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CN112654717B - 用平面波导制造流动池 - Google Patents

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CN112654717B
CN112654717B CN202080003616.8A CN202080003616A CN112654717B CN 112654717 B CN112654717 B CN 112654717B CN 202080003616 A CN202080003616 A CN 202080003616A CN 112654717 B CN112654717 B CN 112654717B
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Abstract

在一个实例中提供了制造流动池的方法，该方法包括：形成核心层，所述核心层被设置在基底和纳米孔层之间，所述纳米孔层具有纳米孔以接收样品，所述核心层具有比基底和纳米孔层高的折射率；和形成光栅以将光耦合到核心层。

Description

用平面波导制造流动池
相关申请的交叉引用
本申请要求以下每个申请(“相关专利申请”)的优先权：2019年5月28日提交的并且标题为“用平面波导制造流动池”的美国临时专利申请62/853,350，和2019年7月17日提交的并且标题为“用平面波导制造流动池”的荷兰专利申请N2023516。每个相关专利申请的内容通过引用其整体并入本文。
发明背景
可以使用多种分析方法中的一种或多种来分析不同材料的样品。例如，诸如高通量DNA测序之类的测序可以成为基因组分析和其他遗传研究的基础。例如，通过合成测序(SBS)技术使用修饰的脱氧核糖核苷酸三磷酸(dNTP)，其包括终止剂和具有发射光谱的荧光染料。在这种和其他类型的测序中，遗传材料样品的特征通过照射样品并检测响应于该照射而产生的发射光(例如，荧光)来确定。照明的质量可以确定发射光检测的质量和效率。例如，如果大部分照明光没有到达相关的样品材料，则可能导致系统中效率水平低。作为另一个实例，如果照明光无意中冲击(impinge)到样品的其他部分，则可能导致样品降解。
发明概述
在第一方面，制造流动池的方法包括：形成核心层(core layer)，所述核心层设置在基底和纳米孔层之间，所述纳米孔层具有纳米孔以接收样品，所述核心层具有比基底和纳米孔层更高的折射率指数；并形成光栅以将光耦合到核心层。
实施可以以任何适当的组合包括任何或所有以下特征。形成光栅包括光刻图案化、纳米压印或两者。核心层是在与形成光栅相同的过程中形成的。核心层是在与形成光栅不同的过程中形成的。通过在基底上进行光刻图案化来形成光栅，在光栅上形成核心层，并且在核心层上形成纳米孔层。通过在基底上进行纳米压印来形成光栅，在光栅上形成核心层，并且在核心层上形成纳米孔层。在基底上形成光栅，在光栅上形成核心层，在核心层上形成附加层，并且在附加层上形成纳米孔层。在形成纳米孔之前，附加层和纳米孔层最初没有纳米孔，该方法还包括在附加层保持完整的同时对纳米孔层进行图案化以形成纳米孔，然后将纳米孔层的图案转移到附加层以暴露纳米孔中的核心层。通过蚀刻转印图案。在基底上形成核心层，并且其中在核心层上形成光栅和纳米孔层。在基底上形成核心层，在核心层上形成光栅，并且在光栅上形成纳米孔层。在基底上形成核心层，在核心层上形成第一层，在第一层上形成第二层，并且其中分别在第一层和第二层上形成光栅和纳米孔。在基底上形成核心层，在核心层上形成树脂层，并且在树脂层中形成光栅和纳米孔。光栅和纳米孔层在相同的过程中形成。光栅和纳米孔层在流动池的同一层中形成。光栅和纳米孔层在流动池的不同层中形成。
在第二方面，流动池包括：基底；具有纳米孔以接收样品的纳米孔层；设置在基底和纳米孔层之间的核心层，该核心层具有比基底和纳米孔层更高的折射率；和将光耦合到核心层的光栅。
实施可以包括任何或所有以下特征。在基底上设置光栅，在光栅上设置核心层，并且在核心层上设置纳米孔层。光栅层覆盖基底，该光栅层包括光栅。在基底上设置包括光栅的第一树脂层，并且在第一树脂层上设置包括纳米孔的第二树脂层。在基底上设置光栅，在光栅上设置第一聚合物层，并在第一聚合物层上设置第二聚合物层，其中在第一和第二聚合物层中设置纳米孔。在基底上设置核心层，在核心层上设置树脂层，并且在树脂层中设置光栅和纳米孔。在基底上设置核心层，在核心层上设置光栅，并且在光栅上设置纳米孔层。光栅层覆盖核心层，该光栅层包括光栅。在基底上设置核心层，在核心层上设置聚合物层，并且在聚合物层上设置树脂层，其中在聚合物层中设置光栅，并且其中在树脂层中设置纳米孔。在基底上设置聚合物层，并在聚合物层上设置树脂层，其中在聚合物层中设置光栅，并且在树脂层中设置纳米孔。
应当理解，前述概念和下面更详细讨论的附加概念的所有组合(假设这样的概念不相互矛盾)被认为是本文公开的发明主题的一部分，并且可以实现本文所述的益处。特别地，在本公开的结尾处出现的要求保护的主题的所有组合被认为是本文公开的发明主题的一部分并且可以实现本文所述的益处。
附图简述
图1示出了制作平面波导的实例。
图2示出了制造与图1中的平面波导有关的平面波导的方法。
图3示出了制作平面波导的实例。
图4示出了制造与图3中的平面波导有关的平面波导的方法。
图5示出了制作平面波导的实例。
图6示出了制造与图5中的平面波导有关的平面波导的方法。
图7示出了制作平面波导的实例。
图8示出了制造与图7中的平面波导有关的平面波导的方法。
图9示出了制作平面波导的实例。
图10示出了制造与图9中的平面波导有关的平面波导的方法。
图11示出了制作平面波导的实例。
图12示出了制造与图11中的平面波导有关的平面波导的方法。
图13示出了制作平面波导的实例。
图14示出了制造与图13中的平面波导有关的平面波导的方法。
图15示出了制作平面波导的实例。
图16示出了制造与图15中的平面波导有关的平面波导的方法。
图17示出了流动池的实例。
图18是包括仪器、药筒和流动池的系统的图。
图19是示例照明系统的图。
发明详述
本公开描述了有助于改进样品分析的系统、技术、制品和/或物质组合物。样品分析可以包括但不限于遗传测序(例如，确定遗传物质的结构)、基因分型(例如，确定个体遗传组成(genetic make-up)的差异)、基因表达(例如，使用基因信息合成基因产物)、蛋白质组学(proteomics)(例如，蛋白质的大规模研究)或其组合。如本文所述，可以以更有效的方式制造用于在分析期间保持样品的基底，和/或其可以具有改善的特性。在一些实施(implementation)中，流动池可具有改进的结构，该结构有助于有效利用照明光来激发样品中的活性元素(例如，荧光团)。例如，该结构可以包括设置在基底和纳米孔层之间的核心层，以及将光(即，照明或激发光)耦合到核心层的光栅。可以选择流动池结构的材料以使得它们各自的折射率相对于彼此具有有利的比例。核心层可以有助于将照明光有效地用于激发样品。例如，该结构可以基于全内反射(TIR)的原理并且可以被设计为使得瞬逝光(evanescent light)以有效的方式到达一个或多个专用区域(例如，纳米孔)中的样品。
随着样品分析中扫描速度的增加，以及相应数据密度也增加，可以将系统设计成具有更高水平的照明(例如，激光)功率。这会导致更高的仪器成本。然而，由于这种发展，对光学器件(optics)和基底(例如，流动池)的损坏会增加。可以着眼于改进激发效率和/或减少背景噪声来设计一些实施，如与平面波导有关的那些。例如，平面波导流动池可以包括基底(例如，玻璃的)、一个或多个光耦合光栅、高折射率核心层以及水缓冲液或图案化的聚合物包层(cladding layer)。在本公开中描述了用于这种流动池和/或其结构的改进的制作技术。
本文所述的一些实施例涉及遗传物质的测序。可以在样品上进行测序，以确定哪些构建单元(building blocks)(称为核苷酸)构成了所述样品中的特定遗传物质。可以先将遗传物质纯化，然后再重复多次，以制备合适大小的样品，然后再进行测序。
成像可以作为分析样品材料的过程的一部分来执行。这可以涉及荧光成像，如当遗传物质的样品受到光(例如，激光束)照射时，通过遗传物质上的一种或多种标记物触发荧光反应。遗传物质的一些核苷酸可以具有应用其上的荧光标签，所述荧光标签允许通过将光照射到样品上并从样品中寻找特征反应来确定核苷酸的存在。可以在分析过程期间检测荧光反应，并将其用于建立样品中核苷酸的记录。
本文所述的实例涉及流动池。流动池是可以在分析过程的至少一个阶段中用于制备和容纳或携带一个或多个样品的基底。流动池由与遗传材料、照明和将要暴露的化学反应兼容的材料制成。基底可具有样品材料可在其中沉积的一个或多个通道。物质(例如，液体)可以流过其中存在样品遗传物质的通道，以触发一种或多种化学反应和/或去除不想要的物质。流动池可以通过促进流动池通道中的样品可以经受照明光并且可以检测到来自样品的任何荧光反应来实现成像。系统的一些实施方式可以被设计为与至少一个流动池一起使用，但是在一个或多个阶段期间(如在运输期间或运送给客户时)可以不包括流动池。例如，可以将流动池安装成在客户预设的实施方式，以便执行分析。
