專利名稱：制作集成檢測生物傳感器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制作集成^r測生物傳感器的方法，并涉及通過實施該方法而獲 得的生物傳感器。
集成檢測生物傳感器包括基底，用于支撐發(fā)色團和光電探測器的組裝件， 其用于拾取發(fā)色團響應(yīng)于光激發(fā)而發(fā)射的光，光電探測器的組裝件與基底連接 并形成一個整體組裝件。
背景技術(shù)：
文獻WO02/16912公開了這樣一種生物傳感器，其中，干擾反射鏡和吸收 層被設(shè)置在基底中，以濾除發(fā)色團的激發(fā)光并預(yù)防將噪音傳遞到設(shè)置在基底后 面上的光電探測器。文獻WO2004/042376也公開了 一種帶瞬息激發(fā)的集成發(fā) 光生物傳感器，其中，基底可以和光電探測器的組裝件相連，并且在其表面上 包括含有光致發(fā)光成分的平面波導(dǎo)，該成分被初級激發(fā)光照射，并且它們本身 發(fā)射用于激發(fā)沉積到波導(dǎo)上的發(fā)色團的光。
這些結(jié)構(gòu)具有的優(yōu)勢在于改進了檢測靈敏度，這是通過非常有意義地增加 發(fā)色團發(fā)射的光被收集的效率，并且通過減小激發(fā)光被捕獲的程度，并且也減 小了來自周圍介質(zhì)的干擾熒光已知有大約80。/。的由發(fā)色團發(fā)射的光被傳送進 入基底，并且與放置到空氣中的發(fā)色團之上方的電感耦合設(shè)備(CCD)光電探 測器的基質(zhì)相連的透鏡可以僅拾取發(fā)射進入空氣的20°/。光通量的一小部分。結(jié) 果，最大檢測靈敏度典型地處于10個發(fā)色團/平方微米(pm2)的量級。將一 組光電探測器放置到基底的后面或者放置到面對帶發(fā)色團的面上使發(fā)色團發(fā) 射的光通量能夠有效地被收集，這比放置到發(fā)色團上的標(biāo)準(zhǔn)圖像大幾十倍。
文獻US2002/081716和WO2004/059006公開了集成檢測生物傳感器，具 有光學(xué)濾波器，其使用于激發(fā)發(fā)色團的光波長停止，同時使發(fā)色團發(fā)射的熒光 通過，然而，這些濾波器由自身發(fā)熒光的材料制成，并且它們發(fā)射的光足以掩 蔽發(fā)色團發(fā)射的熒光。當(dāng)激發(fā)光具有的波長處于紫外區(qū)時，如在前述兩篇現(xiàn)有
技術(shù)文獻中描述的那樣，該缺陷變得更嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是避免這些缺陷，并且進一步改進文獻WO02/16912中 所描述的集成^r測生物傳感器。
為此，本發(fā)明提供了一種制作集成檢測生物傳感器的方法，該生物傳感器 包括基底，用于攜帶響應(yīng)于特定波長的光激發(fā)而發(fā)射光的發(fā)色團，以及與基底 相連的光電探測器組裝件，以拾取發(fā)色團朝向基底里面發(fā)射的光，該方法的特 征在于它包括在光電探測器的組裝件上沉積薄層，該薄層與濾波器一起組成 了上述基底，二者均用于全方向濾除發(fā)色團的激發(fā)光，并用于傳輸由所述發(fā)色 團發(fā)射的光，濾波器為激發(fā)光提供了大約為10-6或更小的透射,優(yōu)選大約10-8, 并且呈現(xiàn)出10-6或更小的自身熒光水平。
為了進一步限制濾波器的自身熒光，有利的是使用波長處于可見光或近紅 外光區(qū)的激發(fā)光。
本發(fā)明的方法使之有可能制作一種超敏感的檢測生物傳感器，其為集成 的，并且不包含透鏡或光學(xué)元件，并且其中，生物採:針可以直接沉積到覆蓋光 電探測器的組裝件的薄層拒波濾波器上。因此，有可能通過采用用于大量生產(chǎn) 微型電子元件的已知技術(shù)以低成本制作微型生物傳感器，所述的生物傳感器也 呈現(xiàn)出1個發(fā)色團/(im2量級的靈敏度。
在本發(fā)明的第一個實施例中，拒波濾波器包括至少一個薄層，其在發(fā)色團 的激發(fā)波長下為可吸收的。
吸收層被設(shè)置成全方向地吸收激發(fā)光，與生物傳感器被照射的角度或者激 發(fā)光被擴散的角度無關(guān)。
