螢光傳感器、針式螢光傳感器以及測量分析物的方法

2023-12-06 13:21:26 2

專利名稱：螢光傳感器、針式螢光傳感器以及測量分析物的方法
技術領域：
本發明涉及螢光傳感器，包括螢光傳感器的針式螢光傳感器以及利用螢光傳感器測量分析物的方法，所述螢光傳感器是用於測量活體中的分析物濃度的精密或微小螢光光度計，尤其涉及利用半導體製造技術和精密機加工技術製造的螢光傳感器、包括螢光傳感器的針式螢光傳感器以及利用螢光傳感器測量分析物的方法。
背景技術：
目前已經研製了各種分析設備以檢驗分析物、即液體中待測物質的存在，或者測量其濃度。例如，存在一種已知螢光光度計，其通過將含有螢光染料和分析物(所述螢光染料根據分析物的存在改變其性質以發出螢光)的待測溶液注入固定容積的透明容器中，利用激發光輻照該容器並且測量來自螢光染料的螢光強度。另一方面，專用於特定分析物檢測的小型螢光光度計包括光源、光電探測器和含有螢光染料的指示層，所述螢光染料與待測溶液中的特定分析物相互作用。當利用來自光源的激發光輻照指示層(待測溶液中的分析物可以進入其中)時，指示層中的螢光染料發射螢光，其數量取決於待測溶液中特定分析物的濃度，並且光電探測器接收螢光。光電探測器是光電轉換裝置並且根據所接收光的數量輸出電信號。使用電信號確定待測溶液中的分析物濃度。近年來，為了測量微量樣品中的特定分析物，已經提出了通過利用半導體製造技術和精密(微細)機加工技術製造的精密螢光光度計。例如，美國專利No. 5，039，490公開了圖1和2所示的螢光傳感器110。應當注意， 下面的附圖中示意性地示出了分析物2。如圖1和2所示，螢光傳感器110包括透光支撐基片101(來自外部光源的激發光E可透過該基片)、光電轉換裝置單元103 (其為用於將螢光F轉換為電信號的光電探測器)、板狀光學單元105 (其具有用於收集激發光E的集光區段105A)、指示層106 (其與分析物2相互作用，以在激發光E入射時發射螢光F)和覆蓋層109。光電轉換裝置單元103具有形成在例如由矽製成的基片103A上的光電轉換裝置。 基片103A不透射激發光E。考慮到該事實，螢光傳感器110具有圍繞光電轉換裝置單元103 的中空區域(透光區域)120，激發光E可以從中穿過。也就是說，只有穿過中空區域120並照射到板狀光學單元105上的激發光E通過板狀光學單元105的作用收集到位於光電轉換裝置單元103的上部附近的指示層106中。 收集的激發光E2與已經進入指示層106的分析物2相互作用，並且產生螢光F。產生的螢光F的一部分入射到光電轉換裝置單元103上，所述光電轉換裝置單元產生與螢光強度、即分析物2的濃度成比例的電流或電壓信號或者其它任何適當類型的信號。應當注意，由於設置在光電轉換裝置單元103上的濾光器(未示出)的作用，激發光E不會入射到光電轉換裝置單元103上。如上所述，螢光傳感器110以這樣的方式配置，以使得作為光電轉換裝置單元103的光電二極體形成在透光(透明)支撐基片101上和具有中空區域120 (其是激發光E的通道)的基片103中，並且板狀光學單元105和指示層106布置在基片103A上方。然而，在如上所述的已知螢光傳感器110中，作為激發光E的通道的中空區域120 和光電轉換裝置單元103布置在同一平面中。因此，增大中空區域120(其是激發光E的通道)的面積以將更多的激發光E引入指示層106中將導致光電轉換裝置單元103的面積減小，從而不會提高螢光傳感器的靈敏度。相反，增大光電轉換裝置單元103的面積以提高其檢測靈敏度將導致中空區域120 (其是激發光E的通道)的面積減小，從而減少了引入指示層106的激發光E的數量，這也不會提高螢光傳感器的靈敏度。也就是說，在具有如上所述的層狀結構的螢光傳感器中，難以獲得高檢測靈敏度。另一方面，針式傳感器是這樣一種傳感器，其通過利用針遠端部刺入受驗者身體以使傳感器單元(其為螢光傳感器)插入受驗者體內，從而確定受驗者血液或體液中的分析物，即待測物質的濃度。短期留置的針式傳感器能夠在例如一周的預定周期內連續確定受驗者體內的待測物質的濃度。圖3和4所示針式螢光傳感器是國際公開No.06/090596中披露的生物傳感器 210。應當注意，下面的附圖中示意性地示出了分析物2。生物傳感器210包括針形空心容器212、插入空心容器212中的載體管214和光纖218，所述光纖的端部插入載體管214中。 空心容器212具有一個尖端和一個開口端。多個通孔220穿過空心容器212的側部。載體管214由圓形薄膜製成。傳感器單元216僅由指示區段形成，所述指示區段是覆蓋有釕有機絡合物薄膜224(其為螢光染料)的光纖218的端部。分析物2穿過通孔220進入傳感器單元216。生物傳感器210利用光纖218將來自位於生物傳感器210外部的光源(未示出)的激發光輻照傳感器單元216，利用光纖218 接收在傳感器單元216中產生的螢光，其數量取決於分析物濃度。位於生物傳感器210外部的光電探測器(未示出)對螢光進行分析。如上所述，生物傳感器210採用光纖傳輸系統，其中，光纖218用於傳輸激發光和螢光。由於光纖218插入針形空心容器212中，製造採用光纖傳輸系統的針式傳感器的步驟變得繁瑣。此外，當經由光纖218傳輸的螢光通過設置在下遊位置的光電二極體或任何其它適當的光電探測器轉換為電信號時，因為能夠穿過小直徑光纖218的光量有限，使得信號需要顯著放大。因此，被檢測信號的信噪比降低，從而在一些情況下降低了檢測靈敏度。另外，在生物傳感器210中，當載荷作用在內部插有光纖218的空心容器212時， 光纖218的光導損失的變化會改變光信號的強度，從而導致分析物濃度信息的誤差。為了校正誤差，例如，需要參考光纖，從而導致更複雜的構造。此外，為了通過另一光纖傳送來自設置在傳感器單元216附近的溫度傳感器的信號，所用光纖數量增加，導致更為複雜的構造。另一方面，美國專利Nos. 7，388，110和7，524，985披露了植入受驗者身體的糖化物(糖類)測量傳感器。每個傳感器使用螢光傳感器物質和使用該螢光傳感器物質的指示單元。螢光傳感器物質通過使螢光單體化合物和可聚合單體進行共聚獲得，所述螢光單體化合物具有疏水性基團，所述疏水性基團結合到糖化物上以發出螢光，並且親水基引入其中，所述可聚合單體具有(甲基)丙烯醯胺殘留。本發明的一個目的是提供一種具有高檢測靈敏度的螢光傳感器。本發明的另一目的是提供一種具有高檢測靈敏度的針式螢光傳感器。本發明的又一目的是提供一種以高檢測靈敏度測量分析物的方法。

發明內容
解決問題的手段為了實現上述第一目的，根據本發明的一實施例的螢光傳感器包括具有第一和第二主表面的基底構件、發射激發光的發光裝置、在激發光作用下與活體內的分析物相互作用以產生螢光的指示層、以及將螢光轉換為電信號的光電轉換裝置。光電轉換裝置、發光裝置和指示層在基底構件的第一主表面上方彼此交疊(部分重疊)。根據本發明的另一實施例的包括如上所述螢光傳感器的針式螢光傳感器包括針體區段以及與所述針體區段形成整體並且多個金屬線在其中延伸的連接器，所述針體區段包括作為設置在針遠端部中的螢光傳感器的傳感器部和從傳感器部至針近端部布置的多個金屬線。傳感器部包括具有第一和第二主表面的基底構件、發射激發光的發光裝置、在激發光作用下與活體中的分析物相互作用以產生螢光的指示層、以及將螢光轉換為電信號的光電轉換裝置。光電轉換裝置、發光裝置和指示層在基底構件的第一主表面上方彼此交疊。根據本發明的又一實施例的測量分析物的方法包括將從發光裝置發出的激發光引入指示層的激發光輻照步驟、其中指示層在激發光作用下與分析物相互作用以產生螢光的螢光發射步驟、以及其中指示層中產生的螢光穿過發光裝置、照射到光電轉換裝置上並轉換為電信號的光電轉換步驟。


圖1是示出了已知螢光傳感器的示意性橫截面結構的示意圖；圖2是用於描述已知螢光傳感器的示意性結構的分解圖；圖3是示出了已知針式螢光傳感器的示意性結構的側視圖；圖4是示出了已知針式螢光傳感器的示意性橫截面構造的橫截面視圖；圖5是示出了根據第一實施例的螢光傳感器的示意性橫截面構造的示意圖；圖6是用於描述根據第一實施例的螢光傳感器的示意性構造的分解圖；圖7是示出了作為根據第一實施例的螢光傳感器中的濾光器的矽膜或碳化矽膜的波長和光透射率關係曲線的示意圖；圖8A是用於描述製造根據第一實施例的螢光傳感器的方法的橫截面示意圖；圖8B是用於描述製造根據第一實施例的螢光傳感器的方法的另一橫截面示意圖；圖8C是用於描述製造根據第一實施例的螢光傳感器的方法的另一橫截面示意圖；圖8D是用於描述製造根據第一實施例的螢光傳感器的方法的另一橫截面示意圖；圖8E是用於描述製造根據第一實施例的螢光傳感器的方法的另一橫截面示意圖；圖9A是用於描述第一實施例的螢光傳感器中的濾光器結構的橫截面示意圖9B是用於描述根據第二實施例的螢光傳感器中的濾光器結構的橫截面示意圖；圖10是示出了根據第三實施例的螢光傳感器的示意性橫截面構造的示意圖；圖11是示出了根據第四實施例的螢光傳感器的示意性橫截面構造的示意圖；圖12A是用於描述根據第一實施例的螢光傳感器中的光電二極體裝置的橫截面示意圖；圖12B是用於描述根據第五實施例中的螢光傳感器中的光電二極體裝置的橫截面示意圖；圖12C是用於描述根據第五實施例的變型的螢光傳感器中的光電二極體裝置的橫截面示意圖；圖13是包括根據第六實施例的針式螢光傳感器的傳感器系統的示意圖；圖14是用於描述根據第六實施例的針式螢光傳感器的針遠端部的橫截面結構的橫截面示意圖；圖15是用於描述根據第六實施例的針式螢光傳感器的針遠端部的結構的分解圖；圖16A是用於描述根據第六實施例的針式螢光傳感器的針體區段的結構的橫截面示意圖；圖16B是用於描述根據第七實施例的針式螢光傳感器的針體區段的結構的橫截面示意圖；圖17A是用於描述根據第八實施例的針式螢光傳感器的針體區段的結構的橫截面示意圖；圖17B是用於描述根據第八實施例的針式螢光傳感器的針體區段的結構的橫截面示意圖；圖18是用於描述根據第九實施例的針式螢光傳感器的針遠端部的橫截面結構的橫截面示意圖；圖19是用於描述根據第九實施例的變型的針式螢光傳感器的針遠端部的橫截面結構的橫截面示意圖；以及圖20是用於描述根據第十實施例的針式螢光傳感器的針遠端部的橫截面結構的橫截面示意圖。
