CN107407635A - 基于集成光子元件的传感器系统 - Google Patents

Abstract

实施例包括一种传感器，所述传感器包括：衬底管芯；光子环形谐振器(RR)，位于所述衬底管芯上；聚合物，位于所述RR上，对化学分析物具有亲和力；光子波导，位于所述衬底管芯上并耦合到所述RR；激光器，位于所述衬底管芯上并耦合到所述波导，用于以谐振波长发射利用所述RR进行操作的光能；以及光电检测器，位于所述衬底管芯上并耦合到所述波导，用于检测响应于所述聚合物耦合到所述分析物而发生的利用所述光能进行操作的所述RR的折射率(RI)变化。本文描述了其他实施例。

Description

基于集成光子元件的传感器系统

技术领域

本发明的实施例属于传感器领域。

背景技术

检测人们体内和周围的化学物质的能力有助于告知选择，比如一个人应该坐在哪里、这个人应该吃什么以及更长期的决策(比如这个人应该在哪里居住)。随着世界变得更加工业化，许多人造化学化合物和/或天然化合物正在以更高的浓度在新的地方聚集。这些高浓度或甚至低浓度可能对人们有害。为了降低这种危害的风险，使用化学传感器来有效地监测和/或检测在环境和人/动物本身两者中的化学物质(例如皮肤、呼吸的空气、唾液、血液中的生物标志物)的存在。

附图说明

根据所附权利要求书、以下对一个或多个示例实施例的详细描述和对应的附图，本发明的实施例的特征和优点将变得显而易见。在认为适当的情况下，在附图当中重复参考标记以指示对应的或相似的元件。

图1包括本发明的实施例中的传感器系统的示意图。

图2包括激光器的实施例中的光学锁相环路反馈的示意图。

图3包括实施例中的用于选择性地且灵敏地感测分析物的可定制化学界面的示意图。

图4(a)和图4(b)包括本发明的实施例中的分析物特异性聚合物的示例。

图5(a)和图5(b)描绘本发明的实施例中的通过折射率增强子进行的信号增强。

图6描绘实施例中的位点选择性化学合成过程。

图7描绘供与本发明的各种实施例一起使用的系统。

具体实施方式

现在将参考附图，附图中相似的结构可以具有相似的后缀参考标号。为了更清楚地示出各种实施例的结构，本文中所包括的附图是结构(例如，电路)的示意图。因此，例如在显微照片中，所制造的结构(例如，电路)的实际外观可能看起来不同，但同时仍然包括所展示的实施例的要求保护的结构。此外，附图可仅示出了对于理解所展示的实施例有用的结构。可能未包括本领域中已知的附加结构以保持附图的清晰度。例如，不一定示出了半导体设备的每个层。“实施例”、“各种实施例”等指示如此描述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是并不是每个实施例都一定包括所述特定特征、结构或特性。一些实施例可以具有针对其他实施例所描述的特征中的一些、全部或者不具有所述特征。“第一”、“第二”、“第三”等描述共同的对象，并且指示正在引用相同对象的不同实例。此类形容词并不暗示如此描述的对象必须呈给定的顺序，无论是在时间上、空间上、排名上还是以任何其他方式。“连接(Connected)”可以指示元件彼此直接物理或电气接触，并且“耦合(coupled)”可以指示元件彼此协作或相互作用，但是它们可以是或可以不是直接物理或电气接触。

如本文中所使用的，“分析物(analyte)”、“生物标志物(biomarker)”和“目标分子(target molecule)”是指待分析、检测或感测的分子。当分子来自生物系统时，分子有时被称为“生物标志物”。“挥发性有机化合物(volatile organic compound)”(VOC)是一子类的有机化合物，并且可以气体形式或液体形式存在。“采样模块(sampling module)”是传感器系统的一部分，用于收集样本并将样本传送到感测元件或模块。一些实施例对气体样本和液体样本使用不同的采样模块。“感测模块(sensing module)”是传感器系统的一部分，负责将化学信息转换为可测量的信号(例如电信号或光信号)。“化学界面(chemicalinterface)”是化学聚合物材料，当其与分析物分子相互作用时，其会改变其性质以产生可测量的信号。在一些实施例中，其具分析物特异性。“换能器(transducer)”是可以读取从化学界面产生的信号的物理设备。换能器不具分析物特异性。“特异性(Specificity)”和“选择性(selectivity)”在本文中可互换使用。光学介质的折射率(refractive index(RI)或index ofrefraction(n))是描述光或任何其他辐射如何传播穿过所述介质的无量纲数值。“消逝波(evanescent wave)”是具有在无吸收的情况下根据与形成波的边界的距离展现出指数衰减的强度的近场波。

实施例包括具有高性能和可重复使用性的用于实时感测低浓度的化学分析物(例如，生物环境化合物)的紧凑、可移动(例如，可佩戴)、可承受、实时、可重复使用的感测平台。所述实施例包括作为换能器的一部分的硅光子环形谐振器(RR)，其经定制以识别分析物。基于硅的RR是紧凑的(例如，形成在单个衬底上)。所述实施例感测气体或液体分析物。

即使当分析物以低浓度(例如，对于气体分析物的十亿分之一(ppb)水平和对于液体分析物的纳摩尔(nM)水平)存在时，实施例也可以以高灵敏度和选择性来感测分析物。所述实施例的实时能力与昂贵且不可移动或者表现出低灵敏度和/或特异性的传统化学传感器形成鲜明对比。

实施例包括采样模块、感测模块和数据处理模块。本文中所描述的实施例尤其包括感测模块，并且包括化学界面和换能器。化学界面选择性地(目标分析物识别)且定量地与分析物分子相互作用。化学界面进一步将分析物相互作用(识别)转换为可由换能器测量的信号。实施例使用作为换能器的集成硅光子环形谐振器和用于化学界面的可定制聚合物来形成感测模块。

此类实施例可以是包括在可佩戴物品(例如，提供关于佩戴者身体的数据(例如，燃烧的卡路里、葡萄糖水平)和/或关于环境的数据(例如，VOC的存在、饮用水的纯度)的手表、眼镜、服装)中的独立产品。然而，实施例还可以与位于与传感器不同的衬底上的计算机节点(比如智能电话)(位于与传感器不同的一个或多个管芯上)协作。传感器可以与这样的节点进行无线通信，以将数据周期性地上载到包括数据库或与数据库耦合的存储器。数据库可以帮助医疗提供方或流行病学家在跟踪一段时间内的葡萄糖水平、或者在多天的时间内对用户微气候中的特定过敏原或危险臭氧水平的接触。

