[发明专利]基于谐振式微悬臂梁结构的高灵敏生化传感器的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及MEMS制造及工程领域，尤其涉及一种基于谐振式微悬臂梁结构的高灵敏生化传感器的制作方法。

背景技术

自上世纪80年代MEMS技术蓬勃发展以来^[1]，越来越多的MEMS器件被广泛应用于人们的日常生活及国防建设中。近些年来，随着微探针、微流计等器件的研制，大量的MEMS器件进入了化学分析、生物检测、医药筛选和环境监测等领域。如，1998年S.Henry等人利用微加工工艺研制了150μm长的微型针阵列，研究了其机械性能和药物输运特性^[2]；2000年D.Kashanin等人利用微流体生物芯片进行细胞的指引和分离，研究了T细胞与单克隆抗体修饰后通道壁的相互作用，模拟自然细胞在毛细血管中受体与ligand相互作用，芯片的尺寸只有曲别针大小，流体管道宽60μm，深40μm^[3]。然而就目前的生化传感器领域而言，不论是如上所述的微型针阵列还是微流道细胞计，由于器件结构本身的限制，无法实现实时高灵敏度的生化检测。

悬臂梁作为MEMS器件中一种重要的结构近年来已经成为研究热点^[4]。基于悬臂梁结构的传感器可以将待检测量，如质量、温度、应力等参数转化为悬臂梁的静态弯曲量或者动态谐振频率变化量，从而实现对待测量快速、准确的测量。2000年，Cornell大学的H.G..Craighead等人制备了100×20×0.32μm³的Si₃N₄悬臂梁，在其前端涂覆O₁₅₇∶H₇抗体后，可以选择性吸附E.coli细胞，在空气中可检测的最小质量约为1.5pg^[5]。但是，基于悬臂梁结构的生化传感器的实用化仍然存在一些技术问题，如：大面积吸附引起悬臂梁弹性常数变化，产生频率偏移而导致测量误差；在液体生化环境中悬臂梁品质因子大幅降低，导致检测灵敏度降低等等。此外，高灵敏的自检测结构对研制实用化的生化传感器至关重要，常用的光学探测技术虽然具有高灵敏度，但光学系统体积大且成本高，不能满足便携式、低成本MEMS生化传感器应用需求。

生化传感器的制作成本是决定其实用化的关键因素，因此，需要发展可靠的、高成品率的低成本微纳制作方法。另外，应用于MEMS生化传感器的封装技术，需要考虑许多限制，如器件工作环境：流体冲击、机械振动和温度变化，等等。因此，开发一种适用于新型高灵敏悬臂梁结构的、便携式生化传感器的低成本大规模制作方法对推动MEMS生化传感器的实用化具有重要意义。

参考文献

[1]R.T.Howe，R.S.Muller，K.J.Gabriel and W.S.N.Trimmer，Silicon micro-mechanics：sensor and actuators on a chip，IEEE Spectrum，7，29-35，1990.

[2]S.Henry，D.V.McAllister，M.G.Allen，IEEE Micro Electro Mechanical Systems，494-498，1998.

[3]D.Kashanin，et al，Annual International IEEE-EMBS Special Topic Conference on Microtechnologies in Medicine and Biology，279-282，2000.

[4]A.Hierlemann，O.Brand，C.Hagleiter and H.Baltes，Micro-fabrication techniques for chemical/biosensor，proceedings of the IEEE，6，839-863，2003.

[5]B.Ilic，D.Czaplewski，H.G.Craighead，P.Neuzil，C.Campagnolo and C.Batt，Mechanical resonant immunospecific biological detector，Applied Physics Letter，77，450-452，2000.

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于谐振式微悬臂梁结构的高灵敏生化传感器的制作方法，以提高器件的制作精度和成品率，降低制作成本。

(二)技术方案