OARS - Open Access Rewards System
DOI : 10.2240/azojono0115

一个Microcantilevers遥感应用回顾

Sandeep库马尔Vashist

版权所有AZoM.com Pty有限公司

这是一个AZO开放存取奖励制度(AZO单桨)偶氮单桨的条件下分布式的 文章 http://www.azonano.com/oars.asp允许无限制地使用提供了原来的工作是正确引用,但仅限非商业的分布和繁殖

提交时间:2007年5月22

发表于:2007年6月18

讨论主题 

摘要

关键词

简介

质谱灵敏的检测由Microcantilevers

微悬臂梁挠度检测方法

压阻式弯沉检测方法

光学偏转检测方法

电容的偏转检测方法

干涉挠度检测方法

光学衍射光栅挠度检测方法

电荷耦合器件(CCD)的检测方法

悬臂的力学性能

悬臂梁的弯曲行为

微悬臂梁传感器

在商业悬臂中使用的材料

悬臂使用非接触式模式

基于微悬臂梁传感器的优点

基于微传感器类型  和Nanocantilevers

遥感应用物理与化学Microcantilevers

湿度传感器

除草剂传感器

金属离子传感器

温度传感器/热传感器

粘度传感器

量热传感器

传感器检测磁珠

悬臂根据遥测传感器

微型传感器来监视导弹储存和维护需求

远红外辐射探测传感器

爆炸物检测装置

遥感应用在疾病诊断领域的Microcantilevers

癌症检测微芯片

肌红蛋白检测传感器

生物传感器用于冠心病

悬臂式为基础的传感器来检测单核苷酸多态性

生物芯片

Nanocantilevers:传感器中的一个重大突破

结论

参考文献

联系方式

摘要

微机电系统(MEMS)[1,2]已经存在,仅在过去的十年Microcantilevers是最简化的基于MEMS设备  许多研究人员已经探索不同的应用在传感器领域的microcantilevers几组还表明,使用前列腺癌的诊断microcantilevers的可能性[3],心肌梗死[4]和血糖监测[5] 。科学家们追逐使得基于microcantilevers阵列,它可以检测在临床实验室的几个常规诊断疾病的同时小型化的生物芯片的视野。 最近nanocantilevers发展缩减技术的进一步结合高通量的分析物超灵敏的检测能力

关键词

Microcantilevers,传感器,诊断,MEMS

简介

分子诊断设备越来越小型化技术的进步较小有越来越多的小型化平台上的生物传感器研究领域中的利益。 微型化是在体内的生理监测,多个特异性传感器阵列,传感器的可移植性和最小样品量至关重要常规的生物传感器,需要广泛的包装,复杂的电子接口和定期保养。 这些缺点可以减少使用的MEMS器件,芯片上集成的电子和微结构

Microcantilevers已受聘为物理,化学和生物传感。他们还广泛应用在医药领域,特别是疾病的筛查,检测点突变,血糖监测和检测化学和生物战剂这些传感器具有灵敏度高,成本低,手续简单,分析物的要求低 (μL),非危险性的程序和快速反应等 方面的几个优势,比传统的分析 技术此外,该技术已在过去几年的制造和使用遥感应用nanocantilevers中,从而引起 nanoelectromechani CAL系统(NEMS) 。这方面的发展增加了灵敏度极限的程度,研究人员现在可以想像点分子随着分析物的高通量分析和超灵敏检测能力,这项技术拥有巨大的承诺为下一代小型化和高度敏感的传感器。

质谱灵敏的检测由Microcantilevers

一个微悬臂梁是一种装置,可以作为物理,化学或生物传感器通过检测悬臂梁弯曲或振动频率的变化这是一个跳水板,上下移动,在一个固定时间间隔的小型化对口这个运动变化的分析物的具体质量是专门吸附在其表面类似的变化时,人走上跳板时步骤。 但microcantilevers比跳水板,如在图1所示的尺寸在微米和不同形状的小一百万次。

图1 不同类型的microcantilevers(顶视图)(一)矩形(B)(C)双盘腿三角。

一个微悬臂梁上的吸附分子引起的振动频率的变化和微悬臂梁的挠度。 通过检测的振动频率的变化,可以测量的粘度,密度,和流速。

检测分子吸附的另一种方法是通过测量悬臂由于吸附压力只是一个悬臂的偏转。 根据化学分子的结合性质,挠度可以上涨或下跌生物芯片与机械检测系统通常使用微悬臂梁的双向物质(如金矽)作为传感元件横梁。欧方通常是涂层具有一定的受体。分析物的结合与受体(如生物分子,如蛋白质或生物制剂)后,表面的受体是张或缓解。这使微悬臂梁偏转,通常在纳米,它可以测量使用光学技术,偏转分析物的浓度成正比。这一概念已受聘于某些疾病,如癌症和特定的化学和生物战剂检测筛选。

