一種基於pvdf薄膜的生物傳感器陣列及其製作方法
2023-06-04 23:43:21 1
一種基於pvdf薄膜的生物傳感器陣列及其製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於PVDF薄膜的生物傳感器陣列，自上到下依次包括第一有機玻璃、PVDF壓電膜及第二有機玻璃，第一有機玻璃、PVDF壓電膜及第二有機玻璃固定連接，PVDF壓電膜的上表面及下表面均鍍有若干鍍膜區，所述鍍膜區包括電極、接線膜區、以及用於連通電極及接線膜區的過渡膜區，PVDF壓電膜上表面的電極正對PVDF壓電膜下表面對應的電極，第一有機玻璃上及第二有機玻璃上均開設有若干對通孔，每對通孔均包括第一通孔及第二通孔，每對通孔上的第一通孔及第二通孔分別正對對應鍍膜區上的電極及接線膜區，接線膜區上連接有測試引線。本發明還提供了一種基於PVDF薄膜的生物傳感器陣列的製作方法，該生物傳感器陣列穩定性好，靈敏度高。
【專利說明】—種基於PVDF薄膜的生物傳感器陣列及其製作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種有機壓電薄膜的生物傳感器陣列及其製作方法，具體涉及一種基於PVDF薄膜的生物傳感器陣列及其製作方法。
【背景技術】
[0002]基於矽基微機電(MEMS)工藝的壓電生物傳感器具有靈敏度高、性能穩定、易與模擬電路集成、響應速度快等優點而被廣泛研究。但是該類生物傳感器製作工藝非常複雜、耗時長、成本高，另外矽比較脆韌性差，所以影響了其廣泛使用。於是，人們開始探索製作有機壓電薄膜的生物傳感器。PVDF壓電薄膜以其頻響寬、動態範圍大、力電轉換靈敏度高、機械性能強度高、聲阻抗易匹配、質量輕、柔軟不脆等特點進駐科學家們的視野。
[0003]使用PVDF薄膜製作生物傳感器的方法很多，但是還存在一些諸如穩定性差、靈敏度低等問題。在現有報導中，各種隔膜尺寸的分立器件已被製作、研究，但沒有製作出含有數個相同隔膜尺寸的陣列器件和含有數個不同隔膜尺寸的陣列器件。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於克服上述現有技術的缺點，提供了一種基於PVDF薄膜的生物傳感器陣列及其製作方法，該生物傳感器陣列穩定性好，靈敏度高，並且可以一次性製作多個生物傳感器。陣列器件的使用可以消除環境、儀器誤差等對測試結果的影響。
[0005]為達到上述目的，本發明所述的基於PVDF薄膜的生物傳感器陣列自上到下依次包括第一有機玻璃、PVDF壓電膜及第二有機玻璃，第一有機玻璃、PVDF壓電膜及第二有機玻璃固定連接，PVDF壓電膜的上表面及下表面均鍍有若干鍍膜區，所述鍍膜區包括電極、接線膜區、以及用於連通電極及接線膜區的過渡膜區，PVDF壓電膜上表面的電極正對PVDF壓電膜下表面對應的電極，第一有機玻璃上及第二有機玻璃上均開設有若干對通孔，每對通孔均包括第一通孔及第二通孔，每對通孔上的第一通孔及第二通孔分別正對對應鍍膜區上的電極及接線膜區，接線膜區上連接有測試引線。
[0006]所述PVDF壓電膜為極化並且不帶電極的PVDF壓電膜。
[0007]相應的，本發明還公開了一種基於PVDF薄膜的生物傳感器陣列的製作方法，包括以下步驟:
