[发明专利]成像式光微流体传感装置及方法

权利要求书

1.一种成像式光微流体传感装置，其特征在于该传感装置包括：

可调谐激光光源：用于输出波长可连续变化的激光，可调谐激光光源为可调谐激光二极管或可调谐光纤激光器；

准直透镜：用于将可调谐激光光源产生的发散光转变为平行的线光束或者面光束，准直透镜为柱面镜或球面镜；

入射角调整架：可调谐激光光源和准直透镜安装在入射角调整架上，用于调整平行的线光束或者面光束的入射光角度；

反射棱镜：使入射角大于全反射临界角的入射光经反射棱镜的入射面入射后，在棱镜的反射面产生全反射，使一部分入射光通过消逝场耦合到光微流体谐振腔阵列中产生谐振，并将携带谐振模波长信息的反射光经棱镜的出射面照射到阵列式光电探测器中；

光微流体谐振腔阵列：包括三种实现方式，(1)单根微管沿轴向的不同部位构成的一维光微流体谐振腔阵列，(2)多根微管并排构成的一维光微流体谐振腔阵列，(3)前两者组合构成的二维光微流体谐振腔阵列；每一个光微流体谐振腔固化不同的生物检测试剂，满足谐振条件的光在光微流体谐振腔内发生谐振；

微透镜阵列：用于将来自每个光微流体谐振腔单元的光线汇聚到阵列式光电探测器的相应像素单元，包括线阵和面阵微透镜阵列；

阵列式光电探测器：用于记录光微流体谐振腔阵列的光信号，包括线阵和面阵阵列式光电探测器，光电探测器结构包括CCD阵列、CMOS阵列和InGaAs阵列；

信号控制与处理单元：控制可调谐激光光源的波长调谐和阵列式光电探测器的采集动作，并对连续调谐激光输出波长时阵列式光电探测器记录下的多帧图像进行处理，将阵列式光电探测器每个像素按接收的时间串行提取处理，并转换成随波长变化的强度信息，从而探测出各个像素所对应的光微流体谐振腔的谐振波长。

2.一种依据权利要求1所述的成像式光微流体传感装置的传感方法，其特征在于该方法的具体过程如下：

第1、由可调谐激光光源发出的光经准直透镜后变成平行光束，调整入射角调整架，使该平行光束经反射棱镜的入射面，入射到反射棱镜的反射面，并且入射角大于全反射临界角，在反射棱镜的反射面发生全反射；

第2、在光微流体谐振腔阵列不同位置处的光微流体谐振腔单元中，根据测试目标固化相同或不同的生物检测试剂，当所输送的待检测生物流体通过光微流体谐振腔阵列时，待测生物分子将与光微流体谐振腔单元的生物检测试剂发生相互作用，使该谐振腔单元所处的微管内壁表面附近的折射率发生变化，进而改变光微流体谐振腔的有效折射率从而引起波长漂移；

第3、入射光由消逝场耦合激发出光微流体谐振腔阵列中的各个谐振腔的回音壁谐振模(Whisper Gallery Mode，WGM)，携带相应谐振波长信息的反射光经微透镜阵列入射到阵列式光电探测器中，阵列式光电探测器每个像素单元分别与光微流体谐振腔阵列中的各单元一一对应，在探测光的传输谱中会形成一系列对应WGM模的窄带谐振下陷谱线；

第4、信号处理单元控制连续调谐激光输出波长，并同步控制阵列式光电探测器记录下相应的多帧图像，然后将阵列式光电探测器每个像素按接收的时间串行提取处理，并转换成随波长变化的强度信息，从而探测出各个像素所对应的光微流体谐振腔的谐振波长：λ_m＝n_eff2πR/m，式中n_eff为光微流体谐振腔的有效折射率，m为角模式数。同时检测出光微流体谐振腔阵列中各单元谐振模波长的漂移量Δλ_i，即可求出光微流体谐振腔的有效折射率变化从而求出与微管内壁相接触的折射率n₃的变化。从待检测生物分子浓度与有效折射率变化Δn_eff的对应关系，最终求出各谐振腔单元所检测的生物分子浓度。从而实现高灵敏度、高通量的光微流体生物化学检测。