高灵敏度生物传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种高灵敏度生物传感器，包括：集成光源，该光源被配置为产生光学信号；滤波单元，包括环形谐振单元，该滤波单元被配置为接收输入光源信号并产生带宽较窄的检测输入光学信号；传感单元，包括环形阵列及马赫‑曾德尔干涉仪阵列，该传感单元被配置为接收输入光学信号并产生传感光学信号，该传感光学信号的波长和光强会根据检测物质材料的浓度等信息而发生变化；检测单元，所述的检测单元用于根据输出传感光学信号分析得到所测混合物中各物质成分的存在及浓度信息。

High sensitivity biosensor

【技术实现步骤摘要】
高灵敏度生物传感器
本技术涉及一种高灵敏度生物传感器，属于光学传感器领域。
技术介绍
光学传感器作为一种新型传感器被广泛应用于生物医疗、环境监测、食品安全、化工检测等方面。目前，基于环形谐振器的光学传感器受到了广泛的研究，但是环形谐振器型光学传感器的灵敏度和精度由环形谐振腔的Q值所决定，虽然增加谐振腔尺寸和降低损耗都可以增加Q值，提高传感器灵敏度，但是增加谐振腔尺寸与测量范围相冲突，降低损耗更需要高制作工艺，而且目前环形谐振器型光学传感器主要基于某种特定物质进行传感测量，不能对多种物质同时测量，级联环形谐振腔型结构也是为了提取不同谐振波长的光或者利用级联后的游标效应来提高传感器灵敏度。
技术实现思路
根据以上现有技术的不足，本技术为解决上述技术中的问题，提供一种高灵敏度生物传感器，其具有可以同时检测多种物质，并且可以提高灵敏度的特点。实现上述目的，本技术所采用的技术方案是提供一种高灵敏度生物传感器，包括产生光学信号的光源,所述光源通过波导与传感单元连接，传感单元输出端与检测单元输入端连接，信号处理器接收检测单元的输出电信号，并确认检测物质存在和浓度信息；所述传感单元包括若干个耦合干涉单元，所述传感单元内波导分别接收光学信号，并将该信号耦合进入耦合干涉单元中的环形阵列中；所述耦合干涉单元包括两个环形谐振器和马赫-曾德尔干涉仪，其中环形谐振器通过与传感单元内波导的间隙提取谐振波长，并将提取到的波长分别耦合进入马赫-曾德尔干涉仪的两条干涉臂中，形成干涉后通过马赫-曾德尔干涉仪输出端波导传递给检测单元输入端，作为检测单元的输入信号。所述高灵敏度生物传感器为光学生物传感器，其所检测范围可以为生物分子、单链DNA、病毒、细菌、化学甲醛气体、丙酮气体、小分子等。所述光学传感器的光源可以为LED芯片、发光二极管、发光三极管、宽带光源模块等。优选的，光源和传感单元之间还设有分束器，所述分束器包括一个输入端和至少两个输出端，所述光源通过波导与分束器输入端连接，分束器的输出端分别通过对应数量的传感单元内波导连接传感单元输入端，所述传感单元接收分束器的输出信号，并将携带物质存在和浓度信息的光学信号提供给检测单元。优选的，光源和分束器之间还设有滤波单元，所述滤波单元对光源输出宽带光学信号进行波长提取或波长去除，并将输出光学信号提供至分束器；所述滤波单元包括输入波导、谐振器、谐振器及输出波导，其中输入波导接收来自光源的光学信号，并将该信号耦合进入谐振器中，谐振器中的光耦合进入谐振器中，谐振器中的光耦合进入输出波导中并传输到Y型分束器的输入端。所述滤波单元用于对来至宽带光源的光进行谐振波长的提取，输出带宽较为窄的光学信号并用于作为传感单元的输入光学信号，其中所述的谐振波长是经由环形谐振器与输入波导之间的间距以及环形谐振器与环形谐振器的间距提取。滤波单元还可以用于对来至光源的光学信号进行谐振波长的去除，并将去除谐振波长后的光学信号作为传感单元的输入。谐振器可以为环形谐振器、微盘谐振器、跑道型谐振器等，所述谐振器采用平面集成光波导或光纤波导。优选的，所述传感单元接收分束器的输出信号，并将携带物质存在和浓度信息的光学信号提供给检测单元；所述传感单元包括若干个耦合干涉单元，所述传感单元内波导分别接收分束器输出端的光学信号，并将该信号耦合进入耦合干涉单元中的环形阵列中；所述耦合干涉单元包括两个环形谐振器和马赫-曾德尔干涉仪，其中环形谐振器通过与传感单元内波导的间隙提取谐振波长，并将提取到的波长分别耦合进入马赫-曾德尔干涉仪的两条干涉臂中，形成干涉后通过马赫-曾德尔干涉仪输出端波导传递给检测单元输入端，作为检测单元的输入信号。优选的，分束器每一路的配置完全相同，所述传感单元内每路波导上的耦合干涉单元完全对称相同，传感单元内每路波导所对称的耦合干涉单元所涂覆的敏感材料相同。对称耦合干涉阵列涂覆相同敏感材料，可以避免单个耦合干涉单元测量所带来的偶然误差，使检测更为准确。所述分束器可以为1*N的多路分束器，用于产生多路相同光学信号。如可以为Y型分束器，Y型分束器接收来至滤波单元的输出光学信号，并将该信号等分成两路，由输出端、分别输入到传感单元的波导中作为传感单元的输入光学信号。传感单元内不同路波导上的上下一一对应的耦合干涉单元在尺寸、材料等方面是完全相同的。所述耦合干涉单元中的马赫-曾德尔干涉仪阵列同传感单元内波导处于同一平面A，环形阵列处于该平面的上方B，通过与波导的间隙提取谐振波长，并通过与干涉仪干涉臂的间隙耦合进入干涉臂中，作为干涉仪的输入光学信号。