[发明专利]基于弯曲波导传输损耗的折射率检测传感器、芯片及方法

说明书

本发明提供基于弯曲波导传输损耗的折射率检测传感器、芯片及方法，折射率检测传感器包括：激光发射部；传输光纤；微流控芯片，包括：基板，和设置在基板中的光纤导槽、弯曲波导、样品通道、空腔以及空气透镜；光纤导槽用于固定传输光纤的传输端；弯曲波导为圆弧形，入口端与传输光纤的传输端相连通；样品通道位于弯曲波导的一侧，主体区域沿着弯曲波导延伸方向延伸，用于装载待测液体；空腔设置在弯曲波导的另一侧，且主体区域覆盖弯曲波导的另一侧；空气透镜与弯曲波导出口端相对应，对从该弯曲波导出口端射出的光线进行准直；以及光功率计，与空气透镜相对向，通过测量空气透镜准直后的光线的功率，得到反映待测液体折射率的光功率数据。

技术领域

本发明属于液体实时折射率检测传感器领域，具体涉及一种基于弯曲波导传输损耗的折射率检测传感器、芯片及方法。

背景技术

微流控技术是生物检测与分析化学等领域的一种新兴技术，其特点是将样品的制备，分离，检测与处理等功能集成在一块平方厘米级的微流控芯片上，来实现整个过程的微型化，自动化，集成化与便携化。同微电子芯片能将计算机微型化类似，微流控芯片能将实验室微型化。它的好处在于使以前需要在大型实验室花费大量样品，试剂和时间来完成的生化检测，集成在一个微型芯片上，只需要微升甚至纳升级的样品就能实现与完成。因此，微流控芯片技术在生物医学，制药学，卫生保健，环境监控等领域有着广泛的应用前景。

在食品、化工、医药等工业生产过程中，经常涉及到液体浓度的检测。由于大多数液体浓度与折射率有着对应关系，因此液体折射率的测量可以反应出液体浓度信息，对工业生产过程有着重要意义。目前常用的液体折射率测量采用激光照射法、衍射光栅法、光纤杨氏干涉法、掠面入射法、CCD测量法等方法。以上方法大多涉及使用复杂的仪器及光学系统，提高了操作难度及检测成本。此外待测液体大多放置在开放容器内会引入一定容器折射率不匹配造成的测量误差。同时待测液体暴露在开放环境中有被污染的风险，难以满足食品、生物、医药等生产过程中的检测需求。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于弯曲波导传输损耗的折射率检测传感器、芯片及方法，不仅结构简单便于制造，而且能够精确检测微小体积的液体折射率。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

传感器

本发明提供一种基于弯曲波导传输损耗的折射率检测传感器，用于检测液体的折射率，其特征在于，包括：激光发射部，发射激光；传输光纤，与激光发射部相连，接受发射的激光并进行传输；微流控芯片，包括：基板，和设置在基板中的光纤导槽、弯曲波导、样品通道、空腔以及空气透镜；光纤导槽用于固定传输光纤的传输端；弯曲波导为圆弧形，入口端与传输光纤的传输端相连通；样品通道位于弯曲波导的一侧，主体区域沿着弯曲波导延伸方向延伸，用于装载待测液体；空腔设置在弯曲波导的另一侧，且主体区域覆盖弯曲波导的另一侧；空气透镜与弯曲波导出口端相对应，对从该弯曲波导出口端射出的光线进行准直；以及光功率计，与空气透镜相对向，通过测量空气透镜准直后的光线的功率，得到反映待测液体折射率的光功率数据，其中，弯曲波导与样品通道和空腔均为透明结构；弯曲波导的折射率高于待测液体和空腔内气体；入射激光从传输光纤射入弯曲波导后，在弯曲波导-待测液体和弯曲波导-空腔折射率突变的两个界面上发生多次全反射，最后从弯曲波导的出口端射出。

优选地，本发明所涉及的基于弯曲波导传输损耗的折射率检测传感器，还可以具有这样的特征：弯曲波导是半径为r1的90°圆弧。

优选地，本发明所涉及的基于弯曲波导传输损耗的折射率检测传感器，还可以具有这样的特征：样品通道的主体区域贴合弯曲波导设置，为半径r2的90°圆弧，截面宽度为弯曲波导的两倍，样品通道的两端分别设有样品注入口和样品出口。

优选地，本发明所涉及的基于弯曲波导传输损耗的折射率检测传感器，还可以具有这样的特征：空腔是形成在基板上半径为r3的90°扇形中空区域，空腔内气体为空气。