申请/专利权人：天津工业大学;韦尔芯智能科技(天津)有限公司

申请日：2023-12-21

公开（公告）日：2024-03-26

公开（公告）号：CN117470806B

主分类号：G01N21/45

分类号：G01N21/45;G02B6/28

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.26#授权;2024.02.20#实质审查的生效;2024.01.30#公开

摘要：本发明公开了一种基于马赫曾德尔结构的聚合物葡萄糖传感器，包括PDMS下包层以及设置于所述PDMS下包层上的PMMA芯层，所述PMMA芯层为马赫曾德尔结构图案，将GOD通过酸性偶联剂固定在PMMA芯层的传感臂上形成三维矩形接触。本发明所提出的聚合物葡萄糖传感器无需借助电光、热光等外部调制手段，仅通过测量输出光功率的变化即可对大浓度范围的葡萄糖进行传感，且无需较长传感臂和复杂微流控芯片，具有器件结构简单、紧凑、灵敏度高等特点。

主权项：1.一种基于马赫曾德尔结构的聚合物葡萄糖传感器，包括由下至上的PDMS下包层、PMMA芯层和PDMS上包层；其特征在于，所述PMMA芯层包括输入波导、输出波导、1×2MMI耦合器、2×1MMI耦合器、弯曲波导、传感臂和参考臂；传感臂和参考臂等长且平行，二者以中心线为轴对称设置；在40℃的温度下通过酸性偶联剂将GOD固定在PMMA芯层的传感臂上形成三维矩形接触结构，三维矩形接触结构的上表面低于PDMS上包层的上表面，且高于传感臂的上表面；所述GOD的折射率变化范围为1.3352-1.3400，所述传感臂的臂长为1740μm，传感臂和参考臂之间的臂间距为130μm；所述弯曲波导的弯曲半径为800μm，弯曲波导的横向长度为430μm，弯曲波导的偏转角度为0.28rad；所述基于马赫曾德尔结构的聚合物葡萄糖传感器的损耗控制在1.6dB以内，灵敏度为2.67mWmgmL；当输入光功率为10mW，葡萄糖溶液浓度为0mgmL时，最大输出光功率为6.95mW，并且当葡萄糖溶液浓度为2.6mgmL时，最小输出光功率为0.0005mW，传感器实现了葡萄糖浓度在0-2.6mgmL范围内的线性响应，葡萄糖浓度传感范围为0-2.6mgmL；所述基于马赫曾德尔结构的聚合物葡萄糖传感器的相对标准偏差为1.5-2.5×10-3，最低检测极限为0.1mgmL；在40℃的温度下通过酸性偶联剂将GOD固定在PMMA芯层的传感臂上形成三维矩形接触结构的过程是：首先使用硅烷溶液对传感臂的表面进行表面功能化修饰，通过硅烷在酶和聚合物材料的界面之间架起“分子桥”；然后利用1-3-二甲氨基丙基-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺构成的交联剂对传感臂表面做进一步偶联处理；将GOD粉末溶于pH为5.5的PBS缓冲液中，形成30mgmL的GOD溶液，将刻蚀完PDMS上包层后的器件放置于高低温试验箱中，并控制温度为40℃，滴加GOD溶液并固化，在传感臂上形成三维矩形接触结构，并用PBS缓冲液冲洗传感臂表面未固定的GOD，即完成了GOD的固定；所述PDMS下包层和PDMS上包层的厚度均为10μm，折射率为1.4040；PMMA芯层的厚度为1μm，折射率为1.4880；传感臂上表面到三维矩形接触结构上表面的距离为2-3μm；所述弯曲波导的波导宽度为1.5μm，高度为1μm。

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权利要求：

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