[0008]I)取PVDF壓電膜，並切割PVDF壓電膜，然後將切割後的PVDF壓電膜按照極化方向固定在夾具上，並在所述PVDF壓電膜的上下兩面分別安裝掩膜板，其中，所述掩膜板上設有若干對孔，每對孔包括第三通孔、第四通孔、以及用於連通第三通孔及第四通孔的槽孔，第三通孔的直徑大於第四通孔的直徑，然後在PVDF壓電膜的上下兩面分別鍍膜，再拆除掩膜板，從而在PVDF壓電膜的上表面及下表面上形成若干鍍膜區，其中，任一鍍膜區均包括第三通孔對應的電極、第四通孔對應的接線膜區及槽孔對應的過渡膜區；
[0009]2)取第一有機玻璃及第二有機玻璃，並在第一有機玻璃及第二有機玻璃上開設第一通孔及第二通孔，然後將PVDF壓電膜放置在第一有機玻璃及第二有機玻璃之間，第一有機玻璃、PVDF壓電膜及第二有機玻璃固定連接，再拆除支架，並給各接線膜區上連接測試引線。
[0010]所述電極的直徑為掩膜板的厚度小於1mm。
[0011]步驟2)中所述第一有機玻璃、PVDF壓電膜及第二有機玻璃通過膠及螺絲固定，其中，膠為UV膠或雙面膠。
[0012]本發明具有以下有益效果:
[0013]本發明所述的基於PVDF薄膜的生物傳感器陣列包括第一有機玻璃、PVDF膜及第二有機玻璃，第一有機玻璃、PVDF膜及第二有機玻璃固定連接，PVDF膜的上表面及下表面均設有若干鍍膜區，鍍膜區包括電極、接線膜區、以及用於連通電極及接線膜區的過渡膜區，接線膜區上連接有測試引線，從而可以有效的提高基於PVDF薄膜的生物傳感器陣列的穩定性及靈敏度，同時在製作過程中，通過在PVDF膜上固定掩膜板，所述掩膜板上設有若干對孔，每對孔包括第三通孔、第四通孔、以及用於連通第三通孔及第四通孔的槽孔，從而可以一次性的製作多個生物傳感器，並且降低製作流程的難度和複雜度。陣列器件的使用可以消除環境、儀器誤差等對測試結果的影響。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明的截面圖；
[0015]圖2為本發明中實施例一製備的傳感器陣列的示意圖；
[0016]圖3為本發明中實施例二製備的傳感器陣列的示意圖；
[0017]圖4為本發明中實施例一製備的傳感器陣列中隔膜孔徑為5毫米的器件的諧振情況隨時間變化的頻譜圖；
[0018]圖5為本發明中實施例一製備的傳感器陣列中隔膜孔徑為5毫米的器件的四個諧振頻率隨時間變化的線性圖；
[0019]圖6為本發明中實施例一製備的陣列器件空載時的諧振頻譜圖；
[0020]圖7為本發明中實施例二製備的傳感器陣列的諧振頻率隨質量負載變化的頻譜圖；
[0021]圖8為本發明中實施例二製備的傳感器陣列的質量靈敏度線性擬合圖。
[0022]其中，I為第一有機玻璃、2為PVDF壓電膜、3為第二有機玻璃、4為膠。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖對本發明做進一步詳細描述:
[0024]參考圖1，本發明所述的基於PVDF薄膜的生物傳感器陣列自上到下依次包括第一有機玻璃1、PVDF壓電膜2及第二有機玻璃3，第一有機玻璃1、PVDF壓電膜2及第二有機玻璃3固定連接，PVDF壓電膜2的上表面及下表面均鍍有若干鍍膜區，所述鍍膜區包括電極、接線膜區、以及用於連通電極及接線膜區的過渡膜區，PVDF壓電膜2上表面的電極正對PVDF壓電膜2下表面對應的電極，第一有機玻璃I上及第二有機玻璃3上均開設有若干對通孔，每對通孔均包括第一通孔及第二通孔，每對通孔上的第一通孔及第二通孔分別正對對應鍍膜區上的電極及接線膜區，接線膜區上連接有測試引線。
