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Microfluidic qcm enables ultrahigh Q-factor:a new paradigm for in-liquid gravimetric sensing

Microsystems & Nanoengineering 2024年第4期10卷 377-389页

作者： Yicheng Zhao Zehra Parlak Wenjun Yu Daniel French Wilkins Aquino Stefan Zauscher Thomas Lord Department of Mechanical Engineering and Materials Science Duke UniversityDurhamNCUSA Qatch Technologies LLC.DurhamNCUSA Department of Civil and Environmental Engineering Duke UniversityDurhamNCUSA

Acoustic gravimetric biosensors attract attention due to their simplicity,robustness,and low ***,a prevailing challenge in these sensors is dissipation which manifests in a low quality factor(Q-factor),which limits their sensitivity and *** mitigate dissipation of acoustic sensors in liquid environments we introduce an innovative approach in which we combine microfluidic channels with gravimetric *** implement this novel paradigm we chose the quartz crystal microbalance(qcm)as our model system,owing to its wide applicability in biosensing and the relevance of its operating principles to other types of acoustic *** postulate that the crucial determinant for enhancing performance lies in the ratio between the width of the microfluidic channels and the wavelength of the pressure wave generated by the oscillating channel side walls driven by the *** hypothesis is supported by finite element analysis(FEA)and dimensional studies,which revealed two key factors that affect device performance:(1)the ratio of the channel width to the pressure wavelength(W=λp)and(2)the ratio of the channel height to the shear evanescent wavelength(H=λs).To validate our hypothesis,we fabricated a microfluidic qcm(μ-qcm)and demonstrated a remarkable 10-fold improvement in its dissipation when compared to conventional *** novel microfluidic approach offers several additional advantages,such as direct data interpretation,reduced volume requirement for sample liquids,and simplified temperature control,augmenting the sensor’s overall *** fostering increased sensitivity,accuracy,and ease of operation,our novel paradigm unlocks new possibilities for advancing gravimetric technologies,potentially for biosensing applications.

关键词： qcm enable hypothesis

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Relations between Mass Change and Frequency Shift of a qcm Sensor in Contact with Viscoelastic Medium

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Chinese Physics Letters 2013年第5期30卷 22-24页

作者： TAN Feng HUANG Xian-He School of Automation Engineering University of Electronic Science and Technology of ChinaChengdu 611731

We investigate frequency shift of a quartz crystal microbalance(qcm)sensor introduced by mass effect,and properties of material of its coated viscoelastic film are *** validity of the Sauerbrey relation cannot be held if the viscoelastic properties of the contacting medium are *** the qcm sensor with a viscoelastic film works in the gas phase,the viscoelastic properties will introduce an extra mass *** in the liquid phase,the missing mass effect can be *** experimental results demonstrate that the qcm sensor is sensitive to the viscoelastic properties of the coating *** of the viscoelastic contacting medium should be considered.

关键词： Shift qcm viscoelastic

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qcm Coated with Self-assembled Cystine-bearing 1,3-Bridged Calix[4]arenes for Recognizing Gas-phase Butylamines

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Chinese Journal of Chemistry 2005年第5期23卷 571-575页

作者：李园园尹洪宗何锡文陈朗星张国柱何家骐 StateKeyLaboratoryofFunctionalPolymerMaterialforAbsorptionandSeparation DepartmentofChemistryNankaiUniversitylianjin300071China StateKeyLaboratoryofElemento-organicChemistry NankaiUniversitylianjin300071China

Two cystine-bearing 1,3-bridged calix[4]arenes were used as the coatings of the quartz crystal microbalance (qcm) with gold electrodes. The two calix[4]arene derivatives were self-assembled onto the gold electrode surface by the covalent attachment between the di-sulfur and gold. The compound of cystine-bearing bi-phenylalanine 1,3-bridged calix[4]arene (CPC) with longer alkyl chain had better self-assembled capacity onto the fresh surfaces of gold electrode than that of cystine-bearing 1,3-bridged calix[4]arene (CC) with comparably shorter alkyl chain. The modified qcm sensors were used to recognize the butylamine isomers in gas. The results showed that the qcm coated with both compounds had preferential affinity to n-butylamine, then i-butylamine, t-butylamine in the range of low concentrations, indicating that in the recognition process, the steric hindrance effect played an important role when forming complex with guest molecules. When the concentrations of the analytes were increased, the polarity and the magnetism of the butylamine became determinative factors. The reversibility was improved greatly and the equilibrium time was much shorter on the self-assembled film than on the film obtained by dropping coating.

