CN113227765A - 有序微点阵列 - Google Patents

Abstract

在示例方法中，利用电磁辐射的激发束探测有序微点阵列，该有序微点阵列包括打印在分析芯片的表面增强基底的表面上的分析物。检测来自有序微点阵列中的多个微点的发射辐射。基于发射辐射相较于激发束的检测到的偏移来为分析芯片生成关于分析物的校准数据。

Description

有序微点阵列

背景技术

传感器可以经由胶体凝聚、电化学粗化金属表面或纳米压印光刻等技术制造。例如，纳米压印光刻通过压印抗蚀剂的机械变形和随后的工艺来创建图案。压印抗蚀剂通常是在压印期间通过加热或紫外(UV)光固化的单体或聚合物制剂。

附图说明

本申请的技术的各种特征将通过参考附图仅通过示例的方式给出的示例的以下描述而变得显而易见，在附图中：

图1是根据示例的用于在分析芯片上沉积和分析微点的***的侧视图；

图2是图示了根据示例的用于执行传感器性能测定的过程的示意图；

图3是图示了根据示例的用于执行传感器性能测定以剔除有缺陷的传感器的过程的示意图；

图4是图示了根据示例的沉积在具有可倒塌纳米柱的分析芯片上的有序微点阵列的俯视图和两个分解侧视图；

图5A是图示了根据示例的单个点图案的图；

图5B是图示了根据示例的用于有序微点阵列的多分析物图案的图；

图5C是图示了根据示例的用于有序微点阵列的多浓度图案的图；

图5D是图示了根据示例的有序微点阵列的图；

图5E是图示了根据示例的浓度递增的有序微点阵列的图；

图5F是图示了根据示例的具有多种分析物的有序微点阵列的图；

图5G是图示了根据示例的组合图案的图；

图6是图示了根据示例的用于生成校准数据的方法的过程流程图；

图7是图示了根据示例的用于生成校准数据的另一种方法的过程流程图；

图8是根据示例的用于生成校准曲线并执行对光谱内容的分析的***的框图；以及

图9是根据示例的用于生成校准曲线并执行对光谱内容的分析的另一个***的框图。

具体实施方式

传感器可以经由胶体凝聚、电化学粗化金属表面或纳米压印光刻等技术制造。然而，在所制造的传感器之中传感器之间的变化性可能使得利用这些传感器进行工作变得困难且高成本。例如，所制造的大量传感器可能不满足性能阈值。因此，许多装运的传感器可能随后被发现质量不合格并被丢弃。另外，由于制造中的微小不规则，用于测试装运后的传感器的分析物针对不同传感器可能表现不同。因此，可能难以量化使用各种分析物对传感器执行的测定的结果。此外，虽然等离子体传感器上的多个校准点可以用来提高准确度和预测能力，但是随着点的增加，光学询问变得越来越慢。此外，保持较小的点大小可以减少对可用传感器区域的影响，但是也可能更容易受到由于传感器表面上的缺陷或不均匀性而导致的点缺失的影响。

本文描述了用于使用具有分析物的沉积的有序微点阵列对分析芯片执行测定的技术。如本文所使用的，微点是指覆盖小于要测试的对象的整个表面的分析物的沉积物。例如，微点可以是包括分配体积在20皮升(pL)到100纳升(nL)之间的分析物的沉积材料区域。在一些示例中，20pL液滴形成直径为约50微米的微点。如本文所使用的，分析物是指适于分析芯片的光谱分析的任何物质。分析物可以是分子或分子混合物。有序阵列可以是分配在传感器上的微点的图案，该图案与用于对传感器成像的光学***中的传感器阵列的间距或图案相匹配。

该技术使得分析芯片能够在装运前被测试，从而提供实现对使用分析物进行的随后测定进行定量的校准曲线。此外，该技术包括在分析芯片上使用最小区域和各种配置的微点，使得用于生成校准曲线的微点不会影响随后的测定。在各种示例中，本文描述的技术可以使用少于10％的传感器区域来校准表面增强基底。

本文描述的技术还能够实现通过利用可以在期望应用中作为目标的一系列分析物进行采样来直接校准传感器性能的能力，从而考虑诸如表面结合效率的影响。本文描述的技术可以应用于几乎任何表面增强等离子体基底，而无需引入附加的和复杂的制造步骤。

本文描述的技术与自动光学询问技术整合，以经由有序微点阵列在相同基底上执行多次测量。具体地，在普通拉曼(Raman)光谱仪中可用的高功率输出连同小透镜微阵列使得对喷墨校准图案能够进行可高度并行的光学询问并简化校准过程。因此，该技术在自动化设备中将视觉检查与基于喷墨的校准相结合，以更高效地使用可行区域。另外，使用耦接的视觉***使得对分配***对准能够进行小的调整以避免分配到缺陷区域上，使得可以使用具有可接受水平的缺陷的传感器，从而提高产量。最后，该技术通过生成当使用特定分析物对传感器执行测定时要使用的校准曲线来改善定量。因此，该技术可以用于预测传感器性能，从而确保所使用的传感器满足某个性能阈值。另外，可以校正传感器性能的差异。

更一般地，本文描述的技术提供了在生产线中实施高效质量控制协议的途径。具体地，该技术提供了通过使用小透镜微阵列来对校准图案进行并行且更快的光谱测量。

图1是根据示例的用于在分析芯片上沉积和分析微点的***100的侧视图。***100包括数字分配器102、相机104和可以由处理器(未示出)驱动的光谱仪106。数字分配器102包括具有校准溶液的储存器108。在各种示例中，数字分配器102具有装载有包含校准化合物的溶液的一个或多个分配头。在一些示例中，校准化合物具有任何数量的浓度。相机104包括用于提供照明的电磁源110。数字分配器102的储存器108耦接到分配头112。光谱仪耦接到透镜114和光圈116。光圈116可以控制与微透镜阵列118相关联的孔径。***100进一步包括用于运送分析芯片122以进行打印和分析的平台120。

