波导与光检测设备上的光学耦合结构的集成

相关专利申请的交叉引用

本专利申请要求2019年7月8日提交的名称为“Waveguide Integration withOptical Coupling Structures on Light Detection Device”的美国临时专利申请62/871,596的优先权。前述申请中的全部内容均据此以引用方式并入本文。

背景技术

生物或化学研究中的各种方案涉及执行受控的反应。然后可观察或检测指定的反应，并且随后的分析可有助于识别或揭示反应中所涉及的化学品的性质。在一些多重测定中，具有可识别标记(例如荧光标记)的未知分析物可在受控的条件下暴露于数千种已知的探测剂。可将每种已知的探测剂沉积到微孔板的对应孔中。观察孔内的已知探测剂和未知分析物之间发生的任何化学反应可有助于识别或显示分析物的性质。此类方案的其它示例包括已知的DNA测序过程，诸如边合成边测序(SBS)或循环芯片测序。

在一些荧光检测方案中，光学系统用于将激发光导向到荧光团(例如，荧光标记的分析物)上，并且还用于检测可从具有附接的荧光团的分析物发射的荧光发射信号光。然而，此类光学系统可能相对昂贵并且涉及相对较大的台面占有面积。例如，该光学系统可包括透镜、滤光器和光源的布置。在其他提出的检测系统中，流通池中的受控反应由固态光传感器阵列(例如，互补金属氧化物半导体(CMOS)检测器)限定。这些系统不涉及用于检测荧光发射的大型光学组件。然而，在包括CMOS的一些现有流通池中，为了实现功能性，顶层是光学不透明的，或者不包括光漫射或光散射特征，因为在这些示例性流通池中，这些特征可阻挡或干扰激发或发射光路。

发明内容

因此，可能有益的是，流通池是小型而且经济的设备。在相对小的流通池中，可能有益的是利用光检测设备的尽可能多的传感器有效区域和/或提供尽可能大的传感器有效区域。通过提供一种用于在流通池中使用的装置，可克服现有技术的缺点并且可实现如本公开中稍后描述的有益效果，该装置包括：位于基板上方并且覆盖光检测设备的侧面的模制层，其中该模制层包括与光检测设备的有效表面的第一边缘相邻的第一区域和与光检测设备的有效表面的第二边缘相邻的第二区域，其中第一区域、第二区域和光检测设备的有效表面形成邻接表面；位于邻接表面与波导之间的波导集成层，其中该波导集成层在该波导集成层的顶表面的位于第一区域的顶表面上方和第二区域的顶表面上方的部分上包括光学耦合结构，其中该光学耦合结构将来自光源的光波耦合到波导；位于波导集成层上方的波导，其中该波导利用来自波导集成层的光波来激发一个或多个纳米孔中的光敏材料；和位于波导上方的纳米结构层，该纳米结构层包括一个或多个纳米孔，其中该一个或多个纳米孔在纳米结构层上的一个或多个位置上形成，其中该一个或多个位置中的每个位置与光检测设备的有效表面上的位置共享竖直轴线。

在一些示例中，第一区域和第二区域不与光检测设备的有效表面重叠。

在一些示例中，光学耦合结构包括光栅。

在一些示例中，波导集成层由具有低折射率的材料构成。

在一些示例中，波导包括具有高折射率的材料。

在一些示例中，纳米结构层包括具有低折射率的材料。

在一些示例中，该装置还包括：位于波导和纳米结构层之间的一个或多个低折射率层。

在一些示例中，该装置还包括：位于邻接表面上方和波导集成层下方的滤光器层，其中该滤光器层阻止来自波导的光泄漏到该光检测设备。

在一些示例中，光源选自由以下项组成的组：发光二极管和激光二极管。

在一些示例中，光检测设备包括一个或多个光电二极管，其中该一个或多个光电二极管中的每个位于一个或多个纳米孔下方。

在一些示例中，光检测设备包括互补金属氧化物半导体(CMOS)检测设备。

在一些示例中，该装置还包括：位于邻接表面上方的顶层，其中该顶层和有效表面共同形成位于纳米结构层上方的空间，该空间限定流动通道。

在一些示例中，顶层还包括选自由以下项组成的组的特征：电气部件和物理结构。

在一些示例中，顶层包括电极。

在一些示例中，顶层包括人字形沟槽。

在一些示例中，波导包括一个或多个平板波导。

在一些示例中，顶层包括：位于第二基板下方并且覆盖第二光检测设备的侧面的第二模制层，其中该第二模制层包括与第二光检测设备的有效表面的第一边缘相邻的第一区域和与第二光检测设备的有效表面的第二边缘相邻的第二区域，其中第二模制层的第一区域、第二模制层的第二区域和第二光检测设备的有效表面形成第二邻接表面；位于第二邻接表面与第二波导之间的第二波导集成层，其中第二波导集成层在第二波导集成层的顶表面的位于第二模制层的第一区域的顶表面下方和第二模制层的第二区域的顶表面下方的部分上包括光学耦合结构，其中第二波导集成层的顶表面的这些部分上的光学耦合结构将来自光源的光波耦合到第二波导；位于波导集成层下方的第二波导，其中第二波导利用来自第二波导集成层的光波来激发一个或多个附加纳米孔中的光敏材料；和位于第二波导下方的第二纳米结构层，该第二纳米结构层包括该一个或多个附加纳米孔，其中该一个或多个附加纳米孔在第二纳米结构层上的一个或多个位置上形成，其中第二纳米结构层上的该一个或多个位置中的每个位置与第二光检测设备的有效表面上的位置共享竖直轴线。

在一些示例中，第二模制层相对于第二基板的底表面的竖直高度至少基本上等于第二光检测设备的有效表面相对于第二基板的底表面的高度。

在一些示例中，从波导集成层的光学耦合结构传递到波导的光波的周期选自由以下项组成的组：可变的和固定的。

在一些示例中，通过至少将来自光源的光波光学地耦合到一个或多个纳米孔，波导的特定部分激发该一个或多个纳米孔中的特定数量的纳米孔。

在一些示例中，该装置是流通池的一部分。

在一些示例中，该装置固定在插座的封装件内，该插座包括基座部分、多个电接触件和与基座部分耦接的盖部分，该盖部分包括至少一个第一端口，其中基座部分和盖部分协作地形成该封装件，其中电接触件在封装件与基座部分的外侧之间延伸，并且该至少一个第一端口在封装件与盖部分的外侧之间延伸，其中光检测设备电耦接到该插座的电接触件。

在一些示例中，模制件相对于基板的顶表面的竖直高度至少基本上等于光检测设备的有效表面相对于基板的顶表面的高度。

在一些示例中，光学耦合结构的在波导集成层的顶表面的位于第一区域的顶表面上方的部分上方的一部分包括第一光栅，并且光学耦合结构的在波导集成层的顶表面的位于第二区域的顶表面上方的部分上方的一部分包括第二光栅，其中纳米孔的第一部分光学地耦合到第一光栅，并且其中纳米孔的第二部分光学地耦合到第二光栅。

