本發明專利技術公開了一種石英晶體微天平檢測裝置，包括底座、封蓋、硅膠墊片和石英晶片；石英晶片位于底座凹槽內，其底端中心加工有上下兩面分別設有上電極和下電極的石英晶片凹槽；硅膠墊片上下兩面分別與封蓋和底座相連，且石英晶片凹槽左右兩端與硅膠墊片相連；進樣口和出樣口均與中心長通孔相連通；上電極由上彈簧針探頭依次穿過第三硅膠通孔和上探頭通孔引出，下電極由下彈簧針探頭穿過下探頭通孔引出。本發明專利技術提供了一種石英晶體微天平檢測裝置，該裝置中的流通池可以重復利用，結構簡單，且性能穩定，還實現了對石英晶體微天平的高頻小型化，提高了其質量-頻率靈敏度，可以完成對小分子或痕量物質的檢測，且所需待檢測物的最小樣品量小。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及傳感檢測
，尤其涉及一種石英晶體微天平檢測裝置。
技術介紹
石英晶體微天平(Quartz Crystal Microbalance, QCM)是一種基于晶片表面附著質量變化導致諧振頻率的變化而檢測微量物質的傳感器，具有靈敏度高、結構簡單、成本低，特別是不需要樣品標記等優點，在生物、化學等領域作為檢測、分析的工具得到了廣泛的應用。石英晶體微天平是由AT切的石英晶片以及固定在晶片兩面的金屬激勵電極組成的。激勵電極一般由兩個分別焊接在晶片兩面的管座引腳導出，連接到測試儀器或諧振電路上。把石英晶體微天平與流動注射分析技術相結合能夠實現實時、快速的檢測、分析，并且節省被測樣品量。其技術關鍵為流通池的設計、制作，要求即能固定、密封石英晶片，又能導出固定在石英晶片兩面的金屬激勵電極，同時又不能損害石英晶片的諧振特性。目前，市場常用的微天平基本頻率為5MHz或10MHz，其晶片厚度為O.33mm或O. 17mm,直徑為15mm左右。石英晶體微天平作為質量傳感器使用，是基于公知的Sauerbery方程，對于相同單位面積的質量變化，其頻率變化與基本頻率的平方成正比。因此，提高石英晶體諧振器的基本頻率可以提高其質量-頻率靈敏度。工作于厚度剪切振動模式的AT切石英晶體諧振器的基本頻率與其厚度成反比。因此，可以通過消薄石英晶片的厚度，提高其基本諧振頻率，從而提高其質量-頻率靈敏度。同時，晶片厚度的減小又可以縮小必要的激勵電極面積，即平面尺寸的縮小。同時實現石英晶體微天平的高頻化和小型化。1993 年，Zuxuan Lin 等人(Anal. Chem. 1993, 65, 1546-1551)設計、制作了基本頻率為30MHz的石英晶體諧振器，并成功應用于石英晶體微天平。其石英晶體諧振器采用反臺階結構，石英晶片的中心區域厚度被腐蝕、減薄作為諧振器的振動區域，而周圍仍保持晶片原來的厚度，從而維持必要的機械強度便于裝夾以及激勵電極的導出。從此，基于反臺階結構的高頻石英晶體微天平在科研中得到廣泛的重視。2005 年，Monika Michalzik 等人(Sens. Actuators A2005, 111-112，410-415)利用PDMS材料制作微流通池，組成高頻小型的石英晶體微天平系統，并成功應用到免疫傳感器。但是其設計流通池的流通池只能一次使用，并且對組裝的要求很高。2009年,BrigitteP. Sagmeister 等人(Biosens. Bioelectron. 2009, 24, 2643-2648)設計、制作了一個用于高頻石英晶體微天平的，可以重復使用的流通池。但其結構過于復雜，并且對石英晶體諧振器的振動品質因數(Q值)的影響很大。