[發明專利]基于波分復用技術的多通道光微流體傳感器及傳感裝置

有效

• 申請號: 200910068017.X
• 申請日: 2009-03-04
• 公開（公告）號: CN101493410A
• 公開（公告）日: 2009-07-29
• 發明（設計）人: 江俊峰;惠榮慶;劉鐵根
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N21/55
• 分類號: G01N21/55
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司
• 代理人: 侯 力

【技術領域】：

本發明涉及可用于各種基于光微諧振傳感的多通道復用技術領域，尤其是光微流體傳感的波分復用，屬于光生物和化學傳感技術。

【背景技術】：

基于微諧振光學技術的無標記生物傳感器直接測量分子相互作用，能實現生物分子相互作用的實時觀察，由于無需待測分析物具有熒光，特征吸收或散射帶等特殊性質，測量對象范圍大大擴展，可探測毒素，蛋白質，DNA，甚至整個細胞行為，從而為醫學診斷，藥品研制，食物監測，環境監測等領域提供了有力的分析工具。

光微諧振腔利用全反射將光完全約束在微腔內，形成駐波而產生回音壁諧振模(WhisperGallery?Mode，WGM)，由于是全反射，泄漏損耗非常小，因而光微諧振腔可以很小的尺寸獲得很高的Q值，Q值可高達10¹⁰。當附在微腔表面的待測物濃度引起折射率變化時，諧振腔的有效折射率將產生變化，從而引起諧振波長漂移。通過檢測波長漂移，即可檢測出待測物濃度變化。球形、環形和柱形是光微諧振腔的常見幾何形狀。如2002年，F.Vollmer利用光微諧振腔的高Q值，基于微球提出一種新型生物傳感器(F.Vollmer，D.Braun，A.Libchaber，“Protein?detection?by?opticalshift?of?a?resonant?microcavity，”Applied?Physics?Letters，2002，80(21)：4057-4059)，微球腔理論上具有最高的品質因子，但固定夾持困難，不容易實現集成。基于平面光波導技術的微環和微盤可采用集成光學光刻的方式制作，易于大規模集成，因此基于微環(如A.Ksendzov，Y.Lin，“Integrated?opticsring-resonator?sensors?for?protein?detection，”Optics?Letters，2005，30(24)：3344-3346；Yalcin，A.Popat，K.C.Aldridge，J.C.，et?al.，″Optical?sensing?of?biomolecules?using?microring?resonators，″IEEE?Journal?ofSelected?Topics?in?Quantum?Electronics，2006，12(1)：148-155)、微盤諧振腔(如E.Krioukov，D.J.W.Klunder，A.Driessen，J.Greve，and?C.Otto，″Sensor?based?on?an?integrated?optical?microcavity，″Opt.Lett.2002，27，512-514)的光學傳感器的研究工作得到較多關注。但是光刻產生的微腔表面不光滑，大大降低了實際微腔的Q值，從而喪失了靈敏度的優勢。D.K.Armani等通過對微盤進行回流處理(D.K.Armani，T.J.Kippenberg，S.M.Spillance，k.J.Vahala，″Ultra?high?Q?toroid?microcavity?on?a?chip，″Nature，2003，421：925-928)，使微腔Q值得以超過10⁷，利用該微諧振腔，該課題組的Andrea?M.Armani等進一步成功地實現了對單個生物分子的探測(Andrea?M.Anmani，Rajan?P.Kulkarni，ScottE.Fraser，Richard?C.Flagan，Kerry?J.Vahala，″Lable-free，single-molecule?detection?with?opticalmicrocavities，″Science，2007，317：783-787)，充分表明了光微諧振腔生物傳感器的靈敏度優勢。但為了使微諧振腔與待檢測分子能夠相互作用，這些傳感器均需要另外設計制作分立的樣品池或樣品通道，使得整個傳感系統實現復雜。采用毛細管技術的微諧振腔傳感器可實現樣品通道和傳感通道的合二為一，大大簡化傳感器結構并提高可靠性(如I.M.White，H.Oveys，and?X.Fan，″Liquid-coreoptical?ring-resonator?sensors，″Opt.Lett.，2006，31，1319-1321)。