該吸收層可以由任何公知的方式制作，例如，通過溶膠-凝膠法，或者通 過沉積并展開可能分散在無機或聚合物基質(zhì)內(nèi)的染料層，利用了旋涂型的方法 或者點涂型的方法。
在本發(fā)明的另 一實施例中，拒波濾波器包括由材料薄層制成的布拉格反射 鏡，其在發(fā)色團的發(fā)射波長下為透明的，或者包括例如由疊置的聚合物薄層制 成的干擾濾波器，并與吸收濾波器組合在一起。
布拉格反射鏡或干擾濾波器覆蓋至少 一個沉積到光電探測器組裝件上的
吸收層。
而言能夠給出最好的結(jié)果。布拉格反射鏡通過相長干涉(constructive interference)產(chǎn)生了放大激發(fā)的效果以及純粹濾除激發(fā)的效果(方向效果)，然 而，濾除主要由吸收層來提供。布拉格反射鏡的濾除提供了額外的減小吸收層 中的熒光水平。
在變形例中，生物傳感器包括不透明的表面層，例如，由金屬制成，具有 在那里形成的孔，該層用于限制生物傳感器上的總光通量。
為了降低用于吸收吸收層中的激發(fā)光的分子的自身焚光，本發(fā)明在一個實 施例中提供了在光電探測器的組裝件上形成許多疊置的具有不同類型的吸收 薄層，其中，較低的層(更靠近光電探測器)用于吸收來自較高層的自身熒光。
當(dāng)用于發(fā)色團的激發(fā)波長和由發(fā)色團發(fā)射的光的中心波長之間的光譜差 異大時，這種吸收薄層的層疊排列是特別有利的。
在任何情況下，為吸收層所選取的材料是生物傳感器良好操作的基礎(chǔ)。
在本發(fā)明的一種實施例中，拒波濾波器包括由一系列疊置薄層制成的布拉 格反射鏡，呈現(xiàn)出的光厚度等于1/4的激發(fā)波長，布拉格反射鏡提供了 0.025 的激發(fā)濾除(即，O.l純?yōu)V除)。在該結(jié)構(gòu)中，基底表面的干擾影響使激發(fā)電磁 場的能量能夠增加大約4倍，從而導(dǎo)致光激發(fā)率放大4倍。關(guān)于激發(fā)能量通過 這些層的傳輸，其相應(yīng)于等價光密度為1.6。布拉格反射鏡與光密度為6.4的 吸收層相連，并且自身熒光水平小于激發(fā)光強度的10-6.4倍，拒波濾波器呈現(xiàn) 的總等價光密度等于8，引起濾除率為10-8。對于常見的發(fā)色團，檢測靈敏度 則為1個發(fā)色團4im2。
本發(fā)明的生物傳感器可以這樣來制作在光電纟罙測器的基質(zhì)上沉積一個或 多個吸收薄層，并且隨后(供選地)沉積用于形成布拉格反射鏡或干擾濾波器 的薄層，各層依次地;陂沉積或形成在另一層上。
在變形的實施例中，本發(fā)明的方法包括在原始基底上制作拒波濾波器，隨 后在光電探測器的組裝件上沉積由濾波器和原始基底形成的組裝件，濾波器位 于光電探測器的所述組裝件和原始基底之間，并且最后去除原始基底。
在所述情況下，由于其自身的粘性或者借助于具有適當(dāng)粘性的材料層，拒
波濾波器通過粘結(jié)而固定到光電探測器的組裝件上。
最初形成于原始基底上的拒波濾波器包括吸收膜或者反射膜，或者吸收膜 與反射膜相連。與直接在傳感器上制作各層的方法相比，這克服了與各種處理 或退火操作有關(guān)的限制，從而可以實現(xiàn)更寬范圍的設(shè)計和集成可能性。
這使得通過在原始基底上形成諸如布拉格反射鏡的反射膜而開始，涉及將 不能被光電探測器和吸收膜很好地忍受的退火操作，以及接著在布拉格反射鏡 上沉積形成吸收膜的薄層或薄層組裝件尤為可能。
有利的是，拒波濾波器和原始基底可以形成一個柔性膜，其很容易存儲和 使用，例如，以巻的形式。
在變形例中，布拉格反射鏡或干擾濾波器可以形成在原始基底上，并且吸 收膜可以形成在另一原始基底上，因此有可能隨后制作本發(fā)明的生物傳感器，
這是通過將吸收膜轉(zhuǎn)移到光電探測器的組裝件上，并且隨后將布拉格反射鏡
或干擾濾波器轉(zhuǎn)移到吸收膜上。 一旦制作了生物傳感器，優(yōu)選包括熒光標(biāo)記物 的探針以液相沉積到預(yù)定的區(qū)域上，例如，生物傳感器的拒波濾波器上的陣列 中(公知為"點樣"的技術(shù))。干燥之后，生物傳感器被存儲，并且其儲存期可 以很長。探針可以包括熒光標(biāo)記物。
任選地，使用含有潤濕劑的緩沖溶液，用于將探針沉積到拒波濾波器上， 其表面可以為高度憎水的。
