多通道石英晶體微天平檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多通道石英晶體微天平檢測裝置，包括上針探頭、下針探頭、底座、石英晶片、硅膠墊片和封蓋，底座上表面設(shè)有底座凹槽，底座凹槽內(nèi)嵌有石英晶片，石英晶片下表面設(shè)有開口向下多個石英晶片凹槽，在石英晶片下表面鍍有一層下電極，在每個石英晶片凹槽的背面對應位置引向邊緣處鍍有上電極，硅膠墊片設(shè)置在底座上，在硅膠墊片上與石英晶片凹槽對應位置開有上下貫通的中心長通孔，封蓋位于硅膠墊片上；在封蓋上分別開設(shè)進樣通道和出樣通道，上針探頭穿過封蓋和硅膠墊片與上電極連接，下針探頭穿過底座與下電極連接。本發(fā)明可以同時檢測出多種待測物中的不同成分，且提高了檢測精度。
【專利說明】多通道石英晶體微天平檢測裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種帶參照的多通道石英晶體微天平檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]石英晶體微天平(QuartzCrystalMicrobalance,QCM)是一種基于晶片表面附著質(zhì)量變化導致諧振頻率的變化而檢測微量物質(zhì)的傳感器，具有靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、成本低，特別是不需要樣品標記等優(yōu)點，在生物、化學等領(lǐng)域作為檢測、分析的工具得到了廣泛的應用。石英晶體微天平是由AT切的石英晶片以及固定在晶片兩面的金屬激勵電極組成的。激勵電極一般由兩個分別焊接在晶片兩面的管座引腳導出，連接到測試儀器或諧振電路上。
[0003]把石英晶體微天平與流動注射分析技術(shù)相結(jié)合能夠?qū)崿F(xiàn)實時、快速的檢測、分析，并且節(jié)省被測樣品量。其技術(shù)關(guān)鍵為流通池的設(shè)計、制作，要求既能固定、密封石英晶片，又能導出固定在石英晶片兩面的金屬激勵電極，同時又不能損害石英晶片的諧振特性。目前的流通池的設(shè)計結(jié)構(gòu)較為復雜，安裝麻煩，使得流通池不能重復使用。
[0004]目前，市面上常用的微天平基本頻率為5MHz或10MHz，其晶片厚度為0.33mm或
0.17mm,直徑在15_左右，體型較大，無法實現(xiàn)天平的高頻小型化的特點，從而無法對小分子或者痕量物質(zhì)進行檢測。目前，大部分在使用甚至在研究中的石英晶體微天平都是單個微天平的結(jié)構(gòu)，無法定量分析環(huán)境及待測物性質(zhì)等變化對測量結(jié)果的影響，限制了測量下限，所以測量精度還有待提高。并且這些石英晶體微天平還有待提高其測量的質(zhì)量頻率靈敏度，以達到可以對小分子或痕量物質(zhì)的檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種多通道石英晶體微天平檢測裝置，提高了實際檢測精度，且可以同時檢測出多種待測物的不同成分。
[0006]技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]多通道石英晶體微天平檢測裝置，包括上針探頭、下針探頭、底座、石英晶片、硅膠墊片和封蓋，所述底座上表面設(shè)有底座凹槽，在所述底座凹槽內(nèi)嵌置有石英晶片，所述石英晶片下表面中部設(shè)有開口向下兩個以上相互獨立的石英晶片凹槽，在所述石英晶片整個下表面鍍有一層下電極，在所述每個石英晶片凹槽的背面對應位置均鍍有一層上電極，所述硅膠墊片設(shè)置在底座的上面，在所述硅膠墊片上與所述石英晶片凹槽對應位置開有上下貫通的中心長通孔，所述所有石英晶片凹槽均位于所述中心長通孔橫截面范圍內(nèi)，所述中心長通孔橫截面位于所述石英晶片橫截面范圍內(nèi)，所述封蓋位于所述硅膠墊片上；在所述封蓋上分別開設(shè)進樣通道和出樣通道，與所述石英晶片、中心長通孔和封蓋的下表面構(gòu)成連通池，所述上電極通過鍍層引線引向石英晶片邊緣，所述上針探頭穿過封蓋和硅膠墊片通過鍍層引線與所述上電極連接，所述下針探頭穿過底座與所述下電極連接。
