一种半接触式点样仪及微悬臂梁传感芯片的制备方法与流程

本发明涉及传感芯片的制备领域，尤其涉及一种半接触式点样仪及微悬臂梁传感芯片的制备方法。

背景技术：

微悬臂梁是利用微机电系统(mems，microelectromechanicalsystem)工艺制备的板条状机械结构，该结构的一端悬空，另一端固定，常被用作生化传感器。在微悬臂梁被用作生化传感器时有两种不同的工作模式，一种是静态工作模式，即应力工作模式，另一种是动态工作模式，即谐振工作模式。不管处于哪种工作模式，都需要通过点样将敏感材料上载至微悬臂梁悬空端的敏感区域。由于微悬臂梁敏感区域的面积非常微小，典型值为100微米×100微米，因此必须借助点样仪来实现敏感材料的上载。

传统的点样仪一般采用非接触式喷射点样方法，利用压电喷头控制敏感材料喷射量。其中，压电喷头的工作原理是在硅片上刻蚀出腔体和细小的喷嘴，并在腔体的背面贴上压电陶瓷，工作时对压电陶瓷施加电压，压电陶瓷产生形变并带动硅片产生弯曲和凹凸形变，以使得腔体的体积迅速发生变化，进而喷射出液体微滴。然而，该种点样方法存在如下弊端：

(1)由于液体表面张力作用，该种方式喷射出来的液滴往往体积较大，容易造成敏感材料的浪费；

(2)在压电喷头接触到器件表面时往往会发生飞溅，使得敏感材料粘附到微悬臂梁的非敏感区域，进而会造成器件的失效；

(3)对样品的要求较高，对粘稠的液体或者颗粒物悬浊液都难以实现顺利喷射；

(4)点样仪价格高昂，增加了制造成本。

技术实现要素：

本申请实施例提供了一种半接触式点样仪及微悬臂梁传感芯片的制备方法，可以防止样品液飞溅造成的器件失效和样品浪费，并且无需将样品液挤出针尖，适用于粘稠的样品液。

本申请实施例提供了一种半接触式点样仪，该点样仪包括：移动平台和设置在移动平台上的注射系统；

注射系统包括注射泵、连接管、持针器、夹持器和毛细管针；

连接管的一端与注射泵连接，连接管的另一端与持针器连接，夹持器与持针器的外壁连接，毛细管针安装在持针器的端部；

注射泵用于提供泵入/推出样品液的压力，毛细管针具有注射切面，注射切面与毛细管针的轴向平面的夹角小于90度，夹持器用于调整毛细管针的注射切面相对于待点样微悬臂梁传感芯片的倾斜角度；

移动平台用于承载待点样微悬臂梁传感芯片，以及调整待点样微悬臂梁传感芯片与毛细管针间的相对位置。

进一步地，毛细管针包括：

容置腔，容置腔用于容置样品液；

设置在容置腔的端部的针头，针头具有注射切面；

针头用于在注射泵提供的泵入样品液的压力作用下，通过注射切面吸取样品液至容置腔内，以及在注射泵提供的推出样品液的压力作用下，通过注射切面注射样品液至待点样微悬臂梁传感芯片上。