在本發(fā)明的一種實施例中，帶有探針的生物傳感器最后被封裝到包裝中， 其隨后可用于雜交探針，該包裝具有至少一個液體入口和一個液體出口，其在 包裝內(nèi)通過在帶探針的過濾器表面上延伸的通道相互連接，用于觀察和/或用 激發(fā)光照射〗笨針的至少 一個窗口形成在覆蓋探針的包裝面上。
位于光電探測器旁邊的包裝的相對面可接近用于將光電探測器和數(shù)據(jù)處 理裝置連接的電接口。
典型地，使用的光電探測器組裝件為電感耦合設(shè)備(CCD )或硅上有互補 金屬氧化物(CMOS)型光電探測器的基質(zhì)，具有被拒波濾波器覆蓋的前面。
在變形例中，有利的是使用CCD或CMOS光電探測器的基質(zhì)，通過其后 面被照射，以便提高靈敏度2倍。
在可見光譜中，經(jīng)前面(光電探測器旁邊)照射的CCD光電探測器的基
質(zhì)呈現(xiàn)的靈敏度與經(jīng)后面照射的光電探測器的基底的靈敏度相比降低了大約 一半，這是由于光子被它們的多晶硅轉(zhuǎn)移格柵吸收。相反，利用經(jīng)后面的照射 需要減薄硅基底，這是一種很困難的操作。
根據(jù)本發(fā)明的另一特征，在拒波濾波器的一個或多個層中形成孔，其與一 些光電探測器成一排，以便校準(zhǔn)激發(fā)光被所述層濾除的程度。


通過閱讀下面通過舉例并參照附圖進行的描述，可以更好地理解本發(fā)明，
并且其它的特征、細(xì)節(jié)及其優(yōu)勢將變得更加清楚，其中 圖1為本發(fā)明的生物傳感器的局部概略橫截面圖； 圖2為一變形實施例的生物傳感器的局部概略橫截面圖； 圖3的概略橫截面圖顯示了安裝在雜交盒中的本發(fā)明的生物傳感器； 圖4顯示了制作本發(fā)明的生物傳感器的四個步驟；
圖5為本發(fā)明的生物傳感器的局部概略^f黃截面圖，具有經(jīng)后面照射的CCD 光電探測器基質(zhì)；
圖6為組成本發(fā)明的另一變形例的生物傳感器的局部概略橫截面圖； 圖7為光電探測器的基質(zhì)的局部概略圖，具有不同尺寸的像素；以及 圖8為本發(fā)明的一變形實施例的概略橫截面圖。
具體實施例方式
其上沉積有材料層14,用于吸收用來激發(fā)位于生物傳感器表面上的點16內(nèi)的 發(fā)色團的光輻射，當(dāng)發(fā)色團在那里被波長為Xe的光輻射激發(fā)時，發(fā)色團發(fā)射 出以波長Af為中心的光(例如，當(dāng)發(fā)色團為Cy3標(biāo)記物時，Xf可以等于570 納米(nm)，并且Xe可以等于532nm),激發(fā)波長被選擇成處于可見光(大約 400-750nm )或近紅外光范圍內(nèi)(大約750 nm -2500 nm )。
發(fā)色團發(fā)射的光通量中大約80%通過吸收層14，并且被光電探測器12捕 獲，波長為人e處的激發(fā)光通量被層14吸收。在所考慮的波長下，該層優(yōu)選呈 現(xiàn)出不小于6的光密度，以便確保檢測靈敏度水平為l個發(fā)色團4im2。吸收層 14可以由一單層吸收材料形成，或者由許多疊置的具有不同類型的吸收層形 成，用于減小由激發(fā)光引起的所述層的自身熒光。在這種環(huán)境下，位于吸收層
n+l下的吸收層n呈現(xiàn)出一種確定的特性，用于吸收吸收層n+l的自身熒光， 同時將波長人f下的光通量傳遞到光電探測器12。
由于在發(fā)色團和光電探測器之間不存在成像元件，單個的光電探測器可以 接收來自不同點或區(qū)域的光信號，從而產(chǎn)生干擾信號或串?dāng)_，這些點或區(qū)域和 光電探測器之間的間距或垂直距離越大，其變得越大。在本發(fā)明的一優(yōu)選實施 例中，該空間很小，因此干擾信號被減小到最小。例如，這些點或區(qū)域的直徑 為400微米(pm),并且他們與光電探測器的間距是lOpm,從而干擾信號被 最小化了。當(dāng)與光電探測器的間距較大并達(dá)到100pm時，則串?dāng)_信號可能很 大，并且屬于將降低檢測靈敏度的那種類型。在這種情況下，可以在帶有干擾 的圖像上進行計算機去巻積處理，如本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的那樣，以便通過 消除干擾信號而恢復(fù)有用的信號。
