专利名称：一种用于压电陶振芯片的检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及压电生物传感器，尤其涉及一种用于压电陶振芯片的检测装置。
背景技术：
压电生物传感器是将生物学信号转换成易于观察和检测的频率电信号，通过计量 介质表面和体系性状变化微小质量变化造成的晶体频率改变从而达到检测目的。压电生物 传感器可用于检测DNA、蛋白质、病毒、细菌、活细胞毒素等芯片。目前压电生物传感器一般采用石英晶体作为压电介质，这种压电石英晶体生物传 感器在检测上述芯片与其他现有的技术相比，具有操作简单、成本低廉、不需要任何标记的 优点，但由于压电生物传感器的灵敏度取决于压电介质材料的频率、表面积以及厚度，而目 前在制造具有高频率，小面积的石英晶体方面存在技术上的困难，这些物理障碍限制了石 英晶体在具有高灵敏度的传感器方面的应用。市场上传统的芯片对实验操作要求高，反应体系严格，由于人为因素产生的误差 较大，结果不稳定，并且检测仪器设备价格昂贵，检测成本高，从而导致无法大批量生产和 应用。而陶瓷作为一种压电材料，它的特点是容易制作，性能可调，具有高频率、成本低 的优点，而且非常适合制作成小型化压电芯片，能够便于批量生产。
发明内容本实用新型目的在于提供一种结构简单、造价低、检测面广、灵敏度高的检测装 置，以使能够快速检测尺寸小的压电陶振生物芯片。为实现上述目的，本实用新型提供了一种用于压电陶振芯片的检测装置，所述装 置包括第一陶瓷振荡电路，以所述压电陶振芯片中的陶瓷为谐振器产生与待检测样品特 性相关的频率信号，并检测输出该频率信号；一频率计数电路，用于对所述第一陶瓷振荡电路输出的频率信号计数；一串口电路；一微处理器，用于控制所述频率计数电路对所述第一陶瓷振荡电路输出的频率信 号进行计数，并对计数结果进行处理，将处理后的数据通过所述串口电路发送给一外部计 算机判别处理。所述装置还包括第二陶瓷振荡电路，所述第二陶瓷振荡电路以所述压电陶振芯片 中的另一陶瓷为谐振器，产生与所述待检测样品非特性相关的另一频率信号，以使在所述 外部计算机进行判别处理时与所述第一陶瓷振荡电路输出的频率信号进行参比分析。所述第一陶瓷振荡电路或第二陶瓷振荡电路包括由电感、电容以及电阻构成能使 所述陶瓷谐振器起振的起振电路，以及用于将所述陶瓷谐振器输出的谐振信号放大的晶体 管。
3[0014]所述压电陶振芯片上部具有一个用来装载所述待检测样品的槽，以及用来移除多 余待检测样品的吸收盘，所述压电陶瓷谐振器设置在所述压电陶振芯片下部，并与所述的 样品槽紧密相连。所述压电陶振芯片还包括一开关，用来在所述待检测样品在所述压电陶振芯片反 应之后，控制所述吸收盘移除多余待检测样品。所述装置还包括一与第二陶瓷振荡电路相连接的温度补偿单元，用于温度补偿在 所述第一陶瓷振荡电路产生频率时受温度影响所产生的误差，所述微处理器控制所述频率 计数电路对所述陶瓷振荡电路和所述温度补偿单元进行计数，并控制在所述陶瓷振荡电路 和所述温度补偿电路之间进行数据传输切换。所述微处理器为一单片机。所述串口电路为一 RS232电路。所述装置还包括一与微处理器相连的显示单元，用来显示所述频率计数电路输出 的计数结果。由上述技术方案可知，本发明利用陶瓷高灵敏度的质量和非质量响应特性，使陶 瓷表面接触样品，从而使陶瓷振荡电路的谐振频率随样品质量的变化而发生变化，通过检 测陶瓷振荡电路的频率变化而得到检测结果，它具有如下优点1，结构简单，体积小，造价低。2，检测面广，可在生物、化学、医学领域进行蛋白、DNA、细菌、病毒、红细胞、白细 胞、血小板、氨基酸、酶、脂肪、糖类、维生素和微量元素的测定。3，检测速度快，灵敏度高。4，尺寸小，适合微阵列的生物传感器，并且同时可用于检测很多样品，具有高通量 的优势。

图1是本实用新型检测装置第一实施例的结构框图；图2是本实用新型检测装置第二实施例的结构框图；图3是本实用新型检测装置中陶瓷振荡电路一个实施例的电路原理图。
具体实施方式
