1.本发明属于光学和微流控领域，涉及一种基于平板波导微流体的表面增强拉曼光流体芯片。
背景技术：2.近年来，将表面增强光谱技术与微流体技术结合是生化检测芯片的一大发展趋势，表面增强拉曼光谱技术是一种重要的光学检测手段，通过粗糙纳米金属结构表面形成的局域场，放大增强被测样本的拉曼信号，对sers谱峰以及强度进行分析，便能够得到分子水平的的内部结构信息。这种检测手段能实现了对样本的快速检测，同时无需对生物样本进行标记，因此表面增强拉曼光谱尤其适用于生化分析。利用微流体通道体积小的优势，可以实现对低浓度样本的检测，为生化检测提供了重要手段。目前，表面增强拉曼光谱技术广泛应用于食品安全、生物科学、药物分析、水体检测等领域。
3.目前sers检测技术主要以单点检测为主，尽管能够采用增加被检测样品浓度和改善金属纳米颗粒结构的方法增强sers信号，但进行单点检测时，生物样本参与信号检测的范围极其有限，而生物样本溶液中所需检测的分子与金属纳米颗粒的分布往往又是不均匀的，其结果便是单点检测的重复性较差，检测得到的信号具有波动性。并且因为单点检测时所用激光功率较高，直接照射被测样品极易导致生物样本的损坏，甚至无法检测到样品的拉曼信号。
4.另一种sers信号检测的手段是长程检测，通过设计制作波导结构，激光在波导中传输，不仅避免直接照射被测样品，还能够有效增加样品的探测体积，结合纳米金属结构，长程检测不仅能够实现对sers信号的增强，避免生物样本的损坏，还能够改善信号检测重复度。此外，使用聚合物进行平板波导的制作，所使用的材料价格低廉、加工制作工艺简单并且尺寸可被准确控制，有利于平板波导的集成化与小型化，因此，基于聚合物平板波导的sers基底具有极为广阔的研究应用前景。
5.cn108693160b，一种基于长程等离子波导的表面增强拉曼光流体芯片，耦合光栅(1)、介质波导、表面等离子波导、微流体结构和硅基底(2)；介质波导由波导上包层(3)、波导下包层(4)和波导芯层(5)组成；波导上包层(3)设置在波导芯层(5)的上表面，耦合光栅(1)分布在波导芯层(5)的上表面，且耦合光栅(1)未与波导上包层(3)接触；硅基底(2)、波导下包层(4)和波导芯层(5)的外表面齐平，波导上包层(3)、表面等离子波导芯层(9)和微流体通道(8)的外表面齐平。本发明的基于长程等离子波导的表面增强拉曼光流体芯片，结构简单、尺寸很小，可在单一芯片上制作阵列式结构，提高检测灵敏度。
6.该专利在介质波导上还增加了一层等离子波导。等离子波导需要角度进行激发，对入射光的角度有要求。因此该专利使用耦合光栅进行波导耦合，光需要从固定角度与方向入射。
7.本专利结构更简单，直接使用平板波导进行波导耦合，采用局部等离子体增强拉曼信号，对于入射光角度没有要求。
8.cn111135891a，一种光栅波导微流体芯片，包括光栅波导和微流道，光栅波导包括出射光栅，出射光栅位于微流道下方用以将光沿垂直方向向上导入微流道内，还包括：由下而上设置的下包层、波导层、保护层和上包层；保护层用以覆盖光栅波导并保护出射光栅；微流道贯穿上包层以暴露出保护层；下包层和上包层均是厚度为15～30μm的高分子聚合材料。具有有益效果：在柔性基底上沉积光学性能可调的氮化硅薄膜，扩展sin光学器件材料的应用范围和形式，将传统光学系统通过集成光学或片上光学器件来实现，把传统的台式大型的光学系统缩小到芯片尺寸，保证出色的分析性能，实现微纳尺度下的生物样品的高通量芯片级光学检测和分析集成系统，大幅度降低系统成本。
9.该专利使用光栅波导进行波导耦合，入射光需要从垂直方向入射。
10.本专利应用于拉曼检测，结构更简单，采用长程探测的方式，将光从水平方向入射，通过在波导核-生物样本溶液交界面产生的倏逝场，激发附近的贵金属等离子体，从而增强拉曼信号，还能够避免生物样本的损坏，改善信号检测重复度。
技术实现要素：11.本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种基于平板波导微流体结构的表面增强拉曼光流体芯片。本发明的技术方案如下：