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題在于，針對現有技術中石英晶體微天平流通池不能重復使用、對組裝的要求很高以及流通池結構過于復雜等上述缺陷，提供一種具有可以重復使用、結構簡單且具有穩定性能的流通池的石英晶體微天平檢測裝置，本專利技術還實現了對石英晶體微天平的高頻小型化，提高了其質量-頻率靈敏度，可以完成對小分子或痕量物質的檢測，且所需待檢測物的最小樣品量小。本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是一種石英晶體微天平檢測裝置，包括底座、封蓋、硅膠墊片和石英晶片；底座中心設有底座凹槽，底座凹槽底端設有下探頭通孔；封蓋上設有進樣口、出樣口和上探頭通孔；硅膠墊片上設有中心長通孔和第三硅膠通孔；石英晶片位于底座凹槽內，且在石英晶片底端中心設有開口向下的石英晶片凹槽；石英晶片凹槽上下兩面分別設有上電極和下電極；硅膠墊片上下兩面分別與封蓋和底座相連，且石英晶片凹槽左右兩端均與硅膠墊片相連；進樣口和出樣口均與中心長通孔相連通；上電極由上彈簧針探頭依次穿過第三硅膠通孔和上探頭通孔弓丨出，下電極由下彈簧針探頭穿過下探頭通孔弓I出；中心長通孔的橫截面積大于石英晶片凹槽的橫截面積，且小于石英晶片頂端的表面積。在本專利技術所述技術方案中，石英晶片的中心區域被腐蝕、減薄形成開口向下的石英晶片凹槽，該石英晶片凹槽作為諧振器的振動區域；因為諧振器的振動區域厚度變薄，其基本諧振頻率提高，又因為石英晶體微天平的頻率變化與基本諧振頻率的平方成正比，故石英晶體微天平的頻率變化增大，從而使得其質量-頻率靈敏度提高，可以完成小分子、痕量物質的檢測。除此之外，在石英晶片凹槽周圍仍保持原來的厚度，從而維持必要的機械強度便于裝夾以及上下激勵電極的引出。與此同時，石英晶片厚度的減小又可以縮小必要的上下激勵電極面積，故在實現石英晶體微天平高頻化的同時，還實現了石英晶體微天平的小型化。在本專利技術所述技術方案中，硅膠墊片上下兩面分別與封蓋和底座相連，封蓋上的進樣口和出樣口均與硅膠墊片上的中心長通孔相連通，故封蓋、硅膠墊片和底座就形成一個流通池，該流通池結構簡單，性能穩定；另外，在本專利技術所述技術方案中，中心長通孔的位置與上電極、進樣口以及出樣口的位置相對應，且其截面面積大于石英晶片凹槽的截面面積，而小于石英晶片的整體表面積，故中心長通孔的截面面積即為流通池的實際有效表面積，中心長圓孔的深度即為流通池的有效深度，因此石英晶體微天平小型化的實現也使得本專利技術所述流通池的體積變小，這就決定了在檢測時所需的最小樣品量變少，這對于貴重或有毒物品的檢測具有重大意義。在本專利技術所述技術方案中，上電極由上彈簧針探頭依次穿過第三硅膠通孔和上探頭通孔引出，下電極由下彈簧針探頭穿過下探頭通孔引出，與傳統焊接方式相比，這種采用彈簧針探頭的接觸電極引出方式可以節省所需要的晶片面積，有利于石英晶片的小型化，降低了單個石英諧振器的成本，同時又有利于石英晶片在裝夾到流通池之前的表面清洗以及功能性吸附膜的修飾等。作為對本專利技術所述技術方案的一種改進，石英晶片的厚度大于底座凹槽的深度，且其頂端表面積比底座凹槽的橫截面積小。底座中底座凹槽用于安放石英晶片，并完成對石英晶片的定位。作為對本專利技術所述技術方案的一種改進，中心長通孔的兩端為半圓形，中間為矩形。作為對本專利技術所述技術方案的一種改進，封蓋左右兩端還分別設有第一封蓋通孔和第二封蓋通孔，硅膠墊片左右兩端分別設有第一硅膠通孔和第二硅膠通孔，底座左右兩端也分別設有第一底座通孔和第二底座通孔；封蓋、硅膠墊片和底座左右兩端分別通過第一螺絲桿和第二螺絲桿固定在一起，其中，第一螺絲桿依次穿過相互連通的第一封蓋通孔、第一硅膠通孔和第一底座通孔，第二螺絲桿依次穿過相互連通的第二封蓋通孔、第二硅膠通孔和第二底座通孔；第一螺絲桿和第二螺絲桿底端均設有螺帽。