[发明专利]用于微流控芯片上的侧壁式非接触电导检测系统

说明书

技术领域：

本发明涉及微机电系统技术(MEMS)领域和微流控芯片的电检测技术领域，具体涉及微弱电信号的检测、采集和处理，提出一种用于微流控芯片上的非接触电导检测系统。

背景技术：

在微流控芯片分析领域，分析样品量少(一般在nL或者pL级)，因此与传统分析系统相比，需要具备更高的灵敏度、更好的信噪比的检测仪器。迄今为止，芯片分析系统常用的各种检测器有光学检测器、电化学检测器和质谱检测器等，但是光学检测器和质谱检测器由于其系统复杂、体积庞大，严重阻碍了微流控芯片整体微型化和集成化的发展。相对而言，具备较高灵敏度的电化学检测器，以其在芯片上制作检测电极比较容易，检测器的信号处理系统等外围设备比较简单，可以与微加工技术兼容等特点，显示出在微型化和集成化方面的良好前景。电导检测则是一种通用型的电化学检测方式，只要可改变溶液电导率的物质就可被检测，适用性广，灵敏度较高，检出限可达到10^-8～10^-6mol/L，适合检测离子化合物、氨基酸、药物等。非接触电导检测器是近年迅速发展起来的电导检测手段，其优势在于可以避免传统的接触式电导检测器的干扰大、基线噪声大、电极表面易产生气泡、电极表面污染等缺点。已报道的非接触电导检测方法，一部分是用于毛细管电泳过程中的，在毛细管外包裹金属电极对流过样品进行检测；还有一部分是在玻璃芯片上沉积金属电极完成的芯片电泳的电导检测，至今，在SOI材料上利用MEMS加工技术完成侧壁式立体电极的非接触高频电导检测系统还未见报道。

发明内容：

本发明的目的是采用SOI材料，运用MEMS加工技术制作侧壁式立体电导检测电极，提供一种基于电容耦合非接触电导检测原理的非接触电导检测电极，并设计对应的电导信号处理电路，提供非接触高频电导检测系统对应的检测方法，应用于微流控芯片上的微通道中待测样品的电导检测。

本发明包括SOI材料芯片上非接触高频电导检测电极的设计制作和电导信号处理电路的设计，以及整个非接触电导检测系统的完成。

下面对本发明做详细描述：

用于微流控芯片上的非接触电导检测系统，包括通过微加工技术在微流控芯片上形成的电导检测电极和集成在微流控芯片上的电导检测电路；所述电导检测电极是在SOI硅基电泳芯片的分离管道末端两侧壁集成的覆盖了绝缘层的双侧壁式非接触电导检测电极。

所述电导检测电极是在SOI硅材料的微流控芯片上通过窄沟深槽腐蚀、扩散电极、注硼等技术制作出的侧壁式立体电极，采用多晶硅回填、表面氧化等技术形成绝缘层，实现电导检测电极与硅基片、电导检测电极与通道中液体之间的绝缘，构成了非接触高频电导检测电极，电导电极长度200—800μm，电极厚度10—50μm，电极宽度等于芯片管道深度，为10—15μm。本发明将检测电极直接集成在微流控芯片上，并且设计制作的成侧壁式立体电极，使形成的电场更加均匀，检测更加精确和灵敏。

该非接触高频电导检测电极为两电极体系，一个电极连接交流激励源，另一个电极连接电导检测电路。电导检测电路由I/V转换电路、乘法运算电路、低通滤波电路、差分放大电路构成。由于电泳芯片输出感应电流是非常微弱的高频信号，存在较大的背景噪声，因此很难直接检测，通过I/V转换电路电路可以把交流电流信号转换为交流电压信号；通过乘法器和低通滤波电路实现相关运算，去除去与电导信号无关的大量噪声信号，可以极大地提高电路的噪声抑制能力；差分放大电路是将经过低通滤波后的直流信号与一直流电平进行差分放大，保证在只有缓冲溶液时输出的基准信号处于一个相对较小的水平，为当待测样品流过检测池时的电导变化信号进行足够大的放大，因此整个检测电路提高了电路的信噪比和电导检测的灵敏度，有效降低检测限。

所述电导检测电极是在SOI硅材料的微流控芯片上通过窄沟深槽腐蚀、扩散电极、注硼等技术制作出的侧壁式立体电极，采用多晶硅回填、表面氧化等技术形成绝缘层，实现电导检测电极与硅基片、电导检测电极与通道中液体之间的绝缘，构成了非接触高频电导检测电极，电导电极长度200—800μm，电极厚度10—50μm，电极宽度等于芯片管道深度，为10—15μm。本发明将检测电极直接集成在微流控芯片上，并且设计制作的成侧壁式立体电极，使形成的电场更加均匀，检测更加精确和灵敏。