【正文】 ）單個檢測位振蕩電路分離，增加金屬外殼，單獨(dú)供電并單獨(dú)接地；（ 3）檢測艙屏蔽；（ 4）優(yōu)化檢測儀內(nèi)部連接線布局；（ 5）檢測儀外殼屏蔽。 3． 儀器減震功能的改進(jìn) 采用隔離震動源和緩沖減震技術(shù)結(jié)合的方法解決。 2． 控溫裝置的改進(jìn) 眾所周知，在溫度不穩(wěn)定的條件下，壓電石英晶體傳感器的頻率極易不穩(wěn)定，檢測結(jié)果也不準(zhǔn)確。 在新電路設(shè)計(jì)上，除了包括振蕩電路外，還增加了頻率計(jì)單元、溫度控制單元、顯示控制單元和單片機(jī)控制單元。 5． 增加控溫裝置，實(shí)現(xiàn)開機(jī)定溫，控溫精度177。 圖 26 檢測池調(diào)節(jié)流程 檢測儀的 設(shè)計(jì) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，檢測儀整體在以前的基礎(chǔ)上改進(jìn)，其改進(jìn)方案如下： 1． 重新設(shè)計(jì)電路，電路包括振蕩電路、溫度控制單元、頻率計(jì)數(shù)單元、單片機(jī)控制單元及顯示控制單元，并具有較強(qiáng)的電磁屏蔽功能。 檢測池的調(diào)節(jié)：檢測池螺母旋壓的距離決定了晶振表面垂直應(yīng)力的大小。 內(nèi)螺紋螺母：主要功能是為提供垂直壓力，使得壓塊、 O 形密封圈和晶振 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 形成檢 測池，并有電磁屏蔽功能。 2． 檢測池主要部件設(shè)計(jì) 外螺紋基座：主要為石英晶振提供“對位對線”的固定及電磁屏蔽功能。 壓電傳感器檢測池的設(shè)計(jì) 凝血功能為一個精密的實(shí)驗(yàn)，它對精確度和重復(fù)性上要求較高。 1． 石英晶片的切割：用線切割機(jī)按 AT 切向把 Z 型石英切割成直徑為 的切片。因此，石英振子激勵電極的制備是石英晶體換 能器的關(guān)鍵技術(shù)。凝血過程分為三步。通常將可選擇性吸收待測物質(zhì)的某種材料均勻地涂在壓電石英晶體表面，得到一個基礎(chǔ)頻率 1f ，然后將其放到有待測物質(zhì)的氣體或液體中，壓電石英晶體與被測物質(zhì)作用而形成復(fù)合物， 再對吸附了被測物質(zhì)后的壓電石英晶體進(jìn)行頻率測定 ，從而得到新的頻率 2f ，振動頻率的變化 12 ffF ??? (2— 9) 石英晶體諧振頻率和晶體電極表面質(zhì)量負(fù)載變化之間的關(guān)系可由 Sauerbrey方程表示： ? ? 2/122 qqA mff ?? ???? (2— 10) 其中， f? 是覆蓋上的晶 體的共振頻率的變化， f 是晶體的共振頻率， m? 是增加的質(zhì)量， A 是覆蓋的晶體的有效面積， q? 和 q? 分別是石英晶體的密度和剪切模量。若石英晶體表面沉積了一定質(zhì)量的物質(zhì)，其振蕩頻率就會發(fā)生相應(yīng)變化。 圖 24 檢測系統(tǒng)框圖 凝血因子檢測方法 壓電石英晶體生物傳感器是應(yīng)用“逆壓電效應(yīng)”進(jìn)行測量的。 液體中常規(guī)壓電晶體的等效參數(shù)的關(guān)系式相應(yīng)為： kAlR ??0 (2— 5) 2020 4?? ACCCC k ????? (2— 6) 22/12 )(2111 K AfwCwLwCKXwLwCwLX sqqqaqqqq??????????? ??? (2— 7) 221 )(2)( KAfRK RRR sqaq ???????? (2— 8) 其中， w 是晶體的角頻率， A*及 l 是與晶體電極、引線極其結(jié)構(gòu)有關(guān)的常量。 晶體兩面電極均浸入液體中，會受到液體機(jī)械聲負(fù)載和介電負(fù)載的協(xié)同作用。已經(jīng)有很多人在液體環(huán)境中進(jìn)行了將壓電石英晶體傳感器作為監(jiān)測器的研究。石英晶體的應(yīng)用范圍也得到拓寬，特別是在生物學(xué)中的應(yīng)用引起科研工作者的極大興趣。放大后的頻率經(jīng)整形后與參考頻率進(jìn)行差頻比較。 振蕩電路 振蕩電路如圖 21 工作在 石英晶體串聯(lián)諧振頻率上。 Sauerbery 方程 雖然壓電石英晶片的諧振頻率在恒定條件下非常穩(wěn)定，如普通石英鐘的精確度可達(dá)到誤差小于 1 秒，相對誤差在千萬分之一以下，但 Sauerbrey 指出，若在石 英晶體的電極表面加上一小質(zhì)量負(fù)載層，將導(dǎo)致晶振頻率的顯著下降。 研究已證明，兩種電極石英晶體的響應(yīng)特性和生物結(jié)合特性并無顯著差異，均可用于壓電生物傳感器的電極。對于高頻的矩形切片，其振蕩頻率高低與石英晶片的厚度成反比，晶片太薄，頻率越高，靈敏度也就越高但加工特別是銑磨工藝越困難，因?yàn)樘〉木惺軌毫π。姿榱?。最常用的石英晶片?AT 切型，即沿著與石英晶體主光軸成 176。石英材質(zhì)輕，密度為 ，為不銹鋼的 31 ，彎曲強(qiáng)度為不銹鋼的 4 倍。