[發明專利]石英晶體剪切振動調幅調頻甩脫法生物傳感檢測

在審

• 申請號: 202010569955.4
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111811983A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 司士輝;張潤;萬富;扶梅;馮浪霞;余建芳
• 申請（專利權）人: 司士輝
• 主分類號: G01N5/04
• 分類號: G01N5/04;G01N33/53
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出一種質量負荷減量法石英晶體微天平生物傳感方法。將生物分子探針（例如抗體，單鏈DNA）修飾到石英晶體上，將檢測溶液（例如致病細菌、待檢測的DNA分子等）加到傳感器表面，采用直接數字頻率合成（DDS）技術研制一種頻譜掃描系統，按照預定頻率和正弦波振幅對石英晶體振子進行掃描激勵；基于超外差接收正交相敏檢波技術構建一種石英晶體頻率信號采集分析系統，繪制出QCM響應信號幅頻及相頻特性曲線。通過QCM響應信號圖譜實現質量負荷減量法石英晶體微天平生物傳感。該方法實現在檢測液中原位得到檢測信號，直接采用石英晶體微天平進行生物傳感檢測，對于醫學即時檢測以及現場快速檢測具有重要應用價值。

技術領域

本發明是一種新型生物傳感器，屬于分析化學領域中的儀器檢測，涉及傳感檢測技術領域，尤其涉及質量負荷減量法石英晶體微天平生物傳感方法。通過石英晶體剪切振動調幅調頻甩脫法進行生物監測，調節不同的激勵電壓使晶體振動幅度不同繼而甩脫掉表面的檢測目標，從而實現定量檢測或者定性檢測。該技術操作簡單，具有生物樣品無需任何標記、檢測時間短、檢測靈敏度高等優點，并且還能夠實現在線、實時連續檢測，可廣泛地應用于生命科學研究、藥物篩選、環境檢測、食品檢測等多個領域。

背景技術

近年來，隨著生物醫學科技突飛猛進對現代生物檢測技術的發展提出了更高的要求。在免疫反應，病毒檢測，食品安全以及突發性生化恐怖事件等實時、快速檢測領域，目前使用的生物化學檢測手段，需要幾小時到幾天的檢測周期，成本較高且操作復雜，可能會造成經濟效益損失。以AT切型剪切振動石英晶振作為傳感元件的石英晶體微天平技術（quartz crystal microbalance，QCM）是直接在納克級精確測量物質質量的儀器。QCM儀器價格便宜，操作都很簡單，具有生物樣品無需任何標記、檢測靈敏度高、檢測時間短、可在線實時連續檢測等優點。QCM傳感技術被廣泛地應用于疾病診斷、藥物檢測、環境檢測、食品檢測等多個領域。

QCM主要由石英晶體傳感器、信號檢測和數據處理等部分組成。石英晶體傳感器是由一塊石英晶體上沿著與石英晶體主光軸成35°15'切割即AT切型得到的石英晶體振蕩片，在它的兩個對應面上真空蒸鍍金層或銀層作為電極，石英晶體夾在兩片電極中間形成三明治結構。在每個電極上各焊一根引線接到管腳上。目前石英晶體傳感進行生物檢測時，通常將生物分子探針（例如抗體，單鏈DNA）修飾到石英晶體金屬電極上，檢測溶液（例如致病細菌、待檢測的DNA分子等）滴上晶體表面或者從傳感器表面流淌，修飾的分子探針與靶向待測物發生結合，從而產生頻率變化信號，但是實際檢測的生物大分子間作用力較弱，活性結合位點有限，這將使得檢測過程時間長，耗費的檢測溶液多，會增加生物檢測成本，增加檢測時間。目前石英晶體微天平傳感器對分析目標物檢測響應信號通常基于表面質量負荷增加導致的頻率信號下降，諧振頻率下降的差值（頻率變化值，頻移數值）在一定范圍內與分析目標物的濃度具有線性相關性。測定過程是在氣相中干燥條件下測定英晶體微天平表面分子探針與目標物結合前后的頻率變化值，或者在磷酸鹽緩存溶液中測定測定英晶體微天平表面分子探針與目標物結合前后的頻率變化。通常石英晶振一般是由圓形AT切石英晶片和在晶片上下表面鍍上兩個同心圓形金屬電極構成，金屬通常為金、銀、鋁等材料。在溶液中使用時通常是鍍金電極，厚度至少20nm (為了增加金電極的附著性通常預先真空蒸鍍2nm厚的鉻或鈦層)，電極金屬鍍層降低了石英晶片諧振品質因子，也制約了高頻QCM在溶液中的使用，通常使用的QCM基頻在10MHz以下。