CN102393453A - 一种磁标记生物传感器、其制备方法以及检测方法 - Google Patents
一种磁标记生物传感器、其制备方法以及检测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102393453A CN102393453A CN2011102416889A CN201110241688A CN102393453A CN 102393453 A CN102393453 A CN 102393453A CN 2011102416889 A CN2011102416889 A CN 2011102416889A CN 201110241688 A CN201110241688 A CN 201110241688A CN 102393453 A CN102393453 A CN 102393453A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- magnetic
- magnetically
- labeled
- conductive
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 70
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 159
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 106
- 238000002372 labelling Methods 0.000 claims description 42
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 24
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 21
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 16
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 claims description 15
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 13
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 13
- 239000006249 magnetic particle Substances 0.000 claims description 13
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 12
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 claims description 12
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 claims description 10
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 claims description 10
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 9
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims description 9
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 9
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 9
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 8
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 8
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 8
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 8
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 8
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 8
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 7
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 7
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims description 6
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 6
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 claims description 5
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 4
- 230000028993 immune response Effects 0.000 claims description 4
- 229920001486 SU-8 photoresist Polymers 0.000 claims description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 2
- 238000007373 indentation Methods 0.000 claims description 2
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 2
- 239000002966 varnish Substances 0.000 claims description 2
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims description 2
- 230000003100 immobilizing effect Effects 0.000 claims 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N phenol group Chemical group C1(=CC=CC=C1)O ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000012412 chemical coupling Methods 0.000 abstract description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 30
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 14
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 14
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 description 6
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 5
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 4
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 2
- NTIZESTWPVYFNL-UHFFFAOYSA-N Methyl isobutyl ketone Chemical compound CC(C)CC(C)=O NTIZESTWPVYFNL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 230000001900 immune effect Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229920003986 novolac Polymers 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- -1 phenolic aldehyde Chemical class 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种磁标记生物传感器，其生物探针固定层由导电层、绝缘层以及供电装置构成，绝缘层表面嵌入着多个导电单元，每个导电单元与导电层形成电连接，多个导电单元形成导电单元阵列；当供电装置供电时，经磁标记的生物探针被固定吸附在导电单元阵列表面；检测完毕后，只需停止供电，磁标记的生物探针将即刻脱离导电单元阵列，然后通过清洗处理便能够彻底清除该磁标记的生物探针。因此，本发明避免了现有技术采用化学偶联方法固定生物探针所产生的检测完毕后不能有效清除磁标记的生物探针，从而影响芯片重复利用的问题，同时能够保持现有的检测精度，是一种结构简单、使用方便、可重复利用的新型磁标记生物传感器，具有潜在的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及生物分子的标记和检测领域，尤其是涉及一种磁标记生物传感器、其制备方法以及检测方法。
背景技术
生物传感器一般包括两部分：一是能够特异性识别待测分子的生物探针；二是能将生物信号转换为光、电、磁等物理信号的换能器。一般来说，生物分子自身的光、电、磁特性十分微弱，所以在待测分子的检测过程中需要辅助光、磁等敏感材料，即进行标记，才能相对容易地检测到待测分子。其中，磁标记技术是近年来国内外研究比较热门的一种新的免疫学技术，是表面结合有单克隆抗体的磁性微球。
由于磁场探测技术的限制，磁标记生物传感器刚开始并没有引起人们的重视。随着磁电阻效应的发展，霍尔效应(Hall effect)、各向异性磁电阻效应(AMR)、巨磁电阻效应(GMR)、隧穿磁电阻效应(TMR)、巨磁阻抗效应(GMI)的出现使得磁场探测的精度越来越高，目前已经可以探测到10-12T。而且，磁标记技术也日益成熟。因此，把成熟的磁标记技术与磁场探测技术结合起来，形成的磁标记生物传感器越来越受到人们的重视，逐渐拥有了广阔的应用前景。
图1给出了现有的磁标记生物传感器的结构及其检测流程。如图1所示，现有的磁标记生物传感器包括磁传感器层1、保护层2和生物探针固定层3。其中，生物探针固定层3用于固定生物探针4；保护层3用于防止液体等对磁传感器2的腐蚀；磁传感器层2用于探测磁标记的生物分子5。目前，利用磁标记生物传感器的检测方法为：(1)首先在生物探针固定层3表面通过化学偶联方法固定生物探针4；(2)通过免疫应答反应使目标分子5与生物探针4结合；(3)采用磁性微粒6对目标分子5进行标记。
待检测完毕后，目前采用梯度磁场的方法分离图1中的生物探针4以及已标记的磁性微粒6，使该磁标记生物传感器芯片能够重复利用。但是，由于生物探针4与生物探针固定层3间存在结合力，目标分子5与生物探针4间存在结合力，磁性微粒6与目标分子5间也存在结合力，因此仅仅依靠梯度磁场的方法不能有效地清除磁标记生物传感器芯片表面的生物探针4及磁性微球6，从而影响了磁标记生物传感器芯片的重复利用。
发明内容
本发明的技术目的是针对上述现有技术的不足，提供一种磁标记生物传感器，该磁标记生物传感器能够保持现有结构的磁标记生物传感器的检测精度，而且当检测完毕后，能够完全清除表面的生物探针及磁性微球，从而保证磁标记生物传感器芯片能够重复利用。
