專利名稱：串聯(lián)聲表面波壓電傳感器液相檢測(cè)裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于液相檢測(cè)裝置技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種串聯(lián)聲表面波壓電傳感器液相檢測(cè)裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
內(nèi)毒素是細(xì)菌等微生物最直接的致病毒性物質(zhì)，內(nèi)毒素的主要成分是脂多糖類的復(fù)合物，主要來自革蘭陰性細(xì)菌的細(xì)胞壁，不僅死亡的細(xì)菌溶解后能釋放出來，細(xì)菌在生長過程中也能釋放內(nèi)毒素。臨床常見的一些疾病如感染性休克、敗血癥、多器官功能性衰竭等都與內(nèi)毒素密切相關(guān)。內(nèi)毒素含量的升高，可引起全身性的致熱反應(yīng)、白細(xì)胞反應(yīng)、致死性感染休克、彌散性血管內(nèi)凝血多器官功能衰竭等諸多不良反應(yīng)，使許多患者的病情惡化甚至死亡。目前，被世界各國納入國家藥典的細(xì)菌內(nèi)毒素的檢測(cè)方法均是基于鱟試劑的凝膠法，該法也被美國食品藥品監(jiān)督管理局認(rèn)證。不論是定性的凝膠限量法，半定量的顯色基質(zhì)法，還是定量的濁度法，無一例外地是利用鱟試劑與細(xì)菌內(nèi)毒素產(chǎn)生凝集反應(yīng)的機(jī)理進(jìn)行的。該方法是基于鱟的變形細(xì)胞溶解物對(duì)脂多糖類極其敏感，極少量的變形細(xì)胞溶解物能與之作用產(chǎn)生凝膠反應(yīng)，根據(jù)凝膠形成時(shí)間或凝膠形成時(shí)發(fā)生的吸光度及狀態(tài)的變化來測(cè)定內(nèi)毒素的濃度。其檢測(cè)靈敏度與鱟試劑標(biāo)準(zhǔn)品的靈敏度和檢測(cè)設(shè)備的精度有關(guān)。目前常用的鱟試劑標(biāo)準(zhǔn)品能提供的靈敏度范圍為0. 03 0. 5EU/mL。但由于鱟資源非常有限，價(jià)格昂貴，且該凝膠形成需要在恒溫37°C下反應(yīng)60士2分鐘才能完成，即使是目前已公開的美國新研制的快速動(dòng)態(tài)濁度檢測(cè)法，時(shí)間縮短為30分鐘，但仍需在水浴中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。因此，其存在檢測(cè)成本高、耗時(shí)長、操作復(fù)雜、受人為因素影響大、自動(dòng)化程度低、最低檢測(cè)限偏高等缺陷，難以實(shí)現(xiàn)在線快速檢測(cè)。聲表面波技術(shù)是上世紀(jì)六十年代末期發(fā)展起來的一門新興科學(xué)技術(shù)，它是聲學(xué)、 電子學(xué)、光學(xué)、壓電材料和半導(dǎo)體平面工藝相結(jié)合的一門交叉學(xué)科。自聲表面波壓電傳感器應(yīng)用于液相傳感以來，液相聲表面波壓電傳感器響應(yīng)的廣譜性為多種模式的應(yīng)用提供了便利，但是液相聲表面波壓電傳感器的頻率穩(wěn)定性也因溶液的損耗而不及氣相聲表面波壓電傳感器。如果單純以聲表面波壓電傳感器測(cè)定溶液電導(dǎo)率的變化，聲表面波壓電傳感器雙面浸入電解質(zhì)溶液中，這種方法有兩點(diǎn)不足一是晶體雙面觸液，表面聲波的介質(zhì)損耗很大，損害了石英晶體振蕩頻率的穩(wěn)定性；二是溶液的旁路(測(cè)定原理所必需)會(huì)導(dǎo)致晶體在稍高濃度電解質(zhì)溶液中停止振蕩。