具體實施例方式〈第一實施例〉下面將參考附圖描述根據本發明的第一實施例的螢光傳感器10。如圖5和6所示，本實施例的螢光傳感器10具有以下結構，其中矽基片11作為基底構件並具有第一主表面IlA和第二主表面11B，作為光電轉換裝置的光電二極體(以下也稱作「PD」)裝置12、二氧化矽膜(3102膜)13、濾光器(過濾器)14、作為透射螢光的發光裝置的發光二極體(以下也稱作「LED」)裝置15、環氧樹脂膜16、指示層17和阻光層18 依次疊置在矽基片11的第一主表面IlA上方(或之上)。PD裝置12、濾光器14、LED裝置 15和指示層17的至少一部分布置在矽基片11的第一主表面IlA上方的相同區域內。「…布置在相同區域內」意味著來自指示層17的至少一部分螢光穿過LED裝置15並隨後照射到PD裝置12上，並且表示PD裝置12通過LED裝置15與指示層17隔離。換句話說，LED裝置15和濾光器14布置在形成於矽基片11的第一主表面IlA上的PD裝置12上方。指示層17布置在LED裝置15和濾光器14上方。PD裝置12、濾光器 14、LED裝置15和指示層17在矽基片11的第一主表面上方彼此交疊。指示層17中產生的螢光穿過LED裝置15和濾光器14並且在PD裝置12中轉換為電信號。更優選地，PD裝置12、濾光器14、LED裝置15和指示層17的中心部布置在矽基片 11的第一主表面1IA上方的相同區域內。也就是說，螢光傳感器10具有與已知螢光傳感器完全不同的結構，其中使用了作為透射來自指示層17的螢光的發光裝置的LED裝置15。如下所述，當螢光傳感器10的阻光層18接觸活體中的血液或體液時，分析物2穿過阻光層18並進入指示層17。矽基片11是基底構件，其具有形成在第一主表面IlA上的PD裝置12。矽基片11 能夠在製造步驟中製造得薄至大約幾十微米，但厚度仍然不足以使激發光和螢光透過。為了在基底構件的表面上形成作為光電轉換裝置的PD裝置12，基底構件優選地為單晶矽基片。根據如何製造PD裝置12，矽基片能夠由其它半導體基片或其它材料代替。PD裝置12是將螢光轉換為電信號的光電轉換裝置。光電轉換裝置並非必須為PD 裝置，而是可選自各種光電轉換裝置，例如光電導體和光電電晶體(以下也稱作「PT」)。因為螢光傳感器10能夠顯示出優異的檢測靈敏度和檢測精度，光電二極體或光電電晶體能夠獲得最高的、高度穩定的螢光檢測靈敏度，並因此特別優選採用。二氧化矽膜(SW2膜)13是厚度為幾十到幾百納米的第一保護膜，並且可替換地為氮化矽膜(SiN膜)或由二氧化矽膜和氮化矽膜形成的複合層壓膜。 濾光器14是吸收性濾光器，其不會使從LED裝置15發出的激發光透過，但會使波長長於激發光E的螢光F透過。也就是說，在螢光傳感器10中，吸收波長短於螢光的激發光、但是使螢光透過的濾光器14位於PD裝置12和LED裝置15之間。下面將參考螢光F 具有(但不限於)大約460nm波長並且激發光E具有(但不限於)大約375nm波長的情況進行描述。圖7示出了關于波長有多少光穿過具有預定膜厚度的矽膜或碳化矽(SiC)膜(光透射率)。在圖7中，橫軸表示波長，豎軸表示光透射率。曲線(A)表示0.5μπι厚的矽膜， 曲線⑶表示360 μ m厚的碳化矽膜。如圖7所示，對於矽膜(A)和碳化矽膜(B)而言，透射率在紫外線激發光的大約 375nm的波長時為10_7或更低，而光透射率在螢光F的大約460nm的波長時為KT1或更高， 即10%或更高，這意味作者膜(A)和(B)具有透射率選擇性，一個波長下的透射率與另一個波長下的透射率之比為10_6或更高。特別地，當使用矽膜作為濾光器14時，1 μ m的厚度足以滿足濾光器14的功能。在這種情況下，濾光器14能夠在已知的半導體製造步驟中一體地形成在矽基片11上方。濾光器14可以由無摻雜矽製成，優選地由多晶矽膜或者非晶矽膜形成，所述非晶矽膜的厚度為亞微米到幾微米並且摻雜有磷或任何其它適當的雜質。可替換地，可優選地使用磷化鎵(GaP)作為濾光器14的材料，因為它的透射率在短於大約375nm的激發光的波長處低，但是在460nm的螢光波長處高。當濾光器14是光吸收裝置時，螢光傳感器10獲得令人滿意的激發光阻擋和螢光透射特性。在這種情況下，濾光器14能夠低成本地布置在螢光傳感器10中，因為單層濾光器14簡單地布置在PD裝置12上方。特別地，當其為由矽或碳化矽製成的光吸收單層時， 濾光器14能夠提供令人滿意的激發光阻擋和螢光透射特性以及優異的製造穩定性和可控性。LED裝置15是發射激發光和透射螢光的發光裝置。發光裝置不限於LED裝置，特別是透射螢光的任何裝置可以從各種發光裝置中選擇，例如有機EL裝置、無機EL裝置和雷射二極體裝置。LED裝置是優選的，因為例如它在螢光透射率、發光效率方面出色，具有廣泛的激發光波長選擇性，並且發出波長不同於紫外線激發光的極少量光。另外，從螢光透射率角度出發，LED裝置15的特別優選的實例是由形成在作為第二基片的藍寶石基片15A上的氮化鎵基化合物半導體15B形成的紫外線發射LED裝置。也就是說，藍寶石基片15A和氮化鎵基化合物半導體15B在螢光透射率方面出色。氮化鎵基化合物半導體15B的實例可以包括GaN、AlInGaN以及基於InGaN和 AlGaN的材料。紫外線發射LED可替換地由例如基於SiO、AlN或金剛石的材料製成。LED裝置15具有由氮化鎵基化合物半導體製成並形成在藍寶石基片15A的一個表面上的LED發光部，來自LED發光部的激發光還穿過藍寶石基片15A並且通過與形成LED 發光部的表面相反的另一表面離開。透射螢光的藍寶石基片15A可以製造得薄至大約幾十微米，如與矽基片11的情況相同。當使用透射螢光的有機EL裝置作為發光裝置時，有機EL裝置能夠在晶片加工中整體地形成在作為基底構件的矽基片上方。也就是說，通過在半導體製造步驟中將鋁製超薄型膜陰極、由低分子量鋁絡合物或高分子量η共軛聚合物製成的發光層、以及ITO(氧化錫銦)膜陽極疊置可以製造使螢光透過的有機EL裝置。因此，為降低成本考慮，使用有機 EL裝置作為發光裝置的螢光傳感器10可以製造得薄且一體形成。環氧樹脂膜16是第二保護膜。第二保護膜的其它實例可以包括用於將LED裝置 15粘結到濾光器14上的矽酮樹脂和透光的非晶氟樹脂。第二保護膜的材料選自提供電絕緣、防水、激發光E和螢光F的令人滿意的傳輸以及其它因素的材料。螢光傳感器10中的第二保護膜的另一重要特徵是在激發光作用下僅產生極小量的螢光。毫無疑問，除了指示層17以外，僅產生極小量螢光的特徵對於螢光傳感器10中所用的所有透光材料而言都是重要的。當在激發光作用下與已經進入指示層17的分析物2相互作用時，指示層17產生螢光，也就是說，產生其數量取決於分析物2的濃度的螢光。指示層17的層厚度設置為大約幾十微米。指示層17由含有發射螢光的螢光染料的基材製成，螢光強度取決於分析物2 的數量，也就是說，樣品中的分析物的濃度。指示層17的基材優選地顯示出透光性，其允許來自LED裝置15的激發光和來自螢光染料的螢光以令人滿意的方式穿過指示層17。螢光染料可以是存在於樣品中的分析物2本身。螢光染料根據分析物2的類型進行選擇並且可以是根據分析物2的數量可逆地改變所生成螢光數量的任何螢光染料。例如，為了測量活體中的氫離子或二氧化碳的濃度，可以使用羥基芘三磺酸衍生物。為了測量糖化物，可以使用具有螢光殘留的苯硼酸衍生物。為了測量鉀離子，可以使用具有螢光殘留的冠醚衍生物。為了測量活體中的糖化物，例如葡萄糖，例如可以使用蛋白，其結合到螢光染料上，例如釕有機絡合物、螢光苯硼酸衍生物和螢光素上，並且將可逆地結合到葡萄糖上。釕有機絡合物的實例可以包括釕和2,2' - 二吡啶，1，10-菲咯啉，4，7_聯苯-1，10-菲咯啉， 4，7- 二甲基1，10-菲咯啉，4，7- 二磺酸化聯苯-1，10-菲咯啉，2，2 『-鉍_2_ 二氫噻唑，2， 2'-雙噻唑，5-溴-1，10-菲咯啉和5-氯-1，10-菲咯啉的絡合物或複合物。進一步地，釕有機絡合物可以由例如鋨、銥、銠、錸或鉻的有機絡合物代替。作為螢光苯硼酸衍生物，包含兩個單元的苯硼酸和蒽的化合物作為螢光殘留尤其顯示出了高檢測靈敏度。如上所述，本發明的螢光傳感器10通過適當地選擇螢光染料可以在各種應用中使用，例如作為氧傳感器、葡萄糖傳感器、PH傳感器、免疫傳感器和微生物傳感器。指示層17的基材例如為水凝膠，其易於含水，其中含有或其上結合有如上所述的各種螢光染料。