传感芯片及其制备方法、检测系统和检测方法技术方案

一种传感芯片及其制备方法、检测系统和检测方法，传感芯片包括：基底层；波导层，位于基底层上；光栅，位于波导层上，光栅包括光栅脊和光栅槽，光栅脊和光栅槽用于接触待测介质，光栅满足预设条件中的一种或两种，所述预设条件包括：光栅构成等效平面结构，或者，光栅脊的折射率设置为与待测介质构成等效连接介质。本发明专利技术通过使光栅构成等效平面结构，能够减小光栅脊对波导层中传输的光的散射能力，这有利于提高Q值，而通过使光栅脊的折射率设置为与待测介质构成等效连接介质，也能够使光栅可视等效平面结构，从而提高Q值；综上，通过使光栅满足上述预设条件中的一种或两种，均能够提高传感芯片的Q值，相应使得传感芯片的检测性能得以提升。

【技术实现步骤摘要】
传感芯片及其制备方法、检测系统和检测方法
本专利技术实施例涉及传感
，尤其涉及一种传感芯片及其制备方法、检测系统和检测方法。
技术介绍
光学方法常被用来进行生物或者化学样品的分析，基于光学方法的传感芯片，具有非破坏性测量、不受电磁干扰、灵敏度高、响应速度快等优点，已经在诸多医疗领域进行应用。其中，导模共振(guidedmoderesonance，GMR)传感器具有窄线宽、高反射率共振光(或低透射率共振光)、良好稳定性以及易于探测等诸多优点，使其在生物传感芯片方面得到了广泛的应用。导模共振原理是由于衍射光栅将光耦合进入波导层形成导模，同时波导层中的导模受到光栅脊的调制，又会将一部分光泄露出去，且泄露光之间产生干涉。由此，产生一种在特定入射波长、特定入射角度及偏振下产生窄光谱带宽及高衍射效率的现象。基于低损耗介电材料的导模共振效应能够产生窄带宽(<1nm)、高反射率(95％～100％)的共振光，与表面等离子共振(surfaceplasmaresonance，SPR)效应相比，导模共振效应能更高精度地测量共振波长的微小变化，因此被广泛应用于生物传感领域。由于导模共振具有极高的反射率(极低的透射率)，在检测系统的特定入射波长及入射角度下，当外界环境发生变化时，共振波长或共振角度会发生偏移，从而使得所述检测系统的特定入射波长或者入射角度对应的反射率发生改变。因此基于共振强度(即光强反射率大小)变化的检测方法被采用。
技术实现思路
本专利技术实施例解决的问题是提供一种传感芯片及其制备方法、检测系统和检测方法，提高传感芯片的检测性能。为解决上述问题，本专利技术实施例提供一种传感芯片，包括：基底层；波导层，位于所述基底层上；光栅，位于所述波导层上，所述光栅包括光栅脊和光栅槽，所述光栅脊和光栅槽用于接触待测介质，所述光栅满足预设条件中的一种或两种，所述预设条件包括：所述光栅构成等效平面结构，或者，所述光栅脊的折射率设置为与所述待测介质构成等效连接介质。相应的，本专利技术实施例还提供一种传感芯片的制备方法，包括：形成基底层；在所述基底层上形成波导层；在所述波导层上形成光栅，所述光栅包括光栅脊和光栅槽，所述光栅脊和光栅槽用于接触待测介质，所述光栅满足预设条件中的一种或两种，所述预设条件包括：所述光栅构成等效平面结构，或者，所述光栅脊的折射率设置为与所述待测介质构成等效连接介质。相应的，本专利技术实施例还提供一种检测系统，包括：光源模块，适于发出出射光；导模共振传感器，包括：前述传感芯片；位于所述基底层上的壳体，所述壳体与所述基底层围成微腔，所述微腔用于容纳所述波导层、光栅以及待测介质；其中，所述导模共振传感器适于接收所述出射光并在实现导模共振后激发检测光；探测模块，适于接收所述检测光并对所述检测光进行检测。相应的，本专利技术实施例还提供另一种检测系统，包括：提供待测介质、以及前述的检测系统；开启光源模块，发出所述出射光；将所述待测介质通入所述微腔中；开启所述光源模块、并将所述待测介质通入所述微腔中后，采用所述探测模块接收所述检测光并对所述检测光进行检测。