一种光子晶体纳米流体传感器制造技术

本实用新型专利技术属于传感器领域，并公开了一种光子晶体纳米流体传感器，包括光刻胶层、硅晶片基底、第一折射率材料薄膜层、第二折射率材料薄膜层和聚合物材料封接层，所述第二折射率材料薄膜层的顶端设置有方波形的光栅结构，所述光栅结构包括多个通槽和多个凸起并且它们交替排列，所述光刻胶层、硅晶片基底、第一折射率材料薄膜层和第二折射率材料薄膜层共同构成传感器基体层，所述传感器基体层上设置有进流口和出流口本。本传感器为基于光子晶体的纳米流体传感器，成功解决了传统的光子晶体传感器消耗检测物过多、检测时间长、测试精度不高的问题，同时，也消除了传统纳米流体传感器功能单一、结构不稳定、通道少的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种光子晶体纳米流体传感器
本技术属于传感器领域，更具体地，涉及一种光子晶体纳米流体传感器。
技术介绍
光子晶体与纳米流体通道是两类在生物化学、生命科学和医疗领域中广泛研究与应用的新兴传感器。光子晶体是一种由不同折射率系数材料所组成的具有周期性的光栅结构，其中间层由相对折射率系数较高的材料所构成。根据材料、光栅周期以及光子晶体结构的不同，且因光子带隙的存在，使得光子晶体能与特定频率的光波耦合产生共振进而改变共振波的传播方向；同时，与光子晶体共振的光波能够使光栅结构的局域电场增强。光子晶体传感器利用表面光栅区域与分析物的交互作用进行检测，其特点是不对分析物进行干扰或破坏，能够依据共振波峰的偏移值来实现无标识检测。美国的Cunningham教授有利用光子晶体作为传感器进行一系列生物化学分子检测(U.S.Patent6,990,259[P]，U.S.Patent7,742,662[P])。纳米流体传感器具有体积小，同时表体面积比大，能促进纳米流体通道中的分析物在较短的时间内光栅的纳米流体通道内表面进行测试。近期，许多研究机构，申请了纳米流体制备的专利，并用纳米流体传感器进行生物化学分析实验(U.S.Patent8,105,471[P])，纳米流体的相关特性使其易于进行低浓度小分子、蛋白质、基因和DNA检测，具有检测精度高和耗时少的特点。但是，光子晶体类传感器的不足之处为检测所需时间较长、极限检测浓度不高，尤其是在生物蛋白分子、抗原以及基因检测等需要分子结合的领域；同时，纳米流体通道结构的制作要求苛刻，存在制备难度大、成本高、成品率低等特点。如何高精度低成本制作出满足需求的纳米流体通道是纳米传感器发展领域的关键技术课题。同时，如何提高低浓度小分子检测精度、减少检测时间是目前光子晶体传感器领域面临的主要难题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本技术提供了一种光子晶体纳米流体传感器，将光子晶体和纳米流体通道两种技术结合起来，构建出基于光子晶体结构的纳米流体传感器；将光子晶体集成于纳米流体之中，能够充分利用光子晶体与纳米流体通道的优良特性，同时检测区域限定于纳米流体通道的微观环境，能够更加精确地探测研究对象的相关特性。为实现上述目的，按照本技术，提供了一种光子晶体纳米流体传感器，其特征在于，该光子晶体纳米流体传感器包括按照由下至上的顺序依次设置的光刻胶层、硅晶片基底、第一折射率材料薄膜层、第二折射率材料薄膜层和聚合物材料封接层，所述第二折射率材料薄膜层的顶端设置有方波形的光栅结构，所述光栅结构包括多个通槽和多个凸起并且它们交替排列，所述凸起的顶端与所述第一折射率材料薄膜层的底端面接触，所述光刻胶层、硅晶片基底、第一折射率材料薄膜层和第二折射率材料薄膜层共同构成传感器基体层，所述传感器基体层上设置有与所有通槽均连通的进流口和出流口。优选地，所述的第一折射率材料薄膜层的厚度h1为1μm-5μm，第二折射率材料薄膜层厚度h2为50nm-500nm，贵金属薄膜层厚度h3为10nm-50nm，感光材料薄膜层厚度h4为200nm-500nm，光刻胶层厚度h6为1μm-3μm。优选地，所述第一折射率材料为SiO2或SiOxNy。优选地，所述聚合物材料为PDMS，PMMA或SU8胶。优选地，所述第二折射率材料薄膜为ZnS，Si3N4，TiO2，ZnO或碲酸盐玻璃。总体而言，通过本技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1)所制备的传感器为基于光子晶体的纳米流体传感器，成功解决了传统的光子晶体传感器消耗检测物过多、检测时间长、测试精度不高的问题，同时，也消除了传统纳米流体传感器功能单一、结构不稳定、通道少的问题；2)制备传感器采用的为基于MEMS的相关材料与工艺方案，制备的尺寸精度高，材料的化学惰性高、物理结构稳定，能够使所制备的传感器与原始设计方案具有很高的一致性；3)被检测物可以通过进出流口直接进入所有通槽，使传感器的有效折射率系数发生变化，从而依据于纳米流体通道的巨大表体面积比进行快速检测，检测实时性强、灵敏度高；4)光子晶体纳米流体传感器的光栅结构对局域电场存在显著的增强作用，当利用传感器进行荧光分析实验时，荧光增强效果明显，有利于实现低浓度小分子的极限浓度测试；5)光子晶体纳米流体传感器结构稳定，具备了光子晶体的无标识检测性能和局域电场增强特性，同时检测区域限定于纳米流体通道的微观环境。