[0008]本多通道微天平檢測裝置通過在底座凹槽內(nèi)嵌置有石英晶片，在石英晶片下表面中部設(shè)有開口向下的兩個以上的石英晶片凹槽，并且在所述石英晶片整個下表面鍍有一層下電極，在所述每個石英晶片凹槽的背面對應位置均鍍有一層上電極，形成兩個以上的微天平。在上電極表面分別制作感應膜，感應膜用來吸附待測物中的待測成分。剩下其中一個上電極表面不作任何感應膜的修飾，作為一個參照微天平，它的用途在于測出:當待測物流過微天平時和周圍環(huán)境等因素對微天平測量值產(chǎn)生影響誤差。其他多個微天平與該參照微天平的頻率變化進行差分輸出，得出實際檢測值。這樣就大幅提高了實際待測物檢測精度。其中，本多通道微天平檢測裝置可以安置含兩個以上通道的微天平，可以一次性檢測出多種待測物的不同成分。
[0009]更進一步的，所述上電極、下電極和鍍層引線為鉻和金鍍層；采用金作為上、下電極和鍍層引線可以大幅度降低電阻，且需要的金材料也比較少。在鍍金之前先鍍一層鉻，使得金與石英晶片結(jié)合的更緊密。
[0010]更進一步的，所述石英晶片的厚度為16 μ m_30 μ m,石英晶片的基本頻率范圍為30MHz-100MHz,由于石英晶片的厚度大大變薄，實現(xiàn)了天平的高頻小型化，提高了質(zhì)量頻率靈敏度，可以完成對小分子或者痕量物質(zhì)的檢測；硅膠墊片的厚度為IOOym-1OOOym,硅膠墊片的厚度決定了流通池的體積，如若娃膠墊片的厚度小于100 μ m,則流通池的體積太小，會使得待測物流動困難，如硅膠墊片的厚度大于1000 μ m,則會導致流通池的體積過大，也使得檢測所需的最小樣品量變大，造成浪費；所述上針探頭為上彈簧針探頭，下針探頭為下彈簧針探頭，這種采用彈簧針探頭的接觸電極方式連接，可以節(jié)省石英晶片的面積，更有利于石英晶片的小型化，且利于拆裝。
[0011]更進一步的，所述封蓋和底座的制作材料為石英玻璃或者有機玻璃，石英玻璃和有機玻璃都具有高度透明性等優(yōu)點，方便檢測過程中的觀察。所述底座、硅膠墊片和封蓋通過一對螺絲桿連接，方便拆卸和更換石英晶片，使得本發(fā)明中的流通池可以重復使用，降低了成本。
[0012]更進一步的，所述中心通孔的形狀為足球場形，以適合石英晶片凹槽的排布。所述石英晶片的厚度大于底座凹槽的深度，且石英晶片的橫截面比底座凹槽的橫截面小。
[0013]有益效果:(1)本發(fā)明的多通道微天平結(jié)構(gòu)的設(shè)計，使得裝置能夠檢測待測物的同時，還能檢測到環(huán)境和待測物的流動等其他因素的變化對檢測結(jié)果產(chǎn)生的影響，從而參照頻率的變化差分輸出，得出待測物的實際檢測值，提高了檢測精度。(2)能夠同時檢測出待測物中的不同成分(3)本發(fā)明實現(xiàn)了天平的高頻小型化，提高了質(zhì)量頻率靈敏度，可以完成對小分子或者痕量物質(zhì)的檢測，且所需待測物的最小樣品量減少。(4)本發(fā)明可以重復拆裝，且結(jié)構(gòu)簡單，具有穩(wěn)定性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]附圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]附圖2為本發(fā)明的A-A向剖視圖。
[0016]附圖3為石英晶片的俯視圖。
[0017]附圖4為石英晶片的主視圖。
[0018]附圖5為本發(fā)明中硅膠墊片結(jié)構(gòu)示意圖。【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0020]如附圖1、附圖2所示，多通道石英晶體微天平檢測裝置，包括上針探頭16、下針探頭18、底座1、石英晶片12、硅膠墊片8和封蓋4，所述底座I上表面設(shè)有底座凹槽2，在所述底座凹槽2內(nèi)嵌置有石英晶片12，所述石英晶片12下表面中部設(shè)有開口向下兩個以上相互獨立的石英晶片凹槽，在所述石英晶片12整個下表面鍍有一層下電極，如附圖3和附圖4所示，附圖3和附圖4中用雙波浪線表示本發(fā)明中的石英晶片凹槽為兩個以上，在所述每個石英晶片凹槽的背面對應位置均鍍有一層上電極，所述上電極通過鍍層引線引向石英晶片12邊緣，所述的上電極、下電極和鍍層引線均為鉻和金鍍層，所述上電極、下電極和鍍層引線采用鉻和金鍍層制作，首先在需要制作上電極、下電極和鍍層引線的位置上鍍上一層金屬鉻，然后再往鉻層上面鍍一層金。采用金和鉻作為鍍層是因為，金作為上、下電極和鍍層引線可以大幅度降低電阻，且需要的金材料也比較少。在鍍金之前先鍍一層鉻，使得金與石英晶片結(jié)合的更緊密。所述硅膠墊片8設(shè)置在底座I的上面，在所述硅膠墊片8上與所述石英晶片凹槽對應位置開有上下貫通的中心長通孔10，所述所有石英晶片凹槽均位于所述中心長通孔10橫截面范圍內(nèi)，所述中心長通孔10橫截面位于所述石英晶片12橫截面范圍內(nèi)，所述封蓋4位于所述硅膠墊片8上。