本发明实现上述技术目的所采用的技术方案为：一种磁标记生物传感器，包括用于检测目标分子的磁传感器层，位于磁传感器层表面、用于防止磁传感器受到腐蚀的保护层，以及位于保护层表面、用于固定生物探针的生物探针固定层；其中，生物探针固定层由导电层，位于导电层表面的绝缘层，以及供电装置构成；所述的绝缘层表面嵌入着多个导电单元，每个导电单元与导电层形成电连接，所述的多个导电单元形成导电单元阵列；当供电装置为该生物探针固定层供电时，经磁标记的生物探针被固定吸附在该导电单元阵列表面。
上述技术方案中：
所述的导电单元由导电材料或者软磁性材料构成；
所述的导电材料包括但不限于铂、金、钛、钨、钽、铝、铜或者银，所述的软磁性材料包括但不限于铁、镍或者钴；
所述的导电单元阵列是由所述的多个导电单元以一定的图形规则排列而形成的，该导电单元阵列形成的阵列图形包括但不限于圆形、方形、长方形或者三角形；
所述的导电单元的直径优选为10nm～100μm，厚度优选为5nm～1μm；
所述的导电层可以包括但不限于铂、金、钛、钨、钽、铝、铜、银、铁、镍或者钴中的一种或者几种构成的薄膜，其厚度优选为5nm～1μm；
所述的绝缘层可以为Si3N4薄膜、SiO2薄膜、Al2O3薄膜、类金刚石薄膜、有机绝缘高分子薄膜，厚度优选为5nm～1μm；
所述的保护层可以是Si3N4薄膜、SiO2薄膜、Al2O3薄膜、类金刚石薄膜、有机绝缘高分子薄膜，其厚度优选为5nm～1μm；
所述的磁传感器层可以是基于霍尔效应(Hall effect)、各向异性磁电阻效应(AMR)、巨磁电阻效应(GMR)、隧穿磁电阻效应(TMR)以及巨磁阻抗效应(GMI)的磁传感器中的任意一种。
本发明磁标记生物传感器的制备方法包括磁传感器层的制备、保护层的制备以及生物探针固定层的制备，其中磁传感器层的制备方法与保护层的制备方法与现有技术相同，生物探针固定层的制备方法为：
步骤1：采用磁控溅射法、热蒸发法、电子束蒸发法或者脉冲激光沉积法制备磁传感器层，然后采用磁控溅射法、热蒸发法、电子束蒸发法或者脉冲激光沉积法在磁传感器层表面制备保护层；
步骤2：采用磁控溅射法、热蒸发法或者电子束蒸发法在保护层表面制备导电层；
步骤3：采用磁控溅射法、热蒸发法、电子束蒸发法或者脉冲激光沉积法在导电层表面制备绝缘层；
步骤4：首先，在绝缘层表面滴加紫外光抗蚀剂构成牺牲层，利用紫外曝光技术在牺牲层上得到阵列图形；或者，
在绝缘层表面滴加电子束抗蚀剂构成牺牲层，利用电子束曝光技术在牺牲层上得到阵列图形；或者，
在绝缘层表面滴加离子束抗蚀剂构成牺牲层，利用离子束曝光技术在牺牲层上得到阵列图形；或者，
在绝缘层表面滴加柔性压印剂构成牺牲层，利用子纳米压痕技术在牺牲层上得到阵列图形；
然后，使用显影或者反应离子刻蚀的方法去除所述的阵列图形位置处的牺牲层；
步骤5：采用化学湿刻法、离子束刻蚀法或者电子束刻蚀法在步骤4得到的结构表面进行刻蚀，使绝缘层表面刻蚀形成凹陷阵列，并且所述的每个凹陷与导电层相连通；
步骤6：采用磁控溅射法、热蒸发法、电子束蒸发法或者脉冲激光沉积法在步骤5得到的结构表面沉积导电薄膜，所述的导电薄膜在每个凹陷位置处形成导电单元，凹陷阵列的整个导电单元形成导电单元阵列；
步骤7：采用去胶剂去除绝缘层表面残余的牺牲层及其上面的导电薄膜。
上述制备方法中：
所述的紫外光抗蚀剂包括但不限于酚醛清漆类光刻胶和SU-8胶；电子束抗蚀剂包括但不限于PMMA、ZEP-520、ma-N2400、EBR-9、PBS和COP；离子束抗蚀剂包括但不限于PMMA、ZEP-520、ma-N2400、EBR-9、PBS和COP；柔性压印剂包括但不限于PS、PMMA和HSQ；
所述的导电薄膜优选是铂、金、钛、钨、钽、铝、铜、银、铁、镍、钴中的一种或者几种构成的薄膜。
使用本发明磁标记生物传感器进行目标分子检测的方法有两种。
第一种检测方法具体包括如下步骤：
步骤1：采用磁性微粒对生物探针进行磁标记；
步骤2：通过供电装置给生物探针固定层供电；
步骤3：采用微流管技术或直接滴加的方式将步骤1中磁标记的生物探针覆于生物探针固定层表面，经导电单元阵列的电流产生磁场从而吸引磁标记的生物探针，磁标记的生物探针被固定在导电单元阵列表面，通过清洗去除其余的生物探针；
步骤4：采用微流管技术或直接滴加的方式提供目标分子，目标分子通过免疫应答反应与生物探针相连接；
步骤5：滴加磁性微粒对目标分子进行磁标记，通过磁传感器层检测磁标记从而识别目标分子；
步骤6：检测完毕后，停止对生物探针固定层供电，磁标记的生物探针将脱离导电单元阵列表面，通过清洗清除该磁标记的生物探针。
第二种检测方法具体包括如下步骤：
步骤1：采用磁性微粒对生物探针进行磁标记；
步骤2：通过供电装置给生物探针固定层供电；
步骤3：采用微流管技术或直接滴加的方式将步骤1中磁标记的生物探针覆于生物探针固定层表面，经导电单元阵列的电流产生磁场从而吸引磁标记的生物探针，磁标记的生物探针被固定在导电单元阵列表面，通过清洗去除其余的生物探针；
步骤4：配置固定浓度的目标分子溶液，并对其中的目标分子进行磁标记，作为磁标记的竞争型目标分子；
步骤5：滴加目标分子以及步骤4中配置的磁标记的竞争型目标分子，此时，目标分子与磁标记的竞争型目标分子竞争生物探针的位置，目标分子浓度越高，其竞争力越强，由此导致磁标记的竞争型目标分子与生物探针的结合越少，输出相应发生改变，达到检测目标分子的目的；
步骤6：检测完毕后，停止对生物探针固定层供电，磁标记的生物探针将脱离导电单元阵列表面，通过清洗清除该磁标记的生物探针。
综上所述，本发明提供了一种磁标记生物传感器、其制备方法以及使用该磁标记生物传感器检测目标分子的方法。与现有技术相比，本发明的磁标记生物传感器的生物探针固定层采用在绝缘层表面嵌入呈阵列分布的导电单元，该导电单元与导电层形成电连接，当供电装置提供电流时，电流经导电单元阵列产生磁场从而吸引磁标记的生物探针，使其固定在导电单元阵列表面，而绝缘层表面其余部分的生物探针被清洗处理；当检测完毕后，只需切断供电装置对该生物探针固定层的供电，固定在导电单元阵列表面的磁标记生物探针将即刻脱离，然后通过清洗处理便能够彻底清除该磁标记的生物探针。因此，本发明的磁标记生物传感器一方面避免了现有技术采用化学偶联方法固定生物探针所产生的检测完毕后不能有效清除磁标记的生物探针，从而影响磁标记生物传感器芯片重复利用的问题，另一方面仍然能够保持现有结构的磁标记生物传感器的检测精度，是一种结构简单、使用方便、可重复利用的新型磁标记生物传感器，具有潜在的应用价值。
