CN1360521A - 用于微型流体处理系统的传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于微型液体处理系统中的集成微型悬臂梁、微型电桥或微型膜片。这种微型液体处理系统提供了新型的用于检测该系统中流体的物理、化学及生物特性的检测机理。本发明还涉及具有集成读取元件的微型悬臂梁、微型电桥或微型膜片型传感器。这种结构可使不同液体的层流不混合地流过通道,这将开发出新型的试验用具而且可降低与液体运动相关的噪音。本发明甚至还涉及包含有相邻的或间隔很近的可同时暴露在不同的化学环境中的微型悬臂梁、微型电桥或微型膜片的传感器。

Description

用于微型流体处理系统的传感器
发明领域
本发明涉及一种包含有集成到微型腔室内的例如微型悬臂梁、微型电桥或微型膜片等挠性微观机械结构的传感器。特别地，本发明涉及一种用于测量所述腔室内流体的生化特性的传感器。
技术背景
微型通道内流体特性的测量在微型液体处理系统领域是非常重要的，所述处理系统包含用于测量下述内容的装置：
1)例如流速、粘度及局部温度等物理特性
2)例如PH及化学组成等的化学特性
3)例如流体中所包含的DNA片断、蛋白质及完整生物细胞等有机成份的识别等生物特性
微型流体处理系统通常包含有利用微型制造技术在例如硅、玻璃或塑料等材料所制成的薄晶片表面上刻成或压成的宽为100微米级、深为100微米级、的狭窄通道。为了封闭通道，通常将包含有通道的表面与另一个表面连接起来。泵过最后得到的通道的流体通常以一种完全分层的方式流动。因此，几种不同的流体可以分层的支流形式同时流过所述微型系统而不会明显地混合。
微型流体处理系统的一个重要优点是可以受控方式将非常少量的流体引导到系统的不同部分中，从而在系统的这些部分中可使用不同的分析技术来确定流体特性。例如可使用光学检测等外部分析技术。可使用处于微型通道外部或与微型通道集成在一起的泵及阀系统来获得受控液流。
微型悬臂梁是指通过测量微型悬臂梁机械特性的变化来检测微型悬臂梁所处环境变化的装置。微型悬臂梁通常尺寸为：长100微米数量级、宽10微米数量级、厚1微米数量级。微型悬臂梁是利用微型制造技术对例如硅、氮化硅、玻璃、金属等材料加工制成的。机械特性的改变例如可以是在微型悬臂梁中应力的生成，这是由于微型悬臂梁表面应力的变化而引起的。应力的形成也可能是由微型悬臂梁温度改变所引发的双态效应引起的，由不同热膨胀系数的两种材料所制成的微型悬臂梁就会发生双态效应。可通过各种方式来检测微型悬臂梁中所形成的应力。通常应力形成将引起微型悬臂梁发生变形。这些情况下，可通过检测通过微型悬臂梁反射表面的激光束所发生的偏移来检测微型悬臂梁所发生的变形。另一种检测方式是检测集成到微型悬臂梁上的压敏电阻的电阻特性的改变，这种检测方法的优点是不依赖于微型悬臂梁的变形，也不需要到达微型悬臂梁的光学路径。
共振频率的改变是机械特性发生变化的另一个例子。由于有材料结合到了微型悬臂梁上而引起的微型悬臂梁质量变化将会造成微型悬臂梁共振频率发生改变。这可通过以接近微型悬臂梁共振频率的频率来激励微型悬臂梁，并利用前述的用于检测应力形成的类似方法来检测所造成的微型悬臂梁动态弯曲幅度的变化。
利用微型悬臂梁的这些机械特性可检测发生在微型悬臂梁表面上的气相或液相的化学反应。对于气相试验而言，检测可在气室中进行，可利用光学方法来检测微型悬臂梁的弯曲情况。具有集成压敏电阻式读取器的微型悬臂梁已用于空气的热重量分析中。在外界情况下，以微型悬臂梁为基础的检测技术已被证明是非常灵敏的。已证明可检测出低于0.5ng的质量变化及低于约10-5℃的温度变化。而且也可检测出10-5N/m级的表面应力的变化。对于液相试验而言，J.Chen(J.Chen，Ph.D thesis Simon Fraiser University(1995))已报道了用于检测质量变化的压敏电阻式微型悬臂梁。在设置有微型悬臂梁的3水槽中可实施聚苯乙烯的检测。通过振动微型悬臂梁可监测微型悬臂梁共振频率及其质量变化。通过集成的压敏电阻式读取器来监测微型悬臂梁的变形。
于1999年7月29日公开的第W09938007号PCT专利申请中描述了一种利用设置在管中的微型悬臂梁来检测液体中被分析物的系统。微型悬臂梁的弯曲是由微型悬臂梁一侧上所发生的分子反应所诱导的。然后通过激光在微型悬臂梁端部上的反射来检测其变形情况。申请中的实施例包含有涂金微型悬臂梁上的自装配单层(SAM’s)烷基膦的形成及低密度脂蛋白的部分可逆吸收。申请中也提到了检测多种被分析物的可能性。并且还提出了一个用于产生参比信号的方案：引发微型悬臂梁扭转且从弯曲运动中识别出扭转。为了避免引起微型悬臂梁发生微动，建议采用低流速。这对于具有肉眼可见尺寸的流动系统而言是显而易见的。
已开发出在一开放通道的顶部设置有聚合物材料的微型悬臂梁阵列的产品(C.P.Lee et al.，Prooceeding of the μTAS’98workshop(1998)245-252；L.P.Lang et al.，Sensors and ActuatorsA 71(1998)144-149)。C.P.Lee等人指出对微型悬臂梁进行改造便可使之用于原子力显微技术(AFM)或近场扫描显微技术(SNOM)的生化功能分析领域。因此，已提出的申请与表面成像有关。
作为传感器用于液体中的微型悬臂梁市场上已有出售。D.R.Baselt等人(D.R.Baselt et al.，Proceedings of theIEEE.Vol.85 4(1997)672-679)已发表了关于作为生物传感器在磁颗粒中使用的压敏电阻式微型悬臂梁的报告。具有涂层的微型悬臂梁设置在要进行检测的液体腔室中。微型悬臂梁检测出静止于磁珠上的颗粒与微型悬臂梁表面上静止颗粒之间的相互作用。如果磁珠与表面相结合，则应用大磁场可引起微型悬臂梁的弯曲。
第5719324号美国专利中描述了一种以微型悬臂梁为基件的传感器，其中可通过测量微型悬臂梁共振频率的变化来检测出微型悬臂梁质量的变化。另外，还可监测微型悬臂梁材料所发生的应力变化来作为微型悬臂梁的形变。对于质量检测而言，压敏电阻式激励器使微型悬臂梁发生振动，再利用光学读取器来记录下微型悬臂梁的变形情况。该专利还提到，质量检测原理也适用于在液体中所进行的检测。
前述各种系统的一个缺点是：以微型悬臂梁为基础的试验是在大的液体容器内进行的。这种大型液体容器系统的热稳定性是很难保证的。而且，在这种大型容器系统中所需化学制剂的量也是相当大的。
前述各种系统还有一个缺点：微型悬臂梁的变形是通过光学方法来检测的。这样做存在的缺点是难以获得到达具体微型悬臂梁的光路，尤其是在多个微型悬臂梁间隔很近且液体不是透明的情况下会更加困难。
本发明的一个目的是将微型悬臂梁、微型电桥或微型膜片集成到封闭的微型液体处理系统中去，以提供用于监测该系统中流体的物理、化学及生物特性的新型的检测机理。
本发明的另一个目的是提供一种具有集成读取器的微型悬臂梁、微型电桥或微型膜片型传感器。一个封闭的微型液体处理系统允许不同液体的层流不混合地流过通道，这将开辟新型的试验，且能降低与液体运动相关的噪音。