可以按照如下所示的步驟制備吸收層14并且沉積到光電探測器12上 -制備染料溶液，其具有可與所用的熒光標(biāo)記物的光發(fā)射兼容的排異作用， 即該染料使激發(fā)光停止，但使標(biāo)記物的一部分發(fā)射光譜通過。滿足這些標(biāo)準(zhǔn)的 染料包括基于鉻或鈷的金屬絡(luò)合物，具有由偶氮衍生物的有機分子所形成的粘 合劑。
在變形例中，有可能使用染料(具有吸收激發(fā)光的功能)和某種其它成分 的混合物，該成分消除或停止了吸收劑分子的熒光。
通過將1克染料溶解在lmL二曱基曱酰胺(DMF)中而制備染料溶液。 攪拌后，將獲得的溶液過濾，并且與1.5mL的聚酰亞胺溶液(如HD Microsystem 公司出售的參考號為PI2555的商品)或丁基環(huán)苯溶液混合。最終的溶液濃度 以染料的重量計為大約400毫克/毫升(mg/mL),并且摩爾消光系數(shù)等于約 9xl03/厘米(cm-l )。
-染料溶液被沉積到CCD基質(zhì)傳感器的光電探測器上，保護窗已從中去除， 并且金屬觸點已經(jīng)在其中被保護起來，例如，通過局部沉積涂層樹脂，其能夠 在熱退火期間或者制作生物傳感器所需的聚合步驟中提供良好的密封、良好的 機械強度以及良好的化學(xué)阻抗。例如，有可能利用來自供應(yīng)商Polytec PI SA 的EPOTEKT7139樹脂。染料溶液通過旋涂技術(shù)而展開，旋轉(zhuǎn)速度為3000轉(zhuǎn) /分(rpm),展開后在100。下在火爐內(nèi)預(yù)退火30分鐘，之后在火爐中在210°
下退火l小時30分鐘，這些溫度對于光電探測器的基質(zhì)是可接受的。
獲得的染料膜具有的厚度為大約10pim,并且光密度在532nm波長下等于 9,其相應(yīng)于10-9的透射率。
生物探針基本上通過所謂的"點樣"技術(shù)沉積到吸收層M的表面上，以形 成上述的點16。由于吸收層14在本質(zhì)上是非常憎水的，為了能夠沉積生物4笨 針，有必要使用緩沖液，該緩沖液含有相對大量的十二烷基^f黃酸鈉(SDS)類 型的潤濕劑，以形成尺寸為大約400pm的點16(或者更小，與應(yīng)用有關(guān))。在 本文中，應(yīng)當(dāng)觀察到圖1所示的各元件的相對尺寸不依從于附圖中的尺寸，這 是為了清楚起見。實際上，點16具有例如100nm-400pim的尺寸，吸收層14 具有的厚度為大約10pm，光電探測器12具有10pm量級的單位尺寸，因此點 16覆蓋了十個或幾十個光電探測器。
通常，在層14的上表面上形成功能層18,其上沉積了生物探針，該功能 層用于固定探針。
在圖2的變形實施例中，傳感器IO的光電探測器12被覆蓋了許多具有不 同類型的吸收薄層14以及布拉格反射鏡20,該薄層能夠使吸收層中使用的染 料的自身熒光的影響減小，該布拉格反射鏡由介電材料的許多疊置薄層22形 成，分別具有高和低折射指數(shù)的層以本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方式被交替放置。
作為例子，可以使用折射指數(shù)等于1.45 (低指數(shù))和1.95 (高指數(shù))的交 替材料層22，層數(shù)取決于這兩個指數(shù)的比率，并且例如當(dāng)布拉格反射鏡的預(yù) 期光密度等于1時，該比率等于20。
這些交替薄層22具有的光厚度等于激發(fā)波長k的1/4，從而通過相長干 涉(constructive interference)而使發(fā)色團的激發(fā)光通量密度增力口 4倍，并因此響 應(yīng)于這種激發(fā)而增加發(fā)色團發(fā)射光的密度。
此外，這些層減小了光激發(fā)在吸收濾波器上的密度，因而降低了濾波器的 自身熒光。
布拉格反射鏡20不需要精確地集中在激發(fā)波長Xe上，以增加濾波器的總 拒波斜率，其由布拉格反射鏡20和多層吸收劑14組成。盡管如此，布拉格濾 波器有必要以相對精確的方式集中在激發(fā)波長人e上，以實現(xiàn)有效的放大光激 發(fā)(放大倍數(shù)大于3)。
