生物感测器制造技术

本发明专利技术公开了一种生物感测器，包括：半导体激光器具有光学谐振腔包括至少一反射面及出光面；以及表面等离子谐振单元，设置在该光学谐振腔的该至少一反射面上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种生物感测器，特别是涉及一种具有半导体激光器谐振放 大的表面等离子谐振感测器，用以对微弱的生物探测信号进行光学放大，便 于信号检测。
技术介绍
生物传感器由于具有特异性，针对特定的待测分析物，必需要有特定的 酶或反应物与待测分析物发生反应，然后依据反应前后电学、光学、质量等 特性的变化设计出多种类型的生物传感器。由于生物分子之间的相互作用比 较微弱，若对弱信号处理不好，有可能会使有用信号被淹没在干扰信号中。 目前在生物传感领域用的比较广泛的检测方法是利用表面等离子谐振(Surface Plasmon Resonance, SPR)效应来纟罙测生物反应信号。表面等离子谐振(SPR)探测方法的原理主要是利用光线在金属膜表面 发生全反射时，会在金属膜中产生消失波，消失波与表面等离子波发生谐振 时，检测到的反射光强度会大幅度地减弱。对表面等离子谐振感测器而言， 一般都是改变金属膜与被测表面的结构用来提高探测灵敏度。如美国专利公 告号US 5,991,048所述，将金属薄膜与被探测表面的中间电介质层作为增加 灵敏度的途径。然而，这些表面等离子谐振技术都只利用了光线的单次或几 次反射结果，信号未能被有效放大。因此为了提高生物感测器的探测精度，有时不得不投入大量资金用于弱 信号的;f全测及处理上，这样将增加产品的生产成本。
技术实现思路
有鉴于上述课题，本专利技术的目的为提供一种生物感测器，可对弱生物反 应信号实现光学放大，便于检测电路的信号处理。为达上述目的，本专利技术的生物感测器一种生物感测器，包括半导体激 光器具有光学谐振腔包括至少一反射面及出光面；以及表面等离子谐振单元，设置在该光学谐振腔的该至少一反射面上。光学谐振腔的主要功能是提 供光子在光学谐振腔中不断往返运动，在受激辐射的作用下，光子信号得到 显著放大，当光子所受增益大于损耗时(即注入电流大于阈值电流时)，光 子能量将以激光的形式输送出来。表面等离子谐振单元的功能是产生表面等离子谐振效应，表面等离子谐 振单元由一层薄的高反射金属膜组成。当光子照射表面等离子谐振单元后， 大部分能量被全反射回光学谐振腔，部分能量以消失波的形式被表面等离子 谐振单元吸收，当表面等离子谐振单元上固定的生物分子与待测分析物发生 反应时，将会引起消失波能量的变化，因而被该表面等离子谐振单元反射的 光子能量将受到表面等离子谐振单元生物反应信号的调制，结果导致输出的 激光强度信号随着生物反应信号的变化而变化。本专利技术提供的生物感测器，结合半导体激光器的多次谐振放大特性，光 子在光学谐振腔中往返一次便受到光腔一个端面的表面等离子谐振调制，光 子的能量也相应受到表面等离子谐振单元表面生物分子信号的调制，这样经 过光子的多次往返，金属膜表面生物分子信号便可得到有效放大。使得微弱 的生物反应信号变得易于检测，极大简化了生物感测器的检测手段。附图说明图1A及1B为本专利技术第一实施例的生物感测器的立体图及侧视图； 图2为本专利技术第二实施例的生物感测器侧视图； 图3为本专利技术第三实施例的生物感测器立体图； 图4为本专利技术第四实施例的生物感测器立体图；以及曰月的4妝祛威紧的车^伖激并,紧掄出的4—物皮应信号的影响附图标记说明1、 2、 3、 4:生物感测器102:隔离区104:特定生物分子112: P型载流子限制层114、 314: P型电极116、 216:反射面101、 401:表面等离子谐振单元103: 粘合剂111、 211:有源层113: N型载流子限制层115: N型电相^117、 217:出光面118:第一介电层 12:检测单元219:布拉才各光栅具体实施例方式以下将参照相关图式，说明依据本专利技术优选实施例的生物感测器。 第一实施例图1A及IB为本专利技术第一实施例的生物感测器的立体图及侧视图。生 物感测器1包括表面等离子谐振单元101及半导体激光器。半导体激光器包括光学谐振腔，其具有反射面116及出光面117，用以 提供光子在光学谐振腔中不断往返，在受激辐射的作用下，光子信号得到显 著放大，当光子所受增益大于损耗时(即注入电流大于阈值电流时)，光子 能量将以激光的形式输送出来。本实施例的半导体激光器可以为FP半导体 激光器(Fabry-Perot semiconductor laser),但不以此为限，FP半导体激光器的 光学谐振腔为平平腔，或称FP腔(Fabry-Perot Cavity )。光学谐振腔的反射面116设置表面等离子谐振单元101。表面等离子谐 振单元101的功能是产生表面等离子谐振效应，表面等离子谐振单元101可 以为一层薄的高反射金属膜，其材料可以是金、银、铜或其多层金属，也可 以是半导体层或由金属氧化物组成的介电层，但不以此为限。生物感测器1 还包括粘合层103覆盖在表面等离子谐振单元101上，用于固定特定生物分 子104,特定生物分子104主要包括DNA片断、抗原、抗体、酶、辅酶和 其他生物小分子等，用来与待测分析物中相应生物分子发生作用。半导体激光器主要包括有源层(activelayer)lll、 P型载流子限制层112、 N型载流子限制层113、 P型电极114以及N型电才及115。该半导体激光器 的有源层111 (active layer)及反射面116与出光面117用以限制光子在有源层 111中往返运动，其材料可例如为P型GaAs半导体层。P型载流子限制层 (P扁type carrier confinement layer) 112 i殳于有源层111的 一侧，其才才料可例^口为 P型AlxGai—xAs半导体层。N型载流子限制层113设于有源层111的另一侧， 其可例如为N型AlxGa^As半导体层，这样^便可在有源层111两侧形成双异 质结构。P型电极114设于P型载流子限制层上，其材料可例如为Ni/Au合 金，但不以此为限。N型电极115设于N型载流子限制层上，可以为Ti/Al/Au 合金，但不以此为限。外加电场通过N型电极115及P型电极114两电极向6有源层111注入载流子，从而达到粒子数反转分布条件。有源层111的至少一解理端面为反射面116，另一解理端面为出光面117，以形成光学谐振腔， 当光子在光学谐振腔中往返运动时，会引发受激辐射，使得光信号得到放大。此外，生物感测器1还包括隔离区102，设置于半导体激光器的反射面 116上及表面等离子谐振单元101两侧，用以避免表面等离子谐振单元101 与半导体激光器的N型电极115及P型电极114相连，亦可在表面等离子谐 振单元101上方形成一个沟道，供待测分析物与绑定的特定生物分子104发 生反应，隔离区102可以绝缘材料制成。半导体激光器的有源层111的出光面117镀上第一介电层118,第一介 电层118使激光光部分反射、部分透射，反射率大小的设计与激光出光功率 大小有关，第一介电层118 —般是由化合物构成，例如为二氧化硅(Si02)、 二氧化钛(Ti02)、硫化锌(ZnS)、氟化镁(MgF2)等材料交替镀膜实现，针对不 同的反射波长，膜系材料及厚度也有所不同。在本专利技术的优选实施例中，当 表面等离子谐振单元101为金属膜时,对特定波长的激光具有很高的反射率， 则在反射面116不需增加其它反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物感测器，包括：　半导体激光器，包括光学谐振腔，具有至少一反射面及出光面；以及表面等离子谐振单元，设置在该光学谐振腔的该至少一反射面上。