微悬臂梁挠度检测方法

压阻式弯沉检测方法

压阻法[6-8]涉及嵌入附近的悬臂顶面的压阻材料,记录发生在悬臂表面应力变化。 由于微悬臂梁偏转,它经历了一个将适用于应变的压敏电阻的应力变化,从而引起电阻变化,可以通过电子手段来衡量。 压阻方法的优点是,可以在芯片上集成的读出系统。 缺点是压阻读出系统的偏转分辨率只有一个纳米光学检测方法相比,有一个埃。 另一种方法的缺点是,压敏电阻已嵌入在悬臂这样的一个复合结构的悬臂制造更为复杂

在梁的压敏电阻材料必须本地化为尽可能接近一个表面的悬臂最大的灵敏度  兴奋剂被用于制造的压阻材料的类型是一个重要因素N型硅的压阻系数大于P型电阻的压阻材料的变化时的应变适用于它功能应用应变电阻相对变化可以写成:

其中,K为应变系数,这是一个材料参数标L和T指的纵向和横向应变系数的一部分。

压敏电阻的灵敏度不同比例的厚度t和曲率半径应变系数是成正比的杨氏模量,E,这是物质的本质特征应变系数也可以直接计算出紧张悬臂和测量电阻变化。

其中 D 是材料的应变和R为电阻。对于一个敏感的设备,量具因素 应该是100的顺序

压阻悬臂梁可以用来作为一个惠斯登电桥电路,如图2所示的手臂

图2。 惠斯登电桥电路用于压阻微悬臂梁。

可变电阻臂的电阻 在上面的图)可通过使用共同的分压器公式确定,如下图所示

将悬臂偏转时的电阻变化

光学偏转检测方法

光学方法[8],如图3所示,采用了非常低的电源顺序不影响微悬臂梁的表面涂层的生物分子和位置敏感探测器(PSD)的激光束。 激光束落在悬臂,悬臂表面上涂上一层金,使得它像完成几乎镜得到反映反射光束落在PSD的。当悬臂undeflected也就是说,它是不与任何分子涂层,激光束会落在一个特定地点的PSD。由于悬臂偏转,光束的变化,这反过来,采用适当的电子计算的地位这种检测系统的优点在于,它能够检测在亚纳米范围内的偏转。 但是这种方法也有其自身的缺点一个聚焦的激光束在液体中的细胞环境的存在可能会导致额外的热管理问题,从而导致多余的读数。 其次,定位系统是昂贵的,涉及到非常精确,最终能够提高整个诊断试剂盒的成本。 此外,它还减少了试剂盒的便携性

图3。 检测微悬臂梁挠度的光学检测系统的原理图。 反射的激光光偏转微悬臂梁,在不同位置上的PSD。根据对PSD的激光束的两个位置之间的距离,微悬臂梁的挠度是确定的。

电容的偏转检测方法

电容的方法[9]的基础上,当悬臂偏转发生由于分析物的吸附,平面电容的电容改变的原则。 这里的微悬臂梁是两个电容板之一。这偏转技术是高度敏感和提供绝对位移。但这种技术并不适用于大位移测量此外,它不会因电容板之间的法拉第电流的电解液因此,它是有限的遥感应用。

干涉挠度检测方法

这种光学检测方法[10,11]是基于一个参考激光束反射激光束悬臂干涉。光纤切割带来接近悬臂的表面。光的一个部分是反映在纤维和周围介质之间的接口,另一部分是反映成纤维在悬臂背面。 这两个光束干涉纤维内部,并可以用一个光电二极管测量的干扰信号。干涉是一个高度敏感的方法,提供了一个直接和绝对的位移测量。 在此方法中,光带来接近悬臂表面,以获得足够的反射光。 光纤从几微米的微悬臂梁的自由端,可以测量的范围在0.01挠度。 然而,纤维的定位是一项艰巨的任务该方法适用于小位移,但较少的液体,因此在生物传感器的应用使用有限,敏感

光学衍射光栅挠度检测方法

叉悬臂反射的激光光源,形成一个衍射图样的强度成正比的悬臂偏转[12] 。这可用于原子力显微镜,红外探测,化学传感。

电荷耦合器件(CCD)的检测方法

一个CCD相机的悬臂挠度测量分析物的响应金正日和同事[13]。位置灵敏探测器的CCD相机,记录激光束从悬臂偏转

悬臂的力学性能

悬臂的基本力学参数的弹簧常数和共振频率

弹簧常数k是比例系数之间的作用力,F和产生弯曲的悬臂,Z.这种关系被称为胡克定律。

F = - KZ

弹簧常数产量刚度悬臂。对于一个长度为l的长方形悬臂,弹簧常数可以写成

其中,E为杨氏模量,我是转动惯量。一个典型的应力敏感的悬臂弹簧常数是在1 mN / m时,以1 /米的范围

可以表示为一个简单的长方形悬臂的共振频率为f RES

其中,ρ是物质的密度,H和W表示的悬臂的高度和宽度分别可以写成一个长方形悬臂的惯性时刻

弹簧常数的函数可以写成一个简单表达的共振频率

质量m =ρ.hlw关系表明,共振频率的增加弹簧的弹性系数和悬臂质量下降的功能增加

microcantilevers使用已了解世界各地的生物力学[14]和微悬臂梁挠度的基本机制尚未完全建立。

悬臂梁的弯曲行为

均匀的表面应力各向同性材料的增加(在压应力的情况下)或降低(在拉应力的情况下)的表面积 ,如图4所示。 如果这种压力是不补偿薄板或梁的对面,整个结构就会弯曲压应力和拉应力之间的地区,是一个中立的飞机,不变形由于弯曲,力F作用在弯矩M = FX因此,半径曲率ř中性面的距离x的

