專利名稱：懸臂型探測(cè)器以及使用該探測(cè)器的物質(zhì)探測(cè)系統(tǒng)和物質(zhì)探測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及懸臂型探測(cè)器以及使用該探測(cè)器的物質(zhì)探測(cè)系統(tǒng)和物質(zhì)探測(cè)方法。
背景技術(shù)：
最近，主要在生命科學(xué)領(lǐng)域，對(duì)于探測(cè)微小物質(zhì)如蛋白、細(xì)胞、病毒和細(xì)菌出現(xiàn)了 日益增加的需要，并且已經(jīng)開發(fā)出用于探測(cè)這些微小物質(zhì)的多種裝置和方法。已經(jīng)商業(yè)化、高度敏感性的檢測(cè)方法包括光學(xué)技術(shù)如利用表面等離激元 (Plasmon)共振的SPR(表面等離激元共振)測(cè)量法。已經(jīng)提出了使用懸臂型探測(cè)器的檢 測(cè)裝置，以從懸臂中的偏移量或其振動(dòng)的數(shù)量檢測(cè)微小物質(zhì)(參見JP 2004-506872A和JP 2005-156526A)。JP 2004-506872A描述了具有測(cè)量懸臂和對(duì)比懸臂的探測(cè)器系統(tǒng)，所述測(cè)量懸臂 具有對(duì)于涂覆到其一個(gè)表面上的對(duì)象物質(zhì)敏感的涂層，而所述對(duì)比懸臂具有對(duì)于涂覆到其 一個(gè)表面上的對(duì)象物質(zhì)不敏感的涂層。在此探測(cè)器系統(tǒng)中，將兩個(gè)懸臂在對(duì)比步驟中暴露于對(duì)比液體，而在檢測(cè)步驟中 暴露于具有對(duì)象物質(zhì)的對(duì)比液體；在對(duì)比步驟和檢測(cè)步驟中，探測(cè)器系統(tǒng)檢測(cè)測(cè)量懸臂和 對(duì)比懸臂的偏移之差。JP 2004-506872A還描述了使用光學(xué)探測(cè)器以檢測(cè)此偏移的方法。JP 2005-156526A描述了具有懸臂的懸臂探測(cè)器型分析器系統(tǒng)，在懸臂中，驅(qū)動(dòng)膜 和電熱墊重疊在上表面上，而由對(duì)將要測(cè)量的物質(zhì)具有反應(yīng)性的物質(zhì)形成的分子識(shí)別層重 疊在下表面上。在此系統(tǒng)中，反應(yīng)性物質(zhì)粘附到懸臂中的分子識(shí)別層上，于是其由驅(qū)動(dòng)膜振動(dòng)，并 且由此得到頻率用電熱墊探測(cè)，以檢測(cè)共振頻率。將探測(cè)的共振頻率與在沒有將反應(yīng)性物 質(zhì)粘附到分子識(shí)別層上的情況下已經(jīng)測(cè)量的共振頻率值比較，由此檢測(cè)粘附到分子識(shí)別層 上的反應(yīng)性物質(zhì)的質(zhì)量。Nature, vol. 446，1066-1069頁(yè)(2007)描述了懸臂型探測(cè)器，其具有安置在懸臂 中的通道，并且由此將要測(cè)量的液體或含有將要測(cè)量的對(duì)象的液體流動(dòng)通過(guò)通道，以測(cè)量 正在測(cè)量的對(duì)象的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
如在JP 2004-506872A和JP 2005-156526A中所述的系統(tǒng)中，在懸臂的一個(gè)表面 上吸附物質(zhì)的方法所具有的問(wèn)題在于，由于懸臂被放置于流體中，其機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Q劣化， 從而降低測(cè)量的敏感性。作為再一個(gè)問(wèn)題，將要測(cè)量的對(duì)象通過(guò)抗原-抗體反應(yīng)選擇性地吸附，但是非特 異性吸附的發(fā)生阻止了測(cè)量中的更高精度。另一方面，如在Nature，vol. 446，1066-1069頁(yè)(2007)中所述，在懸臂內(nèi)形成通道 能夠使懸臂在空氣中振動(dòng)，并且可以實(shí)現(xiàn)的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Q高于當(dāng)其在溶液中被振動(dòng)時(shí)的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Q。作為進(jìn)一步的益處，可以在沒有感興趣的物質(zhì)吸附在懸臂上的情況下，因而在沒有發(fā)生非特異性吸附的情況下進(jìn)行測(cè)量。但是，在Nature，vol. 446，1066-1069頁(yè)(2007)中所述的懸臂涉及笨大的問(wèn)題，原 因在于裝置使用通過(guò)靜電系統(tǒng)振動(dòng)懸臂的驅(qū)動(dòng)機(jī)械裝置和用光學(xué)探測(cè)器檢測(cè)偏移的檢測(cè)
器部ο本發(fā)明是旨在解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問(wèn)題而完成的，并且本發(fā)明的第一個(gè)目的在于 提供一種懸臂型探測(cè)器，其具有測(cè)量精度高的特征并且是緊湊和更低成本的。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種使用該探測(cè)器的物質(zhì)探測(cè)系統(tǒng)。本發(fā)明的再一個(gè)目的在于提供一種使用該探測(cè)器的物質(zhì)探測(cè)方法。本發(fā)明的第一個(gè)目的可以由其第一方面實(shí)現(xiàn)，所述的第一方面提供一種懸臂型探 測(cè)器，所述的懸臂型探測(cè)器用于在液體中含有將要測(cè)量的物質(zhì)時(shí)檢測(cè)該物質(zhì)，包括懸臂， 所述懸臂至少在一端被固定到支撐部上并且其內(nèi)形成有通道；壓電設(shè)備，所述壓電設(shè)備由 壓電元件和在所述壓電元件的相反側(cè)上形成的電極部構(gòu)成并且安置在所述懸臂的至少一 側(cè)上；驅(qū)動(dòng)部，所述驅(qū)動(dòng)部將電壓施加給所述壓電設(shè)備的所述電極部，以使所述懸臂振動(dòng)； 檢測(cè)部，所述檢測(cè)部由所述壓電設(shè)備的膨脹或收縮檢測(cè)所述懸臂的振動(dòng)；和液體供應(yīng)裝置， 所述液體供應(yīng)裝置用于使所述液體流動(dòng)通過(guò)在所述懸臂中的所述通道?？紤]到提高壓電特性，壓電元件由含Pb的鈣鈦礦型晶體的組合物制成?？