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1、xx大学学士学位论文基于石英晶体的生物传感器的研究摘要凝血因子的分析在临床检查中被广泛应用，目前所有的检测方法都是以凝集反应为基础，通过血液凝集过程中反应体系的粘度、密度等的变化来判断血液凝集反应的终点。血液凝集终点的判断可通过自动化仪器或肉眼观察。肉眼观察，秒表计时，检测结果误差大，重复性较差；自动化仪器结果准确、快速、重复性好，但仪器昂贵、检测成本高，故需寻找一种灵敏、简单、精确测量、成本低廉的新检测方法。压电石英谐振测量技术能够准确地测量出微观反应过程中的微小变化并转化为可以定量检测的频率信号，具有亚ng级别的质检能力，从而为获取反应体系丰富的在线实时信息提供了一种简单、快捷的手段。我们
2、将血液凝集反应与之结合，通过适当的生物学处理和结构设计，构建出一个基于压电石英晶体传感技术的血浆凝血因子检测系统。基于单片机，采用等精度测频对压电石英生物传感器的硬件结构进行频率计数设计。以压电石英晶体传感器振荡频率检测系统为平台，建立了压电传感器频率动态响应模型。结果表明：本检测系统提高了凝血因子检测的方便性、精度和一致性，具有精度高和成本低等优点，有广阔的推广前景。关键词压电石英晶体；生物传感器；检测 Studies of Biosensor Based on Piezoelectric Quartz CrystalAbstractThe analyses of coagulation f
3、actor has been widely used in the clinical examination, now all kinds of detection methods based on agglutination, the end of the blood agglutination is judged by the viscosity and density of reaction system during blood agglutination. The end of the blood agglutination is judged by automated equipm
4、ent or visual observation. The error of detection is big and poor repeatability by visual inspection and stopwatch time. The results obtained by automation equipment is accurate, rapid and reproducible, but the equipment is expensive and testing cost is high, so a sensitive, simple, precise measurem
5、ent, low-cost new detection method is developed.Piezoelectric quartz resonator measurement technique can accurately measure the small change in the microcosmic reaction process and can be transformed into quantitative detection frequency signal, with sub-ng level quality inspection capabilities, so
6、a simple and fast method is provided for obtaining the abundant online real-time information of response system. Combined with the blood agglutination, through appropriate biological processing and structural design, we propose a plasma coagulation factor detection system sensor based on piezoelectr
7、ic quartz crystal technology. The frequency count of hardware structure of piezoelectric crystal biosensor is designed based on microcontroller, using equal precision frequency measure. Using piezoelectric quartz crystal sensor oscillation frequency detection system for the platform, we establish pi
8、ezoelectric sensor frequency dynamic response model. The results showed that: the detection system improve convenience, consistency, and accuracy of detection coagulation factor, with low cost, high accuracy and widely popularizing prospect.Keywords Piezoelectric Quartz Crystal; Biosensor; Detection
