磁致伸缩生物传感器技术的集成化研究

• 作 者: 蒋秋实
• 出 处: 苏州大学
• 发表日期: 2017年01期
• 关键词: 磁致伸缩生物传感器 平面线圈 集成化 微流系统

随着食品安全、环境保护、以及临床诊断等领域对病原微生物快速准确检测的需求越来越大,开发分析速度快、操作简单、便携、可原位检测的生物检测技术已成为目前国际上的研究热点。磁致伸缩生物传感器是一种无线无源的谐振式传感器,且适于液体中直接检测,这决定了它在细菌检测领域具有无法比拟的优势。目前传统的检测方法是利用螺线圈进行传感器的驱动和检测,这种方法虽然可以获得良好的检测信号,但是3D结构的螺线圈很难与平面结构的微流系统集成,同时螺线圈也不易于使用MEMS工艺制备,难以实现高精度、低成本的大批量生产。因此,螺线圈检测技术阻碍了磁致伸缩传感器集成化和微型化的发展。2D结构的平面线圈具有易集成和可用MEMS工艺制备的优点,但是目前还没有利用平面线圈实现磁致伸缩传感器集成化的研究。鉴于上述背景,本论文设计和研发了一种基于磁致伸缩传感器的集成检测组件,该组件包括磁致伸缩传感器、平面线圈、微流系统。实现该集成组件的关键技术是优化平面线圈对磁致伸缩传感器的检测,本论文从激励和检测两方面进行建模和分析,以此来分别提升平面线圈的激励信号和检测信号,从而得到最优化的平面线圈设计。在此基础上,本文设计并制备了芯片实验室型的集成化磁致伸缩传感器检测组件,该组件中的平面线圈完全利用MEMS工艺制备,微流结构通过浇铸方法制备,整个组件可通过平面线圈层和微流结构层的简单叠加连接完成。为了验证所提出的集成化检测组件的可行性,利用涂有多聚赖氨酸的传感器成功完成了对不同浓度的酵母溶液的实时检测。实验结果显示:传感器的谐振频率随着酵母细胞的吸附而不断下降,而谐振频率的最终变化随着酵母溶液浓度的增加而增加。利用磁致伸缩传感器集成化组件成功实现了对酵母细胞在液相中的实时原位检测。本文研发的集成化组件在生物细菌检测方面具有广泛的应用前景。