专利名称：Lamb波免疫传感器及其器件的制作方法
技术领域：
本发明属于微机电系统(MEMS)和生物免疫传感器交叉领域，具体的说，涉及Lamb 波和微磁珠相融合方法，及其Lamb波器件的制作方法以及该Lamb波器件的应用。
背景技术：
近年来，基于微机电系统(MEMS)技术的阵列免疫传感器是当今高新技术发展前沿之一，将传感器技术的高灵敏度和免疫反应的特异性融合起来，把抗原-抗体反应过程中产生的信号，经过换能器转变成电信号，从而对抗原或抗体进行定量检测。生物传感器对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器，已逐渐应用于临床医学食品、工业和环境检测等领域。免疫传感器作为生物传感器最重要的一类，是利用抗原(抗体)对抗体(抗原)的识别功能而研制成的生物传感器，以其鉴定物质的高度特异性、敏感性和稳定性受到青睐，它的问世使传统的免疫分析发生了很大的变化。然而常规的免疫生物传感器，例如表面等离子共振免疫传感器、石英谐振型传感器，仅实现单次测量，很难实现传感器的阵列化、高通量、大样本的快速的分子水平测量。
发明内容
为克服现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种可以实现免疫反应的阵列化、高通量、大样本、快速测量的Lamb波免疫传感器。本发明的另一个目的在于提供一种的Lamb波免疫传感器的Lamb波器件的制作方法。本发明的再一个目的在于提供一种Lamb波免疫传感器的检测方法。为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明采用了以下技术方案
一种Lamb波免疫传感器，其包括一上磁铁和一下磁铁，所述上磁铁与下磁铁之间设置有一 Lamb波传感器，所述Lamb波传感器上方胶合有一管道压盖；所述Lamb波传感器包括一设置有多个样品池的硅薄膜结构，所述硅薄膜结构下方为一导电地层，所述导电地层下方为一压电材料层，所述压电材料层上设置由一层IDT电极层，所述IDT电极层包括若干插齿电极和若干焊点端口，所述的若干插齿电极上分别设置有一对电极端口，所述样品池内培养有标记抗体、免疫微磁珠和捕获抗体；所述管道压盖与所述Lamb波传感器贴合的管道表面上开置有一样品池通道，所述样品池通道的两端分别开设有一通孔。一种Lamb波器件的制作方法，其包括以下步骤
步骤1)准备硅片取一 3英寸、380 μ m厚、双面氧化、表面厚度变化小于3 μ m的P型 (100)硅片；
步骤2)甩光刻胶硅片首先用丙酮和酒精的混合液清洗，后用去离子水浸泡5分钟，之后烘干，然后在硅片的双面甩粘结剂和光刻胶；步骤3)光刻和显影利用光刻机对硅片进行曝光，在硅片表面生成模板的图形，之后， 放入显影液中腐蚀，在光刻胶层生成所需图形；
步骤4)腐蚀二氧化硅把硅片放入氢氟酸溶液中，腐蚀二氧化硅层，使光刻胶层表面图形转移到二氧化硅层；
步骤5)腐蚀硅把硅片放入氢氧化钾溶液中，各向异性腐蚀硅生成薄膜，得到硅薄膜结构；
步骤6)去除光刻把硅片放入丙酮中，把光刻胶去除； 步骤7)去除二氧化硅把硅片放入氢氟酸溶液中，去除所有二氧化硅层； 步骤8)溅射金属钛/钼通过使用溅射仪，在硅薄膜结构的背面上溅射钛/钼，生成一层导电地层；
步骤9)溅射氮化铝在层导电地层上反应溅射一层氮化铝，生成一层压电材料层；
步骤10)溅射电极层在压电材料层上溅射铝、铬或金，生成电极层；
步骤11)甩光刻胶在电极上，甩一层光刻胶；
步骤12)曝光和显影在光刻胶层上形成IDT图形；
步骤13)腐蚀电极层通过腐蚀电极层，形成IDT电极；
步骤14)去光刻胶把光刻胶去除，清洗并烘干。一种检测癌胚抗原的方法，其包括以下步骤
步骤1)将待分析物与免疫微磁珠混合，注入Lamb波器件的样品池中共同孵育，免疫微磁珠表面包被有一定癌胚抗原抗体；
