基于微悬臂梁结构的生化传感器

微悬臂梁是一种结构简单、易于进行微加工以及大量生产的传感器结构。当分子吸附在微悬臂梁表面之后,微悬臂来的弯曲以及振荡频率都会发生变化,这使微悬臂梁在化学和生物的实时探测方面非常具有吸引力。采用光学方法探测微悬臂梁的偏转;比较了不同的悬臂梁结构在流体中的稳定性以及不同结构的反光部分的反光效果,并将悬臂梁用于研究PNIPAM分子构象随温度的转变.     

痕量爆炸物的化学、生物、MEMS传感器探测技术

利用爆炸物的化学或物理性质可实现多种爆炸物检测技术。现有的检测技术可分为两大类：爆炸物的体探测技术与痕量爆炸物探测技术。重点介绍了三种痕量爆炸物探测技术，即生物传感器技术、化学传感器技术及MEMS传感器技术，并指出MEMS传感器技术具有其它技术无可比拟的价格低廉、体积小、携带方便等优点。     

微悬臂梁传感器及其在生化领域的应用

微悬臂梁传感器以其体积小、成本低、灵敏度高等优点在生物化学领域获得了广泛的研究和初步应用。详细阐述了微悬臂梁传感器的工作原理,包括其工作模式、读出技术、设计与制造等内容,并在此基础上对微悬臂梁传感器在生物化学领域的应用作了介绍。     

痕量爆炸物的化学、生物、MEMS传感器探测技术

利用爆炸物的化学或物理性质可实现多种爆炸物检测技术。现有的检测技术可分为两大类 :爆炸物的体探测技术与痕量爆炸物探测技术。重点介绍了三种痕量爆炸物探测技术 ,即生物传感器技术、化学传感器技术及MEMS传感器技术 ,并指出MEMS传感器技术具有其它技术无可比拟的价格低廉、体积小、携带方便等优点     

痕量爆炸物的化学、生物、MEMS传感器探测技术

利用爆炸物的化学或物理性质可实现多种爆炸物检测技术.现有的检测技术可分为两大类:爆炸物的体探测技术与痕量爆炸物探测技术.重点介绍了三种痕量爆炸物探测技术,即生物传感器技术、化学传感器技术及MEMS传感器技术,并指出MEMS传感器技术具有其它技术无可比拟的价格低廉、体积小、携带方便等优点.     

二维纳米材料磁性探测的双臂微悬臂梁设计

磁共振弱力探测技术能够对物质实现非破坏性的高精度结构信息探测,在物理、生物、医学等领域有着非常重要的应用。该技术中,超灵敏悬臂梁是实现弱力探测的核心组成之一。近年来,二维纳米材料由于其奇特的物理特性得到了越来越多的关注。为实现对二维纳米材料磁性的探测,基于单臂微悬臂梁模型,利用差动放大的方法,提出了双臂微悬臂梁的设计,并分析了双臂微悬臂梁中上下球形磁探针内外部的磁场分布,最后以单晶硅悬臂梁和钐钴合金磁球探针为例,对该悬臂梁进行数值模拟,发现该方案能够显著提高悬臂梁的探测灵敏度。     

一种用于称重的矩形微通道式微悬臂梁

矩形微通道式微悬臂梁传感器可用于检测单个微粒子或细胞的质量,在生物和化学等领域具有非常广泛的应用前景。设计了一种含有矩形微通道的微悬臂梁结构,建立了单个微粒子等效的集中载荷在微悬臂梁中矩形微通道的任意位置时弯曲挠度的理论模型,分析了静态工作模式下的弯曲挠度变化以及研究了单个微粒子的质量及位置对微悬臂梁的弯曲挠度的影响,并用COMSOL Multiphysics仿真软件对矩形微通道式微悬臂梁的弯曲变形进行仿真计算,弯曲挠度的仿真结果与理论计算结果相对误差为1.2%。实验验证了在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微粒子的作用下,微悬臂梁的最大弯曲挠度为2.741μm。     

