The increasing use of micromechanical cantilevers in sensing applications causes a need for reliable readout techniques of micromechanical cantilever sensor (MCS) bending. Current optical beam deflection techniques suffer from drawbacks such as artifacts due to changes in the refraction index upon exchange of media. Here, an adaptation of the Fabry-Perot interferometer is presented that allows simultaneous determination of MCS bending and changes in the refraction index of media. Calibration of the instrument with liquids of known refraction index provides an avenue to direct measurement of bending with nanometer precision. Versatile construction of flow cells in combination with alignment features for substrate chips allows simultaneous measurement of two MCS situated either on the same, or on two different support chips. The performance of the instrument is demonstrate in several sensing applications, including adsorption experiments of alkanethioles on MCS gold surfaces, and measurement of humidity changes in air.

1.
R.
Berger
,
C.
Gerber
,
H. P.
Lang
, and
J. K.
Gimzewski
,
Microelectron. Eng.
35
,
373
(
1997
).
2.
R.
Raiteri
,
M.
Grattarola
, and
R.
Berger
,
Mater. Today
5
,
22
(
2002
).
3.
M.
Sepaniak
,
P.
Datskos
,
N.
Lavrik
and
C.
Tipple
,
Anal. Chem.
74
,
568A
(
2002
).
4.
N. V.
Lavrik
,
M. J.
Sepaniak
, and
P. G.
Datskos
,
Rev. Sci. Instrum.
75
,
2229
(
2004
).
5.
L. M.
Lechuga
,
J.
Tamayo
,
M.
Alvarez
,
L. G.
Carrascosa
,
A.
Yufera
,
R.
Doldan
,
E.
Peralias
,
A.
Rueda
,
J. A.
Plaza
,
K.
Zinoviev
,
C.
Dominguez
,
A.
Zaballos
,
M.
Moreno
,
C.
Martinez-A
,
D.
Wenn
,
N.
Harris
,
C.
Bringer
,
V.
Bardinal
,
T.
Camps
,
C.
Vergnenegre
,
C.
Fontaine
,
V.
Diaz
, and
A.
Bernad
,
Sens. Actuators, B
118
,
2
(
2006
).
6.
H. P.
Lang
,
M.
Hegner
, and
C.
Gerber
,
Handbook of Nanotechnology
(
Springer
,
Berlin
,
2006
).
7.
A.
Johansson
,
G.
Blagoi
, and
A.
Boisen
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
173505
(
2006
).
8.
M. M-C.
Cheng
,
G.
Cuda
,
Y. L.
Bunimovich
,
M.
Gaspari
,
J. R.
Heath
,
H. D.
Hill
,
C. A.
Mirkin
,
A. J.
Nijdam
,
R.
Terracciano
,
T.
Thundat
and
M.
Ferrari
,
Curr. Opin. Chem. Biol.
10
,
11
(
2006
).
9.
J.
Janata
,
Principles of Chemical Sensors
(
Plenum
,
New York
,
1989
).
10.
T.
Thundat
,
P. I.
Oden
, and
R. J.
Warmack
,
Microscale Thermophys. Eng.
1
,
185
(
1997
).
11.
M.
Rodahl
and
B.
Kasemo
,
Sens. Actuators, A
54
,
448
(
1996
).
12.
T.
Thundat
,
S. L.
Sharp
,
W. G.
Fisher
,
R. J.
Warmack
, and
E. A.
Wachter
,
Appl. Phys. Lett.
66
,
1563
(
1995
).
13.
R.
Berger
,
H. P.
Lang
,
C.
Gerber
,
J. K.
Gimzewski
,
J. H.
Fabian
,
L.
Scandella
,
E.
Meyer
, and
H. J.
Guntherodt
,
Chem. Phys. Lett.
294
,
363
(
1998
).
14.
15.
R.
Berger
,
E.
Delamarche
,
H. P.
Lang
C.
Gerber
,
J. K.
Gimzewski
,
E.
Meyer
, and
H. -J.
Guntherodt
,
Science
276
,
2021
(
1997
).
16.
A. G.
Hansen
,
M. W.
Mortensen
,
J. E. T.
Andersen
,
J.
Ulstrup
,
A.
Kuhle
,
J.
Garnaes
, and
A.
Boisen
,
Probe Microsc.
2
,
139
(
2001
).
17.
M.
Godin
,
P. J.
Williams
,
V.
Tabard-Cossa
,
O.
Laroche
,
L. Y.
Beaulieu
,
R. B.
Lennox
, and
P.
Gruetter
,
Langmuir
20
,
7090
(
2004
).
18.
R.
Desikan
,
I.
Lee
, and
T.
Thundat
,
Ultramicroscopy
106
,
795
(
2006
).
19.
A. M.
Moulin
,
S. J.
O'Shea
,
R. A.
Badley
,
P.
Doyle
, and
M. E.
Welland
,
Langmuir
15
,
8776
(
1999
).
20.
G.
Wu
,
R. H.
Datar
,
K. M.
Hansen
,
T.
