CN108693160A - 一种基于长程等离子波导的表面增强拉曼光流体芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于长程等离子波导的表面增强拉曼光流体芯片，耦合光栅(1)、介质波导、表面等离子波导、微流体结构和硅基底(2)；介质波导由波导上包层(3)、波导下包层(4)和波导芯层(5)组成；波导上包层(3)设置在波导芯层(5)的上表面，耦合光栅(1)分布在波导芯层(5)的上表面，且耦合光栅(1)未与波导上包层(3)接触；硅基底(2)、波导下包层(4)和波导芯层(5)的外表面齐平，波导上包层(3)、表面等离子波导芯层(9)和微流体通道(8)的外表面齐平。本发明的基于长程等离子波导的表面增强拉曼光流体芯片，结构简单、尺寸很小，可在单一芯片上制作阵列式结构，提高检测灵敏度。

Description

一种基于长程等离子波导的表面增强拉曼光流体芯片
技术领域
本发明属于光学和微流控领域，涉及一种基于长程等离子波导的表面增强拉曼光流体芯片。
背景技术
近年来，将表面增强光谱技术与微流体技术结合是生化检测芯片的一大发展趋势，表面增强拉曼光谱技术是一种重要的光学检测手段，它具有检测速度快，样品用量少，无需样品预处理，探测灵敏度高等特点。利用微流体通道体积小的优势，可以实现低浓度样本检测，为生物化学检测提供了重要手段。目前，表面增强拉曼光谱技术广泛用于生物医学、矿物检测、食品安全、武器研究等多个领域。
目前，基于表面增强拉曼光谱技术的光流体传感器制作机理主要集中于以下三个方面：一是单点探测型传感器，利用增加样品分子用量的方式增加检测灵敏度，不能改善拉曼信号重复性；二是光子晶体光纤型传感器，利用增加溶液探测体积的方式增加灵敏度，但是制备复杂，且检测溶液加载困难；三是传统光波导型传感器，但是光波损耗大，难以增强信号强度。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于长程等离子波导的表面增强拉曼光流体芯片，实现利用长程传输累积增加拉曼信号，结合微流体流动的平均效应，采用单一芯片上阵列式结构，利用微流体技术集成的表面增强拉曼光流体芯片，进而达到改善信号重复性，提高信号灵敏度的目的。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于长程等离子波导的表面增强拉曼光流体芯片，耦合光栅1、介质波导、表面等离子波导、微流体结构和硅基底2；
所述介质波导由波导上包层3、波导下包层4和波导芯层5组成，所述波导下包层4层叠设置在所述硅基底2的上表面，所述波导芯层5层叠设置在所述波导下包层4的上表面；
所述波导上包层3设置在所述波导芯层5的上表面，且所述波导上包层3的下表面积小于所述波导芯层5的上表面积；
所述耦合光栅1分布在所述波导芯层5的上表面，且所述耦合光栅1未与所述波导上包层3接触；
所述波导上包层3的上表面设置有表面等离子波导芯层9；
所述微流体结构由进液通道6、出液通道7和微流体通道8组成；
所述微流体通道8层叠设置在所述表面等离子波导芯层9的上表面，所述进液通道6和出液通道7均设置于所述微流体通道8的上表面；
所述硅基底2、波导下包层4和波导芯层5的外表面齐平，所述波导上包层3、表面等离子波导芯层9和微流体通道8的外表面齐平；
入射光从耦合光栅(1)射入并从波导芯层(5)另一端射出。
进一步，所述表面等离子波导芯层9采用金、银或铜制成。
进一步，所述耦合光栅1的狭缝方向垂直于光的传输方向，所述进液通道6和出液通道7互相平行且左右对称设置于微流体通道8上方，并与所述微流体通道8垂直。
进一步，所述波导芯层5的材质为聚四氟乙烯，波导上包层3和波导下包层4材质为有机膜全氟树脂。
进一步，所述耦合光栅1的材质为金薄膜。
本发明的有益效果在于：
1.本发明的基于长程等离子波导的表面增强拉曼光流体芯片，采用长程等离子波导延长光与样品分子的作用距离，有效增强了信号强度；
2.本发明利用微流体结构提供的平均效应，降低了对表面增强拉曼散射衬底的依赖，改善了信号重复性；
3.本发明的基于长程等离子波导的表面增强拉曼光流体芯片，结构简单、尺寸很小，可在单一芯片上制作阵列式结构，提高检测灵敏度；采用耦合光栅提高入射光和介质光波导的耦合效率，减少光的损耗。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1是本发明芯片的主视图；
图2是本发明芯片的俯视图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
如图1～2所示，本发明为一种基于长程等离子波导的表面增强拉曼光流体芯片，主要由耦合光栅1、介质波导、表面等离子波导、微流体结构和硅基底2组成；介质波导由波导上包层3、波导下包层4和波导芯层5组成；微流体结构由进液通道6、出液通道7和微流体通道8组成；微流体结构放置于表面等离子波导芯层9上方；耦合光栅1和表面等离子波导芯层9均放置于介质波导上包层3上方；表面等离子波导芯层9材质为纳米金，表面等离子波导下包层与介质波导上包层3共用，表面等离子波导上包层由微流体通道中样品溶液充当。硅基底2放置于介质波导下包层4下方；入射光从耦合光栅1射入，从波导芯层5另一端射出。
耦合光栅1狭缝方向垂直于波导芯层5中光的传输方向；进液通道6和出液通道7平行放置于微流体通道8上方，且与微流体通道8垂直。
表面等离子波导芯层9材质为金、银或铜。
波导芯层5材质为聚四氟乙烯，上包层3、下包层4材质为有机膜全氟树脂。
耦合光栅1材质为金薄膜。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (5)