附图说明
图1是现有的磁标记生物传感器的结构及检测流程；
图2(a)是本发明磁标记生物传感器的侧面结构示意图；
图2(b)是本发明磁标记生物传感器的俯视图；
图3是基于本发明磁标记生物传感器结构的一种检测方法流程图；
图4是基于本发明磁标记生物传感器结构的另一种检测方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
图1至图4中的附图标记为：传感器层1、保护层2、生物探针固定层3、生物探针4、目标分子5、磁性微粒6、导电层7、绝缘层8、导电单元9、电源引线10、磁标记的竞争目标分子11。
图2(a)是本发明磁标记生物传感器的侧面结构示意图，图2(b)是本发明磁标记生物传感器的俯视图。从图中可以看出，磁标记生物传感器包括磁传感器层1，保护层2和生物探针固定层3。其中，传感器层1用于检测目标分子5，保护层2用于防止磁传感器层1受到液体等腐蚀，生物探针固定层3用于固定生物探针4。生物探针固定层3由导电层7和绝缘层8构成，绝缘层8表面嵌入着多个导电单元9，每个导电单元9与导电层7相接触形成电连接，多个导电单元9规则分布，形成导电单元阵列。该生物探针固定层3的导电层7还与供电装置相连通，供电装置为生物探针固定层3提供电源，电源引线10自导电层7引出。
由图2(b)本实施例中，可以清楚地看到导电单元9呈圆柱形，其分布形成4×4的方形阵列，该圆柱形导电单元9的直径为10nm～100μm，厚度为5nm～1μm。
另外，本实施例中导电单元9由导电材料铜构成；磁传感器层1是基于各向异性磁电阻效应的磁传感器层；保护层2选用Si3N4薄膜，厚度为10nm～100nm；导电层7选用铜薄膜，其厚度为5nm～1μm；绝缘层8选用SiO2薄膜，厚度为5nm～1μm。
需要指出的是，本发明中导电单元9呈规则分布，形成导电单元阵列，该导电单元阵列形成的阵列图形并不局限于本实施例中所示的方形，还包括但不限于圆形、长方形、三角形或平行四边形等；导电单元9可以由导电材料或者软磁性材料构成，其中，导电材料包括但不限于铂、金、钛、钨、钽、铝、铜或者银；软磁性材料包括但不限于铁、镍或者钴；磁传感器层1可以是基于霍尔效应(Hall effect)、各向异性磁电阻效应(AMR)、巨磁电阻效应(GMR)、隧穿磁电阻效应(TMR)以及巨磁阻抗效应(GMI)的磁传感器中的任意一种；保护层2可以是Si3N4薄膜、SiO2薄膜、Al2O3薄膜、类金刚石薄膜、有机绝缘高分子薄膜，其厚度为5nm～1μm；导电层7可以是铂、金、钛、钨、钽、铝、铜、银、铁、镍或者钴中的一种或者几种构成的薄膜，其厚度优选为5nm～1μm；绝缘层8可以是Si3N4薄膜、SiO2薄膜、Al2O3薄膜、类金刚石薄膜、有机绝缘高分子薄膜，厚度优选为5nm～1μm。
上述磁标记生物传感器的制备过程包括制备磁传感器层1、制备保护层2以及制备生物探针固定层3，其中磁传感器层1与保护层2的制备方法与现有技术相同。具体的第一种制备方法如下：
步骤1：在Ar气压为1.0Pa，溅射功率为120W的条件下，采用直流磁控溅射法制备100nm厚的的Ni80Fe20薄膜作为磁传感器层1，然后在Ar与N2气体体积比为1∶3，气压为0.6Pa，溅射功率为80W，沉积温度为120度的条件下，采用射频磁控溅射法、在磁传感器层1表面制备厚度为80nm的Si3N4薄膜，形成保护层2；
步骤2：在Ar气压为1.0Pa，溅射功率为60W的条件下，采用直流磁控溅射法在保护层2表面制备厚度为20nm的金薄膜，形成导电层7；
步骤3：在Ar与O2气体体积比为1∶2，气压为1.0Pa，溅射功率为100W的条件下，采用射频磁控溅射法在导电层7表面制备厚度为100nm的SiO2薄膜，形成绝缘层8；
步骤4：采用甩胶的方法在绝缘层8表面旋涂Clariant公司的酚醛清漆类紫外光刻胶AZ9260构成牺牲层，然后利用紫外曝光技术在牺牲层上得到边长为3μm的4×4方形阵列图形，之后使用显影液，如二甲苯清洗去除该方形阵列图形位置处的已曝光的紫外光刻胶；
步骤5：采用离子束刻蚀法在步骤4得到的结构表面进行刻蚀，使绝缘层8表面刻蚀形成边长为3μm的4×4的凹陷阵列，并且所述的每个凹陷与导电层7相连通；
步骤6：采用磁控溅射法在步骤5得到的结构表面沉积50nm厚的金薄膜；在沉积过程中，在每个凹陷处形成导电单元9，凹陷阵列处的整个导电单元9形成导电单元阵列；
步骤7：采用去胶剂丙酮去除绝缘层8表面残余的光刻胶牺牲层及其上面的金薄膜，即得到本实施例中的磁标记生物传感器。
上述磁标记生物传感器还可以采用如下第二种方法制备：
步骤1至步骤3与上述第一种制备方法中的步骤1至步骤3相同；
步骤4：采用甩胶的方法在绝缘层8表面旋涂电子抗蚀剂PMMA构成牺牲层，然后利用电子束曝光技术或离子束曝光技术在牺牲层上得到边长为3μm的4×4的方形阵列图形，之后使用显影液MIBK：IPA清洗去除该方形阵列图形位置处的已曝光的电子抗蚀剂；
步骤5：采用离子束刻蚀法在步骤4得到的结构表面进行刻蚀，使绝缘层8表面刻蚀形成边长为3μm的4×4的凹陷阵列，并且所述的每个凹陷与导电层7相连通；
步骤6：采用磁控溅射法在步骤5得到的结构表面沉积100nm厚的金薄膜；在沉积过程中，在每个凹陷处形成导电单元9，凹陷阵列处的整个导电单元9形成导电单元阵列；
步骤7：采用去胶剂二氯甲烷去除绝缘层8表面残余的电子抗蚀剂及其上面的金薄膜，即得到实施例中的磁标记生物传感器。
上述磁标记生物传感器还可以采用如下第三种制备方法制备：
步骤1至步骤3与上述第二种制备方法中的步骤1至步骤3相同；
步骤4：在绝缘层8表面旋涂压印剂PMMA构成牺牲层，然后利用压印技术在牺牲层上得到边长为3μm的4×4的方形阵列图形，之后使用反应离子束刻蚀的方法去除压印部分的PMMA。
步骤5至步骤7与上述第二种制备方法中的步骤5至步骤7相同。
利用本实施例中的磁标记生物传感器检测目标分子5的检测方法有两种。
第一种检测方法具体包括如下步骤：
步骤1：采用磁性微粒6对生物探针4进行磁标记；
步骤2：通过供电装置给生物探针固定层3供电；
步骤3：采用微流管技术或直接滴加的方式将步骤1中磁标记的生物探针4覆于生物探针固定层3表面，经导电单元阵列的电流产生磁场从而吸引磁标记的生物探针4，磁标记的生物探针4被固定在导电单元阵列表面，通过清洗去除其余的生物探针4；
