随着人类对生产、生活中自动化与智能化要求的不断提高,传感器技术作为获取外界信息的主要手段,受到了世界各国研究人员的关注。石英晶体微天平(QCM),是一种基于压电效应的、具有纳克级检测精度的、谐振式质量传感器。通过在QCM晶片上修饰特定的敏感膜材料,可使QCM作为气敏传感器与生物传感器在环境监测、食品工业、医疗检测及公共安全等领域得以应用。然而,传统的QCM传感器因其“三明治”结构与正反馈激励形式,其工作频率的抬高、可获得的谐振参数数量及应用场景均受到限制。为克服传统QCM传感器的这些缺陷,本课题采用电磁无线激励与检测的形式替代传统QCM的正反馈激励与检测方式,搭建出性能更佳的新型电磁激励的无线QCM换能系统(WE-QCM-D)。在新系统的基础上,通过结合气体检测与生化参数检测两个领域,开发出具有更高工作频率、获取参数更多、应用场景更灵活的气敏与生物传感器。本文的主要研究内容及成果如下:成功以电磁激励与接收的形式,实现了石英晶片的无线激励与检测。基于此技术,设计了电磁激励的无线QCM换能系统的硬件与电路。然后,通过Labview软件平台,实现了传感器数据的自动、连续采集与谐振参数计算。最后,设计了合适的气、液相检测腔体,搭建了WE-QCM-D的气、液相检测平台。合成了纳米Ni(OH)2材料作为敏感膜修饰石英晶片,制成痕量邻苯二甲酸二丁酯的传感器。在室温、基频工作的条件下,基于WE-QCM-D的传感器与传统QCM传感器的响应一致,可实现了ppb级别DBP检测,并具有良好的重复性、选择性与更好的稳定性与信噪比。此外,WE-QCM-D可通过高次泛音的激励,提高工作频率。在采用同样石英晶片与敏感膜材料下,实现了对DBP检测的更高灵敏度与更低检测下限。合成了纳米In2O3微球,并用纳米金颗粒对其表面进行掺杂,得到了In2O3-Au微球。两种材料均用于修饰石英晶片,制成了甲基磷酸二甲酯的传感器。实验中,对敏感膜膜厚进行了优化,并测试了传感器的灵敏度与选择性。结果表明,应用贵金属掺杂的In2O3-Au敏感膜较未掺杂时灵敏度提升4倍,且在选择性上也有一定的提高。通过贵金属修饰的手段,实现了提升敏感膜性能的目的。此外,实验中还利用频率与耗散的关系,进一步分析了敏感膜的吸脱附机理,归结出脱附过程中过冲出现的原因,体现了WE-QCM-D系统在进行检测对象动力学分析时的优势。在石英晶片上成功聚合了聚丙烯酰胺3-丙烯酰胺基苯硼酸水凝胶敏感膜,利用硼酸与糖类可进行可逆反应的机理,制成了非侵入式的、非酶葡萄糖传感器。为抑制敏感膜对果糖的响应,在敏感膜中添加了阳离子(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵,中和了硼酸与果糖1:1绑定产生的负电荷,并促进了葡萄糖的1:2绑定,从而提高敏感膜的选择性。实验中,对敏感膜的配方进行了优化,并测试了传感器的灵敏度、选择性与重复性。在37℃下,传感器可实现生理浓度范围内(3.3-6.1mM)葡萄糖的连续、准确、快速检测。基于此,可认为WE-QCM-D系统具有实现非侵入式的体内连续生化指标监测的潜力。