本上防止光經過。因為探針載體與微陣列分離並且獨立於它，探針載體可在它使用之前與已有的微陣列組裝，並且在它使用後從微陣列脫離。

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牽涉的分析物的分析設備。例如，分析物可以是DNA、蛋白質、代謝物或甚至活體(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(例如，量子點)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。
一個類型的生物感測器是微陣列。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具有不同測定。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：探針載體，其包括：襯底，該襯底包括通過襯底厚度的多個孔和跨這些孔中的每個的開口的透明視窗，其中該透明視窗關閉開口，其中透明視窗上的一個或多個位點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，襯底包括矽。
根據實施例，探針和襯底在探針載體的相同側上。
根據實施例，探針和襯底在探針載體的相對側上。
根據實施例，透明視窗與准直儀中的一個對齊。
根據實施例，透明視窗包含不止一個准直儀。
根據實施例，透明視窗是跨襯底的連續透明層的一部分。
根據實施例，透明視窗具有從10至50微米的厚度。
根據實施例，孔的側壁未與透明窗口垂直。
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，濾光器是二向色濾光器。
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20°。
根據實施例，准直儀包括超材料、量子點或光子晶體。
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，其配置成從圖元路由資料。
根據實施例，濾光器包括超材料、量子點或光子晶體。
100‧‧‧裝置
101‧‧‧圖像感測器
102‧‧‧光學系統
105‧‧‧微陣列
106‧‧‧位點
107‧‧‧探針
108‧‧‧信號
109‧‧‧激發源
150‧‧‧系統
151‧‧‧感測器
155‧‧‧微陣列
156‧‧‧位點
157‧‧‧探針
158‧‧‧信號
161‧‧‧激發輻射
162‧‧‧激發輻射161的一部分
163‧‧‧激發輻射161的一部分
170‧‧‧圖元
171‧‧‧控制電路
172‧‧‧信號158的一部分
173‧‧‧信號158的另一部分
190‧‧‧濾光器
191‧‧‧透射層
200‧‧‧裝置
251‧‧‧集成感測器
252‧‧‧光學系統
255‧‧‧微陣列
256‧‧‧位點
257‧‧‧探針
258‧‧‧信號
261‧‧‧激發輻射
262‧‧‧激發輻射261的一部分
263‧‧‧激發輻射261的一部分
270‧‧‧圖元
271‧‧‧控制電路
272‧‧‧信號258的一部分
273‧‧‧信號258的另一部分
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
300‧‧‧探針載體
301‧‧‧襯底
302‧‧‧孔
303‧‧‧透明窗口
304‧‧‧透明層
305‧‧‧側壁
306‧‧‧側壁
307‧‧‧孔
310‧‧‧探針載體
357‧‧‧探針
358‧‧‧信號
400‧‧‧探針載體
401‧‧‧探針載體
402‧‧‧孔
405‧‧‧側壁
406‧‧‧側壁
407‧‧‧孔
410‧‧‧探針載體
420‧‧‧探針載體
457‧‧‧探針
500‧‧‧裝置
510‧‧‧裝置
520‧‧‧裝置
530‧‧‧通孔
540‧‧‧接合墊
610‧‧‧通孔
619‧‧‧層
620‧‧‧傳輸線
629‧‧‧再分佈層
630‧‧‧通孔
640‧‧‧接合墊
700‧‧‧裝置
710‧‧‧通孔
720‧‧‧傳輸線
729‧‧‧再分佈層
730‧‧‧通孔
740‧‧‧接合墊
800‧‧‧裝置
850‧‧‧微流體系統
900‧‧‧裝置
1000‧‧‧裝置
1100‧‧‧系統
圖1A示意示出這樣的裝置，其包括微陣列。
圖1B示意示出這樣的裝置，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裝置。
圖2B示意示出根據實施例的裝置。
圖3A示意示出根據實施例的探針載體300，其中探針和襯底在探針載體的相對側上。
圖3B示意示出根據實施例的探針載體310，其中孔的側壁未與透明視窗垂直。
圖4A示意示出根據實施例的探針載體400，其中探針和襯底在探針載體的相同側上。
圖4B示意示出根據實施例的探針載體410，其中孔的側壁未與透明視窗垂直。
圖4C示意示出根據實施例的探針載體420。
圖5A示意示出根據實施例具有探針載體410的裝置500。
圖5B示意示出根據實施例的裝置510，其包括顯微透鏡和探針載體410，其中顯微透鏡可在鈍化層中製造。
圖5C示意示出根據實施例的裝置520，其包括顯微透鏡和探針載體410，其中顯微透鏡可在准直儀中製造。
圖6A示意示出根據實施例具有探針載體420的裝置600。
圖6B示意示出根據實施例具有探針載體300的裝置610。
圖7A示意示出根據實施例的准直儀。
圖7B示意示出根據實施例的准直儀。
