液相检测的谐振式微悬臂梁生化传感器及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微纳传感器领域，特别是涉及一种液相检测的谐振式微悬臂梁生化传感器及其制备方法。
【背景技术】
[0002]微纳生化传感器作为一种重要的生化检测手段，在环境监测、食品工业、医学诊断、国家安全等方面有着广泛的应用。基于MEMS工艺制造的谐振式微悬臂梁生化传感器是目前传感器前沿研宄领域的一个热点。谐振式微悬臂梁传感器属于质量型传感器，本身具有灵敏度高、功耗低、抗干扰性强等优点。与石英晶体微天平(QCM，Quartz CrystalMicrobalance)等其他谐振式传感器以及电化学传感器相比，谐振式微悬臂梁传感器同时具有与IC工艺兼容、可大批量生产、可集成、微型化、成本低、可阵列化等种种优点，在高性能便携式分析仪器上具有很大的应用前景。
[0003]一般来说，微悬臂梁传感器主要由微悬臂梁、敏感膜和接口电路组成。其工作原理如下:在微悬臂梁表面固定特异性敏感膜，当敏感膜对目标分子发生特异性吸附后，会引起悬臂梁的质量增加，从而导致悬臂梁的谐振频率下降。通过接口电路监测谐振频率下降的数值，并根据该传感器的设计质量检测灵敏度，便可以得到吸附的目标分子的质量。传统的谐振式微悬臂梁传感器一般用于气相检测，很少用于液相检测。这是由于在液相环境工作时，谐振式微悬臂梁受到的阻尼相比气相环境下大大增加，因此一般情况下液体环境中的Q值将比气相环境下低2个数量级以上，从而导致灵敏度大大下降。而大量的生物和化学检测和分析是要在液相环境下完成的，这对谐振式微悬臂梁的设计提出了挑战。
【发明内容】
[0004]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液相检测的谐振式微悬臂梁生化传感器及其制备方法，用于解决现有技术中用于液相检测的谐振式微悬臂梁传感器受到的阻尼相比气相环境下大大增加，从而导致灵敏度大大下降的问题。
[0005]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种液相检测的谐振式微悬臂梁生化传感器，所述液相检测的谐振式微悬臂梁生化传感器至少包括:
[0006]谐振式微悬臂梁，所述谐振式微悬臂梁的上表面设置有疏水薄膜，所述疏水薄膜与所述谐振式微悬臂梁之间形成空腔；所述谐振式微悬臂梁的敏感区域上方的所述疏水薄膜上开设有一凹孔，所述凹孔内设置有敏感池结构；所述敏感池结构由所述谐振式微悬臂梁及疏水侧壁围成，所述疏水侧壁与所述疏水薄膜之间形成一圈狭缝。
[0007]优选地，所述谐振式微悬梁臂的工作模态为一阶弯曲模态、扭转模态、平面内振动模态或更高阶的弯曲模态、扭转模态、平面内振动模态。
[0008]优选地，所述谐振式微悬梁臂的材料为结晶半导体、聚合物、硅化合物中的一种或者以上多种材料的复合。
[0009]优选地，所述谐振式微悬梁臂的形状为直条形、变截面直条形、U形、T形、三角形、音叉形中的一种或组合。
[0010]优选地，所述谐振式微悬梁臂的激励方式为电磁激励、静电激励、逆压电激励、电热激励、光热激励或噪声自激励。
[0011]优选地，所述谐振式微悬梁臂的检测方式为压电拾振、电容拾振、电磁拾振、光信号拾振或压敏电阻拾振。
[0012]优选地，所述疏水薄膜及所述疏水侧壁的材料为聚对二甲苯。
[0013]优选地，所述狭缝的宽度设定为2 μπι?12 μπι。
[0014]优选地，所述谐振式微悬臂梁的敏感区域为所述谐振式微悬臂梁的自由端。
[0015]优选地，所述疏水侧壁的高度与所述疏水薄膜上表面齐平。
[0016]优选地，所述敏感池结构中填充有敏感材料。
