專利名稱：全塑型光尋址生化傳感器芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于傳感技術(shù)，特別是指采用有機材料制成的光尋址的生物、化學(xué)陣列傳感器。
背景技術(shù)：
以半導(dǎo)體單晶硅為材料的光尋址電位傳感器(Light AddressablePotentiometric Sensor，LAPS)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。半導(dǎo)體和電解質(zhì)溶液之間被絕緣層隔開形成電解質(zhì)/電解質(zhì)/半導(dǎo)體(EIS)結(jié)構(gòu)。調(diào)節(jié)偏置電壓使半導(dǎo)體處于不同的偏置狀態(tài)(-3V～+3V)，經(jīng)過強度調(diào)制的光源(如LED或激光)從背面對此EIS結(jié)構(gòu)進行照射，在半導(dǎo)體中產(chǎn)生電子空穴對。當半導(dǎo)體與絕緣層接觸的表面處于電荷積累狀態(tài)時，半導(dǎo)體表面的電場為零，電子空穴對不會在此分開，所以光生電流基本為零；當半導(dǎo)體表面處于耗盡狀態(tài)時，這些電子空穴對可能通過擴散作用進入耗盡層。耗盡層中的電場將光生電子空穴對分開，從而在回路中產(chǎn)生光生電流。光電流隨著偏置狀態(tài)改變而變化，形成LAPS曲線，也體現(xiàn)了器件的C-V特性。
LAPS的敏感原理是基于EIS的電場效應(yīng)，使其C-V曲線對絕緣層與電解質(zhì)溶液間的界面電位變化敏感。在信號采集時，LAPS采用調(diào)制光束照射，并采用鎖相檢測技術(shù)對響應(yīng)信號進行檢測，這時的C-V曲線特性將在LAPS曲線(光電流-偏置電壓關(guān)系曲線)的偏移中體現(xiàn)。LAPS典型的響應(yīng)曲線如圖2所示，測量不同pH值的緩沖溶液對應(yīng)不同的LAPS曲線。由于敏感膜的存在，敏感膜表面吸附一層離子形成膜電位，從而導(dǎo)致絕緣體和半導(dǎo)體兩端的電壓產(chǎn)生一定的偏移。光電流一偏置電壓曲線也因此產(chǎn)生相應(yīng)的偏移。曲線的偏移量與溶液中待測離子的濃度是相關(guān)的。因此通過測量曲線的偏移量可以檢測出待測離子的濃度。如果絕緣膜表面固定具有特異性分子識別功能的抗體、單鏈DNA或RNA等，與待測溶液的抗原、對應(yīng)的單鏈DNA或RNA特異性結(jié)合，絕緣膜的膜電位發(fā)生變化，通過檢測LAPS曲線的平移量，檢測待測溶液的抗原、對應(yīng)的單鏈DNA或RNA的濃度。LAPS芯片上有幾十個單元，可以固定不同敏感材料，組成光尋址的生物傳感器陣列。
本發(fā)明提出的一種采用有機材料制成的光尋址的生物、化學(xué)陣列傳感器。自70年代末導(dǎo)電聚合物出現(xiàn)以來，由于其特殊的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理化學(xué)性能受到各領(lǐng)域科學(xué)工作者的關(guān)注，在能源、光電器件、信息、傳感器、分子導(dǎo)線和分子器件上有著廣泛、誘人的應(yīng)用前景。80年代末，導(dǎo)電聚合物材料應(yīng)用于傳感器的研究，以無金屬酞菁化合物、聚吡咯、聚苯胺為典型的有機導(dǎo)體材料，具有成本低、較好的導(dǎo)電性、光電性、可以方便地沉積在各種基片上等優(yōu)點，可以制作成生物傳感器、離子敏傳感器、氣敏傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提出一種采用有機材料制成的全塑型生物、化學(xué)陣列傳感器設(shè)計，傳感器保持光尋址電位傳感器的相應(yīng)功能，同時具有可以制作在塑料膜上、成本低、工藝簡單、易與目前的尼龍膜生物芯片兼容等優(yōu)點。
本發(fā)明一種全塑型光尋址生化傳感器芯片，其特征在于，其中包括一基片，基片聚合成形時，嵌入一根電極引線；一透明導(dǎo)電膜，該透明導(dǎo)電膜制作在基片的另一面，與電極引線導(dǎo)通；一光電導(dǎo)層組件，該光電導(dǎo)層制作在透明導(dǎo)電膜的另一面；一絕緣層制作在光電導(dǎo)層的另一面；一導(dǎo)電聚合物薄膜制作在絕緣層的另一面；一生物敏感膜區(qū)域網(wǎng)格制作在絕緣層的一面；密封膠封裝在上述結(jié)構(gòu)的側(cè)面四周，最終完成器件的基本芯片。
其中該基片是由高分子材料組成的透明薄片。