在一些示例中，纳米孔的第一部分包括纳米孔的在第一光栅的预定义接近度内的一部分，并且纳米孔的第二部分包括纳米孔的在第二光栅的预定义接近度内的一部分。

在一些示例中，纳米孔的第一部分和纳米孔的第二部分包括所有纳米孔，并且每个纳米孔位于第一部分或第二部分中。

通过提供一种流通池，可克服现有技术的缺点并且可实现如本公开中稍后描述的有益效果，该流通池包括：插座，该插座包括基座部分、多个电接触件和与基座部分耦接的盖部分，该盖部分包括至少一个第一端口，其中基座部分和盖部分协作地形成封装件，其中电接触件在该封装件与基座部分的外侧之间延伸，并且该至少一个第一端口在该封装件与盖部分的外侧之间延伸；和固定在插座的封装件内的光发射设备，该光发射设备包括：位于基板上方并且覆盖光检测设备的侧面的模制层，其中该模制层包括与光检测设备的有效表面的第一边缘相邻的第一区域和与光检测设备的有效表面的第二边缘相邻的第二区域，其中第一区域、第二区域和光检测设备的有效表面形成邻接表面；位于邻接表面与波导之间的波导集成层，其中该波导集成层在该波导集成层的顶表面的位于第一区域的顶表面上方和第二区域的顶表面上方的部分上包括光学耦合结构，其中该光学耦合结构将来自光源的光波耦合到波导；位于波导集成层上方的波导，其中该波导利用来自波导集成层的光波来激发一个或多个纳米孔中的光敏材料；和位于波导上方的纳米结构层，该纳米结构层包括该一个或多个纳米孔，其中该一个或多个纳米孔在该纳米结构层上的一个或多个位置上形成，其中该一个或多个位置中的每个位置与光检测设备的有效表面上的位置共享竖直轴线，其中光检测设备电耦接到插座的电接触件。

通过提供一种方法，可克服现有技术的缺点并且可实现如本公开中稍后描述的有益效果，该方法包括：形成流通池的底层，其中该流通池包括顶层和该底层，在顶层和底层之间具有通道，该形成包括：在邻接表面上形成波导集成层，该邻接表面由光检测设备的有效表面、模制层的与光检测设备的有效表面的第一边缘相邻的第一区域以及模制层的与光检测设备的有效表面的第二边缘相邻的第二区域构成，其中模制层位于基板上方并且覆盖光检测设备的侧面，模制层具有相对于基板的顶部的模制高度，该模制高度至少基本上等于光检测设备的有效表面相对于基板的顶表面的高度；在波导集成层中，在波导集成层的顶表面的位于第一区域的顶表面上方和第二区域的顶表面上方的部分上形成光学耦合结构；在波导集成层上方形成波导层，其中波导集成层将来自光源的光波光学地耦合到该波导层，并且其中该波导层利用来自波导集成层的光波来激发一个或多个纳米孔中的光敏材料；在波导层上方形成纳米结构层；以及在纳米结构层上的一个或多个位置上形成一个或多个纳米孔，其中该一个或多个位置中的每个位置与光检测设备的有效表面上的位置共享竖直轴线。

在一些示例中，形成光学耦合结构包括利用用于生成光学耦合结构的工艺，该工艺选自由以下项组成的组：压印和平板印刷。

在一些示例中，形成一个或多个纳米孔包括利用选自由以下项组成的组的平板印刷工艺：纳米压印平板印刷和光学平板印刷。

在一些示例中，该方法还包括：在纳米结构层上方形成顶层，其中该顶层和有效表面共同在光检测设备的纳米结构层上方形成空间，该空间限定流动通道。

在一些示例中，该方法还包括：将特征集成到顶层中，该特征选自由以下项组成的组：电气部件和物理结构。

通过本文所述的技术实现附加特征。本文详细描述了其他示例和方面，并且这些示例和方面被视为受权利要求书保护的方面的一部分。通过结合附图对本公开的各个方面进行以下详细描述，本公开的这些和其他目的、特征和优点将变得显而易见。

应当理解，前述方面和下文更详细讨论的附加方面(假设此类概念不相互矛盾)的所有组合都被设想为是本文所公开的发明主题的一部分并且可被实现为和组合以实现本文提供的有益效果。

附图说明

一个或多个方面被特别指出并且作为示例在本说明书结尾的权利要求中清楚地要求保护。根据以下结合附图的详细描述，一个或多个方面的前述内容和目标、特征和优点将显而易见，其中：

图1至图2示出了一些示例性流通池；

图3示出了用于一些流通池中的纳米结构的示例；

图4部分地示出了本公开中的流通池的底层的示例，其中波导集成层将波导与检测器集成；

图5示出了本公开中的流通池的示例的各个方面，其中启用了双测序；

图6示出了本公开的流通池的底层的示例，该底层包括光波导和检测器两者；

图7示出了本公开的流通池的底层的示例，该底层包括光波导和检测器，并且还包括具有低折射率的附加层；

图8A至图8G示出了形成本公开的流通池的底层的示例的过程；

图9示出了本公开的流通池的底层的示例，该底层包括光波导和检测器两者，并且还包括光导；

图10示出了根据本发明具体实施的一些示例的流通池的底层的示例的顶视图；

图11示出了根据本发明具体实施的一些示例的流通池的示例的各个方面，该流通池包括顶层，该顶层包括可有助于实现更快的SBS动力学的光学不透明特征；

图12示出了本发明具体实施的流通池的示例的各个方面，该流通池包括互补金属氧化物半导体(CMOS)(光)检测设备和两个测序表面；

图13A至图13B示出了形成到流通池中的插座的示例，该流通池可包括根据本发明具体实施的一些示例的底层；以及

图14示出了根据本发明具体实施的一些示例的某些方面的形成流通池底层的方法的工作流程。

具体实施方式

附图进一步示出了本发明的具体实施，并且与具体实施的详细描述一起用于解释本发明的具体实施的原理，附图中类似的附图标号在整个单独的视图中指代相同或功能上类似的元件，并且附图结合在本说明书中并形成本说明书的一部分。如本领域的技术人员所理解的，提供附图是为了便于理解并示出本发明具体实施的某些示例的各方面。具体实施不限于附图中所示的示例。

术语“连接”、“连接的”、“接触”、“耦接”等在本文中被广义地定义为涵盖多种分散布置和组装技术。这些布置和技术包括但不限于：(1)一个部件和另一个部件的直接接合，其间没有居间部件(即，部件直接物理接触)；以及(2)一个部件和另一个部件的接合，其间具有一个或多个部件，前提条件是该一个部件“连接到”或“接触”或“耦接到”该另一个部件在某种程度上是与该另一个部件是操作性连通(例如，电气、流体、物理、光学连通等)(尽管期间存在一个或多个附加部件)。应当理解，彼此直接物理接触的一些部件可彼此电接触、光学接触和/或流体接触或可不彼此电接触、光学接触和/或流体接触。此外，电连接、电耦接、光学连接、光学耦接、流体连接或流体耦接的两个部件可直接物理接触或可不直接物理接触，并且一个或多个其他部件可设置在这两个部件之间。

如本文所用，“流通池”可包括具有封盖的设备，该封盖在反应结构上方延伸以在其间形成与反应结构的多个反应位点连通的流动通道，并且可包括被配置为检测在反应位点处或附近发生的指定反应的检测设备。流通池可包括固态光检测或“成像”设备，诸如电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)(光)检测设备。作为一个具体示例，流通池可被配置为流体耦接和电耦接到盒(具有集成泵)，该盒可被配置为流体耦接和/或电耦接到生物测定系统。盒和/或生物测定系统可根据预定方案(例如，边合成边测序)将反应溶液递送到流通池的反应位点，并且执行多个成像事件。例如，盒和/或生物测定系统可引导一种或多种反应溶液通过流通池的流动通道，从而沿着反应位点流动。反应溶液中的至少一种可包含四种类型的具有相同或不同荧光标记的核苷酸。核苷酸可结合至流通池的反应位点，诸如结合至反应位点处的对应寡核苷酸。然后，盒和/或生物测定系统使用激发光源(例如固态光源，诸如发光二极管(LED))照亮反应位点。激发光可具有预定的一个或多个波长，包括一个波长范围。由入射激发光激发的荧光标记可提供可由流通池的光传感器检测的发射信号(例如，与激发光不同并且可能彼此不同的一个或多个波长的光)。

