OARS - Open Access Rewards System
DOI : 10.2240/azojono0115

응용을 느끼기를 위한 Microcantilevers의 검토

Sandeep Kumar Vashist

저작권 AZoM.com Pty 주식 회사.

이것은 허용 제한 없는 사용이 본래 일을 제대로 인용되고 그러나 비영리적인 배급 및 재생산으로 제한되는 제공한 AZo 노 http://www.azonano.com/oars.asp의 조건으로 분산된 아조기를 함유한 개가식 사례금 시스템 (AZo 노) 약품입니다.

제출하는: 2007년 5월nd 22일

배치하는: 2007년 6월th 18일

커버되는 토픽

요약

키워드

소개

Microcantilevers의 대량 과민한 탐지

Microcantilever 편향도 검출 방법

Piezoresistive 편향도 검출 방법

광학적인 편향도 검출 방법

전기 용량 편향도 검출 방법

간섭 측정 편향도 검출 방법

광학적인 회절 격자판 편향도 검출 방법

책임에 의하여 결합되는 장치 (CCD) 검출 방법

외팔보의 기계적 성질

공가 光速의 구부리는 행동

Microcantilever 센서

상업적인 외팔보에서 이용되는 물자

외팔보는 비접촉형에서 사용합니다

Microcantilever 기지를 둔 센서의 이점

마이크로 컴퓨터와 Nanocantilevers에 근거를 두는 센서의 모형

물리학과 화학에 있는 Microcantilevers의 응용을 느끼기

습도 센서

제초제 센서

금속 이온 센서

온도 감지기/열 센서

점성 센서

열량측정 센서

자석 구슬을 검출하는 센서

공가 기지를 둔 원격 측정법 센서

미사일 저장과 정비 필요를 감시하는 Microsensors

먼 적외선 탐지 센서

폭발물 탐지 장치

질병 진단의 필드에 있는 Microcantilevers의 응용을 느끼기

마이크로 칩을 검출해 암

미오글로빈 탐지 센서

관상 동맥 심장병을 위한 바이오 센서

단 하나 뉴클레오티드 동질다상을 검출하는 공가 기지를 둔 센서

바이오칩

Nanocantilevers: 센서에 있는 중요한 돌파구

결론

참고

접촉 세부사항

요약

Microelectromechanical 시스템에 의하여 (MEMS) [1,2] 마지막 십년간에서서만 실존이 들어왔습니다. Microcantilevers는 단순화된 MEMS에 기지를 둔 장치입니다. 센서의 필드에 있는 microcantilevers의 다양한 응용은 많은 연구원에 의해 탐구되었습니다. 몇몇 단은 또한 전립선암 [3], 심근 경색 [4] 및 포도당 감시 [5]의 진단을 위해 microcantilevers 사용의 가능성을 보여주었습니다. 과학자는 임상 실험실에서 몇몇 동시에 일상적으로 진단한 질병을 검출할 수 있는 microcantilevers의 소집에 근거를 둔 소형화한 바이오칩을 만들기의 비전을 쫓고 있습니다. 최근에 nanocantilevers의 발달에 의하여 높은 처리량과 결합된 분석물의 매우 과민한 탐지의 기능에 기술이 더 규모를 축소했습니다.

키워드

Microcantilevers 의 센서, 진단, MEMS

소개

분자 진단 장치는 소형화 기술의 전진에 더 작게 되고 있습니다. 거기 소형화한 플래트홈에 대한 바이오 센서 연구의 필드에 있는 관심사를 증가하고 있습니다. 소형화는 생체 조건 생리적인 감시, 다중 특이성 센서 소집, 센서 이식 가능성 및 극소화한 견본 양을 위해 필수적입니다. 전통적인 바이오 센서는 광대한 포장하고, 복잡한 전자에게 조화시키고 정규 정비를 필요로 합니다. 이 결점은 칩에 전자공학 그리고 micromechanical 구조물을 통합하는 MEMS 장치의 사용에 의해 감소될 수 있었습니다.

Microcantilevers는 물리, 화학 및 생물학에게 느끼기를 위해 채택되었습니다. 그(것)들에는 질병의 검열, 점 돌연변이의 탐지, 화학과 세균전 에이전트의 혈액 포도당 감시 및 탐지를 위한 약의 필드에 있는, 특히 넓은 응용이 있는 것을 또한 가지고 있습니다. 이 센서에는 높은 감도, 저가, 간단한 절차, 낮은 분석물 필수품 (µl에서), 비 위험한 절차 및 빠른 반응 식으로 전통적인 분석 기술에 몇몇 이점이 있습니다. 더욱, 기술은 그로 인하여 nanoelectromechani cal 시스템 (NEMS)를 초래하는 응용을 느끼기를 위한 nanocantilevers의 제작 그리고 사용을 위한 지난 몇년간에서, 개발되었습니다. 이 발달은 넓이까지 연구원이 지금 분자의 세를 구상할 수 있다 감도 한계를 증가했습니다. 분석물과 매우 과민한 탐지의 높은 처리량 분석의 능력으로, 소형화한, 매우 민감한 센서의 차세대를 위한 거창한 약속이 이 기술에 의하여 보전됩니다.

Microcantilevers의 대량 과민한 탐지

microcantilever는 물리로 작동할 수 있는 장치입니다, 검출해서 화학 생물학 센서는 외팔보 구부리거나 진동 주파수에서 변경합니다. 규칙적인 간격으로 여기저기 움직이는 다이빙대의 소형화한 카운터파트입니다. 이 운동은 사람이 다이빙대에 족답할 때 분석물의 특정 질량이 변경과 유사할 그것의 표면에 특히 흡착될 때 변경합니다. 그러나 microcantilevers는 숫자 1.에서 보이는 것처럼 미크론과 다른 모양에 있는 차원이 있어 다이빙대 보다는 더 작습니다 백만 시간.