本发明的另一个目的是采用下述方式提供可同时暴露在不同的化学环境中的相邻或间隔很近的微型悬臂梁、微型电桥或微型膜片：
-将微型通道中的流体垂直地层分成两股或多股支流，以便于在微型通道对侧上设置的微型悬臂梁或微型膜片浸于不同的流体中，或者使微型悬臂梁、微型电桥或微型膜片暴露于两种不同的流体中。
-将微型通道中的流体水平地进行层分，以便于使凹置于微型通道的不同水平位置上的微型悬臂梁或微型电桥或者设置在通道顶部及底部上的微型膜片暴露在不同的液体中。
按照这种方式就可将由不同液体环境所激发的相邻或间隔近的微型悬臂梁、微型电桥或微型膜片所发生的粘度、表面应力、温度或响应特性的变化进行对比。
利用所述的用于将相邻或间隔近的微型悬臂梁、微型电桥或微型膜片浸没在不同液体中的方法将不同的化学物质涂敷在相邻或间隔近的微型悬臂梁、微型电桥或微型膜片上。涂敷之后，可使用其他流体来冲刷微型通道以去掉残余的涂敷材料，并将具有不同涂敷层的相邻或间隔近的微型悬臂梁、微型电桥或微型膜片的反应性能进行对比。
本发明的另一个目的是提供一个以微型悬臂梁、微型电桥或微型膜片为基础的传感器，这样可使液量最少化，以减少所使用的化学品数量，而且可获得一个热稳定性一般较好的系统。
发明概述
在上述第一方面中所述目的可通过下述用于检测液体中某种物质的传感器来实现，所述传感器包含：
-用于处理液体的装置，所述处理装置包含一个微米级尺寸的相互作用腔、一个入口及一个出口；
-具有一表面的第一挠性元件，所述表面上涂敷有一种物质，其中涂敷有物质的表面至少部分地位于相互作用腔中，以便使至少部分物质暴露在液体中，以及
-用于检测与第一挠性元件相关的机械参数的装置，所述机械参数与液体中所包含的物质相关。
所述微米级尺寸意味着相互作用腔具有50-500微米(宽度及深度)范围内的尺寸。第一挠性元件可包含一个具有第一及第二端的微型悬臂梁，其中第一端与相互作用腔相连接。微型悬臂梁可具有矩形形状，其宽约为50μm，长约200μm，厚约1μm。
与第一挠性元件相关的机械参数可以为静态或动态参数。所述静态意味着挠性元件可发生如弯曲等静态变形。静态变形通常是由挠性元件中的应力变化所引起的。所述动态意味着可在挠性元件的机械共振频率处或共振频率附近驱动该挠性元件。在检测液体中的物质时，所述共振频率可随着挠性元件质量变化而改变。
第一挠性元件还可包含一个具有第一及第二端的微型电桥，其中第一及第第端连接到了相互作用腔处。微型电桥的尺寸(宽、长及厚)可与微型悬臂梁的尺寸相似。另外，第一挠性元件还可形成确定相互作用腔边界的部分。这里所述边界可以是相互作用腔的某一侧壁。
用于检测与第一挠性元件相关的机械参数的检测装置可以包含一个压敏电阻式元件，该压敏电阻式元件最好是第一挠性元件中的一个集成部分。压敏电阻式元件最好形成一个例如惠斯通电桥等平衡式电桥。另外，检测装置可以包含一激光器、一个光学元件及一个位置光敏检测器。
按照本发明第一方面所述的传感器还可进一步包含一个用于使挠性元件可相对于相互作用腔运动的激励元件。可按以下几种方式来组成该激励元件：包含压敏电阻式元件、包含用于提供静电感应运动的元件、包含用于提供磁感应运动的元件，或者包含用于提供热感应运动的元件。
处理装置可由选自下组中所包含的材料制成：金属、玻璃、聚合物或例如硅等半导体材料。
第一挠性元件表面上所附着的物质可选自下组中所述成份：金属、聚合物、生化分子或微型生化结构。所述生化分子及微型生化结构包含酶、DNA、细胞及蛋白质。
按照本发明第一方面所述传感器可还包含一个第二挠性元件，该第二挠性元件至少部分地位于相互作用腔内，以便于该第二挠性元件至少部分暴露在液体中。该传感器可还包含用于检测与第二挠性元件相关的机械参数的装置。所述检测装置可以包含一个与第二挠性元件集成在一起的压敏电阻式元件。该压敏电阻式元件可以形成一个类似惠斯通电桥的平衡式电桥。
第二挠性元件可用作第一挠性元件的参比元件，因而适于通过检测装置而产生一个参比信号。
本发明的第二方面涉及一种用于检测液体中所存在物质的传感器，所述传感器包含：
-用于处理液体的装置，所述处理装置包含一个相互作用腔、一个入口和一个出口；
-具有一表面的第一挠性元件，所述表面上涂敷有一种物质，其中涂敷有物质的表面至少部分地位于相互作用腔中，以便使至少部分物质暴露在液体中，
-用于检测与第一挠性元件相关的机械参数的装置，所述机械参数与液体中所包含的物质相关，其中检测装置形成第一挠性元件中的一个集成部分。
可按前述方法来构造第一挠性元件、检测装置、激励器。相互作用腔可以是微米级尺寸，也就是其尺寸可以在50-500μm范围内。
处理装置可由选自下组中所包含的材料制成：金属、玻璃、聚合物或例如硅等半导体材料。第一挠性元件表面上所附着的物质可选自下组中所述成份：金属、聚合物、生化分子或微型生化结构。所述生化分子及微型生化结构包含酶、DNA、细胞及蛋白质。
为了获得参比信号，按照本发明第二方面所述的传感器还可包含：
-一个第二挠性元件，该第二挠性元件至少部分地位于相互作用腔内，以便于该第二挠性元件至少部分暴露在液体中，以及
-用于检测与第二挠性元件相关的机械参数的装置。
这里所述检测装置也可包含一压敏电阻式元件，所述压敏电阻式元件是集成在第二挠性元件中的一个部分，其中压敏电阻式元件可组成类似惠斯通电桥的平衡式电桥。
本发明的第三方面涉及一个用于检测液体中所存在物质的传感器，所述传感器包含：
-用于处理液体的装置，所述处理装置包含一个相互作用腔、一个入口和一个出口；
-具有一表面的第一挠性元件，所述表面上涂敷有一种物质，其中涂敷有物质的表面至少部分地位于相互作用腔中，以便使至少部分物质暴露在液体中，并且其中第一挠性元件为处理装置中的一个集成部分，以及
-用于检测与第一挠性元件相关的机械参数的装置，所述机械参数与液体中所包含的物质相关。
挠性元件作为处理的一个集成部分还意味着可先单独制作挠性元件，然后再采用插座或揿钮方式将其连接到处理装置上。然后将处理和挠性元件封闭起来，以组成最后成形的传感器的至少一部分。
同样也可采用前述方式来制作第一挠性元件、检测装置及激励器。用于制作处理装置的合适材料及合适物质也如前所述。
另外，用于检测与第一挠性元件相关的机械参数的检测装置可包含激光、光学元件及一个位置光敏检测器。
由至少部分设置在相互作用腔内部，以便使其至少暴露在液体中的第二挠性元件可产生参比信号。参比信号本身可由一个用于检测与第二挠性元件相关的机械参数的检测装置所产生。检测装置可以包含一个压敏电阻式元件，所述压敏电阻式元件为第二挠性元件中的一个集成部分，其中压敏电阻式元件形成一个类似惠斯通电桥的平衡式电桥。
本发明的第四方面涉及一种用于检测液体中所存在物质的传感器，所述传感器包含：
-用于处理液体的装置，所述处理装置包含一个相互作用腔、一个入口和一个出口；
-具有一表面的第一挠性元件，所述表面上涂敷有一种物质，其中涂敷有物质的表面至少部分地位于相互作用腔中，以便使至少部分物质暴露在液体中，其中第一挠性元件为处理装置中的一个构成部分；
-用于检测与第一挠性元件相关的机械参数的装置，所述机械参数与液体中所包含的物质相关。
