本文關(guān)鍵詞：集成電化學(xué)與FET的微納諧振生物傳感器研究　出處：《天津大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 薄膜體聲波傳感器 電化學(xué) 場效應(yīng)管 單片集成

【摘要】：生物傳感器,特別是基于界面的親和型生物傳感器近年來發(fā)展迅速,在生物、化學(xué)、醫(yī)療等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。得益于微米納米技術(shù)的發(fā)展,生物傳感器不斷向微觀尺度發(fā)展,呈現(xiàn)高密度集成、高靈敏度檢測、智能型傳感等趨勢�；趬弘娦�(yīng)的薄膜體聲波傳感器因其體積小、功耗低、靈敏度高、與CMOS工藝兼容、易于陣列化從而實現(xiàn)高通量檢測等優(yōu)點,而受到廣泛關(guān)注。本論文緊扣這一研究熱點,進一步探索了薄膜體聲波傳感器的應(yīng)用,并借鑒了多種檢測技術(shù)在單芯片上集成的已有研究成果,提出了電化學(xué)/場效應(yīng)管與薄膜體聲波諧振器的硅基單片集成方案。制造了該集成單芯片,搭建了電化學(xué)工作電極-薄膜體聲波諧振器、場效應(yīng)管延伸柵極-薄膜體聲波諧振器兩套測試系統(tǒng),成功檢測了葡萄糖濃度變化、DNA雜交、層層自組裝聚合物薄膜生長、抗體-抗原蛋白特異性結(jié)合等過程,從而驗證了該集成單芯片傳感器的有效性與實用性。本論文的研究內(nèi)容和成果可以歸納為以下幾個方面:1、提出了以氮化鋁薄膜為核心的單片集成電化學(xué)/場效應(yīng)管的薄膜體聲波傳感系統(tǒng),該系統(tǒng)擁有電化學(xué)/電荷、重力(質(zhì)量)、粘度多種檢測模式,具備獲取復(fù)雜界面信息的能力。2、在硅基單芯片上集成了電化學(xué)工作電極與薄膜體聲波諧振器兩種傳感器,通過檢測界面質(zhì)量變化優(yōu)化了生物敏感膜的生長條件,并通過對氧化還原反應(yīng)電流、溶液粘度變化的監(jiān)控實時檢測了葡萄糖濃度變化。3、在硅基單芯片上集成了場效應(yīng)管延伸柵極與薄膜體聲波諧振器兩種傳感器,成功檢測了聚電解質(zhì)層層自組裝過程,以及抗體-抗原結(jié)合過程,并通過分析電荷和質(zhì)量兩種響應(yīng)深入研究了以上過程的機制。4、將石墨烯修飾到薄膜體聲波傳感器表面,增強了薄膜體聲波傳感器對兩種典型的有機氣體的檢測靈敏度。5、將聚醋酸乙烯酯旋涂在薄膜體聲波傳感器表面,極大地提升了薄膜體聲波濕度傳感器對濕度變化的檢測靈敏度。
[Abstract]:Biosensor, especially the interface based affinity biosensor, has been developed rapidly in recent years. It has important application value in biology, chemistry, medicine and so on. Biosensors continue to develop to the micro scale, showing the trend of high density integration, high sensitivity detection, intelligent sensing, etc. Thin film bulk acoustic sensors based on piezoelectric effect have small size, low power consumption and high sensitivity. It is compatible with CMOS process and easy to be arrayed to achieve high throughput detection, which has attracted wide attention. In this paper, the application of thin film bulk acoustic sensor is further explored by focusing on this research hotspot. The silicon-based monolithic integration scheme of electrochemical / FET and thin film bulk acoustic resonator is proposed, and the integrated monolithic chip is fabricated. The electrochemical working electrode thin film bulk acoustic resonator the field effect tube extension gate and the thin film bulk acoustic wave resonator were set up to successfully detect the glucose concentration variation and DNA hybridization. Layer by layer self-assembly polymer film growth, antibody-antigen protein binding and other processes. Thus, the validity and practicability of the integrated single-chip sensor are verified. The research contents and results of this thesis can be summarized as follows: 1. A monolithic integrated electrochemical / FET film bulk acoustic sensing system with aluminum nitride film as the core is proposed. The system has electrochemical / charge, gravity (mass, viscosity) detection modes. With the ability of obtaining complex interface information, two kinds of sensors, electrochemical working electrode and thin film bulk acoustic resonator, are integrated on silicon based single chip. The growth conditions of biosensitive membrane were optimized by detecting the change of interface quality, and the change of glucose concentration was measured in real time by monitoring the redox reaction current and the change of solution viscosity. Two kinds of sensors, field effect tube extension gate and thin film bulk acoustic resonator, were integrated on silicon based single chip. The polyelectrolyte layer self-assembly process and the antibody antigen binding process were successfully detected. Through the analysis of charge and mass response, the mechanism of the above process. 4. The graphene was modified to the surface of the thin film bulk acoustic sensor. The sensitivity of the thin film bulk acoustic sensor for two typical organic gases was enhanced. The polyvinyl acetate was spin-coated on the surface of the thin film bulk acoustic sensor. The sensitivity of thin film bulk acoustic humidity sensor to humidity change is greatly improved.
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP212

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本文編號：1420553