숫자 1. 삼각형 microcantilevers (평면도)의 다른 모형 (a) 직사각형 (b) 두 배 다리가 있는 (c).

microcantilever 원인 microcantilever의 진동 주파수 변경 그리고 편향도에 흡착되는 분자. 점성, 조밀도 및 흐름율은 진동 주파수에 있는 변경을 검출해서 측정될 수 있습니다.

분자 흡착 검출의 또 다른 방법은 외팔보의 다만 1개의 측에 흡착 긴장 때문에 외팔보의 편향도를 측정해서 입니다. 분자의 화학 접합의 본질에 따라서, 편향도는 업 또는 다운 일 수 있습니다. 기계적인 검출 시스템을 가진 바이오칩은 수감부로 일반적으로 microcantilever 비스무트 물자 (예를들면 Au Si) 光速를 이용합니다. Au 측은 일반적으로 특정 수용체로 입힙니다. 수용체를 가진 분석물 (단백질 생물체와 같은 예를들면 생물학 분자)의 바인딩에 수용체 표면은 긴장되거나 구호됩니다. 이것은 microcantilever가 광학적인 기술을 사용하여 측정될 수 있는 나노미터에서, 일반적으로 빗나가게 하는 원인이 됩니다. 편향도는 분석물 농도에 비례적입니다. 개념은 암과 같은 특정 질병을 가리고 특정 화학제품 및 세균전 에이전트 검출하기에서 채택되었습니다.

Microcantilever 편향도 검출 방법

Piezoresistive 편향도 검출 방법

piezoresistive 방법 [6-8] piezoresistive 물자 가까운 것의 외팔보의 표면에 생기는 긴장 변경을 기록하기 위하여 끼워넣기 외팔보의 윗 표면 관련시킵니다. microcantilever는 빗나가게 하는 때, piezoresistor에 긴장을 적용할 그로 인하여 전자 방법에 의해 측정될 수 있는 저항에 있는 변경을 일으키는 원인이 되는 긴장 변경을, 겪습니다. piezoresistive 방법의 이점은 판독 장치가 칩에 통합 일 수 있다 입니다. 불리는 piezoresistive 판독 장치를 위한 편향도 해결책이 광학적인 검출 방법으로 1 옹스트롬과 비교된 단지 1개 나노미터만이다 입니다. 방법을 가진 또 다른 불리는 piezoresistor가 외팔보에서 끼워넣어져야 하다 입니다. 합성 구조물을 가진 그런 외팔보의 제작은 더 복잡합니다.

光速에 있는 piezoresistor 물자는 최대 감도를 위해 외팔보의 1개의 표면에 되도록 가깝게 지방화되어야 합니다. piezoresistive 물자의 제작을 위해 사용 진한 액체로 처리의 모형은 중요한 요인입니다. N 모형 실리콘의 piezoresistive 계수는 P 모형을 위해 그것 보다는 더 중대합니다. 긴장이 그것에 적용될 경우의의 저항 piezoresistive 중대한 변화. 적용되는 긴장의 기능으로 저항에 있는 상대적인 변경은 다음과 같음 쓰여질 수 있습니다:

K가 물자 매개변수인 계기 인자를 표시하는 곳에. 아래 l와 t는 계기 인자의 경도와 횡단하는 부분을 나타납니다.

piezoresistor의 감도는 간격 t 및 곡률 반경에 비례적으로 변화합니다. 계기 인자는 Young 계수, 물자의 본질적인 특성인 E에 비례적입니다. 계기 인자는 또한 외팔보를 긴장시키고 저항 변경을 측정해서 수 있습니다 직접 산출될.

δ가 있는 곳에 물자 및 R에 있는 긴장은 저항입니다. 과민한 장치를 위해, 계기 인자는 100의 명령의 이어야 합니다.

piezoresistive 공가 光速는 숫자 2.에서 보이는 것처럼 휘트스톤 브리지 회로의 무기로 이용될 수 있습니다.

숫자 2. piezoresistive microcantilever에 사용되는 휘트스톤 브리지 회로.

위 숫자에서 가변저항 무기의 저항은 () 일반적인 전압 분배 법칙 공식을 사용해서 결정될 수 있고 아래에로 보입니다:

외팔보가 편향도를 복종되다 언제든지 저항 변경이 있을 것입니다.

광학적인 편향도 검출 방법

광학적인 방법 [8], 숫자 3에서 보이는 것처럼, microcantilever 및 위치 과민한 검출기의 표면에 입힌 유생분자에 영향을 미치지 않는 명령의 아주 낮은 힘의 레이저 광선을 채택합니다 (PSD). 레이저 광선은 외팔보에 떨어지고 외팔보의 표면에 입힌 금 층으로 반영해 거의 줍니다 그것에게 완료 같이 미러를 얻습니다. 반영한 光速는 PSD에 떨어집니다. 외팔보는 i.e undeflected 때 PSD에 특정한 반점에 어떤 분자도로, 레이저 광선 떨어질 것입니다 입히지 않습니다. 외팔보가 빗나가게 하는 때, 차례차례로, 적합한 전자공학을 사용하여 산출되는 光速의 위치는 변경합니다. 이 검출 시스템의 이점은 이하 나노미터 범위에 있는 편향도 검출 가능하다 입니다. 그러나 이 방법에는 또한 그것의 자신의 불리가 있습니다. 액체 세포 환경에 있는 정촛점 레이저 광속의 존재는 외부 독서를 초래하는 추가 열 관리 문제 귀착될 수 있습니다. 이차적으로, 줄맞춤 시스템은 비싸 궁극적으로 전부 진단 장비의 비용을 올릴 수 있는 중대한 정밀도를 관련시킵니다. 추가적으로, 그것은 또한 장비의 이식 가능성을 감소시킵니다.

microcantilever 편향도 검출을 위한 광학적인 검출 시스템의 숫자 3. 개략도. 빗나가게 된 microcantilever에서 반영한 레이저 광은 PSD에 다른 위치에 떨어집니다. PSD에 레이저 광선의 2개의 위치 사이 거리에 따라서, microcantilever의 편향도는 결의가 굳습니다.

