[发明专利]谐振器传感器模块系统和方法

说明书

本申请要求2013年5月23日提交的美国临时申请号为61/826,920、题名为“谐振器传感器模块及使用该谐振器传感器模块的系统和方法”的申请的优先权，上述申请的公开内容通过引用以其全部内容并入本文。

技术领域

本发明涉及到测量和测试，并且更具体地涉及谐振器传感器和用于响应于传感器暴露于某些材料来诊断测量或测试的相关联的装置。

背景技术

压电装置例如薄膜体声波谐振器(TFBAR)和类似的技术像石英晶体微天平(QCM)用作质量检测器已有一段时间。压电谐振器的一个应用是检测非常少量的材料。在这样的应用中用作传感器的压电谐振器有时被称为“微天平”。压电谐振器典型地构造为夹在两个电极层之间的薄的平面的晶体或多晶压电材料层。当用作传感器时，谐振器被暴露于待检测的材料以允许材料结合在谐振器的表面上。

检测结合在谐振器的表面上的材料的量的一种传统方法是将谐振器作为振荡器在其谐振频率操作。由于待检测的材料结合在谐振器表面上，所以谐振器的振荡频率降低。测量推测是由材料在谐振器表面上的结合而引起的谐振器的振荡频率的这种变化，并将其用来计算结合在谐振器上的材料的量或材料在谐振器的表面上累积的比率。

压电谐振器在空气中作为材料传感器的灵敏度理论上与谐振频率的平方成正比。参见，例如，G·绍尔布赖，物理学杂志(ZeitschriftfirrPhysik)155(2)：206-222。因此，根据普遍石英晶体谐振器的材料传感器的灵敏度受它们的相对低的振荡频率限制，其振动频率通常从几个MHz到约100MHz的范围变动。薄膜谐振器(TFR)技术的发展可能产生具有显著提高的灵敏度的传感器。薄膜谐振器可以通过在基板上沉积压电材料——例如AIN或ZnO——的薄膜来形成。由于薄膜谐振器中压电层的小厚度，其在几个微米的数量级，薄膜谐振器的谐振频率在1GHz的数量级。高谐振频率和相应的高灵敏度使得薄膜谐振器可用于材料感测应用。

发明内容

在一个方面，本发明提供一种谐振器传感器模块，该谐振器传感器模块包括含有用于分析物材料的结合位点的一个或多个感测谐振器、不含用于分析物材料的任何结合位点的一个或多个参考谐振器、模块接口、以及每个包括第一位置和第二位置的一个或多个开关，该第一位置可操作地连接一个或多个感测谐振器中的至少一个与模块接口，该第二位置可操作地连接一个或多个参考谐振器中的至少一个与模块接口。

在一些实施例中，谐振器传感器模块可以被包括在谐振器传感器系统中，该系统用于测量存在于流体样品中的分析物材料的相互作用的结合动力学。系统还包括通过模块接口可操作地连接到谐振器传感器模块的测量装置。测量装置包括配置为驱动一个或多个感测谐振器和一个或多个参考谐振器进行振动的驱动电路、配置为测量表示一个或多个感测谐振器和一个或多个参考谐振器的振动的谐振特性的一个或多个谐振器输出信号的测量电路、以及可操作地连接到驱动和测量电路的控制器。

在另一个方面中，本发明提供一种用于测量存在于流体样品中的分析物材料的相互作用的结合动力学的方法。该方法包括提供包括一个或多个感测谐振器、一个或多个参考谐振器、模块接口，以及开关的谐振器传感器模块。一个或多个感测谐振器包括用于分析物材料的结合位点和一个或多个参考谐振不含用于分析物的任何结合位点。该方法进一步包括将开关定位在第一位置以便一个或多个感测谐振器可操作地连接到模块接口。在将一个或多个感测谐振器和一个或多个参考谐振器暴露于流体样品之前，方法包括通过模块接口开始一个或多个感测谐振器的操作，以便一个或多个感测谐振器产生表示一个或多个感测谐振器的谐振特性的至少一个传感器输出信号。方法进一步包括根据至少一个传感器的输出信号中的特性变化的检测来自动地检测流体样品向一个或多个感测谐振器的引入；将开关定位在第二位置以便一个或多个参考谐振器可操作地连接到模块接口；以及通过模块接口开始一个或多个参考谐振器的操作，以便一个或多个参考谐振器产生表示一个或多个参考谐振器的谐振特性的至少一个参考输出信号。响应于流体样品的引入的检测，该方法包括开始分析物材料与一个或多个感测谐振器的结合动力学的自动的测量。

本发明的这些以及其它方面将从下面的具体实施方式中显而易见。然而，在任何情况下，上述发明内容不应被理解为是对要求保护的主题的限制，主题仅通过所附的权利要求限制，因为在审查期间可以进行修改。

附图说明

贯穿整个说明书，参考了附图，附图中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：

图1A是包括测量装置和谐振器传感器模块的谐振器传感器系统的一个实施例的示意图；