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光电器件领域，并公开了一种光子晶体纳米流体传感器，该传感器包括光子晶体结构和光学透明覆盖层，所述光子晶体结构包括玻璃基底、设于所述玻璃基底上的光栅层和沉积在所述光栅层上的材料层，所述光栅层具有光栅周期结构，所述光学透明覆盖层设于所述材料层的上表面，其与所述光栅层的光栅凹槽形成纳米流体通道。本实用新型专利技术的光子晶体纳米流体传感器具有结构简单、适用性强、精度高、成本低等优点，且可大批量生产。

【技术实现步骤摘要】
一种光子晶体纳米流体传感器
本技术属于光电器件领域，更具体地，涉及一种光子晶体纳米流体传感器。
技术介绍
光子晶体纳米流体传感器具有光子晶体的相关特性，即能够与特定频率的波长产生共振，并且能够使纳米通道内的局域电场得到增强。所以，光子晶体纳米流体传感器能够应用于基于共振波长频移的无标识检测和基于局域电场增强的荧光增强检测。纳米流体结构具有体积小，同时具有巨大的表体面积比，能促进纳米通道中的分析物在较短的时间内光栅的纳米通道内表面进行测试。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。同时，纳米流体通道的小体积是实现片上系统的核心部件。目前，许多研究机构申请了光子晶体和纳米流体传感器研究方面的相关专利。例如，美国的Cunningham教授利用光子晶体作为传感器进行一系列生物化学分子检测；Brueck等人用纳米流体传感器进行生物化学分析实验，并应用于生物分子的分离与分析。但是，目前制备的光子晶体的常用基片为硅晶片，其在可见光范围内不具有光学透明性，因此，在传感器测试过程中需要使用基于光子晶体的反射光谱进行测试，存在光学平台搭建复杂，测试难度较大等问题。
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，其通过对关键组件光子晶体结构和光学透明覆盖层的结构及其布置方式的研究和设计，制备获得结构简单、适用性强的光子晶体纳米流体传感器，其在测试时无需基于光子晶体的反射光谱进行，测试简单方便。为实现上述目的，本技术提出了一种光子晶体纳米流体传感器，该传感器包括光子晶体结构和光学透明覆盖层，其中：所述光子晶体结构包括玻璃基底、设于所述玻璃基底上的光栅层和沉积在所述光栅层上的材料层，所述光栅层具有光栅周期结构，所述光学透明覆盖层设于所述材料层的上表面，其与所述光栅层的光栅凹槽形成纳米流体通道。作为进一步优选的，所述玻璃基底包括彼此粘合的盖玻片和载玻片，其中所述盖玻片作为光子晶体纳米流体传感器的基底，而载玻片则作为所述光栅层的基底。作为进一步优选的，所述光栅层由紫外线固化物固化而成，其折射率低于所述材料层的折射率。作为进一步优选的，所述材料层为ZnS、Si3N4、TiO2、ZnO或碲酸盐玻璃，其沉积厚度为50-200nm。作为进一步优选的，所述光学透明覆盖层为3M胶片、PDMS、PMMA或SU8。作为进一步优选的，所述光栅层由石英光栅母模板通过纳米复制成型得到，所述紫外线固化物旋涂在所述载玻片上。作为进一步优选的，所述光学透明覆盖层上还刻蚀有纳米流体的出口和入口。作为进一步优选的，所述载玻片和盖玻片使用前两面均用丙酮、异丙醇、去离子化水以及异丙醇依次洗涤，然后利用氮气干燥，再置于氧离子腔中清除浮渣。作为进一步优选的，所述石英光栅母模板的光栅高度为100-200nm；所述盖玻片的尺寸为75mm×25mm×1mm，所述载玻片的尺寸为70mm×22mm×0.17mm。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，主要具备以下的技术优点：1.本技术通过对关键组件光子晶体结构和光学透明覆盖层的结构及其布置方式的研究和设计，可获得结构简单、适用性强的光子晶体纳米流体传感器，具有精度高、成本低等优点，且可大批量生产。2.本技术的光子晶体纳米流体传感器所用基底为玻璃等光学透明材料，制备出的传感器能够利用光子晶体的透射光谱进行分析检测，从而降低检测难度，提高检测稳定性。3.本技术的光子晶体纳米流体传感器的共振波长能够根据高折射率材料层的沉积厚度进行调制，从而可以利用光子晶体的局域电场增强效应进行相应的荧光增强检测实验。附图说明图1为本技术实施例的光子晶体纳米流体传感器的横向结构示意图；图2为本技术实施例的光子晶体纳米流体传感器制备方法的流程框图；图3(a)-(d)为本技术实施例的光子晶体纳米流体传感器制备方法的原理图。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。