自1999年Chang等利用壓電晶體傳感器研究脂多糖類的結(jié)合反應(yīng)并得出結(jié)論能結(jié)合脂多糖類的物質(zhì)有以下幾種脂多糖結(jié)合蛋白、CD14抗原、多粘菌素、鱟抗脂多糖類因子、殺菌性/通透性增加蛋白等，其中，多粘菌素特異性最好，與內(nèi)毒素的結(jié)合能力最強(qiáng)。國內(nèi)外許多研究者就此展開試驗(yàn)，證實(shí)了多粘菌素與脂多糖類結(jié)合的可行性，由此推出的基于多粘菌素的生物傳感器檢測(cè)內(nèi)毒素的方法迅速展開。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種串聯(lián)聲表面波壓電傳感器液相檢測(cè)裝置及其制造方法，包括聲表面波諧振器的設(shè)計(jì)與加工、叉指金電極的預(yù)處理、叉指金電極的多粘菌素固定化、雙路差分檢測(cè)電路。本發(fā)明方法制成的串聯(lián)聲表面波壓電傳感器液相檢測(cè)裝置具有檢測(cè)精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明采取以下技術(shù)方案串聯(lián)聲表面波壓電傳感器液相檢測(cè)裝置，包括雙路差分電路，一路由聲表面波諧振器一、振蕩電路一、串聯(lián)叉指金電極組成反饋回路，聲表面波諧振器一、振蕩電路一、串聯(lián)叉指金電極依次相聯(lián)，串聯(lián)叉指金電極再與聲表面波諧振器一相聯(lián)，用于檢測(cè)待測(cè)內(nèi)毒素溶液；另一路由聲表面波諧振器二、振蕩電路二組成，聲表面波諧振器二與振蕩電路二相聯(lián)，用于環(huán)境噪聲的補(bǔ)償；振蕩電路一、串聯(lián)叉指金電極、振蕩電路二、聲表面波諧振器二都與混頻器相聯(lián)，前述兩電路輸出振蕩信號(hào)經(jīng)過混頻器進(jìn)行差分， 最后輸入頻率檢測(cè)電路。優(yōu)選的，振蕩電路包括SAW2 Header3、電阻Rl、R3、電容Cl、C2、C5、C7、電感Li、 L3、三極管Q1、Q3，SAW2 Header3的3腳接地，1腳與2腳間串接電阻Rl, 1腳接三極管Ql的基極，三極管Ql的發(fā)射極分兩路接三極管Q3的集電極、電容C7，電容C7的另一端接SAW2 Headerf的2腳；三極管Q3的基極與VCC間串接電阻R3，三極管Q3的發(fā)射極接地；三極管Ql的集電極分兩路接電容C5、電感L3，電感L3的另一端接SAW2 Headerf的2腳，SAW2 Headerf的2腳還接電感Li，電感Ll的另一端接VCC，VCC與接地間并聯(lián)電容Cl、C2。本發(fā)明還公開了一種串聯(lián)聲表面波壓電傳感器液相檢測(cè)裝置的制造方法，其按如下步驟A)設(shè)定聲表面波諧振器參數(shù)，制作聲表面波諧振器；B)選取叉指金電極并進(jìn)行預(yù)處理；C)對(duì)預(yù)處理后的叉指金電極表面進(jìn)行多粘菌素的固定化；D)設(shè)計(jì)雙路差分電路，一路由步驟A)制得的聲表面波諧振器一、振蕩電路一、步驟C)制得的串聯(lián)叉指金電極組成反饋回路，聲表面波諧振器一、振蕩電路一、串聯(lián)叉指金電極依次相聯(lián)，串聯(lián)叉指金電極再與聲表面波諧振器一相聯(lián)，用于檢測(cè)待測(cè)內(nèi)毒素溶液；另一路由步驟A)制得的聲表面波諧振器二、振蕩電路二組成，聲表面波諧振器二與振蕩電路二相聯(lián)，用于環(huán)境噪聲的補(bǔ)償；振蕩電路一、串聯(lián)叉指金電極、振蕩電路二、聲表面波諧振器二都與混頻器相聯(lián)，前述兩電路輸出振蕩信號(hào)經(jīng)過混頻器進(jìn)行差分，最后輸入頻率檢測(cè)電路，根據(jù)頻移量測(cè)定待測(cè)物濃度。