附图说明图1(a)～图1(j)为本技术制备光子晶体纳米流体传感器的工艺获得的各物体的示意图，其中图1(a)～图1(d)为抽取纳米流体流通层的示意图，图1(e)～图1(g)为刻蚀纳米流体流通层的示意图，图1(h)为清除残留物的示意图；图1(i)～图1(j)为形成进口和出品的过程，图1(k)为最终经过封装后的示意图；图2(a)～图2(c)分别为本技术中光子晶体纳米流体传感器的主视图、右视图和仰视图。图3为本技术中光子晶体纳米流体传感器的轴测图。图4为本技术一个实施例的光子晶体纳米流体传感器的SEM扫描电镜视图：(a)为电子束刻蚀感光材料形成的光栅结构图；(b)为反应离子束刻蚀的贵金属薄膜层所形成的金属光栅结构；(c)为反应离子束刻蚀的第二折射率材料薄膜层所形成的光子晶体光栅结构。图5为本技术中光子晶体纳米流体传感器的反射共振波长图谱。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。此外，下面所描述的本技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。参照图1～图3，一种光子晶体纳米流体传感器，该光子晶体纳米流体传感器包括按照由下至上的顺序依次设置的光刻胶层14、硅晶片基底1、第一折射率材料薄膜层2、第二折射率材料薄膜层3和聚合物材料封接层4，并且它们的长度和宽度均相等，所述第二折射率材料薄膜层3的顶端设置有方波形的光栅结构，所述光栅结构包括多个通槽和多个凸起并且它们交替排列，所述凸起的顶端与所述第一折射率材料薄膜层2的底端面接触，所述光刻胶层14、硅晶片基底1、第一折射率材料薄膜层2和第二折射率材料薄膜层3共同构成传感器基体层，所述传感器基体层上设置有与所有通槽均连通的进流口10和出流口11。按照本技术的另一个方面，还提供了所述的光子晶体纳米流体传感器的制备方法，包括以下步骤：(1)沉积第一折射率材料薄膜层2：参照图1(a),利用化学气相沉积法，将第一折射率材料沉积在硅晶片基底1的上表面并使第一折射率材料铺满所述硅晶片基底1的上表面，得到厚度为h1的第一折射率材料薄膜层2，其中，所述硅晶片基底1的长度、宽度和高度分别为a、b和h0；(2)沉积第二折射率材料薄膜层3：参照图1(b),利用化学气相沉积法，将第二折射率材料沉积在第一折射率材料的上表面并使第二折射率材料铺满所述第一折射率材料薄膜层2的上表面，得到厚度为h2的第二折射率材料薄膜层3，所述第二折射率材料薄膜层3的可见光波段折射率系数大于所述第一折射率材料薄膜层2的可见光波段折射率系数；(3)溅镀贵金属薄膜层12：参照图1(c本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光子晶体纳米流体传感器，其特征在于，该光子晶体纳米流体传感器包括按照由下至上的顺序依次设置的光刻胶层、硅晶片基底、第一折射率材料薄膜层、第二折射率材料薄膜层和聚合物材料封接层，所述第二折射率材料薄膜层的顶端设置有方波形的光栅结构，所述光栅结构包括多个通槽和多个凸起并且它们交替排列，所述凸起的顶端与所述第一折射率材料薄膜层的底端面接触，所述光刻胶层、硅晶片基底、第一折射率材料薄膜层和第二折射率材料薄膜层共同构成传感器基体层，所述传感器基体层上设置有与所有通槽均连通的进流口和出流口。

【技术特征摘要】
1.一种光子晶体纳米流体传感器，其特征在于，该光子晶体纳米流体传感器包括按照由下至上的顺序依次设置的光刻胶层、硅晶片基底、第一折射率材料薄膜层、第二折射率材料薄膜层和聚合物材料封接层，所述第二折射率材料薄膜层的顶端设置有方波形的光栅结构，所述光栅结构包括多个通槽和多个凸起并且它们交替排列，所述凸起的顶端与所述第一折射率材料薄膜层的底端面接触，所述光刻胶层、硅晶片基底、第一折射率材料薄膜层和第二折射率材料薄膜层共同构成传感器基体层，所述传感器基体层上设置有与所有通槽均连通的进流口和出流口。2.根据权利要求1所述的光子晶体纳米流体传感器，其特征在于，所述的第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈幼平，彭望，艾武，张代林，张冈，谢经明，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：新型
国别省市：湖北,42