圖7C示意示出根據實施例的准直儀。
圖7D示意示出根據實施例的准直儀。
圖7E示意示出根據實施例的裝置700，其中濾光器和透射層兩者都被省略。
圖7F和圖7G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8示意示出根據實施例的裝置800，其中光學系統可具有微流體系統。
圖9A示意示出根據實施例的裝置900，其中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9B示意示出圖9A中的感測器的頂視圖。
圖9C示意示出圖9A中的光學系統的底視圖。
圖10A示意示出根據實施例的裝置1000，其中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10B示意示出根據實施例、圖10A中的感測器的頂視圖。
圖10C示意示出根據實施例、圖10A中的光學系統的底視圖。
圖10D示意示出根據實施例、圖10A中的感測器的頂視圖。
圖10E示意示出圖10A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10D中示出的通孔。
圖10F示意示出根據實施例、圖10A中的感測器的頂視圖。
圖10G示意示出10A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10F中示出的通孔。
圖11示意示出根據實施例的系統1100，其中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電連接到接合墊。
圖1A示意示出裝置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獲取數據和/或處理來自圖元170的數據。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裝置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下麵)。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，感測器251包括量子點。
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、量子點或光子晶體。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。量子點(QD)是由小到足以展現量子力學性質的半導體材料製成的納米晶體。具體地，它的激發被限制在全部三個空間維度中。具有相同材料但不同大小的量子點可以由於量子限制效應而吸收不同波長的光。量子點越大，它的吸收越紅(更低能量)。相反，較小量子點吸收更藍(更高能量)的光。濾光器290可以是吸收式濾光器，但它將具有足夠厚度以變得有效。
圖3A示意示出根據實施例的探針載體300，其中探針和襯底在探針載體的相對側上。探針載體300包括襯底301，其包括通過襯底301的厚度的多個孔302和跨孔302中的每個開口的透明視窗303。透明視窗303關閉開口，並且透明視窗上的一個或多個位點配置成具有附連於此的探針357。探針357與分析物之間的相互作用生成信號358。
根據實施例，探針載體300與包括光學系統285和集成感測器251的微陣列255分離並且獨立存在。因此，探針載體300可在它使用之前與微陣列組裝，並 且探針載體300在它使用後可從微陣列脫離並拋棄。因為微陣列的製造成本很高，探針載體300允許再用微陣列255，其包括它的光學系統和感測器。另外，探針載體300允許用戶從各種微陣列中選擇來與探針載體300一起使用，這提供更多的靈活性並且降低製造成本。
在實施例中，襯底301包括矽或其他適合的材料。在實施例中，透明視窗303包括二氧化矽、氮化矽或其他適合的材料。在實施例中，透明窗口303是跨襯底的連續透明層304的一部分。在實施例中，透明窗口303或透明層304具有從10至50微米的厚度。襯底301可以機械支承透明視窗303或透明層304。
在實施例中，探針載體通過下列方法製成：1)提供矽晶圓作為襯底；2)在襯底上設置透明層，例如二氧化矽層；3)蝕刻襯底以在襯底中形成孔。本領域內技術人員將認識到濕法或幹法蝕刻或其他適合的技術可用於去除襯底的部分來形成期望深度的孔。幹法蝕刻工藝的示例包括但不限於感應耦合等離子體反應離子蝕刻(ICP RIE)工藝，和Bosch工藝。濕法蝕刻工藝的示例包括但不限於金屬輔助化學蝕刻(MACE)工藝。
在實施例中，在襯底中形成孔之後沉積探針。在另一個實施例中，在襯底中形成孔之前沉積探針。
在如圖3A和3B中示出的實施例中，探針和襯底在探針載體的相對側上。在如圖4A和4B中示出的實施例中，探針和襯底在探針載體的相同側上沉積。
在如圖3A和4A中示出的實施例中，孔302的側壁305或孔402的側壁405可垂直於透明窗口。在如圖3B和4B中示出的實施例中，孔307的側壁306或孔407的側壁406可不垂直於透明窗口。孔的側壁的大小和形狀可通過適合的濕法或幹法蝕刻技術來控制。
在如圖4C中示出的實施例中，單個透明視窗303上的多個位點配置成具有附連於此的探針。超過一個位點的配置提供附連不同探針並且提高微陣列的靈活性的選項。