本文的实例涉及通过一个或多个光栅将光(例如，激光束)耦合到波导中和/或从波导中耦合出来。光栅可以通过使至少一部分光衍射来将光栅耦合照射到光栅上的光冲击，由此引起一部分光沿一个或多个其他方向传播。在一些实施方式中，耦合可以涉及一种或多种相互作用，包括但不限于一部分光的反射、折射和/或透射。可以设计实施方式以满足一个或多个要求，包括但不限于与批量生产(mass production)、成本控制和/或高光耦合效率有关的要求。
在基底(如流动池)中提供平面波导可以提供一个或多个优点。使用基于TIR的瞬逝光激发可以提供更高的照明效率。在一些先前的方法中，整个激光束用于照射保持样品的基底，如在扫描过程中。这种方法可能引起大部分光波通过基底传播，而没有有效地照射样品。结果，由这样的系统应用的仅一小部分光实际上可以用于激发样品中的荧光团。相反，瞬逝光可以仅穿透材料(例如，邻近核心层的包层)一定深度(例如，在一个实例中，在约150nm至约200nm之间，例如，在约165nm至约185nm之间。在一些实例中，深度可以是约155nm、约170nm、约180nm、约195nm等)。例如，可以将流动池设计为配置一个或多个纳米孔，以使瞬逝场在很大程度上限于孔区域。结果，瞬逝光可能是激发荧光团的非常有效的方法。例如，根据较早的照明方法运行的系统可能需要具有一定功率的激光；相反，使用瞬逝光，低得多的激光功率可能就足够了。
本文所述的实例提到可以提供用于光的耦合的一个或多个光栅。光栅可以彼此相同或相似，或者可以是不同类型的光栅。光栅可以包括一种或多种形式的周期性结构。在一些实施方式中，可通过从基底(例如，从包括在流动池中的波导材料)或其他材料去除或省略材料来形成光栅。例如，流动池可以在其中设置有一组狭缝(slit)和/或凹槽(groove)以形成光栅。在一些实施方式中，可通过将物质添加到流动池(例如，添加到流动池中包括的波导材料中)或其他材料中来形成光栅。例如，流动池可以设置有一组脊(ridge)、带或其他突出的纵向结构以形成光栅。可以使用这些方法的组合。
本文的实例涉及光刻(photolithography)。基于光刻的方法可能涉及使用光刻胶(photoresist)，其通过步进(stepper)或掩模对准器(mask aligner)进行图案化，通过辐射曝光将光罩/光掩模(reticle/photomask)上存在的图案转移到光刻胶中，然后显影以在基底顶部生成结构化膜(光刻胶)。结构化的抗蚀剂(resist)可以是可用于随后的核心层涂覆的最终基底。作为另一个实例，可以通过附加处理将抗蚀剂中的图案转移到基底或其他材料中。后续工艺(follow on process)操作可以包括反应性离子蚀刻(基于等离子体的干法蚀刻)或湿法蚀刻(基于化学方法)工艺。如果将图案转移到基底/材料中，则随后去除图案化的光刻胶以产生图案化的基底(例如，用于随后的核心层涂覆)。在光刻胶下面的材料的牺牲膜(sacrificial film)，如铬或钛或另一种金属，首先将光刻胶中的图案转移到金属膜上，然后将该膜用作硬掩模，通过该硬掩模将图案转移到基底中。在将图案转移到基底中之后，可以去除膜，因此被认为对制作工艺是牺牲的。可以在光刻工艺中应用多种材料中的一种或多种。在一些实施方式中，使用氧化物材料。例如，可以应用SiO2(二氧化硅)。剥离(lift-off)工艺可以类似于图案光刻胶工艺：代替通过干法蚀刻或湿法蚀刻去除材料，可以沉积材料(例如SiO2)，然后剥离，其涉及去除其上部的光刻胶与沉积的材料。光栅结构也可以或替代地形成。
本文的实例涉及溅射(sputtering)。溅射沉积可以指沉积薄膜或涂层沉积的物理气相沉积(PVD)方法。这样的工艺可能涉及使材料从源中弹出并沉积到基底上。在一些实施方式中，溅射沉积在基底的表面上形成波导的薄层。多种材料中的一种或多种可以用于溅射中。溅射沉积中使用的波导材料可以包括具有高折射率和低吸附特性的金属和金属氧化物。例如，波导材料可以包括五氧化钽(Ta2O5)或氮化硅(例如，由式通式SiN x表示的一种或多种化合物，包括但不限于Si3N4)。当使下表面图案化时，波导层/涂层可以采用下表面中的图案，从而在基底的表面上形成光学特征。基于图案的设计，这可以使得能够在下游成像工艺中操纵基底表面上的光。
本文的实例涉及化学气相沉积。化学气相沉积(CVD)可以包括所有技术，其中引起挥发性材料(有时称为前体)在基底表面上进行反应和/或分解，在所述基底上形成沉积物。CVD可以通过一个或多个方面来表征。例如，CVD可以通过蒸汽(vapor)的物理特征来表征(例如，CVD是气溶胶辅助的还是涉及直接液体注入)。例如，CVD可以通过基底加热的类型来表征(例如，基底是直接加热的还是间接加热的，如通过加热室)。可以使用的CVD类型的实例包括但不限于大气压CVD、低压CVD、超低压CVD、超高真空CVD、金属有机CVD、激光辅助CVD和等离子体增强CVD。
本文的实例涉及原子层沉积。原子层沉积可以被认为是CVD的一种形式并且包括其中通过暴露于气体在基底上生长薄膜的所有技术。例如，可以将气态前体交替地引入室中。前体之一的分子可以与表面反应，直到形成层并终止反应为止，然后可以引入下一个气态前体以开始形成新的层，并依此进行一个或多个循环。
本文的实例涉及喷涂(spray coating)。喷涂可以包括任何或所有技术，通过这些技术引起特定的材料沉积到基底上。这可以包括但不限于热喷涂、等离子喷涂、冷喷涂、温喷涂和/或涉及原子化(atomized)或雾化(nebulized)材料的其他程序。
本文的实例涉及旋涂(spin coating)。旋涂可包括将一定量的涂料应用到基底上，并且由于基底的转动(rotation)或旋转(spinning)而通过离心力将涂料分配或散布在基底上。
本文的实例涉及纳米压印(nanoimprinting)。在纳米压印光刻中，预制的纳米级模板可以机械地置换流体树脂以模制(mold)所需的纳米结构。然后可以在适当位置使用纳米级模板固化(cured)树脂。在去除纳米级模板之后，可以产生附着到所需基底的模制固体树脂。在一些实施方式中，纳米压印工艺可以开始于用压印树脂(例如，以下示例的树脂)完全或部分覆盖基底或晶片(wafer)。可以使用纳米级模板在模制工艺中在压印树脂中形成一个或多个纳米结构。可以将压印树脂针对基底或晶片固化，并且可以应用树脂去除工艺以从晶片或基底去除残留物。例如，树脂去除可形成邻近纳米结构的室通道。如此形成的基底或晶片可以具有应用到其上的另一基底或垫圈(gasket)，以形成具有所述纳米结构的流动池以及通过封闭室通道而形成的流动池室。在一些实施方式中，应用压印树脂的工艺可以被配置为产生很少或没有树脂残留物，并且在这样的实施方式中，可以省略树脂去除过程。在一些应用中，根据最终用途，还可以通过化学处理或生物分子的附着来使固化树脂功能化。在纳米压印光刻中，压印的光刻胶可以是牺牲材料，并且类似地用作将图案化的抗蚀剂转移到基底中的中间工具，或者可以使用抗蚀剂的变体，使得压印的抗蚀剂用作后续涂层工艺的输入(input)。图案化后将保留的抗蚀剂的一个实例是通过将单体转化成胶体溶液作为颗粒和/或聚合物凝胶的前体的方法形成的材料，有时称为基于溶胶-凝胶的材料。
本文所述的实例提及可以使用一种或多种树脂。任何合适的树脂可用于本文所述方法中的纳米压印。在一些实施方式中，可以使用有机树脂，包括但不限于丙烯酸(acrylic)树脂、聚酰亚胺(polyimide)树脂、三聚氰胺(melamine)树脂、聚酯树脂、聚碳酸酯(polycarbonate)树脂、酚树脂、环氧(epoxy)树脂、聚缩醛(polyacetal)树脂、聚醚树脂、聚氨酯(polyurethane)树脂、聚酰胺树脂(和/或尼龙)、呋喃树脂、邻苯二甲酸二丙烯酯(diallylphthalate)树脂或其组合。在一些实施例中，树脂可以包括无机硅氧烷聚合物，该无机硅氧烷聚合物在化合物(包括硅、氧和氢)之间包括Si-O-Si键，并且通过使用以硅玻璃作为起始材料代表的基于硅氧烷聚合物的材料来形成。所用的树脂也可以是或替代地为有机硅氧烷聚合物，其中键合至硅的氢被有机基团，如甲基或苯基取代，并以烷基硅氧烷(alkylsiloxane)聚合物、烷基倍半硅氧烷(alkylsilsesquioxane)聚合物、倍半硅氧烷氢化物(silsesquioxane hydride)聚合物或烷基倍半硅氧烷氢化物(alkylsilsesquioxanehydride)聚合物为代表。硅氧烷聚合物的非限制性实例包括多面体笼型倍半硅氧烷(polyhedral oligomeric silsesquioxane)(POSS)、聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane)(PDMS)、原硅酸四乙酯(tetraethyl ortho silicate)(TEOS)、聚(有机)硅氧烷(有机硅)和全氟聚醚(perfluoropolyether)(PFPE)。POSS的一个实例可以是描述于Kehagias et al.Microelectronic Engineering 86(2009),第776-778页的，通过引用将其全部内容并入本文。树脂可以掺杂有金属氧化物。在一些实施方式中，树脂可以是溶胶-凝胶材料，其包括但不限于氧化钛、氧化铪(hafnium oxide)、氧化锆(zirconiumoxide)、氧化锡(tin oxide)、氧化锌或氧化锗(germanium oxide)，并且其使用合适的溶剂。可以根据应用适当地使用多种其他树脂中的任何一种。
