專利名稱：改進(jìn)的熒光傳感裝置的制作方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種用來檢測(cè)液體或氣體介質(zhì)中分析物的存在或濃度的光電傳感裝置。更具體地說，本發(fā)明涉及一種熒光傳感裝置，其特征在于尺寸極小巧、響應(yīng)時(shí)間快和信噪比高。
2.背景技術(shù)其公開內(nèi)容在此引入作為參考的美國(guó)專利US5,517,313描述了一種熒光傳感裝置，這種裝置包括一種含熒光指示劑分子材料的分層陣列(layered array)、一高通濾光器和一光檢測(cè)器。這種裝置中，優(yōu)選是發(fā)光二極管(“LED”)的光源至少部分位于指示劑材料內(nèi)，以便射自光源的入射光能使指示劑分子發(fā)熒光。高通濾光器使所發(fā)射的光能傳到光檢測(cè)器上，同時(shí)濾出來自光源的散射入射光。
用于美國(guó)專利US5,517,313所述裝置中的指示劑分子熒光由局部存在的分析物(local presence of theanalyte)調(diào)節(jié)，即，減弱或增強(qiáng)。例如，絡(luò)合物(complex)——三(4，7-二苯基-1，10-菲咯啉)高氯酸釕(II)(tris(4，7-diphenyl-1，10-phenanthroline)ruthenium(II)perchlorate)的橙紅熒光由局部存在的氧減弱。因此，這種絡(luò)合物可利于用作一種氧傳感器(oxygen sensor)的指示劑分子。類似地，其熒光受特定分析物影響的其他指示劑分子也是公知的。
在美國(guó)專利US5,517,313中所述的傳感器中，含指示劑分子的材料對(duì)分析物來說是可滲透的。這樣，分析物可從周圍的測(cè)試介質(zhì)擴(kuò)散到這種材料中，從而影響指示劑分子所發(fā)出的熒光。將光源、含指示劑分子的材料、高通濾光器和光檢測(cè)器構(gòu)造成使指示劑分子所發(fā)出的熒光能作用于光檢測(cè)器，產(chǎn)生一電信號(hào)，該信號(hào)表示周圍介質(zhì)中分析物的濃度。
盡管美國(guó)專利US5,517,313中描述的傳感裝置比起已有技術(shù)裝置來說表現(xiàn)出顯著的進(jìn)步，可是仍需要更小巧、更便宜并且相對(duì)其中所述的那些裝置具有更優(yōu)傳感特性的傳感器。這樣，本發(fā)明的目的在于，對(duì)前述專利中所述的傳感裝置進(jìn)行改進(jìn)。
附圖簡(jiǎn)述以下將參照


本發(fā)明，這些附圖中圖1是一傳統(tǒng)發(fā)光二極管的透視圖。
圖2是說明根據(jù)本發(fā)明一傳感裝置的透視圖。
圖3是沿圖2的線3-3所取圖2中傳感裝置的斷面圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明一傳感裝置另一實(shí)施例的斷面圖。
圖4a是圖4中傳感裝置的部件分解圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明一傳感裝置又一實(shí)施例的斷面圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明一傳感裝置再一實(shí)施例的斷面圖。
圖7是圖6中傳感裝置的頂視圖。
圖8和9圖示說明了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例傳感裝置的光檢測(cè)器。
圖10是根據(jù)本發(fā)明一傳感裝置另一實(shí)施例的斷面圖。
圖11是根據(jù)本發(fā)明一傳感器又一實(shí)施例的斷面圖。
圖12圖示說明了一個(gè)多傳感器的實(shí)施例，該實(shí)施例用來同時(shí)確定周圍氣體或液體介質(zhì)中多種分析物的存在或濃度。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明，一種用來確定一液體或氣體介質(zhì)中分析物的存在或濃度的熒光傳感裝置包括(a)一發(fā)光P-N節(jié)(下文稱為一發(fā)光二極管(“LED”))，所述LED有一孔，該孔的方向一般垂直于該P(yáng)-N節(jié)平面，構(gòu)造所述孔以便一旦將一電壓施加在該節(jié)兩端，光就從所述節(jié)中射入所述孔中；(b)包含于所述孔至少一部分內(nèi)的可滲透分析物熒光基質(zhì)，所述熒光基質(zhì)含其熒光受到所述熒光基質(zhì)中分析物的存在而減弱或增強(qiáng)的熒光指示劑分子；選擇所述LED和熒光指示劑分子，以便LED所發(fā)射的波長(zhǎng)能激發(fā)指示劑分子中的熒光；和(c)所述孔一端的光檢測(cè)器，該光檢測(cè)器響應(yīng)于所述熒光指示劑分子發(fā)射的熒光而產(chǎn)生一電信號(hào)。
