石英晶体微天平传感器的膜厚敏感性

近几年,石英晶体微天平(QCM)作为一种简易、灵敏的实时监测手段,广泛地应用于研究生物活性分子之间的相互作用,其中包括蛋白质吸附动力学、抗原/抗体相互作用、DNA杂交、适配体-蛋白相互作用等领域.但是QCM作为商业化的生物传感器一直发展不顺利.主要因为QCM在液态环境中的非理想行为导致了对QCM数据分析困难.我们利用阻抗分析法对QCM的数据进行分析,分离出质量和粘弹性两种因素引起的频率改变,解决粘弹性的困扰问题.同时,我们提出了"固化水层"模型,合理地处理了溶剂的影响.在该模型的基础上发展了一种基于QCM的分子尺技术,该技术能够简便、有效地测量出固定在固-液界面的生物大分子的纳米尺寸.我们的主要工作是将"固化水层"模型拓展到三维结构的高分子基质中.我们联合QCM和表面等离子共振(SPR)技术研究基于高分子基质的蛋白质的固定,抗原/抗体识别的过程,进一步采用"固化水层"模型解释高分子的溶胀行为、羧基活化、抗体固定、抗原、抗体识别等过程.理论分析表明,结合生物分子势必排出相同体积的溶剂,由于溶剂的密度接近于蛋白质溶液的密度.从而导致"固化水层"质量增加不明显.实验上也证实了石英晶体微天平的响应主要取决于"固化水层"的厚度变化(T2-T1),而并非固定的生物分子的质量.我们利用QCM实时监测在高分子基质中IgG的固定以及IgG与anti-IgG识别的过程,并将石英晶体微天平监测的频率变化与相应的厚度变化直接关联.这一方法的建立在一定的应用范围内简化了QCM的定量分析模型,有望实现QCM作为传感器在界面物理与化学等相关领域研究中的应用.     

The change in thickness of the solidified liquid layer rather than the immobilized mass determines the frequency response of a quartz crystal microbalance

The "solidified liquid layer" model has been examined using a quartz crystal microbalance(QCM) with a polymeric matrix.The model is shown to give a reasonable explanation for the following experimental observations:(i) The opposite response of the QCM and surface plasmon resonance(SPR) for the activation process;(ii) the marked difference in the responses for IgG/anti-IgG interaction between QCM and SPR.Theoretical analysis and experimental results indicated that QCM is sensitive to the thickness change of the "solidified liquid layer" but not the mass of captured biomolecules(i.e.,the immobilized mass),implying caution must be taken in interpreting QCM results.     

石英晶体微天平的新进展

石英晶体微天平（quartz crystal microbalance,QCM）是一种对界面变化敏感的仪器,它已经在物理、化学、生物学、药物学、临床医学、环境科学等学科的界面问题研究中得到了一定的应用.然而,QCM在液相下的应用和推广一直受限于QCM数据定量解释的困难.为此,科研工作者发展了多种高级的QCM,比如带阻抗分析功能的QCM（impedance QCM,i-QCM）或带能量耗散监测功能的QCM（QCM with dissipation,QCM-D）,同时还发展了许多相应的理论模型.但是,对于多数生物、化学工作者来说,这些理论过于复杂.这极大地限制了QCM的推广和潜力发挥.本文以我们小组在QCM方面的研究工作为线索,对已报道的分析方法、模型和方程按5类应用条件进行了整理,给出了明确的界定标准：它们是：1,固-气界面;2,牛顿流体;3,固-液界面的薄膜;4,固-液界面厚膜;5,固-液界面超厚膜.对于每一类情况,我们将用通俗易懂的语言描述如何对QCM数据进行简化却又保证研究精度需要的定量分析.对于液态环境下的QCM数据的分析,我们着重介绍了＂固化水层＂模型,该模型允许QCM在一定的条件下成为一把＂分子尺＂,工作范围从几个纳米到数百纳米.该分子尺在多个创新界面问题研究中得到很好的应用.最后,我们从理论上分析了QCM作为生物传感器的先天缺陷--因基于面均质量检测的原理,QCM技术对溶液中蛋白的检测下限仅在1μg mL-1数量级.进一步,我们探索了QCM的发展方向和潜在应用领域,希望籍此能进一步推广QCM在各个学科界面问题中的研究应用.     

