Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu thiết kế, mô phỏng và chế tạo thử nghiệm điện cực kim loại trên linh kiện vi cân tinh thể thạch anh (Quartz Crystal MicrobalanceQCM) nhằm hướng tới tạo ra cảm biến sinh học.Vào cuối những năm 50 của thế kỷ XX, một cuộc cách mạng về công nghệ micro đã diễn ra và hứa hẹn một tương lai cho các ngành công nghiệp. Hệ thống vi cơ điện tử (Micro ElectroMechanical Systems) viết tắt là MEMS cũng đã được ra đời và phát triển trong giai đoạn này.Vi cân tinh thể thạch anh (tên gọi khác: cân tiểu ly thạch anh cộng hưởng, cân vi lượng thạch anh, sensor QCM hay linh kiện QCM) là một thiết bị khoa học kỹ thuật được sử dụng để xác định khối lượng của vật liệu với độ nhạy và độ chính xác rất cao 1. Tên tiếng anh là Quartz Crystal Microbalance viết tắt là QCM. Ngày nay vi cân tinh thể thạch anh QCM được sử dụng rộng rãi với nhiều mục đích khác nhau như làm cảm biến sinh học có độ nhạy và độ chính xác cao.
ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM TT NC& ĐT THIẾT KẾ VI MẠCH BÁO CÁO NGHIỆM THU ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM LINH KIỆN VI CÂN TINH THỂ THẠCH ANH (QUARTZ CRYSTAL MICROBALANCE-QCM) ỨNG DỤNG TRONG CẢM BIẾN SINH HỌC Chủ nhiệm đề tài: ThS Ngô Võ Kế Thành TS Dương Minh Tâm Cơ quan chủ trì: Trung Tâm Nghiên Cứu Đào Tạo Thiết Kế Vi Mạch Cơ quan Quản lý: Sở Khoa Học Cơng Nghệ TP HCM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁNG 11/ 2010 TÓM TẮT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Vi cân thạch anh (Quartz Crystal Microbalance - QCM) linh kiện điện tử ngày sử dụng hữu ích khoa học, y sinh học đời sống Các nghiên cứu thiết kế chế tạo QCM quan tâm nghiên cứu nhằm đưa nhứng ứng dụng vào thực tiễn sống Do tính chất áp điện độc đáo tinh thể thạch anh AT-cut, đặt điện áp xoay chiều vào hai bên điện cực linh kiện Nó trở thành tụ điện làm sinh dao động trượt dọc theo bề mặt tinh thể Dao động cộng hưởng tần số dao động với tần số dao động riêng thạch anh Mọi ứng dụng linh kiện QCM xoay quanh tần số dao động cộng hưởng linh kiện Ứng dụng linh kiện QCM khả xác định khối lượng với độ nhạy độ xác cao, xác định thay đổi khối lượng đến 10 -15 gam môi trường rắn[1] Những năm gần đây, phạm vi ứng dụng QCM ngày mở rộng sang môi trường lỏng mơi trường khí phép đo nhạy khí, phân tích phát gen vi khuẩn [1] Trong đề tài này, chúng tơi thực hồn thiện quy chế tạo linh kiện QCM ứng dụng kiểm tra thành công vi khuẩn E.Coli O157:H7 Đề tài thực dựa bốn quy trình chính: mơ phỏng, thiết kế, chế tạo triển khai ứng dụng Q trình mơ tính chất linh kiện QCM thực dựa phần mềm ANSYS Kết mơ tính chất của linh kiện QCM đưa thông số, cấu trúc, hình dạng phục vụ cho giai đoạn thiết kế MASK phù hợp với I linh kiện QCM có tần số cộng hưởng 5MHz Nhờ đó, nhóm thực lựa chọn QCM có dạng hình trịn cho q trình thiết kế MASK Phần mơ tính chất điện linh kiện QCM thực phần mềm MATLAB Các kết mơ tính chất điện sử dụng để so sánh với kết đo QCM nhóm chế tạo phổ dẫn nạp, góc pha… linh kiện Từ việc so sánh đưa kết luận q trình chế tạo nhóm thực đề tài Công đoạn quan trọng q trình chế tạo QCM phịng khu cơng nghệ cao TP HCM QCM có cấu trúc plana - plana (hai mặt QCM có dạng mặt phẳng) chế tạo với quy trình rút gọn gồm 14 bước cơng nghệ Quy trình