CN101382479A - 用以感测化学物质的微型传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用以感测一化学物质的微型传感器。本发明的微型传感器包含一基板、一微悬臂梁、一电极结构以及一测量组件。所述微悬臂梁形成于所述基板上并且具有用以捕捉所述化学物质的一捕捉面。所述电极结构用以提供一电场，所述电场设置成辅助所述捕捉面捕捉所述化学物质。所述测量组件耦接至所述微悬臂梁，所述测量组件用以测量由被捕捉的所述化学物质引发所述微悬臂梁的一机械性质的一变化量，并且将所述变化量转译成与所述化学物质相关的一信息。
Description
技术领域
本发明涉及一种微型传感器(micro-sensor)，特别涉及一种用以感测一化学物质(chemical substance)的微型传感器。
背景技术
在迈入高龄化人口分布与医疗资源分配不均的时代后，生物感测芯片在近年来引起各界的高度重视，无论是学术界或是产业界都投入大量的资金、人力积极开发与研究。
生物感测系统至今已发展出许多成熟的生物感测技术，并且借助转换器的不同(transducer)可将生物感测系统分门别类。其中电子式及接触式感测系统具有干扰生物反应进行与可能破坏生物芯片上活体的缺点，如描式电子探针显微镜(scanning probe microscopy)与电子穿隧显微镜(scanning tunnelingmicroscopy)。然而，一般的检测系统多面临购置与维修成本高、系统体积庞大、灵敏度差、量测时间长以及消耗试样量大的问题。
微悬臂梁生物传感器具有免荧光标记、灵敏度高、低成本制作及潜在可大量平行化检测的优点，并且正积极朝向微小化的方向发展。微悬臂梁生物传感器可利用分子薄膜产生时所造成的表面应力使其弯曲，亦可利用共振的方式量测表面质量的改变。
微悬臂梁生物传感器于近年来的研究发展可分为生物分子薄膜所形成的表面应力、脱氧核醣核酸(DNA)的杂交反应、蛋白质抗原-抗体的交互作用以及药物、金属离子的探测。
在制作微悬臂梁生物传感器时，必须先在微悬臂梁固定辨识元，再利用辨识元对于生物分子的辨识，量测分析物反应。然而，在固定辨识元时常遭遇辨识元大量浪费的情形而增加芯片制作的成本。此外，对于疾病的检测，辨识元的耗费常占芯片制作成本的最大比例。
因此，本发明的主要目的在于提供一种用以感测一化学物质的微型传感器，以解决上述的问题。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种用以感测一化学物质的微型传感器。
根据本发明的一较佳实施例，所述微型传感器包含一基板(substrate)、一微悬臂梁(micro-cantilever)、一电极结构(electrode stucture)以及一测量组件(measuring device)。
所述微悬臂梁形成于所述基板上并且具有用以捕捉所述化学物质的一捕捉面。所述电极结构用以提供一电场，所述电场设置成辅助所述捕捉面捕捉所述化学物质。所述测量组件耦接至所述微悬臂梁，所述测量组件用以测量由被捕捉的所述化学物质引发所述微悬臂梁的一机械性质的一变化量，并且将所述变化量转译成与所述化学物质相关的一信息。
相较于现有技术，本发明的微型传感器能够借助所述电极结构所提供的电场，达到增加辨识元在所述微悬臂梁的捕捉面上的固定效率与降低生物样品浪费的效果。
附图说明
为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下面将结合附图对本发明的较佳实施例详细说明：
图1A是本发明一较佳实施例的用以感测一化学物质的微型传感器；
图1B是本发明另一较佳实施例的微型传感器；
图2是测量组件的示意图；
图3A是本发明另一较佳实施例的微型传感器；以及
图3B是本发明另一较佳实施例的微型传感器。
具体实施方式
请参阅图1A。图1A是本发明一较佳实施例的用以感测一化学物质的微型传感器1。
在实际应用中，所述化学物质是选自由一金属、一高分子、一生物化学分子及一微生物化学结构所组成的一群组中的其中一个。
如图1A所示，所述微型传感器1包含一基板10、一微悬臂梁12、一电极结构14以及一测量组件(未显示于图1A中)。
在一较佳实施例中，所述基板10可以由硅所制成，所述微悬臂梁12可以由氮化硅(Si3N4)或二氧化硅(SiO2)所制成，但不以此为限。此外，在一较佳实施例中，所述微悬臂梁12的外型可以呈现V字型。
所述微悬臂梁12形成于所述基板10上并且具有用以捕捉所述化学物质的一捕捉面120。
在一较佳实施例中，若待感测的物质为化学分子，所述捕捉面120可以被一化学感测膜覆盖，作为表面修饰联结化学分子与所述微型传感器1的接口，或直接与待侦测化学分子反应的表面。
在一较佳实施例中，若待感测的物质为一生物分子或一微生物化学结构，所述捕捉面120可以被一生物感测膜覆盖，并且所述生物感测膜仅与具选择性反应的待侦测生物分子或微生物化学结构产生结合反应。
所述电极结构14用以提供一电场，并且利用所述化学分子或生物分子的正负电荷的带电性，所述电场设置成辅助所述捕捉面120捕捉所述化学物质。
在一较佳实施例中，若所述电场是一直流电场，所述直流电场可以辅助所述捕捉面120捕捉所述化学物质。此外，所述电场进一步可为一交流电场，并且所述交流电场可以辅助所述化学物质由所述捕捉面120脱离。因此，所述直流电场及所述交流电场可以提升在重复感测所述化学物质时的效率。
在实际应用中，所述电极结构14可以包含形成于所述微悬臂梁12的所述捕捉面上的一第一电极140以及形成于所述基板10上的一第二电极142。在一较佳实施例中，所述第一电极140可以由金制成，并且所述第二电极142可以由镍制成，但不以此为限。