[0021]在所述封蓋4上分別開設(shè)進樣通道5和出樣通道6，與所述石英晶片12、中心長通孔10和封蓋4的下表面構(gòu)成連通池，所述上電極通過鍍層引線引向石英晶片12邊緣，所述上針探頭16穿過封蓋4和硅膠墊片8通過鍍層引線與所述上電極連接，所述下針探頭18穿過底座I與所述下電極連接。
[0022]本發(fā)明中所述石英晶片12下表面中部設(shè)有開口向下兩個以上相互獨立的石英晶片凹槽，即構(gòu)成本發(fā)明中含兩個以上通道石英晶體微天平，即多通道的設(shè)計設(shè)計體現(xiàn)在石英晶片12下表面開設(shè)多個石英晶片凹槽。
[0023]如附圖4所示，所述的中心通孔10的形狀為足球場形，以適合石英晶片凹槽的排布。所述石英晶片12的厚度大于底座凹槽2的深度，且石英晶片12的橫截面比底座凹槽2的橫截面小。這樣的設(shè)計可以使得待測物從封蓋4的進樣通道，再經(jīng)中心長通孔10直接流到石英晶片12上的振動區(qū)域，把待測物限制在了封蓋4、中心長通孔10、石英晶片12形成的流通池里，可以節(jié)省待測物的樣品量，也能防止待測物溢出到石英晶片12的另一面。
[0024]所述石英晶片12的厚度為16μπι-30μπι，由于石英晶片12的厚度大大變薄，使得石英晶片12的基本頻率范圍為30ΜΗζ-100ΜΗζ，提高了質(zhì)量頻率靈敏度，可以完成對小分子或者痕量物質(zhì)的檢測，實現(xiàn)了石英晶體微天平的高頻小型化。硅膠墊片8的厚度為IOOym-1OOOym,硅膠墊片8的厚度決定了流通池的體積，如若硅膠墊片8的厚度小于100 μ m,則流通池的體積太小，會使得待測物流動困難，如硅膠墊片8的厚度大于1000 μ m,則會導致流通池的體積過大，也使得檢測所需的最小樣品量變大，造成浪費。所述上針探頭16為上彈簧針探頭，下針探頭18為下彈簧針探頭，采用這種彈簧針探頭接觸電極的方式連接，可以節(jié)省石英晶片12面積，有利于石英晶片12的小型化，與焊接相比，更有利于裝置的拆裝。所述封蓋4和底座I的制作材料為石英玻璃或者是有機玻璃，石英玻璃和有機玻璃都具有高度透明性等優(yōu)點，可以方便在檢測過程中，對微天平檢測裝置的內(nèi)部觀察。所述底座1、硅膠墊片8和封蓋4通過一對螺絲桿安裝連接，以方便微天平檢測裝置中石英晶片12的拆卸和更換，使得本微天平檢測裝置中的流通池可以重復使用，降低了成本。
[0025]在所述石英晶片12中的多個結(jié)構(gòu)相同的石英晶片凹槽，均采用濕法刻蝕技術(shù)在石英晶片12下表面中部進行腐蝕、減薄制作而成的，石英晶片凹槽部分為振動區(qū)域，做厚度剪切諧振振動，因為諧振的振動區(qū)域厚度變薄，其基本諧振頻率提高，又因為石英晶體微天平的頻率變化與基本諧振頻率的平方成正比，故石英晶體微天平的頻率變化增大，從而使得其質(zhì)量頻率靈敏度大幅度提高，從而可以實現(xiàn)對小分子或者痕量物質(zhì)的檢測。同時石英晶片凹槽周圍的厚度仍然保持不變，維持了石英晶片12必要的機械強度，以便于裝夾和上、下電極的引出。
[0026]在微天平檢測裝置用于檢測前，首先在不同石英晶片凹槽背面的上電極上吸附不同的感應膜，用于吸附流經(jīng)其上方相應的不同成分待測物。同時，剩下其中一個上電極表面不作任何感應膜修飾，把它作為一個用于參照檢測的微天平，用來測出當待測物流經(jīng)上述微天平時對微天平檢測的影響以及周圍環(huán)境等因素對微天平的影響。
[0027]首先以雙通道的石英晶體微天平為例進行說明。所述的石英晶片12上表面對應的兩個石英晶片凹槽2位置形成了兩個微天平。首先在其中一個微天平的上電極上制作感應膜，用來吸附待測物的樣品中的某一待測成分，另外一個微天平不做任何修飾。然后將石英晶片12 (雙通道微天平)放置在底座凹槽2中，蓋上封蓋4 (封蓋4下表面粘貼著硅膠墊片8，所述硅膠墊片8起到一個密封的作用，防止待測液物的樣品溢出流通池或者流到晶石英片凹槽面)，用螺絲桿上下固定好。振蕩區(qū)域發(fā)生厚度剪切振蕩的激勵電平由外部通過上、下針探頭施加在上、下電極之間。此時，待測物通過進樣通道進入流通池，由于其中一個微天平事先做好了感應膜，待測物的樣品中的待測成分會吸附在該微天平的上電極的感應膜上，引起此微天平的振蕩頻率的變化；而另一個微天平，由于未做任何修飾，所以其振蕩頻率只因待測物的流過而發(fā)生少許變化；然后，通過這兩個微天平的頻率變化差分輸出，就能得到較單個微天平檢測待測物更精確的測量結(jié)果。原因是:兩個微天平的差別僅在于一個上電極吸附了待測物成分，而另一個沒有，這樣兩個微天平在測量前后所處的周圍環(huán)境是沒有差異的，兩個微天平上電極都流經(jīng)相同的待測物，也產(chǎn)生了相同的影響，所以通過差分輸出后，就消除了這些檢測時可能引起的誤差影響，因此檢測精確度更高了。
