一种生物检测芯片的制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于磁致伸缩传感器的生物检测芯片及其制备方法，自下而上依次为基片层、平面线圈层、定位层、微流系统层以及放置在定位层与微流系统层之间的一个或多个磁致伸缩生物传感器，所述定位层上设有用于固定所述传感器的一个或多个定位槽；所述传感器的长度方向垂直于所述平面线圈层中平面线圈的平行导线；所述微流系统层上包括有朝向所述传感器的检测区、与检测区连通的微流甬道，所述微流甬道端部分别设有液体出口和入口，所述检测区与所述检测区覆盖的定位层构成检测室。在基片上通过溅射、光刻、电镀、洗涤和腐蚀工艺制得平面线圈、定位层以及定位槽，并与微流系统层集成后得到所述生物检测芯片。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种检测芯片，尤其涉及一种磁致伸缩生物传感器生物检测芯片及其制备方法。
技术介绍
谐振式免疫生物传感器具有高灵敏度、易操作、无需标记等优点，适于直接、实时、原位、在线的痕量生物检测。磁致伸缩生物传感器是近年发展起来的新型谐振式传感器技术，它是基于磁致伸缩原理设计，传感器本身为一片基于非晶软磁材料的条状弹性体，其表面固定一层可与被测微生物发生特异性结合的生物敏感材料。在磁致伸缩效应作用下，交变磁场中的磁致伸缩传感器会沿长度方向发生受迫谐振，当被测物与传感器表面的生物敏感层发生特异性免疫吸附时，传感器的谐振频率发生变化，其变化大小与传感器表面吸附的被测物的质量成正比，因此，可以用频率的变化表征液相中被检测物的浓度、数量。如图1所示，作为无线无源传感器，磁致伸缩生物传感器不需要与检测系统有任何导线连接，同时，在液相检测中表现出高品质因子，适于液相中实时、高精度的生物检测。然而，目前磁致伸缩生物传感器技术微型化、集成化比较困难。目前普遍使用螺线圈来激励传感器振动并检测传感器信号响应，螺线圈一般通过手工缠绕方法制备，很难进行微型化和集成化，如图2(a)所示；另外，螺线圈结构不利于对磁致伸缩生物传感器阵列进行检测。薛的文章(C.Xue,C.Yang,T.Xu,J.Zhan,andX.Li,\Awirelessbio-sensingmicrofluidicchipbasedonresonating'mu-divers',\LabonaChip,vol.15,pp.2318-2326,2015.)中，展示了他们制作的基于磁致伸缩生物传感器的生物检测芯片，该系统结合了磁致伸缩生物传感器、微流道系统和螺线圈，实现了芯片级的生物检测，如图2(b)，然而在他们的芯片中，传感器的检测使用螺线圈，螺线圈由手工缠绕，制作后嵌入微流系统，芯片制作复杂，费时耗力，不利于批量生产。同时，薛的芯片中，螺线圈一次只能检测一个传感器，无法进行传感器阵列的检测。Chai等人的文章(Chai,Y.,Horikawa,S.,Wikle,H.C.,Wang,Z.,&Chin,B.A.(2013).Surface-scanningcoildetectorsformagnetoelasticbiosensors:Acomparisonofplanar-spiralandsolenoidcoils.AppliedPhysicsLetters,103(17),173510.doi:10.1063/1.4826682)中制备了平面结构线圈用于磁致伸缩生物传感器的检测，但目前该技术仅仅用于空气中传感器的检测，没有实现与微流系统的集成；另一方面，磁致伸缩传感器为无线传感器，相对于检测线圈没有固定链接，在外加磁场和液体环境中会产生移动，改变传感器与线圈的相对位置，由于不同位置的磁场分布存在差异，如图3所示，传感器位置的改变会影响传感器的谐振频率的测量，造成误差。总之，现有芯片级磁致伸缩生物传感器技术仍存在以下问题：(1)传统利用螺线圈技术实现对传感器激励和检测的方法，不利于芯片级检测系统的集成化，尤其是与微流系统的集成；(2)在液体环境中，尤其在流动的液体中，传感器相对于线圈的位置容易发生变化，从而影响液体环境中检测结果的准确性；(3)已有的依赖于螺线圈的检测系统不利于传感器阵列的测量。有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种生物检测芯片及其制备方法，使其更具有产业上的利用价值。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种生物检测芯片及其制备方法，该生物检测芯片集成平面线圈、微流系统和磁致伸缩生物传感器/磁致伸缩生物传感器阵列，作为微型传感器/传感器阵列生物检测芯片，该芯片精度高、易集成、抗干扰、可批量制备、成本低、可同时获取多个传感量信息。