1 / R = D 2 Z / DX 2 = M / EI

其中E是明显的杨氏模量,我是由下面的公式为矩形梁的转动惯量

在梁的一侧表面应力的变化将导致静态弯曲,弯矩可按下式计算:

Δσ=σ1 - σ2是差分表面应力σ1和σ为表面应力在上部和低侧的悬臂(图5)2。我和M这些值插入第一个等式产量斯托尼的公式[15]:

图4。 悬臂梁弯曲,压缩和拉伸应力(一)由于生物分子之间的排斥力的压缩表面应力,导致悬臂梁的偏转向下/负。 (二)拉伸表面应力,由于分子之间的吸引力,积极向上/悬臂梁的偏转。

图5。 薄悬臂梁的厚度t受到压应力的侧视图  1是在上表面应力σ和σ2是在较低的表面的悬臂应力。   悬臂梁弯曲一个不断半径曲率为 R

考虑到悬臂(R » L)的边界条件,可以解决上述方程和悬臂的位移可以写成

表面应力的变化,可以吸附过程或静电电荷的分子表面以及表面疏水性的变化和吸附分子的构象变化之间的相互作用的结果。

除了 ​​表面应力引起的弯曲,双材料悬臂量的扩张可能会导致在一个静态弯曲。一个双材料悬臂梁弯曲,由于气体的吸附经历,如果两种材料的体积膨胀系数是不同的。

微悬臂梁传感器

生物传感应用的需求快速,易于使用,价格便宜,高度敏感的方法检测分析物以及高通量筛选的能力以上各点,可以实现微机械悬臂梁传感器,因此,生物传感应用的理想人选。总结在图6的微悬臂梁基于传感器的各种应用。

图6。 基于微悬臂梁传感器的应用

微悬臂梁的传感器[16]是最简单的MEMS器件提供了一个非常新颖的物理,化学和生物传感器的发展前途他们最近和最先进的分析物的检测系统,远远超过目前所采用的最先进的技术的检测限。 分析物的吸附质量导致的纳米机械的微悬臂梁弯曲在微悬臂梁表面质量的变化,由于待测分子的结合,是成正比的微悬臂梁的偏转。 因此,可以进行定性和定量检测分析物。

在商业悬臂中使用的材料

商业悬臂通常由硅,氮化硅,氧化硅,可在多种不同的形状,尺寸和力量的敏感性。最近的事态发展相结合的最新集成电路(IC)和互补金属氧化物半导体(CMOS)技术,在以数组的形式生产智能非常小的悬臂。

悬臂使用非接触式模式

近年来,在第二个循序渐进的步骤,使他们不再接触到表面的悬臂他们现在提供一个完全新型的微型传感器,如双金属效应,表面应力,或谐振荡器物理的基本原则为基础的传感器系统。

基于微悬臂梁传感器的优点

基于微悬臂梁传感器有各种分析物的检测气体,真空和液体介质中的巨大潜力由于其特异性高,灵敏度高,简单,低成本,低分析物的要求(微升),非危险用更少的步骤,快速响应和低功耗要求的程序,他们已引起相当大的兴趣。 在痕量水平的物质是目前检测到的各种技术,如高效液相色谱(HPLC),薄层色谱法(TLC),气相色谱(GC),气液相色谱(GLC)等。然而,这些技术很复杂,耗费时间, 昂贵和笨重的仪器。此外,样品制备是一个长期复杂的过程,需要技能型人才。 但基于微悬臂梁传感器可以检测分之亿分之一(ppb)和分之万亿(PPT)的微量物质他们转化成纳米机械的微悬臂梁弯曲的生物分子识别[17] 。从分析物分子的吸附所产生的微悬臂梁上的分子间作用力,诱导表面应力,纳米机械的微悬臂梁弯曲直接造成的。

遥感应用物理与化学Microcantilevers

悬臂式传感器已广泛应用在物理和化学。它们可以用来测量声波的速度,流体压力和流速,并可以进行调节,有选择性地拿起声波振动。生物毒素可检测灵敏度涂层与特定毒素的特异性单克隆抗体悬臂方在ppt级小的大气压力变化的影响是可以感觉到的振动悬臂的共振。 暴露在紫外线辐射的影响,可以通过选择适当的聚合物涂层检测。 据观察,氮化硅涂层悬臂黄金一方pH值的变化非常敏感。在此基础上,悬臂式的传感器,可检测pH值的变化。他们也被用来检测汞蒸气,湿度,天然气,混合气体,甲苯和铅在水中。

