[發明專利]一種基于片上集成光波導生物傳感器芯片的折射率檢測方法

有效

• 申請號: 201610072121.6
• 申請日: 2016-02-02
• 公開（公告）號: CN105572074B
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發明（設計）人: 鄒俊;樂孜純
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司33241
• 代理人: 王利強

技術領域

本發明涉及光波導生物傳感器，尤其是一種基于片上集成光波導生物傳感器芯片的折射率檢測方法。

背景技術

目前，基于微環的光波導生物傳感器得到了廣泛的研究。由于環的諧振峰具有非常大的Q值(Q＝λ_res/Δλ_3dB,λ_res是環的諧振波長，Δλ_3dB是環響應頻譜的半最大值全寬，即3dB帶寬)，從而使得環的3dB帶寬值Δλ_3dB非常小，所以要精確探測環諧振時的中心響應波長就需要使用高精度的可調諧激光器或者是高精度的光譜儀，這大大增加了檢測成本。M.Iqbal等人(M.Iqbal,et al,Label-free biosensor arrays based on silicon ring resonators and high-speed optical scanning instrumentation,IEEE JSTQE,vol.16,no.3,pp.654-661,2010.)利用微環做為傳感單元并結合復雜的高精度掃面系統實現了10^-7量級的折射率探測靈敏度以及多種生物分子的實時檢測，整個系統由于使用了分立元件，結構較為復雜，成本非常昂貴。D.-X.Xu等人(D.-X.Xu,et al,Real-time cancellation of temperature induced resonance shifts in SOI wire waveguide ring resonator label-free biosensor arrays,Opt.Express,vol.18,no.22,pp.22867-22879,2010.)提出了將參考環和傳感環一起置入微流通道中以使參考環和傳感環具有真正意義上相同的外界環境來進行生物檢測的結構示意，然后在利用參考環和傳感環之間的溫度變化關系將傳感環中的溫度效應進行消除從而進一步提高最終測試數據的真實可靠性，但是該結構中使用了分辨率為1pm的高精度可調諧激光器，增大了檢測成本。浙江大學的何建軍研究小組提出了雙環級聯的傳感檢測示意(Lei Jin,et al,Optical waveguide double-ring sensor using intensity interrogation with low-cost broadband source,Optics Letters,vol.36,no.7,pp.1128–1130,2011.)，它利用傳感環和參考環之間微弱的自由光譜范圍(FSR)差異來對傳感信號進行游標放大，大大提高了傳感檢測靈敏度，同時在傳感器的輸入端利用寬譜光源作為檢測光源大大降低了檢測成本，該結構雖然具有簡單、靈敏度高和成本低等優點，但是傳感環和參考環二者之間所處的外界環境差異(比如二者的溫度相關性等)較大，所以該結構中的溫度噪音信號也同時被游標放大，使得我們很難從最終的檢測信號中區分出噪音部分，對實驗結果的準確性造成了一定影響，同時光源功率的抖動也會影響檢測結果的準確性。

現有的基于微環的光波導傳感器都需要配備高精度的可調諧激光器、光譜儀或者復雜的高精度掃描檢測系統，同時該微環傳感器還具有溫度相關問題，需要輔以相關的溫度變化參照結構來消除溫度引起的傳感信號變化，另一方面，片上集成的生物傳感器芯片由于其小型化、低成本、性能優良，能與電路系統集成并最終實現一個功能化的模塊，該模塊可以廣泛應用于便攜式醫療、電子移動設備等中，因而片上集成的生物傳感芯片的研究備受矚目。

發明內容

為了克服現有基于微環的光波導傳感器的檢測成本高以及微環傳感器面臨的溫度相關問題的不足，本發明提供了一種基于片上集成光波導生物傳感器芯片的折射率檢測方法，降低基于微環的光波導傳感器的檢測成本以及有效解決微環傳感器面臨的溫度相關問題，并實現一個片上集成的芯片化傳感檢測系統。

本發明的目的是通過如下技術方案實現的：