[发明专利]光波导生物化学传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物电化学领域，具体涉及到一种光波导生物化学传感器，该种生物化学传感器的制备方法，以及基于该种光波导生物化学传感器的光波导特征模式检测系统。 

背景技术

生物化学检测在许多方面有着重要的应用需求，如食品科学、医学、药物学、环境学、地质学、生物学、国家安全以及生产安全等方面。现在，随着人们对于环境问题以及健康问题的日益关注，生物化学检测的重要性逐渐得到体现。 

较早期的生物化学传感器主要为荧光标记的传感器。这类传感器需要在检测前预先进行荧光标记，同时需要特殊的检测仪器进行检测，并且检测效果对于检测物质的量的依赖程度很大，造成检测步骤繁琐，检测效率不高。较新的光学生物化学传感器倾向于摒弃荧光标记的方法而转向免标记检测技术。 

目前主流的光学生物化学传感器有很大一部分基于微加工工艺，一般需要先在硅片表面氧化出一层二氧化硅薄膜层，然后通过微加工步骤如光刻、刻蚀等，最终形成需要的光波导结构。由于微加工步骤的加入，使得传感器的制作成本始终居高不下。 

相比之下，多孔硅光波导结构制备简单，不需要额外的微加工步骤，使得其制作成本相对于微加工类的光学传感器而言显得具有不小的成本优势。并且，由于多孔硅传感器的传感层往往为导波层，相对于利用包覆层传感的传感器而言，其传感效率显得更高。这些都使得对于多孔硅的光波导生物化学传感器的研究具有重要的应用意义。 

多孔硅光波导生物化学传感器制作过程简单，结构可调节程度大以兼容不同尺寸的待检测生物化学分子，多孔硅的纳米孔具有天然的对生物分子的选择性，基于多孔硅的生物化学传感器检测方式多样，能满足常见的生物化学检测任务。同时，多孔硅光波导传感器的传感效率对于检测物质的量基本无依赖性，设计合理的多孔硅光波导传感器能检测出浓度极小的目标物质，因此非常适用于微量的生物化学物质的检测和监测领域。 

发明内容

有鉴于此，本发明的第一目的是提供一种光波导生物化学传感器，以解决现有技术的光学生物化学传感器制造成本高，检测繁琐的技术问题。。 

本发明的另一目的是提供一种基于上述光波导生物化学传感器的光波导特征模式检测系统，以解决现有技术光波导特征模式检测成本高，不方便的技术问题。 

本发明的再一目的是提供一种上述光波导生物化学传感器的制备方法。 

为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种光波导生物化学传感器，其包括：棱镜、一硅基底层，嵌入在所述硅基底层中的多孔硅衬底层和多孔硅光波导层，所述多孔硅光波导层位于所述多孔硅衬底层外层，在所述棱镜和所述多孔硅光波导层之间设置有空气隙。 

依照本发明较佳实施例所述的光波导生物化学传感器，所述多孔硅光波导层的多孔率小于所述多孔硅衬底层的多孔率。 

本发明另提供一种光波导特征模式检测系统，包括：激光光源、其发出的准单色光经一起偏器后射入一设置在角度测量平台上的光波导生物化学传感器，与该光波导生物化学传感器作用，反射出部分光线，一光强探测器监测在所述光波导生物化学传感器反射的光线强度后，记录在一光强/角度关系记录仪；其中，所述光波导生物化学传感器进一步包括：棱镜、一硅基底层，嵌入在所述硅基底层中的多孔硅衬底层和多孔硅光波导层，所述多孔硅光波导层位于所述多孔硅衬底层外层，在所述棱镜和所述多孔硅光波导层之间设置有空气隙。 

较佳的，所述角度测量平台进一步包括内侧圆盘和外侧圆盘，所述外侧圆盘的角速度为所述内侧圆盘角速度的两倍。 

较佳的，所述多孔硅光波导层的多孔率小于所述多孔硅衬底层的多孔率。 

本发明再提供一种光波导生物化学传感器的制备方法，其包括： 

一基于掺杂硅片的多孔硅光波导样品制备步骤；

一表面特性修饰步骤；以及

一光波导特征模式监测系统的搭建步骤。

依照本发明较佳实施例所述的制备方法，所述制备步骤进一步包括：7.1：待腐蚀硅片的准备；7.2：使用电化学腐蚀制备多孔硅光波导结构；7.3：腐蚀后处理。 

依照本发明较佳实施例所述的制备方法，所述表面特性修饰步骤中进一步包括：8.1：表面氧化处理；8.2：表面特异性探针修饰。 

依照本发明较佳实施例所述的制备方法，所述步骤7.1进一步包括：用硅片刀将掺杂硅片切割之后对其进行清洗，并晾干；所述步骤7.2中使用的腐蚀溶液为氢氟酸溶液；所述步骤7.3中腐蚀结束后移除腐蚀参与溶液，清洗腐蚀槽，冲洗多孔硅光波导样品。