[發明專利]基于聚合物長周期波導光柵的生化傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201510024416.1
• 申請日: 2015-01-19
• 公開（公告）號: CN104730007B
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 王玲芳;陳開鑫;孫豹
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙)51227
• 代理人: 周永宏

技術領域

本發明屬于傳感技術領域，具體涉及一種基于聚合物長周期波導光柵的生化傳感器及其制備方法。

背景技術

為了應對日益嚴峻的生化恐怖襲擊威脅和在醫療診斷、環境監測領域的大量需求，光學生化傳感器吸引著越來越多的關注，這給當前生化傳感器的研究提供了前所未有的發展機遇，基于新原理和新技術的傳感器件在基礎研究和應用中呈現明顯的增長趨勢和發展潛力。

光學生化傳感器除了具有靈敏度高、響應快速、抗電磁干擾能力強的優點之外，還能在傳統生化傳感器無法工作的高溫高濕、易燃易爆等環境下工作，因此吸引著越來越多的關注，與人類生活的聯系也將越來越緊密。光學生化傳感器在大氣環境、水質、食品安全、產品質量的快速檢測以及化工分析、防恐反恐、醫學制藥、空間探測、材料研發和生物研究等眾多領域有著廣泛應用，前景誘人，發展趨勢也十分明顯。美、歐等西方發達國家已投入大量資金用于高靈敏度、便攜式集成生化傳感器的研究，并已研制出一些原理樣機。我國在芯片式生化傳感器及其關鍵技術的研究方面，和國際相比差距仍然較大，急需加強相關理論和技術方面的研究。目前生化檢測中定性受局限于成本高的特定敏感膜，含水液體定量檢測中需避開水的吸收波段從而帶寬受限。

發明內容

本發明的目的是解決上述問題，提供一種制作方便、成本低、帶寬不受限的基于聚合物長周期波導光柵的生化傳感器以及一種能夠便捷制備該生化傳感器的方法。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：一種基于聚合物長周期波導光柵的生化傳感器，包括從下往上依次層疊的硅基層、下包層、芯層和上包層，所述上包層設有液體通道，芯層包括直波導，以及與直波導一側相連并延伸進入液體通道的第一長周期光柵和第二長周期光柵。

優選地，所述下包層的材料為二氧化硅，芯層和上包層的材料為折射率不同的聚合物，其中芯層聚合物折射率高于上包層聚合物折射率。

優選地，所述上包層上覆蓋有蓋玻片。

優選地，所述蓋玻片上設有與液體通道相連的微孔。

一種基于聚合物長周期波導光柵的生化傳感器的制備方法，其特征在于包括下列步驟:

步驟一、選用Si/SiO₂作為基片，將基片清洗干凈，在清洗后的基片SiO₂層上覆蓋一層聚合物芯層；

步驟二、在聚合物芯層上生長一層金屬阻擋層；在金屬阻擋層的表面覆蓋一層光刻膠，并烘烤使光刻膠凝固定型；將掩膜板一覆蓋在光刻膠上，通過光刻機用紫外線對光刻膠進行曝光；取下掩膜板一，用顯影液腐蝕掉光刻膠中被曝光的部分；

步驟三、刻蝕掉裸露的金屬阻擋層并去除殘余的光刻膠；

步驟四、通過干法刻蝕工藝在聚合物芯層上得到掩膜版一的圖形；刻蝕去除金屬阻擋層；然后在聚合物芯層和SiO₂層上覆蓋一層聚合物包層；

步驟五、在聚合物包層上生長一層金屬阻擋層，并在金屬阻擋層的表面覆蓋一層光刻膠，烘烤使光刻膠凝固定型；將掩膜板二覆蓋在光刻膠上，通過光刻機用紫外線對光刻膠進行曝光；取下掩膜板二，用顯影液腐蝕掉光刻膠中被曝光的部分；

步驟六、刻蝕掉裸露的金屬阻擋層并去除殘余的光刻膠；

步驟七、通過干法刻蝕工藝將聚合物包層和聚合物芯層依據掩膜板二的圖形刻蝕至SiO₂層；

步驟八、刻蝕去除金屬阻擋層；在聚合物包層上貼合蓋玻片，并在蓋玻片上刻蝕微孔。

優選地，通過濕法刻蝕工藝刻蝕金屬阻擋層。

優選地，在步驟二和步驟五中，采用磁控濺射工藝生長金屬阻擋層。

優選地，在步驟一中，通過旋涂法在SiO₂層上覆蓋一層聚合物芯層；在步驟四中，通過旋涂法在聚合物芯層和SiO₂層上覆蓋一層聚合物包層。

優選地，在步驟八中，通過干法刻蝕工藝在蓋玻片上刻蝕微孔。

優選地，在步驟一中，將基片依次在丙酮、乙醇、氫氟酸和超純水中通過超聲波振蕩器清洗干凈。

本發明的有益效果是：

本發明所提供的基于聚合物長周期波導光柵的生化傳感器，芯層為聚合物材料，利用聚合物長周期波導光柵的耦合特性，將入射光波中以諧振波長為中心的一定帶寬范圍的光通過第一長周期光柵耦合進入被測液體，經過第二長周期光柵再將此部分光耦合進入芯層，與芯層中同向傳輸的基模干涉輸出。當液體變化時，輸出譜中的諧振波長會發生偏移，通過檢測偏移量可計算液體濃度。分析輸出譜中液體的吸收光譜信號，實現被測液體的定性。