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喷墨打印技术在生物传感器上的应用

作者：上海睿度光电科技有限公司 2021-03-02T00:00 (访问量:8780)

Inkjet喷墨打印技术可在光纤传感器的光学表面打印一种或多种标记化学试剂，亦可与其他技术一起用于生物MEMS器件的封装和制造等，本期将介绍MicroFab喷墨打印技术在生物传感器上的一个实际应用。

光纤传感器可用于传统传感器不能使用的情况下执行难度较高的一些测量应用。这种传感器通常结构紧凑、质量轻、耐腐蚀，并且可以多路复用。它们不受电磁干扰，能在恶劣环境中应用。由于各种分析物的测量需要促进了光学传感器阵列的发展，并可用于样品的完整化学色谱的测量。例如，多个感测化学物可以连接到光纤传感器的光纤末端，并且不同的感测化学物可以通过空间或光谱分辨率来识别。

利用喷墨技术在可接触的光学表面打印一种或多种标记化学试剂。其中一个常见的例子就是光纤的尖端。该方法提供了一种通过使用多种MJ喷头分配几何形状来精确打印不同材料的图案。每种化学试剂可包含一个或多个光能吸收染料，其光学特性随目标分析物的变化而变化。

▲ 图1 喷墨打印在光纤束末端的生物传感器透镜

通过荧光光谱可以监测每个传感器的特性，并且能对目标分析物进行灵敏度检测和定量分析。通过光学成像方法对这些分析物进行同步检测和测量，并在空间上记录每个打印出的微点阵。

▲ 图2 在光纤尖端打印荧光染料制备出的显微光度计的示意图

▲ 图3 劳伦斯国家实验室制造的显微光度计原型，其中使用了MicroFab Technologies印刷的传感元件

喷墨打印技术可与其他技术一起用于生物MEMS器件的封装和制造，例如：微透镜、微透镜光纤头或电子板（用于微光学互连的焊料沉积）。这种MEMS光学工作台的示意图如下图所示。

▲ 图4 MEMS光学工作台封装示意图（total dimension <1"）

用于MEMS光学器件的封装如下所示。例如，采用MEMS的方法制备被动对准的夹持器，比制造中采用主动对准具有更低的人工成本。固定的VCSEL阵列也如下图所示。不同的夹持器可以在同一晶圆上加工，形成一个光学工作平台。

▲ 图5 MEMS光学器件封装示意图 (a)用于光电芯片被动对准的MEMS夹持具；(b) 使用图 (a) 中的夹持器将透镜VCSEL阵列对准光电芯片; (c) 打印的微透镜阵列示意图；(d) 包含多个夹具的加工晶圆。

资料来源：美国MicroFab公司

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