[发明专利]生物传感器、其制作方法及包含其的生物传感设备

说明书

技术领域

本发明涉及生物传感器，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。

背景技术

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检测吸附在生物传感器上的生物材料，其中该电流视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、检测单元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10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布置在检测单元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。在与检测单元13相交时，生物材料被吸附在检测单元13的三个侧面上。也就是说，生物材料被吸附在检测单元13的中心部13A的顶面、左面和右面上，因为检测单元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被测量以检测该生物材料。

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10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，生物材料被吸附在检测单元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(μm)，而检测单元1 3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。