图1包括本发明的实施例中的传感器系统的示意图。传感器系统100形成在单个衬底管芯161上。系统100包括半导体激光器121，该激光器发射通过波导部分131传递到分束器(BS)111的光能。然后，BS 111通过波导部分132、133、134、135将光能引导到一个或多个环形谐振器(RR)101、102、103、104。然后，环形谐振器101、102、103、104通过波导部分136、137、138、139将光能传递到光电检测器142、143、144、145，这些光电检测器可以耦合到位于光电检测器内或与光电检测器耦合的逻辑以检测对应于传感器中目标分析物的存在的RI偏移。系统100可以经由接触垫171耦合到其他逻辑或系统组件(例如，智能手机)。

图1描绘了使用光子设备上的表面化学改性来感测分析物的实施例，其中，光子设备(例如，RR 101、102、103、104)制造在衬底(例如，Si)上。激光器121和光电检测器142、143、144、145(例如，光电二极管)与RR一起集成在衬底161上，但是可以来自不同的衬底(但接合到衬底管芯161)。设备RR 101、102、103、104、衬底161、激光器121、和光电检测器142、143、144、145共同形成位于单个管芯上的集成光子生物/化学传感器系统。

激光器121可以包括单个激光器(例如，可调谐InP激光器)或具有多个激光器的单片式多波长激光器阵列，这些激光器中的每一个被构造成发射指定波长的光。组中的激光器可以同时发射不同波长的光束，并且可以在需要特定波长的发射时被个别地选择。激光器121可以是其中III-V结构被晶片接合到绝缘体上硅晶片(例如，衬底161)上的混合式激光器。可以在系统100中使用各种类型的激光器。这些激光器包括在例如美国专利第8,111,729号(被转让给美国加利福尼亚州圣克拉拉市的英特尔公司(Intel Corp.，Santa Clara，CA，USA))中所述的激光器，所述美国专利描述了一种量子阱混合工艺，其允许制造多种带隙的激光器的阵列而无需接合多个III-V晶片，并且因此允许彼此物理上紧密靠近的各种波长的激光器。另外，所述专利描述了一种量子阱混合工艺，其允许制造不需要多种类型的量子阱便能实现光学增益的激光器的宽带阵列并且因此具有有利于激光器性能的高光学约束因子。所述专利描述了一种包括以下操作的方法：在绝缘体晶片(例如，衬底161)上提供硅；图案化出光学波导(例如，波导131、132、133、134、135、136、137、138、139)；提供包括多个层的III-V晶片；对III-V晶片应用量子阱混合工艺；执行晶片接合；制造III-V台面结构；以及施加用于p型触点和n型触点的金属。

波导可以是笔直的、弯曲的、环面的、环形的，或可以是其他设计。在一些实施例中，波导可以由在隆起的堤部之间限定的凹槽形成。在实施例中，激光器121位于被接合到上面形成有波导131、132、133、134、135、136、137、138、139的Si晶片的III-V晶片上。因此，III-V晶片可以“在Si晶片上”且“在相同管芯上”，反之亦然，其中Si晶片“在III-V晶片上”。

在实施例中，激光器121是连续扫频激光器(FSL)。这允许通过系统100来进行连续感测。更具体来说，连续扫频激光器121允许快速且可重复地询问RR 101、102、103、104的透射光谱。在实施例中，用斜坡电流注入信号来调谐激光器121的频率。斜坡波形的标志特征被整形以补偿激光二极管中的任何非线性调频(nonlinear chirp)。调频是频率随时间增大(‘上调频(up-chirp)’)或降低(‘下调频(down-chirp)’)的信号。使用光学非对称马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder Interferometer；MZI)151测量激光器的非线性调频，并且可以使用光学锁相环路(OPLL)反馈来实现对非线性调频的补偿。PLL是产生相位与输入信号的相位相关的输出信号的控制系统。

图2包括实施例中的OPLL的示意图。光学组件包括激光器221、振幅控制器222、和MZI 251。电子组件包括光电检测器(PD)242、混频器224、振荡器223、积分器225、偏置电流波形226、和计数器227。实施例将OPLL电路的光学组件集成到Si换能器芯片/管芯161上。可以使用微处理器芯片来完成电子信号处理。

在实施例中，可以使用基于计算的开环偏置电流补偿(偏置电流波形226)来完成非线性调频补偿的一部分。在开环配置中测量并表征频率调频的非线性度。然后使用激光器电流/频率动态模型计算必要的补偿驱动电流，并且然后将所述补偿驱动电流编程到激光器电流驱动器中。

扫频激光器利用半导体激光器的数个独特性质(包括尺寸、窄线宽、输出功率、可靠性、和低成本)来产生其带宽能够涵盖在测量RR换能器的有效RI改变时所遇到的频移量值的光学扫频。FSL不具有移动部件，且产生精确、可重复、高线性的频率调频。

RR 101、102、103、104是与光源121和光电检测器142、143、144、145耦合的结构。在一些实施例中，光学RR 101、102、103、104具有大于10⁵的较高质量因子(Q因子)。Q因子是微结构内谐振光子寿命的度量，且因此，Q因子与光子被再循环及被允许与表面上的目标分子相互作用的次数直接相关。RR依赖于监测由RR表面上的目标分子引起的谐振光学波长的改变。因此，分子结合事件扰乱表面的有效折射率，并延长环内的有效光学路径长度，且修改谐振条件，从而引起光学谐振频率的红移。

实施例可以使用各种RR，比如在美国专利第7,046,714号(被转让给美国加利福尼亚州圣克拉拉市的英特尔公司)中所描述的那些，所述美国专利展示了包括其上设置有基于硅的受激拉曼散射(stimulated Raman scattering；SRS)激光/波长转换器的半导体材料(例如，衬底161)的光学设备。使用半导体材料的硅衬底来实现光学设备。半导体材料是绝缘体上硅(SOI)晶片的一部分。光学设备包括泵激光器，其产生具有第一功率级的为第一波长λ_P的第一光束。光束从泵激光器被引导穿过在半导体材料中限定的第一光学波导。第一波长选择性光学耦合器被耦合成在光学耦合器的两个输入中的一个处接收光束。光学耦合器包括设置在半导体材料中的第一光学波导和第二光学波导。光学耦合器的第二输出光学耦合回到光学耦合器的第二输入，从而在半导体材料中限定第一环形谐振器。

