PDMS微薄膜電容式表面應(yīng)力生物傳感器微加工及檢測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)研究.pdf

1、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)是以半導(dǎo)體制造為基礎(chǔ)的多學(xué)科交叉的前沿性技術(shù)，具有微型化、集成化和適于批量生產(chǎn)等特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)近五十年的高速發(fā)展，微機(jī)電系統(tǒng)已成為舉世矚目、具有極大應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展?jié)摿Φ闹卮罂萍碱I(lǐng)域之一。MEMS系統(tǒng)有許多技術(shù)分支，廣泛應(yīng)用于生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的生物微機(jī)電系統(tǒng)(BioMEMS)就是很有代表性的一類。
　　典型的生物微機(jī)電系統(tǒng)通常包括前端的生物傳感器及與之匹配的檢測(cè)平臺(tái)。本文選擇了PDMS微薄膜電容式表面應(yīng)力生物傳感器

2、進(jìn)行重點(diǎn)研究。對(duì)設(shè)計(jì)的傳感器進(jìn)行了微加工，重點(diǎn)解決了PDMS這種高分子有機(jī)硅化合物的制備和處理難題。在PDMS基液∶固化劑∶正己烷=10∶1∶50、8500rpm/150 s的條件下制備得到了質(zhì)地均勻、表面光滑、性能優(yōu)異、膜厚約為1μm的PDMS微薄膜;利用干法和濕法相結(jié)合的方法刻蝕和腐蝕PDMS微薄膜實(shí)現(xiàn)了傳感器空腔的無(wú)損釋放;利用陣列式的差分檢測(cè)方法，有效提高了傳感器信噪比和抗干擾能力。該加工工藝具有步驟少、重復(fù)性好、成功率高、成本

3、低等特點(diǎn)，為傳感器的大批量生產(chǎn)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
　　本文設(shè)計(jì)了由硬件電路和串口工作箱軟件共同組成的檢測(cè)平臺(tái)。硬件電路測(cè)量部分采用AD7746完成電容信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的直接轉(zhuǎn)換;硬件電路傳輸部分借助ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)了測(cè)量電路和PC之間的無(wú)線信息交換。硬件電路外部電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、開發(fā)周期短、體積小、集成度高、成本低，為實(shí)現(xiàn)高靈敏度生物信號(hào)的集成探測(cè)提供了技術(shù)支撐。串口工具箱軟件具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和圖形化功能，界面友好、簡(jiǎn)約、清晰，有較

4、好的用戶體驗(yàn)。
　　基于PDMS微薄膜電容式表面應(yīng)力生物傳感器與檢測(cè)平臺(tái)共同構(gòu)成的生物微機(jī)電系統(tǒng)完成了電路性能測(cè)試、傳感器特性評(píng)估、傳感器功能化和血紅蛋白檢測(cè)等工作。測(cè)試結(jié)果表明:在電容數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)間為109.6 ms時(shí)，電路分辨率為0.1fF;生物傳感器具有很高的靈敏度和良好的穩(wěn)定性;使用16-巰基十六烷酸溶液完成的傳感器功能化，效果良好;血紅蛋白的初步檢測(cè)結(jié)果與理論分析及半導(dǎo)體特性分析儀的測(cè)量結(jié)果基本一致。該系統(tǒng)為血紅蛋白的檢測(cè)