Bộ chuyển đổi cantilever như một nền tảng cho cảm biến hóa học và sinh học

Review of Scientific Instruments - Tập 75 Số 7 - Trang 2229-2253 - 2004
Nickolay V. Lavrik1, Michael J. Sepaniak2, Panos G. Datskos1,2
1Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, Tennessee 37831-6141
2University of Tennessee, Knoxville, Tennessee 37996-1200

Tóm tắt

Kể từ cuối những năm 1980, đã có những phát triển ấn tượng trong các hệ thống vi cơ học hoặc vi điện tử cơ học (MEMS) cho phép khám phá các chế độ chuyển đổi liên quan đến năng lượng cơ học và chủ yếu dựa vào các hiện tượng cơ học. Kết quả là, một gia đình cảm biến hóa học và sinh học đổi mới đã xuất hiện. Trong bài viết này, chúng tôi thảo luận về các cảm biến có bộ chuyển đổi dưới dạng thanh cantilever. Mặc dù MEMS đại diện cho một gia đình thiết kế đa dạng, nhưng các thiết bị với cấu hình cantilever đơn giản đặc biệt hấp dẫn như là bộ chuyển đổi cho các cảm biến hóa học và sinh học. Bài tổng quan này đề cập đến bốn khía cạnh quan trọng của bộ chuyển đổi cantilever: (i) nguyên tắc hoạt động và mô hình; (ii) vi chế tạo; (iii) chỉ số merit; và (iv) ứng dụng của cảm biến cantilever. Chúng tôi cũng cung cấp một phân tích ngắn gọn về các tiền thân lịch sử của các cảm biến cantilever hiện đại.

Từ khóa

#MEMS #cảm biến hóa học #cảm biến sinh học #bộ chuyển đổi cantilever #vi chế tạo

Tài liệu tham khảo

1994, Anal. Chem., 66, R207

1990, Anal. Chem., 62, 33R, 10.1021/ac00211a003

1998, Chem. Phys. Lett., 294, 363, 10.1016/S0009-2614(98)00817-3

1995, Rev. Sci. Instrum., 66, 3662, 10.1063/1.1145484

1996, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control, 43, 601, 10.1109/58.503720