进一步地，毛细管针的注射切面与待点样微悬臂梁传感芯片的倾斜角度在区间[5°,75°]内。

进一步地，针头的内壁直径在区间[10μm,100μm]内。

进一步地，移动平台包括底座、左移动平台、载物台和升降旋转组件；

左移动平台设置在底座上；

载物台和升降旋转组件均设置在左移动平台上；

升降旋转组件与夹持器连接；

载物台用于承载待点样微悬臂梁传感芯片；

升降旋转组件用于调整待点样微悬臂梁传感芯片与毛细管针间的相对位置，以及毛细管针的注射切面相对于待点样微悬臂梁传感芯片的倾斜角度。

进一步地，升降旋转组件包括移动升降台和旋转台；

移动升降台用于调整待点样微悬臂梁传感芯片与毛细管针间的相对位置；

旋转台用于调整毛细管针的注射切面相对于待点样微悬臂梁传感芯片的倾斜角度。

进一步地，移动升降台上设有第一旋转杆、第二旋转杆和第三旋转杆；

第一旋转杆用于控制移动升降台沿第一方向平移；

第二旋转杆用于控制移动升降台沿第二方向平移；

第三旋转杆用于控制移动升降台沿第三方向平移；

第一方向、第二方向和第三方向两两垂直。

进一步地，该点样仪还包括显微观测系统；

显微观测系统包括显微镜头、调焦旋钮和显示屏；

调焦旋钮与显微镜头连接；

显示屏与显微镜头连接；

调焦旋钮用于调节显微镜头与待点样微悬臂梁传感芯片间的焦距；

显示屏用于显示毛细管针、样品液和待点样微悬臂梁传感芯片。

进一步地，左移动平台用于将待点样微悬臂梁传感芯片移动至显微镜头下，以使毛细管针、样品液和待点样微悬臂梁传感芯片显示在显示屏上。

相应地，本申请实施例还提供了一种微悬臂梁传感芯片的制备方法，该制备方法基于半接触式点样仪实现，包括：

将毛细管针安装在持针器的端部；

在注射泵提供的泵入样品液的压力作用下，通过毛细管针上针头的注射切面吸取样品液至毛细管针的容置腔内；

将待点样微悬臂梁传感芯片放置于移动平台的载物台上，以及控制移动平台的移动升降台移动，将待点样微悬臂梁传感芯片移动至显微观测系统的显微镜头下；

调节移动平台的移动升降台和显微观测系统的调焦旋钮，调整待点样微悬臂梁传感芯片与毛细管针间的相对位置，以使待点样微悬臂梁传感芯片显示在显微观测系统的显示屏上；

控制移动平台的旋转台，进而带动毛细管针离开待点样微悬臂梁传感芯片，将毛细管针的注射切面与待点样微悬臂梁传感芯片的倾斜角度调整在区间[5°,75°]内；

在注射泵提供的推出样品液的压力作用下，通过毛细管针上针头的注射切面注射样品液，样品液相对于注射切面凸出；

控制移动平台的左移动平台，使得凸出的样本液与待点样微悬臂梁传感芯片接触，在张力作用下，待点样微悬臂梁传感芯片上形成样品液液滴；

驱动移动平台的旋转台，带动毛细管针离开待点样微悬臂梁传感芯片，使得样品液液滴与毛细管针的注射切面断开；

待待点样微悬臂梁传感芯片上的样品液液滴中的溶质挥发后，重复步骤：控制移动平台的左移动平台，使得凸出的样本液与待点样微悬臂梁传感芯片接触，在张力作用下，待点样微悬臂梁传感芯片上形成样品液液滴，直至待点样微悬臂梁上的样品液液滴在预设样品液液滴数量区间内，得到点样后的微悬臂梁传感芯片。

本申请实施例具有如下有益效果：

本申请实施例所公开的一种半接触式点样仪及微悬臂梁传感芯片的制备方法，通过注射泵控制毛细管针中样品液的液面形成凸出的液面，并通过控制移动平台，使得凸出的样本液与待点样微悬臂梁传感芯片接触，在张力作用下，待点样微悬臂梁传感芯片上形成样品液液滴，可以防止样品液飞溅造成的器件失效和样品浪费。并且通过使用注射泵提供泵入/推出样品液的压力，无需将样品液挤出针尖，适用于粘稠的样品液。此外，该点样仪整体结构简单，成本低廉。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本申请实施例所提供的一种点样仪的结构示意图；

图2a是本申请实施例提供的一种样品液相对于注射切面凸出的示意图；

图2b是本申请实施例提供的一种在待点样微悬臂梁传感芯片上形成样品液液滴的示意图；

图2c是本申请实施例提供的一种样品液液滴与毛细管针的注射切面断开的示意图。

附图说明：1-注射系统，11-注射泵，12-连接管，13-持针器，14-夹持器，15-毛细管针，2-移动平台，21-底座，22-左移动平台，23-载物台，24-升降旋转组件，241-移动升降台，242-旋转台，3-显微观测系统，31-显微镜头，32-调焦旋钮，33-显示屏，4-待点样微悬臂梁传感芯片。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施例作进一步地详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一个实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

此处所称的“实施例”是指可包含于本申请至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置/系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述以外的顺序实施。此外，术语“包括”、“具有”和“为”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列器件或组成单元的结构、包含了一系列步骤的方法，不必限于清楚地列出哪些器件、组成单元或步骤，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些结构固有的器件或组成单元，以及对于该方法固有的步骤。

