微梁陣列生化傳感器設(shè)計(jì)及應(yīng)用.pdf

1、微梁生化傳感技術(shù)是在微機(jī)電系統(tǒng)和原子力顯微鏡基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新興傳感技術(shù)，具有檢測(cè)靈敏度高、無(wú)需標(biāo)記、能實(shí)時(shí)原位再現(xiàn)生化反應(yīng)信息等優(yōu)點(diǎn)。其檢測(cè)原理是當(dāng)微梁?jiǎn)蝹?cè)表面上有生化反應(yīng)發(fā)生時(shí)，分子間的相互作用會(huì)導(dǎo)致微梁表面應(yīng)力改變而使微梁產(chǎn)生彎曲，利用光杠桿方法檢測(cè)出此變形即可得到該生化反應(yīng)過(guò)程信息。
　　 本文針對(duì)微梁生化傳感系統(tǒng)中溫度漂移、溶液折射率改變等對(duì)檢測(cè)信號(hào)影響的消除，以及高通量檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)，對(duì)已有單微梁生化傳感系統(tǒng)進(jìn)行了系

2、列改進(jìn)設(shè)計(jì)，并對(duì)陣列式微梁傳感技術(shù)進(jìn)行了深入研究，提出了多種實(shí)現(xiàn)微梁陣列信號(hào)檢測(cè)的可行性方案。在經(jīng)過(guò)初步的實(shí)驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證后，設(shè)計(jì)制作了一套能穩(wěn)定、可靠用在實(shí)際生化檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中的微梁陣列生化傳感系統(tǒng)。同時(shí)，從雙材料微梁對(duì)環(huán)境溫度變化敏感的角度出發(fā)，研制了一種高靈敏度的微梁溫度傳感器。具體內(nèi)容如下：
　　 對(duì)實(shí)驗(yàn)中使用的兩種不同檢測(cè)原理的光電位置敏感探測(cè)器性能進(jìn)行了分析比較，并討論了激光束光斑形狀及大小、雜散光等對(duì)系統(tǒng)檢測(cè)靈敏度的影響。

3、同時(shí)改進(jìn)了系統(tǒng)光路結(jié)構(gòu)，利用擋光片消去雜散光，有效提高了系統(tǒng)的檢測(cè)靈敏度。
　　 對(duì)生化反應(yīng)池結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，減小了池子容積，并能有效排除腔內(nèi)氣泡。同時(shí)，新的套合式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使安放微梁的內(nèi)部凸臺(tái)處于開(kāi)放環(huán)境中，在微梁固定時(shí)調(diào)節(jié)更方便，且不易損壞。
　　 針對(duì)雙材料微梁對(duì)溫度變化敏感的特性，成功研制了一種高靈敏度的微梁溫度傳感器，具有良好的線性和測(cè)量重復(fù)性。利用長(zhǎng)200μm、寬40μm、氮化硅厚0.6μm、鍍金層厚0.0

4、6μm的商業(yè)微梁作為感溫元件，其溫度分辨率達(dá)到0.02℃，若進(jìn)一步對(duì)微梁參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，其溫度分辨力可達(dá)10-4℃。
　　 提出了6種實(shí)現(xiàn)微梁陣列傳感檢測(cè)的可行性方案，并進(jìn)行了初步的實(shí)驗(yàn)嘗試：
　　 (1)利用擴(kuò)束面光源照射微梁陣列，再利用CCD接收經(jīng)微梁陣列反射后的光斑進(jìn)行成像檢測(cè)；
　　 (2)利用多個(gè)激光器時(shí)序照射微梁陣列進(jìn)行檢測(cè)；
　　 (3)采用發(fā)光效率高、體積重量小、價(jià)格低廉的光纖陣列來(lái)代替激光

5、器陣列對(duì)微梁陣列進(jìn)行時(shí)序照射檢測(cè)；
　　 (4)基于聲光調(diào)制原理，通過(guò)控制聲波頻率信號(hào)來(lái)驅(qū)使單激光束掃描微梁陣列進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)；
　　 (5)利用數(shù)字微鏡器件作為光開(kāi)關(guān)，選擇性反射光源到微梁陣列上，對(duì)其進(jìn)行時(shí)序照射檢測(cè)；
　　 (6)基于壓電掃描原理，通過(guò)控制輸入壓電陶瓷管的電壓信號(hào)來(lái)驅(qū)使單激光束掃描微梁陣列進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)。
　　 研制了能將不同生化分子分別修飾到微梁陣列各梁上的毛細(xì)管陣列套合修飾裝置。同時(shí)對(duì)