发明内容

本发明提供了一种基于金纳米颗粒的压力探测系统光学芯片，旨在能够提供一个高灵敏度、超快速响应的压力探测系统。

为实现上述目的，本发明首先提出了一种基于金纳米颗粒的压力探测系统光学芯片。所述光学芯片由直角棱镜粘贴多层膜耦合结构组成，所述的多层膜耦合结构是由石英玻璃/金纳米颗粒/微流体通道介质层组成。

上述光学芯片中，所述金纳米颗粒高度为6 ~ 8nm，所述石英玻璃的大小为20mm*20mm，厚度为1-1.5mm，所述直角棱镜为等腰直角三棱镜，微流体通道的材料为聚二甲基硅氧烷。

上述基于金纳米颗粒的压力探测系统光学芯片的制备方法包括以下步骤：

1)首先配置酒精、异丙醇和丙酮的混合溶液，然后将石英玻璃放入超声波清洗机进行清洗；

2)在石英玻璃上溅射金纳米颗粒制备样品；

3)使用已有的模具制备带有图案的微流体通道；

4)将石英玻璃上溅射的金纳米颗粒按照微流体通道图案的形状、大小进行擦除，将擦出好的带有金纳米颗粒的石英玻璃放入等离子体进行清洗，然后与带有图案的微流体通道键合；

5)将石英玻璃另一面与三棱镜进行粘合，形成所述的基于金纳米颗粒的压力探测系统光学芯片。

上述步骤2）使用等离子体溅射仪在石英玻璃上溅射金纳米颗粒制备样品；上述步骤2）使用等离子体溅射仪进行制备样品，能够自主控制溅射时间，从而可自主控制金纳米颗粒间的间隙；上述步骤3）微流体通道使用有机硅弹性体基底和有机硅弹性体固化剂混合得到预聚物，然后倒入模具中，固化后即可得到上述微流体通道。

全内反射又称为全反射，其定义为当一束光由光密介质射入光疏介质时，入射角θ₁大于临界角θ_C时就会发生全反射现象，即折射光线消失，入射光线全部发生反射。发生全反射时，透射光强为零，但是光强将透入到光疏介质内很短一段距离，并沿着交界面传播一段很短的距离，再回到光密介质中，这个穿入到光疏介质中的波叫做倏逝波。由于倏逝波沿介质交界面传播故也称其为表面波。

在上述多层膜耦合结构中，金纳米颗粒夹在高折射率的介质1（石英玻璃）和低折射率的介质2（微流体通道中的流体）的界面处构成三层膜的结构。在全反射条件下，金纳米颗粒对光吸收存在偏振依赖特性，即对s偏振光有很大的吸收，对p偏振光吸收很小。当固定介质1的折射率时，改变介质2的折射率，反射光的能量随介质2的变化而变化，基于金纳米颗粒的压力探测系统光学芯片对介质2折射率变化敏感，能够实现对介质2折射率变化的传感，因此能够实现对压力变化的传感。

利用上述基于金纳米颗粒的压力探测系统光学芯片，本发明提供了一种对压力检测的装置，包括半导体激光器、偏振片、四分之一波片、显微镜物镜、压力探测系统光学芯片、偏振分光棱镜、衰减片、光阑、平衡探测器和电脑，所述半导体激光器出射波长为532nm的激光，入射到所述的偏振片、四分之一波片，被调整成为圆偏光；圆偏光在经过所述的显微物镜进行聚焦，然后入射到所述的压力探测系统光学芯片内进行全内反射；经过全内反射后的光经过所述的偏振分光棱镜被分为p，s偏振光；然后p，s偏振光被所述的平衡探测器接收，最后在所述的电脑上以电压的形式显示。

利用上述装置对流体流速进行检测的步骤包括：

1)将压力探测系统光学芯片的进水端和出水端分别插上导管，使流体能够通过光学芯片；

2)调节激光器、偏振片、四分之一波片和显微镜物镜，获得稳定的圆偏光进入所述压力探测系统光学芯片，并在多层膜耦合结构处发生全内反射；

3)记录平衡检测器检测到的p，s偏振光的光功率信号，两种偏振光的光功率之差以电压信号的方式呈现出来；

4)将针管与进水端导管连接，出水端使用封口器封上，用手推动针管以改变光学芯片内部流体压力大小，从而得到与压力变化相关的变化曲线；

5)改变压力大小，重复步骤4）得到多组实验结果。

有益效果

通过本发明所提供的基于金纳米颗粒的压力探测系统光学芯片，能够实现对压力的变化进行实时监控，另一方面，由于金纳米颗粒对偏振光的依赖特性，提高了压力探测系统的灵敏度，能够检测小压力的变化，成功提供一个高灵敏度、超快速响应的压力探测系统。