發(fā)明詳述圖1中示出一種傳統(tǒng)的LED。LED10由一層N型半導(dǎo)體和一層P型半導(dǎo)體組成，在這兩層半導(dǎo)體的P-N交接面12處形成一發(fā)光節(jié)(light-emitting junction)。當(dāng)例如通過電引線14和16將一電壓加在P-N節(jié)12兩端時(shí)，光線11從與該節(jié)處于大致相同平面內(nèi)的節(jié)上發(fā)射出來。如美國(guó)專利US5,517,313中所述，LED的這種邊緣發(fā)射(edge-emitting)特性有助于用來引導(dǎo)光橫穿一光電傳感器中的一層熒光基質(zhì)(fluorescent matrix)。
依照慣例，LED通過以下手段制造首先用公知的浸漬摻雜(infusion doping)法制備雙層半導(dǎo)體晶片，然后將得到的晶片切割成適當(dāng)大小的芯片。LED通常相當(dāng)小，豎直(on an edge)測(cè)量為200-300微米數(shù)量級(jí)。
根據(jù)本發(fā)明，令人驚奇發(fā)現(xiàn)的是，可以在一LED芯片內(nèi)切割出一個(gè)孔或腔，而不會(huì)破壞或者基本不損害發(fā)光P-N節(jié)的功能。這樣，在該節(jié)的兩端施加一電壓的情況下，光從該節(jié)射入孔或腔。圖2以部分剖開的透視圖示出本發(fā)明的一種裝置。傳感器20包括一LED22，LED22具有用來在P-N節(jié)28兩端施加一電壓的輸入引線24和26。該LED有一孔29，通常沿垂直于P-N節(jié)28的方向切穿該孔29。
如圖3所示，將一種聚合物基質(zhì)32置于孔29中，這種聚合物基質(zhì)32含熒光指示劑分子，這些分子的熒光因分析物的存在而受到減弱或增強(qiáng)。這種熒光基質(zhì)對(duì)分析物來說可滲透，以使存在于暴露在孔29開口端的氣體或液體介質(zhì)中的分析物能夠擴(kuò)散到熒光基質(zhì)32中，或從其中散出?？梢詫⒖?9完全填充到一水平，以使光線射入熒光基質(zhì)32中。例如，可以將孔29填滿(即，與LED的頂面平齊)。還可以將孔29填充到足以蓋住P-N節(jié)28的水平。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可以使光檢測(cè)器23位于LED22的一端，使感光區(qū)25與孔29相鄰。光檢測(cè)器可以是一種從兩個(gè)半導(dǎo)體的交接面得到的傳統(tǒng)固態(tài)光電裝置。在一優(yōu)選實(shí)施例中，感光區(qū)25對(duì)應(yīng)于與孔29相鄰的區(qū)域。該感光區(qū)可以用本領(lǐng)域眾所周知的傳統(tǒng)光掩模技術(shù)制造。通過電引線33和31將光檢測(cè)器23產(chǎn)生的電信號(hào)傳輸給適當(dāng)?shù)姆糯蠛蜏y(cè)量電路(圖中未示)。
傳感器20的運(yùn)作示于圖3的斷面圖中。在經(jīng)引線24和26將一電壓施加到P-N節(jié)28兩端的情況下，光線34射入孔29中所含的熒光基質(zhì)32中。當(dāng)光線撞擊熒光指示劑分子36時(shí)，分子發(fā)出熒光，其強(qiáng)度取決于熒光基質(zhì)32中分析物的濃度。一部分熒光向下射向光檢測(cè)器23，作用于感光區(qū)25。光檢測(cè)器23和感光區(qū)25產(chǎn)生一電信號(hào)，該電信號(hào)由引線33和31傳送。
如圖3所示，從P-N節(jié)28射入熒光基質(zhì)32中的光通過內(nèi)反射充分收集在該裝置中，由此提高了該裝置的總效率。例如，未通過熒光基質(zhì)32吸收于第一通道(pass)上的光線37可以從孔29的壁反射回?zé)晒饣|(zhì)中，在此它又有機(jī)會(huì)來撞擊一熒光指示劑分子。