전기 용량 편향도 검출 방법

공가 편향도가 분석물의 흡착 때문에 일어날 때 전기 용량 방법 [9], 편평한 축전기의 용량 바뀌는 원리에 근거를 둡니다. 여기 microcantilever는 2개의 축전기 격판덮개의 한개 있습니다. 이 편향도 기술은 매우 민감하 절대적인 진지변환을 제공합니다. 그러나 이 기술은 큰 진지변환 측정을 위해 적당하지 않습니다. 더욱, 그것은 전기 용량 격판덮개 사이 유도 전류 현재 때문에 전해질 해결책에서 작동하지 않습니다. 그러므로, 그것은 그것의 느끼는 응용에서 제한됩니다.

간섭 측정 편향도 검출 방법

이 광학적인 검출 방법 [10,11] 외팔보에 의하여 반영된 레이저 광선을 가진 참고 레이저 광선의 방해에 근거를 둡니다. 광섬유의 쪼개진 끝은 공가 표면에 가깝게 주어집니다. 빛의 1개 부품은 섬유와 주위 매체 사이 공용영역에 반영되고, 그밖 부분은 섬유로 다시 외팔보에 반영됩니다. 이러한 두 종류 光速는 섬유 안쪽에 충돌하고, 방해 신호는 포토다이오드로 측정될 수 있습니다. 간섭 측정은 진지변환의 직접과 절대 측정을 제공하는 매우 민감한 방법입니다. 이 방법에서는, 빛은 공가 표면에 충분한 반사 조명을 얻기 위하여 가깝게 주어져야 합니다. 멀리 몇몇 미크론은 microcantilever의 자유로운 끝에서 광섬유 0.01 Å 범위에 있는 편향도를 측정할 수 있었습니다. 그러나, 섬유의 두는 것은 어려운 업무입니다. 방법 일은 잘 작은 진지변환을 위해 그러나 바이오 센서 응용에 있는 한정된 사용의 액체에서 보다 적게 과민합니다 그러므로.

광학적인 회절 격자판 편향도 검출 방법

interdigitated 외팔보에서 반영한 레이저 광은 강렬이 공가 편향도 [12]에 비례적인 에돌이 무늬를 형성합니다. 이것은 원자 군대 현미경 검사법, 적외선 탐지, 및 화학에게 느끼기를 위해 사용될 수 있습니다.

책임에 의하여 결합되는 장치 (CCD) 검출 방법

분석물에 응하여 외팔보의 편향도 측정을 위한 CCD 사진기는 김과 협력자 [13]에 의해 이용되었습니다. 여기에서 위치 과민한 검출기는 외팔보에서 빗나가게 된 레이저 광선을 기록하는 CCD 사진기입니다.

외팔보의 기계적 성질

외팔보의 기본적인 기계적인 매개변수는 일정한 봄 및 공명 주파수입니다.

봄 일정한 k는 외팔보, Z.의 적용되는 군대, F 및 유래에게 구부리기 사이 비례 인자입니다. 이 관계는 Hooke의 법률에게 불립니다.

F = - kz

외팔보의 뻣뻣함이 봄 불변의 것에 의하여 열매를 산출합니다. 길이 l의 직사각형 외팔보를 위해, 봄 불변의 것은 것과 같이 쓰여질 수 있습니다

E가 있는 곳에 Young 계수 및 I는 관성 모멘트 입니다. 긴장 과민한 외팔보를 위해 일정한 전형적인 봄은 1 mN/m에서 1 N/m.의 범위 안에 입니다.

간단한 직사각형 외팔보res 를 위한 공명 주파수 f는 것과 같이 표현될 수 있습니다

ρ가 대량 조밀도인 곳에, h와 w는 각각 외팔보의 고도 그리고 폭을 표시합니다. 직사각형 외팔보를 위한 관성 모멘트 것과 같이 쓰여질 수 있습니다

공명 주파수를 위한 단순식은 봄 불변의 것의 기능으로 것과 같이 쓰여질 수 있습니다

한덩어리로 만드십시오 곳에, m=ρ.h.l.w. 관계는 공명 주파수가 일정한 증가 봄의 기능으로 그리고 감소하는 공가 질량의 증가한다는 것을 보여줍니다.

microcantilevers의 사용은 세계전반 이해되었습니다 그러나 생물 역학 [14] 및 microcantilever 편향도의 근본적인 기계장치는 아직 완전히 설치되지 않습니다.

공가 光速의 구부리기 행동

등방성 물자에 (압축 긴장의 경우에) 또는 감소 (인장 응력의 경우에는) 표면 증가합니다 작동하는 획일한 지상 긴장은 숫자 4.에서 보이는 것처럼. 이 긴장이 얇은 격판덮개 光速의 반대 측에 보상되지 않는 경우에, 전체적인 구조물은 구부릴 것입니다. 압축 긴장과 인장 응력의 지역 사이, 모양없이 하지 않는 중립 비행기가 있습니다. 구부리기 때문에, 군대 F는 휨 모멘트 M=F.x에 있는 중립 편평한 결과에 있는 x의 거리에 작동하고 있습니다. 그러므로, 곡률 반경 R 주어집니다:

1/R = dz/dx22 = M/EI

E가 있는 곳에 명백한 Young 계수 및 I는 직사각형 光速를 위한 뒤에 오는 방정식에 의해 주어진 관성 모멘트 입니다

光速의 1개의 측에 지상 긴장에 있는 변경은 정체되는 구부리기 일으키는 원인이 되고, 휨 모멘트는 다음과 같음 산출될 수 있습니다:

Δσ = σ1 - σ는2 각각 외팔보의 위와1 더 낮은 측2 에 지상 긴장으로 σ와 σ를 가진 미분 지상 긴장입니다 (숫자 5). 첫번째 방정식 수확량 Stoney의 공식 [15]에 있는 I와 M의 이 가치 삽입:

압축과 인장 응력에 응하여 공가 光速의 숫자 4. 구부리기. (a) 유생분자 사이 반발작용 때문에 압축 지상 긴장은 공가 光速의 아래쪽으로/부정적인 편향도로 이끌어 냅니다. (b) 분자 사이 매력 때문에 장력 지상 긴장은 공가 光速의 위쪽으로/긍정적인 편향도로 이끌어 냅니다.