優(yōu)選的，步驟A)中設(shè)定聲表面波諧振器的插指寬度、插指間隙、聲孔徑、插指對(duì)數(shù)、反射柵寬度、間隙、左右條數(shù)、傳輸距離的參數(shù)，以前述參數(shù)制成光刻掩膜板；采用電子束濺射在鈮酸鋰基底上沉積金膜，后采用精密光刻加工出叉指電極和反射柵圖形，且將引線引出。優(yōu)選的，步驟B)中選定叉指金電極，浸泡于piranha溶液中，用無水乙醇洗凈后再經(jīng)超聲振蕩，之后采用氮?dú)獯蹈?。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明串聯(lián)聲表面波壓電傳感器液相檢測(cè)裝置的優(yōu)點(diǎn)1)將聲表面波壓電傳感器與叉指金電極串聯(lián)，使聲表面波壓電傳感器擺脫了液體工作環(huán)境，且無需固定敏感層；2)參比通道與傳感通道的雙路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及差分電路的處理，能夠克服背景噪聲、溫度、環(huán)境等因素的影響，提高了系統(tǒng)的檢測(cè)精度和穩(wěn)定性。


圖1為串聯(lián)聲表面波壓電傳感器液相檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中1是聲表面波諧振器，2是振蕩電路，3是叉指金電極，4是待測(cè)內(nèi)毒素溶液，5是混頻器，6是頻率檢測(cè)電路。圖2為叉指金電極的俯視結(jié)構(gòu)圖。圖2中2a為叉指對(duì)數(shù)，2b為叉指長度，2c為叉指寬度，2d為叉指間距。圖3為串聯(lián)聲表面波壓電傳感器測(cè)試內(nèi)毒素的濃度-頻率曲線圖。圖4為振蕩電路原理圖。圖 4 中SAW2 Header3 為 433MHz 石英晶振。圖5為混頻電路原理圖。圖5中Res2為0 50K的可調(diào)電阻，Ml MC1496為混頻集成芯片。圖6為頻率檢測(cè)電路原理圖。圖6中Resl為0 50K的可調(diào)電阻，Ul MAX998為比較器，U2 74LS393為分頻
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具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明。本發(fā)明串聯(lián)聲表面波壓電傳感器液相檢測(cè)裝置，包括雙路差分電路，如圖1-6所示，一個(gè)通道的傳感器由聲表面波諧振器一 1、振蕩電路一 2、串聯(lián)叉指金電極一 3組成反饋回路，聲表面波諧振器一 1、振蕩電路一 2、串聯(lián)叉指金電極一 3依次相聯(lián)，串聯(lián)叉指金電極一 3再與聲表面波諧振器一 1相聯(lián)，用于檢測(cè)待測(cè)內(nèi)毒素溶液4 ；另一個(gè)通道由一個(gè)聲表面波諧振器二 1、振蕩電路二 2組成，聲表面波諧振器二 1與振蕩電路二 2相聯(lián)，用于環(huán)境噪聲的補(bǔ)償。振蕩電路一、串聯(lián)叉指金電極、振蕩電路二、聲表面波諧振器二都與混頻器5相聯(lián)，兩路輸出振蕩信號(hào)經(jīng)過混頻器5進(jìn)行差分，去除環(huán)境噪聲的影響，最后輸入到頻率檢測(cè)電路6中，根據(jù)頻移量測(cè)定待測(cè)物濃度。