這樣就使得封蓋、硅膠墊片和底座之間是通過螺絲桿可拆卸連接的，一方面，底座、硅膠墊片和封蓋之間通過螺絲桿與兩個底座通孔、兩個硅膠通孔和兩個封蓋通孔來達到將三者定位的作用，另一方面，當石英晶片不能再使用時，可以拆開由封蓋、硅膠墊片和底座構成的流通池，更換新的石英晶片，這樣就證明了本專利技術所述石英晶體微天平檢測裝置中的流通池可以重復使用，降低了成本。作為對本專利技術所述技術方案的一種改進，石英晶片凹槽距離石英晶片頂端的厚度為16 μ m-30 μ m,石英晶片的基本頻率范圍為30MHz_100MHz。石英晶片諧振區域厚度為16 μ m-30 μ m, 一方面有利于所述石英晶體微天平的小型化，另一方面也保本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種石英晶體微天平檢測裝置，其特征在于，包括底座（1）、封蓋（4）、硅膠墊片（8）和石英晶片（12）；所述底座（1）中心設有底座凹槽（2），所述底座凹槽（2）底端設有下探頭通孔（3）；所述封蓋（4）上設有進樣口（5）、出樣口（6）和上探頭通孔（7）；所述硅膠墊片（8）上設有中心長通孔（9）和第三硅膠通孔（19）；所述石英晶片（12）位于所述底座凹槽（2）內，且在石英晶片（12）底端中心設有開口向下的石英晶片凹槽；所述石英晶片凹槽上下兩面分別設有上電極（15）和下電極（16）；所述硅膠墊片（8）上下兩面分別與封蓋（4）和底座（1）相連，且石英晶片凹槽左右兩端均與硅膠墊片（8）相連；所述進樣口（5）和出樣口（6）均與中心長通孔（9）相連通；所述上電極（15）由上彈簧針探頭（13）依次穿過第三硅膠通孔（19）和上探頭通孔（7）引出，下電極（16）由下彈簧針探頭（14）穿過下探頭通孔（3）引出；所述中心長通孔（9）的橫截面積大于石英晶片凹槽的橫截面積，且小于石英晶片（12）頂端的表面積。
【技術特征摘要】
1.ー種石英晶體微天平檢測裝置，其特征在于，包括底座(I)、封蓋(4)、硅膠墊片(8)和石英晶片(12)； 所述底座(I)中心設有底座凹槽(2)，所述底座凹槽(2)底端設有下探頭通孔(3)； 所述封蓋(4)上設有進樣ロ(5)、出樣ロ(6)和上探頭通孔(7)； 所述硅膠墊片(8)上設有中心長通孔(9)和第三硅膠通孔(19)； 所述石英晶片(12)位于所述底座凹槽(2)內，且在石英晶片(12)底端中心設有開ロ向下的石英晶片凹槽；所述石英晶片凹槽上下兩面分別設有上電極(15)和下電極(16)； 所述硅膠墊片(8)上下兩面分別與封蓋(4)和底座(I)相連，且石英晶片凹槽左右兩端均與硅膠墊片(8)相連；所述進樣ロ(5)和出樣ロ(6)均與中心長通孔(9)相連通；所述上電極(15)由上彈簧針探頭(13)依次穿過第三硅膠通孔(19)和上探頭通孔(7)引出，下電極(16)由下彈簧針探頭(14)穿過下探頭通孔(3)引出； 所述中心長通孔(9)的橫截面積大于石英晶片凹槽的橫截面積，且小于石英晶片(12)頂端的表面積。2.根據權利要求1所述的石英晶體微天平檢測裝置，其特征在于，所述石英晶片(12)的厚度大于底座凹槽(2)的深度，且其頂端表面積比底座凹槽(2)的橫截面積小。3.根據權利要求1所述的石英晶體微...
【專利技術屬性】
技術研發人員：梁金星，黃佳，張天，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：發明
國別省市：
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