水凝膠成分的實例可以包括通過使例如甲基纖維素的單體、如葡聚糖的多糖、(甲基)丙烯醯胺、羥甲基丙烯醯胺或羥基丙烯酸乙酯進行聚合而製備成的丙烯酸水凝膠；或者由聚乙二醇和二異氰酸酯製備而成的基於氨基甲酸乙酯的水凝膠。還可以使用含有螢光染料的液體作為指示層17。當使用液體或流體溶膠作為指示層17時，液體或流體溶膠密封在例如由實心壁圍繞的空間內。為了檢測血液或體液中的糖化物，指示層17可以由螢光傳感器物質製成，所述螢光傳感器物質通過使螢光單體化合物(螢光染料)和具有(甲基)丙烯醯胺殘留的聚合單體進行共聚獲得。螢光單體化合物的優選實例可以是9，10-雙(亞甲基[[N-(鄰二羥硼基苯甲基)亞甲基]-N-[(丙烯醯聚乙二醇)羰基氨基]-正-環己烷]-2-乙醯基蒽(以下稱作 「F-PEG-AAm」)。由於適合於長期連續監視，螢光傳感器10可以特別優選地用作葡萄糖傳感器，以定量監視活體內糖化物的濃度。指示層17通過由例如矽烷偶聯劑製成的粘合層(未示出)連接到環氧樹脂膜16 上。在可替換結構中，不設置環氧樹脂膜16，指示層17可以直接連接到LED裝置15的表面上。再次可替換地，指示層17或其一部分可以埋置在形成於LED裝置15的表面、即與藍寶石基片15A的形成氮化鎵基化合物半導體15B的表面相反的表面上的凹部中。作為頂層的阻光層18布置在指示層17的上側並且具有幾十微米或更小的厚度。 阻光層18接觸體液或血液。阻光層18不僅防止任何激發光和螢光從螢光傳感器10漏出， 而且還防止外界光進入螢光傳感器10。為了阻擋除了來自LED裝置15以外的光，S卩，為了阻擋會進入螢光傳感器10並且可能降低螢光信號的不期望的光，阻光層18期望地覆蓋整個螢光傳感器10以及指示層17。 阻光層18由不會防止分析物2穿過阻光層18併到達指示層17的材料製成。當使用螢光傳感器10分析水溶液中的分析物時，阻光層18優選地為多孔金屬或陶瓷，或者通過將碳黑、 碳納米管或者任何其它適當的不透光微粒混合到用於形成指示層17的水凝膠中所獲得的複合材料。儘管未示出，螢光傳感器10中的LED裝置15、濾光器14和PD裝置12的周表面優選地塗覆有與阻光層18相同的材料或者混合有碳黑的具有阻光性能的樹脂，或者沉積有具有阻光性能的金屬膜。在具有如上所述結構的螢光傳感器10中，利用來自LED裝置15的激發光E輻照指示層17中的螢光染料。由螢光染料發出的螢光F穿過LED裝置15和濾光器14，到達PD 裝置12並轉換為電信號。現在將簡要描述用於製造本實施例的螢光傳感器10的方法。首先，大量PD裝置12形成在矽晶片1IW的第一主表面IlA上，所述矽晶片將形成矽基片11 (圖8A)。將形成第一保護膜的厚度為幾十到幾百納米的二氧化矽膜13隨後形成在PD裝置12的表面上。例如由多晶矽或非晶矽製成的濾光器14形成在二氧化矽膜13的表面上(圖8B)。如上所述的步驟與半導體製造前期步驟相同，並且大量PD裝置12和其它部件一起形成在矽晶片1IW上，所述矽晶片隨後被分成單個裝置。隨後，LED裝置15或任何其它適當的發光裝置布置在每個分離裝置的濾光器14上的預定位置處。為了布置LED裝置15，可以使用各種方法，例如使用透光丙烯酸或矽酮樹脂或任何其它適當樹脂的粘合方法，或者倒裝焊接方法、等離子體活化連接方法(其中，連接界面通過等離子體或者任何其它適當的連接處理進行活化)以及其它各種連接方法。環氧樹脂膜16根據需要形成為LED裝置15上的第二保護膜，隨後，指示層17通過矽烷偶聯劑或任何其它適當的粘合層進行連接。用於指示層17的粘合層同樣由在被激發光輻照時不產生螢光的材料製成。就螢光傳感器10而言，通過在具有過硫酸鈉和N，N， N' ,N'-四甲基乙二胺的情況下使含有F-PEG-AAm的螢光染料與丙烯醯胺和亞甲基雙丙烯醯胺聚合將指示層17製備為具有厚度25 μ m的凝膠膜。最後，阻光層18形成在指示層 17上。由此製得螢光傳感器10。應當注意，可替換地，可以使用晶片級封裝技術作為製造本發明的螢光傳感器10 的方法。也就是說，如圖8A所示，在作為第一晶片的矽晶片IlW的第一主表面IlA上形成多個PD裝置12的PD裝置形成步驟以與半導體製造前期步驟相同的方式進行。其後，如圖 8B所示，進行形成二氧化矽膜13A和濾光膜14A的濾光器形成步驟。另一方面，進行在作為第二晶片的藍寶石基片上一起形成多個LED裝置15並劃分第二晶片的LED裝置形成步驟。其後，如圖8C所示，進行將通過劃分第二晶片獲得的LED裝置15連接到位於第一晶片上的濾光膜14A上的LED裝置連接步驟。另外，如圖8D所示，進行形成指示膜17A和阻光膜18A的指示膜形成步驟。最後，如圖8E所示，進行將第一晶片劃分為單個螢光傳感器10 的劃分步驟。可替換地，作為製造本實施例的螢光傳感器10的步驟，在第二晶片上執行LED裝置形成步驟之後，進行在第二晶片上形成指示膜17A和阻光膜18A的步驟，第二晶片被分成多個LED裝置，每個LED裝置具有指示膜。將第一晶片劃分成螢光傳感器10的劃分步驟可以在具有指示膜的每個LED裝置連接到第一晶片上之後進行。再次可替換地，作為製造本實施例的螢光傳感器10的方法，劃分步驟可以在具有濾光膜的第一晶片連接到具有指示膜的第二晶片上之後進行。該製造方法要求用於電連接 LED裝置和其它部件的電極部沿著在連接的晶片被劃分時產生的切割面露出。下面將參考圖5和6描述本實施例的螢光傳感器10的操作。當螢光傳感器10或至少阻光層18的外表面存在於活體中時，體液或血液中的分析物2穿過阻光層18並進入指示層17。在螢光傳感器10中，LED裝置15發出激發光。例如，由LED裝置15發出的激發光的脈衝寬度為10到100ms。脈衝電流的大小為大約1到100mA。激發光的中心波長為大約375nm。激發光例如每30秒進行發射。來自LED裝置15的激發光穿過環氧樹脂膜16並進入指示層17。也就是說，從LED 裝置15發出的激發光在激發光輻照步驟中引入指示層17中。在隨後的螢光發射步驟中， 指示層17在激發光作用下與分析物2相互作用，以產生螢光，其強度與分析物2的數量成比例。指示層17中的螢光染料(例如F-PEG-AAm)響應于波長為375nm的激發光產生峰值波長為460nm的螢光。濾光器14阻止來自LED裝置15的激發光進入PD裝置12，以達到 PD裝置12能夠在不產生任何問題的情況下進行測量的程度。來自指示層17的螢光穿過環氧樹脂膜16、LED裝置15、濾光器14和二氧化矽膜 13並照射到PD裝置12上。來自指示層17的螢光隨後在PD裝置12中進行光電轉換，產生光感應電荷。也就是說，在光電轉換步驟中，指示層17中產生的至少一部分螢光(實際上為大部分螢光)穿過LED裝置15，被引導至PD裝置12並轉換為電信號。在螢光傳感器10中，信號檢測電路(未示出)以由來自PD裝置12的光感應電荷引起的電流或者由累積的光感應電荷引起的電壓的形式檢測分析物的數量。應當注意，信號檢測電路可以通過使用基於FDA(浮動漫射放大器)的方法(其是圖像傳感器中使用的已知方法)進行更精確的信號檢測。在螢光傳感器10中，激發光和螢光穿過LED裝置15，S卩，藍寶石基片15A的前表面和後表面，其中在所述藍寶石基片中形成有氮化鎵基化合物半導體15B。為了提高使用激發光和螢光的效率，在LED裝置15的前表面和後表面中的每一個上可以形成用於防止光反射的結構。防反射結構的典型實例是λ/4膜(四分之一波長膜)，或者可替換地，可以在每個表面上形成小於所討論光的波長的極小或納米突起結構。來自接收由無分析物2的指示層17發出的螢光的PD裝置12的信號和來自未接收螢光的PD裝置的信號稱作偏移輸出。信號檢測電路從信號分量中減去偏移輸出並且使用合成信號作為分析物信息。由此可以產生與實際存在的分析物2的數量成比例的信號輸出。例如，信號檢測電路在激發光發射之前不久讀取和儲存信息，隨後讀取螢光信號，並且讀取兩個信號之間的差值作為信號。儘管未示出，溫度傳感器布置在PD裝置12附近。來自溫度傳感器的溫度信號以及來自PD裝置12的螢光信號也通過金屬布線傳送給信號檢測電路。信號檢測電路例如通過使用溫度信息校正螢光強度數據，以產生表示分析物2的濃度的信號。溫度傳感器優選地為形成在矽基片11 (其上形成有PD裝置1 上的半導體溫度傳感器。在包括作為光電轉換裝置的PD裝置12的螢光傳感器10中，PD裝置12也可以用作溫度傳感器。也就是說，當不進行光電轉換操作時，PD裝置12可以用作溫度傳感器。如上所述，在本實施例的螢光傳感器10中，從LED裝置15朝向指示層17發出的激發光激發指示層17的螢光染料，以使螢光染料發射螢光。除了在LED裝置15和指示層 17之間的分界面上反射並且在穿過LED裝置15時吸收的部分之外，指向LED裝置15的螢光部分大多穿過LED裝置15，進一步穿過濾光器14併到達PD裝置12。也就是說，螢光傳感器10中的PD裝置12接收已經穿過LED裝置15的螢光並且產生螢光信號。另一方面， 從LED裝置15朝向PD裝置12發射的激發光被濾光器14反射或吸收，被濾光器14反射的光穿過LED裝置15，到達指示層17並且激發螢光染料。