微环差分光子生物传感器的传感性能

通过模拟仿真,研究了基于绝缘衬底上的硅（Silicon-On-Insulator,SOI）的微环生物传感器的传感性能,得出其体传感灵敏度为38.71 nm/RIU,探测极限为1.810-3 RIU,Q值为2.22104。基于该结构,分析了噪声对传感器性能的影响,包括光源噪声和温度噪声。为了降低噪声影响,设计了具有参考和探测通道的双微环差分传感器,通过差分运算扣除噪声引起的谐振波长漂移,从而可以有效降低噪声对传感器探测结果的影响。通过数值模拟和计算,其被探测物的折射率变化的相对误差减小了15.85%,表明微环差分传感器可以有效降低噪声的影响,对提高微环生物传感器的性能将有极大的促进作用。     

MEMS硅梁谐振式传感器的研究

通过对硅梁谐振式传感器工作原理的研究,结合Intellisuite软件对硅微悬臂梁谐振器的振动特性进行了分析,设计了具有悬臂梁结构的电热激励/压阻拾振的谐振式传感器,这种传感器具有体积小、功耗低、灵敏度高、准数字信号输出、成本低、与集成电路工艺兼容等优点。对研究制作过程中的关键工艺——各向异性腐蚀技术,尤其是对低温下的腐蚀工艺进行了实验研究,采用高低温相结合的湿法腐蚀工艺制作了微悬臂梁结构,通过实验分析了利用新型有机薄膜对各向异性腐蚀过程中的MEMS器件金属电极的保护效果,为实际生产和设计提供了参考依据。     

薄膜电容式表面应力生物传感器设计与优化

在总结传统微悬臂梁表面应力生物传感方法缺陷的基础上,提出了基于PDMS(polydimethylsiloxane,聚二甲基硅氧烷)微薄膜的电容式表面应力生物传感器,分析了其基本结构原理及优点,并运用ANSYS软件建立了传感器仿真模型,对相同表面应力下,Au电极大小不同的薄膜形变进行了仿真,计算输出电容。结果表明,薄膜形变量及电容改变量与Au电极在PDMS薄膜上的覆盖率有关,通过比较输出电容改变量与薄膜形变之间的关系,得出了传感器最优结构尺寸。     

微悬臂梁传感系统在CNT微热量检测中的应用

针对碳纳米管(CNT)微热量检测不易的问题,采用了一种基于微悬臂梁传感器的CNT微热量检测系统进行检测。通过光杠杆检测法测量微悬臂梁弯曲量,从而实现微悬臂梁对CNT的微热量检测,研究了CNT光热转换散发热量对微悬臂梁挠度的影响。用最小二乘法拟合出CNT薄膜温度变化与相应微悬臂梁偏移量关系。结果显示,温度变化与微悬臂梁偏移量呈线性关系,与理论分析符合,且面积约0.07 mm²的样品薄膜拟合曲线的线性相关系数为0.9932。通过对温度检测的重复性实验,验证了系统具有较高的稳定性;将温度测量值与实验系统的拟合值进行对比,结果基本一致,验证了系统的可靠性。     

表面应力测量SOI压阻悬臂梁传感器设计与优化

研究了基于SOI(silicon on insulator)工艺的压阻悬臂梁传感器的静态和动态特性,推导了其用于表面应力测量时灵敏度和分辨率的表达式.分析了各种参数对性能的影响,提出了参数设计与优化的流程.得到了一套灵敏度为-1.8×10-3m/N,分辨率为8.5×10-5N/m,弹性系数为0.023N/m,谐振频率为1.3×104Hz的设计参数.     

A Model-Based Processor Design for Smart Microsensor Arrays [Applications Corner]

In this article, we discuss the design of a smart-physics-based processor for microcantilever sensor arrays. The processor is coupled to a microelectromechanical sensor and estimates the presence of critical materials or chemicals in solution. We first briefly present microcantilever sensors and then discuss the microcantilever sensor array design, which consists of the cantilever physics propagation model, cantilever array measurement model, model-based parameter estimator design, and model-based processor (MBP) design. Finally, we end with experimental results and conclusions     

振梁式负压传感器

对负压力的测量可采用各种真空计或者负压传感器，但其输出量大多为非电量或模拟式电量，本文制作了一种电热激励的微悬臂梁谐振式负压传感器，它利用随微悬臂梁振动的气体分子等效于增加微梁惯性质量的原理测量气压或气体密度，利用Navier-Stokes方程和连续性方程计算作用在微悬臂梁上的惯性阻力，进而计算出谐振器谐振频率与气压的关系，分析表明，增大梁的宽度，减小梁的厚度和长度可提高传感器的灵敏度。     

传感器技术在无人驾驶汽车中的应用研究

随着时代的不断发展,人们对于汽车电子化的发展越来越重视,同时对于传感器的研究也越来越深入.对于汽车电子控制系统而言,传感器具有非常重要的意义,对其的发展有促进作用.本文通过对传感器技术与原理和传感器技术在无人驾驶汽车中的应用进行阐述,来进行对传感器技术在无人驾驶汽车中的应用研究.     