石英晶体微天平在手性识别中的应用

石英晶体微天平(QCM)是一类重要的质量型检测器,因具有灵敏度高、分析速度快、检测成本低等优点而具有极好的应用前景,现已广泛应用于环境监测、药物分析、食品质量控制等诸多领域。手性工程的崛起对简单、快速、在线的手性检测技术提出了挑战,QCM手性传感器就是其中一个重要的发展分支。该文简要介绍了QCM的典型实验装置和基本传感原理,详细综述了近年来QCM在手性识别领域的研究进展,包括以环糊精衍生物、分子印迹聚合物、氨基酸衍生物等为手性主体的QCM在手性识别中的应用,并对其今后的发展进行了展望。     

压电晶体微天平阵列传感器识别毒剂的研究

压电晶体微天平(QCM)阵列传感器在毒剂侦检领域具有广泛的应用前景。本研究建立了QCM阵列传感器毒剂检测系统,以氢键酸性共聚硅氧烷(BSP3)、聚表氯醇(PECH)和乙基纤维素(ECEL)为膜材料制备了对毒剂敏感的QCM阵列传感器,对沙林、芥子气、甲基膦酸二甲酯进行了定量检测,并结合模式识别方法对检测结果进行了分析处理,识别率达到98%以上,为探索QCM阵列传感器对毒剂的定性定量分析提供了方法依据。     

石英晶体微天平用于预测非对映体盐结晶分离手性扁桃酸的分离效率

研究了以石英晶体微天平(QCM)手性识别结果预测手性选择剂对外消旋物的手性识别能力的新方法。经过两步组装方式将手性选择剂L-苯丙氨酸(L-Phe)组装到QCM电极表面。通过检测电极共振频率、接触角和X射线光电子能谱的变化对组装结果进行了表征。应用蒸气扩散分子组装(VDMA)方式检测L-Phe修饰QCM电极对L-扁桃酸(MA)的手性识别能力,其手性识别选择性系数约为8。随后用L-Phe作为拆分剂试验了非对映体盐结晶法拆分手性扁桃酸,并优化了手性拆分条件。结果显示,以L-Phe作为拆分剂进行非对映体盐结晶法拆分手性扁桃酸的结果与QCM手性识别结果高度吻合,表明QCM手性识别可用作辅助筛选和预测非对映体盐结晶手性拆分法的手性拆分剂。     

电化学石英晶体微天平研究普鲁士蓝修饰电极

石英晶体徽天平(Quartz Crystal Microbalance,简称QCM)是一种非常灵敏的质量传感器,其检测能力可达ng级。QCM在化学中的早期应用是检测大气中的徽量成分,目前仍较活跃。由于石英压电晶体浸入溶液后在晶体/溶液界面存在较大的能量损失而不能够稳定振荡,致使QCM的应用较长时间局限于气相。八十年代初石英压电晶体在液相中的振荡终获成功,开辟了QCM应用的一个全新领域。液相中振荡成功后,QCM很快应用于电化学研究。目前已发展成为一种全新的电化学传感器——电化学石英晶体微天平(EQCM),并已用于金属电沉积、电化学腐蚀、电分析等方面的研究。     

石英晶体微天平在聚合物薄膜研究中的应用与展望

石英晶体微天平仪(QCM)具有高度的灵敏性,能够对石英晶片表面微痕量物质的变化产生响应,在分析科学研究中广泛应用.本文阐述了QCM的基本工作原理和应用基础方程,并在此基础上综述了近年来QCM在聚合物薄膜研究中的应用及研究进展,包括QCM对聚合物薄膜的厚度和力学性能的测量、QCM研究聚合物分子链在石英晶片表面的吸附过程和链构象变化、表面引发生长聚合物刷的动力学过程、基于功能聚合物薄膜和QCM的生物与化学传感器等,同时对QCM在聚合物薄膜研究领域的进一步深入应用进行了展望.     