与现有技术相比，本专利技术实施例的技术方案具有以下优点：本专利技术实施例的传感芯片包括位于所述波导层上的光栅，所述光栅包括光栅脊和光栅槽，所述光栅脊和光栅槽用于接触待测介质，所述光栅满足预设条件中的一种或两种，所述预设条件包括：所述光栅构成等效平面结构，或者，所述光栅脊的折射率设置为与所述待测介质构成等效连接介质；其中，通过使所述光栅构成等效平面结构，能够减小所述光栅脊对波导层中传输的光的散射能力，从而使光更好地被约束在所述波导层内，这有利于提高所述传感芯片的Q值(品质因子)，而通过使所述光栅脊的折射率设置为与所述待测介质构成等效连接介质，即所述光栅脊的折射率与所述待测介质的折射率相近，也能够使所述光栅可视为等效平面结构，因此，也能够使光更好地被约束在所述波导层内，从而提高Q值；综上，通过使所述光栅满足上述预设条件中的一种或两种，均能够提高所述传感芯片的Q值，相应使得传感芯片的检测性能得以提升。可选方案中，所述光栅脊的厚度小于或等于50纳米，光栅脊可视为所述波导层外的“缺陷”，通过使所述光栅脊的厚度较小，使所述光栅构成等效平面结构，以减小所述光栅脊对所述波导层中传输的光的散射能力，从而提高传感芯片的Q值。可选方案中，所述光栅脊的占空比小于或等于0.3，或者，所述光栅脊的占空比大于或等于0.7，其中，占空比越小，可视为所述波导层外的“缺陷”越小，使所述光栅构成等效平面结构，从而减小所述光栅脊对所述波导层中传输的光的散射能力，而占空比越大，也能够将所述光栅视为等效平面结构，即有利于实现消除所述波导层外的“缺陷”的效果，因此，通过使所述光栅脊的占空比小于或等于0.3，或者，所述光栅脊的占空比大于或等于0.7，均能够提高所述传感芯片的Q值。附图说明图1是本专利技术传感芯片一实施例的结构示意图；图2是图1所示传感芯片在不同折射率的待测介质条件下，共振波波长和反射率的关系图；图3是图2中虚线框内的放大图；图4是本专利技术传感芯片另一实施例的结构示意图；图5是图4所示传感芯片在不同折射率的待测介质条件下，共振波波长和反射率的关系图；图6是图5中虚线框内的放大图；图7是本专利技术传感芯片又一实施例的结构示意图；图8是本专利技术传感芯片再一实施例的结构示意图图9是本专利技术传感芯片的制备方法一实施例的流程示意图；图10是图9所示实施例中步骤S1对应的结构示意图；图11是图9所示实施例中步骤S3对应的波导层的厚度和灵敏度的关系图；图12至图13是图9所示实施例中步骤S5对应的结构示意图；图14是图9所示实施例中步骤S6对应的结构示意图；图15是图9所示实施例中步骤S7对应的流程示意图；图16是图9所示实施例中步骤S7对应的结构示意图；图17是本专利技术检测系统一实施例的结构示意图；图18是本专利技术检测系统另一实施例的结构示意图；图19是采用图18所示检测系统，在不同折射率的待测介质条件下，共振波长与反射率的关系图；图20是采用图18所示检测系统，在不同厚度的生物分子层条件下，共振波波长和反射率的关系图。具体实施方式传统导模共振传感芯片的基本原理是：衍射光栅产生的某级次衍射光，若同时满足波导层中传播的条件，即可在波导层中形成导模传输。但由于波导层的一端受光栅脊的调制，所以一部分导模光又会泄露出去成为泄露模，泄露模之间产生干涉，由此产生导模共振现象。这种易于探测的泄漏模式导致导模共振传感芯片的Q值较低，从而影响其对低信号的探测。品质因数是一个结合灵敏度和Q值来描述传感芯片性能的参量，为了提高传感性能，相应需提高其灵敏度和Q值。然而，当提高传感芯片的Q值(即线宽变小)时，相应又会导致其灵敏度下降。所以，受到灵敏度的限制，难以提高导模共振传感芯片的Q值，从而导致目前传感芯片的检测性能不佳。为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种传感芯片，其特征在于，包括：/n基底层；/n波导层，位于所述基底层上；/n光栅，位于所述波导层上，所述光栅包括光栅脊和光栅槽，所述光栅脊和光栅槽用于接触待测介质，所述光栅满足预设条件中的一种或两种，所述预设条件包括：所述光栅构成等效平面结构，或者，所述光栅脊的折射率设置为与所述待测介质构成等效连接介质。/n

