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1、第5卷第2期安徽职业技术学院学报Vol.5No.22006年6月JOURNALOFANHUIVOCATIONALANDTECHNICALCOLLEGEJun.2006应用于免疫系统测定的新型传感器1,21高燕,李国丽(1.合肥工业大学电气与自动化工程学院,安徽合肥230009;2.安徽职业技术学院,安徽合肥230051)摘要:压电传感器是依据压电元件的质量敏感性质,结合生物免疫识别特性设计出的一种能自动分析的检测传感器,具有高特异性、高灵敏度、响应快、小型简便等特点。文章阐述了利用石英晶体产生体波厚
2、度剪切振动模式,分析了由双通道系统进行频率变化测定的方法。关键词:压电传感器;质量测定;频率变化;免疫中图分类号:Q819文献标识码:A文章编号:16729536(2006)02000103Abstract:Piezoimmunosensorutilizesthemasssensingcharacteristicsofthepiezoelectricmaterialconnectedtothebiologicalimmunosensingelement,andwillbecomeakindof
3、automaticanalyticalsensors.Piezoimmunosensorcanprovidepropertiesofhighspecificity,sensitivity,rapidresponse,minitypeandsimplicity.Thispaperdescribesaquartzcrystalthatisusedtoproducebulkwaveoscillatinginthethicknessshearmode,utilizingthedualchanneltodetectt
4、hefrequencyshift.Keywords:piezoimmunosensor;qualitymeasurement;variationoffrequency;immunization随着生物医学工程的发展,应用在生物领域器,其工作原理结构示意图如图1所示。的压电免疫传感器越来越多,它们在酶学、免疫学、微生物学、DNA杂化、内毒素检测、气相传感、[1]仿生学和血液流变学中有着广泛地应用。本文介绍一种应用免疫系统测定的新型电子器件即压图1压电免疫传感器结构示意图电免疫传感器。1959年,Sauerbr
5、ey推证出其频率-质量之[2]间存在如下的关系:1原理-62f=-2.2610mf/A(1)压电晶体具有奇异的压电效应。通过研究发其中,m为表面质量的改变(以g为单位),f现压电晶体表面的压力的变化会引起其工作频率是由附着质量m引起的频率的改变;f为工作的变化,根据这个原理,可以反过来根据其工作频频率(以Hz为单位),A是石英晶体电极区的面2率的变化测定出晶体表面的压力变化。该测定就积(单位为cm),负号表示质量的增加导致频率是利用上述原理测定石英探测器表面质量的变下降。据此人们发明了石英微量天
6、平,就是通过化。这种利用压电石英晶体对表面电极区附着质测量频率的改变,达到检测石英晶体表面附着质量的敏感性,并结合生物功能分子(如抗原和抗量的微小变化,其灵敏度可达1ng/Hz。体)之间的选择特异性进行工作的压电免疫传感同时,抗原和抗体之间会发生免疫反应。将收稿日期:20060306作者简介:高燕(1968-),女,安徽绩溪人,副教授,合肥工业大学在职研究生,主要研究方向:电子信号处理。2安徽职业技术学院学报第5卷抗原或抗体固定于传感器电极表面形成敏感膜,利用压电
7、免疫传感器检测抗原与抗体进行特异性结合时所产生的质量变化,从而达到医学免疫检测的目的。2压电传感器设计压电传感器由探头,信号检测和处理系统三[3]部分组成。基本结构是检测传感器与参考传感器比较得到差频信号并送入频率计中,再进行数图4振荡电路原理图据处理。2.4混频电路2.1探头结构混频电路工作原理框图如图5所示。探头结构如图2所示,探头所用的晶体是一块切型的圆石英晶体,外直径为10mm,厚度为0.5mm,电极区直径为8mm,基频是4.233668MHz。电极膜厚度在200纳米左右,材料为纯图5混频原理框
8、图金。圆形电极处于晶片两面的中心区域,并各有其中经乘法器得(2)式一个引线焊接点,可以从这里引出电极接线。ui=Kuxuy(2)图中的低通滤波器是乘法器的负载,可采用低通有源滤波器,如图6所示。图2探头的结构简图2.2信号检测和处理系统压电传感器的信号检测和处理系统的框架如图6低通有源滤波器图3所示,主要由振荡电路、差频电路、频率计以输出公式(3)及计算机等部分组成
