针对有机溶剂的太赫兹时域光谱检测微流控芯片装置

1.本实用新型属于太赫兹时域光谱测量技术领域，具体涉及一种针对有机溶剂的太赫兹时域光谱检测微流控芯片装置。


背景技术：

2.太赫兹辐射是0.1～10thz的电磁辐射，从频率上看，在无线电波和光波，毫米波和红外线之间；从能量上看，在电子和光子之间。太赫兹系统在半导体材料、高温超导材料的性质研究、断层成像技术、无标记的基因检查、细胞水平的成像、化学和生物的检查，以及宽带通信、微波定向等许多领域有广泛的应用。jin li li运用微流控纸芯片技术实现了对于有机磷和氨基甲酸酯类农药残留的快速检测；fan yi qiang等人运用可穿戴式微流控芯片对人体体液进行实时监测，用于疾病诊断。liu lei等人采用石英作为基底，利用层流原理在太赫兹频域光谱系统中实现了不同液体样品的实时、无标记的传感和成像。tang qi等人设计的微流控设备是由玻璃基底和pdms微流通道制成的，加入电极利用介电泳原理将细胞聚集在探测区域，实现更准确的实时测量。制作太赫兹微流控芯片的材料要具有透光率高、容易加工的特性，现如今制作微流控芯片的材料有石英玻璃、pdms(聚二甲基硅氧烷)、pe(聚乙烯)、coc等，但是由于pdms对太赫兹波的透过率较低、pe(聚乙烯)对可见光不透明等缺点，不能实时观察到沟道内液体样品的变化，coc易被酸碱溶液腐蚀。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种针对有机溶剂的太赫兹时域光谱检测微流控芯片装置，制作简单，可改变沟道深度、能承载粘稠度较高的有机溶剂、性能良好、可重复利用。
4.一种太赫兹时域光谱检测微流控芯片装置，包括盖片(4)、夹层(5)、基片(6)和两个光电导天线组件；
5.夹层(5)设有微流控沟道，微流控沟道包括顺序设置的进液通道(7)、探测区(8)和出液通道(9)，进液通道(7)和出液通道(9)联通形成腰型孔，探测区(8)为圆形，位于进液通道(7)和出液通道(9)中间，分别与进液通道(7)和出液通道(9)联通；
6.盖片(4)上对应于进液通道(7)位置设置有进液口(10)，对应于出液通道(9)位置设置有出液口(11)；
7.盖片(4)、夹层(5)和基片(6)从上之下固定在一起，由此将夹层(5)中液体通道形成封闭的液体通道；
8.一个光电导组件固定在盖片(4)上表面上；另一个光电导组件固定在基片(6)的下表面，其中，两个光电导天线组件中心对准。
9.较佳的，光电导天线组件包括低温砷化镓光电导天线(1)和两片铜片(3)；两片铜片(3)的中间部分粘分别对应贴在低温砷化镓光电导天线(1)的两个电极上，形成光电导天线组件。
10.较佳的，所述低温砷化镓光电导天线(1)包括硅片以及硅片上的低温砷化镓薄膜，低温砷化镓薄膜上形成两个电极。
11.较佳的，所述电极由下层的铬膜和上层的金膜构成。
12.较佳的，夹层(5)的材料为双面胶。
13.较佳的，夹层(5)的厚度为100μm。
14.较佳的，所述微流控沟道的长度为15mm，进液通道(7)和出液通道(9)的宽度为3mm，探测区(8)的直径为4mm。
15.较佳的，盖片(4)和基片(6)的材料为石英玻璃。
16.本实用新型具有如下有益效果：
17.本实用新型的针对有机溶剂的太赫兹时域光谱检测微流控芯片装置，制作简单、使用方便、可重复利用；通过双面胶的厚度来控制探测区的深度，易于操作，可适用于大部分生物溶液样品的太赫兹光谱检测；另外，微流控芯片由于其通道尺寸非常小，节省了样品量的使用，用于医学对于婴儿、老人、残疾人这些静脉采集困难的人群，使其检测更加方便，或者是非常珍贵稀少的样本，使其多项指标检测成为可能。
18.基片和盖片采用的石英玻璃，是目前加工微流控芯片中使用较多的材料，其优点是透光性好，机械强度高，微加工工艺成熟，太赫兹透过率高达90％，使检测结果更加科学准确。另外，石英玻璃可以装载一些酸性碱性溶液和有机溶剂，不易被腐蚀，这拓宽了微流控芯片的使用范围。
19.本实用新型将低温砷化镓光电导天线和微流控结合，利用微系统来测量液体的相关参数，实现了最大集成化。低温砷化镓光电导天线制作工艺简单，容易操作，因为是利用直径为200μm铜线产生缝隙，所以可以控制缝隙的大小，通过仿真或者实验来找到最优参数。这样将太赫兹的产生、探测以及样品的探测集成到一起，实现了多种功能。
附图说明
20.图1为本实用新型实施例中制作薄膜的低温砷化镓外延片。
21.图2为本实用新型实施例中的低温砷化镓光电导天线。
22.图3为本实用新型实施例中微流控芯片盖片。
23.图4为本实用新型实施例中微流控芯片基片。
24.图5为本实用新型实施例中微流控芯片夹层。
25.图6为本实用新型实施例中针对有机溶剂进行太赫兹时域光谱检测的微流控芯片示意图。