在实施例中，类似结构(如激光器121)在被反向偏置时也可以用作非常有效的光电检测器。实施例将高功率的高效激光器和光电检测器与无源光学设备和用于感测(通过BS 111)的RR阵列一起集成在相同衬底上。对于系统100，在一些实施例中，最终用户可以仅与电I/O 171对接，并且光子元件完全嵌入SOI芯片161中。激光器121和PD 142、143、144、145与感测换能器/RR 101、102、103、104的集成消除/减少了对复杂光学I/O的需要以及对离散的、昂贵的和庞大的操纵光学元件的需要。该技术使得复杂光电子电路的制造更加可靠、成本更低且形状因子更小。

图3包括实施例中的用于选择性地及灵敏地感测分析物的可定制化学界面聚合物的示意图。为了将RR 101、102、103、104转换成定制传感器，在换能器/RR表面上联结具使用特异性的化学界面。实施例提供与目标分析物进行选择性相互作用的化学界面，并且这些相互作用会引发显著的有效RI改变(从而提高系统的灵敏度)。所述实施例提供了分析物/化学界面位于RR光学导模的消逝场内。此外，在实施例中，化学界面本身并不像在感测期间或作为感测的结果变性的酶或抗体那样具有化学反应性，因此其组分在化学上稳定(从而使系统可重复使用)。

在图3中，使用目标分子作为模板来形成分子印迹聚合物(MIP)，以在聚合物中形成仅能用于结合目标分子或具有相似分子结构的分子的分子腔。因此，MIP可以确保特异性。更具体来说，图3描绘了在RR表面上进行的MIP制造。在衬底361上方形成波导332，并且然后用氧化硅381将其覆盖。将单体382的单层耦合到氧化物381(例如，共价地)，并且然后用分析物383对其进行“模板化”或“编程”。使用单层聚合物引发剂来控制硅酮波导332上方的聚合物厚度。在移除分析物之后，产生MIP 384。可以用可逆保护层385(例如，光致抗蚀剂、氧化物)覆盖MIP 384的多个部分，所述可逆保护层可以在多个区域中被移除以提供窗口，使得分析物可以有机会与MIP 384相互作用以进行感测。

图4(a)和图4(b)包括本发明的实施例中的分析物特异性聚合物的示例。为了在结构上和功能上将分析物选择性聚合物与RR换能器耦合，实施例使用各种基于氨基酸的肽聚合物来涂覆RR。实施例包括包括以下各项的聚合物：(a)识别基序403，被设计成与目标分析物401相互作用；(b)增强子结合部分402，比如可以与大得多的纳米粒子结合的硫醇基团；以及(c)表面联结连接体404，含有选自包括胺、羧基、醛、硫醇、羟基、和环氧化物的组的官能团。部分(moiety)是分子的一部分或官能团。

图5(a)和图5(b)描绘本发明的实施例中的由RI增强子502实现的信号增强。在图5(a)中，识别基序503与目标分析物特异性地相互作用，从而引起聚合物的构象改变(图5(b))，从而改变光学RR换能器501的表面上的有效RI(506)。识别基序被设计成对目标分析物化学性质(比如电荷、极性、和疏水性)中的一个或多个作出响应，从而在与目标分析物分子相互作用后引起可观察到的构象改变。识别基序503和增强子结合部分502具有比消逝场505的厚度599小的厚度598。

关于电荷，当在相对低的pH环境中遇到水时，氨(例如)可以变为带正电荷。因此，可以使用带负电荷的捕获基质材料来吸引氨。作为另一示例，当金属离子(带正电荷)是分析物(例如，饮用水中的重金属)时，捕获聚合物可以带负电荷。虽然电荷单独可能不提供绝对的特异性，但使用电荷可以有助于协同其他概念(比如MIP)来实现特异性。

实施例使用肽(例如，图3的元件382)，因为其是可以衍生自具有确定的结构和结合特异性的各种功能蛋白(例如，细胞膜受体、酶和抗体)的稳定生物分子。识别聚合物(肽)的结构被设计成通过与特定化学基团耦合来实现附加的或增强的功能。与大的结构上复杂的蛋白质不同，短肽的稳定性实现了使用循环的重复。

对于感测液体中的分析物的实施例，可以使用适体。适体是用于识别各种各样的分析物类型(比如细菌、细胞、病毒、蛋白质、核苷酸序列、重金属、用于环境和健康相关感测应用的有机化合物和无机化合物)的高选择性聚合物。具体来说，适体可以是与特定目标分子结合的寡核苷酸或肽分子。由于适体是人工核酸配体，因此可以将其设计用于目标分析物，并且通过以分离和扩增进行的体外选择产生。适体在结构上是通用的，因为其具有形成适当三维结构的基本茎环排列。这些结构有助于与目标分子形成复合物以影响目标的功能。适体对其目标具有高亲和力，在低皮摩尔(pM)水平下具有与抗体相当或优于抗体的解离常数，包括更好的稳定性、无批次变动、更小大小、和更容易的改性。可以利用基于RR的平台100将适体实现为可重复使用的感测元件。其他实施例使用另外其他形式的化学界面，比如含氟聚合物(F聚合物)。

返回到图4(a)和图4(b)，在一些实施例中使用增强子来提高换能器灵敏度。增强子可以使用具有较高RI的各种化学聚合物。其包括含有卤素元素、含硫或含磷基团(例如，参见元件402中的硫醇)、有机金属组分或金属纳米粒子的复合物。这些复合物可以被单独地制备，并且然后与化学界面聚合物联结。它们也可以是在相同过程中合成的化学界面聚合物分子的一部分。例如，金纳米粒子(AuNP)可以用作RI增强子。AuNP的大小范围为1nm至100nm，并且可以在肽联结到换能器表面之后联结到含有硫醇基团的肽聚合物。肽聚合物也可以在附着到RR/换能器表面之前联结到纳米粒子表面(例如AuNP)。增强子通过增加分子/粒子与RR导模的消逝场的重叠积分而起作用。因此，当在聚合物与目标分子相互作用并且随后发生聚合物的构象改变(例如，图5(b)的元件504)后较大分子/AuNP到表面的分布和/或距离偏移时，对导模消逝场的影响被放大，从而增强RR灵敏度。

除RR以外或代替RR，实施例还可以包括表面等离子体激元谐振器(SPR)。SPR是一种RI感测方法，并且更确切地说，SPR是在负介电常数材料与正介电常数材料之间的界面处传导电子受到入射光的刺激而进行的谐振振荡。可以将替代激光器与包括SPR的实施例一起使用，以适应SPR谐振器的宽谐振线宽。其他实施例可以使用其他集成谐振器(代替RR或除RR以外)，比如微盘、同轴式的基于布拉格镜的谐振器、和光子晶体缺陷谐振器等。