其中光電導(dǎo)層組件包括一光電導(dǎo)層是絕緣材料組成，通過光刻工藝制成的網(wǎng)格制作在透明導(dǎo)電膜的另一面，厚度約1μm；一光電導(dǎo)薄膜由無金屬酞菁化合物或細菌視紫紅質(zhì)光電導(dǎo)材料制成，受光照產(chǎn)生載流子，光電導(dǎo)薄膜采用LB沉積法制作在光電導(dǎo)層上面。
其中生物敏感膜區(qū)域網(wǎng)格包括一絕緣部分是由聚酰亞胺絕緣材料組成，通過光刻工藝制成的網(wǎng)格制作在導(dǎo)電聚合物薄膜的另一面；導(dǎo)電聚合物薄膜沒有被絕緣部分擋住的部分為生物敏感膜。
其中該透明導(dǎo)電膜是由氧化銦錫ITO材料制成的薄膜100nm左右。
其中絕緣層，采用聚氯乙烯材料，厚度約50-80nm。
其中導(dǎo)電聚合物薄膜，采用聚吡咯材料，厚度50-80nm。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的LAPS結(jié)構(gòu)圖；圖2是利用現(xiàn)有技術(shù)LAPS裝置的測量曲線圖；圖3是本發(fā)明全塑型光尋址生化傳感器基本芯片a結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明光電導(dǎo)層組件a4結(jié)構(gòu)圖；圖5是本發(fā)明生物敏感膜區(qū)域網(wǎng)格a7結(jié)構(gòu)圖；圖6是本發(fā)明生物敏感膜固定化模具b結(jié)構(gòu)圖；圖7全塑型光尋址生化傳感器固定了生物膜的芯片C結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
請參閱圖3及圖4，本發(fā)明一種全塑型光尋址生化傳感器基本芯片a如圖3所示，其中包括一基片a1，該基片a1是由高分子材料組成的透明薄片，基片a1在聚合成形時，嵌入一根金屬引線a2，從基片a1的一面引向另一面，成為芯片的工作電極；一透明導(dǎo)電膜a3，該透明導(dǎo)電膜a3制作在基片a1的另一面，與電極引線a2導(dǎo)通；一光電導(dǎo)層組件a4，該光電導(dǎo)層a4制作在透明導(dǎo)電膜a3的另一面，尋址光束從基片a1背面照射，透過基片a1和明導(dǎo)電膜a3，照射在光電導(dǎo)層組件a4的光電導(dǎo)層某一單元，將產(chǎn)生載流子成為光導(dǎo)體；請參閱圖4，光電導(dǎo)層組件a4結(jié)構(gòu)如圖4所示，其中一光隔離網(wǎng)格a41是由黑色的光絕緣材料組成，通過光刻工藝制成的網(wǎng)格制作在透明導(dǎo)電膜a3的另一面，使得每一個透光區(qū)面積相等；一光電導(dǎo)薄膜a42由光電導(dǎo)材料制成，受光照將產(chǎn)生載流子，光電導(dǎo)薄膜a42制作在光電導(dǎo)層a41上面，由于光隔離網(wǎng)格a41的光柵作用，使光電導(dǎo)薄膜a42被分割成一個個規(guī)則排列的、受光面積相等的光導(dǎo)電單元；一絕緣層a5制作在光電導(dǎo)層a4的另一面，起著電容介質(zhì)的作用，在光電導(dǎo)層a4與絕緣層介面產(chǎn)生電荷積累；一導(dǎo)電聚合物薄膜a6制作在絕緣層a5的另一面，作為敏感介質(zhì)對溶液離子敏感，在待測溶液中，表面將感應(yīng)產(chǎn)生膜電位，并且導(dǎo)電聚合物薄膜a6容易與生物敏感膜結(jié)合，實現(xiàn)生物敏感膜的固定化。
請參閱圖5，生物敏感膜區(qū)域網(wǎng)格a7如圖5所示，其中一絕緣部分a71是由聚酰亞胺絕緣材料組成，通過光刻工藝制成的網(wǎng)格制作在導(dǎo)電聚合物薄膜a6的另一面，把導(dǎo)電聚合物薄膜a6表而分成相等的區(qū)域；導(dǎo)電聚合物薄膜a6沒有被絕緣部分a71擋住的部分為裸露部分，裸露部分作為離子敏感單元a72，每個單元的面積相等，它的表面可以固定生物敏感膜；
請參閱圖3，密封膠a8封裝在上述結(jié)構(gòu)的側(cè)面四周，最終完成器件的基本芯片a。
