摘要：石英晶體傳感器系統(tǒng)作為一種檢測儀器,近幾年已經(jīng)得到很快的發(fā)展,國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)在檢測領(lǐng)域,按其對檢測物質(zhì)的狀態(tài)可分為氣態(tài)和液態(tài)兩大類,按其在化學和生物檢測中的用途,可分為化學傳感器、DNA傳感器、微生物檢測傳感器和黏度有關(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)作為一種檢測儀器,近幾年已經(jīng)得到很快的發(fā)展,國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)在檢測領(lǐng)域,按其對檢測物質(zhì)的狀態(tài)可分為氣態(tài)和液態(tài)兩大類,按其在化學和生物檢測中的用途,可分為化學傳感器、DNA傳感器、微生物檢測傳感器和黏度有關(guān)的濃度傳感器。

石英晶體傳感器氣態(tài)檢測主要是用來簽別氣味。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功能的儀器。主要敏感部件由石英晶體敏感分子復合膜組成，不同分子結(jié)構(gòu)的敏感分子形成的多傳感器組合，經(jīng)過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)微機處理，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”用來檢測不同的芳香物質(zhì)，日本也研制出了酒味傳感器，并利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)微機辨別系統(tǒng)既可對其辨別，也可測出酒精的濃度。

石英晶體傳感器液態(tài)檢測有以下幾個主要方面：

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

利用石英晶體進行黏度特性測量，是近年來在對物質(zhì)濃度測進行測量的新探討。我們用自制的石英晶體振蕩器、晶體檢測池和頻率計組成的檢測系統(tǒng)，對蔗糖濃度，牛奶的相對濃度和面筋強度相關(guān)的蛋白濃度進行了檢測，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微量質(zhì)量變化的敏感性，結(jié)合生物分子識別系統(tǒng)（抗原抗體特異性結(jié)合）而形成的一種自動化多通道的分析檢測系統(tǒng)，采用這個系統(tǒng)可以檢測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。該檢測系統(tǒng)可以實時、快速、在線、連續(xù)的定量測定，并能進行動力學研究，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）等免疫檢測方法費時、昂貴、標記及操作繁瑣等缺點。

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目標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，通過檢測頻率就可以達到檢測DNA的目的。

石英晶體力傳感器具有體積小、耐沖擊強和檢測靈敏度高等特點。在農(nóng)產(chǎn)品檢測中也有很大的應(yīng)用前景�？梢杂眠@種傳感器制作成靈敏度很高的農(nóng)產(chǎn)品物理特性測定儀器，還可以研發(fā)目前國際上對果蔬品質(zhì)進行測量的脆度儀。

石英晶體傳感器做為一個檢測系統(tǒng)，并且將要成為一個應(yīng)用非常廣泛的檢測平臺，其穩(wěn)定性仍然是需要認真解決的問題之一。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稱性、鍍膜金屬、石英晶體片支架檢測池各個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)過反復精密的試驗。

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)計對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不會因檢測池材料中溶出物影響檢測的真實性和穩(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Q值的影響也是比較大的，用一個密封圈和兩個密封圈在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，一個為參比石英晶體片提供電子振蕩條件，另一個為檢測石英晶片提供電子振蕩條件，兩個石英晶體片的基頻相同，檢測中會產(chǎn)生頻率差值，可通過采用混頻電路得出一個檢測差頻，經(jīng)過主動濾波就可以得到一個沒有基頻的凈檢測頻率信號。這種雙振蕩器設(shè)計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)計方面，目前文獻所報道的電子線路不能很好滿足檢測要求，多數(shù)過于簡單，在液體檢測時穩(wěn)定性差、容易停振或者不能真正反映石英晶體片的及時中心頻率。尤其是在分子模板印跡膜技術(shù)條件下，對振蕩器的要求更高。研究證明，要獲得一個能在實際檢測工作中應(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)用以下幾個頻率控制技術(shù)：

1.較強抗阻尼的振蕩電路；2.石英晶體片中心頻率的獲取技術(shù)；3.頻率鎖相電路；4.頻率信號反饋的自動增益控制；5.由液體接觸石英晶體片產(chǎn)生的電容消除技術(shù)也是準確檢測的因素之一，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量成為現(xiàn)實。

Frieder Lucklum和Peter Hauptmann在今年的《測量科學與技術(shù)》（MEASUREMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY）雜志上首次提出了磁導振蕩傳感器（Magnetic Acoustic Resonator Sensors MARS）的模型和實驗。與兩面有金屬電極的石英晶體振蕩器相同，這種磁導振蕩傳感器也能產(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值可以達到10萬，振蕩膜片（靠平面螺旋線圈面鍍金屬膜）在一個強靜態(tài)磁場中，由一個平面螺旋線圈產(chǎn)生的頻率所驅(qū)動，頻率可達到30MHz以上。它有一個最大的優(yōu)點是不要電極引出線，是一個非接觸頻率控制傳感器，這就為檢測池的設(shè)計提供了方便。與其他的頻率控制傳感器相比，該類磁導振蕩傳感器在檢測領(lǐng)域具備更強的可操作性。

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

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