环介导扩增与石英晶体微天平快速检测核酸

建立环介导恒温扩增(LAMP)-石英晶体微天平(QCM)原位快速检测核酸的方法。将环介导恒温核酸扩增(LAMP)技术与石英晶体微天平(QCM)技术相结合,采用巯基化试剂分子组装方法,将LAMP反应体系中的4个引物之一固定于QCM电极上,在安装所述电极的QCM检测池中配置LAMP反应体系并进行环介导恒温核酸扩增,用QCM仪器在线原位检测频率变化,判断LAMP反应是否发生,进而判断体系中是否存在目标核酸特异基因。该方法检测核酸特异性强、灵敏度高,并且操作简便,有望发展成为快速筛查检测核酸的有效手段。     

石英晶体微天平生物传感体系构建及其分析应用研究进展

石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance,QCM)技术是免标记和实时在线表征及研究分子间相互作用的重要工具。近年来在分子生物学、疾病诊断、药物分析、环境监测等研究领域引起广泛关注。本文评述了2011年以来QCM生物传感体系构建及其在分析应用中的研究进展,并对QCM技术在生物传感领域的未来研究动向进行了展望。     

石英晶体微天平技术研究咪唑类离子液体与气体分子的相互作用

基于石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance, QCM)技术, 建立了一种测定气体在离子液体(ILs)中基本热力学参数的方法. 测定了5种可挥发有机物(VOCs)在6种咪唑类离子液体中的亨利常数, 并对可能的作用机理进行了探讨. 结果表明, QCM技术可以作为研究离子液体溶解性和作用规律的有效方法.     

基于石英晶体微天平的信号放大技术在肿瘤标志物检测中的应用

石英晶体微天平(quartz crystal microbalance, QCM)是一种质量敏感型传感器,近年来被广泛应用于多个领域的分析检测.为了进一步提高检测灵敏度,开发了多种QCM信号放大方法.本文综合介绍了各种QCM信号放大方法,主要聚焦于肿瘤标志物检测中的应用,涉及对核酸序列、蛋白以及肿瘤细胞的检测. QCM的信号放大方法主要是基于质量放大的原理,主要放大技术包括:生物分子偶联、纳米颗粒偶联、生物催化产生不溶物沉淀、金属还原沉积、DNA复制/杂交、晶体原位生长.质量放大子的设计和使用大大增强了QCM的检测能力,提高了其检测灵敏度,拓宽了QCM的应用范围.     

一种通用型电化学石英晶体微天平电解池的设计

电化学石英晶体微天平(EQCM)同时结合了电化学检测的高灵敏度和石英晶体微天平(QCM)可实时检测电极表面质量变化及阻尼的特点,在电化学研究中具有非常好的应用前景,已得到越来越广泛的应用.本文设计了一种通用型的EQCM电解池,用恒电流电沉积铜的方法测定了QCM Pt电极的质量灵敏因子Cf,分析了Cf实验测定值与理论值偏差的原因,并讨论了在所设计的EQCM电解池中QCM Pt电极的使用范围,为进一步开展EQCM的应用研究提供可靠的基础.     

改变温度或电压实现QCM的频率与浓度的线性关系

石英压电晶体(QCM)因为具有很好的质量效应,使其在分析化学等领域中已经得到了广泛的应用~([1,2]),它也因此获得了微天平的称号.然而,在文献调研过程中我们发现,QCM更多地被用于表明修饰的表征而不是定量分析.原因在于,Sauerbrey方程~([3])揭示的是晶体频率变化与晶体表面吸附量之间的关系,而不是与待测组分的浓度之间的关系.     

