[發明專利]基于CMOS圖像傳感的光波導微流體芯片

在審

• 申請號: 202010053200.9
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111135888A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 陳昌;劉博;王靖
• 申請（專利權）人: 上海新微技術研發中心有限公司
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00;G01N21/63
• 代理公司: 蘇州國卓知識產權代理有限公司 32331
• 代理人: 黃少波

本發明提供一種基于CMOS圖像傳感的光波導微流體芯片，包括：光波導和微流道，光波導用以將光沿水平方向導入微流道內，還包括：依次由下而上設置的CMOS圖像傳感層、下包層、波導層和上包層；波導層是在25?150℃沉積溫度下形成的氮化硅材料，波導層用以形成光波導；微流道由上而下貫穿上包層、波導層和下包層以暴露出所述CMOS圖像傳感層；下包層是厚度為15～30μm的高分子聚合材料，上包層是厚度為15～30μm的高分子聚合材料，微流道寬度為10?100μm。具有有益效果：在CMOS圖像傳感層和高分子聚合材料上低溫沉積光學性能可調的氮化硅光波導，不破壞CMOS圖像傳感層，減少了實驗中對收集光路調整等準備工作，提高了實驗效率；提高了檢測系統的便攜性，大大增加了系統的應用場景。

技術領域

本發明涉及一種基于CMOS圖像傳感的光波導微流體芯片，尤其涉及一種基于CMOS圖像傳感的光波導微流體生物檢測芯片。

背景技術

在現代生化分析流程中，高通量檢測設備已經被廣泛使用。這些設備大多采用基于微流體技術或者微孔陣列的生物芯片，裝載在高性能的光學系統中，實現對諸如核酸、蛋白、病毒、細菌、細胞等等不同尺寸的生物樣品的分析。這些光學系統的設計通常都基于復雜的幾何光學，其體積大、成本高、需要光學準直、維護成本較高。

在精準醫療時代，小型化、高性能、低成本和可移動的集成化分析系統受到很大關注。尤其是lab on chip的概念，經過幾十年的發展，基于微流體技術對生物樣品的操控方面取得了長足的進步，但真正的lab on chip系統仍然缺少一種微納尺度下的高通量生物樣品的芯片級的片上光學檢測和分析集成系統。

CMOS圖像傳感器是利用CMOS半導體的有源像素傳感器，其中每個光電傳感器附近都有相應的電路直接將光能量轉換成電壓信號。與感光耦合元件CCD不同的是，它并不涉及信號電荷。同等條件下，CMOS圖像傳感器元件數相對更少，功耗較低，數據吞吐速度也比CCD高，信號傳輸距離較CCD短，電容、電感和寄生延遲降低，且資料輸出采用X-Y尋址方式，速度更快。CCD的數據輸出速率一般不超過每秒70百萬像素，而CMOS則可以達到每秒100百萬像素。

而在高分子聚合物和CMOS圖像傳感器上沉積光學氮化硅薄膜等材料，其中高分子聚合物形成的柔性基底可以將以SiN為波導的集成光學器件同硅或者玻璃襯底分開且聚合物具有一定的延展性，這大大增加了以SiN等材料為波導的集成光學器件的其應用范圍；其中CMOS圖像傳感器可以直接形成光譜或圖圖像，可以替代實驗室顯微鏡等光信號收集裝置和光譜監測裝置，可減少實驗中對收集光路調整等準備工作，提高了實驗效率；可提高檢測系統的便攜性，大大增加了系統的應用場景。

在高分子聚合物和CMOS圖像傳感器上沉積薄膜，為了不破壞聚合物的分子結構和CMOS圖像傳感器需要將沉積溫度控制的越低越好，而目前主流的SiN薄膜生長溫度在400度左右，仍然太高，容易軟化和熔融高分子聚合物和破壞CMOS圖像傳感器。

發明內容

為解決目前現代生化分析儀器體積龐大、成本高和滿足精準醫療時代所需求的儀器小型化、可移動和集成化等一系列新的需求。本發明通過集成電路量產工藝來生產這種芯片級光學檢測和分析系統，將傳統光學系統的功能通過集成光學或片上光學器件來實現，采取一種低溫光導制造工藝在高分子聚合材料和CMOS圖像傳感層上形成光波導層，避免軟化，硬化和熔融高分子聚合材料和破壞CMOS圖像傳感器，利用CMOS的替代性，減少了實驗中對收集光路調整等準備工作，提高了實驗效率；提高了檢測系統的便攜性，大大增加了系統的應用場景；不僅可以把傳統的臺式甚至大型的光學系統縮小到芯片尺寸，而且還保證同等甚至更出色的分析性能，實現微納尺度下的生物樣品的高通量芯片級光學檢測和分析集成系統，大幅度降低系統成本。

本發明提供一種基于CMOS圖像傳感的光波導微流體芯片，包括：光波導和微流道，所述光波導用以將光沿水平方向導入所述微流道內，其特征在于：