[实用新型]可保留径向高阶模式的封装型光微流微腔生化传感器

说明书

技术领域

本实用新型属传感器技术领域，具体涉及一种可保留径向高阶模式的封装型光微流微腔生物化学传感器。

背景技术

近些年，光学微腔传感器因其超高灵敏度和超低探测极限在生物化学传感领域应用广泛。光学微腔是指尺寸与谐振光波长相比拟的光学谐振腔，它将光场局域在腔里，令光子在腔内多次震荡，增加了光与物质相互作用的次数。它通过探测腔内光学模式的变化来感知分析物的存在，因此可以用于探测生物分子或者化学物质的浓度。回音壁模式微腔的优点是Q值高，光子寿命长，光子与分析物的相互作用强，从而在生物化学传感中可以获得更高的探测灵敏度；此外，微腔中回音壁模式的线宽较窄，有利于在传感中获得更低的探测极限。

光微流微腔是光学回音壁模式微腔中一种类型，包括微泡腔和微管腔。它们拥有独特的中通结构，可以形成微流通道。微流通道将待测物质运输至腔芯中，可以使待测物质与露在腔内的模场更大程度地相互作用，从而进一步提高传感性能。目前，光微流微腔生物化学传感器被认为是对核酸、蛋白质、病毒等尺度在纳米量级的颗粒进行研究的有效手段。

一般地，用于传感的光微流微泡腔和与其耦合的熔锥光纤均暴露在空气中，因此传感过程易受外部环境的干扰。此外，微泡腔和熔锥光纤均与笨重的五维调整台相连，不可随身携带，因而无法真正应用于实际的生物化学传感应用中。为了解决上述问题，多种封装方式被提出。在这些封装方式中，光学微腔和耦合光纤均被完全地包裹在一层低折射率的聚合物中，可以克服外界环境的干扰并且稳定便携。然而，封装之前微泡腔外界环境为空气，封装之微泡腔外包裹着一层低折射率聚合物，因此封装后微泡腔与外部环境的相对折射率减小，从而引起光在微腔内传播的全反射临界角度增大，最终导致微腔内原本的径向高阶模式在封装之后消失。实验和计算表明，光微流微泡腔中的径向高阶模式由于其模场泄露在腔内比例更多，可以和腔内的溶液物质更好地互相作用，因此具有更高的模式灵敏度。然而传统的全包裹式封装方法会使微腔中的径向高阶模式消失，因此我们提出一种新的封装型光微流微腔传感器，既稳固便携又能保留腔内径向高阶模式从而获得较高的传感灵敏度。

发明内容

本实用新型的目的在于提出一种可保留径向高阶模式的封装型光微流微腔生物化学传感器，以弥补现有的封装型微腔生物化学传感器存在的不足，既保持结构紧凑、受外界震动影响小以及探测极限低等优点，还在封装后继续保留腔内具有高灵敏度的径向高阶模式。

本实用新型提出的可保留径向高阶模式的封装型光微流微腔生物化学传感器，包括：一段熔锥光纤，一个光微流微泡腔，一块盖玻片，以及用于封装固定的紫外胶和低折射率聚合物，如图1所示。

其中，光微流微腔为回音壁模式微腔，熔锥光纤搭靠在光微流微腔上，熔锥光纤与光微流微腔耦合组成微腔耦合系统，熔锥光纤与光微流微腔的两端分别由低折射率聚合物和紫外胶固定，从而固定二者耦合的相对位置；盖玻片覆盖在微泡光纤耦合系统上方；低折射率聚合物和紫外胶固化后形成屏障，加上盖玻片的阻隔作用，形成以微腔耦合系统为中心的密闭空间，隔绝了外界环境中水汽、灰尘、空气中的污染物以及平台震动对耦合系统的影响。

本实用新型中，微流微腔内壁可以涂覆待测物的特异性配体，从而对被测生物样品进行特异性探测。

本实用新型中，光微流微腔与熔锥光纤的间隔或者耦合间距为0-1 μm 之间。

本实用新型中，熔锥光纤主要成分为二氧化硅，直径最细处为2-5μm。

本实用新型中，光微流微腔的主要成分为二氧化硅，直径为100-500μm，壁厚为2-20μm。

本实用新型中，固定熔锥光纤两端的材料为低折射率聚合物，其折射率在1-1.4之间，可以避免光泄露。

本实用新型中，固定光微流微腔两端的材料主要为紫外胶，通过紫外灯照射固化。