CN1553176A - 全塑型光寻址生化传感器芯片 - Google Patents
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Abstract
一种全塑型光寻址生化传感器芯片，其特征在于，其中包括：一基片，基片聚合成形时，嵌入一根电极引线；一透明导电膜，该透明导电膜制作在基片的另一面，与电极引线导通；一光电导层组件，该光电导层制作在透明导电膜的另一面；一绝缘层制作在光电导层的另一面；一导电聚合物薄膜制作在绝缘层的另一面；一生物敏感膜区域网格制作在绝缘层的一面；密封胶封装在上述结构的侧面四周，最终完成器件的基本芯片。
Description
技术领域
本发明属于传感技术，特别是指采用有机材料制成的光寻址的生物、化学阵列传感器。
背景技术
以半导体单晶硅为材料的光寻址电位传感器(Light AddressablePotentiometric Sensor，LAPS)的基本结构如图1所示。半导体和电解质溶液之间被绝缘层隔开形成电解质/电解质/半导体(EIS)结构。调节偏置电压使半导体处于不同的偏置状态(-3V～+3V)，经过强度调制的光源(如LED或激光)从背面对此EIS结构进行照射，在半导体中产生电子空穴对。当半导体与绝缘层接触的表面处于电荷积累状态时，半导体表面的电场为零，电子空穴对不会在此分开，所以光生电流基本为零；当半导体表面处于耗尽状态时，这些电子空穴对可能通过扩散作用进入耗尽层。耗尽层中的电场将光生电子空穴对分开，从而在回路中产生光生电流。光电流随着偏置状态改变而变化，形成LAPS曲线，也体现了器件的C-V特性。
LAPS的敏感原理是基于EIS的电场效应，使其C-V曲线对绝缘层与电解质溶液间的界面电位变化敏感。在信号采集时，LAPS采用调制光束照射，并采用锁相检测技术对响应信号进行检测，这时的C-V曲线特性将在LAPS曲线(光电流-偏置电压关系曲线)的偏移中体现。LAPS典型的响应曲线如图2所示，测量不同pH值的缓冲溶液对应不同的LAPS曲线。由于敏感膜的存在，敏感膜表面吸附一层离子形成膜电位，从而导致绝缘体和半导体两端的电压产生一定的偏移。光电流一偏置电压曲线也因此产生相应的偏移。曲线的偏移量与溶液中待测离子的浓度是相关的。因此通过测量曲线的偏移量可以检测出待测离子的浓度。如果绝缘膜表面固定具有特异性分子识别功能的抗体、单链DNA或RNA等，与待测溶液的抗原、对应的单链DNA或RNA特异性结合，绝缘膜的膜电位发生变化，通过检测LAPS曲线的平移量，检测待测溶液的抗原、对应的单链DNA或RNA的浓度。LAPS芯片上有几十个单元，可以固定不同敏感材料，组成光寻址的生物传感器阵列。
本发明提出的一种采用有机材料制成的光寻址的生物、化学阵列传感器。自70年代末导电聚合物出现以来，由于其特殊的结构和优异的物理化学性能受到各领域科学工作者的关注，在能源、光电器件、信息、传感器、分子导线和分子器件上有着广泛、诱人的应用前景。80年代末，导电聚合物材料应用于传感器的研究，以无金属酞菁化合物、聚吡咯、聚苯胺为典型的有机导体材料，具有成本低、较好的导电性、光电性、可以方便地沉积在各种基片上等优点，可以制作成生物传感器、离子敏传感器、气敏传感器。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种采用有机材料制成的全塑型生物、化学阵列传感器设计，传感器保持光寻址电位传感器的相应功能，同时具有可以制作在塑料膜上、成本低、工艺简单、易与目前的尼龙膜生物芯片兼容等优点。
本发明一种全塑型光寻址生化传感器芯片，其特征在于，其中包括：
一基片，基片聚合成形时，嵌入一根电极引线；
一透明导电膜，该透明导电膜制作在基片的另一面，与电极引线导通；
一光电导层组件，该光电导层制作在透明导电膜的另一面；
一绝缘层制作在光电导层的另一面；
一导电聚合物薄膜制作在绝缘层的另一面；
一生物敏感膜区域网格制作在绝缘层的一面；
密封胶封装在上述结构的侧面四周，最终完成器件的基本芯片。
其中该基片是由高分子材料组成的透明薄片。
其中光电导层组件包括：一光电导层是绝缘材料组成，通过光刻工艺制成的网格制作在透明导电膜的另一面，厚度约1μm；一光电导薄膜由无金属酞菁化合物或细菌视紫红质光电导材料制成，受光照产生载流子，光电导薄膜采用LB沉积法制作在光电导层上面。
其中生物敏感膜区域网格包括：一绝缘部分是由聚酰亚胺绝缘材料组成，通过光刻工艺制成的网格制作在导电聚合物薄膜的另一面；导电聚合物薄膜没有被绝缘部分挡住的部分为生物敏感膜。
其中该透明导电膜是由氧化铟锡ITO材料制成的薄膜100nm左右。
其中绝缘层，采用聚氯乙烯材料，厚度约50-80nm。
其中导电聚合物薄膜，采用聚吡咯材料，厚度50-80nm。
附图说明
图1是现有技术的LAPS结构图；
图2是利用现有技术LAPS装置的测量曲线图；
图3是本发明全塑型光寻址生化传感器基本芯片a结构图；
图4是本发明光电导层组件a4结构图；
图5是本发明生物敏感膜区域网格a7结构图；
图6是本发明生物敏感膜固定化模具b结构图；
图7全塑型光寻址生化传感器固定了生物膜的芯片C结构图。
具体实施方式