紤]到環(huán) 境保護(hù)，壓電元件由無(wú)Pb的鈣鈦礦型晶體的組合物制成。上面所指的無(wú)Pb組合物是Pb含 量不超過(guò)0. 1重量％的組合物。優(yōu)選所述懸臂僅一端被固定到所述支撐部上。還優(yōu)選所述懸臂的兩端都被固定到 所述支撐部上。本發(fā)明的第二個(gè)目的可以由其第二方面實(shí)現(xiàn)，所述的第二方面提供一種物質(zhì)探測(cè) 系統(tǒng)，其包括上述的懸臂型探測(cè)器；頻率計(jì)算部，所述頻率計(jì)算部由所述檢測(cè)部檢測(cè)的值 計(jì)算懸臂的第一共振頻率；和探測(cè)部，所述探測(cè)部將由所述頻率計(jì)算部計(jì)算的第一共振頻 率與將不含所述將要測(cè)量的物質(zhì)的液體流過(guò)所述通道時(shí)的所述懸臂的第二共振頻率進(jìn)行 比較，并且所述探測(cè)部依賴比較的結(jié)果以探測(cè)在所述將要測(cè)量的物質(zhì)在所述通道內(nèi)時(shí)的該 物質(zhì)。優(yōu)選探測(cè)部依賴比較的結(jié)果以探測(cè)被測(cè)量的物質(zhì)的質(zhì)量。還優(yōu)選探測(cè)部依賴比較的結(jié)果以探測(cè)被測(cè)量的物質(zhì)的存在或不存在。本發(fā)明的第三個(gè)目的可以由其第三方面實(shí)現(xiàn)，所述的第三方面提供一種用于探測(cè) 在液體內(nèi)的待測(cè)量物質(zhì)的物質(zhì)探測(cè)方法，所述方法包括將液體流過(guò)在懸臂內(nèi)形成的通道， 所述懸臂具有安置在其至少一側(cè)上的壓電設(shè)備；對(duì)所述壓電設(shè)備施加電壓，使得所述壓電 設(shè)備膨脹或收縮，以在所述液體正流過(guò)通道時(shí)振動(dòng)所述懸臂；用所述壓電設(shè)備檢測(cè)所述懸 臂的振動(dòng)；在所述液體正流過(guò)通道時(shí)，由所檢測(cè)的振動(dòng)檢測(cè)所述懸臂的第一共振頻率；將 所檢測(cè)的第一共振頻率與將不含所述將要測(cè)量的物質(zhì)的液體流過(guò)所述通道時(shí)的所述懸臂 的第二共振頻率進(jìn)行比較；和由比較的結(jié)果探測(cè)將要測(cè)量的物質(zhì)。在物質(zhì)探測(cè)方法中，優(yōu)選由比較的結(jié)果探測(cè)被測(cè)量的對(duì)象的質(zhì)量。根據(jù)本發(fā)明，可以通過(guò)將液體流動(dòng)通過(guò)在懸臂內(nèi)形成的通道，進(jìn)行探測(cè)，因此可以 在空氣中振動(dòng)懸臂；此外，可以在將要測(cè)量的對(duì)象在其沒有吸附到懸臂上的情況下流動(dòng)通過(guò)通道時(shí)，進(jìn)行探測(cè)，因此可以在沒有發(fā)生非特異性吸附的情況下實(shí)現(xiàn)探測(cè)。這有助于更高 的測(cè)量精度。 作為再一個(gè)益處，壓電設(shè)備可以執(zhí)行兩個(gè)功能，振動(dòng)懸臂和檢測(cè)其振動(dòng)；這有助于 簡(jiǎn)化裝置的構(gòu)造和減小其尺寸。由于可以簡(jiǎn)化裝置的構(gòu)造和減小其尺寸，可以使整個(gè)系統(tǒng)容易地被改造以具有陣 列構(gòu)造。


圖1是顯示使用根據(jù)本發(fā)明第一方面的懸臂型探測(cè)器的根據(jù)本發(fā)明第二方面的 物質(zhì)探測(cè)系統(tǒng)的圖解構(gòu)造的示意圖。圖2是圖解地顯示懸臂和支撐部如何一起形成圖1中所示的懸臂型探測(cè)器的主體 的透視圖。圖3A是通過(guò)在圖1中所示的物質(zhì)探測(cè)系統(tǒng)中使用的懸臂型探測(cè)器的主體頂側(cè)的 剖面。圖3B是通過(guò)在圖1中所示的物質(zhì)探測(cè)系統(tǒng)中使用的懸臂型探測(cè)器的主體側(cè)面的 剖面。圖4是圖示根據(jù)本發(fā)明第三方面的物質(zhì)探測(cè)方法的一個(gè)實(shí)例的流程圖。圖5是圖示根據(jù)本發(fā)明第三方面的物質(zhì)探測(cè)方法的同一實(shí)例的流程圖。圖6是圖示根據(jù)本發(fā)明第三方面的物質(zhì)探測(cè)方法的另一個(gè)實(shí)例的流程圖。圖7是顯示根據(jù)本發(fā)明第一方面的懸臂型探測(cè)器的另一個(gè)實(shí)例的圖解構(gòu)造的頂 視圖。圖8A至8K順次顯示在用于制備根據(jù)本發(fā)明第一方面的懸臂型探測(cè)器的主體的方 法中的步驟。
具體實(shí)施例方式下面參考在附圖中所示的實(shí)施方案詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明第一方面的懸臂型探測(cè) 器、根據(jù)本發(fā)明第二方面的使用該懸臂型探測(cè)器的物質(zhì)探測(cè)系統(tǒng)和根據(jù)本發(fā)明第三方面的 使用該懸臂型探測(cè)器的物質(zhì)探測(cè)方法。圖1是顯示使用根據(jù)本發(fā)明第一方面的懸臂型探測(cè)器的根據(jù)本發(fā)明第二方面的 物質(zhì)探測(cè)系統(tǒng)的圖解構(gòu)造的示意圖；圖2是圖解地顯示懸臂和支撐部如何一起形成圖1中 所示的懸臂型探測(cè)器的主體的透視圖；圖3A是通過(guò)在圖1中所示的懸臂型探測(cè)器的主體頂 側(cè)的剖面；和圖3B是通過(guò)在圖1中所示的懸臂型探測(cè)器的主體側(cè)面的剖面。如圖1中所示，總體上由10表示的物質(zhì)探測(cè)系統(tǒng)包括懸臂型探測(cè)器12、頻率計(jì) 算部14和質(zhì)量計(jì)算部16 ；懸臂型探測(cè)器12如此改造以使含有將要測(cè)量的對(duì)象的液體在懸 臂內(nèi)流動(dòng)，所述懸臂的共振頻率在將要測(cè)量的對(duì)象在其內(nèi)部流動(dòng)時(shí)改變；頻率計(jì)算部計(jì)算 懸臂型探測(cè)器12的共振頻率；并且依賴于在頻率計(jì)算部14中計(jì)算的共振頻率，質(zhì)量計(jì)算部 16計(jì)算被測(cè)量的對(duì)象的質(zhì)量。如上所指的將要測(cè)量的對(duì)象是微小物質(zhì)，其由蛋白、細(xì)胞、病毒、細(xì)菌、納米粒子、 珠粒等示例。