Thundat
,
R. J.
Cote
, and
A.
Majumdar
,
Nat. Biotechnol.
19
,
856
(
2001
).
21.
J.
Fritz
,
M. K.
Baller
,
H. P.
Lang
,
H.
Rothuizen
,
P.
Vettiger
,
E.
Meyer
,
H. J.
Guntherodt
,
C.
Gerber
, and
J. K.
Gimzewski
,
Science
288
,
316
(
2000
).
22.
K. M.
Hansen
,
H. F.
Ji
,
G.
Wu
,
R.
Datar
,
R.
Cote
,
A.
Majumdar
, and
T.
Thundat
,
Anal. Chem.
73
,
1567
(
2001
).
23.
R.
McKendry
,
J.
Zhang
,
Y.
Arntz
,
T.
Strunz
,
M.
Hegner
,
H. P.
Lang
,
M. K.
Baller
,
U.
Certa
,
E.
Meyer
,
H.-J.
Guntherodt
, and
C.
Gerber
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
99
,
9783
(
2002
).
24.
R.
Marie
,
H.
Jensenius
,
J.
Thaysen
,
B. C.
Claus
, and
A.
Boisen
,
Ultramicroscopy
91
,
29
(
2002
).
25.
M.
Alvarez
,
L. G.
Carrascosa
,
M.
Moreno
,
A.
Calle
,
A.
Zaballos
,
L. M.
Lechuga
,
C.
Martinez-A
, and
J.
Tamayo
,
Langmuir
20
,
9663
(
2004
).
26.
R.
Marie
,
J.
Thaysen
,
C. B. V.
Christensen
, and
A.
Boisen
, Special Publication, Royal Society of Chemistry Vol.
297
(
2004
), p.
485
.
27.
R.
Mukhopadhyay
,
M.
Lorentzen
,
J.
Kjems
, and
F.
Besenbacher
,
Langmuir
21
,
8400
(
2005
).
28.
W.
Shu
,
D.
Liu
,
M.
Watari
,
C. K.
Riener
,
T.
Strunz
,
M. E.
Welland
,
S.
Balasubramanian
, and
R. A.
McKendry
,
J. Am. Chem. Soc.
127
,
17054
(
2005
).
29.
G. G.
Stoney
,
Proc. R. Soc. London
82
,
172
(
1909
).
30.
S.
Jeon
and
T.
Thundat
,
Appl. Phys. Lett.
85
,
1083
(
2004
).
31.
M.
Helm
,
J. J.
Servant
,
F.
Saurenbach
, and
R.
Berger
,
Appl. Phys. Lett.
87
,
064101
(
2005
).
32.
J.
Mertens
,
M.
Alvarez
, and
J.
Tamayo
,
Appl. Phys. Lett.
87
,
234102
(
2005
).
33.
M.
Godin
,
V.
Tabard-Cossa
,
P.
Grutter
, and
P.
Williams
,
Appl. Phys. Lett.
79
,
551
(
2001
).
34.
R.
Amantea
,
L. A.
Goodman
,
F.
Pantuso
,
D. J.
Sauer
,
M.
Varghese
,
T. S.
Villani
, and
L. K.
White
,
Proc. SPIE
3436
,
647
(
1998
).
35.
Z. J.
Davis
,
G.
Abadal
,
B.
Helbo
,
O.
Hansen
,
F.
Campabadal
,
F.
Perez-Murano
,
J.
Esteve
,
E.
Figueras
,
J.
Verd
,
N.
Barniol
, and
A.
Boisen
,
Sens. Actuators, A
105
,
311
(
2003
).
36.
E.
Forsen
,
G.
Abadal
,
S.
Ghatnekar-Nilsson
,
J.
Teva
,
J.
Verd
,
R.
Sandberg
,
W.
Svendsen
,
F.
Perez-Murano
,
J.
Esteve
,
E.
Figueras
,
F.
Campabadal
,
L.
Montelius
,
N.
Barniol
, and
A.
Boisen
,
Appl. Phys. Lett.
87
,
043507
(
2005
).
37.
S.
Ghatnekar-Nilsson
,
E.
Forsen
,
G.
Abadal
,
J.
Verd
,
F.
Campabadal
,
F.
Perez-Murano
,
J.
Esteve
,
N.
Barniol
,
A.
Boisen
, and
L.
Montelius
,
Nanotechnology
16
,
98
(
2005
).
38.
J. A.
Chroboczek
,
M.
Stohr
, and
T. E.
Whall
,
Mater. Res. Soc. Symp. Proc.
308
,
91
(
1993
).
39.
T.
Gotszalk
,
J.
Radojewski
,
P. B.
Grabiec
,
P.
Dumania
,
F.
Shi
,
P.
Hudek
, and
I. W.
Rangelow
,
J. Vac. Sci. Technol. B
16
,
3948
(
1998
).
40.
A.
Boisen
,
J.
Thaysen
,
H.
Jensenius
, and
O.