按照下述方式来理解所谓第一挠性元件为处理装置的一个构成部分的含义。处理装置的制作过程包含许多步骤，其中一个或多个步骤将涉及到第一挠性元件的制作。在下面“本发明的详细描述”中对此将有细致地叙述。
第一挠性元件、检测装置及激励器也可按照前述方式来制作。用于制作处理装置的合适材料及合适物质也如前所述。
按照这方面所述，传感器还包含
-一个第二挠性元件，该第二挠性元件至少部分地位于相互作用腔内，以便于该第二挠性元件至少部分暴露在液体中，以及
-用于检测与第二挠性元件相关的机械参数的装置。
本发明的第五方面涉及一种用于检测存在于液体中的第一及第二物质的传感器，所述传感器包含：
-用于处理液体的装置，所述处理装置包含一个相互作用腔、一个入口和一个出口；
-具有一表面的第一挠性元件，所述表面上涂敷有第一种物质，其中涂敷有第一种物质的表面至少部分地位于相互作用腔中以便使至少部分第一种物质暴露在液体中；
-具有一表面的第二挠性元件，所述表面上涂敷有第二种物质，其中涂敷有第二物质的表面至少部分地位于相互作用腔中，以便使至少部分第二物质暴露在液体中，
-用于检测与第一挠性元件相关的第一机械参数的第一检测装置，所述第一机械参数与液体中所包含的第一种物质相关，以及
-用于检测与第二挠性元件相关的第二机械参数的第二检测装置，所述第二机械参数与液体中所包含的第二种物质相关。
第二及第二挠性元件可包含一个具有第一及第二端的微型悬臂梁，其中第一端与相互作用腔相连接。另外，第一及第二挠性元件也可包含一个具有第一及第二端的微型电桥，其中第一及第二端与相互作用腔相连接。最后，各个第一及第二挠性元件可形成确定出相互作用腔的边界。所述边界为相互作用腔的侧壁。
检测装置可包含第一挠性元件中的各个集成部分的压敏电阻式元件。检测装置也可包含激光器、光学元件及一个位置光敏检测器。
传感器还包含用于挠性元件的激励器。这些激励器可包含作为微型悬臂梁的各个集成部分的压敏电阻式元件。也可应用其他类型的激励器。
处理装置可由选自下组中所包含的材料制成：金属、玻璃、聚合物或例如硅等半导体材料。第一及第二挠性元件表面上所附着的物质可选自下组中所述成份：金属、聚合物、生化分子或微型生化结构。所述生化分子及微型生化结构包含酶、DNA、细胞及蛋白质。
在第六也就是最后一个方面中，本发明涉及一种用于检测在运动的层流液体中所存在的第一及第二物质的传感器，在垂直于运动方向的剖视图中所述层流液体包含第一及第二区域，所述传感器包含：
-用于处理层流液体的装置，所述处理装置包含一个相互作用腔、一个入口及一个出口；
-具有一表面的第一挠性元件，所述表面上涂敷有第一种物质，其中涂敷有第一种物质的表面至少部分地位于相互作用腔中，以便使至少部分第一种物质暴露在层流液体的第一区域中，
-具有一表面的第二挠性元件，所述表面上涂敷有第二种物质，其中涂敷有第二物质的表面至少部分地位于相互作用腔中，以便使至少部分第二物质暴露在层流液体的第二区域中，
-用于检测与第一挠性元件相关的第一机械参数的第一检测装置，所述第一机械参数与液体的第一区域中所包含的第一种物质相关，以及
-用于检测与第二挠性元件相关的第二机械参数的第二检测装置，所述第二机械参数与液体的第二区域中所包含的第二种物质相关。
检测运动的层流意味着在一个连续的液流中实施测量，或者是将液体引到腔内，然后在检测时暂地使之停止流动。在检测完后，再将液体引导离开腔室。
用于检测与第一及第二挠性元件相关的机械参数的检测装置可包含作为挠性元件的集成部分的压敏电阻式元件。或者，用于检测与第一及第二挠性元件相关的机械参数的检测装置可包含激光器、光学元件及一个位置光敏检测器。
而且，激励器可用于移动与处理装置相关的挠性元件的移动部分。这些激励器可包含压敏电阻式元件，所述压敏电阻式元件是挠性元件中的集成部分。
在这方面中，处理装置可由选自下组中所包含的材料制成：金属、玻璃、聚合物或例如硅等半导体材料。挠性元件表面上所附着的物质见前述内容。
本发明的一个优点是：压敏电阻器是集成元件且用于检测挠性元件的变形。
本发明的另一个优点是：多个挠性元件可被紧密集成在一个微型系统中，以便于一个挠性元件用作另一个元件的参比元件，或者是将附近的挠性元件浸没在液流的不同层流中，以便于使一个层流作为另一个层流的参比。
本发明的另一个优点是：本发明中所提供的传感器可用于液量最小化的情况，从而减少了化学剂的使用，而且可获得热稳定性好的系统。
下面将结合附图详细描述本发明的优选实施例，以对上述本发明的目的、优点及特征有更清楚的认识。
附图简述
附图1是带有集成的微型悬臂梁的微型通道的剖视简图。
附图2表示的是置于微型通道内的具凹槽的微型悬臂梁。
附图3表示的是惠斯通电桥中的两个微型悬臂梁电阻器及两个支持电阻器。
附图4是在每个臂上各设置有一个压敏电阻器的三角形微型悬臂梁的简图。
附图5是通道及微型悬臂梁的较低部分的加工序列简图。
附图6是已构造出通道的较低部分的以微型悬臂梁为基础的生化传感器顶视图。
附图7是加工序列的剖面简图，其中通道的下部由RIE确定，通道的上部使用一种感光聚合物来作为间隔层。
附图8是加工序列的剖面简图，其中通道的下部由湿法蚀刻确定，通道的上部使用一种感光聚合物来作为间隔层。
附图9是通道上部的加工序列的剖面简图。图中利用了阳极结合技术来构造通道。
附图10是以微型膜为基础的生化传感器的顶视图，其中通道由感光聚合物制成。
附图11表示的是暴露在不同的化学环境中的相隔的微型悬臂梁，其中(a)用于垂直层流，(b)用于水平层流，(c)中通过移动微型悬臂梁来通过层流的不同层次。
附图12表示的是使用一个微型悬臂梁来作为测量悬臂梁，同时使用另一个微型悬臂梁来作为参考悬臂梁。
附图13表示的是利用两层流的情况，其中一个作为测量流，同时另一个作为参考流。
附图14表示的是用于测量具有聚合物涂层的微型悬臂梁中的乙醇扩散的实验装置。
附图15表示的是微型悬臂梁对注入乙醇所产生响应的时间函数。
发明详述
例如微型悬臂梁、微型电桥、微型膜片等微米级的机械结构可以用作监测从低温、超高真空到周围状态及生理液体等环境范围的十分灵敏的传感器。特别是后者使其在生化应用方面更有意义。
一般地，在微型悬臂梁、微型电桥或微型膜片等表面所发生的生化反应可以造成温度或表面张力的变化。可以通过在微型挠性的结构上涂敷一层金属来观察温度的改变。因此，挠性的传感器会由于双金属效应而产生应力。另外，还可通过观察微型挠性结构的共振频率的改变来监测质量载荷的变化。为了监测微型挠性结构表面的生化反应，必须在部分微型挠性结构上涂敷一层可与生物分子相互作用的‘检测膜’。
对于在液体中所进行的实验，使用没有涂敷有检测膜的挠性结构来作为参考测量元件是很关键的。如果将有涂层和没涂层的挠性结构靠近放置在相同的环境中，就可使用参考测量件来抵消掉由采样液体运动及热漂移所产生的背景噪音。
通过将微型挠性结构中所产生的应力或微型挠性结构的共振频率来作为时间的函数，就可以研究表面处理的动力学特性。一种非常有前景的应用就是使用一系列微型挠性结构来检测同时出现的几种不同的分子。
