用于分子检测和感测的分析系统的制作方法

技术特征：
1.一种用于分析生物样品的系统，其特征在于，包括：光波导，所述光波导包括：第一端，其中，所述光波导被配置为在所述光波导的所述第一端接收激发光，第二端，设置在所述第一端和所述第二端之间的第一光制导层，其中，所述第一光制导层被配置为至少部分地将接收的所述激发光沿着所述光波导的纵向方向导向所述光波导的所述第二端，部分地由所述光波导的所述第一光制导层界定的液态反应流道，其中，所述液态反应流道被配置为交换液体试剂，其中，所述光波导被配置为将所述激发光传送到放置在所述液态反应流道中的生物样品；和光学耦合到所述光波导的图像传感器，其中，所述图像传感器被配置为检测至少一部分的所述生物样品的发射光，其中，所述发射光作为所述激发光的激发结果，所述图像传感器包括：设置在距所述光波导第一距离处的多个光敏元件，以及设置在距所述光波导第二距离处的多个导电层，其中，所述第一距离小于所述第二距离。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括耐流体基质，其中，所述耐流体基质包括玻璃基板或塑料基板中的至少一种。3.根据权利要求1和2中任一项所述的系统，其特征在于，还包括光学耦合到所述光波导的所述第一端的光源，其中，所述光源被配置为发射所述激发光。4.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其特征在于，还包括耐流体基质，其中，所述耐流体基质的第一表面涂覆有所述光波导的所述第一光制导层；其中，所述光波导还包括第二光制导层；以及其中，所述液态反应流道至少部分地由所述第一光制导层和所述第二光制导层界定。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第一光制导层和所述第二光制导层被配置为所述光波导的光学包层；其中，包含在所述液态反应流道内的所述液体试剂被配置为所述光波导的光学芯层；其中，所述光学包层的光学折射率小于所述光学芯层的光学折射率；和其中，所述光学包层基本上将所述激发光限制在所述光学芯层内。6.根据权利要求4和5中任一项所述的系统，其特征在于，所述第一光制导层包括二氧化硅层、氮化硅、聚合物层或介电层中的至少一种；以及其中，所述第二光制导层包括二氧化硅层、氮化硅、聚合物层或介电层中的至少一种。7.根据权利要求4-6中任一项所述的系统，其特征在于，所述生物样品设置在所述第二光制导层的表面上；以及其中，所述第一光制导层设置在距所述图像传感器第三距离处；其中，所述第二光制导层设置在距所述图像传感器第四距离处，其中，所述第三距离大于所述第四距离。8.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于，还包括耐流体基质，其中，所述光波导还包括第二光制导层；
其中，所述第二光制导层设置在所述光波导的所述第一光制导层与所述图像传感器之间，以及其中，所述流态反应流道至少部分地由所述第一光制导层和所述耐流体基质界定。9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述流态反应流道内包含的所述液体试剂和所述第二光制导层被配置为所述光波导的光学包层；其中，所述第一光制导层被配置为所述光波导的光学芯层；其中，所述光学包层的光学折射率小于所述光学芯层的光学折射率；和其中，所述光学包层基本上将所述激发光限制在所述光学芯层内。10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第一光制导层包括氮化硅或五氧化二钽层；并且其中，所述第二光制导层包括聚合物或二氧化硅层。11.根据权利要求8-10中任一项所述的系统，其特征在于，所述生物样品设置在所述第一光制导层的表面上，其中，所述耐流体基质设置在距所述图像传感器第五距离处；其中，所述第一光制导层设置在距所述图像传感器第六距离处，其中，所述第五距离大于所述第六距离。12.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其特征在于，其中，所述光波导还包括耐流体基质和第二光制导层；其中，所述第二光制导层设置在所述耐流体基质与所述光波导的所述第一光制导层之间；以及其中，所述流态反应流道至少部分地由所述第一光制导层和设置在所述液态反应流道与所述图像传感器之间的第二耐流体基质界定。