chế tạo theo cơng nghệ MEMS sử dụng thiết bị phòng hệ bốc bay màng mỏng, máy quang khắc…Chúng thiết kế nhiều mask với kích thước điện cực QCM khác phù hợp cho mục đích ứng dụng Kết chế tạo thành công QCM với cấu trúc cho lĩnh vực ứng dụng: QCM sử dụng cảm biến sinh học để test E.Coli vi khuẩn khác; QCM làm cảm biến khí; QCM đo bề dày màng mỏng máy e- beam Các kết đo khảo sát linh kiện QCM chế tạo thực hệ đo máy Network Analyzer (ĐH Quốc tếĐHQG TPHCM) Kết đo cho thấy QCM có tần số cộng hưởng f0 phù hợp với thiết kế ban đầu Cuối công đoạn triển khai ứng dụng linh kiện QCM nhóm chế tạo để kiểm tra khuẩn E.coli O157:H7 Đây tác nhân gây bệnh hàng đầu nguồn nước thực phẩm, mối quan tâm toàn giới Hiện việc phát khẳng định diện vi khuẩn E.Coli O157:H7 sử dụng phương pháp phát vi khuẩn truyền thống ELISA PCR yêu cầu quy trình thực nghiệm nặng II nề tốn thời gian Trong đó, sử dụng linh kiện QCM có ưu điểm vượt trội tính đặc hiệu, độ nhạy cao tiến hành phân tích thời gian thực Chúng tiến hành kiểm tra song song E.Coli hai hệ QCM QCM-KIT ICDREC thiết kế QCM 200 phịng thí nghiệm Vật liệu điện tử, Viện Vật lý Kỹ thuật, Đại học Bách Khoa Hà Nội Chúng test thành công vi khuẩn E.Coli với nồng độ khác nhau: 106 cfu/ml, 104 cfu/ml, 102 cfu/ml KIT trung tâm ICDREC thiết kế chế tạo Kết tần số cộng hưởng linh kiện giảm khoảng 33 Hz ứng với nồng độ dung dịch E.Coli 106 cfu/ml, giảm 17 Hz ứng với nồng độ 10 cfu/ml Hz ứng với nồng độ 10 cfu/ml III SUMMARY OF RESEARCH CONTENT Quartz Crystal Microbalance – QCM device has been extended for application in science, health and national security services Researchs about designing and fabrication QCM have been considered to use in civilization Due to the piezoelectric properties and crystalline orientation of the quartz, a voltage applied to these electrodes results in a shear deformation of the crystal The vibration set-up in the quartz crystal produces harmonic signal when the vibration frequency is equal to the alternative voltage frequency All applications of QCM device corcern at its resonance frequency The first application of QCM is the ability in detection a very small mass with high sensitivity and exact, it can detect the mass change to 10-15 gram in rigid environment [1] In recent years, QCMs have been used in direct contact with liquids and viscoelastic films to determine the mass changes and viscoelastic properties during chemical and electrochemical surface processes [1] In this project, we have completed process on fabrication QCMs device and application in testing bacteria E.Coli O157:H7 This project includes four main parts: simulation, designing, fabrication and application We simulated the mechanical properties of QCM by ANSYS software The simulation result of QCM’s mechanical properties help us to choose the structure, the shape and the parameter value in designing mask for QCM with resonance frequency 5MHz From this result, we decided to fabricate QCM in circular shape The electric IV properties are simulated by MATLAB software The electric properties simulation result is useful in comparison to the measurement result of QCM that we fabricated like the spectrum of admittance, phase of admittance This comparision gives us the conclusion about the