基于同面多电极阵列传感器的复合材料构件损伤检测研究

为了对复合材料构件的损伤进行检测,阐述了利用同面多电极进行损伤检测的原理,设计了用于复合材料构件损伤检测的同面多电极阵列传感器,采用高精度LCR分析仪作为电容检测设备,利用Lab-view开发了系统软件,制作了复合材料构件损伤试样并对其进行实验研究。初步实验结果表明:当复合材料构件存在损伤时,损伤部位的介电常数发生变化,与无损伤试样相比测得电容值减小,同面多电极阵列传感器对复合材料构件进行损伤检测是可行的。

同面阵列电容传感器输出信号质量评估研究

通过有限元仿真和实验系统评估了3×4阵列电极同面电容传感器电极对输出信号质量。结果表明,减少电极间距和增加接触边缘长度有利于提高电极对输出信号质量。提出了一种评估同面电容传感器输出信号质量的指标——电极利用率。对不同独立电极数量电极利用率的输出信号质量进行了评估。结果表明,增加独立电极数量只能在一定程度上增加有效输出信息,且引入大量噪声。随着独立电极数量增加,电极利用率下降,解释了独立电极数量增加输出信号质量反而下降的原因。图像重建结果与电极利用率分析结论一致。实验和仿真结果验证了电极利用率评估多电极同面电容传感器输出信号质量的有效性。该方法和结论可为同面电容传感器阵列电极设计和输出信号处理提供参考。

基于平面阵列电极传感器的ECT系统设计

设计了基于平面阵列电极传感器的电容层析成像(ECT)系统。由平面阵列电极传感器ECT系统和计算机成像界面组成,采用电容的边缘效应测量原理,对复合材料的损伤、缺陷进行检测。结果表明:在介电常数ε=3.5的玻璃块材料为被测对象的条件下,得到的ECT图像分辨率高、伪影少。由此表明:该系统是一种简单有效、图像重建效果优良的无损检测(NDT)系统。

平面微电极阵列葡萄糖传感器的研制及应用(摘要)

传感器的微型化、集成化、智能化是传感器研究发展的一个方向。近年来,随着新的微细刻蚀技术应用于化学传感器的研制,将生物酶固定化技术和微细加工技术结合起来成为可能。可以将生物传感器敏感元件的三维尺寸充分压缩,组成体积小,功耗低,易于智能化的传感器。

基于叉指阵列微电极的阻抗免疫传感器研究进展

叉指阵列微电极(Interdigitated array microelectrodes,IDAM)具有检出限低、灵敏度高和信噪比好等优点,近年来在分析化学领域引起了极大的关注。阻抗免疫传感器将IDAM与免疫测定技术相结合,通过抗原抗体的特异性反应引起IDAM之间介质的阻抗变化实现对目标物的检测。本文分析了IDAM的特点、制作材料以及电极设计参数对系统检测性能的影响,评述了IDAM阻抗免疫传感器的工作原理、等效电路分析,综述了IDAM阻抗免疫传感器在食品安全分析和临床诊断领域中的应用,并讨论了目前研究中存在的问题及其发展趋势。

多对电极电磁流量计传感器电极阵列设计

在多对电极电磁流量计系统中 ,传感器电极阵列的设计影响到整个流量计系统的测量精度。为了得到更高的测量精度 ,在介绍了多电极电磁流量计基本原理的基础上 ,用有限差分法求解了电磁流量计的基本方程 ,并采用弦端压差测量方法研究了不同的电极数目和电极尺寸对平均流速估计的影响 ,以及这两方面及其他物理条件如管道直径、后继转换电路阻抗匹配在电极阵列优化设计中的相互制约关系。

微阵列电极电化学生物传感器

以微阵列电极为基础的电化学生物传感器近几年来发展迅速,是实现生物传感器微型化和集成化的一个重要途径。介绍了微阵列电极以及作为信号转换器在电化学生物传感器中应用的有关进展情况,特别是在基因研究中的应用。

基于微电极阵列和无线传感器网络的水环境重金属检测系统研究

为对区域水环境中重金属进行有效检测,提出了一种基于微电极阵列和无线传感器网络的重金属现场检测技术。为此,提出了一种带状微电极阵列芯片,用于锌、铅、铜等三种重金属离子的测量;基于带状微电极阵列芯片,开发了自动化的水环境重金属现场检测仪器;多台仪器通过802.11 b/g无线协议组成无线传感器网络,对区域水环境中的重金属含量进行检测。在实验室通过重金属标准溶液对仪器性能进行验证,表明仪器具有较好的精确度;在自然水域进行了传输距离、无线组网测试;完成了自然水域样品重金属浓度检测,并同原子吸收法进行了对比验证。

