生物传感器的微悬臂梁换能技术进展汇报

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2006年4月生物传感器的微悬臂梁换能技术研究汇报提纲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2006年4月生物传感器的微悬臂梁换能技术研究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。2006年4月生物传感器的微悬臂梁换能技术研究2、微悬臂梁简介2006年4月生物传感器的微悬臂梁换能技术研究TipParametersFulltipconeangle30°Tipheight20~25µmTypicaltipradius10.0nmMaterialslength(µm)width(µm)Thickness(µm)Springconstant(N/m)Resonantfrequency(kHz)Si,Si3N4polymertens~hundredstens0.7~several0.001~hundreds3~100MrectangulartriangulartiplessMicrocantileverspecification:Regularmicrocantilevers2006年4月生物传感器的微悬臂梁换能技术研究Theactiveprobe()containingaZnOstack0.25µmTi/Au,3.5µmZnO,0.25µmTi/AuZnObimorphcanbeusedforstaticallydeflectingthetiposcillatingthecantileverself-sensing2006年4月生物传感器的微悬臂梁换能技术研究Microcantileverswithpiezoresisitors(I)A.Boisen,J.Thaysen,H.Jensenius,O.Hansen,MikroelektronikCentret,TechnicalUniversityofDenmark(II)B.Chui,T.Kenny,StanfordUniversity,and,H.J.Mamin,B.Terris,D.Rugar,IBMAlmadenResearchCenter(I)(II)(I)2006年4月生物传感器的微悬臂梁换能技术研究ApplicationsofmicrocantileversAssensors(a)AFMforcesensor;(b)Temperature,heatsensor;(c)Mediumviscositysensor;(d)Masssensor;(e)Stresssensor;(f)Magneticsensor.AsactuatorsSchematicsshowingthemicrocantileverassensors2006年4月生物传感器的微悬臂梁换能技术研究SensorsandactuatorsarethefundamentalandmostimportantelementsforMEMSandnanotechnologyprogress.Themicrocantileverprovidesusauniquetoolforsensingultra-smallforcesinthemicroscopicalworld.Microcantileversareusedasspringsinmicroworld.Themostimpressiveofmicrocantielver?2006年4月生物传感器的微悬臂梁换能技术研究Reviewexamples2006年4月生物传感器的微悬臂梁换能技术研究DetectionofsingleelectronM.WoodsideandP.McEuen,Science296,1098(2002).CoulomboscillationsasfunctionsofVtip(a),tippositons(b),andfeaturechangeswithVtip(c).(a)(b)(c)Detectionprinciple2006年4月生物传感器的微悬臂梁换能技术研究ElectronspindetectionAmajormilestonetowardthegoalofthree-dimensionalmolecularimages.Promisingfor3-Dviewofasingleprotein.Theforcefromanelectronspinisonlyafewattonewtons(10-18N).Cantileversisusedforforcedetection.D.Rugar,R.Budakian,H.J.Mamin,B.W.Chui,Nature2004,430,329(IBMAlmadenResearchCenter)iOSCARprotocalPlotsshowingspinposition2006年4月生物传感器的微悬臂梁换能技术研究AFManodicoxidationArrayofparallelSiO2linesAFManodicoxidationJörgP.Kotthaus,nanophysicsgroup,LMUMünchen.R.García,M.Tello,InstitutodeMicroelectrónicadeMadrid,CSIC,IsaacNewton,Madrid,Spain.Applications:nanometer-scalepatterning,variousdevicessuchasMOSFET,side-gatedFET,room-temperaturesingleelectrontransistor.aTi/TiOxbarrier2006年4月生物传感器的微悬臂梁换能技术研究MirkinGroup,NorthwesternUniversity,~mkngrp/dpn.htmDip-Pennanolithography2006年4月生物传感器的微悬臂梁换能技术研究AFMdatastorageP.Vettiger,M.Despont,U.Durig,etc.,IBMZurichResearchLaboratory120and40nmdatabitofPMMAonSiMillipedeWritingReadingThermalmechanicalreading/writing;Polymermediawithindentationbit;Millipedecantilever/tiparray(4096);500GB/in2density.2006年4月生物传感器的微悬臂梁换能技术研究AFMmanipulationofnanotubes年4月生物传感器的微悬臂梁换能技术研究Biologicalsensing&manipulation(1)Florin,E.-L.,Moy,V.T.&Gaub,H.E.Science264,415(1994).Forcedunbindingoftheavidin-biotincomplexFunctionalizationoftheAFMtipCurvesforforcemeasurementMeasuredforcesofdifferentpairsAvidin-biotincomplexformed2006年4月生物传感器的微悬臂梁换能技术研究Biologicalsensing&manipulation(2)RiefM,GautelM,OesterheltF,FernandezJM,GaubHE:ReversibleunfoldingofindividualtitinimmunoglobulindomainsbyAFM.Science1997,276:1109-1112.OberhauserAF,MarszalekPE,EricksonHP,FernandezJM:Themolecularelasticityoftheextracellularmatrixproteintenascin.Nature1998,393:181-185.ReversibleunfoldingofindividualtitinMeasurementprincipleSawtooth-likepatternshowingtheperiodicityandunfoldingforcesForcesExtension“Everythinginbiologyismechanical”2006年4月生物传感器的微悬臂梁换能技术研究MicrocantileversforMEMS(1)Foraccelerometers’saccelerometer2006年4月生物传感器的微悬臂梁换能技术研究MicrocantileversforMEMS(2)Foractuation年4月生物传感器的微悬臂梁换能技术研究T.Mishra,IndianInstituteofTechnology,Kanpur,IndiaM.Carrozza,A.Eisinberg,A.Menciassi,etal.,ScuolaSuperioreSant’Anna-MiTechLab,ItalyEuglena(Kimetal.JMEMS,92)AsimpledesignofmicrogripperMicrocantileversforgrippers(1)2006年4月生物传感器的微悬臂梁换能技术研究(2)2006年4月生物传感器的微悬臂梁换能技术研究Microcantileversforgrippers(3)K.SaitouandS.J.Wou,DepartmentofMechanicalEngineeringandAppliedMechanics,UniversityofMichiganSelectiveresonanceandlinearmicrovibromotorsThree-stepOpteration2006年4月生物传感器的微悬臂梁换能技术研究PiezoelectricnanogeneratorsbasedonZincOxideNanowireArrays2006年4月生物传感器的微悬臂梁换能技术研究3、微梁作为生物传感器换能元件的优势Highsensitivityandr