(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 202210444135.1 (22)申请日 2022.04.25 (71)申请人 北京理工大 学 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5 号 (72)发明人 李勤　李佳雨　胡晓明　魏泽文　 (74)专利代理 机构 北京路浩知识产权代理有限 公司 11002 专利代理师 吴勇涛 (51)Int.Cl. G01N 21/31(2006.01) G01N 21/01(2006.01) B01L 3/00(2006.01) (54)发明名称 微流控芯片及光谱信息 检测系统 (57)摘要 本发明涉及光谱检测技术领域， 提供了一种 微流控芯片及光谱信息检测系统， 微流控芯片 包 括： 透明的芯片底板， 芯片底板上形成有样本流 道； 芯片底板上形成有第一凹槽， 第一凹槽包括 两个相对凹陷的第一弧面和第二弧面， 以构造出 片上微透镜， 片上微透镜位于样本流道的侧面， 且片上微透镜的光轴垂直于样 本流道； 芯片底板 上形成有第二凹槽， 第二凹槽为三角形， 以构造 出片上棱镜， 片上棱镜位于片上微透镜背向样本 流道的一侧。 本发明微流控芯片可以得到由不同 波长的单色光组成的光谱， 便于提高后续检测精 度， 具有结构简单、 体积小、 成本低、 便携化、 稳定 可靠性高、 适用于即时检测场合 等特点。 权利要求书2页 说明书10页 附图2页 CN 114894728 A 2022.08.12 CN 114894728 A 1.一种微 流控芯片， 其特 征在于， 包括： 透明的芯片底板， 所述芯片底板上 形成有样本流道； 所述芯片底板上形成有第 一凹槽， 所述第 一凹槽包括两个相对凹陷的第 一弧面和第 二 弧面， 以构造出片上微透镜， 所述片上微透镜位于所述样 本流道的侧面， 且所述片上微透镜 的光轴垂直于所述样本流道， 用于将所述样本流道内样本发出的发散光准直成复色平行光 出射； 所述芯片底板上形成有第 二凹槽， 所述第二凹槽为三角形， 以构造出片上棱镜， 所述片 上棱镜位于所述片上微透镜背向所述样本流道的一侧， 用于将所述复色平行光色散成由不 同波长的单色光组成的光谱并成像于所述芯片底板的边 缘。 2.根据权利要求1所述的微流控芯片， 其特征在于， 所述片上棱镜的光轴与 所述片上微 透镜的光轴重合。 3.根据权利要求2所述的微流控芯片， 其特征在于， 所述片上棱镜包括并排设置的第 一 片上棱镜和第二片上棱镜， 所述第一片上棱镜位于所述片上微透镜与所述第二片上棱镜之 间， 所述第二片上棱镜位于所述第一片上棱镜与所述芯片底板的边 缘之间。 4.根据权利要求3所述的微流控芯片， 其特征在于， 所述样本流道内样本发出的发散光 的发散角K满足： 并且， K＝2a； 其中， a为发散光经过所述样本流道靠近所述片上微透镜的侧面时的入射角； n为所述 芯片底板的介质材料折射率； b为发散光经过所述样本流道靠近所述片上微透镜的侧 面时 的折射角； n1为样本介质折射率； s1为所述第一弧面与所述样本 流道靠近所述片上微透镜的 侧面之间的最大距离； R1为所述第一弧面的曲率半径； g为发散光与所述第一弧面的相交点 与所述第一弧面的曲率圆心的连线与光轴形成的夹角； l2为发散光与所述第一弧面的相交 点至光轴的距离； s为样本与所述样本流道靠 近所述片上微透 镜的侧面之间的距离 。 5.根据权利要求 4所述的微 流控芯片， 其特 征在于， 所述芯片底板为玻璃材质时： 0.2mm≤R1≤3mm， 0.2mm≤R2≤3mm； 0.2mm≤s1≤5mm， 0.2≤s2≤5mm， 0.2≤s3≤5mm； 其中， R2为所述第二弧面的曲率半径； s2为所述第一弧面与所述第二弧面之间的最小距 离； s3为所述第二弧面与所述第一片上棱镜的第一色散 斜面与光轴交点之间的最 大距离； l3 为所述第二弧面的最高端点到光轴的距离 。 6.根据权利要求3所述的微流控芯片， 其特征在于， 不同波长的单色光成像于芯片底板 边缘的色散位置与光轴的距离y满足： 当 μ<(γ+δ )， y＝(y3·tan δ +x4)·tan( δ‑ρ )+y3； 当 μ>(γ+δ )， y＝(y3·tan δ +x4)·tan( δ +ρ )+y3；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114894728 A 2其中， μ为单色光经过所述第 二片上棱镜的第 三色散斜面时的折射角； γ为所述第二片 上棱镜的第三色散斜面与垂直于光轴直线的夹角； δ为所述第二片上棱镜的第四色散斜面 与垂直于光轴直线的夹角； y3为单色光与所述第二片 上棱镜的第四色散斜面的相交点至光 轴的距离； x4为所述第四色散斜面与光轴的交点至芯片底板的边缘面之间的距离； ρ 为单色 光经过所述第二片上棱镜的第四色散斜 面时的折 射角； 并且所述 光谱的色散展宽为： 最小 波长单色光的y值减去最大波长单色光的y值。 7.根据权利要求6所述的微流控芯片， 其特征在于， 所述芯片底板为玻璃材质时， 所述 光谱的色散展宽的范围为1～3 0毫米。 8.根据权利要求6所述的微 流控芯片， 其特 征在于， 所述芯片底板为玻璃材质时： 0.2mm≤s3≤5mm； 0°≤α ≤40°； 0°≤β ≤45°；‑70°≤γ≤5.7°； 11°≤ δ≤75°； 0.1mm≤x1≤3mm； 0.1mm≤x2≤3mm； 0.1mm≤x3≤3mm； 0.1mm≤x4≤30mm； 其中， s3为所述第二弧面与所述第一片上棱镜的第一色散斜面与光轴交点之间的最大 距离； α 为所述第二弧面出射的复色平行光经过所述第一片上棱镜的第一色散斜面时的入 射角或者所述第一片上棱镜的第一色散斜面与垂直于光轴直线的夹角； β 为所述第一片上 棱镜的第二色散斜面与垂直于光轴直线的夹角； x1为所述第一色散斜面与光轴的交点至所 述第二色散斜面与光轴的交点的距离； x2为所述第二色散斜面与光轴的交点至所述第三色 散斜面与光轴的交点的距离； x3为所述第三色散斜面与光轴的交点至所述第四色散斜面与 光轴的交点的距离 。 9.根据权利要求1 ‑8中任一项所述的微流控芯片， 其特征在于， 还包括透明的芯片顶 盖， 所述芯片顶盖密封 设置于所述芯片底板上， 且 所述芯片顶盖 设有进样孔和出样孔， 所述 进样孔和所述出样孔与所述样本流道的两端对应连通。 10.一种光谱信 息检测系统， 其特征在于， 包括： 光谱检测装置和权利要求1 ‑9中任一项 所述的微 流控芯片， 所述 光谱检测装置用于检测所述 光谱。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114894728 A 3