(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210891355.9 (22)申请日 2022.07.27 (71)申请人 东南大学 地址 214000 江苏省无锡市滨湖区状元道5 号 (72)发明人 朱真　罗宇成　 (74)专利代理 机构 南京瑞弘专利商标事务所 (普通合伙) 32249 专利代理师 孙建朋 (51)Int.Cl. G01N 21/31(2006.01) G01N 21/33(2006.01) G01N 21/01(2006.01) G02B 6/32(2006.01) G02B 6/125(2006.01) (54)发明名称 一种基于C形波导的倏 逝波核酸浓度检测芯 片 (57)摘要 本发明公开了一种基于C形波导的倏 逝波核 酸浓度检测芯片， 包括光纤通道、 耦合透镜阵列、 耦合透镜阵列、 C形波导、 狭缝和载样通道； 氘灯 光源发出的光经入射光纤后进入入射耦合透镜 阵列， 经该透镜阵列耦合后进入C形波导， C形波 导出射的光进入 出射耦合透镜阵列， 并经该阵列 耦合进入出射光纤， 出射光纤与光纤光谱仪相 连； C形波 导的包层中， 一侧为待测生物样品的进 样通道， 一侧为充满空气的空腔， 由于C形波 导芯 层和待测样品以及空气之间存在折射率差， 光在 C形波导中凭借全反射原理传播， 在波导芯层和 待测核酸样品的界面处存在倏 逝波， 待测核酸样 品对特定波长倏逝波的吸收作用反映到C形波导 输出光谱的变化上， 实现对待测核酸样品的定量 检测。 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 CN 115201132 A 2022.10.18 CN 115201132 A 1.一种基于C形波导的倏逝波核酸浓度检测芯片， 其特征在于， 包括光纤通道(10)、 耦 合透镜阵列(20)、 C形波导(3 0)、 狭缝(40)和载样通道(5 0)； 所述光纤通道(10)， 包括第一 光纤通道(101)和第二 光纤通道(102)； 所述耦合透 镜阵列(20)， 包括第一耦合透 镜阵列(201)和第二耦合透 镜阵列(202)； 所述第一光纤通道(101)， 用于插入发射光纤， 所述发射光纤输入光信号至第一耦合透 镜阵列(201)； 所述第二光纤通道(102)， 用于插入接收光纤， 所述接收光纤接收从第二耦合透镜阵列 (202)出射的光信号； 所述第一耦合透 镜阵列(201)， 包括第一 准直透镜(203)和第一 三合聚焦透 镜(204)； 所述第一准直透镜(203)用于将发射光纤输入的光信号准直， 所述第一三合聚焦透镜 (204)用于将准 直后的光信号汇聚并耦合进入C形波导(3 0)； 所述第二耦合透 镜阵列(202)， 包括第二 准直透镜(205)和第二 三合聚焦透 镜(206)； 所述第二准直透镜(205)用于将从C形波导(30)出射的光信号准直， 所述第二三合聚焦 透镜(206)用于将准直后的光信号汇聚并耦合进插入第二光纤通道(102)中的接收光纤， 基 于所述接收光纤中的光信号 转换得到电信号检测样品核酸； 所述C形波导(30)， 包括C形波导芯层(301)、 C形波导内包层(302)和C形波导外包层 (303)； 所述C形波导芯层(3 01)用于约束和引导 光信号； 所述C形波导内包层(302)是位于C形波导芯层(301)靠内侧的空腔， 用于与C形波导芯 层(301)产生折射率差， 以满足全反射条件； 所述C形波导外包层(303)由载样通道(50)中流经C形波导芯层(301)外侧的核酸样本 构成； 所述狭缝(40)， 包括第一狭缝(401)和第二狭缝(402)； 所述第一狭缝(401)用于避免非C形波导芯层(3 01)入射端入射的光进入C形波导(3 0)； 所述第二狭缝(402)用于避免非C形波导芯层(301)出射端出射的光进入第二耦合透镜 阵列(202)； 所述载样通道(50)， 由进样口(501)、 出样口(502)、 流体通道孔(503)和扁平流道(504) 构成； 所述进样口(5 01)与流体通道孔(5 03)相连， 用于载入待测样品核酸； 所述出样口(5 02)与流体通道孔(5 03)相连， 用于引导测量完毕样品核酸的载 出。 2.