耦合微腔光子分子的生物化學(xué)傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種耦合微腔光子分子的生物化學(xué)傳感器。本發(fā)明包括一段熔錐光纖、一個(gè)光微流微腔和一個(gè)外部封裝聚合物，熔錐光纖主要成分為二氧化硅，直徑為3-5μm，搭靠在微流微腔上；微流微腔主要成分為二氧化硅，直徑為100-500μm，壁厚為2-20μm；封裝聚合物主要為低折射率材料，折射率在1-1.4之間，用于固定熔錐光纖與微流微腔的相對(duì)位置關(guān)系。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，抗外界振動(dòng)能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好，探測(cè)極限低，制作工藝比較簡(jiǎn)單以及成本低等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】耦合微腔光子分子的生物化學(xué)傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種耦合微腔光子分子的生物化學(xué)傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]在化學(xué)生物領(lǐng)域中，人們經(jīng)常需要對(duì)微量的樣品進(jìn)行分析。由于生物內(nèi)部的環(huán)境非常復(fù)雜，而有用的信息往往只包含在其中很小一部分或者很難察覺的成分中，所以盡管生物傳感技術(shù)種類繁多，發(fā)展迅速，但面對(duì)這種“大海撈針”的工作，能力還是有限。所以發(fā)展新的光子學(xué)技術(shù)手段，探索新的傳感器件就有著重要的意義。
[0003]在眾多用于生物傳感的光子學(xué)器件中，光學(xué)微腔是最具特色，也是最具潛力的一個(gè)。光學(xué)微腔是尺度在微米量級(jí)的光學(xué)諧振腔，它將光場(chǎng)局域在腔里，令光子在腔內(nèi)多次震蕩，相當(dāng)于增加了光與物質(zhì)相互作用的次數(shù)。它通過探測(cè)自身光學(xué)模式的變化來感知分析物的存在，因此可以用于探測(cè)分析物的原始狀態(tài)。回音壁模式微腔的Q值最高，光子壽命最長(zhǎng)，所以回音壁模式光學(xué)微腔傳感器中，光子與分析物的相互作用最強(qiáng)，有利于獲得更高的探測(cè)靈敏度；而且Q值越高，光學(xué)模式線寬越窄，有利于獲得更低的探測(cè)極限。目前光學(xué)微腔被認(rèn)為是對(duì)核酸、蛋白質(zhì)、病毒等尺度在納米量級(jí)的顆粒進(jìn)行研宄的有效手段。
[0004]但是傳統(tǒng)的光學(xué)微腔傳感器往往是通過無源方法，即用熔錐耦合微球微環(huán)芯腔或者微管等手段實(shí)現(xiàn)的，傳感特性極大的受到震動(dòng)對(duì)光纖與微腔耦合間距的影響，可集成性與穩(wěn)定性大打折扣，因此便需要一種新的傳感器，提高這類器件的穩(wěn)定性與靈敏度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提出一種耦合微腔光子分子的生物化學(xué)傳感器，彌補(bǔ)以往光學(xué)生物化學(xué)傳感器存在的不足。
[0006]本發(fā)明包括一段熔錐光纖、一個(gè)光微流微腔和一個(gè)外部封裝聚合物，熔錐光纖主要成分為二氧化硅，直徑為3-5 μ m，搭靠在微流微腔上；微流微腔主要成分為二氧化硅，直徑為100-500 μ m，壁厚為2-20 μ m ;封裝聚合物主要為低折射率材料，折射率在1_1.4之間，用于固定熔錐光纖與微流微腔的相對(duì)位置關(guān)系；從熔錐光纖的透射譜中可以觀察到一個(gè)或多個(gè)光學(xué)模式的透射譜，這些光學(xué)模式往往有著不同的靈敏度，通過對(duì)器件單個(gè)模式透射譜波長(zhǎng)的變化或者多個(gè)模式間的相對(duì)變化就可以對(duì)生物樣品進(jìn)行檢測(cè)。
[0007]本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，抗外界振動(dòng)能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好，探測(cè)極限低，制作工藝比較簡(jiǎn)單以及成本低等優(yōu)點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是封裝型生物化學(xué)傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是封裝型生物化學(xué)傳感器橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是透射譜隨時(shí)間穩(wěn)定性的測(cè)量結(jié)果圖； 圖4是微腔內(nèi)一、二階模式模場(chǎng)分布圖；
圖5是對(duì)微腔品質(zhì)因子測(cè)量結(jié)果圖；