基于微传感器类型  和Nanocantilevers

湿度传感器

如果涂用明胶[18]的微悬臂梁的一面是可以测量环境中的湿度明胶结合存在于大气中的水蒸汽,从而导致悬臂的弯曲研究人员在美国橡树岭国家实验室(ORNL ), 美国 显示涂有吸湿性材料,如磷酸,悬臂可以用来作为传感器检测与皮克的质量分辨率[19]水蒸气当悬臂涂层表面吸附的水蒸汽,有microcantilevers和悬臂偏转共振频率的变化。 microcantilevers灵敏度可提高与分析物具有高亲和性的材料表面的涂层

除草剂传感器

Microcantilevers已使用除草剂的浓度检测罗伯托Raiteri和同事[20]在液体环境除草剂2,4 -二氯苯氧乙酸(2,4 - D的)上的悬臂上表面涂。对2,4 - D的单克隆抗体,然后提供给悬臂。之间的单克隆抗体和除草剂的具体的相互作用而引起的悬臂的弯曲。 大量的研究开发抗体涂层悬臂immunobiosensors出席在水介质中的毫微克/升浓度的有机氯和有机磷杀虫剂和除草剂的检测。 阿尔瓦雷斯和同事证明microcantilevers使用农药二氯二苯三氯乙烷(DDT)的检测[21] 。

金属离子传感器

微悬臂梁传感器已检测浓度10-9中号CRO 4 2 -流中的细胞[22]。在这种设备中,三乙基- 12 - mercaptododecyl铵自组装微悬臂梁表面镀金层使用Microcantilevers可用于气体分析物的化学检测。 用人microcantilevers一多元素传感器阵列设备,可同时检测各种离子。

温度传感器/热传感器

在温度和热量的变化具有不同的热膨胀系数的材料组成的双金属效应的悬臂弯曲。 微悬臂梁的传感器可以测量温度变化小为10 -5 K可用于光热测量。它们可以被用来作为microcalorimeters在催化化学反应和相变焓变的热演化研究双金属microcantilevers可以进行光热光谱[23] 150的灵敏度FJ和亚毫秒级的时间分辨率他们可以检测灵敏度与attojoule热的变化。

粘度传感器

在介质的粘弹性的变化,转向悬臂共振频率。 高粘度的介质以及周围的悬臂作为一个附加的质量会降低其基本共振频率潮湿的悬臂振荡因此,悬臂可以由压电振动引起共鸣,作为粘度米[24] 。

量热传感器

这些传感器,只有温度的变化来衡量[25,26]。大多数的化学反应与热的变化因此,热量已经得到了巨大的潜力,以确定的化合物广泛。如葡萄糖氧化酶的酶可以固定上的微悬臂梁,这将产生一个公认的量热信号解决方案中的葡萄糖发生反应专门的表面涂层。 由于悬臂的微小热质量和灵敏度,量热传感器用人悬臂将下一代传感器检测温度变化。

传感器检测磁珠

Baselt和同事[27]解释使用microcantilevers作为力传感器检测存在的受体包被的磁珠的可能性它可以检测到官能悬臂表面施加一个外部磁场和测量微悬臂梁的挠度存在单微米大小的磁珠坚持一个极为敏感的传感器,可通过与磁珠标记的待测。

悬臂根据遥测传感器

悬臂式遥测传感器[28]将部署到相关数据传送到中央收集站fieldable的设备它们将使磨损或人员进行机动部队使用,并会在某些应用中取代有线传感器在橡树岭国家实验室的研究人员正在建设一个微型芯片内置的电子化处理和遥测。 他们也正在上的方法来检测不同物种。

微型传感器来监视导弹储存和维护需求

远程无线监控能力的微型微悬臂梁传感器已获得洞察到储存条件[29]。这项技术将评估弹药寿命基于湿度等环境参数,温度,压力,冲击和腐蚀以及推进剂退化的其他指标,包括氮氧化物的数量。 数百悬臂阵列作为与电子设备和遥测单芯片探测器可以开发,同时监测,识别和量化的许多重要参数。 腐蚀传感器有限在中度至重度的环境中生活。系统必须建立收集环境数据,为更好地了解环境条件。 有必要制定材料,如沸石[30]作为具体检测敏涂料沸石是用作分子筛,催化剂,离子交换剂和化学吸收剂商业结构的热稳定的硅铝酸盐框架表现出了极好的选择性和选择性热脱附性能

远红外辐射探测传感器

奥登和同事[31]已经制定了一个遥控的红外线(IR)辐射探测传感器该传感器是由涂有热吸收层压阻式悬臂。压阻microcantilevers代表在非致冷红外探测技术的重要发展悬臂经历由于涂层与基体之间的弯曲应力差。悬臂梁弯曲导致的压阻,这是成正比的,所吸收的热量量的变化涂层悬臂可以检测到的温度变化与不同的材料,这将导致在悬臂的弯曲的双金属效应。 因此,化学反应量热检测可以做到的。金黑色作为红外吸波材料。较高的热膨胀双材料,如铝,铅,锌涂料,可用于增加的微悬臂梁的热致弯曲。 二维悬臂阵列可用于红外成像,因为它们是简单的,高度敏感和快速响应。

