[发明专利]一种手性传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于手性识别研究的传感器，尤其涉及一种用于识别D型和L型手性分子的微悬臂梁结构的手性传感器及其制备方法。

背景技术

微悬臂梁结构是一种最简单的微机电系统(MEMS)，它易于进行微加工以及大量生产。近年来，基于不同微悬臂梁结构的传感器广泛应用于化学和生物的实时探测。人们发现少量的分子吸附在微悬臂梁的表面就会导致微悬臂梁弯曲偏转量和振荡频率的变化。由于分子的吸附而导致的微悬臂梁弯曲偏转量的变化主要是由于分子吸附在微悬臂梁表面后，在上下表面产生了不同的应力。分子吸附在悬臂梁表面之前，悬臂梁上表面和下表面的应力处于平衡，产生一个沿着微悬臂梁中间平面的径向力，当分子吸附到微悬臂梁上下表面后，它们对上下表面应力的影响不一样，例如可以把分子在微悬臂梁表面的吸附限定在一个表面，上下表面不同的应力改变产生了一个附加的弯曲力，使微悬臂梁的尖端移动到新的位置。一般来说，分子的吸附降低了表面能。对于微悬臂梁的小范围弯曲，表面应力的变化等于表面自由能的变化。悬臂梁弯曲的程度和由于分子吸附引起的表面自由能的变化成比例。因此，悬臂梁的弯曲取决于每个吸附分子对悬臂梁表面自由能的改变量以及吸附在悬臂梁表面的所有分子的数量。悬臂梁弯曲的程度取决于悬臂梁的弹性系数。为了得到更大的悬臂梁弯曲偏转，可以使用弹性系数小的悬臂梁。

分子在悬臂梁表面的吸附改变了悬臂梁的振荡频率，主要是由于分子的吸附改变了悬臂梁的总质量。悬臂梁振荡频率取决于悬臂梁的尺寸，弹性模量和密度。悬臂梁的振荡频率对悬臂梁的质量负载很敏感，基于振荡频率偏移的方法有可能可以提供探测单个分子的最终灵敏度。然而，液体介质的阻尼效应严重影响了悬臂梁器件的振荡响应，而基于悬臂梁弯曲偏转的测量方法不会受到介质粘性的影响，因此，基于悬臂梁弯曲的测量方法在生物和化学探测中更具有吸引力。

目前，手性化合物在医药、农药、香料、食品添加剂、新材料等领域中的应用引起了人们的广泛关注，手性化合物的合成、拆分及对映体纯度的测定成为当前化学的前沿领域之一。为与之相适应，用于检测手性化合物成分、品质特性的手性传感器也成为了本领域技术人员高度重视的研究重点。

发明内容

鉴于上述微悬臂梁结构的应用现状，本发明的目的是提供一种手性传感器，同时提供一种该手性传感器的制法，以实现一种成本低廉、方便易行的用于手性识别研究的传感器。

本发明的上述第一个目的，是通过以下技术方案得以实现：

一种手性传感器，其特征在于：所述传感器的感测探头为硅基底上的微悬臂梁结构，并且所述微悬臂梁的变形梁上修饰有用于特异性吸附D型和L型手性分子的手性化合物。

进一步地，该用于特异性吸附D型和L型手性分子的手性化合物包括氨基酸、大环类化合物、卟啉类化合物。其中大环类化合物至少包括环糊精、杯芳烃、冠醚等。

进一步地，该微悬臂梁包括硅的微悬臂梁结构、二氧化硅的微悬臂梁结构及氮化硅的微悬臂梁结构，任一种微悬臂梁结构均包括变形梁及支撑底梁。

本发明的上述另一个目的实现的技术解决方案可以是：

一种手性传感器的制法，其特征在于：先在硅基底上利用刻蚀方法制作微悬臂梁；再将用于特异性吸附D型和L型手性分子的手性化合物通过共价或非共价的方法修饰到微悬臂梁的变形梁上，制成感测探头，并将所述感测探头与振荡频率检测仪搭接为一体化集成的手性传感器。

进一步地，前述一种手性传感器的制法，在刻蚀方法制作微悬臂梁之前，还包括在硅基底上沉积制备二氧化硅层或氮化硅层，刻蚀的对象为后制备的二氧化硅层或氮化硅层。

本发明的上述另一个目的实现的技术解决方案还可以是：

一种手性传感器的制法，其特征在于：先在硅基底上利用刻蚀方法制作微悬臂梁；再在微悬臂梁的支撑底梁上制备压电薄膜；最后将用于特异性吸附D型和L型手性分子的手性化合物通过共价或非共价的方法修饰到微悬臂梁的变形梁上，制成带微悬臂梁结构感测探头的手性传感器。

进一步地，前述一种手性传感器的制法，在刻蚀方法制作微悬臂梁之前，还包括在硅基底上沉积制备二氧化硅层或氮化硅层，刻蚀的对象为后制备的二氧化硅层或氮化硅层。

本发明的该种手性传感器及其制法的问世并实施应用后，把对D型和L型手性分子特异性吸引的手性化合物结合微悬臂梁传感技术，大大提高了检测手性分子的简便易行性，同时传感器本身的制作成本低廉，适于规模化生产。

附图说明

图1是本发明手性传感器一实施例的结构示意图；

图2是本发明手性传感器另一实施例的结构示意图。