圖6是測(cè)量微腔內(nèi)部液體折射率改變與體系透射譜關(guān)系圖；
圖7是測(cè)量微腔諧振波長(zhǎng)相對(duì)改變與內(nèi)部液體折射率關(guān)系圖。

【具體實(shí)施方式】
[0009]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0010]本發(fā)明提出的基于微泡諧振腔的封裝型光微流生物化學(xué)傳感器，由如下部分依次組合構(gòu)成:一段熔錐光纖1，一個(gè)光微流微腔2和一個(gè)外部封裝聚合物3，如圖1和圖2所不O
[0011]本發(fā)明原理如下:首先，對(duì)于回音壁模式的微腔，當(dāng)其附近樣品折射率發(fā)生改變或回音壁上有顆粒吸附時(shí)，會(huì)引起諧振波長(zhǎng)的改變。而對(duì)于微泡型諧振腔，由于其光場(chǎng)大量分布在微腔微流通道中，并且具有小的模體積，因此光與物質(zhì)的作用可以很強(qiáng)，易于獲得高靈敏度的傳感器。熔錐光纖主要成分為二氧化硅，直徑為3-5 μ m，搭靠在微流微腔上；微流微腔主要成分為二氧化硅，直徑為100-500微米范圍，壁厚為2-20 μ m ;封裝材料主要為低折射率材料，折射率可以在1-1.4之間，用于固定熔錐光纖與微流微腔的相對(duì)位置關(guān)系。從熔錐光纖的透射譜中可以觀察到一個(gè)或多個(gè)光學(xué)模式的透射譜，這些光學(xué)模式往往有著不同的靈敏度，通過對(duì)器件單個(gè)模式透射譜波長(zhǎng)的變化或者多個(gè)模式間的相對(duì)變化就可以對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)。
[0012]本發(fā)明中，熔錐光纖與微流微腔的相對(duì)位置關(guān)系由低折射率材料固定，因此外界震動(dòng)等因素對(duì)微腔中光學(xué)模式的激發(fā)影響非常小。
[0013]本發(fā)明中，微流微腔內(nèi)壁可以涂覆相應(yīng)探測(cè)物的特異性配體從而對(duì)被測(cè)生物樣品進(jìn)行特異性探測(cè)。
[0014]本發(fā)明中，可以進(jìn)一步采用模式劈裂或者模式差分等自參考技術(shù)進(jìn)一步對(duì)信號(hào)的噪聲進(jìn)行抑制，提高探測(cè)極限。
[0015]實(shí)例:利用該封裝型光微流生物化學(xué)傳感器對(duì)水相體折射率液體進(jìn)行檢測(cè) 1、采用的測(cè)量波長(zhǎng)在1550nm附近。
[0016]2、熔錐光纖直徑為3微米，并搭靠在微流微腔上，即其耦合間距為O μπι。
[0017]3、微腔為微泡型微腔，如圖2所示，參考微腔直徑為400 ym，壁厚為5 μπι。
[0018]4、封裝材料采用ΜΥ133聚合物，由于采用了封裝技術(shù)，器件隨時(shí)間的穩(wěn)定性較好，可以在100個(gè)小時(shí)以上透射譜深度耦合強(qiáng)度等改變極小，如圖3所示。
[0019]5、由于采用封裝折射率較低，所以光場(chǎng)在聚合物中分布較小(圖4)所以其微腔品質(zhì)因子仍然可以再16以上，如圖5所示。
[0020]6、當(dāng)微腔內(nèi)折射率產(chǎn)生變化時(shí)，體系透射譜隨折射率差的改變而改變，如圖6所示；同時(shí)，由于不同階模式模場(chǎng)在液體中分布比例不同，其靈敏度也不同，二階模式的靈敏度可以達(dá)到5 nm/RIU，如圖7所示。
[0021]7、采用自參考效應(yīng)傳感器的共膜噪聲可以進(jìn)一步被抑制，將兩不同階模式(一、二階模式)隨折射率的變化相互參考，系統(tǒng)噪聲得到大大降低，同時(shí)由于一階模靈敏度較低，所以其總的靈敏度仍然可以保持在5 nm/RIU附近。
【權(quán)利要求】
1.耦合微腔光子分子的生物化學(xué)傳感器，包括一段熔錐光纖、一個(gè)光微流微腔和一個(gè)外部封裝聚合物，其特征在于:熔錐光纖主要成分為二氧化硅，直徑為3-5 μ m，搭靠在微流微腔上；微流微腔主要成分為二氧化硅，直徑為100-500 μ m，壁厚為2-20 μ m ;封裝聚合物主要為低折射率材料，折射率在1-1.4之間，用于固定熔錐光纖與微流微腔的相對(duì)位置關(guān)系；從熔錐光纖的透射譜中可以觀察到一個(gè)或多個(gè)光學(xué)模式的透射譜，這些光學(xué)模式往往有著不同的靈敏度，通過對(duì)器件單個(gè)模式透射譜波長(zhǎng)的變化或者多個(gè)模式間的相對(duì)變化就可以對(duì)生物樣品進(jìn)行檢測(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物化學(xué)傳感器，其特征在于:微流微腔內(nèi)壁可以涂覆相應(yīng)探測(cè)物的特異性配體從而對(duì)被測(cè)生物樣品進(jìn)行特異性探測(cè)。
【文檔編號(hào)】G01N21/59GK104502314SQ201410795206
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月18日
【發(fā)明者】吳翔, 蔣鵬 申請(qǐng)人:杭州香儂科技有限公司