石英晶體微天平主要是利用了石英晶體的壓電效應(yīng),所以石英晶體在該天平中占有重要地位。
石英晶體內(nèi)部的每個(gè)晶格在不受外力作用時(shí)呈正六邊形,若在晶片的兩側(cè)施加機(jī)械壓力,會(huì)使晶格的電荷中心發(fā)生偏移而極化,則在晶片相應(yīng)的方向上將產(chǎn)生電場(chǎng);反之,若在石英晶體的兩個(gè)電極上加一電場(chǎng),晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形,這種物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。
如果在晶片的兩極上加交變電壓,晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng),同時(shí)晶片的機(jī)械振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)。在一般情況下,晶片機(jī)械振動(dòng)的振幅和交變電場(chǎng)的振幅非常微小,但當(dāng)外加交變電壓的頻率為某一特定值時(shí),振幅明顯加大,這種現(xiàn)象稱為壓電諧振。它其實(shí)與LC回路的諧振現(xiàn)象十分相似:當(dāng)晶體不振動(dòng)時(shí),可把它看成一個(gè)平板電容器稱為靜電電容,一般約幾個(gè)PF到幾十PF。
當(dāng)晶體振蕩時(shí),機(jī)械振動(dòng)的慣性可用電感L來等效,一般L的值為幾十mH到幾百mH。由此就構(gòu)成了石英晶體微天平的振蕩器,電路的振蕩頻率等于石英晶體振蕩片的諧振頻率,再通過主機(jī)將測(cè)的得諧振頻率轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出。由于晶片本身的諧振頻率基本上只與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸有關(guān),而且可以做得,因此利用石英諧振器組成的振蕩電路可獲得很高的頻率穩(wěn)定度。
簡(jiǎn)便性:生物分子無需標(biāo)記,操作簡(jiǎn)單,成本低,電極芯片可以重復(fù)使用,表面可以鍍上一個(gè)同質(zhì)層,包括金屬,聚合物,化學(xué)改性材料等。
實(shí)時(shí)性:能夠?qū)ι锎蠓肿拥姆磻?yīng)動(dòng)力過程進(jìn)行監(jiān)測(cè),每秒可以收集數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行直觀的觀測(cè),除了分子吸附,還可以提供結(jié)構(gòu)信息。
性:一般完成一個(gè)基本的測(cè)試用時(shí)在15分鐘以內(nèi)。