[发明专利]一种基于微纳结构的压电声波生物传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于微纳结构的压电声波生物传感器。

背景技术

石英晶体微天平(QCM)是基于石英晶体的压电效应对其电极表面质量变化进行测量的仪器。压电效应是由Pierre Curie和Jacques Curie兄弟在1880年发现的，即在石英晶片加一电场，晶片会产生机械变形。相反，若在晶片上施加机械压力，则在晶片相应的方向上产生一定的电场。由于其具有纳克级的质量响应灵敏度，使得QCM广泛运用于工业镀膜、分析化学、分子生物学、免疫学、遗传学、环境科学以及其它一些涉及质量、密度及粘度等检测领域。瑞典的Q-Sense公司的QCM仪器性能在同行业中处于领先地位，在分子生物学领域中主要用于研究生物活性分子之间的相互作用，比如蛋白质吸附动力学、抗原/抗体相互作用、DNA杂交、适配体-蛋白相互作用等方面；在生物医学领域中用于研究或检测抗原、抗体、血细胞、病原微生物、核酸及蛋白质等。

作为一种高灵敏度的生物传感器而言，一个重要的参数就是其检测的灵敏度。对于QCM，其质量灵敏度与它的共振频率有关，共振频率越高，其质量灵敏度就越高。要提高QCM仪器本身的检测灵敏度，一方面可以通过采用较高共振频率的石英晶振片，目前市场上常见的石英晶振片的频率为5MHz。如果采用更高共振频率的石英晶振片，虽然理论上可以得到较高的质量灵敏度，但是晶振片的厚度跟它的共振频率成反比，即共振频率越高，其晶振片的厚度越薄。然而，晶振片在使用时是通过“O”型橡胶圈压紧密封或者粘接的方式将其固定在液体反应流通池中，如果采用较薄的石英晶振片将导致一些问题，一方面是密封或粘贴固定的方式对于薄的石英晶振片将产生额外的机械应力，这将严重影响QCM的信号及其检测灵敏度；另外一方面，薄的石英晶振片在操作时更容易损坏，使用成本变高。对此，商业化的QCM目前目前主要采取两种方式提高检测灵敏度，比如Q-Sense公司采用5MHz晶振片的高次谐振频率(15MHz、25MHz、35MHz)方式，德国3T公司的QCM则采用10MHz的石英晶振片。

要提高QCM仪器本身的检测灵敏度的另外一种方法是增加单位面积内结合在石英晶振片中的生物分子的数量。然而，目前商品化QCM仪器用于生物类检测的石英晶振片都采用抛光的石英晶振片，抛光的石英晶振片表面平滑，粗糙度较小，可以看做是平面型的反应表面；而未抛光的石英晶振片表面粗糙度较大，虽然可以在一定程度上提高晶振片的表面积，但是其粗糙结构的形貌和大小无法控制，这是由抛光工艺所决定的，很难得到高一致性的粗糙表面。

发明内容

本发明要解决的技术问题是增加石英晶片的表面积，以此来增加单位面积内结合在石英晶振片中的生物分子的数量，从而提高QCM生物传感器的检测灵敏度。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种基于微纳结构的压电声波生物传感器，包括石英晶振片和频率计，所述石英晶振片包括石英晶片、设置在石英晶片上部的工作电极、设置在石英晶片下部的下电极，所述频率计连接工作电极和下电极，所述石英晶振片表面设置微米结构或纳米结构。

进一步，在石英晶振片上旋涂一层光刻胶，经曝光、显影后得到微米结构或纳米结构。

微米结构的制作方法是：将石英晶振片依次用丙酮、乙醇各超声10min后吹干，用氧气等离子体处理5min；然后旋涂一层六甲基二硅氮烷，然后旋涂一层光刻胶，光刻胶厚度在0.2～5μm之间，90℃下烘5～30min，接着，将涂有光刻胶的石英晶振片进行紫外或深紫外曝光，，曝光时间5s～3min，然后，将曝光后的石英晶振片浸入显影液中，显影后得到正胶或负胶微米结构。

微米结构或纳米结构的制作方法是：将石英晶振片依次用丙酮、乙醇各超声10min后吹干，用氧气等离子体处理5min；然后旋涂一层粘附剂聚乙烯吡咯烷酮或三甲氧基硅烷，然后将其放入乙醇和去离子水中各清洗10min，之后在120℃下烘5min；然后旋涂一层电子束光刻胶，电子束光刻胶厚度在0.2～2μm之间，120℃下烘5～15min，接着，将涂有电子束光刻胶的石英晶振片进行电子束曝光，然后，将曝光后的石英晶振片浸入显影液中，显影后得到正胶或负胶纳米结构或微米结构。

与现有技术相比，本发明通过微纳加工工艺可以在石英晶振片表面精确制作不同尺寸、不同形貌的微米纳米结构，可以根据不同的用途来调整微米纳米结构，不仅体现了本发明的应用灵活性，而且提供一种新型的传感器件，增强了这种QCM生物传感器的应用范围。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式