一种微小材料分析方法及其使用的多频段声表面波传感器

本发明属于声表面波传感器，具体涉及一种多频段声表面波传感器及检测方法。

背景技术：

1、在生物诊断中，研究人员为捕获和富集细胞做出了大量的努力，可以使用的方法包括免疫磁分离到密度梯度离心和微流控分离等，捕获后如何研究微小细胞的特性又是一个难题。传统上，由于缺乏工具和方法来达到更小的维度，生物细胞分析一般是在大的细胞群中进行的，这导致研究人员主要用平均值来解释结果，而在细胞水平上的变化是无法观察到的。因此，近年来，表征微小材料的特性显得尤为重要，生物传感器在这方面的进展可以帮助研究人员了解发生在微米级别上的行为。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种多频段声表面波传感器及检测方法。

2、一种微小材料分析方法，采用声表面波传感器进行分析；所述的声表面波传感器包括衬底、容纳腔，以及分别作为输入电极和输出电极的两个叉指电极。容纳腔设置在衬底上。两个叉指电极均设置在衬底上，且分别布置在容纳腔的两侧。叉指电极包括叉指宽度不相同的n个信号收发段，n≥2。

3、该微小材料分析方法包括以下步骤：

4、步骤一、将被测材料放置在容纳腔中。

5、步骤二、向其中一个叉指电极中施加调制信号。调制信号通过n个频率不同的正弦波信号叠加得到；n个正弦波信号的频率与叉指电极上的n个信号收发段的共振频率分别相同。采集另一个叉指电极的接收信号。分别提取出调制信号与接收信号之间的n个不同频率正弦波信号的相位差。

6、步骤三、将步骤二得到的n个相位差分别代入不同频率对应的相位差-杨氏模量关系曲线，得到n个杨氏模量估计值。根据n个杨氏模量估计值，判断被测材料的抗变形能力。

7、作为优选，步骤三中，取n个杨氏模量估计值的平均值作为测得的被测材料的杨氏模量。

8、作为优选，不同频率对应的相位差-杨氏模量关系曲线通过使用多种杨氏模量已知的材料在声表面波传感器中标定得到。

9、作为优选，n个信号收发段对沿着远离容纳腔的方向依次排列。

10、作为优选，所述容纳腔的长度为16μm～24μm，宽度为16μm～24μm，深度为4μm～12μm。

11、本发明一种多频段声表面波传感器，包括衬底、容纳腔，以及分别作为输入电极和输出电极的两个叉指电极。容纳腔设置在衬底上。容纳腔的长度为16μm～24μm，宽度为16μm～24μm，深度为4μm～12μm。两个叉指电极均设置在衬底上，且分别布置在容纳腔的两侧。叉指电极包括连接在一起的n个信号收发段，n≥2。n个信号收发段对沿着远离容纳腔的方向依次排列。n个信号收发段的叉指宽度不相同。

12、作为优选，所述的容纳腔通过在衬底刻蚀的方式形成。

13、作为优选，沿着远离容纳腔的方向，同一叉指电极上n个信号收发段的叉指宽度依次增大。

14、作为优选，信号收发段的数量n等于4；四个信号收发段的电极对数依次为10、10、16、16。四个信号收发段的叉指宽度依次为4μm、4.44μm、5μm、5.7μm。

15、本发明具有的有益效果是：

16、1.本发明将表面波传感器引入微小材料的杨氏模量测量中，利用两个叉指电极之间不同频率对应的相位差，精准获得了微小材料的杨氏模量，实现了对微小材料的定量分析。

17、2.本发明在表面波传感器的叉指电极上设置多个不同共振频率的信号收发段，从而将不同频率电信号均高效转化为声表面波信号，进而获得多频段的相位差参数，提高所得微小材料杨氏模量的准确性。

技术特征：

1.一种微小材料分析方法其特征在于：采用声表面波传感器进行分析；所述的声表面波传感器包括衬底(1)、容纳腔(2)，以及分别作为输入电极和输出电极的两个叉指电极(3)；容纳腔(2)设置在衬底(1)上；两个叉指电极(3)均设置在衬底(1)上，且分别布置在容纳腔(2)的两侧；叉指电极(3)包括叉指宽度不相同的n个信号收发段，n≥2；

2.根据权利要求1所述的一种微小材料分析方法，其特征在于：步骤三中，取n个杨氏模量估计值的平均值作为测得的被测材料的杨氏模量。

3.根据权利要求1所述的一种微小材料分析方法，其特征在于：不同频率对应的相位差-杨氏模量关系曲线通过使用多种杨氏模量已知的材料在声表面波传感器中标定得到。

4.根据权利要求1所述的一种微小材料分析方法，其特征在于：n个信号收发段对沿着远离容纳腔(2)的方向依次排列。

5.根据权利要求1所述的一种微小材料分析方法，其特征在于：所述容纳腔(2)的长度为16μm～24μm，宽度为16μm～24μm，深度为4μm～12μm。

6.一种多频段声表面波传感器，包括衬底(1)、容纳腔(2)和两个叉指电极(3)；其特征在于：容纳腔(2)设置在衬底(1)上；容纳腔(2)的长度为16μm～24μm，宽度为16μm～24μm，深度为4μm～12μm；两个叉指电极(3)均设置在衬底(1)上，且分别布置在容纳腔(2)的两侧；叉指电极(3)包括连接在一起的n个信号收发段，n≥2；n个信号收发段对沿着远离容纳腔(2)的方向依次排列；n个信号收发段的叉指宽度不相同。

7.根据权利要求1所述的一种多频段声表面波传感器，其特征在于：所述的容纳腔(2)通过在衬底(1)刻蚀的方式形成。

8.根据权利要求1所述的一种多频段声表面波传感器，其特征在于：沿着远离容纳腔(2)的方向，同一叉指电极(3)上n个信号收发段的叉指宽度依次增大。

9.根据权利要求1所述的一种多频段声表面波传感器，其特征在于：信号收发段的数量n等于4；四个信号收发段的电极对数依次为10、10、16、16；四个信号收发段的叉指宽度依次为4μm、4.44μm、5μm、5.7μm。

技术总结
本发明公开了一种微小材料分析方法及其使用的多频段声表面波传感器。该微小材料分析方法包括以下步骤：一、将被测材料放置在容纳腔中。二、向其中一个叉指电极中施加调制信号。调制信号通过n个频率不同的正弦波信号叠加得到；采集另一个叉指电极的接收信号。分别提取出调制信号与接收信号之间的n个不同频率正弦波信号的相位差。三、将步骤二得到的n个相位差分别代入不同频率对应的相位差‑杨氏模量关系曲线，得到n个杨氏模量估计值。根据n个杨氏模量估计值，判断被测材料的抗变形能力。本发明将表面波传感器引入微小材料的杨氏模量测量中，利用两个叉指电极之间不同频率对应的相位差，实现了对微小材料的定量分析。

技术研发人员：叶博雅,轩伟鹏,孙玲玲,陈津,姜英琪,黄汐威
受保护的技术使用者：杭州电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13