숫자 5. 간격 t의 얇은 공가 光速의 옆쪽 전망은 압축 긴장을 복종시켰습니다. σ는1 위 표면에 긴장이고 σ는2 외팔보의 낮은 표면에 긴장입니다. 공가 光速는 곡률 반경 R. 일정한으로 구부립니다.

외팔보의 경계 조건 고려 (R" L)는, 위 방정식 해결될 수 있습니다 외팔보의 진지변환은 다음과 같음 쓰여지고:

지상 긴장에 있는 변경은 표면에 비용이 부과된 분자 뿐 아니라 지상 hydrophobicity에 있는 변경 및 흡착된 분자의 conformational 변경 사이 흡착 프로세스 정전기 상호 작용의 결과일 수 있습니다.

표면에 의하여 긴장 유도된 구부리기 이외에, bimaterial 외팔보의 부피 팽창은 정체되는 구부리기 귀착될 수 있습니다. bimaterial 외팔보는 2개의 물자의 부피 팽창 계수가 다른 경우에 가스 흡착 때문에 구부리기 겪습니다.

Microcantilever 센서

Biosensing 응용은, 싸게 분석물 검출을 위한 매우 민감한 방법 높 처리량 검열을 위한 기능과 더불어 사용하기 편한 단단 요구합니다. 이 점은 전부 그러므로 biosensing 응용을 위한 이상적인 후보자인 micromachined 공가 센서에 의해 성취될 수 있습니다. microcantilever에 기지를 둔 센서의 각종 응용은 숫자 6.에서 요약됩니다.

microcantilever 기지를 둔 센서의 숫자 6. 응용.

Microcantilever는 센서 [16]입니다 비발한 물리, 화학 및 생물학 센서의 발달을 위한 아주 유망한 미래를 제안하는 가장 간단한 MEMS 장치 기지를 두었습니다. 그(것)들은 지금 채택된 가장 진보된 기술 보다는 더 낮은 탐지 한계를 가진 최근 및 가장 가장 진보된 분석물 검출 시스템 멀리입니다. 분석물의 흡착된 질량은 microcantilever의 nanomechanical 구부리기 일으키는 원인이 됩니다. 분석물 분자의 바인딩 때문에 microcantilever 표면에 질량에 있는 변경은 microcantilever의 편향도에 정비례합니다. 따라서, 분석물의 품질 뿐 아니라 양이 많은 탐지는 실행될 수 있습니다.

상업적인 외팔보에서 이용되는 물자

상업적인 외팔보는 실리콘, 실리콘 질화물, 또는 산화규소로 전형적으로 만들고 다양한 다른 모양, 차원 및 군대 감도에서 유효합니다. 신 개발은 최신 직접 회로 (IC)와 무료한 금속 산화물 (CMOS) 소집의 모양으로 지적인 극단적으로 작은 외팔보를 생성하기 위하여 반도체 기술을 결합합니다.

외팔보는 비접촉형에서 사용합니다

최근 년은 표면과의 접촉으로 더 이상 주어지지 않다 그것에 의하여 외팔보의 사용중에 있는 두번째 진보적인 단계를 목격했습니다. 그(것)들은 지금 두금속 효력, 지상 긴장, 또는 조화되는 진동자 같이 물리학의 기본 원리에 근거를 둔 소형화된 변형기의 완전히 새로운 모형을 제공하는 센서 시스템에서 이용됩니다.

Microcantilever 기지를 둔 센서의 이점

Microcantilever는 기체, 진공 및 액체 매체에 있는 센서를 가지고있ㅂ니다 각종 분석물의 탐지를 위한 거대한 가능성으로 기지를 두었습니다. 그(것)들은 몇몇 단계를 가진 그들의 높은 특이성, 높은 감도, 간명, 저가, 낮은 분석물 필수품 (µl에서), 비 위험한 절차, 빠른 반응 및 낮은 소요 전력 때문에 상당한 관심사를 깨웠습니다. 소량에 물질은 고성능 액체 착색인쇄기, 얇은 층 착색인쇄기, 가스 착색인쇄기, (HPLC) 가스액화착색인쇄기 (TLC) 등등 같이 각종 (GC) 기술로 지금 (GLC) 검출됩니다. 그러나, 이 기술은 복잡하고, 시간이 걸리고, 값이비싸 부피가 큰 기계 사용을 요구합니다. 또한 견본 준비는 머리말을 붙인 복잡한 절차이고 숙련되는 인원을 요구합니다. 그러나 microcantilever 기지를 둔 센서는 물질의 추적량을 부품 당 10억 부품 당 조 안으로 (ppb) 검출하골 (ppt). 그(것)들은 microcantilever [17]의 nanomechanical 구부리기로 생체 고분자 승인을 변환합니다. microcantilever에 분석물 분자의 흡착에서 발생하는 분자 사이 힘은 microcantilever의 nanomechanical 구부리기의 결과로 지상 긴장을, 직접 유도합니다.

물리학과 화학에 있는 Microcantilevers의 응용을 느끼기

공가 기지를 둔 센서에는 물리학과 화학에 있는 광대한 응용이 있습니다. 그(것)들은 음파 각측정속도, 유동성 압력 및 흐름율을 측정하기 위하여 이용되골, 선택적으로 청각적인 진동을 픽업하기 위하여 조정될 수 있습니다. Biotoxins는 ppt 수준에 감도로 특정한 biotoxin를 위해 특정 단일 클론항체로 외팔보의 1개의 측을 입혀서 검출될 수 있었습니다. 작은 대기 압력 변경의 효력은 진동 외팔보의 공명에서 느껴질 수 있습니다. 자외 방사선에 노출의 효력은 적당한 중합 코팅을 선택해서 느껴질 수 있습니다. 1개의 측에 금으로 입힌 실리콘 질화물 외팔보가 PH 변경에 확실히 과민하다는 것을 관찰되었습니다. 이것에 기지를 두어, 공가 기지를 둔 센서는 PH 변경을 검출하기 위하여 제작될 수 있습니다. 그(것)들은 또한 근해에 있는 수은 증기, 습도, 천연 가스, 가스 혼합물, 툴루엔 및 지도를 검출하기 위하여 이용되었습니다.

