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原文传递传感芯片及其制备方法、检测系统和检测方法

专利名称：	传感芯片及其制备方法、检测系统和检测方法
摘要：	一种传感芯片及其制备方法、检测系统和检测方法，传感芯片包括：基底层；波导层，位于基底层上；光栅，位于波导层上，光栅包括光栅脊和光栅槽，光栅脊和光栅槽用于接触待测介质，光栅满足预设条件中的一种或两种，所述预设条件包括：光栅构成等效平面结构，或者，光栅脊的折射率设置为与待测介质构成等效连接介质。本发明通过使光栅构成等效平面结构，能够减小光栅脊对波导层中传输的光的散射能力，这有利于提高Q值，而通过使光栅脊的折射率设置为与待测介质构成等效连接介质，也能够使光栅可视等效平面结构，从而提高Q值；综上，通过使光栅满足上述预设条件中的一种或两种，均能够提高传感芯片的Q值，相应使得传感芯片的检测性能得以提升。
专利类型：	发明专利
申请人：	复旦大学
发明人：	周一;吴翔;熊青松;陈晨
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T14:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
申请号：	CN202010093669.5
公开号：	CN111208060A
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
分类号：	G01N21/01;G01N21/41;G01N21/55;G02B6/124;G;G01;G02;G01N;G02B;G01N21;G02B6;G01N21/01;G01N21/41;G01N21/55;G02B6/124
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：基底层；波导层，位于所述基底层上；光栅，位于所述波导层上，所述光栅包括光栅脊和光栅槽，所述光栅脊和光栅槽用于接触待测介质，所述光栅满足预设条件中的一种或两种，所述预设条件包括：所述光栅构成等效平面结构，或者，所述光栅脊的折射率设置为与所述待测介质构成等效连接介质。 2.如权利要求1所述的传感芯片，其特征在于，所述光栅脊的厚度小于或等于50纳米。 3.如权利要求1所述的传感芯片，其特征在于，所述光栅脊的材料的折射率与所述待测介质的折射率的比值为0.7至1.3。 4.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介质材料。 5.如权利要求1所述的传感芯片，其特征在于，所述光栅脊的占空比小于或等于0.3，或者，所述光栅脊的占空比大于或等于0.7。 6.如权利要求1所述的传感芯片，其特征在于，所述波导层的厚度为40纳米至350纳米。 7.如权利要求1所述的传感芯片，其特征在于，所述光栅脊和所述波导层为一体结构。 8.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：位于所述基底层上的壳体，所述壳体与所述基底层围成微腔，所述微腔用于容纳所述待测介质；其中，所述波导层和光栅位于所述微腔中。 9.如权利要求8所述的传感芯片，其特征在于，所述待测介质为待测液体；沿所述光栅脊的延伸方向上，所述壳体的两个相对的侧壁具有开口，一个侧壁中的所述开口用于作为所述待测液体的流入口，另一个侧壁中的所述开口用于作为所述待测液体的流出口，所述开口由对应侧壁和所述基底层顶部围成。 10.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：修饰层，覆盖所述光栅脊和波导层的表面，所述修饰层适于吸附待测生物分子。 11.一种传感芯片的制备方法，其特征在于，包括：形成基底层；在所述基底层上形成波导层；在所述波导层上形成光栅，所述光栅包括光栅脊和光栅槽，所述光栅脊和光栅槽用于接触待测介质，所述光栅满足预设条件中的一种或两种，所述预设条件包括：所述光栅构成等效平面结构，或者，所述光栅脊的折射率设置为与所述待测介质构成等效连接介质。 12.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，形成所述基底层之前，所述制备方法还包括：进行波导层厚度确定步骤；所述波导层厚度确定步骤包括：确定波导光栅参数，所述波导光栅参数包括所述光栅脊的预设厚度和光栅周期、以及所述波导层的折射率；根据所述波导光栅参数，获得不同厚度的所述波导层对应的灵敏度；确定所述灵敏度的最大值所对应的厚度作为所述波导层的预设厚度；在所述基底层上形成波导层的步骤中，根据所述波导层的预设厚度形成所述波导层。 13.