第 10卷 第5 期2
0 13年 01 月
纳 器米 件与 技 术
Na no de iv c& eT ech n o l ogy
o 1V. 1 0 No 5. O tc b eo r 2 103
微悬
臂梁传 器 工作模式理论感分研究
析志伟刘 童朝 阳,,金张 平 郝,兰 群
(防化 研 院究国民核 生化灾 害防护 国家重 点 实 验室,北 京 10 2 2 0 5 )
摘
要:简要地介 了绍微悬梁臂传感的器工作原和理要特性 主,着介 绍了微重悬 梁臂传器感动 、
静 态工作模 式下的理 论分 析方 法 和 高灵提 度 的敏主 要 方 法微 悬。臂 传梁 感器 动 在态 .7 -作 式 模下 敏 度灵 极高 但 在, 态环 境 下使液 用易受到 液 阻尼体效应 的 响 ,影 适 只在 于空 气运中行 使 用; 相
对 于动 模 式态, 静态模 式受液 体黏 性 的影响 小较,更 适 于在液 态中使 用。 关键 词 微 :悬臂 梁传感 器 ;作 工 式 模;论理 析 ;分灵 敏 度; 影 因响素
Re se ar hc o n The o r eti c la A n lay s s i fo p Oe ra t ng i
Mo des o fr】Ⅵi c r 0一 ca n t i e v elr Se n s or
L U ZIh —i w ei T, NG O Zh a - yo an g,Z H AG N i n - pJ in g HAO, L a n - qu n
(
S t at e K e y L ab o ra t r o yo f N C B r P o e t c tio n f o rC i v i l ia n, R se e r cah I n t is tu e t fo C e mihc a l De ef n e , c Bei ji n 1g 0 2 2 0 5,C h i a n)
A bs t r c a tT h : wo e kr in pg n ri i p c el n a dm ian c h a r a t e i r s c t cis o f im rc o -c a nt i l ve r s ee n so rs a r e i nt r dou ce d e , p e s i c la y l t h eor e t i a l c ana y l i ss f o m ic ro c a—n t i l e ve r s e ns o r i n y d n aimc a n d s t ta ic op e r a t in gmo d ,ea n dth e p im r a yr met h
o
d t o mipr o v e
t
e h s en si ti v i yt ar e d s i c u s s e ds. I n t eh d ny mia c ope r a t in g o dme , Mic r o- c a nt li v e e r s e s nor h a s a hi gh s e n is tiv i t y, b u t i t i s
v u ln e ra b le t o t h e da mpi gn e f f c t e o f th el iq ui d. Thu ,st h e o pe ra t i o n si o l y n u s ita b le f r o su e ni t eh a i .r C omp a r d e w it h t h e ydn a m c i op e r a ti n g m doe ,s t t ia c o p er a t i n g mod e i smo r e s ui t a b le f o r i rs e i n t h e li q iu d b ec a s ue o f l es s i nl f u e c en s r s u e ehd f
ro m t eh vi s c o u s .
K y ewo rd s : mi c o r —ca nt i le v er s e n s or ; o ep rat i ng m doe s ; the or et i a l c a nal y si s; s nes i t i v ity ; i n l fu ne c in g fa c t ors
中图分 类
号 T P 2 : 12. 9
文
献 标识码 A:
文编章号 : 18 21— 1 198 2 0(1 3) 05 —0 0 1 0 —05
0 引 言
由于微 臂悬梁感器传具体有积小 灵、度高敏 、 需不记标、 阵列可等优化点,在 发微型展化、集 化 、智成能化方面具有很大 等优的势 成为,年
近目前, 以 悬臂 微传梁 感 为基 器础 的各种 生
分化子 检测 究研已经成 为 生化 检 测领 域重的 研点究
方 向。而然 对 于微 悬 ,梁臂传 器 上感发 生生 的 反化 应 何 如引 起微悬 臂梁 弯 的 曲 或 (振谐 频 率 的改
变
研究还较)少 在现阶。 ,微段悬梁臂感传器
的 、动静态作工式模均不同的有论理模及型研究方 法 。本文主要概了括微臂悬梁传感 器的作工原理 和主要特性 . 着重介绍了悬微梁传感器动臂 、静 态作模工式下 的论分析
理
方法提和高敏度的主
要灵方法
的究研点热,并 广用于抗泛 原 【”、 DN tA2 、细菌1闭、
病毒 [4 1 、化学毒 及爆炸物 、物生分物子构象变化 f
i ]
湿、度阎 流、 速、热量 【 ol 诸多检等测领 域 。收 稿
日期 : 201 -3 0 9 — 31
lO
第 1
0卷第 期5
20 13 1年0月
纳
米器 件技 与 术
aN n o edv i ce &T e hcn o l g o y
0 l V _1 0 N o 5 Oc t . ob er 20 13
