随着工业的快速发展,环境污染问题日趋严重,特别是水环境中逐渐累积的重金属元素已成为危害最大的水污染问题之一。重金属具有难以降解、毒性大、危害不可逆等特征,会沿着食物链在生物体中逐级传递。目前检测水中重金属离子的手段大多具有选择性低,不可实时检测等缺点,因此本文将微/纳机电系统应用于微小质量检测,对水中重金属离子进行高选择性地实时检测。本文以微/纳米梁谐振器为微/纳机电系统的核心传感元件,并在微/纳米梁上修饰介孔硅以实现对水中镉离子和汞离子的特异性吸附。本文通过微米梁吸附重金属离子前后谐振频率的偏移计算出梁上吸附的重金属离子质量,从而实现水中重金属离子的实时痕量检测。主要研究成果如下:本文利用改进的软模板法和共缩聚法以CTAB为模板剂,TEOS为有机硅源,THEEDA为催化剂制备了功能化介孔硅,硅球尺寸一致性良好,直径均在20-30nm范围内,巯基功能化介孔硅和氨基功能化介孔硅的比表面积分别高达926.0099m~2/g和851.1374 m~2/g。本文利用能谱分析仪检测功能化介孔硅在混合重金属离子溶液中的吸附情况以及在梯度镉离子浓度溶液中的吸附情况,验证了巯基功能化介孔硅对水中镉离子具有选择性吸附能力,且检测限达到了0.8μg/L,低于工业排放标准中镉的排放浓度。本文通过汞离子吸附对比实验得出氨基功能化介孔硅和带氨基的核酸适配体介孔硅对汞离子都有特异性吸附能力,但是相比之下带氨基的核酸适配体介孔硅对汞离子具有更高的选择性吸附能力。利用课题组以往加工的微米梁实现了痕量检测水中汞离子的功能。为确保介孔硅均匀地分布在微纳米梁上,本文采用雾化的方式将氨基功能化介孔硅修饰到微米梁上,吸附实验使用的汞标样溶液中汞浓度为2μg/L。利用激光多普勒测振仪测量微米梁的谐振频率,通过频率偏移计算出微米梁上吸附的汞离子质量为纳克级别。