Low-Dimensional Black Phosphorus in Sensor Applications: Advances and Challenges

Low-dimensional black phosphorus (LDBP) materials have emerged, with considerable application potential in sensing due to their unique folded structures and remarkable physicochemical properties. These include anisotropies, layer-dependent and tunable band gaps, high carrier mobilities, high current switching ratios, and excellent electron donor capacities. As a type of supporting material that is favorable to signal transmission or reception, LDBP is widely researched in piezoelectric, flexible, chemical, and biomolecular sensors. This review summarizes the synthetic methods, properties, and modification strategies of LDBP, and then mainly focuses on the research progress in LDBP-based sensor applications, including physical and chemical sensors and biosensors. The major issues in LDBP-based sensor applications are also discussed. Finally, the prospects and challenges in the field of LDBP-based sensors are analyzed.     

太赫兹超材料生物检测应用研究进展

超材料作为一种具备超常物理性质的人工复合材料,能够突破常规材料的限制,为设计先进功能材料开辟一种全新的思路。太赫兹波由于具有光子能量低、对生物物质无电离损害和分子指纹谱等特性,通过与超材料结合,可实现对生物物质高灵敏检测,越来越受到国内外学者的广泛关注。本文总结了近几年来太赫兹超材料传感器在生物分子和细胞检测领域上取得的进展,首先介绍了太赫兹超材料传感器的传感原理和性能指标,其次从超材料结构设计、衬底选择、以及与微流控和新材料结合等方面阐述了太赫兹超材料传感器在生物检测领域的发展。通过对超材料结构进行优化、采用低介电常数薄型衬底、结合微流控技术或在传感器上粘附新材料涂层,可进一步提高超材料传感器的灵敏度,并丰富其在生物医学检测上的功能。最后,对太赫兹超材料传感器的发展趋势和前景进行了展望。     

pH光纤化学传感器研究进展

介绍了pH光纤化学传感器的检测原理、酸碱指示剂的作用机理及其固定方法,比较了固定不同酸碱指示剂制备的pH光纤化学传感器的性能,并介绍了pH光纤化学传感器的几种光学检测方法,重点阐述了pH敏感材料和pH检测方法上的最新进展,最后展望了pH光纤化学传感器今后的研究发展趋势。     

Bio/chemical detection in liquid with self-sensing Pr-Oxi-Lever (piezo-resistive SiO2 cantilever) sensors

The paper presents a self-sensing microcantilever for bio/chemical detection in liquid. The developed silicon piezoresistance encapsulated SiO₂ cantilever (Pr-Oxi-Lever) is with the electric interconnection wires insulated by a SU-8 coating layer for specifically detecting bio/chemical molecules in liquid environment. Functionalized with specific sensing terminals, siloxane-based molecule layer is directly modified on the cantilever SiO₂ surface via reliable Si-O covalent bond. Instead of the previously used thiol self-assembly molecule layers that show long-term instability, the modified siloxane sensing layer secures long-term sensitivity stability and long working life. The sensors have been successfully used for detection of 2.5% aqueous tetramethylammonium hydroxide (TMAH) and avidin at 10⁻¹¹ mol/mL trace level. An interesting phenomenon of opposite surface-stress sensing signals for different-sized target-molecules is experimentally observed. A simple model is proposed for preliminary explanation of this phenomenon.     

湿度传感器封装的研究进展

湿敏芯片的关键元件是湿度传感器，为了延长湿敏元件的使用寿命，提高湿度传感器的性能，必须对湿敏芯片进行封装。本文主要介绍了湿度传感器封装的研究现状和发展趋势，详细描述了TO、SIP、SOP、LCC等几种湿度传感器封装形式的结构、工艺以及特点，指出了各种封装形式的优缺点。并且对湿度传感器封装的发展趋势作了一定的探讨，指出了SOP，LCC等封装方法将是未来湿度传感器的主流封装方法。