PDMS微薄膜電容式表面應力生物傳感器微加工及檢測平臺設計研究.pdf

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

2、進行重點研究。對設計的傳感器進行了微加工，重點解決了PDMS這種高分子有機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微薄膜實現(xiàn)了傳感器空腔的無損釋放;利用陣列式的差分檢測方法，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、重復性好、成功率高、成本

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

4、好的用戶體驗。
　　基于PDMS微薄膜電容式表面應力生物傳感器與檢測平臺共同構(gòu)成的生物微機電系統(tǒng)完成了電路性能測試、傳感器特性評估、傳感器功能化和血紅蛋白檢測等工作。測試結(jié)果表明:在電容數(shù)字轉(zhuǎn)換時間為109.6 ms時，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結(jié)果與理論分析及半導體特性分析儀的測量結(jié)果基本一致。該系統(tǒng)為血紅蛋白的檢測