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聚合物凹凸光栅生物传感器的研究

聚合物凹凸光栅生物传感器的研究

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作者：车玉彩华侨大学

学位级别：硕士

光学聚合物具有重量轻、加工容易、复制成本低、适于批量生产等优点，被广泛应用于光学测量等领域，研究可用于免疫检测和核酸检测的聚合物凹凸光栅生物传感器对于医疗检测设备的发展，具有重要意义。本文提出了一种新型聚合物凹凸光... 详细信息

光学聚合物具有重量轻、加工容易、复制成本低、适于批量生产等优点，被广泛应用于光学测量等领域，研究可用于免疫检测和核酸检测的聚合物凹凸光栅生物传感器对于医疗检测设备的发展，具有重要意义。本文提出了一种新型聚合物凹凸光栅生物传感器的设计。文章主要涉及以下几个方面：光栅材料和光栅模板的选择，光栅的刻蚀技术，模压工艺的成型方法;理论模型的建立,实验设备的选择,实验光路的搭建和实验结果的分析。具体阐述如下：采用熔融石英矩形位相光栅作为模板，复制出大批量光栅参数相同，性能优良的PMMA矩形位相光栅。根据微结构凹凸光栅±1级和0级衍射光强之比对光栅凹槽深度敏感的特性，可将生物分子包埋在微结构聚合物凹凸光栅的凹槽内，当发生生物学反应时，凹槽深度改变，通过检测衍射光强比，就能获得生物分子信息。根据此原理和凹凸光栅的透射理论，得到了聚合物凹凸光栅生物传感器的测量理论，并分别从等腰梯形和梯形两种结构出发，分析了光栅的结构参数对光的衍射效率的影响。重点分析了梯形结构的参数（1，2，v）和所要测量的生物分子对光栅衍射效率的影响，并从中得出了一组最佳的结构参数。光栅凹槽深度h0为31m;光栅周期为4m;工作波长为632.8nm;聚合物折射率n0为1.586;梯形的两底角1为52，2为90;占空比为0.1。依据透过光栅的0级和1级衍射光强比与经过背景光传播到达探测器损失后的衍射光强比相等的原理，设计了聚合物凹凸光栅生物传感器的测量光路，通过CCD传感器收集了0级和1级光强的光斑，用MATHCAD软件读取光斑的光强灰度值。依据梯形光栅的透射理论，计算得到了聚合物凹凸光栅生物传感器的凹槽深度和生物分子的厚度值，并分析了实验值与理论值不相符的实验误差原因。为了使实验和理论更加相符，利用ZEMAX软件重新设计了聚合物凹凸光栅生物传感器的光路，优化出了一种可使激光斑扩散成条形光斑的柱面透镜和接收光强的CCD传感器放置位置的光路装置。并在此实验装置基础上较准确的测量了标量聚合物凹凸光栅生物传感器的光栅凹槽的深度和生物分子的厚度。

关键词：聚合物凹凸光栅占空比衍射效率生物芯片生物分子

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