CN104568767A - 一种基于椭偏仪的微流控原位液体环境测量系统、其测量方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于椭偏仪的微流控原位液体环境测量系统、其测量方法及应用，所述系统包括椭偏仪、微流控芯片、微量注射泵、电移台和控制单元，所述微流控芯片固定于所述电移台上，所述电移台置于所述椭偏仪的样品台上并与所述控制单元相连，所述微量注射泵分别与所述微流控芯片和所述控制单元相连。所述基于椭偏仪的微流控原位液体环境测量系统使得椭偏仪能够测量液体样品池中流动状态的样品的光学参数，对微流控材料的液体环境生长情况进行实时测量，能够满足用户在液体环境中进行椭偏仪光学常数测量的需求；并且利用该系统进行光学常数测量的方法简单，易于操作，自动化程度高，方便快捷。

Description

一种基于椭偏仪的微流控原位液体环境测量系统、其测量方法及应用

技术领域

本发明涉及光学参数测量技术领域，尤其涉及一种基于椭偏仪的微流控原位液体环境测量系统、其测量方法及应用。

背景技术

光谱椭偏仪是一种基于椭圆偏振光原理，使用偏振光的非接触光学反射测量仪器。光源产生的入射光经过起偏器透镜后改变为线形偏振光、再经补偿器后变为圆偏振光；该偏振光经样品表面反射后，其偏振角度会因样品表面薄膜而发生相应变化，反射光变为椭圆偏振光，通过分析器、检测器，即可测出偏振角度的变化；再通过软件的建模、模拟、拟合功能，计算出样品的膜厚、折射率等光学参数。

纳米材料与器件的研发、制作，都需要大量的电介质、半导体、有机聚合物等各种材料制成的薄膜，作为功能层、隔离层、掩膜层等。这些薄膜的厚度、光学参数(如折射率、吸收系数、材料梯度等)表征了薄膜的主要特性，对纳米器件的性能非常重要。

光谱椭偏仪设备能够测量薄膜厚度、折射率、介电常数、吸收系数、材料组分、表面和界面粗糙层，同时能分析各向异性材料和多层复合膜，能满足退偏效应分析、非均匀样品、散射和背板反射等复杂应用。可使用光谱椭偏仪测量、分析和比较不同材料、不同镀膜工艺、不同工艺参数所造成的膜厚、光学常数等差异，从而帮助研发出新工艺、新器件和新材料。光谱椭偏仪可以满足一般用户在大气中测量样品光学参数的需求，但随着科研领域的拓宽和生物领域的快速发展，尤其是微流控领域的深入研究，越来越多的实验用户需要在液体样品池中测量样品的光学参数，而传统光谱椭偏仪不具备液体环境测量功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于椭偏仪的微流控原位液体环境测量系统、其测量方法及应用，使得椭偏仪能够测量液体样品池中样品的光学参数，对微流控材料的液体环境生长情况进行实时测量，能够满足用户在液体环境中进行椭偏仪光学常数测量的需求。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于椭偏仪的微流控原位液体环境测量系统，包括椭偏仪、微流控芯片、微量注射泵、电移台和控制单元，所述微流控芯片固定于所述电移台上，所述电移台置于所述椭偏仪的样品台上并与所述控制单元相连，所述微量注射泵分别与所述微流控芯片和所述控制单元相连。

所述椭偏仪包括各种类型的椭偏仪，如全自动光谱椭偏仪、成像椭偏仪(成像椭圆偏振技术)或激光单波长椭偏仪等。

所述系统还包括芯片夹具，所述微流控芯片固定于所述芯片夹具中之后再固定于所述电移台上，所述芯片夹具可通过商购或自制获得。

所述微流控芯片包括上表面、微流通道、下表面和导管。所述微流通道位于下表面和上表面之间，所述导管与所述微流通道相连。所述上表面为光学玻璃，所述微流通道使用PDMS(聚二甲基硅氧烷)材料做成，所述下表面为硅片，所述微流控芯片的上下表面分别选用光学玻璃和硅片以满足椭偏仪的测量要求，所述导管为塑料材质，可商购获得。

微量注射器通过所述导管将实验液体从微量注射泵的注射器中以不超过20ml/min流速导入至所述微流通道中，如19ml/min、15ml/min、13ml/min、10ml/min、8ml/min、6ml/min、4ml/min或2ml/min等，实现样品在芯片下表面硅片上进行液体环境原位生长。

所述微量注射泵为商购获得，其技术参数为：采用四通道，单向推动技术，最大行程：70mm，行程分辨率：0.165μm，线速度范围：7.94μm/min-79.4mm/min(流量＝线速度×注射器内截面积)，线速度调节分辨率：7.94μm/min，行程控制精度：误差≤±0.5％(行程≥最大行程的30％时)，额定线性推力：＞20N，可储存多个用户自定义的注射器内径值。

所述微量注射泵至少为一个，优选为四个。所述微量注射泵的通道数不大于所述微流管道的个数。在实际使用中根据使用要求可以设置不同的微量注射泵通道数以及微流管道数，如1个、2个、3个、5个、6个、7个或8个等。

所述电移台包括电移台主体和电机；所述电机为马达，所述电移台的移动精度小于0.2mm。所述电移台可移动所述微流控芯片，以方便所述椭偏仪对芯片上微流通道里的样品生长情况进行测量。

所述控制单元为计算机，所述控制单元中安装有控制微量注射泵和电移台的软件，所述软件可同时控制所述微量注射泵的液体流速和所述电移台的移动行程，以控制微流控样品生长和椭偏仪测量。

