專(zhuān)利名稱(chēng)：傳感器二步修飾技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
隨著社會(huì)發(fā)展，對(duì)在環(huán)境、醫(yī)藥、工業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域中有效監(jiān)控化學(xué)物質(zhì)的含量有了越來(lái)越迫切的要求?；瘜W(xué)傳感器由于其體積小，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，低廉并且檢測(cè)快速而越來(lái)越獲得廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。典型的傳感器主要由兩部分組成一是電子元件部分用來(lái)將環(huán)境中感受到的物理、化學(xué)或者生物響應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢詼y(cè)定的電子信號(hào)；二是生物/化學(xué)部分，通常是一層或者多層敏感材料薄膜，覆鍍到電子元件外層與環(huán)境接觸的表面，與檢測(cè)環(huán)境中的化學(xué)成分發(fā)生選擇性相互作用，吸附或者吸收這些待測(cè)化合物，從而產(chǎn)生相應(yīng)的物理、化學(xué)或生物信號(hào)。作為傳感器體系中生物/化學(xué)傳感介質(zhì)部分，傳感膜應(yīng)當(dāng)外形均勻，連續(xù)無(wú)缺陷，結(jié)構(gòu)和性質(zhì)穩(wěn)定，同時(shí)要具備良好的敏感性和選擇性。目前大部分的膜制備方法在制備納米厚度的薄膜方面，還很難達(dá)到上述要求，而且對(duì)于薄膜的性質(zhì)也不易控制。而對(duì)于大部分微型傳感器來(lái)說(shuō)，由于尺寸微小，結(jié)構(gòu)精密，在其表面進(jìn)行準(zhǔn)確可控的修飾有很大難度。在傳感器的工業(yè)生產(chǎn)中，制備的傳感器在使用之前必須經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)以確保傳感器之間的相似性和重復(fù)性。而校準(zhǔn)的工作一般繁瑣耗時(shí)，所以常常被認(rèn)為是傳感器生產(chǎn)過(guò)程中的瓶頸，對(duì)于產(chǎn)品成本的降低極為不利。要想避免或者簡(jiǎn)化批量生產(chǎn)中的校準(zhǔn)工作，傳感器的修飾技術(shù)本身一定要有非常好的重復(fù)性。而要實(shí)現(xiàn)傳感器之間的相似性和重復(fù)性，所涂覆的薄膜必須均勻和一致。對(duì)于有矩陣結(jié)構(gòu)的傳感器來(lái)說(shuō)，進(jìn)一步要求在一個(gè)芯片上的各個(gè)微小傳感元件也要被質(zhì)量和厚度相似的薄膜覆蓋，否則傳感器本身的質(zhì)量因數(shù)會(huì)受到影響，需要進(jìn)行校準(zhǔn)來(lái)重新標(biāo)定。本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的二步修飾技術(shù)，可以最大程度保證傳感器之間的一致性和生產(chǎn)的重復(fù)性，避免代價(jià)高的校準(zhǔn)工作，提高產(chǎn)品的成品率，降低成本。
背景技術(shù)：
目前得到應(yīng)用的傳感器修飾技術(shù)很多，且各具優(yōu)缺點(diǎn)，但是均勻性、重復(fù)性、穩(wěn)定性、可控性則是在傳感器生產(chǎn)中對(duì)所有制膜技術(shù)的共同要求。傳統(tǒng)的鍍膜方法有較簡(jiǎn)單的溶液涂覆法(包括液滴涂覆，常規(guī)噴射涂覆，旋轉(zhuǎn)涂覆等)以及浸入涂覆法。通常這種直接鍍膜法依靠的是薄膜和傳感器表面的物理結(jié)合力，這種作用力不強(qiáng)，常會(huì)導(dǎo)致薄膜的剝離和脫落。更復(fù)雜的技術(shù)有Langmuir-Blodgett成膜法(LB薄膜)，自組裝成膜，物理或化學(xué)氣相沉積成膜法，通過(guò)電化學(xué)、光照或者熱引發(fā)原位聚合成膜法等。但是這些方法在納米厚度的薄膜制備中很難做到穩(wěn)定地控制薄膜成形。還有一些利用超微噴頭涂覆薄膜的方法，能夠?qū)崿F(xiàn)在傳感器表面的精確定位和小面積涂覆，但是關(guān)鍵問(wèn)題是薄膜容易形成邊緣厚中間薄類(lèi)似于“咖啡漬”樣的不均勻分布形態(tài)。