CN102680347B - 一次性石英晶体微天平传感器检测装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低成本的一次性石英晶体微天平（Quartz Crystal Microbalance:QCM）传感器检测装置，QCM晶片与QCM聚乙烯塑料盒体构成的QCM快速、衡量测试座，根据主谐振频率或阻抗的变化在液相下分析材料及生物物质。QCM晶片固定在有聚乙烯塑料制成的QCM底座上，将晶片背面电极对准底座弹性电极片，QCM上盖压在晶片上，QCM上盖上突出的金弹性电极片对准晶片正面的QCM金电极，压紧QCM盖和底座，将外壳金属夹夹上，实现QCM上盖、底座的电极与QCM晶片的电极紧密接触。该检测盒与QCM晶片均为一次性，低成本设计，采用键裂式QCM传感器技术，能够广泛用于细菌、病毒等危险性物质的定性定量、快速衡量检测。
Description
技术领域
本发明涉及QCM传感器检测领域，具体来讲是一种一次性石英晶体微天平传感器检测装置。
背景技术
在现有的QCM传感器检测领域，定量分析反应量、生成物质的质量及物质的成分已经得到很好的应用，对极微量的反应量的灵敏度已经能够实现，并且得到了广泛的商业化。然而，QCM传感器的优异性能，在对生物物质的定性检测方面，还没有成熟的技术及产品，想要对抗体抗原的特异性反应进行检测，还是非常困难。
QCM传感器的原理。AT切型的石英晶体的主谐振频率与晶体的厚度成反比。当被测物质成分在石英晶体的电极表面形成膜、在电极表面发生物质吸附或发生固定化时，对应于晶体表面的单位面积的物质重量发生频率偏移现象。
QCM传感器就是应用AT切型石英晶体这种频率偏移现象的一种典型应用。在石英晶体的所有切型中，AT切型的石英晶体在广泛的温度范围内其频率特性是最稳定的，因此可以获得优秀的检测灵敏度，目前已有的QCM传感器的质量灵敏度已经可以达到0.5ng。
并且，传统的QCM传感器在检测中使用到的技术主要有以下两种：
1) 通过检测QCM电极表面的质量变化来反映出被测物的特性，如溶液中某种组分浓度的测量。
2) 通过施加一个脉冲到QCM电极表面，然后检测脉冲信号后的谐振频率和耗散因子参数，进而来测定非常薄层的吸附层的质量，并可以同步提供粘弹性等结构信息。即石英晶体损耗检验微量平衡技术（Quartz Crystal Microbalance with Dissipation monitoring: QCM-D）。
但是，这两种测量方式检测生物物质时，只能定量的测量生物物质的浓度、质量等参数，而不能定性的检测或鉴定生物物质，因此在分子生物学、疾病诊断、生物医药、食品卫生安全、生化反恐等领域应用时具有很大的局限性，因此如何使用QCM传感器这个高精度、实时的检测平台来定性的测量生物物质具有重大的意义。
目前，QCM传感检测固定方式主要有以下三种。
第一种是传统的采用弹簧固定QCM晶片的方式。其操作方法，首先将QCM晶片对准放置在O型环上，再将连有弹簧的盖子压在QCM晶片中心，上紧固定螺丝。然后从QCM两侧金电极引出导线接至QCM检测仪。在检测过程中，待测物质从入口流经输送腔，被固定在QCM金电极表面，引起QCM表面质量变化，QCM检测仪通过检测谐振频率的变化反映出质量大小。
第二种是引线键合方式(Wire bonding)。引线键合技术主要是通过热压、超声、热超声等球引线键合方式，将QCM晶片上的金电极与外部导线相连接，再将做好的QCM晶片安放入15b中的装置中，通过在晶片表面固定生物或化学物质，达到检测的目的。
