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- 研究人員打造異質(zhì)整合的微流控螢光傳感器
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2016/6/21
美國南加州大學(xué)(University of Southern California；USC)的研究人員采用異質(zhì)整合薄膜微型垂直腔面發(fā)射雷射器(VCSEL)與矽光電二極體(Si-PD)的方式，設(shè)計出一種完全封裝的軟性微流控螢光傳感器。
這種軟性傳感器的厚度僅幾微米，尺寸約幾平方公分(包括微流控通道聚合物涂層)，經(jīng)證實能以低至5×10-5%權(quán)重的發(fā)光體密度，執(zhí)行多工、即時監(jiān)測流經(jīng)透明微流控通道的螢光分析。
研究人員采用在先前研究中開發(fā)出的轉(zhuǎn)印方法，在軟性聚對苯二甲酸乙二酯(PET)基板上實現(xiàn)異質(zhì)共組過程，使其得以從其GaAs生長的晶圓剝離微型VCSEL薄膜，以及在以預(yù)定的圖案膠合元件之前從SOI基板剝離Si-PD，從而打造出軟性傳感器。
使用這種轉(zhuǎn)印方法，研究人員得以突破傳統(tǒng)的半導(dǎo)體基板限制，使其能夠在較大面積的軟性、防水分層結(jié)構(gòu)上設(shè)計傳感器陣列——每一個傳感器包括以Si-PD U型陣列包圍的發(fā)射型850nm微型VCSEL，每二個傳感器之間均以金屬溝槽分離。
其光學(xué)堆疊還包括多層角度和波長可選的光譜濾波器，可減少微型VCSEL與Si-PD共整合之間的光學(xué)串?dāng)_，從而最佳化訊噪比(SNR)，以及偵測螢光傳感器的閾值，作為在微流控通道流通的發(fā)光體以及層疊于元件頂部的儲存槽。
在PET基板上異質(zhì)整合微型VCSEL與Si-PD的機械式軟性整合螢光傳感器的(a)分層(左)與傾斜視圖(右)；(b)在矽基板上共整合發(fā)射型850nm微型VCSEL與3μm Si-PD影像的彩色掃描電子顯微鏡(SEM)傾斜視圖。圖中顯示詳細(xì)的Si-PD摻雜布署，包括n+-與p+-雜區(qū)域。(c)包覆于圓柱上PET互連螢光傳感器的2x4陣列(彎曲半徑：12 mm)。
研究人員表示，所顯示的層壓彈性微流控與光傳感器組裝均能可靠地執(zhí)行螢光測量，即使是在彎曲半徑小至50mm時也能反覆進行彎曲。
有趣的是，該微型VCSEL(22×22μm2孔徑)在進行聚合物封裝后，其GaAs晶圓的輸出功耗并未降低，實際上卻是從大約4.5mW增加到5.3mW。研究人員認(rèn)為原因就來自于雷射開孔頂部的聚合物層，導(dǎo)致傳輸雷射輸出增加。
針對具有分布式傳感器的較大面積上，這種軟性傳感器陣列可用于同時檢測各種不同的發(fā)光體。最終，這些軟性光微流控將能在體內(nèi)螢光感測或成像技術(shù)中找到應(yīng)用于穿戴式診斷系統(tǒng)或甚至是可植入式裝置的方式。在這一類應(yīng)用中，機械的靈活性將使傳感器更能發(fā)揮作用。
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