【技术特征摘要】
1、一种生物感测器，包括半导体激光器，包括光学谐振腔，具有至少一反射面及出光面；以及表面等离子谐振单元，设置在该光学谐振腔的该至少一反射面上。2、 如权利要求1所述的生物感测器，其中该半导体激光器为FP半导 体激光器或DFB激光，该FB半导体激光器的该光学谐振腔为FP腔。3、 如权利要求1所述的生物感测器，其中该表面等离子谐振单元为 金属膜、半导体层或金属氧化物组成的介电层，4、 如权利要求3所述的生物感测器，其中该金属膜的材^F包括金、 银、铜或其复合多层膜。5、 如权利要求1所述的生物感测器，其还包括粘合层，覆盖在该表 面等离子谐振单元上，用于固定特定生物分子，与待测分析物中相应生物分 子发生作用。6、 如权利要求5所述的生物感测器，其中该特定生物分子包括DNA 片断、抗原、抗体、酶或辅酶。7、 如权利要求1所述的生物感测器，其还包括检测单元，设置在激 光出光方向，该;险测单元配置有光强度^r测单元，4全测结果以电流方式或电 压方式l俞出。8、 如权利要求1所述的生物感测器，其中该半导体激光器包括 有源层；P型载流子限制层，设置于该有源层的一侧； N型载流子限制层，设置于该有源层的另一侧； P型电极，设置于该P型载流子限制层上；以及 N型电极，设置于该N型载流子限制层上。9、 如权利要求8所述的生物感测器，其中该有源层为P型GaAs半 导体层，该P型载流子限制层为P型AlxGa,.xAs半导体层，该N型载流子限 制层为N型AlxGa^As半导体层，该P型电极为Ni/Au合金，该N型电极 为Ti/Al/Au合金。10、 如权利要求8所述的生物感测器，其中该有源...

【专利技术属性】
技术研发人员：王程，解亚平，汤玉琴，
申请(专利权)人：台达电子工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]