可以利用任何公知的方法來沉積布拉才各反射鏡20的交替薄層22，例如， 通過物理沉積技術(shù)、通過溶膠-凝膠法或者實際上通過擠壓法。之后，在布拉 格反射鏡20的上表面上形成功能層18，并且隨后可以將含有生物探針的點16 沉積并固定到所述層18上，如上為圖1的生物傳感器所描述的那樣。在變形 的實施例中，半透明的金屬反射鏡可以作為第一濾波器。
在變形的實施例中，沉積到吸收層4上的布拉格反射鏡20可以被干擾濾 波器代替，其由疊置的聚合物薄層制成，具有交替的高和低折射指數(shù)，制造所 述干擾濾波器的技術(shù)是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，并且尤其是描述在美國專利 No.6737154中。
本發(fā)明的生物傳感器，其上已形成了含有生物揮:針的點16,可以最后^皮 包封在包裝盒或者雜交盒24內(nèi)(圖3 )，其具有一個前面26，包括由通道32 相互連接的至少一個液體入口 28和至少一個液體出口 30，能夠使經(jīng)口 28進 入的液體在帶有點16的生物傳感器的面上流動，其中已經(jīng)沉積了生物探針。
盒24的前面26包括至少一個其它的口 34,其面對著生物探針的沉積點 16而形成，并且使這些點能夠被用于激發(fā)發(fā)色團的光照射。
與光電探測器的組裝件IO的后面相連的電接口 36可通過雜交盒24的后 面接近，并且使光電探測器拾取的數(shù)據(jù)能夠傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理裝置38。
當(dāng)覆蓋著光電探測器的組裝件10的拒波濾波器包括布拉格反射鏡20和吸 收層14時，在制造布拉格反射鏡期間可能會遇到困難布拉格反射鏡需要在 相當(dāng)高的溫度下退火，以便使層22硬化并防止其隨后變形，然而，光電探測 器的組裝件IO和吸收層14中使用的染料通常需要預(yù)防高溫。
為了避免這些缺陷，本發(fā)明提供了一種制造生物傳感器的方法，其包括圖 4所示的基本步驟a、 b、 c和d。該方法包括，在步驟a中，首先在常見類型 的原始基底40上形成布拉格反射鏡20 (或干擾濾波器)，隨后在布拉格反射 鏡上沉積或形成吸收層14。這使得布拉格反射鏡(或者干擾濾波器)層22易 受到必要的退火，不必?fù)?dān)心這種退火對生物傳感器的其它組件的影響。
之后，在步驟b中，由基底40、布拉格反射鏡20和吸收層14形成的組 裝件通過翻轉(zhuǎn)被轉(zhuǎn)移到光電探測器的組裝件10上，使得吸收層14對著組裝件 IO的光電探測器12擠壓。
在接下來的步驟c中，去除原始基底40,以獲得圖2所示的那種類型的
生物傳感器。
下面的步驟d包括在布拉格反射鏡20上沉積含有生物探針的點16。
在變形例中，本質(zhì)上有可能在原始基底40上形成布拉格反射鏡20 (或者 干擾濾波器)，并且在另一原始基底上形成吸收層14，并且隨后依次將它們沉 積到光電探測器的組裝件10上，將吸收層14放置到光電探測器12上的最初 位置，并且隨后去除帶吸收層的原始基底，并接著在吸收層14上沉積布拉格 反射鏡20,以及最后去除帶布拉格反射鏡的原始基底40。
也有可能將吸收層14直接形成或沉積到組裝件10的光電探測器12上， 與此同時在原始基底40上形成布拉格反射鏡20，并隨后將獲得的組裝件翻轉(zhuǎn)， 以便將布拉格反射鏡20沉積到由光電探測器的組裝件20帶有的吸收層14上， 并且隨后去除原始基底40。
用于通過堆疊聚合物層而制作干擾濾波器的技術(shù)，如在美國專利 No.6737154中所描述的那樣，通過轉(zhuǎn)移，可很好地適于本制造方法，吸收層 和干擾濾波器通過軲結(jié)而固定。
在該方法的再另一變形例中，吸收層14最初形成在原始基底40上，接著 是在吸收層上形成干擾濾波器或者布拉格反射鏡，之后，將含有吸收層14和 布拉格反射鏡或干擾濾波器的組裝件從原始基底40上去除，以及沉積并鍵合 到光電探測器的組裝件10上。在所述環(huán)境下，當(dāng)表面已被功能化之后，有可 能在將所述組裝件轉(zhuǎn)移到光電探測器的組裝件IO上之前，在布拉格反射鏡20 或干擾濾波器上形成含有生物探針的點16。
