本文报道了一种基于部分耗尽SOI CMOS工艺的单片集成微悬臂梁适配体传感器，由压阻微悬臂梁阵列和片上信号处理电路组成。12根嵌入压阻器的微悬臂梁构成3个惠斯通电桥传感器；片上电路包括多路复用器、斩波仪表放大器、低通滤波器、Σ-Δ模数转换器和串行外设接口。微悬臂梁阵列与电路均在SOI晶圆单晶硅器件层上制造，并经三次微加工释放。该设计...
为抑制抗生素滥用，亟需开发快速、低成本的抗生素敏感性测试（AST）技术。本研究开发了一种基于法布里-珀罗干涉解调的新型微悬臂梁纳米机械生物传感器用于 AST。为构建该传感器，将微悬臂梁与单模光纤集成，形成法布里-珀罗干涉仪（FPI）。细菌附着于悬臂梁后，通过监测干涉光谱中谐振波长变化，检测细菌运动引起的悬臂梁波动。将该方法应用于大肠...
免疫球蛋白检测对免疫分析很重要，如感染病诊断、免疫状态评估和中和抗体浓度测定。然而，多数免疫分析依赖标记方法，限制了生物传感器检出限；且抗原需复杂化学固定，固定浓度难以精确控制，降低重现性。本研究提出一种基于红细胞膜（EM）功能化微悬臂梁纳米机械谐振器的无标记抗体检测方法。该方法利用抗体与红细胞表面寡糖（血型抗原）结合现象。作者建立...
早期癌症诊断需要对血液中肿瘤标志物进行超灵敏检测。为此，作者开发了一种以纳米抗体（Nb）为识别元件的新型微悬臂梁免疫传感器。纳米抗体是保留完整抗原结合位点的最小抗体单元，可在传感器表面形成更密集的受体层，并缩短抗原结合区与传感表面之间的距离，从而显著增强表面应力的产生与传递。由于C端固有巯基，纳米抗体可通过一步反应以定向方式共价固定...
生物传感器是生物学与生物医学中强大的分析工具，应用涵盖药物发现、医学诊断、食品安全以及农业与环境监测。通常，酶、抗体和核酸等生物识别受体被固定在表面上，与一种或多种特定分析物相互作用，产生物理或化学变化，再由换能器捕获并转换为光信号或电信号。然而，许多现有生物传感方法依赖化学、电化学和光学识别与检测，往往复杂、昂贵、耗时，缺乏便携性...
引起小麦卡尔纳尔黑穗病的真菌病原 Tilletia indica 严重影响全球小麦产量和籽粒品质，各国严格检疫导致贸易壁垒。传统方法需在症状期检测，且需萌发 Tilletia 孢子，费时费钱。本研究提出一种基于微悬臂梁的压电生物传感器模拟方案，用于早期检测 T. indica。研究采用 SiO2、SiC、Si3N4 和 Poly S...
高配位碲化合物对含硫醇化合物具有特殊反应性，且与其生物活性相关。本研究将该性质引入碲功能化表面，利用此类化合物作为连接子，将巯基化生物分子（如DNA）固定于微悬臂梁表面。碲化物衍生物凭借氧化还原性质充当可逆结合剂，可实现微悬臂梁表面再生，使其用于后续生物分子固定并循环使用功能表面。研究首先合成了新化合物4-((3-((4-甲氧基苯基...
本综述介绍若干用于生物应用的纳米/微尺度传感器。首先介绍两类悬臂梁高灵敏温度传感器：一类由复合材料制成，工作在偏转模式；为检测单个哺乳动物细胞产生的热量，该微加工悬臂梁长度处于微米尺度、厚度处于纳米尺度。另一类悬臂梁工作在谐振频率模式，其原理是哺乳动物细胞引起的温度变化导致谐振频率漂移。除悬臂梁生物传感器外，本文还介绍两种基于电细胞...
本文报道了一种低成本、超灵敏的微悬臂梁生物传感平台，用于生物分子识别。微悬臂梁换能器在生物分子相互作用诱导表面应力时发生弯曲，其偏转可反映被测物浓度。作者采用聚二甲基硅氧烷（PDMS）制备柔性微悬臂梁，以降低悬臂梁刚度并提高表面应力响应；同时集成微流控系统，以增强灵敏度、缩短响应时间并减少样品消耗。通过原位合成方法，将金纳米颗粒（A...
本文首次报道利用数字光处理（DLP）3D打印技术制备具有固有功能的质量敏感聚合物生物传感器。作者以丙烯酸（AA）作为功能共聚单体加入双酚A乙氧基丙烯酸酯（BEDA）光固化树脂中，通过一步打印形成微悬臂梁阵列，使聚合物网络中引入可控数量的羧基，从而可共价固定生物分子。随后，将3D打印微悬臂梁用于标准免疫分析方案，以重组蛋白G（PtG）...
