[實(shí)用新型]基于CMOS圖像傳感的光柵波導(dǎo)微流體芯片

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202020115986.8
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN212167472U
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳昌;劉博;王靖
• 申請（專利權(quán)）人: 上海新微技術(shù)研發(fā)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(chǎn)權(quán)代理有限公司 32331
• 代理人: 黃少波

本實(shí)用新型提供一種基于CMOS圖像傳感的光柵波導(dǎo)微流體芯片，包括：光柵波導(dǎo)和微流道，光柵波導(dǎo)包括出射光柵，出射光柵位于微流道下方用以將光沿垂直方向向上導(dǎo)入微流道內(nèi)，還包括：依次由下而上設(shè)置的CMOS圖像傳感層、下包層、波導(dǎo)層、保護(hù)層和上包層；所述波導(dǎo)層是在25?150℃沉積溫度下形成的氮化硅材料，波導(dǎo)層用以形成光柵波導(dǎo)；保護(hù)層是二氧化硅材料，用以覆蓋光柵波導(dǎo)并保護(hù)出射光柵；微流道貫穿所述上包層以暴露出保護(hù)層。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(xué)性能可調(diào)的氮化硅光波導(dǎo)，不破壞CMOS圖像傳感層，減少了實(shí)驗(yàn)中對收集光路調(diào)整等準(zhǔn)備工作，提高了實(shí)驗(yàn)效率；提高了檢測系統(tǒng)的便攜性，大大增加了系統(tǒng)的應(yīng)用場景。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種基于CMOS圖像傳感的光柵波導(dǎo)微流體芯片，尤其涉及一種基于CMOS圖像傳感的光柵波導(dǎo)微流體生物檢測芯片。

背景技術(shù)

在現(xiàn)代生化分析流程中，高通量檢測設(shè)備已經(jīng)被廣泛使用。這些設(shè)備大多采用基于微流體技術(shù)或者微孔陣列的生物芯片，裝載在高性能的光學(xué)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對諸如核酸、蛋白、病毒、細(xì)菌、細(xì)胞等等不同尺寸的生物樣品的分析。這些光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通常都基于復(fù)雜的幾何光學(xué)，其體積大、成本高、需要光學(xué)準(zhǔn)直、維護(hù)成本較高。

在精準(zhǔn)醫(yī)療時代，小型化、高性能、低成本和可移動的集成化分析系統(tǒng)受到很大關(guān)注。尤其是lab on chip的概念，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，基于微流體技術(shù)對生物樣品的操控方面取得了長足的進(jìn)步，但真正的lab on chip系統(tǒng)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(xué)檢測和分析集成系統(tǒng)。

CMOS圖像傳感器是利用CMOS半導(dǎo)體的有源像素傳感器，其中每個光電傳感器附近都有相應(yīng)的電路直接將光能量轉(zhuǎn)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(shù)相對更少，功耗較低，數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)輸出速率一般不超過每秒70百萬像素，而CMOS則可以達(dá)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(xué)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(dǎo)的集成光學(xué)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(dǎo)的集成光學(xué)器件的其應(yīng)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(shí)驗(yàn)室顯微鏡等光信號收集裝置和光譜監(jiān)測裝置，可減少實(shí)驗(yàn)中對收集光路調(diào)整等準(zhǔn)備工作，提高了實(shí)驗(yàn)效率；可提高檢測系統(tǒng)的便攜性，大大增加了系統(tǒng)的應(yīng)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(jié)構(gòu)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。

實(shí)用新型內(nèi)容

為解決目前現(xiàn)代生化分析儀器體積龐大、成本高和滿足精準(zhǔn)醫(yī)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。本實(shí)用新型通過集成電路量產(chǎn)工藝來生產(chǎn)這種芯片級光學(xué)檢測和分析系統(tǒng)，將傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)的功能通過集成光學(xué)或片上光學(xué)器件來實(shí)現(xiàn)，在高分子聚合材料和CMOS圖像傳感層上形成光波導(dǎo)層，利用CMOS的替代性，減少了實(shí)驗(yàn)中對收集光路調(diào)整等準(zhǔn)備工作，提高了實(shí)驗(yàn)效率；提高了檢測系統(tǒng)的便攜性，不僅可以把傳統(tǒng)的臺式甚至大型的光學(xué)系統(tǒng)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(shí)現(xiàn)微納尺度下的生物樣品的高通量芯片級光學(xué)檢測和分析集成系統(tǒng)，大幅度降低系統(tǒng)成本。

本實(shí)用新型提供一種基于CMOS圖像傳感的光柵波導(dǎo)微流體芯片，包括：光柵波導(dǎo)和微流道，其特征在于：所述光柵波導(dǎo)包括出射光柵，所述出射光柵位于所述微流道下方用以將光沿垂直方向向上導(dǎo)入所述微流道內(nèi)，