[0017]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种液相检测的谐振式微悬臂梁生化传感器的制备方法，所述液相检测的谐振式微悬臂梁生化传感器的制备方法至少包括以下步骤:
[0018]步骤一:制作形成谐振式微悬臂梁，在所述谐振式微悬臂梁上涂光刻胶后进行光亥|J，以在所述谐振式微悬臂梁的敏感区域上形成环状凹槽；
[0019]步骤二:在所述谐振式微悬臂梁及所述光刻胶上沉积疏水材料，以光刻胶为掩模刻蚀所述疏水材料，以形成疏水侧壁及疏水薄膜，所述疏水侧壁位于所述环状凹槽中，其高度与所述疏水薄膜齐平，所述疏水侧壁的外侧与所述疏水薄膜之间存在狭缝；
[0020]步骤三:从背面划片，然后去除所述光刻胶，释放器件结构，以形成所述疏水薄膜和所述谐振式微悬臂梁之间的空腔，以及由所述疏水侧壁围成的敏感池结构；
[0021]步骤四:将敏感材料注入所述敏感池结构中并固化，最终形成液相检测的谐振式微悬臂梁生化传感器。
[0022]优选地，步骤一中采用旋涂或喷涂的方式将所述光刻胶涂于所述谐振式微悬臂梁上，所述光刻胶的厚度设定为I μπι?30 μπι。
[0023]优选地，步骤一中所述环状凹槽的宽度设定为4 μπι?10 μπι。
[0024]优选地，所述疏水薄膜的厚度设定为4 μ m?20 μ m。
[0025]优选地，采用氧等离子体刻蚀方法刻蚀所述疏水材料，所述氧等离子体刻蚀对所述疏水材料和所述光刻胶的刻蚀选择比为1:1.3。
[0026]优选地，步骤四具体包括采用喷墨滴涂或者手工涂覆的方式注入所述敏感材料，并利用烘箱固化所述敏感材料。
[0027]如上所述，本发明的液相检测的谐振式微悬臂梁生化传感器及其制备方法，具有以下有益效果:
[0028]本发明的液相检测的谐振式微悬臂梁生化传感器利用防水的聚对二甲苯(parylene)薄膜保护谐振式微悬臂梁，特别设计的狭缝结构有效防止液体进入聚对二甲苯薄膜下方接触微悬臂梁，从而使得在液相检测工作时，微悬臂梁上仅固定了敏感材料的敏感区域接触待测液体样品，其余部分均工作在空气环境下，从而大大减小了阻尼，提高了传感器的品质因数(Q值)和灵敏度。
【附图说明】
[0029]图1显示为本发明的液相检测的谐振式微悬臂梁生化传感器制备方法的流程示意图。
[0030]图2?图6显示为本发明的液相检测的谐振式微悬臂梁生化传感器制备方法各步骤示意图。
[0031]图7显示为本发明的液相检测的谐振式微悬臂梁生化传感器的原理示意图。
[0032]图8显示为本发明的液相检测的谐振式微悬臂梁生化传感器的检测结果示意图。
[0033]元件标号说明
[0034]I谐振式微悬臂梁
[0035]2光刻胶
[0036]3疏水侧壁
[0037]31敏感池结构
[0038]4疏水薄膜
[0039]5敏感材料
[0040]6待测液体样本
[0041]SI?S4步骤一?步骤四
【具体实施方式】
[0042]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0043]请参阅图1?图8。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0044]实施例一:
[0045]以电热激励、压阻检测的一阶弯曲模态谐振式微悬臂梁为换能器，以对P = O键敏感的氟化苯酚修饰的超支化聚合物为敏感材料，形成液相检测谐振式微悬臂梁有机磷化学传感器。如图1?图8所示，所述液相检测谐振式微悬臂梁有机磷化学传感器的制备方法包括以下步骤:
[0046]步骤一 S1:制作形成谐振式微悬臂梁I，在所述谐振式微悬臂梁I上涂光刻胶2后进行光刻，以在所述谐振式微悬臂梁I的敏感