一种金属纳米线生物传感器及其制备方法和应用技术

一种金属纳米线生物传感器及其制备方法和应用。所述金属纳米线生物传感器包括：基底；设置在基底一侧表面的绝缘层，绝缘层上设置有凹槽；设置在凹槽中的金属纳米线，并且金属纳米线的厚度大于或等于凹槽的深度；设置在绝缘层一侧的信号采集电极，信号采集电极包括电极垫、电极连接线和纳米线连接部，纳米线连接部与金属纳米线连接，电极垫与外部电路连接；绝缘保护层，绝缘保护层设置在绝缘层、金属纳米线和信号采集电极远离基底一侧的表面并且暴露出金属纳米线的传感区和信号采集电极的电极垫。本申请提的金属纳米线生物传感器不会受到流体冲刷与微流控管道键合过程的剪切力影响，金属纳米线线体更牢固，传感器的稳定性和灵敏度更高。灵敏度更高。灵敏度更高。

【技术实现步骤摘要】
一种金属纳米线生物传感器及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及但不限于生物测试
，尤指一种金属纳米线生物传感器及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]纳米线生物传感器是一类新型高灵敏度生物检测器件。与常规基于电阻抗的传感器相比，其纳米尺度的线宽使其具有更明显的表面电荷效应、更快的物质转移速度以及与待测物质尺度更相近的双电子层电容。基于其优异的电学性能，纳米线生物传感器被应用于微量生物标志物的定量检测中，对于癌症、心血管等重大疾病的早期诊断、治疗与预后具有重要意义。通过在纳米线表面固定单链核酸、核酸适配体或抗体等生物探针分子，可以实现不同生物标志物的检测，例如使用固定互补链核酸探针的金纳米线传感器可以实现低浓度miRNA的检测等，有望进一步提高检测的灵敏度，满足更多疾病预防、治疗与愈后的生物指标诊断需求。

技术实现思路

[0003]以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制本申请的保护范围。
[0004]本申请提供了一种金属纳米线生物传感器，所述金属纳米线生物传感器包括：
[0005]基底；
[0006]绝缘层，所述绝缘层设置在所述基底一侧表面，所述绝缘层上设置有凹槽；
[0007]金属纳米线，所述金属纳米线设置在所述凹槽中，并且所述金属纳米线的厚度大于或等于所述凹槽的深度；
[0008]信号采集电极，所述信号采集电极设置在所述绝缘层远离所述基底的一侧，所述信号采集电极包括电极垫、电极连接线和纳米线连接部，所述电极垫和所述纳米线连接部分别设置在所述电极连接线的两端，所述纳米线连接部与所述金属纳米线连接，所述电极垫与外部电路连接；
[0009]绝缘保护层，所述绝缘保护层设置在所述绝缘层、所述金属纳米线和所述信号采集电极远离所述基底一侧的表面并且暴露出所述金属纳米线的传感区和所述信号采集电极的电极垫。
[0010]在本申请的实施例中，所述纳米线连接部可以为矩形的。
[0011]在本申请的实施例中，所述纳米线连接部的宽度可以为100μm至500μm。
[0012]在本申请的实施例中，沿着从所述电极垫到所述纳米线连接部的方向，所述电极连接线的宽度可以逐级递减。
[0013]在本申请的实施例中，所述金属纳米线凸出所述凹槽的部分的厚度可以不超过所述金属纳米线的厚度的30％。
[0014]在本申请的实施例中，所述金属纳米线可以包括第一金属连接层和第一金属传感
层，所述第一金属连接层设置在所述凹槽底面上，所述第一金属传感层设置在所述第一金属连接层远离所述凹槽底面一侧的表面。
[0015]在本申请的实施例中，所述第一金属连接层的材料可以选自铬和钛中的任意一种或多种，所述第一金属传感层的材料选自锌、银、镍、金和铂中的任意一种或多种。
[0016]在本申请的实施例中，所述第一金属连接层的厚度可以为5nm至40nm，所述第一金属传感层的厚度可以为35nm至160nm。
[0017]在本申请的实施例中，所述金属纳米线的宽度可以为50nm至500nm，所述金属纳米线的长度可以为50μm至400μm。
[0018]在本申请的实施例中，所述凹槽的深度可以为40nm至150nm。
[0019]在本申请的实施例中，所述信号采集电极可以包括第二金属连接层和第二金属传感层，所述第二金属连接层设置在所述绝缘层上，所述第二金属传感层设置在所述第二金属连接层远离所述绝缘层一侧的表面。