第三种是QCM-D硬质固定方式。相对于引线键合方式，QCM-D仪器中固定QCM晶片的方式较为简单，通过O型环固定晶片的位置，同时在O型环上绑定两个金属电极线圈，与QCM晶片上的金膜接触，上紧两个连接螺丝，达到晶片与电极的相互紧密连接的目的。
传统的QCM弹簧固定方式，在振动过程中，硬质弹簧或弹簧电极会对QCM表面的金电极产生很大的磨损，导致共振频率发生漂移，影响测量的精度；在检测完成后对QCM晶片的清洗也非常困难，且易有残留物质，将会影响到QCM晶片的再次使用；并且QCM晶片的安装和使用都需要复杂的操作步骤，不利于QCM传感装置的便携化设计，也不利于其大规模产业化生产。
通过引线键合法固定的晶片，其成本高，生产效率低，便携性差，因此不能完全满足实时检测的需求。因为该方法将外部电极直接焊接在QCM晶片的金电极上，因此对QCM晶片生长生物化学物质或表面改性时，需要将电极一起放入溶液中，这样某些溶剂可能会腐蚀掉外部电极；在后期的QCM晶片清洗中，更是要用到强氧化性溶液清洗掉QCM表面的生物或化学物质，可能会对电极造成很大的腐蚀。因此，这种方法在QCM传感器中使用有着很大的局限性。
通过QCM-D仪器本身的传感检测装置固定的晶片，由于晶片和电极之间接触点很小(小与0.1mm)，因此压强很大。并且，QCM-D仪器所使用的QCM晶片电极只加在QCM一面，QCM另一面没有电极。QCM正面两个电极对QCM晶片的压力将会使QCM产生恒定方向的电场，从而引起QCM测量结果产生很大的偏差，并且这个压力还会随着QCM在外加电场作用下的振动而发生变化。因此，QCM的测量结果就需要非常复杂的校准。这对QCM-D后期的信号处理提出了较大的考验；此外，在QCM振荡过程中，硬质电极在QCM金电极表面滑动，对QCM金电极产生很大的磨损，并且由于QCM金电极表面的不平整性，这种磨损将会被放大很多倍。根据实际的实验的经验，使用QCM晶片测量四次至五次，通过肉眼即可观察到QCM金电极的磨损，这更给检测造成较大的误差。
因此，设计一种新型的QCM传感装置，使该装置易于在QCM晶片表面生长生物化学物质，进行表面改性，易于清洗QCM晶片，易于安装连接QCM测量仪，能够检测病毒等有毒危险性物质，能够适用于所有QCM传感器，如QCM-D，键裂式QCM传感器等，装置结构简单易使用，成本低，易于进行大规模产业化生产。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的QCM检测方法存在的诸多的不足，在此提供一种键裂式QCM传感器检测装置，使得该传感器能够很好的进行阻抗匹配，获得很高的频率测量精度，而且能够保证QCM晶片接受高电压，达到定性测量生物物质的目的。
本发明是这样实现的，构造一种一次性石英晶体微天平传感器检测装置，其特征在于：设有上盖、底座，
所述上盖中部是圆柱体电极观察窗，所述下盒中部是电极观察窗，所述上盖上设有突出的圆环体状承载盘盖，底座上设有与所述圆环体状承载盘盖对应的圆形承载盘盒形成凹槽式固定方法一起将QCM晶片固定，其目的在于能够很好的保证QCM在振动过程中不会发生位移，并使得QCM金电极能够与外部电极紧密良好的接触在一起，保证测量的正常进行，
采用外部压力夹将其上盒及底座紧紧夹住，确保其固定，在QCM振动过程中不会发生脱落，外部压力夹中的观察孔与圆柱体电极观察窗和电极观察窗一起组成电极观察窗，
所述上盖上带有片状金属弹簧电极11a、11b，底座上带有片状金属弹簧电极11c、11d，所述上盖上开有通道14a、14b，底座上开有通道14c、14d。