在检查前，分析芯片122的每个传感器基底可以在制造期间或之后刻有零件标识符。在各种示例中，零件标识符是每个分析芯片的唯一标识符。在一些示例中，零件标识符可以是包括唯一标识符和晶片位置标识符的组合标识符。例如，零件标识符可以是令牌、零件号或分析芯片上的其他符号。在一些示例中，可以使用激光划线***将零件标识符刻入到分析芯片122的表面中。在各种示例中，零件标识符被包括在分析芯片的有效区域的内部或外部。作为一个示例，零件标识符是字母数字、条形码或QR码。***100的相机104可以用于收集待检查的分析芯片122的光学图像。在一些示例中，处理器可以检测光学图像中的视觉标识符。处理器还可以从光学图像中提取光学特征，例如分析芯片122的总可用区域、取向、以及与传感器质量相关的其他视觉特征。在一些示例中，其他视觉特征可以包括存在缺陷。作为一个示例，缺陷是缺失图案的区域。

分配头112是可以用于将有序微点阵列沉积到分析芯片122上的微流体喷射器阵列的一部分。在一些示例中，有序微点阵列的间距可以与微透镜阵列118的间距相匹配。如本文所使用的，有序微点阵列的间距是指点的中心之间的距离。微透镜阵列118的间距是指微透镜阵列118中的微透镜的中心之间的距离。在一些示例中，分配头112是热喷墨(TIJ)分配头。例如，数字分配器102的微流体喷射器可以使用热电阻以通过加热产生迫使流体从喷嘴喷出的气泡来使流体从喷嘴喷射。在其他示例中，微流体喷射器使用压电单元来迫使流体从喷嘴喷出。

光谱仪106可以用于收集其上具有有序微点阵列的分析芯片122的单点光谱或高光谱图像。在一些示例中，光谱仪106可以是成像***、多通道分光光度计或任何数量的其他光学传感器。透镜114可以处理从分析芯片122之一到达的光124，并将光124聚焦到光谱仪106上。在一些示例中，光谱仪106包括单色仪，该单色仪允许窄频带的光124到达光谱仪106中的检测器元件。在各种示例中，单色仪被调整到光124的不同频率以进行操作。在其他示例中，光谱仪106将入射光124分为不同通道，不同通道中的每个通道被发送到光谱仪106内的不同传感器，从而提供对入射光124的多光谱分析。在各种示例中，光谱仪106可以用于执行明场、暗场、荧光、拉曼、红外吸收、高光谱和其他光学分析。如本文所使用的，高光谱分析***使用光的多个频率来分析图像。

透镜114是用于将来自传感器106的光124收集到光谱仪106中的聚焦透镜。在各种示例中，透镜114是单个透镜、一组透镜或其他光学装置。在一个示例中，透镜114是菲涅耳(Fresnel)透镜，提供了广域透镜而没有增加显著复杂性。在其他示例中，透镜114与光学***集成，并且包括多个元件，例如显微镜物镜。在一些示例中，透镜114可以提供4倍或更大的放大率。

可以移动平台120以将不同的分析芯片122放置在相机104、分配头112和光谱仪106下方。在各种示例中，分析芯片122是多传感器晶片上的单独的传感器、一组单独的传感器或其任何组合。在一些示例中，平台120是x-y-z平移平台或x-y-z平台，该平台可以在多传感器晶片中的x-y-z网格中移动多个分析芯片122中的任何一个。在其他示例中，平台120是线性平移平台，该线性平移平台可以将分析芯片122移动到微流体喷射器阵列中的微流体喷射器的分配头112的下方，以将有序微点阵列沉积到分析芯片的表面上。平台120还可以用于将分析芯片122的不同位置移动到分配头112的下方以沉积微点。

可以使用任何数量的不同技术来照明分析芯片122。例如，相机104和光谱仪106可以包括共线照明***。在一些示例中，光谱仪106的光源是激光器，例如激光光电二极管。

储存器108容纳作为要从分配头112喷射的校准溶液的流体。在一个示例中，流体包括分析物。在另一个示例中，储存器108容纳包括多种分析物的流体。储存器108馈入到室(未示出)中，该室向微流体喷射器阵列的分配头112馈入。在一个示例中，室的大小可以为大约6毫米(mm)，并且流体地耦接到微流体喷射器阵列的分配头112的喷嘴。

***100包括通过数据链路(未示出)耦接到相机104和光谱仪106的处理器(未示出)。处理器可以分析来自相机104的图像以识别目标区域，从而在分析芯片122中打印有序微点阵列。处理器还通过控制链路(未示出)耦接到分配头112的微流体喷射器并且耦接到控制平台120的电机。

在示例中，处理器使相机104捕获分析芯片122的图像。处理器还使分配头112启动微流体喷射器阵列的微流体喷射器。然后，处理器可以使平台120移动，以将分析芯片122放置在光谱仪106下方，并且然后使光谱仪106对分析芯片122进行分析。可以移动平台120以允许沉积到分析芯片122中的每个分析芯片的校准区域上。例如，校准区域可以是分析芯片122中的每个分析芯片的表面的一小部分，例如基于每个分析芯片122的一个或多个提取的光学特征检测到的识别的分配位置。

在另一个示例中，当处理器检测到来自光谱仪106的目标发射时，处理器使用平台120的电机将随后的分析芯片122移动到光谱仪106进行分析的范围内。然后，处理器激活分配头112中的微流体喷射器，以将有序微点阵列喷射到随后要被分析的另一个分析芯片122上。然后，处理器移动不同的分析芯片122，该不同的分析芯片将以类似的方式沉积有有序微点阵列并经由光谱仪106进行分析。

光谱仪106包括用于探测分析芯片122中的材料的光学设备。在各种示例中，光学设备是光谱仪、显微镜、荧光计、粒度分析仪、图像识别***或其组合。光谱仪106包括小透镜微阵列。小透镜微阵列与显微镜物镜协同工作。在一些示例中，使用小透镜微阵列来代替显微镜物镜。小透镜微阵列同时测量校准图案的有序微点阵列中的多个微点。

