串聯聲表面波壓電傳感器液相檢測裝置的製作方法

2023-05-26 10:03:16

專利名稱：串聯聲表面波壓電傳感器液相檢測裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於液相檢測裝置技術領域，特別涉及一種串聯聲表面波壓電傳感器液相檢測裝置。
背景技術：
內毒素是細菌等微生物最直接的致病毒性物質，內毒素的主要成分是脂多糖類的複合物，主要來自革蘭陰性細菌的細胞壁，不僅死亡的細菌溶解後能釋放出來，細菌在生長過程中也能釋放內毒素。臨床常見的一些疾病如感染性休克、敗血症、多器官功能性衰竭等都與內毒素密切相關。內毒素含量的升高，可引起全身性的致熱反應、白細胞反應、致死性感染休克、彌散性血管內凝血多器官功能衰竭等諸多不良反應，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菌內毒素的檢測方法均是基於鱟試劑的凝膠法，該法也被美國食品藥品監督管理局認證。不論是定性的凝膠限量法，半定量的顯色基質法，還是定量的濁度法，無一例外地是利用鱟試劑與細菌內毒素產生凝集反應的機理進行的。該方法是基於鱟的變形細胞溶解物對脂多糖類極其敏感，極少量的變形細胞溶解物能與之作用產生凝膠反應，根據凝膠形成時間或凝膠形成時發生的吸光度及狀態的變化來測定內毒素的濃度。其檢測靈敏度與鱟試劑標準品的靈敏度和檢測設備的精度有關。目前常用的鱟試劑標準品能提供的靈敏度範圍為0. 03 0. 5EU/mL。但由於鱟資源非常有限，價格昂貴，且該凝膠形成需要在恆溫37°C下反應60士2分鐘才能完成，即使是目前已公開的美國新研製的快速動態濁度檢測法，時間縮短為30分鐘，但仍需在水浴中進行實驗。因此，其存在檢測成本高、耗時長、操作複雜、受人為因素影響大、自動化程度低、最低檢測限偏高等缺陷，難以實現在線快速檢測。聲表面波技術是上世紀六十年代末期發展起來的一門新興科學技術，它是聲學、 電子學、光學、壓電材料和半導體平面工藝相結合的一門交叉學科。自聲表面波壓電傳感器應用於液相傳感以來，液相聲表面波壓電傳感器響應的廣譜性為多種模式的應用提供了便利，但是液相聲表面波壓電傳感器的頻率穩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定溶液電導率的變化，聲表面波壓電傳感器雙面浸入電解質溶液中，這種方法有兩點不足一是晶體雙面觸液，表面聲波的介質損耗很大，損害了石英晶體振蕩頻率的穩定性；二是溶液的旁路(測定原理所必需)會導致晶體在稍高濃度電解質溶液中停止振蕩。自1999年Chang等利用壓電晶體傳感器研究脂多糖類的結合反應並得出結論能結合脂多糖類的物質有以下幾種脂多糖結合蛋白、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，與內毒素的結合能力最強。國內外許多研究者就此展開試驗，證實了多粘菌素與脂多糖類結合的可行性，由此推出的基於多粘菌素的生物傳感器檢測內毒素的方法迅速展開。
實用新型內容本實用新型旨在提供一種串聯聲表面波壓電傳感器液相檢測裝置。本實用新型串聯聲表面波壓電傳感器液相檢測裝置具有檢測精度高、穩定性好等優點。本實用新型採取以下技術方案串聯聲表面波壓電傳感器液相檢測裝置，包括雙路差分電路，一路由聲表面波諧振器一、振蕩電路一、串聯叉指金電極組成反饋迴路，聲表面波諧振器一、振蕩電路一、串聯叉指金電極依次相聯，串聯叉指金電極再與聲表面波諧振器一相聯，用於檢測待測內毒素溶液；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，用於環境噪聲的補償；振蕩電路一、串聯叉指金電極、振蕩電路二、聲表面波諧振器二都與混頻器相聯，前述兩電路輸出振蕩信號經過混頻器進行差分，最後輸入頻率檢測電路。優選的，振蕩電路包括SAW2Header3、電阻Rl、R3、電容Cl、C2、C5、C7、電感Ll、L3、 三極體Ql、Q3，SAW2Header3的3腳接地，1腳與2腳間串接電阻Rl，1腳接三極體Ql的基極， 三極體Ql的發射極分兩路接三極體Q3的集電極、電容C7，電容C7的另一端接SAW2Header3 的2腳；三極體Q3的基極與VCC間串接電阻R3，三極體Q3的發射極接地；三極體Ql的集電極分兩路接電容C5、電感L3，電感L3的另一端接SAW2Header3的2腳，SAW2Header3的2 腳還接電感Li，電感Ll的另一端接VCC，VCC與接地間並聯電容Cl、C2。本實用新型還公開了一種串聯聲表面波壓電傳感器液相檢測裝置的製造方法，其按如下步驟A)設定聲表面波諧振器參數，製作聲表面波諧振器；B)選取叉指金電極並進行預處理；C)對預處理後的叉指金電極表面進行多粘菌素的固定化；D)設計雙路差分電路，一路由步驟A)製得的聲表面波諧振器一、振蕩電路一、步驟C)製得的串聯叉指金電極組成反饋迴路，聲表面波諧振器一、振蕩電路一、串聯叉指金電極依次相聯，串聯叉指金電極再與聲表面波諧振器一相聯，用於檢測待測內毒素溶液；另一路由步驟A)製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，用於環境噪聲的補償；振蕩電路一、串聯叉指金電極、振蕩電路二、聲表面波諧振器二都與混頻器相聯，前述兩電路輸出振蕩信號經過混頻器進行差分，最後輸入頻率檢測電路，根據頻移量測定待測物濃度。