请参阅图3及图4，本发明一种全塑型光寻址生化传感器基本芯片a如图3所示，其中包括：
一基片a1，该基片a1是由高分子材料组成的透明薄片，基片a1在聚合成形时，嵌入一根金属引线a2，从基片a1的一面引向另一面，成为芯片的工作电极；
一透明导电膜a3，该透明导电膜a3制作在基片a1的另一面，与电极引线a2导通；
一光电导层组件a4，该光电导层a4制作在透明导电膜a3的另一面，寻址光束从基片a1背面照射，透过基片a1和明导电膜a3，照射在光电导层组件a4的光电导层某一单元，将产生载流子成为光导体；
请参阅图4，光电导层组件a4结构如图4所示，其中：
一光隔离网格a41是由黑色的光绝缘材料组成，通过光刻工艺制成的网格制作在透明导电膜a3的另一面，使得每一个透光区面积相等；
一光电导薄膜a42由光电导材料制成，受光照将产生载流子，光电导薄膜a42制作在光电导层a41上面，由于光隔离网格a41的光栅作用，使光电导薄膜a42被分割成一个个规则排列的、受光面积相等的光导电单元；
一绝缘层a5制作在光电导层a4的另一面，起着电容介质的作用，在光电导层a4与绝缘层介面产生电荷积累；
一导电聚合物薄膜a6制作在绝缘层a5的另一面，作为敏感介质对溶液离子敏感，在待测溶液中，表面将感应产生膜电位，并且导电聚合物薄膜a6容易与生物敏感膜结合，实现生物敏感膜的固定化。
请参阅图5，生物敏感膜区域网格a7如图5所示，其中：
一绝缘部分a71是由聚酰亚胺绝缘材料组成，通过光刻工艺制成的网格制作在导电聚合物薄膜a6的另一面，把导电聚合物薄膜a6表而分成相等的区域；
导电聚合物薄膜a6没有被绝缘部分a71挡住的部分为裸露部分，裸露部分作为离子敏感单元a72，每个单元的面积相等，它的表面可以固定生物敏感膜；
请参阅图3，密封胶a8封装在上述结构的侧面四周，最终完成器件的基本芯片a。
请参阅图6，本发明的生物敏感膜固定化模具b，其中包括：
一生物敏感膜固定化模具b，采用通常丝网印刷技术制成丝网网版，丝网的网格全部被光刻胶覆盖部分为b1；
一模具b只有中间有一个方格b2的丝网是裸露着，方格的大小尺寸与离子敏感单元a72面积一致；
请参阅图7，构成全塑型光寻址生化传感器芯片C：
一在全塑型光寻址生化传感器芯片基本芯片a的表面，经过表面清洗和化学修饰后，上面放上生物敏感膜固定化模具b，将丝网裸露着的方格b2与生物敏感膜区域网格的裸露部分a72其中一方格对准，将需要固定的固定各种不同的免疫抗体或单链DNA等材料，根据固定化技术要求配制成交联试剂，用丝网印刷方法，分别将试剂对应地固定到没有绝缘部分a71的生物敏感膜区域导电聚合物薄膜a6的表面，形成相应的生物敏感膜，构成全塑型光寻址生化传感器芯片C。
在大规模生产时，全塑型光寻址生化传感器芯片基本芯片a可以分步重复地制作在一张塑料膜上；作为生物敏感膜同定化模具b丝网，也将对应地分部步重复地制作在一张丝网上，通过丝网印刷技术实现生物敏感膜固定化的批量生产。
全塑型光寻址生化传感器芯片C，可以用于现有的光寻址电位传感器检测技术中，组成光寻址生化传感器。
Claims (7)
1、一种全塑型光寻址生化传感器芯片，其特征在于，其中包括：
一基片，基片聚合成形时，嵌入一根电极引线；
一透明导电膜，该透明导电膜制作在基片的另一面，与电极引线导通；
一光电导层组件，该光电导层制作在透明导电膜的另一面；
一绝缘层制作在光电导层的另一面；
一导电聚合物薄膜制作在绝缘层的另一面；
一生物敏感膜区域网格制作在绝缘层的一面；
密封胶封装在上述结构的侧面四周，最终完成器件的基本芯片。
2、根据权利要求1所述的全塑型光寻址生化传感器芯片，其特征在于，其中该基片是由高分子材料组成的透明薄片。
3、根据权利要求1所述的全塑型光寻址生化传感器芯片，其特征在于，其中光电导层组件包括：一光电导层是绝缘材料组成，通过光刻工艺制成的网格制作在透明导电膜的另一面，厚度约1μm；一光电导薄膜由无金属酞菁化合物或细菌视紫红质光电导材料制成，受光照产生载流子，光电导薄膜采用LB沉积法制作在光电导层上面。
4、根据权利要求1所述的全塑型光寻址生化传感器芯片，其特征在于，其中生物敏感膜区域网格包括：一绝缘部分是由聚酰亚胺绝缘材料组成，通过光刻工艺制成的网格制作在导电聚合物薄膜的另一面；导电聚合物薄膜没有被绝缘部分挡住的部分为生物敏感膜。
5、根据权利要求1所述的全塑型光寻址生化传感器芯片，具特征在于，其中该透明导电膜是由氧化铟锡ITO材料制成的薄膜100nm左右。
6、根据权利要求1所述的全塑型光寻址生化传感器芯片，其特征在于，其中绝缘层，采用聚氯乙烯材料，厚度约50-80nm。
7、根据权利要求1所述的全塑型光寻址生化传感器芯片，其特征在于，其中导电聚合物薄膜，采用聚吡咯材料，厚度50-80nm。
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2003
- 2003-06-02 CN CN 03138431 patent/CN1228627C/zh not_active Expired - Fee Related
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