一种生物荧光微全分析系统芯片及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微分析系统芯片技术领域，具体涉及一种生物荧光微全分析系统芯片及其制备方法。
【背景技术】
[0002]MEMS技术与生物技术紧密结合是21世纪微电子领域的一个热点。其中生物微机电系统(Bo-1MEMS)是在生物医学工程中使用的MEMS，其中最明显的就是生物芯片。由尺度效应可以知道，MEMS可以灵敏、准确、低成本和微创地应用于生物芯片领域。
[0003]对于传统生化检测仪器，其拥有体积庞大、操作复杂、灵敏度低、对待测溶液的需求量大，不易实现连续的实时监控等缺点。而采用荧光微分析系统芯片则克服了上述缺点，所提供的微型检测平台，便于操作、灵敏度改善、待测溶液需求量小，且与集成电路兼容。
[0004]现有的荧光微分析系统，虽然实现了一定程度光学系统的集成化，但是相较于传统的外部光源激发荧光物质，其检测精度较低。例如，由T.Kamei等人在2003年发表的“Integrated Hydrogenated Amorphous Si Photod1de Detector for MicrofluidicB1analytical Devices”(集成氢化非晶娃光电探测器的微流体生物分析器件，T.Kameiet al.,Anal.Chem.2003，75，5300-5305)—文中，采用了外部光源来激发荧光物质，其检测精度可以达到17nm。而由Y.H.Kim等人在2006年发表的“Poly(dimethylsiloxane)-BasedPackaging Technique for Microchip Fluorescence Detect1n System Applicat1ns，，(基于聚二甲基硅氧烷封装技术的微芯片荧光检测系统的应用，Y.H.Kim et al.,J.MICR0ELECTR0MECH.S.2006,15(5),1152-1158) 一文中，制备了基于 PDMS 为封装技术的荧光微分析系统芯片，该荧光微分析系统芯片包括一个集成的p-1-n光电二极管，有机发光二极管(OLED)作为荧光激发光源，一个干涉滤光器，此外还有一条微通道。该芯片最后得到的检测精度只有10M1。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服原有技术方案的不足，提供一种生物荧光微全分析系统芯片及其制备方法，使系统检测精度大大提高。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采有以下技术方案。
[0007]本发明的一种生物荧光微全分析系统芯片，其特征在于:包括PDMS微流通道、InGaN基LD、Si光电探测器三部分，分别构成所述芯片的上层、中层、底层，通过硅片键合技术接合为一体;其中，所述的PDMS微流通道与玻璃片键合而成为样品台；所述的InGaN基LD用作激发光源;所述的Si光电探测器用于检测和分析激发荧光信号;所述的InGaN基LD和Si光电探测器中间接合有一个光带通滤波器。
[0008]其中:
[0009]所述的光带通滤波器的带通波长范围至少不小于450nm。
[0010]所述的InGaN基LD使用Al2O3作为衬底。
[0011]所述的PDMS微流通道的尺寸为:深50μ??，宽ΙΟΟμπι，长I cm。
[0012]所述的InGaN基LD采用环形结构且有一个开口，发光区域外径为1200μπι，内径为IlOOym0
[0013]所述的Si光电探测器的ρ-η结采用环形结构。
[0014]所述的PDMS微流通道中溶液采用FITC标记抗体。
[0015]本发明的一种生物荧光微全分析系统芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0016](I)制备用于检测荧光的Si光电探测器，其过程为:
[0017]101)采用反应离子刻蚀方法刻蚀η型、电阻率为I Ω.cm的Si晶片；
[0018]102)对Si表面进行氧化处理后进行缓冲氢氟酸蚀刻；
[0019]103)从窗口掺入B+形成ρ-η结；
[0020]104)采用低压力化学气相沉工艺在衬底表面淀积一层均匀的S12薄膜；
[0021 ]105)在S12薄膜表面进行MlF蚀刻；
[0022]106)淀积Al以及蚀刻Al;
[0023]107)烧成；
