具有信號增強的薄膜體聲波諧振器的制作方法

相關申請本申請要求于2014年9月15日提交的美國臨時專利申請第62/050,589號的權益，該申請以不與本文的公開內容相沖突的程度通過引用結合到本文中。領域本公開總體上尤其涉及通過放大成分介導的質量負載的薄膜體聲波諧振器(tfbar)的信號增強。背景壓電裝置例如薄膜體聲波諧振器(tfbar)和類似技術(例如石英晶體微量天平(qcm))已經被用作質量檢測器一段時間。壓電諧振器的一個應用是檢測非常少量的材料。在這種應用中用作傳感器的壓電諧振器有時被稱為“微量天平”。壓電諧振器通常被構造為夾在兩個電極層之間的晶體或多晶壓電材料薄平層。當用作傳感器時，諧振器暴露于被檢測材料，使得該材料結合在諧振器表面上。檢測結合在感測諧振器表面上的材料的量的一種常規方式是將操作諧振器作為在其諧振頻率的振蕩器。由于被檢測材料結合在諧振器表面上，諧振器的振蕩頻率降低。測量據推測由材料在諧振器表面上的結合引起的諧振器的振蕩頻率的變化，并用于計算結合在諧振器上的材料的量或材料在諧振器表面上積累的速率。作為材料傳感器的壓電諧振器在空氣中的靈敏度理論上與諧振頻率的平方成正比。因此，基于流行的石英晶體諧振器的材料傳感器的靈敏度受其相對低的振蕩頻率的限制，該振蕩頻率通常在數mhz至約100mhz的范圍內。薄膜諧振器(tfr)技術的發展可潛在地產生具有顯著改善的靈敏度的傳感器。通過在基材上沉積諸如aln或zno的壓電材料的薄膜來形成薄膜諧振器。由于薄膜諧振器中的壓電層的小厚度(其為數微米的數量級)，薄膜諧振器的諧振頻率在1ghz的數量級。高諧振頻率和相應的高靈敏度使得薄膜諧振器可用于材料感測應用。然而，即使薄膜諧振器的質量靈敏度可能對于檢測某些分析物、例如生物分析物是受限的。先前已經描述了壓電諧振器傳感器在免疫測定中的使用。通常基于壓電的免疫測定(其中質量變化可歸因于抗原和抗體之間的免疫反應)在某些情況下可能具有差的靈敏度和差的檢測限。因此，本領域需要基于壓電的特異性結合測定，其中可以放大分子識別組分和其靶分析物之間的反應以提供更靈敏的測定。一個這樣的實例在1991年3月12日授予ward的美國專利第4,999,284號中給出，其公開了使用石英晶體微量天平測定的方法，其中通過包括酶的綴合物檢測分析物與在石英晶體微量天平(qcm)上或附近的表面的結合。該酶能夠催化底物向產物的轉化，所述產物能夠積聚在qcm表面上或與qcm表面反應，導致質量變化，從而導致諧振頻率的改變。概述本公開尤其描述了信號放大以增強在高頻下操作的tfbar的靈敏度。在實施方案中，用于檢測樣品中的分析物的方法包括，使分析物或分析物和連接有標簽的分析物分子、第一識別組分和連接有信號放大成分的第二識別組分接觸，以產生包含第一識別組分和連接有信號放大成分的第二識別組分的復合物。第一識別組分相對于薄膜體聲波諧振器(tfbar)表面固定，并且被構造為選擇性地結合以下一種或多種：分析物、連接有標簽的分析物分子或標簽、或結合到第二識別組分的這些分子中的任何一種。連接有信號放大成分的第二識別組分被構造為選擇性地結合以下一種或多種：分析物、連接有標簽的分析物分子或標簽、或結合到第一識別組分的這些分子中的任何一種、或其組合。所述方法還包括在將前體轉化為在tfbar表面處增加質量的放大分子的條件下，使連接的信號放大成分與一種或多種放大前體接觸。增加的質量可以由以下產生：放大分子在表面上的沉積；放大分子與以下一種或多種結合：分析物、連接有標簽的分析物分子、第一識別組分或連接有放大成分的第二識別組分等。所述方法還包括獲得與在tfbar表面處增加的質量(例如，分析物、連接有信號放大成分的第二識別組分和放大分子的質量)相關的測量結果。分析物或分析物和連接有標簽的分析物分子、第一識別組分和連接有信號放大成分的第二識別組分可以以任何合適的順序接觸。例如，分析物或分析物和連接有標簽的分析物分子可在與相對于tfbar表面固定的第一識別組分接觸之前與連接有信號放大成分的第二識別組分接觸。作為另一個實例，分析物或分析物和連接有標簽的分析物分子可以在與連接有信號放大成分的第二識別組分接觸之前與第一識別組分接觸。作為又一個實例，分析物或連接有標簽的分析物分子、第一識別組分和連接有信號放大成分的第二識別組分可以同時接觸。信號放大成分可以在任何合適的時間連接到第二識別組分。在一些實施方案中，信號放大成分在與分析物或連接有標簽的分析物分子接觸之前連接到第二識別組分。在一些實施方案中，信號放大成分在第二識別組分與分析物或連接有標簽的分析物接觸之后連接到第二識別組分。在一些實施方案中，信號放大成分通過共價鍵連接到第二識別組分。