[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

本發明公開了一種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，該傳感器包括光子晶體結構和光學透明覆蓋層，光子晶體結構包括玻璃基底、由紫外線固化物所形成的低折射率光柵層和沉積在所述光柵層上的高折射率材料層；該方法包括：制備具有光柵周期結構的石英光柵母模板；在載玻片上旋涂紫外線固化物；加熱石英光柵母模板，并在光柵凹槽內滴入剝離膠，然后將載玻片覆蓋在石英光柵母模板上并固化；在載玻片背面粘貼蓋玻片；在光柵層上沉積高折射率材料獲得高折射率材料層；在材料層表面粘貼光學透明覆蓋層以使兩者鍵合，學透明覆蓋層與光柵凹槽之間形成納米流體通道。本發明具有制備簡潔快速，制作精度高、成本低的特點，且適合于大批量生產。

技術領域

本發明屬于光電器件領域，更具體地，涉及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。

背景技術

基于光子晶體的納米流體傳感器是指將光子晶體的高折射率材料光柵層凹槽與光學透明材料進行鍵合，形成相應的光子晶體納米流體通道。光子晶體納米流體傳感器具有光子晶體的相關特性：能夠與特定頻率的波長產生共振，并且能夠使納米通道內的局域電場得到增強；所以，光子晶體納米流體傳感器能夠應用于基于共振波長頻移的無標識檢測和基于局域電場增強的熒光增強檢測。納米流體結構具有體積小，同時具有巨大的表體面積比，能促進納米通道中的分析物在較短的時間內光柵的納米通道內表面進行測試。納米流體的相關特性使其易于進行低濃度小分子、蛋白質、基因和DNA檢測，具有檢測精度高和耗時少的特點。同時，納米流體通道的小體積是實現片上系統的核心部件。

目前，許多研究機構申請了光子晶體和納米流體傳感器研究方面的相關專利。例如，美國的Cunningham教授利用光子晶體作為傳感器進行一系列生物化學分子檢測；Brueck等人用納米流體傳感器進行生物化學分析實驗，并應用于生物分子的分離與分析。

但是，目前光子晶體和納米流體傳感器的制備主要采用MEMS(微機電系統,Micro-Electro-Mechanical System)工藝，其制備過程需要在超凈間實現，存在制備工藝過程復雜，制作耗時長，制備價格昂貴等特點；同時，采用MEMS工藝制備光子晶體的常用基片為硅晶片，其在可見光范圍內不具有光學透明性，因此，在傳感器測試過程中需要使用基于光子晶體的反射光譜進行測試，存在光學平臺搭建復雜，測試難度較大等問題。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種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，其利用納米鑄模復制工藝制備出的光子晶體納米流體傳感器，制作工藝簡單，制作成本低，并且可以大規模批量生產；同時由于所有材料均為光學透明材料，能夠利用光子晶體的透射光譜進行相應的分析檢測，結構簡單且穩定性、可靠性高，可廣泛應用于生物、化學及醫學分析檢測。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提出了一種基于納米復制成型的光子晶體納米流體傳感器，該傳感器包括光子晶體結構和光學透明覆蓋層，其中：

所述光子晶體結構包括玻璃基底、由紫外線固化物所形成的低折射率光柵層和沉積在所述光柵層上的高折射率材料層，所述光柵層由石英光柵母模板通過納米復制成型得到，所述光學透明覆蓋層設于所述材料層的上表面，其與所述光柵層的光柵凹槽形成納米流體通道。

作為進一步優選的，所述玻璃基底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。

作為進一步優選的，所述光子晶體納米流體傳感器具有光學透明性，可應用于透射光譜測試平臺。

按照本發明的另一方面，提供了一種所述光子晶體納米流體傳感器的制備方法，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；