[发明专利]具有光电探测器的集成生物传感装置

说明书

技术领域

本发明涉及传感器，特别是生物传感器，涉及集成半导体装置，所述 集成半导体装置具有布置为探测来自样品的发射的辐射探测器(例如光电 探测器)，并且涉及制造和使用这类装置的相应方法。本发明还涉及辐射探 测器(例如光电探测器)阵列和样品位点阵列，并且涉及制造和使用这类 阵列的相应方法。

背景技术

微流控装置是大多数生物芯片技术的核心，其被用于准备流控(例如 基于血液的)样品和对这些样品的随后分析。包括生物传感器和微流控装 置的集成装置是已知的，例如，被称为DNA/RNA芯片、生物芯片、基因 芯片和芯片实验室。特别地，阵列(例如微阵列)上的高通量筛选是一种 用于化学分析或生化分析的新工具，例如用在诊断学中。这些生物芯片装 置包括小体积的反应池(well)或反应器(在其中检查化学反应或生化反应)， 并可以快速且可靠地调节、输送、混合和存储微量流体以大量执行期望的 物理、化学和生化反应和分析。通过在小体积中执行测定，可以实现对时 间的显著节省和对靶、化合物及试剂的成本的显著节省。

通常，利用光学探测系统来实现对生物芯片的荧光信号的探测，该光 探测系统包括光源、光滤波器和传感器(例如CCD相机)，其位于台式 (bench-top)/实验室机器中，以量化出现的荧光团的量。这种传感器10 的一个示意性图示说明在图1中示出，其显示了用于照射衬底18上的样品 16的辐射源14。用探测器元件12中的光学器件22来收集由此产生的荧光 信号。此外，台式/实验室机器中所用的荧光探测系统通常需要昂贵的光学 组件来采集和分析荧光信号。典型地，需要用于对激发辐射20进行滤波的 滤波器以及用于分离来自荧光响应的激发辐射的滤波器24。特别地，使用 具有尖锐的波长截止的昂贵光学滤波器(即高选择性的滤波器)来获得这 些光学系统所需要的灵敏度，因为激发光谱(吸收)和发射光谱(荧光) 之间的频移通常较小(<50nm)。后者在图2中示出。因此，基于荧光的光 学系统中的主要噪声源是(部分)激发光的反射和激发光的(Rayleigh)散 射。

在很多生物技术应用中，诸如分子诊断学，存在对包括光学传感器或 光学传感器阵列的生物芯片的需求，该生物芯片探测荧光信号并且可以并 行地或独立地将其读出，以允许在多种(反应)条件下进行高通量分析。 除其他优点外，合并有光学传感器的生物芯片的优点在于：芯片上荧光信 号采集系统提高了分析芯片(例如DNA芯片杂交模式分析)的速度和可靠 性，降低了测定成本，通过例如获得应用于诸如即时诊断(point-of-care diagnostics)和路边测试的便携式手持仪器而获得高便携性(即不再需要中 央台式机器)，可以随着收集的立体角度的增大而扩大荧光强度，以及介质 边界的数量和相应的反射降低。

台式机器将能够处理通用生物芯片和生物芯片的多样性。使光学传感 器成为台式机器的一部分需要安装用于特异性测定的特异性滤波器组，这 妨碍通过各个激发光谱和/或发射光谱对荧光标记进行并行(多路复用)探 测。因此，读出(多个)芯片上光学传感器的能力允许灵活的多用途台式 机器，并开创了通向生物芯片、台式机器及其组件的标准化的途径。然而， 对滤波器的需求使得这些生物芯片很昂贵，如果考虑到一次性生物芯片， 这尤其是不利的。

在核酸研究(Nucleic Acids Research)32(2004)中，Fixe等人描述了 具有集成光学传感器的生物芯片。探测系统使用昂贵的滤波器来滤除激发 光，因此探测灵敏度由于滤波而受到限制。

在大量生物技术应用中，诸如分子诊断学中，存在对包含温控隔室阵 列的生化模块(例如传感器，PCR)的需求，可以并行并独立地处理这些温 控隔室以允许高通用性和高通量。

本发明的一个目标是提供改进的传感器，特别是生物传感器，并提供 具有布置为探测来自样品的发射的诸如光电探测器的辐射探测器的改进的 集成半导体装置，并且提供制造和使用这些装置的相应方法。

发明内容

本发明由独立权利要求限定。从属权利要求限定有利的实施方式。