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【前沿技術】MEMS及其發展趨勢（三）

納米技術是在原子或分子水平上操控物質的能力，以便我們在納米尺度上進行制造。通常有兩種實施方法：自上而下和自下而上。在自上而下的方法中，設備和結構的制作采用了許多與MEMS相同的技術，它們的尺寸更小，通常是通過采用更先進的光刻和蝕刻方法。自下而上的方法通常涉及沉積、生長或自組裝技術。與MEMS相比，納米設備的優勢主要來自于縮放規律，這也會帶來一些挑戰。

有時MEMS和納米技術被看作獨立的技術，但實際上這兩者之間的區別并不明顯。事實上，這兩種技術是高度相互依賴的。比如，掃描隧道尖端顯微鏡（STM）是一種MEMS設備，用于檢測納米尺度上的單個原子和分子。同樣，用于操縱基底表面上單個原子和分子的位置的原子力顯微鏡（AFM）也是一種MEMS設備。

同樣地，許多MEMS技術也開始依賴納米技術來獲得成功的新產品。例如，使用MEMS技術制造的碰撞安全氣囊加速計，由于證明質量和基體之間的動態使用中的摩擦效應，其長期可靠性會下降。一種叫做自組裝單層（SAM）涂層的納米技術現在被常規用于處理移動MEMS元件的表面，以防止在產品的使用壽命中出現摩擦效應。

以下是MEMS結合納米技術的一些應用及研究

應用于生物技術

MEMS和納米技術正在促成科學和工程領域的新發現，如用于DNA擴增和鑒定的聚合酶鏈式反應（PCR）微系統、酶聯免疫吸附試驗（ELISA）、毛細管電泳、電穿孔、微機械掃描隧道顯微鏡（STM）、用于檢測危險化學和生物制劑的生物芯片，以及用于高通量藥物篩選的微系統。

應用于醫學

MEMS在醫學上有廣泛的應用。MEMS壓力傳感器是MEMS在醫學上的第一個也是迄今為止最成功的應用，它已經使用了幾十年。這些壓力傳感器的市場非常多樣化，而且高度分散。

MEMS壓力傳感器在醫學上的應用包括：

（1）一次性的MEMS壓力傳感器，這是醫療領域的最大市場。用于監測重癥監護病人靜脈輸液管的血壓。它取代了，那些需要反復消毒、重新校準的老設備，并且也成本下降至10美元。

（2）MEMS壓力傳感器用于測量分娩時的宮內壓力。該設備裝在一根導管里，被放在嬰兒的頭部和子宮壁之間。在分娩過程中，嬰兒的血壓會在母親的宮縮過程中被監測到問題。

（3）MEMS壓力傳感器在醫院和救護車上被用作病人生命體征的監測器，特別是病人的血壓和呼吸。

（4）呼吸監測中的MEMS壓力傳感器用于呼吸機，監測病人的呼吸。

（5）MEMS壓力傳感器用于眼科手術，測量和控制用于從眼睛中取出液體的真空度，在手術過程中，液體會被清理掉碎片并被替換回眼睛中。

（6）用于燒傷患者的特殊病床采用充氣式床墊，使用MEMS壓力傳感器來調節床墊中一系列獨立充氣室的壓力。床墊的各個部分可以根據需要進行充氣，以減少疼痛，并改善病人的愈合。

（7）醫生辦公室和醫院的血液分析儀采用MEMS壓力傳感器作為氣壓校正，以分析病人血液中的氧氣、二氧化碳、鈣、鉀和葡萄糖的濃度。

（8）MEMS壓力傳感器用于吸入器，監測病人的呼吸周期，并在呼吸周期的適當時間釋放藥物，以達到最佳效果。

（9）MEMS壓力傳感器用于腎臟透析，監測血液和透析液的進口和出口壓力，并在透析過程中調節流速。

（10）MEMS壓力傳感器用于多種類型的藥物輸液泵，以監測流速，并檢測是否有阻塞物和堵塞物，這些阻塞物表明藥物沒有被正確地輸送到病人體內。

所有這些應用對病人護理的貢獻都是巨大的。最近，具備無線訪問能力的MEMS壓力傳感器，已經被開發出來，并在市場上銷售，它具有無線詢問能力。它可以被植入人體，并且可以使用遠程掃描棒測量壓力。另一個應用是MEMS慣性傳感器，特別是加速計和速率傳感器，用于人體活動監測。慣性傳感器在醫學上最重要的應用也許是在心臟起搏器中，它們被用來幫助確定基于病人活動水平的最佳起搏率。MEMS設備也開始被用于藥物輸送設備，包括非臥床和植入式應用。MEMS電極也正被用于神經信號檢測和神經刺激應用。各種用于侵入性和非侵入性的生物和化學MEMS傳感器已開始上市。片上實驗室和小型化生化分析儀器也正在市場上銷售。

應用于通訊

高頻電路正從RF-MEMS技術的出現中獲益匪淺。如果使用MEMS和納米技術，電感器和可調諧電容器等電氣元件與集成的同類元件相比，可以得到明顯的改善。隨著這類元件的集成，通信電路的性能將得到改善，而總的電路面積、功耗和成本將得到降低。此外，由幾個研究小組開發的機械開關，是在各種射頻和微波電路中具有巨大潛力的關鍵部件。所展示的機械開關樣品的質量系數遠遠高于以前的任何產品。RF-MEMS的另一個成功應用是在諧振器中作為通信電路的機械過濾器。

慣性感應

MEMS慣性傳感器，特別是加速計和陀螺儀，正在迅速獲得市場認可。例如，MEMS加速度計已經取代了傳統的加速度計，用于汽車的碰撞安全氣囊部署系統。以前的技術方法使用了幾個笨重的加速度計，由分立元件組成，安裝在汽車前部，在安全氣囊附近有獨立的電子裝置，每個裝置的成本超過50美元。MEMS技術使得將加速度計和電子器件集成到一個硅芯片上成為可能，成本只有幾美元。這些MEMS加速度計更小，功能更多，更輕，更可靠，而且生產成本僅為傳統宏觀規模加速度計元件的一小部分。最近，MEMS陀螺儀（即速率傳感器）已用于汽車和消費電子應用。

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