[發明專利]一種集成光微流控傳感器

有效

• 申請號: 201611206743.X
• 申請日: 2016-12-23
• 公開（公告）號: CN106770043B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 金龍;梁麗麗;關柏鷗
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45;B01L3/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 陳燕嫻

本發明公開了一種集成光微流控傳感器，用于生物、醫學、化學等多參量同時測量，由一根微納光纖和三根尺寸不同的微納石英毛細管組成，形成結構平行緊湊的集成光微流控傳感器。在微納光纖和微納石英毛細管均勻區傳輸的高階模式的倏逝場與管內部的樣品發生相互作用，實現傳感測量，微納石英毛細管的尺寸決定耦合的高階模式，當三根微納石英毛細管尺寸相同時激發相同的高階模式，檢測相同的參量，可實現傳感信號的放大，當三根微納石英毛細管尺寸不同時，激發三種不同的高階模式，便可分別檢測不同的參量，實現功能的集成，三種高階模式分別與基模發生干涉，光纖輸出三根頻率不同的干涉譜，經傅里葉變換實現信號的解調，這樣便實現信號的集成。

技術領域

本發明涉及光學傳感器技術領域，具體涉及一種集成光微流控傳感器。

背景技術

微流控技術(Microfluidics或Lab on a chip)是指使用微管道(尺寸為數十到數百微米)處理或操縱微小流體(體積為納升到阿升)的系統。微流控技術經過二十余年的發展，己經成為一門涉及化學、流體物理、光學、微電子、新材料、生物學和生物醫學工程的新興交叉學科。光微流控傳感器是通過在微流控芯片中引入光學檢測手段而構成的傳感器。這傳感器類型結合了微流控芯片結構尺寸小、樣品消耗量低、分析通量高等優點和光學檢測手段的靈敏度高、響應速度快、靈活性高、功耗低等這兩方面優勢，在低濃度樣品探測方面具有很好的發展潛力。在臨床診斷特別是癌癥、心血管病等重大疾病診斷方面具有良好的應用前景。

光微流控傳感器最初是通過片上集成的方式實現的，即在原有微流控芯片上引入光學探測結構。由于光學結構與芯片在材料上兼容性差，這種方式能達到的檢測精度有限，無法滿足臨床需求。為實現高檢測精度，需要在樣品用量少，且作用距離有限的前提下實現光與微流之間的有效相互作用。因此需要對光微流控的實現機制和結構進行改進和再設計。

目前，實現光微流控傳感器的方式很多。一種策略是基于本身具有微孔結構的光波導實現光微流控傳感器，例如，光子晶體光纖、光子晶體、微孔陣列、液芯光波導等，天然的多孔結構，樣品消耗低至飛克量級，光與物質強烈的相互作用，使得靈敏度很高，但是，微流的出入口需要另行設計，完整的微流系統難以實現。另一種策略是，基于一定光學原理引入微流系統實現光微流控傳感器，例如基于微管的光學諧振腔，微管與微納光纖垂直相互作用，光在微管管壁上發生諧振，不僅巧妙地解決了完整微流系統的問題，同時光學諧振的方式增加了光與物質之間的作用次數，顯著增加了有效作用長度，使得探測能力得到明顯提高，同時易于集成。但是，這種結構中光學諧振是通過與毛細管垂直接觸的微納光纖激發的，光信號容易受到外界振動、氣流等因素的干擾，檢測過程對周圍環境要求極高。若將該傳感器結構封裝起來，其品質因子將受到很大影響，從而降低檢測能力。

而基于微納石英毛細管與微納光纖的平行結構，可通過熔融拉錐一步制得，且微管微納光纖之間形成結構緊湊的平行的一體光波導，制作方法簡單、成本低、穩定性高、檢測速度快、精度高，可實現生物、化學、醫學等參量的低濃度檢測。但是該結構基于的原理是倏逝場與物質的相互作用，所以對外界敏感的區域有限，僅在靠近微納光纖附近的微管內敏感。為了將光微流控傳感器更進一步推向實用化，提升傳感器的功能和檢測能力，開拓光微流控傳感器更廣闊的應用前景，需要對光微流控傳感器進行集成。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的技術方案實現難，要求高，穩定性差等缺陷，基于微納石英毛細管和微納光纖平行結構的光微流傳感器，提供一種功能集成和信號集成的光微流控傳感器，提升微管和微納光纖平行結構的光微流傳感器的功能和檢測能力。

本發明的目的可以通過采取如下技術方案達到：

一種集成光微流控傳感器，所述傳感器包括：一根微納光纖7和三根組成結構相同的第一微納石英毛細管1、第二微納石英毛細管8、第三微納石英毛細管9；

所述微納光纖7與三根微納石英毛細管處處保持平行的相對位置關系，并封裝于低折射率紫外膠中；