CN111001452B - 一种微型全分析器件及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微型全分析器件及其制作方法，该器件包括：基板；刻蚀在基板一面上的主通道，主通道内填充有第一光传输介质；刻蚀在基板一面上的至少两个副通道，副通道内填充有第二光传输介质，副通道一端与主通道连通，且与主通道之间形成夹角；副通道的上下表面设有电极，用于调整第二光传输介质的折射率；副通道另一端具有光反射面，用于将副通道内的光偏转至微流传感层；设置在基板另一面的微流传感层，用于承载待分析液滴并采集经过待分析液滴后的光。本发明通过具有电极的多个副通道，在使用时实现基于电极的各个副通道分别控制，实现多种液滴的同时检测，提升检测效率，且通过光波导可实现高效稳定的光线传输，进一步提升检测的稳定性。

Description

一种微型全分析器件及其制作方法
技术领域
本发明涉及微流检测传感领域，特别涉及一种微型全分析器件及其制作方法。
背景技术
随着人们对身体健康的愈发重视，便携式检测设备逐渐成为人们生活中不可或缺的一部分(如日常血液检测、尿液检测、饮用水污染分析等)。而微全分析系统是将传统的化学分析设备微型化、集成化，把检测实验室的功能转移到芯片上，最终达到实验分析的家庭化使用。但是现有技术中微全分析系统中的微全分析器件只能实现单一检测，分析效率低。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种微型全分析器件及其制作方法，以解决现有技术中微全分析器件只能实现单一检测，分析效率低的问题。
为了解决上述技术问题，本申请的实施例采用了如下技术方案：种微型全分析器件，包括：基板；刻蚀在所述基板的一面上的主通道，作为光的传输通道，所述主通道内填充有第一光传输介质；刻蚀在所述基板的一面上的至少两个副通道，所述副通道内填充有第二光传输介质，所述副通道的一端与所述主通道连通，且所述副通道与所述主通道之间形成夹角；所述副通道的上表面和下表面上设有电极，用于调整所述第二光传输介质的折射率，其中，所述副通道的上表面和下表面均为与所述基板的一面平行的表面；所述副通道的另一端具有光反射面，用于将所述副通道内的光偏转至微流传感层；设置在所述基板的另一面的微流传感层，用于承载待分析液滴并采集经过所述待分析液滴后的光。
进一步，所述第一光传输介质为液晶或光学树脂；所述第二光传输介质为液晶。
进一步，所述第一光传输介质的折射率大于所述基板的折射率；所述第二光传输介质的寻常光折射率小于或等于所述基板的折射率，所述第二光传输介质的非寻常光折射率等于所述第一光传输介质的折射率。
进一步，根据所述第一光传输介质的折射率和所述基板的折射率确定所述夹角的值。
进一步，所述微流传感层至少包括光电传感器，用于接收副通道偏转出的光经过待分析液滴吸收或散射后的光强度，并根据所述光强度输出对应的电信号。
进一步，还包括：处理器，用于接收所述光电传感器输出的电信号，并根据所述电信号确定所述待分析液滴的待分析特征。
进一步，所述主通道和所述副通道的宽度在3微米至1000微米之间。
进一步，所述基板的一面上设置有盖板。
进一步，所述基板由透明材质制成。
本发明实施例还公开了一种微型全分析器件的制作方法，包括：在基板的一面上刻蚀主通道和至少两个副通道，其中，所述副通道的一端与所述主通道连通，且所述副通道与所述主通道之间形成夹角；在所述副通道的上表面和下表面设置电极，其中，所述副通道的上表面和下表面均为与所述基板的一面平行的表面；在所述副通道的另一端制作光反射面；在所述主通道内填充第一光传输介质，在所述副通道内填充第二光传输介质；在所述基板的另一面设置微流传感层；在所述基板的一面设置盖板。
本发明实施例的有益效果在于：通过具有液晶开关的多个副通道，在实际检测时可实现基于电极的各个副通道分别控制，实现多种液滴的同时检测，提升检测效率，且本发明实施例通过光波导可实现高效稳定的光线传输，进一步提升检测的稳定性。
附图说明
图1为本发明第一实施例中微型全分析器件的结构示意图；
图2为本发明第一实施例中微型全分析器件的主视图；
图3为本发明第一实施例中微型全分析器件的右视图；
图4为本发明第一实施例中光在主通道中传播的路径示意图；
图5为本发明第一实施例中电极未施加电压时光的传播路径示意图；
图6为本发明第一实施例中电极施加电压时光的传播路径示意图；
图7为本发明第一实施例中副通道与主通道之间的夹角的示意图；