在一些實施方案中，信號放大成分和第二識別組分包括以高親和力結合的部分。作為實例，第二識別組分可以是生物素化的，且信號放大成分可以與抗生物素蛋白或鏈霉親和素綴合；或相反亦然。在tfbar表面處增加的質量可以通過任何合適的方法測量。在實施方案中，測定該質量，做法是：(i)將輸入電信號耦合到tfbar，所述輸入電信號具有一定的相位并且具有在壓電諧振器的諧振帶內的頻率，其中所述頻率為約500mhz或更大(例如約700mhz或更大、約800mhz或更大、約900mhz或更大、約1ghz或更大、約1.2ghz或更大、約1.4ghz或更大、約1.5ghz或更大、1.8ghz或更大、約2ghz或更大、約2.2ghz或更大、約2.4ghz或更大、約2.5ghz或更大、約500mhz至約4ghz、約800mhz至約3ghz、約800mhz至約10ghz、或約2ghz至約2.5ghz)；(ii)傳送所述輸入電信號通過tfbar以產生具有一定頻率和一定相位的輸出電信號；(iii)接收來自tfbar的輸出電信號；以及(iv)確定由在tfbar表面處的增加的質量所引起的輸出電信號的頻率或相位的變化，其中在相位頻率方面的變化用作對在tfbar表面處增加的質量的量度。本文所述的設備、系統或方法的一個或多個實施方案對于檢測少量分析物提供了優于現有的傳感器、裝置、系統或方法的一個或多個優點。如本文所述，與在較低頻率下相比，在較高頻率下用放大成分介導的質量負載令人意外地觀察到較大的tfbar信號放大。因此，當與信號放大組合使用時，更高頻率的優點似乎甚至進一步得到增強。本領域技術人員將從以下詳述容易地理解該優點和其他優點。附圖簡述圖1a-1c是說明薄膜體聲波諧振器(tfbar)感測裝置的實施方案的操作原理的示意圖。圖2是示出用于檢測分析物的tfbar系統的部件的示意圖。圖3a-d是示出薄膜諧振器(tfr)表面上的信號放大的一個實施方案的示意圖。圖4a-d是示出tfr表面上的信號放大的一個實施方案的示意圖。圖5a-b是結合到tfr表面的第一結合配偶體(5a)和結合到與第一結合配偶體連接的第二結合配偶體的識別組分(5b)的一個實施方案的示意圖，圖6a是在tfbar的一個實施方案上的直接分析物結合和酶放大分析物結合隨時間的響應的圖。圖6b是示出圖4a中給出的圖的一部分的細節的圖。圖7是說明如實施例2所述結合到tfr表面的各種多核苷酸組分的一個實施方案的示意圖。示意圖不必按比例繪制。在附圖中使用的相同的數字表示相同的部件、步驟等。然而，應當理解，使用數字來指代給定附圖中的部件不旨在將在另一附圖中的該部件限定為用相同數字標記。另外，使用不同數字來指代部件并不旨在表示不同編號的部件不能是相同或相似的。詳細描述在下面的詳細描述中，公開了化合物、組合物、產品和方法的若干具體實施方案。應當理解，在不脫離本公開的范圍或精神的情況下，可以考慮其他實施方案并可以進行其他實施方案。因此，下面的詳細描述不應被視為限制性的。本公開總體上尤其涉及用于檢測分析物的方法、裝置、傳感器和系統。所述方法、裝置、傳感器和系統使用薄膜體聲波諧振器(tfbar)，薄膜體聲波諧振器測量由分析物在諧振器表面上的結合引起的諧振器的頻率或相位變化。通過放大成分介導的質量負載增強結合信號。具有一定相位并且具有在壓電諧振器的諧振帶內的一定頻率的輸入電信號(在本公開的一些實施方案的情況下，可以是約500mhz或更大、例如約1.5ghz或更大)耦合到并傳送通過諧振器以產生輸出電信號，所述輸出電信號相對于輸入信號出現頻率偏移或相移，原因是在諧振器表面上被檢測材料的結合、沉積等以及由于放大成分介導的質量負載導致的放大。分析從壓電諧振器接收的輸出電信號以確定由在諧振器表面上的分析物的結合和放大成分介導的質量沉積所引起的頻率或相位的變化。測得的頻率或相位的變化提供關于結合到諧振器表面的分析物(或連接有標簽的分析物分子)的定量信息。傳感器、裝置和系統本文公開的傳感器包括至少一個薄膜諧振器傳感器，例如薄膜體聲波諧振器(tfbar)傳感器。tfbar傳感器包括壓電層、或壓電基材以及輸入和輸出變換器。tfbar傳感器是小型傳感器，使得該技術適用于手持設備。因此，包括本文所述的傳感器的用于檢測靶分析物的手持裝置在考慮范圍內。現在轉向附圖，參考圖1a和1b，示出了用作檢測分析物的傳感器的體聲波壓電諧振器20的一個實施方案的一般操作原理。諧振器20通常包括壓電材料的平面層，該平面層在相對側上連接有形成諧振器的電極的兩個相應的金屬層。當諧振器被諧振器的諧振帶內的信號驅動時，諧振器的這兩個表面自由地經歷振動運動。當諧振器用作傳感器時，則其表面中的至少一個適于為被檢測材料提供結合位點。