螢光傳感器10與已知螢光傳感器相比具有顯著更高的激發光和螢光使用效率以及更高的檢測靈敏度。另外，不必在螢光傳感器10中為激發光和螢光設計任何幾何光路， 部件僅僅簡單地疊置成多層。因此，螢光傳感器10可以容易地製造，因為不需要布置設計的光路圖案，這在傳感器變小時需要以高精度進行。另外，因為螢光傳感器10允許激發光強度和光電轉換元件的面積比已知螢光傳感器大，螢光傳感器10在檢測靈敏度和檢測精度方面優於已知的螢光傳感器。此外，由於螢光傳感器10不需要往往變得複雜並需要精確進行的任何幾何光路設計，而是具有彼此平行地疊置的指示層17和LED裝置15，指示層17很少以不均勻的方式被激發光輻照，從而產生雖然微弱但均勻的螢光信號。另外，與具有光源和/或位於其外部的光電探測器的已知螢光傳感器不同，螢光傳感器10是具有集成或整體式光源(發光裝置)、光電探測器(光電轉換元件)和指示層的小型螢光光度計。如上所述，使用本實施例的螢光傳感器測量分析物的方法包括將從發光裝置發出的激發光引入指示層的激發光輻照步驟、指示層在激發光作用下與分析物相互作用以產生螢光的螢光發射步驟、以及指示層中產生的螢光穿過發光裝置、照射到光電轉換裝置上並轉換為電信號的光電轉換步驟。用於製造根據本實施例的螢光傳感器10的方法有助於在體積方面穩定地製造螢光傳感器10。所製造的螢光傳感器10的特徵在於高檢測靈敏度、小尺寸、優異的檢測靈敏度和檢測精度，令人滿意的製造產量以及低價格。〈第二實施例〉下面將描述根據本發明的第二實施例的螢光傳感器10A。本實施例的螢光傳感器 IOA與第一實施例的螢光傳感器10類似。因此，相同的部件具有相同的參考符號，並且不再對其進行描述。第一實施例的螢光傳感器10的濾光器14是例如由單層矽膜製成的濾光器，而本實施例的螢光傳感器IOA中的濾光器14C(參見圖5和6)是多重幹涉濾光器。也就是說， 濾光器14C通過將單層矽膜或任何其它類似膜劃分(分割)成多個薄膜並將所劃分的薄膜疊置製成，使得最終的濾光器具有多重幹涉效應以及吸收效應。下面將參考圖9A和9B描述具有多重幹涉效應的濾光器14C。圖9A是單層濾光器的示意性橫截面視圖，圖9B是本實施例的濾光器的示意性橫截面視圖。也就是說，圖9A示出了通過將單層矽22夾置在折射率小於單層矽22的二氧化矽層21之間獲得的單層濾光器23的實例，圖9B示出了通過將矽層22劃分成兩個矽層22A和22B並且將它們中的每一個夾置在二氧化矽層21之間獲得的多重幹涉濾光器M的實例。也就是說，螢光傳感器IOA中的多重幹涉濾光器14C具有這樣的結構，其中每個矽層22A和22B夾置在折射率小於矽層22的二氧化矽層21之間，如圖9B所示。幹涉效應使光透射率最大化的波長λ與層厚度T之間的關係由以下公式(1)表示(自由端到自由端條件)T = λ ΧΚΛ2Χη)...(公式 1)其中，K為自然數，η為矽的折射率。類似地，光透射率最小化、即光透射率具有最小值的情況由下列公式(2)表示
T = λ X ΟΧΚ_1)Λ4Χη)…(公式 2)公式(1)和(2)用於選擇大體上滿足下列公式(3)的層厚度。最終的幹涉效應允許濾光器特性更為人們所希望，即，阻擋更多的激發光，但使更多的螢光透過。AfXKl/(2Xnf) = λ SX OXK2_l)/^4Xns)...(公式 3)其中，下標f表示螢光，下標s表示激發光。Kl和K2是整數。例如，當下列值代入公式(3)時Xf= 460nm，nf = 4. 58，λ s = 375nm，ns = 6. 71， 得到下列公式G)，其為不定方程QXK2-1)/K1 = 3. 6...(公式 4)當Kl = 2代入公式(4)時，得到K2 = 4. 1，其接近自然數方案。當Kl = 2代入公式(1)時，每個矽層的厚度為101. 5nm。也就是說，當濾光器14C 的矽膜總厚度為500nm時，矽膜可以分成5個IOOnm厚的層。折射率小於矽的二氧化矽(SiO2)夾置在由多個矽膜形成的矽層之間。在這種情況下，二氧化矽層同樣遵循優化條件用於峰值條件的公式(1)和用於谷底值條件的公式 ⑵。對於二氧化矽(375nm時η = 1. 474，460nm時η = 1. 46)，得到下列公式(5)，其是不定方程(固定端到固定端條件)(2XK2-1)/K1 = 2. 48...(公式 5)公式( 顯示，K2 = 3，Kl = 2. 02接近自然數方案。在這種情況下，每個二氧化矽層的厚度為315nm。也就是說，當總厚度為500nm的矽膜用作濾光器時，矽膜可以分成5個IOOnm厚的矽膜，315nm厚的二氧化矽層可以夾置在其間。二氧化矽可以由氮化矽(SiN)代替。本實施例的螢光傳感器IOA提供了由第一實施例的螢光傳感器10提供的有益效果。另外，由於螢光傳感器IOA包括多重幹涉濾光器14C，其擅長阻擋波長不同於螢光的激發光和其它光並且具有令人更為滿意的螢光透射特性，螢光傳感器IOA中的被檢測信號的信噪比與螢光傳感器10相比得以改善。也就是說，由於濾光器14C具有光吸收、光透射和多重幹涉的多重作用，螢光傳感器IOA將顯示出最佳的激發光阻擋和螢光透射特性。特別地，因為由多層膜形成的濾光器 14C包括矽層和二氧化矽層或氮化矽層，從而具有下列有益效果以令人滿意的方式控制形成多層膜的每個層的厚度；以優異的方式再現光學特性；以及多層膜能夠在與標準半導體製造技術和精密機械製造技術兼容的製造步驟中製造。如上所述，本實施例的螢光傳感器IOA中的濾光器(其為由矽層和二氧化矽層或氮化矽層形成的多重幹涉濾光器)反射和/或吸收波長小於螢光的激發光並使螢光透過。如上所述的濾光器14是吸收性濾光器，但是濾光器不限於此。可替換地，濾光器 14可以是僅嚴格截止激發光的陷波濾光器、也稱作邊緣濾光器或短波截止濾光器並且僅使波長大於激發光的光透過的長通濾光器、衍射型濾光器、或者偏振型濾光器。另外，可以使用如上所述的各種類型的濾光器的組合作為濾光器。此外，高濃度雜質擴散層可以形成在PD裝置12的表面上，以吸收激發光。在這種情況下，擴散層對應於濾光器14。毫無疑問，形成這種擴散層的條件以這樣的方式設定，以使得表示螢光(其吸收長度長)的信號的強度不會大大降低，而是基本上保持不變。〈第三實施例〉
下面將描述根據本發明的第三實施例的螢光傳感器10B。本實施例的螢光傳感器 IOB與第一實施例的螢光傳感器10類似。因此，相同的部件具有相同的參考符號，並且不再對其進行描述。如圖10所示，本實施例的螢光傳感器IOB是其中作為集光區段或集光部的菲涅耳透鏡16C附加地形成在LED裝置15和指示層17之間的螢光傳感器。通過在具有不同折射率的兩種環氧樹脂膜16A和16B之間的分界面處形成預定的中凸和中凹圖案得到菲涅耳透鏡16C。菲涅耳透鏡16C提供下列有益效果，即高效地將來自LED裝置15的激發光朝向指示層17引導並且高效地將來自指示層17的螢光聚集到PD裝置12中。可替換地，菲涅耳透鏡16C可以由起到集光區段作用但與環氧樹脂膜16分開的透鏡或任何其它適當部件代替。圖10所示螢光傳感器IOB具有菲涅耳透鏡16C，其為布置在LED裝置15和指示層 17之間的集光區段。替換或除了菲涅耳透鏡16C，螢光傳感器可以構造為具有布置在位於 PD裝置12和濾光器14之間的第一絕緣膜(氧化矽膜13)中的集光區段。除了由第一實施例的螢光傳感器10提供的有益效果之外，由於作為集光區段的菲涅耳透鏡16C的存在，使得本實施例的螢光傳感器IOB是比螢光傳感器10更靈敏的螢光傳感器。在美國專利No. 5，039，490中公開的螢光傳感器110中，集光區段105A對於使已經穿過框架形空隙區域120的激發光E聚集到與框架形中心部對應布置的指示層106中來說必不可少，如圖2所示。與之相對照，本發明的螢光傳感器基本上不需要集光區段以利用激發光E輻照指示層17，如圖6所示。另外，由於指示層17中產生的螢光穿過LED裝置15 並在PD裝置12中轉換為電信號，集光區段在這種情況下也不是必需部件。〈第四實施例〉下面將描述根據本發明的第四實施例的螢光傳感器10C。本實施例的螢光傳感器 IOC與第一實施例的螢光傳感器10類似。因此，相同的部件具有相同的參考符號，並且不再對其進行描述。如圖5和其它附圖所示，在第一實施例的螢光傳感器10和其它螢光傳感器中，分析物2能夠進入的阻光層18布置在指示層17上。相反，當從前面觀察螢光傳感器IOC時， 本實施例的螢光傳感器IOC允許分析物2經由阻光層18從左側通過側面進入指示層17，如圖11所示。如圖11所示，在本實施例的螢光傳感器IOC中，指示層17布置在形成於矽基片11 的第一主表面IlA上的PD裝置12上方，LED裝置布置在指示層17上方。響應於已經穿過側面進入指示層17的分析物2生成的螢光入射到PD裝置12上並且轉換為電信號。另外， 反射和/或吸收波長小於螢光的激發光並使螢光透過的濾光器14位於PD裝置12和指示層17之間。具有預定厚度並且覆蓋指示層的側面的阻光層18用於使分析物透過。如圖11所示，螢光傳感器IOC還包括由聚醯亞胺、聚對二甲苯、環狀聚烯烴或任何其它適當樹脂製成的保護層19。在利用保護層19的遠端部、即具有阻光層18的一側的部分刺入受檢者的身體之後，螢光傳感器IOC測量體液或血液中的分析物2。保護層19的材料含有碳黑或任意其它適當的阻光材料，因此不透光，使得外界光被阻擋。矽基片11、PD裝置12、氧化矽膜13和濾光器14與第一實施例中的螢光傳感器10和其它螢光傳感器相同。 阻光層18形成在位於頂端側上的濾光器14上，指示層17形成在位於近端側上的濾光器14上。LED裝置15布置在指示層17上。