專利名稱：芯片石英振蕩器和液相檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石英振蕩器檢測器和用于液相檢測器的振蕩電路，其中彈性波元件例如石英振蕩器被用作浸在液體介質(zhì)中的檢測器。
背景技術(shù)：
壓電聲波器件例如石英振蕩器可被用作質(zhì)量檢測器，其中根據(jù)的原理是，在電極表面上吸收的物質(zhì)和被吸附物的質(zhì)量成比例地改變振蕩器的基本振蕩頻率。這種改變已經(jīng)被實驗證實和由Sauerbrey提出的理論公式一致(Sauerbrey，G.，Z.phys.155(1959)，p.206-222)。由于由所述公式預(yù)測的高的檢測靈敏度，使用這種檢測器的微量測量方法遠遠優(yōu)于使用機械天平的普通質(zhì)量測量方法，因而這種方法例如在氣相中的有氣味的分子或懸浮微粒的定量測量中付諸使用。
石英振蕩器基本上是一個圓形或矩形的晶體板，其通過沿著特定的晶面切割而成，以便得到晶體的固有特征振蕩，并配備有由氣相沉積的金屬薄層構(gòu)成的電極。根據(jù)其切割角，敏感晶體板被稱為AT，BT，CT，X或Y切割。石英板被置于一對平行對稱設(shè)置的薄層金屬電極之間。在電極之間感應(yīng)的電場引起石英晶體的崎變，而崎變產(chǎn)生電荷。所謂的壓電現(xiàn)象實現(xiàn)可逆的和穩(wěn)定的振蕩。
通常，石英板的表面積大于電極的表面積。在石英板上的沒有壓電效應(yīng)的非電極區(qū)域幫助傳播在電極區(qū)域發(fā)生的彈性波，同時適當?shù)厮p彈性波。因而，其是一個起著所謂的“限制效應(yīng)”的區(qū)域。因而，在設(shè)計石英振蕩器時，為了減少不利的子振蕩，例如由板的端面反射等的不利影響引起的寄生振蕩，選擇石英板的形狀和尺寸是最重要的。
需要一種機械固定方法用于安裝這種石英振蕩器使其作為檢測器。一種用作在氣相中使用的電子元件的石英振蕩器元件通常被設(shè)計由石英板端面的微小的接觸區(qū)域支承著，其中使用支承金屬引線，以便盡量降低沿半徑方向和石英板的厚度方向的應(yīng)力。換句話說，彈性波在端面附近受到衰減，并且安裝力的影響??；考慮到所述接觸區(qū)域，使得所述區(qū)域盡量小，從而不對石英板強加安裝力。
第一個液相彈性波元件檢測器由Basstiaans及其同事在1980年報告過(Konash，P.L.and Bastiaans，G.J.，Anal.Chem.52(1980)，p.1929-1931)。自從所述第一個報告以來，報告過關(guān)于在液相下操作的彈性波元件檢測器的許多研究。期望這種技術(shù)可用于檢測作為被檢測的目標的物質(zhì)，包括通常在液相中溶解的藥劑，以及化學物質(zhì)，例如農(nóng)業(yè)殺蟲劑和食品添加劑，以及由核酸表達的生物功能分子，例如DNA和RNA，和蛋白質(zhì)，例如抗體，荷爾蒙受體，以及植物血凝素，它們只在液相下起作用。
然而，當最初設(shè)計假定用作氣相中的電元件的石英振蕩器被用作導電溶液中的檢測器時便發(fā)生了問題，即，在溶液中的電極之間發(fā)生電短路。在所有的先前的研究中，無例外地需要采取措施避免短路。具體地說，在液相中的石英振蕩器檢測器，作為檢測表面的一對電極被暴露于液相中，而其它的電極以某種方式被保護避免和溶液接觸。當然，因為石英振蕩器是一種基于恒定穩(wěn)定的彈性振蕩原理的元件，用于避免電極和溶液接觸的、干擾石英振蕩器的振蕩的任何的機械結(jié)構(gòu)應(yīng)當無疑地被避免。
作為彈性波元件的石英振蕩器的高質(zhì)量的頻率穩(wěn)定性由高的Q值(品質(zhì)因數(shù))表示。Q值隨石英振蕩器的振蕩的被干擾的程度的增加而顯著減小。此外，在液相檢測器中，其中石英板暴露于具有比氣體高的粘度的液體，和液體本身的接觸可以產(chǎn)生干擾效果，因而，Q值大大降低。由于不合適的機械結(jié)構(gòu)，Q可以下降到最小值。換句話說，在最壞的情況下，振蕩可能停止。
例如，具有一種方法，如同在關(guān)于具有石英振蕩器的器件的研發(fā)的研究報告中經(jīng)常看到的那樣(例如，Masson.M.etal.，Anal.Chem.67(1995)，p.2212-2215，美國專利5135852等)，利用所述方法，只有一對電極能夠和液體接觸。圓形的石英振蕩器利用一對橡膠O形圈或置于其兩側(cè)上的墊圈固定。圖14和圖15表示在一個典型的現(xiàn)有技術(shù)的例子中在石英振蕩器檢測器中在石英板和O形圈之間的位置關(guān)系。圖14是一個從上方看的平面圖，圖15是沿圖14的線G-H取的截面圖。在這些圖中，呈圓形的并在其兩側(cè)具有一對電極的石英振蕩器48被設(shè)置在一對O形圈49之間，并被安裝在流動型的液相石英振蕩器檢測器50中，如圖16所示。圖16含有流入口51，漏孔52，以及電路板53。
在圖14-16中，O形圈或墊圈49用于阻止溶液流入無檢測電極存在的腔體，并把石英振蕩器固定到含有溶液的測量單元的內(nèi)壁上。在上述例子使用的這個方法中，固定點選擇在石英板的表面上，在振蕩很難受到干擾的石英板的端面附近，并且石英板通過彈性橡膠固定，使得確保防止?jié)B漏和進行柔性的安裝。不過，O形圈或墊圈49的緊固壓力的調(diào)整如此微妙，以致不能期望實現(xiàn)重復(fù)性。此外，當石英板被置于窄的流體容器中的O形圈或墊圈49之間時，石英板本身被直接地處理，因此，具有破壞易碎的石英板的危險。即使被牢固地固定時，石英振蕩器也可能由于被試溶液的壓力波動而變形。這些都對石英板施加影響，并且因為通常在石英板的沒有檢測電極的一側(cè)具有空腔，使得石英板的中部朝向空腔的內(nèi)外的方向偏移。此外，在由于溫度變化或者液體壓力變化而引起的容器的微小變形的情況下，石英板直接受到這種變形產(chǎn)生的應(yīng)力。在任何情況下，這種石英振蕩器的變形都將引起Q值的顯著減小和在液相檢測器中的不穩(wěn)定的振蕩。許多例子表明，在最壞的情況下，振蕩停止。
例如，日本專利2759659，2759683和2759684披露了一種石英振蕩器作為液相檢測器的應(yīng)用，其中在由彈性材料和塑料覆蓋的一側(cè)上具有阻擋層。在這個例子中，石英板在結(jié)構(gòu)中幾乎不會受到安裝力，因為和上述的O形圈與石英振蕩器類似，覆蓋層被粘固在接觸位置。不過，為了進行測量，需要相當大的數(shù)量的試樣溶液，即使當能夠把這種大體積的結(jié)構(gòu)(即具有覆蓋層的石英振蕩器)浸在試樣溶液中時。顯然，這限制了能夠利用液相檢測器檢測的對象的范圍。其不適用于只能得到少量的用于物質(zhì)檢測的試樣的情況，包括上述的生物功能分子。把檢測器改變成流動型檢測器，由于試樣溶液的數(shù)量的視在的增加，有效地改善了視在的靈敏度降低，從而顯著地減小了所需試樣溶液的實際數(shù)量。不過，難于在液體流動的容器中安裝具有上述專利中披露的元件的石英振蕩器，并且，即使可能，也需要作進一步努力設(shè)計這樣的裝置，其中石英振蕩器本身不受來自其固定的容器的變形力。
