[發(fā)明專利]高靈敏太赫茲微流通道傳感器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310316628.8
• 申請日: 2013-07-25
• 公開（公告）號: CN103499534A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳沁;孫福河
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;B81B3/00;B81C1/00
• 代理公司: 南京利豐知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種傳感器及其制備方法，尤其涉及一種結(jié)合微流技術(shù)并利用微結(jié)構(gòu)對太赫茲波的共振吸收特性提高液體傳感靈敏度的傳感器及其制備方法，屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前，生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測、食品安全甚至國防等領(lǐng)域都對高靈敏傳感器提出了迫切的需求。基于光學(xué)方法的傳感器具有靈敏度高、適應(yīng)范圍廣、易于操作、功能豐富等特點，因而得到大力發(fā)展。其中非標(biāo)記的(label-free)的光學(xué)探測技術(shù)通過感知被測樣品折射率的變化來進(jìn)行傳感，無需對樣品進(jìn)行任何處理，因此可以在低成本下對自然狀態(tài)下的樣品進(jìn)行實時定量檢測，是一種應(yīng)用非常廣泛的技術(shù)。通常這種光學(xué)非標(biāo)記傳感器都工作在可見光與近紅外波段。近年來，太赫茲波段傳感器引起了人們關(guān)注。太赫茲頻率范圍(0.1～10THz)處于紅外與微波之間，許多生物大分子的振動頻率都處于太赫茲波段，具有特征吸收峰，因此太赫茲波傳感具有更好的識別能力和更高的靈敏度。此外，特別是對液體樣品的光學(xué)傳感，為了用更少量的樣品實現(xiàn)傳感檢測，并且更有效的控制微量樣品間的反應(yīng)和分離等功能，一種微流通道技術(shù)得到快速發(fā)展。當(dāng)前，將微流通道與太赫茲技術(shù)結(jié)合起來成為了光學(xué)非標(biāo)記傳感技術(shù)發(fā)展的一個趨勢。

2008年Applied?Physics?Letters雜志第93卷182904頁報道了一種基于微帶傳輸線的太赫茲微流生物傳感器，通過探測微帶線表面消逝波與微流通道中液體樣品的耦合引起的光傳輸性質(zhì)的變化，實現(xiàn)傳感功能；2009年Applied?Physics?Letters雜志第95卷171113頁報道了一種基于平板波導(dǎo)諧振腔的太赫茲微流傳感器，利用諧振腔效應(yīng)來提高探測靈敏度；2010年Nano?Letters雜志第10卷2342頁報道了利用超材料(metamaterial)完美吸收器(perfect?absorber)進(jìn)行生物傳感；2012年Optics?Express雜質(zhì)第20卷5052頁報道了一種利用金屬微納天線結(jié)構(gòu)的近場局域特性增強(qiáng)太赫茲探測器的靈敏度；2012年Applied?Physics?Letters雜志第100卷221101頁的文章中提出了基于超材料的傳感器。上述這些技術(shù)都是基于被測樣品與諧振結(jié)構(gòu)的近場消逝波疊加，通過測量消逝波隨被測樣品折射率變化產(chǎn)生的變化來實現(xiàn)傳感，因此受限于消逝波與被測液體的重疊程度，其靈敏度的提升非常有限。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高靈敏太赫茲微流通道傳感器及其制備方法，其通過構(gòu)建金屬平面反射鏡、微流通道和金屬微結(jié)構(gòu)組成的共振吸收器，實現(xiàn)共振頻率處電磁場局域與微流通道中被測液體在空間上的疊加，從而提高傳感器探測靈敏度。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種高靈敏太赫茲微流通道傳感器，包括襯底和至少一蓋層，所述襯底上設(shè)有金屬平面反射鏡，所述蓋層上設(shè)有金屬微結(jié)構(gòu)層，所述金屬平面反射鏡與金屬微結(jié)構(gòu)層之間形成至少一用于被測液體流通的微流通道，并且，當(dāng)所述微流通道內(nèi)存有被測液體時，主要由所述金屬微結(jié)構(gòu)層、被測液體和金屬平面反射鏡組合形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)在太赫茲波段內(nèi)具有共振引起的強(qiáng)吸收特性。

作為較為優(yōu)選的實施方案之一，所述傳感器包括沿垂直于微流通道平面方向依次分布的兩個以上蓋層，其中任一蓋層朝向平面反射鏡的面上均設(shè)有金屬微結(jié)構(gòu)層，所述金屬平面反射鏡與相鄰金屬微結(jié)構(gòu)層之間以及相鄰蓋層之間均形成有微流通道，并且這些微流通道相互連通。

進(jìn)一步的，這些微流通道沿垂直于微流通道平面方向依次連通。

所述金屬微結(jié)構(gòu)層包括附著在蓋層上的一種以上周期性結(jié)構(gòu)單元，所述周期性結(jié)構(gòu)單元的周期為10～500微米，厚度為0.01～0.5微米，且所采用的金屬材料至少包括金、銀、銅、鋁、鈦、鎳和鉻中的一種或兩種以上的組合。

所述金屬平面反射鏡厚度大于50納米，且所采用的金屬材料至少包括金、銀、銅、鋁、鈦、鎳和鉻之中的一種或兩種以上的組合。

所述微流通道高度為1-10微米，寬度為100-5000微米，且所述微流通道的兩端分別與所述傳感器的液體輸入、輸出口連通。

所述襯底材料至少包括硅、砷化鎵、玻璃、聚二甲基硅氧烷、聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚甲基戊烯和聚酰亞胺中的任意一種。

所述蓋層材料至少包括硅、砷化鎵、玻璃、聚二甲基硅氧烷、聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚甲基戊烯和聚酰亞胺中的任意一種。

所述襯底與相鄰蓋層之間以及相鄰蓋層之間經(jīng)過鍵合方法連接，從而在襯底與相鄰蓋層之間以及相鄰蓋層之間分別形成封閉微流通道。