也就是說，在螢光傳感器IOC中，作為光電轉換裝置的PD裝置12、濾光器14、指示層17和作為發光裝置的LED裝置15按該順序形成在作為基底構件的矽基片11的第一主表面上方。另外，在螢光傳感器IOC中，長波長截止濾光器14D布置在作為發光裝置的LED裝置15和指示層17之間。長波長截止濾光器14D用於阻擋波長大於激發光的光。在螢光傳感器IOC中，利用由LED裝置15發出的激發光輻照指示層17，來自於LED 裝置的長波長光分量被長波長截止濾光器14D截止。來自於指示層17的螢光穿過濾光器 14和氧化矽膜13並由PD裝置12檢測。本實施例的螢光傳感器IOC不僅具有由第一實施例的螢光傳感器IOA提供的有益效果，還包括長波長截止濾光器14D，其防止波長大於即使從發光裝置發出的激發光的光入射到PD裝置12上。因此，PD裝置12隻檢測螢光，從而提高了檢測信號的信噪比。〈第五實施例〉下面將描述根據本發明的第五實施例的螢光傳感器10D。本實施例的螢光傳感器 IOD與第一實施例的螢光傳感器10和其它螢光傳感器類似。因此，相同的部件具有相同的參考符號，並且不再對其進行描述。在第一實施例的螢光傳感器10中，所布置的濾光器14截止從發光裝置發出並照射到PD裝置12上的不期望的激發光。相反，本實施例的螢光傳感器IOD包括在結構上具有特徵的PD裝置12D，因此，即使在沒有濾光器14的情況下也不會檢測到不期望的激發光。 除了沒有濾光器14之外，第五實施例的螢光傳感器IOD的基本結構與第一實施例的螢光傳感器10和其它螢光傳感器相同。圖12A到12C是螢光傳感器中的PD裝置的結構的示意性橫截面視圖。在第一實施例的螢光傳感器10和圖12A所示其它螢光傳感器的PD裝置12中，安培計31檢測在η區和P+區之間流動的電流形式的螢光信號。相反，在圖12Β所示本實施例的螢光傳感器IOD 中，PD裝置12D包括兩個PD光接收部分(ρ+區)Pl和Ρ2，其形成在矽基片11中不同的深度位置處，安培計32檢測流過形成在更深位置處的PD光接收部分Ρ2的電流。因此，PD裝置12D能夠產生螢光信號，其中，在電學上消除了射入較淺深度的光的影響，即具有較短波長的光分量的影響。因此，具有不帶濾光器14的簡單結構的本實施例的螢光傳感器IOD能夠提供與第一實施例的螢光傳感器10相同的有益效果。如上所述，本實施例的螢光傳感器IOD中的PD裝置12D包括第一光接收部分Pl 和形成在比形成第一光接收部分Pl更深位置處的第二光接收部分Ρ2，其中第一光接收部分Pl形成有插入於施加相同偏壓的第一光接收部分Pl和第二光接收部分Ρ2之間的η區 N。PD裝置12D檢測流過第二光接收部分Ρ2的電流，從而使得表示入射激發光的電信號被電截止。與第一實施例的螢光傳感器10和其它螢光傳感器中使用的濾光器相同的濾光器 (其吸收激發光但使螢光透過)也可以進一步設置在螢光傳感器IOD中。上文已經描述了每個光接收部分由P型二極體形成的情況，但是光接收部分的傳導性和極性可以顛倒。也就是說，每個光接收部分可以由N型二極體形成。〈第五實施例的變型〉
下面將描述根據本發明的第五實施例的變型的螢光傳感器10E。本實施例的螢光傳感器IOE與第五實施例的螢光傳感器IOD類似。因此，相同的部件具有相同的參考符號， 並且不再對其進行描述。因為第五實施例的螢光傳感器IOD包括在結構上具有特徵的PD裝置12D，即使在沒有濾光器14的情況下也不會檢測到不期望的激發光。相反，本變型的螢光傳感器IOE包括截止激發光的濾光器14和如螢光傳感器IOD中那樣在結構上具有特徵的PD裝置12E。也就是說，螢光傳感器IOE中的PD裝置12E包括形成在矽基片11中不同深度位置處的兩個PD光接收部分(ρ+區)Pl和P2，安培計33檢測流過形成於較淺位置處的PD光接收部分Pl的電流，如圖12C所示。螢光傳感器IOE提供與螢光傳感器IOD和其它螢光傳感器相同的有益效果，並且能夠檢測在信噪比方面更優異的螢光信號。如上所述，在本實施例的螢光傳感器IOE中，PD裝置12E包括第一光接收部分Pl 和形成在比形成第一光接收部分Pl更深位置處的第二光接收部分P2，第一光接收部分Pl 形成有插入於施加相同偏壓的第一光接收部分Pl和第二光接收部分P2之間的η區N。PD 裝置12Ε檢測流過第一光接收部分Pl的電流，從而使得表示波長大於螢光的幹擾光的電信號被電截止。在螢光傳感器IOD或螢光傳感器IOE中還可通過對圖12Β或12C所示的兩個PD 光接收部分施加不同的反向偏壓以調節所施加的偏壓來產生具有最佳信噪比的螢光信號。〈第六實施例〉下面將參考相應的附圖描述根據本發明第六實施例的針式螢光傳感器330。如圖 13所示，本實施例的針式螢光傳感器330與本體單元340和接收器345結合併用於傳感器系統301。也就是說，傳感器系統301包括針式螢光傳感器330、發送由針式螢光傳感器330 測量的信息的本體單元340和接收並儲存來自本體單元340的信號的接收器345。本體單元340和接收器345之間的信號通信以無線或有線方式進行。針式螢光傳感器330包括細長的針本體區段333和連接器335，所述細長的針本體區段具有傳感器部310，其是第一實施例的螢光傳感器並且布置在針遠端部332處，所述連接器與針本體區段333的針近端部334形成整體。連接器335可拆卸地安裝到本體單元 340的安裝部341中。當連接器335機械安裝到本體單元340的安裝部341中時，針式螢光傳感器330與本體單元340電連接。針本體區段333可以呈錐形，以使得針遠端部具有比針中心部小的橫截面，從而使得針遠端部能夠刺入受檢者，而針本體區段333的針近端部334 可以具有比針中心部大的橫截面。為了減少受檢者身體上的負擔，針本體區段333的尖端的橫截面尺寸優選地為200 X 200 μ m或更小。如下所述，通過對其上形成有傳感器部310、金屬布線和其它部件的矽基片進行整體蝕刻和/或機加工可以形成針本體區段333和連接器335。儘管未示出，本體單元340包括用於無線發送至和接收來自於接收器345的信號的無線天線、電池或任何其它適當電源、以及用於驅動和控制傳感器部310的各種電路。各種電路的實例可以包括放大信號的放大電路、電路參考時鐘生成電路、邏輯電路、數據處理電路、AD轉換處理電路、模式控制電路、存儲電路、射頻通信波生成電路。當信號以有線方式發送至接收器345和由其接收時，本體單元340包括代替無線天線的信號線。
針式螢光傳感器330是在使用之後丟棄以避免傳染和其它意外的一次性單元，而本體單元340和接收器345是可重複使用的重新使用單元。受檢者利用安裝到本體單元340中的針式螢光傳感器330的針本體區段333刺入他/她的身體表面，針遠端部332位於身體真皮層下面。可替換地，在受檢者利用針本體區段333刺入他/她的身體表面之後，受檢者可以將針式螢光傳感器330安裝到本體單元340 中。傳感器系統301可以連續測量例如體液中的葡萄糖濃度和將測量值儲存在接收器345 中的存儲器中。也就是說，本實施例的針式螢光傳感器330是短期置於皮下的針式螢光傳感器，這意味著針式螢光傳感器330連續使用大約一周。特別地，針式螢光傳感器330可以優選地作為葡萄糖連續監視裝置。下面將參考圖14和15描述布置在針式螢光傳感器330的針遠端部332上的針本體區段333和傳感器部310的結構。如圖14所示，針式螢光傳感器330的針本體區段333包括樹脂基片324、保護層 326和六個金屬線321,322和323。樹脂基片3M和保護層326由聚醯亞胺、聚對二甲苯、環狀聚烯烴或任何其它適當樹脂製成，其材料含有碳黑或任何其它適當的阻光材料，因此不透光，以便阻擋外界光進入針遠端部332。金屬線321、322和323由鋁、銅或任何其它適當導體製成，不僅作為傳感器部310 中的電布線，而且具有增大針本體區段333的剛性的作用。金屬線321、322和323從設置在針遠端部332上的傳感器部310至針近端部334布置，進一步延伸到連接器335，並且連接到裝入連接器335中的本體單元中的各種電路上。金屬線321將來自作為光電轉換裝置的光電二極體(下文也稱作「PD」)裝置312 的螢光信號傳送到本體單元340。金屬線322將來自本體單元340的驅動電能供應給作為發光裝置的發光二極體(下文也稱作「LED」)裝置315。金屬線323將來自溫度傳感器 327(參看圖1 的溫度信號傳送給本體單元340。圖15示出了每個金屬線321、322和323由兩個金屬線形成的情況金屬線321由金屬線321A和321B形成；金屬線322由金屬線322A和322B形成；金屬線323由金屬線 323A和32 形成，並且金屬線321、322，金屬線323和位於其間的絕緣層(未示出)形成多層結構。絕緣層的材料可以是與保護層3 相同的材料。在這種情況下，金屬線321、322 和323埋在保護層326中。圖15所示金屬線321、322和323位於矽基片311下面，但是可以形成在矽基片311上。金屬線321、322和323可以通過例如沉積、濺射、電鍍和上述任意方法組合的添加法；對金屬箔進行蝕刻的去減法；或者使用塊體細導線形成。傳感器部310的基本結構與如上所述的螢光傳感器10相同，部件的參考標記由用於螢光傳感器10的數字加上300表示。也就是說，針式螢光傳感器330包括螢光傳感器 10。PD裝置312通過接合線或焊線328、通過式布線或任何其它適當方式與金屬線321 電連接。