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第1章 绪论1

1.1 MEMS的发展1

1.2 生化MEMS的发展2

1.3 我国生化MEMS的研究3

1.4 本书的主要内容4

第2章 微型泵和微型阀6

2.1 概述6

2.1.1 微型泵和微型阀的应用背景6

2.1.2 微型阀的研究概况7

2.1.3 微型泵的研究概况11

2.2 关键体硅工艺研究14

2.2.1 体硅各向异性腐蚀工艺14

2.2.2 牺牲层腐蚀技术21

2.2.3 深层重掺杂自停止腐蚀技术24

2.2.4 双面光刻技术30

2.2.5 凸角腐蚀补偿34

2.3 微型泵的工作机理36

2.3.1 弹性薄板变形分析37

2.3.2 压电致动41

2.3.3 双层压电梁致动分析41

2.4 其他致动方式50

2.4.1 热双金属致动50

2.4.2 静电致动51

2.4.3 电磁致动52

2.5 微型阀的过流特性分析53

2.5.1 引言53

2.5.2 沿程损失54

2.5.3 单晶硅微型阀的建模、仿真和测试55

2.5.4 聚酰亚胺微型阀的建模、仿真和测试60

2.6 微型机电系统的等效网络分析方法63

2.6.1 引言63

2.6.2 微型泵的等效电路网络模型66

2.6.3 压电致动微型泵的性能仿真70

2.6.4 压电致动微型泵的性能测试72

参考文献75

第3章 微型悬臂梁生化传感器80

3.1 微型悬臂梁传感器80

3.1.1 微型悬臂梁传感器的结构与敏感机理80

3.1.2 微型悬臂梁传感器的应用84

3.2 微型悬臂梁传感器的模型与设计87

3.2.1 基本理论88

3.2.2 连续层合薄板模型92

3.2.3 非连续层合薄板模型111

3.3 微型悬臂梁传感器的制造方法125

3.3.1 表面微加工技术125

3.3.2 体微加工技术130

3.4 微型悬臂梁生化检测传感器135

3.4.1 化学传感器135

3.4.2 生物传感器137

参考文献143

第4章 基于MEMS的FAIMS检测技术148

4.1 FAIMS简介148

4.1.1 什么是FAIMS148

4.1.2 FAIMS的研究背景149

4.1.3 高场非对称波形离子迁移谱的基本理论150

4.1.4 FAIMS技术的国内外研究现状和发展趋势152

4.2 影响FAIMS的各种因素155

4.2.1 离子在迁移区中运动的分析155

4.2.2 离子在迁移区的分布162

4.2.3 迁移管的响应特性165

4.2.4 迁移管的饱和电流167

4.2.5 迁移管的阻抗170

4.2.6 迁移管的功率171

4.2.7 FAIMS的灵敏度和分辨力171

4.2.8 重叠峰的解析174

4.3 离子源设计176

4.3.1 离子化方案选择176

4.3.2 电晕放电离子源180

4.3.3 大气辉光放电离子源207

4.4 高压高频不对称波形电源的设计214

4.4.1 基于功率MOSFET的脉冲源系统方案214

4.4.2 脉冲源系统各单元电路设计222

4.4.3 开关电路的设计234

4.4.4 功率MOSFET相关电路仿真246

4.5 离子检测249

4.5.1 几种常用的离子检测方法249

4.5.2 机械式法拉第筒设计与实验250

4.5.3 微法拉第筒设计256

4.5.4 微法拉第筒仿真259

4.5.5 微法拉第筒工艺263

4.5.6 微法拉第筒测试270

4.6 样品分析实验276

4.6.1 FAIMS芯片实验系统276

4.6.2 方波射频电压幅值变化对FAIMS灵敏度的影响277

4.6.3 射频电压幅值、频率和载气流速对2-戊酮FAIMS检测结果的影响280

4.6.4 FAIMS芯片检测限实验282

参考文献282

第5章 基于MEMS的细胞操作与分析技术290

5.1 概述290

5.2 基于MEMS的细胞操作技术290

5.2.1 细胞的操纵、分选和捕获290

5.2.2 细胞的注入303

5.3 基于MEMS的细胞监测与分析技术315

5.3.1 基于微电极的细胞电阻抗监测与分析技术315

5.3.2 膜片钳芯片细胞监测与分析技术323

5.3.3 其他MEMS细胞监测与分析技术326

5.4 纳米技术在细胞操作与分析中的应用330

参考文献334