用于含有將要測(cè)量對(duì)象的液體不以任何特別的方式受到限制，并且可以由水、醇 等示例。首先描述懸臂型探測(cè)器12。懸臂型探測(cè)器12包括主體20，信號(hào)源22，混頻器24， 分路濾波器26，檢波器28和液體供應(yīng)/回收部30。如圖2、3A和3B中所示，主體20具有懸臂32，支撐懸臂32 —端的支撐部34和安置在懸臂32頂側(cè)的壓電設(shè)備36。懸臂32是在一端由支撐部34支撐的橫梁。支撐部34是支撐懸臂32 —端的底座， 并且它與懸臂32 —體形成。懸臂32和支撐部34具有在它們的內(nèi)部形成的通道38。如圖2中所示，通道38開始于支撐部34并且通過(guò)懸臂32的基端以延伸到其遠(yuǎn)端， 在此它改變其方向并且返回到懸臂32的基端并且通過(guò)支撐部34。簡(jiǎn)言之，通道38中的在懸臂32內(nèi)形成的部分以U型形成，S卩，它在遠(yuǎn)端在相反的 方向上返回。通道38中的在支撐部34內(nèi)形成的部分由兩個(gè)子通道形成，它們連接到在懸 臂32的基端部運(yùn)行的兩個(gè)子通道。運(yùn)行通過(guò)支撐部34的兩個(gè)子通道38中的每個(gè)連接到 稍后描述的液體供應(yīng)/回收部30。壓電設(shè)備36安置在懸臂32的頂側(cè)，并且包含下電極40，壓電元件42，上電極44， 保護(hù)層46，以及拾波電極48和50。下電極40是安置在懸臂32頂側(cè)的板形電極。下電極40經(jīng)由拾波電極48連接到 稍后描述的混頻器24上。上面所指的下電極40可以由各種材料制備，所述的材料包括例如金屬如Au，Pt和 Ir，金屬氧化物如IrO2, RuO2, LaNiO3和SrRuO3,以及它們的組合。形成在下電極40上的壓電元件42是在從上電極44至下電極40 (在圖3B中從頂 部到底部)的方向上具有一定厚度的構(gòu)件。壓電元件42由這樣的材料形成，所述的材料響 應(yīng)施加的電壓變化而膨脹或收縮，或在其膨脹或收縮時(shí)輸出規(guī)定的電壓；在考慮中的實(shí)施 方案中，壓電元件42由作為主要成分的PbxByOz形成，其中x，y和ζ各自是任何實(shí)數(shù)，B是B 位元素，其是選自 Ti，Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Sc, Co, Cu, In, Sn, Ga, Zn, Cd, Fe 和 Ni 中 的至少一個(gè)成員。對(duì)于壓電元件的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)情況是，χ = y = 1和ζ = 3，但是χ和y可以 改變，以取在可以實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的范圍內(nèi)的各種其它值。如果壓電元件由作為主要成分 的PbxByOzB成，則其壓電特性如壓電系數(shù)可以通過(guò)將其設(shè)計(jì)成具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)而提高。這 提供了響應(yīng)僅施加小的電壓而使顯著的膨脹和收縮發(fā)生的益處。如上所指的壓電元件42優(yōu)選含有作為主要組分的鋯酸鈦酸鉛(PZT)，其中ττ和 Ti是B位元素。使用PZT作為主要組分有助于增強(qiáng)的壓電特性和比較低的價(jià)格。壓電元件的材料不限于鋯酸鈦酸鉛(PZT)，并且它可以使用其它含鉛化合物如鈦 酸鉛，鋯酸鉛，鈦酸鑭鉛，鋯酸鈦酸鑭鉛和鈮酸鎂鉛鈦酸鋯。在考慮中的實(shí)施方案中，將PbxByOz用作壓電元件42的主要組分，但是需要時(shí)，也 可以使用在所謂的A位不具有鉛的化合物，并且實(shí)例包括鈦酸鉀鉍，鈮酸鈉，鈮酸鉀，鈮酸 鋰，鐵酸鉍以及它們的固溶體。在壓電元件由上述組合物形成的情況下，再次優(yōu)選將其改造，以具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。 改造成具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的組合物形成壓電元件有助于增強(qiáng)的壓電特性。
使用由具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的含Pb組合物形成的壓電元件有助于再增強(qiáng)的壓電特性，而如上所述使用由具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的無(wú)Pb組合物形成的壓電元件有助于環(huán)境保護(hù)。如 上所指的無(wú)Pb組合物是這樣的組合物，即Pb含量不超過(guò)0. 1重量％，并且這可以由上面所 列出的各種材料示例。如上所述，優(yōu)選使用具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的壓電元件，但本發(fā)明不限于此特殊的情況， 并且還可以使用由氧化鋅(ZnO)，氮化鋁(AlN)和五氧化二鉭(Ta2O5)制備的壓電元件。如上所指的壓電元件42可以由各種方法制備，所述的方法包括本體燒結(jié)，絲網(wǎng) 印刷和旋涂，但是優(yōu)選通過(guò)氣相生長(zhǎng)技術(shù)制備壓電元件。具體地，優(yōu)選由各種氣相生長(zhǎng)技 術(shù)制備壓電元件，包括采用等離子體的氣相生長(zhǎng)技術(shù)和如由濺射、離子束濺射、離子電鍍、 PLD(脈沖激光沉積)和CVD(化學(xué)氣相沉積)示例的采用光、熱等的氣相生長(zhǎng)技術(shù)。氣相生長(zhǎng)技術(shù)能夠使壓電元件在不進(jìn)行退火或任何其它額外處理的情況下制備， 因此可以防止鉛損和其它問(wèn)題，以確保形成均勻的壓電元件。上電極44也是板形電極，其安置在壓電元件42遠(yuǎn)離安置下電極40側(cè)的一側(cè)。換 言之，上電極44和下電極40以使得它們將壓電元件42保持在之間的方式安置。上電極44 經(jīng)由拾波電極50連接到稍后描述的混頻器24。上電極44可以由各種材料形成，所述材料包括例如金屬如Au，Pt和Ir，金屬氧化 物如IrO2, RuO2, LaNiO3和SrRuO3，通常在半導(dǎo)體工藝中采用的電極材料如Al，Ta，Cr和Cu， 以及它們的組合。需要時(shí)，為了對(duì)壓電元件具有更好的粘附，上電極44可以具有多層結(jié)構(gòu)，包括疊 置的粘合劑層和電極層。最后，保護(hù)層46由絕緣材料如SiO2形成并且覆蓋下電極40、壓電元件42和上電 極44除了安置拾波電極48和50之外的所有暴露區(qū)域。