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基于悬臂梁及抗体—微磁球技术的生化免疫传感器的设计

作　者: 李二茂
导　师: 肖夏
学　校: 天津大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 生物传感器 微悬臂梁 微机电系统 多功能悬浮点阵仪
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


本文主要研制一种新型免疫传感器,这种免疫传感器能从大量待检测的生物分子群中,高分辨性及量化检测出某种特异性生物分子。文中将采用有限元分析方法及完整的理论数学模型,设计仿真出这种基于悬臂梁结构及抗体-微磁球技术的新型生化免疫传感器,同时实现传感器的可复用性。特别是此种免疫传感器很容易通过微细加工技术进行批量生产。同时,应用ANSYS、Matlab、Femlab等分析软件,设计仿真出悬臂梁表面的微电磁场分布规律,从而得到实现抗体-微磁球技术所需的微电感线圈结构。文中介绍的方法与结论,为采用U型悬臂梁结构和抗体-微磁球技术,在微通道内对特异性生物分子的分离与检测系统的实现打下了坚实的应用基础。此生物传感器的制造工艺介绍包括单晶硅工艺和绝缘体上硅工艺。因为二氧化硅埋层可以提供刻蚀终止,选用绝缘体上硅工艺制造可以大大降低悬臂梁的厚度。基于绝缘体硅的传感器的版图和工艺设计都是按照中国电子科技集团13所的MEMS线的工艺规范进行的。同时本文还提出了多功能悬浮点阵仪。现在生物检测与人的生命息息相关,而检测方法的简便性和检测结果的准确性尤其被关注。本文主要从操作的简便性和结果的准确性出发,设计了双面微块的结构。并且讨论确定了微块的制作工艺流程。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章 绪论  7-13
  1.1 MEMS  7-9
    1.1.1 MEMS 概念  7-8
    1.1.2 MEMS 研究内容与应用  8-9
  1.2 生物传感器  9-11
    1.2.1 生物传感器概念  9-10
    1.2.2 生物传感器的分类  10-11
  1.3 基于MEMS 的微悬臂梁生物传感器  11
  1.4 选题依据和研究内容  11-13
    1.4.1 选题依据  11-12
    1.4.2 研究内容  12-13
第二章 压阻式微悬臂梁生物传感器的工作原理  13-23
  2.1 待检测的生物样品特性  13-17
    2.1.1 抗原与抗体的特异性结合  14-15
    2.1.2 磁球的制备  15-17
  2.2 半导体的压阻效应  17-20
    2.2.1 压阻系数的计算  17-18
    2.2.2 单晶硅的压阻系数  18-20
  2.3 测量电路  20-21
  2.4 微悬臂梁式生物传感器的工作原理  21-23
第三章 压阻式微悬臂梁生物传感器的设计与优化  23-44
  3.1 悬臂梁的力学结构设计与优化  23-32
    3.1.1 微悬臂梁结构的选取  23-25
    3.1.2 微悬臂梁结构的力学分析  25-27
    3.1.3 微悬臂梁生物传感器的灵敏度  27-28
    3.1.4 微悬臂梁生物传感器的噪声  28-30
    3.1.5 微悬臂梁的最小感应力  30
    3.1.6 压阻的掺杂浓度  30-31
    3.1.7 悬臂梁的设计参数  31
    3.1.8 微悬臂梁参数的优化  31-32
  3.2 微悬臂梁电感线圈的设计与优化  32-38
    3.2.1 微电感线圈的选取  33-34
    3.2.2 电感线圈磁场分析与优化  34-38
    3.2.3 电感线圈优化的磁球因素  38
  3.3 对试验结果的MONTE CARLO 模拟  38-44
    3.3.1 基本原理  39-40
    3.3.2 计算模型  40-41
    3.3.3 结果和分析  41-44
      3.3.3.1 模拟结果  41-43
      3.3.3.2 结果分析  43-44
第四章 压阻式微悬臂梁生物传感器的工艺流程  44-53
  4.1 工艺流程的要点及难点  44
  4.2 微悬臂梁生物传感器的制作  44-48
    4.2.1 基于单晶硅制作的工艺流程  44-46
    4.2.2 基于SOI 制作的工艺流程  46-47
    4.2.3 两种流程结果的比较  47-48
  4.3 悬臂梁生物传感器的版图  48-52
  4.4 悬臂梁生物传感器的制版说明与工艺要求  52-53
    4.4.1 制版说明  52
    4.4.2 工艺要求  52-53
第五章 基于微流体芯片的悬浮微块技术  53-63
  5.1 多功能悬浮式点阵技术基本原理  53-57
    5.1.1 微球及标记  53-54
    5.1.2 探针分子的固定  54
    5.1.3 液相芯片的测量原理  54-57
    5.1.4 液相芯片的优点和缺点  57
  5.2 悬浮微块  57-63
    5.2.1 悬浮微块结构  57-59
    5.2.2 自主设计的悬浮微块  59-63
第六章 总结  63-65
附录一  65-80
参考文献  80-83
发表论文和参加科研情况说明  83-84
致谢  84

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器
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