[发明专利]一种提高石英晶体微天平灵敏度的方法及应用

说明书

本发明提供了一种提高石英晶体微天平灵敏度的方法及应用，利用石英晶体微天平中内置的加热模块提高检测时的工作温度来实现检测灵敏度的提高。该方法可用于检测溶液离子浓度、核酸杂交、蛋白检测物。本发明有利于促进痕量的测定。

技术领域

本发明属于分析化学技术领域，涉及石英晶体微天平，特指一种提高石英晶体微天平提高石英晶体微天平灵敏度的方法及应用。

背景技术

石英晶体微天平(Quartz crystal microbalance，简称QCM)是一种利用石英晶体压电效应检测表面质量变化的仪器；当外部施加一个电场时，晶体会产生机械振动，当石英晶体的厚度为电极的机械振荡波半波长奇数倍时就会发生共振，关于真空中其共振频率变化(Δf_n)与面均质量变化的关系由Sauerbrey方程可以得到。

其中n＝1，3，5，7，9，11，13时，f_n与Δf_n是n阶的频率及其变化值，c是常数，对于AT切割的5MHz的QCM芯片来说，约为17.7ng Hz^-1cm^-2；QCM用作生物传感具有无需标记及实时在线监测等优点，QCM被广泛应用于化学、物理、生物、医学和表面科学等研究领域中，用以进行气体、液体的成分分析以及微质量的测量、薄膜厚度进行检测等。此外，QCM在真空镀膜领域作为在线厚度监测设备已取得巨大的成功，在表面质量检测和化学检测方面也得到了广泛的应用。

研究发现，QCM频率变化和表面接枝的高分子膜的厚度呈线性关系(F-T)，而能够发现该F-T线性关系的关键是采用了表面引发聚合(surface initiated polymerization，SIP)的研究策略。SIP对于SLL模型的意义就如同热蒸镀加工技术对于Sauerbrey方程的意义：Sauerbrey方程第一次指出对于真空中超薄金属膜层，F-T之间成线性关系，热蒸镀加工真正实现了厚度上纳米尺度可控的超薄金属膜的制备，使得Sauerbrey方程关于超薄金属膜层F-T线性关系被验证。Huck组和本研究组最早尝试了使用QCM监测SIP过程。研究发现，通过SIP在液态环境下在表面上固定高分子层，其厚度也一样在纳米尺度上可控，因而发现了F-T之间的线性关系，据此逐步建立了表面多层膜结构分析的简单物理模型，建立了SLL模型。

QCM检测灵敏度(Sensitivity)和最低检测限(limit of detection)：QCM检测灵敏度依赖于石英晶体的振动基频，检测物的密度以及石英晶体的剪切模量，对于最常见的5MHz-QCM芯片其检测灵敏度约为～20ng/cm²per Hz。对于具有更高振动频率的QCM芯片来说，检测灵敏度可进一步提高，但这要求芯片中石英晶体片层的厚度更薄，这对加工工艺提出了较高要求，较难实现。QCM的最低检测限受QCM检测灵敏度和数据读取准确因素的双重影响，对于数据准确性为0.1Hz的QCM信号，QCM最低检测限约为2ng/cm²每秒。但实际上对于绝大多数QCM设备来说在长时间内想得到具有0.1Hz准确性的QCM数据是很难的，正是这些限制让QCM在与取得巨大商业成功的表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance，SPR)技术来说应用受到很多限制，SPR最低检测限LOD约为～0.1ng/cm²检测灵敏度可达1ng/cm²per angle。一些研究者认为QCM已没有进一步研究的价值。在此背景下，我们发现利用提高QCM的工作温度从而有效提高其检测的灵敏度，即提高其最低检测限。通常QCM检测是在室温下进行(如25℃)，部分医学检测物在37℃下检测。

发明内容

针对现有技术，本发明提供了一种提高石英晶体微天平灵敏度的方法及检测方法，一方面提高石英晶体微天平的灵敏度，另一方面提供多种物质的高灵敏度检测方法。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。