基于声表面波器件的微流控生物检测技术研究

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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。
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