螢光檢測系統的製作方法
2024-04-01 06:10:05
螢光檢測系統的製作方法
【專利摘要】螢光檢測系統，包括晶片本體、脈衝激發光源、單片機數據存儲處理模塊，所述的脈衝激發光源通過耦合光纖與所述的晶片本體的微反應池相連；所述的晶片本體與所述的單片機數據存儲處理模塊信號連接；所述的晶片本體包括矽襯底、SU-8厚膠、信號處理電路、光電傳感陣列、有源預處理放大陣列和異步時序控制電路本實用新型的有益效果是：1、將時間分辨技術與螢光檢測技術相結合，優化了螢光檢測系統，不需要複雜的光路結構就可將螢光有效檢測出來；2、可以與標準CMOS工藝兼容，即與現今的主流微電子工藝兼容，將光電傳感單元與後續的有源像素放大電路及信號處理電路單片集成；3、片上集成了微反應池，可進行多通道不同種樣品同時檢測。
【專利說明】螢光檢測系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種螢光檢測系統。
【背景技術】
[0002]螢光分析是利用被測樣品的受激螢光特性參數對物質的特性進行定性或定量分析的方法，例如利用癌細胞和正常細胞對血卟啉光敏螢光探針的親和性差異，得到癌細胞和正常細胞的螢光壽命特性及螢光峰值強度隨時間變化的曲線差異，可用於癌症早期診斷與治療效果評價。目前螢光檢測中常用的檢測系統是採用光路結構的檢測系統，如圖1所示，傳統的螢光檢測系統包括紫外激發光源(I 』)，激發光濾光片(2』)，樣品池(3』)，螢光濾光片(4』)，螢光探測器(5 』)和記錄顯示系統(6 』)。所述紫外激發光源位於激發光的光軸線上，通過所示的激發光濾光片進入所述的樣品池，形成一條激發光光路；所述樣品池發出的螢光通過所述螢光濾光片到達所述螢光探測器，形成一條螢光光路；所述螢光探測器將檢測到的螢光信號轉換成電流/電壓輸出，通過所述記錄顯示系統得到特定物質的螢光特性曲線。
[0003]傳統的螢光檢測系統需要複雜的光路系統，所述樣品池中的物質受激發光照射後發出的螢光和激發光混合在一起，為了有效的將受激螢光從混合光中篩選出來，在所述樣品池和所述光電探測器之間必須加上所述螢光濾光片，產生的螢光經過螢光濾光片會有較大的衰減，降低檢測靈敏度，同時複雜的光路系統採用分立元件搭建，系統龐大，不能滿足螢光檢測系統集成化、微型化的要求。
【發明內容】
[0004]本發明針對目前的螢光檢測裝置測試時螢光會在螢光反應池和螢光探測器之間產生損耗、降低螢光檢測的靈敏度的問題，提出了一種測試靈敏度高、損耗小的基於時間分辨技術的螢光檢測系統。
[0005]本發明所述的螢光檢測系統，其特徵在於:包括晶片本體、脈衝激發光源、單片機數據存儲處理模塊，所述的脈衝激發光源通過耦合光纖與所述的晶片本體的微反應池相連；所述的晶片本體與所述的單片機數據存儲處理模塊信號連接；
[0006]所述的晶片本體包括矽襯底、SU-8厚膠、信號處理電路、光電傳感陣列、有源預處理放大陣列和異步時序控制電路，所述的SU-8厚膠固定在所述的矽襯底上表面，所述的SU-8厚膠上設置至少一個螢光反應池組，每個所述的螢光反應池組由至少一個微反應池構成；位於螢光反應池組正下方的矽襯底上鋪設相應的信號處理電路、光電傳感陣列、有源預處理放大陣列和異步時序控制電路；所述的光電傳感陣列的信號輸入端與所述的異步時序控制電路的信號輸出端信號相連、所述的光電傳感陣列的信號輸出端與所述的有源預處理放大陣列的信號輸入端相連；所述的有源預處理放大陣列的信號輸出端與所述的信號處理電路的信號輸入端信號連接、並且所述的信號處理電路的信號輸出端通過壓焊塊與PCB板固定，所述的PCB板與所述的單片機數據存儲處理模塊的信號輸入端信號相連。[0007]所述的光電傳感陣列與所述的信號處理電路之間設置金屬屏蔽層。
