石墨烯纸基传感器在人体运动中的实验研究

随着可穿戴技术的飞速发展,柔性传感器因在定制医疗和人机互动中有应用前景而备受瞩目。受剪纸艺术启发,开发了一种新型剪纸结构的柔性纸基传感器。该传感器采用剪纸技术构建的石墨烯纸基材料,能够紧密贴合人体多个部位,旨在探索其在监测生理及运动信号方面的有效性。剪纸结构的设计不仅提高了传感器的敏感度和伸展性,还实现了其与皮肤的高度集成,为人体动态监测开辟了新途径。

石墨烯纸基传感器的制备方法及在人体运动中的实验研究

为了研究石墨烯纸基传感器在人体运动中的作用,选择无尘纸为基底,使用石墨烯-碳纳米导电涂料混合聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为涂层。基于涂料和PDMS粘性导电特点,构建传感器基底列阵结构,制作传感器信号采集系统,开展传感器灵敏度与稳定性测试。结果显示压力处于10kPa至30kPa之间时,数值为3.27kPa-1,灵敏度与稳定性良好;此外,对人体运动中产生的微小动作和剧烈动作都可起到较好的检测效果。

一种可快速检测大肠杆菌O157:H7的纸基传感器的制备与应用

大肠杆菌O157:H7是一种致病性较强的食源性细菌,通常在生制食品中被检出,一旦被人体摄入会引发肠道疾病,严重危害公众健康。本研究制备了功能化的长余辉探针,并结合适配体的特异性识别功能构建了能快速检测大肠杆菌O157:H7的纸基传感器,检出限达7.5×10^(3) CFU·mL^(-1)。该传感器可同时检测3个样品,具有特异性好、操作简便和环境友好的特点,可应用于大量样品中大肠杆菌O157:H7的快速筛查。

分子印迹荧光纸基传感器食品安全可视化快速检测技术研究现状

食品安全问题随着食品种类的丰富一直备受全社会的高度重视。传统的食品安全检测方法耗时长、操作专业性强,从而制约了现场应用。而分子印迹聚合物结合比率型荧光传感技术所构建的纸基传感器,因其快速即时、低成本、高准确度且便携化的特点,在食品安全的检测领域逐渐成为研究重点,展示出巨大的发展潜力。本文概括了分子印迹技术以及印迹聚合物的制备方法,重点对分子印迹比率型荧光纸基传感器在食品安全可视化快速检测技术领域中的应用进展进行归纳,特别提出纸基纤维素材料功能化技术及其在快速检测中的应用,改善其非特异性性能并提高检测灵敏度,最后提出了食品安全快速检测技术领域亟待解决的困难和问题,并对快速检测技术在食品安全分析检测领域的发展方向进行了展望,以期为分子印迹荧光纸基传感器的应用扩展提供依据。

荧光可视化纸基传感器设计及应用研究进展

纸基传感器(如pH值和验孕纸)是目前在化学/生物分析相关领域最有前途的传感器,因为分析人员更喜欢在无需分析仪器的帮助下进行现场和实时/视觉检测。本文综述了荧光可视化纸基传感器在目标物中视觉定性/定量分析方面的研究进展:1)利用荧光纳米材料的优点,如宽激发波长、窄/可调发射、表面修饰灵活性等,设计一些在试纸上进行比色分析的新策略;2)通过纳米材料表面的分子工程,建立合理的光谱响应机制并设计出具有超灵敏可视化能力的荧光纳米探针,旨在实现对目标分析物进行现场和实时/通用的视觉检测;3)然后通过将纳米荧光探针应用于喷墨打印试纸的油墨中,极大地克服了试纸在可靠性和再现性方面的技术挑战。因此,荧光可视化纸基传感器对目标分析物的快速检测提供了新的方式。

基于先进材料的纸基传感器在多毒素联合检测中的应用

农产品、食品和饲料等常因霉菌侵染而被多种真菌毒素污染,研发高通量真菌毒素快速检测产品是热点研究领域之一。目前主流的真菌毒素快检产品中,传统纸基传感器大多以胶体金作为信号标记物用于单一毒素检测,获得信息相对有限。多毒素纸基传感器常常偶联多种真菌毒素抗原,成本更低,耗时更短,然而检测灵敏度因测试样液量变化而受到影响。近年来,在真菌毒素快检领域引入贵金属纳米粒子、量子点、碳纳米材料、上转换粒子、镧系金属纳米粒子等先进材料,可以改善传感器的检测性能。笔者总结了多毒素纸基传感器的检测原理和组成,综述近年来文献报道中基于先进材料的纸基传感器同时检测多种真菌毒素的研究与应用,分析多毒素纸基传感器未来的研究趋势,以期为多种真菌毒素快速高通量检测相关研究提供参考。

