高通量数字化毛细管微阵列芯片

针对数字PCR体系样品的分割方式,开发了一款数字PCR体系样品分割芯片,用于微量生物样品检测。利用微机电系统(MEMS)制备阵列化的硅基片,采用硅片高效低损伤超精密磨削减薄工艺对硅基片进行减薄,结合化学改性方法,成功制备了表面疏水孔壁亲水的毛细管微阵列芯片。通过扫描电子显微镜(SEM)对芯片结构进行表征,SEM结果显示,芯片结构为通孔微阵列。通过接触角表征芯片表面的疏水性,对比化学处理前后芯片表面的接触角,结果表明化学处理后芯片表面疏水,接触角为118°。通过能谱(EDS)表征芯片孔壁的亲水性,结果表明,芯片孔壁只有Si,O两种元素,形成亲水基团,因此,芯片孔壁亲水。通过测量显微镜和荧光显微镜表征芯片的样品分割性能,结果表明芯片将样品分割为均一的独立单元。通过激光共聚焦扫描仪表征,直观地反应了芯片的整体样品分割效果,通过计算芯片的样品填孔率为93.8%。本文成功制备了表面疏水孔壁亲水的毛细管微阵列芯片,该芯片具有优异的样品分割性能,在生物医学领域具有广阔的应用前景。     

超薄硅衬底氮化铝Lamb波压电谐振器

针对Lamb波压电声波传感器高品质因数(Q值)、低检测极限(LOD)和易集成的性能要求,本文基于SOI(Siliconon-insulator)硅片,通过底层硅(Handling layer)干法刻蚀和中间层(Boxing layer)自截止的方法实现2μm超薄均一的硅衬底结构,然后沉积2μm厚具备高C轴择优取向的氮化铝(AlN)压电薄膜。传感器薄膜区域外设置双端增强反射栅结构用于提高Q值,从而有效降低器件的检测极限,并通过微量水分测试验证性能。该谐振器零阶反对称模式(A0)和零阶对称模式(S0)的谐振状态的实测结果和COMSOL二维模型仿真结果一致,所制作的Lamb波谐振器A0模式的主峰Q值为703,S0模式的主峰Q值为403。微量水分测试S0模式的检测极限优于A0模式,最低检测极限值为0.06%RH。结果表明,氮化铝超薄硅衬底Lamb波压电谐振器能够实现微量水分等高精度检测。     

声速对硅基氮化铝复合声子晶体带隙影响

该文基于布喇格散射机理,采用有限元仿真技术重点研究材料声速对二维AlN/B/Si复合声子结构体带隙特性的影响。首先以Mo作为B层,逐次分析AlN、AlN/Mo、AlN/Mo/Si出现最大带隙宽度时,AlN、Mo、Si各层厚度的最优值;然后分别选取具有声速梯度的材料作为B层,研究B材料声速对复合声子晶体带隙宽度变化率的影响。结果表明,当B层与Si、AlN的声速差值小于3 000 m/s时,B层厚度的变化引起复合声子晶体带隙宽度变化率低于25%,而B层与Si、AlN的声速差值越大,改变B层厚度会造成带隙宽度变化率越大,最高可达100%。     

薄膜Lamb波传感器用于胃蛋白酶原I检测

为满足大规模胃癌早期筛查对胃蛋白酶原I(PGI)检测高灵敏度、高效率、操作简单、样品量少的需求,本文构建了一种PGI抗体功能化薄膜型Lamb波生物传感器。对传感器检测腔薄膜进行PGI抗体自组装修饰,传感器检测腔表面修饰的PGI抗体将样品中PGI抗原特异性的捕获并固定在检测腔薄膜表面,Lamb波传感器薄膜表面质量增加导致其A0模式中心频率发生移动,且频率移动量与检测腔表面吸附物质质量增加量正相关,实现对样本中PGI抗原浓度的检测。实验结果表明:PGI抗体功能化薄膜Lamb波生物传感器对PGI抗原实测灵敏度约为102.114 Hz/ng/mL,理论最低检测限(LOD)为0.176ng/mL,单个样本检测时间为40min,与现有基于光学检测法PGI检测技术相比,具有检测系统简单、操作简单、不需要专业人员操作等显著优势,且比多数光学检测法LOD更低,比电化学法PGI检测技术LOD低两个数量级。结果表明,本文提出的PGI抗体免疫功能化薄膜型Lamb波生物传感器对PGI检测且具有检测下限低、灵敏度高、检测效率高、操作简单、无需样品预处理等特点,满足大规模早期胃癌筛查的基本需求。     

家用aPTT检测技术芯片修饰方法的研究

采用凝血检测光学透射比浊方法检测活化部分凝血活酶时间(aPTT), 尝试用聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)和Parylene-C 3种疏水材料, 研究压电石英晶体微电平(QCM)传感芯片表面修饰。 修饰后,芯片品质用网络分析仪衡量,PE、PS和Parylene-C 3种疏水材料的疏水修饰接触角分别为92.3°、90.7°和93.3°。结果表 明,Parylene-C修饰后QCM芯片的品质提高,有效信号峰-峰值提高了11%;用于 光学aPTT检测 对比体现出良好重复性,血浆7次检测变异系数(CV)为1.51%, 重复性良 好,全血7次检测CV为1.15%。本文的Pary lene-C修饰QCM,可为家用aPTT检测仪器的开发提供参考。