一种声表面波葡萄糖传感器及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种声表面波葡萄糖传感器及其制作方法，所述声表面波葡萄糖传感器由单基片双路声表面波传感器和外围差分电路组成；其中所述单基片双路声表面波传感器是在一个基片上同时制作两对输入和输出换能器，构成检测和参比传感器，检测传感器的输入和输出换能器之间固定对葡萄糖具有高度特异性的葡萄糖氧化酶，参比传感器的主要用于减少外界环境引起的误差。声表面波葡萄糖传感器采用压电材料作为基片，基片上声表面波传感器包括延迟线型和谐振型。外围差分电路用于获得检测传感器和参比传感器之间的比较差分信号，通过定量分析差分信号就可以检测出葡萄糖含量。声表面波葡萄糖传感器具有体积小、制作工艺简单、成本低、易集成等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种葡萄糖传感器，特别涉及。
技术介绍
葡萄糖是有机体的主要能量来源，也是构成动植物有机体最基本的化学物质之一。因此，构建葡萄糖传感器实现对葡萄糖的定量检测在食品工业、生物医药和临床医学中具有非常重要的意义。葡萄糖传感器是研究最为广泛且商业化应用最早的传感器之一，不仅广泛应用于食品、医药工业和环境监测等领域，还在临床检验中对血糖进行高灵敏地监测具有广阔的应用前景，特别是对糖尿病人的血糖监测发挥着重要作用。糖尿病是世界性的多发病，世界卫生组织调查报告显示，全世界糖尿病患者已超过3.47亿，严重威胁人类的健康。糖尿病治疗和临床试验表明，进行频繁的血糖测试和及时的胰岛素管理是防止低血糖和糖尿病并发症的有效方法。因此，糖尿病人需通过每天多次测量血糖浓度来调节饮食，以达到控制血糖的目的。目前采用较多的血糖测试方法是基于光学和电化学血糖传感器。光学血糖传感器一般是利用近红外光测定葡萄糖含量的一种传感器，其准确性和灵敏度较低，目前尚无作为精确定量检测血糖的商业化应用实例。电化学血糖传感器是通过检测化学反应过程中的电信号来实现血糖的检测，其特异性比较低，容易受到干扰。另外，多数血糖传感器都需要采用血糖试纸，血糖试纸是一次性耗材，价格较贵。声表面波生物传感器是近年来发展起来的一类新型生物传感器，其工作原理为:在声表面波谐振器或延迟线的传播路径上涂一层有选择性识别生物物质(如蛋白质、DNA、病原体、细胞、病毒等)的敏感膜，构成敏感区，当待测物质在敏感区发生物理吸附或化学反应时，敏感区的质量负载或粘度等物理量就会发生变化，器件的声表面波参数(如声表面波速度、频率、相位、延迟时间等)也随之变化，通过检测频率漂移、相位变化或时间延迟就可以检测出待测物质及其含量。声表面波生物传感器与其他传统的生物检测技术相比较具有检测方便、速度快、灵敏度高等优点。国内外学者对声表面波生物传感器的研究主要集中在对以下生物物质的检测，包括检测蛋白质、细菌、DNA、细胞、肝炎表面抗体(HBsAb)，目前尚无采用声表面波生物传感技术来检测血糖的报道。目前调研的结果还没有发现声表面波葡萄糖传感器的专利。
技术实现思路
