耦合微腔光子分子的生物化学传感器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种耦合微腔光子分子的生物化学传感器。本发明包括一段熔锥光纤、一个光微流微腔和一个外部封装聚合物，熔锥光纤主要成分为二氧化硅，直径为3-5μm，搭靠在微流微腔上；微流微腔主要成分为二氧化硅，直径为100-500μm，壁厚为2-20μm；封装聚合物主要为低折射率材料，折射率在1-1.4之间，用于固定熔锥光纤与微流微腔的相对位置关系。本发明具有结构紧凑，尺寸�。雇饨缯穸芰η浚榷ㄐ院茫讲饧薜停谱鞴ひ毡冉霞虻ヒ约俺杀镜偷扔诺�。
【专利说明】耦合微腔光子分子的生物化学传感器
【技术领域】
[0001]本发明属于传感器【技术领域】，具体涉及一种耦合微腔光子分子的生物化学传感器。
【背景技术】
[0002]在化学生物领域中，人们经常需要对微量的样品进行分析。由于生物内部的环境非常复杂，而有用的信息往往只包含在其中很小一部分或者很难察觉的成分中，所以尽管生物传感技术种类繁多，发展迅速，但面对这种“大海捞针”的工作，能力还是有限。所以发展新的光子学技术手段，探索新的传感器件就有着重要的意义。
[0003]在众多用于生物传感的光子学器件中，光学微腔是最具特色，也是最具潜力的一个。光学微腔是尺度在微米量级的光学谐振腔，它将光场局域在腔里，令光子在腔内多次震荡，相当于增加了光与物质相互作用的次数。它通过探测自身光学模式的变化来感知分析物的存在，因此可以用于探测分析物的原始状态。回音壁模式微腔的Q值最高，光子寿命最长，所以回音壁模式光学微腔传感器中，光子与分析物的相互作用最强，有利于获得更高的探测灵敏度；而且Q值越高，光学模式线宽越窄，有利于获得更低的探测极限。目前光学微腔被认为是对核酸、蛋白质、病毒等尺度在纳米量级的颗粒进行研宄的有效手段。
[0004]但是传统的光学微腔传感器往往是通过无源方法，即用熔锥耦合微球微环芯腔或者微管等手段实现的，传感特性极大的受到震动对光纤与微腔耦合间距的影响，可集成性与稳定性大打折扣，因此便需要一种新的传感器，提高这类器件的稳定性与灵敏度。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提出一种耦合微腔光子分子的生物化学传感器，弥补以往光学生物化学传感器存在的不足。
[0006]本发明包括一段熔锥光纤、一个光微流微腔和一个外部封装聚合物，熔锥光纤主要成分为二氧化硅，直径为3-5 μ m，搭靠在微流微腔上；微流微腔主要成分为二氧化硅，直径为100-500 μ m，壁厚为2-20 μ m ;封装聚合物主要为低折射率材料，折射率在1_1.4之间，用于固定熔锥光纤与微流微腔的相对位置关系；从熔锥光纤的透射谱中可以观察到一个或多个光学模式的透射谱，这些光学模式往往有着不同的灵敏度，通过对器件单个模式透射谱波长的变化或者多个模式间的相对变化就可以对生物样品进行检测。
[0007]本发明具有结构紧凑，尺寸小，抗外界振动能力强，稳定性好，探测极限低，制作工艺比较简单以及成本低等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是封装型生物化学传感器结构示意图；
图2是封装型生物化学传感器横截面结构示意图；
图3是透射谱随时间稳定性的测量结果图； 图4是微腔内一、二阶模式模场分布图；
图5是对微腔品质因子测量结果图；
图6是测量微腔内部液体折射率改变与体系透射谱关系图；
图7是测量微腔谐振波长相对改变与内部液体折射率关系图。
【具体实施方式】
[0009]下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0010]本发明提出的基于微泡谐振腔的封装型光微流生物化学传感器，由如下部分依次组合构成:一段熔锥光纤1，一个光微流微腔2和一个外部封装聚合物3，如图1和图2所不O
