方形螺旋结构的微带天线传感器系统、检测及制备方法技术方案

本发明专利技术提供了一种作为化学传感器检测时具有更高的灵敏度的方形螺旋结构的微带天线传感器系统，用于微波化学检测，该微带天线传感器系统包括：绝缘衬底；及形成于绝缘衬底上的彼此绝缘的两条微带天线，该两条微带天线为方形螺旋结构，且相互嵌套形成双方形螺旋结构，该微带天线用于响应于作用其上的高频场；两条微带天线位于所述双方形螺旋结构内侧的一端间隙设置，位于外侧的一端为接线端。还相应的提供了基于其的传感器、检测方法及制备方法。

【技术实现步骤摘要】
方形螺旋结构的微带天线传感器系统、检测及制备方法
本专利技术涉及微波化学检测
，尤其涉及一种方形螺旋结构的微带天线传感器系统、检测及制备方法。
技术介绍
微波化学检测领域与电化学检测领域有所区别，电化学领域通常是检测被检测对象的电参数反应，即通过检测电压、电流的大小来确定被测对象的参数(如浓度、纯度等)。例如中国专利申请号为CN201110072945.0的专利文献，即公开了一种双螺旋结构的微电极系统，用于电化学检测，该微电极系统接电后，检测响应电流，得到所检测被检测对象(如该微电极系统被浸入某化学液体中，该化学液体为被检测对象)的电参数，从而实现对该被检测对象的检测。而微波化学检测领域并不直接检测被检测对象的电参数反应，其原理与电化学检测完全不同。微波化学检测通常是采用高频场，基于非接触的方式将高频信号直接作用于被检测对象，或作用于被检测对象的载体上，通过检测被测对象或载有被检测对象的载体对高频场的极化反应实现对被检测对象的检测。随着微加工技术的发展，基于微机电系统(MEMS，MicroelectroMechanicalSystems)技术的微传感器得到广泛的发展，具有小型化、灵敏度高、易于集成等特点。而同时在无线通信技术中，微带天线已经成为最具有发展前景的天线类型之一，因具有小体积、轻重量、低剖面、可共形、易极化、易生产和低成本等优点，也受到广泛关注。本申请人已经关注到，微带天线对高频场的极化性能因作用物质不同而有所改变，因此微带天线具有作为化学传感器的潜质，用于检测所作用的物质，并基于响应的极化结果可实现对被检测对象的检测，因此，基于微带天线传感器可视为微波化学检测领域下的一个特定分类。申请人在研究中发现，当微带天线作为化学传感器采用如图6示出的叉指型微带天线时，由于叉指型微带天线所产生的响应区分度较小，并不完全适用于化学参数的检测，因此检测的灵敏度会受到影响。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种方形螺旋结构的微带天线传感器系统及制备方法，以作为化学传感器检测时具有更高的灵敏度。本专利技术提供的方形螺旋结构的微带天线传感器系统，用于微波化学检测，该微带天线传感器系统包括：绝缘衬底；及，形成于绝缘衬底上的彼此绝缘的两条微带天线，该两条微带天线为方形螺旋结构，且相互嵌套形成双方形螺旋结构，该微带天线用于响应于作用其上的高频场；两条微带天线位于所述双方形螺旋结构内侧的一端间隙设置，位于外侧的一端为接线端。且，较佳的，两条微带天线在绝缘衬底上呈中心对称设置。由上，该方形螺旋微带天线传感器系统相比
技术介绍
中的叉指型微带天线，响应区分度更大，提高化学参量测量中响应的稳定性。另一方面，经试验比较，方形螺旋微带天线的传感器相比较于圆形螺旋微带天线的传感器具有更高的响应幅度，为2倍以上，可见，矩形螺旋微带天线型传感器可获得更好的检测效果。较佳的，两条微带天线的宽度、高度和两者的间距介于0.01微米至200微米之间。且，较佳的，绝缘衬底上具有绝缘层，该绝缘层为二氧化硅、玻璃、PET或PI。由上，传感器整体体积较小，且可制备于柔性衬底之上，使其可灵活贴附于各种被测表面。较佳的，所述绝缘层厚度介于0.1微米至1毫米之间。且，较佳的，所述微带天线的材料为导电材料，包括金、铜、铂或碳。由上，两个微带线线宽和间距只有微米级，根据微带天线原理，使得传感器在百兆赫兹至GHz频段具有较高的响应，从而获得较好的灵敏度。本专利技术提供的一种传感器，包括上述方案所述的方形螺旋结构的微带天线传感器系统；还包括：固定在所述两条微带天线的表面的生物敏感膜。由上，可以使用该传感器实现基于微波(即高频场)的化学检测。本专利技术提供的采用上述传感器的检测方法，包括步骤：对表面固定有生物敏感膜的微带天线施加高频场；通过连接在微带天线接线端的信号采集装置采集微带天线对所述高频场的响应信号；根据所述响应信号分析极化结果获得检测结果。本专利技术提供的第一种制备上述方案所述的方形螺旋结构的微带天线传感器系统的方法，包括：在绝缘衬底上旋涂光刻胶；对所旋涂的光刻胶进行光刻，露出所述方形螺旋结构，溅射金属形成方形螺旋结构的微带天线；去除剩余的光刻胶和金属层。