步骤2)开启Lamb波免疫传感器下方磁�。姑庖叽徘蛭街罫amb波器件表面，并与 Lamb波器件表面的捕获抗体共同组成“免疫磁球-待分析物-抗体”三元复合物；
步骤3)开启Lamb波免疫传感器上方磁�。刮葱纬伞懊庖叽徘騙待分析物_抗体”三元复合物的免疫微磁珠吸附至Lamb波器件上方；
步骤4)从通孔中加入洗涤液，除去未结合的免疫微磁珠，同时通过Lamb波免疫传感器同步测量癌胚抗原浓度；
步骤5)加入再生液冲洗Lamb波器件表面，破坏“免疫磁球-待分析物_抗体”三元复合物形式，开启Lamb波免疫传感器上方磁�。姑庖呶⒋胖橥牙隠amb波器件表面，并被洗涤除去，达到Lamb波免疫传感器的再生。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果
1、本发明提出的的基于MEMS的Lamb波免疫传感器制作方法，易于和集成电路结合，易于实现器件的阵列化，实现多通道检测；在本发明中采用硅片作为基底，进行MEMS工艺操作，可以在一个器件上制作出一维或者二维传感器，通过金丝球焊接或者倒装焊的方式，把传感器和电子控制系统相连，解决了传统光学传感器不能阵列化的问题。2、利用本发明中MEMS工艺制作薄膜，其厚度可以从0. 1微米到100微米之间任意选择，完全满足传感器灵敏度对薄膜的厚度要求。3、本发明利用MEMS工艺制作的Lamb波免疫传感器，更适合批量化生产；由于本发明提出的免疫磁珠和Lamb波传感器相融合的方法，免疫磁珠的快速富集和Lamb波高灵敏度融为一体，集两者的诸多优点于一身，不仅减少了分析时间、提高了灵敏度和测试精度， 也使得测定过程变得简单，易于实现自动化。
4、本发明的基于MEMS的Lamb波免疫传感器的免疫磁珠载体特异性好，固液经磁力作用能较容易分离，洗脱条件较环保无害。5、本发明的基于MEMS的Lamb波免疫传感器对于低于检测限的样品经过免疫磁珠富集浓缩后检测，从而间接改变检测极限，提高检测的灵敏度，避免漏检。6、本发明的基于MEMS的Lamb波免疫传感器，融合免疫磁珠分析方法，可以实现免疫反应的阵列化、高通量、大样本、快速测量的目的。与传统的免疫学分析检测技术相对比， 如酶免疫测定法，具有高灵敏度、高特异性、操作简单、分析速度快、价格低廉等优势，且易于实现自动化操作，将在临床诊断、医疗保健、环境监测、食品安全等领域得到广泛应用。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中
图1为本发明的Lamb波免疫传感器的原理图。图2为本发明的Lamb波免疫传感器的结构示意图。图3为本发明的Lamb波器件的俯视图。图4为本发明的Lamb波器件的仰视图。图5为本发明的管道压盖的立体图。
具体实施例方式下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。实施例1
参见图1、图2所示，一种Lamb波免疫传感器，其包括一上磁铁1和一下磁铁11，所述上磁铁1与下磁铁11之间设置有一 Lamb波传感器12，所述Lamb波传感器12上方胶合有一管道压盖2 ；进一步的，结合图3所示，所述Lamb波传感器12包括一设置有多个样品池 701的硅薄膜结构7，所述硅薄膜结构7下方为一导电地层8，所述导电地层8下方为一压电材料层9，所述压电材料层9上设置由一层IDT电极层，进一步的，结合图4所示，所述IDT 电极层包括若干插齿电极10和若干焊点端口 13，所述的若干插齿电极10上分别设置有一对电极端口 14，所述样品池701内培养有标记抗体3、免疫微磁珠4和捕获抗体6 ；进一步的，结合图5所示，所述管道压盖2与所述Lamb波传感器12贴合的管道表面17上开置有一样品池通道18，所述样品池通道18的两端分别开设有一通孔19。优选的，所述硅薄膜结构7的薄膜处的厚度为0. 1 μ m-100 μ m之间。优选的，所述电极端口 14和焊点端口 13之间通过金丝球焊接连接。优选的，所述插齿电极10凸出所述压电材料层9的高度为20nm-200nm。优选的，所述样品池通道18的表面与管道表面17之间的距离为1 μ m-10 μ m。优选的，所述通孔19的孔直径为0. 2 μ m-10 μ m。