該裝置的效率可以通過用一種反射性不導(dǎo)電材料39涂敷LED22的各壁來進(jìn)一步提高。例如，可以用一種膠乳材料來涂敷LED22的各壁。這樣，通過LED22的各壁把會(huì)另外發(fā)送到該裝置之外的光反射回到熒光基質(zhì)32中。
可以用任何適當(dāng)?shù)募夹g(shù)在LED22中形成孔29。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，可以借助受激準(zhǔn)分子激光器在LED22內(nèi)加工出該孔，這種激光器優(yōu)選是發(fā)出波長(zhǎng)約為248納米光的激光器。這種受激準(zhǔn)分子激光器還可以以更低的效率采用約193納米的波長(zhǎng)。激光束的X、Y坐標(biāo)由孔徑(aperture)控制，而孔29的深度由脈沖數(shù)控制?？?9的大小可以根據(jù)傳感器20的用途變化?？?9可以完全穿過LED22。另一方面，半導(dǎo)體材料的一個(gè)壁或一層可以保持在該孔與光檢測(cè)器相鄰的那端，只要它足以透射熒光指示劑分子36發(fā)出的光即可。只要一較淺的孔能夠穿過P-N節(jié)，該孔可能就是合適的。孔29可以是任何要求的形狀，較合適的是圓柱形。有利的是，孔29的直徑范圍約為10～300微米，優(yōu)選約為20～200微米，最優(yōu)選的是約為100～150微米。
可滲透分析物的熒光基質(zhì)32優(yōu)選是一種其中散布有熒光指示劑分子的聚合物基質(zhì)。有利的是，這種聚合物是一種能夠鑄(cast)于孔29內(nèi)的一種物質(zhì)，通過單體或者低聚物在原處(insitu)蒸發(fā)或者聚合而將這種聚合物沉積在孔29內(nèi)。用于該基質(zhì)中的聚合物應(yīng)當(dāng)在指示劑分子的激發(fā)波長(zhǎng)下能進(jìn)行光傳輸。
各種聚合物可用于熒光基質(zhì)32的制備。這種已發(fā)現(xiàn)可用于制備氧傳感器的聚合物體系采用硅聚合物(siliconepolymer)RTV118，這種材料可從美國(guó)馬薩諸塞州的pittsfield的通用電氣公司(General Electric Company)買到。這種聚合物可以溶解于1∶1～1∶6的石油、醚/氯仿混合物中，上述熒光指示劑釕絡(luò)合物在約0.1～1毫克分子的濃度下被摻雜到該聚合物溶液中，將得到的混合物放入孔29中。溶劑的蒸發(fā)導(dǎo)致熒光基質(zhì)32沉積在孔29內(nèi)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，如圖2-4所示，可以將電引線安裝到形成LED22的半導(dǎo)體材料頂部，電引線24接至LED22的底部。如圖4a中清楚顯示的那樣，電引線31和33優(yōu)選分別安裝到光檢測(cè)器23頂部和底部。在一優(yōu)選實(shí)施例中，電引線24和31可以嵌入一種環(huán)氧樹脂材料中，這種材料將LED22接到光檢測(cè)器23上。
另一實(shí)施例中，LED22的下表面與光檢測(cè)器23的上表面電接觸，從而可以采用一個(gè)公共電觸點(diǎn)(圖中未示)。為便于實(shí)現(xiàn)這種電接觸，可以用一種導(dǎo)電粘合劑將光檢測(cè)器23和LED22結(jié)合在一起。
由于傳感器20的物理結(jié)構(gòu)，所以幾乎沒有射自節(jié)28的入射光到達(dá)光檢測(cè)器23。然而，少量的這種光可以通過內(nèi)反射到達(dá)光檢測(cè)器。另外，穿過孔29的環(huán)境光線可以到達(dá)光檢測(cè)器23。如圖4所示，可以在熒光基質(zhì)32與光檢測(cè)器23之間插入一遮光濾光器(optical cut-off filter)41。濾光器41用來傳輸射自熒光指示劑分子36的熒光，同時(shí)濾出LED22發(fā)射的入射光和相當(dāng)一部分會(huì)另外到達(dá)光檢測(cè)器23的環(huán)境光線。光檢測(cè)器23、濾光器41和LED22可以借助粘合劑實(shí)際連接在一起。圖4a示出圖4中傳感器的部件分解圖。
