用于纳米机械弯曲测量的光学衍射

微机械传感器如用于AFM的悬臂通常依赖于需要对微结构特定区域进行照明的光学读出方法。在此，我们探索并利用在悬臂弯曲测量技术建模中曾被忽略的衍射效应。悬臂端部的照明在光电探测器上产生非对称衍射图样，这显著影响了流行的光学束偏转技术（OBDT）中信号的校准。避免检测伪影的优化线性信号条件与小的数值孔径照明和窄悬臂相冲突，而窄悬臂更软因而更灵敏。将衍射图样作为可物理测量的量，可实现更丰富的检测技术，将倾斜和曲率的测量解耦，同时放宽对照明和探测器对准的要求。我们展示了分析结果、数值模拟以及生理相关实验数据，证明了这些衍射特征的有用性。我们提供了实验设计指南，并识别及量化了OBDT中高达10%的潜在系统误差来源。我们展示了一种可替代OBDT的纳米级分辨率检测新方法，该方法利用了有限尺寸和图案化悬臂的夫琅禾费与布拉格衍射效应。此类效应易于推广至阵列，并允许机械曲率的透射检测，从而实现在线仪器。特别地，具有周期性狭缝阵列的悬臂产生布拉格峰，可分析其以推断悬臂曲率。我们以检测抗生素万古霉素的分子活性为例，其均方根噪声等效于小于 $2.5 \mu M$ (1.5 nm)，突出了相对于OBDT的比较优势，作为可能的多标记生物测定。