諧振器表面上的材料的結合改變諧振器的諧振特性，并且檢測和解釋諧振特性的變化以提供關于被檢測材料的定量信息。作為實例，可以通過檢測由被檢測材料在諧振器表面上的結合引起的諧振器的插入或反射系數相移的變化來獲得這種定量信息。這種傳感器不同于將諧振器作為振蕩器操作并監視振蕩頻率的變化的那些傳感器。相反，這種傳感器將諧振器插入預選頻率信號的路徑中并且監測由在諧振器表面上被檢測材料的結合引起的插入或反射系數相移的變化。當然，也可以根據本文所述的信號放大來采用監測振蕩頻率的變化的傳感器。更詳細地，圖1a示出了在被檢測材料結合到其表面26之前的諧振器20。所描述的諧振器20電耦合到信號源22，信號源22提供具有在諧振器的諧振帶內的頻率f的輸入電信號21。輸入電信號耦合到諧振器20并且傳送通過諧振器以提供輸出電信號23。在所描述的實施方案中，輸出電信號23處于與輸入信號21相同的頻率，但是相位與輸入信號相差相移，其取決于諧振器的壓電特性和物理尺寸。輸出信號23耦合到相位檢測器24，相位檢測器24提供與插入相移相關的相位信號。圖1b示出了在其表面26上結合有被檢測材料的感測諧振器20。相同的輸入信號耦合到諧振器20。因為諧振器的諧振特性由于作為擾動的材料結合而改變，所以輸出信號25的插入相移變為。由相位檢測器24檢測到由于材料的結合引起的插入相移的變化。所測得的相移變化與結合在諧振器表面上的材料的量相關。圖1c示出了測量諧振器的插入相位的替代方案。定向耦合器(directionalcoupler)27被添加在信號源22和諧振器20之間，相反電極接地。相位檢測器28被構造為測量作為結合到諧振器表面的材料的結果的反射系數的相移。可以與本文所述的信號放大方面一起使用的其他tfbar相移傳感器包括在例如題為“resonatoropertingfrequencyoptimizationforphase-shiftdetectionsensors(對于相移監測傳感器的諧振器操作頻率優化)”的美國專利第8,409,875號中描述的那些，該專利以不與本文的公開內容相沖突的程度通過引用結合到本文中。例如，傳感器設備可以包括：(i)包括與分析物的結合位點的感測諧振器；(ii)驅動電路，其被構造成驅動感測諧振器進行振蕩運動；(iii)測量電路，其被布置為耦合到感測諧振器并且被構造為測量表示感測諧振器的振蕩運動的諧振特性的一個或多個諧振器輸出信號；和(iv)與所述驅動和測量電路可操作地耦合的控制器。控制器可以與包含指令的數據存儲器界面連接，所述指令在被執行時使得控制器調整驅動電路驅動感測諧振器的頻率以維持感測諧振器的諧振點。因此，可以如下所述實現感測：驅動tfbar進行振蕩運動；測量表示tfbar的振蕩運動的諧振特性的一個或多個諧振器輸出信號；以及調整感測諧振器的驅動頻率以維持tfbar的諧振點。在實施方案中，驅動電路驅動感測諧振器的頻率是最大群延遲的頻率。這種相位檢測方法可以有利地用于具有不同諧振頻率的壓電諧振器。在各種實施方案中，用于本文所述的方法、設備和系統的tfbar具有約500mhz或更大的諧振頻率，例如約700mhz或更大、約900mhz或更大、約1mhz或更大、1.5ghz或更大、約1.8gh或更大、約2ghz或更大、2.2ghz或更大、2.5ghz或更大、約3ghz或更大或約5ghz或更大，當其與放大成分介導的質量負載一起使用時，可以提供增強的靈敏度，這將在下面更詳細地描述。在實施方案中，tfbar具有從約500mhz至約5ghz，例如從約900mhz至約3ghz，或從約1.5ghz至約2.5ghz的諧振頻率。這些頻率中的一些顯著地高于先前描述的壓電諧振器的頻率。本文描述的感測諧振器是薄膜諧振器。薄膜諧振器包括沉積在基材上的壓電材料的薄層，而不是使用例如at-切割石英。壓電膜通常具有小于約5微米、例如小于約2微米的厚度，并且可以具有小于約100納米的厚度。薄膜諧振器通常是優選的，因為它們的高諧振頻率和理論上更高的靈敏度。根據應用，可以形成用作感測元件的薄膜諧振器以支持縱向或剪切體聲波諧振模式。優選地，形成感測元件以支持剪切體聲波諧振模式，因為它們更適合用于液體樣品中。關于可以采用tfr的傳感器裝置和系統的其他細節在例如1999年8月3日授予drees等人的美國專利第5,932,953號中描述，該專利以不與本文的公開內容相沖突的程度通過引用整體結合到本文中。tfr傳感器可以以任何合適的方式和任何合適的材料制成。作為實例，諧振器可以包括基材諸如硅晶片或藍寶石、bragg鏡層或其它合適的聲學隔離裝置、底電極、壓電材料和頂電極。任何合適的壓電材料可以用于tfr。合適的壓電基材的實例包括鉭酸鋰(litao3)、鈮酸鋰(linbo3)、氧化鋅(zno)、氮化鋁(aln)、鈦酸鋯酸鉛(pzt)等。