考虑接触变形的颗粒物-QCM传感器的耦合振动研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    11802162
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    21.0万
  • 负责人：
    谢旋
  • 依托单位：
    三峡大学
  • 学科分类：
    A0808.多场耦合与智能结构力学
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

In the practical application of quartz crystal microbalance (QCM), particles is the most common adsorbent and the object of detection. Particles and QCM together form a composite resonator system. Most coupled vibration models treat the particle as a point mass or rigid sphere and treat the interface interactions as a spring and a dashpot. Although few models consider the elastic vibration of particles, they do not consider the influence of contact deformation on vibration. Undoubtedly, the contact deformation caused by the particles on the surface of the QCM will change the configuration and vibration boundary conditions of the particles, thereby affecting the vibrational modes. In this project, a coupled dynamic model of particles-QCM considering contact deformation is proposed to reveal the influence mechanism of contact deformation and vibration mode on the QCM composite resonator system. This research is of great significance for accurately characterizing the size and physical properties of particles. The research results are expected to provide theoretical guidance and reference for the design and application of QCM biosensors.
在石英晶体微天平（Quartz Crystal Microbalance，QCM）的实际应用当中，颗粒物是最常见的吸附物质与检测对象。颗粒物与QCM共同构成了一个复合谐振器系统。常见的耦合振动模型都是将颗粒视为质点或刚球，将界面相互作用视为弹簧与阻尼。少数模型虽然考虑了颗粒的弹性振动，但没有考虑接触变形对振动的影响。毫无疑问，颗粒物在QCM表面产生的接触变形会改变颗粒的结构形状与振动边界条件，从而影响其振动模态。本项目拟建立考虑接触变形的颗粒物-QCM的耦合动力学模型，揭示颗粒的接触变形与振动模态的共同作用对QCM复合谐振器系统的影响机理。此项研究对于准确表征颗粒的物性参数有着重要意义，研究成果有望为QCM生化传感器的设计与应用提供理论指导和参考依据。

结项摘要

石英晶体微天平（QCM）是一种以厚度剪切振动模式工作的石英谐振器，它广范应用于生物和化学传感领域。然而生物细胞、化学胶体等颗粒物质与石英谐振器之间的界面相互作用非常复杂，精确的力学建模和频率分析非常具有挑战性。本项目研究了颗粒与石英谐振器的耦合振动和系统频率特征，揭示了系统的频率漂移与颗粒的几何、物理参数之间的定量关系。具体如下：.建立了粘弹性微柱与石英谐振器耦合振动的理论模型，分别采用传输线模型和小负载近似模型计算了微柱高度变化引起的频率漂移和带宽变化，验证了前者模型的准确性。.建立了弹性颗粒与石英谐振器的接触和振动的有限元模型，采用传输线模型计算了频率漂移，分析了颗粒大小、密度和弹性模量对接触变形和谐振器的机电阻抗频谱以及频率漂移的影响。.建立了刚性颗粒与弹性微柱阵列--石英晶体谐振器复合传感器之间的耦合振动理论模型。发现当微柱与石英谐振器接近共振状态时，复合传感器的质量灵敏度显著提高。设计了三种复合传感器并分析了它们在颗粒表征中的表现。.建立了考虑尺寸效应的石英晶体谐振器与刚性颗粒之间的耦合振动理论模型。数值结果表明：当石英谐振器的厚度越来越薄时，尺寸效应对谐振器的基频和质量灵敏度的影响越来越大，同时压电性的影响不容忽视。.研究成果丰富了石英谐振器与表面附着物的力学模型，为石英谐振器在颗粒物表征与传感方面的应用奠定了理论基础，对QCM生物化学传感器的设计与开发具有重要指导意义。

项目成果

期刊论文数量（5）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（1）
专利数量（0）
Analysis of the nonlinear hysteresis of the bimorph beam piezoelectric bending actuator for the deformable mirror systems
可变形镜系统双压电晶片梁压电弯曲驱动器的非线性迟滞分析
  • DOI：
    10.1117/1.jatis.6.2.029002
  • 发表时间：
    2020-04
  • 期刊：
    Journal of Astronomical Telescopes Instruments and Systems
  • 影响因子：
    2.3
  • 作者：
    Hairen Wang;Xuan Xie;Mingzhu Zhang;Bin Wang
  • 通讯作者：
    Bin Wang
On thickness-shear vibration and frequency shift of a quartz crystal resonator carrying an array of micro-beams adhered with tip nano-particles
带有尖端纳米粒子粘附微梁阵列的石英晶体谐振器的厚度剪切振动和频移
  • DOI：
    10.1080/15376494.2019.1702236
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    Mechanics of Advanced Materials and Structures
  • 影响因子：
    2.8
  • 作者：
    Xie Xuan;Zheng Baojing;Huang Wenjie;Zhou Jiang
  • 通讯作者：
    Zhou Jiang
Electromechanical Coupling and Frequency Characteristics of a Quartz Crystal Resonator Covered With Micropillars
微柱覆盖石英晶体谐振器的机电耦合和频率特性
  • DOI：
    10.1115/1.4042936
  • 发表时间：
    2019-08-01
  • 期刊：
    JOURNAL OF VIBRATION AND ACOUSTICS-TRANSACTIONS OF THE ASME
  • 影响因子：
    1.7
  • 作者：
    Xie, Xuan;Xie, Jiemin;Wu, Zeyan
  • 通讯作者：
    Wu, Zeyan

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其他文献

带内核半球状表面阵列与石英谐振器的耦合振动及频率特征分析
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    声学技术
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    谢旋;胡洪平;胡元太
  • 通讯作者：
    胡元太
双介质磁电弹性材料中的界面波
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    华中科技大学学报(自然科学版)科技大学
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    胡洪平;程昆煜;谢旋;王骥
  • 通讯作者：
    王骥

其他文献

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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