mems液体电化学芯片
微流近代芯片研究概况_陈春涛
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功能材料与器件学报
18 卷
加到事先已经用反应离子刻蚀法刻好了图形的硅基 片 上 的 方 法 来 转 移 通 道 图 案，工 艺 过 程 简 便。 Liu［11］等采用荷叶的微细结构进行微流控芯片的微 通道设计，该方法不需要刻蚀等步骤，直接将荷叶的 微细通道复制到芯片上，极大的简化了芯片的制作 工艺，为微芯片的设计制作开拓了一种新思路。
1 引言
微流控芯片技术（ microfluidics chip） 是把生物、 化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等 基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动 完成分析全过程。其在生物、化学、医学等领域潜力 巨大，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电 子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。
收稿日期： 2012 － 07 － 31； 修订日期： 2012 － 09 － 05 作者简介： 第一作者： 陈春涛（ 1988． 1 － ） ，男，南京理工大学化工学院应用化学硕士研究生，E － mail： chchunt@ 126． com. 通讯作者： 孙东平（ 1970． 7 － ） ，男，南京理工大学化工学院教授，博导，E － mail： dongpingsun@ 163． com.
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功能材料与器件学报
18 卷
mems气体传感器分类
mems气体传感器分类Mems气体传感器分类一、引言Mems（Microelectromechanical Systems）气体传感器是一种基于微机电系统技术制造的气体传感器。
它的特点是体积小、功耗低、响应快，广泛应用于空气质量监测、工业安全、环境监测等领域。
本文将对Mems气体传感器进行分类，以便更好地了解其应用领域和特点。
二、基于工作原理分类1. 热敏电阻型（Thermal Resistor）热敏电阻型Mems气体传感器是通过测量气体的热导率变化来检测气体浓度的。
当目标气体与热敏元件接触时，气体的热导率会改变，从而引起热敏电阻的电阻值发生变化。
通过测量电阻值的变化，可以间接得到气体的浓度。
2. 电容型（Capacitive）电容型Mems气体传感器是利用电容的变化来检测气体浓度的。
当目标气体进入传感器的感测腔体时，会改变感测腔体的介电常数，进而改变电容值。
通过测量电容值的变化，可以得到气体的浓度信息。
3. 电化学型（Electrochemical）电化学型Mems气体传感器是利用电化学反应来检测气体浓度的。
传感器内部有一对电极，当目标气体进入传感器时，会引发电化学反应，产生电流信号。
通过测量电流信号的变化，可以了解气体的浓度。
4. 光学型（Optical）光学型Mems气体传感器是利用光学原理来检测气体浓度的。
传感器内部有特定的光学材料或光学结构，当目标气体与光学材料或结构发生相互作用时，会改变光的传播特性。
通过测量光的变化，可以推断出气体的浓度。
5. 声波型（Acoustic Wave）声波型Mems气体传感器是利用声波的传播特性来检测气体浓度的。
传感器内部有特定的声波谐振器件，当目标气体进入传感器时，会改变声波的传播速度和衰减情况。
通过测量声波的变化，可以获得气体的浓度信息。
三、基于应用领域分类1. 空气质量监测Mems气体传感器在空气质量监测中起到了至关重要的作用。
通过监测各种有害气体的浓度，可以及时发现并防止空气污染，保障人们的健康。
MEMS工艺(4体硅微加工技术)梁庭(1)
湿法腐蚀
湿法腐蚀——―湿”式腐蚀方法，基于溶液 状态的腐蚀剂。 湿法腐蚀工艺特点：
