CN204422396U - 基于低温等离子体改性修饰的微悬臂梁偏转检测系统 - Google Patents

Abstract

基于低温等离子体改性修饰的微悬臂梁偏转检测系统，所述系统包括：发射水平激光束的半导体激光器、反光镜、光电位置敏感探测器、数据采集卡、和计算机。本实用新型利用介质阻挡放电产生的低温等离子体对高分子微悬臂梁进行改性修饰，修饰后的高分子微悬臂梁可以实现对其表面上不同生化反应信息进行高灵敏度、稳定、快速检测。本实用新型结构简单，通过激光器发出一束激光照射于低温等离子体修饰的高分子微悬臂梁上，其反射光线通过PSD感光靶心接收，通过数据采集卡输送到计算机进行实时检测。该系统可以实现对不同待测目标的实时检测，拓展了微悬臂梁的应用范围。

Description

基于低温等离子体改性修饰的微悬臂梁偏转检测系统

技术领域

本实用新型专利属于光杠杆生化传感检测技术领域，具体涉及一种利用低温等离子体对高分子微悬臂梁进行改性修饰的方法。可以实现利用不同层度修饰的高分子微悬臂梁对不同目标溶液进行监控和检测。

背景技术

微梁是MEMS中最简单、常用的微型传感器件之一，在作为探测元件时，具有响应速度快、检测灵敏度高等优点，已被广泛应用于质量检测、力检测、加速度检测、气压检测、红外成像检测、和生物化学检测等领域。几十年来，微梁传感技术有了长足进步，尤其是在生物、化学和材料等领域内(Carrascosa et al.2006)。美国德雷克塞尔大学吉海峰教授研究小组开展了基于水凝胶(Zhang et al.2003；Mao et al.2006；Du et al.2008)和层与层静电自组装(Yan et al.2004；Yan et al.2006；Velanki et al.2007)等技术将特定分子修饰微梁镀金表面，分别实现对铬酸根和镉离子检测；2008年，韩国浦项工大Jeon教授(Jung and Jeon 2008；Jung et al.2008)创造性利用微梁传感技术对聚合物玻璃化转变温度进行测定，使得这种技术在对传统材料性质测量上取得了突破性进展；英国赫瑞瓦特大学shu教授等建立了金/氮化硅/金三层夹心结构微梁，旨在消除由于在温度和不同化学条件下金层/氮化硅双材料梁效应导致信号漂移，利用这种方法对修饰在其表面聚电解质pH值响应特性进行研究(Shu et al.2005；Shu et al.2007；Shu et al.2008)，结果表明这种方法可以减少双材料梁温度和化学漂移效应；丹麦科技大学Boisen教授研究小组制备了基于高分子材料微梁，并利用高分子材料制备微通道系统对微梁阵列进行修饰，实现了利用廉价柔性高分子材料替代传统硅材料目标和设计了一种新型微梁修饰系统(Johansson et al.2005；Nordstrom et al.2005；Calleja et al.2006；Liu et al.2010)。

近三十年来，低温等离子体技术发展很快，在机械工业领域也得到了广泛的应用。形成低温等离子体的方法很多，常用的方法有直接辉光放电、射频辉光放电、微波辉光放电等。等离子体技术在高分子材料上的应用有如下优点：1、省能源，无公害，满足节能和环保的需求；2、时间短，效率高；3对所处理的材料无严格要求，具有普遍适用性；4、对材料表面处理的均匀性好，使材料表面 性能改善的同时，基本性能不受影响。在近几年来，人们对它的兴趣越来越浓，在理论研究、实验方法、生产实践上都有很大的进展。对例如纺织材料的表面修饰改性过程如下：用低温等离子体处理羊毛，可以改善羊毛表面的染速率和毡缩性，改善纤维棉的强力，可纺织性，润湿性和粘合性等；对于合成纤维的修饰中，等离子体处理合成纤维可以改善纤维的亲水性和抗静电性等。