液相石英振蕩器檢測器的理論靈敏度唯一地根據(jù)上述的Sauerbrey公式確定，其中基本振蕩頻率和電極的面積是變量。不過，液相石英振蕩器檢測器的實際的有效靈敏度雖然根據(jù)理論靈敏度確定，但是依賴于在石英振蕩器的電極上的質(zhì)量增加的正常響應(yīng)；或者依賴于作為重要改變可被檢測到的信號頻率中的時間微小變化的改變(減小)程度。換句話說，上述的實際靈敏度和無用信號例如噪聲和漂移的存在和影響的程度有關(guān)，它們掩蓋了信號頻率的小的時間改變。
如上所述，當石英振蕩器被置于溶液中時，能量耗散速率升高，因而有效阻抗增加；和石英振蕩器被置于氣相中時相比，Q值大大減小。這個性質(zhì)對于所述應(yīng)用是不可避免的。這意味著損害了對于施加的電壓等的電負載等的改變或者對于和器件接觸的溶液的物質(zhì)性質(zhì)(壓力、粘度等)的改變引起的機械負載的改變的頻率保持能力或高的緩沖作用，這本來是石英振蕩器的原始性質(zhì)。和被置于氣相中的石英振蕩器相比，在液相中操作的檢測器具有許多噪聲與/或大的漂移，這是因為其輸出信號容易根據(jù)負載的波動而改變，如上所述。因而，當為用于在氣相中產(chǎn)生振蕩而研發(fā)的石英振蕩器電路不加任何修改而用于液相檢測器中時，經(jīng)常不能實現(xiàn)穩(wěn)定的振蕩。
此外，因為液相石英振蕩器檢測器通常用作化學檢測器或生物檢測器，試樣溶液通常是含有電解質(zhì)的導電流體；因而其檢測電極總是暴露在這種導電流體中。這已經(jīng)被研發(fā)液相石英振蕩器檢測器的人員所認識，并且它們提出過許多解決這個問題的措施。此外，由于分子生物學和分析化學技術(shù)近來的發(fā)展，一直需要具有較高靈敏度和較高的輸出性能的檢測器。在檢測器中的多路器件使得同時進行多路測量成為普遍的。除去上述的在驅(qū)動檢測器的振蕩電路系統(tǒng)中的單個石英振蕩器中的一對電極之間的短路之外，多路器件趨于需要采取措施防止另一種類型的短路。具體地說，需要處理當多個電極被同時浸入導電溶液中時，由相應(yīng)于各個電極的振蕩電路共用的公共的電氣接地引起的短路問題。
例如，未審的公開的日本專利申請11-163633披露了一個通過和放大器電路串聯(lián)連接3個反相器來獲得供在液體中的石英振蕩所需的放大程度的例子。這個例子基于由通過放大獲得的能量補償耗散在液相中的能量的損失的構(gòu)思。用類似方法設(shè)計的電路在Barnes及其同事的報告(Barnes，C.，Sens.ActuatorsA.，29(1991)，p.59-69)以及美國專利4788466中提出過。這些公知技術(shù)在耗散的能量顯著，因而石英振蕩器停止振蕩時，可以認為是有效的策略，但是，根據(jù)這種策略，石英振蕩器的Q值未被改善。因此，對于來自伴隨器件的噪聲是無效的，例如直接由用于整流的直流電源裝置以及由交流電源線的電壓降直接傳遞的噪聲，或者從輸出信號處理系統(tǒng)以及由于石英振蕩器周圍的輻射噪聲而引起的施加的電源電壓的波動傳遞的噪聲。因而，用這些方法不能實現(xiàn)有效靈敏度的改善。此外，多路測量器件，特別是在一個器件單元中的多個振蕩電路的布置，在上述已經(jīng)披露的技術(shù)中未被采用。
在Bruckenstein及其同事的報告(Bruckenstein，S.andShay，M.，Electrochimica Acta，30(1985)p.1295-1300)中提出過一個使用電池和光耦合器的電路的例子。不過，這個例子不是被設(shè)計用于多路測量器件的，并且來自一對不同操作的石英振蕩器檢測器的信號，其中的一個用于試樣測量，另一個用于參考測量，在閉合的管路內(nèi)被直接連接。因而，存在的問題是，當一對石英振蕩器檢測器被浸入相同的溶液中時，在振蕩電路之間可能發(fā)生短路。此外，在美國專利3561253中提出了一個電路的例子，其中使用電池作為電源，并具有被插入在信號系統(tǒng)中的變壓器。在這個電路的例子中，通過使用變壓器實現(xiàn)絕緣，因此，對于來自外部信號處理系統(tǒng)的噪聲或者負載波動的影響具有小的效果，但是不能除去交流噪聲成分，例如高頻噪聲等。
本發(fā)明要解決的問題如上所述，當彈性波元件例如石英振蕩器用作液相檢測器時，將預(yù)期獲得具有低Q的振蕩(例如Q為2000或更小，而石英振蕩器用于氣相時的Q高達100000)，這是因為由于和液體接觸而導致機械負載增加所致，對于所述應(yīng)用，這是不可避免的。為了獲得高性能，多功能的和高可靠性的檢測器被迫在低Q的條件下操作，因此需要考慮以下幾點來設(shè)計一種電氣的和物理的結(jié)構(gòu)(1)通過保持在振蕩器上的機械應(yīng)力負載為最小來避免Q值的進一步降低，所述機械負載是由于振蕩器被安裝在容器中引起的；(2)不利的外部負載的改變不應(yīng)當通過沒有自備的緩沖能力(對負載波動的允差)的要求輸出穩(wěn)定的信號頻率的石英振蕩器。換句話說，為了確保石英振蕩器輸出穩(wěn)定的振蕩頻率，提供給振蕩器的電壓必須恒定，因為即使在例如提供給振蕩器的5V的直流電壓具有小于1mV的改變，也會引起頻率穩(wěn)定性的大的損失。因此，石英振蕩器的電源應(yīng)當這樣設(shè)置，使得，無論如何，恒壓的精度為1mV，或者更好，以便避免和輸入電壓相關(guān)的、不利的頻率的改變。以及(3)噪聲不應(yīng)被傳入。除此之外，在所述結(jié)構(gòu)中，不僅應(yīng)當確保在一個石英振蕩器上的電極之間的絕緣，而且應(yīng)當通過阻止在電極之間通過溶液而發(fā)生的短路，或者在和液體接觸的導電材料和其它元件之間通過公共的電氣接地或者通過當具有多個石英振蕩器時存在的靜止的連接而發(fā)生的短路，來滿足每個振蕩系統(tǒng)應(yīng)當滿足的絕緣要求。要滿足這些條件，一直是現(xiàn)有技術(shù)中的問題，因而，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠部分地或者全部地解決這些問題的石英振蕩器。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的目前的申請中，提出了一種試圖克服現(xiàn)有技術(shù)沒有解決的這些問題的新的設(shè)計。