通過(guò)提供保護(hù)層46，下電極40、壓 電元件42和上電極44中沒有區(qū)域保留暴露，因此防止了事故如放電和漏電的發(fā)生。上述是懸臂型探測(cè)器12的主體20的基本構(gòu)造。下面描述信號(hào)源22 ；這是用于施加電壓的電源并且基經(jīng)由混頻器24連接到在壓 電設(shè)備36中的下電極40和上電極44。將混頻器24連接到壓電設(shè)備36，信號(hào)源22和分路濾波器26?；祛l器24給壓電 設(shè)備36供應(yīng)從信號(hào)源22輸出的電壓，并且將還給分路濾波器26供應(yīng)從壓電設(shè)備36輸出 的電壓。分路濾波器26從混頻器24接收已經(jīng)響應(yīng)在懸臂32振動(dòng)時(shí)壓電設(shè)備36中的壓電 元件42經(jīng)受的變形而產(chǎn)生的電壓；分路濾波器26將接收的電壓分成頻率成分。將來(lái)自分路濾波器26的各個(gè)頻率成分的輸出供給到檢波器28中，所述的檢波器 28計(jì)算每個(gè)頻率成分的強(qiáng)度和其它參數(shù)。液體供應(yīng)/回收部30連接到運(yùn)行通過(guò)支撐部34的通道38的兩個(gè)子通道中的每 一個(gè)的一端，使得它將液體供應(yīng)到通道38中，并且在液體流動(dòng)通過(guò)通道38后將其回收。如上所指的液體供應(yīng)/回收部30供應(yīng)兩種液體，一種含有將要測(cè)量的對(duì)象，并且 另一種不含有它。將不含將要測(cè)量的對(duì)象并且將稍后描述的第二種液體用來(lái)計(jì)算用于探測(cè) 被測(cè)量的對(duì)象的質(zhì)量的對(duì)比值。上述是懸臂型探測(cè)器12的基本構(gòu)造。
頻率計(jì)算部14基于如由檢波器28檢測(cè)的值計(jì)算懸臂32的共振頻率。質(zhì)量計(jì)算部16將懸臂32的共振頻率與在不含將要測(cè)量的對(duì)象的液體流動(dòng)通過(guò)通 道38時(shí)從懸臂32初步檢測(cè)到的共振頻率進(jìn)行比較，然后它基于兩種共振頻率之間的差別 計(jì)算被測(cè)量對(duì)象的質(zhì)量。下面描述根據(jù)本發(fā)明第三方面的使用物質(zhì)探測(cè)系統(tǒng)10的物質(zhì)探測(cè)方法。圖4和5各自是顯示本發(fā)明的物質(zhì)探測(cè)方法的一個(gè)實(shí)施方案的流程圖。在將物質(zhì)作為將要測(cè)量的對(duì)象探測(cè)時(shí)，物質(zhì)探測(cè)系統(tǒng)10檢測(cè)在不含作為將要測(cè) 量的對(duì)象的物質(zhì)的液體流動(dòng)通過(guò)通道時(shí)所發(fā)生的懸臂的共振頻率。首先，使不含將要測(cè)量的對(duì)象的液體從液體供應(yīng)/回收部3 0流入到通道38中，以 建立其中不含將要測(cè)量的對(duì)象的液體流動(dòng)通過(guò)在懸臂32中的通道38的狀態(tài)(步驟S12)。然后，液體流動(dòng)通過(guò)的懸臂32由壓電設(shè)備36振動(dòng)(步驟S14)。具體地，規(guī)定電勢(shì) 的脈沖波在信號(hào)源22中產(chǎn)生并且經(jīng)由混頻器24被施加在壓電設(shè)備36中的上電極44上。 注意，將固定電壓施加給下電極40。在將電壓由此施加給下電極40和上電極44的情況下， 在壓電元件42中出現(xiàn)電勢(shì)差，從而使其膨脹或收縮。由于壓電元件42膨脹或收縮，將力作 用于懸臂32上，從而使其偏移一定的量。然后，懸臂32進(jìn)行阻尼振動(dòng)，直到它返回到初始 位置(即，偏移前的位置)。然后由懸臂32的振動(dòng)計(jì)算其共振頻率(步驟S16)。計(jì)算的具體程序如下。作用于壓電元件42上的力使懸臂32振動(dòng)。當(dāng)懸臂32振動(dòng)時(shí)，安置在懸臂32頂 側(cè)的壓電元件42也膨脹或收縮。壓電元件42通過(guò)膨脹或收縮(即，在其變形時(shí))產(chǎn)生電壓。在壓電元件42中產(chǎn)生的電壓由下電極40和上電極44檢測(cè)，并且經(jīng)由混頻器24 送到分路濾波器26。分路濾波器26將來(lái)自混頻器24的變化電壓分成頻率成分并且將它們 送到檢波器28。檢波器28檢測(cè)相應(yīng)的頻率成分并且將檢測(cè)的結(jié)果送到頻率計(jì)算部14。依賴于如在檢波器28中檢測(cè)的懸臂32振動(dòng)的頻率成分，頻率計(jì)算部14計(jì)算懸臂 32的共振頻率。這是如何在不含將要測(cè)量的對(duì)象的液體流動(dòng)通過(guò)通道38時(shí)計(jì)算懸臂32的共振頻率。在下一個(gè)步驟中，計(jì)算被測(cè)量的對(duì)象的質(zhì)量。首先，使含有將要測(cè)量的對(duì)象的液體從液體供應(yīng)/回收部30中流入到通道38 中，以建立其中含有將要測(cè)量的對(duì)象的液體流動(dòng)通過(guò)在懸臂32中的通道38的狀態(tài)(步驟 S22)。然后，液體流動(dòng)通過(guò)的懸臂32由壓電設(shè)備36振動(dòng)(步驟S24)。具體地，如在上述 步驟S14中，將規(guī)定電壓施加到壓電設(shè)備36中的上電極44，從而引起壓電元件42膨脹或收 縮，由此振動(dòng)懸臂32。然后由懸臂32的振動(dòng)計(jì)算其共振頻率(步驟S26)。具體地，如在上述步驟S16 中，懸臂32的振動(dòng)由壓電設(shè)備36檢測(cè)并且通過(guò)混頻器24，分路濾波器26和檢波器28，以 檢測(cè)懸臂振動(dòng)的相應(yīng)頻率成分。然后，頻率計(jì)算部14由如在檢波器28中檢測(cè)的懸臂32振 動(dòng)的頻率成分計(jì)算懸臂32的共振頻率。這是如何在含有將要測(cè)量的對(duì)象的液體流動(dòng)通過(guò)通道38時(shí)計(jì)算懸臂32的共振頻率。隨后，計(jì)算在含有要測(cè)量的對(duì)象的液體流動(dòng)通過(guò)通道38的同時(shí)在步驟S26中檢測(cè) 的懸臂32的共振頻率與在不含要測(cè)量的對(duì)象的液體流動(dòng)通過(guò)通道38的同時(shí)在步驟S16中 檢測(cè)的懸臂32的共振頻率之間的差值(步驟S28)。