本发明专利技术公开一种反射型光纤-微流控芯片折射率传感器。微流控芯片设有检测通道、入射光纤通道和出射光纤通道。在检测通道的同一侧设有入射光纤通道和出射光纤通道，入射光纤通道的光线出射口、出射光纤通道的光线入射口和检测通道相互间隔，且由入射光纤通道出射的光线经检测通道的侧壁反射后能够入射到出射光纤通道中。光纤与光纤通道相匹配，光纤端面与光纤通道端面齐平，光纤通过标准接口与外部光源和光强探测器相连。改变出射光纤通道与检测通道的夹角，可以调节此传感器的折射率检测范围。由于是反射型检测，此传感器可以检测不透明液体样品。因此，本发明专利技术能实现不同折射率范围的微量液体样品的折射率测量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及基于光纤和微流控芯片的传感器，特别是涉及折射率检测的微量液体生化传感器。
技术介绍
微流控芯片是当今科学研究热点领域之一，在生命科学、化学、光学等领域具有广阔应用前景。由于微流控芯片通道尺度通常在数十至数百微米量级，能够大大降低样品消耗量，提高系统集成度。目前使用的微流控芯片光学传感器通常依托于复杂的光路系统或精密的加工技术，从而严重限制了其在临床医学诊断、环境监测和食品安全等领域的实际应用。折射率是一种常用检测指标，通常用于没有荧光和特征光吸收的样品检测，例如蔗糖浓度的检测和无标记的生物样品检测。目前广泛使用的商品化便携式折射率检测仪器多采用棱镜作为检测元件，通过目镜人为读取折射率数值或仪表显示折射率数值，这一类型的折射率检测仪器的灵敏度通常在10_3-10_4折射率单位量级。在生命科学研究中使用的表面等离子体共振(SPR)分析仪其折射率灵敏度能达到10_6折射率单位量级以上，但是其价格非常昂贵，体积较大，对样品要求高，难以适应现场快速检测的需求。目前报道的微流控芯片折射率传感器多是在微流控芯片上集成谐振腔或微加工的干涉仪，通过测量光谱峰的移动信息，获取被测样品的折射率。典型的例子包括将微纳光纤制备的微环谐振腔与微流控芯片集成的折射率传感器；微加工的马赫-曾德干涉仪与微流控芯片集成的折射率传感器等。此类传感器不仅需要昂贵的加工设备和复杂的加工过程，而且难以保证每个传感器的性能的一致性，更重要的是其灵敏度依赖于外接光谱仪的分辨率。通过测量光强变化是检测折射率的另一途径，例如包埋式的微纳光纤微流控芯片折射率传感器和光纤拉锥尖端折射率传感器等。样品折射率的变化将引起微纳光纤外围倏逝场或光纤拉锥尖端光场分布的变化，从而导致输出光强信号的改变。这类传感器不需要依赖于昂贵的高分辨光谱仪，检测灵敏度可以达到10_4折射率单位量级。但是，微纳光纤直径或拉锥光纤尖端外形的微小变化，会引起折射率传感器性能的显著变化，从而使得这一类型的传感器难以用于工业化的大规模生产。近期，研究工作者报到了一种连续可调的光衰减器，该衰减器使用一根标准光纤将入射光引入微流控芯片，光线经过微透镜组准直后在微通道界面发生反射和折射，反射光经过另一透镜组射入一根出射光纤，通过调节微通道内溶液的折射率，出射光纤的输出光强随之变化。若将此光衰减器直接作为折射率传感器使用存在两个缺陷第一，一个入射角度只能对应0. 01-0. 02折射率单位的敏感区，例如，当入射角为69°时，传感器只对折射率在1. 33-1. 34范围内的溶液折射率变化敏感；第二，在微流控芯片上集成微透镜需要昂贵的加工设备，加工成本高。因此，研究一种结构简单、折射率检测范围宽的微流控芯片折射率传感器对于生命科学、环境监测和食品质量控制等领域的研究和发展都具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种结构简单的反射型光纤-微流控芯片折射率传感ο本专利技术的目的之二是提供一种折射率检测范围连续可调的反射型光纤-微流控芯片折射率传感器。为实现以上目的，本专利技术所采取的技术方案是该反射型光纤-微流控芯片折射率传感器包括由透明材料制成的微流控芯片，微流控芯片的内部设有检测通道，在检测通道的同一侧设有入射光纤通道和出射光纤通道，入射光纤通道的光线出射口、出射光纤通道的光线入射口、检测通道相互间隔，且由入射光纤通道出射的光线经检测通道的侧壁反射后能够入射到出射光纤通道中，入射光纤通道和出射光纤通道内的光纤与各自的通道相匹配，入射光纤通道内的光纤的出射端的端面与入射光纤通道的光线出射口的端面齐平， 出射光纤通道内的光纤的入射端的端面与出射光纤通道的光线入射口的端面齐平。