QCM装置的制作方法

发明领域本发明涉及一种具有改进的温度控制的石英晶体微天平(qcm，quartz crystalmicrobalance)传感器装置。

背景技术：

0、发明背景

1、石英晶体微天平(qcm)感测作为用于检测分子在基底上吸附(或解吸)的有效感测技术越来越受欢迎。在qcm感测中，允许含有物质的液体流过传感器元件，该传感器元件包括夹在一对电极之间的晶体盘。交流电压连接到电极，从而使盘以其声学共振频率振荡，并允许系统达到稳定状态。当分子吸附在传感器表面上形成膜时，共振频率发生变化。连接频率检测设备来检测这种变化，从而允许确定吸附层的质量。

2、一种特别有用的感测方法是具有耗散监测的qcm，称为qcm-d。在qcm-d感测中，允许感应振荡衰减(“环关闭”)，并确定能量耗散因子。该耗散因子的变化与吸附层的粘弹性(柔软度)有关。

3、当执行qcm(或qcm-d)感测时，通常需要测试多种样品流体。流体的更换需要小心地并以一致的方式进行。为了使该过程自动化，本申请人已经开发了一种称为q-sense pro的产品。该装置包括机械系统，该机械系统可以根据预先编程的时间表从一组样品保持器中抽取样品流体。虽然q-sense pro已经在市场上取得了相当大的成功，但还需要一种更加改进的装置。

4、具体地，已经认识到，即使相当小的温度变化也可能引起与由分子吸附引起的信号相同数量级的信号。此外，感测流体的温度升高可能导致气体形成，这对qcm测量结果具有甚至更大的影响。

5、基于此，将希望提供具有改进的温度管理的qcm传感器装置。

6、发明的总体公开内容

7、这个目的和其他目的通过qcm传感器装置来实现，该qcm传感器装置包括具有用于接纳qcm传感器的隔室的传感器保持器、多个样品流体容器、用于选择性地将样品流体容器中的一个放置成与隔室流体连接的流体选择器单元。流体选择器单元具有多个入口端口(每个入口端口与样品流体容器流体连接)、被构造成与传感器流体连接的传感器出口、用于选择性地将入口中的一个连接到出口的阀布置、以及布置成与传感器保持器热连接的热电元件。

8、流体选择器单元夹在流体样品容器和传感器保持器之间，并且样品流体容器、流体选择器单元和传感器保持器布置在隔热壳体的隔室中，隔室的内部具有基本均匀的温度。

9、根据本发明，传感器装置的部件被集成到相对小的空间中，并且被容纳在温度隔离壳体中。这有利于温度控制，例如维持稳定的温度和确保期望的温度变化。本发明主要预期用于qcm感测，但不一定限于此。

10、流体选择器单元用作阀，以选择性地将样品流体容器中的一个连接到测量单元(measuring cell)，并提供所需的通过传感器的样品流体流。流体选择器单元还用于将流体样品容器与传感器保持器集成在相对有限的空间中。流体选择器单元包括具有通道和阀的小型流体系统，以实现这种集成。这种小型流体流系统的示例有时被称为“微缩实验室(lab-on-chip)”。

11、在一个实施例中，样品流体容器、流体选择器单元和传感器保持器以竖直堆叠布置方式布置，其中样品流体容器在顶部。在这种竖直堆叠中，重力可以促进流体流过装置。

12、样品流体容器优选地布置成其底部端部与流体选择器的上侧上的输入端口流体连接，使得输入端口暴露于流体压力。

13、例如，阀布置可以包括一组导管以及阀，该组导管一体地形成在流体选择器单元内，每个导管将入口端口中的一个与传感器出口连接，该阀被构造成使得每个导管处于打开状态以及关闭状态，在打开状态中允许流体流过导管，在关闭状态中防止流体流过导管。

14、在一个实施例中，该阀是包括旋转盘的盘形阀，该旋转盘相对于主要主体围绕旋转轴线旋转地布置。主要主体具有面向旋转盘的第一表面和相对的第二表面、中心贯通通道、以及一组周边贯通通道，中心贯通通道具有在第一表面上的入口以及在第二表面上的出口，入口与旋转轴线对准，出口与传感器出口流体连接，每个周边贯通通道具有在第二表面上的入口以及在第一表面上的出口，入口与样品流体容器中的一个流体连接，每个相应的出口位于与中心贯通通道的入口相距公共距离处。旋转盘具有径向连接通道，该径向连接通道从旋转轴线延伸到与周边通道的开口对准的周边位置，从而在旋转盘旋转时，连接通道选择性地将周边贯通通道的出口中的一个与中心贯通通道的入口连接，以便选择性地将样品流体容器中的一个与传感器出口连接。

