微悬臂梁传感器及其在生化领域的应用

1 引言

　　传感器是一种可以获取有用信息并将其转换成可用信号的特殊装置，它在信息处理系统中占有十分重要的地位，广泛应用于生产、科研和生活的各个领域。悬臂梁结构是最简单的微结构，利用它可以探测到极小的位移或质量的变化，这使得微悬臂梁成为高精度高灵敏传感器的理想选择。

2 微悬臂梁传感器的工作原理

　　将待测物与微悬臂梁通过某种方式固定在一起，会引起微悬臂梁弯曲或谐振频率的变化。因此，可以利用微悬臂梁的这些特点制作基于微悬臂梁的物理、化学和生物传感器。它们结合不同的读出方法，可以测量到精度很高的微悬臂梁弯曲变化或谐振频率的变化。由此，微悬臂梁有两种不同的工作模式：静态工作模式和谐振工作模式，下面分别进行介绍。

2.1静态工作模式

　　如果把待检测的分子吸附在微悬臂梁的一个表面，而另外一个表面不吸附待测分子，由于分子之间的相互作用会在微悬臂梁上下表面引起应力差，从而导致微悬臂梁弯曲。微悬臂梁_卜下表面的应力差(σ1～σ2)可以通过Stoney方程来计算。

　　式中：L和t分别是微悬臂梁的长度和厚度，△d是微悬臂梁自由端的位移，而E和v则是所用材料的杨氏模量和泊松比。山上述方程我们可以看出，△d与(σ1～σ2)成正比，为了提高微悬臂梁的灵敏度，必须把微悬臂梁的一个表面修饰为对目标分析物不敏感，而另外一个表面修饰为对目标分析物具有高亲合力，以产生大的上下表面应力差。静态工作模式一般结合光学读出方法来读出微悬臂梁的弯曲量，一个典型的例子如图1。

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