[0024](2)制备用于激发荧光物质的InGaN基LD，其过程为:
[0025]201)取200μπι厚研磨晶片；
[0026]202)对P 型 InGaN 进行 FAB 蚀刻；
[0027]203)S0G涂覆，而后采用BHF蚀刻；
[0028]204)Ni/Al溅射，隔离空气退火；
[0029]205)电子束蒸发Au并隔离；
[0030]206)对η 型 InGaN 进行 FAB 蚀刻；
[0031 ]207)对Al2O3进行深反应离子刻蚀；
[0032](3)制备PDMS微通道，其过程为:
[0033]301)采用SU-8胶光刻工艺；
[0034]302)将PDMS前驱体浇注到步骤301)所得到的结构上，然后固化；
[0035]303)将固化后的PDMS模板剥离；
[0036]304)对PDMS模板进行钻孔；
[0037]305)将PDMS与玻璃基底接合，即:将PDMS微流通道与玻璃片键合而成为样品台；
[0038](4)将Si光电探测器、InGaN基LD和PDMS微流通道进行集成化封装成芯片:首先在InGaN基LD和Si光电探测器中间接合一个光带通滤波器，再采用硅片键合技术，将上层的PDMS微流通道、中层的InGaN基LD、底层的Si光电探测器接合为一体;其过程为:
[0039]401)使用RCAl 清洗；
[0040]402)使用超声波清洗；
[0041 ]403)利用N2等离子体对Si表面进行活化处理，等离子功率75/100W，时间为15秒；活化处理时要注意平整度对键合的影响；
[0042]404)进行接合，施加的力为500Ν，温度300°C，时间60min;
[0043]405)采用上述步骤401) —404)所述方法对PDMS微流体芯片和InGaN基LD进行接合处理。
[0044]与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果:
[0045]1.本发明采用InGaN基LD做为荧光物质的激发光源，具有体积小、冷光源，响应时间短、发光效率高等优点。
[0046]2.本发明集成了 InGaN基LD的激发光源，PDMS微流体芯片，以及检测荧光物质发光的Si光电探测器，对荧光微全分析系统实现高度集成化度。
[0047]3.本发明具有生物材料消耗低，荧光背景噪声小，灵敏度高等特点，在医疗诊断和环境分析等领域具有非常重要的应用意义。
【附图说明】
[0048]图1是本发明的生物荧光微全分析系统芯片的Si光电探测器的结构示意图。其中，7-1是Si光电探测器的受光部分。
[0049]图2是本发明的生物荧光微全分析系统芯片的环状InGaN基LD的结构示意图。其中，环状部分3-1是发光部分，开口3-2作为荧光进入Si光电探测器的通道。
[0050]图3是本发明的生物荧光微全分析系统芯片的PDMS微通道的结构示意图。其中，
[0051]图4是本发明的生物荧光微全分析系统芯片横截面原理图。其中，I和2作为一个整体为PDMS微流通道，分别为:I是PDMS流路，2是玻璃基底；3，4和5作为一个整体为InGaN基LD，分别为:3是p-1nGaN，4是n-1nGaN，5是Al2O3基底;6是光带通滤波器;7和8作为一个整体为Si光电探测器，分别为:7是p-Si，8是n-Si。
【具体实施方式】
[0052]下面结合附图及【具体实施方式】对本发明做进一步详细说明。
[0053]本发明的一种生物荧光微全分析系统芯片，其特征在于:包括PDMS微流通道、InGaN基LD、Si光电探测器三部分，分别构成所述芯片的上层、中层、底层，通过硅片键合技术接合为一体;其中，所述的PDMS微流通道与玻璃片键合而成为样品台；所述的InGaN基LD用作激发光源;所述的Si光电探测器用于检测和分析激发荧光信号;所述的InGaN基LD和Si光电探测器中间接合有一个光带通滤波器。该系统实际工作中，由中间层的激发光源InGaN基LD发出蓝光(450nm)，光束射入PDMS微流通道，激发PDMS微流通道中的荧光物质产生激发荧光，激发荧光经由InGaN基LD中的开口进入Si光电探测器与InGaN基LD之间的光带通滤波器，滤除不是激发荧光的背景噪声后，再射入到Si光电探测器，Si光电探测器对接收到的激发荧光进行检测分析。
[0054]另外:
[0055]所述的光带通滤波器的带通波长范围至少不小于450nm。用来滤除不是激发荧光的背景噪声。
[0056]所述的InGaN基LD使用Al2O3作为衬底。
[0057]所述的PDMS微流通道的尺寸