CN117782980A - 光传感生物芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了光传感生物芯片及其制备方法。光传感生物芯片包括光波导结构、入射光纤、修饰单元、微流控基板和出射光纤。光波导结构包括若干平面波导，平面波导被配置为允许光信号在平面波导内进行传输；修饰单元设置于平面波导上，修饰单元被配置为对待检测生物样品进行生物修饰；微流控基板设置于光波导结构上，微流控基板被配置为引导待检测生物样品流动至平面波导中，并在平面波导上进行特异性结合。在光波导结构上设置多个平面波导，并通过微流控基板将待检测生物样品导入各个平面波导上，能够实现对待检测生物样品中多种目标分子的检测，提高检测效率。
Description
技术领域
本发明涉及生物检测技术领域，特别涉及光传感生物芯片及其制备方法。
背景技术
光传感生物芯片是一种集成了光学传感器和生物化学分析器的微型芯片。它主要用于检测和分析生物样品中的目标分子，并提供高灵敏度和高选择性的检测结果。
光传感生物芯片包括光波导结构、修饰单元和微流控基板。其中，光波导结构包括平面波导，修饰单元设置于平面波导上，微控流基板设置在平面波导上，平面波导用于引导光信号在芯片内部传输，微流控基板用于引入相应的待检测生物样品，待检测生物样品中的目标分子可以与平面波导上的修饰单元进行特异性结合，从而修饰单元的折射率会发生变化，从而改变了光栅中的相位和干涉条件，通过测量光栅中光信号的强度和相位的变化，可以得到关于目标分子的信息。
目前的光传感生物芯片中，通常只能对单个目标分子进行检测，检测效率较低。
发明内容
本发明的主要目的是提供光传感生物芯片及其制备方法，以解决现有技术中通常只能对单个目标分子进行检测，检测效率较低的技术问题。
本发明实施例解决其技术问题采用以下技术方案：
提供一种光传感生物芯片，包括：
光波导结构，所述光波导结构包括若干平面波导，所述平面波导被配置为允许光信号在所述平面波导内进行传输；
入射光纤，所述入射光纤连接有外部光源，所述入射光纤被配置为将外部光源引导至若干所述平面波导中；
修饰单元，所述修饰单元设置于所述平面波导上，所述修饰单元被配置为对待检测生物样品进行特异性结合；
微流控基板，所述微流控基板设置于所述光波导结构上，所述微流控基板被配置为引导所述待检测生物样品流动至所述平面波导中，并在所述平面波导上进行特异性结合；
出射光纤，所述出射光纤连接有光谱仪，所述出射光纤被配置为将光波导中经过所述修饰单元的光信号传导至光谱仪中。
在一些实施例中，所述修饰单元包括光栅和生物修饰层，所述光栅设置于所述平面波导上，所述生物修饰层设置于所述光栅的表面，所述生物修饰层被配置为与所述待检测生物样品进行特异性结合。
在一些实施例中，所述微流控基板包括若干条微流通道，若干条所述微流通道分别位于与其相对于的平面波导上，各个所述平面波导上的生物修饰层被配置为检测不同的待检测生物样品。
在一些实施例中，所述微流控基板包括一条微流通道，所述微流通道位于若干条所述平面波导上。
在一些实施例中，所述微流通道包括通道入口和通道出口；
所述通道入口位于所述修饰单元的一侧且朝向所述入射光纤设置，所述通道入口被配置为引导所述待检测生物样品进入所述微流通道；
所述通道出口位于所述修饰单元的另一侧且朝向所述出射光纤设置，所述通道出口被配置为引导与所述修饰单元进行结合后的待检测生物样品离开所述微流通道。
在一些实施例中，所述光波导结构还包括基底，若干所述平面波导设置在所述基底上，且所述微流控基板设置于所述基底上。
另一方面，本发明还提供一种光传感生物芯片的制备方法，包括：
提供一基底；
在所述基底上设置若干条平面波导；
在所述平面波导上设置修饰单元；
在所述基底上设置微流控基板，得到光传感芯片，其中，所述修饰单元被配置为对待检测生物样品进行特异性结合。
在一些实施例中，所述在所述平面波导上设置修饰单元，包括：
在所述平面波导上刻写光栅；
在光栅上设置生物修饰层，得到具有修饰单元的平面波导，其中，所述平面波导被配置为允许光信号在所述平面波导内进行传输。
