據(jù)麥姆斯咨詢介紹，從智能手機中的健身計步功能，到我們汽車中的防滑控制和導(dǎo)航功能，我們在日常生活中正使用著數(shù)十、上百種MEMS微型器件。這些MEMS器件正以無數(shù)種方式改善我們的生活，但為我們帶來便利的同時也對環(huán)境造成了巨大傷害。

MEMS生產(chǎn)技術(shù)或微機械加工技術(shù)，最初是為了制造硅集成電路而開發(fā)的。這項技術(shù)徹底革新了電路的微型化，使功能強大的計算機從半個世紀前的房子大小，縮小到我們今天能夠放進口袋里的智能手機。硅基MEMS制造工藝成本高，能源密集（需要高溫，并使用危險化學(xué)品，如氫氟酸等）。到2020年，硅基MEMS市場規(guī)模預(yù)計將增長到200億美元。這些增長大部分來自對射頻MEMS和生物醫(yī)療傳感器的需求推動。對于這個快速增長的市場，人們對硅基MEMS的成本和潛在環(huán)境影響提出了擔(dān)憂。

但是，如果MEMS微加工能夠變得經(jīng)濟、節(jié)能、環(huán)保，并利用可再生資源甚至廢料，那該多好！據(jù)麥姆斯咨詢報道，Auburn University（美國奧本大學(xué)）的化學(xué)工程師在這一方向取得了進展。奧本大學(xué)研究人員在Applied Materials＆Interfaces上發(fā)表的最新文章（“Microelectromechanical Systems from Aligned Cellulose Nanocrystal Films”），介紹了從廢棄生物質(zhì)中提取的納米微晶纖維素（Cellulose Nanocrystal, CNC）如何用于生產(chǎn)具有與硅器件類似特性的功能性MEMS器件。

該團隊在文章中稱，懸臂梁陣列、雙端固支梁、殘余應(yīng)變計和機械強度計等可驅(qū)動的標(biāo)準(zhǔn)MEMS器件，可通過剪切對齊的納米微晶纖維素（CNC）薄膜進行低溫制造。這些器件的特征尺寸可小至6um，具有各向異性的力學(xué)性能。這項研究工作由奧本大學(xué)化學(xué)工程系教授Virginia Davis和Robert Ashurst，以及他們的合作伙伴Clemson University（克萊姆森大學(xué)）副教授Christopher Kitchens的研究小組領(lǐng)導(dǎo)。

該專利工藝中使用的低溫、水處理和等離子蝕刻工藝，意味著MEMS器件現(xiàn)在可以使用比以前更加可持續(xù)的加工方法，由可再生材料制成。其他研究人員也在尋求替代硅基MEMS的材料，但常常會受到材料特性的限制。相比之下，CNC卓越的機械性能和易加工性，使Auburn和Clemson研究團隊能夠制造媲美典型硅基MEMS的標(biāo)準(zhǔn)器件和小特征尺寸。

他們利用硅材料三分之一的CNC材料，實現(xiàn)了相同的機械性能。此外，該制造方法能夠?qū)崿F(xiàn)相比其他材料更可調(diào)的光學(xué)和機械性能，并且可以調(diào)整表面化學(xué)性質(zhì)，實現(xiàn)要求浸沒流體的應(yīng)用。“這項技術(shù)不僅為滿足不斷增長的MEMS和傳感器市場需求，提供了一種更可持續(xù)的發(fā)展路徑，它還可以使進入市場或開發(fā)新型診斷器件的廠商，無需傳統(tǒng)MEMS生產(chǎn)所需要的大量投資和時間。

這對于我們?yōu)樾屡d需求快速開發(fā)和應(yīng)用新型診斷器件至關(guān)重要，包括蚊子傳播的病毒，其他疾病以及食物和水供應(yīng)中出現(xiàn)的污染物等，”Davis說。到目前為止，該研究已獲得兩項可提供許可的專利。未來的研究重點是將該技術(shù)應(yīng)用于生物和化學(xué)檢測中的兩個特定挑戰(zhàn)。具體而言，研究團隊感興趣的應(yīng)用包括：快速、簡便且能同時檢測多種癌癥生物標(biāo)志物，以及檢測食品和水供應(yīng)中新出現(xiàn)的污染物。