优选地，本专利技术从同一个入射光纤通道出射的光线经检测通道的侧壁反射后能够入射到一个以上出射光纤通道中。优选地，本专利技术所述检测通道的所述侧壁垂直于该检测通道的底面。优选地，本专利技术所述检测通道的横截面呈矩形。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是(1)根据菲涅尔公式可知，当光线在两种折射率不同的物质的界面发生发射和折射时，不同的入射角对应不同的折射率敏感范围。 本专利技术在未对光线进行微透镜准直的情况下，通过入射光线经入射光纤通道内的光纤以一定的发散角射向检测通道的侧壁，从而获得了一组入射角连续变化的入射光线；而入射光线经过检测通道的侧壁反射后继续发散，因此，通过在不同的反射角度设置的一个或多个收集反射光的出射光纤通道内的光纤便可收集到不同入射光线所产生的反射光线，从而实现对不同折射率范围样品溶液的折射率检测。(2)本专利技术传感器可使用标准商用光纤，可与外围光源、光强探测器无缝对接，实现实时检测和危险环境下的远距离传感，并且可以避免昂贵高分辨率光谱仪的使用。(3)本专利技术传感器结构简单，无需集成微透镜，因此不需使用昂贵的加工设备，加工过程简单和加工成本低，传感器的可重复性好，便于大规模生产。附图说明图1是本专利技术具有一个入射光纤通道和一个对应的出射光纤通道的反射型光纤-微流控芯片折射率传感器的结构示意图2是本专利技术具有一个入射光纤通道和三个出射光纤通道的反射型光纤-微流控芯片折射率传感器的结构示意图3是本专利技术传感器在光线的出射角为69°时，将不同折射率乙二醇溶液引入检测通道所测得的折射率测量工作曲线；图4是本专利技术传感器在光线的出射角分别为71°、72°、74°时，将不同折射率乙二醇溶液引入检测通道所测得的折射率测量工作曲线。图中1 一 PDMS基片，2—平板玻璃基片，3-检测通道，4 一入射光纤通道，5、5_1、5-2-出射光纤通道，6-入射光纤，7、7-1、7-2_出射光纤，8-光源，9 一光强探测器，10-检测通道的溶液入口，11-检测通道的溶液出口，12-检测通道的反射区，13-入射光纤通道的光线出射口，14-出射光纤通道的光线入射口，15-入射光纤通道、出射光纤通道的光纤插入具体实施方式以下以透明聚合物聚二甲基硅氧烷(PDMS)制作微流控芯片并使用商用单模光纤 (外径125微米，芯径10微米)为例来说明本专利技术传感器的结构及其制备方法。需要说明的是，该实施例并非是对本专利技术技术方案的限制，本专利技术也可使用其他透明材料制作微流控芯片并使用其他光纤，与各通道和光纤有关的尺寸数值仅是为说明本专利技术之方便而使用， 并不限于以下所举的具体数值。具体地说，微流控芯片可采用SU-8阳模和折射率约为1. 41的PDMS进行制备。首先根据PDMS的折射率和被测样品的折射率范围，依据如下所示的菲涅尔公式计算经入射光纤通道4射出的不同入射角的光线所对应的反射系数其中，θ为光线的入射角，Ii1为微流控芯片材f、丨的折射率，η2为被测样品的折射率，rs 为s波的振幅反射系数，rp为ρ波的振幅反射系数K力入射光线的反射系数。折射率变化相同时，反射系数变化越大，折射本检测灵敏度越高。因此，通过计算不同光线入射角对应的反射系数，可以优化不同折射率区间对应的光线入射角θ，从而获得入射光纤通道4和出射光纤通道5与检测通道3的夹角，确定本专利技术的传感器的结构。然后，根据本专利技术传感器的结构加工SU-8阳模。在本专利技术传感器中，检测通道3利用其与入射光纤通道4和出射光纤通道5处于同一侧的侧壁反射光线；而入射光纤通道4和出射光纤通道5的作用是固定光纤，而入射光纤通道4和出射光纤本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，方伟，童利民，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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