本發(fā)明屬于醫(yī)療器械技術領域，具體涉及一種可變電容式微納米生物檢測芯片及其加工方法該芯片可用于臨床生物樣本快速檢測與診斷。

背景技術：

目前臨床診斷中對抗原、抗體、小分子物質的檢測主要以膠乳增強免疫比濁法、化學發(fā)光法、免疫熒光法、膠體金法等方法為主，均以光學原理為基礎，光學儀器的分析精密度為≤5％，檢測范圍從0.001-3.500abs，存在精密度一般，檢驗范圍較窄的情況。而細菌檢測臨床以培養(yǎng)為主，存在操作麻煩、檢測周期長、漏檢率高等問題。病毒檢驗一般是以pcr擴增的方式進行檢測，檢測過程麻煩，需要專門的pcr實驗室，檢驗周期長。dna或片段目前的檢測方式主要為基因測序，代價高，成本昂貴。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種可變電容式微納米生物檢測芯片及其加工方法，該芯片可用于蛋白質、細菌、病毒、dna或片段、其它小分子有特異性結合物質的快速檢測。

本發(fā)明解決技術問題采用如下技術方案：

一種可變電容式微納米生物檢測芯片，其特點在于，包括

一極板一，所述極板一上設有若干個檢測孔，所述檢測孔底部通過一層彈性絕緣薄膜封底，被封底的檢測孔內自底部覆有一層導體或半導體鍍膜；位于所述檢測孔底部的導體或半導體鍍膜上表面固化有可發(fā)生特異性結合的物質；

一極板二，所述極板二的上表面覆有一層與極板一檢測孔面積相匹配的導體或半導體鍍膜。

進一步，所述極板一的上表面和極板二上的上表面均設有與對應導體或半導體鍍膜連接的測量觸點。

進一步，所述的檢測孔底部彈性絕緣薄膜厚度為10nm-100μm。

進一步，所述的檢測孔底部的導體或半導體鍍膜厚度為10nm-5000nm。

進一步，所述檢測孔的個數(shù)為1個或2個或2個以上；所述檢測孔的直徑為50μm-2cm。

進一步，所述檢測孔底部及內壁均覆有導體或半導體鍍膜，所述檢測孔底部的導體或半導體鍍膜與彈性絕緣薄膜結合為一體式柔性可變形薄膜。

一種可變電容式微納米生物檢測芯片檢測器，其特點在于，包括如上所述的極板一和極板二，所述檢測器還包括一用于可拆卸固定極板一和極板二的支架或固定座，以及一連接極板一和極板二測量觸電的檢測儀，所述檢測儀用于檢測極板一和極板二間的電容值。

進一步，所述極板一和極板二間的介電介質為氣體，所述極板一和極板二的導體或半導體鍍膜間距為10nm-5mm。

一種生物樣本定性或定量檢測方法，其特點在于，將可發(fā)生特異性結合的物質通過化學或物理手段固化在權利要求1所述的極板一上，當被檢測樣品通過檢測孔時，若被檢測樣品中含有與極板一上固化的物質發(fā)生特異性結合的成分時，則兩種物質發(fā)生特異性結合，產(chǎn)生收縮力，極板一薄膜收縮，通過極板一、極板二間的電容值來判定待測樣品中是否還有特定成分及特定成分的含量多少。

一種可變電容式微納米生物檢測芯片的加工方法，其特點在于，包括如下步驟：

一、極板一加工

a1：以絕緣或半導體基材為極板一，通過化學氣相沉積法，在基材的上下表面同時生長彈性絕緣薄膜；

a2：首先在彈性絕緣薄膜上蝕刻出若干檢測孔，裸漏出基材，然后再蝕刻掉檢測孔下的基材至基材下表面的彈性絕緣薄膜；

a3：在檢測孔內鍍上相應的導體或半導體材料；并保證極板一測量觸點可以從該導體或半導體鍍膜中連續(xù)延伸出來；

a4：在位于檢測孔底部的導體或半導體鍍膜上表面進行生物活性化處理，固化可與后續(xù)檢測物質發(fā)生特異性結合的物質；極板一加工完成；

二、極板二加工

b1：以絕緣基材為極板二，在極板二基材的上表面鍍上一層與極板一檢測孔面積相匹配的導體或半導體鍍膜區(qū)域；極板二加工完成。

與已有技術相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在：

本發(fā)明是以被檢測物的特異性結合為基礎，以力學形變帶動微電容的變化為原理，通過測定檢測器電容的變化，定量或定性測定樣本中的被測物，理論測量范圍從0.0001pf—9.9999f，測量精度為0.1％，具有很高的測試線性范圍和測量精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明芯片極板一結構示意圖。

圖2是本發(fā)明芯片極板二結構示意圖。

圖3為極板一的分解示意圖。

圖4為極板二加工示意圖。

圖5為本發(fā)明極板一加工流程圖。

圖6是本發(fā)明實施例5試驗結果。

圖中附圖標記：

11、極板一；

12、導體或半導體鍍膜；

13、檢測孔；

14、極板一測量觸點；

15、彈性薄膜；

16、特異性結合物質

21、極板二；

22、導體或半導體鍍膜；

23、極板二測量觸點；

3、模具。

具體實施方式

下面結合實施例，對本發(fā)明作進一步地描述。

以下實施例中，導體或半導體鍍膜包括但不限于au、pt、cu、al及其它導體或半導體材料；極板一基材包括但不限于晶圓、有機玻璃，極板二基材為任意絕緣材料。

實施例1

一種可變電容式微納米生物檢測芯片，包括極板一和極板二。

如圖1、3所示，極板一11包括絕緣基材本體，基材本體上設有1個或多個檢測孔13，檢測孔底部通過一層彈性絕緣薄膜15封底，被封底的檢測孔13內自底部覆有一層導體或半導體鍍膜12；位于所述檢測孔底部的導體或半導體鍍膜上表面固化有可發(fā)生特異性結合的物質16；

