專利名稱：Lamb波免疫傳感器及其器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)和生物免疫傳感器交叉領(lǐng)域，具體的說，涉及Lamb 波和微磁珠相融合方法，及其Lamb波器件的制作方法以及該Lamb波器件的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
近年來，基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的陣列免疫傳感器是當(dāng)今高新技術(shù)發(fā)展前沿之一，將傳感器技術(shù)的高靈敏度和免疫反應(yīng)的特異性融合起來，把抗原-抗體反應(yīng)過程中產(chǎn)生的信號(hào)，經(jīng)過換能器轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，從而對(duì)抗原或抗體進(jìn)行定量檢測(cè)。生物傳感器對(duì)生物物質(zhì)敏感并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的儀器，已逐漸應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)食品、工業(yè)和環(huán)境檢測(cè)等領(lǐng)域。免疫傳感器作為生物傳感器最重要的一類，是利用抗原(抗體)對(duì)抗體(抗原)的識(shí)別功能而研制成的生物傳感器，以其鑒定物質(zhì)的高度特異性、敏感性和穩(wěn)定性受到青睞，它的問世使傳統(tǒng)的免疫分析發(fā)生了很大的變化。然而常規(guī)的免疫生物傳感器，例如表面等離子共振免疫傳感器、石英諧振型傳感器，僅實(shí)現(xiàn)單次測(cè)量，很難實(shí)現(xiàn)傳感器的陣列化、高通量、大樣本的快速的分子水平測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種可以實(shí)現(xiàn)免疫反應(yīng)的陣列化、高通量、大樣本、快速測(cè)量的Lamb波免疫傳感器。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種的Lamb波免疫傳感器的Lamb波器件的制作方法。本發(fā)明的再一個(gè)目的在于提供一種Lamb波免疫傳感器的檢測(cè)方法。為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案
一種Lamb波免疫傳感器，其包括一上磁鐵和一下磁鐵，所述上磁鐵與下磁鐵之間設(shè)置有一 Lamb波傳感器，所述Lamb波傳感器上方膠合有一管道壓蓋；所述Lamb波傳感器包括一設(shè)置有多個(gè)樣品池的硅薄膜結(jié)構(gòu)，所述硅薄膜結(jié)構(gòu)下方為一導(dǎo)電地層，所述導(dǎo)電地層下方為一壓電材料層，所述壓電材料層上設(shè)置由一層IDT電極層，所述IDT電極層包括若干插齒電極和若干焊點(diǎn)端口，所述的若干插齒電極上分別設(shè)置有一對(duì)電極端口，所述樣品池內(nèi)培養(yǎng)有標(biāo)記抗體、免疫微磁珠和捕獲抗體；所述管道壓蓋與所述Lamb波傳感器貼合的管道表面上開置有一樣品池通道，所述樣品池通道的兩端分別開設(shè)有一通孔。一種Lamb波器件的制作方法，其包括以下步驟
步驟1)準(zhǔn)備硅片取一 3英寸、380 μ m厚、雙面氧化、表面厚度變化小于3 μ m的P型 (100)硅片；
步驟2)甩光刻膠硅片首先用丙酮和酒精的混合液清洗，后用去離子水浸泡5分鐘，之后烘干，然后在硅片的雙面甩粘結(jié)劑和光刻膠；步驟3)光刻和顯影利用光刻機(jī)對(duì)硅片進(jìn)行曝光，在硅片表面生成模板的圖形，之后， 放入顯影液中腐蝕，在光刻膠層生成所需圖形；