13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述第二光制导层和所述液态反应流道内包含的所述液体试剂被配置为所述光波导的光学包层；其中，所述第一光制导层被配置为所述光波导的光学芯层；其中，所述光学包层的光学折射率小于所述光学芯层的光学折射率，所述光学芯层的光学折射率小于所述第一光制导层的光学折射率；以及其中，所述光学包层基本上将所述激发光限制在所述光学芯层内。14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述第一光制导层包括氮化硅层；以及其中，所述第二光制导层包括聚合物层。15.根据权利要求12-14中任一项所述的系统，其特征在于，所述生物样品设置在所述第一光制导层的表面上，其中，所述第一光制导层设置在距所述图像传感器第七距离处；其中，所述第二耐流体基质设置在距所述图像传感器第八距离处，其中，所述第七距离大于所述第八距离。16.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其特征在于，其中，所述第一光制导层包括抗流体基板；以及其中，所述液态反应流道至少部分地由所述第一光制导层和设置在所述液态反应流道与所述图像传感器之间的第二耐流体基质界定。17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，还包括容纳至少一部分所述光波导的腔
室；其中，包含在所述液态反应流道内的所述液体试剂被配置为所述光波导的光学包层；其中，所述耐流体基质被配置为所述光波导的光学芯层；其中，填充在所述腔室内的气体和所述光学包层的光学折射率小于所述光学芯层的光学折射率；以及其中，填充在所述腔室内的所述气体和所述光学包层基本上将所述激发光限制在所述光学芯层内。18.根据权利要求16和17中任一项所述的系统，其特征在于，所述生物样品设置在所述第一光制导层的表面上，并且其中，所述第一光制导层设置在距所述图像传感器第九距离处；并且其中，所述第二耐流体基质设置在距所述图像传感器第十距离处，其中，所述第九距离大于所述第十距离。19.根据权利要求1-18中任一项所述的系统，其特征在于，还包括机械耦合到所述光波导的致动器，其中，所述致动器被电动、气动或液压驱动以根据所述系统的不同操作模式来调节所述液态反应流道的厚度。20.根据权利要求19所述的系统，其特征在于，还包括压力传感器，所述压力传感器被配置为：感测施加在所述液态反应流道上的压力；以及根据感测到的所述压力来提供反馈信号。21.根据权利要求1-20中任一项所述的系统，其特征在于，所述光波导可从所述图像传感器拆卸。22.根据权利要求1-21中任一项所述的系统，其特征在于，还包括被配置为向所述液态反应流道提供所述流体的泵。23.根据权利要求1-22中任一项所述的系统，其特征在于，还包括设置在所述光波导和所述图像传感器之间的滤光器，其中，所述滤光器被配置为去除具有第一波长范围的光的大部分，其中，所述第一波长范围与作为所述激发光的结果的从所述生物样品的所述发射光所相关联的一个或多个波长范围不同。24.根据权利要求23所述的系统，其特征在于，所述第一波长范围与所述激发光的波长范围相对应。25.根据权利要求23和24中任一项所述的系统，其特征在于，所述滤光器包括单层或多个滤光器室；并且其中，所述滤光器是吸收型聚合物滤光器。26.根据权利要求25所述的系统，其特征在于，所述多个滤光器室包括多个第一类型的滤光器室和多个第二类型的滤光器室，其中，所述多个第一类型的滤光器室被配置为去除具有所述第一波长范围的大部分光，并且其中，所述多个第二类型的滤光器室被配置为去除到达所述多个第二类型的滤光器室的所有的光的大部分。27.根据权利要求26所述的系统，其特征在于，所述多个第一类型的滤光器室和所述多