通常利用一种外部光学系统通过检测机械特性的改变就可检测出微型挠性结构的偏转。然而对于一系列微型挠性结构而言，这种类型的读取将变得非常复杂而且在液体中的操作甚至会更加困难。另外，这种读取取决于微型挠性结构的可测量偏转。因此，对于阵列式的、液体中的应用而言，在微型挠性结构上再集成一个读取结构是较好的。而且，一个集成的压敏电阻式传感器将使得能够直接测量微型挠性结构中的应力。目前还几乎没有在通常为液体环境的生物系统上进行过实验，带有集成读取元件的微型挠性结构也几乎没有应用过。直到现在所实施的大部分以微型悬臂梁为基础的实验已使用了为原子力显微镜应用所开发的微型悬臂梁。这种微型悬臂梁没有必要优选为专为生化传感而设计。
这种以微型挠性结构为基础的传感器特别是在生化分析领域具有极大的应用潜力。这种检测技术可以用来构建更灵敏、更简单的生化检测器，但由于微型机械结构具有极高的机械敏感性，因此也应该能够进行单个分子间作用的新型研究。
根据本发明，以微型挠性结构为基础的生化传感器被充分集成在一个适用于液流测量的微型通道中，优选将这种装置集成在一个微型液体处理系统中。
在本发明所述的一个优选实施例中，这种传感器包括：
1)一个制作在硅中的其中刻蚀出微型通道的支持体。每个通道的宽度为100-500μm，其深度为100μm级。通道的长度为mm量级。
2)部分微型悬臂梁延伸跨过微型通道的宽度。微型悬臂梁与通道的侧壁相连接。微型悬臂梁通常为矩形，宽约50μm，长约200μm，厚约1μm。微型悬臂梁构建在硅、氧化硅、氮化硅中。
3)一个用于测量微型悬臂梁机械特性的变化的集成检测系统。为了形成用于准确测量压敏电阻器中电阻变化的惠斯通电桥，该系统优选包含设置在相邻微型悬臂梁上的压敏电阻式元件，其中设置在支持体上的相邻微型悬臂梁是用相似的电阻元件连接起来的。压敏电阻器设置在微型悬臂梁和支持体的顶部，它们被完全封装在例如氮化硅及氧化硅等电介质中。
4)确保压敏电阻式元件电接触的电子导孔。电线设置在支持体顶部，其中电线材料为金属或高掺杂硅。电线宽100μm，厚约1μm，长度为mm级。
5)必须充分包裹住电线的间隔层，以避免液体进入而造成电连接的短路。间隔层厚度为100μm，以便于在微型悬臂梁的上下形成清楚的液体在通道中自由流动的范围。覆盖片构建在一UV可固化聚合物中。
6)设置在间隔层顶部的覆盖片。覆盖片必须形成一通道的全密封层，该通道构建在UV可固化聚合物中，且通过热处理方法将其与间隔层连接起来。覆盖片厚度约为100μm。
对于具体应用而言，传感器还可包含：
7)一个集成的激励元件，该激励元件可用于在其共振频率驱动微型悬臂梁，或者用于诱导微型悬臂梁发生静态弯曲。微型悬臂梁是由电磁/静电力或设置在微型悬臂梁上的集成压电层或加热元件所激励的。对于电磁/静电激励而言，微型悬臂梁必须涂敷一层导电/磁材料，并可接受电磁场的外部激励。
8)一个用于电化学测量的参比电极。电极必须与液体相接触且可被插入通过覆盖片。
其他实施例中可能涉及其他不同的材料。间隔层和覆盖片可以构建在与硅支持体相连接的玻璃中。微型悬臂梁和支持体可构建在聚合材料中，可采用浮雕或注模法来形成通道。
其他实施例中还可能涉及不同的检测技术：例如通过覆盖片或集成光学系统来进行外部光学检测，在所述系统中，微型悬臂梁的移动可引起设置在微型悬臂梁上或其附近的光波导的传导性能的改变。其他的集成检测方法还有压电法或电容法。对于微型悬臂梁偏移的压电检测方法来说，需在微型悬臂梁上设置一压电膜，对于电容式测量法而言，需在微型悬臂梁上涂敷一层传导膜，且在微型悬臂梁的下方或上方设置一反向电阻。
其他实施例还可能涉及设置具有凹槽的微型悬臂梁(附图2)，这样就不需要设置间隔层了，或者是可以省略掉覆盖片而依靠毛细管流来引导液体通过通道。另外，有凹槽的微型悬臂梁可用来在液体中的不同高度实施测量。而且微型悬臂梁可设置成与液流方向垂直且微型悬臂梁可设置在通道的任一侧上。
可在各个微型悬臂梁上各设置一个压敏电阻式元件。通过连接惠斯通电桥中的设置在支持体上的两个微型悬臂梁和两个电阻器(见附图3)就可实现常规的噪音消除方式。其中一个微型悬臂梁可作为参比悬臂梁，而另一个用来检测具体的生化反应。在液体中设置参比测量元件是很关键的，这是由于湍流及热漂移会对测量产生很大的影响。
其他的实施例还可能涉及三角形的微型悬臂梁，其中在形成三角形微型悬臂梁的两个臂上各设置一个压敏电阻器(见附图4)，这样就可检测出微型悬臂梁的转矩及其垂直偏移量。
其它实施例中可能用微型电桥和微型膜片来代替微型悬臂梁。
在本发明的第二个实施例中，一个完整的微型悬臂梁、微型电桥或微型膜片传感器系统包含在上述优选实施例中所描述的微型结构，还包括：
1)与微型悬臂梁、微型电桥或微型膜片系统连接的外部电连接元件，该元件用来给惠斯通电桥中的压敏电阻式元件提供受控电压，还可监测压敏电阻器的电输出。
2)用来检测由于微型悬臂梁弯曲而引起的压敏电阻器改变的电压源放大器及电压计。
3)用来给用于激励或响应检测的压敏电阻器提供AC信号的AC电压源。
4)用来将液体泵入和泵出微型通道的与微型通道相连接的外部液体连接元件。
制造
充分集成在微型通道中的所述传感器是利用微型机构原理来制作的。这种技术可制造出微米级大小的产品，而且这种技术具有较高的再现性。对于制造微型电桥或微型悬臂梁传感器而言，其制造原理是相同的，仅仅是具体设计不同而已。在下述例子中，所述电阻器是用多结晶硅制成的。如果利用一种硅绝缘晶片，那么使用单结晶硅所制成的电阻器也可呈现出较高的信噪比。
例1：以微型悬臂梁为基础的传感器
下面将描述以微型悬臂梁为基础的传感器的制作情况。微型悬臂梁包含5层，其中一层是压敏电阻器。传感器也可仅包含3层：一层是压敏电阻器，在用于封装的电阻器的两侧上各有一层。
所用原材料是厚500μm单侧抛光<100>的硅晶片。使用一厚100-1000nm的热氧化物以形成一用于以后微型悬臂梁分离及通道刻蚀过程的刻蚀终止层。附图5a-5l所示为制作过程简图。一厚为300-800nm的低压化学汽相沉积(LPCVD)多硅层沉积在氧化物顶部，接着是用于制作应力补偿微型悬臂梁(附图5b-c所示)的厚500-1000nm的氧化物。
在氧化物顶部沉积有厚200-350nm的LPCVD多硅层。该层确定出了压敏电阻式元件(压敏电阻器)(见附图5d)。在多硅中加入硼，其掺杂浓度约为3.1019cm-3。在这一掺杂水平可获得高的计量因子(K＝30)和低的TCR(电阻温度系数)值。
在晶片顶部涂一光抗蚀层，这样就使电阻器图案由光刻法转变成了光刻抗蚀物质。然后利用反应离子刻蚀法(RIE)在多硅中对电阻器进行各向异性刻蚀以获得确定尺寸的电阻器。
然后由第二光刻步骤来确定出微型悬臂梁和通道。接下来可通过以下两种方法之一来刻蚀出氧化物/硅/氧化物层：
a)1.对顶氧化物层进行氢氟酸(HF)刻蚀
2.对硅进行各向异性RIE刻蚀
3.对底氧化物层进行氢氟酸刻蚀
或者：
b)1.对氧化物进行各向异性RIE刻蚀
2.对硅进行各向异性RIE刻蚀
3.对氧化物进行各向异性RIE刻蚀
为了在用KOH/RIE刻蚀通道时封装电阻器及保护微型悬臂梁侧壁，在电阻器的顶部生长一层厚50-200nm的热氧化物(见附图5h)。之后沉积一层厚20-100nm的LPCVD氮化物以用它来作为刻蚀掩膜和扩散屏障(见附图5I)。
