[发明专利]基于PDMS芯片的微流体可调谐光学滤波器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种光学设备技术领域的器件及方法，具体是一种基于PDMS(聚二甲基硅氧烷)芯片的微流体可调谐光学滤波器及其制作方法。

背景技术

光流控是光学和微流控技术的结晶。与传统固体器件相比，微流体光学器件具有尺寸微型化、调谐多样化、可集成性等优点，因此微流体器件也被称为光学芯片或芯片实验室(Lab on a chip)。其微分析系统使用的样品试剂量极少、分辨率和灵敏度高、成本低、分析时间短，可广泛用于化学、生物、医学的检测分析以及光学和信息处理。微流体光学芯片可以以某种生物化学成分为基元，以光学信息为载体，对目标检测物进行高选择性和高灵敏度的检测。它不仅促进集成光学的发展，也对分析仪器提供了更多更便携化的功能。

微流控技术是在百十个微米或以下尺度的液体通道中操控微量(纳升甚至飞升)液体的加工处理方法。因其优越的特点，已悄然成为一个新兴独特的研究领域。在这个尺度上，液体的特性以及相应的物理现象会有质的变化。进行两相甚至多相流的操控是微流体系统的另一优点，在连续的液相流中产生和操控单分散体的气泡或者液体，多相流的操控提供了产生聚合物颗粒、乳胶液和泡沫的新机制。微流控分析系统中所需的试剂和样品极少，特别当实验中涉及到生物有毒物质时，可以有效减少废液带来的污染。传统的基于波导器件的生化传感器，通常对气体、液体、生物大分子等进行检测时，利用待分析样本浓度的变化或免疫反应的改变波导包覆层的折射率，被光波的倏逝场所感应，引起导波层光波导模式有效折射率的变化，通过测量这个变化量可以得知待测物质的信息。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101699329A，授权公告日2011‐01‐05，记载了一种基于电润湿技术的光流体滤波器，采用液滴驱动单元和法布里‐珀罗滤波单元。其中第一级滤波系统液滴驱动单元由控制电极、接地电极、底部玻璃板、顶部玻璃板、液体层和绝缘层组成；通过电压来控制液滴和疏水层间的接触角及不同侧的表面张力，采用染料液滴作为滤波物质，利用几级液滴驱动单元叠加以达到合适的带宽和透过/吸收比。结合法布里‐珀罗腔可进行滤波范围调谐。但该结构设计繁琐，需采用染料液滴，使用高压电极进行电驱动，并且在芯片上制作电极工艺复杂，因此不适于在微流控芯片中集成。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于PDMS芯片的微流体可调谐光学滤波器及其制作方法，通过控制微流体通道中液体间的层流来调谐的微流体芯片。利用两种不同折射率液体界面之间的扩散、液体浓度及流速的控制产生可调谐的折射率梯度分布，由此导致双臂光程差的变化对干涉仪进行调谐，从而达到光学滤波的目的。本发明结构简化，可在光流控芯片中集成，方便应用到生物及环境实时监测中方便取样而不影响干涉曲线的观测和记录。另外，这种新型双臂结构的设计也有利于层流的稳定性，得到更稳定的信号。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于PDMS芯片的微流体可调谐光学滤波器，包括：自发辐射光源、带有双微通道的PDMS微流体芯片、光谱仪以及两组独立工作的注射泵，其中：微流体芯片的光入射端和出射端分别与自发辐射光源和光谱仪通过耦合光纤相连，微流体芯片的第一和第二流体注入端分别与两组独立工作的注射泵相连。

所述的自发辐射光源通过掺铒光纤放大器放大，其波长范围为1528nm‐1573nm。

所述的微流体芯片包括：分别位于光入射端和出射端的空气凹透镜以及两条带有注入端和输出端且相互连通的液体微通道，其中：液体微通道平行设置于空气凹透镜之间且中部设有隔断部分。

所述的注射泵内分别装有两种不同液体，该注射泵与步进电机相连且注射精度为0.1μL/min。

所述的隔断部分的长度为300μm，最大宽度为30μm。

所述的液体微通道的宽度为125μm，深度为125μm，长度为1mm。

所述的微流体芯片内左右两端设有宽度为128μm的方形截面光纤槽，使得插入导光光纤后光纤出射端口和会聚端口离空气凹透镜的距离在200μm。

所述的耦合光纤采用纤芯直径为9μm、外径为125μm的单模光纤，光纤的数值孔径为0.14。

所述的光谱仪的分辨率是0.02nm。

本发明涉及上述系统的制备方法，包括以下步骤：

1)采用光刻的方法制备出带有微通道凸结构的阳模，将PDMS浇注于阳模模板上，然后进行加热固化处理。