Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Enhanced design and analysis of the microcantilever-based bio-sensor to detect carcinoembryonic antigen tumor biomarkers

Ibrahimi Khalid Mohd, Kumar Rajagopal, Pakhira Writtick

Computer Assisted Methods in Engineering and Science

|

2023

|

Vol. 30, no. 3

347--367

EN

Frequently, early detection of a malignant condition prevents most premature deaths. In this paper, three new designs are proposed for the microcantilever-based biosensor to detect carcinoembryonic antigen (CEA) tumor biomarkers. CEA is used for several types of human cancers, e.g., lung cancer, pancreatic cancer, breast cancer, ovarian cancer, and gastric cancer, particularly colorectal cancer. The proposed models are designed and the finite element method (FEM) analysis of these biosensors is performed using a COMSOL 5.4 Multiphysics (commercial package) software. Various analyses and comparisons are carried out by utilizing the designs in terms of displacement as well as piezo-resistive output due to an increase in mass of CEA adsorbed onto the surface of the cantilever beam, which is stimulated by applying a pressure range of 0 to 0.2 Pa on to the surface of a cantilever beam. A simulation is performed with the proposed designs by experimenting with different materials for better deflection results. Regarding the results obtained, Design 3, made with Kynar710, gives the highest total deflection of 0.7328 m. However, a piezo-resistive readout technique is utilized to get the output in mV, and for that, p-silicon (single-crystal, lightly doped) material is used, respectively. Next, 5V is applied to the terminals of the piezo-resistive circuit. Based on the input applied pressure and output mV, the Design 3 made with Kynar710 gives a better sensitivity of 0.13089 [mV/V/Pa] compared to other designs made with other materials.

2

A method of magnetic field measurement in a scanning electron microscope using a microcantilever magnetometer

Orłowska Karolina, Mognaschi Maria E., Kwoka Krzysztof, Piasecki Tomasz, Kunicki Piotr, Sierakowski Andrzej, Majstrzyk Wojciech, Podgórni Arkadiusz, Pruchnik Bartosz, di Barba Paolo, Gotszalk Teodor

Metrology and Measurement Systems

|

2020

|

Vol. 27, nr 1

141--149

EN

Scanning electron microscopy (SEM) is a perfect technique for micro-/nano-object imaging [1] and movement measurement [2, 3] both in high and environmental vacuum conditions and at various temperatures ranging from elevated to low temperatures. In our view, the magnetic field expanding from the pole-piece makes it possible to characterize the behaviour of electromagnetic micro- and nano-electromechanical systems (MEMS/NEMS) in which the deflection of the movable part is controlled by the electromagnetic force. What must be determined, however, is the magnetic field expanding from the e-beam column, which is a function of many factors, like working distance (WD), magnification and position of the device in relation to the e-beam column. There are only a few experimental methods for determination of the magnetic field in a scanning electron microscope. In this paper we present a method of the magnetic field determination under the scanning electron column by application of a silicon cantilever magnetometer. The micro-cantilever magnetometer is a silicon micro-fabricated MEMS electromagnetic device integrating a current loop of lithographically defined dimensions. Its stiffness can be calibrated with a precision of 5% by the method described by Majstrzyk et al. [4]. The deflection of the magnetometer cantilever is measured with a scanning electron microscope and thus, through knowing the bias current, it is possible to determine the magnetic field generated by the e-beam column in a defined position and at a defined magnification.

3

Microthermomechanical infrared sensors

Steffanson M., Rangelow I. W.

Opto-Electronics Review

|

2014

|

Vol. 22, No. 1

1-15

EN

We present a state-of-the-art overview of microthermomechanical infrared sensor technology. The working principle of this sensor is based on a bi-material actuated micromechanical deflection, generated by an induced temperature rise due to incident infrared radiation absorption. In order to generate a thermal image the thermomechanical deflections of the freestanding microstructures are read by either capacitive, piezoresistive or optical means. Research and development activities in this field began in the early 1990s. The development of this technology within the last 20 years has resulted in innovations such as uncooled multiband infrared detection, high-speed infrared sensing and uncooled THz imaging. This paper outlines representative milestones of this technology and analyses important results of notable groups. Significant activities on capacitive and optical readout techniques of thermomechanical infrared arrays are presented. Furthermore the advantages of microthermomechanical infrared sensors over current well-established uncooled infrared technologies are summarized. In conclusion the latest developments of this technology offer a highly potential solution for a variety of important energy-saving, safety and security applications.