在一些实施例中，所述在所述平面波导上刻写光栅，包括：
提供预设光栅图案；
根据所述光栅图案以预设方式将光栅刻写于所述平面波导，其中，预设方式为飞秒激光直写。
本发明技术方案提出的光传感生物芯片，光波导结构包括有若干个平面波导，光信号可在平面波导内进行传输，通过入射光纤与若干个平面波导进行连接，使得外部光源的光信号能够通过入射光纤进入各个平面波导中并在平面波导内进行传输。并且，修饰单元设置在各个平面波导上，微流控基板设置在光波导结构上，以使得微流控基板能够将待检测生物样品引导至各个平面波导上，从而与各个平面波导上的修饰单元进行特异性结合，使得修饰单元的折射率发生变化，进而通过测量经过修饰单元的光信号的强度和相位的变化，得到待检测生物样品中目标分子的信息。通过这样设置，在光波导结构上设置多个平面波导，并通过微流控基板将待检测生物样品导入各个平面波导上，能够实现对待检测生物样品中多种目标分子的检测，提高检测效率。。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种光传感生物芯片的结构示意图；
图2为本发明另一实施例提供的一种光传感生物芯片的结构示意图；
图3为本发明实施例一实施例提供的一种光传感生物芯片的制备流程图。
附图标号说明：
100、光传感生物芯片；10、光波导结构；101、平面波导；20、修饰单元；30、微流控基板；301、微流通道；302、通道入口；303、通道出口；40、入射光纤；50、出射光纤。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
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的一部分实施例，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作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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B为例”，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
下面结合图1至图3，通过具体的实施例对本申请实施例提供的光传感芯片及其制备方法进行详细地说明。
本发明提出一种光传感生物芯片。请参阅图1至图3，本发明中的光传感生物芯片100包括光波导结构10、入射光纤40、修饰单元20、微流控基板30和出射光纤50。光波导结构10包括若干平面波导101，平面波导101被配置为允许光信号在平面波导101内进行传输；入射光纤40连接有外部光源，入射光纤40被配置为将外部光源引导至若干平面波导101中；修饰单元20设置于平面波导101上，修饰单元20被配置为对待检测生物样品进行生物修饰；微流控基板30设置于光波导结构10上，微流控基板30被配置为引导待检测生物样品流动至平面波导101中，并在平面波导101上进行特异性结合；出射光纤50连接有光谱仪，出射光纤50被配置为将光波导中经过修饰单元20的光信号传导至光谱仪中。
在本实施例中，光波导结构10包括有若干个平面波导101，光信号可在平面波导101内进行传输，通过入射光纤40与若干个平面波导101进行连接，使得外部光源的光信号能够通过入射光纤40进入各个平面波导101中并在平面波导101内进行传输。并且，修饰单元20设置在各个平面波导101上，微流控基板30设置在光波导结构10上，以使得微流控基板30能够将待检测生物样品引导至各个平面波导101上，从而与各个平面波导101上的修饰单元20进行特异性结合，使得修饰单元20的折射率发生变化，进而通过测量经过修饰单元20的光信号的强度和相位的变化，得到待检测生物样品中目标分子的信息。通过这样设置，在光波导结构10上设置多个平面波导101，并通过微流控基板30将待检测生物样品导入各个平面波导101上，能够实现对待检测生物样品中多种目标分子的检测，提高检测效率。