微电极阵列细胞阻抗传感器研究

贴壁生长在微电极表面的细胞可引起贴壁电极界面阻抗的改变,从而可以获得细胞生理功能相关的生物信息。本研究采用微机械加工技术,在硅基底上设计了直径为20～50μm的20通道金微电极阵列(micro-electrode array,MEA),用以构建能实时、连续、定量跟踪哺乳动物细胞形态和增殖分化改变的细胞阻抗测试传感器(electric cell-substrate impedance sensing,ECIS),用于细胞与电极间的阻抗测试研究。通过对培养在微电极表面24h的成骨细胞Saos-2细胞系的阻抗谱测量发现,其阻抗值增加集中在中频102～104Hz之间,本结果符合细胞阻抗传感测量的理论模型分析。因此,该微电极阵列细胞阻抗传感器的研究,为进一步的细胞生理和药物分析等研究奠定了良好的基础。

基于多层叉指超微带电极阵列的葡萄糖传感器

采用多层工艺和光刻方法在玻璃衬底上加工了亚微米级金叉指型超微带电极阵列(IDA),IDA电极的宽度为362 nm,电极表面位于沟槽内.实验表明,所加工的IDA电极可作为生物和化学传感器的一次性超微基体电极.采用电聚合的方法将葡萄糖氧化酶(GOD)和吡咯(PPy)固定于IDA电极,该修饰电极可作为葡萄糖传感器.采用该葡萄糖传感器对磷酸钾缓冲溶液(pH 7.0)中的葡萄糖浓度进行了比对测量,在2.0～7.0 mmol/L的浓度范围内,传感器的响应时间为10 s;灵敏度为14.6 nA/(mmol/L),相关系数为0.999.

基于MEMS技术的微电极阵列细胞传感器

经典的细胞电生理记录方法的缺点是难以实现长时程测量,同时也难以实现对细胞网络的多位点同时测量.近年来,随着胞外电生理研究的不断深入和半导体微机械加工技术的发展,传感器件的微型化和集成化为细胞的微环境测试和电生理研究提供了强有力的手段.基于多年来在细胞芯片上的研究,介绍了用于细胞外电生理测试的微电极阵列(microelectrode array,MEA),分析其原理、设计及加工过程;并对心肌细胞在其表面生长情况和电信号传递过程进行八通道并行动作电位检测;最后对所测得的结果加以讨论.实验证明,该细胞芯片可对多个细胞同时进行长期、无损的胞外电信号测量,制备简单、使用方便、可进一步应用于细胞电生理研究、药物检测等领域.

同面多电极电容传感器结构仿真研究

通过电磁场有限元分析软件ANSYS仿真同面双电极结构电容传感器在极板长、宽、间隙的不同组合下对电容变化率的影响,得出极板长、宽、间隙的最佳组合,构建了同面八电极电容传感器,分析比较在地屏蔽、极间屏蔽、外围屏蔽下传感器极板间电位分布和在不同屏蔽下传感器的灵敏度。仿真表明:增加屏蔽后不仅可以提高传感器的灵敏度,还可以获得比较均匀的敏感场。仿真研究结果为同面多电极电容传感器的结构设计提供了依据。

硅基底金纳米粒子微阵列电极的制备及其电化学性质的研究——多孔硅电致发光生物传感器研究的前期探索

用Frens法制备了不同粒径的金纳米粒子,并用透射电镜、紫外可见分光光度法进行了表征.用自组装技术得到了金膜电极表面的金纳米粒子二维阵列电极,用扫描电镜、电化学等方法对该微阵列电极进行了表征.结果表明,当金电极表面被自组装膜完全覆盖后,电化学反应不再发生,而将金纳米粒子组装到膜上以后,才得到电化学信号.我们认为,金纳米粒子在这里对电荷的跨膜转移有很强的促进作用.对于该过程的研究,有助于理解电荷的转移机制,对进一步理解电荷隧穿过程有一定的指导意义.

用于水污染重金属检测的微电极阵列传感器芯片

基于溶出伏安法,采用一种新型的汞膜金微电极阵列传感器芯片,实现了水污染痕量重金属离子Zn2+、Cd2+、Pb2+和Cu2+的同时检测.在K3[Fe(CN)6]溶液中对微电极阵列传感器进行循环伏安扫描,分析其电化学特性及实际表面积,采用电化学阻抗谱法检验微电极阵列传感器表面汞膜沉积的程度.镀汞后的微电极阵列传感器采用差分脉冲阳极溶出伏安法,同时检测样本溶液中的重金属元素:Zn2+、Cd2+、Pb2+和Cu2+,得到的Cd2+、Pb2+和Cu2+的标准工作曲线线性度良好,检测下限分别为0.1、0.5和0.3μg/L,但Zn2+的标准工作曲线线性度较差,这主要是由测试基线的漂移及不准确的加标造成的.

