基于声表面波器件的微流控生物检测技术研究

发布时间：2017-06-21 21:06

  本文关键词：基于声表面波器件的微流控生物检测技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：声表面波(Surface acoustic wave, SAW)生物传感器具有结构简单、免标记、灵敏度高、能够实现实时检测等优点,具有应用于临床早期诊断的潜力。目前在生物传感检测领域,SAW传感器尚未得到广泛应用,其中一个重要限制就是缺少一个快速、灵敏、稳定的测试平台。本文在对基于SAW器件的微流控生物检测技术研究的基础上,搭建一个完整的SAW生物传感检测实验平台。结合相关文献,本文对Love波理论进行了归纳、分析,主要对与器件传感检测应用密切相关的频散理论、传感原理和温度效应进行了分析。在此基础上,通过对器件的基底和波导材料的选择、叉指换能器(Interdigital Transducer, IDT)参数设计完成LiTaO3/SiO2结构的器件设计。根据器件结构设计加工工艺,并利用微纳加工技术完成了器件的制作。为适应器件的特性检测和适时检测等需求,完成了基于测频原理的振荡检测电路设计和直接数字式频率合成(Direct Digital Synthesizer, DDS)扫频检测电路的软硬件设计,并在DDS扫频检测的基础上完成了基于点频激励的相位检测电路。设计了基于聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane, PDMS)微流芯片的流控进样系统。设计并制作完成了PDMS微流芯片,通过与传感器表面敏感区域键合形成反应腔,从而实现了微量、定量、可靠进样。通过实验研究了Si02波导厚度与器件插损与频率温度灵敏度的关系,获得了与理论描述基本一致的结果。利用生物修饰方法,分别构建了能够特异性识别前列腺特异抗原(Prostate specific antigen, PSA)和癌胚抗原(Carcinoembryonic Antigen, CEA)的SAW生物传感器,分别用振荡频率检测系统和点频激励相位检测系统进行了检测。实验结果表明,该传感器具有良好的特异性,并且能够实现低于10ng/ml浓度的目标物检测,验证了设计的SAW生物传感检测实验平台的正确性。
【关键词】：SAW生物传感器 振荡电路 DDS 相位检测 PDMS流控芯片
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN492;R310;TP212.3
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-17
• 1.1 引言8-9
• 1.2 SAW生物传感检测研究现状9-15
• 1.2.1 SAW生物传感器国内外研究现状9-10
• 1.2.2 SAW器件检测手段研究现状10-13
• 1.2.3 SAW生物传感器流控系统研究现状13-15
• 1.3 本文主要内容15-17
• 2 SAW生物传感器相关理论17-24
• 2.1 SAW传感器结构17-18
• 2.2 Love波基本理论18-20
• 2.3 传感理论20-22
• 2.4 温度效应理论22-23
• 2.5 本章小结23-24
• 3 SAW生物传感器设计与制作24-42
• 3.1 SAW传感器设计24-31
• 3.1.1 传感器基底材料选择24-26
• 3.1.2 IDT设计26-28
• 3.1.3 传感器波导层设计28-31
• 3.2 SAW传感器制作31-40
• 3.2.1 备片31-32
• 3.2.2 IDT加工32-36
• 3.2.3 SiO_2镀膜36
• 3.2.4 沉金36-38
• 3.2.5 电极剥离38-39
• 3.2.6 键合封装39-40
• 3.3 器件特性测试40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 4 SAW生物传感器测试系统设计42-72
• 4.1 振荡检测电路设计42-51
• 4.1.1 自激振荡检测原理42-43
• 4.1.2 自激振荡电路设计43-48
• 4.1.3 PCB设计48-49
• 4.1.4 电路性能测试49-51
• 4.2 基于DDS的扫频检测电路设计51-69
• 4.2.1 扫频检测原理51-55
• 4.2.2 扫频检测电路设计55-62
• 4.2.3 PCB设计62-64
• 4.2.4 软件设计64-66
• 4.2.5 电路性能测试66-69
• 4.3 点频激励相位检测电路69-71
• 4.4 本章小结71-72
• 5 SAW生物传感器进样系统设计72-80
• 5.1 流控进样系统72-73
• 5.2 PDMS微流反应池设计73-75
• 5.2.1 芯片外形设计73-74
• 5.2.2 流场分布有限元分析74-75
• 5.3 微流反应池制作与键合75-78
• 5.3.1 PDMS微流芯片制作75-77
• 5.3.2 PDMS微流反应池键合77
• 5.3.3 PDMS反应池器件表面结合测试77-78
• 5.4 本章小结78-80
• 6 SAW生物传感器实验与分析80-89
• 6.1 SAW生物传感器温度实验80-82
• 6.2 SAW生物传感器插损实验82-83
• 6.3 SAW生物传感器生物实验83-88
• 6.3.1 PSA蛋白检测83-85
• 6.3.2 CEA蛋白检测85-88
• 6.4 本章小结88-89
• 7 总结与展望89-92
• 7.1 课题总结89-90
• 7.2 课题展望90-92
• 致谢92-93
• 参考文献93-100
• 附录100

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