提高微流芯片生物傳感器檢測限的研究.pdf

1、微流控芯片又稱芯片實驗室，其特點是把化學(xué)、生物學(xué)領(lǐng)域所涉及的樣品分離、制備、反應(yīng)、檢測和信息處理等操作單元都集成在一塊芯片上，具有操作簡單、檢測迅速、體積小巧、攜帶方便以及樣品用量少等優(yōu)點。微流控光學(xué)檢測技術(shù)和納米材料檢測技術(shù)是微流控芯片中檢測技術(shù)的分支，以實現(xiàn)簡化檢測步驟和提高檢測效果。其中，折射率生物傳感器由于具有較高的檢測精度，實時檢測和無標(biāo)記等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用;納米線生物傳感器，由于其具有非常高的檢測靈敏度，成為近年來的研究熱點

2、。對于應(yīng)用在微流控芯片中的生物傳感器，檢測限是衡量其檢測能力的重要參數(shù)之一，表示傳感器對于樣品檢測的最小分辨能力。
　　本論文以提高微流控芯片中生物傳感器的檢測限為目標(biāo)，圍繞法布里-珀羅光學(xué)諧振腔生物傳感器和納米線場效應(yīng)管生物傳感器，開展了的理論研究和實驗探索工作，所取得的主要研究成果總結(jié)如下:
　　1.創(chuàng)新性地將絕緣襯底上的硅(Silicon-On-Insulator，SOI)襯底引入到法布里-珀羅光學(xué)諧振腔的設(shè)計當(dāng)中，并

3、以此制備了高度光滑和平行的反射鏡。在制作時，腐蝕液在SiO2層自動停止，保證了良好的光滑度和平行度。在此基礎(chǔ)上，將Ta2O5和SiO2交替沉積在諧振腔表面，構(gòu)成布拉格反射鏡，制備出具有高品質(zhì)因數(shù)Q的法布里-珀羅光學(xué)諧振腔。經(jīng)實驗測試，該法布里-珀羅光學(xué)諧振腔生物傳感器的靈敏度為1100±121nm/RIU，品質(zhì)因數(shù)Q為861，檢測限為1.1×10-5 RIU。這一檢測限值高于其它目前報道的關(guān)于法布里-珀羅光學(xué)諧振腔的數(shù)值。
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4、.針對系統(tǒng)噪聲，設(shè)計制作了雙腔結(jié)構(gòu)的差分法布里-珀羅光學(xué)諧振腔生物傳感器。該傳感器由集成在一起的法布里-珀羅光學(xué)諧振腔并與具有雙探頭的光差分探測器，構(gòu)成了光學(xué)差分系統(tǒng)。該光學(xué)差分探測系統(tǒng)，有效地抑制了激光器的功率誤差和頻率漂移誤差以及溫度的影響;此外，還可以有效地將差分信號從相對較大的背景功率中提取出來，使有效的小信號獲得足夠的放大空間。經(jīng)實驗測試，差分法布里-珀羅光學(xué)諧振腔生物傳感器的檢測限可達到5.5×10-8 RIU，該數(shù)值是目前

5、已報道的微流控光學(xué)傳感器在實驗中所能得到的最好成果之一。
　　3.為提高納米線場效應(yīng)管生物傳感器的檢測限，在InAs/InP納米線器件中采用了3.3 nm的InP包層厚度;對SiO2層厚度和Au/Ti電極進行了優(yōu)化;采用錐形納米線中的應(yīng)力誘導(dǎo)作用，產(chǎn)生軸向加速漂移壓電場效應(yīng)，提高了納米線場效應(yīng)管載流子遷移率。經(jīng)試驗測定，其電子遷移率達22，300 cm2/Vs，該數(shù)值是目前納米線器件在室溫下所得到的最好成果之一。
　　4.發(fā)