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压电石英晶体生物传感器是利用石英晶体作为基底的体声波器件,对晶体表面(电极表面)质量负载的变化和石英晶体所处体系的状态的变化非常敏感,能够敏感地测量微观反应过程中地微小变化并转化为可以定量检测的频率信号,为获取反应体系丰富的实时在线信息提供了一种简单、快捷的可靠手段,因此,成为生物传感器领域研究的热点之一。
随着压电石英传感器向阵列化发展,用单个频率计及手动计数已很难满足测定准确度、速度的要求。因此本文通过自行设计石英晶体微阵列、自激式差频振荡TTL电路、微流体生物分子分析系统软件等模块和PC机组合,构建了压电石英晶体生物传感器测试系统,目的是能对压电传感器振荡频率自动实时采集、显示、储存及处理。
液相环境下压电石英晶体生物传感器稳定的振荡频率信号,关键在于电路能否有效的驱动石英晶体在谐振频率下振荡;本文设计了一种结构简单的TTL差频振荡电路,起振容易,稳定性好,而且所需测量的差频信号频率只有80KHz左右,大大低于9MHz的石英振荡基频,降低了对测量仪器的要求。
使用LabVIEW软件开发了微流体生物分子分析系统模块,该系统通过研华的计数器卡实现压电传感器频率的测量。可同时对2×2压电石英晶体传感器阵列进行实时数据采集﹑图视化,并提供了人性化的工作界面。
通过对NaCl等仿生液体的测量,得到如下结果:该系统检测精度为1Hz,各通道之间相互误差在±15Hz,单个压电传感器的可重复性程度±20Hz,NaCl浓度和频率的关系大致符合线性关系,基本验证了该系统的可行性。
在此基础上,进一步探讨了4×4阵列压电传感器测试系统的方案。