摘要：石英晶體傳感器系統(tǒng)作為一種檢測(cè)儀器,近幾年已經(jīng)得到很快的發(fā)展,國(guó)際上常把它叫做石英晶體微天平(Quartz Crystal Microbalance QCM).石英晶體傳感器系統(tǒng)在檢測(cè)領(lǐng)域,按其對(duì)檢測(cè)物質(zhì)的狀態(tài)可分為氣態(tài)和液態(tài)兩大類,按其在化學(xué)和生物檢測(cè)中的用途,可分為化學(xué)傳感器、DNA傳感器、微生物檢測(cè)傳感器和黏度有關(guān)的濃度傳感器。

關(guān)鍵字：石英晶體傳感器

石英晶體傳感器系統(tǒng)作為一種檢測(cè)儀器,近幾年已經(jīng)得到很快的發(fā)展,國(guó)際上常把它叫做石英晶體微天平(Quartz Crystal Microbalance QCM).石英晶體傳感器系統(tǒng)在檢測(cè)領(lǐng)域,按其對(duì)檢測(cè)物質(zhì)的狀態(tài)可分為氣態(tài)和液態(tài)兩大類,按其在化學(xué)和生物檢測(cè)中的用途,可分為化學(xué)傳感器、DNA傳感器、微生物檢測(cè)傳感器和黏度有關(guān)的濃度傳感器。

石英晶體傳感器氣態(tài)檢測(cè)主要是用來(lái)簽別氣味。目前已有根據(jù)石英晶體壓電效應(yīng)原理研制的氣味簽別儀，是一種模擬人的嗅覺(jué)功能的儀器。主要敏感部件由石英晶體敏感分子復(fù)合膜組成，不同分子結(jié)構(gòu)的敏感分子形成的多傳感器組合，經(jīng)過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)微機(jī)處理，可以判別出不同氣味的物質(zhì)。例如意大利用該傳感器研制出“電鼻子”用來(lái)檢測(cè)不同的芳香物質(zhì)，日本也研制出了酒味傳感器，并利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)微機(jī)辨別系統(tǒng)既可對(duì)其辨別，也可測(cè)出酒精的濃度。

石英晶體傳感器液態(tài)檢測(cè)有以下幾個(gè)主要方面：

在化學(xué)檢測(cè)方面，主要應(yīng)用在物質(zhì)在電極上的富集和反富集的研究，與電化學(xué)結(jié)合就形成了電化學(xué)石英晶體傳感器。與分子模板印跡聚合物（Molecularly Imprinted Polymers MIP）技術(shù)相結(jié)合形成對(duì)某種分子（甚至是細(xì)胞）特異性檢測(cè)的石英晶體傳感器。

利用石英晶體進(jìn)行黏度特性測(cè)量，是近年來(lái)在對(duì)物質(zhì)濃度測(cè)進(jìn)行測(cè)量的新探討。我們用自制的石英晶體振蕩器、晶體檢測(cè)池和頻率計(jì)組成的檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)蔗糖濃度，牛奶的相對(duì)濃度和面筋強(qiáng)度相關(guān)的蛋白濃度進(jìn)行了檢測(cè)，并取得可喜的初步結(jié)果。

作為一種新型生物傳感器，石英晶體免疫傳感器利用石英警惕對(duì)微量質(zhì)量變化的敏感性，結(jié)合生物分子識(shí)別系統(tǒng)（抗原抗體特異性結(jié)合）而形成的一種自動(dòng)化多通道的分析檢測(cè)系統(tǒng)，采用這個(gè)系統(tǒng)可以檢測(cè)所有具備抗原抗體反應(yīng)的生物因子，如病毒、有害微生物、毒蛋白、生物毒素和其他人們感興趣的抗原與半抗原分子。該檢測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)、快速、在線、連續(xù)的定量測(cè)定，并能進(jìn)行動(dòng)力學(xué)研究，克服了酶聯(lián)免疫分析法（ELISA）、放射免疫分析法（RIA）、熒光免疫分析法（FIA）等免疫檢測(cè)方法費(fèi)時(shí)、昂貴、標(biāo)記及操作繁瑣等缺點(diǎn)。

石英晶體DNA生物傳感器，根據(jù)石英晶體表面微小的質(zhì)量變化都會(huì)引起其諧振頻率變化的原理，可用石英晶體頻率變化反映DNA從單鏈變?yōu)殡p鏈的結(jié)構(gòu)變化，在石英晶體金電極表面固定ssDNA探針，并將其浸入含有被測(cè)目標(biāo)ssDNA分子的溶液中，形成dsDNA，引起石英晶體頻率的變化，振蕩頻率與附在電極表面上的質(zhì)量成反比，通過(guò)檢測(cè)頻率就可以達(dá)到檢測(cè)DNA的目的。

石英晶體力傳感器具有體積小、耐沖擊強(qiáng)和檢測(cè)靈敏度高等特點(diǎn)。在農(nóng)產(chǎn)品檢測(cè)中也有很大的應(yīng)用前景。可以用這種傳感器制作成靈敏度很高的農(nóng)產(chǎn)品物理特性測(cè)定儀器，還可以研發(fā)目前國(guó)際上對(duì)果蔬品質(zhì)進(jìn)行測(cè)量的脆度儀。