4

Układy sterowania i przetwarzania sygnału z dźwigni piezorezystywnych wzbudzanych elektromagnetycznie

Kopiec D., Sierakowski A., Rudek M., Majstrzyk W., Grabiec P., Gotszalk T.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2014

|

Vol. 55, nr 10

26-29

PL

W pracy przedstawiono dźwignie mikromechaniczne integrujące w swojej strukturze piezorezystywny detektor ugięcia oraz aktuator wychylenia. Tego rodzaju dźwignie mikromechaniczne stanowią atrakcyjne narzędzia stosowanie w mikro- i nanoskali do pomiarów bardzo małych sił, zmian masy, wychyleń, lepkości. Zintegrowany detektor oraz aktuator dają możliwość konstruowania mniej skomplikowanych systemów pomiarowych niż układy bazujące na optycznych oraz interferometrycznych detektorach wychylenia, zapewniając przy tym tak samo duże rozdzielczości pomiaru ugięcia. Zaprezentowane zostały również układy elektroniczne pełniące rolę urządzeń pomiarowych oraz sterujących pracą mikrostruktury. Wykorzystanie siły Lorentza umożliwia kontrolowane oraz powtarzalne manipulacje w nanoskali, z rozdzielczością dziesiątków nanometrów.

EN

The paper presents an micromechanical probe with integrated piezoresistive deflection detector and actuator deflection in its structure. Such micromechanical probes are attractive tools to use in micro- and nanoscale to measure very small forces, changes in weight, deflection, viscosity. Integrated detector and actuator allow to construct less complex measurement systems than systems based on optical and interferometric deflection detector, while ensuring the same high resolution measurement of deflection. Electronic circuits act as measuring devices, and controling the operation of the microstructure were also presented. The use of the Lorentz force allows controlled and reproducible manipulation at the nanoscale, with a resolution of tens of nanometers.

5

Stanowisko do badania dźwigni mikromechanicznych wzbudzanych elektromagnetycznie

Majstrzyk W., Kopiec D., Raczkowski K., Gosiewska A., Świątkowski M., Sierakowski A., Grabiec P., Gotszalk T.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2014

|

Vol. 55, nr 10

23-25

PL

W pracy przedstawiono stanowisko pomiarowe do badania dźwigni mikro- oraz nanomechanicznych stanowiących z punktu widzenia nanometrologii atrakcyjne narzędzia umożliwiające poznanie zjawisk zachodzących w mikro- oraz nanoskali. Manipulacja wówczas wymaga odpowiednich narzędzi, które będą w stanie wykonać ruch rzędu pojedynczych nanometrów czy też działać siłą rzędu pojedynczych nanonewtonów. Struktury wykonane w Instytucie Technologii Elektronowej w Warszawie są idealnym przykładem narzędzi, które umożliwiają obserwację oraz manipulację w mikro- i nanoskali. Istotnym zagadnieniem z punktu widzenia metrologii jest ocena właściwości metrologicznych mikro- i nanostruktur. W głównej mierze interesujące są minimalne oraz maksymalne wartości mierzonych wychyleń oraz sił. Integracja, w strukturze dźwigni, aktuatora wychylenia w postaci pętli prądowej umieszczanej dodatkowo w polu magnetycznym stwarza możliwość kontrolowania wychylenia oraz drgań tego typu mikroprzyrządów.

EN

In this work measurement system for micro- and nanomechanical cantilevers characterization is presented. From metrological point of view they pose as convenient tools for recognition of phenomena occurring in micro- and nanoscale. Precise tools are required that will allow manipulation in single nanometer scale and exert force in range of nanonewtons. Structures developed in Institute of Electron Technology in Warsaw are best example of tools that allow observation and manipulation in micro- and nanoscale. The relevant issue is evaluation of metrological properties of micro- and nanostructures. In the main concern, the most interesting are minimum and maximum values of measured deflections and forces. Actuator integration in form of current loop in cantilever structure creates possibility to control the deflection and vibrations of such microtools.

6

Pomiar szumów piezorezystywnych przetworników mikromechanicznych

Kopiec D., Nieradka K., Rudek M., Gajewski K., Sierakowski A., Grabiec P., Jóźwiak G., Gotszalk T.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2013

|

Vol. 54, nr 10

51-55

PL

W pracy przedstawiono piezorezystywne mikromechaniczne przetworniki siły oraz zmian masy wykonane technologiami mikroelektronicznymi. Przedstawiona została ich zasada działania, główne źródła szumów występujących w tego rodzaju elementach oraz konstrukcja wzmacniacza do pomiaru szumów występujących w prezentowanych układach mikromechanicznych. Zaprezentowano także sposób doboru wzmacniaczy operacyjnych ze względu na poziom szumu występującego w systemie pomiarowym.

EN

In this paper we present micromechanical force and mass change transducer with integrated piezoresistive deflection sensor made with use of microelectronic technology. We present the principles of operation of these transducers and identified the main sources of noise that occur in this type of elements. Amplifier design is presented for the measurement of low-frequency noise and selection method of operational amplifiers because of the noise present in the measurement system.

7

Układ do pomiaru charakterystyk rezonansowych mikroprzetworników wysokoczęstotliwościowych

Małozięć G., Nieradka K., Kopiec D., Ritz Y., Zschech E., Gotszalk T.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2012

|

R. 88, nr 10b

64-66

PL

W niniejszym artykule opisany został układ do pomiaru charakterystyk rezonansowych dźwigni krzemowych. Omówiona została metoda uzyskiwania mikrodźwigni sprężystych. Opisana została budowa specjalizowanego układu optycznego do detekcji ugięcia mikrobelek oraz zasada detekcji ugięcia. Przedstawiona została również nowa metoda pomiarowa, polegająca na wykorzystaniu modulowanej wiązki światła do pomiaru parametrów przetworników o wysokich częstotliwościach rezonansowych.