優選的，步驟A)中設定聲表面波諧振器的插指寬度、插指間隙、聲孔徑、插指對數、反射柵寬度、間隙、左右條數、傳輸距離的參數，以前述參數製成光刻掩膜板；採用電子束濺射在鈮酸鋰基底上沉積金膜，後採用精密光刻加工出叉指電極和反射柵圖形，且將引線引出。優選的，步驟B)中選定叉指金電極，浸泡於piranha溶液中，用無水乙醇洗淨後再經超聲振蕩，之後採用氮氣吹乾。與現有技術相比，本實用新型串聯聲表面波壓電傳感器液相檢測裝置的優點1) 將聲表面波壓電傳感器與叉指金電極串聯，使聲表面波壓電傳感器擺脫了液體工作環境， 且無需固定敏感層；2)參比通道與傳感通道的雙路系統結構設計及差分電路的處理，能夠克服背景噪聲、溫度、環境等因素的影響，提高了系統的檢測精度和穩定性。

[0016]圖1為串聯聲表面波壓電傳感器液相檢測裝置的結構示意圖。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是待測內毒素溶液，5是混頻器，6是頻率檢測電路。圖2為叉指金電極的俯視結構圖。圖2中2a為叉指對數，2b為叉指長度，2c為叉指寬度，2d為叉指間距。圖3為串聯聲表面波壓電傳感器測試內毒素的濃度-頻率曲線圖。圖4為振蕩電路原理圖。圖 4 中SAW2Header3 為 433MHz 石英晶振。圖5為混頻電路原理圖。圖5中Res2為0 50K的可調電阻，M1MC1496為混頻集成晶片圖6為頻率檢測電路原理圖。圖6中Resl為0 50K的可調電阻，U1MAX998為比較器，U274LS393為分頻器。具體實施方法
以下結合附圖對本實用新型的實施例作詳細說明。本實用新型串聯聲表面波壓電傳感器液相檢測裝置，包括雙路差分電路，如圖1-6 所示，一個通道的傳感器由聲表面波諧振器一 1、振蕩電路一 2、串聯叉指金電極一 3組成反饋迴路，聲表面波諧振器一 1、振蕩電路一 2、串聯叉指金電極一 3依次相聯，串聯叉指金電極一 3再與聲表面波諧振器一 1相聯，用於檢測待測內毒素溶液4 ；另一個通道由一個聲表面波諧振器二 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，用於環境噪聲的補償。振蕩電路一、串聯叉指金電極、振蕩電路二、聲表面波諧振器二都與混頻器5相聯，兩路輸出振蕩信號經過混頻器5進行差分，去除環境噪聲的影響，最後輸入到頻率檢測電路6中，根據頻移量測定待測物濃度。振蕩電路詳見圖4，其包括SAW2Header3、電阻Rl、R3、電容Cl、C2、C5、C7、電感 Li、L3、三極體QU Q3，SAW2Header3的3腳接地，1腳與2腳間串接電阻Rl, 1腳接三極體 Ql的基極，三極體Ql的發射極分兩路接三極體Q3的集電極、電容C7，電容C7的另一端接 SAW2Header3的2腳。三極體Q3的基極與VCC間串接電阻R3，三極體Q3的發射極接地。 三極體Ql的集電極分兩路接電容C5、電感L3，電感L3的另一端接SAW2Header3的2腳， SAW2Header3的2腳還接電感Li，電感Ll的另一端接VCC，VCC與接地間並聯電容Cl、C2。混頻電路詳見圖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腳與接地間並聯電容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後接地。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的另一端與接地間並聯電容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與接地間並聯電容C9、CIO, Ul的1腳接U2的1腳。U2的2腳與7腳相聯且接地，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與接地間並聯電容C16、C17。[0033]本實用新型還公開了一種串聯聲表面波壓電傳感器液相檢測裝置的製造方法，按如下步驟進行A)以鈮酸鋰為壓電晶體基底材料，製作聲表面波諧振器設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,插指對數為80對，反射柵寬度為 2. 3 μ m，間隙為2. 3 μ m，左右條數各為160條，傳輸距離為784. 5 μ m,以此參數製成光刻掩膜板；採用電子束濺射在鈮酸鋰基底材料上沉積厚度為150nm金膜，採用精密光刻加工出叉指電極和反射柵圖形，且將引線引出，溼敏膜成膜區域為ImmXlmm;B)選定叉指對數加為20對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，用無水乙醇洗淨後再經超聲振蕩10分鐘，之後用氮氣吹乾備用；C)將預處理後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電極，5mM的!^e (CN) 6〃4—作為氧化還原對，分別在50mM的2- (N-嗎啉)乙磺酸(EMS)和 IM的高氯酸中進行CV掃描，得到穩定的掃描曲線後進行烘乾處理；其次，將工作電極放入 IOOmM的4，4，- 二硫代二丁酸(DTBA)中進行自組裝；然後，將引入了-COOH的電極浸入到 0. 6mL的50mM 2- (N-嗎啉)乙磺酸(EMS) /23. 2mM 1-(3- 二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺(EDC)/9. 3mM N-羥基琥珀醯亞胺(MB)混合溶液中進行鍵合反應；最後，將電極放入多粘菌素/2-(N-嗎啉)乙磺酸(EMS)溶液中進行多粘菌素的固定化；D)設計雙路差分電路，如圖1所示，一個通道的傳感器由聲表面波諧振器一 1 (步驟A製得)、振蕩電路一 2、串聯叉指金電極一 3 (步驟C製得)組成反饋迴路，聲表面波諧振器一 1、振蕩電路一 2、串聯叉指金電極一 3依次相聯，串聯叉指金電極一 3再與聲表面波諧振器一 1相聯，用於檢測待測內毒素溶液4 ；另一個通道由一個聲表面波諧振器二 1(步驟A製得)、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，用於環境噪聲的補償。振蕩電路一、串聯叉指金電極、振蕩電路二、聲表面波諧振器二都與混頻器5相聯，兩路輸出振蕩信號經過混頻器5進行差分，去除環境噪聲的影響，最後輸入到頻率檢測電路6 中，根據頻移量測定待測物濃度。振蕩電路參見圖4，混頻電路參見圖5，頻率檢測電路參見圖6。本實用新型串聯聲表面波壓電傳感器液相檢測裝置，其諧振頻率將隨待測溶液的內毒素濃度變化而變化，測試得到的濃度-頻率曲線如圖3所示。當然，本領域的普通技術人員應該認識，上述只是對本實用新型優選實施例的解釋說明，而並非對本實用新型的限定，凡是在本實用新型的實質範圍內，對以上實施例的變化、變型都將落入本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.串聯聲表面波壓電傳感器液相檢測裝置，其特徵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、串聯叉指金電極組成反饋迴路，聲表面波諧振器一、振蕩電路一、串聯叉指金電極依次相聯，串聯叉指金電極再與聲表面波諧振器一相聯，用於檢測待測內毒素溶液；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，用於環境噪聲的補償；振蕩電路一、串聯叉指金電極、振蕩電路二、聲表面波諧振器二都與混頻器相聯，前述兩電路輸出振蕩信號經過混頻器進行差分，最後輸入頻率檢測電路。
2.如權利要求1所述的串聯聲表面波壓電傳感器液相檢測裝置，其特徵是所述的振蕩電路包括433MHz石英晶振SAW2 Headerf、電阻Rl、R3、電容Cl、C2、C5、C7、電感Li、L3、 三極體Ql、Q3，433MHz石英晶振SAW2 Headerf的3腳接地，1腳與2腳間串接電阻Rl，1腳接三極體Ql的基極，三極體Ql的發射極分兩路接三極體Q3的集電極、電容C7，電容C7的另一端接433MHz石英晶振SAW2 Headerf的2腳；三極體Q3的基極與VCC間串接電阻R3， 三極體Q3的發射極接地；三極體Ql的集電極分兩路接電容C5、電感L3，電感L3的另一端接433MHz石英晶振SAW2 Header3的2腳，433MHz石英晶振SAW2 Header3的2腳還接電感 Li，電感Ll的另一端接VCC，VCC與接地間並聯電容Cl、C2。
專利摘要本實用新型公開了串聯聲表面波壓電傳感器液相檢測裝置，包括雙路差分電路，一路由聲表面波諧振器一、振蕩電路一、串聯叉指金電極組成反饋迴路，聲表面波諧振器一、振蕩電路一、串聯叉指金電極依次相聯，串聯叉指金電極再與聲表面波諧振器一相聯，用於檢測待測內毒素溶液；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，用於環境噪聲的補償；振蕩電路一、串聯叉指金電極、振蕩電路二、聲表面波諧振器二都與混頻器相聯，兩電路輸出振蕩信號經過混頻器進行差分，後輸入頻率檢測電路。本實用新型液相檢測裝置擺脫了液體工作環境，無需固定敏感層；檢測精度高，穩定性好。
文檔編號G01N29/036GK202110164SQ20112014166
公開日2012年1月11日 申請日期2011年5月6日 優先權日2011年5月6日
發明者楊昊, 楊笑鶴, 沈小軍, 陳仙明 申請人:浙江省醫療器械研究所