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压电材料是现在材料学中应用较为广泛的功能材料之一,其中压电晶体是压电材料中发现最早、应用最多的一类。压电晶体在生物传感器方面较为熟知的应用为石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance, QCM),一种可感知ng级别的超敏质量传感器。多学科发展与交叉融合的现状使得QCM在生物分析、化学反应、环境监测等多领域均有应用,而新近提出的分子键裂式传感器即为基于石英晶体微天平的检测设备,是一种在微纳尺度下检测生物分子相互作用及分辨特异性与非特异性结合的重要手段,且分子键裂式传感器的性能与QCM的振荡情况正相关。因此本研究即为基于压电晶体振动原理,利用有限元分析的方法,通过分析各项参数对QCM振荡情况的影响对QCM芯片的结构进行优化,力求获得更强的分子键裂力,从而更好地完善分子键裂式传感器的功能。作为高精度地同时检测多种组份的多通道石英晶体微天平(MQCM),可用于分子键裂式传感器的同时,弥补了QCM的一些不足,实现了高通量多组份的实时监测,本研究中亦对MQCM进行了模拟分析和优化设计。本文主要研究QCM芯片和MQCM芯片的结构参数,从电极参数和石英基片参数两方面对其展开模拟,如电极的半径、分布、引线等参数对x位移的影响和石英晶片的半径、外形等对x位移及分子键裂力的影响。通过模拟结果得知这些参数与振荡情况及x位移的关系,从而可以针对性地优化这些材料参数,在方便加工的基础上设计振荡更为稳定,x位移更为明显的QCM芯片,以提高QCM的灵敏度和适用范围。同时可获得更强的分子键裂力,使传感器适用于更广范围内的生物分子识别。实验结果表明上述预想可行。根据单组电极的石英晶体微天平的模拟结果,外加电压的幅值与x位移成正比,且为保持稳定的振荡而无明显耦合干扰,石英晶片半径与石英厚度的比值应在大于10的基础上石英晶片半径与电极半径的差值不小于3.28mm,若要扩大检测面积,则可在扩大电极半径,但需保持两面半径一致。根据MQCM的模拟结果,当电极沿中心对称分布时,最大x位移会随着石英晶片的增大而产生一定的增幅,反之则会产生抑制。根据上述模拟结果,为QCM芯片和MQCM芯片的优化设计提供了新方法和设计思路,亦可根据分子键裂力的增幅改进和优化分子键裂式传感器的性能和应用。