電極可由任何合適的材料形成，例如鋁、鎢、金、鈦、鉬等。電極可以通過氣相沉積來沉積，或者可以通過任何其它合適的工藝形成。任何合適的裝置或系統可以采用如本文所述的薄膜諧振器和放大。作為實例并參考圖2，用于檢測分析物的系統可包括容器10(或多于一個的容器)、薄膜諧振器20、驅動電路22、測量電路29和控制電子器件30。流體路徑將所述一個或多個容器10連接到諧振器20。控制電子器件30可操作地耦合到驅動電路和測量電路。在實施方案中，控制電子器件30被構造為基于來自測量電路29的輸入來改變驅動電路22使諧振器20振蕩的頻率。仍然參考圖2，容器10(或多于一個容器)可以容納放大分子、連接有放大成分的第二識別組分或其多個組分、以及任選標簽、分析物分子和第一識別組分的一種或多種。這些試劑中的每一種在下文更詳細地描述。控制電子器件30可以控制這類試劑從容器10到諧振器20的流動；例如通過泵、真空等。可以采用任何合適的控制電子器件30。例如，控制電子器件可以包括處理器、控制器、存儲器等。存儲器可以包括計算機可讀指令，當由處理器或控制器執行時，使得設備和控制電子器件執行歸于本文描述的設備和控制電子設備的各種功能。存儲器可以包括任何易失性、非易失性、磁性、光學或電學介質，例如隨機存取存儲器(ram)、只讀存儲器(rom)、非易失性ram(nvram)、電可擦除可編程rom(eeprom)、閃存或任何其它數字介質。控制電子器件30可以包括微處理器、控制器、數字信號處理器(dsp)、特定應用集成電路(asic)、現場可編程門陣列(fpga)或等效的離散或集成邏輯電路中的任何一個或多個。在一些實例中，控制電子器件30可以包括多個部件，例如一個或多個微處理器、一個或多個控制器、一個或多個dsp、一個或多個asic或一個或多個fpga以及其他離散或集成邏輯電路的任何組合。歸屬于本文中的控制電子器件的功能可以軟件、固件、硬件或其任何組合的形式體現。分子識別和信號放大包含顯著背景信號的樣品的分子識別可以通過信號的放大來促進。本文所述的傳感器、系統和方法采用包含放大成分例如連接酶的第二識別組分。在本文所述的較高頻率范圍，tfbar傳感器非常有效地響應由于被酶切割的底物的沉淀而導致的傳感器表面的質量增加。現在參考圖3a-d，示出了tfbar上酶放大的示意圖。如圖3a所示，被構造為結合分析物的分子識別組分100固定在諧振器20表面26上。具有固定的分子識別組分100的諧振器20可以與包含分析物110的組合物接觸，分析物110可以結合分子識別組分100(參見圖3b)。具有與分析物110結合的固定的分子識別組分100的諧振器20可以與包含連接到放大成分130例如酶的第二分子識別組分120的組合物接觸。第二分子識別組分120被構造成結合分析物110，使得第二分子識別組分120和連接的放大成分130相對于表面26固定(參見圖3c)。在所描繪的實施方案中，可溶性底物140可以通過放大成分130轉化為不溶性產物150，沉淀并積聚在傳感器20表面26上，籍此放大作為結合的分析物110的量或濃度的函數的質量信號(參見圖3d)。應當理解，圖3a-3d中描繪的系列事件是為了說明的目的而示出的，并且可以采用任何其它合適的事件順序。例如，分析物110可以在分析物(具有結合的第二分子識別組分)與諧振器20的表面26(分子識別組分100相對于諧振器20的表面26是固定的)接觸之前與第二分子識別組分120(和結合的放大成分130)接觸。底物140可以在第二分子識別組分120-放大成分130加入的同時存在或可以后來添加。在任何情況下，可以在放大之前進行洗滌。靶分析物的非限制性實例包括核酸、蛋白質、肽、抗體、酶、碳水化合物、化學化合物或感染性物類例如細菌、真菌、原生動物、病毒等。在某些應用中，靶分析物能夠結合多于一種分子識別組分。任何合適的分子識別組分(例如，圖3中的100)可以結合到諧振器表面。分子識別組分優選選擇性地結合感興趣的分析物。例如，分子識別組分可以選自核酸、核苷酸、核苷、核酸類似物如pna和lna分子、蛋白質、肽、抗體包括iga、igg、igm、ige、凝集素、酶、酶輔因子、酶底物、酶抑制劑、受體、配體、激酶、蛋白a、polyu、polya、聚賴氨酸、三嗪染料、硼酸、硫醇、肝素、多糖、考馬斯藍、天青a、金屬結合肽、糖、碳水化合物、螯合劑、原核細胞和真核細胞。可以使用用于將分子識別組分固定在tfbar表面上的任何合適的方法。例如，可以使用氣相沉積工藝將環氧硅烷的均勻涂層沉積在傳感器表面上。然后可以使用例如基于壓電的納米分配技術將測試和對照分子識別組分(例如抗體)沉積到測試和對照諧振器上。