爆炸物检测装置

据认为,狗有惊人的嗅觉能力,它们被广泛聘用的爆炸物检测的原因狗能探测爆炸物的嗅探容易蒸发的有机化工原料,在浓度低分之亿。 许多团体进行积极研究,打算作出一个“鼻子上的单芯片设备完全类似狗的鼻子闻电源在这种“鼻子上的单芯片”设备[32,33],微悬臂梁阵列可用于每个悬臂将被涂上不同的拿起一个特定的有机化合物。它可以被纳入在我们日常生活中使用的项目,如鞋,手杖,钱包等检测炸药,没有让匪徒知道有关的搜索操作。 该设备从安全的角度来看,将是一个伟大的成就,并防止大事故

一个涂有铂金或过渡金属的微悬臂梁可以反应与三硝基甲苯(TNT),如果它被 加热 到570 ° C,并在该温度下0.1秒内举行。 TNT悬臂涂层的反应会导致一个小型的爆炸Thundat和他的研究小组[34]正在开发一个火柴盒大小的装置,以检测在机场的行李和基于这种技术的地雷炸药。

遥感应用在疾病诊断领域的Microcantilevers

癌症检测微芯片

阿伦马宗达和同事[3]已经证明了基于微悬臂梁敏感的检测癌症的诊断他们涂层与前列腺特异抗原(PSA),前列腺癌标志物有前列腺癌患者的血液中发现的特异性抗体的微悬臂梁的表面。 当PSA涂层的微悬臂梁与前列腺癌的病人的血液样本的相互作用,形成抗原抗体复合物和悬臂的弯曲由于抗原分子的吸附质量。 悬臂梁弯曲的纳米亚纳米精度低功率激光光束使用一个光电探测器检测到的光。基于这种微悬臂梁法比常规生化检测PSA的技术更敏感,因为它可以检测比临床相关的阈值低抗原水平。 该技术是一样好,可能比ELISA法。此外,每检测成本较小,因为没有需要附加荧光标记或放射性标记的分子。基于压电奈米微悬臂梁谐振频移的PSA的检测已经证明了李和同事[35] 。

肌红蛋白检测传感器

Raiteri和他的研究小组[4]就业microcantilevers与抗肌红蛋白的单克隆抗体上表面涂sulfosuccinimidyl 6 - [3 - (2 - pyridyldithio)propionamido]己(磺酸基LC - SPDP)的交联剂当人体血清,肌红蛋白绑定到抗肌红蛋白,从而导致微悬臂梁的挠度85毫微克/毫升的肌红蛋白很容易被检测到,这是在健康人血清的生理浓度。

葡萄糖生物传感器

培和同事[36]报道的微悬臂梁表面上固定葡萄糖氧化酶生物相关的血糖浓度的微机械检测技术。 酶的功能化微悬臂梁弯曲由于由葡萄糖氧化酶固定在悬臂表面与溶液中的葡萄糖反应引起的表面应力变化经历。 流动条件下进行实验,事实证明,血糖检测的常见干扰没有测量血糖的影响

生物传感器对冠心病

一个临床生化传感器的应用[37],吸附低密度脂蛋白(LDL)和氧化形式肝素(氧化低密度脂蛋白)通过测量表面应力的生物传感microcantilevers区别能够区分这两个物种是从血浆中摄取,因为他们的主要青睐的氧化形式,这被认为是负责时间主动脉中的胆固醇的积累,并与冠状动脉心脏疾病的第一阶段相关的利益。 该方法也被用于检测血浆蛋白,免疫球蛋白G(IgG)的和白蛋白(BSA),其吸附在固体表面的一个缓冲环境诱导的构象变化这种现象在固体表面的生物医学应用至关重要,但已难以衡量的,与传统的吸附技术。

悬臂式为基础的传感器来检测单核苷酸多态性

单核苷酸多态性(SNP)在已知的基因序列和基因组,基因组学研究的主要关注。 点突变引起的几种疾病,如地中海贫血,河西高盛,阿尔茨海默氏病等,因此,检测单核苷酸多态性的努力将有助于在这些疾病的早期诊断将有助于治疗这类疾病的患者。 检测这种单碱基错配的有效和可靠的方式是使用极为敏感探针的DNA序列和目标DNA序列的识别特定生物分子之间相互作用的microcantilevers。 他们可以检测出浓度的微型飞克范围。硫醇盐对特定的目标DNA序列的特定的DNA探针固定在金涂层的微悬臂梁。 完全免费的目标DNA序列杂交,将导致净正偏转悬臂。 净正偏转是减少在双链DNA与单链DNA,这将导致压缩力,减少悬臂黄金的构型熵的结果。 杂交探针DNA与靶DNA有一个或两个碱基错配的结果,在悬臂上镀金表面的微悬臂梁产生的排斥力增加的净负偏转。 挠度是更大的目标有两个基地有一个碱基对的不匹配的目标DNA比对不匹配的DNA。 斥力增加数量的碱基错配的程度增加[38] 。 McKendry [39]多个无标记生物检测和定量DNA结合的检测,纳米机械悬臂阵列。