1997, J. Vac. Sci. Technol. B, 15, 590

1998, Curr. Opin. Solid State Mater. Sci., 3, 501, 10.1016/S1359-0286(98)80015-6

2001, Sens. Actuators B, 76, 393, 10.1016/S0925-4005(01)00647-5

2002, Anal. Chem., 74, 568A, 10.1021/ac022156i

1986, Phys. Rev. Lett., 56, 930, 10.1103/PhysRevLett.56.930

1925, J. Opt. Soc. Am., 11, 233, 10.1364/JOSA.11.000233

1969, Rev. Sci. Instrum., 40, 901, 10.1063/1.1684100

1968, Science, 161, 1320, 10.1126/science.161.3848.1320

1966, Nature (London), 210, 568, 10.1038/210568a0

1924, Proc. R. Soc. London, Ser. A, 106, 55, 10.1098/rspa.1924.0054

1925, Sci. Mon., 20, 427

1927, Proc. R. Soc. London, Ser. A, 115, 199, 10.1098/rspa.1927.0085

1930, Proc. R. Soc. London, Ser. A, 130, 81, 10.1098/rspa.1930.0189

1952, Philos. Trans. R. Soc. London, Ser. A, 244, 205, 10.1098/rsta.1952.0001

1965, Electronics, 38, 84

1991, J. Vac. Sci. Technol. B, 9, 1358, 10.1116/1.585196

1996, Rev. Sci. Instrum., 67, 3583, 10.1063/1.1147177

1996, Appl. Phys. Lett., 69, 2653, 10.1063/1.117548

1993, Appl. Phys. Lett., 63, 617, 10.1063/1.109967

1997, Microscale Thermophys. Eng., 1, 185, 10.1080/108939597200214

1997, Microelectron. Eng., 35, 373, 10.1016/S0167-9317(96)00201-8

2000, Ultramicroscopy, 82, 23, 10.1016/S0304-3991(99)00145-X

2000, Science, 290, 1532, 10.1126/science.290.5496.1532

2001, Biochem. Pharmacol., 62, 975, 10.1016/S0006-2952(01)00746-8

2000, IEICE Trans. Electron., E83C, 1427

2002, Sens. Actuators, A, 102, 176, 10.1016/S0924-4247(02)00302-3

2001, IEEE Microw. Wirel. Compon. Lett., 11, 56, 10.1109/7260.914301

2000, J. Micromech. Microeng., 10, R1, 10.1088/0960-1317/10/3/201

1998, Mechatronics, 8, 535, 10.1016/S0957-4158(98)00021-X

1999, Microelectron. Eng., 46, 11, 10.1016/S0167-9317(99)00006-4

2000, IBM J. Res. Dev., 44, 323, 10.1147/rd.443.0323

2002, Rev. Sci. Instrum., 73, 1188, 10.1063/1.1448137

2000, Appl. Phys. Lett., 77, 3299, 10.1063/1.1326486

2000, J. Appl. Phys., 87, 6680, 10.1063/1.372807

2002, Ultramicroscopy, 91, 103, 10.1016/S0304-3991(02)00088-8

1996, J. Colloid Interface Sci., 180, 251, 10.1006/jcis.1996.0297

1998, Langmuir, 14, 2602, 10.1021/la980073k

2000, Colloids Surf., A, 162, 25, 10.1016/S0927-7757(99)00253-8

2002, J. Appl. Phys., 91, 9354, 10.1063/1.1470240

2001, J. Appl. Phys., 89, 2911, 10.1063/1.1342018

2001, Appl. Phys. Lett., 79, 551, 10.1063/1.1387262

2000, Electrochim. Acta, 46, 157, 10.1016/S0013-4686(00)00569-7

1998, J. Appl. Phys., 83, 3972, 10.1063/1.367152

1992, Nature (London), 360, 563, 10.1038/360563a0

2001, Appl. Phys. Lett., 79, 3358, 10.1063/1.1418256

1998, Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process., 66, S341, 10.1007/s003390051159