设备简单，操作简便，成本低 可控参数多，适于研发 受外界环境影响大
浓度、温度、搅拌、时间
有些材料难以腐蚀
湿法腐蚀——方向性
各向同性腐蚀——腐蚀速率在不同方向上 没有差别 各向异性腐蚀——对不同的晶面的腐蚀速 率有明显差别 利用各向异性腐蚀特性，可以腐蚀出各种 复杂的结构。
111面凹角停止
110方向硅片的腐蚀特点
影响各向异性腐蚀的主要因素
(1) 溶液及配比
(2) 温度
各向同性腐蚀
硅的各向同性腐蚀在半导体工艺中以及在微 机械加工技术中有着极为广泛的应用。常用的 腐蚀液为HF-HNO3加水或者乙酸系统。腐蚀机 理为：
首先是硝酸同硅发生化学反应生成SiO 2，然后 有HF将SiO 2溶解。
3 2
EDP腐蚀条件 腐蚀温度：115℃左右 反应容器在甘油池内加热，加热均匀； 防止乙二胺挥发，冷凝回流； 磁装臵搅拌，保证腐蚀液均匀； 在反应时通氮气加以保护。 掩膜层：用SiO2，厚度4000埃以上。
3、N2H4 （联氨、无水肼）
为有机、无色的水溶液，具有很强的毒性及挥发 性，在50oC以上就会挥发，故操作时需在良好装 臵下及密闭容器中进行。 其优点包括相容于IC制程，对于氧化硅(SiO)及氮 化硅(SiN)等介电材料蚀刻率 低，Ti、Al、Cr、Au 及Pt等金属也无明显蚀刻反应，Ti和Al是目前最 常用的金属材料，蚀刻时不需有其它的保护层， 降低了制程的复杂性。
薄膜残余应力问题
薄膜应力引起结构破裂的问题，主要分为两 大类：
硅的各向异性腐蚀技术
各向异性(Anisotropy)
微型结构零件的精细加工技术
微型结构零件的精细加工技术现代科技的急速发展推动着各种工业系统的进步与创新。
其中微型结构零件的加工技术则是一个成熟而重要的技术分支。
微型结构零件的加工是一门精细化的技术，需要高度的技术水平和创新能力。
今天我们将就微型结构零件的精细加工技术进行一番探讨。
一、微型结构零件的定义及应用领域微型结构零件是指尺寸在数微米至数十毫米之间、复杂程度高、几何形状丰富的零部件，其一般集成于微机电系统(MEMS)、微流体、微电子机械系统(NEMS)、集成光学系统、集成显微镜以及太赫兹系统等多个领域。
如MEMS是将微电子技术、机械工程技术、工艺技术、半导体技术和材料科学等多学科交叉的新兴技术领域，其在生命科学、医疗器械、工业机械、机器人、汽车、航空等领域中具有广泛应用前景。
相应的，微型组件在MEMS领域中迅速发展，其制造工艺也在不断改进。
二、微型结构零件加工的困难目前，微型结构零件的科学技术水平和制造工艺还处于探索和发展阶段，面临诸多挑战。
一方面，本身加工材料和结构参数的复杂度，一方面则是微型结构零件加工项目日益繁杂，多种重要的技术手段较为复杂，操作难度大，周期长，效果不尽人意。
整个过程中普遍存在的零件加工难度主要有以下几个方面：1.微型尺寸的制造精度要求很高由于零部件形状、大小、精度和表面结构等制造要求和实际应用的限制，微型结构零部件的制造难度较高。
2.缺乏优质辅助材料微型结构零件加工过程中不仅需要使用到稳定性高的机床和辅助设备，同时还需要使用到耐磨、耐高温、高强度等优质辅助材料，这样才能够在零件加工过程中保证零整件不出现误差和失真现象。
3.精细加工工程的全面规划微型结构零件加工流程的规划需要精心设计，严格实施，必须考虑到加工以及后续的一系列工序，包括缺陷检测、界面化处理、表面修整等。
三、微型结构零件加工的技术针对微型结构零件加工难题，近年来采用的微型加工技术不断发展进步。
常见的微小切削加工工艺技术有以下几种：1.喷射加工技术喷射加工技术是以高速流体为研磨剂进行微细加工，通常是将悬浮在液体介质中的磨料、气泡、固体颗粒等喷入加工区，对微型结构零件进行精细加工。
清华大学微流控分析简介
华成英 hchya@
微流控分析系统的应用选例
3. 微型DNA全分析系统
华成英 hchya@
华成英 hchya@
微流控分析系统的液流驱动和控制
华成英 hchya@
微混合、反应和分离系统