[0020]在本申请的实施例中，所述第二金属连接层的材料可以选自铬和钛中的任意一种或多种，所述第二金属传感层的材料可以选自锌、银、镍、金和铂中的任意一种或多种。
[0021]在本申请的实施例中，所述基底的材料可以为刚性材料或柔性材料。
[0022]在本申请的实施例中，所述基底的材料可以选自硅片、玻璃和有机聚合物中的任意一种或多种。
[0023]在本申请的实施例中，所述绝缘层的材料可以选自二氧化硅和氮化硅中的任意一种或多种。
[0024]在本申请的实施例中，所述绝缘层的厚度可以为0.1μm至2μm。
[0025]在本申请的实施例中，所述绝缘保护层的材料可以选自二氧化硅、氮化硅和光刻胶中的任意一种或多种。
[0026]在本申请的实施例中，所述绝缘保护层可以包括一层或多层。
[0027]本申请还提供了如上所述的金属纳米线生物传感器的制备方法，所述制备方法包括：
[0028]S10：在基底一侧表面形成绝缘层；
[0029]S20：在所述绝缘层远离所述基底一侧设置凹槽；
[0030]S30：在所述凹槽中设置金属纳米线；
[0031]S40：在所述绝缘层远离所述基底一侧设置信号采集电极；
[0032]S50：在所述绝缘层、所述金属纳米线和所述信号采集电极远离所述基底一侧的表面设置绝缘保护层，并且使所述金属纳米线的传感区和所述信号采集电极的电极垫暴露出。
[0033]在本申请的实施例中，步骤S20可以包括：
[0034]S21：在所述绝缘层远离所述基底一侧的整个表面涂覆第一光刻胶层；
[0035]S22：将所述第一光刻胶层的部分区域曝光和显影，暴露出所述绝缘层的金属纳米线区；
[0036]S23：在暴露出的所述绝缘层的金属纳米线区进行刻蚀，形成所述凹槽；
[0037]步骤S30可以包括：
[0038]S31：在所述凹槽和所述第一光刻胶层剩余区域的表面磁控溅射第一金属层；
[0039]S32：将所述第一光刻胶层剩余区域的光刻胶连同其表面的第一金属层去除，保留所述凹槽表面的第一金属层，即为所述金属纳米线；
[0040]任选地，步骤S23中，刻蚀形成所述凹槽的方法为干法刻蚀或湿法刻蚀；还任选地，所述干法刻蚀为深反应离子刻蚀或等离子干法刻蚀。
[0041]在本申请的实施例中，步骤S40可以包括：
[0042]S41：在所述绝缘层和所述金属纳米线远离所述基底一侧的整个表面涂覆第二光刻胶层；
[0043]S42：将所述第二光刻胶层的部分区域曝光和显影，暴露出所述绝缘层的信号采集电极区；
[0044]S43：在暴露的所述绝缘层的信号采集电极区和所述第二光刻胶层剩余区域的表面磁控溅射第二金属层；
[0045]S44：将所述第二光刻胶层剩余区域的光刻胶连同其表面的第二金属层去除，保留所述绝缘层的信号采集电极区表面的第二金属层，即为所述信号采集电极。
[0046]在本申请的实施例中，所述绝缘保护层包括二氧化硅绝缘保护层和氮化硅绝缘保护层中的任意一层或多层，步骤S50可以包括：
[0047]S51：在所述绝缘层、所述金属纳米线和所述信号采集电极远离所述基底一侧的暴露的整个表面涂覆第三光刻胶层；
[0048]S52：将所述第三光刻胶层的部分区域曝光和显影，使所述第三光刻胶层的剩余区域仅覆盖所述金属纳米线的传感区和所述信号采集电极的电极垫；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属纳米线生物传感器，其特征在于，包括：基底；绝缘层，所述绝缘层设置在所述基底一侧表面，所述绝缘层上设置有凹槽；金属纳米线，所述金属纳米线设置在所述凹槽中，并且所述金属纳米线的厚度大于或等于所述凹槽的深度；信号采集电极，所述信号采集电极设置在所述绝缘层远离所述基底的一侧，所述信号采集电极包括电极垫、电极连接线和纳米线连接部，所述电极垫和所述纳米线连接部分别设置在所述电极连接线的两端，所述纳米线连接部与所述金属纳米线连接，所述电极垫与外部电路连接；绝缘保护层，所述绝缘保护层设置在所述绝缘层、所述金属纳米线和所述信号采集电极远离所述基底一侧的表面并且暴露出所述金属纳米线的传感区和所述信号采集电极的电极垫。2.根据权利要求1所述的金属纳米线生物传感器，其中，所述纳米线连接部为矩形的；任选地，所述纳米线连接部的宽度为100μm至500μm。