根据本发明所述的一种一次性石英晶体微天平传感器检测装置，其特征在于：所述片状金属弹簧电极每一电极由金或铜构成，其电极宽度为2mm、长度为7mm、厚度为0.5mm，片状金属弹簧电极前半部分为长方体弧形片状结构，连接外部电线，导通电流，当QCM晶片安放其上时，通过所述圆环体状承载盘盖将QCM晶片紧紧固定，使其在振动过程中不发生位移，各电极分别通过对应的通道引出，靠近引出电线的通道为直径为2mm的圆柱体，靠近QCM晶片的通道为一个长方体，出口尺寸为2.8mm*2mm。
根据本发明所述的一种一次性石英晶体微天平传感器检测装置，其特征在于：所述底座带有一个安放QCM晶片的辅助通道，其目的是将QCM晶片的金电极引出端22a、22b与片状金属弹簧电极11c、11d的弧形电极片正面对准，使两者压紧，使与QCM晶片的金电极引出端22a、22b分别接触的片状金属弹簧电极11c、11d构成电流通路，从而电压能够很好地施加的QCM晶片上，驱动QCM振动。
根据本发明所述的一种一次性石英晶体微天平传感器检测装置，其特征在于：辅助通道尺寸为4.1mm*2mm*1mm。
根据本发明所述的一种一次性石英晶体微天平传感器检测装置，其特征在于：所述上盖为聚四氟乙烯盒体，是一个尺寸为23mm*23mm*4mm四方体，底座为聚四氟乙烯盒体，形状尺寸同装置上盖，其目的在于四方体设计能够保证QCM在检测过程中的稳定性。
根据本发明所述的一种一次性石英晶体微天平传感器检测装置，其特征在于：所述上盖中部的圆柱体电极观察窗，其直径为8mm，高为5mm，与底座的电极观察窗其直径为8mm、高为3mm一起为QCM晶片检测过程提供同样的外部测试环境，保证晶片两面的金电极在键裂过程中的外部测量环境一致。
根据本发明所述的一种一次性石英晶体微天平传感器检测装置，其特征在于：所述圆环体状承载盘盖其外环直径为14mm、高为1mm与圆形承载盘盒其直径为15mm、高为1mm一起将QCM晶片固定，采用这种凹槽式固定方法，能够很好的保证QCM在振动过程中不会发生位移，并使得QCM金电极能够与外部电极紧密良好的接触在一起，保证测量的正常进行。
一种QCM传感器检测装置的使用方法，其特征在于：
A、清洗QCM晶片
将要待测的QCM晶片放入浓H2SO4：H2O2体积比为3:1的混合溶液中进行清洗，可以将表面的有机物质或其他杂质去除，之后分别用水和乙醇将表面残留的清洗液去除，氮气吹干后，完成清洗的过程；
B、QCM表面的修饰
可以在清洗干净的QCM表面固定硫醇或硅烷等自组装分子层，通过活化自组装分子尾端的羟基或羧基，来实现对检测目标如抗体，抗原或蛋白质等生物分子的固定；
C、放置QCM晶片
使用镊子夹持修饰后的QCM晶片沿QCM安放辅助通道至1mm深的QCM圆形承载盘盒中，承载盘盒大小恰好能将QCM晶片放入，使晶片在振动过程中不发生平移，同时将QCM晶片两端电极对准承载盒中突出的两个弧形电极；
D、合并上下检测盒
QCM盖中凸出高度为1mm，将QCM圆形承载盘盖中的两端电极对中QCM晶片正面的金电极，合上QCM上下检测盒，保证检测盒的四个弧形电极对准QCM晶片正面和背面的金电极，承载盘盖大小与QCM承载盘盒相同，与承载盘盒合在一起时，能将QCM晶片很好的固定，四个外部电极压在QCM晶片电极上，将外部电压加载到QCM晶片上；
E、锁扣固定
使用两个铁质弹性外壳对称的紧紧扣住QCM上下检测盒，保证QCM在振动过程中不会发生位移，从而能够很好的测量QCM谐振频率；
F、电极连接
将QCM正面及背面接触QCM晶片金电极的两个片状弧形电极焊接上导线，保证两根导线长度相同，使得QCM芯片阻抗匹配至QCM检测仪，再将导线连接至QCM谐振频率测量仪；
G、谐振频率及键裂测定