用于运动状态监测的纸基柔性摩擦电传感器

为解决柔性摩擦电传感器制备流程复杂、成本高、不够环保等问题,设计了一种基于纸基导电银浆的低成本柔性摩擦电传感器。当外部压力由5 N增大至50 N时,其输出电压和输出电流逐渐增大,在频率为1 Hz、幅值为50 N的外部压力作用下,输出电压的峰值约为7.52 V。当外部压强在17~173 kPa的范围内变化时,输出电压峰值与压强呈分段线性关系。当外部压力的频率变化时,输出电压保持不变。结果表明,该传感器压力传感性能良好。当应用于运动传感中时,该传感器能够感知肘关节、腕关节的弯曲角度,并能有效区分走、快走、跑3种运动类型以及踮脚、深蹲、抱腹跳3种健身动作,计算人体行走频率与健身动作次数,在人体运动状态监测等领域具有良好的应用价值。

运动监测柔性传感器中纸基材料的制备与应用

在现代科技飞速发展的背景下,可穿戴电子设备以其轻便、柔软、易于携带的特性,在医疗监测、康复治疗以及环境监控等多个领域展现出了巨大的应用潜力。这一趋势不仅促进了相关技术的进步,还对柔性储能材料与传感技术提出了更高的要求。因此,探索与开发成本低廉、性能卓越且易于集成的柔性充电电池和应变传感器成为研究的重点,这对推动可穿戴电子技术的发展具有深远的理论与实践意义。针对柔性摩擦电传感器在生产过程中存在的成本高、工艺复杂、环保性不佳等问题,提出了一种采用纸基导电银浆的柔性摩擦电传感器新方案。该传感器在监测人体运动状态方面表现出了优异的性能,能准确识别肘部和腕部的弯曲角度,区分不同的运动类型(如行走、快走、跑步)及健身动作(如踮脚、深蹲、抱腹跳),并能有效计算行走频率及健身次数。这些特性使其在人体运动监测领域展现出广阔的应用前景。

具有增强力学性能与耐水性的复合纸基柔性传感器

纸基柔性传感器应用前景广阔,但其力学性能有待增强,易受到高湿度或水汽的影响,限制了其实际应用。本研究以环氧大豆油(ESO)和衣康酸(IA)为原料制备β-羟基酯动态聚合物预聚物,通过溶液浸渍法将其与MXene纸基传感材料复合,得到复合纸基柔性传感器。传感器的性能研究结果表明,所得到的复合纸基柔性传感器的力学性能显著增强,作为应变传感器灵敏度较高,应变指数GF=8.5,响应时间0.41s,稳定循环工作超过1000次。在90%湿度条件下放置24h,输出性能不受影响,表现出较强的耐水性。该传感器可用于人体手指、手腕等关节的运动监测,也可以用于包装运输过程中的受力监测,包括撞击、侧翻等。以上结果表明,该复合纸基柔性传感器在可穿戴设备、人机交互、智能包装等领域有广泛的应用前景。

纸基柔性传感器可穿戴设备在人体运动中的应用

纸基柔性材料是一种新型材料,其具有轻便性、高延展性能。柔性可穿戴设备由柔性材料制作而成,有轻便、舒适性高、应用范围较广等优点,有望弥补传统的可穿戴设备的不足,被广泛应用于各领域中。国内外有不少文献报道用纸基柔性材料制备的柔性可穿戴设备应用领域。相较于传统设备,它们不仅在用户体验舒适度方面取得巨大突破,还在功能上得到延伸创新以满足多种临床应用场景的需求。基于此,简单介绍纸基柔性可穿戴设备的工作原理及分类,并围绕人们的运动、居家康复、健康检测等几个方面阐述近年来柔性可穿戴设备在康复领域中的研究进展。