图1是本申请实施例提供的一种点样仪的结构示意图，本说明书提供了如实施例或结构示意图所示的组成结构，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的器件或组成单元。

如图1所示，点样仪可以包括移动平台2、设置在移动平台2上的注射系统1以及设置在移动平台2上的显微观测系统3。该点样仪整体结构简单，成本低廉。

本申请实施例中，注射系统1可以包括注射泵11、连接管12、持针器13和毛细管针15。其中，连接管12的一端可以与注射泵11连接，连接管12的另一端可以与持针器13连接，即连接管12可以将持针器13和注射泵11连接，夹持器14可以与持针器13的外壁连接，即夹持器14可以用于固定持针器13，毛细管针15可以安装在持针器13的端部。注射泵11可以用于提供泵入/推出样品液的压力，毛线管针具有注射切面，该注射切面可以与毛细管针15的轴向平面的夹角小于90度，即注射切面与毛细管针15长度方向成一锐角，夹持器14可以用于调整毛细管针15的注射切面相对于待点样微悬臂梁传感芯片4的倾斜角度。通过注射泵11控制毛细管针15中样品液的液面形成凸出的液面，并通过控制移动平台2，使得凸出的样本液与待点样微悬臂梁传感芯片4接触，在张力作用下，待点样微悬臂梁传感芯片4上形成样品液液滴，可以防止样品液飞溅造成的浪费。通过使用注射泵11提供泵入/推出样品液的压力，无需将样品液挤出针尖，适用于粘稠的样品液。

在一种可选的实施方式中，上述毛细管针15可以包括容置腔和设置在容置腔的端部的整体，其中，容置腔可以用于容置样品液，针头具有注射切面，针头可以用于在注射泵11提供的泵入样品液的压力作用下，通过注射切面吸取样品液至容置腔内。具体地，可以通过注射切面吸取样品液，使得样品液充满半个毛细管针15，可以减少样品液充满整个容置腔造成的样品液浪费，也可以提高点样的便于操作性。针头还可以用于在注射泵11提供的推出样品液的压力作用下，通过注射切面注射样品液至待点样微悬臂梁传感芯片4上，即通过注射切面可以在待点样微悬臂梁传感芯片4的敏感区域进行点样。

在一种可选的实施方式中，毛细管针15的注射切面与待点样微悬臂梁传感芯片4的倾斜角度可以在区间[7°,75°]内。

在一种可选的实施方式中，针头的内壁直径可以为数十微米至数百微米，具体可以在区间[10μm,100μm]内。由于该针头的内壁直径较大，使用颗粒物悬浊液也不容易发生堵针现象，即使堵针，更换毛细管针15的针头的成本远低于压电喷头，可以节约制造成本。

本申请实施例中，上述移动平台2可以用于承载待点样微悬臂梁传感芯片4，以及调整待点样微悬臂梁传感芯片4与毛细管针15间的相对位置。

在一种可选的实施方式中，移动平台2可以包括底座21、左移动平台22、载物台23和升降旋转组件24。其中，左移动平台22可以设置在底座21上，载物台23和升降旋转组件均可以设置在左移动平台22上，升降旋转组件24可以与夹持器14连接，载物台23可以用于承载待点样微悬臂梁传感芯片4，升降旋转组件24可以用于调整待点样微悬臂梁传感芯片4与毛细管针15间的相对位置，以及毛细管针15的注射切面相对于待点样微悬臂梁传感芯片4的倾斜角度。也即是，移动平台2可以包括隔振底座21，该隔振底座21的材质可以为不锈钢材质，以增加重量，保证在点样的过程的稳定性。

在一种可选的实施方式中，升降旋转组件24包括移动升降台241和旋转台242。其中，移动升降台241可以用于调整待点样微悬臂梁传感芯片4与毛细管针15间的相对位置，旋转台可以用于调整毛细管针15的注射切面相对于待点样微悬臂梁传感芯片4的倾斜角度。

在一种可选的实施方式中，移动升降台241上可以设有第一旋转杆、第二旋转杆和第三旋转杆，其中，第一旋转杆可以用于控制移动升降台241沿第一方向平移，第二旋转杆可以用于控制移动升降台241沿第二方向平移，第三旋转杆可以用于控制移动升降台241沿第三方向平移，该第一方向、第二方向和第三方向两两垂直。即通过调整旋转组件上的三个旋转杆，可以调整待点样微悬臂梁传感芯片4与毛细管针15间的相对位置以及毛细管针15的注射切面相对于待点样微悬臂梁传感芯片4的倾斜角度，精度可以控制在1微米以内。