根据权利要求1所述的基于C形波导的倏逝波核酸浓度检测芯片， 其特征在于， 所述 第一光纤通道(101)宽度与第二光纤通道(102)几何参数相同； 所述第一光纤通道(101)终 点处横截面的几何中心、 第一耦合透镜阵列(201)沿光纤插入方向所有面的几何中心以及C 形波导芯层(301)入射端的几何中心位于同一高度位置且均在同一条直线上； 所述第二光 纤通道(102)终点处横截面的几何中心、 第二耦合透镜阵列(202)沿光纤插入方向所有面的 几何中心以及C形波导芯层(301)出射端的几何中心位于同一高度位置且均在同一条直线 上； C形波导芯层(301)入射端与C形波导芯层(301)出射端的几何中心位于同一高度位置； 光纤通道(10)的高度大于第一耦合透镜阵列(201)、 第二耦合透镜阵列(202)以及C形波导 (30)的高度； 第一耦合透镜阵列(201)、 第二耦合透镜阵列(202)以及C形波导(30)的高度一权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115201132 A 2致； 核心结构层(70)的厚度即所述第一光纤通道(101)、 第一耦合透镜阵列(201)、 C形波导 (30)、 第二光纤通道(102)以及第二耦合透 镜阵列(202)的高度。 3.根据权利要求1所述的基于C形波导的倏逝波核酸浓度检测芯片， 其特征在于， 所述 第一光纤通道(101)内插入的发射光纤将氘灯光源(802)发出的光引导至第一准直透镜 (203)， 所述第二光纤通道(102)内插入的接收光纤将 接收的光传输至光纤光谱仪(803)， 通 过光纤光谱仪(80 3)数据换算得到核酸浓度， 数据换算和处 理在个人计算机(804)中完成。 4.根据权利要求1所述的基于C形波导的倏逝波核酸浓度检测芯片， 其特征在于， 所述 第一准直透镜(203)和第二准直透镜(205)均为平凸透镜， 所述第一准直透镜(203)和第二 准直透镜(205)几何参数相同。 5.根据权利要求1所述的基于C形波导的倏逝波核酸浓度检测芯片， 其特征在于， 所述 第一三合聚焦透镜(204)与第二三合聚焦透镜(206)均由两个平凸透镜和一个平凹透镜组 合而成， 平凹透镜位于中间， 平凸透镜位于两侧， 其中作为第一三合聚焦透镜(204)与第二 三合聚焦透镜(206)最后一级的平凸透镜厚度比作为第一三合聚焦透镜(204)与第二三合 聚焦透镜(206)第一级的平凸透镜厚度大； 所述第一三合聚焦透镜(204)与第二三合聚焦透 镜(206)几何参数相同。 6.根据权利要求1所述的基于C形波导的倏逝波核酸浓度检测芯片， 其特征在于， 所述 第一准直透镜(203)与第一三合聚焦透镜(204)之间、 第一三合聚焦透镜(204)的平凹透镜 和平凸透镜之间、 第一三合聚焦透镜(204)与C形波导(30)之间以及第二准直透镜(205)与 第二三合聚焦透镜(206)之间、 第二三合聚焦透镜(206)的平凹透镜和平凸透镜之间、 第二 三合聚焦透 镜(206)与C形波导(3 0)之间均为空腔。 7.根据权利要求1所述的基于C形波导的倏逝波核酸浓度检测芯片， 其特征在于， 所述 半圆环状C形波导芯层(3 01)的内外环圆心相同。 8.根据权利要求1所述的基于C形波导的倏逝波核酸浓度检测芯片， 其特征在于， 所述C 形波导芯层(301)入射端与出射端两侧条状结构在所述C形波导芯层(301)入射端和出射端 处构成狭缝。 9.根据权利要求1所述的基于C形波导的倏逝波核酸浓度检测芯片， 其特征在于， 所述 的流体通道 孔(503)与聚四氟乙烯软管相连， 进样口(501)流入的核酸样 本由外部注 射泵通 过聚四氟乙烯软 管驱动， 出样口(5 02)流出的核酸样本通过聚四氟乙烯软 管连接废液池。 10.根据权利要求1所述的基于C形波导的倏逝波核酸浓度检测芯片， 其特征在于， 采用 夹层结构， 包括顶层(60)、 核心结构层(70)和底层(80)； 采用夹层结构能匹配插入光纤通道 (10)中的光纤直径和所述核心结构层(70)的厚度， 以便光纤截面中心与核心结构层(70)对 准； 所述顶层(6 0)包括光纤通道的上部分(10 3)和流体通道孔(5 03)； 所述底层(80)包括 光纤通道的下部分(10 5)； 所述核心结构层(70)包括光纤通道的中部分(104)、 耦合透镜透阵列(20)、 C形波导 (30)、 狭缝(40)和流体进出口(5 0)； 所述光纤通道的上部分(103)， 用于与核心结构层(70)中光纤通道的中部分(104)以及 底层(80)中光纤通道的下部分(10 5)共同构成光纤通道(10)。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115201132 A 3