[发明专利]基于多角度平面透射镜的微悬臂梁阵列传感器的微悬臂梁偏转扫描系统及扫描方法

说明书

技术领域

本发明属于微梁检测领域，特别是涉及基于多角度平面透射镜的微悬臂梁阵列传感器的微悬臂梁偏转扫描系统及扫描方法。

背景技术

测量、控制和自动化等现代科学技术的飞速发展极大地促进了信息技术的进步，人类社会已进入了信息时代。传感器技术作为信息技术的三大支柱之一是信息获取的主要手段，在现代科学技术的发展中起着越来越重要的作用。生化传感器是现代传感技术中的重要组成部分。在科学研究、食品安全、医疗卫生、环境监控、工农业生产等方面得到广泛应用。生化传感器是一种高特异性的、强有力的和廉价的分析工具，它可以在复杂的背景噪音条件下检测出靶标分子。生化传感器种类繁多，性质和形态各异。近年来，随着微机电系统（MEMS）技术的出现和发展，为生化传感器提供一些新的选择和思路。微悬臂梁作为一个最简单的MEMS器件近来受到广泛关注。

微悬臂梁传感技术是在原子力显微镜和微系统出现后迅速发展起来的一种新的传感方法。微悬臂梁传感器作为最简单的微机械元件，一直是微纳传感技术研究的热点。微悬臂梁传感器可以对具有特异性的生化反应参数进行实时测量，当微悬臂梁表面上发生生化反应时，微悬臂梁的上下表面会产生应力差改变并使微悬臂梁产生弯曲变形。通过激光照射微悬臂梁自由端，利用光杆杆法对每根微悬臂梁的端部位移进行放大后经过光电位置敏感探测器对信号进行探测，进而对微悬臂梁表面发生的生化反应进行研究。微悬臂梁传感器作为一种可以实时、高灵敏度、选择性好和非标定的新型传感方法应用在爆炸气体、气体压力、溶液中的重金属离子、抗生素、基因检测、蛋白质构象转变、抗原抗体绑定反应和酶的催化过程等方向的检测。

目前大量使用的单根微悬臂梁生化传感器由于每次只能用一根微悬臂梁进行实验，浪费了大量时间；并且由于生化反应中需要多组试样对照，这就迫切的需要实现两根梁以上的多根微悬臂梁检测的研究。

在论文（Cantilever array sensors.Materials Today,2005.8(4):p.30-36.）中，学者利用垂直共振腔面射型激光器提供8阵列光源对微悬臂梁阵列中的8根微悬臂梁进行时序照射。这种检测方法存在的问题是垂直共振腔面射型激光器光束间的间距是固定的，故其只能针对一定间距规格的微悬臂梁阵列进行检测，并且各个激光束相对独立不能保证激光束的一致性。

在先前用于一种阵列微悬臂梁单元偏角测量系统（公开号：101261139）中，采用了复杂光路建立傅立叶变换系统实现对微悬臂梁偏角进行检测，该系统光路复杂不易搭建。

在用于对微机械及纳米机械结构进行检测的系统及方法（公开号CN101278357A）中，采用音圈电机带动激光器实现对微悬臂梁阵列上的每根微悬臂梁进行扫描，音圈电机的机械振动会导致激光器发出的激光束产生误差。

在论文（Javier,T.,et al.,Imaging the surface stress and vibration modes of a microcantilever by laser beam deflection microscopy.Nanotechnology,2012.23(31):p.315501.）中，学者则采用让安放微悬臂梁的溶剂池进行二维摆动，实现对微悬臂梁阵列中的每根微悬臂梁进行扫描。而溶剂池运动会使得反应溶液中粒子产生不必要的运动，使检测数据产生误差。

发明内容

本发明为了避免现有技术存在的不足之处，提供一种基于多角度平面透射镜的微悬臂梁阵列传感器的微悬臂梁偏转扫描系统及扫描方法，该扫描系统在不移动激光器和溶剂池的前提下，可以实现对所有微悬臂梁自由端的扫描，为微悬臂梁偏转情况检测提供统一光束的扫描信号。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种基于多角度平面透射镜的微悬臂梁阵列传感器的微悬臂梁偏转扫描系统，其结构特点在于包括：

一用于垂直向下发射激光束的激光器；

一固设在水平位移平台侧前方的呈直线排列的平面透射镜组，所述平面透射镜组由第1平面透射镜、第2平面透射镜…和第N平面透射镜组成，所述N与待测传感器微悬臂梁阵列上的微悬臂梁数量M相等，所述平面透射镜与微悬臂梁一一对应；

当M为偶数时，所述平面透射镜组第平面透射镜呈水平设置；自第平面透射镜向左呈角度递增的倾斜设置；自第平面透射镜向右亦呈角度递增的倾斜设置，且与左侧的平面透射镜倾斜方向相反；各平面透射镜之间设置遮光板；

所述平面透射镜与水平面形成的锐夹角α（N)满足如下方程组：