CN209167197U - 集成式生物传感器芯片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种集成式生物传感器芯片，信号采集电路设置于第二基材层上；第一基材层的上表面设置有第一凹槽和第二凹槽，第一穿晶导电孔设置于第一凹槽处，第一基材层的下表面设置有第一连接电路，第一连接电路连接第二穿晶导电孔和第一穿晶导电孔的下表面；工作电极设置于第一凹槽处，第二基材层设置于第二凹槽处；工作电极通过第一穿晶导电孔、第一连接电路和第二穿晶导电孔连接信号采集电路。将生物信号采集电极和信号采集电路集成在可以堆叠连接的两个芯片上，信号采集电极获得的电流信号通过穿晶导电孔直接连接信号采集电路，信号传输路径短、信号干扰小，集成度高，通过集成电路、微纳米结构实现了提升各种微量元素的检出线。
Description
技术领域
本实用新型涉及传感器技术领域，具体涉及一种集成式生物传感器芯片。
背景技术
电化学法分析生物信号是一种常见的方法，一般可以对生物的尿液、汗液和血液等进行检测，对液体、气体实现分子级别的检测。
目前，行业内常规的检测手段，受限于传感器设计和反应条件，都是在专业机构单位或大型医院进行，设备体积大，操作复杂。另一方面，生物电信号一般都比较弱(nA级，mV，μV级)，传统的电化学传感器通常都将传感器做的非常大，让响应电流尽可能大，从而降低信号采集的难度，这样决定了他的设备系统不可能做小，不能做消费级的推广，不便于携带。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是：提出一个集成式生物传感器芯片，将生物信号采集电极和信号采集电路集成在一个芯片，通过集成电路、微纳米结构来提升各种微量元素的检出线(以检测得出nA级的电流，mV的电压，μV级的电压)。
一种集成式生物传感器芯片，包括第一基材层、第二基材层、信号采集电路和工作电极；
信号采集电路设置于第二基材层上；
第一基材层的上表面设置有第一凹槽和第二凹槽，第一基材层设置有第一穿晶导电孔和第二穿晶导电孔，第一穿晶导电孔设置于第一凹槽处，第一基材层的下表面设置有第一连接电路，第一连接电路连接第二穿晶导电孔和第一穿晶导电孔的下表面；
工作电极设置于第一凹槽处，第二基材层设置于第二凹槽处；
工作电极通过第一穿晶导电孔、第一连接电路和第二穿晶导电孔连接信号采集电路。
优选的，信号采集电路设置于第二基材层的下表面，第二穿晶导电孔设置于第二凹槽处，第二穿晶导电孔的上部连通信号采集电路。
优选的，信号采集电路设置有导电凸点；
导电凸点为焊球，焊球通过倒装工艺焊接在第二穿晶导电孔的上部；或，
导电凸点通过导电胶粘接在第二穿晶导电孔上。
优选的，信号采集电路设置于第二基材层的上表面，信号采集电路通过引线键合工艺连接在第一基材层的上表面的导电焊盘处；
第二凹槽为台阶式凹槽，第二基材层设置于第二凹槽的底部或较低级台阶，导电焊盘设置于较高级台阶；
导电焊盘与第二穿晶导电孔的上表面连接。
优选的，工作电极的表面设置有生物信号反应膜层；
生物信号反应膜层为生物酶膜、离子选择性膜、或其他具备选择性的金属层或高分子膜层。
凹槽有利于保护信号采集工作电极表面的修饰的生物信号反应膜层不被机械损伤，同时给生化反应提供一个稳定的空间环境，避免外界的运动干扰。生物信号反应膜层为生物酶膜、离子选择性膜、或其他具备选择性的金属层或高分子膜层，通过不同的修饰方法得到。
生物信号反应膜层可能无法承受高温，第一基材层和第二基材层的组装需要在低温(低于100℃)或常温(20-50℃)，或局部高温下进行；可以考虑常温固化导电胶粘接，超声压焊，或者引线键合工艺。
优选的，还包括对电极，对电极位于第二基材层的第一表面层，对电极毗邻信号采集参比电极设置对电极的作用是和工作电极组成回路以通过电流。
优选的，第一基材层和第二基材层为硅基层、砷化镓基材层、碳纳米管基材层或石墨烯基材层或陶瓷基材层。
优选的，还包括参比电极；参比电极位于第一基材层的上部，参比电极位于工作电极的周侧；
参比电极连接信号采集电路。
还包括对电极，对电极位于第一基材层的上部，对电极毗邻信号采集参比电极设置；
优选的，第一凹槽为台阶式凹槽，工作电极设置于第一凹槽的底部或较低级台阶，参比电极设置于较高级台阶。