因而，本發(fā)明的目的在于提供一種芯片石英振蕩器，其中能夠防止所述石英振蕩器由外部變形力引起變形。這個目的是通過權(quán)利要求1所述的器件實現(xiàn)的，其中利用彈性粘結(jié)劑把石英振蕩器柔性地固定在襯底上。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種組合的石英振蕩器元件，其中多個芯片石英振蕩器可被設(shè)置在一個公共的安裝襯底上。這是通過具有權(quán)利要求2的特征的器件實現(xiàn)的。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種芯片石英振蕩器，其中提供柔性安裝，使得通過這種安裝能夠容易地適應(yīng)石英振蕩器的尺寸變化。這是通過具有權(quán)利要求3的特征的器件實現(xiàn)的。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種芯片石英振蕩器，其中石英振蕩器的安裝力均勻地分布在石英振蕩器的周邊上。這是通過具有權(quán)利要求4的特征的器件實現(xiàn)的。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種芯片石英振蕩器，其中液體被阻止和石英振蕩器的非檢測電極接觸。這是通過具有權(quán)利要求5的特征的器件實現(xiàn)的。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種芯片石英振蕩器，其中石英振蕩器被襯底支承著，石英振蕩器的振蕩不受所述襯底的影響。這是通過具有權(quán)利要求6的特征的器件實現(xiàn)的。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種芯片石英振蕩器，其中石英振蕩器的振蕩不會由于安裝裝置的剛性而變劣。這是通過具有權(quán)利要求7的特征的器件實現(xiàn)的。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種批量型液相石英振蕩器檢測器，其中能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的振蕩，并且不受溶液壓力波動的影響。這是通過具有權(quán)利要求9的特征的器件實現(xiàn)的，其中芯片石英振蕩器被安裝在能夠保持試樣溶液的盆狀容器的內(nèi)壁上。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種流動型液相石英振蕩器檢測器，其中由安裝施加的不利的壓力不會施加到固定的石英振蕩器上，并且其中能夠確保在石英振蕩器的電極之間的絕緣；所述檢測器具有用于容納要檢測的液體的檢測單元，并且只利用被浸在一種流動液體中的石英振蕩器表面上的檢測電極工作；并且其中能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定振蕩，并且不受由流速波動引起的溶液的壓力波動的影響。這是通過具有權(quán)利要求10的特征的器件實現(xiàn)的。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種石英振蕩器器件，具有用于阻止由外部噪聲引起的電源電壓的改變引起的振蕩頻率的波動的裝置，因而實現(xiàn)穩(wěn)定的振蕩；并且其幫助改善液相檢測器的有效靈敏度。這是通過具有權(quán)利要求8的特征的器件根據(jù)本發(fā)明實現(xiàn)的，其中包括由于把檢測電極浸在液體中而具有減小的Q的芯片石英振蕩器的振蕩電路部分的輸出通過光耦合器部分被傳遞給一個外部裝置，并且電源由電池供電；其中整個電路被屏蔽，以便使用于檢測的由振蕩電路部分、光耦合器部分和電源部分構(gòu)成的電部分和外部電部分隔離。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種用于根據(jù)本發(fā)明制造石英振蕩器器件的方法。所述方法是根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法。
下面借助于本發(fā)明的示例的實施例和


本發(fā)明。

圖1是從上方看的根據(jù)本發(fā)明的芯片石英振蕩器的第一實施例的示意的平面圖；圖2是沿圖1的線A-B取的截面圖；圖3是圖2的畫圓圈部分的放大圖；
圖4是從上方看的根據(jù)本發(fā)明的芯片石英振蕩器的第二實施例的示意的平面圖；圖5是沿圖4的線C-D取的截面圖；圖6是其中安裝有根據(jù)本發(fā)明的芯片石英振蕩器的流動型液相石英振蕩器檢測器的截面圖；圖7是從上方看的芯片石英振蕩器的平面圖，其中在同一個襯底上設(shè)置有圖1所示類型的多個石英振蕩器；圖8是從上方看的批量型液相石英振蕩器檢測器的平面圖，其中根據(jù)本發(fā)明的芯片石英振蕩器被設(shè)置在用于保持試樣溶液的每個盆狀容器中；圖9是沿圖8的E-F線取的截面圖；圖10是表示本發(fā)明的石英振蕩器件的電結(jié)構(gòu)的電路圖；圖11是其中安裝有根據(jù)本發(fā)明的芯片石英振蕩器的流動型液相石英振蕩器檢測器的方塊圖；圖12是一個實驗結(jié)果的曲線，用于使本發(fā)明的芯片石英振蕩器和以前類型的利用O形圈支承的芯片石英振蕩器比較，比較在流動型液相石英振蕩器檢測器中和流率有關(guān)的輸出信號的穩(wěn)定性；圖13是用于使本發(fā)明的石英振蕩器件和用交流電源操作的普通的石英振蕩器件比較的輸出的振蕩頻率的穩(wěn)定性的實驗結(jié)果的曲線；圖14是示意地表示利用O形圈支承圓形石英振蕩器的現(xiàn)有技術(shù)的方法；圖15是沿圖14的線G-H取的截面圖；圖16是其中安裝有圖14所示的芯片石英振蕩器的流動型液相石英振蕩器檢測器的截面圖；以及圖17是一個實驗結(jié)果的曲線，其表示由于結(jié)合到根據(jù)本發(fā)明的芯片石英振蕩器的分子而引起的振蕩頻率的改變。
具體實施例方式
下面參照附圖詳細說明本發(fā)明的幾個實施例。不過，應(yīng)當理解，本發(fā)明不限于這些特定的實施例，而是覆蓋了由所附權(quán)利要求包括的所有的改變和改型。應(yīng)當認為，在附圖中，相同的標號代表相同或相似的元件。
圖1是從上方看的根據(jù)本發(fā)明的芯片石英振蕩器的第一實施例的示意的平面圖，圖2是沿圖1的線A-B取的截面圖。在這些圖中，芯片石英振蕩器S具有被放置在襯底1的上表面1’上的矩形的石英振蕩器2。襯底1由任何剛性的、不導電的、或者能夠保持不導電涂層的、在被試液體中不溶的、并且優(yōu)選地是廉價的和容易加工的材料制成。許多工程塑料、金屬和陶瓷都是合適的，尤其是用于制造電路板的材料。石英振蕩器2在其第一表面2’上具有檢測電極3，在相對的第二表面2”上，即，在這種情況下，面向襯底1的上表面1’的一側(cè)，具有非檢測電極3”。在本發(fā)明的實施例的一個例子中，石英振蕩器2的尺寸是4毫米長，1.6毫米寬，60微米厚，當然也可以具有其它的尺寸和形狀。因而，振蕩器的第一和第二表面具有6.4平方毫米的表面積，側(cè)壁2的厚度是60微米深。