实施例利用界面厚度和多路复用(例如，使用多路复用器和/或分束器)来解决灵敏度、选择性和使用。具体来说，实施例使得能够从相同芯片上的多个位点进行感测。这种多路复用能力(例如，通过BS 111)提供了一种在可以用作物理条件控制的位点(例如，RR104)处执行非特异性感测以便可以使用数据来将感测数据(例如，RR 101)归一化的方法。例如，为了确保使RR不会对环境因素(例如，温度、压力和移动)作出不正确的响应，利用参考通道来控制这种环境噪声或背景。也可以使用多个传感器来通过特征标志识别确保感测特异性(例如，RR 101和RR 102两者可以以相同的分析物为目标)。多个感测位点还使得能够检测多种化学分析物，这可以拓宽使用能力(例如，RR 101和102可以以不同的分析物为目标)。

实施例使用“差分测量”进行感测。例如，可以将两个RR传感器(例如，RR 101、102)彼此相邻地放置。这两个传感器中的一个可以具有分析物特异性捕获聚合物(例如，RR101)，而另一个可以不具有分析物特异性捕获聚合物(例如，RR 102)。当两个传感器暴露于样本时，其将对物理改变和化学改变作出响应。然而，两个RR的反应(例如，RI偏移)之间将存在差异，并且所述差异是由具有分析物特异性捕获聚合物的RR传感器(例如，RR101)所感测的分析物引起。

关于化学界面聚合物厚度控制，出于至少两个原因，控制厚度是有利的：实现高灵敏度，和确保跨换能器阵列(例如，RR 101、RR 102、RR 103、RR 104)的可再现性。基于RI的感测取决于换能器的消逝场内的RI改变。在实施例中，RR换能器在波导表面的约100nm内具有有效消逝场。在这样的实施例中，如果聚合物层大于100nm，则目标分析物分子首先与最外面的聚合物分子相互作用，或者被聚合物层的外部区抑制而不被检测到。为了确保在不同晶片批次当中的芯片或传感器内的感测位点之间的传感器可再现性，实施例保持化学界面层的一致的厚度。

实施例包括将聚合物涂覆到RR或其他换能器的不同方法。例如，实施例包括用于使用有机聚合物对换能器进行表面涂覆或改性的至少两种不同方法。一旦聚合物分子的初始层接合或吸附在RR表面上，一个实施例允许聚合物聚合。在这种情况下，聚合物层的厚度由许多因素决定，包括所使用的溶剂、聚合物的浓度、官能团的密度、和允许用于交联的时间。另一实施例执行从表面开始的逐层联结。因为每层所使用的聚合物分子结构是明确限定的，所以可以通过解析分析来计算和验证其厚度。如图4所示，在实施例中，每个肽分子具有可与表面上的羧基或醛基交联的连接体区404。肽分子不会交联，并且因此肽层的厚度是固定的。在肽呈螺旋构象的实施例中，13氨基酸肽结构(例如元件404、403和402)将具有约2nm(0.15nm/氨基酸)的长度。

为了在不改变分子结构的情况下调整聚合物层厚度，实施例遵循各种方法。实施例可通过在肽分子联结之前使用某些中性聚合物(例如，PEG或右旋糖)的所需分子量(例如，1KDa至100KDa)的支链聚合物来改变厚度。另一实施例将肽逐层联结以形成多层所需肽或肽与其他聚合物。另一实施例使用不同大小的纳米粒子(例如，AuNP)作为载体将所需聚合物带到换能器表面。

实施例使用多个换能器/传感器(全部位于单个管芯上)来确保对化学分析物的特异性和多路复用检测。利用提前预先合成或原位合成的不同聚合物对换能器进行改性。例如，制造商可以在分子印记发生之前运送传感器(将印记步骤留给客户)。实施例通过喷墨印刷实现RR上的位点选择性改性。另一实施例通过丝网印刷实现RR上的位点选择性改性。印刷可以具有相对较大的斑点(特征)尺寸，通常超过100μm。斑点的形状可以是圆形或不规则的。其他实施例使用光致抗蚀剂图案化工艺，其中试剂(涂层化学品)可以接近给定位点，而其他将不被改性的位点由光致抗蚀剂保护。可以针对多个位点表面改性而重复保护和剥离步骤。这可以在单个管芯或晶片级完成。此外，可以执行相同位点上的多个步骤来原位合成所需化学聚合物。使用光刻工艺会产生小特征，使得可以在小空间(＜100μm)内制作不同的特征(例如，不同的化学成分)。此外，与印刷不同，斑点的形状可以具有直的边界线。

例如，图6描绘实施例中的位点选择性化学合成过程。在阶段A中，为晶片661提供分析物识别基序603和增强子602、602’。在阶段B中，光致抗蚀剂(PR)685被沉积，并且然后在掩模686位于阶段C的位置的情况下被曝光，这样会剥除PR，因此附加的增强子602”(例如，胺)可以联结到部分603(阶段D)。此后，在阶段E中，肽可以进一步用附加的组分602”’(例如，t-BOC氨基酸)来构建。在F阶段中，可以在相同RR或不同RR的不同其他位置添加/除去PR，以允许相同分析物或不同分析物的其他感测位点。

实施例具有许多用途，比如检测脱水(即，检查尿液或血浆中的盐浓度)、心肺压力测试、间接测热、最大氧消耗、汗液分析、呼吸分析(出于锻炼目的或为了测定醉酒)等。实施例可以与相同衬底或不同衬底上的物理传感器(例如，加速度计)耦合来作为传感器系统100。测量物理和化学两种信息可以允许更好地评估身体的状态。

实施例提供了来自身体的化学分析物(来自皮肤或呼吸的VOC)所需的高灵敏度。高灵敏度以有限的分析物体积实现短的采样时间，这有助于进行基于皮肤气体和汗液的监测。

实施例包括可逆化学，比如基于人类嗅觉受体的识别元件(化学界面)，其实现可重复使用的传感器而不需要立即更换/处置传感器盒。

实施例包括用于分析数据并向用户提供可付诸行动的反馈的逻辑。所述逻辑可以包括在衬底161上或耦合到衬底161(例如，在智能手机或与管芯161相邻的管芯上)。逻辑可以考虑除了直接感测到的因素以外的其他因素。例如，在健身使用中，丙酮或氨水平可能不一定表示身体的化学或生理条件，因为其可能是因富含蛋白质(氨指标)或富含脂肪(丙酮指标)的饮食而以高水平产生。在分析数据时，可以考虑其他因素(例如饮食)。