本专利技术的一种生物检测芯片，自下而上依次为基片层、平面线圈层、定位层、微流系统层以及放置在定位层与微流系统层之间的一个或多个磁致伸缩生物传感器，所述定位层上设有用于固定所述传感器的一个或多个定位槽；所述传感器的长度方向垂直于所述平面线圈层中平面线圈的平行导线；所述微流系统层包括有朝向所述传感器的检测区、与检测区连通的微流甬道，所述微流甬道端部分别设有流体出口和流体入口，所述检测区与所述检测区覆盖的定位层构成检测室；其中定位槽深度为传感器厚度的50-300％(约15-100μm)，优选20μm；多个定位槽呈阵列式排列；所述传感器包括矩形磁致伸缩合金薄片，薄片长度为宽度5倍以上，为厚度30倍以上，所述磁致伸缩生物传感器表面覆盖有一层生物识别物质(比如：噬菌体、抗体等)，即可与被测微生物发生特异性结合的生物敏感材料。进一步的，所述平面线圈层具有一个或多个与传感器对应的平面线圈，所述平面线圈的两端分别通过接线引线连接有接线电极；其中平面线圈中导线材料优选Cu，厚度为8-12μm，优选10μm。进一步的，所述基片层为玻璃、硅、石英、环氧树脂、PMMA或PDMS等绝缘材料；优选玻璃。进一步的，所述定位层的材料为光刻胶；优选SU8系列光刻胶。进一步的，所述微流系统层由固化型聚合物(如PDMS、环氧树脂、聚氨酯等)、热塑性聚合物(如PMMA、聚碳酸酯等)、溶剂挥发性聚合物(如丙烯酸、橡胶、氟塑料等)、玻璃或石英，如PDMS材料、环氧树脂等材料制得；优选PDMS材料。本专利技术所述生物检测芯片的制备方法，包括以下步骤：(1)在基片上采用微加工工艺制备平面线圈层，可采用光刻工艺或薄膜沉积法；(2)在步骤(1)中得到的所述平面线圈层上覆盖绝缘材料作为定位层，并在所述定位层上开设一个或多个用于固定传感器、且与所述平面线圈对应的定位槽；其中，定位层材料优选SU8光刻胶，其中多个所述定位槽呈阵列式排列；(3)制备微流系统层，并将微流系统层下表面与定位层粘连或键合，使所述检测区的位置与所述定位槽的位置对应，将所述传感器注入所述微流甬道中，并利用外加磁场移动所述传感器至所述定位槽中，得到所述生物检测芯片；其中，传感器包括矩形磁致伸缩合金薄片，薄片长度为宽度5倍以上，为厚度30倍以上，表面覆盖有一层生物识别物质，即可与被测微生物发生特异性结合的生物敏感材料。进一步的，所述步骤(3)也可先将所述传感器直接放置于所述定位槽中，再将微流系统层下表面与定位层粘连或键合，使所述检测区的位置与所述定位槽的位置对应，得到所述生物检测芯片。进一步的，步骤(1)中，通过溅射工艺在所述基片上形成电镀种子层，所述的基片为玻璃或硅等绝缘材料，电镀种子层的材料为Cu层，优选Ti/Cu，其中Ti(厚9-11nm，优选10nm)在下层，Cu(厚18-22nm，优选20nm)在上层，其中Ti用于加强Cu与玻璃之间的吸附力，通过光刻工艺(包括匀胶(优选AZ4620光刻胶)、曝光、显影)在电镀种子层上裸露出平面线圈、以及与所述平面线圈的外侧接线引线连接的接线电极的图形，在裸露的电镀种子层上通过电镀工艺电镀导线材料，导线材料优选Cu，厚度为为8-12μm，优选10μm，然后通过洗涤和腐蚀工艺去除光刻胶和光刻胶下的电镀种子层，得到平面线圈、以及与所述平面线圈的外侧接线引线连接的接线电极；在平面线圈上覆盖绝缘材料，优选SU8光刻胶，并经光刻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物检测芯片，其特征在于：自下而上依次为基片层、平面线圈层、定位层、微流系统层以及放置在定位层与微流系统层之间的一个或多个磁致伸缩生物传感器，所述定位层上设有用于固定所述传感器的一个或多个定位槽；所述传感器的长度方向垂直于所述平面线圈层中平面线圈的平行导线；所述微流系统层包括有朝向所述传感器的检测区、与检测区连通的微流甬道，所述微流甬道端部分别设有流体出口和流体入口，所述检测区与所述检测区覆盖的定位层构成检测室。

【技术特征摘要】
1.一种生物检测芯片，其特征在于：自下而上依次为基片层、平面线圈层、定位层、微流系统层以及放置在定位层与微流系统层之间的一个或多个磁致伸缩生物传感器，所述定位层上设有用于固定所述传感器的一个或多个定位槽；所述传感器的长度方向垂直于所述平面线圈层中平面线圈的平行导线；所述微流系统层包括有朝向所述传感器的检测区、与检测区连通的微流甬道，所述微流甬道端部分别设有流体出口和流体入口，所述检测区与所述检测区覆盖的定位层构成检测室。2.根据权利要求1所述的生物检测芯片，其特征在于：所述平面线圈层具有一个或多个与传感器对应的平面线圈，所述平面线圈的两端分别通过接线引线连接有接线电极。3.根据权利要求1所述的生物检测芯片，其特征在于：所述基片层为玻璃、硅、石英、环氧树脂、PMMA或PDMS。4.根据权利要求1所述的生物检测芯片，其特征在于：所述定位层的材料为光刻胶。5.根据权利要求1所述的生物检测芯片，其特征在于：所述微流系统层由固化型聚合物、热塑性聚合物、溶剂挥发性聚合物、玻璃或石英制得。6.如权利要求1-5任一项所述的生物检测芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在基片上采用微加工工艺制备平面线圈层；(2)在步骤(1)中得到的所述平面线圈层上覆盖绝缘材料作为定位层，并在所述定位层上开设一个或多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎穗琼，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32