[發明專利]生物傳感器及其制造方法、生物傳感器測試系統

有效

• 申請號: 201110360219.9
• 申請日: 2011-11-14
• 公開（公告）號: CN103105378A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 史麗娜;李海亮;杜宇禪;牛潔斌;朱效立;李冬梅;謝常青;劉明
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: G01N21/55
• 分類號: G01N21/55
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 逯長明;王寶筠

技術領域

本發明涉及傳感器技術，更具體地說，涉及一種生物傳感器及其制造方法。

背景技術

生物傳感器是用于檢測固定化生物成分或生物體(待測生物體)的傳感器，固定化生物成分或生物體例如酶、抗體、抗原、微生物、細胞、組織、核酸等生物活性物質，廣泛應用于生物技術、環境監測、醫療威盛和食品檢驗等領域。

目前，表面等離子體共振(SPR)技術的生物傳感器以其較高的靈敏度以及高效性得到了廣泛的應用和快速的發展。表面等離子體(SP)是沿著金屬和待測生物體的界面傳播的電磁波，形成SPR的必要條件之一是金屬與待測生物體界面的存在。當一束偏振光以特定的入射角從金屬膜下面入射到金屬/介質界面上時，會發生全反射，在金屬膜上表面會激發起表面等離子體，由于表面等離子體共振的產生，在這個角度反射率顯著減小。SPR對附著在金屬表面的待測生物體的折射率非常敏感，而折射率是所有材料的固有特征，因此，可以通過對待測生物體的折射率的變化是實現待測生物體的檢測。

典型的SPR生物傳感器為棱鏡型，包括棱鏡結構，如Kretschmann棱鏡結構，以及棱鏡結構上鍍的金屬膜，例如Au、Ag膜等，待測生物體放置于金屬膜上，p偏振光經過棱鏡以一定角度入射到棱鏡與金屬膜的界面，對于一定的入射角度和光波長，棱鏡提供入射電磁波和表面等離子體之間的波矢匹配，棱鏡型的SPR生物傳感器的靈敏度較高。然而，棱鏡結構本身體積大、造價高，導致棱鏡型的SPR生物傳感器的體積龐大、成本高，通常適用于實驗室中進行檢測，不易攜帶，也不易集成。

發明內容

本發明實施例提供一種生物傳感器，易于集成和制造，成本低。

為實現上述目的，本發明實施例提供了如下技術方案：

一種生物傳感器，包括：

透光襯底；

透光襯底上的支撐柱陣列，所述支撐柱陣列包括多個支撐柱，每個支撐柱上表面形成有金屬層。

可選地，所述金屬層為金、銀或鋁。

可選地，所述金屬層的寬度或直徑為50-150納米。

可選地，所述金屬層的厚度為50-150納米。

可選地，所述支撐柱與襯底為相同的材料，所述襯底為二氧化硅、碳化硅或氮化硅。

可選地，所述支撐柱陣列至少為兩列，每列至少包括兩個支撐柱，支撐柱之間的間隔相等。

可選地，支撐柱上的金屬層之間的間隔為150-750納米。

此外，本發明還提供了包括上述生物傳感器的生物傳感器檢查系統，包括：上述任一生物傳感器，所述生物傳感器的金屬層上及支撐柱之間的待測生物體，位于待測生物體之上的光源，以及位于襯底之下的光譜儀。

此外，本發明還提供了上述生物傳感器的制造方法，包括：

提供透光襯底；

在所述透光襯底上形成包括多個支撐柱的支撐柱陣列，以及在所述支撐柱上表面形成金屬層。

可選地，所述支撐柱陣列通過刻蝕所述透光襯底形成。

可選地，在提供透光襯底之后，形成支撐柱陣列之前，還包括步驟：在所述透光襯底上形成材料層；

在所述透光襯底上形成包括多個支撐柱的支撐柱陣列的步驟為：通過刻蝕所述材料層，在所述透光襯底上形成包括多個支撐柱的支撐柱陣列。

可選地，所述金屬層的寬度或直徑為50-150納米，支撐柱上的金屬層之間的間隔為150-750納米。

與現有技術相比，上述技術方案具有以下優點：

本發明實施例的生物傳感器及其制造方法，通過在透明襯底上形成有支撐柱陣列，每個支撐柱上具有金屬層，所有的金屬層構成了陣列排布的陣列金屬層結構，這種傳感器結構可采用標準的半導體工藝制作，因此體積小且易于集成，且制造成本低。在進行檢測時，支撐柱之間的間隔內也充滿了待測生物體，金屬層陣列結構幾乎被包圍在待測生物體內，相對于無支撐柱陣列的一般結構，我們這種結構支持極窄帶寬的共有化共振模式，這種模式對金屬表面折射率的變化極其敏感。同時陣列結構中的布拉格散射可以提供激發表面等離子體共振所需的波矢匹配，而無需使用棱鏡結構，因此這種生物傳感器體積小且靈敏度高。

附圖說明

通過附圖所示，本發明的上述及其它目的、特征和優勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分。并未刻意按實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在于示出本發明的主旨。

圖1為根據本發明實施例的生物傳感器的俯視圖；

圖2為根據本發明實施例的生物傳感器的AA’向剖視圖；

圖3為根據本發明實施例的生物傳感器的測試系統的結構示意圖；