本发明专利技术公开了一种3D微透镜级联式芯片折射率传感器，用于测量待测样品的折射率，包括芯片、LED光源、入射光纤、出射光纤和检测器，芯片内设有样品入口、样品出口、微流道和多个检测通道；微流道串联于样品入口和样品出口之间，以使待测样品从样品入口流经微流道并从样品出口流出；每一检测通道由一个入射光纤沟槽、一个出射光纤沟槽，以及形成于微流道内的3D微透镜腔组成，当3D微透镜腔内充满待测样品时，3D微透镜腔内的待测样品构成3D微透镜；不同的检测通道中的3D微透镜腔的数量不同且同一检测通道中的3D微透镜腔呈级联排列。本发明专利技术的传感器能够实现多量程折射率检测，检出限低，且生产成本较低、加工便捷。且生产成本较低、加工便捷。且生产成本较低、加工便捷。
【技术实现步骤摘要】
3D微透镜级联式芯片折射率传感器
[0001]本专利技术涉及光学检测分析
，尤其是涉及一种3D微透镜级联式芯片折射率传感器。
技术介绍
[0002]折射率是物质的基本光学性质，被广泛用于无荧光和无特征吸收样品的计量分析。折射率方法广泛用于工业配料中溶液配比实时监测、食品饮料工业中酒精度分析和含糖量分析、海水环境质量监测中的盐度测量和健康管理中的尿比重分析等。
[0003]常用手持式液体折射率仪成本较低，但分辨率较低，且不适于流动样品折射率实时检测。微流控芯片技术是近二三十年出现的新兴技术，微流控芯片体积和样品试剂消耗小，不同功能单元易于集成，适用于流动样品实时检测，已在临床医药，生物化学，环境食品等分析领域得到普遍应用。现有微流控折射率传感器按测量物理量主要分为波长调制型和强度调制型。
[0004]波长调制型折射率测量通常依赖谐振腔，干涉仪或者表面等离子体共振，并以光谱仪读取特征峰移动信息。尽管采用高分辨率光谱仪能获得优异的检测性能，但此类传感器加工复杂，光谱仪依赖性强，整体成本较高。
[0005]强度调制型折射率测量通常依赖几何光学中的折射和反射现象，因此传感器构造简单，易于制作，但通常灵敏度和分辨率较低，其传感性能仍需改进。
[0006]实际使用过程中，折射率待测样品种类多，折射率范围分布广，现有的折射率传感器通常采用单通道单量程设计，不能满足广泛适用各类检测要求。
技术实现思路
[0007]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种3D微透镜级联式芯片折射率传感器，该传感器能够实现多量程折射率检测，检出限低，且生产成本较低、加工便捷。
[0008]根据本专利技术实施例的3D微透镜级联式芯片折射率传感器，用于测量待测样品的折射率，包括：
[0009]芯片，所述芯片内设有样品入口、样品出口、微流道和多个检测通道；所述微流道串联于所述样品入口和所述样品出口之间，以使待测样品从所述样品入口流经所述微流道并从所述样品出口流出；每一所述检测通道由一个入射光纤沟槽、一个出射光纤沟槽，以及形成于所述微流道内的3D微透镜腔组成，当所述3D微透镜腔内充满待测样品时，所述3D微透镜腔内的待测样品构成3D微透镜；不同的所述检测通道中的所述3D微透镜腔的数量不同且同一所述检测通道中的所述3D微透镜腔呈级联排列；
[0010]LED光源，所述LED光源用于产生入射光线；
[0011]入射光纤，所述入射光纤用于插设在选定使用的一个所述检测通道的所述入射光纤沟槽中，以将所述入射光线引入所述芯片，并穿过级联的所述3D微透镜；
[0012]出射光纤，所述出射光纤用于插设在选定使用的一个所述检测通道的所述出射光纤沟槽中，以收集穿过级联的所述3D微透镜后的出射光线；
[0013]检测器，所述检测器用于记录所述出射光线的强度。
[0014]根据本专利技术实施例的3D微透镜级联式芯片折射率传感器，具有如下的优点：
[0015]第一、本专利技术实施例的3D微透镜级联式芯片折射率传感器有多个检测通道，不同的检测通道内配置有不同数量的3D微透镜腔且同一检测通道内的3D微透镜腔呈级联排列，这样，可以提供多量程折射率检测，对于只有一个3D微透镜腔的检测通道而言，可检测宽范围折射率，对于有多个3D微透镜腔的检测通道而言，检测范围变窄，灵敏度提高。相比于其他强度调制型液体折射率传感器，本专利技术实施例的3D微透镜级联式芯片折射率传感器检出限和分辨率显著改善，用户可根据应用场景选择相应量程的检测通道检测。第二、本专利技术实施例的3D微透镜级联式芯片折射率传感器是基于强度调制型的折射率传感器，光电二极管可作为检测器，非必须使用光谱仪，整体成本可显著降低。第三、本专利技术实施例的3D微透镜级联式芯片折射率传感器采用微流控设计，单次测量样品消耗量仅为微升级别，也可用于流动样品实时检测，可满足以折射率检测为定量依据的多领域应用如工业计量，食品工业，生化检测，环境监测等。第四、本专利技术实施例的3D微透镜级联式芯片折射率传感器是基于光线穿过3D微透镜传播后的光强变化，长时间使用后光强变化受附壁污染薄层影响微弱。第五、光线在3D微透镜中传播光程短，光强变化受待测样品介质吸收影响微弱。第六、清洗方便。第七、结构简单，便于加工。
[0016]根据本专利技术的一个实施例，所述3D微透镜的镜面与其光轴所在任意平面的交线的曲率均为非零值。