本文所述的流通池可被配置为执行各种生物或化学过程。更具体地，本文所述的流通池可用于期望检测指示指定反应的事件、属性、质量或特征的各种过程和系统中。例如，本文所述的流通池可包括光检测设备、生物传感器及其部件，以及与生物传感器一起操作的生物测定系统，或者与前述设备集成。

该流通池可被配置为促进可单独或共同检测的多个指定反应。该流通池可被配置为执行多个循环，其中该多个指定反应并行发生。例如，该流通池可用于通过酶操纵和光或图像检测/采集的迭代循环对DNA特征的密集阵列进行测序。因此，流通池可与一个或多个微流体通道流体连通，微流体通道将反应溶液中的试剂或其他反应组分递送到流通池的反应位点。反应位点可以预定方式提供或间隔开，诸如以均匀或重复的模式提供或间隔开。另选地，反应位点可以是随机分布的。每个反应位点可与一个或多个光导以及检测来自相关联反应位点的光的一个或多个光传感器相关联。在一个示例中，光导包括用于过滤某些波长的光的一个或多个滤光器。光导可以是例如吸收滤光器(例如，有机吸收滤光器)，使得滤光材料吸收特定波长(或波长范围)并且允许至少一个预定的波长(或波长范围)从中通过。在一些流通池中，反应位点可位于反应凹槽或反应室中，这可至少部分地分隔其中的指定反应。

如本文所用，“指定反应”包括感兴趣的化学或生物物质(例如，感兴趣的分析物)的化学、电、物理或光学性质(或质量)中的至少一者的变化。在特定流通池中，指定反应为阳性结合事件，例如，将荧光标记的生物分子与感兴趣的分析物结合。更一般地，指定反应可以是化学转化、化学变化或化学相互作用。指定反应也可为电属性的变化。在特定流通池中，指定反应包括将荧光标记的分子与分析物结合。分析物可为寡核苷酸，并且荧光标记的分子可为核苷酸。当激发光被导向具有标记核苷酸的寡核苷酸，并且荧光团发出可检测的荧光信号时，可检测到指定反应。在流通池的另一个示例中，检测到的荧光是化学发光或生物发光的结果。指定反应还可例如通过使供体荧光团接近受体荧光团来增加荧光(或

如本文所用，“电耦接”和“光学地耦接”是指在电源、电极、基板的导电部分、液滴、导电迹线、导线、波导、纳米结构、其他电路片段等的任何组合之间分别传递或传输电能和光波。术语“电耦接”和“光学地耦接”可与直接或间接连接结合使用，并且可经过各种中间物，诸如流体中间物、气隙等。

如本文所用，“反应溶液”、“反应组分”或“反应物”包括可用于获得至少一种指定反应的任何物质。例如，可能的反应组分包括例如试剂、酶、样品、其他生物分子和缓冲液。可将反应组分递送至本文所公开的流通池中的反应位点和/或固定在反应位点处。反应组分可直接或间接地与另一种物质相互作用，诸如固定在流通池的反应位点处的感兴趣的分析物。

如本文所用，术语“反应位点”是可发生至少一个指定反应的局部区域。反应位点可包括其上可固定物质的反应结构或基板的支撑表面。例如，反应位点可包括其上具有反应组分(诸如其上的核酸群体)的反应结构的表面(可位于流通池的通道中)。在一些流通池中，群体中的核酸具有相同的序列，例如为单链或双链模板的克隆拷贝。然而，在一些流通池中，反应位点可仅包含单个核酸分子，例如单链或双链形式。

术语“扇出”在本文中用来表征与检测器封装在一起的延伸超过检测器水平距离的区域。例如，在CMOS传感器用作流通池中的检测器的示例中，扇出是指CMOS传感器的水平边界的每一侧上的额外水平距离。

如本文所用，术语“高折射率材料”和“低折射率材料”分别指具有高折射率(或折光率)和低折射率(或折光率)的材料。在光学中，材料的折射率或折光率是描述光通过材料传播的速度的无量纲数。它在c为光在真空中的速度并且v为光在介质中的相速度的情况下定义。例如，窗玻璃的折射率为1.52，而纯水的折射率为1.33，因此，光穿过玻璃的行进速度比穿过水的行进速度慢。虽然本文提供了某些非限制性示例，但高折射率材料通常认为是折射率大于1.50的经处理的玻璃、聚合物或化学涂层。本文提及的具有高折射率的材料包括氧化钽(TaOx)，它具有2.1306的折射率。用于形成波导芯的其他高折射率材料为氮化硅合金(SiON)，它可具有2.01的折射率。高折射率材料通常与具有相反折射率的材料集成，以形成具有抗反射特性的光学透明的部件。聚合物是具有低折射率的材料的常见示例，因为折射率越低，光被材料弯曲的程度越轻，从而降低聚焦能力、反射效果和光色散。因此，光学塑料聚合物具有较低(值)的折射率。例如，折射率较低的许多材料的折射率在1.31和1.4之间。一般来讲，具有小于1.50的折射率的材料被称为低折射率材料。

如本文所用，术语“基本上”是指小波动(例如，±5％或更小)，以及无波动(即，±0％)。

下面参考附图，为了便于理解，附图未按比例绘制，其中在所有不同的附图中使用相同的参考标号来表示相同或类似的部件。

在现有流通池的情况下，光源位于顶部流通池层上方。流通池的底层包括传感器或检测器(例如CMOS传感器)，并且光源位于该层上方。当流通池中的检测器是CMOS时，在现有流通池中，使用流通池执行的一些过程(诸如SBS)的性能存在某些限制。图1至图2示出了这些现有结构并示出了这些限制。图1至图2两者示出了流通池100、200，其中顶层110、210和底层120、220彼此面对。这些层之间的空隙空间限定通道130、230，可在该通道中分配用于测序操作(例如，SBS)的试剂。图1的流通池100还包括位于顶层110和底层120中的每层上的纳米结构140a-140b，其中纳米结构140a-140b的表面朝向通道130、230。纳米结构140a-140b在图3中更详细地示出。

参见图1，在该流通池100中，光源155和检测器160的组合定位在顶层110上方，使得激发光170和发射光180可在光源155和检测器160与顶层110和底层120之间移动。具体地讲，来自光源155的激发光170朝向纳米结构化表面140a-140b(例如，两个测序表面)传播，其中被测序的DNA链基于掺入DNA链中的最后一个核苷酸的特性重新发射发射光180。该发射光180传播回到检测器160。在流通池200中，纳米结构化表面140a-140b可用于同时测序。

参见图2，流通池200不是利用两个纳米结构140a-140b(图1)，而是包括作为CMOS传感器的检测器260，因此仅存在一个纳米结构240。在一个示例中，检测器260是包括CMOS传感器的光检测设备。利用CMOS传感器作为检测器260在SBS中提供了性能优势。由于CMOS传感器作为检测器260的存在，利用该元件的流通池在本文的一些示例中被称为基于CMOS的流通池。对于这种流通池类型，光源255设置在顶层220上方。光源255发送激发光270，该激发光传播到纳米结构240表面。由流通池200测序的多核苷酸链(例如，DNA)然后可重新发射发射光280，该发射光向下传播到放置在底层220中的检测器260(例如，CMOS传感器)。需注意，虽然本文使用术语“DNA链”，但该术语仅意在示出多核苷酸的代表性示例，多核苷酸可包括其他类型的分子，诸如RNA。

参见图3，每个纳米结构340(例如，纳米结构140A-140B(图1)、纳米结构240(图2))由纳米孔315构成，该纳米孔包含具有引物的水凝胶325，该引物锚定待测序的DNA链335。

