[發明專利]基于彎曲波導傳輸損耗的折射率檢測傳感器、芯片及方法

有效

• 申請號: 202110004124.7
• 申請日: 2021-01-04
• 公開（公告）號: CN112816411B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 雷誠;嚴若鵬;楊婧靚;劉勝
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/41
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 俞琳娟

本發明提供基于彎曲波導傳輸損耗的折射率檢測傳感器、芯片及方法，折射率檢測傳感器包括：激光發射部；傳輸光纖；微流控芯片，包括：基板，和設置在基板中的光纖導槽、彎曲波導、樣品通道、空腔以及空氣透鏡；光纖導槽用于固定傳輸光纖的傳輸端；彎曲波導為圓弧形，入口端與傳輸光纖的傳輸端相連通；樣品通道位于彎曲波導的一側，主體區域沿著彎曲波導延伸方向延伸，用于裝載待測液體；空腔設置在彎曲波導的另一側，且主體區域覆蓋彎曲波導的另一側；空氣透鏡與彎曲波導出口端相對應，對從該彎曲波導出口端射出的光線進行準直；以及光功率計，與空氣透鏡相對向，通過測量空氣透鏡準直后的光線的功率，得到反映待測液體折射率的光功率數據。

技術領域

本發明屬于液體實時折射率檢測傳感器領域，具體涉及一種基于彎曲波導傳輸損耗的折射率檢測傳感器、芯片及方法。

背景技術

微流控技術是生物檢測與分析化學等領域的一種新興技術，其特點是將樣品的制備，分離，檢測與處理等功能集成在一塊平方厘米級的微流控芯片上，來實現整個過程的微型化，自動化，集成化與便攜化。同微電子芯片能將計算機微型化類似，微流控芯片能將實驗室微型化。它的好處在于使以前需要在大型實驗室花費大量樣品，試劑和時間來完成的生化檢測，集成在一個微型芯片上，只需要微升甚至納升級的樣品就能實現與完成。因此，微流控芯片技術在生物醫學，制藥學，衛生保健，環境監控等領域有著廣泛的應用前景。

在食品、化工、醫藥等工業生產過程中，經常涉及到液體濃度的檢測。由于大多數液體濃度與折射率有著對應關系，因此液體折射率的測量可以反應出液體濃度信息，對工業生產過程有著重要意義。目前常用的液體折射率測量采用激光照射法、衍射光柵法、光纖楊氏干涉法、掠面入射法、CCD測量法等方法。以上方法大多涉及使用復雜的儀器及光學系統，提高了操作難度及檢測成本。此外待測液體大多放置在開放容器內會引入一定容器折射率不匹配造成的測量誤差。同時待測液體暴露在開放環境中有被污染的風險，難以滿足食品、生物、醫藥等生產過程中的檢測需求。

發明內容

本發明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種基于彎曲波導傳輸損耗的折射率檢測傳感器、芯片及方法，不僅結構簡單便于制造，而且能夠精確檢測微小體積的液體折射率。

本發明為了實現上述目的，采用了以下方案：

傳感器

本發明提供一種基于彎曲波導傳輸損耗的折射率檢測傳感器，用于檢測液體的折射率，其特征在于，包括：激光發射部，發射激光；傳輸光纖，與激光發射部相連，接受發射的激光并進行傳輸；微流控芯片，包括：基板，和設置在基板中的光纖導槽、彎曲波導、樣品通道、空腔以及空氣透鏡；光纖導槽用于固定傳輸光纖的傳輸端；彎曲波導為圓弧形，入口端與傳輸光纖的傳輸端相連通；樣品通道位于彎曲波導的一側，主體區域沿著彎曲波導延伸方向延伸，用于裝載待測液體；空腔設置在彎曲波導的另一側，且主體區域覆蓋彎曲波導的另一側；空氣透鏡與彎曲波導出口端相對應，對從該彎曲波導出口端射出的光線進行準直；以及光功率計，與空氣透鏡相對向，通過測量空氣透鏡準直后的光線的功率，得到反映待測液體折射率的光功率數據，其中，彎曲波導與樣品通道和空腔均為透明結構；彎曲波導的折射率高于待測液體和空腔內氣體；入射激光從傳輸光纖射入彎曲波導后，在彎曲波導-待測液體和彎曲波導-空腔折射率突變的兩個界面上發生多次全反射，最后從彎曲波導的出口端射出。

優選地，本發明所涉及的基于彎曲波導傳輸損耗的折射率檢測傳感器，還可以具有這樣的特征：彎曲波導是半徑為r1的90°圓弧。

優選地，本發明所涉及的基于彎曲波導傳輸損耗的折射率檢測傳感器，還可以具有這樣的特征：樣品通道的主體區域貼合彎曲波導設置，為半徑r2的90°圓弧，截面寬度為彎曲波導的兩倍，樣品通道的兩端分別設有樣品注入口和樣品出口。

優選地，本發明所涉及的基于彎曲波導傳輸損耗的折射率檢測傳感器，還可以具有這樣的特征：空腔是形成在基板上半徑為r3的90°扇形中空區域，空腔內氣體為空氣。