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双模式响应的压电石英晶体传感器检测凝血参数

双模式响应的压电石英晶体传感器检测凝血参数

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作者：王桢昌中南大学

学位级别：硕士

压电石英晶体传感器是一种厚度剪切模式的体声波传感器,具有粘弹性响应模式及质量响应模式,仪器易于小型化,可实现高灵敏的实时监测,在临床诊断、食品检测等领域具有重要应用价值。本文针对压电石英晶体检测凝血参数中存在的问题,对仪... 详细信息

压电石英晶体传感器是一种厚度剪切模式的体声波传感器,具有粘弹性响应模式及质量响应模式,仪器易于小型化,可实现高灵敏的实时监测,在临床诊断、食品检测等领域具有重要应用价值。本文针对压电石英晶体检测凝血参数中存在的问题,对仪器结构及检测参数进行了改进与设计,提出双模式响应的压电石英晶体传感器用于检测凝血参数,实现了凝血时间的快速检测及凝血酶的低浓度检测。具体研究内容如下:(1)提出毛细进样压电石英微滴血凝监测系统,设计了一种自动进样微流控压电石英晶体检测池,成功用于凝血时间的快速检测。基于压电石英晶体的粘弹性响应采用血液凝固法检测凝血时间,在常规U型压电石英晶体检测池中采用频移法成功实现对血浆及全血凝固过程频率信号的检测,并选取聚苯乙烯作为信号放大的界面修饰。在验证毛细进样压电石英微滴血凝监测系统稳定性的前提下,对检测池进行改进,成功制备出自动进样微流控压电石英晶体检测池,实现小型化、一次性的检测需求,并采用频移法及相移法实现了微滴(15μL)全血的检测。(2)开发了一种双振幅正弦波激励压电石英频移法传感系统,其抗干扰能力及分辨率大幅提高,成功实现凝血时间的快速检测。基于压电石英晶体的粘弹性响应,该系统采用两个不同振幅(CCC控制符下的0.7 V及2FFF控制符下的3.2 V)正弦波分别激励压电石英晶体,并使用高、低振幅下的频率差表征体系粘度变化,解决了常规频移法粘度检测中所存在的干扰问题。采用不同浓度蔗糖溶液进行实验,验证了信号值与粘度变化之间的关系,并将其应用于血液,证明该系统对不同稀释度全血也具有较好的传感性能。最后采用该系统激励压电石英晶体,基于频移法在自动进样微流控压电石英晶体检测池中实现了凝血时间的快速检测。(3)基于压电石英晶体的质量响应,分别采用倍频模式和提高基频的方式提高灵敏度,基于适配体分子探针实现了p M级凝血酶的检测。倍频模式和提高基频是增加压电石英晶体灵敏度的两种有效方法,本文对两种方式均进行验证:一方面采取倍频模式激励10 MHz金电极压电石英晶体,通过分析倍频模式的扫频峰认为5倍频是此实验条件下的最佳倍频模式;另一方面制作了33 MHz高频无极小型压电石英晶体,提高基频并缩小晶体大小,同时采取无极压电石英晶体面作为传感面,验证无极压电石英晶体的免疫传感能力。在流动进样实验条件下,两种方式均可实现低浓度凝血酶的特异性检测,且表现出良好的检测性能。其中,5倍频模式的10 MHz金电极石英晶体在5 p M-150 p M凝血酶浓度范围内具有良好线性关系,检测限为1.69p M,小型33 MHz单面无极石英晶体对55 p M-500 p M浓度范围内的凝血酶呈良好的线性关系,检测限为17.39 p M。图59幅,表20个,参考文献144篇

关键词：压电石英晶体双幅激励凝血时间质量灵敏度凝血酶

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