[0025]所述PVDF壓電膜2為極化並且不帶電極的PVDF壓電膜。[0026]本發明所述的基於PVDF薄膜的生物傳感器陣列的製作方法包括以下步驟:
[0027]I)取PVDF壓電膜2，並切割PVDF壓電膜2，然後將切割後的PVDF壓電膜2固定在夾具上，並在所述PVDF壓電膜2的上下兩面沿極化方向分別安裝掩膜板，其中，所述掩膜板上設有若干對孔，每對孔包括第三通孔、第四通孔、以及用於連通第三通孔及第四通孔的槽孔，第三通孔的直徑大於第四通孔的直徑，然後在PVDF壓電膜2的上下兩面分別鍍膜，再拆除掩膜板，從而在PVDF壓電膜2的上表面及下表面上形成若干鍍膜區，其中，任一鍍膜區均包括第三通孔對應的電極、第四通孔對應的接線膜區及槽孔對應的過渡膜區；
[0028]2)取第一有機玻璃I及第二有機玻璃3，並在第一有機玻璃I及第二有機玻璃3上開設第一通孔及第二通孔，然後將PVDF壓電膜2放置在第一有機玻璃I及第二有機玻璃3之間，第一有機玻璃1、PVDF壓電膜2及第二有機玻璃3固定連接，再拆除支架，並給各接線膜區上連接測試引線。
[0029]所述電極的直徑為掩膜板的厚度小於1mm。
[0030]步驟2)中所述第一有機玻璃1、PVDF壓電膜2及第二有機玻璃3通過膠4及螺絲固定，其中，膠4為UV膠或雙面膠。
[0031]實施例一
[0032]參考圖2、圖4、圖5及圖6，I)用鋒利的刀片將厚度為28微米的已極化的不帶電極的PVDF壓電薄膜按照極化方向裁剪成10X80毫米的長條；將其沿著極化方向固定在夾具上，安裝製作圖形化電極的掩膜板。該掩膜板是用I毫米厚的有機玻璃板製成，掩膜板上包含有三個不同的隔膜孔徑:3毫米，4毫米，5毫米；
[0033]2)利用直流濺射儀鍍電極，設置濺射電流為10毫安，時間為25分鐘，在薄膜兩面各沉積一層厚度約為100納米的圖形化黃金電極。結束後，拆掉掩膜板；在已刻有隔膜孔的厚度為3毫米的兩塊有機玻璃板上，利用勻膠4機以1500轉/分鐘的速度，旋塗時間40秒，旋塗一層粘度為50cps的UV膠4，再在四角用M3的尼龍螺絲定位固定。在強度為13.5mff/cm2的紫外光下照射100秒固化；拆掉支架，用室溫銀漿將直徑為0.2毫米的銀絲粘結在上、下電極上作為測試導線。到此，器件製作完成。
[0034]隔膜孔徑為5毫米的器件諧振峰為8900赫茲，隔膜孔徑為4毫米的器件諧振峰為11440赫茲，隔膜孔徑為3毫米的器件諧振峰為13360赫茲，諧振峰值隨器件尺寸的增大而減小。這一結果與諧振峰的理論計算公式基本符合。計算得到該陣列中隔膜孔徑為5毫米的器件的品質因數最高，達到26。
[0035]實施例二
[0036]參考圖2、圖7及圖8，其中圖8中實心的方格點表示實測數值，直線為擬合直線，該直線斜率為所測器件的質量靈敏度，具體步驟如下:
[0037]I)用鋒利的刀片將厚度為28微米的已極化的不帶電極的PVDF壓電薄膜按照極化方向裁剪成10X80毫米的長條；將其沿著極化方向固定在夾具上，安裝製作圖形化電極的掩膜板。該掩膜板是用I毫米厚的有機玻璃板製成，掩膜板上包含有三個相同的隔膜孔徑:5毫米；
