CN108362627B - 一种电阻式微传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电阻式微传感器，包括待测液流道、两个微电极流道和微电阻检测线路；其中，两个微电极流道对称设置于待测液流道的两侧，微电极流道内填充导电液体形成微电极，微电极流道和待测液流道内的待测液构成微电阻，两个微电极流道均与微电阻检测线路相连接。本发明在微电极流道内填充导电液体形成微电极，与现有技术采用金属溅射的方法在微流道的下部沉积出微电极相比，不需溅射贵重金属(如铂、金等)，提高了电阻式微传感器的稳定性，具有工艺简单、耗时短的优点，降低了成本。当有待测液或微粒通过待测液流道时，通过微电阻检测线路检测电阻值的变化，并通过监测微电阻的阻值变化规律，可分析得到待测液的流速、体积、组分等参数。
Description
技术领域
本发明涉及微传感器领域，更具体的，涉及一种用于流式检测的电阻式微传感器。
背景技术
微电子机械系统(MEMS)传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。与传统的传感器相比，具有尺寸小、集成化高、灵敏性高、批量制造成本低、稳定性好等优点，被广泛应用于生物、化学、物理及航空领域。
流式检测技术是一种常见的对悬浮液中颗粒状微小粒子(例如细胞)进行检测的技术，其工作原理是将待测微粒(细胞)(如果光学检测则需要荧光染色)制成悬浮液，用一定压力将待测样品压入流动室，不含微粒(细胞)的缓冲溶液在高压下从鞘液管喷出，形成一定形状的流束，待测微粒(细胞)在鞘液的包被下单行排列，依次通过检测区域。在检测区域中对待测粒子进行检测。
微传感器是一种基于半导体工艺技术的新一代传感器器件，它应用新的工作机制和物化效应，采用与标准半导体工艺兼容的材料，用微细加工技术制备的。微传感器因其微型化、智能化、低功耗、易集成的特点而越来越受到青睐。电学微传感器是用于电流、电位、电阻和电容等测量的微传感器。由于检测范围广、信号处理简单、可操作性强，电学微传感器在流式检测应用中最为广泛，即检测待测样本试剂通过传感器检测区域时的电信号变化。
传统的MEMS传感器微电极有薄膜型和微针型，目前电学检测一般是用光刻和金属溅射的方法在微流道的下部沉积出微电极，然后通过电信号来感测微流道中微粒通过时带来的各种电信号的改变来检测微粒。但溅射或沉积工艺制作微电极，过程复杂繁琐，成本高且耗时长。另外，为增强微电极耐缓冲液腐蚀性和稳定性，常采用贵重金属铂做微电极材料，成本非常高昂。
发明内容
本发明为解决传统技术的上述缺陷，提供一种电阻式微传感器。
本发明提供一种电阻式微传感器，包括待测液流道、两个微电极流道和微电阻检测线路；其中，
两个所述微电极流道对称设置于所述待测液流道的两侧，所述微电极流道内填充导电液体形成微电极，所述微电极流道和所述待测液流道内的待测液构成微电阻，两个所述微电极流道均与所述微电阻检测线路相连接。
其中，所述微电极流道和所述待测液流道之间设有导电薄膜，所述微电极流道、导电薄膜和所述待测液串联形成微电阻。
其中，所述微电极流道的两端分别设有注射口和出口，所述注射口和所述出口均通过导线与所述微电阻检测线路相连接，两个所述微电极流道之间形成检测区域。
其中，所述微电极流道和所述待测液不相互接触。
其中，所述导电液体包括液态金属、离子液体或电解质溶液。
其中，所述液态金属包括室温条件下为液态的汞、镓、镓铟合金、镓铟锡合金、铋、铟、锡、铋铟合金和铋铟锡合金。
其中，所述微电极流道的制作材料为PDMS、PMMA、石英玻璃或硅。
其中，所述待测液流道和所述微电极流道均为蛇形，两个所述微电极流道对称设置于所述待测液流道的两侧。
其中，所述待测液流道和所述微电极流道均为螺旋型，两个所述微电极流道对称设置于所述待测液流道的两侧。
其中，所述微电极流道和所述待测液流道均采用MEMS制造工艺制作而成。
本发明提供的电阻式微传感器，在待测液流道的两侧分别设置一个微电极流道，微电极流道内填充导电液体形成微电极，两个微电极流道和待测液构成微电阻，两个微电极流道分别连接用于测量微电阻的阻值的微电阻检测线路。当有待测液或微粒通过待测液流道时，由于待测液或微粒的电阻率不同，微电阻检测线路检测到的电阻值发生变化，通过监测微电阻的阻值是否变化可得知待测液是否通过；通过监测微电阻的阻值变化规律，可分析得到待测液的流速、体积、组分等参数。
本发明提供的电阻式微传感器在微电极流道内填充导电液体形成微电极，与现有技术采用金属溅射的方法在微流道的下部沉积出微电极相比，不需溅射贵重金属(如铂、金等)，提高了电阻式微传感器的稳定性，具有工艺简单、耗时短的优点，降低了成本。当有待测液或微粒通过待测液流道时，通过微电阻检测线路检测电阻值的变化，并通过监测微电阻的阻值变化规律，可分析得到待测液的流速、体积、组分等参数。
附图说明
图1为根据本发明实施例提供的电阻式微传感器的结构示意图；
图2为根据本发明实施例提供的微电极流道的结构示意图；
图3为根据本发明实施例提供的另一种电阻式微传感器的结构示意图；
图4为根据本发明实施例提供的另一种微电极流道的结构示意图；
图5为根据本发明实施例提供的又一种电阻式微传感器的结构示意图；
图6为根据本发明实施例提供的又一种微电极流道的结构示意图；
图中，1.待测液流道；2.微电极流道；3.微电阻检测线路4.检测区域；5.注射口；6.出口；7.微电阻流道。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一模块实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为根据本发明实施例提供的电阻式微传感器的结构示意图。如图1所示，本实施例提供的电阻式微传感器包括待测液流道1、两个微电极流道2和微电阻检测线路3；其中，
两个所述微电极流道2对称设置于所述待测液流道1的两侧，所述微电极流道2内填充导电液体形成微电极，所述微电极流道2和所述待测液流道1内的待测液构成微电阻，两个所述微电极流道2均与所述微电阻检测线路3相连接。
具体地，电阻式微传感器是一种是电学微传感器，用于测量电阻。电学微传感器是用于电流、电位、电阻和电容等测量的微传感器。由于检测范围广、信号处理简单、可操作性强，电学微传感器在流式检测应用中最为广泛，即检测待测样本试剂通过传感器检测区域时的电信号变化。
参照图1，本实施例提供的电阻式微传感器由测液流道、两个微电极流道2和微电阻检测线路3组成。其中，两个微电极流道2对称设置在待测液流道1的两侧，待测液流道1内流动有待测微粒(例如细胞)制成悬浮液。本实施例中，待测液流道1呈直线形。
微电极流道2内填充导电液体形成微电极，其中，微电极是指工作面积很小的电极，电极面积大小的界限并不十分严格。微电极指电极的微型化。例如微型化离子选择性电极，用于直接观察体液甚至细胞内某些重要离子的活度变化。玻璃毛细管(尖端内径在百万分之一米以下)电极，在微操纵仪控制下，安置在细胞表面附近或插入细胞内以观察单个细胞的电活动。本实施例在微电极流道2内填充导电液体形成微电极，与现有技术采用金属溅射的方法在微流道的下部沉积出微电极相比，不需溅射贵重金属(如铂、金等)，提高了电阻式微传感器的稳定性，降低了成本。
进一步地，微电极流道2和待测液流道1内的待测液串联形成微电阻，两个所述微电极流道2均与所述微电阻检测线路3相连接。微电阻指电阻值较小的电阻，如图1所示，微电极流道2内填充导电液体形成微电极，微电极与待测液流道1内的待测液构成微电阻。待测液流道1两侧的微电极流道2都与微电阻检测线路3相连接，微电阻检测线路3持续测量上述微电阻的阻值。
当有待测液或微粒通过待测液流道1时，由于待测液或微粒的电阻率不同，微电阻检测线路3检测到的电阻值发生变化，通过监测微电阻的阻值是否变化可得知待测液是否通过；通过监测微电阻的阻值变化规律，可分析得到待测液的流速、体积、组分等参数。
本发明实施例提供的电阻式微传感器在微电极流道内填充导电液体形成微电极，与现有技术采用金属溅射的方法在微流道的下部沉积出微电极相比，不需溅射贵重金属(如铂、金等)，提高了电阻式微传感器的稳定性，具有工艺简单、耗时短的优点，降低了成本。当有待测液或微粒通过待测液流道时，通过微电阻检测线路检测电阻值的变化，并通过监测微电阻的阻值变化规律，可分析得到待测液的流速、体积、组分等参数。
在上述实施例的基础上，所述微电极流道2靠近所述待测液流道1的一端设有与所述待测液流道1平行的微电阻流道7，所述微电阻流道7和所述待测液流道1内的待测液构成微电阻。
如图1所示，微电极流道2中部靠近待测液流道1的一端设有与所述待测液流道1平行的微电阻流道7，本实施例中，待测液流道1呈直线形，相应的，微电阻流道7也呈直线形。微电阻流道7和待测液流道1内的待测液构成微电阻，通过微电阻检测线路3持续测量上述微电阻的阻值。当有待测液或微粒通过待测液流道1时，由于待测液或微粒的电阻率不同，微电阻检测线路3检测到的电阻值发生变化，通过监测微电阻的阻值是否变化可得知待测液是否通过；通过监测微电阻的阻值变化规律，可分析得到待测液的流速、体积、组分等参数。
在上述各实施例的基础上，所述微电极流道2和所述待测液流道1之间设有导电薄膜，所述微电极流道2、导电薄膜和所述待测液1串联形成微电阻。
具体地，微电极流道2和待测液流道1之间设置有导电薄膜。微电阻由微电极流道、待测液流道中的待测液和微电极流道与待测液流道之间的薄膜串联形成。三者的导电率不同，当待测液流道中有待测液通过时，会改变微电阻的电阻值，此时通过外接检测线路检测电阻值的变化情况即可进行检测。因不同的待测液具有不同的电导率，所以根据检测所得电阻值的变化情况可以确定待测液的种类。
本实施例在微电极流道2和待测液流道1之间设置导电薄膜，避免微电极直接与待测液相接触，解决了微电极表面被待测液腐蚀水解，产生气泡和水解产物影响待测液的流动，提高了微电极的抗干扰能力。提高了电阻式微传感器的稳定性，避免微电极流道2被待测液腐蚀，也避免了待测液的样品被污染，从而使待测液的样品能够二次利用，并且延长了电阻式微传感器的使用寿命。
图2为根据本发明实施例提供的微电极流道的结构示意图，如图2所示，所述微电极流道2的两端分别设有注射口5和出口6，所述注射口5和所述出口6均通过导线与所述微电阻检测线路3相连接，两个所述微电极流道2之间形成检测区域4。
具体地，参照图1和图2，微电极流道2的两端分别设有注射口5和出口6，从注射口5将导电液体缓慢灌注至微电极流道2中，形成微电极。本实施例中微电极制作工艺简单，稳定性高。
两个微电极流道2之间形成检测区域4，待测液流道1位于检测区域4。两个微电极流道2与待测液流道1内的待测液构成微电阻，避免了传统微流控芯片封装过程中微电极与待测液流道1精确对准等繁琐步骤。微电极流道2两端的注射口5和出口6均通过导线与微电阻检测线路3相连接。微电阻检测线路3持续测量检测区域4内微电阻的阻值。
当有待测液或微粒通过待测液流道1时，由于待测液或微粒的电阻率不同，微电阻检测线路3检测到的电阻值发生变化，通过监测微电阻的阻值是否变化可得知待测液是否通过；通过监测微电阻的阻值变化规律，可分析得到待测液的流速、体积、组分等参数。
在上述各实施例的基础上，所述微电极流道2和所述待测液不相互接触。
参照图1，本实施例中，微电极流道2内填充导电液体形成微电极，不需与待测液直接接触，避免微电极直接与待测液相接触，解决了微电极表面被待测液腐蚀水解，提高了电阻式微传感器的稳定性，避免微电极流道2被待测液腐蚀，也避免了待测液的样品被污染，从而使待测液的样品能够二次利用，并且延长了电阻式微传感器的使用寿命。
在上述各实施例的基础上，所述导电液体包括液态金属、离子液体或电解质溶液。本实施例中，导电液体用于从注射口5缓慢灌注至微电极流道2中，形成微电极。其中，导电液体包括液态金属、离子液体或电解质溶液。与现有技术采用金属溅射的方法在微流道的下部沉积出微电极相比，本实施例不需溅射贵重金属(如铂、金等)，提高了电阻式微传感器的稳定性，具有工艺简单、耗时短的优点，降低了成本。
在上述各实施例的基础上，所述液态金属包括室温条件下为液态的汞、镓、镓铟合金、镓铟锡合金、铋、铟、锡、铋铟合金和铋铟锡合金。优选的，本实施例采用液态金属填充至微电极流道2中，形成微电极。本实施例中，液态金属包括室温条件下为液态的汞、镓、镓铟合金、镓铟锡合金、铋、铟、锡、铋铟合金和铋铟锡合金。
在上述各实施例的基础上，所述微电极流道2的制作材料为PDMS、PMMA、石英玻璃或硅。
本实施例中，微电极流道2的制作材料选用PDMS、PMMA、石英玻璃或硅。其中，PDMS(Polydimethylsiloxane)是聚二甲基硅氧烷的英文缩写，因其成本低，使用简单，同硅片之间具有良好的粘附性，而且具有良好的化学惰性等特点，成为一种广泛应用于微流控等领域的聚合物材料。PMMA(PolymethylMethacrylate)是聚甲基丙烯酸甲酯，俗称有机玻璃，具有良好的介电性能。PMMA树脂是无毒环保的材料，具有良好的化学稳定性和耐候性。石英玻璃是由各种纯净的天然石英(如水晶、石英砂等)熔化制成，具有良好的化学稳定性和耐酸性，石英玻璃常用于制作半导体、实验室仪器、医疗设备和耐高温耐腐蚀的化学仪器，应用十分广泛。本实施例采用PDMS、PMMA、石英玻璃或硅制作微电极流道2，使微电极流道2具有良好的化学稳定性，从而提高了电阻式微传感器的稳定性。
图3为根据本发明实施例提供的另一种电阻式微传感器的结构示意图，图4为根据本发明实施例提供的另一种微电极流道的结构示意图。如图3和图4所示，本实施例中，待测液流道1和微电极流道2均为蛇形，两个微电极流道2对称设置于待测液流道1的两侧。
蛇形的微电极流道2内填充导电液体形成微电极，其中，微电极是指工作面积很小的电极，电极面积大小的界限并不十分严格。本实施例在微电极流道2内填充导电液体形成微电极，与现有技术采用金属溅射的方法在微流道的下部沉积出微电极相比，不需溅射贵重金属(如铂、金等)，提高了电阻式微传感器的稳定性，降低了成本。
进一步地，微电极流道2和待测液流道1内的待测液构成微电阻，两个所述微电极流道2均与所述微电阻检测线路3相连接。微电阻指电阻值较小的电阻，微电极流道2内填充导电液体形成微电极，微电极与待测液流道1内的待测液构成微电阻。待测液流道1两侧的微电极流道2都与微电阻检测线路3相连接，微电阻检测线路3持续测量上述微电阻的阻值。当有待测液或微粒通过待测液流道1时，由于待测液或微粒的电阻率不同，微电阻检测线路3检测到的电阻值发生变化，通过监测微电阻的阻值是否变化可得知待测液是否通过；通过监测微电阻的阻值变化规律，可分析得到待测液的流速、体积、组分等参数。
本发明实施例提供的电阻式微传感器，待测液流道和微电极流道均为蛇形。本发明实施例在微电极流道内填充导电液体形成微电极，与现有技术采用金属溅射的方法在微流道的下部沉积出微电极相比，不需溅射贵重金属(如铂、金等)，提高了电阻式微传感器的稳定性，具有工艺简单、耗时短的优点，降低了成本。当有待测液或微粒通过待测液流道时，通过微电阻检测线路检测电阻值的变化，并通过监测微电阻的阻值变化规律，可分析得到待测液的流速、体积、组分等参数。
图5为根据本发明实施例提供的又一种电阻式微传感器的结构示意图，图6为根据本发明实施例提供的又一种微电极流道的结构示意图。如图5和图6所示，本实施例中，待测液流道1和微电极流道2均为螺旋型，两个微电极流道2对称设置于待测液流道1的两侧。
螺旋形的微电极流道2内填充导电液体形成微电极，其中，微电极是指工作面积很小的电极，电极面积大小的界限并不十分严格。本实施例在微电极流道2内填充导电液体形成微电极，与现有技术采用金属溅射的方法在微流道的下部沉积出微电极相比，不需溅射贵重金属(如铂、金等)，提高了电阻式微传感器的稳定性，降低了成本。
进一步地，微电极流道2和待测液流道1内的待测液构成微电阻，两个所述微电极流道2均与所述微电阻检测线路3相连接。微电阻指电阻值较小的电阻，微电极流道2内填充导电液体形成微电极，微电极与待测液流道1内的待测液构成微电阻。待测液流道1两侧的微电极流道2都与微电阻检测线路3相连接，微电阻检测线路3持续测量上述微电阻的阻值。当有待测液或微粒通过待测液流道1时，由于待测液或微粒的电阻率不同，微电阻检测线路3检测到的电阻值发生变化，通过监测微电阻的阻值是否变化可得知待测液是否通过；通过监测微电阻的阻值变化规律，可分析得到待测液的流速、体积、组分等参数。
本发明实施例提供的电阻式微传感器，待测液流道和微电极流道均为螺旋形。本发明实施例在微电极流道内填充导电液体形成微电极，与现有技术采用金属溅射的方法在微流道的下部沉积出微电极相比，不需溅射贵重金属(如铂、金等)，提高了电阻式微传感器的稳定性，具有工艺简单、耗时短的优点，降低了成本。当有待测液或微粒通过待测液流道时，通过微电阻检测线路检测电阻值的变化，并通过监测微电阻的阻值变化规律，可分析得到待测液的流速、体积、组分等参数。
在上述各实施例的基础上，所述微电极流道2和所述待测液流道1均采用MEMS制造工艺制作而成。
MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)制造工艺是下至纳米尺度，上至毫米尺度微结构加工工艺的通称。广义上的MEMS制造工艺，方式十分丰富，几乎涉及了各种现代加工技术。起源于半导体和微电子工艺，以光刻、外延、薄膜淀积、氧化、扩散、注入、溅射、蒸镀、刻蚀、划片和封装等为基本工艺步骤来制造复杂三维形体的微加工技术。
本实施例中，微电极流道2和待测液流道1通过刻蚀的方法制作。刻蚀狭义理解是光刻腐蚀，先通过光刻将光刻胶进行光刻曝光处理，然后通过其它方式实现腐蚀处理掉所需除去的部分。随着微制造工艺的发展，广义上来讲，刻蚀成了通过溶液、反应离子或其它机械方式来剥离、去除材料的一种统称。
本实施例应用MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)制造工艺制作微电极流道和待测液流道，具有工艺简单、耗时短、成本低、集成化高的优点。
本发明实施例提供的电阻式微传感器在微电极流道内填充导电液体形成微电极，与现有技术采用金属溅射的方法在微流道的下部沉积出微电极相比，不需溅射贵重金属(如铂、金等)，提高了电阻式微传感器的稳定性，具有工艺简单、耗时短的优点，降低了成本。当有待测液或微粒通过待测液流道时，通过微电阻检测线路检测电阻值的变化，并通过监测微电阻的阻值变化规律，可分析得到待测液的流速、体积、组分等参数。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种电阻式微传感器，其特征在于，包括待测液流道、两个微电极流道和微电阻检测线路；其中，
两个所述微电极流道对称设置于所述待测液流道的两侧，所述微电极流道内填充导电液体形成微电极，所述微电极流道和所述待测液流道之间设有导电薄膜，所述微电极流道靠近所述待测液流道的一端设有与所述待测液流道平行的微电阻流道，所述微电阻流道、所述导电薄膜和所述待测液流道内的待测液构成微电阻；两个所述微电极流道均与所述微电阻检测线路相连接。
2.根据权利要求1所述的电阻式微传感器，其特征在于，所述微电极流道的两端分别设有注射口和出口，所述注射口和所述出口均通过导线与所述微电阻检测线路相连接，两个所述微电极流道之间形成检测区域。
3.根据权利要求1所述的电阻式微传感器，其特征在于，所述微电极流道和所述待测液不相互接触。
4.根据权利要求1所述的电阻式微传感器，其特征在于，所述导电液体包括液态金属、离子液体或电解质溶液。
5.根据权利要求4所述的电阻式微传感器，其特征在于，所述液态金属包括室温条件下为液态的汞、镓、镓铟合金、镓铟锡合金、铋、铟、锡、铋铟合金和铋铟锡合金。
6.根据权利要求1所述的电阻式微传感器，其特征在于，所述微电极流道的制作材料为PDMS、PMMA、石英玻璃或硅。
7.根据权利要求1所述的电阻式微传感器，其特征在于，所述待测液流道和所述微电极流道均为蛇形，两个所述微电极流道对称设置于所述待测液流道的两侧。
8.根据权利要求1所述的电阻式微传感器，其特征在于，所述待测液流道和所述微电极流道均为螺旋型，两个所述微电极流道对称设置于所述待测液流道的两侧。
9.根据权利要求1所述的电阻式微传感器，其特征在于，所述微电极流道和所述待测液流道均采用MEMS制造工艺制作而成。
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