[0008]所述的光電傳感陣列為與CMOS工藝兼容的PN結光電二極體形成四通道光感陣列。
[0009]所述的SU-8厚膠上設有四個對稱分布的螢光反應池組，並且每個螢光反應池組均有四路微反應池對稱排列。
[0010]所述的微反應池深度為100 μ m。
[0011]所述的耦合光纖直徑與所述的微反應池的尺寸一致。
[0012]所述的耦合光纖與所述的晶片本體的微反應池通過絕緣膠粘連。
[0013]工作原理，SU-8厚膠上的四路微反應池，微反應池中設計了四通道光電傳感陣列，以脈衝光源激發的那一刻為時間基點，延遲一段時間(延遲時間大於光源脈衝寬度)後，測量被激發的螢光信號，可以有效避開激發光噪聲對測量的影響，異步時序控制電路分時讀取不同時間點的螢光強度，得到螢光信號的衰減曲線，然後光電傳感陣列將產生的螢光信號轉化為成比例的電流信號；此時有源像素放大陣列將微弱的光電流信號轉化成幅值較大的電壓傳輸到信號處理電路，信號處理電路讀取四通道光電傳感陣列的螢光衰減過程中的螢光強度信號電壓後通過壓焊塊傳輸到單片機單片機數據存儲處理模塊，對測定的螢光信號進行處理。
[0014]本發明的有益效果是:1、與CMOS工藝兼容的光電PN結二極體可以將微弱的螢光轉換成光電流，光電PN結二極體可根據需要陣列設計；2、光電PN結二極體可與後續的有源信號處理電路單片集成，減少了信號傳遞損耗和實現了檢測的微型化；3、片上集成的SU-8微反應池，可進行單個或多個通道樣品同時檢測。本發明將螢光信號產生、檢測和處理用單片的傳感晶片實現。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是傳統的螢光檢測系統。
[0016]圖2是本發明的晶片體的結構圖(其中:箭頭代表納米級脈衝激發光的入射方向；P+為P型源漏注入；n+為N型源漏注入；Niell為N型輕摻雜阱)。
[0017]圖3是本發明的晶片體內部結構圖。
[0018]圖4是本發明的結構圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖進一步說明本發明
[0020]參照附圖:
[0021]實施例1本發明所述的螢光檢測系統，包括晶片本體1、納秒級脈衝激發光源2、單片機數據存儲處理模塊3，所述的納秒級脈衝激發光源3通過耦合光纖31與所述的晶片本體I的微反應池相連；所述的晶片本體I與所述的單片機數據存儲處理模塊3信號連接；
[0022]所述的晶片本體I包括矽襯底11、SU-8厚膠12、信號處理電路13、光電傳感陣列14、有源預處理放大陣列和異步時序控制電路，所述的SU-8厚膠12固定在所述的矽襯底11上表面，所述的SU-8厚膠12上設置至少一個螢光反應池組121，每個所述的螢光反應池組121由至少一個微反應池成1211 ;位於螢光反應池組121正下方的矽襯底11上鋪設相應的信號處理電路13、光電傳感陣列14、有源預處理放大陣列和異步時序控制電路；所述的光電傳感陣列14的信號輸入端與所述的異步時序控制電路的信號輸出端信號相連、所述的光電傳感陣列14的信號輸出端與所述的有源預處理放大陣列的信號輸入端相連；所述的有源預處理放大陣列的信號輸出端與所述的信號處理電路的信號輸入端信號連接、並且所述的信號處理電路13的信號輸出端通過壓焊塊15與PCB板16固定，所述的PCB板與所述的單片機數據存儲處理模塊3的信號輸入端相連。
[0023]所述的光電傳感陣列14與所述的信號處理電路13之間設置金屬屏蔽層17。
