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
【技術領域】
[0001] 本發明屬于海水葉綠素微流芯片傳感器裝置領域，尤其是一種增強抗干擾能力、 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】
[0002] 葉綠素含量是反映海水生態環境的一個重要指標，據此可估算海洋環境的生態和 污染等情況，因此海水葉綠素的準確快速測量具有重大意義。
[0003] 目前，較為典型的傳統方法見專利201110271796. 0,系統由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， 該系統體積大，結構復雜，易受外界震動等的干擾，系統后端復雜的調制和數據處理部分也 提高了系統成本；另外，透射式的光路無法避免激發光在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，將系統的光源、反應池和探測區集成在一個芯片上，簡化了系統結 構，縮小了系統體積，增強了系統抗干擾能力；探測器位于光源后面的結構避免了激發光對 突光的干擾，提1? 了突光的探測效率。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種增強抗干擾能力、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] 本發明的技術方案是：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)上設置有多個相同波長的LED芯片（5)，提高激發光源的強 度。
[0008] 所述反射和焊接層（4)上設置有多個不同波長的LED芯片（5)，根據不同種類葉綠 素的熒光激發特性，實現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)組成了激光誘導熒光的反應池，用于增強系 統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，作為絕緣和擴散勢壘層；再利用磁控濺射技術濺射220nm的 ΙΤ0膜層，作為LED發光管的導電和反射層；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：首先利用準分子激光束將LED芯片從藍寶石沉底層上剝離 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，增強熒光信號的收集能力和強度。
[0011] 本發明的效果是：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] 本發明具有如下特點：（1)系統探測效率高。由于LED芯片體積小，便于陣列化 集成，因此可以通過將多個LED芯片集成在一起的方式提高激發光源強度。利用微流通道 結構可以增強系統對熒光的收集能力，同時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，增強了熒光信號的強度，最終提高了系統的探測效率。
[0013] (2)可同時探測多種葉綠素。根據不同的葉綠素其激發光源特征波長和熒光波長 亦不相同的特性，可以將多個波長的LED芯片集成到一起，如圖3中結構2和3即為不同激 發波長的LED芯片。針對不同的熒光波長只要更換相應的濾波片和探測器，即可實現同步 探測多種葉綠素； (3)系統密封性能好、可靠性高，抗海洋惡劣環境能力強。光源采用LED芯片代替傳統 的LED燈泡，同時將光源、探測器和微流通道高度集成在一起，避免了傳統光路中的透鏡系 統，簡化了光路系統的同時，也減小了系統的體積，增強了系統的抗震，防水能力，提高了系 統對海洋惡劣環境的適應能力。
[0014]
【專利附圖】
【附圖說明】 圖1是本發明一實施例結構示意圖； 圖2是本發明另一實施例結構示意圖； 圖3是本發明制作流程圖。
【具體實施方式】
[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，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，同時允許激 發光透過。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2上方，用于熒光的透過和激發光的過濾。
[0017] 反射和焊接層4上可以設置有多個相同波長的LED芯片5,提高激發光源的強度。
[0018] 反射和焊接層4上可以設置有多個不同波長的LED芯片5,根據不同種類葉綠素的 熒光激發特性，實現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組成了激光誘導熒光的反應池，用于增強系統對熒光 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，作為絕緣和擴散勢壘層；再利用磁控濺射技術濺射220nm的 ΙΤ0膜層，作為LED發光管的導電和反射層；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：首先利用準分子激光束將LED芯片從藍寶石沉底層上剝離 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，增強熒光信號的收集能力和強度。
[0021] 以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡 在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保 護范圍之內。
【權利要求】
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. 根據權利要求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)上設置有多個相同波長的LED芯片（5)，提高激發光源的強度。
3. 根據權利要求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)上設置有多個不同波長的LED芯片（5)，根據不同種類葉綠素的熒光激發特性， 實現對多種葉綠素成分的同步探測。
4. 根據權利要求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)組成了激光誘導熒光的反應池，用于增強系統對熒光信號的收集 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，作為絕緣和擴散勢壘層；再利用磁控濺射技術濺射220nm的 ITO膜層，作為LED發光管的導電和反射層；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：首先利用準分子激光束將LED芯片從藍寶石沉底層上剝離 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，增強熒光信號的收集能力和強度。
【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 優先權日:2014年7月25日
【發明者】趙強, 劉世萱, 王波, 張可可, 徐宇柘, 閆星魁, 王文彥 申請人:山東省科學院海洋儀器儀表研究所
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