图8为本发明第二实施例中微型全分析器件的制作方法流程图。
具体实施方式
此处参考附图描述本申请的各种方案以及特征。
应理解的是，可以对此处申请的实施例做出各种修改。因此，上述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本申请的范围和精神内的其他修改。
包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且与上面给出的对本申请的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本申请的原理。
通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本申请的这些和其它特性将会变得显而易见。
还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本申请进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本申请的很多其它等效形式，它们具有如权利要求所述的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。
当结合附图时，鉴于以下详细说明，本申请的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。
此后参照附图描述本申请的具体实施例；然而，应当理解，所申请的实施例仅仅是本申请的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详细描述以避免不必要或多余的细节使得本申请模糊不清。因此，本文所申请的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样地使用本申请。
本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本申请的相同或不同实施例中的一个或多个。
本发明第一实施例提供了一种微型全分析器件，主要用于进行光路筛选和待分析液滴的承载及照射，其示意图如图1至图3所示，其中图1为微型全分析器件的结构示意图，图2为微型全分析器件的主视图，图3为微型全分析器件的右视图。如图1至图3所示，微型全分析器件主要包括基板10、主通道20、至少两条副通道30(图1至图3中仅示出了副通道为三条的情况)以及微流传感层40。应当了解的是，图2中仅示出了从微型全分析器件的正面观察时，可以显示出的基板10、主通道20和副通道 30，设置在基板10另一面的微流传感层和覆盖在基板10一面上的盖板50 在图2中未示出。
具体地，基板10主要用于承载微型全分析器件的其他部件，并且在基板10的一面上刻蚀有主通道20和副通道30，为了实现光线在通道中实现全反射，基板10的折射率应当保持在低折射率，如1.5，即基板10由低折射率的材料制成；与此同时，在实际使用时光线需要透过基板10进入微流传感层40，因此基板10还应当由透明材质制成。在一些实施例中，可在基板10的一面设置保护层(图中未示出)，使用低折射率的材料进行保护层制作，并在保护层上刻蚀陡直度良好的光通道形状，作为主通道和副通道，形成光波导，保证光波导面型的稳定，减少使用过程中的损耗。
主通道20刻蚀在基板10的一面(即图3中基板10左侧的表面)上，为方便实现光的全反射，主通道20的横截面优选刻蚀为矩形，其主要作用为光线的传输通道，其入射光的一端应当设有光源(图中未示出)，其内部填充有固定折射率的第一光传输介质，优选为液晶或光学树脂。为了起到光波导的作用，第一光传输介质的折射率应当大于基板10的折射率，例如第一光传输介质的折射率为1.7，保证光在主通道20中实现全反射传播，具体地，在不考虑副通道30或副通道30关闭的情况下，光在主通道20中传播的路径如图4所示，其中，光线在主通道20的左右表面之间进行全反射，即主通道20垂直于基板10的一面(即图3中基板10左侧的表面)的表面。