时,i
=
fi+ = ( 、/ 【 者 [] 14 ‘
](
9 )
由是 表于 面 结 合 子分引 起的 谐 振 率频改 变,△ 是 所 合 结分子 总 质量 的.。『 由是分 于子结
图3微 悬臂 梁 态动 式模工作 原 理
合引起
生分子物相互间作产生用的表面力 应 。 由 ( 5 ) (、6 ) (、 7 式)可知 , 微悬臂 梁质 一 量定 、
合结同 样标 分子目的 情况 下 ,微梁 长 ,越 其(
)3
刚度 改 变的 是均 的匀) : A U = ( 一 )
率 频化 值变 大越,微悬 臂 的梁 敏灵度 越 也 。高 悬微臂 梁传 感器 在 态动 作工 模 式下灵敏 度极
悬
臂 谐 振 频梁 率随 悬 梁臂质 量的 增 而加减 小 , 悬臂随 梁弹 性系 数增 加 而增 的 加。 前 大 多目
高, 但液态环境下在用使受到液体易阻效尼应 的 影,只适于响空气中运在使用行,相 对动于模态
式静, 模态 受 液式体黏 性 的 影较响小 ,更 适在于 态液 使 中 。用
数的报
认道悬臂为谐振梁率的频化主变是要由 于分 子结\ 7合 、引 I起 的质 量增加 , 质量 变 改 相对使 弹性
系 数 改 变对,悬 臂 梁 振 谐 率频 的变 化占 主导 作
用,因 ,此上中式性弹数项系忽可略,谐振频
率变化公 可简化式为 :
mA一
4
提灵敏 高的度要方主 法 4. 1 优化微 臂悬梁何结构几
由st o n ey方 程_ 2l_ 可 知微 。 悬臂梁 的 弯 曲大小 与 微悬 臂梁 的 度及长厚 有度关 与 。长其 度 平的 方正 比成, 与厚其度 的平 方成反 比因,此 ,理论上
_
(
) 4
由
( ) 4式可 ,知微悬梁谐振臂频 的率变化 未结与合目 标分 时子 的固有频率 质量及增加 正 成比 与未结合 ,目分标时微子的梁量质成 比,反 因 此若,在证保微梁表积大面小变不能结而上同合 多的样标目分的情子下况 ,微梁制作的越 ,其 薄 未合结 标目分时固有频率越
子大 、质量越小 微 . 梁也 灵 更敏 。 但最 近研有究报道表 明 , 谐振率频的 化 主要变是由生物分子间相于互用诱作 导的面
应表 导力致 刚 度变 化 引而 ,总起的 量 质 改 引起变 频 率 变化 是不主 。 由分子因间 作 用引 起的 表应 力面 可 下面用这个 公式 来估 算 :
来说 ,
微悬臂梁 长的度长 ,越度越厚 ,薄灵其敏 越度高。而然,目前制 作微臂悬梁 技的而言 ,
过 长和术过 薄会 导致 微悬 臂 梁容 易裂断 因, 此保 在 证 微悬 臂梁 固的前 牢提 .加下 大 微悬 臂梁 长 度与 厚 的度相 比值对 以可显著增加 其 敏灵度。
4. 2使 杨用 氏模量 更 的材料低
除 用 硅、氮 硅 化和 氧二化 等硅 硅材 制料作微
j i
丁 :
【 L孚 2 ( )筝J+ ( 筝 2 )]
1
5 (
)(6 )
悬
梁 ,还臂可 应 用杨氏 模量 更低 的 聚物高 材来 料
备制 杨微氏模 量只 有硅 材 料的1 / 40 ,由s t on ey
方
丁 。 是单位 长 度微每悬臂 梁 的 弯曲载荷 ,
丁o = }
程_
l 2 ] 知 ,可 氏模杨降量 低,敏灵提度 。高相悬对 臂 梁 ,分部文【 献18 Ⅱ 9 应]用由 s u 一 8料材制的微悬
臂 作梁来检 测 目标 物 由 S。 一 8U 作 制的 微 臂悬 梁适 于氮 化 等硅 料 ,而对材P H 、 酸 度 碱 等化 学物 质 相 应 不 感敏,在很 多场 合下 以更可 地 消 除 好本底 噪音 但. 制 工造还艺不 是很 熟成 应,用 不多 。
4 3.纳 米料材的 信号 放大
为占悬梁臂的抗弯刚 , 度 悬臂梁为长的度。 f
表可示 为 :
=
( ) 、 /
(
7)
( 8 )
为
悬梁臂的有质效量。 A
满 先足 验 程 方 :
c o s A i oc sh A + 1 0 =
微在臂悬梁面结表合分子引而频起变率化至 1
2
纳 米料可材 增加以微悬梁 臂检的测敏灵度。
第
5 期
2 0 3年1l 0月
纳
米 科技
o . 5 N O tc oebr 2 01 3
N
a nos ci e cn e N& ano te c h n o l o gy
前 。已目研有究I 2者0 N ̄硅用纳米子修饰粒的 c — D N A 成形疫免合物来检复测H B V( 乙型肝 病炎毒 )
D N的A 检 测, 灵敏 度达 到2 3 . 1 f M一 2 3.1 M,n 比不
Hed d e n DL, L a r e au R .TD e o rs pt io n c ha r a ct e ri st i c s o f u
n o ca t e ds i l ic n o i mcr o c n ta l ie ve r s u r fa ces o fr e xp lo s i v e
a dn c o mmo n n o ne x p l osi v e v pao s[rJ ] . l tUr a m ic r 0s c 叩 y,
2 0 4, 010 0 : 12 1 -2 1 .6
纳米用粒 子 免疫 复 物合 检测的灵 敏 度 提高 了 2—3 个 数量级 。 4 . 4 磁力大 加 弯 曲 在 用 纳 利米材料 修饰 的抗体 与 原形 成抗免 疫
6 [】
P nn a id wu g e L a,APi nn a du w a g e AL, W gi A, He d de n D
. eL t a 1 . e D tec ti on o f t ri ni t ro to l e u e n v ai e d lfa g r at ion o n a
m
cir oc an t ile ve r【J ] J _ou r anl o f A pp l ie d P h y is sc,
20 0, 4 59 : 587 1— 5 8 57 .
