[發(fā)明專利]石英晶體微天平檢測裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310580821.2
• 申請日: 2013-11-19
• 公開（公告）號: CN103558112A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁金星;黃佳;孔婷
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: G01N5/02
• 分類號: G01N5/02
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務(wù)所 32250
• 代理人: 王斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳感檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種石英晶體微天平檢測裝置。

背景技術(shù)

石英晶體微天平（Quartz?Crystal?Microbalance，QCM）是一種基于晶片表面附著質(zhì)量變化導(dǎo)致諧振頻率的變化而檢測微量物質(zhì)的傳感器，具有靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、成本低，特別是不需要樣品標(biāo)記等優(yōu)點(diǎn)，在生物、化學(xué)等領(lǐng)域作為檢測、分析的工具得到了廣泛的應(yīng)用。石英晶體微天平是由AT切的石英晶片以及固定在晶片兩面的金屬激勵電極組成的。激勵電極一般由兩個分別焊接在晶片兩面的管座引腳導(dǎo)出，連接到測試儀器或諧振電路上。

把石英晶體微天平與流動注射分析技術(shù)相結(jié)合能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時、快速的檢測、分析，并且節(jié)省被測樣品量。其技術(shù)關(guān)鍵為流通池的設(shè)計、制作，要求即能固定、密封石英晶片，又能導(dǎo)出固定在石英晶片兩面的金屬激勵電極，同時又不能損害石英晶片的諧振特性。

????目前，市場常用的微天平基本頻率為5?MHz或10?MHz，其晶片厚度為0.33?mm或0.17?mm，直徑為15?mm左右。石英晶體微天平作為質(zhì)量傳感器使用，是基于公知的Sauerbery方程，對于相同單位面積的質(zhì)量變化，其頻率變化與基本頻率的平方成正比。因此，提高石英晶體諧振器的基本頻率可以提高其質(zhì)量-頻率靈敏度。工作于厚度剪切振動模式的AT切石英晶體諧振器的基本頻率與其厚度成反比。因此，可以通過消薄石英晶片的厚度，提高其基本諧振頻率，從而提高其質(zhì)量-頻率靈敏度。同時，晶片厚度的減小又可以縮小必要的激勵電極面積，即平面尺寸的縮小。同時實(shí)現(xiàn)石英晶體微天平的高頻化和小型化。

1993年，Zuxuan?Lin等人（Anal.?Chem.?1993,?65,?1546-1551）設(shè)計、制作了基本頻率為30?MHz的石英晶體諧振器，并成功應(yīng)用于石英晶體微天平。其石英晶體諧振器采用反臺階結(jié)構(gòu)，石英晶片的中心區(qū)域厚度被腐蝕、減薄作為諧振器的振動區(qū)域，而周圍仍保持晶片原來的厚度，從而維持必要的機(jī)械強(qiáng)度便于裝夾以及激勵電極的導(dǎo)出。從此，基于反臺階結(jié)構(gòu)的高頻石英晶體微天平在科研中得到廣泛的重視。

QCM晶片的表面需鍍上金屬電極，然而金屬電極的厚度及直徑大小往往會直接影響QMC的性能，甚至某些不合理的尺寸會導(dǎo)致晶片振動的強(qiáng)耦合，大大降低QMC的測量精度。因此如何抑制耦合是QMC結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一個重要問題。

2005年，Monika?Michalzik等人（Sens.?Actuators?A?2005,?111-112,?410-415）利用PDMS材料制作微流通池，組成高頻小型的石英晶體微天平系統(tǒng)，并成功應(yīng)用到免疫傳感器。但是其設(shè)計流通池的流通池只能一次使用，并且對組裝的要求很高。2009年，Brigitte?P.?Sagmeister等人（Biosens.?Bioelectron.?2009,?24,?2643-2648）設(shè)計、制作了一個用于高頻石英晶體微天平的，可以重復(fù)使用的流通池。但其結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，并且對石英晶體諧振器的振動品質(zhì)因數(shù)（Q值）的影響很大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，對石英晶片上電極的布置、電極的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，以抑制耦合；針對現(xiàn)有技術(shù)中石英晶體微天平流通池不能重復(fù)使用、對組裝的要求很高以及流通池結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜等上述缺陷，提供一種具有可以重復(fù)使用、結(jié)構(gòu)簡單且具有穩(wěn)定性能的流通池的石英晶體微天平檢測裝置；本發(fā)明還實(shí)現(xiàn)了對石英晶體微天平的高頻小型化，提高了其質(zhì)量-頻率靈敏度，可以完成對小分子或痕量物質(zhì)的檢測，且所需待檢測物的最小樣品量小。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種石英晶體微天平檢測裝置，包括中間層、密封墊片、封蓋和石英晶片；

所述中間層中心設(shè)有中間層凹槽，所述中間層凹槽底端設(shè)有左探頭通孔和右探頭通口；

所述封蓋上設(shè)有進(jìn)樣口和出樣口；

所述密封墊片上設(shè)有中心通孔，該中心通孔與所述封蓋上的進(jìn)樣口和出樣口相連通；

所述石英晶片位于所述中間層凹槽內(nèi)，且在石英晶片底端中心設(shè)有一個開口向下的石英晶片凹槽；所述石英晶片凹槽底端分別設(shè)有左電極和右電極；

所述密封墊片位于所述封蓋和中間層之間，所述封蓋和中間層可拆分連接，且石英晶片的上表面也與硅膠墊片相連；所述左電極由左彈簧針探頭穿過左探頭通孔引出，右電極由右彈簧針探頭穿過右探頭通孔引出；

所述中心通孔位于所述石英晶片上表面內(nèi)且中心通孔的面積大于石英晶片凹槽的面積。

在所述的中間層下端還螺栓連接有一底座，在該底座上設(shè)有與所述左探頭通孔和右探頭通口連通的兩個通孔。