1998, Nature (London), 392, 160, 10.1038/32373

2002, Rev. Sci. Instrum., 73, 36, 10.1063/1.1427413

1998, Appl. Phys. Lett., 73, 3751, 10.1063/1.122883

2002, New J. Phys., 4, 86, 10.1088/1367-2630/4/1/386

2002, J. Nanosci. Nanotechnol., 2, 369, 10.1166/jnn.2002.091

1994, Nature (London), 372, 79, 10.1038/372079a0

1996, Appl. Phys. Lett., 69, 40, 10.1063/1.118111

1996, Appl. Phys. Lett., 69, 3277, 10.1063/1.117309

1996, Rev. Sci. Instrum., 67, 3434, 10.1063/1.1147149

1998, Appl. Phys. Lett., 73, 2319, 10.1063/1.121809

1998, Infrared Technology and Applications XXIV, 3436, 647, 10.1117/12.328065

1999, Appl. Phys. Lett., 74, 3567, 10.1063/1.124163

2000, Ultramicroscopy, 82, 49, 10.1016/S0304-3991(99)00140-0

2003, Ultramicroscopy, 97, 451, 10.1016/S0304-3991(03)00073-1

2003, Nature (London), 424, 291, 10.1038/nature01773

2003, Appl. Phys. Lett., 82, 2697, 10.1063/1.1569050

1954, Proc. R. Soc. London, Ser. A, 224, 526, 10.1098/rspa.1954.0177

1950, Nature (London), 165, 514, 10.1038/165514a0

1970, Science, 167, 45, 10.1126/science.167.3914.45

1923, Proc. R. Soc. London, Ser. A, 103, 240, 10.1098/rspa.1923.0054

1979, J. Phys. Chem., 83, 1361, 10.1021/j100473a025

2003, Sens. Actuators B, 88, 120, 10.1016/S0925-4005(02)00315-5

1950, Proc. Phys. Soc. London, 63A, 444

1959, Proc. R. Soc. London, Ser. A, 249, 100, 10.1098/rspa.1959.0010

1964, Proc. IEEE, 52, 1603, 10.1109/PROC.1964.3453

1968, IEEE Trans. Electron Devices, ED15, 411

1965, Proc. IEEE, 53, 575, 10.1109/PROC.1965.3925

1963, J. Appl. Phys., 34, 2357, 10.1063/1.1702746

1974, Environ. Sci. Technol., 8, 1097, 10.1021/es60098a002

1975, Am. Ind. Hyg. Assoc. J., 36, 897, 10.1080/0002889758507362

1978, Am. Ind. Hyg. Assoc. J., 39, 745, 10.1080/0002889778507844

1988, Anal. Chem., 60, 869, 10.1021/ac00160a010

1993, Anal. Chem., 65, 940A, 10.1021/ac00069a728

1991, Sens. Actuators B, 4, 103, 10.1016/0925-4005(91)80184-L

1991, Anal. Chem., 63, 1719, 10.1021/ac00017a013

1990, Science, 249, 1000, 10.1126/science.249.4972.1000

1975, Opt. Quantum Electron., 7, 474, 10.1007/BF00619325

1975, Int. J. Electron., 39, 377, 10.1080/00207217508920496

1967, IEEE Trans. Electron Devices, ED14, 117

1969, IEEE Trans. Electron Devices, ED16, 781

2001, Langmuir, 16, 9694

2000, Science, 288, 316, 10.1126/science.288.5464.316

2000, Sens. Actuators B, 61, 75

1998, Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process., 66, S55, 10.1007/s003390051099

1998, Sens. Actuators B, 53, 191, 10.1016/S0925-4005(98)00339-6

2001, J. Vac. Sci. Technol. B, 19, 2825, 10.1116/1.1421572

1965, Appl. Phys. Lett., 7, 84, 10.1063/1.1754323

1991, Anal. Chem., 63, 1552, 10.1021/ac00015a011

1993, Anal. Chem., 65, A987

1995, Anal. Chem., 67, 4015, 10.1021/ac00117a031

1990, Phys. Rev. Lett., 64, 1035, 10.1103/PhysRevLett.64.1035

1994, J. Vac. Sci. Technol. A, 12, 2240, 10.1116/1.579122

1909, Proc. R. Soc. London, Ser. A, 82, 172, 10.1098/rspa.1909.0021

1995, Appl. Phys. Lett., 66, 1695, 10.1063/1.113896

1997, Microelectron. Eng., 35, 401, 10.1016/S0167-9317(96)00210-9

2000, Ultramicroscopy, 82, 11, 10.1016/S0304-3991(99)00148-5

2000, Ultramicroscopy, 82, 17, 10.1016/S0304-3991(99)00155-2

2000, Ultramicroscopy, 82, 1, 10.1016/S0304-3991(99)00123-0

2000, Surf. Sci., 446, 161, 10.1016/S0039-6028(99)01174-7

1989, J. Appl. Phys., 66, 4262, 10.1063/1.343968

1997, J. Appl. Phys., 81, 7099, 10.1063/1.365306

1999, J. Micromech. Microeng., 9, 230, 10.1088/0960-1317/9/3/303

2001, J. Appl. Phys., 90, 427, 10.1063/1.1378333

1994, J. Phys.: Condens. Matter, 6, 9519

1999, Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process., 69, 529, 10.1007/s003390051462