其中，平面波导101可以由具有高折射率的材料构成，常见的材料包括硅(Si)、硅氧化物(SiO2)和聚合物等。首先可进行选择合适的基底材料作为构建平面波导101的基础。常见的基底材料包括硅(Si)或玻璃(glass)，这些材料具有良好的光学性能和可加工性。而后在基底上，通过物理/化学气相沉积、溅射、离子注入等技术，沉积或形成一层具有高折射率的材料。例如，可以使用一些具有高折射率的材料来形成平面波导101的核心层，例如使用硅氧化物(SiO2)来形成平面波导101的核心层，这是由于硅氧化物具有较高的折射率，能够对在平面波导101内的光信号进行折射，防止平面波导101将光线吸收。当光在平面波导101内进行传输时，其具体为在核心层内进行传输。并且，根据需要，还可以在核心层上覆盖一层低折射率的材料，例如聚合物材料。通过该聚合物材料能够起到对光束的限制和保护光波导结构10的作用。此外，为了控制光信号在平面波导101中的传输模式，可以在核心层和覆盖层之间添加有模式控制层。模式控制层的设计和制备可以通过改变层厚度、掺杂等方式来实现。最后，可使用光刻技术或电子束曝光技术，将期望的波导结构图案转移到波导材料上。然后通过刻蚀、离子注入等方法，在波导材料上形成所需的波导结构。这可以实现光信号在平面波导101内部的引导和传输。
关于上述的模式控制层，该模式控制层的作用是优化平面波导101的光学性能，使光信号能够以所需的模式和方向在平面波导101中传输。具体的，通过调控模式控制层的尺寸和折射率，可以限制光信号在平面波导101中传播时可能出现的模式。例如，可以设计模式控制层以实现单模波导，使光信号仅在基础模式下传输，从而减少信号传输中的损耗和失真；以及通过模式控制层控制光束的聚焦和扩展。通过改变模式控制层的形状、厚度或折射率分布，可以调节光信号的传播速度和聚集程度，使其能够更好地与待检测生物样品中的目标分子相互作用，提高后续检测的灵敏度和选择性。
关于上述的修饰单元20，修饰单元20设置于平面波导101上，修饰单元20可与待检测生物样品中的特异性被测物(目标分子)进行生物修饰。并且，可通过在不同的平面波导101上设置有不同的修饰单元20，用于对待检测生物样品中的多种特异性被测物分别进行特异性结合，从而可同时检测多种目标分子的信息。具体的，在各个平面波导101上分别设置有不同的修饰单元20，待检测生物样品通过微流控基板30分别流动至各个平面波导101上，待检测生物样品中的多种目标分子与其相对应的平面波导101上的修饰单元20进行特异性结合，从而可实现同步检测多种目标分子的信息。
在一些实施例中，修饰单元20包括光栅和生物修饰层，光栅设置于平面波导101上，生物修饰层设置于光栅的表面，生物修饰层被配置为与待检测生物样品进行特异性结合。
光栅设置于平面波导101上，具体的，可使用光刻法、飞秒激光直写法、电子束直写法或者干涉法等方式在平面波导101上刻写光栅。光刻法需要使用光刻技术和光刻胶。首先，在平面波导101上涂覆一层光刻胶，然后将光刻胶暴露在紫外光下，通过光刻胶的光敏性质，在所需刻写的位置形成图案。接下来，使用化学溶解或蚀刻物理过程，将未暴露的光刻胶去掉，从而形成光栅结构。激光直写法是一种通过激光在平面波导101上直接刻写所需图案的方法。激光束被聚焦到平面波导101的表面上，在所需刻写的位置上产生局部的加热或蚀刻，从而形成光栅结构。激光直写法具有高精度和可控性，可以刻写复杂的光栅结构。
电子束直写法是一种类似于激光直写法的方法，不同之处在于使用的是电子束而不是激光束。电子束直写法在刻写光栅时具有更高的分辨率和精度，可以实现更细微的结构。
干涉法是一种通过干涉效应来形成光栅结构的方法。首先，在平面波导101表面上涂覆一层光敏胶。然后，通过同时照射两束相干光，使它们在光敏胶表面上形成干涉图案。在干涉图案的交叠区域形成高亮度的光点，通过光敏胶的光敏性质，使其在该位置产生光刻效应，从而形成光栅结构。
