一种超材料谐振-微流一体式传感器

本发明涉及传感器，尤其涉及一种超材料谐振-微流一体式传感器。

背景技术：

1、超材料是一种亚波长周期结构（如金属谐振单元、开口环等）实现天然材料所不具备的电磁响应的复合材料。超材料可对特定频段（如太赫兹、红外、可见光）的电磁波产生强烈的局域谐振响应。当待测物质与超材料表面相互作用时，谐振频率、振幅或品质因数的变化可高灵敏度地反映待测物质的光学特性（如介电常数、吸收系数等）。因此，超材料谐振结构可用于生化传感领域。

2、相关技术中，使用超材料进行检测的方案，样品消耗量大、检测灵敏度低、检测下限高、检测可靠性不足。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种超材料谐振-微流一体式传感器，以解决超材料谐振结构对样品进行检测时样品消耗量大、检测灵敏度低、检测下限高、检测可靠性不足的技术问题之一。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供一种超材料谐振-微流一体式传感器，包括基底和形成在所述基底上的金属层，所述金属层包括多个周期性排布的胞元；

4、所述胞元包括第一部分、第二部分，所述第一部分和所述第二部分间隔排布形成沟道；

5、所述第一部分包括第一段和两个相对的第二段，所述第一段和两个所述第二段围合成u型结构；

6、所述第二部分包括相互垂直且相交的第三段和第四段，所述第三段与所述第一段平行，所述第四段的自由端延伸至所述u型结构的开口中，所述第四段设在所述第三段的中间部位；

7、所述第四段的宽度、与两个所述第二段的宽度之和不相等。

8、根据本发明的至少一个实施方式，沿着第一方向排布的多个所述胞元中，各个所述胞元的沟道依次连通形成微流道，所述微流道用于容置待测液体。所述第一方向是指：所述第一段的延伸方向。

9、根据本发明的至少一个实施方式，所述第一段和所述第三段的长度相同。

10、根据本发明的至少一个实施方式，所述第四段与所述第二段平行。

11、根据本发明的至少一个实施方式，所述胞元在所述第一方向、第二方向上的宽度分别为10 μm～500 μm，所述第二方向垂直于所述第一方向；

12、所述胞元在所述第一方向的宽度，所述胞元在所述第二方向上的宽度均小于待测液体谐振频段对应的二分之一工作波长。

13、根据本发明的至少一个实施方式，所述沟道的宽度的取值范围为10 μm～30 μm。

14、根据本发明的至少一个实施方式，所述第一部分、所述第二部分的厚度相同。

15、根据本发明的至少一个实施方式，所述金属层的厚度的取值范围为0.05 μm～50μm；和/或，

16、所述基底的厚度的取值范围为100 μm～1000μm。

17、根据本发明的至少一个实施方式，所述金属层的材质包括铜、铝、金、钛金合金和铬金合金中的一种。

18、根据本发明的至少一个实施方式，所述基底的材质包括石英玻璃、普通玻璃或熔融石英中的一种。

19、根据本发明的至少一个实施方式，所述传感器还包括盖板，所述盖板贴合在所述金属层背离所述基底的一侧，所述金属层还包括进口流道和出口流道；

20、各个所述微流道的一端与所述进口流道连通，各个所述微流道的另一端与所述出口流道连通。

21、本发明示例性实施例中提供的一个或多个技术方案中，至少可实现如下有益效果之一。

22、本发明示例性实施例提供的超材料谐振-微流一体式传感器，包括基底和形成在基底的金属层，金属层包括多个周期性排布的胞元；胞元包括第一部分、第二部分和沟道，第一部分和第二部分间隔排布形成沟道。也即第一部分和第二部分之间相对的壁面构成沟道的物理边界，该沟道可供待测物（样品液体）流经。待测物可直接与金属谐振结构侧壁接触，形成沟道壁即谐振单元的物理共体，无任何拼接或组装步骤，从根本上消除了对齐误差，也利于小型化。

23、进一步地，由于“几”字沟道覆盖了整个第一部分和第二部分围合的空间，无论电场分布如何变化，待测物都被强制流经所有高场区域。这种“沟道全覆盖”的设计使得q-bic的高q值优势能够被充分转化为实际的传感性能。

24、进一步地，当两个第二段的宽度之和与第四段的宽度不等时，将原本无法激发的连续域束缚态（bic）转化为可激发的准连续域束缚态（q-bic），从而获得极窄线宽、极高q值的谐振峰，可以提升传感器的灵敏度和检测下限。当待测液体被强制流经所有电场热点区域（微流道内的区域），取代了传统大体积静态池中依赖布朗运动的随机扩散机制，使得所有待测液体分子均能被有效检测，理论上可将检测下限推至痕量乃至单分子水平，并且能够有效提高检测灵敏度。

1.一种超材料谐振-微流一体式传感器，其特征在于，包括基底和形成在所述基底上的金属层，所述金属层包括多个周期性排布的胞元；

2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述第一段和所述第三段的长度相同。

3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述第四段与所述第二段平行。

4. 根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述胞元在第一方向、第二方向上的宽度分别为10 μm～500 μm；

5. 根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述沟道的宽度的取值范围为10 μm～30 μm。

6.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述第一部分、所述第二部分的厚度相同。

7. 根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述金属层的厚度的取值范围为0.05μm～50 μm；和/或，

8.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述金属层的材质包括铜、铝、金、钛金合金和铬金合金中的一种。

9.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述基底的材质包括石英玻璃、普通玻璃或熔融石英中的一种。

10.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述传感器还包括盖板，所述盖板贴合在所述金属层背离所述基底的一侧，所述金属层还包括进口流道和出口流道；