超支化敏感聚合物基于QCM检测痕量TNT爆炸物

为对TNT类爆炸物进行痕量检测,以石英晶体微天平(QCM)传感器为平台,用具有氢键酸性的氟化醇为敏感端基的超支化敏感聚合物材料构造了化学传感器。制备的QCM传感器可以在室温下对2.2×10~(-10)mol/L浓度以上的TNT气体进行响应;连续循环检测3次TNT气体未见信号衰减;对H_2O、乙醇、H_2、H_2S、SO_2、甲烷和NO_2等气体有良好的抗干扰能力;QCM传感器可以用于对TNT类爆炸物的痕量检测。     

不同种类敏感膜修饰的QCM气体传感器研究现状

石英晶体微天平(quartz crystal microbalance,QCM)是一种对质量变化敏感的器件,具有灵敏度高、成本低廉、操作简单、可实时在线检测等优点,在气体传感领域受到了广泛关注。敏感材料是石英晶体微天平气体传感器的关键组成部分,本文综述了不同敏感材料包括有机聚合物、超分子化合物、离子液体和分子液体以及近年来备受关注的纳米材料修饰的QCM对特定气体传感检测的研究现状,详细介绍了纳米材料为敏感膜的QCM气体传感器对不同气体传感检测的研究现状及相关敏感机理。最后,在国内外研究现状的基础上,展望了敏感材料的发展前景。QCM作为一种成本低廉、操作方便、测量精度高的气体传感检测器件,将会有更加广阔的应用前景。     

QCM和SAW传感器的原理及其在现场检测中的应用

压电化学传感器是一类重要的质量敏感型检测器,由于具有体积小、灵敏度高、响应时间快等优越性而具有极好的应用前景.本文介绍了体声波化学传感器(QCM)和表面声波化学传感器(SAW)的原理,概述了最近几年的应用情况及提高灵敏度的方法,并对其发展趋势进行了展望.     

石英晶体微天平传感器及其在生物检测中应用的研究进展

石英晶体微天平(Quartz crystal microbalance,QCM)是一种具有灵敏度高、免标记、可实时在线检测等优点的重要分析工具。在生物检测领域,QCM与多种信号放大方法相结合,广泛应用于对生物分子的高灵敏检测。新型耗散型QCM(QCM-D)通过对薄膜厚度、粘弹性等的研究,主要用于考察生物分子的吸附分离、构型变化等微观过程。本文主要阐述了QCM及QCM-D生物传感器的构建及其在DNA、蛋白质、细胞和微生物检测中的研究进展。     

石英晶体微天平技术在苯胺乳液聚合动力学研究中的应用

采用石英晶体微天平(QCM)技术, 探讨了在有无磁场条件下, 用过硫酸铵(APS)作为引发剂时苯胺的乳液聚合动力学行为. 研究结果表明, 苯胺的乳液聚合反应速率对苯胺(An)是一级反应; 对APS和十二烷基苯磺酸(DBSA)均为0.5级反应. 磁场环境中苯胺的聚合速率比在无磁环境中的要快. 在有无磁场条件下, 反应的表观活化能分别为40.4和41.6 kJ/mol. 结果表明, QCM技术可以作为研究An聚合动力学的一种有效方法.     

甲基磷酸二甲酯气体的石英晶体微天平流动检测方法研究

制作了以乙基纤维素为敏感膜的石英晶体微天平(QCM)传感器,设计了可配制不同气体浓度的QCM流动检测系统,并用气相色谱/火焰光度检测器(GC/FPD)作为气体浓度的分析手段,建立了QCM流动检测方法。用该方法对甲基磷酸二甲酯(DMMP)的分析结果表明,在16.5~1.47×103μg/L范围内呈现良好的线性关系(r=0.998 8),检出限可达1.64μg/L,RSD为4.21%。该方法稳定性好,灵敏度高,重现性好,为进一步研究化学战剂的检测提供了方法和依据。