本文的实例涉及基底。基底可以指提供基本刚性结构的任何材料，或者指保持其形状的结构，而不采用其接触放置的容器的形状的结构。该材料可以具有另一种材料可以附着其上的表面，包括例如光滑的支撑体(例如，金属、玻璃、塑料、硅和陶瓷表面)，以及有纹理的(textured)和/或多孔的材料。可能的基底包括但不限于玻璃和改性或功能化的玻璃、塑料(包括丙烯酸、聚苯乙烯以及苯乙烯(styrene)与其他材料的共聚物、聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯、聚氨酯、TeflonTM等)、多糖、尼龙或硝化纤维、树脂、二氧化硅或基于二氧化硅的材料，包括硅和改性硅、碳、金属、无机玻璃、塑料、光纤束以及多种其他聚合物。通常，基底允许进行光学检测并且本身不会发出明显的荧光。
本文的实例是指聚合物。聚合物层可以包括聚合物材料的膜。示例性成膜聚合物(film forming polymer)包括但不限于丙烯酰胺或与C1-C 12的共聚物；芳族和羟基衍生物；丙烯酸酯共聚物；乙烯基吡咯烷(vinylpyrrolidine)和乙烯基吡咯烷酮(vinylpyrrolidone)共聚物；糖基聚合物，如淀粉或聚糊精；或其他聚合物，如聚丙烯酸、聚乙二醇、聚乳酸、硅酮(silicone)、硅氧烷、聚乙烯胺、瓜尔豆胶(guar gum)、角叉菜胶(carrageenan)、藻酸盐(alginate)、莲花豆胶、甲基丙烯酸酯共聚物、聚酰亚胺、环烯烃(olefin)共聚物或其组合。在一些实施方式中，聚合物层包含至少一种可光固化聚合物。例如，可光固化聚合物可包括氨基甲酸酯(urethane)、丙烯酸酯、硅酮、环氧树脂、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、环氧基硅酮(epoxysilicone)、环氧树脂、聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane)(PDMS)、倍半硅氧烷(silsesquioxane)、酰氧基硅烷、马来酸酯聚酯、乙烯基醚、具有乙烯基或乙炔基的单体或共聚物，或其组合。在一些实施方式中，层可包括共价连接的聚合物涂层。例如，与以其他方式例如粘附或静电相互作用附接到表面上相比，其可以包括与基底的功能化表面形成化学键的聚合物涂层。在一些实施方式中，包含在可官能化层中的聚合物是聚(N-(5-叠氮基乙酰胺基戊基)丙烯酰胺-共丙烯酰胺)，有时称为PAZAM。
图1示出了制作平面波导100的实例。平面波导100可用于本文描述的一个或多个实例中。例如，平面波导100可以容纳一个或多个样品，以促进样品分析期间的照明和激发。图2示出了制造与图1中的平面波导有关的平面波导的方法200。方法200可以与本文描述的一种或多种其他方法结合。除非另外指出，否则可以执行更多或更少的操作，和/或可以以不同的顺序执行两个或更多的操作。
在210处，可以执行光栅的光刻(PL)图案化。在一些实施方式中，基底102提供有一个或多个光栅104。例如，光栅104可以是激光耦合光栅。在一些实施方式中，光刻图案可包括沉积或蚀刻工艺。例如，可以对氧化物(例如，SiO2)进行图案化。这里纵向示出了光栅104，使得各自的脊104′延伸到图示平面中。光栅层104可以包括例如在各自的组106A和106B组织的多个脊104′。例如，组106A-106B可以被定位以使得基底102的区域108基本没有光栅104。脊104'可以具有约200nm至约300nm的节距(pitch)。仅举一个实例，例如在约220nm至约280nm之间。在一些实施例中，节距可以是约205nm、约215nm、约235nm、约265nm、约285nm等。
在220处，可以形成核心层。在一些实施方式中，核心层110在基底102上形成。在一些实施方式中，核心层110在光栅104上形成。在一些实施方式中，基底102可以作为核心层110的包层起作用。核心层110可以具有比基底102更高的折射率。例如，基底102可以具有约1.5的折射率，而核心层可以具有约2.2的折射率，或者在高于约1.5到2.2的范围内，例如约1.6至约2.1。在一些实施例中，折射率可以是约1.65、约1.85、约2.05等。核心层110可以基本上覆盖基底102的整个面对表面(facing surface)。核心层110可以具有比光栅层104更高的折射率。在一些实施方式中，核心层110包括Ta2O5和/或SiNx。例如，核心层110可以通过溅射、化学气相沉积、原子层沉积、旋涂和/或喷涂形成。
在230处，执行纳米孔层图案化。在一些实施方式中，纳米孔层112在核心层110处形成。纳米孔层112可以促进图案化的流动池。纳米孔层112可以包括在两个或更多个壁116之间限定的一个或多个纳米孔114。在一些实施方式中，纳米孔114可以具有这样的大小，其使得其一个或多个尺寸范围在约一个或多个纳米量级的范围内。例如，纳米孔114可以被配置用于在分析过程期间，如以簇的形式接收和保持样品。纳米孔114的端部(例如，底部)可以具有适应瞬逝光传播的厚度。例如，厚度可以为约0至约500nm，例如在约100nm至约400nm之间。在一些实施例中，厚度可以是约10nm、约50nm、约100nm、约200nm、约300nm、约450nm等。可以通过纳米压印工艺或剥离工艺来形成纳米孔层112。在一些实施方式中，纳米孔层112可以包括一种或多种树脂。纳米孔层可以基本上覆盖核心层110的整个面对表面。例如，树脂可以具有约1.5的折射率。在一些实施方式中，纳米孔层112可以在纳米孔114之间具有至少约10nm、约0.1μm、约0.5μm、约1μm、约5μm、约10μm、约100μm或更大的平均节距，和/或可具有至多约100μm、约10μm、约5μm、约1μm、约0.5μm、约0.1μm或更小的平均节距。例如，纳米孔层112可以在纳米孔114之间具有约600至约650nm的节距，例如，该节距可以为约610nm至约640nm。在一些实施例中，节距可以是约605nm、约615nm、约635nm、约655nm等。每个纳米孔114的深度可以是至少约0.1μm、约1μm、约10μm、约100μm或更多。或者或另外，深度可以是至多约1×103μm、约100μm、约10μm、约1μm、约0.1μm或更少。
图3示出了制作平面波导300的实例。平面波导300可以用于本文所述的一个或多个实例。例如，平面波导300可以容纳一个或多个样品，以促进样品分析期间的照明和激发。图4示出了制造与图3中的平面波导有关的平面波导的方法400。方法400可以与本文描述的一种或多种其他方法结合。除非另外指出，否则可以执行更多或更少的操作，和/或可以以不同的顺序执行两个或更多的操作。
在410处，可以执行光栅的纳米压印。在一些实施方式中，基底302提供有一个或多个光栅层304。例如，光栅层304可以包括激光耦合光栅。例如，树脂可以被纳米压印。这里纵向示出了光栅层304，使得各自的脊304'延伸到图示平面中。光栅层304可以包括例如在各自的组306A和306B组织的多个脊304′。例如，组306A-306B可以被也覆盖基底302的表面的光栅层304的区域308隔开。该区域308可以在基底302的表面上形成薄的残留层。脊304可以具有约200nm至约300nm的节距，仅举一个例子，例如在约220nm至约280nm之间。在一些实施例中，节距可以为约205nm、约215nm、约235nm、约265nm、约285nm等。通过纳米压印工艺应用光栅层304可以提供一个或多个优点。在一些实施方式中，纳米压印可以与现有的流动池制作工艺兼容。例如，这可以降低基底的制作成本。
在420处，可以形成核心层。在一些实施方式中，核心层310在基底302上形成。在一些实施方式中，核心层310在光栅层304上形成。在一些实施方式中，光栅层304可以作为核心层310的包层起作用。核心层310可以具有比基底302更高的折射率。例如，基底302可以具有约1.5的折射率，而核心层可以具有约2.2的折射率，或者在高于约1.5至约2.2的范围内，例如约1.6至约2.1。在一些实施例中，折射率可以是约1.65、约1.85、约2.05等。核心层310可以基本上覆盖光栅层304的整个面对表面。核心层310可以具有比光栅层304更高的折射率。在一些实施方式中，核心层310包括Ta2O5和/或SiNx。例如，核心层310可以通过溅射、化学气相沉积、原子层沉积、旋涂和/或喷涂形成。
