[發(fā)明專利]一種基于微納結(jié)構(gòu)的壓電聲波生物傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410660446.7
• 申請日: 2014-11-18
• 公開（公告）號: CN104406881B
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張志強;黎海文;吳一輝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所
• 主分類號: G01N5/00
• 分類號: G01N5/00;B81B7/02
• 代理公司: 北京科億知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11350
• 代理人: 湯東鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于微納結(jié)構(gòu)的壓電聲波生物傳感器。

背景技術(shù)

石英晶體微天平(QCM)是基于石英晶體的壓電效應(yīng)對其電極表面質(zhì)量變化進行測量的儀器。壓電效應(yīng)是由Pierre Curie和Jacques Curie兄弟在1880年發(fā)現(xiàn)的，即在石英晶片加一電場，晶片會產(chǎn)生機械變形。相反，若在晶片上施加機械壓力，則在晶片相應(yīng)的方向上產(chǎn)生一定的電場。由于其具有納克級的質(zhì)量響應(yīng)靈敏度，使得QCM廣泛運用于工業(yè)鍍膜、分析化學(xué)、分子生物學(xué)、免疫學(xué)、遺傳學(xué)、環(huán)境科學(xué)以及其它一些涉及質(zhì)量、密度及粘度等檢測領(lǐng)域。瑞典的Q-Sense公司的QCM儀器性能在同行業(yè)中處于領(lǐng)先地位，在分子生物學(xué)領(lǐng)域中主要用于研究生物活性分子之間的相互作用，比如蛋白質(zhì)吸附動力學(xué)、抗原/抗體相互作用、DNA雜交、適配體-蛋白相互作用等方面；在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中用于研究或檢測抗原、抗體、血細胞、病原微生物、核酸及蛋白質(zhì)等。

作為一種高靈敏度的生物傳感器而言，一個重要的參數(shù)就是其檢測的靈敏度。對于QCM，其質(zhì)量靈敏度與它的共振頻率有關(guān)，共振頻率越高，其質(zhì)量靈敏度就越高。要提高QCM儀器本身的檢測靈敏度，一方面可以通過采用較高共振頻率的石英晶振片，目前市場上常見的石英晶振片的頻率為5MHz。如果采用更高共振頻率的石英晶振片，雖然理論上可以得到較高的質(zhì)量靈敏度，但是晶振片的厚度跟它的共振頻率成反比，即共振頻率越高，其晶振片的厚度越薄。然而，晶振片在使用時是通過“O”型橡膠圈壓緊密封或者粘接的方式將其固定在液體反應(yīng)流通池中，如果采用較薄的石英晶振片將導(dǎo)致一些問題，一方面是密封或粘貼固定的方式對于薄的石英晶振片將產(chǎn)生額外的機械應(yīng)力，這將嚴重影響QCM的信號及其檢測靈敏度；另外一方面，薄的石英晶振片在操作時更容易損壞，使用成本變高。對此，商業(yè)化的QCM目前目前主要采取兩種方式提高檢測靈敏度，比如Q-Sense公司采用5MHz晶振片的高次諧振頻率(15MHz、25MHz、35MHz)方式，德國3T公司的QCM則采用10MHz的石英晶振片。

要提高QCM儀器本身的檢測靈敏度的另外一種方法是增加單位面積內(nèi)結(jié)合在石英晶振片中的生物分子的數(shù)量。然而，目前商品化QCM儀器用于生物類檢測的石英晶振片都采用拋光的石英晶振片，拋光的石英晶振片表面平滑，粗糙度較小，可以看做是平面型的反應(yīng)表面；而未拋光的石英晶振片表面粗糙度較大，雖然可以在一定程度上提高晶振片的表面積，但是其粗糙結(jié)構(gòu)的形貌和大小無法控制，這是由拋光工藝所決定的，很難得到高一致性的粗糙表面。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是增加石英晶片的表面積，以此來增加單位面積內(nèi)結(jié)合在石英晶振片中的生物分子的數(shù)量，從而提高QCM生物傳感器的檢測靈敏度。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種基于微納結(jié)構(gòu)的壓電聲波生物傳感器，包括石英晶振片和頻率計，所述石英晶振片包括石英晶片、設(shè)置在石英晶片上部的工作電極、設(shè)置在石英晶片下部的下電極，所述頻率計連接工作電極和下電極，所述石英晶振片表面設(shè)置微米結(jié)構(gòu)或納米結(jié)構(gòu)。

進一步，在石英晶振片上旋涂一層光刻膠，經(jīng)曝光、顯影后得到微米結(jié)構(gòu)或納米結(jié)構(gòu)。

微米結(jié)構(gòu)的制作方法是：將石英晶振片依次用丙酮、乙醇各超聲10min后吹干，用氧氣等離子體處理5min；然后旋涂一層六甲基二硅氮烷，然后旋涂一層光刻膠，光刻膠厚度在0.2～5μm之間，90℃下烘5～30min，接著，將涂有光刻膠的石英晶振片進行紫外或深紫外曝光，，曝光時間5s～3min，然后，將曝光后的石英晶振片浸入顯影液中，顯影后得到正膠或負膠微米結(jié)構(gòu)。

微米結(jié)構(gòu)或納米結(jié)構(gòu)的制作方法是：將石英晶振片依次用丙酮、乙醇各超聲10min后吹干，用氧氣等離子體處理5min；然后旋涂一層粘附劑聚乙烯吡咯烷酮或三甲氧基硅烷，然后將其放入乙醇和去離子水中各清洗10min，之后在120℃下烘5min；然后旋涂一層電子束光刻膠，電子束光刻膠厚度在0.2～2μm之間，120℃下烘5～15min，接著，將涂有電子束光刻膠的石英晶振片進行電子束曝光，然后，將曝光后的石英晶振片浸入顯影液中，顯影后得到正膠或負膠納米結(jié)構(gòu)或微米結(jié)構(gòu)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過微納加工工藝可以在石英晶振片表面精確制作不同尺寸、不同形貌的微米納米結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)不同的用途來調(diào)整微米納米結(jié)構(gòu)，不僅體現(xiàn)了本發(fā)明的應(yīng)用靈活性，而且提供一種新型的傳感器件，增強了這種QCM生物傳感器的應(yīng)用范圍。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式