在如圖5A中示出的實施例中，裝置500包括探針載體410和微陣列255，其包括具有准直儀295和集成感測器251的光學系統285。探針載體410可用適合的技術安裝到微陣列255。裝置500的生物感測器功能可用探針載體410上合適的探針來實施。
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。
在如圖5B中示出的實施例中，裝置510包括探針載體410和微陣列255，其包括具有准直儀295和集成感測器251的光學系統285，其中該光學系統285可具有多個顯微透鏡292。顯微透鏡292可在鈍化層291中製造，如在圖5B中示出的。備選地，顯微透鏡292可在准直儀295中製造，如在圖5C中示出的。顯微透鏡292可配置成使由探針生成的光聚焦到准直儀295內。顯微透鏡292可配置成將來自探針的較大部分的發光信號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點256(部分273來於此)的圖元的部分273。
在如圖5A-5C中示出的實施例中，探針載體的透明視窗包含不止一個准直儀。這通過受控制造過程來實現使得探針載體中的孔具有比微陣列中的准直儀的寬度更大的寬度。如本文使用的，孔的寬度或准直儀的寬度指在與探針載體平面平行的維度上的大小。在這樣的實施例中，在探針載體與微陣列組裝來形成生物感測器裝置期間不需要探針載體與微陣列對齊。
在如圖6A和6B中示出的實施例中，每個位點與准直儀中的一個對齊。這通過受控制造過程來實現使得探針載體中的孔具有與微陣列中的准直儀的寬度相同的寬度，並且在探針載體與微陣列組裝來形成生物感測器裝置期間需要探針載體與微陣列適當對齊。
在如圖6A中示出的實施例中，裝置600包括探針載體420和微陣列255，其包括具有准直儀295和集成感測器251的光學系統。在其他實施例中，其他類型的探針載體(其包括但不限於300、310、400或410)可備選地用於形成生物感測器裝置。例如，在如圖6B中示出的實施例中，裝置610包括探針載體300和微陣列255，其包括具有准直儀295和集成感測器251的光學系統。
在其他實施例中，其他類型的微陣列可與前面提到的探針載體中的任一個一起使用來形成生物感測器裝置。這樣的微陣列的一些示例如下文圖示。
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，20°、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7A中示意示出的實施例中，核296可以是基本上防止(例如，防止超過90%、99%或99.9%的)激發輻射261經過而不管激發輻射261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7B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，20°、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、量子點或光子晶體。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7C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7D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7E中示意示出的實施例中，在裝置700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457可選擇性地直接附連到頂表面294。
在圖7F和圖7G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。
在如圖8中示意示出的實施例中，在裝置800中，光學系統285可具有微流體系統850來將反應物(例如分析物和反應產物)交付到位點256並且交付來自位點256的反應物。微流體系統850可具有井、儲蓄庫、通道、閥或其他部件。微流體系統850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。生物感測器裝置800可用於多種測定。例如，生物感測器裝置800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定探針，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9A中示意示出的實施例中，在裝置900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9A中示出的該配置允許接合墊540遠離探針257定位。
圖9B示出圖9A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9C示出圖9A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10A中示意示出的實施例中，在裝置1000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10A中示出的該配置允許接合墊640在與探針的相對側上定位。