副通道30与主通道20刻蚀在基板10的同一个面上，且副通道的数量至少为两个，本实施例中给出了副通道30为三个的例子，实际上可以根据具体需求对副通道30的数量进行调整。副通道30内填充有第二光传输介质(图中未示出)，优选为折射率可变的液晶，其寻常光折射率小于或等于基板10的折射率，而其非寻常光折射率应当等于第一光传输介质的折射率，且副通道30的一端与主通道20连通，副通道30与主通道20之间形成一定的夹角；在副通道30的内部，其上表面和下表面上设置有相对的电极(图中未示出)，即副通道30平行于基板10的一面(即图3中基板10左侧的表面)的表面，用于调整第二光传输介质的折射率，即在电极未施加电压时，第二光传输介质的折射率为寻常光折射率，在电极施加有电压时，在电压作用下，作为第二光传输介质的液晶翻转，其折射率变为非寻常光介质；并且，副通道30的另一端具有光反射面，该光反射面具有一定的倾斜角度，其作用是将副通道30内的光线进行偏转，透过透明的基板10进入微流传感层40，以实现检测功能。
具体地，在副通道30内的电极未施加电压时，第二光传输介质的折射率为寻常光折射率，即液晶的折射率与基板10相同或小于基板10的折射率，此时光线的传播路径如图5所示，即光线只在主通道20内实现全反射，由于折射率的不同无法进入到副通道30中，此时可称为光锁定状态；在副通道30内的电极施加电压时，作为第二光传输介质的液晶翻转，其折射率变为非寻常光介质，即此时液晶折射率与主通道20内的第一光传输介质的折射率相同，此时光线的传播路径如图6所示，即光线可以从主通道20反射至副通道30内进行传输，并在到达副通道30另一端的光反射面时发生偏转，使光线透过透明的基板10进入微流传感层40，此时可称为光取出状态。
应当了解的是，光线在副通道30内传播的过程中，仅在副通道30的左右表面实现反射，即垂直于副通道30上下表面的表面，因而可以避免设置在上下表面的电极对光传输产生影响，进而影响光线最终的输出。
具体地，主通道20和副通道30的宽度在3微米至1000微米之间，具体根据实际器件的大小确定；副通道30与主通道20之间的夹角根据第一光传输介质的折射率和基板10的折射率确定，以保证光线可沿着主通道 20反射最终射入副通道30。图7示出了副通道30与主通道20之间的夹角α的示意图，假设基板10的折射率为n1，主通道20内填充的第一光传输介质的折射率为n2，则α根据如下公式得出：
Figure BDA0002328594220000051
Figure BDA0002328594220000052
α+θ1+θ2＝π (3)
以n1＝1.5，n2＝1.7为例，最终计算出的α的取值范围为0<α<56°。
在副通道30的另一端(未与主通道20连接的一端)具有光反射面，用于将副通道30内的光偏转至微流传感层40。进一步地，该光反射面为了可以实现将光偏转至设置于基板10另一面的微流传感层40，其必定为具有一定倾斜角度的端面，如图5或图6中阴影部分所示。在基板10的一面上还设置有盖板50，用以实现主通道20和多个副通道30的防护。
微流传感层40置于基板10另一面，其主要包括微流控制子层和微流传感子层，其中，微流控制子层通常利用电润湿技术来控制微流体(待分析液滴)的分裂、移动、融合等，在微流控制子层中，需要将待分析液滴移动到任意一个副通道30的出光位置，由微流传感子层检测待分析液滴经过前后的光强度对比，经过数据处理之后可以获得液滴特征。具体地，微流传感子层中可以包括光电传感器，用于接收副通道偏转出的光经过待分析液滴吸收或散射后的光强度，并根据光强度输出对应的电信号。
为了实现待分析液滴的待分析特征确定，微型全分析器件还应该包括处理器，与微流传感层40中的光电传感器连接，接收其输出的电信号，并根据该电信号的大小或变化程度对应确定待分析液滴的各项特征，在待分析液滴的类型不同时，对应分析的各项特征也不同，例如在待分析液滴为血液时，可以对应分析其血红蛋白含量、抗原抗体反应程度等，在待分析液滴为果汁时，可对应确定果汁的含糖量等。另外，微型全分析器件中还应该包括电源、光源器件等，还可以包括显示器件，将处理器处理得出的各项待分析特征进行展示，方便用户进行查看。
在实际使用时，由微流传感层40控制其上承载的待分析液滴进行移动，直至副通道30的光出口，通过控制副通道30内的电极，改变其内填充的第二光传输介质的折射率，使光在使用时可折射进副通道30并经由光反射面从微流传感层40射出，当待分析液滴经过副通道30射出的光的光出口时，光线经过待分析液滴的反射、折射、散射、吸收后，微流传感层40接收到的光强度发生变化，输出的电信号大小也进行相应变化，再由处理器分析电信号的值，即可得到对应的待分析液滴的待分析特征。并且，在本实施例的微型全分析器件中，同时设置了多个副通道，每个副通道由其对应的电极开关进行控制，提供高效、稳定、快速的光路筛选功能，在实际使用时可同时进行两种或多种待分析液滴的分析，提高了分析检测效率。