下面将详细描述本实用新型的具体实施例。应当注意，这里描述的实施例只用于 举例说明，并不用于限制本实用新型。如图1所示，本实用新型的检测装置主要包括第一陶瓷振荡电路、频率计数电路、 微处理器以及串口电路，所述第一陶瓷振荡电路以压电陶振芯片中的陶瓷为振荡器，来产 生与待检测样品特性相关的频率信号，然后频率计数电路在微处理器的控制下，对第一陶 瓷振荡电路输出的振荡频率信号进行计数，所述微处理器对计数结果进行处理，并将处理 后的数据通过串口电路送到一外部计算机进行判别处理。进一步地，考虑到外在因素比如说温度以及其它环境因素对陶瓷振荡电路产生的 频率的影响，如图2所示，本实用新型的检测装置还可括第二陶瓷振荡电路和温度补偿电 路，所述第二陶瓷振荡电路以压电陶振芯片中的另一块陶瓷为振荡器，产生与所述待检测样品非特性相关的另一频率信号，用来补偿外部噪声对第一陶瓷振荡电路产生的频率影 响。进一步地，本实用新型还可包括一受微处理器控制的显示电路，用来显示频率计 数电路的计数结果。具体地，所述第一陶瓷振荡电路或第二陶瓷振荡电路主要由元件LI、C3、CIO、R2、 R4、C13、C5、K53组成，如图3所示，CMOS管K53能起到使陶瓷起振与信号放大的作用，而电 阻R2使陶振更容易起振。CMOS管K53、电感L1、电容C13与C10组成的起振放大器与R2串 联后，陶振的一端接CMOS管K53与R2串联端，另一端接地。信号经C16传输到由R8、L2、 C24、R5、C17、R13与BF2040组成的第二级放大器放大后再传到频率计数器和微处理器。所述频率计数器采用一般的计数器，比如型号为74HC590的8位计数器，所述频率 计数器受微处理器的控制对上述经过放大之后的振荡频率信号计数。所述温度补偿电路可以采用二极管，或者采用室内冷却降温的形式来补偿在检测 过程中温度对振荡频率的影响。所述微处理器可以采用单片机，或者其它诸如DSP的微处理器，所述微处理器接 受外部计算机的指令，控制频率计数电路对所述第一和第二陶瓷振荡电路以及温度补偿电 路进行计数，并控制陶瓷振荡电路与温度补偿电路的数据传输切换，同时对计数电路的结 果进行处理，并通过串口送到外部计算机进行处理。所述串口电路可以为RS232电路，或者其他与微处理器相应的数据传输通路，只 要能够使微处理器和外部计算机进行数据传输即可。为了对待检测样品进行检测，本实用新型的压电陶振芯片以一个模块为基底，在 模块基底上部具有一个用来装载所述待检测样品的槽，以及用来移除多余待检测样品的吸 收盘，所述压电陶瓷谐振器(可以为两个陶瓷的双谐振器)设置在所述模块的下部，并与所 述的样品槽紧密相连，以使陶瓷表面接触样品，从而使陶瓷振荡电路的谐振频率随样品质 量的变化而发生变化，通过检测陶瓷振荡电路的频率变化而得到检测结果。进一步地，所述压电陶振芯片还设有一开关，用来在待检测样品与所述压电陶振 芯片发生反应之后，控制所述吸收盘移除多余待检测样品，然后所述陶瓷谐振器从模块中 移出，置于本实用新型的检测装置中进行频率检测。为此，本实用新型所述的压电陶振蛋白芯片可通过以下步骤进行制备，包括(1)预处理将陶振表面依次用双氧水/浓硫酸、去离子水进行清洗，清洗干净后 将陶振置于氮气或洁净空气环境下进行干燥和测频。(2)在陶振表面固定蛋白A 用加样枪在陶振表面滴加蛋白A溶液，并将其置于室 温下放置24小时，然后用加样枪吸走多余的蛋白A溶液，用去离子水进行清洗，清洗后将陶 振置于氮气或洁净空气环境下进行干燥和测频。(3)在陶振表面固定抗体用加样枪在固定了蛋白A的陶振表面滴加抗体，并将其 置于室温下放置2小时，然后用加样枪吸走多余的抗体，用磷酸盐缓冲溶液进行清洗，清洗 后将陶振置于氮气或洁净空气环境下进行干燥和测频。(4)阻塞陶振表面的非特异性结合点用加样枪在固定了抗体的陶振表面滴加 3% BSA，并将其置于室温下放置1小时，然后用去离子水进行清洗，清洗后将陶振置于氮气 或洁净空气环境下进行干燥和测频，最后制得进行免疫检测所需的压电陶振蛋白芯片，置于本实用新型的检测装置中进行频率检测。使用本实用新型的检测装置检测生物靶分子的具体检测分析方法如下将待检样品用加样枪滴加于制得的压电陶振蛋白芯片表面，并将其置于室温下放 置30分钟，陶振表面上待测样品的某些特定性的反应如抗原抗体反应，特定的酶反应，蛋 白质的吸附引起的质量变化会使陶瓷振荡频率发生变化，然后用加样枪吸走多余的抗原， 用磷酸盐缓冲溶液进行清洗，清洗后将陶振置于氮气或洁净空气环境下进行干燥后置于本 实用新型的检测装置中进行频率检测。微处理器IC2接受PC指令，控制频率计数电路U2对陶瓷振荡电路与温度补偿电 路进行计数，并控制陶瓷振荡电路与温度补偿电路的数据传输切换，同时对计数电路的结 果进行处理，并通过串口送到计数机中，计算机采集微处理器送来的数据，并进行处理，最 后通过计算进行判别。虽然已参照几个典型实施例描述了本实用新型，但应当理解，所用术语是说明和 示例性、而非限制性的术语。由于本实用新型能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精 神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定 的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为 随附权利要求所涵盖。
