液相檢測(cè)的諧振式微懸臂梁生化傳感器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微納傳感器領(lǐng)域，特別是涉及一種液相檢測(cè)的諧振式微懸臂梁生化傳感器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微納生化傳感器作為一種重要的生化檢測(cè)手段，在環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品工業(yè)、醫(yī)學(xué)診斷、國家安全等方面有著廣泛的應(yīng)用。基于MEMS工藝制造的諧振式微懸臂梁生化傳感器是目前傳感器前沿研宄領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。諧振式微懸臂梁傳感器屬于質(zhì)量型傳感器，本身具有靈敏度高、功耗低、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。與石英晶體微天平(QCM，Quartz CrystalMicrobalance)等其他諧振式傳感器以及電化學(xué)傳感器相比，諧振式微懸臂梁傳感器同時(shí)具有與IC工藝兼容、可大批量生產(chǎn)、可集成、微型化、成本低、可陣列化等種種優(yōu)點(diǎn)，在高性能便攜式分析儀器上具有很大的應(yīng)用前景。
[0003]一般來說，微懸臂梁傳感器主要由微懸臂梁、敏感膜和接口電路組成。其工作原理如下:在微懸臂梁表面固定特異性敏感膜，當(dāng)敏感膜對(duì)目標(biāo)分子發(fā)生特異性吸附后，會(huì)引起懸臂梁的質(zhì)量增加，從而導(dǎo)致懸臂梁的諧振頻率下降。通過接口電路監(jiān)測(cè)諧振頻率下降的數(shù)值，并根據(jù)該傳感器的設(shè)計(jì)質(zhì)量檢測(cè)靈敏度，便可以得到吸附的目標(biāo)分子的質(zhì)量。傳統(tǒng)的諧振式微懸臂梁傳感器一般用于氣相檢測(cè)，很少用于液相檢測(cè)。這是由于在液相環(huán)境工作時(shí)，諧振式微懸臂梁受到的阻尼相比氣相環(huán)境下大大增加，因此一般情況下液體環(huán)境中的Q值將比氣相環(huán)境下低2個(gè)數(shù)量級(jí)以上，從而導(dǎo)致靈敏度大大下降。而大量的生物和化學(xué)檢測(cè)和分析是要在液相環(huán)境下完成的，這對(duì)諧振式微懸臂梁的設(shè)計(jì)提出了挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種液相檢測(cè)的諧振式微懸臂梁生化傳感器及其制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中用于液相檢測(cè)的諧振式微懸臂梁傳感器受到的阻尼相比氣相環(huán)境下大大增加，從而導(dǎo)致靈敏度大大下降的問題。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種液相檢測(cè)的諧振式微懸臂梁生化傳感器，所述液相檢測(cè)的諧振式微懸臂梁生化傳感器至少包括:
[0006]諧振式微懸臂梁，所述諧振式微懸臂梁的上表面設(shè)置有疏水薄膜，所述疏水薄膜與所述諧振式微懸臂梁之間形成空腔；所述諧振式微懸臂梁的敏感區(qū)域上方的所述疏水薄膜上開設(shè)有一凹孔，所述凹孔內(nèi)設(shè)置有敏感池結(jié)構(gòu)；所述敏感池結(jié)構(gòu)由所述諧振式微懸臂梁及疏水側(cè)壁圍成，所述疏水側(cè)壁與所述疏水薄膜之間形成一圈狹縫。
[0007]優(yōu)選地，所述諧振式微懸梁臂的工作模態(tài)為一階彎曲模態(tài)、扭轉(zhuǎn)模態(tài)、平面內(nèi)振動(dòng)模態(tài)或更高階的彎曲模態(tài)、扭轉(zhuǎn)模態(tài)、平面內(nèi)振動(dòng)模態(tài)。
[0008]優(yōu)選地，所述諧振式微懸梁臂的材料為結(jié)晶半導(dǎo)體、聚合物、硅化合物中的一種或者以上多種材料的復(fù)合。
[0009]優(yōu)選地，所述諧振式微懸梁臂的形狀為直條形、變截面直條形、U形、T形、三角形、音叉形中的一種或組合。
[0010]優(yōu)選地，所述諧振式微懸梁臂的激勵(lì)方式為電磁激勵(lì)、靜電激勵(lì)、逆壓電激勵(lì)、電熱激勵(lì)、光熱激勵(lì)或噪聲自激勵(lì)。
[0011]優(yōu)選地，所述諧振式微懸梁臂的檢測(cè)方式為壓電拾振、電容拾振、電磁拾振、光信號(hào)拾振或壓敏電阻拾振。
[0012]優(yōu)選地，所述疏水薄膜及所述疏水側(cè)壁的材料為聚對(duì)二甲苯。