振蕩電路詳見圖4，其包括SAW2 Header3、電阻Rl、R3、電容Cl、C2、C5、C7、電感 Li、L3、三極管Ql、Q3，SAW2 Headerf的3腳接地，1腳與2腳間串接電阻Rl, 1腳接三極管 Ql的基極，三極管Ql的發(fā)射極分兩路接三極管Q3的集電極、電容C7，電容C7的另一端接 SAW2 Headerf的2腳。三極管Q3的基極與VCC間串接電阻R3，三極管Q3的發(fā)射極接地。 三極管Ql的集電極分兩路接電容C5、電感L3，電感L3的另一端接SAW2 Headerf的2腳， SAW2 Header3的2腳還接電感Li，電感Ll的另一端接VCC，VCC與接地間并聯(lián)電容C1、C2?；祛l電路詳見圖5，其包括Ml，Ml的5腳通過電阻R18接地，4腳通過電阻R17接地，4腳還接入Res2的3腳，Res2的2腳接入Ml的14腳，Res2的1腳通過電阻R15接入 Ml的1腳。Ml的14腳與接地間并聯(lián)電容C20、C21、C22。Ml的10腳接電容C18，10腳與8 腳間接電容R9，8腳分兩路通過電容C11、電阻R5接地，8腳還串接電阻R6、電容C12后接地。Ml的2腳與3腳間接電阻R7，12腳與8腳間接電感L5，6腳接電感L6，L6的另一端與接地間并聯(lián)電容C13、C14、C15 ；6腳接電容C19，C19的另一端分兩路接電容C23、電感L7， C23的另一端接地，L7的另一端通過電容CM接地。
頻率檢測(cè)電路詳見圖6，其包括U1、U2，U1的2腳接地，4腳接入Resl的2腳，Resl 的3腳接VCC, 1腳接地，Ul的5腳、6腳接VCC, VCC與接地間并聯(lián)電容C9、CIO, Ul的1腳接U2的1腳。U2的2腳與7腳相聯(lián)且接地，U2的3、4、5、6腳分別接Sl的8、7、6、5腳，U2 的8、9、10、11、12、13腳接地，14腳接VCC，VCC與接地間并聯(lián)電容C16、C17。本發(fā)明串聯(lián)聲表面波壓電傳感器液相檢測(cè)裝置的制造方法，按如下步驟進(jìn)行A)以鈮酸鋰為壓電晶體基底材料，制作聲表面波諧振器設(shè)定聲表面波諧振器插指寬度為2. 3 μ m，插指間隙2. 3 μ m，聲孔徑為780 μ m,插指對(duì)數(shù)為80對(duì)，反射柵寬度為 2. 3 μ m，間隙為2. 3 μ m，左右條數(shù)各為160條，傳輸距離為784. 5 μ m,以此參數(shù)制成光刻掩膜板；采用電子束濺射在鈮酸鋰基底材料上沉積厚度為150nm金膜，采用精密光刻加工出叉指電極和反射柵圖形，且將引線引出，濕敏膜成膜區(qū)域?yàn)镮mmXlmm;B)選定叉指對(duì)數(shù)加為20對(duì)叉指的金電極作為傳感器電極，叉指長度2b為1. 5mm, 叉指寬度2c和叉指間距2d皆為40 μ m，在piranha溶液(濃硫酸和雙氧水體積比為7 3 配置)中浸泡10分鐘，用無水乙醇洗凈后再經(jīng)超聲振蕩10分鐘，之后用氮?dú)獯蹈蓚溆?；C)將預(yù)處理后叉指金電極作為工作電極，Ag/Agcl和鉬絲分別作為參比電極和對(duì)電極，5mM的!^e (CN) 6〃4—作為氧化還原對(duì)，分別在50mM的2- (N-嗎啉)乙磺酸(EMS)和 IM的高氯酸中進(jìn)行CV掃描，得到穩(wěn)定的掃描曲線后進(jìn)行烘干處理；其次，將工作電極放入 IOOmM的4，4，- 二硫代二丁酸(DTBA)中進(jìn)行自組裝；然后，將引入了-COOH的電極浸入到 0. 