使用QCM频率测量仪测量QCM的谐振频率，并按照键裂传感器检测流程对抗体抗原进行特异性检测。
H、检测完成后QCM晶片的清洗
其中QCM晶片可以多次使用，检测完成后，将修饰有生物分子的QCM晶片再次放入浓H2SO4：H2O2体积比3:1的混合溶液中，然后重复A过程，即可完成对QCM表面的清洗。
本发明的传感器装置其上盖和底座由绝缘材料聚四氟乙烯制作；底座中有凹入1mm深的圆形QCM承载盘盒，其大小恰好能将QCM晶片放入，使晶片在振动过程中不发生平移；在盘内有两个呈对称放置的圆柱体QCM片状电极通道，其中一个为外加电源电极安放通道，另一个为平衡电极安放通道；上盖中凸出高度为1mm的QCM承载盘盖，盖中有两个呈对称放置的圆柱体的QCM片状电极通道，其中一个为外加电源电极安放通道，另一个为平衡电极安放通道。承载盘盖大小同QCM承载盘盒，与承载盘盒合在一起时，能将QCM晶片很好的固定，四个外部电极压在QCM晶片电极上，将外部电压加载到QCM晶片上；底座及上盖中央部位的两个圆柱体通道为QCM晶片检测过程提供同样的外部测试环境，保证晶片两面的金电极在键裂过程中的外部测量环境一致。
本发明的有益效果在于：键裂式QCM传感检测装置适用于高电压，高精度，稳定测量和实时测量的传感器。检测装置与QCM晶片均为一次性，低成本设计，能够对生物物质进行定性和定量测试。该传感器装置将QCM晶片平衡安置于两组片状平衡电极上，通过这种平衡电极结构达到以下测量目的：
（1）、接触方式：与QCM电极的接触方式是面接触，在QCM金电极表面产生的压强远小于针形电极，在QCM振荡过程中能够很好的与金电极接触，不会脱离QCM金电极。因此，可以极大地避免使用针形电极在QCM振荡过程中对金电极的磨损，使得检测结果发生误差。实验结果表明，使用针形电极在QCM实验过程中，振荡四次到五次，QCM金电极表面即会产生较大的磨损。
（2）、平衡作用：使用四片弧形弹簧片对称放置于QCM晶片两端电极上，在QCM振荡过程中，能够很好的平衡QCM晶片。并且，我们所使用的QCM晶片金电极对称放置于QCM两端。因此，给QCM提供外加电场的两个片状弧形电极以及两辅助电极就对称放置在QCM晶片两面，正面两个片状电极对QCM晶片的压力与背面的两个片状电极对QCM产生的压力大小相同、方向相反，从而抵消掉QCM正面两电极对QCM晶片测量结果产生的误差。对QCM检测结果的处理提供了极大的便利。
附图说明
图1表示本发明传感器装置的结构示意图。
图2a、图2b、图2c、图2d和图2e分别表示QCM传感器检测装置上盖、底座、外部压力夹、片状金属电极模型和QCM晶片示意图
图3表示本发明传感器装置未上外部压力夹的正剖面示意图
图4底座示意图。
图5表示在QCM传感器检测装置电极压力测试关系实验。
图6表示在使用该QCM传感器检测装置测试生物物质的具体实施流程。
图7a、图7b、图7c、图7d分别表示在QCM传感器检测装置下盒中安放QCM晶片的示意；在QCM传感器检测装置QCM承载盘盖合至承载盘盒示意图；在QCM传感器检测装置外壳扣住QCM传感检测装置示意图；在QCM传感器检测装置连接QCM片状电极与导线示意并测量QCM谐振频率示意图。
图8a和图8b表示使用本发明的QCM传感测量装置测量QCM表面固定硫醇分子的质量变化示意图及测量结果。
