[发明专利]一种微传感器、制备及其使用方法

说明书

本发明提供一种微传感器、制备及其使用方法，通过微传感器的进气口及位于空腔内部的具有特定间隙大小的微过滤栅，能够筛选并捕获待测气体中特定直径范围内的微颗粒物，并通过谐振式微悬臂梁测量捕获的微颗粒物的质量，从而获得微颗粒物浓度等环境信息；设备体积小，便于现场分析、适用范围广，能有效捕获待测气体中微米级及亚微米级杂质微粒。

技术领域

本发明属于微纳传感器领域，涉及一种微传感器、制备及其使用方法。

背景技术

空气中存在有不同粒径的杂质，微米级及亚微米级的杂质微粒可以进入人体的肺泡中，在达到一定浓度时会对人类的身体健康产生巨大的影响，如果杂质微粒携带细菌或病毒，会对呼吸系统、心血管系统、神经系统造成破坏。

目前，用于空气杂质的分析检测方法常常采用连续环境颗粒物监测仪及光学检测方法。其中，连续环境颗粒物监测仪由于检测设备体积较大，不便于进行现场分析以及大规模地展开应用；而光学检测方法的灵敏度及检测精度较低，且易受湿度等环境因素干扰。

质量敏感型微传感器是近些年发展起来的一种新型检测技术，其工作原理为：通过在传感器件的一定位置设置敏感材料，当检测过程中有待测物分子被特异性吸附到这些敏感材料上时，会引起传感器件的频率变化，而这个频率变化在传感器量程内一般是正比于待测物浓度的，因此事先标定过的传感器就可以通过频率变化得到环境中目标待测物的浓度。这类传感器在气体检测上已经获得了诸多应用，并展现了极高的分辨率和快速响应的能力，尤其适合便携式现场衡量物质的检测。然而常规敏感材料只能够吸附分子级别的微粒，当空气中的待测微颗粒物为微米级或亚微米级杂质微粒时，该类传感器的应用却面临极大的困难。

鉴于此，有必要设计一种体积小、方便使用的微传感器，用于有效捕获空气中微米级及亚微米级的杂质微粒。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种微传感器、制备及其使用方法，用于解决现有技术中用于精确测量环境中颗粒物质量的检测设备体积过大、不便于现场分析；以及传统谐振式微悬臂梁质量敏感型传感器不能有效捕获空气中微米级及亚微米级杂质微粒的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种微传感器，包括：

芯片衬底，所述芯片衬底中包含进气口及出气口；

谐振式微悬臂梁，所述谐振式微悬臂梁自所述芯片衬底向外延伸预设距离，内部包含微流道及与所述微流道相连接的空腔，所述微流道及空腔的高度不小于所述进气口的宽度；其中，所述微流道延伸至所述芯片衬底中并与所述进气口及出气口相连接，所述空腔内设置有微过滤栅，所述微过滤栅与所述空腔内壁之间的间隙不大于所述微过滤栅自身的间隙，且所述微过滤栅自身的间隙小于所述进气口的宽度。

优选地，所述微过滤栅贯穿所述空腔。

优选地，所述微流道在所述谐振式微悬臂梁内部呈“U”字型。

优选地，所述进气口的截面包括由直线及曲线中的一种或组合形成的图形中的一种。

优选地，所述进气口包括若干尺寸相同的矩形进气口，所述矩形进气口的宽度范围包括1μm～15μm。

优选地，所述微过滤栅的截面包括若干由直线及曲线中的一种或组合形成的图形中的一种。

优选地，所述微过滤栅包括若干尺寸相同的一排微圆柱，相邻的所述微圆柱之间的间隙范围包括0.1μm～2μm。

优选地，所述微圆柱包括保护层及多晶硅层。

优选地，所述微流道及空腔的高度范围包括3μm～15μm。

优选地，所述微流道及空腔的内壁通过自组装生长方法形成氟硅烷单分子薄膜层。

优选地，所述谐振式微悬臂梁的厚度范围包括8μm～25μm。