步驟4)腐蝕二氧化硅把硅片放入氫氟酸溶液中，腐蝕二氧化硅層，使光刻膠層表面圖形轉(zhuǎn)移到二氧化硅層；
步驟5)腐蝕硅把硅片放入氫氧化鉀溶液中，各向異性腐蝕硅生成薄膜，得到硅薄膜結(jié)構(gòu)；
步驟6)去除光刻把硅片放入丙酮中，把光刻膠去除； 步驟7)去除二氧化硅把硅片放入氫氟酸溶液中，去除所有二氧化硅層； 步驟8)濺射金屬鈦/鉬通過使用濺射儀，在硅薄膜結(jié)構(gòu)的背面上濺射鈦/鉬，生成一層導(dǎo)電地層；
步驟9)濺射氮化鋁在層導(dǎo)電地層上反應(yīng)濺射一層氮化鋁，生成一層壓電材料層；
步驟10)濺射電極層在壓電材料層上濺射鋁、鉻或金，生成電極層；
步驟11)甩光刻膠在電極上，甩一層光刻膠；
步驟12)曝光和顯影在光刻膠層上形成IDT圖形；
步驟13)腐蝕電極層通過腐蝕電極層，形成IDT電極；
步驟14)去光刻膠把光刻膠去除，清洗并烘干。一種檢測(cè)癌胚抗原的方法，其包括以下步驟
步驟1)將待分析物與免疫微磁珠混合，注入Lamb波器件的樣品池中共同孵育，免疫微磁珠表面包被有一定癌胚抗原抗體；
步驟2)開啟Lamb波免疫傳感器下方磁場(chǎng)，使免疫磁球吸附至Lamb波器件表面，并與 Lamb波器件表面的捕獲抗體共同組成“免疫磁球-待分析物-抗體”三元復(fù)合物；
步驟3)開啟Lamb波免疫傳感器上方磁場(chǎng)，使未形成“免疫磁球_待分析物_抗體”三元復(fù)合物的免疫微磁珠吸附至Lamb波器件上方；
步驟4)從通孔中加入洗滌液，除去未結(jié)合的免疫微磁珠，同時(shí)通過Lamb波免疫傳感器同步測(cè)量癌胚抗原濃度；
步驟5)加入再生液沖洗Lamb波器件表面，破壞“免疫磁球-待分析物_抗體”三元復(fù)合物形式，開啟Lamb波免疫傳感器上方磁場(chǎng)，使免疫微磁珠脫離Lamb波器件表面，并被洗滌除去，達(dá)到Lamb波免疫傳感器的再生。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果
1、本發(fā)明提出的的基于MEMS的Lamb波免疫傳感器制作方法，易于和集成電路結(jié)合，易于實(shí)現(xiàn)器件的陣列化，實(shí)現(xiàn)多通道檢測(cè)；在本發(fā)明中采用硅片作為基底，進(jìn)行MEMS工藝操作，可以在一個(gè)器件上制作出一維或者二維傳感器，通過金絲球焊接或者倒裝焊的方式，把傳感器和電子控制系統(tǒng)相連，解決了傳統(tǒng)光學(xué)傳感器不能陣列化的問題。2、利用本發(fā)明中MEMS工藝制作薄膜，其厚度可以從0. 1微米到100微米之間任意選擇，完全滿足傳感器靈敏度對(duì)薄膜的厚度要求。3、本發(fā)明利用MEMS工藝制作的Lamb波免疫傳感器，更適合批量化生產(chǎn)；由于本發(fā)明提出的免疫磁珠和Lamb波傳感器相融合的方法，免疫磁珠的快速富集和Lamb波高靈敏度融為一體，集兩者的諸多優(yōu)點(diǎn)于一身，不僅減少了分析時(shí)間、提高了靈敏度和測(cè)試精度， 也使得測(cè)定過程變得簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
4、本發(fā)明的基于MEMS的Lamb波免疫傳感器的免疫磁珠載體特異性好，固液經(jīng)磁力作用能較容易分離，洗脫條件較環(huán)保無害。5、本發(fā)明的基于MEMS的Lamb波免疫傳感器對(duì)于低于檢測(cè)限的樣品經(jīng)過免疫磁珠富集濃縮后檢測(cè)，從而間接改變檢測(cè)極限，提高檢測(cè)的靈敏度，避免漏檢。6、本發(fā)明的基于MEMS的Lamb波免疫傳感器，融合免疫磁珠分析方法，可以實(shí)現(xiàn)免疫反應(yīng)的陣列化、高通量、大樣本、快速測(cè)量的目的。