Monolithic Resonant-Cantilever-Based CMOS Microsystem for Biochemical Sensing

A resonant cantilever-based microsystem aimed at biochemical sensing is presented. The sensor system comprises a magnetically actuated resonant cantilever sensor array integrated with the feedback circuitry, digital control circuitry and a serial interface on a single chip in 0.8 $mu{hbox {m}}$ CMOS technology. The sensor system shows a frequency stability of better than 3 Hz in water corresponding to a detection limit of about 30 pg mass loading. The system has been used for the detection of antibody-antigen interaction on the cantilever surface. The possibility to actuate and operate cantilever arrays in a liquid environment opens up a variety of new applications for bio-chemical sensing.      

靶式光纤Bragg光栅流速传感器的研制

设计了一种基于等强度悬臂梁的靶式光纤Bragg光栅（FBG）流速传感器,传感器利用杠杆结构将置于流体中迎流靶片所受的与流速成对应关系的冲击力转化成FBG波长的漂移,利用对称粘贴于悬臂梁上下表面的双FBG结构有效解决了温度与应变的交叉敏感问题。建立了流速与FBG波长变化幅度的关系,并采用流体分析软件FLUENT对放置靶片...     

基于星形金纳米颗粒修饰的81°倾斜光纤光栅生物传感器

提出一种星形金纳米颗粒修饰的81°倾斜光纤光栅(TFG)生物传感器。通过金黄色葡萄球菌蛋白A固定法,将自制的高纯度新城疫病毒(NDV)单克隆抗体固定于81°TFG表面,制成对NDV具有特异性检测功能的生物传感器。结果表明,传感器对NDV的最低探测极限达10~25pg/mL,检测饱和点约为1 000pg/mL;在0~200pg/mL具有较好的线性相关度(R2约为0.911),相应的灵敏度约为1 394pm/(ng/mL)。此外,通过对NDV的特异性和临床性测试,表明该生物传感器对NDV具有高度的特异性和临床有效性。     

基于GMR生物传感器的甲胎蛋白检测

采用磁控溅射、光刻、离子束刻蚀和剥离工艺等工艺和方法,制备了多层膜结构的巨磁阻(GMR)生物传感器件,并利用此种传感器来检测甲胎蛋白。在传感器表面通过生物处理固定甲胎蛋白单克隆抗体(McAb1)作为探针,以捕获目标抗原———甲胎蛋白。用直径1μm的超顺磁磁珠标记目标抗原。当传感器表面抗体将目标抗原捕获后,磁珠标记即被固定在GMR传感器的表面。垂直于传感器表面施加230 Oe(1 Am-1=4π×10-3 Oe)的磁场,即可检测到由磁珠产生的信号。本实验对质量浓度为1 ng/mL的甲胎蛋白进行了检测,得到了信号为0.29～0.34Ω的电阻变化值。此种检测方法可用于诊断原发性肝癌。     

柔性纸基生物传感器及其在肝癌检测中的应用

该文提出了一种由纳米银颗粒（Ag NPs）作为谐振器的柔性超材料生物传感器。与现有技术相比,该传感器首次在纸上实现了纳克级别甲胎蛋白（AFP）的检测。其创新之处在于超材料谐振器制备在低成本的普通纸张上。该柔性纳米银纸基生物传感器在无尘室中通过丝网印刷技术制备而成。当待测AFP吸附于Ag颗粒上时,电磁波中传感器的谐振频率产生频漂,该频漂在生物测试中作为判断标志。通过仿真和实验验证,并以葡萄球菌蛋白（SPA）作为偶联试剂,该新型纸基生物传感器具备检测20 ng/mL甲胎蛋白的能力。由于待测样品是通过电磁场直接被感应,因此,该传感器具有免标记、实时和无损的优点。该文提供了一种柔性、低成本、快速和免标记的生物检测方法,有利于生物检测学的发展。     

A novel method using SiNW to measure stress in cantilevers

A silicon (SiNW) nanowire device, made by the bottom-up method, has been assembled in a MEMS device for measuring stress in cantilevers. The process for assembling a SiNW on a cantilever has been introduced.The current as a function of the voltage applied to a SiNW have been measured, and the different resistances before and after cantilever releasing have been observed. A parameter, η, has been derived based on the resistances. For a fixed sample, a linear relationship between η and the stress in the cantilever has been observed; and, so, it has been demonstrated that the resistance of SiNW can reflect the variation of the cantilever stress.     

一种基于光学杠杆的新型精密角度传感器研究

在精密角度传感器中,灵敏度和噪声性能是影响传感器精度的主要因素.为了提高角度传感器的灵敏度和噪声性能水平,采用以光学杠杆为基础,与萨格纳克效应(Sagnac)干涉仪结合的方法来建立一种新型的精密角度传感器.Sagnac干涉仪的干涉图样在相消干涉时对2个相干光束的光路差很敏感,而光学杠杆又可将光路差放大,从而提高灵敏度.同时,Sagnac干涉仪的相消干涉能抑制某些噪声源,从而提高噪声性能.通过实验仿真,验证了这种方法构建的精密角度传感器具有较高的灵敏度和噪声性能水平.     

基于模态局部化的可调式压电驱动谐振质量传感器的设计

该文提出了一种基于模态局部化现象来检测外部质量扰动的可调式压电驱动谐振质量传感器,质量传感器的检测结构由两个不同长度的悬臂梁通过机械耦合梁连接。首先利用哈密顿原理对压电驱动下的非对称谐振元件进行理论建模,采用伽辽金方法求解,得到前两阶模态下的振动特性;理论求解所得固有频率与COMSOL仿真分析、实验数据基本一致。实验研究表明,无调谐质量的谐振器检测范围为2~10 mg,添加调谐质量后的谐振器检测范围提高至1~13 mg,质量检测的分辨率也得到优化。此外,对传感器的结构进行非线性分析研究发现,超谐振动下的谐振器检测灵敏度提升了80%,这为非线性谐振传感器的设计提供了基础。     

光纤Bragg光栅等强度悬臂梁型称重传感器的标定与不确定度分析

研制了一种等强度悬臂梁结构的光纤Bragg光栅称重传感器.为了确定其称量结果的可靠性,通过分析载荷信息传递过程与光栅敏感元件的感知原理,推演传感器设计的理论依据,设计了采用标准质量块进行标定的静态载荷实验装置,通过MATLAB实现静态传感数据分析,并分析标定过程中存在的不确定因素进而确定了传感器的不确定度指标.实验表明:所研制的光纤Bragg光栅等强度悬臂梁型称重传感器的灵敏度为0.0069 nm/N,非线性误差为4.93％,重复性误差为2.59％,迟滞误差为3.21％FS,称重传感器的测量不确定度为0.409 N.设计的光纤Bragg光栅等强度悬臂梁型称重传感器静态特性良好,在它量程范围内测量不确定度对结果的影响较小,满足性能要求,标定方法有效提高了标定效率和精度,为其他类型传感器综合性能定量分析提供了思路与工程实践.     

新型肺癌压电DNA传感器的研制

在压电石英金电极上自组装半胱胺膜,通过1-乙基-3-(3-甲基氨丙基)碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺活化的羧基化碳纳米管交联半胱胺和DNA探针,构建新的压电DNA传感器,实现对肺癌特征DNA的压电检测。该传感器检测灵敏度为27.617Hz/(μg/mL),线性范围为0.02～7.50μg/mL,再生性能好。样本分析结果与聚合酶链式反应(PCR)法无显著差异,可用于临床检测。