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      一種基于pvdf薄膜的生物傳感器陣列及其制作方法

      文檔序號(hào):6227714閱讀:486來源:國知局
      一種基于pvdf薄膜的生物傳感器陣列及其制作方法
      【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于PVDF薄膜的生物傳感器陣列,自上到下依次包括第一有機(jī)玻璃、PVDF壓電膜及第二有機(jī)玻璃,第一有機(jī)玻璃、PVDF壓電膜及第二有機(jī)玻璃固定連接,PVDF壓電膜的上表面及下表面均鍍有若干鍍膜區(qū),所述鍍膜區(qū)包括電極、接線膜區(qū)、以及用于連通電極及接線膜區(qū)的過渡膜區(qū),PVDF壓電膜上表面的電極正對PVDF壓電膜下表面對應(yīng)的電極,第一有機(jī)玻璃上及第二有機(jī)玻璃上均開設(shè)有若干對通孔,每對通孔均包括第一通孔及第二通孔,每對通孔上的第一通孔及第二通孔分別正對對應(yīng)鍍膜區(qū)上的電極及接線膜區(qū),接線膜區(qū)上連接有測試引線。本發(fā)明還提供了一種基于PVDF薄膜的生物傳感器陣列的制作方法,該生物傳感器陣列穩(wěn)定性好,靈敏度高。
      【專利說明】—種基于PVDF薄膜的生物傳感器陣列及其制作方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本發(fā)明涉及一種有機(jī)壓電薄膜的生物傳感器陣列及其制作方法,具體涉及一種基于PVDF薄膜的生物傳感器陣列及其制作方法。
      【背景技術(shù)】
      [0002]基于硅基微機(jī)電(MEMS)工藝的壓電生物傳感器具有靈敏度高、性能穩(wěn)定、易與模擬電路集成、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛研究。但是該類生物傳感器制作工藝非常復(fù)雜、耗時(shí)長、成本高,另外硅比較脆韌性差,所以影響了其廣泛使用。于是,人們開始探索制作有機(jī)壓電薄膜的生物傳感器。PVDF壓電薄膜以其頻響寬、動(dòng)態(tài)范圍大、力電轉(zhuǎn)換靈敏度高、機(jī)械性能強(qiáng)度高、聲阻抗易匹配、質(zhì)量輕、柔軟不脆等特點(diǎn)進(jìn)駐科學(xué)家們的視野。
      [0003]使用PVDF薄膜制作生物傳感器的方法很多,但是還存在一些諸如穩(wěn)定性差、靈敏度低等問題。在現(xiàn)有報(bào)道中,各種隔膜尺寸的分立器件已被制作、研究,但沒有制作出含有數(shù)個(gè)相同隔膜尺寸的陣列器件和含有數(shù)個(gè)不同隔膜尺寸的陣列器件。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0004]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn),提供了一種基于PVDF薄膜的生物傳感器陣列及其制作方法,該生物傳感器陣列穩(wěn)定性好,靈敏度高,并且可以一次性制作多個(gè)生物傳感器。陣列器件的使用可以消除環(huán)境、儀器誤差等對測試結(jié)果的影響。
      [0005]為達(dá)到上述目的,本發(fā)明所述的基于PVDF薄膜的生物傳感器陣列自上到下依次包括第一有機(jī)玻璃、PVDF壓電膜及第二有機(jī)玻璃,第一有機(jī)玻璃、PVDF壓電膜及第二有機(jī)玻璃固定連接,PVDF壓電膜的上表面及下表面均鍍有若干鍍膜區(qū),所述鍍膜區(qū)包括電極、接線膜區(qū)、以及用于連通電極及接線膜區(qū)的過渡膜區(qū),PVDF壓電膜上表面的電極正對PVDF壓電膜下表面對應(yīng)的電極,第一有機(jī)玻璃上及第二有機(jī)玻璃上均開設(shè)有若干對通孔,每對通孔均包括第一通孔及第二通孔,每對通孔上的第一通孔及第二通孔分別正對對應(yīng)鍍膜區(qū)上的電極及接線膜區(qū),接線膜區(qū)上連接有測試引線。
      [0006]所述PVDF壓電膜為極化并且不帶電極的PVDF壓電膜。
