[发明专利]基于纳米复制成型的光子晶体纳米流体传感器及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于纳米复制成型的光子晶体纳米流体传感器及制备方法，该传感器包括光子晶体结构和光学透明覆盖层，光子晶体结构包括玻璃基底、由紫外线固化物所形成的低折射率光栅层和沉积在所述光栅层上的高折射率材料层；该方法包括：制备具有光栅周期结构的石英光栅母模板；在载玻片上旋涂紫外线固化物；加热石英光栅母模板，并在光栅凹槽内滴入剥离胶，然后将载玻片覆盖在石英光栅母模板上并固化；在载玻片背面粘贴盖玻片；在光栅层上沉积高折射率材料获得高折射率材料层；在材料层表面粘贴光学透明覆盖层以使两者键合，学透明覆盖层与光栅凹槽之间形成纳米流体通道。本发明具有制备简洁快速，制作精度高、成本低的特点，且适合于大批量生产。

技术领域

本发明属于光电器件领域，更具体地，涉及基于纳米复制成型的光子晶体纳米流体传感器及制备方法。

背景技术

基于光子晶体的纳米流体传感器是指将光子晶体的高折射率材料光栅层凹槽与光学透明材料进行键合，形成相应的光子晶体纳米流体通道。光子晶体纳米流体传感器具有光子晶体的相关特性：能够与特定频率的波长产生共振，并且能够使纳米通道内的局域电场得到增强；所以，光子晶体纳米流体传感器能够应用于基于共振波长频移的无标识检测和基于局域电场增强的荧光增强检测。纳米流体结构具有体积小，同时具有巨大的表体面积比，能促进纳米通道中的分析物在较短的时间内光栅的纳米通道内表面进行测试。纳米流体的相关特性使其易于进行低浓度小分子、蛋白质、基因和DNA检测，具有检测精度高和耗时少的特点。同时，纳米流体通道的小体积是实现片上系统的核心部件。

目前，许多研究机构申请了光子晶体和纳米流体传感器研究方面的相关专利。例如，美国的Cunningham教授利用光子晶体作为传感器进行一系列生物化学分子检测；Brueck等人用纳米流体传感器进行生物化学分析实验，并应用于生物分子的分离与分析。

但是，目前光子晶体和纳米流体传感器的制备主要采用MEMS(微机电系统,Micro-Electro-Mechanical System)工艺，其制备过程需要在超净间实现，存在制备工艺过程复杂，制作耗时长，制备价格昂贵等特点；同时，采用MEMS工艺制备光子晶体的常用基片为硅晶片，其在可见光范围内不具有光学透明性，因此，在传感器测试过程中需要使用基于光子晶体的反射光谱进行测试，存在光学平台搭建复杂，测试难度较大等问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于纳米复制成型的光子晶体纳米流体传感器及制备方法，其利用纳米铸模复制工艺制备出的光子晶体纳米流体传感器，制作工艺简单，制作成本低，并且可以大规模批量生产；同时由于所有材料均为光学透明材料，能够利用光子晶体的透射光谱进行相应的分析检测，结构简单且稳定性、可靠性高，可广泛应用于生物、化学及医学分析检测。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种基于纳米复制成型的光子晶体纳米流体传感器，该传感器包括光子晶体结构和光学透明覆盖层，其中：

所述光子晶体结构包括玻璃基底、由紫外线固化物所形成的低折射率光栅层和沉积在所述光栅层上的高折射率材料层，所述光栅层由石英光栅母模板通过纳米复制成型得到，所述光学透明覆盖层设于所述材料层的上表面，其与所述光栅层的光栅凹槽形成纳米流体通道。

作为进一步优选的，所述玻璃基底包括彼此粘合的盖玻片和载玻片，其中所述盖玻片作为光子晶体纳米流体传感器的基底，而载玻片则作为紫外线固化物的基底。

作为进一步优选的，所述光子晶体纳米流体传感器具有光学透明性，可应用于透射光谱测试平台。

按照本发明的另一方面，提供了一种所述光子晶体纳米流体传感器的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备具有光栅周期结构的石英光栅母模板；

(2)在经洗涤、干燥后的载玻片上旋涂紫外线固化物；