抗體上的伯胺與將抗體共價結合到傳感器表面的環氧基團反應。再例如，如果存在，分子識別組分的巰基結合到tfbar表面。tfbar表面可以根據需要進行修飾，以允許分子識別組分的結合。任何合適的分子識別組分，例如上述那些，可以用作第二分子識別組分(例如，圖3中的120)。第二分子識別組分可以連接到任何合適的放大成分，例如酶。優選地，第二分子識別組分是抗體并且放大成分是酶。任何合適的放大成分可以連接到第二分子識別組分。在實施方案中，放大成分是可活化的聚合引發劑，例如光引發劑、化學引發劑或熱引發劑。聚合引發劑可以在一種或多種單體的存在下活化，以使聚合物從第二分子識別組分接枝。在實施方案中，放大成分是酶。在實施方案中，酶能夠將在測定環境中可溶的底物轉化為在傳感器表面上沉淀的不溶性產物。合適的酶的實例包括堿性磷酸酶(alp)、辣根過氧化物酶(hrp)、β半乳糖苷酶和葡萄糖氧化酶。能夠產生能夠在tfbar表面上累積的不溶性產物的酶/底物體系的實例包括堿性磷酸酶和5-溴-4-氯-3-吲哚基磷酸酯/硝基藍四唑鎓氯化物(bcip/nbt)。bcip的酶促催化水解產生不溶性二聚體，其可沉淀在傳感器表面上。具有用這樣的水解可解離官能團諸如半乳糖、葡萄糖、脂肪酸、脂肪酸酯和氨基酸置換的磷酸酯部分的其它類似底物可與其互補酶一起使用。其它酶/底物體系包括過氧化物酶，例如辣根過氧化物酶(hrp)或髓過氧化物酶，和下列之一：聯苯胺、聯苯胺二鹽酸鹽、二氨基聯苯胺、鄰聯甲苯胺、鄰聯茴香胺和四甲基亞聯苯胺、咔唑、特別是3-氨基-9-乙基咔唑和各種酚類化合物，據報道所有這些物質在與過氧化物酶反應時形成沉淀。此外，氧化酶例如α-羥基酸氧化酶、醛氧化酶、葡萄糖氧化酶、l-氨基酸氧化酶和黃嘌呤氧化酶可以與可氧化底物體系例如吩嗪硫酸甲酯-氮藍四唑鎓(phenazinemethosulfate-nitribluetetrazolium)混合物一起使用。應當理解，可以采用任何類型的競爭測定法。還應當理解，分析物可以被修飾以包括可被第一或第二識別復合物識別的標簽，例如鏈霉親和素標簽；生物素標簽；殼多糖結合蛋白標簽；麥芽糖結合蛋白標簽；谷胱甘肽-s-轉移酶標簽；聚(his)標簽；表位標簽，例如myc標簽、ha標簽或v5標簽；等。還應當理解，連接有標簽的分析物可以包括分析物的變體或衍生物。變體或衍生物是可被構造成識別分析物的第一或第二分子識別組分選擇性識別的變體或衍生物。在一些情況下，可能需要變體或衍生物分析物對第一或第二分子識別組分的親和力不同于未連接有標簽的分析物的親和力。分析物的變體或衍生物可以是允許容易地制造連接有標簽的分析物的變體或衍生物。例如，連接有標簽的分析物可以包含重組多肽等當進行使用連接有標簽的分析物分子的競爭測定時，連接有標簽的分析物分子而不是分析物，或者除了分析物之外還有連接有標簽的分析物分子，可以結合固定在諧振器表面上的第一分子識別組分。現在參考圖4，描述了信號放大測定的實施方案。圖4的許多組分與圖3中所示的組分相同或相似。如果沒有對圖4的特定元件進行具體論述，則參考上文中圖3的該編號的元件。信號放大成分130可以在任何合適的時間連接到第二識別組分120。在一些實施方案中(圖4中未示出)，信號放大成分130在與分析物110或連接有標簽的分析物分子接觸之前連接到第二識別組分120。在一些這樣的實施方案中，信號放大成分130共價地結合到第二識別組分120。在一些實施方案中(例如，如圖4c-d所示)，在第二識別組分120與分析物110或連接有標簽的分析物接觸之后，信號放大成分130連接到第二識別組分120。例如，第二識別組分120可以包括被構造為選擇性地結合信號放大成分130的第二結合配偶體的第一結合配偶體123。第一結合配偶體123優選與第二識別組分120共價結合。第二結合配偶體135優選共價結合到信號放大成分130。第一結合配偶體123和第二結合配偶體135優選以高親和力結合。可以使用第一結合配偶體123和第二結合配偶體135的任何合適的組合。作為一個實例，第二識別組分120可以是生物素化的，信號放大成分130可以與鏈霉親和素綴合；或者反之亦然。作為另一個實例，第一和第二結合配偶體之一可以是聚組氨酸(his)標簽，第一和第二結合配偶體中的另一個可以是例如鎳或銅螯合劑，例如用于鎳的亞氨基二乙酸(ni-ida)和次氮基三乙酸(ni-nta)以及用于鈷的羧基甲基天冬氨酸(co-cma)，其中聚(his)標簽可以微摩爾的親和力結合。通常鎳基樹脂具有較高的結合能力，而鈷基樹脂提供最高的純度。作為又一個實例，第一和第二結合配偶體之一可以是谷胱甘肽-s-轉移酶(gst)標簽，第一和第二結合配偶體中的另一個可以是谷胱甘肽。