M
ukh o p a hd ay y R ,S mu b a e vy V, L o re n z etn M , K j ms eJ ,
A dn re a s n e P ,ABe se n ba c eh r F.aC n ti l e ve r se n s o r or f n nao m ec h aui c a l ed te t c oin o f s p e c iif c p r o t e i nc o no r f a m —
复合将物号放大信的础上基 ,可还通过结对上
的合纳米材 施料加 力来 大增悬臂 梁 弯 曲的。有 究研 者 2 l 【_利 用磁性 四 氧化 铁 纳三米 粒 修饰 子的抗体 与 抗 形原成 疫免 合复 物 测 检 P AS(前 列 腺特 异 性抗 )原 磁.性 氧 四 化 三铁纳 粒米子 免疫 复 合物 在微 臂悬 梁 表 形面 成后以 用, 一块 径 直为2 c m 的 圆 柱形永久 铁磁在微距臂悬 约梁5 I0 x m的地 方 加 大 微 悬臂 梁的 弯曲 结果 。 示 显, 在 PS A 为同
0 . 4 n g m /的情 L 况下 .由 磁 场于 对 性 磁纳 米粒子
t
i o ns [ ] . J a nNo Let t er s ,2 0 0 5 , 5 2 :3 8 —5 23 88 . [8 ] hSi X ai — oL ei , C h e n
Q i, F n ag J ,ie t a 1 .A 1 2 03- c o at e d im— c r o c n at i le v e r s f r o d et c et i on of mo i s t r e u t ap p m l e v el[ J ] .
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【
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2 0 01 1 5,8 :2 73 — 2 79 . ch el s T T, i f e enb c ha re F ,S ch af er R.Co n d n e a t s ion of [ 1 0] a
B 引而吸引起 的 输 电出压加大 4 . 了3 倍 。
i
so l a t e d m tea l c l su t e sr s tu d i ed w it ha c a lo ri me t e r[ J J.
J o ur n l a o f C h emic al P hy s i c s , 919 9 1 , 1 0 : 10 0 801—0 1 0 5.
结5语
文简本地概要 了括微臂悬传梁感的器工作原
理 、主 要特 性着, 重 介绍了 悬微臂 梁 感 传器动 、
J o hn osn B N, uM t a hr as a n R .Bi soe n si n g u s in g y nd am—
i c —m doe a cnt i le v er s e n so rs : A r e v eiw[ J] .B o i se ns o r s n da
…
B
i o l e cet or i c sn, 21 0 1. S T ON EY G G. Th e te sni o n o me f at l l ic i f lm s d ep o s t i ed
b y e el c tr o y sl s[ iJ] . P r co e ed ni g s o f t h e o y aRl S oci e
t
y o fL
o d no n s er i e s — Coa n ati n ing P pae rs o f a Mat h em ta cia l
静态工作
式模下的论理分方法析以提及高敏灵度 的
主要方 。 法
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i sc, 2 0 07 2 ,3 : 549 — 4 6 5.
下(转 2 第0)页
第1 卷第 5 0期
2 01 3 年 1 0 月
纳
加米 工工 艺 N
noa— p or ecs s i ng T e chn iq e u
Vo
1. 1 0 o .N5
Oc
t bo e r 2 01 3
4
04 .
ab om in i c s Luo u r[J 】 .M at R e s B u ll, 2 0 1 1,4 6: 7 01 —8
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1 4】 Ca t s or L . , L ius a .B M., G o n azl ze F . 1. , e t a 1. x E r a tce l u l — l
ar b i os y n t he si s o g o f d ln a n opa r tic le su si n s ug gar b eet
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Che m T e ch o nl B o it e ch nol , 0 029 , 84 1 : 1—1 5 5 .
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者 作 介
[ 1 简1 】S h a k anr . S ,R i a A ., A k a nmw ar B , e . t 1 a. B i ol og i c a l s yn — t h es is o f t r i a ng u l r a g o l d n a n op ri sm fsJ ] . Na t Ma t er ,
2 0 0 , 3 4 4 8:2— 84 8.
