一種基于光波導激光結構的血糖濃度探測器及其制備方法與應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于光波導激光結構的血糖濃度探測器及其制備方法，屬于光電子器件制備技術領域。
【背景技術】
[0002]微流控芯片技術可以對生物、化學、醫(yī)學分析的樣品，進行自動的制備、反應、分離、檢測等操作，并且，完成所有操作的基本元件，被集成在一塊微米尺度的芯片上。因此，基于該技術的器件，具有尺寸小、集成度高、穩(wěn)定性強等特點。該技術在生物、化學、醫(yī)學等領域有巨大的應用潛力，已將成為一個跨越生物、化學、醫(yī)學、流體、電子、材料、機械等學科的交叉研宄課題。微流控芯片功能的實現(xiàn)，取決于使用微加工技術制備的各種控制、檢測元件。例如對血液中血糖含量的檢測，需要對待測樣品進行分離，使用微型傳感器對樣品進行測試并輸出測試結果。本發(fā)明涉及一種新型的血糖含量微型傳感器。
[0003]光波導激光是集成光學中的基本元件。它以增益介質為基質，使用各種微加工技術，在增益介質中制備光波導結構，利用光波導結構作為激光諧振腔的一部分，在適當?shù)谋闷謼l件下，可以實現(xiàn)激光輸出。與傳統(tǒng)的激光器相比，光波導激光具有激光閾值低、斜率效率高等特點，此外光波導激光輸出能量對光損耗極為敏感。以基于釹離子摻雜釔鋁石榴石晶體(Nd-doped yttrium aluminum garnet，簡寫為Nd: YAG)的光波導激光結構為例，該光波導激光可以產生1064nm波長的激光輸出，光波導內微小的光損耗變化可以導致輸出激光強度發(fā)生劇烈變化，而血糖中的主要成分葡萄糖對波長為1064nm的光具有相對較強的吸收。因此，可以利用波導激光結構對血糖中葡萄糖含量進行測量。

【發(fā)明內容】

[0004]針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種基于光波導激光結構的血糖濃度探測器及其制備方法，可以應用于微流控芯片相關領域。
[0005]本發(fā)明的技術方案如下:
[0006]一種基于光波導激光結構的血糖濃度探測器，包括釹摻雜釔鋁石榴石晶體，所述釹摻雜釔鋁石榴石晶體的橫向平面上設置有由氧離子轟擊形成的光波導平面，所述光波導平面上方設置有微流結構，所述微流結構底部設置有與光波導平面上表面相通的微流通道；釹摻雜釔鋁石榴石晶體的兩個豎向端面與光波導平面相垂直，并且兩個豎向端面分別鍍有入射光學薄膜和出射光學薄膜。
[0007]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述光波導平面的厚度為3?7微米。
[0008]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述微流通道與光波導平面上表面相通的面積大于20 μ m2。
[0009]上述基于光波導激光結構的血糖濃度探測器的制備方法，包括以下步驟:
[0010]I)對釹摻雜釔鋁石榴石晶體的橫向平面進行拋光，并對拋光后的樣品進行清洗；
[0011]2)用氧離子轟擊步驟I中釹摻雜釔鋁石榴石晶體拋光清洗后的平面，在釹摻雜釔鋁石榴石晶體表面形成光波導平面；
[0012]3)將釹摻雜釔鋁石榴石晶體垂直于光波導平面的兩個豎向端面進行拋光處理，并分別在兩個豎向端面上鍍入射光學薄膜和出射光學薄膜，分別作為光的入射端面和出射端面，光學薄膜與光波導平面構成激光諧振腔，形成釹摻雜釔鋁石榴石晶體光波導激光結構；
[0013]4)在光波導平面上方設置微流結構，微流結構底部設置有與光波導平面上表面相通的若干平行微流通道。
[0014]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟2)中氧離子的能量為6?lOMeV，劑量為2?6X 10141ns/cm2，氧離子轟擊形成的光波導平面的厚度為3?7微米。
