微悬臂束(图1)是最简单的MEMS组件之一,源自原子力显微镜(AFM)探针,该探针最初用于检测小力,现在广泛用于AFM、加速度计和生化传感器。 1968年,Wilfinger等[1]使用大体积硅基悬臂梁(50mm*30mm*8mm)作为传感器,研究了不同温度引起的吸附诱导微束弯曲和共振频率变化。 1979年,Petersen等[2]开发了一种微悬臂式微机械薄膜来研究其开关特性。 1983年,Kolesar等[3]构建了一种使用微悬臂束检测神经毒剂的电子检测系统。 1985年,Binnig和Quate开发了第一台基于扫描隧道显微镜的原子力显微镜。 原子力显微镜不仅能够对分子的微观表面进行成像,而且还能够操纵分子或测量单个分子之间的力[4]。 原子力显微镜的出现为微悬臂传感方法奠定了基础。
随着原子力显微镜制造工艺的逐渐成熟,关于微悬臂束作为传感器的报道越来越多。 到目前为止,微悬臂传感技术作为一种新兴的传感技术,仍是研究的热点之一。 进一步提高检测系统的灵敏度,拓宽检测通道,降低微悬臂梁的成本,增强系统的易操作性,扩大其实际应用范围是未来研究的主要方向。
图1 不同形状的微悬臂梁及其阵列的SEM图。
当微悬臂梁表面有分子吸附或分子识别时,可引起悬臂弯曲变形或共振频移。 结合不同的信号读出方法(光学或电学),微悬臂传感器通过两种不同的工作模式(即静态和动态)监测这两个物理量的变化。
参考文献: 1] Wilfinger R J, Bardell P H, Chhabra D S, et al the resonistor: a frequency selective device utilizing the mechanical resonance of a silicon substrate[j]. ibm j res dev, 1968, 12:113-118.
2] petersen k e, micromechanical membrane switches on silicon[j]. ibm j res dev, 1979, 23:376-385.
3] kolesar e s, electronic nerve agent detector[p].1983,4,549,427, september 19.
4] binnig g, quate c f, gerber c, atomic force microscopy[j]. phys rev lett 1986, 56:930-933.
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