[发明专利]一种金属光栅耦合SPR检测芯片及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及表面等离子体共振（SPR）生物、化学检测技术领域的一种检测芯片及其制备方法，特别是一种基于激光全息光刻工艺的金属光栅耦合SPR检测芯片。

背景技术

表面等离子共振（Surface Plasmon Resonance,SPR）是一种光学物理现象。当入射光和金属薄膜表面的自由电子相互作用，在金属薄膜的界面将产生表面等离子波。当入射光波的传播常数与表面等离子波的传播常数相匹配时，引起金属膜内自由电子产生共振，即表面等离子共振。分析时，先在检测芯片表面固定一层生物分子识别膜，然后将待测样品流过芯片表面，若样品中有能够与芯片表面的生物分子识别膜相互作用的分子，会引起金膜表面折射率变化，最终导致SPR角变化，通过检测SPR角度变化，获得被分析物的浓度、亲和力、动力学常数和特异性等信息。根据激发共振方式的差别，表面等离子体共振传感器的类型主要分为棱镜型、波导型和光栅型，即三种耦合方式。其中，大多数 SPR装置采用棱镜耦合入射光，因为其制作相对简单，但也存在局限性，例如：棱镜上直接镀金属薄膜存在一定的困难，而且检测生物样品时，需要调节入射光的角度，增大了仪器的体积，不利于小型化的发展。

在传统的金属光栅耦合SPR检测装置中，制作金属光栅的工艺，曝光部分一般采用电子束曝光机和步进式曝光机。电子束曝光机主要用于纳米级图形光刻，然而其是对图像逐个进行读写式曝光，这样不利于曝光大面积的图形，将花费大量的时间；步进式曝光机能曝光大面积图像，但投影曝光机价格昂贵以及高成本的掩模版制备过程，使光刻的成本很高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光全息光刻工艺得到大面积的光栅图形，应用于SPR检测芯片中，形成基于金属光栅耦合的SPR芯片，可进行生物、化学检测。在制备金属光栅耦合层工艺中使用激光全息光刻工艺，能快速的、大面积的曝光，得到周期性的条纹图形，即一维光栅，进而大大的减少了工艺时间和成本，有利于工业化大规模生产。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种金属光栅耦合SPR检测芯片，其特征是，它包括：

透明基底；

形成于透明基底上的金属光栅耦合层，所述金属光栅耦合层上修饰有用以识别待检测样品的生物分子，且所述金属光栅耦合层的光栅周期在1000nm以下；

以及，覆设于金属光栅耦合层上的微流体层，所述微流体层中分布的微流体通道与金属光栅耦合层交叉接触。

所述透明基底由透明有机材料或透明无机材料构成，所述透明无机材料包括玻璃。

所述金属光栅耦合层的厚度不超过200nm。

所述金属光栅的周期不超过1000nm。

所述金属光栅耦合层由Au或Ag形成。

所述微流体层由透明有机材料形成，所述透明有机材料包括聚二甲基硅氧烷。

如上所述金属光栅耦合SPR检测芯片的制作方法，其特征在于，该方法为：应用激光全息光刻工艺在均匀涂抹于基底表面的光刻胶层上形成条纹光栅，在上述的条纹光栅上利用金属镀膜工艺形成金属膜，进而剥离光刻胶得到金属光栅耦合层；将制备好的微流体层与金属光栅耦合层键合，得到目标产物。

更具体的讲，该方法包括如下步骤：

a)、在透明的基底表面上均匀涂覆光刻胶层；

b)、应用激光全息光刻工艺在前述的光刻胶层上形成条纹光栅；

c)、利用金属镀膜工艺在前述的条纹光栅上形成金属膜，所述的金属镀膜工艺包括电子束蒸发工艺；

d)、剥离光刻胶，得到金属光栅耦合层；

e)、在前述金属光栅耦合层表面修饰用以识别待检测样品的生物分子；

f)、制作具有微流体通道的微流体层；

g)、将制备好的微流体层与金属光栅耦合层键合，得到目标产物。

更进一步的，微流体层的制作方法为：以透明有机材料为主体材料，通过光刻胶作为掩膜曝光形成微流体通道图形，再蚀刻图形得到目标产物；所述的透明有机材料优选使用聚二甲基硅氧烷。

通过本发明设计的芯片结构，利用金属光栅耦合入射光与金属表面的自由电子发生共振，形成沿着金属表面传播的电子疏密波即表面等离子体激元，检测反射或透射光谱的峰位变化即SPR的响应峰的峰位, 得到被测样品在反应前、后的光谱峰值位移的变化，来确定生物信息。