在430处，执行纳米孔层图案化。在一些实施方式中，纳米孔层312在核心层310处形成。纳米孔层312可以促进图案化的流动池。纳米孔层312可包括在两个或多个壁316之间限定的一个或多个纳米孔314。在一些实施方式中，纳米孔314可具有这样的大小，其使得其一个或多个尺寸在约一个或多个纳米量级的范围内。例如，纳米孔314可以被配置用于在样品分析过程期间，如以簇的形式接收和保持样品。纳米孔314的端部(例如，底部)可具有适应瞬逝光传播的厚度。例如，厚度可以为约0至约500nm，例如在约100nm至约400nm之间。在一些实施例中，厚度可以是约10nm、约50nm、约100nm、约200nm、约300nm、约450nm等。纳米孔层312可以通过纳米压印工艺或剥离工艺形成。在一些实施方式中，纳米孔层312可以包括一种或多种树脂。纳米孔层可以基本上覆盖核心层310的整个面对表面。例如，树脂可以具有约1.5的折射率。在一些实施方式中，纳米孔层312可在纳米孔314之间具有至少约10nm、约0.1μm、约0.5μm、约1μm、约5μm、约10μm、约100μm或更大的平均节距，和/或可具有至多约100μm、约10μm、约5μm、约1μm、约0.5μm、约0.1μm或更小的平均节距。例如，纳米孔层312可在纳米孔314之间具有约600至约650nm的节距，例如，该节距可为约610nm至约640nm。在一些实施例中，节距可以是约605nm、约615nm、约635nm、约655nm等。每个纳米孔314的深度可以是至少约0.1μm、约1μm、约10μm、约100μm或更多。或者或另外，深度可以是至多约1×103μm、约100μm、约10μm、约1μm、约0.1μm或更少。
图5示出了制作平面波导500的实例。平面波导500可用于本文所述的一个或多个实例中。例如，平面波导500可以容纳一个或多个样品，以促进样品分析期间的照明和激发。图6示出了制造与图5中的平面波导有关的平面波导的方法600。方法600可以与本文描述的一种或多种其他方法结合。除非另外指出，否则可以执行更多或更少的操作，和/或可以以不同的顺序执行两个或更多的操作。
在610处，可以在核心层中执行光栅的纳米压印。在一些实施方式中，基底502提供有一个或多个核心层504。例如，核心层504可以包括激光耦合光栅。例如，树脂可以被纳米压印。这里纵向示出了核心层504，使得各自的脊504′延伸到图示平面中。核心层504可以包括例如在各自的组506A和506B组织的多个脊504′。例如，组506A-506B可以被也覆盖基底502的表面的核心层504的区域508隔开。脊504'可以具有约200nm至约300nm的节距，仅举一个例子，例如，在约220和约280nm之间。在一些实施例中，节距可以是约205nm、约215nm、约235nm、约265nm、约285nm等。例如，基底502可以具有约1.5的折射率，而核心层504可以具有高于约1.5的折射率。例如，核心层504可以由高折射率聚合物材料制成。核心层504可以基本上覆盖基底502的整个面对表面。
在620处，执行纳米孔层图案化。在一些实施方式中，纳米孔层510在核心层504处形成。纳米孔层510可促进图案化的流动池。在一些实施方式中，纳米孔层510和基底502可以作为核心层504的包层起作用。纳米孔层510可以包括在两个或更多个壁514之间限定的一个或多个纳米孔512。在一些实施方式中，纳米孔512可以具有这样的大小，使得其一个或多个尺寸在约一个或多个纳米量级的范围内。例如，纳米孔512可以被配置用于在分析过程期间，如以簇的形式接收和保持样品。纳米孔512的端部(例如，底部)可以具有容纳瞬逝光传播的厚度。例如，厚度可以为约0至约500nm，例如在约100nm至约400nm之间。在一些实施例中，厚度可以是约10nm、约50nm、约100nm、约200nm、约300nm、约450nm等。纳米孔层510可以通过纳米压印工艺或剥离工艺形成。在一些实施方式中，纳米孔层510可以包括一种或多种树脂。例如，树脂可以具有约1.5的折射率。在一些实施方式中，纳米孔层510可以在纳米孔512之间具有至少约10nm、约0.1μm、约0.5μm、约1μm、约5μm、约10μm、约100μm或更大的平均节距，和/或可具有至多约100μm、约10μm、约5μm、约1μm、约0.5μm、约0.1μm或更小的平均节距。例如，纳米孔层可以基本上覆盖核心层504的整个面对表面。纳米孔层510可以在纳米孔512之间具有约600至约650nm的节距，例如，该节距可以为约610nm至约640nm。在一些实施例中，节距可以为约605nm、约615nm、约635nm、约655nm等。每个纳米孔512的深度可以为至少约0.1μm、约1μm、约10μm、约100μm或更多。或者或另外，深度可以是至多约1×103μm、约100μm、约10μm、约1μm、约0.1μm或更少。
图7示出了制作平面波导700的实例。平面波导700可以用在本文所述的一个或多个实例中。例如，平面波导700可以容纳一个或多个样品，以促进样品分析期间的照明和激发。图8示出了制造与图7中的平面波导有关的平面波导的方法800。方法800可以与本文描述的一种或多种其他方法结合。除非另外指出，否则可以执行更多或更少的操作，和/或可以以不同的顺序执行两个或更多的操作。
在810处，可以执行光栅的纳米压印。在一些实施方式中，基底702提供有一个或多个光栅层704。例如，光栅层704可以包括激光耦合光栅。例如，树脂可以被纳米压印。这里纵向示出了光栅层704，使得各自的脊704′延伸到图示的平面中。光栅层704可以包括例如以各自的组706A和706B组织的多个脊704′。例如，组706A-706B可以被也覆盖基底702的表面的光栅层704的区域708隔开。该区域708可以在基底702的表面上形成薄的残留层。脊704’可以具有约200nm至约300nm的节距，仅举一个例子，例如在约220nm至约280nm之间。在一些实施例中，节距可以为约205nm、约215nm、约235nm、约265nm、约285nm等。通过纳米压印工艺应用光栅层704可以提供一个或多个优点。在一些实施方式中，纳米压印可以与现有的流动池制作工艺兼容。例如，这可以降低基底的制作成本。
在820处，可以形成核心层。在一些实施方式中，核心层710在光栅层704处形成。在一些实施方式中，光栅层704可以作为核心层710的包层起作用。核心层710可以具有比基底702更高的折射率。例如，基底702可以具有约1.5的折射率，而核心层可以具有约2.2的折射率，或者在高于约1.5到约2.2的范围内，例如从约1.6到约2.1。在一些实施例中，折射率可以是约1.65、约1.85、约2.05等。核心层710可以基本上覆盖光栅层704的整个面对表面。核心层710可以具有比光栅层704更高的折射率。在一些实施方式中，核心层710包括Ta2O5和/或SiNx或聚合物材料。例如，核心层710可以通过溅射、化学气相沉积、原子层沉积、旋涂和/或喷涂形成。
在830处，可以形成附加层。在一些实施方式中，层712在核心层710处形成。仅举几个例子，可以通过溅射、化学气相沉积、原子层沉积、旋涂和/或喷涂形成层712。层712具有比核心层710低的折射率。在一些实施方式中，层712由具有类似于水基试剂的折射率(例如约1.35)的聚合物材料形成。例如，层712可以包括但不限于透明的、电绝缘的、拒水拒油的和/或耐化学腐蚀的含氟聚合物。层712可具有约100至约200nm的厚度，仅举一个例子，例如，该厚度可为约120nm至约180nm。在一些实施例中，厚度可以是约105nm、约115nm、约135nm、约165nm、约195nm等。
在840处，执行纳米孔层图案化。在一些实施方式中，纳米孔层714在层712处形成。纳米孔层714可促进图案化的流动池。纳米孔层714可以包括在两个或更多个壁718之间限定的一个或多个纳米孔716。在一些实施方式中，纳米孔716可以具有这样的大小，其使得其一个或多个尺寸在约一个或多个纳米量级的范围内。例如，纳米孔716可以被配置用于在分析过程期间，如以簇的形式接收和保持样品。纳米孔716的端部(例如，底部)可以具有容纳瞬逝光传播的厚度。例如，厚度可以为约0至约500nm，例如在约100nm至约400nm之间。在一些实施例中，厚度可以是约10nm、约50nm、约100nm、约200nm、约300nm、约450nm等。纳米孔层714可以通过纳米压印工艺或剥离工艺形成。在一些实施方式中，纳米孔层714可以包括一种或多种树脂。纳米孔层可以基本上覆盖层712的整个面对表面。例如，树脂可具有约1.5的折射率。在一些实施方式中，纳米孔层714可在纳米孔716之间具有至少约10nm、约0.1μm、约0.5μm、约1μm、约5μm、约10μm、约100μm或更多的平均节距，和/或可具有至多约100μm、约10μm、约5μm、约1μm、约0.5μm、约0.1μm或更少的平均节距。例如，纳米孔层714可以在纳米孔716之间具有约600至约650nm的节距，例如，该节距可以为约610nm至约640nm。在一些实施例中，节距可以为约605nm、约615nm、约635nm、约655nm等。每个纳米孔716的深度可以为至少约0.1μm、约1μm、约10μm、约100μm或更多。或者或另外，深度可以是至多约1×103μm、约100μm、约10μm、约1μm、约0.1μm或更少。
