[发明专利]金纳米多孔敏感膜体声波生物传感器

说明书

技术领域

本发明属于生物传感器技术领域，特别涉及到适于液体和气体检测的一种具有金纳米多孔敏感膜的体声波生物传感器。

背景技术

体声波生物传感器主要利用涂覆有敏感膜的体声波谐振器与待测对象接触后引起的谐振频率、相位或振幅的变化来确定待测物浓度、粘度、质量等信息，目前已应用于化学、化工、食品、医疗卫生等领域。与其他类型的传感器相比，体声波生物传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、选择性好、抗干扰能力强等优良特性，易于实现微型化和集成化。针对各种敏感材料的研究很多，其中SnO₂，WO₃以及有机化学敏感膜是应用最广泛的敏感材料。文献传感器与微系统，2010年第9期，第29卷（Research on gas-sensing properties of mesostructured TiO₂-SnO₂ composite thin films）采用TiO₂-SnO₂介孔金属氧化物薄膜为敏感材料，用于乙醇的检测研究，文献材料科学与工艺，2010年第5期，第18卷（New SnO₂ /WO₃ double layer thin film for NO₂ sensor）利用SnO₂ /WO₃双层薄膜为敏感层，用于气体NO₂以及干扰气体CO、CH₄、H₂的检测研究。这类半导体型敏感材料尽管检测能力很稳定，但由于这类敏感膜在应用时需外加电压、加热，且受电磁波的干扰比较复杂，从而其应用范围受到很大限制。文献传感器与微系统，2011年第9期，第30卷（SAW NO₂ sensor with polyaniline-multiwall carbon nanotube nanocomposites）将聚苯胺-多壁碳纳米管聚合物沉积于声表面波传感器的敏感区，实现了对不同体积分数 NO₂的检测。然而实际应用过程中发现这类以有机多分子材料为敏感膜的传感器器件受温度、湿度、氧化性、静电等诸多因素的影响，稳定性不好从而限制了现有体声波生物传感器的应用范围。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种金纳米多孔敏感膜体声波生物传感器的制备方法，该传感器利用现有微电子制造技术实现，具有工作频率高、灵敏度大、稳定性好、不需加热等优点，且易于实现阵列化，适于大批量生产。

本发明的技术方案如下：

一种具有金纳米多孔敏感膜的体声波生物传感器，包括体声波谐振器与敏感膜层，其特征在于，传感器从下至上包括基底、设置在基底上的声反射层、下电极层、压电薄膜层、上电极层和金纳米多孔敏感膜层。敏感膜层与上电极层的面积与形状相同，敏感膜暴露在环境中吸附待测物。

所述的声反射层，为Mo-SiO₂、Mo-W或Mo-Ti交替生长的复合薄膜，其生长对数为3对至5对。

所述的下电极层，为金属铂或钼，其优选厚度为100纳米至400纳米。

所述的上电极层，为金属铂或金，其优选厚度为100纳米至400纳米。

所述的压电薄膜层，为氧化锌、氮化铝或锆钛酸铅薄膜，薄膜是沿c轴择优取向或c轴倾斜取向的压电薄膜，其优选厚度为1微米至3微米。

所述的金纳米多孔敏感膜，优选厚度为50纳米至200纳米。

本发明采用三维连通金纳米多孔薄膜为敏感材料，当敏感膜吸收环境中的待测物时，金纳米多孔薄膜的比表面积比常规的金薄膜大得多，使体声波传感器频率发生显著变化，通过检测这一频率变化，可实现更高灵敏度测试。

本发明的优点在于：（1）工艺简单，可在常温常压下进行，不需还原剂或有机溶剂，且敏感膜厚度、形貌可控；（2）金纳米多孔敏感膜具有良好的生物相容性、独特的电学特性、高催化活性、高比表面积等特点，可适用于生物、医药、化工领域，应用范围广；（3）本发明所涉及的制造工艺和材料与现有集成电路制造工艺兼容，无需高精度光刻，因此还具有成本低、易于集成的优点。

附图说明

图1是本发明具有金纳米多孔敏感膜的体声波生物传感器示意图；

图2代表性的示出金纳米多孔敏感膜的扫描电镜图像；

图3是本发明具体实施例1在空气及氢气环境中的反射系数S₁₁测试曲线；