基于微声学谐振腔的低检出限生物传感

Theoritically, the membrane acoustic sensor can have extremly high sensitivity. However, the quality factor and precision of these acoustic sensor are low due to the attenuation and the influence of liquid . In order to obtain high sensitive and high precesion, the characters of multi-layer membrane with liquid loaded will be studied in this research. By investigating the evanescent field and energy flow, the trade off between Q factors and sensitivity will be optimized. The influence of thickness, density, viscosity of biolayer to the wave guide and enviromental temperature will be studied, thus these parameters can be measured simultaneously by using several resonating modes. Further more, the fabrications, the integration, excitation and measurement of the sensors will be studied. It is hoped that these study can provide a novel method, which satisfies the need for high precision bio sensing in home security and clinical applications.

本研究将充分利用微声学谐振腔的能量局域效应，获得高Q值，为生物检测的低检出限、高灵敏度检测提供新途径；在粘弹性边界基础上，探讨谐振腔多模式的构建，以及被测液体的调制作用及其在生物检测中的物理意义；研究微声学谐振腔多模式对被测物密度、粘度、温度等参数进行解耦与识别的方法；给出微声学谐振腔传感器的灵敏度、品质因数的平衡点以及获得最佳检出限的途径；解决被测生物媒质的多参数表征、温度补偿等问题，实现生物分子的低检出限探测与识别。

目前免疫学检验方法已广泛用于临床疾病检验、药物筛选、环境和食品检验等，但仍存在操作步骤多，时间长，仪器复杂、成本高等问题。声波免疫生物传感器通过探测其表面分子与被测物发生反应前后质量变化所造成的传感器输出频率或相位变化，来获得具有特异生物反应信息，相比光学传感器，它的体积更小、器件制作工艺兼容性更好，更易实现集成化和阵列化探测。.本项目研究微声学谐振腔的能量局域效应、微谐振腔模式的构建、能量传输机理，以及被测液体的调制作用及其在生物检测中的物理意义；研究微声学谐振腔多模式对被测物密度、粘度、温度等参数进行解耦与识别的方法。.本项目制备了石英环形谐振腔传感器件、380 μm、80 μm声子晶体谐振型的传感器件；对石英环形谐振腔进行了原理和实验研究。对两种声子晶体谐振型的传感器进行了质量灵敏度测量，(1) 380 μm器件平均灵敏度约为4 Hz/ng，而80 μm器件则为2000 Hz/ng；所有缺陷模式的具有很相近的温度系数，约为-31.5 ppm/℃；(2)利用多个缺陷模式的质量灵敏度差异，可以减少测量位置和环境温度对质量测量的干扰；(3)在实验上利用双模式补偿了环境温度对质量测量的影响，380 μm传感器的质量灵敏度为5.4 Hz/ng，分辨率为85 pg。.硅基传感器系统易于集成化和阵列化，也适用于其它癌症标志物的临床检测，具有较广的应用前景。为声波生物传感的提供了新途径、新方法，可望临床检验对生物传感器高通量、低检出限以及现场探测等的需求。