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1、2005年第24卷第2期传感器技术(JournalofTransducerTechnology)53基于MEMS的生物微传感技术许媛媛,夏善红,边超,刘敬伟,孙红光,陈绍凤(中国科学院电子学研究所国家传感技术重点实验室,北京100080)摘要:微电子机械系统(MEMS)技术为生物微传感器和生物芯片的研制以及实现小型化、便携式、低成本,高灵敏度的生化片上系统提供了有力的技术支持。综述了基于MEMS的生物微传感技术,介绍了生物微传感器和生物芯片的原理、结构、分类及应用,并探讨了其发展和应用前景。关键词:微电子机械系统;生物微传感器;生物芯片;片上系统中图分类号:TP212.2文献标识码:A文
2、章编号:1000-9787(2005)02-0005-03Micro2biosensingtechnologybasedonMEMSXUYuan2yuan,XIAShan2hong,BIANChao,LIUJing2wei,SUNHong2guang,CHENShao2feng(StateKeyLabofTransducerTechnology,InstituteofElectronics,ChineseAcademyofSciences,Beijing100080,China)Abstract:MEMShasbecomeasupportingtechnologyintheresearc
3、hofmicro2biosensor,biochipandbiomedicalSOC(system2on2a2chip)whichhavetheadvantagesofminiaturization,lowcostandgoodsensitivity.AreviewisgivenaboutthetechnologiesofbioMEMSandtheprinciple,structure,classificationandapplicationofmicro2biosensorsandbiochipsaresummarized.Andtheirdevelopmentandapplicati
4、onprospectareinquiredinto.Keywords:MEMS(micro2electro2mechanical2systems);biosensor;biochip;SOC(system2on2a2chip)0引言处理技术等。随着生物微传感技术研究的深入以及生物芯片技术的目前,基于MEMS工艺的生物微传感器的研究已经有兴起,MEMS技术在生物微传感方面的应用备受关注。基许多报道,其中,以酶传感器的研究较为成熟,DNA传感器于MEMS技术研制的微传感器(如,微悬臂梁生物传感器、的研究在不断深入,免疫传感器的研究则处于起步阶段。微电极生物传感器、生物敏场效应晶体管等)、微执
5、行器生物微传感器所采用的信号转换器件中,以微悬臂梁、微电(如,微马达、微泵、微阀以及微谐振器等)和微结构器件极、微型体声波谐振器和生物敏场效应晶体管最为典型,以(如,微流量器件、微电子真空器件、微光学器件和生物芯下举出其中几个具有代表性和有发展前景的生物微传感器片等)为生化分析提供了微型的检测平台,便于操作、灵敏方面的例子。度高、待测溶液的需求量小,与集成电路(IC)兼容,克服了1.1微悬臂梁生物传感器传统的生化检测仪器体积庞大、操作复杂、灵敏度低、对待MEMS技术制备的微悬臂梁生物传感器是基于重量分测溶液的需求量大、不易实现连续的实时监测等缺点。从析原理的生物传感器,可应用于检测DNA
6、、抗体-抗原的特而为实现具备独立功能的便携式、家庭化的SOC生化微传异性结合、酶活性以及受体-配体的结合。比如,将核酸之感器奠定了基础,最终将实现真正意义上的芯片实验室间的杂交或抗体与抗原之间的特异性结合转换为微悬臂梁(LOC)或微型全分析系统(μTAS)。的微小弯曲变形(如,纳米量级的弯曲变形)或谐振频率的1基于MEMS的生物微传感器技术及应用变化,通过探测照射在微悬臂梁上的光束的偏转或检测频[1]生物微传感器的制备技术主要依托于MEMS制作技率的变化,间接感知生物分子之间的识别和结合,该检术,包括硅基微加工技术(如,硅微电子平面加工技术、体测方法无需传统免疫分析中必不可少的酶、同位素
7、、荧光等微加工技术和表面微加工技术),X射线光刻和深紫外光刻标记物,即可实现对核酸分子杂交或抗体与抗原特异性结(LIGA),能束加工技术,超精密加工技术以及集成组装技合的检测和分析。术等。另外,生物微传感技术还包括生物化学技术和信号Fritz等人采用MEMS技术制作的微悬臂梁长500μm,收稿日期:2004-07-243基金项目:国家自然科学基金资助项目(90307014)6传感器技术第24卷宽100μm,厚度小于1μm,每个微悬臂
