Microcantilever có nhiều ứng dụng trong phát hiện các chất hóa học và sinh học. Nếu một chất nào đó gắn kết lên cantilever sẽ xảy ra: (1) khối lượng của thanh thay đổi dẫn tới tần số cộng hưởng của thanh thay đổi; (2) chất bám lên thanh làm cho độ lệch (độ uốn) của thanh thay đổi và có thể tạo ra ứng suất ảnh hưởng tới độ cong của thanh. Dựa vào sự thay đổi tần số hay thay đổi về độ lệch có thể xác định được có chất gắn kết lên thanh hay không đồng thời xác định được khối lượng của chất đó gắn kết trên thanh. Nhìn chung, kích cỡ của thanh càng nhỏ, tần số càng lớn thì độ nhạy càng cao.
Gfeller và các đồng nghiệp [19,20] đã chứng minh rằng thanh dao động có thể được sử dụng như một cảm biến cho kích thích vi khuẩn phát triển. Các tế bào Ecoli được phủ lên trên các cantilever với một lớp mỏng đường dinh dưỡng và giữ trong môi trường ẩm, lớp dinh dưỡng hấp phụ nước; khối lượng tổng hợp tăng gây ra sự dịch chuyển tương đương trong tần số cộng hưởng. Khi chúng so sánh với sự dịch chuyển tần số quan sát được bởi khối lượng thêm vào trên cantilever với đường cong phát triển vi khuẩn, tất cả đặc điểm vi khuẩn phát triển được quan sát. Bằng cách hợp nhất kháng sinh trong cantilever phủ, chúng chứng minh sự thiết thực của cách tiếp cận cho xác định nhanh sức đề kháng kháng sinh. Ứng dụng mới này của mảng cantilever đưa ra nhiều lợi thế qua các phương pháp phát hiện vi khuẩn thông thường bao gồm phát hiện nhanh chóng trong thời gian thực, khối lượng chất phân tích nhỏ và độ nhạy cao.
Ramos và các đồng nghiệp [21] gần đây đã chỉ ra rằng phản ứng của các cantilever dao động đối với sự hấp phụ vi khuẩn phụ thuộc vào khối lượng thêm vào, vị trí cố định của các tế bào trên thanh và độ cứng của các tế bào vi khuẩn. Chúng dự báo rằng các độ nhạy phát hiện có thể tăng bởi một hoặc nhiều hơn bằng cách giám sát các mode chuyển động cao hơn hoặc giảm kích thước của cantilever. Tuy nhiên, các tính chất cơ học của các phân tử hấp phụ trở lên tăng quan trọng như kích cỡ của hệ cộng hưởng được giảm.
Campbell và Mutharasan [22,23] đã phân tích sự phát hiện của virut mầm bệnh Bacillus trong chất lỏng dưới cả hai điều kiện là dòng chảy và không có dòng chảy. Họ đã báo cáo việc phát hiện virut B. anthracis tại nồng độ rất thấp (300 virut/mL) bằng sử dụng cantilever kích thước milimet có kích thích áp điện được phủ kháng thể cụ thể đối với B. anthracis. Lựa chọn cao được chứng minh bởi phát hiện B. anthracis trong sự có mặt của các virut Bacillus khác tại tỉ lệ lên tới 1/500.
Nugaeva và các đồng nghiệp [24] đã sử dụng các mảng cantilever cho cố định lựa chọn và phát hiện nhanh chóng các bào tử nấm. Mảng cantilever được tiếp xúc với dạng hệ sợi Aspergillus niger hay dạng men đơn bào Saccharomyces cerevisiae như là các mô hình để khám phá sự tiện ích của nó cho phát hiện tăng trưởng của sinh vật eukaryotic sử dụng mảng cantilever. Công việc này khai thác các tương tác phân tử sinh học cụ thể của các protein cấy vào bề mặt với các cấu trúc phân tử trên bề mặt tế bào nấm để đạt được cố định lựa chọn của các bào tử. Họ phát hiện ra rằng, các protein có hiệu suất và mối quan hệ khác nhau để gắn kết các bào tử. Mầm cố định các bào tử lớn nhất và sự phát triển mycelium được quan sát trên bề mặt cantilever chức năng hóa glubin miễn dịch G. Họ cũng tìm ra rằng các bào tử cố định và mầm của nấm A.niger và men S. cerevisiae dẫn tới dịch chuyển trong tần số cộng hưởng trong vòng vài giờ trong sự tương phản với các kĩ thuật thông thường yêu cầu tới vài ngày. Đo dịch chuyển tần số là tương ứng với khối lượng của các bào tử nấm và cảm biến này có thể phát hiện nấm target trong phạm vi 103 – 106 CFU/mL. Công việc này là ví dụ điển hình cho ứng dụng quan trọng của mảng cantilever trong y khoa và chuẩn đoán nông nghiệp và giám giám chất lượng nước, thực phẩm.
Fritz và các đồng nghiệp đã tiên phong sử dụng cantilever để phát hiện sự lai hóa axit nucleic. Độ lệch của mỗi cantilever trong mảng được xác định sử dụng kĩ thuật độ lệch chùm quang. DNA oligonucleotides tổng hợp đã gắn nhóm thiol với các chuỗi base khác nhau được cố định hóa trị lên trên bề mặt phủ vàng của cantilever. Khi cantilever được nhúng vào dung dịch chứa oligo bổ sung, quá trình lai hóa tạo ra thay đổi ứng suất giữa lớp vàng chức năng hóa và bề mặt silic không phủ vàng làm cong cantilever. Điều này được chỉ ra trong hình 1.7. Công việc này kích thích sự thích thú trong sử dụng độ nhạy cơ hóa phát hiện lai hóa DNA. Một thử nghiệm quyết định cho cảm biến lai hóa DNA đó là khả năng của nó để nhận thấy việc ghép không đối xứng. Fritz và các đồng nghiệp đã quan sát ứng suất giữa cặp oligos bổ sung và cặp với một đơn base ghép không đối xứng giữa 2 chuỗi DNA mà có thể phát hiện được.
Hình 1.7. Minh họa thử nghiệm lai hóa. B, sau khi đưa chuỗi DNA bổ sung đầu tiên (xanh lá cây), quá trình lai hóa xảy ra trên cantilever đã cố định DNA receptor (màu đỏ) và làm cong thanh. C, đưa chuỗi DNA bổ sung thử hai (màu
vàng), quá trình lai hóa xảy ra trên cantilever đã cố định DNA receptor (màu xanh da trời) và làm cong thanh. Bản quyền của American Association for the
Advancement of Science.
I.P Burg và S.R Manalis đã báo cáo rằng, cantilever của họ có thể phát hiện được khối lượng trên đơn vị diện tích nhỏ cỡ 10-19 g/ 𝜇m2 [25]. Microcantilever có lớp áp điện có thể phát hiện độ nhạy với nồng độ thấp khoảng 10 pg/ml [26]. Sử dụng nanocantilever đa tinh thể silic hoạt động trong chân không, B.Ilic và Y.Yang có thể phát hiện được đơn virus baculo khối lượng 1.5 fg [27]. Đặc biệt, sử dụng SiN Cantilever để phát hiện DNA, nhóm nghiên cứu B.Ilic và Y.Yang đã phát hiện được khối lượng nhỏ xuống tới 1.65 ag [28].