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1、南通大学学报(医学版)JournalofNantongUniversity(MedicalSciences)200525(5)#393#[文章编号]1000-2057(2005)05-0393-03石英晶体微天平技术及在医学中的应用*1孙承龙综述,王惠民,顾海鹰审校(南通大学附属医院检验医学中心,226001;1南通大学公共卫生学院)[摘要]石英晶体微天平技术(QCM)是一种以质量变化为依据的生物传感器,具有特异性好、灵敏度高、成本低廉和操作简便等优点。QCM已应用于研究或检测抗原或抗体、血液
2、细胞、病原微生物、核酸及蛋白质等医学检验领域,具有广阔的发展前景。[关键词]压电;石英晶体;传感器;压电免疫传感器[中图分类号]R446[文献标识码]B31880年Curie等发现以一定方向对石英晶体薄片施加外s);q:石英晶体的密度(g/cm);!q:接触液体的剪切模数力,晶体的两端就会产生不同的电荷,称这种现象为压电效(g/cm-s2);n:接触液体的晶体面数。应(piezoelectriceffect)。反之如果在晶体薄片的两端镀上电事实上,液相反应中还需要考虑工作缓冲液组成成分和
3、极并通以交流电,那么晶体薄片将会产生周期性的振荡,人去垢剂等对振荡频率的影响。为此把QCM设计成连续自动们称之为逆压电效应。利用逆压电效应制作的压电生物传化的注流式分析(FlowInjectionanalysis,FIA)系统,将已知标感器具有特异性好、灵敏度高、成本低廉和操作简便等优点。准品同步操作,力求将影响效应降至最低。在生命科学研究领域显示有较广泛的用途。根据检测原理不同,人们把压电生物传感器分成二类:一类为非质量响应2压电石英晶片的化学修饰型,利用电导率或粘度等变化引起的压电晶片振荡频率
4、改变QCM检测步骤通常分为4步:电极活化、感应分子固定、进行检测,主要应用于大气、水质等方面的研究。另一类为反应信号检测和电极再生。其中前2步骤统称为电极化学质量响应型,即电极表面质量在一定范围内的微小变化引起修饰,是决定整个系统性能优劣的关键。压电晶片振动频率的改变,此类传感器核心部件通常是压电2.1电极表面的活化对电极表面进行活化修饰,既要考石英晶体,称之为石英晶体微天平(QuartzCrystalMicrobal虑提供合适的官能团以利于后续的生物大分子的固定,又要ance,QCM)。QC
5、M技术于1959年首先运用于检测真空镀膜考虑保护生物分子的空间结构和生物活性。常用的活化物厚度,后来逐步扩展到分析化学、医学等研究领域。质有含硫醇的小分子、疏水性分子、高碘酸盐-右旋糖苷、以1QCM检测原理[3,4,5]及硅烷化合物等。含巯基的自组装单分子层(thiol-asQCM系统主要由电子振荡电路、频率计数器和压电石英sembledmonolayer,thiol-SAM)技术是公认较好的电极修饰[1]法[5]。thiol-SAM是由一端带有巯基,另一端带有特定官能晶体3部分组成。最常用的石
6、英晶体按AT方式切割(即沿着与石英晶体主光轴成35.4方向切割),然后将石英晶体团的长烷链,以自发性排列的方式在电极表面上沉积成规则片夹在两片金或银电极之间,形成夹心形结构。实际应用的单分子层,同时特定官能团暴露在电极的外面,以利于生时,在QCM的石英电极上固定特定的感应分子。1959年物活性分子的固定。蛋白质等生物分子具有一定空间构象Sauerbrey推导出气相中压电晶体表面所负载质量与谐振频来维持生物活性,而电极表面的活化分子可能影响其结构稳移关系的Sauerbrey方程式[2]:[6]定性。为
7、此,人们设计水胶涂层技术,在thiol-SAM等处-62!F=-2.26∀10!MF/A理的基础上,再结合一层亲水性高分子,以包被后续固定的其中!F:压电晶体的频率变化;F:压电晶体的原始振动蛋白质等生物活性分子,使其处于类似水溶液的环境中、保频率(Hz);!M:晶体表面所负载物质的质量(g);持正常的立体结构和维持生物活性和稳定性。2A:被吸附物所覆盖的面积(cm)[1,7,8]2.2感应分子的固定目前普遍采用亲和固定法,通由Sauerbrey方程可知,要选择性地检测某分析物时,在过载体交联或
8、共价键合等手段,将亲和性分子作为感应分子压电石英电极表面上修饰一层具有高特异性的感应分子薄固定在压电石英晶片上,用于检测相应的配体。在生物科学膜。然后置于含有分析物的测试环境之中,使分析物亲和吸领域存在很多具有亲和性的分子对,比如抗原与抗体、互补附于感应电极表面,由电极振动频率变化值就可以推导出被核苷酸链、葡萄球菌A蛋白与免疫球蛋白等,亲和分子对的分析物的质量。而该方程式仅适用于气相反应环境,在液相环境中粘度、密度、电导率和溶液极性等影响!M与!F的应用赋予QCM系统
