[发明专利]一种应用于Healthy-IoT的微波生物传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种生物传感器，包括传感器晶元，测量Pad点，差分电感线圈，空气桥结构，点阵列电容，电容上级板、电容下极板。制备方法如下：将氮化镓介质层沉积到晶元表面；将Ti/Au作为第一层种子金属；利用光刻胶来定义下层金属、SiNx介质层、空气桥柱、空气桥金属所需的结构，将下层金属、上层金属电镀到种子金属上；将氮化镓钝化层沉积到晶元表面；定义接触电极Pad的结构；将上述步骤所得的半成品晶元进行背面打磨、抛光、切割、金属跳线键合、以及封装。本发明通过相互缠绕型差分电感和圆形点阵列电容串联形成微波谐振器器件，在提高器件品质因数的同时，极大的减小了器件所占的芯片尺寸；解决了微波器件测量生物标记物溶液浓度时灵敏度不高的问题。

技术领域

本发明涉及一种应用于Healthy-IoT的微波生物传感器及其制备方法，属于生物物质的物理分析器件领域。

背景技术

健康物联网(Healthy-IoT)是通过各种医用信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、通信传输网络等各种装置与技术，实时采集人体各种与健康息息相关的生物信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，实现对人体健康的智能化感知、识别和管理。Healthy-IoT可以为电子医疗保健、患者护理、以及医疗数据管理提供相应的解决方案。目前它在医疗保健和医疗领域已取得了一些重大进展，诸如减少急诊室等待时间、远程医疗和监控、确保关键硬件的可用性和可访问性、跟踪人员，患者和库存、药物管理、监测慢性疾病等。

生物传感器是一门由生物、物理、化学、电子技术、医学等多种学科互相渗透成长起来的高新技术。根据生物传感器的信号转换器即换能器的不同可分为：第一代电化学生物传感器、第二代光学生物传感器和第三代微波生物传感器等。换能器依次为电化学电极、光电转换器和微波器件等。其中电化学生物传感器灵敏度最高，通过在电极上添加特定的酶实现对生物标记物的检测，简单易用且成本可控。但是外来媒介的引入使得传感器反应变慢、性能下降且可靠性差，根据使用环境不同需要以半年左右为周期进行更换。此外，另一个制约电化学传感器应用的因素在于其电解液需要定期补充，这严重增加了后续成本。而对于光学生物传感器而言，正常检测需要较长的稳定时间，且极易受到环境光的影响而改变检测结果。

第三代生物传感器——微波生物传感器是最近几年来非常热的话题，随着加工工艺的逐步提升，微波生物传感器的关键尺寸已缩至微纳米级别，结构也从传统的单层、双层向着多层发展。相较于其他类型的生物传感器，微波生物传感器具备以下优势：第一，检测稳定性高，不像电化学生物传感器那样易受使用环境的制约，且性能会随着使用时间的推移而下降，微波生物传感器不易受外界光照、温度、湿度等环境因素影响，可以保持在长期复杂环境中检测的稳定性；第二，操作简单，光学生物传感器需要一定时间来稳定测量环境，而微波生物传感器无需前期稳定时间，可以即时地对生物标记物进行快速检测；第三，检测用时少，微波生物传感器检测时长仅取决于矢量网络分析仪的扫频周期，因此相比于其他生物传感器在检测时间上有明显优势；第四，无需添加外来媒介物进行标记，只需将待测试液滴至微波生物传感器检测区域即可，可实现免标记物检测。综上所述，微波生物传感器具有检测稳定性高、操作简单、检测用时少、无标记物检测等显著优势，在当今Healthy-IoT高速发展的大前提下，生物传感器作为涉及人体健康检测的关键技术一直以来都备受瞩目。由于现有的微波的生物传感器存在尺寸大、品质因数低、灵敏度不高、以及测量溶液用量大等特点，很大程度上限制了微波生物传感器的广泛应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种传感器，包括：晶元，作为承载基准；测量Pad点，位于晶元表面，至少设有两点，以晶元的中心为基准对称设置；差分电感线圈，设于两测量Pad点之间；空气桥结构，环形阵列于差分电感线圈上；点阵列电容，位于差分电感线圈所围成的区域内；电容上级板、电容下极板，与差分电感线圈相连通，分别位于点阵列电容面向两测量Pad点的两侧边处。

进一步的，所述空气桥结构中，至少有两个空气桥结构靠近测量Pad点处设置。

进一步的，所述点阵列电容包括若干点状电容，整体呈矩形设置，相邻两行或两列点状电容之间交错设置。