[发明专利]口腔单个牙面牙菌斑游离氟检测传感器

说明书

本发明涉及口腔单个牙面牙菌斑游离氟检测传感器，特别涉及定量检测口腔单个面牙菌斑游离氟的检测传感器。

目前已有的检测氟离子的传感器是一种被称作氟电极的离子选择电极。这种电极是采用LaF₃单晶作为敏感材料，体积较大，需要较多的测试溶液，不适合用来检测牙菌斑液的氟离子。

氟离子敏场效应管传感器是在离子敏场效应管的敏感栅上制备一层对氟离子敏感的LaF₃薄膜。制备LaF₃薄膜的方法有多种(蒸发、溅射等)，但LaF₃薄膜的特性与制备条件有密切关系，很难制备出敏感特性优良的薄膜。有的方法虽然制备出的LaF₃薄膜有较好的敏感特性，却难于与制备离子敏场效应管的微电子工艺兼容。

本发明的目的是提供一种采用氟离子场效应管作为传感器来检测牙菌斑液的氟离子浓度的传感器。

本发明的主要特点是包括参比电极1、密封胶2、源极和漏级引线3、钝化层4、Si₃N₄膜5、SiO₂ 6、P⁺隔离区7，氟离子敏感膜8形成在Si₃N₄栅表面。

本发明结构简单，成本低廉，特别适合于医院门诊使用，可以快速、准确定检查病人的牙齿。

图1是F----ISFET芯片结构示意图

图2是检测单个牙面口腔牙菌斑中F^-离子浓度传感器示意图

图3是牙签式检测口腔牙菌斑中F^-离子浓度传感器

图4是牙签状传感器的分离型参比电极

下面详细描述本发明。

牙齿发生龋的主要表现是牙齿脱矿。研究表明，牙齿发生龋脱矿的动力来自牙菌斑液对牙齿矿物的过度不饱和状态。从脱矿机理分析可得到这样的结论：氟化物在牙齿脱矿中起着十分独特的作用，菌斑液中只要存在微量的游离氟(如1ppm)即可有效地抑制脱矿，牙菌斑液对牙齿矿物的不饱和程度可以在一定程度上反映个体现实的龋病状态。另外氟化物防龋已成为目前最有效的防龋手段，但过量的氟化物将对人体造成危害。因此要求在使用氟化物防龋过程中必须十分谨慎。为了更好地防龋，检测牙菌斑液中氟化物的储留和代谢状态，对研究斑菌脱矿过程、诊断龋病状态和氟化物防龋是十分重要的。这要求对口腔中不同部位有效氟的分布情况有更详尽的了解，有效地指导用氟、可靠地评价不同氟化物和给氟方法的效果。

本发明提出一种新型的小型氟离子传感器，其芯片结构如图1所示。其结构是在氢离子敏场效应管的Si₃N₄绝缘栅表面固定一层氟离子敏感膜。图1中1为参比电极、2为密封胶、3为源极和漏级引线、4为钝化层、5为Si₃N₄膜、6为SiO₂、7为P⁺隔离区、8为氟离子敏感膜。可以采用微电子机械加工技术将LaF₃单晶片粘接或键合在Si₃N₄绝缘栅表面，并减薄到微米量级。也可以采用对LaF₃超纯粉末材料的固定化技术，将粉末按一定比例混合在中性载体中。在Si₃N₄栅表面形成F^-离子敏感膜。

图2示出检测示意图。图中21为参比电极、22为待测牙菌斑液和表面液封、23为氟离子敏感膜、24为传感器芯片、25为密封胶、26为绝缘基片、27为源极、漏级压焊丝、28为源极(S)、漏级(D)引线。在栅区的表面有一个测量池，测量池的容积为ml量级，对牙菌斑液面进行液封。参比电极制成玻璃式塑料毛细管型结构插进溶液。

为方便检测，将小型氟离子传感器设计成牙签状，图3示出其基本结构。牙签宽2mm，厚度小于1mm。参比电极可复合在传感器的芯片上；也可以采用分离的牙科专用的参比电极方法。若采用分离型参比电极，测量时只要将参比电极插入口腔任何部位，牙签状传感器插到牙齿待测部位即可。为了卫生安全，牙签状传感器和参比电极都应是一次性使用的。参比电极设计成如图4所示，它由两部分组成，图中42为参比电极的主体。41为是电极探头套，使用时41套在42的端部，每换一个病人，探头套更换一个。