实用新型内容

本实用新型提供了一种基于低温等离子体改性修饰的微悬臂梁偏转检测系统及其检测方法。通过等温等离子体对微梁的修饰作用，实现对不同目标的实时检测。本实用新型专利的设计思路具体如下：

基于低温等离子体改性修饰的微悬臂梁偏转检测系统，其特征是所述系统包括：

激光器；所述激光器固定于可移动平台上，激光器的激光头可以360°旋转；

反光镜，所述反光镜架设于所述激光器发出光束的正前方；

微悬臂梁，所述微悬臂梁为高分子材料特制梁，利用低温等离子体对梁进行改性修饰。修饰后的微悬臂梁具有亲疏水性、细胞亲和性、抗凝血性、生物相容性等特性；

光电位置敏感元件(PSD)，所述光电位置敏感元件为一光电位置敏感探测器，所述光电位置敏感探测器用于接收经所述微悬臂梁自由端反射后所形成的激光束，并产生一个输出信号；

数据处理设备，所述数据处理设备为数据采集卡用于接收光电敏感器件(PSD)输出信号；

计算机，所述计算机用于处理数据采集卡所采集的数据。

所述系统微悬臂梁为高分子材料特制梁，所述微梁由改变加在放电管两极交流高压的电压幅值和频率所产生不同低温等离子体对其进行改性修饰。修饰后的梁具有不同层度的生化特性。修饰后的微悬臂梁可以对不同目标分子进行实时监测。