與傳統(tǒng)的免疫學(xué)分析檢測(cè)技術(shù)相對(duì)比， 如酶免疫測(cè)定法，具有高靈敏度、高特異性、操作簡(jiǎn)單、分析速度快、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)，且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，將在臨床診斷、醫(yī)療保健、環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品安全等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。


此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中
圖1為本發(fā)明的Lamb波免疫傳感器的原理圖。圖2為本發(fā)明的Lamb波免疫傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明的Lamb波器件的俯視圖。圖4為本發(fā)明的Lamb波器件的仰視圖。圖5為本發(fā)明的管道壓蓋的立體圖。
具體實(shí)施例方式下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例，來詳細(xì)說明本發(fā)明。實(shí)施例1
參見圖1、圖2所示，一種Lamb波免疫傳感器，其包括一上磁鐵1和一下磁鐵11，所述上磁鐵1與下磁鐵11之間設(shè)置有一 Lamb波傳感器12，所述Lamb波傳感器12上方膠合有一管道壓蓋2 ；進(jìn)一步的，結(jié)合圖3所示，所述Lamb波傳感器12包括一設(shè)置有多個(gè)樣品池 701的硅薄膜結(jié)構(gòu)7，所述硅薄膜結(jié)構(gòu)7下方為一導(dǎo)電地層8，所述導(dǎo)電地層8下方為一壓電材料層9，所述壓電材料層9上設(shè)置由一層IDT電極層，進(jìn)一步的，結(jié)合圖4所示，所述IDT 電極層包括若干插齒電極10和若干焊點(diǎn)端口 13，所述的若干插齒電極10上分別設(shè)置有一對(duì)電極端口 14，所述樣品池701內(nèi)培養(yǎng)有標(biāo)記抗體3、免疫微磁珠4和捕獲抗體6 ；進(jìn)一步的，結(jié)合圖5所示，所述管道壓蓋2與所述Lamb波傳感器12貼合的管道表面17上開置有一樣品池通道18，所述樣品池通道18的兩端分別開設(shè)有一通孔19。優(yōu)選的，所述硅薄膜結(jié)構(gòu)7的薄膜處的厚度為0. 1 μ m-100 μ m之間。優(yōu)選的，所述電極端口 14和焊點(diǎn)端口 13之間通過金絲球焊接連接。優(yōu)選的，所述插齒電極10凸出所述壓電材料層9的高度為20nm-200nm。優(yōu)選的，所述樣品池通道18的表面與管道表面17之間的距離為1 μ m-10 μ m。優(yōu)選的，所述通孔19的孔直徑為0. 2 μ m-10 μ m。
實(shí)施例2
參見圖1所示，一種Lamb波器件的制作方法，其包括以下步驟 步驟1)準(zhǔn)備硅片取一 3英寸、380 μ m厚、雙面氧化、表面厚度變化小于3 μ m的P型 (100)硅片；
步驟2)甩光刻膠硅片首先用丙酮和酒精的混合液清洗，后用去離子水浸泡5分鐘，之后烘干，然后在硅片的雙面甩粘結(jié)劑和光刻膠；
步驟3)光刻和顯影利用光刻機(jī)對(duì)硅片進(jìn)行曝光，在硅片表面生成模板的圖形，之后， 放入顯影液中腐蝕，在光刻膠層生成所需圖形；
步驟4)腐蝕二氧化硅把硅片放入氫氟酸溶液中，腐蝕二氧化硅層，使光刻膠層表面圖形轉(zhuǎn)移到二氧化硅層；
步驟5)腐蝕硅把硅片放入氫氧化鉀溶液中，各向異性腐蝕硅生成薄膜，得到硅薄膜結(jié)構(gòu)7 ；