具體地，在質(zhì)量計(jì)算部16，將如步驟S26中檢測(cè)的共振頻率與如步驟S16中檢測(cè)的 共振頻率進(jìn)行比較，并且計(jì)算兩種共振頻率之間的差值。然后，由計(jì)算的共振頻率差值檢測(cè)被測(cè)量的對(duì)象的質(zhì)量(步驟S30)。具體地，依賴于如在步驟S28中計(jì)算的差異共振頻率，質(zhì)量計(jì)算部16計(jì)算在流動(dòng) 通過(guò)懸臂32中的通道38的液體中含有的被測(cè)量的對(duì)象的質(zhì)量。這是如何計(jì)算被測(cè)量的對(duì)象的質(zhì)量。如上所述，在懸臂中安置通道，并且含有將要測(cè)量的對(duì)象的液體流動(dòng)通過(guò)通道，以 測(cè)量將要測(cè)量的對(duì)象的質(zhì)量；這能夠使懸臂在空氣中振動(dòng)。結(jié)果，與將懸臂放置在液體中并 且在其在將要測(cè)量的對(duì)象保持附著到懸臂表面上的同時(shí)振動(dòng)時(shí)探測(cè)將要測(cè)量的對(duì)象的質(zhì) 量的情況相比，可以提高機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Q。此外，將要測(cè)量的對(duì)象不需要附著到懸臂上，這有助于防止非特異性吸附的發(fā)生； 更甚者，甚至可以探測(cè)不能附著到懸臂上的那些微小物質(zhì)，從而能夠探測(cè)更多種類的微小 物質(zhì)。作為再一個(gè)益處，通道的內(nèi)部可以由簡(jiǎn)單程序清潔，以除去殘余的微小物質(zhì)，所以 可以通過(guò)簡(jiǎn)單的清潔程序?qū)冶劾枚嘤谝淮?，并且更甚者，在前一周期中探測(cè)的將要測(cè) 量的對(duì)象保留未被除去的可能性得到充分地降低，從而提高測(cè)量精度。再此外，通過(guò)利用壓電設(shè)備不僅使懸臂振動(dòng)而且檢測(cè)其振動(dòng)，S卩，通過(guò)使壓電設(shè)備 同時(shí)負(fù)責(zé)懸臂的振動(dòng)及其振動(dòng)的檢測(cè)，可以使裝置緊湊并且更低成本，并且可以簡(jiǎn)化其構(gòu) 造。由于以低成本制造所述裝置，因此可以改造成一次性的。在上面的實(shí)施方案中，在初始步驟中確定不含將要測(cè)量的對(duì)象的液體的共振頻 率，但是這不本發(fā)明的唯一情況。在下面的篇幅中，參考圖6描述測(cè)量方法的另一個(gè)實(shí)例。圖6是用于圖示根據(jù)本發(fā)明第三方面的物質(zhì)探測(cè)方法的另一個(gè)實(shí)例的流程圖。在 此實(shí)施方案中使用的含有將要測(cè)量的對(duì)象的液體是具有低含量的將要測(cè)量的對(duì)象的液體 并且對(duì)此存在兩種情況，一種是將要測(cè)量的對(duì)象流動(dòng)通過(guò)在懸臂32中的通道38的情況，而 另一種是其不流動(dòng)的情況。首先，含有將要測(cè)量的對(duì)象的液體從液體供應(yīng)/回收部30流入到通道38中，以建 立其中含有將要測(cè)量的對(duì)象的液體流動(dòng)通過(guò)在懸臂32中的通道38的狀態(tài)(步驟S22)。然后，液體流動(dòng)通過(guò)的懸臂32由壓電設(shè)備36振動(dòng)(步驟S24)。具體地，如在上述 步驟S14中，將規(guī)定電壓施加給在壓電設(shè)備36中的上電極44，以使壓電元件42膨脹或收 縮，由此振動(dòng)懸臂32。
然后，懸臂32的共振頻率由其振動(dòng)計(jì)算(步驟S26)。具體地，如在上述步驟S 16 中，懸臂32的振動(dòng)由壓電設(shè)備36檢測(cè)并且通過(guò)混頻器24，分路濾波器26和檢波器28，以 檢測(cè)懸臂振動(dòng)的相應(yīng)頻率成分。然后，頻率計(jì)算部14由如在檢波器28中檢測(cè)的懸臂32振 動(dòng)的頻率成分計(jì)算懸臂32的共振頻率。這是如何在含有將要測(cè)量的對(duì)象的液體流動(dòng)通過(guò)通道38時(shí)計(jì)算懸臂32的共振頻率。隨后，進(jìn)行檢查，以發(fā)現(xiàn)從測(cè)量開始是否已經(jīng)經(jīng)過(guò)了規(guī)定的時(shí)間(即，預(yù)設(shè)的任何 時(shí)長(zhǎng))(步驟S40)。如果沒有經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間，S卩，在經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間之間，將過(guò)程返回到步驟S24，并且再次振動(dòng)懸臂32，并在含有將要測(cè)量的對(duì)象的液體流動(dòng)通過(guò)通道38時(shí)，計(jì)算懸臂32的共振頻 率。換言之，重復(fù)共振頻率的檢測(cè)，直到經(jīng)過(guò)規(guī)定的時(shí)間。另一方面，如果在步驟S40中發(fā)現(xiàn)已經(jīng)經(jīng)過(guò)了規(guī)定的時(shí)間，則過(guò)程到步驟S42。如果從測(cè)量開始已經(jīng)經(jīng)過(guò)了規(guī)定時(shí)間，則依賴其中含有將要測(cè)量的對(duì)象的液體流動(dòng)通過(guò)通道38的懸臂32的共振頻率(如通過(guò)多次重復(fù)步驟S24和S26直到經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí) 間而檢測(cè)的)，以檢測(cè)具有與其它部分不同的共振頻率的部分(其以下有時(shí)也稱作“變化部 分”)(步驟S42)。具體地，如由多于一次檢測(cè)的共振頻率根據(jù)將要測(cè)量的對(duì)象是否流動(dòng)通過(guò)通道38 而變化；因此，將如由多于一次檢測(cè)的共振頻率分成兩個(gè)部分，一個(gè)部分是將要測(cè)量的對(duì)象 流動(dòng)通過(guò)通道的同時(shí)已經(jīng)檢測(cè)的部分，而另一部分是將要測(cè)量的對(duì)象沒有流動(dòng)通過(guò)通道的 同時(shí)已經(jīng)檢測(cè)的部分。然后，將要測(cè)量的對(duì)象流動(dòng)通過(guò)通道的同時(shí)已經(jīng)檢測(cè)的共振頻率被 檢測(cè)為共振頻率的變化部分。隨后，由檢測(cè)的、共振頻率的變化部分與共振頻率的其它部分之間的差值，探測(cè)被 測(cè)量的對(duì)象的質(zhì)量(步驟S44)。