CN104101588A - 一种集成海水叶绿素微流芯片传感器及制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种增强抗干扰能力、提高荧光的探测效率的集成海水叶绿素微流芯片传感器。技术方案是：其特征是由Si-PIN探测器（1）、6H-SiC/ITO/SiO2层（3）、反射和焊接层（4）、LED芯片（5）、玻璃板（6）、PDMS微流通道（7）和镀膜反射镜（8）组成，其中，所述的Si-PIN探测器（1）、6H-SiC/ITO/SiO2层（3）、反射和焊接层（4）、LED芯片（5）、玻璃板（6）、PDMS微流通道（7）、和镀膜反射镜（8）按从下到上的顺序连接。本发明还公开了其制作方法。
Description
技术领域
本发明属于海水叶绿素微流芯片传感器装置领域，尤其是一种增强抗干扰能力、提高荧光的探测效率的集成海水叶绿素微流芯片传感器及其制作方法。
背景技术
叶绿素含量是反映海水生态环境的一个重要指标，据此可估算海洋环境的生态和污染等情况，因此海水叶绿素的准确快速测量具有重大意义。
目前，较为典型的传统方法见专利201110271796.0，系统由LED阵列光源、透镜组、可见光滤光片、聚焦透镜（I和II）、带通滤光片、样品池和PMT组成，相对集成元件而言，该系统体积大，结构复杂，易受外界震动等的干扰，系统后端复杂的调制和数据处理部分也提高了系统成本；另外，透射式的光路无法避免激发光在685nm处分量对荧光的干扰。
针对以上问题，我们提出了一种基于微流芯片的海水叶绿素检测方法，该方法利用新型的微流芯片技术，将系统的光源、反应池和探测区集成在一个芯片上，简化了系统结构，缩小了系统体积，增强了系统抗干扰能力；探测器位于光源后面的结构避免了激发光对荧光的干扰，提高了荧光的探测效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种增强抗干扰能力、提高荧光的探测效率的集成海水叶绿素微流芯片传感器及其制作方法。
本发明的技术方案是：一种集成海水叶绿素微流芯片传感器，其特征是由Si-PIN探测器 （1）、6H-SiC/ITO/SiO2层（3）、反射和焊接层（4）、LED芯片（5）、玻璃板（6）、PDMS微流通道（7）和镀膜反射镜（8）组成，其中，所述的Si-PIN探测器 （1）、6H-SiC/ITO/SiO2层（3）、 反射和焊接层（4）、LED芯片（5）、玻璃板（6）、PDMS微流通道（7）、和镀膜反射镜（8）按从下到上的顺序连接。
所述反射和焊接层（4）上设置有多个相同波长的LED芯片（5），提高激发光源的强度。
所述反射和焊接层（4）上设置有多个不同波长的LED芯片（5），根据不同种类叶绿素的荧光激发特性，实现对多种叶绿素成分的同步探测。
所述玻璃板（6）和PDMS微流通道（7）组成了激光诱导荧光的反应池，用于增强系统对荧光信号的收集能力。
一种集成海水叶绿素微流芯片传感器的制作方法，其特征是包括下列步骤：
（1）紫外滤光层（6H-SiC/ITO/SiO2层）的制作：先利用化学气相沉积法在Si-PIN探测器上沉积150nm的SiO2膜层，作为绝缘和扩散势垒层；再利用磁控溅射技术溅射220nm的ITO膜层，作为LED发光管的导电和反射层；之后再溅射150nm的6H-SiC膜层，作为紫外光过滤层；
（2）LED芯片的剥离和传送：首先利用准分子激光束将LED芯片从蓝宝石沉底层上剥离下来，再把LED芯片传送至Si-PIN探测器的反射和焊接层上，并利用Pd-In焊料将LED芯片固定；
（3）二甲基硅氧烷（PDMS）微流通道及荧光反射镜的制作：先利用深度离子刻蚀技术制作0.05-1mm不同宽度的PDMS微流通道，提高探测效率；再在微流通道背面镀上一层特殊反射膜，用于将透射的荧光反射回探测器，增强荧光信号的收集能力和强度。
本发明的效果是：集成海水叶绿素微流芯片传感器，由Si-PIN探测器 、6H-SiC/ITO/SiO2层、反射和焊接层、LED芯片、玻璃板、PDMS微流通道和镀膜反射镜组成，其中，所述的Si-PIN探测器 、6H-SiC/ITO/SiO2层、 反射和焊接层、LED芯片、玻璃板、PDMS微流通道、和镀膜反射镜按从下到上的顺序连接。
本发明具有如下特点：（1）系统探测效率高。由于LED芯片体积小，便于阵列化集成，因此可以通过将多个LED芯片集成在一起的方式提高激发光源强度。利用微流通道结构可以增强系统对荧光的收集能力，同时采用镀膜的方式将透射的荧光再次反射回探测器，避免了荧光的透射损耗，增强了荧光信号的强度，最终提高了系统的探测效率。
（2）可同时探测多种叶绿素。根据不同的叶绿素其激发光源特征波长和荧光波长亦不相同的特性，可以将多个波长的LED芯片集成到一起，如图3中结构2和3即为不同激发波长的LED芯片。针对不同的荧光波长只要更换相应的滤波片和探测器，即可实现同步探测多种叶绿素；
