传感器芯片、标志物检测装置及检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术揭示了一种传感器芯片、标志物检测装置及检测方法，传感器芯片包括：嵌套式开环谐振器和微带传输线，所述嵌套式开环谐振器包括多个开口环的嵌套，所述多个开口环的开口依次间隔排列且排列方向并垂直于开口边，所述嵌套式开环谐振器与所述微带传输线构成LC谐振器。基于此获得的标志物检测装置及检测方法，具有检测方便、灵敏度高、准确、速度快的优点。

【技术实现步骤摘要】
传感器芯片、标志物检测装置及检测方法
本专利技术涉及检测领域，尤其涉及一种基于射频无线检测技术的传感器芯片、标志物检测装置及检测方法。
技术介绍
在过去若干年，基于超材料的研究进展，人们开展了众多与之相关领域的应用研究。超材料在很多学科领域，如光学、电磁学及微波工程等，都有广泛的应用。半波长谐振器有尺寸小、电特性稳定的特点，超材料传输线的结构设计紧凑，这些性能使人们集成具有特殊性质的微波器件成为可能。在小尺寸微波器件研究领域，超材料传输线的微波元件有重要影响。因此，超材料在微波波段的应用研究成为一个热门研究课题，近年来研究人员发表了许多相关研究成果。超材料并没有一个完全确定的定义，需考虑不同的情况。周期性和异常电磁特性是将一个结构定义为超材料结构的必要因素。本文中将超材料考虑为周期或准周期结构，通过设计超材料结构，使材料呈现出可控的电磁特性。超材料结构的单元尺寸晶胞可被称为电磁晶胞(或是电磁带隙electromagneticBand-gaps-EBGs)，也可称为有效介质。当其周期大小与波长为一个量级时，将其当作电磁晶胞，通过晶胞间相互作用，频率带隙变大，称其为布拉格色散(Braggdispersion)。相反，当晶胞的周期远小于比波长，定义为有效介质，该介质看似与电磁场相同，因此，表现出有效电磁特性。值得注意的是，所有有效介质的有效电磁特性不一定相同，这使得超材料呈现出自然中所不可能具备的特性。有效介质中的左手介质(Left-Handedmedia或LHM)，在超材料中用来表征电磁波在介质中传播的介电常数(dielectricpermittivity,ε)和磁导率(magneticpermeability,μ)同时为负数的情况。介电常数和电导率均为负数(doublenegative,DNG)的介质出现，使多种新的应用成为可能。在微波光谱频段，基于谐振结构的射频生物传感研究得到广泛关注。该研究在无线传感平台上实现简单、快速的生物大分子检测。在此之前，大多数传统射频以及光学生物传感技术，通常需要使用特定的标签，如荧光分子，磁性或金属粒子，或其他在抗体接触的表面进行处理来提高信号辨别的标签物质。尽管这些技术可以有效地检测和分析生物分子及其结合过程，但仍存在一些缺点，比如需要复杂的设备，繁琐的样品制备过程，且不能现场核查，材料过度消耗。在微波和太赫兹频段，人们为了应对这些问题，不断提出简单而直接的利用免标签技术进行检测的谐振生物传感器方案。如图1所示，生物传感器被定义为生物传感元件，基本由三部分组成：检测器3、传感器5和信号控制器7，检测器3通过双分子层4与传感器连接。检测器3工作在灵敏生物元件环境中，如酶、抗体、核酸、细胞受体或微组织等，其中待检测物质包括杂质1和目标物2，目标物2与检测器3可匹配，从而传感器5将测得的信号转化成物理或化学量，以电信号6传递至信号控制器7并输出，通常结果显示的电信号6幅度可正比于某一特定物质的浓度和电特性。然而，这些方案依然存在明显缺点，如制作过程复杂，制作经费昂贵，消耗时间过长。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种传感器芯片、标志物检测装置及检测方法，实现待测溶液中标志物的快速、灵敏和准确检测。本专利技术的目的在于，提供一种传感器芯片、标志物检测装置及检测方法，实现待测溶液的介电特性的快速、灵敏和准确检测。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种传感器芯片，包括：嵌套式开环谐振器和微带传输线，所述嵌套式开环谐振器包括多个开口环的嵌套，所述多个开口环的开口依次间隔排列且排列方向并垂直于开口边，所述嵌套式开环谐振器与所述微带传输线构成LC谐振器。可选的，对于所述的传感器芯片，所述开口环呈缺少一边的矩形状。可选的，对于所述的传感器芯片，所述多个开口环中，与所述开口边相对的一边共用，所述开口边两侧的对边部分共用。可选的，对于所述的传感器芯片，每个所述开口边的宽度为0.05～0.1mm，相邻所述开口边之间的间距为0.05～0.1mm，所述开口边两侧的最长的边长度为1.5～2mm。可选的，对于所述的传感器芯片，所述传感器芯片的谐振频率为5～20GHz。