一种生物传感器制造技术

本实用新型专利技术一种生物传感器将多铁性材料磁传感元件巧妙地设计到生物传感器中，构成了由生物探针与多铁性磁传感元件组成的新型生物传感器，该多铁性材料磁传感元件依次由保护层、上电极层、铁磁层、铁电层和下电极层构成，或者由保护层、上电极层、铁磁层、铁电层、铁磁层和下电极层构成。与现有技术相比，本实用新型专利技术生物传感器结构简单、成本低廉、具有高磁场探测精度，在临床医学、环境监测、发酵工业、食品工业等众多领域具有很大的发展潜力和市场应用前景。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及生物传感器技术，可以应用于临床医学、环境监测、发酵工业、食 品工业等众多领域。
技术介绍
生物传感器通过生物敏感膜，经分子识别，能量转换，可以探测多种生命和化学物 质，被广泛地应用于临床医学、环境监测、发酵工业、食品工业等众多领域。随着纳米科技的迅速发展，磁性纳米粒子的制备技术越来越成熟，并已经应用在 生物分子标记、临床诊断、靶向药物、细胞分离和酶的固定化等领域。另一方面，随着磁电阻 效应的发展，新型的磁传感器不断脱颖而出。1988年，巨磁电阻效应(GMR)的发现大大提高 了磁电阻的数值，利用GMR效应的GMR磁传感器的探测精度可以达到10_8奥斯特(Oe)。近 年来，将GMR磁传感技术运用于生物领域，使得生物传感器技术得到了发展。GMR生物传感 器具有较大的灵敏度，易于集成等优点，但是，GMR生物传感器仍然存在一些问题，例如由于 结构复杂所造成的加工条件苛刻和成本高，金属多层膜的结构方式导致的功耗大、阻抗匹 配难等。因此，具有灵敏度高、结构简单、成本低廉的新型生物传感器则是人们一直研究的 课题。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种生物传感器，该 生物传感器具有探测灵敏度高、结构简单、成本低廉的优点。本技术解决上述技术问题所采用的技术方案为一种生物传感器，包括用于 探测目标分子的生物探针和与生物探针相连接的传感元件；该传感元件是多铁性材料磁传 感元件；该多铁性材料磁传感元件依次由保护层、上电极层、铁磁层、铁电层和下电极层构 成，或者由保护层、上电极层、铁磁层、铁电层、铁磁层和下电极层构成。为优化上述技术方案，采取的措施还包括上述生物探针通过物理或者化学吸附与磁性颗粒结合；上述生物探针与目标分子 之间具有免疫应答反应。上述磁性颗粒是铁、钴、镍、Y相三氧化二铁、四氧化三铁、钐钴合金、铁碳合金、 铁_碳化铁合金、钴铬合金、钴钼合金或者钴钯合金。上述保护层由10 500nm厚的SiO2或者类金刚石薄膜构成；该保护层经过氨基化与醛基化处理。上述上电极层和下电极层分别由钼、金、钛、钨、钽、铝、铜、银中的一种材料构成。上述铁电层由钛酸钡、钛酸钡掺杂材料、铅基铁电材料或者单相多铁材料构成；所 述的铅基铁电材料是钛酸铅、锆钛酸铅、钛酸铅镧、锆钛酸铅镧、铌镁酸铅、铌锌酸铅、铌钪 酸铅、铌镁酸铅掺杂的钛酸铅、铌锌酸铅掺杂的钛酸铅或者铌钪酸铅掺杂的钛酸铅；所述的 单相多铁材料是铁酸铋。上述铁磁层由钴基材料、铁氧体材料、铁磁性金属、铁磁性合金或者钙钛矿结构氧 化物构成。上述钴基材料包括钴铬合金、钴钯多层膜、钴钼多层膜、钐钴合金、钐钴铬合金、钴 掺杂的Y相三氧化二铁或者钴掺杂的四氧化三铁。上述铁氧体材料包括Y相三氧化二铁、四氧化三铁、钡铁氧体、锶铁氧体、镍铁氧 体或者钴铁氧体；上述铁磁性金属包括铁、钴或者镍；铁磁性合金包括铁钴合金、铁钴镍合 金或者铽镝铁磁致伸缩合金；上述钙钛矿结构氧化物包括锰酸锶镧、锰酸钙镧、锰酸钡镧、 锰酸铅镧或者锰酸银镧。与现有技术相比，本技术一种生物传感器将多铁性材料磁传感元件巧妙地设 计到生物传感器中，本技术一种生物传感器将多铁性材料磁传感元件巧妙地设计到生物传感器 中，构成了由生物探针与多铁性磁传感元件组成的新型生物传感器，该多铁性材料磁传感 元件依次由保护层、上电极层、铁磁层、铁电层和下电极层构成，或者由保护层、上电极层、 铁磁层、铁电层、铁磁层和下电极层构成。与现有技术相比，本技术生物传感器结构简 单、成本低廉、具有高磁场探测精度，在临床医学、环境监测、发酵工业、食品工业等众多领 域具有很大的发展潜力和市场应用前景。