生物修饰层设置于光栅的表面，当修饰单元20与待检测生物样品进行特异性结合时，具体为生物修饰层的生物分子与待检测生物样品中的目标分子之间以高度特异的方式相互结合。具体的，基于生物分子的互补性和相互作用，例如抗体与抗原的特异性识别、DNA探针与目标DNA序列的互补结合等，生物修饰层上的生物分子，例如抗体、DNA探针、酶等。它们与待检测生物样本中的目标分子(例如蛋白质、DNA片段、抗原等)发生特异性结合。通过特异性结合，待检测生物样本中的目标分子会与生物修饰层中的生物分子发生稳定的结合，并形成特定的生物分子复合物，从而光栅的折射率会因为其上形成的生物分子复合物而发生改变，进而在光传感生物芯片100中能够检测和分析目标分子的存在、浓度或其他特定特性。
在一些实施例中，所述微流控基板30包括若干条微流通道301，若干条所述微流通道301分别位于与其相对于的平面波导101上，各个所述平面波导101上的生物修饰层被配置为检测不同的待检测生物样品。
微流控基板30包括有若干条微流通道301，若干条微流通道301分别与其相对应的平面波导101相连接。通过若干条微流通道301内可用于分别引导不同的待检测生物样品流动至各个平面波导101上，并且，在各个平面波导101上设置有不同的生物修饰层，以对应检测不同的待检测生物样品的目标分子。在本实施例中，若需要检测不同的待检测生物样品中的目标分子的信息，可将不同的待检测生物样品分别引导至各个微流通道301中，并在各个微流通道301内流动至平面波导101上的修饰单元20中，从而可实现多个待检测生物样品中的目标分子分别与多个修饰单元20中的生物分子进行特异性结合。
在一些实施例中，所述微流控基板30包括一条微流通道301，所述微流通道301位于若干条所述平面波导101上。
微流控基板30上仅设置有一条微流通道301，该微流通道301设置于光波导结构10上，从而使得该微流通道301与波导结构上的若干条平面波导101相互连接。在若干个平面波导101上分别设置有不同的生物修饰层，以对待检测样品中的多种目标分子进行特异性结合，从而检测同种待检测样品中的多种目标分子的信息。具体的，在待检测样品中，例如血浆中，会存在有多种目标分子，此时为了检测血浆中的多种目标分子，可将该血浆通过微流通道301分别流向若干个平面波导101中，从而血浆中的各个目标分子能够在各个平面波导101上的生物修饰层进行特异性结合。通过这样的设置，能够同时对待检测样品中的多种目标分子同时进行检测，提高检测效率。
其中，微流控基板30上的微流通道301可以为通过软光刻技术而制备形成的PDMS微流通道301。其具体的制备步骤包括：
将PDMS预聚合液混合并搅拌均匀，然后除去气泡，将预聚合液倒入模具中进行预聚合。其中，预聚合时可在高温环境下进行，以促进PDMS的交联反应。
将PDMS与模具接触，并通过吸力或轻压将PDMS完全充填到模具中的微流通道301结构中。其中，经过预聚合的PDMS会变得柔软，便于将其填充止模具中。并且，在注胶前，可对模具和PDMS表面进行清洁处理。
注胶完成后，对PDMS进行固化。通过对PDMS进行固化以形成坚固且可操作的微流通道301结构。
以及将PDMS微流通道301与进行模具分离。当PDMS完全固化后，可将PDMS微流通道301与模具分离。
在一些实施例中，微流通道301包括通道入口302和通道出口303；通道入口302位于修饰单元20的一侧且朝向入射光纤40设置，通道入口302被配置为引导待检测生物样品进入微流通道301；通道出口303位于修饰单元20的另一侧且朝向出射光纤50设置，通道出口303被配置为引导与修饰单元20进行结合后的待检测生物样品离开微流通道301。
其中，微流通道301的主要功能是在微尺度下操控和控制流体的流动。通过在微流通道301傻上设置通道入口302和通道出口303，能够实现待检测生物样本进入微流通道301内。其中，通道入口302用于将待检测生物样品引导到微流通道301中，通道出口303用于待检测生物样品的排出和收集。
其中，通道入口302位于修饰单元20的一侧且朝向入射光纤40设置，光信号能够在平面波导101上进行传输，并通过出射光纤50离开平面波导101。当待检测生物样品通过通道入口302进入微流通道301内后，待检测生物样品可以与修饰单元20上的生物修饰层进行特异性结合后，光信号能在平面波导101上经过该段区域，而后从而出射光纤50离开平面波导101。从而通过光信号强度和相位的变化来得到目标分子的相关信息。