（3）系统密封性能好、可靠性高，抗海洋恶劣环境能力强。光源采用LED芯片代替传统的LED灯泡，同时将光源、探测器和微流通道高度集成在一起，避免了传统光路中的透镜系统，简化了光路系统的同时，也减小了系统的体积，增强了系统的抗震，防水能力，提高了系统对海洋恶劣环境的适应能力。
附图说明
图1是本发明一实施例结构示意图；
图2是本发明另一实施例结构示意图；
图3是本发明制作流程图。
具体实施方式
图1中，一种集成海水叶绿素微流芯片传感器，由Si-PIN探测器 1、6H-SiC/ITO/SiO2层3、反射和焊接层4、LED芯片5、玻璃板6、PDMS微流通道7和镀膜反射镜8组成，其中，所述的Si-PIN探测器 1、6H-SiC/ITO/SiO2层3、 反射和焊接层4、LED芯片5、玻璃板6、PDMS微流通道7、和镀膜反射镜8按从下到上的顺序连接。其中，2是探测器有源区，9是叶绿素分子。
反射膜8位于PDMS微流通道7的上方，反射膜8能够反射收集荧光，同时允许激发光透过。Si-PIN探测器1位于LED芯片下方，用于荧光的探测，6H-SiC/ITO/SiO2层3位于Si-PIN探测器1的有源区2上方，用于荧光的透过和激发光的过滤。
反射和焊接层4上可以设置有多个相同波长的LED芯片5，提高激发光源的强度。
反射和焊接层4上可以设置有多个不同波长的LED芯片5，根据不同种类叶绿素的荧光激发特性，实现对多种叶绿素成分的同步探测（参见图2）。
玻璃板6和PDMS微流通道7组成了激光诱导荧光的反应池，用于增强系统对荧光信号的收集能力。
图3中，一种集成海水叶绿素微流芯片传感器的制作方法，包括下列步骤：
（1）紫外滤光层（6H-SiC/ITO/SiO2层）的制作：先利用化学气相沉积法在Si-PIN探测器上沉积150nm的SiO2膜层，作为绝缘和扩散势垒层；再利用磁控溅射技术溅射220nm的ITO膜层，作为LED发光管的导电和反射层；之后再溅射150nm的6H-SiC膜层，作为紫外光过滤层；
（2）LED芯片的剥离和传送：首先利用准分子激光束将LED芯片从蓝宝石沉底层上剥离下来，再把LED芯片传送至Si-PIN探测器的反射和焊接层上，并利用Pd-In焊料将LED芯片固定；
（3）二甲基硅氧烷（PDMS）微流通道及荧光反射镜的制作：先利用深度离子刻蚀技术制作0.05-1mm不同宽度的PDMS微流通道，提高探测效率；再在微流通道背面镀上一层特殊反射膜，用于将透射的荧光反射回探测器，增强荧光信号的收集能力和强度。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种集成海水叶绿素微流芯片传感器，其特征是由Si-PIN探测器 （1）、6H-SiC/ITO/SiO2层（3）、反射和焊接层（4）、LED芯片（5）、玻璃板（6）、PDMS微流通道（7）和镀膜反射镜（8）组成，其中，所述的Si-PIN探测器 （1）、6H-SiC/ITO/SiO2层（3）、 反射和焊接层（4）、LED芯片（5）、玻璃板（6）、PDMS微流通道（7）、和镀膜反射镜（8）按从下到上的顺序连接。
2.根据权利要求1所述的集成海水叶绿素微流芯片传感器，其特征在是所述反射和焊接层（4）上设置有多个相同波长的LED芯片（5），提高激发光源的强度。
3.根据权利要求1所述的一种集成海水叶绿素微流芯片传感器，其特征是所述反射和焊接层（4）上设置有多个不同波长的LED芯片（5），根据不同种类叶绿素的荧光激发特性，实现对多种叶绿素成分的同步探测。
4.根据权利要求1所述的一种集成海水叶绿素微流芯片传感器，其特征是所述玻璃板（6）和PDMS微流通道（7）组成了激光诱导荧光的反应池，用于增强系统对荧光信号的收集能力。
5.一种集成海水叶绿素微流芯片传感器的制作方法，其特征是包括下列步骤：
（1）紫外滤光层（6H-SiC/ITO/SiO2层）的制作：先利用化学气相沉积法在Si-PIN探测器上沉积150nm的SiO2膜层，作为绝缘和扩散势垒层；再利用磁控溅射技术溅射220nm的ITO膜层，作为LED发光管的导电和反射层；之后再溅射150nm的6H-SiC膜层，作为紫外光过滤层；
（2）LED芯片的剥离和传送：首先利用准分子激光束将LED芯片从蓝宝石沉底层上剥离下来，再把LED芯片传送至Si-PIN探测器的反射和焊接层上，并利用Pd-In焊料将LED芯片固定；
（3）二甲基硅氧烷（PDMS）微流通道及荧光反射镜的制作：先利用深度离子刻蚀技术制作0.05-1mm不同宽度的PDMS微流通道，提高探测效率；再在微流通道背面镀上一层特殊反射膜，用于将透射的荧光反射回探测器，增强荧光信号的收集能力和强度。
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