      [0007]相應(yīng)的,本發(fā)明還公開了一種基于PVDF薄膜的生物傳感器陣列的制作方法,包括以下步驟:
      [0008]I)取PVDF壓電膜,并切割PVDF壓電膜,然后將切割后的PVDF壓電膜按照極化方向固定在夾具上,并在所述PVDF壓電膜的上下兩面分別安裝掩膜板,其中,所述掩膜板上設(shè)有若干對孔,每對孔包括第三通孔、第四通孔、以及用于連通第三通孔及第四通孔的槽孔,第三通孔的直徑大于第四通孔的直徑,然后在PVDF壓電膜的上下兩面分別鍍膜,再拆除掩膜板,從而在PVDF壓電膜的上表面及下表面上形成若干鍍膜區(qū),其中,任一鍍膜區(qū)均包括第三通孔對應(yīng)的電極、第四通孔對應(yīng)的接線膜區(qū)及槽孔對應(yīng)的過渡膜區(qū);
      [0009]2)取第一有機(jī)玻璃及第二有機(jī)玻璃,并在第一有機(jī)玻璃及第二有機(jī)玻璃上開設(shè)第一通孔及第二通孔,然后將PVDF壓電膜放置在第一有機(jī)玻璃及第二有機(jī)玻璃之間,第一有機(jī)玻璃、PVDF壓電膜及第二有機(jī)玻璃固定連接,再拆除支架,并給各接線膜區(qū)上連接測試引線。
      [0010]所述電極的直徑為掩膜板的厚度小于1mm。
      [0011]步驟2)中所述第一有機(jī)玻璃、PVDF壓電膜及第二有機(jī)玻璃通過膠及螺絲固定,其中,膠為UV膠或雙面膠。
      [0012]本發(fā)明具有以下有益效果:
      [0013]本發(fā)明所述的基于PVDF薄膜的生物傳感器陣列包括第一有機(jī)玻璃、PVDF膜及第二有機(jī)玻璃,第一有機(jī)玻璃、PVDF膜及第二有機(jī)玻璃固定連接,PVDF膜的上表面及下表面均設(shè)有若干鍍膜區(qū),鍍膜區(qū)包括電極、接線膜區(qū)、以及用于連通電極及接線膜區(qū)的過渡膜區(qū),接線膜區(qū)上連接有測試引線,從而可以有效的提高基于PVDF薄膜的生物傳感器陣列的穩(wěn)定性及靈敏度,同時(shí)在制作過程中,通過在PVDF膜上固定掩膜板,所述掩膜板上設(shè)有若干對孔,每對孔包括第三通孔、第四通孔、以及用于連通第三通孔及第四通孔的槽孔,從而可以一次性的制作多個(gè)生物傳感器,并且降低制作流程的難度和復(fù)雜度。陣列器件的使用可以消除環(huán)境、儀器誤差等對測試結(jié)果的影響。
      【專利附圖】

      【附圖說明】
      [0014]圖1為本發(fā)明的截面圖;
      [0015]圖2為本發(fā)明中實(shí)施例一制備的傳感器陣列的示意圖;
      [0016]圖3為本發(fā)明中實(shí)施例二制備的傳感器陣列的示意圖;
      [0017]圖4為本發(fā)明中實(shí)施例一制備的傳感器陣列中隔膜孔徑為5毫米的器件的諧振情況隨時(shí)間變化的頻譜圖;
      [0018]圖5為本發(fā)明中實(shí)施例一制備的傳感器陣列中隔膜孔徑為5毫米的器件的四個(gè)諧振頻率隨時(shí)間變化的線性圖;
      [0019]圖6為本發(fā)明中實(shí)施例一制備的陣列器件空載時(shí)的諧振頻譜圖;
      [0020]圖7為本發(fā)明中實(shí)施例二制備的傳感器陣列的諧振頻率隨質(zhì)量負(fù)載變化的頻譜圖;
      [0021]圖8為本發(fā)明中實(shí)施例二制備的傳感器陣列的質(zhì)量靈敏度線性擬合圖。
      [0022]其中,I為第一有機(jī)玻璃、2為PVDF壓電膜、3為第二有機(jī)玻璃、4為膠。
      【具體實(shí)施方式】
      [0023]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述:
      [0024]參考圖1,本發(fā)明所述的基于PVDF薄膜的生物傳感器陣列自上到下依次包括第一有機(jī)玻璃1、PVDF壓電膜2及第二有機(jī)玻璃3,第一有機(jī)玻璃1、PVDF壓電膜2及第二有機(jī)玻璃3固定連接,PVDF壓電膜2的上表面及下表面均鍍有若干鍍膜區(qū),所述鍍膜區(qū)包括電極、接線膜區(qū)、以及用于連通電極及接線膜區(qū)的過渡膜區(qū),PVDF壓電膜2上表面的電極正對PVDF壓電膜2下表面對應(yīng)的電極,第一有機(jī)玻璃I上及第二有機(jī)玻璃3上均開設(shè)有若干對通孔,每對通孔均包括第一通孔及第二通孔,每對通孔上的第一通孔及第二通孔分別正對對應(yīng)鍍膜區(qū)上的電極及接線膜區(qū),接線膜區(qū)上連接有測試引線。
