基于表面应力的PDMS微薄膜电容式生物传感器研究

表面应力生物传感器利用分子间化学键的结合能来测试被分析物，分子量级的信号测试可使测试精度更高；PDMS（Polydimethylsiloxane）薄膜材料具有良好的生物适应性、相对较小的杨氏模量，测试灵敏度更高；电容式的信号测试技术便于MEMS生物芯片集成。本项目的基础性研究将为开发高灵敏度便携式生物传感器奠定理论和工艺基础，其目标是系统的研究开发基于表面应力的生物传感器传感机理，PDMS微薄膜的力学特性；解决高灵敏度PDMS微薄膜的设计与加工工艺，突破PDMS工艺与传统工艺相结合的难题；建立基于表面应力的PDMS微薄膜电容式信号检测方法和集成工艺；针对人体细胞，对传感器薄膜进行功能化研究，验证并实现基于表面应力的PDMS微薄膜电容式生物传感器的高灵敏度特性；并通过微电容探测电路的设计研究，为实现高灵敏度生物信号的集成探测提供技术支持。

表面应力生物传感器是一种利用分子间化学键结合能来测试被分析物的新型器件，其分子量级的信号级别使得测试精度更高。同时，采用PDMS材料及电容式结构的薄膜器件具有生物兼容性好，测试灵敏度高及便于MEMS生物芯片集成的优点。本项目基于表面应力的生物传感机制和MEMS工艺理论，设计了传感器的PDMS微薄膜电容式结构及配套的微流体结构，对结构进行了有限元分析，确定了结构的尺寸大小，并突破传统工艺的难题，建立了传感器的加工集成工艺，同时针对微电容设计调试了相应的检测电路。最后，针对金黄色葡萄球菌，人体血红细胞等生物分析物，对传感器进行了测试，测试结果表明，该种传感器可以用于生物检测，为实现高灵敏度生物信号的集成探测提供了技术支持。项目共发表论文16篇，其中SCI论文8篇（影响因子大于6的3篇）；软件著作权1项，申请发明专利3项，出版著作3部，获山西省2012年科学技术自然科学类三等奖1项；项目主持人2013年获得山西省高等学校优秀青年学术带头人称号。