本专利技术提供了，能够为食品、医药工业、环境监测中葡萄糖含量检测以及糖尿病人的血糖测试提供一种新型的检测技术。本专利技术涉及一种声表面波葡萄糖传感器，包括单基片双路声表面波传感器和外围差分电路；单基片双路声表面波传感器是在一个基片上同时制作检测传感器和参比传感器，检测传感器的输入和输出换能器之间涂覆对葡萄糖具有特异性的葡萄糖氧化酶，参比传感器是为了减小非特异性吸附、温度变化、湿度变化、粘度变化，以及其他生物成分造成的相位或频率漂移的影响，检测数据的记录可以采用相位或频率两种检测方案；声表面波葡萄糖传感器采用压电材料作为基片，压电材料为压电块体和压电薄膜。压电块体可以选择铌酸锂、钽酸锂和石英晶体，以及PZT等压电陶瓷，压电薄膜可以选择ZnO、AIN和PVDF薄膜。基片上制作两对输入和输出换能器，构成检测和参比传感器；所述声表面波传感器包括延迟线型和谐振型声表面波传感器；所述外围差分电路用于获得检测传感器和参比传感器之间的比较差分信号，通过定量分析差分信号就可以检测出葡萄糖含量。声表面波葡萄糖传感器的检测原理是:在声表面波谐振器或延迟线的传播路径上涂覆一层选择性识别葡萄糖分子的葡萄糖氧化酶，构成声表面波葡萄糖传感器，当在敏感区存在葡萄液时，葡萄糖氧化酶识别葡萄糖分子并与之反应，导致敏感区的质量负载、粘度等物理量发生变化，器件的声表面波参数也随之变化，通过定量检测频率漂移、相位变化或时间延迟量就可以检测出葡萄糖含量。声表面波葡萄糖传感器具有如下几个优点:1、高灵敏度和高精度:由于声表面波器件的叉指换能器的指条宽度可以采用半导体平面工艺加工到300nm左右，因此声表面波葡萄糖传感器的检测基频可以高达几百甚至上千MHz，这对于质量小的葡萄糖分子的检测是非常重要的。另外采用声表面波技术制作的葡萄糖传感器在工作时以频率或相位信号输出，不需要经过模拟信号转变成数字信号，可以直接与计算机连接，因而精度更高。2、特异性好，抗干扰能力强:声表面波葡萄糖传感器采用特异性极好的葡萄糖氧化酶来识别葡萄糖分子，通过在一个基片上同时制作检测传感器和参比传感器，外围差分电路获得检测传感器和参比传感器之间的比较差分信号，通过定量分析差分信号就可以检测出葡萄糖含量，因此外界环境引起的误差基本可以消除。3、重复性和可靠性高:声表面波葡萄糖传感器的关键部位一声表面波谐振器和延迟线，制作时采用半导体平面工艺，重复性极好。而且易集成化、一体化，结构牢固，可靠性好。4、制作和使用成本低:声表面波葡萄糖传感器采用半导体平面工艺进行批量生产，并且其体积小，采用的原材料少，因此其制作成本低；声表面波葡萄糖传感器是通过检测频率漂移、相位变化或时间延迟量来检测出葡萄糖含量，因此不需要使用价格昂贵的一次性葡萄糖试纸，因此其使用成本低。下面通过附图和实例，对本专利技术的技术方案作进一步的详细描述。【附图说明】图1为本专利技术实施例1提供的一种声表面波葡萄糖传感器与外围差分电路连接的示意图。图2为分别米用2mM、4mM、6mM、8mM、12mM和16mM六种不同浓度的葡萄糖溶液检测实施例1中提出的声表面波葡萄糖传感器的响应。图3为分别采用相同浓度(4mM)的葡萄糖、抗坏血酸、乳酸和尿酸检测实施例1提出的声表面波葡萄糖传感器的抗干扰性能。图4为分别采用4mM和12mM两种不同浓度的葡萄糖溶液对实施例1提出的声表面波葡萄糖传感器进行重复性测试。在图1中，1-Si基片，2-谐振器的反射栅，3-输入叉指换能器，4-输出叉指换能器【具体实施方式】本专利技术提出的声表面波葡萄糖传感器可利用许多适当的材料制作，下面是通过具体的实施例来加以说明，当然本专利技术并不局限于以下具体实施例，本领域内的普通技术人员所熟知的一般的替换无疑都涵盖在本专利技术的保护范围内。