[发明专利]聚二甲基硅氧烷表面应力微薄膜生物传感器制造方法

说明书

技术领域

本技术涉及生物传感器制造领域，具体是一种聚二甲基硅氧烷表面应力微薄膜生物传感器制造方法。

背景技术

基于表面应力的微型生物传感器是一种新型的生物传感器，因其在疾病诊断、生物传感材料研究、组织工程、表面修饰、植入式生物传感器及药物释放系统等方面有重要应用，近年来受到国内外的广泛关注。由于其是利用反应界面的自由能转换进行传感，因此不必对待测物进行标定，是一种简单易行的生物传感方法，通过不同的表面修饰即可实现对不同待测物精确检测，具有广阔的应用前景和巨大的社会经济效益。

当前基于表面应力的微型生物传感器主要是微悬臂梁几何结构，通常采用传统的微纳加工工艺，研究表明利用此类传感器可以对多种生化反应进行检测。然而，基于表面应力的微悬臂梁生物传感器，也存在着以下三方面的不足。首先，在传感测试过程中，整个微悬臂梁需浸没在待测液体中，这在生化检测当中是非常普遍的情况，这样，由于微悬臂梁背面对待测液存在非选择性吸附，从而引入噪声，这是此类传感器的主要噪声来源，将会严重的降低传感器的信噪比。其次，基于微悬臂梁几何结构的材料多为硅及其氮化硅等刚性较强的材料，其杨氏模量(硅的杨氏模量为165Gpa，氮化硅的杨氏模量为310Gpa)很大，因此对于较微弱的表面应力存在灵敏度不高的问题。再次，微悬臂梁这种几何结构也不便于传感单元与信号读出系统的集成。

随着生物微机电的发展，各种有机材料在微机电系统中得到越来越广泛的应用，例如，常用的有机材料有聚甲基苯烯酸甲酯，聚二甲基硅氧烷等，这就为克服当前此类传感器的主要缺陷，制备出高灵敏度和精确度，便于微型化和集成化的表面应力生物传感器提供了重要基础。基于表面应力的有机微薄膜生物传感器相比传统此类传感器有以下主要优点。第一，在传感测试过程中只有选择性修饰表面与待测溶液接触，从而有效地克服了传统微悬臂梁表面应力生物传感器存在的双面吸附问题。第二，聚二甲基硅氧烷具有很好的生物相容性，适用于制备生物传感器，同时，其杨氏模量很小(约1.2k-0.5Gpa)并且可以经过不同的加工工艺按照所需进行调节。这就为微弱表面应力的检测提供了必要条件，对于提高此类传感器的检测灵敏度和精度有着至关重要的作用。第三，微薄膜式的几何结构有利于与信号采集、读出系统相集成从而为此类生物传感器的微型化、低成本、大批量的生产奠定了工艺基础。然而，在具体实施过程中，以聚二甲基硅氧烷微薄膜结构为核心敏感单元的生物传感器制备工艺，存在着许多挑战，例如，怎样获得具有较高灵敏度、质地均匀膜厚仅1μm的聚二甲基硅氧烷薄膜，如何实现微薄膜的无损释放，另外，聚二甲基硅氧烷为有机材料，其加工工艺对温度有很高的要求，不能在过高的温度下处理，与传统的微纳加工之间存在工艺相容性问题等，本发明通过新颖的结构和工艺设计成功克服了这些困难，以上即为本发明的主要构思。

发明内容

本发明旨在提供一种新型的基于表面应力的聚二甲基硅氧烷微薄膜生物传感器的加工方法，制备用于生化检测的表面应力生物传感器。以弥补传统基于表面应力生物传感器的不足。发明中有效的克服了聚二甲基硅氧烷处理工艺与传统的微纳加工工艺的相容性问题。

一种聚二甲基硅氧烷表面应力微薄膜生物传感器制造方法，包括以下步骤：

(1)在[001]单晶硅原片两侧淀积氮化硅；

(2)在上层氮化硅的表面旋涂约1μm厚的聚二甲基硅氧烷薄膜；

(3)旋涂及曝光光刻胶；

(4)蒸镀厚度为20nm，长×宽＝390μm×390μm的金薄膜；

(5)剥离光刻胶；

(6)在硅基片的背面旋涂、曝光光刻胶；

(7)用反应离子刻蚀的方法刻蚀下层氮化硅；

(8)氢氧化钾刻蚀硅；

(9)用反应离子刻蚀的方法刻蚀上层氮化硅，释放长×宽＝400μm×400μm的聚二甲基硅氧烷微薄膜；

(10)以熔融状态聚二甲基硅氧烷为粘结剂在聚二甲基硅氧烷薄膜表面键合玻璃微腔。

所述的制造方法，所述步骤(1)包括以下步骤：

1)室温下，以Sylgard 184和己烷为原材料按照基液∶固化剂∶己烷＝10∶1∶3(体积比)的比例配置20ml原溶液；

2)强力搅拌使原溶液混合均匀；

3)将混合均匀的原溶液倒入玻璃器皿中抽真空15分钟以滤除气泡；得到旋涂液；

4)使用旋涂机在上层氮化硅表面以6200rpm/132s的旋涂速率进行旋涂；