所述低温等离子体是由交流高电压介质阻挡放电产生。调节电极电压可以产生不同要求的低温等离子体。

所述低温等离子体包括电子、正离子、激发态分子、自由基和光子等。

低温等离子体对高分子微悬臂梁修饰分为三步：

1)、低温等离子体对高分子微梁中大分子链修饰，被撞击的分子受能后变为激发态分子，具有很高的活性。

2)、搞活性分子不稳定，分解为离子和电子或者变为带有能量的亚稳态惰性分子。

3)、高分子微悬臂梁表面的离子或自由基反应后会出现交联层，涂层等改性层，使得修饰后的微悬臂梁引入了特定官能团产生表面刻蚀。

所述半导体激光器所发出激光为纳米光源，光源聚焦可以调节。

所述反光镜架设于支架上,在根据具体要求进行调节。

所述PSD为基于横向光电效应的半导体器件。

一种基于低温等离子体改性修饰的微悬臂梁偏转检测系统检测方法，包括如下步骤：

1)、高分子微悬臂梁用特定电压下低温等离子体改性修饰，用修饰后的微悬臂梁架设于微梁支架上，放入待测目标溶液中。

2)、由反光镜反射的激光束照射在微梁上，微梁反射后的激光束经PSD感光靶心接收由数据采集卡采集送到计算机进行处理。

附图说明

图1基于低温等离子体改性修饰的微悬臂梁偏转检测系统原理图

图2低温等离子体对微悬臂梁表面修饰原理图

1激光器底座、2激光器、3反光镜、4反光镜旋转支架、5微悬臂梁、6微悬臂梁支架、7等离子出口喷枪、8光电位置敏感探测器、9数据采集卡、10计算机。

具体实施方式

下面结合附图1和附图2对本实用新型专利进行详尽描述，以便工程技术人员理解。

实施例1

如图1所示，所述检测系统包括：

用于发射水平激光束的激光器(2)，所述激光器(2)激光头可以360°旋转，光源为纳米范围内的单色光源，且汇聚激光点焦距可调。

反光镜(3)，所述反光镜(3)架设于所述激光器(2)发出光束的正前方，初始设置为45°，具体操作是根据实际需求360°可旋转式调节。

微悬臂梁(5)，所述微悬臂梁(5)为用低温等离子体改性修饰后的高分子梁，其表面具有特设性质的官能团，具有亲疏水性、细胞亲和性、抗凝血性、生物相容性等特性。

光电位置敏感探测器(PSD)(8)，光电位置敏感探测器(8)用于接收反射激光束反射出微悬臂梁(5)自由端的激光束，并产生一个输出信号；

数据采集卡(9)，数据采集卡(9)用于采集光电位置敏感探测器(8)的输出信号；

计算机10，计算机(10)用于处理数据采集卡(9)所采集的数据。

实施例2基于低温等离子体改性修饰的微悬臂梁偏转检测系统方法

该方法包括如下步骤：

1)将微悬臂梁(5)微悬臂梁支架(6)上，使微悬臂梁(5)呈倾斜方向，所述微悬臂梁(5)为低温等离子体改性修饰后的高分子微悬臂梁。

2)通过调节激光器和反光镜的初始位置，使激光器发射的水平激光束经反光镜反射后，垂直投射在微悬臂梁自由端；所述激光的直径光强可以根据具体要求调节；如图1所示。

3)经过微悬臂梁(5)自由端反射后的光斑通过光电位置敏感探测器(8)接收后，经过数据采集卡(9)采集后进入计算机进行处理。即用光电位置敏感探测器(8)时序接收微悬臂梁(5)阵列中各微悬臂梁(5)的偏转信号，从而监测微悬臂梁(5)上发生的实时反应信息。

以上实施例中激光器，光电位置敏感探测器、数据采集卡、及计算机处理均采用本领域公知的现有技术。本实用新型专利利用所述微悬臂梁为用低温等离子体改性修饰后的高分子梁，其表面具有特定性质的官能团。高分子微悬臂梁获得简单，容易实现，只需调节低温等离子体发生器的电压值发射出不同的等离子体就可以实现对高分子梁不同层度的改性修饰。用激光束对微悬臂梁进行照射，光电位置敏感探测器接收微悬臂梁的偏转信号监测微悬臂梁上发生的实时反应信息。该实用新型专利拓展了微悬臂梁的应用范围。

Claims (7)

1.基于低温等离子体改性修饰的微悬臂梁偏转检测系统，其特征是所述系统包括：

激光器，所述激光器固定于可移动平台上，激光器的激光头可以360°旋转；

反光镜，所述反光镜架设于所述激光器发出光束的正前方；

微悬臂梁，所述微悬臂梁为高分子材料特制梁，利用低温等离子体对梁进行改性修饰,修饰后的微悬臂梁具有亲疏水性、细胞亲和性、抗凝血性、生物相容性；

光电位置敏感元件，所述光电位置敏感元件为一光电位置敏感探测器PSD，所述光电位置敏感探测器PSD用于接收经所述微悬臂梁自由端反射后所形成的激光束，并产生一个输出信号；

数据处理设备，所述数据处理设备为数据采集卡用于接收光电位置敏感探测器PSD输出信号；

计算机，所述计算机用于处理数据采集卡所采集的数据。

2.根据权利要求1所述的基于低温等离子体改性修饰的微悬臂梁偏转检测系统，其特征是所述系统微悬臂梁为高分子材料特制梁，由改变加在放电管两极交流高压的电压幅值和频率来产生不同低温等离子体对其进行改性修饰,修饰后的微梁具有不同层度的生化特性，所述微悬臂梁可以对不同待测目标进行实时检测。

3.根据权利要求1所述的基于低温等离子体改性修饰的微悬臂梁偏转检测系统，其特征是所述低温等离子体是由交流高电压介质阻挡放电产生，调节电极电压即可产生不同要求的低温等离子体。

4.根据权利要求3所述的基于低温等离子体改性修饰的微悬臂梁偏转检测系统，其特征是所述低温等离子体包括电子、正离子、激发态分子、自由基和光子。

5.根据权利要求1所述的基于低温等离子体改性修饰的微悬臂梁偏转检测系统，其特征是所述激光器所发出激光为纳米光源。

6.根据权利要求1所述的基于低温等离子体改性修饰的微悬臂梁偏转检测系统，其特征是所述反光镜固定于基体夹持台上起始保持45°的倾斜角。

7.根据权利要求1所述的基于低温等离子体改性修饰的微悬臂梁偏转检测 系统，其特征是所述光电位置敏感器件为基于横向光电效应的半导体器件。