吴凌 风( 1 9 8 一 8 ,),男族汉, 福建省漳州市人 ,士 硕研
生 .主究 要研 领究域 为 米材纳 的 制 料 备和形 貌调 控
【1 2 】 i Xe J ., L ee .J . , WaY gn .D I. C ., e a lt 1 .S i l ve r nan o pl a et s :
维吴维( 1 8 79 一),女 , 族汉,福建 省 漳州市 ,人硕士
研 究生 .主要研 究领 域为 米材纳料 的 制 备 和分离 纯化 。
f rom bi o o l igc al to b i oi m met ic s y n t he s si[J ] _ CA S a nNo ,
20 0 7 1 :, 429— 43 9.
李
清
彪 (1 9 6 3 )一 男,, 汉 ,族 福建 省 厦市人门 教, 授 ,博 士 究生导 研师,主 要研 究 域领为 境环化 与工 生
物中 纳米 技术 /
; /; / ; / ; / ;/ ; \! / :
[
1 3] N a r yaa n a n K B .. ,S k ta h i evl . ,N E xt r a ce l l u l a r ys nt h esi s
of s i l v e r n n ao par t e l ei u ss nig h et le a f xe rta c t fo C o le us
/
; \ /! :\ :
/ ;
/;
/;
/
; :/ / : / ;
( 上接
第9页)
P o r r eg ss n i D v e l o p em ent of M on o l t ihi c A cti v e P ixe l eD— t e c to r f or X r— a y As t r o no m y wi h t S I COMO S Te ch n o l o yg
8 [1 王超. R F S O I CM O 工S 艺器 件 仿 真 及 电 路 应 用 研究
[D ] . 海:上华 东师 范大学 2,0 01.
者 简 介作
[ ]J P.h y s i cs P or e d ci a , 2 0 12, 73: 13 3 7 — 318 .0
c k s o nT ,O Bu l z c cah el l i J F , Fri e dma n DJ .A 1 2一 Gb s [ / 】 6 D
1i 1 — — m W h a l f— . r ate a sp ml ed 5 . t ap d ec is i no eo d bfa c k e . . q
u ali z e ri wt h c u r r en t — i n— t eg r at ing s mme ru s i n 4 — — n 5m
张
剑
( 1 98 7一 ) ,男 汉,族 陕, 西渭 南人 ,硕 士 究 研
SO l C M0S t e c nho lo g [yJ ] .S o l d i S —ta t e C ir cu t s i , 0 0 2 , 494
f 41 : 1 2 89 1—3 0 5 .
生 . 要主 研究领 域为 通 信集 成 路电 设 计。
商世 广 1 (97 5一 ), 男,汉族 , 河 信南阳人 , 副 教 授,
硕 士研 究 导 师 生, 要研主究 域领为 纳微 电 材子料 器与 。
件[
7 】 骆苏 ,华刘
卫
丽 张苗, ,等 .S O I在频 电射路 的应 中用
IJ J .微 子 电, 2 学 00 5 3 ,5( 1 ) : 6 — 7 07
.仝 ,: ;\ ! 仝: , ; 、 ! 舍 :,; \ !全 : 合舍: 合 舍 / : 、;: 金 金全! / ; \ : 舍 !金 / \ !;, ; \: 合 合 {合 :/\ : / ; \ ! 合/ ;\ ! 金 金: 仓 / ! \;: 仓 !/ ; \ : 金 金/ \ :!仓 /: : 、 合
(
上第接 1页3) 【
1 】 8V S ,R aj o yra A P, a n tP, t a 1 e .Po l mey r m i er o c n tai el v er
b i co he i m c a l se n s o rs w t ih i n e g rta t ed p o l yme r c omp o s i ets
na n poa tr icl e p ro be s Ij] . e n sS ros a n d c At u t oar s B,
2 0 1 1 , 1 6 0 : 560 - 6 5 .5
f r oe l e c r it c al de t ect i n o 【 J ]. So lid S ta t e S c e in c es, 20
9, 0 11 1: 066 1 116
.作
简者 介
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刘 伟 (志1 9 89 一 ) ,男,汉族, 南湖娄省底市人 , 硕士
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童朝阳( 19 7 2一 ) ,男汉,族 ,四川 省山市乐 ,人 研究 员博 .士研究生 师 ,主导要 究领域 研为 物生传 与感 生物
检测。
a
itt i s B Vi r u s H(B V ) D N A a tf em t om o lar c on c e nt r at i n s ou
s
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1 03 — 1 53 .
张 平 f金 9 17 8一) , 男 ,汉族, 东山省 平度人市 硕,士 研 究 生 .
理助研 究 员,主要研 究领 域 为生 物 测 检。 郝群 兰 1 ( 9 70 )一, 女 汉 族 ,, 河北 省 衡 水市 人 ,本 科 .