2000, Anal. Chim. Acta, 422, 89, 10.1016/S0003-2670(00)01062-X

2000, Talanta, 53, 599, 10.1016/S0039-9140(00)00533-6

2003, Adv. Mater. (Weinheim, Ger.), 15, 922, 10.1002/adma.200304698

2002, J. Mater. Chem., 12, 2169, 10.1039/B109981G

1999, Science, 284, 1340, 10.1126/science.284.5418.1340

2001, Chem. Phys. Lett., 336, 371, 10.1016/S0009-2614(01)00155-5

2003, Sens. Lett., 1, 25, 10.1166/sl.2003.016

2001, Biomed. Microdevices, 3, 33

2002, Anal. Chem., 74, 3118, 10.1021/ac020074o

2000, J. Vac. Sci. Technol. B, 18, 612, 10.1116/1.591247

1999, Sens. Actuators B, 61, 75, 10.1016/S0925-4005(99)00251-8

1987, J. Appl. Phys., 61, 4723, 10.1063/1.338807

1994, Appl. Phys. Lett., 64, 2894, 10.1063/1.111407

2002, Langmuir, 18, 6935, 10.1021/la025806m

1995, J. Appl. Phys., 77, 3618, 10.1063/1.359562

1994, Rev. Sci. Instrum., 65, 2532, 10.1063/1.1144647

1995, Anal. Chem., 67, 519

1992, J. Vac. Sci. Technol. B, 10, 19, 10.1116/1.586300

1995, Nanotechnology, 6, 1, 10.1088/0957-4484/6/1/001

2002, J. Appl. Phys., 92, 2758, 10.1063/1.1499745

2000, Microelectron. Reliab., 40, 919, 10.1016/S0026-2714(00)00004-4

2000, J. Microelectromech. Syst., 9, 117, 10.1109/84.825786

2002, Rev. Sci. Instrum., 73, 2317, 10.1063/1.1480459

1985, Rev. Sci. Instrum., 56, 2088, 10.1063/1.1138425

1995, Sens. Actuators, A, 50, 199, 10.1016/0924-4247(95)01080-7

1992, Phys. Rev. Lett., 68, 3052, 10.1103/PhysRevLett.68.3052

2002, Appl. Phys. Lett., 80, 1300, 10.1063/1.1449534

2000, Phys. Rev. B, 61, 5600

2002, Physica B, 316, 397, 10.1016/S0378-4371(02)01027-0

2001, Appl. Phys. Lett., 78, 1637, 10.1063/1.1355001

1991, J. Appl. Phys., 69, 668, 10.1063/1.347347

2003, Analyst (Cambridge, U.K.), 128, 9

1998, Surf. Sci. Rep., 30, 209

1977, J. Electrochem. Soc., 124, C299

1997, J. Micromech. Microeng., 7, R1, 10.1088/0960-1317/7/1/001

1992, Appl. Phys. Lett., 60, 1833, 10.1063/1.107179

2002, J. Microelectromech. Syst., 11, 136, 10.1109/84.993448

2001, Nature (London), 414, 293, 10.1038/35104535

2000, Sens. Actuators B, 70, 2, 10.1016/S0925-4005(00)00546-3

2002, TrAC, Trends Anal. Chem., 21, IV

1999, Physica B, 272, 575, 10.1016/S0921-4526(99)00394-4

2001, Phys. Rev. Lett., 87, 096106, 10.1103/PhysRevLett.87.096106

2002, Appl. Phys. Lett., 81, 1306, 10.1063/1.1498870

2001, J. Vac. Sci. Technol. A, 19, 2884, 10.1116/1.1412654

2000, J. Electroceram., 4, 415, 10.1023/A:1009916122253

2001, Anal. Chem., 73, 1567, 10.1021/ac0012748

2001, Proc. SPIE, 4560, 152, 10.1117/12.443054

2001, Anal. Chem., 73, 1572, 10.1021/ac0013103

2001, Sens. Actuators B, 72, 233, 10.1016/S0925-4005(00)00678-X

2002, Anal. Chem., 74, 3611, 10.1021/ac0255781

1999, Phys. Rev. Lett., 83, 3025, 10.1103/PhysRevLett.83.3025

1989, Appl. Phys. Lett., 55, 2588, 10.1063/1.101987

1988, Appl. Phys. Lett., 53, 1045, 10.1063/1.100061

1997, J. Vac. Sci. Technol. B, 15, 1539, 10.1116/1.589395

