[发明专利]基于微流控通道全反射集成光波导的吸收光度检测传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于微流控通道全反射集成光波导的吸收光度检测传感器，特别涉及一种采用化学沉积方法在微流控通道内选择性制备光学全反射薄膜，以及微流控光学检测中光线的传输通道与检测通道的完整集成制造方法。

背景技术

微流控芯片自从20世纪90年代初首次提出以来的20年里得到了迅速发展，从最初的毛细管电泳芯片到芯片实验室，被自然杂志评为“这一世纪的技术”，已经在更高的层面被学术界和产业界所认识。微流控分析中应用最广泛、最有效的方法是光谱检测方法，其中包括荧光、分子吸收、化学发光及质谱检测。紫外-可见分光光度法不但可以进行定量分析，还可以对被测物质进行定性分析和结构分析，进行官能团鉴定、相对分子质量测定、配合物的组分及稳定常数的测定。然而，目前无论是实验室检测方法，还是商用检测仪，都需要结合光学检测和分析设备或部件(如分光光度计)来实现，造成体积庞大、试剂消耗量大、功耗高、设备成本和运行成本较高。便携式测量以及微型在线检测设备是解决上述问题的有效方案，其中便携式测量可以通过人工携带仪表进入特殊环境进行现场检测，而微型在线检测设备可以省掉大型设备所需的检测房站等相关设施。如果能将微流控技术与分光光度法相结合，可以充分发挥二者的优势，可以大幅度提高微流控光学在各个领域内的广泛应用。光学检测设备的微型化是实现便携式测量和微型在线检测的关键。

随着光电技术的不断发展，光源及光电检测方法和技术已经基本能够支持基于光度法的微流控检测。然而，要想在微米级微通道内实现吸收光度检测，检测池(吸收池)的吸收光程和光通量均受到很大的限制。通过微加工技术加大微通道的深度和宽度受芯片原始尺寸和加工技术自身能力的约束，只能小幅度增加吸收光程；使用多层夹心结构来增加光程，只可以达到几百微米；即使采用镜面反射及平面光波导技术，也最多能把光程提高到毫米级，对吸收池光程的提高均很有限。将光波导材料集成到微流控芯片是一个有效的解决途径，Chang-Yen和Lien等人采用软光刻技术将光波导材料集成到微流控芯片上，并进行了集成前精密对准的研究。浙江大学化学系方群教授将石英毛细管外表面涂覆特富龙材料，并在两端涂覆黑色油漆以实现避光处理，制备了液芯光波导，并把它插入采用微加工技术制备的“T”型微通道连接口，实现了一种新的长吸收光程检测方法，有效光程达到15mm，大幅度提高了光度检测的灵敏度。Datta等人在图形化后的硅和玻璃表面旋涂特氟隆材料，Guo等人采用在具有微通道的PDMS表面旋涂特氟隆材料，然后再将旋涂后的材料键合到另一片衬底上。这种旋涂方法可以在微通道内制备光波导，然而，由于涂特氟隆后的材料表面很难与玻璃等材料键合，因此需要采用在330度下物理刮除，微通道内表面受到较严重损伤。

在微流控吸光检测芯片上，增加吸收光程其实就是增加光线吸收通路的长度，如能找到一种无需增加外部部件、无需采用手动或自动组装，而是在微通道内选择性对通道内壁进行一定长度范围内的修饰处理，形成与芯片完全一体化的集成光学通路，则可以较容易地在在微流控芯片平面方向提高吸收光程、大幅度提高芯片的可靠性和集成化，解决微流控光学检测中微流体芯片与光学通路集成化的瓶颈问题。

银氨溶液与乙醛在60-80℃时发生氧化还原反应，银氨络合物的银离子被还原成金属银，附着在容器内壁上形成一层光亮如镜的金属银。受银镜反应的启发，可以通过控制银氨溶液流体流动以及温度，来实现微通道内部不同区域的化学镀。可以通过控制反应溶液的浓度来控制光通路以及吸收检测波导处薄膜镀层的厚度。该方法可以有效解决微流控芯片上内部通道的原位修饰，形成一个全镜面反射的集成光波导结构。该方法在光波导芯片制备过程中无需采用另外加工部件，无需精密组装，为微流控芯片在光学传输及检测等方面提供了一条新的、有效的方案，为微流控光学检测在生化分析、环境检测等方面的应用提供了更加便捷的途径。目前该方法在国际上还没有报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于微流控通道全反射集成光波导的吸收光度检测传感器，为基于微流控集成光学检测的荧光法、化学发光法以及吸收光度法的发展提供一条新的、有效的方案。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：