一種表面等離子體共振傳感器晶片的製作方法
2023-10-04 11:31:54 1
專利名稱：一種表面等離子體共振傳感器晶片的製作方法
技術領域：
本發明涉及傳感器晶片製備技木，尤其涉及一種採用納米壓印與列印技術相結合製備等離子共振傳感器晶片。
背景技術：
表面等離子體共振傳感器就是物理學與生物科學交叉的產物。利用表面等離子體共振傳感器可以分析多種生物分子間的相互作用，例如DNA-DNA，抗原與抗體，DNA與Protein等生物分子間的相互作用。表面等離子體共振傳感器已經成為生命科學研究中十分重要的儀器設備，表面等離子體共振傳感器系統由晶片、光學系統和信號檢測系統共同構成。如附圖I是稜鏡型表面共振傳感器(Prism coupler)。表面等離子體共振傳感器晶片傳統的製備方法是基於熱沉積エ藝完成的，稜鏡型表面等離子體共振傳感器是當今應用的主流，其結構一般包含折射率高的Pyrex玻璃基板、Cr層和50納米厚金薄膜。當需要在實際中短時間內大量利用表面等離子體共振傳感器的場合，即大規模突發性公共衛生事件發生時，例如SARS、禽流感和其它傳染性疾病時，無論檢體是人還是其它動物，檢體數量是極其龐大，這時需要表面等離子體共振傳感器的成本一定要很低，最好是用後即可廢棄的類型。要使得表面等離子體共振傳感器在我國的公共衛生安全和科學研究中發揮效能，需要開發ー種可製備大規模、大面積的廉價的表面等離子體共振傳感器晶片的有效方法。而目前關於表面等離子體共振傳感器的專利，主要上涉及光學系統或信號檢測系統的改進、特定樣品(如毒品等)的測定、多祥品點的同時測定、表面等離子體共振照相技術、傳感器系統的小型化等幾個方面，如何能在短時間內生產大量表面等離子體共振傳感器晶片，以滿足實際需要，成為人們亟待解決的問題。
發明內容
為解決上述問題，本發明提供ー種表面等離子體共振傳感器晶片的製作方法，包括以下步驟
I、製備帶有圖案的凸膜及金屬墨水；
II、使用納米壓印法將所述凸膜的圖案壓印到柔性襯底上，使所述柔性襯底上形成與所述圖案對應的凹槽；
III、將所述金屬墨水印刷到在所述凹槽內，退火後形成厚度均勻的金屬膜；
為配合大規模、大面積製作這種表面等離子體共振傳感器晶片，先製備帶有圖案的凸膜，再通過納米壓印發將所述圖案轉移到柔性襯底上，在柔性襯底上形成凹槽，凹槽的容積為後續步驟需形成金屬膜的體積，保證了列印過程的墨水體積一定。填充到柔性襯底上的金屬墨水，為固含量在10 15%的金屬懸浮液，經過烘乾エ序後形成金屬膜。其中，所述金屬膜是金屬墨水在11(T115°C條件下進行加熱烘乾，固化後形成的。
所述納米壓印法是平面壓印法或卷對卷輥筒壓印。另外，所述印刷方法是噴墨印刷、氣溶膠噴印或者凹版印刷中的ー種。所述柔性襯底是一種高折射率的有機聚合物材料，例如可以是聚醯亞胺、聚對苯ニ甲酸こニ醇酯或聚對萘ニ甲酸こニ醇酯中ー種或多種。其中，所述金屬墨水包含金，銀，銅或者鋁中至少ー種。有益效果本發明利用納米壓印技術聯合列印技術，能夠大面積、大規模、低成本地製作稜鏡型或光柵型表面等離子共振傳感器晶片，有能力解決傳感器晶片的製備需求，很好地滿足目前的實際需要。
圖I為本發明實施例I的製作設備示意圖。圖2為本發明圖I中Al結構的放大圖。圖3為本發明圖I中Al另ー結構的放大圖。圖4為本發明表面等離子共振傳感器晶片的製備流程圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明作詳細說明。本發明提供表面等離子體共振傳感器的製作方法可以大面積、大規模且廉價地製備稜鏡型、光柵型的SPR傳感器晶片，下面是具體實施方式
。實施例I
參見圖I、圖2，首先，準備帶有圖案的凸膜及金墨水。其中，本實施例的金屬墨水為固含量為10%的納米金懸浮液。而凸膜是通過光刻技木、磁控濺射和金屬離子沉積等方法形成具有特定圖案的金屬板，用於後續的壓印步驟，金屬板的圖案轉移至柔性襯底I上。第二步，本實施例採用納米壓印法中常用的卷對卷輥筒壓印法製作凹槽2，如圖2所示，先將上述凸膜以及金墨水裝填到相應設備中，選擇聚醯亞胺(PI)作為柔性襯底I材料，通過納米壓印的方法將所述凸膜的圖案壓印到柔性襯底I上。形成本實施例SPR傳感器在柔性襯底I上的凹槽2。該凹槽2的圖案與凸膜圖案形成互補。第三歩，將所述金墨水在所述凹槽2內印刷制膜。本步驟屬於金屬成膜エ藝，是通過噴墨列印的方法在製備好的凹槽2內精確填充一定量的金墨水。通過退火處理，即在110°C條件下進行加熱烘乾並固化，如圖2所示，由Al處的放大圖可知，在凹槽2底部表面形成一層均勻的金(Au)制的金屬膜3。所述金屬膜3的厚度為50 nm。實施例2