1.一种基于长程等离子波导的表面增强拉曼光流体芯片，其特征在于：耦合光栅(1)、介质波导、表面等离子波导、微流体结构和硅基底(2)；
所述介质波导由波导上包层(3)、波导下包层(4)和波导芯层(5)组成，所述波导下包层(4)层叠设置在所述硅基底(2)的上表面，所述波导芯层(5)层叠设置在所述波导下包层(4)的上表面；
所述波导上包层(3)设置在所述波导芯层(5)的上表面，且所述波导上包层(3)的下表面积小于所述波导芯层(5)的上表面积；
所述耦合光栅(1)分布在所述波导芯层(5)的上表面，且所述耦合光栅(1)未与所述波导上包层(3)接触；
所述波导上包层(3)的上表面设置有表面等离子波导芯层(9)；
所述微流体结构由进液通道(6)、出液通道(7)和微流体通道(8)组成；
所述微流体通道(8)层叠设置在所述表面等离子波导芯层(9)的上表面，所述进液通道(6)和出液通道(7)均设置于所述微流体通道(8)的上表面；
所述硅基底(2)、波导下包层(4)和波导芯层(5)的外表面齐平，所述波导上包层(3)、表面等离子波导芯层(9)和微流体通道(8)的外表面齐平；
入射光从耦合光栅(1)射入并从波导芯层(5)另一端射出。
2.根据权利要求1所述的一种基于长程等离子波导的表面增强拉曼光流体芯片，其特征在于：所述表面等离子波导芯层(9)采用金、银或铜制成。
3.根据权利要求1所述的一种基于长程等离子波导的表面增强拉曼光流体芯片，其特征在于：所述耦合光栅(1)的狭缝方向垂直于光的传输方向，所述进液通道(6)和出液通道(7)互相平行且左右对称设置于微流体通道(8)上方，并与所述微流体通道(8)垂直。
4.根据权利要求1所述的一种基于长程等离子波导的表面增强拉曼光流体芯片，其特征在于：所述波导芯层(5)的材质为聚四氟乙烯，波导上包层(3)和波导下包层(4)材质为有机膜全氟树脂。
5.根据权利要求1所述的一种基于长程等离子波导的表面增强拉曼光流体芯片，其特征在于：所述耦合光栅(1)的材质为金薄膜。
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