荧光检测系统的制作方法
【专利摘要】荧光检测系统，包括芯片本体、脉冲激发光源、单片机数据存储处理模块，所述的脉冲激发光源通过耦合光纤与所述的芯片本体的微反应池相连；所述的芯片本体与所述的单片机数据存储处理模块信号连接；所述的芯片本体包括硅衬底、SU-8厚胶、信号处理电路、光电传感阵列、有源预处理放大阵列和异步时序控制电路本实用新型的有益效果是：1、将时间分辨技术与荧光检测技术相结合，优化了荧光检测系统，不需要复杂的光路结构就可将荧光有效检测出来；2、可以与标准CMOS工艺兼容，即与现今的主流微电子工艺兼容，将光电传感单元与后续的有源像素放大电路及信号处理电路单片集成；3、片上集成了微反应池，可进行多通道不同种样品同时检测。
【专利说明】荧光检测系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种荧光检测系统。
【背景技术】
[0002]荧光分析是利用被测样品的受激荧光特性参数对物质的特性进行定性或定量分析的方法，例如利用癌细胞和正常细胞对血卟啉光敏荧光探针的亲和性差异，得到癌细胞和正常细胞的荧光寿命特性及荧光峰值强度随时间变化的曲线差异，可用于癌症早期诊断与治疗效果评价。目前荧光检测中常用的检测系统是采用光路结构的检测系统，如图1所示，传统的荧光检测系统包括紫外激发光源(I ’)，激发光滤光片(2’)，样品池(3’)，荧光滤光片(4’)，荧光探测器(5 ’)和记录显示系统(6 ’)。所述紫外激发光源位于激发光的光轴线上，通过所示的激发光滤光片进入所述的样品池，形成一条激发光光路；所述样品池发出的荧光通过所述荧光滤光片到达所述荧光探测器，形成一条荧光光路；所述荧光探测器将检测到的荧光信号转换成电流/电压输出，通过所述记录显示系统得到特定物质的荧光特性曲线。
[0003]传统的荧光检测系统需要复杂的光路系统，所述样品池中的物质受激发光照射后发出的荧光和激发光混合在一起，为了有效的将受激荧光从混合光中筛选出来，在所述样品池和所述光电探测器之间必须加上所述荧光滤光片，产生的荧光经过荧光滤光片会有较大的衰减，降低检测灵敏度，同时复杂的光路系统采用分立元件搭建，系统庞大，不能满足荧光检测系统集成化、微型化的要求。
【发明内容】
[0004]本发明针对目前的荧光检测装置测试时荧光会在荧光反应池和荧光探测器之间产生损耗、降低荧光检测的灵敏度的问题，提出了一种测试灵敏度高、损耗小的基于时间分辨技术的荧光检测系统。
[0005]本发明所述的荧光检测系统，其特征在于:包括芯片本体、脉冲激发光源、单片机数据存储处理模块，所述的脉冲激发光源通过耦合光纤与所述的芯片本体的微反应池相连；所述的芯片本体与所述的单片机数据存储处理模块信号连接；
[0006]所述的芯片本体包括硅衬底、SU-8厚胶、信号处理电路、光电传感阵列、有源预处理放大阵列和异步时序控制电路，所述的SU-8厚胶固定在所述的硅衬底上表面，所述的SU-8厚胶上设置至少一个荧光反应池组，每个所述的荧光反应池组由至少一个微反应池构成；位于荧光反应池组正下方的硅衬底上铺设相应的信号处理电路、光电传感阵列、有源预处理放大阵列和异步时序控制电路；所述的光电传感阵列的信号输入端与所述的异步时序控制电路的信号输出端信号相连、所述的光电传感阵列的信号输出端与所述的有源预处理放大阵列的信号输入端相连；所述的有源预处理放大阵列的信号输出端与所述的信号处理电路的信号输入端信号连接、并且所述的信号处理电路的信号输出端通过压焊块与PCB板固定，所述的PCB板与所述的单片机数据存储处理模块的信号输入端信号相连。[0007]所述的光电传感阵列与所述的信号处理电路之间设置金属屏蔽层。
[0008]所述的光电传感阵列为与CMOS工艺兼容的PN结光电二极管形成四通道光感阵列。
[0009]所述的SU-8厚胶上设有四个对称分布的荧光反应池组，并且每个荧光反应池组均有四路微反应池对称排列。
[0010]所述的微反应池深度为100 μ m。
[0011]所述的耦合光纤直径与所述的微反应池的尺寸一致。
[0012]所述的耦合光纤与所述的芯片本体的微反应池通过绝缘胶粘连。
[0013]工作原理，SU-8厚胶上的四路微反应池，微反应池中设计了四通道光电传感阵列，以脉冲光源激发的那一刻为时间基点，延迟一段时间(延迟时间大于光源脉冲宽度)后，测量被激发的荧光信号，可以有效避开激发光噪声对测量的影响，异步时序控制电路分时读取不同时间点的荧光强度，得到荧光信号的衰减曲线，然后光电传感阵列将产生的荧光信号转化为成比例的电流信号；此时有源像素放大阵列将微弱的光电流信号转化成幅值较大的电压传输到信号处理电路，信号处理电路读取四通道光电传感阵列的荧光衰减过程中的荧光强度信号电压后通过压焊块传输到单片机单片机数据存储处理模块，对测定的荧光信号进行处理。
[0014]本发明的有益效果是:1、与CMOS工艺兼容的光电PN结二极管可以将微弱的荧光转换成光电流，光电PN结二极管可根据需要阵列设计；2、光电PN结二极管可与后续的有源信号处理电路单片集成，减少了信号传递损耗和实现了检测的微型化；3、片上集成的SU-8微反应池，可进行单个或多个通道样品同时检测。本发明将荧光信号产生、检测和处理用单片的传感芯片实现。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是传统的荧光检测系统。