9、不要删除行尾的分节符，此行不会被打印- II -目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 压电传感器的发展史21.3 压电生物传感器的研究进展31.4 论文研究内容4第2章 压电生物传感器与凝血因子检测系统62.1 硅材料62.2 压电石英晶体传感器的基本原理62.2.1 压电石英晶体62.2.2 切型及金属电极的选择82.2.3 Sauerbery方程82.2.4 振荡电路92.2.5 液相压电传感理论92.3 凝血因子检测系统122.3.1 凝血因子检测方法122.3.2 石英振子的加工制备132.3.3 压电传感器检测池的设计142.3.4 检测仪的设计152
10、.4 本章小结16第3章 压电石英传感器频率测量技术的实现173.1 频率的测量173.1.1 等精度频率的测量技术173.1.2 等精度频率测量的基本原理173.1.3 等精度测频的测量误差193.2 石英晶体传感器凝血因子-频率检测193.2.1 压电石英晶体传感器等精度频率测量的硬件实现193.2.2压电石英晶体传感器等精度测频的软件实现253.3 本章小结26第4章 压电传感器频率动态响应模型的建立274.1 凝血反应体系粘度密度变化规律274.2 压电石英晶体传感器频率变化与性质的关系284.3 粘度密度乘积变化与F的关系284.4 粘度密度乘积变化与F的关系284.5 本章小结30
11、结论31致谢32参考文献33附录A33附录B40千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行- IV -第1章 绪论1.1 课题背景现代生物分析技术研究和发展的一个重要目标就是努力简化分析方法，使之能够在普通和常规条件下进行，并尽量减少操作技巧。在应用科学领域，分析系统操作步骤和技巧的任何简化，都被视为应用技术领域的进步1。为实现此目标进行的种种成功尝试使生物传感器应运而生，并呈迅猛发展之势。发达国家已形成了传感器研究开发产业，无论在基础研究、应用研究，还是在新产品开发及产业化方面都取得了惊
12、人的成果2。近年来我国也逐渐加入了传感器技术的研究与开发力度，许多企业和民间资本更是瞄准了生物传感器广阔的市场开发前景和诱人的高额利润，不惜投入巨资纷纷涉足这一高科技领域，组建了多个专门从事生物传感器研究的机构，掀起了生物传感器研究的热潮，极大地推动了生物传感器的研究、开发与应用。压电生物传感器在生命科学中的应用研究与探索也成为近年来热点研究方向。压电石英晶体生物传感器正以其灵敏的压电质量传感功能及其简单的仪器装置、快捷的分析速度、低廉的检测成本等优点而博得化学生物学研究人员的青睐。压电石英晶体传感技术是20世纪60年代建立起来的一种新型传感测量技术。在20世纪80年代压电石英晶体在液相稳定振
13、荡获得成功后，压电石英谐振测量技术才开始广泛应用于生物传感器领域。石英晶体振荡频率对晶体表面质量负载和反应体系物理性状如密度、粘度、电导率等的改变高度敏感，具有亚ng级的质量检测灵敏度，能够敏感地测量微观反应过程中的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，它在工业、农业、国防、生命科学等诸多领域极富有应用前景3。上述石英晶体生物传感器具有以下的优点：1经济性与简便性：通常是选择性好的生物材料构成的分子识别元件，因此一般不需要进行样品的预处理，它利用优异的选择性把样品中的被检测组分的分离与检测统筹为一体，测定时一般不需要另外添
14、加其他试剂，克服了过去试剂费用高和化学分析繁琐复杂的缺点。2专一性与特异性：只对特定物质起反应，而且不受颜色、浊度的影响。因为生物传感器主要是利用酶和底物、抗原和抗体、DNA-DNA或DNA-RNA等特异性识别机理，所以具有其他化学法无法比拟的优越性。3便携性与实时性：体积小便于携带，可以实现连续在线实时检测和现场检测。4易操作与自动化：操作系统比较简单，容易实现自动分析，准确度高，一般相对误差可以达到1%。5成本低与便推广：样品用量小，响应快，并且由于敏感材料是固定化的可以反复使用多次，传感器本身成本低，价格低廉，便于推广应用。1.2 压电传感器的发展史1880年，比尔和约克居里兄弟首先发现
15、石英等一些晶体的压电现象4。他们指出，表面所形成的电荷和外加压力成正比。压电效应包含有压电效应和逆压电效应两个方面。前者是指当压电晶体在外力作用下发生形变时，在其某些对应的面上会出现正负束缚电荷，也即没有电场作用，只是由于形变而产生极化现象；反之，在此类晶体上施加电压，则晶体会发生形变，这称为逆压电效应。压电传感器就是利用了压电材料所具有的压电效应，如以压电石英晶体(Piezoelectric Quartz Crystal，简称PQC)等一类压电材料为基底的体声波器件在厚度剪切模式振荡过程中与周边环境的相互作用，由器件超高频声波的声电阻抗谱、频谱或相位等的参量变化来对黄精介质包括质量、粘弹性、导纳、介电或流变特性、离子/溶剂传输等物理、化学性能作出相关应答并转换为相应传感检测信号，获取有关目标组成或多元组分体系的成分、性状的一维或多维信息，以求得到对象的全面、动态、实时或在位描述，用于化学、生物学、药学、临床医学和环境科学等领域的传输检测5。目前应用最广泛的是市售的三明治式压电石英晶体。专门用于检测质量负载的PQC传感器称为石英晶体微天平（Quartz Crystal Microbalance,简称QCM）。QCM的应用始于60年代初，是一种非常灵敏的质量监测器，可以进行纳克级的质量测定6。1959年G.Z