具體地，計(jì)算在將要測(cè)量的對(duì)象流動(dòng)通過(guò)通道的同時(shí)檢測(cè)的共振頻率與其中不含 將要測(cè)量的對(duì)象的液體流動(dòng)通過(guò)通道38的懸臂32的共振頻率之間的差值，并且由差異共 振頻率，計(jì)算在流動(dòng)通過(guò)懸臂32中的通道38的液體中含有的被測(cè)量的對(duì)象的質(zhì)量。這是可以用來(lái)計(jì)算被測(cè)量的對(duì)象的質(zhì)量的另一種方式。如上所述，將要測(cè)量的對(duì)象的質(zhì)量可以通過(guò)在含有將要測(cè)量的對(duì)象的液體流動(dòng)時(shí) 多于一次檢測(cè)共振頻率并且通過(guò)然后計(jì)算共振頻率的差值進(jìn)行檢測(cè)。因此，即使在僅有一種液體流動(dòng)的情況下，也可以由多于一次的共振頻率檢測(cè)得 到的共振頻率差值，檢測(cè)將要測(cè)量的對(duì)象的質(zhì)量。這里應(yīng)當(dāng)注意，在由多于一次的共振頻率 檢測(cè)得到的共振頻率差值檢測(cè)將要測(cè)量的對(duì)象的質(zhì)量的情況下，優(yōu)選使用具有低含量的將 要測(cè)量的對(duì)象的液體。具體地，優(yōu)選的液體是這樣的，即，在懸臂內(nèi)的通道中將出現(xiàn)兩種不 同的狀態(tài)，一種是將要測(cè)量的對(duì)象流動(dòng)的狀態(tài)，而另一種是不流動(dòng)的狀態(tài)，即是將要測(cè)量的 對(duì)象的數(shù)量小于單位元素(unity)/在懸臂內(nèi)的通道的容量這樣的液體。在一種備選的情況中，可以將共振頻率檢測(cè)多于一次，而不管將要測(cè)量的對(duì)象是 否流動(dòng)通過(guò)懸臂中的通道，并且將結(jié)果分成三種情況，第一種情況是一個(gè)將要測(cè)量的對(duì)象 流動(dòng)通過(guò)懸臂，第二種情況是兩個(gè)將要測(cè)量的對(duì)象流動(dòng)，而第三種情況是三個(gè)對(duì)象流動(dòng)；然 后依賴相應(yīng)情況之間的差別，檢測(cè)被測(cè)量的對(duì)象的質(zhì)量。在上面所述的具體實(shí)施方案中，懸臂振動(dòng)一次用于檢測(cè)共振頻率一次；但是這不 是本發(fā)明的唯一情況，并且可以將懸臂振動(dòng)和檢測(cè)共振頻率的時(shí)機(jī)以任何需要的方式設(shè)定。在上面所述的具體實(shí)施方案中，重復(fù)檢測(cè)共振頻率，直到達(dá)到規(guī)定的時(shí)間；但是， 檢測(cè)共振頻率的次數(shù)和用以確定檢測(cè)終點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)不限于上述方式，并且可以采用下列備選模式中的一種檢測(cè)共振頻率預(yù)定次數(shù)；重復(fù)檢測(cè)共振頻率，直到液體已經(jīng)完成流動(dòng)之后； 或重復(fù)檢測(cè)共振頻率，直到發(fā)出操作者指令。上面所述的具體實(shí)施方案關(guān)注僅一個(gè)懸臂的使用，但是需要時(shí)，可以如圖7中所示安置多于一個(gè)的懸臂，其中將主體70改造，使得在支撐部72設(shè)置多個(gè)懸臂32。使用多個(gè)懸臂能夠更精確地探測(cè)將要測(cè)量的對(duì)象。此外，在懸臂的序列中，可以逐漸改變實(shí)驗(yàn)條件，由此能夠探測(cè)作為將要測(cè)量的對(duì)象的物質(zhì)的變化。即使在安置多個(gè)懸臂的情況下，也可以通過(guò)為每個(gè)懸臂安置的單個(gè)壓電設(shè)備進(jìn)行 它們的振動(dòng)和得到的振動(dòng)的檢測(cè)，因此，可以實(shí)現(xiàn)緊湊裝置。這能夠使懸臂以高密度布置， 并且更甚者，可以容易地布置它們以形成陣列構(gòu)造。如果將要安置多個(gè)懸臂，則優(yōu)選將相鄰懸臂中的通道連接在一些。換言之，優(yōu)選將 一個(gè)懸臂的出口通道連接到相鄰懸臂的進(jìn)口通道。通過(guò)連接相鄰懸臂中的通道，可以多次測(cè)量同一個(gè)將要測(cè)量的對(duì)象。這可以允許 更精確的探測(cè)。需要時(shí)，可以在不同的條件下(如在液體性質(zhì)變化的情況下，或者在不同的溫度 條件下)探測(cè)同一個(gè)將要測(cè)量的對(duì)象。在上述實(shí)施方案中，探測(cè)將要測(cè)量的對(duì)象的質(zhì)量，但這不是本發(fā)明的唯一情況，并 且代替將要測(cè)量的對(duì)象的質(zhì)量，可以探測(cè)它的存在或不存在。在此備選的情況中，不運(yùn)行質(zhì) 量計(jì)算(或探測(cè))部以計(jì)算(或探測(cè))將要測(cè)量的對(duì)象的質(zhì)量，而是可以進(jìn)行共振頻率比 較，以探測(cè)將要測(cè)量的對(duì)象是否在懸臂中的通道中。在此情況下，不知是否含有將要測(cè)量的對(duì)象的液體流動(dòng)通過(guò)懸臂中的通道，并且 將所述液體已經(jīng)流動(dòng)通過(guò)的懸臂的共振頻率與不含將要測(cè)量的對(duì)象的液體流動(dòng)通過(guò)的懸 臂的共振頻率進(jìn)行比較；如果存在共振頻率的變化，則因此確定除了液體之外的某物進(jìn)入 了通道。如上剛才所述，還可以利用本發(fā)明的物質(zhì)探測(cè)方法檢測(cè)將要測(cè)量的對(duì)象的存在或 不存在，并且由于特別高的測(cè)量精度，它甚至可以探測(cè)更微小物質(zhì)的存在或不存在。在上述實(shí)施方案中，懸臂偏移，并且探測(cè)持續(xù)直到其返回到初始位置的阻尼振動(dòng) 的頻率，以由此探測(cè)懸臂的共振頻率；但是，這不是本發(fā)明的唯一情況，并且可以逐漸地改 變由壓電設(shè)備施加給懸臂的振動(dòng)的頻率，且由壓電設(shè)備檢測(cè)懸臂在施加的每個(gè)頻率下的振 動(dòng)，以檢測(cè)懸臂的共振頻率。在此情況下，將要施加的振動(dòng)的頻率可以通過(guò)改變從信號(hào)源施 加給壓電設(shè)備中的上電極的電壓的脈沖度來(lái)改變。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，懸臂型探測(cè)器安置有容器，所述的容器緊密地密封懸 臂，并且將其抽氣，以確保懸臂處于低于大氣壓的壓力下；在一個(gè)更優(yōu)選的實(shí)施方案中，在 容器內(nèi)產(chǎn)生真空。通過(guò)使懸臂在低于大氣壓的壓力下振動(dòng)，即在稀薄空氣中振動(dòng)，可以使機(jī)械品質(zhì) 因數(shù)Q更高，因而可以使測(cè)量精度更高；懸臂在真空中的振動(dòng)也有助于將測(cè)量精度提高到 一個(gè)甚至更高的水平。將要在懸臂內(nèi)形成的通道的形狀也不以任何特別的方式受到限制，并且它可以形 成運(yùn)行通過(guò)懸臂的蜿蜒軌跡。需要時(shí)，可以跨過(guò)懸臂的厚度重疊在相反的方向上運(yùn)行的通 道的兩個(gè)節(jié)段。