一個(gè)實(shí)施例中，濾光器41涂敷在光檢測(cè)器23上?？梢詮拿绹?guó)加利福尼亞州的Santa Rosa的光涂層實(shí)驗(yàn)公司(Optical Coating Laboratory)得到適當(dāng)?shù)臑V光器涂層，并且可以用傳統(tǒng)的方法施加它。見美國(guó)專利US5,200,855。另一實(shí)施例中，濾光器可以是一種有色環(huán)氧樹脂，這種環(huán)氧樹脂可以用來嵌入電引線24，電引線24接至LED22。例如，可以從新墨西哥的Albuquerque的CVI激光器公司得到一種適當(dāng)?shù)挠猩h(huán)氧樹脂。
又一實(shí)施例中，如圖5所示，可以將一濾光器42置于光檢測(cè)器23與熒光基質(zhì)32之間的孔29中。適當(dāng)?shù)臑V光器可以是一種環(huán)氧樹脂型濾光器，例如可以從新墨西哥的Albuquerque的CVI激光器公司買到的濾光器。
圖6和7示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的光電傳感裝置60。傳感器60包括襯底64支撐的LED62。LED62優(yōu)選通過以下步驟形成將第一半導(dǎo)體層66(如一氮化鎵(GaN)n型材料)淀積在襯底64的頂部，然后將第二半導(dǎo)體層65(如一氮化鎵p型材料)淀積在第一半導(dǎo)體層的頂部。半導(dǎo)體層66和6 5的P-N交接面形成發(fā)光節(jié)68。LED62半導(dǎo)體層的厚度為2～30微米，優(yōu)選為5～20微米，最優(yōu)選為8～12微米。
LED62具有用來將一電壓施加在P-N節(jié)68兩端的輸入引線24和26。如圖6所示，輸入引線26接至正極表面65，而輸入引線24接至負(fù)極表面66。在一優(yōu)選實(shí)施例中，如圖6所示，輸入引線24接至LED62負(fù)極表面66的下部。輸入引線24還可以接至如以上關(guān)于圖2所述的負(fù)極表面66。而且，根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，輸入引線26通過連接焊點(diǎn)63安裝到LED62的正極表面65上，連接焊點(diǎn)63由一種導(dǎo)電性強(qiáng)的材料制成。連接焊點(diǎn)63優(yōu)選由金制成，但也可以由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知的導(dǎo)電性強(qiáng)的材料制成。輸入引線26可以用包括如球焊(ball bond)或楔焊(wedgebond)的任意適當(dāng)方法焊接到連接焊點(diǎn)63上。
以通常與含P-N節(jié)68的平面相垂直的方向在LED62內(nèi)形成孔69。如以上關(guān)于圖2-4所描述的那樣，將聚合物基質(zhì)32放入孔69中，這種基質(zhì)32含其熒光由分析物的存在而受到減弱或增強(qiáng)的熒光指示劑分子。由于如上所述LED62的厚度極小，所以孔69優(yōu)選通過以下手段制成掩模(masking)LED62的一部分，用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的技術(shù)光刻(etching)孔69。優(yōu)選用來制作根據(jù)本實(shí)施例的孔69的掩模光刻技術(shù)表現(xiàn)出基本上優(yōu)于如上所述的激光燒蝕(laser ablation)技術(shù)。
襯底64可以由任意適當(dāng)材料制成，這種材料基本上在指示劑分子的發(fā)射波長(zhǎng)處傳輸光。優(yōu)選的是，襯底64可以是一種使LED材料能夠淀積或制作在其表面上的材料。在一優(yōu)選實(shí)施例中，襯底64由一種不導(dǎo)電碳化硅(SiC)材料制成。LED62和襯底64可以通過任意適當(dāng)?shù)募夹g(shù)如制作或淀積而實(shí)際結(jié)合在一起。
