[發明專利]反射型光纖-微流控芯片折射率傳感器

有效

• 申請號: 201110423100.1
• 申請日: 2011-12-16
• 公開（公告）號: CN102519907A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 張磊;方偉;童利民
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 陳昱彤

技術領域

本發明涉及基于光纖和微流控芯片的傳感器，特別是涉及折射率檢測的微量液體生化傳感器。

背景技術

微流控芯片是當今科學研究熱點領域之一，在生命科學、化學、光學等領域具有廣闊應用前景。由于微流控芯片通道尺度通常在數十至數百微米量級，能夠大大降低樣品消耗量，提高系統集成度。目前使用的微流控芯片光學傳感器通常依托于復雜的光路系統或精密的加工技術，從而嚴重限制了其在臨床醫學診斷、環境監測和食品安全等領域的實際應用。

折射率是一種常用檢測指標，通常用于沒有熒光和特征光吸收的樣品檢測，例如蔗糖濃度的檢測和無標記的生物樣品檢測。目前廣泛使用的商品化便攜式折射率檢測儀器多采用棱鏡作為檢測元件，通過目鏡人為讀取折射率數值或儀表顯示折射率數值，這一類型的折射率檢測儀器的靈敏度通常在10^-3-10^-4折射率單位量級。在生命科學研究中使用的表面等離子體共振（SPR）分析儀其折射率靈敏度能達到10^-6折射率單位量級以上，但是其價格非常昂貴，體積較大，對樣品要求高，難以適應現場快速檢測的需求。

目前報道的微流控芯片折射率傳感器多是在微流控芯片上集成諧振腔或微加工的干涉儀，通過測量光譜峰的移動信息，獲取被測樣品的折射率。典型的例子包括將微納光纖制備的微環諧振腔與微流控芯片集成的折射率傳感器；微加工的馬赫-曾德干涉儀與微流控芯片集成的折射率傳感器等。此類傳感器不僅需要昂貴的加工設備和復雜的加工過程，而且難以保證每個傳感器的性能的一致性，更重要的是其靈敏度依賴于外接光譜儀的分辨率。

通過測量光強變化是檢測折射率的另一途徑，例如包埋式的微納光纖微流控芯片折射率傳感器和光纖拉錐尖端折射率傳感器等。樣品折射率的變化將引起微納光纖外圍倏逝場或光纖拉錐尖端光場分布的變化，從而導致輸出光強信號的改變。這類傳感器不需要依賴于昂貴的高分辨光譜儀，檢測靈敏度可以達到10^-4折射率單位量級。但是，微納光纖直徑或拉錐光纖尖端外形的微小變化，會引起折射率傳感器性能的顯著變化，從而使得這一類型的傳感器難以用于工業化的大規模生產。

近期，研究工作者報到了一種連續可調的光衰減器，該衰減器使用一根標準光纖將入射光引入微流控芯片，光線經過微透鏡組準直后在微通道界面發生反射和折射，反射光經過另一透鏡組射入一根出射光纖，通過調節微通道內溶液的折射率，出射光纖的輸出光強隨之變化。若將此光衰減器直接作為折射率傳感器使用存在兩個缺陷：第一，一個入射角度只能對應0.01-0.02折射率單位的敏感區，例如，當入射角為69°時，傳感器只對折射率在1.33-1.34范圍內的溶液折射率變化敏感；第二，在微流控芯片上集成微透鏡需要昂貴的加工設備，加工成本高。

因此，研究一種結構簡單、折射率檢測范圍寬的微流控芯片折射率傳感器對于生命科學、環境監測和食品質量控制等領域的研究和發展都具有重要意義。

發明內容

本發明的目的之一是提供一種結構簡單的反射型光纖-微流控芯片折射率傳感器。

本發明的目的之二是提供一種折射率檢測范圍連續可調的反射型光纖-微流控芯片折射率傳感器。

為實現以上目的，本發明所采取的技術方案是：該反射型光纖-微流控芯片折射率傳感器包括由透明材料制成的微流控芯片，微流控芯片的內部設有檢測通道，在檢測通道的同一側設有入射光纖通道和出射光纖通道，入射光纖通道的光線出射口、出射光纖通道的光線入射口、檢測通道相互間隔，且由入射光纖通道出射的光線經檢測通道的側壁反射后能夠入射到出射光纖通道中，入射光纖通道和出射光纖通道內的光纖與各自的通道相匹配，入射光纖通道內的光纖的出射端的端面與入射光纖通道的光線出射口的端面齊平，出射光纖通道內的光纖的入射端的端面與出射光纖通道的光線入射口的端面齊平。

優選地，本發明從同一個入射光纖通道出射的光線經檢測通道的側壁反射后能夠入射到一個以上出射光纖通道中。

優選地，本發明所述檢測通道的所述側壁垂直于該檢測通道的底面。

優選地，本發明所述檢測通道的橫截面呈矩形。