專利名稱：一種用于生物醫(yī)學(xué)電化學(xué)檢測的三維微電極及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于微加工技術(shù)制作的用于生物醫(yī)學(xué)電化學(xué)檢 測的三維微電極結(jié)構(gòu)及其制作方法。
背景技術(shù)：
在生物檢測技術(shù)中，常見的方法包括熒光標(biāo)記法和電化學(xué)檢測方 法。熒光標(biāo)記法需要尺寸較大的光檢測設(shè)備，因此難以微型化，無法 集成到微芯片上。電化學(xué)檢測方法由于其靈敏度高、選擇性好、可微 型集成化、對檢測樣品的混濁度要求低、成本低、功耗低、適合利用 微組裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，目前正吸引越來越多研究人員的研究興趣。
用于電化學(xué)檢測的主要設(shè)備是電化學(xué)微電極。通常情況下，電化 學(xué)微電極被設(shè)置在微芯片流道的下表面的氧化鈍化層上，但也有一些
PCR(聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng))生物微芯片出于某些原因?qū)㈦姌O設(shè)置于微流 道或微腔的上表面。設(shè)置在下表面的微電極只有一個表面接觸流體， 接觸面積較小；而設(shè)置于上表面的微電極有時懸于液面以上，難以接
為了讓微電極與流體有更好的接觸，需要一種技術(shù)，使得在相同 的電極尺寸下增大微電極與微流體的有效接觸面積。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的 一方面提出 一種電化學(xué)三維微電極 結(jié)構(gòu)，包括襯底；在該襯底表面形成的雙金屬結(jié)構(gòu)，其中該雙金屬
結(jié)構(gòu)從所述襯底翹起。
本發(fā)明的另一方面提供一種制作電化學(xué)三維微電極結(jié)構(gòu)的方法，
包括
利用微加工技術(shù)，在襯底表面制作犧牲層和具有內(nèi)應(yīng)力的雙層金屬結(jié)構(gòu)；
去除犧牲層，從而將制作于襯底表面的電化學(xué)微電極金屬釋放， 使其通過所述內(nèi)應(yīng)力的作用產(chǎn)生背離襯底表面的翹曲，從而形成一種 三維立體微電極結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述電極是成對結(jié)構(gòu)。 在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，所述電極是單邊結(jié)構(gòu)。 在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，所述電極是雙電極結(jié)構(gòu)。 在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，所述電極是三電極結(jié)構(gòu)。 按照本發(fā)明的技術(shù)方案，由于釆用了平面微加工技術(shù)，電極的形 狀和相互位置可以進(jìn)行靈活組合，而不限于上述的結(jié)構(gòu)形式。
利用本發(fā)明的技術(shù)方案，可以以簡單的方法制作一種可用于微流 控芯片中電化學(xué)檢測的三維立體微電極結(jié)構(gòu)。在該方法中，利用雙層 金屬微結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力，通過犧牲層技術(shù)，得到三維立體微電極。該電極 可以與待檢流體有更好的接觸。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和最佳實(shí)施方式進(jìn)行說明。附圖及 其所表示的實(shí)施方式的目的僅僅是為了描述本發(fā)明的原理，而不是要
以任何方式來將本專利申請的范圍限制于所述具體實(shí)施方式
。其中 圖1示出本發(fā)明的雙金屬結(jié)構(gòu)去除犧牲層之前的剖面圖； 圖2示出本發(fā)明的雙金屬結(jié)構(gòu)去除犧牲層之后的剖面圖； 圖3示出本發(fā)明的雙電極對結(jié)構(gòu)的俯視圖； 圖4示出本發(fā)明的雙電極單邊結(jié)構(gòu)的俯視圖； 圖5示出本發(fā)明的三電極結(jié)構(gòu)的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出本發(fā)明的雙金屬結(jié)構(gòu)去除犧牲層之前的剖面圖，圖2示 出本發(fā)明的雙金屬結(jié)構(gòu)去除犧牲層之后的剖面圖。如圖l所示，在去 除所述犧牲層之前，本發(fā)明的雙金屬結(jié)構(gòu)電化學(xué)三維微電極包括襯底；在襯底表面上形成的犧牲層；以及在犧牲層上形成的雙金屬層。 其中該雙金屬層包括結(jié)合在一起的子金屬層1子金屬層2。該子金屬 層l和子金屬層2的物理屬性應(yīng)當(dāng)使得由二者結(jié)合所形成的雙金屬層 在所述電化學(xué)三維微電極的工作溫度下具有一種內(nèi)應(yīng)力，該內(nèi)應(yīng)力使 得所述雙金屬層產(chǎn)生向背離所述襯底的方向翹曲的趨勢。