還根據(jù)該實(shí)施例，如圖6所示，一光檢測(cè)器72位于襯底64的下部，感光區(qū)在孔69之下。光檢測(cè)器72可以是一種固態(tài)光電裝置，這種裝置由兩個(gè)半導(dǎo)體的交接面生成。一個(gè)實(shí)施例中，如圖6所示，一N型半導(dǎo)體區(qū)73和一P型半導(dǎo)體區(qū)74形成于襯底64中。半導(dǎo)體區(qū)73和74可以用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知的技術(shù)形成。例如，如圖8所示，半導(dǎo)體區(qū)73可以用以下手段形成掩模襯底64的一部分，浸漬摻雜襯底64的未被掩模區(qū)。如圖9所示，半導(dǎo)體區(qū)74可以用以下手段形成掩模襯底64和半導(dǎo)體區(qū)73的一些部分，浸漬摻雜半導(dǎo)體區(qū)73的未被掩模區(qū)。光檢測(cè)器72所產(chǎn)生的電信號(hào)經(jīng)電引線70和71傳輸給適當(dāng)?shù)姆糯笈c測(cè)量電路(圖中未示)。
可以在熒光基質(zhì)32與光檢測(cè)器72之間插入一遮光濾光器。在一優(yōu)選實(shí)施例中，如圖10所示，濾光器75可以置于熒光基質(zhì)32與襯底64之間的孔69中。與濾光器41相類似，濾光器75用來傳輸射自熒光指示劑分子36的熒光，同時(shí)濾出LED62所射出的入射光和會(huì)另外到達(dá)光檢測(cè)器23的相當(dāng)一部分環(huán)境光線。優(yōu)選的濾光器是一種薄膜二向色性的二氧化硅/二氧化鈦電子束淀積濾光器，這種濾光器例如可以從美國(guó)加利福尼亞州的Santa Rosa的光涂層實(shí)驗(yàn)公司買到，并且例如在美國(guó)專利US5,200,855中有所描述，該專利在此引入以作參考。當(dāng)然，還可以采用具有其他成分的適當(dāng)濾光器。
如以上關(guān)于圖6和10所描述的那樣，傳感器60優(yōu)選可以是單獨(dú)一個(gè)單片(monolithic)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)有一LED區(qū)和一檢測(cè)器區(qū)。在一優(yōu)選實(shí)施例中，傳感器60還可以有一濾光器區(qū)。
根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例，如圖11所示，一種傳統(tǒng)的光檢測(cè)器(如上述光檢測(cè)器23)可以位于襯底64的一端，一感光區(qū)在孔69之下。光檢測(cè)器23可以通過一種適當(dāng)?shù)墓鈧鬏斦澈蟿┙又烈r底64。如上所述，光檢測(cè)器23產(chǎn)生的電信號(hào)經(jīng)電引線31和33傳輸給適當(dāng)?shù)姆糯笈c測(cè)量電路(圖中未示)。根據(jù)該實(shí)施例，傳感器60還可以配備有一如上所述的遮光濾光器。如圖11所示，遮光濾光器75可以插入熒光基質(zhì)32與襯底64之間的孔69中。另一實(shí)施例中，如以上關(guān)于圖2-4所述的那樣，一遮光濾光器可以置于襯底64與光檢測(cè)器23之間。
雖然圖11中示出兩電引線31和33從光檢測(cè)器23的上部區(qū)域和下部區(qū)域伸出，不過它們也可以從光檢測(cè)器23的底部伸出。適當(dāng)?shù)牡撞堪惭b光檢測(cè)器或者如這里所述的“倒裝片”可以從例如加利福尼亞州的Camarillo的先進(jìn)光子學(xué)得到。底部安裝光檢測(cè)器還可以與以上關(guān)于圖2-5所述的傳感器一起使用。
本發(fā)明的傳感器其特征在于尺寸極小。例如，這種傳感器的整體尺寸豎直測(cè)量在200-300微米的數(shù)量級(jí)。這些傳感器還可以500微米這么大的整體尺寸和50微米這么小的豎直尺寸。這樣，這種傳感器可以用于小型應(yīng)用領(lǐng)域。例如，這些傳感器小得足以植入皮下或者植入血管中。盡管已關(guān)于氧濃度的檢測(cè)描述了這些傳感器，不過可以將指示劑分子選擇為對(duì)諸如葡萄糖、某些激素、酶等之類分析物敏感的分子。
少量的熒光基質(zhì)材料和光檢測(cè)器72與23的感光區(qū)制成具有極小暗電流的裝置。這樣，本發(fā)明這些裝置的信噪比相當(dāng)好。