复合纸基柔性传感器力学性能与人体运动关系研究

柔性可穿戴传感器可适应人体皮肤的形变,有着良好的环境匹配性,在人体健康与运动监测等相关领域有着不小的市场需求。近年来,纸张材料以其柔性、绿色环保、低成本等优势,在柔性传感器领域展现出较大的应用潜力。基于此,简述了纸基柔性传感器的分类与工作机理,以动态聚合物与MXene纸基传感材料相结合,制备复合纸基柔性传感器,并对复合纸基柔性传感器的力学性能进行测试与分析。结果表明,该传感器的拉伸强度和抗弯曲能力较好,力学性能得到显著增强。该传感器可应用到人体手指关节、颈椎等部位的运动监测,也可用于运动状态下人体心电信号的监测。今后纸基柔性传感器的功能性会更加完善,满足更多应用场景需求。

复合纸基柔性传感器力学性能及其对人体运动行为监测研究

纸基柔性传感器是一种具有极为广阔应用前景的新式传感器,但纸基制备的柔性传感器力学性能却普遍不佳。基于纸基柔性传感器的力学性能需求,以环氧大豆油、衣康酸等为基础材料制备了一种复合纸基柔性传感器,对该柔性传感器的力学性能进行了试验分析并对该传感器对人体运动行为监测的检测效果进行测试。结果表明:该复合纸基柔性传感器力学性能较一般纸基柔性传感器更为优异,可以非常精准、高效地对人体运动行为进行监测。

荧光原理的纸基张力传感器

针对穿戴应用中传统传感器的穿戴体验差、成本高、构造复杂等问题,本文将具有形变响应特性的荧光材料与纸张结合,构建出荧光压谱原理的新型光学无线张力传感器。传感器的敏感材料是由罗丹明B(RhB)与PDMS混合成的复合荧光材料薄膜,通过丝网印刷方式涂敷到美工纸带上。RhB的荧光特征随着施加在纸带上的张力而改变,在自制的力加载实验台上标定了该传感器的响应函数,在6 N量程里其张力分辨率可达0.04 N。借助手环和指套将该纸基张力传感器穿戴贴合于手部拇指关节,实验证实可测量手指的屈伸姿态。这是首款基于非波导特性的光学力敏可穿戴器件,具有柔性、亲肤、易回收、极低成本、几乎没有环境污染等显著优点,可作为即用即抛的消费级传感产品用于人体健康评估、关节康复锻炼效果评价和机器人姿态控制。

基于乙酰胆碱酯酶的一次性可抛纸基酶传感器应用于杀螟硫磷的检测研究

本研究旨在研发了一种应用于有机磷农药快速、准确、一次性可抛的传感装置。用碳胶/氧化铟锡玻璃(ITO)作为工作电极,碳和银作为对电极和参比电极构成基于三电极系统。纳米金铂–石墨烯材料修饰在工作电极表面用来固定乙酰胆碱酯酶(AChE)和加速电子传递速度。以氯化乙酰胆碱为底物,通过AChE酶催化反应检测底物杀螟硫磷。结果表明,使用差分脉冲伏安法检测杀螟硫磷,其浓度从1.0 ×10−7到1.5 ×10−5 mol/L范围内,氧化峰电流的降低程度与杀螟硫磷浓度的对数成正比,检测限低至5.4 ×10−8 mol/L。该酶传感器有希望成为快速检测有机磷农药的新方法。

基于滚环扩增技术的纸基显色传感器用于致病菌快速检测

近年来,食源性致病菌在全球范围内大面积传播,给人类的生存健康与发展带来了巨大的威胁。因此为了保证食品的安全,快速的、高特异性且高灵敏地检测食品致病菌方法已经成为科学研究的热点话题。在本研究中,我们构建了一种基于滚环扩增技术的纸基显色传感器用于可视化检测致病菌的检测平台。通过滚环扩增对单增李斯特菌的hly A mRNA进行高效特异性扩增,扩增后的单链产物经过Hhal酶进行特异位点酶切后,形成与锁式探针长度相同的片段。将酶切后的单链产物不经过预变性杂交,可直接进行试纸条检测。在优化的实验条件下,可以检测到100 pg/μL总RNA。整个过程实验包括连接,扩增,酶切,检测等反应均可在恒温条件下进行,且可在几个小时内完成。这种方法适用于快速的现场检测,此外,这项研究强调了纸基显色诊断平台的潜在价值和应用前景。

