mems和微流體分析系統(tǒng)的發(fā)展

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1、微納科學(xué)與技術(shù)光機(jī)電信息2003年第7期MEMS和微流體分析系統(tǒng)的發(fā)展鞠揮,吳一輝(中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所,吉林長(zhǎng)春130022)摘要:微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)是在微電子及微機(jī)械等學(xué)科基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新興多學(xué)科交叉研究領(lǐng)域,是當(dāng)今科學(xué)技術(shù)最具潛力的發(fā)展方向之一,而微型流體分析系統(tǒng)是這一研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)。本文綜述了MEMS技術(shù)以及作為MEMS技術(shù)一個(gè)重要研究方向的微型流體分析系統(tǒng)的起源及其廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景,并對(duì)MEMS產(chǎn)品的市場(chǎng)化存在的問(wèn)題進(jìn)行了討論。MEMS技術(shù)及微型流體分析系統(tǒng)的誕生必將對(duì)今后的化學(xué)、醫(yī)學(xué)

2、及生物學(xué)等領(lǐng)域的研究工作產(chǎn)生重大影響。MEMS技術(shù)的發(fā)展令世人矚目,不僅中國(guó)國(guó)事實(shí)上,在Feynman演講之前,科學(xué)家們已內(nèi)的許多高校和科研院所對(duì)其進(jìn)行研究,而且世成功地研制出指甲蓋大小的電機(jī);然而,Feynman界各國(guó)也對(duì)這一領(lǐng)域投入了大量的人力和物力。認(rèn)為,這些研究成果在小型化的道路上還很原始、微型流體分析系統(tǒng)作為MEMS技術(shù)研究的一個(gè)粗糙,尚處于幼年時(shí)期。他的結(jié)論是:/在這以后主要方向,向人們展示了其廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。還有更加令人震驚的微小世界0,他設(shè)想可以將整個(gè)24卷大英百科全書(shū)寫(xiě)在針尖上,要做到這件事1MEMS

3、及微制造技術(shù)的發(fā)展只需要將尺寸縮小1/25000即可。Feynman堅(jiān)信存在微小化的可能性,因?yàn)樵谏镏杏斜姸嘭S富隨著微加工技術(shù)的愈益成熟,MEMS及其他的寫(xiě)信息微小化的例子。/對(duì)于生物學(xué)家來(lái)說(shuō),在微制造技術(shù)顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿?。美?guó)物理學(xué)一個(gè)極其微小的空間可以攜帶巨量信息是一個(gè)事家RichardP.Feynman于1959年12月29日在實(shí),我們要解決的問(wèn)題是揭開(kāi)在微小的細(xì)胞中一加州理工學(xué)院舉行的美國(guó)物理協(xié)會(huì)的年度會(huì)議上個(gè)復(fù)雜的生物體,就像我們自己的全部信息是如發(fā)表了題目為T(mén)here.sPlentyofRoomatthe

4、Bot-何存儲(chǔ)的。0人的細(xì)胞是活性的能夠完成各種物質(zhì)tom的演講,并發(fā)表在1960年2月的Caltech.s的制造、移動(dòng)和信息存儲(chǔ)?；谶@一點(diǎn),他設(shè)想一EngineeringandScience上。其中描述道:/我將種微小但可以活動(dòng)的機(jī)器(就是人們現(xiàn)在所說(shuō)的要介紹的是另外一個(gè)方向,在這一方向可以進(jìn)行MEMS),可以在量子尺度進(jìn)行計(jì)算,排列單個(gè)原微小的研究,但可以做很多事。這一領(lǐng)域和其他子,甚至有一天可以在人體內(nèi)不執(zhí)行外科手術(shù)。的領(lǐng)域相比有很大的不同,不同點(diǎn)在于它無(wú)法給歷史證實(shí)了Feynman的遠(yuǎn)見(jiàn)卓識(shí),納米科技、我們更多的

5、基本物理,但它更像固體物理,可以發(fā)MEMS及量子計(jì)算和分子自組裝等領(lǐng)域向人們現(xiàn)在復(fù)雜情況下的奇怪現(xiàn)象;另外,最重要的一點(diǎn)展示了微小世界的巨大潛力。是由此產(chǎn)生許多技術(shù)應(yīng)用。我要講的問(wèn)題就是在從量的角度看,微小本身是一個(gè)很含混的概微小尺度下操作和控制物質(zhì)。0念。人們認(rèn)為,最基本的一點(diǎn)是微技術(shù)或者說(shuō)#27#Micro/Nanoscience&TechnologyOMEInformationNo.7,Jul.2003MEMS技術(shù)的最小實(shí)施單位應(yīng)該是微米,它與直億美元,2002年約為350億美元。預(yù)計(jì)到2003接操作原子或分子的納米

6、技術(shù)顯然是有區(qū)別的。年,微小系統(tǒng)的市場(chǎng)將達(dá)到400億美元,其發(fā)展?jié)揗EMS在歐洲被稱(chēng)為Microsystem或MST;在亞力和市場(chǎng)前景巨大。洲部分地區(qū)也有稱(chēng)之為Micromachine的,但在公全世界有600多家企業(yè)、大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)目前開(kāi)發(fā)行的文獻(xiàn)或互聯(lián)網(wǎng)上這些稱(chēng)謂均被大家接正在從事MEMS/MST的研究,主要開(kāi)發(fā)重點(diǎn):受,其實(shí)質(zhì)都是一件事情。小的概念與微是緊密(1)生化MEMS的開(kāi)發(fā),如藥物開(kāi)發(fā)、DNA分析相關(guān)的,但尺度上肯定是有差別的,在微型化的道及化學(xué);(2)成像領(lǐng)域,如顯示和光纖開(kāi)關(guān);(3)路上小型化必然是微的先驅(qū)

7、,微與小的最終目的MEMS/MST開(kāi)關(guān)和用于射頻及自動(dòng)測(cè)試儀器的都是在滿足人類(lèi)的物理分辨極限條件下使人類(lèi)自繼電器。身受益。不難想像,由MEMS技術(shù)制作的器件應(yīng)我國(guó)從20世紀(jì)90年代初期開(kāi)始MEMS的該具有如下優(yōu)點(diǎn):(1)體積小、功能強(qiáng),如美國(guó)能源研究工作,國(guó)家自然科學(xué)基金、攀登計(jì)劃、重點(diǎn)基部所屬的桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的微型齒輪的輪礎(chǔ)研究項(xiàng)目均對(duì)此進(jìn)行了資助。最新的/8630計(jì)齒只有一個(gè)紅血球細(xì)胞那樣大,如此小的部件運(yùn)劃對(duì)該領(lǐng)域投入上億元的資金,同時(shí)微型全分析動(dòng)起來(lái)非常快,其體積、引力和慣性幾乎不產(chǎn)生任系統(tǒng)也已列為國(guó)家自然科

8、學(xué)基金重大項(xiàng)目。何作用;(2)小而結(jié)實(shí);(3)易于制造,科學(xué)家可以輕而易舉地在一塊很小的硅片上制造數(shù)十萬(wàn)個(gè)微3微型流體分析系統(tǒng)型部件。在進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)后,以硅為基礎(chǔ)材料的結(jié)構(gòu)在制作工藝上與IC工藝兼容,能大批量生微流體芯片亦被稱(chēng)為微型全分析系統(tǒng)(Micro產(chǎn),大幅度降低成本,從而可為儀器儀表實(shí)現(xiàn)集成To