图中：11a、11b、11c、11d、片状金属弹簧电极，12a、上盖，12b、底座，13a、圆柱体电极观察窗，13b、电极观察窗，14a、14b、14c、14d、通道，15、圆环体状承载盘盖，16、圆形承载盘盒，17、辅助通道，18、外部压力夹，19、观察孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明本发明涉及一种石英晶体微天平（Quartz Crystal Microbalance: QCM）传感器检测装置，具有便携性好、测量阻抗低和片状电极平衡触点，可任意处理、自由使用、用完即可丢弃的QCM传感检测装置；尤其适合于传染性病毒、细菌等生物体的临床定性定量分析与测试领域。
图1a和图1b分别表示本发明所述传感器装置的三维模型图和正视剖面示意图（未上外部压力夹（铁质夹子））。传感器盒体（上盖12a、底座12b）装置采用聚四氟乙烯，它具有以下一些优良特性：
耐高温、耐低温：能在+250℃至-180℃的温度下长期工作，有利于键裂式QCM传感器在极端环境下工作。
耐腐蚀：对大多数化学药品和溶剂，表现出惰性、能耐强酸强碱、水和各种有机溶剂，在王水中煮沸也不起变化。能够保证键裂式QCM传感器检测各种生物化学物质。
耐气候：有塑料中最佳的老化寿命，有利于键裂式QCM传感器在各种环境下工作，如在海洋舰船上检测海洋微生物，在核污染环境下进行检测。
高润滑：是固体材料中摩擦系数最低者，能够很好保证QCM晶片在振动过程中不会因与传感检测装置摩擦导致能量损失。
不粘附：是固体材料中最小的表面张力，不粘附任何物质。使得键裂式QCM传感器晶片在生物化学检测中不粘附，能够更换晶片进行多次检测。
无毒害：具有生理惰性。使得键裂式QCM传感器能够保证检测中不会对晶片上的生物化学反应产生影响。
使用聚四氟乙烯保证键裂式QCM传感器的检测使用。
图2a、图2b、图2c、图2d和图2e分别表示QCM传感器检测装置上盖三维模型、底座三维模型、外部压力夹三维模型、弹性片状金属电极模型和QCM晶片示意图。
所述QCM传感器检测装置上盖12a为聚四氟乙烯盒体，是一个尺寸为23mm*23mm*4mm四方体，QCM检测装置底座12b为聚四氟乙烯盒体，形状尺寸同12a，四方体设计能够保证QCM在检测过程中的稳定性。
QCM传感器装置的上盖12a中部是圆柱体电极观察窗13a，其直径为8mm，高为5mm，与底座电极观察窗13b（直径为8mm，高为3mm，）一起为QCM晶片检测过程提供同样的外部测试环境，保证晶片两面的金电极在键裂过程中的外部测量环境一致。可以采用两个外部压力夹18对称地从QCM传感器装置正面和后面将的其上盖12a及底座12b紧紧夹住，确保其固定，在QCM振动过程中不会发生脱落，外部压力夹18中观察孔19与圆柱体电极观察窗13a和电极观察窗13b一起组成电极观察窗。
QCM检测装置上盖盒体突出的圆环体状承载盘盖15，外环直径为14mm，高为1mm，与底座的圆形承载盘盒16（直径为15mm，高为1mm）一起将QCM晶片固定，采用这种凹槽式固定方法，能够很好的保证QCM在振动过程中不会发生位移，并使得QCM金电极能够与外部电极紧密良好的接触在一起，保证测量的正常进行。
11a，11b，11c，11d是四个片状金属弹簧电极（每一电极由金或铜构成），电极宽度为2mm，长度为7mm，厚度为0.5mm，图2d表示的是片状金属弹簧电极完整结构。前半部分为长方体片状结构，连接外部电线，导通电流，前半部分为弧形片状结构，当QCM晶片安放其上时，通过圆环体状承载盘盖15将QCM晶片紧紧固定，使其在振动过程中不发生位移。各电极分别通过通道14a，14b，14c，14d引出，靠近引出电线的通道为直径为2mm的圆柱体，靠近QCM晶片的通道为一个长方体，出口尺寸为2.8mm*2mm，如图4所示。