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[ 2
1 ]
Ma
L i yua n, W ang C a h mio n ,g Zh n ga M ni gh u i.eD te c itn g p ro t ei n a d s orp t i n o a n d b nid i ng u s i n g amg ne t ic
第 10卷 第5 期2
0 13年 01 月
纳 器米 件与 技 术
Na no de iv c& eT ech n o l ogy
o 1V. 1 0 No 5. O tc b eo r 2 103
微悬
臂梁传 器 工作模式理论感分研究
析志伟刘 童朝 阳,,金张 平 郝,兰 群
(防化 研 院究国民核 生化灾 害防护 国家重 点 实 验室,北 京 10 2 2 0 5 )
摘
要:简要地介 了绍微悬梁臂传感的器工作原和理要特性 主,着介 绍了微重悬 梁臂传器感动 、
静 态工作模 式下的理 论分 析方 法 和 高灵提 度 的敏主 要 方 法微 悬。臂 传梁 感器 动 在态 .7 -作 式 模下 敏 度灵 极高 但 在, 态环 境 下使液 用易受到 液 阻尼体效应 的 响 ,影 适 只在 于空 气运中行 使 用; 相
对 于动 模 式态, 静态模 式受液 体黏 性 的影响 小较,更 适 于在液 态中使 用。 关键 词 微 :悬臂 梁传感 器 ;作 工 式 模;论理 析 ;分灵 敏 度; 影 因响素
Re se ar hc o n The o r eti c la A n lay s s i fo p Oe ra t ng i
Mo des o fr】Ⅵi c r 0一 ca n t i e v elr Se n s or
L U ZIh —i w ei T, NG O Zh a - yo an g,Z H AG N i n - pJ in g HAO, L a n - qu n
(
S t at e K e y L ab o ra t r o yo f N C B r P o e t c tio n f o rC i v i l ia n, R se e r cah I n t is tu e t fo C e mihc a l De ef n e , c Bei ji n 1g 0 2 2 0 5,C h i a n)
A bs t r c a tT h : wo e kr in pg n ri i p c el n a dm ian c h a r a t e i r s c t cis o f im rc o -c a nt i l ve r s ee n so rs a r e i nt r dou ce d e , p e s i c la y l t h eor e t i a l c ana y l i ss f o m ic ro c a—n t i l e ve r s e ns o r i n y d n aimc a n d s t ta ic op e r a t in gmo d ,ea n dth e p im r a yr met h
o
d t o mipr o v e
t
e h s en si ti v i yt ar e d s i c u s s e ds. I n t eh d ny mia c ope r a t in g o dme , Mic r o- c a nt li v e e r s e s nor h a s a hi gh s e n is tiv i t y, b u t i t i s
v u ln e ra b le t o t h e da mpi gn e f f c t e o f th el iq ui d. Thu ,st h e o pe ra t i o n si o l y n u s ita b le f r o su e ni t eh a i .r C omp a r d e w it h t h e ydn a m c i op e r a ti n g m doe ,s t t ia c o p er a t i n g mod e i smo r e s ui t a b le f o r i rs e i n t h e li q iu d b ec a s ue o f l es s i nl f u e c en s r s u e ehd f
ro m t eh vi s c o u s .
K y ewo rd s : mi c o r —ca nt i le v er s e n s or ; o ep rat i ng m doe s ; the or et i a l c a nal y si s; s nes i t i v ity ; i n l fu ne c in g fa c t ors
中图分 类
号 T P 2 : 12. 9
文
献 标识码 A:
文编章号 : 18 21— 1 198 2 0(1 3) 05 —0 0 1 0 —05
0 引 言
由于微 臂悬梁感器传具体有积小 灵、度高敏 、 需不记标、 阵列可等优化点,在 发微型展化、集 化 、智成能化方面具有很大 等优的势 成为,年
近目前, 以 悬臂 微传梁 感 为基 器础 的各种 生
分化子 检测 究研已经成 为 生化 检 测领 域重的 研点究
方 向。而然 对 于微 悬 ,梁臂传 器 上感发 生生 的 反化 应 何 如引 起微悬 臂梁 弯 的 曲 或 (振谐 频 率 的改
变
研究还较)少 在现阶。 ,微段悬梁臂感传器
的 、动静态作工式模均不同的有论理模及型研究方 法 。本文主要概了括微臂悬梁传感 器的作工原理 和主要特性 . 着重介绍了悬微梁传感器动臂 、静 态作模工式下 的论分析
理
方法提和高敏度的主
要灵方法
的究研点热,并 广用于抗泛 原 【”、 DN tA2 、细菌1闭、
病毒 [4 1 、化学毒 及爆炸物 、物生分物子构象变化 f
i ]
湿、度阎 流、 速、热量 【 ol 诸多检等测领 域 。收 稿
日期 : 201 -3 0 9 — 31
lO
第 1