【技术特征摘要】
1.一种传感芯片，其特征在于，包括：
基底层；
波导层，位于所述基底层上；
光栅，位于所述波导层上，所述光栅包括光栅脊和光栅槽，所述光栅脊和光栅槽用于接触待测介质，所述光栅满足预设条件中的一种或两种，所述预设条件包括：所述光栅构成等效平面结构，或者，所述光栅脊的折射率设置为与所述待测介质构成等效连接介质。


2.如权利要求1所述的传感芯片，其特征在于，所述光栅脊的厚度小于或等于50纳米。


3.如权利要求1所述的传感芯片，其特征在于，所述光栅脊的材料的折射率与所述待测介质的折射率的比值为0.7至1.3。


4.如权利要求1所述的传感芯片，其特征在于，所述光栅脊的材料为介质材料。


5.如权利要求1所述的传感芯片，其特征在于，所述光栅脊的占空比小于或等于0.3，或者，所述光栅脊的占空比大于或等于0.7。


6.如权利要求1所述的传感芯片，其特征在于，所述波导层的厚度为40纳米至350纳米。


7.如权利要求1所述的传感芯片，其特征在于，所述光栅脊和所述波导层为一体结构。


8.如权利要求1所述的传感芯片，其特征在于，所述传感芯片还包括：位于所述基底层上的壳体，所述壳体与所述基底层围成微腔，所述微腔用于容纳所述待测介质；
其中，
所述波导层和光栅位于所述微腔中。


9.如权利要求8所述的传感芯片，其特征在于，所述待测介质为待测液体；
沿所述光栅脊的延伸方向上，所述壳体的两个相对的侧壁具有开口，一个侧壁中的所述开口用于作为所述待测液体的流入口，另一个侧壁中的所述开口用于作为所述待测液体的流出口，所述开口由对应侧壁和所述基底层顶部围成。


10.如权利要求1所述的传感芯片，其特征在于，所述传感芯片适于检测生物分子；
所述传感芯片还包括：修饰层，覆盖所述光栅脊和波导层的表面，所述修饰层适于吸附待测生物分子。


11.一种传感芯片的制备方法，其特征在于，包括：
形成基底层；
在所述基底层上形成波导层；
在所述波导层上形成光栅，所述光栅包括光栅脊和光栅槽，所述光栅脊和光栅槽用于接触待测介质，所述光栅满足预设条件中的一种或两种，所述预设条件包括：所述光栅构成等效平面结构，或者，所述光栅脊的折射率设置为与所述待测介质构成等效连接介质。


12.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，形成所述基底层之前，所述制备方法还包括：进行波导层厚度确定步骤；
所述波导层厚度确定步骤包括：确定波导光栅参数，所述波导光栅参数包括所述光栅脊的预设厚度和光栅周期、以及所述波导层的折射率；
根据所述波导光栅参数，获得不同厚度的所述波导层对应的灵敏度；
确定所述灵敏度的最大值所对应的厚度作为所述波导层的预设厚度；
在所述基底层上形成波导层的步骤中，根据所述波导层的预设厚度形成所述波导层。


13.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，在所述波导层上形成光栅的步骤包括：在所述波导层上形成光栅材料层；
对所述光栅材料层进行图形化处理，形成凸出于所述波导层上的所述光栅脊。


14.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，在所述基底层上形成波导层、以及在所述波导层上形成光栅的步骤包括：
在所述基底层上形成波导光栅材料层；
所述波导光栅材料层进行图形化处理，所述图形化处理后的剩余所述波导光栅材料层作为所述波导层，位于所述波导层上的凸起作为所述光栅脊。


15.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，在所述波导层上形成光栅的步骤中，所述光栅脊的厚度小于或等于50纳米。


16.如权利要求11所述的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：周一，吴翔，熊青松，陈晨，
申请(专利权)人：复旦大学，厦门复光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31