喷墨打印技术在化学传感器上的应用

MicroFab喷墨打印技术在化学传感器件上有广泛的应用，尤其是在化学电阻材料方面，已经成为MEMS传感器的热门领域。利用MicroFab喷墨打印系统制备的MEMS芯片可用于检测呼吸机中的挥发性有机物，在医疗行业有着广泛应用。

化学传感器已经成为MEMS器件研究和开发中的一个相当热门领域，这是由于需要大量用于爆炸物、化学药品、药物滥用、工业气体、住宅气体和许多其他气体的低成本传感器。这些传感器中的大多数使用电或光活性材料，或者更简单地说，具有使敏感的分子暂时粘附到其表面。其中，大多数这些传感材料都是敏感材料，即不能用光刻技术处理。此外，因为它们是敏感的，它们通常被应用于制造工艺的最后部分；通常，这是在非常脆弱的非平面上进行制造。所有这些因素使得MEMS化学传感器制造成为一个广泛探索使用喷墨打印技术的领域。

化学电阻材料，即当暴露于特定氛围环境时可改变电阻的材料，是MEMS传感器器件中最广泛使用的传感材料。纳米材料和MEMS结构的最新发展节省了正在开发的时间。如图1所示为用于检测呼吸机中挥发性有机化合物，图1a传感器的基本结构是一对螺旋电极，直径250μm，位于直径为350μm的SU-8凹结构中。如图1b所示，通常可包含多种传感材料的多个传感和参考元件被集成在一个2.65mm的芯片上，该芯片还包含所有所需的控制电子器件。该芯片被组装到常用于光学器件的TO-5封装中（图1c）。

化学传感材料硫代金纳米粒子悬浮液中，并沉积在传感区域。但在使用喷墨设备将15滴标称30pL的体积沉积到传感器上的图1a中看不到。图1d显示了沉积225个标称30pL液滴后的传感区域，产生1.5μm的平均薄膜厚度。值得注意的是在传感区域使用了两个润湿“挡块”。SU-8凹井包含分配的初始流体体积，防止润湿到模块的其他区域。此外，在干燥过程中，流体从凹井的外部结露，使得所有的颗粒都沉积在电极区域上。这种自定中心行为可导致阻抗变化小于10%。

传感器材料的打印不仅发生在单个的管芯上，而且还发生在封装工艺中。这有效地将传感材料沉积方法限制为喷墨打印方法，并且在产品中印刷固定在夹具中的多个传感器的要求将需要数据驱动方法，除非夹具是高精度的。如果使用接触分配方法，通过量将受到分配器为每个分配器进行垂直移动的要求的限制。谐振微机电系统结构检测谐振频率的变化，该变化与敏感的分子的吸附引起的谐振结构的质量变化相关联。利用可以在微机电系统器件的集成电路中实现的众所周知的集成电路，可以非常精确地实现对谐振变化的检测。微机电系统制造技术可以产生极低质量，高品质的共振结构，允许检测极低浓度的目标分子。

资料来源：美国MicroFab公司

参考文献：Fedder G K ,  Barkand D T ,  Bedair S S , et al. Jetted Nanoparticle Chemical Sensor Circuits for Respirator End-of-Service-Life Detection.