[发明专利]一种基于同步共振的流体中微量物质检测装置及方法

权利要求书

1.一种基于同步共振的流体中微量物质检测装置，其特征在于：固支梁阵列结构由n根尺寸相同的固支梁组成，n≥2且为整数，包括一根参考梁和至少一根检测梁，不同固支梁的两端通过耦合单元相连，固支梁阵列结构和耦合单元都固定在支撑结构上，每根固支梁和支撑结构的内部都加工有依次串联相通的微流道，参考梁上的微流道的中央位置上沉积惰性材料层，检测梁上的微流道的中央位置上沉积不同的敏感层，支撑结构的下部有压电圆盘，每根固支梁上表面的一端沉积有压电元件。

2.根据权利要求1所述的一种基于同步共振的流体中微量物质检测装置，其特征在于：所述检测梁和参考梁的固有频率相等，各检测梁通过耦合单元依次相连，最后一根检测梁通过耦合单元和参考梁相连。

3.根据权利要求1所述的一种基于同步共振的流体中微量物质检测装置，其特征在于：所述微流道包括支撑结构上的流道入口和流道出口。

4.根据权利要求1所述的一种基于同步共振的流体中微量物质检测装置，其特征在于：所述的参考梁上的微流道的中央位置上沉积惰性材料层采用二氧化硅、金。

5.根据权利要求1所述的一种基于同步共振的流体中微量物质检测装置，其特征在于：所述的各检测梁上的微流道的中央位置上沉积不同的敏感层，用于实现对不同物质的特异性吸附。

6.根据权利要求1所述的一种基于同步共振的流体中微量物质检测装置，其特征在于：所述压电元件包括上电极、压电层、下电极，其中下电极紧贴固支梁的表面，压电层置于下电极的上方，而上电极又置于压电层的上方。

7.一种采用如权利要求1所述的基于同步共振的流体中微量物质检测装置的检测方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤(1)、利用压差式流体驱动方法，将待测流体通入微流道中，待测流体通入速度小于1cm/s，待测流体通入5分钟以后，待测流体中的物质和敏感层发生明显的化学反应，停止通入待测流体；

步骤(2)、在压电圆盘上施加幅值为A₀的交流电信号，固支梁阵列结构开始振动，在参考梁表面的压电元件上，施加幅值为A₁的交流电信号，A₁<<A₀，不断改变该交流电信号的频率，直至固支梁阵列结构发生同步共振；将其余压电元件、除了参考梁表面的压电元件、串联并和示波器相连，输出振动信号，记录同步共振的频率，记为f₀；

步骤(3)、在压电圆盘上施加幅值为A₀的交流电信号，依次在每根检测梁表面的压电元件上施加幅值为A₁的交流电信号，A₁<<A₀，使得固支梁阵列结构发生不同状态的同步共振，记录同步共振的频率，记为f₁、f₂…f_n-1，n为固支梁的根数；

步骤(4)、计算得到n-1个频率偏移量：Δf_j＝f_j-f₀，j＝1,2…n-1，进而计算每根检测梁的有效质量变化量：j＝1,2…n-1，其中m_eff为通入流体前各检测梁或参考梁的有效质量，由此确定每根检测梁上是否吸附物质及吸附多少物质，实现流体中微量物质的检测。