光子微纳结构生物传感基础研究

光子微纳结构的传感机理、工艺制备和器件传感探测应用研究，解决生物分子传感探测中具有重要应用前景的一些关键问题。我们希望通过该项目的研究清楚了解光波导中倏逝波场的传感机理，揭示不同截面尺寸中光波导模场分布与传感灵敏度之间的关系，了解基于光干涉和模式共振原理的不同光波导的传感能力。针对未来生物传感器在高稳定性、多通道、动态检测、易于便携与集成、低成本化等方面的应用需求，研究发展新型的半导体工艺兼容的可集成光学微纳生物传感器，研究最优结构传感特性，使其具有高灵敏、微小体积样本探测能力，发展先进的识别单元，提高对不同分子的特异性识别能力，最终实现对典型生物分子的高灵敏度、高效和准确的识别、分析和检测。通过对该项目的研究，为新型的微纳光子器件和传感技术提供新颖、可行的思路、方案和技术，建立和完善光学微纳生物传感器的制备与表征手段，并促进微纳技术、生物技术、信息技术等以及有关交叉学科的发展。

非标定光学微环生物传感器是一种基于倏逝波传感的光波导器件，可应用于生物医学、医疗保健、医药、环境监测、国土安全等领域，基于SOI材料的微环传感器具有体积小、灵敏度高、与CMOS工艺兼容以及易于集成化等优点，具有潜在的应用研究价值。本项目针对未来生物传感器在高稳定性、多通道、动态检测、易于便携与集成、低成本化等方面的应用需求，研究发展新型的半导体工艺兼容的可集成光学微纳生物传感器，在单环谐振器传感的基础上，我们提出了双环耦合结构谐振器，并利用散射矩阵法分析了该结构的传感特性，针对传感应用对器件结构进行了优化，理论研究表明该双环结构Q值可以提升两个数量级，具有更高的折射率分辨率。我们完成了硅基微环谐振器传感芯片研制，设计并制作了PDMS微流通道，实现了微流通道与传感芯片敏感区的对准键合。传感窗口区敏感膜与生物分子的特异性识别过程及实验表征，通过化学表面修饰，实现了两组一抗二抗IgG生物分子识别检测；通过标准浓度盐溶液检测，实现的最小折射率分辨率为0.76×10-4RIU。本项目研究成果将为新型的微纳光子器件和传感技术提供新颖、可行的思路、方案和技术，建立和完善光学微纳生物传感器的制备与表征手段。