Самолетни двигатели Административно право Административно право на Беларус Алгебра Архитектура Безопасност на живота Въведение в професията „психолог“ Въведение в икономиката на културата Висша математика Геология Геоморфология Хидрология и хидрометрия Хидравлични системи и хидромашини История на Украйна Културология Културология Логика Маркетинг Машиностроене Медицинска психология Метали и заваръчни инструменти Метали и метали икономика Описателни геометрия Основи на икономически т Oria професионална безопасност Пожарна тактика процеси и структури на мисълта, Професионална психология Психология Психология на управлението на съвременната фундаментални и приложни изследвания в апаратура Социална психология социални и философски проблеми Социология Статистика теоретичните основи на компютъра автоматично управление теория теорията на вероятностите транспорт Закон Turoperator Наказателно право Наказателно-процесуалния управление модерно производство Физика физични явления Философски хладилни агрегати и екология Икономика История на икономиката Основи на икономиката Икономика на предприятията Икономическа история Икономическа теория Икономически анализ Развитие на икономиката на ЕС Спешни ситуации VKontakte Odnoklassniki My World Facebook LiveJournal Instagram
border=0

Методи за измерване с помощта на конзолни сензори

<== предишна статия | следваща статия ==>

Широк клас устройства, базирани на AFM, са безконтактни сензори, подобни на микро / наноелектромеханичните системи (M / NEMS), прототипът на които могат да се считат за сензори за повърхностно напрежение на метални филми, описани за първи път от Stony през 1909 г. реакция, основана основно на механичното движение и деформация на прътите или мембраните с различни форми. Поради намаляването на собственото си тегло и твърдост, MEMS са силно чувствителни.

Появата на микроскопия с атомна сила значително стимулира разработването на микромеханични сензори и прехвърли проблема MEMS в категорията на по-сериозните и професионални разработки. С опита на разработването на MEMS технологии много изследователи, работещи в областта на атомната силова микроскопия, интуитивно осъзнават, че конзолата може да се използва не само като повърхностен профилометър, но и като силно чувствителен сензор за измерване на различни физични и химични влияния от околната среда. Съставните части на всеки химически биохимичен анализатор са рецепторът, взаимодействащ с аналита и детектора (физически преобразувател). Ходът на химическа реакция с реагент, имобилизиран на повърхността на рецептора, е придружен от промяна в неговите физични и физико-химични свойства (оптични, електрически, акустични свойства и др.), Както и на маса и топлина или излъчване или абсорбция на радиация. Преобразувателят реагира на тези промени и ги преобразува в стойността на аналитичния сигнал, който може да бъде представен като числови данни за съдържанието на аналита.

В момента на базата на конзоли са създадени много сензори, които се основават на два принципа за регистриране на сигнал от рецепторния слой: първият се свежда до измерване на резонансната честота на системата, а вторият до определяне на нейните механични деформации (фиг. 7.4).

Фиг. 7.4 Основни режими на работа на микрокантилерни сензори

Естественото изместване на честотата на колебателната механична система може да възникне в резултат на промяна в нейните пространствени размери поради нагряване или промяна в модула на Йънг на сензорния слой, което води до промяна в твърдостта на сензора като цяло. Увеличението или намаляването на собствената маса на осцилатора също води до изместване на резонансната честота. Този тип резонансни конзолни сензори са най-често срещаните. Промяна в масата на системата може да възникне поради адхезия или химична сорбция (десорбция) на изпитваното вещество към повърхността (от повърхността) на сензора.

За измерване на масата се избират специални конзоли, които позволяват да се получи високочестотен отговор на външен вълнуващ сигнал, за да се осигури по-голяма точност при измерване на масата. Минималната маса δM, която може да бъде измерена с помощта на конзола, се постига, както следва. За да се намали величината на записаното увеличение на масата, е необходимо увеличаване на динамичния диапазон чрез минимизиране на вътрешния шум на системата, разширяване на работната честотна лента и увеличаване на чувствителността, т.е. увеличаване на работната честота на резонатора и намаляване на неговата маса. Външните фактори на разсейване влияят на амплитудно-честотните характеристики на системата. Тези фактори могат да включват влажност и вискозитет на средата, температурни отклонения и ефекти, свързани със сорбцията / десорбцията на аналита върху сензорната повърхност. Следователно, важна задача при разработването на сензори за чувствителна маса е да се гарантира стабилността на характеристиките на разсейване на външната среда и липсата на температурни градиенти.

