本文提出一种基于可调微机电系统（MEMS）超材料结构的无标记生物传感器。该结构由一维超材料光栅组成，包含可动与固定纳米指；光学检测中的可动单元是MEMS结构的一部分，由表面应力效应驱动。当修饰悬臂梁表面发生生物结合时，悬空光学纳米带发生位移并改变光栅图案，使斜入射光下超材料的光学响应显著变化，共振波长谱发生偏移。模拟结果显示，该传感...
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...
本文提出一种基于表面应力传感方法并耦合高灵敏光学传感系统的BioMEMS生物传感器，用于诊断多种生物分子。该MEMS换能器由固定-固定SU8微梁构成，梁表面固定生物受体，梁中心连接环谐振器（RR）滤波器。当样品中的目标生物分子与受体结合时，会在梁表面诱导表面应力，使微梁发生弯曲变形，并带动环形波导相对主波导产生位移。该位移改变RR的...
本文针对新冠疫情背景下对高灵敏度和高准确度生物传感器的迫切需求，研究功能梯度几何与材料参数对微生物传感器性能的影响。作者将微悬臂梁生物传感器沿长度方向的厚度和杨氏模量按幂律连续变化，定义为功能梯度参数，并考虑表面应力和范德华分子间力。通过建立吸附物-微悬臂梁系统的总自由能模型，将范德华相互作用能与弹性应变能相结合，利用变分原理和数值...
DNA 螺旋凝聚常见于细胞核、细菌拟核和病毒衣壳，在相关生物检测中 DNA 螺旋间的吸引相互作用不可忽略。本文从理论上表征双链 DNA（dsDNA）自组装二维膜的弹性性质，并建立其与 DNA-微梁动态检测信号之间的多尺度关联。通过比较吸引主导与排斥主导的 DNA 膜，发现多价盐溶液中吸引与排斥微相互作用的竞争赋予 dsDNA 膜异常...
本文提出一种基于能量的理论模型，用于建立单链DNA（ssDNA）吸附诱导微悬臂梁弯曲变形的关系。模型从平均场理论出发，考虑DNA链的排除体积能和聚合物拉伸能，并计入微悬臂梁中三个非生物层的机械能，从而获得DNA-微悬臂梁传感器的总自由能。通过能量最小原理确定悬臂梁的曲率半径和挠度。将模型预测与实验数据比较，验证了模型的有效性。论文还...
毒死蜱（profenofos）是一种高毒有机磷农药，在农业生产中广泛使用，其残留严重威胁食品安全与人类健康，亟需高灵敏检测方法。本文开发了一种基于适配体的微悬臂阵列生物传感器，以应力模式检测毒死蜱，具有无标记、高灵敏、一步固定以及可定量实时检测等优点。微悬臂表面通过金-硫键固定毒死蜱特异性适配体SS2-55；毒死蜱与适配体特异性结合...
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...
本文报道了一种基于光纤读出的微悬臂阵列生物传感器仪器，用于在流体环境中检测微悬臂阵列信号。八根光纤分别耦合单模二极管激光，光纤另一端嵌入硅片微加工的八个V形槽中，槽间距为250 µm，非球面透镜用于聚焦激光束。可编程逻辑控制器（PLC）控制激光顺序工作、温度控制和数据采集处理；每个激光配备温度控制器以保持输出稳定。为获得高信噪比偏转...
本文报道一种可扩展的表面声波（SAW）基悬臂梁生物传感器，用于便携式生化检测。器件由分子束外延 GaAs/AlAs 压电薄膜释放成 2.5 μm 厚悬臂梁，顶部制作 50 nm Al 叉指换能器（IDT），底部镀 10 nm Au 并功能化。当分析物与表面识别层结合时，界面应力改变悬臂梁内应力分布，进而改变 SAW 传播速度，使 I...
嗅觉结合蛋白（OBP）是存在于嗅觉系统中的小分子可溶性蛋白，能够结合多种气味分子。多晶金刚石表面微悬臂梁具有优异的机械性能，是极具前景的化学换能器。本文研究了将猪 OBP 化学接枝到多晶金刚石表面的两种方法，用于生物传感器开发。第一种方法通过氨基己酸/己酸共价接枝及 EDC/NHS 偶联固定野生型 OBP，使蛋白在表面呈随机取向；第...
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，...
本文报道了一种基于寡核苷酸的电化学控制金涂层微悬臂生物传感器，用于无标记转导特定生物分子相互作用。该传感器以硅微悬臂为机械换能器，表面热蒸发钛和金膜，并用 Apiezon 蜡限定金电极面积；金表面可固定巯基化寡核苷酸探针或适配体。在 TN 缓冲液中施加 ±200 mV 周期性方波电位时，金表面电荷密度和 Cl− 吸附/脱附发生变化，...
本文报道了一种基于微悬臂的蛋白质生物传感器，用于抗体检测。该传感器由金涂层微悬臂表面预功能化的生物素末端聚乙二醇（PEG）单分子层构成，随后通过生物素/中性亲和素（NeutrAvidin）特异性结合吸附 NeutrAvidin。NeutrAvidin 作为桥接层，连接生物素化表面与生物素化生物分子，例如生物素化牛血清白蛋白（biot...
本研究提出一种开槽阶梯式微悬臂梁设计，用于提高基于表面应力的物理、化学、生化及生物传感器信噪比。悬臂梁由二氧化硅构成，内部集成p型掺杂硅U形压阻；通过改变悬臂梁阶梯长度、压阻长度及工作偏置电压，利用ANSYS Multiphysics有限元多物理场模拟，表征其作为免疫传感器时的表面应力敏感度和热漂移敏感度。模拟以抗原-抗体结合产生的...
微悬臂梁生物传感器因可实现无标记、高灵敏检测核酸和蛋白质而备受关注，但低重现性限制了其生物医学应用。本文针对微悬臂梁生物传感器的重现性问题，提出一套降低不同检测间响应偏差的统计方法，并以辣根过氧化物酶（HRP）的无标记终点免疫检测为模型体系。研究分析了1012个微悬臂梁在不同抗体表面密度下、采用聚乙二醇（PEG）和牛血清白蛋白（BS...
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...
DNA的可及性与结合亲和力是影响表面生物传感器技术中杂交效率的两个关键参数，更高的可及性通常带来更高的杂交效率。传统方法常采用单链DNA与巯基己醇混合单层，以降低空间拥挤和静电排斥，提高表面固定寡核苷酸对互补目标DNA的可及性。本文未使用巯基己醇单层，而是通过在不同pH条件下进行微悬臂梁差值偏转测量，证明DNA表面杂交效率在pH 7...
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...
过去十五年中，微悬臂梁（MCL）已成为检测化学物质和生物体的灵敏工具。由于其尺寸小、重量轻、比表面积高，基于MCL的传感器可显著提高对生物制剂的检测和识别能力，理论上甚至可检测单个实体。生物传感器由生物识别组分与物理化学换能器组成。已有微悬臂梁生物传感器综述多按抗体、酶、蛋白等识别元件分类。本综述则按具体化学物质和生物体物种组织文献...