由水凝膠、碳黑和其它材料製成的阻光層318形成在指示層317上，即，作為傳感器部的頂面，並且阻擋各種類型的光。阻光層318用於使分析物透過。每個指示層317和阻光層318設定為大約幾十微米厚。阻光層318可以覆蓋整個針式螢光傳感器330以及針遠端部332，或者只覆蓋針遠端部332。在後一種情況下，除了針遠端部332之外的部分可以由不同的構件、例如由鈦製成的金屬膜覆蓋，以便實現阻光目的。包括阻光層318的針式螢光傳感器330對人體來說是安全的，這是因為沒有激發光向外洩露並且能夠產生具有令人滿意的信噪比的螢光信號。如圖15所示，溫度傳感器327也可以布置在針遠端部332的傳感器部310中。來自溫度傳感器327的溫度信號通過金屬線323傳送給本體單元340。溫度傳感器327的實例包括螢光溫度計或任何其它光學溫度傳感器、熱敏電阻型溫度傳感器、薄金屬膜電阻型溫度傳感器和以流過PN結的正向電流的溫度特性曲線為基礎的半導體溫度傳感器。從對溫度的良好線性響應以及溫度傳感器易於形成在矽基片311上的觀點出發，半導體溫度傳感器是優選的，其將在隨後進行描述。也就是說，在圖15中，儘管溫度傳感器327與矽基片 311分開，可替換地，半導體溫度傳感器327可以形成在其上形成有PD裝置312的矽基片 311 上。在包括作為光電轉換裝置的PD裝置312的針式螢光傳感器中，PD裝置312也可以用作溫度傳感器。也就是說，當不進行光電轉換操作時，PD裝置312可以用作溫度傳感器。如上所述，本實施例的針式螢光傳感器具有第一實施例的螢光傳感器，並且包括針本體區段，其包括傳感器部和多個金屬線，所述傳感器部是布置在位於活體中的針遠端部中的螢光傳感器，所述金屬線從傳感器部至針近端部布置；以及連接器，其與針本體區段形成整體並且多個金屬線在其中延伸。下面將描述針式螢光傳感器330的操作。如前所述，為了使用針式螢光傳感器 330，受檢者利用針遠端部332和針本體區段333的一部分刺入他/她的身體表面和位於皮膚下的真皮層，插入它們並且將它們保持留在其中。為了將針式螢光傳感器330插入身體， 受檢者可以根據需要使用外部針或任何其它適當的部件。針式螢光傳感器33可以根據目的插入活體中的適當組織，例如血管中並且保持留在其中。當血液或任何其它體液通過連接活體和位於其外部的部件的管子或任何其它類似部件進行循環時，受檢者可以利用針式螢光傳感器330刺入位於活體外部的管子。插入和留在真皮層中的螢光傳感器對分析物起反應並且以特別令人滿意的方式檢測分析物。首先，LED裝置315在本體單元340通過連接器335和針本體區段333中的金屬線 322供應驅動電能信號時發出激發光。由LED裝置315發出的光的脈衝寬度為10到100ms。 脈衝電流的大小為大約1到100mA。激發光的中心波長為大約375nm。激發光例如每30秒進行發射。來自LED裝置315的激發光進入指示層317。指示層317產生強度與分析物2的數量成比例的螢光。分析物2通過阻光層318進入指示層317。指示層317中的螢光染料發出螢光，例如響應于波長為375nm的激發光，具有460nm的波長。來自指示層317的螢光穿過LED裝置315、濾光器314和其它部件，並照射到PD裝置312上。也就是說，針式螢光傳感器330中的LED裝置315使螢光透過。螢光隨後在PD 裝置312中進行光電轉換，產生光感應電荷或螢光信號，其通過金屬線321傳送給本體單元 340。在針式螢光傳感器330中，放大電路IC可以布置在PD裝置312附近。在這種情況下，來自PD裝置312的螢光信號被放大，隨後通過金屬線321傳送給本體單元340，從而使信號可以具有更加令人滿意的信噪比。來自溫度傳感器327的溫度信號也通過金屬線323傳送給本體單元340，與來自 PD裝置312的螢光信號一樣。關於螢光強度的由針式螢光傳感器330測量的數據以例如12位或更高方式表示的數字數據形式通過本體單元340上的無線天線大約每10分鐘傳送給接收器345。螢光強度數據根據溫度和其它信息進行校正。從而計算出分析物的濃度。接收器345將分析物的計算濃度儲存在存儲器中。同時，分析物的濃度可以顯示在顯示單元上，在分析物濃度超過預定範圍時會發出警報。當針式螢光傳感器330的操作模式可選自例如睡眠模式、開/關模式、安全模式時，驅動傳感器部310的電池或任何其它電源的壽命可以通過選擇適當的模式進行延長。針式螢光傳感器330可以自由改變針本體區段333的長度，即，可以根據需要增大長度，因此，可以鄰近傳感器部310設置其它類型的傳感器，例如pH傳感器和胰島素傳感
ο如上所述，因為本實施例的針式螢光傳感器330的傳感器部310通過金屬線321、 322和323電傳送通信和其它信號，從而不需要光纖。因此，即使當針本體區段333變形時， 針式螢光傳感器330也可以產生穩定的傳感器信號。另外，針式螢光傳感器330可以容易地製造，同時，由於不使用光纖，其尺寸可以減小。此外，由於螢光信號在針遠端部332中轉換為電信號，針式螢光傳感器330比光纖傳感器更靈敏。也就是說，針式螢光傳感器330是高度靈敏、高度精確、小型、低價、穩定的針式螢光傳感器。另外，布置在針式螢光傳感器330 的針本體區段333上的樹脂基片324，金屬線321、322和323以及保護層3 提供高柔性和強度。另外，針式螢光傳感器330是小型、精確的分析物檢測螢光傳感器，其容易地允許頂端部的尺寸減小，從而穿過真皮層插入。另外，在針式螢光傳感器330中，即使在例如針本體區段彎曲時，也可以顯著減小信號質量的降低。如上所述，針式螢光傳感器330具有簡單的構造和高檢測靈敏度。由於適合長期連續測量，針式螢光傳感器330尤其適合作為用於定量測量血液中糖化物的短期皮下留置型針式葡萄糖傳感器。〈第七實施例〉下面將參考圖16A和16B描述根據本發明的第七實施例的針式螢光傳感器330A。 本實施例的針式螢光傳感器330A與第六實施例的針式螢光傳感器330類似。因此，相同的部件具有相同的參考符號，在此不再對其進行描述。如圖16A所示，第六實施例的針式螢光傳感器330的針本體區段333包括樹脂基片324，金屬線321、322和323，以及保護層326。與之相對照，本實施例的針式螢光傳感器 330A的針本體區段333A包括矽基片311，金屬線321、322和323，以及保護層326，如圖16B 所示。也就是說，代替第六實施例的針式螢光傳感器330的針本體區段333中的樹脂基片 324，本實施例的針式螢光傳感器330A的針本體區段333A包括矽基片311。針本體區段333A中的矽基片是其上形成有PD裝置312的矽基片311的延伸部。 如前所述，因為矽基片311的厚度減少到大約幾十微米，針本體區段333A具有柔性。為了削弱矽基片311的脆性並對其進行增強，在矽基片311的背側可以形成鈦、SUS或任何其它適當的金屬材料。除了包括樹脂基片3M的第六實施例的針式螢光傳感器330所提供的有益效果之外，本實施例的針式螢光傳感器330A的針本體區段333A不僅使針本體區段333具有優異的強度特徵，而且具有柔性。因為針本體區段333A具有剛性，針式螢光傳感器330A易於插入身體表面。因此，針式螢光傳感器330A可以在不需要任何外部針的情況下，僅僅通過使用針本體區段333A插入。進一步優選地是，主要形成連接器335的結構也由矽基片311 —體地形成。包括具有螢光傳感器的傳感器部(針遠端部)、針本體區段333A和連接器335 (每個與矽基片 311 一體地形成)的針式螢光傳感器330提供與針式螢光傳感器330A相同的有益效果並且允許製造步驟進一步簡化。也就是說，用於連續測量活體內的糖化物的針式螢光傳感器包括傳感器部，其布置在針遠端部並且穿過活體並留置其中；針本體區段，其中布置有從傳感器部到針近端部的多個金屬線；以及其中延伸有多個金屬線的連接器，所述連接器可拆卸地安裝在本體單元中，所述本體單元將由傳感器部檢測的信息發送給接收器，所述傳感器部、針本體區段和連接器由具有第一和第二主表面的矽基片一體地形成。傳感器部包括激發光發射裝置，其由氮化鎵基化合物半導體製成並形成在藍寶石基片上；指示層，其在激發光作用下與血液或體液中的糖化物相互作用時根據糖化物的濃度產生螢光；光電轉換裝置，其由光電二極體或光電電晶體製成並且將螢光轉換為電信號；濾光器，其反射和/或吸收波長小於螢光的激發光但使螢光透過；以及阻光層318，其能夠使糖化物透過。濾光器、發光裝置、指示層和阻光層318按照該順序彼此交疊地位於形成在矽基片的第一主表面上的光電轉換裝置上方。指示層中產生的螢光穿過發光裝置並且在光電轉換裝置中轉換為電信號。〈第八實施例〉下面將參考圖17A和17B描述根據本發明的第八實施例的針式螢光傳感器330B。 本實施例的針式螢光傳感器330B與第六實施例的針式螢光傳感器330類似。因此，相同的部件具有相同的參考符號，在此不再對其進行描述。如圖17A所示，針式螢光傳感器330B的針本體區段33 包括四個金屬線321C、 322C、323C和329。金屬線321C將來自PD裝置312的螢光信號傳送給本體單元340。金屬線322C將來自本體單元340的驅動電能供應給LED裝置315。金屬線323C將來自溫度傳感器327的溫度信號傳送給本體單元340。金屬線3 是公共地線。也就是說，在針式螢光傳感器330B中，可以通過使傳感器部中的不同構件共用單個地線減少插入針本體區段 33 的金屬線的數目。例如，可以僅通過四個金屬線發送和接收到達和來自傳感器部310 的信號。另外，在PD裝置312用作溫度傳感器的針式螢光傳感器中，可以僅通過例如三個金屬線發送和接收到達和來自傳感器部310的信號。除了由針式螢光傳感器330提供的有益效果之外，本實施例的針式螢光傳感器 330B允許減少金屬線的數目，因此，可以減小針本體區段33 的橫截面，即直徑。因為針式螢光傳感器330B具有形成在多層結構中的金屬線，也可以減小針本體區段33 的直徑。圖17A示出了與第六實施例的針式螢光傳感器330類似的形式，不同之處在於，針
