專利名稱：一種金屬光柵耦合spr檢測芯片及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及表面等離子體共振(SPR)生物、化學檢測技術領域的一種檢測芯片及其制備方法，特別是一種基于激光全息光刻工藝的金屬光柵耦合SH 檢測芯片。
背景技術：
表面等離子共振(Surface Plasmon Resonance, SPR)是一種光學物理現象。當入射光和金屬薄膜表面的自由電子相互作用，在金屬薄膜的界面將產生表面等離子波。當入射光波的傳播常數與表面等離子波的傳播常數相匹配時，引起金屬膜內自由電子產生共振，即表面等離子共振。分析時，先在檢測芯片表面固定一層生物分子識別膜，然后將待測樣品流過芯片表面，若樣品中有能夠與芯片表面的生物分子識別膜相互作用的分子，會引起金膜表面折射率變化，最終導致sra角變化，通過檢測sra角度變化，獲得被分析物的濃度、親和力、動力學常數和特異性等信息。根據激發(fā)共振方式的差別，表面等離子體共振傳感器的類型主要分為棱鏡型、波導型和光柵型，即三種耦合方式。其中，大多數SI^R裝置采用棱鏡耦合入射光，因為其制作相對簡單，但也存在局限性，例如棱鏡上直接鍍金屬薄膜存在一定的困難，而且檢測生物樣品時，需要調節(jié)入射光的角度，增大了儀器的體積，不利于小型化的發(fā)展。在傳統的金屬光柵耦合sra檢測裝置中，制作金屬光柵的工藝，曝光部分一般采用電子束曝光機和步進式曝光機。電子束曝光機主要用于納米級圖形光刻，然而其是對圖像逐個進行讀寫式曝光，這樣不利于曝光大面積的圖形，將花費大量的時間；步進式曝光機能曝光大面積圖像，但投影曝光機價格昂貴以及高成本的掩模版制備過程，使光刻的成本
很1 。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種激光全息光刻工藝得到大面積的光柵圖形，應用于 sra檢測芯片中，形成基于金屬光柵耦合的sra芯片，可進行生物、化學檢測。在制備金屬光柵耦合層工藝中使用激光全息光刻工藝，能快速的、大面積的曝光，得到周期性的條紋圖形，即一維光柵，進而大大的減少了工藝時間和成本，有利于工業(yè)化大規(guī)模生產。為實現上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術方案 一種金屬光柵耦合SI^R檢測芯片，其特征是，它包括
透明基底；
形成于透明基底上的金屬光柵耦合層，所述金屬光柵耦合層上修飾有用以識別待檢測樣品的生物分子，且所述金屬光柵耦合層的光柵周期在IOOOnm以下；
以及，覆設于金屬光柵耦合層上的微流體層，所述微流體層中分布的微流體通道與金屬光柵耦合層交叉接觸。所述透明基底由透明有機材料或透明無機材料構成，所述透明無機材料包括玻
璃ο
所述金屬光柵耦合層的厚度不超過200nm。所述金屬光柵的周期不超過lOOOnm。所述金屬光柵耦合層由Au或Ag形成。所述微流體層由透明有機材料形成，所述透明有機材料包括聚二甲基硅氧烷。如上所述金屬光柵耦合SI^R檢測芯片的制作方法，其特征在于，該方法為應用激光全息光刻工藝在均勻涂抹于基底表面的光刻膠層上形成條紋光柵，在上述的條紋光柵上利用金屬鍍膜工藝形成金屬膜，進而剝離光刻膠得到金屬光柵耦合層；將制備好的微流體層與金屬光柵耦合層鍵合，得到目標產物。更具體的講，該方法包括如下步驟
a)、在透明的基底表面上均勻涂覆光刻膠層；
b)、應用激光全息光刻工藝在前述的光刻膠層上形成條紋光柵；
C)、利用金屬鍍膜工藝在前述的條紋光柵上形成金屬膜，所述的金屬鍍膜工藝包括電子束蒸發(fā)工藝；
d)、剝離光刻膠，得到金屬光柵耦合層；