实施例1如图1所示，在同一个Si基片上先沉积SiO2薄膜，然后再沉积ZnO压电薄膜作为压电基底，在所述压电基底的上表面采用光刻工艺加工两路声表面波谐振器，在其中一路谐振器的输入和输出换能器之间通过化学交联的方法固定葡萄糖氧化酶，做成检测传感器；在另一路谐振器上无需固定葡萄糖氧化酶作为参比传感器，将两路传感器与外围差分电路相连接，外围差分电路包括放大器、混频器、滤波器、比较器、频率计数器，最后通过接口直接与计算机相连接。当检测传感器和参比传感器的敏感区都存在一定含量的葡萄溶液时，检测传感器的葡萄糖氧化酶识别葡萄糖分子并与之反应，导致敏感区的质量负载发生变化，相应谐振器的频率出现漂移，而检测传感器因非特异性吸附、温度变化、湿度变化、粘度变化，以及其他生物成分造成的频率漂移量和参比传感器的频率漂移量相同，通过外围差分电路有效地消除了外界因素引起的频率漂移量，最后在计算机输出只剩下由于葡萄糖引起的频率漂移，通过分析频率漂移量就可以定量分析葡萄糖含量。实施例2图2显不了米用2mM、4mM、6mM、8mM、12mM和16mM六种不同浓度的葡萄糖溶液检测声表面波葡萄糖传感器的响应。声表面波葡萄糖传感器的差分频率漂移量随葡萄糖 的滴入而迅速增加，而且六种葡萄糖含量检测传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种声表面波葡萄糖传感器，其特征在于，包括单基片双路声表面波传感器和外围差分电路；其中，所述单基片双路声表面波传感器是在一个基片上同时制作检测传感器和参比传感器，检测传感器的输入和输出换能器之间涂覆对葡萄糖具有高度特异性的葡萄糖氧化酶，形成敏感区，参比传感器的输入和输出换能器之间不涂覆葡萄糖氧化酶，其主要作用是减少外界环境引起的误差；所述声表面波葡萄糖传感器采用压电材料作为基片，基片上制作两对输入和输出换能器，构成检测和参比传感器；所述声表面波传感器包括延迟线型和谐振型声表面波传感器；所述外围差分电路用于获得检测传感器和参比传感器之间的比较差分信号，通过定量分析差分信号就可以检测出葡萄糖含量。

【技术特征摘要】
1.一种声表面波葡萄糖传感器，其特征在于，包括单基片双路声表面波传感器和外围差分电路；其中，所述单基片双路声表面波传感器是在一个基片上同时制作检测传感器和参比传感器，检测传感器的输入和输出换能器之间涂覆对葡萄糖具有高度特异性的葡萄糖氧化酶，形成敏感区，参比传感器的输入和输出换能器之间不涂覆葡萄糖氧化酶，其主要作用是减少外界环境引起的误差；所述声表面波葡萄糖传感器采用压电材料作为基片，基片上制作两对输入和输出换能器，构成检测和参比传感器；所述声表面波传感器包括延迟线型和谐振型声表面波传感器；所述外围差分电路用于获得检测传感器和参比传感器之间的比较差分信号，通过定量分析差分信号就可以检测出葡萄糖含量。2.根据权利要求1所述的声表面波葡萄糖传感器，其特征在于，所述声表面波葡萄糖传感器采用压电材料作为基片，所述压电材料为压电块体和压电薄膜。3.根据权利要求2所述的声表面波葡萄糖传感器，其特征在于，所述压电块体为铌酸锂、钽酸锂、PZT、石英等压电块体材料。4.根据权利要求2所述的声表面波葡萄糖传感器，其特征在于，所述压电薄膜为ZnO、AIN、PZT、PVDF、铌酸锂、钽酸锂等压电薄膜。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗景庭，范平，张东平，郑壮豪，梁广兴，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44