process in fabrication The most important in this project is fabrication QCM in clearn room at Saigon Hightech Park QCM device has planar-planar structure and was fabricated with short process in fourteen main steps We fabricated QCM device by MEMS technology and use some equipments like E-BEAM machine, PHOTOLITHOGRAPHY … We designed three kinds of masks for different QCM electrodes in order to use in different applications We fabricated sucessfuly three kinds of QCM for three application fields: biosensor (test bacteria), gas sensor, thickness measures sensor (use in E-BEAM machine) QCM device are measured and analysed in QCM200 system, Network Analyzer machine The result shows that QCMs have the resonance frequency f0 equal to the designing The final process is testing E.coli O157:H7 by QCM device that we fabricated This bacterias is the dangerous diseases agent in water and food Nowaday, the process to detect E.Coli O157:H7 using traditional method like ELISA or PCR, these methods cost money and time Besides, using QCM device will give the higher sensitivity, specificity and save time We tested simultaneous bacteria E.Coli on two systems: the KIT made by ICDREC and the QCM 200 system at HaNoi University of Technology We tested successfully E.Coli at concentrations: 106 cfu/ml, 10 cfu/ml and 102 cfu/ml with KIT mabe by ICDREC The frequency shift is 33Hz correlation with V concentration of 10 cfu/ml, 17 Hz correlation with concentration of 104 cfu/ml and Hz correlation with concentration of 102 cfu/ml VI MỤC LỤC Trang TÓM TẮT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU I SUMMARY OF RESEARCH CONTENT IV MỤC LỤC VII DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT X DANH SÁCH BẢNG XI DANH SÁCH HÌNH XII PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tên đề tài/Dự án Tổ chức chủ trì thực đề tài/dự án 1 Chủ nhiệm đề tài/dự án 1 Thời gian thực 1 Tổng kinh phí thực 1 2. Mục tiêu đề tài 1 3. Nội dung thực 1 4. Sản phẩm đề tài 2 TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LÃNH VỰC ĐỀ TÀI 1.1.1 Ngoài nước 4 1.1.2 Trong nước 10 1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 12 1.3 Ý NGHĨA VÀ TÍNH MỚI VỀ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 12 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 14 2.1 MƠ PHỎNG TÍNH CHẤT CƠ VÀ ĐIỆN CỦA LINH KIỆN QCM 14 2.1.1 Bài tốn mơ tính chất điện thông số đầu vào 14 2.1.2 Bài tốn thơng số mơ tính chất linh kiện QCM 17 2.1.2.1 Nguyên lý mơ hình linh kiện QCM 17 VII 2.1.2.2 Mô cấu trúc 19 2.1.2.3 Số liệu dùng để mô 20 2.2 THIẾT KẾ MASK VÀ CHẾ TẠO LINH KIỆN QCM 21 2.2.1 Thiết kế mask chế tạo mask cho linh kiện QCM 21 2.2.2 Quy trình chế tạo linh kiện QCM 23 2.2.2.1 Hóa chất vật liệu 23 2.2.2.2 Thiết bị 24 2.2.2.3 Quy trình chế tạo linh kiện QCM 25 2.2.2.4 Đánh giá chất lượng linh kiện QCM 44 2.3 CHẾ TẠO BỘ GÁ VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HOẠT ĐỘNG CỦA QCM VỚI VIỆC ỨNG DỤNG LÀM CẢM BIẾN SINH HỌC 46 2.3.1 Thiết kế chế tạo gá 46 2.3.2 Khảo sát khả hoạt động linh kiện QCM cho việc kiểm tra vi khuẩn E.Coli O157:H7 46 2.3.2.1 Quy trình chế tạo dung dịch nano Au 46 2.3.2.2 Gắn kết kháng thể lên hạt nano vàng 49 2.3.2.3 Quy trình khảo sát hoạt động linh kiện QCM cho việc kiểm tra vi khuẩn E.Coli 