图7的系统可以用于实现此逻辑。事实上，实施例可以用于许多不同类型的系统中。例如，在一个实施例中，通信设备可被安排成执行本文中所描述的分析。当然，本发明的范围不限于通信设备，而是可以将其他实施例指向用于处理指令的其他类型的装置。

程序指令可以用于使用所述指令编程的通用或专用处理系统执行本文中所描述的操作。可替代地，这些操作可以由含有用于执行所述操作的硬接线逻辑的特定硬件组件或者由编程的计算机组件与定制硬件组件的任何组合来执行。本文中所描述的方法(例如，结合第二所检测分析物判定所检测分析物是否满足阈值条件，在满足时应将此传达给用户)可以被提供为(a)计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括一个或多个机器可读介质，所述一个或多个机器可读介质具有存储于其上的可以用于对处理系统或其他电子设备进行编程以便执行所述方法的指令，或者(b)至少一种存储介质，所述至少一种存储介质具有存储于其上的用于使系统执行所述方法的指令。本文中所使用的术语“机器可读介质”或“存储介质”应当包括能够存储或编码指令序列的任何介质(瞬态介质，包括信号；或非瞬态介质)，所述指令序列供由机器执行并且使机器执行本文中所描述的方法中的任何一种方法。术语“机器可读介质”或“存储介质”将相应地包括但不限于存储器，比如固态存储器、光盘和磁盘、只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、电EPROM(EEPROM)、磁盘驱动器、软盘、高密度磁盘ROM(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、闪存存储器、磁光盘、以及更多异种介质(比如机器可访问的生物状态保存或信号保存存储设备)。介质可以包括用于以机器可读的形式存储、发送或接收信息的任何机制，并且介质可以包括程序代码可以通过的介质，比如天线、光纤、通信接口等。程序代码可以以分组、串行数据、并行数据等的形式来发送，并且可以以压缩或加密的格式使用。此外，在本领域中常常将一种或另一种形式的软件(例如程序、规程、过程、应用程序、模块、逻辑等)说成采取动作或造成结果。这种表述仅是陈述由处理系统对软件的执行使处理器执行动作或产生结果的简写方式。

现在参考图7，示出了根据本发明实施例的系统实施例1000的框图。系统1000可以包括在例如移动计算节点中，比如，蜂窝电话、智能电话、平板计算机、笔记本计算机、膝上型计算机、个人数字助理以及基于移动处理器的平台。

示出了多处理器系统1000，所述多处理器系统包括第一处理元件1070和第二处理元件1080。虽然示出了两个处理元件1070和1080，但是应当理解，系统1000的实施例还可以包括仅一个这种处理元件。系统1000被展示为点对点互连系统，其中，第一处理元件1070和第二处理元件1080经由点对点互连1050耦合。应当理解的是，所展示的任何或所有互连可以被实现为多站式总线而不是点对点互连。如所示，处理元件1070和1080中的每一个可以是多核处理器，包括第一处理器核和第二处理器核(即，处理器核1074a和1074b以及处理器核1084a和1084b)这类核1074、1074b、1084a、1084b可以被配置用于以与本文中所论述的方法类似的方式执行指令代码。

每个处理元件1070、1080可以包括至少一个共享高速缓存。共享高速缓存可以存储分别由处理器的一个或多个组件(比如核1074a、1074b和1084a、1084b)利用的数据(例如，指令)。例如，共享高速缓存可以本地高速缓存存储在存储器1032、1034中的数据，以便由处理器的组件更快地访问。在一个或多个实施例中，共享高速缓存可以包括一个或多个中间级高速缓存(比如2级(L2)、3级(L3)、4级(L4)或其他级高速缓存)、最后一级高速缓存(LLC)、和/或其组合。

虽然仅示出了两个处理元件1070、1080，但是应当理解，本发明的范围不限于此。在其他实施例中，给定处理器中可以存在一个或多个附加处理元件。可替代地，处理元件1070、1080中的一个或多个可以是处理器之外的元件，比如加速度计或现场可编程门阵列。例如，(多个)附加处理元件可以包括与第一处理器1070相同的(多个)附加处理器、与第一处理器1070异构或不对称的(多个)附加处理器、加速器(例如，图形加速器或数字信号处理(DSP)单元)、现场可编程门阵列或任何其他处理元件。就一系列品质度量(包括架构、微架构、热、功耗特性等)而言，处理元件1070、1080之间可以存在多种差异。这些差异可以有效地将其本身表现为处理元件1070、1080之间的不对称性和异构性。对于至少一个实施例，各种处理元件1070、1080可以驻留在相同管芯封装体中。

第一处理元件1070可以进一步包括存储器控制器逻辑(MC)1072以及点对点(P-P)接口1076和1078。类似地，第二处理元件1080可以包括MC 1082以及P-P接口1086和1088。MC1072和1082将处理器耦合到对应存储器(即存储器1032和存储器1034)，所述存储器可以是主存储器的本地附接到对应处理器的部分。虽然MC逻辑1072和1082被展示为集成到处理元件1070和1080中，但是对于替代性实施例，MC逻辑可以是处于处理元件1070、1080之外而不是集成在其中的分立逻辑。

第一处理元件1070和第二处理元件1080可以分别经由P-P互连1062、10104经由P-P接口1076、1086而耦合到I/O子系统1090。如所示，I/O子系统1090包括P-P接口1094和1098。此外，I/O子系统1090包括接口1092以便将I/O子系统1090与高性能图形引擎1038耦合。在一个实施例中，总线可以用于将图形引擎1038耦合到I/O子系统1090。可替代地，点对点互连1039可以耦合这些组件。

进而，I/O子系统1090可以经由接口1096耦合到第一总线10110。在一个实施例中，第一总线10110可以是外围组件互连(PCI)总线或者诸如PCI Express总线或另一第三代I/O互连总线之类的总线，但本发明的范围并不限于此。

如所示，各种I/O设备1014、1024可以连同总线桥1018耦合到第一总线10110，所述总线桥可以将第一总线10110耦合到第二总线1020。在一个实施例中，第二总线1020可以是低引脚数(LPC)总线。在一个实施例中，各种设备可以耦合到第二总线1020，所述设备包括例如键盘/鼠标1022、(多个)通信设备1026(其进而可以与计算机网络通信)、以及可以包括代码1030的数据存储单元1028(比如磁盘驱动器或其他大容量存储设备)。代码1030可以包括用于执行以上所描述方法中的一种或多种的实施例的指令。此外，音频I/O 1024可以耦合到第二总线1020。

注意，设想了其他实施例。例如，代替所示的点对点架构，系统可以实现多点总线或另一种这样的通信拓扑。此外，图7的元件可以可替代地使用比图7所示更多或更少的集成芯片来进行划分。

