生物传感器、其制作方法及包含其的生物传感设备技术

提供了一种具有三维多层结构的生物传感器、该生物传感器的制作方法 以及包含该生物传感器的生物传感设备。该生物传感设备包含：具有入口和 出口的腔体，包含生物材料的流体通过该入口进入且该流体通过该出口离 开；以及插入并固定在该腔体内的多个生物传感器。每一个生物传感器包含： 具有流体通道的支持单元，包含生物材料的流体流动经过该流体通道；以及 检测单元，布置在该支持单元上，使得该检测单元在该支持单元的该流体通 道内三维地露出，该检测单元使用将与流动经过该流体通道的生物材料反应 的反应材料来表面处理。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及生物传感器，更具体而言涉及具有三维多层结构的生物传感 器、该生物传感器的制作方法、以及包含该生物传感器的生物传感设备。
技术介绍
生物传感器是利用生物化学反应将活体内生物化学材料的浓度转换成 物理参数例如电化学参数、光学参数和热学参数的测量装置。各种生物传感 器广泛地用于测量临床上有价值的生物化学材料的浓度。各种生物传感器中 使用最广泛的是电化学生物传感器，其电化学地检测酶和目标生物化学材料 之间的反应。鉴于当前的技术水平，利用酶的电化学反应的生物传感器被评 价为最适合用作插入人体的传感器系统，从而长时间持续地定量测量人体内 诸如血糖、胆固醇和乳酸盐的材料。一般而言，电化学生物传感器使用下述电化学方法。在电化学方法中， 通过测量生物传感器的电流来;^测吸附在生物传感器上的生物材料，其中该电流^L生物传感器的电场而变化，该电场由于所吸附的生物材料而变化。在 其它电化学方法中，通过测量生物传感器的电流量的变化来测量吸附在纳米 尺寸间隙内的生物材料，该电流量的变化由生物材料吸附导致。图1为传统生物传感器的透视图。参考图1，传统生物传感器包含支持 单元10、；险测单元13和盖15。检测单元13布置成横过支持单元10的顶部 中心。检测单元13使用将与进入的生物材料反应的反应材料来表面处理。 盖15覆盖检测单元13。盖15沿着与检测单元13相交的水平方向引导生物 材料到检测单元13的中心部13A。检测单元13布置在支持单元10上，且盖15布置在检测单元13上以保 护检测单元13。支持单元10包含基板11、绝缘层12和附加绝缘层14。基 板11由单晶硅形成。绝缘层12布置在基板11的顶面上，用于将支持单元 IO与检测单元13电隔离。附加绝缘层14布置在基板11的底面上。盖15具有流体通道15A,用于沿与检测单元13相交的方向将生物材料引导到检测单元13的中心部13A。流体通道15A用作生物材料流动的通路。 流体通道15A将进入的生物材料引导到检测单元13的中心部13A。为了检测通过盖15的流体通道15A进入的生物材料，检测单元13使用 将与进入的生物材料反应的反应材料来表面处理。检测单元13具有哑铃形 结构。也就是说，检测单元13具有用于探测生物材料的中心部13A以及宽 度大于中心部13A的左/右侧部13B。如上所述，检测单元13沿与流体通道 15A相交的方向布置在支持单元10上。电极16布置在^r测单元13的左/右侧部13B的每一个上。电极16与外 部装置连接以传输检测信号到该外部装置，该检测信号由检测单元13检测。下面将描述该传统生物传感器的工作特性。参考图1,当目标生物材料通过水平地布置在盖15内的流体通道15A 的一端进入时，该生物材料水平地流通经过流体通道15A，与检测单元13 的中心部13A相交，并通过流体通道15A的另一端离开。在与^r测单元13 相交时，生物材料被吸附在4企测单元13的三个侧面上。也就是说，生物材 料-故吸附在4全测单元13的中心部13A的顶面、左面和右面上，因为4企测单 元13的底面覆盖有支持单元10的顶面。在上述吸附过程中，生物材料与检 测单元13的表面处理的反应材料反应。该反应导致流过检测单元13的电流 变化。该电流变化通过电极16被测量以4企测该生物材料。然而，图1所示传统生物传感器具有下述限制。首先，由于检测单元13 布置成与通过流体通道15A进入的生物材料水平地相交，生物材料仅吸附在 检测单元13的三个侧面上。其原因为，检测单元13的底面覆盖有支持单元 IO的顶面，因此生物材料无法接触检测单元13的底面。也就是说，检测单 元13的底面无法检测生物材料。此外，由于流体通道15A中生物材料在中 心的流速高于在底部的流速，生物材料被吸附在4企测单元13的可能性相应 地减小。第二，由于面向通过流体通道15A进入的生物材料的流动方向的检测单 元13左/右侧面在面积(即宽度长度)上小于检测单元13的其余侧面，吸附 在检测单元13的生物材料的数量相应地减少。详言之，流体通道15A宽度/ 高度为几十到几百微米()，而检测单元13的高度H为几十纳米(nm ) 且宽度W为几十到几百纳米。因此，生物材料吸附在检测单元13的可能性 非常低。第三，检测单元13单一地设置于传统生物传感器中。因此当目标生物 材料变化时，检测单元13必须使用能够与变化的生物材料反应的反应材料 来表面处理。由于附加的表面处理，这使相应工艺复杂且提高总制作工艺。如上所述，传统生物传感器由于二维结构而存在限制，例如低生物材料 吸附率和针对变化的生物材料的附加表面处理。因此需要发展一种具有三维 多层结构的生物传感器。
技术实现思路