作為又一個實例，第一和第二結合配偶體之一可以是結合有麥芽糖的蛋白標簽，第一和第二結合配偶體中的另一個可以是直鏈淀粉或麥芽糖。作為另一個實例，第一和第二結合配偶體之一可以是結合有殼多糖的蛋白標簽，第一和第二結合配偶體中的另一個可以是殼多糖。應當理解，上面提供的結合配偶體僅僅是可以與第二識別組分或信號放大成分綴合的高親和力結合配偶體的實例，并且本文考慮其他結合配偶體。此外，應當理解，可以采用多于一組的結合配偶體來將第二識別組分連接到信號放大成分。結合配偶體可以通過任何合適的技術與第二識別組分或信號放大成分綴合。例如，可以采用化學綴合或重組技術將結合配偶體視情況連接到第二識別組分或信號放大成分。這樣的技術是本領域技術人員公知的。例如，可以如本領域技術人員公知使用利用nhs-酯和馬來酰亞胺官能團的雜雙官能(heterobifunctional)交聯劑。應當理解，如果信號放大成分和第二識別組分包括互補結合配偶體，則信號放大成分可以在任何合適的時間通過結合配偶體與第二識別組分連接。例如，如圖4c-d所示，信號放大成分130可以在第二識別組分120與分析物110或連接有標簽的分析物接觸之后連接到第二識別組分120。在一些實施方案中，在第二識別組分120與分析物110或連接有標簽的分析物接觸之前或在第二識別組分120引入諧振器的同時，使包含第二結合配偶體135的信號放大成分130與包含第一結合配偶體123的第二識別組分120接觸。現在參考5a-b，第一分子識別組分100可以經由一個或多個中間體結合到tfbar20的表面26。例如，第一結合配偶體99可以結合到表面26，并且第一分子識別組分100可以包括被構造為選擇性地結合到第一結合配偶體99的第二結合配偶體101。結合配偶體99、101可以是如上所述的結合配偶體(例如，關于圖4所述)。第一識別組分100可以在任何合適的時間，例如在傳感器20被結合到設備或系統中之前，或者在傳感器20被結合到設備或系統中之后，通過結合配偶體99、101結合到表面26。例如，作為分析物檢測試驗的第一步驟或在分析物檢測試驗期間，第一識別組分100可以通過結合配偶體99、101結合到表面26。tfbar的放大成分介導的質量負載/信號放大已經注意到，隨著諧振頻率增加，質量檢測的靈敏度也應該增加。然而，這在實踐中并不總是被觀察到。理論上，具有約2.2ghz的諧振頻率的tfbar應當提供足夠的靈敏度以檢測低濃度的分析物，而無需使用如本文所述的信號放大/質量負載。然而，本發明人發現，即使具有這樣高的諧振頻率，tfbar傳感器對檢測低水平的分析物也不夠靈敏。然而，通過利用本文所述的放大/質量負載技術，可以實現通過在較高頻率下操作賦予的靈敏度方面的更多理論增益。對噪聲的敏感性與上文理論上討論的信號傳播相關。在較高頻率下，信號傳播較短的距離，從而產生鄰近過濾器(proximityfilter)。也就是說，你只測量鄰近表面的物質。然而，構成鄰近位置的物質將隨著頻率而改變，并且在對背景噪聲的敏感性方面可以具有重要的實際分歧。在較高頻率下用質量負載操作不僅導致增強的信號靈敏度，而且還導致對噪聲的較低敏感性。這可以在功能上轉化為例如較不嚴格的洗滌需求，因為未結合到諧振器表面(例如，經由結合到第一分子識別組分的分析物)的連接有放大器的第二分子識別組分不應該在鄰近諧振器表面處增加顯著的質量。此外，發現在陰性樣品中獲得穩定基線讀數的洗滌要求對于較高頻率tfbar來說不那么嚴格，這也可能是由于在較高頻率下信號傳播距離較短。令人意外的是，已經發現在較高頻率下觀察到比在較低頻率下更大的信號放大。參見例如在下面的實施例中的表2，其中與900mhz諧振器相比，在2250mhz下觀察到用酶介導的質量負載(相對于直接結合)更大的信號放大。在較高頻率下可獲得較大水平的信號放大是預料不到的，因為不同的諧振器(900mhz和2250mhz)被構建為含有相同濃度或量的第一識別組分，測定使用相同濃度和量的分析物，并且使用相同濃度和量的連接有酶的第二分子識別組分和底物。因此，理論上，預期實際發生的放大的量是相同的(預期沉淀在表面上的產物的量是相同的)。然而，在較高頻率下觀察到較大量的信號放大。用途本文所述的傳感器、裝置和系統可用于檢測樣品中的分析物。所述傳感器可用于眾多化學、環境、食品安全或醫藥應用中。作為示例，待測試的樣品可以是或可以衍生自血液、血清、血漿、腦脊液、唾液、尿液等。不是流體組合物的其他測試組合物可以溶解或懸浮在適當的溶液或溶劑中用于分析。定義除非另有規定，否則本文使用的所有科學和技術術語具有本領域常用的含義。本文提供的定義是為了便于理解本文中經常使用的某些術語，而不意味著限制本公開的范圍。