传感器系统100可以与位于不同管芯/衬底上的采样和处理模块(例如，图7的元件1070或1090)相互作用。

本文中所使用的模块是指任何硬件、软件、固件或其组合。通常，被展示为分开的模块边界通常会有所变化并且潜在地重叠。例如，第一模块和第二模块可以共享硬件、软件、固件或其组合，同时潜在地保留一些独立的硬件、软件或固件。在一个实施例中，术语“逻辑”的使用包括诸如晶体管、寄存器之类的硬件或诸如可编程逻辑设备之类的其他硬件。然而，在另一实施例中，逻辑还包括与硬件集成的软件或代码，比如固件或微代码。

实施例可用作跟踪可从人体检测的挥发性气体(例如酮、醛、烷烃、氨)的健身监测器。这种皮肤挥发性分析物被用作健身跟踪的生物标志物。例如，丙酮用作脂肪燃烧(卡路里来源之一)的指标，并且氨是脱水的指标。

各种实施例包括半导电衬底。这样的衬底可以是体半导电材料，这是晶片的一部分。在实施例中，半导电衬底是作为已经从晶片单个化的芯片的一部分的体半导电材料。在实施例中，半导电衬底是形成在绝缘体上方的半导电材料，比如绝缘体上半导体(SOI)衬底。在实施例中，半导电衬底是突出式结构，比如在块体半导电材料上方延伸的鳍。

以下示例涉及进一步的实施例。

示例1包括一种传感器，所述传感器包括：衬底管芯；光子环形谐振器(RR)，位于所述衬底管芯上；聚合物，位于所述RR上，对化学分析物具有亲和力；光子波导，位于所述衬底管芯上并耦合到所述RR；激光器，位于所述衬底管芯上并耦合到所述波导，用于以谐振波长发射利用所述RR进行操作的光能；以及光电检测器，位于所述衬底管芯上并耦合到所述波导，用于检测响应于所述聚合物与所述分析物联结而发生的与利用所述光能进行操作的所述RR的RI变化。

如本文中所使用的，在电子学的上下文中，管芯是小块的半导电材料，其上制造有给定功能电路。通常，通过诸如光刻之类的工艺在单个硅晶片或其他半导体晶片上大批量地生产集成电路。将晶片切割(“切分”)成许多片，每一片含有电路的一个副本。这些片中的每一个被称为管芯。

如本文中所使用的，“联结”意味着通过两种化合物或元素(例如，分析物与聚合物)的联合来形成结构。如本文中所使用的，联结不一定需要共价附着。

示例1的另一版本包括一种传感器，所述传感器包括：衬底管芯；光子环形谐振器(RR)，位于所述衬底管芯上；聚合物，位于所述RR上，对化学分析物具有亲和力；光子波导，位于所述衬底管芯上并耦合到所述RR；激光器，位于所述衬底管芯上并耦合到所述波导，用于以谐振波长发射利用所述RR进行操作的光能；以及光电检测器，位于所述衬底管芯上并耦合到所述波导，用于检测所述RR的响应于所述聚合物耦合到所述分析物而发生的折射率(RI)变化。

在示例2中，如示例1所述的主题可以可选地包括：其中，当所述聚合物包括选自包括以下各项的组的成员时，所述聚合物对所述分析物具有所述亲和力：对所述分析物具特异性的分子印记、对所述分析物具特异性的物理印刷、以及对所述分析物具特异性的光刻印刷。

如本文中所使用的，“对化学分析物具有亲和力”包括对分析物具有用于感测所述分析物的特异性(例如，MIP对所述MIP被编程(例如，印迹)的分析物具有亲和力)。

在示例3中，如示例1-2所述的主题可以可选地包括：其中，所述分析物选自包括液体酮、液体醇、液体醛、挥发性有机化合物(VOC)、金属离子、生物标志物、和激素的组。

在示例3的另一版本中，如示例1-2所述的主题可以可选地包括：其中，所述分析物选自包括液体酮、液体醇、液体醛的组。

VOC可以包括但不限于氯甲烷、溴甲烷、氯乙烯、氯乙烷、二氯甲烷、丙酮、二硫化碳、1，1-二氯乙烯、1，1-二氯乙烷、总-1，2-二氯乙烯、氯仿、1，2-二氯乙烷、2-丁酮、1，1，1-三氯乙烷、四氯化碳、乙酸乙烯酯、溴二氯甲烷、1，2-二氯丙烷、顺式-1，3-二氯丙烯、三氯乙烯、二溴氯甲烷、1，1，2-三氯乙烷、苯、反式-1，3-二氯丙烯、溴仿、4-甲基-2-戊酮、2-己酮、四氯乙烯、1，1，2，2-四氯乙烷、甲苯、氯苯、乙苯、苯乙烯、和总二甲苯。

分析物可以是气相的，包括上述VOC和/或来自农场、工业、人的呼吸或皮肤的其他VOC等。上述金属离子可以包括例如K+、Na+、M旷+、Hg+等。分析物可以进一步包括小的有机分子(例如双酚A、抗生素、抑制剂、除草剂等)、生物标志物(例如肌钙蛋白、c反应蛋白、IL-6、IgE等)、以及类固醇和/或其他激素。液相的分析物可以包括在水、土壤提取物、食品提取物、血液、尿液、唾液和其他体液中。

分析物还可以包括液体酯、羧酸、醚、胺、卤代烃(例如，包括F、Cl、Br和/或I)。生物标志物可以包括小分子、蛋白质、碳水化合物、核酸和/或脂质。激素可以包括维生素、蛋白质和/或多肽。

在示例4中，如示例1-3所述的主题可以可选地包括：其中，所述聚合物是可重复使用的并且不会响应于感测所述分析物而降解。

例如，基于酶的传感器可能不可重复使用，因为在执行初始感测时酶被消耗。

在示例5中，如示例1-4所述的主题可以可选地包括位于所述衬底管芯上的RR阵列，所述RR阵列包括所述RR。

在示例6中，如示例1-5所述的主题可以可选地包括：其中，所述RR中的每一个包括对所述分析物具特异性的化学印记。

在示例6的另一版本中，如示例1-5所述的主题可以可选地包括：其中，所述RR中的每一个包括对所述分析物具特异性的化学亲和力。

在示例7中，如示例1-6所述的主题可以可选地包括：其中，所述RR中的一个附加RR包括对与所述分析物不同的附加化学分析物具特异性的附加化学印记。

在示例7的另一版本中，如示例1-6所述的主题可以可选地包括：其中，所述RR中的一个附加RR包括对与所述分析物不同的附加化学分析物具特异性的亲和力。

在示例8中，如示例1-7所述的主题可以可选地包括附加波导以及耦合到所述波导和所述附加波导的多路复用器。

在示例8的另一版本中，如示例1-7所述的主题可以可选地包括附加波导以及耦合到所述波导和所述附加波导的分束器。

在示例9中，如示例1-8所述的主题可以可选地包括：其中，所述聚合物包括在所述聚合物上具有仅一个位点的单个官能团，所述单个官能团在给定联结化学条件下与另一分子反应。

