3] 图1为依照本发明的一种实施方式的本发明的基于电润湿的、并集成有共形光传 感功能的数字微流芯片的局部截面示意图；
[0024] 图2为依照本发明的一种基于电润湿的、并集成有共形光传感功能的数字微流芯 片的光传感区域为空气时截面示意图。
[0025] 图3为依照本发明的一种基于电润湿的、并集成有共形光传感功能的数字微流芯 片的光传感区域为空气时，光传感的模场分布图。
[0026] 图4为依照本发明的一种基于电润湿的、并集成有共形光传感功能的数字微流芯 片的光传感区域由电润湿作用下液滴覆盖光传感区域时的截面示意图。
[0027] 图5为依照本发明的一种基于电润湿的、并集成有共形光传感功能的数字微流芯 片的光传感区域在电润湿作用下液滴覆盖光传感区域时，光传感的模场分布图。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施 例用于说明本发明的原理与使用，但不是用来限制本发明的范围。
[0029] 如图1所示为本
【发明内容】
所述的一种基于电润湿的、并集成有共形光传感功能的 数字微流芯片的局部截面图。其中下面部分为玻璃基底，依次为金属电极、绝缘层、疏水层 以及光传感用的波导层。先在玻璃基底化学沉积厚度为400nm的金作为电极的金属层，然 后光刻出电极形状，并在相邻两个电极的间隙沉积一层用于光传感集成的基底缓冲层，材 料为Si02,厚度400nm，然后再通过增强型化学沉积（PECVD)工艺沉积一层50nm厚度的 Si3N4作为绝缘材料，与基底缓冲层的Si02构成光波导类型光传感，最后在绝缘层的上上 表面再旋涂一层50nm的含氟聚合物构成疏水层。液滴材料为去离子水（折射率1. 33,密度 0.998/m3)与疏水层的接触角度大约为120°，激励光垂直入射电润湿侧面。
[0030] 根据波导传输理论，当激励光照射波导时，满足传输条件的光才可以将光能量约 束在波导内部，可以通过计算该截面的有效模场面积来评估光传感信号的变化，有效模场 面积满足方程：
，表示电磁场能量密度， E(r)、H(r)分别表不电场与磁场，ε (r)为介电常数，μ。代表真空磁导率。
[0033] 优选地，本实施例采用开放式结构的电润湿配置，我们选取780nm波长的单色光 作为光传感的激励入射光，照射方向垂直于光传感波导的端面。
[0034] 在本实施例中，当传感区域无液滴覆盖时，光传感上表面传感区域的材料用空气 来表示，光束被束缚在光波内核当中，光能量集中，有效模场面积如图3所示，为7. 04um2;
[0035] 在本实施例中，当对电润湿施加一定的电压，将液滴移动至光传感区域上方时，假 设液滴的材料为去离子水时，此时，由于折射率发生了变化，导致光传感的模式将会发生变 化，具体表现为光传感模式偏移以及辐射出部分光能量，此时有效模场面积为6. 10um2。对 比这两种不同的情况，可以看出光传感的电磁场模式开始向液滴方向偏移并导致其有效模 场面积减小了 13. 35%，光能量出现了部分的泄露，如图4、5所示。
[0036] 优选地，本实施例为了更加精确的表述这种光传感的灵敏度特性等优越性，进行 量化数据处理和分析。
[0037] 在本实施例中，分别计算这两种情况下的光传感电场模的大小，分别为145. 91V/m 和191. 43V/m，电场模幅度变化高达31. 2%，变化非常显著。因此，通过检测光传感模场能 量的泄露大小和有效模场面积的变化大小，可以计算出光传感所对应的折射率变化、再推 导出液滴的所携带的物质信息。
[0038] 以上所述的是本发明的实施原理与方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也 应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种基于电润湿的、并集成有共形光传感功能的数字微流芯片结构，其特征在于，包 括： 在电润湿结构的电极间隙嵌入一个亚波长尺度的光传感结构并在结构上保持与电润 湿结构疏水层共一个平面的共形结构；当液滴处于光传感结构部位上时，液滴折射率的变 化会导致光传感结构光场发生变化，从而实现对微液滴成份及位置的测定。2. 根据权利要求1所述的基于电润湿的、并集成有共形光传感功能的数字微流芯片结 构，其特征在于，所述的亚波长尺度的光传感结构嵌入电润湿结构的两个相邻电极的间隙 之间，不改变原有电润湿器件结构。3. 根据权利要求1所述的基于电润湿的、并集成有共形光传感功能的数字微流芯片结 构，其特征在于，所述嵌入亚波长尺度光传感结构依次为基底、光传感基底缓冲层、绝缘层、 疏水层。4. 根据权利要求1所述的基于电润湿的、并集成有共形光传感功能的数字微流芯片结 构，其特征在于，所述的嵌入的亚波长尺度光传感结构，电润湿的绝缘层既是电润湿功能结 构的绝缘层，同时也作为所述所嵌入的亚波长尺度的光传感结构的内核层。5. 根据权利要求1所述的基于电润湿的、并集成有共形光传感功能的数字微流芯片结 构，其特征在于，所述的嵌入的亚波长尺度的光传感结构的内核上层缓冲层与电润湿结构 的疏水层共一个平面。6. 根据权利要求1所述的基于电润湿的、并集成有共形光传感功能的数字微流芯片结 构，其特征在于，所述的嵌入的亚波长尺度光传感结构，在电润湿结构的相邻电极之间的间 隙填充利于光传感功能产生的基底缓冲层。7. 根据权利要求1所述的基于电润湿的、并集成有共形光传感功能的数字微流芯片结 构，其特征在于，所述的嵌入的亚波长尺度光传感结构中的疏水结构层作为电润湿结构的 疏水功能和前述权利所要求的光传感的内核上层缓冲层。8. 根据权利要求1所述的基于电润湿的、并集成有共形光传感功能的数字微流芯片结 构，其特征在于，所述的嵌入亚波长尺度光传感结构中，可以检测包括水、血液和其他折射 率比空气大的物质。9. 根据权利要求1所述的基于电润湿的、并集成有共形光传感功能的数字微流芯片结 构，其特征在于，所述的嵌入亚波长尺度光传感结构，既可以采用开放式的共面单基板电润 湿结构，也可以用封闭式的三明治电润湿结构。
【专利摘要】本发明公开了一种在数字微流生化检测等极低样品消耗的检测应用领域中，能够对数字微流控芯片中携带不同成分的液滴所发生的化学反应进行实时监测的集成共形光传感结构的电润湿数字微流芯片。该芯片在不改变当前电润湿结构与性能的基础上，在电润湿的相邻的电极间隙嵌入一个亚波长尺度的光传感结构并在结构上保持与电润湿结构疏水层共一个平面的共形结构，通过检测液滴反应过程中发生的折射率微小变化所导致的光传感结构光场变化而实现对微液滴成份及位置的测定。与传统的电容、电阻抗传感器、电化学传感以及分立原件组成的光传感相比，本发明具有结构简单，标准CMOS兼容工艺更易于集成，成本低、精度高的优点。此外，传感结构与电润湿结构共形的特性使得传感功能的加入不会以降低电润湿性能为代价。
【IPC分类】B01L3/00
【公开号】CN105413765
【申请号】CN201510727243
【发明人】刘建胜, 陈洛洋, 郑铮, 程江涛, 靳宏立, 刘海涛
【申请人】北京航空航天大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年10月30日