[0024]所述的光電傳感陣列14為與CMOS工藝兼容的PN結光電二極體形成四通道光感陣列。
[0025]所述的SU-8厚膠12上設有四個對稱分布的螢光反應池組121，並且每個螢光反應池組均有四路微反應池1211對稱排列。
[0026]所述的微反應池1211深度為100 μ m。
[0027]所述的耦合光纖直徑與所述的微反應池的尺寸一致。
[0028]所述的耦合光纖與所述的晶片本體的微反應池通過絕緣膠粘連。
[0029]工作原理，SU-8厚膠12上的四路微反應池1211，微反應池1211中設計了四通道光電傳感陣列14，以脈衝光源激發的那一刻為時間基點，延遲一段時間(延遲時間大於光源脈衝寬度)後，測量被激發的螢光信號，可以有效避開激發光噪聲對測量的影響，異步時序控制電路分時讀取不同時間點的螢光強度，得到螢光信號的衰減曲線，然後光電傳感陣列將產生的螢光信號轉化為成比例的電流信號；此時有源像素放大陣列將微弱的光電流信號轉化成幅值較大的電壓傳輸到信號處理電路，信號處理電路讀取四通道光電傳感陣列的螢光衰減過程中的螢光強度信號電壓後通過壓焊塊傳輸到單片機單片機數據存儲處理模塊，對測定的螢光信號進行處理。
[0030]本說明書實施例所述的內容僅僅是對發明構思的實現形式的列舉，本發明的保護範圍不應當被視為僅限於實施例所陳述的具體形式，本發明的保護範圍也包括本領域技術人員根據本發明構思所能夠想到的等同技術手段。
【權利要求】
1.螢光檢測系統，其特徵在於:包括晶片本體、脈衝激發光源、單片機數據存儲處理模塊，所述的脈衝激發光源通過耦合光纖與所述的晶片本體的微反應池相連；所述的晶片本體與所述的單片機數據存儲處理模塊信號連接； 所述的晶片本體包括矽襯底、SU-8厚膠、信號處理電路、光電傳感陣列、有源預處理放大陣列和異步時序控制電路，所述的SU-8厚膠固定在所述的矽襯底上表面，所述的SU-8厚膠上設置至少一個螢光反應池組，每個所述的螢光反應池組由至少一個微反應池構成；位於螢光反應池組正下方的矽襯底上鋪設相應的信號處理電路、光電傳感陣列、有源預處理放大陣列和異步時序控制電路；所述的光電傳感陣列的信號輸入端與所述的異步時序控制電路的信號輸出端信號相連、所述的光電傳感陣列的信號輸出端與所述的有源預處理放大陣列的信號輸入端相連；所述的有源預處理放大陣列的信號輸出端與所述的信號處理電路的信號輸入端信號連接、並且所述的信號處理電路的信號輸出端通過壓焊塊與PCB板固定，所述的PCB板與所述的單片機數據存儲處理模塊的信號輸入端信號相連。
2.如權利要求1所述的螢光檢測系統，其特徵在於:所述的光電傳感陣列與所述的信號處理電路之間設置金屬屏蔽層。
3.如權利要求2所述的螢光檢測系統，其特徵在於:所述的光電傳感陣列為與CMOS工藝兼容的PN結光電二極體形成四通道光感陣列。
4.如權利要求3所述的螢光檢測系統，其特徵在於:所述的SU-8厚膠上設有四個對稱分布的螢光反應池組，並且每個螢光反應池組均有四路微反應池對稱排列。
5.如權利要求4所述的螢光檢測系統，其特徵在於:所述的微反應池深度為100μ m。
6.如權利要求5所述的螢光檢測系統，其特徵在於:所述的耦合光纖直徑與所述的微反應池的尺寸一致。
7.如權利要求6所述的螢光檢測系統，其特徵在於:所述的耦合光纖與所述的晶片本體的微反應池通過絕緣膠粘連。
【文檔編號】G01N21/64GK203643339SQ201320694335
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年11月5日 優先權日:2013年11月5日
【發明者】施朝霞 申請人:浙江工業大學