表 21 給出石英晶體的主要物理性質(zhì)。因此它的獨(dú)立壓電系數(shù)只有兩個： 11d 和 14d ，其壓電常數(shù)矩陣可寫為 ?????????????? 0000000202000001114141111dddddd ij (2— 1) 其 中 11d =179。石英晶體是單晶結(jié)構(gòu)，外型呈六角棱柱體，兩端呈六角棱錐形體。 迄今已經(jīng)出現(xiàn)的壓電材料分為三種類型：一是壓電晶體（單晶），它包括壓電石英晶體和其他壓電晶單晶；二是壓電陶瓷（多晶半陶瓷）；三是新型壓電材料，其中有壓電半導(dǎo)體和有機(jī)高分子壓電材料兩種。這種將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿默F(xiàn)象，稱為“順壓電效應(yīng)”。 正是這些優(yōu)點(diǎn)，使硅材料稱為制造機(jī)電和微機(jī)械結(jié)構(gòu)及其微傳感器最主要的優(yōu)選材料。 綜上所述，硅材料的優(yōu)點(diǎn)可歸納如下： 1． 優(yōu)異的機(jī)械特性 。 硅材料質(zhì)量輕，密度為 ，是不銹鋼密度的 ，而彎曲強(qiáng)度卻為不銹鋼的 倍，具有較高的強(qiáng)度 /密度比和較高的剛度 /密度比。 3． 壓電傳感器頻率動態(tài)響應(yīng)模型的建立 。以德國物理學(xué)家 Sauerbrey 導(dǎo)出的壓電石英晶體頻移與晶體表面均勻吸附的物質(zhì)質(zhì)量之間變化關(guān)系的 Sauerbrey 方程為理論基礎(chǔ)。介紹了血漿凝血因子檢測系統(tǒng)的工作原理。這已結(jié)果也在預(yù)料之中，因此細(xì)胞的典型直徑約為 10um，比壓電晶體表面聲波 的作用距離大得多，細(xì)胞中只有貼壁的一小部分參與晶體的振蕩；另外，細(xì)胞在表面不是均勻剛性膜，而且細(xì)胞含大量的細(xì)胞漿，在溶液中細(xì)胞還受溶液的浮力作用。Hoechst33258 的引入不僅提高了檢測的靈敏度，而且為 DNA 和 DNA 嵌入劑的定量分析提供了新的研究途徑 [16]。 Ito 等觀察了溶液酸堿度對 DNA 連接的影響，發(fā)現(xiàn)在酸性或堿性條件下，DNA 探針連在電極上的量最多，而在中性溶液中， DNA 雜交效果最好。 日本 Okahato 等人采用了一個 9MHz 的 AT 切割的鍍金的石英晶體，利用10 個堿基的能與單鏈的 M13 噬菌體 DNA 的 EcorⅠ結(jié)合位點(diǎn)互補(bǔ)的脫氧核糖核苷酸作為探針， 研究了由于雜交引起 的頻率差隨時(shí)間的變化，獲得了滿意的結(jié)果 [15]。 Park 等利用 SulfoLCSPDP 自組裝技術(shù)把琉基化得沙門氏菌抗體固定在 10MHZ 的石英晶體表面，提高了檢測的靈敏度和特異性。和其它免疫化學(xué)傳感器一樣，抗原或抗體的固定化技術(shù)是制備免疫傳感器的關(guān)鍵。因?yàn)閴弘妭鞲衅鳒y定的是質(zhì)量變化，無需經(jīng)典的免疫分析方法如放射性同位素標(biāo)記法及酶聯(lián)偶合法中的標(biāo)記和分離步驟，可以簡化操作程序，提高分析速度 [12]。 直至今日，壓電傳感器的分析技術(shù)仍以傳統(tǒng)的振蕩器方法為主，雖然振蕩器法只能提供 PQC 的串聯(lián)共振頻率這一單一的信號， PQC 在粘度過大的液相中還容易停振，而且其振蕩行為受振蕩電路類型和元件參數(shù)的影響 [11]， 但這種直接測頻法的突出優(yōu)點(diǎn)是簡單，對于一般的并不復(fù)雜的體系，采用這種方法完全能夠滿足分析的需要。 1959 年 [7]導(dǎo)出了 QCM 的頻率響應(yīng) F? 與沉積在其電極表面的質(zhì)量 m? 的關(guān)系： 2/1202 2 ）（ qqAmFF ?????? (1— 1) 其 中 0F 、 A、 q? 和 q? 分別為石英晶體的基頻、電極的面積、彈性模量和密度。 壓電 傳感器就是利用了壓電材料所具有的壓電效應(yīng)，如以壓電石英晶體(Piezoelectric Quartz Crystal，簡稱 PQC)等一類壓電材料為基底的體聲波器件在厚度剪切模式振蕩過程中與周邊環(huán)境的相互作用，由器件超高頻聲波的聲電阻抗譜、頻譜或相位等的參量變化來對黃精介質(zhì)包括質(zhì)量、粘彈性、導(dǎo)納、介電或流變特性、離子 /溶劑傳輸?shù)任锢怼⒒瘜W(xué)性能作出相關(guān)應(yīng)答并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)傳感檢測信號，獲取有關(guān)目標(biāo)組成或多元組分體系的成分、性狀的一維或多維信息，以求得到對象的全面、動態(tài)、實(shí)時(shí)或在位描述，用于化學(xué)、生物學(xué)、藥學(xué)、臨床醫(yī) 學(xué)和環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域的傳輸檢測 [5]。居里兄弟首先發(fā)現(xiàn)石英等一些晶體的壓電現(xiàn)象 [4]。 