0卷第 期5
20 13 1年0月
纳
米器 件技 与 术
aN n o edv i ce &T e hcn o l g o y
0 l V _1 0 N o 5 Oc t . ob er 20 13
时,i
=
fi+ = ( 、/ 【 者 [] 14 ‘
](
9 )
由是 表于 面 结 合 子分引 起的 谐 振 率频改 变,△ 是 所 合 结分子 总 质量 的.。『 由是分 于子结
图3微 悬臂 梁 态动 式模工作 原 理
合引起
生分子物相互间作产生用的表面力 应 。 由 ( 5 ) (、6 ) (、 7 式)可知 , 微悬臂 梁质 一 量定 、
合结同 样标 分子目的 情况 下 ,微梁 长 ,越 其(
)3
刚度 改 变的 是均 的匀) : A U = ( 一 )
率 频化 值变 大越,微悬 臂 的梁 敏灵度 越 也 。高 悬微臂 梁传 感器 在 态动 作工 模 式下灵敏 度极
悬
臂 谐 振 频梁 率随 悬 梁臂质 量的 增 而加减 小 , 悬臂随 梁弹 性系 数增 加 而增 的 加。 前 大 多目
高, 但液态环境下在用使受到液体易阻效尼应 的 影,只适于响空气中运在使用行,相 对动于模态
式静, 模态 受 液式体黏 性 的 影较响小 ,更 适在于 态液 使 中 。用
数的报
认道悬臂为谐振梁率的频化主变是要由 于分 子结\ 7合 、引 I起 的质 量增加 , 质量 变 改 相对使 弹性
系 数 改 变对,悬 臂 梁 振 谐 率频 的变 化占 主导 作
用,因 ,此上中式性弹数项系忽可略,谐振频
率变化公 可简化式为 :
mA一
4
提灵敏 高的度要方主 法 4. 1 优化微 臂悬梁何结构几
由st o n ey方 程_ 2l_ 可 知微 。 悬臂梁 的 弯 曲大小 与 微悬 臂梁 的 度及长厚 有度关 与 。长其 度 平的 方正 比成, 与厚其度 的平 方成反 比因,此 ,理论上
_
(
) 4
由
( ) 4式可 ,知微悬梁谐振臂频 的率变化 未结与合目 标分 时子 的固有频率 质量及增加 正 成比 与未结合 ,目分标时微子的梁量质成 比,反 因 此若,在证保微梁表积大面小变不能结而上同合 多的样标目分的情子下况 ,微梁制作的越 ,其 薄 未合结 标目分时固有频率越
子大 、质量越小 微 . 梁也 灵 更敏 。 但最 近研有究报道表 明 , 谐振率频的 化 主要变是由生物分子间相于互用诱作 导的面
应表 导力致 刚 度变 化 引而 ,总起的 量 质 改 引起变 频 率 变化 是不主 。 由分子因间 作 用引 起的 表应 力面 可 下面用这个 公式 来估 算 :
来说 ,
微悬臂梁 长的度长 ,越度越厚 ,薄灵其敏 越度高。而然,目前制 作微臂悬梁 技的而言 ,
过 长和术过 薄会 导致 微悬 臂 梁容 易裂断 因, 此保 在 证 微悬 臂梁 固的前 牢提 .加下 大 微悬 臂梁 长 度与 厚 的度相 比值对 以可显著增加 其 敏灵度。
4. 2使 杨用 氏模量 更 的材料低
除 用 硅、氮 硅 化和 氧二化 等硅 硅材 制料作微
j i
丁 :
【 L孚 2 ( )筝J+ ( 筝 2 )]
1
5 (
)(6 )
悬
梁 ,还臂可 应 用杨氏 模量 更低 的 聚物高 材来 料
备制 杨微氏模 量只 有硅 材 料的1 / 40 ,由s t on ey
方
丁 。 是单位 长 度微每悬臂 梁 的 弯曲载荷 ,
丁o = }
程_
l 2 ] 知 ,可 氏模杨降量 低,敏灵提度 。高相悬对 臂 梁 ,分部文【 献18 Ⅱ 9 应]用由 s u 一 8料材制的微悬
臂 作梁来检 测 目标 物 由 S。 一 8U 作 制的 微 臂悬 梁适 于氮 化 等硅 料 ,而对材P H 、 酸 度 碱 等化 学物 质 相 应 不 感敏,在很 多场 合下 以更可 地 消 除 好本底 噪音 但. 制 工造还艺不 是很 熟成 应,用 不多 。
4 3.纳 米料材的 信号 放大
为占悬梁臂的抗弯刚 , 度 悬臂梁为长的度。 f
表可示 为 :
=
( ) 、 /
(
7)
( 8 )
为
悬梁臂的有质效量。 A
满 先足 验 程 方 :
c o s A i oc sh A + 1 0 =
微在臂悬梁面结表合分子引而频起变率化至 1
2
纳 米料可材 增加以微悬梁 臂检的测敏灵度。
第
5 期
2 0 3年1l 0月
纳
米 科技
o . 5 N O tc oebr 2 01 3
N
a nos ci e cn e N& ano te c h n o l o gy
前 。已目研有究I 2者0 N ̄硅用纳米子修饰粒的 c — D N A 成形疫免合物来检复测H B V( 乙型肝 病炎毒 )
D N的A 检 测, 灵敏 度达 到2 3 . 1 f M一 2 3.1 M,n 比不
Hed d e n DL, L a r e au R .TD e o rs pt io n c ha r a ct e ri st i c s o f u
n o ca t e ds i l ic n o i mcr o c n ta l ie ve r s u r fa ces o fr e xp lo s i v e
a dn c o mmo n n o ne x p l osi v e v pao s[rJ ] . l tUr a m ic r 0s c 叩 y,
2 0 4, 010 0 : 12 1 -2 1 .6
纳米用粒 子 免疫 复 物合 检测的灵 敏 度 提高 了 2—3 个 数量级 。 4 . 4 磁力大 加 弯 曲 在 用 纳 利米材料 修饰 的抗体 与 原形 成抗免 疫
6 [】
P nn a id wu g e L a,APi nn a du w a g e AL, W gi A, He d de n D
. eL t a 1 . e D tec ti on o f t ri ni t ro to l e u e n v ai e d lfa g r at ion o n a
m
cir oc an t ile ve r【J ] J _ou r anl o f A pp l ie d P h y is sc,
20 0, 4 59 : 587 1— 5 8 57 .