在一些示例中，光谱仪106包括提供照明源的激光器。在各种示例中，微透镜阵列118将激光束聚焦成焦点阵列，该焦点阵列具有与有序微点阵列的间距相匹配的间距。例如，间距为50微米到500微米。光谱仪106可以进一步包括线滤光片、反射表面和反射源。线滤光片可以是以特定波长为中心的窄带通滤光片。在一些示例中，反射表面是部分镀银的镜子或棱镜，或另一种类型的分束器，该分束器引导来自激光器的光照通过聚焦透镜到平台120上，以照明分析芯片122。在一些示例中，激光器可以可替代地是可以包括任何数量的照明源的共线光源。在示例中，共线光源包括发光二极管阵列。在一些示例中，共线光源是激光器和诸如透镜114的光学器件。透镜114可以扩展照明束，并将入射光束线性地引导到光谱仪106中。

光圈116控制与微透镜阵列118相关联的孔径。在各种示例中，光圈116用于控制由束所照明的小透镜的数量，从而控制投射到每个分析芯片122上的光124的焦点阵列的数量和布置。

在一些示例中，从分析芯片122返回的入射光124从反射表面反射，通过边缘滤光片，并且然后从另一个反射表面反射以到达透镜114。透镜114将入射光124收集到光谱仪106上。在一些示例中，为了增强光谱仪106接收的光124的量，在激光器与传感器之间以及传感器与检测器阵列之间放置滤光片(未示出)。在示例中，滤光片在线滤光片处处于激发带，如以大约785纳米(nm)的波长为中心的5nm带通滤光片，并且在边缘滤光片处处于发射带，如截止波长为大约800nm的低通边缘滤光片。反射表面可以包括二向色滤光片，该二向色滤光片使得在反射入射光124的同时，来自激光器的照明带能够穿过。在另一个示例中，滤光片是彼此垂直放置的偏振滤光片。

图1的框图并不旨在指示***100将包括图1中示出的部件中的所有部件。进一步地，根据具体实施方式的细节，***100可以包括图1中未示出的任何数量的附加部件。例如，***100可以包括附加平台、分析芯片、相机、储存器、分配头、光谱仪、透镜等。

图2是图示了根据示例的用于执行传感器性能测定的过程的示意图。在框202处，收集多个图像。例如，图像包括要打印的分析芯片。

在框204处，对图像进行处理。例如，图像处理包括从图像中提取视觉参考和标识符。在一些示例中，图像处理包括评估表面均匀性和检测用于打印有序微点阵列的区域的可用性。

在框206处，选择分配位置、图案和分析物浓度。在各种示例中，基于检测到的用于打印的可用区域来选择分配位置。在一些示例中，基于使用标识符取得的信息选择分析物和浓度。例如，使用标识符从数据库中取得信息。

在框208处，查找和更新传感器数据库。例如，使用每个分析芯片的所提取的零件标识符查找传感器数据库。在各种示例中，传感器数据库利用相机捕获的传感器质量特征进行更新，并与任何先前的数据进行比较。

在框210处，将平台移动到分配位置。在各种示例中，分配位置基于表面均匀性。

在框212处，将图案分配到分析芯片上。在一些示例中，图案是有序微点阵列。例如，微点的图案是图5B至图5G中描述的图案中的任何一种。

在框214处，将平台移动到束位置以用于光谱测量。在各种示例中，基于用于有序微点阵列的图案预设束位置。

在框216处，从分析芯片上的图案收集光谱。在各种示例中，通过利用电磁辐射照明有序微点阵列并使用光谱仪捕获反射的辐射来收集光谱。在一些示例中，通过利用具有与有序微点阵列相同的间距的激光束阵列照明有序微点阵列来收集光谱。在一些示例中，从有序微点阵列的行或列同时收集光谱。在其他示例中，从整个有序微点阵列同时收集光谱。

在框218处，执行自动对准优化。在各种示例中，自动对准优化将激光焦点阵列与分析芯片的表面上的有序微点阵列对准。例如，响应于检测到光谱的幅度被最大化而执行自动对准优化。

在框220处，执行光谱数据分析。在各种示例中，光谱数据分析包括比较来自有序微点阵列中的微点中的每个微点的波长以及确定波长的偏移。

在框222处，迭代框206至框220，直到超过期望的测量品质因数。在各种示例中，品质因数是阈值浓度准确度。

在框224处，输出最终决定和定量测量。在各种示例中，如果分析芯片没有超过性能阈值，则最终决定是将分析芯片从装运中排除。在一些示例中，如果分析芯片超过性能阈值，则最终决定是装运分析芯片。在各种示例中，使用分析芯片的零件标识符将定量测量存储在数据库中。随后使用零件标识符从数据库中取得定量测量。

将理解的是，图2的过程图并不旨在指示在每种情况下都包括过程200的元素中的所有元素。进一步地，根据具体实施方式的细节，过程200中可以包括图2中未示出的任何数量的附加元素。在一些示例中，过程200包括在图像处理期间提取零件标识符。

图3是图示了根据示例的用于执行传感器性能测定以剔除有缺陷的传感器的过程的示意图。图3的过程300可以在图1的***100或图8和图9的处理器802或902中实施。

图3的过程300包括在框302处收集分析芯片的图像。例如，使用相机拍摄图像。在一些示例中，相机在分析芯片的表面上方并垂直面向分析芯片的表面。通常，过程300进一步包括执行光学评估和特征提取304。过程300还包括化学响应校准306。过程300还进一步包括化学响应校准的最终用途308。

在框310处，光学评估和特征提取304包括处理图像。例如，图像处理包括从图像中提取视觉参考和标识符。例如，标识符可以包括零件编号312。在一些示例中，图像处理包括评估表面均匀性和检测用于打印有序微点阵列的区域的可用性。

