تعداد نشریات | 7 |
تعداد شمارهها | 399 |
تعداد مقالات | 5,389 |
تعداد مشاهده مقاله | 5,288,011 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 4,882,745 |
طراحی و شبیهسازی یک حسگر زیستی براساس آرایه نوسانگرهای میکروالکترومکانیکی | ||
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر | ||
مقاله 5، دوره 53، شماره 6 (Special Issue)، شهریور 1400، صفحه 3841-3854 اصل مقاله (1.52 M) | ||
نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22060/mej.2021.18867.6907 | ||
نویسندگان | ||
مهناز مهدی پور؛ حبیب بدری قویفکر* | ||
گروه الکترونیک - دانشکده برق- دانشگاه صنعتی سهند - تبریز - ایران | ||
چکیده | ||
استفاده از سیستمهای میکروسیالاتی برای کاربردهای مختلف از جمله آزمایشگاه بر روی تراشه، انتقال دارو و راکتورهای ریزشیمیایی روز به روز در حال افزایش است که برای کنترل و توسعه این ریزسیستمها حسگرهای متعددی ارائه شدهاست. در این مقاله حسگری برپایه سیستمهای میکروالکترومکانیکی با کاربرد مستقیم در محیط مایع برای سیستمهای میکروسیالات دیجیتال معرفی میگردد که قابلیت اجتماع با سایر مولفههای سیالاتی مانند انتقال، جداسازی و ترکیب را نیز داراست. حسگر پیشنهادی از تعدادی میکرونوسانگر همبندی هماندازه تشکیل یافته که به موازات بستر حرکت کرده از این رو قابلیت اجتماع در میان الکترودهای مسطح در میکروسیالات دیجیتال را داراست. ناحیه فعال حسگر در وسط سازه قرار گرفته و برای به دامانداختن هدف زیستی ایستا گردیدهاست. به دلیل حرکت در صفحه این حسگر، میرایی سیالاتی در حدی است که ضریب کیفیت قابل قبول در خروجی به دست میآید. ساختار پیشنهادی به روش اجزا محدود شبیهسازی گردیده و نتایج نشانگر این است که فرکانس مناسب برای حرکت در صفحه سیستم برابر با 5/16 کیلوهرتز است. علاوه بر آن ضریب کیفیت و حساسیت جرمی به ترتیب برابر با 49و 100 هرتز بر میکروگرم بوده که قابل مقایسه با حسگرهایی با کاربرد مشابه سیالاتی است. | ||
کلیدواژهها | ||
نوسانگر میکروالکترومکانیکی؛ میکروسیالات دیجیتال؛ حسگر زیستی؛ میرایی | ||
عنوان مقاله [English] | ||
Design and simulation of a biosensor based on a microelectromechanical resonator array | ||
نویسندگان [English] | ||
Mahnaz Mehdipoor؛ Habib Badri Ghavifekr | ||
Electronics Department - Faculty of Electrical Engineering - Sahand University of Technology - Tabriz - Iran | ||
چکیده [English] | ||
The use of microfluidic systems for various applications such as lab-on-chip, drug delivery, and micro chemical reactors is increasing day by day and several sensors have been provided to control and develop these microsystems. In this paper, a biosensor based on microelectromechanical systems was introduced with direct application in liquid environment for digital microfluidic systems that have the ability to be integrated with various fluidics components such as delivery, separation, and mixing. The proposed sensor comprises semi-sized coupled microresonators which vibrate in parallel to the substrate so that it can be integrated between the plane electrodes in digital microfluidics systems. Active area of the sensor is located in the center of the structure and immobilized for capturing any special biological targets. Due to in-plane vibration of the sensor, the viscous damping is low enough to achieve measurable quality factor by resonator. The total system is simulated by finite element methods and the results demonstrate that the appropriate vibration frequency for in-plane motion of the sensor is 16.5kHz. In addition, the quality factor and mass sensitivity are 49 and 100Hz/µg, respectively, which are comparable to sensors with similar fluidics applications. | ||
کلیدواژهها [English] | ||
Microelectromechanical resonator, Digital microfluidics, Biosensor, Damping | ||
سایر فایل های مرتبط با مقاله
|
||
مراجع | ||
[1] J. Covington, J. Gardner, A. Hamilton, T. Pearce, S. Tan, Towards a truly biomimetic olfactory microsystem: an artificial olfactory mucosa, IET nanobiotechnology, 1(2) (2007) 15-21. [2] R.W. Cernosek, S.J. Martin, A.R. Hillman, H.L. Bandey, Comparison of lumped-element and transmission-line models for thickness-shear-mode quartz resonator sensors, IEEE transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control, 45(5) (1998) 1399-1407. [3] B. Drafts, Acoustic Wave Technology Sensors-Acoustic wave sensors are extremely versatile devices that are just beginning to realize their commercial potential. This tutorial addresses acoustic wave sensor, Sensors-the Journal of Applied Sensing Technology, 17(10) (2000) 68-71. [4] G. Wu, R.H. Datar, K.M. Hansen, T. Thundat, R.J. Cote, A. Majumdar, Bioassay of prostate-specific antigen (PSA) using microcantilevers, Nature biotechnology, 19(9) (2001) 856. [5] R. Abdolvand, B. Bahreyni, J. Lee, F. Nabki, Micromachined resonators: A review, Micromachines, 7(9) (2016) 160. [6] M. Spletzer, A. Raman, H. Sumali, J.P. Sullivan, Highly sensitive mass detection and identification using vibration localization in coupled microcantilever arrays, Applied Physics Letters, 92(11) (2008) 114102. [7] N.H. Saad, M.C. Ward, R. Al-Dadah, C. Anthony, B. Choubey, S. Collins, Performance Analysis of A Coupled Micro Resonator Array Sensor, Eurosensors XXII, Dresden, Germany, (2008) 60-63. [8] W. Xu, S. Choi, J. Chae, A contour-mode film bulk acoustic resonator of high quality factor in a liquid environment for biosensing applications, Applied Physics Letters, 96(5) (2010) 053703. [9] C. Vančura, J. Lichtenberg, A. Hierlemann, F. Josse, Characterization of magnetically actuated resonant cantilevers in viscous fluids, Applied Physics Letters, 87(16) (2005) 162510. [10] P. Peiker, S. Klingel, J. Menges, H.