步驟6)去除光刻把硅片放入丙酮中，把光刻膠去除； 步驟7)去除二氧化硅把硅片放入氫氟酸溶液中，去除所有二氧化硅層； 步驟8)濺射金屬鈦/鉬通過使用濺射儀，在硅薄膜結(jié)構(gòu)7的背面上濺射鈦/鉬，生成一層導(dǎo)電地層8;
步驟9)濺射氮化鋁在層導(dǎo)電地層8上反應(yīng)濺射一層氮化鋁，生成一層壓電材料層9 ；
步驟10)濺射電極層在壓電材料層9上濺射鋁、鉻或金，生成電極層；
步驟11)甩光刻膠在電極層上，甩一層光刻膠；
步驟12)曝光和顯影在光刻膠層上形成IDT圖形；
步驟13)腐蝕電極層通過腐蝕電極層，形成IDT電極；
步驟14)去光刻膠把光刻膠去除，清洗并烘干。進(jìn)一步的，在步驟9之前還包括以下處理步驟為了使器件的導(dǎo)電地層8中用于電路連接處暴露出來，使用另外一硅片放置在所述硅薄膜結(jié)構(gòu)7上用于保護(hù)電路連接處。實(shí)施例3
參見圖1所示，一種檢測(cè)癌胚抗原的方法，其包括以下步驟
步驟1)將待分析物5與免疫微磁珠4混合，注入Lamb波器件12的樣品池701中共同孵育，免疫微磁珠4表面包被有一定癌胚抗原抗體；
步驟2)開啟Lamb波免疫傳感器下方磁場(chǎng)，使免疫磁球吸附至Lamb波器件12表面，并與Lamb波器件12表面的捕獲抗體6共同組成“免疫磁球-待分析物_抗體”三元復(fù)合物； 步驟3)開啟Lamb波免疫傳感器上方磁場(chǎng)，使未形成“免疫磁球_待分析物_抗體”三元復(fù)合物的免疫微磁珠4吸附至Lamb波器件12上方；
步驟4)從通孔19中加入洗滌液，除去未結(jié)合的免疫微磁珠4，同時(shí)通過Lamb波免疫傳感器同步測(cè)量癌胚抗原濃度；
步驟5)加入再生液沖洗Lamb波器件12表面，破壞“免疫磁球-待分析物-抗體”三元復(fù)合物形式，開啟Lamb波免疫傳感器上方磁場(chǎng)，使免疫微磁珠4脫離Lamb波器件12表面，并被洗滌除去，達(dá)到Lamb波免疫傳感器的再生。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種Lamb波免疫傳感器，其特征在于包括一上磁鐵(1)和一下磁鐵(11)，所述上磁鐵(1)與下磁鐵(11)之間設(shè)置有一 Lamb波傳感器(12)，所述Lamb波傳感器(12)上方膠合有一管道壓蓋(2);所述Lamb波傳感器(12)包括一設(shè)置有多個(gè)樣品池(701)的硅薄膜結(jié)構(gòu)(7)，所述硅薄膜結(jié)構(gòu)(7)下方為一導(dǎo)電地層(8)，所述導(dǎo)電地層(8)下方為一壓電材料層(9 )，所述壓電材料層(9 )上設(shè)置由一層IDT電極層，所述IDT電極層包括若干插齒電極 (10)和若干焊點(diǎn)端口(13)，所述的若干插齒電極(10)上分別設(shè)置有一對(duì)電極端口(14)，所述樣品池(701)內(nèi)培養(yǎng)有標(biāo)記抗體(3)、免疫微磁珠(4)和捕獲抗體(6)；所述管道壓蓋(2) 與所述Lamb波傳感器(12)貼合的管道表面(17)上開置有一樣品池通道(18)，所述樣品池通道(18)的兩端分別開設(shè)有一通孔(19)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Lamb波免疫傳感器，其特征在于所述硅薄膜結(jié)構(gòu)(7)的薄膜處的厚度為0. Iym-IOOym之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Lamb波免疫傳感器，其特征在于所述電極端口(14)和焊點(diǎn)端口(13)之間通過金絲球焊接連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Lamb波免疫傳感器，其特征在于所述插齒電極(10)凸出所述壓電材料層(9)的高度為20nm-200nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Lamb波免疫傳感器，其特征在于所述樣品池通道(18)的表面與管道表面(17)之間的距離為Iym-IO μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Lamb波免疫傳感器，其特征在于所述通孔(19)的孔直徑為 0. 2 μ m-10 μ m。