마이크로 컴퓨터와 Nanocantilevers에 근거를 두는 센서의 모형

습도 센서

환경에 있는 습도는 microcantilever의 1개의 측이 젤라틴 [18]로 입히는 경우에 측정될 수 있습니다. 젤라틴은 그로 인하여 외팔보의 구부리기 일으키는 원인이 되는 대기권에서, 존재하는 수증기에 묶습니다. 인산과 같은 흡습성 재료 (ORNL)로 입힌 외팔보가 picogram 질량 해결책 [19]를 가진 수증기 검출을 위해 센서로 사용될 수 있다는 것을 오크리지 국립 연구소에 연구원, 미국은 보여주었습니다. 수증기가 외팔보의 입히는 표면에 흡착될 때, microcantilevers와 공가 편향도의 공명 주파수에 있는 변경이 있습니다. microcantilevers의 감도는 분석물을 위해 높은 친화력이 있는 물자로 그것의 표면을 입혀서 증가될 수 있습니다.

제초제 센서

Microcantilevers는 로버트 Raiteri와 협력자 [20]에 의해 액체 환경에 있는 제초제의 사격량을 검출하기 위하여 이용되었습니다. 제초제 2,4 dichlorophenoxyacetic 산 (2,4-D)는 외팔보의 위 표면에 입혔습니다. 2,4-D에 대하여 단일 클론항체는 외팔보에 그 때 제공되었습니다. 단일 클론항체와 제초제 사이 특정 상호 작용은 외팔보의 구부리기 일으키는 원인이 되었습니다. 많은 연구는 수성 매체에 있는 ng/l 사격량에 존재하는 유기염소와 organophosphorous 농약 및 제초제의 탐지를 위한 항체에 의하여 입힌 공가 immunobiosensors를 개발하기 위하여 계속되고 있습니다. Alvarez와 협력자는 농약 dichloro dipheny 트리클로로에탄 [21]의 탐지를 위한 microcantilevers의 (DDT) 사용을 설명했습니다.

금속 이온 센서

Microcantilever 센서는 교류 세포 [22]-9 에 있는42- 10M 크로마뇽인의 사격량을 검출하기 위하여 채택되었습니다. 이 장치에서는, 금 입히는 microcantilever 표면에 triethyl 12 mercaptododecyl 염화 부롬화물의 각자 소집된 층은 사용되었습니다. Microcantilevers는 다수 기체 분석물의 화학 탐지를 위해 사용될 수 있었습니다. microcantilevers를 채택하는 다원소 센서 소집 장치는 각종 이온을 동시에 검출하기 위하여 할 수 있습니다.

온도 감지기/열 센서

온도와 열에 있는 변경은 두금속 효력에 의해 열 확장 계수 여러가지 물자로 구성된 외팔보를 구부립니다. Microcantilever는 센서를 10 K 만큼 작았던 온도에 있는 변경을 측정하골-5 사진 열 측정을 위해 사용될 수 있습니다 기지를 두었습니다. 그(것)들은 microcalorimeters로 촉매 화학 반응에 있는 열 기동전개를 공부하기 위하여 이용될 수 있고 엔탈피는 상전이에 변경합니다. 두금속 microcantilevers는 150 fJ와 이하 밀리세컨드 시간 해결책의 감도로 photothermal 분광학 [23] 능력을 발휘할 수 있습니다. 그(것)들은 attojoule 감도를 가진 열 변경을 검출해서 좋습니다.

점성 센서

중간 점탄성에 있는 변경은 공가 공명 주파수를 이동합니다. 그것의 기본적인 공명 주파수를 낮추는 공가 진동이 외팔보 뿐 아니라 추가한 질량을 포위하는 높게 점성 매체에 의하여 감쇠할 것입니다. 외팔보는 압전 액추에이터에 의해 공진하기 위하여 점성 미터 [24] 그러므로 진동하고 사용될 수 있습니다.

열량측정 센서

이 센서에서는, 온도 변화만 측정될 것입니다 [25,26]. 화학 반응의 대부분은 열에 있는 변경과 연관됩니다. 따라서, 열량측정은 화합물의 광범위를 확인하는 거창한 잠재력을 받습니다. 포도당 옥시다아제 같이 효소는 해결책에 있는 포도당으로 특히 반작용할 microcantilever의 표면에 고정되고 입힐 수 있어, 알아볼 수 있는 열량 측정 신호를 일으키. 외팔보의 작은 열 질량 그리고 감도, 열량측정 센서 때문에 외팔보를 채택하는 것은 온도 변화 검출을 위한 센서의 차세대일 것입니다.

자석 구슬 검출 센서

Baselt와 협력자 [27] 군대 변형기로 수용체 입히는 자석 구슬의 존재를 검출하기 위하여 microcantilevers 이용의 가능성을 설명했습니다. 외부 자기장을 적용하고는 및 microcantilever의 편향도를 측정해서 functionalized 공가 표면에 머무는 단 하나 µm 규모 자석 구슬의 존재를 검출하는 것이 가능합니다. 극단적으로 과민한 센서는 자석 구슬을 가진 분석물을 레테르를 붙여서 할 수 있습니다.

공가 기지를 둔 원격 측정법 센서

공가 기지를 둔 원격 측정법 센서 [28] fieldable 중앙 수집 역에 타당한 데이터를 중계하기 위하여 장치를 배치할 것입니다. 그(것)들은 인원이 착용하거나 전송한 기동부대의 사용을 가능하게 하고 몇몇 응용에 있는 타전한 센서를 대체할 것입니다. ORNL에 연구원은 붙박이 전자 가공 및 원격 측정법을 가진 microfabricated 칩을 건축하고 있습니다. 그(것)들은 또한 방법에 다른 종을 검출하기 위하여 종사하고 있습니다.