[0015]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，在步驟3)中入射光學薄膜對波長為SlOnm的光高透，對波長為1064nm的光高反；出射光學薄膜對波長為810nm的光高反，對波長為1064nm的光反射率為 50%。
[0016]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟4)中微流通道與光波導平面上表面相通的面積大于20 μηι2。
[0017]上述基于光波導激光結構的血糖濃度探測器的應用，用于檢測血糖濃度，血液通過微流通道與光波導平面相接觸；利用將泵浦光對激光諧振腔進行泵浦，輸出波長為1064nm紅外激光，根據(jù)輸出激光強度變化，判斷血糖濃度變化。例如:激光強度減弱，說明血糖濃度增加；激光強度升高，說明血糖濃度降低。
[0018]本發(fā)明的有益效果:
[0019]本發(fā)明的結構小，利于集成，穩(wěn)定性高，靈敏度高。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明基于光波導激光結構的血糖濃度探測器制備方法的工藝流程圖；
[0021]圖2為基于光波導激光結構的血糖濃度探測器的結構示意圖；
[0022]圖中:1.微流通道，2.光波導平面，3.釔鋁石榴石晶體，4.入射光學薄膜，5.出射光學薄膜。
【具體實施方式】
[0023]實施例1
[0024]一種基于光波導激光結構的血糖濃度探測器，結構如圖2所示，包括釹摻雜釔鋁石榴石晶體3，釹摻雜釔鋁石榴石晶體3的橫向平面上設置有由氧離子轟擊形成的光波導平面，光波導平面的厚度為4微米。光波導平面上方設置有微流結構，微流結構底部設置有與光波導平面上表面相通的微流通道1，微流通道與光波導平面上表面相通的面積大于20 μ m2。釹摻雜釔鋁石榴石晶體與光波導平面相垂直的兩個豎向端面分別鍍有入射光學薄膜4和出射光學薄膜5。
[0025]實施例2
[0026]基于光波導激光結構的血糖濃度探測器的制備方法，包括步驟如下:
[0027]I)將Nd: YAG晶體3的一個面進行拋光處理，并對拋光后的樣品清洗；
[0028]2)用氧離子轟擊晶體的拋光面，在晶體表面形成平面光波導結構2，氧離子的能量為 6MeV，劑量為 5X10141ns/cm2。
[0029]3)將步驟2)中形成的平面光波導的兩個端面進行拋光處理，作為光的入射和出射端面。將光學薄膜鍍在入射和出射端面，分別作為入射光學薄膜4和出射光學薄膜5。入射光學薄膜4對波長為810nm的光高透，波長為1064nm的光高反；出射光學薄膜5對波長為810nm的光高反，波長為1064nm的光反射率為50%。
[0030]4)透過入射光學薄膜4，將波長為SlOnm的激光耦合到平面波導2內，在光波導內產生波長為1064nm的激光，波長為1064nm的激光透過出射光學薄膜5出射。
[0031]5)將待測血糖液體通入微流通道I內，由于通道內血糖對波長為1064nm激光的吸收，波長為1064nm的出射光光強將會發(fā)生變化。
[0032]6)探測出射光光強的變化，根據(jù)光強變化，判斷微流通道I內待測液體的血糖含量。
[0033]實施例3
[0034]基于光波導激光結構的血糖濃度探測器的制備方法，步驟如下:
[0035]I)將Nd: YAG晶體3的一個面進行拋光處理，并對拋光后的樣品清洗；
[0036]2)用氧離子轟擊晶體的拋光面，在晶體表面形成平面光波導結構2。氧離子的能量為 8MeV，劑量為 3X10141ns/cm2。
[0037]3)將步驟2)中形成的平面光波導的兩個端面進行拋光處理，作為光的入射和出射端面。I)將光學薄膜鍍在入射和出射端面，分別作為入射光學薄膜4和出射光學薄膜5。入射光學薄膜4對波長為810nm的光高透，波長為1064nm的光高反；出射光學薄膜5對波長為810nm的光高反，波長為1064nm的光反射率為60%。
[0038]4)透過入射光學薄膜4，將波長為SlOnm的激光耦合到平面波導2內，在光波導內產生波長為1064nm的激光，波長為1064nm的激光透過出射光學薄膜5出射。
[0039]5)將待測血糖液體通入微流通道I內，由于通道內血糖對波長為1064nm激光的吸收，波長為1064nm的出射光光強將會發(fā)生變化。
[0040]6)探測出射光光強的變化，根據(jù)光強變化，判斷微流通道I內待測液體的血糖含量。
【主權項】
1.一種基于光波導激光結構的血糖濃度探測器，其特征在于:包括釹摻雜釔鋁石榴石晶體，所述釹摻雜釔鋁石榴石晶體的橫向平面上設置有由氧離子轟擊形成的光波導平面，所述光波導平面上方設置有微流結構，所述微流結構底部設置有與光波導平面上表面相通的微流通道；釹摻雜釔鋁石榴石晶體的與光波導平面相垂直的兩個豎向端面分別鍍有入射光學薄膜和出射光學薄膜。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于光波導激光結構的血糖濃度探測器，其特征在于:所述光波導平面的厚度為3?7微米。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于光波導激光結構的血糖濃度探測器，其特征在于:所述微流通道與光波導平面上表面相通的面積大于20 μ m2。
4.一種權利要求1所述的基于光波導激光結構的血糖濃度探測器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)對釹摻雜釔鋁石榴石晶體的橫向平面進行拋光，并對拋光后的樣品進行清洗； 2)用氧離子轟擊步驟I)中釹摻雜釔鋁石榴石晶體拋光清洗后的平面，在釹摻雜釔鋁石榴石晶體表面形成光波導平面； 3)將釹摻雜釔鋁石榴石晶體垂直于光波導平面的兩個豎向端面進行拋光處理，并分別在兩個豎向端面上鍍入射光學薄膜和出射光學薄膜，分別作為光的入射端面和出射端面，光學薄膜與光波導平面構成激光諧振腔，形成釹摻雜釔鋁石榴石晶體光波導激光結構； 4)在光波導平面上方設置微流結構，微流結構底部設置有與光波導平面上表面相通的若干平行微流通道。
5.根據(jù)權利要求4所述基于光波導激光結構的血糖濃度探測器的制備方法，其特征在于:在步驟2)中氧離子的能量為6?lOMeV，劑量為2?6 X 10141ns/cm2，氧離子轟擊形成的光波導平面的厚度為3?7微米。
6.根據(jù)權利要求4所述基于光波導激光結構的血糖濃度探測器的制備方法，其特征在于:在步驟3)中入射光學薄膜對波長為810nm的光高透，波長為1064nm的光高反；出射光學薄膜對波長為810nm的光高反，波長為1064nm的光反射率為50%。
7.根據(jù)權利要求4所述基于光波導激光結構的血糖濃度探測器的制備方法，其特征在于:步驟4)中微流通道與光波導平面上表面相通的面積大于等于20 μ m2。
8.權利要求1所述的基于光波導激光結構的血糖濃度探測器的應用，用于檢測血糖濃度，血液通過微流通道與光波導平面相接觸；利用將泵浦光對激光諧振腔進行泵浦，輸出波長為1064nm紅外激光，根據(jù)輸出激光強度變化，判斷血糖濃度變化。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于光波導激光結構的血糖濃度探測器及其制備方法，采用能量為6～10MeV的氧離子轟擊晶體表面，制作厚度為3～6微米的光波導結構，氧離子的劑量為2～6×1014ions/cm2；在光波導表面設置微流通道，使微流通道內的液體與光波導表面接觸；對光波導的兩個端面進行拋光、鍍膜，利用泵浦激光對釹離子摻雜釔鋁石榴石晶體進行泵浦，實現(xiàn)1064nm激光輸出，根據(jù)激光輸出功率的變化判斷血糖濃度，且結構小，利于集成，穩(wěn)定性高，靈敏度高。
【IPC分類】G01N21-39
【公開號】CN104792730
【申請?zhí)枴緾N201510185563
【發(fā)明人】譚楊, 陳 峰
【申請人】山東大學
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年4月17日