基于等离子波导的表面增强拉曼芯片仿真分析

赖春红，周小兵，朱峻峰，张金玉，刘紫琪

(重庆邮电大学光电工程学院，重庆 400065)

1 引言

光学检测技术与微流体控制技术结合已经成为生化检测芯片一个重要发展趋势[1-3]。作为一种重要的光学检测手段，表面增强拉曼散射光谱技术具有检测速度快、样品用量少、无需样品预处理、探测灵敏度高、干扰小、可同时检测多种物质等特点[4-6]。目前基于表面增强拉曼光谱技术的微流体传感芯片[7-9]，多采用单点探测的方式收集拉曼信号，在实现芯片可重复检测的同时，牺牲了其潜在的检测灵敏度[10-12]。采用长程探测的方式收集增强拉曼信号，不仅可以增加光和样品分子的作用距离，累积增加检测样本的拉曼信号强度，还可以利用微通道内流动液体的平均作用改善信号重复性，以解决信号重复性和灵敏度相矛盾的问题[13-15]。因此，本文对基于长程表面等离子波导的增强拉曼光流体芯片进行设计和仿真分析，研究芯片的传输距离和表面增强拉曼信号增强的强度，为实现集成化、高增强、可重复的表面增强拉曼芯片提供理论依据。

2 芯片结构及原理

基于长程等离子波导的表面增强拉曼光流体芯片结构如图1所示，主要包括介质波导与表面等离子波导和微流体结构几部分。其中，介质光波导包括波导包层和波导芯层；表面等离子波导采用纳米金膜(Au)作为芯层，其上包层由微流道中的样品溶液充当，其下包层与介质光波导的上包层共用；微流体部分则由进液口、出液口和微流体通道构成。……