[发明专利]一种片上荧光激发与采集系统

说明书

一种片上荧光激发与采集系统，是将荧光的激发、增强、采集等集成到一个波导芯片上的系统，具体包括光源模块、荧光激发与增强模块、荧光滤光模块、支撑基片，其中荧光激发与增强模块包括矩形波导、Y型分束波导、槽波导、Y型合束波导四个部分，荧光滤光模块具体是一个光子晶体阵列，是在一个矩形波导上镂空20~30个圆柱形孔洞所构成的结构。支撑基片包括过渡层、异质结衬底两个部分。该系统具有效率高、操作简便、集成度高等优势，进一步的，通过将荧光收集到波导中，可以将荧光检测集成到芯片中，大大减少了生物荧光检测装置的体积，实现了系统的小型化和便携式。

技术领域

本发明涉及生物技术的荧光激发与采集系统的技术领域，特别是涉及一种基于波导结构激发染料来产生并采集特定波段的宽带荧光的荧光激发采集系统。

背景技术

在现代生物学领域，荧光广泛应用于各种生物分子、化学样品的检测过程中，在生物检测中具有非常重要的地位。当一束激发光照射荧光材料时，材料会吸收与自身本征频率相同的光子，并进入激发态，由于此时的激发态不稳定，材料会很快从激发态回到基态，从而以电磁辐射的形式发射其他波长的光，这一过程称为荧光。传统的生物荧光检测方法需要搭建空间光路、使用大型设备，并且还需要专业人员来操作，因此其应用局限于实验室环境，难以满足临床快速检测的需求。随着实时荧光检测技术的发展，微型便携式荧光检测系统在生物检测、药品研发、食品安全等领域的发挥着越来越重要的作用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种片上荧光激发与采集系统，具有体积小、激发效率高、采集效率高、便于集成的特点。本发明是通过以下技术方案实现的：一种片上荧光激发与采集系统，芯片上集成了荧光的激发、增强、采集流程与功能，具体包括光源模块、荧光激发与增强模块、荧光滤光模块、支撑基片，其中荧光激发与增强模块包括矩形波导、Y型分束波导、槽波导、Y型合束波导四个部分，荧光滤光模块具体是一个光子晶体阵列，是在一个矩形波导上镂空20 ~ 30个圆柱形孔洞所构成的结构。支撑基片包括过渡层、异质结衬底两个部分。整个系统结构分为三层，最下方是异质结衬底，用于制备、生长所需的波导结构，异质结衬底上面通过分子束外延技术生长着过渡层，两者紧密贴合，过渡层用于为波导结构的生长提供氮气源，过渡层上通过分子束外延技术从左到右生长着荧光激发与增强模块、荧光滤光模块，分别用于激发染料产生荧光和过滤激发光。荧光激发与增强模块与荧光滤光模块是紧密相连的。

所述的荧光激发与增强模块、荧光滤光模块等波导结构都是使用在可见光波长下的吸收较低的氮化镓(GaN)材料。

所述的荧光激发与增强模块、荧光滤光模块通过分子束外延生长在过渡层上方，与过渡层紧密贴合。

所述的荧光激发与增强模块、荧光滤光模块两者间是紧密贴合、相连的，在空间上是一体的，所述的荧光激发与增强模块位于荧光滤光模块左侧。

所述的荧光激发与增强模块包括四个部分，从左到右分别是矩形波导、Y型分束波导、槽波导、Y型合束波导，这四个部分之间同样是直接相连的。

所述的矩形波导位于整个系统的最左端，是整个系统的输入端，其左侧输入端通过光纤与光源连接，激发光通过光纤耦合到矩形波导中，从而进入片上荧光系统。

所述的矩形波导的宽度是190~210nm，高度是280~320nm，波导中可以传输单模激光，避免高阶模的影响。

所述的矩形波导右侧输出端与Y型分束波导直接相连，激发光可以直接从矩形波导进入Y型分束波导。

所述的Y型分束波导具有两个输出端，是一个一分二的结构，用于将输入的激发光分成两束光，右侧两个输出端直接连接槽波导的两个输入端。