MEMS Biosensor Array for Biochemical and Clinical Diagnostics

用于生化和临床诊断的 MEMS 生物传感器阵列

基本信息

项目摘要

Calorimetry is a very versatile and effective investigative tool for analyzing biochemical reactions and is capable of providing continuous quantitative assays of biochemical reactions with exceptional operational stability. The ability to follow the progress of a biochemical reaction continuously as a function of time or reactant concentration has many research and clinical applications with far reaching consequences. However, calorimetric bioanalysis has been mostly hampered by the high cost, slow response times and cumbersome nature of the equipment. To address these limitations, a novel calorimetric biosensor is proposed by integrating a polymer based micro-reaction chamber on a MEMS thin film freestanding microthermopile sensor. The thermopile will be fabricated on a freestanding micromechanical structure such as a cantilever with the cold junctions placed on the bulk of the silicon chip (the rim) and the hot junctions on the freestanding structure. A polymer-based reaction chamber will be integrated right above the hot junctions of the thermopile. The large thermal mass and good thermal conductivity of the rim keeps the cold junctions at room temperature whereas the unconstrained cantilever tip will rise in temperature due to the heat of reaction. Coating the hot junctions with specific immobilized enzymes will provide selectivity by catalyzing only the reaction of the corresponding analyte. The sensor will also be used for the accurate measurement of the specific heat and thermal diffusivity of the reactants. Real-time monitoring of these thermal properties will provide with an independent tool for analyzing the progress of the biochemical reaction.
量热法是一种用于分析生化反应的非常通用且有效的研究工具,能够提供生化反应的连续定量分析,并且具有出色的操作稳定性。连续跟踪生化反应随时间或反应物浓度变化的进展的能力具有许多研究和临床应用,具有深远的影响。然而,量热生物分析主要受到成本高、响应时间慢和设备笨重的阻碍。为了解决这些限制,通过将基于聚合物的微反应室集成在 MEMS 薄膜独立式微热电堆传感器上,提出了一种新型量热生物传感器。热电堆将制造在独立式微机械结构上,例如悬臂梁,冷结点放置在硅芯片的主体(边缘)上,热结点放置在独立式结构上。基于聚合物的反应室将集成在热电堆热接点的正上方。边缘的大热质量和良好的导热性使冷端保持在室温,而不受约束的悬臂尖端会由于反应热而温度升高。用特定的固定化酶涂覆热接点将通过仅催化相应分析物的反应来提供选择性。该传感器还将用于精确测量反应物的比热和热扩散率。对这些热特性的实时监测将为分析生化反应的进展提供独立的工具。

项目成果

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