专利名称：一种单通道微流回音壁模式的生物化学传感器的制作方法
技术领域：
本发明属传感器技术领域，具体涉及一种单通道微流回音壁模式的生物化学传感器。
背景技术：
在化学生物领域中，人们经常需要对微量的样品进行分析。例如，对核酸、蛋白质、病毒等尺度在纳米量级的颗粒进行研究，或者对水中的微量重金属离子进行检测。这些往往需要借助传感器，把微观世界的景象转换为可以认知的信号，才能完成微量探测。光学传感器是把分析物与敏感元件的相互作用转换为光信号进行探测。这种传感器不受电磁干扰，可进行远距离探测，并且由于可以用一个通路传输多组信号，其探测的信 息量也很大。回音壁模式微腔的Q值最高，光子寿命最长，所以回音壁模式光学微腔传感器中，光子与分析物的相互作用最强，有利于获得更高的探测灵敏度；而且，Q值越高，光学模式线宽越窄，有利于获得更低的探测极限。单通道的回音壁微管中可以支持多阶模式的存在，不同的模式的自由光谱范围不同，多个模式强度叠加形成包络，通过对包络峰位的测量便可得到被测样品的光学参数的信息。由于韦涅耳效应的放大作用，此器件具有很高的灵敏度，又由于本身的自参考效应，该器件环境影响完全免疫，所以基于此探测机理化学生物传感器的探测极限得到了进一步的降低。
发明内容
本发明的目的在于提出一种单通道回音壁模式的生物化学传感器，弥补以往光学生物化学传感器存在的不足，具有结构紧凑、制作容差大、对环境影响免疫，灵敏度高，以及探测极限低等优点。本发明提出的一种单通道回音壁模式的生物化学传感器，由如下部分依次组合连接构成一个激发物镜[I]，一个微流通道[2]，一个收集物镜[3]和一个收集光纤[4]，如图I所示，其中激发物镜和收集物镜焦距可以为O. 5-3cm，微流通道为石英玻璃微管或微泡，半径范围可以为50-200 μ m，壁厚范围为3-30μπι，对应不同的激发光源中心波长有不同的优化的结构参数。本发明原理如下首先，在单个回音壁模式微腔，可以支持多阶模式，不同阶模式的自由光谱范围不同，多个模式的光谱在强度上叠加，可以形成包络。当微腔内部流过的样品折射率发生改变或回音壁内壁有颗粒吸附时，会引起其各阶模式谐振波长的改变，从而使模式包络峰位发生改变。通过对器件散射谱包络的变化的测量可以对器件中样品光学参数进行检测从而达到做生物化学传感的目的。本发明中，同一微腔形成的两个或多个模式，各模式经历的环境相同，测量的信号为二者相加得到的结果，对环境的要求大大降低，从而可以达到更高的探测极限，同时，由于韦涅尔效应，单个模式峰位的移动得到了放大，使得器件的灵敏度大大提高。本发明中，测量微腔内壁可以涂覆相应探测物的特异性配体从而对被测生物样品进行特异性探测。
图I是单通道回音壁模式的生物化学传感器结构示意图。图2是单通道回音壁模式的生物化学传感器测量原理3是两相叠加回音壁模式的模场截面图。图4是器件散射谱与通道中样品折射率变化的关系。图中标号1.激发物镜，2.微流通道，3.收集物镜，4.收集光纤。
具体实施方式
下面通过具体实例进一步描述本发明
实施例利用该单通道回音壁模式的生物化学传感器对不同折射率酒精与水的混合液进行检测。I.采用的测量光源为SLD，中心波长为770nm，光谱宽度为50nm。2.激发物镜为olympus50倍长焦物镜，该物镜将SLD光源发出的光聚焦在微管上发生散射，散射光中包含有微管的多个模式；收集物镜将散射光收集，并聚焦于收集光纤处，在该处不同阶数的模式的散射光强度相互叠加，在光谱上形成包络，该收集物镜为olympus50倍长焦物镜。3.收集光纤将收集的散射光导入光谱仪，光谱仪型号为Princeton Acton 2750，最小分辨率为23pm。4.微腔为微管状，微腔直径为140 μ m，壁厚为14微米，材料为二氧化硅。5.被测液体折射率分别为 I. 3334，I. 3338，I. 3342，I. 3346，I. 3350，I. 3354.当不同浓度的液体依次通过器件时，强度叠加出的包络发生移动，灵敏度达到800nm/RIU，不同折射率液体经过器件时的散射谱变化如图4，从上到下折射率依次增加。由于自参考效应，测量结果对环境影响免疫，同时环境因素对信号影响大大降低，精度取决于光谱仪的分辨率的十分之一，探测灵敏度可以达到3X 10_5RIU。
权利要求
1.一种单通道微流回音壁模式的生物化学传感器，其特征在于由如下部分依次组合连接构成一个激发物镜，一个微流通道，一个收集物镜和一段收集光纤。
2.根据权利要求I所述的生物化学传感器，其特征在于所述激发物镜焦距为O.5cm_3cm0
3.根据权利要求I所述的生物化学传感器，其特征在于所述微流通道为微管或微泡状，半径为50-200 μ m,壁厚为3-30 μ m。
4.根据权利要求I所述的生物化学传感器，其特征在于所述收集物镜焦距为O.5cm_3cm0
5.根据权利要求I所述的生物化学传感器，其特征在于用于测量的光源为宽光谱光 源，中心波长范围为500nm-1550nm。
全文摘要
本发明属传感器技术领域，具体为一种单通道微流回音壁模式的生物化学传感器。该生物化学传感器由激发物镜、微流通道、收集物镜和收集光纤依次连接组成，根据不同浓度的生物化学样品在微流通道中形成的散射谱包络中心的位置不同，实现生物化学传感器功能，具有结构紧凑，尺寸小，环境无敏感性较好，灵敏度高，探测极限低，制作工艺比较简单以及成本低等优点。本器件适合在生物化学领域做有极低探测极限的传感器。
文档编号G01N21/25GK102854150SQ20121036903
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月27日 优先权日2012年9月27日
发明者李明, 吴翔, 涂鑫, 任力强, 徐雷, 刘丽英 申请人:复旦大学