[发明专利]基于聚合物长周期波导光栅的生化传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于传感技术领域，具体涉及一种基于聚合物长周期波导光栅的生化传感器及其制备方法。

背景技术

为了应对日益严峻的生化恐怖袭击威胁和在医疗诊断、环境监测领域的大量需求，光学生化传感器吸引着越来越多的关注，这给当前生化传感器的研究提供了前所未有的发展机遇，基于新原理和新技术的传感器件在基础研究和应用中呈现明显的增长趋势和发展潜力。

光学生化传感器除了具有灵敏度高、响应快速、抗电磁干扰能力强的优点之外，还能在传统生化传感器无法工作的高温高湿、易燃易爆等环境下工作，因此吸引着越来越多的关注，与人类生活的联系也将越来越紧密。光学生化传感器在大气环境、水质、食品安全、产品质量的快速检测以及化工分析、防恐反恐、医学制药、空间探测、材料研发和生物研究等众多领域有着广泛应用，前景诱人，发展趋势也十分明显。美、欧等西方发达国家已投入大量资金用于高灵敏度、便携式集成生化传感器的研究，并已研制出一些原理样机。我国在芯片式生化传感器及其关键技术的研究方面，和国际相比差距仍然较大，急需加强相关理论和技术方面的研究。目前生化检测中定性受局限于成本高的特定敏感膜，含水液体定量检测中需避开水的吸收波段从而带宽受限。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种制作方便、成本低、带宽不受限的基于聚合物长周期波导光栅的生化传感器以及一种能够便捷制备该生化传感器的方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种基于聚合物长周期波导光栅的生化传感器，包括从下往上依次层叠的硅基层、下包层、芯层和上包层，所述上包层设有液体通道，芯层包括直波导，以及与直波导一侧相连并延伸进入液体通道的第一长周期光栅和第二长周期光栅。

优选地，所述下包层的材料为二氧化硅，芯层和上包层的材料为折射率不同的聚合物，其中芯层聚合物折射率高于上包层聚合物折射率。

优选地，所述上包层上覆盖有盖玻片。

优选地，所述盖玻片上设有与液体通道相连的微孔。

一种基于聚合物长周期波导光栅的生化传感器的制备方法，其特征在于包括下列步骤:

步骤一、选用Si/SiO₂作为基片，将基片清洗干净，在清洗后的基片SiO₂层上覆盖一层聚合物芯层；

步骤二、在聚合物芯层上生长一层金属阻挡层；在金属阻挡层的表面覆盖一层光刻胶，并烘烤使光刻胶凝固定型；将掩膜板一覆盖在光刻胶上，通过光刻机用紫外线对光刻胶进行曝光；取下掩膜板一，用显影液腐蚀掉光刻胶中被曝光的部分；

步骤三、刻蚀掉裸露的金属阻挡层并去除残余的光刻胶；

步骤四、通过干法刻蚀工艺在聚合物芯层上得到掩膜版一的图形；刻蚀去除金属阻挡层；然后在聚合物芯层和SiO₂层上覆盖一层聚合物包层；

步骤五、在聚合物包层上生长一层金属阻挡层，并在金属阻挡层的表面覆盖一层光刻胶，烘烤使光刻胶凝固定型；将掩膜板二覆盖在光刻胶上，通过光刻机用紫外线对光刻胶进行曝光；取下掩膜板二，用显影液腐蚀掉光刻胶中被曝光的部分；

步骤六、刻蚀掉裸露的金属阻挡层并去除残余的光刻胶；

步骤七、通过干法刻蚀工艺将聚合物包层和聚合物芯层依据掩膜板二的图形刻蚀至SiO₂层；

步骤八、刻蚀去除金属阻挡层；在聚合物包层上贴合盖玻片，并在盖玻片上刻蚀微孔。

优选地，通过湿法刻蚀工艺刻蚀金属阻挡层。

优选地，在步骤二和步骤五中，采用磁控溅射工艺生长金属阻挡层。

优选地，在步骤一中，通过旋涂法在SiO₂层上覆盖一层聚合物芯层；在步骤四中，通过旋涂法在聚合物芯层和SiO₂层上覆盖一层聚合物包层。

优选地，在步骤八中，通过干法刻蚀工艺在盖玻片上刻蚀微孔。

优选地，在步骤一中，将基片依次在丙酮、乙醇、氢氟酸和超纯水中通过超声波振荡器清洗干净。

本发明的有益效果是：

本发明所提供的基于聚合物长周期波导光栅的生化传感器，芯层为聚合物材料，利用聚合物长周期波导光栅的耦合特性，将入射光波中以谐振波长为中心的一定带宽范围的光通过第一长周期光栅耦合进入被测液体，经过第二长周期光栅再将此部分光耦合进入芯层，与芯层中同向传输的基模干涉输出。当液体变化时，输出谱中的谐振波长会发生偏移，通过检测偏移量可计算液体浓度。分析输出谱中液体的吸收光谱信号，实现被测液体的定性。