6mL的50mM 2-(N-嗎啉)乙磺酸(EMS)/23. 2mMl_ (3- 二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺 (EDC)/9. 3mM N-羥基琥珀酰亞胺(MB)混合溶液中進(jìn)行鍵合反應(yīng)；最后，將電極放入多粘菌素々-(Ν-嗎啉)乙磺酸(EMS)溶液中進(jìn)行多粘菌素的固定化；D)設(shè)計(jì)雙路差分電路，如圖1所示，一個(gè)通道的傳感器由聲表面波諧振器一 1 (步驟A制得)、振蕩電路一 2、串聯(lián)叉指金電極一 3 (步驟C制得)組成反饋回路，聲表面波諧振器一 1、振蕩電路一 2、串聯(lián)叉指金電極一 3依次相聯(lián)，串聯(lián)叉指金電極一 3再與聲表面波諧振器一 1相聯(lián)，用于檢測(cè)待測(cè)內(nèi)毒素溶液4 ；另一個(gè)通道由一個(gè)聲表面波諧振器二 1 (步驟A制得)、振蕩電路二 2組成，聲表面波諧振器二 1與振蕩電路二 2相聯(lián)，用于環(huán)境噪聲的補(bǔ)償。振蕩電路一、串聯(lián)叉指金電極、振蕩電路二、聲表面波諧振器二都與混頻器5相聯(lián)，兩路輸出振蕩信號(hào)經(jīng)過混頻器5進(jìn)行差分，去除環(huán)境噪聲的影響，最后輸入到頻率檢測(cè)電路6 中，根據(jù)頻移量測(cè)定待測(cè)物濃度。振蕩電路參見圖4，混頻電路參見圖5，頻率檢測(cè)電路參見圖6。本發(fā)明串聯(lián)聲表面波壓電傳感器液相檢測(cè)裝置，其諧振頻率將隨待測(cè)溶液的內(nèi)毒素濃度變化而變化，測(cè)試得到的濃度-頻率曲線如圖3所示。當(dāng)然，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)，上述只是對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的解釋說明，而并非對(duì)本發(fā)明的限定，凡是在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)，對(duì)以上實(shí)施例的變化、變型都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.串聯(lián)聲表面波壓電傳感器液相檢測(cè)裝置，其特征是包括雙路差分電路，一路由聲表面波諧振器一、振蕩電路一、串聯(lián)叉指金電極組成反饋回路，聲表面波諧振器一、振蕩電路一、串聯(lián)叉指金電極依次相聯(lián)，串聯(lián)叉指金電極再與聲表面波諧振器一相聯(lián)，用于檢測(cè)待測(cè)內(nèi)毒素溶液；另一路由聲表面波諧振器二、振蕩電路二組成，聲表面波諧振器二與振蕩電路二相聯(lián)，用于環(huán)境噪聲的補(bǔ)償；振蕩電路一、串聯(lián)叉指金電極、振蕩電路二、聲表面波諧振器二都與混頻器相聯(lián)，前述兩電路輸出振蕩信號(hào)經(jīng)過混頻器進(jìn)行差分，最后輸入頻率檢測(cè)電路。
2.如權(quán)利要求1所述的串聯(lián)聲表面波壓電傳感器液相檢測(cè)裝置，其特征是所述的振蕩電路包括SAW2 Header3、電阻Rl、R3、電容Cl、C2、C5、C7、電感Li、L3、三極管Ω U Q3, SAW2 Header3的3腳接地，1腳與2腳間串接電阻Rl，1腳接三極管Ql的基極，三極管Ql 的發(fā)射極分兩路接三極管Q3的集電極、電容C7，電容C7的另一端接SAW2 Headerf的2腳； 三極管Q3的基極與VCC間串接電阻R3，三極管Q3的發(fā)射極接地；三極管Ql的集電極分兩路接電容C5、電感L3，電感L3的另一端接SAW2 Headerf的2腳，SAW2 Headerf的2腳還接電感Li，電感Ll的另一端接VCC，VCC與接地間并聯(lián)電容Cl、C2。