미사일 저장과 정비 필요를 감시하는 Microsensors

먼 무선 감시 기능에 소형화된 microcantilever에 기지를 둔 센서는 비축물자 상태 [29]로 통찰력을 얻기 위하여 채택되었습니다. 이 기술은 NOx를 포함하여 발사 화약 강직의 그밖 표시기의 습도 같이 환경 매개변수에, 온도, 압력, 충격 및 부식 뿐 아니라 수 근거를 둔 탄약 일생을 평가할 것입니다. 전자공학과 원격 측정법을 가진 단 하나 칩 검출기는 소집으로 수백 외팔보로 동시에 감시하고, 확인하고 양을 정합니다 많은 중요한 매개변수를 개발될 수 있었습니다. 부식 센서는 가혹한 환경으로 온건주의자에 있는 생활을 제한했습니다. 시스템은 환경 조건의 더 나은 지식을 위한 환경 자료를 집합하는 구조 이어야 합니다. 특정 탐지를 위한 민감하게 하는 코팅으로 사용을 위한 비석 [30] 같이 물자를 개발하는 필요가 있습니다. 비석은 열로 분자 체, 촉매, 이온 교환기 및 화학 흡수기로 상업적으로 이용된 안정되어 있는 aluminosilicate 기구 구조물입니다. 그(것)들은 우수한 선택성 및 선택적인 열 탈착 속성을 보여줍니다.

먼 적외선 탐지 센서

먼 (IR) 적외선 탐지 센서는 Oden와 협력자 [31]에 의해 발육되었습니다. 센서는 흡열성 층으로 입힌 piezoresistive 외팔보의 구성됩니다. Piezoresistive microcantilevers는 uncooled IR 탐지 기술에 있는 중요한 발달을 나타냅니다. 외팔보는 코팅과 기질 사이 미분 긴장 때문에 구부리기 겪습니다. 외팔보 구부리는 원인 흡수된 열 양에 비례적인 piezoresistance에 있는 변경. 온도 변이는 외팔보의 구부리기의 결과로 두금속 효력을 일으키는 원인이 되는 다른 물자로 외팔보를 입혀서 검출될 수 있습니다. 따라서, 화학 반응의 열량 측정 탐지는 끝날 수 있습니다. 금 까말 것이 IR 흡수하는 물자로 봉사할 것입니다. 알루미늄 Pb 및 Zn와 같은 높은 열 확장 bimaterial 코팅은 microcantilever의 열로 유도한 구부리기 증가하기 위하여 이용될 수 있었습니다. 2차원 공가 소집은 IR 화상 진찰을 위해 간단하고, 매우 민감하고 단단 반응이기 때문에 사용될 수 있습니다.

폭발물 탐지 장치

개가 깜짝 놀라게 한다는 것은 냄새맡는다는 것은 힘을 가지고 있다는 것은, 그(것)들이 폭발물의 탐지에서 넓게 채택되는 이유 믿어집니다. 개는 사격량에 부품 당 10억 존재하는 낮게 쉽게 기체화한 유기 화학제품을 코를 킁킁거려서 폭발물을 검출할 수 있습니다. 많은 단은 ` 코 에 칩' 냄새맡는 힘이 있는 장치 혼합주와 아주 비슷한 시키기의 노력으로 액티브한 연구를 하고 있습니다. 이 ` 코 에 칩에서는' 장치 [32,33], 공가 특정 유기화합물을 픽업하기 위하여 각각이 다르게 입힐 microcantilever 소집 사용될 수 있었습니다. 그것은 단화, 걷는 지팡이, 지갑 등등 같이 우리의 평상시 관습 품목에서 범죄자를 수색작전에 관하여 아는 시키기 없이 폭발물을 검출하기 위하여 통합될 수 있습니다. 장치는 안전 관점에서 중대한 공적이고 큰 사고를 방지할 것입니다.

백금 또는 전이 금속으로 입힌 microcantilever는 트리니트로톨루엔 (TNT)로 570°C에 가열되고 0.1 초를 위한 그 온도에 붙들리는 경우에 반작용할 수 있습니다. 공가 코팅을 가진 TNT의 반응은 소형 폭발을 일으키는 원인이 될 것입니다. Thundat와 그의 단 [34] 성냥갑 규모 공항 수화물에 있는 폭발물과 이 기술에 근거를 둔 지뢰를 검출하기 위하여 장치를 발육시키고 있습니다.

질병 진단의 필드에 있는 Microcantilevers의 응용을 느끼기

마이크로 칩 검출 암

Arun Majumdar와 협력자 [3] 암의 진단을 위한 microcantilever에 기지를 둔 과민한 분석실험을 설명했습니다. 그(것)들은 전립선 특정 항원에 특정 항체로 microcantilever의 표면, (PSA) 전립선암을 경험해 환자의 혈액에서 찾아낸 전립선암 마커를 입혔습니다. PSA 입히는 microcantilever가 참을성 있을 것의 혈액 샘플과 상호 작용할 때 전립선암을 경험할, 항원 항체 복합물은 항원 분자의 흡착된 질량 공가 굽은 때문에 형성되고. 외팔보의 나노미터 구부리는 것은 사진 검출기를 사용하여 이하 나노미터 정밀도를 가진 낮은 힘 레이저 광선에 의해 광학적으로 검출되었습니다. 이 microcantilever에 기지를 둔 분석실험은 항원 수준을 낮게 검출할 수 있던 대로 임상으로 관련된 한계값 보다는 PSA의 탐지를 위한 전통적인 생화확적인 기술 보다는 더 과민했습니다. 기술은 처럼 좋고 잠재적으로 더 낫습니다 보다는 ELISA. 더욱, 분석실험 당 비용은 형광성 꼬리표 또는 radiolabel를 붙이기 아무 필요도 분자 없기 때문에 더 적은입니다. 압전 nanomechanical microcantilever의 공명 주파수 교대에 근거를 둔 PSA의 탐지는 이와 협력자 [35]에 의해 또한 설명되었었습니다.