-J. Bart, E. Oesterschulze, A partially wettable micromechanical resonator for chemical-and biosensing in solution, Procedia Engineering, 168 (2016) 606-609. [11] T.P. Burg, M. Godin, S.M. Knudsen, W. Shen, G. Carlson, J.S. Foster, K. Babcock, S.R. Manalis, Weighing of biomolecules, single cells and single nanoparticles in fluid, nature, 446(7139) (2007) 1066-1069. [12] A. Rahafrooz, S. Pourkamali, Characterization of rotational mode disk resonator quality factors in liquid, in: 2011 Joint Conference of the IEEE International Frequency Control and the European Frequency and Time Forum (FCS) Proceedings, IEEE, 2011, pp. 1-5. [13] F. Castonguay, Increasing the quality factor of microcantilevers in a fluid environment, McGill University Library, 2010. [14] C. Vančura, I. Dufour, S.M. Heinrich, F. Josse, A. Hierlemann, Analysis of resonating microcantilevers operating in a viscous liquid environment, Sensors and Actuators A: Physical, 141(1) (2008) 43-51. [15] J. Crassous, C. Gabay, G. Liogier, B. Berge, Liquid lens based on electrowetting: a new adaptive component for imaging applications in consumer electronics, in: Adaptive Optics and Applications III, International Society for Optics and Photonics, 2004, pp. 143-149. [16] P. Sen, C.-J. Kim, A fast liquid-metal droplet microswitch using EWOD-driven contact-line sliding, Journal of Microelectromechanical Systems, 18(1) (2009) 174-185. [17] J. Gong, G. Cha, Y.S. Ju, Thermal switches based on coplanar EWOD for satellite thermal control, in: 2008 IEEE 21st International Conference on Micro Electro Mechanical Systems, IEEE, 2008, pp. 848-851. [18] A.K. Ilkhechi, H. Mirzajani, E.N. Aghdam, H.B. Ghavifekr, A new electrostatically actuated rotary three-state DC-contact RF MEMS switch for antenna switch applications, Microsystem Technologies, 23(1) (2017) 231-243. [19] R. Liu, H. Wang, X. Li, J. Tang, S. Mao, G. Ding, Analysis, simulation and fabrication of MEMS springs for a micro-tensile system, Journal of Micromechanics and Microengineering, 19(1) (2008) 015027. [20] M. Frasconi, F. Mazzei, T. Ferri, Protein immobilization at gold–thiol surfaces and potential for biosensing, Analytical and bioanalytical chemistry, 398(4) (2010) 1545-1564. [21] A.H. Schmid, S. Stanca, M. Thakur, K.R. Thampi, C.R. Suri, Site-directed antibody immobilization on gold substrate for surface plasmon resonance sensors, Sensors and Actuators B: Chemical, 113(1) (2006) 297-303. [22] S. Zhang, N. Wang, Y. Niu, C. Sun, Immobilization of glucose oxidase on gold nanoparticles modified Au electrode for the construction of biosensor, Sensors and Actuators B: Chemical, 109(2) (2005) 367-374. [23] S.D. Keighley, P. Li, P. Estrela, P. Migliorato, Optimization of DNA immobilization on gold electrodes for label-free detection by electrochemical impedance spectroscopy, Biosensors and Bioelectronics, 23(8) (2008) 1291-1297. [24] A. Singh, N. Glass, M. Tolba, L. Brovko, M. Griffiths, S. Evoy, Immobilization of bacteriophages on gold surfaces for the specific capture of pathogens, Biosensors and Bioelectronics, 24(12) (2009) 3645-3651. [25] T. Siepenkoetter, U. Salaj‐Kosla, E. Magner, The immobilization of fructose dehydrogenase on nanoporous gold electrodes for the detection of fructose, ChemElectroChem, 4(4) (2017) 905-912. [26] C. Nguyen, MEMS Comb-Drive Actuators, Microfabrication Technology, (2010). [27] R. Legtenberg, A. Groeneveld, M. Elwenspoek, Comb-drive actuators for large displacements, Journal of Micromechanics and microengineering, 6(3) (1996) 320. [28] B.L. Mackey, Sensor patterns for a capacitive sensing apparatus, in, Google Patents, 2006. [29] W. Thomson, Theory of vibration with applications, CrC Press, 2018. [30] J. Rigelsford, Mechanical Microsensors Microtechnology and MEMS Series, Sensor Review, (2002). [31] N. Lobontiu, Dynamics of microelectromechanical systems, Springer Science & Business Media, 2014. [32] L. Luschi, F. Pieri, Periodically structured Lamé resonators as high sensitivity resonant mass sensors, Procedia Engineering, 87 (2014) 228-231.
| ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 454 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 692 |