在核心层710和纳米孔层714之间具有层712可以提供一个或多个优点。在一些实施方式中，在样品分析期间，平面波导700被浸没在水基试剂中，该水基试剂可以具有相对低的折射率，如约1.35。纳米孔层714可以具有约1.5的折射率，如果不存在层712，则所述折射率可以小于与水基试剂匹配的理想折射率。例如，散射或其他光子晶体效应可能在折射率不匹配的情况下发生。然而，层712可以提供比其他材料相对较低的折射率。瞬逝光可以仅具有特定的穿透深度，如约150至约200nm，例如，在约165nm至约185nm之间；在一些实施例中，深度可以是约155nm、约170nm、约180nm、约195nm等。因此，可以控制层712的厚度，使得瞬逝光仅遇到层712和纳米孔716中的水基试剂。即，瞬逝光不能(基本上)到达纳米孔层714。这可以避免或减少不想要的效应，如散射。
可以将纳米孔层714的图案转移到层712中。在一些实施方式中，可以形成层712以基本上覆盖核心层710的整个表面。纳米孔层714可以在层712处形成。此后，可以用纳米孔层716压印纳米孔层714。纳米压印工艺可能不穿透或穿孔层712；相反，在纳米压印之后，层712可以基本上保持完整。此后，可以执行蚀刻(例如，反应离子蚀刻)以去除在纳米孔716的端部(例如，底部)处的层712的部分。因此，可以将纳米孔716的图案转移到层712。
图9示出了制作平面波导900的实例。平面波导900可以用于本文所述的一个或多个实例中。例如，平面波导900可以容纳一个或多个样品，以促进样品分析期间的照明和激发。图10示出制造与图9中的平面波导有关的平面波导的方法1000。方法1000可以与本文描述的一种或多种其他方法结合。除非另外指出，否则可以执行更多或更少的操作，和/或可以以不同的顺序执行两个或更多的操作。
在1010处，可以形成核心层。在一些实施方式中，核心层902在基底904处形成。在一些实施方式中，基底904可以作为核心层902的包层起作用。核心层902可以具有比基底904更高的折射率。例如，基底904可以具有约1.5的折射率，而核心层可以具有高于约1.5的折射率。核心层902可以基本上覆盖基底904的整个面对表面。在一些实施方式中，核心层902包括Ta2O5和/或SiNx或聚合物材料。例如，核心层902可以通过溅射、化学气相沉积、原子层沉积、旋涂和/或喷涂形成。在一些实施方式中，核心层902包括高折射率聚合物材料，如树脂。例如，可以旋涂聚合物以形成核心层902。
在1020处，执行光栅和纳米孔的纳米压印。在一些实施方式中，层906在核心层902处形成。层906可以基本上覆盖核心层902的整个面对表面。层906可以促进图案化的流动池和通过光栅的激光耦合。例如，树脂可以被纳米压印。这里纵向示出了层906，使得各自的脊908延伸到图示平面中。层906可以包括例如在各组910A和910B中组织的多个脊908。例如，组910A-910B可以是用于激光的各输入和输出光栅。脊908可以具有约200至约300nm的节距，仅举一个例子，例如在约220至约280nm之间。在一些实施例中，节距可以是约205nm、约215nm、约235nm、约265nm、约285nm等。
层906可以包括在两个或更多个壁914之间限定的一个或多个纳米孔912。在一些实施方式中，纳米孔912可以具有这样的大小，使得其一个或多个尺寸在约一个或多个纳米量级的范围内。例如，纳米孔912可以被配置用于在分析过程期间，如以簇的形式接收和保持样品。纳米孔912的端部(例如，底部)可具有适应瞬逝光传播的厚度。例如，厚度可以为约0至约500nm，例如在约100nm至约400nm之间。在一些实施例中，厚度可以是约10nm、约50nm、约100nm、约200nm、约300nm、约450nm等。在一些实施方式中，层906可以在纳米孔912之间具有至少约10nm、约0.1μm、约0.5μm、约1μm、约5μm、约10μm、约100μm或更大的平均节距，和/或可具有至多约100μm、约10μm、约5μm、约1μm、约0.5μm、约0.1μm或更小的平均节距。例如，纳米孔912可具有约600至约650nm的节距，例如，该节距可为约610nm至约640nm。在一些实施例中，节距可以为约605nm、约615nm、约635nm、约655nm等。每个纳米孔912的深度可以为至少约0.1μm、约1μm、约10μm、约100μm或更大。或者或另外，深度可以是至多约1×103μm、约100μm、约10μm、约1μm、约0.1μm或更小。例如，层906可以由具有约1.5的折射率的树脂形成。
在层906中形成光栅的脊908和纳米孔912可涉及在层906中纳米压印至超过一个深度。在一些实施方式中，可以在纳米压印工艺中使用双深度印模。例如，可以在层906中以比纳米孔912相对更大的深度形成脊908。
图11示出了制作平面波导1100的实例。平面波导1100可以用于本文描述的一个或多个实例中。例如，平面波导1100可以容纳一个或多个样品以在样品分析期间促进照明和激发。图12示出了制造与图11中的平面波导有关的平面波导的方法1200。方法1200可以与本文描述的一种或多种其他方法结合。除非另外指出，否则可以执行更多或更少的操作，和/或可以以不同的顺序执行两个或更多的操作。
在1210处，可以形成核心层。在一些实施方式中，核心层1102在基底1104处形成。在一些实施方式中，基底1104可以作为核心层1102的包层起作用。核心层1102可以具有比基底1104更高的折射率。例如，基底1104可以具有约1.5的折射率，而核心层可以具有高于约1.5的折射率。核心层1102可以基本上覆盖基底1104的整个面对表面。在一些实施方式中，核心层1102包括Ta2O5、SiNx、聚合物材料或其组合。例如，核心层1102可以通过溅射、化学气相沉积、原子层沉积、旋涂和/或喷涂形成。在一些实施方式中，核心层1102包括高折射率聚合物材料，如树脂。例如，可以旋涂聚合物以形成核心层1102。
在1220处，可以执行光栅的纳米压印。在一些实施方式中，核心层1102提供有一个或多个光栅层1106。例如，光栅层1106可以包括激光耦合光栅。例如，树脂可以被纳米压印。在这里纵向示出了光栅层1106，使得各自的脊1108延伸到图示平面中。光栅层1106可以包括例如以各自的组1110A和1110B组织的多个脊1108。例如，组1110A-1110B可以由也覆盖基底1104的表面的光栅层1106的区域1112隔开。区域1112可以在基底1104的表面上形成薄的残留层。脊1108可以具有约200至约300nm的节距，仅举一个例子，例如在约220至约280nm之间。在一些实施例中，节距可以为约205nm、约215nm、约235nm、约265nm、约285nm等。通过纳米压印工艺应用光栅层1106可以提供一个或多个优点。在一些实施方式中，纳米压印可以与现有的流动池制作工艺兼容。例如，这可以降低基底的制作成本。
在1230处，执行纳米孔层的纳米压印。在一些实施方式中，纳米孔层1114在光栅层1106处形成。纳米孔层1114可以促进图案化的流动池。纳米孔层1114可以包括在两个或更多个壁1118之间限定的一个或多个纳米孔1116。在一些实施方式中，纳米孔1116可以具有这样的大小，使得其一个或多个尺寸在约一个或多个纳米量级的范围内。例如，纳米孔1116可以被配置为在分析过程期间，如以簇的形式接收和保持样品。纳米孔1116的端部(例如，底部)可以具有容纳瞬逝光传播的厚度。例如，厚度可以为约0至约500nm，例如在约100nm至约400nm之间。在一些实施例中，厚度可以是约10nm、约50nm、约100nm、约200nm、约300nm、约450nm等。可以通过纳米压印工艺或剥离工艺形成纳米孔层1114。在一些实施方式中，纳米孔层1114可以包括一种或多种树脂。纳米孔层可以基本上覆盖光栅层1106的整个面对表面。在一些实施方式中，纳米孔层1114可以在纳米孔1116之间具有至少约10nm、约0.1μm、约0.5μm、约1μm、约5μm、约10μm、约100μm或更大的平均节距，和/或可具有至多约100μm、约10μm、约5μm、约1μm、约0.5μm、约0.1μm或更小的平均节距。例如，纳米孔层1114可以在纳米孔1116之间具有约600至约650nm的节距，仅举一个例子，例如，节距可以为约610nm至约640nm。在一些实施例中，节距可以是约605nm、约615nm、约635nm、约655nm等。每个纳米孔1116的深度可以为至少约0.1μm、约1μm、约10μm、约100μm或更大。或者或另外，深度可以是至多约1×103μm、约100μm、约10μm、约1μm、约0.1μm或更小。
在核心层1102处形成光栅层1106可以提供一个或多个优点。在一些实施方式中，可在递送到设施(例如，流动池制造商的制作工厂)之前在基底1104上预形成(例如，通过预溅射)核心层1102，然后可以形成(例如，通过纳米压印)平面波导1100的其余部分，而无需从该设施进一步转移平面波导1100。
光栅层1106可以具有比一种或多种其他材料更高的折射率。在一些实施方式中，光栅层1106具有比核心层1102的折射率高的折射率。在一些实施方式中，核心层1102具有比纳米孔层1114的折射率高的折射率。例如，光栅层1106的折射率可以高于纳米孔层1114的折射率。