如本說明書和所附權利要求書中所使用的單數形式“一”、“一個”和“該”包括具有復數指代物的實施方案，除非上下文另有明確指示。如本說明書和所附權利要求中所使用的術語“或”通常以其包括“和/或”的含義使用，除非上下文另有明確規定。術語“和/或”表示所列出的要素中的一個或全部或任何兩個或更多個所列元件的組合。本文所用的“具有(have)”、“具有(having)”、“包括(include)”、“包括(including)”、“包含(comprise)”、“包含(comprising)”等以其開放式意義使用，并且通常表示“包括但不限于”。應當理解，“基本上由......組成”、“由...組成”等被包含在“包括(comprising)”等中。如本文所用，當涉及組合物、產品、方法等時，“基本上由…...組成”是指組合物、產品、方法等的組分限于所列舉的組分以及不會實質上影響組合物、產品、方法等的基本和新穎特性的任何其它組分。詞語“優選的”和“優選地”是指在某些情況下可以提供某些益處的本發明的實施方案。然而，在相同或其他情況下，其它實施方案也可以是優選的。此外，對一個或多個優選的實施方案的敘述并不意味著其他實施方案不是可用的，并且不旨在將其它實施方案排除在本公開(包括權利要求)的范圍之外。并且在本文中，通過端點對數值范圍的敘述包括包含在該范圍內的所有數值(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5等，或者10或更小的值包括10、9.4、7.6、5、4.3、2.9、1.62、0.3等)。當值的范圍“至多”為某一特定值時，該值包括在該范圍內。本文中為了清楚起見參考附圖描述了本文中提到的任何方向，例如“頂”、“底”、“左”、“右”、“上”、“下”和其他方向和取向，并且不限制實際的設備或系統或設備或系統的用途。如本文所描述的裝置或系統可以在多個方向和取向上使用。本文使用的“結合事件”是指靶分析物與固定在傳感器表面中的分子識別組分的結合。實施例以下非限制性實施例用于更全面地描述使用上述傳感器、方法、裝置和系統的方式。應當理解，這些實施例決不用于限制本公開或隨后的權利要求的范圍，而是出于說明的目的而給出。實施例1：酶放大的概念證明進行概念研究的初步證明，使用抗牛igg測定法且堿性磷酸酶(alp)作為綴合酶，bcip/nbt作為沉淀底物。簡言之，將山羊抗牛和山羊抗大鼠抗體固定在測試和參比諧振器上，做法是，使用壓電分配器將350μm的點分配在諧振頻率為2.2ghz的涂有環氧硅烷的傳感器上。將傳感器在4℃、高濕度環境中溫育過夜。在測試之前用魚皮明膠阻斷傳感器。然后從測試信號中減去參比信號，并將該δ信號用作結合響應。所有測試均使用浸在微量滴定板中的傳感器進行。通過使用攪拌棒實現樣品攪拌。測試順序如下，將傳感器暴露于1μg/ml牛igg歷時60秒，接著漂洗30秒并暴露于兔抗牛igg-堿性磷酸酶綴合物60秒。然后將傳感器漂洗2次，歷時30秒，并暴露于bcip/nbt底物歷時60秒。傳感器電連接到網絡分析儀，該網絡分析儀用于監測裝置的頻率偏移。在這種情況下，跟蹤產生最大群延遲的相位，并測定隨著質量變化維持該相位的輸入頻率的變化。對于測試和參比諧振器，以每秒2個樣品的采樣速率收集諧振頻率附近的50mhz窗口。該數據經后處理以確定測試和參比諧振器兩者的頻率偏移與時間的函數關系。然后將從直接抗原結合觀察到的頻率偏移與在酶底物中觀察到的信號進行比較。該初始研究的結果顯示在圖4a中，圖4b是圖4a中呈現的曲線圖的一部分的詳細視圖。如所示，相對于不添加底物的直接結合，alp-酶放大導致靈敏度的顯著改進。如下表1所示，作為酶放大的結果，觀察到響應和斜率超過100倍的放大。表1：alp-放大的結果直接結合酶放大響應(積分)-9,024-1,094,473放大(倍數)121斜率-3.24-374.77斜率放大115.71使用抗牛igg測定和辣根過氧化物酶(hrp)作為綴合酶進行類似的研究。在該反應中沉淀底物是過氧化氫和對羥基肉桂酸(數據未顯示)。還進行了使用抗大鼠igg測定用bcip/nbt對alp增強的進一步分析(數據未顯示)。隨后采用alp和bcip/nbt體系的研究工作包括了對各種其他的評價。沉淀放大的益處似乎是頻率依賴性的。用山羊抗大鼠f(ab')片段涂覆具有2250mhz和850mhz的操作頻率的裝置。該還原的f(ab')上的天然巰基用于連接到金諧振器表面，形成配位(dative)硫金鍵。然后用魚皮明膠阻斷這些傳感器，并在陰性緩沖液樣品或1μg/ml大鼠igg中測試，隨后與山羊抗大鼠堿性磷酸酶綴合的抗體溫育。隨后將傳感器漂洗兩次，并暴露于bcip/nbt底物。