1994, Jpn. J. Appl. Phys., Part 2, 33, L1286, 10.1143/JJAP.33.L1286

1999, Europhys. Lett., 47, 545, 10.1209/epl/i1999-00422-6

1999, Appl. Phys. Lett., 75, 920, 10.1063/1.124554

1996, Appl. Phys. Lett., 62, 834

2000, Sens. Actuators, A, 83, 47, 10.1016/S0924-4247(00)00299-5

1998, Ferroelectrics, 215, 187, 10.1080/00150199808229562

2001, Smart Mater. Struct., 10, 252, 10.1088/0964-1726/10/2/310

1997, J. Microelectromech. Syst., 6, 266, 10.1109/84.623116

1996, Sens. Actuators, A, 52, 41, 10.1016/0924-4247(96)80123-3

2002, Integr. Ferroelectr., 50, 43, 10.1080/743817705

2003, Appl. Phys. Lett., 83, 3428, 10.1063/1.1621733

1993, J. Vac. Sci. Technol. A, 11, 797, 10.1116/1.578351

1986, IBM J. Res. Dev., 30, 355

1991, Appl. Phys. Lett., 59, 1820, 10.1063/1.106209

2000, Sens. Actuators, A, 86, 8, 10.1016/S0924-4247(00)00303-4

2003, Sens. Actuators B, 94, 65, 10.1016/S0925-4005(03)00320-4

1998, Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process., 66, S61, 10.1007/s003390051100

2002, J. Microelectromech. Syst., 11, 703, 10.1109/JMEMS.2002.805057

1990, Phys. Rev. D, 42, 2437, 10.1103/PhysRevD.42.2437

1999, Phys. Lett. A, 264, 251, 10.1016/S0375-9601(99)00828-2

1999, Surf. Sci., 430, L546, 10.1016/S0039-6028(99)00422-7

1998, Appl. Phys. Lett., 72, 383, 10.1063/1.120749

1999, Anal. Chim. Acta, 393, 59, 10.1016/S0003-2670(99)00283-4

1999, Anal. Chim. Acta, 393, 59, 10.1016/S0003-2670(99)00283-4

2003, Appl. Phys. Lett., 83, 1471, 10.1063/1.1602156

2003, Nature (London), 425, 474, 10.1038/425474a

2001, J. Vac. Sci. Technol. B, 19, 1173, 10.1116/1.1387082

2003, Ultramicroscopy, 97, 459, 10.1016/S0304-3991(03)00074-3

2003, Appl. Opt., 42, 1757, 10.1364/AO.42.001757

1995, Bioelectrochem. Bioenerg., 38, 191, 10.1016/0302-4598(95)01800-T

2000, Chem. Commun. (Cambridge), 6, 457

2003, Ultramicroscopy, 97, 417, 10.1016/S0304-3991(03)00069-X

2002, Appl. Phys. Lett., 81, 385, 10.1063/1.1492308

1996, J. Vac. Sci. Technol. B, 14, 789, 10.1116/1.588714

1997, Proc. IEEE, 85, 672, 10.1109/5.573755

1999, Sens. Actuators B, 61, 213, 10.1016/S0925-4005(99)00260-9

2001, Sens. Actuators B, 79, 115, 10.1016/S0925-4005(01)00856-5

2002, IETE Tech. Rev., 19, 257, 10.1080/02564602.2002.11417041

1999, Langmuir, 15, 8776, 10.1021/la990416u

2001, Nat. Biotechnol., 19, 856, 10.1038/nbt0901-856

2001, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 98, 1560, 10.1073/pnas.98.4.1560

2002, Ultramicroscopy, 91, 29, 10.1016/S0304-3991(02)00079-7

2000, Appl. Phys. Lett., 77, 450, 10.1063/1.127006

2000, J. Vac. Sci. Technol. B, 18, 3549, 10.1116/1.1313571

2001, Appl. Phys. Lett., 78, 162, 10.1063/1.1338959

1993, IEEE Trans. Electron Devices, 40, 903, 10.1109/16.210197

1995, J. Vibr. Acoust., 117, 405, 10.1115/1.2874471

2002, Nanotechnology, 13, R29, 10.1088/0957-4484/13/5/202

Thông tin
Thông tin xuất bản

Review of Scientific Instruments

Tập 75 Số 7

2229-2253

Thông tin tác giả