[发明专利]一种磁致伸缩生物传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微机械系统设计领域，具体而言，是一种磁致伸缩生物传感器。

背景技术

磁致伸缩材料是重要的能量与信息转换功能材料，可以将电磁能转换成机械能或声能。由该种材料制备成的换能器装置不会磨损，没有后冲倾向，而且被检测物与检测接收端无需物理连接。因而在声纳的水声换能器技术，电声换能器技术、海洋探测与开发技术、微位移驱动、减振与防振、减噪与防噪系统、智能机翼、机器人、自动化技术、燃油喷射技术、阀门、泵、波动采油等高技术领域有广泛的应用前景。国外目前已经广泛地将磁致伸缩技术应用于多领域的换能器、物位测量和吸附物的定性定量测量。

基于磁致伸缩材料的生物传感器是一种新型的生物传感器。这种传感器将磁致伸缩材料作为传感器的信息转换的敏感元件。现阶段使用的磁致伸缩传感器，通常都是通过检测磁致伸缩材料在吸附或接收信号前后的共振频率的变化来进行定量检测。共振频率的检测往往需要提供具备扫频功能的频谱分析仪，现阶段的检测中多采用矢量网络分析仪进行扫频处理从而检测到传感器的共振频率。检测方法单一且采用该类型仪器进行的测试设备相当昂贵。这也是造成磁致伸缩传感器应用发展缓慢的重要理由。

发明内容

本发明的目的是解决现有传感器响应检测方法复杂、检测设备昂贵的缺点，提供一种检测成本低的磁致伸缩生物传感器。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种磁致伸缩生物传感器，包括Fe-Ga合金材料、附着于Fe-Ga合金材料表面的铬层、以及附着于铬层外表面的金层。

作为优选的技术方案，Fe、Ga在Fe-Ga合金材料中的质量百分比为83%、17%。

作为优选的技术方案，Fe-Ga合金材料厚度为50μm，铬层和金层的厚度为150nm。

同时，本发明还提供制备上述磁致伸缩生物传感器的方法，包括步骤：（1）在硅衬底上点上光刻胶，（2）在基底上依次溅射一层金和铬，再在气压为7×10^-7托的环境下，在铬层上溅射Fe-Ga合金，再依次在Fe-Ga合金上表面依次溅射第二层金属铬和金，（3）用丙酮溶液洗去光刻胶，剥离基底，（4）将磁致伸缩传感器放入马弗炉中高温800℃加热2小时进行高温退火。

本发明的磁致伸缩传感器采用的敏感材料是铁-镓（Fe-Ga）带状材料，该种材料是通过溅射和剥离过程合成的，铬是作为粘合剂来粘合Fe-Ga合金材料和金，因此在Fe-Ga的表面溅射一层铬，然后在铬的表面再溅射一层金。若Fe-Ga合金的上下表面都各溅射一层铬和金，可以大大增加该磁致伸缩传感器的吸附面积。

作为优选的方案，剥离基底后，避光静置于巯基乙醇溶液中24h进行修饰，修饰后再进行高温退火。由于生物传感器通常采用具有活性的官能团修饰，如巯基。巯基乙醇溶液中巯基（-SH）和金的亲和力非常强，可以形成具有很强的作用力化学键，且金粒子的生物相容性很好，经常用于修饰生物传感器。

传感器检测路包括线圈以及与线圈连接的矢量网络分析仪。该线圈是激励线圈和检测线圈的共用线圈。连接完成后操作矢量网络分析仪向线圈输出一个功率A，线圈获得能量而振动，并向网络分析仪返回输入功率B。将磁致伸缩传感器放入线圈中，用矢量网络分析仪的扫频功能进行扫频分析，得到反射信号的频率-功率谱的曲线，在频率-功率谱的波谷处得到磁致伸缩传感器的振动幅度回波损耗值S₁₁(=10*lg(A/B))，单位为dB。将该磁致伸缩传感器从检测线圈中取出，再放入吸附了检测物的磁致伸缩传感器，用上述同样的方法检测得到吸附物的回波损耗值S₁₁’。S₁₁- S₁₁’ =S，通过磁致伸缩传感器吸附检测物前后在矢量网络分析仪上的振动幅度分析值的差值。

本发明专利中的传感器检测除了可以用传统的矢量网络分析仪进行扫频检测之外，也可以通过搭建简单的电路，使用AD8302幅度和相位测量等芯片来检测磁致伸缩传感器的幅度，可以使检测成本大幅度降低。

附图说明

图1为本发明所述的磁致伸缩生物传感器的结构示意图。

图2为基于Fe-Ga合金的磁致伸缩生物传感器的敏感单元加工过程。

图3为磁致伸缩生物传感器的响应检测方案。

图4为磁致伸缩传感器的长度（mm）。

图中，1-Fe-Ga合金材料，2-铬层，3-金层，4-硅衬底，5-光刻胶。

具体实施方式

一，磁致伸缩生物传感器的结构