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一種集成海水葉綠素微流芯片傳感器及制作方法
【專利摘要】一種增強(qiáng)抗干擾能力、提高熒光的探測效率的集成海水葉綠素微流芯片傳感器。技術(shù)方案是：其特征是由Si-PIN探測器（1）、6H-SiC/ITO/SiO2層（3）、反射和焊接層（4）、LED芯片（5）、玻璃板（6）、PDMS微流通道（7）和鍍膜反射鏡（8）組成，其中，所述的Si-PIN探測器（1）、6H-SiC/ITO/SiO2層（3）、反射和焊接層（4）、LED芯片（5）、玻璃板（6）、PDMS微流通道（7）、和鍍膜反射鏡（8）按從下到上的順序連接。本發(fā)明還公開了其制作方法。
【專利說明】一種集成海水葉綠素微流芯片傳感器及制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于海水葉綠素微流芯片傳感器裝置領(lǐng)域，尤其是一種增強(qiáng)抗干擾能力、 提高熒光的探測效率的集成海水葉綠素微流芯片傳感器及其制作方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 葉綠素含量是反映海水生態(tài)環(huán)境的一個(gè)重要指標(biāo)，據(jù)此可估算海洋環(huán)境的生態(tài)和 污染等情況，因此海水葉綠素的準(zhǔn)確快速測量具有重大意義。
[0003] 目前，較為典型的傳統(tǒng)方法見專利201110271796. 0,系統(tǒng)由LED陣列光源、透鏡 組、可見光濾光片、聚焦透鏡（I和II)、帶通濾光片、樣品池和PMT組成，相對集成元件而言， 該系統(tǒng)體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易受外界震動(dòng)等的干擾，系統(tǒng)后端復(fù)雜的調(diào)制和數(shù)據(jù)處理部分也 提高了系統(tǒng)成本；另外，透射式的光路無法避免激發(fā)光在685nm處分量對熒光的干擾。
[0004] 針對以上問題，我們提出了一種基于微流芯片的海水葉綠素檢測方法，該方法利 用新型的微流芯片技術(shù)，將系統(tǒng)的光源、反應(yīng)池和探測區(qū)集成在一個(gè)芯片上，簡化了系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)，縮小了系統(tǒng)體積，增強(qiáng)了系統(tǒng)抗干擾能力；探測器位于光源后面的結(jié)構(gòu)避免了激發(fā)光對 突光的干擾，提1? 了突光的探測效率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種增強(qiáng)抗干擾能力、提高熒光的探測效率的集成海水葉綠 素微流芯片傳感器及其制作方法。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種集成海水葉綠素微流芯片傳感器，其特征是由Si-PIN 探測器（l)、6H-SiC/IT0/Si02層（3)、反射和焊接層（4)、LED芯片（5)、玻璃板（6)、PDMS微 流通道（7)和鍍膜反射鏡（8)組成，其中，所述的Si-PIN探測器（l)、6H-SiC/IT0/Si02層 (3 )、反射和焊接層（4 )、LED芯片（5 )、玻璃板（6 )、PDMS微流通道（7 )、和鍍膜反射鏡（8 )按 從下到上的順序連接。
[0007] 所述反射和焊接層（4)上設(shè)置有多個(gè)相同波長的LED芯片（5)，提高激發(fā)光源的強(qiáng) 度。
[0008] 所述反射和焊接層（4)上設(shè)置有多個(gè)不同波長的LED芯片（5)，根據(jù)不同種類葉綠 素的熒光激發(fā)特性，實(shí)現(xiàn)對多種葉綠素成分的同步探測。
[0009] 所述玻璃板（6)和PDMS微流通道（7)組成了激光誘導(dǎo)熒光的反應(yīng)池，用于增強(qiáng)系 統(tǒng)對熒光信號的收集能力。