在框314处，光学评估和特征提取304包括执行传感器质量视觉评估。在各种示例中，传感器质量视觉评估包括表面分析。在一些示例中，表面分析包括对分析芯片上的有效区域的总比率的估计。例如，可以通过图像缩放、阈值化或圆形识别以及其他可能的技术来执行估计。在一些示例中，表面分析包括对分析芯片的表面的均匀性的估计。例如，可以使用梯度分析、粗糙度或边缘检测以及其他技术来执行对均匀性的估计。在一些示例中，可以使用表面和形状算法的组合来预测预期激光束大小和轮廓可以覆盖的最大区域。

在框316处，光学评估和特征提取304包括识别用于喷墨校准的合适区域。在各种示例中，基于表面均匀性和有效区域大小来识别合适区域。

在框318处，将平台移动到与传感器上的在先前步骤中通过表面图像分析识别的区域相对应的预定分配位置。在各种示例中，基于检测到的用于打印的可用区域来决定分配位置。

在框320处，固定校准图案以及分析物浓度范围和要使用的分析物。在一些示例中，基于使用标识符取得的信息来决定分析物和浓度。例如，使用标识符从数据库中取得信息。在一些示例中，校准点样图案与小透镜微阵列的间距相匹配。作为一个示例，对校准图案和小透镜微阵列两者使用300微米间距。在一些示例中，对校准图案和小透镜微阵列两者使用50微米到500微米范围内的间距。

在框322处，分配校准图案。在各种示例中，校准图案是使用喷墨打印机分配的有序微点阵列。

在框324处，将平台移动到预先对准的束位置。在各种示例中，对束位置进行预先对准以与有序微点阵列的间距和位置相匹配。

在框326处，执行自动对准优化。在各种示例中，对有序微点阵列的位置执行微调，以将有序微点阵列直接放置在激光束焦点阵列的下方。在一些示例中，激光束焦点的数量等于或小于有序微点阵列中的微点的数量。在各种示例中，优化例程可以包括以自动化方式将样品自动对准并自动聚焦到激光束焦点阵列，以最小化人为干预。

在框328处，从校准图案收集光谱。在各种示例中，经由经对准的激光束焦点阵列从校准图案中的多个微点同时收集光谱。

在框330处，执行光谱数据分析。在各种示例中，光谱是被收集并基线化的拉曼光谱。在一些示例中，执行其他预处理，如信号检测或平滑化。在各种示例中，将校准点强度平均并拟合到回归模型以估计灵敏度。在一些示例中，可以将校准强度拟合到非线性模型。作为一个示例，非线性模型是朗缪尔(Langmuir)等温线模型。

在框332处，生成最终质量控制决定和校准估计。在各种示例中，将图像和光谱结果与质量控制阈值进行比较，或者将图像和光谱结果组合成单个度量。在一些示例中，可以通过可用的有效区域比率来重新调节校准数据。作为一个示例，校准数据包括估计的灵敏度。在一些示例中，可以通过区域比率、形状和激光轮廓的组合来重新调节灵敏度。在各种示例中，可以使用图像和光谱数据来训练用于传感器性能评分的机器学习回归模型。因此，在传递传感器以进行附加性能测试之前，可以基于光谱数据分析的结果预先过滤掉有缺陷的分析芯片。

在框334处，更新用于客户端应用查找的传感器性能数据库。在各种示例中，使用分析芯片的零件标识符更新传感器性能数据库，以将针对分析芯片所生成的校准数据包括在传感器性能数据库中。

在框336处，最终用途308包括通过将用户数据与查找表进行比较或与使用零件编号或唯一传感器标识符从工厂数据库中取得的校准数据进行比较来获得定量结果。在各种示例中，定量结果包括对复杂化合物的分析物浓度或混合比的估计。

将理解的是，图3的过程图并不旨在指示在每种情况下都包括过程300的元素中的所有元素。进一步地，根据具体实施方式的细节，过程300中可以包括图3中未示出的任何数量的附加元素。

图4是图示了根据示例的沉积在具有可倒塌纳米柱406的分析芯片122上的有序微点阵列404的俯视图400A和两个分解侧视图400B、400C，可倒塌纳米柱406部分覆盖有分析物408并且耦接到基底410。例如，可倒塌纳米柱406可以是具有金属帽412的聚合物轴。可以通过任何数量的工艺(包括纳米压纹、光刻、随后的反应离子蚀刻或化学蚀刻等)从基底410的表面上的柱层形成可倒塌纳米柱406。柱层可以是聚合物材料，可以通过任何数量的工艺来将该聚合物材料形成为柱。可以使用的聚合物材料包括但不限于光刻胶、硬模树脂(如PMMA)、软模聚合物(如PDMS、ETFE或PTFE)或基于丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、乙烯基、环氧树脂、硅氧烷、过氧化物、尿烷或异氰酸酯的混模交联、可UV固化或热固化的聚合物。可以利用共聚物、添加剂、填料、改性剂、光引发剂等对聚合物材料进行改性以改善压印和机械性能。还可以使用关于基底410所提及的材料中的任何材料。在一些示例中，基底410可以形成柱层，而在其他示例中，可以直接在基底410上形成可倒塌纳米柱406。

在纳米压纹工艺中，柱层可以被软化，并且然后穿过模具以压印出可倒塌纳米柱406。可以使用本领域已知的任何数量的其他工艺从柱层形成可倒塌纳米柱406。进一步地，柱层可以是基底410的一部分，并且可以使用光刻技术和其他蚀刻技术。

在一些示例中，例如可以使用纳米打印、离子沉积技术等将可倒塌纳米柱406沉积在基底410上。在纳米打印工艺中，形成可倒塌纳米柱406的材料可以直接沉积或打印在基底410的表面上。在其他示例中，可以通过离子沉积或化学气相沉积在基底410上生长纳米线。在生长纳米线以产生柔性柱的过程中，可以将纳米线种子沉积到基底410上。纳米线种子可以是硅纳米结构，并且纳米线可以是在化学气相沉积期间从硅烷生长的二氧化硅结构。一旦形成可倒塌纳米柱406，就可以在纳米柱上形成金属帽。