为了制作穿过氮化物/氧化物层的连接孔，在晶片顶部涂一层薄薄的抗蚀剂。通过光刻法就可使连接孔掩模转变为抗蚀物。采用RIE对氮化物进行刻蚀，而采用HF对氧化物进行刻蚀。通道中的氮化物/氧化物也会被移去(参见附图5j)。
利用垂直发射技术(lift-off technique)技术将通常为铬/金或铝的用于电连接的金属沉积下来。这可通过在晶片顶部涂一薄层抗蚀剂来完成。利用光刻法还可将金属线掩膜转变成抗蚀剂。金属被蒸发到晶片的顶部，最后利用丙酮来将抗蚀剂剥去，而在支持结构顶部保留有金属线(附图5k)。
为了利用金属来作为在微型悬臂梁上的固定层，利用垂直发射(lift-off)技术在微型悬臂梁的顶部沉积一金属层(参见附图5i)。通过第二垂直发射(lift-off)步骤来沉积微型悬臂梁金属，并有可能使用除用于电连接之外的其他金属及其他金属厚度。为了使两个微型悬臂梁尽可能相同，可在参比微型悬臂梁上也沉积一金属层。
附图6所示为制作到此的以微型悬臂梁为基础的生化传感器的顶视简图。通道结构的顶部涂有氮化物1，已刻蚀出的通道的侧壁及其底部涂有硅2。微型悬臂梁上还涂有另一层用于固定分子3的金属，微型悬臂梁还包含一集成的压敏电阻器4。压敏电阻器具有两个与金属线相连接的连接垫5。
为了将传感器集成在一个封闭的通道中，就需要通道具有顶部。可根据以下两种不同的原理来制作通道的上部：
1.通过在确定出通道顶部侧壁的聚合物中沉积一间隔层来制造通道。然后将一个覆盖盖子连接或胶接到聚合物上。
2.在与微型悬臂梁晶片相连接或胶接的玻璃或硅晶片中刻蚀出通道的上部。
下面将具体描述这两种方法的制作过程：
可通过以下两个制作步骤来完成上述第1种方法：
1a)：用聚合间隔物来封闭活性离子刻蚀出的通道：
如附图5m所示，在晶片的顶侧涂一厚30-100μm的光敏聚合层。参见附图7a，利用光刻法将间隔掩膜转变为光敏聚合物。
现在就可使用微型悬臂梁上的金属及光敏聚合物作为刻蚀掩膜，利用各向同性RIE来刻蚀通道且使微型悬臂梁分离。通道深度在30-100μm之间(参见附图7b)。
利用HF来对微型悬臂梁之下的氧化物进行刻蚀，以形成一应力补偿的微型悬臂梁(参见附图7c)。
最后通过粘接或局部加热光敏聚合物层的顶部来使由硅、派热克斯玻璃(Pyrex)、聚合物或这些物质的混合物组成的顶片与光敏聚合物相密封。熔融的聚合物将与顶片连接(参见附图7d)。
1b)利用聚合间隔物来封闭KOH刻蚀形成的通道
为了制作一个好处理的通道，在微型悬臂梁被确定出及微型悬臂梁金属被沉积之后在KOH中对晶片进行刻蚀。在这一过程中，金属及微型悬臂梁上的氮化物用作刻蚀掩膜。参见附图8a，当微型悬臂梁被分离时KOH刻蚀也就完成了，这样就形成了一个深度为30-100 μm的通道。
利用HF来对微型悬臂梁之下的氧化物进行刻蚀，以形成一应力补偿的微型悬臂梁(参见附图8b)。
参见附图8c，一厚度为30-100μm的聚合层被转变成了晶片顶侧，由此确定出了间隔层。
最后，通过粘接或局部加热光敏聚合物层的顶部来使由硅、派热克斯玻璃(Pyrex)、聚合物或这些物质的混合物组成的顶片与光敏聚合物相密封。熔融的聚合物将与顶片连接(参见附图8d)。
2)：通过连接通道的顶部及底部来封闭通道：
为了制作一个好处理的通道，在微型悬臂梁金属被沉积后在KOH中对晶片进行刻蚀。在该过程中，金属及氮化物作为蚀刻掩膜。参见附图9a，当微型悬臂梁被分离时，KOH刻蚀也就完成了，这样就形成了一个厚度为30-100μm的通道。
利用HF来对微型悬臂梁之下的氧化物进行刻蚀，以形成一应力补偿的微型悬臂梁(参见附图9b)。
在确定出通道顶部的500μm厚单侧抛光<100>的硅晶片上沉积一厚20-200μm的LPCVD氮化物层(参见附图9c)。
在晶片背侧旋涂一薄层抗蚀剂，通过光刻法使之转变成确定出用于连接金属线孔的掩膜。通过RIE将构图转移到氮化物上(附图9d)。然后在KOH中刻蚀暴露的硅区域。当所产生的微型膜片具有30-100μm的厚度时就终止KOH刻蚀(参见附图9e)。
然后在确定出通道的晶片及掩膜前侧旋涂上抗蚀剂，利用光刻法将用于连接金属线的孔转移到抗蚀剂上。通过RIE将构图转移到氮化物上(附图9f)。然后对通道及连接孔进行刻蚀，直到将连接孔处的30-100μm的微型膜片刻蚀掉为止，这样就形成了厚度为30-100μm的通道(附图9g)。
在晶片前侧上的2-10μm玻璃被蒸发掉以用于阳极结合过程(附图9h)。最后，通过阳极结合将两个晶片连接起来(附图8i)。
为了制作出通道上部及连接孔，可以使用RIE而不使用KOH来进行刻蚀。也可以使用派热克斯玻璃晶片来代替硅晶片。对于派热克斯玻璃晶片而言，使用HF来各向同性地刻蚀出通道及连接孔。
例2：以微型膜片为基础的传感器
为了在通道中制作以微型膜片为基础的传感器，同样也采用微型机构原理技术进行制作。与微型悬臂梁或微型电桥传感器相反，微型膜片通常设置在通道底部，这种设计可使其接触背侧的电阻器。然而在下面的例子中，电阻器将与通道的同侧相接触。
制作过程中的第一步(参见附图5a-5f)与前述的微型悬臂梁或微型电桥传感器制作步骤基本相同。
在使用RIE确定出电阻器后，电阻器被密封在50-200nm厚的热氧化物中。此后再沉积出20-100nm厚的LPCVD氮化物，以用之来作为刻蚀掩膜及扩散屏障(10a)。
为了制作穿过氮化物/氧化物层的连接孔，一薄层抗蚀剂被旋涂在晶片顶部。通过光刻法将连接孔掩膜转移到抗蚀剂上。利用RIE来刻蚀氮化物，利用HF来刻蚀氧化物(附图10b)。
利用垂直发射技术将通常为铬/金或铝的用于电连接的金属沉积下来。这可通过在晶片顶部旋涂一薄层抗蚀剂来完成。利用光刻法还可将金属线掩膜转移到抗蚀剂上。金属被蒸发到晶片的顶部，最后利用丙酮来将抗蚀剂剥去，在支持结构顶部保留有金属线(附图10c)。
为了利用金属来作为在微型悬臂梁上的固定层，利用垂直发射(lift-off)技术在微型膜片的顶部沉积一金属层(参见附图10d)。通过第二垂直发射步骤来沉积微型膜片金属，从而有可能使用除用于电连接之外的其他金属及其他金属厚度。
从背侧利用KOH刻蚀来确定出微型膜片。首先，在晶片背侧上旋涂一薄层抗蚀剂。将背侧掩膜转移到抗蚀剂上。此后在RIE中对氮化物/硅/氧化物夹层进行刻蚀。然后在KOH中刻蚀晶片，在此氧化物将作为刻蚀终止物(附图10e)。
然后利用HF刻蚀来去掉氧化物(10f)。
现在在微型膜片顶部制作通道。可采用以下两种原理来制作：
1.通过在实际上确定出通道顶部侧壁的聚合物中沉积间隔层来制作通道。然后将一个覆盖盖子连接或胶接到聚合物上。
2.在连接或胶接到微型悬臂梁晶片上的玻璃或硅晶片中刻蚀出通道的上部。
下面将描述这两种制作过程：
1)聚合物中的间隔层
在晶片顶侧上旋涂一厚30-100μm的光敏聚合层。利用光刻法将间隔掩膜移到成光敏聚合物上(参见附图10g)。
最后，通过粘接或局部加热光敏聚合物层顶部来使由硅、派热克斯玻璃、聚合物或这些物质的混合物组成的顶片与光敏聚合物相密封。熔融的聚合物将与顶片连接(参见附图10h)。
2)通过将顶部连接到基底来封闭通道
