一種基于微納結(jié)構(gòu)的壓電聲波生物傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于微納結(jié)構(gòu)的壓電聲波生物傳感器，包括石英晶振片和頻率計(jì)，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(jì)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)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)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(lái)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，而且提供一種一種新型的傳感器件，增強(qiáng)了這種QCM生物傳感器的應(yīng)用范圍。
【專利說(shuō)明】一種基于微納結(jié)構(gòu)的壓電聲波生物傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]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)】
[0002]石英晶體微天平(QCM)是基于石英晶體的壓電效應(yīng)對(duì)其電極表面質(zhì)量變化進(jìn)行測(cè)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(chǎng)，晶片會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形。相反，若在晶片上施加機(jī)械壓力，則在晶片相應(yīng)的方向上產(chǎn)生一定的電場(chǎng)。由于其具有納克級(jí)的質(zhì)量響應(yīng)靈敏度，使得QCM廣泛運(yùn)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(cè)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(dòng)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(cè)抗原、抗體、血細(xì)胞、病原微生物、核酸及蛋白質(zhì)等。
[0003]作為一種高靈敏度的生物傳感器而言，一個(gè)重要的參數(shù)就是其檢測(cè)的靈敏度。對(duì)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(cè)靈敏度，一方面可以通過(guò)采用較高共振頻率的石英晶振片，目前市場(chǎng)上常見(jiàn)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(shí)是通過(guò)“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(wèn)題，一方面是密封或粘貼固定的方式對(duì)于薄的石英晶振片將產(chǎn)生額外的機(jī)械應(yīng)力，這將嚴(yán)重影響QCM的信號(hào)及其檢測(cè)靈敏度；另外一方面，薄的石英晶振片在操作時(shí)更容易損壞，使用成本變高。對(duì)此，商業(yè)化的QCM目前目前主要采取兩種方式提高檢測(cè)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(guó)3T公司的QCM則采用1MHz的石英晶振片。
[0004]要提高QCM儀器本身的檢測(cè)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(cè)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(wú)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】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是增加石英晶片的表面積，以此來(lái)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(cè)靈敏度。
[0006]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0007]—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(jì)，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(jì)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)。
[0008]進(jìn)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)。
[0009]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1min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?5 μ m之間，90°C下烘5?30min，接著，將涂有光刻膠的石英晶振片進(jìn)行紫外或深紫外曝光，，曝光時(shí)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(fù)膠微米結(jié)構(gòu)。
[0010]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1min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lOmin，之后在120°C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?2μπι之間，120°C下烘5?15min，接著，將涂有電子束光刻膠的石英晶振片進(jìn)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(fù)膠納米結(jié)構(gòu)或微米結(jié)構(gòu)。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)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(lái)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(qiáng)了這種QCM生物傳感器的應(yīng)用范圍。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:
[0014]如圖1所示，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(jì)1，所述石英晶振片包括石英晶片2、設(shè)置在石英晶片2上部的工作電極3、設(shè)置在石英晶片2下部的下電極4，所述頻率計(jì)I連接工作電極3和下電極4，所述石英晶振片表面設(shè)置微米結(jié)構(gòu)5或納米結(jié)構(gòu)5。
[0015]使用時(shí)，石英晶振片清洗后，進(jìn)行化學(xué)修飾，然后將其浸入2.5%的戊二醛溶液中反應(yīng)I小時(shí)；然后就可以進(jìn)行生物分子識(shí)別元件6(抗體、DNA、酶等生物分子等)的固定，之后進(jìn)行待測(cè)生物分子的檢測(cè)。
[0016]實(shí)施例1
[0017]將石英晶振片依次用丙酮、乙醇各超聲1min后吹干，用氧氣等離子體處理5min ;然后旋涂一層六甲基二娃氮燒,然后旋涂一層光刻膠,光刻膠厚度為5ym,90°C下烘30min，接著，將涂有光刻膠的石英晶振片進(jìn)行紫外或深紫外曝光，曝光時(shí)間5s，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(fù)膠微米結(jié)構(gòu)。
[0018]實(shí)施例2
[0019]將石英晶振片依次用丙酮、乙醇各超聲1min后吹干,用氧氣等離子體處理5min ；然后旋涂一層六甲基二娃氮燒，然后旋涂一層光刻膠，光刻膠厚度為0.5 μ m, 90 °C下烘5min，接著，將涂有光刻膠的石英晶振片進(jìn)行紫外或深紫外曝光，曝光時(shí)間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(fù)膠微米結(jié)構(gòu)。
[0020]實(shí)施例3
[0021]將石英晶振片依次用丙酮、乙醇各超聲1min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lOmin，之后在120°C下烘5min ;然后旋涂一層電子束光刻膠，電子束光刻膠厚度為2μm，12(rC下烘15min，接著，將涂有電子束光刻膠的石英晶振片進(jìn)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(fù)膠納米級(jí)結(jié)構(gòu)。
[0022]實(shí)施例4
[0023]將石英晶振片依次用丙酮、乙醇各超聲1min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lOmin，之后在120°C下烘5min ;然后旋涂一層電子束光刻膠，電子束光刻膠厚度為0.2 4!11，1201:下烘51^11，接著，將涂有電子束光刻膠的石英晶振片進(jìn)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(fù)膠納米級(jí)結(jié)構(gòu)。
[0024]實(shí)施例5
[0025]將石英晶振片依次用丙酮、乙醇各超聲1min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lOmin，之后在120°C下烘5min ;然后旋涂一層電子束光刻膠，電子束光刻膠厚度為I μ m，120°C下烘lOmin，接著，將涂有電子束光刻膠的石英晶振片進(jìn)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(fù)膠微納米級(jí)結(jié)構(gòu)。
[0026]實(shí)施例6
[0027]采用S12類型的光刻膠的1HMz石英晶振片，用0.1 % APTES的甲苯溶液或乙醇溶液進(jìn)行氨基化修飾，然后將其浸入2.5%的戊二醛水溶液中反應(yīng)I小時(shí)；然后就可以進(jìn)行生物分子識(shí)別元件比如抗體、DNA、酶等生物分子的固定，之后進(jìn)行待測(cè)生物分子的檢測(cè)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于微納結(jié)構(gòu)的壓電聲波生物傳感器，包括石英晶振片和頻率計(jì)，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(jì)連接工作電極和下電極，其特征在于，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)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微納結(jié)構(gòu)的壓電聲波生物傳感器，其特征在于，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)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于微納結(jié)構(gòu)的壓電聲波生物傳感器，其特征在于，所述微米結(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lOmin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?5μπι之間，90°C下烘5?30min，接著，將涂有光刻膠的石英晶振片進(jìn)行紫外或深紫外曝光，曝光時(shí)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(fù)膠微米結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于微納結(jié)構(gòu)的壓電聲波生物傳感器，其特征在于，所述微米結(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lOmin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lOmin，之后在120°C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?2μπι之間，120°C下烘5?15min，接著，將涂有電子束光刻膠的石英晶振片進(jìn)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(fù)膠納米結(jié)構(gòu)或微米結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】G01N5/00GK104406881SQ201410660446
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】張志強(qiáng), 黎海文, 吳一輝 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所