图1为本技术实施例的光子晶体纳米流体传感器的横向结构示意图，如图1所示，该传感器包括光子晶体结构和光学透明覆盖层4，其中，光子晶体结构包括玻璃基底1、设于玻璃基底1上的光栅层2，以及沉积在光栅层2上的材料层3，该光栅层2具有光栅周期结构，该光学透明覆盖层4设于所述材料层3的上表面，其与所述光栅层2的光栅凹槽形成纳米流体通道6。具体的，玻璃基底1包括彼此粘合的盖玻片和载玻片，其中所述盖玻片作为光子晶体纳米流体传感器的基底，而载玻片则作为所述光栅层2的基底。所述光栅层2由紫外线固化物固化而成，其折射率低于所述材料层3的折射率，光栅层需要对可见光400nm-700nm的范围具有透射性，且为固态，其折射率系数被设为1.3<n<1.5，材料层需要对可见光具有非常高的透射性，其折射率系数n被设定为1.8<n<3.0。优选的，光栅层2为玻璃；材料层3为ZnS、Si3N4、TiO2、ZnO或碲酸盐玻璃，其沉积厚度为50-200nm；光学透明覆盖层4为3M胶片、PDMS、PMMA或SU8，该光学透明覆盖层4上还刻蚀有纳米流体的出口和入口。具体的，光栅层2由石英光栅母模板5通过纳米复制成型得到，石英光栅母模板5的光栅高度为100-200nm。进一步的，紫外线固化物旋涂在载玻片上。下面对本技术的光子晶体纳米流体传感器具体制备方法进行说明。图2为本技术实施例的光子晶体纳米流体传感器制备方法的流程框图，图3(a)-(d)为本技术实施例的光子晶体纳米流体传感器制备方法的原理图。其中，图3(a)为旋涂紫外线固化物步骤，此时紫外线固化物为液态，图3(b)为复制成型步骤，此时紫外线固化物为液态，图3(c)为紫外光固化及剥离步骤，此时紫外线固化物为固态，图3(d)为沉积高折射率材料层步骤，此时紫外线固化物为固态。如图2和图3(a)-(d)所示，制备本发的光子晶体纳米流体传感器具体包括如下步骤：(1)制备石英光栅母模板利用深度紫外光刻法或反应离子束刻蚀技术制备出一块光子晶体结构的石英光栅晶片，其中光子晶体周期、光栅高度和占空比均由光栅模板所决定，具体的，该石英光栅母模板的光栅高度H为100-200nm。(2)旋涂紫外线固化胶准备一片盖玻片和载玻片待用，其中盖玻片作为光子晶体纳米流体传感器的基底，而载玻片则作为紫外线固化物的基底。具体的，首先准备一片75mm×25mm×1mm的盖玻片(NEXTERION)，一片70mm×22mm×0.17mm的载玻片(ThermalScientific)，使用前载玻片和盖玻片的两面均用丙酮、异丙醇、去离子化水以及异丙醇依次洗涤；然后利用N2干燥，再置于O2离子腔中清除浮渣(功率为300W，时间为3分钟)；将载玻片置于旋涂机中，滴入10滴HMDS(六甲基二硅烷)作为粘合层，旋涂机以3000转/分钟的转速旋转30秒；随后，利用移液管滴入纳米压印胶(Tr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，该传感器包括光子晶体结构和光学透明覆盖层(4)，其中：所述光子晶体结构包括玻璃基底(1)、设于所述玻璃基底(1)上的光栅层(2)和沉积在所述光栅层(2)上的材料层(3)，所述光栅层(2)具有光栅周期结构，所述光学透明覆盖层(4)设于所述材料层(3)的上表面，其与所述光栅层(2)的光栅凹槽形成纳米流体通道(6)。

【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，该传感器包括光子晶体结构和光学透明覆盖层(4)，其中：所述光子晶体结构包括玻璃基底(1)、设于所述玻璃基底(1)上的光栅层(2)和沉积在所述光栅层(2)上的材料层(3)，所述光栅层(2)具有光栅周期结构，所述光学透明覆盖层(4)设于所述材料层(3)的上表面，其与所述光栅层(2)的光栅凹槽形成纳米流体通道(6)。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，所述玻璃基底(1)包括彼此粘合的盖玻片和载玻片，其中所述盖玻片作为光子晶体纳米流体传感器的基底，而载玻片则作为所述光栅层(2)的基底。3.根据权利要求2所述的光子晶体纳米流体传感器，其特征在于，所述光栅层(2)由紫外线固化物固化而成，其折射率低于所述材料层(3)的折射率。4.根据权利要求3所述的光子晶体纳米流体传感器，其特征在于，所述材料层(3)为ZnS、Si3N4、TiO2、ZnO或碲酸盐玻璃，其沉积厚度为50-200nm。5...

【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