如圖2所示，當(dāng)去除所述犧牲層之后，所述雙金屬層被釋放，從 而在所述內(nèi)應(yīng)力的作用下翹曲，使得其一端離開所述襯底。這樣的結(jié) 構(gòu)使得所述電極在與被測流體接觸時，接觸面積顯著擴(kuò)大，從而改善 測量的精確度和靈敏度。
為了保證所述電極在發(fā)生翹曲之后不至于完全脫離所述襯底，在 本發(fā)明的實(shí)施例中，所述犧牲層僅僅覆蓋襯底表面的一部分，而在襯 底表面未被所述犧牲層覆蓋的區(qū)域，所述雙金屬層與所述襯底緊密結(jié) 合，即使在雙金屬層的其余部分被釋放而發(fā)生翹曲之后，該緊密結(jié)合 的部分仍然可以保證所述雙金屬層與襯底聯(lián)結(jié)成一個完整的器件。
圖3-5分別示出本發(fā)明的三維微電極機(jī)構(gòu)的另外三種不同形式， 分別為雙電極對結(jié)構(gòu)形式、雙電極單邊結(jié)構(gòu)形式、以及三電極結(jié)構(gòu)形 式。在各種結(jié)構(gòu)形式中，每個電極的具體結(jié)構(gòu)類似于圖1和圖2所示 的情形，此處不再贅述。
制作本發(fā)明的三維立體微電極結(jié)構(gòu)的具體步驟包括 襯底清洗，即將待用的襯底進(jìn)行常規(guī)清洗等預(yù)備工作； 制作犧牲層，即在襯底表面制作犧牲層，并通過光刻將該犧牲 層圖案化；
濺射金屬，其中需選用兩種不同金屬，其中金屬l是應(yīng)力控制金 屬，金屬2是工作電極，通過光刻和濺射工藝，實(shí)現(xiàn)雙金屬層的圖案 化；以及
釋放雙金屬層，即使用恰當(dāng)?shù)姆椒▽奚鼘尤サ?，釋放雙金屬 結(jié)構(gòu)。金屬1與金屬2的熱膨脹系數(shù)不同(金屬2的熱膨脹系數(shù)大于金 屬1),存在一定能的內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)在室溫下將犧牲層去除時，在金屬 層內(nèi)應(yīng)力梯度的作用下，便會發(fā)生偏向于一方即金屬2的一邊的翹 曲，即雙金屬結(jié)構(gòu)會發(fā)生向上的翹曲，從而得到我們想要的三維立體 微電極結(jié)構(gòu)。
盡管以上描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng) 當(dāng)理解，在不偏離本發(fā)明的精神和主旨的前提下，可以對具體的實(shí)施 方式進(jìn)行各種變通和修改，這些變通和修改應(yīng)當(dāng)都屬于本發(fā)明的范 圍。也就是說，本發(fā)明的范圍不由以上所述的具體實(shí)施方式
限定，而 是由后面所附的權(quán)利要求書所限定。
權(quán)利要求
1、一種制作電化學(xué)三維微電極結(jié)構(gòu)的方法，包括在襯底表面形成犧牲層；在所述犧牲層上形成雙金屬層，使得所述雙金屬層產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，該內(nèi)應(yīng)力使得所述雙金屬層具有向背離所述襯底的方向翹起的趨勢；以及去除所述犧牲層，使得所述雙金屬層從所述襯底翹起。
2、 如權(quán)利要求i所述的方法，其中在所述犧牲層上形成雙金屬層的步驟進(jìn)一步包括在犧牲層上濺射第一種金屬；和在第一種金屬上 濺射第二種金屬。
3、 如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述第一種金屬是應(yīng)力控制金 屬，第二種金屬是工作電極。
4、 如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在形成所述犧牲層之后， 通過光刻將該犧牲層圖案化。
5、 一種用于電化學(xué)檢測的微電極，包括襯底和在所述襯底上形成 的雙金屬層，其中所述雙金屬層的一部分聯(lián)結(jié)在所述襯底上，另一部 分從所述雙金屬層上翹起。
全文摘要
本發(fā)明提出一種用于生物醫(yī)學(xué)電化學(xué)檢測的三維微電極結(jié)構(gòu)及其制作方法。利用微加工技術(shù)，在襯底表面制作犧牲層和具有一定內(nèi)應(yīng)力的雙層金屬結(jié)構(gòu)，通過去除犧牲層，將制作于襯底表面的微電極金屬釋放，使其通過本身的內(nèi)應(yīng)力作用產(chǎn)生背離襯底表面的翹曲，從而形成一種三維立體微電極結(jié)構(gòu)。該三維微電極與將流體有更好的接觸，且在相同的電極尺寸下增大了微電極與流體的有效接觸面積。
文檔編號G01N27/327GK101430300SQ20081024037
公開日2009年5月13日 申請日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月19日
發(fā)明者劉澤文, 國石磊, 健 秦 申請人:清華大學(xué)