為了和襯底1的相應(yīng)的部分實現(xiàn)電連接，由薄金屬層制成的引線電極3’(也稱為局部電極)和檢測電極3相連。引線電極3’跨過石英振蕩器的表面朝向其邊緣延伸，在所述邊緣的上方以及在石英振蕩器2的一側(cè)的下方，并且在側(cè)壁的底部邊緣周圍，延伸到石英振蕩器的下側(cè)，在那里被連接到最好由襯底2上的薄金屬層制成的第一端子4上，其中優(yōu)選地使用少量的導電粘結(jié)劑(未示出)。類似地，在石英振蕩器2的相對表面上的非檢測電極3”利用引線電極3被電連接到襯底1的上表面上的第二端子4’上，也優(yōu)選地使用導電粘結(jié)劑(未示出)。每個端子4和4’利用電連接例如通過襯底2的通孔和置于襯底2的后方(即和具有石英振蕩器2的表面相對的表面)的外部端子相連。利用這種結(jié)構(gòu)，可以從和設(shè)置有石英振蕩器2的表面相對的襯底1的表面對檢測電極3和非檢測電極3”施加電壓。
為了阻止在檢測電極3和非檢測電極3”之間由和置于石英振蕩器2的背面上的非檢測電極接觸的導電流體引起短路，石英振蕩器2的側(cè)壁2沿著其整個周邊利用彈性粘結(jié)劑5被柔性地固定并密封在襯底1上。所述粘結(jié)劑最好不溶于被檢測的液體，并且例如可以是硅樹脂粘結(jié)劑。優(yōu)選地，其應(yīng)當在涂覆于芯片上時具有足夠的易動性，以便容易分布，同時又有足夠的粘性，以便不滲透入振蕩器和支承之間的接觸區(qū)域。在固化之后，應(yīng)當具有足夠的彈性，以便使得振蕩器能夠穩(wěn)定地運動，而不再應(yīng)當是易動的。如圖3所示，圖3是圖2的畫圓圈部分的放大圖，彈性粘結(jié)劑5用于把石英振蕩器2的側(cè)壁2固定到襯底1上；使用的粘結(jié)劑的數(shù)量應(yīng)當盡可能少，以便保持石英振蕩器2的頂面(具有檢測電極3的表面)和底面(具有非檢測電極3”的表面)沒有粘結(jié)劑，因為否則將對石英振蕩器的性能具有不利影響。
在具有這種結(jié)構(gòu)的芯片石英振蕩器S中，因為利用彈性粘結(jié)劑把石英振蕩器2柔性地粘結(jié)到襯底1上，便可以保持由于和襯底1的連附而引起的阻力最小，并使在AT切割石英振蕩器或其類似物中由于體波方式厚度剪切振動而引起的Q的減小最小。此外，一旦石英振蕩器2被固定到襯底1上，即，一旦粘結(jié)劑固化，當芯片被安裝在器件中時，所述的連附將不發(fā)生任何變化，這是因為，襯底吸收了所有的安裝力，因此沒有安裝力施加在振蕩器芯片上。這具有的優(yōu)點是，當重復(fù)使用時，振蕩狀態(tài)具有好的可重復(fù)性，當和以前利用O形圈或墊圈的機械固定方法來固定現(xiàn)有技術(shù)的石英振蕩器相比，這是一個大的優(yōu)點。
如上所述，在以前的液相檢測器中，經(jīng)常在石英振蕩器的背面設(shè)置氣體空腔，并且石英板在其端點被支承著，因此，具有的缺點是，由于在試樣溶液的流體壓力下的振動而使得石英板發(fā)生變形。根據(jù)壓力，這引起Q值的顯著減小。結(jié)果，使得振蕩變得不穩(wěn)定或者停止。然而，在本發(fā)明中，因為防止了石英振蕩器2的變形，可以獲得穩(wěn)定的振蕩，這是因為面向襯底1的石英振蕩器2的振蕩表面被非粘附地支承著，但和襯底1的表面分布地接觸。和現(xiàn)有技術(shù)的石英振蕩器相比，這是一個大的優(yōu)點，現(xiàn)有技術(shù)的石英振蕩器對流率的改變敏感，在介質(zhì)條件下或者在因為液體流中的脈動引起大的壓力波動的大流率下，基本上不能使用，并且還趨于限制產(chǎn)生高的脈動流的往復(fù)泵的使用。然而，這些問題利用本發(fā)明的芯片石英振蕩器S基本上可以避免。
上面的術(shù)語“非粘附地”指的是面向襯底1的石英振蕩器的表面不與襯底1粘結(jié)，也不特意地保持離開襯底而升高；因此，后表面可以自由地沿橫向振動?！胺植嫉亍敝傅氖前惭b力分布在襯底1和石英振蕩器之間的接觸區(qū)域，最好在接觸區(qū)域上均勻地分布。
此外，在本發(fā)明的芯片石英振蕩器S中，即使在導電的試樣溶液中，也能保持檢測電極3和非檢測電極電氣絕緣，這是因為石英振蕩器2沿著其周邊利用防水的彈性粘結(jié)劑5被密封地粘結(jié)在襯底1上。此外，在現(xiàn)有技術(shù)中，在安裝期間需要使引線直接和石英振蕩器的表面電極相連。然而，在本發(fā)明中，芯片石英振蕩器S是一個可以容易替換的單元，這是因為上部電極的外部電連接可以和下部電極的連接一道被設(shè)置在襯底1的底面上，借以方便地實現(xiàn)簡單的安裝。在本發(fā)明中，具有的另一個優(yōu)點是，可以保護易碎的石英振蕩器免遭機械破壞，這是因為芯片石英振蕩器可以以芯片單元(即芯片和襯底)為基礎(chǔ)進行處理和替換，即，可以避免和易碎的芯片接觸。
根據(jù)本發(fā)明的用于制造芯片石英振蕩器的方法包括以下步驟在石英振蕩器上氣相沉積檢測電極和非檢測電極以及引線電極；對具有合適形狀和尺寸的襯底的要面向石英振蕩器的表面上提供電極以及從這些電極引向所述襯底的相對側(cè)的通孔；在所述通孔中提供從所述襯底的表面上的電極引出的導體；在所述襯底的電極上涂覆導電的粘結(jié)化合物，并把石英振蕩器放置在襯底上，使其引線電極和所述導電粘結(jié)化合物接觸；使所述導電的粘結(jié)化合物固化；當涂覆固化的粘結(jié)化合物時，利用手動地使用柔性的細針在顯微鏡的觀察下進行，或者使用機器人自動地進行，涂覆在石英振蕩器的周邊的周圍，使得把石英振蕩器的側(cè)壁粘結(jié)到所述襯底的表面上；以及除去石英振蕩器的上表面上的任何多余的粘結(jié)化合物。
上面是一個矩形的石英振蕩器的例子，但是，根據(jù)本發(fā)明的芯片石英振蕩器S也可以利用其它形狀的石英振蕩器來實現(xiàn)。圖4是從上方看的根據(jù)本發(fā)明的芯片石英振蕩器的第二實施例的示意的平面圖，并且圖5是沿圖4的線C-D取的截面圖。在這個第二實施例的芯片石英振蕩器S中，在襯底1上設(shè)置有圓形的石英振蕩器6。石英振蕩器6例如在和襯底1相對的第一表面6’上具有圓形檢測電極7。由氣相沉積的金屬薄層制成的引線電極7’從檢測電極7的合適部分布線，沿著表面6’上的石英振蕩器6的徑向延伸，沿著石英振蕩器6的側(cè)壁6向下，環(huán)繞到面向襯底1的背面6”延伸。石英振蕩器6的引線電極7’的背面部分，優(yōu)選地利用適用于實現(xiàn)可靠連接的最小的面積和厚度的導電粘結(jié)劑(未示出)和襯底1上的端子4電氣相連。同樣，在石英振蕩器6的另一面上的非檢測電極7”利用導電粘結(jié)劑(未示出)以最小的面積和厚度和襯底1上的端子4’電氣相連，所述端子4’沿徑向和端子4面對。這是為了使作用到芯片上的力最小。用和第一實施例相同的方式，端子4和4’的每一個利用電連接例如通過襯底2的通孔和置于襯底2的背面(即和具有石英振蕩器2的表面相對的表面)的外部端子電氣相連。利用這種結(jié)構(gòu)，電壓可從襯底1的未設(shè)置石英振蕩器的干燥的后面被施加到檢測電極3和非檢測電極上。
