(二)石英壓電晶體在液相之應用

早期學者將氣相使用的石英振盪器放入液相中，發現石英晶體無 法啟動，此因石英晶片的機械振盪能量散失在液體中，直至 1980 年，

部分學者修改振盪線路的設計來解決問題，此後，有許多人投入石英 壓電感測器在液相中的行為，發覺在液相中遠比氣相來得複雜^(55)(56)， 其受許多因素影響，如溶液黏度⁽⁵⁵⁾、密度、介電常數、極性、表面薄 膜特性、液體對石英晶體表面的應力、液－固相間的接觸角..等，如 圖 1-30、1-31。

圖 1-30 溶液黏滯度對振盪頻率的影響⁽⁵⁵⁾

Fig. 1-30 The kinematic viscosity effect of solution on frequency shift⁽⁵⁵⁾

圖 1-31 液相中影響石英振盪晶體理想感測的因素示意圖⁽⁵⁶⁾ Fig. 1-31 Schematic diagram of interfacial factors that govern the

behavior of the oscillating TSM sensor in liquid phase⁽⁵⁶⁾

在液相石英振盪系統中，由於石英晶體的振盪能量經由液體介質 向外傳遞時，能量會散失在介質中，而產生衰敗現象，如圖 1-32。當 介質黏度或密度越大時，引起振盪的能量越慢且近，造成振盪頻率較 低。因此在本實驗中，所有實驗皆在溶劑中注入微量分析物，使分析

圖 1-32 QCM 感測器振盪在液相中的衰減情形⁽⁵⁶⁾ Fig. 1-32 Decay of QCM in the liquid⁽⁵⁶⁾

石英壓電晶體除了被應用於偵測有機液體、環境中污染物的檢測 外，近年來的研究方向則有傾向生化、生醫方向的趨勢，與一般感測 器不同的是，石英壓電晶體應用在生物感測上多需要在晶體表面固定 一層生物分子，以達到選擇性的目的。以下列舉一些例子。

LPS(lipopolysaccharide)是一種內毒素，需要使用藥物與 LPS 結 合，以避免刺激細胞。Chang 等人⁽⁵⁷⁾在金電極表面以 DTBA 修飾，使

Decay length

~1µm

裝置再將 LPS 覆於電極上，便能以此壓電晶體探討各種聚縮胺酸 (peptide)對 LPS 的鍵結能力，鍵結能力越強，晶片頻率變化越大。

圖 1-33 (A)用於偵測各種 peptide 對 LPS 吸附能力的裝置⁽⁵⁷⁾ (B)將 LPS 固定於羧基化的石英晶片之裝置

Fig. 1-33(A)The set-up for detection of peptide binding to the LPS coated crystal (B)the cell for the LPS immobilization on the carboxyl group

modified electrode ⁽⁵⁷⁾

Chu 等人⁽⁵⁸⁾在石英晶片電極表面固定某特定比例的 anti－IgM 及 anti－CRP 兩種抗體，利用上述石英晶片 5 個，將每個晶片放在不同 pH 值的緩衝液內，構成一陣列系統(array system)，能夠同時偵測 IgM(immunoglobulin M) 及 CRP(C－reactive protein)。

1997 年，Furlong⁽⁵⁹⁾提出在 AT－cut 的 9M Hz 石英壓電晶體上 作 一 連 串 修 飾 ， 再 將 Biotin-DNA 固 定 於 電 極 面 上 ， 用 以 偵 測 Biotin-DNA 的互補 DNA，如圖 1-34。

圖 1-34 DNA 固定於修飾後的石英晶片之示意圖⁽⁵⁹⁾

Fig. 1-34 Immobilization of Biotin-DNA on Avidin-modified QCM electrode⁽⁵⁹⁾

Vogel ⁽⁶⁰⁾提出了在 acoustic device 之基質(Y-cut 石英晶片)上作修 飾，製成一個包含抗體的生物辨識表面，再利用其專一性去偵測兔子 的 anti－goat IgG，可偵測 3 × 10^-8~10^-6M 範圍的 rabbit anti－goat IgG。

曾有人將抗原 p12 固定於石英晶片的金電極上，用於偵測 anti－

p12 之抗體，但所得訊號太弱。為放大訊號，Abad 等人⁽⁶¹⁾將已與 anti

－p12 反應過的晶片置於 anti－porcine－HRP conjugate 溶液中，使晶 片上的 anti－p12 與 anti－porcine－HRP conjugate 結合，最後，再置 於含有過氧化氫及 4－chloro－1－naphtol 的溶液中，4－chloro－1－

naphtol 會被氧化成水不溶的產物，而沉積於石英晶片使質量增加，

如圖 1-35，因此晶片振盪頻率隨之下降，能得到顯著的頻率變化，達 到放大的效果，而頻率變化量與晶片上接於 p12 的 anti－p12 量有關。

圖 1-35 石英晶片訊號的放大原理⁽⁶¹⁾ Fig. 1-35 principle of signal amplification⁽⁶¹⁾

1-8-8 壓電材料的智慧化應用例