[发明专利]双通道微环形腔结构传感器与微流通道的集成结构及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物传感技术领域，尤其是一种双通道微环形腔结构传感器与微流通道的集成结构及其制作方法。

背景技术

生物传感技术不仅为基础医学研究及临床诊断提供了一种快速简便的新型方法，而且因为其专一、灵敏、响应快等特点，在军事医学方面，也具有广阔的应用前景。

基于倏逝波敏感机制的光学微纳生物传感器，其工作原理是利用波导或微腔中光传导模式、局域模式的倏逝波场对其穿透深度内的介电常数敏感的特性，通过检测光学强度的衰减或光谱频率的移动等物理量来探测物质浓度变化，其探测灵敏度取决于光波的倏逝波场与待测物质的空间重叠。

光学传感器相对电化学传感器、磁效应传感器等，具有高灵敏、无电磁干扰、响应速度快等优点，因此在生物传感、环境监测等领域已逐步得到应用。

在光波导类型传感器中，微环谐振腔结构紧凑，具有极高微腔品质因子，这种精细的光谱分辨能力可以感应周围环境中极微小体积样品浓度变化。基于微环形腔结构的传感器，在发展集成化便携式检测仪器方面，具有潜在的应用价值。

现有该类传感器结构主要是基于单通道单微环耦合单元结构，单环谐振腔传感结构对环境温度比较敏感，在具体检测中，容易产生温度漂移现象，这极大的限制了该类传感器的实际应用。

现有基于微环形腔结构的传感器，主要都是采用单环结构，当环境温度发生变化的时候，会引起单环形腔的有效折射率发生变化，进而导致共振波长发生漂移，对测试结果造成干扰，本发明针对目前存在的技术问题，提出一个改善的技术方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的主要目的在于提供一种基于微环形腔结构的双通道温度补偿传感器结构，以有效避免微环形谐振腔在传感应用中的环境温度变化对测试结果的干扰，提高器件性能。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种双通道微环形腔结构传感器与微流通道的集成结构，该集成结构自下而上依次由硅衬底、光传输波导层和PDMS材料层三层材料构成，在光传输波导层有两个微环耦合传感单元结构，在PDMS材料层有两个微流通道。

上述方案中，所述双通道微环形腔结构传感器由两个耦合单元构成，每个耦合单元由微环形腔结构、该微环形腔结构与两个直波导的耦合区、一路输入波导和两路输出波导构成。

上述方案中，在所述两个微环耦合传感单元结构中，一个微环耦合传感单元结构作为传感检测单元，另外一个微环耦合传感单元结构作为环境温度变化监测参考单元。

上述方案中，所述微流通道由PDMS材料制作而成，位于微环耦合传感单元结构之上，且微流通道的方向垂直于直波导方向，两个微流通道各自对应一个微环形腔结构。

上述方案中，所述两个微流通道在PDMS材料内，位于PDMS材料与双通道微环形腔结构材料界面处，是两个封闭的液体流通管道。

上述方案中，所述双通道微环形腔结构传感器具有一敏感窗口区，该敏感窗口区位于微环形腔结构与微流通道交叉重叠区域。

为达到上述目的，本发明还提供了一种制作双通道微环形腔结构传感器与微流通道集成结构的方法，该方法包括：

步骤1：在SOI基片表面旋涂光刻胶或电子束胶，采用高精度光刻或电子束曝光工艺在旋涂的光刻胶或电子束胶上进行微环形腔波导耦合结构图形定义；

步骤2：采用电感耦合等离子体刻蚀技术，将光刻胶或电子束胶上的图形转移到硅波导层，得到微环形腔波导耦合结构芯片；

步骤3：将带有微流通道图形的硅模板通过压印的方法，将结构转移到PDMS薄膜材料上，在PDMS薄膜上得到深度和宽度合适的微流管道；

步骤4：将带有微环形腔波导耦合结构芯片用氧等离子体处理之后，通过键合的方法，将带有微流管道的PDMS材料结合到波导层材料之上。

上述方案中，步骤1中所述采用高精度光刻或电子束曝光工艺取决于微环或波导的宽度和加工精度要求，如果波导为宽度微米级的脊形波导则采用高精度光刻工艺，如果波导为亚微米级的条形波导则采用电子束曝光工艺。

上述方案中，所述步骤4包括：将带有微流管道的PDMS材料键合到波导层材料，将带有微流管道的界面与波导层材料结合，形成闭合式管道；然后采用无源对准的方法，将微流管道与微环交叉重叠，微流管道方向与直波导方向垂直。

(三)有益效果