e)、在前述金屬光柵耦合層表面修飾用以識別待檢測樣品的生物分子；
f)、制作具有微流體通道的微流體層；
g)、將制備好的微流體層與金屬光柵耦合層鍵合，得到目標產物。更進一步的，微流體層的制作方法為以透明有機材料為主體材料，通過光刻膠作為掩膜曝光形成微流體通道圖形，再蝕刻圖形得到目標產物；所述的透明有機材料優(yōu)選使
用聚二甲基硅氧烷。通過本發(fā)明設計的芯片結構，利用金屬光柵耦合入射光與金屬表面的自由電子發(fā)生共振，形成沿著金屬表面?zhèn)鞑サ碾娮邮杳懿幢砻娴入x子體激元，檢測反射或透射光譜的峰位變化即SPR的響應峰的峰位，得到被測樣品在反應前、后的光譜峰值位移的變化， 來確定生物信息。與現有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點至少在于在制備金屬光柵耦合層工藝中使用激光全息光刻工藝，能快速的、大面積的曝光，得到周期性的條紋圖形，即一維光柵，進而大大的減少了工藝時間和成本，有利于工業(yè)化大規(guī)模生產。


圖1為本發(fā)明實施例1中金屬光柵耦合SI^R檢測芯片的結構示意圖2為本發(fā)明實施例1中制備金屬光柵耦合層的激光全息光刻工藝的原理圖； 附圖中各標記的含義如下11 透明基底，12 金屬光柵耦合層，13 微流體層，21 激光器，22 分光鏡，23 反射鏡，24 光刻膠基底。
具體實施例方式以下結合附圖及一較佳實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步的說明。實施例1參閱圖1，該金屬光柵耦合SI3R檢測芯片包括透明基底11、金屬光柵耦合層12以及微流體層13，所述的微流體層中分布有微流體通道與金屬光柵耦合層鍵合；微流體通道與金屬光柵耦合層交叉接觸。
前述透明基底由透明有機材料或透明無機材料構成，優(yōu)選使用玻璃。前述的金屬光柵是通過激光全息光刻工藝制備而成，其原理參閱圖2。應用激光全息光刻工藝在均勻涂抹于基底表面的光刻膠層上形成條紋光柵。在上述的條紋光柵上利用電子束蒸發(fā)工藝形成金屬膜，進而剝離光刻膠得到金屬光柵耦合層。該金屬薄膜厚度不超過200nm，其優(yōu)選采用厚IOOnm的Au膜。光柵的周期為lOOOnm。前述微流體層由具有透光性的材料形成，例如，可選用聚二甲基硅氧烷 (Polydimethylsiloxane, PDMS)作為主體材料。前述檢測芯片的制備方法如下
a)、在透明的基底表面上均勻涂覆光刻膠層；
b)、應用激光全息光刻工藝在前述的光刻膠層上形成條紋光柵； C)、利用電子束蒸發(fā)工藝形成金屬膜；
d)、剝離光刻膠，得到金屬光柵耦合層；
e)、將前述金屬光柵耦合層表面使用生物蛋白修飾，使生物蛋白鍵合在金屬光柵耦合層表面，當含有某種病毒的樣品通過金屬表面時，就能粘附在對應這種病毒的蛋白鍵上，使得金屬表面介質的介電常數改變；
f)、制作具有微流體通道的微流體層以聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane， PDMS)為主體材料，通過光刻膠作為掩膜，用紫外曝光機制備出微流體通道的圖形，然后刻蝕圖形；
