一种基于半导制冷的急性毒物传感芯片，属于电子领域。它主要解决的技术问题是克服现有急性毒物生物传感器体积大，不能用于无线传感网络的不足。它由复苏液存储层、PN结温度传感器层、PN结制冷层组成，其特征是芯片底层为PN结制冷层。芯片在一块半导体硅片上通过参杂工艺形成P型和N型半导体。芯片的上层为复苏液存储层。用于存放发光微生物复苏液。中间层为PN结温度传感器层。可以通过该层监测到温度变化。下层为PN结制冷层。此层用于使芯片温度保持在4℃，从而使发光微生物复苏液可以长时间保持其发光特性。该芯片主要用于监测水急性毒物的无线传感器网络，对大面积监测水污染意义重大。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本技术属于电子领域，尤其是指一种基于半导制冷的急性毒物传感芯片。
技术介绍
水环境的恶化将对人类生存造成危害，因而及时地对水环境进行急性毒物监测意义重大。由于水环境水域面积巨大，对及时监测而言，需要大量的人力物力作为保证。采用无线传感器网络是解决大面积水域监测的好方法。目前还没有能够在实际中应用的急性毒物监测无线传感器网络。原因在于应用于急性毒物监测的无线传感器网络的生物传感器是不可逾越的瓶颈。急性毒物的检测主要有两种方法一种是化学分析方法，虽然精确但耗时长，不易于实现在线监测；另一种方法为生物检测法，该方法还可细分水蚤法、鱼检测法、发光微生物法。发光微生物法是目前应用最广泛的一种方法。其基本原理是发光作用是发光细菌正常生理状态下所具有的性质，它是细胞呼吸作用的副产物，而呼吸作用则是细胞和生物代谢的基本过程，细菌的发光直接和其呼吸相关。当细胞活性受到毒性物质作用后，·其活性将受到抑制，从而使呼吸速率下降，进而导致发光降低。样品的毒性越强，发光细菌的光损失越多。将光强的变化通过光敏传感器转变为电信号即可确定毒性含量。应用发光微生物法基本原理制造的水急性毒物监测装置已经在水厂的监测中得到应用，但是该设备造价昂贵、体积大、仅能工作于室内，无法用于无线传感器网络作为其传感器。无线传感器网络的急性毒物传感器应用发光微生物复苏液进行检测，但是复苏液在常温下不能够长时间保存。在4°C时恒温下复苏液可以长时间保持其发光特性，因此芯片的温度保持在这一温度可以保持复苏液的发光特性。根据此原理设计基于半导制冷的急性毒物传感芯片。半导体制冷原理是基于赛贝克效应、珀尔贴效应、汤姆逊效应。当N型半导材料和P型半导体结成电偶对时，通以直流电流会产生能量的转移。电流方向由N向P时会吸收热量成为冷端，反之为热端。利用PN结可以作为温度传感器。其原理为dvBE/dT = -2. 2mv/°C，即PN结的电压每变化-2. 2mv，温度变化IV。
技术实现思路
为了克服现有急性毒物生物传感器体积大，不能用于无线传感网络的不足。本技术提供一种基于半导制冷的急性毒物传感芯片，该传感芯片体积小，可以用于无线传感网络，从而实现大面积水域急性毒物监测。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是芯片由复苏液存储层、PN结温度传感器层、PN结制冷层组成，其特征是芯片底层为PN结制冷层。芯片在一块半导体硅片上通过参杂工艺形成P型和N型半导体。芯片的上层为复苏液存储层。在复苏液存储层上有4个直径为2mm、深度为6mm的孔，用于存放发光微生物复苏液。中间层为PN结温度传感器层，该层P区在上，N区在下，并且P区和N区分别引出管脚。可以通过该层监测到温度变化，并以电信号输出。下层为PN结制冷层，制冷N区在上，制冷P区在下，并且制冷N区和制冷P区分别引出管脚。此层用于使芯片温度保持在4°C，从而使发光微生物复苏液可以长时间保持其发光特性。通过控制流入此层制冷N区和制冷P区的电流方向不同可以控制该层制冷或加热。当PN结温度传感器层监测到芯片温度高于4°C时，流入PN结制冷层的电流方向为由N向P，芯片制冷。当PN结温度传感器层监测到芯片温度低于4°C时，流入PN结制冷层的电流方向为由P向N，芯片加热。当发光微生物复苏液检测急性毒物时需要在室温下进行，此时可以通过给制冷层加由P向N的电流给芯片加热以便于检测。本技术的有益效果是，传感芯片体积小，可以用于无线传感网络，实现大面积水域急性毒物监测。它主要用于监测水中急性毒物的无线传感器网络，对大面积监测水污染意义重大。 以下结合附图和实施例对本技术进一步说明。图是基于半导制冷的急性毒物传感芯片的纵剖面构造图。图中I.复苏液存放层，2. PN结温度传感器层，3.制冷N区，4.制冷P区，5.PN结制冷层。具体实施方式在图中，复苏液存放层I位于基于半导制冷的急性毒物传感芯片的上层。PN结温度传感器层2位于复苏液存放层I的下方。制冷N区3位于PN结温度传感器层2的下方。PN结制冷层5位于制冷N区3的下方。制冷P区位于PN结制冷层5的下方。权利要求1.一种基于半导制冷的急性毒物传感芯片，芯片由复苏液存储层、PN结温度传感器层、PN结制冷层组成，其特征是芯片底层为PN结制冷层。专利摘要一种基于半导制冷的急性毒物传感芯片，属于电子领域。它主要解决的技术问题是克服现有急性毒物生物传感器体积大，不能用于无线传感网络的不足。它由复苏液存储层、PN结温度传感器层、PN结制冷层组成，其特征是芯片底层为PN结制冷层。芯片在一块半导体硅片上通过参杂工艺形成P型和N型半导体。芯片的上层为复苏液存储层。用于存放发光微生物复苏液。中间层为PN结温度传感器层。可以通过该层监测到温度变化。下层为PN结制冷层。此层用于使芯片温度保持在4℃，从而使发光微生物复苏液可以长时间保持其发光特性。该芯片主要用于监测水急性毒物的无线传感器网络，对大面积监测水污染意义重大。文档编号G01N21/76GK202631433SQ201220271798公开日2012年12月26日 申请日期2012年6月11日 优先权日2012年6月11日专利技术者魏胜非 申请人:东北师范大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于半导制冷的急性毒物传感芯片，芯片由复苏液存储层、PN结温度传感器层、PN结制冷层组成，其特征是芯片底层为PN结制冷层。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：魏胜非，
申请(专利权)人：东北师范大学，
类型：实用新型
国别省市：
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