3.根据权利要求1所述的金属纳米线生物传感器，其中，沿着从所述电极垫到所述纳米线连接部的方向，所述电极连接线的宽度逐级递减。4.根据权利要求1所述的金属纳米线生物传感器，其中，所述金属纳米线凸出所述凹槽的部分的厚度不超过所述金属纳米线的厚度的30％。5.根据权利要求1至4中任一项所述的金属纳米线生物传感器，其中，所述金属纳米线包括第一金属连接层和第一金属传感层，所述第一金属连接层设置在所述凹槽底面上，所述第一金属传感层设置在所述第一金属连接层远离所述凹槽底面一侧的表面；任选地，所述第一金属连接层的材料选自铬和钛中的任意一种或多种，所述第一金属传感层的材料选自锌、银、镍、金和铂中的任意一种或多种；任选地，所述第一金属连接层的厚度为5nm至40nm，所述第一金属传感层的厚度为35nm至160nm；任选地，所述金属纳米线的宽度为50nm至500nm，所述金属纳米线的长度为50μm至400μm；任选地，所述凹槽的深度为40nm至150nm。6.根据权利要求1至4中任一项所述的金属纳米线生物传感器，其中，所述信号采集电极包括第二金属连接层和第二金属传感层，所述第二金属连接层设置在所述绝缘层上，所述第二金属传感层设置在所述第二金属连接层远离所述绝缘层一侧的表面；任选地，所述第二金属连接层的材料选自铬和钛中的任意一种或多种，所述第二金属传感层的材料选自锌、银、镍、金和铂中的任意一种或多种。7.根据权利要求1至4中任一项所述的金属纳米线生物传感器，其中，所述基底的材料为刚性材料或柔性材料；任选地，所述基底的材料选自硅片、玻璃和有机聚合物中的任意一种或多种；任选地，所述绝缘层的材料选自二氧化硅和氮化硅中的任意一种或多种；还任选地，所述绝缘层的厚度为0.1μm至2μm；任选地，所述绝缘保护层的材料选自二氧化硅、氮化硅和光刻胶中的任意一种或多种；
还任选地，所述绝缘保护层包括一层或多层。8.根据权利要求1至7中任一项所述的金属纳米线生物传感器的制备方法，其特征在于，包括：S10：在基底一侧表面形成绝缘层；S20：在所述绝缘层远离所述基底一侧设置凹槽；S30：在所述凹槽中设置金属纳米线；S40：在所述绝缘层远离所述基底一侧设置信号采集电极；S50：在所述绝缘层、所述金属纳米线和所述信号采集电极远离所述基底一侧的表面设置绝缘保护层，并且使所述金属纳米线的传感区和所述信号采集电极的电极垫暴露出。9.根据权利要求8所述的制备方法，其中，步骤S20包括：S21：在所述绝缘层远离所述基底一侧的整个表面涂覆第一光刻胶层；S22：将所述第一光刻胶层的部分区域曝光和显影，暴露出所述绝缘层的金属纳米线区；S23：在暴露出的所述绝缘层的金属纳米线区进行刻蚀，形成所述凹槽；步骤S30包括：S31：在所述凹槽和所述第一光刻胶层剩余区域的表面磁控溅射第一金属层；S32：将所述第一光刻胶层剩余区域的光刻胶连同其表面的第一金属层去除，保留所述凹槽表面的第一金属层，即为所述金属纳米线；任选地，步骤S23中，刻蚀形成所述凹槽的方法为干法刻蚀或湿法刻蚀；还任选地，所述干法刻蚀为深反应离子刻蚀或等离子干法刻蚀。10.根据权利要求8所述的制备方法，其中，步骤S40包括：S41：在所述绝缘层和所述金属纳米线远离所述基底一侧的整个表面涂覆第二光刻胶层；S42：将所述第二光刻胶层的部分区域曝光和显影，暴露出所述绝缘层的信号采集电极区；S43：在暴露的所述绝缘层的信号采集电极区和所述第二光刻胶层剩余区域的表面磁控溅射第二金属层；S44：将所述第二光刻胶层剩余区域的光刻胶连同其表面的第二金属层去除，保留所述绝缘层的信号采集电极区表面的第二金属层，即为所述信号采集电极。11.根据权利要求8所述的制备方法，其中，所述绝缘保护层包括二氧化硅绝缘保护层和氮化硅绝缘保护层中的任意一层或多层，步骤S50包括：S51：在所述绝缘层、所述金属纳米线和所述信号采集电极远离所述基底一侧的暴露的整个表面涂覆第三光刻胶层；S52：将所述第三光刻胶层的部分区域曝光和显影，使所述第三光刻胶...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晗，孙凯，张俊峰，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：