具體實施時，檢測孔底部及內壁均覆有導體或半導體鍍膜，檢測孔底部的導體或半導體鍍膜與彈性絕緣薄膜結合為一體式柔性可變形薄膜。

如圖2所示，極板二21包括絕緣基材本體，極板二的上表面覆有一層與極板一檢測孔面積相匹配的導體或半導體鍍膜22。

在具體實施應用時，為了便于對極板一/極板二間的電容值檢測，在極板一和極板二上的上均設有與相應導體或半導體鍍膜連接的極板一測量觸點14和極板二測量觸點23。

其中，具體應用中導體或半導體鍍膜厚度為10-5000nm；彈性絕緣薄膜厚度為10nm-100μm；檢測孔的直徑為50μm-2cm。

實施例2

該實施例為一種可變電容式微納米生物檢測芯片檢測器，包括實施例1中的極板一和極板二，該檢測器還包括一用于可拆卸固定極板一和極板二的支架或固定座(如現(xiàn)有結構形式中的夾具夾持固定或卡槽式固定座卡合固定)以及一連接極板一和極板二測量觸點的檢測儀，檢測儀用于檢測極板一和極板二間的電容值。該檢測器中極板一和極板二間的介電介質為氣體為宜，其中極板一和極板二的導體或半導體鍍膜間距約為50μm。

實施例3

一種生物樣本定性或定量檢測方法，具體是將可發(fā)生特異性結合的物質通過化學或物理手段固化在實施例1的極板一上，當被檢測樣品通過檢測孔時，若被檢測樣品中含有與極板一上固化的物質發(fā)生特異性結合的成分時，則兩種物質發(fā)生特異性結合，產(chǎn)生收縮力，極板一薄膜收縮，通過極板一、極板二間的電容值來判定待測樣品中是否還有特定成分及特定成分的含量多少。

例如，將抗原通過化學或物理手段固化在極板一檢測孔中的導體或半導體鍍膜上表面，當被檢測樣品通過或停留在檢測孔中時，若被檢測樣品中含有對應于抗原的抗體，則抗體與極板表面的抗原特異性結合，產(chǎn)生收縮力，正、極板二間的電容值發(fā)生變化，從而可以對樣品進行定性檢測；同時也可以通過正、極板二間的電容值的變化量來檢測樣本中與抗原相對的抗體含量。

實施例4

以下進一步提供一種實施例1芯片的加工方法。

一、極板一制作

參見圖5，制作方法如下：

步驟(1)：使用低壓化學氣相沉積(lpcvd)方法，在450μm厚、直徑100mm的雙面拋光的硅晶圓兩側面上同時生長500nm厚的氮化硅(sin)薄膜，形成上氮化硅薄膜和下氮化硅薄膜；

步驟(2)：使用標準紫外光刻技術(uvphotolithography)和反應式離子刻蝕技術(reactiveionetching,rie)，在上氮化硅薄膜12上蝕刻出若干個直徑為6mm的檢測孔，使硅晶圓暴露出來；

步驟(3)：使用深反應式離子刻蝕技術(deepreactiveionetching,drie)將暴露出的硅晶圓材料完全刻蝕，不貫通下氮化硅薄膜，形成極板一檢測孔；

步驟(4)：通過金屬鍍膜技術(如：電子束蒸發(fā)鍍膜)，在極板一檢測孔底部及內壁上沉積厚度為50nm的金膜，同時在極板一上表面形成測量觸點，鍍膜由于金膜冷卻收縮，從而使導體或半導體鍍膜與彈性絕緣薄膜結合為一體的柔性可變形薄膜形成一個弧度膜。

步驟(5)：在檢測孔底部固化dna，巰基化的單鏈dna直接通過自身巰基的硫原子共價結合到金膜的表面；完成極板一的加工。

二、極板二加工

步驟(1)：選擇亞克力板為極板二基材，如圖4所示，制作指定形狀的模具3，將模具3貼合在極板二上，通過電子蒸發(fā)鍍膜技術，在極板二未被模具3遮蓋的表面鍍上一層100nm厚的金膜區(qū)域，該區(qū)域與極板一的檢測孔面積相當或稍大，且從該區(qū)域引出極板二測量觸點，極板二完成。

實施例5

將實施例4加工所得的極板一/極板二通過固定夾具進行上下正對固定，在夾具中，極板一/極板二間金膜的間距約為50μm，然后將極板一、極板二的檢測觸點通過信號接口連接組件(安捷倫keysight16048a)連接至電容檢測儀(安捷倫keysighte4980al)。檢測時，向檢測孔中按順序分別加入以下待測液體：1.緩沖液(1mpbs)，2.非互補不相匹配的dna單鏈(1μm的dna單鏈在pbs緩沖液中)，3.互補相匹配的dna單鏈(1μm的dna單鏈在pbs緩沖液中)，每次加入的液滴容量為300μl，所得結果如圖6所示。

以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明型的專利范圍，凡是利用發(fā)明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內。