这种制作方法与前述在通道中制作微型悬臂梁“通过将通道的顶部和底部连接起来以封闭通道”部分中所述的制作过程完全相同。
本发明的应用
下面将描述关于本发明不同应用的几个例子。当然本发明的应用并不限于在此所列的几个例子。
层流
相邻或间隔非常近的微型悬臂梁可以同时暴露在几种不同的化学环境中(参见附图11)
1)在微型通道中将液流垂直地分层成两股或更多股支流，以便使安装在微型通道对侧上的微型悬臂梁浸没在不同的液体中。
2)在微型通道中将液流水平地分层，以便使设置在微型通道的不同水平位置上的微型悬臂梁浸没在不同的液体中。
3)将液流水平或垂直分层，通过激励微型悬臂梁，使之移动穿过不同的液体。
通过这种方式，可以将来自不同液体环境中的微型悬臂梁信号进行对比。而且，还可使用这种技术在间隔近的微型悬臂梁上涂敷不同的化学物质。下面将描述关于这两方面的例子。
功能
利用常规的易应用于微型悬臂梁的静止化学理论就可使微型悬臂梁发挥作用。然而对于微型通道中间隔近的微型悬臂梁而言，针对不同涂敷情况就需要采用新的技术。可通过下述的一种或多种技术来使间隔近的微型悬臂梁发挥作用。
1)在装置的微型构造中，可在微型悬臂梁上涂敷不同的与构造过程相兼容的薄膜层。所述薄膜可以为金属、硅及电介质层。不同的薄膜可用于结合分子，确定的分子可与确定的薄膜相连接。
2)附着在微型悬臂梁表面上的分子可以与光激励连接点进行合成。然后通过将微型悬臂梁置于具有涂敷分子的液体溶液中，且使微型悬臂梁暴露于UV光下，从而使分子附着到微型悬臂梁表面上。UV光可诱导微型悬臂梁表面与分子之间产生连接。通过将不同的涂敷分子注入通道内且分别穿过覆盖片来对微型悬臂梁进行照明的方式可在封闭之后的通道中实施涂敷。再利用激光对装置进行扫描就可在小的确定区域处涂敷上确定的涂层。在每次涂敷之间都应对系统进行清洗，再将新的涂敷溶液注入通道内。
3)利用喷墨打印原理就可喷洒出小的液滴。这些系统可用于DNA芯片构造。可使用这种液体喷洒系统在间隔近的微型悬臂梁上喷洒不同液滴。所喷洒液滴的直径通常为100μm。这种涂敷技术必须在密封通道之前实施。
4)当通道被密封时，可通过具有两个或更多个分层的系统中的层流来对间隔近的微型悬臂梁进行涂敷。这样设置在通道不同高度处和/或不同侧上的微型悬臂梁就被浸没在不同的液体中了。在涂敷之后，可使其他液体流过微型通道以冲刷掉所残余的涂敷材料。通过重复采用这种技术就可将不同层的涂敷材料附着到微型悬臂梁上。为了使分子仅与微型悬臂梁的一侧相连，可采用光固定或预沉积薄膜来实现。
5)通过在微型通道中分层成两个或多个支流且通过静态弯曲以将微型悬臂梁置于某一支流中来实现选择性涂敷。另外，使微型悬臂梁受控地通过分离的层流就可在微型悬臂梁上涂敷上例如戊二醛卵白生物素等多层材料。
6)通过电化学方法可在微型悬臂梁上有选择并可撤消地涂敷上金属蛋白等物质。微型悬臂梁上的传导层可用作工作电极。反向电极可以是系统中的一个集成部分。通常还希望包含一个用于处理所应用电位的参比电极。
参比微型悬臂梁及参比测量
为了使系统中的湍流及热漂移效应最小化，可采用一个参比微型悬臂梁。将参比微型悬臂梁置于靠近测量微型悬臂梁的地方且使之处于与测量悬臂梁相同的环境中，但参比微型悬臂梁上不需涂敷检测膜。可在参比微型悬臂梁上涂敷另一种不用作检测剂的膜或可检测其他物质的膜。参见附图12，通过从检测信号中减去参比信号就可消掉大部分背景噪音。
对于大部分生化应用而言，设置一个处于参比液体中的参比测量件是很重要的。它常常会增加/减小它所联系的特定分子的浓度。对于这种相对测量而言，参比液体是必要的。如附图13所示，设置在参比溶液中的微型悬臂梁应与置于测量溶液中的测量微型悬臂梁相同。通过分层液流且使两个支流平行流动的方式就可使测量溶液和参比溶液可同时处在相同的通道中。设置在通道两侧上的微型悬臂梁将检测出两种不同液体中的反应。通过移动微型悬臂梁使之通过两种液体就可实现被分析物及参比溶液中的准同时测量。
附加层中的扩散测量
进入微型悬臂梁检测膜中的分子会引起该膜中应力的改变，由此可造成微型悬臂梁的弯曲。例如，可观察到在单元微型膜中存在着扩散，也可发现由于电压或者由于结合了另一种分子而引起的微型膜通道所发生的运动。
利用带有压敏电阻式读取元件的微型悬臂梁实施了关于乙醇在聚合物中扩散的初级试验。集成在惠斯通电桥中的一个或两个微型悬臂梁涂敷有一种UV敏感抗蚀剂，当其浸于乙醇中时将引起应力的改变。附图14表示出了置于一个小的开放式的液体容器7中的具有DI晶片的微型悬臂梁。注入液态乙醇8，来自惠斯通电桥的输出电压9作为时间的函数被记录下来。来自惠斯通电桥的输出电压反映出了两个微型悬臂梁变形之间的差值。
附图15中表示出了微型悬臂梁对三种不同量乙醇的响应情况。箭头表示在靠近微型悬臂梁的水表面注入新乙醇的时间。可清楚地看出，微型悬臂梁怎样立即对乙醇产生了响应，随着乙醇在水中稀释和从表面蒸发掉信号减小。信号幅度反映出了所注入乙醇的量。这样，乙醇扩散进入聚合物将引起聚合物中应力的改变。这一过程是可逆的，当乙醇离开膜片时，微型悬臂梁将返回到起始位置。可利用这一原理来构建一种用于测量液体中乙醇浓度的传感器。
也可利用微型悬臂梁的时间响应来反映微型悬臂梁表面上的层形成过程的动态特性，例如可反映出自组合单分子层的形成过程。
蛋白层的共形变化
微型悬臂梁所吸收的蛋白质的共形变化将会引起微型悬臂梁的共振频率及应力的变化。因此可能对由pH值、离子浓度及温度等外部参数所引起的蛋白质的共形变化进行研究。例如，当处于不同的pH值环境中时，金上所吸收的金属蛋白天青蛋白就会发生共形变化。天青蛋白如何与金相结合，它们之间的结合随着pH值发生变化会怎样改变都还不很清楚。以微型悬臂梁为基础的测量能提供其他一些关于结合特性的信息。许多活性酶的作用也会引起应力变化。因此也可以对不同环境中的酶活性水平进行研究。
基因检测
本发明的一种应用是用于检测多种与疾病相关的基因。采用前述的常规结合化学中的一种涂敷技术将来自与疾病相关基因的单股DNA结合到微型悬臂梁上。在置于一通道内的间隔近的微型悬臂梁上可涂敷取自不同基因的DNA序列。然后，使包含有单股DNA的待处理血样流过所述系统。如果在血样包含有一种与疾病相关的基因，则它就会与附着到微型悬臂梁上的相应DNA序列发生特定性结合。通过进行热处理就会将那些没有发生特定性结合的DNA序列去掉。这种特定性结合将会引起微型悬臂梁的表面应力及其共振发生变化，因此可以同时甄别出几种基因。这种方法也可用于DNA排序。
抗原-抗体反应
用于甄别具体基因的想法可延伸到用于检测不同的抗体。对于这种应用，利用常规的结合化学在间隔近的微型悬臂梁上涂敷不同的抗体。抗体将与相应抗原发生特定性结合，由此便可甄别出一血样中的不同抗体。
电化学
应用微型悬臂梁上的传导层及通道内的参比电极可以在微型悬臂梁表面的涂层上实施电沉积及电化学反应。例如，可以观察出天青蛋白及酵母细胞色素C等金属蛋白层中的应力响应于不同电位的变化，而且还可对氧化还原过程进行监测。也可以对可电沉积分子的吸收及释放进行观察。

Claims (71)

1.一种用于检测液体中所存在物质的传感器，所述传感器包含：