在第二實施例中，石英振蕩器6也通過利用彈性粘結(jié)劑使石英振蕩器6的側(cè)面和襯底1的表面相連，被柔性地固定到襯底上。這樣，如第一實施例中一樣，可以實現(xiàn)石英振蕩器6的振蕩表面在襯底1的表面上所需的表面連接的、非粘連的、分布的支承。
下面說明關(guān)于本發(fā)明的芯片石英振蕩器S的幾個應(yīng)用的例子。圖6是其中安裝有參照圖1-圖5所述的根據(jù)第一或第二實施例的芯片石英振蕩器S的流動型液相石英振蕩器檢測器的截面圖。流入口9和流出孔10被設(shè)置在容器8內(nèi)，以便使試樣溶液能夠進入容器并和流動性液相石英振蕩器檢測器T內(nèi)部的芯片石英振蕩器S的檢測電極接觸。芯片石英振蕩器S的襯底被固定在襯墊材料11例如像O形圈等的彈性體或可彎曲的墊片，和一種優(yōu)選的彈性電連接12例如扁的彈簧或減震銷等的彈性金屬之間。襯墊材料11用于阻止試樣溶液流入芯片石英振蕩器S的襯底的后部周圍的區(qū)域，電連接12用于使芯片石英振蕩器S的襯底1的背面上的電極端子和一般被設(shè)置在液相檢測器內(nèi)部的電路板13電氣相連。電路板13可以包括具有石英振蕩器的振蕩電路的電路結(jié)構(gòu)，以及被設(shè)置到電路板上的合適的電路元件。
優(yōu)選地，利用合適的加熱或冷卻元件，例如Peltier元件(未示出)，使芯片石英振蕩器S的溫度保持恒定以減少誤差源。
在現(xiàn)有技術(shù)中，安裝力通過彈性體被直接施加到石英振蕩器上。然而，如圖6所示，在本發(fā)明中，芯片石英振蕩器S通過利用作為襯墊材料11和電連接12的彈性體被柔性地固定在容器8內(nèi)。此外，襯底1被固定在容器8內(nèi)，借以阻止安裝力被施加到石英振蕩器2或6上。除此之外，即使在操作期間由于溫度或流率的微小改變而使容器8產(chǎn)生微小的變形時，這種微小的形變也能被襯墊材料11和彈性電連接12吸收。由于加寬了流動性液相石英振蕩器檢測器T能夠以高的重復(fù)性使用的條件的范圍，這種結(jié)構(gòu)使得能夠?qū)崿F(xiàn)具有較高可靠性的液體檢測器。
為了更換芯片石英振蕩器S方便使用了襯墊材料11例如O形圈或墊片，因此使得其可以利用其它的任何功能等效物代替，例如，把襯墊材料和容器8的內(nèi)表面合成一個整體。同樣，彈性電連接這種形式并不是重要的，例如，這種電連接可被省略，在電路板13上的一個柔性接觸部分可以和芯片石英振蕩器S的襯底1的背面上的端子直接相連。此外，優(yōu)選的是，根據(jù)需要，使一個流動管和流動性液相石英振蕩器檢測器T中的流入口9以及流出孔10中的任何一個或者兩者相連。
圖7是從上方看的芯片石英振蕩器S的平面圖，其中在一個襯底14上設(shè)置有圖1所示類型的多個石英振蕩器2。該圖表示在一個襯底14上設(shè)置的由本發(fā)明的第一和第二實施例的多個單元構(gòu)成的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。在這種情況下，可以從和具有石英振蕩器2或6的表面相對的襯底14的一個表面上對石英振蕩器2或6的每一個提供功率。石英振蕩器2或6的每個單元可被獨立地連接在襯底14上，并用和上面對于本發(fā)明的第一和第二實施例所述的方式相同的方式電氣相連。
在圖7所示的結(jié)構(gòu)中，不僅多個石英振蕩器2或6，而且多個電極單元3被設(shè)置成陣列，通過在每個檢測電極上設(shè)置不同的分子配基，可以同時檢測和陣列接觸的溶液中的不同類型的對象。此外，通過只處理一個襯底單元14，便可以替換或者移動芯片石英振蕩器，因而，可以改善檢測的操作效率。多個流動型液相石英振蕩器檢測器可被用于各種用途，其數(shù)量及其排列不受限制。
圖8是從上方看的平面圖，表示批量型液相石英振蕩器檢測器U的一個例子，其中具有多個被設(shè)置在其上的根據(jù)本發(fā)明的芯片石英振蕩器，以及圖9是沿圖8的E-F線取的截面圖。在這些圖中，由電絕緣材料制成的上方具有開口的框架15例如由防水互連壁形式的隔板16沿縱向和橫向分割，從而形成被設(shè)置在其中的格子內(nèi)的多個盆狀容器17的單元，根據(jù)本發(fā)明的第一或第二實施例的芯片石英振蕩器S被固定在每個盆狀容器17內(nèi)。每個盆狀容器17中可以保持試樣溶液的試樣，并且置于其中的芯片石英振蕩器S的檢測電極3或7被暴露于試樣溶液。
由圖8和圖9所示的結(jié)構(gòu)可見，在批量型液相石英振蕩器檢測器U中，在每個盆狀容器17內(nèi)可以放置芯片石英振蕩器S的一個單元，借以實現(xiàn)同時測量多種被試溶液和改善檢測的操作效率的目的。此外，每個盆狀容器17相互隔離，因而，可以只利用盆狀容器的一個單元進行檢測。因而，批量型檢測器U對于難于利用圖6所示的流動型容器檢測的試樣(例如，具有高的粘度的試樣或者含有在檢測容器中經(jīng)過相當長的一個反應(yīng)時間之后才能檢測的實驗物質(zhì)的試樣)是有用的。
多個批量型液相石英振蕩器檢測器U可用于許多用途，其數(shù)量和結(jié)構(gòu)不受限制。盆狀容器17的形狀不限于圖中所示的矩形，任何合適的容器形狀都是可以接受的，只要容器內(nèi)部能夠保持芯片石英振蕩器S即可。此外，在盆狀容器17中的芯片石英振蕩器S的任何布置都是可以接受的，只要其檢測電極3或7暴露于試樣溶液，并且確保在襯底1的背面上的端子和每個芯片石英振蕩器12中的相應(yīng)的電路之間的電連接即可；例如，芯片石英振蕩器S可以安裝在框架15的側(cè)部。此外，可以把芯片石英振蕩器S倒置地設(shè)置在試樣溶液及其氣相之間的邊界上，使得芯片石英振蕩器S的檢測電極位于試樣溶液的上方，并且和試樣溶液接觸。也可以通過省略每個芯片石英振蕩器S的襯底1，并假定框架15的底部或側(cè)面上的表面相當于襯底1，把石英振蕩器2或6安裝在框架15的底部的表面上。
圖10是表示本發(fā)明的石英振蕩器件的一個例子的結(jié)構(gòu)的電路圖，其中包括上述的芯片石英振蕩器S作為一個元件。如圖所示，石英振蕩器器件V具有振蕩電路部分OSC，光耦合器部分PC，驅(qū)動部分DR和電源部分PS。