12.一种基于平板波导微流体结构的表面增强拉曼光流体芯片，其包括：平板波导、微流体结构和硅基底，所述平板波导包括波导上包层、波导下包层和波导芯层；所述微流体结构包括进液通道、出液通道和微流体通道；所述微流体通道层叠设置在所述波导上包层的上表面，进液通道和出液通道均设置于所述微流体通道的上表面；硅基底放置于波导下包层下方；所述波导芯层设置于波导下包层和波导上包层之间，入射光从波导芯层或者微通道内射入并从波导芯层或者微通道另一端射出；进液通道和出液通道平行放置于微流体通道上方；
13.硅基底用于作芯片基底，波导下包层折射率低于波导芯层，形成全反射，波导芯层为光的传输通道，所述波导上包层折射率低于波导芯层，形成全反射微流体通道用于检测液体的流动，进液通道用于检测液体的流入，出液通道用于检测液体的流出。
14.进一步的，所述波导上包层为贵金属纳米结构。
15.进一步的，所述贵金属包括金、银、铜，纳米结构采用球形颗粒或方形颗粒或棒形颗粒。
16.进一步的，所述进液通道和出液通道互相平行且左右对称设置于微流体通道上方，并与所述微流体通道垂直。
17.进一步的，所述波导芯层的材质为聚二甲基硅氧烷(pdms)，波导下包层材质为全氟1-丁烯基乙烯基醚(cytop)。
18.进一步的，所述波导下包层的材质为全氟1-丁烯基乙烯基醚(cytop)。
19.进一步的，所述微流体通道的材质为pdms薄膜。
20.本发明的优点及有益效果如下：
21.1、本发明的基于平板波导微流体结构的表面增强拉曼光流体芯片，采用长程波导延长光与样品分子的作用距离，有效增强了信号强度；
22.2.本发明利用微流体结构提供的平均效应，降低了对表面增强拉曼散射衬底的依
赖，改善了信号重复性；
23.3.本发明的基于平板波导微流体结构的表面增强拉曼光流体芯片，结构简单、尺寸很小，可在单一芯片上制作阵列式结构，提高检测灵敏度，可以实现对低浓度样本的检测，为生化检测提供了重要手段。
24.4.本发明的基于平板波导微流体结构的表面增强拉曼光流体芯片，可以使用两种不同的检测方式，可以在不损害检测样本的情况下获得检测信号。
25.本发明的创新主要是设计了一种表面增强拉曼基底，将平板波导包括波导上包层(4)、波导下包层(2)和波导芯层(3)与微流体通道包括进液通道(6)、出液通道(7)和微流体通道(5)相结合。优点：结构简单，易于制作，能避免检测样本的损坏，能提高表面增强拉曼对样本检测的重复性。本发明采用平板波导来进行光波导耦合，光在平板波导中发生全反射时，会在波导核-生物样本溶液交界面产生倏逝场，从而激发附近的贵金属等离子体，从而达到增强拉曼信号的效果。
附图说明
26.图1是本发明提供优选实施例芯片的主视图；
27.图2是本发明芯片的俯视图。
28.图3是本发明芯片的波导耦合示意图。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。
30.本发明解决上述技术问题的技术方案是：
31.如图1～3所示，本发明为一种基于平板波导微流体结构的表面增强拉曼光流体芯片，主要由平板波导、微流体结构和硅基底1组成；平板波导由波导上包层4、波导下包层2和波导芯层3组成；微流体结构由进液通道6、出液通道7和微流体通道5组成；所述微流体通道5层叠设置在所述波导上包层4的上表面，进液通道6和出液通道7均设置于所述微流体通道5的上表面；硅基底1放置于波导下包层2下方；入射光从波导芯层3或者微通道内5射入并从波导芯层3或者微通道5另一端射出。
32.进液通道6和出液通道7平行放置于微流体通道5上方，且与微流体通道5垂直。
33.波导上包层4材质为贵金属纳米结构。
34.波导芯层3的材质为聚二甲基硅氧烷pdms，下包层2材质为全氟1-丁烯基乙烯基醚cytop。
35.本发明有两种检测方式，第一种是利用多层平板波导的结构进行长程检测，将激发光在波导芯层3中进行全反射从而进行光传播，而非直接照射在生物样本溶液中，避免对生物样本的损害，示意图如图3所示。第二种是直接将激发光在微流体通道5的的生物样本溶液中进行传播，从而获得生物样本的拉曼信号。