Hansen
,
Ultramicroscopy
82
,
11
(
2000
).
41.
J.
Thaysen
,
R.
Marie
, and
A.
Boisen
,
IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems
,
401
(
2001
).
42.
P. A.
Rasmussen
,
J.
Thaysen
,
O.
Hansen
,
S. C.
Eriksen
, and
A.
Boisen
,
Ultramicroscopy
97
,
371
(
2003
).
43.
S. C.
Seel
and
C. V.
Thompson
,
Rev. Sci. Instrum.
76
,
075103
(
2005
).
44.
A.
Johansson
,
M.
Calleja
,
P. A.
Rasmussen
, and
A.
Boisen
,
Sens. Actuators, A
A123
,
111
(
2005
).
45.
G.
Meyer
and
N. M.
Amer
,
Appl. Phys. Lett.
53
,
1045
(
1988
).
46.
T.
Miyatani
and
M.
Fujihira
,
J. Appl. Phys.
81
,
7099
(
1997
).
47.
S.
Evoy
,
D. W.
Carr
,
L.
Sekaric
,
A.
Olkhovets
,
J. M.
Parpia
, and
H. G.
Craighead
,
J. Appl. Phys.
86
,
6072
(
1999
).
48.
L. Y.
Beaulieu
,
M.
Godin
,
O.
Laroche
,
V.
Tabard-Cossa
, and
P.
Grutter
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
083108
(
2006
).
49.
G. -G.
Bumbu
,
M.
Wolkenhauer
,
G.
Kircher
,
J. S.
Gutmann
, and
R.
Berger
,
Langmuir
23
,
2203
(
2007
).
50.
H. P.
Lang
,
R.
Berger
,
C.
Andreoli
,
J.
Brugger
,
M.
Despont
,
P.
Vettiger
,
C.
Gerber
,
J. K.
Gimzewski
,
J. P.
Ramseyer
,
E.
Meyer
, and
H. J.
Guntherodt
,
Appl. Phys. Lett.
72
,
383
(
1998
).
51.
S.
Cherian
,
M.
Natesan
,
E.
Macis
, R. Cain, L. Tedeschi, L. Citti, I. Palchetti, S. Tombelli, and R. Raiteri,
NSTI Nanotech 2005
, NSTI Nanotechnology Conference and Trade Show, Anaheim, CA, 8–12 May 2005, Vol.
1
, p.
420
(
2005
).
52.
M.
Alvarez
and
J.
Tamayo
,
Sens. Actuators, B
B106
,
687
(
2005
).
53.
M.
Yue
,
H.
Lin
,
D. E.
Dedrick
,
S.
Satyanarayana
,
A.
Majumdar
,
A. S.
Bedekar
,
J. W.
Jenkins
, and
S.
Sundaram
,
J. Microelectromech. Syst.
13
,
290
(
2004
).
54.
S. R.
Manalis
,
S. C.
Minne
,
A.
Atalar
, and
C. F.
Quate
,
Appl. Phys. Lett.
69
,
3944
(
1996
).
55.
M.
Mao
,
T.
Perazzo
,
O.
Kwon
,
A.
Majumdar
,
J.
Varesi
, and
P.
Norton
,
IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems
, Technical Digest, Orlando, FL, 17–21 Jan. 1999, Vol.
12
, p.
100
(
1999
).
56.
T.
Thundat
,
E.
Finot
,
Z.
Hu
,
R. H.
Ritchie
,
G.
Wu
, and
A.
Majumdar
,
Appl. Phys. Lett.
77
,
4061
(
2000
).
57.
L. R.
Senesac
,
J. L.
Corbeil
,
S.
Rajic
,
N. V.
Lavrik
, and
P. G.
Datskos
,
Ultramicroscopy
97
,
451
(
2003
).
58.
D.
Rugar
,
H. J.
Mamin
, and
P.
Guethner
,
Appl. Phys. Lett.
55
,
2588
(
1989
).
59.
Multiple reflections between the surfaces of the fiber and the MCs are not represented in Eq. (3). Their effects are accounted for in the fitting procedure (Supplementary Material 2).
60.
C. M.
Chan
,
T. M.
Ko
, and
H.
Hiraoka
,
Surf. Sci. Rep.
24
,
1
(
1996
).
61.
S.
Igarashi
,
A. N.
Itakura
,
M.
Toda
,
M.
Kitajima
,
L.
Chue
,
A. N.
Chifen
,
R.
Förch
, and
R.
Berger
,
Sens. Actuators, B
117
,
43
(
2006
).
62.
Z.
Zhang
,
Q.
Chen
,
W.
Knoll
,
R.
Förch
,
R.
Holcomb
, and
D.
Roitman
,
Macromolecules
36
,
7689
(
2003
).
63.
A. T. A.
Jenkins
,
J.
Hu
,
Y. Z.
Wang
,
S.
Schiller
,
R.
Foerch
, and
W.
Knoll
,
Langmuir
16
,
6381
(
2000
).
You do not currently have access to this content.