該技術(shù)使得有可能以膜的形式制作吸收層14和布拉格反射鏡20或干擾濾 波器，可以為沉積到原始基底40上的柔性膜，而該原始基底同樣由柔性膜構(gòu) 成。含有原始基底40、干擾濾波器或布拉格反射鏡20、和吸收濾波器14的組 裝件組成一個柔性膜，其可以以巻的形式儲存。當(dāng)必要時，顆粒或者納米纖維， 諸如例如fiillerenes、碳納米管、玻璃纖維...，可以被包含在膜中，以增強其 機械性能。相反，有可能在膜中包含微米尺寸的聚合物包合物，該包合物具有 高于環(huán)境溫度的玻璃轉(zhuǎn)變溫度，使得通過在去除基底40時加熱，膜可以被制 成柔軟的，并且隨后當(dāng)沉積到光電探測器的組裝件IO上時，返回到剛性的。
在本發(fā)明的生物傳感器的所有實施例中，用于濾除波長為Xe處的激發(fā)光 的濾波器不需要沉積到光電探測器12的組裝件10的前面上，如圖1-4所示， 而是可以沉積到后面，如圖5所示，即位于與帶有光電探測器12的那面相反 的一面上。在這種環(huán)境下，硅基底被減薄到大約10pm,以避免光子被硅吸收。 即使在減薄后，基底形成了額外的厚度，其使光點遠(yuǎn)離光電探測器的平面移動， 這可能導(dǎo)致增加串?dāng)_的干涉信號?；趯Π蓴_的圖像的去巻積，數(shù)據(jù)的計 算機處理可以使之有可能消除干擾信號。
在圖5的實施例中，吸收層14或者一組吸收層^皮P型-攙雜硅層42覆蓋， 其本身被覆蓋在n型-攙雜硅層44中，再上面是光電探測器12。在布拉格反射 鏡或干擾濾波器的下面形成生物探針沉積點16，并且它們被波長為Xe處的激 發(fā)光照射。這使得特別有可能將靈敏度提高2倍，這是由于在其前面(在光電 探測器12的旁邊)照射的CCD光電探測器的組裝件IO呈現(xiàn)出在可見光中靈 敏度降低，這是由于光子被位于光電探測器12處的多晶硅轉(zhuǎn)移格柵吸收。
在本發(fā)明的所有實施例中，發(fā)色團可以為包含在生物傳感器的表面層中的 有機或無機納米晶體，如在文獻WO2004/0055卯中所描述的那樣。
根據(jù)本發(fā)明的其它特征，如圖6所示，有可能在生物傳感器的上層14、 20中形成一個或多個孔46，例如矩形孔，用于制作下面的一個或多個元件 布拉格反射鏡(或者干擾濾波器)；吸收層；預(yù)沉積的生物材料；...。生物傳 感器的表面被激發(fā)光照射，并且由和孔位于一排的光電探測器12傳遞的信號 與由位于遠(yuǎn)離孔的光電探測器12傳遞的信號進行比較，以便為了校準(zhǔn)激發(fā)光 被布拉格反射鏡、被吸收層、被布拉格反射鏡和吸收層一起等濾除的程度...。 孔46可以形成在單個區(qū)域中或者不同的區(qū)域中，僅僅占據(jù)了很小百分比 的生物傳感器的有效表面。
如圖7所示，在本發(fā)明的生物傳感器中，有可能使用具有不同尺寸的光電 探測器12a、 12b的基質(zhì)10。這使得有可能將兩倍的發(fā)色團沉積到不同尺寸的 像素上，以便受益于通過像素傳輸?shù)男盘栔械牟煌瑒討B(tài)范圍，這對于非常弱或 非常強的信號是有利的。
在圖8所示的實施例中，金屬膜48被沉積到生物傳感器的表面上，位于 上述拒波濾波器的上方，膜48包括尺寸非常小的孔50，其尺寸小于發(fā)色團所
發(fā)射的光波長。這些孔限定了非常小的觀察體積(例如，直徑為150nm),用 于檢測和觀察高濃度溶液中的各個發(fā)色團。這些孔也放大了將在他們的直接附 近發(fā)現(xiàn)的發(fā)色團所發(fā)射的光。
在變形例中，金屬(或不透明的)膜48被沉積到圖6的生物傳感器上， 并且在膜中形成的孔的尺寸大于在拒波濾波器的各層中形成的孔46的尺寸， 并且與之為一排的。
本發(fā)明的生物傳感器可以以常規(guī)方式用在靜止的熒光溶液中。然而，它也 可以用在流動的熒光溶液中，尤其是微流控電路。
權(quán)利要求