优选的，第一基材层设置有第三穿晶导电孔和第四穿晶导电孔，第三穿晶导电孔设置于第一凹槽的较高级台阶处，第一基材层的下表面设置有第二连接电路，第二连接电路连接第四穿晶导电孔和第三穿晶导电孔的下表面；
参比电极通过第三穿晶导电孔、第二连接电路和第四穿晶导电孔连接信号采集电路。
优选的，第一基材层的上表面还设置有第三连接电路，第三连接电路的高度高于第二基材层的上表面，第三连接电路的高度高于工作电极的上表面。
第四穿晶导电孔设置于第二凹槽较高级台阶处。
工作电极和参比电极的组数在2组以上，每组工作电极和参比电极用于检测一种体液的一个生物信号；
工作电极为多孔纳米金微电极或多孔纳米铂电极。多孔纳米金微电极的微孔的孔径在10nm-500nm，纳米多孔结构能够增加传感器的表面积，增加检出限，可以检测出来的体液的微小电流、电压或电阻的最小值或最大值；同时多孔结构方便固定反应膜，界面阻抗更小，减小信号干扰。
优选的，电极对的数量在N个以上，电极对呈圆周阵列或矩形阵列分布，N大于2，N为自然数；
体液为汗液、血液、尿液、泪水或油脂。
优选的，第一基材层还集成有蓝牙收发电路和生物电发电电池；或，
第一基材层还集成有蓝牙收发电路和无线充电电路；或，
第一基材层还集成有蓝牙收发电路，工作电极和参比电极连接蓝牙收发电路的电流输入端。
本实用新型的有益效果是：一种集成式生物传感器芯片，包括第一基材层、第二基材层、信号采集电路和工作电极；信号采集电路设置于第二基材层上；第一基材层的上表面设置有第一凹槽和第二凹槽，第一基材层设置有第一穿晶导电孔和第二穿晶导电孔，第一穿晶导电孔设置于第一凹槽处，第一基材层的下表面设置有第一连接电路，第一连接电路连接第二穿晶导电孔和第一穿晶导电孔的下表面；工作电极设置于第一凹槽处，第二基材层设置于第二凹槽处；工作电极通过第一穿晶导电孔、第一连接电路和第二穿晶导电孔连接信号采集电路。将生物信号采集电极和信号采集电路集成在两个可以堆叠连接的芯片上，在芯片的信号采集电极面接触待检测的液体，信号采集电极获得的电流信号通过导电孔(穿晶导电孔)直接连接信号采集电路，信号传输路径短、信号干扰小，集成度高，通过集成电路、微纳米结构来提升各种微量元素的检出线，从而可以对汗液、尿液等实现分子级别的检测，得出nA级的电流、mV的电压或μV级的电压。
附图说明
下面结合附图对本实用新型的集成式生物传感器芯片作进一步说明。
图1是本实用新型一种集成式生物传感器芯片的基材层1的背面的俯视图。
图2是本实用新型一种集成式生物传感器芯片的电路连接的结构示意图。
图3是本实用新型一种集成式生物传感器芯片的实施例一的一个视角的剖视图。
图4是本实用新型一种集成式生物传感器芯片的实施例一的另一个视角的剖视图。
图5是本实用新型一种集成式生物传感器芯片的实施例二的剖视图。
图中：
11-第一基材层；110-第三连接电路；111-第一凹槽；112-第二凹槽；113-第一穿晶导电孔；114-第二穿晶导电孔；115-第一连接电路；116-导电焊盘；117-第三穿晶导电孔；118-第四穿晶导电孔；119-第二连接电路；2-信号采集电路；12-第二基材层；21-导电凸点；31-工作电极；32-参比电极；33-对电极；6-生物信号反应膜层；7-蓝牙收发电路；8-生物电发电电池；9-无线充电电路。
具体实施方式
下面结合附图1～5对本实用新型一种集成式生物传感器芯片作进一步说明。
实施例一
一种集成式生物传感器芯片，包括第一基材层11、第二基材层12、信号采集电路2和工作电极31；
信号采集电路2设置于第二基材层12上；
第一基材层11的上表面设置有第一凹槽111和第二凹槽112，第一基材层11设置有第一穿晶导电孔113和第二穿晶导电孔114，第一穿晶导电孔113设置于第一凹槽111处，第一基材层11的下表面设置有第一连接电路115，第一连接电路115连接第二穿晶导电孔114和第一穿晶导电孔113的下表面；
工作电极31设置于第一凹槽111处，第二基材层12设置于第二凹槽112处；
工作电极31通过第一穿晶导电孔113、第一连接电路115和第二穿晶导电孔114连接信号采集电路2。
本实施例中，信号采集电路2设置于第二基材层12的上表面，信号采集电路2通过引线键合工艺连接在第一基材层11的上表面的导电焊盘116处。