为了有效地发挥功能，现有流通池100、200的技术架构包括图1至图2的影响流通池100、200的总体功效和性能的某些元件。例如，将包括但不限于电气部件(例如，电极)和/或物理结构(例如，人字形沟槽)的性能增强特征集成到流通池100、200的顶层110、210中可有助于实现更快的SBS动力学。由于这些特征是光学不透明的、光漫射的和/或光散射的，因此它们将不会对流通池100、200的性能产生积极影响，因为它们可阻挡或干扰激发或发射光路。虽然图1的非CMOS流通池100利用两个测序表面即纳米结构140a-140b，但图2的流通池200未受益于该双测序表面架构，因为在顶层210中引入第二测序表面可为光学不透明的、光漫射的和/或光散射的，并且不利地影响流通池200的性能。因此，图2的基于CMOS的流通池200没有包括两个测序表面，从而基于光源155的布置和所提出的干扰光路的第二表面来降低所采集的数据量。

参见图1至图2，因为流通池100、200的功能部分地取决于在两个现有流通池100、200中发出(并且在一些情况下，返回)到光源155、255的位置的光路，以便实现最佳性能，流通池100、200顶层110、210不能阻挡、广泛地扩散和/或散射：1)从光源155、255行进到待测序的DNA簇(在纳米结构140a-140b、240处)的激发光170、270；和/或2)从待测序的DNA簇(在纳米结构140a-140b、240处)行进到检测器160、260的发射光180、280。

图4至图5示出了各种示例的各方面，其中波导445形成在检测器460(例如，CMOS传感器)上方。在本公开的各种示例中使用“CMOS传感器”仅以举例的方式提供，并且根据本公开可使用其他类型的传感器，例如固态传感器诸如CCD传感器。本公开中的具体实施的示例利用被称为平面波导或平板波导的波导。平面波导是具有平面几何形状的波导，这意味着它仅在一个维度上引导光。如本文所述，各种具体实施中的波导(包括图4中的波导445)可以具有增大的折射率的薄光学透明的膜的形式制造。可在本文所公开的各种示例中实现的另一种类型的波导是平板波导，它也是平面波导，但平板波导由具有不同折射率的三个电介质层组成并且将波限制到一个方向。

返回图4至图5，通过在检测器460上方形成波导445，波导可将来自光源的激发光传播到纳米孔415。在图4至图5的底层420、520和图5的顶层510中，来自纳米孔415、515的激发光可传播到检测器，因为波导不妨碍光传播。另外，如下所述，检测和照明的这种配置使得能够将额外的性能增强集成到流通池中。在图4中，顶层410包括性能增强特征。在图5中，启用了双测序表面架构。

图4部分地示出了流通池的底层420，其中低折射率材料(即，具有低折射率的材料)的波导集成层413将该底层420中的波导445与检测器460(例如，CMOS传感器)集成。波导集成层413可以是层叠堆而不是单层，它将光耦合到波导445，该波导将波导内部的光引导到纳米结构层435，从而激发纳米孔415中的光敏材料。在图4的示例中，照明和检测功能一起集成在同一层(底层420)中。如图2所示，在现有的基于CMOS的流通池中，照明部件(光源255)位于检测部件(检测器260)上方。通过将照明和检测功能组合到流通池的底层420中，所得的流通池可最小化，并且在一些情况下甚至消除由在该层上方涉及光源的需求以及所施加的限制，如图2所示。如图4所示，因为通过在底层420中包括波导445和检测器460避免了这种光源放置限制，包括底层420的流通池可包括具有光学不透明特征487a-487b的顶层410，该光学不透明特征包括但不限于电气部件(例如，电极)或物理结构(例如，人字形沟槽)。这些性能增强特征的集成可有助于实现更快的SBS动力学，并且正面地影响集成了顶层410和底层420的流通池的性能。

如上所述，图1的非CMOS流通池100可利用两个测序表面即纳米结构140a-140b，但图2的流通池200未受益于该双测序表面架构，因为在顶层210中引入第二测序表面可为光学不透明的、光漫射的和/或光散射的，并且不利地影响流通池200的性能。然而，在图5中，由于顶层510和底层520各自包括检测器560(在该示例中为CMOS传感器)和波导545，因此可减轻该限制，并且在一些情况下甚至消除该限制。图5示出了将该顶层510和底层520与在顶层510和底层520之间形成的流动通道519集成的流通池。顶层510和底层520中的每一者是包括纳米孔515的测序表面。顶层510和底层520的测序表面可同时和/或并行地执行SBS。

图4至图5总体上示出了如本文所公开的流通池的底层的一些示例的某些方面，并且示出了在公共层(例如，底层420、顶层510和底层520)中包括光源和检测器，而图6至图12提供关于本公开中的流通池的底层以及将其包括在流通池中的一些示例的附加细节。

图6是包括一些示例的各个方面的流通池的底层620，其中通过利用光波导645在流通池的底层620中提供照明(波导645)和检测(检测器660，其在该示例中包括CMOS传感器)来避免遮挡通往光源的光路。如前所述，CMOS传感器以举例的方式提供，根据本公开可采用其他类型的传感器(例如，固态传感器，诸如CCD传感器)。如本文将解释，通过减少或在某些情况下甚至消除该性能问题，一些示例包括基于CMOS的流通池，该流通池可用于通过利用技术架构和/或集成特征来实现更快的SBS动力学，原本这些特征会不利地影响现有基于CMOS的流通池(例如，流通池200(图2))的性能，这是基于由将光源(例如，光源255(图2))放置在流通池的顶层(例如，顶层210，图2)所施加的架构约束。如图6所示，光波导645与检测器660在流通池的底层620中的集成为集成了该组合层(例如，底层620)的流通池提供各种有益效果。本文讨论了这些有益效果中的两种。首先，光波导645与检测器660在底层620中的集成使得能够通过利用较薄的长路径/通道(LP)结构来增大信噪比(SNR)，减少吸收并实现常规LP材料(例如，单氮化硅(SiN))的使用，这可显著增加从纳米孔615到检测器660(例如，像素)中的光收集。其次，将光波导645与检测器660集成到底层620中使得能够(每个像素)简单而且稳健地解决多簇纳米孔615。前一种结构变化/优点可总体上降低流通池的成本，因为增大的SNR和所得的架构变化使得能够持续实现更小的纳米孔615(例如，像素尺寸)，从而降低成本。

如图6所示，波导645下方的波导集成层613(即，芯波导层)上的光栅611没有形成在检测器660(在该示例中为CMOS传感器)上，也没有紧邻其上方。在一些示例中，波导集成层613可包括多于一个层，并且这些附加层中的一个层可用作平面化层或用作光学滤光器。为了将光耦合到(平面)波导645中，光栅611形成在基板上，该光栅将光衍射到波导645的传播方向(模)中。为了实现高效率和高公差空间(在入射在光栅611上的光的角度方向上)，耦合结构(例如，光栅611)的尺寸起作用；该尺寸被设计成较大。在CMOS传感器的表面611上(或紧邻该表面上方)实现光学耦合结构(诸如光栅)既减小了传感器的可用区域，又增加了传感器的成本。具有耦合结构的所得流通池有效地遮挡CMOS传感器的部分表面，以将外部光源(例如，LED或激光器)耦合到波导中，这带来了这些挑战并且具有低总体效率。因此，在图6的示例中，不是在CMOS传感器上形成用于波导645的耦合结构(例如，光栅611)(在一些示例中，检测器660可由CMOS传感器构成)，而是该结构形成在CMOS传感器之外的区域中。另外，在包括光栅611的区域在CMOS区域之外(即，不在CMOS传感器的有效表面657上)的情况下利用光栅611将光耦合到波导中，使得能够形成具有较小CMOS传感器的流通池。包括光学耦合结构(光栅611)的区域可在不需要较大CMOS传感器的情况下扩展，并且扩展光栅区域可有利于功能性，因为较大光栅区域有助于对准光源(例如，激光器或LED)以将光耦合到波导645中。较大的面积引入激光相对于表面的较大公差，并且还使得光源的周期能够在波导645中的区域内变化。