关键词： qcm self-assembled film cystine-bearing calixarene molecular recognition butylamine

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Preparation of functional ordered mesoporous carbons and their application as the qcm sensor with ultra-low humidity

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Chinese Chemical Letters 2020年第8期31卷 2150-2154页

作者： Ye Zhu Weijia Zhang Jiaqiang Xu The State Key Laboratory of Molecular Engineering of Polymers Department of ChemistryFudan UniversityShanghai 200433China Department of Physics&Department of Chemistry College of ScienceShanghai UniversityShanghai 200444China

Ordered mesoporous carbon(OMCs)FDU-15 was synthesized through an EISA(Evaporation-Induced Self-Assembly)method,and the oxidized OMCs(FDU-15-COOH)were obtained by subsequent oxidation treatments in liquid phase to introduce functional groups,The samples were characterized by XRD,TEM,FT-IR and nitrogen adsorption-desorption test,The low humidity sensing performances of FDU-15 and FDU-15-COOH thin films were investigated by using a quartz crystal microbalance(qcm)*** responses of FDU-15-COOH is higher than that of the pristine FDU-15 at very low humidity(qcm sensor.

关键词： Low humidity Sensor Mesoporous carbon Functional qcm

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利用MicroBCA和qcm对钛薄膜表面固定纤连蛋白的量化研究与对比

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功能材料 2012年第13期43卷 1726-1729,1732页

作者：张慧婷周超罗丽萍李遂焰陈俊英孙鸿黄楠西南交通大学生命科学与工程学院四川成都610031 西南交通大学材料先进技术教育部重点实验室四川成都610031

采用物理化学稳定性较好的石英玻璃为基底,用非平衡磁控溅射技术于其表面沉积生物相容性良好的钛薄膜,然后在钛薄膜表面共价固定纤连蛋白。采用傅立叶红外光谱(FT-IR)和X射线光电子能谱(XPS)对各步处理后的材料表面特征进行检测和分析... 详细信息

采用物理化学稳定性较好的石英玻璃为基底,用非平衡磁控溅射技术于其表面沉积生物相容性良好的钛薄膜,然后在钛薄膜表面共价固定纤连蛋白。采用傅立叶红外光谱(FT-IR)和X射线光电子能谱(XPS)对各步处理后的材料表面特征进行检测和分析。主要研究了用MicroBCA检测法对样品表面固定的纤连蛋白的定量表征的可行性,并将该结果与用石英晶体微天平(qcm)方法检测获得的纤连蛋白量做了对比和深入分析。结果显示,纤连蛋白可以成功固定到钛薄膜表面,MicroBCA检测法和qcm法的检测结果具有一致性,样品表面纤连蛋白的固定量大约在767～789ng/cm2。

关键词：钛薄膜纤连蛋白 MicroBCA qcm 定量

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基于Silicate-1型分子筛修饰的qcm类神经毒气传感器

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传感技术学报 2011年第3期24卷 317-320页

作者：彭晶姚伟纪新明胡元元刘全包宗明黄宜平复旦大学专用集成电路及系统国家重点实验室微电子学系上海200433 复旦大学化学系上海200433

主要研究Silicate-1型纳米分子筛对类神经毒气有机气体甲基磷酸二甲酯(DMMP)的敏感特性,并结合高灵敏度的石英谐振天平(qcm)研制了DMMP气体传感器。采用Silicate-1型纳米分子筛作为敏感膜材料分别对不同浓度的DMMP气体进行检测。qcm传... 详细信息

主要研究Silicate-1型纳米分子筛对类神经毒气有机气体甲基磷酸二甲酯(DMMP)的敏感特性,并结合高灵敏度的石英谐振天平(qcm)研制了DMMP气体传感器。采用Silicate-1型纳米分子筛作为敏感膜材料分别对不同浓度的DMMP气体进行检测。qcm传感器随着气体浓度的增加,响应时间增加,气体吸附量增加;当DMMP浓度为50×10-6时,qcm响应频率为50 Hz。分别采用水汽,300×10-6 CO2和500×10-6 NH3作为干扰气体对该敏感膜材料选择性进行了研究,qcm的响应频率分别为178 Hz,28 Hz和15 Hz。采用交变电场作用下N2吹洗脱附,在60 s以内就可以达到85%以上的脱附率。

关键词：气敏传感器 Silicate-1分子筛 qcm DMMP

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采用聚吡咯修饰的qcm型三甲胺气体传感器

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传感技术学报 2008年第5期21卷 715-718页

作者：李光郑俊褒傅均浙江大学工业控制国家重点实验室杭州310027 浙江大学生物医学工程系杭州310027

三甲胺是评估肉类食品新鲜度的重要指标之一,并且临床上也比较值得关注,因而三甲胺的检测具有十分重要的意义。为此,我们采用乳聚法制备了聚吡咯材料,并将其涂敷在晶振电极表面后制得敏感石英晶体微天平(qcm)。根据敏感qcm和参比qcm间... 详细信息

