[发明专利]用于检测大肠杆菌的悬臂梁式声表面波传感器及工作方法

说明书

本发明提供了用于检测大肠杆菌的悬臂梁式声表面波传感器及工作方法。该传感器包括第一悬臂梁和第二悬臂梁，所述第一悬臂梁和所述第二悬臂梁均为单端固定的结构，且同侧水平方向平行安装在悬臂梁固定基座上，所述第一悬臂梁与所述第二悬臂梁之间连接有传感信号检测电路；所述第一悬臂梁的中心设有第一压电晶体，所述第一压电晶体的上下两侧依次对称设有Love波延迟线、波导层、保护膜层和特异性功能层，所述第二悬臂梁的结构除不设有特异性功能层外，与所述第一悬臂梁的结构相同；当所述传感器置于检测溶液中时，大肠杆菌细胞被特异性功能层捕获在第一悬臂梁的上下表面，引起悬臂梁弯曲变形，根据四个Love波延迟线的差分相位输出，得到大肠杆菌的浓度。

技术领域

本发明属于生物传感器领域，具体涉及一种用于检测大肠杆菌的悬臂梁式声表面波传感器及工作方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

悬臂梁传感器在细菌等生物检测方面具有广泛的应用。传感器中的悬臂梁结构对吸附在表面的细菌等生物体极其敏感，它可以将附着质量转化为机械偏转信号，并利用电学、光学等手段将这种机械信号读出，以此评估细菌浓度的大小。

悬臂梁传感器的信号读出方式主要有光学方式、压电方式、压阻方式等。光学方式是最常用的信号读出方式，但它结构复杂，对被测环境要求较高，只能应用于透明液体、空气以及真空环境中；压阻方式是利用半导体材料的压阻效应，在悬臂梁中的合适区域掺杂半导体材料，当悬臂梁受表面应力弯曲时，会引起掺杂区电阻的变化，这种方式的传感器工艺复杂，灵敏度受到限制，无法应用在高灵敏度检测中；压电方式通过记录悬臂梁共振频率变化来测量被测目标的质量，是一种动态悬臂梁，这种方式的传感器受限于悬臂梁尺寸而导致检测精度无法有效提升。

声表面波是沿固体表面传播的机械波，包含乐甫波(Love波)、瑞利波(Rayleigh波)、表面横波(STW)、水平剪切声表面波(SH 波)等模态。声表面波的声波能量集中于器件表面，对传播介质及表面扰动极其敏感，因此可制成生物传感器实现生物信号到电学信号的转换。特别是基于Love波模式的传感器，可实现各种液体环境中对生物分子的高灵敏度检测。但目前，基于Love波模式的生物传感器，是在Love波延迟线上方设置一个矩形腔作为液体测试池，该方法结构复杂，灵敏度有限。尚未有将悬臂梁与Love波技术相结合制成生物传感器，对大肠杆菌等目标物进行有效检测的报道。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种用于检测大肠杆菌的悬臂梁式声表面波传感器及工作方法，本发明将悬臂梁结构与Love波器件对液体中生物分子质量的灵敏特性相结合，实现各种液体环境中对大肠杆菌的高灵敏度检测。该传感器结构简单、成本低、体积小、可以集成化。

根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

第一个方面，本发明公开了一种用于检测大肠杆菌的悬臂梁式声表面波传感器。

用于检测大肠杆菌的悬臂梁式声表面波传感器，包括：第一悬臂梁和第二悬臂梁，所述第一悬臂梁和所述第二悬臂梁均为单端固定的结构，且同侧水平方向平行安装在悬臂梁固定基座上，所述第一悬臂梁与所述第二悬臂梁之间连接有传感信号检测电路；

所述第一悬臂梁的中心设有第一压电晶体，所述第一压电晶体的上下两侧依次对称设有Love波延迟线、波导层、保护膜层和特异性功能层，所述第二悬臂梁的结构除不设有特异性功能层外，与所述第一悬臂梁的结构相同；

当所述传感器置于检测溶液中时，大肠杆菌细胞被特异性功能层捕获在第一悬臂梁的上下表面，引起悬臂梁弯曲变形，根据四个Love 波延迟线的差分相位输出，得到大肠杆菌的浓度。