通道出口303位于修饰单元20的另一侧且朝向出射光纤50设置。当待检测生物样品在与修饰单元20上的生物修饰层进行特异性结合后，与修饰单元20进行待结合后的检测生物样品可通过通道出口303排出微流通道301。
在一些实施例中，光波导结构10还包括基底，若干平面波导101设置在基底上，且微流控基板30设置于基底上。
其中，该基底可以选用硅、氮化硅、氧化硅等材料，硅、氮化硅、氧化硅等具有较高的耐高温性、优异的光学特性和化学稳定性的材料，以满足光波导结构10在生物芯片中所需传输光信号的要求。
若干平面波导101均设置在基底上，并且，微流控基板30也设置在基底上，从而可使得微流控基板30与平面波导101相互连接，微流控基板30内的待检测生物样品可以流入生物修饰层上进行特异性结合。
具体的，可将微流控基板30键合在基底上，从而使得微流控基板30与基底上的平面波导101进行紧密集成，从而待检测生物样品能够直接流通至平面波导101上的修饰单元20内。通过这样的设置，可以使得微流控基板30和基底形成有稳定的结构，进而可以反复进行多次实验或分析，而无需频繁更换或补充生物试剂，从而可以大幅度节省待检测生物样品的消耗。
微流控基板30和基底的键合通常可以使用多种方法，例如热压键合、化学键合或硅基底键合等。在本实施例中，可以使用硅基底键合的方法，具体为使用基底微硅材料的特性进行键合。例如，可以使用氧化法或非氧化法将微流控基板30直接键合到硅基底上。通过适当的表面处理和键合条件，可以实现稳定的键合效果。
在热压键合方法中，首先先将微流控基板30和基底表面清洁，并确保二者的平整度和光滑度。然后将微流控基板30与基底紧密对接，使其表面接触，并以一定的温度和压力施加在键合区域。在热压键合过程中，微流控基板30的表面与基底之间发生扩散和交联，形成强固和可靠的键合。
而有时候，使用化学反应能够实现更强的键合效果。例如，可以在微流控基板30和基底的接触面上涂覆一层适合的化学键合剂，然后将它们对接在一起。通过化学键合剂的反应，可以形成牢固的键合，使得微流控基板30和基底之间的连接更加稳定。
本发明另一实施例还提供一种光传感芯片的制备方法，包括：
步骤S1，提供一基底。
在步骤S1中，该基底是指在化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)法制备过程中用作形成平面波导的固体材料。具体的，该基底可以选用硅、氮化硅或氧化硅等具有较高的耐高温性、优异的光学特性和化学稳定性的材料，从而满足光波导结构在生物芯片中所需传输光信号的要求。
步骤S2，在基底上设置若干条平面波导。
在步骤S2中，在基底上设置若干条平面波导，具体为，通过物理/化学气相沉积、溅射、离子注入等技术，沉积或形成一层具有高折射率的材料。例如，可以使用一些具有高折射率的材料来形成平面波导的核心层，例如使用硅氧化物(SiO2)来形成平面波导的核心层。这是由于硅氧化物具有较高的折射率，能够对在平面波导内的光信号进行折射，防止平面波导将光线吸收。当光在平面波导内进行传输时，其具体为在核心层内进行传输。
步骤S3，在平面波导上设置修饰单元。
在步骤S3中，在平面波导上设置修饰单元，具体为在平面波导上刻写光栅，并在光栅上设置有一层生物修饰层，以对待检测生物样品中的特异性被测物(目标分子)进行生物修饰。在该步骤中，可通过在不同的平面波导上设置有不同的修饰单元，用于对待检测生物样品中的多种特异性被测物分别进行特异性结合，从而可同时检测多种目标分子的信息。并且，在各个平面波当上所设置的修饰单元可以为不同种类的修饰单元。
步骤S4，在基底上设置微流控基板，得到光传感芯片，其中，所述修饰单元被配置为对待检测生物样品进行特异性结合。
