[发明专利]多通道高灵敏生物传感器的制作集成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制作集成多通道高灵敏生物传感器的方法，具体涉及 一种基于SOI技术制作硅纳米线生物传感器的方法。

背景技术

目前，糖尿病、心血管类疾病、呼吸道疾病、肝病、癌症是威胁人类 健康的重大疾病。虽然医学及相关学科不断发展进步，但人们在这些疾病 的快速诊治上仍然进展缓慢；这些疾病如果不能及时的得以发现，疾病到 达晚期时几乎是很难治疗。而疾病不能得以及早发现的原因在于，其一， 早期时，相关病发特征不明显，其分泌的相关蛋白因子数量相对较少，用 目前的检测手段不容易检测出来；其二，即使能检测出相关的疾病因子， 其所需的费用和时间也是比较多的；因此，开发出一种具有高灵敏度、快 速的、低成本的检测相关疾病的传感器，对危害人类健康的重大疾病的诊 治具有深远意义。

相比较于传统的检测设备，基于纳米线的场效应FET传感器具有以下 的优势：一、高灵敏度，首先场效应晶体管本身就具有信号放大的作用， 可以把作用上去的少量的电荷信号进行放大；其次，由于纳米线本身所具 有的大的比表面积，量子限域效应等，使得基于纳米线的场效应FET传感 器具有很高的灵敏度(Yi Cui，Science Vol 293，1289～1293，2001)；二、快速， 基于硅的半导体芯片的速度可以达到GHz的频率，而基于硅纳米线的场效 应FET传感器甚至可能达到更高的速度，这同传统的检测设备相比，其检 测速度是非常快的；三、易于集成与高通量检测，与传统传感器和检测设 备相比，基于纳米线场效应传感器具有易集成以及低成本的优势，由于器 件的制作过程完全与半导体工艺想兼容，因此容易与成熟的半导体工业以 及新兴的MEMS等行业兼容，从而可以得到功能丰富、性能优越的传感器。 硅在自然界中的含量非常丰富，同时，现有的半导体工业技术可以降低器 件的成本。

目前已经存在的大部分传感器是基于电化学原理的传感器，或者基于 光学原理，也存在一些基于场效应FET的传感器，甚至有一些基于纳米技 术的场效应FET传感器，甚至还将这几种方式结合起来形成的传感器。电 化学传感器的技术比较成熟，但是相比较，对溶液环境要求比较高，而且 体积也相对比较大。而且现在的传感器主要是针对一种单一的目标分子进 行检测，由于与任何一种疾病相关的分子很多，并且他们可能是相互独立 的；因此，要更准确的检测一种疾病的存在，必须要对多种疾病因子进行 联合检测。专利CN101144809A利用金属银作为表面等离子体激元，在其 表面修饰上化学基团并连接上抗原分子，通过增强局域表面等离子体共振 的强度，来提高生物分子检测的灵敏度。与之相比较，以纳米线结构为核 心，采用场效应晶体管实现信号采集和放大，能够更有效的检测信号。专 利CN1585896A是利用FET传感器来检测离子浓度和碱基序列，由于带电 离子或者碱基序列在溶液中存在德拜波长，因此如果离子和碱基序列离导 电沟道相对较远时，其检测的灵敏度也急剧下降。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种多通道高灵敏生 物传感器的制作集成方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

多通道高灵敏生物传感器的制作集成方法，包括以下步骤——

(一)基于SOI硅片采用自上而下方法制作硅纳米线FET场效应管；

(二)利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)制作出多微流体通道；

(三)对不同微流体通道中的硅纳米线进行修饰改性，使之修饰上不 同的检测抗体或小分子，以检测不同的目标分子。

进一步地，上述的多通道高灵敏生物传感器的制作集成方法，步骤 (一)包含以下工序：

1)硅片清洗，硅片分别在7∶3的浓硫酸与双氧水，1∶3∶7氨水与 双氧水水溶液，1∶2∶8盐酸与双氧水水溶液中60度加热10～15分钟，去 除硅片表面所含的有机物和金属离子；

2)硅片减薄，先将硅片在氧化炉中用湿氧或者干氧氧化，再用氢氟 酸缓冲液腐蚀去除二氧化硅，使硅片达到所需的厚度，并且表面粗超度相 对比较小；

3)腐蚀掩膜生长，用PECVD或等离子体溅射方法在硅片上生长一层 20～200纳米厚的二氧化硅或氮化硅薄膜；

4)背栅制作，先用背栅模版通过深紫外光刻的方法，再通过IBE干 法刻蚀，在硅片上制作得到背栅图案；