基于硅基微纳结构表面修饰的生化传感特性的基础研究.pdf

中北大学学位论文

分类号: 单位代码:10110
华
北学号:s20100489



基
于中北大学
硅
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微
纳
结硕士学位论文
构
表
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饰
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生
化
传
感
特基于硅基微纳结构表面修饰的生化传
性
的
基
础感特性的基础研究
研
究



王
景
雪
硕士研究生王景雪
指导教师薛晨阳
中学科专业微电子学与固体电子学
北
大

学
2013 年 4 月 3 日
中北大学学位论文

硕士学位论文





(作者姓名)

指导教师(姓名、职称)_______________________________________________
申请学位级别____________________________
专业名称_____________________________________________________________
论文提交日期________年______月______日
论文答辩日期________年______月______日
学位授予日期________年______月______日
论文评阅人___________________________________________________________
答辩委员会主席_______________________

年月日
注 1:注明《国际十进分类法 UDC》的分类
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基于硅基微纳结构表面修饰的生化传感特性的基础研究
摘要
光学生物生物传感器在近十几年中发展迅速,以其抗电磁干扰能力强、灵敏度高、
可探测微量元素的存在等诸多优点而在各领域得到广泛应用。随着硅基波导材料的应用
与现代微机械加工工艺的的发展,光学生物传感器越来越向着微小型化、智能化与实时
监测等方向发展。本论文 SOI 硅基材料为基础,设计并加工微纳米级光学器件,在加工
好的光学器件上进行表面修饰构成光学生物传感器的敏感单元,并对各阶段表面分子膜
层的特性以及整体结构的生化特性进行分析。本文主要研究如下:
1. 从理论上对硅基微纳结构之间的耦合进行分析,应用 FDTD 软件对波导微环腔进
行数值仿真,分析微环腔半径、波导宽度等参数对整体结构耦合系统的影响,通
过有限时域差分法确定了光栅、微环腔、波导等的加工尺寸并进行优化。
2. 了解微机械加工工艺,采用紫外线曝光、电子束刻蚀、ICP 深度刻蚀等工艺并完
成硅基微纳结构的加工制备。
3. 采用层层自组装分子膜技术,利用共价键键合的方式将葡萄糖氧化酶固定在加工
好的硅基微纳结构上,完成敏感单元的制备。
4. 应用接触角分析、XPS 分析以及 AFM 扫描技术对表面膜层的物理化学特性进行
分析,确定表面修饰过程中结构表层生物分子膜的生成特性。
5. 搭建实验平台,对修饰完成后的硅基微纳器件进行测试。利用温控板对实验过程
中温度进行调控,测得在 40oC 时结构表层酶活性达到顶值,并对浓度范围 1%-7%
的葡萄糖溶液进行测试,测得不同浓度与谐振波长位移的线性曲线,葡萄糖溶液
浓度每上升 1%,谐振峰值位移为 80nm。

关键词:光学生物传感器,硅基微纳结构,表面修饰,分子膜层
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Basic Research on Biochemical Sensing Characteristic of Silicon
based Micro an