振蕩電路部分OSC由反相器18、電阻19、芯片石英振蕩器20、電阻21、以及電容器22和23構(gòu)成；反相器18包括NOT電路。被連接在反相器18的輸出和輸入端之間的電阻19是一個反饋元件。電阻21是一個用于限制流入芯片石英振蕩器20的電流的元件，并且和電阻21一道，芯片石英振蕩器20被連接在反相器18的輸出端和輸入端之間。作為檢測器操作的芯片石英振蕩器20的檢測電極和試樣溶液接觸。電容器22被連接在芯片石英振蕩器20的檢測電極和地之間；電容器23被連接在芯片石英振蕩器20的非檢測電極和地之間。
振蕩電路OSC的輸出通過驅(qū)動部分DR被傳遞到光耦合部分PC。驅(qū)動部分DR由反相器24、串聯(lián)電阻25、26、27、以及和電阻26并聯(lián)的電容器28構(gòu)成；電阻27的一端和光耦合部分PC中的發(fā)光元件聯(lián)接。光耦合部分PC中的發(fā)光元件的陽極通過電阻29和電源電壓VCC相連。石英振蕩器件V的輸出從光耦合部分PC中的感光元件輸出。
為了減少電源噪聲，用于向石英振蕩器件V的每個元件提供電源電壓的電源部分PS最好包括電池30、和電池30并聯(lián)連接的電容器31、恒壓電路32、以及用于把恒壓電路32的輸出端和地相連所需的電容器33。
構(gòu)成石英振蕩器件V的每個部分和用于保持芯片石英振蕩器和試樣溶液接觸的裝置優(yōu)選地被安裝在金屬容器34中，借以電屏蔽金屬容器34中的每個元件。金屬容器優(yōu)選地制成可除去的，例如使得在除去金屬容器34之后能夠更換電池。根據(jù)下述可以改善操作性利用置于開關(guān)電路SW的端子m和n之間的元件代替置于電池的端子M和N之間的元件，所述開關(guān)電路SW由電池30、繼電器36、外部開關(guān)35和驅(qū)動直流電壓VDD構(gòu)成，借以控制振蕩電路部分OSC的接通和斷開，通過在金屬容器34外部安裝外部開關(guān)35，并通過借助于繼電器36使外部開關(guān)35和振蕩電路部分OSC相連，借以保持電屏蔽效果。
因而，通過使用光耦合部分PC，使得振蕩電路部分OSC的輸出和外部器件例如頻率計數(shù)器電氣隔離，電源電壓由電池30提供給每個電路部分，并且通過將其安裝在金屬容器內(nèi)從而被全部屏蔽，借以阻止由于外部噪聲導致的電源電壓的改變而引起的振蕩頻率的波動，結(jié)果，可以獲得穩(wěn)定的振蕩頻率。此外，當石英振蕩器件必須和其它器件隔離時，例如當多個石英振蕩器在一個襯底上被設(shè)置在陣列中，如圖7所示時，當多個電極被暴露于試樣溶液時，或者當其被設(shè)置在可以通過試樣溶液和其它的電器件(例如溫度控制器)建立感應(yīng)連接，或者可以和所述器件建立直接的電連接的位置時，圖10所示的結(jié)構(gòu)是尤其有利的，并具有優(yōu)異的效果。
石英振蕩器通常利用5V的直流電源操作。已經(jīng)認識到，當其Q值顯著減小時，例如在將其浸入液相中的情況下，響應(yīng)施加的電源電壓的即使小的改變，也趨于改變其振蕩頻率。例如，在27MHz AT切割石英振蕩器的情況下，施加電壓的1mV的改變引起大約10Hz的振蕩頻率的改變。為了實現(xiàn)在赫茲或者子赫茲數(shù)量級的振蕩頻率輸出穩(wěn)定性，電源電壓必須具有微伏數(shù)量級的穩(wěn)定性。這意味著，通過布線進入石英振蕩器件的外部感應(yīng)噪聲和由來自外部器件例如電源電路的噪聲引起的電壓的微小波動是不能忽略的。不過，借助于使用補償器，可以容易地抵銷這種微小的影響。通過在本發(fā)明的石英振蕩電路中考慮這些技術(shù)背景，通過把電池和其它所需的電路元件安裝在屏蔽中，并且通過設(shè)計使振蕩輸出通過光耦合器取出的結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)完好的電隔離。因而，利用本發(fā)明，可以大大減少外部噪聲進入的可能性，因而能夠?qū)崿F(xiàn)具有高穩(wěn)定性的振蕩頻率輸出。
圖11是表示流動型液相石英振蕩器檢測器T的實際使用的一個結(jié)構(gòu)的例子的示意圖，其中含有根據(jù)本發(fā)明的芯片石英振蕩器S，還包括外圍裝置。流動型液相石英振蕩器檢測器39由上面參照圖6說明的流動型液相石英振蕩器檢測器T、用于保持檢測器的恒溫的加熱或冷卻元件例如Peltier元件以及絕熱的外部容器構(gòu)成。上面參照圖10所述的電屏蔽可以通過下述方法實現(xiàn)使用能夠電氣隔離的金屬容器作為流動型液相石英振蕩器檢測器39的外部容器，或者利用另一個金屬容器封裝流動型液相石英振蕩器檢測器T，如圖11所示。試樣溶液在被置于用于供應(yīng)試樣溶液的容器42中之后，通過利用泵41使得能夠通過流動管子45流動，所述泵41能夠提供沒有脈動流的恒定的流率，溶液通過具有注射器43的閥門，從入口9被提供到流動型液相石英振蕩器檢測器T，溶液通過出口10排放到廢液容器47內(nèi)。具有這樣的可能性，即，當流通管子45被從流動型液相石英振蕩器檢測器39除去時，芯片石英振蕩器S的檢測電極3通過試樣溶液對外部成為導電的，結(jié)果，由金屬容器構(gòu)成的電屏蔽不起作用。不過，試樣溶液的有效電阻通常相當大，實際上其導電影響是可以忽略的，當使用具有小的內(nèi)徑和外徑(例如外徑大約為1mm，內(nèi)徑大約為0.25mm或更小)的非導電的塑料管作為流通管45時，能夠確保屏蔽效果。
含有要被檢測的物質(zhì)的溶液可通過具有注射器43的閥門利用注射器注入管子中作為測試溶液40，然后通過轉(zhuǎn)動具有注射器43的閥門的開關(guān)使溶液提供給流動型液相石英振蕩器檢測器T。流動型液相石英振蕩器檢測器T的輸出振蕩頻率可以通過同軸電纜46傳送到頻率計數(shù)器38，由計數(shù)器38以固定的時間間隔或者連續(xù)地進行測量，然后由接口例如GPIB或RS232C通過通信電纜44傳送到計算機37。計算機37具有接口例如GPIB或RS232C，最好能夠通過通信電纜44控制泵41和具有注射器43的閥門。進行測量的方法包括以下步驟對流動型液相石英振蕩器檢測器裝置39提供電源，從而使其開始振蕩；啟動液相石英振蕩器檢測器39的熱控制器；同時利用泵41使液體以恒定的流率流入；以及當流動型液相石英振蕩器檢測器T的輸出振蕩頻率成為穩(wěn)定的振蕩頻率時，轉(zhuǎn)動具有注射器43的閥門，使得試樣溶液能夠流入流動型液相石英振蕩器檢測器T。輸出振蕩頻率和由芯片石英振蕩器S的檢測電極3對試樣的吸收和釋放而引起的質(zhì)量的微小變化成比例地變化。所述變化可用頻率計數(shù)器測量，并以固定的時間間隔與/或連續(xù)地采集數(shù)據(jù)并被記錄在計算機37內(nèi)。下面說明的例子便利用這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、流動型液相石英振蕩器檢測器件和外圍裝置W進行了測量。