[0010] 一種集成海水葉綠素微流芯片傳感器的制造方法，其特征是包括下列步驟： (1) 紫外濾光層（6H-SiC/IT0/Si02層）的制作：先利用化學(xué)氣相沉積法在Si-PIN探測 器上沉積150nm的Si02膜層，作為絕緣和擴(kuò)散勢壘層；再利用磁控濺射技術(shù)濺射220nm的 ΙΤ0膜層，作為LED發(fā)光管的導(dǎo)電和反射層；之后再濺射150nm的6H-SiC膜層，作為紫外光 過濾層； (2) LED芯片的剝離和傳送：首先利用準(zhǔn)分子激光束將LED芯片從藍(lán)寶石沉底層上剝離 下來，再把LED芯片傳送至Si-PIN探測器的反射和焊接層上，并利用Pd-In焊料將LED芯 片固定； (3)二甲基硅氧烷（PDMS)微流通道及熒光反射鏡的制作：先利用深度離子刻蝕技術(shù)制 作0. 05-lmm不同寬度的PDMS微流通道，提高探測效率；再在微流通道背面鍍上一層特殊反 射膜，用于將透射的熒光反射回探測器，增強(qiáng)熒光信號的收集能力和強(qiáng)度。
[0011] 本發(fā)明的效果是：集成海水葉綠素微流芯片傳感器，由Si-PIN探測器、6H-SiC/ IT0/Si02層、反射和焊接層、LED芯片、玻璃板、PDMS微流通道和鍍膜反射鏡組成，其中，所 述的Si-PIN探測器、6H-SiC/IT0/Si02層、反射和焊接層、LED芯片、玻璃板、PDMS微流通 道、和鍍膜反射鏡按從下到上的順序連接。
[0012] 本發(fā)明具有如下特點(diǎn)：（1)系統(tǒng)探測效率高。由于LED芯片體積小，便于陣列化 集成，因此可以通過將多個(gè)LED芯片集成在一起的方式提高激發(fā)光源強(qiáng)度。利用微流通道 結(jié)構(gòu)可以增強(qiáng)系統(tǒng)對熒光的收集能力，同時(shí)采用鍍膜的方式將透射的熒光再次反射回探測 器，避免了熒光的透射損耗，增強(qiáng)了熒光信號的強(qiáng)度，最終提高了系統(tǒng)的探測效率。
[0013] (2)可同時(shí)探測多種葉綠素。根據(jù)不同的葉綠素其激發(fā)光源特征波長和熒光波長 亦不相同的特性，可以將多個(gè)波長的LED芯片集成到一起，如圖3中結(jié)構(gòu)2和3即為不同激 發(fā)波長的LED芯片。針對不同的熒光波長只要更換相應(yīng)的濾波片和探測器，即可實(shí)現(xiàn)同步 探測多種葉綠素； (3)系統(tǒng)密封性能好、可靠性高，抗海洋惡劣環(huán)境能力強(qiáng)。光源采用LED芯片代替?zhèn)鹘y(tǒng) 的LED燈泡，同時(shí)將光源、探測器和微流通道高度集成在一起，避免了傳統(tǒng)光路中的透鏡系 統(tǒng)，簡化了光路系統(tǒng)的同時(shí)，也減小了系統(tǒng)的體積，增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗震，防水能力，提高了系 統(tǒng)對海洋惡劣環(huán)境的適應(yīng)能力。
[0014]

【專利附圖】

【附圖說明】 圖1是本發(fā)明一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明另一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明制作流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015] 圖1中，一種集成海水葉綠素微流芯片傳感器，由Si-PIN探測器l、6H-SiC/IT0/ Si02層3、反射和焊接層4、LED芯片5、玻璃板6、PDMS微流通道7和鍍膜反射鏡8組成，其 中，所述的3丨4預(yù)探測器1、6!1^(：/11'0/5丨02層3、反射和焊接層4、1^0芯片5、玻璃板 6、PDMS微流通道7、和鍍膜反射鏡8按從下到上的順序連接。其中，2是探測器有源區(qū)，9是 葉綠素分子。
[0016] 反射膜8位于PDMS微流通道7的上方，反射膜8能夠反射收集熒光，同時(shí)允許激 發(fā)光透過。Si-PIN探測器1位于LED芯片下方，用于熒光的探測，6H-SiC/IT0/Si02層3位 于Si-PIN探測器1的有源區(qū)2上方，用于熒光的透過和激發(fā)光的過濾。
[0017] 反射和焊接層4上可以設(shè)置有多個(gè)相同波長的LED芯片5,提高激發(fā)光源的強(qiáng)度。
[0018] 反射和焊接層4上可以設(shè)置有多個(gè)不同波長的LED芯片5,根據(jù)不同種類葉綠素的 熒光激發(fā)特性，實(shí)現(xiàn)對多種葉綠素成分的同步探測(參見圖2)。