M
ukh o p a hd ay y R ,S mu b a e vy V, L o re n z etn M , K j ms eJ ,
A dn re a s n e P ,ABe se n ba c eh r F.aC n ti l e ve r se n s o r or f n nao m ec h aui c a l ed te t c oin o f s p e c iif c p r o t e i nc o no r f a m —
复合将物号放大信的础上基 ,可还通过结对上
的合纳米材 施料加 力来 大增悬臂 梁 弯 曲的。有 究研 者 2 l 【_利 用磁性 四 氧化 铁 纳三米 粒 修饰 子的抗体 与 抗 形原成 疫免 合复 物 测 检 P AS(前 列 腺特 异 性抗 )原 磁.性 氧 四 化 三铁纳 粒米子 免疫 复 合物 在微 臂悬 梁 表 形面 成后以 用, 一块 径 直为2 c m 的 圆 柱形永久 铁磁在微距臂悬 约梁5 I0 x m的地 方 加 大 微 悬臂 梁的 弯曲 结果 。 示 显, 在 PS A 为同
0 . 4 n g m /的情 L 况下 .由 磁 场于 对 性 磁纳 米粒子
t
i o ns [ ] . J a nNo Let t er s ,2 0 0 5 , 5 2 :3 8 —5 23 88 . [8 ] hSi X ai — oL ei , C h e n
Q i, F n ag J ,ie t a 1 .A 1 2 03- c o at e d im— c r o c n at i le v e r s f r o d et c et i on of mo i s t r e u t ap p m l e v el[ J ] .
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【
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bl e dn de pi e z r eos ist i v e im cr c a no ti l e v e r l f ow s e n s o r of r
l ow l f o w ra t e mea su r m een [ Jt] . Se ns o r s a n d A ct au to r s A,
2 0 01 1 5,8 :2 73 — 2 79 . ch el s T T, i f e enb c ha re F ,S ch af er R.Co n d n e a t s ion of [ 1 0] a
B 引而吸引起 的 输 电出压加大 4 . 了3 倍 。
i
so l a t e d m tea l c l su t e sr s tu d i ed w it ha c a lo ri me t e r[ J J.
J o ur n l a o f C h emic al P hy s i c s , 919 9 1 , 1 0 : 10 0 801—0 1 0 5.
结5语
文简本地概要 了括微臂悬传梁感的器工作原
理 、主 要特 性着, 重 介绍了 悬微臂 梁 感 传器动 、
J o hn osn B N, uM t a hr as a n R .Bi soe n si n g u s in g y nd am—
i c —m doe a cnt i le v er s e n so rs : A r e v eiw[ J] .B o i se ns o r s n da
…
B
i o l e cet or i c sn, 21 0 1. S T ON EY G G. Th e te sni o n o me f at l l ic i f lm s d ep o s t i ed
b y e el c tr o y sl s[ iJ] . P r co e ed ni g s o f t h e o y aRl S oci e
t
y o fL
o d no n s er i e s — Coa n ati n ing P pae rs o f a Mat h em ta cia l
静态工作
式模下的论理分方法析以提及高敏灵度 的
主要方 。 法
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i sc, 2 0 07 2 ,3 : 549 — 4 6 5.
下(转 2 第0)页
第1 卷第 5 0期
2 01 3 年 1 0 月
纳
加米 工工 艺 N
noa— p or ecs s i ng T e chn iq e u
Vo
1. 1 0 o .N5
Oc
t bo e r 2 01 3
4
04 .
ab om in i c s Luo u r[J 】 .M at R e s B u ll, 2 0 1 1,4 6: 7 01 —8
1 7 13 .
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1 4】 Ca t s or L . , L ius a .B M., G o n azl ze F . 1. , e t a 1. x E r a tce l u l — l
ar b i os y n t he si s o g o f d ln a n opa r tic le su si n s ug gar b eet
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Che m T e ch o nl B o it e ch nol , 0 029 , 84 1 : 1—1 5 5 .
7 up p l [J . C h ] em E n g J, 20 1 0 ,1 6 4 9 :2- 7 9.
者 作 介
[ 1 简1 】S h a k anr . S ,R i a A ., A k a nmw ar B , e . t 1 a. B i ol og i c a l s yn — t h es is o f t r i a ng u l r a g o l d n a n op ri sm fsJ ] . Na t Ma t er ,
2 0 0 , 3 4 4 8:2— 84 8.