参见图6，示出的流通池的底层620包括耦合结构(例如，光栅611)，该耦合结构将光耦合到波导645中，该波导将波导内部的光引导到纳米结构层635，从而激发纳米孔615中的光敏材料。耦合结构(例如，光栅611)形成在低折射率层(即，具有低折射率的材料，包括但不限于氧化硅(例如，1.4585)、氮氧化硅(例如，1.45)和/或基于聚合物的材料)中，该低折射率层本文中被称为在模制件616的两个区域上方的波导集成层613，一个区域是在检测器660的一侧上并且平行于检测器660的有效表面657的第一区域612a，另一个区域是在检测器660的相对侧上并且同样平行于检测器660的有效表面657的第二区域612b。在本公开的一些示例中，模制件616的第一区域612a和第二区域612b相对于基板624的竖直高度至少基本上等于检测器660的有效表面657的高度。

但在一些示例中，包括在图6、图7、图8A至图8G、图9、图11和图12中，在所示的底层中，在检测器660、760、860、960的有效表面657、757、857、957的侧面上的模制区域612a-612b、712a-712b、812a-812b、912a-912b未示出为与检测器660、760、860、960重叠，在一些实施方案中，在检测器的有效表面的侧面上形成的这些模制区域可与检测器的有效表面的一部分重叠。术语“邻接表面”在本文中用来表征包括模制区域的顶表面和检测器的有效表面(例如，在图6中，第一区域612a、有效表面557和第二区域612b)的表面。术语“邻接表面”可暗示或不暗示一致的水平轴线。在一些示例中，这些区域的高度可以超过检测器的高度，并且/或者检测器的有效表面可以包括多于一个水平平面上的部分。在这些示例中，波导集成层使该邻接表面(检测器的未被这些区域覆盖的部分和这些区域)平面化，并且形成可在其上形成波导的平面。在其他示例中，如图6、图7、图8A至图8G、图9、图11和图12所示，这些区域不与检测器的有效表面的任何部分重叠。在一些示例中，基于检测器的几何形状，有效表面和模制区域(后者不与有效表面重叠)形成具有一致竖直高度的邻接表面。因此，术语“邻接”表示一系列区域：第一模制区域、检测器的有效表面的一部分，和第二模制区域，而不是暗示这些区域之间的任何结构一致性。

返回图6，波导集成层613覆盖检测器660以及模制件616的在检测器660的任一侧上的第一区域612a和第二区域612b。在图6的示例中，芯波导层(波导645)是包括高折射率材料(即，具有高折射率的材料，包括但不限于氧化钽(TaO

在一些示例中，模制件616的第一区域612a和第二区域612b仅仅是将光耦合到波导645的光学耦合结构的布置的两个示例。另外的示例为光学耦合结构的这些区域提供不同的取向。各种示例之间的共性是这些区域不与检测器660的整个有效表面657重叠。

回到图6，纳米结构层635包括纳米孔615，如图3所示。在一些示例中，纳米孔615通过压印和/或平板印刷形成，在一些示例中，平板印刷包括但不限于纳米压印平板印刷和/或光学平板印刷。一些示例还包括位于纳米结构层635的纳米孔615下方的检测器660中的光电二极管681。

如图6所示，在一些示例中，第一重新分布层(RDL)621形成在检测器660上。第一RDL 621是可接合到检测器660的背侧触点的示例。第二RDL 631连接到第一RDL 621。每个RDL可由金属构成，包括但不限于钨、铜、金、镍和/或其他类似材料。第一RDL 621和第二RDL631由电通孔643(例如，硅通孔(TSV)连接。在一些示例中，电通孔643是铜凸块。如图6所示，第一RDL沉积在检测器660上，并且第二RDL 631沉积在模制封装上。模制封装包括检测器660以及模制件616。第二钝化层624可包括多个层，使得其为钝化叠堆，而不是单一钝化层624。示例可包括延伸穿过底层620光检测设备并将基板电连接到第二RDL 631的TSV，该第二RDL与利用基板接合焊盘(例如，可选层626的一部分)接合到底层620的基板电接触。

在公共水平面上超出第二钝化层624的是扇出钝化层672。扇出钝化层672钝化第二RDL 631，该第二RDL 631设置在基座基板的底表面上。在一些示例中，扇出钝化层672包括聚酰胺(合成聚合物)、阻焊剂和/或另一种环氧树脂。在一些示例中，可选层626沉积在扇出钝化层672的RDL开口上。在一些示例中，可选层626可包括被称为凸块下金属(UBM)的第二金属涂层。该第二金属涂层与钝化层672上的钝化开口具有大致相同的尺寸。

图6表示具有最小层数的底层620：具有光学耦合结构611的低折射率层613、高折射率芯波导645层，和位于高折射率层上方的第二低折射率层735，其中在图6中，形成纳米孔615。然而，在其他示例中，流通池的底层包括附加层，其中包括波导645与形成有纳米孔615的低折射率层635之间的一个或多个附加低折射率层(即，由具有低折射率的材料构成的层)。

图7为具有一个附加低折射率层766的示例，然而，另外的示例包括多个附加低折射率层。例如，在一些示例中，在波导集成层713与包括有效表面757的任一侧上的区域712a-712b的邻接表面之间形成一个或多个层。图7仅用作给定取向的附加层766的示例的例示性示例；可以各种取向向各种示例添加附加层。

图7是根据一些示例的各个方面的可用于流通池中的底层720的另一个示例。参见图7，在一些示例中，在平面波导745和纳米结构层735之间存在另一层，即附加低折射率层766，因此，具有较低折射率的两个层可折射光。因此，图7中的示例与图6的底层620之间的差异在于，在图7中，底层720包括在芯波导层即波导745和纳米结构层735(其包括纳米孔715)之间形成的附加低折射率层766。在该示例中，纳米结构层735可具有高折射率或低折射率。(在图6中的底层620中，波导645具有高折射率。)底层720包括具有光电二极管781的检测器760并且包括模制件716，该模制件包括在检测器760的有效表面757的任一侧上的区域712a-712b。正是在这些区域712a-712b上方，波导集成层713形成有将该层耦合到波导745的光栅711。在波导745上方，形成附加低折射率层766，并且在该层上形成具有纳米孔715的纳米结构层735。光栅711将光耦合到纳米孔715。

与图6所示的示例中的底层一样，在图7所示的示例中，第一RDL 721(沉积在检测器760上)形成在检测器760上，并且第二RDL 731(沉积在封装上)经由电通孔743(例如，铜凸块)连接到第一RDL 721。第二钝化层724可包括形成钝化叠堆的多个层。与第二RDL 731相邻的是扇出钝化层772(例如，聚酰胺、阻焊剂和/或另一种环氧树脂)，该扇出钝化层钝化第二RDL 731。可选层726可沉积在扇出钝化层772的RDL开口上。可选层726可包括被称为凸块下金属(UBM)的第二金属涂层。该第二金属涂层与钝化层724上的钝化开口具有大致相同的尺寸。

