一种生化传感器制造技术

一种生化传感器，其第一反射镜［２］固定在激光管［１］前，镜面与激光入射线成一定角度。透镜［３］为一圆柱体，圆柱体的下平面从中线位置以与下平面成一定夹角向上方向切出一个斜面，微悬臂梁［４］支撑芯片的后二分之一部分固定在斜面上，支撑芯片前二分之一部分处于透镜［３］下水平面下。样品池［６］底面下装有恒温控制器［８］。透镜［３］置于样品池［６］里，透镜［３］的上水平面与空气接触，下水平面与检测样品液体接触。第二反射镜［７］与激光管［１］以及第一反射镜［２］在同一垂直平面内，高度一致。第二反射镜［７］接受微悬臂梁［４］反射的激光束，把激光束反射到位置灵敏检测器［９］上。涂镀生化敏感层的微悬臂梁［４］与被测样品接触时，微悬臂梁产生表面应力发生弯曲，位置灵敏检测器［９］测量到这些变化量。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生化传感器，特别涉及基于扫描探针显微技术的生化传感器。
技术介绍
扫描探针显微镜SPM(Scanning Probe Microscope)，是一种以物理学为基础，集多种现代技术为一体的新型表面分析仪器。它是纳米技术研究的主要工具，是世界上分辨率最高的显微镜。原子力显微镜(AFM)是扫描探针显微镜SPM家族中众多成员之一，它能够在接近原子尺度上观察绝缘体表面的微观形貌。原子力显微镜(AFM)的基本组成如图1所示，包括激光管1、第一反射镜2、样品10、微悬臂梁4、压电陶瓷管11、第二反射镜7、位置灵敏检测器8。第一反射镜2固定在激光管1前，第一反射镜2的镜面与激光入射线呈一定角度，以保证激光束经第一反射镜2反射到微悬臂梁4上，通过微悬臂梁4将激光束反射到第二反射镜7，第二反射镜7把激光反射到位置灵敏检测器8上。原子力显微镜(AFM)的工作原理是使微悬臂梁4上的针尖趋近样品表面并与表面轻轻接触，由于针尖尖端原子与样品表面原子之间存在着微弱的库仑排斥力并使微悬臂梁4微微弯曲。当针尖进行扫描时，可通过反馈系统控制压电陶瓷扫描管11伸缩来保持原子间的作用力恒定，带有针尖的微悬臂梁4将随着样品表面的起伏而颤动，利用一束激光照射到微悬臂梁4的背面，微悬臂梁4将激光束反射到位置灵敏检测器8上，位置灵敏检测器8不同象限接收的激光强度差值与微悬臂梁4的形变量呈一定比例关系，由此得到样品表面形貌图像。由于微悬臂梁4对力的变化非常敏感，因此原子力显微镜可以高分辨率对材料表面形貌成像，研究表面性质。探测各种生物和化学物质分子的生物传感器的基本原理是通过涂镀在硅器件表面的生化敏感层，被分析分子在敏感层上的物理或化学吸附被换能器转化为电信号用于检测浓度。以往的生化传感器多设计为膜片式，器件的灵敏度较低。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种高灵敏度的新型的生化传感器用于检测微量生化分子。本技术采取以下技术方案本技术以涂镀生化敏感层的硅材料制成的微悬臂梁作为生化分子的探测元件，当被测物质进入生物敏感层后，微悬臂梁的响应频率或表面应力将发生变化。当敏感层吸附被测分子，引起微悬臂梁的质量发生变化时，微悬臂梁的响应频率产生频移。当被测分子与敏感层分子发生力的相互作用时，将使微悬臂梁产生表面应力，表面应力的改变将使微悬臂梁弯曲。微悬臂梁的响应频率的频移或微小弯曲用光杠杆法进行检测。在光杠杆法检测系统中，一束激光经微悬臂梁背面反射，反射的激光束被位置灵敏探测器(PSD)接收，微悬臂梁的形变将使光点在位置灵敏检测器上产生位移，位置灵敏检测器将光信号位移量转化为电信号，通过数据采集卡把这些信号存入计算机用图像表示。本技术包括激光管、第一反射镜、透镜、微悬臂梁、导流管、第二反射镜、位置灵敏检测器、样品池、恒温控温装置。所述微悬臂梁为长100～500μm，宽10～100μm，厚100～5000nm矩形。所述微悬臂梁固定在支撑芯片上，芯片为长3mm，宽1.5mm，厚0.3mm矩形。所述生化敏感层包围整个微悬臂梁。第一反射镜固定在激光管前，镜面与激光入射线成一定角度，以保证激光经第一反射镜可反射到透镜上，透镜是一个圆柱体，圆柱体的下平面从中线位置以与下平面成一定夹角向上方向切出一个斜面，微悬臂梁支撑芯片的后二分之一部分固定在斜面中线上，微悬臂梁支撑芯片的前二分之一部分处于透镜下水平面下。样品池底面下装有恒温控制器，用来保证检测时的温度控制。装有微悬臂梁的透镜放在样品池里，透镜的上水平面与空气接触，下水平面与样品液体接触，即样品液面不能高于透镜的上水平面，透镜的作用是使样品液面的波动不影响激光的整个光路。第二反射镜应与激光管以及第一反射镜在同一垂直平面内并且高度一致，以保证第二反射镜接受到微悬臂梁反射的激光束，第二反射镜把激光反射到位置灵敏检测器上。