[0011]本发明原理如下:首先，对于回音壁模式的微腔，当其附近样品折射率发生改变或回音壁上有颗粒吸附时，会引起谐振波长的改变。而对于微泡型谐振腔，由于其光场大量分布在微腔微流通道中，并且具有小的模体积，因此光与物质的作用可以很强，易于获得高灵敏度的传感器。熔锥光纤主要成分为二氧化硅，直径为3-5 μ m，搭靠在微流微腔上；微流微腔主要成分为二氧化硅，直径为100-500微米范围，壁厚为2-20 μ m ;封装材料主要为低折射率材料，折射率可以在1-1.4之间，用于固定熔锥光纤与微流微腔的相对位置关系。从熔锥光纤的透射谱中可以观察到一个或多个光学模式的透射谱，这些光学模式往往有着不同的灵敏度，通过对器件单个模式透射谱波长的变化或者多个模式间的相对变化就可以对样品进行检测。
[0012]本发明中，熔锥光纤与微流微腔的相对位置关系由低折射率材料固定，因此外界震动等因素对微腔中光学模式的激发影响非常小。
[0013]本发明中，微流微腔内壁可以涂覆相应探测物的特异性配体从而对被测生物样品进行特异性探测。
[0014]本发明中，可以进一步采用模式劈裂或者模式差分等自参考技术进一步对信号的噪声进行抑制，提高探测极限。
[0015]实例:利用该封装型光微流生物化学传感器对水相体折射率液体进行检测 1、采用的测量波长在1550nm附近。
[0016]2、熔锥光纤直径为3微米，并搭靠在微流微腔上，即其耦合间距为O μπι。
[0017]3、微腔为微泡型微腔，如图2所示，参考微腔直径为400 ym，壁厚为5 μπι。
[0018]4、封装材料采用ΜΥ133聚合物，由于采用了封装技术，器件随时间的稳定性较好，可以在100个小时以上透射谱深度耦合强度等改变极�。缤�3所示。
[0019]5、由于采用封装折射率较低，所以光场在聚合物中分布较小(图4)所以其微腔品质因子仍然可以再16以上，如图5所示。
[0020]6、当微腔内折射率产生变化时，体系透射谱随折射率差的改变而改变，如图6所示；同时，由于不同阶模式模场在液体中分布比例不同，其灵敏度也不同，二阶模式的灵敏度可以达到5 nm/RIU，如图7所示。
[0021]7、采用自参考效应传感器的共膜噪声可以进一步被抑制，将两不同阶模式(一、二阶模式)随折射率的变化相互参考，系统噪声得到大大降低，同时由于一阶模灵敏度较低，所以其总的灵敏度仍然可以保持在5 nm/RIU附近。
【权利要求】
1.耦合微腔光子分子的生物化学传感器，包括一段熔锥光纤、一个光微流微腔和一个外部封装聚合物，其特征在于:熔锥光纤主要成分为二氧化硅，直径为3-5 μ m，搭靠在微流微腔上；微流微腔主要成分为二氧化硅，直径为100-500 μ m，壁厚为2-20 μ m ;封装聚合物主要为低折射率材料，折射率在1-1.4之间，用于固定熔锥光纤与微流微腔的相对位置关系；从熔锥光纤的透射谱中可以观察到一个或多个光学模式的透射谱，这些光学模式往往有着不同的灵敏度，通过对器件单个模式透射谱波长的变化或者多个模式间的相对变化就可以对生物样品进行检测。
2.根据权利要求1所述的生物化学传感器，其特征在于:微流微腔内壁可以涂覆相应探测物的特异性配体从而对被测生物样品进行特异性探测。
【文档编号】G01N21/59GK104502314SQ201410795206
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月18日 优先权日:2014年12月18日
【发明者】吴翔, 蒋鹏 申请人:杭州香侬科技有限公司
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