如图4所示，示例分析芯片122具有沉积在其上的有序微点阵列404。例如，可能已经使用***100或900沉积了有序微点阵列404。如在第一分解侧视图400B中看到的，具有有序微点阵列404的分析芯片122的部分包括倒塌的可倒塌纳米柱406上和之间的多个分析物分子408。例如，分析物可以是与金属基底具有良好亲和力的一类分子。在一个示例中，分析物由与金基底一起使用的反式-1,2-双(4-吡啶基)-乙烯(BPE)分子构成。在一些示例中，柔性纳米柱的倒塌是由来自蒸发流体(例如沉积的有序微点阵列404的墨)的微毛细管力引起的。在一些示例中，当纳米柱倒塌成组(在本文中被称为倒塌组)时，可以从纳米柱获得表面增强亮度的强烈增强。该增强基于由倒塌纳米柱的顶部处的相邻金属帽的等离子体共振生成的强烈局部电场，该纳米柱被纳米(nm)级的窄间隙分隔。

纳米柱可以由基底410支撑。例如，基底410可以由硅、玻璃、石英、氮化硅、蓝宝石、氧化铝、金刚石、类金刚石碳或诸如金属和金属合金的其他刚性无机材料制成。在一些示例中，基底410可以是聚合物材料，如聚丙烯酸酯、聚酰胺、聚烯烃(例如聚乙烯、聚丙烯或环烯烃)、聚碳酸酯、聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯)或其他适于制作膜的聚合材料。这些聚合物材料中的任何一种可以是共聚物、均聚物或其组合。在一些示例中，基底410可以是卷到卷制造工艺中使用的卷材(web)。基底410连同可倒塌纳米柱406或任何其他合适的表面增强在本文中被称为表面增强基底。在一些示例中，表面增强基底是任何等离子体感测基底，包括纳米制造的基底、纸上的胶体悬浮体或任何其他等离子体增强平台。例如，表面增强基底可以是表面增强拉曼光谱学(SERS)表面、表面增强红外吸收(SEIRA)表面或表面增强发光(SEL)。由于微米柱或纳米柱或其他微米或纳米结构，这种表面增强基底本质上可以是超疏水的。这些结构的疏水性允许校准液滴保持定位在非常小的区域中。例如，对于20皮升的液滴，区域的直径可以为大约50微米。

可以经由微测定来分析有序微点阵列404，该微测定使用从表面增强基地反射的光以生成与分析芯片122相关联的校准曲线，如上文和下文更详细描述的。例如，响应于激发束，可以从分析芯片中的有效表面发射电磁辐射。发射辐射的特性可以至少部分地取决于分析物种类，从而提供关于分析物种类的信息。倒塌组的金属帽412提供可以与分析物种类相互作用的等离子体共振，从而增强了分析物种类的光谱响应。在一些示例中，激发束和发射辐射可以处于从近紫外延伸至近红外的波长范围。例如，这可以覆盖从约150纳米(nm)至约2,500nm的波长范围。在一些示例中，可以包括诸如约3微米(μm)至约50μm的中红外区域。因此，具有可倒塌纳米柱406的分析芯片122可以用于诸如表面增强拉曼光谱学(SERS)的表面增强光谱学(SES)或诸如荧光分析法或红外法的其他表面增强发光(SEL)技术等。

在一些示例中，然后对有序微点阵列404进行激光处理，以消除来自有序微点阵列404的任何残留光学效应。例如，有序微点阵列404中的分析物408可以是利用激光处理或任何其他合适的处理形式降解的可降解分子。可以经由通过将分析物408暴露于表面增强基底的表面的测定来测试分析芯片122。例如，分析芯片可以被浸入到包含有分析物408的液体中或由其喷涂。可以分析得到的分析物覆盖的分析芯片。可以通过使用从微测定分析生成的校准曲线来辅助分析。此外，分析可以不受有序微点阵列404的影响。在动态基底(例如可倒塌纳米柱406)的情况下，本文描述的技术允许询问小的基底区域，同时保持大部分传感器区域不受影响。在一些示例中，大于99％的总表面增强基底区域可以不受有序微点阵列404的影响。

图4的框图并不旨在指示示例分析芯片122将包括图4中示出的部件中的所有部件。进一步地，根据具体实施方式的细节，分析芯片122可以包括图4中未示出的任何数量的附加部件。例如，分析芯片122可以在有序微点阵列404、纳米柱等中包括附加微点。参考图5B至图5G描述了可以使用的各种微点图案。另外，尽管本文的示例集中于柔性纳米柱的使用，但是使用各种技术制成的任何数量的其他柔性柱状结构可以在设计组中使用。这些可以包括生长为纳米线的柔性柱状结构、通过气相蚀刻形成的圆锥形结构或任何数量的其他结构。

图5A至图5H是图示了用于将微点沉积到传感器上的各种示例图案的图。图5A是图示了单个点图案500A的图。如图5A所示，单个点图案500A包括使用具有预定量的单个分析物的单个微点502A。例如，待分析的每个传感器可以在沉积期间接收单个微点502A。使用单个点图案500A可以最小化用于微测定的区域，从而使更大的区域可用于随后的测定。

图5B是图示了根据示例的用于有序微点阵列的多分析物图案500B的图。图5B的多分析物图案500B图示了在有序阵列中使用具有不同分析物的多个微点502A和502B。例如，多个微点502A和502B可以具有相同预定浓度的分析物。多分析物图案500B可以用于使用多种分析物对表面增强基底上的多个点进行采样，并对得到的测量取平均，以基于平均的测量生成更准确的校准曲线。此外，使用多分析物图案500B可以使得能够针对可以在随后的测定中使用的多种可能的分析物为给定传感器生成多个线性校准曲线。使用有序阵列使得微点502A和502B能够被微透镜阵列同时探测。