所述测量组件耦接至所述微悬臂梁12，所述测量组件用以测量由被捕捉的所述化学物质引发所述微悬臂梁12的一机械性质的一变化量，并且将所述变化量转译成与所述化学物质相关的一信息。
请参阅图1B及图2。图1B是本发明另一较佳实施例的微型传感器1。图2是测量组件18的示意图。
如图1B所示，所述微悬臂梁12的一部分可以掺杂(doped)以形成一压阻组件(piezoresistive element)16。如图2所示，在一较佳实施例中，所述压阻组件16及所述测量组件18的至少一电阻180可以构成一电桥，所述测量组件18借助所述电桥测量所述微悬臂梁12的所述机械性质的所述变化量。详细地说，所述微悬臂梁12的所述捕捉面120在捕捉所述化学物质后，所述压阻组件16根据所述微悬臂梁12的一挠曲变化量而产生不同的电阻值(即所述压阻组件16为一可变电阻)。在相同的输入电压Vin下，输入电压Vout可以随着压阻组件16的电阻值而改变。
请参阅图3A。图3A是本发明的另一较佳实施例的微型传感器1。
如图3A所示，所述微型传感器1可以进一步包含一壳体(casing)20，并且所述壳体20包含一反应腔(reaction chamber)。所述微悬臂梁12安置在所述反应腔内，包含所述化学物质的一流体流进所述反应腔中。
在实际应用中，所述壳体20可以由一玻璃、一高分子或一半导体材料所制成。在一较佳实施例中，所述壳体20可以由聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)制成。
请参阅图3B。图3B是本发明的另一较佳实施例的微型传感器1。
如图3B所示，所述电极结构14进一步可以包含形成于所述壳体20的一上表面200上的一第三电极144。在一较佳实施例中，所述第三电极可以是一透明电极。举例而言，所述第三电极144可以由铟锡氧化物(ITO)制成。
相较于现有技术，本发明的微型传感器能够借助所述电极结构所提供的电场，达到增加辨识元在所述微悬臂梁的捕捉面上的固定效率与降低生物样品浪费的效果。
以上已对本发明的较佳实施例进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (15)
1、一种用以感测一化学物质的微型传感器，其特征在于，所述微型传感器包含：
一基板；
一微悬臂梁，所述微悬臂梁形成于所述基板上并且具有用以捕捉所述化学物质的一捕捉面；
一电极结构，所述电极结构用以提供一电场，所述电场设置成辅助所述捕捉面捕捉所述化学物质；以及
一测量组件，所述测量组件耦接至所述微悬臂梁，所述测量组件用以测量由被捕捉的所述化学物质引发所述微悬臂梁的一机械性质的一变化量，并且将所述变化量转译成与所述化学物质相关的一信息。
2、如权利要求1所述的微型传感器，其特征在于：所述电场是一直流电场，所述直流电场辅助所述捕捉面捕捉所述化学物质。
3、如权利要求2所述的微型传感器，其特征在于：所述电场进一步是一交流电场，并且所述交流电场辅助所述化学物质由所述捕捉面脱离。
4、如权利要求1所述的微型传感器，其特征在于，进一步包含：
一壳体，所述壳体包含一反应腔，所述微悬臂梁安置在所述反应腔内，包含所述化学物质的一流体流进所述反应腔中。
5、如权利要求4所述的微型传感器，其特征在于：所述壳体是选自由一玻璃、一高分子及一半导体材料所组成的一群组中的其中一个所制成。
6、如权利要求5所述的微型传感器，其特征在于：所述壳体由聚二甲基硅氧烷制成。
7、如权利要求4所述的微型传感器，其特征在于：所述电极结构包含形成于所述微悬臂梁的所述捕捉面上的一第一电极以及形成于所述基板上的一第二电极。
8、如权利要求7所述的微型传感器，其特征在于：所述第一电极由金制成，并且所述第二电极由镍制成。
9、如权利要求7所述的微型传感器，其特征在于：所述电极结构进一步包含形成于所述壳体的一上表面上的一第三电极。
10、如权利要求9所述的微型传感器，其特征在于：所述第三电极是一透明电极。
11、如权利要求1所述的微型传感器，其特征在于：所述微悬臂梁的一部分掺杂以形成一压阻组件，所述压阻组件及所述测量组件的至少一电阻构成一电桥，所述测量组件借助所述电桥测量所述微悬臂梁的所述机械性质的所述变化量。
12、如权利要求1所述的微型传感器，其特征在于：所述基板由硅所制成。
13、如权利要求12所述的微型传感器，其特征在于：所述微悬臂梁由氮化硅或二氧化硅所制成。
14、如权利要求13所述的微型传感器，其特征在于：所述微悬臂梁呈现V字型。
15、如权利要求1所述的微型传感器，其特征在于：所述化学物质是选自由一金属、一高分子、一生物化学分子及一微生物化学结构所组成的一群组中的其中一个。
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| CN102809452A (zh) * | 2011-06-02 | 2012-12-05 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种基于双面表面应力的压阻式微纳传感器及其制备方法 |
| CN102944515A (zh) * | 2012-12-05 | 2013-02-27 | 东南大学 | 一种微机械系统中微悬臂梁粘附力的测量结构及测量方法 |
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2007
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