本實施例的製作步驟與實施例I不同的在於第二步採用平面壓印法製作凹槽2。且選擇聚對苯ニ甲酸こニ醇酯(PET)作為柔性襯底I材料。第三步是採用為固含量為12%的納米鋁懸浮液作為金屬墨水印刷制膜。本實 施例是採用氣溶膠噴印的方式精確填充至凹槽2的底部形成一層鋁製的金屬膜3，金屬膜3的厚度為30 nm。其他製備步驟請參閱實施例I。
實施例3
本實施例的製作步驟與實施例I不同的在於第二步採用平面壓印法製作凹槽2。且選擇聚對萘ニ甲酸こニ醇酯(PEN)作為柔性襯底I材料。第三步是採用為固含量為15%的納米銅懸浮液作為金屬墨水印刷制膜。本實施例是採用凹版印刷的方式使凹槽2底部形成一層銅製的金屬膜3，金屬膜3的厚度為45 nm。其他製備步驟請參閱實施例I。實施例4
本實施例的製作步驟與實施例I不同的在於第一步凸膜的製備。本實施例中在光刻膠上刻蝕出凹槽4 (參考圖3)圖案的同時，還需要在凹槽4圖案底部刻蝕具有周期性的條 形溝槽微結構。第二步驟中這樣製作出的凸膜也具有這種周期性結構的圖案。最後通過納米印刷法印刷形成在凹槽4中的金屬膜5，其底部具有周期性的圖案。具體結構參見圖3，Al處的放大圖。其他製備步驟參見實施例I。這種凸膜通過納米壓印方法在柔性襯底I上壓印出圖案，形成與所述凸膜圖案互補的凹槽4。在該凹槽4內部底面具有周期性的圖案，待金屬墨水印刷成膜後形成光柵型的SPR傳感器晶片。在其他實施例中，柔性襯底I的製作材料是ー些高折射率有機聚合物，例如聚醯亞胺、聚對苯ニ甲酸こニ醇酯或聚對萘ニ甲酸こニ醇酯中ー種或多種。而印刷成膜的金屬墨水除上述實施例中提及的還可以用銀墨水。為適用於通過印刷的方法填充這些金屬墨水並形成金屬膜，本方法採用固含量為10 15%的金屬懸浮液形成金屬墨水。綜上所述，通過上述製備方法，將平面壓印法、卷對卷輥筒壓印法配合噴墨印刷、氣溶膠噴印或者凹版印刷法形成可大規模、低成本生產稜鏡型或光柵型的SPR傳感器晶片的技術，具有廣闊的前景。本發明適用於稜鏡型或光柵型的SPR傳感器晶片，該晶片由柔性襯底材料作為基底，用納米壓印技術在柔性襯底上壓印出凹槽結構，並通過印刷成膜技術在凹槽的底部印刷一層均勻的金屬膜，從而形成光柵型SPR傳感器晶片。本發明製備方法與現有技術相比，製作面積大、成本低，製備出SPR傳感器晶片在多個場合能得到應用。上述實施例僅為說明本發明的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發明的內容並據以實施，並不能以此限制本發明的保護範圍。凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1. ー種表面等離子體共振傳感器晶片的製作方法，其特徵在於，包括以下步驟 1.製備帶有圖案的凸膜及金屬墨水； II、使用納米壓印法將所述凸膜的圖案壓印到柔性襯底(I)上，使所述柔性襯底(I)上形成與所述圖案對應的凹槽(2)； III、將所述金屬墨水印刷到所述凹槽(2)內，退火後形成金屬膜(3)。
2.根據權利要求I所述表面等離子體共振傳感器晶片的製作方法，其特徵在於，所述金屬墨水為固含量在10 15%的金屬懸浮液。
3.根據權利要求2所述表面等離子體共振傳感器晶片的製作方法，其特徵在於，所述金屬膜(3)是金屬墨水在11(T115°C條件下進行加熱烘乾，固化後形成的。
4.根據權利要求I或2所述表面等離子體共振傳感器晶片的製作方，其特徵在於，所述納米壓印法是平面壓印法或卷對卷輥筒壓印。
5.根據權利要求I或2所述表面等離子體共振傳感器晶片的製作方法，其特徵在於，所述印刷方法是噴墨印刷、氣溶膠噴印或者凹版印刷中的ー種。
6.根據權利要求I或2所述表面等離子體共振傳感器晶片的製作方法，其特徵在於，所述柔性襯底(I)為聚醯亞胺、聚對苯ニ甲酸こニ醇酯或聚對萘ニ甲酸こニ醇酯中一種或多種。
7.根據權利要求I或2所述表面等離子體共振傳感器晶片的製作方法，其特徵在於，所述金屬墨水包含金，銀，銅或者鋁中至少ー種。
全文摘要
本發明提供一種表面等離子體共振傳感器晶片的製作方法，包括以下步驟製備帶有圖案的凸膜及金屬墨水；使用納米壓印法將所述凸膜的圖案壓印到柔性襯底上，使所述柔性襯底上形成與所述圖案對應的凹槽；將所述金屬墨水在所述凹槽內印刷制膜。本發明方法適用於稜鏡型和光柵型表面等離子體共振傳感器晶片的製作，且該方法工藝簡單，能大面積、大規模、低成本地生產上述傳感器晶片，有能力解決傳感器晶片的製備需求，很好地滿足目前的實際需要。
文檔編號G01N21/55GK102654459SQ20121015424
公開日2012年9月5日 申請日期2012年5月17日 優先權日2012年5月17日
發明者李巖, 潘革波, 肖燕 申請人:中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所