[0038]2)利用直流濺射儀鍍電極。設置濺射電流為7.5毫安，時間為35分鐘，在薄膜兩面各沉積一層厚度約為70納米的圖形化黃金電極。結束後，拆掉掩膜板；在已刻有隔膜孔的厚度為3毫米的兩塊有機玻璃板上，利用勻膠4機以1000轉/分鐘的速度，旋塗時間20秒，旋塗一層粘度為50cps的UV膠4，再在四角用M3的尼龍螺絲定位固定。在強度為13.5mff/cm2的紫外光下照射90秒固化；拆掉支架。用室溫銀漿將直徑為0.2毫米的銀絲粘結在上、下電極上作為測試導線，完成器件製作。
[0039]如圖8所示為在此傳感器陣列上的其中一個傳感器上，在電極表面附加序列為CACAACAGACGGGCACACACTACT，帶有巰基3' SH C6的核酸，使用安捷倫4294A測得的諧振頻率隨負載質量的變化，嵌入圖為計算得到的靈敏度擬合直線。所得器件靈敏度為185赫茲
/微克。
【權利要求】
1.一種基於PVDF薄膜的生物傳感器陣列，其特徵在於，自上到下依次包括第一有機玻璃(I)、PVDF壓電膜(2)及第二有機玻璃(3)，第一有機玻璃(I)、PVDF壓電膜(2)及第二有機玻璃(3)固定連接，PVDF壓電膜(2)的上表面及下表面均鍍有若干鍍膜區，所述鍍膜區包括電極、接線膜區、以及用於連通電極及接線膜區的過渡膜區，PVDF壓電膜⑵上表面的電極正對PVDF壓電膜(2)下表面對應的電極，第一有機玻璃(I)上及第二有機玻璃(3)上均開設有若干對通孔，每對通孔均包括第一通孔及第二通孔，每對通孔上的第一通孔及第二通孔分別正對對應鍍膜區上的電極及接線膜區，接線膜區上連接有測試引線。
2.根據權利要求1所述的基於PVDF薄膜的生物傳感器陣列，其特徵在於，所述PVDF壓電膜(2)為已經極化並且不帶電極的PVDF壓電膜。
3.一種基於PVDF薄膜的生物傳感器陣列的製作方法，基於權利要求2所述的生物傳感器陣列，其特徵在在於，包括以下步驟: 1)取PVDF壓電膜(2)，並切割PVDF壓電膜(2)，然後將切割後的PVDF壓電膜⑵按照極化方向固定在夾具上，並在所述PVDF壓電膜(2)的上下兩面分別安裝掩膜板，其中，所述掩膜板上設有若干對孔，每對孔包括第三通孔、第四通孔、以及用於連通第三通孔及第四通孔的槽孔，第三通孔的直徑大於第四通孔的直徑，然後在PVDF壓電膜(2)的上下兩面分別鍍導電膜，再拆除掩膜板，從而在PVDF壓電膜(2)的上表面及下表面上形成若干鍍膜區，其中，任一鍍膜區均包括第三通孔對應的電極、第四通孔對應的接線膜區及槽孔對應的過渡膜區； 2)取第一有機玻璃(I)及第二有機玻璃(3)，並在第一有機玻璃(I)及第二有機玻璃(3)上開設第一通孔及第二通孔，然後將PVDF壓電膜(2)放置在第一有機玻璃(I)及第二有機玻璃(3)之間，第一有機玻璃(I)、PVDF壓電膜(2)及第二有機玻璃(3)固定連接，再拆除支架，並給各接線膜區上連接測試引線。
4.根據權利要求3所述的基於PVDF薄膜的生物傳感器陣列的製作方法，其特徵在於，所述電極的直徑為掩膜板的厚度小於1mm。
5.根據權利要求3所述的基於PVDF薄膜的生物傳感器陣列的製作方法，其特徵在於，步驟2)中所述第一有機玻璃(1)、PVDF壓電膜(2)及第二有機玻璃(3)通過膠(4)及螺絲固定，其中，膠⑷為UV膠或雙面膠。
【文檔編號】G01N27/00GK103995020SQ201410214038
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月20日 優先權日:2014年5月20日
【發明者】任巍, 徐峰, 吳小清, 史鵬, 趙蓓, 胡杰 申請人:西安交通大學