[發明專利]光柵波導微流體檢測系統

在審

• 申請號: 202010055222.9
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111157733A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 陳昌;劉博;王靖
• 申請（專利權）人: 上海新微技術研發中心有限公司
• 主分類號: G01N33/574
• 分類號: G01N33/574;G01N21/64;G01N21/25;B01L3/00
• 代理公司: 蘇州國卓知識產權代理有限公司 32331
• 代理人: 黃少波

本發明提供一種光柵波導微流體檢測系統，包括微流體芯片、顯微鏡、測量裝置和分析裝置；微流體芯片包括：光柵波導和微流道，光柵波導包括出射光柵，出射光柵位于微流道下方用以將光沿垂直方向向上導入微流道內；還包括：由下而上設置的下包層、波導層、保護層、上包層和流道蓋板；保護層用以覆蓋并保護出射光柵；微流道貫穿上包層以暴露出保護層。具有有益效果：在柔性基底上沉積光學性能可調的氮化硅薄膜，擴展SiN光學器件材料的應用范圍和形式，將傳統光學系統通過集成光學或片上光學器件來實現，把傳統臺式大型的光學系統縮小到芯片尺寸，保證出色的分析性能，實現微納尺度下的生物樣品的高通量芯片級光學檢測和分析集成系統，大幅度降低成本。

技術領域

本發明涉及一種光柵波導微流體檢測系統，尤其涉及一種光柵波導微流體生物檢測系統。

背景技術

在現代生化分析流程中，高通量檢測設備已經被廣泛使用。這些設備大多采用基于微流體技術或者微孔陣列的生物芯片，裝載在高性能的光學系統中，實現對諸如核酸、蛋白、病毒、細菌、細胞等等不同尺寸的生物樣品的分析。這些光學系統的設計通常都基于復雜的幾何光學，其體積大、成本高、需要光學準直、維護成本較高。

在精準醫療時代，小型化、高性能、低成本和可移動的集成化分析系統受到很大關注。尤其是lab on chip的概念，經過幾十年的發展，基于微流體技術對生物樣品的操控方面取得了長足的進步，但真正的lab on chip系統仍然缺少一種微納尺度下的高通量生物樣品的芯片級的片上光學檢測和分析集成系統。

同時，在高分子聚合物薄膜上沉積光學氮化硅薄膜等材料，將以SiN為波導的集成光學器件同硅或者玻璃襯底分開且聚合物具有一定的延展性，這大大增加了以SiN等材料為波導的集成光學器件的其應用范圍。

在高分子聚合物上沉積薄膜，為了不破壞聚合物的分子結構需要將沉積溫度控制的越低越好，而目前主流的SiN薄膜生長溫度在400度左右，仍然太高。

發明內容

為解決目前現代生化分析儀器體積龐大、成本高和滿足精準醫療時代所需求的儀器小型化、可移動和集成化等一系列新的需求。本發明通過集成電路量產工藝來生產這種芯片級光學檢測和分析系統，將傳統光學系統的功能通過集成光學或片上光學器件來實現，不僅可以把傳統的臺式甚至大型的光學系統縮小到芯片尺寸，而且還保證同等甚至更出色的分析性能，實現微納尺度下的生物樣品的高通量芯片級光學檢測和分析集成系統，大幅度降低系統成本。

本發明提供一種光柵波導微流體檢測系統，包括：微流體芯片、顯微鏡、測量裝置和分析裝置；其特征在于，所述微流體芯片包括：光柵波導和微流道，所述光柵波導包括出射光柵，所述出射光柵位于所述微流道下方用以將光沿垂直方向向上導入所述微流道內，所述顯微鏡用于收集所述微流道內的光信號并向所述測量裝置傳輸所述光信號，所述測量裝置用以處理所述光信號并產生待分析信號并向所述分析裝置傳輸所述待分析信號，所述分析裝置分析所述待分析信號形成光譜；

所述微流體芯片還包括：依次由下而上設置的下包層、波導層、保護層、上包層和流道蓋板，所述波導層是氮化硅材料，所述波導層用以形成所述光柵波導；所述保護層是二氧化硅材料，用以覆蓋所述光柵波導并保護所述出射光柵；

所述微流道貫穿所述上包層以暴露出所述保護層；

所述流道蓋板覆蓋所述微流道上開口，所述微流道蓋板包括用以向所述微流道注入含待檢測生物分子溶液的注液口；

所述下包層是厚度為15～30μm高分子聚合材料，所述上包層是厚度為15～30μm的高分子聚合材料，所述微流道寬度為10-100μm。

優選地，若干個所述光柵波導相互平行，以將光導入所述微流道，所述光柵波導的寬度為300-600nm。

優選地，所述波導層的折射率為1.75-2.2。

優選地，所述波導層厚度為150nm-1000nm。