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原文传递传感芯片及其制备方法、检测系统、检测方法

专利名称：	传感芯片及其制备方法、检测系统、检测方法
摘要：	一种传感芯片及其制备方法、检测系统、检测方法，传感芯片包括：低折射率基底层，所述基底层的折射率小于石英的折射率；周期性波导光栅结构，位于所述基底层上，所述周期性波导光栅结构包括光栅脊、以及保形覆盖所述光栅脊和基底层的高折射率膜，其中，所述高折射率膜的折射率大于或等于1.8。本发明通过低折射率基底层和周期性波导光栅结构，且周期性波导光栅结构包括保形覆盖光栅脊和基底层的高折射率膜，从而使传感芯片能够同时具备高灵敏度和高Q值的特性，进而提高了传感芯片的品质因数。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	上海;31
申请人：	复旦大学
发明人：	周一;吴翔;张树宇;费义艳;陈晨
专利状态：	有效
申请日期：	2018-12-29T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-07T00:00:00+0800
申请号：	CN201811639340.3
公开号：	CN109856087A
代理机构：	上海知锦知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	高静;李丽
分类号：	G01N21/41(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	200433 上海市杨浦区邯郸路220号
主权项：	1.一种传感芯片，其特征在于，包括：低折射率基底层，所述基底层的折射率小于石英的折射率；周期性波导光栅结构，位于所述基底层上，所述周期性波导光栅结构包括光栅脊、以及保形覆盖所述光栅脊和基底层的高折射率膜，所述高折射率膜的折射率大于或等于1.8。 2.如权利要求1所述的传感芯片，其特征在于，所述基底层的折射率为1.3至1.4。 3.如权利要求1所述的传感芯片，其特征在于，所述基底层的材料为紫外胶。 4.如权利要求1所述的传感芯片，其特征在于，所述基底层的厚度为2μm至5μm。 5.如权利要求1所述的传感芯片，其特征在于，所述高折射率膜的折射率为2至2.7。 6.如权利要求1所述的传感芯片，其特征在于，所述高折射率膜的厚度为20nm至30nm。 7.如权利要求1所述的传感芯片，其特征在于，所述高折射率膜的材料为氮化硅或二氧化钛。 8.如权利要求1所述的传感芯片，其特征在于，所述光栅脊的折射率小于石英的折射率。 9.如权利要求1所述的传感芯片，其特征在于，所述光栅脊的折射率为1.3至1.4。 10.如权利要求1所述的传感芯片，其特征在于，所述光栅脊的材料为紫外胶。 11.如权利要求1所述的传感芯片，其特征在于，所述光栅脊和所述基底层为一体结构。 12.如权利要求1所述的传感芯片，其特征在于，所述光栅脊的光栅周期为400nm至600nm，所述光栅脊的占空比为0.3至0.7。 13.如权利要求1所述的传感芯片，其特征在于，所述光栅脊的高度为100nm至200nm。 14.如权利要求1所述的传感芯片，其特征在于，所述传感芯片还包括：支撑层；所述基底层位于所述支撑层上。 15.如权利要求14所述的传感芯片，其特征在于，所述支撑层呈透明状。 16.如权利要求14所述的传感芯片，其特征在于，所述支撑层的材料为石英或玻璃。 17.如权利要求14所述的传感芯片，其特征在于，所述传感芯片还包括：固定于所述支撑层上的壳体，所述壳体与所述支撑层围成微腔；所述基底层和所述周期性波导光栅结构位于所述微腔中；其中，沿所述光栅脊延伸方向上，所述壳体的两个相对的侧壁具有开口，一个侧壁中的开口作为液体流入口，另一个侧壁中的开口作为液体流出口，所述开口由对应侧壁和支撑层顶部围成。 18.如权利要求1所述的传感芯片，其特征在于，所述传感芯片适于检测生物分子，所述传感芯片还包括：位于所述高折射率膜表面的修饰层，适于吸附待测生物分子。 19.一种传感芯片的制备方法，其特征在于，包括：形成低折射率基底层以及位于所述基底层上的光栅脊，所述基底层的折射率小于石英的折射率；形成保形覆盖所述光栅脊和基底层的高折射率膜，所述高折射率膜的折射率大于或等于1.8，所述高折射率膜和光栅脊用于构成周期性波导光栅结构。 20.如权利要求19所述的制备方法，其特征在于，采用蒸镀工艺形成所述高折射率膜。 21.如权利要求19所述的制备方法，其特征在于，形成所述基底层之前，还包括：提供支撑层；在所述支撑层上形成所述基底层。 22.如权利要求21所述的制备方法，其特征在于，形成所述基底层和光栅脊的步骤包括：在所述支撑层上涂布低折射率材料层，所述低折射率材料层的折射率小于石英的折射率；对所述低折射率材料层进行压印处理，压印处理后的剩余低折射率材料层作为所述基底层，位于所述基底层上的多个凸起作为所述光栅脊。 23.