图5C是图示了根据示例的用于有序微点阵列的多浓度图案500C的图。图5C的多浓度图案500C图示了在跨传感器布置成线(例如行、列或对角线)的多个微点502A、502B、502C中使用多种浓度的分析物。例如，多浓度图案500C可以用于基于微点502A、502B和502C处的测量来生成针对分析物的校准曲线。这种校准曲线可以用于估计针对给定传感器的分析物的饱和点。此外，校准曲线可以用于预测对于给定浓度的分析物的传感器性能。使用具有多种浓度的微点线使得能够使用具有较小孔径或设计的微透镜阵列同时探测微点。

图5D是图示了根据示例的有序微点阵列500D的图。图5D的有序微点阵列500D图示了使用具有相同分析物的微点502A。例如，可能已经使用来自公共储存器的墨打印了微点502A。墨可以包含一种或多种分析物。使用有序阵列使得微点502A和502B能够被微透镜阵列同时探测，从而使对许多分析芯片的处理更高效。

图5E是图示了根据示例的用于有序微点阵列的多浓度图案500E的图。图5E的多浓度图案500E图示了使用多种预定浓度的分析物。例如，可以使用分析物的一组预定浓度，并且在有序微点阵列中针对每种浓度沉积多个微点。如图5E所示，有序阵列包括具有第一浓度的第一列微点502A、具有第二浓度的分析物的第二列微点502B和具有第三浓度的分析物的第三列微点502C。在传感器上使用多浓度图案500E可以使得能够针对要在随后的测定中使用的多种可能的分析物生成多个校准曲线。

图5F是图示了根据示例的多分析物图案500F的图。图5F的多分析物图案500F图示了使用具有相同浓度的多种分析物的微点502A、504A和506。使用多分析物图案500F使得能够针对多种可能的分析物为给定传感器生成更准确的线性曲线。使用多分析物图案500F还使得能够针对可以在随后的测定中使用的多种可能的分析物为给定传感器生成多个线性校准曲线。

图5G是图示了根据示例的组合图案500G的图。图5G的组合图案500G图示了在传感器表面上的有序阵列中使用具有多种预定浓度的分析物的多个微点502A、502B、502C、504A、504B和504C。在各种示例中，微点502A、502B、502C、504A、504B和504C被放置在传感器的周边附近并且远离传感器的中心。使用组合图案500G使得关于图5B至图5F所讨论的改进能够被包括在相同的设计中。

图5A至图5G的图并不旨在指示示例图案500A至500G将包括图5A至图5G中所示的部件中的所有部件。进一步地，根据具体实施方式的细节，图案500A至500G可以包括图5A至图5G中未示出的任何数量的附加部件。例如，组合图案500G或其他图案500A至500F可以包括附加微点、分析物或图案。

图6是图示了根据示例的用于生成校准数据的示例方法的过程流程图。图6的方法600可以在图1的***或图8和图9的处理器802或902中实施。

在框602处，利用电磁辐射的激发束探测包括打印在分析芯片的表面增强基底的表面上的分析物的有序微点阵列。在一些示例中，有序微点阵列可能已经经由微流体喷射器沉积在分析芯片的表面增强基底上。在一些示例中，微点包括预定浓度的分析物。在一些示例中，有序微点阵列具有不同预定浓度的分析物。在各种示例中，光谱仪利用电磁辐射的激发束探测微点。例如，激发束可以由电磁辐射源(如光源)生成。在一些示例中，束是激光束。

在框604处，检测来自有序微点阵列中的多个微点的发射辐射。例如，发射辐射可以包括与来自光源的光相比具有偏移波长的光。在各种示例中，从有序微点阵列中的微点同时检测发射辐射。在一些示例中，同时检测有序微点阵列的行或列。

在框606处，基于发射辐射相较于激发束的检测到的偏移，为分析芯片生成关于分析物的校准数据。在一些示例中，校准数据包括为线性曲线或非线性曲线的校准曲线。

将理解的是，图6的过程图并不旨在指示在每种情况下都将包括方法600的元素中的所有元素。进一步地，根据具体实施方式的细节，方法600中可以包括图6中未示出的任何数量的附加元素。作为一个示例，方法600包括基于所捕获的图像来估计表面增强基底的表面的均匀性。使用估计的均匀性来打印有序微点阵列。

图7是图示了根据示例的用于生成校准数据的示例方法的过程流程图。图7的方法700可以在图1的***或图8和图9的处理器802或902中实施。

在框702处，捕获分析芯片的表面增强基底的图像。在各种示例中，使用位于表面增强基底正上方的相机来捕获图像。

在框704处，从所捕获的图像中提取零件标识符。在各种示例中，零件标识符在制造期间或之后被激光刻入到表面增强基底中。

在框706处，将有序微点阵列打印到表面增强基底上。在一些示例中，有序微点阵列可能已经经由微流体喷射器沉积到分析芯片的表面增强基底上。在一些示例中，微点包括预定浓度的分析物。在一些示例中，有序微点阵列具有不同预定浓度的分析物。

在框708处，为分析芯片生成校准数据。例如，基于发射辐射相较于激发束的检测到的偏移来生成关于分析物的校准数据。在一些示例中，校准数据包括为线性曲线或非线性曲线的校准曲线。

在框710处，使用提取的零件标识符将校准数据存储在数据库中。在各种示例中，然后使用零件标识符取得校准数据。

将理解的是，图7的过程图并不旨在指示在每种情况下都将包括方法700的元素中的所有元素。进一步地，根据具体实施方式的细节，方法700中可以包括图7中未示出的任何数量的附加元素。作为一个示例，方法700包括从图像中提取有效区域，以及基于有效区域来打印有序微点阵列。在一些示例中，方法700包括从图像中提取取向和与传感器质量相关的其他视觉特征。使用取向和其他视觉特征来打印有序微点阵列。

