[发明专利]石英晶体剪切振动调幅调频甩脱法生物传感检测

说明书

本发明提出一种质量负荷减量法石英晶体微天平生物传感方法。将生物分子探针（例如抗体，单链DNA）修饰到石英晶体上，将检测溶液（例如致病细菌、待检测的DNA分子等）加到传感器表面，采用直接数字频率合成（DDS）技术研制一种频谱扫描系统，按照预定频率和正弦波振幅对石英晶体振子进行扫描激励；基于超外差接收正交相敏检波技术构建一种石英晶体频率信号采集分析系统，绘制出QCM响应信号幅频及相频特性曲线。通过QCM响应信号图谱实现质量负荷减量法石英晶体微天平生物传感。该方法实现在检测液中原位得到检测信号，直接采用石英晶体微天平进行生物传感检测，对于医学即时检测以及现场快速检测具有重要应用价值。

技术领域

本发明是一种新型生物传感器，属于分析化学领域中的仪器检测，涉及传感检测技术领域，尤其涉及质量负荷减量法石英晶体微天平生物传感方法。通过石英晶体剪切振动调幅调频甩脱法进行生物监测，调节不同的激励电压使晶体振动幅度不同继而甩脱掉表面的检测目标，从而实现定量检测或者定性检测。该技术操作简单，具有生物样品无需任何标记、检测时间短、检测灵敏度高等优点，并且还能够实现在线、实时连续检测，可广泛地应用于生命科学研究、药物筛选、环境检测、食品检测等多个领域。

背景技术

近年来，随着生物医学科技突飞猛进对现代生物检测技术的发展提出了更高的要求。在免疫反应，病毒检测，食品安全以及突发性生化恐怖事件等实时、快速检测领域，目前使用的生物化学检测手段，需要几小时到几天的检测周期，成本较高且操作复杂，可能会造成经济效益损失。以AT切型剪切振动石英晶振作为传感元件的石英晶体微天平技术（quartz crystal microbalance，QCM）是直接在纳克级精确测量物质质量的仪器。QCM仪器价格便宜，操作都很简单，具有生物样品无需任何标记、检测灵敏度高、检测时间短、可在线实时连续检测等优点。QCM传感技术被广泛地应用于疾病诊断、药物检测、环境检测、食品检测等多个领域。

QCM主要由石英晶体传感器、信号检测和数据处理等部分组成。石英晶体传感器是由一块石英晶体上沿着与石英晶体主光轴成35°15'切割即AT切型得到的石英晶体振荡片，在它的两个对应面上真空蒸镀金层或银层作为电极，石英晶体夹在两片电极中间形成三明治结构。在每个电极上各焊一根引线接到管脚上。目前石英晶体传感进行生物检测时，通常将生物分子探针（例如抗体，单链DNA）修饰到石英晶体金属电极上，检测溶液（例如致病细菌、待检测的DNA分子等）滴上晶体表面或者从传感器表面流淌，修饰的分子探针与靶向待测物发生结合，从而产生频率变化信号，但是实际检测的生物大分子间作用力较弱，活性结合位点有限，这将使得检测过程时间长，耗费的检测溶液多，会增加生物检测成本，增加检测时间。目前石英晶体微天平传感器对分析目标物检测响应信号通常基于表面质量负荷增加导致的频率信号下降，谐振频率下降的差值（频率变化值，频移数值）在一定范围内与分析目标物的浓度具有线性相关性。测定过程是在气相中干燥条件下测定英晶体微天平表面分子探针与目标物结合前后的频率变化值，或者在磷酸盐缓存溶液中测定测定英晶体微天平表面分子探针与目标物结合前后的频率变化。通常石英晶振一般是由圆形AT切石英晶片和在晶片上下表面镀上两个同心圆形金属电极构成，金属通常为金、银、铝等材料。在溶液中使用时通常是镀金电极，厚度至少20nm (为了增加金电极的附着性通常预先真空蒸镀2nm厚的铬或钛层)，电极金属镀层降低了石英晶片谐振品质因子，也制约了高频QCM在溶液中的使用，通常使用的QCM基频在10MHz以下。