技术问题本专利技术的 一 实施例旨在提供一种可以提供增大的生物材料吸附率的生物传感器。本专利技术的另 一实施例旨在提供一种可以同时检测流体中包含的各种生 物材料的生物传感器。本专利技术的又一实施例旨在提供一种生物传感设备，其具有可以同时检测 流体中包含的各种生物材料的多个生物传感器。本专利技术的再一实施例旨在提供一种上述生物传感器的制作方法。本专利技术的其它目的和优点可以通过下述说明书来理解，且参考本专利技术的 实施例变得显而易见。此外，本专利技术所述领域技术人员显见，本专利技术的目的 和优点可以通过如所主张的手段或其组合来实现。技术方案根据本专利技术一方面，提供了一种生物传感器，包含具有至少一个流体 通道的支持单元，包含生物材料的流体流动经过该至少一个流体通道；以及 至少一个检测单元，布置在该支持单元上，使得该检测单元在该支持单元的 该流体通道内三维地露出，该检测单元使用将与流动经过该流体通道的生物 材料反应的反应材料来表面处理。根据本专利技术又一方面，提供了一种生物传感设备，包含具有入口和出 口的腔体，包含生物材料的流体通过该入口进入且该流体通过该出口离开； 以及插入并固定在该腔体内的多个生物传感器，每一个生物传感器包含具 有流体通道的支持单元，包含生物材料的流体流动经过该流体通道；以及检 测单元，布置在该支持单元上，使得该检测单元在该支持单元的该流体通道 内三维地露出，该检测单元使用将与流动经过该流体通道的生物材料反反应材料来表面处理。根据本专利技术再一方面，提供了一种生物传感器的制作方法，包含步骤 在基板的顶面上形成绝缘层；在该绝缘层上沉积检测单元材料；在该基板的 底面上形成蚀刻阻挡层；蚀刻该蚀刻阻挡层以露出该_1^反的底面的一部分； 使用该蚀刻阻挡层作为蚀刻掩模来蚀刻该基板和该绝缘层，以形成露出该检 测单元材料的 一部分的流体通道；以及蚀刻该检测单元材料以形成与该流体 通道相交的4企测单元。在传统生物传感器中，流体通道形成为横过检测单元用于检测生物材 料。然而，传统生物传感器具有二维结构，其中检测单元的一个侧面覆盖有 支持单元。因此，在传统生物传感器中，生物材料仅吸附在检测单元的三个 侧面上。本专利技术提供了一种具有三维结构的生物传感器以及该生物传感器的制 作方法，其中生物材料可以吸附在^r测单元的四个侧面上。4艮据本专利技术，流 体通道在支持单元的中心部垂直地或者水平地形成，且检测单元布置在并横 过该流体通道，使得该4全测单元的四个侧面均不覆盖有支持单元。相应地，检测单元使用将与生物材料反应的反应材料来表面处理。这里本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物传感器，包含：　具有至少一个流体通道的支持单元，包含生物材料的流体流动经过该至少一个流体通道；以及　至少一个检测单元，布置在该支持单元上，使得该检测单元在该支持单元的该流体通道内三维地露出，该检测单元使用将与流动经过该流 体通道的生物材料反应的反应材料来表面处理。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2006.9.27 KR 10-2006-00943971.一种生物传感器，包含具有至少一个流体通道的支持单元，包含生物材料的流体流动经过该至少一个流体通道；以及至少一个检测单元，布置在该支持单元上，使得该检测单元在该支持单元的该流体通道内三维地露出，该检测单元使用将与流动经过该流体通道的生物材料反应的反应材料来表面处理。2. 如权利要求1所述的生物传感器，其中该支持单元包含 基板；以及布置在该基板和该检测单元之间的绝缘层。3. 如权利要求2所述的生物传感器，其中该基板由选自由单晶硅、玻 璃和塑料组成的群组的材料形成。4. 如权利要求2所述的生物传感器，其中该支持单元包含绝缘体上硅 基板。5. 如权利要求1所述的生物传感器，其中该支持单元具有该检测单元 布置在其上的平板顶侧。6. 如权利要求1所述的生物传感器，其中该检测单元具有叠置在该流 体通道上的中心部以及不叠置在该流体通道上的侧部，该中心部宽度小于该7. 如权利要求1所述的生物传感器，其中该检测单元由电学特性随外 部电场而变化的材料形成。8. 如权利要求1所述的生物传感器，其中该检测单元由选自由结晶硅、 非晶硅和掺杂硅组成的群组的材料形成。9. 如权利要求1所述的生物传感器，其中该4全测单元设置有多个，且 这些^r测单元布置为横过该流体通道。10. 如权利要求1所述的生物传感器，其中该支持单元的该流体通道设 置有多个。11. 如权利要求10所述的生物传感器，其中这些检测单元的至少一个 布置为横过这些流体通道的每一个。12. 如权利要求1所述的生物传感器，还包含用于连接该检测单元到外部装置的多个电极。13. 如权利要求12所述的生物传感器，其中这些电极布置在该检测单元上，使得这些电极不叠置在该流体通道上。14. 一种生物传感设备，包含具有入口和出口的腔体，包含生物材料的流体通过该入口进入且该流体通过该出口离开；以及插入并固定在该腔体内的多个生物传感器，每一个生物传感器包含具有流体通道的支持单元，包含生物材料的流体流动经过该流体通道；以及检测单元，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘汉泳，金安顺，阿七成，梁钟宪，白寅福，安昌根，李诚宰，尹珍浩，
申请(专利权)人：韩国电子通信研究院，
类型：发明
国别省市：KR