压电石英晶体生物传感器及其应用

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第3卷第4期上海应用技术学院学报Vl01．3No．420o3年12月JO1琅NALOFSHANGHAIINSTITUTEOFTE(]-INOLOGYDec．20o3文章编号：1671—7333(2003)04—0245—05压电石英晶体生物传感器及其应用高晓康，一，万德安2，章阳宁2(1．上海应用技术学院机械与自动化工程学院，上海，200235；2．同济大学现代制造技术研究所，上海，200092)摘要：压电石英晶体生物传感器是一种将高灵敏压电传感器与现代生物技术相结合的新型生物传

2、感器，适用于微量物质的精密测量。本文介绍这类传感器的基本原理、结构及其应用，并展望了压电石英晶体生物传感器的发展趋势。关键词：生物传感器；压电石英晶体生物传感器；石英晶体微天平中图分类号：TM938．4．文献标识码：APiezoelectricQuartzCrystalBiosensoranditsApplicationGAOXiao-kang-一，WANDe-an2，ZHANGYang-ning(1．SchoolofM~hanicalandAutomationEngineering，ShanghaiInstituteofTe

3、chnology，Shanghai200235，Claim；2．DepartmentofMechanicalEngineering，Ton~iUniversity，hai200092，China)Abstract：PiezoelectricquartzCrystalbiosensorisanewbiosensorthatcombinesthehighsensitivepiezoelec—tricsensorwithmodembio-techniquesandissuitablefortheprecisionmeasuremen

4、tofminimmaterials．Thispaperdescribesthebasicprinciple，thestructureandtheapplicationofbiosensorofthiskindandlookforwardtothedevelopmentdirectionofpiezoelectricquartzcrystalbiosensorinthefuture．Keywords：biosensor；piezoelectricquartzcrystalbiosensor；quartzcrystalmicrob

5、alance(QCM)生物传感器是一种新兴的集现代生物技术与电子技术为一体的高科技产品，是以生物学组件作为功能性识别元件，能够识别和感受规定的被测量，并按一定规律将其转化成可识别信号的器件或装置。生物传感器自从2O世纪7O年代出现以来，得到了迅猛发展，目前主要处于开发阶段，许多发达国家都把生物传感器列为21世纪的关键技术，予以极大的重视。生物传感器根据检测原理的不同可大致分为光学生物传感器、电化学传感器和压电石英晶体生物传感器。压电石英晶体生物传感器是把电子学、机械学、分子生物学等学科结合在一起的新型生物传感器，作为生物传感器

6、的一个重要分支，压电石英晶体生物传感器现在已成为生物传感器的一个研究热点。1压电石英晶体生物传感器的工作原理压电石英晶体生物传感器以石英晶体为换能器件，各种生物分子为敏感元件，将抗原与抗体、受体与配体等相互作用的生物信号以及所处体系性状的变化转变成易于检测的频率信号。收稿日期：2003—09—10作者简介：高晓康(1957一)，女，副教授一_]『r_谣r1_一———I『r维普资讯http://www.cqvip.com上海应用技术学院学报第3卷1．1压电效应某些晶体物质在沿一定方向受到外力作用时，晶体内部产生极化现象，在其表面

7、产生电荷；当去除外力后，晶体表面又恢复到不带电的状态，晶体表面所产生的电荷量与外力成正比。这种将机械能转化为电能的现象，称为“顺压电效应”。反之，在晶体极化方向上施加电场，晶体会产生机械变形，这种将电能转化为机械能的现象，称为“逆压电效应”。具有这种性质的材料称为压电材料。压电材料可分为压电石英晶体和压电陶瓷等，其中，压电石英晶体应用最广。1．2Sauerbrey方程1959年德国物理学家Sauerbrey对AT切向的石英晶体在气相中的振荡规律进行了系统的研究，导出了压电石英晶体频移与晶体表面均匀吸附的物质质量之间的变化关系，

8、即Sauerbrey方程，从而建立了压电石英晶体谐振测量技术的理论基础。压电石英晶体谐振测量技术是应用“逆压电效应”进行测量的。交变激励电压施加于石英晶体两侧的电极时，石英晶体会产生机械振荡。当交变激励电压的频率与石英晶体的固有频率相同时，振幅变大，比一般情况下的振幅要大得多