2本體區段33 不具有矽基片311。可替換地，可以保留矽基片，如第七實施例的針式螢光傳感器330A—樣。也就是說，第八實施例的針式螢光傳感器330B的金屬線的構造不僅可以在第七實施例的針式螢光傳感器330A中使用，而且可以在第六實施例的針式螢光傳感器330 中使用。毫無疑問，也可以採用其中針本體區段333C中的金屬線321C、322C、323C和3 不形成於多層布線結構中的結構，如圖17B中的針式螢光傳感器330C所示。進一步地，針本體區段333C的橫截面形狀並非必須為矩形，例如，可以為圓形，如針式螢光傳感器330C 所示。下面將描述根據本發明的第九實施例的針式螢光傳感器330D。本實施例的針式螢光傳感器330D與第六實施例的針式螢光傳感器330類似。因此，相同的部件具有相同的參考符號，在此不再對其進行描述。如圖18所示，針式螢光傳感器330D的傳感器部310D不僅包括設置在針式螢光傳感器330和其它針式螢光傳感器的傳感器部310中的作為第一光電轉換裝置的PD裝置 312 (以下稱作「第一 PD裝置」)，而且包括具有與第一 PD裝置312作用相同的第二 PD裝置 312D和比較指示層317D。比較指示層317D由水凝膠或任何其它適當材料製成，與指示層 317類似，但是不含螢光染料。因此，比較指示層317D在激發光輻照時發射在水凝膠或其它材料中產生的螢光，即，在沒有分析物2的狀態下產生的螢光。也就是說，設置在傳感器部 310D中的第二 PD裝置312D輸出偏移信號，其是不受任何分析物影響的電信號。圖18示出了示例性構造，其中，第一 PD裝置312、第二 PD裝置312D、溫度傳感器 327和濾光器314在半導體製造步驟中整體地形成在矽基片311的表面上，但是未示出任何金屬布線。如圖18所示，LED裝置315、濾光器314和阻光層318由第一 PD裝置312和第二 PD裝置312D共用。在針式螢光傳感器330D中，當LED裝置315利用激發光輻照指示層317和比較指示層317D時，第一 PD裝置312輸出與指示層317中的分析物濃度相對應的螢光信號，第二 PD裝置312D輸出偏移信號，其是由比較指示層317D在沒有分析物的情況下產生的電信號。在針式螢光傳感器330D中，通過計算兩個信號之間的差值可以獲得僅與分析物濃度對應的精確螢光信號。如上所述，在針式螢光傳感器330D中，針遠端部包括具有PD裝置312D的第二傳感器部，所述PD裝置是輸出不受任何分析物影響的電信號的第二光電轉換裝置。除了由第六實施例的針式螢光傳感器330所提供的有益效果之外，因為可以檢測到具有更加令人滿意的信噪比的分析物濃度信號，本實施例的針式螢光傳感器330D提供優異的檢測精度。圖19示出了第九實施例的變型的針式螢光傳感器330E的結構，其提供與針式螢光傳感器330D相同的有益效果。也就是說，在針式螢光傳感器330E中，除了設置例如由金屬膜形成的阻光層318E以防止分析物2進入比較指示層317E之外，比較指示層具有與指示層317相同的結構。當分析物2包括在激發光作用下發射螢光的螢光染料時，優選地使用本變型的針式螢光傳感器330E。〈第十實施例〉
下面將描述根據本發明的第十實施例的針式螢光傳感器330F。本實施例的針式螢光傳感器330F與第六實施例的針式螢光傳感器330類似。因此，相同的部件具有相同的參考符號，在此不再對其進行描述。在第六實施例的針式螢光傳感器330和其它針式螢光傳感器中，布置阻光層318， 以允許分析物2通過上側進入指示層317，如圖14和其它視圖所示。相反，本實施例的針式螢光傳感器330F的傳感器部310F的基本結構與第四實施例的螢光傳感器IOC相同，當從正面觀察螢光傳感器330F時，分析物2從左側經由阻光層318進入指示層317，如圖20所
7J\ ο也就是說，在受檢者利用針遠端部332、即具有阻光層318的一側的部分刺入他/ 她的身體之後，針式螢光傳感器330F的傳感器部310F測量受檢者體液中的分析物2，如圖 20所示。針本體區段333包括保護層326、矽基片311和金屬線(未示出)，保護層326由含有碳黑或任何其它適當的阻光材料的材料製成，因此不透光，使得外界光被阻擋。矽基片 311、PD裝置312、濾光器314和其它部件與第六實施例的針式螢光傳感器330和其它針式螢光傳感器相同。阻光層318形成在濾光器314的遠端側上，指示層317形成在其近端側上。LED裝置315布置在指示層317上，反射層319形成在LED裝置315上。也就是說，在傳感器部317F中，作為光電轉換裝置的PD裝置12、濾光器314、指示層317和作為發光裝置的LED裝置315按該順序形成在作為基底構件的矽基片311的第一主表面上方。另外，在傳感器部310F中，具有阻擋波長大於激發光的作用的長波長截止濾光器 314F布置在作為發光裝置的LED裝置315和指示層317之間。在針式螢光傳感器330F中，由LED裝置315發出的激發光、由反射層319反射的光和直接入射到長波長截止濾光器314F上的光穿過濾光器314F，其中，激發光的長波長分量被截止，最終的激發光輻照到指示層317上。來自指示層317的螢光穿過濾光器314並且由PD裝置312檢測。在針式螢光傳感器330F中，指示層317和阻光層318之間的關係不限於圖20所示結構。例如，儘管未示出，厚度足以達到指示層317右側的阻光層318可以形成在保護層 326的一部分中，或者阻光層318可以具有穿過保護層326的隧道形結構。也就是說，在圖 20所示針式螢光傳感器中，當從正面觀察針式螢光傳感器時，分析物2穿過阻光層318並從右側進入指示層。毫無疑問，如上所述的結構可以與圖20所示結構結合。如上所述，在針式螢光傳感器330F中，指示層在形成於矽基片中的光電轉換裝置上方形成，並且發光裝置形成在指示層上方，濾光器位於其間。覆蓋指示層側面並且具有預定厚度的阻光層318可以使分析物透過。在包括螢光傳感器IOC在內的本實施例的針式螢光傳感器330F中，為了檢測由已經通過指示層位於針遠端側上的側面進入指示層的分析物2發出的螢光，除了遠端部之外的部分可以覆蓋有不透光的保護層326。因此，針式螢光傳感器330F不可能洩漏激發光，從而除了針式螢光傳感器330和其它針式螢光傳感器提供的有益效果之外，還特別安全。另外，在針式螢光傳感器330F中，即使當LED裝置315發射波長大於激發光的光時，長波長截止濾光器314F防止長波長光照射到PD裝置312上。因此，PD裝置312僅檢測螢光，從而產生具有令人滿意的信噪比的檢測信號。另外，位於LED裝置315上的反射層 319允許發出的激發光高效地照射到指示層317上。
下面將描述根據本發明的第十一實施例的針式螢光傳感器330G。本實施例的針式螢光傳感器330G與第六實施例的針式螢光傳感器330類似。因此，相同的部件具有相同的參考符號，並且不再對其進行描述。在第六實施例的針式螢光傳感器330的傳感器部310中，濾光器314布置成截止來自LED裝置315並照射到PD裝置312上的不期望的激發光。相反，本實施例的針式螢光傳感器330G的傳感器部3IOG的基本結構與圖12B所示第五實施例的螢光傳感器IOD相同。 因為傳感器部310G包括兩個在結構上具有特徵的312G，即使沒有濾光器314，也不會檢測到不期望的激發光。除了沒有濾光器314之外，第十一實施例的針式螢光傳感器330G的基本結構與第六實施例的針式螢光傳感器330和其它針式螢光傳感器相同。包括螢光傳感器IOD(其具有不帶濾光器314的簡單結構)的本實施例的針式螢光傳感器330G能夠提供與第六實施例的針式螢光傳感器330和螢光傳感器IOD相同的有益效果。〈第—^一實施例的變型〉下面將描述根據本發明的第十一實施例的變型的針式螢光傳感器330G2。本變型的針式螢光傳感器330G2與第十一實施例的針式螢光傳感器330G類似。因此，相同的部件具有相同的參考符號，並且不再對其進行描述。由於第十一實施例的針式螢光傳感器330G的傳感器部310G是圖12B所示螢光傳感器IOD並且包括兩個結構上具有特徵的PD裝置，即使沒有濾光器314，也不會檢測到不期望的激發光。相反，本變型的針式螢光傳感器330G2的傳感器部310G包括截止激發光的濾光器314和如第十一實施例的針式螢光傳感器那樣結構上具有特徵的PD裝置312G2。也就是說，本變型的針式螢光傳感器330G2的傳感器部包括根據如圖12C所示第五實施例的變型的螢光傳感器IOE和濾光器。包括螢光傳感器IOE的本變型的針式螢光傳感器提供與第十一實施例的針式螢光傳感器和螢光傳感器IOE相同的有益效果，因此能夠檢測具有更優異信噪比的螢光信號。下面將描述根據本發明的第十二實施例的針式螢光傳感器330H。本實施例的針式螢光傳感器330H與第六實施例的針式螢光傳感器330類似。因此，相同的部件具有相同的參考符號，並且不再對其進行描述。本實施例的針式螢光傳感器330H的傳感器部310H是圖10所示第三實施例的螢光傳感器IOB並且包括作為集光區段的菲涅耳透鏡16C。除了由針式螢光傳感器330提供的有益效果之外，由於作為集光區段的菲涅耳透鏡16C的存在，包括螢光傳感器IOB的本實施例的針式螢光傳感器330H顯示出比第六實施例的針式螢光傳感器330更高的靈敏度。本發明不限於如上所述的實施例和變型，在不脫離本發明精神的情況下，可以進行各種變化、變型和其它改進。另外，如上所述的各種實施例和變型的構造可以與任何其它實施例和變型的構造相結合。〈補充說明〉