实施例2
参见图1所示，一种Lamb波器件的制作方法，其包括以下步骤 步骤1)准备硅片取一 3英寸、380 μ m厚、双面氧化、表面厚度变化小于3 μ m的P型 (100)硅片；
步骤2)甩光刻胶硅片首先用丙酮和酒精的混合液清洗，后用去离子水浸泡5分钟，之后烘干，然后在硅片的双面甩粘结剂和光刻胶；
步骤3)光刻和显影利用光刻机对硅片进行曝光，在硅片表面生成模板的图形，之后， 放入显影液中腐蚀，在光刻胶层生成所需图形；
步骤4)腐蚀二氧化硅把硅片放入氢氟酸溶液中，腐蚀二氧化硅层，使光刻胶层表面图形转移到二氧化硅层；
步骤5)腐蚀硅把硅片放入氢氧化钾溶液中，各向异性腐蚀硅生成薄膜，得到硅薄膜结构7 ；
步骤6)去除光刻把硅片放入丙酮中，把光刻胶去除； 步骤7)去除二氧化硅把硅片放入氢氟酸溶液中，去除所有二氧化硅层； 步骤8)溅射金属钛/钼通过使用溅射仪，在硅薄膜结构7的背面上溅射钛/钼，生成一层导电地层8;
步骤9)溅射氮化铝在层导电地层8上反应溅射一层氮化铝，生成一层压电材料层9 ；
步骤10)溅射电极层在压电材料层9上溅射铝、铬或金，生成电极层；
步骤11)甩光刻胶在电极层上，甩一层光刻胶；
步骤12)曝光和显影在光刻胶层上形成IDT图形；
步骤13)腐蚀电极层通过腐蚀电极层，形成IDT电极；
步骤14)去光刻胶把光刻胶去除，清洗并烘干。进一步的，在步骤9之前还包括以下处理步骤为了使器件的导电地层8中用于电路连接处暴露出来，使用另外一硅片放置在所述硅薄膜结构7上用于保护电路连接处。实施例3
参见图1所示，一种检测癌胚抗原的方法，其包括以下步骤
步骤1)将待分析物5与免疫微磁珠4混合，注入Lamb波器件12的样品池701中共同孵育，免疫微磁珠4表面包被有一定癌胚抗原抗体；
步骤2)开启Lamb波免疫传感器下方磁场，使免疫磁球吸附至Lamb波器件12表面，并与Lamb波器件12表面的捕获抗体6共同组成“免疫磁球-待分析物_抗体”三元复合物； 步骤3)开启Lamb波免疫传感器上方磁�。刮葱纬伞懊庖叽徘騙待分析物_抗体”三元复合物的免疫微磁珠4吸附至Lamb波器件12上方；
步骤4)从通孔19中加入洗涤液，除去未结合的免疫微磁珠4，同时通过Lamb波免疫传感器同步测量癌胚抗原浓度；
步骤5)加入再生液冲洗Lamb波器件12表面，破坏“免疫磁球-待分析物-抗体”三元复合物形式，开启Lamb波免疫传感器上方磁�。姑庖呶⒋胖�4脱离Lamb波器件12表面，并被洗涤除去，达到Lamb波免疫传感器的再生。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种Lamb波免疫传感器，其特征在于包括一上磁铁(1)和一下磁铁(11)，所述上磁铁(1)与下磁铁(11)之间设置有一 Lamb波传感器(12)，所述Lamb波传感器(12)上方胶合有一管道压盖(2);所述Lamb波传感器(12)包括一设置有多个样品池(701)的硅薄膜结构(7)，所述硅薄膜结构(7)下方为一导电地层(8)，所述导电地层(8)下方为一压电材料层(9 )，所述压电材料层(9 )上设置由一层IDT电极层，所述IDT电极层包括若干插齿电极 (10)和若干焊点端口(13)，所述的若干插齿电极(10)上分别设置有一对电极端口(14)，所述样品池(701)内培养有标记抗体(3)、免疫微磁珠(4)和捕获抗体(6)；所述管道压盖(2) 与所述Lamb波传感器(12)贴合的管道表面(17)上开置有一样品池通道(18)，所述样品池通道(18)的两端分别开设有一通孔(19)。