[0017]根据本专利技术进一步的实施例，所述3D微透镜为对称双球面镜、非对称双球面镜、单球面镜或非球面镜。
[0018]根据本专利技术的一个实施例，所述入射光纤插入所述入射光纤沟槽中时，所述入射光纤的端面与所述入射光纤沟槽的端面相贴平齐；所述出射光纤插入所述出射光纤沟槽中时，所述出射光纤的端面与所述出射光纤沟槽的端面相贴平齐。
[0019]根据本专利技术的一个实施例，同一所述检测通道中，所述3D微透镜腔按照特定数量、特定间隔和特定排列方式排列。
[0020]根据本专利技术进一步的实施例，当同一所述检测通道中只有一个所述3D微透镜腔时，所述3D微透镜腔的中心与所述入射光纤沟槽的端面之间的距离和所述3D微透镜腔的中心与所述出射光纤沟槽的端面之间的距离相同或不同；当同一所述检测通道中有多个所述3D微透镜腔且多个所述3D微透镜腔按光线传播方向计数时，首个所述3D微透镜腔的中心与所述入射光纤沟槽的端面之间的距离、末个所述3D微透镜腔的中心与所述出射光纤沟槽的端面之间的距离、以及两两相邻的所述3D微透镜腔的中心之间的距离均相同或不同。
[0021]根据本专利技术进一步的实施例，同一所述检测通道的所述3D微透镜腔的特定排列方式包括但不限于同光轴级联排列。
[0022]根据本专利技术的一个实施例，所述微流道在每一所述3D微透镜腔的附近流道段处采用变截面设计，每一所述附近流道段处的截面高度在沿逐渐靠近相应的所述3D微透镜腔的方向上由50微米渐变为250微米后与相应的所述3D微透镜腔相接。
[0023]根据本专利技术的一个实施例，所述芯片采用透明材料制作而成。
[0024]根据本专利技术进一步的实施例，所述芯片包括腔室结构部分和基底部分，所述腔室结构部分的一面上设有所述样品入口、所述样品出口、所述微流道和多个所述检测通道，所述腔室结构部分的所述一面与所述基底部分键合。
[0025]根据本专利技术再进一步的实施例，所述腔室结构部分的加工方式具体为：先采用脱模法加工出带有所述入射光纤沟槽、所述出射光纤沟槽、所述微流道和形成于所述微流道内的所述3D微透镜腔的第一腔室结构，再在所述第一腔室结构上打孔，以加工出所述样品入口和所述样品出口，得到第二腔室结构，再对所述第二腔室结构进行切割，以使所述入射光纤沟槽和所述出射光纤沟槽的外侧端分别具有供所述入射光纤和所述出射光纤插入的开口，最后得到所述腔室结构部分。
[0026]根据本专利技术的一些实施例，所述3D微透镜级联式芯片折射率传感器还用于光学信号调节或放大。
[0027]本专利技术的附加方面和优点将在本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种3D微透镜级联式芯片折射率传感器，其特征在于，用于测量待测样品的折射率，包括：芯片，所述芯片内设有样品入口、样品出口、微流道和多个检测通道；所述微流道串联于所述样品入口和所述样品出口之间，以使待测样品从所述样品入口流经所述微流道并从所述样品出口流出；每一所述检测通道由一个入射光纤沟槽、一个出射光纤沟槽，以及形成于所述微流道内的3D微透镜腔组成，当所述3D微透镜腔内充满待测样品时，所述3D微透镜腔内的待测样品构成3D微透镜；不同的所述检测通道中的所述3D微透镜腔的数量不同且同一所述检测通道中的所述3D微透镜腔呈级联排列；LED光源，所述LED光源用于产生入射光线；入射光纤，所述入射光纤用于插设在选定使用的一个所述检测通道的所述入射光纤沟槽中，以将所述入射光线引入所述芯片，并穿过级联的所述3D微透镜；出射光纤，所述出射光纤用于插设在选定使用的一个所述检测通道的所述出射光纤沟槽中，以收集穿过级联的所述3D微透镜后的出射光线；检测器，所述检测器用于记录所述出射光线的强度。2.根据权利要求1所述的3D微透镜级联式芯片折射率传感器，其特征在于，所述3D微透镜的镜面与其光轴所在任意平面的交线的曲率均为非零值。3.根据权利要求2所述的3D微透镜级联式芯片折射率传感器，其特征在于，所述3D微透镜为对称双球面镜、非对称双球面镜、单球面镜或非球面镜。4.根据权利要求1所述的3D微透镜级联式芯片折射率传感器，其特征在于，所述入射光纤插入所述入射光纤沟槽中时，所述入射光纤的端面与所述入射光纤沟槽的端面相贴平齐；所述出射光纤插入所述出射光纤沟槽中时，所述出射光纤的端面与所述出射光纤沟槽的端面相贴平齐。5.根据权利要求1所述的3D微透镜级联式芯片折射率传感器，其特征在于，同一所述检测通道中，所述3D微透镜腔按照特定数量、特定间隔和特定排列方式排列。6.根据权利要求5所述的3D微透镜级联式芯片折射率传感器，其特征在于，当同一所述检测通道中只有一个所述3D微透镜腔时，所述3D微透镜腔的中心与所述入射光纤沟槽的端面之间的距离和所述3D微透...
【专利技术属性】
技术研发人员：汤久凯，王京，吴静，刘博，
申请(专利权)人：苏州国溯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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