CN117258859A - 一种阵列集成光微流控传感芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光学传感器技术领域，具体涉及一种阵列集成光微流控传感芯片，包括：整体光波导，所述整体光波导包括石英基板以及安装在所述石英基板上的N个相对独立的干涉仪，N个所述干涉仪上均设有光纤件，且N个所述光纤件在所述石英基板上相互平行组成一维的光纤阵列结构，所述光纤件为微纳光纤，N个所述微纳光纤的两个尾端分别用于光信号的输入和输出，N个微纳光纤与相近的石英基板组成相对独立的复合波导结构，所述石英基板背离微纳光纤的一侧还开设有N个微流通道，本发明通过加设的具有光纤件的干涉仪，通过多个干涉仪构建多通道光纤微流控传感器，实现不同目标物的同步、高通量、快速检测。
Description
技术领域
本发明属于光学传感器技术领域，具体涉及一种阵列集成光微流控传感芯片。
背景技术
微流控芯片技术是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程。
在微流控芯片中引入光学检测方法，弥补微流控芯片检测灵敏度低的不足，在满足便捷、简单、小巧等要求的同时，高灵敏、低成本、无专业要求第实现目标物的检测。因此光微流芯片传感器在生物医学诊断方面具有很好的发展潜力，尤其在即时检测POCT方面具有非常好的发展前景。
POCT在临床实践中，疾病生物标志物一般在临床实验室或检测中心的大型专业实验室进行检测，导致等待时间延长，耽误了诊断和治疗。因此，对急重症首选灵活方便的POCT方法。
由于生物医学诊断的复杂性和单一分析物检测的警告信息有限，多标志物联合检测可以提高疾病诊断方案的准确性和可靠性。值得注意的是，微流体技术为生物标志物的复用检测提供了一个通用的平台，它将样品在芯片中分成多个小流，并分离不同的特定区域来检测单个生物标志物。便携性、低成本和小样品消耗的优点使其成为小型化样品制备和集成到芯片实验室系统中的良好选择。因此功能集成的光纤光微流芯片成为技术的焦点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种阵列集成光微流控传感芯片，用以解决上述背景技术中所提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种阵列集成光微流控传感芯片，包括：整体光波导，所述整体光波导包括石英基板以及安装在所述石英基板上的N个相对独立的干涉仪，N个所述干涉仪上均设有光纤件，且N个所述光纤件在所述石英基板上相互平行组成一维的光纤阵列结构。
优选的，所述光纤件为微纳光纤。
优选的，N个所述微纳光纤的两个尾端分别用于光信号的输入和输出。
优选的，N个微纳光纤与相近的石英基板组成相对独立的复合波导结构。
优选的，所述石英基板背离微纳光纤的一侧还开设有N个微流通道，且N个所述微流通道依次与N个微纳光纤一一对应。
优选的，N个所述微流通道和N个所述微纳光纤均垂直与所述石英基板上的对称轴线上。
优选的，所述石英基板靠近微流通道的一侧为敏感面，N个所述微流通道中靠近敏感面的一侧均设有多个不同尺寸的生物探针。
优选的，所述石英基板靠近微流通道的一侧等距离开设有N-个波导凹槽，且每个所述波导凹槽依次设置在相邻两个微流通道之间。
优选的，N个所述微纳光纤与所述石英基板之间设有接触点，相邻两个接触点之间设有中电部，且每个所述波导凹槽依次安装在对应的中电部上。
优选的，所述整体光波导的外部还封装有用于形成集成光微流控传感芯片的聚合物芯片。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明通过加设的具有光纤件的干涉仪，通过多个干涉仪构建多通道光纤微流控传感器，实现不同目标物的同步、高通量、快速检测。
(2)本发明通过加设的多个微流通道，在微流通道的作用下让光纤件与微流通道中的样品发生相互作用，因此输出端干涉谱的波长漂移，实现多通道同步传感测量。
(3)本发明通过加设的生物探针，通过生物探针实现不同种类目标的同步、高通量、快速测量。
(4)本发明通过加设的多个波导凹槽，通过多个波导凹槽对石英基板的波导结构进行改变，降低通道间的信号串扰。
(5)综上，由上述多个有益效果组成了阵列集成光微流控传感芯片，有机结合微流控芯片和光纤传感器的优点，在实现了光纤光微流器件阵列集成的同时，实现了光学器件的芯片化，在形成独立的光学通路的同时，可以自由搭建独立的微流系统，可通过不同微流通道的不同探针的功能化实现多目标物的同步、高通量、快速检测，操作方便，成本低廉，便携性好，易于实用化。
附图说明
图1为本发明的立体图；
图2为本发明聚合物芯片、微流通道和生物探针的结构示意图；
图3为本发明石英基板和波导凹槽的俯视图；
图中：1、聚合物芯片；2、微流通道；3、石英基板；4、波导凹槽；5、微纳光纤；6、生物探针。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参考图1所示，本发明提供的一种阵列集成光微流控传感芯片，包括：整体光波导，整体光波导包括石英基板3以及安装在石英基板3上的N个相对独立的干涉仪，N个干涉仪上均设有光纤件，且N个光纤件在石英基板3上相互平行组成一维的光纤阵列结构。