26.图7为本实用新型实施例中针对有机溶剂进行太赫兹时域光谱检测的集成有光电导天线的夹心式微流控芯片放置位置示意图。
27.图8本实用新型实施例中针对有机溶剂进行太赫兹时域光谱检测的集成有光电导天线的夹心式微流控芯片的整体结构示意图。
28.其中，1
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低温砷化镓光电导天线，2
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微流控芯片，3
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铜片，4
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盖片，5
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夹层，6
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基片，7
‑
进液通道，8
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探测区，9
‑
出液通道，10
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进液口，11
‑
出液口。
具体实施方式
29.下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。
30.本实用新型的针对有机溶剂的太赫兹时域光谱检测微流控芯片装置，包括盖片4、夹层5、基片6和两个光电导天线组件；光电导天线组件包括低温砷化镓光电导天线1和两片铜片3。
31.如图5所示，夹层5设有微流控沟道，微流控沟道包括顺序设置的进液通道7、探测区8和出液通道9，进液通道7和出液通道9联通形成腰型孔，探测区8为圆形，位于进液通道7和出液通道9中间，与进液通道7和出液通道9分别联通。
32.盖片4上对应于进液通道7位置设置有进液口10，对应于出液通道9位置设置有出液口11。
33.盖片4、夹层5和基片6从上至下固定在一起，由此将夹层5中微流控沟道形成封闭的微流控沟道。微流控沟道的高度由夹层5的厚度决定。
34.如图1所示，低温砷化镓光电导天线1采用低温砷化镓外延片制成，具体方法为：用盐酸溶液与砷化铝alas和低温砷化镓反应速度差别原理，将200μm厚的砷化铝牺牲层腐蚀掉，从而得到2μm厚的低温砷化镓薄膜，将薄膜放在干净的硅片上，选用200μm的铜丝分别捆绑在低温砷化镓薄膜中间，将捆绑好的片放入2hd
‑
400高真空蒸发镀膜机中，依次蒸镀高纯度的10nm铬和250nm金，蒸镀结束后将铜线取下，如图2所示，就得到了低温砷化镓光电导天线1，铜线两侧形成光电导天线1的两个电极，这样制作天线的办法简单、高效。
35.将两片长为6mm、宽为2mm的铜片3的中间部分用导电银胶粘贴在一个低温砷化镓光电导天线(1)的两个金电极上(用于连接电源)，形成一个光电导天线组件。
36.将一个光电导组件的两个铜片3用502胶粘贴在盖片4上表面上；将另一个光电导组件的两个铜片3用502胶粘贴在基片6的下表面；既实现了导电的功能也起到固定光电导天线的作用，而且铜片3也更加方便后续与导线的连接。其中，两个光电导天线组件中心对准。
37.探测区8用来盛放液体样品，利用光电导天线组件1对微流控芯片中的样片进行探测。如图3所示，石英玻璃盖片4上对应进液通道7的位置设置有进液口10，对应于出液通道9的位置设置有出液口11；测试时用于探测的液体样品从盖片4的进液口10经过进液通道7进入探测区8，经过太赫兹光谱探测后液体样品流经出液通道9再通过石英玻璃中的出液口11流出。飞秒激光束垂直入射到上表面的光电导天线组件上产生太赫兹波，太赫兹波先后穿过盖片5、微流控沟道中的有机溶剂和基片6，最后由下表面的低温砷化镓光电导天线进行探测。
38.盖片4和基片6的材料为石英玻璃，对可见光透明，对太赫兹透过率极高，稳定性强，石英玻璃在太赫兹范围内透过率高于90％，且无特征振动峰出现，不会影响太赫兹光谱的检测。
39.夹层5的材料为双层强黏性双面胶，厚度为100μm，其强黏性可以将盖片4和基片6固连在一起。
40.由进液通道7、探测区8和出液通道9构成的液体通道的长度为15mm，进液通道7和出液通道9的宽度为3mm，探测区8的直径为4mm。
41.优选的蒸镀方法：2hd
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400高真空蒸发镀膜机(北京泰科诺科技有限公司)。
42.综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。