原标题：华慧高芯知识库_片上质量传感技能开展进程
年代开展至今，许多技能的先进性往往令咱们惊叹不已。比如说当服用了抗组胺药的四十分钟后，手指尖残留的药物依旧能够被检测到；再比如说当你经过一座正在施行爆炸撤除的建筑物的八小时后，你衣领上残留的微量硝酸甘油也依旧能够检测到。这些都要归功于近一个多世纪以来，质谱剖析技能的极大前进。
质谱仪的诞生
质谱仪最早诞生于19世纪末20世纪初，是科学家们为提醒原子结构的奥妙，在绵长的研讨年月中一步步开展而来的。跟着对研讨的深化，在1898年，德国科学家威廉·维恩发现，正电荷粒子射线（后又被命名为阳极射线）在强壮的磁场效果下会发作偏转。
随后不久，约瑟夫·约翰·汤姆逊又发现在电磁场效果下，粒子荷质比的差异决议了射线偏移状况的不同，并导致其撞击到平面上方位的差异，如图1（a）所示，质谱仪的雏形由此发作。跟着对原子研讨的不断深化，关于质谱剖析技能也有了火急的需求。
时势造英雄，年青的弗朗西斯·阿斯顿在汤姆逊的指导下，在原有的质谱仪雏形上，进行了改善。他制作了一个球形放电管和带切断的阴极，改善了真空泵，发明晰能够查看放电管真空走漏的螺管和可拍照抛物线轨道的照相机，这也被子孙的人们以为是第一台质谱仪的诞生（如图1（b）所示）。
图1（a）在电磁场效果下，不同粒子荷质比的射线的偏移状况不同；（b）第一台质谱仪
质谱仪的原理与使用
质谱的原理本质上是不同荷质比（m/z）的粒子在电磁场的效果下发作偏移，具体来说样品首要需求经过特定的电离手法离子化，然后在加快电场中使其加快，再在磁场中将不同荷质比的离子分脱离，在结尾勘探得到该物质的次序图谱，经过次序图谱中峰的方位能够定性结构，峰的强度能够定量剖析。
现代质谱仪的开展推进着许多学科的前进。一方面质谱仪常使用于同位素剖析上，例如阿尔弗莱德·尼尔和厄尔·居尔布兰森在1939年验证了碳元素同位素比值有着自己体系性的规则，反映了陆地生物圈和海洋碳循环的改动，然后打开了追寻生命进化和碳循环研讨的大门；另一方面软电离技能（电喷雾离子化技能和基质辅佐激光机械离子化技能）的诞生很大程度上处理了生物分子的电离问题，使得质谱剖析在生命科学范畴发挥了不行代替的效果。
质谱仪的原理
从质谱的原理上来讲，在对物质进行质谱剖析前必须先进行电离，所以不行避免地会存在以下问题：
1、质谱仪丈量的是粒子的荷质比，它无法区别荷质比相同，乃至是附近的带电粒子；
2、尽管软电离技能很大程度上处理了生物分子的电离难题，但许多生物样品在电离制备过程中，会与缓冲溶剂发作反响生成杂乱的加合物，这会导致这些生物样品的质谱图中呈现许多杂峰；
3、质谱仪尽管精度高达可分辩同位素，但可丈量质量上限小，当勘探质量大于几十kDa（道尔顿Da，碳12原子质量的十二分之一,1Da=1.67yg=1.67x10-24），例如一些病毒，生物大蛋白质等时，分辩率会急剧恶化；
4、质谱仪需求巨大的磁场设备，保证能够别离荷质比比较附近的粒子，对作业环境要求苛刻，使用场景受到限制。
质谱仪坏处的处理方案
针对质谱仪的以上坏处，G.Y.Chen在1995年提出了一种彻底不同的丈量质量的办法。这种办法的原理是，关于一个机械振子而言，由胡克定律可知，其特定声学振荡模式的频率和有用质量直接相关。因而当有粒子落到该谐振子上时，其有用质量会发作改动，声学振荡频率随之改动。那么就能够经过勘探声学谐振频率的改动来完成质量传感，如图2所示。
图2（a）机械振子；（b）当有粒子落到机械振子上时，其声学振荡频率随之改动
从这一物理图景就不难看出，这种办法对声学振子的有用质量有很高的要求。因为只有当它的有用质量很小时，才干完成对细小粒子的勘探。
值得幸亏的是，跟着微纳加工工艺的开展，机械振子能够减小至微米乃至是纳米尺度，给这种办法的完成供给了极大的支撑。这种根据微纳机械振子的质量传感办法，能克服许多现有质谱仪的下风。从其原理上来看，这种办法不需求对被测物质进行电离。
所以1、这是一种真实的质量勘探，而不是粒子的荷质比，不会存在荷质比相同或附近的粒子的搅扰；
2、因为被测物质无需电离，这关于一些难以电离的物质以及生物大分子而言十分有利；
3、这种办法可勘探的质量范围大，当对大于几十kDa的微粒进行勘探时（例如一些病毒、生物大蛋白质等），其精度不会显着下降；
4、器材结构小，且无需巨大的磁场设备对微粒进行别离勘探，合适更多的使用场景，将来可集成化远景也十分被看好。因而在2009年时，Nature Nanotechnology宣布谈论“Mass spec goes nanomechanical” ，以为这种纳米机械振子鄙人一代片上质谱方面十分具有开展潜力。
现在该范畴现已取得了不错的成果，图3是比较具有代表性的两个作业。
图3（a）使用了碳纳米管在极低温真空环境下完成了200Da的试验勘探精度；
图3（b）使用NEMS体系在真空以及液氮环境下，完成了实时地对单个人免疫球蛋白（190kDa）的质量传感。
图3片上质量传感范畴中两个具有代表性的作业（a）碳纳米管结构（b）NEMS体系
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