[發明專利]基于納米復制成型的光子晶體納米流體傳感器及制備方法

有效

• 申請號: 201611081154.3
• 申請日: 2016-11-30
• 公開（公告）號: CN106595727B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 陳幼平;彭望;艾武;張代林;張岡;謝經明
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26;G02B1/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 張彩錦

1.一種基于納米復制成型的光子晶體納米流體傳感器，其具有光學透明性，可應用于透射光譜測試平臺，并可利用透射光譜測試平臺測試光子晶體納米流體傳感器中納米流體通道的流通性，其特征在于，該傳感器包括光子晶體結構和光學透明覆蓋層(4)，其中：

所述光子晶體結構包括玻璃基底(1)、由紫外線固化物所形成的低折射率光柵層(2)和沉積在所述光柵層(2)上的高折射率材料層(3)，所述玻璃基底(1)包括彼此粘合的蓋玻片和載玻片，其中所述蓋玻片作為光子晶體納米流體傳感器的基底，而載玻片則作為紫外線固化物的基底，所述光柵層(2)由石英光柵母模板(5)通過納米復制成型得到，其對400nm-700nm范圍的可見光具有透射性且為固態，其折射率系數為n，滿足1.3<n<1.5，該石英光柵母模板(5)的光柵高度為100-200nm，所述高折射率材料層(3)對可見光具有高的透射性，其折射率系數n為1.8<n<3.0，其沉積厚度h為50-200nm，所述光學透明覆蓋層(4)設于所述材料層(3)的上表面且兩者彼此鍵合，當光學透明覆蓋層(4)與材料層(3)的上表面鍵合完好時，光子晶體納米流體傳感器的共振波長位于618m處，該光學透明覆蓋層(4)與所述光柵層(2)的光柵凹槽形成納米流體通道(6)；應用時，當納米流體通道內分析液的折射率系數從1.0、1.33、1.40依次變化時，光子晶體納米流體傳感器的透射光譜共振波長將從618nm依次頻移到636nm、641nm，其可作為對分析物進行無標識檢測的依據；另通過測試光子晶體納米流體傳感器中納米流體對共振波長頻移值的影響，可分析光子晶體納米流體傳感器的納米流體通道中的實驗樣品；此外，在確定好激光光源最佳共振入射角度后，可進行相應的基于最佳入射角度的光子晶體納米流體傳感器熒光增強實驗。

2.一種如權利要求1所述的光子晶體納米流體傳感器的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)制備具有光柵周期結構的石英光柵母模板；

(2)在經洗滌、干燥后的載玻片上旋涂紫外線固化物；

(3)加熱所述石英光柵母模板，并在石英光柵母模板的光柵凹槽內滴入剝離膠，然后將旋涂有紫外線固化物的載玻片覆蓋在所述石英光柵母模板上，并用紫外光對所述紫外線固化物進行固化；

(4)在所述載玻片的背面通過膠水粘貼作為光子晶體納米流體傳感器基底的蓋玻片，并利用紫外光對膠水進行固化，然后剝離所述石英光柵母模板，由此獲得由蓋玻片和載玻片構成的玻璃基底(1)以及由紫外線固化物形成的具有光柵周期結構的光柵層(2)；

(5)在所述光柵層(2)的光柵周期結構上沉積高折射率材料，以獲得高折射率材料層(3)；

(6)在所述高折射率材料層(3)的表面粘貼光學透明覆蓋層(4)以使兩者鍵合，該光學透明覆蓋層(4)上刻蝕有納米流體的出口和入口，其與光柵層(2)的光柵凹槽之間形成納米流體通道(5)，由此制備獲得所需的光子晶體納米流體傳感器。

3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述載玻片和蓋玻片使用前兩面均用丙酮、異丙醇、去離子化水以及異丙醇依次洗滌，然后利用氮氣干燥，再置于氧離子腔中清除浮渣。

4.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述在經洗滌、干燥后的載玻片上旋涂紫外線固化物具體為：將經洗滌、干燥后的載玻片置于旋涂機中，該旋涂機以3000轉/分鐘的轉速旋轉30秒，在該旋轉過程中在載玻片上滴入10滴六甲基二硅烷形成粘合層，然后旋涂機繼續以3000轉/分鐘的轉速旋轉30秒，在該旋轉過程中利用移液管在所述粘合層上滴入紫外線固化物。

5.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)中所述石英光柵母模板的具體加熱溫度為60°，該石英光柵母模板的光柵高度為100-200nm。

6.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述高折射率材料層(3)為ZnS、Si₃N₄、TiO₂、ZnO或碲酸鹽玻璃，其沉積厚度為50-200nm。

7.根據權利要求2-6任一項所述的制備方法，其特征在于，所述光學透明覆蓋層(4)為3M膠片、PDMS、PMMA或SU8。