EN

In this paper we describe a system for measuring the resonance characteristics of the silicon cantilever. The method of preparation spring cantilevers is presented. The construction of a specialized optical system to detect the deflection of the cantilevers and the principle of detection the cantilevers deflection is described. The new method based on the modulated laser beam, to measure characteristics of the high frequency transducers, is presented.

8

Wysokorozdzielczy pomiar ugięcia mikro- i nanomechanicznych czujników sił dla zakresu pikonewtonów

Kopiec D., Nieradka K., Małozięć G., Gotszalk T.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2012

|

Vol. 53, nr 10

114-117

PL

W artykule zaprezentowano system do pomiaru wychyleń przetwornika siły w postaci dźwigni mikromechanicznej. Omówiono budowę toru optycznej detekcji wiązki odbitej oraz analogowego toru przetwarzania sygnałów. W pracy przedstawiono wysokorozdzielcze pomiary powierzchni złota, grafitu wysokozorientowanego oraz pomiar wychylenia termomechanicznego mikroprzetwornika siły, który pokazuje zdolność rozdzielczą opracowanej konstrukcji. Zamieszczono również wyniki analiz ugięcia mikroprzetwornika siły w układach służących do modyfikacji powierzchni oraz w układach pobudzanych magnetycznie.

EN

In this paper we present a system for measuring deflection of force transducer in the form of cantilevers. Construction of the reflected optical beam detection path and analog signal processing circuit were presented. The paper presents high resolution measurements of surfaces gold and graphite and thermomechanical deflection, which prove high resolution of our setup. We also present results of analyses of deflection force sensor in systems where surfaces is modified and in magnetically actuated system.

9

Mikrodźwignia sprężysta jako czujnik biochemiczny

Nieradka K., Gotszalk T., Kopiec D., Małozięć G., Pałetko P., Wielgoszewski G., Zawierucha P., Grabiec P., Janus P.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2010

|

Vol. 51, nr 6

76-79

PL

Unikalne właściwości mechaniczne i wysoki stosunek powierzchni do objętości mikrodźwigni sprężystych czynią je bardzo dobrymi czujnikami masy i siły. W połączeniu z chemiczną funkcjonalizacją powierzchni umożliwiają one obserwację zjawisk fizycznych i chemicznych zachodzących w skali molekularnej. Na Wydziale Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki PWr skonstruowano głowicę pomiarową z natężeniowym układem detekcji ugięcia oraz cieczowo-gazową komórkę pomiarową o objętości roboczej próbki rzędu 100 µl. Opracowano oprogramowanie do akwizycji i obróbki danych pomiarowych. Przeprowadzono eksperymenty z funkcjonalizacją powierzchni dźwigni tiolami kwasu 11-merkaptoundekanowego i wiązaniem jonów metali alkalicznych. Obserwowano zmianę parametrów rezonansowych dźwigni, świadczącą o adsorpcji masy i indukowaniu naprężeń powierzchniowych przez powstającą samoorganizującą się monowarstwę sensorową a następnie przez wiązane jony. Opracowano metodę monitorowania w czasie rzeczywistym procesu tworzenia monowarstwy receptorowej i wiązania kationów poprzez obserwację statycznego ugięcia mikrodźwigni w środowisku cieczowym. Wyniki przeprowadzonych badań świadczą o dużej czułości (obserwowane zmiany masy rzędu pikogramów) i szybkości reakcji (minuty) czujników oraz o przydatności proponowanej metody w diagnostyce chemicznej. Stanowią wstęp do dalszych prac nad detekcją substancji o znaczeniu biologicznym.

EN

Unique mechanical properties and high surface area to volume ratio of cantilevers make them highly valuable mass and force sensors. Combined with chemical surface functionalization they facilitate investigation of molecular scale physical and chemical phenomena. At the Faculty of Microsystems Electronics and Photonics of Wrocław University of Technology a measurement head with optical deflection detection setup and a 100-µl liquid/gas microcell have been constructed. Measurement and acquisition software has been developed Experiments were conducted on microcantilever's surface functionalization with 11-mercaptoundecanoic acid thiols and on alkaline ions capture. Change of resonance parameters of the microcantilever was observed suggesting mass adsorption and surface stress induced by growing sensing self-assembled monolayer and subsequently bycations capture. A method for real-time monitoring of sensing monolayer and cation capture by observation of static bending of a cantilever in liguid environment has been developed. Experimental results indicate high sensitivity (observed mass change on the order of picograms) and rapid response (minutes) of microcantilever sensors and applicability of proposed method in chemical diagnostics. They constitute an introduction to further studies on detection of biologically important substances.