[发明专利]一种超薄壁微管制作装置及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及光生物和化学传感技术的生物传感器，特别是涉及一种具有光微流体传感谐振腔的超薄壁微管制作装置及制作方法。

背景技术

基于微谐振光学技术的无标记生物传感器直接用于测量分子相互作用，能实现生物分子相互作用的实时观察。由于无需待测分析物具有荧光、特征吸收或散射带等特殊性质，因而测量对象范围大大扩展，可探测毒素、蛋白质、DNA，甚至整个细胞行为，从而为医学诊断、药品研制、食物监测、环境监测等领域提供了有力的分析工具。

光微谐振腔，利用全反射将光完全约束在微腔内，形成驻波而产生回音壁谐振模（Whisper Gallery Mode，WGM）。当附在微谐振腔表面的待测物浓度变化引起折射率变化时，微谐振腔的有效折射率将产生变化，从而引起谐振波长漂移。通过检测波长漂移，即可检测出待测物浓度变化。

上述两个技术结合产生了微谐振光学生物传感器。

超薄壁微管是微谐振光学生物传感器中常用的光微谐振腔之一，并且它将样品传送通道和传感通道的合二为一，大大简化传感器结构并提高可靠性。超薄壁微管的管壁越薄，WGM的模式越简单；其Q值越高，灵敏度越高。品质因数Q是表征激光谐振腔质量的参数，与光谐振腔的损耗成反比，Q值越高，越容易产生光振荡。

目前，制作光微谐振腔核心元件超薄壁微管的制作方法有两种：第一种方法，先熔融拉伸成微管，再腐蚀其内壁，即先对熔融微管进行初步拉制，得到外径或内径达到设计尺寸，但是管壁厚度超过设计尺寸的微管；然后，使用氢氟酸对管壁进行腐蚀处理，得到壁厚满足要求的薄壁微管，如2006年I.M.White搭建的LCORR(Liquid Core Optical Ring Resonator)系统，就是采用上述方法（I.M.White,H.Oveys,andX.Fan,Liquid-core optical ring-resonator sensors,Opt.Lett.，2006，31,1319-1321）。第二种方法（即纳米卷筒方法），如2008年BernardiA等人提出在硅衬底层利用分子束外延技术生长一层塑性变形的锗牺牲层，然后再生长一层厚20nm的应力张紧的硅层，最后利用热处理的方法生长25nm厚的SiO_x层，采用30%浓度的H₂O₂蚀刻掉锗牺牲层时，其上的SiO_x层在应力作用下将卷起而形成微管(BernardiA,KiravittayaS,Rastelli A,etal.“On-chip Si/SiOx micro-tube refract meter”.Appl.Phys.Lett.,2008,93(9):094106)。

第一种方法先熔融拉伸、后腐蚀内壁，虽然能够得到所需的超薄壁石英微管谐振腔，但是由于对微管进行腐蚀后处理，所以管壁粗糙。造成WGM传感超薄壁石英微管谐振腔的Q值下降，进而影响生物探测器的灵敏度；同时，由于腐蚀速度的限制，制作WGM传感超薄壁石英微管谐振腔的时间一般在5个小时以上。第二种纳米卷筒方法，虽然具有大规模集成的潜力，但是同样因为腐蚀表面的原因，无法保证足够高的Q值。

发明内容

针对上述现有问题，本发明提供一种超薄壁微管的制作装置及其制作方法，采用在厚壁微管内部加压，同时对微管进行熔融拉伸，直接得到所需超薄壁微管谐振腔。

本发明提出一种超薄壁微管制作装置，该制作装置包括氮气气瓶1、减压阀2、PU管3、口径转换装置4、厚壁微管5及左微管夹持器6、右微管夹持器7、口径转换装置8、高精度气压表9、背压阀10、长行程高精度微位移台11、氢氧产生机12、气体干燥器13、气体流量控制器14、火焰喷枪15及火焰喷枪夹持装置16、短行程高精度微位移台17；其中：

氮气气瓶1流出的氮气经过减压阀2进入PU管3，经过口径转换装置4，流入厚壁微管5，再通过口径转换装置8流入PU管，经过高精度气压表9、背压阀10以及PU管进入大气。通过读取高精度气压表9监测氮气气压，调节背压阀10，精密控制氮气气压；

同时，氢氧产生机12产生的氢氧混合气通过PU管进入气体干燥器13被去除水分，之后干燥的氢氧混合气通过PU管进入气体流量控制计14，再依次经过PU管和火焰喷枪16在空气中燃烧成氢氧焰，对厚壁微管5加热。火焰喷枪夹持装置16夹持着火焰喷枪15，随着短行程高精度微位移台17以L为单程距离、v1速度往复运动。通过控制气体流量控制计14精确调节氢氧焰的大小。