NML综述 基于表面应力的微型压阻式SU-8聚合物悬臂梁传感器

【引言】
近十年以来,基于压阻信号读出的微型机电系统(MEMS)SU-8聚合物悬臂传感以及分子识别技术得到快速发展,在化学和生物传感等领域已经得到广泛的应用。SU-8的弹性模量较低,相比于传统基于固相半导体的压阻式悬臂梁传感器系统,SU-8聚合物悬臂梁具有灵敏性好、材料和制备成本低等优点,因此大量研究致力于开发基于SU-8聚合物悬臂梁的高性价比传感系统。

本文亮点

1   总结了基于表面应力的微型压阻式SU-8聚合物悬臂梁传感器在设计、制备及性能方面的研究进展;

2    详细介绍了基于表面应力的微型压阻式传感器从固体半导体材料到SU-8聚合物的演变历史;

3    阐述了悬臂梁传感器材料选择、几何设计参数、制备工艺的相互联系;

 展望了SU-8悬臂梁应用于通用型传感平台所面临的挑战和可行的解决方案。


内容简介
印度韦洛尔理工大学Ribu Mathew和A. Ravi Sankar等人在此文中全面总结了基于表面应力的压阻式SU-8聚合物悬臂梁传感器的设计、制备和性能等方面的研究进展。文中还提出了表面应力产生的理论原理及其在悬臂传感技术中的应用,详细探讨了材料选择、几何设计参数、制备过程等因素的相互作用机制以及它们对传感器响应的累积影响。最后,总结了SU-8聚合物悬臂梁作为适用型传感器所面临的诸多挑战因素,例如耐热性和耐湿性能差等。这篇综述提供了较全面的相关细节和功能特性,具有重要的参考和指导意义。


图文导读

1  SU-8悬臂梁感器的结构

SU-8压阻式悬臂梁传感器通常通过微制造技术(悬涂、沉积、光刻、刻蚀等)制备而成,因此在电路层次,SU-8传感器按照惠斯顿电桥结构连接,以降低串扰、提高信噪比。

 SU-8悬臂梁传感器的工作原理

SU-8悬臂梁传感器的固定层上附着有对于目标分子高度敏感的受体分子,采用在微细血管、微接触印刷、喷墨等条件下培养悬臂梁阵列等方法将受体分子固定在悬臂梁表面。

悬臂梁只有一面附着有受体分子,因此当受体分子与被测环境内的目标分子发生相互作用时,上下表面产生应力差异,从而导致悬臂梁发生应力弯曲。将该弯曲引发的压阻值通过惠斯顿电桥输出为电信号,即完成对目标分子的识别和传感。

3   SU-8悬臂梁传感器的传感模式

两支悬臂梁分别附着两种不同的寡核苷酸或单链DNA,两者分别对不同种类的寡核苷酸具有亲和性,不同的DNA杂化方式使得悬臂梁呈现出不同的弯曲(传感)状态。

SU-8悬臂梁传感器包括动态静态两种传感模式。示例为一种静态传感模式,即悬臂梁表面发生DNA杂化的受体-目标分子相互作用。


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