微流控分析系统中，待测物质（或其衍生物）进入检测器前所需的混合、反应、 分离等过程是在芯片的通道网络中完成的。
华成英 hchya@
华成英 hchya@
微流控分析系统的检测器
2. 电化学检测器 电化学检测是一类常用的分析测试方法。不论何种电化学检测法都采用电 极作为传感器，直接将溶液中待测组分的化学信号转变为电信号。这一传感方式 十分符合微流控分析系统微型化、集成化的要求。
华成英 hchya@
微流控分析系统的检测器
虽然常规流动分析中所用到检测器原则上都可以用于微流控分析，但微流控 分析本身的特殊性对检测器提出了一些特殊的要求，例如，(1).高的灵敏度和信 噪比。(2).响应速度快。(3).体积小，易集成化。 完全满足以上要求的检测器并不多。目前在微流控分析中应用得最多的是激 光诱导荧光检测器，其次是电化学检测器。
4.微流控芯片的微小尺寸使材料消耗甚微。
微流控分析系统的最终目标是通过化学分析设备的微型化与集成化，最大限度 地把分析实验室的功能（如取样、试样预处理、反应、分离、检测、数据处理等） 转移到以微流控分析芯片为核心的便携式分析仪器中。
华成英 hchya@
微流控分析系统的液流驱动和控制
微流控分析
人们沿用微电子工业中加工集成电路的思路，通过微机电加工技术（ Micro electro-mechanical systems, MEMS），在方寸大小的玻璃、硅、石英和高聚物等 材料薄片上，加工出具有一定结构的微细通道网络及其他相关分析器件，形成集成 化的微流控芯片（microfluidic chip），通过控制试样溶液和试剂溶液在芯片通道网 络中的有序流动，完成取样、稀释（浓缩）、反应、分离、检测等化学分析的基本 操作。
MEMS技术
MEMS在微光学及电子系统如开关、继电器、扫描器、 显示设备、variable capacitances等领域同样有着深入的
应用而且在广计算机网络和通信方面具有巨大的市场
AFM和STM工具及数据存储系统使用微驱动器来获得 超高密度的记录和扫描。
驱动原理
尺寸的变化不仅对机械的设计而且对微 执行器的驱动也有影响。驱动原理的选 择依据以下几方面：尺寸、技术、相应 时间、力、扭矩，而且还要考虑到位移 和能耗等方面。主要可分为下面两方面：
模制
电镀 LIGA HEXSIL 这些技术可以允许high aspect ratios and a
structure height of more than 100 微米，但 其机械结构与表面微加工相比简单。
MEMS的材料问题
由于材料的性质，MEMS的设计还要注 意许多问题。
在MEMS设计的发展中，一些模拟工具 极大的促进了MEMS的发展。但标准的 测试途径及一些材料性质资料的积累却 滞后与这些设计和模拟工具，并严重阻 碍了MEMS的使用。
弹性 强度性质 粘度和粘结力 疲劳
微型机械执行机构已不止是在实验室的 设计，我们可以看到其10几年来的许多 应用，并且迅速增大了其市场。但目前 他还只是刚刚起步。MEMS的应用将有 助于产生更好质量的器件：更高的灵敏
度，更好的再现性，更快的反应速度， 而且减小能源的消耗。
静电学应用发展的特点
多学科交叉 静电力对小微粒非常有效，并直接作用
于带电物质而不是介质 静电沉积最明显成熟的标志是在1963年
H.J.White论文的发表。此时正是全社会 关注环境污染问题的时候，这就极大的 促进了静电沉积的应用。
二、静电被覆
现代工业的一个显著标志就是对一层乃 至多层材料被覆表面的要求
MEMS传感器原理
C0 =
εS
d
受压时的电容变化与电极的位移有以下关系：
C0 + ∆C d = C0 d − ∆d 其中： C0——初始电容值 d——初始极板间距 ε——极板间介质的介电常数 S——极板面积
当∆ d《d 时
2 3 ∆C ∆d ∆d ∆d ∆ d = + + + 1 + d C0 d d d
电容式传感器将被测量转换成电容量变化，一般 敏感元件为可变电容器的形式。 可变电容器有变极距、变面积和变介电常数三种 基本方式。微型压力传感器一般采用变极距型。
电极 硅 玻璃