[0028]當微天平為三個或者更多個時，在剩一個微天平作為參照檢測微天平的基礎(chǔ)之上，其他的微天平用于檢測待測物中的不同成分的含量，再通過差分輸出檢測頻率，從而在保證檢測精度的基礎(chǔ)之上，實現(xiàn)同時檢測出多種待測物的不同成分。
[0029]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出:對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.多通道石英晶體微天平檢測裝置，其特征在于:包括上針探頭(16)、下針探頭(18)、底座(I)、石英晶片(12 )、硅膠墊片(8 )和封蓋(4 )，所述底座(I)上表面設(shè)有底座凹槽(2 )，在所述底座凹槽(2)內(nèi)嵌置有石英晶片(12)，所述石英晶片(12)下表面中部設(shè)有開口向下兩個以上相互獨立的石英晶片凹槽，在所述石英晶片(12)整個下表面鍍有一層下電極，在所述每個石英晶片凹槽的背面對應位置均鍍有一層上電極，所述硅膠墊片(8)設(shè)置在底座(I)的上面，在所述硅膠墊片(8)上與所述石英晶片凹槽對應位置開有上下貫通的中心長通孔(10)，所述所有石英晶片凹槽均位于所述中心長通孔(10)橫截面范圍內(nèi)，所述中心長通孔(10)橫截面位于所述石英晶片(12)橫截面范圍內(nèi)，所述封蓋(4)位于所述硅膠墊片(8)上； 在所述封蓋(4)上分別開設(shè)進樣通道(5)和出樣通道(6)，與所述石英晶片(12)、中心長通孔(10)和封蓋(4)的下表面構(gòu)成連通池，所述上電極通過鍍層引線引向石英晶片(12)邊緣，所述上針探頭(16)穿過封蓋(4)和硅膠墊片(8)通過鍍層引線與所述上電極連接，所述下針探頭(18)穿過底座(I)與所述下電極連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道石英晶體微天平檢測裝置，其特征在于:所述上電極、下電極和鍍層弓丨線為鉻和金鍍層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道石英晶體微天平檢測裝置，其特征在于:所述石英晶片(12)的厚度為16μπι-30μπι，石英晶片(12)的基本頻率范圍為30ΜΗζ_100ΜΗζ。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道石英晶體微天平檢測裝置，其特征在于:硅膠墊片(8)的厚度為 ΙΟΟμ---ΙΟΟΟμπ?ο
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道石英晶體微天平檢測裝置，其特征在于:所述上針探頭(16)為上彈簧針探頭，下針探頭(18)為下彈簧針探頭。.
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道石英晶體微天平檢測裝置，其特征在于:所述封蓋(4)和底座(I)的制作材料為石英玻璃或者有機玻璃。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道石英晶體微天平檢測裝置，其特征在于:所述底座(4)、硅膠墊片(8)和封蓋(4)通過一對螺絲桿連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道石英晶體微天平檢測裝置，其特征在于:所述中心通孔(10)的形狀為足球場形。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道石英晶體微天平檢測裝置，其特征在于:所述石英晶片(12)的厚度大于底座凹槽(2)的深度，且石英晶片(12)的橫截面比底座凹槽(2)的橫截面小。
【文檔編號】G01N5/00GK103471950SQ201310441786
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月23日
【發(fā)明者】梁金星, 黃佳 申請人:東南大學