圖12是輸出信號的穩(wěn)定性對試樣溶液的流率的實驗結(jié)果曲線；在圖16所示的流動型液相石英振蕩器檢測器中安裝了圖14和圖15所示的利用O形圈直接支承著的現(xiàn)有技術(shù)的石英振蕩器，并且在流動型液相石英振蕩器檢測器T中安裝了如圖1和圖2所示的根據(jù)本發(fā)明的芯片石英振蕩器S，由兩種類型的檢測器獲得的結(jié)果在該圖中進行了比較。在每種情況下，石英振蕩器都被置于圖10所示的石英振蕩器20的位置?？v坐標表示根據(jù)上述設(shè)計的石英振蕩器件的相對振蕩頻率；橫坐標表示時間。利用純水作為試樣溶液，即沒有注入含有要檢測的物質(zhì)的溶液，因此，在測量期間在電極上不發(fā)生吸收和釋放現(xiàn)象。因而，在實驗期間，振蕩頻率的變化被認為不是由質(zhì)量的改變引起的。
在圖12的曲線中，曲線a，b，c，d表示使用原有類型的利用O形圈直接支承著的流動型液相石英振蕩器檢測器中的輸出頻率響應(yīng)，曲線α，β，γ，和δ表示具有根據(jù)本發(fā)明的芯片石英振蕩器S的流動型液相石英振蕩器檢測器T的輸出頻率響應(yīng)。在曲線a和α中，試樣溶液的流率是0μl/分鐘，在曲線b和β中是10μl/分鐘，在曲線c和γ中是50μl/分鐘，在曲線d和δ中是100μl/分鐘。
圖12的曲線a-d表示，在利用O形圈直接支承著的原有類型的石英振蕩器的情況下，頻率的波動隨流率的增加而增加。這是因為，由O形圈直接支承著的石英振蕩器容易因試樣溶液的壓力而變形。然而，如曲線α-δ所示，本發(fā)明的芯片石英振蕩器S幾乎不受流體壓力增加的影響，因此振蕩頻率的波動非常小。
圖13是表示一個實驗結(jié)果的曲線，其中對利用圖10所示的石英振蕩器件V獲得的輸出振蕩頻率的穩(wěn)定性和普通的利用交流電源操作的石英振蕩器件獲得的輸出頻率的穩(wěn)定性進行了比較?？v坐標表示頻率(HZ)，橫坐標表示時間(秒)。測量利用具有圖6所示的本發(fā)明的芯片石英振蕩器S的流動型液相石英振蕩器檢測器T進行。和上述的例子一樣，使用純水作為試樣溶液，并且不注入含有要檢測的物質(zhì)的溶液。在利用交流電源操作的普通的石英振蕩器件中，通過由民用交流電線進行整流和降壓(例如100V)向石英振蕩器提供電源，并且振蕩輸出直接和頻率計數(shù)器相連。因而，由曲線e可見，利用交流電源操作的普通石英振蕩器件的輸出頻率根據(jù)通過布線進入的外部噪聲和來自電源電路的噪聲而具有相當大的改變。然而，由曲線ε可見，在圖10所示的石英振蕩器件V中，振蕩器件的輸出通過光耦合器和外部裝置相連，并且由電池提供電源，以及整個振蕩器件被封裝在金屬容器中，因而被金屬容器屏蔽，從而和外部裝置電氣絕緣；因而由于電源噪聲引起的振蕩頻率的波動極小，可以獲得穩(wěn)定的振蕩。
由上述的幾個實施例和應(yīng)用的實例可以理解，在本發(fā)明中，石英振蕩器的側(cè)壁被設(shè)計用于柔性地和襯底的表面相連，同時面向襯底的表面的振蕩器的表面不被連附于襯底的表面上，借以借助于襯底實現(xiàn)表面接觸的、非粘附的、分布的石英振蕩器的支承。這種設(shè)計具有極好的效果，使得即使在具有由和石英振蕩器接觸的試樣溶液的性能的改變或者由器件的操作例如試樣溶液的流動而引起的變形應(yīng)力時，石英振蕩器也難于變形，結(jié)果，可以獲得穩(wěn)定的振蕩。此外，還具有保護石英振蕩器不受機械破壞的優(yōu)點，因為可以通過夾持襯底對石英振蕩器進行處理，使得不用對其進行直接處理便可以使石英振蕩器移動或更換。
另一個大的優(yōu)點是，能夠確保振蕩器件的穩(wěn)定操作，即使在多個石英振蕩器被浸入導電的流體中同時操作時，在含有石英振蕩器的石英振蕩器件之間不會發(fā)生電氣干擾例如短路，這是因為每個石英振蕩器被固定在襯底的一側(cè)上，并且和石英振蕩器電氣相連的電路元件被置于襯底的另一側(cè)上。
此外，根據(jù)本發(fā)明，石英振蕩器件所需的所有電氣元件可以和其它的電氣元件電絕緣和隔離，因為具有芯片石英振蕩器的石英振蕩電路連同所述電路所需的電源部分被設(shè)計安裝在金屬容器內(nèi)，并被金屬容器電氣屏蔽。此外，振蕩電路的輸出被設(shè)計通過光耦合器和外部裝置相連。因而，消除了由于外部噪聲導致的電源電壓的改變而引起的振蕩頻率的波動，借以確保液相檢測器的穩(wěn)定的振蕩，并且進一步改善了液相檢測器的有效靈敏度。
圖17表示根據(jù)本發(fā)明的芯片石英振蕩器用于檢測蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互反應(yīng)時獲得的實驗結(jié)果。曲線的X軸表示時間，單位是秒，y軸表示振蕩器的振蕩頻率的改變。在這個實驗中使用兩個芯片石英振蕩器，每個的額定振蕩頻率是27MHz。第一個振蕩器配備有大鼠的抗肌紅蛋白(Biacore)預(yù)先固定的檢測器表面，所述表面通過在其金的檢測電極上沉積的3-3’二硫代二丙酸的自裝配的單層構(gòu)成，而第二個振蕩器配備有牛血清白蛋白(BSA，Amersham Pharmacia Biotech)預(yù)先固定的檢測器表面，所述表面通過在其金的檢測電極上沉積的3-3’二硫代二丙酸的自裝配的單層構(gòu)成。
使用50mM HEPES緩沖劑(pH7.4)，利用0.2M的氯化鈉作為流動的緩沖劑，5.0μg/ml(0.30μM)的50μl的試樣羊肌紅蛋白(MW.16，923，Biacore)溶液被注入每個振蕩器。流率是100μl/min，操作溫度是25.00攝氏度。
在時間A注入肌紅蛋白溶液之后，具有肌紅蛋白預(yù)固定表面的芯片石英振蕩器作出反應(yīng)，其頻率大大減小(曲線C)，表示肌紅蛋白已經(jīng)結(jié)合到其檢測電極上，并且表明可以通過合適地制備的檢測器測量特定的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)的反應(yīng)。具有非特定表面(BSA預(yù)固定的表面)的振蕩器只表示出對被分析物的低的響應(yīng)(曲線B)，這主要是由于在注入溶質(zhì)時緩沖劑的密度發(fā)生了微小的改變。這表明，根據(jù)本發(fā)明的芯片石英振蕩器可以用于檢測在和所述芯片石英振蕩器的檢測電極接觸的液體中特定分子的存在。
上述的實施例只用于說明本發(fā)明，而不用于限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍只由下面的權(quán)利要求限制。
