基于微悬臂梁力学传感器的检测方法和识别技术研究

随着我国向自主创新型国家的进程进一步深化，对基于新科学原理的检测方法和识别技术的研究具有重要的科学意义和应用价值。本项目立足于纳米科技和生命科学的基础测量问题，对微悬臂梁传感器的技术特性进行系统研究，针对当前悬臂梁测量技术存在的检测速度慢和溶液中分辨率下降等技术难点，从材料选取、结构设计、外部Q反馈以及材料表面改性等方面综合考虑，提出通过电化学分离方法对生物纳米系统进行测量，并对与之相关的若干科学问题进行系统分析，并在此基础上构建具有高分辨率和快速识别能力的传感系统，具有较重要的科学研究和应用价值。本研究项目的成果将对深入理解生物纳米体系的力学和电学特征及动力学过程具有一定的指导意义。

在纳米尺度实现微弱信号的高效率、高速度、高精度实时检测是当前科技发展的重要课题之一，在国家安全、食品卫生、环境检测、临床医学等诸多领域具有广泛应用。随着我国向自主创新型国家转变，研究开发基于新科学原理的检测方法和识别技术具有重要的科学和应用价值。本项目结合理论解析和有限元（Finite Element Analysis）仿真分析等技术手段，系统分析了悬臂梁的结构、振动、阻尼、频谱特征，并在此基础上利用多普勒（Doppler）振动测试仪，通过自主开发的Labview软件系统，实现了微悬臂梁传感装置的构建，该系统经验证可以实现微米尺度结构的振动信号（频率范围：0－2.5 MHz，振幅范围：小于0.1 nm）测试。课题组在此基础上，进一步深入研究了外界信号与微悬臂梁的作用方法及相关机理，测量了氮化镓表面的极化电荷，实现了传统的压电激励和电容式激发方式，研究了声学激励、低频激光激励、电容高频激励等一系列具有创新性的激励方式。实现了用频率为微悬臂梁共振频率1/n脉冲电信号对微悬臂梁进行共振激发；实现了双共面电极对微悬臂梁高阶共振模式的有效激发及其频率响应调制；实现了基于激光的微悬臂梁的非接触式远程共振激发。