本申请实施例中，上述显微观测系统3可以包括显微镜头31、调焦旋钮32和显示屏33，其中，调焦旋钮32可以与显微镜头31连接，显示屏33可以与显微镜头31连接，调焦旋钮32可以用于调节显微镜头31与待点样微悬臂梁传感芯片4间的焦距，显示屏33可以用于显示毛细管针15、样品液和待点样微悬臂梁传感芯片4。左移动平台22可以用于将待点样微悬臂梁传感芯片4移动至显微镜头下，以使毛细管针15、样品液和待点样微悬臂梁传感芯片4显示在显示屏33上。通过在点样仪上集成显微观测系统3，可以对点样过程进行实时成像观测，并对点样结果进行判断。

采用本申请实施例提供的一种半接触式点样仪，通过注射泵11控制毛细管针15中样品液的液面形成凸出的液面，并通过控制移动平台2的左移动平台22，使得凸出的样本液与待点样微悬臂梁传感芯片4接触，在张力作用下，待点样微悬臂梁传感芯片4上形成样品液液滴，可以防止样品液飞溅造成的器件失效和样品浪费，适用于粘稠的样品液或者颗粒物悬浊液，适用场景广泛，并且整体结构简单，制造成本低廉。

本申请实施例还提供了一种微悬臂梁传感芯片的制备方法，该制备方法可以基于半接触式点样仪实现。

其中，半接触式点样仪可以包括移动平台2、设置在移动平台2上的注射系统1以及设置在移动平台2上的显微观测系统3。其中，注射系统1可以包括注射泵11、连接管12、持针器13、夹持器14和毛细管针15，连接管12的一端可以与注射泵11连接，连接管12的另一端可以与持针器13连接，夹持器14可以与持针器13的外壁连接，毛细管针15可以安装在持针器13的端部，注射泵11可以用于提供泵入/推出样品液的压力，毛细管针15具有注射切面，注射切面与毛细管针15的轴向平面的夹角可以小于90度，夹持器14可以用于调整毛细管针15的注射切面相对于待点样微悬臂梁传感芯片4的倾斜角度，移动平台2可以用于承载待点样微悬臂梁传感芯片4，以及调整待点样微悬臂梁传感芯片4与毛细管针15间的相对位置。

毛细管针15可以包括：容置腔，容置腔可以用于容置样品液，设置在容置腔的端部的针头，针头具有注射切面，针头可以用于在注射泵11提供的泵入样品液的压力作用下，通过注射切面吸取样品液至容置腔内，以及在注射泵11提供的推出样品液的压力作用下，通过注射切面注射样品液至待点样微悬臂梁传感芯片4上。毛细管针15的注射切面与待点样微悬臂梁传感芯片4的倾斜角度可以在区间[5°,75°]内。针头的内壁直径可以在区间[10μm,100μm]内。针头吸取至容置腔内的样品液的体积可以占容置腔体积的二分之一。

移动平台2可以包括底座21、左移动平台22、载物台23和升降旋转组件24，左移动平台22可以设置在底座21上，载物台23和升降旋转组件24可以设置在左移动平台22上，升降旋转组件24可以与夹持器14连接，载物台23可以用于承载待点样微悬臂梁传感芯片4，升降旋转组件24可以用于调整待点样微悬臂梁传感芯片4与毛细管针15间的相对位置，以及毛细管针15的注射切面相对于待点样微悬臂梁传感芯片4的倾斜角度。升降旋转组件24可以包括移动升降台241和旋转台242，移动升降台241可以用于调整待点样微悬臂梁传感芯片4与毛细管针15间的相对位置，旋转台242可以用于调整毛细管针15的注射切面相对于待点样微悬臂梁传感芯片4的倾斜角度。升降旋转组件24上可以设有第一旋转杆、第二旋转杆和第三旋转杆，第一旋转杆可以用于控制升降旋转组件24沿第一方向平移，第二旋转杆可以用于控制升降旋转组件24沿第二方向平移，第三旋转杆可以用于控制升降旋转组件24沿第三方向平移，第一方向、第二方向和第三方向两两垂直。

