[发明专利]一种集成光波导生物传感器及其制作方法

说明书

本发明属于生物传感器技术领域，公开了一种集成光波导生物传感器机器制作方法。此生物传感器包括尾纤半导体激光器、双微透镜和光波导。所述光波导内具有一条脊型波导芯，所述双微透镜包括第一微透镜和第二微透镜，所述尾纤半导体激光器的尾端具有第一微透镜，所述脊型波导芯的始端具有第二微透镜，所述第一微透镜对准第二微透镜，所述脊型波导芯的末端具有分布式布拉格反射镜。本发明的光波导既保留了传统干涉类光波导的高灵敏度，又具有结构简单，制造可重复性高的特点，此外，本发明的光耦合方法，实现了光源与光波导，光波导与光探测器之间的高效光耦合，进而降低整个传感系统的成本，并提高其集成度与稳定性。

技术领域

本发明属于光波导生物传感器技术领域，尤其涉及一种集成光波导生物传感器及其制作方法。

背景技术

生物传感器是主要由生物活性材料(如酶，抗原，细胞等)，物理化学换能器(又称信号转换器)和信号探测器所构成的科学分析装置。它主要通过依附在换能器上的生物活性材料与待测分析物发生生物反应，进而引发一种或者多种物理化学特性的改变(如pH值、质量、温度、折射率、谐振频率等)，然后由换能器将这些改变转换成可被信号探测器探测到的次级信号。这些次级信号的强弱,频率或相位的变化与生物活性材料所结合的待测分析物浓度相关，从而实现对待测分析物的分析测定。根据换能器的不同，生物传感器可分为压电石英晶体，机械微悬臂，及光波导生物传感器等。其中光波导生物传感器，由于其具备对待测分析物免标记、实时快捷、高灵敏度、抗电磁干扰能力强、低探测极限、体积小(微纳米尺寸)等优点已成为近些年来发展较快、国内外研究较多的生物传感器。

目前大多的光波导生物传感器都是基于倏逝波传感原理：当光波沿着光波导芯层传播时，有一部分光波会渗入发生生物反应的外围介质很薄的一层表面(约一个波长)，并沿着界面传播一段距离(Goos-Hanchen位移)，最后返回波导芯层。渗入到波导外围介质的光波，称为倏逝波。利用导模倏逝波可以传感波导表面附近由生物反应产生的待测分析物特性的变化，从而改变光波相位，偏振，或振幅，然后利用合适的光路和电路进行探测而得到待测分析物的信息。

在几类不同的光波导生物传感器中，基于干涉效应的光波导生物传感器具有极高的灵敏度，可用于探测浓度极低的待测分析物，如在尿液中提取人类生长荷尔蒙蛋白用于诊断生长障碍相关疾病等。通常此类光波导生物传感器将光由Y型波导分光至传感臂与参考臂，在传感臂经过倏逝波效应后的光与经过参考臂的光在波导输出端混合干涉，通过检测干涉光强获得待测分析物信息。

然而迄今为止，基于干涉效应的光波导生物传感技术尚不能以一种集成的、价廉的，稳定的、可大规模批量生产的、简单易操作的产品形式进入市场。其原因可包括以下两点：(1)光波导结构设计复杂并且精密，制造可重复性低，不适合大规模批量生产。为获得稳定清晰的干涉信号以用于提取待测分析物信息，波导上的分光部分需要精确设计，以使得光波能分成两束完全一样的光波分别进入传感臂与参与臂。这样的设计易受环境影响，并且目前标准微加工技术还难以有效地精准重复制造这种分光部分。(2)集成度不高，依靠分离器件搭建而成，导致整个系统体积庞大，价格昂贵。目前，光波导生物传感器(不仅限于干涉类)都是用外部光源并通过诸如透镜，棱镜和准直器等光学体器件将光耦合到超薄(纳米级)和超窄(微米级)的光波导里，然后再通过一系列光学体器件将从光波导中导出的载有待测分析物信息的光耦合到外部光探测器中。很显然，这些会使整个系统的体积增大，成本增加，并且稳定性降低。

发明内容

本发明目的在于提供一种集成光波导生物传感器及其制作方法，以解决上述的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的一种集成光波导生物传感器及其制作方法的具体技术方案如下：