第四實施例的螢光傳感器IOC構造如下1.螢光傳感器包括具有第一和第二主表面的基底構件、發射激發光的發光裝置、 在激發光作用下與活體內的分析物相互作用以產生螢光的指示層、以及將螢光轉換為電信號的光電轉換裝置，其中，光電轉換裝置、發光裝置和指示層在基底構件的第一主表面上方彼此交疊。2.如第1項所述的螢光傳感器，其中，基底構件是矽基片，指示層布置在形成於矽基片的第一主表面上的光電轉換裝置上方，發光裝置布置在光指示層上方，從已經穿過指示層的側面進入指示層的分析物發出的螢光入射到光電轉換裝置上。3.如第2項所述的螢光傳感器，還包括位於光電轉換裝置和指示層之間的濾光器，其中，濾光器反射和/或吸收波長小於螢光的激發光並透射螢光。4.如第3項所述的螢光傳感器，其中，濾光器為由矽、碳化矽和磷化鎵中任意一種製成的光吸收單層。5.如第3項所述的螢光傳感器，其中，濾光器是由矽層和二氧化矽層或氮化矽層形成的多重幹涉濾光器。6.如第2項所述的螢光傳感器，其中，光電轉換裝置包括第一光接收部分和形成在比形成第一光接收部分的位置更深的位置處的第二光接收部分，檢測流過施加有同樣偏壓的第一或第二光接收部分的電流允許表示入射激發光的電信號被電截止。7.如第3項至第6項中任意一項所述的螢光傳感器，其中，發光裝置是由氮化鎵基化合物半導體製成並形成在藍寶石基片上的發光二極體裝置，光電轉換裝置由光電二極體或光電電晶體形成。8.如第3項至第7項中任意一項所述的螢光傳感器，還包括位於發光裝置和指示層之間和/或位於濾光器和光電轉換裝置之間的集光區段。9.如第1項至第8項中任意一項所述的螢光傳感器，其中，分析物是血液或體液中的糖化物。10.第十實施例的針式螢光傳感器330F包括布置在針遠端部中的傳感器部、針本體區段和連接器，所述傳感器部是如第1項至第9項中任意一項所述的螢光傳感器，所述針本體區段包括從傳感器部至針近端部布置的多個金屬線，所述連接器與針本體區段形成整體並且多個金屬線在其中延伸。11.如第10項所述的針式螢光傳感器，其中，連接器可拆卸地安裝在發送由傳感器部測量的信息的本體單元中。12.如第11項所述的針式螢光傳感器，其中，針本體區段還包括樹脂基片或矽基片、由樹脂製成的保護層以及多個金屬線。13.如第12項所述的針式螢光傳感器，其中，所述多個金屬線與位於其間的絕緣
層疊置，以形成多層結構。14.如第11項所述的針式螢光傳感器，其中，傳感器部、針本體區段和連接器由矽基片單片整體式地形成。本申請要求2009年4月13日在日本提交的日本專利申請Nos. 2009-97330和 2009-97331的優先權，其內容結合到本申請的說明書、權利要求書和附圖中。
權利要求
1.一種螢光傳感器，其包括 具有第一和第二主表面的基底構件； 發射激發光的發光裝置；在激發光作用下與活體中的分析物相互作用以產生螢光的指示層；以及將螢光轉換為電信號的光電轉換裝置，其中，光電轉換裝置、發光裝置和指示層在基底構件的第一主表面上方彼此交疊。
2.如權利要求1所述的螢光傳感器，其特徵在於， 基底構件是矽基片，發光裝置布置在形成於矽基片的第一主表面上的光電轉換裝置上方， 光指示層布置在發光裝置上方，並且指示層中產生的螢光穿過發光裝置並照射到光電轉換裝置上。
3.如權利要求2所述的螢光傳感器，其特徵在於， 還包括位於光電轉換裝置和發光裝置之間的濾光器，其中濾光器反射和/或吸收波長小於螢光的激發光並透射螢光。
4.如權利要求3所述的螢光傳感器，其特徵在於，濾光器是由矽、碳化矽和磷化鎵中任意一種製成的光吸收單層。
5.如權利要求3所述的螢光傳感器，其特徵在於，濾光器是由矽層和二氧化矽層或氮化矽層形成的多重幹涉濾光器。
6.如權利要求2所述的螢光傳感器，其特徵在於，光電轉換裝置包括第一光接收部分和形成在比形成第一光接收部分的位置更深的位置處的第二光接收部分，並且檢測流過施加有同樣偏壓的第一或第二光接收部分的電流允許表示入射激發光的電信號被電截止。
7.如權利要求3所述的螢光傳感器，其特徵在於， 分析物是血液或體液中的糖化物。
8.如權利要求7所述的螢光傳感器，其特徵在於，發光裝置是由氮化鎵基化合物半導體製成並形成在藍寶石基片上的發光二極體裝置， 光電轉換裝置由光電二極體或光電電晶體形成。
9.如權利要求8所述的螢光傳感器，其特徵在於，還包括位於發光裝置和指示層之間和/或位於濾光器和光電轉換裝置之間的集光區段。
10.一種刺入活體的針式螢光傳感器，所述針式螢光傳感器包括針本體區段，其包括布置在處於活體中的針遠端部中的傳感器部和從傳感器部至針近端部布置的多個金屬線；以及連接器，其與針本體區段形成整體並且所述多個金屬線在其中延伸， 傳感器部包括具有第一和第二主表面的基底構件； 發射激發光的發光裝置，在激發光作用下與活體內的分析物相互作用以產生螢光的指示層，以及將螢光轉換為電信號的光電轉換裝置，其中，光電轉換裝置、發光裝置和指示層在基底構件的第一主表面上方彼此交疊。
11.如權利要求10所述的針式螢光傳感器，其特徵在於， 基底構件是矽基片，發光裝置布置在形成於矽基片的第一主表面上的光電轉換裝置上方， 指示層布置在發光裝置上方，並且指示層中產生的螢光穿過發光裝置並照射到光電轉換裝置上。
12.如權利要求11所述的針式螢光傳感器，其特徵在於， 還包括位於光電轉換裝置和發光裝置之間的濾光器，其中濾光器反射和/或吸收波長小於螢光的激發光並且透射螢光。
13.如權利要求12所述的針式螢光傳感器，其特徵在於， 濾光器是由矽、碳化矽和磷化鎵中任意一種製成的光吸收單層。
14.如權利要求12所述的針式螢光傳感器，其特徵在於，濾光器是由矽層和二氧化矽層或氮化矽層製成的多重幹涉濾光器。
15.如權利要求11所述的針式螢光傳感器，其特徵在於，光電轉換裝置包括第一光接收部分和形成在比形成第一光接收部分的位置更深位置處的第二光接收部分，並且檢測流過施加有相同偏壓的第一或第二光接收部分的電流允許表示入射激發光的電信號被電截止。
16.如權利要求12所述的針式螢光傳感器，其特徵在於， 分析物是血液或體液中的糖化物。
17.如權利要求16所述的針式螢光傳感器，其特徵在於，發光裝置是由氮化鎵基化合物半導體製成並形成在藍寶石基片上的發光二極體裝置，並且光電轉換裝置由光電二極體或光電電晶體形成。
18.如權利要求17所述的針式螢光傳感器，其特徵在於，連接器可拆卸地安裝到發送由傳感器部測量的信息的本體單元中。
19.如權利要求18所述的針式螢光傳感器，其特徵在於， 傳感器部還包括溫度傳感器。
20.如權利要求18所述的針式螢光傳感器，其特徵在於，還包括第二傳感器部，其包括輸出不受分析物影響的電信號的第二光電轉換裝置。
21.如權利要求18所述的針式螢光傳感器，其特徵在於，針本體區段還包括樹脂基片或矽基片、由樹脂製成的保護層和所述多個金屬線。
22.如權利要求21所述的針式螢光傳感器，其特徵在於， 所述多個金屬線與位於其間的絕緣層疊置以形成多層結構。
23.如權利要求18所述的針式螢光傳感器，其特徵在於，還包括位於發光裝置和指示層之間和/或位於濾光器和光電轉換裝置之間的集光區段。
24.一種使用螢光傳感器測量分析物的方法，所述方法包括將由發光裝置發出的激發光弓I入指示層的激發光輻照步驟； 指示層在激發光作用下與分析物相互作用以產生螢光的螢光發射步驟；以及指示層中產生的螢光穿過發光裝置、照射到光電轉換裝置上並轉換為電信號的光電轉換步驟。
25.如權利要求M所述的測量分析物的方法，其特徵在於， 分析物是血液或體液中的糖化物。
全文摘要
提供了一種根據由激發光產生的螢光測量葡萄糖的針式螢光傳感器330。針式螢光傳感器330包括針本體區段333和連接器335，所述針本體區段333包括布置在針遠端部332中的傳感器部310和從傳感器部310至針近端部334布置的金屬線321、322和323，所述連接器與針本體區段333形成整體並且金屬線321、322和323在其中延伸。傳感器部310包括具有第一和第二主表面的矽基片311、將螢光轉換為電信號的PD裝置312、透射螢光並發射激發光的LED裝置315、以及在激發光作用下與分析物相互作用以產生螢光的指示層317。PD裝置312、LED裝置315和指示層317在矽基片311的第一主表面上方彼此交疊。
文檔編號G01N21/64GK102395873SQ20108001666
公開日2012年3月28日 申請日期2010年4月8日 優先權日2009年4月13日
發明者太田亮, 松本一哉, 松本淳, 清水悅朗 申請人:奧林巴斯株式會社, 泰爾茂株式會社