壓電生物傳感器自動(dòng)分析方法研究.pdf

1、本文研究了壓電傳感器的基本理論，研制出壓電生物傳感器及自多通道動(dòng)分析儀，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了納米粒子放大雜交分析平臺(tái)，進(jìn)行應(yīng)用研究，從而開(kāi)展了壓電生物傳感器自動(dòng)分析方法研究。 基于Mindlin提出的方程，用有限元法分析了由AT-cut石英諧振器組成的壓電傳感器的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，分析了傳統(tǒng)諧振器和具有平臺(tái)結(jié)構(gòu)的諧振器的能量捕獲效應(yīng)。在壓電傳感器中石英晶體的振動(dòng)模式往往不是純粹的厚度剪切，而常常會(huì)伴隨著一些干擾振動(dòng)。厚度剪切振動(dòng)和干擾振動(dòng)

2、的耦合會(huì)降低石英諧振器的品質(zhì)因子，比如會(huì)使Q因子減小并會(huì)誘導(dǎo)振動(dòng)模式跳躍。有限元法的計(jì)算結(jié)果表明：平臺(tái)結(jié)構(gòu)的諧振器能夠捕獲90％以上的厚度剪切振動(dòng)能量，當(dāng)單平臺(tái)諧振器的平臺(tái)厚度達(dá)到一定值時(shí)，繼續(xù)增加不能提高諧振器的能量捕獲效應(yīng)。相比之下，階梯雙平臺(tái)結(jié)構(gòu)能夠進(jìn)一步改善諧振器的退耦特性。 在理論分析的基礎(chǔ)上，本文研制出密封式壓電生物傳感器。根據(jù)有限元法的分析結(jié)果，將石英諧振器設(shè)計(jì)成雙凸?fàn)?，即晶體上下表面為球面，半徑為250 mm。密

3、封的傳感器可以實(shí)現(xiàn)流動(dòng)進(jìn)樣分析。結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)，我們研制出壓電傳感器自動(dòng)分析儀。儀器受CPU控制而自動(dòng)運(yùn)行，儀器設(shè)計(jì)有8個(gè)通道，可以同時(shí)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)8個(gè)相同或者不同樣本的并行檢測(cè)。通過(guò)不同濃度的氯霉素乙醇溶液的吸附實(shí)驗(yàn)，對(duì)該傳感器和儀器進(jìn)行了性能驗(yàn)證，結(jié)果表明：當(dāng)氯霉素濃度小于1μg /μL時(shí)，濃度與頻率響應(yīng)的關(guān)系符合Sauerbrey方程，這說(shuō)明本文設(shè)計(jì)的傳感器及自動(dòng)分析儀可以用于微質(zhì)量傳感分析。 采用同類(lèi)雜交技術(shù)，使靶序列的兩端

4、與分別用巰基修飾的探針和用納米粒子修飾的探針雜交生成納米粒子生物耦合體，用自動(dòng)分析儀監(jiān)測(cè)納米粒子生物耦合體在壓電生物傳感器上吸附造成的響應(yīng)，構(gòu)建了重現(xiàn)性好、靈敏度高的核酸分析平臺(tái)。該技術(shù)思路有以下優(yōu)勢(shì)：⑴在溶液中的靶序列能夠在5分鐘內(nèi)被過(guò)量探針捕獲，造成快速響應(yīng)；⑵納米粒子生物耦合體在金電極上的吸附在幾分鐘達(dá)到平衡，比常規(guī)方法快；⑶增大納米粒子的粒徑或減小電極面積，可以進(jìn)一步放大質(zhì)量并降低檢測(cè)限；⑷流動(dòng)進(jìn)樣系統(tǒng)排除人為操作誤差，并提高重