在示例9的另一版本中，如示例1-8所述的主题可以可选地包括：其中，聚合物分子被嫁接或联结到表面，使得分析物识别基序离RR表面小于100nm。

在实施例中，对于分子印迹聚合物，使单体交联以形成聚合物。对于肽，聚合物可以仅具有一个官能团。这有助于控制聚合物的厚度，使得结合/耦合在消逝场(＜100nm)内发生。

如本文中所使用的，“单个官能团”是指聚合物上的仅一个位点在给定联结化学条件下与另一分子反应。例如，在顺序2步EDC化学法中，可以首先用N-羟基磺基琥珀酰亚胺(NHS)将表面上的羧基活化。然后，可以添加肽分子以允许每个肽分子上的伯胺基与表面上的NHS酯反应。在此程序中，肽分子不会被交联，因为肽分子上的羧基未被NHS活化。

在示例10中，如示例1-9所述的主题可以可选地包括：其中，所述发射的光能具有消逝场，并且所述聚合物比所述消逝场的厚度薄。

在示例11中，如示例1-10所述的主题可以可选地包括：其中，所述波导经由氧化物层耦合到所述聚合物。

例如，在实施例中，聚合物不直接与氧化物耦合。首先用硅烷、膦酸盐或其他附着化学品对氧化物进行改性。改性分子可以终止于选自包括胺、羧基、醛、硫醇、羟基和环氧化物的组的官能团。

在示例11的另一版本中，如示例1-10所述的主题可以可选地包括：其中，所述光学波导或环形谐振器经由氧化物层耦合到所述聚合物。

在示例12中，如示例1-11所述的主题可以可选地包括：其中，所述聚合物经由选自包括胺、羧基、醛、硫醇、羟基和环氧化物的组的成员耦合到所述氧化物层。

例如，在实施例中，聚合物不直接与氧化物层耦合。

在示例13中，如示例1-12所述的主题可以可选地包括：其中，所述聚合物终止于选自包括硫醇和金的组的成员，所述成员被配置用于当所述聚合物耦合到所述分析物时增强所述RI变化。

在示例13的另一版本中，如示例1-12所述的主题可以可选地包括：其中，所述聚合物终止于包括大于1.7的RI的高折射率聚合物元素，所述高折射率聚合物元素被配置用于响应于所述聚合物与所述分析物联结而增强所述RI变化。

在示例13的又一版本中，如示例1-12所述的主题可以可选地包括：其中，所述聚合物终止于包括大于1.7的RI的高折射率聚合物元素，所述高折射率聚合物元素被配置用于响应于所述聚合物耦合到所述分析物而增强所述RI变化。

例如，高折射率聚合物元素可以包括线性硫醚和砜、环状噻吩、噻二唑、噻蒽、噻蒽、四硫杂蒽、膦酸盐、磷腈、多膦酸盐、聚二茂铁基硅烷、含有磷间隔物和苯基侧链的聚二茂铁、TiO₂、ZrO₂、无定形硅、PbS和ZnS。

在其他实施例中，高折射率聚合物元素可以包括大于1.3、1.4、1.5、1.6、1.8、1.9或2.0的RI。

在示例14中，如示例1-13所述的主题可以可选地包括：其中，所述聚合物包括选自包括肽和适体的组的成员。

在示例15中，如示例1-14所述的主题可以可选地包括位于所述衬底管芯上的控制换能器，所述对照换能器不包括对所述分析物具有亲和力的分子印迹聚合物(MIP)。

例如，对照换能器可以对与主要被感测的分析物(例如，葡萄糖)不同的分析物(例如果糖)具特异性(即，“具有亲和力”)。

在示例16中，如示例1-15所述的主题可以可选地包括：其中，所述聚合物包括分子印迹聚合物(MIP)。

在示例17中，如示例1-16所述的主题可以可选地包括位于所述衬底管芯上并耦合到所述激光器的锁相环路(PPL)；其中所述激光器是可调谐的，并且所述光电检测器包括光电二极管。

示例18包括一种传感器，所述传感器包括：衬底管芯；换能器，位于所述衬底管芯上；聚合物，位于所述换能器上，被配置成包括对化学分析物的经编程亲和力；光子波导，位于所述衬底管芯上并耦合到所述换能器；激光器，位于所述衬底管芯上并耦合到所述波导，用于以谐振波长发射利用所述换能器进行操作的光能；以及光电检测器，位于所述衬底管芯上并耦合到所述波导，用于检测响应于所述聚合物与所述分析物联结而发生的利用所述光能进行操作的所述换能器的折射率(RI)变化。

如本文中所使用的，对聚合物进行“编程”意味着注入对化学分析物的亲和力(例如，对聚合物加印记以形成MIP)。

例如，制造商可以在尚未对聚合物编程的情况下运送示例18的实施例。而是，制造商的客户可以在稍后的时间对聚合物进行编程。

示例18的另一版本包括一种传感器，所述传感器包括：衬底管芯；换能器，位于所述衬底管芯上；聚合物，位于所述换能器上，被配置成包括对化学分析物的经编程亲和力；光子波导，位于所述衬底管芯上并耦合到所述换能器；激光器，位于所述衬底管芯上并耦合到所述波导，用于以谐振波长发射利用所述换能器进行操作的光能；以及光电检测器，位于所述衬底管芯上并耦合到所述波导，用于检测所述换能器的响应于所述聚合物耦合到所述分析物而发生的折射率(RI)变化。

在示例19中，如示例18所述的主题可以可选地包括：其中，当所述聚合物被编程为包括对所述分析物的所述亲和力时，所述聚合物是可重复使用的并且不会响应于感测所述分析物而降解。

