【国自然】BNI融合的微纳传感器及其系统基础研究.docxVIP

项目名称： BNI交融的微纳传感器及其系统根底研讨 首席科学家： 王跃林 中国科学院上海微系统与信息技能研讨所 起止年限： 2006.1至2010.12 依托部分： 中国科学院 上海市科委 一、研讨内容 1、拟处理的要害科学问题本项意图中心是超微量快速检测微纳传感器。对传感器来说，现在存在的首要问题是活络度和挑选性等特性不能满意超微量快速检测的要求，选用传统的办法已很难到达超微量快速检测的水平。当传感器进入纳米标准后，运用相应的纳米标准效应可以大幅度进步传感器的活络度，然后为完结传感器的超微量快速检测拓荒一条新的思路。为了进步微纳传感器的活络度和挑选性，要处理的要害科学问题首要包含：纳米标准效应及模型、生化特异性反响能量经过界面效应转化为微纳表征能量的机制、微纳制作原理与办法和纳米标准下的特性表征，其彼此之间的联系如下面的框图所示。纳米标准效应及模型：当资料的标准到了纳米标准后，会发生显着的标准效应。如硅资料在纳米标准下其热传导、杨氏模量和压阻系数等特性不只与资料的标准有关，并且热传导系数变小有利于检测生化特异性反响发生的热量，杨氏模量变小则有利于在相同的应力条件下取得大的位移，压阻系数变大将可以大大进步压阻式传感器的活络度。因而，经过搞清资料的纳米标准效应及模型，就可以将这些效应及模型用于微纳传感器的研讨，然后大幅度进步传感器的活络度，研发出超微量快速检测微纳传感器。并且，这些效应及模型是资料的根本特性，其他微纳器材的研讨也需求搞清这些问题，如纳电子器材的散热就与热传导纳米标准效应密切相关。因而，这一科学问题的处理，对其他微纳器材的研讨也有十分重要的含义。生化特异性反响能量经过界面效应转化为微纳表征能量的机制：因为要检测的外界信息许多不是物理量，因而怎么将需求检测的外界信息转化为微纳活络结构可以检测的物理量是很要害的科学问题。运用生化特异性反响可以即将检测的生物量或化学量转化成微纳活络结构可以检测的物理量。因为生化特异性反响具有高度挑选性的特征，因而运用这一特征可以大幅度进步微纳传感器的挑选性。可是，生化特异性反响是怎么与微纳活络结构效果的以及反响能量是怎么经过相关的界面效应完结转化的，现在还不是很清楚，搞清这些转化机制对超微量快速检测微纳传感器的研讨是十分重要的。微纳制作原理与办法：关于微纳传感器来说制作是根底，没有制作手法做保证就无法研发出微纳传感器，也无法制备出样品来研讨资料的纳米标准效应和相关界面效应，因而本项目要处理的另一要害科学问题便是微纳制作原理与办法，首要研讨自上而下和自下而上微纳制作及其交融技能、跨微纳标准的传感器理论模型和模仿规划问题，不只要为研发出突发应急传感监测网络所需的超微量快速检测微纳传感器供给制作和模仿规划手法，还要为纳米标准效应和相关界面效应研讨的样品制备服务，并为进一步研讨其他微纳传感器供给制作和模仿规划根底。纳米标准下的特性表征：关于纳米标准来说，不只制作难度十分大，并且特性表征也是一个要处理的要害科学问题。无论是纳米标准效应和相关界面效应的研讨，仍是微纳制作和微纳传感器的研发，都存在怎么在如此小的标准范围内完结特性表征的问题。这一问题的处理不只可为超微量快速检测微纳传感器的研讨供给相应的表征手法，并且展开的表征原理与办法对其他微纳器材的研讨相同有重要含义。2、首要研讨内容当生化特异性反响信息在微纳活络结构上转化成物理量后，选用什么样的微纳活络结构将这些物理量转化成电信号，是一个十分重要的问题。本项目从结构的功用、通用性和代表性动身，拟考虑将三类微纳活络结构：微纳机电活络结构、仿生微纳活络结构和依据碳纳米管的活络结构来完结物理量到电信号的转化。机电活络结构（例如微纳悬臂梁等）特别合适将质量、应力应变、热、电荷、磁等物理量转化成电信号，因而，机电活络结构一向遭到人们的注重。机电活络结构假如到了纳米标准，其活络度将有质的腾跃，如它的质量检测分辩率在超高真空下可达10-18克量级，特别合适超微量检测。并且，悬臂梁到了纳米标准后，其力学、热学和电学等特性有许多标准效应，以它为载体特别合适进行纳米标准效应的研讨。世界上最早的传感器存在于大自然，实际上许多动植物因为生计的需求有十分好的活络结构，活络度和挑选性十分高，向大自然学习有或许研发出高功用仿生传感器。研讨标明许多动植物的活络结构便是微纳活络结构，因而运用仿生微纳活络结构可以研发出超微量快速检测微纳传感器。碳纳米管作为一种功用优异的纳米资料，在快速、高活络检测方面有共同的优势。并且，碳纳米管是人们研讨得十分多的纳米资料，无论是制备办法仍是资料特性，有许多效果。因而本项目将充分运用碳纳米管的特征，对依据碳纳米管的活络结构进行探究，然后研发出超微量快速检测微纳传感器。依据上述考虑，本项目首要进行三方面的研讨内容：生化特异性反响