      [0025]所述PVDF壓電膜2為極化并且不帶電極的PVDF壓電膜。[0026]本發(fā)明所述的基于PVDF薄膜的生物傳感器陣列的制作方法包括以下步驟:
      [0027]I)取PVDF壓電膜2,并切割PVDF壓電膜2,然后將切割后的PVDF壓電膜2固定在夾具上,并在所述PVDF壓電膜2的上下兩面沿極化方向分別安裝掩膜板,其中,所述掩膜板上設(shè)有若干對孔,每對孔包括第三通孔、第四通孔、以及用于連通第三通孔及第四通孔的槽孔,第三通孔的直徑大于第四通孔的直徑,然后在PVDF壓電膜2的上下兩面分別鍍膜,再拆除掩膜板,從而在PVDF壓電膜2的上表面及下表面上形成若干鍍膜區(qū),其中,任一鍍膜區(qū)均包括第三通孔對應(yīng)的電極、第四通孔對應(yīng)的接線膜區(qū)及槽孔對應(yīng)的過渡膜區(qū);
      [0028]2)取第一有機(jī)玻璃I及第二有機(jī)玻璃3,并在第一有機(jī)玻璃I及第二有機(jī)玻璃3上開設(shè)第一通孔及第二通孔,然后將PVDF壓電膜2放置在第一有機(jī)玻璃I及第二有機(jī)玻璃3之間,第一有機(jī)玻璃1、PVDF壓電膜2及第二有機(jī)玻璃3固定連接,再拆除支架,并給各接線膜區(qū)上連接測試引線。
      [0029]所述電極的直徑為掩膜板的厚度小于1mm。
      [0030]步驟2)中所述第一有機(jī)玻璃1、PVDF壓電膜2及第二有機(jī)玻璃3通過膠4及螺絲固定,其中,膠4為UV膠或雙面膠。
      [0031]實(shí)施例一
      [0032]參考圖2、圖4、圖5及圖6,I)用鋒利的刀片將厚度為28微米的已極化的不帶電極的PVDF壓電薄膜按照極化方向裁剪成10X80毫米的長條;將其沿著極化方向固定在夾具上,安裝制作圖形化電極的掩膜板。該掩膜板是用I毫米厚的有機(jī)玻璃板制成,掩膜板上包含有三個(gè)不同的隔膜孔徑:3毫米,4毫米,5毫米;
      [0033]2)利用直流濺射儀鍍電極,設(shè)置濺射電流為10毫安,時(shí)間為25分鐘,在薄膜兩面各沉積一層厚度約為100納米的圖形化黃金電極。結(jié)束后,拆掉掩膜板;在已刻有隔膜孔的厚度為3毫米的兩塊有機(jī)玻璃板上,利用勻膠4機(jī)以1500轉(zhuǎn)/分鐘的速度,旋涂時(shí)間40秒,旋涂一層粘度為50cps的UV膠4,再在四角用M3的尼龍螺絲定位固定。在強(qiáng)度為13.5mff/cm2的紫外光下照射100秒固化;拆掉支架,用室溫銀漿將直徑為0.2毫米的銀絲粘結(jié)在上、下電極上作為測試導(dǎo)線。到此,器件制作完成。
      [0034]隔膜孔徑為5毫米的器件諧振峰為8900赫茲,隔膜孔徑為4毫米的器件諧振峰為11440赫茲,隔膜孔徑為3毫米的器件諧振峰為13360赫茲,諧振峰值隨器件尺寸的增大而減小。這一結(jié)果與諧振峰的理論計(jì)算公式基本符合。計(jì)算得到該陣列中隔膜孔徑為5毫米的器件的品質(zhì)因數(shù)最高,達(dá)到26。
      [0035]實(shí)施例二
      [0036]參考圖2、圖7及圖8,其中圖8中實(shí)心的方格點(diǎn)表示實(shí)測數(shù)值,直線為擬合直線,該直線斜率為所測器件的質(zhì)量靈敏度,具體步驟如下:
      [0037]I)用鋒利的刀片將厚度為28微米的已極化的不帶電極的PVDF壓電薄膜按照極化方向裁剪成10X80毫米的長條;將其沿著極化方向固定在夾具上,安裝制作圖形化電極的掩膜板。該掩膜板是用I毫米厚的有機(jī)玻璃板制成,掩膜板上包含有三個(gè)相同的隔膜孔徑:5毫米;
