Біосенсор

1. Біосенсор, що містить пластинку, нанесені на неї термочутливі шари, котрі утворюють два термосенсори, захисне діелектричне покриття, контактні виводи, біохімічну матрицю на поверхні одного з термосенсорів, який відрізняється тим, що як термочутливий шар нанесена плівка оксиду церію з домішками 15±5ваг. % оксиду стронцію, а біохімічна матриця розташована на поверхні одного кінця плівки з анізотропною подовжньою теплопровідністю, яка контактує другим кінцем з лицевою поверхнею одного з термосенсорів. 2. Біосенсор за п 1, який відрізняється тим, що як плівка з анізотропною подовжньою теплопровідністю нанесена алмазоподібна плівка. Корисна модель відноситься до області електроніки та може бути використаний у приладобудуванні, для вимірювання температури, теплових потоків, в біомедичних дослідженнях. Відомі пристрої подібного призначення [Хіе В., Ramanathan К., Danielsson В. // Advances in Biomedical Engineering. 1999. 64. P 1-33, Turner, A.P.F. Preface Biosensors: Fundamentals and Applications. Oxford: Oxford Univ. Press. 1989. P.3-12, Starodub N.F., Shmyryeva A N . Microelectron thin film temperature sensor for glucose determination m blood // Prog of the Seventh World Congress on Biosensors, Kyoto, Japan, 15-17 May 2002.- 269, A. Wolf, R. Huettl, G Wolf. // J. of Thermal Analysis and Calonmetry. 2000. 61 P. 37-44, Патент США №4111117, МКИ H01L35/32 вид 05.09 1978р., Термочутливий елемент. Патент Японії №6161241, кл. С017/00, 04В35/00, Бевза О В., Шмирєва О.М, Стародуб М Ф Термобіосенсори1 особливості конструкції і функціонування та перспектива практичного їх використання // Український біохімічний журнал. - 2002. - т.74, №2. - С. 10-20], які складаються з платівки, нанесених на неї термоізоляційного, оксидованого та термочутливого шарів та двох електродів, де в якості термочутливого шару використовуються плівки різнорідних матеріалів, карбіду кремнію, оксидів кобальту, марганцю, нікелю, цинку, вольфраму, літію, ітрію. №1288303, кл. HO1L]. Найбільша терм очутл и вість таких термосенсорів дорівнює 4,4%/град Крім того, технологія їх виготовлення не забезпечує створення мікромініатюрних сенсорів для застосування в калориметричних системах для визначення концентрації різноманітних органічних та біоречовин в біосенсорних системах. До недоліків прототипу відносяться обмежена чутливість до теплових параметрів, що не дозволяє вимірювати їх з високою точністю порядку 10'3оС. Це обумовлено тим, що кількість теплоти, яка виділяється при біохімічній реакції незначна 1О...50кДж, що призводить до необхідності визначення температури 10"3 Ю ^ С . В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення біосенсора шляхом використання в якості термочутливого шару тонкої' плівки оксиду церію з домішкою 15±5ваг. % оксиду стронцію та розташуванням біохімічної матриці на поверхні одного кінця плівки з анізотропною подовжною теплопровідністю, яка контактує другим кінцем з лицевою поверхнею одного з термосенсорів. В якості плівки з анізотропною подовжною теплопровідністю нанесена алмазоподібна плівка. Поставлена задача вирішується тим, що в біосенсорі, що містить платівку, термочутливі шари, які утворюють два термосенсори, захисне діелектричне покриття, контактні виводи, біохімічну матрицю на поверхні одного з термосенсорів новим є те, що в ЯКОСТІ термочутливого шару нанесена плівка оксиду церію з домішками 15±5ваг % оксиду стронцію та розташуванням біохімічної матриці Найбільш близьким по технічній суті є термобіосенсор на основі термісторів, які виготовляють на основі керамічних оксидів кобальту, нікелю, марганцю, титану [Патент Великобританії ю CD 6115 на поверхні одного кінця плівки з анізотропною подовжною теплопровідністю, яка контактує другим кінцем з лицевою поверхнею одного з термосенсорів. В якості плівки з анізотропною подовжною теплопровідністю нанесена алмазо-подібна плівка. На кресленні приведена схема конструкції біосенсора. Біосенсор включає платівку - 1 , на яку нанесено два термочутливих шара з оксидів церію та стронцію, що утворюють два термосенсори - 2 та 3. На кінцях термосенсорів нанесені контактні площадки - 5, а поверхня термосенсорів захищена діелектричною плівкою - 4, зверху якої на термосенсорі - 3 нанесено шар з анізотропною подовжною теплопровідністю - 6, наприклад, алмазоподібна плівка. На поверхні шару - 6 за межею термочутливого шару розташована біохімічна матриця - 7 Біосенсор виготовляють наступним способом. На поверхню платівки - 1, наприклад, з оксидованого кремнію чи ситалу, методом "спалаху" у вакуумі нанесено через маски заданої топології шар оксиду церію з домішкою оксиду стронцію - 2 та З На кінці сформованих термочутливих шарів методом вакуумного напилення нанесено контакти - 5, наприклад, титан - нікель. Поверхня термосенсорів захищається шаром діелектрика - 4, наприклад, оксид алюмінію, який наноситься методом електронно-променевого напилення в вакуумі Далі через маску наноситься шар - 6 з анізотропною подовжною теплопровідністю, наприклад, алмазоподібна плівка, методом ВЧ - магнетронного розпилення графітової мішені в атмосфері таких газів, як аргон, азот, водень Біохімічна матриця - 7 формується методом імобілізації медіатора за допомогою, наприклад, фотополімера на другому кінці шару - 6 за межею термочутливого шару - 3. Комп'ютерна верстка Н. Лисенко Принцип роботи біосенсора наступний. Термосенсори 2 та 3 включаються по диференціальній схемі, на один з яких через біохімічну матрицю - 7 діє речовина - аналіт, концентрацію якого треба визначити. В біохімічній матриці - 7 при взаємодії речовини з медіатором протікає біохімічна реакція, результатом якої є утворення теплоти. Ця теплота завдяки плівці - 6 практично моментально надходить на термочутливий шар - З, що приводить до зміни його опору. Виникає сигнал розбалансу, величина якого пропорційна концентрації речовини - аналіту. Розташування біохімічної матриці на плівці з анізотропною подовжною теплопровідністю за зоною термочутливих шарів забезпечує з урахуванням застосування речовин аналітів у вигляді, як правило, розчинів, надійність, стабільність та високу чутливість сенсора Термочутливі шари оксиду церію з домішкою 15±5ваг. % оксиду стронцію забезпечують підвищення термочутливості в 2 рази в порівнянні з аналогами, тобто температурний коефіцієнт опору становить 8, 6%/град - рекордне значення для напівпровідникових термоперетворювачів опору При перевищенні домішки оксиду церію вище 20% змінюються структура плівки оксиду церію, механізми розсіювання носіїв заряду та утворення поляронів, що приводить до зменшення температурного коефіцієнту опору. При зменшенні домішки оксиду стронцію менше Юваг. % зміни структури оксиду церію недостатні для підсилення механізму розсіювання носіїв заряду та зменшення їх рухомості з підвищенням температури. Вище перелічені фактори дозволили збільшити чутливість біосенсора в 2 рази та забезпечити високу точність виміру концентрацГі речовин порядку 10"7Моль/л, наприклад, токсинів, а також надійність, стабільність, багаторазовість використання, що не характерно для відомих аналогів. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 42, 01601