鑒于根據(jù)本發(fā)明的傳感器有極小的尺寸，可以用多個(gè)傳感器同時(shí)確定周圍氣體或液體介質(zhì)中多個(gè)分析物的存在或濃度。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖12所示，傳感器80包括一LED區(qū)和一檢測(cè)器區(qū)，LED區(qū)可以包括多個(gè)LED62，而檢測(cè)器區(qū)可以包括多個(gè)光檢測(cè)器53?？梢杂萌我膺m當(dāng)?shù)膫鹘y(tǒng)技術(shù)如制作或淀積使LED62形成于襯底50上。襯底50優(yōu)選可以由一種不導(dǎo)電碳化硅材料制成；不過，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知的那樣，還可以采用其他適當(dāng)?shù)囊r底材料。圖12中示出的每個(gè)LED62可以具有與以上關(guān)于圖6、7或10所述的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的是，每個(gè)LED含熒光基質(zhì)32，熒光基質(zhì)32包括熒光指示劑分子36，熒光指示劑分子36的熒光由一種不同的分析物減弱或增強(qiáng)。
根據(jù)該實(shí)施例，如圖12所示，光檢測(cè)器53可以形成于襯底50的一側(cè)。光檢測(cè)器53優(yōu)選包括每個(gè)位于襯底50上LED的分開的感光區(qū)。使每個(gè)感光區(qū)位于使它能接收射自孔69內(nèi)熒光指示劑分子36的熒光的位置。在一個(gè)實(shí)施例中，如以上關(guān)于圖8和9所述的那樣，通過掩模和浸漬摻雜襯底50來產(chǎn)生分開的P型和N型半導(dǎo)體區(qū)，可以制成光檢測(cè)器。光檢測(cè)器53產(chǎn)生的電信號(hào)經(jīng)電引線70和71傳輸給適當(dāng)?shù)姆糯笈c測(cè)量電路(圖中未示)。
如以上關(guān)于圖12所述的那樣，傳感器80優(yōu)選可以是單獨(dú)一個(gè)單片結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)有一LED區(qū)和一檢測(cè)器區(qū)。在一優(yōu)選實(shí)施例中，傳感器80還可以有一濾光器區(qū)。
以上關(guān)于某些優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明的熒光傳感器。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可知，在不脫離如所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明實(shí)質(zhì)和范圍的情況下，可以作修改和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種用來確定一液體或氣體介質(zhì)中分析物的存在或濃度的熒光傳感裝置，包括(a)有一半導(dǎo)體節(jié)的發(fā)光二極管(“LED”)，所述LED有一孔，該孔的方向一般垂直于所構(gòu)造的半導(dǎo)體節(jié)，以便一旦將一電壓施加在該節(jié)兩端，光就從所述節(jié)中射入所述孔中；(b)含在所述孔內(nèi)的可滲透分析物熒光基質(zhì)，所述熒光基質(zhì)含其熒光受到所述熒光基質(zhì)中分析物的存在而減弱或增強(qiáng)的熒光指示劑分子，選擇所述LED和熒光指示劑分子，以便LED所發(fā)射的波長(zhǎng)能激發(fā)指示劑分子中的熒光；和(c)所述孔一端的光檢測(cè)器，該光檢測(cè)器響應(yīng)于所述熒光指示劑分子發(fā)射的熒光而產(chǎn)生一電信號(hào)。
2.權(quán)利要求1的熒光傳感裝置，其中熒光基質(zhì)包括散布于一種聚合物中的熒光指示劑分子，這種聚合物傳輸熒光指示劑分子激發(fā)與發(fā)射波長(zhǎng)下的光。
3.權(quán)利要求1的熒光傳感裝置，其中LED的最長(zhǎng)邊小于約500微米。
4.權(quán)利要求3的熒光傳感裝置，其中LED內(nèi)的孔具有約10～500微米的直徑。
5.權(quán)利要求1的熒光傳感裝置，還包括LED各外壁上的反射涂層。
6.權(quán)利要求1或5的熒光傳感裝置，還包括置于熒光基質(zhì)與光檢測(cè)器之間的遮光濾光器，所述濾光器能夠傳輸熒光指示劑分子所發(fā)射波長(zhǎng)下的光，并且吸收或阻擋LED所發(fā)射波長(zhǎng)下的光。
