專利名稱：表面等離子體共振與柔性平板波聯(lián)合探測生物傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于臨床檢驗(yàn)、藥物篩選、環(huán)境、食品檢驗(yàn)等領(lǐng)域生物親 和性反應(yīng)特性檢測的生物傳感器，特別是一種可同步探測生物反應(yīng)結(jié)合物質(zhì) 量和厚度、介電常數(shù)等物理量變化的生物傳感器。
背景技術(shù)：
生物親和的檢測不僅僅是局限于生物反應(yīng)的化學(xué)過程，而是根據(jù)生物反 應(yīng)的各種信息，如光、熱、場效應(yīng)和質(zhì)量變化等來探測生物反應(yīng)的過程和結(jié) 果，與化學(xué)方法相比，可大大縮短探測時間。在生物親和檢測中，光學(xué)、電 化學(xué)和聲波等換能方法具有靈敏度高，可實(shí)時連續(xù)檢測等優(yōu)點(diǎn)，已成為當(dāng)前 生物傳感技術(shù)的主流。但迄今為止還沒有一種生物傳感器是完美的，通常一 種生物傳感器基于一種換能原理，只能探測某一物理量的變化，其輸出信號 不能充分準(zhǔn)確地表征反應(yīng)物的物理化學(xué)性質(zhì)，因而對分子識別元件的制備均
勻性和特異性提出了很高的要求，給使用帶來諸多不便；其測試結(jié)果特異性 差，有時會出現(xiàn)漏檢或假陽性等問題。
柔性平板波(Lamb波)或love波等聲波傳感器主要是探測由于質(zhì)量變 化所引起的諧振頻率或相位的變化，而單位質(zhì)量的大小與反應(yīng)層的厚度和密 度直接相關(guān)，Sauerbrey方程是以單分子膜沉積為基礎(chǔ)推導(dǎo)出來的，由于聲 波傳感器無法直接測得反應(yīng)后的分子層厚度，實(shí)驗(yàn)中也無法保證抗體涂布一 定是單分子層，因而測試值很難與理論值一致。微懸臂梁陣列的生物傳感器 具有極高的靈敏度，且具有可批量制造、無需標(biāo)記的優(yōu)點(diǎn)，但與聲波傳感器 類似的是受溫度影響嚴(yán)重，盡管采用雙通道補(bǔ)償，也很難具有良好的一致 性和重現(xiàn)性，對液體樣品的探測需要有干燥的過程等。表面等離子共振(SPR)
傳感器通過光在兩個界面?zhèn)鞑r形成消逝場以及消逝場在滿足一定條件后 在金屬表面形成等離子體共振并吸收大量入射光的特性，來研究分子結(jié)合的 動力學(xué)過程。這種探測方法一個主要的局限性就是無法區(qū)分非特異性吸附，
SPR入射光諧振角的變化是吸收層厚度和折射率的函數(shù)，無法知道吸收層中 是否含有過多的水分或其他非特異性物質(zhì)，常造成測試結(jié)果的偏差較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種能同步探測生物反應(yīng)結(jié)合物質(zhì)量和厚度、介電 常數(shù)等物理量變化的表面等離子體共振與柔性平板波聯(lián)合探測生物傳感器。 采用該生物傳感器可在同一試驗(yàn)條件下、實(shí)現(xiàn)生物親和性的同步聲光互補(bǔ)檢
本發(fā)明表面等離子體共振與柔性平板波聯(lián)合探測生物傳感器，是由光學(xué) 傳感部件和聲波傳感部件組合而成，所述的光學(xué)傳感部件是由一半圓柱形棱 鏡、貼置在該棱鏡玄面上的光學(xué)硼硅玻璃片和鍍敷在該光學(xué)硼硅玻璃片外側(cè) 面中部的金薄膜構(gòu)成；所述的貼置在半圓柱形棱鏡表面上的光學(xué)硼硅玻璃片 同所述的硅薄膜周圍凸起的硅片鍵合封裝為一體，由硅薄膜和鍍有金薄膜的 光學(xué)硼硅玻璃片之間圍成一可承載被檢測物的樣品池，并使所述的金薄膜處 在該樣品池中；硅片上設(shè)有貫通樣品池的微流體出、入口，微流體出、入口 通過微通道與樣品池相連。