结合图1所示，光纤件为微纳光纤5。
N个微纳光纤5的两个尾端分别用于光信号的输入和输出。
结合图1所示，N个微纳光纤5与相近的石英基板3组成相对独立的复合波导结构。
结合图1所示，整体光波导的外部还封装有用于形成集成光微流控传感芯片的聚合物芯片1。
上述，在使用本发明所提供的整体光波导、石英基板3和聚合物芯片1，微纳光纤5输入的光，经过微纳光纤5-石英基板3复合波导结构的时候，激发高阶模式，与传输的基模发生干涉，形成模式干涉仪。通过石英基板3渗透入微流通道2中的倏逝场与物质发生相互作用，通过透射谱波长漂移量的大小反应被测物的信息。这样N个微纳光纤5与石英基板3就组成了N个光纤干涉仪阵列，也形成了N光微流传感器；
其中，N个微纳光纤5中每个微纳光纤5的两端为信号的输入和输出端口，可以组建独立的光学通路系统；
本发明公开了一种阵列集成光微流控传感芯片，用于生物、医学、化学等多参量同时测量，实现了高灵敏度、高集成的光微流器件、信号和功能集成。N个微纳光纤5、N微流通道2和带有N-1个波导凹槽4的石英基板3组成核心功能单元，然后全部镶嵌聚合物芯片1中，形成结构稳定、高度集成、多路复用的光纤光微流芯片传感器，可自由独立的搭建微流系统和光信号系统，有效集成光纤传感器与微流控芯片的优势，该传感器可实现各种生物、医学、化学等的多参量同时传感测量，操作方便，成本低廉，便携性好，易于实用化。
在本发明中，结合图1所示，本实施的石英基板3背离微纳光纤5的一侧还开设有N个微流通道2，且N个微流通道2依次与N个微纳光纤5一一对应。
结合图1所示，N个微流通道2和N个微纳光纤5均垂直与石英基板3上的对称轴线上。
结合图2所示，石英基板3靠近微流通道2的一侧为敏感面，N个微流通道2中靠近敏感面的一侧均设有多个不同尺寸的生物探针6。
上述，在使用本发明所提供的N个微流通道2，N个微流通道2在与波导结构相互作用的区域，微流通道2四周其中3面是聚合物，一面为石英基板3的局部，该局部即为敏感面，各个通道可进行不同功能的生物探针6修饰实现对不同目标物的检测。各个微流通道2的出入口与石英基板3不接触的区域可根据需要进行具体设计，搭建独立的微流通路系统。
在本发明中，结合图1和图3所示，本实施的石英基板3靠近微流通道2的一侧等距离开设有N-1个波导凹槽4，且每个波导凹槽4依次设置在相邻两个微流通道2之间。
N个微纳光纤5与石英基板3之间设有接触点，相邻两个接触点之间设有中电部，且每个波导凹槽4依次安装在对应的中电部上。
上述，在使用本发明所提供的N-1个波导凹槽4，N-1个波导凹槽4分别是石英基板3上微流通道2中间位置，通过波导结构的优化设计，抑制光纤干涉仪阵列间的信号串扰；
石英基板3和N个微纳光纤5形成整体光波导，波导凹槽4与微流通道2位于石英基板3的同一侧，微纳光纤5位于石英基板3的另外一测，微纳光纤5与对应微流通道2中心点的连线垂直于石英基板3，波导凹槽4位于各个微流通道2的中间。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种阵列集成光微流控传感芯片，其特征在于，包括：整体光波导，所述整体光波导包括石英基板(3)以及安装在所述石英基板(3)上的N个相对独立的干涉仪，N个所述干涉仪上均设有光纤件，且N个所述光纤件在所述石英基板(3)上相互平行组成一维的光纤阵列结构。
2.根据权利要求1所述的一种阵列集成光微流控传感芯片，其特征在于：所述光纤件为微纳光纤(5)。
3.根据权利要求2所述的一种阵列集成光微流控传感芯片，其特征在于：N个所述微纳光纤(5)的两个尾端分别用于光信号的输入和输出。
4.根据权利要求2所述的一种阵列集成光微流控传感芯片，其特征在于：N个微纳光纤(5)与相近的石英基板(3)组成相对独立的复合波导结构。
5.根据权利要求2所述的一种阵列集成光微流控传感芯片，其特征在于：所述石英基板(3)背离微纳光纤(5)的一侧还开设有N个微流通道(2)，且N个所述微流通道(2)依次与N个微纳光纤(5)一一对应。
6.根据权利要求5所述的一种阵列集成光微流控传感芯片，其特征在于：N个所述微流通道(2)和N个所述微纳光纤(5)均垂直与所述石英基板(3)上的对称轴线上。
7.根据权利要求5所述的一种阵列集成光微流控传感芯片，其特征在于：所述石英基板(3)靠近微流通道(2)的一侧为敏感面，N个所述微流通道(2)中靠近敏感面的一侧均设有多个不同尺寸的生物探针(6)。
8.根据权利要求5所述的一种阵列集成光微流控传感芯片，其特征在于：所述石英基板(3)靠近微流通道(2)的一侧等距离开设有N-1个波导凹槽(4)，且每个所述波导凹槽(4)依次设置在相邻两个微流通道(2)之间。
9.根据权利要求8所述的一种阵列集成光微流控传感芯片，其特征在于：N个所述微纳光纤(5)与所述石英基板(3)之间设有接触点，相邻两个接触点之间设有中电部，且每个所述波导凹槽(4)依次安装在对应的中电部上。
10.根据权利要求1所述的一种阵列集成光微流控传感芯片，其特征在于：所述整体光波导的外部还封装有用于形成集成光微流控传感芯片的聚合物芯片(1)。
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