提議的具有玻璃集成金屬結(jié)構(gòu)的生物傳感器，用于檢測酶反應(yīng)或抗原抗體相互作用。學(xué)分：弗勞恩霍夫 IZM

不受惡劣環(huán)境條件的影響，導(dǎo)電和導(dǎo)熱，并具有出色的光刻分辨率：在玻璃中嵌入薄金屬微結(jié)構(gòu)可為各種應(yīng)用提供卓越的性能。該技術(shù)可用于制造防腐蝕、尺寸穩(wěn)定且功能可靠的傳感器組件，即使在極其惡劣的環(huán)境中也是如此。Fraunhofer IZM 開發(fā)的一項(xiàng)技術(shù)提供了一種將導(dǎo)電元件集成到玻璃中的新方法，金屬微結(jié)構(gòu)不是沉積在表面上，而是嵌入并包裹在玻璃本身中。

玻璃作為電路基板越來越受到青睞。這是由于其特殊的材料特性：它在很寬的溫度范圍內(nèi)保持其尺寸，即使是大尺寸(例如全尺寸 24x18 英寸面板)，它提供高電阻、光滑的表面和高介電常數(shù)(例如 77 GHz 時(shí)為 5.0)。一段時(shí)間以來，這些特性已經(jīng)促使開發(fā)人員在玻璃基板上和穿過玻璃基板上構(gòu)建像導(dǎo)體一樣的薄金屬層的電氣結(jié)構(gòu)。不僅可以在單層上創(chuàng)建觸點(diǎn)，還可以通過玻璃通孔 (TGV) 的方式在完成設(shè)計(jì)的幾層上創(chuàng)建觸點(diǎn)。

Fraunhofer IZM 的研究人員開發(fā)了一種將金屬導(dǎo)體集成到玻璃中的新方法。亮點(diǎn)：該技術(shù)保持玻璃的光滑表面完好無損，并避免了玻璃與金屬層之間的任何粘合問題，金屬層完全嵌入玻璃本身。不需要額外的粘合劑(通常是另一種金屬)。

研究人員設(shè)法開發(fā)了一種控制薄玻璃中金屬結(jié)構(gòu)形成的工藝。為了在玻璃表面附近制造均勻的電導(dǎo)體，他們測試了一系列材料和加工技術(shù)，以找到最佳方法。他們成功的關(guān)鍵在于材料的選擇和新的加工技術(shù)：金屬層可以非常薄，低至數(shù)百納米，或者由于強(qiáng)烈的反射產(chǎn)生鏡面效果，肉眼可見微米厚度在玻璃表面。該技術(shù)可以創(chuàng)建長度從幾毫米到十厘米不等的金屬層，它的通用性足以集成非常特殊的金屬結(jié)構(gòu)并在玻璃本身內(nèi)創(chuàng)建電導(dǎo)體。

“電信號現(xiàn)在可以通過導(dǎo)體傳輸，而無需擔(dān)心環(huán)境因素，如腐蝕性液體、氣體、腐蝕等化學(xué)反應(yīng)或簡單的機(jī)械磨損。這些結(jié)構(gòu)完全被玻璃包圍，而不是簡單地放在它上面， ” EOCB 團(tuán)隊(duì)(光電電路板)的研究助理 Philipp Wachholz 說。

將電導(dǎo)體嵌入內(nèi)部而不是玻璃上的新能力為許多新穎的應(yīng)用打開了大門?？梢栽诓挥绊懫涿芊庑缘那闆r下安裝帶有電觸點(diǎn)的玻璃微型真空室。玻璃集成導(dǎo)體也可用于表面安裝導(dǎo)體無法承受的不利條件，例如用于堅(jiān)固的傳感器。微小的微電極可用于電化學(xué)生物傳感器，以記錄酶反應(yīng)或抗原抗體相互作用等生化過程。由于玻璃集成結(jié)構(gòu)可輕松應(yīng)對高達(dá) 200°C 的溫度，因此極其堅(jiān)固的傳感器的可能性似乎是無限的。

Fraunhofer IZM 的研究人員已準(zhǔn)備好測試這些限制：在成功進(jìn)行可行性研究后，他們希望與科學(xué)和工業(yè)界的合作伙伴合作，將新技術(shù)投入使用。為此，他們目前正在尋找并等待感興趣的行業(yè)合作伙伴分享他們的玻璃專業(yè)知識。

玻璃集成電金屬結(jié)構(gòu)相對于表面氣相沉積的優(yōu)勢：

玻璃表面無粘合問題

嵌入玻璃中的導(dǎo)電微結(jié)構(gòu)：電通孔

可能集成其他電氣結(jié)構(gòu)(電阻、電容器等)

不受環(huán)境影響的金屬結(jié)構(gòu)：防腐蝕、防磨損、玻璃表面易于清潔

玻璃將熱量從金屬微結(jié)構(gòu)中傳導(dǎo)出去

減少金屬和玻璃結(jié)構(gòu)之間的 CTE 差異