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噴墨打印技術在生物傳感器上的應用

作者：上海睿度光電科技有限公司 2021-03-02T00:00 (訪問量:45080)

Inkjet噴墨打印技術可在光纖傳感器的光學表面打印一種或多種標記化學試劑，亦可與其他技術一起用于生物MEMS器件的封裝和制造等，本期將介紹MicroFab噴墨打印技術在生物傳感器上的一個實際應用。

光纖傳感器可用于傳統傳感器不能使用的情況下執行難度較高的一些測量應用。這種傳感器通常結構緊湊、質量輕、耐腐蝕，并且可以多路復用。它們不受電磁干擾，能在惡劣環境中應用。由于各種分析物的測量需要促進了光學傳感器陣列的發展，并可用于樣品的完整化學色譜的測量。例如，多個感測化學物可以連接到光纖傳感器的光纖末端，并且不同的感測化學物可以通過空間或光譜分辨率來識別。

利用噴墨技術在可接觸的光學表面打印一種或多種標記化學試劑。其中一個常見的例子就是光纖的尖端。該方法提供了一種通過使用多種MJ噴頭分配幾何形狀來精確打印不同材料的圖案。每種化學試劑可包含一個或多個光能吸收染料，其光學特性隨目標分析物的變化而變化。

▲ 圖1 噴墨打印在光纖束末端的生物傳感器透鏡

通過熒光光譜可以監測每個傳感器的特性，并且能對目標分析物進行靈敏度檢測和定量分析。通過光學成像方法對這些分析物進行同步檢測和測量，并在空間上記錄每個打印出的微點陣。

▲ 圖2 在光纖尖端打印熒光染料制備出的顯微光度計的示意圖

▲ 圖3 勞倫斯國家實驗室制造的顯微光度計原型，其中使用了MicroFab Technologies印刷的傳感元件

噴墨打印技術可與其他技術一起用于生物MEMS器件的封裝和制造，例如：微透鏡、微透鏡光纖頭或電子板（用于微光學互連的焊料沉積）。這種MEMS光學工作臺的示意圖如下圖所示。

▲ 圖4 MEMS光學工作臺封裝示意圖（total dimension <1"）

用于MEMS光學器件的封裝如下所示。例如，采用MEMS的方法制備被動對準的夾持器，比制造中采用主動對準具有更低的人工成本。固定的VCSEL陣列也如下圖所示。不同的夾持器可以在同一晶圓上加工，形成一個光學工作平臺。

▲ 圖5 MEMS光學器件封裝示意圖 (a)用于光電芯片被動對準的MEMS夾持具；(b) 使用圖 (a) 中的夾持器將透鏡VCSEL陣列對準光電芯片; (c) 打印的微透鏡陣列示意圖；(d) 包含多個夾具的加工晶圓。

資料來源：美國MicroFab公司

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