미오글로빈 탐지 센서

sulfosuccinimidyl 6 [3 (2-pyridyldithio) - propionamido] hexanoate (sulfo LC SPDP) 십자가 링커에 의해 위 표면에 입히는 반대로 미오글로빈 단일 클론항체를 가진 Raiteri 그리고 그의 단 [4] 채택된 microcantilevers. 인간적인 혈청이 제공될 때, 그로 인하여 microcantilever의 편향도를 일으키는 원인이 되는 반대로 미오글로빈에, 바운스되는 미오글로빈. 건강한 인간적인 혈청에 있는 생리적인 사격량인 미오글로빈의 85 ng/ml는 쉽게 검출되었습니다.

포도당 바이오 센서

Pei와 협력자 [36] microcantilever 표면에 포도당 옥시다아제의 동원정지에 의하여 생물학으로 관련된 포도당 농도의 micromechanical 탐지를 위한 기술을 보고했습니다. 효소 functionalized microcantilever는 해결책에 있는 포도당을 가진 공가 표면에 고정된 포도당 옥시다아제의 반응에 의해 유도된 지상 긴장에 있는 변경 때문에 구부리기 겪습니다. 실험은 교류 조건 하에서 전송되고 포도당 탐지를 위한 일반적인 방해에는 혈액 포도당의 측정에 대한 아무 효력도 없었다는 것을 설명되었습니다.

관상 동맥 심장병을 위한 바이오 센서

임상 생화확적인 센서 응용은 biosensing microcantilevers를지 채택하는 지상 긴장을 측정해서 저밀도 지단백질의 (LDL) 흡착과 헤파린에 그들의 산화된 양식 (oxLDL)를 분화된 곳에, [37] 제출되었습니다. 이러한 두 종류 종을 분화하는 기능은 관심사의 때 맞추어 대동맥에 있는 콜레스테롤의 축적에 책임 있는 믿어지고 관상 동맥 심장병의 처음 단계와 연관되는 산화하기 양식이 플라스마에서 그들의 통풍관에 의하여 주요하게 호의를 보였기 때문에 입니다. 방법은 또한 버퍼 환경에 있는 단단한 표면에 그들의 흡착에 의해 (IgG) 유도된 2개의 플라스마 단백질, 면역 글로불린 G 및 알부민 (BSA)에 있는 conformational 변경을 검출하기 위하여 이용되었습니다. 이 현상은 단단한 표면을 관련시키는 생물 의학 응용에 있는 결정적인 중요성 이고, 그러나 계속 전통적인 흡착 기술로 측정하기 어렵.

단 하나 뉴클레오티드 동질다상을 검출하는 공가 기지를 둔 센서

알려진 유전자 (SNPs) 순서 및 게놈 내의 단 하나 뉴클레오티드 동질다상은 유전체학 연구의 주요한 관심사입니다. 점 돌연변이는 Thalassemia Tay Sachs, Alzheimer의 질병 등등과 같은 몇몇 질병을 일으키는 원인이 됩니다. 그러므로, 단 하나 뉴클레오티드 동질다상을 검출하는 노력은 이 질병의 초기 진단을 보조하고 그 같은 무질서가 있어 환자의 처리에서 도울 것입니다. 그 같은 단 하나 기본적인 쌍 미스매치 검출의 효과적인 믿을 수 있는 방법은 탐사기 DNA 순서와 표적 DNA 순서 사이 특정 생체 고분자 승인 상호 작용에 극단적으로 과민한 microcantilevers를 사용해서 입니다. 그(것)들은 femtogram 범위에 pico-에 있는 사격량을 검출해서 좋습니다. 특정한 표적 DNA 순서를 위해 특정 Thiolated DNA 탐사기는 금 입히는 microcantilever에 고정됩니다. 완전히 칭찬 표적 DNA 순서를 가진 교잡은 외팔보의 순수한 긍정적인 편향도를 일으키는 원인이 될 것입니다. 순수한 긍정적인 편향도는 dsDNA의 배치 엔트로피에 있는 감소의 결과 대 외팔보의 금 측에 압축력의 감소를 일으키는 원인이 되는 ssDNA입니다. 하나나 둘개 기지 쌍이 있는 표적 DNA를 가진 탐사기 DNA의 교잡은 microcantilever의 금 입히는 표면에 발휘된 증가한 반발력 때문에 외팔보의 순수한 부정적인 편향도에 있는 결과를 불일치합니다. 편향도는보다 1 기본적인 쌍 미스매치가 있는 표적 DNA 2 기본적인 쌍 미스매치가 있는 표적 DNA를 위해 더 중대합니다. 반발작용의 정도는 기본적인 쌍 미스매치의 수가 증가하는 만큼 증가합니다 [38]. McKendry [39] nanomechanical 공가 소집에 배수 레이블 자유로운 biodetection 그리고 양이 많은 DNA 묶는 분석실험을 설명했습니다.

이 DNA에 기지를 둔 microcantilever 편향도 분석실험은 SNPs를 표적으로 하기 위하여 특히 제작된 약을 개발할 pharmacogenomics의 필드에 이익일 것입니다. 이 분석실험은 30 분 미만의 빠른 응답 시간을 보내고 SNPs를 검출하기 위하여 지금 이용된 그밖 기술 보다는 매우 더 쌉니다. 간단한 절차이고 산출은 i.e 공가 편향도 간단합니다 +/- 신호. 남쪽 더럽히기 같이 현재 교잡 탐지 기술은 microcantilever 기지를 두는 기술이 단지 생리적인 버퍼 및 실내 온도 (25°C)를 요구하는 동안 높게 엄격한 반응 상태를 요구합니다. nanomechanics로 생체 고분자 승인의 전이에 관하여 안으로 상세히 설명됩니다 [40]. 남쪽 교잡은 아주 지루하고, 값이비싸고, 위험한 시간이 걸리는 절차입니다. 다른 한편으로는 뿐만 아니라 존재 그러나 미스매치의 위치가 찾아내기 수 있기 때문에, 의료 진단을 위한 중대한 약속이 microcantilevers에 의하여 보전됩니다.