壓電設(shè)備將要放置的位置決不限于懸臂的頂側(cè)，并且可以將它放置在懸臂的底 側(cè)。由于懸臂可以通過(guò)更大幅度振動(dòng)并且可以由主模式的振動(dòng)探測(cè)共振頻率，因此優(yōu)選將 壓電設(shè)備設(shè)置在懸臂具有最大表面積的一側(cè)，這在考慮中的實(shí)施方案中是頂側(cè)或底側(cè)；如 果必要，壓電設(shè)備可以設(shè)置在懸臂的側(cè)面。此外，在不含將要測(cè)量的對(duì)象的液體流動(dòng)通過(guò)通道的情況下檢測(cè)懸臂的共振頻率 的時(shí)機(jī)不以任何特別的方式受到限制，并且它可以每當(dāng)在探測(cè)將要測(cè)量的對(duì)象之前檢測(cè)， 或者它可以在將要測(cè)量的對(duì)象探測(cè)規(guī)定次數(shù)之后檢測(cè)。如果在全部測(cè)量中使用同一種液 體，則可以采用在首次使用過(guò)程中探測(cè)的共振頻率。 下面描述用于制備本發(fā)明的懸臂型探測(cè)器的方法。圖8A至8K顯示用于制備本發(fā)明的懸臂型探測(cè)器的主體的一個(gè)示例性方法中的步 驟次序。工藝開始的基板是其上重疊有Si層102、Si02層104和Si層106的S0I基板 100 (參見圖8A)。將在S0I基板100中的Si層106干法蝕刻，以在其中形成通道108 (參見圖8B)。隨后，將其中重疊有Si層112和Si02層114的S0I基板110附著到S0I基板100 中的Si層106的表面上(參見圖8C)。此處，以使得Si層106和Si層112粘合在一起這 樣的方式組裝S0I基板100和S0I基板110。附著的方法不以任何特殊的方式受到限制，并 且可以采用各種技術(shù)，如用粘合劑粘合。然后，將S0I基板110中的5102層114蝕刻并且拋光，以形成5102層114'(參 見圖8D)。隨后，在S0I基板110中的5102層114'的頂部上形成下電極116 (參見圖8E)。 具體地，通過(guò)濺射、附著或一些其它的適宜方法，在Si02層114 ‘的頂部上安置金屬如Pt或 Ti的膜，以形成下電極116。然后，在下電極116的頂部上形成壓電元件118 (參見圖8F)。在一個(gè)具體的實(shí)例中，使用PZT燒結(jié)體(sinter)作為被濺射的靶，以在下電極116 的頂部上形成PZT壓電元件118。形成壓電元件118的方法不限于濺射，并且可以將它附著 到下電極116上。隨后，在壓電元件118的項(xiàng)部上形成上電極120(參見圖8G)。具體地，通過(guò)濺射、 附著或一些其它的適宜方法，在壓電元件118的頂部上安置金屬如Pt的膜，以形成上電極 120。然后，相繼蝕刻3102層114'，Si層112，Si層106和5102層，以形成凹槽122 (參 見圖8H)。此處，沿著下電極116的三個(gè)邊(即，兩個(gè)較長(zhǎng)的平行邊和一個(gè)較短的邊)形成 凹槽122，以分開兩個(gè)區(qū)域，一個(gè)用來(lái)形成懸臂，而另一個(gè)用來(lái)形成支撐部。不用來(lái)形成凹槽 122的一邊提供懸臂和支撐部之間的接頭。隨后，在形成下電極116、壓電元件118和上電極120的區(qū)域中及周圍的區(qū)域中， 即在安置懸臂的區(qū)域和在對(duì)懸臂提供接頭的一邊上的支撐部中，形成保護(hù)層124(參見圖 81)。具體地，通過(guò)濺射、等離子體增強(qiáng)的CVD或其它方式在形成下電極116、壓電元件118 和上電極120的區(qū)域及周圍區(qū)域的上表面上，形成Si02膜，由此形成保護(hù)層124。通過(guò)此保 護(hù)層124，覆蓋下電極116、壓電元件118和上電極120的暴露區(qū)域以變成電絕緣的。
然后，形成兩個(gè)開口通過(guò)保護(hù)層124，使得它們中的一個(gè)到達(dá)下電極116上表面的 選定區(qū)域，而另一個(gè)開口到達(dá)上電極120上表面的選定區(qū)域。然后，在下電極116的上表面 上形成的開口中形成拾波電極126，并且在上電極120的上表面上形成拾波電極128 (參見 圖 8J)。此處，形成兩個(gè)開口通過(guò)保護(hù)層124的方法可以由蝕刻示例，并且形成拾波電極 126和128的方法可以由濺射示例。用來(lái)形成拾波電極的金屬可以由Au示例。如此，形成了壓電設(shè)備，其由下電極116，壓電元件118，上電極120，保護(hù)層124，以 及拾波電極126和128構(gòu)成。然后，從底側(cè)(與Si層106相對(duì)的Si02層104的一側(cè))，干法蝕刻S0I基板100 中的Si層102，以形成開口 130(參見圖8K)。通過(guò)在Si層102中形成開口 130，除接頭中的以外，將包含Si02層和重疊的層的 支撐部與懸臂分開，所述的懸臂在另外區(qū)域中由Si層106，112和Si02層104，114'組成， 并且其中形成有通道108。上述是人們可以制造包含懸臂、支撐部和壓電元件的主體的方式。然后，將液體供應(yīng)/回收部，混頻器及任何其它必要的組件連接到主體上，由此制 備本發(fā)明的懸臂型探測(cè)器。此處，可以將根據(jù)本發(fā)明第一方面的懸臂型探測(cè)器、根據(jù)本發(fā)明第二方面的使用 它的物質(zhì)探測(cè)系統(tǒng)和根據(jù)本發(fā)明第三方面的使用它的物質(zhì)探測(cè)方法用來(lái)分析和探測(cè)微小 物質(zhì)，以用于如流動(dòng)細(xì)胞計(jì)量術(shù)和新藥開發(fā)中的篩選之類的應(yīng)用。