基于表面应力的mems生物传感器研究

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1、声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中I,；Z日fl确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文储繇叠丝隰．兰竖至!业璺关于学位论文使用权的说明本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：④学校有权保管、并向有关音Bf-I送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目

2、的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容(保密学位论文在解密后遵守此规定)。签名：席Z％日期：竺!墨：兰：!竺导师签名：二馨越日期：赵f≥．6。(肇太原理：l：大学硕+研究生学位论文基于表面应力的MEMS生物传感器研究摘要随着基因工程、疾病诊断、药物发现、环境监测等领域的发展，对无标识、多通路、快速传感检测技术的需求呈革命性增长。基于微机电技术的生物传感器，集微传感器、微驱动器、微流体系统、微光系统及微机械元件于一体，具有微型化、便携、高灵敏度、低成本等优点，很好的满足了这种需求，成为各国竞相追逐的技术高点，已广泛应用于医学、食品工

3、程和生物医学工程等领域。表面应力生物传感器是一种新型的微机电生物传感器，它利用分子间化学键的结合能进行传感，具有较高的灵敏度，为生化传感提供了一种通用的测试平台，是近年来国内外研究的热点之一。本文从表面应力理论出发，系统的分析了生物表面应力的传感机理，详细阐述了微悬臂梁、微薄膜两种结构的表面应力测试方法。并在此基础上设计了微悬臂梁、微薄膜两种结构的表面应力生物传感器概念模型。利用有限元软件ANSYS，建立了这两种结构的有限元模型，并进行了系统的结构优化：对悬臂梁结构的静力偏转和谐振模态进行了仿真，验证了其传感特性；对微薄膜结构进行了静力偏转和电容传感特性仿真

4、，对比分析了方形薄膜和圆形薄膜，全面优化了传感器的形状、尺寸等关键的结构参数，为后续加工制备提供了有益的借鉴。在仿真优化的基础上，设计了合理的工艺流程，在克服工艺兼容性难题的基础上，成功实现了微薄膜表面应力生物传感器的制备，为此类传感器的最终测试应用奠定坚实基础。关键词：微机电系统，生物传感器，表面应力，微机械悬臂梁，微薄膜太原理1．人学硕士研究生学位论文I工太原理．I：人学硕十研究生学位论文SURFACESTRESS．BASEDMEMSBIOSENSORABSTRACTWithnewapplicationsintheareasofgenetics，diag

5、nostics，drugdiscovery,theneedforhigh-throughputlabel-freemultiplexedsensorsforchemicalandbiologicalsensinghasincreasedtremendously．MEMS—basedbiosensorcombinedmicro—sensors，micro—actuators，microfluidicssystem，lightsystemandmicromechanicalcomponentstoabodyjustsatisfyingtherequirement

6、，whichhasbeenwidelyusedinmedicine，foodengineering，andbiomedicalengineering，etc．Surfacestress-basedbiosensorisanewtypeofbiosensor,usingthefreeenergyofchemicalbondingbetweenmolecular，whichcanprovideacommonplatformfortheciochemicaltest．Nowadaysitisoneoftheintemationalresearchhotspotfo

7、ritshighersensitivity．Inthispaper,wemakeadetailedanalysisoftheoreticalbasisofthesurfacestress，makeaminuteexpositionoftheprincipleofsurfacestressbiosensorandtwokindoftestingmethodforsurfacestress(micro—cantileverbasedmethodandmicro—membranebasedmethod)．Twonovelconceptualmodelswerede

8、signed．ANSYS(finiteelement