微悬臂梁传感器在环境检测中的应用.pdf

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1、2011年第30卷第4期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)5微悬臂梁传感器在环境检测中的应用滕艳华，薛长国(1．安徽理工大学材料科学与工程学院，安徽淮南232001；2．中国科学技术大学中科院材料力学行为和设计重点实验室，安徽合肥230027)摘要：微悬臂梁传感器以其实时、高灵敏度、非标记等优点，成为一种新型环境检测手段。介绍了微悬臂梁传感器的工作原理，包括其工作模式、读出技术，总结了其在环境检测等方面的研究动态，并对其在环境检测领域的发展进行了展望。关键词：微悬臂梁传感

2、器；工作原理；环境检测中图分类号：TP215文献标识码：A文章编号：100@-9787(2011)04-0005-03Applications0fmicrocantileversensorinenvironmentaldetectionTENGYan—hua．XUEChang—guo(1．SchoolofMaterialscienceandEngineering，AnhuiUniversityofScienceandTechnology，Huainan232001，China；2．KeyLaboratoryofMechanic

3、alBehaviorandDesignofMaterialofChineseAcademyofSciences，UniversityofScienceandTechnologyofChina，Hefei230027，China)Abstract：Astheadvantagesofrealtime，highsensitivity，label—freedetection，microcantileversensorbecomesakindofnew—styleenvironmentaldetectionmethod．Theprinc

4、ipleofmicrocantileversensor，especiallyitsworkingmodeandreadouttechnologyareintroducedandthelatestdevelopmentofthissensortechnologyintheenvironmentaldetectionissummarized．Thedevelopmentprospectinthisfieldisdiscussed．Keywords：microcantileversensor；workingprinciple；env

5、ironmentaldetection0引言热点J。环境检测作为环境研究领域一个重要研究方向，目的1微悬臂梁传感器工作模式是为污染处理、环境管理、环境规划与评估等提供及时、准微梁可以对于表面机械力、温度变化和生物及化学的确、可靠、全面的信息。传统的检测方法(如液相色谱)冈一些特异性反应进行检测。微梁传感器可以通过不同的工其分析速度慢、操作复杂而不适于进行在线检测。日益思作模式进行测量。基于上述的不同响应，微悬臂梁传感器化的环境问题迫切需要建立一种快速、实时的检测体系。的可以分为2种主要的工作模式：微粱的静态变形(静态近年来，越

6、来越多的传感技术应用到环境检测中，尤其是生变形模式)和微梁的动态频率(动态频率模式)。化传感器成为研究热点。1．1静态工作模式生化传感器是一个独立的集成装置，其中包括以生物在没有内在的重力、磁力、静电力等存在的情况下，微活性分子单元或功能分子作为敏感单元，它的敏感单元将梁的变形和其表面应力有关。在各向同性材料上有均布的探测信号转换成可探测用的输出信号]。通过组成生化应力会使其表面产生增大效应(压应力)或者紧缩效用(张传感器的敏感单元的不同，其可以被归类为DNA、酶、抗应力)。运用微悬臂梁的弯曲变形检测固体的表面应力变体、核酸、

7、细胞等。通过这些生化传感器转换方式不同，生化，其原理是直观的。当微梁上下两侧表面的表面应力发化传感器又可分为光学、电化学、热、微悬臂梁、全细胞、生变化，并且这种变化不能相互抵消时，微梁就会发生弯曲DNA等生化传感器。作为一种实时、高灵敏度、非标记变形。对于均匀且各向同性材料的表面应力来说，微梁偏的传感器技术，微悬臂梁传感器一直是生化感领域研究的转△z与表面应力之间的关系可用Stoney’S公式表达收稿日期：2011_02—17基金项目：安徽省教育厅青年基金资助项目(2OO7jQlO37)；安徽省高校自然科学基金资助项目(KJ2

8、010B316)6传感器与微系统第3O卷=(一Act2)=△，(1)式中E，为微悬臂梁的弹性模量和杨氏模量；为微悬臂梁的长度；为微悬臂梁厚度；△。，Act分别为微梁上下表面的应力。墨体1．2动态工作模式动态工作模式是测量微悬臂梁共振频率的变化。利用图1光杠杆原理检测微梁弯曲示