近年来,随着社会经济的不断发展,在医疗诊断、环境卫生、食品安全等领域,越来越多的安全问题频频发生,而这些问题,甚至是灾难,大部分是由诸如埃博拉病毒、SARS病毒、禽流感病毒、三聚氰胺、赤潮或浒苔等危险性物质或生物引起的,而这些灾难之所以破坏力巨大,其中一个最重要的原因就是缺乏一种有效的即时检测手段。当采用传统的生物化学等检测手段来测量这些病毒或细菌时,一般都需几天、几周,甚至几个月才能获得测量结果：并且,在针对这些病毒的疫苗研究中,仍需大量的时间来完成,而这种灾害性病毒的传染性是十分剧烈和致命的。因此,抗体、药物的筛选也成为目前所面临的另一个关键问题。怎样提供一个兼具即时检测、高效、快速的药物筛选平台,已经成为目前国内外面临的严峻问题。近年来,生物传感器、微电子技术、微机电一体化系统得到不断的发展,生物传感器进入了自动化、微型化、智能化的新时代。正是基于这些技术的进步,为解决上述问题奠定了技术基础。同时,压电式生物传感器,因其具有很高的灵敏度,如石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance, QCM)可达ng级,声表面波传感器(Surface Acoustic Wave, SAW)可达pg级,已经在生化检测中得到了很广的应用,是目前传感器发展的热点。因此,开展对压电式生物传感器在即时检测(Point-of-Care Testing, POCT)领域的应用,不仅可以解决人们在卫生医疗保健、临床医学研究、制药领域药物筛选、食品检疫、海洋环境保护等领域对即时检测技术的要求；而且,随着该技术产业化的推进,还将不断地创造价值。本文对两种应用广泛的压电式生物传感器机理进行了深入的研究,在此基础上,结合分子键裂技术、微电子技术,建立了快速、实时、原位和高精度的测量系统,为目前国内外各个领域所面临的即时检测需求,提供了有效的检测手段。本文的主要研究内容包括以下四个方面：1.开展了对两种压电式传感器—QCM和Love波传感器压电晶体中机械波的传播机理的研究。压电效应揭示了压电晶体中,存在着机械能与电能之间的耦合效应。通过描述这种耦合机理的压电方程,在各项异性的压电石英晶体中,研究由电能转换成机械能后,机械能在压电晶体中的传播模式：在压电石英晶体微天平中为体波的厚度剪切振荡模式,推导出压电石英晶体微天平的理论灵敏度；在Love波传感器的石英晶体基底中,通过建立的“半空间Love波”模型,研究了Love波的波动方程。在此基础上,推导出Love波器件的色散方程及理论灵敏度,为Love波传感器的研制奠定了基础。2.研制出基于压电效应的QCM键裂型生物传感器测量系统。首先进行了分子键裂技术及其测量机理的研究。在此基础上,通过结合基于直接数字频率合成技术的高精度信号源、可变增益放大器技术以及高速信号采集系统,研制出基于分子键裂技术的QCM生物传感器,其各方面设计指标都达到了最佳；本文开发出高效的QCM谐振频率测量及分子键裂测量算法,程序运行效率高,有效地提高了传感器的测量精度。此外,本文还研制出一种低成本、一次性QCM传感器测量池,为上文所述的病毒、细菌等灾害性物质的检测提供保障。3.进行了Love波传感器的模拟仿真研究。随着微机电一体化技术及生物传感器微型化的发展,在压电式生物传感器的研制过程中,模拟仿真成为一种最有效的降低开发成本,提高传感器加工良品率的方法。本文讨论了有限元分析方法,研究了不同压电基底与波导层材料的特性。使用有限元仿真软件进行了Love波器件的仿真,研究了3D模型下Love波的产生与传导过程。通过对2D模型的Love波传感器的仿真,计算出不同材料组合下Love波传感器的灵敏度,确定出最优的Love器件基底及波导层材料。4.制备出Love波传感器,并建立了基于网络分析法的Love波传感器测量平台。根据第三个研究内容确定出的最优化Love波器件结构,研究了Love波器件的微加工流程及光刻制作工艺,制备出实际的Love波传感器,其特征频率为124.59MHz,通过实际测试,其灵敏度约为49.518Hz/(ng·cm-2)；此外,还研制了Love波器件测量平台及测量池,以便进行传感器的实际测试。综上所述,本文通过对压电机理及分子键裂技术的研究,建立了QCM键裂型生物传感器测量系统,用于即时检测领域。在此基础上,进一步研发了精度更高的Love波传感器测量系统。这两种传感器及其测量系统,能够有效地提高药物及接种育苗筛选速度和缩短筛选周期,对快速检测灾害性生物物质,防止灾害性污染及疾病等具有重要意义,有望解决目前医疗诊断、环境卫生、食品安全等领域所面临的安全问题,提供一种实时、快速、痕量识别和高精度的可靠检测平台。