图13示出了制作平面波导1300的实例。平面波导1300可以用于本文所述的一个或多个实例中。例如，平面波导1300可以容纳一个或多个样品，以促进样品分析期间的照明和激发。图14示出了制造与图13中的平面波导有关的平面波导的方法1400。方法1400可以与本文描述的一种或多种其他方法结合。除非另外指出，否则可以执行更多或更少的操作，和/或可以以不同的顺序执行两个或更多的操作。
在1410处，可以形成核心层。在一些实施方式中，核心层1302在基底1304处形成。在一些实施方式中，基底1304可以作为核心层1302的包层起作用。核心层1302可以具有比基底1304更高的折射率。例如，基底1304可以具有约1.5的折射率，而核心层可以具有高于约1.5的折射率。核心层1302可以基本上覆盖基底1304的整个面对表面。在一些实施方式中，核心层1302包括Ta2O5和/或SiNx，或聚合物材料。例如，核心层1302可以通过溅射、化学气相沉积、原子层沉积、旋涂和/或喷涂形成。在一些实施方式中，核心层1302包括高折射率聚合物材料，如树脂。例如，可以旋涂聚合物以形成核心层1302。
在1420处，可以形成聚合物层。在一些实施方式中，聚合物层1306在核心层1302处形成。仅举几个例子，聚合物层1306可以通过溅射、化学气相沉积、原子层沉积、旋涂和/或喷涂形成。聚合物层1306具有比核心层1302低的折射率。聚合物层1306可以具有约100至约200nm的厚度，仅举一个例子，例如，厚度可以为约120nm至约180nm。在一些实施例中，厚度可以是约105nm、约115nm、约135nm、约165nm、约195nm等。
在1430处，可以形成树脂层。在一些实施方式中，树脂层1308在聚合物层1306处形成。树脂层1308可以基本上覆盖聚合物层1306的整个面对表面。树脂层1308可以通过旋涂和/或喷涂形成，仅举几个例子。树脂层1308具有比聚合物层1306低的折射率。
在1440处，执行光栅和纳米孔的纳米压印。树脂层1308和聚合物层1306可以促进图案化的流动池和通过光栅的激光耦合。在这里纵向示出了聚合物层1306，使得各自的脊1310延伸到图示平面中。聚合物层1306可包括例如以各自的组1312A和1312B组织的多个脊1310。例如，组1312A-1312B可以是用于激光的各输入和输出光栅。脊1310可具有约200至约300nm的节距，仅举一个例子，例如，在约220nm至约280nm之间。在一些实施例中，节距可以是约205nm、约215nm、约235nm、约265nm、约285nm等。
树脂层1308可包括在两个或更多个壁1316之间限定的一个或更多个纳米孔1314。在一些实施方式中，纳米孔1314可具有这样的大小，使得其一个或更多个尺寸在约一个或更多个纳米量级的范围内。例如，纳米孔1314可以被配置用于在分析过程期间，如以簇的形式接收和保持样品。纳米孔1314的端部(例如，底部)可具有适应瞬逝光传播的厚度。例如，厚度可以为约0至约500nm，例如在约100nm至约400nm之间。在一些实施例中，厚度可以是约10nm、约50nm、约100nm、约200nm、约300nm、约450nm等。在一些实施方式中，树脂层1308可以在纳米孔1314之间具有至少约10nm、约0.1μm、约0.5μm、约1μm、约5μm、约10μm、约100μm或更大的平均节距，和/或可具有至多约100μm、约10μm、约5μm、约1μm、约0.5μm、约0.1μm或更小的平均节距。例如，纳米孔1314可具有约600至约650nm的节距，例如，该节距可为约610nm至约640nm。在一些实施例中，节距可以是约605nm、约615nm、约635nm、约655nm等。每个纳米孔1314的深度可以是至少约0.1μm、约1μm、约10μm、约100μm或更大。或者或另外，深度可以是至多约1×103μm、约100μm、约10μm、约1μm、约0.1μm或更小。
形成聚合物层1306的脊1310和树脂层1308的纳米孔1314可以涉及纳米压印到多于一个深度。在一些实施方式中，双深度印章(stamp)可用于纳米压印工艺中。例如，脊1310可在比纳米孔1314相对更深的深度上形成。
图15示出了制作平面波导1500的实例。平面波导1500可用于本文所述的一个或多个实施例中。例如，平面波导1500可容纳一个或多个样品，以促进样品分析期间的照明和激发。图16示出了制造与图15中的平面波导有关的平面波导的方法1600。方法1600可以与本文描述的一种或多种其他方法结合。除非另外指出，否则可以执行更多或更少的操作，和/或可以以不同的顺序执行两个或更多的操作。
在1610处，可以形成聚合物层。在一些实施方式中，聚合物层1502在基底1504处形成。聚合物层1502可包括可UV固化或可热固化的聚合物材料。仅举几个例子，聚合物层1502可以通过旋涂和/或喷涂形成。聚合物层1502可以作为平面波导1500中的核心层起作用。聚合物层1502具有比基底1504更高的折射率。
在1620处，可以形成树脂层。在一些实施方式中，树脂层1506在聚合物层1502处形成。树脂层1506可以基本上覆盖聚合物层1502的整个面对表面。树脂层1506可以通过旋涂和/或喷涂形成，仅举几个例子。树脂层1506具有比聚合物层1502低的折射率。
在1630处，执行光栅和纳米孔的纳米压印。树脂层1506和聚合物层1502可以促进图案化的流动池和通过光栅的激光耦合。在这里纵向示出了聚合物层1502，使得各自的脊1508延伸到图示平面中。聚合物层1502可以包括例如以各自的组1510A和1510B组织的多个脊1508。例如，组1510A-1510B可以是用于激光的各输入和输出光栅。脊1508可以具有约200至约300nm的节距，仅举一个例子，例如，在约220至约280nm之间。在一些实施例中，节距可以是约205nm、约215nm、约235nm、约265nm、约285nm等。
树脂层1506可包括在两个或更多个壁1514之间限定的一个或更多个纳米孔1512。在一些实施方式中，纳米孔1512可具有这样的大小，使得其一个或更多个尺寸在约一个或更多个纳米量级的范围内。例如，纳米孔1512可以被配置用于在分析过程期间，如以簇的形式接收和保持样品。纳米孔1512的端部(例如，底部)可以具有容纳瞬逝光传播的厚度。例如，厚度可以为约0至约500nm，例如，在约100nm至约400nm之间。在一些实施例中，厚度可以是约10nm、约50nm、约100nm、约200nm、约300nm、约450nm等。在一些实施方式中，树脂层1506可以在纳米孔1512之间具有至少约10nm、约0.1μm、约0.5μm、约1μm、约5μm、约10μm、约100μm或更大的平均节距，和/或可具有至多约100μm、约10μm、约5μm、约1μm、约0.5μm、约0.1μm或更小的平均节距。例如，纳米孔1512可具有约600至约650nm的节距，例如，该节距可为约610nm至约640nm。在一些实施例中，节距可以是约605nm、约615nm、约635nm、约655nm等。每个纳米孔1512的深度可以是至少约0.1μm、约1μm、约10μm、约100μm或更大。或者或另外，深度可以是至多约1×103μm、约100μm、约10μm、约1μm、约0.1μm或更小。
形成聚合物层1502的脊1508和树脂层1506的纳米孔1512可以涉及纳米压印到一个以上的深度。在一些实施方式中，可以在纳米压印工艺中使用双深度印模。例如，脊1508可以以比纳米孔1512相对更大的深度形成。
以上实例说明了制造流动池的方法，该方法包括形成核心层(例如，核心层110、310、504、710、902、1102或1302)。核心层被置于基底(例如，基底102、302、502、702、904、1104、1304或1504)和纳米孔层(例如，纳米孔层112、312、510、714或1114)之间。纳米孔层具有纳米孔以接收样品。核心层具有比基底和纳米孔层更高的折射率。
上面的实施例说明了制造流动池的方法，其中形成光栅包括光刻图案化(例如，在图1中)或纳米压印(例如，在图3、5、7、9、11、13或15中)。
以上实施例说明了制造流动池的方法，其中在形成光栅的相同过程中形成核心层(例如，在图5中)。
上面的实施例说明了制造流动池的方法，其中在与形成光栅的不同过程中形成核心层(例如，在图1、3、7、9、11、13或15中)。
上面的实施例说明了制造流动池的方法，其中通过光刻图案化到基底上来形成光栅，在光栅上形成核心层，并且在核心层上形成纳米孔层(例如，在图1中)。
上面的实施例说明了制造流动池的方法，其中通过纳米压印到基底上来形成光栅，在光栅上形成核心层，并且在核心层上形成纳米孔层(例如，在图3中)。
上面的实施例说明了制造流动池的方法，其中在基底上形成光栅，在光栅上形成核心层，在核心层上形成附加层，在附加层上形成纳米孔层(例如，图7)。附加层和纳米孔层最初可以没有纳米孔，并且该方法可以进一步包括在附加层保持完整的同时对纳米孔层进行图案化，然后将纳米孔层的图案转移至附加层，以在纳米孔中暴露核心层。可以通过蚀刻来转印图案。
上面的实施例说明了制造流动池的方法，其中在基底上形成核心层，并且其中在核心层上形成光栅和纳米孔层(例如，图5、9、11、13或15)。
上面的实施例说明了制造流动池的方法，其中在基底上形成核心层，在核心层上形成光栅，并且在光栅上形成纳米孔层(例如，图5、11、13，或15)。
