研究人员打造异质整合的微流控荧光传感器

美国南加州大学(University of Southern California；USC)的研究人员采用异质整合薄膜微型垂直腔面发射激光器(VCSEL)与硅光电二极管(Si-PD)的方式，设计出一种完全封装的软性微流控荧光传感器。

这种软性传感器的厚度仅几微米，尺寸约几平方公分(包括微流控通道聚合物涂层)，经证实能以低至5×10-5%权重的发光体密度，执行多任务、实时监测流经透明微流控通道的荧光分析。

研究人员采用在先前研究中开发出的转印方法，在软性聚对苯二甲酸乙二酯(PET)基板上实现异质共组过程，使其得以从其GaAs生长的晶圆剥离微型VCSEL薄膜，以及在以预定的图案胶合组件之前从SOI基板剥离Si-PD，从而打造出软性传感器。

使用这种转印方法，研究人员得以突破传统的半导体基板限制，使其能够在较大面积的软性、防水分层结构上设计传感器数组——每一个传感器包括以Si-PD U型数组包围的发射型850nm微型VCSEL，每二个传感器之间均以金属沟槽分离。

其光学堆栈还包括多层角度和波长可选的光谱滤波器，可减少微型VCSEL与Si-PD共整合之间的光学串扰，从而优化信噪比(SNR)，以及侦测荧光传感器的阈值，作为在微流控通道流通的发光体以及层迭于组件顶部的储存槽。

在PET基板上异质整合微型VCSEL与Si-PD的机械式软性整合荧光传感器的(a)分层(左)与倾斜视图(右)；(b)在硅基板上共整合发射型850nm微型VCSEL与3μm Si-PD影像的彩色扫描电子显微镜(SEM)倾斜视图。图中显示详细的Si-PD掺杂布署，包括n+-与p+-杂区域。(c)包覆于圆柱上PET互连荧光传感器的2x4数组(弯曲半径：12 mm)。

研究人员表示，所显示的层压弹性微流控与光传感器组装均能可靠地执行荧光测量，即使是在弯曲半径小至50mm时也能反复进行弯曲。

有趣的是，该微型VCSEL(22×22μm2孔径)在进行聚合物封装后，其GaAs晶圆的输出功耗并未降低，实际上却是从大约4.5mW增加到5.3mW。研究人员认为原因就来自于雷射开孔顶部的聚合物层，导致传输雷射输出增加。

针对具有分布式传感器的较大面积上，这种软性传感器数组可用于同时检测各种不同的发光体。最终，这些软性光微流控将能在体内荧光感测或成像技术中找到应用于穿戴式诊断系统或甚至是可植入式装置的方式。在这一类应用中，机械的灵活性将使传感器更能发挥作用。

编译：Susan Hong

本文授权编译自EE Times，版权所有，谢绝转载

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