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，在所述波导层上形成光栅的步骤包括：在所述波导层上形成光栅材料层；对所述光栅材料层进行图形化处理，形成凸出于所述波导层上的所述光栅脊。 14.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，在所述基底层上形成波导层、以及在所述波导层上形成光栅的步骤包括：在所述基底层上形成波导光栅材料层；所述波导光栅材料层进行图形化处理，所述图形化处理后的剩余所述波导光栅材料层作为所述波导层，位于所述波导层上的凸起作为所述光栅脊。 15.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，在所述波导层上形成光栅的步骤中，所述光栅脊的厚度小于或等于50纳米。 16.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，在所述波导层上形成光栅的步骤中，所述光栅脊的材料的折射率与所述待测介质的折射率的比值为0.7至1.3。 17.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，在所述波导层上形成光栅的步骤中，所述光栅脊的占空比小于或等于0.3，或者，所述光栅脊的占空比大于或等于0.7。 18.如权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述灵敏度为共振波长灵敏度或共振角度灵敏度。 19.如权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述灵敏度为共振波长灵敏度；根据所述波导光栅参数，获得不同厚度的所述波导层对应的灵敏度的步骤包括：提供衍射光栅方程和平板波导方程；利用所述衍射光栅方程替换所述平板波导方程中的共振波长项，获得基于共振波长偏移的平板波导方程；求解所述基于共振波长偏移的平板波导方程，获得衍射光传播角度；利用所述衍射光传播角度和所述衍射光栅方程，获得任一厚度的所述波导层对应的共振波长灵敏度。 20.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，在所述波导层上形成光栅后，所述制备方法还包括：在所述基底层上固定壳体，所述壳体与所述基底层围成微腔，所述微腔用于容纳所述波导层和光栅，所述微腔还用于容纳所述待测介质。 21.如权利要求11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；在所述波导层上形成光栅后，所述制备方法还包括：对所述光栅脊和波导层的表面进行表面修饰处理，形成覆盖所述光栅脊和波导层的表面的修饰层，所述修饰层适于吸附待测生物分子。 22.一种检测系统，其特征在于，包括：光源模块，适于发出出射光；导模共振传感器，包括：如权利要求1至7中任一项所述的传感芯片；位于所述基底层上的壳体，所述壳体与所述基底层围成微腔，所述微腔用于容纳所述波导层、光栅以及待测介质；其中，所述导模共振传感器适于接收所述出射光并在实现导模共振后激发检测光；探测模块，适于接收所述检测光并对所述检测光进行检测。 23.如权利要求22所述的检测系统，其特征在于，所述待测介质为待测液体；沿所述光栅脊的延伸方向上，所述壳体的两个相对的侧壁具有开口，一个侧壁中的所述开口作为所述待测介质的流入口，另一个侧壁中的所述开口作为所述待测介质的流出口，所述开口由对应侧壁和所述基底层顶部围成。 24.如权利要求22所述的检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括：偏振片，所述偏振片位于所述出射光的光路上，所述偏振片用于调整所述出射光的偏振态，输出偏振光；所述导模共振传感器适于接收所述偏振光；或者，所述偏振片位于所述检测光的光路上，所述偏振片用于调整所述检测光的偏振态，输出偏振光；所述探测模块适于接收所述偏振光并对所述偏振光进行检测。 25.如权利要求24所述的检测系统，其特征在于，所述出射光为白光，所述偏振光为TM偏振光或TE偏振光；或者，所述出射光为单色光；所述偏振光包括TM偏振光和TE偏振光中的一种或两种。 26.如权利要求22所述的检测系统，其特征在于，所述探测模块包括光电探测器或光谱仪。 27.如权利要求22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：修饰层，保形覆盖所述光栅脊和波导层的表面，所述修饰层适于吸附待测生物分子。 28.一种检测方法，其特征在于，包括：提供待测介质、以及如权利要求22至27中任一项权利要求所述的检测系统；开启光源模块，发出所述出射光；将所述待测介质通入所述微腔中；开启所述光源模块、并将所述待测介质通入所述微腔中后，采用所述探测模块接收所述检测光并对所述检测光进行检测。
所属类别：	发明专利