基于纸基荧光生物传感器快速检测食品中的赭曲霉毒素A

为了达到方便、快速检测赭曲霉毒素A(ochratoxin A,OTA)的目的,利用羧基荧光素(FAM)与黑洞猝灭基团(BHQ1)之间的荧光共振能量转移(FRET)作用,使用纸基作为传感器基底,构建了简单、低成本、易于长期保存的纸基生物传感器用于检测食品中的赭曲霉毒素A。将可以特异性识别OTA的适配体(Apt-FAM)通过生物素和链霉亲和素之间的强相互作用连接在纸基上,当OTA存在时,OTA优先与Apt-FAM结合,与Apt-FAM互补的互补链(cDNA-BHQ1)不能通过碱基互补配对连接到纸基上,因而可获得较强的FAM荧光信号。当OTA不存在时,cDNA-BHQ1通过碱基互补配对与Apt-FAM结合,连接到纸基传感器表面,猝灭基团BHQ1靠近荧光基团FAM,通过FRET作用抑制荧光基团FAM的信号。在最佳检测条件下,传感器检测OTA的线性范围为10~2000 ng/mL,线性方程为y=-15.85846+65.63138lg(C OTA)(R^(2)=0.995),最低检出限为1.2 ng/mL。该传感器能够成功用于检测米粉和绿豆饼样品中的OTA,其平均回收率分别为89.2%~111.0%和89.0%~103.0%。

基于镍纳米团簇-铕混合物的纸基比率荧光传感器检测四环素——推荐一个研究型综合化学实验

介绍了一个科研转化的综合化学实验项目,基于镍纳米团簇(NiNCs)-铕混合物(NiNCs-Eu^(3+))荧光传感器检测四环素。实验包括NiNCs-Eu^(3+)的制备、表征及对四环素的响应性能,纸基传感器的构建及可视化识别的分析方法探究。该实验综合性强、操作简便、成本低,有利于培养学生的实验技能和科研探究能力,让学生体验到一个“看得见”的综合化学实验。

基于数字图像比色纸基传感器检测Fe(Ⅲ)

基于亚铁氰化钾(K_(4)[Fe(CN)_(6)])与Fe(Ⅲ)反应快速生成普鲁士蓝(Fe_(4)[Fe(CN)_(6)]_(3))和数字图像比色原理,以聚乙烯亚胺作固定剂,将K_(4)[Fe(CN)_(6)]显色剂固定于棉质纤维滤纸上,制备了稳定便携的纸基传感器用于Fe(Ⅲ)的选择性检测。利用智能手机集成技术对清晰的蓝色信号进行颜色采集、识别和分析,通过RGB模型将颜色信号数字化。结果显示,RGB颜色模型的B值(Blue)与Fe(Ⅲ)浓度在0.025~0.30 g/L和0.40~1.50 g/L范围内呈良好线性关系,相关系数分别为0.9973和0.9953,方法检出限为0.02 g/L。所得结果与火焰原子吸收光谱法(GB 11911-1989)结果一致,本方法可用于准确快捷地检测Fe(Ⅲ)。

用于促黄体生成素快速检测的电化学免疫传感器

研制了一种用于促黄体生成素(LH)检测的电化学免疫传感器,实现了促黄体生成素的高灵敏度和快速检测需求。采用纸基免疫传感器作为基底材料,氨基化石墨烯(NH2-G)/硫堇/纳米金复合物修饰的丝网印刷工作电极(SPWE)作为检测系统的工作电极。该免疫传感器的检测原理是:电化学物质硫堇通过电极表面氧化还原反应产生电化学电流,抗原抗体的特异性结合会影响电化学电流的释放,导致电流下降,并且检测电流与抗原的浓度呈反比。实验结果表明:对于促黄体生成素在1~100 mIU·mL^(-1)内该传感器具有很好的检测结果,检测的最低限为1 mIU·mL^(-1),检测的线性系数为0.991,并且检测时间可以控制在10 min。因此该传感器可用于促黄体生成素的快速和高灵敏度检测需求,这对于性激素水平的动态监测,进而实现不孕不育疾病个性化诊断治疗以及指导备孕都有着重要的意义。

无细胞生物传感器及其在食品与生物检测应用中的研究进展

无细胞生物传感器是一类基于无细胞系统设计的微量物质检测工具,解决了早期活细胞生物传感器无法检测有毒物质、响应时间长、受活细胞控制、操作不便等问题。近年来,无细胞生物传感器以其检测范围广、响应速度快、灵敏度高和便携性好而受到广泛关注。本文按照构建无细胞传感器平台进行分类,并对不同类型无细胞传感器的构建和特点进行综述,进一步介绍其在金属离子、农药与兽药残留等领域检测的研究进展,并对其应用前景进行展望。