-用于处理液体的装置，所述处理装置包含一个微米级的相互作用腔、一个入口及一个出口，
-具有一表面的第一挠性元件，所述表面上涂敷有一种物质，其中涂敷有物质的表面至少部分地位于相互作用腔中，以便使至少部分物质暴露在液体中，
-用于检测与第一挠性元件相关的机械参数的装置，所述机械参数与液体中所包含的物质相关。
2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于：第一挠性元件包含一个具有第一及第二端的微型悬臂梁，其中第一端与相互作用腔相连接。
3.如权利要求1所述的传感器，其特征在于：第一挠性元件包含一个具有第一及第二端的微型电桥，其中第一端及第二端与相互作用腔相连接。
4.如权利要求1所述的传感器，其特征在于：第一挠性元件形成确定相互作用腔的边界的一部分。
5.如权利要求1-4中任一权利要求所述的传感器，其特征在于：用于检测与第一挠性元件相关的机械参数的检测装置包含一个压敏电阻式元件，所述压敏电阻式元件是第一挠性元件中的一个集成部分。
6.如权利要求1-4中任一权利要求所述的传感器，其特征在于：用于检测与第一挠性元件相关的机械参数的检测装置包含有激光器、一个光学元件及一个位置光敏检测元件。
7.如权利要求6所述的传感器，其特征在于：所述压敏电阻式元件组成例如惠斯通电桥等平衡式电桥的一部分。
8.如权利要求1所述的传感器还包含一个用于使挠性元件相对于相互作用腔运动的激励元件。
9.如权利要求8所述的传感器，其特征在于：所述激励元件包含一个压敏电阻式元件。
10.如权利要求8所述的传感器，其特征在于：所述激励元件包含用于使挠性元件发生静电感应运动的元件。
11.如权利要求8所述的传感器，其特征在于：所述激励元件包含用于使挠性元件发生磁感应运动的元件。
12.如权利要求8所述的传感器，其特征在于：所述激励元件包含用于使挠性元件发生热感应运动的元件。
13.如权利要求1-12中任一权利要求所述的传感器，其特征在于：处理装置可由选自下组中所包含的材料制成：金属、玻璃、聚合物或例如硅等半导体材料。
14.如权利要求1-13中任一权利要求所述的传感器，其特征在于：第一挠性元件表面上所附着的物质可选自下组中所述成份：金属、聚合物、生化分子或微型生化结构。
15.如权利要求1-14中任一权利要求所述的传感器还包含：
-一个第二挠性元件，所述第二挠性元件至少部分地位于相互作用腔内，以便于该第二挠性元件至少部分暴露在液体中，以及
-用于检测与第二挠性元件相关的机械参数的装置。
16.如权利要求15所述的传感器，其特征在于：
所述检测装置包含一个与第二挠性元件集成在一起的压敏电阻式元件，所述压敏电阻式元件形成例如惠斯通电桥等平衡式电桥的一个部分。
17.一种用于检测液体中所存在物质的传感器，所述传感器包含：
-用于处理液体装置，所述处理装置包含一个相互作用腔、一个入口和一个出口，
-具有一表面的第一挠性元件，所述表面上涂敷有一种物质，其中涂敷有物质的表面至少部分地位于相互作用腔中，以便使至少部分物质暴露在液体中，
-用于检测与第一挠性元件相关的机械参数的装置，所述机械参数与液体中所包含的物质相关，其中检测装置是第一挠性元件中的一个集成部分。
18.如权利要求17所述的传感器，其特征在于：第一挠性元件包含一个具有第一及第二端的微型悬臂梁，其中第一端与相互作用腔相连接。
19.如权利要求17或18所述的传感器，其特征在于：用于检测与第一挠性元件相关的机械参数的检测装置包含一个压敏电阻式元件，
20.如权利要求19所述的传感器，其特征在于：所述压敏电阻式元件组成例如惠斯通电桥等平衡式电桥的一部分。
21.如权利要求17-20任一权利要求所述的传感器，其特征在于：相互作用腔具有微米级的尺寸。
22.如权利要求18所述的传感器，还包含一个用于使微型悬臂梁的第二端相对于相互作用腔运动的激励元件。
23.如权利要求22所述的传感器，其特征在于：所述激励元件包含一个压敏电阻式元件，所述压敏电阻式元件是微型悬臂梁的一个集成部分。
24.如权利要求17-23中任一权利要求所述的传感器，其特征在于：处理装置可由选自下组中所包含的材料制成：金属、玻璃、聚合物或例如硅等半导体材料。
25.如权利要求17-24中任一权利要求所述的传感器，其特征在于：第一挠性元件表面上所附着的物质可选自下组中所述成份：金属、聚合物、生化分子或微型生化结构。
26.如权利要求17-25中任一权利要求所述的传感器还包含：
-一个第二挠性元件，所述第二挠性元件至少部分地位于相互作用腔内，以便于该第二挠性元件至少部分暴露在液体中，以及
-用于检测与第二挠性元件相关的机械参数的装置。
27.如权利要求26所述的传感器，其特征在于：所述检测装置包含一个与第二挠性元件集成在一起的压敏电阻式元件，所述压敏电阻式元件形成例如惠斯通电桥等平衡式电桥的一个部分。
28.一种用于检测液体中所存在物质的传感器，所述传感器包含：
-用于处理液体的装置，所述处理装置包含一个相互作用腔、一个入口和一个出口，
-具有一表面的第一挠性元件，所述表面上涂敷有一种物质，其中涂敷有物质的表面至少部分地位于相互作用腔中，以便使至少部分物质暴露在液体中，其中第一挠性元件为处理装置中的一个集成部分，
-用于检测与第一挠性元件相关的机械参数的装置，所述机械参数与液体中所存在的物质相关。
29.如权利要求18所述的传感器，其特征在于：第一挠性元件包含一个具有第一及第二端的微型悬臂梁，其中第一端与相互作用腔相连接。
30.如权利要求28或29所述的传感器，其特征在于：用于检测与第一挠性元件相关的机械参数的检测装置包含一个压敏电阻式元件，所述压敏电阻元件是第一挠性元件的一个集成部分。
31.如权利要求30所述的传感器，其特征在于：所述压敏电阻式元件组成例如惠斯通电桥等平衡式电桥的一部分。
32.如权利要求28或29所述的传感器，其特征在于：用于检测与第一挠性元件相关的机械参数的检测装置包含有激光器、一个光学元件及一个位置光敏检测元件。
33.如权利要求28所述的传感器还包含一个用于使微型悬臂梁的第二端相对于相互作用腔运动的激励元件。
34.如权利要求33所述的传感器，其特征在于：所述激励元件包含一个压敏电阻式元件，所述压敏电阻式元件是微型悬臂梁的一个集成部分。
35.如权利要求28-34中任一权利要求所述的传感器，其特征在于：处理装置可由选自下组中所包含的材料制成：金属、玻璃、聚合物或例如硅等半导体材料。
36.如权利要求28-35中任一权利要求所述的传感器，其特征在于：第一挠性元件表面上所附着的物质可选自下组中所述成份：金属、聚合物、生化分子或微型生化结构。
37.如权利要求28-36中任一权利要求所述传感器还包含：
-一个第二挠性元件，所述第二挠性元件至少部分地位于相互作用腔内，以便于该第二挠性元件至少部分暴露在液体中，以及
-用于检测与第二挠性元件相关的机械参数的装置。
38.如权利要求37所述传感器，其特征在于：所述检测装置可以包含一个与第二挠性元件集成在一起的压敏电阻式元件，所述压敏电阻式元件形成例如惠斯通电桥等平衡式电桥的一个部分。