157:H7 49 KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 52 3.1 MƠ PHỎNG TÍNH CHẤT CƠ VÀ ĐIỆN CỦA LINH KIỆN QCM 52 3.1.1 Kết thảo luận mơ tính chất điện linh kiện QCM 52 3.1.1.1 Kết thảo luận mô không tải 52 3.1.1.2 Kết thảo luận mô có tải 54 3.1.1.3 Kết luận 59 3.1.2 Kết thảo luận mơ tính chất linh kiện QCM 59 3.2 THIẾT KẾ MASK VÀ CHẾ TẠO LINH KIỆN QCM 72 3.2.1 Kết thiết kế chế tạo mask 72 3.2.2 Kết thảo luận linh kiện QCM chế tạo 74 3.3 CHẾ TẠO BỘ GÁ VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HOẠT ĐỘNG CỦA QCM VỚI VIỆC ỨNG DỤNG LÀM CẢM BIẾN SINH HỌC 82 3.3.1 Kết thảo luận chế tạo gá 82 3.3.2 Kết khảo sát hoạt động QCM với việc ứng dụng làm cảm biến sinh học 88 3.3.2.1 Kết chế tạo hạt nano vàng 88 3.3.2.2 Kết chế tạo hạt nano vàng gắn kết kháng thể 93 VIII 3.3.2.3 Kết khảo sát hoạt động QCM với việc ứng dụng làm cảm biến sinh học 95 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 101 PHỤ LỤC 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO - 14 - IX Báo cáo cuối kỳ ICDREC - SHTP d=(eQ/epQ).*(1-exp(i.*kQ.*lQ))+(i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(i.*kQ.*lQ); fi=1;%excitation rf voltage A=-fi.*(1./(a+b.*d)); B=b.*A; C=(A-B)./(1+exp(i*2.*k.*ep)); D=C.*exp(i*2.*k.*ep); E=-((i.*kQ.*cQ)./eQ).*(A.*exp(-i.*kQ.*lQ)-B.*exp(i.*kQ.*lQ)); F=-(fi/2)-(eQ/epQ).*(A+B); %J(I)=-i*w(I)*eQ*E(I); J=-i.*w.*epQ.*E;%current density admit=J./(2*(fi));%addmittance Z1=abs(admit); Y1=180/pi.*angle(admit);%phase angle in degrees end for ep=ep2;%thickness of the overlayer a=((eQ/epQ).*(1-exp(-i.*kQ.*lQ)))-((i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(-i.*kQ.*lQ)); ro=ro2;%density of overlayer U=U2;%shear modulus of the overlayer %cq=2.947e10 n=n2;%viscosity of the overlayer %nQ=9.2475e-3 u=U+i.*w.*n; k=w.*sqrt(ro./u); -3- Báo cáo cuối kỳ ICDREC - SHTP b=(kQ.*cQ.*(1-exp(-i.*kQ.*lQ))-(k.*u.*((1exp(i*2.*k.*ep)))./(1+exp(i*2.*k.*ep))))./(kQ.*cQ.*(1-exp(i.*kQ.*lQ))+k.*u.*((1exp(i*2.*k.*ep))./(1+exp(i*2.*k.*ep)))); d=(eQ/epQ).*(1-exp(i.*kQ.*lQ))+(i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(i.*kQ.*lQ); fi=1;%excitation rf voltage A=-fi.*(1./(a+b.*d)); B=b.*A; C=(A-B)./(1+exp(i*2.*k.*ep)); D=C.*exp(i*2.*k.*ep); E=-((i.*kQ.*cQ)./eQ).*(A.*exp(-i.*kQ.*lQ)-B.*exp(i.*kQ.*lQ)); F=-(fi/2)-(eQ/epQ).*(A+B); %J(I)=-i*w(I)*eQ*E(I); J=-i.*w.*epQ.*E;%current density admit=J./(2*(fi));%addmittance Z2=abs(admit); Y2=180/pi.*angle(admit);%phase angle in degrees end for ep=ep3;%thickness of the overlayer a=((eQ/epQ).*(1-exp(-i.*kQ.*lQ)))-((i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(-i.*kQ.*lQ)); ro=ro1;%density of overlayer U=U1;%shear modulus of the overlayer n=n1;%viscosity of the overlayer u=U+i.*w.*n; k=w.*sqrt(ro./u); -4- Báo cáo cuối kỳ ICDREC - SHTP b=(kQ.*cQ.*(1-exp(-i.*kQ.*lQ))-(k.*u.*((1exp(i*2.*k.*ep)))./(1+exp(i*2.*k.*ep))))./(kQ.*cQ.*(1-exp(i.*kQ.*lQ))+k.*u.*((1exp(i*2.*k.*ep))./(1+exp(i*2.*k.*ep)))); d=(eQ/epQ).*(1-exp(i.*kQ.*lQ))+(i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(i.*kQ.*lQ); fi=1;%excitation rf voltage A=-fi.*(1./(a+b.*d)); B=b.*A; C=(A-B)./(1+exp(i*2.*k.*ep)); D=C.*exp(i*2.*k.*ep); E=-((i.*kQ.*cQ)./eQ).*(A.*exp(-i.*kQ.*lQ)-B.*exp(i.*kQ.*lQ)); F=-(fi/2)-(eQ/epQ).*(A+B); %J(I)=-i*w(I)*eQ*E(I); J=-i.*w.*epQ.*E;%current density admit=J./(2*(fi));%addmittance Z3=abs(admit); Y3=180/pi.*angle(admit);%phase angle in degrees end for ep=ep4;%thickness of the overlayer a=((eQ/epQ).*(1-exp(-i.*kQ.*lQ)))-((i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(-i.*kQ.*lQ)); ro=ro2;%density of overlayer U=U2;%shear modulus of the overlayer n=n2;%viscosity of the overlayer u=U+i.*w.*n; k=w.*sqrt(ro./u); -5- Báo cáo cuối kỳ ICDREC - SHTP b=(kQ.*cQ.*(1-exp(-i.*kQ.*lQ))-(k.*u.*((1exp(i*2.*k.*ep)))./(1+exp(i*2.*k.*ep))))./(kQ.*cQ.*(1-exp(i.*kQ.*lQ))+k.*u.*((1exp(i*2.*k.*ep))./(1+exp(i*2.*k.*ep)))); d=(eQ/epQ).*(1-exp(i.*kQ.*lQ))+(i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(i.*kQ.*lQ); fi=1;%excitation rf voltage A=-fi.*(1./(a+b.*d)); B=b.*A; C=(A-B)./(1+exp(i*2.*k.*ep)); D=C.*exp(i*2.*k.*ep); E=-((i.*kQ.*cQ)./eQ).*(A.*exp(-i.*kQ.*lQ)-B.*exp(i.*kQ.*lQ)); F=-(fi/2)-(eQ/epQ).*(A+B); J=-i.*w.*epQ.*E;%current density admit=J./(2*(fi));%addmittance Z4=abs(admit); Y4=180/pi.*angle(admit);%phase angle in degrees end for ep=ep5;%thickness of the overlayer a=((eQ/epQ).*(1-exp(-i.*kQ.*lQ)))-((i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(-i.*kQ.*lQ)); ro=ro1;%density of overlayer U=U1;%shear modulus of the overlayer n=n1;%viscosity of the overlayer u=U+i.*w.*n; k=w.*sqrt(ro./u); -6- Báo cáo cuối kỳ ICDREC - SHTP b=(kQ.*cQ.*(1-exp(-i.*kQ.*lQ))-(k.*u.*((1exp(i*2.*k.*ep)))./(1+exp(i*2.*k.*ep))))./(kQ.*cQ.*(1-exp(i.*kQ.*lQ))+k.*u.*((1exp(i*2.*k.*ep))./(1+exp(i*2.*k.*ep)))); d=(eQ/epQ).*(1-exp(i.*kQ.*lQ))+(i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(i.*kQ.*lQ); fi=1;%excitation rf voltage A=-fi.*(1./(a+b.*d)); B=b.*A; C=(A-B)./(1+exp(i*2.*k.*ep)); D=C.*exp(i*2.*k.*ep); E=-((i.*kQ.*cQ)./eQ).*(A.*exp(-i.*kQ.*lQ)-B.*exp(i.*kQ.*lQ)); F=-(fi/2)-(eQ/epQ).*(A+B); J=-i.*w.*epQ.*E;%current density admit=J./(2*(fi));%addmittance Z5=abs(admit); Y5=180/pi.*angle(admit);%phase angle in degrees end for ep=ep6;%thickness of the overlayer a=((eQ/epQ).*(1-exp(-i.*kQ.*lQ)))-((i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(-i.*kQ.*lQ)); ro=ro2;%density of overlayer U=U2;%shear modulus of the overlayer n=n2;%viscosity of the overlayer u=U+i.*w.*n; k=w.*sqrt(ro./u); b=(kQ.*cQ.*(1-exp(-i.*kQ.*lQ))-(k.*u.*((1exp(i*2.*k.*ep)))./(1+exp(i*2.*k.*ep))))./(kQ.*cQ.*(1-exp(i.*kQ.*lQ))+k.*u.*((1exp(i*2.*k.*ep))./(1+exp(i*2.*k.*ep)))); -7- Báo cáo cuối kỳ ICDREC - SHTP d=(eQ/epQ).*(1-exp(i.*kQ.*lQ))+(i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(i.*kQ.*lQ); fi=1;%excitation rf voltage A=-fi.*(1./(a+b.*d)); B=b.*A; C=(A-B)./(1+exp(i*2.*k.*ep)); D=C.*exp(i*2.*k.*ep); E=-((i.*kQ.*cQ)./eQ).*(A.*exp(-i.*kQ.*lQ)-B.*exp(i.*kQ.*lQ)); F=-(fi/2)-(eQ/epQ).*(A+B); J=-i.*w.*epQ.*E;%current density admit=J./(2*(fi));%addmittance Z6=abs(admit); Y6=180/pi.*angle(admit);%phase angle in degrees end for ep=ep7;%thickness of the overlayer a=((eQ/epQ).*(1-exp(-i.*kQ.*lQ)))-((i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(-i.*kQ.*lQ)); ro=ro1;%density of overlayer U=U1;%shear modulus of the overlayer n=n1;%viscosity of the overlayer u=U+i.*w.*n; k=w.*sqrt(ro./u); b=(kQ.*cQ.*(1-exp(-i.*kQ.*lQ))-(k.*u.*((1exp(i*2.*k.*ep)))./(1+exp(i*2.*k.*ep))))./(kQ.*cQ.*(1-exp(i.*kQ.*lQ))+k.*u.*((1exp(i*2.*k.*ep))./(1+exp(i*2.*k.*ep)))); d=(eQ/epQ).*(1-exp(i.*kQ.*lQ))+(i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(i.*kQ.*lQ); -8- Báo cáo cuối kỳ ICDREC - SHTP fi=1;%excitation rf voltage A=-fi.*(1./(a+b.*d)); B=b.*A; C=(A-B)./(1+exp(i*2.*k.*ep)); D=C.*exp(i*2.*k.*ep); E=-((i.*kQ.*cQ)./eQ).*(A.*exp(-i.*kQ.*lQ)-B.*exp(i.*kQ.*lQ)); F=-(fi/2)-(eQ/epQ).*(A+B); J=-i.*w.*epQ.*E;%current density admit=J./(2*(fi));%addmittance Z7=abs(admit); Y7=180/pi.*angle(admit);%phase angle in degrees end for ep=ep8;%thickness of the overlayer a=((eQ/epQ).*(1-exp(-i.*kQ.*lQ)))-((i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(-i.*kQ.*lQ)); ro=ro2;%density of overlayer U=U2;%shear modulus of the overlayer n=n2;%viscosity of the overlayer u=U+i.*w.*n; k=w.*sqrt(ro./u); b=(kQ.*cQ.*(1-exp(-i.*kQ.*lQ))-(k.*u.*((1exp(i*2.*k.*ep)))./(1+exp(i*2.*k.*ep))))./(kQ.*cQ.*(1-exp(i.*kQ.*lQ))+k.*u.*((1exp(i*2.*k.*ep))./(1+exp(i*2.*k.*ep)))); d=(eQ/epQ).*(1-exp(i.*kQ.*lQ))+(i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(i.*kQ.*lQ); fi=1;%excitation rf voltage -9- Báo cáo cuối kỳ ICDREC - SHTP A=-fi.*(1./(a+b.*d)); B=b.*A; C=(A-B)./(1+exp(i*2.*k.*ep)); D=C.*exp(i*2.*k.*ep); E=-((i.*kQ.*cQ)./eQ).*(A.*exp(-i.*kQ.*lQ)-B.*exp(i.*kQ.*lQ)); F=-(fi/2)-(eQ/epQ).*(A+B); J=-i.*w.*epQ.*E;%current density admit=J./(2*(fi));%addmittance Z8=abs(admit); Y8=180/pi.*angle(admit);%phase angle in degrees end for ep=ep9;%thickness of the overlayer a=((eQ/epQ).*(1-exp(-i.*kQ.*lQ)))-((i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(-i.*kQ.*lQ)); ro=ro1;%density of overlayer U=U1;%shear modulus of the overlayer n=n1;%viscosity of the overlayer u=U+i.*w.*n; k=w.*sqrt(ro./u); b=(kQ.*cQ.*(1-exp(-i.*kQ.*lQ))-(k.*u.*((1exp(i*2.*k.*ep)))./(1+exp(i*2.*k.*ep))))./(kQ.*cQ.*(1-exp(i.*kQ.*lQ))+k.*u.*((1exp(i*2.*k.*ep))./(1+exp(i*2.*k.*ep)))); d=(eQ/epQ).*(1-exp(i.*kQ.*lQ))+(i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(i.*kQ.*lQ); fi=1;%excitation rf voltage A=-fi.*(1./(a+b.*d)); - 10 - Báo cáo cuối kỳ ICDREC - SHTP B=b.*A; C=(A-B)./(1+exp(i*2.*k.*ep)); D=C.*exp(i*2.*k.*ep); E=-((i.*kQ.*cQ)./eQ).*(A.*exp(-i.*kQ.*lQ)-B.*exp(i.*kQ.*lQ)); F=-(fi/2)-(eQ/epQ).*(A+B); J=-i.*w.*epQ.*E;%current density admit=J./(2*(fi));%addmittance Z9=abs(admit); Y9=180/pi.*angle(admit);%phase angle in degrees end for ep=ep10;%thickness of the overlayer a=((eQ/epQ).*(1-exp(-i.*kQ.*lQ)))-((i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(-i.*kQ.*lQ)); ro=ro2;%density of overlayer U=U2;%shear modulus of the overlayer n=n2;%viscosity of the overlayer u=U+i.*w.*n; k=w.*sqrt(ro./u); b=(kQ.*cQ.*(1-exp(-i.*kQ.*lQ))-(k.*u.*((1exp(i*2.*k.*ep)))./(1+exp(i*2.*k.*ep))))./(kQ.*cQ.*(1-exp(i.*kQ.*lQ))+k.*u.*((1exp(i*2.*k.*ep))./(1+exp(i*2.*k.*ep)))); d=(eQ/epQ).*(1-exp(i.*kQ.*lQ))+(i.*kQ.*cQ.*lQ/eQ).*exp(i.*kQ.*lQ); fi=1;%excitation rf voltage A=-fi.*(1./(a+b.*d)); B=b.*A; - 11 - Báo cáo cuối kỳ ICDREC - SHTP C=(A-B)./(1+exp(i*2.*k.*ep)); D=C.*exp(i*2.*k.*ep); E=-((i.*kQ.*cQ)./eQ).*(A.*exp(-i.*kQ.*lQ)-B.*exp(i.*kQ.*lQ)); F=-(fi/2)-(eQ/epQ).*(A+B); J=-i.*w.*epQ.*E;%current density admit=J./(2*(fi));%addmittance Z10=abs(admit); Y10=180/pi.*angle(admit);%phase angle in degrees end figure(1) plot(real(admit),imag(admit),'o')%susceptance vs conductance plot figure(2) plot(f,Y1,'k-',f,Y2,'ro:',f,Y3,'k-',f,Y4,'ro:',f,Y5,'k- ',f,Y6,'ro:',f,Y7,'k- ',f,Y8,'ro:',f,Y9,'k-',f,Y10,'ro:')%plot of phase angle figure(3) semilogy(f,Z1,'k-',f,Z2,'ro:',f,Z3,'k-',f,Z4,'ro:',f,Z5,'k',f,Z8,'ro:',f,Z9,'k-',f,Z10,'ro:')%plot of addmittance [K1,p]=max(Z1); f1=((p-1)*10)+4.8e06 [K2,p]=max(Z2); f2=((p-1)*10)+4.8e06 corr1=(5000000-f2)/(5000000-f1) [K3,p]=max(Z3); f3=((p-1)*10)+4.8e06 - 12 - ',f,Z6,'ro:',f,Z7,'k- Báo cáo cuối kỳ ICDREC - SHTP [K4,p]=max(Z4); f4=((p-1)*10)+4.8e06 corr2=(5000000-f4)/(5000000-f3) [K5,p]=max(Z5); f5=((p-1)*10)+4.8e06 [K6,p]=max(Z6); f6=((p-1)*10)+4.8e06 corr3=(5000000-f6)/(5000000-f5) [K7,p]=max(Z7); f7=((p-1)*10)+4.8e06 [K8,p]=max(Z8); f8=((p-1)*10)+4.8e06 corr4=(5000000-f8)/(5000000-f7) [K9,p]=max(Z9); f9=((p-1)*10)+4.8e06 [K10,p]=max(Z10); f10=((p-1)*10)+4.8e06 corr5=(5000000-f10)/(5000000-f9) figure(4) plot(ep2*1e6,corr1,'o:',ep4*1e6,corr2,'o:',ep6*1e6,corr3,'o:',ep8*1e6,corr4,'o:', ep10*1e6,corr5,'o:') - 13 - Báo cáo cuối kỳ ICDREC - SHTP TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Claudia Steinem and Andreas Janshoff, Piezoelectric sensor,Springer Series on Chemical Sensor and Biosensors, 2007,117-123 [2] Hewlett-Packard Co, “Fundamentals of Quartz Oscillators”, Application Note 200-2, Electronic Counters Series [3] G Sauerbrey, Verwendung von Schwingquarzcn zur Wagung d nner Schichten und zur Mikrowagung, Z Phys., 1959, 155, 206- 222 [4] K.K.Kanazawa and J.G Gordon II, Frequency of a quartz microbalance in contact with liquid, Anal Chem., 57, 1985, 1770 1771 [5] Hamid M Shizari, Quartz Crystal Microbalance/Heat Conduction Calorimetry (QCM/HCC), e new technology capable of isothermal hight sensitivity, mass and heat flow measurements at a solid/gas interface, Doctor of Philosophy, 2000, USA 12-69 [6] Stephen J Martin, Victoria Edwards Granstaff and Gregory C.Frye, Characterization of a Quartz Crystal Microbalance with Simultaneous Mass and Liquid loading, Anal Chem, 63, 1991, 2272-2281 [7] Roman Diaz, Estudio y analisis del efecto rugoso sobre la respuestadel sensor de cuarzo AT en Medios fluidos, doctoc thesis, 2005 [8] K.K.Kanazawa, Mechanical behavior of films on the QCM, Faraday discuss, 1997, 107, 77-90 [9] Thamara Mangalika Pedura Hewa, Development and evaluation of QCM sensors for the detection of Influenza virus from clinical samples, Doctor of Philosophy, School of Applied Science, RMIT University, 2007 [10] Nguyễn Xuân Chánh (2008), Cân tiểu ly thạch anh cộng hưởng, Tạp chí Vật lý Tuổi trẻ 2008, Hà Nội, 2008 [11] Alexander Katz and Micheal D Ward (1996), Probing solvent dynamics in concentrated polymer films with a high-frequency shear mode quartz resonator, J Appl Phys 80 (7), 1996 - 14 - Báo cáo cuối kỳ ICDREC - SHTP [12] Nguyễn Tuấn Linh, Nghiên cứu chế tạo linh kiện cấu trúc QCM- Màng ơxít nhôm xốp , Luận văn Đại học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội, 2007 [13] Nguyễn Văn Phái, Trương Tích Thiện, Nguyễn Tường Long, Nguyễn Định Giang, Giải tốn kỹ thuật chương trình ANSYS, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội, 2003 [14] Hoàng Đức Trường, Cố định DNA màng polypyrrole, Luận văn thạc sỹ, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội, 2006 [15] Der Ho Wu, Yng Jyi Tsai and Yu Tang Yen, Robust design of quartz crystal microbalance using finite element and Taguchi method, Elsevier, USA, 92, 2003,337-344 [16] Antonio Arnau, Piezoelectric Transducers and Applications, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2008, 1-95 [17] Gregory T.A Lovacs, Micromachined Transducers Sourcebook, McGrawHill, USA, 1998 [18] Anthony J Di Pasqua, Richard E Mishler II, Yan-Li Ship, James C Dabrowiak and Tewodros Asefa, Preparation of antibody-conjugated gold nanoparticles, Biosensor Bioelectron, 2009, 63:1876–1879 [19] Tansil NC and Gao Z, Nanoparticles in biomolecular detection, NanoToday, 1:28–37, 2006 [20] Catia Contado and Roberto Argazzi, Size sorting of citrate reduced gold nanoparticles by sedimentation field-flow fractionation, Elsevier, USA, CHROMA350312, 2009 [21] Fei Liu, Yanbin Li, Xiao-Li Su, Michael F.Slavik, Yibin Ying and Jianping Wang, QCM immunosensor with nanoparticle amplification for detection of Escherichia coli O157:H7,J Biosensor, 2007, 1:161–168 [22] Nath, N., Chilkoti, A, A colorimetric gold nanoparticle sensor to interrogate biomolecular interactions in real time on a surface, Anal Chem 2002,74:504-509 - 15 - Báo cáo cuối kỳ ICDREC - SHTP [23] Xiao-Li Su, Yanbin Li, A sefl-assembled monolayer-based piezoelectric immunosensor for rapid detection of Escherichia coli O157:H7, J Biosensoens and Bioelctronics 19 (2004) 563-574 [24] Li-jiang WANG, etc, Sensing Escherichia coli O157:H7 via frequency shift through a SAM based QCM immunosensor, Journal of Zhejang University SCIENCE B ISSN 1673-1581 [25] Phan Hiển Kiên, Cảm biến sinh học phát vi khuẩn Escherichia coli O157:H7 nước dựa sở linh kiện vi cân tinh thể thạch anh (QCM), Luận văn Đại học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội, 2010 [26] Binding characteristics of Protein A, Protein G, Protein A/G and Protein L, Technical resource, PIERCE company [27] Protocol for purification of IgG molecules with SiMAG-Protein A or SiMAG- Protein G, Protocol B2, Chemicell company - 16 - Báo cáo cuối kỳ ICDREC - SHTP CÁC CƠNG TRÌNH XUẤT BẢN Tran Thi Minh Thu, Nguyen Van Dinh, Ngo Vo Ke Thanh, Nguyen Dang Giang, Nguyen Van Tam, Dang Luong Mo, Truong Thi Ngoc Lien, Simulation of Mechanical Properties and Option The Device Quartz Crystal Microbalance with Resonant Frequency Mhz, Purpose Toward to Use for Biosensor, 1st Solid State System Symposium, 1718/6/2010, TpHCM Tran Thi Minh Thu, Nguyen Van Dinh, Ngo Vo Ke Thanh, Nguyen Dang Giang, Nguyen Van Tam, Dang Luong Mo, Truong Thi Ngoc Lien, Simulation of Electrical Properties of Quartz Crystal Microbalance for Using in Biosensor, 1st Solid State System Symposium, 17-18/6/2010, TpHCM - 17 - ... làm vi? ??c linh kiện QCM - Báo cáo tổng kết đề tài Sản phẩm đề tài Sản phẩm đề tài Yêu cầu khoa học kỹ thuật Quy trình mơ thiết kế linh - Sử dụng phần mền Matlab để mô kiện cảm biến vi cân tinh thể. .. 62/TB-SKHCN ngày 25 tháng 05 năm 2010 Mục tiêu đề tài - Nghiên cứu quy trình thiết kế cơng nghệ chế tạo thử nghiệm linh kiện vi cân tinh thể thạch anh (QCM) ứng với tần số khoảng MHz ứng dụng cảm biến. .. nghiệm linh kiện vi cân tinh thể thạch anh (Quartz Crystal Microbalance - QCM) ứng dụng cảm biến sinh học Tổ chức chủ trì thực đề tài/ dự án Trung tâm Nghiên cứu Đào tạo Thiết kế Vi mạch (ICDREC)–