将这些DNA为基础的微悬臂梁挠度试验的药物基因组学的领域,这将制定具体目标的SNP药物的福音。 这些分析有一个快速响应时间少于30分钟,比其他技术目前用于检测的SNP便宜得多这是一个简单的过程,即悬臂偏转输出的是一个简单的+ / -信号。 Southern印迹杂交像电流检测技术要求非常严格的反应条件,而微悬臂梁为基础的技术,只需要一个生理缓冲 ,室温(25 ℃)。 [40]有关的生物分子识别转化成纳米力学的详细信息。 Southern杂交是非常繁琐,费用昂贵,危险的和耗时的过程另一方面,microcantilevers举行了医疗诊断的巨大潜力,因为可以发现不仅存在,但不匹配的位置。

生物芯片

在生物芯片的研究进展[41,42]表明,传感器基于微悬臂的弯曲比以前使用的检测方法的潜在优势。 机械检测系统与生物芯片作为传感元件使用的微悬臂梁双材料(如金矽)梁欧方通常是涂层具有一定的受体。分析物的结合与受体(如生物分子,如蛋白质或生物制剂)后,表面的受体是张或缓解。这将导致微悬臂梁偏转,偏转被发现,被分析物的浓度成正比绑定的例子在生物分子(受体/分析物)的应用是:抗体抗原绑定一对DNA链具有互补序列[42](受体/分析物)或 DNA杂交。 生物芯片作为传感元件microcantilevers,不需要外接电源,标签,外部电子或荧光分子或对他们的运作的信号转导。 这些类型的生物芯片可用于某些疾病,如癌症和具体,如A型肉毒毒素,炭疽和黄曲霉毒素的化学和生物战剂检测筛选。 一个化学传感器基于细观悬臂阵列已被证明Battison和同事[37]。

Nanocantilevers:传感器中的一个重大突破

Nanocantilevers,90纳米厚的氮化硅,已使用的哈罗德克雷格黑德率领的研究组, 康奈尔大学 大学 检测的DNA的1578个碱基对长度的单件[43] 。该组织声称,他们能准确地判断与雇用这些nanocantilevers(1 attogram = 10 -18克)约0.23 attograms群众分子。研究人员将纳米悬臂十分结束,担任硫化修饰的双链DNA捕获代理黄金点但在原则上,黄金纳米点可以用来捕捉任何生物分子,有一个免费的硫化物组。 扫描激光束被用来测量悬臂的振动频率研究人员认为,纳米器件的基础上nanocantilevers将消除PCR扩增为定义的DNA序列检测的需要,从而简化了用于屏幕上特定的基因序列和突变的方法。

同样,N.纳尔逊-菲茨帕特里克 。 [44] 大学 阿尔伯塔 加拿大 超薄谐振nanocantilevers,10纳米的顺序在铝,钼复合材料 ,。 该组织宣称,金属材料的NEMS的基于设备的发展,使新的应用领域为各种化学化合物,从而避免了中间表面衍生的需要直接感应。

在研究人员 普渡大学 大学 参与创作的nanocantilevers。他们雇用了一个不同长度与厚度约为30 nm nanocantilevers数组和功能与病毒抗体[45] 。他们想出了很有趣的抗体密度WRT nanocantilevers长度的变化有关的结果。

结论

Microcantilevers已经得到了科学的各个领域中的潜在应用范围,从物理和化学传感生物疾病的诊断。 用人microcantilevers比传统传感器的传感机制的主要优势包括其灵敏度高,成本低,低的分析物的要求(微升),非危险较少的步骤(排除标签需要),响应快,低功耗要求的程序。最重要的是,microcantilevers阵列可用于诊断各种疾病的生物标志物,如在一个单一的单病种的分析物的大量去从而有巨大的高通量分析能力的事实。 该技术拥有下一代的高度敏感的传感器的关键nanocantilevers技术的发展,传感器已取得attogram灵敏度,直到最近只得到了研究人员的梦想。 灵敏度的进一步增加将允许研究人员的能力来计算分子的数目

参考文献

1。          格雷森,ACR Shawgo,遥感,约翰逊,上午,弗林,新台币,李勇,CIMA,MJ和兰格,R.(2004)一个微机电修改:MEMS生理集成设备技术。 PROC。 IEEE,92(1),6-21。

2。          Polla,DL,厄尔德曼,大肠杆菌,罗宾斯,可湿性粉剂,马库斯,DT,迪亚兹,法学博士,Rinz,R., ,Y.&Brickner,HT(2000)在医学Microdevices公司。安。牧师生物医学。 ENG。 2,551-76。

3。          吴GH,达塔尔,相对湿度,汉森,知识,Thundat, RJ马宗达,A.(2001)使用微悬臂梁的前列腺特异性抗原(PSA)的生物测定NAT。生物工程,19,856-60。  