[0016]图2是本发明的芯片体的结构图(其中:箭头代表纳米级脉冲激发光的入射方向；P+为P型源漏注入；n+为N型源漏注入；Niell为N型轻掺杂阱)。
[0017]图3是本发明的芯片体内部结构图。
[0018]图4是本发明的结构图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图进一步说明本发明
[0020]参照附图:
[0021]实施例1本发明所述的荧光检测系统，包括芯片本体1、纳秒级脉冲激发光源2、单片机数据存储处理模块3，所述的纳秒级脉冲激发光源3通过耦合光纤31与所述的芯片本体I的微反应池相连；所述的芯片本体I与所述的单片机数据存储处理模块3信号连接；
[0022]所述的芯片本体I包括硅衬底11、SU-8厚胶12、信号处理电路13、光电传感阵列14、有源预处理放大阵列和异步时序控制电路，所述的SU-8厚胶12固定在所述的硅衬底11上表面，所述的SU-8厚胶12上设置至少一个荧光反应池组121，每个所述的荧光反应池组121由至少一个微反应池成1211 ;位于荧光反应池组121正下方的硅衬底11上铺设相应的信号处理电路13、光电传感阵列14、有源预处理放大阵列和异步时序控制电路；所述的光电传感阵列14的信号输入端与所述的异步时序控制电路的信号输出端信号相连、所述的光电传感阵列14的信号输出端与所述的有源预处理放大阵列的信号输入端相连；所述的有源预处理放大阵列的信号输出端与所述的信号处理电路的信号输入端信号连接、并且所述的信号处理电路13的信号输出端通过压焊块15与PCB板16固定，所述的PCB板与所述的单片机数据存储处理模块3的信号输入端相连。
[0023]所述的光电传感阵列14与所述的信号处理电路13之间设置金属屏蔽层17。
[0024]所述的光电传感阵列14为与CMOS工艺兼容的PN结光电二极管形成四通道光感阵列。
[0025]所述的SU-8厚胶12上设有四个对称分布的荧光反应池组121，并且每个荧光反应池组均有四路微反应池1211对称排列。
[0026]所述的微反应池1211深度为100 μ m。
[0027]所述的耦合光纤直径与所述的微反应池的尺寸一致。
[0028]所述的耦合光纤与所述的芯片本体的微反应池通过绝缘胶粘连。
[0029]工作原理，SU-8厚胶12上的四路微反应池1211，微反应池1211中设计了四通道光电传感阵列14，以脉冲光源激发的那一刻为时间基点，延迟一段时间(延迟时间大于光源脉冲宽度)后，测量被激发的荧光信号，可以有效避开激发光噪声对测量的影响，异步时序控制电路分时读取不同时间点的荧光强度，得到荧光信号的衰减曲线，然后光电传感阵列将产生的荧光信号转化为成比例的电流信号；此时有源像素放大阵列将微弱的光电流信号转化成幅值较大的电压传输到信号处理电路，信号处理电路读取四通道光电传感阵列的荧光衰减过程中的荧光强度信号电压后通过压焊块传输到单片机单片机数据存储处理模块，对测定的荧光信号进行处理。
[0030]本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
【权利要求】
1.荧光检测系统，其特征在于:包括芯片本体、脉冲激发光源、单片机数据存储处理模块，所述的脉冲激发光源通过耦合光纤与所述的芯片本体的微反应池相连；所述的芯片本体与所述的单片机数据存储处理模块信号连接； 所述的芯片本体包括硅衬底、SU-8厚胶、信号处理电路、光电传感阵列、有源预处理放大阵列和异步时序控制电路，所述的SU-8厚胶固定在所述的硅衬底上表面，所述的SU-8厚胶上设置至少一个荧光反应池组，每个所述的荧光反应池组由至少一个微反应池构成；位于荧光反应池组正下方的硅衬底上铺设相应的信号处理电路、光电传感阵列、有源预处理放大阵列和异步时序控制电路；所述的光电传感阵列的信号输入端与所述的异步时序控制电路的信号输出端信号相连、所述的光电传感阵列的信号输出端与所述的有源预处理放大阵列的信号输入端相连；所述的有源预处理放大阵列的信号输出端与所述的信号处理电路的信号输入端信号连接、并且所述的信号处理电路的信号输出端通过压焊块与PCB板固定，所述的PCB板与所述的单片机数据存储处理模块的信号输入端信号相连。
2.如权利要求1所述的荧光检测系统，其特征在于:所述的光电传感阵列与所述的信号处理电路之间设置金属屏蔽层。
3.如权利要求2所述的荧光检测系统，其特征在于:所述的光电传感阵列为与CMOS工艺兼容的PN结光电二极管形成四通道光感阵列。
4.如权利要求3所述的荧光检测系统，其特征在于:所述的SU-8厚胶上设有四个对称分布的荧光反应池组，并且每个荧光反应池组均有四路微反应池对称排列。
5.如权利要求4所述的荧光检测系统，其特征在于:所述的微反应池深度为100μ m。
6.如权利要求5所述的荧光检测系统，其特征在于:所述的耦合光纤直径与所述的微反应池的尺寸一致。
7.如权利要求6所述的荧光检测系统，其特征在于:所述的耦合光纤与所述的芯片本体的微反应池通过绝缘胶粘连。
【文档编号】G01N21/64GK203643339SQ201320694335
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年11月5日 优先权日:2013年11月5日
【发明者】施朝霞 申请人:浙江工业大学