15、这种类型的旋转盘形阀特别有利于允许流体选择器单元与传感器保持器和流体样品容器集成。这种集成又能够维持所需的均匀温度。

16、在具体实施例中，旋转盘形阀的主要主体还包括偏心贯通通道(off-centerthrough channel)，该偏心贯通通道位于盘的没有周边贯通通道的角扇形区中，并且位于中心贯通通道和周边通道之间的径向距离处。旋转盘还具有镰刀形的第二连接通道，该镰刀形的第二连接通道具有基本径向的第一部段，该基本径向的第一部段连接到弯曲的第二部段，该弯曲的第二部段沿着与旋转轴线相距径向距离处的路径延伸。镰刀形的通道被构造成选择性地将偏心贯通通道与周边通道中的一个连接。

17、因此，这种旋转盘将具有两个出口，两个出口可单独连接到每个入口。因此，每个流体样品容器可以连接到第一出口(其连接到传感器单元)，或者连接到第二出口，第二出口可以用作例如用于清洁的吹洗出口。

18、这种旋转盘还具有超出本文所要求保护的qcm装置中的实施方式的优点。实际上，具有两个出口的旋转盘被认为代表了单独的发明概念。不仅用在其他qcm感测应用中，而且还用在一般流体系统中。

19、应当注意，原则上，旋转盘可以设置有两个以上的出口。例如，如果入口布置在仅对应于盘的三分之一的角扇形区中，那么阀可以具有三个具有适当设计的出口。

技术实现思路

技术特征：

1.一种石英晶体微天平qcm传感器装置，包括：

2.根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述样品流体容器(8)、所述流体选择器单元(7)和所述传感器保持器(2)以竖直堆叠布置方式布置。

3.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其中所述传感器保持器(2)可移除地安装在所述隔室(22)中，并且

4.根据权利要求1-3中的一项所述的传感器装置，其中所述热电元件(11)是帕尔贴元件。

5.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中所述热电元件(11)被布置在所述传感器保持器(2)的相对于所述样品流体容器(8)的相对侧上。

6.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，还包括至少一个温度传感器(14)，以及连接到所述传感器和所述热电元件(11)的控制器(13)。

7.根据前述权利要求中的一项所述的传感器装置，其中每个流体样品容器(8)在底部端部中具有开口(31)，所述开口机械地安装到所述入口端口(32)中的一个并且与所述入口端口(32)中的所述一个直接流体连接。

8.根据前述权利要求中的一项所述的传感器装置，其中所述阀布置(10)包括：

9.根据权利要求8所述的传感器装置，其中所述阀(39、49)是包括主要主体(39b)和旋转盘(39a)的盘形阀，所述旋转盘(39a)相对于所述主要主体(39b)围绕旋转轴线旋转地布置，

10.根据权利要求9所述的传感器装置，其中，所述主要主体还包括偏心贯通通道(54)，所述偏心贯通通道(54)位于所述盘的没有周边贯通通道(52)的角扇形区(55)中，并且位于所述中心贯通通道(51)和所述周边通道(52)之间的径向距离处，并且

11.根据前述权利要求中的一项所述的传感器装置，还包括位于所述隔室(3)和所述流体选择器单元(7)之间的两个流体连接件(6a、6b)，所述两个流体连接件包括位于所述隔室(3)的第一端部(5a)上的第一流体连接件(6a)和位于所述隔室(3)的第二端部(5b)上的第二流体连接件(6b)。

12.根据前述权利要求中的一项所述的传感器装置，其中所述流体选择器单元(7)具有排放出口(34)、与所述传感器出口(33)和所述排放出口(34)流体连接的混合点(44)。

13.根据权利要求12所述的传感器装置，还包括选择性地连接到所述传感器出口(33)和所述排放出口(34)中的一者的泵(35)。

技术总结
一种石英晶体微天平(QCM)传感器装置包括流体选择器单元(7)，该流体选择器单元用于选择性地将样品流体容器放置成与形成在QCM传感器(1)上方的测量单元(5)流体连接，所述流体选择器单元具有多个入口端口(32)、被构造成与所述传感器流体连接的传感器出口(33)、以及用于选择性地将所述入口中的一个连接到所述出口的阀布置(10)。流体选择器单元(7)夹在流体样品容器(8)和样品保持器(2)之间，并且样品流体容器(8)、流体选择器单元(7)和传感器保持器(2)布置在隔热壳体(21)的隔室(22)中，隔室(22)的内部具有基本均匀的温度。本发明有利于温度控制，诸如维持稳定的温度并确保期望的温度变化。

技术研发人员：彼得·斯文森
受保护的技术使用者：瑞典百欧林科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17