本发明第二实施例提供了一种微型全分析器件的制作方法，其制作流程图如图8所示，主要包括步骤S21至S26：
S21，在基板的一面上刻蚀主通道和至少两个副通道；
S22，在副通道的上表面和下表面设置电极；
S23，在副通道的另一端制作光反射面；
S24，在主通道内填充第一光传输介质，在副通道内填充第二光传输介质；
S25，在基板的另一面设置微流传感层；
S26，在基板的一面设置盖板。
具体地，副通道的一端与主通道连通，且副通道与主通道之间形成夹角，夹角的大小则根据基板的折射率和主通道内填充的第一光传输介质的折射率确定；副通道的上表面和下表面均为与基板的一面平行的表面，光线则在副通道内的左右表面上发生全反射；光反射面用于将副通道内的光线偏转至微流传感层，进行待分析液滴的照射，由微流传感层承载待分析液滴并进行光信号到电信号的转换输出；最终可由处理器根据电信号分析待分析液滴的各项特征，向用户进行呈现。
本实施例中制作的微型全分析器件，通过具有液晶开关的多个副通道，在实际检测时可实现基于电极的各个副通道分别控制，实现多种液滴的同时检测，提升检测效率，且本发明实施例通过光波导可实现高效稳定的光线传输，进一步提升检测的稳定性。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种微型全分析器件，其特征在于，包括：
基板；
刻蚀在所述基板的一面上的主通道，作为光的传输通道，所述主通道内填充有第一光传输介质，所述第一光传输介质为液晶或光学树脂，所述第一光传输介质的折射率大于所述基板的折射率；
刻蚀在所述基板的一面上的至少两个副通道，所述副通道内填充有第二光传输介质，所述第二光传输介质为液晶，所述第二光传输介质的寻常光折射率小于或等于所述基板的折射率，所述第二光传输介质的非寻常光折射率等于所述第一光传输介质的折射率，所述副通道的一端与所述主通道连通，且所述副通道与所述主通道之间形成夹角，其中，所述夹角的取值范围为0至56度；
所述副通道的上表面和下表面上设有电极，用于调整所述第二光传输介质的折射率，其中，所述副通道的上表面和下表面均为与所述基板的一面平行的表面；
所述副通道的另一端具有光反射面，用于将所述副通道内的光偏转至微流传感层；
设置在所述基板的另一面的微流传感层，用于承载待分析液滴并采集经过所述待分析液滴后的光，所述微流传感层至少包括光电传感器，用于接收副通道偏转出的光经过待分析液滴吸收或散射后的光强度，并根据所述光强度输出对应的电信号；
处理器，用于接收所述光电传感器输出的电信号，并根据所述电信号确定所述待分析液滴的待分析特征。
2.根据权利要求1所述的微型全分析器件，其特征在于，根据所述第一光传输介质的折射率和所述基板的折射率确定所述夹角的值。
3.根据权利要求1所述的微型全分析器件，其特征在于，所述主通道和所述副通道的宽度在3微米至1000微米之间。
4.根据权利要求1所述的微型全分析器件，其特征在于，所述基板的一面上设置有盖板。
5.根据权利要求1所述的微型全分析器件，其特征在于，所述基板由透明材质制成。
6.一种微型全分析器件的制作方法，其特征在于，包括：
在基板的一面上刻蚀主通道和至少两个副通道，其中，所述副通道的一端与所述主通道连通，且所述副通道与所述主通道之间形成夹角，其中，所述夹角的取值范围为0至56度；
在所述副通道的上表面和下表面设置电极，其中，所述副通道的上表面和下表面均为与所述基板的一面平行的表面；
在所述副通道的另一端制作光反射面；
在所述主通道内填充第一光传输介质，在所述副通道内填充第二光传输介质，所述第一光传输介质为液晶或光学树脂，所述第一光传输介质的折射率大于所述基板的折射率，所述第二光传输介质为液晶，所述第二光传输介质的寻常光折射率小于或等于所述基板的折射率，所述第二光传输介质的非寻常光折射率等于所述第一光传输介质的折射率；
在所述基板的另一面设置微流传感层，所述微流传感层至少包括光电传感器，用于接收副通道偏转出的光经过待分析液滴吸收或散射后的光强度，并根据所述光强度输出对应的电信号；
在所述基板的一面设置盖板；
还设置处理器，用于接收所述光电传感器输出的电信号，并根据所述电信号确定所述待分析液滴的待分析特征。
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