[发明专利]高灵敏太赫兹微流通道传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器及其制备方法，尤其涉及一种结合微流技术并利用微结构对太赫兹波的共振吸收特性提高液体传感灵敏度的传感器及其制备方法，属于传感器技术领域。

背景技术

目前，生物医学、环境监测、食品安全甚至国防等领域都对高灵敏传感器提出了迫切的需求。基于光学方法的传感器具有灵敏度高、适应范围广、易于操作、功能丰富等特点，因而得到大力发展。其中非标记的(label-free)的光学探测技术通过感知被测样品折射率的变化来进行传感，无需对样品进行任何处理，因此可以在低成本下对自然状态下的样品进行实时定量检测，是一种应用非常广泛的技术。通常这种光学非标记传感器都工作在可见光与近红外波段。近年来，太赫兹波段传感器引起了人们关注。太赫兹频率范围(0.1～10THz)处于红外与微波之间，许多生物大分子的振动频率都处于太赫兹波段，具有特征吸收峰，因此太赫兹波传感具有更好的识别能力和更高的灵敏度。此外，特别是对液体样品的光学传感，为了用更少量的样品实现传感检测，并且更有效的控制微量样品间的反应和分离等功能，一种微流通道技术得到快速发展。当前，将微流通道与太赫兹技术结合起来成为了光学非标记传感技术发展的一个趋势。

2008年Applied Physics Letters杂志第93卷182904页报道了一种基于微带传输线的太赫兹微流生物传感器，通过探测微带线表面消逝波与微流通道中液体样品的耦合引起的光传输性质的变化，实现传感功能；2009年Applied Physics Letters杂志第95卷171113页报道了一种基于平板波导谐振腔的太赫兹微流传感器，利用谐振腔效应来提高探测灵敏度；2010年Nano Letters杂志第10卷2342页报道了利用超材料(metamaterial)完美吸收器(perfect absorber)进行生物传感；2012年Optics Express杂质第20卷5052页报道了一种利用金属微纳天线结构的近场局域特性增强太赫兹探测器的灵敏度；2012年Applied Physics Letters杂志第100卷221101页的文章中提出了基于超材料的传感器。上述这些技术都是基于被测样品与谐振结构的近场消逝波叠加，通过测量消逝波随被测样品折射率变化产生的变化来实现传感，因此受限于消逝波与被测液体的重叠程度，其灵敏度的提升非常有限。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高灵敏太赫兹微流通道传感器及其制备方法，其通过构建金属平面反射镜、微流通道和金属微结构组成的共振吸收器，实现共振频率处电磁场局域与微流通道中被测液体在空间上的叠加，从而提高传感器探测灵敏度。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种高灵敏太赫兹微流通道传感器，包括衬底和至少一盖层，所述衬底上设有金属平面反射镜，所述盖层上设有金属微结构层，所述金属平面反射镜与金属微结构层之间形成至少一用于被测液体流通的微流通道，并且，当所述微流通道内存有被测液体时，主要由所述金属微结构层、被测液体和金属平面反射镜组合形成的复合结构在太赫兹波段内具有共振引起的强吸收特性。

作为较为优选的实施方案之一，所述传感器包括沿垂直于微流通道平面方向依次分布的两个以上盖层，其中任一盖层朝向平面反射镜的面上均设有金属微结构层，所述金属平面反射镜与相邻金属微结构层之间以及相邻盖层之间均形成有微流通道，并且这些微流通道相互连通。

进一步的，这些微流通道沿垂直于微流通道平面方向依次连通。

所述金属微结构层包括附着在盖层上的一种以上周期性结构单元，所述周期性结构单元的周期为10～500微米，厚度为0.01～0.5微米，且所采用的金属材料至少包括金、银、铜、铝、钛、镍和铬中的一种或两种以上的组合。

所述金属平面反射镜厚度大于50纳米，且所采用的金属材料至少包括金、银、铜、铝、钛、镍和铬之中的一种或两种以上的组合。

所述微流通道高度为1-10微米，宽度为100-5000微米，且所述微流通道的两端分别与所述传感器的液体输入、输出口连通。

所述衬底材料至少包括硅、砷化镓、玻璃、聚二甲基硅氧烷、聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚甲基戊烯和聚酰亚胺中的任意一种。

所述盖层材料至少包括硅、砷化镓、玻璃、聚二甲基硅氧烷、聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚甲基戊烯和聚酰亚胺中的任意一种。

所述衬底与相邻盖层之间以及相邻盖层之间经过键合方法连接，从而在衬底与相邻盖层之间以及相邻盖层之间分别形成封闭微流通道。