乙肝电化学免疫传感器阵列电极的研制

研制了以乙肝表面抗原为检测对象的电化学免疫传感器阵列,采用微电子平面加工技术制备了八通道金电极阵列,在金电极表面自组装半胱胺分子,戊二醛进行醛基化,最后通过竞争组装同时固定乙肝抗体和硫堇,以硫堇的还原峰电流的下降百分比对乙肝表面抗原进行定性和定量的检测。该传感器阵列可同步检测乙肝表面抗原,大大提高了检测的准确度和可靠性。应用于临床血清样品的检测,其结果与ELISA法相一致。

同面多叉指电极结构的电容式三维力触觉传感器设计

为了解决普通同面电极结构触觉传感器灵敏度低和初始电容小的问题,提出了同面多叉指电极结构的柔性电容式触觉传感器设计方案。该传感器利用电场的边缘效应,通过改变介质层的相对介电常数实现电容的变化。对叉指电极和普通同面电极的电场分布进行了COMSOL仿真分析,对所提出的传感器分别进行了仿真分析和实验验证。结果表明,该传感器不仅提高了同面电极结构触觉传感器的灵敏度和初始电容,还可实现0~10 N量程的三维力检测,且法向和切向的平均灵敏度分别为0.0186N^-1和0.0103N^-1。

基于二氧化硅球腔微电极阵列的过氧化氢生物传感器制备

以聚苯乙烯(PS)微球阵列为模板,采用溶胶-凝胶法在氧化铟锡(ITO)电极上制备了二氧化硅(SiO2)球腔阵列,扫描电镜显示此方法制备的SiO2球腔阵列高度有序。电化学研究结果表明,该球腔阵列的循环伏安曲线符合微电极阵列的电化学特点。将血红蛋白(Hb)作为氧化还原模型蛋白直接吸附于球腔内,制得电流型过氧化氢(H2O2)生物传感器,研究了Hb在该微电极阵列上的直接电化学和电催化性质。所构建的传感器对H2O2的响应快速灵敏,其线性范围为2.03×10-6～1.21×10-5mol/L和2.03×10-5～1.21×10-2mol/L;检出限为5.73×10-7mol/L,米氏常数为0.266 mmol/L。

基于微电极阵列的嗅球细胞网络传感器的研究

嗅球(OB)是嗅觉系统的第一中转站,在嗅觉信息的识别和处理中具有重要的作用。嗅球中具有多种类型的神经元,分别具有不同的生理特点和功能。本研究利用细胞培养技术,将嗅球神经元与微电极阵列(MEA)芯片耦合,构建一种细胞网络传感器,用于对多点的嗅球神经元电活动进行同步观察与分析。结果显示,MEA上培养的嗅球细胞生长良好,能够检测多个通道的嗅球神经元的自发电位以及谷氨酸作用下的诱发响应。研究表明,该嗅球细胞网络传感器能够实现信号的多通道同步检测及有效分辨神经元的自发信号和诱发响应,并且能够很好地捕捉不同通道神经元响应的特点。该研究对于进一步分析嗅觉信息在嗅球内的传导和编码具有重要的意义。

阵列式电极电容传感器的优化设计

本文提出和设计的阵列式电极电容传感器，是用于多相界面测量的一种新型传感器。作者利用有限元方法对其结构参数进行计算机仿真和优化设计，实验结果与理论分析吻合。

SiO_2球腔微电极阵列过氧化氢传感器制备及应用

将微过氧化物酶-11(MP-11)直接固定于二氧化硅球腔微电极阵列,制备一种新型电化学过氧化氢(H2O2)生物传感器。采用Langmuir-Blodgett技术在氧化铟锡(ITO)电极表面制备聚苯乙烯(PS)微球阵列,并以此阵列为模板采用溶胶-凝胶法在ITO电极上制备二氧化硅(SiO2)球腔阵列,最后将微过氧化物酶-11作为氧化还原模型蛋白直接吸附于球腔内,制得MP-11/SiO2球腔阵列/ITO电极。该电极对H2O2响应快速灵敏,可作为电流型H2O2电化学生物传感器,其线性范围为7.06×10-6～4.02×10-2mol/L,检出限为3.0×10-7mol/L,米氏常数为0.916mmol/L。将该法用于食品样品中的H2O2的检测,回收率在94%～97%之间,效果良好,可为食品中残存的H2O2检测提供一种方法。