图8A至图8G示出了在一些示例中底层(例如，底层620，图6)的形成的各个方面。如图8A至图8G中逐步示出的，形成低折射率层(例如，树脂)、波导集成层813，并且该(例如，树脂)层使模具扇出型晶片/面板平面化以形成波导845的底部包层。上面形成有波导集成层813的该平面包括检测器860(例如，CMOS传感器)的有效表面857，以及模制件812a-812b的在该有效表面857的每一侧上的扇出区域。模制件816和检测器860包括模制封装。在一些示例中，利用以下技术中的一种或多种在波导集成层813上形成光学耦合结构诸如光栅811：压印、平板印刷和/或蚀刻。波导845本身是高折射率层(例如，TaO

首先参见图8A，示出了在添加用于执行SBS的流通池中的波导845或纳米结构层835之前的模具扇出一般结构874。该一般模具扇出结构874(在本文中也称为模制封装)包括检测器860和模制件816两者。模具扇出一般结构874中包括第二RDL 831(沉积在模制件816上)，其经由电通孔843(例如，铜凸块)连接到第一RDL 821(沉积在包括检测器860的芯片上)。第二RDL 831与第二钝化层824接触。可选层826也包括在该示例中，并且沉积在扇出钝化层872的RDL开口上。

参见图8B，可选层826(在该示例中为UBM)形成在第二RDL 831上。第二RDL 831可包括多于一个层并且可被理解为叠堆。

图8C示出了波导集成到底层中的开始。波导845(参见图8E至图8G)最终集成到包括检测器860的有效表面857和模制件812a-812b的在每一侧上的扇出区域的平面上，其中添加了波导集成层813，该波导集成层可以包括低折射率材料，诸如树脂。如上所述，波导集成层813实际上可以是层的叠堆而不是单个层，其中该叠堆的不同层提供不同的功能，并且只有一个层包括光学耦合结构(光栅811，图8D至图8G)。例如，在一些示例中，该叠堆可包括用于使波导平面化的一个或多个层。一些层可用作光学滤光器。一些层可充当波导的低折射率包层。

在图8D中，光学耦合结构形成在波导集成层813上。图8D至图8G中示出的光学耦合结构的类型为光栅811。可利用各种工艺来形成这些光学耦合结构，包括但不限于平板印刷、光刻、压印、纳米压印和/或蚀刻。这些光学耦合结构(在这种情况下为光栅811)将光耦合到波导845中。该波导集成层813可通过沉积构成该层的材料来形成，并且可包括氧化硅、氮氧化硅和/或基于聚合物的材料中的一种或多种。

一旦已经形成光学耦合结构(例如，光栅811)，就可以将波导845的芯添加到底层。如图8E所示，在本公开的示例中，形成包括高折射率材料(例如，TaO

在图8F所示的部分底层的示例中，将成为纳米结构层835的部分底层形成在波导845层上方。纳米结构层835为可由树脂或电介质材料构成的低折射率层。

参见图8G，该图包括流通池的底层820，纳米孔815在底层820的纳米结构层835中形成以用于流通池。纳米孔815位于纳米结构层835上，使得检测器860中的光电二极管881定位在纳米孔815下方。在一些示例中，纳米孔815中的每个纳米孔对应于位于纳米孔815下方的预定数量(1-2)的光电二极管881。

在一些示例中，不同于利用波导845上方的第一低折射率层作为纳米结构层835，可以在最终纳米结构层835与波导845之间形成一个或多个附加低折射率层。

如图9所示，光栅911(光学耦合结构)将光光学地耦合到波导945，并且波导945将激发光提供到纳米孔915。图9还示出了光导996，它可包括用于过滤某些波长的光的一个或多个滤光器。在各种示例中，光导996可以是吸收滤光器(例如，有机吸收滤光器)，使得滤光材料吸收特定波长(或波长范围)并且允许至少一个预定的波长(或波长范围)从中通过。如上所述，波导集成层913为包括光栅911(即，光栅区域)的低折射率层，该光栅将光折射到某些预定方向。在各种示例中，从光栅结构(即，光栅911)折射的光的周期可变化，以帮助以管理其进入波导945的方式来对准光。在一些示例中，该周期跨光栅区域的长度而变化。在一些示例中，该周期可以固定。

图10包括根据一些示例的可集成到流通池中的底层的顶视图1001。顶视图1001包括一般顶视图1002和进入纳米结构层1035的纳米孔1015的区域中的缩放视图1003。如上所述，检测来自纳米结构层1035的发射光的光电二极管驻留在检测器(未图示)诸如CMOS传感器中。这些光电二极管充当光传感器并且可被视为在流通池中的生物或化学测试期间激活的像素。纳米结构层1035中的纳米孔1015可被配置为各自与给定数量的光电二极管或像素对准。在一些示例中，两个纳米孔1015与CMOS传感器中的给定光传感器(像素)对准。缩放视图1003示出了由边界1088(仅出于视觉目的)区分的给定区域1063，即了2×2像素区域，其中两个纳米孔1015被分配给每个像素(或光传感器)。

参见图10，如放大视图1003所示，波导的向某些纳米孔1015提供激发光的部分光学地耦合到位于第一区域1012a或第二区域1012b上方的光栅1011，具体取决于纳米孔1015与每个区域的接近度。另外，在一些示例中，给定波导的不同区域激发纳米结构层1035中的不同纳米孔1015。例如，如果波导被图案化为平板波导，则不同的平板可激发(例如，接通)不同的纳米孔1015。平板波导可被理解为描述光仅被限制在一个轴(例如，穿过传感器的竖直轴)上的单个波导。一些示例包括形成在给定层上的一系列波导，而不是单个波导。

如上所述，在一些示例中，不同于利用定位在顶层上方的光源或在CMOS传感器的表面上形成光学耦合结构，在邻接检测器的有效表面(例如，CMOS传感器的有效表面)的区域中的较低折射率层(例如，波导集成层)上形成光学耦合结构并且利用这些结构将光折射到波导的预定方向中允许形成具有可改善电池的总体功效的附加元件的流通池。因此，在一些示例中，不仅可将照明和检测功能结合到流通池的层(例如，底层620、720、820、920)中，而且因为示例不受图1至图2的流通池的结构限制的约束或涉及遮挡有效表面，示例包括具有提高流通池的总体效率的元件的流通池，这些其他配置原本不利于流通池的总体效率。

图11示出了流通池1100的各个方面，该流通池包括顶层1110和底层1120。底层1120在结构上类似于图6的底层620和/或图7的底层720。流通池1100的顶层1110包括有助于实现更快的SBS动力学的光学不透明特征1187a-1187b。在一些示例中，光学不透明特征结构1187a-1187b包括电气部件(例如，电极)，并且在其他示例中，光学不透明特征结构1187a-1187b包括流通池的顶层1110上的结构(例如，人字形沟槽)。流动通道1119形成在顶层1110和底层1120之间。

图12示出了基于CMOS的流通池1200，它虽然是基于CMOS的流通池，但包括两个测序表面，一个在顶层1210上，另一个在底层1220上。顶层1210和底层1220两者由类似于图6的底层620和/或图7的底层720的结构构成。然而，顶层1210水平地(沿着水平轴线)翻转。流动通道1219形成在顶层1210和底层1220之间。顶层1210和底层1220的测序表面可同时和/或并行地执行SBS。

图6至图12示出了流通池的各种部分或完整的底层，这些底层可集成到流通池中。图13A至图13B示出了形成到流通池中的插座1350的示例，它可包括本文所公开的流通池的底层，例如底层620(图6)、底层720(图7)、底层820(图8G)或底层920(图9)。如图13A至图13B所示，该流通池由具有基座部分1352的插座1350形成，该插座包括至少一个端口1371。插座1350包括由基座部分1356和盖部分1354协作地形成的封装件1356。电接触件1361在封装件1356与基座部分1356的外侧1364之间延伸，在该非限制性示例中，外侧1364是外部底表面。至少一个端口137在该封装件和盖部分1366的外侧之间延伸。发光设备(它在许多先前的附图中被称为底层1320，并且可包括图6、图7、图8G和图9的示例)固定在插座1350内。为简单理解起见，底层1320的细节未在图13A至图13B中提供，但在图6、图7、图8G和图9中示出。