圖10B示出根據實施例、圖10A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10C示出圖10A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10B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10D示出根據實施例、圖10A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的信號可在與該圖元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10E示出圖10A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10D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10F示出根據實施例、圖10A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的信號可在與該圖元270關聯的控制電路271 中存儲在寄存器中；信號可依次從一個圖元轉移到下一個，並且最終通過通孔630到其他處理電路。圖10G示出圖10A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10F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11中示意示出的實施例中，在裝置1100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和傳輸線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11中示出的該配置允許接合墊740在與探針載體相對的側上定位。
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。
301‧‧‧襯底
302‧‧‧孔
303‧‧‧透明窗口
304‧‧‧透明層
305‧‧‧側壁
357‧‧‧探針
358‧‧‧信號

Claims (30)

  1. 一種感測裝置，其包括：一探針載體，其包括：一襯底(substrate)，該襯底包括通過該襯底之一厚度的複數個孔，跨該等孔的每個的一開口的一透明視窗，其中該透明視窗關閉該開口，其中該透明視窗上的一個或多個位點(location)配置成具有附連於此的探針，其中該探針與一分析物之間的相互作用生成一信號；複數個准直儀；一感測器，其包括配置成檢測該信號的複數個圖元(pixel)；其中該等准直儀配置成如果光的一傳播方向與該等准直儀的一光軸的一偏離大於一閾值則基本上防止該光經過。
  2. 如請求項1的裝置，其中該襯底包括矽。
  3. 如請求項1的裝置，其中該等探針和該襯底在該探針載體的相同側上。
  4. 如請求項1的裝置，其中該等探針和該襯底在該探針載體的相對側上。
  5. 如請求項1的裝置，其中該透明視窗與該等准直儀的一個對齊。
  6. 如請求項1的裝置，其中該透明視窗包含多於一個准直儀。
  7. 如請求項1的裝置，其中該透明視窗是跨該襯底的一連續透明層的一部分。
  8. 如請求項1的裝置，其中該透明視窗具有從10至50微米的一厚度。
  9. 如請求項1的裝置，其中該孔的側壁未與該透明視窗垂直。
  10. 如請求項1的裝置，其中該感測器包括一控制電路，其配置成控制該等圖元、從該等圖元獲取資料或處理來自該等圖元的資料。
  11. 如請求項1的裝置，其中設置該等圖元使得該等圖元的每個光耦合於該等位點的一個或多個。
  12. 如請求項1的裝置，其中該等圖元通過該等准直儀光耦合於該等位點。
  13. 如請求項1的裝置，其中該信號是發光。
  14. 如請求項1的裝置，其中該信號在一激發輻射的激發下生成。
  15. 如請求項14的裝置，其進一步包括一濾光器(filter)，其中該濾光器配置成阻斷該激發輻射的至少一部分。
  16. 如請求項15的裝置，其中該濾光器是一二向色濾光器。
  17. 如請求項1的裝置，其進一步包括一透射層。
  18. 如請求項1的裝置，其進一步包括複數個顯微透鏡。
  19. 如請求項1的裝置，其中該等准直儀包括一超材料、量子點或一光子晶體。
  20. 如請求項1的裝置，其中該等准直儀配置成消除該複數個圖元之中的相鄰圖元之間的光學串擾。
  21. 如請求項1的裝置，其中該等准直儀中的至少一個包括一核和環繞該核的一側壁。
  22. 如請求項21的裝置，其中該信號在一激發輻射的激發下生成；其中該 核是基本上防止該激發輻射經過而不管該激發輻射的傳播方向如何的一材料。
  23. 如請求項21的裝置，其中該信號在一激發輻射的激發下生成；其中該核包括一二向色濾光器。
  24. 如請求項21的裝置，其中該核允許該信號經過而基本上未被吸收。
  25. 如請求項21的裝置，其中該核是一空隙空間。
  26. 如請求項21的裝置，其中該側壁使到達該側壁的信號的一部分衰減。
  27. 如請求項21的裝置，其中該側壁是有紋理的。
  28. 如請求項15的裝置，其中該濾光器包括一超材料、量子點或一光子晶體。
  29. 如請求項1的裝置，其中該等圖元採用一陣列設置並且配置成被逐列讀出。
  30. 如請求項1的裝置，其中該等圖元採用一陣列設置並且配置成被逐圖元讀出。
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