[0019] 玻璃板6和PDMS微流通道7組成了激光誘導(dǎo)熒光的反應(yīng)池，用于增強(qiáng)系統(tǒng)對熒光 信號的收集能力。
[0020] 圖3中，一種集成海水葉綠素微流芯片傳感器的制造方法，包括下列步驟： (1) 紫外濾光層（6H-SiC/IT0/Si02層）的制作：先利用化學(xué)氣相沉積法在Si-PIN探測 器上沉積150nm的Si02膜層，作為絕緣和擴(kuò)散勢壘層；再利用磁控濺射技術(shù)濺射220nm的 ΙΤ0膜層，作為LED發(fā)光管的導(dǎo)電和反射層；之后再濺射150nm的6H-SiC膜層，作為紫外光 過濾層； (2) LED芯片的剝離和傳送：首先利用準(zhǔn)分子激光束將LED芯片從藍(lán)寶石沉底層上剝離 下來，再把LED芯片傳送至Si-PIN探測器的反射和焊接層上，并利用Pd-In焊料將LED芯 片固定； (3) 二甲基硅氧烷（PDMS)微流通道及熒光反射鏡的制作：先利用深度離子刻蝕技術(shù)制 作0. 05-lmm不同寬度的PDMS微流通道，提高探測效率；再在微流通道背面鍍上一層特殊反 射膜，用于將透射的熒光反射回探測器，增強(qiáng)熒光信號的收集能力和強(qiáng)度。
[0021] 以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種集成海水葉綠素微流芯片傳感器，其特征是由Si-PIN探測器（1)、6H-Sic/ IT0/Si02層（3 )、反射和焊接層（4 )、LED芯片（5 )、玻璃板（6 )、PDMS微流通道（7 )和鍍膜反 射鏡（8)組成，其中，所述的Si-PIN探測器（1 )、6H-SiC/IT0/Si02層（3)、反射和焊接層 (4)、LED芯片（5)、玻璃板（6)、PDMS微流通道（7)、和鍍膜反射鏡（8)按從下到上的順序連 接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成海水葉綠素微流芯片傳感器，其特征在是所述反射和焊 接層（4)上設(shè)置有多個(gè)相同波長的LED芯片（5)，提高激發(fā)光源的強(qiáng)度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成海水葉綠素微流芯片傳感器，其特征是所述反射和 焊接層（4)上設(shè)置有多個(gè)不同波長的LED芯片（5)，根據(jù)不同種類葉綠素的熒光激發(fā)特性， 實(shí)現(xiàn)對多種葉綠素成分的同步探測。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成海水葉綠素微流芯片傳感器，其特征是所述玻璃板 (6)和PDMS微流通道（7)組成了激光誘導(dǎo)熒光的反應(yīng)池，用于增強(qiáng)系統(tǒng)對熒光信號的收集 能力。
5. -種集成海水葉綠素微流芯片傳感器的制造方法，其特征是包括下列步驟： (1) 紫外濾光層（6H-SiC/IT0/Si02層）的制作：先利用化學(xué)氣相沉積法在Si-PIN探測 器上沉積150nm的Si02膜層，作為絕緣和擴(kuò)散勢壘層；再利用磁控濺射技術(shù)濺射220nm的 ITO膜層，作為LED發(fā)光管的導(dǎo)電和反射層；之后再濺射150nm的6H-SiC膜層，作為紫外光 過濾層； (2) LED芯片的剝離和傳送：首先利用準(zhǔn)分子激光束將LED芯片從藍(lán)寶石沉底層上剝離 下來，再把LED芯片傳送至Si-PIN探測器的反射和焊接層上，并利用Pd-In焊料將LED芯 片固定； (3) 二甲基硅氧烷（PDMS)微流通道及熒光反射鏡的制作：先利用深度離子刻蝕技術(shù)制 作0. 05-lmm不同寬度的PDMS微流通道，提高探測效率；再在微流通道背面鍍上一層特殊反 射膜，用于將透射的熒光反射回探測器，增強(qiáng)熒光信號的收集能力和強(qiáng)度。
【文檔編號】G01N21/64GK104101588SQ201410357003
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】趙強(qiáng), 劉世萱, 王波, 張可可, 徐宇柘, 閆星魁, 王文彥 申請人:山東省科學(xué)院海洋儀器儀表研究所