使用方法及工作原理采用本傳感器工作時，對于Lamb波傳感元件， 信號處理模塊發(fā)出交變電壓信號驅(qū)動叉指換能器，使其與導(dǎo)電地層之間的電 壓差呈周期性交流變化，工作層為壓電薄膜層，交流變化的電壓使壓電薄膜 層產(chǎn)生周期性振動，從而在壓電薄膜層上形成了 Lamb波，波動在硅薄膜上 傳播，當(dāng)波動分別傳播到叉指換能器上時被探測到并傳回信號處理模塊進(jìn)行 信號處理，因?yàn)槿嵝云桨宀ㄖ械牟▌影S多與薄膜中的特性相關(guān)的信息， 其中包括薄膜的諧振頻率、幅值和相位，所以我們可以通過從信號處理模塊
中分離信息來得到薄膜的諧振頻率、幅值和相位。其傳感區(qū)表面進(jìn)行表面修 飾、固定抗體，當(dāng)被測物與分子識別元件特異性地結(jié)合后，所產(chǎn)生的質(zhì)量變 化將使薄膜的諧振頻率、幅值和相位等發(fā)生變化，所以我們可以通過測量和 處理柔性平板波中的信息來得到薄膜的質(zhì)量變化量，從而得到待測物的濃
度。對于SPR傳感元件， 一定強(qiáng)度的多波長平行光束，以一定的角度射向半 圓形透鏡的圓心，在與待測物相鄰的金屬表面處，產(chǎn)生表面等離子體波。當(dāng) 光波長為某一適當(dāng)值時，表面等離子體波的縱向波矢與衰逝波的縱向波矢相 等，相位匹配，二者發(fā)生共振，入射光能量耦合到表面，反射光光強(qiáng)急劇減 小，而此時的波長即為SPR的共振波長。 一般在金屬膜與待測生物分子層間 引入一層有機(jī)的敏感膜，通過物理或化學(xué)的方法將抗體固定到敏感層上，然 后儀器的傳輸系統(tǒng)使緩沖液以恒定流速流過傳感表面，可以認(rèn)為溶液中抗原 的濃度保持恒定。這時緩沖液攜帶的抗原與固定在敏感膜表面的抗體相結(jié) 合，從而改變SPR傳感片上生物樣品膜層厚度與折射率，導(dǎo)致SPR共振波長 的移動。所以通過分析SPR共振波長的移動，我們可以得到生物樣品膜層厚 度與折射率，進(jìn)而獲得溶液中抗原的濃度，抗原抗體反應(yīng)的動力學(xué)常數(shù)。
由于本發(fā)明生物傳感器同時具有光學(xué)傳感和聲波傳感元件，并在兩傳感 元件間形成一可承載被檢測物的樣品池，因而保證了兩傳感元件所獲取感知 信息的被檢生物反應(yīng)實(shí)驗(yàn)條件的一致性和同步性。采用本發(fā)明生物傳感器可 實(shí)現(xiàn)對被測物的多參數(shù)測量，極大提高生物反應(yīng)物理表征的準(zhǔn)確度。


圖1是本發(fā)明生物傳感器結(jié)構(gòu)的主視示意圖； 圖2是本發(fā)明生物傳感器結(jié)構(gòu)的俯視示意圖；
具體實(shí)施例方式
以下就附圖給出的實(shí)施例對本發(fā)明生物傳感器結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步詳細(xì)描述。 參照圖1， 一種表面等離子體共振與柔性平板波聯(lián)合探測生物傳感器，
是由光學(xué)傳感部件和聲波傳感部件組合而成，所述的光學(xué)傳感部件是由一半
圓柱形棱鏡1、貼置在該棱鏡玄面上的光學(xué)硼硅玻璃片2和鍍敷在該光學(xué)硼
硅玻璃片2外側(cè)面中部的金薄膜9構(gòu)成;所述的聲波傳感部件是由硅薄膜6、