激光管发出一束激光经过反射镜穿过透镜，在透镜下装有微悬臂梁，激光光束穿过透镜射在微悬臂梁上，微悬臂梁再把激光反射到透镜，透镜射出的激光投射到反射镜上，反射镜反射出的激光到位置灵敏检测器上，在恒温控制器保证温度恒定时，当被测物质通过导流管流到样品池，涂镀生化敏感层的微悬臂梁与被测物接触时，微悬臂梁产生表面应力发生弯曲，使得位置灵敏检测器的激光光斑发生变化，位置灵敏检测器测量到这些变化量，再通过数据采集卡采集到这些变化量，把这些变化量的数据存入计算机，用图形表现出这些变化量。本专利技术具有以下积极效果1、以微悬臂梁作为生化分子的探测元件，具有很高的灵敏度，可以测量到分子量级的微量变化。2、可以进行动态检测，从几分钟至连续几十小时不间断的连续测量。3、具有稳定的机械支持机构。4、加入了恒温控制装置，保证了生化反应时对温度的要求。5、光杠杆法检测微悬臂梁的形变具有很高的灵敏度，垂直分辨率可达到0.1埃，操作简便。6、透镜下装有微悬臂梁，可保证利样品液面的波动不影响激光的整个光路。附图说明图1为原子力显微镜(AFM)的基本组成示意图，图中1激光管，2第一反射镜，10样品，4微悬臂梁，11扫描管，7第二反射镜，8位置灵敏检测器。图2为微悬臂梁4的放大图，图中4微悬臂梁，12支撑芯片。图3为本技术的结构示意图；图中1激光管，2第一反射镜，3透镜，4微悬臂梁，5导流管，6样品池，7第二反射镜，8位置灵敏检测器，9恒温控温装置。图4为本试用新型所作样品测试试验示意图。图5为本技术具体实施例的检测结果曲线图。具体实施方式以下结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。如图2所示，微悬臂梁4为矩形，支撑在支撑芯片12上。如图3所示，本技术包括激光管1、第一反射镜2、透镜3、微悬臂梁4、导流管5、第二反射镜7、位置灵敏检测器8、样品池6、恒温控温装置9。第一反射镜2固定在激光管1前，第一反射镜2的镜面与激光入射线成12度角，以保证激光经第一反射镜2可反射到透镜3上。透镜3为一圆柱体，圆柱体的下平面从中线位置以与下平面成12度角向上方向切出一个斜面，微悬臂梁4支撑芯片的后二分之一部分固定在斜面的中线上，微悬臂梁4支撑芯片的前二分之一部分处于透镜3下水平面下。样品池6底面下装有恒温控制装置9，用来保证检测时的温度恒定。装有微悬臂梁4的透镜3置于样品池6里，透镜3的上水平面与空气接触，下水平面与样品液体接触，即样品液面不能高于透镜3的上水平面，透镜3的作用是使样品液面的波动不影响激光的整个光路。第二反射镜7与激光管1以及第一反射镜2在同一垂直平面内并且高度一致，以保证第二反射镜7接受到微悬臂梁4反射出经透镜3透出的激光，第二反射镜7把激光反射到位置灵敏检测器8上。本技术的工作过程如下当激光管1发出一束激光经过反射镜2穿过透镜3，在透镜3下装有微悬臂梁，激光光束穿过透镜3射在微悬臂梁4上，微悬臂梁4再把激光反射到透镜3，透镜3射出的激光入射到反射镜7上，反射镜7反射出的激光到位置灵敏检测器8上。恒温控制装置9保证温度恒定。当被测物质通过导流管5流到样品池6，涂镀生化敏感层的微悬臂梁4与被测物接触时，微悬臂梁4的敏感层吸附被测分子，由于被测分子与敏感层分子发生力的相互作用，将使微悬臂梁4产生表面应力，微悬臂梁4表面应力的改变将微悬臂梁4弯曲，经微悬臂梁背面反射的激光束被本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生化传感器，其特征在于：包括激光管［１］、第一反射镜［２］、透镜［３］、微悬臂梁［４］、导流管［５］、第二反射镜［７］、位置灵敏检测器［８］、样品池［６］、恒温控温装置［９］；第一反射镜［２］固定在激光管［１］前，第一反射镜［２］的镜面与激光入射线成一定角度；透镜［３］为一圆柱体，圆柱体的下平面从中线位置以与下平面成一定夹角向上方向切出一个斜面，微悬臂梁［４］的后二分之一部分固定在斜面中线上，微悬臂梁［４］的前二分之一部分处于透镜［３］下水平面下；样品池［６］底面下装有恒温控制装置［９］，装有微悬臂梁［４］的透镜［３］置于样品池［６］里，透镜［３］的上水平面与空气接触，下水平面与样品液体接触，即样品液面不能高于透镜［３］的上水平面；把激光反射到位置灵敏检测器［８］的第二反射镜［７］与激光管［１］以及第一反射镜［２］在同一垂直平面内并且高度一致。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：左燕生，林云生，赵惠斌，韩立，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]