本专利技术还提供一种标志物检测装置，包括如上所述的传感器芯片，溶液固定层及疏水层，所述疏水层设置在所述传感器芯片上隔离所述传感器芯片和所述溶液固定层，所述溶液固定层设置有朝向所述传感器芯片的空腔以容纳待测溶液。可选的，对于所述的标志物检测装置，所述疏水层的厚度为2.5μm～10μm。可选的，对于所述的标志物检测装置，所述疏水层的材质包括苯并环丁烯。可选的，对于所述的标志物检测装置，所述溶液固定层的材质包括聚二甲基硅氧烷。本专利技术还提供一种标志物检测方法，采用如上所述的标志物检测装置，该方法包括：提供待测溶液，设置在所述空腔中，并测得具有所述待测溶液时的谐振特性；以及将具有所述待测溶液时谐振特性与谐振网络-标志物样本数据库对应，获得所述待测溶液的浓度。可选的，对于所述的标志物检测方法，所述谐振特性包括阻抗实部带宽，中心频率及谐振峰值。本专利技术还提供一种标志物检测方法，采用如上所述的标志物检测装置，该方法包括：提供待测溶液，设置在所述空腔中，并测得具有所述待测溶液时的谐振特性；以及与不具有所述待测溶液时所述标志物检测装置的谐振特性作比较，获得所述待测溶液的介电特性。可选的，对于所述的标志物检测方法，所述谐振特性作比较时包括获得频率偏移量f，表示为：其中，L＝L0+△L(L0>>△L)，C＝C0+△C(C0>>△C)，f0、L0和C0分别为不具有所述待测溶液时所述标志物检测装置的谐振频率、电感和电容，ΔL为电感改变量，ΔC为电容改变量。在本专利技术中的传感器芯片，包括：嵌套式开环谐振器和微带传输线，所述嵌套式开环谐振器包括多个开口环的嵌套，所述多个开口环的开口依次间隔排列且排列方向并垂直于开口边，所述嵌套式开环谐振器与所述微带传输线构成LC谐振器。基于此获得的标志物检测装置及检测方法，具有检测方便、灵敏度高、准确、速度快的优点，其有益效果具体包括：(1)采用无线射频检测技术，能准确、快速和高灵敏的实现标志物检测。采用RLC网络谐振特性的变化能更加显著反应出施加待测溶液前后的微弱信号，避免常规直流电阻测试时阻抗信号变化被系统本底大阻抗淹没，同时射频信号也具有更强的抗干扰能力。(2)采用本专利技术的装置进行检测时，具有便捷、快速检测的优点，和其他常规方法相比，检测过程更加简单、方便，检测速度也非常快，一旦捕获，可以直接测得结果。(3)本专利技术的装置精度高，成本低，检测程序少，简单、方便，适合于大样本、大规模推广使用，具有重要的应用价值。附图说明图1为本专利技术一种生物传感器的示意图；图2为本专利技术一实施例中传感器芯片的嵌套式开环谐振器的示意图；图3-图6为本专利技术一实施例中标志物检测装置的示意图；图7为本专利技术一实施例中标志物检测装置的连接示意图。具体实施方式下面将结合示意图对本专利技术的传感器芯片、标志物检测装置及检测方法进行更详细的描述，其中表示了本专利技术的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本专利技术，而仍然实现本专利技术的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种传感器芯片，其特征在于，包括：嵌套式开环谐振器和微带传输线，所述嵌套式开环谐振器包括多个开口环的嵌套，所述多个开口环的开口依次间隔排列且排列方向并垂直于开口边，所述嵌套式开环谐振器与所述微带传输线构成LC谐振器。

【技术特征摘要】
1.一种传感器芯片，其特征在于，包括：嵌套式开环谐振器和微带传输线，所述嵌套式开环谐振器包括多个开口环的嵌套，所述多个开口环的开口依次间隔排列且排列方向并垂直于开口边，所述嵌套式开环谐振器与所述微带传输线构成LC谐振器。2.如权利要求1所述的传感器芯片，其特征在于，所述开口环呈缺少一边的矩形状。3.如权利要求2所述的传感器芯片，其特征在于，所述多个开口环中，与所述开口边相对的一边共用，所述开口边两侧的对边部分共用。4.如权利要求3所述的传感器芯片，其特征在于，每个所述开口边的宽度为0.05～0.1mm，相邻所述开口边之间的间距为0.05～0.1mm，所述开口边两侧的最长的边长度为1.5～2mm。5.如权利要求1所述的传感器芯片，其特征在于，所述传感器芯片的谐振频率为5～20GHz。6.一种标志物检测装置，包括如权利要求1至5中任意一项所述的传感器芯片，溶液固定层及疏水层，所述疏水层设置在所述传感器芯片上隔离所述传感器芯片和所述溶液固定层，所述溶液固定层设置有朝向所述传感器芯片的空腔以容纳待测溶液。7.如权利要求6所述的标志物检测装置，其特征在于，所述疏水层的厚度为2.5μm～10μm。8.如权利要求6所述的标志物检测装置，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱大宏，孙浩，孙晓玮，毛红菊，杨敏虹，左兆瑞，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31