步骤4：采用微流管技术或直接滴加的方式提供目标分子5，目标分子通过免疫应答反应与生物探针4相连接；
步骤5：滴加磁性微粒6对目标分子5进行磁标记，通过磁传感器层1检测磁标记从而识别目标分子5；
步骤6：检测完毕后，停止对生物探针固定层3供电，磁标记的生物探针4将脱离导电单元阵列表面，通过清洗清除该磁标记的生物探针4。
第二种检测方法具体包括如下步骤：
步骤1：采用磁性微粒6对生物探针4进行磁标记；
步骤2：通过供电装置给生物探针固定层3供电；
步骤3：采用微流管技术或直接滴加的方式将步骤1中磁标记的生物探针4覆于生物探针固定层3表面，经导电单元阵列的电流产生磁场从而吸引磁标记的生物探针4，磁标记的生物探针4被固定在导电单元阵列表面，通过清洗去除其余的生物探针4；
步骤4：配置固定浓度的目标分子溶液，并对其中的目标分子进行磁标记，作为磁标记的竞争型目标分子11；
步骤5：滴加目标分子5以及步骤4中配置的磁标记的竞争型目标分子11，此时，目标分子5与磁标记的竞争型目标分子11竞争生物探针4的位置，目标分子5浓度越高，其竞争力越强，由此导致磁标记的竞争型目标分子11与生物探针4的结合越少，输出相应发生改变，达到检测目标分子5的目的；
步骤6：检测完毕后，停止对生物探针固定层3供电，磁标记的生物探针4将脱离导电单元阵列表面，通过清洗清除该磁标记的生物探针4。
以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种磁标记生物传感器，包括用于检测目标分子(5)的磁传感器层(1)，用于防止磁传感器(1)受到腐蚀的保护层(2)，以及用于固定生物探针(4)的生物探针固定层(3)，其特征是：所述的生物探针固定层(3)由导电层(7)，位于导电层(7)表面的绝缘层(8)，以及供电装置构成；所述的绝缘层(8)表面嵌入着多个导电单元(9)，每个导电单元(9)与导电层(7)形成电连接；所述的多个导电单元(9)形成导电单元阵列；当所述的供电装置供电时，经磁标记的生物探针(4)被固定吸附在所述的导电单元阵列表面。
2.根据权利要求1所述的磁标记生物传感器，其特征是：所述的导电单元(9)由导电材料或者软磁性材料构成。
3.根据权利要求2所述的磁标记生物传感器，其特征是：所述的导电材料包括铂、金、钛、钨、钽、铝、铜或者银；所述的软磁性材料包括铁、镍或者钴。
4.根据权利要求1所述的磁标记生物传感器，其特征是：所述的导电单元阵列形成的阵列图形为圆形、方形、长方形或者三角形。
5.根据权利要求1所述的磁标记生物传感器，其特征是：所述的导电单元(9)的直径为10nm～100μm，厚度为5nm～1μm。
6.根据权利要求1所述的磁标记生物传感器，其特征是：所述的导电层(7)是铂、金、钛、钨、钽、铝、铜、银、铁、镍、钴中的一种或者几种构成的薄膜，其厚度优选为5nm～1μm。
7.根据权利要求1所述的磁标记生物传感器，其特征是：所述的绝缘层(8)是Si3N4薄膜、SiO2薄膜、Al2O3薄膜、类金刚石薄膜、有机绝缘高分子薄膜，厚度优选为5nm～1μm。
8.根据权利要求1所述的磁标记生物传感器的制备方法，其特征是：包括如下步骤：
步骤1：采用磁控溅射法、热蒸发法、电子束蒸发法或者脉冲激光沉积法制备磁传感器层(1)，然后采用磁控溅射法、热蒸发法、电子束蒸发法或者脉冲激光沉积法在磁传感器层(1)表面制备保护层(2)；
步骤2：采用磁控溅射法、热蒸发法或者电子束蒸发法在保护层(2)表面制备导电层(7)；
步骤3：采用磁控溅射法、热蒸发法、电子束蒸发法或者脉冲激光沉积法在导电层(7)表面制备绝缘层(8)；
步骤4：首先，在绝缘层(8)表面滴加紫外光抗蚀剂构成牺牲层，利用紫外曝光技术在牺牲层上得到阵列图形；或者，
在绝缘层(8)表面滴加电子束抗蚀剂构成牺牲层，利用电子束曝光技术在牺牲层上得到阵列图形；或者，
在绝缘层(8)表面滴加离子束抗蚀剂构成牺牲层，利用离子束曝光技术在牺牲层上得到阵列图形；或者，
在绝缘层(8)表面滴加柔性压印剂构成牺牲层，利用子纳米压痕技术在牺牲层上得到阵列图形；
然后，使用显影或者反应离子刻蚀的方法去除所述的阵列图形位置处的牺牲层；
步骤5：采用化学湿刻法、离子束刻蚀法或者电子束刻蚀法在步骤4得到的结构表面进行刻蚀，使绝缘层(8)表面刻蚀形成凹陷阵列，并且所述的每个凹陷与导电层(7)相连通；
步骤6：采用磁控溅射法、热蒸发法、电子束蒸发法或者脉冲激光沉积法在步骤5得到的结构表面沉积导电薄膜，所述的导电薄膜在每个凹陷位置处形成导电单元(9)，凹陷阵列的整个导电单元(9)形成导电单元阵列；
步骤7：采用去胶剂去除绝缘层(8)表面残余的牺牲层及其上面的导电薄膜。
9.根据权利要求8所述的磁标记生物传感器的制备方法，其特征是：所述的紫外光抗蚀剂包括酚醛清漆类光刻胶和SU-8胶；电子束抗蚀剂包括PMMA、ZEP-520、ma-N2400、EBR-9、PBS和COP；离子束抗蚀剂包括PMMA、ZEP-520、ma-N2400、EBR-9、PBS和COP；柔性压印剂包括PS、PMMA和HSQ。
10.根据权利要求8所述的磁标记生物传感器的制备方法，其特征是：所述的导电薄膜是铂、金、钛、钨、钽、铝、铜、银、铁、镍、钴中的一种或者几种构成的薄膜。
11.利用权利要求1所述的磁标记生物传感器检测目标分子(5)的方法，其特征是：包括如下步骤：
步骤1：采用磁性微粒(6)对生物探针(4)进行磁标记；
步骤2：通过供电装置给生物探针固定层(3)供电；
步骤3：采用微流管技术或直接滴加的方式将(1)中磁标记的生物探针(4)覆于生物探针固定层(3)表面，经导电单元阵列的电流产生磁场从而吸引磁标记的生物探针(4)，磁标记的生物探针(4)被固定在导电单元阵列表面，通过清洗去除其余的生物探针(4)；
步骤4：采用微流管技术或直接滴加的方式提供目标分子(5)，目标分子(5)通过免疫应答反应与生物探针(4)相连接；
步骤5：滴加磁性微粒对目标分子(5)进行磁标记，通过磁传感器层(1)检测磁标记从而识别目标分子(5)；
步骤6：检测完毕后，停止对生物探针固定层(3)供电，磁标记的生物探针(4)将脱离导电单元阵列表面，通过清洗清除该磁标记的生物探针(4)。