請參閱圖6，本發(fā)明的生物敏感膜固定化模具b，其中包括一生物敏感膜固定化模具b，采用通常絲網(wǎng)印刷技術(shù)制成絲網(wǎng)網(wǎng)版，絲網(wǎng)的網(wǎng)格全部被光刻膠覆蓋部分為b1；一模具b只有中間有一個方格b2的絲網(wǎng)是裸露著，方格的大小尺寸與離子敏感單元a72面積一致；請參閱圖7，構(gòu)成全塑型光尋址生化傳感器芯片C一在全塑型光尋址生化傳感器芯片基本芯片a的表面，經(jīng)過表面清洗和化學(xué)修飾后，上面放上生物敏感膜固定化模具b，將絲網(wǎng)裸露著的方格b2與生物敏感膜區(qū)域網(wǎng)格的裸露部分a72其中一方格對準，將需要固定的固定各種不同的免疫抗體或單鏈DNA等材料，根據(jù)固定化技術(shù)要求配制成交聯(lián)試劑，用絲網(wǎng)印刷方法，分別將試劑對應(yīng)地固定到?jīng)]有絕緣部分a71的生物敏感膜區(qū)域?qū)щ娋酆衔锉∧6的表面，形成相應(yīng)的生物敏感膜，構(gòu)成全塑型光尋址生化傳感器芯片C。
在大規(guī)模生產(chǎn)時，全塑型光尋址生化傳感器芯片基本芯片a可以分步重復(fù)地制作在一張塑料膜上；作為生物敏感膜同定化模具b絲網(wǎng)，也將對應(yīng)地分部步重復(fù)地制作在一張絲網(wǎng)上，通過絲網(wǎng)印刷技術(shù)實現(xiàn)生物敏感膜固定化的批量生產(chǎn)。
全塑型光尋址生化傳感器芯片C，可以用于現(xiàn)有的光尋址電位傳感器檢測技術(shù)中，組成光尋址生化傳感器。
權(quán)利要求
1.一種全塑型光尋址生化傳感器芯片，其特征在于，其中包括一基片，基片聚合成形時，嵌入一根電極引線；一透明導(dǎo)電膜，該透明導(dǎo)電膜制作在基片的另一面，與電極引線導(dǎo)通；一光電導(dǎo)層組件，該光電導(dǎo)層制作在透明導(dǎo)電膜的另一面；一絕緣層制作在光電導(dǎo)層的另一面；一導(dǎo)電聚合物薄膜制作在絕緣層的另一面；一生物敏感膜區(qū)域網(wǎng)格制作在絕緣層的一面；密封膠封裝在上述結(jié)構(gòu)的側(cè)面四周，最終完成器件的基本芯片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全塑型光尋址生化傳感器芯片，其特征在于，其中該基片是由高分子材料組成的透明薄片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全塑型光尋址生化傳感器芯片，其特征在于，其中光電導(dǎo)層組件包括一光電導(dǎo)層是絕緣材料組成，通過光刻工藝制成的網(wǎng)格制作在透明導(dǎo)電膜的另一面，厚度約1μm；一光電導(dǎo)薄膜由無金屬酞菁化合物或細菌視紫紅質(zhì)光電導(dǎo)材料制成，受光照產(chǎn)生載流子，光電導(dǎo)薄膜采用LB沉積法制作在光電導(dǎo)層上面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全塑型光尋址生化傳感器芯片，其特征在于，其中生物敏感膜區(qū)域網(wǎng)格包括一絕緣部分是由聚酰亞胺絕緣材料組成，通過光刻工藝制成的網(wǎng)格制作在導(dǎo)電聚合物薄膜的另一面；導(dǎo)電聚合物薄膜沒有被絕緣部分擋住的部分為生物敏感膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全塑型光尋址生化傳感器芯片，具特征在于，其中該透明導(dǎo)電膜是由氧化銦錫ITO材料制成的薄膜100nm左右。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全塑型光尋址生化傳感器芯片，其特征在于，其中絕緣層，采用聚氯乙烯材料，厚度約50-80nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全塑型光尋址生化傳感器芯片，其特征在于，其中導(dǎo)電聚合物薄膜，采用聚吡咯材料，厚度50-80nm。
全文摘要
一種全塑型光尋址生化傳感器芯片，其特征在于，其中包括一基片，基片聚合成形時，嵌入一根電極引線；一透明導(dǎo)電膜，該透明導(dǎo)電膜制作在基片的另一面，與電極引線導(dǎo)通；一光電導(dǎo)層組件，該光電導(dǎo)層制作在透明導(dǎo)電膜的另一面；一絕緣層制作在光電導(dǎo)層的另一面；一導(dǎo)電聚合物薄膜制作在絕緣層的另一面；一生物敏感膜區(qū)域網(wǎng)格制作在絕緣層的一面；密封膠封裝在上述結(jié)構(gòu)的側(cè)面四周，最終完成器件的基本芯片。
文檔編號G01N33/53GK1553176SQ0313843
公開日2004年12月8日 申請日期2003年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月2日
發(fā)明者韓涇鴻, 張虹 申請人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所