在步骤S4中，在基底上设置微流控基板，可将微流控基板键合在基底上，从而使得微流控基板与基底上的平面波导进行紧密集成，从而待检测生物样品能够直接流通至平面波导上的修饰单元内。通过这样的设置，可以使得微流控基板和基底形成有稳定的结构，进而可以反复进行多次实验或分析，而无需频繁更换或补充生物试剂，从而可以大幅度节省待检测生物样品的消耗。并且由于在各个平面波导上分别设置有不同的修饰单元，微流控基板能够将待检测生物样品引导至各个平面波导上，从而与各个平面波导上的修饰单元进行特异性结合，使得修饰单元的折射率发生变化，进而通过测量经过修饰单元的光信号的强度和相位的变化，得到待检测生物样品中目标分子的信息。
在一些实施例中，在平面波导上设置修饰单元，包括：
步骤S21，在平面波导上刻写光栅。
在步骤S21中，平面波导上刻写光栅可以用于增强生物分子的检测灵敏度。通过调节光栅的周期和深度，可以增加光线与待检测生物样品中的目标分子相互作用的表面积，从而提高信号的强度和可探测性。并且，通过刻写光栅可以形成光子晶体结构，利用光子晶体效应来调控光的传播特性。通过该光子晶体效应来禁止或引导特定波长的光传播，从而实现光的波长选择、滤波和波导引导等功能，使得特定波长的光线在平面波导内进行传播以检测待检测生物样品中的目标分子。
步骤S22，在光栅上设置生物修饰层，得到具有修饰单元的平面波导，其中所述平面波导被配置为允许光信号在所述平面波导内进行传输。
在步骤S22中，在光栅上设置生物修饰层首先需要在光栅表面引入化学修饰基团，如氨基、羧基、硫基等。这可以通过表面修饰技术，如硅烷化化、自组装单分子层、共价键合等方法实现。这些基团可以提供与生物分子相互作用所需的化学官能团。而后，在表面功能化后，可以通过将生物分子固定在表面上来形成生物修饰层。这些生物分子可以是抗体、适配体、生物素、寡核苷酸、聚合物链或其他特定的分子识别元素。其中，生物分子的固定可以通过化学偶联、生物特异性相互作用或生物相容性交联等方法实现。
关于上述的表面修饰技术，在光栅表面引入化学修饰基团的表面修饰技术可以采用自组装单分子层或化学键合或共价键合等方法。
自组装单分子层是通过将具有特定化学官能团的分子溶解在溶剂中，并在光栅表面形成单分子层。例如，硫基化合物可用于形成硫自组装单分子层，而羧基化合物可用于形成羧酸单分子层。化学键合是将化学修饰基团与光栅表面进行共价键合以形成稳定的修饰层。化学键合的方法包括硅化、硅烷偶联剂的使用等。共价键合是通过化学交联反应将化学修饰基团与光栅表面固定。通常涉及在修饰基团和光栅表面之间形成共价键，使修饰层与光栅表面牢固结合。
生物修饰层可以和待检测生物样品中的目标分子进行特异性结合，而后通过测量光栅中光信号的强度和相位的变化，得到关于目标分子的信息。
在一些实施例中，在平面波导上刻写光栅，包括：
步骤S211，提供预设光栅图案。
在步骤S211中，提供预设的光栅图案可以为矩形光栅图案、折线光栅图案、光子晶体光栅图案、光栅阵列图案等，具体可根据实际情况来进行选择。
步骤S212，根据光栅图案以预设方式将光栅刻写于平面波导，其中，预设方式为飞秒激光直写。
在步骤S212，可通过飞秒激光直写将光栅刻写于平面波导上。激光直写法是一种通过激光在平面波导上直接刻写所需图案的方法。激光束被聚焦到平面波导的表面上，在所需刻写的位置上产生局部的加热或蚀刻，从而形成光栅结构。
在一些实施例中，在基底上设置微流控基板，得到光传感芯片，其中，修饰单元与微流控基板相连接之后还包括：
步骤S5,在基底的一侧耦合连接有入射光纤。
步骤S6,在基底的另一侧耦合连接有出射光纤，其中，入射光纤与外部光源连接，出射光线与光谱仪连接。
其中，入射光纤可将外部光源的光信号传输至基底上的平面波导中，光信号在平面波导中经过修饰单元后，发生了光信号的强度和相位的变化，并通过出射光纤进入光谱仪中进行分析，从而得到关于目标分子的信息。