图8是根据示例的用于生成校准曲线并执行对光谱内容的分析的***的框图。***800包括执行所存储指令的中央处理器(CPU)802。在各种示例中，CPU 802是微处理器、片上***(SoC)、单核处理器、双核处理器、多核处理器、多个独立处理器、计算集群等。

CPU 802通过总线804通信地耦接到***800中的其他设备。总线804可以包括***部件互连(PCI)总线和工业标准架构(EISA)总线、高速PCI(PCIe)总线、诸如在片上***(SoC)上使用的高性能互连或专有总线。

总线804可以将CPU 802耦接到图形处理单元(GPU)806，例如可从英伟达公司(Nvidia)、英特尔公司(Intel)、AMD、ATI等获得的单元。如果存在，则GPU 806提供用于实现对来自相机的图像进行高速处理的图形处理能力。GPU 806可以被配置为执行任何数量的图形操作。例如，GPU 806可以被配置为通过隔离要在其上打印微点的区域、缩小比例、减少噪声、校正照明等来预处理多个图像帧。

存储器设备808和存储设备810可以通过总线804耦接到CPU 802。在一些示例中，存储器设备808和存储设备810是例如具有可由CPU 802访问的连续地址空间的单个单元。存储器设备808保存由CPU 802使用以用于控制的操作代码、数据、设置和其他信息。在各种实施例中，存储器设备808包括随机存取存储器(RAM)，如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、零电容RAM、嵌入式DRAM(eDRAM)、扩展数据输出RAM(EDO RAM)、双数据速率RAM(DDR RAM)、电阻RAM(RRAM)和参数RAM(PRAM)等。

存储设备810用于保存长期数据，例如存储的程序、操作***和用于实施***的功能的其他代码块。在各种示例中，存储设备810包括非易失性存储设备，例如固态驱动器、硬盘驱动器、磁带驱动器、光盘驱动器、闪存驱动器、驱动器阵列或其任何组合。在一些示例中，存储设备810包括非易失性存储器，例如非易失性RAM(NVRAM)、电池备份DRAM、闪速存储器等。在一些示例中，存储设备810包括只读存储器(ROM)，例如掩模ROM、可编程ROM(PROM)、可擦除可编程ROM(EPROM)和电可擦除可编程ROM(EEPROM)。

多个接口设备可以通过总线804耦接到CPU 802。在各种示例中，接口设备包括微流体喷射器控制器(MEC)接口812、成像器接口816和电机控制器820等。

MEC接口812将处理器802耦接到微流体喷射器控制器814。MEC接口812引导微流体喷射器控制器814单独或成组地启动微流体喷射器阵列中的微流体喷射器。如本文所描述的，可以在对微流体喷射器阵列的特定区域进行成像之后执行启动。

成像器接口816将处理器802耦接到成像器818。成像器接口816可以是高速串行或并行接口，如PCIe接口、通用串行总线(USB)3.0接口、火线接口等。在各种示例中，成像器818是被配置为通过高速接口传送数据和接收控制信号的高帧率相机。在一些示例中，成像器818是多通道光谱***或其他光学设备。

电机控制器820将处理器802耦接到平台平移器822。电机控制器820可以是步进电机控制器或伺服电机控制器等。平台平移器822包括耦接到电机控制器820的电机、传感器或两者，以将平台和附着的打印介质或收集容器移动到微流体喷射器的下方。

网络接口控制器(NIC)824可以用于将***800耦接到网络826。在各种示例中，这允许将控制信息传送到***800，并将数据从***800传送到网络826上的单元。网络826可以是广域网(WAN)、局域网(LAN)或因特网等。在一些示例中，NIC 824将处理器802连接到集群计算网络或进行图像处理和数据存储的其他高速处理***。这可以由不包括用于图形处理的GPU 806的***800使用。在一些示例中，专用人机接口(HMI)(未示出)可以包括在***800中，以用于对***的本地控制。HMI可以包括显示器和键盘。

存储设备810可以包括用于实施***的功能的代码块。在各种示例中，代码块包括用于从成像器818捕获图像的捕获控制器828。例如，图像可以描绘具有微点的表面增强基底。在一些示例中，GPU 806用于识别包括表面增强基底的区域并对该区域进行处理以检测沉积微点的位置或检测来自该区域中的微点的光谱内容。

图像处理器830对所捕获的图像进行处理以检测光谱内容。在各种示例中，光谱内容包括来自微点中的一个或多个微点的光谱的特定部分的强度水平。

平台运动控制器832引导电机控制器820移动平台平移器822。在一些示例中，电机控制器820用于将沉积介质(例如，包括表面增强基底的分析芯片)移动到微流体喷射器阵列的下方。在其他示例中，电机控制器820用于将包括沉积微点的分析芯片移动到光源中，以由成像器818进行成像。

MEC启动控制器834使用MEC接口812来引导微流体喷射器控制器814启动微流体喷射器。在一些示例中，执行该操作是为了将包括分析物的微点沉积到分析芯片的表面增强基底上以用于微测定分析。在其他示例中，执行该操作是为了将微点或分析物的任何其他图案沉积到分析芯片的表面增强基底上以用于测定分析。

校准数据生成器836使用来自成像器818的图像来提取与有序微点阵列中的分析物相关联的光谱内容。在一些示例中，校准数据生成器836基于与分析物相关联的光谱内容来计算校准曲线。例如，基于光谱内容，校准曲线可以是线性的或非线性的。在一些示例中，校准数据生成器836基于来自具有不同浓度的分析物的微点的光谱内容生成校准数据。

处理器802可以将从校准数据生成器836生成的校准数据存储在零件标识符存储装置838中。在各种示例中，使用分析芯片的零件标识符来存储为每个分析芯片生成的校准数据。