雖然上面已經(jīng)詳細(xì)地描述了根據(jù)本發(fā)明第一方面的懸臂型探測(cè)器、根據(jù)本發(fā)明第 二方面的使用它的物質(zhì)探測(cè)系統(tǒng)和根據(jù)本發(fā)明第三方面的使用它的物質(zhì)探測(cè)方法，但是應(yīng) 當(dāng)注意，本發(fā)明決不限于上述實(shí)施方案，并且可以在不離開本發(fā)明的精神和范圍的情況下 進(jìn)行各種改進(jìn)和改變。例如，在上述實(shí)施方案中，將懸臂僅一端固定到支撐部上，但是可以將它在兩端固 定。換言之，可以如此改造板形構(gòu)件，使得其兩端被固定到支撐部上。如果將懸臂型探測(cè)器 或橫梁型探測(cè)器中的兩端固定，則它不再是"懸臂"，并且其振動(dòng)的幅度將變得更小，但是 另一方面，可以使其更耐久。在另一種變體中，通道可以是在相反的方向上沒有地方彎曲的 直線，換言之，它可以簡(jiǎn)單地從板形元件和支撐部之間的一個(gè)接頭延伸至另一個(gè)接頭。改造 懸臂內(nèi)的通道以確保這樣的直線通道有助于防止其被感興趣的物質(zhì)堵塞，因此，在將探測(cè) 器利用多于一次的情況下，可以提高測(cè)量精度。
權(quán)利要求
一種懸臂型探測(cè)器，所述的懸臂型探測(cè)器用于在液體中含有將要測(cè)量的物質(zhì)時(shí)檢測(cè)該物質(zhì)，包括懸臂，所述懸臂至少在一端被固定到支撐部上并且其內(nèi)形成有通道；壓電設(shè)備，所述壓電設(shè)備由壓電元件和在所述壓電元件的相反側(cè)上形成的電極部構(gòu)成并且安置在所述懸臂的至少一側(cè)上；驅(qū)動(dòng)部，所述驅(qū)動(dòng)部將電壓施加給所述壓電設(shè)備的所述電極部，以使所述懸臂振動(dòng)；檢測(cè)部，所述檢測(cè)部由所述壓電設(shè)備的膨脹或收縮檢測(cè)所述懸臂的振動(dòng)；和液體供應(yīng)裝置，所述液體供應(yīng)裝置用于使所述液體流動(dòng)通過(guò)在所述懸臂中的所述通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸臂型探測(cè)器，其中所述壓電元件由含Pb的鈣鈦礦型晶體的 組合物制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸臂型探測(cè)器，其中所述壓電元件由無(wú)Pb的鈣鈦礦型晶體的 組合物制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的懸臂型探測(cè)器，其中所述懸臂僅一端被固定 到所述支撐部上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的懸臂型探測(cè)器，其中所述懸臂的兩端都被固 定到所述支撐部上。
6.一種物質(zhì)探測(cè)系統(tǒng)，其包括根據(jù)權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)所述的懸臂型探測(cè)器；頻率計(jì)算部，所述頻率計(jì)算部由所述檢測(cè)部檢測(cè)的值計(jì)算所述懸臂的第一共振頻率；和探測(cè)部，所述探測(cè)部將由所述頻率計(jì)算部計(jì)算的第一共振頻率與將不含所述將要測(cè)量 的物質(zhì)的液體流過(guò)所述通道時(shí)的所述懸臂的第二共振頻率進(jìn)行比較，并且所述探測(cè)部依賴 比較的結(jié)果以探測(cè)在所述將要測(cè)量的物質(zhì)在所述通道內(nèi)時(shí)的該物質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的物質(zhì)探測(cè)系統(tǒng)，其中所述探測(cè)部依賴比較的結(jié)果以探測(cè)被測(cè) 量的物質(zhì)的質(zhì)量。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的物質(zhì)探測(cè)系統(tǒng)，其中所述探測(cè)部依賴比較的結(jié)果以探測(cè)被測(cè) 量的物質(zhì)的存在或不存在。
9.一種用于探測(cè)在液體內(nèi)的待測(cè)量物質(zhì)的物質(zhì)探測(cè)方法，所述方法包括將液體流過(guò)在懸臂內(nèi)形成的通道，所述懸臂具有安置在其至少一側(cè)上的壓電設(shè)備； 對(duì)所述壓電設(shè)備施加電壓，使得所述壓電設(shè)備膨脹或收縮，從而在所述液體正流過(guò)通 道時(shí)振動(dòng)所述懸臂；用所述壓電設(shè)備檢測(cè)所述懸臂的振動(dòng)；在所述液體正流過(guò)通道時(shí)，由所檢測(cè)的振動(dòng)檢測(cè)所述懸臂的第一共振頻率； 將所檢測(cè)的第一共振頻率與將不含所述將要測(cè)量的物質(zhì)的液體流過(guò)所述通道時(shí)的所 述懸臂的第二共振頻率進(jìn)行比較；和 由比較的結(jié)果探測(cè)將要測(cè)量的物質(zhì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的物質(zhì)探測(cè)方法，其中由比較的結(jié)果探測(cè)被測(cè)量的對(duì)象的質(zhì)量。
全文摘要
懸臂型探測(cè)器在液體中含有將要測(cè)量的物質(zhì)時(shí)檢測(cè)該物質(zhì)。探測(cè)器包括懸臂，所述懸臂至少在一端被固定到支撐部上并且其內(nèi)形成有通道；壓電設(shè)備，所述壓電設(shè)備由壓電元件和在所述壓電元件的相反側(cè)上形成的電極部構(gòu)成并且安置在所述懸臂的至少一側(cè)上；驅(qū)動(dòng)部，所述驅(qū)動(dòng)部將電壓施加給所述壓電設(shè)備的所述電極部，以使所述懸臂振動(dòng)；檢測(cè)部，所述檢測(cè)部由所述壓電設(shè)備的膨脹或收縮檢測(cè)所述懸臂的振動(dòng)；和液體供應(yīng)裝置，所述液體供應(yīng)裝置用于使所述液體流動(dòng)通過(guò)在所述懸臂中的所述通道。懸臂型探測(cè)器具有測(cè)量精度高的特征并且是緊湊和更低成本的。
文檔編號(hào)B81B3/00GK101802586SQ20088010680
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2008年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月13日
發(fā)明者坂下幸雄 申請(qǐng)人:富士膠片株式會(huì)社