12.利用权利要求1所述的磁标记生物传感器检测目标分子(5)的方法，其特征是：包括如下步骤：
步骤1：采用磁性微粒(6)对生物探针(4)进行磁标记；
步骤2：通过供电装置给生物探针固定层(3)供电；
步骤3：采用微流管技术或直接滴加的方式将(1)中磁标记的生物探针(4)覆于生物探针固定层(3)表面，经导电单元阵列的电流产生磁场从而吸引磁标记的生物探针(4)，磁标记的生物探针(4)被固定在导电单元阵列表面，通过清洗去除其余的生物探针(4)；
步骤4：配置固定浓度的目标分子溶液，并对其中的目标分子进行磁标记，作为磁标记的竞争型目标分子(11)；
步骤5：滴加目标分子(5)以及步骤4中配置的磁标记的竞争型目标分子(11)，此时，目标分子(5)与磁标记的竞争型目标分子(11)竞争生物探针(4)的位置，目标分子(5)浓度越高，其竞争力越强，由此导致磁标记的竞争型目标分子(11)与生物探针(4)的结合越少，输出相应发生改变，达到检测目标分子(5)的目的；
步骤6：检测完毕后，停止对生物探针固定层(3)供电，磁标记的生物探针(4)将脱离导电单元阵列表面，通过清洗清除该磁标记的生物探针(4)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110241688.9A CN102393453B (zh) | 2011-08-22 | 2011-08-22 | 一种磁标记生物传感器、其制备方法以及检测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110241688.9A CN102393453B (zh) | 2011-08-22 | 2011-08-22 | 一种磁标记生物传感器、其制备方法以及检测方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102393453A true CN102393453A (zh) | 2012-03-28 |
| CN102393453B CN102393453B (zh) | 2013-09-18 |
Family
ID=45860812
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201110241688.9A Active CN102393453B (zh) | 2011-08-22 | 2011-08-22 | 一种磁标记生物传感器、其制备方法以及检测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102393453B (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102928596A (zh) * | 2012-10-18 | 2013-02-13 | 上海交通大学 | 血清肿瘤标志物检测的巨磁阻抗效应生物传感器 |
| CN102937651A (zh) * | 2012-10-18 | 2013-02-20 | 上海交通大学 | 血清肿瘤标志物检测的巨磁阻抗效应生物传感器制作方法 |
| CN103344754A (zh) * | 2013-05-09 | 2013-10-09 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种磁标记生物检测系统及其检测方法 |
| CN105136893A (zh) * | 2015-06-24 | 2015-12-09 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种薄膜晶体管生物传感器及其制备方法 |
| US11221310B2 (en) | 2016-07-15 | 2022-01-11 | International Business Machines Corporation | Reproducible and manufacturable nanogaps for embedded transverse electrode pairs in nanochannels |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05203626A (ja) * | 1991-06-27 | 1993-08-10 | Hitachi Ltd | 磁気力顕微鏡及び記録再生装置 |
| CN1608206A (zh) * | 2001-12-21 | 2005-04-20 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 用于测量微阵列上磁性纳米粒子面密度的传感器和方法 |
| CN101315429A (zh) * | 2007-05-31 | 2008-12-03 | 佳能株式会社 | 目标物质检测套件和目标物质检测方法 |
| US20090061451A1 (en) * | 2007-09-04 | 2009-03-05 | Catalina Achim | Biosensors and related methods |
| US7514938B2 (en) * | 2004-05-11 | 2009-04-07 | Board Of Regents Of The University And College System Of Nevada, On Behalf Of The University Of Nevada, Reno | Dielectric relaxation spectroscopy apparatus and methods of use |
| CN101467043A (zh) * | 2006-06-14 | 2009-06-24 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 通过放大标记信号进行的灵敏磁检测 |
| WO2009093019A2 (en) * | 2008-01-22 | 2009-07-30 | Imperial Innovations Limited | Label-free molecule detection and measurement |