本公开中的示例包括形成流通池的底层的一种或多种方法。图14示出了根据一些示例的某些方面的形成流通池的底层的方法的工作流程1400。具体地讲，图14示出了形成流通池的底层的工作流程，其中该流通池包括顶层和底层，在顶层和底层之间具有通道。为了形成底层，在邻接表面上形成波导集成层，该邻接表面包括光检测设备的有效表面、模制层的与光检测设备的有效表面的第一边缘相邻的第一区域，以及模制层的与光检测设备的有效表面的第二边缘相邻的第二区域(1410)。在一些示例中，模制层位于基板上方并且覆盖光检测设备的侧面，并且具有相对于基板的顶部的高度。模制高度可基本上等于光检测设备的有效表面相对于基板的顶表面的高度。

返回图14，在一些示例中，在波导集成层中，在波导集成层的顶表面的位于第一区域的顶表面上方和第二区域的顶表面上方的部分上形成光学耦合结构(1420)。可用于形成光学耦合结构的工艺的两个非限制性示例是压印和/或平板印刷。在一些示例中，平板印刷包括但不限于纳米压印平板印刷和/或光学平板印刷。在波导集成层上方形成波导(1430)。在一些示例中，波导集成层将来自光源的光波光学地耦合到波导层，并且波导层利用来自波导集成层的光波激发一个或多个纳米孔中的光敏材料。底层还包括纳米结构层。在波导层上方形成纳米结构层(1440)。在纳米结构层上的一个或多个位置上形成前述一个或多个纳米孔(1450)。可用于形成纳米孔的工艺的两个非限制性示例为压印和/或平板印刷。在一些示例中，该一个或多个位置中的每个位置与光检测设备的有效表面上的位置共享竖直轴线。

流通池的其余部分可通过在纳米结构层上方形成顶层来形成。在一些示例中，顶层和有效表面共同形成光检测设备的纳米结构层上方的空间，该空间限定流动通道。可将部件集成到该顶层中，包括但不限于活性部件和/或结构。

在一些示例中，本发明所公开的示例是一种装置，该装置包括位于基板上方并且覆盖光检测设备的侧面的模制层。该模制层包括与光检测设备的有效表面的第一边缘相邻的第一区域和与光检测设备的有效表面的第二边缘相邻的第二区域，其中第一区域、第二区域和光检测设备的有效表面形成邻接表面。波导集成层位于该邻接表面与波导之间。波导集成层在波导集成层的顶表面的位于第一区域的顶表面上方和第二区域的顶表面上方的部分上包括光学耦合结构。该光学耦合结构将来自光源的光波耦合到波导。该示例包括位于波导集成层上方的波导。该波导利用来自波导集成层的光波来激发一个或多个纳米孔中的光敏材料。该示例包括位于波导上方的纳米结构层。该纳米结构层包括一个或多个纳米孔。该一个或多个纳米孔在纳米结构层上的一个或多个位置上形成。该一个或多个位置中的每个位置与光检测设备的有效表面上的位置共享竖直轴线。

在该装置的一些示例中，第一区域和第二区域不与光检测设备的有效表面重叠。

在该装置的一些示例中，光学耦合结构包括光栅。

在该装置的一些示例中，波导集成层由具有低折射率的材料构成。

在该装置的一些示例中，波导包括具有高折射率的材料。

在该装置的一些示例中，纳米结构层包括具有低折射率的材料。

在该装置的一些示例中，该装置还包括位于波导和纳米结构层之间的一个或多个低折射率层。

在该装置的一些示例中，该装置还包括位于邻接表面上方和波导集成层下方的滤光器层，其中该滤光器层阻止来自波导的光泄漏到光检测设备。

在该装置的一些示例中，光源选自由以下项组成的组：发光二极管和激光二极管。

在该装置的一些示例中，光检测设备包括一个或多个光电二极管，其中该一个或多个光电二极管中的每个位于一个或多个纳米孔下方。

在该装置的一些示例中，光检测设备包括互补金属氧化物半导体(CMOS)检测设备。

在该装置的一些示例中，该装置还包括位于邻接表面上方的顶层，其中该顶层和有效表面共同形成位于纳米结构层上方的空间，该空间限定流动通道。

在该装置的一些示例中，顶层还包括选自由以下项组成的组的特征：电气部件和物理结构。

在该装置的一些示例中，顶层包括电极。

在该装置的一些示例中，顶层包括人字形沟槽。

在该装置的一些示例中，波导包括一个或多个平板波导。

在该装置的一些示例中，顶层包括位于第二基板下方并且覆盖第二光检测设备的侧面的第二模制层，其中该第二模制层包括与第二光检测设备的有效表面的第一边缘相邻的第一区域和与第二光检测设备的有效表面的第二边缘相邻的第二区域。第二模制层的第一区域、第二模制层的第二区域和第二光检测设备的有效表面形成第二邻接表面。顶层还包括位于第二邻接表面与第二波导之间的第二波导集成层，其中第二波导集成层在第二波导集成层的顶表面的位于第二模制层的第一区域的顶表面下方和第二模制层的第二区域的顶表面下方的部分上包括光学耦合结构，其中第二波导集成层的顶表面的这些部分上的光学耦合结构将来自光源的光波耦合到第二波导。顶层还包括位于波导集成层下方的第二波导。第二波导利用来自第二波导集成层的光波来激发一个或多个附加纳米孔中的光敏材料。顶层还包括位于第二波导下方的第二纳米结构层，该第二纳米结构层包括一个或多个附加纳米孔。该一个或多个附加纳米孔形成在第二纳米结构层上的一个或多个位置上。第二纳米结构层上的该一个或多个位置中的每个位置与第二光检测设备的有效表面上的位置共享竖直轴线。

在该装置的一些示例中，第二模制件相对于第二基板的底表面的竖直高度至少基本上等于第二光检测设备的有效表面相对于第二基板的底表面的高度。

在该装置的一些示例中，从波导集成层的光学耦合结构传递到波导的光波的周期选自：可变的和固定的。

在该装置的一些示例中，通过至少将来自光源的光波光学地耦合到一个或多个纳米孔，波导的特定部分激发该一个或多个纳米孔中的特定数量的纳米孔。

在该装置的一些示例中，该装置是流通池的一部分。

在该装置的一些示例中，该装置固定在插座的封装件内，该插座包括基座部分、多个电接触件以及与基座部分耦接的盖部分，该盖部分包括至少一个第一端口。基座部分和盖部分协作地形成封装件。电接触件在该封装件和基座部分的外侧之间延伸，并且该至少一个第一端口在该封装件和盖部分的外侧之间延伸。光检测设备电耦接到该插座的电接触件。

在该装置的一些示例中，模制件相对于基板的顶表面的竖直高度至少基本上等于光检测设备的有效表面相对于基板的顶表面的高度。

在该装置的一些示例中，光学耦合结构的在波导集成层的顶表面的位于第一区域的顶表面上方的部分上方的一部分包括第一光栅，并且光学耦合结构的在波导集成层的顶表面的位于第二区域的顶表面上方的部分上方的一部分包括第二光栅。纳米孔的第一部分光学地耦合到第一光栅，并且纳米孔的第二部分光学地耦合到第二光栅。