3.串聯(lián)聲表面波壓電傳感器液相檢測(cè)裝置的制造方法，其特征是按如下步驟:A)設(shè)定聲表面波諧振器參數(shù)，制作聲表面波諧振器；B)選取叉指金電極并進(jìn)行預(yù)處理；C)對(duì)預(yù)處理后的叉指金電極表面進(jìn)行多粘菌素的固定化；D)設(shè)計(jì)雙路差分電路，一路由步驟A)制得的聲表面波諧振器一、振蕩電路一、步驟C) 制得的串聯(lián)叉指金電極組成反饋回路，聲表面波諧振器一、振蕩電路一、串聯(lián)叉指金電極依次相聯(lián)，串聯(lián)叉指金電極再與聲表面波諧振器一相聯(lián)，用于檢測(cè)待測(cè)內(nèi)毒素溶液；另一路由步驟A)制得的聲表面波諧振器二、振蕩電路二組成，聲表面波諧振器二與振蕩電路二相聯(lián)，用于環(huán)境噪聲的補(bǔ)償；振蕩電路一、串聯(lián)叉指金電極、振蕩電路二、聲表面波諧振器二都與混頻器相聯(lián)，前述兩電路輸出振蕩信號(hào)經(jīng)過混頻器進(jìn)行差分，最后輸入頻率檢測(cè)電路，根據(jù)頻移量測(cè)定待測(cè)物濃度。
4.如權(quán)利要求3所述的串聯(lián)聲表面波壓電傳感器液相檢測(cè)裝置的制造方法，其特征是步驟A)中設(shè)定聲表面波諧振器的插指寬度、插指間隙、聲孔徑、插指對(duì)數(shù)、反射柵寬度、間隙、左右條數(shù)、傳輸距離的參數(shù)，以前述參數(shù)制成光刻掩膜板；采用電子束濺射在鈮酸鋰基底上沉積金膜，后采用精密光刻加工出叉指電極和反射柵圖形，且將引線引出。
5.如權(quán)利要求3或4所述的串聯(lián)聲表面波壓電傳感器液相檢測(cè)裝置的制造方法，其特征是步驟B)中選定叉指金電極，浸泡于piranha溶液中，用無水乙醇洗凈后再經(jīng)超聲振蕩，之后采用氮?dú)獯蹈伞?br> 全文摘要
本發(fā)明公開了串聯(lián)聲表面波壓電傳感器液相檢測(cè)裝置及其制造方法。串聯(lián)聲表面波壓電傳感器液相檢測(cè)裝置，包括雙路差分電路，一路由聲表面波諧振器一、振蕩電路一、串聯(lián)叉指金電極組成反饋回路，聲表面波諧振器一、振蕩電路一、串聯(lián)叉指金電極依次相聯(lián)，串聯(lián)叉指金電極再與聲表面波諧振器一相聯(lián)，用于檢測(cè)待測(cè)內(nèi)毒素溶液；另一路由聲表面波諧振器二、振蕩電路二組成，聲表面波諧振器二與振蕩電路二相聯(lián)，用于環(huán)境噪聲的補(bǔ)償；振蕩電路一、串聯(lián)叉指金電極、振蕩電路二、聲表面波諧振器二都與混頻器相聯(lián)，兩電路輸出振蕩信號(hào)經(jīng)過混頻器進(jìn)行差分，后輸入頻率檢測(cè)電路。本發(fā)明液相檢測(cè)裝置擺脫了液體工作環(huán)境，無需固定敏感層；檢測(cè)精度高，穩(wěn)定性好。
文檔編號(hào)G01N29/036GK102288675SQ201110116570
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月6日
發(fā)明者楊昊, 楊笑鶴, 沈小軍, 陳仙明 申請(qǐng)人:浙江省醫(yī)療器械研究所