2.根据权利要求1所述的Lamb波免疫传感器，其特征在于所述硅薄膜结构(7)的薄膜处的厚度为0. Iym-IOOym之间。
3.根据权利要求1所述的Lamb波免疫传感器，其特征在于所述电极端口(14)和焊点端口(13)之间通过金丝球焊接连接。
4.根据权利要求1所述的Lamb波免疫传感器，其特征在于所述插齿电极(10)凸出所述压电材料层(9)的高度为20nm-200nm。
5.根据权利要求1所述的Lamb波免疫传感器，其特征在于所述样品池通道(18)的表面与管道表面(17)之间的距离为Iym-IO μ m。
6.根据权利要求1所述的Lamb波免疫传感器，其特征在于所述通孔(19)的孔直径为 0. 2 μ m-10 μ m。
7.一种制作如权利要求1所述的Lamb波免疫传感器的Lamb波器件的方法，其特征在于，包括以下步骤步骤1)准备硅片取一 3英寸、380 μ m厚、双面氧化、表面厚度变化小于3 μ m的P型 (100)硅片；步骤2)甩光刻胶硅片首先用丙酮和酒精的混合液清洗，后用去离子水浸泡5分钟，之后烘干，然后在硅片的双面甩粘结剂和光刻胶；步骤3)光刻和显影利用光刻机对硅片进行曝光，在硅片表面生成模板的图形，之后， 放入显影液中腐蚀，在光刻胶层生成所需图形；步骤4)腐蚀二氧化硅把硅片放入氢氟酸溶液中，腐蚀二氧化硅层，使光刻胶层表面图形转移到二氧化硅层；步骤5)腐蚀硅把硅片放入氢氧化钾溶液中，各向异性腐蚀硅生成薄膜，得到硅薄膜结构(7);步骤6)去除光刻把硅片放入丙酮中，把光刻胶去除；步骤7)去除二氧化硅把硅片放入氢氟酸溶液中，去除所有二氧化硅层；步骤8)溅射金属钛/钼通过使用溅射仪，在硅薄膜结构(7)的背面上溅射钛/钼，生成一层导电地层(8);步骤9)溅射氮化铝在层导电地层(8)上反应溅射一层氮化铝，生成一层压电材料层(9)；步骤10)溅射电极层在压电材料层(9)上溅射铝、铬或金，生成电极层；步骤11)甩光刻胶在电极层上，甩一层光刻胶；步骤12)曝光和显影在光刻胶层上形成IDT图形； 步骤13)腐蚀电极层通过腐蚀电极层，形成IDT电极； 步骤14)去光刻胶把光刻胶去除，清洗并烘干。
8.根据权利要求7所述的Lamb波器件的方法，其特征在于，在步骤9之前还包括以下处理步骤为了使器件的导电地层(8)中用于电路连接处暴露出来，使用另外一硅片放置在所述硅薄膜结构(7)上用于保护电路连接处。
全文摘要
本发明公开了一种可以实现免疫反应的阵列化、高通量、大样本、快速测量的Lamb波免疫传感器，其包括一上磁铁和一下磁铁，上磁铁与下磁铁之间设置有一Lamb波传感器，Lamb波传感器上方胶合有一管道压盖；Lamb波传感器包括一设置有多个样品池的硅薄膜结构，硅薄膜结构下方为一导电地层，导电地层下方为一压电材料层，压电材料层上设置由一层IDT电极层，IDT电极层包括若干插齿电极和若干焊点端口，所述的若干插齿电极上分别设置有一对电极端口，样品池内培养有标记抗体、免疫微磁珠和捕获抗体；管道压盖与所述Lamb波传感器贴合的管道表面上开置有一样品池通道，样品池通道的两端分别开设有一通孔。
文档编号G01N33/551GK102520160SQ20111039485
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月2日 优先权日2011年12月2日
发明者吴一辉, 周连群 申请人:苏州生物医学工程技术研究所
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