附图说明图1是本技术生物传感器中多铁性磁传感元件的结构示意图；图2是本技术生物传感器中多铁性磁传感元件的另一种结构示意图；图3是本技术生物传感器中多铁性材料磁传感元件的工作原理图；图4是本技术生物传感器的工作原理示意图。具体实施方式以下结合附图实施例对本技术作进一步详细描述。图1至图4所示为本技术生物传感器的结构示意图与工作原理示意图。附图标记为目标分子1、生物探针2、标记分子3、多铁性材料磁传感元件4。本技术一种生物传感器包括用于探测目标分子1的生物探针2和与生物探针 2相连接的多铁性材料磁传感元件4。多铁性材料磁传感元件4依次由保护层、上电极层、 铁磁层、铁电层和下电极层构成，如图1所示；或者由保护层、上电极层、铁磁层、铁电层、铁 磁层和下电极层构成，如图2所示。图3为多铁性材料磁传感元件4的工作原理图。其中，多铁性材料磁传感元件4 包括上电极、铁磁层、铁电层和下电极。H为直流偏置场，通过信号发生器提供交流磁信号 ΔΗ(相当于生物传感器中的磁标记颗粒)，多铁性材料磁传感器中的铁磁层对该交流磁信 号发生响应，产生磁致伸缩，通过磁电耦合作用传递给铁电层，引起铁电层的电极化强度P =α ΔΗ的变化，通过电荷放大器对电荷进行放大，通过示波器可以得到电极化强度的变 化，从而可以反应出交流磁信号的大小。本技术的生物传感器主要用于对目标分子1进行识别，进而得到在一定的被 测区域内目标分子1的浓度，含量等参数。对目标分子1进行磁标记的方法包括直接标记法和间接标记法。直接标记法中生物探针2通过物理或者化学吸附与磁性微球相连接，而 且生物探针2与目标分子1之间能够进行免疫应答反应，生物探针2通过免疫应答反应对 目标分子1进行磁标记。间接标记法中生物探针2与目标分子1之间能够进行免疫应答反 应，生物探针2与多铁性材料磁传感元件4的表面相连接，除了生物探针2外，目标分子1 还与标记分子3之间能够进行免疫应答反应，而且该标记分子3通过物理或者化学吸附与 磁性颗粒结合，目标分子1与生物探针2通过免疫应答反应进行结合，标记分子3与目标分 子1通过免疫应答反应对目标分子1进行磁标记。直接标记法是最快速的磁性标记方法。目前有多种人、小鼠、大鼠以及非人类灵长 类细胞的商业化的直接标记磁珠可供选用。当没有直接标记磁珠时，几乎针对任何种系任 何细胞的任何一种单抗或多抗，均可用于间接标记法，间接标记法与直接标记法相比，除适 应范围广外，还可以使用一组单克隆抗体，会获得更好的目标分子识别效果。例如选用牛 蛋白IgG(B0Vine IgG)作为目标分子1，由于吸附有磁性微球的Protein G与目标分子牛 蛋白IgG有很强的免疫应答反应，选用Protein G作为标记分子3 ；选用羊抗牛IgG(Goat anti-Bovine IgG)作为生物探针2 ；采用化学交联反应(即吸附法)将生物探针2，即羊抗 牛IgG连接到多铁性材料磁传感元件4的表面；通过目标分子1与生物探针2的免疫应答 反应挂接目标分子1，即牛蛋白IgG与羊抗牛IgG的免疫应答反应挂接牛蛋白IgG ；通过标 记分子3与目标分子1的免疫应答反应对目标分子1进行磁标记，即通过Protein G与牛 蛋白IgG的免疫应答反应对牛蛋白IgG进行磁标记。图4是本技术生物传感器的工作原理图。图4中选用间接标记法对目标分子 1进行磁标记，生物探针2与多铁性材料磁传感元件4的表面相连接，通过目标分子1与生 物探针2的免疫应答反应捕获目标分子1。标记分子3吸附了纳米磁性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物传感器，包括用于探测目标分子（１）的生物探针（２）和与生物探针（２）相连接的传感元件，其特征是：所述的传感元件是多铁性材料磁传感元件（４）；所述的多铁性材料磁传感元件（４）依次由保护层、上电极层、铁磁层、铁电层和下电极层构成，或者由保护层、上电极层、铁磁层、铁电层、铁磁层和下电极层构成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宜伟，李润伟，陈斌，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：实用新型
国别省市：97[中国|宁波]