SAW传感器在智能血凝仪中的应用

　　现代止血与血栓分析仪的雏形出现于上世纪50年代之后60年代出现了光学浊度法的血凝仪,但是血凝仪的真正发展与普遍使用乃是始于微电子技术、免疫化学技术的迅速发展的上世纪70~80年代。然而在现有的检测原理中,都有不同程度的缺陷和不足。在光学比浊法中,为了克服黄疸、高血脂的影响,往往将样品本底浊度扣除,这实际是以牺牲有效信号为代价的,从而降低了信噪比,所以“一般采用光学系统进行测定的仪器不能对血脂高的、黄疸或溶血的血浆得出精确的结果”[1];对于磁珠法而言,在样品凝固的过程中,钢珠的运动幅度逐渐减小,从而以检测这种幅度的变化来检测血液的凝固点,然而在钢珠的运动过程中,容易引起血液凝固物随钢珠一起运动的情况,从而降低了检测的精度。为此,需要寻找更有效的检测方法。根据SAW传感器的工作原理,如果在压电基片上负载溶液,溶液的物理特性,如粘滞系数、介电常数、电导率等,会改变基片的力学与电学边界条件,从而影响声表面波的振幅及传播速度,由于血浆在凝固的前后,粘度发生了明显的变化,只要将声表面波传感器转变成单一的力学特性的检测,就可以根据此原理来精确检测血浆的凝固点。

　　1　基本工作原理

　　如图1是一种声表面波传感器的结构原理图,由叉指换能器(Interdigital Transducer,简称IDT)与基片材料构成。基片材料是由具有压电效应的晶体在特定的方向上切割而成,叉指换能器(IDT)是用集成电路工艺沉积在基片材料上而成。在输入叉指换能器加入射频电压信号时,由于逆压电效应,在基片材料上产生与射频信号相同频率的声表面波,声表面波沿着基片传输到输出叉指换能器时,又因正压电效应转换为相同频率的电信号,声表面波的波长λ决定于叉指的间距Ws和叉指的宽度Wf,λ=2×(Ws+Wf),声表面波的波速为Vs,则声表面波的频率f=Vs/λ,从而通过测量SAW振荡器的频率就能测出声表面波的波速。

　　因此,当把配制好血液样品置于该传感器的基片上的时候(不与IDT接触,避免对IDT的腐蚀),根据血液在凝固的前后粘度的变化,就可测量出频率的变化,从而以频率的变化来确定血液的凝固点。但由于此参数同时受到力学与电学边界条件的影响,即频率的变化量包含有血液的电学边界特性信息,因此必须要排除这种信息的干扰,使检测参数变为单一的力学特性的检测,在这里我们可以在传感器与血液的接触面上镀一层非常薄的金属膜,质量负载趋于零,使电学边界短路,此时被测参量的变化就只反映了血液的粘滞系数的大小[2]。

　　2　检测电路的设计和分析