压电生物传感器的测量技术

发布时间：2014-10-23

　　压电生物传感器的测量方式主要有两种,一种是主动方式,又称为振荡器方式,另一种是被动方式。在压电生物传感器的应用中,大多数采用的是振荡器的方式,即把晶体作为电路的频率控制元件,用频率计来检测电路的振荡频率。这种方法只测量一个电路参数,就是晶体的谐振频率。通常的振荡电路是在晶体两端加上放大电路,构成正反馈回路。
　　Barnes详细讨论了各种振荡电路,使晶体在液体中能稳定的起振。振荡器方法的优点是简单,便于构成实用的测量设备。
　　被动式是把压电晶体作为外部元件接在网络分析仪的测量端,进行阻抗分析。网络分析仪能实时的监控和记录晶体的阻抗-频率曲线,将记录的数据和晶体的等效电路模型结合起来,就能得到等效电路中的参数随时间变化的情况。这些参数和质量的吸附、液体的接触等情况相关,从而能提供晶体在液体中反应的丰富信息。阻抗分析方法的缺点是设备复杂,优点是它提供的信息比振荡器的方法多。按照Thompson等的观点,传感器在液体中的状态非常复杂,主要由传感器、传感器表面覆盖的生物分子层、传感器表面的液体三者之间交互的过程决定。传感器的频率响应受多种因素的影响,比如质量的吸附、表面膜性质的改变、晶体表面与相邻液体的相对滑动、表面活性的改变。因此传感器的频率响应中含有丰富的信息,提供了用于各种表面物理性质研究的可能性,而这些信息只有用阻抗分析的方法才能得到。目前大多数关于压电生物传感器的应用都是利用Sauerbrey公式来进行质量的测定,忽视了用压电传感器来进行表面特性分析的用途。
　　在压电生物传感器表面进行生化反应也有两种方式。一种称为浸泡-干燥法,这种方法的反应是在液相中进行,而测量是在气相中进行。首先在传感器表面固定一层有选择特性的生物膜,记录下频率值,然后把传感器放在溶液中充分反应,使待测物质结合在生物膜上,将传感器取出干燥后再记录频率的变化值。这种方法中间过程有很多清洗、干燥的步骤,比较繁琐,但是它的测量在气相中进行,不会受液体中多种因素的影响。
　　另一种方法是在线测量,所有的步骤都在液体中进行,对传感器的变化进行实时的监控。通常的做法是将传感器固定在流动腔中,传感器一面封闭,另一面与流动的液体接触,这样传感器就能直接在液体中反应。液体流动控制通常是使用流动注射分析系统,加样、反应、清洗的全部过程都能自动完成。
　　在线测量的好处是可以实时检测反应的情况,这对反应动力学的研究十分关键。对许多反应,比如免疫反应、核酸杂交反应,传统的检测方法是加标记,反应后检测标记物。这些方法都不能实时的记录数据。而用压电生物传感器的方法,既不需要标记,又可以实时检测,因此有显着的优点。
　　在压电生物传感器的研究中,有的研究者还将压电传感的方法和其它检测技术结合起来。这样作能得到全方位、多维的信息,还可以对压电传感器的数据进行补充、校正。这些检测方法包括:酶联免疫吸附法(ELISA),表面等离子共振(SPR)方法,同位素方法,电方法,光谱电方法。

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