纳米力学谐振腔及其在生物/化学检测中的应用:纳米力学原理

纳米力学谐振腔及其在生物/化学检测中的应用:纳米力学原理

严kilho, Harold S. Park，尹大成，权太云

摘要

纳米技术的最新进展导致了纳米机电系统(NEMS)的发展，如纳米机械谐振器，最近受到了科学界的极大关注。这不仅是因为它们能够在单分子(或原子)分辨率下对生物/化学分子进行无标签检测，用于未来的应用，如癌症等疾病的早期诊断，而且还因为它们具有前所未有的检测物理量的能力，如分子量、弹性刚度、表面应力和表面吸附分子的表面弹性刚度。基于谐振腔的分子检测的大多数实验工作都是基于分子吸附在谐振腔表面会增加有效质量，从而降低纳米机械谐振腔的谐振频率的原理。然而，这一原理不足以为基于谐振器的纳米级分子检测提供基本的见解;这是由于最近提出的新型纳米级检测原理，包括各种效应，如表面效应、非线性振荡、耦合共振和刚度效应。此外，这些效应最近才被纳入到现有的谐振器物理模型中，因此控制基于纳米谐振器的检测的普遍物理原理还没有被完全描述。因此，我们在这篇综述中的目标是概述目前试图理解基于纳米谐振器检测的潜在机制，使用物理模型耦合到计算模拟和/或实验。具体来说，我们将重点关注与纳米谐振器的动态行为及其在生物/化学检测中的应用特别相关的问题:微/纳米谐振器的共振行为;基于谐振器的化学/生物检测;各种纳米谐振器的物理模型，如纳米线、碳纳米管和石墨烯。 We pay particular attention to experimental and computational approaches that have been useful in elucidating the mechanisms underlying the dynamic behavior of resonators across multiple and disparate spatial/length scales, and the resulting insight into resonator-based detection that has been obtained. We additionally provide extensive discussion regarding potentially fruitful future research directions coupling experiments and simulations in order to develop a fundamental understanding of the basic physical principles that govern NEMS and NEMS-based sensing and detection applications.

这篇综述发表在《物理报告》上。如欲阅读文章的预印本，请按以下连结:doi: 10.1016 / j.physrep.2011.03.002．