[发明专利]集成生物芯片及其制造方法和用于检测生物材料的装置

说明书

技术领域

总的发明构思涉及一种集成生物芯片、一种制造集成生物芯片的方法、以及一种用于检测生物芯片的装置。更具体而言，总的发明构思涉及一种包括用于光谱检测样品的激发光吸收波导的集成生物芯片、一种制造集成生物芯片的方法，以及一种使用集成生物芯片用于检测生物材料的方法。

背景技术

生物芯片通常具有这样的结构，其中包含生物有机材料例如核苷酸或蛋白质的单元以矩阵形状排列在基板上。固定在生物芯片基板上的生物材料发挥目标生物材料的受体的作用。

例如，生物芯片通过生物材料之间的相互作用，例如核苷酸的杂交反应、或者抗原-抗体相互作用检测目标生物材料。该生物芯片可以通过检测生物材料，例如具有特定序列的核苷酸或蛋白质用于研究基因功能、寻找与疾病有关的基因、分析基因表达或者分析蛋白质分布。

生物材料之间的相互作用可以采用荧光检测方法检测。更为具体而言，荧光检测方法是一种通过向标记在生物材料上的荧光材料辐射预定量的激发光来检测荧光图像的光谱法。例如，荧光图像采用光学扫描装置例如光电倍增管(PMT)、电荷耦合器件(CCD)扫描仪或者互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)扫描仪检测。

通过向标记在生物材料上的荧光材料辐射预定量的激发光检测到的荧光比辐射的激发光微弱许多，因此，需要去除激发光。此外，当前的检测装置使用复杂且昂贵的扫描仪类型的光电探测器，因此，需要一种紧凑的生物芯片和具有这种紧凑的生物芯片的检测装置。

发明内容

总的发明构思提供一种能够有效地去除用于样品例如生物材料中的荧光激发的激发光的集成生物芯片、一种制造集成生物芯片的方法和用于检测生物材料的装置。

根据总的发明构思的一个方面，提供了一种包括基板以及一个或多个设置在基板中的激发光吸收波导的集成生物芯片。该基板包括一个或多个放置样品的反应区域。所述一个或多个激发光吸收波导中的每一个的第一末端部分从基板的上表面暴露，所述一个或多个激发光吸收波导中的每一个的第二末端部分从基板的下表面暴露，且所述一个或多个反应区域设置在基板的所述上表面。所述一个或多个激发光吸收波导吸收激发样品的激发光，并且传输由样品发出的荧光。

所述一个或多个激发光吸收波导中的每一个可以包括传输从样品发出的荧光并且吸收激发样品的激发光的滤色器芯体。

滤色器芯体的折射率可以大于围绕滤色器芯体的基板的折射率。

所述的一个或多个激发光吸收波导中的每一个还包括设置在滤色器芯体周围的包层，且所述包层可以具有比滤色器芯体的折射率小的折射率。

该包层可以具有单层结构或者多层结构。

滤色器芯体的横截面可以是圆形或多边形。

可以处理所述一个或多个反应区域的表面从而使样品能够附着其上。

一个或多个反应区域的所述表面具有亲水性，且围绕在所述一个或多个反应区域的所述表面周围的非反应区域具有疏水性。

该集成生物芯片还可以包括设置在一个或多个反应区域上的一个或多个微透镜，且所述一个或多个微透镜可聚集从样品发出的荧光。

所述一个或多个微透镜可以是凹透镜或凸透镜。

该集成生物芯片还包括设置在一个或多个反应区域上的一个或多个抗反射层，且所述一个或多个抗反射层可以传输样品发射出的荧光。

该集成生物芯片还可以包括设置在与基板的上表面相对的下表面一侧的光电探测器，且该光电探测器可以被设置为靠近基板且与基板分开，或者与基板相接触。

光电探测器的像素可以以一对一的对应关系或者一对多的对应关系与一个或多个反应区域相对应。

该光电探测器可以包括光电倍增管(PMT)、电荷耦合装置(CCD)或者互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)。

根据这里公开的总的发明构思的另一个方面，制造集成生物芯片的方法包括：在基板上形成一个或多个穿透孔；在所述的一个或多个穿透孔中形成一个或多个激发光吸收波导；和处理形成有所述一个或多个穿透孔的基板的表面，从而使得样品能够附着到形成有一个或多个激发光吸收波导的反应区域上。

一个或多个穿透孔可以是形成在基板中的通孔，基板可以是半导体材料、电介质材料，金属材料或者聚合物材料。

一个或多个激发光吸收波导的形成可以包括通过在所述一个或多个穿透孔中的每一个中设置滤色器材料而形成滤色器芯体。

一个或多个激发光吸收波导的形成可以包括在所述一个或多个穿透孔中的每一个的内壁上形成包层。