36.工作原理：检测液体从进液通道6流入微流体通道5中，从出液通道7流出，入射光从波导芯层3射入，在波导上包层4、波导下包层2界面发生全反射，产生倏逝场，从而激发波导上包层4的贵金属等离子体，从而增强拉曼信号。被增强的拉曼信号从波导芯层3的另一
端射出。
37.本发明创新点
38.本发明的基于平板波导微流体结构的表面增强拉曼光流体芯片，结构简单、尺寸很小，可反复使用，提升sers检测技术的重复性。
39.本发明的基于平板波导微流体结构的表面增强拉曼光流体芯片，可以使用两种不同的检测方式，可以在不损害检测样本的情况下获得检测信号。
40.本发明的基于平板波导微流体结构的表面增强拉曼光流体芯片，采用长程探测的方式，让激光在波导中传输不仅避免直接照射被测样品，还能够有效增加样品的探测体积，实现对sers信号的增强。
41.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
42.以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。
技术特征：1.一种基于平板波导微流体结构的表面增强拉曼光流体芯片，其特征在于，包括：平板波导、微流体结构和硅基底(1)，所述平板波导包括波导上包层(4)、波导下包层(2)和波导芯层(3)；所述微流体结构包括进液通道(6)、出液通道(7)和微流体通道(5)；所述微流体通道(5)层叠设置在所述波导上包层(4)的上表面，进液通道(6)和出液通道(7)均设置于所述微流体通道(5)的上表面；硅基底(1)放置于波导下包层(2)下方；所述波导芯层(3)设置于波导下包层(2)和波导上包层(4)之间，入射光从波导芯层(3)或者微通道内(5)射入并从波导芯层(3)或者微流体通道(5)另一端射出；进液通道(6)和出液通道(7)平行放置于微流体通道(5)上方；硅基底(1)用作芯片基底，波导下包层(2)折射率低于波导芯层，形成全反射，和波导芯层(3)为光的传输通道，所述波导上包层(4)折射率低于波导芯层，形成全反射，微流体通道(5)用于检测液体的流动，进液通道(6)用于检测液体的流入，出液通道(7)用于检测液体的流出。2.根据权利要求1所述的一种基于平板波导微流体结构的表面增强拉曼光流体芯片，其特征在于，所述波导上包层(4)为贵金属纳米结构。3.根据权利要求2所述的一种基于平板波导微流体结构的表面增强拉曼光流体芯片，其特征在于，所述贵金属包括金、银、铜，纳米结构采用球形颗粒或方形颗粒或棒形颗粒。4.根据权利要求1所述的一种基于平板波导微流体结构的表面增强拉曼光流体芯片，其特征在于，所述进液通道(6)和出液通道(7)互相平行且左右对称设置于微流体通道(5)上方，并与所述微流体通道(5)垂直。5.根据权利要求1所述的一种基于平板波导微流体结构的表面增强拉曼光流体芯片，其特征在于，所述波导芯层(3)的材质为聚二甲基硅氧烷(pdms)，波导下包层(2)材质为全氟1-丁烯基乙烯基醚(cytop)。6.根据权利要求1所述的一种基于平板波导微流体结构的表面增强拉曼光流体芯片，其特征在于，所述波导下包层(2)的材质为全氟1-丁烯基乙烯基醚(cytop)。7.根据权利要求1所述的一种基于平板波导微流体结构的表面增强拉曼光流体芯片，其特征在于，所述微流体通道(5)的材质为pdms薄膜。
技术总结本发明请求保护一种基于平板波导微流体结构的表面增强拉曼光流体芯片，其包括：平板波导、微流体结构和硅基底，所述平板波导包括波导上包层、波导下包层和波导芯层；所述微流体结构包括进液通道、出液通道和微流体通道；所述微流体通道层叠设置在所述波导上包层的上表面，进液通道和出液通道均设置于所述微流体通道的上表面；硅基底放置于波导下包层下方；所述波导芯层设置于波导下包层和波导上包层之间，入射光从波导芯层或者微通道内射入并从波导芯层或者微通道另一端射出；进液通道和出液通道平行放置于微流体通道上方。出液通道平行放置于微流体通道上方。出液通道平行放置于微流体通道上方。
技术研发人员：赖春红 曾诚 张芝峻 李元睿 张琦 陈文军
受保护的技术使用者：重庆邮电大学
技术研发日：2022.07.12
技术公布日：2022/11/1