个第二类型的滤光器室交错。28.根据权利要求25-27中任一项所述的系统，其特征在于，还包括设置在相邻滤光器室之间的栅格，其中，所述栅格的一个或多个维度被配置为减少所述图像传感器的相邻光敏元件之间的串扰。29.根据权利要求28所述的系统，其特征在于，所述栅格是金属栅格。30.根据权利要求1-29中任一项所述的系统，其特征在于：其中，所述图像传感器的所述光敏元件被配置为：检测所述至少一部分的所述生物样品的发射光的光子，所述发射光作为所述激发光的激发结果，基于检测到的所述光子来生成电信号；以及其中，所述导电层传导所生成的所述电信号。31.根据权利要求30所述的系统，其特征在于，所述多个光敏元件包括硅基光敏元件。32.根据权利要求30和31中任一项所述的系统，其特征在于，所述图像传感器还包括至少一个钝化层，所述钝化层保护所述多个光敏元件免受损坏。33.根据权利要求1-32所述的系统，其特征在于，还包括：电耦合到所述图像传感器的信号处理电路，所述信号处理电路包括一个或多个电荷存储元件、模拟信号读出电路和数字控制电路。34.根据权利要求33所述的系统，其特征在于，所述信号处理电路的所述电荷存储元件被配置为：接收基于所述图像传感器的基本上所有光敏元件并行产生的电信号；和将接收到的所述电信号发送到所述模拟信号读出电路，其中，所述电信号被转换为数字信号。35.根据权利要求33和34中任一项所述的系统，其特征在于，所述图像传感器设置在第一半导体晶粒中，其中，所述信号处理电路设置在第二半导体芯片中，并且其中，所述第一半导体芯片堆叠在所述第二半导体晶粒之上。36.根据权利要求1-35中任一项所述的系统，其特征在于，所述生物样品是发光或发光标记的生物分子，包括核酸、核苷酸、脱氧核糖核酸(dna)、核糖核酸(rna)、肽或蛋白质中的至少一种。37.根据权利要求36所述的系统，其特征在于，所述发光或发光标记的生物分子包括能够在一个、两个或三个波长范围内发光的发光标记物。38.根据权利要求1-37中任一项所述的系统，其特征在于，所述激发光与单个波长、多个波长或波长范围相关联。39.一种用于分析生物样品的系统，其特征在于，包括：多个液体光子系统，每个所述液体光子系统包括：光波导，所述光波导包括：第一端，其中，所述光波导被配置为在所述光波导的所述第一端接收激发光，第二端，设置在所述第一端和所述第二端之间的第一光制导层，其中，所述第一光制导层被配置为至少部分地将接收的所述激发光沿着所述光波导的纵向方向导向所述光波导的所述
第二端，部分地由所述光波导的所述第一光制导层界定的液态反应流道，其中，所述液态反应流道被配置为交换液体试剂，其中，所述光波导被配置为将所述激发光传送到放置在所述液态反应流道中的生物样品；和光学耦合到所述光波导的图像传感器，其中，所述图像传感器被配置为检测至少一部分的所述生物样品的发射光，其中，所述发射光作为所述激发光的激发结果，所述图像传感器包括：设置在距所述光波导第一距离处的多个光敏元件，以及设置在距所述光波导第二距离处的多个导电层，其中，所述第一距离小于所述第二距离；多个适配器，其中每个适配器包括：光学耦合到在前液体光子系统的光波导和在后液体光子系统的光波导的适配器光波导，所述适配器光波导被配置为将来自所述在前液体光子系统的所述激发光传递到所述在后液体光子系统，其中，所述适配器光波导包括适配器液态流道；所述适配器液态流道耦合到在前液体光子系统的液态反应流道和在后液体光子系统的液态反应流道，所述适配器液态流道被配置为将试剂从所述在前液体光子系统输送到所述在后液体光子系统。40.根据权利要求39所述的系统，其特征在于，所述多个液体光子系统电耦合到一个或多个印刷电路板，并且其中，每个印刷电路板电耦合到最少一个液体光子系统和最多五个液体光子系统。41.根据权利要求39和40中任一项所述的系统，其特征在于，所述多个液体光子系统的所述图像传感器包括约10兆至约10千兆像素的组合像素阵列。

技术总结
一种用于分析生物样品(305)的系统(100)，该系统(100)包括光波导(311A)。该光波导(311A)包括第一端(313A)和第二端(315A)。该光波导(311A)被配置为在该第一端(313A)接收激发光(304)。该光波导(311A)还包括设置在第一端(311A)和第二端(315A)之间的第一光制导层(308)。该第一光制导层(308)被配置为至少部分地将接收的激发光(304)沿着光波导(311A)的纵向方向导向光波导(311A)的第二端(315A)。光波导(311A)还包括部分由光波导(311A)的第一光制导层(308)界定的液态反应流道(310)，其将激发光(304)传送到设置在液态反应流道(310)中的生物样品(305)。该系统(100)还包括基于背照式的图像系统(316)。式的图像系统(316)。式的图像系统(316)。


技术研发人员：孙英华
受保护的技术使用者：上海芯像生物科技有限公司
技术研发日：2019.05.17
技术公布日：2022/1/28