附圖標號的說明1襯底，1’襯底的上表面，2矩形石英振蕩器，2’第一表面，2”第二表面，2側(cè)壁，3檢測電極，3’引線電極，3”非檢測電極，3引線電極，4端子，4’端子，5彈性粘結(jié)劑，6圓形石英振蕩器，6’第一表面，6”第二表面，6側(cè)壁，7檢測電極，7’引線電極，8容器，9流入口，10流出孔，11襯墊材料，12電連接，13電路板，14襯底，15框架，16隔離器，17盆狀容器，18反相器，19電阻，20芯片石英振蕩器，21電阻，22電容器，23電容器，24反相器，25電阻，26電阻，27電阻，28電容器，29電阻，30電池，31電容器，32恒壓電路，33電容器，34金屬容器，35外部開關(guān)，36繼電器，37計算機，38頻率計數(shù)器，39流動型液相石英振蕩器檢測器件，40測試溶液管，41泵，42供應(yīng)試樣溶液的容器，43具有注射器的閥門，44通信電纜，45流通管，46同軸電纜，47廢液容器，48石英振蕩器，49O形圈或墊片，50容器，51流入口，52流出孔，53電路板，S芯片石英振蕩器，T流動型液相石英振蕩器檢測器，W流動型液相石英振蕩器檢測器件和外圍裝置，U批量型液相石英振蕩器檢測器，V石英振蕩器件，OSC振蕩電路部分，PC光耦合器部分，DR驅(qū)動部分，PS電源部分，SW開關(guān)電路。
權(quán)利要求
1.一種芯片石英振蕩器(S)，包括石英振蕩器(2；6)，該石英振蕩器具有由側(cè)壁(2；6)連接的第一表面(2’；6’)和第二表面(2”；6”)，并且所述石英振蕩器(2；6)還具有在所述第一表面(2’；6’)上的檢測電極(3；7)，以及在所述第二表面(2”；6”)上的非檢測電極(3”；7”)，其特征在于，所述石英振蕩器被柔性地安裝在襯底(1)上。
2.一種芯片石英振蕩器，其特征在于，其包括多個石英振蕩器(2；6)，每個石英振蕩器具有由側(cè)壁(2；6)連接的第一表面(2’；6’)和第二表面(2”；6”)，其中每個石英振蕩器還具有在所述第一表面(2’；6’)上的檢測電極(3；7)，以及在所述第二表面(2”；6”)上的非檢測電極(3”；7”)，并且其中每個石英振蕩器(2；6)被柔性地安裝在襯底(14)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的芯片石英振蕩器，其特征在于，所述石英振蕩器或每個石英振蕩器通過彈性粘結(jié)劑(5)柔性地安裝到所述襯底(1；14)上，該彈性粘結(jié)劑(5)把所述石英振蕩器或每個石英振蕩器的所述側(cè)壁(2；6)連附到所述襯底(1)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的芯片石英振蕩器，其特征在于，所述彈性粘結(jié)劑(5)基本上沿著所述側(cè)壁或每個側(cè)壁(2；6)的整個周邊延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4中任何一項所述的芯片石英振蕩器，其特征在于，所述彈性粘結(jié)劑(5)把所述石英振蕩器(S)密封地連附到所述襯底(1；14)上。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項所述的芯片石英振蕩器，其特征在于，面向所述襯底(1；14)的所述石英振蕩器(S)的表面(2”；6”)和所述襯底(1；14)接觸，但是并不粘附在所述襯底(1；14)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求3-5中任何一項所述的芯片石英振蕩器，其特征在于，所述彈性粘結(jié)劑(5)當被涂覆時具有足夠的易動性，以便散布但不滲入振蕩器和支承件之間的接觸部分，并且當固化時，具有足夠的彈性，使得振蕩器能夠作穩(wěn)定的運動而不再易動。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項所述的芯片石英振蕩器，其特征在于，其包括至少一個石英振蕩電路部分(OSC)，用于使所述石英振蕩器振蕩，并且輸出關(guān)于所述石英振蕩器的振蕩頻率的信號；光耦合部分(PC)，用于把來自石英振蕩電路部分的輸出傳送到外部裝置，含有電池的電源部分(PS)，用于向石英振蕩電路部分(OSC)和光耦合部分(PC)提供電壓，以及屏蔽部分，用于隔離石英振蕩電路部分、光耦合部分和電源部分，以便阻止由外部噪聲引起的振蕩頻率的波動。
9.一種批量型液相石英振蕩器檢測器，其特征在于，其包括定位在容器(34)中的根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項所述的芯片石英振蕩器，其中所述容器能夠保持試樣溶液，使得檢測電極(3；7)能夠暴露于所述試樣溶液。
10.一種流動型液相石英振蕩器檢測器，具有一個檢測流單元(39)，試樣溶液可以通過所述單元流動，其特征在于，其包括根據(jù)權(quán)利要求1-8中任何一項所述的芯片石英振蕩器，其中所述石英振蕩器(2；6)通過彈性體例如O形圈或墊片(49)來安裝成在所述流單元固體容器中與其襯底(1；14)接觸，使得只有其上安裝有所述石英振蕩器的襯底的表面暴露于試樣溶液。
11.一種用于制造石英振蕩器檢測器的方法，其特征在于以下步驟把石英振蕩器(S)放置在襯底(1)上，所述石英振蕩器具有由側(cè)壁(2；6)連接的第一表面(2’；6’)和第二表面(2”；6”)，還具有在所述第一表面上的檢測電極(3，7)以及在所述第二表面上的非檢測電極(3”；7”)，以及通過可以把所述側(cè)壁(2；6)粘結(jié)到所述襯底(1)上的彈性粘結(jié)劑(5)把所述石英振蕩器柔性地連附到所述襯底(1；14)上。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任何一項所述的芯片石英振蕩器的用途，用于檢測在流體中特定分子的存在。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種芯片石英振蕩器。在根據(jù)本發(fā)明的芯片石英振蕩器(S)中，石英振蕩器(2)，其具有在一個表面上的檢測電極(3)和在另一個表面上的非檢測電極，被固定到襯底(1)上，并且每個電極和襯底(1)上的端子(4或4’)電氣相連。在保持非檢測電極和襯底(1)接觸的同時，利用彈性粘結(jié)劑(5)沿著周邊柔性地把石英振蕩器(2)的側(cè)壁(2"')連附到襯底(1)的表面上。因而，石英振蕩器(2)的振蕩表面以表面接觸和非連附的方式被分布地支承在襯底(1)上。
文檔編號H03H9/10GK1489825SQ01822544
公開日2004年4月14日 申請日期2001年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月7日
發(fā)明者H·約施米尼, H·索塔, H 約施米尼 申請人:阿默森生物科學株式會社, 岡旗義夫