石英晶體傳感器做為一個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)，并且將要成為一個(gè)應(yīng)用非常廣泛的檢測(cè)平臺(tái)，其穩(wěn)定性仍然是需要認(rèn)真解決的問(wèn)題之一。與穩(wěn)定性有關(guān)的方面包括：石英晶體的切型、石英晶體片表面曲型、石英晶體片電極的不對(duì)稱性、鍍膜金屬、石英晶體片支架檢測(cè)池各個(gè)組成部件和振蕩電路本身的穩(wěn)定性等等。

石英晶體傳感器晶體片的切型多采用AT型，多年的應(yīng)用實(shí)踐證明它是受溫度影響比較小的切型之一，但是要找到最佳切角需經(jīng)過(guò)反復(fù)精密的試驗(yàn)。

石英晶體片的兩面電極鍍膜應(yīng)為金電極或鉑電極，這樣的設(shè)計(jì)對(duì)在晶體片方面的頻率穩(wěn)定起到很好的效果。

石英晶體片的支架檢測(cè)池的材料用玻璃或聚四氟乙烯為好，這樣在用一些特殊液體時(shí)不會(huì)因檢測(cè)池材料中溶出物影響檢測(cè)的真實(shí)性和穩(wěn)定性。彈性很好的鍍金密封橡膠圈也是穩(wěn)定的要素之一。

不同的密封形式對(duì)Q值的影響也是比較大的，用一個(gè)密封圈和兩個(gè)密封圈在Q值上能相差10000之多。

在電子振蕩電路組合方面應(yīng)盡量考慮雙振蕩器設(shè)計(jì)，一個(gè)為參比石英晶體片提供電子振蕩條件，另一個(gè)為檢測(cè)石英晶片提供電子振蕩條件，兩個(gè)石英晶體片的基頻相同，檢測(cè)中會(huì)產(chǎn)生頻率差值，可通過(guò)采用混頻電路得出一個(gè)檢測(cè)差頻，經(jīng)過(guò)主動(dòng)濾波就可以得到一個(gè)沒(méi)有基頻的凈檢測(cè)頻率信號(hào)。這種雙振蕩器設(shè)計(jì)可以有效消除一些系統(tǒng)因素如溫度變化引起的頻率飄移。

在振蕩器設(shè)計(jì)方面，目前文獻(xiàn)所報(bào)道的電子線路不能很好滿足檢測(cè)要求，多數(shù)過(guò)于簡(jiǎn)單，在液體檢測(cè)時(shí)穩(wěn)定性差、容易停振或者不能真正反映石英晶體片的及時(shí)中心頻率。尤其是在分子模板印跡膜技術(shù)條件下，對(duì)振蕩器的要求更高。研究證明，要獲得一個(gè)能在實(shí)際檢測(cè)工作中應(yīng)用并能適應(yīng)分子模板印跡膜技術(shù)的振蕩器，必須考慮應(yīng)用以下幾個(gè)頻率控制技術(shù)：

1.較強(qiáng)抗阻尼的振蕩電路；2.石英晶體片中心頻率的獲取技術(shù)；3.頻率鎖相電路；4.頻率信號(hào)反饋的自動(dòng)增益控制；5.由液體接觸石英晶體片產(chǎn)生的電容消除技術(shù)也是準(zhǔn)確檢測(cè)的因素之一，壓控振蕩、分頻和濾波技術(shù)的應(yīng)用也能提高該儀器系統(tǒng)的檢測(cè)精度。還有FPGA、DDS、和CPLDs現(xiàn)代電子技術(shù)的應(yīng)用將使多探頭高精度的測(cè)量成為現(xiàn)實(shí)。

Frieder Lucklum和Peter Hauptmann在今年的《測(cè)量科學(xué)與技術(shù)》（MEASUREMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY）雜志上首次提出了磁導(dǎo)振蕩傳感器（Magnetic Acoustic Resonator Sensors MARS）的模型和實(shí)驗(yàn)。與兩面有金屬電極的石英晶體振蕩器相同，這種磁導(dǎo)振蕩傳感器也能產(chǎn)生的厚度變換模式（Tnickness Shear Mode）振蕩。振蕩材料可以是石英也可以用硅，甚至可以用鋁，最高Q值可以達(dá)到10萬(wàn)，振蕩膜片（靠平面螺旋線圈面鍍金屬膜）在一個(gè)強(qiáng)靜態(tài)磁場(chǎng)中，由一個(gè)平面螺旋線圈產(chǎn)生的頻率所驅(qū)動(dòng)，頻率可達(dá)到30MHz以上。它有一個(gè)最大的優(yōu)點(diǎn)是不要電極引出線，是一個(gè)非接觸頻率控制傳感器，這就為檢測(cè)池的設(shè)計(jì)提供了方便。與其他的頻率控制傳感器相比，該類磁導(dǎo)振蕩傳感器在檢測(cè)領(lǐng)域具備更強(qiáng)的可操作性。

檢測(cè)傳感器商業(yè)化要具備以下幾個(gè)條件：足夠的敏感性和準(zhǔn)確性、易操作，價(jià)格易被使用者所接受、易于批量生產(chǎn)并能在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行有效的質(zhì)量控制。
 
 

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