生化MEMS器件

第1章 绪论 1

1.1 MEMS的发展 1

1.2 生化MEMS的发展 2

1.3 我国生化MEMS的研究 3

1.4 本书的主要内容 4

第2章 微型泵和微型阀 6

2.1 概述 6

2.1.1 微型泵和微型阀的应用背景 6

2.1.2 微型阀的研究概况 7

2.1.3 微型泵的研究概况 11

2.2 关键体硅工艺研究 14

2.2.1 体硅各向异性腐蚀工艺 14

2.2.2 牺牲层腐蚀技术 21

2.2.3 深层重掺杂自停止腐蚀技术 24

2.2.4 双面光刻技术 30

2.2.5 凸角腐蚀补偿 34

2.3 微型泵的工作机理 36

2.3.1 弹性薄板变形分析 37

2.3.2 压电致动 41

2.3.3 双层压电梁致动分析 41

2.4 其他致动方式 50

2.4.1 热双金属致动 50

2.4.2 静电致动 51

2.4.3 电磁致动 52

2.5 微型阀的过流特性分析 53

2.5.1 引言 53

2.5.2 沿程损失 54

2.5.3 单晶硅微型阀的建模、仿真和测试 55

2.5.4 聚酰亚胺微型阀的建模、仿真和测试 60

2.6 微型机电系统的等效网络分析方法 63

2.6.1 引言 63

2.6.2 微型泵的等效电路网络模型 66

2.6.3 压电致动微型泵的性能仿真 70

2.6.4 压电致动微型泵的性能测试 72

参考文献 75

第3章 微型悬臂梁生化传感器 80

3.1 微型悬臂梁传感器 80

3.1.1 微型悬臂梁传感器的结构与敏感机理 80

3.1.2 微型悬臂梁传感器的应用 84

3.2 微型悬臂梁传感器的模型与设计 87

3.2.1 基本理论 88

3.2.2 连续层合薄板模型 92

3.2.3 非连续层合薄板模型 111

3.3 微型悬臂梁传感器的制造方法 125

3.3.1 表面微加工技术 125

3.3.2 体微加工技术 130

3.4 微型悬臂梁生化检测传感器 135

3.4.1 化学传感器 135

3.4.2 生物传感器 137

参考文献 143

第4章 基于MEMS的FAIMS检测技术 148

4.1 FAIMS简介 148

4.1.1 什么是FAIMS 148

4.1.2 FAIMS的研究背景 149

4.1.3 高场非对称波形离子迁移谱的基本理论 150

4.1.4 FAIMS技术的国内外研究现状和发展趋势 152

4.2 影响FAIMS的各种因素 155

4.2.1 离子在迁移区中运动的分析 155

4.2.2 离子在迁移区的分布 162

4.2.3 迁移管的响应特性 165

4.2.4 迁移管的饱和电流 167

4.2.5 迁移管的阻抗 170

4.2.6 迁移管的功率 171

4.2.7 FAIMS的灵敏度和分辨力 171

4.2.8 重叠峰的解析 174

4.3 离子源设计 176

4.3.1 离子化方案选择 176

4.3.2 电晕放电离子源 180

4.3.3 大气辉光放电离子源 207

4.4 高压高频不对称波形电源的设计 214

4.4.1 基于功率MOSFET的脉冲源系统方案 214

4.4.2 脉冲源系统各单元电路设计 222

4.4.3 开关电路的设计 234

4.4.4 功率MOSFET相关电路仿真 246

4.5 离子检测 249

4.5.1 几种常用的离子检测方法 249

4.5.2 机械式法拉第筒设计与实验 250

4.5.3 微法拉第筒设计 256

4.5.4 微法拉第筒仿真 259

4.5.5 微法拉第筒工艺 263

4.5.6 微法拉第筒测试 270

4.6 样品分析实验 276

4.6.1 FAIMS芯片实验系统 276

4.6.2 方波射频电压幅值变化对FAIMS灵敏度的影响 277

4.6.3 射频电压幅值、频率和载气流速对2-戊酮FAIMS检测结果的影响 280

4.6.4 FAIMS芯片检测限实验 282

参考文献 282

第5章 基于MEMS的细胞操作与分析技术 290

5.1 概述 290

5.2 基于MEMS的细胞操作技术 290

5.2.1 细胞的操纵、分选和捕获 290

5.2.2 细胞的注入 303

5.3 基于MEMS的细胞监测与分析技术 315

5.3.1 基于微电极的细胞电阻抗监测与分析技术 315

5.3.2 膜片钳芯片细胞监测与分析技术 323

5.3.3 其他MEMS细胞监测与分析技术 326

5.4 纳米技术在细胞操作与分析中的应用 330

参考文献 334