技术科普 | 生物传感器制备之光刻技术

柏医健康 538 2024-07-17

光刻是利用照相原理与化学腐蚀相结合,在工件表面制取精密、细微和复杂薄层图形,广泛用于印刷电路和集成电路的制造以及印刷制版等过程。在引入半导体传感器以后,光刻也很快用于生物传感器的制备中。

光刻技术制备生物传感器基本原理

光刻的基本原理是:利用光刻胶感光后因光化学反应而固化的特点将掩模板上的图形刻制到被加工表面上。光刻胶是一类对光敏感的高分子溶液,由感光树脂、增感剂和溶剂组成。光刻胶经过光照射以后,其理化性质(特别是溶解性和亲和性)发生明显变化,经适当溶剂处理,溶去可溶性部分,得到所需要的图像。

根据光化学反应的特点一般可以分为正性和负性两大类。光照射后形成不可溶物质的是负性胶,反之,本来对某些溶剂是不可溶的,经照射后变成可溶物质的称为正性胶。利用这种性能,将光刻胶作为涂层,就能在基片表面形成所需的图形。

光刻技术制备生物传感器基本步骤

在半导体生物传感器的研制中,可以利用光刻技术将酶膜精确地固定在芯片必须部位。其步骤为:
1.将含有酶和PVA光刻胶溶液通过旋转镀膜法覆盖整个芯片表面制膜;
2.用掩膜板覆盖芯片;
3.曝光启动聚合反应;
4.把镀膜器件在丙酮溶液中经超声波处理除去未聚合部分。

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光刻技术制备生物传感器基本步骤

固定化酶的局部灭活法

掩膜法还可以用来制作工作电极和参照电极。如半导体生物传感器常常通过差分测量来对底物浓度定量,需要将一对传感器中的一只作为参比信号,参比传感器上的酶必须经过失活处理。紫外线能使生物大分子变性,但紫外线透过物质的能力很差,采用遮掩法可以有目的地使部分酶膜失活。在一个芯片的两个极上涂有活性均一的酶膜,盖上掩膜,保护需要保留酶活性的部位,在紫外线光照下,其余部位的酶活均被杀灭,如下图所示。

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固定化酶的局部灭活法

柏医健康生物传感器电极解决方案

在生物传感器制备过程中,电极制备的关键步骤为金属化与图案化。柏医健康采用PVD与激光切割相结合方法制备高性能表现的生物传感器电极,在基材表面进行金属化,然后应用激光刻蚀及切割、高精度掩膜板或显影技术实现图案化,最终形成可规模化量产的生物医用电极,在环保、高精度、高一致性上有更大优势。

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柏医健康生物传感器电极解决方案

参考文献:
[1] 张先恩. 生物传感器[M]. 北京: 化学工业出版社, 2006.

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