底座12b带有一个安放QCM晶片的辅助通道17，尺寸为4.1mm*2mm*1mm。使用镊子夹持QCM晶片，其目的是将QCM晶片的金电极引出端22a，22b与11c，11d的弧形电极片正面对准，将弹簧电极与QCM晶片电极压紧，使与22a，22b分别接触的11b，11c构成电流通路，从而电压能够施加的QCM晶片上，驱动QCM振动。
在本发明的QCM传感器装置中所使用QCM晶片由圆形具有均匀厚度的AT切型石英晶体构成，如图2e所示，其中石英晶体基底为一个直径15mm的圆片，晶圆上伸出的长方形金电极宽度为2mm，与外部弹簧电极11a，11b，11c，11d接触。
图3表示本发明传感器装置未上铁质夹子时的正剖面示意图。
当QCM晶片呈图示方式放置时，电极11b、11c构成电流通路，11a、11d与11b、11c共同构成平衡电极，为QCM传感器检测装置提供平衡作用。
[0053] 图5表示在QCM传感器检测装置电极压力测试关系实验。根据弧形弹簧片电极在本实验中所使用的尺寸：电极弧形高度3mm，电极长度7mm，电极厚度0.2mm，电极材料为铜；使用INSTRON公司的5567型电子万能实验机测试弧形结构被压缩时承受的力，判断QCM晶片能否承受其突出部分的压力。
测试结果分析如下：从弧形弹簧片电极承受力与压缩位移的关系图中可以看出，弹簧被压缩位移达到0.5mm时，施加在弹簧上的力达到了6.89N，即907cN(1N(牛)=102cN(厘牛))，而QCM晶片承受的最大压力一般不超过100cN，因此，QCM四个弹簧片电极突出QCM盖和QCM盒的位置不超过0.1mm。
图6表示在使用该QCM传感器检测装置测试生物物质的具体实施流程。图7a、图7b、图7c、图7d为具体流程示意图。
A、清洗QCM晶片
将要待测的QCM晶片放入浓H2SO4：H2O2体积比3:1的混合溶液中进行清洗，可以将表面的有机物质或其他杂质去除，之后分别用水和乙醇（先用水再用乙醇）将表面残留的清洗液去除，氮气吹干后，完成清洗的过程。
B、QCM表面的修饰
可以在清洗干净的QCM表面固定硫醇或硅烷等自组装分子层，通过活化自组装分子尾端的羟基或羧基，来实现对检测目标如抗体，抗原或蛋白质等生物分子的固定。
C、放置QCM晶片
图7a使用镊子夹持修饰后的QCM晶片沿QCM安放辅助通道至1mm深的QCM圆形承载盘盒中，承载盘盒大小恰好能将QCM晶片放入，使晶片在振动过程中不发生平移，同时将QCM晶片两端电极对准承载盒中突出的两个弧形电极；
D、合并上下检测盒
图7b QCM盖中凸出高度为1mm，将QCM圆形承载盘盖中的两端电极对中QCM晶片正面的金电极，合上QCM上下检测盒，保证检测盒的四个弧形电极对准QCM晶片正面和背面的金电极。承载盘盖大小与QCM承载盘盒相同，与承载盘盒合在一起时，能将QCM晶片很好的固定，四个外部电极压在QCM晶片电极上，将外部电压加载到QCM晶片上；
E、锁扣固定
图7c使用两个铁质弹性外壳对称的紧紧扣住QCM上下检测盒，保证QCM在振动过程中不会发生位移，从而能够很好的测量QCM谐振频率；
F、电极连接
图7d将QCM正面及背面接触QCM晶片金电极的两个片状弧形电极焊接上导线，保证两根导线长度相同，使得QCM芯片阻抗匹配至QCM检测仪，再将导线连接至QCM谐振频率测量仪；
G、谐振频率及键裂测定
使用QCM频率测量仪测量QCM的谐振频率，并按照键裂传感器检测流程对抗体抗原进行特异性检测。
H、检测完成后QCM晶片的清洗
本专利中，QCM晶片可以多次使用。检测完成后，将修饰有生物分子的QCM晶片再次放入浓H2SO4：H2O2体积比3:1的混合溶液中，然后重复A过程，即可完成对QCM表面的清洗。