微硅薄膜在压力作用下产 生变形，使硅膜电极向固 定电极移动，两电极间的 电容产生变化。
电容式微型压力传感器基本结构
电容式传感器基本公式
[110]
Silicon Piezoresistive Coefficients
应力分布
FE model of pressure sensor
Stress in the X direction on surface of the membrane as a function of X
压敏电阻的分布形式
MEMS IC
微型加速度计的应用
汽车：防撞气囊、悬挂系统 国防：导弹制导、引信、飞机/卫星的姿控导航 工业：机器人测控、机床减震、电梯控制 防灾：地震监测、桥/坝测震 家电：摄像机、洗衣机、玩具、游戏机 IT：手机、虚拟现实、三维鼠标、硬盘防震 其它：水平仪
振动陀螺
2. 6 微型陀螺 Micro Gyro
Vo R1 R3 − R2 R4 α1 + α 2 = ≈ Vs (R1 + R2 )(R3 + R4 ) 2(1 + α1 − α 2 )
微型全分析系统(μTAS)中的微分离技术
微型全分析系统(µTAS)中的微分离技术徐溢1,2张晓凤1海显来1兰宇卫1(1重庆大学化学化工学院 2 光电技术及系统教育部重点实验室重庆 400044)摘要介绍了微型全分析系统(µTAS)中微分离的重要性和它的概念对其它诸如萃取分离色谱并对微流控芯片上微分离技术的进展作了评述和展望它涉及到分析化学计算机材料学其最终目标是在微芯片上实现化学全分析系统成为近年来分析化学研究热点随着µTAS迅猛发展和应用前景不断扩大新药合成与筛选以及食品和商品检验刑事科学其应用领域将逐步扩大到涉及化学成分分析的所有方面[1]ÌرðÊǶԻ·¾³¿ÆѧÉúÎïҽѧµÈÁìÓòÖеÄÑùÆ··ÖÎön g/g目前虽然有许多灵敏度很高的分析方法38岁从事分析化学和应用化学科研和教学工作国家自然科学基金(20007005)以及教育部光电技术及系统教育部重点实验室访问学者基金资助项目2003-04-24收稿但常由于存在基体效应以及其它各种干扰而难以得到准确的分析结果有可能获得选择性更高且准确可靠的分析结果在µTAS中消除干扰组分样品的分离富集是必不可少的一步其它为系统中样品的分离富集等预处理过程都是在微芯片外实现的同时也不利于微型分析系统集成化这也是µTAS发展的必然趋势更高的台阶提出电泳芯片微分离学的平台特征指出微芯片上的微分离在材质上较毛细管电泳有更多的选择余地同时也影响分离通道中的电渗流杂质种类和含量从理论上比较微小尺寸效应对分离的影响Murrihy等[5]将微芯片上离子色谱都称作微分离(Micro-separation)ÕâÀïÎÒÃǽ«ÕâÖÖÔÚµTAS基础上提出来的在几厘米大小微流控芯片上实现样品分离与富集等预处理过程使整个分析过程实现真正意义上的微型化集成化和便携化的技术统统归入到为微分离学中国内外学者在µTAS方面做了大量研究反应现阶段微分离方面研究又主要集中在毛细管电泳芯片目前也只是一些初步研究1.1 电泳芯片微分离技术电泳芯片(EC)微分离技术是当今的研究热点国际上在其制作工艺方面的进展与在生化快速分析中的应用微芯片上毛细管电泳(CE)是利用微型制造技术在几平方厘米大小的芯片上刻蚀出扁平管道和其它功能单元实现样品分离高效由于EC属于电场驱动微管道分离因此相应技术和装置较易微型化容易移植金亚[7]等已对微芯片上的毛细管电泳技术进行了相关综述目前以激光诱导荧光(LIF)µ«ÊǵçÉøÁ÷±ÃÖ»ÊÊÓÚÀë×ÓÐÔÒºÌå¶øÇÒÕû¸öϵͳÐè¸ßѹµçÔ´½øÑùºÍ¼ì²âµÈ·½ÃæµÄ½øÒ»²½·¢Õ¹ºÍÓ¦ÓÃÌرðÊÇLIFÕâЩ²»×ãÖ®´¦ÎªEC的发展带来诸多不便诸如液-液萃取色谱分离做了大量的研究共同促进微分离技术和微分析系统整体的发展1.2 