所以建立一種簡(jiǎn)單可靠，適用于多種傳感器修飾，適用于多種敏感介質(zhì)材料涂覆，重復(fù)性高，成膜性好，成本低廉的鍍膜技術(shù)，將極大推動(dòng)傳感器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。下表比較了常見(jiàn)的一些鍍膜方法的特點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種用于修飾傳感器的技術(shù)，得到雙層膜結(jié)構(gòu)作為傳感器生物/化學(xué)部分；其特征在于將兩種制膜技術(shù)結(jié)合起來(lái)，獲得雙層復(fù)合膜結(jié)構(gòu)，由底部的納米微球?qū)雍蜕喜康拿舾薪橘|(zhì)層組成，涂覆在傳感器表面。
2.如權(quán)利要求1所述的傳感器修飾技術(shù)，其特征是底部的納米微球?qū)佑尚D(zhuǎn)涂布法實(shí)現(xiàn)，微球覆蓋在整個(gè)傳感器的表面，其結(jié)構(gòu)均勻工整，厚度能夠自由控制。
3.如權(quán)利要求1或2所述的傳感器修飾技術(shù)，其特征在于底部的納米微球是由無(wú)皂乳液聚合技術(shù)合成的聚苯乙烯-二乙烯苯的交聯(lián)聚合材料，微球表面經(jīng)過(guò)丙烯酸修飾而帶有羧酸功能基團(tuán)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的傳感器修飾技術(shù)，其特征在于底部的納米微球大小可控，通過(guò)改變聚合溫度和反應(yīng)時(shí)間可以得到直徑在100到1000納米之間的微球，而且微球直徑呈很好的單分散性，偏差在3%以?xún)?nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的傳感器修飾技術(shù)，其特征在于第二層薄膜采用氣溶膠噴射的方法使不同的敏感介質(zhì)選擇性地覆蓋在納米微球表面，即在傳感器表面是定位涂覆的方式，其覆蓋面積和傳感器表面的不同傳感單元相對(duì)應(yīng)。
6.如權(quán)利要求1或5所述的傳感器修飾技術(shù)，其特征在于第二層敏感介質(zhì)涂覆在不同的傳感單元上，由獨(dú)立的電路連入傳感器系統(tǒng)，由此組成矩陣傳感器。
7.如權(quán)利要求1或5所述的傳感器修飾技術(shù)，其特征在于第二層敏感介質(zhì)來(lái)自于不同的氣敏材料；材料的選擇面很寬，可以是聚合物、功能性大分子物質(zhì)(樹(shù)狀或者孔穴狀大分子)、生物材料(如酶、抗體、受體等)、人工合成材料等。
8.如權(quán)利要求1或5所述的傳感器修飾技術(shù)，其特征在于第二層敏感介質(zhì)由于多樣性的原因，對(duì)不同的檢測(cè)物質(zhì)產(chǎn)生有差異的敏感性，從而決定了整個(gè)矩陣傳感器的選擇性。
9.如權(quán)利要求1所述的傳感器修飾技術(shù)，其特征是底部的納米微球?qū)硬粌H在傳感器的整個(gè)表面均勻分布，而且與第二層膜相比，納米微球?qū)诱紦?jù)了兩層薄膜在傳感器上的絕大部分質(zhì)量負(fù)載。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種傳感器修飾技術(shù)，該技術(shù)以節(jié)約成本，簡(jiǎn)單高效，易于推廣到工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)為特色，解決了傳感器大批量制造過(guò)程中常見(jiàn)的質(zhì)量因數(shù)降低，產(chǎn)品一致性低，可控性和測(cè)量信號(hào)重復(fù)性不佳等問(wèn)題。該技術(shù)是通過(guò)兩步方法制備復(fù)合膜來(lái)實(shí)現(xiàn)。第一步采用旋轉(zhuǎn)涂布法實(shí)現(xiàn)基底納米微球膜在整個(gè)傳感器表面的均勻分布；第二步中，用氣溶膠噴射法使傳感器表面不同傳感單元被敏感材料定位修飾。這樣的結(jié)合，同時(shí)達(dá)到了均勻性和定位修飾雙重目的。該技術(shù)有極強(qiáng)的通用性，可以應(yīng)用到各種傳感元件的化學(xué)/生物修飾中，也適用于各種敏感材料的修飾，包括聚合物、功能性大分子物質(zhì)、生物材料(如酶、抗體、受體等)、人工合成材料等。
文檔編號(hào)G01N27/26GK102393410SQ20111023565
公開(kāi)日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月17日
發(fā)明者吳增寶, 唐輝, 徐堅(jiān), 李迎春 申請(qǐng)人:李迎春