[发明专利]采用光栅辅助耦合器阵列的多通道光微流体传感器

说明书

【技术领域】：本发明涉及各种基于光微谐振传感的多通道复用技术领域，尤其是光微流体传感的波分复用，属于光生物和化学传感技术。

【背景技术】：基于微谐振光学技术的无标记生物传感器直接测量分子相互作用，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，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)，由于是全反射，泄漏损耗非常小，因而能以很小的尺寸获得很高的Q值，Q值可高达10¹⁰。当附在微腔表面的待测物浓度变化引起折射率变化时，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。球形，环形和柱形是光微谐振腔的常见几何形状。

但由于缺乏对多通道复用的研究，目前微谐振腔光学传感器仍无法实现大通量测量。在微谐振腔生物光学传感器复用方面的探索，目前已有技术只适用于同时检测不同待测物的情况。在通信领域，则有研究人员通过使微腔阵列中的每个微腔尺寸不同来实现WGM谐振谱线的分离，然而这一方法并不适用于检测，因为将使制作和操作变得很复杂，导致检测一致性变差或不稳定。在生物和化学传感检测发展中，实现标准的96井或384井的大通量测量是生物光学传感器能够真正应用和发挥其优势的前提，设计新型的多通道光微流体测量方案就很关键。

【发明内容】：本发明的目的是解决上述微谐振传感复用技术的不足，提供一种采用光栅辅助耦合器阵列的多通道光微流体传感器。

本发明提供的采用光栅辅助耦合器阵列的多通道光微流体传感器，包括：

光栅辅助耦合器阵列通道：通道内的光栅辅助耦合器阵列由一组成对设置的光栅辅助耦合器构成，每对光栅辅助耦合器包括一个上载光栅辅助耦合器和一个下载光栅辅助耦合器，两个光栅辅助耦合器的特征波长相同，都对应于光微流体谐振腔的谐振梳状谱系列中的其中一条谱线，但不同对光栅辅助耦合器之间的特征波长不同；

波导信号公共通道：位于光栅辅助耦合器阵列通道下方，用于输入探测光和收集携带谐振信息的信号光；

波导传感耦合通道：位于光栅辅助耦合器阵列通道上方，将具有特定波长的探测光从光栅辅助耦合器阵列通道耦合入光微流体微谐振腔中，从而激发光微谐振腔中的逆时针谐振模，以及将带有谐振信息的信号光从光栅辅助耦合器阵列通道耦合下载进入波导公共通道；

光微流体谐振腔阵列：设置在波导传感耦合通道的上方，并与光栅辅助耦合器阵列中的成对设置的光栅辅助耦合器一一对应；该阵列中每一个光微流体谐振腔放置在一对特征波长相同的光栅辅助耦合器中间位置的上方，满足谐振条件的波长在光微流体谐振腔内发生谐振，同时通过选择对应的光栅波长，使得光微流体谐振腔内的逆时针谐振模的波长与光栅波长匹配；

光谱分析装置：提供探测光，并对波导信号公共通道中传出的信号光进行分析，可完成高灵敏度多通道的光微流体谐振同时检测；可以采用宽带光源和可调谐滤波器扫描探测组合的形式，也可以是可调谐激光器和探测器组合形式。

所述的光栅辅助耦合器阵列通道、波导信号公共通道和波导传感耦合通道可以并排放置在一起构成一个传感复用通道。也可以用一个写入光纤光栅的耦合器实现。

所述的光微流体谐振腔阵列中的光微流体谐振腔是微球、微环、微盘或微管形式。

所述的光栅辅助耦合器可以是平面波导光栅结构，或是光纤光栅结构。

其中，所述的光栅辅助耦合器中的光栅可由折射率调制光栅和损耗/增益调制光栅组合而成，组合光栅简化的理论传输矩阵为：