另一方面，本发明还提供了一种如上所述系统进行原位液体环境测量的方法，所述方法包括以下步骤：

1)向微量注射泵中充入用于样品生长的实验液体；

2)将微流控芯片与微量注射泵相连接，并将微流控芯片固定在电移台上；

3)将微量注射泵的控制接口与控制单元相连；

4)将电移台放在椭偏仪的样品台上并与控制单元相连；

5)将椭偏仪光斑聚焦对准于微流控芯片的微流通道上，对液体环境下的微流控样品进行实时原位光学参数测量，利用电移台移动其他微流通道至椭偏仪光斑下，对其他微流通道内的微流控样品进行实时测量。

本发明还提供了如上所述系统在微流控原位液体环境测量中的应用，所述系统可用于椭偏仪对微流控材料的液体环境生长情况进行实时测量。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的系统是一种原位液体环境测量系统，能够测量液体样品池中流动状态的样品的光学参数，对液体环境中材料的生长情况进行实时测量；能够满足用户在液体环境中进行椭偏仪光学常数测量的需求；本发明提供的测量方法简单、易于操作，并且自动化程度高、方便快捷。

附图说明

图1是本发明提供的基于椭偏仪的微流控原位液体环境测量系统的结构示意图。

其中：1，微量注射泵；2，样品台；3，微流控芯片；4，电移台；5，计算机。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例1

如图1所示，是本发明提供的基于椭偏仪的微流控原位液体环境测量系统的结构示意图。所述基于椭偏仪的微流控原位液体环境测量系统包括椭偏仪、微流控芯片3、微量注射泵1、电移台4和计算机5，所述微流控芯片3固定于所述电移台上4，所述电移台4置于所述椭偏仪的样品台2上并与所述计算机5相连，所述微量注射泵1分别与所述微流控芯片3和所述计算机5相连。

所述基于椭偏仪的微流控原位液体环境测量系统的测量方法如下：

1)向微量注射泵1的注射器中充入用于微流控样品生长用的实验液体；

2)将微流控芯片3与微量注射泵1相连接，并将微流控芯片3固定在电移台4上；

3)将微量注射泵1的控制接口和电移台4接口连接到控制用计算机5；

4)将电移台4放在椭偏仪样品台上，并于计算机5相连；

5)通过计算机5控制微量注射泵1的液体流速，将椭偏仪光斑聚焦对准于微流控芯片3的一个通道上，利用椭偏仪对液体环境下的微流控样品进行实时原位光学参数测量，通过控制软件对电移台4的控制，将其他通道移动至椭偏仪光斑下，对其他通道内的微流控样品进行实时测量。

实施例2

为证明所述基于椭偏仪的微流控原位液体环境测量系统的测量精度，特使用具体样品进行光谱椭偏仪测量，具体测量方法如实施例1所述。为对比测量精度，微流控样品选择为102.3nm厚的SiO₂薄膜标样，实验液体选择为纯净水，椭偏仪选择为SENTECH公司生产的SE850 DUV型椭偏仪。

选择微流控芯片中的一个通道，放入并固定住SiO₂薄膜标样，选择一个微量注射泵充入纯净水，以100μm/min的线速度向所述通道中推入，实时使用光谱椭偏仪对该标样进行膜厚测量，测量波长选择为400-760nm可见光，测得标样厚度为105.2nm，误差为2.8％，优于该台椭偏仪测量精度小于5％的技术指标。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种基于椭偏仪的微流控原位液体环境测量系统，其特征在于，所述系统包括椭偏仪、微流控芯片、微量注射泵、电移台和控制单元，所述微流控芯片固定于所述电移台上，所述电移台置于所述椭偏仪的样品台上并与所述控制单元相连，所述微量注射泵分别与所述微流控芯片和所述控制单元相连。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括芯片夹具，所述微流控芯片固定于所述芯片夹具中之后再固定于所述电移台上。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述微流控芯片包括下表面、微流通道、上表面和导管，所述微流通道位于下表面和上表面之间，所述导管与所述微流通道相连；

优选地，所述微流控芯片的上表面为光学玻璃，所述微流通道为PDMS通道，所述下表面为硅片。

4.根据权利要求1-3之一所述的系统，其特征在于，所述微量注射泵至少为一个；

优选地，所述微量注射泵为四个。

5.根据权利要求1-4之一所述的系统，其特征在于，所述微量注射泵的通道数不大于所述微流管道的个数。

6.根据权利要求1-5之一所述的系统，其特征在于，实验液体在所述微流通道中的流速不超过20ml/min。

7.根据权利要求1-6之一所述的系统，其特征在于，所述电移台的移动精度小于0.2mm。

8.根据权利要求1-7之一所述的系统，其特征在于，所述控制单元中安装有控制所述微量注射泵和所述电移台的软件。

9.一种利用如权利要求1-8之一所述系统进行原位液体环境测量的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1)向微量注射泵中充入用于样品生长的实验液体；

2)将微流控芯片与微量注射泵相连接，并将微流控芯片固定在电移台上；

3)将微量注射泵的控制接口与控制单元相连；

4)将电移台放在椭偏仪的样品台上并与控制单元相连；

5)将椭偏仪光斑聚焦对准于微流控芯片的微流通道上，对液体环境下的微流控样品进行实时原位光学参数测量，利用电移台移动其他微流通道至椭偏仪光斑下，对其他微流通道内的微流控样品进行实时测量。

10.一种如权利要求1-8之一所述系统的应用，其用于椭偏仪对微流控材料在液体环境下的生长情况进行实时测量。