三甲胺是评估肉类食品新鲜度的重要指标之一,并且临床上也比较值得关注,因而三甲胺的检测具有十分重要的意义。为此,我们采用乳聚法制备了聚吡咯材料,并将其涂敷在晶振电极表面后制得敏感石英晶体微天平(qcm)。根据敏感qcm和参比qcm间的频率差变化来实现气体的检测。在室温条件下,该气体传感器对三甲胺气体具有较明显的响应。实验从灵敏度、重现性、选择性和稳定性等方面出发,对该传感器的的性能进行了评价。结果表明,虽然传感器的制备方法简单,但它的性能优异。

关键词：导电聚合物聚吡咯 qcm 三甲胺气敏传感器

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C_6mimCl/qcm传感器对有机酸性气体的监测

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华东理工大学学报（自然科学版） 2013年第4期39卷 457-460,487页

作者：姜心雨闫莹顾雍周航陈佩雯蔡兰坤华东理工大学资源与环境工程学院上海200237

采用离子液体氯化1-己基-3-甲基咪唑(C6mimCl)作为石英晶体微天平(qcm)的涂敷材料制成C6mimCl/qcm传感器,对以甲酸和乙酸为代表的有机酸性气体进行监测。研究结果表明,C6mimCl/qcm传感器对甲酸和乙酸气体均具有响应速率快、灵敏度高和... 详细信息

采用离子液体氯化1-己基-3-甲基咪唑(C6mimCl)作为石英晶体微天平(qcm)的涂敷材料制成C6mimCl/qcm传感器,对以甲酸和乙酸为代表的有机酸性气体进行监测。研究结果表明,C6mimCl/qcm传感器对甲酸和乙酸气体均具有响应速率快、灵敏度高和重现性好等特点,该传感器的频率响应信号与被测有机酸性气体浓度呈良好的线性关系,可用于污染物浓度不断升高的博物馆环境的实时在线监测。

关键词：离子液体 qcm 传感器有机酸性气体

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聚苯胺/TiO_2修饰的qcm气敏传感器及湿度影响研究

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传感技术学报 2011年第4期24卷 475-479页

作者：傅均李光邢建国浙江工商大学计算机与信息工程学院杭州310018 浙江大学工业控制技术国家重点实验室杭州310027

用气敏传感器检测三甲胺在食品检验和环境监测等领域具有广泛意义,而湿度影响在这些实际应用中通常无法避免,如何补偿和校正湿度干扰是传感器设计和使用中的重要课题。考察了一种以聚苯胺/TiO2复合材料为敏感膜的qcm气敏传感器在干燥和... 详细信息

用气敏传感器检测三甲胺在食品检验和环境监测等领域具有广泛意义,而湿度影响在这些实际应用中通常无法避免,如何补偿和校正湿度干扰是传感器设计和使用中的重要课题。考察了一种以聚苯胺/TiO2复合材料为敏感膜的qcm气敏传感器在干燥和不同湿度气氛中对三甲胺气体的响应特性,结果表明均呈现出良好的线性敏感性。发现了在湿度干扰下的传感器漂移规律,并通过多元非线性回归方法建立了一定浓度和湿度下的响应数学模型,计算表明用该模型可较大地提高湿度干扰下浓度估算的准确度。

关键词：气敏传感器 qcm 导电聚合物传感器漂移湿度影响

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基于有限元分析qcm电极尺寸的优化设计

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传感技术学报 2007年第10期20卷 2182-2186页

作者：蒋海峰张培仁中国科学技术大学自动化系合肥230027

提出了一种优化石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance ,简称qcm)结构、抑制寄生振动模的设计方法.用Ansys9 .0有限元软件直接对qcm进行三维有限元分析,从而避免了一般解析和半解析中对控制方程的简化.首先通过对qcm谐振频率收敛... 详细信息

提出了一种优化石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance ,简称qcm)结构、抑制寄生振动模的设计方法.用Ansys9 .0有限元软件直接对qcm进行三维有限元分析,从而避免了一般解析和半解析中对控制方程的简化.首先通过对qcm谐振频率收敛性的分析,验证了有限元计算的正确性;然后分析了不同电极尺寸对qcm振动及能陷情况的影响,并找到了较佳的电极尺寸;最后针对不同电极尺寸的qcm进行了液体测量实验,实验结果验证了基于有限元分析qcm电极尺寸设计方法的有效性.

关键词： qcm 振动模有限元能陷

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