RISPOSTA DINAMICA DI UNA MICROTRAVE IN PROSSIMITÀ DI UNA SUPERFICIE PER APPLICAZIONI IN DIAGNOSTICA BIOMEDICALE

Sommario Si è analizzata la risposta dinamica di una microtr ave impiegata come trasduttore in un sensore biomeccanico per la rilevazione di molecole di inte resse biomedicale disperse in una soluzione acquosa. Il moto della trave è descritto dalla clas sica teoria di Eulero-Bernoulli accoppiata alle equazioni di Reynolds della teoria della lubrificaz ione. La trave, posta in oscillazione da una azione eccitatrice esterna di tipo elettrostatico, è posiz ionata in prossimità di un substrato rigido all'int erno di una camera fluidica per analisi biomedicali. Si è m ostrato che la risposta dinamica della trave può essere con accuratezza descritta anche da un modell o ad un grado di libertà (oscillatore armonico smorzato) equivalente al modello monodimenzionale alla Eulero-Bernoulli-Reynolds. Il coefficiente di smorzamento equivalente ed il corrispondete quality factor sono stati dedotti in funzione della distanza trave-substrato go. Al ridursi di tale separazione, il quality factor decresce ed il contributo viscoso diventa sempre più importante comportando una significativa riduzione della 'frequenza di risonanza' fmax del sistema rispetto alla frequenza naturale fn. Sulla base dell'equivalenza fra sistema trave monodimensionale e oscillatore armonico smorzato, è stato possibile determinare una nuova legge di traduzione che può essere efficacemente e con accur atezza impiegata per travi operanti in un liquido ed in prossimità di substrati rigidi. Abstract The dynamic response of a microcantilever beam used as a transducer in a biomechanical sensor for biomolecule detection in an aqueous solution is ana lyzed. The cantilever motion is modeled using the classical Euler-Bernoulli beam theory coupled to th e Reynolds equations of the theory of lubrication. The beam is oscillated by an electrostatic harmonic force in close proximity to a rigid wall in an analysis chamber. It is shown that the dynamic resp onse of the beam can be accurately predicted by an equivalent damped harmonic oscillator whose quality factor has been estimated as a function of the beam-wall separation distance go. As the gap reduces the quality factor reduces and damping becomes more and more important leading to a significant de crease of the 'resonance frequency' fmax with respect to the natural frequency of the system fn. A new relationship between the frequency shift an d the mass of the adherent molecules on the beam has been derived which can be effectively and accurately used in the case of a sensor operating i n a confined fluid. Parole chiave: microtravi, risposta dinamica, variazione in freque nza, diagnosi precoce