在该装置的一些示例中，纳米孔的第一部分包括纳米孔的在第一光栅的预定义接近度内的一部分，并且纳米孔的第二部分包括纳米孔的在第二光栅的预定义接近度内的一部分。

在该装置的一些示例中，纳米孔的第一部分和纳米孔的第二部分包括所有纳米孔，并且每个纳米孔位于第一部分或第二部分中。

在一些示例中，公开了一种流通池，该流通池包括插座，该插座包括基座部分、多个电接触件以及与基座部分耦接的盖部分，该盖部分包括至少一个第一端口。基座部分和盖部分协作地形成封装件。电接触件在该封装件和基座部分的外侧之间延伸，并且该至少一个第一端口在该封装件和盖部分的外侧之间延伸。该流通池还包括固定在插座的封装件内的光发射设备，并且该光发射设备包括位于基板上方并且覆盖该光检测设备的侧面的模制层。该模制层包括与光检测设备的有效表面的第一边缘相邻的第一区域和与光检测设备的有效表面的第二边缘相邻的第二区域，其中第一区域、第二区域和光检测设备的有效表面形成邻接表面。光发射设备还包括位于邻接表面和波导之间的波导集成层。波导集成层在波导集成层的顶表面的位于第一区域的顶表面上方和第二区域的顶表面上方的部分上包括光学耦合结构。该光学耦合结构将来自光源的光波耦合到波导。光发射设备包括位于波导集成层上方的波导。该波导利用来自波导集成层的光波来激发一个或多个纳米孔中的光敏材料。光发射设备包括位于波导上方的纳米结构层，该纳米结构层包括一个或多个纳米孔。该一个或多个纳米孔在纳米结构层上的一个或多个位置上形成。该一个或多个位置中的每个位置与光检测设备的有效表面上的位置共享竖直轴线。光检测设备电耦接到该插座的电接触件。

在一些示例中，公开了一种方法，该方法包括形成流通池的底层。该流通池包括顶层和底层，在顶层和底层之间具有通道。该形成包括在邻接表面上形成波导集成层，该邻接表面由光检测设备的有效表面、模制层的与光检测设备的有效表面的第一边缘相邻的第一区域，以及模制层的与光检测设备的有效表面的第二边缘相邻的第二区域组成。该模制层位于基板上方并且覆盖光检测设备的侧面，该模制层可具有相对于基板的顶部的模制高度，该模制高度至少基本上等于光检测设备的有效表面相对于基板的顶表面的高度。该方法还包括在波导集成层中，在波导集成层的顶表面的位于第一区域的顶表面上方和第二区域的顶表面上方的部分上形成光学耦合结构。该方法还包括在波导集成层上方形成波导层。波导集成层将来自光源的光波光学地耦合到波导层，并且其中波导层利用来自波导集成层的光波激发一个或多个纳米孔中的光敏材料。该方法包括在波导层上方形成纳米结构层。该方法还包括在纳米结构层上的一个或多个位置上形成一个或多个纳米孔。该一个或多个位置中的每个位置与光检测设备的有效表面上的位置共享竖直轴线。

在该方法的一些示例中，形成光学耦合结构包括利用用于生成光学耦合结构的工艺，该工艺选自由以下项组成的组：压印、纳米压印平板印刷和光学平板印刷。

在该方法的一些示例中，形成一个或多个纳米孔包括利用选自由以下项组成的组的工艺：压印、纳米压印平板印刷和光学平板印刷。

在该方法的一些示例中，该方法还包括在纳米结构层上方形成顶层。顶层和有效表面共同形成光检测设备的纳米结构层上方的空间，该空间限定流动通道。

在该方法的一些示例中，该方法还包括将特征集成到顶层中，该特征选自由以下项组成的组：电气部件和物理结构。

附图中的流程图和框图示出了根据本公开的各种示例的系统、方法和计算机程序产品的可能示例的架构、功能和操作。就这一点而言，流程图或框图中的每个框可表示指令的模块、片段或部分，包括用于实现指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。在一些另选的示例中，框中注明的功能可以不按照图中注明的顺序发生。例如，连续示出的两个框实际上可基本上同时执行，或者这些框有时可以相反的顺序执行，具体取决于所涉及的功能。还应当注意，框图和/或流程图图示中的每个框以及框图和/或流程图图示中的框的组合可由执行指定功能或动作或执行专用硬件和计算机指令的组合的基于专用硬件的系统来实现。

本文所用的术语仅出于描述特定示例的目的，并非旨在进行限制。如本文所用，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在也包括复数形式。还应当理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。

以下权利要求中的对应结构、材料、动作和所有装置或步骤加上功能元件的等同物(如果有的话)旨在包括用于执行与具体要求保护的其他要求保护的元件组合的功能的任何结构、材料或动作。已经出于例示和描述的目的呈现了对一个或多个示例的描述，但并非旨在穷举或限制为所公开的形式。许多修改形式和变型形式对于本领域的普通技术人员将是显而易见的。选择和描述示例是为了最好地解释各个方面和实际应用，并且使得本领域的其他普通技术人员能够理解具有适合于所设想的特定用途的各种修改形式的各种示例。

应当理解，前述概念和下文更详细讨论的附加概念(假设此类概念不相互矛盾)的所有组合都被设想为是本文所公开的主题的一部分以至少实现如本文所述的有益效果。具体地讲，出现在本公开末尾的要求保护的主题的所有组合都被设想为是本文所公开的主题的一部分。还应当理解，本文明确采用的也可出现在以引用方式并入的任何公开中的术语应被赋予与本文所公开的特定概念最一致的含义。

该书面描述使用示例来公开本主题，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本主题，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何结合的方法。本主题的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域的技术人员想到的其他示例。如果此类其他示例具有与权利要求的字面语言无差异的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构元件，则这些其他示例旨在落入权利要求的范围内。

应当理解，以上描述旨在为例示性的而非限制性的。例如，上述示例(和/或其各方面)可彼此结合使用。此外，在不脱离各种示例的范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应各种示例的教导内容。虽然本文所述的材料的尺寸和类型旨在限定各种示例的参数，但它们决不是限制性的并且仅以举例的方式提供。在查看上述描述时，许多其他示例对于本领域的技术人员而言将是显而易见的。因此，各种示例的范围应参考所附权利要求以及这些权利要求赋予的等同物的全部范围来确定。在所附权利要求中，术语“包括”和“在其中”用作相应术语“包含”和“其中”的通俗英语等同物。此外，在以下权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标签，并非旨在对其对象施加数字要求。本文中术语“基于”的形式涵盖其中元件部分地基于的关系以及其中元件完全地基于的关系。术语“定义”的形式涵盖元件被部分定义的关系以及元件被完全定义的关系。此外，以下权利要求的限制不是以手段加功能的格式书写的，并且不旨在基于35U.S.C.§112第六段来解释，除非并且直到这些权利要求限制明确地使用短语“用于……的装置”后面接没有其他结构的功能陈述。应当理解，不一定可根据任何特定示例来实现上述所有此类目的或优点。因此，例如，本领域的技术人员将认识到，本文所述的系统和技术可以实现或优化本文所教导的一个优点或一组优点而不一定实现本文可教导或建议的其他目的或优点的方式来实施或执行。

虽然仅结合有限数量的示例详细描述了本主题，但应当容易理解，本主题不限于此类所公开的示例。相反，可修改本主题以结合此前未描述但与本主题的实质和范围相当的任何数量的变型、更改、替换或等同布置。另外，虽然已经描述了本主题的各种示例，但是应当理解，本公开的各方面可包括所述示例中的仅一些。另外，虽然一些示例被描述为具有一定数量的元件，但是应当理解，本主题可以用小于或大于一定数量的元件来实践。因此，本主题不应被视为受前述描述的限制，而是仅受所附权利要求的范围的限制。