压电生物传感器的工作原理

来源：www.bio-sensor1.org 发布时间：2015-01-19

压电生物传感器是近20年来发展起来的一种新型生物传感器，它主要是利用压电石英谐振器对质量的敏感性，通过监测谐振器吸附待测物后频率的变化来检测待测物。这类传感器大的优点是不需要任何标记，且仪器简单、操作方便，具有响应灵敏、选择性好、便于自动化等优点，因此引起了人们的浓厚兴趣，成为生物传感器领域的研究热点之一。

压电效应

压电效应(Piezoelectricefect,Piezo源自希腊文，意为加压)实际上是一种机电耦合效应，即晶体受外界机械压应力的作用，在其表面产生电荷的现象。相反，在晶体极化的方向上施加电场，晶体会产生机械变形，这种现象称为逆压电效应。
　　1820年，柏克勒就通过实验指出一些晶体在受压缩时可产生电效应，在此之前，库仑曾预言在适当的材料上施加外压，可以产生电荷。1880年雅克·居里和皮埃尔·居里兄弟首先发现石英和其他一些晶体的压电现象，并证明了晶体表面所形成的电荷的量与外力呈正比例关系。第二年末，他们又证实了逆压电效应，同年上半年，利普曼也预言了逆压电现象的可能。具有压电效应的材料很多，一般分为四类，即压电晶体、压电陶瓷、高分子压电材料和半导体压电材料。高分子压电材料包括某些天然的高分子化合物和经过延展、拉伸和电场极化的合成高分子材料，如PVF2、PVF、PVC、PMC、PC等等。这类材料的优点是柔韧性和加工性能好，但是机电耦合系数比较小。其他三类压电材料多为硅、锗、铋等过渡单元的单晶体以及他们形成的化合物的多晶体或者混合晶体。这些晶体材料各有优缺点，但普遍有较大的硬度、密度和良好的力学性能。
　　石英谐振器

压电传感器采用由压电材料构成声波器件实现信号传导，通过声波的产生、传播及其与周围环境的相互作用，可测量质量、粘(弹)性、介电性等物理量以及与之相互关联的量和生物量。在诸多的声波器件中，由石英晶片构成的厚度剪切模式(TSM)体声波器件(BAW)结构为简明、性能为稳定、应用为广泛，其几何结构、晶片内声波与振动如图1.2所示。在压电与生物传感检测中，也普遍采用这类石英谐振器（QCR）作为其核心信号传导器件。

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