如先前所述對直接結合事件和底物放大兩者的數據進行約化(reduce)。2250mhztfbar與900mhztfbar的比較證明了，相對于850mhz裝置，具有較高頻率(2250mhz)的信號放大增加為2.5倍。此外，在陰性樣品中在850mhz裝置中觀察到的背景水平顯著更高。當數據以khz/秒的響應分析時，情況正是如此，但是當通過用頻率偏移響應除以操作頻率將結果轉化為ppm/秒時，差異變得更加顯著。在使底物暴露之前增加兩個額外的洗滌步驟將850mhz裝置中的背景信號的量減少到與在2250mhz裝置中見到的那些相當的水平(數據未示出)。表2：用850mhztfbar和2250mhztfbar的放大的比較頻率(mhz)2250850在陰性樣品中的背景信號(ppm/秒)-0.86-23.11直接結合(khz/秒)-3.26-0.70放大信號(khz/秒)-233.7-22.3放大(倍數)71.731.9實施例2：dna的可行性證明對于dna與傳感器表面的結合，將10μm5'-胺標記的27-聚體(與靶寡核苷酸的3'端互補)和10μm錯義27-聚體都溶解在3x鹽水-檸檬酸鈉(3xssc)中并點樣在環氧硅烷官能化的傳感器上分別作為測試和參比(2150mhztfbar)。125-聚體寡核苷酸用作模型靶。將該靶寡核苷酸與6nm對該125-聚體靶的5'端互補的3'生物素標記的18-聚體混合緩沖液(5xssc，10%甲酰胺，0.1%sds)中混合并與傳感器表面在39℃下反應4分鐘。結合到傳感器表面的27-聚體和結合到生物素化的18-聚體的靶125-聚體的示意圖示于圖7。然后進行兩個洗滌步驟(含有0.01%sds的1xssc和hepes緩沖鹽水加去污劑)，并在含有1mg/ml魚皮明膠(fsg)的hepes緩沖液中將傳感器暴露于2μg/ml的購自jacksonimmuo(partnumber016-050-084)的鏈霉親和素-堿性磷酸酶綴合物歷時2分鐘。用hepes加去污劑進行兩個另外的洗滌步驟，并將傳感器暴露于購自thermo(partnumber34042)的沉淀底物nbt/bcip。在39℃下收集頻率偏移數據歷時1.5分鐘，并在下表3中給出。使用零響應加上3個標準偏差的估計檢出限獲得0.6pm的值。表3：頻率偏移數據dna靶(pm)平均響應(khz/秒)00.930.8-0.484-2.9340-38.15400-111.61實施例3：白細胞介素-6(il-6)兩步免疫測定試劑：通常如上文針對實施例1中的抗體所討論，將親和力純化的山羊抗il-6(r＆dsystemspartnumberaf-206-na)點樣到環氧硅烷活化的傳感器(2175mhztfbar)上。根據制造商的說明書用5x摩爾過量的磺基-nhs-lc-生物素(thermoscientific)標記抗il-6的小鼠單克隆抗體(r&dsystemspartnumbermab206)。通過脫鹽除去過量未結合的生物素試劑。通過將10%(v/v)雞血清(equitech,經炭去除(charcoalstripped),熱失活)與磷酸鹽緩沖鹽水(pbs)加0.1%疊氮化鈉混合來制備校準物基質。通過在校準物基質中稀釋重組人il-6(r＆dsystemspartnumber206-il)制備校準物。與堿性磷酸酶綴合的鏈霉親和素(sa-alp)購自jacksonimmuno(partnumber016-050-084)。洗滌緩沖液是hepes緩沖鹽水加去污劑。底物是購自thermoscientific(partnumber34042)的1-步nbt/bcip。測定：在含有魚皮明膠的hepes緩沖液(hepes/fsg)中將生物素化的小鼠抗il-6稀釋至8.3μg/ml的工作濃度。將sa-alp在hepes/fsg中稀釋至1μg/ml的工作濃度。將60μl生物素化的小鼠抗il-6與40μl校準物混合，并在傳感器上來回通過16分鐘。然后從微流體通道中除去反應混合物，并使sa-alp在傳感器上來回通過2分鐘。然后用洗滌緩沖液洗滌傳感器三次，隨后加入bcip/nbt底物。將在底物步驟期間的諧振頻率的變化速率相對于il-6濃度作圖。結果示于下表4中，包括分析靈敏度(零響應加上3個標準偏差)的估計。表4：il-6測定的頻率偏移因此，公開了具有信號增強的薄膜體聲波諧振器的實施方案。本領域技術人員將理解，可以用除了所公開的那些之外的實施方案來實踐本文所描述的引導(lead)、裝置(諸如信號發生器)、系統和方法。所公開的實施方案是出于說明而非限制的目的而呈現。還將理解，關于本文的附圖和實施方案的描繪和描述的引導的部件可以是可互換的。當前第1頁12