[发明专利]光学生物传感器、包括该光学生物传感器的生物感测系统和制造光学生物传感器的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年11月2日向韩国知识产权局递交的韩国专利申请No.10-2012-0123741的权益，并且要求2012年3月23日递交的美国临时申请号61/614，705和2012年4月3日递交的61/619，703的基于35U.S.C.§119(e)的优先权权益，通过引用将它们的公开内容全部结合于此。

技术领域

本发明构思涉及光学生物传感器，并且更具体地，涉及光学生物传感器、包括该光学生物传感器的生物感测系统、和制造光学生物传感器的方法。

背景技术

生物传感器是测量处于液态或气态的有机或无机材料的浓度的装置。生物传感器可以包括的示例包括压电式生物传感器、光学生物传感器、机电式生物传感器等。光学生物传感器基于生物因素与将被检测的目标材料相互作用的光学现象测量生物材料的浓度。

发明内容

根据本发明构思的一个方面，提供了一种光学生物传感器，包括：生物感测单元，该生物感测单元被配置为通过接收输入光学信号并产生具有根据生物材料变化的波长的感测光学信号而检测生物材料；和光谱仪，该光谱仪被配置为通过使感测光学信号通过具有不同的谐振波长的多个环形谐振器产生多个输出光学信号，所述多个输出光学信号具有基于生物材料变化的强度。

感测光学信号可以为通过从输入光学信号的波长成分中提取谐振波长和通过从输入光学信号中去除所述谐振波长中的一种方式获得的信号，所述谐振波长根据生物材料的浓度变化。生物感测单元可以包括被配置为从输入光学信号的波长成分中提取谐振波长的环形谐振器。

生物感测单元可以包括：被配置为接收输入光学信号的第一光波导；被配置为从输入光学信号的波长成分中提取谐振波长的环形谐振器，所述谐振波长是经由环形谐振器和第一光波导之间的间距提取的；和第二光波导，该第二光波导被配置为经由第二光波导和环形谐振器之间的间距将所述谐振波长作为所述感测光学信号提供至光谱仪。

生物感测单元可以包括用于接收输入光学信号的光波导和环形谐振器，该环形谐振器用于通过经由环形谐振器和光波导之间的间距从输入光学信号的波长中去除所述谐振波长产生感测光学信号，并且将感测光学信号提供至光波导。

生物感测单元可以包括：用于接收输入光学信号的第一光波导；空腔谐振器，该空腔谐振器用于从输入光学信号的波长中提取谐振波长，并提供所述谐振波长作为所述感测光学信号；和第二光波导，该第二光波导用于接收感测光学信号并将感测光学信号提供至光谱仪。

光谱仪可以包括：用于接收感测光学信号的第一光波导；所述多个环形谐振器，所述多个环形谐振器用于经由所述多个环形谐振器和第一光波导之间的间距从感测光学信号的波长中提取多个谐振波长；和多个第二光波导，所述多个第二光波导用于经由所述多个第二光波导和所述多个环形谐振器之间的间距接收所述多个谐振波长，并且提供所述多个谐振波长作为所述多个输出光学信号。

所述多个环形谐振器可以分别提取不同的谐振波长。

光栅耦合器位于所述多个第二光波导的端部处。

光谱仪可以包括N个环形谐振器，所述N个环形谐振器用于产生N个输出光学信号，所述N个输出光学信号具有分别与从感测光学信号的3dB带宽划分的N个相等的子带对应的输出波长成分。

生物感测单元和光谱仪可以位于同一半导体衬底上。

光学生物传感器还可以包括将所述多个输出光学信号转换成电信号的检测单元。

检测单元可以包括用于分别接收所述多个输出光学信号的多个检测器。

所述多个检测器可以包括光电二极管、光电晶体管、飞行时间(TOF)传感器、互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器和电荷耦合器件(CCD)传感器中的至少一种。

生物感测单元、光谱仪和检测单元形成在或被封装在同一半导体衬底上。

光学生物传感器还可以包括用于基于从检测单元输出的电信号确定生物材料的浓度的信号处理器。

光学生物传感器还可以包括用于将输入光学信号提供至生物感测单元的光源。

根据本发明构思的另一个方面，提供了一种光学生物传感器，包括：被配置为从输入光学信号中提取感测光学信号的生物感测环形谐振器，感测光学信号具有根据生物材料的浓度变化的谐振波长；和被配置为从感测光学信号中提取多个输出光学信号的多个光谱环形谐振器，每个输出光学信号具有不同的波长。