[發(fā)明專利]一種基于脊形光波導(dǎo)的集成生化傳感器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710623106.0
• 申請日: 2017-07-27
• 公開（公告）號: CN107478607A
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董瑛;劉躍明;王璽;王曉浩
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)深圳研究生院
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司44223
• 代理人: 王震宇

1.一種基于脊形光波導(dǎo)的集成生化傳感器，其特征在于,包括在同一SOI硅片上加工形成的MZI檢測芯片、光纖支架、鍵合在所述MZI檢測芯片表面的聚合物形成的多個(gè)聚合物腔體、由所述多個(gè)聚合物腔體的一部分形成的微流道系統(tǒng)和在所述多個(gè)聚合物腔體的另一部分中設(shè)置的光電探測器及檢測電路，所述MZI檢測芯片包括脊形光波導(dǎo)、樣品池、介質(zhì)槽分束器和介質(zhì)槽合束器，光纖通過所述經(jīng)光纖支架與所述脊形光波導(dǎo)的輸入端的端面耦合，所述脊形光波導(dǎo)在傳播路徑上分支為兩條波導(dǎo)臂，形成兩個(gè)光傳播通道，所述脊形光波導(dǎo)的輸出端耦合到所述光電探測器及檢測電路，所述脊形光波導(dǎo)的一條波導(dǎo)臂耦合到所述樣品池，所述微流道系統(tǒng)連接所述樣品池，用于更換所述樣品池內(nèi)的樣品，由所述脊形光波導(dǎo)的輸入端傳輸?shù)墓饨?jīng)過介質(zhì)槽分束器分解成兩個(gè)分支光束，一個(gè)分支光束作為參考信號，另一個(gè)分支光束由所述樣品池內(nèi)的樣品實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制，并分別沿著兩條波導(dǎo)臂傳播后經(jīng)所述介質(zhì)槽合束器合并成輸出光束，從所述脊形光波導(dǎo)的輸出端出射，由所述光電探測器及檢測電路探測出射光強(qiáng)的變化并轉(zhuǎn)換成電信號，實(shí)現(xiàn)對所述樣品池內(nèi)樣品有關(guān)成分或濃度的檢測。

2.如權(quán)利要求1所述的集成生化傳感器，其特征在于,所述MZI檢測芯片包括在所述SOI硅片上加工形成的第一介質(zhì)槽，優(yōu)選為空氣槽，所述第一介質(zhì)槽與所述脊形光波導(dǎo)的T型分支處相配合形成所述介質(zhì)槽分束器，以利用全內(nèi)反射將一束光分為兩束，沿所述兩個(gè)光傳播通道分別傳播并完成樣品檢測。

3.如權(quán)利要求1至2任一項(xiàng)所述的集成生化傳感器，其特征在于,所述脊形光波導(dǎo)具有多處90°彎折結(jié)構(gòu)，所述MZI檢測芯片包括在所述SOI硅片上加工形成的多個(gè)第二介質(zhì)槽，優(yōu)選為空氣槽，所述第二介質(zhì)槽與所述脊形光波導(dǎo)的彎折處相配合以利用全內(nèi)反射按預(yù)定路徑改變光在MZI檢測芯片內(nèi)的傳播方向，以使光按所述預(yù)定路徑傳播而完成樣品檢測。

4.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的集成生化傳感器，其特征在于,所述波導(dǎo)臂與所述樣品池內(nèi)的樣品直接接觸。

5.如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的集成生化傳感器，其特征在于,所述兩個(gè)光傳播通道對稱設(shè)置在所述脊形光波導(dǎo)的輸入輸出端波導(dǎo)軸線的兩側(cè)。

6.如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的集成生化傳感器，其特征在于,所述聚合物為PDMS，優(yōu)選采用壓印的微納加工工藝在其內(nèi)形成空腔。

7.如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的集成生化傳感器，其特征在于,所述脊形波導(dǎo)為單模波導(dǎo)，所述脊形光波導(dǎo)的波導(dǎo)部分突出于基底材料的表面而呈脊形。

8.如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的集成生化傳感器，其特征在于,所述光纖支架與所述脊形波導(dǎo)的輸入端處于同一軸線，經(jīng)SOI硅片表面深刻蝕形成，尺寸與單模光纖包層相當(dāng)；優(yōu)選地，所述光電探測器處于所述脊形波導(dǎo)的輸出端的軸線上。

9.如權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的集成生化傳感器，其特征在于,所述微流道系統(tǒng)包括進(jìn)液口、進(jìn)液端儲(chǔ)液池、出液口及出液端儲(chǔ)液池，所述進(jìn)液口連接所述進(jìn)液端儲(chǔ)液池，所述進(jìn)液端儲(chǔ)液池連接所述樣品池的進(jìn)液端，所述樣品池的出液端連接所述出液端儲(chǔ)液池，所述出液端儲(chǔ)液池連接所述出液口；優(yōu)選地，通過在所述微流道系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓的方式實(shí)現(xiàn)液體的流通。

10.如權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)所述的集成生化傳感器，其特征在于,具有多組所述MZI檢測芯片、所述微流道系統(tǒng)和所述光電探測器及檢測電路，形成陣列化以實(shí)現(xiàn)不同樣品的同時(shí)檢測。