在示例20中，如示例18-19所述的主题可以可选地包括：其中，所述换能器选自包括环形谐振器(RR)和表面等离子体激元谐振器(SPR)的组。

在示例21中，如示例18-20所述的主题包括换能器阵列。

在示例22中，如示例18-21所述的主题可以可选地包括：其中，所述聚合物包括对所述分析物具特异性的分子印迹聚合物(MIP)。

在权利要求22的另一版本中，如示例18-21所述的主题可以可选地包括：其中，所述聚合物选自包括分子印迹聚合物、肽、核酸适体、含氟聚合物、抗体、凝集素的组。

在示例23中，如示例18-22所述的主题可以可选地包括：其中，所述发射的光能具有消逝场，并且所述聚合物比所述消逝场的厚度薄。

在示例24中，如示例18-23所述的主题可以可选地包括：其中，所述聚合物终止于包括大于1.7的RI的高折射率聚合物元素，所述高折射率聚合物元素被配置用于当所述聚合物耦合到所述分析物时增强所述RI变化。

已出于说明和描述的目的呈现了对本发明实施例的上述描述。所述描述不旨在是穷尽性的或将本发明限制为所公开的确切形式。本描述和以上权利要求书包括仅用于描述目的并且不应被理解为限制性的术语，比如左、右、顶部、底部、在...之上、在...之下、上部、下部、第一、第二等。例如，指定相对垂直位置的术语是指衬底或集成电路的设备侧(或有源表面)是所述衬底的“顶部”表面的情况；衬底实际上可以是任何定向，使得衬底的“顶部”侧可以在标准地面参考系中低于“底部”侧，并且仍属于术语“顶部”的含义。本文中所使用的术语“在...上”(包括在权利要求书中)并不表示“在”第二层“上”的第一层是直接在第二层上并与第二层直接接触，除非具体如此陈述；在第一层与第一层上的第二层之间可以存在第三层或其他结构。本文中所描述的设备或制品的实施例可以以数个位置和定向被制造、使用或运送。相关领域的技术人员可理解，鉴于以上教导，许多修改和变化是可能的。本领域的技术人员将认识到附图中示出的各种组件的各种等效组合和替换。因此，意图是本发明的范围不受此详细描述限制，而是受所附权利要求书限制。

Claims (24)

1.一种传感器，包括：

衬底管芯；

光子环形谐振器(RR)，位于所述衬底管芯上；

聚合物，位于所述RR上，对化学分析物具有亲和力；

光子波导，位于所述衬底管芯上并耦合到所述RR；

激光器，位于所述衬底管芯上并耦合到所述波导，用于以谐振波长发射利用所述RR进行操作的光能；以及

光电检测器，位于所述衬底管芯上并耦合到所述波导，用于检测所述RR的响应于所述聚合物耦合到所述分析物而发生的折射率(RI)变化。

2.如权利要求1所述的传感器，其中，当所述聚合物包括选自包括以下各项的组的成员时，所述聚合物对所述分析物具有所述亲和力：对所述分析物具特异性的分子印记、对所述分析物具特异性的物理印刷以及对所述分析物具特异性的光刻印刷。

3.如权利要求2所述的传感器，其中，所述分析物选自包括以下各项的组：液体酮、液体醇、液体醛、挥发性有机化合物(VOC)、金属离子、生物标志物、激素、液体酯、羧酸、醚、胺、卤代烃(具有F、Cl、Br或I)、蛋白质和多肽。

4.如权利要求1所述的传感器，其中，所述聚合物是可重复使用的并且不会响应于耦合到所述分析物而降解。

5.如权利要求1所述的传感器，包括位于所述衬底管芯上的RR阵列，所述RR阵列包括所述RR。

6.如权利要求5所述的传感器，其中，所述RR中的每一个包括对所述分析物具特异性的亲和力。

7.如权利要求5所述的传感器，其中，所述RR中的附加RR包括对与所述分析物不同的附加化学分析物具特异性的亲和力。

8.如权利要求5所述的传感器，包括附加波导、以及耦合到所述波导和所述附加波导的分束器。

9.如权利要求1所述的传感器，其中，所述聚合物耦合到所述RR的表面，因此所述聚合物的分析物识别基序距离所述表面小于100nm。

10.如权利要求1所述的传感器，其中，所发射的光能具有消逝场，并且所述聚合物比所述消逝场的厚度薄。

11.如权利要求1所述的传感器，其中，所述波导经由氧化物层耦合到所述聚合物。

12.如权利要求11所述的传感器，其中所述聚合物经由选自包括以下各项的组的成员耦合到所述氧化物层：胺、羧基、醛、硫醇、羟基和环氧化物。

13.如权利要求1所述的传感器，其中，所述聚合物终止于包括大于1.7的RI的高折射率聚合物元素，所述高折射率聚合物元素被配置成响应于所述聚合物耦合到所述分析物而增强所述RI变化。

14.如权利要求1所述的传感器，其中，所述聚合物包括选自包括肽和适体的组的成员。

15.如权利要求1所述的传感器，包括位于所述衬底管芯上的控制换能器，所述控制换能器不包括对所述分析物具有亲和力的聚合物。

16.如权利要求1所述的传感器，其中，所述聚合物包括分子印迹聚合物(MIP)。

17.如权利要求1所述的传感器，包括位于所述衬底管芯上并耦合到所述激光器的锁相环路(PPL)；其中，所述激光器是可调谐的，并且所述光电检测器包括光电二极管。

18.一种传感器，包括：

衬底管芯；

换能器，位于所述衬底管芯上；

聚合物，位于所述换能器上，被配置成包括对化学分析物的经编程亲和力；

光子波导，位于所述衬底管芯上并耦合到所述换能器；

激光器，位于所述衬底管芯上并耦合到所述波导，用于以谐振波长发射利用所述换能器进行操作的光能；以及

光电检测器，位于所述衬底管芯上并耦合到所述波导，用于检测所述换能器的响应于所述聚合物耦合到所述分析物而发生的折射率(RI)变化。

19.如权利要求18所述的传感器，其中，当所述聚合物被编程为包括对所述分析物的所述亲和力时，所述聚合物是可重复使用的并且不会响应于耦合到所述分析物而降解。

20.如权利要求18所述的传感器，其中，所述换能器选自包括环形谐振器(RR)和表面等离子体激元谐振器(SPR)的组。

21.如权利要求18所述的传感器，包括换能器阵列。

22.如权利要求18所述的传感器，其中，所述聚合物选自包括以下各项的组：分子印迹聚合物、肽、核酸适体、含氟聚合物、抗体、凝集素。

23.如权利要求18所述的传感器，其中，所发射的光能具有消逝场，并且所述聚合物比所述消逝场的厚度薄。

24.如权利要求18所述的传感器，其中，所述聚合物终止于包括大于1.7的RI的高折射率聚合物元素，所述高折射率聚合物元素被配置用于当所述聚合物耦合到所述分析物时增强所述RI变化。