微悬臂梁传感器及其在生化领域的应用

3.2敏感材料与微悬臂梁的固定技术

　　微悬臂梁传感技术的一个关键和难点是生化敏感材料与梁的固定。这种固定既要考虑检测的可靠性与灵敏度，不能使生物分子失活；还要考虑解吸附与梁的重复利用问题。固定方法有吸附法、包埋法、交联法、共价键结合法等，这些方法各有优缺点，如常用的吸附法操作简单，但结合力弱；共价键结合法连接牢固，可重复使用，是目前研究中最活跃的一类方法，但该法比其它方法反应剧烈，生物分子活性损失更加严重。

4 微悬臂梁传感器在生化领域的应用

　　微悬臂梁传感器自从问世以来，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应用。对悬臂梁传感器的描述最早出现在1943年Norton的一份专利中，在该专利中，Norton提出一种基于双金属盘的氢气探测器。1969年，Shaver使用长100 mm，厚125μm的双金属悬臂梁构成氢气传感器，发展了Norton的概念。其工作原理是氢气在钯金属中的高溶解性及其随之而来的钯金属的膨胀。20世纪90年代以来，硅微加工技术的发展使微悬臂梁的制造得以实现，加上先进读出技术的发展，促使微悬臂梁得到广泛应用。

　　1999年，Moulin等用悬臂梁传感器来测量金表面由于蛋白质吸附引起的表面应力。其悬臂梁结构见图1，V形Si3N4悬臂梁的尺寸为200μm×36μm×0.6μm。梁的上表面镀金，下表面镀一层惰性的硫醇类物质。整个悬臂梁浸在缓冲液中，注入蛋白质后，金表面吸附蛋白质后引起的表面应力改变就会导致悬臂梁弯曲。一束激光在梁的自由端反射，通过PSD接收反射光，反射光斑的位移与悬臂梁弯曲成比例。在2 min的时候注入30μL的缓冲液，随后在第28 min注入30μL免疫球蛋白(IgG)。实验结果(见图4)表明注入缓冲液后没有明显的表面应力变化，而注入IgG后则产生了很大的响应。该方法无需使用放射性或荧光物质作为示踪剂，为生物材料的检测提供了一种新方法。

　　2005年，在Lee等的工作中，通过在悬臂梁表面淀积压电薄膜来检测悬臂梁对蛋白质和DNA的吸附。悬臂梁尺寸为100μm×30μm×5μm，压电薄膜厚2.5μm。带压电薄膜的悬臂梁通过振荡电路激励，通过计数电路来测量频率。实验测得悬臂梁的基频为1.2～1.3 MHz，吸附胰岛素和T序列DNA后的频率变化量分别为217 Hz和17.7 kHz，对应的质量变化分别为0.45821×10-15g和37.3747×10-15g。这种方法可以将电路部分与悬臂梁集成，组成芯片实验室(LOC)，这是当前研究热点和今后发展方向。

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