바이오칩

바이오칩 [41,42]에 있는 최근 어드밴스는 microfabricated 외팔보의 구부리는에 근거를 둔 센서에는 이전에 사용한 검출 방법에 잠재적인 이점이 있다는 것을 보여주었습니다. 기계적인 검출 시스템을 가진 바이오칩은 수감부로 microcantilever bimaterial (예를들면 Au Si) 光速를 이용합니다. Au 측은 일반적으로 특정 수용체로 입힙니다. 수용체를 가진 분석물 (단백질 생물체와 같은 예를들면 생물학 분자)의 바인딩에 수용체 표면은 긴장되거나 구호됩니다. 이것은 microcantilever가 빗나가게 하는 원인이 되고 편향도는 분석물 농도에 비례적이기 위하여 찾아냈습니다. 생체 고분자 (수용체/분석물) 응용에 있는 바인딩의 보기는: 무료한 순서 [42] 있는 DNA 물가 (수용체/분석물)의 쌍의 항체 항원 바인딩 또는 DNA 교잡. 수감부로 microcantilevers가 있는 바이오칩은 그들의 작동을 위해 외력, 레테르를 붙이고는, 외부 전자공학 또는 형광성 분자 또는 신호 변환 요구하지 않습니다. 바이오칩의 이 모형은 암과 같은 특정 질병을 가리고 botulinum 독소 탄저병 및 애플로톡신과 같은 특정 화학제품 및 세균전 에이전트 검출하기에서 이용될 수 있습니다. micromechanical 공가 소집에 근거를 둔 화학 센서는 Battison와 협력자 [37]에 의해 설명되었습니다.

Nanocantilevers: 센서에 있는 중요한 돌파구

Nanocantilevers, 두껍게 90 nm는 길이의 DNA 1578 기본적인 쌍의 일체 성형을 검출하는 Harold Craighead 의 코넬 대학에 의해 지도된 연구원의 단에 의해 실리콘 질화물의 만들어, 사용되고 [43]. 단은 이 nanocantilevers를 채택해 정확하게 대략 0.23 attograms (1개의 attogram = 10 그램)의 질량을 가진-18 분자를 결정해서 좋다는 것을 주장했습니다. 연구원은 황하물 변경한 두 배 좌초된 DNA를 위한 붙잡음 에이전트로 작동한 외팔보의 바로 끝에 nanoscale 금 점을 두었습니다. 그러나 원칙상, 금 nanodots는 자유로운 황하물 단이 있는 어떤 유생분자든지 붙잡기 위하여 이용될 수 있었습니다. 스캐닝 레이저 광선은 외팔보의 진동 주파수를 측정하기 위하여 이용되었습니다. 연구원은 nanocantilevers에 근거를 둔 nanodevices가 그로 인하여 특정 유전자 순서 및 돌연변이를 위해 가리기 위하여 이용된 방법을 간단하게 하는 정의한 DNA 순서의 탐지를 위한 PCR 확대를 위한 필요를, 삭제할 것이라고 믿습니다.

유사하게, N. 넬슨 Fitzpatrick . [44] 앨버타의 대학에, 캐나다는 알루미늄 몸리브덴 합성물에서 10 nm의 명령의 매우 얇은 울리는 nanocantilevers를, 만들었습니다. 단은 금속 물자에 있는 NEMS 기지를 둔 장치의 발달이 이렇게 중간 지상 유도체화의 필요를 제거하는 각종 화합물의 직접 느끼기를 위한 새로운 적용 영역을 가능하게 할 것이라는 점을 주장합니다.

퍼듀 대학교에 연구원은 nanocantilevers의 작성에서 관련시킵니다. 그(것)들은 대략 30 nm의 간격을 가진 다양한 길이의 nanocantilevers의 소집을 채택하고 바이러스 [45]를 위한 항체에 그(것)들을 functionalized. 그(것)들은 항체 조밀도 w.r.t에 있는 변이에 관한 아주 흥미로운 결과 가 nanocantilevers의 길이 떠올랐습니다.

결론

Microcantilevers는 물리에서와 생물학 질병 진단에 느끼는 화학제품 구역 수색하는 과학의 각 필드에 있는 잠재적인 응용을 가지고 있습니다. 전통적인 센서에 기계장치를 느끼기로 microcantilevers 채택의 중요한 이점은 (레이블을 위한 필요를 제거하는) 몇몇 단계를 가진 그들의 높은 감도, 저가, 낮은 분석물 필수품 (µl에서), 비 위험한 절차, 빠른 반응 및 낮은 소요 전력을 포함합니다. 가장 중요합니다 microcantilevers의 소집이 단 하나에 있는 단 하나 질병의 각종 질병 biomarkers와 같은 많은 분석물의 진단을 위해 이렇게 거창한 높은 처리량 분석 기능이 있는 가다 채택될 수 있다 는 사실은. 기술은 매우 민감한 센서의 차세대에 키를 쥐고있습니다. nanocantilevers를 위한 기술의 발달로, 센서는 최근까지는 단지 계속 연구원을 위한 꿈인 attogram 감도를 달성했습니다. 감도에 있는 점진적 증가는 연구원에게 분자의 수를 세는 기능을 줄 것입니다.

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접촉 세부사항

Sandeep Kumar Vashist 박사

센서 연구를 위한 국제적인 센터
더블린 시립 대학
Glasnevin, Dublin9
더블린, 아일랜드

전자 우편: sandeep.vashist@dcu.ie

Date Added: Jun 18, 2007 | Updated: Jul 15, 2013

Last Update: 15. July 2013 16:13

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