在硅薄膜6的底面上鋪設(shè)的鋁地層4、在鋁地層4上鋪設(shè)的氮化鋁壓電薄膜
5和在氮化鋁壓電薄膜5外表面上鋪設(shè)的叉指形電極7構(gòu)成；所述的貼置在
半圓柱形棱鏡1表面上的光學(xué)硼硅玻璃片2同所述的硅薄膜6周圍凸起的硅
片3鍵合封裝為一體，由硅薄膜6和鍍有金薄膜9的光學(xué)硼硅玻璃片2之間
圍成一可承載被檢測物的樣品池8，并使所述的金薄膜9處在該樣品池8中；
硅片3上設(shè)有貫通樣品池8的微流體出、入口 10、 11，微流體出、入口通過
微通道12與樣品池8相連。
所述的金薄膜9是蒸鍍在一光學(xué)硼硅玻璃片2上，再將該光學(xué)硼硅玻璃
片2貼合在半圓柱形棱鏡1的玄面上。 本發(fā)明具體的制作工藝
1) 取一硅片，光刻，圖形化，ICP刻蝕，制備樣品出口、入口、微通道。
2) 硅薄膜的制備。，利用二氧化硅作為掩模，用濕法腐蝕或ICP工藝 制備硅薄膜。
3) 地層的制備。采用磁控濺射工藝在硅片上濺射一層鋁作為地層。
4) 壓電薄膜的制備。在鋁地層上濺射一層氮化鋁壓電薄膜。
5) 在壓電薄膜上制備叉指電極。
6) 將圖形化鍍有金薄膜的光學(xué)硼硅玻璃片與以上制備好的Lamb波傳感 芯片進(jìn)行封裝鍵合。
在使用時，將光學(xué)硼硅玻璃片通過折射率匹配液與半圓形棱鏡粘附在一
起c
權(quán)利要求
1.一種表面等離子體共振與柔性平板波聯(lián)合探測生物傳感器，其特征在于是由光學(xué)傳感部件和聲波傳感部件組合而成，所述的光學(xué)傳感部件是由一半圓柱形棱鏡(1)、貼置在該棱鏡玄面上的光學(xué)硼硅玻璃片(2)和鍍敷在該光學(xué)硼硅玻璃片(2)外側(cè)面中部的金薄膜(9)構(gòu)成；所述的聲波傳感部件是由硅薄膜(6)、在硅薄膜(6)的底面上鋪設(shè)的鋁地層(4)、在鋁地層(4)上鋪設(shè)的氮化鋁壓電薄膜(5)和在氮化鋁壓電薄膜(5)外表面上鋪設(shè)的叉指形電極(7)構(gòu)成；所述的貼置在半圓柱形棱鏡(1)表面上的光學(xué)硼硅玻璃片(2)同所述的硅薄膜(6)周圍凸起的硅片(3)鍵合封裝為一體，由硅薄膜(6)和鍍有金薄膜(9)的光學(xué)硼硅玻璃片(2)之間圍成一可承載被檢測物的樣品池(8)，并使所述的金薄膜(9)處在該樣品池(8)中；硅片(3)上設(shè)有貫通樣品池(8)的微流體出、入口(10、11)，微流體出、入口通過微通道(12)與樣品池(8)相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適用于臨床檢驗(yàn)、藥物篩選、環(huán)境、食品檢驗(yàn)等領(lǐng)域生物親和性反應(yīng)特性檢測的表面等離子體共振與柔性平板波聯(lián)合探測生物傳感器，它是由光學(xué)傳感部件和聲波傳感部件組合而成，在光學(xué)傳感部件和聲波傳感部件之間有一可承載被檢測物的樣品池。采用該生物傳感器可在同一試驗(yàn)條件下實(shí)現(xiàn)對被測物的多參數(shù)測量，極大提高生物反應(yīng)物理表征的準(zhǔn)確度。
文檔編號G01N29/00GK101109747SQ20071005594
公開日2008年1月23日 申請日期2007年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月9日
發(fā)明者吳一輝, 平 張, 鋒 李, 鵬 郝, 黎海文 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所