4。          Arntz,Y.,Seelig,法学博士,郎,惠普,张,J.,Hunziker,Ramseyer,太平绅士,迈尔,E,Hegner,M.&格柏,C.(2003)无标记蛋白检测为主纳米机械悬臂阵列。纳米技术,14,86-90。

5。          Subramanian,A.,奥登,有价证券,养犬,律政司司长,雅各布森,KB,Warmack,RJ,Thundat,T.,Doktycz,MJ(2002)使用一种酶涂层的微悬臂梁的葡萄糖生物传感。 APPL。物理学。 Lett,81,385-87。

6。          Thaysen,J.,Boisen,A. S.(2000),汉森,澳及Bouwstra,原子力显微镜探针与压阻读出和高度对称的惠斯登电桥的安排。参议员促动器一个,83,47-53。

7。          杨,M.,张翔,Vafai,K.&Ozkan,CS(2003)高灵敏度压阻式悬臂的设计和优化分析物与受体结合。 J. Micromech。 Microeng,13,864-72。

8。          迈耶 G。 阿米尔 网管 (1988年)新型原子力显微镜的光学方法APPL。物理学。 Lett。一○四五年至1047年,53(12)。

9。          勃朗峰,N.,Brugger,Rooij,NFD的Durig,U.(1996)使用的微型电容式传感器在动态模式扫描力显微镜。 J吸尘器。 SCI。 TECHNOL。乙,14(2),901-05。

10。       Erlandsson,R.,麦克利兰,通用汽车,马黛茶,CM和蒋介石,S.(1988)利用光学干涉测量的原子力显微镜研究吸尘器。 SCI。 TECHNOL。一,6(2),266-70。

11。       Mamin,HJ&Guethner,Rugar,D.,P.(1989)改进光纤干涉仪,原子力显微镜(AFM )。 APPL。物理学。 Lett。,55(25),2588-90。

12。       Manalis,简, Minne 资深大律师 Atalar,保有足够的,CF(1996年),原子力显微镜(AFM)叉悬臂APPL。物理学。 Lett,69,3944-46。

13。       金,BH,马德,澳, 魏玛 布洛克,U,R.&克恩,DP(2003)检测抗体肽表面应力传感器使用microcantilevers的互动研究吸尘器。 SCI。 TECHNOL。 B,21(4),1472年至1475年。

14。       Lavrik,内华达州, CA Sepaniak,MJ Datskos,PG(2001)黄金微米尺度的变动传导到生物分子相互作用的纳米结构。 生物医学。 Microdevices公司,3(1),35-44。

15。       斯托尼,GG(1909)金属薄膜的张力通过电解沉积PROC。罗伊。 SOC。伦敦的材料,82,172-75。

16。       Thundat,T.,奥登,有价证券及Warmack,RJ(1997年)Microcantilevers传感器。微。热物理学报。 ENG。 1,185-99。

17。       吴G.,吉,H.,汉森,K,Thundat,T.,达塔尔,R.,科特迪瓦,河,黑根,中频,Chakraborty,AK马宗达,A.(2001)纳米机械悬臂运动的起源从生物分子相互作用产生的。 PROC。 Natl。 ACAD。 Sci.USA,98号,1560年至1564年。

18。       http://monet.physik.unibas.ch/nose/

19。       http://www.ornl.gov/info/ornlreview/rev29-12/text/instru.htm

20。       Raiteri,R.,Nelles,G.,巴特,黄建忠,诺尔,W.&Skladal,P.(1999)检测生物物质的基础上的微型悬臂的弯曲。 参议员促动器B,61,213-17。

21。       阿尔瓦雷斯,M.,卡莱,A.,塔马约,研究,Lechuga,LM,阿巴德,A.&蒙托亚(2003)奈米生物传感器检测到的杀虫剂DDT的发展。 Biosens。 Bioelectron。 18(5-6),649-53。

22。       籍,HF,Thundat,T.,Dabestani,R.,布朗,通用汽车,布里特,PF&Bonnesen,PV(2001)的CrO42使用微悬臂梁传感器的超灵敏检测肛门。 ,73,1572年至1576年。

23。       巴恩斯,JR,斯蒂芬森,RJ, 韦兰 ME 格柏,C&Gimzewski,JK(1994)与femtojoule使用一个微机械器件的灵敏度光热光谱自然,372,79-81。

24。       奥登,有价证券投资,陈,庚寅,斯蒂尔,类风湿性关节炎,Warmack,RJ&Thundat,T.(1996)利用微悬臂的粘性阻力测量APPL。物理学。 Lett,68,3814-16。

25。       伯杰,R.,格柏,C,Gimzewski,JK,迈耶,E.&Guntherodt,HJ(1996)热分析使用的是微机械量热。 APPL。物理学。 Lett,69,40-42。

26。       荒川区,ET Lavrik,内华达州,拉吉夫,S.&Datskos,PG(2003年)的检测和使用微量热光谱的生物物种分化Ultramicroscopy,97(1-4),459-65。

27。       Cherian,S.&Thundat,T.(2002)测定吸附引起的,在一个微悬臂梁弹簧常数的变化。 APPL。物理学。 Lett。 80(12),2219-21。