上面的实施例说明了制造流动池的方法，其中在基底上形成核心层，在核心层上形成第一层，在第一层上形成第二层，并且其中分别在第一层和第二层上形成光栅和纳米孔(例如，图11或13)。
上面的实施例说明了制造流动池的方法，其中在基底上形成核心层，在核心层上形成树脂层，并且在树脂层中形成光栅和纳米孔(例如，图9)。
上面的实施例说明了制造流动池的方法，其中在相同的过程中形成光栅和纳米孔层(例如，图9、13或15)。
上面的实施例说明了制造流动池的方法，其中在流动池的同一层中形成光栅和纳米孔层(例如，图9)。
上面的实施例说明了制造流动池的方法，其中在流动池的单独层中形成光栅和纳米孔层(例如，图13或15)。
图17示出了流动池1700的实例。流动池1700可以用于本文其他地方描述的一个或多个其他实施例中。例如，可以将上述一种或多种制品并入，和/或可以将上述一种或多种技术用于制造流动池。流动池1700可以根据一种或多种所公开的技术来产生。在流动池1700中，由于垫圈层中的负空间(negative space)而可能产生一组密封室。室可以在顶部和底部通过基底层密封。
这里的流动池1700包含(例如，硼硅玻璃的)基础层(base layer)1710、在基础层上覆盖的(例如，蚀刻硅等的)通道层1720和覆盖层或顶层1730。将所述层组装在一起时，形成封闭的通道，该通道在穿过盖的任一端具有入口/出口。一些流动池可包含流动池底部通道的开口。
图18是包括仪器1812、盒(cartridge)1814和流动池1816的系统1800的图。系统1800可以用于生物学和/或化学分析。系统1800可以与本文其他地方描述的一个或多个其他实例一起使用或在其实施方式中使用。
盒1814可以用作一个或多个样品的载体，如通过流动池1816。盒1814可以被配置为保持流动池1816并将流动池1816运输到与仪器1812直接相互作用或运输出与仪器1812直接相互作用。例如，仪器1812包括容器1818(例如，其外壳中的开口)，以至少在从样品中收集信息期间接收和容纳盒1814。盒1814可以由任何合适的材料制成。在一些实施方式中，盒1814包括模制塑料或其他耐用材料。例如，盒1814可以形成用于支撑或保持流动池1816的框架。
本文的实施例提及正在分析的样品。这样的样品可以包括遗传物质。在一些实施方式中，样品包括遗传材料的一个或多个模板链。例如，使用本文所述的技术和/或系统，可以在一条或多条模板DNA链上进行SBS。
流动池1816可以包括一个或多个基底，其被配置为保持待由仪器1812分析的样品。任何合适的材料都可以用于该基底，包括但不限于玻璃、丙烯酸和/或其他塑料材料。流动池1816可以允许液体或其他流体相对于样品选择性地流动。在一些实施方式中，流动池1816包括可以保持样品的一个或多个流动结构。在一些实施方式中，流动池1816可包括至少一个流动通道。例如，流动通道可包括一个或多个流体端口以促进流体的流动。
可以操作仪器1812以获得与至少一种生物和/或化学物质有关的任何信息或数据。操作可以由中央单元或由一个或多个分布式控制器控制。这里，示出了仪器控制器1820。例如，控制器1820可以使用至少一个处理器、保存用于仪器1812操作的指令的至少一个存储介质(例如，存储器和/或驱动器)以及一个或多个其他组件来实现，如下所述。在一些实施方式中，仪器1812可执行光学操作，包括但不限于样品的照明和/或成像。例如，仪器1812可以包括一个或多个光学子系统(例如，照明子系统和/或成像子系统)。在一些实施方式中，仪器1812可执行热处理，包括但不限于对样品的热处理。例如，仪器1812可包括一个或多个热子系统(例如，加热器和/或冷却器)。在一些实施方式中，仪器1812可执行流体管理，包括但不限于添加和/或去除与样品接触的流体。例如，仪器1812可包括一个或多个流体子系统(例如，泵和/或储器(reservoir))。
图19是实例照明系统1900的图。照明系统1900包括光源组件1910、镜子1928、物镜1934、流动池1936、发射二向色滤光片1938、第一光学检测子系统1956和第二光学检测子系统1958。照明系统1900能够同时对两个颜色通道进行成像。在一些实施方式中，另一照明系统可被配置以使得能够同时对两个以上颜色通道(例如，三个颜色通道、四个颜色通道或更多)进行成像。应注意，可能存在可以产生多个颜色通道的相似的同时成像的其他光学配置。
光源组件1910产生入射在流动池1936上的激发照明。该激发照明将依次从一种或多种荧光染料产生发射的照明或荧光照明，将使用透镜1942和1948收集所述荧光染料。光源组件1910包括第一激发照明源1912和相应的会聚透镜1914，第二激发照明源1916和相应的会聚透镜1918以及二向色滤光片1920。
第一激发照明源1912和第二激发照明源1916示例了可以同时为样品提供各自的激发照明光的照明系统(例如，对应于各自的颜色通道)。在一些实施方式中，第一激发照明源1912和第二激发照明源1916中的每一个包括发光二极管(LED)。在一些实施方式中，第一激发照明源1912和第二激发照明源1916中的至少一个包括激光器。将会聚透镜1914和1918各自设置为与各自的激发照明源1912和1916相距一定距离，使得从每个会聚透镜1914/1918出现的照明聚焦在视野孔径1922上。二向色滤光片1920反射来自第一激发照明源1912的照明并透射来自第二激发照明源1916的照明。
在一些实施方式中，从二向色滤光片1920输出的混合激发照明可以直接向物镜1934传播。在其他实施方式中，可以在从物镜1934发射之前通过附加的中间光学部件来进一步修改和/或控制混合激发照明。所述混合激发照明可以通过视野孔径1922中的焦点到达滤光片1924，然后经过色彩校正的准直透镜1926。来自透镜1926的准直激发照明入射到它在其上反射的镜子1928上，并入射在激发/发射二向色滤光片1930上。激发/发射二向色滤光片1930反射从光源组件(assembly)1910发射的激发照明，同时允许发射照明通过激发/发射二向色滤光片1930以被一个或多个光学子系统1956、1958接收，这将在下面进一步描述。光学子系统1956和1958示例了可以同时收集多路荧光的光收集系统。然后，从激发/发射二向色滤光片1930反射的激发照明入射到镜子1932上，从所述镜子1932朝向流动池1936入射到物镜1934上。
物镜1934将来自镜子1932的准直的激发光聚焦到流动池1936上。在一些实施方式中，物镜1934是具有例如1X、2X、4X、5X、6X、8X、10X或更高的指定放大率的显微镜物镜。物镜1934将从镜子1932入射的激发照明以由放大率确定的锥角(cone of angle)或数值孔径(numerical aperture)聚焦在流动池1936上。在一些实施方式中，物镜1934可在垂直(normal)于流动池的轴(“z轴”)上移动。在一些实施方式中，照明系统1900独立地调节管透镜1948和管透镜1942的z位置。
流动池1936包含待分析的样品，如核苷酸序列或任何其他材料。流动池1936可以包括一个或多个通道1960(在此以放大的横截面图的方式示意性地示出)，该通道1960被构造成保持样品材料并促进针对样品材料采取的动作，包括但不限于引发化学反应或添加或去除材料。物镜1934的物平面1962(在此使用虚线示意性地示出)延伸穿过流动池1936。例如，物平面1962可以被限定以与通道1960相邻。
物镜1934可以限定视野。视野可以限定流动池1936上的区域，图像检测器使用物镜1934从该区域捕获发射的光。可以使用一个或多个图像检测器，例如检测器1946和1954。照明系统1900可以包括针对所发射的光的各个波长(或波长范围)的单独的图像检测器1946和1954。图像检测器1946和1954中的至少一个可以包括电荷耦合器件(CCD)，如时延积分CCD相机，或者基于互补金属氧化物半导体(CMOS)技术制作的传感器，如化学敏感的场效应晶体管(chemFET)、离子敏感的场效应晶体管(ISFET)和/或金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
在一些实施方式中，照明系统1900可以包括结构化照明显微镜(SIM)。SIM成像基于空间结构化的照明光和重构，以得到比仅使用物镜1934的放大倍数产生的图像更高分辨率的图像。例如，所述结构可以由以下构成或包括中断照明激发光的图案或光栅。在一些实施方式中，结构可以包括条纹图案(patterns of fringes)。通过将光束照射到衍射光栅上会产生光的条纹，从而发生反射或透射衍射。可以将结构化的光投射到样品上，根据各自条纹照亮样品，所述条纹可能会按照一定的周期发生。为了使用SIM重构图像，在激发照明的图案彼此之间处于不同相位角的情况下，使用两个或多个图案化图像。例如，可以在结构化光的条纹的不同阶段(有时称为图像的各个图案阶段)获取样本的图像。这可以允许样品上的多个位置暴露于多种照明强度。所得到的发射光图像的集合可以被组合以重构更高分辨率的图像。
