光学元件制造技术

一种晶片（１），其包含通道阵列（２），由该晶片（１）能够生产多个光学元件（４），每个元件具有带有开口的通道（２），样品流体可以供给到该开口中，该光学元件（４）适用于使用一种或多种波长的电磁辐射（ＥＭＲ）的光学分析中，并且其包含了这样的材料，该材料对于该光学分析中使用的ＥＭＲ是至少部分透明的，该通道（２）布置在每个元件中，以使得样品流体能够供给到其中，并且能够用引导穿过该至少部分透明材料的ＥＭＲ进行照射，特征在于晶片（１）和光学元件（４）具有内层和一个或多个外层，该内层（８）包含了光学元件（４）的通道（２），并且外层之一（ａ，１０）包含了反射表面（２７），以使得当光学元件使用时，透射穿过通道（２）中的样品流体（２２）的ＥＭＲ被反射回来，穿过样品流体（２２）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光学元件本专利技术涉及小规模光学元件及它们的制造方法。化学分析中所用的小规模装置变得日益重要，特别是在试验室环 境之外能够使用的便携式手持装置领域中，例如用于分析来自公路、 铁路或者船运油罐车的样品，和用于分析来自管线和地面储油罐的样口P 。小规模光学分析元件的一个例子描述在EP-A-0266769中，其描述 了一种具有3mm光路长度的元件，其包含了在金属体中形成的Z形通 道。但是，小规模便携式装置的一个问题是经常需要复杂的制作技术 来制造足够小的尺寸的关键部件。另外 一 个问题是小规模部件的生产 可能经常会遇到低的质量一致性以及高的成本。在便携式光学分析装置的制造中，涉及到曝露于一种或多种频率 的电磁辐射的样品的吸收特性和/或反射特性的测量，保持该样品的光 学分析元件是一种重要的部件。它必须由这样的材料制成，该材料对 于所用的电磁辐射是足够透明的。此外，在可置换的光学分析元件的 情况中，用于光学测量的路径长度必须 一致以使任何的分析误差最小。DE20020606U1描述了一种光学元件，其是由具有流体结构或者通 道的层和另外一种透明层制成。任选的，在该包含流体结构的层的任 一侧可以有两个透明的层。US5801857描述一种用于测量血糖的微量取样装置，其包含具有 微量取样器室的晶片、从该室伸出来的整体成形的针、来自该微量取 样器室的排气口，其中该晶片可以由蓝宝石、硅或者陶瓷制成，并且 可以任选地适应于光学视窗。微量取样器可以如下来制成通过在单 硅晶片上蚀刻几个微量取样器，并小块切割该晶片来生产单个的装置。US2007/0160502描述了 一种制造微流体装置的方法，包含将两个 材料层粘合在一起，其中第一层是基底，并且具有流体口，其提供了 对于第二层中的通道微观结构的接近。该装置可以如下来制造在包 含两个层的单个大的晶片上制造几个装置，并且小块切割该晶片来形 成单个的微流体装置。这里仍然存在着对于生产多个高度一致性的光学元件的需要。这 里还存在着对于提供更有效的生产这样的元件的方法的需要，该方法 更简单、更具有成本和材料效率。此外，这里存在着对于这样的光学 元件的需要，该元件能够帮助提高光学分析的质量和精度。此外，这 里存在着对于一种改进的光学分析样品的方法的需要。根据本专利技术，这里提供了一种晶片，其包含通道阵列，由该晶片 能够生产多个光学元件，每个元件具有带有开口的通道，样品流体可 以供给到该开口中，该光学元件适用于使用一种或多种波长的电磁辐射(EMR)的光学分析中，并且其包含了这样的材料，该材料对于该光学 分析中使用的EMR是至少部分透明的，该通道布置在每个元件中，以 使得样品流体能够供给到其中，并且能够用引导穿过该至少部分透明 材料的EMR进行照射，特征在于晶片和光学元件具有内层和一个或多 个外层，该内层包含了光学元件的通道，并且外层之一包含了反射表 面，以使得当光学元件使用时，透射穿过通道中的样品流体的EMR从 该反射表面上纟皮反射，并且回穿过样品流体。本专利技术提供一种单晶片，其能够切割来形成多个光学元件，该元 件适用于使用一种或多种频率的电磁辐射(EMR)的光学分析中。该晶片 包含通道阵列，该通道典型的是彼此是相同形状和大小的。该通道是 这样排列的，以使得在晶片切割之后，所形成的光学元件每个包含了 具有开口的通道，待分析的样品能够供给到该开口中。该晶片包含这 样的材料，该材料对于光学分析中所用的EMR辐射来说是至少部分透 明的。每个元件中的通道是这样排列的，以使得引导穿过该EMR-透明 材料的EMR能够照射通道中的样品。优选每个元件具有两个通道开口 ， 来允许样品流体流过该元件。这降低了气泡形成的机会，并且还能够 在所获得的连续流动的样品上进行分析。