萃取技术微流控芯片上萃取技术涉及到固相萃取(SPE)和液-液萃取(LLE)ÓëÑùÆ·»ùÌåºÍ¸ÉÈÅ»¯ºÏÎï·ÖÀë´ïµ½·ÖÀ븻¼¯Ä¿±ê»¯ºÏÎïµÄÄ¿µÄ¶øÇÒ¿ÉÒÔ·ÖÀë¸ÉÈÅ×é·ÖÓлúÈܼÁÏûºÄµÍÈÝÒ×ÊÕ¼¯·ÖÎöÎïOleschuk等[9]在微芯片上采用电渗流泵４µm的十八烷基硅烷(ODS)颗粒从管道一端引入特意设计的空穴中填充满ODS后的空穴作为分离床富集后样品浓缩500倍Broyles等[10]将C18固定相涂覆在深5µm长30mm微管道内分离富集多环芳香烃利用紫外(UV)激发原位聚合反应并通过改变正己烷和甲醇混合液的比例分离富集了疏水四肽和绿色荧光蛋白质它不受液流驱动方式和检测技术限制通常将SPE接到微芯片上改善样品处理范围所以在其上制作SPE比较困难图1多离子传感仪的操作原理[14]Fig.1 Operation principle of the multi-ion sensing device[14]LLE是一种利用物质在互不混溶的两相中不同分配特性进行分离的方法借助萃取剂的作用而另外一些组分仍留在水相中LLE是一种常用的分离富集方法回收率高设备简单快速这种分离方式适用于所有液体Hisamoto等[12~14]在30mm×60mm微流控芯片上采用多种有机相分段注射法中性离子载体只能萃取特定离子随着液流在管道中流动如图1所示的该系统可同时萃取分离多种离子微芯片管道宽250µm所需最小试剂量125nLÒò΢¹ÜµÀÀ©É¢¾àÀë¶ÌËùÒÔÐźÅÏì¿ì采用的TLM检测器可检测荧光物质和非荧光物质虽然分离管道缩微化了分子扩散距离减小而且试剂消耗量少减少环境污染但是微芯片上LLE的基材必须采用耐有机溶剂的玻璃或石英1.3 膜分离技术膜分离是以选择性透过膜为分离介质浓度差所需组分选择性地透过膜膜分离可以通过控制膜孔径且分离过程中大多无相变化有高效简便等特点１０µm65µm的电泳芯片上硅酸钠聚缩后１２µm宽的硅酸钠多孔膜离子可以透过该膜富集后的DNA进入分离管道DNA浓度提高了2个数量级而对于粒径相近的物质就显得无能为力了用核径迹刻蚀(nuclear track-etched)聚碳酸酯膜孔径15nm孔密度1×108cm－26×108cm－2的膜作为分子门如图2所示PDMS管道宽100µm穿过微流管道传递区与分子门相连这种分离技术的特点是通过控制分子门膜的物理和化学性质因此可以作为一种高选择的而且通过控制分子门的连接可实现智能分子筛选图2 在微流控管道中夹纳孔膜组成3D微流控系统[17]Fig.2 Simplified schematic of three-dimensional microfluidic system comprising of a nanoluidic porousmembrane sandwiched between two microfluidic channels[17]1.4 色谱技术色谱是基于不同组分在两相间具有不同分配系数和溶解度或按分子大小而进行的分离早在上世纪70年代芯片上的气相色谱但由于技术不成熟目前有关微流控芯片上的色谱只是一些初步研究作为微型色谱分离管道并用反相液相色谱法进行评估,其柱压是常规柱的1/25可在非常低的压力下产生100000理论塔板数,克服了传统HPLC颗粒填充柱的限制ＨＤＣ）在狭窄管道中大分子跑得比小分子快宽0.5mmºÏ³É¸ß·Ö×ÓºÍÁ£×ÓÒò´Ë·ÖÀëËٶȿìMurrihy[5]等完成了芯片上离子色谱对无机阴离子的分离芯片管道为0.5分离样品和固定相之间相互作用在芯片外进样(20nL)和紫外检测Ｌ－1KCl作为洗脱剂分离了NO2－I－和硫脲NO3－的线性范围为5L－1L－1如图3所示柱长20cmÒÒÍéÒÒȲºÍ¸ß»Ó·¢ÐÔÓлúÎïͨ¹ý¼ÓÈÈ΢оƬÉϵľøÈÈĤ½øÈëGC柱中进行分离分析分离低挥发性物质炸药该方法可分离从气体到低挥发性的物质图3微型气相化学分析系统[22]Fig.3 Schematic of gas phase µChemLab TM