3． 便攜性與實(shí)時(shí)性：體積小便于攜帶，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)在線實(shí)時(shí)檢測和現(xiàn)場 檢測。因此，它在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、生命科學(xué)等諸多領(lǐng)域極富有應(yīng)用前景 [3]。壓電石英晶體生物傳感器正以其靈敏的壓電質(zhì)量傳感功能及其簡單的儀器裝置、快捷的分析速度、低廉的檢測成本等優(yōu)點(diǎn)而博得化學(xué)生物學(xué)研究人員的青睞。為實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)進(jìn)行的種種成功嘗試使生物傳感器應(yīng)運(yùn)而生，并呈迅猛發(fā)展之勢。 關(guān)鍵詞 壓電石英晶體；生物傳感器； 檢測 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 II Studies of Biosensor Based on Piezoelectric Quartz Crystal Abstract The analyses of coagulation factor has been widely used in the clinical examination, now all kinds of detection methods based on agglutination, the end of the blood agglutination is judged by the viscosity and density of reaction system during blood agglutination. The end of the blood agglutination is judged by automated equipment or visual observation. The error of detection is big and poor repeatability by visual inspection and stopwatch time. The results obtained by automation equipment is accurate, rapid and reproducible, but the equipment is expensive and testing cost is high, so a sensitive, simple, precise measurement, lowcost new detection method is developed. Piezoelectric quartz resonator measurement technique can accurately measure the small change in the microcosmic reaction process and can be transformed into quantitative detection frequency signal, with subng level quality inspection capabilities, so a simple and fast method is provided for obtaining the abundant online realtime information of response system. Combined with the blood agglutination, through appropriate biological processing and structural design, we propose a plasma coagulation factor detection system sensor based on piezoelectric quartz crystal technology. The frequency count of hardware structure of piezoelectric crystal biosensor is designed based on microcontroller, using equal precision frequency measure. Using piezoelectric quartz crystal sensor oscillation frequency detection system for the platform, we establish piezoelectric sensor frequency dynamic response model. The results showed that: the detection system improve convenience, consistency, and accuracy of detection coagulation factor, wi