综上所述，本发明所设计的键裂式QCM传感检测装置适用于高电压，高精度，稳定测量和实时测量的传感器。检测装置与QCM晶片均为一次性，低成本设计，能够对生物物质进行定性和定量测试，可广泛用于特异性抗体检测等领域。尤其适合于传染性病毒、细菌等危险性物质的临床快速衡量分析与测试。
应用实例
利用Au-S相互作用的机理，将硫醇分子固定在QCM表面，得出硫醇分子固定前后QCM共振频率的变化。具体步骤为：①将清洗干净的QCM晶片放入5mM11-巯基-1-十一醇的溶液中，静置12小时后，取出QCM晶片，并将表面残余的硫醇分子洗去，然后氮气吹干；②将固定有硫醇分子的QCM晶片放入图2c所示的16位置，注意QCM表面的金电极要与图2c中的11c和11d对齐，然后盖上QCM检测盒的盖子；③通过与11b和11c相连的检测设备，检测QCM晶片的共振频率。
图8a和8b分别为检测示意图和检测结果，从图中可以看出，未固定硫醇的QCM晶片，其共振频率约为9.979625MHz，固定硫醇分子后，频率为9.979593MHz左右，共振频率下降了约32Hz。这是因为QCM表面质量变大，从而引起共振频率的降低，这里也可以看出，使用该传感测量装置，能够很好的将QCM生物化学变化的信息通过质量变化监测出来，其灵敏度能够达到1Hz，即可以反映纳克级的质量变化。因此，可广泛用于特异性抗体检测等领域，如对于抗体、抗原及蛋白质大分子或是有机化合物等进行检测。
Claims (8)
1.一种一次性石英晶体微天平传感器检测装置，其特征在于：设有上盖（12a）、底座（12b），
所述上盖(12a) 中部是圆柱体电极观察窗（13a），所述底座（12b）中部是底座电极观察窗（13b），所述上盖(12a)上设有突出的圆环体状承载盘盖（15），底座（12b）上设有与所述圆环体状承载盘盖（15）对应的圆形承载盘盒（16）形成凹槽式固定方法一起将QCM晶片固定，其目的在于能够很好的保证QCM晶片在振动过程中不会发生位移，并使得QCM晶片金电极能够与片状金属弹簧电极紧密良好的接触在一起，保证测量的正常进行，
采用外部压力夹（18）将其上盖(12a)及底座（12b）紧紧夹住，确保其固定，在QCM晶片振动过程中不会发生脱落，外部压力夹（18）中的观察孔（19）与圆柱体电极观察窗（13a）和底座电极观察窗（13b）一起组成电极观察窗，
所述上盖(12a)上带有第一和第二片状金属弹簧电极（11a、11b），底座（12b）上带有第三和第四片状金属弹簧电极（11c、11d），所述上盖(12a)上开有第一和第二通道（14a、14b），底座（12b）上开有第三和第四通道（14c、14d）。
2.根据权利要求1所述的一种一次性石英晶体微天平传感器检测装置，其特征在于：所述第一、第二、第三和第四片状金属弹簧电极（11a，11b，11c，11d）每一电极由金或铜构成，其电极宽度为2mm、长度为7mm、厚度为0.5mm，片状金属弹簧电极前半部分为长方体弧形片状结构，连接引出电线，导通电流，当QCM晶片安放其上时，通过所述圆环体状承载盘盖（15）将QCM晶片紧紧固定，使其在振动过程中不发生位移，各片状金属弹簧电极分别通过对应的通道引出，靠近引出电线的通道为直径为2mm的圆柱体，靠近QCM晶片的通道为一个长方体，出口尺寸为2.8mm*2mm。
3.根据权利要求1所述的一种一次性石英晶体微天平传感器检测装置，其特征在于：所述底座（12b）带有一个安放QCM晶片的辅助通道（17），其目的是将QCM晶片的金电极引出端（22a、22b）与第三和第四片状金属弹簧电极（11c、11d）的弧形片状结构正面对准，使两者压紧，使与QCM晶片的金电极引出端（22a、22b）分别接触的第三和第四片状金属弹簧电极（11c、11d）构成电流通路，从而电压能够很好地施加在QCM晶片上，驱动QCM晶片振动。