流动池1936中的样品材料与耦合到相应核苷酸的荧光染料接触。荧光染料被从物镜1934入射到流动池1936上的相应激发照明照射后发射荧光照明。所发射的照明用波长带标识，每个波长带可分类为各自的颜色通道。荧光染料与各自的核苷酸(例如，含有各自的核碱基)化学结合。以这种方式，当由图像检测器1946、1954检测到时，可以基于相应的波长带内发射的光波长来识别标记有荧光染料的dNTP。
物镜1934捕获流动池1936中由荧光染料分子发射的荧光。在捕获该发射光后，物镜1934收集并传送准直光(collimated light)。该发射的光然后沿着这样的路径传播回来，在所述路径中原始的激发照明来自光源组件(assembly)1910。应该注意的是，由于在发射光和激发照明之间缺少相干性，在发射和激发照明之间沿着该路径具有很少或没有预期的干扰。也就是说，发射光是单独光源的结果，即荧光染料与流动池1936中的样品材料接触的结果。
在被镜子1932反射时，发射光入射到激发/发射二向色滤光片(dichroic filter)1930上。滤光片1930将发射光传送至二向色滤光片1938中。
在一些实施方式中，二向色滤光片1938透射与蓝色通道相关联的照明并且反射与绿色通道相关联的照明。在一些实施方式中，选择二向色滤光片1938，使得二向色滤光片1938将发射的照明反射到所定义的绿色波长带内的光学子系统1956，并将发射的照明传送到所定义的蓝色波长带内的光学子系统1958，如上所讨论。光学子系统1956包括管透镜1942、滤光片1944和图像检测器1946。光学子系统1958包括管透镜1948、滤光片1950和图像检测器1954。
在一些实施方式中，二向色滤光片1938和二向色滤光片1920彼此相似地操作(例如，两者都可以反射一种颜色的光并且传送另一种颜色的光)。在其他实施方式中，二向色滤光片1938和二向色滤光片1920彼此不同地操作(例如，二向色滤光片1938可以传送具有二向色滤光片1920反射的颜色的光，反之亦然)。
在一些实施方式中，所发射的照明在图像检测器1954之前遇到镜子1952。在所示的实施例中，光学子系统1958中的光路是成角度的，使得照明系统1900整体上可以满足空间或体积要求。在一些实施方式中，这样的子系统1956和1958都具有成角度的光路。在一些实施方式中，子系统1956或1958中的任一光路都不成角度。这样，多个光学子系统中的一个或多个可以具有至少一个成角度的光路。
每个管透镜1942和1948将入射在其上的发射照明聚焦到各自的图像检测器1946和1954上。在一些实施方式中，每个检测器1946和1954包括电荷耦合器件(CCD)阵列。在一些实施方式中，每个图像检测器1946和1954包括互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器。
照明系统1900不需要如图19所示。例如，每个镜子1928、1932、1940可以由改变照明方向的棱镜或一些其他光学装置代替。每个透镜都可以用衍射光栅、衍射光学器件、菲涅耳透镜或从入射照明中产生准直或聚焦照明的一些其他光学设备代替。
在整个说明书中使用的术语“基本上”和“约”用于描述和解释小的波动，如由于加工中的变化而引起的波动。例如，它们可以指小于或等于±5％、如小于或等于±2％、如小于或等于±1％、如小于或等于±0.5％、如小于或等于±0.2％、如小于或等于±0.1％、如小于或等于±0.05％。同样，当在本文中使用时，不定冠词如“a”或“an”表示“至少一个”。
应当理解，前述概念和下面更详细讨论的附加概念的所有组合(假设这样的概念不相互矛盾)被认为是本文公开的发明主题的一部分。特别地，出现在本公开的结尾处的要求保护的主题的所有组合被认为是本文公开的发明主题的一部分。
已经描述了许多实施方式。然而，将理解的是，可以在不背离本说明书的精神和范围的情况下进行各种修改。
另外，图中描绘的逻辑流程不需要所示的特定顺序或连续顺序来实现期望的结果。另外，可以从所描述的流程中提供其他过程，或者可以从所描述的流程中消除过程，并且可以向所描述的系统中添加其他组件或从中移除其他组件。因此，其他实施方式在所附权利要求的范围内。
尽管已经如本文中所述说明了所述实施方式的某些特征，但是本领域技术人员现在将想到许多修改、替换、改变和等同物。因此，应理解，所附权利要求书旨在覆盖落入实现方式范围内的所有此类修改和改变。应当理解，它们仅以实例而非限制的方式给出，并且可以进行形式和细节上的各种改变。除相互排斥的组合之外，本文描述的装置和/或方法的任何部分可以以任何组合进行组合。本文描述的实施方式可以包括所描述的不同实施方式的功能、组件和/或特征的多种组合和/或子组合。

Claims (20)

1.制造流动池的方法，所述方法包括：
形成核心层，所述核心层设置在基底和纳米孔层之间，所述纳米孔层具有多个纳米孔以接收样品，其中所述多个纳米孔中的每个纳米孔包括侧壁和底壁，所述核心层具有比所述基底和所述纳米孔层高的折射率；和
使用纳米压印形成光栅以将光耦合到所述核心层，其中所述光栅设置在所述基底的上方并且具有与所述基底的第一侧相邻的第一组脊和与所述基底的第二侧相邻的第二组脊，其中所述第一组脊通过纳米孔底壁下方的无脊的区域与第二组脊间隔开，并且其中在与形成所述光栅不同的过程中形成所述核心层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中通过纳米压印将所述光栅形成到所述基底上，将所述核心层形成到所述光栅上，并且将所述纳米孔层形成到所述核心层上。
3.根据权利要求1所述的方法，其中将所述光栅形成到所述基底上，将所述核心层形成到所述光栅上，将附加层形成到所述核心层上，并且将所述纳米孔层形成到所述附加层上，
其中在形成所述纳米孔之前，所述附加层和所述纳米孔层最初没有所述纳米孔，所述方法还包括在所述附加层保持完整的情况下将所述纳米孔层图案化以形成所述纳米孔，并随后将所述纳米孔层的图案转移到所述附加层，以暴露所述纳米孔中的所述核心层。
4.根据权利要求3所述的方法，其中通过蚀刻转移所述图案。
5.根据权利要求1所述的方法，其中将所述核心层形成到所述基底上，将所述光栅形成到所述核心层上，并且将所述纳米孔层形成到所述光栅上。
6.根据权利要求1所述的方法，其中将所述核心层形成到所述基底上，将第一层形成到所述核心层上，将包含第二层的所述纳米孔层形成到所述第一层上，并且其中将所述光栅和所述纳米孔分别形成到所述第一层和第二层中。
7.根据权利要求1所述的方法，其中将所述核心层形成到所述基底上，将包含树脂层的纳米孔层形成到所述核心层上，并且将所述光栅和所述纳米孔形成到所述树脂层中。
8.根据权利要求1或6中的任一项所述的方法，其中在相同的过程中形成所述光栅和所述纳米孔层。
9.根据权利要求8所述的方法，其中在所述流动池的同一层中形成所述光栅和所述纳米孔层。
10.根据权利要求8所述的方法，其中在流动池的分开的层中形成所述光栅和所述纳米孔层。
11.使用前述权利要求中任一项的方法制造的流动池，其包括：
基底；
具有多个纳米孔以接收样品的纳米孔层，其中所述多个纳米孔中的每个纳米孔包括侧壁和底壁；
核心层，其设置在所述基底和所述纳米孔层之间，所述核心层具有比所述基底和所述纳米孔层高的折射率；和
将光耦合到所述核心层的光栅，其中所述光栅设置在所述基底的上方并且具有与所述基底的第一侧相邻的第一组脊和与所述基底的第二侧相邻的第二组脊，其中所述第一组脊通过纳米孔底壁下方的无脊的区域与第二组脊间隔开。
12.根据权利要求11所述的流动池，其中所述光栅被设置在所述基底上方，所述核心层被设置在所述光栅上方，并且所述纳米孔层被设置在所述核心层上方。
13.根据权利要求12所述的流动池，其中光栅层覆盖所述基底，所述光栅层包括所述光栅。
14.根据权利要求11所述的流动池，其中包括所述光栅的第一树脂层被设置在所述基底上方，并且包含包括所述纳米孔的第二树脂层的所述纳米孔层被设置在所述第一树脂层上方。
15.根据权利要求11所述的流动池，其中所述光栅被设置在所述基底上方，包含第一聚合物层的所述纳米孔层被设置在所述光栅上方，并且包含第二聚合物层的所述纳米孔层被设置在所述第一聚合物层上方，其中所述纳米孔被设置在所述第一和第二聚合物层中。
16.根据权利要求11所述的流动池，其中所述核心层被设置在所述基底上方，包含树脂层的所述纳米孔层被设置在所述核心层上方，并且所述光栅和纳米孔被设置在所述树脂层中。
17.根据权利要求11所述的流动池，其中所述核心层被设置在所述基底上方，所述光栅被设置在所述核心层上方，并且所述纳米孔层被设置在所述光栅上方。
18.根据权利要求17所述的流动池，其中光栅层覆盖核心层，所述光栅层包括所述光栅。
19.根据权利要求11所述的流动池，其中所述核心层被设置在所述基底上方，聚合物层被设置在所述核心层上方，并且包含树脂层的所述纳米孔层被设置在所述聚合物层上方，其中所述光栅被设置在所述聚合物层中，并且其中所述纳米孔被设置在所述树脂层中。
20.根据权利要求11所述的流动池，其中聚合物层被设置在所述基底上方，并且包含树脂层的所述纳米孔层被设置在所述聚合物层上方，其中所述光栅被设置在所述聚合物层中，并且其中所述纳米孔被设置在所述树脂层中。
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