| CN101501500A (zh) * | 2006-08-15 | 2009-08-05 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 磁传感器设备 |
| CN101846673A (zh) * | 2010-05-17 | 2010-09-29 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种抗原检测方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5203626B2 (ja) * | 2007-04-17 | 2013-06-05 | 中部電力株式会社 | エピタキシャル薄膜形成用のクラッド配向金属基板及びその製造方法 |
-
2011
- 2011-08-22 CN CN201110241688.9A patent/CN102393453B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05203626A (ja) * | 1991-06-27 | 1993-08-10 | Hitachi Ltd | 磁気力顕微鏡及び記録再生装置 |
| CN1608206A (zh) * | 2001-12-21 | 2005-04-20 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 用于测量微阵列上磁性纳米粒子面密度的传感器和方法 |
| US7514938B2 (en) * | 2004-05-11 | 2009-04-07 | Board Of Regents Of The University And College System Of Nevada, On Behalf Of The University Of Nevada, Reno | Dielectric relaxation spectroscopy apparatus and methods of use |
| CN101467043A (zh) * | 2006-06-14 | 2009-06-24 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 通过放大标记信号进行的灵敏磁检测 |
| CN101501500A (zh) * | 2006-08-15 | 2009-08-05 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 磁传感器设备 |
| CN101315429A (zh) * | 2007-05-31 | 2008-12-03 | 佳能株式会社 | 目标物质检测套件和目标物质检测方法 |
| US20090061451A1 (en) * | 2007-09-04 | 2009-03-05 | Catalina Achim | Biosensors and related methods |
| WO2009093019A2 (en) * | 2008-01-22 | 2009-07-30 | Imperial Innovations Limited | Label-free molecule detection and measurement |
| CN101846673A (zh) * | 2010-05-17 | 2010-09-29 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种抗原检测方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| G. A. ROBINSON ET AL: "Bioelectrochemical Enzyme Immunoassay of Human Choriogonadotropin with Magnetic Electrodes", 《CLIN.CHEM》 * |
| JISHAN LI ET AL: "Piezoelectric immunosensor based on magnetic nanoparticles with simple immobilization procedures", 《ANALYTICA CHIMICA ACTA》 * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102928596A (zh) * | 2012-10-18 | 2013-02-13 | 上海交通大学 | 血清肿瘤标志物检测的巨磁阻抗效应生物传感器 |
| CN102937651A (zh) * | 2012-10-18 | 2013-02-20 | 上海交通大学 | 血清肿瘤标志物检测的巨磁阻抗效应生物传感器制作方法 |
| CN102937651B (zh) * | 2012-10-18 | 2014-12-24 | 上海交通大学 | 血清肿瘤标志物检测的巨磁阻抗效应生物传感器制作方法 |
| CN103344754A (zh) * | 2013-05-09 | 2013-10-09 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种磁标记生物检测系统及其检测方法 |
| CN105136893A (zh) * | 2015-06-24 | 2015-12-09 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种薄膜晶体管生物传感器及其制备方法 |
| CN105136893B (zh) * | 2015-06-24 | 2017-11-07 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种薄膜晶体管生物传感器及其制备方法 |