system[22]微流控芯片上的色谱技术涉及的方法很多发展和挑战集成化因此其发展潜力是无法估量的Chronis等[23]提出了生物磁化分离的概念即基于H形管道中两种缓冲溶液平行流动另一种不含生物磁珠的液流位于管道中靠近电磁场的一面远离磁场液流的磁珠受磁场吸引迁移到靠近磁场的液流中这种分离技术不同于集成免疫磁分离技术也无需复杂的设备处理能力强Furdui等[24]利用磁分离它是根据磁性的蛋白质粒子A(1µ±µ°°×ÖÊ´ÅÖéA与CD3溶液混合时而CD3接受器对T细胞有专一性T细胞可被选择性捕获分离分离后样品必须转移到微芯片外去检测图4 平流液流的分离(图中黑色的为磁珠)[23]Fig.4 Hydrodynamic parallel flow separation(magnetic beads shown in black)[23]工业上磁分离技术已经比较成熟其研究和应用是对磁分离技术的一种挑战1.6 其它Gaudioso等[25]开发了一种利用扩散井分离的微制造模型待测样品扩散的越快扩散较慢的后进入井中成功的分离了Ce19A和Ce15A纤维素酶有利用大分子和小分子扩散速度的差异无膜渗析[27]其它已经开始介入的分离技术还有离心剪切等[3]΢·ÖÀë¼¼ÊõÊÇ×ÔµTAS问世以来芯片上的实验室(Lab-on-chip)ÔÚ΢Á÷¿ØоƬÉÏʵÏÖ΢·ÖÀë¼¼ÊõÒѳÉΪµTAS不可或缺的部分同时微分离的研究离不开µTAS理论方面的指导芯片上的检测技术等方面的配合微芯片的加工与制作[31]ÔÚÑо¿¹ý³ÌÖÐÒ²Öð²½·¢ÏÖºÍÈÏʶµ½µTAS中微分离的必要性和可行性目前国内外学者在微分离技术中所做的工作也证明了其尚未开发的巨大潜力集成到芯片上的微分离技术参考文献[1] 方肇伦, 方群. 现代科学仪器, 2001, (4): 3~6.[2] 周春山. 化学分离富集方法及应用. 长沙: 中南工业大学出版社, 1997: 1~12.[3] 林柄承. 现代科学仪器, 2001, (4): 21~24.[4] J A Jankowski, S T Racht, J V Sweedler. 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MEMS宽带电化学地震检波器
MEMS宽带电化学地震检波器何文涛;陈德勇;王军波;张正宇【摘要】针对深部油气勘探的需要,研制了基于微机电系统(MEMS)的宽带电化学地震检波器.仿真分析了影响该检波器频带的结构参数,并对其MEMS实现及封装方法进行了研究.利用有限元软件分析绝缘层厚度和阴极孔径对检波器幅频特性的影响,得到了优化的几何参数.基于仿真结果,利用MENS工艺加工硅基的Pt电极和Su-8的绝缘层,然后用物理紧固的方法进行器件封装.最后,分别在水平振动台和基岩上进行了检波器的性能测试和微震监测实验.实验结果表明:无需进行频率补偿,由20 μm孔径阴极和200 μm厚绝缘层封装的器件的频带可扩展到3～90 Hz,低频扩展到60 S的补偿额度小于30 dB,检波器的动态范围不小于130 dB.实验显示:这种改进的检波器可以作为宽带地震检波器用于深部或海底的油气勘探.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2015(023)002【总页数】8页(P444-451)【关键词】微机电系统(MEMS);电化学地震检波器;宽频带;Su-8绝缘层【作者】何文涛;陈德勇;王军波;张正宇【作者单位】中国科学院电子学研究所传感技术国家重点实验室,北京100190;中国科学院电子学研究所传感技术国家重点实验室,北京100190;中国科学院电子学研究所传感技术国家重点实验室,北京100190;中国科学院电子学研究所传感技术国家重点实验室,北京100190【正文语种】中文【中图分类】P631.436;TP212.121 引言作为地质仪器的重要组成部分，地震检波器被广泛应用于油气勘探、地震监测以及一些自然灾害的早期预警等［1－5］。
按工作原理的不同，地震检波器可以分为压电式［6］、压阻式［7］、电磁式［8－9］（包括动圈和摆式地震检波器）、电容式［10］、光纤式［11－12］以及基于电化学原理的地震检波器［4，13－14］。
与其他原理的检波器不同，电化学检波器以电解液作为惯性质量，无需位置和中心调整，并具有更大的工作倾角［4，15］。