权利要求21所述的制备方法，其特征在于，形成所述周期性波导光栅结构后，还包括：在所述支撑层上固定壳体，所述壳体与所述支撑层围成微腔，所述微腔适于容纳所述基底层和周期性波导光栅结构，沿所述光栅脊延伸方向上，所述壳体的两个相对的侧壁具有开口，一个侧壁中的开口作为液体流入口，另一个侧壁中的开口作为液体流出口，所述开口由对应侧壁和支撑层顶部围成。 24.如权利要求21所述的制备方法，其特征在于，所述传感芯片适于检测生物分子，形成所述周期性波导光栅结构后，还包括：对所述高折射率膜进行表面修饰处理，在所述高折射率膜表面形成修饰层，所述修饰层适于吸附待测生物分子。 25.权利要求24所述的制备方法，其特征在于，所述修饰层适于吸附蛋白质分子，所述表面修饰处理的步骤包括：采用碱性溶液对所述高折射率膜表面进行第一表面处理，适于在所述高折射率膜表面吸附羟基；采用含氨基溶液对所述高折射率膜进行第二表面处理，使所述高折射率膜表面在所述含氨基溶液中静置至第一预设时间，适于使所述氨基与羟基发生吸附；在达到所述第一预设时间后，对所述高折射率膜进行第一清洗处理，适于去除残留的碱性溶液和含氨基溶液；在所述第一清洗处理后，进行烘干处理。 26.权利要求25所述的制备方法，其特征在于，所述表面修饰处理的步骤还包括：在所述烘干处理后，采用链霉亲和素溶液对所述高折射率膜进行孵化处理，适于使所述链霉亲和素溶液中的蛋白质分子与所述氨基相结合；在所述孵化处理后，对所述高折射率膜进行第二清洗处理，适于去除残留的所述链霉亲和素溶液；在所述第二清洗处理后，采用反应溶液对所述高折射率膜表面进行第三表面处理，适于封闭剩余的氨基结合位点；在所述第三表面处理后，对所述高折射率膜进行第三清洗处理，适于去除残留的所述反应溶液。 27.如权利要求25所述的制备方法，其特征在于，所述第一表面处理的参数包括：所述碱性溶液为氢氧化钠溶液，处理时间为15分钟至30分钟。 28.如权利要求25所述的制备方法，其特征在于，所述第二表面处理的参数包括：所述含氨基溶液为3-缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷溶液，所述第一预设时间为2小时至3小时。 29.如权利要求25所述的制备方法，其特征在于，依次采用酒精溶液和去离子水进行所述第一清洗处理。 30.如权利要求25所述的制备方法，其特征在于，所述第一清洗处理的参数包括：所述酒精溶液为无水酒精，采用所述酒精溶液清洗10分钟至20分钟，采用去离子水清洗10分钟至20分钟。 31.如权利要求25所述的制备方法，其特征在于，采用烘箱进行所述烘干处理，工艺温度为50℃至60℃，处理时间为1小时至2小时。 32.如权利要求26所述的制备方法，其特征在于，所述孵化处理的处理时间为2小时至3小时。 33.如权利要求26所述的制备方法，其特征在于，所述第二清洗处理的参数包括：清洗溶液为磷酸盐缓冲液，清洗时间为10分钟至20分钟。 34.如权利要求26所述的制备方法，其特征在于，所述第三表面处理的参数包括：所述反应溶液为牛血清白蛋白溶液，所述牛血清白蛋白溶液的浓度为0.5mg/ml至1mg/ml，处理时间为30分钟至40分钟。 35.如权利要求26所述的制备方法，其特征在于，所述第三清洗处理的参数包括：清洗溶液为磷酸盐缓冲液，清洗时间为10分钟至20分钟。 36.一种检测系统，其特征在于，包括：光源模块，适于发出出射光；准直调整模块，适于使所述出射光经过后输出平行光；偏振片，适于调整所述平行光的偏振态，输出偏振光；分束镜，适于使所述偏振光透过形成透射光；导模共振传感器，包括：支撑层；如权利要求1至13中任一项所述的传感芯片，所述传感芯片中的基底层位于所述支撑层上；固定于所述支撑层上的壳体，所述壳体与所述支撑层围成微腔，所述微腔适于容纳所述基底层和所述周期性波导光栅结构，沿所述光栅脊延伸方向上，所述壳体的两个相对的侧壁具有开口，一个侧壁中的开口作为液体流入口，另一个侧壁中的开口作为液体流出口，所述开口由对应侧壁和支撑层顶部围成，其中，所述导模共振传感器适于接收所述透射光并在实现导模共振后激发第一反射光，所述第一反射光经所述分束镜发生反射形成第二反射光；探测模块，适于接收所述第二反射光，并收集所述第二反射光的光谱。 37.如权利要求36所述的检测系统，其特征在于，所述准直调整模块包括：光纤准直器，适于使所述出射光经过并实现光束准直；光阑，适于调整准直后的光束光斑大小。 38.如权利要求36所述的检测系统，其特征在于，所述偏振片为格兰棱镜。 39.如权利要求36所述的检测系统，其特征在于，所述分束镜为半透半反镜。 40.如权利要求36所述的检测系统，其特征在于，所述探测模块包括光谱仪。 41.如权利要求36所述的检测系统，其特征在于，所述检测系统适于检测生物分子，所述传感芯片还包括：位于所述高折射率膜表面的修饰层，适于吸附待测生物分子。 42.一种检测方法，其特征在于，包括：提供如权利要求36至41中任一项权利要求所述的检测系统和待测液体；开启光源模块，发出出射光；将所述待测液体通过所述开口通入所述微腔中；开启所述光源模块以及将所述待测液体通入所述微腔中后，采用所述探测模块收集光谱。
所属类别：	发明专利