论文部分内容阅读
随着生物工程和信息技术的发展，人们对生活水平的要求越来越高，对医疗诊断，环境监测，食品卫生安全等领域的关注度也在逐步地提升，因此对生物化学传感器新的传感特性要求越来越高，同时也推动了新探测技术的发展。传统的实验室测试要求传感器的灵敏度、探测极限越高越好，而在新的现场监测，则对传感器的便携性、价格、分析时间等提出了很高的要求。平面波导倏逝波探测器结合现在的化学表面处理技术是一种新兴的探测技术，其中尤以基于非标记探测的微环传感器，以其高灵敏度、低探测极限的性能和微型化、低成本、测试时间短等特点，在科研和产业界都受到了广泛的关注，它有潜力满足未来的要求。本文主要在平面光波导平台上提出并研究了新型探测技术，及开展了硅基单环谐振器的理论设计、实验制作和测试。 本论文针对现有微环谐振器两种主要传感方式，波长型传感和强度型传感的缺点，提出了新型的基于谐振环的相位检测的生物传感方式。此方法利用谐振环耦合出来的光的相位变化，来实现更高精度的生物传感。 正如现在电子电路中不断缩小器件尺寸，以后硅基微环大规模生产时，也需要不断追求更小的尺寸，从而达到降低成本的目的。本论文提出并分析了基于单环谐振腔的传感器结构，片上结构包括一个参考环形谐振腔和一个传感环性谐振腔。首先改变温度，发现我们的传感器因温度的变化该引起的相位变化较为明显，因此在整个测试平台上加入了温控系统，同时引入参考环形谐振腔，温度等其他因素的影响可以自动抵消，所以此传感器避免了在测量中由于外界因素变化而对整个测试结果精度的影响。 对于传统的微环谐振器来说，待测物质的折射率变化会使其谐振峰发生漂移。所以通过检测谐振峰漂移或者从谐振环耦合出来的单色光光强变化，就可以反推出待测物质折射率的变化。在此基础上，我们提出了基于谐振环相位检测生物传感技术。当样品等效折射率发生改变时，谐振环耦合出来的光的相位会发生剧烈的变化，其变化的幅度和传统的波长变化或者光强变化相比更为强烈，利用相位变化来检测生物样品有着更高的灵敏度和更广的应用前景。 本论文中阐述了其设计原理，之后给出并分析了其制作过程，最后展示了其测试结果。测试结果显示器件的探测极限达到2.5×10-6 RIU，为目前微环传感器实验结果中较为突出的，接近国际先进水平。