[發(fā)明專利]微泡集成型法布里帕羅結(jié)構(gòu)諧振腔傳感芯片及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210514302.5
• 申請(qǐng)日: 2022-05-11
• 公開（公告）號(hào): CN114965360A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙旭陽(yáng);吳翔;李宇翔;郭志和;孫允陸
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/41
• 分類號(hào): G01N21/41;G01N21/39
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發(fā)明屬于光學(xué)傳感檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種微泡集成型法布里帕羅結(jié)構(gòu)諧振腔傳感芯片及其制備方法。本發(fā)明光學(xué)傳感芯片包括：兩塊平面反射鏡、中間有中空微泡的石英微管、兩根方形石英管；兩塊平面反射鏡上、下平行放置，兩根方形石英管設(shè)置于兩塊平面反射鏡左右兩邊，保證兩塊反射鏡保持高度平行；中空石英微泡設(shè)置于兩塊平面反射鏡之間，兩端與平面反射鏡之間粘合固定，形成微泡集成型法布里帕羅結(jié)構(gòu)諧振腔傳感芯片；平面反射鏡表面鍍有特定反射率的金屬薄膜或介質(zhì)薄膜。本發(fā)明基于微泡的透鏡效應(yīng)，使傳感芯片具備高靈敏度、低模式體積和高品質(zhì)因子的特性，同時(shí)集成天然的微流通道，實(shí)現(xiàn)低濃度化學(xué)分子或者無(wú)標(biāo)記生物分子傳感。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及法布里帕羅結(jié)構(gòu)諧振腔傳感芯片及其制備方法。

背景技術(shù)

光學(xué)檢測(cè)技術(shù)常被用于物理參數(shù)、生物或者化學(xué)樣品的傳感，基于光學(xué)檢測(cè)技術(shù)的傳感器通常具有響應(yīng)快、免受周圍環(huán)境電磁干擾以及高靈敏度等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用于不同的領(lǐng)域。其中基于光學(xué)檢測(cè)技術(shù)的法布里帕羅諧振腔，由于腔自身導(dǎo)致的高品質(zhì)因子，極小的模式體積和光與物質(zhì)之間的強(qiáng)相互作用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于微弱信號(hào)的光學(xué)放大，因而被廣泛應(yīng)用于化學(xué)分子及生物分子的檢測(cè)。

通常，法布里帕羅諧振腔（Fabry-Pérot resonator, FP）由兩塊保持高度平行的反射鏡組成，其中滿足諧振條件的光由于鏡面反射被約束在腔內(nèi)，從而形成穩(wěn)定的駐波。平面反射鏡的反射率越高，光被反射的次數(shù)越多，導(dǎo)致腔內(nèi)光場(chǎng)相干疊加的效果越強(qiáng)，諧振腔輸出的光學(xué)模式越窄，傳感的分辨率越高。現(xiàn)有的法布里帕羅腔根據(jù)其結(jié)構(gòu)的不同可以分為光纖法布里帕羅腔和平面反射鏡法布里帕羅腔。對(duì)于光纖法布里帕羅腔，盡管具有易于制備和集成等方面的優(yōu)勢(shì)，但是由于光纖端面較低的反射率和耦合效率，導(dǎo)致光纖法布里帕羅腔通常具有較低的品質(zhì)因子和較大的模式線寬，從而限制了對(duì)于微弱信號(hào)的檢測(cè)能力。相比于光纖法布里帕羅腔，平面反射鏡法布里帕羅腔的腔鏡可以實(shí)現(xiàn)很高的反射率，因此保證了平面反射鏡法布里帕羅腔具有較高的品質(zhì)因子和極小的模式譜線寬，具有更低的探測(cè)極限。

平面反射鏡法布里帕羅腔傳感器根據(jù)待測(cè)物質(zhì)是否有熒光標(biāo)記可以分為有源腔和無(wú)源腔。對(duì)于有源腔，主要是將帶有熒光標(biāo)記的分析物放入腔內(nèi)，通過(guò)光增益放大將熒光信號(hào)轉(zhuǎn)化成激光信號(hào)，從而提高傳感的分辨率。然而，熒光標(biāo)記的分子檢測(cè)需要預(yù)先對(duì)分析物進(jìn)行特定處理或者修飾，增加了分析物檢測(cè)的復(fù)雜性以及成本。熒光標(biāo)記分子也會(huì)對(duì)生物分子的活性產(chǎn)生影響。此外，熒光分子需要特定波長(zhǎng)的泵浦光激發(fā)，導(dǎo)致其只能在特定的波段使用，限制了它的實(shí)際應(yīng)用。無(wú)源腔可以有效解決以上問(wèn)題，但是無(wú)源腔通常很難實(shí)現(xiàn)對(duì)于入射光的高效率耦合。此外，非平行對(duì)準(zhǔn)的腔鏡會(huì)引入多次反射損耗，導(dǎo)致微腔的品質(zhì)因子急劇下降。因此，展寬的諧振模式會(huì)降低傳感器的探測(cè)極限。由于缺乏橫向模式約束，平面反射鏡法布里帕羅腔具有較大的模式體積和小的光能量密度，導(dǎo)致光與物質(zhì)作用的強(qiáng)度下降。

此外，基于傳統(tǒng)的生物分子檢測(cè)技術(shù)需要在諧振腔表面進(jìn)行分子的特異性修飾，一方面增加傳感器的復(fù)雜性，另一方面引入了額外的不確定因素，從而導(dǎo)致基于光學(xué)微腔結(jié)構(gòu)的生物分子檢測(cè)很難被應(yīng)用于實(shí)際。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種既能夠保持高品質(zhì)因子、低模式體積、高靈敏度、無(wú)標(biāo)記傳感，又可避免在生物分子檢測(cè)過(guò)程中復(fù)雜的表面修飾工藝的微泡集成型法布里帕羅結(jié)構(gòu)諧振腔傳感芯片及其制備方法。

本發(fā)明提供的微泡集成型法布里帕羅結(jié)構(gòu)諧振腔傳感芯片，其結(jié)構(gòu)如圖1所示；包括：兩塊平面反射鏡、一根或多根中間制備有數(shù)量不等的中空微泡的石英微管、兩根方形石英管；其中，所述兩塊平面反射鏡上、下平行放置，所述兩根方形石英管高度相同，平行設(shè)置于兩塊平面反射鏡左右兩邊邊緣處；兩塊平面反射鏡分別與兩根方形石英管的上下表面粘合固定，并保證兩塊反射鏡保持高度平行；所述微管的中空石英微泡設(shè)置于兩塊平面反射鏡之間、兩根方形石英管中間部位，其上、下面分別與兩塊平面反射鏡保持平行，微管兩端與平面反射鏡之間粘合固定，形成微泡集成型法布里帕羅結(jié)構(gòu)諧振腔傳感芯片；