7.一種制作如權(quán)利要求1所述的Lamb波免疫傳感器的Lamb波器件的方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1)準(zhǔn)備硅片取一 3英寸、380 μ m厚、雙面氧化、表面厚度變化小于3 μ m的P型 (100)硅片；步驟2)甩光刻膠硅片首先用丙酮和酒精的混合液清洗，后用去離子水浸泡5分鐘，之后烘干，然后在硅片的雙面甩粘結(jié)劑和光刻膠；步驟3)光刻和顯影利用光刻機(jī)對(duì)硅片進(jìn)行曝光，在硅片表面生成模板的圖形，之后， 放入顯影液中腐蝕，在光刻膠層生成所需圖形；步驟4)腐蝕二氧化硅把硅片放入氫氟酸溶液中，腐蝕二氧化硅層，使光刻膠層表面圖形轉(zhuǎn)移到二氧化硅層；步驟5)腐蝕硅把硅片放入氫氧化鉀溶液中，各向異性腐蝕硅生成薄膜，得到硅薄膜結(jié)構(gòu)(7);步驟6)去除光刻把硅片放入丙酮中，把光刻膠去除；步驟7)去除二氧化硅把硅片放入氫氟酸溶液中，去除所有二氧化硅層；步驟8)濺射金屬鈦/鉬通過使用濺射儀，在硅薄膜結(jié)構(gòu)(7)的背面上濺射鈦/鉬，生成一層導(dǎo)電地層(8);步驟9)濺射氮化鋁在層導(dǎo)電地層(8)上反應(yīng)濺射一層氮化鋁，生成一層壓電材料層(9)；步驟10)濺射電極層在壓電材料層(9)上濺射鋁、鉻或金，生成電極層；步驟11)甩光刻膠在電極層上，甩一層光刻膠；步驟12)曝光和顯影在光刻膠層上形成IDT圖形； 步驟13)腐蝕電極層通過腐蝕電極層，形成IDT電極； 步驟14)去光刻膠把光刻膠去除，清洗并烘干。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的Lamb波器件的方法，其特征在于，在步驟9之前還包括以下處理步驟為了使器件的導(dǎo)電地層(8)中用于電路連接處暴露出來，使用另外一硅片放置在所述硅薄膜結(jié)構(gòu)(7)上用于保護(hù)電路連接處。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可以實(shí)現(xiàn)免疫反應(yīng)的陣列化、高通量、大樣本、快速測(cè)量的Lamb波免疫傳感器，其包括一上磁鐵和一下磁鐵，上磁鐵與下磁鐵之間設(shè)置有一Lamb波傳感器，Lamb波傳感器上方膠合有一管道壓蓋；Lamb波傳感器包括一設(shè)置有多個(gè)樣品池的硅薄膜結(jié)構(gòu)，硅薄膜結(jié)構(gòu)下方為一導(dǎo)電地層，導(dǎo)電地層下方為一壓電材料層，壓電材料層上設(shè)置由一層IDT電極層，IDT電極層包括若干插齒電極和若干焊點(diǎn)端口，所述的若干插齒電極上分別設(shè)置有一對(duì)電極端口，樣品池內(nèi)培養(yǎng)有標(biāo)記抗體、免疫微磁珠和捕獲抗體；管道壓蓋與所述Lamb波傳感器貼合的管道表面上開置有一樣品池通道，樣品池通道的兩端分別開設(shè)有一通孔。
文檔編號(hào)G01N33/551GK102520160SQ20111039485
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月2日
發(fā)明者吳一輝, 周連群 申請(qǐng)人:蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所