      [0038]2)利用直流濺射儀鍍電極。設(shè)置濺射電流為7.5毫安,時(shí)間為35分鐘,在薄膜兩面各沉積一層厚度約為70納米的圖形化黃金電極。結(jié)束后,拆掉掩膜板;在已刻有隔膜孔的厚度為3毫米的兩塊有機(jī)玻璃板上,利用勻膠4機(jī)以1000轉(zhuǎn)/分鐘的速度,旋涂時(shí)間20秒,旋涂一層粘度為50cps的UV膠4,再在四角用M3的尼龍螺絲定位固定。在強(qiáng)度為13.5mff/cm2的紫外光下照射90秒固化;拆掉支架。用室溫銀漿將直徑為0.2毫米的銀絲粘結(jié)在上、下電極上作為測試導(dǎo)線,完成器件制作。
      [0039]如圖8所示為在此傳感器陣列上的其中一個(gè)傳感器上,在電極表面附加序列為CACAACAGACGGGCACACACTACT,帶有巰基3' SH C6的核酸,使用安捷倫4294A測得的諧振頻率隨負(fù)載質(zhì)量的變化,嵌入圖為計(jì)算得到的靈敏度擬合直線。所得器件靈敏度為185赫茲
      /微克。
      【權(quán)利要求】
      1.一種基于PVDF薄膜的生物傳感器陣列,其特征在于,自上到下依次包括第一有機(jī)玻璃(I)、PVDF壓電膜(2)及第二有機(jī)玻璃(3),第一有機(jī)玻璃(I)、PVDF壓電膜(2)及第二有機(jī)玻璃(3)固定連接,PVDF壓電膜(2)的上表面及下表面均鍍有若干鍍膜區(qū),所述鍍膜區(qū)包括電極、接線膜區(qū)、以及用于連通電極及接線膜區(qū)的過渡膜區(qū),PVDF壓電膜⑵上表面的電極正對PVDF壓電膜(2)下表面對應(yīng)的電極,第一有機(jī)玻璃(I)上及第二有機(jī)玻璃(3)上均開設(shè)有若干對通孔,每對通孔均包括第一通孔及第二通孔,每對通孔上的第一通孔及第二通孔分別正對對應(yīng)鍍膜區(qū)上的電極及接線膜區(qū),接線膜區(qū)上連接有測試引線。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PVDF薄膜的生物傳感器陣列,其特征在于,所述PVDF壓電膜(2)為已經(jīng)極化并且不帶電極的PVDF壓電膜。
      3.一種基于PVDF薄膜的生物傳感器陣列的制作方法,基于權(quán)利要求2所述的生物傳感器陣列,其特征在在于,包括以下步驟: 1)取PVDF壓電膜(2),并切割PVDF壓電膜(2),然后將切割后的PVDF壓電膜⑵按照極化方向固定在夾具上,并在所述PVDF壓電膜(2)的上下兩面分別安裝掩膜板,其中,所述掩膜板上設(shè)有若干對孔,每對孔包括第三通孔、第四通孔、以及用于連通第三通孔及第四通孔的槽孔,第三通孔的直徑大于第四通孔的直徑,然后在PVDF壓電膜(2)的上下兩面分別鍍導(dǎo)電膜,再拆除掩膜板,從而在PVDF壓電膜(2)的上表面及下表面上形成若干鍍膜區(qū),其中,任一鍍膜區(qū)均包括第三通孔對應(yīng)的電極、第四通孔對應(yīng)的接線膜區(qū)及槽孔對應(yīng)的過渡膜區(qū); 2)取第一有機(jī)玻璃(I)及第二有機(jī)玻璃(3),并在第一有機(jī)玻璃(I)及第二有機(jī)玻璃(3)上開設(shè)第一通孔及第二通孔,然后將PVDF壓電膜(2)放置在第一有機(jī)玻璃(I)及第二有機(jī)玻璃(3)之間,第一有機(jī)玻璃(I)、PVDF壓電膜(2)及第二有機(jī)玻璃(3)固定連接,再拆除支架,并給各接線膜區(qū)上連接測試引線。
      4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于PVDF薄膜的生物傳感器陣列的制作方法,其特征在于,所述電極的直徑為掩膜板的厚度小于1mm。
      5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于PVDF薄膜的生物傳感器陣列的制作方法,其特征在于,步驟2)中所述第一有機(jī)玻璃(1)、PVDF壓電膜(2)及第二有機(jī)玻璃(3)通過膠(4)及螺絲固定,其中,膠⑷為UV膠或雙面膠。
      【文檔編號(hào)】G01N27/00GK103995020SQ201410214038
      【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月20日
      【發(fā)明者】任巍, 徐峰, 吳小清, 史鵬, 趙蓓, 胡杰 申請人:西安交通大學(xué)
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