應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)的MEMS器件的制造.pdf

1、隨著MEMS(Micro Electro．Mechanical System，微機(jī)電系統(tǒng))制造技術(shù)的不斷發(fā)展，生物醫(yī)學(xué)與其之間的聯(lián)系越來(lái)越緊密，自上世紀(jì)90年代初提出uTAs(Micro Total Analysis System，微全分析系統(tǒng))之后，各種各樣的微流控芯片、微反應(yīng)器、微電極、微分離器等便大量涌現(xiàn)，廣泛應(yīng)用于藥物檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、基因分析等諸多領(lǐng)域中，并且由于其試劑消耗量少、檢測(cè)效率高、環(huán)境污染小、體積小、易于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，在

2、生物醫(yī)學(xué)、化學(xué)、環(huán)境工程等領(lǐng)域受到越來(lái)越多的重視。 本課題旨在利用MEMS制造工藝研制出應(yīng)用于化學(xué)發(fā)光以及熒光檢測(cè)的微流控芯片，應(yīng)用于電化學(xué)檢測(cè)的圓盤(pán)電極陣列，以及應(yīng)用于血液分離的LTCC(Low Temperature Cofired Ceramics，低溫共燒陶瓷)微器件。為光學(xué)檢測(cè)、電化學(xué)檢測(cè)以及血液分離提供適合的微反應(yīng)環(huán)境，逐步實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)檢測(cè)以及芯片實(shí)驗(yàn)室的功能。 應(yīng)用于化學(xué)發(fā)光以及熒光檢測(cè)的微流控芯片以蘇打玻

3、璃作為基底，通過(guò)勻膠、曝光、顯影、刻蝕等一系列工序在玻璃表面制作出微通道，將氧等離子體處理之后的PDMS(Polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)與基底進(jìn)行共價(jià)鍵結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)PDMS膠體對(duì)微通道的密封，從而完成微流控芯片的制作。文中詳細(xì)介紹了微流控芯片制作的各個(gè)步驟，分析了各工藝參數(shù)對(duì)性能的影響，并與利用陽(yáng)極鍵合技術(shù)與軟刻蝕技術(shù)制造的微流控芯片進(jìn)行了優(yōu)缺點(diǎn)的比較。通過(guò)測(cè)試表明經(jīng)過(guò)氧等離子體處理之后的PDMS能夠與玻璃基底

4、形成強(qiáng)度極高的共價(jià)鍵鍵合，其鍵合強(qiáng)度已大于PDMS的本體強(qiáng)度，在測(cè)試過(guò)程中未發(fā)生因微通道內(nèi)液體壓力過(guò)大而產(chǎn)生的滲漏現(xiàn)象以及PDMS在鍵合過(guò)程中堵塞微通道的現(xiàn)象，為化學(xué)發(fā)光和熒光檢測(cè)提供了良好的微反應(yīng)環(huán)境。 應(yīng)用于電化學(xué)檢測(cè)的圓盤(pán)電極陣列采用蘇打玻璃作為基底，通過(guò)勻膠、曝光、顯影、濺射等一系列工序在晶圓上制造了兩種直徑不同的能夠應(yīng)用于不同檢測(cè)要求的微電極陣列。文中詳細(xì)介紹了電極制作的各個(gè)步驟，分析了各工藝參數(shù)對(duì)電極性能的影響。通過(guò)

5、自組裝單分子膜技術(shù)將腸毒素C的單克隆抗體固定在圓盤(pán)電極表面，分別在含有抗原與不含抗原的緩沖液中，利用電化學(xué)循環(huán)伏安法分析了氧化還原探針Fe(CN)<'3-/4-><,6>與電極表面自組裝單分子膜N-乙酰半胱氨酸之間的反應(yīng)關(guān)系，以及抗原與抗體之間的反應(yīng)關(guān)系。從測(cè)試結(jié)果可以看出，該電極陣列具有檢測(cè)時(shí)間短、響應(yīng)靈敏度高、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，可用于對(duì)其表面所修飾的單分子膜的分析，也可用于對(duì)抗原抗體反應(yīng)做出分析。 應(yīng)用于血液分離的微器件以低溫

6、共燒陶瓷帶作為制造材料，由垂直結(jié)構(gòu)的微加速器與水平結(jié)構(gòu)的離心分離器結(jié)合而成，利用經(jīng)過(guò)加速之后的血液在流過(guò)微圓弧通道時(shí)所產(chǎn)生的離心力來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)血液中血細(xì)胞的分離。文中介紹了利用ANSYS軟件對(duì)分離模型進(jìn)行流體仿真的方法，介紹了利用沖孔、迭片、切割、燒結(jié)等工藝對(duì)十層LTCC進(jìn)行加工制作的方法，分析了不同工藝參數(shù)對(duì)芯片性能的影響，尤其對(duì)任意尺寸的微孔與微通道的制作進(jìn)行了比較詳細(xì)的分析。利用此分離器件對(duì)全血做血液分離測(cè)試，表明該器件能夠?qū)ρ?xì)胞尤