Author Affiliations
Abstract
1 School of Electronic and Information Engineering, Tiangong University, Tianjin 300380, China
2 Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
Microcantilever is one of the most popular miniaturized structures in micro-electromechanical systems (MEMS). Sensors based on microcantilever are ideal for biochemical detection, since they have high sensitivity, high throughput, good specification, fast response, thus have attracted extensive attentions. A number of devices that are based on static deflections or shifts of resonant frequency of the cantilevers responding to analyte attachment have been demonstrated. This review comprehensively presents state of art of microcantilever sensors working in gaseous and aqueous environments and highlights the challenges and opportunities of microcantilever biochemical sensors.Microcantilever is one of the most popular miniaturized structures in micro-electromechanical systems (MEMS). Sensors based on microcantilever are ideal for biochemical detection, since they have high sensitivity, high throughput, good specification, fast response, thus have attracted extensive attentions. A number of devices that are based on static deflections or shifts of resonant frequency of the cantilevers responding to analyte attachment have been demonstrated. This review comprehensively presents state of art of microcantilever sensors working in gaseous and aqueous environments and highlights the challenges and opportunities of microcantilever biochemical sensors.
microcantilever sensor biochemical detection MEMS Journal of Semiconductors
2023, 44(2): 023105
1 广西师范大学物理科学与技术学院, 广西 桂林 541004
2 深圳大学物理与光电工程学院, 广东 深圳 518061
构建了一种新型表面等离子体共振杂化结构:单层石墨烯/少层Ti3C2TxMXene/银膜,采用传输矩阵法验证了二维材料Ti3C2TxMXene用于超灵敏表面等离子体共振传感的可行性。通过优化等离子体银膜厚度和Ti3C2TxMXene层数,该等离子体杂化结构的光子吸收和能量损耗达到有效平衡。理论计算结果表明,当入射光波为632.8 nm时,单层石墨烯/3层Ti3C2TxMXene/35 nm银膜的最优配置传感结构能够产生一个趋近于零的光学反射率(3.48×10 -9)。当传感界面发生0.0012 RIU的微弱折射率变化时,可实现110.55°的最大相位差响应,进而获得高达9.21×10 4(°)/RIU的相位探测灵敏度。相比于传统的基于角度调制的传感结构,该等离子体传感结构能够提高4个数量级的增强因子。 因此,所构建的新型表面等离子体共振杂化结构在超灵敏生化传感领域有良好的应用前景。
材料 表面等离子体共振 相位调制 超灵敏生化传感 激光与光电子学进展
2020, 57(9): 091601
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为满足生物医学领域对传感器灵敏度和特异性的要求，利用金纳米棒对纳米光纤消逝场强的消光作用，提出基于金纳米棒标记放大的锥形光纤生化传感器。通过理论计算金纳米棒对光纤传输特性的影响，设计实验证明纳米光纤具有对单个金纳米棒的响应能力。采用双抗夹心法对PBS 溶液中的羊IgG 检测，检测下限可达0.02 ng/mL，证实此种传感器具有极高的灵敏度和特异性。提出的纳米光纤生化传感器结构简单、响应迅速、成本低廉，在医学临床诊断、食品安全检测、环境监测领域具有重要的实用价值。
传感器 纳米光纤 金纳米棒 单纳米粒子探测 生化检测 光学学报
2015, 35(12): 1206001
清华大学精密仪器系, 精密测试技术及仪器国家重点实验室, 北京 100084
超透射现象自15年前发现以来激起了研究人员广泛的兴趣。 基于超透射的生化检测技术也于近10年发展起来, 因具有免标记、 实时检测、 灵敏度高等优点, 其应用研究方兴未艾。 文章首先简单要介绍了超透射, 概括了超透射机理和影响因素的研究进展, 然后论述了超透射应用于生化检测上的发展, 着重介绍了国际上三个有一定代表性的研究团队的研究过程及成果, 最后展望了超透射生化检测技术的发展趋势和应用前景。 该文为国内外相关领域的科研人员进一步开展研究提供参考。