吴凌 风( 1 9 8 一 8 ,),男族汉, 福建省漳州市人 ,士 硕研
生 .主究 要研 领究域 为 米材纳 的 制 料 备和形 貌调 控
【1 2 】 i Xe J ., L ee .J . , WaY gn .D I. C ., e a lt 1 .S i l ve r nan o pl a et s :
维吴维( 1 8 79 一),女 , 族汉,福建 省 漳州市 ,人硕士
研 究生 .主要研 究领 域为 米材纳料 的 制 备 和分离 纯化 。
f rom bi o o l igc al to b i oi m met ic s y n t he s si[J ] _ CA S a nNo ,
20 0 7 1 :, 429— 43 9.
李
清
彪 (1 9 6 3 )一 男,, 汉 ,族 福建 省 厦市人门 教, 授 ,博 士 究生导 研师,主 要研 究 域领为 境环化 与工 生
物中 纳米 技术 /
; /; / ; / ; / ;/ ; \! / :
[
1 3] N a r yaa n a n K B .. ,S k ta h i evl . ,N E xt r a ce l l u l a r ys nt h esi s
of s i l v e r n n ao par t e l ei u ss nig h et le a f xe rta c t fo C o le us
/
; \ /! :\ :
/ ;
/;
/;
/
; :/ / : / ;
( 上接
第9页)
P o r r eg ss n i D v e l o p em ent of M on o l t ihi c A cti v e P ixe l eD— t e c to r f or X r— a y As t r o no m y wi h t S I COMO S Te ch n o l o yg
8 [1 王超. R F S O I CM O 工S 艺器 件 仿 真 及 电 路 应 用 研究
[D ] . 海:上华 东师 范大学 2,0 01.
者 简 介作
[ ]J P.h y s i cs P or e d ci a , 2 0 12, 73: 13 3 7 — 318 .0
c k s o nT ,O Bu l z c cah el l i J F , Fri e dma n DJ .A 1 2一 Gb s [ / 】 6 D
1i 1 — — m W h a l f— . r ate a sp ml ed 5 . t ap d ec is i no eo d bfa c k e . . q
u ali z e ri wt h c u r r en t — i n— t eg r at ing s mme ru s i n 4 — — n 5m
张
剑
( 1 98 7一 ) ,男 汉,族 陕, 西渭 南人 ,硕 士 究 研
SO l C M0S t e c nho lo g [yJ ] .S o l d i S —ta t e C ir cu t s i , 0 0 2 , 494
f 41 : 1 2 89 1—3 0 5 .
生 . 要主 研究领 域为 通 信集 成 路电 设 计。
商世 广 1 (97 5一 ), 男,汉族 , 河 信南阳人 , 副 教 授,
硕 士研 究 导 师 生, 要研主究 域领为 纳微 电 材子料 器与 。
件[
7 】 骆苏 ,华刘
卫
丽 张苗, ,等 .S O I在频 电射路 的应 中用
IJ J .微 子 电, 2 学 00 5 3 ,5( 1 ) : 6 — 7 07
.仝 ,: ;\ ! 仝: , ; 、 ! 舍 :,; \ !全 : 合舍: 合 舍 / : 、;: 金 金全! / ; \ : 舍 !金 / \ !;, ; \: 合 合 {合 :/\ : / ; \ ! 合/ ;\ ! 金 金: 仓 / ! \;: 仓 !/ ; \ : 金 金/ \ :!仓 /: : 、 合
(
上第接 1页3) 【
1 】 8V S ,R aj o yra A P, a n tP, t a 1 e .Po l mey r m i er o c n tai el v er
b i co he i m c a l se n s o rs w t ih i n e g rta t ed p o l yme r c omp o s i ets
na n poa tr icl e p ro be s Ij] . e n sS ros a n d c At u t oar s B,
2 0 1 1 , 1 6 0 : 560 - 6 5 .5
f r oe l e c r it c al de t ect i n o 【 J ]. So lid S ta t e S c e in c es, 20
9, 0 11 1: 066 1 116
.作
简者 介
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iv e p o l y em r— — b a s e d can t i l v e r e—— s e ns o r s o rf DNA d ete c —-
刘 伟 (志1 9 89 一 ) ,男,汉族, 南湖娄省底市人 , 硕士
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h.a B H ,L e e SM, P ra k T C , te a 1 . Det e c t io n o f He p — [ 2 0 】 C
童朝阳( 19 7 2一 ) ,男汉,族 ,四川 省山市乐 ,人 研究 员博 .士研究生 师 ,主导要 究领域 研为 物生传 与感 生物
检测。
a
itt i s B Vi r u s H(B V ) D N A a tf em t om o lar c on c e nt r at i n s ou
s
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张 平 f金 9 17 8一) , 男 ,汉族, 东山省 平度人市 硕,士 研 究 生 .
理助研 究 员,主要研 究领 域 为生 物 测 检。 郝群 兰 1 ( 9 70 )一, 女 汉 族 ,, 河北 省 衡 水市 人 ,本 科 .
工程 ,师主要 研 领 究 为域生 物 检 。 测
[ 2
1 ]
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