图9是根据示例的用于分离分析物并执行对光谱内容的分析的另一个***的框图。***900可以经由***800使用方法600或700来实施。

***900包括处理器902、分配子***904以及电磁源906和光学***908。在***900中，处理器902驱动分配子***904、电磁源906和光学***908。

分配子***904将有序微点阵列分配到传感器区域上。在各种示例中，有序微点阵列的间距与小透镜微阵列的间距相匹配。在一些示例中，有序微点阵列是微点行或微点列。在其他示例中，有序微点阵列是微点矩阵。例如，矩阵包括许多行和多列。在一些示例中，有序微点阵列包括具有不同浓度的分析物的微点行或微点列。在各种示例中，有序微点阵列包括具有不同分析物的微点行或微点列。在一些示例中，有序微点阵列包括微点行或微点列，并且每行或每列具有不同浓度的不同分析物。

电磁源906利用电磁辐射的激发束来探测打印在分析芯片的表面增强基底的表面上的有序微点阵列，该有序微点阵列包括预定浓度的分析物。在各种示例中，电磁源包括多个激光束。在一些示例中，***900包括用于将激光束的焦点与有序微点阵列的子集对准的自动对准器。

光学***908检测传感器响应。例如，光学***包括用于同时检测传感器响应中的来自有序微点阵列中的多个微点的发射辐射的小透镜微阵列。在各种示例中，光学***包括用于调整与小透镜微阵列相关联的孔径的光圈。将使用经调整的孔径同时检测有序微点阵列的子集。在各种示例中，光学***908包括小透镜微阵列。例如，小透镜微阵列的间距为50微米到500微米。在一些示例中，小透镜微阵列的间距与有序微点阵列的间距相匹配。

处理器902还基于发射辐射相较于激发束的检测到的变化为分析芯片生成关于分析物的校准数据。在各种示例中，处理器接收与表面增强基底相关联的零件标识符。处理器还使用零件标识符将校准数据存储在数据库中。

将理解的是，图9的框图并不旨在指示在每种情况下都将包括***900的元素中的所有元素。进一步地，根据具体实施方式的细节，***900中可以包括图9中未示出的任何数量的附加元素。在一些示例中，***900包括捕获传感器区域的光学特征以及视觉标识符的成像装置。

尽管示出为连续的框，但是逻辑部件可以以任何顺序或配置来存储。例如，如果存储装置是硬盘驱动器，则可以将逻辑部件存储在非连续或者甚至重叠的扇区中。

尽管本技术可以易于进行各种修改和可替代形式，但是以上讨论的示例仅通过示例的方式示出。将理解的是，该技术不旨在限于本文公开的特定示例。实际上，本技术包括落入所附权利要求的范围内的所有替代物、修改和等同物。

Claims (15)

1.一种方法，包括：

利用电磁辐射的激发束探测有序微点阵列，所述有序微点阵列包括打印在分析芯片的表面增强基底的表面上的分析物；

检测来自所述有序微点阵列中的多个微点的发射辐射；以及

基于所述发射辐射相较于所述激发束的检测到的偏移来为所述分析芯片生成关于所述分析物的校准数据。

2.如权利要求1所述的方法，包括：捕获所述表面增强基底的图像；从所捕获的图像中提取零件标识符，所述零件标识符将用于将所述校准数据存储在数据库中；以及将所述有序微点阵列打印到所述表面增强基底上。

3.如权利要求2所述的方法，包括：从所捕获的图像中提取有效区域；以及基于所述有效区域来打印所述有序微点阵列。

4.如权利要求2所述的方法，包括：从所捕获的图像中提取取向和与传感器质量相关的其他视觉特征，其中，所述取向和所述其他视觉特征用于打印所述有序微点阵列。

5.如权利要求2所述的方法，包括：基于所捕获的图像估计所述表面增强基底的所述表面的均匀性，其中，所估计的均匀性用于打印所述有序微点阵列。

6.一种***，包括：

分配子***，用于将有序微点阵列分配到传感器区域上；

电磁源，用于利用电磁辐射的激发束探测打印在分析芯片的表面增强基底的表面上的所述有序微点阵列，所述有序微点阵列包括预定浓度的分析物；

光学***，用于检测传感器响应；以及

处理器，用于驱动成像装置、所述分配子***、所述电磁源和所述光学***，并基于所述传感器响应中的发射辐射相较于所述激发束的检测到的变化来为所述分析芯片生成关于所述分析物的校准数据。

7.如权利要求6所述的***，所述光学***包括小透镜微阵列，所述小透镜微阵列用于同时检测来自所述有序微点阵列中的多个微点的所述发射辐射，其中，所述有序微点阵列的间距与所述小透镜微阵列的间距相匹配。

8.如权利要求6所述的***，包括成像装置，所述成像装置用于捕获传感器区域的光学特征、以及视觉标识符。

9.如权利要求6所述的***，所述光学***包括光圈，所述光圈用于调整与所述小透镜微阵列相关联的孔径，其中，将使用经调整的孔径同时检测所述有序微点阵列的子集。

10.如权利要求6所述的***，其中，所述电磁源包括多个激光束，所述***包括自动对准器，所述自动对准器用于将所述激光束的焦点与所述有序微点阵列的子集对准。

11.如权利要求6所述的***，其中，所述处理器用于接收与所述表面增强基底相关联的零件标识符，其中，所述处理器用于使用所述零件标识符将所述校准数据存储在数据库中。

12.如权利要求6所述的***，其中，所述有序微点阵列包括微点行、微点列或微点矩阵。

13.如权利要求6所述的***，其中，所述有序微点阵列包括具有不同浓度的所述分析物的微点行或微点列。

14.如权利要求6所述的***，其中，所述有序微点阵列包括具有不同分析物的微点行或微点列，其中，所述行之一或所述列之一包括所述分析物。

15.如权利要求6所述的***，其中，所述有序微点阵列包括微点行或微点列，所述行中的每一行或所述列中的每一列具有不同浓度的不同分析物，其中，所述行之一或所述列之一包括不同浓度的所述分析物。

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