39.一种用于检测液体中所存在物质的传感器，所述传感器包含：
-用于处理液体的装置，所述处理装置包含一个相互作用腔、一个入口和一个出口，
-具有一表面的第一挠性元件，所述表面上涂敷有一种物质，其中涂敷有物质的表面至少部分地位于相互作用腔中，以便使至少部分物质暴露在液体中，其中第一挠性元件为处理装置中的一个构成部分，
-用于检测与第一挠性元件相关的机械参数的装置，所述机械参数与液体中所包含的物质相关。
40.如权利要求39所述的传感器，其特征在于：第一挠性元件包含一个具有第一及第二端的微型悬臂梁，其中第一端与相互作用腔相连接。
41.如权利要求39或40所述的传感器，其特征在于：用于检测与第一挠性元件相关的机械参数的检测装置包含一个压敏电阻式元件，所述压敏电阻元件是第一挠性元件的一个集成部分。
42.如权利要求40所述的传感器，还包含一个用于使微型悬臂梁的第二端相对于相互作用腔运动的激励元件。
43.如权利要求39-42中任一权利要求所述的传感器，其特征在于：处理装置可由选自下组中所包含的材料制成：金属、玻璃、聚合物或例如硅等半导体材料，其中相互作用腔的尺寸为微米级。
44.如权利要求39-43中任一权利要求所述的传感器，其特征在于：第一挠性元件表面上所附着的物质可选自下组中所述成份：金属、聚合物、生化分子或微型生化结构。
45.如权利要求39-44中任一权利要求所述的传感器，还包含：
-一个第二挠性元件，所述第二挠性元件至少部分地位于相互作用腔内，以便于该第二挠性元件至少部分暴露在液体中，以及
-用于检测与第二挠性元件相关的机械参数的装置。
46.如权利要求45所述传感器，其特征在于：所述检测装置包含一个与第二挠性元件集成在一起的压敏电阻式元件，所述压敏电阻式元件形成例如惠斯通电桥等平衡式电桥的一个部分。
47.一种用于检测存在于液体中的第一及第二物质的传感器，所述传感器包含：
-用于处理液体的装置，所述处理装置包含一个相互作用腔、一个入口和一个出口，
-具有一表面的第一挠性元件，所述表面上涂敷有第一种物质，其中涂敷有第一种物质的表面至少部分地位于相互作用腔中，以便使至少部分第一种物质暴露在液体中，
-具有一表面的第二挠性元件，所述表面上涂敷有第二种物质，其中涂敷有第二物质的表面至少部分地位于相互作用腔中，以便使至少部分第二物质暴露在液体中，
-用于检测与第一挠性元件相关的第一机械参数的第一检测装置，所述第一机械参数与液体中所包含的第一种物质相关，以及
-用于检测与第二挠性元件相关的第二机械参数的第二检测装置，所述第二机械参数与液体中所包含的第二种物质相关。
48.如权利要求47所述的传感器，其特征在于：第一及第二挠性元件包含一个具有第一及第二端的微型悬臂梁，其中第一端与相互作用腔相连接。
49.如权利要求47所述的传感器，其特征在于：第一及第二挠性元件包含一个具有第一及第二端的微型电桥，其中第一及第二端与相互作用腔相连接。
50.如权利要求47所述的传感器，其特征在于：各个第一及第二挠性元件形成确定出相互作用腔的边界。
51.如权利要求47-50中任一权利要求所述的传感器，其特征在于：所述检测装置包含一个集成在第一挠性元件中的压敏电阻式元件。
52.如权利要求47-51中任一权利要求所述的传感器，其特征在于：所述检测装置包含一个集成在第二挠性元件中的压敏电阻式元件。
53.如权利要求51或52所述的传感器，其特征在于：所述各个压敏电阻式元件形成例如惠斯通电桥等平衡式电桥的一个部分。
54.如权利要求47所述的传感器，其特征在于：用于检测与第一及第二挠性元件相关的第一及第二机械参数的检测装置分别包含有激光、光学元件及一个位置光敏检测器。
55.如权利要求47所述的传感器还包含用于使第一及第二挠性元件相对于相互作用腔运动的激励器。
56.如权利要求55所述的传感器，其特征在于：所述激励器包含作为微型悬臂梁集成部分的压敏电阻式元件。
57.如权利要求55所述的传感器，其特征在于：所述激励元件包含用于使微型悬臂梁第二端发生静电感应运动的元件。
58.如权利要求55所述的传感器，其特征在于：所述激励元件包含用于使微型悬臂梁第二端发生磁感应运动的元件。
59.如权利要求55所述的传感器，其特征在于：所述激励元件包含用于使微型悬臂梁第二端发生热感应运动的元件。
60.如权利要求47-59中任一权利要求所述的传感器，其特征在于：处理装置可由选自下组中所包含的材料制成：金属、玻璃、聚合物或例如硅等半导体材料。
61.如权利要求47-60中任一权利要求所述传感器，其特征在于：第一及第二挠性元件表面上所附着的物质可选自下组中所述成份：金属、聚合物、生化分子或微型生化结构。
62.一种用于检测在运动的层流液体中所存在的第一及第二物质的传感器，在垂直于运动方向的剖面中，所述层流液体包含第一及第二区域，所述传感器包含：
-用于处理层流液体的装置，所述处理装置包含一个相互作用腔、一个入口及一个出口，
-具有一表面的第一挠性元件，所述表面上涂敷有第一种物质，其中涂敷有第一种物质的表面至少部分地位于相互作用腔中，以便使至少部分第一种物质暴露在层流液体的第一区域中，
-具有一表面的第二挠性元件，所述表面上涂敷有第二种物质，其中涂敷有第二物质的表面至少部分地位于相互作用腔中，以便使至少部分第二物质暴露在层流液体的第二区域中，
-用于检测与第一挠性元件相关的第一机械参数的第一检测装置，所述第一机械参数与液体的第一区域中所包含的第一种物质相关，以及
-用于检测与第二挠性元件相关的第二机械参数的第二检测装置，所述第二机械参数与液体的第二区域中所包含的第二种物质相关。
63.如权利要求62所述的传感器，其特征在于：用于检测与第一挠性元件相关的第一机械参数的检测装置包含作为第一挠性元件的集成部分的压敏电阻式元件。
64.如权利要求63所述的传感器，其特征在于：用于检测与第二挠性元件相关的第二机械参数的检测装置包含作为第二挠性元件的集成部分的压敏电阻式元件。
65.如权利要求62所述的传感器，其特征在于：用于检测与第一及第二挠性元件相关的第一及第二机械参数的检测装置包含激光、光学元件及一个位置光敏检测器。
66.如权利要求62-65中任一权利要求所述的传感器，还包含用于使第一挠性元件相对于处理装置运动的第一激励器。
67.如权利要求66所述的传感器，其特征在于：第一激励器包含压敏电阻式元件，所述压敏电阻式元件是挠性元件中的集成部分。
68.如权利要求62-67中任一权利要求所述的传感器，还包含用于使第二挠性元件相对于处理装置运动的第二激励器。
69.如权利要求68所述的传感器，其特征在于：第二激励器包含压敏电阻式元件，所述压敏电阻式元件是第二挠性元件中的集成部分。
70.如权利要求62-69中任一权利要求所述的传感器，其特征在于：处理装置可由选自下组中所包含的材料制成：金属、玻璃、聚合物或例如硅等半导体材料。
71.如权利要求62-70中任一权利要求所述的传感器，其特征在于：第一及第二挠性元件表面上所附着的物质可选自下组中所述成份：金属、聚合物、生化分子或微型生化结构。
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