[发明专利]一种光波导传感芯片及其制备方法以及应用

说明书

本发明公开了一种光波导传感芯片及其制备方法以及应用，制备方法包括以下步骤：1)在基底材料上制备金膜得到金膜基底，将金膜基底进行处理：浸入巯基硅烷溶液中处理后用酸溶液处理；或者，浸入巯基烷醇溶液中处理；2)将金膜基底直接浸入温度为60～70℃的溶液中静置48～120h，至生长出所需厚度的二氧化硅薄膜；所述液为十六烷基三甲基溴化铵、水、乙醇、质量分数为25％的浓氨水和正硅酸乙酯的混合溶液；其中，乙醇：水：浓氨水：正硅酸乙酯的体积比为(18～20):(30～32):(0.004～0.032):(0.032～0.048)，每50mL的混合溶液中包含0.08～0.12g的十六烷基三甲基溴化铵；3)干燥处理。本发明的制备过程简单，且易于控制生成的二氧化硅薄膜的厚度从而达到超高灵敏度。

【技术领域】

本发明涉及光波导传感芯片的制备，特别是涉及一种在金膜基底上生长纳米级厚度的二氧化硅薄膜的光波导传感芯片的制备方法，以及该芯片在生物分子检测方面的应用。

【背景技术】

三维模型生物检测已经成为一个热门话题，例如蛋白的吸附、特异性识别以及细菌细胞的富集等。由此大量的相关传感器被设计，例如机械式传感器、电化学传感器以及光学传感器。基于检测折射率改变的光学传感器具有简单方便、无损安全、超高灵敏度等优点，受到人们的普遍重视。常见的基于检测折射率改变的光学传感器有表面等离子体共振(surface plasmon resonance，SPR)和光波导传感器(optical waveguide,OWG)两种类型。

传统的SPR传感器基于Kretchmann和Reather耦合装备，一般包括三层结构：基底层、金属层以及覆盖层。一条激光按照不同的入射角照射SPR传感器，光线在特定角度耦合进传感器，反射光强随之改变。耦合角度取决于SPR传感器的有效折射率，当基底层和金属层固定时主要受覆盖层(待测溶液)折射率影响。通过分析耦合角度的变化来分析覆盖层的相关信息。然而传统SPR传感器的穿透深度只有100nm左右，主要用于分析分子大小级别的物质，例如重金属离子、葡萄糖、蛋白质等。

光波导传感器与SPR传感器类似，包括基底层、金属层、波导层和覆盖层四层结构。相对于SPR传感器，光波导传感器在金属层和覆盖层之间增加了几百纳米厚度的波导层，不仅提供了多种波导传播模式，而且大大增加了波导的穿透深度。光波导传感器不仅应用于小分子的检测，同时在细菌以及细胞等微米级别生物体检测方面都有重要应用。光波导传感器已经成为在复杂微量检测方面具有超高灵敏度的光学传感器重要部分。

光波导传感器的灵敏度和检测形态主要取决于波导层的设计。目前常见的波导层材料包括多孔阳极氧化铝薄膜、多孔二氧化钛薄膜、水凝胶薄膜以及一些以阳极氧化铝为模板填充不同材料制作的纳米柱(管)阵列薄膜等。现有的制备这些材料形成光波导传感器的过程均较复杂、且制得的传感器易于损坏、灵敏度低。例如，以阳极氧化铝为模板填充二氧化硅材料制作二氧化硅纳米阵列管作为波导层制备光波导传感器的方法中，涉及多孔阳极氧化铝薄膜的复杂制作过程，且涉及将几百纳米厚的多孔阳极氧化铝薄膜贴于金膜上，操作难度非常大，且多孔阳极氧化铝薄膜粘贴得是否可靠良好，对于制得的二氧化硅纳米阵列管的形貌、均匀性均有较大影响，最终影响制得的光波导传感芯片的灵敏度。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种光波导传感芯片及其制备方法以及应用，制备过程简单，且易于控制生成的二氧化硅薄膜的厚度从而达到超高灵敏度。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：