В микрокантилеверните системи деформациите могат да бъдат инициирани от действието на външни електростатични, магнитни и гравитационни полета, които оказват силен ефект върху рецепторния слой на сензора. Идеята за създаване на такива сензори е породена от желанието да се увеличи тяхната чувствителност чрез въвеждане на допълнителни външни източници на енергия: магнитни домейни, заряди, масови елементи, които са включени в структурата на сензорния слой като етикети, които се използват и в други методи, например радиоимуноанализ (RIA) и ензимно свързан имуносорбентен анализ (ELISA). С малък брой свързани единици етикетите, свързани към тях, подобряват, а в някои случаи директно генерират свързващ сигнал, като по този начин увеличават прага на чувствителност на метода.

Един от първите сензори, имащ подобие на модерен конзолен апарат, описан от Тимошенко през 1925 г., е метален прът, състоящ се от две метални плочи, закрепени заедно с различни коефициенти на топлинно разширение. Такива конзоли за първи път са използвани през 1994 г. Като прецизни термометри за изследване на топлинни ефекти по време на каталитична реакция и в слой от вода, образуван върху Pt филм, нанесен върху конзола, с точност на промяна на температурата до К. Трябва да се отбележи, че в този случай огъването на плочата, пропорционално на топлинния добив на реакцията, е причинено от биморфния ефект в свързаните слоеве Pt и Si, който понастоящем се използва широко при сканиране на методите на термична микроскопия за получаване на карта на локалното термично разпределение в работещите интегрални схеми и в различни сензори за топлинно излъчване. Големината на температурната деформация в биморфната система на правоъгълен конзол зависи от стойностите на коефициентите на температурно разширение, топлопроводимостта и модула на Юнг на материалите на двуслойния сензор, дебелината на сензорните слоеве, дължината и ширината на конзолата и промените в температурата. Сензорите, в които адсорбираните нискомолекулни вещества, молекулни комплекси, антитела, ензими, ДНК, аптамери, протеини или набъбващи полимерни филми действат като материал в съвременните приложения за биосензор, се използват широко в съвременните приложения за биосензор.

Фиг. 7.5 Архитектура на силовия имунохимичен микрокантилерен сензор

Предпоставка за правилната работа на силовия микрокантилерен сензор е специфичността на една от неговите повърхности за сорбираното вещество, което се изследва. Такъв сензор има една равнина, специфична за сорбата, докато другата остава инертна към него (фиг. 7.5). Повърхностните сили в молекулните филми върху твърди субстрати могат да се дължат на електростатичното взаимодействие на отделни молекули или техните комплекси. Промяната на свободната енергия, свързана с процеса на адсорбция на молекули от едната страна на конзолата, зависи от величината на повърхностното напрежение на филма, от свободната енергия на повърхността, от коефициента на промяна в повърхностната площ. Като се имат предвид малките деформации на лъча по отношение на неговите линейни размери, приносът на повърхностното напрежение може да бъде пренебрегнат, тогава промяната на свободната енергия е идентична на стойността на повърхностното напрежение. Повърхностните сили в рецепторните слоеве, състоящи се от съединения с ниско молекулно тегло, могат също да се дължат на химични или водородни връзки, ултравиолетово и топлинно излъчване. В случай на биополимерни рецепторни слоеве сложността на повърхностните ефекти се увеличава и изисква подробни проучвания. В резултат на промяна на повърхностния енергиен слой в сензорния слой в него възникват сили на свръхналягане или повърхностно напрежение. В тази връзка индикаторът за посока на огъване на консолата в микромеханичните анализатори е значителен, тъй като характеризира набора от доминиращи фактори, отговорни за енергийното състояние на системата като цяло. Връзката между повърхностното напрежение и изместването на края на конзолата, имаща формата на дълъг правоъгълен лъч, зависи от разликата в повърхностното напрежение между горната равнина на конзолата с рецепторното покритие и долната без специфично покритие, дължината и дебелината на правоъгълния конзолен респективно, съотношението на Поасон и модула на Юнг на материала на конзолата. Това ни позволява да получим количествена оценка на величината на напреженията в сензорния слой, разположен върху повърхността на конзолата.

<== предишна статия | следваща статия ==>





Прочетете също:

Сензори и микроакуатори, базирани на MEMS технологията

Електронно парамагнитен резонанс

Концепции за експертна система и изкуствена невронна мрежа

графен

Обща характеристика на организацията и функционирането на сетивни системи на живи обекти

Електронно дифракционен метод

Устройството на сканиращ SQUID микроскоп

Устройството и принципът на работа на електростатичните и магнитните лещи

Сканиране на магнитни микроскопи на базата на SQUID интерферометри

Физическа основа на методите за рентгенов анализ

Концепциите на класическите и квантовите системи

Физични основи на твърдо състояние наноелектроника

Тунелна микроскопия

Обратно към съдържанието: Съвременни фундаментални и приложни изследвания в инструменталната техника

Преглеждания: 2749

11.45.9.189 © ailback.ru Той не е автор на публикуваните материали. Но предоставя възможност за безплатно използване. Има ли нарушение на авторски права? Пишете ни | Обратна връзка .