在被从晶片上切割之前，每个光学元件的通道可以与相邻的光学 元件的通道相互连接。备选地，每个光学元件的通道可以是独立的通 道，其彼此不交叉。通过根据本专利技术来生产晶片，多个光学元件可以容易的在单个初 始制作步骤中产生，随后进行简单的切割程序。这提高了元件之间的 一致性，例如在该晶片材料的光路长度和吸收率特性方面的 一致性， 这是因为全部的元件是由相同的晶片制成的，这使得在不同批次的晶5片材料之间可能出现的差异变得最小。在一种实施方案中，在所述阵 列中的通道的形状和/或尺寸可以是不同的，这样能够由该晶片来制作 许多不同的光学元件，例如在它们被用于不同设备的场合。备选地， 通道的形状和尺寸可以是相同的，来提供许多相同类型和高度一致性 的光学元件。每个晶片可以提供大量的光学元件，典型的是10个或者 更多。在一种实施方案中，该晶片是由多个层组成的，该多个层优选是 能够强的和有效的结合在一起，并且作为与样品接触的结果或者通过 热诱导的膨胀或者收缩，其是抗分离的。可以使用三个层，其中两个外层夹着一个内层，该内层包含多个 通道。至少外层之一对于光学分析中所用的一种或多种波长的电磁辐射(EMR)来说是至少部分透明的。外层之一可以是反射性的，以使得透 射过通道中的样品的辐射被反射回来，穿过该样品。这可以例如通过 使用例如铝或者金的金属箔或者涂层来实现。通过引导入射的EMR这 样穿过样品，以使得在反射时，反射光束不与入射光束重合，由此减 少甚至消除了与例如标准具(etalon)干涉条紋相关的问题，这提高了光 谱的质量。这典型的是如下来实现的引导入射的EMR穿过该样品， 并且以不与反射表面垂直的角度照射到该反射表面上。通过引导入射 的EMR这样穿过样品，以使得在反射时，反射光束不与入射光束重合， 由此减少甚至消除了与例如标准具(etalon)干涉条紋相关的问题，这提 高了光语的质量。这典型的是如下来实现的引导入射的EMR穿过该 样品，并且以不与反射表面垂直的角度照射到该反射表面上。本专利技术的光学元件适于激光光镨技术，例如使用可调的二极管激 光器的技术。激光光镨通常比非激光技术更精确和灵敏，并因此能够 用于混合物中的稀释物质的检测和量化。但是，激光光谱非常容易形 成标准具干涉条紋，因此本专利技术的光学元件会是特别有用的。晶片和光学元件能够适于任何的EMR波长，例如近红外(NIR，包 括4000 cm"-10000 cm"的频率)，中红外线(MIR,包括4000 cm"-180 cm"的频率)，或者UV/可见光波长(其包括200-800nm范围的波长)。 何种分析是可行的将部分地取决于待分析的样品流体的性质和晶片材 料的性质。平版印刷技术例如化学或者激光平版印刷，可以用来生产晶片中的通道。结合(bonding)技术例如阳极结合(anodic bonding )或者使 用粘接剂可以用于将晶片层结合在一起。使用何种技术将尤其取决于 晶片材料的性质。在一种优选的实施方案，晶片包含硅层，其能够容易地被切割或 者使用平版印刷技术蚀刻至高精确度。硅晶片还可以制备成高的纯度 和厚度，其相对于聚合物材料是有利的，例如，生产具有期望的一致 性程度的聚合物材料是困难的和昂贵的。适于与硅一起用在NIR元件中的NIR-透明材料是硅酸盐基玻璃， 例如石英或者硼珪酸盐玻璃，例如PyrexTM。 二氧化硅基材料，例如硼 硅酸盐玻璃或者石英，能够阳极结合到硅上，来提供在所述层之间强 的附着性。它们在热诱导膨胀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶片，其包含通道阵列，由该晶片能够生产多个光学元件，每个元件具有带有开口的通道，样品流体可以供给到该开口中，该光学元件适用于使用一种或多种波长的电磁辐射（ＥＭＲ）的光学分析中，并且其包含了这样的材料，该材料对于该光学分析中使用的ＥＭＲ是至少部分透明的，该通道布置在每个元件中，以使得样品流体能够供给到其中，并且能够用引导穿过该至少部分透明材料的ＥＭＲ进行照射，特征在于晶片和光学元件具有内层和一个或多个外层，该内层包含了光学元件的通道，并且外层之一包含了反射表面，以使得当光学元件使用时，透射穿过通道中的样品流体的ＥＭＲ从该反射表面上被反射，并且回穿过样品流体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：T科尔特布赫尔，
申请(专利权)人：英国石油国际有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]