[發(fā)明專利]聚二甲基硅氧烷表面應(yīng)力微薄膜生物傳感器制造方法

無效

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• 申請日: 2011-11-08
• 公開（公告）號: CN102502478A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 桑勝波;張文棟;李朋偉;奉輝
• 申請（專利權(quán)）人: 太原理工大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;G01N33/48
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本技術(shù)涉及生物傳感器制造領(lǐng)域，具體是一種聚二甲基硅氧烷表面應(yīng)力微薄膜生物傳感器制造方法。

背景技術(shù)

基于表面應(yīng)力的微型生物傳感器是一種新型的生物傳感器，因其在疾病診斷、生物傳感材料研究、組織工程、表面修飾、植入式生物傳感器及藥物釋放系統(tǒng)等方面有重要應(yīng)用，近年來受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。由于其是利用反應(yīng)界面的自由能轉(zhuǎn)換進行傳感，因此不必對待測物進行標定，是一種簡單易行的生物傳感方法，通過不同的表面修飾即可實現(xiàn)對不同待測物精確檢測，具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的社會經(jīng)濟效益。

當前基于表面應(yīng)力的微型生物傳感器主要是微懸臂梁幾何結(jié)構(gòu)，通常采用傳統(tǒng)的微納加工工藝，研究表明利用此類傳感器可以對多種生化反應(yīng)進行檢測。然而，基于表面應(yīng)力的微懸臂梁生物傳感器，也存在著以下三方面的不足。首先，在傳感測試過程中，整個微懸臂梁需浸沒在待測液體中，這在生化檢測當中是非常普遍的情況，這樣，由于微懸臂梁背面對待測液存在非選擇性吸附，從而引入噪聲，這是此類傳感器的主要噪聲來源，將會嚴重的降低傳感器的信噪比。其次，基于微懸臂梁幾何結(jié)構(gòu)的材料多為硅及其氮化硅等剛性較強的材料，其楊氏模量(硅的楊氏模量為165Gpa，氮化硅的楊氏模量為310Gpa)很大，因此對于較微弱的表面應(yīng)力存在靈敏度不高的問題。再次，微懸臂梁這種幾何結(jié)構(gòu)也不便于傳感單元與信號讀出系統(tǒng)的集成。

隨著生物微機電的發(fā)展，各種有機材料在微機電系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用，例如，常用的有機材料有聚甲基苯烯酸甲酯，聚二甲基硅氧烷等，這就為克服當前此類傳感器的主要缺陷，制備出高靈敏度和精確度，便于微型化和集成化的表面應(yīng)力生物傳感器提供了重要基礎(chǔ)。基于表面應(yīng)力的有機微薄膜生物傳感器相比傳統(tǒng)此類傳感器有以下主要優(yōu)點。第一，在傳感測試過程中只有選擇性修飾表面與待測溶液接觸，從而有效地克服了傳統(tǒng)微懸臂梁表面應(yīng)力生物傳感器存在的雙面吸附問題。第二，聚二甲基硅氧烷具有很好的生物相容性，適用于制備生物傳感器，同時，其楊氏模量很小(約1.2k-0.5Gpa)并且可以經(jīng)過不同的加工工藝按照所需進行調(diào)節(jié)。這就為微弱表面應(yīng)力的檢測提供了必要條件，對于提高此類傳感器的檢測靈敏度和精度有著至關(guān)重要的作用。第三，微薄膜式的幾何結(jié)構(gòu)有利于與信號采集、讀出系統(tǒng)相集成從而為此類生物傳感器的微型化、低成本、大批量的生產(chǎn)奠定了工藝基礎(chǔ)。然而，在具體實施過程中，以聚二甲基硅氧烷微薄膜結(jié)構(gòu)為核心敏感單元的生物傳感器制備工藝，存在著許多挑戰(zhàn)，例如，怎樣獲得具有較高靈敏度、質(zhì)地均勻膜厚僅1μm的聚二甲基硅氧烷薄膜，如何實現(xiàn)微薄膜的無損釋放，另外，聚二甲基硅氧烷為有機材料，其加工工藝對溫度有很高的要求，不能在過高的溫度下處理，與傳統(tǒng)的微納加工之間存在工藝相容性問題等，本發(fā)明通過新穎的結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計成功克服了這些困難，以上即為本發(fā)明的主要構(gòu)思。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種新型的基于表面應(yīng)力的聚二甲基硅氧烷微薄膜生物傳感器的加工方法，制備用于生化檢測的表面應(yīng)力生物傳感器。以彌補傳統(tǒng)基于表面應(yīng)力生物傳感器的不足。發(fā)明中有效的克服了聚二甲基硅氧烷處理工藝與傳統(tǒng)的微納加工工藝的相容性問題。

一種聚二甲基硅氧烷表面應(yīng)力微薄膜生物傳感器制造方法，包括以下步驟：

(1)在[001]單晶硅原片兩側(cè)淀積氮化硅；

(2)在上層氮化硅的表面旋涂約1μm厚的聚二甲基硅氧烷薄膜；

(3)旋涂及曝光光刻膠；

(4)蒸鍍厚度為20nm，長×寬＝390μm×390μm的金薄膜；

(5)剝離光刻膠；

(6)在硅基片的背面旋涂、曝光光刻膠；

(7)用反應(yīng)離子刻蝕的方法刻蝕下層氮化硅；

(8)氫氧化鉀刻蝕硅；

(9)用反應(yīng)離子刻蝕的方法刻蝕上層氮化硅，釋放長×寬＝400μm×400μm的聚二甲基硅氧烷微薄膜；

(10)以熔融狀態(tài)聚二甲基硅氧烷為粘結(jié)劑在聚二甲基硅氧烷薄膜表面鍵合玻璃微腔。

所述的制造方法，所述步驟(1)包括以下步驟：

1)室溫下，以Sylgard?184和己烷為原材料按照基液∶固化劑∶己烷＝10∶1∶3(體積比)的比例配置20ml原溶液；

2)強力攪拌使原溶液混合均勻；

3)將混合均勻的原溶液倒入玻璃器皿中抽真空15分鐘以濾除氣泡；得到旋涂液；

4)使用旋涂機在上層氮化硅表面以6200rpm/132s的旋涂速率進行旋涂；