显微观测系统3可以包括显微镜头31、调焦旋钮32和显示屏33，调焦旋钮32与显微镜头31连接，显示屏33与显微镜头31连接，调焦旋钮32用于调节显微镜头31与待点样微悬臂梁传感芯片4间的焦距，显示屏33用于显示毛细管针15、样品液和待点样微悬臂梁传感芯片4。左移动平台22用于将待点样微悬臂梁传感芯片4移动至显微镜头下，以使毛细管针15、样品液和待点样微悬臂梁传感芯片4显示在显示屏33上。

本申请实施例还提供了一种微悬臂梁传感芯片的制备方法，该制备方法基于半接触式点样仪实现，包括：

将毛细管针15安装在持针器13的端部。

在注射泵11提供的泵入样品液的压力作用下，通过毛细管针15上针头的注射切面吸取样品液至毛细管针15的容置腔内。

将待点样微悬臂梁传感芯片4放置于移动平台2的载物台23上，以及控制移动平台2的移动升降台241移动，将待点样微悬臂梁传感芯片4移动至显微观测系统3的显微镜头31下。

调节移动平台2的移动升降台241和显微观测系统3的调焦旋钮32，调整待点样微悬臂梁传感芯片4与毛细管针15间的相对位置，以使待点样微悬臂梁传感芯片4显示在显微观测系统3的显示屏33上。

控制移动平台2的旋转台242，进而进而带动毛细管针离开待点样微悬臂梁传感芯片，将毛细管针15的注射切面与待点样微悬臂梁传感芯片4的倾斜角度调整在区间[5°,75°]内。

在注射泵11提供的推出样品液的压力作用下，通过毛细管针15上针头的注射切面注射样品液，样品液相对于注射切面凸出；图2a是本申请实施例提供的一种样品液相对于注射切面凸出的示意图。

控制移动平台2的左移动平台22，使得凸出的样本液与待点样微悬臂梁传感芯片4接触，在张力作用下，待点样微悬臂梁传感芯片4上形成样品液液滴；图2b是本申请实施例提供的一种在待点样微悬臂梁传感芯片4上形成样品液液滴的示意图。

驱动移动平台2的旋转台242，带动毛细管针15离开待点样微悬臂梁传感芯片4，使得样品液液滴与毛细管针15的注射切面断开；图2c是本申请实施例提供的一种样品液液滴与毛细管针15的注射切面断开的示意图。

待待点样微悬臂梁传感芯片4上的样品液液滴中的溶质挥发后，重复步骤：控制移动平台2的左移动平台22，使得凸出的样本液与待点样微悬臂梁传感芯片4接触，在张力作用下，待点样微悬臂梁传感芯片4上形成样品液液滴，直至待点样微悬臂梁4上的样品液液滴在预设样品液液滴数量区间内，得到点样后的微悬臂梁传感芯片。

采用本申请实施例提供的一种微悬臂梁传感芯片的制备方法，通过注射泵11控制毛细管针15中样品液的液面形成凸出的液面，并通过控制移动平台2的左移动平台22，使得凸出的样本液与待点样微悬臂梁传感芯片4接触，在张力作用下，待点样微悬臂梁传感芯片4上形成样品液液滴，可以防止样品液飞溅造成的器件失效和样品浪费。

由上述本申请提供的半接触式点样仪或微悬臂梁传感芯片的制备方法的实施例可见，通过注射泵控制毛细管针中样品液的液面形成凸出的液面，并通过控制移动平台，使得凸出的样本液与待点样微悬臂梁传感芯片接触，在张力作用下，待点样微悬臂梁传感芯片上形成样品液液滴，可以防止样品液飞溅造成的浪费。并且通过使用注射泵提供泵入/推出样品液的压力，无需将样品液挤出针尖，适用于粘稠的样品液。此外，该点样仪整体结构简单，成本低廉。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的相连或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是：上述本申请实施例的先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣，且上述本说明书对特定的实施例进行了描述，其他实施例也在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或者步骤可以按照不同的实施例中的顺序来执行并且能够实现预期的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出特定顺序或者而连接顺序才能够实现期望的结果，在某些实施方式中，多任务并行处理也是可以的或者可能是有利的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的均为与其他实施例的不同之处。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。