| US11221310B2 (en) | 2016-07-15 | 2022-01-11 | International Business Machines Corporation | Reproducible and manufacturable nanogaps for embedded transverse electrode pairs in nanochannels |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102393453B (zh) | 2013-09-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102393453B (zh) | 一种磁标记生物传感器、其制备方法以及检测方法 | |
| CN103958397B (zh) | 用于制造和对准纳米线的方法和这种方法的应用 | |
| Brzeska et al. | Detection and manipulation of biomolecules by magnetic carriers | |
| CN108139361B (zh) | 检测粒子的方法、确定流速场的方法以及磁霍尔传感器装置 | |
| Wu et al. | Giant magnetoresistance biosensors in biomedical applications | |
| CN109155354A (zh) | 电子无标签的dna和基因组测序 | |
| US9551687B2 (en) | High magnetic moment particle detection | |
| US20070290683A1 (en) | Magnetic Sensor | |
| Sinha et al. | Planar Hall magnetoresistive aptasensor for thrombin detection | |
| AU2002239432A1 (en) | MEMS-based integrated magnetic particle identification system | |
| WO2002042734A2 (en) | Mems-based integrated magnetic particle identification system | |
| JP2009536352A (ja) | 磁気抵抗センサにおける作動のためのシステム及び方法 | |
| US20070237673A1 (en) | Magnetic sensor, production method of the same, and target substance detecting apparatus and biosensor kit using the same | |
| WO2007065377A1 (fr) | Detecteur plan integre pour la detection de champs magnetiques faibles dans 3d, et son procede de fabrication | |
| US7651871B2 (en) | Device for forming magnetic well for nanoparticles | |
| US9733315B2 (en) | Nanomagnetic detector array for biomolecular recognition | |
| Feng et al. | An integrated magnetic microfluidic chip for rapid immunodetection of the prostate specific antigen using immunomagnetic beads | |
| US20100160184A1 (en) | Cross type magnetic array sensors for biomolecules magnetic bead detection | |
| Su et al. | Ultra‐flexible giant magnetoresistance biosensors for lab‐on‐a‐needle biosensing | |
| CN103022071B (zh) | 一种柔性存储器及制造方法 | |
| Yoo et al. | Magnetically-refreshable receptor platform structures for reusable nano-biosensor chips | |
| KR20100068179A (ko) | 자기저항 측정 바이오센서 및 그의 제조방법 | |
| CN111722165B (zh) | 磁传感器、检测装置及检测系统 | |
| JP6939873B2 (ja) | 磁気センサ、検出装置及び検出システム | |
| EP1967855A1 (en) | Magnetic sensor device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220913 Address after: No. 189 Guangming Road, Zhuangshi street, Zhenhai District, Ningbo City, Zhejiang Province Patentee after: Ningbo magnetic materials Application Technology Innovation Center Co.,Ltd. Address before: 315201, No. 519, Zhuang Avenue, Zhenhai District, Zhejiang, Ningbo Patentee before: NINGBO INSTITUTE OF MATERIALS TECHNOLOGY & ENGINEERING, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES |