CN108593160B - 一种薄膜式悬臂梁表面应力生物传感器的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生物传感器制造领域，具体为一种薄膜式悬臂梁表面应力生物传感器的制造方法，包括以下步骤：用聚二甲基硅氧烷原液制备聚二甲基硅氧烷基底；加热固化后，中央切割孔槽；在玻璃衬底上旋涂一层聚二甲基硅氧烷薄膜，在聚二甲基硅氧烷薄膜中央切凹槽，将聚二甲基硅氧烷薄膜在氯金酸溶液还原，表面旋涂光刻胶并进行选择性曝光；聚二甲基硅氧烷薄膜与聚二甲基硅氧烷基底粘合，切割成十字悬臂梁形状，制得聚二甲基硅氧烷薄膜基底；还原沉淀纳米金；剥离光刻胶；划片、封装、测试即得。本发明可以实现集成化，微型化，满足生物传感器的实际应用需要。

Description

一种薄膜式悬臂梁表面应力生物传感器的制造方法

技术领域

本发明一种薄膜式悬臂梁表面应力生物传感器的制造方法，属于生物传感器制造技术领域。

背景技术

近年来，生物传感器因其在疾病诊断、生物传感材料研究、组织工程、表面修饰、植入式生物传感器及药物释放系统等方面有重要应用，受到了国内外的广泛关注。

基于表面应力的生物传感器是一种新型的生物传感器，由于集高效、灵敏、特异、结构小巧、经济实用等优点于一身，是目前生命科学领域的研究热点，正在成为一种强有力的通用分析工具。随着BioMEMS技术的自身发展与生命科学等领域的进一步交叉融合，未来生物传感器的发展趋势和重点走向是微型化、便携化、智能化和集成化。

现有技术中，基于表面应力的生物传感器大部分都是采用刚性材料的单悬臂梁结构，具有很大的杨氏模量，大大限制了生物传感器的灵敏度。现有的薄膜式表面应力生物传感器，在测试过程中悬臂梁自身的重力也会使悬臂梁发生形变，对测试结果产生影响，降低了测试精度。除此之外，这些结构的制备方法复杂，不容易集成化和便携化。

发明内容

本发明克服现有技术的不足，提供了一种薄膜式悬臂梁表面应力生物传感器的制造方法，该方法工艺简单，制备的生物传感器灵敏度高，响应时间短，可以集成化，微型化。

本发明采用的技术方案为，一种薄膜式悬臂梁表面应力生物传感器的制造方法，包括以下步骤：

1）在玻璃培养皿里，用聚二甲基硅氧烷原液制备聚二甲基硅氧烷基底；加热固化后，在聚二甲基硅氧烷基底中央切割孔槽，制得聚二甲基硅氧烷基底；

2）在玻璃衬底上旋涂一层聚二甲基硅氧烷薄膜，进行固化后，在聚二甲基硅氧烷薄膜中央切割凹槽，制得聚二甲基硅氧烷薄膜；

3）将聚二甲基硅氧烷薄膜浸泡在氯金酸溶液中20-24小时；清洗聚二甲基硅氧烷薄膜表面，在其表面旋涂光刻胶并进行选择性曝光；

4）将曝光后的聚二甲基硅氧烷薄膜从玻璃衬底上剥离，转移到聚二甲基硅氧烷基底上，粘合，固化，并将其切割成十字悬臂梁形状，制得聚二甲基硅氧烷薄膜基底；

5）将聚二甲基硅氧烷薄膜基底浸泡在氯金酸、碳酸氢钾、葡萄糖混合而成的还原液中，对聚二甲基硅氧烷薄膜基底进行还原沉淀纳米金；

6）剥离光刻胶；

7）划片、封装、测试。

所述传感器上还可以蒸镀金电极。

所述在玻璃衬底上旋涂一层聚二甲基硅氧烷薄膜是指：将聚二甲基硅氧烷基液和固化剂按一定质量比混合后，通过甩胶机在玻璃片上进行甩膜，旋涂速度为2000rpm/60s。

所述凹槽面积小于孔槽，所述凹槽的深度小于聚二甲基硅氧烷薄膜厚度。

所述孔槽，可以是方形、圆形、螺纹形。

所述聚二甲基硅氧烷薄膜与聚二甲基硅氧烷基底粘合所用粘合剂为固化的聚二甲基硅氧烷。

所述还原液由质量分数分别为1%的氯金酸溶液、20%的碳酸氢钾溶液和2%的葡萄糖溶液按体积比2-4:1-2:1-2混合而成。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明涉及的表面应力生物传感器通过十字梁支撑敏感单元，有效克服了传统的基于表面应力生物传感器灵敏度低，自身重力影响大的问题，减小了噪声影响，并且可以实现集成化，微型化和便携化，可以很好的满足生物传感器制备领域的实际应用需要。

附图说明

图1为本发明表面应力生物传感器剖面图；

图2为本发明表面应力生物传感器俯视图；

图3为聚二甲基硅氧烷薄膜与基底结合并裁剪十字梁结构；

图4为旋涂光刻胶并曝光后的聚二甲基硅氧烷薄膜；

图5为沉淀纳米金层后的聚二甲基硅氧烷薄膜基底；

图6为剥离光刻胶后的传感器。

图中，1为纳米金层敏感单元，2为聚二甲基硅氧烷基底，3为纳米金应变单元，4为十字悬臂梁聚二甲基硅氧烷薄膜，5为金电极，6为光刻胶。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例，凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

实施例1

一种薄膜式悬臂梁表面应力生物传感器的制造方法，包括以下步骤：

第一步，以Sylgard 184，Dow Corning 作为原始材料基液，按照基液和固化剂质量比为10:1进行混合，配制30mL聚二甲基硅氧烷原液，用玻璃棒搅拌均匀，将聚二甲基硅氧烷放入真空干燥中抽真空，去除气泡。将10mL的聚二甲基硅氧烷原液倒入培养皿中，利用加热板在150℃下加热20分钟，使得聚二甲基硅氧烷固化，形成厚度约微5mm厚的基底。将其用刀片裁剪成2cm*2cm的方形基底，然后在在中央部位用刀片裁剪1cm*1cm的方形孔槽，所述孔槽还可以是圆形、螺纹形。

第二步，准备2cm*2cm的玻璃片作为衬底，将聚二甲基硅氧烷基液去除气泡后，用PhotoResist Spinner Model 5000-1旋涂机在玻璃片表面进行旋涂，旋涂速度为2000rpm,旋涂时间为60s，可以得到性能优异，质地均匀，厚度约20μm的聚二甲基硅氧烷薄膜。薄膜的厚度随旋涂速度和时间而改变，旋涂速度越小，时间越短，厚度越大。涂覆后再用加热板在150℃下加热20分钟，对形成的聚二甲基硅氧烷薄膜进行固化。

第三步，用激光切割机在固化好的聚二甲基硅氧烷薄膜中央切割一个5mm*5mm方形凹槽，深度为10μm。

第四步，将具有凹槽的聚二甲基硅氧烷薄膜浸泡在质量分数为1%的氯金酸溶液中，24h之后将聚二甲基硅氧烷薄膜取出，用去离子水冲洗干净。

第五步，用旋涂机以4000rpm/min 的速率在聚二甲基硅氧烷薄膜表面旋涂一层约1.8μm厚的正性光刻胶AZ9260，在95℃的条件下固化十分钟；然后使用金掩模板为掩膜，利用EV6/2 曝光设备进行选择性曝光，如图4所示，以便在聚二甲基硅氧烷薄膜表面沉淀金层，金层长度×宽度＝1mm×0.5mm。

第六步，将聚二甲基硅氧烷薄膜从玻璃片上揭下，覆盖在具有方形孔槽的聚二甲基硅氧烷基底上，用未固化的聚二甲基硅氧烷作为粘合剂，将两者粘合在一起，在加热板上150℃下加热20分钟。固化后，用刀片将聚二甲基硅氧烷薄膜切割成十字悬臂梁形状，所述悬臂梁长度和宽度=4mm×2mm。

第七步，将质量分数分别为1%的氯金酸溶液，20%的碳酸氢钾溶液和2%的葡萄糖溶液按体积比2:1:1混合，配制12mL的还原液，将聚二甲基硅氧烷薄膜和基底浸泡在还原液中，使生成的纳米金颗粒沉淀在聚二甲基硅氧烷薄膜上。

第八步，将聚二甲基硅氧烷薄膜与基底放置于盛有丙酮溶液烧杯中，剥离聚二甲基硅氧烷表面剩余的光刻胶，并用去离子水清洗一分钟，室温下晾干。

第九步，蒸镀金电极；划片、封装、测试。

所述凹槽面积小于孔槽，所述凹槽的深度小于聚二甲基硅氧烷薄膜厚度。

所述聚二甲基硅氧烷薄膜与聚二甲基硅氧烷基底粘合所用粘合剂为固化的聚二甲基硅氧烷。

实施例2

一种薄膜式悬臂梁表面应力生物传感器的制造方法，包括以下步骤：

第一步，以Sylgard 184，Dow Corning 作为原始材料基液，按照基液和固化剂质量比为10:1进行混合，配制30mL聚二甲基硅氧烷原液，用玻璃棒搅拌均匀，将聚二甲基硅氧烷放入真空干燥中抽真空，去除气泡。将10mL的聚二甲基硅氧烷原液倒入培养皿中，利用加热板在150℃下加热20分钟，使得聚二甲基硅氧烷固化，形成厚度3mm厚的基底。将其用刀片裁剪成3cm*3cm的方形基底，然后在在中央部位用刀片裁剪1.5cm*1.5cm的方形孔槽，所述孔槽还可以是圆形或螺旋形。

第二步，准备3cm*3cm的玻璃片作为衬底，将聚二甲基硅氧烷基液去除气泡后，用PhotoResist Spinner Model 5000-1旋涂机在玻璃片表面进行旋涂，旋涂速度为2000rpm,旋涂时间为60s，可以得到性能优异，质地均匀，厚度约30μm 的聚二甲基硅氧烷薄膜。薄膜的厚度随旋涂速度和时间而改变，旋涂速度越小，时间越短，厚度越大。涂覆后再用加热板在150℃下加热20分钟，对形成的聚二甲基硅氧烷薄膜进行固化。

第三步，用激光切割机在固化好的聚二甲基硅氧烷薄膜中央切割一个10mm*10mm方形凹槽，深度为20μm。

第四步，将具有凹槽的聚二甲基硅氧烷薄膜浸泡在质量分数为1%的氯金酸溶液中，24h之后将聚二甲基硅氧烷薄膜取出，用去离子水冲洗干净。

第五步，用旋涂机以4000rpm/min 的速率在聚二甲基硅氧烷薄膜表面旋涂一层约1.8μm厚的正性光刻胶AZ9260，在95℃的条件下固化十分钟；然后使用金掩模板为掩膜，利用EV6/2 曝光设备进行选择性曝光，如图4所示，以便在聚二甲基硅氧烷薄膜表面沉淀金层，所述金层长度×宽度＝2mm×1mm,；

第六步，将聚二甲基硅氧烷薄膜从玻璃片上揭下，覆盖在具有方形孔槽的聚二甲基硅氧烷基底上，用未固化的聚二甲基硅氧烷作为粘合剂，将两者粘合在一起，在加热板上150℃下加热20分钟。固化后，用刀片将聚二甲基硅氧烷薄膜切割成十字悬臂梁形状，所述悬臂梁长度和宽度=8mm×4mm。

第七步，将质量分数分别为1%的氯金酸溶液，20%的碳酸氢钾溶液和2%的葡萄糖溶液按体积比2:1:1混合，配制12mL的还原液，将聚二甲基硅氧烷薄膜和基底浸泡在还原液中，使生成的纳米金颗粒沉淀在聚二甲基硅氧烷薄膜上。

第八步，将聚二甲基硅氧烷薄膜与基底放置于盛有丙酮溶液烧杯中，剥离聚二甲基硅氧烷表面剩余的光刻胶，并用去离子水清洗一分钟，室温下晾干。

第九步，蒸镀金电极；划片、封装、测试。

所述凹槽面积小于孔槽，所述凹槽的深度小于聚二甲基硅氧烷薄膜厚度。

所述聚二甲基硅氧烷薄膜与聚二甲基硅氧烷基底粘合所用粘合剂为固化的聚二甲基硅氧烷。

由于蛋白质分子表面含有羧基（-COOH），羟基（-OH），醛基（-CHO），氨基（-NH₃）等基团，所以，可以利用11-巯基十一烷酸（MUA）、11-巯基事十一醇等功能性溶液对本发明制备的生物传感器的敏感单元进行功能化修饰，使得蛋白质分子可与生物传感器特异性结合。在测试过程中，可直接把待测溶液滴加到本发明的生物传感器的功能化敏感单元上，由于蛋白质与功能基团特异性结合，产生较大的结合能，导致敏感单元发生形变，进而导致与敏感单元相连接的梁发生形变。这就导致梁上应变单元发生形变，引起电阻发生变化，从而输出一个电信号。

本发明涉及的表面应力生物传感器通过十字梁支撑敏感单元，有效克服了传统的基于表面应力生物传感器灵敏度低，自身重力影响大的问题，减小了噪声影响，并且可以实现集成化，微型化和便携化，可以很好的满足生物传感器制备领域的实际应用需要。

本发明不会限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽范围。

Claims (2)

1.一种薄膜式悬臂梁表面应力生物传感器的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）在玻璃培养皿里，用聚二甲基硅氧烷原液制备聚二甲基硅氧烷基底；加热固化后，在聚二甲基硅氧烷基底中央切割孔槽，制得聚二甲基硅氧烷基底；

2）在玻璃衬底上，以1000-8000 rpm/60s的速度，旋涂一层聚二甲基硅氧烷薄膜，进行固化后，在聚二甲基硅氧烷薄膜中央切割凹槽，所述凹槽面积小于孔槽，凹槽的深度小于聚二甲基硅氧烷薄膜厚度，制得聚二甲基硅氧烷薄膜；

3）将聚二甲基硅氧烷薄膜浸泡在氯金酸溶液中20-24小时；清洗聚二甲基硅氧烷薄膜表面，在其表面旋涂光刻胶并进行选择性曝光；

4）将曝光后的聚二甲基硅氧烷薄膜从玻璃衬底上剥离，转移到聚二甲基硅氧烷基底上，粘合，固化，并将其切割成十字悬臂梁形状，制得聚二甲基硅氧烷薄膜基底；粘合所用粘合剂为固化的聚二甲基硅氧烷；

5）将聚二甲基硅氧烷薄膜基底浸泡在氯金酸、碳酸氢钾、葡萄糖混合而成的还原液中，对聚二甲基硅氧烷薄膜基底进行还原沉淀纳米金；

所述还原液由质量分数分别为1%的氯金酸溶液、20%的碳酸氢钾溶液和2%的葡萄糖溶液按体积比2-4:1-2:1-2混合而成；

6）剥离光刻胶；

7）划片、封装、测试，制得传感器。

2.根据权利要求1所述的一种薄膜式悬臂梁表面应力生物传感器的制造方法，其特征在于，所述孔槽可以是方形、圆形、螺纹形。

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