微悬臂梁传感器在环境检测中的应用_滕艳华

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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12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:

2、微悬臂梁传感器;工作原理;环境检测中图分类号:TP215文献标识码:A文章编号:1000—9787(2011)04—0005—03Applicationsofmicrocantileversensorin*environmentaldetection12TENGYan-hua，XUEChang-guo(1．SchoolofMaterialscienceandEngineering，AnhuiUniversityofScienceandTechnology，Huainan232001，China;2．KeyLaborato

3、ryofMechanicalBehaviorandDesignofMaterialofChineseAcademyofSciences，UniversityofScienceandTechnologyofChina，Hefei230027，China)Abstract:Astheadvantagesofrealtime，highsensitivity，label-freedetection，microcantileversensorbecomesakindofnew-styleenvironmentaldetection

4、method．Theprincipleofmicrocantileversensor，especiallyitsworkingmodeandreadouttechnologyareintroducedandthelatestdevelopmentofthissensortechnologyintheenvironmentaldetectionissummarized．Thedevelopmentprospectinthisfieldisdiscussed．Keywords:microcantileversensor;wo

5、rkingprinciple;environmentaldetection［3］0引言热点。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)因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。日益恶作模式进行测量。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

6、主要的工作模式:微梁的静态变形(静态近年来，越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)。［1］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［2］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、

7、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、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［1］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［4］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Δz与表面应力σ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

8、育厅青年基金资助项目(2007JQ1037);安徽省高校自然科学基金资助项目(KJ2010B316)6传感器与微系统第30卷223(1－ν)L3L(1－ν)Δz=2(Δσ1－Δσ2)=2Δσ，(1)EtEt式中E，ν为微悬臂梁的弹性模量和杨氏模量;L为微悬臂梁的长度;t为微悬臂梁厚度;Δσ1，Δσ2分别为微梁上下表面