通过该制备方法所得到光传感生物芯片100，在基底上设置可有若干个平面波导101，光信号可在平面波导101内进行传输，通过入射光纤40与若干个平面波导101进行连接，使得外部光源的光信号能够通过入射光纤40进入各个平面波导101中并在平面波导101内进行传输。并且，修饰单元20设置在各个平面波导101上，微流控基板30设置在光波导结构10上，以使得微流控基板30能够将待检测生物样品引导至各个平面波导101上，从而与各个平面波导101上的修饰单元20进行特异性结合，使得修饰单元20的折射率发生变化，进而通过测量经过修饰单元20的光信号的强度和相位的变化(具体为通过光谱仪测量出射光纤50的光信号)，得到待检测生物样品中目标分子的信息。通过这样设置，在光波导结构10上设置多个平面波导101，并通过微流控基板30将待检测生物样品导入各个平面波导101上，能够实现对待检测生物样品中多种目标分子的检测，提高检测效率。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种光传感生物芯片，其特征在于，包括：
光波导结构，所述光波导结构包括若干平面波导，所述平面波导被配置为允许光信号在所述平面波导内进行传输；
入射光纤，所述入射光纤连接有外部光源，所述入射光纤被配置为将外部光源引导至若干所述平面波导中；
修饰单元，所述修饰单元设置于所述平面波导上，所述修饰单元被配置为对待检测生物样品进行特异性结合；
微流控基板，所述微流控基板设置于所述光波导结构上，所述微流控基板被配置为引导所述待检测生物样品流动至所述平面波导中，并在所述平面波导上进行特异性结合；
出射光纤，所述出射光纤连接有光谱仪，所述出射光纤被配置为将光波导中经过所述修饰单元的光信号传导至光谱仪中。
2.根据权利要求1所述的光传感生物芯片，其特征在于，所述修饰单元包括光栅和生物修饰层，所述光栅设置于所述平面波导上，所述生物修饰层设置于所述光栅的表面，所述生物修饰层被配置为与所述待检测生物样品进行特异性结合。
3.根据权利要求2所述的光传感生物芯片，其特征在于，所述微流控基板包括若干条微流通道，若干条所述微流通道分别位于与其相对于的平面波导上，各个所述平面波导上的生物修饰层被配置为检测不同的待检测生物样品。
4.根据权利要求2所述的光传感生物芯片，其特征在于，所述微流控基板包括一条微流通道，所述微流通道位于若干条所述平面波导上。
5.根据权利要求3或4所述的光传感生物芯片，其特征在于，所述微流通道包括通道入口和通道出口；
所述通道入口位于所述修饰单元的一侧且朝向所述入射光纤设置，所述通道入口被配置为引导所述待检测生物样品进入所述微流通道；
所述通道出口位于所述修饰单元的另一侧且朝向所述出射光纤设置，所述通道出口被配置为引导与所述修饰单元进行结合后的待检测生物样品离开所述微流通道。
6.根据权利要求2所述的光传感生物芯片，其特征在于，所述光波导结构还包括基底，若干所述平面波导设置在所述基底上，且所述微流控基板设置于所述基底上。
7.一种光传感芯片的制备方法，其特征在于，包括：
提供一基底；
在所述基底上设置若干条平面波导；
在所述平面波导上设置修饰单元；
在所述基底上设置微流控基板，得到光传感芯片，其中，所述修饰单元被配置为对待检测生物样品进行特异性结合。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述在所述平面波导上设置修饰单元，包括：
在所述平面波导上刻写光栅；
在光栅上设置生物修饰层，得到具有修饰单元的平面波导，其中，所述平面波导被配置为允许光信号在所述平面波导内进行传输。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述在所述平面波导上刻写光栅，包括：
提供预设光栅图案；
根据所述光栅图案以预设方式将光栅刻写于所述平面波导，其中，预设方式为飞秒激光直写。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在所述基底上设置微流控基板，得到光传感芯片，其中，所述修饰单元与所述微流控基板相连接之后还包括：
在所述基底的一侧耦合连接有入射光纤；
在所述基底的另一侧耦合连接有出射光纤，其中，入射光纤与外部光源连接，出射光线与光谱仪连接。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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