g)、將制備好的微流體層與金屬光柵耦合層鍵合，得到目標產物。本發(fā)明采用激光全息光刻工藝形成金屬光柵結構，S卩，使用多束激光在晶片表面重迭發(fā)生干涉效應從而產生各種由光亮區(qū)和暗區(qū)構成的干涉圖形，圖形以周期排列，圖形的最小線寬可達波長的幾分之一，因此本發(fā)明形成的金屬光柵結構與傳統的刻劃光柵相比，具有光譜中無鬼線、雜散光少、分辨率高、有效孔徑大、生產效率高，成本低廉等突出優(yōu)點，可廣泛應用于各種光柵光譜儀中，供科研、教學、產品開發(fā)之用，并能大大的減少工藝時間和成本，有利于工業(yè)化大規(guī)模生產。需要指出是，上述實施例是為了讓本領域的技術人員更好的理解本發(fā)明的內容， 根據本發(fā)明技術方案和技術構思做出其它各種相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種金屬光柵耦合SI^R檢測芯片，其特征是，它包括透明基底；形成于透明基底上的金屬光柵耦合層，所述金屬光柵耦合層上修飾有用以識別待檢測樣品的生物分子，且所述金屬光柵耦合層的光柵周期在IOOOnm以下；以及，覆設于金屬光柵耦合層上的微流體層，所述微流體層中分布的微流體通道與金屬光柵耦合層交叉接觸。
2.根據權利要求ι所述的金屬光柵耦合sra檢測芯片，其特征是所述透明基底由透明有機材料或透明無機材料構成，所述透明無機材料包括玻璃。
3.根據權利要求ι所述的金屬光柵耦合sra檢測芯片，其特征是所述金屬光柵耦合層由Au或Ag形成，其厚度在200nm以下。
4.根據權利要求ι所述的金屬光柵耦合sra檢測芯片，其特征是所述微流體層由透明有機材料制成，所述透明有機材料包括聚二甲基硅氧烷。
5.根據權利要求ι所述的金屬光柵耦合sra檢測芯片，其特征是所述微流體層與金屬光柵耦合層鍵合。
6.一種如權利要求1所述金屬光柵耦合SI^R檢測芯片的制作方法，其特征在于，它包括以下步驟a)、在透明基底表面上均勻涂覆光刻膠層；b)、應用激光全息光刻工藝在前述光刻膠層上形成條紋光柵；c)、利用金屬鍍膜工藝在前述條紋光柵上形成金屬膜，所述金屬鍍膜工藝包括電子束蒸發(fā)工藝；d)、剝離光刻膠，得到金屬光柵耦合層；e)、在前述金屬光柵耦合層表面修飾用以識別待檢測樣品的生物分子；f)、制作具有微流體通道的微流體層；g)、將制備好的微流體層與金屬光柵耦合層鍵合，得到目標產物。
7.根據權利要求6所述金屬光柵耦合sra檢測芯片的制作方法，其特征是步驟C) 形成的金屬膜的材質為Au或Ag，其厚度在200nm以下，且最終所形成的金屬光柵周期在 IOOOnm 以下。
8.根據權利要求6所述的金屬光柵耦合sra檢測芯片的制作方法，其特征是步驟f) 中微流體層的制作方法為以透明有機材料為主體材料，通過光刻膠作為掩膜曝光形成微流體通道圖形，再蝕刻圖形得到目標產品；所述透明有機材料包括聚二甲基硅氧烷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種金屬光柵耦合SPR檢測芯片及其制作方法。該檢測芯片包括透明基底，以及形成于基底上的金屬光柵耦合層，還有覆設于金屬光柵耦合層上的微流體層；其制作方法為應用激光全息光刻工藝在均勻涂抹于基底表面的光刻膠上形成條紋光柵，再利用金屬鍍膜工藝形成金屬膜，進而剝離光刻膠得到金屬光柵耦合層，將制備好的微流體層與金屬光柵耦合層鍵合，得到目標產物。本發(fā)明將激光全息光刻工藝應用于SPR檢測芯片中，在光柵的制作工藝中，能快速的、大面積的曝光，得到周期性的條紋圖形，即一維光柵，進而大大的減少了工藝時間和成本，有利于工業(yè)化大規(guī)模生產。
文檔編號G01N21/25GK102435557SQ20111037809
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月24日 優(yōu)先權日2011年11月24日
發(fā)明者劉帆, 王逸群 申請人:中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所