28。       布里顿,CL,Warmack,RJ,史密斯,SF,Wintenberg   AL,Thundat   T.,布朗,通用汽车,布莱恩,轮候册,Depriest   赛马,埃里克松,锰,金刚砂,MS,摩尔,议员,特纳,毛重,Clonts,   LG,琼斯,   RL,Threatt,运输署,胡锦涛,Z&RochelleMarch,JM   (1999)电池供电的无线MEMS传感器,高灵敏度的化学和生物传感。 在1999年VLSI高级研究研讨会主办 亚特兰大 GA ,359-68。

29。       http://www.osti.gov/bridge/servlets/purl/658232-PJwJRU/webviewable/658232.pdf

30。       Scandella,L.,粘合剂,G.,Mezzacasa,T.,Gobrecht,研究,Koegler,建华,扬森,金城,伯杰,河,郎,惠普,格柏,C&Gimzewski,JK(1998)沸石:材料的纳米器件。 Micropor。 Mesopor。母校,21,403-09。

31。       奥登,PI,Thundat,T.,韦希特尔,EA,Warmack,RJ,Datskos,PG&猎人,SR(1996)遥控器的红外辐射探测,利用压阻 microcantilevers。 APPL。物理学。 Lett,69,2986-88。

32。       Yinon,J.(2003)电子鼻检测爆炸物。肛门。化学,75,99A - 105A。

33。       Baller,MK,郎,惠普,弗里茨,J.,格柏,C,Gimzewski,JK,德雷克斯勒,U,Rothuizen,H.,Despont,研究Vettiger,体育,Battison,调频,Ramseyer,太平绅士, Fornaro,P.,迈耶,E&Guntherodt,HJ(2000)悬臂阵列为基础的人工鼻。 Ultramicroscopy,82,1-9。

34。       http://bio.lsd.ornl.gov/highlights/2000feb2.htmlx

35。       李,JH,黄某,堪萨斯州,公园,J.,尹锦,尹副局长金,TS(2005)使用的压电奈米微悬臂梁谐振频移的前列腺特异性抗原(PSA)的免疫Biosens。 Bioelectron,20,2157-62

36。       陈,GY,Thundat,T.,韦希特尔,EA和Warmack,RJ(1995)吸附诱导表面应力,其共振频率的microcantilevers影响。 J.;物理学报,77,3618-22。

37。       Battison,FM,Ramseyer J.-P.,郎,惠普,Baller,旺角,格柏,C,Gimzewski,JK,迈耶,E&Guntherodt,H.-J. (2001年)化学传感器的基础上同步共振频率和弯曲读数的微悬臂阵列。 参议员促动器B,77,122-31。

38。       汉森公里,吉,HF,吴,G.,达塔尔,R.,科特迪瓦,河,马宗达,A.&Thundat T.(2001)悬臂基于光学偏转测定DNA单核苷酸错配的歧视肛门。 ,73,1567年至1571年。

39。       McKendry,R.,张,J.,Arntz,Y.,Strunz,T.,Hegner,M.,郎,惠普,Baller,旺角,Certa,五,迈尔,E,Guntherodt,HJ&嘉宝,C (2002年)多个标签无生物检测和定量纳米机械悬臂阵列检测DNA结合。 PROC。 Natl。 ACAD。 Sci.USA,99(15),9783-88。

40。       C.弗里茨,J.,Baller,旺角,郎,惠普,Rothuizen,H.,迈耶,E,Vettiger,Gunterodt,黄建忠,格柏,Gimzewski,JK(2000)转化成纳米力学生物分子识别。科学,288,316-18。

41。       福多,SPA,Rava,RP,黄,越野,皮斯,交流,福尔摩斯,CP& 亚当斯 ,CL(1993)复用生物芯片,生化分析自然,364,555-56。

42。       罗维,CA投标,LM,费尔德斯坦,兆焦耳,金,JP,斯克鲁格斯,SB,MacCraith,屋宇署,评级机构,JJ&Ligler,FS(1999)同时识别的细菌,病毒,和蛋白质分析物的生物传感器阵列。 肛门。 ,71(17),3846-52。

43。       Llic,B,羊,Y.,安邦,K,赖欣巴哈,河,克雷洛夫年,克雷格黑德,HG(2005)DNA分子中的枚举绑定到纳米机械振荡器。 Nanoletters,5(5),第925-929页

44。       http://www.nsti.org/Nanotech2006/showabstract.html?absno=488

45。       古普塔,AK,奈尔,公关,类似于,D,Ladisch,议员的Broyles,S.,阿拉姆,马,巴希尔,R.(2006)在纳米机械传感器异常的共鸣PROC。 Natl。 ACAD。 Sci.USA,103(36),13362-13367。

联系方式

Sandeep库马尔Vashist博士

国家 中心 传感器 研究
都柏林 大学
Glasnevin,Dublin9
都柏林 爱尔兰

电子邮件: sandeep.vashist @ dcu.ie

Date Added: Jun 18, 2007

Last Update: 9. October 2011 18:16

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit