Mikrowaga kwarcowa – platforma do pomiarów biologicznych

• Autorzy: Świątkowski M. , Waszczuk K. , Olszewski J. , Gugła G. , Drulis-Kawa Z. , Gotszalk T.

Warianty tytułu

EN

Quartz Crystal Microbalance – a platform for biological measurements

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Obok kamertonów kwarcowych i mikromechanicznych belek sprężystych, w Zakładzie Metrologii Mikro- i Nanostruktur Wydziału Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Politechniki Wrocławskiej prowadzi się badania z zastosowaniem piezoelektrycznych wag kwarcowych. Ich zaletą jest bardzo duża powierzchnia czujnika w porównaniu do czujników mikromechanicznych. Pozwala to, między innymi, na zastosowanie standardowych obecnie technik pracy z mikroorganizmami, takich jak zakładanie hodowli bakterii. W pracy przedstawiona zostanie głowica pomiarowa mikrowag kwarcowych przystosowana do pracy w środowisku cieczowym. Dodatkowo opracowana konstrukcja może być jałowiona w autoklawie, co z punktu widzenia badań mikrobiologicznych stanowi o jej wartości. Zaprezentowane zostaną również wyniki skalowania odpowiedzi czujnika, które zostało przeprowadzone w drodze obserwacji krzywych amplitudowych rezonatora obciążanego znaną masa testową. W badaniach zastosowano etanol, aceton, izopropanol, wodę destylowaną oraz pożywkę bakteriologiczną. W ten sposób możliwe będzie skalowanie elektrycznej odpowiedzi czujnika względem masy adsorbującej się na powierzchni wagi. W skonstruowanym układzie zaobserwowano czułość układu równą 3 ng przy zmianie częstotliwości rezonansowej o 1 Hz. Uzyskane dane wskazują, że opisywana platforma znajdzie zastosowanie do monitorowania obecności bakterii w badanym środowisku.

EN

Nowadays there are being investigated MEMS sensors in biological applications. In our group, there are three types of sensors used, which can be applied for such measurements. These are quartz tuning forks, spring microcantilevers and quartz crystal microbalances (QCM). Main advantage of QCM discs is its large area (about 1cm2), which makes it suitable for standard biological procedures. It is easy to prepare static liquid cell with sensor, which can be filled up with broth and monitor bacteria growth. Presented liquid cell is resistant to sterilization methods, such as autoclaving procedures, which is very important in microbiological applications. In the paper will be presented designed static liquid cell for QCM liquid measurements. Also we will show results of response calibration of the sensor. Procedure involves loading of a known mass onto the sensor surface. Results show that resonance frequency shift of 1 Hz refers to 3 ng of added mass. Obtained results may raise a conclusion that described platform will find an application in monitoring presence of a bacteria in an environment.

Słowa kluczowe

PL

mikrowaga kwarcowa; QCM; bioczujnik

EN

QCM; quartz crystal microbalance; biosensor

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2010
• Tom: R. 86, nr 10
• Strony: 96--98
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Świątkowski M.

autor

Waszczuk K.

autor

Olszewski J.

autor

Gugła G.

autor

Drulis-Kawa Z.

autor

Gotszalk T.

• Politechnika Wrocławska, Wydziałowy Zakład Metrologii Mikro- i Nanostruktur, ul. Z. Janiszewskiego 11/17, 50-372 Wrocław,

Bibliografia

• [1] Avramov I . D. , A quartz crystal sensor oscillator appropriate for highly viscous liquid measurements, Meas. Sci. Technol., 20 (2009), 124006 (8pp)
• [2] Baran M. , Zastosowania mikrowag kwarcowych do detekcji biomolekuł, Praca dypl. magisterska, Wrocław 2008, 89-91
• [3] Ertacetal – dane techniczne, Quadrant EPP Kaprolan Sp z o.o., www.kaprolan.pl, (2008)
• [4] Han Zhuang, Pin Lu, Siak Piang Lim, Heow Pueh Lee, Frequency Response of a Quartz Crystal Microbalance Loaded by Liquid Drops, Langmuir (2007) 23, 7392-7397
• [5] Jakoby B., Estimation of vibration amplitudes for resonating sensors immersed in liquids, Meas. Sci. Technol. 20 (2009), 124003 (5pp)
• [6] Kanazawa K.K., Gordon J .G., The oscillation frequency of a quartz resonator in contact with a liquid. Anal. Chim. Acta 175 (1985) 99–105
• [7] Michalzik M., Wilke R., Buttgenbach S., Miniaturized QCM-based flow system for immunosensor application in liquid, Sensors and Actuators B 111–112 (2005), 410–415
• [8] Muramatsu H., Tamiya E., Karube I., Computation of Equivalent Circuit Parameters of Quartz Crystals in Contact with Liquids and Study of Liquid Properties, Anal. Chem. (1988), 60, 2142-2146
• [9] Ohlsson G., Langhammer C., Zorić I., Kasemo B., A nanocell for quartz crystal microbalance and quartz crystal microbalance with dissipation-monitoring sensing, Review of Scientific Instruments 80, 083905, (2009)
• [10] Rodahl M., Hook F., Kasemo B., QCM Operation in Liquids: An Explanation of Measured Variations in Frequency and Q Factor with Liquid Conductivity, Anal. Chem. (1996) 68, 2219-2227
• [11] Xiao-Li Su, Yanbin Li , A QCM immunosensor for Salmonella detection with simultaneous measurements of resonant frequency and motional resistance, Biosensors and Bioelectronics 21 (2005), 840–848
• [12] Pei Z., Andersonb H., Aastrup T., Ramstrom O., Study of real-time lectin–carbohydrate interactions on the surface of a quartz crystal microbalance, Biosensors and Bioelectronics 21 (2005), 60–66