中文引用格式： 田寬，閆堉琦，孫雨安，等. 諧振微懸臂梁傳感器的工作原理及其在生化檢測(cè)中的研究進(jìn)展[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2023，49(3)：11-20.
英文引用格式： Tian Kuan，Yan Yuqi，Sun Yu'an，et al. Principle of resonant micro-cantilever sensor and its research progress in biochemical detection[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(3)：11-20.
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傳感器研究對(duì)于人類認(rèn)識(shí)、理解自然、發(fā)展科學(xué)、促使人類社會(huì)進(jìn)步等方面有著重要意義。其中檢測(cè)質(zhì)量微小變化的傳感器在很多領(lǐng)域都有著十分重要的作用，例如氣敏傳感器中對(duì)痕量氣體分子的檢測(cè)、生物醫(yī)學(xué)中檢測(cè)單個(gè)細(xì)胞的質(zhì)量變化情況推斷該部位健康情況等。而檢測(cè)質(zhì)量變化的手段，即換能器主要有諧振式微懸臂梁、FBAR濾波器（Film Bulk Acoustic Resonator）、石英晶體天平QCM（Quartz Crystal Microbalance），其對(duì)比如表1所示。
MEMS傳感器是在微電子技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多學(xué)科交叉的前沿研究領(lǐng)域,經(jīng)過多年的發(fā)展，已成為世界矚目的重大科技領(lǐng)域之一，具有廣闊的應(yīng)用前景。MEMS技術(shù)的構(gòu)想早在1959年由物理學(xué)博士Feynman在全美物理學(xué)年會(huì)上首次提出。其中最為經(jīng)典的一個(gè)結(jié)構(gòu)便是微懸臂梁，其長(zhǎng)度多在100~1000 μm，由固定端和自由端組成。諧振式微懸臂梁是指基于MEMS技術(shù)設(shè)計(jì)和加工出的微型懸臂梁結(jié)構(gòu)的諧振元件。伴隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，諧振式微懸臂梁傳感器也取得了快速的發(fā)展。目前為止，憑借著MEMS技術(shù)特有的“輕、小、省、靈”的特點(diǎn)，諧振式微懸臂梁傳感器作為一種可感知痕量質(zhì)量變化的傳感器也在各個(gè)領(lǐng)域大放異彩，不管是生物醫(yī)學(xué)上對(duì)蛋白質(zhì)、DNA和RNA的測(cè)試，亦或是針對(duì)于環(huán)境中氣體成分的檢測(cè)，諧振式微懸臂梁傳感器都發(fā)揮著重要的作用。通常使用該元件時(shí)會(huì)利用壓電激勵(lì)、電熱激勵(lì)、磁激勵(lì)等激勵(lì)方式使其發(fā)生諧振，諧振式微懸臂梁在檢測(cè)到其自由端質(zhì)量變化后，會(huì)極為敏感地產(chǎn)生諧振頻率的變化。諧振式微懸臂梁具有制造成本低廉、工藝簡(jiǎn)單、靈敏度高、易于和數(shù)字儀表裝置集成等優(yōu)點(diǎn)。因此，近年來諧振式懸臂梁傳感器發(fā)展十分迅速，從圖1中可以看出，自2003年起，相關(guān)研究工作逐年增加。基于該手段的溫度、氣體、黏度等類型的傳感器得到廣泛研究。由于諧振式微懸臂梁傳感器具有的這種特性，也使其在傳感器、工程學(xué)監(jiān)控、環(huán)境分析、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域都有著極為廣泛的應(yīng)用。
諧振式傳感器按照諧振元件可以劃分為振弦式傳感器、振筒式傳感器、振梁式傳感器和振膜式傳感器。其中振梁式諧振微傳感器發(fā)展較快，且受到廣泛的關(guān)注?；诖?，本文對(duì)近5~10年來振梁式諧振微懸臂梁傳感器的研究與應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)。期望本文可以對(duì)該領(lǐng)域的發(fā)展與后續(xù)研究提供一定參考。
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作者信息：
田寬1，閆堉琦1，孫雨安1，廉中義1，陳瀅2，許鵬程2
（1.鄭州輕工業(yè)大學(xué) 材料與化學(xué)工程學(xué)院，河南 鄭州 450002；
2.中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所 傳感技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200050）