超透射 表面等离子体共振 生化检测 纳米孔阵 Extraordinary optical transmission Surface plasmon resonance Biochemical detection Nano-hole array
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所, 江苏 苏州 215163
4 长春理工大学机电工程学院, 吉林 长春 130033
为满足临床诊断对生化传感器灵敏度和特异性的要求，研究了纳米磁珠对纳米光纤光传输特性的影响，以及纳米磁珠作为标记物同时完成目标待测物提纯和高灵敏度检测的可能性。详细介绍了锥形纳米光纤传感器的制备过程、表面处理方法和纳米磁珠的处理方法，设计实验检测到了直径200~300 nm的单个纳米磁珠，验证了纳米磁珠的强信号放大作用，并通过实验验证了磁珠同时用作分离提纯和灵敏度增强的方案在纳米光纤传感器上的可行性。
传感器 纳米光纤 纳米磁珠 单纳米粒子检测 生化检测 光学学报
2014, 34(12): 1206003
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
人体内各种血液生化成分含量的变化是评价健康状况的重要信息。 人体皮肤中, 血糖、 胆固醇等生化成分主要存在于真皮层的血液中, 本文通过研究最佳的探测距离, 提高真皮层的近红外光谱信号强度, 排除表皮层、 皮下组织产生的干扰。 首先, 通过对人体皮肤的组织结构进行分析, 计算得到了皮肤各层的组织光学特性参数, 以葡萄糖在合频波段吸收峰2 270 nm处的组织光学参数为例建立了皮肤的蒙特卡罗模型; 然后, 利用蒙特卡罗方法模拟了光在皮肤中的传输规律, 得到了平均路径长度、 平均探测深度以及各层吸收光子能量比例随入射角度、 探测距离的变化情况。 结果表明, 光子以小于45°角入射时, 可以忽略入射角度对光子传输路径的影响。 探测距离为1 mm时, 真皮层吸收光子能量所占比例最大, 同时又能保证探测器接收到较多的能量。 本文确定1 mm作为最佳的探测距离, 可以有效降低皮肤中其他组织的干扰, 获取真皮层中血液的光谱信息, 有利于生化成分的近红外无创检测, 为后续实验奠定理论基础。
近红外光谱 无创生化检测 蒙特卡罗模拟 最佳探测距离 组织光学 Near-infrared spectrum Non-invasive biochemical detection Monte Carlo simulation Best detector-distance Tissue optics
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
在近红外光谱无创生化检测中, 血流容积光谱相减方法在理论上可以消除组织背景等干扰因素, 提取出血液的有效光谱信息。 为论证血流容积光谱相减方法有效性, 设计了相应的模拟实验。 采用生物分子水溶液模拟血清样品, 不同吸收特性的滤光片模拟组织背景干扰, 可变厚度样品池模拟血流容积变化。 比较了光谱相减方法处理前后的模型精度, 处理前模型定标相关系数(Rc)为0.476, 交叉检验标准差(RMSECV)为437 mg·dL-1; 处理后Rc达到0.977, RMSECV降至301 mg·dL-1。 实验结果表明血流容积光谱相减方法能够较好抑制或扣除组织背景干扰, 大幅度提高模型预测精度。
近红外光谱 光谱相减方法 无创生化检测 模拟血清 Near infrared spectrum Differential spectrum method Noninvasive biochemical detection Simulated serum 光谱学与光谱分析
2012, 32(9): 2347
余清华 1,2,3,4,*温志渝 1,2,5陈刚 1,2,5代微微 6[ ... ]武新 1,2,5
1 重庆大学新型微纳器件与系统国家重点学科实验室， 重庆400044
2 重庆大学光电技术与系统教育部重点实验室， 重庆400044
3 重庆大学微系统研究中心， 重庆400044
4 中国卫星海上测控部， 江苏 江阴214431
5 重庆大学微系统研究中心， 重庆40004
6 重庆大学化工学院， 重庆400044
面向野外环境伤病员重要生命参数快速检测的需求， 基于MOEMS技术和嵌入式技术， 提出了一种基于连续光谱分析的微小型快速生化检测仪新结构。 在研究检测对象和方法的基础上， 成功研制出基于连续光谱分析的微小型快速生化检测仪原理样机； 对样机的杂散光、 吸光度线性度、 吸光度重复性、 稳定性、 温度准确性进行了测试分析， 各项指标均达到设计要求； 通过临床测试初步实验， 可实现钠离子、 葡萄糖、 血糖等多项重要生命参数的快速检测。
生化分析仪器 MEMS光谱仪 嵌入式 生化检测 Biochemical analytical instrument MEMS spectrometer Embedded system Biochemical detection
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
利用近红外血流容积光谱相减方法无创伤定量分析人体血液生化成分时，获得的在体血液光谱对应的样品光程是不确定的。为研究样品间的光程差异对定标模型预测精度的影响，配制了30份模拟血清样品，利用可变光程样品池，采用傅里叶光谱仪分别测量了相同光程和不定光程两组样品的近红外光谱。以分析血清白蛋白成分为例，对两组样品的定标模型精度进行比较，结果显示不定光程组的模型精度与相同光程组的模型精度相比明显下降, 交叉检验标准差（RMSECV）由110.0 mg/dL增大至156.0 mg/dL。采用多元散射校正算法对上述光谱数据校正后，RMSECV降低至98.1 mg/dL。对比分析处理前后两组模型的精度，证实了采用适当的预处理方法能够有效校正不定光程引起的光谱误差，提高模型预测精度。
光谱学 近红外光谱 不定光程校正方法 多元散射校正 无创生化检测 模拟血清
