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基于微悬臂结构的生化传感器,以其高灵敏度、微型化、可集成化等特点,逐渐在生化检测领域显示出独特的优势,并占据越来越大的比重,成为国内外的研究热点。
作为该传感器中的敏感元件,微悬臂的表面会涂镀一层敏感层以吸附环境中的被测物。当被测物附着在微悬臂表面的敏感层时,微悬臂质量的变化会改变其物理特性,即产生自由端的位移变形,或者引起固有频率的偏移。基于这两种现象,微悬臂生化传感器有静态和动态两种工作模式。动态模式比静态模式具有更高的灵敏度和更广的应用范围。本课题就是对动态模式下,微悬臂共振频率检测方法的研究。
微悬臂生化传感器可以在各种环境下工作。在真空和空气环境中,它具有最高的灵敏度;而在液体环境中,由于受到很大的阻尼作用,微悬臂谐振的品质因数仅相当于空气中的1/16,微悬臂的力敏性会有很大下降。针对这个问题,论文中设计了一个正反馈电路,将微悬臂的振荡信号与激振信号叠加,从而使微悬臂稳定在其固有频率上自激振荡,再通过测量该振荡信号的频率,就可以得到高品质因子的微悬臂共振频率。
实验表明,该电路使微悬臂在液体环境中的品质因数提高了约20倍,也使微悬臂频率对附加质量检测的分辨率达到1pg,提高了200倍。