权利要求一种用于压电陶振芯片的检测装置，其特征在于，所述装置包括第一陶瓷振荡电路，以所述压电陶振芯片中的压电陶瓷为谐振器产生与待检测样品特性相关的频率信号，并检测输出该频率信号；一频率计数电路，用于对所述第一陶瓷振荡电路输出的频率信号计数；一串口电路；一微处理器，用于控制所述频率计数电路对所述第一陶瓷振荡电路输出的频率信号进行计数，并对计数结果进行处理，将处理后的数据通过所述串口电路发送给一外部计算机判别处理。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述装置还包括第二陶瓷振荡电路， 所述第二陶瓷振荡电路以所述压电陶振芯片中的另一压电陶瓷为谐振器，产生与所述待检 测样品非特性相关的另一频率信号，以使所述另一频率信号在所述外部计算机进行判别处 理时与所述第一陶瓷振荡电路输出的频率信号进行比较分析。
3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述第一陶瓷振荡电路包括由电感、 电容以及电阻构成能使所述压电陶瓷谐振器起振的起振电路，以及用于将所述压电陶瓷谐 振器输出的谐振信号放大的晶体管。
4.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述第二陶瓷振荡电路包括由电感、 电容以及电阻构成能使所述压电陶瓷谐振器起振的起振电路，以及用于将所述压电陶瓷谐 振器输出的谐振信号放大的晶体管。
5.根据权利要求1或2所述的检测装置，其特征在于，所述压电陶振芯片上部具有一个 用来装载所述待检测样品的槽，以及用来移除多余待检测样品的吸收盘，所述压电陶瓷谐 振器设置在所述压电陶振芯片下部，并与所述的样品槽紧密相连。
6.根据权利要求5所述的检测装置，其特征在于，所述压电陶振芯片还包括一开关， 用来在所述待检测样品在所述压电陶振芯片反应之后，控制所述吸收盘移除多余待检测样品 o
7.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述装置还包括一与第二陶瓷振荡 电路相连接的温度补偿单元，用于温度补偿在所述第一陶瓷振荡电路产生频率时受温度影 响所产生的误差，所述微处理器控制所述频率计数电路对所述陶瓷振荡电路和所述温度补 偿单元进行计数，并控制在所述陶瓷振荡电路和所述温度补偿电路之间进行数据传输切换。
8.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述微处理器为一单片机。
9.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述串口电路为一RS232电路。
10.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述装置还包括一与微处理器相连 的显示单元，用来显示所述频率计数电路输出的计数结果。
专利摘要本实用新型公开了一种用于压电陶振芯片的检测装置，包括第一陶瓷振荡电路，以所述压电陶振芯片中的压电陶瓷为谐振器产生与待检测样品特性相关的频率信号，检测并输出该频率信号；一频率计数电路，用于对所述第一陶瓷振荡电路输出的频率信号计数；一串口电路；一微处理器，用于控制所述频率计数电路对所述第一陶瓷振荡电路输出的频率信号进行计数，并对计数结果进行处理，将处理后的数据通过所述串口电路发送给一外部计算机判别处理。本实用新型结构简单，造价低，检测面广，灵敏度高。
文档编号G01N27/327GK201583522SQ20092016634
公开日2010年9月15日 申请日期2009年8月4日 优先权日2009年8月4日
发明者张碧源, 曾志雄, 杨梦甦, 苏丽 申请人:香港城市大学