本文报道了一种由含氧硼杂环戊烯聚合物和糖聚合物组成的共轭聚合物界面，用于多巴胺（DA）的高选择性检测。两种聚合物之间优化的结合亲和力通过置换机制增强对DA的选择性，使传感器基本不受结构类似物和糖衍生物干扰。将聚合物共轭物固定于表面等离子共振（SPR）和微悬臂梁（MCL）传感平台后，实现了DA的实时、高选择性、高灵敏检测。采用该共轭聚...
本文报道了一种基于微悬臂梁的表面应力适配体传感器的设计与制备。该传感器采用SU-8聚合物作为微悬臂梁材料，利用其低杨氏模量获得较大机械位移，从而实现生物识别事件的无标记检测。作者采用连续波与脉冲氧等离子体联合处理裸SU-8表面，引入含氧官能团，并通过EDC/sulfo-NHS活化后固定3'端氨基修饰的血栓DNA适配体TBA15-1，...
表面应力生物传感器是一类无标记生物传感器，随着技术和社会发展，在生物、化学和医学应用中的信息采集与测量过程受到广泛关注。该类传感器利用表面自由能变化作为通用传感平台，具有响应时间短（小于毫秒）和典型灵敏度可达纳克、皮升、飞焦和阿摩尔量级等优点，同时能够简化样品制备与检测流程。本文系统评述了表面应力生物传感器在提升性能方面取得的进展，...
随着纳米技术的发展，蛋白质和病原体等超小质量的检测成为可能。无标记、高灵敏生物传感器可将分子识别事件转换为可检测的物理量，微悬臂梁（MC）系统在其中发挥重要作用。然而，现有生物传感器成本高昂，且多依赖昂贵、笨重且难以液相微型化的光学读出系统。本文提出一种自感知压电微悬臂梁检测技术，利用自感知电容桥对压电微悬臂梁施加谐波激励，使其在动...
肌肉驱动的生物微机电系统（Bio-MEMS）在驱动器与生物传感器领域具有应用前景，但细胞、组织或生物分子与微器件的功能化连接是关键。生物打印具有高通量、数字控制和精确递送生物因子至目标位置的优势。本研究评估了将小鼠 C2C12 肌母细胞精确打印到微型硅悬臂梁上的可行性。均匀对齐的打印细胞相互融合，仅培养 4 天即形成成熟肌管；而随机...
微纳加工技术的进步使人们能够制备尺寸不断缩小的机械换能器，用于检测生物分子相互作用和基础生物过程中产生的力、运动、力学性质和质量变化，因此基于纳米机械系统的生物传感器在过去十年受到广泛关注。本综述系统阐述了当生物吸附或相互作用发生在悬空机械结构表面时发生的力学现象，并引导读者理解生物分子吸附后发生变化的参数：质量、表面应力、有效杨氏...
悬臂梁多目标检测对生物传感器、化学传感器和电子鼻系统至关重要。本文报道了一种新型微悬臂梁阵列芯片，芯片内集成四个微反应腔，从而可在同一芯片上制备四种不同功能化表面，用于多目标检测。以2,4-二硝基甲苯（DNT）为模型目标，作者利用已知高选择性结合的肽受体，在四个表面分别固定DNT特异性肽（HPNFSKYILHQRC，SP）、DNT非...
本文报道了一种基于微悬臂梁（MCL）并修饰特异性肽的生物传感器，用于高选择性检测三甲胺（TMA）。该传感器利用肽功能化微悬臂梁在结合TMA后发生弯曲的机制：TMA与肽表面识别位点结合后改变表面应力，使悬臂梁产生可测形变。传感器对TMA具有选择性响应，平衡弯曲幅度与TMA浓度相关，动态范围为8–800 ppm，检出限约为8 ppm。同...
机械相互作用是生物学的基础：化学起源的力学在细胞尺度决定运动与黏附，在分子尺度调控输运与亲和力。在力学域进行生物传感可独特地测量来自细胞与亚细胞过程的力、位移和质量变化。纳米机械系统在尺寸上与分子相互作用高度匹配，为具有单分子灵敏度的生物探针提供了基础。本文综述微纳尺度生物传感器，重点讨论流体中基于质量与力的快速机械生物传感，以及非...
微悬臂梁生物传感器近年来被提出作为高灵敏质量检测器，但关于其精度与特异性的研究较少。本文测量了作者悬臂梁系统的重复性与再现性，并提出将第一与第二振动模式的结果相结合以提高测量精度。随后，作者针对肿瘤进展潜在标志物血管生成素-1（Angiopoietin-1, Ang-1）优化了两种生物识别设计：基于受体的 Tie-2/Fc–Ang-...