7.權(quán)利要求6的熒光傳感裝置，其中所述遮光濾光器涂敷在所述光檢測(cè)器上。
8.權(quán)利要求6的熒光傳感裝置，其中所述遮光濾光器放在所述熒光基質(zhì)與所述光檢測(cè)器之間的所述孔中。
9.權(quán)利要求1或5的熒光傳感裝置，其中指示劑分子是絡(luò)合物，三(4，7-二苯基-1，10-菲咯啉)高氯酸釕(II)，熒光傳感裝置是一種氧傳感裝置。
10.權(quán)利要求1的熒光傳感裝置，其中所述LED的厚度約為10～20微米。
11.權(quán)利要求1的熒光傳感裝置，其中所述傳感器包括多個(gè)LED，這多個(gè)LED中的每個(gè)都有一孔，該孔含所述可滲透分析物熒光基質(zhì)。
12.權(quán)利要求11的熒光傳感裝置，其中含在每個(gè)所述LED中的所述可滲透分析物熒光基質(zhì)包含熒光指示劑分子，這些分子的熒光受一種不同分析物的存在減弱或增強(qiáng)。
13.權(quán)利要求1的熒光傳感裝置，其中所述熒光傳感裝置是單獨(dú)一個(gè)單片結(jié)構(gòu)。
14.權(quán)利要求13的熒光傳感裝置，其中所述單獨(dú)一個(gè)單片結(jié)構(gòu)包括一LED區(qū)和一檢測(cè)器區(qū)。
15.權(quán)利要求14的熒光傳感裝置，其中所述單獨(dú)一個(gè)單片結(jié)構(gòu)還包括一濾光器區(qū)。
16.權(quán)利要求14的熒光傳感裝置，其中所述LED區(qū)的厚度約為10～20微米。
17.權(quán)利要求1的熒光傳感裝置，其中LED的最長(zhǎng)邊小于300微米。
18.一種用來確定一液體或氣體介質(zhì)中分析物的存在或濃度的方法，包括(a)在一襯底上形成具有一半導(dǎo)體節(jié)的發(fā)光二極管(“LED”)；(b)在所述LED中形成一孔，該孔的方向一般垂直于所構(gòu)造的半導(dǎo)體節(jié)，以便一旦將一電壓施加在該節(jié)的兩端，光就從所述節(jié)射入所述孔中；(c)將一可滲透分析物熒光基質(zhì)放入所述孔內(nèi)，所述熒光基質(zhì)含其熒光受到所述熒光基質(zhì)中分析物的存在而減弱或增強(qiáng)的熒光指示劑分子，選擇所述LED和熒光指示劑分子，以便LED所發(fā)射的波長(zhǎng)能激發(fā)指示劑分子中的熒光；以及(d)在所述孔的一端形成一光檢測(cè)器，該光檢測(cè)器響應(yīng)于所述熒光指示劑分子發(fā)射的熒光而產(chǎn)生一電信號(hào)。
19.權(quán)利要求18的用來確定一液體或氣體介質(zhì)中分析物的存在或濃度的方法，還包括將所述熒光傳感裝置制作為單獨(dú)一個(gè)單片結(jié)構(gòu)。
20.權(quán)利要求18的用來確定一液體或氣體介質(zhì)中分析物的存在或濃度的方法，其中在所述LED中形成一孔的步驟還包括在所述LED中蝕刻一孔。
21.權(quán)利要求18的用來確定一液體或氣體介質(zhì)中分析物的存在或濃度的方法，其中在襯底上形成一LED的步驟還包括在一碳化硅制成的襯底上形成一LED。
全文摘要
一種用來確定一液體或氣體介質(zhì)中分析物的存在或濃度的熒光傳感裝置由一發(fā)光二極管構(gòu)成,該發(fā)光二極管有一孔(29),該孔(29)一般垂直于P－N節(jié),以便光從所述節(jié)射入所述孔(29)中。該孔內(nèi)填充有一種熒光基質(zhì)(32),這種基質(zhì)可滲透分析物,并且含其熒光受分析物的存在減弱或增強(qiáng)的熒光指示劑分子。一光檢測(cè)器(23)位于該孔的一端,以便把從熒光指示劑分子處接收到的熒光轉(zhuǎn)換成一電信號(hào),可以使該電信號(hào)與接觸熒光基質(zhì)的氣體或液體介質(zhì)中分析物的存在或濃度相聯(lián)系。
文檔編號(hào)G01N21/64GK1255973SQ98805024
公開日2000年6月7日 申請(qǐng)日期1998年5月12日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月13日
發(fā)明者小阿瑟·E·科爾文 申請(qǐng)人:小阿瑟·E·科爾文