本专利技术提供的第二种制备上述方案所述的方形螺旋结构的微带天线传感器系统的方法，包括：在绝缘衬底上通过印刷的方法形成所述方形螺旋结构的微带天线。由上，可以根据工艺成本、精度等需要，采用上述任一方式制备所述方形螺旋结构的微带天线传感器系统。附图说明图1为本专利技术方形螺旋结构微带天线传感器系统平面示意图；图2为本专利技术方形螺旋结构微带天线传感器系统的立体示意图；图3为将圆形螺旋和方形螺旋都作为微带天线置于介电常数为2左右的样液中的高频信号图；图4a为本专利技术方形螺旋结构微带天线传感器系统制备方法的流程示意图；图4b为与图4a的流程对应的结构的示意图；图5a为本专利技术方形螺旋结构微带天线传感器系统制备方法的示意图；图5b为与图5a的流程对应的结构的示意图；图6为现有的叉指型微带天线的示意图。具体实施方式本专利技术的方形螺旋微带天线传感器系统，由绝缘衬底(3)和一对尺寸在微米级、交互呈方形双螺旋状的微带天线构成。该微带天线可提供连续的电场分布，在电化学测量中，如对物质含量、组分、形状等高频参数检测过程中，提高了测量中响应的稳定性和响应灵敏度。下面参照各附图对本专利技术的传感器系统进行详细说明。如图1和图2示出了该传感器系统示意图，包括：绝缘衬底11，该绝缘衬底的绝缘层可以为二氧化硅、玻璃或PET、PI等柔性材料构成，厚度介于0.1微米至1毫米之间。形成于绝缘衬底11上的两条微带天线12和13，微带天线材料为导电材料，如金、铜、铂等金属材料或碳。该两条微带天线呈方形螺旋状，且旋向相同，两者具有间隙的嵌套形成方形双螺旋结构。该间隙实现了两微带天线的绝缘，两条微带天线的内端间隙布设，伸出双螺旋结构的外端作为接线端与外部的引线相连(如连接信号接收部)，两接线端可以位于双螺旋结构的相对的两端，使得天线整体布局对称设置。该方形螺旋结构微带天线可以提供连续的电场分布，不同于
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中所述叉指阵列式天线的断续式电场分布，较之提高了响应的稳定性。其中，两条微带天线12和13的间距和线宽的变化会影响其极化特性。本实施例中，线宽度、高度和两者的间距介于0.01微米至200微米之间。由于线条宽度只有微米级，使得传感器高频段响应信号极大提高。另外需要说明的是，申请人实验了整体呈圆形的螺旋微带天线传感器，即图1所示两个矩形螺旋微带天线更改为圆弧状，形成标准的螺旋微带天线，但如图3所示的将圆形螺旋和方形螺旋都作为微带天线置于介电常数为2左右的样液中的高频信号图；其中，方形螺旋微带天线的传感器具有更高的响应幅度，是圆形螺旋微带天线的传感器响应幅度的2倍以上，可见，矩形螺旋微带天线型传感器可获得更好的检测效果。本专利技术还提供了一种化学传感器，该化学传感器包括上述方形螺旋微带天线传感器结构，除此之外，还包括固定在所述两条微带天线的表面的生物敏感膜，例如该生物敏感膜为具有甲胎蛋白的抗体膜，从而形成对甲胎蛋白检测的方形螺旋微带天线传感器系统。图4为采用MEMS技术制备方形螺旋微带天线传感器系统方法的示意图。该例中，以制备对湿度检测的微带天线传感器为例，对该制备方法进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方形螺旋结构的微带天线传感器系统，用于微波化学检测，其特征在于，该微带天线传感器系统包括：绝缘衬底；及形成于绝缘衬底上的彼此绝缘的两条微带天线，该两条微带天线为方形螺旋结构，且相互嵌套形成双方形螺旋结构，该微带天线用于响应于作用其上的高频场；两条微带天线位于所述双方形螺旋结构内侧的一端间隙设置，位于外侧的一端为接线端。

【技术特征摘要】
1.一种方形螺旋结构的微带天线传感器系统，用于微波化学检测，其特征在于，该微带天线传感器系统包括：绝缘衬底；及形成于绝缘衬底上的彼此绝缘的两条微带天线，该两条微带天线为方形螺旋结构，且相互嵌套形成双方形螺旋结构，该微带天线用于响应于作用其上的高频场；两条微带天线位于所述双方形螺旋结构内侧的一端间隙设置，位于外侧的一端为接线端。2.根据权利要求1所述的微带天线传感器系统，其特征在于，两条微带天线在绝缘衬底上呈中心对称设置。3.根据权利要求1或2所述的微带天线传感器系统，其特征在于，两条微带天线的宽度、高度和两者的间距介于0.01微米至200微米之间。4.根据权利要求1或2所述的微带天线传感器系统，其特征在于，绝缘衬底上具有绝缘层，该绝缘层为二氧化硅、玻璃、PET或PI。5.根据权利要求4所述的微带天线传感器系统，其特征在于，所述绝缘层厚度介于0.1微米至1毫米之间。6.根据权利要求1所述的微带天线传感器系...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛茜男，段学欣，唐谢城，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12