4.根据权利要求3所述的一种一次性石英晶体微天平传感器检测装置，其特征在于：辅助通道（17）尺寸为4.1mm*2mm*1mm。
5.根据权利要求1所述的一种一次性石英晶体微天平传感器检测装置，其特征在于：所述上盖(12a)为聚四氟乙烯盒体，是一个尺寸为23mm*23mm*4mm四方体，底座（12b）为聚四氟乙烯盒体，形状尺寸同上盖(12a)，其目的在于四方体设计能够保证QCM晶片在检测过程中的稳定性。
6.根据权利要求1所述的一种一次性石英晶体微天平传感器检测装置，其特征在于：所述上盖(12a)中部的圆柱体电极观察窗（13a），其直径为8mm，高为5mm，与底座（12b）的底座电极观察窗（13b）其直径为8mm、高为3mm一起为QCM晶片检测过程提供同样的外部测试环境，保证QCM晶片两面的金电极在键裂过程中的外部测试环境一致。
7.根据权利要求1所述的一种一次性石英晶体微天平传感器检测装置，其特征在于：所述圆环体状承载盘盖（15）其外环直径为14mm、高为1mm与圆形承载盘盒（16）其直径为15mm、高为1mm一起将QCM晶片固定，采用这种凹槽式固定方法，能够很好的保证QCM晶片在振动过程中不会发生位移，并使得QCM晶片金电极能够与片状金属弹簧电极紧密良好的接触在一起，保证测量的正常进行。
8.一种石英晶体微天平传感器检测装置的使用方法，其特征在于：
清洗QCM晶片：
将要待测的QCM晶片放入浓H2SO4：H2O2体积比为3:1的混合溶液中进行清洗，将表面的有机物质或其他杂质去除，之后分别用水和乙醇将表面残留的混合溶液去除，氮气吹干后，完成清洗的过程；
QCM晶片表面的修饰：
在清洗干净的QCM晶片表面固定硫醇或硅烷自组装分子层，通过活化自组装分子尾端的羟基或羧基，来实现对检测目标即抗体，抗原或蛋白质的生物分子的固定；
放置QCM晶片：
使用镊子夹持修饰后的QCM晶片沿QCM晶片安放辅助通道至1mm深的QCM晶片圆形承载盘盒中，承载盘盒大小恰好能将QCM晶片放入，使QCM晶片在振动过程中不发生平移，同时将QCM晶片两端金电极对准承载盘盒中突出的两个片状弧形电极；
合并上下检测盒：
QCM晶片圆形承载盘盖中凸出高度为1mm，将QCM晶片圆形承载盘盖中的两端片状弧形电极对中QCM晶片正面的金电极，合上上下检测盒，保证检测盒的四个片状弧形电极对准QCM晶片正面和背面的金电极，承载盘盖大小与承载盘盒相同，与承载盘盒合在一起时，能将QCM晶片很好的固定，四个片状弧形电极压在QCM晶片金电极上，将外部电压加载到QCM晶片上；
锁扣固定：
使用两个铁质弹性外壳对称的紧紧扣住上下检测盒，保证QCM晶片在振动过程中不会发生位移，从而能够很好的测量QCM晶片谐振频率；
电极连接：
将QCM晶片正面及背面接触QCM晶片金电极的两个片状弧形电极焊接上导线，保证两根导线长度相同，使得QCM晶片阻抗匹配至QCM谐振频率测量仪，再将导线连接至QCM谐振频率测量仪；
谐振频率及键裂测定：
使用QCM谐振频率测量仪测量QCM晶片的谐振频率，并按照键裂传感器检测流程对抗体抗原进行特异性检测；
检测完成后QCM晶片的清洗：
其中QCM晶片能够多次使用，检测完成后，将修饰有生物分子的QCM晶片再次放入浓H2SO4：H2O2体积比3:1的混合溶液中，然后重复清洗QCM晶片的过程，即可完成对QCM晶片表面的清洗。
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