1.一種制作集成檢測生物傳感器的方法，該生物傳感器包括一個用于承載發(fā)色團的基底，其響應(yīng)于光激發(fā)而在給定的波長下發(fā)射光，以及與基底相連的光電探測器(12)的組裝件(10)，用于拾取發(fā)色團朝著基底里面發(fā)射的光，該方法的特征在于它包括在光電探測器(12)的組裝件(10)上沉積薄層，薄層(14，22)和濾波器一起組成了上述的基底，用于全方向的濾除發(fā)色團的激發(fā)光，以及用于傳輸所述發(fā)色團發(fā)射的光，濾波器表現(xiàn)的激發(fā)光濾除率為10-6或更小，并且優(yōu)選大約為10-8，并且自身熒光水平為10-6或更小，激發(fā)光的波長位于可見光或近紅外光內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于拒波濾波器包括至少一個薄層 (14),其在激發(fā)波長下為能吸收的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于拒波濾波器也包括由薄層(22) 組成的布拉格反射鏡(20)，其在發(fā)色團發(fā)射的波長下是透明的，具有相應(yīng)的 高和低折射指數(shù)，并交替;故置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于布拉格反射鏡(20)的薄層(22) 呈現(xiàn)的光厚度基本上等于1/4的激發(fā)波長。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于拒波濾波器包括由一系列 層壓的聚合物薄層組成的干擾濾波器，薄層具有相應(yīng)的高和低折射指數(shù)，并交 替放置。
6. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求的方法，其特征在于拒波濾波器包括一系列 薄層(22)，形成了布拉格反射鏡(20)或干擾濾波器，并且覆蓋至少一個沉 積到光電探測器(12)的組裝件(10)上的吸收層(14)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項的方法，其特征在于拒波濾波器包括多個 具有不同類型的疊置吸收薄層(14),其中，下層(靠近光電探測器)用于吸 收較高層的自身熒光。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2-7中任一項的方法，其特征在于拒波濾波器的吸收薄 層具有的光密度在激發(fā)波長處不小于大約6.4。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l-4和6-8中任一項的方法，其特征在于拒波濾波器的 薄層通過凝膠-溶膠方法制成。
10. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求的方法，其特征在于在激發(fā)波長下能吸收的 至少一個薄層(14)沉積或形成于光電探測器(12)的組裝件(10)上，并且 隨后形成布拉格反射鏡(20 )或干擾濾波器的薄層接連地沉積或形成在吸收薄 層(14)上。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項的方法，其特征在于在原始基底(40) 上形成拒波濾波器，并隨后轉(zhuǎn)移到光電探測器(12)的組裝件(10)上，濾波 器位于光電探測器(12 )的組裝件(10 )和原始基底(40 )之間，原始基底(40 ) 隨后被去除。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其特征在于拒波濾波器通過粘接而固定 在光電探測器(12)的組裝件(10)上。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11或12的方法，其特征在于拒波濾波器和原始基底 (40)形成柔性層。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11-13中任一項的方法，其特征在于拒波濾波器包括 吸收膜(14)和布拉格反射鏡或干擾濾波器，其被共同設(shè)置在光電探測器(12) 的組裝件(10)上。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11-13中任一項的方法，其特征在于拒波濾波器包括 吸收膜(14 )和布拉格反射鏡或干擾濾波器，其被分開地設(shè)置在光電探測器(12 ) 的組裝件(10)上。
16. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求的方法，其特征在于通過如下步驟制成吸收 層(14):將染料溶解在溶劑中，將染料溶液與聚酰亞胺或丁基環(huán)苯溶液混合， 將所述混合物沉積到基底或光電探測器(12)的組裝件上，并且通過將載有吸 收層的基底或光電探測器的組裝件通過火爐而退火，所述吸收層具有的厚度為 大約10)im或更大，并且在激發(fā)波長處的光密度不小于大約6。
17. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求的方法，其特征在于優(yōu)選包括熒光標(biāo)記物的 探針隨后沉積在拒波濾波器的點(16)上。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其特征在于含有潤濕劑的緩沖液用于將 才果^"沉積到拒波濾波器上。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17或18的方法，其特征在于帶探針的生物傳感器被 包封在可用于雜交纟果針的盒或包裝(24)內(nèi)，并具有至少一個入口 (28)和一 個出口 (30),被在帶探針的濾波器表面延伸的通道(32)液體連接，以及至 少一個窗口 ( 34 )，用于觀察和/或用激發(fā)光照射探針，光電探測器的組裝件(10 ) 具有用于連接到教:據(jù)處理部件(38)的電接口 (36),并且可通過包裝或盒的 后面而4矣近。
20. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求的方法，其特征在于光電探測器(12)的組 裝件(10)為CCD或CMOS型光電探測器(12)的基質(zhì)，其前面帶有用于濾 除激發(fā)波長的濾波器。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1-19中任一項的方法，其特征在于光電探測器(12) 的組裝件(10)為CCD或CMOS型光電探測器的基質(zhì)，其后面帶有用于濾除 激發(fā)波長的濾波器。
22. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求的方法，其特征在于在拒波濾波器的層(14, 22)中形成孔(46),與光電探測器(12)成一排，用于校準(zhǔn)由激發(fā)光的所述 層進行的濾除。
23. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求的方法，其特征在于光電探測器的基質(zhì)(IO) 包括具有不同尺寸的光電探測器(12a， 12b)。
24. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求的方法，其特征在于它包括在生物傳感器的 表面上放置一金屬膜(48)，該膜包括尺寸小于發(fā)色團發(fā)射的波長的孔(50)。
25. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求描述的方法制作的生物傳感器的用途，該用途 的特征在于生物傳感器處于靜止的或移動的熒光溶液中，例如在微流控電路 中，并且用于發(fā)色團的激發(fā)波長位于可見光或近紅外光中。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于制作集成檢測生物傳感器的方法，所述生物傳感器包括CCD或CMOS型光電探測器(12)的組裝件(10)，其上沉積或形成了一個用于濾除激發(fā)光λe的濾波器，該濾波器包括至少一個吸收層(14)和布拉格反射鏡或干擾濾波器，組成了設(shè)計成被激發(fā)光λe照射的發(fā)色團的支撐體。
文檔編號G01N21/64GK101365936SQ200680038554
公開日2009年2月11日 申請日期2006年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月18日
發(fā)明者烏塔·舒曼, 亨里·貝尼斯蒂, 克勞德·韋斯布奇, 霍伊－源·哈 申請人:基因波公司