本实施例中，第二凹槽112为台阶式凹槽，第二基材层12设置于第二凹槽112的底部或较低级台阶，导电焊盘116设置于较高级台阶；
导电焊盘116与第二穿晶导电孔114的上表面连接。
本实施例中，还包括参比电极32；参比电极32位于第一基材层11的上部，参比电极32位于工作电极31的周侧；
参比电极32可以采用与工作电极31类似的方式连接信号采集电路2，也可以是，参比电极32通过第一基材层11上表面的连接线路连接信号采集电路2。
本实施例中，工作电极31的表面设置有生物信号反应膜层6；
生物信号反应膜层6为生物酶膜、离子选择性膜、或其他具备选择性的金属层或高分子膜层。
本实施例中，第一基材层11还集成有蓝牙收发电路7，工作电极31和参比电极32连接蓝牙收发电路7的电流输入端。
本实施例中，第一基材层11设置有第三穿晶导电孔117和第四穿晶导电孔118，第三穿晶导电孔117设置于第一凹槽111的较高级台阶处，第一基材层11的下表面设置有第二连接电路119，第二连接电路119连接第四穿晶导电孔118和第三穿晶导电孔117的下表面；
参比电极32通过第三穿晶导电孔117、第二连接电路119和第四穿晶导电孔118连接信号采集电路2。
本实施例中，第一基材层11的上表面还设置有第三连接电路110，第三连接电路110的高度高于第二基材层12的上表面，第三连接电路110的高度高于工作电极31的上表面。
第四穿晶导电孔118设置于第二凹槽112较高级台阶处。
实施例二
一种集成式生物传感器芯片，包括第一基材层11、第二基材层12、信号采集电路2和工作电极31；
信号采集电路2设置于第二基材层12上；
第一基材层11的上表面设置有第一凹槽111和第二凹槽112，第一基材层11设置有第一穿晶导电孔113和第二穿晶导电孔114，第一穿晶导电孔113设置于第一凹槽111处，第一基材层11的下表面设置有第一连接电路115，第一连接电路115连接第二穿晶导电孔114和第一穿晶导电孔113的下表面；
工作电极31设置于第一凹槽111处，第二基材层12设置于第二凹槽112处；
工作电极31通过第一穿晶导电孔113、第一连接电路115和第二穿晶导电孔114连接信号采集电路2。
本实施例中，信号采集电路2设置于第二基材层12的下表面，第二穿晶导电孔114设置于第二凹槽112处，第二穿晶导电孔114的上部连通信号采集电路2。
本实施例中，信号采集电路2设置有导电凸点21；
导电凸点21为焊球，焊球通过倒装工艺焊接在第二穿晶导电孔114的上部；或，
导电凸点21通过导电胶粘接在第二穿晶导电孔114上。
本实施例中，工作电极31的表面设置有生物信号反应膜层6；
生物信号反应膜层6为生物酶膜、离子选择性膜、或其他具备选择性的金属层或高分子膜层。
本实施例中，第一基材层11和第二基材层12为硅基层、砷化镓基材层、碳纳米管基材层或石墨烯基材层或陶瓷基材层。
本实施例中，还包括参比电极32；参比电极32位于第一基材层11的上部，参比电极32位于工作电极31的周侧；
参比电极32连接信号采集电路2。
还包括对电极33，对电极33位于第一基材层11的上部，对电极33毗邻信号采集参比电极32设置；
本实施例中，第一凹槽111为台阶式凹槽，工作电极31设置于第一凹槽111的底部或较低级台阶，参比电极32设置于较高级台阶。
本实施例中，工作电极31和参比电极32的组数在2组以上，每组工作电极31和参比电极32用于检测一种体液的一个生物信号；
工作电极31为多孔纳米金微电极或多孔纳米铂电极。
本实施例中，电极对的数量在N个以上，电极对呈圆周阵列或矩形阵列分布，N大于2，N为自然数；
体液为汗液、血液、尿液、泪水或油脂。
本实施例中，第一基材层11还集成有蓝牙收发电路7和生物电发电电池8；或，
第一基材层11还集成有蓝牙收发电路7和无线充电电路9。
本实用新型不局限于上述实施例，本实用新型的上述各个实施例的技术方案彼此可以交叉组合形成新的技术方案，另外凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种集成式生物传感器芯片，其特征在于，包括第一基材层(11)、第二基材层(12)、信号采集电路(2)和工作电极(31)；
所述信号采集电路(2)设置于所述第二基材层(12)上；