MEMS微针
制备工艺
目前微针制作工艺主要是硅微加工工艺和LIGA工艺。 （1）利用硅微加工工艺制作微针。工艺流程大概有热氧化， 光刻，体硅腐蚀，反应离子刻蚀 等。 （2）微针对MEMS 加工来讲是一种高深宽比微结构。目前 的微细加工技术中只有少数技术可以获得高深宽比, 其中 比较成功的是LIGA 技术。该技术的优点是能够获得具有 深宽比高、结构精细、侧壁陡峭、表面平整的微结构。
硅微针
R L P．Gassend等人用深度 反应离子刻蚀(depth reactive ion etching，DRIE)制作了复 杂的硅针状结构。 这种针是具有高深宽比的针 状硅结构，有几百微米的高度， 具有亚微米级的锋利凸出结构。 由于刻蚀和曝光的不均匀性， 制作出的结构跟设计的针结构 之间存在较大偏差，除此之外， 用刻蚀的方法刻蚀深高宽比的 结构对于工艺条件的要求也过 于苛刻，不易实现。
硅微针
硅材料的性能优异，便于集成化，成本低，制作工艺技术 成熟。 硅微针主要利用各向同性和各向异性腐蚀（或刻蚀）相结 合的工艺制成，有腐蚀法和微模具法。 湿法腐蚀或干法刻蚀硅基底形成空腔和针头，再利用固相 键合或沟道再填充技术形成封闭的结构，可制成异平面实 心微针、异平面空心微针或同平面空心微针；微模具法可 制成同平面空心微针。
优势：
（1）针头极其锋利，对生物组织器官的破坏量小，可避免与痛觉感受器 官接触；表面处理后，MEMS微针可避免被刺入区域的感染和发炎；还 可通过制作微结构过滤细菌，降低注射引起的细菌感染。 （2）可精确控制注射的剂量、速率和位置；可利用多个微针和流体控制 技术混合药物溶液，并注射到生物体内。 （3）可穿透皮肤提取体液样品进行分析；可通过其上的微电极反馈体内 药物浓度的变化情况；可制成便携式装置监测生物体在药物传输与释 放过程中的新陈代谢。 （4）具有高集成度，传统的药物传输系统高考样品存储与供应系统、控 制系统、推进系统和检测系统，MEMS微针将这些系统集成并封装到极 小的体积内实现未定的药物/基因传输过程。 （5）可大批量加工，可以大大降低成本。
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mems液体电化学芯片
MEMS液体电化学芯片是一种新型微流控芯片，它通过
微电子技术和微流控技术的结合，使得基于微纳米结构和
原位液态电化学响应的全新微型化学传感器从理论到实践
得以实现。这种芯片具有极高的灵敏度和选择性，因此成
为分析化学与生物传感领域的一个热门问题。
MEMS液体电化学芯片的基本原理是，在微流控芯片上
控制电解质溶液的流动，并使其在所设计的微通道中交
汇、反应和检测，从而实现与传统电化学技术相类似的化
学反应。这种反应的基本原理是电化学反应，通过一些分
析化学方法可以通过检测反应的过程或者末态来判断样品
中化合物的性质和含量，从而实现对生物分子或其他化学
分子的检测和分析。
与传统的电化学技术相比，MEMS液体电化学芯片的优
势在于以下几个方面。首先，它采用了微流控技术，可以
将电解质溶液的流动完全控制在微通道中，使得反应更加
精确灵敏，且反应时间更短，检测结果更准确可靠。其
次，由于芯片具有微型化结构，所需样品量更加微小，可
以达到极佳的检测灵敏度和快速分析速度，从而大大节省
成本和实验时间。此外，由于该芯片具有高度可重复性和
稳定性，因此可以进行大规模分析和实验，便于后续数据
处理和结果分析。
MEMS液体电化学芯片在化学分析和生物传感方面具有
广泛的应用前景。例如，在生物医学方面，它可以用于药
物筛选、癌症生物标志物检测、蛋白质分析等重要领域。
在环境分析方面，它可以用于土壤、水体等环境样品中的
污染物的检测和分析。在其他领域中，如食品、药品、军
事等方面均具有重要的应用价值。
总之，MEMS液体电化学芯片作为一种先进的微型化学
传感器在化学分析和生物探测领域具有重要的应用价值。
未来，随着技术的进一步发展和应用的不断拓展，该技术
将在更多领域发挥重要的作用。