[發明專利]一種基于同步共振的流體中微量物質檢測裝置及方法

在審

• 申請號: 201711231656.4
• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN107796868A
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 王東方;鄭果文;杜旭;田利峰;夏操;萬勝來;王昕;楊旭;劉欣;殷志富
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N29/02
• 分類號: G01N29/02;G01N29/036
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司22100
• 代理人: 魏征驥

1.一種基于同步共振的流體中微量物質檢測裝置，其特征在于：固支梁陣列結構由n根尺寸相同的固支梁組成，n≥2且為整數，包括一根參考梁和至少一根檢測梁，不同固支梁的兩端通過耦合單元相連，固支梁陣列結構和耦合單元都固定在支撐結構上，每根固支梁和支撐結構的內部都加工有依次串聯相通的微流道，參考梁上的微流道的中央位置上沉積惰性材料層，檢測梁上的微流道的中央位置上沉積不同的敏感層，支撐結構的下部有壓電圓盤，每根固支梁上表面的一端沉積有壓電元件。

2.根據權利要求1所述的一種基于同步共振的流體中微量物質檢測裝置，其特征在于：所述檢測梁和參考梁的固有頻率相等，各檢測梁通過耦合單元依次相連，最后一根檢測梁通過耦合單元和參考梁相連。

3.根據權利要求1所述的一種基于同步共振的流體中微量物質檢測裝置，其特征在于：所述微流道包括支撐結構上的流道入口和流道出口。

4.根據權利要求1所述的一種基于同步共振的流體中微量物質檢測裝置，其特征在于：所述的參考梁上的微流道的中央位置上沉積惰性材料層采用二氧化硅、金。

5.根據權利要求1所述的一種基于同步共振的流體中微量物質檢測裝置，其特征在于：所述的各檢測梁上的微流道的中央位置上沉積不同的敏感層，用于實現對不同物質的特異性吸附。

6.根據權利要求1所述的一種基于同步共振的流體中微量物質檢測裝置，其特征在于：所述壓電元件包括上電極、壓電層、下電極，其中下電極緊貼固支梁的表面，壓電層置于下電極的上方，而上電極又置于壓電層的上方。

7.一種采用如權利要求1所述的基于同步共振的流體中微量物質檢測裝置的檢測方法，其特征在于，包括下列步驟：

步驟(1)、利用壓差式流體驅動方法，將待測流體通入微流道中，待測流體通入速度小于1cm/s，待測流體通入5分鐘以后，待測流體中的物質和敏感層發生明顯的化學反應，停止通入待測流體；

步驟(2)、在壓電圓盤上施加幅值為A₀的交流電信號，固支梁陣列結構開始振動，在參考梁表面的壓電元件上，施加幅值為A₁的交流電信號，A₁<<A₀，不斷改變該交流電信號的頻率，直至固支梁陣列結構發生同步共振；將其余壓電元件、除了參考梁表面的壓電元件、串聯并和示波器相連，輸出振動信號，記錄同步共振的頻率，記為f₀；

步驟(3)、在壓電圓盤上施加幅值為A₀的交流電信號，依次在每根檢測梁表面的壓電元件上施加幅值為A₁的交流電信號，A₁<<A₀，使得固支梁陣列結構發生不同狀態的同步共振，記錄同步共振的頻率，記為f₁、f₂…f_n-1，n為固支梁的根數；

步驟(4)、計算得到n-1個頻率偏移量：Δf_j＝f_j-f₀，j＝1,2…n-1，進而計算每根檢測梁的有效質量變化量：j＝1,2…n-1，其中m_eff為通入流體前各檢測梁或參考梁的有效質量，由此確定每根檢測梁上是否吸附物質及吸附多少物質，實現流體中微量物質的檢測。