其所述的耦合干涉单元中的马赫-曾德尔干涉仪阵列同环形阵列还可以处于同一平面A，输入光波导处于平面的B，平面A在平面B的上方并具有一定的间隙，同样干涉臂与环形谐振器阵列具有一定间隙，环形谐振器通过与输入波导的间隙提取谐振波长，并通过与干涉臂的间隙，将谐振波长耦合进入干涉臂中，作为干涉仪的输入光学信号。优选的，所述传感单元还包括流体通道，流体经由邻近开口进入流体通道，并作用于耦合干涉单元；检测物质经由该流体通道作用于环形阵列。优选的，所述高灵敏度生物传感器为光学生物传感器，其所检测范围可以为状态为液体或气体的生物、化学小分子优选的，所述检测单元用于将带有检测物质存在和浓度的信息转换成电信号；所述检测单元包括：若干个检测器，所述检测器用于检测传感单元中马赫-曾德尔干涉仪所输出的传感光学信号；所述检测器可以采用光电二极管、光谱仪。优选的，所述光学传感器可以进行混合物质中成分的分析，其中每个耦合干涉单元涂覆不同的敏感物质，不同敏感物质只与混合物中的特定成分发生反应，用于检测混合物中特定物质的存在和其浓度信息。本技术的有益效果是：本技术为高灵敏度生物传感器，其所检测范围可以为生物分子、单链DNA、病毒、细菌、化学甲醛气体、丙酮气体、小分子等，并且可以提高灵敏度。附图说明图1为一种本技术所述的光学传感器示意图；图2具体地图示了本技术构思光学传感器中的滤波单元；图3具体地图示了本技术构思光学传感器中的Y型分束器；图4具体地图示了本技术构思的光学传感器中的传感单元；图5为谐振干涉单元的环形附着抗体A与抗原B未发生特异性结合的图示；图6具体为谐振干涉单元的环形附着抗体A与抗原B特异性结合后的图示；图7为输入波导输入端及马赫-曾德尔干涉臂的波长曲线图；图8为抗原-抗体特异性结合前的干涉光学信号的波长曲线图；图9为抗原-抗体特异性结合后的干涉光学信号的波长曲线图；图10为无马赫曾德尔干涉仪下的普通光学传感器示意图；图11为无马赫曾德尔干涉仪下的普通光学传感器的输出波长曲线图；图12为本光学传感单元中的检测单元的详细框图；图13至图15为顺序的图示了根据本技术构思的光学传感器方法的剖视图；图16为根据本技术构思的完整光学传感系统WS1000的示意图；<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高灵敏度生物传感器，其特征在于，包括产生光学信号的光源(10),所述光源(10)通过波导与传感单元(40)连接，传感单元(40)输出端与检测单元(50)输入端连接，信号处理器接收检测单元(50)的输出电信号，并确认检测物质存在和浓度信息；所述传感单元(40)包括若干个耦合干涉单元，所述传感单元(40)内波导分别接收光学信号，并将该信号耦合进入耦合干涉单元中的环形阵列中；所述耦合干涉单元包括两个环形谐振器和马赫-曾德尔干涉仪，其中环形谐振器通过与传感单元(40)内波导的间隙提取谐振波长，并将提取到的波长分别耦合进入马赫-曾德尔干涉仪的两条干涉臂中，形成干涉后通过马赫-曾德尔干涉仪输出端波导传递给检测单元(50)输入端，作为检测单元(50)的输入信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种高灵敏度生物传感器，其特征在于，包括产生光学信号的光源(10),所述光源(10)通过波导与传感单元(40)连接，传感单元(40)输出端与检测单元(50)输入端连接，信号处理器接收检测单元(50)的输出电信号，并确认检测物质存在和浓度信息；所述传感单元(40)包括若干个耦合干涉单元，所述传感单元(40)内波导分别接收光学信号，并将该信号耦合进入耦合干涉单元中的环形阵列中；所述耦合干涉单元包括两个环形谐振器和马赫-曾德尔干涉仪，其中环形谐振器通过与传感单元(40)内波导的间隙提取谐振波长，并将提取到的波长分别耦合进入马赫-曾德尔干涉仪的两条干涉臂中，形成干涉后通过马赫-曾德尔干涉仪输出端波导传递给检测单元(50)输入端，作为检测单元(50)的输入信号。


2.根据权利要求1所述的一种高灵敏度生物传感器，其特征在于，所述光源(10)和传感单元(40)之间还设有分束器，所述分束器包括一个输入端和至少两个输出端，所述光源(10)通过波导与分束器输入端连接，分束器的输出端分别通过对应数量的传感单元(40)内波导连接传感单元(40)输入端，所述传感单元(40)接收分束器的输出信号，并将携带物质存在和浓度信息的光学信号提供给检测单元(50)。


3.根据权利要求2所述的一种高灵敏度生物传感器，其特征在于，所述光源(10)和分束器之间还设有滤波单元(20)，所述滤波单元(20)对光源(10)输出宽带光学信号进行波长提取或波长去除，并将输出光学信号提供至分束器；
所述滤波单元(20)包括输入波导(1)、第一环形谐振器(21)、第二环形谐振器(22)及输出波导(2)，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文宪，周治平，王波，
申请(专利权)人：山东爱杰光电技术有限公司，
类型：新型
国别省市：山东;37