[0013]優(yōu)選地，所述狹縫的寬度設(shè)定為2 μπι?12 μπι。
[0014]優(yōu)選地，所述諧振式微懸臂梁的敏感區(qū)域?yàn)樗鲋C振式微懸臂梁的自由端。
[0015]優(yōu)選地，所述疏水側(cè)壁的高度與所述疏水薄膜上表面齊平。
[0016]優(yōu)選地，所述敏感池結(jié)構(gòu)中填充有敏感材料。
[0017]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種液相檢測(cè)的諧振式微懸臂梁生化傳感器的制備方法，所述液相檢測(cè)的諧振式微懸臂梁生化傳感器的制備方法至少包括以下步驟:
[0018]步驟一:制作形成諧振式微懸臂梁，在所述諧振式微懸臂梁上涂光刻膠后進(jìn)行光亥|J，以在所述諧振式微懸臂梁的敏感區(qū)域上形成環(huán)狀凹槽；
[0019]步驟二:在所述諧振式微懸臂梁及所述光刻膠上沉積疏水材料，以光刻膠為掩?？涛g所述疏水材料，以形成疏水側(cè)壁及疏水薄膜，所述疏水側(cè)壁位于所述環(huán)狀凹槽中，其高度與所述疏水薄膜齊平，所述疏水側(cè)壁的外側(cè)與所述疏水薄膜之間存在狹縫；
[0020]步驟三:從背面劃片，然后去除所述光刻膠，釋放器件結(jié)構(gòu)，以形成所述疏水薄膜和所述諧振式微懸臂梁之間的空腔，以及由所述疏水側(cè)壁圍成的敏感池結(jié)構(gòu)；
[0021]步驟四:將敏感材料注入所述敏感池結(jié)構(gòu)中并固化，最終形成液相檢測(cè)的諧振式微懸臂梁生化傳感器。
[0022]優(yōu)選地，步驟一中采用旋涂或噴涂的方式將所述光刻膠涂于所述諧振式微懸臂梁上，所述光刻膠的厚度設(shè)定為I μπι?30 μπι。
[0023]優(yōu)選地，步驟一中所述環(huán)狀凹槽的寬度設(shè)定為4 μπι?10 μπι。
[0024]優(yōu)選地，所述疏水薄膜的厚度設(shè)定為4 μ m?20 μ m。
[0025]優(yōu)選地，采用氧等離子體刻蝕方法刻蝕所述疏水材料，所述氧等離子體刻蝕對(duì)所述疏水材料和所述光刻膠的刻蝕選擇比為1:1.3。
[0026]優(yōu)選地，步驟四具體包括采用噴墨滴涂或者手工涂覆的方式注入所述敏感材料，并利用烘箱固化所述敏感材料。
[0027]如上所述，本發(fā)明的液相檢測(cè)的諧振式微懸臂梁生化傳感器及其制備方法，具有以下有益效果:
[0028]本發(fā)明的液相檢測(cè)的諧振式微懸臂梁生化傳感器利用防水的聚對(duì)二甲苯(parylene)薄膜保護(hù)諧振式微懸臂梁，特別設(shè)計(jì)的狹縫結(jié)構(gòu)有效防止液體進(jìn)入聚對(duì)二甲苯薄膜下方接觸微懸臂梁，從而使得在液相檢測(cè)工作時(shí)，微懸臂梁上僅固定了敏感材料的敏感區(qū)域接觸待測(cè)液體樣品，其余部分均工作在空氣環(huán)境下，從而大大減小了阻尼，提高了傳感器的品質(zhì)因數(shù)(Q值)和靈敏度。
【附圖說明】
[0029]圖1顯示為本發(fā)明的液相檢測(cè)的諧振式微懸臂梁生化傳感器制備方法的流程示意圖。
[0030]圖2?圖6顯示為本發(fā)明的液相檢測(cè)的諧振式微懸臂梁生化傳感器制備方法各步驟示意圖。
[0031]圖7顯示為本發(fā)明的液相檢測(cè)的諧振式微懸臂梁生化傳感器的原理示意圖。
[0032]圖8顯示為本發(fā)明的液相檢測(cè)的諧振式微懸臂梁生化傳感器的檢測(cè)結(jié)果示意圖。
[0033]元件標(biāo)號(hào)說明
[0034]I諧振式微懸臂梁
[0035]2光刻膠
[0036]3疏水側(cè)壁
[0037]31敏感池結(jié)構(gòu)
[0038]4疏水薄膜
[0039]5敏感材料
[0040]6待測(cè)液體樣本
[0041]SI?S4步驟一?步驟四
【具體實(shí)施方式】
[0042]以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0043]請(qǐng)參閱圖1?圖8。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0044]實(shí)施例一:
[0045]以電熱激勵(lì)、壓阻檢測(cè)的一階彎曲模態(tài)諧振式微懸臂梁為換能器，以對(duì)P = O鍵敏感的氟化苯酚修飾的超支化聚合物為敏感材料，形成液相檢測(cè)諧振式微懸臂梁有機(jī)磷化學(xué)傳感器。如圖1?圖8所示，所述液相檢測(cè)諧振式微懸臂梁有機(jī)磷化學(xué)傳感器的制備方法包括以下步驟:
[0046]步驟一 S1:制作形成諧振式微懸臂梁I，在所述諧振式微懸臂梁I上涂光刻膠2后進(jìn)行光刻，以在所述諧振式微懸臂梁I的敏感