所述第一基材层(11)的上表面设置有第一凹槽(111)和第二凹槽(112)，所述第一基材层(11)设置有第一穿晶导电孔(113)和第二穿晶导电孔(114)，所述第一穿晶导电孔(113)设置于所述第一凹槽(111)处，所述第一基材层(11)的下表面设置有第一连接电路(115)，所述第一连接电路(115)连接所述第二穿晶导电孔(114)和第一穿晶导电孔(113)的下表面；
所述工作电极(31)设置于所述第一凹槽(111)处，所述第二基材层(12)设置于所述第二凹槽(112)处；
所述工作电极(31)通过所述第一穿晶导电孔(113)、第一连接电路(115)和第二穿晶导电孔(114)连接所述信号采集电路(2)。
2.如权利要求1所述集成式生物传感器芯片，其特征在于，所述信号采集电路(2)设置于所述第二基材层(12)的下表面，所述第二穿晶导电孔(114)设置于所述第二凹槽(112)处，所述第二穿晶导电孔(114)的上部连通所述信号采集电路(2)。
3.如权利要求2所述集成式生物传感器芯片，其特征在于，所述信号采集电路(2)设置有导电凸点(21)；
所述导电凸点(21)为焊球，所述焊球通过倒装工艺焊接在所述第二穿晶导电孔(114)的上部；或，
所述导电凸点(21)通过导电胶粘接在所述第二穿晶导电孔(114)上。
4.如权利要求1所述集成式生物传感器芯片，其特征在于，所述信号采集电路(2)设置于所述第二基材层(12)的上表面，所述信号采集电路(2)通过引线键合工艺连接在所述第一基材层(11)的上表面的导电焊盘(116)处；
所述第二凹槽(112)为台阶式凹槽，所述第二基材层(12)设置于所述第二凹槽(112)的底部或较低级台阶，所述导电焊盘(116)设置于较高级台阶；
所述导电焊盘(116)与所述第二穿晶导电孔(114)的上表面连接。
5.如权利要求1所述集成式生物传感器芯片，其特征在于，所述工作电极(31)的表面设置有生物信号反应膜层(6)；
所述生物信号反应膜层(6)为生物酶膜、离子选择性膜、或其他具备选择性的金属层或高分子膜层。
6.如权利要求1所述集成式生物传感器芯片，其特征在于，所述第一基材层(11)和第二基材层(12)为硅基层、砷化镓基材层、碳纳米管基材层或石墨烯基材层或陶瓷基材层。
7.如权利要求1所述集成式生物传感器芯片，其特征在于，还包括参比电极(32)；所述参比电极(32)位于所述第一基材层(11)的上部，所述参比电极(32)位于所述工作电极(31)的周侧；
所述参比电极(32)连接所述信号采集电路(2)。
8.如权利要求7所述集成式生物传感器芯片，其特征在于，所述第一凹槽(111)为台阶式凹槽，所述工作电极(31)设置于所述第一凹槽(111)的底部或较低级台阶，所述参比电极(32)设置于较高级台阶。
9.如权利要求8所述集成式生物传感器芯片，其特征在于，所述第一基材层(11)设置有第三穿晶导电孔(117)和第四穿晶导电孔(118)，所述第三穿晶导电孔(117)设置于所述第一凹槽(111)的较高级台阶处，所述第一基材层(11)的下表面设置有第二连接电路(119)，所述第二连接电路(119)连接所述第四穿晶导电孔(118)和第三穿晶导电孔(117)的下表面；
所述参比电极(32)通过所述第三穿晶导电孔(117)、第二连接电路(119)和第四穿晶导电孔(118)连接所述信号采集电路(2)。
10.如权利要求1所述集成式生物传感器芯片，其特征在于，所述第一基材层(11)的上表面还设置有第三连接电路(110)，所述第三连接电路(110)的高度高于所述第二基材层(12)的上表面，所述第三连接电路(110)的高度高于所述工作电极(31)的上表面。
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Cited By (1)
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| CN110726765A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-01-24 | 深圳市刷新智能电子有限公司 | 一种石墨烯生物传感器电极及其制备工艺 |
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