生物传感器的微悬臂梁换能技术进展汇报..pptVIP

生物传感器的微悬臂梁换能技术研究项目验收报告 李艳宁 天津大学精密仪器与光电子工程学院 汇报提纲 1、基本信息 2、微悬臂梁简介 3、作为生物传感器换能元件的微梁的优势 4、工作总结报告 5、技术总结报告 6、存在问题(进一步研究内容) 7、国内外同类技术比对 8、结论 1、基本信息 项目名称： 项目类别：天津科委应用基础研究面上项目 项目编号 ：043601711 起止年限：2004. 4~ 2006.3 所属学科：自动化技术 关键词：生物传感器，微悬臂梁，生物素－亲和素 研究内容及创新点和意义摘要 ： 以生物素——亲和素体系BAS为分子识别机制，研究微悬臂梁生物传感器换能技术。通过检测带有压阻电极的微悬臂梁的频率响应进行定量检测。该种换能技术可达单分子灵敏度，结构精巧，它的研制成功可以用于构建多种生物传感器，为食品安全、临床检验、环境监测、反生物恐怖、生物芯片研制、蛋白质组学等领域的超微量分析提供先进的高科技检测手段。 2、微悬臂梁简介 The active probe Microcantilevers with piezoresisitors Sensors and actuators are the fundamental and most important elements for MEMS and nanotechnology progress. The microcantilever provides us a unique tool for sensing ultra-small forces in the microscopical world. Microcantilevers are used as springs in microworld. Review examples Detection of single electron M. Woodside and P. McEuen, Science 296, 1098 (2002). Electron spin detection A major milestone toward the goal of three-dimensional molecular images. Promising for 3-D view of a single protein. The force from an electron spin is only a few attonewtons (10-18N). Cantilevers is used for force detection. Biological sensing manipulation(1) Microcantilevers for MEMS (1) Microcantilevers for grippers (3) Piezoelectric nanogenerators based on Zinc Oxide Nanowire Arrays 3、微梁作为生物传感器换能元件的优势 4.1 研究目标、预期成果及提供形式 研究目标： 认识微悬臂梁在液体中的工作机理； 建立微悬臂梁弹性常数的实时标定方法； 开发出微悬臂梁在液体环境下的品质因数Q控制电路； 设计并优化该类生物传感器的结构模型，研制微悬臂梁生物传感器原型机一台。 预期研究成果： 提出用于液体的微悬臂梁生物传感器的工作机理，从微悬臂梁在液体中的振动方程得出微悬臂梁的振动特性与弹性常数、有效质量以及液体物性参数间关系的数学模型，得出品质因数Q与液体物性间的关系的数学模型； 建立微悬臂梁弹性常数的实时标定方法； 开发出微悬臂梁在液态环境下的品质因数Q控制电路和系统电路； 提供形式： 完成实验原型机一台。 预计发表论文4～6篇，申请专利1项。 4.2 课题执行情况与评价 认识微悬臂梁的工作机理； 研究过程中，把微悬臂梁等效为“弹簧－质量块”模型，建立了在受激状态下微悬臂梁在空气和液体中的振动方程。通过解析微悬臂梁的振动方程，从理论上认识了微悬臂梁在液体中受阻尼状态下的振动过程和工作机理。推导了相应的理论公式。这为微悬臂梁在生物传感器上的应用奠定了理论基础。 建立微悬臂梁弹性常数的实时标定方法； 在认识微悬臂梁在液体中的基本工作机理的基础上，提出了一种快速、实时测定微悬臂梁弹性常数的基本方法。根据微悬臂梁弹性常数与液体粘度的基本关系，通过测量微悬臂梁在两种不同粘度的液体中的谐振频率，可以间接测量微悬臂梁的弹性常数。实验证明，这种方法的精度优于5％。 开发出微悬臂梁的品质因数Q控制电路； 在理论和实验研究微悬臂梁的受激振动机理和品质因数调控理论和方法的基础上，